JP6947986B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。
発光装置のパッケージ等にロット番号等をマーキングする方法として、レーザ光でマーキングする方法が知られている(例えば特許文献1)。
特開平04−092455号公報
パッケージが樹脂材料である場合、レーザ光でマーキングするとデブリが生成し易い。
本開示の実施形態は、以下の構成を含む。
同一面側に一対の電極を備えた発光素子と、前記一対の電極の表面の一部が露出するように前記発光素子を覆う被覆部材と、前記露出された電極及び前記被覆部材を覆う金属膜と、を備えた中間体を準備する工程と、
第1レーザ光を、前記被覆部材上の金属膜に照射し、照射された領域の前記金属膜及び被覆部材の一部を除去してマークを形成する工程と、
第2レーザ光を、前記マークの少なくとも一部と、前記マークの周囲の前記金属膜の少なくとも一部と、に照射し、照射された領域の前記金属膜を除去する工程と、
を有する、発光装置の製造方法。
本開示によれば、デブリの生成を抑制することができる。
実施形態に係る発光装置の概略下面図である。 図1AのIB−IB線における概略端面図である。 図1Aのマーク部分を拡大した一部拡大下面図である。 図1Cの1D−1D線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図2AのIIB−IIB線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図3AのIIIB−IIIB線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図4AのIVB−IVB線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図5AのVB−VB線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図6Aのマーク部分を拡大した一部拡大下面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図7AのVIIB−VIIB線における概略端面図である。 図7Bのマーク部分を拡大した一部拡大下面図である。 図7CのVIID−VIID線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 図8AのVIIIB−VIIIB線における概略端面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語)を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。また、また、被覆部材等の樹脂部材については、成形、固化、硬化、個片化の前後を問わず、同じ名称を用いて説明する。すなわち、成形前は液状であり、成形後に固体となり、更に、成形後の固体を分割して形状を変化させた小片の固体とする場合など、工程の段階によって状態が変化する部材について、同じ名称で説明する。
<発光装置の製造方法>
図1A及び図1Bは、本実施形態にかかる発光装置の製造方法で得られる発光装置100の概略図である。発光装置100は、発光素子10と、発光素子10を被覆する被覆部材20と、を備える。発光素子10は、半導体層11と素子基板12とを含む半導体積層体と、半導体積層体の同一面側(半導体層11側)に備えられる一対の電極13とを備えている。被覆部材20から露出された一対の電極13のそれぞれの下面は、金属膜50で被覆されている。さらに、被覆部材20は、電極13が露出されている側の面(第1面21)に、マーク20Mを備えている。ここでは、マーク20Mの一例として「12345678」の8つの数字を示している。
このような発光装置100は、以下の製造方法により得ることができる。
(1)同一面側に一対の電極13を備えた発光素子10と、一対の電極13の表面の一部が露出するように発光素子10を覆う被覆部材20と、露出された電極13及び被覆部材20を覆う金属膜50を備えた中間体100Aを準備する工程
(2)第1レーザ光を、金属膜50上に照射し、照射された領域の金属膜50及び被覆部材20の一部を除去してマーク20Mを形成する工程
(3)第2レーザ光を、マーク20Mの少なくとも一部と、マーク20Mの周囲の金属膜50の少なくとも一部と、に照射し、照射された領域の前記金属膜50を除去する工程
本実施形態による方法では、金属膜50に第1レーザ光を照射してマーク20Mを形成するため、樹脂を含む被覆部材20が飛散しにくい。そのため、デブリの発生を抑制することができる。
以下、本実施形態にかかる発光装置100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。この製造方法では、複数の発光装置100を同時に製造することができる。
(1)中間体を準備する工程
まず、図6A、6Bに示すような中間体100Aを準備する。ここでは、中間体100Aの一例として、発光素子10と、被覆部材20と、導光部材30と、透光性部材40と、金属膜50と、を備えた中間体100Aを準備する。また、複数の発光装置100の中間体を小片化する前の集合体を準備する。なお、1つの発光装置を得ることができる中間体を準備してもよい。また、導光部材30は省略することができる。さらに、透光性部材40も省略することができる。
このような中間体100Aは、購入等により準備してもよい。また、例えば以下の工程等を含む中間体100Aの製造工程の一部または全部を経ることで準備してもよい。図2A〜図6Bは、中間体100Aの製造工程の一例を示すものである。
まず、シート状の透光性部材40を準備する。ここでは、透光性部材40として、透光性の樹脂材料と、波長変換物質として蛍光体と、を含む透光性部材40を準備する。この透光性部材40は、発光装置100の光取り出し面を構成する部材である。
次に、図2A、2Bに示すように、透光性部材40上に、複数の導光部材30を配置する。この導光部材30は、透光性部材40と発光素子10とを接着する部材として機能するものである。そのため、この後の工程において導光部材30は変形可能な状態であり、例えば、液状(ペースト状)である。
複数の導光部材30は、例えば、液状の樹脂材料を、それぞれ分離した状態で複数配置する。導光部材30の配置方法としては、印刷、ポッティング、転写、スプレー等の方法を挙げることができる。尚、透光性部材40は、あらかじめ個片化されたもの(1つの発光装置100に配置される大きさの小片)として準備される場合は、各小片の透光性部材40のそれぞれに、導光部材30を形成する。
導光部材30は、平面視において、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形等とすることができる。図2Aに示す例では、導光部材30は平面視形状が円形である。平面視における導光部材の大きさは、例えば、発光素子10と同等か、それよりも大きくすることが好ましい。隣接する導光部材30の間隔は、発光装置100の大きさ等に応じて、適宜設定することができる。
次に、図3A、3Bに示すように、複数の導光部材30上に、それぞれ発光素子10を載置する。発光素子10は、半導体層11と素子基板12とを備えており、半導体層11側を上にして、つまり、半導体層11に設けられた一対の電極13を上にして載置する。このとき、液状の導光部材30は発光素子10の側面に這い上がる。換言すると、導光部材30は、発光素子10の側面の少なくとも一部を覆うように形成される。這い上がった導光部材30の外面は、断面視において上方向に傾斜した傾斜面となる。発光素子10を導光部材30上に載置した後、必要に応じて、発光素子10を上方向から押圧してもよい。発光素子10を導光部材30上に載置した後に、加熱等の工程を経ることで、導光部材30を硬化することができる。
図3Bに示す例では、発光素子10と透光性部材40との間に、導光部材30が配置されている。また、さらに発光素子10を上方向から押圧することで、発光素子10と透光性部材40との間に、導光部材30が配置されなくてもよい。つまり、発光素子10と透光性部材40とが接していてもよい。尚、図4B以降では、発光素子10と透光性部材40とが接している状態を例示している。
次に、図4A、4Bに示すように、透光性部材40の上面に被覆部材20を形成する。このとき、発光素子10及び導光部材30を埋設するようにして被覆部材20を形成する。ここでは、被覆部材20は発光素子10の電極13の上面も埋設するような高さで形成している。ただし、電極13の上面が露出するような高さで被覆部材20を形成してもよい。
被覆部材20を硬化させた後、図5A、5Bに示すように、発光素子10の電極13が露出するように、砥石を用いた研削やブラスト等の公知の加工方法により被覆部材20の一部を除去して厚さを薄くする。これにより、発光装置100の下面の一部となる被覆部材20の第1面21が形成される。この加工の際に、被覆部材20の第1面21に加工痕や汚れ等が付着する場合がある。このような加工痕や汚れ等についても、後述の金属膜50除去工程において除去することが可能である。また、上述のように電極13を埋設しないように被覆部材20を形成する場合は、この工程は省略することができる。
次に、図6A、6Bに示すように、被覆部材20及び電極13上に金属膜50を形成する。金属膜50の形成方法としては、例えばスパッタ法、めっき法、CVD法等が挙げられる。好ましくは、スパッタ法を用いる。
以上のようにして、中間体100Aを得ることができる。尚、中間体は、このような形状に限られるものではなく、種々の形状の中間体を用いることができる。
次に、金属膜50上に第1レーザ光を照射して、図7A〜図7Dに示すようなマーク2Mを形成する(レーザマーキング)。各マーク20Mは、第1レーザ光が照射された領域において金属膜50が除去され、かつ、その金属膜50の下の被覆部材20の一部が除去された凹部である。凹部の内壁は被覆部材20が露出している。
第1レーザ光を照射してマーク20Mを形成する際に、金属膜50と共に樹脂材料である被覆部材20の一部も除去される。そのため、デブリは発生する。ただし、非常に微細なデブリであるため、マーク20Mの認識性を低下させるようなものではない。これは、第1レーザ光が直接照射される被照射物が金属膜50であり、その金属膜50が熱により除去される際に、蒸散されるためである。
マーク20Mを形成する位置は、1つの発光装置となる領域であればよい。さらに、被覆部材20上の金属膜50であれば、任意に選択することができる。例えば、図7Aに示すように、1つの発光素子が備える一対の電極13の外側に、一連のマーク20Mを形成することができる。あるいは、1つの発光素子が備える一対の電極13の間にマーク20Mを形成してもよい。また、図7Aに示すように、1か所にまとまった一連のマーク20Mのほか、数か所にマーク20Mを形成してもよい。また、マーク20Mは、文字、数字、記号、又は、バーコード、QRコード(登録商標)などのコード化された形状とすることもできる。
第1レーザ光は、金属膜50及び被覆部材20の一部を除去し、認識可能なマーク20Mが形成可能な条件で照射される。例えば、第1レーザ光の主波長、出力(強度)、照射スポットの径、照射スポットの移動速度等を適切な設定とすることで、マーク20Mを形成することができる。
例えば、金属膜50がNi/RU/Auの積層構造であり、被覆部材20がシリコーンを母材とし、TiOを含む樹脂材料である場合を一例に挙げる。この場合、第1レーザ光として主波長が532nmである緑色レーザ光を用いることができる。第1レーザ光の出力は、1W〜4Wとすることが好ましく、好ましくは2W程度の出力のレーザ光を照射することが好ましい。第1レーザ光は、連続発振でもよく、パルス発振でもよい。第1レーザ光の照射スポット径は、例えば、15μm〜30μmとすることができる。照射スポットの移動速度は、例えば100mm/s〜1000mm/sとすることができる。このような第1レーザ光を出射可能なレーザ光源としては、YAGレーザ、YVOレーザ等の第2高調波が挙げられる。
次に、金属膜50上から、第2レーザ光を照射する。第2レーザ光は、第1レーザ光を照射して形成されたマーク20Mの少なくとも一部に照射する。好ましくは、第2レーザ光は、マーク20Mの全体に照射する。このようにマーク20Mの一部又は全部に第2レーザ光を照射することにより、マーク20Mである凹部内の被覆部材20の表面が変色し、図1Dに示すような変色部20Dが形成される。変色部20Dは、第2レーザ光を照射することにより、被覆部材20が加熱されることで変色した部分である。例えば、被覆部材20が、母材としてシリコーンを用い、その母材中に反射物質としてTiOを含む場合は、変色部20Dは、シリコーンとTiO及びこれらの変性物質を主成分としている。マーク20Mが変色部20Dを含むことで、被覆部材20との色差が大きくなり、より視認性を向上させることができる。
さらに、マーク20Mの周囲の金属膜50の少なくとも一部、詳細には、マーク20Mの周囲の被覆部材20上の金属膜50にも、第2レーザ光を照射する。被覆部材20上の金属膜50に第2レーザ光を照射することで、レーザアブレーションにより金属膜50が除去される。
金属膜50が一対の電極13間の被覆部材20上にも形成されている場合、第2レーザ光は、一対の電極13間の被覆部材20上の金属膜50にも照射する。詳細には、一対の電極13のそれぞれを被覆する金属膜50が、それぞれ電気的に離間するように、第2レーザ光を照射してレーザアブレーションにより金属膜50を除去する。これにより、一対の電極13のそれぞれを被覆し、電気的に離間された金属膜50を形成することができる。
第2レーザ光は、被覆部材20上の金属膜50の一部又は全部を除去することができる条件で照射する。その際に、新たにデブリを生成しないよう、第2レーザ光の主波長、出力(強度)、照射スポットの径、照射スポットの移動速度等は、この目的に合った適切な設定とすることができる。例えば、第2レーザ光の単位体積当たりのレーザエネルギーは、第1レーザ光の単位体積当たりのレーザエネルギーより小さくすることが好ましい。また、第2レーザ光は、金属膜50の反射率が低い、例えば90%以下である波長を選択することが好ましい。
また、第2レーザ光は、電極13上の金属膜50にも照射してもよい。さらには、第2レーザ光は、金属膜50の全体に照射してもよい。つまり、第2レーザ光は、被覆部材20の上の金属膜50の全体及び電極13の上の金属膜の全体に照射してもよい。このように、電極13上の金属膜50と被覆部材20上の金属膜50の両方に第2レーザ光を照射する場合は、第2レーザ光の条件を、電極13上の金属膜50がレーザアブレーションにより除去することはできない条件で照射することが好ましい。
また、電極13上及び被覆部材20上(第1面上)を連続して被覆する金属膜50を形成している場合、その金属膜50の全面に第2レーザ光を照射してもよい。その場合、第2レーザ光を、被覆部材20上の金属膜50ではレーザアブレーションが生じ、電極13上の金属膜50上ではレーザアブレーションが生じないような条件で第2レーザ光を照射する。
レーザアブレーションが生じるレーザ光の照射強度の閾値は、表面の放熱特性、固体の熱伝導特性等により異なっている。つまり、同じ強度及び条件でレーザ光を照射した場合であっても、ある固体の表面ではレーザアブレーションが生じ、他の固体の表面ではレーザアブレーションが生じないようにできる。このような現象を利用することで、金属膜50の全面に第2レーザ光を照射しても、被覆部材20上の金属膜50ではレーザアブレーションが生じ、電極13上の金属膜50上ではレーザアブレーションが生じないようにすることができる。
例えば、被覆部材20が、シリコーンを母材としTiOを含む樹脂材料であり、電極13がCuであり、金属膜50の最表面がAuである場合は、第2レーザ光は、主波長が1064nmのレーザ光よりも、より短い主波長のレーザ光を用いることが好ましい。これにより、被覆部材20上のアブレーションを効率よく発生させ、量産性を向上させることができる。
第2レーザ光は、連続発振でもよく、パルス発振でもよい。第2レーザ光の出力は、1W〜4Wとすることが好ましく、さらに2W程度とすることが好ましい。第2レーザ光の照射スポット径は、例えば、20μm〜100μmとすることができる。照射スポットの移動速度は、例えば500mm/s〜3000mm/sとすることができる。このような第2レーザ光を出射可能なレーザ光源としては、YAGレーザ、YVOレーザ等の第2高調波が挙げられる。
次に、図8A、8Bに示すように、隣接する発光素子10の中間を通る破線X、破線X、破線X及び破線Xに沿って、被覆部材20と透光性部材40をダイシングソー等の切断刃等で切断する。これにより、個片化された複数の発光装置100を得ることができる。
以下に、発光装置100の各構成部材について説明する。
(発光素子)
発光素子としては、例えば発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、例えば、素子基板と、その上に形成された半導体層と、を含む半導体積層体とすることができる。発光素子は、平面視において三角形、四角形、六角形等の多角形とすることができる。大きさは、例えば、平面視において1辺が100μm〜3000μm程度とすることができる。具体的には、一辺が600μm程度、1400μm程度、1700μm程度の正方形とすることができる。また、発光素子10は、平面視で長辺と短辺を有する長方形であってもよい。例えば、1100μm×200μmの大きさとすることができる。
半導体積層体の素子基板としては、例えば、透光性を有するサファイア(Al)のような絶縁性材料や、窒化物系半導体のような半導体材料を用いることができる。
半導体積層体は、複数の半導体層を含む。半導体層としては、第1導電型半導体層(例えばn型半導体層)、発光層(活性層)及び第2導電型半導体層(例えばp型半導体層)の3つの半導体層を含むことができる。半導体層には、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、InAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料(例えばInN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を用いることができる。
発光素子の電極としては、電気良導体を用いることができ、例えばCu、Ag、Ni等の金属が好適である。
(金属膜)
金属膜は、電極の表面の腐食や酸化防止可能な膜である。金属膜の材料としては、電極よりも耐腐食性や耐酸化性に優れたものを選択する。例えば、金属膜の最表面の層はAu、Pt等の貴金属が好ましい。また、金属膜が発光装置のはんだ付けされる面を被覆するものである場合には、最表面にはんだ付け性の良好なAuを用いることが好ましい。
金属膜は単一の材料の一層のみで構成されてもよく、異なる材料の層が積層されて構成されていてもよい。積層構造の例としては、Ni/Au、Ti/Au,Ni/Pt/Au等が挙げられる。NiやTi等の層を電極と最表面の層との間に設けることにより、最表面の層の密着性を高めることができる。また、Pt等の拡散防止層を電極と最表面の層との間に設けることにより、はんだ付けに用いられる、はんだに含まれるSnが電極や電極に近い層に拡散することを低減できる。
電極が、被覆部材から突出していている場合には、金属膜はその突出した電極の側面も覆う。これにより、電極の側面における劣化を低減することができる。
金属膜の厚みは、種々選択することができる。例えば、被覆部材上の金属膜はレーザアブレーションが生じ、電極上の金属膜はレーザアブレーションが生じないような、選択的なレーザアブレーションを行うには、金属膜の厚みは、例えば1μm以下であることが好ましく、1000Å以下がより好ましい。なお、金属膜の厚みとは、金属膜が複数の層が積層されて構成されている場合には、該複数の層の合計の厚みを指す。
(被覆部材)
被覆部材は、発光素子の側面や電極形成面を被覆する部材である。被覆部材としては、樹脂材料が好ましい。
被覆部材は、発光素子からの光を遮光する部材が好ましく、より好ましくは、発光素子からの光を反射する部材が好ましい。光反射性物質としては、例えば、TiO、SiO、Al等を挙げることができる。
被覆部材に使用できる樹脂材料としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましい。被覆部材の熱伝導率は、電極の熱伝導率の1/500以下であることが好ましい。これにより効率よくデブリを除去することができる。
被覆部材は、光反射性とすることができる。光反射性の被覆部材は、発光素子からの光に対する反射率が大きく、例えば、70%以上の反射率を備えるものが好ましい。
光反射性の被覆部材としては、例えば透光性樹脂に、光反射性物質を分散させたものが使用できる。光反射性物質としては、例えば、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどが好適である。光反射性物質は、例えば、30wt%〜70wt%含有することができる。光反射性物質は、粒状、繊維状、薄板片状などが利用できる。特に、繊維状の光反射性物質は被覆部材の熱膨張率を低下させることができる。
例えば、母材としてシリコーン樹脂を用い、光反射性物質として酸化チタンを60wt%含有する被覆部材の場合、熱伝導率は、約0.3W/(m・K)である。
(透光性部材)
透光性部材は、発光素子の発光面側に配置される透光性の部材であり、発光装置100の発光面となる。透光性部材は、発光素子からの光に励起されて異なる波長の光に変換する蛍光体や、各種のフィラー等を含有させてもよい。透光性部材は、透光性樹脂、ガラス等を使用することができる。特に、透光性樹脂が好ましく、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。
蛍光体としては、例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(Ce:YAG);セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(Ce:LAG);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系蛍光体(CaO−Al−SiO);ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)SiO);βサイアロン蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体;KSF系蛍光体(KSiF:Mn);硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置100(例えば白色系の発光装置100)とすることができる。
100…発光装置
100A…発光装置の中間体
10…発光素子
11…半導体層
12…素子基板
13…電極
20…被覆部材
21…被覆部材の第1面
20M…マーク
20D…変色部
30…導光部材
40…透光性部材
50…金属膜

Claims (6)

  1. 同一面側に一対の電極を備えた発光素子と、前記一対の電極の下面の一部が露出するように前記発光素子を覆う光反射性の樹脂材料からなる被覆部材と、露出された前記一対の電極の下面及び前記被覆部材を覆う金属膜と、を備えた中間体を準備する工程と、
    第1レーザ光を、前記被覆部材上の前記金属膜に照射し、照射された領域の前記金属膜及び前記被覆部材の一部を除去してマークを形成する工程と、
    第2レーザ光を、前記マークの少なくとも一部と、前記マークの周囲の前記金属膜の少なくとも一部と、に照射し、照射された領域の前記金属膜を除去する工程と、
    を有する、発光装置の製造方法。
  2. 前記第2レーザ光は、前記マークの全体に照射する、請求項1に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記第2レーザ光は、前記金属膜の全体に照射する、請求項1又は請求項2に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記電極はCuを含み、前記金属膜はNi及びAuを含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記被覆部材の熱伝導率は、前記電極の熱伝導率の1/500以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記第2レーザ光の単位体積当たりのレーザエネルギーは、前記第1レーザ光の単位体積当たりのレーザエネルギーより小さい、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
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