JP6366337B2 - Ｌｅｄ発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤ発光装置及びその製造方法に関し、特にアルミ基板上にＬＥＤ素子を実装するＬＥＤ発光装置及びその製造方法に関する。
近年、半導体素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、照明等に広く利用されるようになってきた。
照明用の発光装置では、ＬＥＤ素子からの光を反射効率よく反射させるために、アルミの表面にアルマイト処理または蒸着処理などの鏡面処理を為し、その上にＬＥＤ素子を実装することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１０９７０１号公報
しかしながら、鏡面処理がなされた表面に、ＬＥＤ素子と接続する配線板及び電極等を接着シート等により接着すると、鏡面処理により形成された層間の密着力が弱く、鏡面処理により形成された層を境にして、配線板等が剥がれ落ちてしまうという問題があった。
また、周囲温度の変化によってアルミ基板が熱膨張及び収縮すると、鏡面処理により形成された層間で層間剥離が発生し、同様に、配線板等が剥がれ落ちてしまうという問題もあった。
そこで、本発明は、上述した問題点を解消することを可能としたＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、アルミ基板とプリント配線基板との貼り付け強度を改善することが可能なＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るＬＥＤ発光装置は、アルミ基板と、アルミ基板上に設けられた複数の増反射処理層と、複数の増反射処理層上に接着されたＬＥＤ素子と、アルミ基板上で複数の増反射処理層が設けられた領域以外の領域に接着されたプリント配線基板と、プリント配線基板とＬＥＤ素子とを接続するワイヤと、ＬＥＤ素子の周囲に配置されたダム材と、ダム材の内側領域に配置された蛍光体樹脂を有することを特徴とする。
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、プリント配線基板は、アルミ基板上で、複数の増反射処理層が設けられた領域以外に設けられた粗面化領域に接着されることが好ましい。
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数の増反射処理層は、接着層、反射層、及び、増反射層から構成されることが好ましい。
本発明に係るＬＥＤ発光装置の製造方法は、複数の増反射処理層が設けられたアルミ基板上にマスクを形成し、マスクが形成された領域以外から複数の増反射処理層を除去してアルミ基板上に粗面化領域を形成し、粗面化領域にプリント配線基板を接着し、マスクが除去された複数の増反射処理層上にＬＥＤ素子を接着し、ＬＥＤ素子と前記プリント配線基板とをワイヤで接続し、ＬＥＤ素子の周囲に配置されたダム材の内側に蛍光体樹脂を配置する工程を有することを特徴とする。
本発明によれば、アルミ基板からプリント配線基板が剥離することがなく、信頼性の高いＬＥＤ照明装置を提供することが可能となった。
（ａ）は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ´断面図である。 ＬＥＤ発光装置１の製造工程を説明するための図（１）である。 ＬＥＤ発光装置１の製造工程を説明するための図（２）である。 他のＬＥＤ照明装置２の製造方法を説明するための図である。
以下図面を参照して、本発明に係るＬＥＤ発光装置及びその製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
図１（ａ）は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ´断面図である。
ＬＥＤ発光装置１は、アルミ基板１０、プリント配線基板１８、ダム材１９、ＬＥＤ素子２０、蛍光体樹脂３０等から構成されており、端部に設けられたガイド穴４０を用いて他の照明器具等に取り付けられる。
シリコーン樹脂によって略円形に配置されたダム材１９によって仕切られた素子実装領域４５には、増反射処理の為に、アルミ基板１０上に接着層１１、反射層１２、及び増反射層１３が積層されている。
接着層１１には、アルマイト層が用いられる。反射層１２には、反射率が９０％以上のＡｇ蒸着層又はＡｌ蒸着層が用いられる。増反射層１３は、ＳｉＯ2層及びＳｉＯ2より屈折率の高いＴｉＯ2層を、少なくとも各１層、積層した層である。なお、ＳｉＯ2層及びＴｉＯ2層の代わりに、Ａｌ2Ｏ3層及びＡｌ2Ｏ3より屈折率の高いＴｉＯ2層を積層しても良い。増反射層１３は、反射率を向上させるために設けられている。
素子実装領域４５には、プリント配線基板１８上の電極１６−１と電極１６−２との間に、１２個ずつ直列接続された３グループのＬＥＤ素子２０群が並列に、金ワイヤ２２によって接続されている。各ＬＥＤ素子２０は、ダイボンド材２１によって、増反射処理が施されたアルミ基板１０の表面に直接接着されている。プリント配線基板１８上に設けられた電極１６ａ及び１６ｂ間に所定の電圧が供給されると、ＬＥＤ素子２０が発光する。
ＬＥＤ素子２０の周囲で、ダム材１９の内側には、ＬＥＤ素子２０を保護するための蛍光体樹脂３０が形成されている、蛍光体樹脂３０としては、透明性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。蛍光体樹脂３０には、樹脂と混じった蛍光体が含まれている。蛍光体は、ＬＥＤ素子２０から発光された青色光の一部を吸収し、波長変換した黄色光を発光するので、青色光と黄色光が混じり合い、ＬＥＤ照明装置１からは白色光が出射される。なお、蛍光体樹脂３０には、ＬＥＤ素子２０から発光された光を均一に分散させるための散乱材が含まれていても良い。
アルミ基板１０上で素子実装領域４５の周囲には、増反射処理を施しておらず、アルミ表面を粗面化した粗面化領域４６が設けられている。粗面化領域４６には、接着シート１４によってプリント配線基板１８が接着されている。プリント配線基板１８は、基台１５、電極１６−１、１６−２等、及び、レジスト１７から構成される。
複数の層により増反射処理が施された素子実装領域４５では、層間の密着力が弱いため、その部分にプリント配線基板１８を接着すると、層間剥離によってプリント配線基板１８がアルミ基板１０から剥がれ落ちる可能性があった。また、周囲温度の変化によってアルミ基板１０が熱膨張又は収縮すると、同様に、層間剥離によってプリント配線基板１８がアルミ基板１０から剥がれ落ちる可能性があった。これに対して、ＬＥＤ発光装置１では、プリント配線基板１８が、増反射処理が施された素子実装領域４５ではなく、粗面化領域４６に接着シート１４により接着されているので、アルミ基板１０とプリント配線基板１８との貼り付け強度を強固にすることが可能となった。また、照明器具へＬＥＤ照明装置１を組み込む場合等に、ＬＥＤ照明装置１に与えられる熱履歴によって、アルミ基板１０からプリント配線基板１８が剥離することがなく、信頼性の高いパッケージを形成することが可能となった。
図２及び図３は、ＬＥＤ発光装置１の製造工程を説明するための図である。
最初に、図２（ａ）に示す様に、増反射処理を施したアルミ板１０´を用意する。増反射処理を施したアルミ板１０´として、アノラッド社製 Ｍｉｒｏ２ ０．７ｔを用いた。増反射処理を施したアルミ板１０´は、アルミ基板１０上に、アルマイトによる接着層１１、Ａｌ蒸着膜による反射層１２、及び、ＳｉＯ2層及びＴｉＯ2層が（少なくとも各１層）積層された増反射層１３が、予め積層された構造を有する。反射層１２をＡｇ蒸着膜とした方が反射率は向上するが、腐食しやすくなるため、ここではＡｌ蒸着膜を用いた。
次に、図２（ｂ）に示す様に、ドリルマシンで、所定のガイド穴４０をアルミ板１０´に設ける。
次に、図２（ｃ）に示す様に、ラミネータで、感光性ドライフィルム５０をアルミ板１０´の表面に張り付ける。感光性ドライフィルム５０として、日立化成社製 アルカリ現像型ドライフィルム フォテック（登録商標）Ｈ−７０２５を用いた。
次に、図２（ｄ）に示す様に、素子実装領域４５をマスクするネガフィルム５１を真空引きして感光性ドライフィルム５０上に張り合わせ、紫外線Ｂによって露光し、素子実装領域４５をマスクする感光性ドライフィルム５０のみを硬化させる。次に、図２（ｅ）に示す様に、現像液により露光済の感光性ドライフィルム５０を現像し、素子実装領域４５上にマスキング５０´を形成する。現像液として、１％のアルカリ水溶液を用いた。
図２（ｄ）及び（ｅ）に示す工程では、感光性ドライフィルム５０を現像するというウエット処理によりマスキング５０´を形成した。しかしながら、ストリッパソルダーレジスト（ピールコート）のようなゴム系のインクをスクリーン印刷によって素子実装領域４５に塗布し、その後、熱硬化させてマスキング５０´を形成しても良い。
次に、図３（ａ）に示す様に、サンドブラストにより、粒子Ｃを高圧で吹き付け、マスキング５０´が形成された箇所以外の領域における接着層１１、反射層１２及び増反射層１３を除去し、アルミ基板１０の表面を粗面化して、粗面化領域４６を形成する。図３（ａ）に示す工程では、サンドブラストの代わりに、氷を使用したアイスブラストを用いることもできる。アイスブラストを利用すると、サンドブラストに比べて残渣が残り難く、より好ましい。
図３（ａ）に示す工程では、サンドブラスト（又はアイスブラスト）といった物理的な方法によって粗面化領域４６を形成したが、硫酸又は塩酸系のエッチング液を利用して化学的に粗面化領域４６を形成しても良い。なお、化学的に粗面化領域４６を形成する場合には、アルミ板１０´の両面に感光性ドライフィルム５０を貼り付けることが望ましい。さらに、物理的な方法に代わって、プラズマ処理により、電気的に粗面化領域４６を形成することも可能である。
次に、図３（ｂ）に示す様に、マスキング５０´をアルカリ水溶液で剥離除去する。
次に、図３（ｃ）に示す様に、接着シート１４を仮貼りしたプリント配線基板１８と、アルミ基板１０とを位置合わせして、粗面化領域４６に、所定の温度及び圧力下で張り合わせる。なお、張り合わせ前のプリント配線基板１８は、基台１５、電極１６−１、１６−２等及びレジスト１７から構成され、アルミ板１０´と同様の位置に同様の大きさのガイド穴が形成されている。次に、ＬＥＤ素子２０を、ダイボンド材２１を用いて、素子実装領域４５上に接着する。次に、金ワイヤ２２で、各ＬＥＤ素子２０間及びＬＥＤ素子２０と電極１６−１、１６−２とを接続する。
次に、図３（ｄ）に示す様に、シリコーン樹脂を、ディスペンサによって、素子実装領域４５の周囲に略円形に配置し、硬化させてダム材１９を形成する。ダム材１９の高さは、１００μｍ〜６００μｍが好ましい。次に、蛍光体樹脂３０を、ディスペンサによって、ダム材１９の内部に配置し、硬化させて、ＬＥＤ照明装置１を完成させる。なお、蛍光体樹脂３０の上から、透明シリコーン樹脂でモールドするようにしても良い。
図４は、他のＬＥＤ照明装置２の製造方法を説明するための図である。
最初に、図４（ａ）に示す様に、増反射処理を施していないアルミ基板１０を用意する。増反射処理を施していないアルミ基板１０として、住友軽金属社製 汎用アルミ合金 ５５０５２−０ １．２ｔを用いた。
次に、図４（ｂ）に示す様に、ドリルマシンで、所定のガイド穴４０をアルミ基板１０に設ける。
次に、図４（ｃ）に示す様に、素子実装領域４５に相当する領域にのみ、アルマイトによる接着層６１、Ａｇ蒸着膜による反射層６２、及び、ＳｉＯ2層及びＴｉＯ2層が（少なくとも各１層）積層された増反射層６３を成膜する。
次に、図４（ｄ）に示す様に、接着シート１４を仮貼りしたプリント配線基板１８と、アルミ基板１０とを位置合わせして、接着層６１、反射層６２及び増反射層６３が成膜されていない領域に、所定の温度及び圧力下で張り合わせる。なお、張り合わせ前のプリント配線基板１８は、基台１５、電極１６−１、１６−２等及びレジスト１７から構成され、アルミ板１０´と同様の位置に同様の大きさのガイド穴が形成されている。次に、ＬＥＤ素子２０を、ダイボンド材２１を用いて、素子実装領域４５上に接着する。次に、金ワイヤ２２で、各ＬＥＤ素子２０間及びＬＥＤ素子２０と電極１６−１、１６−２とを接続する。
次に、シリコーン樹脂を、ディスペンサによって、素子実装領域４５の周囲に略円形に配置し、硬化させてダム材１９を形成する。ダム材１９の高さは、１００μｍ〜６００μｍが好ましい。次に、蛍光体樹脂３０を、ディスペンサによって、ダム材１９の内部に配置し、硬化させて、ＬＥＤ照明装置２が完成する。なお、蛍光体樹脂３０の上から、透明シリコーン樹脂でモールドするようにしても良い。
図１〜図３に示したＬＥＤ照明装置１と、図４（ｄ）に示したＬＥＤ照明装置２との差異は、ＬＥＤ照明装置１が粗面化領域４６を有しているのに対して、ＬＥＤ照明装置２では粗面化領域４６は存在せず当初のアルミ基板１０の表面を有している点のみである。
ＬＥＤ照明装置２においても、プリント配線基板１８が、増反射処理が施された素子実装領域４５ではなく、アルミ基板１０の表面に接着シート１４により接着されているので、アルミ基板１０とプリント配線基板１８との貼り付け強度を強固にすることが可能となった。また、照明器具へＬＥＤ照明装置２を組み込む場合等にＬＥＤ照明装置２に与えられる熱履歴によって、アルミ基板１０からプリント配線基板１８が剥離することがなく、信頼性の高いパッケージを形成することが可能となった。
１、２ ＬＥＤ照明装置
１０ アルミ基板
１１、６１ 接着層
１２、６２ 反射層
１３、６３ 増反射層
１４ 接着シート
１８ プリント配線基板
１９ ダム材
２０ ＬＥＤ素子
３０ 蛍光樹脂
４０ ガイド穴
４５ 素子実装領域
４６ 粗面化領域

Claims (4)

  1. アルミ基板と、
    前記アルミ基板上に設けられた接着層、反射層、及び、増反射層と、
    前記増反射層上に接着されたＬＥＤ素子と、
    前記接着層、反射層、及び、増反射層が設けられた領域以外の領域で、前記アルミ基板の表面に形成された粗面化領域と、
    前記粗面化領域に接着されたプリント配線基板と、
    前記プリント配線基板と前記ＬＥＤ素子とを接続するワイヤと、
    前記ＬＥＤ素子の周囲に配置されたダム材と、
    前記ダム材の内側領域に配置された蛍光体樹脂と、
    を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
  2. 前記増反射層は、SiO2及びTiO2層を少なくとも１層ずつ含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
  3. 接着層、反射層、及び、増反射層が設けられたアルミ基板上にマスクを形成し、
    前記マスクが形成された領域以外から前記接着層、反射層、及び、増反射層を除去しつつ、前記アルミ基板の表面に粗面化領域を形成し、
    前記粗面化領域にプリント配線基板を接着し、
    前記マスクが除去された前記増反射層上にＬＥＤ素子を接着し、
    前記ＬＥＤ素子と前記プリント配線基板とをワイヤで接続し、
    前記ＬＥＤ素子の周囲に配置されたダム材の内側に蛍光体樹脂を配置する、
    工程を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置の製造方法。
  4. 前記増反射層は、SiO2及びTiO2層を少なくとも１層ずつ含む、請求項３に記載のＬＥＤ照明装置の製造方法。
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