JP2010171381A - 発光デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス材料に発光素子を封止した発光デバイスの製造方法において信頼性を向上させ、製造工程数を減少させる。
【解決手段】本発明の発光デバイスの製造方法は、ガラス基板にリードフレームを設置して、表面に凸部を持つ金型で加熱押圧する。これにより、ガラス基板の表面に窪みが形成されるとともに、リードフレームがガラス基板に埋め込まれ、ガラス基板の側面と窪みの底面から露出する。さらに、窪みから露出したリードフレームに発光素子を電気的に接続させ、発光素子を封止材で覆う。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の発光デバイスの製造方法は、ガラス基板にリードフレームを設置して、表面に凸部を持つ金型で加熱押圧する。これにより、ガラス基板の表面に窪みが形成されるとともに、リードフレームがガラス基板に埋め込まれ、ガラス基板の側面と窪みの底面から露出する。さらに、窪みから露出したリードフレームに発光素子を電気的に接続させ、発光素子を封止材で覆う。
【選択図】図1
Description
本発明は、ガラス基板を用いたパッケージ材料に発光素子を実装した発光デバイスの製造方法に関する。
近年、ガラスパッケージを使用した電子部品が実用化されている。ガラス材料は、外部から浸入する水分や汚染物質を防げ、気密性が高い。また、ガラス材料は、半導体素子を形成するシリコン基板と熱膨張係数が近似するので、ガラスパッケージに半導体素子を実装したときの実装面や接合面の信頼性が高い。また、ガラス材料は安価であることから、製品のコスト上昇を抑制することができる。
図20は、ガラス材料にLED素子を実装したLED発光装置の断面図である(特許文献1の図1)。ガラス基板51には貫通電極52が形成されている。貫通電極52の上には接続用の電極メタライズ53Bが形成され、電極メタライズ53Bの上には複数のLED素子56Aが実装されている。LED素子56Aの上面と電極メタライズ53Bとはワイヤー57により電気的に接続されている。ガラス基板51の下面には外部と接続用の電極メタライズ53Aが形成されている。電極メタライズ53Aは貫通電極52に電気的に接続されている。従って、LED素子56Aに対して、下面に形成した電極メタライズ53Aから電力を供給することができる。
ガラス基板51の上面には、貫通孔58が形成されたSi基板54が、LED素子56Aを囲むように設置されている。Si基板54はガラス基板51の表面に陽極接合されている。Si基板54の内壁面は傾斜し、内壁面の表面には反射膜55が形成されている。LED素子56Aで発光した光は反射膜55により反射して、上方向に指向性のある光として射出される。LED素子56Aは複数個実装されているので、発光の強度を高くすることができる。また、LED素子56Aから生成される熱は、貫通電極52と電極メタライズ53Aを介して外部へ放熱することができる。
この従来例では、ガラス基板51の貫通電極52は、ガラス基板51に形成した貫通孔の内壁にCu、Niなどをメッキし、その後、導電性樹脂やはんだなどを充填して形成されている。また、ガラス基板51の裏面のメタライズ53Aは、ガラスの表面にTi層、その上にTi層保護のためのバリア層となるPt層、あるいはNi層、さらに表面酸化を防止するAu層などをスパッタリング法や蒸着法などにより堆積し、フォトプロセスを通してパターニングされている。
図21は、ガラス材料にLED発光素子61を埋め込んだ発光装置60の断面図であり(特許文献2の図1)、図22は金型を用いてガラス封止を行う直前の状態を示す(特許文献2の図3)。LED発光素子61は面実装によりバンプ62を介してサブマウント63に実装され、サブマウント63は、リード64A、64Bの先端に形成された段差部に接続されている。周囲は封止部材65により覆われており、封止部材65としてガラスを使用することが記載されている。ガラスからなる封止部材65はリード64A、64Bの下部側で薄く、LED発光素子61から発光される光が射出する側は凸状に厚く形成されている。
この発光装置60は、LED発光素子61に対して熱膨張率が150%から500%の範囲の透光性ガラス部及び金属部で全体が包囲されている。また、LED発光素子61に対し、給電部材(リード64A、64B)及び封止部材65の熱膨張率が大となるように形成されている。また、LED発光素子61あるいはサブマウント63の部材に対し、給電部材及び封止部材65の熱膨張率が大となるように形成されている。これにより、応力方向が調整されて熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる、というものである。
この発光装置60の製造方法は次のようなものである。表面に半円状の凹部71Aを有する上金型71と、底面が平坦な凹部72Aを有する下金型72との間に、薄いガラスシート68と、LED発光素子61が実装されたサブマウント63、このサブマウント63に電気的に接続した2本のリード64A、64Bと、その上に厚いガラスシート67を設置する。次に、真空雰囲気中でガラスシート67、68を450℃に加熱して軟化させた状態で、上金型71と下金型72とを矢印の方向に移動させることによってガラスシート67、68に圧力かける。これにより、ガラスシート67、68が図21に示す封止部材65のようなドーム状に成形される。
しかしながら、特許文献1に記載されるように、貫通電極として貫通孔に導電樹脂を充填して、熱処理により固化して貫通電極を形成すると、固化の際の収縮により気密性を保持することが難しかった。また、LEDは発光すると発熱する。そのため、LEDの点灯と消灯を繰り返すと、昇温と降温が繰り返される温度サイクルにより、膨張と収縮が繰り返される。その結果、ガラスと貫通電極の界面の気密性が低下し、外部から水分等が浸入してLEDの寿命を低下させる。
また、特許文献1においては、貫通孔に導電性樹脂やはんだなどを充填・固化して貫通電極を形成し、これとは別に、スパッタリング法や蒸着法により導体膜を堆積し、フォトマスクを用いたフォトプロセスを通して裏面電極パターンを形成している。その結果、製造工数が増えてコスト高となる要因となっていた。
特許文献2に記載されたLED発光素子は、発光面側の封止部材65がドーム形状、凸状に湾曲した形状である。そのため、LED発光素子61から発光した光は周囲の全面に拡散する。したがって、LED発光素子61から発光した光を上方向に集光させたり、上方向に指向性を持たせたりすることができず、発光した光を有効に活用できない。一方、この発光装置60では、LED発光素子61やサブマウント63の熱膨張係数より周囲の封止部材65の熱膨張係数を大きくして、熱膨張係数の差に基づく内部応力が、LED発光素子61の中心に向かう圧縮応力となるように調整している。これにより、ガラス材にクラック等が発生しないようにしている。従って、LED発光素子61を封止する封止部材65の形状を、例えば凹部のような形状に変更して指向性のある光を射出させようとすると、中心部に向かう圧縮応力のバランスが崩れて、クラック等が発生して信頼性が低下する虞がある。
また、特許文献2の製造方法では、ガラスからなる封止部材を軟化させてLED発光素子61を封止するので、LED発光素子61が、例えば450℃以上の高温に晒される。また、LED発光素子がワイヤーボンディングにより接続される場合には、軟化したガラスの粘度が高いため、ガラスによってそのワイヤーが潰れてしまう。また、封止部材65に蛍光体を分散させて、LEDで発光した光の波長を他の波長に変換する場合に、高温となるため使用できる蛍光体が限られてしまう。さらに、高温且つ高粘度のガラスに蛍光体を均一に分散させることは困難であり、望む効果を得ることができない。従って、LED発光素子の構造や実装構造が制限される、などの課題があった。
そこで、本発明は、少ない製造工数で製造可能な信頼性の高い電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明の発光デバイスの製造方法は、第1ガラス基板の上にリードフレームを設置し、表面に凸部を有する型を、その凸部が前記リードフレームに対向するように第1ガラス基板に設置する設置工程と、第1ガラス基板を加熱により軟化させて型を第1ガラス基板側に押圧することにより、第1ガラス基板の表面に窪みを形成するとともに、窪みの底面においてリードフレームの表面が露出するように、かつ、窪みの周辺部においてリードフレームが第1ガラス基板に埋め込まれるように、リードフレームと第1ガラス基板を接合する接合工程と、窪みの底面から露出したリードフレームの上に発光素子を実装する実装工程と、発光素子に封止材を塗布して封止する封止工程と、を含むこととした。
さらに、リードフレームに突起部を設け、接合工程により、突起部が第1ガラス基板を貫通するようにリードフレームは第1ガラス基板に接合され、実装工程により、発光素子は突起部の上に実装されることとした。
あるいは、設置工程の前に、中央部に開口を有する第2ガラス基板を準備する準備工程を更に備え、前記設置工程が、第1ガラス基板の上にリードフレームを、リードフレームの上に第2ガラス基板を設置し、表面に凸部を有する型を、その凸部が第2ガラス基板の開口に対向するように設置する工程であり、前記接合工程が、第1ガラス基板と第2ガラス基板を加熱により軟化させて型を第1ガラス基板側から押圧することにより、第2ガラス基板の開口に対応する位置に窪みを形成するとともに、窪みの底面においてリードフレームの表面が露出するように、かつ、窪みの周辺部で第1ガラス基板と第2ガラス基板の間にリードフレームが埋め込まれるように、第1ガラス基板とリードフレームと第2ガラス基板を接合する工程であることとした。
さらに、リードフレームに突起部を設け、準備工程において、突起部に対応した位置に開口を持つ第1ガラス基板を準備することとし、設置工程で、第1ガラス基板の開口に突起部が嵌るようにリードフレームを設置することとした。さらに、準備工程において、第1ガラス基板と第2ガラス基板の少なくとも一方の基板に加熱成型加工によって開口を形成することとした。
また、前述のリードフレームに貫通孔を形成し、接合工程において、第1ガラス基板のガラス材料をこの貫通孔を通して流動させてもよい。
また、接合工程の前に、リードフレームの表面に酸化膜を形成する酸化工程を設けてもよい。
また、接合工程の前に、リードフレームの表面に酸化膜を形成する酸化工程を設けてもよい。
本発明の発光デバイスの製造方法によれば、ガラス基板の間にリードフレームが挟まれたガラスパッケージを一体成形することができるため、密閉性、及び温度サイクルに対する信頼性を向上させ、かつ、製造工程数を削減することができる。
本発明の発光デバイスの製造方法は、表面にリードフレームを配置したガラス基板を加熱して凸部が形成された金型に押圧することにより、ガラスパッケージを作製する。このようなガラスパッケージでは、ガラス基板の表面に窪みが形成されるとともに、リードフレームは、この窪みの底面とガラス基板の側面から露出するように、ガラス基板に埋め込まれる。この窪みの底面から露出したリードフレームに発光素子を実装し、発光素子を封止材で覆う。これにより、発光デバイスが作製される。
具体的には、この発光デバイスの製造方法は、設置工程、接合工程、実装工程、および封止工程を備えている。設置工程では、リードフレームが設置された第1ガラス基板に、表面に凸部を持つ型を、その凸部がリードフレームに対向するように設置する。接合工程では、第1ガラス基板を加熱して型を押圧する。これにより、第1ガラス基板の表面に窪みが形成され、リードフレームと第1ガラス基板が接合される。このとき、窪みの底面にはリードフレームの表面が露出し、窪みの周辺部ではリードフレームが第1ガラス基板に埋め込まれる。そして、実装工程で、窪みの底面から露出したリードフレームの上に発光素子が実装される。最後に、封止工程で発光素子上に封止材を塗布して封止する。
あるいは、本発明の発光デバイスの製造方法は、2枚のガラス基板の間にリードフレームを配置し、これらを加熱して凸部が形成された金型に押圧する。これにより、リードフレームは2枚のガラスに埋め込まれるように接合され、ガラスパッケージが作製される。このとき、ガラスパッケージは、表面に窪みを持ち、リードフレームがこの窪みの底面と側面から露出するように構成される。この窪みの底面から露出したリードフレームに発光素子を実装して、発光素子を封止材で覆う。これにより、発光デバイスが作製される。
具体的には、この発光デバイスの製造方法は、準備工程、設置工程、接合工程、実装工程、および封止工程を備えている。準備工程で、中央部に開口を有する第2ガラス基板が準備される。さらに設置工程で、第1ガラス基板の上にリードフレームを、リードフレームの上に第2ガラス基板を設置し、さらに、表面に凸部を有する型を、その凸部が第2ガラス基板の開口に対向するように設置する。次に接合工程で、設置工程で設置された状態のまま、第1ガラス基板と前記第2ガラス基板を加熱して軟化させ、型を第1ガラス基板側から押圧する。これにより、第2ガラス基板の開口に対応する位置に窪みが形成され、窪みの周辺部では第1ガラス基板と第2ガラス基板の間にリードフレームが接合される。このとき、窪みの底面ではリードフレームの表面が露出している。そして、実装工程で、窪みの底面から露出したリードフレームの上に発光素子を実装する。次に、封止工程で、発光素子に封止材を塗布して封止する。
さらに、リードフレームに突起部を設け、接合工程により突起部がガラスパッケージを貫通するように作製してもよい。
以下に、本発明の発光デバイスの製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。
以下に、本発明の発光デバイスの製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を表すフロー図である。ここでは貫通孔が形成されたリードフレームを用いている。
図1は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を表すフロー図である。ここでは貫通孔が形成されたリードフレームを用いている。
<設置工程>
図1(a)は、設置工程を表す模式図である。ガラス板18の上にリードフレームLFを設置する。ここで、リードフレームとは、薄板状又は線状の金属や合金から一体的に形成された導体をいう。従って、半導体分野で使用されるようなテープ状の金属板をエッチングや打ち抜きにより形成した導体であってもよいし、金属等を延伸して形成した線状の導体であってもよい。本実施形態で用いるリードフレームLFを図1(b)に示す。図示するように、リードフレームLFは、板状の導体からなる2つのリードフレームLFaとリードフレームLFbを持ち、向かい合うように配置されている。各リードフレームLFa、LFbの幅広部分には、軟化したガラス材料が迅速に流動するように貫通孔7a、7bが形成されている。これらのリードフレームが設置されたガラス板18を、凹部20を持つ下型19と、表面に凸部16を持つ上型15の間に設置する。上型15は凸部16がリードフレームLFa、LFbに対向するように設置されている。
図1(a)は、設置工程を表す模式図である。ガラス板18の上にリードフレームLFを設置する。ここで、リードフレームとは、薄板状又は線状の金属や合金から一体的に形成された導体をいう。従って、半導体分野で使用されるようなテープ状の金属板をエッチングや打ち抜きにより形成した導体であってもよいし、金属等を延伸して形成した線状の導体であってもよい。本実施形態で用いるリードフレームLFを図1(b)に示す。図示するように、リードフレームLFは、板状の導体からなる2つのリードフレームLFaとリードフレームLFbを持ち、向かい合うように配置されている。各リードフレームLFa、LFbの幅広部分には、軟化したガラス材料が迅速に流動するように貫通孔7a、7bが形成されている。これらのリードフレームが設置されたガラス板18を、凹部20を持つ下型19と、表面に凸部16を持つ上型15の間に設置する。上型15は凸部16がリードフレームLFa、LFbに対向するように設置されている。
<接合工程>
次に、下型19、上型15及びガラス板18を加熱してガラス板18を軟化させる。ガラス板18としてソーダガラスを使用する場合には、約600℃〜900℃に加熱する。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成された凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、ガラス板18の一部のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa及びLFbには貫通孔7a及び7bがあるので、ガラス材料の流動が促進される。
次に、下型19、上型15及びガラス板18を加熱してガラス板18を軟化させる。ガラス板18としてソーダガラスを使用する場合には、約600℃〜900℃に加熱する。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成された凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、ガラス板18の一部のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa及びLFbには貫通孔7a及び7bがあるので、ガラス材料の流動が促進される。
図1(c)及び図1(d)は、下型19及び上型15から取り出したガラス基板2を表す縦断面図及び上面図である。ガラス基板2の上面には、上型15の凸部16に対応する位置に窪み6が形成される。リードフレームLFa、LFbの一端部が窪み6の底面2dにおいて外部に露出するように、リードフレームLFa、LFbが窪み6の周辺部においてガラス基板2に埋め込まれるように、リードフレームLFはガラス基板2に接合されている。また、リードフレームLFa、LFbの他端がガラス基板2の側面から突出しており、端子10a、10bとして用いられる。
<実装工程>
図1(e)及び図1(f)は、窪み6の底面2dに露出したリードフレームLFaの上に発光素子であるLED3を実装した状態を表す縦断面図及び上面図である。図示しない接合材を介在させて、LED3をリードフレームLFaの上に実装する。SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、接合することができる。更に、LED3の上面に形成された図示しない電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4により電気的に接続する。
図1(e)及び図1(f)は、窪み6の底面2dに露出したリードフレームLFaの上に発光素子であるLED3を実装した状態を表す縦断面図及び上面図である。図示しない接合材を介在させて、LED3をリードフレームLFaの上に実装する。SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、接合することができる。更に、LED3の上面に形成された図示しない電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4により電気的に接続する。
<封止工程>
図1(g)及び図1(h)は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を塗布して、電子部品3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5には、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物を用いることができる。具体的には、ディスペンサー等を用いて金属アルコキシドの溶液を窪み6に充填する。例えば、nSi(OCH3)4、4nH2O、触媒NH4OH、亀裂防止剤DMF(DMF:ジメチルホルムアミド)の混合液を使用する。これを室温から約60℃において加水分解及び重合を行って、ポリメタロキサンのゾルを形成する。更に室温から60℃において重合してシリコン酸化物の湿潤ゲルを形成し、温度約100℃又は100℃以上において乾燥、焼成を行い、シリコン酸化物を形成する。或いは、ポリメタロキサンを充填して、上記と同様に重合及び焼成してシリコン酸化物を形成してもよい。
図1(g)及び図1(h)は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を塗布して、電子部品3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5には、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物を用いることができる。具体的には、ディスペンサー等を用いて金属アルコキシドの溶液を窪み6に充填する。例えば、nSi(OCH3)4、4nH2O、触媒NH4OH、亀裂防止剤DMF(DMF:ジメチルホルムアミド)の混合液を使用する。これを室温から約60℃において加水分解及び重合を行って、ポリメタロキサンのゾルを形成する。更に室温から60℃において重合してシリコン酸化物の湿潤ゲルを形成し、温度約100℃又は100℃以上において乾燥、焼成を行い、シリコン酸化物を形成する。或いは、ポリメタロキサンを充填して、上記と同様に重合及び焼成してシリコン酸化物を形成してもよい。
このように、封止材5として金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを用いれば、発光デバイス1を無機材料だけで構成することができる。そのために、LED3から発光される紫外線や可視光線により材料が変色することが防止できる。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時に、リードフレームLFを窪みの周辺部に埋め込み、更にガラス基板2から突出させて端子10a、10bも形成する。これにより、製造工程数が削減され、製造コストが低減できる。このような方法によるガラス基板2とリードフレームLFの接合は、密着性や気密性が優れているので、信頼性の高い発光デバイスが実現できる。また、ガラス板18を軟化させて窪み6を形成した後に、LED3を実装しているので、半導体パッケージでよく使用されるワイヤーボンディングによる接合を行うことができる。
(第2実施形態)
図2は、本実施形態の発光デバイス1の製造方法を表すフロー図である。ここでは貫通孔が形成されたリードフレームLFを用いている。
図2は、本実施形態の発光デバイス1の製造方法を表すフロー図である。ここでは貫通孔が形成されたリードフレームLFを用いている。
<設置工程>
図2(a)は、設置工程を表す模式図である。ガラス板18の上に、リードフレームLFaとリードフレームLFbを向かい合わせて設置している。リードフレームLFaには貫通孔7aと突起部10eが、LFbには貫通孔7bが形成されている。突起部10eを有するリードフレームLFは、圧延接合法、異形加工・プレス加工等の塑性加工法、或いは溶接法によって容易に作製することが可能である。このリードフレームLFが設置されたガラス板18を、凹部20を持つ下型19と、表面に凸部16を持つ上型15の間に設置する。上型15は、凸部16がリードフレームLFa、LFbに対向するように設置している。
図2(a)は、設置工程を表す模式図である。ガラス板18の上に、リードフレームLFaとリードフレームLFbを向かい合わせて設置している。リードフレームLFaには貫通孔7aと突起部10eが、LFbには貫通孔7bが形成されている。突起部10eを有するリードフレームLFは、圧延接合法、異形加工・プレス加工等の塑性加工法、或いは溶接法によって容易に作製することが可能である。このリードフレームLFが設置されたガラス板18を、凹部20を持つ下型19と、表面に凸部16を持つ上型15の間に設置する。上型15は、凸部16がリードフレームLFa、LFbに対向するように設置している。
<接合工程>
次に、下型19、上型15及びガラス板18を加熱してガラス板18を軟化させる。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成された凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、突起部10eは軟化したガラス板の中に挿入され、押しのけられたガラス材料は上型15の窪み17に流動する。最終的に突起部10eは下型19と接するまで押圧される。
次に、下型19、上型15及びガラス板18を加熱してガラス板18を軟化させる。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成された凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、突起部10eは軟化したガラス板の中に挿入され、押しのけられたガラス材料は上型15の窪み17に流動する。最終的に突起部10eは下型19と接するまで押圧される。
図2(b)に、このようにして作製されたガラス基板2の縦断面を模式的に表す。ガラス基板2の上面には、上型15の凸部16に対応する位置に窪み6が形成される。リードフレームLFa、LFbの一端部が窪み6の底面2dにおいて外部に露出するように、リードフレームLFa、LFbが窪み6の周辺部においてガラス基板2に埋め込まれるように、リードフレームLFはガラス基板2に接合されている。リードフレームの突起部10eはガラス基板2を貫通するように埋め込まれる。また、リードフレームLFa、LFbの他端がガラス基板2の側面から突出しており、端子10a、10bとして用いられる。
以降の、実装工程、封止工程は、第1実施形態と同様なので、詳細は省略する。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時に、リードフレームLFを窪みの周辺部に埋め込み、更にリードフレームの突起部がガラス基板2を貫通するように成形する。これにより、簡易な製造工程で、熱抵抗が極めて低い発光デバイス1が実現できる。なお、突起部10eをヒートシンクと接合してもよい。これにより、高い放熱効果が得られる。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時に、リードフレームLFを窪みの周辺部に埋め込み、更にリードフレームの突起部がガラス基板2を貫通するように成形する。これにより、簡易な製造工程で、熱抵抗が極めて低い発光デバイス1が実現できる。なお、突起部10eをヒートシンクと接合してもよい。これにより、高い放熱効果が得られる。
(第3実施形態)
図3から図8は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を説明するフロー図である。ここでは、第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bの間にリードフレームLFを挟み、上型15と下型19の間に挿入設置して、両ガラス基板とリードフレームを接合する。
図3から図8は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を説明するフロー図である。ここでは、第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bの間にリードフレームLFを挟み、上型15と下型19の間に挿入設置して、両ガラス基板とリードフレームを接合する。
<準備工程>
図3は、第2ガラス基板2bを準備する工程を説明する模式図であり、図4は、第1ガラス基板2aを準備する工程を説明する模式図である。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bともに、ガラス板を軟化させて成形法により形成する。
図3は、第2ガラス基板2bを準備する工程を説明する模式図であり、図4は、第1ガラス基板2aを準備する工程を説明する模式図である。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bともに、ガラス板を軟化させて成形法により形成する。
図3(a)は、上ガラス板23を下型22と上型21の間に挿入した状態を表す模式図である。図示するように、下型22の表面には凹部26が形成されている。上型21の表面には凸部24が形成され、その周囲には窪み25が形成されている。上ガラス板23を下型22と上型21の間に挿入し、上ガラス板23が軟化する温度に加熱して、下型22に上型21を押圧する。その結果、中央部が開口した第2ガラス基板2bが作製される。図3(b)に第2ガラス基板2bの縦断を、図3(c)に第2ガラス基板2bの上面を表す。図示するように、開口30は第2ガラス基板2bの斜面27によって周囲を囲まれている。
図4(a)は、下ガラス板23’を下型22’と上型21’の間に挿入した状態を表す模式図である。図示するように、下型22’の表面には凹部26’が形成され、上型21’にも凹部25’が形成されている。下ガラス板23’を下型22’と上型21’との間に挿入し、下ガラス板23’が軟化する温度に加熱して、下型22’に上型21’を押圧する。その結果作製される第1ガラス基板2aの縦断面図を図4(b)に、上面図を図4(c)に示す。図示するように、第1ガラス基板2aの左右の端部にリードフレームLFの端子9a、9bを接合するための電極装着部29a、29bが形成される。
図5は、リードフレームLFを準備する工程を説明する模式図であり、図5(a)はリードフレームLFa、LFbの上面図、図5(b)はリードフレームLFa、LFbの側面図である。金属又は合金の導体板を、型を用いた打ち抜きやエッチングにより成型してから、端部を折り曲げてリードフレームLFa、LFbを作製する。折り曲げられた端部は給電用及び放熱用の端子9a、9bとして用いられる。リードフレームLFa、LFbは、中央部の幅が狭く、周辺部は幅広に形成している。2つのリードフレームLFaとLFbとは、幅の狭いほうを向かい合わせる。リードフレームLFa、LFbの幅広の部分に、軟化したガラス材料の流動性をよくするために、貫通孔を設けてもよい。
<設置工程>
図6(a)は、設置工程を表す模式図である。第1ガラス基板2aの上にリードフレームLFa、LFbを向かい合わせて設置し、その上に第2ガラス基板2bを設置する。この状態のまま第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bを、下型19と上型15の間に設置する。下型19の表面には凹部20が形成されている。上型15の表面には凸部16が形成され、その周辺は窪み17が形成されている。
図6(a)は、設置工程を表す模式図である。第1ガラス基板2aの上にリードフレームLFa、LFbを向かい合わせて設置し、その上に第2ガラス基板2bを設置する。この状態のまま第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bを、下型19と上型15の間に設置する。下型19の表面には凹部20が形成されている。上型15の表面には凸部16が形成され、その周辺は窪み17が形成されている。
なお、上型15の凸部16の直径は、第2ガラス基板2bの開口30より大きく形成され、上型15の窪み17の深さは、第2ガラス基板2bの厚さより厚く、即ち深く形成されている。第2ガラス基板2bを軟化させて下型19に上型15を押圧したときに、上型15の窪み17に軟化したガラス材料を流動させるためである。
<接合工程>
次に、下型19、上型15、第1及び第2ガラス基板2a、2bを加熱して、第1及び第2ガラス基板2a、2bを軟化させる。第1及び第2ガラス基板2a、2bとしてソーダガラスを使用する場合には、約600℃〜900℃に加熱する。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成される凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、第2ガラス基板2bと第1ガラス基板2aの少なくとも一方のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa、LFbに貫通孔がある場合は、ガラス材料の流動が促進される。
次に、下型19、上型15、第1及び第2ガラス基板2a、2bを加熱して、第1及び第2ガラス基板2a、2bを軟化させる。第1及び第2ガラス基板2a、2bとしてソーダガラスを使用する場合には、約600℃〜900℃に加熱する。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成される凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、第2ガラス基板2bと第1ガラス基板2aの少なくとも一方のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa、LFbに貫通孔がある場合は、ガラス材料の流動が促進される。
このように成型したパッケージ基体を図6(b)、(c)に模式的に示す。すなわち、図6(b)は、リードフレームLFa、LFbと第1ガラス基板2a、及び第2ガラス基板2bを接合した後に型から取り出したガラス基板2の断面図であり、図6(c)はその上面図である。図示するように、ガラス基板2の上面には、上型15の凸部16に対応する位置に窪み6が形成される。窪み6の底面2dに、リードフレームLFa、LFbの夫々の一端部が露出するように、リードフレームはガラス基板2の表面に接合される。窪み6の周辺部では、リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2に埋め込まれて接合される。リードフレームLFa、LFbの他端部はガラス基板2の側面に接合して端子9a、9bが形成される。
<実装工程>
図7は、窪み6の底面に露出したリードフレームLFaの上に発光素子としてLED3を実装した状態を表す模式図である。図7(a)はその縦断面図であり(b)はその上面図である。図7(a)に示すように、図示しない接合材を介して、リードフレームLFaの上にLED3を実装する。ここで、SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、接合することができる。更に、LED3の図示しない上部電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4により接続する。
図7は、窪み6の底面に露出したリードフレームLFaの上に発光素子としてLED3を実装した状態を表す模式図である。図7(a)はその縦断面図であり(b)はその上面図である。図7(a)に示すように、図示しない接合材を介して、リードフレームLFaの上にLED3を実装する。ここで、SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、接合することができる。更に、LED3の図示しない上部電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4により接続する。
<封止工程>
図8は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を窪み6に供給して、LED3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5には、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物を用いることができる。具体的には、第1実施形態の説明と同様なので、詳細は省略する。
図8は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を窪み6に供給して、LED3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5には、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物を用いることができる。具体的には、第1実施形態の説明と同様なので、詳細は省略する。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時にその周辺部にリードフレームLFを埋め込み、更に端子も同時に形成するので、製造工程数が削減し、製造コストを低減することができる。特に、第2ガラス基板2bに設けた開口を窪み6としているので、ガラス材料の流動距離が減少し、リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との間を短時間で接合させることができる。また、ガラス基板2とリードフレームLFの接合は密着性、気密性が優れているので、信頼性の高い発光デバイス1を製造することができる。また、窪み6を形成した後に、窪み6の底面にLED3を実装しているので、半導体パッケージでよく使用されるワイヤーボンディングによる接合を利用できる。
(第4実施形態)
図9から図11は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を説明するフロー図である。本実施形態では、第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bの間にリードフレームLFを挟み、上型15と下型19の間に挿入設置して、ガラスとリードフレームを接合する。
図9から図11は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を説明するフロー図である。本実施形態では、第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bの間にリードフレームLFを挟み、上型15と下型19の間に挿入設置して、ガラスとリードフレームを接合する。
<準備工程>
図9は、第2ガラス基板2bを準備する工程を説明する模式図であり、図10は、第1ガラス基板2aを準備する工程を説明する模式図である。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bともに、ガラス板を軟化させて成形法により作製する。
図9は、第2ガラス基板2bを準備する工程を説明する模式図であり、図10は、第1ガラス基板2aを準備する工程を説明する模式図である。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bともに、ガラス板を軟化させて成形法により作製する。
図9(a)は、上ガラス板23を下型22と上型21の間に挿入した状態を表す模式図である。図9(a)に示すように、下型22の表面には凹部26が形成されている。上型21の表面には凸部24が形成され、その周囲には窪み25が形成されている。上ガラス板23を下型22と上型21の間に挿入し、上ガラス板23が軟化する温度に加熱して、下型22に上型21を押圧する。その結果作製された第2ガラス基板2bの縦断面を図9(b)に、上面を図9(c)に示す。図示するように、中央部に開口30を持つ第2ガラス基板2bが成形される。開口30は第2ガラス基板2bの斜面27で囲まれている。
図10(a)は、下ガラス板23’を下型22’と上型21’の間に挿入した状態を表す模式図である。図示するように、下型22’の表面には凹部26’と凸部33が形成され、上型21’には凹部25’が形成されている。下ガラス板23’を下型22’と上型21’との間に挿入し、下ガラス板23’が軟化する温度に加熱して、下型22’に上型21’を押圧する。その結果作製された第1ガラス基板2aの縦断面を図10(b)に、上面を図10(c)に示す。図示するように、中央部に開口34を持つ第1ガラス基板2aが成形される。
<設置工程>
図11(a)は、設置工程を表す模式図である。第1ガラス基板2aの上にリードフレームLFaを突起部10eが第1ガラス基板2aの開口34に合致するよう設置し、リードフレームLFbはリードフレームLFaと向かい合わせて設置し、その上に第2ガラス基板2bを設置する。この状態のまま第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bを、下型19と上型15の間に設置する。下型19の表面には凹部20が形成されている。上型15の表面には凸部16が形成され、その周辺に窪み17が形成されている。
図11(a)は、設置工程を表す模式図である。第1ガラス基板2aの上にリードフレームLFaを突起部10eが第1ガラス基板2aの開口34に合致するよう設置し、リードフレームLFbはリードフレームLFaと向かい合わせて設置し、その上に第2ガラス基板2bを設置する。この状態のまま第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bを、下型19と上型15の間に設置する。下型19の表面には凹部20が形成されている。上型15の表面には凸部16が形成され、その周辺に窪み17が形成されている。
ここで、上型15の凸部16の直径は、第2ガラス基板2bの開口30より大きく形成し、上型15の窪み17の深さは、第2ガラス基板2bの厚さより厚く、即ち深く形成している。第2ガラス基板2bを軟化させて下型19に上型15を押圧したときに、上型15の窪み17に第2ガラス基板2bを流動させるためである。
<接合工程>
次に、下型19、上型15、第1及び第2ガラス基板2a、2bを加熱して、第1及び第2ガラス基板2a、2bを軟化させる。第1及び第2ガラス基板2a、2bとしてソーダガラスを使用する場合には、約600℃〜900℃に加熱する。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成される凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、第2ガラス基板2bと第1ガラス基板2aの少なくとも一方のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa、LFbの夫々に貫通孔がある場合は、ガラス材料の流動が促進される。
次に、下型19、上型15、第1及び第2ガラス基板2a、2bを加熱して、第1及び第2ガラス基板2a、2bを軟化させる。第1及び第2ガラス基板2a、2bとしてソーダガラスを使用する場合には、約600℃〜900℃に加熱する。そして、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成される凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、第2ガラス基板2bと第1ガラス基板2aの少なくとも一方のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa、LFbの夫々に貫通孔がある場合は、ガラス材料の流動が促進される。
このように成型したパッケージ基体を図11(b)に模式的に示す。すなわち、図11(b)は、リードフレームLFa、LFbと第1ガラス基板2a及び第2ガラス基板2bを接合した後に型から取り出したガラス基板2の断面図である。図示するように、ガラス基板2の上面には、上型15の凸部16に対応する位置に窪み6が形成される。この窪み6からリードフレームLFa、LFbの一部が露出し、窪み6の周辺部ではガラス基板2に埋め込まれる。一方、リードフレームLFa、LFbの端部はガラス基板2の側面から突出し、端子10a、10bとして用いられる。また、リードフレームLFaの突起部10eはガラス基板2を貫通するように作製される。以降の、実装工程、封止工程は、第1実施形態の説明と同様なので、詳細は省略する。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時に、リードフレームLFを窪みの周辺部に埋め込み、更にリードフレームの突起部がガラス基板2を貫通するように成形する。これにより、簡易な製造工程で、熱抵抗が極めて低い発光デバイス1が実現できる。
なお、突起部10eはヒートシンクに接合されてもよい。これにより、高い放熱効果が得られる。
なお、突起部10eはヒートシンクに接合されてもよい。これにより、高い放熱効果が得られる。
(第5実施形態)
図12は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を説明する模式図である。ここでは、接合工程の前にリードフレームLFの表面に酸化膜を形成して、リードフレームLFとガラス基板2との間の接合性を向上させている。
図12は、本実施形態の発光デバイスの製造方法を説明する模式図である。ここでは、接合工程の前にリードフレームLFの表面に酸化膜を形成して、リードフレームLFとガラス基板2との間の接合性を向上させている。
図12(a)は、金属又は合金の板をプレス抜きして作製したリードフレームLFa、LFbを表す断面図である。図12(b)は、リードフレームLFa、LFbの表面に酸化膜を形成する酸化工程を表す断面図である。リードフレームLFを酸素雰囲気中で熱処理し、表面に酸化膜31を形成する。例えば、水分を含んだ大気中で熱処理する。リードフレームLFとして、NiFe系合金、例えばコバールを使用する場合には、温度約800℃以上で、表面が灰色になる程度に酸化処理を行う。
図12(c)は、リードフレームLFa、LFbの端部をプレス加工により折り曲げた状態を表す縦断面図である。この折り曲げにより、端子9a、9bを形成する。なお、リードフレームLFa、LFbを折り曲げた後に、酸化工程を行って表面に酸化膜31を形成してもよい。
図12(d)は、リードフレームLF、LFbをガラス基板2に接合した状態を表す縦断面図である。設置工程及び接合工程は、前述の各実施形態と同様でよいので、説明を省略する。図示するように、リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との接触面には酸化膜31が介在している。そのために、リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との間の密着性、気密性が向上する。
次に、還元処理を行って外部に露出するリードフレームLFa、LFbの表面から酸化膜を除去する。図12(e)に、酸化膜除去工程により、リードフレームLFa、LFbの露出表面から酸化膜31が除去された状態を表す。酸化膜除去工程では、水素ガス或いはキャリアガスとしてN2ガスを混入した水素ガスの雰囲気中でガラス基板2を加熱処理する。或いは、フッ酸等によりリードフレームLFa、LFbの表面から酸化膜を除去する。これにより、LED3を実装する実装面や、端子9a、9bの表面に金属又は合金が露出することとなり、他の導電材料との電気的接続が可能となる。
図12(f)は、LED3をリードフレームLFaの上に実装した状態を表す断面図である。図12(g)は、LED3及びワイヤー4を封止材5により封止した状態を表す断面図である。実装工程及び封止工程は前述の各実施形態と同様でよいので、説明を省略する。なお、酸化処理は接合工程の前であればよい。従って、リードフレームLFのプレス加工による曲げ加工(図12(c))の後でもよいし、リードフレームLFのプレス抜き加工(図12(a))の前でもよい。また、酸化処理前に、LED3の実装面および端子9a、9bに相当する箇所に、レジスト塗布や遮蔽板の設置等の酸化防止処理を行えば、上述の酸化膜除去工程が不要になる。
なお、上述の各実施形態では、ガラス板としてソーダガラスを用いた。また、リードフレームLFとして、NiFe合金やコバールを使用することができる。例えば42%NiFe合金や、45%NiFe合金を使用することができる。熱膨張係数がガラス材料に近く、ガラス材料との接合性もよい。
また、ガラス基板2とリードフレームLFの熱膨張係数の差は、4×10−6/K以下とすることが好ましい。実装したLED3のオンオフの繰り返しに起因する熱サイクルに晒される場合でも、熱膨張係数の差を4×10−6/K以下とすることにより、リードフレームLFとガラス基板2の間の接合が維持され、リードフレームLFとガラス基板2の間の気密性が保持される。これにより、実装したLED3の信頼性が向上する。また、ガラス基板2の熱膨張係数を8×10−6/Kから11×10−6/Kとし、リードフレームLFの熱膨張係数を4×10−6から15×10−6/Kとする。これにより、ガラス基板2との間の熱膨張係数差をあまり大きくしないで、リードフレームLFの利用可能な材料の範囲を拡大させることができる。
また、LED3が実装されるリードフレームLFaは、なるべく熱伝導率を高くすることが好ましい。そこで、ガラス基板2に埋め込まれる領域のリードフレームLFの、熱が伝達される方向に直交する面の断面積について、LED3が実装されるリードフレームLFaの当該断面積をワイヤー4が接続されるリードフレームLFbの当該断面積よりも大きく形成する。そして、リードフレームLFbの当該断面積は、LED3に必要な電力が供給できる程度とする。これにより、リードフレームLFの材料を有効に使用することができ、製造コストの低減を図ることができる。なお、発光デバイス1に3本以上のリードフレームLFを形成した場合には、LED3が固定されるリードフレームの全体の当該断面積を、LED3を固定しないリードフレームの全体の当該断面積よりも大きく形成するとよい。
さらに、リードフレームLFにより構成される裏面電極の表面に、NiやAuメッキを施してもよい。これにより、はんだ付けが容易となる。なお、リードフレームLFの厚さは概ね0.1mmから0.5mmである。
また、図15のようにリードフレームLFとして2種類以上の異なる金属を貼り合わせたクラッド材を使用することができる。例えば、一層目をNiFe合金(LFa1、LFb1)とし、二層目をCu(LFa2、LFb2)とする。また、更に三層目にNiFe合金を貼り合わせてもよい。
さらに、窪み6の壁面を反射面として使用するために、反射率の高い金属膜や誘電体多層膜を形成してもよい。これにより、発光デバイス1から射出される光に指向性を付与することが容易である。また、ガラス基板2として白色又は乳白色を呈する材料を使用することができる。これにより経時的に変色のない反射層を構成することができる。例えば、ガラス材料に燐酸(P2O5)、アルミナ(Al2O3)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ボロン(B2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化バリウム(BaO)等の酸化物を混入させることにより乳白色ガラスとすることができる。この白色又は乳白色はLED3から発光した光や熱により変色することがないので、発光デバイス1の信頼性を低下させることがない。更に、封止材5として、蛍光体分散に適した粘度の材料を選択することができる。また、ガラス基板2が軟化するような温度に晒されないので、この封止材5に混入させる蛍光材の選択の幅が拡大する。
以上、第1実施形態から第5実施形態により発光デバイスの単品の製造方法を説明したが、これを多数個取りにより形成することができる。また、第1実施形態から第5実施形態では、発光デバイス1の平面形状を四角形、窪み6を丸い擂鉢状の形状として説明したが、これに限定されない。発光デバイス1の平面形状は円形であっても、また、四角形以外の多角形であってもよい。また、窪み6は、四角形や他の多角形であってもよいし、傾斜面が円弧状、或いは双曲線状の形状であってもよい。
なお、本発明の発光デバイスの製造方法を用いることにより、上述の実施形態以外にも以下の参考例に示す構成の発光デバイスを作製することもできる。
(第1参考例)
図13は、第1参考例に係る発光デバイス1の模式的な上面図である。ガラス基板2の表面の中央部には窪み6が形成されている。窪み6の底面2dからガラス基板2を貫通して側面に露出するように対向する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面において露出するように、ガラス基板2に接合している。ガラス基板2の側面に露出するリードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、それぞれ端子9a、9b、9c、9dを構成している。リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdには、ガラス基板2に埋め込まれた領域において貫通孔7a、7b、7c、7dが形成されている。また、リードフレームLFcとLFdは1枚又は1本の導体から形成されている。
図13は、第1参考例に係る発光デバイス1の模式的な上面図である。ガラス基板2の表面の中央部には窪み6が形成されている。窪み6の底面2dからガラス基板2を貫通して側面に露出するように対向する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面において露出するように、ガラス基板2に接合している。ガラス基板2の側面に露出するリードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、それぞれ端子9a、9b、9c、9dを構成している。リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdには、ガラス基板2に埋め込まれた領域において貫通孔7a、7b、7c、7dが形成されている。また、リードフレームLFcとLFdは1枚又は1本の導体から形成されている。
ここでは、LED3は上面にアノードとカソード電極を形成した構造のLEDであり、窪み6の中央部のLF上に高熱伝導性の接着剤で固定されている。LED3の上部に形成された図示しないアノードおよびカソード電極と、リードフレームLFa及びLFbの夫々がワイヤー4a及び4bを介して電気的に接続されている。従って、リードフレームLFa、LFbからLED3に電力が供給される。
リードフレームLFc、LFdはLED3で発生した熱の放熱用熱伝導体として機能する。図13ではリードフレームLFc、LFdには貫通孔7を形成しているが、貫通孔を小さくするか無くすことにより、リードフレームLFa、LFbよりも熱抵抗を下げることができ、LED3で発生した熱を効果的に外部へ放出することができる。その他の構成は第3実施形態と同様なので、説明を省略する。
(第2参考例)
図14は、第2参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図14(a)は発光デバイス1の縦断面図であり、図14(b)はその上面図である。また、図14(c)は図14(b)の変形例の上面図である。図示するように、窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面から突出している。この突出部において、各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは端子10a、10b、10c、10dを構成している。従って、端子10a、10bは、LED3への電力供給用として、また、10c、10dは放熱用の放熱フィンとして機能する。その他の構成は、第1参考例と同様なので、説明を省略する。
図14は、第2参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図14(a)は発光デバイス1の縦断面図であり、図14(b)はその上面図である。また、図14(c)は図14(b)の変形例の上面図である。図示するように、窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面から突出している。この突出部において、各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは端子10a、10b、10c、10dを構成している。従って、端子10a、10bは、LED3への電力供給用として、また、10c、10dは放熱用の放熱フィンとして機能する。その他の構成は、第1参考例と同様なので、説明を省略する。
図14(c)に示す変形例では、端子10’c、10’dは、端子10c、10dよりも面積が広く形成されている。これにより、端子10c、10dは、放熱用フィンとしての機能が高くなり、LED3で発生した熱を更に効率的に外部に放熱することができる。
(第3参考例)
本3参考例に係る発光デバイス1の断面構成を図16に模式的に示す。ここでは、発光デバイス1の側面に露出する端子が、発光デバイス1の裏面13と同じ平面上に折り曲げられている。この側面に露出する端子以外の構成は、第3実施形態の構成と同様なので、説明を省略する。
本3参考例に係る発光デバイス1の断面構成を図16に模式的に示す。ここでは、発光デバイス1の側面に露出する端子が、発光デバイス1の裏面13と同じ平面上に折り曲げられている。この側面に露出する端子以外の構成は、第3実施形態の構成と同様なので、説明を省略する。
図16(a)では、2つの端子11a、11bは、発光デバイス1の側面に露出するリードフレームLFa、LFbが折り曲げられて、ガラス基板2の側面に接合し、更に裏面13に接合して形成されている。これにより、場所をとらないで発光デバイス1を回路基板等へ実装することが容易となる。図16(b)では、2つの端子12a、12bは、ガラス基板2の側面に露出するリードフレームLFa、LFbが折り曲げられてガラス基板2の側面に接合し、更に、ガラス基板2の裏面13と同じ平面上に側面から突出するように折り曲げられて形成されている。これにより、回路基板等への実装が容易となるとともに、放熱効果を向上させることができる。
(第4参考例)
図17は、第4参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図17(a)は発光デバイス1の縦断面図であり、図17(b)はその上面図である。本参考例は、LED3をリードフレームLFa、LFbに表面実装した例である。
図17は、第4参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図17(a)は発光デバイス1の縦断面図であり、図17(b)はその上面図である。本参考例は、LED3をリードフレームLFa、LFbに表面実装した例である。
図17(a)、(b)に示すように、ガラス基板2には窪み6が形成されている。リードフレームLFa、LFbは、窪み6の底面2dにおいて露出し、更に、窪み6の周囲のガラス基板2を貫通し、側面において露出している。リードフレームLFa、LFbは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2と接合し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面において折り曲げられて、ガラス基板2に接合している。リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2の側面において端子9a、9bを構成している。窪み6の底面2dに露出するリードフレームLFa、LFbの上には、導電材14a、14bを介してLED3が平面実装されている。LED3は、封止材5により封止されている。SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材等を使用して、実装することができる。
これにより、ワイヤーボンディングが不要となるので、製造工程数を減少させて製造コストを低減することができる。また、LED3において発生した熱を、2つのリードフレームLFa、LFbにより外部へ放熱することができるので、放熱効果を向上させることができる。また、ワイヤーを形成する必要がないので、発光デバイス1の厚さを薄くすることができる。その他の構成は、第1実施形態や第2実施形態と同様なので、説明を省略する。
(第5参考例)
図18は、第5参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図18(b)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図18(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状である。第3実施形態と同様に、窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出するようにリードフレームLFa、LFbが設置されているが、LED3の実装部にはリードフレームLFaに突起部9eが形成されており、ガラス基板2を貫通して底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームLFaと突起部9eを介して外部に放熱することができるが、突起部9eの熱抵抗がはるかに小さいため、例えば突起部9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。なお、LED3を発光させるための給電端子として端子9a、端子9bが使用されるが、端子9aの代わりに突起部9eを使うことも可能である。
図18は、第5参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図18(b)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図18(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状である。第3実施形態と同様に、窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出するようにリードフレームLFa、LFbが設置されているが、LED3の実装部にはリードフレームLFaに突起部9eが形成されており、ガラス基板2を貫通して底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームLFaと突起部9eを介して外部に放熱することができるが、突起部9eの熱抵抗がはるかに小さいため、例えば突起部9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。なお、LED3を発光させるための給電端子として端子9a、端子9bが使用されるが、端子9aの代わりに突起部9eを使うことも可能である。
(第6参考例)
図19は、第6参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図19(c)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図19(a)に、Y-Y部分の断面を図19(b)に示す。リードフレームLFcに突起部9eが形成されている以外は、第1参考例と同様の構成である。すなわち、LED3の実装部にはリードフレームLFcに突起部9eが形成されており、ガラス基板2を貫通して底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームLFcの突起部9eを介して外部に放熱することができるため、例えば突起部9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。
図19は、第6参考例に係る発光デバイス1の模式図である。図19(c)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図19(a)に、Y-Y部分の断面を図19(b)に示す。リードフレームLFcに突起部9eが形成されている以外は、第1参考例と同様の構成である。すなわち、LED3の実装部にはリードフレームLFcに突起部9eが形成されており、ガラス基板2を貫通して底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームLFcの突起部9eを介して外部に放熱することができるため、例えば突起部9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。
1 発光デバイス
2 ガラス基板
3 LED
4 ワイヤー
5 封止材
6 窪み
7 貫通孔
8 酸化膜
10 端子
15 上型
16 凸部
18 ガラス板
19 下型
20 凹部
2 ガラス基板
3 LED
4 ワイヤー
5 封止材
6 窪み
7 貫通孔
8 酸化膜
10 端子
15 上型
16 凸部
18 ガラス板
19 下型
20 凹部
Claims (7)
- 第1ガラス基板の上にリードフレームを設置し、表面に凸部を有する型を、その凸部が前記リードフレームに対向するように前記第1ガラス基板に設置する設置工程と、
前記第1ガラス基板を加熱により軟化させて前記型を前記第1ガラス基板側に押圧することにより、前記第1ガラス基板の表面に窪みを形成するとともに、前記窪みの底面において前記リードフレームの表面が露出するように、かつ、前記窪みの周辺部において前記リードフレームが前記第1ガラス基板に埋め込まれるように、前記リードフレームと前記第1ガラス基板を接合する接合工程と、
前記窪みの底面から露出したリードフレームの上に発光素子を実装する実装工程と、
前記発光素子に封止材を塗布して封止する封止工程と、を備えた発光デバイスの製造方法。 - 前記リードフレームには突起部が設けられ、
前記接合工程により、前記リードフレームは、前記突起部が前記第1ガラス基板を貫通するように前記第1ガラス基板に接合され、
前記実装工程で、前記発光素子は前記突起部の上に実装されたことを特徴とする請求項1に記載の発光デバイスの製造方法。 - 中央部に開口を有する第2ガラス基板を準備する準備工程を更に備え、
前記設置工程が、前記第1ガラス基板の上にリードフレームを、前記リードフレームの上に前記第2ガラス基板を設置し、表面に凸部を有する型を、その凸部が前記第2ガラス基板の開口に対向するように設置する工程であり、
前記接合工程が、前記第1ガラス基板と前記第2ガラス基板を加熱により軟化させて前記型を前記第1ガラス基板側から押圧することにより、前記第2ガラス基板の開口に対応する位置に窪みを形成するとともに、前記窪みの底面において前記リードフレームの表面が露出するように、かつ、前記窪みの周辺部で前記第1ガラス基板と前記第2ガラス基板の間に前記リードフレームが埋め込まれるように、前記第1ガラス基板と前記リードフレームと前記第2ガラス基板を接合する工程であることを特徴とする請求項1に記載の発光デバイスの製造方法。 - 前記リードフレームには突起部が設けられ、
前記準備工程はさらに、前記突起部に対応した位置に開口を持つ第1ガラス基板を準備する工程を含み、
前記設置工程で、前記第1ガラス基板の開口に前記突起部が嵌るように前記リードフレームが設置されることを特徴とする請求項3に記載の発光デバイスの製造方法。 - 前記準備工程において、前記第1ガラス基板と第2ガラス基板の少なくとも一方の基板に加熱成型加工によって開口が形成されることを特徴とする請求項3または4に記載の発光デバイスの製造方法。
- 前記リードフレームには貫通孔が形成され、
前記接合工程において、前記第1ガラス基板のガラス材料を前記貫通孔を通して流動させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光デバイスの製造方法。 - 前記接合工程の前に、前記リードフレームの表面に酸化膜を形成する酸化工程を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光デバイスの製造方法。
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JP2013004909A (ja) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Sanken Electric Co Ltd | 発光ダイオード及びその製造方法 |
JP2014523103A (ja) * | 2011-07-22 | 2014-09-08 | ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション | 改善されたled照明システム及び/又はその製造方法 |
-
2009
- 2009-10-19 JP JP2009240261A patent/JP2010171381A/ja not_active Withdrawn
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