JP4954591B2

JP4954591B2 - 発光装置およびその製造方法

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Publication number: JP4954591B2
Application number: JP2006111292A
Authority: JP
Inventors: 正宏小西; 祐介藤田; 敏幸高田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: CN101055912A; CN100568564C; US20070241346A1; DE102007017045A1; JP2007287805A

Description

本発明は、発光装置およびその製造方法に関する。

近年例えば、携帯電話機などに搭載されたカメラの補助光源として発光ダイオードチップ（以下、「チップ」という。）を備えた面実装タイプの発光装置が多く用いられている。

チップ単体での発光は指向性を有しないため、カメラの撮影範囲において強い光が得られるように、チップの発光が発光装置の光軸を中心として所定の放射特性となるように収束させる必要がある。そこで光軸方向に指向性を与えるとともに、反射による輝度アップを図るためのレンズやリフレクタを別途備えた発光装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。

また、前記発光装置は、チップと、これを封止する封止樹脂に蛍光体を混合し白色光を得ることもできる。なお、前記蛍光体はチップの発光により励起され波長の異なる光を放射するものである。

また、チップの封止方法として、ポッティングによる方法がなされてきた。

従来技術による発光装置の製造方法を図８を基に説明する。図８（ａ）から（ｄ）は製造工程を示す平面図および側面図、（ｅ）は発光装置３１５の斜視図である。

基板３０１は、互いに離間した配線パターン３０２ａと３０２ｂとを備える一組の配線パターン３０２が、基材３０１ａの主平面３１２に一方向に連続的に配列される。一方の配線パターン３０２ａの上にチップ３がダイボンディングされる。次にチップ３の電極と他方の配線パターン３０２ｂとがワイヤ４によってワイヤーボンディングされる。基板３０１の所定の位置に、外部端子としてのスルーホール９が形成されている。スルーホール９の内壁面はめっきなどにより導体が形成され、チップ搭載面の反対側の面に形成された電極パターンと導通されている。

ダムシート３３０は、配線パターン３０２ａの上にダイボンディングされたチップ３の位置に合致するように円柱状の空洞部３１６が形成された薄板である。ダムシート３３０は、チップ３と空洞部３１６の位置とが互いに合致するように主平面３１２に密着して載置される。

空洞部３１６の上部開口から封止樹脂８をディスペンサ２５によって滴下し、チップ３とワイヤ４を封止する樹脂部３１０を形成する。このとき封止樹脂８に気泡が発生すると、発光装置３１５の放射特性に乱れを生じて不良となるから、暫くの間放置することにより脱泡した後、熱硬化される。

なお、基板３０１の表面に形成された配線パターン３０２の凹凸によって、ダムシート３３０の載置面から封止樹脂８が漏れることを抑制するために、前記載置面に対応したパターンを有するレジストが主平面３１２に塗布されていても良い。

また、封止樹脂８は発光装置３１５の発光波長に対して透過率が高いことが好ましく、例えばシリコーン樹脂などの透光性樹脂が用いられる。

また、封止樹脂８に蛍光体を混合し白色光を得ることもできる。前記蛍光体はチップ３の発光により励起され波長の異なる光を放射するものである。

次にダムシート３３０から基板３０１を離型し、オーブンで加熱してアフターキュアを行う。

リフレクタ１３は、主平面３１２に形成された樹脂部３１０の位置に合致するように孔１４が形成された薄板である。孔１４はすり鉢状の縦断面形状を有し、好ましくは反射面である内壁は反射加工され、反射効率を高めている。リフレクタ１３は、樹脂部３１０と孔１４の位置とが互いに合致するように主平面３１２に接着される。リフレクタ１３は主平面３１２に接着された状態で、孔１４の底部において樹脂部３１０の周縁部を囲み、チップ３の発光を前方へ反射させる。

最後にリフレクタ１３を接着したまま、基板３０１を所定の位置(例えば点線で示す)でダイシングを行い、単体の発光装置３１５を得る。

この方法によると樹脂部３１０は円柱状に形成され、天面が主出射面となる。また、樹脂部３１０の高さは封止樹脂８の滴下量の増減によって決定される。
特開２００４−３２７９５５公報

しかしながら従来技術によると、樹脂部３１０の高さにばらつきが多かった。また封止樹脂８の熱硬化時において、樹脂部３１０の天面が僅かに凹む性質があり、形状を安定して製造することが困難であった。また、前記天面は略水平な面となってしまい、特許文献１に示すようなレンズを樹脂部３１０に一体的に形成することができなかった。

一方、樹脂部３１０の形状に対応するキャビティと、該キャビティに封止樹脂８をガイドさせるランナー部とを備えた金型を使用して、樹脂部３１０の成形時にレンズ形状を与える方法も考えられる。この場合、前記ランナー部に封止樹脂８が流れて硬化したランナーが樹脂部３１０の側面部より突出し、前記ランナーが主平面３１２において段差を生じ、リフレクタ１３を接着する際に傾きが生じ易いなどの問題があった。

また、前記ランナーを除去したとしても、除去した跡が残ってしまい、この部分から光が漏れたり、放射特性が乱れるおそれがあった。

また、樹脂部３１０内に気泡が発生しないように、密閉された前記金型に高圧で封止樹脂８を注入する必要があり、設備が大掛りになる問題があった。

以上の課題に鑑み本発明は、互いに離間して形成された配線パターンの間隙にランナーを形成する発光装置の製造方法と、この方法によって製造される発光装置の提供とを目的とする。

上記目的を達成する為に本発明は、互いに離間された配線パターンを基材の主平面に形成し、前記配線パターン間の間隙を封止樹脂を注入するランナー部とする基板と、該基板上にダイボンディングされる発光素子と、前記ランナー部から注入した封止樹脂によって前記発光素子を封止する樹脂部とを備えてなる発光装置であって、前記主平面において、前記配線パターンの表面と、前記ランナー部に封止樹脂が充填されて形成されたランナーの表面とが面一であることを特徴とする発光装置である。

本発明は上記において、前記樹脂部にレンズを一体的に形成してなることが好ましい。

本発明は上記において、前記主平面上にリフレクタが配設されてなることが好ましい。

本発明は、キャビティ部と該キャビティ部に連通される樹脂注入口および大気に開放されているエアーベントとを備えた金型に、主平面に発光素子をダイボンディングするとともに互いに離間された配線パターンを有し、前記配線パターン間の間隙を封止樹脂を注入するランナー部とする基板を当接し、前記ランナー部を封止樹脂の通路として前記キャビティ部に封止樹脂を注入することを特徴とする発光装置の製造方法である。

本発明は上記において、前記キャビティ部は複数のキャビティが一方向に配列されかつ前記ランナー部によって連通していることが好ましい。

本発明は上記において、少なくとも封止樹脂注入中は前記ランナー部が傾斜するように前記金型を回転させ、前記ランナー部の下部から上部に向かって封止樹脂を注入することが好ましい。

本発明は上記において、封止樹脂注入後は前記ランナー部が水平となるように前記金型が回転されることが好ましい。

本発明は上記において、前記複数のキャビティに封止樹脂を注入後キャビティ毎にダイシングして個別発光装置とすることが好ましい。

本発明の発光装置によれば、配線パターンの間隙と厚みによって形成された溝状の前記ランナー部に封止樹脂が充填されてランナーをなすため、前記樹脂部の側面に前記ランナーが残留しない。よって、前記主平面が面一に形成されているから、リフレクタの配設が容易である。また、前記ランナー部に封止樹脂が充填されてランナーを残留させたままであり、従来のようなランナー除去部分から光が漏れたり、放射特性が乱れるおそれをなくすことができる。

また、特に前記樹脂部にレンズを一体的に形成することにより、チップの発光を収束させることができる。

また、本発明の製造方法によれば、前記主平面において、前記配線パターンの表面と前記ランナーの表面とが面一で、かつ前記ランナー部に封止樹脂が充填されて形成されたランナーを残留させたままとすることができ、ランナーの除去工程等が不要であり製造工程を簡単にできる。

また、特に前記キャビティ部は複数のキャビティが一方向に配列され、かつ前記ランナー部によって連通することにより、一度に大量の発光装置を製造することができる。

また、少なくとも封止樹脂注入中は前記ランナー部が傾斜するように前記金型を回転させ、前記ランナー部の下部から上部に向かって封止樹脂を注入することにより、キャビティ内に残留していた空気を下から上に向かって追い出すように封止樹脂が流れるから、気泡の発生を抑制することができる。

また、封止樹脂の注入後は前記ランナー部が水平となるように前記金型を回転してもよい。これにより、封止樹脂に蛍光体が混合された場合、前記蛍光体が発光装置の光軸に対して不均等に沈降して発光色のムラとなることを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。

図１は本発明の実施の形態である発光装置の製造方法を示す工程図である。

図２（ａ）から（ｃ）は、チップがダイボンディングされた基板を示す平面図および側面図である。基板１は、互いに離間した配線パターン２ａと２ｂとを備える一組の配線パターン２が、平板状の基材１ａの主平面１２に一方向に連続的に配列される。

配線パターン２ａと２ｂとは、例えば厚みが７０μｍである銅箔によって形成される。また、配線パターン２ａと２ｂとの間隙は後述するように、封止樹脂８の流れをガイドする溝状のランナー部５をなし、例えば１５０μｍの間隙を隔てて形成される。

ランナー部５の両端部は閉じて終端され、一方が封止樹脂８の注入部である注入ゲート６、他方が排出ゲート７である。一方の配線パターン２ａの上にチップ３がダイボンディングされる。次にチップ３の電極と他方の配線パターン２ｂとがワイヤ４によってワイヤーボンディングされる。

基板１の所定の位置に、外部端子としてのスルーホール９が形成されている。スルーホール９の内壁面はめっきなどにより導体が形成され、チップ搭載面の反対側の面に形成された電極パターンと導通されている。

図３（ａ）は金型の構造を示す斜視図、（ｂ）、（ｃ）は金型に基板をセットしたときの状態を示す断面図である。金型２１はキャビティ型２１ａとベース型２１ｂとを備える。キャビティ型２１ａは基板１をセットする面であるセット面２６、チップ３を封止するための封止樹脂８を注入する樹脂注入口２２、チップ３が封止される樹脂部１０（後述する）を形成するキャビティ２３、封止樹脂８が充填しやすいようにキャビティ２３内の空気を抜き出すためのエアーベント２４とが順に一方向に配列されている。キャビティ２３は配線パターン２ａの上にダイボンディングされたチップ３の位置に合致するように配列され、かつ樹脂部１０の形状がレンズ状となるように、セット面２６の表面に半球形に凹設される。例えば、キャビティ２３は直径がφ＝２ｍｍ、半球の曲率半径がＲ＝１．５ｍｍに形成される。

基板１のチップ搭載面をセット面２６に当接させ、キャビティ型２１ａとベース型２１ｂとの間に挟み込むようにセットし型締めする。このときチップ３とキャビティ２３の位置、注入ゲート６と樹脂注入口２２の位置、排出ゲート７とエアーベント２４の位置がそれぞれ対応し、チップ３はキャビティ２３に没入した状態となる。この状態において、溝状のランナー部５の表面はセット面２６によって塞がれ、封止樹脂８をキャビティ２３にガイドする通路がパイプ状に形成される。

続いて型締めした金型２１を垂直に傾け、樹脂注入口２２から封止樹脂８を注入し、基板１にダイボンディングされたチップ３やワイヤ４を封止する樹脂部１０を形成する。ランナー部５において、キャビティ２３に向いて開口した部分からキャビティ２３内に封止樹脂８が流れて充填され、樹脂部１０にレンズ状の形状が一体的に与えられるとともに、ランナー部５に充填された封止樹脂８によりランナー１１が形成される。このとき樹脂注入口２２が下側となるように金型２１を回転し、気泡が生じないように静かに封止樹脂８を注入することが肝要である。

エアーベント２４は大気開放であって、キャビティ２３に注入する封止樹脂８の圧力が低いから、型締めの力は弱くて済み、例えば金型２１の隅に設けられたボルト孔２７をボルト締めする程度の簡便なもので良い。

この方法によると、主平面１２において配線パターン２とランナー１１の表面とが境界部において面一となるように形成され、後述するリフレクタ１３の接着が容易となる。

具体的には、例えば樹脂注入口２２に、封止樹脂８で満たされたディスペンサ２５の排出口の先端を挿入し、ピストンを指で押す程度の圧力で、ランナー部５を流れる速度が概ね毎秒１センチメートル程度となるように封止樹脂８を圧入する方法がある。

なお、封止樹脂８は発光装置１５の発光波長に対して透過率が高く、かつ低粘度の液状であることが好ましく、例えばシリコーン樹脂が好適に用いられる。

また、金型２１を傾斜させる角度は必ずしも垂直である必要はなく、キャビティ２３内に気泡が発生しない程度に、ランナー部５が傾斜するように金型２１が傾斜されれば良い。

なお、封止樹脂８に蛍光体を混合し白色光を得ることもできる。前記蛍光体はチップ３の発光により励起され波長の異なる光を放射するものである。

また、封止樹脂８が充填された後は、前記蛍光体の沈降が発光装置１５の光軸に対して均等になるように、ランナー部５が水平となるように金型２１を回転させても良い。

また、前記蛍光体の沈降を抑制して均等に分散するように、封止樹脂８に増粘剤を混合しても良い。

続いて金型２１を熱し、封止樹脂８を熱硬化する。具体的には、例えば８０℃から１５０℃のオーブンで数分間程度硬化させればよい。次に基板１を金型２１から離型し、高温条件下でアフターキュアを行う。具体的には、例えば１５０℃程度のオーブンで５時間程度、アフターキュアをすれば良い。

図４（ａ）、（ｂ）はリフレクタが接着された基板を示す平面図および側面図、（ｃ）はダイシングされた発光素子を示す図である。

リフレクタ１３は、基板１の主平面１２上に形成された樹脂部１０の位置と外径に合致するように孔１４が形成された薄板である。孔１４はすり鉢状の縦断面形状を有し、好ましくは反射面である内壁は反射加工され、チップ３の発光を反射させ、効率を高めている。リフレクタ１３は、樹脂部１０と孔１４の位置とが互いに合致するように基板１の主平面１２上に接着される。

図４（ｄ）は、説明のためにリフレクタ１３を除いた状態である発光装置１５を示す図である。このように、ランナー１１はランナー部５に埋没しており主平面１２は平坦であるから、傾くことなく安定してリフレクタ１３を接着することができる。

リフレクタ１３は主平面１２上に接着された状態で、孔１４の底部において樹脂部１０の周縁部を囲み、チップ３の発光を前方へ反射させる。

最後に基板１を所定の位置で、リフレクタ１３を接着したまま例えば点線部でダイシングを行い、不用となったゲート部を切除し単体の発光装置１５を得る。このときランナー１１をランナー部５に残留させたままダイシングすることができるから、ランナー１１を除去する手間が不要である。

なお、本実施の形態においては１つの樹脂部１０に１つのチップ３が封止されているが、これに限定されるものではなく、複数のチップ３を封止しても良い。

図５（ａ）は1つの樹脂部に４つのチップが封止されるように配線パターンが形成された基板を示す平面図である。図５（ｂ）は配線パターンの組の部分を拡大して示す平面図である。

個々の配線パターン（斜線で示す）は、該配線パターン間の間隙である、主ランナー部２０５と、これに対して枝状に分岐した複数の副ランナー部２０５ａとによって互いに離間される。

複数の配線パターンの組２０２は、主ランナー部２０５同士が一方向に連通するように、基板２０１の表面に連続的に形成される。

主ランナー部２０５の両端部は閉じて終端され、一方が注入ゲート２０６、他方が排出ゲート２０７である。

基板２０１を金型２１にセットした状態で主ランナー部２０５によって連通された複数のキャビティ２３は、注入ゲート２０６から注入された封止樹脂８によって順次充填されるが、一部の封止樹脂８は副ランナー部２０５ａに回り込む。副ランナー部２０５ａは単に配線パターン間の間隙であって、必ずしも封止樹脂８が充填されなくても良い。従って、副ランナー部２０５ａの終端は閉じていても、いなくても良い。

例えばこのように、１つの樹脂部１０に４つのチップ３を封止しても良い。

図６は発光装置の放射特性を示す図である。図６（ａ）は図４（ｃ）に外形を示すように、樹脂部１０にレンズが一体的に形成された、本発明の実施の形態による発光装置の放射特性であって、放射角度はおよそ±２５度である。

図６（ｂ）は図８（ｅ）に外形を示すように、樹脂部３１０が円柱状に形成された、従来の実施の形態による発光装置の放射特性であって、放射角度はおよそ±３４度である。なお、図６において発光装置の発光特性をスキャンしたｘ方向とｙ方向は、図４（ｃ）および図８（ｅ）に示す方向に対応する。このように本発明の実施の形態による発光装置においては、樹脂部１０にレンズが一体的に形成されているので、放射角度をより狭く収束させることができる。

また、本実施の形態においてはキャビティ型２１ａに凹設されたキャビティ２３は２つであるが、これに限定されるものではなく、さらに多数であっても良い。さらに、一方向に配列された多数のキャビティ２３からなるキャビティ列を並列して形成しても良い。例えば図７に示すように、キャビティ列２２８を並列してキャビティ型２２１ａに形成しても良い。

本発明により、樹脂部に一体的にレンズが形成された発光装置を、簡便な金型を使用して製造することができる。

本発明の実施の形態である発光装置の製造方法を示す工程図である。チップがダイボンディングされた基板を示す図である。金型の構造および金型に基板をセットしたときの状態を示す図である。リフレクタが接着された基板およびダイシングされた発光素子を示す図である。１つの樹脂部に４つのチップが封止されるように配線パターンが形成された基板を示す図である。発光装置の放射特性を示す図である。多数のキャビティが凹設されたキャビティ型の構造を示す図である。従来の実施の形態である発光装置の製造方法を示す工程図である。

１、２０１、３０１基板
２、２０２、３０２配線パターン
３チップ
５ランナー部
２０５主ランナー部
２０５ａ副ランナー部
８封止樹脂
１０、３１０樹脂部
１１ランナー
１２、３１２主平面
１３リフレクタ
１５、３１５発光装置
２１金型
２１ａ、２２１ａキャビティ型
２１ｂベース型
２２樹脂注入口
２３キャビティ
２４エアーベント
２６セット面

Claims

互いに離間された配線パターンを基材の主平面に形成し、前記配線パターン間の間隙を封止樹脂を注入するランナー部とする基板と、該基板上にダイボンディングされる発光素子と、前記ランナー部から注入した封止樹脂によって前記発光素子を封止する樹脂部とを備えてなる発光装置であって、
前記主平面において、前記配線パターンの表面と、前記ランナー部に封止樹脂が充填されて形成されたランナーの表面とが面一であることを特徴とする発光装置。
前記樹脂部にレンズを一体的に形成してなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記主平面上にリフレクタが配設されてな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。
キャビティ部と該キャビティ部に連通される樹脂注入口および大気に開放されているエアーベントとを備えた金型に、主平面に発光素子をダイボンディングするとともに互いに離間された配線パターンを有し、前記配線パターン間の間隙を封止樹脂を注入するランナー部とする基板を当接し、前記ランナー部を封止樹脂の通路として前記キャビティ部に封止樹脂を注入することを特徴とする発光装置の製造方法。
前記キャビティ部は複数のキャビティが一方向に配列されかつ前記ランナー部によって連通している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。
少なくとも封止樹脂注入中は前記ランナー部が傾斜するように前記金型を回転させ、前記ランナー部の下部から上部に向かって封止樹脂を注入することを特徴とする請求項４または５に記載の発光装置の製造方法。
封止樹脂注入後は前記ランナー部が水平となるように前記金型が回転されることを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
前記複数のキャビティに封止樹脂を注入後キャビティ毎にダイシングして個別発光装置とすることを特徴とする請求項５に記載の発光装置の製造方法。