CN103477457A - 带透镜的光半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种带透镜的光半导体装置，其特征在于具备：光半导体装置，其具备安装在基板上的至少一个光半导体元件及密封光半导体元件的透明树脂密封体；树脂透镜，其具备用于收容透明树脂密封体的凹部；以及透明树脂层，其被填充在基板与凹部与透明树脂密封体之间，其中，凹部的容积为光半导体元件与所述透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。

Description

带透镜的光半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及具备树脂透镜的光半导体装置。详细地，涉及使具备树脂透镜的光半导体装置的配光精度提高的技术。
背景技术
近年来，使用了发光二极管（LED）的LED装置的用途扩大。具体地，例如在一般室内照明器具、车内灯之类的聚光灯、薄型电视机和信息终端设备的背光源、汽车的尾灯、路灯、交通信号器等中被采用。
一般的LED装置具备用于保护安装在基座（sub-mount）基板上的LED元件（也称为LED芯片）的透明树脂密封体。如图19所示，已知用于密封安装在基座基板2上的LED元件1的、被成形为半球状的透明树脂密封体3（例如下述专利文献1）。通过这样将透明树脂密封体成形为半球状的透镜形状，在LED装置中，LED元件的发光的外部取出效率得到提高、或者配光图案得到控制。例如在图19的LED装置110中，设置在LED元件1的底面上的电极1a被管芯焊接到形成在基座基板2上的电路电极2a上，设置在上表面的电极1b通过金线w而被引线接合到电路电极2b上。这样将LED元件1安装在基座基板2上。而且，所安装的LED元件1被成形为半球状的透明树脂密封体3密封。LED装置110通过设置在基座基板2上的、与外部进行电连接的电极端子1c、1d而被安装在印刷配线基板上。
参照图20～图21对这种LED装置的一般的制造方法进行说明。
图20是说明以覆盖安装在集合基底基板12上的多个LED元件1中的每一个的方式将半球状的透明树脂密封体3包封（over-molding）成形的工序的示意性剖视图。首先，如图20的（a）所示，将安装有LED元件1的集合基底基板12固定在包封成形用的模具21的上模21a中。此外，向设置在模具21的下模21b中的多个透镜形状的空腔中，使用分配器D来注液未固化的液状树脂105’。在量产工序中，有时也在一片集合基底基板12上安装例如100个以上的LED元件1。
此后，如图20的（b）所示，将模具21合模，通过加热而使液状树脂105’固化。此后，如图20的（c）所示，将模具21开模。此后，如图20的（d）所示，通过从上模21a将集合基底基板12拆下，得到形成在集合基底基板12上的、具备半球状的透明树脂密封体3的许多个LED装置110。
接着说明用切割锯S将如上述那样得到的具备许多个LED装置110的集合基底基板12切断、将各LED装置110单个化的工序。图21是该工序的示意性说明图。在该工序中，如图21所示，通过用切割锯S沿预先设置的棋盘格状的切割线L将集合基底基板12切断，从而将各LED装置110单个化。这样，通过多件同时加工来量产具备作为透镜的半球状的透明树脂密封体3的LED装置110。
但是，根据上述那样的具备包封成形工序的LED装置的制造方法，有配置透明树脂密封体的位置相对于LED元件的中心的位置偏离的问题。参照图22来详细说明该问题。
在集合基底基板12上预先形成有切割线L。通过沿切割线L将集合基底基板12切断，将各基座基板2单个化。LED元件1准确地配置在各基座基板2的规定的位置上。具体地，例如设计成LED元件1及覆盖LED元件1的透明树脂密封体3准确地位于由切割线L围成的四边形的中心。在这样设计的情况下，需要以透明树脂密封体3的中心与LED元件1的中心一致的方式来形成透明树脂密封体3。但是，在包封成形时，由于集合基底基板的线膨胀系数的影响，在远离集合基底基板12的中央的区域，有时透明树脂密封体3会从所设计的位置偏离而成形。而且，这样在LED元件1的中心与透明树脂密封体3的中心被偏离地配置的情况下，产生了得不到按设计那样的配光特性的问题。具体地，例如，即使在如图23A的箭头所示、以来自LED元件1的发光会聚到焦点的方式进行了光学设计的情况下，如图23B的箭头所示，也有来自LED元件1的发光不会聚到焦点、从作为目的的配光偏离的问题。
这种配光的偏差被认为是由于由包封成形用模具的基底材质的线膨胀系数与集合基底基板12的基板材质的线膨胀系数之差所引起的成形时的加热及加热后的冷却时的尺寸变化之差、将集合基底基板设置在模具中时的对位的偏差、或集合基底基板上的LED元件的间距与透镜成形模具的透镜部的间距的精度之差等而产生的。因而，在将形成有半球状的透明树脂密封体的这种集合基底基板沿切割线切断的情况下，切割线与LED元件的位置一定，但有时透明树脂密封体从切割线间的中心偏离地配置，因此产生了在单个化的各LED装置间配光产生偏差的问题。
如果是用作一般照明器具之类的用途，则这种配光的紊乱的影响小。但是，在要求高精度的配光特性的用途中，产生了不充分满足要求特性的问题。
作为提高透镜相对于LED元件的配置精度的技术，例如，下述专利文献2公开了如下技术：在用扁平的透明树脂密封体密封了LED元件之后，分体地将透镜对位并接合，由此将LED元件与透镜的中心的位置准确地对准。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-519757号公报
专利文献2：日本特开2003-8065号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供一种高精度地控制配光的带透镜的光半导体装置、及有效地制造配光的偏差小的带透镜的光半导体装置的方法。
用于解决课题的手段
本发明的一个方案为带透镜的光半导体装置，具备：光半导体装置，其具备安装在基板上的至少一个光半导体元件（也称为光半导体芯片）及密封光半导体元件的透明树脂密封体；树脂透镜，其具备用于收容透明树脂密封体的凹部；以及透明树脂层，其被填充在基板与凹部与透明树脂密封体之间，其中，凹部的容积为光半导体元件与透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。根据这种构成，凹部的容积与光半导体元件和透明树脂密封体的总体积相比充分大，因此可以校正透明树脂密封体的位置相对于光半导体元件的位置的偏离。因而，可以得到高精度地控制了配光的带透镜的光半导体装置。
此外，本发明的另一方案为带透镜的光半导体装置的制造方法，具备：准备光半导体装置的工序，该光半导体装置具备安装在基板上的光半导体元件及密封光半导体元件的透明树脂密封体；对具备凹部的树脂透镜的凹部供给未固化的透明树脂的工序，该凹部用于收容光半导体装置的透明树脂密封体；使透明树脂密封体侵入供给有未固化的透明树脂的凹部，将树脂透镜配置在规定的位置上并使未固化的透明树脂与透明树脂密封体密合的工序；以及使未固化的透明树脂固化而形成透明树脂层的工序，其中，凹部的容积为光半导体元件与透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。根据这种制造方法，可以通过透明树脂密封体、透明树脂层及树脂透镜来校正形成在光半导体装置中的透明树脂密封体的位置与光半导体元件的中心的偏离。因而，可以得到高精度地控制了配光的带透镜的光半导体装置。
通过以下的详细说明及所附的附图，本发明的目的、特征、方案及优点将更加清楚。
发明的效果
根据本发明，可以通过透明树脂层及树脂透镜来校正透明树脂密封体的位置相对于光半导体元件的位置的偏离。因此，可以得到高精度地控制了配光的带透镜的光半导体装置。
附图说明
图1是本实施方式的带透镜的LED装置20的示意性剖视图。
图2是说明在集合基底基板12的表面上安装了多个LED元件1的情况的示意图。
图3是按顺序说明透明树脂密封体的包封成形的各工序的示意性工序剖视图。
图4是用切割锯S将具备许多个LED装置10的集合基底基板12切断而单个化的工序的说明图。
图5A是用于说明按设计那样相对于LED元件1配置透明树脂密封体3的情况的示意性剖视图。
图5B是用于说明透明树脂密封体3相对于LED元件1从所设计的位置偏离地配置时的情况的示意性剖视图。
图6A是树脂透镜5的示意性剖视图。
图6B是从底面观察图6A所示的树脂透镜5的示意性立体图。
图7A是说明使LED装置10侵入已供给有未固化的透明树脂4’的透镜5的凹部5b之前的情况的示意性剖视图。
图7B是说明使LED装置10侵入已供给有未固化的透明树脂4’的透镜5的凹部5b之后的情况的示意性剖视图。
图8是在具备上表面为平面的透明树脂密封体的LED装置30中安装有透镜5的带透镜的LED装置40的示意性剖视图。
图9是说明具备中央部隆起的凹部15b的树脂透镜15的示意性剖视图。
图10是通过透明树脂层4校正了透明树脂密封体3的位置偏离的带透镜的LED装置20B的示意性剖视图。
图11A是说明使用没有透明树脂密封体3的偏离的LED装置10A时的配光的说明图。
图11B是说明将具有透明树脂密封体3的偏离的LED装置10B的配光校正了的带透镜的LED装置的配光的说明图。
图12是具备蝙蝠翼配光透镜25的带透镜的LED装置50的示意性剖视图。
图13是表示实施例所使用的聚硅氧烷透镜的尺寸形状的示意图。
图14是表示实施例1所使用的包封LED装置的配光特性的、将相对于放射角度的相对发光强度绘制而成的曲线图。
图15是将实施例1所得到的带透镜的LED装置A的相对于放射角度的相对发光强度绘制而成的曲线图。
图16是表示实施例2所使用的包封LED装置的配光特性的、将相对于放射角度的相对发光强度绘制而成的曲线图。
图17是将实施例2所得到的带透镜的LED装置B的相对于放射角度的相对发光强度绘制而成的曲线图。
图18是将比较例所得到的带透镜的LED装置D的相对于放射角度的相对发光强度绘制而成的曲线图。
图19是具备半球状的透明树脂密封体3的LED装置110的示意性剖视图。
图20是说明透明树脂密封体的包封成形的示意性剖视图。
图21是用切割锯S将具备许多个LED装置110的集合基底基板12切断而单个化的工序的说明图。
图22是说明透明树脂密封体3相对于LED元件1的位置偏离的示意性剖视图。
图23A是说明将透明树脂密封体3配置在按设计那样的位置上的LED装置110的配光的说明图。
图23B是说明从所设计的位置偏离地配置有透明树脂密封体3的LED装置110的配光的说明图。
具体实施方式
图1是作为本发明的带透镜的光半导体装置的一实施方式的、带透镜的LED装置20的示意性剖视图。带透镜的LED装置20具备LED装置10、树脂透镜5和透明树脂层4。LED装置10具备基座基板2、安装在基座基板2上的LED元件1、及密封LED元件1的半球状的透明树脂密封体3。树脂透镜5具备用于收容透明树脂密封体3的凹部5b。透明树脂层4为填充在形成于基座基板2与凹部5b的内壁与透明树脂密封体3的外壁之间的空间中的透明树脂。基座基板2在其底面具备作为一对电极的图略的引线端子。在本实施方式中，代表性地对使用了LED元件1作为光半导体元件的例子进行了说明。也可以取代LED元件1而使用太阳能电池中使用的光电变换元件、激光发光半导体中使用的光元件之类的其它光半导体元件。此外，作为LED元件1，没有特别限定地使用以往已知的发出紫外光、近紫外光、显示从蓝色到红色的区域的波长的可见光、近红外光、红外光等波长区域的光的LED元件。此外，也可以在LED元件1的表面上设置用于对由LED元件1发光的光的波长进行波长变换的荧光体层。
在LED装置10中，在形成在基座基板2上的电路电极2a上，管芯焊接有设置在LED元件1的底面上的电极1a。此外，在基座基板2上的电路电极2b上，通过金线w而引线接合有设置在LED元件1的上表面的电极1b。这样，在基座基板2上安装有LED元件1。另外，在本实施方式中，将LED元件1引线接合到基座基板上，但也可以通过倒装芯片安装的方式安装有LED元件1。而且，所安装的LED元件1由成形为半球状的透明树脂密封体3密封。另外，LED装置10仅密封了一个LED元件1，但也可以取而代之地使用通过一个透明树脂密封体覆盖了多个LED元件1那样的LED装置。
参照附图详细说明带透镜的LED装置20的制造方法的一例。
在本实施方式的制造方法中，首先，如图2所示，在一片集合基底基板12上安装多个LED元件1。在集合基底基板12上形成对切断线进行规定的棋盘格状的切割线L，在棋盘格的各方格的中央的规定位置上安装有LED元件1。另外，在集合基底基板12上预先形成有用于安装LED元件1的电路电极2a、2b。
集合基底基板12的种类并未特别限定，能够使用氮化铝基板之类的陶瓷基板、树脂基板、在表面上形成有绝缘层的金属基板、或在这些基板的表面上形成有在聚硅氧烷树脂中填充了氧化钛而成的光反射功能层那样的基板等。
另外，在LED装置的工业化生产中，为了增加多件同时加工的同时加工数而使集合基底基板的邻接的LED元件间的间隔变窄。例如，在安装有如100个以上那样的许多个LED元件的情况下，从生产性的观点出发，在各LED元件间，以与一片集合基底基板的大小相比较明显小的、例如1mm间隔那样的窄间距来配置许多LED元件。这样，在集合基底基板上邻接的LED元件的间隔窄，因此在工业化生产中，难以赋予使指向特性大幅度变化那样的大的透镜状的透明树脂密封体、或高精度地进行了光学设计的透镜状的透明树脂密封体。根据本实施方式的制造方法，在有效地制造了多件同时加工而成的LED装置之后的工序中，可以在透明树脂密封体上个别地随后安装树脂透镜。因此，可以对LED装置赋予大的透镜、或高精度地进行了光学设计的透镜。
接着，对安装在集合基底基板12上的各LED元件1的每个用透明树脂密封而形成多个透明树脂密封体3。透明树脂密封体3例如通过包封成形而形成。参照图3说明该工序。
在本工序中，首先，如图3的（a）所示，将安装有LED元件1的集合基底基板12固定在包封成形用的模具21的上模21a中。另一方面，使用分配器D来注液用于在下模21b的空腔中形成透明树脂密封体3的未固化的透明树脂3’。另外，为了使得到的成形体的脱模性提高、并省略模具清洗，也可以在下模21b上预先密合能够脱离的脱模薄膜。作为使脱模薄膜密合而成形的方法，例如能够列举出下述方法：首先在下模21b上载放脱模薄膜，从设置在空腔的底部的图略的减压管线减压吸引而使脱模薄膜密合空腔。此后，使用分配器D将未固化的透明树脂3’向空腔供给并成形。然后，成形后将集合基底基板12与脱模薄膜一起从模具中取出。
作为未固化的透明树脂，只要是光透过性优异的透明树脂，就能够不特别限定地使用。具体地，例如能够使用硅胶、聚硅氧烷弹性体、聚硅氧烷橡胶、硬质的聚硅氧烷树脂、聚硅氧烷改性环氧树脂、环氧树脂、聚硅氧烷改性丙烯酸树脂、丙烯酸树脂等。在它们中，从光透过性优异、使由热冲击等引起的应力松弛而抑制脱层这一点、及能够得到在使用无铅焊料的高温软熔安装时的耐变形性和耐变色性优异的透镜这一点出发，优选固化后的JIS A硬度（也称为JIS肖氏A硬度）为70以下、更优选为10～60的聚硅氧烷弹性体等弹性树脂、或者JIS K2220、1/4锥形、总载荷9.38g的透度计测得为20～100的硅胶。
作为聚硅氧烷弹性体的市售产品，例如能够列举Dow Corning Toray株式会社制的LED用聚硅氧烷弹性体的各种等级、具体为JCR6101UP、OE-6351、硅胶的OE-6250等、聚硅氧烷粘接剂SE9187L、信越化学工业（株）制的“KE4895”等低分子硅氧烷降低型聚硅氧烷粘接剂等。
此外，在无损本发明的效果的范围内，根据需要，未固化的透明树脂3’中也可以包含用于通过变换由LED元件1发光的光的波长而变换发光色的荧光体、用于使光扩散的光扩散剂等。此外，透明树脂密封体3也可以在其内部或表面上具有荧光体层、滤色器层、光扩散层等。
作为荧光体的具体例，例如能够列举发光色为蓝色的（Ca、Sr、Ba）5（PO4）3Cl：Eu2+、ZnS：Ag、CaS：Bi等、发光色为绿色的BaMg2Al16O27：Eu2+、Mn2+、ZnS：Cu、Al、Au、SrAl2O4：Eu2+、Zn2Si（Ge）O4：Eu2+等、发光色为红色的Y2O2S：Eu3+、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2：Mn、LiEuW2O8、BaO·Gd2O3·Ta2O5：Mn、K5Eu2.5（WO4）6.25、以及YAG系、TAG系、原硅酸盐·碱土类系、α硅铝陶瓷系、CASN系、β硅铝陶瓷系、La氧氮化物系等荧光体。此外，作为光扩散剂的具体例，例如能够列举玻璃粉、碳酸钙、氧化钛、氧化锌、二氧化硅、硫酸钡、氧化铝等无机填料。
此外，也可以将折射率不同的苯基系聚硅氧烷粘接剂与二甲基系聚硅氧烷粘接剂混合并乳浊而表现扩散效果、或者使用丙烯酸树脂粉、聚硅氧烷橡胶粉而表现扩散效果。
为了实现高的光取出效率，通过包封成形而形成的透明树脂密封体3的形状优选为半球状，但并非限定于此，例如，也可以为上表面为平面的透明树脂密封体。
接着，如图3的（b）所示，将固定有集合基底基板12的上模21a与在空腔内收容有透明树脂3’的下模21b合模，通过保持规定的时间而使透明树脂3’固化而形成透明树脂密封体3。另外，模具21被设定为适于未固化的透明树脂3’的固化温度的模温。此外，为了使透明树脂密封体3内不残留空隙，优选在合模之前进行未固化的透明树脂3’的脱气操作。
此后，如图3的（c）所示，将上模21a与下模21b开模。此后，如图3的（d）所示，得到在集合基底基板12内形成的多个LED装置10。
接着，通过沿形成在集合基底基板12上的切割线L将形成在集合基底基板12内的多个LED装置10切断而将其单个化。具体地，如图4所示，例如，使用切割锯S沿着形成为锐利的槽状的切割线L将集合基底基板12切断。另外，切割线L也可以在集合基底基板的端部上实施了V字切割而仅表示切割锯S的开始位置、终端位置，只要是能够保持距离LED元件1的准确距离而切割的标记，就没有特别限定。通过这样切断，例如能够得到如图5A所示那样的LED装置10A、或如图5B所示那样的LED装置10B。图5A的LED装置10A为使LED元件1的中心与透明树脂密封体3的中心准确地一致的LED装置。图5B的LED装置10B为LED元件1的中心与透明树脂密封体3的中心偏离了的LED装置。
另外，具有配置在基座基板2上的LED元件1大致如所设计的位置那样地配置、仅透明树脂密封体3从设计的位置偏离的倾向。这是因为，由于在包封成形之前，将LED元件1相对于切割线L安装在按设计那样的准确的位置上，因此在沿切割线L切断后的情况下，LED元件1被配置在基座基板2的按设计那样的位置上。具体地，例如，在设计成LED元件1位于基座基板2的中央部的情况下，其被准确地配置在该中央部上。因而，如果沿切割线将集合基底基板12切断，则能够将LED元件1配置在基座基板2的按设计那样的位置上。
图5A是LED元件1的中心与透明树脂密封体3的中心一致的LED装置10A的示意性剖视图。此外，图5B是LED元件1的中心与透明树脂密封体3的中心偏离了的LED装置10B的示意性剖视图。如上述那样，在通过多件同时加工一次制造了多个LED装置10的情况下，有时会得到许多在LED装置10上形成的透明树脂密封体3的位置产生偏差、LED元件1的中心与透明树脂密封体3的中心与设计值偏离的制品。这种偏离通过如下工序加以校正。
图6A是本实施方式中使用的树脂透镜5的示意性剖视图，图6B是从底面观察树脂透镜5的示意性立体图。另外，在图6A中，由虚线表示要配置的LED装置10B的位置。树脂透镜5具备透镜部5a和用于收容LED装置的透明树脂密封体3的凹部5b。透镜部5a具有根据用途而进行了光学设计的透镜形状。具体地，能够根据用途来选择改变光的聚光、扩散、折射或反射等使入射的光透过并出射时的光路那样的形状。作为这种透镜形状的具体例，例如能够列举凸透镜、凹透镜、柱面透镜、菲涅耳透镜、蝙蝠翼透镜等。尤其在蝙蝠翼透镜那样的非对称形状的透镜的情况下，由本实施方式的对位而得到的配光特性的校正效果显著。
只要是光透过性优异的透明树脂，树脂透镜5的材质就能够没有特别限定地使用。具体地，能够从与透明树脂密封体3的制造中使用的树脂同样的树脂中选择。在它们中，从抑制表面发粘性这一点、光透过性优异这一点、使由热冲击等引起的应力松弛而抑制脱层这一点、及使用了无铅焊料的高温软熔安装时的耐变形性和耐变色性优异这一点出发，优选聚硅氧烷弹性体，尤其优选固化时的JIS A硬度为60～95、更优选70～80的聚硅氧烷弹性体。此外，在无损本发明的效果的范围内，根据需要，树脂透镜5也可以包含用于通过变换由LED元件1发光的光的波长而变换发光色的荧光体、用于使光扩散的光扩散剂等。
树脂透镜5的凹部5b的形状并没有特别限定，但从可以更精密地控制配光这一点出发，优选为沿透明树脂密封体3的外形的形状。例如，在透明树脂密封体3的外形为半球状的情况下，优选凹部5b的顶面部也具有同样的半球面。
凹部5b的容积为LED元件1与透明树脂密封体3的总体积的1.1倍以上，优选为1.15～4倍，更优选为1.2～2倍。在凹部5b的容积相对于LED元件1与透明树脂密封体3的总体积不足1.1倍的情况下，在收容有透明树脂密封体3时余隙变小。因此，在透明树脂密封体3相对于LED元件1的位置偏离过大的情况下，不能得到用于充分校正位置偏离的余隙。此外，在凹部5b的容积相对透明树脂密封体3的体积的倍率过大的情况下，透明树脂的填充效率降低，有光取出效率降低的倾向。此外，还有在透明树脂层4与树脂透镜5的凹部5b之间容易产生脱层的倾向。
此外，如图6A所示，从位置偏离的校正的自由度高这一点出发，从凹部5b的内壁到透明树脂密封体3的外壁为止在水平方向上的间隔G优选为平均50μm以上，更优选为200μm以上。
此外，树脂透镜5优选具有用于将基座基板2配置在规定的位置上的标记、或用于将基板导向准确的位置并固定的形状。具体地，例如优选在凹部的周围具有用于嵌入基座基板2的嵌合部5c、或可以插入预先设置在基座基板2上的孔中的突起或销形状等。在这种情况下，树脂透镜与LED元件的对位变得容易。此外，也可以具有用于通过照相机进行对位的标记。
进而，关于树脂透镜5，将在后面详细说明，但为了在使未固化的透明树脂与透明树脂密封体密合的情况下在未固化的透明树脂中不残留空气，还优选具有用于承接溢出的透明树脂的溢流用的树脂积存部5d。此外，还优选对透明树脂密封体3的表面与树脂透镜5的凹部5b的表面进行等离子处理、电晕处理、火焰处理、ITRO处理，UV处理等表面改性。通过实施这种表面改性，可以改善表面的润湿性从而防止空气的卷入，并且提高粘接性。此外，为了防止由表面的发粘性引起的树脂透镜彼此的附着，树脂透镜5优选在透镜的表面具有小的突起或梨皮状花纹。尤其，在树脂透镜5彼此容易附着的情况下，如图6A或图6B所示，优选在树脂透镜5彼此变得容易附着的平面部等上具有突起5e或梨皮状花纹表面。
这样的树脂透镜5例如通过浇铸成形、压缩成形、注射成形等而成形。
在本工序中，如图7A所示，在向形成在树脂透镜5中的凹部5b供给了未固化的透明树脂4’之后，如图7B所示，使LED装置10的透明树脂密封体3侵入凹部5b。
关于未固化的透明树脂4’，只要是形成光透过性优异的透明树脂的树脂，就能够没有特别限定地使用。具体地，从与透明树脂密封体3的制造中使用的树脂同样的树脂中选择。在它们中，优选聚硅氧烷弹性体，特别优选固化时的JIS A硬度为10～80、更优选20～50的聚硅氧烷弹性体。或者优选JIS K2220、1/4锥形、总载荷9.38g且透度计测得为20～100的硅胶。此外，未固化的透明树脂4’中，在无损本发明的效果的范围内，根据需要，也可以包含用于通过变换由LED元件1发光的光的波长而变换发光色的荧光体、用于使光扩散的光扩散剂等。
另外，在向凹部5b供给了未固化的透明树脂4’之后，使LED装置10的透明树脂密封体3侵入凹部5b而密合在未固化的透明树脂4’上时，在透明树脂密封体3与未固化的透明树脂4’的界面中，有时会残留气泡。在这种气泡残留在固化后的界面中的情况下，就成为使配光紊乱、或产生噪声光的空隙产生的原因。因而，为了抑制气泡残留，优选未固化的透明树脂4’的粘度越低越好。具体地，作为未固化的透明树脂4’的粘度，优选在由按照JIS K6833的粘接剂的单圆筒旋转粘度计进行的粘度测定中，在25℃下为80Pa·s以下。并且，在25℃下为1～30Pa·s的低粘度类型，由于容易驱除气泡，是更优选的。
此外，关于向凹部5b供给的未固化的透明树脂4’的量，为了防止气泡残留，优选为在向凹部5b中收容透明树脂密封体3时向凹部5b的外部溢出那样的量。具体地，相对于在凹部5b的内壁与基座基板2与透明树脂密封体3之间形成的空间6的体积（形成透明树脂层的空间6的体积），优选供给1.1～1.5倍、更优选供给2～3倍左右的体积的未固化的透明树脂4’。在未固化的透明树脂4’的量过少的情况下，不能从凹部5b将空气充分排出，在固化后，容易在界面附近残留空隙。此外，在未固化的透明树脂4’的量过多的情况下，溢出的未固化的透明树脂4’的量变得过多，从而有生产性降低的倾向。另外，优选预先考虑溢出的量，如图6A及图6B所示，在凹部5b的周围预先设置收容溢流的树脂的溢流用的树脂积存部5d。另外，树脂积存部5d优选设置在尽可能远离形成在基座基板2的底面上的图略的引线端子的位置上。在这种情况下，可以抑制未固化的透明树脂爬上引线端子。此外，如图6A所示，在凹部5b的终端附近，以使空气的驱除变好为目的，优选形成锥形体R1。此外，如图6A所示，在树脂积存部5d的接近凹部5b一侧，以防止溢流的树脂覆盖形成在基座基板2的底面上的引线端子为目的，优选形成锥形体R2。这种锥形体R1及R2的角度并没有特别限定，但优选为45度±30度左右。
此外，如图8所示，在使用了具备上表面为平面的透明树脂密封体13的LED装置30的情况下，尤其有气泡v变得容易残留的倾向。在使用了如图7A或图7B所示那样的、具备半球状的透明树脂密封体3的LED装置10的情况下，未固化的透明树脂4’从透明树脂密封体3的半球的顶点开始逐渐使接触面积增加，因此容易排出空气。因此难以残留气泡。另一方面，在使用了如图8所示那样的具备上表面为平面的透明树脂密封体13的LED装置30的情况下，未固化的透明树脂4’与透明树脂密封体13以大的接触面积在一瞬间接触，因此容易残留气泡v。在这种情况下，如图9所示，优选使用具备中央部隆起为半球状那样的凹部15b的树脂透镜15。在这种情况下，在树脂透镜15的凹部15b中分配了未固化的透明树脂4’之后，通过在使透明树脂密封体13侵入凹部15b时、使未固化的透明树脂与透明树脂密封体逐渐接触，能够防止空气的卷入。
如图7B所示，在使LED装置10的透明树脂密封体3侵入供给了未固化的透明树脂4’的凹部5b中、从而使树脂透镜5与基座基板2密合之后，通过使未固化的透明树脂4’固化而形成透明树脂层4。此后，LED装置10与树脂透镜5一体化。此时，优选基座基板2与树脂透镜经由未固化的透明树脂4’粘接并接合。另外，即使在这种情况下，有时一部分会不可避免地产生脱层。在这种情况下，如上述那样，优选通过调整形成透明树脂密封体、树脂透镜的树脂的硬度来尽可能抑制脱层的产生。这样，能够得到如图1所示那样的作为本实施方式的带透镜的光半导体装置的带透镜的LED装置20。
根据本实施方式的带透镜的LED装置，即使在使用了如图5B所示那样的透明树脂密封体3的位置较大地偏离了的LED装置10B的情况下，也可以校正配光，以成为与使用了如图5A所示那样的、在按设计那样的位置上形成有透明树脂密封体3的LED装置10A的情况下相同的配光。即，例如，在树脂透镜5的凹部5b的周围形成与基座基板2的外形嵌合那样的嵌合部5c，在树脂透镜5相对于LED元件1的位置与设计那样一致的情况下，即使透明树脂密封体3相对于LED元件1的位置大大地偏离，也可以通过盖上树脂透镜5来控制使得来自LED元件1的发光成为按设计那样的配光。而且，例如，可以校正在使用了如图11B所示那样的LED装置10B的情况下的配光，以与使用了如图11A所示那样的LED装置10A的情况下的配光相同。因而，根据本实施方式的带透镜的LED装置，可以校正从LED装置的设计值的偏离。
另外，在本实施方式的带透镜的LED装置中，关于形成透明树脂密封体的透明树脂（以下也仅称为第一透明树脂）、形成透明树脂层的透明树脂（以下也仅称为第二透明树脂）及形成树脂透镜的透明树脂（以下也仅称为第三透明树脂），优选按以下那样的基准来选择。
关于折射率，优选第一透明树脂、第二透明树脂、第三透明树脂的折射率越接近越好。具体地，优选各自的折射率均为1.3～1.6，更优选为1.41～1.55的范围，优选选择各自的折射率之差为0.2以下的树脂，更优选选择差为0.1以下的树脂。通过这样选择折射率彼此接近的树脂，可以更精密地控制配光。
此外，关于硬度，第一透明树脂的硬度优选JIS A硬度为70以下，更优选为10～60，第三透明树脂的硬度优选JIS A硬度为60～95，更优选为70～80。在第一透明树脂的硬度过高的情况下，如上述那样有由于热冲击等而在LED元件与透明树脂密封体的界面上容易产生脱层的倾向。但是，在第一透明树脂的硬度过低的情况下，透明树脂密封体的表面的发粘性过高，在直接通过安装件将LED装置安装在树脂透镜上时，有时透明树脂密封体会附着在安装件上而难以稳定地安装。此外，还会使切割产生的切削渣或尘埃附着从而成为成品率降低的原因。作为第三透明树脂，通过选择JIS A硬度为60～95的树脂，可以抑制表面的发粘性，因此能够改善由安装件进行的向印刷配线基板等上的安装性。另外，在第三透明树脂的硬度过高的情况下，有由于热冲击等而在透明树脂层与树脂透镜的界面上容易产生脱层的倾向。
此外，第二透明树脂的硬度为第一透明树脂的硬度与第三透明树脂的硬度的中间硬度，具体地，优选选择JIS A硬度为10～80的树脂，更优选选择20～50左右的树脂。此外，从应力松弛这一点出发，优选JIS K2220、1/4锥形、总载荷9.38g且透度计测得为20～100的硅胶。
根据本实施方式的带透镜的LED装置，可以通过将透明树脂密封体相对于LED元件从所设计的位置的偏离赋予树脂透镜从而进行校正。因此，可以得到高精度地控制配光的带透镜的LED装置。尤其，在如图12所示那样的作为蝙蝠翼透镜的树脂透镜25那样的、需要高精度地形成透镜的带透镜的LED装置50等中，配光的校正效果尤其高。
以上，如详细地说明的那样，本发明的一方案为带透镜的光半导体装置，具备：光半导体装置，其具备安装在基板上的至少一个光半导体元件及密封光半导体元件的透明树脂密封体；树脂透镜，其具备用于收容透明树脂密封体的凹部；以及透明树脂层，其被填充在基板与凹部与透明树脂密封体之间，其中，凹部的容积为光半导体元件与透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。
此外，从位置偏离的校正的自由度更高这一点出发，从凹部的内壁到透明树脂密封体的外壁为止在水平方向上的间隔优选为平均50μm以上。
此外，从光取出效率优异这一点出发，透明树脂密封体为在基板的表面上覆盖光半导体元件的半球状的密封体。
此外，透明树脂密封体优选为使用由JIS K6253规定的A型硬度计求出的硬度为70以下的透明树脂成形体，树脂透镜优选为JIS A硬度60～95的透明树脂成形体。通过使用这种透明树脂密封体与树脂透镜，可以抑制在透明树脂密封体与透明树脂层之间、及透明树脂层与树脂透镜之间的脱层的产生。在反复进行光半导体装置的使用与停止的情况下，由于由使用时产生的热及使用停止时的冷却的反复所引起的尺寸变化，有时在各界面上产生脱层而产生空隙。这种空隙有时会给予配光特性不良影响。此外，在光半导体元件与透明树脂密封体之间，有时也由于光半导体元件的线膨胀系数与透明树脂密封体的线膨胀系数的不同而产生脱层。为了抑制在光半导体元件与透明树脂密封体之间产生的脱层，作为形成透明树脂密封体的树脂，优选使用聚硅氧烷弹性体之类的应力松弛性高的弹性树脂。通过使用这种弹性树脂，即使反复进行热循环试验，透明树脂密封体也会追随光半导体元件的尺寸变化，因此难以产生脱层。此外，在使用了无铅焊料的、例如260度以上的高温软熔安装时，也难以产生脱层。但是，这种硬度低的弹性树脂的发粘性极高，表面会发粘。因而，在直接用安装用的安装件抓持由这种弹性树脂密封的光半导体装置并安装到印刷配线基板等上的情况下，还存在紧贴在安装件的吸附喷嘴等上而不能顺利地进行安装的问题。并且，在由这种弹性树脂密封的光半导体装置中，还有在透明树脂密封体的表面上附着尘埃或集合基底基板的切削屑从而使光学特性降低的问题。此外，由于密封树脂柔软，因而还有由于外力而变形、引起断线等不便的问题。在这种情况下，通过由发粘性低、硬度高的JIS A硬度60～95的树脂透镜来保护发粘性高的透明树脂密封体，可以解决上述那样的问题。因此，在将光半导体装置安装到印刷配线基板时，能够抑制光半导体装置附着到安装件的吸附喷嘴等上，并且还能够抑制尘埃等附着到透明树脂密封体的表面上。此外，还能够抑制密封树脂由于外力而变形从而引起断线等。并且，在透明树脂密封体的发粘性高的情况下，在通过缠带进行卷材包捆时、透明树脂密封体有时会附着在带上，但通过安装上述那样的树脂透镜，还能够改善缠带的卷材包捆性。但是，即使使用了JIS A硬度60～95的透明树脂成形体作为树脂透镜，有时树脂透镜的表面还会有发粘性。这种树脂透镜的表面的发粘性有时会引起以下那样的生产上的问题。多个树脂透镜彼此在生产时由于其发粘性而容易相互紧贴。在这种情况下，例如，在自动化了的生产工序中连续地装配带透镜的光半导体装置的情况下，在由公知的零件供给器供给预先生产好的树脂透镜时，在零件供给器内有树脂透镜的平面彼此由于发粘性而粘接的问题。在这种情况下，在装配时，有如果不将粘接的透镜一个一个剥离、工序就不能顺利进行的问题。在这种情况下，通过在树脂透镜的平面部的表面上设置突起或梨皮状花纹表面，从而在自动化的生产工序中也能够进行顺利的连续生产。
此外，从树脂透镜与光半导体装置的对位变得容易这一点出发，树脂透镜具备用于使基座基板相对于树脂透镜定位的形状、具体而言例如具有与基座基板的外形对应的内形的嵌合部、或可以定位基座基板的突起或角的情况是优选的。这种突起或角有时还作为防止透镜彼此的紧贴的突起而发挥作用。
此外，在树脂透镜为蝙蝠翼透镜的情况下，从配光特性的校正效果显著提高这一点出发，是优选的。
此外，本发明的另一方案为带透镜的光半导体装置的制造方法，具备：准备光半导体装置的工序，该光半导体装置具备安装在基板上的至少一个光半导体元件及密封光半导体元件的透明树脂密封体；对树脂透镜的凹部供给未固化的透明树脂工序，该树脂透镜具备用于收容光半导体装置的透明树脂密封体的凹部；使透明树脂密封体侵入供给有未固化的透明树脂的凹部，将树脂透镜配置在规定的位置上并使未固化的透明树脂与透明树脂密封体密合的工序；以及使未固化的透明树脂固化而形成透明树脂层的工序，其中，凹部的容积为光半导体元件与透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。根据这种制造方法，可以通过透明树脂密封体、透明树脂层及树脂透镜来校正形成在光半导体装置中的透明树脂密封体的光轴与光半导体元件的中心的偏离。因而，可以得到高精度地控制了配光特性的带透镜的光半导体装置。
此外，从树脂透镜与光半导体装置的对位变得容易这一点出发，优选树脂透镜在凹部的周围具有用于将光半导体装置配设在规定的位置上的记号或形状、具体而言，例如具有用于嵌入基座基板的外形的对应的内形的形状等。
此外，从树脂透镜难以附着到连续生产时使用的安装件的吸附喷嘴等上、尘埃等难以附着到所形成的带透镜的光半导体装置的表面上、并且具有橡胶弹性且能够将应力松弛因而难以在所形成的带透镜的光半导体装置中产生脱层这些点出发，优选透明树脂密封体为JIS A硬度70以下的透明树脂成形体、树脂透镜为JIS A硬度60～95的透明树脂成形体。
此外，从在使填充在凹部中的未固化的透明树脂与透明树脂密封体密合时、可以有效地驱除空气、因此可以形成空隙少的透明树脂层这一点出发，优选树脂透镜的凹部在其中央部隆起。
实施例
以下进一步根据实施例来更具体地说明本发明。另外，本发明的范围并非被实施例进行任何限定。
[实施例1]
作为未固化的聚硅氧烷弹性体A1，使OE-6636（Dow Corning Toray株式会社制，固化后的JIS A硬度90、折射率1.54）流入具备空腔的模具，通过在150℃下使其热固化，而得到如图13所示那样的形状的、作为蝙蝠翼透镜的聚硅氧烷透镜X1。聚硅氧烷透镜X1具备具有如下形状的透镜部，该形状具有长径10mm、高度5mm的半球状的两个山状物，在透镜部的背面的中央具有直径5.4mm、高度2.6mm、容积0.04cm3的凹部。此外，聚硅氧烷透镜X1的表面能够感觉到不具有附着性的程度的微小的发粘性。
然后，在聚硅氧烷透镜X1的凹部中，使用分配器填充了0.02cm3的TSE3221S（Momentive Performance Materials公司）制，固化后的JIS A硬度30、折射率1.41）作为未固化的聚硅氧烷弹性体B1。
接着，使包封LED装置的透明树脂密封体侵入填充了未固化的聚硅氧烷弹性体B1的聚硅氧烷透镜X1的凹部。另外，包封LED装置是在基座基板上的中心处安装有发出蓝色光的LED元件、通过由包含将蓝色光变换为白色光的荧光体的JIS A硬度40的聚硅氧烷弹性体构成的直径5.0mm、高度2.5mm、LED元件与透明树脂密封体的总体积为0.032cm3的半球状的密封体密封了LED元件而成的LED装置。此外，LED元件的中心与密封体的中心实质上按设计那样地一致。另外，图14表示显示上述包封LED装置的配光特性的、将相对于放射角度的相对发光强度绘制而成的曲线图。
此后，使上述包封LED装置的基座基板与在聚硅氧烷透镜X1的凹部的周围预先设置的嵌合部嵌合而对位。半球状的密封体的外壁与凹部的内壁的间隔为平均200μm。
这样，使包封LED装置的密封体密合在未固化的聚硅氧烷弹性体B1上。而且，通过在150℃×1小时的条件下使未固化的聚硅氧烷弹性体B1固化，从而将聚硅氧烷透镜X1粘接到透明树脂密封体的表面上，并且，得到了基座基板与聚硅氧烷透镜X1经由聚硅氧烷弹性体B1而粘接固定了的带透镜的LED装置A。另外，在聚硅氧烷透镜X1的凹部与密封体的表面之间形成有平均200μm厚度的由聚硅氧烷弹性体B1的固化物构成的透明树脂层。
图15表示绘制了所得到的带透镜的LED装置A的相对于放射角度的相对发光强度的曲线图。根据图15的曲线图可知，显示了在正交坐标中具有左右对称且均匀地发光的波峰的蝙蝠翼状的配光特性。此外，使用10倍的放大镜观察了透明树脂层与透明树脂密封体的界面及透明树脂层与聚硅氧烷透镜X1的粘接界面，结果是完全找不到空隙。
此外，进行了同样地制作的50个带透镜的LED装置A的热冲击试验，在所有带透镜的LED装置A中都没有产生裂纹或脱层。另外，热冲击试验按如下条件进行。
（热冲击试验条件）
将从125℃到-50℃的升温及降温的往复作为一循环，一循环为30分钟，对50个带透镜的LED装置赋予了100循环的热冲击。而且，用实体显微镜观察100循环后的50个带透镜的LED装置，计数了在透镜部产生了裂纹或脱层的个数。
[实施例2]
除了使用了LED元件的中心与密封体的中心偏离了100μm的包封LED装置作为包封LED装置以外，与实施例1同样地得到了带透镜的LED装置B。显示上述包封LED装置的配光特性的曲线图如图16所示，显示所得到的带透镜的LED装置B的配光特性的曲线图如图17所示。根据图16的曲线图，在LED元件的中心与密封体的中心偏离了100μm偏离的情况下，在正交坐标中显示了左右非对称且不均匀地发光的波峰，而具备聚硅氧烷透镜X1的带透镜的LED装置B，如图17的曲线图所示，显示了具有与实施例1的带透镜的LED装置A同样的、在正交坐标中具有左右对称且均匀地发光的波峰的、蝙蝠翼状的配光特性。这样，即使在使用了LED元件的中心与密封体的中心偏离了100μm的包封LED装置的情况下，也能够修正为与使用了没有偏离的包封LED装置的情况下同样的配光特性。
[实施例3]
除了取代未固化的聚硅氧烷弹性体A1而使用了作为SR7010（DowCorning Toray株式会社制，固化后的JIS D硬度70、折射率1.53）的未固化的硬质聚硅氧烷树脂A2以外，与实施例1同样地形成了聚硅氧烷透镜X2。聚硅氧烷透镜X2的表面几乎没有发粘性。然后，除了取代聚硅氧烷透镜X1而使用了聚硅氧烷透镜X2以外，与实施例1同样地得到了带透镜的LED装置C。调查了所得到的带透镜的LED装置C的配光特性，结果是具有与实施例1同样的、具有在正交坐标中左右对称且均匀地发光的波峰的、蝙蝠翼状的配光特性。此外，使用10倍的放大镜观察了透明树脂层与透明树脂密封体的界面、及透明树脂层与聚硅氧烷透镜X1的粘接界面，结果仅能稍微找到空隙。但是，进行了同样地制作的50个带透镜的LED装置B的热冲击试验，在30个带透镜的LED装置中产生了裂纹或脱层。即使在在这种情况下，也充分地校正了配光特性。
[比较例1]
除了将形成在聚硅氧烷透镜X1的透镜部的背面上的凹部的尺寸变更为与包封LED装置的透明树脂密封体的外形大致一致那样的、直径5.05mm、2.525mm、容积0.034cm3、更大地占用了嵌合部的余隙以外，与实施例1同样地形成了聚硅氧烷透镜X3。另外，从作为凹部的最深部的顶面到作为透明树脂密封体的顶部的表面的间隔及半球状的密封体的外壁与凹部的内壁的间隔为平均25μm。此后，向聚硅氧烷透镜X3的凹部供给聚硅氧烷系粘接剂，通过使实施例2中所使用的LED元件的中心与密封体的中心偏离了100μm的包封LED装置的透明树脂密封体与聚硅氧烷透镜X3的凹部嵌合，从而使透明树脂密封体与聚硅氧烷透镜X3一体化。此后，通过在150℃×1小时的条件下使聚硅氧烷系粘接剂热固化，聚硅氧烷透镜X3被粘接在透明树脂密封体的表面上。这样，得到了带透镜的LED装置D。另外，在聚硅氧烷透镜X3的凹部的表面与密封体的表面之间形成了由平均25μm以下的厚度的聚硅氧烷系粘接剂的固化物构成的粘接层。显示所得到的带透镜的LED装置D的配光特性的曲线图如图18所示。所得到的带透镜的LED装置D具有在正交坐标中具有左右非对称且不均匀地发光的波峰的、蝙蝠翼状的配光特性。
符号的说明
1  LED元件
1a、1b  电极
1c、1d  引线端子
2  基座基板
2a、2b  电路电极
3  透明树脂密封体
3’、4’  未固化透明树脂
4  透明树脂层
5、15  树脂透镜
5a  透镜部
5b、15b  凹部
5c  嵌合部
5d  树脂积存部
5e  突起
6  空间
10、10A、10B、30  LED装置
11  LED元件
12  集合基底基板
13  透明树脂密封体
20、20B、40、50  带透镜的LED装置
21  模具
21a  上模
21b  下模
25  蝙蝠翼配光透镜
110  LED装置

Claims (13)

1.一种带透镜的光半导体装置，其特征在于，具备：
光半导体装置，其具备安装在基板上的至少一个光半导体元件及密封所述光半导体元件的透明树脂密封体；
树脂透镜，其具备用于收容所述透明树脂密封体的凹部；以及
透明树脂层，其被填充在所述基板与所述凹部与所述透明树脂密封体之间，
所述凹部的容积为所述光半导体元件与所述透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。
2.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
从所述凹部的内壁到所述透明树脂密封体的外壁为止的水平方向上的距离为平均50μm以上。
3.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
所述透明树脂密封体是在所述基板的表面上覆盖所述光半导体元件的半球状的密封体。
4.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
所述透明树脂密封体是JIS K6253A硬度为70以下的透明树脂成形体，所述树脂透镜是JIS K6253A硬度为60～95的透明树脂成形体。
5.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
所述树脂透镜在表面上具有突起或梨皮状花纹表面。
6.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
所述树脂透镜在所述凹部的周围具有用于使所述基板相对于该树脂透镜定位的形状。
7.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
所述树脂透镜为蝙蝠翼透镜。
8.如权利要求1所述的带透镜的光半导体装置，其中，
所述树脂透镜与所述基板通过所述透明树脂层而接合。
9.一种带透镜的光半导体装置的制造方法，其特征在于，具备：
准备光半导体装置的工序，该光半导体装置具备安装在基板上的至少一个光半导体元件及密封所述光半导体元件的透明树脂密封体；
对具备凹部的树脂透镜的所述凹部供给未固化的透明树脂的工序，该凹部用于收容所述光半导体装置的所述透明树脂密封体；
使所述透明树脂密封体侵入供给有所述未固化的透明树脂的所述凹部，将所述树脂透镜配置在规定的位置上并使所述未固化的透明树脂与所述透明树脂密封体密合的工序；以及
使所述未固化的透明树脂固化而形成透明树脂层的工序，
所述凹部的容积为所述光半导体元件与所述透明树脂密封体的总体积的1.1倍以上。
10.如权利要求9所述的带透镜的光半导体装置的制造方法，其中，
从所述凹部的内壁到所述透明树脂密封体的外壁为止的水平方向上的间隔为平均50μm以上。
11.如权利要求9所述的带透镜的光半导体装置的制造方法，其中，
所述树脂透镜具有用于将所述光半导体装置配设在所述规定的位置上的记号或形状。
12.如权利要求9所述的带透镜的光半导体装置的制造方法，其中，
所述透明树脂密封体是JIS K6253A硬度为70以下的透明树脂成形体，所述树脂透镜是JIS K6253A硬度为60～95的透明树脂成形体。
13.如权利要求9所述的带透镜的光半导体装置的制造方法，其中，所述凹部的中央部隆起。
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