JP6176287B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
導電部材が変色すると導電部材の反射率が低下し、発光素子から出て導電部材に達した光のうち、反射して発光装置に外部に出る光の量が減少し発光装置の出力が低下する。
本開示は、発光素子への水分の侵入を抑制することで長期間に亘って出力の低下を抑制できる発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置およびその製造方法を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解を容易にする等のために誇張している場合がある。
以下に本発明の実施形態について詳述する。
1−1.発光装置100
図1は、実施形態1に係る発光装置100の模式断面図である。図2(a)は、図1の点線IIで囲んだ部分の拡大図であり、図2(b)は図2(a)の点線IIBで囲んだ部分の拡大図であり、図2(c)は図2(a)の点線IICで囲んだ部分の拡大図である。
発光装置100は、導電部材(リード)2A、2Bを含む基体(樹脂パッケージ)3と、発光素子1と、第1保護膜5と、第2保護膜6とを有する。
より確実に発光素子1と基体3(リード2A)とを接合するように図1および図2に示すように、ダイボンド樹脂4は、発光素子1の下面の外側まで配置されてよい。また、ダイボンド樹脂4の発光素子1の下面の外側に配置された部分は、図1および図2に示すように、発光素子1の側面の一部を覆ってよい。
発光素子1は、ワイヤ7Bによりリード2Bと電気的に接続されている。ワイヤ7Bの一端はリード2B上に形成したバンプ17Bを介して、リード2Bと接続しており、ワイヤ7Bの他端は、発光素子1の上面(第1面)に配置された、正または負の電極の他方にワイヤボンディングされている。
基体(樹脂パッケージ)3と、ダイボンド樹脂4と、発光素子1の側面と、発光素子1の上面(第1面)とを連続して覆う第1保護膜5が配置されている。第1保護膜5の上には、第1保護膜5を介して、基体(樹脂パッケージ)3と、ダイボンド樹脂4と、発光素子1の側面と、発光素子1の上面(第1面)とを連続して覆うように第2保護膜6が配置されている。
なお、本明細書において、「線膨張係数」とは、室温(例えば25℃)における線膨張係数を意味する。第1保護膜5および第2保護膜6の線膨張係数を直接測定するのが困難な場合、第1保護膜5および第2保護膜6、それぞれと同じ材料の室温または室温近傍での線膨張係数(例えば、0℃〜35℃の任意の温度での線膨張係数)の文献値を用いて線膨張係数の大小関係を確認してよい。また、第1保護膜5および第2保護膜6、それぞれと同じ材料を用いて、測定可能な形状のサンプルを準備して室温の線膨張係数を測定し、得られた測定値を用いて線膨張係数の大小関係を確認してもよい。
好ましい、線膨張係数の組み合わせとして、第1保護膜5の線膨張係数を0.4〜0.8ppm、より好ましくは0.5〜0.7ppmとし、第2保護膜6の線膨張係数を6〜9ppm、より好ましくは7〜8ppmとし、ダイボンド樹脂の線膨張係数を180〜240ppmより好ましくは200〜220ppmとすることが挙げられる。
また、好ましいダイボンド樹脂として、シリコーン系ダイボンド樹脂およびエポキシ系ダイボンド樹脂を例示できる。
なお、第1保護膜5および第2保護膜6は、発光素子1が発する光(波長変換材料を用いた場合は波長変換材料が発する光も)に対して高い透光性を有していることが好ましい。
これに加えて、酸化ケイ素はリフロー工程において、ダイボンド樹脂4から引張応力が付与されてもクラックを生じにくい。一方、酸化アルミニウムは水分(水蒸気)に対してすぐれた遮蔽性を有している。
すなわち、第1保護膜5の弾性率がダイボンド樹脂4の弾性率よりも高く、第2保護膜6の弾性率が第1保護膜5の弾性率より高いことが好ましい。弾性率の値を高くすることで、応力がかかった場合の変形量を小さくすることができる。つまり、第1保護膜5の弾性率がダイボンド樹脂4の弾性率と、第2保護膜6の弾性率と、の間となるようにすることで、部材間の変形量の差を小さくできるので、第2保護膜6にクラックが生じることを抑制することができる。
好ましい弾性率の数値範囲の組み合わせてとして、第1保護膜5の弾性率が69〜76GPaであり、第2保護膜6の弾性率が350〜420GPaであり、ダイボンド樹脂4の弾性率が0.11〜0.13GPaであることを例示できる。
このような弾性率の数値範囲は、例えば、第1保護膜5が酸化ケイ素、第2保護膜が酸化アルミニウム、ダイボンド樹脂4がシリコーン系ダイボンド樹脂である場合に実現できる。
保護膜のクラックをより確実に防止できるという観点から、ダイボンド樹脂4の露出部分全体が、第1保護膜5および第2保護膜6により覆われていることが好ましい。尚、第2保護膜6は第1保護膜5を介してダイボンド樹脂4の露出部分全体を覆うことが好ましい。すなわち、図1および図2(特に、図2(b)の拡大図)に示すように、発光素子1の下面の外側(例えば、上面視において発光素子1の下面の外側)に位置するダイボンド樹脂4の部分の表面のうち、樹脂パッケージ3の下面または発光素子1の側面と接触していない部分については、その全体が、第1保護膜5および第2保護膜6により覆われていることが好ましい。尚、第2保護膜6は第1保護膜5を介して、発光素子1の下面の外側に位置するダイボンド樹脂4の部分の表面のうち、樹脂パッケージ3の下面または発光素子1の側面と接触していない部分を覆うことが好ましい。
すなわち、ワイヤ7Aと導電部材(リード)2Aとの接続部(バンプ17)と、第1保護膜5と、の間に位置するリード2Aの部分を第2保護膜6が覆っている。このように陰の部分も十分に保護膜で覆うことができるため、リードの変色をより確実に抑制できる。
以下に第1保護膜5および第2保護膜6以外の構成要素のいくつかについて詳細を示す。
発光素子1は、既知の任意の発光素子であってよく、例えばLEDチップであってよい。封止樹脂12が波長変換材料を含む場合、青色LEDチップのような青色光を発することが好ましい。この場合、発光素子1は、半導体積層体を備えてよく、窒化物半導体積層体を備えることが好ましい。半導体積層体(好ましくは窒化物半導体積層体)は、順に、第1半導体層(例えば、n型半導体層)、発光層および第2半導体層(例えば、p型半導体層)を有してよい。
好ましい窒化物半導体材料として、具体的には、InXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いてよい。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で既知のものを用いてよい。
樹脂パッケージ3は任意の種類の樹脂により構成されてよい。好ましい樹脂として、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、液晶樹脂の少なくとも1種以上含む熱可塑性樹脂、または、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、これらの樹脂を少なくとも1種以上含む熱硬化性樹脂などを例示できる。樹脂パッケージ3は、好ましくは白色の樹脂より成る。樹脂パッケージ3に達した光をより多く反射できるからである。
ワイヤ7A、7Bは、導電部材(リード2A、2B)とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性が良いものが好ましい。具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。
封止樹脂12は、発光素子1が発する光を透過させることができる。尚、光波長変換部材を用いる場合は波長変換材料が発する光も透過させることができる。好ましい封止樹脂12として、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂またはこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を挙げることができる。なかでもシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。
波長変換材料として、蛍光体を用いてよい。具体的な蛍光体として、黄色発光する、セリウムで賦活されたYAG系、LAG系蛍光体、(Sr,Ba)2SiO4:Eu等のシリケート系蛍光体およびこれらの組み合わせを挙げることができる。
また、蛍光体は黄色蛍光体に限られず、所望の発光スペクトルを持つ蛍光体を用いてもよい。例えば窒化物、酸窒化物系の蛍光体(CASN系、SCASN系、αサイアロン系、βサイアロン系)、ハロゲン系の蛍光体(クロロシリケート系、KSF系)、硫化物系の蛍光体など、各種の蛍光体を用いてもよい。また、量子ドットを用いてもよい。
これらの蛍光体は2種以上を組み合わせて用いてよい。
図4(a)〜4(f)は発光装置100の製造方法を示す模式断面図である。図4(a)〜4(f)を参照し、以下に製造方法の詳細を説明する。
図4(a)に示すように、リード2Aおよびリード2Bを含む樹脂パッケージ3を準備する。リード2Aおよびリード2Bとなる導電部材をパッケージ形成金型(図示せず)に配置して、そこにパッケージ材料となる樹脂を流し込み固めることで、リード2Aおよびリード2Bを含む樹脂パッケージ3を形成できる。
必要に応じてリード2Aおよび2Bの表面に反射膜を形成してよい。
なお、図4(a)に示す実施形態では、リード2A、2Bは切断および曲げられて、樹脂パッケージ3の側面および下面に沿った部分を既に形成しているが、このような切断および曲げは、例えば、後述する封止部材形成工程の後等の任意の段階で行ってよい。
次に、図4(b)に示すように、リード2A上に発光素子1を配置する。具体的には、ダイボンド樹脂4を介して、発光素子1の下面をリード2A上に接合(固定)する。図4(b)に示すように、より確実に発光素子1とリード2Aとを接合するために、ダイボンド樹脂4は、発光素子1の下面の外側まで配置してよい。
次に、図4(c)に示すように、ワイヤ7Aを用いて、発光素子1とリード2Aとを電気的に接続する。リード2A上にバンプ17Aを形成し、ワイヤ7Aの一端を、バンプ17Aを介してリード2Aに接続し、ワイヤ7Aの他端を、発光素子1の上面(第1面)に配置された、正または負の電極の一方にワイヤボンディングする。また、リード2B上にバンプ17Bを形成し、ワイヤ7Bの一端を、バンプ17Bを介してリード2Bに接続し、ワイヤ7Bの他端を、発光素子1の上面(第1面)に配置された、正または負の電極の他方にワイヤボンディングする。
次に、図4(d)に示すように、樹脂パッケージ3(リード2Aとリード2Bを含む)と、ダイボンド樹脂4と、発光素子1の側面と、発光素子1の上面(第1面)とを連続して覆う第1保護膜5を形成する。第1保護膜5は、好ましくは、スパッタリング等の被膜形成材料の供給源から被膜形成部分への移動が直進性の高い方法により形成される。この場合、バンプ17Aとリード2Aとの接触部分の近傍およびバンプ17Bとリード2Aとの接触部分の近傍に第1保護膜5の形成されない部分があってもよい。
次に、図4(e)に示すように、第1保護膜5を介して、樹脂パッケージ3(リード2Aとリード2Bを含む)と、ダイボンド樹脂4と、発光素子1の側面と、発光素子1の上面(第1面)とを連続して覆う第2保護膜6を形成する。好ましくは、原子層堆積法により第2保護膜6を形成する。原子層堆積法を用いた場合、バンプ17Aとリード2Aとの接触部分の近傍およびバンプ17Bとリード2Aとの接触部分の近傍の第1保護膜5が形成されなかった部分にも第2保護膜6を形成できる。
先ず、TMA(トリメチルアルミニウム)ガスを導入して、目的物である基体3の表面のOH基とTMAとを反応させる(第1反応)。次に、余剰ガスを排気する。その後、H2Oガスを導入して、第1反応でOH基と結合したTMAとH2Oとを反応させる(第2反応)。次に、余剰ガスを排気する。そして、第1反応、排気、第2反応及び排気を1サイクルとして、これを繰り返すことにより、所定の膜厚の酸化アルミニウム(Al2O3)を形成することができる。
図4(f)に示すように、必要に応じて、樹脂パッケージ3の凹部内に封止樹脂(封止部材)12を形成してよい。
図5(a)は、実施形態2に係る発光装置100Aの模式上面図であり、図5(b)は、図5(a)のVB−VB線に沿った断面を示す模式断面図である。
以下では本実施形態の実施形態1と異なる部分を中心として説明する。以下に特段の断りがない限り、本実施形態の各要素は実施形態1の対応する要素と同じ構成を有してよい。
図5(a)および5(b)に示す実施形態では、リード2Aおよび2Bの上面と、リード2Bの凹部の側面および底面と、樹脂パッケージ3の樹脂部分の上面が、第1保護膜5および第2保護膜6の少なくとも一方により覆われている。
また、発光装置100Aは、樹脂パッケージ3の上面(図5(a)および5(b)に示す実施形態では、リード2Aおよび2Bならびに樹脂パッケージ3の樹脂部分の上面)の一部をアウター樹脂8により覆っている。図5(a)および5(b)に示す実施形態では、またワイヤ7A、7Bおよび7Cの一部もアウター樹脂8により覆われている。図5(b)に示すように、例えばアウター樹脂8の形状を上方に向けた凸形状にするなど所定の形状とすることでアウター樹脂8をレンズとして用いることができる。
発光装置100においても、このような保護素子10および/またはアウター樹脂8を設けてよい。
図6(a)は発光装置100Aの変形例1に係る発光装置100Bの模式上面図であり、図6(b)は発光装置100Aの変形例2に係る発光装置100Cの模式上面図である。
発光装置100Bと異なる部分を中心に説明する。以下に特段の断りがない限り、発光装置100Bおよび100Cの各要素は発光装置100Aの対応する要素と同じ構成を有してよい。
また、上側の発光素子の電極(ワイヤ7Eが接続されている電極と極性の異なる電極)と、リード2Bとがワイヤ7Bにより電気的に接続されている。上側の発光素子1のワイヤ7Bが接続されている電極と、下側の発光素子1の同じ極性の電極とがワイヤ7Dにより電気的に接続されている。
図6(b)に示す実施形態では、2つの発光素子1のうちの一方(下側の発光素子1)とリード2Aがワイヤ7Aにより電気的に接続されている。上側の発光素子の電極(下側の発光素子1のワイヤ7Aが接続されている電極と極性の異なる電極)と、リード2Bとがワイヤ7Bにより電気的に接続されている。さらに、下側の発光素子1のワイヤ7Aが接続されていない電極(ワイヤ7Aが接続されている電極と極性の異なる電極)と下側の発光素子1のワイヤ7Bが接続されていない電極(ワイヤ7Bが接続されている電極と極性の異なる電極)との間がワイヤ7Fにより電気的に接続されている。
1 発光素子
2A、2B 導電部材(リード)
3 基体(樹脂パッケージ)
4 ダイボンド樹脂
5 第1保護膜
6 第2保護膜
7A、7B、7C、7D、7E、7F ワイヤ
8 アウター樹脂
10 保護素子
12 封止樹脂
17A、17B バンプ
27A ワイヤボンディング部
Claims (14)
- 導電部材を含む基体と、
前記基体上に配置され、第1面と、第1面の裏面である第2面と、第1面と第2面との間に側面と、を有する発光素子と、
前記基体と、前記第2面と、を接合するダイボンド樹脂と、
前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記側面と、前記第1面とを連続して覆う第1保護膜と、
前記第1保護膜を介して、前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記側面と、前記第1面とを連続して覆い、線膨張係数が前記ダイボンド樹脂よりも小さく前記第1保護膜よりも大きい第2保護膜と、
前記発光素子と前記導電部材とを電気的に接続するワイヤと、
を有し、
前記ワイヤと前記導電部材との接続部と、前記第1保護膜と、の間の前記導電部材を前記第2保護膜が覆う発光装置。 - 導電部材を含む基体と、
前記基体上に配置され、第1面と、第1面の裏面である第2面と、第1面と第2面との間に側面と、を有する発光素子と、
前記基体と、前記第2面と、を接合するダイボンド樹脂と、
前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記側面と、前記第1面とを連続して覆う第1保護膜と、
前記第1保護膜を介して、前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記側面と、前記第1面とを連続して覆い、線膨張係数が前記ダイボンド樹脂よりも小さく前記第1保護膜よりも大きい第2保護膜と、
を有し、
前記第1保護膜の厚みが40〜80nmであり、前記第2保護膜の厚みが40〜60nmである発光装置。 - 前記発光素子と前記導電部材とを電気的に接続するワイヤを有し、前記ワイヤと前記導電部材との接続部と、前記第1保護膜と、の間の前記導電部材を前記第2保護膜が覆う請求項2に記載の発光装置。
- 前記第1保護膜の厚みが40〜80nmであり、前記第2保護膜の厚みが40〜60nmである請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1保護膜の線膨張係数が0.5〜0.7ppmであり、前記第2保護膜の線膨張係数が7〜8ppmであり、前記ダイボンド樹脂の線膨張係数が200〜220ppmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1保護膜が酸化ケイ素であり、前記第2保護膜が酸化アルミニウムである請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1保護膜はピンホールを有し、前記ピンホールは前記第2保護膜により充填される請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- ダイボンド樹脂を用いて、発光素子と、導電部材を含む基体と、を接合する工程と、
前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記発光素子と、を連続して覆う第1保護膜を形成する工程と、
前記第1保護膜を介して前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記発光素子の表面と、を連続して覆い、線膨張係数が前記ダイボンド樹脂の線膨張係数よりも小さく且つ前記第1保護膜の線膨張係数よりも大きい第2保護膜を形成する工程と、
前記第2保護膜を形成する工程の前に、前記発光素子と、前記導電部材と、をワイヤによって電気的に接続する工程と、
を含み、
前記第2保護膜を形成する工程により、前記ワイヤと前記導電部材との接続部と、前記第1保護膜と、の間の前記導電部材を前記第2保護膜が覆う発光装置の製造方法。 - ダイボンド樹脂を用いて、発光素子と、導電部材を含む基体と、を接合する工程と、
前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記発光素子と、を連続して覆う第1保護膜を形成する工程と、
前記第1保護膜を介して前記基体と、前記ダイボンド樹脂と、前記発光素子の表面と、を連続して覆い、線膨張係数が前記ダイボンド樹脂の線膨張係数よりも小さく且つ前記第1保護膜の線膨張係数よりも大きい第2保護膜を形成する工程と、
を含み、
前記第1保護膜の厚みが40〜80nmであり、前記第2保護膜の厚みが40〜60nmである発光装置の製造方法。 - 前記第2保護膜を形成する工程の前に、前記発光素子と、前記導電部材と、をワイヤによって電気的に接続する工程を含む、請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2保護膜を形成する工程により、前記ワイヤと前記導電部材との接続部と、前記第1保護膜と、の間の前記導電部材を前記第2保護膜が覆う請求項10に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1保護膜の厚みが40〜80nmであり、前記第2保護膜の厚みが40〜60nmである請求項8に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1保護膜をスパッタリングで形成し、前記第2保護膜を原子層堆積法で形成する請求項8〜12のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1保護膜が酸化ケイ素であり、前記第2保護膜が酸化アルミニウムである請求項8〜13のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
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