JP6197696B2 - 発光装置の製造方法及び発光装置 - Google Patents
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Description
1.(a)樹脂成形体が導電部材と一体的に形成されている又は導電部材を含む基板上に形成されている発光装置用支持体を準備し、
(b)前記樹脂成形体の表面に、Ni、Ti、Zr、Al、Si、In及びSnから選択される1種以上の元素の島状膜を形成し、
(c)その後、前記発光装置用支持体上に発光素子を搭載し、前記発光素子と前記導電部材とを電気的に接続する発光装置の製造方法。
2.樹脂成形体が導電部材と一体的に形成されている又は導電部材を含む基板上に形成されている発光装置用支持体、及び該発光装置用支持体に搭載された発光素子を備え、
前記樹脂成形体の表面に、少なくとも一部が酸化した、Ni、Ti、Zr、Al、Si、In及びSnから選択される1種以上の元素の島状膜が配置されている発光装置。
(工程(a))
まず、樹脂成形体が導電部材と一体的に形成されている又は樹脂成形体が導電部材を含む基板上に形成されている発光装置用支持体を準備する。
発光装置用支持体は、より具体的には、例えば、導電部材としてのリードフレームに樹脂成形体が任意に凹部を有して一体的に形成されたもの、導電部材としての配線を有する基板(配線基板)上に樹脂成形体が枠状の突起として形成されたもの等が挙げられる。
導電部材に銀を含む反射膜を形成する方法は特に限定されず、めっき法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法等の種々の方法が挙げられる。その膜厚は、発光素子からの光を有効に反射させることができる膜厚であればよく、例えば20nm〜10μm程度であり、50nm〜5μm程度が好ましく、100nm〜3μm程度がより好ましい。
導電部材の厚み及び形状は、特に限定されず、当該分野で公知の範囲において適宜設定することができる。
樹脂成形体の形状は、特に限定されるものではなく、平板状であってもよいが、意図する方向への発光効率を考慮して、反射用側壁を備えていることが好ましい。
言い換えると、樹脂成形体は、その中央付近に凹部を備えており、その凹部の底面に導電部材の一部が露出するように形成される。凹部は、通常、底面側の平面積が上面側の平面積よりも小さい円錐台又は角錐台及びこれらに近似する形状となっており、凹部を構成する側壁が、反射用側壁として機能する。
樹脂成形体及び凹部の大きさは、特に限定されるものではなく、発光素子の搭載数、目的とする発光装置の性能等によって適宜調整することができる。
樹脂成形体は、当該分野で公知の方法、例えば、射出成形法、トランスファー成形法、滴下(ポッティング)法、印刷法等を利用して形成することができる。
樹脂成形体の表面に、Ni、Ti、Zr、Al、Si、In及びSnから選択される1種以上の元素(以下「特定元素」ということがある)の島状膜を形成する。樹脂成形体が反射用側壁を有する場合には、反射用側壁の表面に特定元素の島状膜を形成することが好ましい。反射用側壁は、発光装置用支持体の反射機能を担う部位であり、その劣化が発光効率に影響しやすいからである。なお、ここでいう反射用側壁の表面とは、内壁面、上面及び外面を含んでもよい。
樹脂成形体は、発光装置の製造工程において、高温雰囲気下に曝されることにより、着色することがあり、反射率の低下に繋がる劣化を生じることがある。特に、この劣化は、酸素を含む雰囲気下において促進されることから、樹脂成形体の酸化に起因していると考えられる。そこで、樹脂成形体の表面に特定元素の島状膜を形成することによって、その島状膜を優先的に酸化させ、それにより樹脂成形体の酸化を抑制することができる。また、特定元素の島状膜、結果的に得られた一部が酸化された特定元素の島状膜又は実質的に全てが酸化された特定元素の島状膜(以下、単に「特定元素の島状膜等」ということがある)が光を散乱させる機能を有する場合には、樹脂成形体の劣化にかかわらず、樹脂成形体(特に、反射用側壁)の反射機能を補って、発光効率を高めることができる。
ここで、実質的とは、10%程度以下の非酸化の形態が含まれる程度を許容することを意味し、好ましくは、5%程度以下であり、より好ましくは、3%程度以下である。
ただし、島状膜を構成する元素は、導電部材の表層の主成分である金属と異なるものとする。
一般に、金属材料は、原子が規則正しく配列した構造(結晶構造)を有しているが、金属材料において全て同じ原子配列を有しているものではなく、配列の向きが異なる領域(結晶粒)が多数集まった構造を有している。そして、上述した劣化は、主として、導電部材の表層を構成する金属の結晶粒が粗大化(結晶成長)し、表面が凹凸化することに起因する。特に、上述した反射膜を構成する銀は、結晶粒の粗大化を生じやすい金属である。そこで、導電部材の表面に特定元素の島状膜を形成することによって、その島状膜の特定元素の粒子が導電部材の表層を構成する金属の結晶粒界に偏析又は拡散し、導電部材の表層を構成する金属の結晶粒の粗大化を抑制することができる。導電部材の表面に銀を含む反射膜が配置されている場合には、この効果は顕著である。また、特定元素の島状膜等が光を散乱させる機能を有することにより、導電部材の劣化にかかわらず、導電部材の反射機能を補って、発光効率を高めることができる。このようなことから、特定元素の島状膜等は、導電部材の表面にも形成することが好ましい。また、特定元素の粒子が導電部材の表層中に含有されていることがより好ましい。
特定元素の島状膜は、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法等の種々の方法により形成することができる。なかでも、スパッタ法は、比較的均一な膜が得られやすく、成膜時の原料の粒子のエネルギーが比較的大きいため、特定元素の島状膜等の成膜面への付着力が大きく、さらに特定元素の粒子を導電部材の表層中に混入させやすいため、好ましい。島状膜の厚みは、成膜装置の設定膜厚により制御可能であるが、設定膜厚から若干ずれることもあるため、そのシフト量を考慮して成膜装置の設定膜厚で制御することが好ましい。
島状膜とは、互いに離間して存在する複数の部位(島)からなる膜である。従って、島状膜は、ガス及び水分を遮断せず、むしろ、ガス及び水分が通過するように、樹脂成形体の表面及び/又は導電部材の表面を海状に露出する。例えば、単位面積当たりの島状膜の占有割合は、0.5〜50%程度が好ましく、1〜30%程度がより好ましい。また、隣接する島と島の間隔を電子顕微鏡で観察すると、0.1〜100nm程度が好ましく、1〜20nm程度がより好ましい。島状膜の1つの部位(島)の形状は、特に限定されず、粒状、繊維状、樹枝状等が挙げられる。
このような島状膜は、その空隙部に露出される下地、つまり樹脂成形体の表面及び導電部材の表面の光学的機能を利用することができる。また、導電部材の意図しない短絡を回避することができる。
上述したように、樹脂成形体の表面に特定元素の島状膜を形成した後、発光装置用支持体上に発光素子を搭載し、且つ発光素子と導電部材とを電気的に接続する。
発光装置の製造工程中の熱履歴は、少なくとも、発光素子の搭載(ダイボンディング工程)及び/又は電気的接続工程(例えば、ワイヤボンディング工程)において負荷される。さらに、透光部材による被覆工程(封止工程)等においても負荷される。従って、特定元素の島状膜等は、発光装置用支持体上への発光素子の搭載工程の後又は発光素子の導電部材との電気的接続工程の後に形成してもよい。この場合、特定元素の島状膜等は、発光素子上及びワイヤ上にも形成されることがある。これらの工程の熱履歴の温度範囲としては、例えば100〜350℃程度であり、なかでも150〜320℃程度の場合が多い。
このような発光素子は、同じ面側にn電極及びp電極が形成された片面電極のものであってもよいし、n電極とp電極が互いに反対側となる2つの面(例えば上面と下面)に各々形成された両面電極のものであってもよい。
(ii)片面電極の発光素子のフリップチップ搭載の場合及び(iii)両面電極の発光素子の場合には、銀、金、パラジウム等の導電性ペースト、銅、金、銀、低融点金属等の金属含有材料、例えば、SnPb系、SnAgCu系、AuSn系、SnZn系、SuCu系等の半田、低融点金属のろう材等の導電性の接合部材を用いることができる。この場合、通常、発光素子の搭載と同時に、発光素子と導電部材との電気的な接続も行うことになるが、発光素子直下に存在する特定元素の島状膜が酸化して導電性を失っていたとしても、それが島状であるため、発光素子と導電部材との電気的接続が妨げられることはない。
上述した(ii)及び(iii)の形態で発光素子を搭載する場合には、この発光素子と導電部材とを電気的に接続する工程の一部又は全部を、先の発光素子の搭載工程と同時に行ってもよい。
上述した(i)の形態で発光素子を搭載する場合、発光素子を発光装置用支持体上に搭載した後に発光素子と導電部材とを電気的に接続する工程を行うことが好ましい。
本発明の発光装置用支持体は、上述したように、導電部材と、その導電部材と一体的に形成されている又はその導電部材を含む基板上に形成されている樹脂成形体と、を備える。
上述した(a)及び(b)の工程によって、この発光装置用支持体は、少なくとも樹脂成形体(特に、反射用側壁)の表面に、好ましくは導電部材の表面にも、特定元素の島状膜等を備える。
このような特定元素の島状膜等を備える支持体は、発光装置を形成するための発光素子搭載基材として利用することができる。この支持体を用いて発光装置を製造することにより、その製造工程中の熱履歴による支持体の劣化を効果的に抑制することができる。その結果、従来に比べ発光効率の高い発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、樹脂成形体が導電部材一体的に形成されている又は導電部材を含む基板上に形成されている発光装置用支持体、樹脂成形体(特に反射用側壁)の表面に形成された特定元素の島状膜等(発光装置の形態では、少なくとも一部が酸化した特定元素の島状膜となっていることが多い)及びこの支持体に搭載された発光素子を備える。このような発光装置は、製造工程中の熱履歴による樹脂成形体の劣化が抑えられ、樹脂成形体(特に、反射用側壁)の反射機能が高く維持されている。よって、従来に比べ発光効率を向上させることができる。
特定元素の島状膜等が導電部材の表面に形成されている場合、製造工程中の熱履歴による導電部材の劣化を抑えることができ、導電部材の反射機能を高く維持することができる。その結果、従来に比べ発光効率を向上させることができる。
特に、導電部材の表面、樹脂成形体(特に、反射用側壁)の表面に形成された、特定元素の島状膜等は、発光装置の製造後においても、導電部材及び樹脂成形体の劣化を抑制する保護膜として機能させることができる。その結果、長寿命で、発光効率の高い発光装置を提供することができる。また、特定元素の島状膜等が光を散乱させる機能を有することにより、導電部材及び樹脂成形体(特に、反射用側壁)の反射機能を補って、発光効率を高めることができる。特に、特定元素の島状膜の実質的に全てが酸化物であれば、島状膜での光吸収を低減でき、発光効率をより高めやすい。
この透光部材は、反射用側壁上においては、特定元素の島状膜等を介して配置されている。透光部材は、発光素子を被覆する。より具体的には、透光部材は、発光素子上においては、発光素子の上面の略全面(好ましくは、ワイヤが存在する場合には、ワイヤの接続部位も含めて)に接触するように配置されていることが好ましく、発光素子の側面にも接触するように配置されていることがより好ましい。
ここで、透光とは、発光素子から出射された光を例えば70%程度以上、好ましくは80%程度以上、より好ましくは90%程度以上、最も好ましくは95%程度以上透過させる性質を意味する。
蛍光物質は、発光素子からの光を変換させるものであり、透光部材を通して外部へ出射される光の色度を変えることができる。蛍光物質は、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム等が挙げられる。
発光装置用支持体11は、表面が反射膜12aで被覆された基材12bからなる導電部材12に、一面において中央付近に凹部を有する樹脂成形体13が一体的に成形されて構成されている。この支持体11における樹脂成形体13は、反射用側壁13aが凹部の内側面を構成している。また、この支持体11には、凹部底面の導電部材12上から、樹脂成形体の反射用側壁13aの内壁面、さらに反射用側壁13aの上面及び外面にまで及ぶ、実質的に全てが酸化した特定元素の島状膜14bが形成されている。
この酸化した特定元素の島状膜14bは、例えば、図1Cに示すように、模式的に、黒色で示す島(膜部分)が、白色で示す海に囲まれ、この島状膜14bで被覆された反射用側壁13a、反射膜12aの表面の一部を微視的に露出している。このような膜は、以下に示すいずれの材料のいずれの設定膜厚でも、同様に観察され、例えば、単位面積当たりの島状膜の占有割合は、1〜5%程度である。
支持体11の凹部底面の導電部材12上には、発光素子15がフェイスアップで搭載されており、かつ、発光素子15の上面における電極は、導電部材12とワイヤ16によって電気的に接続されている。
発光素子15が搭載された樹脂成形体13の凹部には、透光部材17が充填されている。
まず、図2Aに示すように、発光装置用支持体11を準備する。この発光装置用支持体11は、その表面に反射膜12aが配置された導電部材12上に、反射用側壁13aを有する樹脂成形体13を、射出成形法によって形成したものである。ここで用いた導電部材12は、例えば、鉄入り銅の基材12bにAgめっき膜が反射膜12aとして形成されたリードフレームである。ただし、導電部材12は、例えば、鉄入り銅の基材12bのみで形成されたリードフレームであってもよい。樹脂成形体13の材料は、例えば、酸化チタンと珪酸カルシウムを含有するポリアミド樹脂である。
ここでの特定元素の島状膜14aは、スパッタ装置で、Ti、Ni及びZrのそれぞれのターゲットを用いて、以下のように設定膜厚を変えてこれら複数の金属膜を成膜する。チタン膜:0.125nm、0.25nm、0.5nm、1.0nm、2.0nm、4.0nm、ニッケル膜:0.11nm、0.23nm、0.45nm、ジルコニウム膜:0.21nm、0.43nm、0.86nm。
続いて、図2Dに示すように、発光素子15と導電部材12とを、金からなるワイヤ16を用いたワイヤボンディングによって、電気的に接続する。
最後に、発光装置の樹脂成形体13の凹部内に、透光部材17として、蛍光物質としてYAG:Ceを含むフェニルシリコーン樹脂をポッティングにより充填し、加熱により硬化させて、発光装置を完成させる。特定元素の島状膜14aは、これらの工程における熱履歴により酸化が促進され、その実質的に全てが酸化物の島状膜14bとなる。
この結果では、比較例の発光装置の光束を100として、実施例の発光装置の光束を示す。
実施例の発光装置はいずれも、特定元素の島状膜の導電部材及び反射用側壁の表面被覆によって、これらの劣化が抑制され、比較例の発光装置に比べて同等以上の光束が得られることが確認される。特に、設定膜厚が2nmまでの特定元素の島状膜が形成された発光装置においては、比較例の発光装置に比べて光束が有意に大きくなることが確認される。
一方、比較例の発光装置では、工程の熱履歴により、導電部材の表面においてAgの粗粒化が認められ、さらに、樹脂成形体の側壁表面の劣化が起こることが確認される。
特定元素の島状膜(ニッケル膜;設定膜厚0.45nm)の形成を、樹脂成形体を形成する前の導電部材の表面のみにすること以外は同様に作製した発光装置と比べても、実施例の発光装置は、光束が有意に大きくなることが確認される。
11 発光装置用支持体
12 導電部材
12a 反射膜
12b 基材
13 樹脂成形体
13a 反射用側壁
14a 特定元素の島状膜
14b 酸化した特定元素の島状膜
15 発光素子
16 ワイヤ
17 透光部材
Claims (13)
- (a)樹脂成形体が銀を含む反射膜をその表面に有する導電部材と一体的に形成されている又は樹脂成形体が銀を含む反射膜をその表面に有する導電部材を含む基板上に形成されている発光装置用支持体を準備し、
(b)前記樹脂成形体の表面に、Ni、Ti、Zr、Al、Si、In及びSnから選択される1種以上の元素の島状膜を、0.1〜10nmの範囲内の厚みで形成し、
(c)その後、前記発光装置用支持体上に発光素子を搭載し、該発光素子と前記導電部材とを電気的に接続する発光装置の製造方法。 - 前記島状膜を、さらに前記導電部材の表面に形成する請求項1に記載の方法。
- 前記島状膜を、スパッタ法によって形成する請求項1又は2に記載の方法。
- 前記樹脂成形体が、熱可塑性樹脂を母材とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
- 前記樹脂成形体が、反射用側壁を有し、
前記島状膜を、前記反射用側壁の表面に形成する請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。 - 樹脂成形体が銀を含む反射膜をその表面に有する導電部材と一体的に形成されている又は樹脂成形体が銀を含む反射膜をその表面に有する導電部材を含む基板上に形成されている発光装置用支持体及び該発光装置用支持体に搭載された発光素子を備え、
前記樹脂成形体の表面に、少なくとも一部が酸化した、Ni、Ti、Zr、Al、Si、In及びSnから選択される1種以上の元素の、0.1〜10nmの範囲内の厚みを有する島状膜が配置されている発光装置。 - 前記島状膜が、前記導電部材の表面に形成されている請求項6に記載の発光装置。
- 前記島状膜の実質的に全てが酸化物である請求項6又は7に記載の発光装置。
- 前記島状膜の前記元素は、前記導電部材の表層の主成分である金属と異なり、
前記島状膜の前記元素の粒子が前記導電部材の表層中に含有されている請求項6〜8のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記樹脂成形体は、熱可塑性樹脂を母材とする請求項6〜9のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記島状膜が、前記導電部材の表面に形成されており、
前記発光素子は、前記導電部材の表面に形成された前記島状膜上に搭載されている請求項6〜10のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記樹脂成形体が、反射用側壁を有し、
前記島状膜が、前記反射用側壁の表面に形成されている請求項6〜11のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記反射用側壁に囲まれる部位に、前記発光素子を被覆する透光部材を備え、
前記反射用側壁の表面が、前記島状膜を介して前記透光部材により被覆されている請求項12に記載の発光装置。
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