JP2013149927A - 発光装置および発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって生じる金属細線の断線を抑制すること
【解決手段】本発明の発光装置１００は、ＬＥＤ素子３０と基板１０とが金属細線２０によって電気的に接続され、ＬＥＤ素子３０および金属細線２０が封止材４０によって樹脂封止された発光装置であって、金属細線２０は、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿って配線されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置および発光装置の製造方法に関する。
近年、照明や液晶ディスプレイ装置用のバックライト光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）素子が用いられている。例えば、図９に示されるように、ＬＥＤ素子３は、基板５に搭載後、金属細線７による電気的接触（ワイヤボンディング）が施され、樹脂９によって封止される。一般に、ＬＥＤパッケージに用いられる封止樹脂は、耐熱・耐光性を考慮して、シリコン樹脂が多く用いられている。
例えば、特許文献１，２には、ＬＥＤ素子をワイヤボンディングし、シリコン樹脂で封止した実装モデルが開示されている。また、特許文献３には、シリコン樹脂などの比較的軟質な樹脂でＬＥＤチップを覆うことで保護層が形成され、保護層がそれよりも硬質な樹脂で形成されたベース部とレンズ部とで覆われて成るＬＥＤランプが開示されている。
特開２０１１−１１９２９２号公報（２０１１年６月１６日公開） 特開２０００−１５６５２８号公報（２０００年６月６日公開） 特開２００５−１０１３９３号公報（２００５年４月１４日公開）
しかしながら、シリコン樹脂は、ＬＥＤ素子や基板材料に比べて５〜１０倍程度、熱膨張係数が大きい。このため、特許文献１〜３に記載の構成、つまり、金属細線がボンディングされたそのままの形状（Ｕ字状）を保持した状態でシリコン樹脂に埋まっている構成では、使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって、ＬＥＤ素子や基板材料とシリコン樹脂との熱膨張差によって生じる大きな歪みが金属細線に加えられ、金属細線が断線に至る懸念がある。
なお、特許文献３に記載の構成では、保護層を外部から硬質な樹脂で覆っているため、外部応力が加えられても、その応力がＬＥＤチップ、ボンディングワイヤに伝わらず、ボンディングワイヤの断線を防ぐことができるが、製造方法が複雑になり、製造コストの増加と、適用可能な材料が限られ、生産性の自由度が小さくなる懸念がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって生じる金属細線の断線を抑制することが可能な発光装置および発光装置の製造方法を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の発光装置は、ＬＥＤ素子と基板とが金属細線によって電気的に接続され、前記ＬＥＤ素子および前記金属細線が封止材によって樹脂封止された発光装置であって、前記金属細線は、前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿って配線されている。
ＬＥＤ素子および基板は、封止材に比べて、使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって膨張し難い。上記の構成によれば、金属細線が、ＬＥＤ素子および基板それぞれの表面に沿って配線されているので、封止材が使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって膨張したとしても、金属細線に大きな歪みが加わり難くい。これにより、金属細線の断線を抑制することができる。したがって、使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって生じる金属細線の断線を抑制することが可能な発光装置を提供することができる。
また、本発明の発光装置は、前記金属細線と、前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面との離間距離が、前記金属細線の直径の３倍以下である。
また、本発明の発光装置において、前記封止材は、前記ＬＥＤ素子および前記基板に比べて、５〜１０倍程度の熱膨張係数を有する場合に、金属細線の断線を効果的に抑制することができる。
上記の課題を解決するために、本発明の発光装置の製造方法は、ＬＥＤ素子と基板とが金属細線によって電気的に接続され、前記ＬＥＤ素子および前記金属細線が封止材によって樹脂封止された発光装置の製造方法であって、前記金属細線を、前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿って配線する工程を含む。
上記の構成によれば、使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって生じる金属細線の断線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ができる。
また、本発明の発光装置の製造方法は、前記配線工程において、前記金属細線を配線するためのボンディングツールを前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿わせるように動かす。
上記の構成によれば、工程を追加することなく、短時間で配線することが可能である。
また、本発明の発光装置の製造方法において、前記配線工程は、前記ＬＥＤ素子と前記基板との間で弧を描くように前記金属細線を配線する第１工程と、前記第１工程により弧を描くように配線された金属細線を前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿うように押し型で変形させる第２工程とを含む。
上記の構成によれば、簡単な工程を追加することによって、ＬＥＤ素子および基板それぞれの表面に沿った金属細線の配線形状を形成することができる。
本発明は、使用環境やＬＥＤ素子および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって生じる金属細線の断線を抑制することができるといった効果を奏する。
本発明の発光装置の構成の一例を示す図である。 発光装置の第１の製造方法を示す図である。 発光装置の第２の製造方法を示す図である。 金属細線の配線形状の一例を示す図である。 封止材の形状の一例を示す第１の図である。 封止材の形状の一例を示す第２の図である。 第１の製造方法の流れを示す工程図である。 第２の製造方法の流れを示す工程図である。 従来の発光装置の構成の一例を示す図である。
図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図１は、本発明の発光装置の構成の一例を示す図である。図１に示されるように、発光装置１００は、基板１０と、金属細線２０と、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子３０と、封止材４０とを備える。
図１に示されるように、基板１０は、配線パターンが形成され、ＬＥＤ素子３０が搭載される。配線パターンとＬＥＤ素子３０とは、金属細線２０により電気的に接続される。金属細線２０は、その直径が１５〜３０μｍであり、ＬＥＤ素子３０の表面および基板１０の表面に沿って配線されている。また、金属細線２０は、ＬＥＤ素子３０および基板１０に対して、直径の３倍以下の隙間を有するように沿っていることが好ましい。封止材４０は、例えばシリコン樹脂であり、基板１０上面において、ＬＥＤ素子３０および金属細線２０を樹脂封止する。なお、シリコン樹脂は、ＬＥＤ素子３０および基板１０に比べて、５〜１０倍程度の熱膨張係数を有している。
ここで、本実施の形態における発光装置１００の製造方法について説明する。図２は、発光装置の第１の製造方法を示す図である。発光装置１００の第１の製造方法は、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿った金属細線２０の配線形状をボンディングツール５０により直接形成する方法である。
図２（ａ）に示されるように、ボンディングツール５０の先端を基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に沿わせるように動かすことで、基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に金属細線２０を沿わせ、基板１０上の配線パターンとＬＥＤ素子３０とを接続する。そして、基板１０上の配線パターンとＬＥＤ素子３０とを接続し終えた後、図２（ｂ）に示されるように、封止材４０により基板１０上面において、ＬＥＤ素子３０、金属細線２０が樹脂封止される。
したがって、発光装置１００の第１の製造方法においては、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿った金属細線２０の配線形状をボンディングツール５０により直接形成するので、短時間の配線が可能である。
図３は、発光装置の第２の製造方法を示す図である。発光装置１００の第２の製造方法は、ボンディングツール５０の先端をＬＥＤ素子と基板との間で弧を描くように動かす従来の動きで形成された金属細線２０を変形させることによって、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿った金属細線２０の配線形状を形成する方法である。
図３（ａ）は、図１に示す従来の発光装置と同様の構成の発光装置を示す。ただし、図３（ａ）に示す発光装置は、樹脂封止されてない状態である。図３（ｂ）に示されるように、発光装置を基板１０上方から押し型６０で押圧する。ここで、押し型６０は、ＬＥＤ素子３０と同等の形状をした凹部を有する。このため、発光装置が備える金属細線は、押し型６０による押圧により、基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に沿った配線形状に変形する。そして、基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に沿った配線形状に変形させた後、図３（ｃ）のように、封止材４０により基板１０上面において、ＬＥＤ素子３０、金属細線２０が樹脂封止される。
したがって、発光装置１００の第２の製造方法においては、ボンディングツール５０の先端をＬＥＤ素子と基板との間で弧を描くように動かす従来の動きで形成された金属細線２０を変形させることによって、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿った金属細線２０の配線形状を形成するので、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿った金属細線２０の配線形状を簡単な工程の追加によって形成することができる。
なお、押し型６０が有する凹部の大きさは、ＬＥＤ素子３０および基板１０と金属細線２０との間に設ける隙間の大きさに応じて適宣調整すればよい。
また、金属細線２０を基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に沿わせる配線形状としては、様々な形状が考えられるが、例えば図４のように、金属細線２０がＬＥＤ素子３０の上面で折れ曲がっている状態であってもよい。
また、封止材４０の形状としては、図５に示されるように、ドーム型であってもよいし、図６に示されるように、枠状の周辺部材料７０によって囲まれる形状と同じ円錐台型であってもよい。
図７は、第１の製造方法の流れを示す工程図である。基板１０にＬＥＤ素子３０を搭載する（Ｐ０１）。Ｐ０２においては、基板１０およびそれに搭載されたＬＥＤ素子３０それぞれの表面にボンディングツール５０の先端を沿わせることにより、基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に金属細線２０を沿わせ、ワイヤボンディングする。Ｐ０３においては、基板１０上面において、ＬＥＤ素子３０および金属細線２０を樹脂で封止する。
図８は、第２の製造方法の流れを示す工程図である。基板１０にＬＥＤ素子３０を搭載する（Ｐ１１）。Ｐ１２においては、基板１０とそれに搭載されたＬＥＤ素子３０とを金属細線２０で、従来通りにワイヤボンディングする。Ｐ１３においては、基板１０上方から押し型６０で押圧する。これにより、金属細線２０を基板１０およびＬＥＤ素子３０それぞれの表面に沿った形状に変形させる。Ｐ１４においては、基板１０上面において、ＬＥＤ素子３０および金属細線２０を樹脂で封止する。
以上のように、本発明の発光装置１００は、ＬＥＤ素子３０と基板１０とが金属細線２０によって電気的に接続され、ＬＥＤ素子３０、基板１０および金属細線２０が封止材４０によって樹脂封止された発光装置であって、金属細線２０は、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれの表面に沿って配線されている。
ここで、ＬＥＤ素子３０および基板１０は、封止材４０に比べて、使用環境やＬＥＤ素子３０および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって膨張し難い。上述したように、発光装置１００においては、金属細線２０が、ＬＥＤ素子３０および基板１０それぞれに沿って配線されているので、封止材４０が使用環境やＬＥＤ素子３０および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって膨張したとしても、金属細線２０に大きな歪みが加わり難くい。これにより、金属細線２０の断線を抑制することができる。したがって、使用環境やＬＥＤ素子３０および周辺回路の発熱による温度湿度変化によって生じる金属細線の断線を抑制することができる。
また、金属細線２０は、他構成物質から離れるほど、封止材４０の熱膨張による負荷が大きくなるため、ＬＥＤ素子３０および基板１０との隙間は小さい方が好ましい。具体的には、金属細線２０の直径の３倍以下であると断線への耐性が十分に向上する。また、金属細線２０は、直径が大きいほど断線に耐えることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１０ 基板
２０ 金属細線
３０ ＬＥＤ素子
４０ 封止材
５０ ボンディングツール
７０ 周辺部材料
１００ 発光装置

Claims (6)

  1. ＬＥＤ素子と基板とが金属細線によって電気的に接続され、前記ＬＥＤ素子および前記金属細線が封止材によって樹脂封止された発光装置において、
    前記金属細線は、前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿って配線されていることを特徴とする、発光装置。
  2. 前記金属細線と、前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面との離間距離が、前記金属細線の直径の３倍以下であることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記封止材は、前記ＬＥＤ素子および前記基板に比べて、５〜１０倍程度の熱膨張係数を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の発光装置。
  4. ＬＥＤ素子と基板とが金属細線によって電気的に接続され、前記ＬＥＤ素子および前記金属細線が封止材によって樹脂封止された発光装置の製造方法において、
    前記金属細線を、前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿って配線する配線工程を含むことを特徴とする、発光装置の製造方法。
  5. 前記配線工程において、前記金属細線を配線するためのボンディングツールを前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿わせるように動かすことを特徴とする、請求項４に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記配線工程は、前記ＬＥＤ素子と前記基板との間で弧を描くように前記金属細線を配線する第１工程と、
    前記第１工程により弧を描くように配線された金属細線を前記ＬＥＤ素子および前記基板それぞれの表面に沿うように押し型で変形させる第２工程とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の発光装置の製造方法。

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