JP2016100350A - 複合基板並びに発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(複合基板)
図1(a)は、実施の形態1に係る複合基板50の概略上面図である。図1(b)は、図1(a)のA部を拡大して示す概略上面図である。図1(c)は、図1(b)のB−B断面における概略断面図である。
図2(a)〜(e)は、実施の形態1に係る発光装置100の製造方法の一例を示す概略断面図である。実施の形態1の発光装置100の製造方法は、少なくとも以下の4つの工程すなわち第1、第2、第3、第4工程をこの順に含む。なお、図2(a)〜(e)は、複合基板50内の複数の素子収容器20のうちの1つすなわち1つの発光装置100について示しているが、各工程は複合基板50内の複数の素子収容器20すなわち複数の発光装置100について行うことが好ましい。
図2(e)に示すように、実施の形態1の発光装置100は、素子収容器20と、素子収容器20に収容された発光素子60と、を備えている。素子収容器20は、第1電極リード211と、第2電極リード212と、樹脂成形体25と、ワイヤ30と、を有している。樹脂成形体25は、第1電極リード211及び第2電極リード212と一体に成形されている。また、樹脂成形体25は、外面に窪み部25bを含んでいる。ワイヤ30は、樹脂成形体25に被覆され第1電極リード211から窪み部25bに至っている。発光素子60は、第1電極リード211及び第2電極リード212に電気的に接続されている。
複合基板は、少なくとも、リードフレームと、そのリードフレーム上に設けられた複数の素子収容器とにより構成される。複合基板における複数の素子収容器は、通常、リードフレーム上に、縦横に略等間隔に配列される。複合基板は、例えば「パッケージアレイ」等と呼ばれるものであってよい。
リードフレームは、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、又はこれらの合金の平板に、プレス(打ち抜き含む)、エッチング、圧延など各種の加工を施したものが母体となる。リードフレームは、これらの金属又は合金の積層体で構成されてもよいが、単層で構成されるのが簡便で良い。特に、銅を主成分とする銅合金(燐青銅、鉄入り銅など)が好ましい。また、その表面に、銀、アルミニウム、ロジウム又はこれらの合金などの光反射膜が設けられていてもよく、なかでも光反射性に優れる銀又は銀合金が好ましい。リードフレームの厚さ(板厚)は、特に限定されないが、例えば0.05mm以上1mm以下が挙げられ、0.1mm以上0.4mm以下が好ましく、0.1mm以上0.3mm以下がより好ましい。
素子収容器は、発光素子を収容し、その発光素子に外部から給電するための電極(端子)を有する容器である。素子収容器は、少なくとも、第1電極リード及び第2電極リードと、樹脂成形体と、により構成され、本実施の形態では更にワイヤ(第1ワイヤ)を備えている。素子収容器は、例えば「パッケージ」等と呼ばれるものであってよい。また、側面発光型発光装置用の素子収容器だけでなく、上面発光型(トップビュー型)発光装置用の素子収容器も含む。
第1電極リード及び第2電極リードは、リードフレームの小片である。第1電極リード及び第2電極リードは、素子収容器における正負一対の電極(端子)を構成する。1つの素子収容器において、第1電極リード及び第2電極リードは、少なくとも一対あればよいが、複数対あってもよい。第1電極リード及び第2電極リードが複数対ある場合には、その各対に対応してワイヤ(第1ワイヤ)が設けられていることが好ましい。
樹脂成形体は、素子収容器における容器の母体をなす。樹脂成形体は、光反射性の観点から、発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、75%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。さらに、樹脂成形体は、白色であることが好ましい。樹脂成形体は、固化前には流動性を有する状態つまり液状(ゾル状又はスラリー状を含む)である。樹脂成形体は、射出成形法、トランスファ成形法などにより成形することができる。樹脂成形体の母材は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、熱可塑性樹脂は比較的柔軟であり、素子収容器を支持リードから取り外す際、樹脂成形体のひび割れや欠け等の損傷を回避しやすい。また、熱可塑性樹脂は比較的安価である。熱硬化性樹脂は、液状時の粘度が比較的低く、樹脂成形体を成形する際、ワイヤ(第1ワイヤ)の破断を回避しやすい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、不飽和ポリエステル、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂のうちのいずれかを用いることができる。なかでも、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂のうちのいずれかが好ましい。特に、不飽和ポリエステル、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂は、熱硬化性樹脂の優れた特性を有しながら、射出成形が可能であり、好適である。熱可塑性樹脂は、脂環式ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂のうちのいずれかを用いることができる。なかでも、脂環式ポリアミド樹脂、ポリシクロヘキサンテレフタレート、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂のうちのいずれかが好ましい。樹脂成形体は、光反射性、機械的強度、熱膨張性などの観点から、これらの母材中に、以下のような白色顔料と充填剤を含有することが好ましいが、これに限定されない。
白色顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。白色顔料は、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、酸化チタンは、屈折率が比較的高く、光隠蔽性に優れるため、好ましい。白色顔料の形状は、特に限定されず、不定形(破砕状)でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。
充填剤は、シリカ、酸化アルミニウム、ガラス、チタン酸カリウム、ワラストナイト(珪酸カルシウム)、マイカ、タルクなどが挙げられる。充填剤は、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。但し、充填剤は、上記の白色顔料とは異なるものとする。充填剤の形状は、特に限定されず、不定形(破砕状)でもよいが、強化剤としての機能の観点では繊維状又は板状(鱗片状)が好ましく、流動性の観点では球状が好ましい。
ワイヤ(第1ワイヤ)は、支持リードと電極リードとを接続する導線である。具体的には、金、銅、銀、白金、アルミニウム又はこれらの合金の金属線(ここでいう「金属」は合金を含む)を用いることができる。特に、金又は金合金は、樹脂成形体からの応力などによる破断が生じにくいため、好ましい。また、銅又は銅合金は、放熱性の観点で好ましい。また、ワイヤは、光反射性を高めるために、少なくとも表面が銀又は銀合金で構成されていてもよい。第1電極リード及び第2電極リードのいずれか一方と支持リードを接続するワイヤは、少なくとも1本あればよいが、破断発生時の保障等のために複数本あってもよい。ワイヤの線径は、特に限定されないが、例えば5μm以上2mm以下が挙げられる。下限値としては、強度確保(破断回避)及び/又は放熱性の観点から、15μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましい。上限値としては、素子収容器(発光装置)を支持リードから取り外す際の支持リードからの剥離のしやすさの観点から、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。また上限値は、支持リードの先端領域の大きさにも依存しており、この程度が好ましい。なお、発光素子と電極リードを接続する第2ワイヤは、第1ワイヤと同様のものを用いることができる。但し、樹脂成形体の成形の際における破断回避等の観点から、ワイヤ(第1ワイヤ)の線径は、第2ワイヤの線径より大きいことが好ましい。
発光装置は、発光素子が素子収容器に収容され第1電極リード及び第2電極リードに電気的に接続され且つ封止されて構成される。発光装置は、例えば「発光ダイオード(LED)」等と呼ばれるものであってよい。また、側面発光型発光装置だけでなく、上面発光型(トップビュー型)発光装置も含む。
発光素子は、LED素子などの半導体発光素子を用いることができる。発光素子は、多くの場合に基板を有するが、少なくとも、種々の半導体で構成される素子構造と、正負一対の電極と、を有するものであればよい。特に、紫外〜可視域の発光が可能な窒化物半導体(InxAlyGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)の発光素子が好ましい。このほか、緑色〜赤色発光のガリウム砒素系、ガリウム燐系半導体の発光素子でもよい。正負一対の電極が同一面側に設けられている発光素子の場合、各電極をワイヤ(第2ワイヤ)で第1電極リード及び第2電極リードと接続される(フェイスアップ実装)。また、各電極を導電性接着剤で第1電極リード及び第2電極リードと接続されてもよい(フリップチップ実装(フェイスダウン実装))。正負一対の電極が互いに反対の面に各々設けられている対向電極構造の発光素子の場合、下面電極が導電性接着剤で一方の電極リード(例えば第1電極リード)に接着され、上面電極がワイヤ(第2ワイヤ)で他方の電極リード(例えば第2電極リードと接続される。1つの素子収容器に搭載される発光素子の個数は1つでも複数でもよい。複数の発光素子は、ワイヤ(第2ワイヤ)により直列又は並列に接続することができる。また、1つの素子収容器に、例えば青色・緑色・赤色発光の3つの発光素子が搭載されてもよい。
封止部材は、発光素子を封止して、埃や水分、外力などから保護する部材である。封止部材は、電気的絶縁性を有し、発光素子から出射される光に対して透光性(好ましくは発光素子の発光ピーク波長における光透過率が70%以上、より好ましくは85%以上)を有する部材であればよい。封止部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂又はその変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないため、好ましい。封止部材は、これらの母材中に、蛍光体を含有することが好ましいが、これに限定されない。
蛍光体は、発光素子から出射される一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を出射する。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムなどが挙げられる。このほか、蛍光体は量子ドットであってもよい。量子ドットは、粒径1nm以上100nm以下程度の粒子であり、粒径によって発光波長を変えることができる。量子ドットは、例えば、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化鉛、セレン化鉛、又はテルル化カドミウム・水銀などが挙げられる。蛍光体は、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色光)を出射する発光装置とすることができる。
実施例1の複合基板は、図1(a)〜(c)に示す例の複合基板50の構造を有する、側面発光型LED用のパッケージアレイである。以下、図1(a)に示す複合基板の向きで縦、横(左右)を特定して説明する。
20…素子収容器(211…第1電極リード(211a…第1被覆領域、211b…第1露出領域、211c…第1外部端子領域)、212…第2電極リード(212a…第2被覆領域、212b…第2露出領域、212c…第2外部端子領域)、25…樹脂成形体(25a…素子収容凹部、25b…窪み部))
30…ワイヤ(第1ワイヤ)
50…複合基板
60…発光素子
65…第2ワイヤ
70…封止部材(70a…封止部材の液状材料)
100…発光装置
T1,T2…試験端子
Claims (11)
- 複数の支持リードを有する板状のリードフレームと、前記各支持リードに支持された複数の素子収容器と、を備える複合基板であって、
前記複数の素子収容器は各々、
第1電極リードと、第2電極リードと、前記第1電極リード及び前記第2電極リードと一体に成形された樹脂成形体と、を有し、
前記樹脂成形体の内側において、前記第1電極リード、前記第2電極リード、及び前記支持リードを互いに離間させて保持しており、
前記複数の素子収容器のうちの少なくとも1つは、前記第1電極リードと前記支持リードを接続し前記樹脂成形体に被覆されたワイヤを有する複合基板。 - 前記ワイヤを有する素子収容器において、前記第1電極リード及び前記第2電極リードは各々、前記リードフレームから切り離されている請求項1に記載の複合基板。
- 前記第1電極リード及び前記第2電極リードは各々、前記樹脂成形体の外側において前記樹脂成形体の外面に沿うように折り曲げられている請求項2に記載の複合基板。
- 前記ワイヤは、前記支持リードにウェッジボンディングされている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の複合基板。
- 前記素子収容器における発光素子が載置される側を上側としたとき、
前記ワイヤは、前記第1電極リードの下面と前記支持リードの下面を接続している請求項1乃至4のいずれか一項に記載の複合基板。 - 前記第1電極リードは、発光素子が載置される請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合基板。
- 前記素子収容器は、側面発光型発光装置用の素子収容器である請求項1乃至6のいずれか一項に記載の複合基板。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の複合基板を準備する第1工程と、
発光素子を、前記ワイヤを有する素子収容器に収容し且つ前記第1電極リード及び前記第2電極リードに電気的に接続する第2工程と、
前記第1電極リード及び前記第2電極リードが前記リードフレームから切り離された状態において、前記発光素子の導通を確認する第3工程と、
前記素子収容器を前記支持リードから取り外す第4工程と、をこの順に含む発光装置の製造方法。 - 第1電極リードと、第2電極リードと、前記第1電極リード及び前記第2電極リードと一体に成形され外面に窪み部を含む樹脂成形体と、前記樹脂成形体に被覆され前記第1電極リードから前記窪み部に至るワイヤと、を有する素子収容器と、
前記素子収容器に収容され前記第1電極リード及び前記第2電極リードに電気的に接続された発光素子と、を備える発光装置。 - 前記発光素子は、前記第1電極リードに載置されている請求項9に記載の発光装置。
- 当該発光装置は、側面発光型発光装置である請求項9又は10に記載の発光装置。
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