JP2012064787A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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誠治 山口
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浩二 田角
Hiroyuki Tajima
博幸 田嶌
Satoshi Wada
聡 和田
Miki Moriyama
実希 守山
Kazuya Aida
和哉 相田
Hiromi Watabe
洋己 渡部
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Abstract

【課題】基板に搭載された発光素子がガラス封止されてなる発光装置のホットプレス加工時における発光素子の熱損傷を抑制することが可能な発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置の製造方法は、低融点ガラス4の屈伏温度よりも高い温度に加熱された上金型61により、上金型61に面して配置された低融点ガラス4を加熱する第1の工程と、低融点ガラス4が屈伏温度以上に加熱された状態で、低融点ガラス4と下金型51に支持されたAl基板3とを対向させて加圧し、Al基板3に搭載されたLED素子2を低融点ガラス4によって封止する第2の工程とを含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、搭載基板上の発光素子が金型を用いてガラスにより封止される発光装置の製造方法に関する。
配線基板上の発光素子がガラスにより封止された発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の発光装置は、複数の発光素子を配線基板に搭載しておき、板状の低融点ガラスのホットプレス加工を行うことにより各発光素子を一括してガラスにより封止し、その後ダイシングして個片化することで発光装置を製造している。
特開2009−177131号公報
ところで、この種の発光装置を製造するに際しては、図6(a)に示すように、上側ヒータ120によって加熱される上金型120と、下側ヒータ110によって加熱される下金型111とを備えたプレス装置を用いて、下金型111の上に複数の発光素子101が搭載された基板100を載置し、さらにこの基板100及び発光素子101の上に低融点ガラス102を載置して、下側ヒータ110の熱を下金型111,基板100,及び複数の発光素子101を介して低融点ガラス102に伝導させ、低融点ガラス102が屈伏温度以上に達した後に、下金型111よりも低い所定の温度に加熱された上金型120を下金型111に向かって下降させ、ホットプレス加工を行っていた。
このホットプレス加工により、図6(b)に示すように、低融点ガラス102が複数の発光素子101の間の位置で基板100に融着し、発光素子101がガラス封止される。
この製造方法によれば、発光素子101を介して低融点ガラス102を加熱するため、発光素子101は低融点ガラス102よりも高い温度に加熱されて、低融点ガラス102に熱を伝導させる必要がある。このため、基板100に搭載された発光素子101のうちの一部が熱損傷を受け、光度が低下したり、順方向電圧が高くなってしまう場合があった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホットプレス加工時における発光素子の熱損傷を抑制することが可能な発光装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、基板に搭載された発光素子をガラスにより封止してなる発光装置の製造方法であって、前記ガラスの屈伏温度よりも高い温度に加熱された第1の金型により、前記第1の金型に面して配置された前記ガラスを加熱する第1の工程と、前記ガラスが屈伏温度以上に加熱された状態で、前記ガラスと第2の金型に支持された前記基板とを対向させて加圧し、前記基板に搭載された前記発光素子を前記ガラスによって封止する第2の工程とを含む発光装置の製造方法を提供する。
上記発光素子の製造方法において、前記第2の工程における前記第2の金型は、前記第1の金型よりも低い温度にするとよい。
また、上記発光素子の製造方法において、前記第1の金型は、前記第2の金型の下側に配置するとよい。
また、上記発光素子の製造方法において、前記第1の金型には、前記加圧による前記ガラスの流動を抑制するための突起を形成するとよい。
本発明によれば、ホットプレス加工時における発光素子の熱損傷を抑制することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態に係るホットプレス加工を行うためのプレス装置、及びプレス装置にセットされた低融点ガラス4等を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。 図3は、本発明の第2の実施の形態に係るホットプレス加工を行うためのプレス装置、及びプレス装置にセットされた低融点ガラス4等を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。 図4は、本発明の第3の実施の形態に係るホットプレス加工を行うためのプレス装置、及びプレス装置にセットされた低融点ガラス4等を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。 図5は、本発明の第4の実施の形態に係るホットプレス加工を行うためのプレス装置、及びプレス装置にセットされた低融点ガラス4等を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。 図6は、従来の発光装置の製造方法を示す概略図である。
[第1の実施の形態]
(発光装置1の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の縦断面図である。
この発光装置1は、フリップチップ型のGaN系半導体材料からなる発光素子としてのLED(Light Emitting Diode)素子2と、LED素子2を搭載するAl基板3と、タングステン(W)−ニッケル(Ni)−金(Au)で構成されてAl基板3に形成される回路パターン31a,31bと、LED素子2と回路パターン31a,31bとを電気的に接続するAuスタッドバンプ32a,32bと、LED素子2を封止するとともにAl基板3と融着されるガラス封止部40とを有する。
Al基板3は、基板の表面および裏面にメタライズされたW−Ni−Auからなる回路パターン31a,31bを導通させるビアホール30a,30bを有している。
ガラス封止部40は、低融点ガラスによって形成されており、金型によるホットプレス加工によってAl基板3と融着された後にダイサーでカットされ、上面40aおよび側面40bを有して矩形状に形成されている。
このように構成された発光装置1は、回路パターン31a,31b及びAuスタッドバンプ32a,32bを介してLED素子2に通電することにより、LED素子2の発光光をガラス封止部40の上面40a及び側面40bから放出する。
(発光装置1の製造方法)
次に、発光装置1の製造方法について、図2を参照して説明する。発光装置1の製造工程は、Al基板3にLED素子2を搭載する搭載工程、プレス装置10内にLED素子2が搭載されたAl基板3及びガラス封止部40を構成する低融点ガラス4を配置する配置工程、Al基板3,LED素子2,及び低融点ガラス4を加熱する加熱工程、LED素子2が搭載されたAl基板3と低融点ガラス4とを加圧してホットプレス加工を行うホットプレス工程、ホットプレス加工されたAl基板3等を取り出す取り出し工程、及びダイシングによりLED素子2を個片化して発光装置1とするダイシング工程を含む。以下、これら各工程のそれぞれについて詳細に説明する。
(搭載工程)
まず、ビアホール30a,30bが形成されたAl基板3を用意し、Al基板3の表面及び裏面に回路パターン31a,31bの形状に応じてタングステンペーストをスクリーン印刷する。このAl基板3は複数のLED素子2を搭載可能な大きさ(例えば、22.5mm角)であり、ビアホール30a,30bはそれぞれのLED素子2について形成されている。
次に、タングステンペーストが印刷されたAl基板3を1000℃余で熱処理することによりタングステンを基板3に焼き付け、さらにこのタングステン上にNiめっき、Auめっきを施すことで回路パターン31a,31bを形成する。次に、Al基板3の素子搭載面側(表面側)に複数のLED素子2を搭載し、それぞれのLED素子2の電極をAuスタッドバンプ32a,32bによって回路パターン31a,31bに電気的に接合する。
(配置工程)
図2は、ホットプレス加工を行うためのプレス装置10、及びプレス装置10にセットされたAl基板3等を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。
図2(a)に示すように、プレス装置10は、下側ヒータ50と、下側ヒータ50によって加熱される第1の金型としての下金型51と、下金型51に対向して配置され、下金型51に対して鉛直方向に相対移動可能な第2の金型としての上金型61と、上金型61を加熱するための上側ヒータ60とを有している。
上金型61には、複数のLED素子2が搭載されたAl基板3を保持するための係止部62(第1係止爪62a及び第2係止爪62b)が設けられている。この係止部62は、Al基板3の対向する2つの辺の端部を支持するように、これらの辺に沿って紙面に直交する方向に延びる第1係止爪62a及び第2係止爪62bを有している。
配置工程では、下金型51の上側に、発光装置1のガラス封止部40となる板状の低融点ガラス4を下金型51に接するように載置する。また、上金型61の下側に、複数のLED素子2が搭載されたAl基板3を係止部62に保持されるように配置する。
(加熱工程)
加熱工程では、下側ヒータ50及び上側ヒータ60に通電し、下金型51及び上金型61を加熱する。上側ヒータ60及び下側ヒータ50は、例えば電熱線への通電によって発生するジュール熱により上金型61,下金型51を加熱するものでもよく、赤外線の放射によって上金型61,下金型51を加熱するものでもよい。
下金型51は、下側ヒータ50からの熱を受け、低融点ガラス4をその屈伏温度以上に加熱する。この低融点ガラス4は、屈伏温度が例えば600℃以下であり、その温度以上になると圧力を印加した場合に変形しやすくなる。
また、上金型61は、上側ヒータ60からの熱を受け、複数のLED素子2及びAl基板3を下金型51によって加熱された低融点ガラス4の温度よりも低い温度に加熱する。すなわち、加熱工程の完了時における上金型61の温度は下金型51の温度よりも低温であり、また上金型61によって加熱されたLED素子2及びAl基板3の温度は、低融点ガラス4の屈伏温度よりも低温である。
(ホットプレス工程)
ホットプレス工程では、図略の加圧装置により上金型61を下金型51に向かって相対移動させて低融点ガラス4とAl基板3とを接近させ、所定の圧力(例えば60kgf)で低融点ガラス4とAl基板3とを上下方向から加圧してホットプレス加工を行う。
このホットプレス加工により、低融点ガラス4がAl基板3の素子搭載面のうちLED素子2が搭載されていない領域に融着し、複数のLED素子2のそれぞれが低融点ガラス4によって封止される。
(取り出し工程)
ホットプレス加工が終了したら、上金型61を下金型51から離間させ、ガラス封止された複数のLED素子2が搭載されたAl基板3をプレス装置10から取り出す。この際、低融点ガラス4はAl基板3に融着しているので、Al基板3と共に低融点ガラス4が下金型51から離間する。
(ダイシング工程)
ダイシング工程では、プレス装置10から取り出したAl基板3を、複数のLED素子2の間の位置で低融点ガラス4と共にダイシングにより切断し、複数の発光装置1を個片化する。このダイシングは、Al基板3をダイサーにセットし、複数のLED素子2の間をダイシングブレードによりカットすることにより行う。個片化されたそれぞれのLED素子2、Al基板3、回路パターン31a,31b、及び低融点ガラス4(ガラス封止部40)は、発光装置1を構成する。
(実施の形態の効果)
以上説明した第1の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
(1)低融点ガラス4をその屈伏温度以上に加熱するにあたり、Al基板3及びLED素子2を介して低融点ガラス4に熱伝導させる必要がないので、LED素子2が熱損傷することを抑制することができる。すなわち、低融点ガラス4は上金型61によって屈伏温度以上に加熱された後にAl基板3及びLED素子2に接触し、ホットプレス加工が行われるので、Al基板3及びLED素子2を屈伏温度以上に加熱する必要がなく、LED素子2の熱負荷が軽減される。なお、ホットプレス加工ではAl基板3及びLED素子2が加熱された低融点ガラス4に接触するので、一時的にLED素子2が屈伏温度以上になることがあるが、その時間はAl基板3及びLED素子2を介して低融点ガラス4を加熱する場合に比べて短時間であるので、LED素子2の熱損傷が抑制される。
(2)加熱工程において、低融点ガラス4はAl基板3及びLED素子2よりも熱伝導率が高い上金型61からの熱伝導によって加熱されるので、Al基板3及びLED素子2を介して低融点ガラス4を加熱する場合に比較して、短時間で低融点ガラス4を屈伏温度以上に加熱することができ、加熱工程に要する時間を短縮することができる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について、図3を参照して説明する。
図3は、本実施の形態に係る製造方法におけるホットプレス加工を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。この図では、第1の実施の形態と共通する構成及び機能を有する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、低融点ガラス4をその屈伏温度以上に加熱し、Al基板3及びLED素子2を低融点ガラス4よりも低い温度に加熱してホットプレス加工を行うが、下側ヒータ50の熱を低融点ガラス4に伝導する下金型51Aの形状が第1の実施の形態とは異なっている。
図3(a)に示すように、本実施の形態に係るプレス装置10Aの下金型51Aには、上金型61に向かって突出して形成された突起部52が一体に設けられている。突起部52は、Al基板3の複数のLED素子2が搭載された領域に対応して、その領域を囲むように四角形状に形成されている。
低融点ガラス4は、その表面が突起部52に囲まれた内部の領域で下金型51Aに接するように下金型51Aに載置され、下側ヒータ50の熱を受けた下金型51Aによって屈伏温度以上に加熱される。
また、図3(b)に示すように、低融点ガラス4が複数のLED素子2が搭載されたAl基板3にホットプレスされると、突起部52が低融点ガラス4の水平方向への流動を規制する。
(実施の形態の効果)
本実施の形態によっても、上記した第1の実施の形態の(1)及び(2)と同様の効果がある。また、ホットプレス加工時における圧力による低融点ガラス4の水平方向への流動が突起部52によって抑制されるので、Al基板3の複数のLED素子2が搭載された領域における低融点ガラス4の圧力を均一化することができ、ガラス封止をより適切に行うことができる。
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について、図4を参照して説明する。
図4は、本実施の形態に係る製造方法におけるホットプレス加工を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。この図では、第1の実施の形態と共通する構成及び機能を有する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、低融点ガラス4をその屈伏温度以上に加熱し、Al基板3及びLED素子2を低融点ガラス4よりも低い温度に加熱してホットプレス加工を行うが、下側ヒータ50の熱を低融点ガラス4に伝導する下金型51Bの形状が第1及び第2の実施の形態とは異なっている。
図4(a)に示すように、本実施の形態に係るプレス装置10Bの下金型51Bには、上金型61に向かって突出して形成された突起部53が一体に設けられている。突起部53は、Al基板3の複数のLED素子2が搭載された領域に対応して、その領域を囲むように四角形状に形成されている。
低融点ガラス4は、その表面が突起部53の上面53aに接するように下金型51Bに載置され、下側ヒータ50の熱を受けた下金型51Bによって屈伏温度以上に加熱される。なお、下金型51Bには、突起部53及び低融点ガラス4で囲まれる領域内の空気を外部に流出させるためのエアベント54が形成されている。
また、図4(b)に示すように、低融点ガラス4が複数のLED素子2が搭載されたAl基板3にホットプレスされると、突起部53が低融点ガラス4の端部に嵌まり込み、低融点ガラス4の水平方向への流動を規制する。
(実施の形態の効果)
本実施の形態によっても、上記した第1の実施の形態の(1)及び(2)と同様の効果がある。また、ホットプレス加工時に突起部53が低融点ガラス4に嵌まり込んで低融点ガラス4の水平方向への流動を抑制するので、Al基板3の複数のLED素子2が搭載された領域における低融点ガラス4の圧力を均一化することができ、ガラス封止をより適切に行うことができる。
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について、図5を参照して説明する。
図5は、本実施の形態に係る製造方法におけるホットプレス加工を示す概略図であり、(a)はホットプレス加工前の状態を、(b)はホットプレス加工中の状態を、それぞれ示す。この図では、第1の実施の形態と共通する構成及び機能を有する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、低融点ガラス4をその屈伏温度以上に加熱し、Al基板3及びLED素子2を低融点ガラス4よりも低い温度に加熱してホットプレス加工を行うが、低融点ガラス4が上金型81によって加熱され、複数のLED素子2が搭載されたAl基板3が下金型71によって加熱される点で第1の実施の形態と異なっている。
本実施の形態におけるプレス装置10Cは、図5(a)に示すように、下側ヒータ70と、下側ヒータ70によって加熱される第2の金型としての下金型71と、下金型71に対向して配置され、下金型71に対して鉛直方向に相対移動可能な第1の金型としての上金型81と、上金型81を加熱するための上側ヒータ80とを有している。
上金型81には、板状の低融点ガラス4を保持するための係止部82(第1係止爪82a及び第2係止爪82b)が設けられている。この係止部82は、低融点ガラス4の対向する2つの辺の端部を支持するように、これらの辺に沿って紙面に直交する方向に延びる第1係止爪82a及び第2係止爪82bを有している。
配置工程において、複数のLED素子2が搭載されたAl基板3は、下金型71に接するように、下金型71の上に載置される。また、低融点ガラス4は、上金型81の下側に、係止部82に保持されるように配置される。
加熱工程において、上金型81は、上側ヒータ80からの熱により、低融点ガラス4をその屈伏温度以上に加熱する。また、下金型71は、下側ヒータ70からの熱により、Al基板3及びLED素子2を、上金型81によって加熱された低融点ガラス4よりも低い温度に加熱する。
ホットプレス工程において、上金型81は、下金型71に向かって移動して、上金型81に保持された低融点ガラス4をAl基板3及びLED素子2に押し付けて加圧し、LED素子2をガラス封止する。
このホットプレス工程の後、上金型81を下金型71から離間させ、ガラス封止された複数のLED素子2が搭載されたAl基板3をプレス装置10Cから取り出し、ダイシングによってそれぞれのLED素子2を個片化し、複数の発光装置1を得る。
(実施の形態の効果)
本実施の形態によっても、上記した第1の実施の形態の(1)及び(2)と同様の効果がある。また、ホットプレス加工の後において低融点ガラス4がAl基板3及びLED素子2の上側に位置するので、低融点ガラス4が自重によってAl基板3及びLED素子2に安定的に融着する。
[他の実施の形態]
以上、本発明の発光装置の製造方法を上記各実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
例えば、上記各実施の形態では上金型を下金型に向かって移動させることによりホットプレス加工を行ったが、これに限らず、下金型を上金型に向かって移動させることによりホッププレス加工を行ってもよい。また、下金型と上金型とを相互に接近させるように、それぞれの金型を移動させてもよい。
また、上記各実施の形態では、1つの発光装置1に1つのLED素子2が含まれるように発光装置1を構成したが、1つの発光装置が複数のLED素子2を含んでもよい。
また、上記各実施の形態では、Al基板3が配置された側の金型(上金型61,下金型71)にもヒータ(上側ヒータ60,下側ヒータ70)を設けたが、ホットプレス加工時における熱衝撃によりLED素子2に損傷が生じないのであれば、Al基板3が配置された側の金型にはヒータを設けなくともよい。
またさらに、上記の各実施の形態では、Al基板にLED素子を搭載したが、AlN基板等のその他のセラミック基板やCu−W基板等のメタル基板に代替することが可能である。
1…発光装置、2…LED素子、3…Al基板、4…低融点ガラス、5…ヒータ、10,10A,10B,10C…プレス装置、30a,30b…ビアホール、31a,31b…回路パターン、32a,32b…Auスタッドバンプ、40…ガラス封止部、40a…上面、40b…側面、50…下側ヒータ、51,51B,51C…下金型、52,53…突起部、53a…上面、54…エアベント、60…上側ヒータ、61…上金型、62…係止部、62a,62b…係止爪、70…下側ヒータ、71…下金型、80…上側ヒータ、81…上金型、82…係止部、82a,82b…係止爪、100 …基板、101…発光素子、101…下金型、102…低融点ガラス、110…下側ヒータ、111…下金型、120…上側ヒータ、120…上金型

Claims (4)

  1. 基板に搭載された発光素子をガラスにより封止してなる発光装置の製造方法であって、
    前記ガラスの屈伏温度よりも高い温度に加熱された第1の金型により、前記第1の金型に面して配置された前記ガラスを加熱する第1の工程と、
    前記ガラスが屈伏温度以上に加熱された状態で、前記ガラスと第2の金型に支持された前記基板とを対向させて加圧し、前記基板に搭載された前記発光素子を前記ガラスによって封止する第2の工程とを含む発光装置の製造方法。
  2. 前記第2の工程における前記第2の金型は、前記第1の金型よりも低い温度である請求項1に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記第1の金型は、前記第2の金型の下側に配置されている請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第1の金型には、前記加圧による前記ガラスの流動を抑制するための突起が形成されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
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