JP2011035040A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 薄型で光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の発光装置の製造方法は、ステンレスからなる支持基板上に、Auとの拡散係数が前記支持基板中の金属よりも小さい金属を含む金属層と、その上にAuを主成分とする第1層及び第1層上に積層されAuと異なる金属を主成分とする第2層とを有する導電部材を、複数箇所形成する第1の工程と、導電部材の間の支持基板上に、遮光性樹脂からなる基体を設ける第2の工程と、導電部材又は基体の上面に、金属を含有している接着部材を介して発光素子を載置し、金属層の融点よりも低い温度で加熱して接着部材を溶融させる第3の工程と、発光素子を透光性の封止部材で被覆する第4の工程と、金属層と第1の層との間で剥離することで支持基板を除去後、発光装置を個片化する第5の工程と、を有することを特徴とする。これにより薄型で光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
【選択図】 図1A

Description

本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などに利用可能な発光装置に関し、特に、薄型/小型タイプで光の取り出し効率に優れ、歩留まり良く得られる発光装置及びその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化・軽量化に伴い、それらに搭載される発光装置(発光ダイオード)も小型化されたものが種々開発されている。これらの発光装置は、例えば、絶縁基板の両面にそれぞれ形成された一対の金属導体パターンが形成された両面スルーホールプリント基板上に発光素子を載置し、ワイヤなどを用いて金属導体パターンと発光素子とを電気的に導通させるような構造を有している。
しかしながら、このような発光装置は、両面スルーホールプリント基板を使用することが必須条件であり、この両面スルーホールプリント基板が少なくとも0.1mm程度以上の厚みがあるため、表面実装型発光装置の徹底した薄型化を阻害する要因となっている。そのため、このようなプリント基板を使用しない構造の発光装置が開発されている(例えば特許文献1)。
特開2005−79329号公報
特許文献1に開示されている発光装置は、基板に蒸着などによって薄い金属膜を形成し、これを電極とし、発光素子とともに透光性樹脂で封止することで、従来の表面実装型の発光装置に比べて薄型化が可能となっている。
しかしながら、透光性樹脂のみを用いているため、光が発光素子から下面方向に抜けてしまい、光の取り出し効率が低下しやすい。擂鉢状の金属膜を設けて光を反射させるような構造も開示されているが、このような金属膜を設けるには基板に凹凸を設ける必要がある。そうすると、発光装置が小型化されているためこの凹凸も極めて微細なものになり、加工が困難になるだけでなく、凹凸構造により基板の剥離時に破損しやすくなり歩留まりが低下するなどの問題が生じやすい。また、ディスプレイなどに用いる場合、透光性樹脂のみを用いているとコントラストが悪くなり易い。
また、近年、更なる高出力化が求められており、発光素子の出力が向上される傾向にあるが、そのような高出力の発光を得る際に発生する熱量も増大化している。そのため、発光装置を構成する各部材の耐熱性が要求されている。
以上の課題を解決するため、本発明の発光装置の製造方法は、ステンレスからなる支持基板上に、Auとの拡散係数が支持基板中の金属よりも小さい金属を含む金属層と、その上にAuを主成分とする第1層と、その上にAuと異なる金属を主成分とする第2層とを有する導電部材を、複数箇所形成する第1の工程と、導電部材の間の支持基板上に、遮光性樹脂からなる基体を設ける第2の工程と、導電部材又は基体の上面に、金属を含有している接着部材を介して発光素子を載置して、金属層の融点よりも低い温度で加熱して接着部材を溶融させる第3の工程と、発光素子を透光性の封止部材で被覆する第4の工程と、金属層と第1の層との間で剥離することで支持基板を除去後、発光装置を個片化する第5の工程と、を有することを特徴とする。これにより、薄型で発光効率が高く、耐熱性に優れた発光装置を歩留まり良く得ることができる。
本発明の請求項2に記載の発光装置の製造方法は、第1の工程は、支持基板上に前記金属層を形成後、複数の開口部を有する保護膜を形成し、開口部内に導電部材を形成することが好ましい。
本発明の請求項3に記載の発光装置の製造方法は、第1の工程は、支持基板の上に、複数の開口部を有する保護膜を形成後、開口部内に金属層を形成することが好ましい。
本発明の請求項4に記載の発光装置の製造方法は、第1の工程は、第3の工程の加熱温度よりも高い温度で加熱する工程を含むことが好ましい。
本発明の請求項5に記載の発光装置の製造方法は、金属層は、Ti、Pt、Pd、Al、Rh、Moのいずれか1つを含むことが好ましい。
本発明の請求項6に記載の発光装置の製造方法は、接着部材は共晶材料であることが好ましい。
本発明の請求項7に記載の発光装置は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項の発光装置の製造方法によって得られる。
本発明により、薄型の発光装置を、歩留まり良く容易に形成させることができる。また、薄型の発光装置であっても、発光素子からの光が下面側から漏れ出すのを防ぐことができるため、光の取り出し効率が向上された発光装置や、コントラストが向上された発光装置が得られる。また、耐熱性に優れた発光装置を容易に得ることができる。
図1Aは、本発明係る発光装置の全体及び内部を示す斜視図である。 図1Bは、図1Aに係る発光装置のA−A’断面における断面図である。 図1Cは、本発明に係る発光装置の製造方法を説明する工程図である。 図1Dは、本発明に係る発光装置に製造方法を説明する工程図である。 図2Aは、本発明に係る発光装置の製造方法を説明する工程図である。 図2Bは、本発明に係る発光装置に製造方法を説明する工程図である。 図2Cは、本発明に係る発光装置の断面図及び部分拡大図である。
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の発光装置及びその製造方法を例示するものであって、本発明を以下の形態に限定するものではない。
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に限定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、限定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
<実施の形態1>
本実施の形態の発光装置100を、図1A、図1Bに示す。図1Aは発光装置100の斜視図、図1Bは、図1Aに示す発光装置100のA−A’断面における断面図を示す。
本実施の形態において、発光装置100は、発光素子102と、発光素子102と電気的に接続される上面を有する一対の導電部材101と、導電部材101の外縁と接して保持する基体103とを有している。基体103は、遮光性を有する各種充填材等を添加することで発光素子102からの光を遮光可能な樹脂であり、底面部103aと側壁103bからなる凹部Sを有し、この凹部Sの底面において、一対の導電部材101の上面の一部が露出している。導電部材101の下面は、基体103の下面(裏面)から露出されている。発光素子102と導電部材101とは、導電性ワイヤ105を介して電気的に接続されており、封止部材106がこれらの電子部品を被覆するよう、凹部S内に設けられている。
このような発光装置100は、以下のような製造方法によって得ることができる。図1C、図1Dは、発光装置の集合体1000を形成する工程を説明する図であり、この集合体1000を切断して個片化することで、図1Aに示す発光装置100を得ることができる。
1.第1の工程
まず、図1C(a)に示すように、ステンレスからなる平板状の支持基板1070を用意する。この支持基板の上面に、金属層1080を形成する。金属層は、Auとの拡散係数が支持基板中の金属よりも小さい金属を含むものであり、鍍金、蒸着、スパッタ等の方法を用いることができ、支持基板の上面のほぼ全面に均一な膜厚で設けるのが好ましい。
次いで、この金属層の表面に支持基板の表面に保護膜としてレジスト1090を塗布する。このレジスト1090の厚みによって後に形成される導電部材の厚みを調整することができる。尚、ここでは、支持基板1070の上面(導電部材を形成する側の面)にのみレジスト1090を設けているが、更に、下面(反対側の面)に形成してもよい。これにより、後述の鍍金によって支持基板の下面側に導電部材が形成されるのを防ぐことができる。
尚、用いる保護膜(レジスト)はフォトリソグラフィによって形成されるレジストの場合、ポジ型、ネガ型のいずれを用いてもよい。ここでは、ポジ型のレジストを用いる方法について説明するが、ポジ型、ネガ型を組み合わせて用いてもよい。また、スクリーン印刷により形成させるレジストや、シート状のレジストを貼り付けるなどの方法も用いることができる。
塗布したレジストを乾燥させた後、その上部に開口部を有するマスク1100を直接又は間接的に配置させて、図中の矢印のように紫外線を照射して露光する。ここで用いる紫外線は、レジスト1090の感度等によって適した波長を選択することができる。その後、エッチング剤で処理することで図1C(b)に示すように開口部Kを有する保護膜1090が形成される。ここで、必要であれば酸活性処理などを行ってもよい。
更に、金属層を設けた後、又はレジストを設けた後に、後述の第3の工程の加熱温度よりも高い温度で加熱する工程を行うのが好ましい。好ましくは、レジストを設ける前に行う。また、加熱温度は、好ましくは、340〜500℃、更に好ましくは380〜420℃の範囲である。これにより、金属層と支持基板とを合金化、又は密着性を向上させることがで、その結果、導電部材と金属層との密着性よりも高い密着性とすることができ、支持基板を除去する際に、導電部材と金属層との間で剥離し易くすることができ、歩留まりよく発光装置を得ることができる。
次いで、金(Au)を主成分とする第1層と、更にその上にAuと異なる金属を主成分とする第2層とを鍍金により形成することで、図1C(c)に示すように保護膜1090の開口部K内に導電部材1010を形成させる。このとき、鍍金条件を調整することでレジスト1090の膜厚よりも厚くなるように鍍金することができ、これにより導電部材を保護膜の上面にまで形成させ、図1Aに示すような側面に突起部有する導電部材を形成させることができる。
鍍金方法としては、用いる金属によって、又は目的の膜厚や平坦度に応じて適宜選択することができ、電解鍍金、無電解鍍金を用いることができる。特に、電解鍍金を用いるのが好ましく、これによりレジスト(保護膜)を除去し易く、導電部材を均一な形状で形成し易くなる。また、最上層(例えばAg)との密着性を向上させるため、その下に形成されている第2層として、Ni(又はCu)の上にさらにストライク鍍金によって例えばAuなど形成させた2層からなる第2層とするのが好ましい。
鍍金後、保護膜1090を洗浄して除去することで、図1C(d)に示すように互いに離間する導電部材が複数箇所に形成される。
2.第2の工程
次いで、図1D(a)に示すように、発光素子からの光を反射可能な遮光性樹脂からなる基体1030を形成する。ここでは、導電部材1010の間に基体の底面部1030a及び基体の側壁1030bを同時に形成しているが、それぞれ別工程で形成してもよく、その場合、同一の遮光性樹脂を用いるのが好ましいが、目的や用途に応じて、異なる遮光性樹脂を用いても構わない。
基体の形成方法は、射出成形、トランスファモールド、圧縮成型等の方法を用いることができる。例えばトランスファモールドにより基体1030を形成する場合、複数の導電部材を形成した支持基板を、上型及び下型からなる金型の内に挟み込むようにセットする。このとき、離型シートなどを介して金型内にセットしてもよい。金型を内には基体の原料である樹脂ペレットが挿入されており、支持基板と樹脂ペレットとを加熱する。樹脂ペレット溶融後、加圧して金型内に充填する。加熱温度や加熱時間、また圧力等については用いる樹脂の組成等に応じて適宜調整することができる。硬化後金型から取り出し、図1D(a)に示す成型品を得ることができる。
3.第3の工程
次いで、図1D(b)に示すように、基体の側壁1030bに囲まれた導電部材1010上に、金属を含有している接着部材(図示せず)を用いて発光素子1020を接合し、導電性ワイヤ1050を用いて発光素子の電極と導電部材1010とを接続する。尚、ここでは、同一面側に正負電極を有する発光素子を用いているが、正負電極が異なる面に形成されている発光素子を用いることもできる。
次いで、金属層の融点よりも低い温度で加熱して接着部材を溶融させ、発光素子1020と導電部材1010とを強固に接着させる。加熱温度は、金属層や接着部材の材料にもよるが、200〜380℃程度の範囲が好ましく、更に好ましくは270〜340℃である。例えば、Au:Sn=80:20のはんだ共晶材料は、共晶温度が280〜320℃の範囲であるため、この範囲温度で加熱するのが好ましい。ここでの加熱工程が、第1の工程で金属層を形成した後の加熱工程以降で最も高い温度が加わる工程であり、この温度領域ではAuとステンレス中の金属(Fe、Ni、Cr等)との拡散係数は大きく、特に、Au中にFe、Ni、Cr等が拡散し易い環境となる。そして、樹脂のみからなる接着部材の加熱温度よりも高いものであり、このような高温で加熱した場合であっても、ステンレスからなる支持基板と導電部材の最下層にある第1層(Au)とが、それらの間に設けられる金属層によって合金化層が形成されるのを抑制することができる。
4.第4の工程
第4の工程では、図1C(c)に示すように、基体の側壁1030bに囲まれて形成される凹部に透光性樹脂からなる封止部材1060をトランスファモールド、ポッティング、印刷などの方法で形成する。凹部を有する基体の場合、ポッティングを用いて透光性樹脂を凹部内に充填するのが好ましい。このようにして、発光素子1020や導電性ワイヤ1050を封止部1060材で被覆する。ここでは、封止部材1060は、側壁1030bと略同一高さになるように設けられているが、これに限らず、側壁1030bよりも低く又は高くなるよう形成してもよい。また、このように上面が平坦な面としてもよく、或いは、中央が凹んだ、又は突出したような曲面状に形成してもよい。また、封止部材は1層構造、又は組成や特性が異なる2層以上の多層構造としてもよい。
5.第5の工程
第5の工程では、封止部材1060が硬化後に、図1D(c)に示すように、支持基板1070を剥離するが、この際、金属層1080と導電部材1010の第1層との間を分離するような位置で剥離して除去する。すなわち、金属層1080は支持基板1070の表面に形成されたままの状態で除去する。
以上のような工程を経て、図1D(d)に示すような発光装置に集合体1000を得ることができる。最後に、図1D(d)中に示す破線部、すなわち、基体の側壁1030bを切断するような位置で基体1030及び導電部材1010を切断することで個片化し、図1Aに示すような発光装置100を得ることができる。個片化の方法としては、ブレードによるダイシング、レーザ光によるダイシング等種々の方法を用いることができる。
ここでは、側壁1030bを切断し、封止部材1060が切断されないような位置で切断することで、光の取り出し方向を、発光装置100の上方向のみに限定することができる。これにより、上方向への光の取り出しが効率よく行われる。尚、図1D(d)では、導電部材を含む位置で切断しているが、これに限らず、導電部材から離間する位置で切断してもよい。導電部材を含む位置で切断すると、発光装置の側面にも導電部材が露出しているようになり、はんだ等が接合し易くなる。また、導電部材から離間する位置で切断する場合、切断されるのが基体や封止部材など樹脂のみとなるため、導電部材と樹脂とを合わせて切断するのに比して容易に切断することができる。
以下、本発明の発光装置の各部材について、詳説する。
(基体)
本実施の形態において、基体は、一対の導電部材の間に設けられる底面部と側壁とからなる凹部を有する樹脂であり、遮光性を有する各種充填材等を添加することで発光素子からの光を遮光可能な樹脂からなる。このような遮光性の基体を設けることで、発光素子からの光が、発光装置の下面(裏面)側から外部に漏れ出すのを抑制することができ、上面方向への光の取り出し効率を向上させることができる。尚、側壁を有していない基体、すなわち、底面部のみの基体でもよい。基体の底面部及び側壁とも、その厚みは、発光素子からの光の漏れを抑制できる厚さであればよい。
基体は発光素子からの光が遮光可能な部材であればよく、また、支持基板との線膨張係数の差が小さいものが好ましい。さらに、絶縁性部材を用いるのが好ましい。好ましい材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂を用いることができる。特に、導電部材の膜厚が25μm〜200μm程度の極薄い厚みの場合は、熱硬化性樹脂が好ましく、これによって極めて薄型の基体を得ることができる。具体的にはエポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物などをあげることができる。
特に、熱硬化性樹脂が好ましく、特開2006−156704に記載されている樹脂が好ましい。例えば、熱硬化性樹脂のうち、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂等が好ましい。具体的には、(i)トリグリシジルイソシアヌレート、水素化ビスフェノールAジグリシジルエーテルからなるエポキシ樹脂と、(ii)ヘキサヒドロ無水フタル酸、3−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸からなる酸無水物とを、エポキシ樹脂へ当量となるよう溶解混合した無色透明な混合物を含む固形状エポキシ樹脂組成物を用いるのが好ましい。さらにこれら混合物100重量部に対して、硬化促進剤としてDBU(1,8−Diazabicyclo(5,4,0)undecene−7)を0.5重量部、助触媒としてエチレングリコールを1重量部、酸化チタン顔料を10重量部、ガラス繊維を50重量部添加し、加熱により部分的に硬化反応させ、Bステージ化した固形状エポキシ樹脂組成物が好ましい。
また、国際公開番号WO2007/015426号公報に記載の、トリアジン誘導体エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂を必須成分とする熱硬化性エポキシ樹脂組成物が好ましい。例えば、1,3,5−トリアジン核誘導体エポキシ樹脂を含むことが好ましい。特にイソシアヌレート環を有するエポキシ樹脂は、耐光性や電気絶縁性に優れている。一つのイソシアヌレート環に対して、2価の、より好ましくは3価のエポキシ基を有することが望ましい。具体的には、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリス(α−メチルグリシジル)イソシアヌレート等を用いることができる。トリアジン誘導体エポキシ樹脂の軟化点は90〜125℃であることが好ましい。また、これらトリアジン誘導体エポキシ樹脂に、水素添加エポキシ樹脂や、その他のエポキシ樹脂を併用してもよい。更に、シリコーン樹脂組成物の場合、メチルシリコーンレジンを含むシリコーン樹脂が好ましい。
特に、トリアジン誘導体エポキシ樹脂を用いる場合について具体的に説明する。トリアジン誘導体エポキシ樹脂に、硬化剤として作用する酸無水物を用いるのが好ましく、特に、非芳香族であり、かつ、炭素炭素2重結合を有さない酸無水物を用いることで耐光性を向上させることができる。具体的には、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物などが挙げられ、特にメチルヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましい。また、酸化防止剤を用いるのが好ましく、例えば、フェノール系、硫黄系酸化防止剤を使用することができる。
そして、これら樹脂中に遮光性を付与するための充填材や、必要に応じて各種添加剤を混入させることができ、本発明ではこれらを含めて基体を構成する遮光性樹脂と称する。例えば、充填材(フィラー)としてTiO、SiO、Al、MgO、MgCO、CaCO、Mg(OH)、Ca(OH)などの微粒子などを混入させることで光の透過率を調整し、発光素子からの光の約60%以上を遮光するよう、より好ましくは約90%を遮光するようにするのが好ましい。尚、ここでは基体によって光を反射するか、又は吸収するかどちらでもよいが、発光装置を照明などの用途に用いる場合は、より好ましくは反射させることによって遮光するのが好ましい。そのため、発光素子からの光に対する反射率が60%以上であるものが好ましく、より好ましくは90%以上反射するものが好ましい。
上記のような各種充填材は、1種類のみ、或いは2種類以上を組み合わせて用いることができ、例えば、反射率を調整するための充填材と、後述のように線膨張係数を調整するための充填材とを併用するなどの用い方ができる。
例えば、白色の充填材としてTiOを用いる場合は、好ましくは10〜30wt%、より好ましくは15〜25wt%配合させるのがよい。TiOは、ルチル形、アナタース形のどちらを用いても良い。遮光性や耐光性の点からルチル形が好ましい。更に、分散性、耐光性を向上させたい場合、表面処理により改質した充填材も使用できる。TiOから成る充填材の表面処理にはアルミナ、シリカ、酸化亜鉛等の水和酸化物、酸化物等を用いることができる。また、これらに加え、充填材として主として線膨張係数を調整するための充填材としてSiOを60〜80wt%の範囲で用いるのが好ましく、さらに、65〜75wt%用いるのが好ましい。また、SiOとしては、結晶性シリカよりも線膨張係数の小さい非晶質シリカが好ましい。また、粒径が100μm以下の充填材、更には60μm以下の充填材が好ましい。更に、形状は球形の充填材が好ましく、これにより基体成型時の充填性を向上させることができる。また、ディスプレイなどに用いる場合であって、コントラストを向上させたい場合は、発光素子からの光の吸収率が60%以上、より好ましくは90%以上吸収するものが好ましい。このような場合、充填材としては、アセチレンブラック、活性炭、黒鉛などのカーボンや、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物、もしくは有色有機顔料などを目的に応じて利用する事ができる。
また、基体の線膨張係数は、個片化する前に除去(剥離)される支持基板の線膨張係数との差が小さくなるように制御するのが好ましい。好ましくは30%以下、より好ましくは10%以下の差とするのがよい。支持基板としてSUS板を用いる場合、線膨張係数の差は20ppm以下が好ましく、10ppm以下がより好ましい。この場合、充填材を70wt%以上、好ましくは85wt%以上配合させるのが好ましい。これにより、支持基板と基体との残留応力を制御(緩和)することができるため、個片化する前の発光装置の集合体の反りを少なくすることができる。反りを少なくすることで、導電性ワイヤの切断など内部損傷を低減し、また、個片化する際の位置ズレを抑制して歩留まりよく製造することができる。例えば、基体の線膨張係数を5〜25×10−6/Kに調整することが好ましく、さらに好ましくは7〜15×10−6/Kに調整することが望ましい。これにより、基体成型後、冷却時に生じる反りを抑制し易くすることができ、歩留まりよく製造することができる。尚、本明細書において線膨張係数とは、各種充填材等で調整された遮光性樹脂からなる基体のガラス転移温度以下での線膨張係数を指す。この温度領域における線膨張係数が、支持基板の線膨張係数と近いものが好ましい。
また、別の観点から、基体の線膨張係数は、第1及び第2の導電部材の線膨張係数との差が小さくなるように制御するのが好ましい。好ましくは40%以下、より好ましくは20%以下の差とするのがよい。これにより、個片化後の発光装置において、第1及び第2の導電部材と基体とが剥離するのを抑制し、信頼性に優れた発光装置とすることができる。
(導電部材)
導電部材は、発光素子に直接又は間接的に電気的に接続して外部から供給される電気を通電させるための一対の電極として機能させるものであり、少なくとも1つの導電部材は発光素子が載置可能な大きさであり、他方は導電性ワイヤが接続可能な大きさを有している。導電部材の下面は、発光装置の外面を構成するよう第1層(Au)が露出されており、これにより、回路基板との密着性の優れた電極として機能させることができ、良好に導通させることができる。
導電部材の側面は、平坦な面でもよいが基体との密着性等を考慮すると、図1Bに示すような突起部を有するようにするのが好ましい。この突起部は、導電部材101の下面から離間した位置に設けるのが好ましく、これにより導電部材101が基体103から脱落するなどの問題が生じにくくなる。このような突起部は、導電部材の周囲の任意の位置に設けることができ、例えば、上面視四角形の導電部材の対向する2つの側面にのみ設けるなど、部分的に設けることができる。より確実に脱落を防ぐためには、導電部材の周囲全体に渡って形成するのが好ましい。
導電部材の膜厚については、10μm〜100μm程度が好ましく、特に45μm〜95μm以下程度が好ましい。このような薄い導電部材は、後述のように支持基板に鍍金することで得ることができる。上記範囲の厚さとすることで、比較的均一な膜厚の導電部材とすることができる。
本願において導電部材は、Auを主成分とする第1層と、その上にAuと異なる金属を主成分とする第2層とを有している。
導電部材のAuを主成分とする第1層は、支持基板及び金属層を除去した後に、発光装置の裏面に露出されるものであり、回路基板への実装に用いられる半田の濡れ性に優れた部材である。そのため、第1層として主成分をAu、好ましくはAuとしておくことで、更なる鍍金工程を必要としない。第1層の膜厚は、0.04μm〜1μm程度が好ましく、より好ましくは0.1〜0.5μm程度である。
導電部材の第2層は、Auと異なる金属を主成分とする層であり、目的や用途に応じて、銅、ニッケル、鉄、パラジウムなどを好適に用いることができる。例えば、導電部材や発光装置の機械的強度を向上させるためには、耐食性の高いNiを主成分として用いるのが好ましく、また、放熱性を向上させるためには、熱伝導率の高い銅を用いるなど、目的や用途に応じて、種々選択することができる。これらは単体で用いることができるが、機械的強度や接合性、量産性、コスト等を考慮して、その他の金属との合金や、更には第1層と第2層との間や第2層の上にそれらを積層してもよい。このような材料としては、アルミニウム、金、銀、タングステン、モリブデン、コバルト等の金属又これらの合金(鉄−ニッケル合金等)、りん青銅、鉄入り銅、AuSnなどのはんだ共晶材料、SnAgCu、SnAgCuInなどのはんだ、ITO等が挙げられる。はんだ材料の中でも、はんだ粒子が一旦溶融し凝固するとはんだにより接合する金属とはんだが合金化して融点が上昇し、リフロー実装時などの追加の熱処理時に再溶解しない組成に調整したものが好ましい。第2層の膜厚は、0.04μm〜200μm程度が好ましく、より好ましくは40〜80μm程度である。
また、導電部材の最表面(最上面)には、発光素子や波長変換部材からの光を反射可能な材料を設けるのが好ましく、具体的には金、銀、銅、Pt、Pd、Al、W、Mo、Ru、Rh等が好ましい。更に最表面の導電部材は高反射率、高光沢である事が好ましい。具体的には可視域の反射率は70%以上である事が好ましく、その際はAu、Al、Ag、Ru、Rh、Pt、Pdなどが好ましく、特にAgが好ましい。また、導電部材の表面光沢も高いほうが好ましい。具体的に光沢度は好ましくは0.5以上、より好ましくは1.0以上である。ここで示される光沢度は日本電色工業製 微小面色差計VSR 300Aを用い、45°照射、垂直受光で得られる数字である。また、支持基板側は回路基板等への実装に有利なAu、Sn、Sn合金、AuSnなどの共晶はんだ鍍金等が好ましい。
上記のような導電部材は、鍍金方法によって形成される鍍金(鍍金層)であることが好ましく、特に、積層された鍍金(層)であることが好ましい。
また、比較的支持基板との線膨張係数が近いものが好ましい。例えば、支持基板として、線膨張係数が10.4×10−6/KであるSUS430を用い、その上に導電部材として、第1層として、線膨張係数14.2×10−6/KであるAu(0.04〜0.1μm)、その上に第2層として線膨張係数12.8×10−6/KであるNi(又は線膨張係数16.8×10−6/KであるCu)(40〜70μm)/Au(0.01〜0.07μm)、更に最表面層として線膨張係数119.7×10−6/KであるAg(2〜6μm)等の積層構造が好ましい。最上層のAgは線膨張係数が他の層の金属と大きく異なるが、発光素子からの光の反射率を優先しているためであり、極めて薄い厚みとしているため反りに対する影響は極めて微弱であり、実用的に問題はない程度である。
(封止部材)
封止部材は、発光素子、受光素子、保護素子、更には導電性ワイヤなどの電子部品を、塵芥や水分、更には外力などから保護する部材であり、本実施の形態においては、図1A、図1Bに示すように、基体103の凹部S内に充填されている。
封止部材の材料としては、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。更に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。さらにまた、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゾル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換部材(蛍光部材)などを含有させることもできる。封止部材の充填量は、上記電子部品が被覆される量であればよい。
封止樹部材の外表面の形状については配光特性などに応じて種々選択することができる。例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状などとすることで、指向特性を調整することができる。また、封止部材に加え別に、レンズ部材を設けてもよい。さらに、蛍光部材入り成形体、例えば蛍光部材入り板状成形体、ドーム状成形体等を用いる場合には、封止部材としては密着性に優れた材料を選択することが好ましい。蛍光部材入り成形体は樹脂組成物の他、ガラス等の無機物を用いることができる。
尚、主として発光装置について上述のように説明したが、受光装置についてもほぼ上記と同様であり、用いる封止部材として、光の入射効率を高めるたり、受光装置内部での2次反射を避ける目的で白色もしくは黒色などの有色フィラーを用いても良い。特に赤外線発光装置や赤外線検知装置には可視光の影響を避けるために黒色の有色フィラー含有の封止部材を用いるのが好ましい。
また、上述の遮光性樹脂からなる基体の代わりに、上記封止部材として用いられる樹脂で、導電部材とその上に載置される各電子部品とを一体的に保持するようにしてもよい。
(接着部材)
接着部材は、金属を含有する部材であり、金属層の融点よりも低い温度の加熱によって溶融して発光素子と導電部材とを接着可能な部材である。このような接着部材は、樹脂のみからなる接着部材よりも高い温度での加熱が必要であるが、その分、耐熱性に優れた部材であり、発光素子の高出力化に伴う高温の発熱によっても劣化しにくく、密着性が低下しにくい。接着部材の好ましい材料としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、AuSnなどのはんだ共晶材料、低融点金属等のろう材を用いることができ、特にAu:Sn=10:90、Au:Sn=80:20の共晶材料が好ましい。特にAu:Sn=80:20のはんだ共晶材料は、共晶温度が280〜320℃の範囲であり、高い流動性と濡れ性を有しているため発光素子の接着を強固なものとすることができる。
(導電性ワイヤ)
発光素子の電極と、直接又は間接的に導電部材とを接続する導電性ワイヤは、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。特に、熱抵抗などに優れた金を用いるのが好ましい。
(波長変換部材)
上記封止部材中に、波長変換部材として発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。
蛍光部材としては、発光素子からの光を、それより長波長に変換させるものの方が効率がよい。しかしながら、これに限らず、発光素子からの光を、短波長に変換させるもの、或いは、他の蛍光部材によって変換された光を更に変換させるものなど、種々の蛍光部材を用いることができる。このような波長変換部材は、1種の蛍光部材を単層で形成してもよいし、2種以上の蛍光部材が混合された単層を形成してもよいし、1種の蛍光部材を含有する単層を2層以上積層させてもよいし、2種以上の蛍光部材がそれぞれ混合された単層を2層以上積層させてもよい。
蛍光部材としては、例えば、発光素子として窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子を用いる場合、その発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、(a)Eu賦活されたα若しくはβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート、各種アルカリ土類金属窒化アルミニウムケイ素(例:CaSiAlN:Eu、SrAlSi:Euなど)、(b)Eu等のランタノイド系の元素、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト、アルカリ土類金属のハロシリケート、アルカリ土類金属シリケート、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、アルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、または、(c)Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、アルカリ土類金属希土類ケイ酸塩(d)Eu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。好ましくは、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体である、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体である。また、Yの一部もしくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。さらに、上記蛍光部材以外の蛍光部材であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光部材も使用することができる。
また、蛍光部材をガラス、樹脂組成物等他の成形体に塗布したものも用いることができる。さらに、蛍光部材入り成形体も用いることができる。具体的には、蛍光部材入りガラスや、YAG焼結体、YAGとAl、SiO、Bなどの焼結体、無機融液中でYAGを析出させた結晶化無機バルク体などを用いたり、蛍光部材をエポキシ、シリコーン、ハイブリッド樹脂等で一体成形したものも用いたりすることができる。
(発光素子)
本発明においては、発光素子として、同一面側に正負電極が形成された構造、或いは異なる面に正負電極が形成された構造、成長基板とは異なる基板を貼り合わせた構造等、種々の構造の半導体素子を用いることができる。
半導体発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ZnSeや窒化物系半導体(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaPを用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、GaAlAs、AlInGaPなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
波長変換部材を有する発光装置とする場合には、その波長変換部材を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。さらには、発光素子とともに、もしくは単独で、受光素子などを搭載することができ、保護素子なども搭載することができる。また、導電部材の上に直接接着部材を介して接合させる他、台座部材などの別部材を介して間接的に導電部材を載置してもよい。
(支持基板)
支持基板は、導電部材を形成するために用いる板状又はシート状部材であり、個片化する前に除去するため、発光装置には具備されていない部材である。
支持基板は、ステンレス(SUS)からなり、アルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系等、種々のステンレスを用いることができる。好ましくは、フェライト系のステンレスであり、特に好ましくは、400系、300系のものであり、更に、SUS430(10.4×10−6/K)、SUS444(10.6×10−6/K)、SUS303(18.7×10−6/K)、SUS304(17.3×10−6/K)等が好適に用いられる。400系のステンレスは、鍍金の前処理として酸処理を行うと、300系に比し表面が荒れやすくなる。したがって、酸処理を行った400系のステンレスの上に鍍金層を形成すると、その鍍金層の表面も荒れやすくなる。これにより封止部材や基体を構成する樹脂との密着性を良くすることができる。また、300系は酸処理では表面が荒れにくい。このため300系のステンレスを用いれば、鍍金層の表面の光沢度を向上させやすく、これにより発光素子からの反射率を向上して光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
支持基板の厚みは、10μm〜300μm程度の板状部材を用いるのが好ましく、また、樹脂成形後の反りを緩和するために支持基板にスリット、溝、波形状の加工を施していてもよい。
(金属層)
金属層は、ステンレスからなる支持基板上に設けられるものであり、Auとの拡散係数が支持基板中の金属よりも小さい金属を含む。これにより、発光素子を導電部材に接合させる際の加熱によって、支持基板中に含まれるFe、Ni、Cr等が、導電部材の第1層に拡散するのを抑制するバリア層として機能する。
これにより、支持基板と導電部材の間で合金化するのを抑制することができるため、後工程で支持基板を除去しやすくし、歩留まりよく発光装置を得ることができる。
このような金属層として好ましい材料は、Ti、Pt、Pd、Al、Rh、Mo等が挙げられる。金属層の膜厚は、0.02μm〜5μm程度が好ましく、更に0.02μm〜1μm程度が好ましい。金属層は、導電部材と同様に、鍍金で形成することができる他、スパッタや蒸着等の方法でも形成することができる。
<実施の形態2>
本実施の形態の発光装置200及びその製造方法を、図2A〜図2Cに示す。図2Cは発光装置200の断面図及びその部分拡大図を示す。
本実施の形態において、発光装置200は、図1Aに示す発光装置と略同様の外観をしており、発光素子202と、発光素子202と電気的に接続される上面を有する一対の導電部材201と、導電部材201の外縁と接して保持する基体203とを有している。基体203は底面部203aと側壁203bからなる凹部を有しており、凹部の底面において、一対の導電部材201の上面の一部が露出している。導電部材201の下面は、基体203の下面(裏面)から露出されている。発光素子202と導電部材101とは、導電性ワイヤ205を介して電気的に接続されており、封止部材206がこれらの電子部品を被覆するよう、凹部内に設けられている。そして、実施の形態2では、基体203の下面が、導電部材201の下面よりも下側に突出していることを特徴とする。これによって、プリント基板等の実装基板への実装時等に短絡を生じにくくすることができる。
このような発光装置200は、以下のような製造方法によって得ることができる。図2A、図2Bは、発光装置の集合体2000を形成する工程を説明する図であり、この集合体2000を切断して個片化することで、図2Cに示す発光装置200を得ることができる。実施の形態2の製造方法は、支持基板に設ける金属層と保護膜との形成順序を、実施の形態1と逆にする、すなわち、先に保護膜を形成した後に金属層を形成する点が実施の形態1と異なる。以下、主として実施の形態1と異なる点について説明し、他の方法については実施の形態1と同様の方法を用いることができるため適宜省略する。
1.第1の工程
まず、図2A(a)に示すように、ステンレスからなる平板状の支持基板2070を用意する。この支持基板の表面に、保護膜としてレジスト2090を塗布する。塗布したレジスト2070を乾燥させた後、その上部に開口部を有するマスク2100を直接又は間接的に配置させて、図中の矢印のように紫外線を照射して露光する。その後、エッチング剤で処理することで図2A(b)に示すように開口部Kを有する保護膜2090が形成される。
次いで、Auとの拡散係数が支持基板中の金属よりも小さい金属を含む金属層2080を保護膜2090の開口部K内に露出される支持基板上に形成させる。その後、実施の形態1と同様に、第3の工程での加熱温度よりも高い温度で加熱するのが好ましい。
次いで、金属層2080の上に、金(Au)を主成分とする第1層と、更にその上にAuと異なる金属を主成分とする第2層とを鍍金により形成することで、図2A(c)に示すように保護膜2090の開口部K内に、金属層2080及びその上の導電部材2010が形成される。このように、金属層2080が導電部材2010と同じ形状で形成される点が実施の形態1と異なる。ここでは、金属層2080は導電部材2010に比して極めて薄く形成するのが好ましい。すなわち、この金属層2080は、最終工程において支持基板と共に除去されてしまうものであるため、厚く形成すると剥離しにくくなり、また、導電部材の裏面と基体の裏面との高低差が大きくなってしまうと回路基板等への実装時に不良が生じ易くなるため、薄く形成するのが好ましく、例えば、0.02μm〜3μm程度が好ましく、更には0.02μm〜1μm程度が好ましい。
鍍金後、保護膜2090を洗浄して除去することで、図2A(d)に示すように互いに離間する金属層2080及び導電部材2010が複数形成される。
2.第2の工程
次いで、図2B(a)に示すように、発光素子からの光を反射可能な遮光性樹脂からなり、底面部2030a及び側壁2030bを有する基体2030を形成する。
3.第3の工程
次いで、図2B(b)に示すように、基体の側壁2030bに囲まれた導電部材2010上に、金属を含有している接着部材(図示せず)を用いて発光素子2020を接合し、導電性ワイヤ2050を用いて発光素子の電極と導電部材2010とを接続する。
次いで、金属層の融点よりも低い温度で加熱して接着部材を溶融させ、発光素子2020と導電部材2010とを強固に接着させる。
4.第4の工程
第4の工程では、図2B(c)に示すように、基体の側壁2030bに囲まれて形成される凹部に透光性樹脂からなる封止部材2060を形成する。
5.第5の工程
第5の工程では、封止部材2060が硬化後に、図2B(c)に示すように、支持基板2070を剥離するが、この際、金属層2080と導電部材2010の第1層との間を分離するような位置で剥離して除去する。ここで、金属層2080が、支持基板2070の上面の全面ではなく、導電部材2060と同じようにそれぞれ離間するように複数形成されているため、剥離後の支持基板2070の上面に、それぞれ離間する金属層2080が残存するように剥離させる。
以上のような工程を経て、図2B(d)に示すような発光装置に集合体2000を得ることができる。最後に、図2B(d)中に示す破線部、すなわち、基体の側壁2030bを切断するような位置で基体2030及び導電部材2010を切断することで個片化し、図2Cに示すような、基体(底面部)203の下面が、導電部材201の下面よりも突出している発光装置200を得ることができる。尚、図2Cでは、基体の底面部203aの下面が導電部材201の下面よりも突出している例を図示してあるが、基体の側壁203bの下面も導電部材201の下面よりも突出するようにすることもでき、これによりバランスよく実装することができ好ましい。
本発明に係る発光装置は、小型で軽量であって、耐熱性に優れ、且つ、光取り出し効率の発光装置を得ることができ、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などにも利用することができる。
100、200・・・発光装置
101、201・・・導電部材
102、202・・・発光素子
103、203・・・基体
103a、203a・・・基体の底面部
103b、203b・・・基体の側壁
S・・・基体の凹部
104・・・保護素子
105、205・・・導電性ワイヤ
106、206・・・封止部材
1000、2000・・・発光素子の集合体
1010、2010・・・導電部材
1020、2020・・・発光素子
1030、2030・・・基体
1030a、2030a・・・基体の底面部
1030b、2030b・・・基体の側壁
1050、2050・・・導電性ワイヤ
1060、2060・・・封止部材
1070、2070・・・支持基板
1080、2080・・・金属層
1090、2090・・・保護膜(レジスト)
1100、2100・・・マスク

Claims (7)

  1. ステンレスからなる支持基板上に、Auとの拡散係数が前記支持基板中の金属よりも小さい金属を含む金属層を形成し、その上にAuを主成分とする第1層及び該第1層上に積層されAuと異なる金属を主成分とする第2層とを有する導電部材を複数箇所形成する第1の工程と、
    前記複数の導電部材の間に露出される前記支持基板上は金属層上に、遮光性樹脂からなる基体を設ける第2の工程と、
    前記導電部材又は基体の上面に、金属を含有している接着部材を介して発光素子を載置して、前記金属層の融点よりも低い温度で加熱して接着部材を溶融させる第3の工程と、
    前記発光素子を透光性の封止部材で被覆する第4の工程と、
    前記金属層と前記第1の層との間で剥離することで前記支持基板を除去後、発光装置を個片化する第5の工程と、
    を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記第1の工程は、前記支持基板上に前記金属層を形成後、複数の開口部を有する保護膜を形成し、該開口部内に前記導電部材を形成する請求項1記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記第1の工程は、前記支持基板の上に、複数の開口部を有する保護膜を形成後、該開口部内に前記金属層を形成する請求項1記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第1の工程は、前記第3の工程の加熱温度よりも高い温度で加熱する工程を含む請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記金属層は、Ti、Pt、Pd、Al、Rh、Moのいずれか1つを含む請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記接着部材は、共晶材料である請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法によって得られる発光装置。
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