JP2019117851A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤを伝って樹脂が発光素子に付着することを回避する。【解決手段】発光素子６と、発光素子６を囲むように配置された樹脂製の枠体９と、発光素子６と電気的に接続するための回路基板７と、各発光素子６を、回路基板７と接続するためのワイヤ１とを備える発光装置であって、ワイヤ１が、発光素子６と接続される第一端縁１ａと、回路基板７と接続される第二端縁１ｂとを備え、第二端縁１ｂは枠体９に被覆されており、ワイヤ１が、その中間部の第一位置１ｃで折曲され、該第一位置１ｃと第二端縁１ｂとの間の第二位置１ｄに、ワイヤ１の他の部分よりも太い外径を有し、該ワイヤ１と異なる部材で形成された太径部１６を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

従来より、照明や自動車のヘッドライト用等に、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が使用されている。

特許文献１に開示される発光装置の断面図を図１０に示す。この図に示す発光装置１０００は、キャビティ１１８を有するベースケーシング１１２と、キャビティ１１８内に配置された半導体チップ１２０と、この半導体チップ１２０と外部電気端子１１４とを電気的に接続するワイヤ１２２と、キャビティ１１８内の半導体チップ１２０とキャビティ側壁との間に充填される充填物質１２８と、半導体チップ１２０をカプセル化するカプセル化物質１３２とを備えている。このようなカプセル化物質１３２には、エポキシド樹脂等が使用されている。

このように、カプセル化物質１３２で封止された発光装置１０００において、外部電気端子１１４と半導体チップ１２０とを接続するワイヤ１２２の下に溝部が形成されている。この溝部には、光取り出し効率を向上させるため、充填物質１２８を流し込み、溝部を覆うようにしている。

しかしながら、充填物質１２８がワイヤ１２２を伝って半導体チップ１２０に達すると、半導体チップ１２０の発光面に充填物質１２８の樹脂が付着してしまい、取り出し効率が低下する問題があった。

特開２００４−０４００９９号公報

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、ワイヤを伝って樹脂が発光素子に付着することを回避可能な発光装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一形態によれば、発光素子と、前記発光素子を囲むように配置された樹脂製の枠体と、前記発光素子と電気的に接続するための回路基板と、各発光素子を、回路基板と接続するためのワイヤとを備える発光装置であって、前記ワイヤが、前記発光素子と接続される第一端縁と、前記回路基板と接続される第二端縁とを備え、前記第二端縁は前記枠体に被覆されており、前記ワイヤが、その中間部の第一位置で折曲され、該第一位置と前記第二端縁との間の第二位置に、前記ワイヤの他の部分よりも太い外径を有し、該ワイヤと異なる部材で形成された太径部を形成することができる。

また、他の形態に係る発光装置の製造方法によれば、内部に凹部を形成した樹脂製の枠体と、前記凹部内に配置されたサブマウントと、前記サブマウント上に実装された発光素子と、外部と電気的に接続するための回路基板と、各発光素子を、前記回路基板と接続するためのワイヤとを備える発光装置の製造方法であって、前記回路基板の間に、前記発光素子を前記サブマウント上に配置する工程と、前記ワイヤの一方の第一端縁を前記発光素子と、前記ワイヤの他方の第二端縁を前記回路基板と、それぞれ接続すると共に、その中間の第一位置で折曲されるように、ワイヤボンディングを行う工程と、前記第一位置と前記第二端縁との間の第二位置に、前記ワイヤの他の部分よりも太い外径を有し、該ワイヤと異なる部材で形成された太径部を形成する工程と、前記回路基板の上面に、前記枠体を形成する工程とを含むことができる。

本発明の一形態によれば、樹脂がワイヤを伝って発光素子に付着する事態を、太径部でもって抑制することができる。

本発明の実施形態１に係る発光装置を示す斜視図である。 図１の発光装置の分解斜視図である。 図１の発光装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の実施形態２に係る発光装置を示す斜視図である。 図４の発光装置の分解斜視図である。 実施例１に係る太径部を示す写真である。 比較例に係るワイヤを示す写真である。 実施例２に係る太径部を示す模式断面図である。 図９Ａ〜図９Ｆはワイヤに太径部を形成する手順を示す要部拡大断面図で 従来の発光装置を示す模式断面図である。

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する発光装置及びその製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

なお以下、図中に示す「ｘ」方向を「横」方向、「ｙ」方向を「縦」方向、「ｚ」方向を「上下」方向又は「厚さ」方向と呼ぶことがある。なお、以下に示す実施の形態及び実施例の発光装置は、上面視において、横方向が長手方向となるものであるが、この限りではない。
［実施形態１］

本発明の実施形態１に係る発光装置を図１〜図３に示す。これらの図において、図１は本発明の実施形態１に係る発光装置１００を示す斜視図、図２は図１の発光装置１００の分解斜視図、図３は図１の発光装置１００のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図を、それぞれ示している。

発光装置１００は、図１及び図２に示すように、筐体側凹部３を備える筐体２と、この筐体２の筐体側凹部３に嵌合される基体４と、この基体４上に設けられたサブマウント５と、このサブマウント５上に設けられた発光素子６と、この発光素子６からワイヤ１（図３参照）を介して接続されサブマウント５の周囲で基体４上に設置された回路基板７を備える。そして、発光装置１００は、一例として、回路基板７に形成された開口部７ａの周縁に枠体９が設けられ、その枠体９の内側に形成された凹部を、封止樹脂部８で封止している。
（筐体２）

筐体２は、絶縁性部材で構成される。この筐体２は、発光装置１００を実装する実装部材から、発光素子６及び回路基板７までの沿面距離を確保すると共に、装置のケースの役割をするものである。この筐体２としては、絶縁耐圧性が確保でき、熱伝導率が絶縁物質のなかでも比較的高い材料が必要であり、さらには、耐熱性が高く熱膨張率の低い材料が好ましい。好適にはセラミックスを使用することが望ましい。筐体２を構成する材料として、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。

筐体２は、図１〜図３に示すように、平面視において一方向に延長した六角形状としている。また六角形状の中央に、筐体側凹部３を形成している。筐体側凹部３は、側壁３ａと底壁３ｂで囲まれた直方体状に形成される。また筐体側凹部３は、基体４を収納して接合するとき、基体４の底面が筐体側凹部３の底壁３ｂの表面に当接するように形成されている。さらに筐体側凹部３の側壁３ａは、基体４の上面までの範囲で形成されており、ここでは、側壁３ａの上面が基体４の上面と略同一平面になるように形成されている。

また筐体側凹部３の長手方向において、頂部をそれぞれＵ字状に窪ませ、さらに取付部２ｂを形成している。取付部２ｂは取付溝や取付穴等として、発光装置１００を照明器具等の所定位置に固定ボルトＢｔ等で固定できるようにしている。

筐体側凹部３は、基体４を嵌合するためのものである。この筐体側凹部３は、底壁３ｂの厚みとして、例えば、照明器具として屋外灯具で使う際に要求されるＡＣ５ｋＶ程度の絶縁耐圧性が確保でき、かつ熱伝導をできるだけ妨げないような厚みにすることが望ましい。底壁３ｂは、アルミナを筐体２として用いた場合は、一例として、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下の厚みが望ましい。このとき、筐体２は、板状のアルミナに比べ、箱型ケース状に成形されていることから、底壁３ｂの厚みを薄くしても強度が確保しやすく、割れ、反り、ゆがみ等の発生を抑制することができる。

筐体側凹部３は、図３に示すように、底壁３ｂの厚みよりも、側壁３ａの厚みが大きくなるように構成されている。側壁３ａは、厚みをもたせることで、空気中への放熱が効率よく行われる。具体的には、基体４から熱を受け取り、一時的に蓄熱し、側壁内で拡散し、効率的に外側へ熱を放射することができる。また、側壁３ａは、後記する照明器具３０の金属筐体３０ａ側の広い範囲に熱を伝達して拡散放熱の効率を上げると共に、沿面距離を大きく取ることが可能となる。また、底壁３ｂは、側壁３ａより薄くすることで、照明器具等に組み込んだ際に、ヒートシンク等に早く熱を伝達して拡散放熱の効率を上げることができる。
（基体４）

図２及び図３に示すように、基体４は、ここでは、上面と下面とが同一形状となる立体形状に、具体的には直方体形状に形成されている。そして、基体４の側面及び底面は、筐体２の筐体側凹部３に嵌合して筐体側凹部３の側壁３ａの内面及び筐体側凹部３の底壁３ｂにそれぞれ接触するように平坦面に形成されている。基体４は、筐体２の筐体側凹部３の深さと同等かそれ以上の厚みとなるように形成されている。このような構成により、基体４から筐体２へ効率よく放熱される。

基体４としては、熱伝導率の高い材料が好ましく、例えばＡｌ、Ｃｕ又はそれらの合金材料などが望ましい。さらに、筐体２やサブマウント５との接合信頼性を考慮すると、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率の小さいものが望ましく、例えば、Ｃｕ−Ｍｏ積層材料やＡｌ−Ｃ複合材料、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料などを使用することがより好ましい。特に、基体４としてＡｌ−Ｃ複合材料を使用すると、熱伝導率に異方性があるので、熱伝導率の高い方向を厚み方向に用いることにより、底面における熱密度低下を促進することが可能であり、放熱性をさらに高くすることができるために好ましい。

そして基体４は、複数の発光素子６を集中して実装し、高電力（１０Ｗ以上）を印加した場合においても、基体４の上面から底面への熱拡散移動によって、底面における熱密度を十分に低くすることが可能となる。そのため、基体４の熱伝導特性により、接触している次段の筐体２による熱抵抗が増加する影響を最小限に抑えることが可能となる。従って、発光装置１００として、発光面積が小さいまま高出力化することが可能となるため、配光制御性も高めることができることになる。

基体４は、少なくとも熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を用いることが望ましい。さらに、基体４は、上面に実装された発光素子６の熱が底面において均一に拡散可能な厚み、例えば３ｍｍ以上であることが望ましい。

筐体２と基体４とは、筐体側凹部３の底壁３ｂの表面及び基体４の底面において接合され接触面積が大きいことが望まれる。したがって、接触を確実にするためには、例えば、熱硬化高熱伝導性シリコーン、ＳｎＡｇ（Ｃｕ）ハンダ、ＡｕＳｎ共晶、ＡｌＣｕ共晶などの接合材料を使用することが好ましい。また、接合材料の粘度及び使用量を適時調整することにより、底面のみならず、筐体側凹部３に基体４を嵌合したときに這い上がり効果にて、側面部分まで接合材料による密着を促すことも可能である。また、接合材料が側面部分まで這い上がることで、その領域において、筐体２と基体４とが実質的に当接することになる。

基体４は、その上面が筐体２の筐体側凹部３の深さと同等かそれ以上の高さとなるため、筐体２との接合時の加圧が容易になるばかりでなく、基体４の上面に実装される発光素子６の光を筐体２で遮ることもなくなるため、光の取り出し効率を高めることができる。また基体４は、その上面にサブマウント５及び回路基板７を、熱結合状態で配置している。
（サブマウント５）

図１〜図３に示すように、サブマウント５は、基体４の上面に接合され、複数の発光素子６を実装するために用いられる。このサブマウント５は、ここでは、矩形板状に形成され、熱伝導性の高い材料で形成されることが好ましい。サブマウント５は、熱伝導率が高く、熱膨張率が低く、面精度の出しやすい部材が好ましい。例えば、サブマウント５は、シリコン、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの素材が挙げられる。そして、サブマウント５は、次段の基体４に素早く熱を伝えるために、厚みは十分薄くすることが望ましい。サブマウント５は、例えば、０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度が望ましい。

サブマウント５は、基体４の上面の平面度が十分でない場合、基体４に接合部材を介して接合されることで、基体４の上面の凹凸をキャンセルすることができる。発光素子実装面については、例えば、白色樹脂などの、光反射膜が設けられていることが望ましい。サブマウント５と、基体４の接合においては、Ａｇペースト、ＳｎＡｇ（Ｃｕ）半田、ＡｎＳｎ共晶、Ａｇ焼結材料などの接合部材が使用される。また、それぞれの接合部材・方式に応じて適時、接合面に鍍金等の表面処理が施されることが好ましい。
（発光素子６）

発光素子６としては、発光ダイオードを用いるのが好ましく、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。発光素子６は、ここでは、複数がサブマウント５に縦横に２次元配列で設けられる。マトリックス状に配置された各発光素子６は、ワイヤ１により電気的に配線されて回路基板７に接続されている（図３参照）。この発光素子６は、例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）の発光素子６としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。また、発光素子６は、その上面の一側にｐ電極が、他側にｎ電極が設けられた構造の素子であっても、フリップチップ実装される構造の素子であっても、対向電極構造の発光素子であってもよい。発光素子の成分組成や発光色、サイズ等は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。

回路基板７は、図示しない外部の電源からの給電を発光素子６に行うためのものである。この回路基板７は、中央に矩形状に貫通された開口部７ａが形成されている。この開口部７ａは、サブマウント５の外形よりも一回り大きく形成されている。これにより図３の断面図に示すように、基体４上に、サブマウント５と回路基板７とを離間させて配置する。

複数の発光素子６同士は、中間ワイヤ１’で電気的に接続されている。回路基板７は、各発光素子６の外部に接続されるワイヤ１を複数接続して、ワイヤ１、１’を介して全ての発光素子６に給電できるように配線が形成されている。回路基板７は、基体４上で基体４に接合材を介して当接するように設置されている。回路基板７は、基体４に当接する面が通電しないように構成され、板厚がほぼサブマウント５と同等に形成されている。また、ここで使用される接合材は、サブマウント５を接合する接合部材であってもよく、一般的なものであってもよい。
（波長変換部１０）

図３に示すように、サブマウント５及び発光素子６の上面を、波長変換部１０で層状に被覆している。波長変換部１０は、発光素子６が発する光の波長を、異なる波長の光に変換する部材である。このような波長変換部１０は、蛍光物質が好適に利用できる。発光素子６を波長変換部１０で被覆した状態で、封止樹脂部８に封止されている。この波長変換部１０は、単層とする他、複数層とすることもできる。また波長変換部１０を構成する蛍光物質の種類を、１種とすることもできるし、複数種とすることもできる。蛍光物質としては、用いる発光素子６の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄）、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ）などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。特に、青色発光素子に組み合わせて白色発光させる蛍光体としては、青色で励起されて黄色のブロードな発光を示す蛍光体を用いることが望ましい。

波長変換部１０は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Ｓｉ_6-ZＡｌ_ZＯ_ZＮ_8-Z：Ｅｕ、Ｌｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢ_xＮ_3+x：Ｅｕ、Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ及びＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕなどの蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。

発光素子６を被覆する封止樹脂部８中に波長変換部１０を含める構成において、波長変換部１０は層状に単層又は複数層を設けてもよいし、あるいは封止樹脂部に分散させてもよい。この場合、発光素子周囲の波長変換部は、封止樹脂部中に蛍光物質を混合して封止と同時に沈降／分散状態として実現させてもよいし、透光性材料に蛍光物質をあらかじめ混合し成形された板材料などを封止樹脂部上面に接合させて使用してもよい。また、樹脂封止前にスプレー塗布等で散在させてもよい。
（封止樹脂部８）

図３に示すように、封止樹脂部８は、発光素子６を保護するものである。この封止樹脂部８は、発光素子６で発光された光及び波長変換部１０で波長変換された光を透過することができる樹脂で形成されている。この樹脂を、第三線膨張係数を有する第三樹脂材製とする。第三樹脂材としては、例えばシリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、発光素子６からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。さらにシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも、１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。さらにまた、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゲル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、波長変換部材（蛍光部材）等を含有させることもできる。封止部材の充填量は、発光素子６が被覆される量であればよい。この封止樹脂部８は、その周りに形成された枠体９の内側に充填されて設けられている。
（枠体９）

枠体９は、第一樹脂材製とする。第一樹脂材としては、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡ等が好適に利用できる。これら母体となる樹脂に、発光素子６からの光を吸収し難く、かつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい光反射性部材の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。光反射性部材としては、例えばＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ等が利用できる。このように枠体９に光反射性樹脂を用いることで、発光素子６からの光の外部取り出し効率を高めることができる。

発光装置１００は、波長変換部１０を設けている場合、発光素子６からの光が波長変換部１０で変換されて外部に放出される。また、回路基板７が筐体側凹部３の側壁３ａの内側である基体４の上面に設けられていることから、沿面距離を大きく取ることができ、高い電圧が必要な場合でも短絡することがない。
［実施形態２］

サブマウント５は、一又は複数設けることができる。図１、図２の例では、サブマウント５を１つ用いる構成を説明したが、本発明はこの構成に限らず、サブマウントを２以上としてもよい。またサブマウントの数に応じて、回路基板７には開口部７ａが形成される。実施形態２として、サブマウントを３つ設けた発光装置２００の例を、図４及び図５に示す。これらの図に示す発光装置２００は、回路基板７に３つの開口部７ａが、所定間隔で矩形状に貫通して形成されている。開口部７ａは、サブマウント５の数に対応して形成される。
（溝部１５）

サブマウント５と回路基板７の間には、溝部１５が形成される。図１、図２に示す例では、回路基板７の開口部７ａの内面と、サブマウント５の外面との間に、基体４を底面とする溝部１５が形成されている。溝部１５には、図３の断面図に示すように、ワイヤ１の下方で、溝用樹脂部１１が充填される。
（ワイヤ１）

ワイヤ１は、発光素子６の電極と回路基板７上の接続箇所である配線部とを電気的に接続する部材である。ワイヤ１は、発光素子６と接続される第一端縁１ａと、回路基板７と接続される第二端縁１ｂとを備える。またワイヤ１の第二端縁１ｂは、枠体９に被覆されている。このワイヤ１の第一端縁１ａ及び第二端縁１ｂは、発光素子６、及び回路基板７の接続箇所に対し、上面から接続されている。具体的には、図３の断面図に示すように、回路基板７から斜め上方向にワイヤ１が延び、溝部１５を越えた後、下向きに折曲されて発光素子６の電極に向かって下り勾配に傾斜されている。このようにワイヤ１の形状は、中間部の折曲位置である第一位置１ｃで湾曲された山形に形成されている。ワイヤ１として、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ又はこれらの合金の金属線を用いることができる。特に封止部材からの応力による破断が生じにくく、熱抵抗等に優れるＡｕが好ましい。あるいは、ワイヤは、光の取り出し効率を高めるために、少なくとも表面がＡｇ又はその合金で構成されてもよい。

なお、波長変換部１０として蛍光体をスプレー塗布により形成すると、溝部１５にも蛍光体が散在することがある。そこで、この溝部１５に光反射性を備える溝用樹脂部１１を充填する。蛍光体のスプレー塗布後に、溝用樹脂部１１を溝部１５に充填することで、溝部１５での不要な蛍光体の励起を抑えることができると共に、溝部１５に向かう光を溝用樹脂部１１で反射させて、光の外部取り出し効率を高めることができる。
（溝用樹脂部１１）

溝用樹脂部１１は、第二線膨張係数を有する第二樹脂材製とする。第二樹脂材としては、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡ等が挙げられる。これら母体となる樹脂に、発光素子６からの光を吸収し難く、かつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい光反射性部材の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。光反射性部材としては、例えばＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ等が利用できる。このように溝用樹脂部１１に光反射性樹脂を用いることで、発光素子６からの光の外部取り出し効率を高めることができる。また溝用樹脂部１１を構成する第二樹脂材を、枠体９を構成する第一樹脂材と同じ樹脂としてもよい。
（第三線膨張係数）

一方、図３の断面図に示すように回路基板７の上面には、第一樹脂製の枠体９が形成される。枠体９は、ワイヤ１と回路基板７との接続箇所を覆うように形成される。ただし回路基板７の側面は、枠体９で被覆されずに表出されている。ここで枠体９と溝用樹脂部１１とは、連続するように形成されている。さらに、枠体９と溝用樹脂部１１をそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材の第一線膨張係数及び第二線膨張係数を、封止樹脂部８を構成する第三樹脂材の第三線膨張係数よりもそれぞれ大きくしている。これにより、熱により封止樹脂部８が変形が生じても、枠体９及び溝用樹脂部１１の変形量がこれよりも大きいので、枠体９の上面側や側面側に膨張して、封止樹脂の変形量を吸収することができる。

また溝用樹脂部１１は、一層とする他、複数層で構成することもできる。溝用樹脂部１１を２層以上の積層構造とすることで、一度で溝部１５を埋めずに複数回に分けて溝部１５に充填して、充填する樹脂量の調整を容易にして、溝部１５から樹脂材を溢れ難くできる。また溝用樹脂部１１の形状が、枠体９と一体となるように調整し易くなる。
（太径部１６）

ワイヤ１は、図３に示すように、その中間部の第一位置１ｃで折曲されている。さらにこの第一位置１ｃと第二端縁１ｂとの間の第二位置１ｄに、太径部１６が形成されている。太径部１６は、ワイヤ１の他の部分よりも太い外径を有する。また太径部１６は、ワイヤ１とは異なる部材で形成されている。好ましくは樹脂製とする。太径部１６を構成する第四樹脂材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも、１種以上含むハイブリッド樹脂等が利用できる。また、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゲル等の無機物を用いてもよい。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、波長変換部材（蛍光部材）等を含有させることもできる。

このように太径部１６を設けたことで、溝用樹脂部１１を溝部１５に充填する際等に、第二樹脂材等の樹脂材がワイヤ１を伝って発光素子６に付着する事態を、太径部１６でもって抑制できる。また第二樹脂材を洗い流すような状態で硬化できるので、毛細管現象が生じ難く、第二樹脂材がワイヤ１を伝って発光素子６に付着する事態を抑制できる。

太径部１６の効果を確認すべく、本発明者らは太径部１６を設けた実施例１に係る発光装置１００、及び比較のため太径部１６を設けない発光装置を試作し、その性能を比較した。ここで実施例１に係る太径部１６の写真を図６に、比較例に係るワイヤ７０１の写真を図７に、それぞれ示す。これらの写真から判るとおり、太径部を設けないワイヤ７０１では、溝用樹脂部等を充填する際に、毛細管現象によって第二樹脂材がワイヤ７０１を伝って枠体７０９から発光素子７０６側（図７において下方）に至っており、蛍光体７１０で被覆された発光素子７０６の上面の一部に樹脂ＲＮが点在していることが確認できる。このような樹脂は、発光素子７０６が発する光を遮ることとなって、光取り出し効率が低下する。一方、実施例１に係る発光装置１００では、図６に示すように太径部１６によって枠体９から発光素子６側に向かう樹脂材の移動が阻止されており、発光素子６の上面に樹脂材が点在する様子が確認されず、高い光取り出し効率を発揮できることが判った。

ワイヤ１を発光素子６と接続する第一端縁１ａは、回路基板７と接続する第二端縁１ｂよりも高い位置に配置されている。そして太径部１６を設けたワイヤ１の第二位置１ｄは、ワイヤ１の折曲位置である第一位置１ｃから第二端縁１ｂに向かって傾斜されている。これにより、発光装置の製造時に樹脂が枠体９からワイヤ１を伝って発光素子６側に流れようとする事態を、上り勾配の途中に設けられた太径部１６でもって効果的に阻止できる。

また第二位置１ｄは、ワイヤ１上において発光素子６側よりも枠体９側に近接する位置としている。これにより、発光装置の製造時に樹脂が枠体９からワイヤ１を伝って発光素子６側に流れようとする事態を、発光素子６から遠い側に設けられた太径部１６でもって効果的に阻止できる。

太径部１６は、ワイヤ１よりも径を太くした任意の形状が採用できる。図３の例では球状としているが、卵状や矩形状としてもよい。

また太径部１６を配置する第二位置１ｄは、溝部１５の上方とすることが好ましい。上述の通り溝部１５には、光反射性部材を含む溝用樹脂部１１が充填されている。よって発光素子６が発する光のうち、溝部１５に照射される光が溝用樹脂部１１で反射されて、溝部１５の上方に位置する太径部１６によりさらに散乱されることで出射光に拡散効果をもたらすこともできる。
（第二波長変換部１７）

太径部１６は、その表面の少なくとも一部に蛍光体等の第二波長変換部１７を形成することができる。これにより、発光素子６が発した光が太径部１６に照射された際、この光を第二波長変換部１７で波長変換して外部に取り出すことにより取り出し効率を向上できる。太径部１６に形成される第二波長変換部１７は、波長変換部１０と同じ材質とできる。これにより、製造工程を簡略化できる。
［実施形態３]

また第二波長変換部１７は、図８に示す実施形態３に係る発光装置３００のように、太径部１６の内、少なくとも発光素子６に面する側に形成することが好ましい。これにより、発光素子６が発する光を効率良く受けて波長変換することができる。
（ツェナーダイオード）

さらに発光装置１００、２００、３００は、保護素子２０を備えることができる。保護素子２０は、静電気や高電圧サージ等、過電流による破壊から発光素子６を保護する。保護素子２０としては、例えば、ツェナーダイオードやコンデンサなどを用いることができる。片面電極のものであれば、ワイヤレスでフェイスダウン実装できるため好ましい。保護素子２０は、枠体９に埋設されていてもよい。
（発光装置１００の製造方法）

最後に、発光装置１００の製造方法を説明する。まず、回路基板７やサブマウント５を基体４上に固定する。例えば基板接着シートを用いて回路基板７を基体４に接着する。このとき回路基板７の開口部７ａの内面と、サブマウント５との間に、溝部１５が形成されるように配置する。

次に保護素子２０や発光素子６を実装する。保護素子２０は回路基板７上に、発光素子６はサブマウント５上に、それぞれ実装される。保護素子２０にツェナーダイオードを用いる場合は、Ａｇペースト等で回路基板７に接着する。また発光素子６にＬＥＤを用いる場合は、樹脂や金属等を含むダイボンド材等でサブマウント５に接着する。

次に、回路基板７と発光素子６を、ワイヤ１で接続する。ワイヤ１にはＡｕ線等を用いてワイヤボンダを用いてワイヤボンディングを行う。

さらに、波長変換部１０を塗布により形成する。例えば蛍光体をバインダ樹脂に溶剤と共に混合して、スプレー法やポッティング法で塗布する。ここで、ワイヤ１に太径部１６を形成する（詳細は後述）。

次に、回路基板７の上面に枠体９を形成する。ここでは第一樹脂材に光反射性部材を混合して、溝部１５を囲む枠状の内部に凹部を形成する。続いて溝部１５に溝用樹脂部１１を充填する。ここでは第二樹脂材に光反射性部材を混合して形成し、溝用樹脂部１１と枠体９とが連続するように形成する。

さらに、封止樹脂部８を枠体９で囲まれた凹部に充填する。このようにして、溝用樹脂部１１と枠体９とが一体となり、高温時には、上面の封止樹脂部８の膨張による変化を吸収しつつ、枠体９の側面側に膨らむことで、ワイヤ１にかかる負担を軽減して、断線する事態を抑制することが可能となる。
（ワイヤ１に太径部１６を形成する手順）

ここで、ワイヤ１に太径部１６を形成する手順を、図９Ａ〜図９Ｆの拡大断面図に基づいて説明する。これらの図は、図３において右側のワイヤ１に太径部１６を形成する手順を示している。予め、太径部１６を構成する材料として、第四樹脂材（例えばシリコーン樹脂）、蛍光体の粒子、ｎ−ヘキサンや、ｎ−ヘプタン、トルエン、アセトン等の揮発性の溶剤を混合したスラリー１８を準備しておく。

まず、スラリー１８をワイヤ１に対してスプレー法やポッティング法等の方法で塗布する。図９Ａに示す例では、スプレー装置内に発光装置を置き、ワイヤ１に向けてスラリー１８をスプレーガンＳＧから吹き付けている。この状態で、ワイヤ１上にスラリー粒子１９が付着する。

次に、発光装置をスプレー装置から取り出し、樹脂硬化用のオーブンに移し、加熱して樹脂の硬化を開始する。まず、図９Ｂに示すようにスラリー粒子１９に含まれる溶剤は、加熱により徐々に揮発していく。このとき溶剤の揮発する量は、スラリー粒子１９の中央部よりも、表面積の大きい両端の方が多くなると思われる。

そして図９Ｃに示すように、溶剤は両端から揮発されると同時に、下方のワイヤ１から熱せられているため、対流（ベナール・セル）が生じる。また蛍光体の粒径差で易動度が異なり、スラリー粒が流動的になる。

さらに図９Ｄに示すように溶剤蒸発が進むと、粘度増加し表面張力が大きくなり、濡れ性がよくなる結果、スラリー粒子１９がワイヤ１の下方向に向かって流れ出す。

そして図９Ｅに示すように、スラリー粒子１９がある程度流れたところで溶剤の揮発がなくなり、スラリー粒はこの位置で止まる。

このような塗布と乾燥が繰り返されると、図９Ｆに示すようにスラリー粒子１９が塊状に成長していき、最終的に太径部１６が形成される。なお、硬化温度を高くして急峻な加熱とすることで、溶剤揮発が早まり、塊状の成長も顕著になる。例えば、太径部１６の形成工程において、第四樹脂材を硬化させる際に溶剤の沸点以上の温度に設定した硬化炉で加熱することが好ましい。また付着しているスラリー量を多くすることでも、塊状の成長を促進できる。

本発明に係る発光装置及びその製造方法によれば、照明、舞台等のスポット照明、橋等の構造物や建築物を照らす景観照明、投光器等に好適に利用可能な発光装置が得られる。またベースライト、スポットライト、ダウンライトなどの一般照明用の照明器具や、街路灯、道路灯、駐車場灯、投光器、看板照明、高天井灯等の種々の商業照明用の照明器具などにも好適に利用できる。

１００、２００、３００、１０００…発光装置
１、７０１…ワイヤ；１’…中間ワイヤ；
１ａ…第一端縁；１ｂ…第二端縁；１ｃ…第一位置；１ｄ…第二位置
２…筐体；２ｂ…取付部
３…筐体側凹部；３ａ…側壁；３ｂ…底壁
４…基体
５…サブマウント
６、７０６…発光素子
７…回路基板；７ａ…開口部
８…封止樹脂部
９、７０９…枠体
１０…波長変換部；７１０…蛍光体
１１…溝用樹脂部
１５…溝部
１６…太径部
１７…第二波長変換部
１８…スラリー
１９…スラリー粒子
２０…保護素子
１１２…ベースケーシング
１１４…外部電気端子
１１８…キャビティ
１２０…半導体チップ
１２２…ワイヤ
１２８…充填物質
１３２…カプセル化物質
Ｂｔ…固定ボルト
ＲＮ…樹脂
ＳＧ…スプレーガン

Claims (22)

1. 発光素子と、
   前記発光素子を囲むように配置された樹脂製の枠体と、
   前記発光素子と電気的に接続するための回路基板と、
   各発光素子を、回路基板と接続するためのワイヤと、
   を備える発光装置であって、
   前記ワイヤが、前記発光素子と接続される第一端縁と、前記回路基板と接続される第二端縁とを備え、
   前記第二端縁は前記枠体に被覆されており、
   前記ワイヤが、その中間部の第一位置で折曲され、該第一位置と前記第二端縁との間の第二位置に、前記ワイヤの他の部分よりも太い外径を有し、該ワイヤと異なる部材で形成された太径部を形成してなる発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記ワイヤが、少なくとも前記第二位置を含む領域を、前記第二端縁に向かって傾斜させてなる発光装置。
3. 請求項２に記載の発光装置であって、
   前記第一端縁が、前記第二端縁よりも高い位置に配置されてなる発光装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記第二位置が、前記ワイヤ上において前記発光素子側よりも前記枠体側に近接して配置されてなる発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記太径部が、球状又は卵状に形成されてなる発光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記ワイヤの下方で、前記発光素子と回路基板の間に溝部が形成されており、
   前記溝部に溝用樹脂部が充填されてなる発光装置。
7. 請求項６に記載の発光装置であって、さらに、
   前記一以上の発光素子の上面を被覆してなる波長変換部を備える発光装置。
8. 請求項７に記載の発光装置であって、
   前記太径部が、その表面の少なくとも一部に第二波長変換部を形成してなる発光装置。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記太径部が、前記溝部の上方に位置されてなる発光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光装置であって、さらに、
    前記発光素子とワイヤを被覆して前記凹部内を封止するための封止樹脂部を備える発光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光装置であって、さらに、
    前記凹部内において、上面に前記一以上の発光素子を実装するためのサブマウントを備える発光装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光装置であって、さらに、
    上面に前記サブマウントを熱結合状態で配置した基体を備える発光装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光装置であって、さらに、
    前記発光素子同士を電気的に接続するための中間ワイヤを備える発光装置。
14. 内部に凹部を形成した樹脂製の枠体と、
    前記凹部内に配置されたサブマウントと、
    前記サブマウント上に実装された発光素子と、
    外部と電気的に接続するための回路基板と、
    各発光素子を、前記回路基板と接続するためのワイヤと、
    を備える発光装置の製造方法であって、
    前記回路基板の間に、前記発光素子を前記サブマウント上に配置する工程と、
    前記ワイヤの一方の第一端縁を前記発光素子と、前記ワイヤの他方の第二端縁を前記回路基板と、それぞれ接続すると共に、その中間の第一位置で折曲されるように、ワイヤボンディングを行う工程と、
    前記第一位置と前記第二端縁との間の第二位置に、前記ワイヤの他の部分よりも太い外径を有し、該ワイヤと異なる部材で形成された太径部を形成する工程と、
    前記回路基板の上面に、前記枠体を形成する工程と、
    を含む発光装置の製造方法。
15. 請求項１４に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記太径部は、第四樹脂材及び有機溶剤を含有するスラリーを前記ワイヤ上に塗布し、前記有機溶剤を揮発させることで形成する工程を含む発光装置の製造方法。
16. 請求項１５に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記ワイヤの下方で、前記発光素子と回路基板の間に形成された溝部に、溝用樹脂部を充填して溝用樹脂部を形成する工程を含む発光装置の製造方法。
17. 請求項１６に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記太径部が、前記溝部の上方に位置されてなる発光装置の製造方法。
18. 請求項１６又は１７に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記太径部の形成工程において、前記樹脂を硬化させる際に溶剤の沸点以上の温度に設定した硬化炉で加熱してなる発光装置の製造方法。
19. 請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記太径部の形成工程において、
    前記太径部が、前記スラリーをスプレー法又はポッティング法で前記ワイヤ上に塗布することで形成されてなる発光装置。
20. 請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記樹脂は、シリコーン樹脂である発光装置。
21. 請求項２０に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記スラリーが、さらに蛍光体粒子を含む発光装置。
22. 請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記太径部が、卵状又は球状に形成されてなる発光装置の製造方法。