JP5901567B2

JP5901567B2 - オプトデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP5901567B2
Application number: JP2013089097A
Authority: JP
Inventors: 大木　淳; 淳大木
Original assignee: Sanyu Rec Co Ltd
Current assignee: Sanyu Rec Co Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP2014212279A

Description

本発明は、オプトデバイスの製造方法に関する。

オプトデバイスの一例として、基板に実装されたＬＥＤチップに対して樹脂モールドを施すことによりレンズ部を形成し、ＬＥＤチップから出射した光をレンズ部により集光する照明装置が知られている。例えば、特許文献１には、粘度およびチクソトロピック性を規定したシリコーン樹脂組成物を用いてディスペンス法等により発光素子を封止することにより、レンズ形状の成形を容易にした光半導体電子部品の製造方法が開示されている。

特開２００８−２３１１９９号公報

ディスペンサを用いた樹脂ポッティングによるレンズ部の形成は、成形型を必要としないことから、多種多様な形状のレンズ部を安価に製造することができる一方で、従来においてはレンズ部の所望の形状精度を得ることが困難であった。このため、ディスペンサの吐出量制御を正確に行っても、硬化後のレンズ部の形状にばらつきが大きくなることがあり、改良が必要とされていた。

特に、レンズ部のサイズが大きい場合（例えば、直径が５ｍｍを超える場合）には、高粘度樹脂を使用すると、レンズ高さは確保できるものの水平方向への十分な樹脂の拡がりが得られない一方、低粘度樹脂を使用すると、樹脂の拡がりは得られるもののレンズ高さが不十分になり易いことから、所望のレンズ形状を得ることが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、所望の光学特性を有するオプトデバイスを迅速容易に得ることができるオプトデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、基材に実装された光半導体素子を液状樹脂によりレンズ状に被覆してレンズ部を形成するオプトデバイスの製造方法であって、前記レンズ部は、蛍光体を分散させた第１の液状樹脂によりインナーレンズを形成した後、前記インナーレンズを前記第１の液状樹脂よりも粘度が低い第２の液状樹脂により封止してアウターレンズを形成することにより得られるオプトデバイスの製造方法により達成される。

このオプトデバイスの製造方法において、前記インナーレンズは、前記第１の液状樹脂により前記光半導体素子を封止するように形成されることが好ましい。また、前記インナーレンズおよびアウターレンズは、いずれもポッティングにより形成することが好ましい。

また、前記インナーレンズの本硬化または半硬化後に、前記アウターレンズの形成を開始することが好ましい。

前記第１の液状樹脂は、前記第２の液状樹脂と同一の樹脂であることが好ましい。

本発明のオプトデバイスの製造方法によれば、所望の光学特性を有するオプトデバイスを迅速容易に得ることができる。

本発明の一実施形態に係るオプトデバイスの製造方法を示す工程断面図である。本発明の他の実施形態に係るオプトデバイスの製造方法を示す工程断面図である。本発明の更に他の実施形態に係るオプトデバイスの製造方法を示す工程断面図である。本発明の更に他の実施形態に係るオプトデバイスの製造方法を示す工程断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るオプトデバイスの製造方法を示す工程断面図である。オプトデバイスとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザ等の発光素子あるいはフォトダイオード等の受光素子のような光半導体素子をレンズ部で封止した電子部品を例示することができる。本実施形態において製造されるオプトデバイスは、複数のＬＥＤ素子を備える照明装置である。ＬＥＤ素子を備えるオプトデバイスとしては、照明装置の他に、例えば、液晶テレビのバックライトや車両用ランプ、信号機などを挙げることができる。

まず、図１（ａ）に示すように、平板状の基材１にフリップチップボンディングやワイヤボンディング等により実装された発光素子２を、第１の液状樹脂Ｒ１でレンズ状に封止してインナーレンズ４を形成する。第１の液状樹脂Ｒ１は、透光性を有する常温で液状の樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの公知の封止用樹脂を挙げることができる。第１の液状樹脂Ｒ１は、発光素子２からの光の一部を吸収し、波長を変換して発光する蛍光体が、上記の封止用樹脂に略均一に分散されたものを使用することも可能である。発光素子２と蛍光体との組み合わせは特に限定されるものではないが、例えば、青色光を発光するＬＥＤと、シリケート系錯体＜(Ba,Sr,Ca)₂SiO₄系錯体＞であるＢＯＳ蛍光体との組み合わせにより、発光色を白色とすることができる。蛍光体としては、上述したＢＯＳ蛍光体やＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の他、黄色を帯びる（Y,Gd）₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce、α-サイアロン系錯体、Li₂SrSiO₄系錯体、或いは、燈色を帯びる(Ba,Sr)₃SiO₅系錯体、赤色を帯びる(Ca,Sr) ₂Si₅N₈系錯体や(Ca,Sr)AlSiN₃系錯体、青緑?黄色を帯びる(Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂系錯体、緑色を帯びるCa₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce、CaSc₂O₄:Ce等を挙げることができる。

第１の液状樹脂Ｒ１は、インナーレンズ４の十分な高さを確保できるように、高粘度で高チクソ性（高チクソトロピック性）を有することが好ましい。第１の液状樹脂Ｒ１の粘度は、樹脂の組成やフィラーの添加量等を適宜選択することによって調整可能であり、例えばフィラーの添加量を多くすることにより、高粘度にすることができる。より具体的な一例としては、シリカフィラーを含有し、粘度（２３℃）が、８０〜２００Ｐａ・ｓ、チクソトロピック性が４．０〜７．０の発光素子封止用シリコーン樹脂組成物を好ましく挙げることができる。

インナーレンズ４の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば印刷により行うことも可能であるが、所望のレンズ形状を容易に得られるように、ディスペンサ等を用いて発光素子２の直上から第１の液状樹脂を滴下するポッティングにより行うことが好ましい。

第１の液状樹脂Ｒ１は、加熱しながら加圧する等して硬化させると、硬化途中で粘度低下が生じるため、本硬化または半硬化（経時的な変形が実質的に生じなくなる程度の硬化）後は、図１（ｂ）に示すように、インナーレンズ４の高さが若干低下する。但し、第１の液状樹脂Ｒ１の初期粘度が十分高いために、本硬化または半硬化後もインナーレンズ４の必要なレンズ高さが維持されており、インナーレンズ４の形状は、最終的に必要な所望のレンズ形状よりも水平方向の拡がりが少ない砲弾状となる。

次に、図１（ｃ）に示すように、インナーレンズ４を第２の液状樹脂Ｒ２により封止してアウターレンズ６を形成する。第２の液状樹脂Ｒ２についても、第１の液状樹脂Ｒ１について例示したような公知の封止用樹脂を使用することができ、第１の液状樹脂Ｒ１の直上からポッティングする等してアウターレンズ６を形成することができる。第２の液状樹脂Ｒ２の供給時の粘度は、第１の液状樹脂Ｒ１の供給時の粘度よりも低くなるように設定される。

第２の液状樹脂Ｒ２は、第１の液状樹脂Ｒ１と樹脂組成が異なるものとすることで、第１の液状樹脂Ｒ１よりも低粘度にすることも可能であるが、第１の液状樹脂Ｒ１と同一の樹脂を使用して、フィラーの添加量を少なくすることにより低粘度にしたものを使用することが好ましい。このように、第１の液状樹脂Ｒ１および第２の液状樹脂Ｒ２を同一の樹脂とすることにより、両者の間での接着性を高めつつ、両者の界面での屈折や反射を防止して、発光素子２の光取出し効率を良好にすることができる。

第２の液状樹脂Ｒ２についても、加熱加圧等による硬化途中で粘度低下が生じ、図１（ｄ）に示すように、第２の液状樹脂Ｒ２が、表面張力により第１の液状樹脂Ｒ１の表面に保持されつつ水平方向に拡がった状態になる。こうして、インナーレンズ４およびアウターレンズ６からなるレンズ部１０が、発光素子２を被覆するように形成される。第１の液状樹脂Ｒ１および第２の液状樹脂Ｒ２の硬化が半硬化である場合には、この後、第１の液状樹脂Ｒ１および第２の液状樹脂Ｒ２の本硬化を行ってもよい。

本実施形態のオプトデバイス１１の製造方法は、発光素子２を第１の液状樹脂Ｒ１により封止してインナーレンズ４を形成した後、インナーレンズ４を第１の液状樹脂Ｒ１よりも粘度が低い第２の液状樹脂Ｒ２により封止してアウターレンズ６を形成することにより、レンズ部１０を形成しているので、インナーレンズ４が核となってレンズ部１０の必要な高さを確保できると共に、インナーレンズ４では不足する水平方向の拡がりをアウターレンズ６で補うことができる。したがって、レンズ部１０の表面形状を所望のレンズ形状とすることが容易であり、発光素子２の光を高効率で外部に出射可能なオプトデバイス１１を得ることができる。レンズ部１０の大きさは特に限定されないが、単なる液状樹脂のポッティングでは所望のレンズ形状を得ることが困難な程度に大きい場合（例えば、レンズ部１０の水平方向の直径が５ｍｍを超える場合）に、特に効果的である。

供給時における第１の液状樹脂Ｒ１と第２の液状樹脂Ｒ２との粘度の差は、小さすぎるとレンズ部１０をインナーレンズ４およびアウターレンズ６に分けて形成する意義が薄れる一方、大きすぎると第２の液状樹脂Ｒ２が第１の液状樹脂Ｒ１の表面を大きく流動するため、所望のレンズ形状を得ることが困難になり易い。したがって、第２の液状樹脂Ｒ２の粘度を、第１の液状樹脂Ｒ１の粘度の２０〜９０％程度にすることが好ましく、５０〜７０％程度がより好ましい。例えば、第１の液状樹脂Ｒ１が、粘度（２３℃）が１００Ｐａ・ｓであるシリコーン樹脂のとき、第２の液状樹脂Ｒ２を、粘度（２３℃）が約６０Ｐａ・ｓであるシリコーン樹脂とすることが好ましい。第１の液状樹脂Ｒ１および第２の液状樹脂Ｒ２の供給時の粘度は、オプトデバイス１１の製造後においても、赤外分光法等により樹脂の組成を分析したり、フィラーの添加量を計測することで、それぞれ測定可能である。

本実施形態のオプトデバイス１１の製造方法において、インナーレンズ４は、ディスペンサのノズルの先端を、発光素子２の近接位置で第１の液状樹脂Ｒ１の供給を開始してから徐々に上昇させることにより、形成することができる。このとき、ノズルの先端が上昇位置で停止した後も第１の液状樹脂Ｒ１の供給をしばらく継続することにより、第１の液状樹脂Ｒ１が硬化した後のインナーレンズ４の形状は、図２（ａ）に示すとおりとなる。すなわち、インナーレンズ４の上部が大径化されることにより、インナーレンズ４の高さ方向の途中にくびれ部Ｓが形成されると共に、インナーレンズ４の上端に平坦部Ｆが形成される。これにより、第２の液状樹脂Ｒ２を供給して形成されるアウターレンズ６は、硬化後において図２（ｂ）に示すように、インナーレンズ４の平坦部Ｆの直上部分が滑らかな曲面状になり、全体としてより半球に近いレンズ部１０のレンズ形状を得ることができる。

また、図３（ａ）に示すように、インナーレンズ４を取り囲むように基材１上に環状の堰部ｄを予め形成した後、図３（ｂ）に示すように、この堰部ｄ内に第２の液状樹脂Ｒ２を供給することにより、アウターレンズ６を形成することもできる。この場合、第２の液状樹脂Ｒ２の水平方向の拡がりが堰部ｄによって規制されるため、所望のレンズ形状を容易に得ることが可能であり、大型のレンズ部１０を作成する場合に特に有効である。堰部ｄの材料は、第２の液状樹脂Ｒ２と同じであることが好ましいが、異なるものであってもよい。

また、第１の液状樹脂Ｒ１により封止される発光素子２は、必ずしも単一である必要はなく、複数を第１の液状樹脂Ｒ１により一体的に封止することも可能である。また、図４（ａ）に示すように、発光素子２の周囲を堰部ｄで取り囲み、発光素子２を低粘度の第３の液状樹脂Ｒ３で平坦状に封止して封止体９を形成した後、図４（ｂ）に示すように、封止体９の上面を被覆するようにインナーレンズ４およびアウターレンズ６を形成して、オプトデバイス１１を製造することも可能である。

１基材
２発光素子（光半導体素子）
４インナーレンズ
６アウターレンズ
１０レンズ部
１１オプトデバイス
Ｒ１第１の液状樹脂
Ｒ２第２の液状樹脂

Claims

基材に実装された光半導体素子を液状樹脂によりレンズ状に被覆してレンズ部を形成するオプトデバイスの製造方法であって、
前記レンズ部は、蛍光体を分散させた第１の液状樹脂によりインナーレンズを形成した後、前記インナーレンズを前記第１の液状樹脂よりも粘度が低い第２の液状樹脂により封止してアウターレンズを形成することにより得られるオプトデバイスの製造方法。
前記インナーレンズは、前記第１の液状樹脂により前記光半導体素子を封止して形成される請求項１に記載のオプトデバイスの製造方法。
前記インナーレンズおよびアウターレンズは、いずれもポッティングにより形成される請求項１または２に記載のオプトデバイスの製造方法。
前記インナーレンズの本硬化または半硬化後に、前記アウターレンズの形成を開始する請求項１から３のいずれかに記載のオプトデバイスの製造方法。
前記第１の液状樹脂は、前記第２の液状樹脂と同一の樹脂である請求項１から４のいずれかに記載のオプトデバイスの製造方法。