JP5161745B2

JP5161745B2 - Ｌｅｄユニットの製造方法

Info

Publication number: JP5161745B2
Application number: JP2008308859A
Authority: JP
Inventors: 祐也山本; 洋二浦野; 智成出口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: JP2010135503A

Description

本発明は、ＬＥＤユニットの製造方法に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光材料とを組み合わせてＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの混色光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。なお、この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色光の発光スペクトル）を得ることができるものが知られている。

また、この種の発光装置の応用例として、ＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板を有する複数の発光装置と、各発光装置における実装基板の他表面側に配置され実装基板が絶縁層を介して接合された金属製放熱部材とを備えたＬＥＤユニットが提案され、このようなＬＥＤユニットを用いた照明器具が提案されている。

ここにおいて、この種のＬＥＤユニットでは、ＬＥＤチップと金属製放熱部材との間の電気絶縁性を確保し且つ熱抵抗を小さくして光出力の高出力化を可能とするために、絶縁層として、フィラーを含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有する熱伝導絶縁樹脂層とＰＥＴフィルムとが積層された高熱伝導絶縁シートを利用してＬＥＤチップと金属製放熱部材とを接合することが提案されている。

ところで、上述のＬＥＤユニットの製造にあたって、金属製放熱部材と高熱伝導絶縁シートとの界面に空隙（ボイド）が発生すると、絶縁性が低下するとともに熱抵抗が増大してしまう。そこで、金属製放熱部材への高熱伝導絶縁シートの固着方法としては、上述の空隙の発生を防止するために、図９に示すように、真空プレス機２００を用い、真空炉中で金属製放熱部材１００および高熱伝導絶縁シート９０を加熱するとともに加圧する必要がある。しかしながら、熱伝導絶縁樹脂層９１にＰＥＴフィルム９２が付着した状態の高熱伝導絶縁シート９０を加熱・加圧すると、熱伝導絶縁樹脂層９１の樹脂から発生する揮発性ガスがＰＥＴフィルム９２により閉じ込められ空隙の発生原因となってしまう。また、熱伝導絶縁樹脂層９１からＰＥＴフィルム９２を剥離した状態で熱伝導絶縁樹脂層９１を加熱・加圧すると、樹脂の接着力により、熱伝導絶縁樹脂層９１が真空プレス機２００に付着してしまう。

また、従来から、ＰＥＴフィルムと異方性導電性接着剤からなる接着剤層とで構成されたシート状接着材を被着体に固着する固着方法として、シート状接着材を被着体上に載置した後、シート状接着材をアクチュエータ部のヘッドにより加熱することでシート状接着材を被着体に仮固定し、その後、シート状接着材のＰＥＴフィルムを剥離し、更にその後、他の被着体を接着剤層に重ね、本固着を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１２４０２０号公報

ところで、上述のＬＥＤユニットの製造にあたって、高熱伝導絶縁シートの固着方法として、上述の真空プレス機を用いた方法に代えて、上記特許文献１に開示されたシート状接着材の固着方法を適用することが考えられるが、アクチュエータ部のヘッドにおける平面状の押圧面により高熱伝導絶縁シート９０を押圧することで加圧することになるので、熱伝導絶縁樹脂層９１と金属製放熱部材１００との界面に空隙が発生し、ＬＥＤチップと金属製放熱部材１００との間の熱抵抗が大きくなってしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、熱伝導絶縁樹脂層と金属製放熱部材との界面に空隙が発生するのを抑制することができるＬＥＤユニットの製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板を有する発光装置と、発光装置における実装基板の他表面側に配置された金属製放熱部材とを備え、フィラーを含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有する熱伝導絶縁樹脂層とＰＥＴフィルムとが積層された高熱伝導絶縁シートを利用して発光装置と金属製放熱部材とが接合されたＬＥＤユニットの製造方法であって、金属製放熱部材に熱伝導絶縁樹脂層を固着するにあたっては、フィラーを含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有する熱伝導絶縁樹脂層とＰＥＴフィルムとが積層された高熱伝導絶縁シートのＰＥＴフィルムを金属製放熱部材に接する状態とする第１の重ね合わせ過程と、第１の重ね合わせ過程の後で金属製放熱部材と高熱伝導絶縁シートとを熱伝導絶縁樹脂層を硬化温度よりも低く且つ当該熱伝導絶縁樹脂層を低粘度化可能な第１の規定温度で加熱することで高熱伝導絶縁シートの熱伝導絶縁樹脂層を溶融させて低粘度化する低粘度化過程と、低粘度化過程の後で高熱伝導絶縁シートを裏返して熱伝導絶縁樹脂層と金属製放熱部材とが接する状態とする第２の重ね合わせ過程と、第２の重ね合わせ過程の後で高熱伝導絶縁シートのＰＥＴフィルム側において円柱状のゴムローラを高熱伝導絶縁シートの中央部から端部に向かって徐々に移動させながら高熱伝導絶縁シートを加圧するとともに前記硬化温度よりも低い第２の規定温度で加熱して高熱伝導絶縁シートを金属製放熱部材に仮固着する仮固着過程と、仮固着工程の後で熱伝導絶縁樹脂層からＰＥＴフィルムを剥離するＰＥＴフィルム剥離過程と、ＰＥＴフィルム剥離工程の後で熱伝導絶縁樹脂層が仮固着されている金属製放熱部材を乾燥炉内に投入し熱伝導絶縁樹脂層を前記硬化温度以上の温度で硬化させることで熱伝導絶縁樹脂層を金属製放熱部材に本固着する本固着過程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、高熱伝導絶縁シートのＰＥＴフィルムを金属製放熱部材に接する状態としてから、金属製放熱部材と高熱伝導絶縁シートとを第１の規定温度で加熱することで高熱伝導絶縁シートの熱伝導絶縁樹脂層を溶融させて低粘度化し、その後、高熱伝導絶縁シートを裏返して熱伝導絶縁樹脂層と金属製放熱部材とが接する状態としてから、高熱伝導絶縁シートのＰＥＴフィルム側において円柱状のゴムローラを高熱伝導絶縁シートの中央部から端部に向かって徐々に移動させながら高熱伝導絶縁シートを加圧するとともに第２の規定温度で加熱して高熱伝導絶縁シートを金属製放熱部材に仮固着し、その後、熱伝導絶縁樹脂層からＰＥＴフィルムを剥離し、その後、熱伝導絶縁樹脂層を硬化温度以上の温度で硬化させることで熱伝導絶縁樹脂層を金属製放熱部材に本固着するので、熱伝導絶縁樹脂層と金属製放熱部材との界面に空隙が発生するのを抑制することができ、実装基板と金属製放熱部材との間の熱抵抗を低減できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記仮固着過程では、前記金属製放熱部材および前記高熱伝導絶縁シートを前記金属製放熱部材が載置されるホートプレートと前記高熱伝導絶縁シートにおける前記金属製放熱部材側とは反対側に配置される遠赤外線セラミックヒータとで加熱することを特徴とする。

この発明によれば、前記仮固着過程において前記金属製放熱部材および前記高熱伝導絶縁シートをホートプレートのみにより加熱する場合に比べて、前記高熱伝導絶縁シートの前記金属製放熱部材側から前記ゴムローラ側までの温度勾配を小さくすることができ、前記熱伝導絶縁樹脂層の粘度を略均一に低下させることが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記仮固着過程では、前記金属製放熱部材および前記高熱伝導絶縁シートを前記金属製放熱部材が載置されるホットプレートと前記ゴムローラに付帯している熱源とで加熱することを特徴とする。

この発明によれば、前記仮固着過程において前記金属製放熱部材および前記高熱伝導絶縁シートをホートプレートのみにより加熱する場合に比べて、前記高熱伝導絶縁シートの前記金属製放熱部材側からゴムローラ側までの温度勾配を小さくすることができ、前記熱伝導絶縁樹脂層の粘度を略均一に低下させることが可能となる。

請求項１の発明では、熱伝導絶縁樹脂層と金属製放熱部材との界面に空隙が発生するのを抑制することができ、実装基板と金属製放熱部材との間の熱抵抗を低減できるという効果がある。

以下、本実施形態におけるＬＥＤユニットについて説明してから、その製造方法について説明する。

図１（ｆ）および図６〜８に示すように、ＬＥＤユニットＡは、ＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０が一表面側に実装された実装基板２０を有する複数の発光装置１と、各発光装置１における実装基板２０の他表面側に配置され実装基板２０が熱伝導絶縁樹脂層９１，９３を介して接合された金属製放熱部材１００とを備えている。

ここにおいて、金属製放熱部材１００は、円板状の形状であり、熱伝導率の高い金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなど）により形成されている。なお、金属製放熱部材１００の形状は特に限定するものではなく、例えば、矩形板状でもよい。

上述の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しＬＥＤチップ１０が上記一表面側に実装された矩形板状の実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着された透光性材料からなるドーム状の光学部材６０と、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に電気的に接続された複数本（本実施形態では、２本）のボンディングワイヤ１４（図７参照）を封止した透光性封止材（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部５０と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０および光学部材６０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたものであって実装基板２０の上記一表面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０などを囲む形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。ここにおいて、色変換部材７０は、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０の光出射面６０ｂとの間に空気層８０が形成されるように配設されている。また、実装基板２０は、上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た透光性封止材を堰き止める環状の堰部２７が突設されている。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板を用いており、ＳｉＣ基板の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長されている。ここで、ＬＥＤチップ１０は、一表面側（図７における上面側）にアノード電極（図示せず）が形成され、他表面側（図７における下面側）にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、ＬＥＤチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する支持基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が搭載される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図７における上面側）に例えばポリオレフィン系の固着シート２９（図８参照）を介して固着された矩形板状のフレキシブルプリント配線板からなる配線基板２２とで構成され、配線基板２２の中央部に伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔２４が形成されており、ＬＥＤチップ１０が窓孔２４の内側に配置された後述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。ここにおいて、伝熱板２１の上記一面には、サブマウント部材３０の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク２１ｃ（図８参照）が形成されている。

なお、本実施形態では、伝熱板２１の熱伝導性材料としてＣｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に搭載するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では結晶成長用基板と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。

上述の配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の導体パターン２３，２３が設けられるとともに、各導体パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて導体パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系のレジスト（樹脂）からなる保護層２６が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射され保護層２６の表面に入射した光が保護層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が配線基板２２に吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、各導体パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

保護層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各導体パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各導体パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされており、各導体パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した２つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａ，２３ａ（図７および図８参照）を構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂ（図７および図８参照）を構成している。なお、配線基板２２の導体パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。また、２つの外部接続用電極部２３ｂのうちＬＥＤチップ１０の上記アノード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図８における右側の外部接続用電極部２３ｂ）には「＋」の表示が形成され、ＬＥＤチップ１０の上記カソード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図８における左側の外部接続用電極部２３ｂ）には「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。

ところで、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する上述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。ここで、サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されている。

サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。したがって、発光装置１は、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができるとともに、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができる。

本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される電極パターン（図示せず）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方の導体パターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２３と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましく、サブマウント部材３０がＣｕであって、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、サブマウント部材３０およびＬＥＤチップ１０における接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。また、サブマウント部材３０と伝熱板２１とは、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましいが、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、伝熱板２１における接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、ＣｕＷなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップ１０における伝熱板２１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。

また、発光装置１は、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の保護層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、サブマウント部材３０においてＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０との接合部位の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜を形成すれば、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここで、反射膜は、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成すればよい。

上述の封止部５０の材料である透光性封止材としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばアクリル樹脂、ガラスなどを用いてもよい。

光学部材６０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、ガラスなど）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材６０をシリコーン樹脂の成形品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。

ところで、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されており、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射され光学部材６０の光入射面６０ａに入射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および光学部材６０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。また、光学部材６０は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料とＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている（つまり、色変換部材７０は、蛍光体を含有している）。したがって、発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて固着すればよい。

ところで、上述の発光装置１の製造方法にあたっては、例えば、ＬＥＤチップ１０が接合されたサブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を行い、その後、配線基板２２を伝熱板２１の上記一面側に固着する配線基板固着工程を行う。その後、ＬＥＤチップ１０と各導体パターン２３，２３とをそれぞれ２本のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている封止材注入孔２８からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に封止部５０の一部となる液状の透光性封止材（例えば、シリコーン樹脂）を注入した後に硬化させ、その後、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の残りの部分となる液状の透光性封止材（例えば、シリコーン樹脂）を注入してから、光学部材６０を実装基板２０における所定位置に配置して透光性封止材を硬化させることにより封止部５０を形成するのと同時に光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するような製造方法が考えられるが、このような製造方法でも、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生する恐れがあるので、光学部材６０に液状の透光性封止材を多めに注入する必要がある。

そこで、本実施形態における発光装置１では、上述のように、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間（光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間）から溢れ出た透光性封止材を堰き止める環状（本実施形態では、円環状）の堰部２７を突設してある。ここにおいて、堰部２７は、白色系のレジストにより形成されている。また、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数（本実施形態では、４つ）のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して等間隔で設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねている。ここで、上述のセンタリング用爪部２７ｂの数は４つに限定するものではないが、少なくとも３つ設けることが望ましく、堰部２７と光学部材６０との間に溜めることが可能な封止樹脂の許容量を多くするためにセンタリング用爪部２７ｂの幅寸法は小さいほうが望ましい。

しかして、本実施形態における発光装置１では、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。なお、図７において光学部材６０と堰部２７との間に介在している封止材部５０ｂは、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０と堰部２７と保護層２６とで囲まれた空間に溜まった透光性封止材を硬化させることにより形成されている。

また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁に、堰部２７に係合する切欠部７１が全周に亘って形成されている。したがって、本実施形態における発光装置１では、実装基板２０に対する色変換部材７０の位置決め精度を高めることができ、また、色変換部材７０と光学部材６０との間隔を短くすることができる。なお、切欠部７１は、色変換部材７０の端縁側と内面７０ａ側とが開放されている。

以下、ＬＥＤユニットＡの製造方法について、発光装置１の実装基板２０と金属製放熱部材１００とを接合する接合工程について図１を参照しながら説明する。

まず、図１（ａ）に示すように密封された包装容器１１０内に冷凍保存されている高熱伝導絶縁シート９０（図１（ｂ）参照）を結露しないように常温下において包装容器１１０内で自然解凍する解凍過程を行う。ここにおいて、高熱伝導絶縁シート９０は、シリカやアルミナなどのフィラーを含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有するエポキシ樹脂層からなる熱伝導絶縁樹脂層９１とＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム９２とが積層されたシート状接着材（有機グリーンシートとも呼ばれている）により構成されている。熱伝導絶縁樹脂層９１は、フィラーとしてシリカが高密度（例えば、８５ｗｔ％）に充填されたエポキシ樹脂層により構成してあるが、フィラーの材料やフィラーの密度は特に限定するものではない。また、包装容器１１０としては、ポリエステルフィルムとアルミニウム箔とポリエチレンフィルムとの３層構造を有し、防湿性、遮光性、および酸素バリヤ性に優れた密封チャック付きの袋であるアルミラミネートバッグを用いている。ここで、高熱伝導絶縁シート９０を密封された包装容器１１０内で自然解凍しているのは、冷凍状態で包装容器１１０を開封して解凍すると、包装容器１１０内で結露が生じ、その水分が高熱伝導絶縁シート９０に吸収されてしまい、後述のように高熱伝導絶縁シート９０を加熱して熱伝導絶縁樹脂層９１を溶融させる際に、熱伝導絶縁樹脂層９１中の水分が突沸し、空隙の発生原因となってしまうからである。

上述の解凍過程の後、高熱伝導絶縁シート９０のＰＥＴフィルム９２を金属製放熱部材１００に接する状態とする第１の重ね合わせ過程を行ってから、ホットプレート１２０上に金属製放熱部材１００を載置し金属製放熱部材１００と高熱伝導絶縁シート９０とを熱伝導絶縁樹脂層９１を硬化温度（例えば、１６０℃）よりも低く且つ当該熱伝導絶縁樹脂層９１を低粘度化可能な第１の規定温度（例えば、１１０℃〜１２０℃）で第１の所定時間（例えば、１分程度）だけ加熱することで高熱伝導絶縁シート９０の熱伝導絶縁樹脂層９１を溶融させて低粘度化する低粘度化過程を行う（図１（ｂ））。

上述の低粘度化過程の後、高熱伝導絶縁シート９０を裏返して熱伝導絶縁樹脂層９１と金属製放熱部材１００とが接する状態とする第２の重ね合わせ過程を行い、続いて、図１（ｃ）および図２に示すように、高熱伝導絶縁シート９０のＰＥＴフィルム９２側において円柱状のゴムローラ１３０を高熱伝導絶縁シート９０の中央部から端部に向かって徐々に移動させながら高熱伝導絶縁シート９０を所定圧力（例えば、０．５ＭＰａ）で加圧するとともに上記硬化温度よりも低い第２の規定温度（例えば、１１０℃〜１２０℃）で加熱して高熱伝導絶縁シート９０を金属製放熱部材１００に仮固着する仮固着過程（以下、第１の仮固着過程と称する）を行う。このようにゴムローラ１３０を高熱伝導絶縁シート９０の中央部から端部に向かって徐々に移動（回転）させながら高熱伝導絶縁シート９０を上記所定圧力で加圧するとともに上記第２の規定温度で加熱することにより、金属製放熱部材１００と熱伝導絶縁樹脂層９１との界面に空隙が発生するのを防止することができる。ここで、ゴムローラ１３０の材料としては、フッ素ゴムもしくはシリコーンゴムなどの耐熱性に優れた弾性材料を用いることが好ましく、このような弾性材料を採用することで、ゴムローラ１３０の熱劣化を防止することができる。なお、図１（ｃ）および図２中の矢印Ｄ１は、ゴムローラ１３０の移動方向を示している。

上述の第１の仮固着過程の後、高熱伝導絶縁シート９０が仮固着されている金属製放熱部材１００を自然冷却する自然冷却過程を行い、続いて、熱伝導絶縁樹脂層９１からＰＥＴフィルム９２を剥離するＰＥＴフィルム剥離過程を行う（図１（ｄ））。なお、図１（ｄ）中の矢印Ｅ１は、ＰＥＴフィルム９２を剥がす方向を示している。

上述のＰＥＴフィルム剥離過程の後、熱伝導絶縁樹脂層９１が仮固着されている金属製放熱部材１００を乾燥炉１５０内に投入し熱伝導絶縁樹脂層９１を上記硬化温度以上の温度（例えば、１７０℃）で第２の所定時間（例えば、１．５時間程度）だけ加熱して硬化させることで熱伝導絶縁樹脂層９１を金属製放熱部材１００に本固着する本固着過程（以下、第１の本固着過程と称する）を行う（図１（ｅ））。以下では、金属製放熱部材１００に本固着された熱伝導絶縁樹脂層９１を第１の熱伝導絶縁樹脂層９１と称する。

第１の本固着過程の後、上述の高熱伝導絶縁シート（以下、第１の高熱伝導絶縁シートと称する）９０とは別途用意した第２の熱伝導絶縁シート（図示せず）の熱伝導絶縁樹脂層（以下、第２の熱伝導絶縁樹脂層と称する）９３（図１（ｆ）参照）からＰＥＴフィルムを剥離し、第２の熱伝導絶縁樹脂層９３を加熱した状態で第１の熱伝導絶縁樹脂層９１上に載置してから、第２の熱伝導絶縁樹脂層９３上に発光装置１を載置し、実装基板２０および金属製放熱部材１００を加熱した状態で色変換部材７０や外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂなどを避けて加圧することで発光装置１を金属製放熱部材１００に仮固着する第２の仮固着過程を行う。その後、複数の発光装置１が仮固着された金属製放熱部材１００を乾燥炉１５０（図１（ｅ）参照）内に投入し第２の熱伝導絶縁樹脂層９３を上記硬化温度以上の温度（例えば、１７０℃）で第３の所定時間（例えば、１．５時間程度）だけ加熱して硬化させることで各発光装置１と金属製放熱部材１００とを本固着する第２の本固着過程を行うことにより、図１（ｆ）に示すＬＥＤユニットＡを得る。

以上説明した本実施形態のＬＥＤユニットＡの製造方法によれば、金属製放熱部材１００に熱伝導絶縁樹脂層９１を固着するにあたっては、高熱伝導絶縁シート９０のＰＥＴフィルム９２を金属製放熱部材１００に接する状態としてから、金属製放熱部材１００と高熱伝導絶縁シート９０とを上記第１の規定温度で加熱することで高熱伝導絶縁シート９０の熱伝導絶縁樹脂層９１を溶融させて低粘度化し、その後、高熱伝導絶縁シート９０を裏返して熱伝導絶縁樹脂層９１と金属製放熱部材１００とが接する状態としてから、高熱伝導絶縁シート９０のＰＥＴフィルム９２側において円柱状のゴムローラ１３０を高熱伝導絶縁シート９０の中央部から端部に向かって徐々に移動（回転）させながら高熱伝導絶縁シート９０を加圧するとともに上記第２の規定温度で加熱して高熱伝導絶縁シート９０を金属製放熱部材１００に仮固着し、その後、熱伝導絶縁樹脂層９１からＰＥＴフィルム９２を剥離し、その後、熱伝導絶縁樹脂層９１を上記硬化温度以上の温度で硬化させることで熱伝導絶縁樹脂層９１を金属製放熱部材１００に本固着するので、熱伝導絶縁樹脂層９１と金属製放熱部材１００との界面に空隙が発生するのを抑制することができ、実装基板２０と金属製放熱部材１００との間の熱抵抗を低減できる。

ところで、上述の第１の仮固着過程では、金属製放熱部材１００および高熱伝導絶縁シート９０を金属製放熱部材１００が載置されるホートプレート１２０のみにより加熱しているが、図３に示すように、ホートプレート１２０と高熱伝導絶縁シート９０における金属製放熱部材１００側とは反対側に配置される遠赤外線セラミックヒータ１４０とで加熱するようにしてもよく、この場合には、仮固着過程において金属製放熱部材１００および高熱伝導絶縁シート９０をホートプレート１２０のみにより加熱する場合に比べて、高熱伝導絶縁シート９０の金属製放熱部材１００側からゴムローラ１２０側までの温度勾配（要するに、高熱伝導絶縁シート９０の厚み方向における温度勾配）を小さくすることができ、熱伝導絶縁樹脂層９１の粘度を略均一に低下させることが可能となる。なお、図３中の矢印Ｂ１はホットプレート１２０からの熱の伝達経路を示し、矢印Ｂ２は遠赤外線セラミックヒータ１４０からの熱の伝達経路を示している。

また、図４に示すように、第１の仮固着過程では、金属製放熱部材１００および高熱伝導絶縁シート９０を金属製放熱部材１００が載置されるホットプレート１２０とゴムローラ１３０に付帯している熱源１３５とで加熱するようにしてもよく、この場合も、仮固着過程において金属製放熱部材１００および高熱伝導絶縁シート９０をホートプレート１２０のみにより加熱する場合に比べて、高熱伝導絶縁シート９０の金属製放熱部材１００側からゴムローラ１２０側までの温度勾配を小さくすることができ、熱伝導絶縁樹脂層９１の粘度を略均一に低下させることが可能となる。ここにおいて、ゴムローラ１３０の熱源１３５としては、例えば、ニクロム線などの発熱線を耐熱鋼パイプ内に挿入した棒状のヒータや、カートリッジヒータなどを採用すればよい。なお、図４中の矢印Ｂ１はホットプレート１２０からの熱の伝達経路を示し、矢印Ｂ３は熱源１３５からの熱の伝達経路を示している。

また、ゴムローラ１３０に関しては、図５に示すように、金属製放熱部材１００に平行な面内でゴムローラ１３０の移動方向Ｄ１に沿った方向に直交する方向にｘ軸、ゴムローラ１３０の移動方向Ｄ１に沿った方向にｙ軸、金属製放熱部材１００の厚み方向に沿った方向にｚ軸を規定した直交座標において、ｙ軸を中心としてゴムローラ１３０が同図中に矢印Ｄ２で示す方向に回動可能とすれば、金属製放熱部材１００の平面度が大きい（例えば、１００μｍ）場合でも安定して仮固着を行うことができる。

なお、ＬＥＤユニットＡの発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、複数の発光装置１をリード線や回路基板などを利用して直列接続したり並列接続したりすればよい。

ところで、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。また、上述の実施形態では、サブマウント部材３０に１個のＬＥＤチップ１０を実装するようにした発光装置１について例示したが、サブマウント部材３０に実装するＬＥＤチップ１０の数は特に限定するものではなく、複数個でもよく、また、１個のサブマウント部材３０に複数個のＬＥＤチップ１０を実装する場合、発光色が同じ１種類のＬＥＤチップ１０を実装するようにしてもよいし、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１０を実装するようにしてもよい。

実施形態におけるＬＥＤユニットの製造方法の説明図である。同上の製造方法の説明図である。同上の製造方法の説明図である。同上の製造方法の説明図である。同上の製造方法の説明図である。同上のＬＥＤユニットの概略斜視図である。同上のＬＥＤユニットの要部概略断面図である。同上のＬＥＤユニットの要部概略分解斜視図である。従来のＬＥＤユニットの製造方法の説明図である。

符号の説明

ＡＬＥＤユニット
１発光装置
１０ＬＥＤチップ
２０実装基板
９０高熱伝導絶縁シート
９１高熱伝導絶縁樹脂層
９２ＰＥＴフィルム
１００金属製放熱部材
１２０ホットプレート
１３０ゴムローラ
１３５熱源
１４０遠赤外線セラミックヒータ
１５０乾燥炉

Claims

ＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板を有する発光装置と、発光装置における実装基板の他表面側に配置された金属製放熱部材とを備え、フィラーを含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有する熱伝導絶縁樹脂層とＰＥＴフィルムとが積層された高熱伝導絶縁シートを利用して発光装置と金属製放熱部材とが接合されたＬＥＤユニットの製造方法であって、金属製放熱部材に熱伝導絶縁樹脂層を固着するにあたっては、フィラーを含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有する熱伝導絶縁樹脂層とＰＥＴフィルムとが積層された高熱伝導絶縁シートのＰＥＴフィルムを金属製放熱部材に接する状態とする第１の重ね合わせ過程と、第１の重ね合わせ過程の後で金属製放熱部材と高熱伝導絶縁シートとを熱伝導絶縁樹脂層を硬化温度よりも低く且つ当該熱伝導絶縁樹脂層を低粘度化可能な第１の規定温度で加熱することで高熱伝導絶縁シートの熱伝導絶縁樹脂層を溶融させて低粘度化する低粘度化過程と、低粘度化過程の後で高熱伝導絶縁シートを裏返して熱伝導絶縁樹脂層と金属製放熱部材とが接する状態とする第２の重ね合わせ過程と、第２の重ね合わせ過程の後で高熱伝導絶縁シートのＰＥＴフィルム側において円柱状のゴムローラを高熱伝導絶縁シートの中央部から端部に向かって徐々に移動させながら高熱伝導絶縁シートを加圧するとともに前記硬化温度よりも低い第２の規定温度で加熱して高熱伝導絶縁シートを金属製放熱部材に仮固着する仮固着過程と、仮固着工程の後で熱伝導絶縁樹脂層からＰＥＴフィルムを剥離するＰＥＴフィルム剥離過程と、ＰＥＴフィルム剥離工程の後で熱伝導絶縁樹脂層が仮固着されている金属製放熱部材を乾燥炉内に投入し熱伝導絶縁樹脂層を前記硬化温度以上の温度で硬化させることで熱伝導絶縁樹脂層を金属製放熱部材に本固着する本固着過程とを備えることを特徴とするＬＥＤユニットの製造方法。
前記仮固着過程では、前記金属製放熱部材および前記高熱伝導絶縁シートを前記金属製放熱部材が載置されるホートプレートと前記高熱伝導絶縁シートにおける前記金属製放熱部材側とは反対側に配置される遠赤外線セラミックヒータとで加熱することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤユニットの製造方法。
前記仮固着過程では、前記金属製放熱部材および前記高熱伝導絶縁シートを前記金属製放熱部材が載置されるホットプレートと前記ゴムローラに付帯している熱源とで加熱することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤユニットの製造方法。