JP5310536B2

JP5310536B2 - 発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP5310536B2
Application number: JP2009296447A
Authority: JP
Inventors: 博幸田嶌; 正太下西; 陽祐土屋
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP2011138831A

Description

本発明は、ＬＥＤチップと蛍光体とを用いた発光装置の製造方法に関するものである。

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの発光で励起して蛍光を放出する蛍光体とを用いた発光装置には、蛍光体をＬＥＤチップの近傍にどのように配するかに関して、次のような種々のタイプがある。

（１）図４（ａ１）に示すように、ＬＥＤチップ５１を蛍光体５２を含有した封止樹脂５３の圧縮成形で封止し、該封止樹脂５３をさらに透明封止樹脂５４の圧縮成形で封止する２段階封止タイプ（特許文献１）。このタイプでは、圧縮成形を２回行う必要があるので、生産性がよくない。また、２回の圧縮成形のための２つの型が必要となる。また、蛍光体を含有した封止樹脂の外形が、圧縮成形するときの型で決まるため、図４（ａ２）に示すように、ＬＥＤチップ５１のサイズが変わったときには、蛍光体５２を含有した封止樹脂５３の量も変わり、従ってそのままでは発光色が変わってしまう。同じ発光色を得るには、蛍光体の濃度を変えるか、又は型を変えて封止樹脂５３の外形を変える必要がある。

（２）ＬＥＤチップを蛍光体を含有した封止樹脂の圧縮成形で封止し、該封止樹脂中の蛍光体を沈降させてＬＥＤチップの近傍に分布させる沈降タイプ（特許文献２）。このタイプでは、蛍光体の沈降分布量を安定して得ることが困難である。圧縮成形用の樹脂（シリコーンがほとんど）はトランスファ・ポッティング用の樹脂と比べ高粘度のため、蛍光体が沈降しずらいうえ、圧縮成形は樹脂の硬化時間が短いため、蛍光体が沈降する前に樹脂が硬化してしまうからである。

（３）図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ６１を透明封止樹脂６２の圧縮形成で封止し、該透明封止樹脂６２の周りに蛍光体６３を含有した樹脂シート６４を被せるシート被覆タイプ。このタイプでは、ＬＥＤチップ６１の発した光の一部が、蛍光体６３を含有した樹脂シート６４の内面で反射して、内側に戻ってロスとなり、光取り出し効率が低下する問題がある。

なお、蛍光体とは無関係であるが、特許文献３には、基板上に接続されたＬＥＤチップを熱硬化性フィルム（エポキシ樹脂組成物）で被覆し、熱硬化性フィルムを熱硬化させて封止する技術が提案されている。

同じく、蛍光体とは無関係であるが、特許文献４には、最外樹脂層（ポリカルボジイミド等）と、光拡散粒子を含む光拡散層（ポリカルボジイミド等）と、低い屈折率を有する樹脂層（エポキシ樹脂等）とを有する封止用シートを、光半導体素子が搭載された配線回路基板に真空ラミネータで積層し、スタンパで加圧成型する技術が提案されている。

特開２００８−２１１２０５号公報特開２００６−２２９０５４号公報特開２００９−１０１０９号公報特開２００６−１４０３６２号公報

本発明の目的は、蛍光体の分散を容易に制御するとともに安定させ、また、光取り出し効率を向上させることにある。

本発明のさらなる目的は、２段階封止を生産性よく実施し、また、２段階封止間の密着性を向上させることにある。

本発明の発光装置の製造方法は、
基板の上面にＬＥＤチップをフリップチップ実装する第１ステップと、
真空雰囲気で、蛍光体を分散状に含有したシリコーンからなる硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、加圧部材により前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に加圧する方法により、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させて、硬化させる第２ステップと、
前記第２ステップで蛍光体含有シリコーンシートが半硬化状態になったときに、該蛍光体含有シリコーンシートを覆うように硬化前の透光性を有するシリコーンを圧縮成形してレンズを形成し、該蛍光体含有シリコーンシートと該レンズとを同時に硬化させて接合する第３ステップと、を含むことを特徴とする。

また、別の本発明の発光装置の製造方法は、
基板の上面にＬＥＤチップをフリップチップ実装する第１ステップと、
ＬＥＤチップ近傍の基板に形成された吸引孔を通して基板の下側から基板の上側を真空吸引することにより、蛍光体を分散状に含有したシリコーンからなる硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に真空成形する方法により、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させて、硬化させる第２ステップと、
前記第２ステップで蛍光体含有シリコーンシートが半硬化状態になったときに、該蛍光体含有シリコーンシートを覆うように硬化前の透光性を有するシリコーンを圧縮成形してレンズを形成し、該蛍光体含有シリコーンシートと該レンズとを同時に硬化させて接合する第３ステップと、を含むことを特徴とする。

以下に、上記手段における各要素の例示又は好ましい態様について説明する。
１．基板
基板は、特に限定されず、例えばベース基板でも、サブマウント基板でもよい。基板の材料としては、特に限定されないが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）等のセラミックを例示できる。

１．ＬＥＤチップ
ＬＥＤチップは、特に限定されないが、本発明では蛍光体を励起させるため、青色領域、紫色領域又は紫外領域にピーク波長を有するものが好ましい。ＬＥＤチップの半導体層材料としては、特に限定されないが、窒化ガリウム（ＧａＮ）系、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）系、炭化珪素（ＳｉＣ）系等を例示できる。フリップチップ実装工法としては、特に限定されないが、圧接工法、熱圧着工法、ハンダ接合、超音波接合、導電性ペースト接合、ＡＣＦ工法等を例示できる。

２．蛍光体含有シリコーンシート
２−１．樹脂
シートの樹脂材料は、耐光性及び耐熱性に優れたシリコーンとする。ＬＥＤチップに密着するシートが比較的弾性係数の大きいシリコーンで形成されることで、比較的弾性係数の小さいエポキシ樹脂を用いた場合よりも、応力集中を軽減できる利点もある。シリコーンは、シリコーン樹脂、シリコーンゴム及びシリコーンエラストマーを含む。

２−２．蛍光体
蛍光体の材料は、特に限定されず、ＬＥＤチップの発光色と発光素子として所望する発光色とに応じて適宜選択することができる。
（１）発光素子として所望する発光色が白色の場合は、例えば、次のように選択できる。
（ア）ＬＥＤチップの発光色が青色の場合には、その青色光により励起されると黄色領域にピーク波長を有する蛍光を発する黄色蛍光体を選択できる。青色と黄色とで白色が合成されるからである。黄色蛍光体としては、特に限定されないが、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体、珪酸塩蛍光体、これらの混合等を例示できる。
（イ）ＬＥＤチップの発光色が青色の場合には、その青色光により励起されると緑色領域にピーク波長を有する蛍光を発する緑色蛍光体と、同じく励起されると赤色領域にピーク波長を有する蛍光を発する赤色蛍光体を、混合して用いることを選択できる。青色と緑色と赤色とで白色が合成されるからである。緑色蛍光体としては、特に限定されないが、オルトケイ酸塩系蛍光体を例示できる。赤色蛍光体としては、特に限定されないが、窒化物系蛍光体を例示できる。
（ウ）ＬＥＤチップの発光色が紫色又は紫外の場合には、その紫色光又は紫外線により励起されると青色領域にピーク波長を有する蛍光を発する青色蛍光体、同じく励起されると緑色領域にピーク波長を有する蛍光を発する緑色蛍光体、及び、同じく励起されると赤色領域にピーク波長を有する蛍光を発する赤色蛍光体を、混合して用いることを選択できる。青色と緑色と赤色とで白色が合成されるからである。青色蛍光体としては、特に限定されないが、ハロリン酸系蛍光体を例示できる。緑色蛍光体としては、特に限定されないが、オルトケイ酸塩系蛍光体を例示できる。赤色蛍光体としては、特に限定されないが、窒化物系蛍光体を例示できる。
（２）発光素子として所望する発光色が非白色の場合でも、ＬＥＤチップの発光色と蛍光体の蛍光色とでその非白色が合成されるように、蛍光体の材料を選択することができる。

２−３．蛍光体の分散状態
蛍光体含有シリコーンシートは、本発明の製造方法に入る前に既に製造されているものであり、従って蛍光体を混合したシリコーンを十分に混練することができるため、シリコーン中に蛍光体が均一に分散している。なお、本発明における「硬化前の蛍光体含有シリコーンシート」は、蛍光体が沈降しない程度のシリコーンの高粘度を備えたものである。

２−３．シート厚
蛍光体含有シリコーンシートの厚さ（密着加工前）は、特に限定されないが、２０〜１００μｍが好ましい。２０μｍ未満では、蛍光体の濃度を非常に高くする必要があり、１００μｍを超えると成形性が低下する傾向となるからである。

３．蛍光体含有シリコーンシートの密着
硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させるとともに、ＬＥＤチップの周りの基板の上面に間を真空の状態で密着させてもよい。
硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させる方法は、前記のとおり、次の（ア）又は（イ）である。
（ア）真空雰囲気で、スタンパーやロールなどの加圧部材により、蛍光体含有シリコーンシートをＬＥＤチップの上面及び側周面に加圧する方法。
（イ）ＬＥＤチップ近傍の基板に吸引孔を形成し、基板の下側から吸引孔を通して基板の上側を真空吸引することにより、蛍光体含有シリコーンシートをＬＥＤチップの上面及び側周面に真空成形する方法。

４．透光性を有するシリコーン
レンズの樹脂材料は、耐光性及び耐熱性に優れたシリコーンとする。「透光性」は、透明であるため光が透過するもののみならず、半透明又は不透明であって光を透過するものも含む。シリコーンは、シリコーン樹脂、シリコーンゴム及びシリコーンエラストマーを含む。

請求項１又は２に係る発明によれば、蛍光体の分散を、蛍光体含有シリコーンシートのみで制御することができるとともに、安定させることができ、また、ＬＥＤチップから出た光はＬＥＤチップの直ぐ近傍で色変換され、通過／反射距離も少ないため、光取り出し効率が向上する。同効果に加え、蛍光体含有シリコーンシートの密着と透光性シリコーンの圧縮成形との組み合わせで２段階封止を生産性よく実施することができ、また、蛍光体含有シリコーンシートの密着と透光性シリコーンとの界面での密着性が向上する。

実施例の発光装置の製造方法を示し、（ａ）は第１ステップを示す断面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第２ステップを示す断面図である。（ｅ）は図１に続き第２ステップを示す断面図、（ｆ）は完成した発光装置の断面図、（ｇ）はＬＥＤチップのサイズが変わった発光装置の断面図である。（ａ）（ｂ）第２ステップの変更例を示す断面図である。従来例を示し、（ａ１）（ａ２）は２段階封止タイプの断面図、（ｂ）はシート被覆タイプの断面図である。

基板の上面にＬＥＤチップをフリップチップ実装する第１ステップと、
蛍光体を分散状に含有したシリコーンからなる硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させて、硬化させる第２ステップと、
前記第２ステップで蛍光体含有シリコーンシートが半硬化状態になったときに、該蛍光体含有シリコーンシートを覆うように硬化前の透光性を有するシリコーンを圧縮成形してレンズを形成し、該蛍光体含有シリコーンシートと該レンズとを同時に硬化させて接合する第３ステップとを含む発光装置の製造方法である。

本発明に係る実施例の発光装置の製造方法について、以下、ステップ順に説明する。
１．第１ステップ
図１（ａ）に示すように、基板１の上面にＬＥＤチップ２をバンプ３によりフリップチップ実装する。基板１には、例えばＡｌＮよりなるものを使用する（基板１に形成された配線パターン等の図示は省略する）。ＬＥＤチップ２には、例えば青色領域にピーク波長を有するものを使用する（ＬＥＤチップ２の半導体層、電極等の詳細の図示は省略する）。バンプ３には、例えばＡｕ−Ｓｎ合金を使用する。フリップチップ実装の採用により、高さ方向に嵩張るボンディングワイヤが不要であるため、ＬＥＤチップ２の上面に次の蛍光体含有シリコーンシートを密着させる作業を均一に行うことができる。

２．第２ステップ
図１（ｂ）（ｃ）に示すように、蛍光体５を分散状に含有したシリコーン６からなる硬化前の蛍光体含有シリコーンシート４を、ＬＥＤチップ２の上面及び側周面に間を真空の状態で密着させるとともに、ＬＥＤチップ２の周りの基板１の上面に間を真空の状態で密着させて、硬化させる。蛍光体５には、例えば、ＬＥＤチップ２の青色光により励起されると黄色領域にピーク波長を有する蛍光を発するＹＡＧ蛍光体を使用する。この密着加工は、同図に２点鎖線で模式的に示す真空雰囲気７下で、スタンパーやロールなどの加圧部材８により、蛍光体含有シリコーンシート４をＬＥＤチップ２の上面及び側周面に加圧して行う。加圧部材８には、ＬＥＤチップより１回り大きい凹所９が形成されており、蛍光体含有シリコーンシート４はこの凹所９に入り込むことでＬＥＤチップ２の側周面に回り込みやすくなる。真空雰囲気７で加圧（いわゆる真空加圧）することにより、蛍光体含有シリコーンシート４とＬＥＤチップ２との間に空気が残らず、真空の状態で、両者は密着する。図１（ｄ）に加圧部材８を外した状態を示す。

３．第３ステップ
第２ステップで蛍光体含有シリコーンシート４が半硬化状態になったときに、図２（ｅ）に示すように、該蛍光体含有シリコーンシート４を覆うように硬化前の透光性を有するシリコーン１０を圧縮成形してレンズ１１を形成し、該蛍光体含有シリコーンシート４と該レンズ１１とを同時に硬化させて接合する。この圧縮成形は、レンズ形状の凹所１３が形成された型１２を用いて行う。図２（ｆ）に、両者の硬化後に型１２を外して完成した、発光装置を示す。

本実施例の発光装置の製造方法によれば、次の作用効果が得られる。
（ア）蛍光体５の分散を、シート４のみで制御することができるとともに、安定させることができる。すなわち、前述のとおり、蛍光体含有シリコーンシート４のシリコーン６中には蛍光体５が均一に分散しており、この均一な分散状態は上記の第２ステップ及び第３ステップにおいてほとんど変化しない。第２ステップで蛍光体含有シリコーンシート４は僅かに引き延ばされるが、それに伴って蛍光体５は僅かに移動する程度であり、均一な分散状態に変わりはない。また、図２（ｇ）に示すように、ＬＥＤチップ２のサイズが変わったときでも、それに伴って特に蛍光体の量を変える必要がない場合には、同じ蛍光体含有シリコーンシート４を使用し、それに伴って蛍光体の量を変える必要がある場合には、シート厚又は蛍光体濃度を変えた蛍光体含有シリコーンシート４を使用すればよく、いずれにしても従来のように型を変える必要はなく、シートのみで容易に対応することができる。

（イ）ＬＥＤチップ２が発した青色光と、蛍光体５がこの青色光により励起されて発した黄色蛍光とが合成されて、白色の発光が観察される。本実施例では、ＬＥＤチップ２から出た光はＬＥＤチップ２に密着した近傍で色変換され、通過／反射距離も少ないため、光取り出し効率が向上する。

（ウ）封止材の圧縮成形と比べて、蛍光体含有シリコーンシート４をＬＥＤチップ２の上面及び側周面に間を真空の状態で密着させるステップは短時間で行うことができる。このため、従来の２回の圧縮成形で２段階封止を実施するタイプと比べると、蛍光体含有シリコーンシート４の密着と透光性を有するシリコーン１０の圧縮成形との組み合わせで２段階封止を生産性よく実施することができる。

（エ）蛍光体含有シリコーンシート４が半硬化状態のときにレンズ１１を圧縮成形して、両者４，１１を同時に硬化させるため、両者４，１１の密着性が向上し強固に接合する。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）第２ステップとして、図１（ｂ）（ｃ）に示した方法に代えて、図３（ａ）（ｂ）に示す方法を行うこと。すなわち、ＬＥＤチップ２近傍の基板１のバンプ３と隣接する部位に吸引孔２１を形成し、基板１の下側から吸引孔２１を通して基板１の上側を真空吸引することにより、蛍光体含有シリコーンシート４をＬＥＤチップ１の上面及び側周面に真空成形する。バンプ３と隣接する部位に吸引孔２１を設けて真空吸引することで、ＬＥＤチップ２の側周面と基板１との角部・間に空気が残らないため、真空の状態で、蛍光体含有シリコーンシート４をＬＥＤチップ２及び基板１に密着させることができる。

１基板
２ＬＥＤチップ
３バンプ
４蛍光体含有樹脂シート
５蛍光体
６シリコーン
７真空雰囲気
８加圧部材
９凹所
１０シリコーン
１１レンズ
１２型
１３凹所
２１吸引孔

Claims

基板の上面にＬＥＤチップをフリップチップ実装する第１ステップと、
真空雰囲気で、蛍光体を分散状に含有したシリコーンからなる硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、加圧部材により前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に加圧する方法により、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させて、硬化させる第２ステップと、
前記第２ステップで蛍光体含有シリコーンシートが半硬化状態になったときに、該蛍光体含有シリコーンシートを覆うように硬化前の透光性を有するシリコーンを圧縮成形してレンズを形成し、該蛍光体含有シリコーンシートと該レンズとを同時に硬化させて接合する第３ステップと、
を含む発光装置の製造方法。
基板の上面にＬＥＤチップをフリップチップ実装する第１ステップと、
ＬＥＤチップ近傍の基板に形成された吸引孔を通して基板の下側から基板の上側を真空吸引することにより、蛍光体を分散状に含有したシリコーンからなる硬化前の蛍光体含有シリコーンシートを、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に真空成形する方法により、前記ＬＥＤチップの上面及び側周面に間を真空の状態で密着させて、硬化させる第２ステップと、
前記第２ステップで蛍光体含有シリコーンシートが半硬化状態になったときに、該蛍光体含有シリコーンシートを覆うように硬化前の透光性を有するシリコーンを圧縮成形してレンズを形成し、該蛍光体含有シリコーンシートと該レンズとを同時に硬化させて接合する第３ステップと、
を含む発光装置の製造方法。