JP2014086520A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDチップを封止する樹脂中に蛍光体を分散させてなる発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device in which a phosphor is dispersed in a resin for sealing an LED chip.
近年、照明装置や表示装置の光源に、LED(Light Emitting Diode)を用いた発光装置が使用されている。このような発光装置では、LEDチップをリードフレーム上に実装し、透明樹脂(封止樹脂)にて封止する構造が多く用いられている。 In recent years, light emitting devices using LEDs (Light Emitting Diodes) have been used as light sources for lighting devices and display devices. In such a light emitting device, a structure in which an LED chip is mounted on a lead frame and sealed with a transparent resin (sealing resin) is often used.
また、このような発光装置は、白色光源としての需要も多い。このような白色光源は、通常、発光輝度の高い青色LEDを用い、封止樹脂に蛍光体(赤色および緑色蛍光体、もしくは黄色蛍光体)を分散させることで製造される。蛍光体は、LEDから照射される一次光(青色光)を吸収し、これを二次光(赤色光および緑色光、もしくは黄色光)に変換する。これにより、上記発光装置は、一次光と二次光との混合光として白色光を得ることができる。 In addition, such a light emitting device is also in great demand as a white light source. Such a white light source is usually manufactured by using a blue LED with high emission luminance and dispersing phosphors (red and green phosphors or yellow phosphors) in a sealing resin. The phosphor absorbs primary light (blue light) emitted from the LED and converts it into secondary light (red light and green light or yellow light). Thereby, the said light-emitting device can obtain white light as mixed light of primary light and secondary light.
上記構成の発光装置では、均一な発色を得るためには封止樹脂中に蛍光体を均一に分散させることが重要である。このため、特許文献1,2には、封止樹脂に拡散剤を含ませ、蛍光体の沈降を防止することが記載されている。特許文献1,2では、拡散剤としてナノオーダーのシリカ等を用いることが記載されている。 In the light emitting device having the above configuration, it is important to uniformly disperse the phosphor in the sealing resin in order to obtain uniform color development. For this reason, Patent Documents 1 and 2 describe that a diffusing agent is contained in the sealing resin to prevent the phosphor from settling. Patent Documents 1 and 2 describe using nano-order silica or the like as a diffusing agent.
さらに、上記構成の発光装置では、硬化後の封止樹脂におけるクラック発生を防止することも重要である。このため、特許文献1には、封止樹脂にフィラーを含ませ、耐熱衝撃性を高めることが記載されている。特許文献1では、フィラーとしてマイクロオーダーのシリカ等を用いることが記載されている。 Furthermore, in the light emitting device having the above configuration, it is also important to prevent the occurrence of cracks in the cured sealing resin. For this reason, Patent Document 1 describes that a filler is included in the sealing resin to improve the thermal shock resistance. Patent Document 1 describes that micro-order silica or the like is used as a filler.
しかしながら、上記発光装置の封止樹脂は、蛍光体の沈降を防止すること、クラック発生を防止すること以外にも様々な性能が要求される。このため、封止樹脂においては、その性能をより高める余地がある。本願発明者は、更なる課題の一つとして、クラックを防止するためにフィラーの添加量を増やしすぎると封止樹脂のタック性が低下し、剥離が生じることを見出した。 However, the sealing resin for the light emitting device is required to have various performances in addition to preventing the phosphor from settling and preventing the occurrence of cracks. For this reason, in sealing resin, there exists room for improving the performance more. The inventor of the present application has found that as one of further problems, if the amount of filler added is excessively increased in order to prevent cracking, the tackiness of the sealing resin is lowered and peeling occurs.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、封止樹脂における蛍光体の沈降防止、クラック発生の防止、および剥離防止を同時に実現した発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device that simultaneously realizes prevention of sedimentation of phosphors, prevention of crack generation, and prevention of peeling in a sealing resin.
上記の課題を解決するために、本発明の発光装置は、リードフレームと、前記リードフレームに実装された発光素子と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えており、前記封止樹脂には、前記発光素子が照射する一次光を吸収して二次光を放出する蛍光体と、マイクロオーダーのシリカと、ナノオーダーのシリカとが含有されており、前記マイクロオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が10〜15%の範囲であることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a light-emitting device of the present invention includes a lead frame, a light-emitting element mounted on the lead frame, and a sealing resin that seals the light-emitting element. The resin contains a phosphor that absorbs primary light emitted by the light emitting element and emits secondary light, micro-order silica, and nano-order silica, and contains the micro-order silica. The amount is characterized in that the weight ratio of the sealing resin to the resin main ingredient is in the range of 10 to 15%.
また、上記発光装置では、前記ナノオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が1.0〜2.0%の範囲であることが好ましい。 In the light emitting device, the content of the nano-order silica is preferably such that the weight ratio of the sealing resin to the resin main component is in the range of 1.0 to 2.0%.
また、上記発光装置では、前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、0.1〜12μmの範囲であることが好ましい。 In the light emitting device, the center particle diameter of the micro-order silica is preferably in the range of 0.1 to 12 μm.
また、上記発光装置では、前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、0.6〜1.6μmの範囲であることが好ましい。 In the light emitting device, the center particle diameter of the micro-order silica is preferably in the range of 0.6 to 1.6 μm.
また、上記発光装置では、前記ナノオーダーのシリカの中心粒径は、5〜15nmの範囲であることが好ましい。 In the light emitting device, the center particle diameter of the nano-order silica is preferably in the range of 5 to 15 nm.
本発明の発光装置は、封止樹脂に粒径サイズの異なる2種類のシリカ(マイクロオーダーのシリカおよびナノオーダーのシリカ)を含有させることで、クラックの発生と蛍光体の沈降とを同時に防止することが可能であり、さらに、シリカの含有量を調整することによって、封止樹脂の剥離を防止することも可能となるとの効果を奏する。 The light-emitting device of the present invention prevents cracking and phosphor settling simultaneously by containing two types of silica (micro-order silica and nano-order silica) having different particle sizes in the sealing resin. In addition, it is possible to prevent the sealing resin from peeling off by adjusting the content of silica.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明が適用される発光装置10の一構成例を示す断面図である。発光装置10は、大略的には、リードフレーム12、発光素子14、および封止樹脂16を備えて構成されている。リードフレーム12は、上面が開口された凹部12Aを有しており、発光素子14は凹部12Aの底面に実装されている。また、発光素子14は、リードフレーム12の凹部12Aの底面に形成されている接続配線にダイボンディング若しくはワイヤボンディングされる(図1ではワイヤボンディングの例を示す)。封止樹脂16は、発光素子14の実装後、リードフレーム12の凹部12A内部を充填し、発光素子14および接続配線を封止する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a
発光装置10は、白色光を照射するための構成として、発光素子14を青色LEDとし、また、封止樹脂16には蛍光体18を含有している。例えば、封止樹脂16は、樹脂主剤であるシリコーン樹脂中に緑色蛍光体18Gおよび赤色蛍光体18Rを分散したものとする。これらの蛍光体は、発光素子14が出射する青色光(1次光)を吸収し、蛍光(2次光)を放出する。このようにして、発光装置10は、1次光と2次光を混合して白色光を出射するように構成される。
In the
尚、発光装置10は、同一のリードフレーム上に複数個同時に製造され、これらをダイシングによって分割することで、個々の発光装置10が得られる。
Note that a plurality of
さらに、本実施の形態に係る封止樹脂16は、クラックの発生や蛍光体18の沈降を防止するための添加物として粒径サイズの異なる2種類のシリカ20を含有することを特徴としている。具体的には、クラックの発生を防止するためのフィラーとしてマイクロオーダーのシリカ(フィラー)20Aが使用され、蛍光体の沈降を防止するための増粘剤としてナノオーダーのシリカ20Bが使用される。
Furthermore, the sealing
さらに、本願発明者は、封止樹脂の添加剤であるシリカの含有量を調整することによって、クラックの発生や蛍光体の沈降を防止するのみならず、封止樹脂の剥離を防止できることを見出した。これについて、以下に詳細に説明する。 Furthermore, the inventors of the present application have found that by adjusting the content of silica, which is an additive of the sealing resin, not only the generation of cracks and sedimentation of the phosphor can be prevented, but also the peeling of the sealing resin can be prevented. It was. This will be described in detail below.
本実施の形態においては、封止樹脂の添加物であるシリカの含有量を異ならせて、クラックの発生、蛍光体の沈降、および封止樹脂の剥離の有無を調べた。 In the present embodiment, the content of silica, which is an additive of the sealing resin, was varied, and the occurrence of cracks, the precipitation of the phosphor, and the presence or absence of peeling of the sealing resin were examined.
最初に、封止樹脂における添加物としてマイクロオーダーのシリカであるシリカFを用いた場合(シリカFの含有量が12.5%、22.5%の2通り)と、封止樹脂における添加物としてナノオーダーのシリカであるシリカDを用いた場合(シリカDの含有量が2.0%、3.0%の2通り)との比較を行った。尚、何れの条件とも、緑色蛍光体はシリコーン樹脂に対して5.35%の含有量としており、赤色蛍光体はシリコーン樹脂に対して0.53%の含有量としている。また、封止樹脂の充填後、120分の静置後における蛍光体の沈降の有無を調べた。比較結果を以下の表1に示す。 First, when silica F, which is micro-order silica, is used as an additive in the sealing resin (silica F content is 12.5%, 22.5% in two ways), an additive in the sealing resin As compared with the case where silica D which is nano-order silica is used (two types of content of silica D are 2.0% and 3.0%). In either case, the green phosphor has a content of 5.35% with respect to the silicone resin, and the red phosphor has a content of 0.53% with respect to the silicone resin. Moreover, the presence or absence of sedimentation of the phosphor after 120 minutes of standing after filling with the sealing resin was examined. The comparison results are shown in Table 1 below.
表1から明らかなように、添加物としてシリカFを用いた条件では、蛍光体の沈降が生じている(図2参照)。これは、シリカFの粒径が約1μmと大きいため、粒子の数量が少なく、封止樹脂に対する増粘効果が不十分であったためと考えられる。蛍光体の沈降はシリカFの添加量に関らず生じており、シリカFの添加量をさらに増やしても蛍光体の沈降は防止できないと思われる。 As is apparent from Table 1, the phosphor was precipitated under the conditions using silica F as an additive (see FIG. 2). This is presumably because the particle size of silica F was as large as about 1 μm, so the number of particles was small and the thickening effect on the sealing resin was insufficient. The precipitation of the phosphor occurs regardless of the amount of silica F added, and it seems that the precipitation of the phosphor cannot be prevented even if the amount of silica F added is further increased.
一方、添加物としてシリカDを用いた条件では、蛍光体の沈降が生じなかった。これは、シリカFの粒径が約7nmと小さく、粒子の数量が多くなるため、封止樹脂自体の粘度が上がり、蛍光体が沈降せずに分散したものと考えられる。但し、シリカDの含有量3.0%とした場合には、封止樹脂の粘度が高くなりすぎ、樹脂塗布工程などでの作業性が低下するため、シリカDの含有量は2.0%以下とすることが好ましく、1.0〜20%の範囲とすることがより好ましい。 On the other hand, under the conditions using silica D as an additive, the phosphor did not settle. This is presumably because silica F has a small particle size of about 7 nm and the number of particles increases, so that the viscosity of the sealing resin itself is increased and the phosphor is dispersed without settling. However, when the content of silica D is set to 3.0%, the viscosity of the sealing resin becomes too high, and the workability in the resin coating process and the like decreases, so the content of silica D is 2.0%. It is preferable to make it below, and it is more preferable to set it as 1.0 to 20% of range.
また、添加物としてシリカDを用いた条件では、蛍光体の沈降こそ生じなかったものの、リードフレームと封止樹脂との界面においてクラックが発生した(図3参照)。このため、封止樹脂における添加物としてマイクロオーダーのシリカであるシリカFをさらに加えた場合(シリカFの含有量が7.5%、12.5%、17.5%の3通り)について、封止樹脂のクラックおよび剥離の発生を調べた。その結果を以下の表2に示す。表2では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−40℃での放置後(15時間放置および30時間放置)でのクラックおよび剥離の発生を調べている。また、表2の条件において、シリコーン樹脂および蛍光体の含有量は表1での条件と同じであり、シリカDの含有量は2.0%としている。さらに、それぞれの条件における実験サンプル数は220個としている。 Further, under the conditions using silica D as an additive, the phosphor did not settle, but cracks occurred at the interface between the lead frame and the sealing resin (see FIG. 3). For this reason, when silica F, which is micro-order silica, is further added as an additive in the sealing resin (the content of silica F is 7.5%, 12.5%, and 17.5% in three ways) The occurrence of cracking and peeling of the sealing resin was examined. The results are shown in Table 2 below. Table 2 shows the occurrence of cracks and peeling after curing of the sealing resin, after dicing, and after standing at −40 ° C. (15 hours and 30 hours). Further, under the conditions in Table 2, the contents of the silicone resin and the phosphor are the same as those in Table 1, and the content of silica D is 2.0%. Furthermore, the number of experimental samples under each condition is 220.
シリカFの含有量が7.5%の条件では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−40℃での放置後のいずれにおいても剥離の生じたサンプルが存在した。さらに、−40℃での放置後では、クラックの生じたサンプルも存在した。これは、シリカFを含有させることで封止樹脂の内部応力を緩和できるものの、含有量が少なかったために応力緩和が十分でなく、封止樹脂の剥離およびクラックを完全には防止できなかったものと考えられる。 Under the condition where the content of silica F was 7.5%, there was a sample in which peeling occurred after curing of the sealing resin, after dicing, and after standing at −40 ° C. Further, after leaving at −40 ° C., there were samples with cracks. This is because the internal stress of the sealing resin can be relieved by containing silica F, but the stress was not sufficiently relaxed because the content was small, and peeling and cracking of the sealing resin could not be prevented completely it is conceivable that.
また、シリカFの含有量が12.5%の条件では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−40℃での放置後のいずれにおいても、剥離またはクラックの生じたサンプルは存在しなかった。 Moreover, under the condition where the content of silica F is 12.5%, there is no sample with peeling or cracking after curing of the sealing resin, after dicing, and after standing at −40 ° C. It was.
さらに、シリカFの含有量が17.5%の条件では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−40℃での放置後のいずれにおいても剥離(図4参照)の生じたサンプルが存在した(但し、クラックの生じたサンプルは存在しなかった)。これは、シリカFを含有させることで封止樹脂の内部応力を緩和し、クラックの発生は防止できたものの、その含有量が多すぎたために封止樹脂のタック性が低下し、リードフレームと封止樹脂との界面における剥離を招いたと考えられる。 Furthermore, under the condition where the content of silica F is 17.5%, there is a sample in which peeling (see FIG. 4) occurs after curing of the sealing resin, after dicing, and after standing at −40 ° C. (However, there were no cracked samples). Although the internal stress of the encapsulating resin was eased by containing silica F and the generation of cracks could be prevented, the tackiness of the encapsulating resin was lowered due to the excessive content, and the lead frame and It is thought that peeling at the interface with the sealing resin was caused.
以上の考察より、本実施の形態に係る発光装置では、封止樹脂に粒径サイズの異なる2種類のシリカを含有させることで、クラックの発生と蛍光体の沈降とを同時に防止することが可能であった。具体的には、クラックの発生を防止するためにマイクロオーダーのシリカを添加することが好ましく、蛍光体の沈降を防止するためにナノオーダーのシリカを添加することが好ましい。 From the above consideration, in the light emitting device according to the present embodiment, it is possible to simultaneously prevent generation of cracks and sedimentation of the phosphor by incorporating two types of silica having different particle sizes into the sealing resin. Met. Specifically, it is preferable to add micro-order silica in order to prevent the occurrence of cracks, and it is preferable to add nano-order silica to prevent sedimentation of the phosphor.
さらに、シリカの含有量(特に、マイクロオーダーのシリカの含有量)を調整することによって、封止樹脂の剥離を防止することも可能であった。表2に示した結果からは、シリカFの含有量を12.5%とした時に、封止樹脂のクラックと剥離とを同時に防止することができた。但し、実際の発光装置の製造工程においては、生産環境等の相違からシリカFの含有量をさらに調整することが必要であることが確認された。このため、本発明の発光装置においては、マイクロオーダーのシリカの含有量は、10〜15%の範囲内で最適な含有量となるように調節することが好ましい。 Furthermore, it was possible to prevent the sealing resin from peeling by adjusting the silica content (particularly, the micro-order silica content). From the results shown in Table 2, when the content of silica F was 12.5%, cracking and peeling of the sealing resin could be prevented at the same time. However, in the actual manufacturing process of the light emitting device, it was confirmed that it was necessary to further adjust the content of silica F due to differences in production environment and the like. For this reason, in the light-emitting device of this invention, it is preferable to adjust the content of the silica of a micro order so that it may become the optimal content within the range of 10 to 15%.
尚、リードフレームと封止樹脂との密着性を高めて剥離を防止する技術としては、樹脂充填前のリードフレームにプラズマ洗浄を行う技術が知られているが、本実施の形態で示した実験結果は、何れもプラズマ洗浄を行っていないものである。但し、本発明をプラズマ洗浄と組み合わせることももちろん可能であり、この場合には、さらに過酷な条件下においても、封止樹脂のクラックや剥離を防止することができる。 In addition, as a technique for improving adhesion between the lead frame and the sealing resin to prevent peeling, a technique of performing plasma cleaning on the lead frame before resin filling is known, but the experiment shown in the present embodiment As a result, none of the plasma cleaning was performed. However, it is of course possible to combine the present invention with plasma cleaning. In this case, cracking and peeling of the sealing resin can be prevented even under more severe conditions.
尚、上記説明において用いたマイクロオーダーのシリカ(シリカF)は、その中心粒径が1μmであったが、本発明はこれに限定されるものでなく、マイクロオーダーのシリカの中心粒径は0.1〜12μmのものを用いることが好ましく、0.6〜1.6μmのものを用いることがより好ましい。同様に、上記説明において用いたナノオーダーのシリカ(シリカD)は、その中心粒径が7nmであったが、本発明はこれに限定されるものでなく、ナノオーダーのシリカの中心粒径は5〜15nmのものを用いることが好ましい。 The center particle size of the micro-order silica (silica F) used in the above description was 1 μm, but the present invention is not limited to this, and the center particle size of the micro-order silica is 0. It is preferable to use a material having a thickness of 1 to 12 μm, and more preferably a material having a thickness of 0.6 to 1.6 μm. Similarly, the nano-order silica (silica D) used in the above description has a center particle size of 7 nm, but the present invention is not limited to this, and the nano-order silica has a center particle size of It is preferable to use a 5-15 nm thing.
本発明は上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
10 発光装置
12 リードフレーム
14 発光素子
16 封止樹脂
18G 緑色蛍光体
18R 赤色蛍光体
20A マイクロオーダーのシリカ
20B ナノオーダーのシリカ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記リードフレームに実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えており、
前記封止樹脂には、前記発光素子が照射する一次光を吸収して二次光を放出する蛍光体と、マイクロオーダーのシリカと、ナノオーダーのシリカとが含有されており、
前記マイクロオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が10〜15%の範囲であることを特徴とする発光装置。 A lead frame;
A light emitting device mounted on the lead frame;
A sealing resin for sealing the light emitting element,
The sealing resin contains a phosphor that absorbs primary light emitted from the light emitting element and emits secondary light, micro-order silica, and nano-order silica,
The light emitting device is characterized in that the content of the micro-order silica is such that the weight ratio of the sealing resin to the resin main component is in the range of 10 to 15%.
前記ナノオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が1.0〜2.0%の範囲であることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 1,
The content of the nano-order silica is such that the weight ratio of the sealing resin to the resin main agent is in the range of 1.0 to 2.0%.
前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、0.1〜12μmの範囲であることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 1 or 2,
The center particle size of the micro-order silica is in the range of 0.1 to 12 μm.
前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、0.6〜1.6μmの範囲であることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 3,
The center particle size of the micro-order silica is in the range of 0.6 to 1.6 μm.
前記ナノオーダーのシリカの中心粒径は、5〜15nmの範囲であることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 4,
The nano-order silica has a center particle diameter in a range of 5 to 15 nm.
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