JP5016313B2 - 発光ダイオードパッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に関し、より具体的には、透明な弾性樹脂を発光ダイオード本体に吐出した後、全体構造を覆す逆置き技法によってＬＥＤレンズを発光ダイオード本体と一体化して発光ダイオードを製造することで、従来の中間層形成による製造工程及びコストの増加を防止し、かつ界面増加による信頼性の低下及び光抽出効率の低下を防止することができる発光ダイオードパッケージの製造方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、電流が加えられる際に多様な色相の光を発生させるための半導体装置である。ＬＥＤから発生した光の色相は、主にＬＥＤの半導体を構成する化学成分によって決まる。このようなＬＥＤは、フィラメントに基づいた発光素子に比べ長い寿命、低い電源、優れた初期駆動特性、高い震動抵抗及び反復的電源断続に対する高い公差など、様々な長所を有するため、その需要が持続的に増加している。
近年、ＬＥＤは照明装置及び大型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用バックライト（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）装置に採用されている。これらは大きい出力を要するため、このような高出力ＬＥＤには優れた放熱性能を有するパッケージ構造が求められる。また、発生した光を外部に放出するためにより高い光抽出の効率を有するパッケージ構造が求められることもある。
従来の技術による発光ダイオードの製造方法において、基部、ＬＥＤチップ及びこれを封止する透明封止体を有する発光ダイオードを発光ダイオードのカバー、即ちレンズと別途用意し、これらを一つに接合することにより発光ダイオードを製造している。かかる従来の技術による発光ダイオードの製造過程を図１を参照して説明する。
図１（ａ）は、発光ダイオードのレンズ４０の製造過程を示す。即ち、金型３６にプラスチックなどの樹脂３８を流し込み硬化されたら取り出しレンズ４０を形成する。
一方、図１（ｂ）は発光ダイオードの発光ダイオード本体２０の製造過程を示す。発光ダイオード本体２０は、上面に凹部が形成された基板または基部２２に一対のリード２４を設け、該リード２４にＬＥＤチップ２６を装着しワイヤ２８によって電気的に繋がるようにした後、凹部に透明シリコンのような弾性樹脂を満たすことにより透明封止体３０を形成する。この場合、透明封止体３０は一般的な透明エポキシ代わりに透明な弾性樹脂を用いるが、これはＬＥＤの場合ＬＥＤチップ２６から出る熱によって一般的な透明エポキシは容易に変形する恐れがあるからである。
このように発光ダイオード本体２０とレンズ４０を別々に用意した後、図１（ｃ）に示すようにレンズ４０を発光ダイオード本体２０に取り付け発光ダイオード１０を完成する。この際、レンズ４０は透明な接着剤４２を使用して発光ダイオード本体２０に接着する。
しかしながら、かかる従来の技術による発光ダイオード１０の製造は次のような短所を有する。先ず、レンズ製作用の金型３６を利用してレンズ４０を別途用意しなければならないため、製造工程及びコストが増加する。
また、発光ダイオード本体２０とレンズ４０の間に透明接着剤４２が中間層として挿まれるため、弾性樹脂３０と透明接着剤４２の間、透明接着剤４２とレンズ４０の間にさらに界面が形成される。こうなると、これら界面に水分及び紫外線などが侵透するため、信頼性が低下しＬＥＤチップ２６からの光抽出の効率も減少する問題がある。
従って、本発明は上述した従来の技術の問題を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、透明な弾性樹脂を発光ダイオード本体に吐出した後、全体構造を覆す逆置き技法によってＬＥＤレンズを発光ダイオード本体と一体化して発光ダイオードを製造することで、従来の中間層形成による製造工程及びコストの増加を防止し、かつ界面増加による信頼性低下及び光抽出の効率低下を防止することができる発光ダイオードの製造方法を提供する。
上述した本発明の目的を達成するために、本発明は、（イ）上面に凹部が形成された基部にリードを設け、上記リードにＬＥＤチップを装着し電気的に繋がるようにした後、上記凹部に透明な弾性樹脂を満たした発光ダイオード本体を形成する段階と、（ロ）上記発光ダイオード本体の上部に透明な樹脂を半球形で吐出する透明樹脂吐出段階と、（ハ）上記（ロ）段階で得た構造を逆にした状態で、上記半球形の透明樹脂を硬化させ上記発光ダイオード本体と一体になるようにレンズを形成する透明樹脂硬化段階と、を含む発光ダイオードパッケージの製造方法を提供することを特徴とする。
本発明の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記（ハ）透明樹脂硬化段階は、上記（イ）段階で得た構造を硬化チャンバーに入れ内部圧力を大気圧に比べ降下させた状態で行うことを特徴とする。この際、圧力降下値は大気圧から０．０３以上、０．０９Ｍｐａ以下であることができる。
本発明の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記透明樹脂は弾性樹脂であることを特徴とする。
本発明の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記透明樹脂は上記発光ダイオードパッケージ本体の弾性樹脂と同材であることを特徴とする。
本発明の発光ダイオードパッケージの製造方法によれば、透明な弾性樹脂を発光ダイオード本体に吐出した後、全体構造を覆す逆置き技法と圧力降下の技法によってＬＥＤレンズを発光ダイオード本体と一体化して発光ダイオードパッケージを製造することによって、従来の中間層形成による製造工程及びコストの増加を防止し、かつ界面増加による信頼性低下及び光抽出効率低下を防止することができる。
また、逆置き技法によって硬化を行うため、流れ性の大きい樹脂の場合にも気泡の形成や形状が崩れることなく半球形を維持しながらレンズとして硬化できるようになる。
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照してより詳しく説明する。
図２は、本発明による発光ダイオードパッケージの製造過程を示す概路図である。
図２（ａ）は本発明による発光ダイオードパッケージの製造過程において発光ダイオードパッケージ本体の製造過程を示す。発光ダイオードパッケージ本体１２０は、上面に凹部が形成された基板または基部１２２に一対のリード１２４を形成し、該リード１２４にＬＥＤチップ１２６を装着し、ワイヤ１２８によって電気的に繋がるようにした後、凹部に透明シリコンのような弾性樹脂を満たし弾性封止体１３０を形成する。一方、ＬＥＤチップ１２６はワイヤ１２８の代わりにソルダーバンプ（図示せず）によってリードに連結することも可能である。
この場合、弾性封止体１３０には一般的な透明エポキシではなく透明な弾性樹脂を用いるが、これはＬＥＤの場合ＬＥＤチップ１２６から出る熱によって一般的な透明エポキシは容易に変形する恐れがあるからである。
これに反して、弾性樹脂は黄変（ｙｅｌｌｏｗｉｎｇ）のような短波長の光にる変化が非常に少なく、屈折率も高いため優れた光学的特性を有する。また、エポキシとは異なって、硬化作業後にもゲルや弾性体（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）状態を維持するので、熱によるストレス、震動及び外部衝撃などからＬＥＤチップ１２６をより安定的に保護することができる。弾性樹脂としてはシリコンなどのゲル状の樹脂がある。
次いで、図２（ｂ）に示すように、インジェクタ１３４を利用して透明な透明樹脂１３６を発光ダイオードパッケージ本体１２０にドッティング（ｄｏｔｔｉｎｇ）方式で精密吐出する。
このような透明樹脂１３６を吐出する量はレンズの高さ、即ちサグ（ｓａｇ）によって異なるが、１．２ｍｍサグの場合には５ｍｇ、１．５ｍｍの場合には７ｍｇ、２ｍｍの場合には１０ｍｇ、２．５ｍｍの場合には１３ｍｇを吐出することが好ましい。勿論、これらサグは大気圧下における数値であり、樹脂量が等しい時、気圧を下げるほど実際に得られるレンズのサグは増加する。
このように発光ダイオードパッケージ本体１２０に透明樹脂１３６が吐出されると、得られた構造体を、図２（ｃ）に示すように覆しジグのような支持台１５０に逆にかかった状態で硬化チャンバー（図示せず）内で半球型透明樹脂１３８を硬化させる。この際、透明樹脂１３６は覆されるとその高さが、図２（ｂ）に比べ増加し、半球形を有するようになる。
このような硬化作業によって半球型透明樹脂１３８を硬化させる。こうすると、半球型透明樹脂１３８は硬化され発光ダイオードパッケージ本体１２０と一体となった半球型レンズを形成する。その結果、図２（ｄ）に示すような発光ダイオードパッケージ１００が得られる。
このような発光ダイオードパッケージ１００の製造作業を行う際、発光ダイオードパッケージ本体１２０に吐出する透明樹脂１３６は、発光ダイオードパッケージ本体１２０に予め吐出され（少なくとも部分的に）硬化された弾性封止体１３０と同材で選択すると好ましい。材質が等しいと、弾性封止体１３０と透明樹脂１３６の間の結合性が高く、結合力も大きくなり、レンズ１４０が発光ダイオードパッケージ本体１２０に安定的に維持されるためである。勿論、同材でなくても互いに結合性の高い材質を選択すればレンズ１４０が発光ダイオードパッケージ本体１２０に安定的に維持できるようになる。
透明樹脂１３６を弾性樹脂にすることは次のような利点もある。即ち、高出力ＬＥＤの場合、ＬＥＤチップ１２６から発生した熱が弾性封止体１３０を通じて透明樹脂１３６まで伝達できるようになる。この場合、透明樹脂１３６が熱に弱いエポキシ系で製造されると、この熱によって損傷される恐れもある。しかし、透明樹脂１３６を透明シリコンのような弾性樹脂にすれば、熱による特性劣化が少なく光学的特性を維持するのに有利である。
上述した透明樹脂の硬化条件は、望むレンズサグによって異なることができるが、代表的な例を表１に記載した。勿論、ここでサグは大気圧下における数値である。
一方、半球型透明樹脂１３８の量と粘度に応じて硬化チャンバー内の圧力を調節すると、半球型透明樹脂１３８の曲率を一定に調節しレンズの高さ、即ち、サグを制御することができる。
これを図３を参照して説明する。図３（ａ）は本発明による逆置き技法で硬化チャンバー内の圧力を大気圧より低くした場合であり、図３（ｂ）は硬化チャンバー内の圧力を下げず大気圧で置いた場合である。
先ず、図３（ｂ）のように硬化チャンバーを大気圧状態に維持すると、半球型透明樹脂１３８は重力によって矢印（Ａ）方向に一部垂れながら半球型透明樹脂１３８ｂが発光ダイオード本体１２０と接する部分には内側に入った湾入部（Ｒ）が形成される。こうなると、半球型透明樹脂１３８を一定な曲率で形成することができない。
これに反して、図３（ａ）のように硬化チャンバーの圧力を下げると、半球型透明樹脂１３８内の圧力（Ｂ）が外部より相対的に大きくなり、矢印（Ａ）で表示した重力とともに透明樹脂１３８を下に垂れるようにする。従って、図３（ａ）の半球型透明樹脂１３８の高さ、即ち、最終レンズのサグ（Ｓ１）は図３（ｂ）の半球型透明樹脂１３８ｂの高さ、即ち、最終レンズのサグ（Ｓ２）より大きくなる。
これを考慮した際、圧力がより多く降下されるほどレンズサグが増加することが判る。これは、図４を参照すると理解を明確にすることができる。図４で、Ｐ１は大気圧であり、Ｐ２及びＰ３は大気圧より低めた硬化チャンバー内の圧力を示しており、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係を有する。
これにより、硬化チャンバー内の圧力降下が最終レンズのサグを増加せせ、かつレンズが半球型で形成できるようにすることが判る。
このような状態で半球型透明樹脂１３８を硬化させると、図２（ｄ）に示すような半球型レンズ１４０が得られる。
このような硬化チャンバー内の圧力降下の条件は、吐出した透明樹脂１３６の量と粘度によって決まる。例えば、３０００ｍＰａ．ｓの粘度を有する透明樹脂５ｍｇを１５０℃で逆置き技法によって硬化した時、圧力降下の条件によるレンズ高さ、即ち、サグの変化は表２に記載した通りである。
こうすると、従来の技術において問題とされた中間層形成による製造工程及びコストの増加を防止し、かつ界面増加による信頼性低下及び光抽出の効率低下を防止することができる。また、逆置き技法と圧力降下の技法によって硬化を行うため、流れ性が大きい樹脂の場合にも気泡の形成や形状が崩れることなく半球形を保ちながらレンズとして硬化できるようになる。
このように、望むレンズサグに応じて吐出する透明樹脂量を調節し、吐出した透明樹脂量と粘度に応じて硬化チャンバー内の圧力を降下させることによって、一定な曲率を有する半球型レンズを得ることができる。
上記では本発明の好ましい実施例を参照して、説明したが、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、上述した特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲の内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。
１０ 発光ダイオード
２０ 発光ダイオード本体
２２、１２２ 基部
２４、１２４ リード
２６、１２６ ＬＥＤチップ
２８、１２８ ワイヤ
３０ 透明封止体
３６ 金型
３８ 樹脂
４０、１４０ レンズ
４２ 接着剤
１００ 発光ダイオードパッケージ
１２０ 発光ダイオードパッケージ本体
１３０ 弾性封止体
１３４ インジェクタ
１３６ 透明樹脂
１３８、１３８ｂ 半球型透明樹脂
１５０ 支持台
２０ 発光ダイオード本体
２２、１２２ 基部
２４、１２４ リード
２６、１２６ ＬＥＤチップ
２８、１２８ ワイヤ
３０ 透明封止体
３６ 金型
３８ 樹脂
４０、１４０ レンズ
４２ 接着剤
１００ 発光ダイオードパッケージ
１２０ 発光ダイオードパッケージ本体
１３０ 弾性封止体
１３４ インジェクタ
１３６ 透明樹脂
１３８、１３８ｂ 半球型透明樹脂
１５０ 支持台
Claims (4)
- （イ）上面に凹部が形成された基部にリードを設け、前記リードにＬＥＤチップを装着し電気的に繋がるようにした後、前記凹部に透明な弾性樹脂を満たし発光ダイオード本体を形成する段階と、
（ロ）前記発光ダイオード本体の上部に透明な樹脂を吐出する透明樹脂吐出段階と、
（ハ）前記（ロ）段階で得た構造を逆置きにした状態で、前記透明樹脂を硬化させ前記発光ダイオード本体と一体となったレンズを形成する透明樹脂硬化段階と、
を含み、
前記（ハ）透明樹脂硬化段階は、前記（ロ）段階で得た構造を硬化チャンバーに入れ、内部圧力を大気圧に比べ降下させた状態で行うことで、硬化前の前記透明樹脂よりも下方に膨らんだ半球形の凸レンズを形成し、前記凸レンズは、一定の曲率を有し且つサグが変化するように、前記内部圧力の降下の値が調節されることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。 - 圧力降下の値は、大気圧から０．０３以上、０．０９Ｍｐａ以下であることを特徴とする、請求項１記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
- 前記透明樹脂は、弾性樹脂であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
- 前記透明樹脂は、前記発光ダイオード本体の弾性樹脂と同材であることを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
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