JP2013197361A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上の発光素子を搭載する位置に施された銀メッキが樹脂層で保護される発光装置であって、効率的に製造でき、かつ、信頼性の高い発光装置を提供する。
【解決手段】シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の透明樹脂で成形された殻１６ａの中に、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の液状の接着剤１６ｂを封入し、これをダイボンド剤１６として、基板１１に施された銀メッキ１５の表面のＬＥＤチップ１７を搭載する箇所に供給する。その後、このダイボンド剤１６の上にＬＥＤチップ１７を搭載し、その搭載と同時に殻１６ａを破り、中の液状の接着剤１６ｂを銀メッキ１５の表面全体に流出させて銀メッキ１５の全面又は一部に成膜し、同時にＬＥＤチップ１７の固着を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置及び発光装置の製造方法に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）デバイス及びＬＥＤデバイスの製造方法に関するものである。

ＬＥＤデバイスが発した光を効率よく取り出すため、ＬＥＤデバイスを実装する基板の表面に銀メッキを施し、光の取り出し効率を向上させる技術がある。しかし、硫化による銀メッキ部の変色により、ＬＥＤデバイスから発せられる光の取り出し効率が低減してしまう問題があった。

こうした問題に対し、基板表面の銀メッキ部の変色を抑える方法として、銀メッキ部に保護皮膜を形成することが知られている。この保護皮膜が施されたＬＥＤデバイスの製造方法としては、主に以下の２通りがある。

１つ目の製造方法（例えば、特許文献１参照）では、まず、銀メッキが施された基板の表面にＬＥＤチップをはんだや樹脂製の接着剤を用いてダイボンディングして実装する。次に、ＬＥＤチップと基板表面の配線パターンとの間の電気的な導通をとるために、ＬＥＤチップの上面に形成されたＰ型及びＮ型の電極パッドと、基板の配線パターンとを、導電性のワイヤを用いてワイヤボンディングする。そして、基板側の電極部やＬＥＤチップを覆うように、エポキシ系樹脂等を用いて薄膜を形成する。その後、熱処理を施すことで薄膜を硬化させる。この薄膜により、基板の表面に施された銀メッキ部の硫化による変色が抑えられる。

２つ目の製造方法（例えば、特許文献２参照）では、ＬＥＤチップを実装する前に、銀メッキ部に金属の薄膜を形成する。そして、その上から上記１つ目の製造方法と同様、ＬＥＤチップをはんだや樹脂製の接着剤を用いてダイボンディングして実装する。その後、ワイヤボンディングを行い、ＬＥＤチップを樹脂封止する。この製造方法でも、薄膜により、基板の表面に施された銀メッキ部の硫化による変色が抑えられる。

特開２００８−１０５９１号公報 特開２００９−２２４５３７号公報

上記１つ目の製造方法では、ＬＥＤチップを実装するためのはんだや樹脂製の接着剤を硬化させるための熱処理工程と、その後、薄膜を形成してからベーキングを行うための熱処理工程を実施する必要がある。このように計２回の熱処理工程を実施すると、周辺部材や基板、基板に施されている配線部分、またＬＥＤデバイスそのものへ熱負荷を掛けてしまうことになり、製品の寿命を短くしてしまう危険性がある。また、基板に施される白色レジストが熱による変色を起こす可能性もある。

上記２つ目の製造方法では、予め表面に金属超薄膜を形成した基板を用いている。しかし、成膜には熱処理工程が必要である。さらに、ＬＥＤチップの搭載後にはんだや接着剤を硬化させるために熱処理工程を実施するため、計２回の熱処理工程が必要となる。なお、特許文献２には、１回目の熱処理工程を施さずに、そのままＬＥＤチップの実装と配線、樹脂封止を行う方法が記載されているが、この場合でも基板表面の銀メッキ部へ成膜するための成膜工程が必要となる。

特許文献２では、特定の箇所にのみ成膜する場合は、マスクを用いることが述べられている。しかしながら、ＬＥＤチップを実装する箇所の周辺に電子部品等が存在する場合、その電子部品が障害となり、マスクでの成膜が容易ではなくなる。さらに、特定のマスクを用いてＬＥＤデバイスを製造する場合は、このマスクの開口部に合わせた基板の設計が必要となり制約が生じる。逆に自由な基板の設計に合わせて成膜する場合は、マスクをその都度変更する必要があり、生産コストや生産性に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、例えば、基板上の発光素子を搭載する位置に施された銀メッキが樹脂層で保護される発光装置であって、効率的に製造でき、かつ、信頼性の高い発光装置を提供することを目的とする。

本発明の一の態様に係る発光装置は、
発光素子と、
前記発光素子が搭載される位置に銀メッキが施され、樹脂層を介して前記発光素子が前記位置に接着される基板とを備え、
前記発光素子が前記位置に搭載される際に、液状の樹脂を内包する殻状の樹脂が前記発光素子と前記位置に施された銀メッキとの間で押圧されて変形し前記液状の樹脂が当該銀メッキの上に流出して前記樹脂層が形成されるものである。

本発明の一の態様によれば、基板上の発光素子を搭載する位置に施された銀メッキが、発光素子が当該位置に搭載される際に液状の樹脂を内包する殻状の樹脂の変形によって形成される樹脂層で保護されるため、効率的に製造でき、かつ、信頼性の高い発光装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係るＬＥＤデバイスの断面図。 実施の形態１に係るＬＥＤデバイスの製造方法を示す図。 実施の形態１に係るダイボンド剤の製造方法を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係るＬＥＤデバイス１０の断面図である。

図１において、ＬＥＤデバイス１０は、発光装置の例であり、少なくともＬＥＤチップ１７と基板１１とを備える。

ＬＥＤチップ１７は、発光素子の例であり、外部から電力を供給されることにより発光する。なお、ＬＥＤチップ１７としては、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、近紫外ＬＥＤ等、任意の発光色のＬＥＤを使用することができる。また、ＬＥＤチップ１７に代えて、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等、他の種類の発光素子を使用しても構わない。

基板１１は、所定の位置にＬＥＤチップ１７を搭載（実装）する。なお、基板１１の１箇所だけでなく、２箇所以上にＬＥＤチップ１７を搭載しても構わない。

基板１１には、電気的な配線を行う導体層１２が形成されており、その上に、絶縁性を有する白色レジスト１４が施されている。ＬＥＤチップ１７が導電性ワイヤを有するワイヤ１８により導体層１２と電気接続（ワイヤボンディング）される位置では、白色レジスト１４が開口され、導体層１２に銀メッキ１３が施されている。同様に、ＬＥＤチップ１７のダイパッド部が導体層１２と電気接続（ダイボンディング）される位置（即ち、基板１１の上のＬＥＤチップ１７が搭載される位置）でも、白色レジスト１４が開口され、導体層１２に銀メッキ１５が施されている。ＬＥＤチップ１７は、この銀メッキ１５が施された部分に、ダイボンド剤１６により固着されている。ダイボンド剤１６は、例えば、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の透明接着材からなり、銀メッキ１５の全面又は一部を覆うことで、大気中のガスを遮断し、硫化による銀メッキ１５の変色を防止又は抑制する。このように、本実施の形態において、ＬＥＤチップ１７は、接着剤としての機能と銀メッキ１５の保護膜としての機能とを兼ね備えた樹脂層を介して、基板１１の所定の位置に接着されている。

ＬＥＤチップ１７は、さらに、表面の電極パッドに接続されたワイヤ１８ごと封止樹脂１９により封止される。封止樹脂１９は、例えば、シリコーン等の透明樹脂からなる。封止樹脂１９は、蛍光体等、ＬＥＤチップ１７から発せられる光を異なる波長の光に変換する物質を含んでいてもよい。例えば、ＬＥＤチップ１７が青色光を発するものであれば、青色光により励起されて黄色光を発する蛍光体を封止樹脂１９に混合させることにより、ＬＥＤデバイス１０の発光色を白色とすることができる。

図２は、ＬＥＤデバイス１０の製造方法を示す図である。

図２において、（ａ）は、ダイボンド剤１６を基板１１へ供給する工程を示す断面図である。（ｂ）は、ＬＥＤチップ１７を基板１１に搭載し、銀メッキ１５の表面に成膜する工程を示す断面図である。（ｃ）は、ＬＥＤチップ１７を樹脂封止するまでの工程を示す断面図である。なお、図２の（ｃ）は、図１と同じＬＥＤデバイス１０の断面図である。

前述したように、基板１１には、導体層１２が形成されており、その上に白色レジスト１４が施されている。また、ＬＥＤチップ１７がワイヤボンディングされる位置及びダイボンディングされる位置では、白色レジスト１４が開口され、導体層１２に銀メッキ１３，１５が施されている。

まず、図２の（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１７が搭載される位置に施された銀メッキ１５の上にダイボンド剤１６を載置する。このとき、ダイボンド剤１６は、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の透明樹脂で成形された殻１６ａの中に、同じくシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の透明樹脂である液状の接着剤１６ｂを封入して形成されたものである。即ち、ダイボンド剤１６は、液状の樹脂を内包する殻状の樹脂である。このダイボンド剤１６の製造方法については後述する。なお、ダイボンド剤１６を効率的に製造するため、殻１６ａと液状の接着剤１６ｂに用いられる材料は同一であることが望ましい。

銀メッキ１５の上にダイボンド剤１６を載置した後、図２の（ｂ）に示すように、その上からＬＥＤチップ１７を搭載する。ＬＥＤチップ１７を搭載する際に、ＬＥＤチップ１７で殻１６ａを押し潰して破り、その中の液状の接着剤１６ｂを流出させる。銀メッキ１５の上に流れ出た液状の接着剤１６ｂは、銀メッキ１５の表面に濡れ拡がり、銀メッキ１５の全面又は一部を覆う。

ＬＥＤチップ１７を基板１１に搭載し、銀メッキ１５の表面を液状の接着剤１６ｂで覆った後、図２の（ｃ）に示すように、ダイボンド剤１６によるＬＥＤチップ１７の固着と保護膜の形成とを同時に行う熱処理工程を実施する。熱処理工程を通過したダイボンド剤１６（銀メッキ１５の上に流出した液状の接着剤１６ｂだけでなく、ＬＥＤチップ１７により潰された殻１６ａも含む）は、硬化してＬＥＤチップ１７を接着するとともに銀メッキ１５を保護する樹脂層を形成する。その後、ＬＥＤチップ１７の表面にある電極と基板１１側の導体層１２とをワイヤ１８により電気接続する（ワイヤボンディングを行う）。さらに、ＬＥＤチップ１７とワイヤ１８とを封止樹脂１９により覆うことで、ＬＥＤデバイス１０を製造する。

上記のように、本実施の形態では、ＬＥＤチップ１７が基板１１に搭載される際に、液状の接着剤１６ｂを内包する殻１６ａがＬＥＤチップ１７と基板１１上のＬＥＤチップ１７が搭載される位置に施された銀メッキ１５との間で押圧されて変形し、液状の接着剤１６ｂがその銀メッキ１５の上に流出して樹脂層（ダイボンド剤１６）が形成される。本実施の形態では、基板１１の上のＬＥＤチップ１７を搭載する位置に施された銀メッキ１５が、ＬＥＤチップ１７が当該位置に搭載される際に形成される樹脂層で保護される。このため、熱処理工程が１回で済み、ＬＥＤデバイス１０の製造の効率性とＬＥＤデバイス１０の信頼性との両方が向上する。

図３は、ダイボンド剤１６の製造方法を示す図である。なお、図３の（ａ）〜（ｃ）は断面図であるが、断面を示すハッチングは省略している。

図３において、（ａ）は、スティック２２の先端に取り付けた円柱状のブロック２１に液状の接着剤１６ｂを付ける工程を示す断面図である。（ｂ）は、ブロック２１を硬化した接着剤１６ｄで覆う工程を示す断面図である。（ｃ）は、殻１６ａを成形する工程を示す断面図である。（ｄ）は、殻１６ａの中に液状の接着剤１６ｂを注入する工程を示す断面図である。（ｅ）は、液状の接着剤１６ｂを注入した殻１６ａに蓋１６ｃを取り付ける工程を示す断面図である。なお、図３の（ｅ）は、図２の（ａ）に示したダイボンド剤１６の断面図である。

まず、図３の（ａ）に示すように、スティック２２の先端に取り付けた円柱状のブロック２１を液状の接着剤１６ｂ（溶液）の中に浸漬する。これにより、スティック２２の先端のブロック２１に液状の接着剤１６ｂが付く。

次に、図３の（ｂ）に示すように、液状の接着剤１６ｂからスティック２２を取り出し、スティック２２を上下反転（１８０°回転）させる。そして、ブロック２１の表面に液状の接着剤１６ｂが薄く残るように、スティック２２をスピンさせて液状の接着剤１６ｂを適度に飛散させる。その後、ブロック２１を加熱し、飛散しなかった液状の接着剤１６ｂを硬化させる。これにより、ブロック２１が硬化した接着剤１６ｄで覆われる。

次に、図３の（ｃ）に示すように、ブロック２１の直径より広く、ブロック２１の高さより長い穴の空いた金型２３の中に、ブロック２１を挿入する。金型２３に挿入後、ブロック２１のスティック２２側の面と、金型２３の上面の高さを合わせて、ブロック２１のスティック２２側に付いている硬化した接着剤１６ｄを小型カッター２４で削り取る。ブロック２１に付いたままの硬化した接着剤１６ｄは殻１６ａとなる。

次に、図３（ｄ）に示すように、スティック２２を金型２３から取り出し、ブロック２１の先端の硬化した接着剤１６ｄを剥がしてできた殻１６ａの中に、液状の接着剤１６ｂを注入（充填）する。このように、殻１６ａを成形した後、液状の接着剤１６ｂを殻１６ａに充填することにより、液状の接着剤１６ｂを内包する殻１６ａが得られる。

最後に、図３（ｅ）に示すように、液状の接着剤１６ｂを注入した殻１６ａに、液状の接着剤１６ｂと同じ材料で成形した蓋１６ｃを取り付けることで、略円柱状のダイボンド剤１６を製造する。蓋１６ｃは、例えば、単体で成形したものを殻１６ａに貼り付けてもよいし、ヒータブロック等による局部加熱で液状の接着剤１６ｂの一部を硬化させて形成してもよい。

なお、本実施の形態では、ブロック２１が円柱状であるため、ダイボンド剤１６も略円柱状に成形されるが、ダイボンド剤１６の形状は、多角柱状、半球状等、他の形状であってもよい。例えば、ブロック２１の形状・大きさを変更することで、基板１１の表面に成膜する面積や量の変更に対応した形状・大きさのダイボンド剤１６を作製することが可能となる。

また、本実施の形態では、ダイボンド剤１６に蓋１６ｃが付いているが、蓋１６ｃはなくてもよい。即ち、ダイボンド剤１６は、密閉されていなくてもよい。ダイボンド剤１６が密閉されていない場合、図２の（ａ）に示した工程では、殻１６ａの開口部（液状の接着剤１６ｂが露出する部分）を上に向けた状態でダイボンド剤１６を銀メッキ１５の上に載置するのが望ましい。これにより、図２の（ｂ）に示した工程で殻１６ａがＬＥＤチップ１７により押し潰される前に液状の接着剤１６ｂが流出する（漏れる）のを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態では、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の透明樹脂で成形された殻１６ａの中に、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂等の液状の接着剤１６ｂを封入し、これをダイボンド剤１６として、銀メッキ１５の表面のＬＥＤチップ１７を搭載する箇所に供給する。その後、このダイボンド剤１６の上にＬＥＤチップ１７を搭載し、その搭載と同時に殻１６ａを破り、中の液状の接着剤１６ｂを銀メッキ１５の表面全体に流出させて銀メッキ１５の全面又は一部に成膜し、同時にＬＥＤチップ１７の固着を行う。

本実施の形態によれば、ＬＥＤチップ１７を基板１１の所定の箇所へ固着するとともに、基板１１の表面に施された銀メッキ１５の変色を防止するための成膜を同時に行うことができる。さらに、ダイボンド剤１６を硬化させてＬＥＤチップ１７を固着するための熱処理工程と、銀メッキ１５に成膜するための熱処理工程とを同時に行う（１回で済ませる）ことができる。これにより、部品や基板１１への熱ストレスを低減することができるため、製品（ＬＥＤデバイス１０）の寿命が短くなるのを抑制できる。また、成膜する工程を短縮することができるため、生産性も向上する。さらに、基板１１の表面に施されている銀メッキ１５に成膜することで、銀メッキ１５が硫化によって変色することを防止でき、ＬＥＤデバイス１０からの光の取り出し効率が高まる。

本実施の形態では、ＬＥＤデバイス１０の成膜工程が、ＬＥＤチップ１７の実装後ではなく、ＬＥＤチップ１７の実装と同時に実施され、このとき、ＬＥＤチップ１７の表面への成膜はないため、ＬＥＤチップ１７の表面から直接光を取り出すことができる。そのため、ＬＥＤデバイス１０からの光の取り出し効率が一層高まる。また、成膜時の膜厚のばらつきによる光の取り出し効率の低下を懸念する必要がなくなる。

本実施の形態では、特定のサイズの殻１６ａに覆われた液状の接着剤１６ｂを使用することで、ダイボンド剤１６の供給量を管理することができる。また、ダイボンド剤１６は、ＬＥＤチップ１７の周辺に部材がある場合でも自由に供給することができる。さらに、ダイボンド剤１６を供給する際に、マスクは必要なく、ダイボンド剤１６のサイズを変更することで、基板１１の設計変更にも柔軟に対応することができるため、生産コストを低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ ＬＥＤデバイス、１１ 基板、１２ 導体層、１３ 銀メッキ、１４ 白色レジスト、１５ 銀メッキ、１６ ダイボンド剤、１６ａ 殻、１６ｂ 液状の接着剤、１６ｃ 蓋、１６ｄ 硬化した接着剤、１７ ＬＥＤチップ、１８ ワイヤ、１９ 封止樹脂、２１ ブロック、２２ スティック、２３ 金型、２４ 小型カッター。

Claims (9)

1. 発光素子と、
   前記発光素子が搭載される位置に銀メッキが施され、樹脂層を介して前記発光素子が前記位置に接着される基板と
   を備え、
   前記発光素子が前記位置に搭載される際に、液状の樹脂を内包する殻状の樹脂が前記発光素子と前記位置に施された銀メッキとの間で押圧されて変形し前記液状の樹脂が当該銀メッキの上に流出して前記樹脂層が形成されることを特徴とする発光装置。
2. 前記発光装置は、
   前記液状の樹脂を内包する前記殻状の樹脂が前記位置に施された銀メッキの上に載置され、その上から前記発光素子が搭載されて前記殻状の樹脂が破れ前記液状の樹脂が当該銀メッキの上に流出して前記樹脂層が形成されることを特徴とする請求項１の発光装置。
3. 前記液状の樹脂を内包する前記殻状の樹脂は、略円柱状又は多角柱状であることを特徴とする請求項１又は２の発光装置。
4. 前記液状の樹脂と前記殻状の樹脂とは、シリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの発光装置。
5. 前記液状の樹脂と前記殻状の樹脂とは、アクリル系樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの発光装置。
6. 前記発光素子は、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップであることを特徴とする請求項１から５のいずれかの発光装置。
7. 発光素子を基板に搭載する際に、液状の樹脂を内包する殻状の樹脂を前記発光素子と前記基板上の前記発光素子が搭載される位置に施された銀メッキとの間で押圧して変形させ前記液状の樹脂を当該銀メッキの上に流出させて樹脂層を形成し、前記樹脂層を介して前記発光素子を前記位置に接着することを特徴とする発光装置の製造方法。
8. 前記発光装置の製造方法は、さらに、前記殻状の樹脂を成形した後、前記液状の樹脂を前記殻状の樹脂に充填することにより、前記液状の樹脂を内包する前記殻状の樹脂を得ることを特徴とする請求項７の発光装置の製造方法。
9. 前記液状の樹脂を内包する前記殻状の樹脂を前記位置に施された銀メッキの上に載置し、その上から前記発光素子を搭載して前記殻状の樹脂を破り前記液状の樹脂を当該銀メッキの上に流出させて前記樹脂層を形成することを特徴とする請求項７又は８の発光装置の製造方法。

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