JP6105638B2 - 発光装置の製造方法及び発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は発光装置の製造方法及びその方法を用いて製造される発光装置に関する。
従来、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップなどの発光素子を用いた発光装置が知られる。ＬＥＤチップを用いた発光装置はＬＥＤチップ自体やＬＥＤチップに電気的に接続されるワイヤを保護するため、ＬＥＤチップが照射する光の取り出し効率を向上させるため及び蛍光体を分散させるためにＬＥＤチップが透明樹脂からなる封止材で覆われる。ＬＥＤチップが照射する光は封止材の内部を透過して封止材の表面（光取り出し面）から外部に向かって放出される。このような従来の発光装置が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載された発光装置（発光素子パッケージ）は枠体（ボディー）の底部に配置された基板（反射カップ）上に発光素子が搭載され、発光素子と離隔する他の基板に対してワイヤを介して発光素子が電気的に接続されている。ワイヤの両端を発光素子と基板とに接合する際、第１にワイヤの一端を発光素子に接合（第１ボンディング）し、第２にワイヤの他端を発光素子と離隔する基板に接合（第２ボンディング）するボンディング工程が行われるのが一般的である。
特開２０１１−２５４０８０号公報
ここで、ワイヤの第１ボンディングにおいて、ワイヤの接合箇所直上のネック部が再結晶化することが知られている。ワイヤの再結晶化領域では金属が脆くなり、破断し易いことも知られている。
一方、発光素子を覆う封止材には熱膨張率が比較的大きい材料を使用することがある。そして、発光装置は外部環境や発光素子の点灯、消灯などに起因して温度変化或いは温度変化の繰り返しを受けることが考えられる。この温度変化により封止材が膨張収縮を繰り返すと、ワイヤに繰り返し応力が加わる可能性がある。この繰り返し応力がワイヤの再結晶化領域に悪影響を与え、ワイヤが一層破断し易くなることが懸念されている。
このような不具合は、発光装置の大型化に伴い封止材の量が多くなり、ワイヤの長さが長くなることでさらに顕著になることも懸念されている。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、発光素子に接合されるワイヤの破断をできるだけ抑制することが可能な発光装置の製造方法及びその方法を用いて製造される発光装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の発光装置の製造方法は、発光素子が搭載される装置基板及び前記装置基板に対して離隔してワイヤにより前記発光素子と電気的に接続される端子部を有する枠体であって、前記端子部の前記ワイヤの接続面から前記枠体の上縁までの高さが前記発光素子の上面から前記枠体の上縁までの高さより低い前記枠体を形成する枠体形成工程と、前記ワイヤが接続される前記発光素子の電極にバンプを形成するバンプ形成工程と、前記ワイヤの一端を第１に前記端子部に接合する第１ボンディング工程と、前記ワイヤの他端を第２に前記バンプに接合する第２ボンディング工程と、前記枠体の内部に封止材を充填して前記発光素子を封止する封止工程と、を有することを特徴としている。
この構成によれば、ワイヤの第１ボンディングの箇所の上方の封止材の厚さが、ワイヤの第２ボンディングの箇所の上方の封止材の厚さより薄くなる。したがって、ワイヤの第１ボンディングの箇所、すなわちワイヤの再結晶化領域が受ける封止材の膨張収縮の影響が低減する。
また、上記構成の発光装置の製造方法において、前記バンプ形成工程は、前記発光素子のｎ電極に前記バンプを形成することを特徴としている。
また、上記の課題を解決するため、本発明は、上記方法を用いて製造される発光装置を特徴としている。
本発明の構成によれば、発光素子に接合されるワイヤの破断をできるだけ抑制することが可能な発光装置の製造方法及びその方法を用いて製造される発光装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の発光素子の断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例２の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例２の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例２の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例２の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例２の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例２の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例３の発光装置の製造方法を説明するための断面図である。
以下、本発明の実施形態を図１〜図１６に基づき説明する。
最初に、本発明の実施形態に係る発光装置について、図１及び図２を用いてその構造を説明する。図１は発光装置の断面図、図２は発光装置の発光素子の断面図である。
発光装置１は、図１に示すように枠体２に搭載される発光素子２０を備える。発光素子２０は例えば半導体を用いて形成されたＬＥＤチップである。ＬＥＤチップを構成する半導体の種類は例えば所望するＬＥＤチップの出射光の波長等に基づいて適宜決定される。例えば、ＬＥＤチップは紫外、青、緑、赤、赤外の任意の波長のものを用いて良い。
発光素子２０は、図２に示すように例えばサファイアからなる素子基板２１の上面の上に、複数の半導体層が結晶成長される。この素子基板２１の上には、緩衝層２２と、ｎ型半導体層２３と、発光層である活性層２４と、ｐ型半導体層２５とが順に積層される。ｐ型半導体層２５の上にｐ電極２６が設けられる。
ｎ型半導体層２３の一部と、活性層２４と、ｐ型半導体層２５とはメサ状にエッチングされ、ｎ型半導体層２３の一部が上方に対して露出する。この露出したｎ型半導体層２３の上にｎ電極２７が設けられる。発光素子２０の上面ほぼ全体には、ｐ電極２６及びｎ電極２７が露出するように保護膜２８が設けられる。
枠体２は、図１に示すように外形が略直方体形状をなし、窪み３を備える。窪み３は枠体２の内部から図１における枠体２の上面方向に向かって広口となるように傾斜した側面を有し、枠体２の上面において開口となる。発光素子２０はこの窪み３の内底部に配置される。
発光素子２０が照射する光の一部は窪み３の傾斜した側面で反射される。発光装置１の光の取り出し効率を向上させるため、枠体２は反射率がより高い材料であることが望ましく、例えばポリフタルアミド樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂等の硬質の白色樹脂や、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の焼結体からなるセラミックを用いても良い。
枠体２には装置基板４と、端子部５とが敷設される。装置基板４及び端子部５は、詳細には正負の電極として機能するように対をなして構成され、枠体２の一部である絶縁部２ａを隔てて互いに離隔する。装置基板４及び端子部５はいずれもそれらの一端部が窪み３の内底部に位置するように設けられる。なお、装置基板４及び端子部５は枠体２と一体的に形成されるものであっても良い。
発光素子２０は装置基板４の図１における上面であって、枠体２の水平方向における略中央部に載置される。発光素子２０はワイヤ６ａ、６ｂにより端子部５と、装置基板４とに電気的に接続される。ここで、装置基板４及び端子部５は、端子部５のワイヤ６ａの接続面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ１が発光素子２０の上面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ２より低くなるように形成される。
発光素子２０及びワイヤ６ａ、６ｂはそれらの周囲が封止材７によって覆われる。封止材７は枠体２の窪み３を満たすように窪み３に充填される。発光素子２０が照射する光は窪み３から外部に露出する封止材７の表面であって図１における上面である光取り出し面７ａから出射される。封止材７は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂からなる。これにより、封止材７の信頼性及び透明性が高まり、発光装置１の光の取り出し効率を向上させることができる。また、封止材７には例えば蛍光体や分散剤等の添加物を混入しても良い。
続いて、発光装置１の製造方法の実施例１について、図３〜図９を用いて説明する。図３〜図９は発光装置１の製造方法を説明するための断面図である。なお、実施例１の説明において適宜図１及び図２を参照することがある。
実施例１の発光装置１の製造方法では、まず図３に示す枠体形成工程において、枠体２を例えばインサート成形により装置基板４及び端子部５と一体的に形成する。装置基板４と端子部５とは絶縁部２ａを隔てて互いに離隔する。装置基板４及び端子部５は、図３及び図４に示すように端子部５のワイヤ６ａ（図１参照）の接続面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ１が発光素子２０の上面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ２より低くなるように形成する。
次に、図４に示す素子搭載工程において、枠体２の窪み３の内底部で露出する装置基板４の表面にダイボンド材料３１を供給し、その上に発光素子２０を搭載する。これにより、発光素子２０が装置基板４の表面に固着される。
次に、図５に示すバンプ形成工程において、発光素子２０のｎ電極２７（図２参照）にバンプ３２を形成する。このバンプ３２は発光素子２０から絶縁部２ａを隔てて離隔する端子部５に対して延びるワイヤ６ａのためのものである。
次に、図６に示すように発光素子２０と端子部５との間を跨いで各々を電気的に接続するためのワイヤ６ａを接合するボンディング工程を実行する。ワイヤ６ａに係るボンディング工程では、ワイヤ６ａの一端を第１に例えばボール部３３を形成して端子部５に接合する第１ボンディング工程と、ワイヤ６ａの他端を第２に発光素子２０のバンプ３２に接合する第２ボンディング工程と、が実行される。
引き続き、図７及び図８に示すボンディング工程において、発光素子２０のｐ電極２６（図２参照）と装置基板４とを電気的に接続するためのワイヤ６ｂを各々に対して接合する。ワイヤ６ｂに係るボンディング工程では、ワイヤ６ｂの一端を第１に例えばボール部３４を形成して発光素子２０のｐ電極２６に接合し、ワイヤ６ｂの他端を第２に例えばボール部３５を形成して装置基板４に接合する。
次に、図９に示す封止工程において、封止材７を枠体２の内部の窪み３に充填する。封止材７は例えばディスペンサ等を利用して所定量が発光素子２０に向けて滴下される。これにより、発光素子２０が封止材７で封止される。
続いて、発光装置１の製造方法の実施例２について、図１０〜図１５を用いて説明する。図１０〜図１５は発光装置１の製造方法を説明するための断面図である。この実施例の基本的な構成は図３〜図９を用いて説明した前記実施例１と同じであるので、実施例１と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、工程毎の図面の記載を省略することがある。
実施例２の発光装置１は、図１５に示すように装置基板４に２個の発光素子２０Ａ、２０Ｂを搭載する。２個の発光素子２０Ａ、２０Ｂは装置基板４と端子部５との間でワイヤ６ａ、６ｂ、６ｃを用いて電気的に直列接続される。
実施例２の発光装置１の製造方法では、まず枠体形成工程において、枠体２を例えばインサート成形により装置基板４及び端子部５と一体的に形成する（図１０参照）。装置基板４と端子部５とは絶縁部２ａを隔てて互いに離隔する。装置基板４及び端子部５は、図１０に示すように端子部５のワイヤ６ａ（図１１参照）の接続面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ１が発光素子２０Ａ、２０Ｂの上面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ２より低くなるように形成する。
次に、素子搭載工程において、枠体２の窪み３の内底部で露出する装置基板４の表面にダイボンド材料３１を供給し、その上に２個の発光素子２０Ａ、２０Ｂを搭載する（図１０参照）。これにより、発光素子２０Ａ、２０Ｂが装置基板４の表面に固着される。
次に、第１バンプ形成工程において、端子部５に近い側の発光素子２０Ａのｎ電極２７（図２参照）にバンプ３２を形成する（図１０参照）。このバンプ３２は発光素子２０Ａから絶縁部２ａを隔てて離隔する端子部５に対して延びるワイヤ６ａのためのものである。
次に、図１１に示すように発光素子２０Ａと端子部５との間を跨いで各々を電気的に接続するためのワイヤ６ａを接合するボンディング工程を実行する。ワイヤ６ａに係るボンディング工程では、ワイヤ６ａの一端を第１に例えばボール部３３を形成して端子部５に接合する第１ボンディング工程と、ワイヤ６ａの他端を第２に発光素子２０Ａのバンプ３２に接合する第２ボンディング工程と、が実行される。
次に、図１２に示す第２バンプ形成工程において、端子部５に近い側の発光素子２０Ａのｐ電極２６（図２参照）にバンプ３４を形成する。このバンプ３４はともに装置基板４に搭載された発光素子２０Ａと発光素子２０Ｂとを電気的に接続するワイヤ６ｂのためのものである。
次に、図１３に示すように発光素子２０Ａと発光素子２０Ｂとを電気的に接続するためのワイヤ６ｂを接合するボンディング工程を実行する。ワイヤ６ｂに係るボンディング工程では、ワイヤ６ｂの一端を第１に例えばボール部３５を形成して発光素子２０Ｂのｎ電極２７（図２参照）に接合し、ワイヤ６ｂの他端を第２に発光素子２０Ａのｐ電極２６のバンプ３４に接合する。
引き続き、図１４に示すボンディング工程において、端子部５から遠い側の発光素子２０Ｂのｐ電極２６（図２参照）と装置基板４とを電気的に接続するためのワイヤ６ｃを各々に対して接合する。ワイヤ６ｃに係るボンディング工程では、ワイヤ６ｃの一端を第１に例えばボール部３６を形成して発光素子２０のｐ電極２６に接合し、ワイヤ６ｃの他端を第２に例えばボール部３７を形成して装置基板４に接合する。
次に、図１５に示す封止工程において、封止材７を枠体２の内部の窪み３に充填する。封止材７は例えばディスペンサ等を利用して所定量が発光素子２０Ａ、２０Ｂに向けて滴下される。これにより、発光素子２０Ａ、２０Ｂが封止材７で封止される。
続いて、発光装置１の製造方法の実施例３について、図１６を用いて説明する。図１６は発光装置１の製造方法を説明するための断面図である。この実施例の基本的な構成は図３〜図９を用いて説明した前記実施例１、及び図１０〜図１５を用いて説明した前記実施例２と同じであるので、これらの実施例と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、工程毎の図面の記載を省略するものとする。
実施例３の発光装置１は、図１６に示すように装置基板４に２個の発光素子２０を搭載する。２個の発光素子２０は個別に装置基板４と端子部５との間でワイヤ６ａ、６ｂを用いて電気的に直列接続される。
実施例３の発光装置１の製造方法では、まず枠体形成工程において、図１６の左右各々に設けた２枚の装置基板４と、図１６の左右方向中央に設けた端子部５とが各々絶縁部２ａを隔てて互いに離隔するよう枠体２を形成する。２枚の装置基板４及び端子部５は端子部５のワイヤ６ａの接続面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ１が発光素子２０の上面から枠体２の上縁２ｂまでの高さＨ２より低くなるように形成する。
次に、素子搭載工程において、枠体２の窪み３の内底部で露出する２枚の装置基板４の各々の表面にダイボンド材料３１を供給し、その上に２個の発光素子２０を各々搭載する。これにより、２個の発光素子２０が個別に２枚の装置基板４各々の表面に固着される。
次に、バンプ形成工程において、２個の発光素子２０各々のｎ電極２７（図２参照）にバンプ３２を形成する。このバンプ３２は２個の発光素子２０各々から絶縁部２ａを隔てて離隔する端子部５に対して延びるワイヤ６ａのためのものである。
次に、２個の発光素子２０各々と端子部５との間を跨いで各々を電気的に接続するためのワイヤ６ａを２本接合するボンディング工程を実行する。ワイヤ６ａに係るボンディング工程では、ワイヤ６ａの一端を第１に例えばボール部３３を形成して端子部５に接合する第１ボンディング工程と、ワイヤ６ａの他端を第２に発光素子２０のバンプ３２に接合する第２ボンディング工程と、が実行される。引き続き、ボンディング工程において、２個の発光素子２０各々のｐ電極２６（図２参照）と２枚の装置基板４とを個別に電気的に接続するためのワイヤ６ｂを各々に対して接合する。
次に、封止工程において、封止材７を枠体２の内部の窪み３に充填する。封止材７は例えばディスペンサ等を利用して所定量が発光素子２０に向けて滴下される。これにより、２個の発光素子２０各々が封止材７で封止される。
上記のように、発光装置１の製造方法は、発光素子２０が搭載される装置基板４及び装置基板４に対して離隔してワイヤ６ａにより発光素子２０と電気的に接続される端子部５を有する枠体２であって、端子部５のワイヤ６ａの接続面から枠体２の上縁２ａまでの高さＨ１が発光素子２０の上面から枠体２の上縁２ａまでの高さＨ２より低い枠体２を形成する枠体形成工程と、ワイヤ６ａが接続される発光素子２０の電極にバンプ３２を形成するバンプ形成工程と、ワイヤ６ａの一端を第１に端子部５に接合する第１ボンディング工程と、ワイヤ６ａの他端を第２にバンプ３２に接合する第２ボンディング工程と、枠体２の内部に封止材７を充填して発光素子２０を封止する封止工程と、を有する。これにより、ワイヤ６ａの第１ボンディングの箇所の上方の封止材７の厚さ（Ｈ１）を、ワイヤ６ａの第２ボンディングの箇所の上方の封止材７の厚さ（Ｈ２）より薄くすることができる。したがって、ワイヤ６ａの第１ボンディングの箇所、すなわちワイヤ６ａの再結晶化領域が受ける封止材７の膨張収縮の影響を低減させることができる。
また、ワイヤ６ａの第２ボンディングの箇所には、バンプ３２の形成時と、第２ボンディングの実行時との２回の負荷が加わり、多層構造の上に形成されたｐ電極２６の場合にその下方が破損する虞があることが懸念される。そこで、発光装置１の製造方法において、バンプ形成工程は発光素子２０のｎ電極２７にバンプ３２を形成した。これにより、発光素子２０の破損を防止することが可能である。
さらに、発光装置１は上記方法を用いて製造されるので、ワイヤ６ａの再結晶化領域が受ける封止材７の膨張収縮の影響が低減した発光装置１を得ることができる。これにより、発光装置１が外部環境や自己発熱に起因する温度変化或いは温度変化の繰り返しを受けたときの耐性が向上する。したがって、封止材７の量を比較的多くしてもワイヤ６ａの破断を抑制することができ、発光装置１の大型化が可能になる。
このようにして、本発明の上記実施形態の構成によれば、発光素子２０に接合されるワイヤ６ａの破断をできるだけ抑制することが可能な発光装置１の製造方法及びその方法を用いて製造される発光装置１を提供することができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
本発明は、発光素子の周囲を封止材で覆った構成をなす発光装置の製造方法及びその方法を用いて製造される発光装置において利用可能である。
１ 発光装置
２ 枠体
２ａ 絶縁部
２ｂ 上縁
３ 窪み
４ 装置基板
５ 端子部
６ａ ワイヤ
７ 封止材
７ａ 光取り出し面
２０ 発光素子
２６ ｐ電極
２７ ｎ電極
３２ バンプ

Claims (2)

  1. 発光素子が搭載される装置基板、前記装置基板に対して離隔して前記発光素子と電気的に接続される端子部及び前記装置基板と前記端子部とが内底部に配置されて上面が開口をなす窪みを有する枠体と、
    前記端子部と電気的に接続される前記発光素子の電極に形成されたバンプと、
    前記発光素子と電気的に接続されて全体が前記枠体の上縁よりも低くなるよう配置された２本のワイヤと、
    前記枠体の上縁まで前記窪みを満たすように前記窪みに充填されて前記発光素子、前記端子部、前記バンプ及び前記ワイヤ各々の全体を覆って封止した封止材と、
    を備え、
    前記端子部が、前記発光素子が搭載された前記装置基板の搭載面よりも高い位置に配置され、
    前記２本のワイヤのうち、一方の前記ワイヤは一端が前記端子部に接合されて他端が前記バンプに接合され、他方の前記ワイヤは前記バンプに接合された前記ワイヤよりも長さが短く、一端が前記発光素子の前記バンプとは異なる他の電極に、他端が前記発光素子の近傍において前記装置基板に、電気的に接合され、
    前記端子部に接続される前記ワイヤの前記端子部における接続面から前記枠体の上縁までの高さが前記発光素子の上面から前記枠体の上縁までの高さより低いことを特徴とする発光装置。
  2. 前記バンプが前記発光素子のｎ電極に形成されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
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