JP2017069539A - パッケージ及び発光装置、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージ20は、凹部26の底面26aに配置される一対のリード23,23と、凹部26の側壁26dを形成する第1樹脂体24と、一対のリード23,23間に配置される第2樹脂体25と、凹部26の側壁26dの内面26bと、第2樹脂体25の上面25a及び下面25bと、を覆う反射膜27と、を有する。
【選択図】図3
Description
従来の発光装置は、セラミックスパッケージや樹脂パッケージの上に、反射層を備えており、この反射層によって、光の取り出し効率を上げている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。前記した反射層は、マスクを使用し、蒸着、スパッタリング、塗布等の方法で形成されている。
また、マスクを使用しない場合、例えば塗布により反射層を形成させる場合、反射層の材料を塗布した後、この反射層材料が流動するため、反射層が必要なエリアに形成することが困難であったり、また、反射層の膜厚にムラが生じるおそれがあったりしている。
<発光装置の構成>
図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、発光装置を示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、発光装置の上面図である。図3は、第1実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、図2のIII−III断面矢視図である。
第1実施形態に係る発光装置1は、第1樹脂体24及び第2樹脂体25を含むパッケージ20と、発光素子30と、第3樹脂体40と、ワイヤ50と、を備えている。
パッケージ20は、リード23と、第1樹脂体24と、第2樹脂体25と、反射膜27とを備え、リード23と第1樹脂体24及び第2樹脂体25と、は一体成形されている。
パッケージ20の全体の形状は、上面側が正方形状の略直方体である。パッケージ20は、外側の面として、下面20a、側面20b及び上面20cを有している。パッケージ20の高さ、長さ、幅は特に限定されず、目的及び用途に応じて適宜選択することができる。パッケージ20の形状は、略立方体、略六角柱等の多角形形状としてもよい。
凹部26の底面26aにはリード23が露出しており、このリード23に発光素子30が載置されている。凹部26の側壁26dは第1樹脂体24で構成されている。側壁26dの外面は、パッケージ20の側面20bを構成する。
側壁26dの内面26bには滑らかな傾斜を設けてもよいし、表面に細かい凹凸を設け、光を散乱させる形状としてもよい。
凹部26は、平面視で円形状の開口部26cを有している。開口部26cの形状としては、円形として示しているが、略楕円形状、略多角形形状等を採ることができる。また、凹部26は、側壁26dの内面26bが開口部26cの側に拡がる形状となっている。
リード23は、凹部26の底面26aに配置される。リード23は、正負一対となるように離間させて配置されている。一対のリード23,23は、アノード電極、カソード電極にそれぞれ相当し、それぞれ導電性が異なることを意味する。
リード23の上面(凹部26の底面26a)にはメッキが施されているので、発光素子30からの光の反射率を高めることができる。
また、リード23は、底面(パッケージ20の下面20a)がメッキされているため、半田等の導電性部材との接合強度が増す。
なお、本実施形態では、リード23は、側面20bから露出した面がメッキされていない。メッキされていない理由として、この面は、後記するようにパッケージ20を個片化した際に現れた切断面の状態をそのまま使用しているからである。
第1樹脂体24は、リード23を固定すると共に凹部26の側壁26dを構成している。第2樹脂体25は、一対のリード23,23間に配置される。第1樹脂体24及び第2樹脂体25は、同じ樹脂で一体成形されている。以下では、第1樹脂体24及び第2樹脂体25を構成する樹脂のことを第1樹脂という。
第1樹脂としては、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。
熱可塑性樹脂の場合、例えば、ポリフタルアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、不飽和ポリエステル等を用いることができる。
熱硬化性樹脂の場合、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂等を用いることができる。
凹部26の側壁26dの内面26bにおいて光を効率よく反射するために、第1樹脂に光反射部材が含有されていても構わない。例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ガラスフィラー、シリカ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムは、水分等に対して比較的安定でかつ高屈折率であり、また熱伝導性にも優れるため好ましい。
反射膜27は、第1樹脂体24及び第2樹脂体25の上面側と、下面側とに設けられている。反射膜27は、具体的には、凹部26の側壁26dの内面26bと、第2樹脂体25の上面25a及び下面25bとを少なくとも覆うように設けられている。反射膜27の形成範囲の部分では、発光素子30からの光量が比較的多いため、反射膜27を設けることで、発光装置1の正面方向からの光取り出し効率の向上に特に貢献することができる。なお、露出する一対のリード23は、反射膜27に覆われていない。
また、反射膜27に含有させる光反射部材と、第1樹脂体24及び第2樹脂体25に含有させる光反射部材とは、同種の物質であってもよく、異なる種類の物質であってもよく、また、これらの物質の粒径も、同じであってもよく、異なるものであってもよい。
また、発光素子を載置する凹部の底面でリード間を跨ぐワイヤ50は、このリード間に配置される樹脂部の上に反射膜を設ける場合、反射膜が厚いと、ワイヤ50の形状が滑らかに設けることができなくなる。反射膜が仮に10μm程度もの厚みを有していると、ワイヤ50が尖って曲がった形状になるため、熱により第3樹脂体40が収縮したり膨張したりすることで、応力によりワイヤ50の破断、断線、接続部の剥がれ等が懸念される。
そのため、本実施形態のパッケージ20において、反射膜27の平均厚みTは、安定した膜厚で形成することができ、かつ良好な反射性が得られるように、10〜1000nm、好ましくは10〜500nm、さらに好ましくは50〜200nmとすることが特に好ましい。これにより、発光装置1は、パッケージ20の凹部26に、相対的に大型で高出力の発光素子30を載置できるため、相対的に明るく発光することができる。また、第2樹脂体25の上面25aに形成する反射膜27を、上記範囲内の膜厚に設定することにより、凹部26の底面26aでリード23,23間を跨ぐワイヤ50の形状を、滑らかに折り曲げた形状に維持することができる。なお、反射膜27を形成する際に、ナノ粒子を高濃度で含有する分散液を乾燥させることで、10〜500nm程度の薄膜を容易に形成することができる。
発光素子30は、パッケージ20の凹部26の底面26aにおいて一対のリード23の少なくとも一方に配置される。発光素子30は、ワイヤ50を介してリード23と電気的に接続している。ここで用いられる発光素子30は形状や大きさ等が特に限定されない。発光素子30の発光色としては、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色(波長430〜490nmの光)の発光素子としては、GaN系やInGaN系を用いることができる。InGaN系としては、InXAlYGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y<1)等を用いることができる。なお、発光素子30は、フェイスアップ構造のものを使用することができる他、フェイスダウン構造のものも使用することができる。
第3樹脂体40は、パッケージ20の凹部26内に実装された発光素子30等を覆うものである。第3樹脂体40は、発光素子30等を、外力、埃、水分等から保護すると共に、発光素子30等の耐熱性、耐候性、耐光性を良好なものとするために設けられている。
第3樹脂体40を構成する樹脂のことを以下では第3樹脂と呼ぶ。第3樹脂としては、熱硬化性樹脂、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等の透明な材料を挙げることができる。このような材料に加えて、所定の機能を持たせるために、蛍光体や光反射率が高い物質等のフィラーを含有させることもできる。
ワイヤ50は、発光素子30や保護素子等の電子部品と、リード23とを電気的に接続するための導電性の配線である。ワイヤ50の材質としては、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Pt(白金)、Al(アルミニウム)等の金属、及び、それらの合金を用いたものが挙げられるが、特に、熱伝導率等に優れたAuを用いるのが好ましい。なお、ワイヤ50の太さは特に限定されず、目的及び用途に応じて適宜選択することができる。
発光装置1には、保護素子としてツェナーダイオードを設けることもできる。ツェナーダイオードは、発光素子30と離れて凹部26の底面26aのリード23に載置することができる。また、ツェナーダイオードは、凹部26の底面26aのリード23に載置され、その上に発光素子30を載置する構成を採ることもできる。
以下では、複数の発光装置に対応した複数の基板がアレイ状に配置された集合基板の形態で製造する場合について説明する。第1実施形態に係る発光装置の製造方法は、集合基板としての樹脂成形体を準備する工程と、反射膜を形成する工程と、一部の反射膜を剥離する工程と、発光素子を載置する工程と、第3樹脂で発光素子を覆う工程と、個片化工程と、を行うこととしている。
図4は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、リードフレームの平面図である。図5は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、樹脂成形体の平面図である。図6は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、図5のVI−VI断面矢視図である。
(1)貫通孔22aを有する平板状のリードフレーム22を準備する。
(2)リードフレーム22を上下に分割されたモールド金型の上金型と下金型で挟み込む。
(3)樹脂部29の材料、すなわち酸化チタン等の光反射部材が含有された第1樹脂を金型に注入する。
(4)注入された第1樹脂を硬化又は固化する。
(5)金型から成形体を取り出して第1樹脂の注入痕を切除する。
なお、第1樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、トラスファーモールドにより製造することが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂を硬化させるために、オーブンで加熱処理する。なお、樹脂成形体21を射出成形、圧縮成形、押出成形で形成させることもできる。
図7は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、反射膜の形成方法の一例を示す図である。図8は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、反射膜を備える成形基板の平面図である。図9は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、図8のIX−IX断面矢視図である。
図10は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、反射膜を剥離する方法の一例を示す図である。図11は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、反射膜が剥離された成形基板の平面図である。図12は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、図11のXII−XII断面矢視図である。
図13は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、発光素子が載置された成形基板の断面図である。発光素子30を載置する工程では、樹脂成形体21cの凹部26内に配置される一対のリード23,23の少なくとも一方に発光素子30を載置する。ここでは、発光素子30がフェイスアップ構造であるものとしているので、リード23上の発光素子30を実装する場所へ、ダイボンド樹脂を塗布して、発光素子30を実装し、次に、ダイボンド樹脂を硬化するために、オーブンで加熱処理する。
図14は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、第3樹脂体で発光素子が覆われた樹脂成形体の断面図である。樹脂で発光素子を覆う工程は、樹脂成形体21dにおいて、発光素子30の上から、例えば樹脂塗布装置を用いて、第3樹脂を塗布する。第3樹脂は、熱硬化性樹脂のほか、蛍光体、無機フィラー、有機フィラーの少なくとも、1つを含有させることができる。塗布に続いて、第3樹脂を硬化させるために、オーブンで加熱処理を行う。
個片化工程は、樹脂成形体21eを切断して、個片化した発光装置を得る工程である。樹脂成形体21eのリードフレーム22には、所定のパターンで貫通孔22aが形成されており、凹部26に配置された貫通孔22aを除くその他の貫通孔22aを通る位置で樹脂成形体21eを切断する。例えば、樹脂成形体21eをダイシングシートに張りつけ、ダイシングブレード90で、樹脂成形体21eの樹脂部29とリードフレーム22とを同時に切断する。
図15は、第2実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、絶縁膜で発光素子が覆われた樹脂成形体の断面図である。本実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光素子を載置する工程の後、かつ、第3樹脂で発光素子を覆う工程の前に、絶縁膜で発光素子を覆う工程をさらに有してもよい。
絶縁膜60の膜厚は第3樹脂体40の膜厚よりも薄い。絶縁膜60の膜厚は略一定である。絶縁膜60として用いる材料の種類によって膜厚の好ましい範囲は多少異なるが、絶縁膜60の膜厚は、約1nm〜300nmが好ましく、より好ましくは5nm〜100nmである。絶縁膜60を多層とする場合には、層全体の膜厚がこの範囲内となるようにすることが好ましい。
図16は、第3実施形態に係る発光装置の製造工程の概略を示す図であり、他の樹脂成形体の平面図である。本実施形態に係るパッケージ及び発光装置の製造方法では、例えば図16に示す樹脂成形体21Cを準備することとしてもよい。樹脂成形体21Cは、リードフレーム22Cと、個々のパッケージに相当する複数の樹脂部29Cとを備えており、各樹脂部29Cは凹部26を備えている。樹脂成形体21Cでは樹脂部29Cが個片化されているので、個片化工程では、リードフレーム22Cだけが切断される。
吊りリード221は、枠体220から貫通孔223の側に向かって突出しリード23に接続されている。この吊りリード221は、樹脂部29C及びリード23,23を枠体220に支持するための部位であって、個片化する際に切り離されるものである。
ハンガーリード222は、枠体220から貫通孔223の側に向かって突出し、吊りリード221とは直交するように配置されている。このハンガーリード222は、その先端部で樹脂部29Cを支持するための部位であって、切断されるものではない。また、個片化後に、ハンガーリード222の基端部を所定の治具で突くことで、パッケージを、リードフレーム22Cから容易に取り外すことができる。
<発光装置の構成>
図17は、第4実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、発光装置を示す斜視図である。図18は、第4実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、発光装置を示す正面図である。図19は、第4実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、図18のXIX−XIX断面矢視図である。発光装置1Bは、パッケージ20Bと、発光素子30Bと、第3樹脂体40と、ワイヤ50と、を備えている。この発光装置1Bでは、パッケージ20B及び発光素子30Bの形状が第1実施形態に係る発光装置1と相違している。以下では、第1実施形態に係る発光装置1と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。発光素子30Bは、平面視で横長の四角形に形成されている点が第1実施形態に係る発光素子30と異なっている。
この発光装置1Bは、第1実施形態と同様に集合基板の形態で製造することができる。なお、リードフレームは、モールドされた後、切断され、その後、リードフレームのうち、所定部位が屈曲され、パッケージ20Bのリード23,23の外部接続端子部が形成される。
<発光装置の構成>
図20は、第5実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、発光装置の上面図である。図21は、第5実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、図20のXXI−XXI断面矢視図である。発光装置1Cは、パッケージ20Cと、発光素子30と、第3樹脂体40と、ワイヤ50と、を備えている。この発光装置1Cでは、パッケージ20Cの形状が第1実施形態に係る発光装置1と相違している。以下では、第1実施形態に係る発光装置1と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
なお、素子実装部28を、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂部材で構成した場合、この素子実装部28を例えばいずれか一方のリード23の上に形成するようにしてもよい。
<発光装置の構成>
図22は、第6実施形態に係る発光装置の概略を示す断面図である。発光装置1Dは、セラミックスパッケージ20Dと、発光素子30と、第3樹脂体40と、ワイヤ50と、を備えている。この発光装置1Dでは、セラミックスパッケージ20Dの形状及び材料が第1実施形態に係る発光装置1と相違している。以下では、第1実施形態に係る発光装置1と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
色度測定装置を用いた実験の結果、比較例1及び実施例1の発光装置は、xy色度値におけるxの値及びyの値が共に0.34の色調を有していた。色調については反射膜27の有無による差異は無視できると結論できる。
光束測定装置を用いた実験の結果、比較例1について測定された光束を100%としたときに、実施例1について測定された光束は101%となった。反射膜27によって光束を1%高める効果を確認した。
20,20B,20C, パッケージ
20D セラミックスパッケージ
20a 底面
20b 側面
20c 上面
21,21C 樹脂成形体
21b,21c,21d,21e 樹脂成形体
22 リードフレーム
22a 貫通孔
22C リードフレーム
220 枠体
221 吊りリード
222 ハンガーリード
223 切欠部
23 リード
24 第1樹脂体(樹脂部)
25 第2樹脂体(樹脂部)
25a 上面
25b 下面
26 凹部
26a 底面
26b 内面
26c 開口部
26d 側壁
26e 上壁部
26f 下壁部
27 反射膜
28 素子実装部
29,29C 樹脂部
30 発光素子
40 第3樹脂体
50 ワイヤ
60 絶縁膜
70 容器
71 有機溶剤
80 電解槽
81 電解液
82 電源
83 陰極板
84 陽極板
85 スイッチ
90 ダイシングブレード
110,120 配線
130 第1セラミックス体
140 第2セラミックス体
T 反射膜の平均厚み
Claims (25)
- 凹部の底面に配置される一対のリードと、
前記凹部の側壁を形成する第1樹脂体と、
前記一対のリード間に配置される第2樹脂体と、
前記凹部の側壁の内面と、前記第2樹脂体の上面及び下面と、を覆う反射膜と、を有するパッケージ。 - 前記第1樹脂体は、前記凹部の開口部の周辺の全面が前記反射膜により覆われている請求項1に記載のパッケージ。
- 前記第1樹脂体及び前記第2樹脂体は、全面が前記反射膜により覆われている請求項1に記載のパッケージ。
- 前記反射膜は、前記凹部の側壁の内面に前記リードとの境界まで形成され、かつ、前記第2樹脂体の上面及び下面に前記リードとの境界まで形成されている請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のパッケージ。
- 前記反射膜の平均厚みは、10〜1000nmである請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のパッケージ。
- 前記反射膜は、1〜100nmの粒子径を持つ金属酸化物が主に含まれている請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のパッケージ。
- 前記金属酸化物は、酸化チタンである請求項6に記載のパッケージ。
- 前記第1樹脂体及び前記第2樹脂体は、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のパッケージ。
- 発光素子を実装する素子実装部をさらに備える請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のパッケージ。
- 凹部の底面に配置される一対の配線と、
前記凹部の側壁を形成する第1セラミックス体と、
前記一対の配線間に配置される第2セラミックス体と、
前記凹部の側壁の内面と、前記第2セラミックス体の上面及び下面と、を覆う反射膜と、を有するセラミックスパッケージ。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のパッケージと、
前記パッケージの前記凹部の底面において前記一対のリードの少なくとも一方に配置される発光素子と、を有する発光装置。 - 請求項9に記載のパッケージと、
前記パッケージの前記凹部の底面において前記素子実装部に載置され、前記一対のリードとそれぞれ電気的に接続された発光素子と、を有する発光装置。 - 請求項10に記載のセラミックスパッケージと、
前記セラミックスパッケージの前記凹部の底面において前記一対の配線の少なくとも一方に配置される発光素子と、を有する発光装置。 - 前記発光素子を覆い、前記凹部内に配置される第3樹脂体を備えている請求項11乃至請求項13のいずれか一項に記載の発光装置。
- 凹部の底面に配置される一対のリードと、前記凹部の側壁を形成する第1樹脂体と、前記一対のリード間に配置される第2樹脂体と、を備える樹脂成形体を準備する工程と、
少なくとも前記凹部の底面及び前記凹部の側壁の内面の全面に反射膜を形成する工程と、
前記反射膜が形成された樹脂成形体において前記凹部内の前記一対のリードに形成された前記反射膜を剥離する工程と、を有するパッケージの製造方法。 - 前記反射膜を剥離する工程は、前記反射膜が形成された樹脂成形体を電解液に浸漬して前記樹脂成形体に電流を通電する請求項15に記載のパッケージの製造方法。
- 前記反射膜を剥離する工程は、前記反射膜が形成された樹脂成形体を電解液に浸漬して前記樹脂成形体に直流電流を通電する請求項15に記載のパッケージの製造方法。
- 前記反射膜を剥離する工程は、
前記反射膜が形成された樹脂成形体に、500A/m2〜3000A/m2の電流密度で通電する工程と、
当該樹脂成形体の一対のリード上に浮遊した反射膜を除去する工程と、を有する請求項17に記載のパッケージの製造方法。 - 前記反射膜を形成する工程は、前記準備された樹脂成形体を、1〜100nmの粒子径を持つ金属酸化物が主に含まれている有機溶剤中に浸漬する請求項15乃至請求項18のいずれか一項に記載のパッケージの製造方法。
- 前記反射膜を形成する工程は、前記準備された樹脂成形体上に、平均厚みが10〜1000nmの反射膜を形成する請求項15乃至請求項19のいずれか一項に記載のパッケージの製造方法。
- 凹部の底面に配置される一対のリードと、前記凹部の側壁を形成する第1樹脂体と、前記一対のリード間に配置される第2樹脂体と、を備える樹脂成形体を準備する工程と、
少なくとも前記凹部の底面及び前記凹部の側壁の内面の全面に反射膜を形成する工程と、
前記反射膜が形成された樹脂成形体において前記凹部内の前記一対のリードに形成された前記反射膜を剥離する工程と、
前記反射膜が剥離された前記一対のリードの少なくとも一方に発光素子を載置する工程と、を備える発光装置の製造方法。 - 前記発光素子を載置する工程後、第3樹脂で前記発光素子を覆う工程を備える請求項21に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を載置する工程後、絶縁膜で前記発光素子を覆い、さらに第3樹脂で前記絶縁膜を覆う工程を備える請求項21に記載の発光装置の製造方法。
- 前記絶縁膜の膜厚は前記第3樹脂からなる第3樹脂体の膜厚よりも薄い請求項23に記載の発光装置の製造方法。
- 前記絶縁膜の膜厚は略一定である請求項23又は請求項24に記載の発光装置の製造方法。
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