JP2011082455A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤ素子を用いた発光装置に対する長寿命、高信頼性、低価格、省エネ等の要望が強く、これを実現するために発光条件が良く、製造価格の安いガラス蓋を備えた発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 無機材質基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記無機材質基板上のＬＥＤ素子実装領域の周囲にガラス蓋を溶着して密封する発光装置の製造方法において、前記ガラス蓋は平板ガラスの一方の面にサンドブラスト加工によって凹部を形成すると共に、前記平板ガラスの他方の面における凹部周囲の切断位置にスクライブ加工によって溝を形成した後に、フッ酸加工によって前記凹部と前記溝の面取り加工を行い、前記凹部形成面側よりダイシング加工によって溝の位置を切断する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤ素子を用いた発光装置の製造方法に関し、特に無機材質基板とガラス蓋による気密封止構造により高信頼性を実現した発光装置の製造方法に関する。

近年、ＬＥＤ素子を用いた発光装置が普及するに至り、車載用、大型テレビ、ノートＰＣ等の需要が急速に拡大している。これに伴ってＬＥＤ素子を用いた発光装置に対する長寿命、高信頼性、省エネ等の要望が強くなっており、これを実現するための新しい技術開発が望まれている。

上記要望に対して色々な新しい技術開発が行われているが、例えば特許文献１には無機材質基板に複数の凹部を形成し、各々の凹部にＬＥＤ素子を実装した後に、ガラス蓋による気密封止を行って複数の発光装置を同時に作成する製造方法が記載されている。そして各発光装置間を切断分離する方法として、無機材質基板とガラス蓋の双方向からダイシング加工により板厚の４分の３ほどの深さの溝を形成し、２個の溝の間をへき開して切断分離することにより個々の発光装置を完成させている。

また表示装置におけるガラス蓋の加工方法としては、特許文献２にはガラス板の切断方法として、ガラス板の両面よりフッ酸によるエッチングを行って対抗溝を形成し、この対向溝間をへき開して切断分離を行う方法が記載されている。

さらに特許文献３にはガラス蓋の作成方法として、ガラス板の片面に耐フッ酸膜を形成し、この耐フッ酸膜上に蓋の凹部を形成するための開口を有する耐ブラスト膜を形成する。そして耐ブラスト膜によるブラスト加工によって凹部を形成し、さらに耐フッ酸膜によって凹部内をエチングにより面仕上げを行う方法が記載されている。

特開２００７−１８４４２６号公報 特開平３−２３２７３１号公報 特開２００５−１３９０３９号公報

上記するように特許文献１に示す発光装置の製造方法は、各発光装置間を切断分離する方法として無機材質基板とガラス蓋の双方向からダイシング加工により板厚の４分の３ほどの深さの溝を形成し、２個の溝の間をへき開して切断分離する方法である。従ってこの方法の場合はダイシング加工を２回行う必要があり、加工工数が多くなって製造価格が高くなると共に、発光装置の場合、ガラス蓋の側面にへき開による破断面があることは発光形状に乱反射が生じて好ましくないとされている。

また特許文献２に示すガラス製品の分割方法も発光装置に使用した場合にはガラス蓋の側面にへき開による破断面が残り、発光形状に乱反射が生じて好ましくない。

本発明の目的は、引用文献３に示すようなガラス蓋の製造方法を応用し、発光形状が良く、製造価格の安い、ＬＥＤ素子をガラス蓋で封止した発光装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の製造方法は、無機材質基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記無機材質基板上のＬＥＤ素子実装領域の周囲にガラス蓋を接着して密封する発光装置の製造方法において、前記ガラス蓋は平板ガラスの一方の面にサンドブラスト加工によって凹部を形成すると共に、前記平板ガラスの他方の面における凹部周囲の切断位置にスクライブ加工によって溝を形成した後に、フッ酸加工によって前記凹部と前記溝の面取り加工を行い、前記凹部形成面側よりダイシング加工によって溝の位置を切断することを特徴とする。

上記製造方法によれば、ガラス蓋加工における、サンドブラストによる凹部とスクライブ加工による溝の面取加工を１回のフッ酸加工によって同時に行うことができるため、ガラス蓋のダイシング加工時の欠けや割れを防止することができ、またガラス蓋の生産性が良くなり、コストダウンが可能となる。

前記無機材質基板とガラス蓋との接着を金属材料による溶着によって行うと良い。

前記無機材質基板とガラス蓋とを溶着した後に、前記無機材質基板側からガラス蓋の溝の位置に向かってダイシング加工を行うことにより切断すると良い。

また本発明の製造方法は大判の無機材質基板に各パターンを形成後、ＬＥＤ素子をＦＣ実装した状態の発光部分を複数個整列して形成する大判基板形成工程と、大判の平板ガラスに一方の面にサンドブラスト加工によってガラス蓋の凹部を複数個整列して形成する凹部形成工程、凹部を形成した大判平板ガラスの他方の面における凹部周囲の切断位置にスクライブ加工によって溝を形成する溝形成工程、凹部及び溝を形成した大判平板ガラスをフッ酸加工によって前記凹部と前記溝の面取り加工を行フッ酸加工工程とによって大判ガラス蓋を形成する大判ガラス蓋形成工程と、前記大判基板と大判ガラス蓋とを溶着して一体化する大判発光装置形成工程と、前記大判発光装置を無機材質基板側から大判ガラス蓋の溝位置に向かってダイシング加工することにより、切断分離して個々の発光装置を作成する切断分離工程とを有することを特徴とする。

上記製造方法によれば、大判基板と大判のガラス蓋を使用することによって発光装置の大量生産ができると共に、大判ガラス蓋加工における、サンドブラストによる凹部とスクライブ加工による溝の面取加工を１回のフッ酸加工によって同時に行うことができるため、ガラス蓋のダイシング加工時の欠けや割れを防止することができ、またガラス蓋の生産性が良くなり、コストダウンが可能となる。

前記大判基板形成工程における発光部分は、さらにＬＥＤ素子実装部の周囲に波長変換層を設けると良い。

以上のように本発明の製造方法においては、ガラス蓋加工における、サンドブラストによる凹部とスクライブ加工による溝の面取加工を１回のフッ酸加工によって同時に行うことができるため、ガラス蓋のダイシング加工時の欠けや割れを防止することができ、またガラス蓋の生産性が良くなり、コストダウンが可能となる。

本発明の第１実施形態における発光装置の断面図である。 図１に示す発光装置におけるガラス蓋の部分拡大断面図である。 図１に示す発光装置の製造工程を示す工程図である。 図１示す発光装置に用いられるガラス蓋の加工工程を示す工程図である。 図１に示す発光装置の製造工程を示す工程図であり、各要素の断面を示している。 本発明における無機材質基板とガラス蓋との特性及び組み合わせを示す特性表である。 本発明の第２実施形態におけるガラス蓋を同時に複数個作成するための大判平板ガラスの下面側の斜視図である。 本発明の第２実施形態におけるガラス蓋を同時に複数個作成するための大判平板ガラスの上面側の斜視図である。 本発明の第２実施形態における無機材質基板を同時に複数個作成するための大判基板の斜視図である。 本発明の第２実施形態における大判発光装置の斜視図である。 図１０に示す大判発光装置を切断分離した発光装置の斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態の発光装置の製造方法について図面により説明する。図１〜図５は本発明の第１実施形態における発光装置及びガラス蓋を示すものであり、図１は発光装置の断面図、図２は図１に示すガラス蓋の部分拡大断面図、図３は図１に示す発光装置の製造工程を示す工程図、図４は図１に示す発光装置に用いられるガラス蓋の加工工程を示す工程図、図５は図１に示す発光装置の製造工程を示す各要素の断面図である。

図１は発光装置１０の断面図であり、無機材質基板２の上面側には配線パターン２ａ、裏面には出力電極２ｂが形成されており、上面側の配線パターン２ａと裏面の出力電極２ｂとはスルーホール２ｃによって接続されている。そして無機材質基板２の配線パターン２ａにはＬＥＤ素子１がフリップチップ実装（以後ＦＣ実装と略記する）されており、このＬＥＤ素子１の周囲は蛍光粒子を混入した樹脂層またはガラス層よりなる波長変換層３で被覆されている。さらに無機材質基板２の上面側におけるＬＥＤ素子１の実装領域の周囲に形成された溶着層７により、ガラス蓋５を溶着密封することにより発光装置１０が完成する。なおガラス蓋５の上面コーナ部には後述するダイシング加工による切断分離時にガラス蓋の割れや欠けを防止するための面取り部５ｍが形成されており、図２にその拡大断面を示している。

次に図３により、発光装置１０の製造工程を説明する。まず基板工程においては無機材質基板２としてはＡＩＮ（窒化アルミ）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミ）、Ｓｉ（シリコン）等の無機材質基板を使用し、この無機材質基板２にはＬＥＤ素子１をＦＣ実装するための接着層としてＡｕＳｎ電極、ガラス蓋５を溶着するための溶着下地層としてＡｕ層を形成しておく。また、ＬＥＤ素子工程としては、ＬＥＤ素子１にＦＣ実装するためのＡｕバンプを形成しておく。ＦＣ実装工程においては３００℃の加圧条件下において、ＡｕＳｎの共晶接合によってＦＣ実装をおこなう。波長変換層被覆工程においては、蛍光体成形工程において作成したシリコン樹脂成型またはガラス成型によって作成した蛍光体混入の蛍光体キャップをＬＥＤ素子１に被せるか、または蛍光体が混入したシリコン樹脂をディスペンサーやスキージーによりＬＥＤ素子１に直接被覆することによって波長変換層３を形成する。

ガラス蓋加工工程においては平板ガラスの一方の面にサンドブラスト加工によって凹部を形成すると共に、前記平板ガラスの他方の面における凹部周囲の切断位置にスクライブ加工によって溝を形成した後に、フッ酸加工によって前記凹部と溝の面取り加工（機械加工によって荒れた面や、形成された角部を滑らかに加工する）を行う。さらに形成された凹部の周囲、すなわち無機材質基板２に溶着される位置に溶着下地層としてＡｕＳｎ層を形成したガラス蓋５を作成する。ガラス蓋溶着工程においては無機材質基板２に形成した溶着下地層Ａｕと、ガラス蓋５に形成した溶着下地層ＡｕＳｎにより、３００℃の加圧条件下においてＡｕＳｎの共晶接合によって無機材質基板２とガラス蓋５とを溶着する。なおこのガラス蓋溶着工程を真空中、または不活性ガス中で行うことにより、封止されたケース内部を真空または不活性ガス雰囲気にして、ＬＥＤ素子１及び有機材質であるシリコン樹脂によって形成された波長変換層３の劣化を防止することができる。最後に特性測定工程において完成した発光装置１０の電気的特性及び色度測定を行いその結果に従ってランク分けを行う。

次に図４によりガラス蓋５の製造工程を説明する。まず工程Ａは平板ガラス５０の一方の面に、ガラス蓋５の凹部５ａに対応する開口部１５ａを有するマスク１５を取り付けると共に、平板ガラス５０の他方の面における凹部５ａが形成される位置の周囲の切断位置に、スクライブ加工によって溝５ｂを形成する。次に工程Ｂにおいてサンド粒子２５を高圧で噴射することにより凹部５ａを形成する。なお、サンド粒子２５の噴射によって形成される凹部５ａの内部の形状は、コーナーには丸みが形成され、内面全体には梨地模様が形成される。このときのマスクとしては樹脂レジストやメタルマスクが使用され、サンド粒径、噴射速度、噴射時間を調整することにより凹部５ａの形状は任意に形成することができる。また１枚の大型平板ガラス５０に複数の凹部５ａに対応した開口１５ａを有するマスク１５を用いて同時に複数の凹部５ａを形成することが出来る（本実施形態では２個の凹部を同時形成した例を示している）。

次に工程Ｃにおいてフッ酸加工（エッチング）を行う。このフッ酸加工の結果凹部５ａの内部は、サンドブラスト加工によって荒れた面の透過性が良くなり、かつ加工衝撃等による割れや欠けの発生が防止される。また溝５ｂの内面も図示の如くスクライブ加工によって荒れた面が、緩やかな面形状に面取り加工される。すなわち本発明の特徴は、サンドブラスト加工及びスクライブ加工によって荒れた面形状の凹部５ａと溝５ｂとを１回のフッ酸加工によって同時に面取り加工ができることである。

次に工程Ｄにおいて、ダイヤモンドブレード等を用いたダイシング加工によって切断することにより、個々のガラス蓋５に分離される。このダイシング加工は凹部５ａを形成した面側から溝５ｂの中心に向かって切断するとき、切断の終了面側に溝による面取り部が形成してあることによってダイシング加工時にガラス端面の欠けや割れが発生しない。なおこのダイシング加工に先立って凹部５ａの周囲の接合面５ｃにＡｕＳｎの溶着下地層５ｄを形成することによりガラス蓋５が完成する。

また本実施形態においては、この溶着下地層５ｄの形成を工程Ｄで行うようにしたが、これに限らず、例えば最初の工程Ａにおいて平板ガラスの凹部５ａの形成面全体に溶着下地層５ｄを形成し、この溶着下地層５ｄの上にマスク１５を形成してもよい。

次に本実施形態における発光装置の製造方法を説明する。
図５も発光装置１０の製造工程を示すもので、各要素の断面を示している。すなわち基板工程Ａでは無機材質基板２に配線パターン２ａ、スルーホ−ル２ｃ、出力電極２ｂ、ガラス蓋５を溶着するための溶着下地層２ｄであるＡｕ層が形成されている。ＦＣ実装工程Ｂでは無機材質基板２の配線パターン２ａにＬＥＤ素子１がＦＣ実装される。波長変換層被覆工程ＣではＬＥＤ素子１の周囲に波長変換層３として、シリコン樹脂成形によって作成した蛍光体キャップを被せて被覆する。ガラス蓋溶着工程Ｄにおいては、図４で作成されたガラス蓋５の接合面５ｃに形成されたＡｕＳｎの溶着下地層５ｄと、無機材質基板２に形成されたＡｕの溶着下地層２ｄとによるＡｕＳｎの共晶接合により溶着層７が形成され、発光装置１０が完成する。なお、このガラス蓋溶着工程Ｄを真空中または不活性ガス雰囲気中で行うことで、気密封止による信頼性がさらに増すことは前述の通りである。

次に無機材質基板２とガラス蓋５との組み合わせについて説明する。図６は無機材質基板２とガラス蓋５との特性及び組み合わせを示す特性表であり、無機材質基板２の３種類を表１に、またガラス蓋５の３種類を表２に示し、表１及び表２の間に設けた矢印は組み合わせを示している。すなわち表１には無機材質基板２の基板材料としてＡＩＮ（窒化アルミ）、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミ）の３種類について熱伝導率、線膨張係数を示しており、また表２にはガラス蓋５のガラス材料としてホウケイ酸ガラス（１）、ホウケイ酸ガラス（２）、ホウケイ酸クラウンガラスの３種類について線膨張係数を示している。

表１及び表２について線膨張係数に着目すると、無機材質基板２の基板材料ではＡＩＮが４４［×１０−７／℃］、Ｓｉが３０［×１０−７／℃］、Ａｌ２Ｏ３が７４［×１０−７／℃］でるのに対し、ガラス蓋５のガラス材料であるホウケイ酸ガラス（１）が４７［×１０−７／℃］、ホウケイ酸ガラス（２）が３３［×１０−７／℃］、ホウケイ酸クラウンガラスが７４［×１０−７／℃］であることがわかる。これらの各３種類の材料の関係を見ると、矢印で示す如く無機材質基板２の基板材料であるＡＩＮが線膨張係数４４［×１０−７／℃］に対し、ガラス蓋のガラス材料であるホウケイ酸ガラス（１）が４７［×１０−７／℃］で近似した値を示しており、また基板材料Ｓｉの線膨張係数が３０［×１０−７／℃］であるのに対し、ガラス材料のホウケイ酸ガラス（２）が３３［×１０−７／℃］と近似しており、同様に基板材料Ａｌ２Ｏ３の線膨張係数が７４［×１０−７／℃］でるのに対し、ガラス材料のホウケイ酸クラウンガラスの線膨張係数が７４［×１０−７／℃］と近似している。

図３で説明したように、無機材質基板２とガラス蓋５とをＡｕＳｎ共晶接合を行う場合には３００℃の高温となるため、無機材質基板２とガラス蓋５との線膨張係数が異なると線膨張係数の差によって割れや欠けのトラブルが発生するので、この無機材質基板２とガラス蓋５との線膨張係数はできるだけ近似した材料を選定する必要がある。この意味において表１，表２に示す如く矢印によって示されている材料の組み合わせが望ましいことがわかる。また表２に示すガラス材料で、市場で入手可能な材料としてホウケイ酸ガラス（１）としては「ＶＩＤＲＥＸ（登録商標）」（株式会社ビートレックスの商品名）があり、またホウケイ酸ガラス（２）としては「パイレックス（登録商標）」（コーニング社の商品名）がこの特性を有するものである。

（第２実施形態）
次に図７〜図１１により本発明の第２実施形態における集合基板方式による発光装置の製造方法及び構成を説明する。図７は図４に示すガラス蓋５を同時に複数個作成するための大判平板ガラス５０Ｌの斜視図であり、大判の平板ガラス５０Ｌの一方の面である下面側５０ａにはサンドブラスト加工によって凹部５ａが複数個整列して形成されている。図８は図７に示す大判平板ガラス５０Ｌの他の面である上面側５０ｂを示す斜視図であり、点線で示す複数個整列して形成された凹部５ａの周囲の切断位置にスクライブ加工によって複数の溝５ｂが縦横に形成されている。さらに大判平板ガラス５０Ｌがフッ酸加工されたことによって、サンドブラスト加工による凹部５ａ及びスクライブ加工による溝５ｂは面取り加工されて滑らかな内面形状となっている。

図９は図５に示す無機材質基板２を同時に複数個作成するための大判基板２０の斜視図であり、図５（Ｃ）に示す状態、すなわち無機材質基板２に各パターンを形成後、ＬＥＤ素子１をＦＣ実装し、さらに波長変換層３を設けた状態の発光部分１ａが複数個整列して形成されている状態に相当する。そして、図９の複数個整列して形成された発光部分１ａは、図７の複数個整列して形成されたガラス蓋５の凹部５ａに、その配置位置及び個数が同じになっている。

図１０は大判発光装置１０Ｌの斜視図であり、大判基板２０の上面側に大判平板ガラス５０Ｌを図８に示す状態で積層一体化している。従って大判平板ガラス５０Ｌの上面側５０ｂにはガラス蓋５における凹部５ａの底の部分、すなわち発光窓部分を点線で示している。この完成した大判発光装置１０Ｌを大判基板２０の下面側よりＸ及びＹの切断ラインに従ってダイヤモンドブレード等を用いたダイシング加工にて切断することにより、個々の発光装置１０が完成する。そしてこのダイシング加工は大判平板ガラス５０Ｌの上面側５０ｂに設けた溝５ｂの中心に向かって切断が行われる。

図１１はこの完成した発光装置１０の斜視図であり、無機材質基板２にガラス蓋５が溶着一体化され、無機材質基板２の下面側からダイシング加工されたガラス蓋５の上面側の各コーナー部分には溝５ｂによって形成された面取り部５ｍが形成されており、この面取り部５ｍの存在によって切断時の衝撃や、取り扱い時の衝撃に対して割れや欠けの発生を防止している。そして発光動作としてはガラス蓋５における凹部５ａの底の発光窓部分から、波長変換層３を通してＬＥＤ素子１の発光が行われる。

上記の如く、集合基板方式による発光装置の製造方法において、ガラス蓋５を構成するのに大判平板ガラス５０Ｌを使用し、この大判平板ガラス５０Ｌに複数の凹部５ａと複数の溝５ｂとを、サンドブラスト加工及びスクライブ加工によって形成し、この加工による凹部５ａと溝５ｂの荒れた加工面を１回のフッ酸加工によって面取りを行い、この大判平板ガラス５０Ｌと大判基板２０とを溶着一体化した後に、ダイシング加工によって切断分離することにより、ガラス蓋５のコーナー部に面取りを行った発光装置１０を容易に量産することができる。

以上、本発明における発光装置について、実施形態で使ったＬＥＤ素子１と蛍光体は、青色ＬＥＤ素子とＹＡＧ蛍光体の組み合や、近紫外ＬＥＤ素子とＲＧＢ蛍光体の組み合わせが適用可能であり、さらに本発明は、蛍光体を有さないＬＥＤ素子単体等の場合にも適用可能である。また本発明におけるガラス蓋は、ＬＥＤ素子以外の素子の封止にも有効である。

１ ＬＥＤ素子
１ａ 発光部分
２ 無機材質基板
２ａ 配線パターン
２ｂ 出力電極
２ｃ スルーホール
２ｄ 溶着下地層
３ 波長変換層
５ ガラス蓋
５ａ 凹部
５ｂ 溝
５ｃ 接合面
５ｄ 溶着下地層
５ｍ 面取り部
７ 溶着層
１０ 発光装置
１０Ｌ 大判発光装置
１５ マスク
１５ａ 開口
２０ 大判基板
２５ サンド粒子
５０ 平板ガラス
５０ａ 下面側
５０ｂ 上面側
５０Ｌ 大判平板ガラス

Claims (5)

1. 無機材質基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記無機材質基板上のＬＥＤ素子実装領域の周囲にガラス蓋を溶着して密封する発光装置の製造方法において、前記ガラス蓋は平板ガラスの一方の面にサンドブラスト加工によって凹部を形成すると共に、前記平板ガラスの他方の面における凹部周囲の切断位置にスクライブ加工によって溝を形成した後に、フッ酸加工によって前記凹部と前記溝の面取り加工を行い、前記凹部形成面側よりダイシング加工によって前記溝の位置を切断することを特徴とする発光装置の製造方法。
2. 前記無機材質基板と前記ガラス蓋との接着を金属材料による溶着によって行う請求項１記載の発光装置の製造方法。
3. 前記無機材質基板と前記ガラス蓋とを溶着した後に、前記無機材質基板側から前記ガラス蓋の前記溝の位置に向かってダイシング加工を行うことにより切断する請求項２記載の発光装置の製造方法。
4. 大判の無機材質基板に各パターンを形成後、ＬＥＤ素子をＦＣ実装した状態の発光部分を複数個整列して形成する大判基板形成工程と、
   大判の平板ガラスに一方の面にサンドブラスト加工によってガラス蓋の凹部を複数個整列して形成する凹部形成工程、前記凹部を形成した前記大判平板ガラスの他方の面における前記凹部周囲の切断位置にスクライブ加工によって溝を形成する溝形成工程、前記凹部及び前記溝を形成した前記大判平板ガラスをフッ酸加工によって前記凹部と前記溝の面取り加工を行うフッ酸加工工程とによって大判ガラス蓋を形成する大判ガラス蓋形成工程と、
   前記大判基板と前記大判ガラス蓋とを溶着して一体化する大判発光装置形成工程と、
   前記大判発光装置を前記無機材質基板側から前記大判ガラス蓋の前記溝位置に向かってダイシング加工することにより、切断分離して個々の発光装置を作成する切断分離工程と、
   を有する発光装置の製造方法。
5. 前記大判基板形成工程における発光部分は、さらにＬＥＤ素子実装部の周囲に波長変換層を設けた請求項４記載の発光装置の製造方法。
   

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