JP4775403B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関し、特に、発光部の高出力化に伴う発熱によって封止部材とリ
ード部との間に熱膨脹に起因するクラック等の発生を防止できるようにした発光装置に関
する。
ード部との間に熱膨脹に起因するクラック等の発生を防止できるようにした発光装置に関
する。
ＬＥＤ（Light-Emitting Diode：発光ダイオード）を光源とする発光装置の代表的な構
造として、ＬＥＤ素子及びリード部の所定範囲を透光性を有する封止材料で覆うものがあ
る。この封止材料には、エポキシやシリコン等の樹脂やガラスがあるが、成形性、量産性
、及びコストの面から、一般に樹脂が用いられている。
造として、ＬＥＤ素子及びリード部の所定範囲を透光性を有する封止材料で覆うものがあ
る。この封止材料には、エポキシやシリコン等の樹脂やガラスがあるが、成形性、量産性
、及びコストの面から、一般に樹脂が用いられている。
近年、赤色や緑色のＬＥＤと同等の高輝度の青色ＬＥＤが開発されたことにより、ＬＥ
Ｄ信号機、或いは白色発光のＬＥＤランプ等の用途に供されるようになった。また、より
高輝度を得るために高出力のＬＥＤの開発も進められており、すでに数ワットの高出力タ
イプも製品化されている。高出力タイプのＬＥＤ素子では、大電流が流れるため、発光特
性や耐久性の点から無視できないレベルの発熱が生じる。
Ｄ信号機、或いは白色発光のＬＥＤランプ等の用途に供されるようになった。また、より
高輝度を得るために高出力のＬＥＤの開発も進められており、すでに数ワットの高出力タ
イプも製品化されている。高出力タイプのＬＥＤ素子では、大電流が流れるため、発光特
性や耐久性の点から無視できないレベルの発熱が生じる。
かかるＬＥＤランプにおいて、パッケージングを樹脂材にした場合、ＬＥＤ素子の発熱
により、樹脂材の黄変等の劣化、各部材間の熱膨脹の差に起因してパッケージにクラック
を発生させたり、部材間に剥離が生じることが知られている。また、高出力タイプのＬＥ
Ｄランプでは、上記した傾向が顕著に現れることから耐久性に優れるＬＥＤランプが切望
されている。
により、樹脂材の黄変等の劣化、各部材間の熱膨脹の差に起因してパッケージにクラック
を発生させたり、部材間に剥離が生じることが知られている。また、高出力タイプのＬＥ
Ｄランプでは、上記した傾向が顕著に現れることから耐久性に優れるＬＥＤランプが切望
されている。
このような樹脂パッケージに特有の黄変等の発生、及び耐熱性、耐久性を改善するもの
として、例えば、パッケージ材料にガラス材を用いたものがある（例えば、特許文献１参
照。）。
特開平１１−２０４８３８号公報（図１）
として、例えば、パッケージ材料にガラス材を用いたものがある（例えば、特許文献１参
照。）。
しかし、従来の発光装置によると、ガラスによってＬＥＤ素子等の封止を行う場合には
、一般にガラス材を軟化させて加圧加工するか、溶融ガラスを成形してＬＥＤ素子等と一
体化する必要があることから、加工時の熱に晒されることによって封止対象が熱膨張する
。そしてこの状態で一体化し、応力のないものとして形成され、常温へ戻される。このと
き、ＬＥＤ素子と接合基板等の熱膨張率との差が大であると、接合界面には熱収縮差に伴
う過大な応力がもたらされて接合不良を生じたり、封止材であるガラスにクラックが生じ
るといった問題がある。
、一般にガラス材を軟化させて加圧加工するか、溶融ガラスを成形してＬＥＤ素子等と一
体化する必要があることから、加工時の熱に晒されることによって封止対象が熱膨張する
。そしてこの状態で一体化し、応力のないものとして形成され、常温へ戻される。このと
き、ＬＥＤ素子と接合基板等の熱膨張率との差が大であると、接合界面には熱収縮差に伴
う過大な応力がもたらされて接合不良を生じたり、封止材であるガラスにクラックが生じ
るといった問題がある。
従って、本発明の目的は、封止材にガラスを用いて加熱加工する場合でも、熱膨張・熱
収縮の影響が生じないようにした発光装置を提供することにある。
収縮の影響が生じないようにした発光装置を提供することにある。
本発明は、上記した目的を達成するため、発光素子と、前記発光素子を搭載するサブマウントと、互いの先端が所定の間隙をもって向かい合うよう形成され、前記サブマウントが前記間隙を跨ぐよう配置される一対の平板状のリード部と、前記発光素子及び前記サブマウントよりも熱膨張率が大きく、前記発光素子、前記サブマウント、並びに、前記各リード部における前記サブマウント近傍の上面及び下面を一体的に包囲するガラス部と、を備え、前記発光素子及び前記サブマウントに対して前記ガラス部の熱膨張率が大きく、前記発光素子及び前記サブマウントが前記各リード部を含め前記ガラス部によって全体が包囲されていることにより、熱膨張率の差に基づいて生じる内部応力が前記発光素子の中心に向かうように調整された発光装置が提供される。
また、本発明は、上記した目的を達成するため、上記発光装置を製造するにあたり、前記発光素子が搭載された前記サブマウントを、前記各リード部に前記間隙を跨ぐよう配置し、前記発光素子及び前記サブマウントの上方及び下方にガラスシートを配置し、上側及び下側の前記ガラスシートを加熱して軟化させた状態で前記発光素子及び前記サブマウントへ向かって移動させ、上側及び下側の前記ガラスシートを圧力をかけつつ一体化し、前記発光素子、前記サブマウント、並びに、前記各リード部における前記サブマウント近傍の上面及び下面をガラス部により一体的に包囲し、熱膨張率の差に基づいて生じる内部応力が前記発光素子の中心に向かうように調整される発光装置の製造方法が提供される。
本発明の発光装置によれば、発光素子に対し、熱膨張率が１５０％から５００％の範囲
の透光性ガラス部および金属部で全体が包囲されていることにより応力方向が調整されて
熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる。
の透光性ガラス部および金属部で全体が包囲されていることにより応力方向が調整されて
熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる。
また、本発明の発光装置によれば、発光素子に対し、給電部材および封止部材の熱膨張
率が大となるように形成されて発光素子は給電部材を含め封止部材によって全体が包囲さ
れていることにより、応力方向が調整されて熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生
を防止することができる。
率が大となるように形成されて発光素子は給電部材を含め封止部材によって全体が包囲さ
れていることにより、応力方向が調整されて熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生
を防止することができる。
また、本発明の発光装置によれば、発光素子あるいはサブマウント部材に対し、給電部
材および封止部材の熱膨張率が大となるように形成されていることにより、熱膨脹・熱収
縮に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる。
材および封止部材の熱膨張率が大となるように形成されていることにより、熱膨脹・熱収
縮に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。通常、
リードフレームには両側に各リード部のアウター側を連結している帯状部が設けられてい
るが、ここでは図示を省略している。また、リードフレーム上には、通常、複数のＬＥＤ
素子が実装されるが、ここではそのうちの１個のみを図示している。更に、図１において
は、サブマウントは非断面の状態で図示している。
リードフレームには両側に各リード部のアウター側を連結している帯状部が設けられてい
るが、ここでは図示を省略している。また、リードフレーム上には、通常、複数のＬＥＤ
素子が実装されるが、ここではそのうちの１個のみを図示している。更に、図１において
は、サブマウントは非断面の状態で図示している。
発光装置１０は、金属リード実装タイプであり、実装面にバンプ２を介してフリップチ
ップ接合されるＧａＮ系のＬＥＤ素子１（熱膨張率４．５〜６×１０−６／℃）と、この
ＬＥＤ素子１が搭載されるサブマウント３と、サブマウント３が搭載される給電部材とし
てのＣｕからなるリード部（熱膨張率１５〜１７×１０−６／℃、熱伝導率４００Ｗ・ｍ
−１・ｋ−１）４Ａ，４Ｂと、ＬＥＤ素子１を中心にしてその周囲を封止する透明ガラス
製の封止部材５とを備えて構成されている。
ップ接合されるＧａＮ系のＬＥＤ素子１（熱膨張率４．５〜６×１０−６／℃）と、この
ＬＥＤ素子１が搭載されるサブマウント３と、サブマウント３が搭載される給電部材とし
てのＣｕからなるリード部（熱膨張率１５〜１７×１０−６／℃、熱伝導率４００Ｗ・ｍ
−１・ｋ−１）４Ａ，４Ｂと、ＬＥＤ素子１を中心にしてその周囲を封止する透明ガラス
製の封止部材５とを備えて構成されている。
サブマウント３は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム：熱膨張率５×１０−６／℃、
熱伝導率１８０Ｗ・ｍ−１・ｋ−１）が用いられ、バンプ２に接続される電極３１Ａ，３
１ＢがＬＥＤ素子１の実装面側に形成されており、反対側の面（リードフレーム側の面）
には一対のリード部４Ａ，４Ｂに接続するための電極３２Ａ，３２Ｂが形成されている。
リード部４Ａ，４Ｂの上面のＬＥＤ素子１の搭載面は、他の部分より１段低く加工されて
おり、この窪み部分内にサブマウント３が配設される。電極３１Ａ，３１Ｂと電極３２Ａ
，３２Ｂとを接続するために、サブマウント３内にはスルーホール３３が設けられている
。
熱伝導率１８０Ｗ・ｍ−１・ｋ−１）が用いられ、バンプ２に接続される電極３１Ａ，３
１ＢがＬＥＤ素子１の実装面側に形成されており、反対側の面（リードフレーム側の面）
には一対のリード部４Ａ，４Ｂに接続するための電極３２Ａ，３２Ｂが形成されている。
リード部４Ａ，４Ｂの上面のＬＥＤ素子１の搭載面は、他の部分より１段低く加工されて
おり、この窪み部分内にサブマウント３が配設される。電極３１Ａ，３１Ｂと電極３２Ａ
，３２Ｂとを接続するために、サブマウント３内にはスルーホール３３が設けられている
。
封止部材５は、透明かつ低融点で、しかも熱膨張率がリード部４Ａ，４Ｂに近い（又は
、所定の熱膨張率差の範囲値内）特性を有するシート状のガラスを熱融着させることによ
ってＬＥＤ素子１、サブマウント３、およびリード部４Ａ，４Ｂの一部を封止する透光性
ガラス部を形成している。
、所定の熱膨張率差の範囲値内）特性を有するシート状のガラスを熱融着させることによ
ってＬＥＤ素子１、サブマウント３、およびリード部４Ａ，４Ｂの一部を封止する透光性
ガラス部を形成している。
リード部４Ａが正（＋）電源供給端子であるとすると、リード部４Ａに供給された電流
は、リード部４Ａ、電極３２Ａ，３２Ｂの一方、ビアホール３３の一方、電極３１Ａ，３
１Ｂの一方、及びバンプ２の一方を経てＬＥＤ素子１のアノードに流れ、更に、ＬＥＤ素
子１のカソードを出た電流は、バンプ２の他方、電極３１Ａ，３１Ｂの他方、ビアホール
３３の他方、及び電極３２Ａ，３２Ｂの他方を経てリード部４Ｂに流れることにより、Ｌ
ＥＤ素子１が発光する。
は、リード部４Ａ、電極３２Ａ，３２Ｂの一方、ビアホール３３の一方、電極３１Ａ，３
１Ｂの一方、及びバンプ２の一方を経てＬＥＤ素子１のアノードに流れ、更に、ＬＥＤ素
子１のカソードを出た電流は、バンプ２の他方、電極３１Ａ，３１Ｂの他方、ビアホール
３３の他方、及び電極３２Ａ，３２Ｂの他方を経てリード部４Ｂに流れることにより、Ｌ
ＥＤ素子１が発光する。
図２は、リードフレームにサブマウントを搭載した状態を示す平面図である。サブマウ
ント３は、中央部にＬＥＤ素子１を搭載している。リード部４Ａ，４Ｂは、リードフレー
ムの一部として両側の帯状部分より内側に所定の間隙をもって向かい合うように形成され
、１個のＬＥＤ素子に対して一対が割り当てられている。
ント３は、中央部にＬＥＤ素子１を搭載している。リード部４Ａ，４Ｂは、リードフレー
ムの一部として両側の帯状部分より内側に所定の間隙をもって向かい合うように形成され
、１個のＬＥＤ素子に対して一対が割り当てられている。
図３は、金型を用いてガラス封止を行う直前の状態を示す図である。同図においては図
２のＡ−Ａ部で切断した状態を示している。以下に、図１から図３の図面を参照して発光
装置１０の製造方法について説明する。
２のＡ−Ａ部で切断した状態を示している。以下に、図１から図３の図面を参照して発光
装置１０の製造方法について説明する。
まず、バンプ２が設けられているＬＥＤ素子１をサブマウント３上に位置決めし、リフ
ローを行ってバンプ２と電極３１を電気的に接続すると共に、機械的に固定する。
ローを行ってバンプ２と電極３１を電気的に接続すると共に、機械的に固定する。
次にサブマウント３に搭載されたＬＥＤ素子１をリード部４Ａ，４Ｂの先端部の窪み内
に通電方向を合致させて配置する。なお、サブマウント３は、電極３１Ａ，３１Ｂ，電極
３２Ａ，３２Ｂ、及びビアホール３３が予め形成済みのものを用いる。
に通電方向を合致させて配置する。なお、サブマウント３は、電極３１Ａ，３１Ｂ，電極
３２Ａ，３２Ｂ、及びビアホール３３が予め形成済みのものを用いる。
次に、リードフレーム６を金型内に搬入し、ＬＥＤ素子１の上方及び下方にガラスシー
ト７，８を配置する。ガラスシート７，８は、封止部材５を形成するためのものであり、
同時に複数個のＬＥＤ素子１を封止できる大きさを有している。
ト７，８を配置する。ガラスシート７，８は、封止部材５を形成するためのものであり、
同時に複数個のＬＥＤ素子１を封止できる大きさを有している。
次に、ガラスシート７を覆うようにして上金型１１を配置し、更に、ガラスシート８を
覆うようにして下金型１２を配置する。次に、真空雰囲気中でガラスシート７，８を４５
０℃に加熱して軟化させた状態で上金型１１と下金型１２とを図２の矢印方向に移動させ
ることによってガラスシート７，８に圧力をかけると、上金型１１の凹部１１Ａ及び下金
型１２の凹部１２Ａに沿ってガラスシート７，８が図１に示す封止部材５のようなドーム
状に成形される。
覆うようにして下金型１２を配置する。次に、真空雰囲気中でガラスシート７，８を４５
０℃に加熱して軟化させた状態で上金型１１と下金型１２とを図２の矢印方向に移動させ
ることによってガラスシート７，８に圧力をかけると、上金型１１の凹部１１Ａ及び下金
型１２の凹部１２Ａに沿ってガラスシート７，８が図１に示す封止部材５のようなドーム
状に成形される。
次に、リードフレーム４の帯部等の不要部分を除去することにより、発光装置１０の各
々をリードフレーム４から分離する。
々をリードフレーム４から分離する。
発光装置１０は、パッド電極１０８及びｎ型電極１０９に電気的に接続されたバンプ２
を介して順方向の電圧を印加すると、ＬＥＤ素子１の活性層内においてホール及びエレク
トロンのキャリア再結合が発生して発光し、出力光がサファイア基板１０１を介してＬＥ
Ｄ素子１の外部へ放射される。この出力光は、封止部材５を透過して外部に放射される。
を介して順方向の電圧を印加すると、ＬＥＤ素子１の活性層内においてホール及びエレク
トロンのキャリア再結合が発生して発光し、出力光がサファイア基板１０１を介してＬＥ
Ｄ素子１の外部へ放射される。この出力光は、封止部材５を透過して外部に放射される。
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）熱膨張率の小なるＬＥＤ素子１を熱膨張率の大なるガラス材の封止材料５で全体を
包囲するように封止したため、熱膨張率の差に基づいて生じる内部応力がＬＥＤ素子１の
中心に向かうように調整される。すなわち、ガラス加工後にガラス材の熱収縮に基づく内
部応力が生じても、その内部応力はＬＥＤ素子１の中心方向に向かう圧縮力となるため、
圧縮に対して強度を有するガラス材は破壊することなくガラス封止構造を実現できる。
包囲するように封止したため、熱膨張率の差に基づいて生じる内部応力がＬＥＤ素子１の
中心に向かうように調整される。すなわち、ガラス加工後にガラス材の熱収縮に基づく内
部応力が生じても、その内部応力はＬＥＤ素子１の中心方向に向かう圧縮力となるため、
圧縮に対して強度を有するガラス材は破壊することなくガラス封止構造を実現できる。
（２）熱膨張率の小なるＬＥＤ素子１を熱膨張率の小なるサブマウント３に搭載して熱膨
張率の大なるリード部４Ａ、４Ｂに搭載しているため、封止部材５を形成しているガラス
材については、熱膨張率の小なるＬＥＤ素子１と熱膨張率の大なるリード部４Ａ、４Ｂの
双方との接着性が要求されるが、ＬＥＤ素子１に近い熱膨張率のものを選択して封止する
ことが好ましい。Ｃｕ等の軟金属によって形成されたリード部４Ａ、４Ｂはガラス材と比
べて弾性に富むことから、仮に、ＬＥＤ素子１およびサブマウント３に対して熱膨張率の
差が１５０％から４００％の範囲であれば、ガラス材との良好な接着性を維持しながら熱
収縮差に基づく応力を構造的に吸収することができる。このことから、リード部４Ａ、４
Ｂをガラス材で挟み込んで封止する場合でもクラック等の不良を生じることはない。
張率の大なるリード部４Ａ、４Ｂに搭載しているため、封止部材５を形成しているガラス
材については、熱膨張率の小なるＬＥＤ素子１と熱膨張率の大なるリード部４Ａ、４Ｂの
双方との接着性が要求されるが、ＬＥＤ素子１に近い熱膨張率のものを選択して封止する
ことが好ましい。Ｃｕ等の軟金属によって形成されたリード部４Ａ、４Ｂはガラス材と比
べて弾性に富むことから、仮に、ＬＥＤ素子１およびサブマウント３に対して熱膨張率の
差が１５０％から４００％の範囲であれば、ガラス材との良好な接着性を維持しながら熱
収縮差に基づく応力を構造的に吸収することができる。このことから、リード部４Ａ、４
Ｂをガラス材で挟み込んで封止する場合でもクラック等の不良を生じることはない。
（３）ＬＥＤ素子１への投入電力が大きく発熱温度が高くなるような場合でも、ＬＥＤ素
子１が発する熱を外部放熱することができ、発光効率の低下を効果的に防止できる。特に
、サブマウント３およびリード部４Ａ，４Ｂの熱伝導率を１００Ｗ・ｍ−１・ｋ−１以上
とすることで実現できる。
子１が発する熱を外部放熱することができ、発光効率の低下を効果的に防止できる。特に
、サブマウント３およびリード部４Ａ，４Ｂの熱伝導率を１００Ｗ・ｍ−１・ｋ−１以上
とすることで実現できる。
（４）低融点のガラスシート７，８を用いて封止部材５を形成するので、加熱に要する時
間の短縮や、簡易な加熱装置の使用が可能となり、ガラス封止加工が容易になる。
間の短縮や、簡易な加熱装置の使用が可能となり、ガラス封止加工が容易になる。
（５）加工時にクラック等の不良を生じにくくなるため、ガラスによる高い封止性を長期
にわたって安定的に維持することができ、水中や多湿条件下でも発光特性の低下を生じず
、長期にわたる優れた耐久性を発揮する。
にわたって安定的に維持することができ、水中や多湿条件下でも発光特性の低下を生じず
、長期にわたる優れた耐久性を発揮する。
なお、第１の実施の形態では、ＬＥＤ素子１としてＧａＮ系のＬＥＤ素子１を用いた構
成を説明したが、ＬＥＤ素子はＧａＮ系に限定されるものではなく、他のＬＥＤ素子を用
いることも可能である。
成を説明したが、ＬＥＤ素子はＧａＮ系に限定されるものではなく、他のＬＥＤ素子を用
いることも可能である。
また、上記した実施の形態では、Ｃｕからなるリード部４Ａ，４ＢにＡｌＮからなるサ
ブマウント３を搭載した構成を説明したが、例えば、真鍮からなるリード部（熱伝導率１
０６Ｗ・ｍ−１・ｋ−１）にＳｉからなるサブマウント３（熱伝導率１７０Ｗ・ｍ−１・
ｋ−１）を搭載するといった構成も可能である。
ブマウント３を搭載した構成を説明したが、例えば、真鍮からなるリード部（熱伝導率１
０６Ｗ・ｍ−１・ｋ−１）にＳｉからなるサブマウント３（熱伝導率１７０Ｗ・ｍ−１・
ｋ−１）を搭載するといった構成も可能である。
また、封止部材５についても、シート状のガラスを用いて複数個のＬＥＤ素子１および
サブマウント３を一括して封止する方法で形成するものに限定されず、溶融させたガラス
材をＬＥＤ素子１およびサブマウント３の周囲に供給して上金型１１と下金型１２とで加
熱プレス成形することによって形成するようにしても良い。また、使用されるガラス材に
ついても光透過性を有するものであれば透明に限定されるものではなく、着色されている
ものであっても良い。
サブマウント３を一括して封止する方法で形成するものに限定されず、溶融させたガラス
材をＬＥＤ素子１およびサブマウント３の周囲に供給して上金型１１と下金型１２とで加
熱プレス成形することによって形成するようにしても良い。また、使用されるガラス材に
ついても光透過性を有するものであれば透明に限定されるものではなく、着色されている
ものであっても良い。
また、封止部材５は、仕様等に応じて種々の形状にすることができる。例えば、丸形、
楕円形、四角形等のほか、レンズ付き、レンズ無し等の形状も可能である。
楕円形、四角形等のほか、レンズ付き、レンズ無し等の形状も可能である。
上記した第１の実施の形態では、金属リードを給電部材とするフリップチップ型発光装
置を説明したが、他の形態の発光装置に適用することも可能である。例えば、ワイヤボン
ディングを用いたフェイスアップ（ＦＵ）型の発光装置等にも適用可能である。
置を説明したが、他の形態の発光装置に適用することも可能である。例えば、ワイヤボン
ディングを用いたフェイスアップ（ＦＵ）型の発光装置等にも適用可能である。
図４は、第１の実施の形態に係る発光装置の変形例を示す断面図である。この発光装置
１０では、封止部材５の熱膨張・熱収縮によるクラックを防止するものとして、サブマウ
ント３の角部を除去することにより傾斜部３Ａを設けた構成としている。このようサブマ
ウント３を用いることで、第１の実施の形態の好ましい効果に加えてクラックの発生しに
くいガラス封止型発光装置１０を実現できる。
１０では、封止部材５の熱膨張・熱収縮によるクラックを防止するものとして、サブマウ
ント３の角部を除去することにより傾斜部３Ａを設けた構成としている。このようサブマ
ウント３を用いることで、第１の実施の形態の好ましい効果に加えてクラックの発生しに
くいガラス封止型発光装置１０を実現できる。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るフェイスアップ型の発光装置を示す断面図で
ある。この発光装置４０は、先端部に間隔を設けて水平及び一直線上に配置された給電部
材としてのリード部４Ａ、４Ｂと、リード部４Ａの先端部の上面に接着剤等を介して搭載
されたＧａＮ系のＬＥＤ素子４１と、ＬＥＤ素子４１上の２つの電極（図示せず）とリー
ド部４Ａ、４Ｂとを接続するワイヤ４２と、ＬＥＤ素子４１及びリード部４Ａ、４Ｂの先
端部を封止するガラス材による封止部材５とを備えて構成されている。
ある。この発光装置４０は、先端部に間隔を設けて水平及び一直線上に配置された給電部
材としてのリード部４Ａ、４Ｂと、リード部４Ａの先端部の上面に接着剤等を介して搭載
されたＧａＮ系のＬＥＤ素子４１と、ＬＥＤ素子４１上の２つの電極（図示せず）とリー
ド部４Ａ、４Ｂとを接続するワイヤ４２と、ＬＥＤ素子４１及びリード部４Ａ、４Ｂの先
端部を封止するガラス材による封止部材５とを備えて構成されている。
封止部材５は、透明、低融点、及び所定値内の熱膨張率を有するガラス材を用いている
。特に、フェイスアップ型では、ワイヤを用いることにより、ガラス封止の際、加熱によ
り軟化したワイヤ４２およびワイヤ接続部４２Ａが加圧によって押しつぶされ易くなるの
で、ショート等を生じ易くなる。このため、できるだけ低融点のガラス材を用いるのが望
ましい。
。特に、フェイスアップ型では、ワイヤを用いることにより、ガラス封止の際、加熱によ
り軟化したワイヤ４２およびワイヤ接続部４２Ａが加圧によって押しつぶされ易くなるの
で、ショート等を生じ易くなる。このため、できるだけ低融点のガラス材を用いるのが望
ましい。
以下に、発光装置４０の組み立てについて説明する。
まず、リードフレームの分離前の状態において、リード部４Ａの先端上面にＬＥＤ素子
４１が搭載される。次に、ＬＥＤ素子４１の上面の１方の電極とリード部４Ａの上面とが
ワイヤ４２で接続され、更に、ＬＥＤ素子４１の上面の他方の電極とリード部４Ｂの上面
とがワイヤ４２で接続される。次に、第１の実施の形態で説明したように、金型によるガ
ラス材の成形が行われ、所定形状の封止部材５が形成される。最後に、リードフレーム４
の不要部分が除去されることにより、発光装置４０の各々がリードフレーム４から分離さ
れる。
４１が搭載される。次に、ＬＥＤ素子４１の上面の１方の電極とリード部４Ａの上面とが
ワイヤ４２で接続され、更に、ＬＥＤ素子４１の上面の他方の電極とリード部４Ｂの上面
とがワイヤ４２で接続される。次に、第１の実施の形態で説明したように、金型によるガ
ラス材の成形が行われ、所定形状の封止部材５が形成される。最後に、リードフレーム４
の不要部分が除去されることにより、発光装置４０の各々がリードフレーム４から分離さ
れる。
図５において、例えば、リード部４Ａがアノード側であれば、リード部４Ａに直流電源
（図示せず）のプラス側が接続され、リード部４Ｂにはマイナス側が接続される。この通
電により、ＬＥＤ素子４１が発光する。その光は、ＬＥＤ素子４１の上面から出射し、そ
の殆どは封止部材５内を透過して外部へ出光し、他の一部は内面反射を経て封止部材５の
外へ出光する。
（図示せず）のプラス側が接続され、リード部４Ｂにはマイナス側が接続される。この通
電により、ＬＥＤ素子４１が発光する。その光は、ＬＥＤ素子４１の上面から出射し、そ
の殆どは封止部材５内を透過して外部へ出光し、他の一部は内面反射を経て封止部材５の
外へ出光する。
上記した第２の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加え、リード
部４Ａ，４Ｂと封止部材５との熱膨張率の値を考慮し、かつ低融点のガラス材を用いたこ
とにより、フェイスアップ型の発光装置４０であっても剥離やクラックの発生を防止する
ことができる。
部４Ａ，４Ｂと封止部材５との熱膨張率の値を考慮し、かつ低融点のガラス材を用いたこ
とにより、フェイスアップ型の発光装置４０であっても剥離やクラックの発生を防止する
ことができる。
なお、上記した各実施の形態において、リード部４Ａ，４Ｂの表面に反射面を形成し、
光の出射効率を高めるようにしても良い。
光の出射効率を高めるようにしても良い。
また、ＬＥＤ素子１，４２の上部の封止部材５内に、所定の波長の光で励起される蛍光
体等を用いた波長変換部を設けることもできる。
体等を用いた波長変換部を設けることもできる。
更に、上記した各実施の形態においては、１つの封止部材内に配設されるＬＥＤ素子の
個数は１個であるとしたが、ＬＥＤ素子が２個以上のマルチ発光型の発光装置にすること
もできる。この場合の発光装置のタイプとしては、フリップチップ接合型である図１の構
成が適している。搭載する複数のＬＥＤ素子は、異なる発光色のＬＥＤ素子を複数設ける
構成でも、同一発光色のＬＥＤ素子を複数設ける構成でも良い。
個数は１個であるとしたが、ＬＥＤ素子が２個以上のマルチ発光型の発光装置にすること
もできる。この場合の発光装置のタイプとしては、フリップチップ接合型である図１の構
成が適している。搭載する複数のＬＥＤ素子は、異なる発光色のＬＥＤ素子を複数設ける
構成でも、同一発光色のＬＥＤ素子を複数設ける構成でも良い。
更に、ＬＥＤ素子の駆動形態としては、複数のＬＥＤ素子の全部を並列接続し又はグル
ープ単位で並列接続しても、複数単位に直列接続し又は全数を直列接続しても良い。
ープ単位で並列接続しても、複数単位に直列接続し又は全数を直列接続しても良い。
また、封止部材５の形状として、頂部にレンズ部が形成された半球状の構成を示したが
、封止部材５は図示した形状に限定されるものではなく、レンズ部を有しない形状、多角
形、円柱形等、任意の形状にすることができる。
、封止部材５は図示した形状に限定されるものではなく、レンズ部を有しない形状、多角
形、円柱形等、任意の形状にすることができる。
更に、封止部材５の成形に際しては、ガラスシートを用いたが、ガラスシートを用いた
方法に限定されるものではなく、他の封止方法を用いても良い。
方法に限定されるものではなく、他の封止方法を用いても良い。
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るフリップチップ型の発光装置を示し（ａ）は
断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た側面図である。なお、第１の実施の形態と同一
の構成を有する部分については共通する引用数字を付している。この発光装置１０は、図
６（ａ）に示すようにサブマウント素子３をＣｕからなる放熱部５０に搭載して低融点ガ
ラスからなる封止部材５で一体的に封止した構成を有し、封止部材５にはレンズ５Ａが形
成されている。
断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た側面図である。なお、第１の実施の形態と同一
の構成を有する部分については共通する引用数字を付している。この発光装置１０は、図
６（ａ）に示すようにサブマウント素子３をＣｕからなる放熱部５０に搭載して低融点ガ
ラスからなる封止部材５で一体的に封止した構成を有し、封止部材５にはレンズ５Ａが形
成されている。
サブマウント素子３は、放熱部５０に設けられる溝部５１に収容されており、その表面
に設けられる配線パターン５３とＬＥＤ素子１の電極とがバンプ２によって電気的に接続
されることによって給電部の一部を構成している。配線パターン５３は、ＬＥＤ素子１と
の接合後に軟金属であるＣｕからなるリード部４Ａ、４Ｂとはんだ接合される。リード部
４Ｂは、図６（ｂ）に示すように溝部５１に長方形断面で棒状のガラス材５２を介在させ
ることによって放熱部５０と絶縁された状態で封止部材５を加熱プレスされる。このとき
、リード部４Ａについてもリード部４Ｂと同様に処理される。リード部４Ａ、４Ｂは、加
熱プレスに基づいて溶融したガラス材５２および封止部材５により放熱部５０と絶縁され
た状態で一体化される。
に設けられる配線パターン５３とＬＥＤ素子１の電極とがバンプ２によって電気的に接続
されることによって給電部の一部を構成している。配線パターン５３は、ＬＥＤ素子１と
の接合後に軟金属であるＣｕからなるリード部４Ａ、４Ｂとはんだ接合される。リード部
４Ｂは、図６（ｂ）に示すように溝部５１に長方形断面で棒状のガラス材５２を介在させ
ることによって放熱部５０と絶縁された状態で封止部材５を加熱プレスされる。このとき
、リード部４Ａについてもリード部４Ｂと同様に処理される。リード部４Ａ、４Ｂは、加
熱プレスに基づいて溶融したガラス材５２および封止部材５により放熱部５０と絶縁され
た状態で一体化される。
第３の実施の形態によると、サブマウント素子３を搭載した放熱部５０をガラス材から
なる封止部材５で一体的に封止するようにしたため、第１の実施の形態の好ましい効果に
加えてサブマウント素子３から伝わる熱の放熱性を高めることができ、ガラス封止加工時
だけでなく、例えば、大電流化によってＬＥＤ素子１からの発熱量が増大する場合であっ
ても放熱性に優れ、かつ、熱膨張率差によるパッケージクラックを生じにくい発光装置１
が得られる。
なる封止部材５で一体的に封止するようにしたため、第１の実施の形態の好ましい効果に
加えてサブマウント素子３から伝わる熱の放熱性を高めることができ、ガラス封止加工時
だけでなく、例えば、大電流化によってＬＥＤ素子１からの発熱量が増大する場合であっ
ても放熱性に優れ、かつ、熱膨張率差によるパッケージクラックを生じにくい発光装置１
が得られる。
なお、上記した第３の実施の形態では、Ｃｕからなる放熱部５０を用いた構成を説明し
たが、例えば、Ｃｕ合金やアルミニウム等の熱伝導性が良好で、かつ、封止部材５との熱
膨張率差が小であるものを用いることもできる。仮に、アルミニウムからなる放熱部５０
とした場合には、ＬＥＤ素子１およびサブマウント３に対して熱膨張率の差は約５００％
となる。
たが、例えば、Ｃｕ合金やアルミニウム等の熱伝導性が良好で、かつ、封止部材５との熱
膨張率差が小であるものを用いることもできる。仮に、アルミニウムからなる放熱部５０
とした場合には、ＬＥＤ素子１およびサブマウント３に対して熱膨張率の差は約５００％
となる。
図７は、本発明の第４の実施の形態に係るフェイスアップ型の発光装置を示し（ａ）は
断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た側面図である。なお、第２の実施の形態と同一
の構成を有する部分については共通する引用数字を付している。この発光装置４０は、図
７（ａ）に示すようにＣｕからなる放熱部５０の中央にＬＥＤ素子４０を接着し、このＬ
ＥＤ素子４０に給電するリード部４Ａ、４ＢとＬＥＤ素子４０の電極とをワイヤ４２で電
気的に接続して構成されている。また、ＬＥＤ素子４０、ワイヤ４２、およびリード部４
Ａ、４Ｂは低融点ガラスの加工時の熱に対して耐熱性を有するようにシリコン樹脂からな
るシリコンコート部６０によって覆われている。封止部材５はシリコンコート部６０を覆
うとともに放熱部５０と一体化されている。なお、封止部材５にはレンズ５Ａが形成され
ている。
断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た側面図である。なお、第２の実施の形態と同一
の構成を有する部分については共通する引用数字を付している。この発光装置４０は、図
７（ａ）に示すようにＣｕからなる放熱部５０の中央にＬＥＤ素子４０を接着し、このＬ
ＥＤ素子４０に給電するリード部４Ａ、４ＢとＬＥＤ素子４０の電極とをワイヤ４２で電
気的に接続して構成されている。また、ＬＥＤ素子４０、ワイヤ４２、およびリード部４
Ａ、４Ｂは低融点ガラスの加工時の熱に対して耐熱性を有するようにシリコン樹脂からな
るシリコンコート部６０によって覆われている。封止部材５はシリコンコート部６０を覆
うとともに放熱部５０と一体化されている。なお、封止部材５にはレンズ５Ａが形成され
ている。
第４の実施の形態によると、フェイスアップ型の発光装置４０であっても耐熱性および
弾性を有するシリコンコート部６０によってＬＥＤ素子４１の周囲を覆うことにより、ガ
ラス封止加工時の圧力によるＬＥＤ素子４１の電極やワイヤ４２の変形を防ぎながらガラ
ス封止が可能となるため、第２の実施の形態の好ましい効果に加えてＬＥＤ素子４１の実
装性に優れ、ガラス封止加工時だけでなく、例えば、大電流化によってＬＥＤ素子４１か
らの発熱量が大になる場合であっても放熱性が良好で、かつ、熱膨張率差によるパッケー
ジクラックを生じにくい発光装置１が得られる。また、シリコンコート部６０は、蛍光体
を含有させたものであっても良い。
弾性を有するシリコンコート部６０によってＬＥＤ素子４１の周囲を覆うことにより、ガ
ラス封止加工時の圧力によるＬＥＤ素子４１の電極やワイヤ４２の変形を防ぎながらガラ
ス封止が可能となるため、第２の実施の形態の好ましい効果に加えてＬＥＤ素子４１の実
装性に優れ、ガラス封止加工時だけでなく、例えば、大電流化によってＬＥＤ素子４１か
らの発熱量が大になる場合であっても放熱性が良好で、かつ、熱膨張率差によるパッケー
ジクラックを生じにくい発光装置１が得られる。また、シリコンコート部６０は、蛍光体
を含有させたものであっても良い。
なお、上記した第４の実施の形態では、放熱部５０に搭載されたＬＥＤ素子４１に対し
て一対のリード部４Ａ、４Ｂから給電する構成を説明したが、例えば、放熱部５０と一方
のリード部を一体化し、他方のリード部と放熱部５０とをガラス材５２によって絶縁する
構成としても良い。
て一対のリード部４Ａ、４Ｂから給電する構成を説明したが、例えば、放熱部５０と一方
のリード部を一体化し、他方のリード部と放熱部５０とをガラス材５２によって絶縁する
構成としても良い。
また、コート材としてシリコン樹脂を用いる他に、セラミックコート材等の他の耐熱性
を有する材料を用いることができる。このコート材を施す構成については、フェイスアッ
プ型のＬＥＤ素子に限定されず、フリップチップ型ＬＥＤ素子へも適用することができる
。
を有する材料を用いることができる。このコート材を施す構成については、フェイスアッ
プ型のＬＥＤ素子に限定されず、フリップチップ型ＬＥＤ素子へも適用することができる
。
１ ＬＥＤ素子
２ バンプ
３ サブマウント
３Ａ 傾斜部
４ リードフレーム
４Ａ リード部
４Ｂ リード部
５ 封止部材
５Ａ レンズ
６ リードフレーム
７ ガラスシート
８ ガラスシート
１０ 発光装置
１１ 上金型
１１Ａ 凹部
１２ 下金型
１２Ａ 凹部
３１Ａ 電極
３１Ｂ 電極
３２Ａ 電極
３２Ｂ 電極
３３ ビアホール
４０ 発光装置
４１ ＬＥＤ素子
４２ ワイヤ
４２Ａ ワイヤ接続部
５０ 放熱部
５１ 溝部
５２ ガラス材
５３ 配線パターン
６０ シリコンコート部
２ バンプ
３ サブマウント
３Ａ 傾斜部
４ リードフレーム
４Ａ リード部
４Ｂ リード部
５ 封止部材
５Ａ レンズ
６ リードフレーム
７ ガラスシート
８ ガラスシート
１０ 発光装置
１１ 上金型
１１Ａ 凹部
１２ 下金型
１２Ａ 凹部
３１Ａ 電極
３１Ｂ 電極
３２Ａ 電極
３２Ｂ 電極
３３ ビアホール
４０ 発光装置
４１ ＬＥＤ素子
４２ ワイヤ
４２Ａ ワイヤ接続部
５０ 放熱部
５１ 溝部
５２ ガラス材
５３ 配線パターン
６０ シリコンコート部
Claims (3)
- 発光素子と、
前記発光素子を搭載するサブマウントと、
互いの先端が所定の間隙をもって向かい合うよう形成され、前記サブマウントが前記間隙を跨ぐよう配置される一対の平板状のリード部と、
前記発光素子及び前記サブマウントよりも熱膨張率が大きく、前記発光素子、前記サブマウント、並びに、前記各リード部における前記サブマウント近傍の上面及び下面を一体的に包囲するガラス部と、を備え、
前記発光素子及び前記サブマウントに対して前記ガラス部の熱膨張率が大きく、前記発光素子及び前記サブマウントが前記各リード部を含め前記ガラス部によって全体が包囲されていることにより、熱膨張率の差に基づいて生じる内部応力が前記発光素子の中心に向かうように調整された発光装置。 - 前記リード部は、前記発光素子及び前記サブマウントよりも熱膨張率が大きい請求項１に記載の発光装置。
- 請求項１または２に記載の発光装置を製造するにあたり、
前記発光素子が搭載された前記サブマウントを、前記各リード部に前記間隙を跨ぐよう配置し、
前記発光素子及び前記サブマウントの上方及び下方にガラスシートを配置し、
上側及び下側の前記ガラスシートを加熱して軟化させた状態で前記発光素子及び前記サブマウントへ向かって移動させ、上側及び下側の前記ガラスシートを圧力をかけつつ一体化し、前記発光素子、前記サブマウント、並びに、前記各リード部における前記サブマウント近傍の上面及び下面をガラス部により一体的に包囲し、熱膨張率の差に基づいて生じる内部応力が前記発光素子の中心に向かうように調整される発光素子の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008123298A JP4775403B2 (ja) | 2008-05-09 | 2008-05-09 | 発光装置の製造方法 |
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| JP2007214639A Division JP4165610B2 (ja) | 2007-08-21 | 2007-08-21 | 発光装置の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008193125A JP2008193125A (ja) | 2008-08-21 |
| JP4775403B2 true JP4775403B2 (ja) | 2011-09-21 |
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|---|---|---|---|---|
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| DE19803936A1 (de) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Ausdehnungskompensiertes optoelektronisches Halbleiter-Bauelement, insbesondere UV-emittierende Leuchtdiode und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP2003008071A (ja) * | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Stanley Electric Co Ltd | Ｌｅｄ基板アセンブリを使用したｌｅｄランプ |
| DE10259945A1 (de) * | 2002-12-20 | 2004-07-01 | Tews, Walter, Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.habil. | Leuchtstoffe mit verlängerter Fluoreszenzlebensdauer |
-
2008
- 2008-05-09 JP JP2008123298A patent/JP4775403B2/ja not_active Expired - Fee Related
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