JP5278301B2 - Ｌｅｄ発光装置用ケースの製造方法 - Google Patents

Description

ＬＥＤ発光装置に用いるケースに関するものであり、ケースに設けられた凹部の側面に特徴を有するものである。
本発明は、

従来、ＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤチップやワイヤを保護するため、発光面からの光取り出しを向上させるため、および蛍光体を配置するために、ＬＥＤチップやワイヤを樹脂によって封止している。また、凹部を有したケースの底面にＬＥＤチップを配置し、凹部を封止樹脂によって埋めた構成のＬＥＤ発光装置もよく知られている。

このようなＬＥＤ発光装置において、ケースの凹部は、ＬＥＤチップ側から光取り出し面側に向かって断面積が広がる角錐台状、円錐台状であるため、ケースから封止樹脂が剥離する方向に応力が常に発生しており、ケースと封止樹脂とが剥離してしまう問題がある。ケースと封止樹脂が剥離すると、ワイヤが切断されてしまったり、ＬＥＤチップを破損してしまう可能性がある。耐熱性を向上させ、不透化、着色化を防止するために、封止樹脂としてシリコーン樹脂が多く用いられるようになってきているが、シリコーン樹脂は熱膨張係数が高く、ケースからの剥離が特に問題となっている。

そこで特許文献１では、ケースとしてグリーンシートを積層して焼成したセラミックを用い、ケースの凹部側面に溝や突起を設けて、封止樹脂がケースから離脱するのを防止している。

また、特許文献２には、凹部を形成するコアピンの先端にらせん状の凹部を設け、樹脂の硬化後にコアピンを回転させながら抜くことによって、凹部側面にらせん状の凸部を設ける方法が示されている。また、コアピンを分割、摺動可能とすることで、凹部側面に溝を設ける方法が示されている。

特開平１１−７４５６１ 特開２００９−２４６０６８

しかし、特許文献１のようにケースの凹部側面に溝や突起を設ける方法は、グリーンシートを用いて積層構造とする場合には可能であるが、製造工程が複雑となり、低コストに製造することができない。ケースの凹部側面に溝や突起が設けられた形状は、射出成形やトランスファーモールドなどの樹脂成形では作製ができない。

また、特許文献２の方法では、凹部の直径が０．５〜２ｍｍ程度の微小なケースを形成することは困難であり、実現したとしても金型の故障により生産性が低下してしまう。

そこで本発明の目的は、樹脂からなるケースからの封止樹脂の剥離が防止された構造のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法を実現することである。

第１の発明は、凹部を有し、凹部の側面に凹部の底面に平行な方向に深さを有する溝を有し、熱硬化性樹脂からなるＬＥＤ発光装置用ケースを、樹脂成形によって形成するＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法において、先端部が凹部の形状に一致し、その先端部の側面に溝と噛み合い、凹部底面に平行な面に一周するリング状の突起部を有し、少なくとも突起部は、樹脂成形時の温度以上、ケース材の樹脂の熱分解温度以下の温度で融解する低融点金属からなる内型と、間に電極を挟む上外型と下外型とから成る外型とによってキャビティを形成し、低融点金属の融点以下の温度で、キャビティに熱硬化性樹脂を注入し、該熱硬化性樹脂を硬化させ、熱硬化性樹脂の硬化後に、低融点金属の融点以上、熱硬化性樹脂の熱分解温度以下の温度に加熱して低融点金属を融解させて液体とし、内型と低融点金属とを除去する、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

凹部側面の溝は、複数設けてもよく、その場合、内型の先端部側面に対応する突起部を複数設ければよい。また、溝のパターン形状は任意の形状でもよいが、溝の底面に平行な面において一周するリング状に設けるのがよい。このようにリング状に設けると、溝を封止樹脂の剥離防止に利用する場合の剥離防止効果がより向上する。また、リング状にした場合、レンズのはめ込みに利用することもできる。もちろん、レンズのはめ込み用の溝と、封止樹脂の剥離防止用の溝の双方を設けてもよい。

ケースの樹脂材としては、エポキシ樹脂、ジメチルシリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂、液晶ポリマー樹脂、半芳香族ナイロン（ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ４Ｔ）、４６ナイロン（ＰＡ４６）などを用いることができる。

樹脂成形時の温度以上、樹脂の熱分解温度以下の融点である金属は、たとえば低融点はんだである。また低融点はんだは、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇなどである。内型全体がこのような金属で構成されていてもよいし、内型のＬＥＤ発光装置用ケースの凹部の形状に合わせる先端部と突起部だけがこのような金属で構成されていてもよい。さらに、先端部のうち側面部分と突起部のみがこのような金属で構成されていてもよい。さらに、突起部のみをこのような金属で構成してもよい。

第２の発明は、第１の発明において、樹脂成形は射出成形またはトランスファーモールドであることを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、低融点金属は、低融点はんだであることを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

第４の発明は、第３の発明において、低融点はんだは、ＳｎとＢｉを含む合金であることを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、内型は、突起部のみが低融点金属からなることを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

第６の発明は、第１の発明から第４の発明において、内型は、先端部全体と突起部とが低融点金属からなることを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

第７の発明は、第１の発明から第４の発明において、内型は、先端部の側面部分と、突起部とが低融点金属からなることを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

第８の発明は、第１の発明から第７の発明において、低融点金属は、Ｓｎを含む合金であり、低融点金属を融解させる工程は、低融点金属よりも融点が低くＳｎを含む金属を、融解させた状態で低融点金属に接触させて原子拡散させ、低融点金属の融点を低下させた後、低融点金属を融解させる工程である、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法である。

低融点金属よりも融点が低くＳｎを含む金属は、融解させてから低融点金属に接触させてもよいし、接触させてから融解させてもよい。

第１の発明によれば、樹脂成形によってケースの凹部側面に溝を容易に形成することができる。その溝に封止樹脂が入り込むようにすれば、ケースからの封止樹脂の離脱を防止することができる。

また、溝をリング状とすれば、より封止樹脂の離脱防止効果を向上させることができる。また、溝をリング状とすることで、レンズのはめ込みに利用することもできる。

また、外型を２つに分割することで電極とケースとを一体に形成することもできる。

また、第２の発明のように、樹脂成形の方法として、射出成形やトランスファーモールドを採用することができる。

また、第３の発明のように、低融点金属として低融点はんだを用いることができ、特に第４の発明のように、低融点はんだとして、ＳｎとＢｉを含む合金を用いることができる。

また、第５〜７の発明に示した内型を用いれば、凹部側面に溝を有したＬＥＤ発光装置用ケースをさらに容易に製造することができる。

また、第８の発明のように、低融点金属の融点を下げてから融解させることで、ケースの劣化を防止することができる。

実施例１のＬＥＤ発光装置の製造工程について示した図。 実施例１のＬＥＤ発光装置の構成を示した図。 ケース１１の製造に用いた型の構成を示した図。 実施例２のＬＥＤ発光装置の構成を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を用いて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図２は、実施例１のＬＥＤ発光装置の構成を示した図である。ＬＥＤ発光装置は、凹部１４を有し、凹部１４の底面１４ｃに電極パターン１０ａ、１０ｂを有したケース１１と、電極パターン１０ａ上に搭載され、ボンディングワイヤ１３ａ、１３ｂによって電極パターン１０ａ、１０ｂと接続されたＬＥＤチップ１２と、凹部１４内を満たした熱硬化性樹脂１６の硬化物である封止樹脂１５と、によって構成されている。

ケース１１は、熱硬化性の樹脂で形成されている。ＬＥＤチップ１２には、青、緑、赤など任意の発光波長のものを用いてよく、紫外光や赤外光を発光するものであってもよい。封止樹脂１５には、蛍光体や、分散材などが混合されていてもよい。

封止樹脂１５は、光取り出し面（凹部１４の底面１４ｃ側とは反対側の表面）に凹凸１８を有している。この凹凸１８は、光取り出し効率を向上させるためのものである。凹凸１８の形状は、光取り出し効率をより向上させるために、ＬＥＤチップ１２の発光波長オーダーの微細な周期構造が望ましい。凹部１４の形状は円錐台ないし角錐台状であり、凹部１４の側面１４ａは、凹部１４の底面１４ｃに平行な面における凹部１４の断面積が、底面１４ｃから離れるにしたがって増加するような傾斜を有している。

また、凹部１４の側面１４ａであって、ケース１１の上面１１ａ（凹部１４の底面１４ｃ側とは反対側の面）近傍には、底面１４ｃに平行な方向に深さを有する溝１４ｂが形成されている。溝１４ｂは、底面１４ｃに平行な面内に一周するリング状である。この溝１４ｂに封止樹脂１５が入り込んでいるため、封止樹脂１５のケース１１からの離脱が防止される。より効果的に離脱を防止するためには、溝１４の底面１４ｃに平行な方向の深さ、および底面１４ｃに垂直な方向の幅を、０．２〜０．５ｍｍにするとよい。

このようなケース１１は、型を用いた射出成形やトランスファーモールドなどの樹脂成形によって形成する。型は、図３（ａ）に示すように、内型１００と、外型１０１とで構成されている。内型１００は、先端部１００ａがケース１１の凹部１４の形状に一致する柱状の形状であり、いわゆるコアピンである。先端部１００ａ側面には、凹部側面の溝１４ｂとかみ合うリング状の突起部１００ｂを有している。この突起部１００ｂは、低融点はんだであるＳｎ−Ｂｉ合金（Ｓｎ：４２％、Ｂｉ：５８％、融点１３８℃）からなり、その融点は、ケース１１の材料である熱硬化性樹脂の硬化温度以上で、熱分解温度以下の温度である。なお、ケース１１の材料として熱可塑性樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上、熱分解温度以下の温度である。外型１０１は、ケース１１の外側の面である上面１１ａ、側面１１ｂおよび底面１１ｃの形状に合う形状であり、上外型１０１ａと下外型１０１とによって構成されている。下外型１０１には、樹脂の注入口１０２が設けられている。また、上外型１０１ａと下外型１０１との間には、電極パターン１０ａ、１０ｂが挟まれている。内型１００の突起部１００ｂ以外の部分の材料、および外型１０１の材料は、射出成形やトランスファーモールドなどで通常用いられる材料でよい。

この内型１００と外型１０１とを組み合わせてケース１１の形状のキャビティを形成し、外型１０１の樹脂注入口１０２から熱硬化性樹脂を注入し、内型１００が融解しない温度で熱硬化性樹脂を硬化させる。次に、外型１０１を機械的に取り外して除去し、その後内型１００の突起部１００ｂの融解温度以上であって熱硬化性樹脂が熱分解する温度以下の温度で加熱して突起部１００ｂを融解させ、内型１００と融解した低融点はんだを除去する。ここで突起部１００ｂは融解して液体の状態にあるため、内型１００を硬化した熱硬化性樹脂から剥離させる際に突起部１００ｂが阻害してしまうことはない。また、熱硬化性樹脂の硬化後に熱硬化性樹脂が熱分解する温度以下の温度で突起部１００ｂを融解させているため、溝１４ｂの形状に変形などの不具合が生じることもない。以上の方法によって、凹部１４を有し、凹部１４側面１４ａにリング状の溝１４ｂを有したケース１１を製造することができる。なお、内型１００を除去した後で外型１０１を除去してもよい。

なお、図３（ｂ）のように、先端部２００ａと突起部２００ｂのみが低融点はんだからなる内型２００を用いても、上記と同様にケース１１を製造することができる。また、図３（ｃ）のように、先端部３００ａの側面部分３００ａａと突起部３００ａのみが低融点はんだからなる内型２００を用いても、上記と同様にケース１１を製造することができる。

次に、ＬＥＤ発光装置の製造工程について、図１を参照に説明する。

まず、図１（ａ）のように、凹部１４を有し、凹部１４の底面１４ｃに電極パターン１０ａ、１０ｂを有したケース１１を用意し、電極パターン１０ａ上にＬＥＤチップ１２を搭載し、ボンディングワイヤ１３ａ、１３ｂによってＬＥＤチップ１２の電極（図示しない）と電極パターン１０ａ、１０ｂとを接続する。

次に、図１（ｂ）のように、凹部１４内に未硬化の液状の熱硬化性樹脂１６を充填し、金型１７を樹脂の表面に押し当てる。金型１７は、アルミニウム合金の金属板１７ａの一方の表面に、低融点はんだからなる凹凸１７ｂを設けたものである。粒径２０〜３０μｍ程度のはんだペーストを金属板１７ａの表面に塗布することで凹凸１７ｂを形成してもよい。金型１７の樹脂に押し当てる側の面には、熱硬化性樹脂１６と同一材料の樹脂をあらかじめ塗布しておき、金型１７と熱硬化性樹脂１６との間に気泡が生じてしまうのを防止するのがよい。ここで、熱硬化性樹脂には、一次硬化温度が１００℃、二次硬化温度が１５０℃のシリコーン樹脂を用いた。また、低融点はんだには、Ｓｎ−Ｂｉ合金（Ｓｎ：４２％、Ｂｉ：５８％、融点１３８℃）を用いた。

なお、低融点はんだには、その融点が、熱硬化性樹脂１６の一次硬化温度以上で、熱硬化性樹脂１６の熱分解温度以下の範囲である任意の材料を用いることができる。

次に、熱硬化性樹脂１６と金型１７とが接触した状態で１００℃まで加熱し、この温度を１時間維持して熱硬化性樹脂１６を硬化させる（図１（ｃ））。この時、熱硬化性樹脂１６全体を硬化させる必要はなく、少なくとも金型１７と接触する表面部分のみが硬化していればよい。この硬化によって、熱硬化性樹脂１６の金型１７と接触する表面には、凹凸１７ｂを反転した形状の凹凸１８が転写されて形成される。また、金型１７の凹凸１７ｂは、融点１３８℃以下の温度であるため融解せず、固体の状態を保持している。

次に、金型１７の凹凸１７ｂの融点である１３８℃以上で、熱硬化性樹脂１６の二次硬化温度以下の温度、たとえば１４０℃、に加熱し、凹凸１７ｂを融解させる。これにより、金型１７の金属板１７ａは分離し、除去される。また、融解した凹凸１７ｂは、低融点はんだの表面張力によってひとまとまりの液体の金属層１９となり、熱硬化性樹脂１６の凹凸１８上に浮き上がった状態となる（図１（ｄ））。

次に、温度を低下させて金属層１９を固化し、凹凸１８上から金属層１９を除去する（図１（ｅ））。金属層１９は凹凸１８上に浮き上がった状態にあるため、接触面積が狭く、容易に除去することができる。もちろん、金属層１９が液体の状態にあるときに除去してもよい。その後、熱硬化性樹脂１６を１５０℃で３時間加熱し、熱硬化性樹脂１６をさらに硬化させた。以上によって、熱硬化性樹脂１６の硬化物である封止樹脂１５の光取り出し面に凹凸１８が形成されたＬＥＤ発光装置が製造される。

図４は、実施例２のＬＥＤ発光装置の構成を示した図である。実施例２のＬＥＤ発光装置は、実施例１のＬＥＤ発光装置における封止樹脂１５を、凹凸１８を有さない平坦な封止樹脂２５に替え、さらに溝１４ｂにレンズ２０をはめ込んだ構成である。このように、ケース１１の凹部１４側面１４ａに設けた溝１４ｂを、レンズ２０のはめ込み用の係止部として利用することもできる。また、レンズ２０による支持によって、封止樹脂２５の離脱も防止されている。

なお、実施例１、２では、ケースの凹部側面の溝を、リング状としているが、必ずしもリング状である必要はない。また、ケースの凹部側面の溝は複数設けてもよく、レンズのはめ込み用の溝と、封止樹脂剥離防止用の溝の双方を設けてもよい。

また、実施例１のケース製造工程における、内型１００の突起部１００ｂの融解方法として、以下の方法を用いてもよい。まず、突起部１００ｂとしてＳｎを含む合金を用い、突起部１００ｂよりも融点が低くＳｎを含む合金を用意する。次に、この合金を融解させて突起部１００ｂに接触させる。または突起部１００ｂに接触させてからその合金を融解させてもよい。これにより、その合金を突起部１００ｂに原子拡散させ、突起部１００ｂの融点を低下させることができる。そして、融点の低くなった突起部１００ｂを融解させて除去する。

この突起部１００ｂの融解方法は、樹脂融解温度が３００℃程度の熱可塑性樹脂をケース材として用いる場合に有効である。たとえば、突起部１００ｂを融点が約３２０℃の金属を用い、約３００℃の融解した熱可塑性樹脂を用いて射出成形してケース１１を形成後、上記突起部１００ｂの融解方法を用いると、突起部１００ｂの融点を下げてから（望ましくは熱可塑性樹脂の樹脂融解温度である３００℃以下）、突起部１００ｂを融解、除去することができるため、ケース１１の劣化を防止することができる。

本発明のＬＥＤ発光装置は、照明装置などに利用することができる。

１０ａ、１０ｂ：電極パターン
１１：ケース
１２：ＬＥＤチップ
１３ａ、１３ｂ：ボンディングワイヤ
１４：溝
１５、２５：封止樹脂
１６：熱硬化性樹脂
１７：金型
１８：凹凸
２０：レンズ
１００、２００、３００：内型
１０１：外型
１００ａ、２００ａ、３００ａ：先端部
１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ：突起部

Claims (8)

1. 凹部を有し、前記凹部の側面に前記凹部の底面に平行な方向に深さを有する溝を有し、熱硬化性樹脂からなるＬＥＤ発光装置用ケースを、樹脂成形によって形成するＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法において、
   先端部が前記凹部の形状に一致し、その先端部の側面に前記溝と噛み合い、前記凹部底面に平行な面に一周するリング状の突起部を有し、少なくとも前記突起部は、樹脂成形時の温度以上、ケース材の樹脂の熱分解温度以下の温度で融解する低融点金属からなる内型と、間に電極を挟む上外型と下外型とから成る外型とによってキャビティを形成し、
   前記低融点金属の融点以下の温度で、前記キャビティに熱硬化性樹脂を注入し、該熱硬化性樹脂を硬化させ、
   前記熱硬化性樹脂の硬化後に、前記低融点金属の融点以上、前記熱硬化性樹脂の熱分解温度以下の温度に加熱して前記低融点金属を融解させて液体とし、前記内型と前記低融点金属とを除去する、
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
2. 前記樹脂成形は、射出成形またはトランスファーモールドであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
3. 前記低融点金属は、低融点はんだであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
4. 前記低融点はんだは、ＳｎとＢｉを含む合金であることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
5. 前記内型は、前記突起部のみが前記低融点金属からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
6. 前記内型は、前記先端部全体と前記突起部とが前記低融点金属からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
7. 前記内型は、前記先端部の側面部分と、前記突起部とが前記低融点金属からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。
8. 前記低融点金属は、Ｓｎを含む合金であり、
   前記低融点金属を融解させる工程は、
   前記低融点金属よりも融点が低くＳｎを含む金属を、融解させた状態で前記低融点金属に接触させて原子拡散させ、前記低融点金属の融点を低下させた後、前記低融点金属を融解させる工程である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置用ケースの製造方法。

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