JPWO2011151998A1 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
発光装置10は、発光素子11と、発光素子11を収容するパッケージ13と、発光素子11を封止する封止材14とを備えている。パッケージ13は、発光素子11を保持する基部13B及び発光素子11を囲むように基部13Bから上方に起立して設けられた枠部13Aを有している。封止材14は、枠部13Aに囲まれた領域に埋め込まれている。枠部13Aは、その上端面132aから上方に突出し、発光素子11を囲むように設けられた突片壁15を有している。
Description
本開示は、発光装置及びその製造方法に関し、特に、発光素子を封止するパッケージを有する発光装置に関する。
発光装置には、発光素子や、発光素子に接続されたワイヤを保護するためだけでなく、発光素子からの光を収束させたり広げたりするためのレンズ部を形成するために、樹脂による樹脂封止部が設けられている。
このような樹脂封止部が設けられた発光装置を製造する方法として、例えば次のようなものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。チップ状の半導体発光素子等を発光体収容部材に収容し、配線等を接続した後、発光体収容部材内に液状の封止樹脂材料を充填する。充填された封止樹脂材料の上に、予め成形型により成形した集光面となる凸面を有するレンズを、凸面を封止樹脂材料側に向けて載せる。封止樹脂材料を加熱等によって硬化させることにより、樹脂封止部の上にレンズが接合された発光装置を実現できる。
しかしながら、従来の発光装置では、予めレンズを成形型により成形しておき、樹脂封止した後に接合するため、余分な工程が必要である。封止樹脂を収容部に充填する際に、表面が凸面となるように充填できれば、レンズを封止樹脂と一体に成形することができる。
樹脂封止部を成形する一般的な方法としては、トランスファー成型法又はスクリーン印刷法等が用いられる。一方、カップ状に形成された反射体又は箱状に形成された筐体等により形成された収容部内に発光素子を配置する場合には、ポッティング法による液状樹脂の充填がよく用いられる。液状樹脂を注入するポッティング法の場合には、滴下する液状樹脂の量にばらつきが生じやすい。表面張力を期待して、樹脂封止部の表面が凸面又は凹面となるように液状樹脂を滴下すると、滴下量のばらつきにより液状樹脂が収容部の外側へ溢れることがある。液状樹脂が溢れると、収容部の外側に設けられた電極等に封止樹脂が付着して接点不良を発生させるおそれがあり、信頼性を損なう原因となる。
本開示は、発光素子を封止するための封止材をポッティング法により充填する場合にも収容部から封止材が溢れ出しにくく信頼性が高い発光装置及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本開示の発光装置は、発光素子を囲む枠部と、枠部に囲まれた領域に充填された封止材とを備え、枠部の上端面には、その上方に突出した突片壁が設けられている構成とする。
具体的に、例示の発光装置は、発光素子と、発光素子を収容するパッケージと、発光素子を封止する第1の封止材とを備え、パッケージは、発光素子を保持する基部及び発光素子を囲むように基部から上方に起立して設けられた枠部を有し、第1の封止材は、枠部に囲まれた領域に埋め込まれ、枠部は、その上端面から上方に突出し、発光素子を囲むように設けられた第1の突片壁を有している。
例示の発光装置は、枠部の上端面に突片壁が設けられているため、封止材の溢れ出しを抑え、信頼性が高い発光装置を実現できる。
例示の発光装置において、第1の突片壁は、枠部の外壁面を延長するように形成されていてもよい。
例示の発光装置において、第1の突片壁は、樹脂からなる枠部を成形する際にできたバリとすればよい。
例示の発光装置において、枠部の上端面は、枠部の内壁面と外壁面とを結ぶ方向の中央部の高さが、両端部の高さと異なる曲面状としてもよい。
例示の発光装置において、第1の封止材は、上面が凸レンズ状に形成されていてもよい。
例示の発光装置は、パッケージと一体に形成されたリードフレームをさらに備え、発光素子は、リードフレームのダイパッド部の主面上に固定されていてもよい。
例示の発光装置は、発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが枠部よりも低く、両端部が枠部の内壁面と接する反射板と、反射板及び枠部の内壁面に囲まれた領域に充填された第2の封止部とをさらに備え、反射板は、その上端面から上方に突出した第2の突片壁を有し、第2の封止部は蛍光体を含んでいてもよい。
例示の発光装置の製造方法は、基部と枠部との間にリードフレームが埋め込まれたパッケージを形成する工程(a)と、リードフレームのダイパッド部に発光素子を固定する工程(b)と、工程(b)よりも後に、枠部に囲まれた領域に第1の封止材を充填する工程(c)とを備え、工程(a)では、枠部の外壁面を形成する第1の成形面、枠部の内壁面を形成する第2の成型面及び枠部の上端面を形成する第3の成型面に囲まれた第1の空間を第1の金型及び第2の金型の組み合わせにより形成し、第1の空間に樹脂を充填し、第1の金型と第2の金型との第1のパーティングラインは、枠部の上端面に沿って位置し、第1のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、枠部の上端面から上方に突出する第1の突片壁を形成する。
例示の発光装置の製造方法において、工程(a)では、発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが枠部よりも低く、両端部が枠部の内壁面と接する反射板を枠部と共に形成し、工程(c)では、反射板及び枠部の内壁面に囲まれた領域に蛍光体を含む第2の封止材を充填した後、第1の封止材を充填し、第2の金型は、第1の部分及び第2の部分の組み合わせにより反射板を形成する空間を形成し、第1の部分と第2の部分との第2のパーティングラインは、反射板の上端面に沿って位置し、第2のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、反射板の上端面から上方に突出する第2の突片壁を形成してもよい。
本開示の発光装置は、突片壁により、封止材の溢れ出しを堰き止めることができるので、封止材が溢れ出しにくく信頼性が高い発光装置を実現できる。
(第1の実施形態)
図1及び図2に示すように、第1の実施形態に係る発光装置10は、サイドビュータイプのLEDである。発光装置10は、発光素子11と、リードフレーム12と、パッケージ13と、封止材14とを備えている。
図1及び図2に示すように、第1の実施形態に係る発光装置10は、サイドビュータイプのLEDである。発光装置10は、発光素子11と、リードフレーム12と、パッケージ13と、封止材14とを備えている。
本実施形態では、発光装置10の高さ(リードフレーム12の下端からパッケージ13の上端まで)が約2mmであり、幅(パッケージ13の幅)が約3mm、厚み(パッケージ13の厚み)が約1mmに形成されている。
発光素子11は、例えば、平面視において長方形状に形成された点光源として機能する発光ダイオードである。発光素子11は、絶縁性基板の上に順次積層されたn型半導体層、発光層及びp型半導体層を有し、p型半導体層の上にp側電極が形成され、エッチングにより露出させたn型半導体層の露出部分の上にn側電極が形成された構成とすればよい。発光素子11は、n側電極及びp側電極を上方にして、基板がリードフレーム12にダイボンドされている。
リードフレーム12は、ニッケル又は金等のめっき層を積層してパターニングした銅合金板とすればよい。リードフレーム12は、アノードフレーム121とカソードフレーム122との2つから形成されている。アノードフレーム121には、発光素子11からのワイヤがボンディングされる第1ワイヤボンド部1211が形成されている。カソードフレーム122には、発光素子11が搭載されるダイボンド部1221と共に、発光素子11からのワイヤがボンディングされる第2ワイヤボンド部1222が形成されている。ダイボンド部1221の第1の面の上に発光素子11が固定されている。
パッケージ13は、リードフレーム12を埋め込むように一体的に形成されている。パッケージ13は、リードフレーム12を発光素子11が固定された第1の面と反対側の第2の面側から保持する基部13Bと、発光素子11を囲むように基部13Bから上方に起立して設けられた枠部13Aとを有している。
アノードフレーム121及びカソードフレーム122の端部はそれぞれ、枠部13Aの外壁面よりも外側に突出している。アノードフレーム121及びカソードフレーム122のパッケージ13から突出した部分はそれぞれ、基部13Bの側へ曲折している。アノードフレーム121及びカソードフレーム122の基部13Bの側へ曲折した部分はそれぞれ、T字状となっている。T字状の部分は、基部13Bの側面に沿って、端部の一方がパッケージ13の長辺方向へ周り込み、他方がパッケージ13の短辺方向の中央部に達している。
パッケージ13における枠部13Aにより囲まれた凹部(収容部)131には、樹脂等からなる封止材14が充填されている。封止材14は、熱硬化性又は熱可塑性の液状樹脂をポッティング法により凹部131に充填した後、熱硬化させて形成すればよい。液状樹脂は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂又はフッ素系樹脂等を用いればよい。また、封止材14に、発光素子11からの光に励起されて発光する蛍光体を含有させてもよい。例えば、発光素子11が青色発光ダイオードの場合に、青色光を吸収して励起され、補色となる黄色光を発光する蛍光体とすれば、青色光と黄色光とが混色され白色光を得ることができる。
枠部13Aの上端面132aには、上端面132aから上方へ突出した突片壁15(図1においては図示せず)が形成されている。突片壁15は5μm〜20μm程度の高さを有しており、図2においては枠部13Aの外縁に沿って形成されている。突片壁15は、パッケージ13を成形する際にできるバリにより形成すればよい。
突片壁15を形成する方法について図3を用いて説明する。図3に示すように、パッケージ13は、リードフレーム12を挟んで組み合わせた第1の金型(下型)21、第2の金型(コアピン)22及び第3の金型(上型)23を用いて形成する。第1の金型21は、枠部13Aの外壁面132bを成形するための成形面S1を有する。第2の金型22は、枠部13Aの内壁面132cを成形するための成形面S2、上端面132aを成形するための成形面S3を有する。第3の金型23は、基部13Bの外壁面を成形するための成形面S5を有する。第3の金型23には、液状樹脂を充填するための注入口23aが設けられている。
このように組み合わされた第1〜第3の金型21〜23をリードフレーム12を挟んで型締めして注入口23aからキャビティー内に液状樹脂を充填した後、充填した液状樹脂を硬化させて第1〜第3の金型21〜23を離型すると、パッケージ13が成形される。成型面S1〜S3に囲まれた空間C1に充填された樹脂により枠部13Aが形成される。
第1の金型21の成形面S1は平面に形成されており、当接面T1と一体となっている。当接面T1には、第3の金型23の当接面T2が当接しており、当接面T1と当接面T2とは、金型同士の合わせ面であるパーティング面となる。従って、パーティングラインは、枠部13Aの上端面132aの外縁に沿って位置する。キャビティー内に液状樹脂を充填すると、第1の金型21の当接面T1と第3の金型23の当接面T2との隙間Aに樹脂が侵入し、パーティングラインの位置にバリが生じる。隙間A1を調整することによりバリの高さ及び厚さ等を制御することにより、枠部13Aの上端面132aの外端部に突片壁15を形成することができる。
次に、封止材14の形成について説明する。図2に示すように、第1〜第3の金型21〜23を用いてリードフレーム12と一体的にパッケージ13を成形した後、発光素子11をダイボンド部1221へ搭載し、発光素子11から第1ワイヤボンド部1211及び第2ワイヤボンド部1222へそれぞれワイヤを接続する。この後、封止材14となる液状樹脂をポッティング法により凹部131へ充填する。
液状樹脂を凹部131へ充填する際には、通常は封止材14の上面が凹面となるように、界面張力を期待して縁部が枠部13Aの上端に達するように液状樹脂の量を調整する。しかし、液状樹脂の滴下量のばらつきが大きいため、枠部13Aの上端面132aを乗り越えて、液状樹脂が凹部131の外側へ溢れ出すおそれがある。本実施形態の半導体装置は、枠部13Aの上端面132aに突片壁15を有している。このため、上端面132aを伝わって流れる液状樹脂を、上端面132aから上方に突出した突片壁15により阻止することができ、液状樹脂の溢れ出しを防ぐことが可能となる。特に、封止材14の上面を凸レンズ状とする場合には、液状樹脂の量を多くしなければならないため、突片壁15を設けることの効果が大きい。
図4に示すように、枠部13Aの上端面132aを内壁面132cと外壁面132bとを結ぶ方向の中央部が両端部よりも低い凹状の曲面とすれば、上端面132a上を液状樹脂Rが流動する距離を、平坦面より長くすることができる。このようにすれば、上端面132aが平坦面である場合よりも液状樹脂Rが突片壁15へ達しにくくなり、液状樹脂Rをより溢れにくくすることができる。
なお、本実施形態では、樹脂の収縮を利用して上端面132aを凹状としているが、第3の金型23の成形面S3を凸状とすることにより、上端面132aを凹状としてもよい。また、第3の金型23の成形面S3を凹状とし、上端面132aを凸状の曲面としてもよい。この場合にも、封止材である液状樹脂Rをより溢れにくくすることができる。
突片壁15を、枠部13Aの外端部に形成する例を示したが、内端部に形成してもよい。突片壁15を内端部に形成する場合には、例えば、図5に示すように、第1の金型21に枠部13Aの上端面132aを形成する成型面S3を設け、内壁面132cを形成する成型面S2側において第1の金型21の当接面T1と第2の金型22の当接面T2とが、当接するようにすればよい。つまり、第1の金型21と第2の金型22とのパーティングラインが上端面132aの内端に沿うようにすればよい。また、第1の金型21の当接面T1と第2の金型22の当接面T2とが、枠部13Aの上端面132aを形成する成形面S3の中間において当接するようにし、パーティングラインを上端面132aの中央部に設ければ、上端面132aの中央部に突片壁15を設けることができる。
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に係る発光装置を示している。第2の実施形態の発光装置10Aは反射板16を有している点で第1の実施形態の発光装置10と異なっている。
図6は、第2の実施形態に係る発光装置を示している。第2の実施形態の発光装置10Aは反射板16を有している点で第1の実施形態の発光装置10と異なっている。
図5に示すように、反射板16は互いに対向するように発光素子11の両側方にカソードフレーム122の第1の面から起立して設けられている。反射板16の高さは枠部13Aよりも低く、反射板16の側端部は枠部13Aの内壁面と接している。反射板16と枠部13Aとに囲まれた凹部161には、蛍光体を含有する封止樹脂からなる封止材17が充填されている。枠部13Aに囲まれた凹部には、封止材17を覆うように、透明な封止樹脂からなる封止材14が充填されている。
反射板16を設け、反射板16に囲まれた凹部161にのみ蛍光体を含有する封止樹脂を充填することにより、発光素子の発光光の波長を変換すると共に、直上方向に出射することができる。このため、拡散光としてではなく、点光源として使用することが可能となる。しかし、凹部161の外側へ蛍光体を含有する液状樹脂が流れ出すと、凹部161の外側に溢れた蛍光体が透明樹脂等による反射光により励起され、意図しない所において光の変換が生じるため、色ムラが発生するおそれがある。また、凹部161の外側に溢れた封止材17は剥離を起こす可能性があり、封止材14の剥離を誘発するおそれがある。さらに、第1ワイヤボンド部1211及び第2ワイヤボンド部1222に液状樹脂が付着し、発光装置の信頼性が低下するおそれがある。
しかし、本実施形態においては、反射板16の上端面16aの上には、反射板16の外壁に沿って上方に突出した突片壁18が形成されている。2つの反射板16の上端面16aのそれぞれに、突片壁18が互いに対向して設けられているため、封止材17を形成する際に、蛍光体を含有する封止樹脂が凹部161から溢れ出すことを防ぐことができ、発光装置の発光特性及び信頼性を向上させることができる。
反射板16及び突片壁18を形成する方法について図7を用いて説明する。図6に示すように反射板16及びパッケージ13は、リードフレーム12を挟んで組み合わせた第1の金型(下型)21、第2の金型(コアピン)24及び第3の金型(上型)23を用いて形成する。第1の金型21及び第2の金型24により第1の実施形態と同様に突片壁15を有する枠部13Aが形成される。また、本実施形態においては、第2の金型24が、一対の外側コアピン24aと、外側コアピン24aに挟まれた中央コアピン24bとにより構成されている。外側コアピン24aと中央コアピン24bとにより、反射板16を形成するための空間(キャビティー)C2が形成されている。外側コアピン24aと中央コアピン24bとのパーティングラインが反射板16の上端面16aの上に位置するようにすれば、枠部13Aの突片壁15と同様の突片壁18を反射板16の上端面16aに形成することができる。図6においては、パーティングラインの位置が反射板16の上端面16aの外端となっているが、パーティングラインの位置を、反射板16の上端面16aの内端又は中央部としてもよい。
反射板16と枠部13Aとにより形成された凹部161内にポッティング法により蛍光体を含有した液状樹脂を充填する。液状樹脂の充填量が過剰となると、凹部161に充填した液状樹脂が、反射板16の上端面16aを乗り越えて液状樹脂が凹部161の外側に溢れ出すおそれがある。しかし、本実施形態においては液状樹脂の充填量がばらついても、反射板16の上端面16aを超えて外側へ流れ出ようとする液状樹脂を突片壁18により堰き止めることができる。
凹部161に蛍光体を有する封止材17を充填し硬化させた後、透明な封止材14を凹部131に充填すれば、封止材17と封止材14とが混合することがない。また、封止材14は、封止材17と異なる蛍光体を含んでいてもよい。
凹部161に蛍光体を含有する液状樹脂を充填する例を説明したが、発光素子11の出射光をそのまま利用する場合には、蛍光体を含まない液状樹脂を充填してもよい。
本実施形態は突片壁18を上端面16aの外端部に形成する例を示したが、内端部に形成してもよい。また、中央部に形成してもよい。また、突片壁15についても、枠部13Aの内端部又は中央部に形成してもよい。
第1の実施形態及び第2の実施形態において、液状樹脂を充填する例を示したが、液状の無機系材料を充填してもよい。
本開示の発光装置は、発光素子を封止するための封止材をポッティング法により充填する場合にも収容部から封止材が溢れ出しにくく信頼性が高い発光装置及びその製造方法を実現でき、発光素子がパッケージ内に封止された発光装置及びその製造方法等として有用である。
10 発光装置
10A 発光装置
11 発光素子
12 リードフレーム
13 パッケージ
13A 枠部
13B 基部
14 封止材
15 突片壁
16 反射板
16a 上端面
17 封止材
18 突片壁
21 第1の金型
22 第2の金型
23 第3の金型
23a 注入口
24 第2の金型
24a 外側コアピン
24b 中央コアピン
121 アノードフレーム
122 カソードフレーム
131 凹部
132a 上端面
132b 外壁面
132c 内壁面
161 凹部
1211 第1ワイヤボンド部
1221 ダイボンド部
1222 第2ワイヤボンド部
10A 発光装置
11 発光素子
12 リードフレーム
13 パッケージ
13A 枠部
13B 基部
14 封止材
15 突片壁
16 反射板
16a 上端面
17 封止材
18 突片壁
21 第1の金型
22 第2の金型
23 第3の金型
23a 注入口
24 第2の金型
24a 外側コアピン
24b 中央コアピン
121 アノードフレーム
122 カソードフレーム
131 凹部
132a 上端面
132b 外壁面
132c 内壁面
161 凹部
1211 第1ワイヤボンド部
1221 ダイボンド部
1222 第2ワイヤボンド部
Claims (9)
- 発光素子と、
前記発光素子を収容するパッケージと、
前記発光素子を封止する第1の封止材とを備え、
前記パッケージは、前記発光素子を保持する基部及び前記発光素子を囲むように前記基部から上方に起立して設けられた枠部を有し、
前記第1の封止材は、前記枠部に囲まれた領域に埋め込まれ、
前記枠部は、その上端面から上方に突出し、前記発光素子を囲むように設けられた第1の突片壁を有している発光装置。 - 前記第1の突片壁は、前記枠部の外壁面を延長するように形成されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1の突片壁は、樹脂からなる前記枠部を成形する際にできたバリである請求項1に記載の発光装置。
- 前記枠部の上端面は、前記枠部の内壁面と外壁面とを結ぶ方向の中央部の高さが、両端部の高さと異なる曲面状である請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1の封止材は、上面が凸レンズ状に形成されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記パッケージと一体に形成されたリードフレームをさらに備え、
前記発光素子は、前記リードフレームのダイパッド部の主面上に固定されている請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、前記ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが前記枠部よりも低く、両端部が前記枠部の内壁面と接する反射板と、
前記反射板及び前記枠部の内壁面に囲まれた領域に充填された第2の封止部とをさらに備え、
前記反射板は、その上端面から上方に突出した第2の突片壁を有し、
前記第2の封止部は蛍光体を含む請求項6に記載の発光装置。 - 基部と枠部との間にリードフレームが埋め込まれたパッケージを形成する工程(a)と、
前記リードフレームのダイパッド部に発光素子を固定する工程(b)と、
前記工程(b)よりも後に、前記枠部に囲まれた領域に第1の封止材を充填する工程(c)とを備え、
前記工程(a)では、前記枠部の外壁面を形成する第1の成形面、前記枠部の内壁面を形成する第2の成型面及び前記枠部の上端面を形成する第3の成型面に囲まれた第1の空間を第1の金型及び第2の金型の組み合わせにより形成し、前記第1の空間に樹脂を充填し、
前記第1の金型と前記第2の金型との第1のパーティングラインは、前記枠部の上端面に沿って位置し、
前記第1のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、前記枠部の上端面から上方に突出する第1の突片壁を形成する発光装置の製造方法。 - 前記工程(a)では、前記発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、前記ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが前記枠部よりも低く、両端部が前記枠部の内壁面と接する反射板を前記枠部と共に形成し、
前記工程(c)では、前記反射板及び前記枠部の内壁面に囲まれた領域に蛍光体を含む第2の封止材を充填した後、前記第1の封止材を充填し、
前記第2の金型は、第1の部分及び第2の部分の組み合わせにより前記反射板を形成する空間を形成し、前記第1の部分と前記第2の部分との第2のパーティングラインは、前記反射板の上端面に沿って位置し、
前記第2のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、前記反射板の上端面から上方に突出する第2の突片壁を形成する請求項8に記載の発光装置の製造方法。
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