JP6332342B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、溝部は凹部の側面から離間して発光素子の近傍を取り囲むように配置される。この場合の「取り囲む」とは、線状の溝部の内側、又は点状の溝部のそれぞれの辺を繋いだ外周形状の内側に発光素子が載置されることを指す。
本開示に係る発光装置のパッケージは、例えば、配線を備えるセラミック等の絶縁性基板、又は鉄、銅、銀、コバール、ニッケル板等の金属板が成形体に埋設された樹脂パッケージを用いることができる。金属板は、電極部(後述する一対のリード)を少なくとも有し、それ以外に放熱を目的とする部位等を有していてもよい。この場合の「電極部」とは、発光素子の電極と電気的に接続される部位のことをいう。
透光性樹脂は溝部の内面の少なくとも一部と接するように形成される。これにより、発光素子からの熱で光反射性樹脂が膨張して発光素子の側面に這い上がる応力が発生したとしても、透光性樹脂(特に、溝部の内面に位置する透光性樹脂)がその応力に対して反対方向の応力をかけることができる。その結果、光反射性樹脂が発光素子の側面を覆い、外部に取り出されず光が損失することを防止することができる。また、透光性樹脂が溝部の内面の少なくとも一部と接することで、透光性樹脂とパッケージとの密着性が向上する。したがって、発光素子が発熱したとしても、発光装置の光取り出し効率が低下することを防止しつつ、信頼性の高い発光装置とすることができる。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある点も留意されたい。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
実施形態1に係る発光装置について説明する。図1Aは本開示の1つの実施形態に係る発光装置100を示す模式斜視図であり、図1Bは本開示の1つの実施形態に係る発光装置100を示す模式平面図であり、図1Cは図1BのA−A断面を示す模式断面図であり、図1Dは図1Cの破線で囲んだ部分を拡大した図である。
発光装置100は、凹部2を有するパッケージ1と、凹部2の底面に実装される発光素子4と、発光素子4を被覆する透光性樹脂5と、凹部2の側面から凹部2の底面に形成された溝部3までに連続して形成される光反射性樹脂6とを有する。
以下の説明では、パッケージ1の詳細を成形体7と一対のリード8が一体に形成された樹脂パッケージの場合を例示して説明する。
パッケージ1は、成形体7と一対のリード8を構成要素として備える。図1Cで示すように、パッケージ1は凹部2を有し、凹部2は成形体7の内側面と一対のリード8の上面の一部とから構成される。つまり、一対のリード8の上面の少なくとも一部は凹部2の底面において成形体7から露出する。
一対のリード8は、成形体7から露出する上面の一部において発光素子4を載置する領域(以下、「素子載置領域X」ということがある)を有する。素子載置領域Xは後述する溝部3によって画定される。
素子載置領域Xは、その上に配置される発光素子4の外周に対応した形状で、発光素子4の平面形状に対応する形状を有する部位を指す。つまり、素子載置領域Xの外形は、その上に配置される発光素子4の外周形状と一致、若しくは略一致(例えば、±10%以内の面積割合)する形状を有する。
1つの素子載置領域X上に配置される発光素子4は1つであってもよいし、2つ以上でもよい。発光素子4が2つ以上ある場合は、2つ以上の発光素子4が配置されたときの最外形を、上述した発光素子4の外周形状とみなすことができる。また素子載置領域Xは複数個あってもよく、この場合各々の素子載置領域Xに1つ又は2つ以上の発光素子4が配置される。
一対のリード8は母材と、母材を被覆するメッキ層とを有する。母材の材料として、Fe、Ni、Co,Ti,Sc,Nb,Zn,Zr,W,Mo,Ta,Cu,Al,Au,Pt,Ag,Rh,Ru,Pd,Os,Ir,Hf,V,Mn,Cr,La,Y,Sn等の金属又はこれらの合金が挙げられる。これらは単層であってもよいし、積層構造(例えば、クラッド材)であってもよい。主成分としては、Fe,Ni,Cuを用いるものが好ましい。また、微量含有元素としてSi及びPなどの非金属が含まれていてもよい。また、メッキ層の材料としては、Ni,Pd,Au,Ag又はこれらの合金等があげられる。
一対のリード8の最表面にAgメッキ層が配置される場合は、Agメッキ層の表面に酸化ケイ素等の保護層が設けられることが好ましい。これにより、大気中の硫黄成分等によりAgメッキ層が変色することを抑制することができる。保護層の成膜方法は、例えばスパッタ等の真空プロセスによって成膜することができるが、その他の既知の方法を用いることができる。保護層は発光素子4を実装しワイヤを張った後で、かつ光反射性樹脂6を設ける前に形成されてもよいし、光反射性樹脂6を形成した後に凹部2の露出する部分に部分的に形成されてもよい。
一対のリードの膜厚は、例えば、100〜1000μm程度が挙げられる。
成形体7は一対のリード8を固定する部材である。成形体7としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂によって形成することができる。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物、ポリフタルアミド(PPA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ABS樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、PBT樹脂等の樹脂が挙げられる。特に、熱硬化樹脂が好ましい。なかでも、成形体7は、発光素子4からの光に対する反射率が60%以上であるものが好ましく、より好ましくは70%、80%又は90%以上であるものが好ましい。
また、成形体7には、発光装置のコントラストを向上させるために、発光装置の外光(多くの場合、太陽光)に対して光反射率が低いものを用いてもよい。この場合、通常は黒色ないしそれに近似した色であることが好ましい。この時の充填剤としてはアセチレンブラック、活性炭、黒鉛などのカーボンや、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物、もしくは有色有機顔料などを目的に応じて利用することができる。
溝部3は、素子載置領域Xを取り囲むように、凹部2の底面に露出する一対のリード8の上面に形成される。溝部3は、外側上端縁Pと内側上端縁Qを有する。外側上端縁Pとは、図1Dで示すように、溝部3の上面で幅方向に対向する2つの縁部(上端縁)のうち、素子載置領域Xから遠い縁部であり、内側上端縁Qとは、素子載置領域Xに近い縁部である。溝部3は、成形体7を成型する前の一対のリード8に予め形成されていてもよいし、樹脂パッケージ1を形成した後に溝部3を形成してもよい。
さらに、図2Dで示すように、素子載置領域Xに複数の発光素子4が載置される場合、複数の発光素子4は、平面視において上下方向又は左右方向にずれて配置されることが好ましい。このような配置にすることで、発光素子4の側面方向に出る光が隣接する別の発光素子4に吸収されることを抑制することができる。この場合、1つの発光素子の側面から隣接する発光素子の同方向の側面までの平面上の距離は、平面視における発光素子4の長辺側の長さ(発光素子4が正方形の場合は1辺の長さ)をLとすると、好ましくはL/10より大きく、さらに好ましくはL/3より大きく、特に好ましくはLより大きい。
また、図2C〜図2Eに示すように、発光素子4の側面から溝部3までの距離は一律ではなく異なっていてもよい。これにより、発光素子4と光反射性樹脂6までの距離を任意の方向において長くすることや短くすることができるので、発光装置自身の配光を任意に制御することができる。
プレス加工で溝部3を形成する場合は、工具を用いてリードフレームの第1主面に強い力を加えることで溝部3を形成することができる。このようにすることで、リードフレームを貫通しない溝部3を形成することができる。また、加工器具の先端形状を変更することで、溝部3の形状(平面視形状や深さ方向の形状)や深さなどを変更することができる。この時の溝部3の深さは、特に限定されないが、好ましくは金属板の板厚の5〜70%、より好ましくは10〜65%である。図3A〜図3Cは図1Bの破線で囲んだ部分を拡大した図である。図3Aでは、断面がV字状(三角形)になるように形成しているがこれに限るものではなく、四角形、長方形、台形などの多角形形状であってもよい。
エッチング加工で溝部3を形成する場合は、例えばエッチング液を利用したウェットエッチング法が挙げられる。この場合、リードフレームの一面に意図する形状をマスクする又は開口するマスクパターンを利用して、リードフレームに溝部3を機械加工では困難な微細な加工をすることができる。
その他の加工として、メッキ層の層厚の差によって溝部3を形成することができる。一対のリード8は、発光素子4からの光を効率よく取り出すためのメッキ層を有する。メッキ層はリードフレームを加工(パターン化)した後に形成することが好ましい。
具体的なメッキ層の形成方法としては、図4Aで示すように、リードフレームの母材C(Cu等)の上に、母材Cの拡散を防ぐAu、Ni、Pdを主成分とするメッキ層又はその組み合わせ等のバリア層Bを形成する。そして、溝部3に対応する位置にマスクを形成し、高反射率を有する例えばAgを主成分とする反射層Reをバリア層Bの上に形成する。このように形成することで、Agメッキ層が形成される肉厚部T1と、Agメッキ層が形成されない肉薄部T2を形成することができ、肉厚部T1と肉薄部T2との層厚の差(高低差)によって形成される部位が溝部3となる。Agメッキ層は大気中の硫化ガス等の腐食ガスにより変色しやすいが、このような配置にすることで、腐食しやすいAgメッキ層の露出面積を小さくすることができる。したがって、凹部2に侵入してきた腐食ガスによる一対のリード8の変色を抑制することができる。
また別のメッキ層の形成方法としては、図4Bに示すように、リードフレームの母材C(Cu等)の上に、例えばNiを主成分とする第1のバリア層B1を形成し、次に溝部3に対応する位置にマスクを形成し例えばAu、Pdを主成分とするメッキ層又はその組み合わせの第2のバリア層B2を形成する。そして、膜厚が均一な例えばAgを主成分とする反射層Reをバリア層B1、B2の上に形成する。このように形成することで、溝部3の内面はAgメッキが配置されることになる。したがって、リードフレーム及び溝部3の最表面は光反射率の高い反射層Reが配置されるので、発光素子4から出る光を効率よく取り出すことができる。
透光性樹脂5は、発光素子4を被覆し溝部3の内面の少なくとも一部と接する。このように、透光性樹脂5が溝部3の内面の少なくとも一部と接することで、発光素子4からの熱で光反射性樹脂6が膨張して発光素子4の側面に這い上がる応力が発生したとしても、透光性樹脂5(特に、溝部3の内面に位置する透光性樹脂5)がその応力に対して反対方向の応力をかけることができる。その結果、光反射性樹脂6が発光素子4の側面を覆い、発光素子4からの光が外部に取り出されずに光が損失することを抑制することができる。また、透光性樹脂5が溝部3の内面の少なくとも一部と接することで、透光性樹脂5と一対のリード8との密着性が向上する。したがって、発光素子4が発熱したとしても、発光装置の光取り出し効率が低下することを防止しつつ、信頼性の高い発光装置とすることができる。
さらに、透光性樹脂5には、発光素子4からの発光の波長を変換する材料(蛍光体等)の粒子を分散させてもよい。蛍光体としては、具体的には、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、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウム及び/若しく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(カルシウムの一部をストロンチウムで置換可)、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、ユウロピウムで賦活されたアルミン酸ストロンチウム、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムなどを用いることができる。
光反射性樹脂6は、凹部2の側面から溝部3の外側上端縁Pまで連続して形成される。光反射性樹脂6は発光素子4から出射される光を凹部2の開口側に偏向させる役割を持つ。この場合の連続とは、図1Cで示すように凹部2の側面から溝部3に渡って全体的に連続して形成されていてもよいし、図2Fで示すように光反射性部材6が複数に分かれて形成されている場合であってもよい。また、図5で示すように、光反射性樹脂6の反射面は凹部2の底面から凹部2の開口に向かって傾斜している。光反射性樹脂6の反射面の上端部と下端部とを結ぶ線と凹部2の底面により形成される傾斜角αは、成形体7の傾斜面の上端部と下端部とを結ぶ線と凹部2の底面により形成される傾斜角βよりも小さいことが好ましい。このように配置することで、発光素子4から出射される光が光反射性樹脂6で反射された後、その反射光が発光素子4側へ戻ることを抑えることができ、発光装置の光取り出しが良好となる。
光反射性樹脂6は成形体7よりも光や熱による変色がしにくい耐変色性に優れた樹脂を用いることが好ましい。発光素子4からの光や熱が直接触れる部位は特に変色が起きやすいので、例えばエポキシ系樹脂の成形体7の表面を、成形体7よりも耐変色性に優れたシリコーン系樹脂等の光反射性樹脂6で被覆することが好ましい。
光反射性樹脂6は高い粘度を有していることが好ましい。例えば、光反射性樹脂6の粘度は1〜100Pa・s、より好ましくは5〜10Pa・sである。これにより、光反射性樹脂6を形成する際に、光反射性樹脂6が溝部3の内側上端縁Qを超えて発光素子4の側面に達することを防止することができる。
発光素子4は、発光ダイオード素子などの半導体発光素子を用いることができる。発光素子4は、種々の半導体で構成される素子構造と、正負一対の電極と、を有するものであればよい。特に、紫外〜可視域の発光が可能な窒化物半導体(InxAlyGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)の発光素子4が好ましい。このほか、緑色〜赤色発光のガリウム砒素系、ガリウム燐系半導体の発光素子でもよい。多くの発光素子4は、基板を有する。基板は、透光性であることが好ましいが、これに限定されない。基板の母材としては、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素などが挙げられる。正負一対の電極が同一面側に設けられている発光素子4の場合、各電極をワイヤでリード電極と接続してフェイスアップ実装される。正負一対の電極が互いに反対の面に各々設けられている対向電極構造の発光素子4の場合、下面電極が導電性接着剤でリード電極に接着され、上面電極がワイヤでリード電極と接続される。1つのパッケージに搭載される発光素子4の個数は1つでも複数でもよい。複数の発光素子4は、ワイヤにより直列又は並列に接続することができる。また、1つのパッケージに、例えば青色・緑色・赤色発光の3つの発光素子4が搭載されてもよい。
以下に、実施形態1に係る発光装置の製造方法の一例を説明する。
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、発光素子4が実装されたパッケージ1を準備する工程と、発光素子4の素子載置領域Xの周囲に光反射性樹脂6を形成する工程と、発光素子4を被覆し溝部3の内面に接する透光性樹脂5を形成する工程と、を有する。
まず、金属板をパンチングして一対のリード8を複数備えたリードフレームを形成する。そして、ウェットエッチングにより、一対のリード8の所定の位置に線状又は点状の溝部3を形成する。溝部3が形成された後に、リードフレームの表面にはNi、Pd、Au、Ag等のメッキ層が施される。また、リードフレームの表面のメッキ層は成形体7を形成した後に設けてもよい。その後、凸部を有する上金型と下金型を備える金型を用いて、溝部3を設けたリードフレームを挟み込む。凸部に挟みこまれる領域はパッケージ1の凹部2に相当し、凸部に挟みこまれない領域は空隙となりこの空隙に成形体7が形成される。この時、溝部3は上金型の凸部と下金型に挟み込まれるように配置される。これにより、溝部3が成形体7により埋没されることを防止することができる。
光反射性樹脂6を形成する工程では、発光素子4の素子載置領域Xを囲み、ワイヤの少なくとも一部を被覆するように形成する。この時、光反射性樹脂6はワイヤとリードフレームが接続されるボンディング領域を少なくとも被覆し、より好ましくはワイヤの長さの50%以上を被覆することが好ましい。このようにすることで、発光素子4から出射される光がワイヤによって吸収されることを抑制することができる。
また、ポッティングで光反射性樹脂6を形成する場合は、保護素子等の電子部品の一部を被覆又は全部が埋まるように光反射性樹脂6が設けることが好ましい。これにより、発光素子4からの光が保護素子等に吸収されることを防ぐことができる。
次に、発光素子4を被覆し溝部3の内面に接する透光性樹脂5を形成する。この時、透光性樹脂5には蛍光体粒子が含有されていることが好ましい。透光性樹脂5を形成する方法として、ポッティング等により形成することができる。
そして、リードフレームを個々の発光装置に個片化する。この時の個片化の方法としては、リードカット金型やダイシングソーによる切断や、レーザー光による切断等の種々の方法を用いることができる。
実施形態2に係る発光装置200A、200Bについて説明する。図7Aは本開示の実施形態に係る発光装置200Aを示す模式平面図であり、図7Bは図7Aの破線で囲んだ部分を拡大した拡大図である。また、図7Cは発光装置200Aの変形例を示す模式平面図である。発光装置200Aは、光反射性樹脂6が、溝部3の分離領域から発光素子4側に入り込むように形成されている点で、実施形態1に係る発光装置100と異なる。
発光素子4の電極から延びるワイヤは延伸部9に被覆されるように配置される。これにより、光反射性樹脂6がワイヤのより多くの領域を被覆することができるので、発光素子4から出た光がワイヤによって吸収される割合を抑えることができる。
また、延伸部9に用いられる光反射性の樹脂と、光反射性樹脂6は同じ部材であってもよいが、異なる部材であってもよい。さらに延伸部に用いられる光反射性の樹脂は光反射性樹脂6よりも粘度が高い樹脂であることがより好ましい。これにより、光反射性樹脂6が発光素子4に当接することを効果的に防止することができる。
発光素子4の電極から延びるワイヤは延伸部9に被覆されるように配置される。これにより、光反射性樹脂6がワイヤのより多くの領域を被覆することができるので、発光素子4から出た光がワイヤによって吸収される割合を抑えることができる。さらに、発光装置200Bでは、溝部3の角部の方向にワイヤが延びる発光装置と比べて、ワイヤの長さを短くすることができるので、発光素子4から出る光がワイヤによって吸収される割合をより抑えることができる。
実施形態3に係る発光装置について説明する。図8は実施形態3に係る発光装置の一部を示す模式断面図である。実施形態3に係る発光装置は、透光性樹脂5の蛍光体層とは異なる配合又は異なる組成の蛍光体層が溝部3に設けられる点で、実施形態1に係る発光装置100と異なる。
実施形態4に係る発光装置300について説明する。図9Aは本開示の1つの実施形態に係る発光装置300を示す模式平面図であり、図9Bは図9AのB−B断面を示す模式断面図であり、図9Cは図9Bの破線で囲んだ部分の拡大図である。
発光装置300は、溝部3が絶縁性部材に形成されている点で、溝部3が導電性部材(一対のリード8)に形成される発光装置100と異なる。
図9Cに示すように、凹部2の底面には絶縁性部材が配置され、溝部3は絶縁性部材の表面に形成される。配線(又は電極部)は溝部3を除く位置に形成される。この時、溝部3の内面に露出する絶縁性部材の表面粗さは、配線(又は電極部)を被覆するメッキ層の表面粗さよりも大きくなることが好ましい。これにより、溝部3の内面にメッキ層が配置される発光装置と比べて、溝部3と、溝部3の内面と接する透光性樹脂5又は光反射性樹脂6との接合力が向上し、信頼性の高い発光装置とすることができる。
実施形態5に係る発光装置400について説明する。図10Aは本開示の1つの実施形態に係る発光装置400を示す模式断面図であり、図10Bは図10Aの破線で囲んだ部分の拡大図である。発光装置400は、溝部3の代わりに底面凹部51を備え、光反射性樹脂6が底面凹部51で堰き止められている点で発光装置100と異なる。
図10Aで示すように、光反射性樹脂6は底面凹部51の側面上端縁Vまで連続して形成される。底面凹部51は、光反射性樹脂6が発光素子4の側面まで達することを抑制する堰き止め部として機能する。側面上端縁Vとは、図10Bで示すように底面凹部51の上面の縁部であり、換言すると、底面凹部51の側面と一対のリード8の第1主面Rとが交わる縁部である。
1 パッケージ
2 凹部
3 溝部
4 発光素子
5 透光性樹脂(透光性樹脂部)
6 光反射性樹脂(光反射性樹脂部)
7 成形体
8 一対のリード
9 延伸部
51 底面凹部
511 底面
F1 第1蛍光体
F2 第2蛍光体
M1 第1の蛍光体層
M2 第2の蛍光体層
B、B1、B2 バリア層
C 母材
Re 反射層
X 素子載置領域
P 外側上端縁
Q 内側上端縁
R 第1主面
V 側面上端縁
Claims (13)
- 側面と底面を備えた凹部を有し、前記底面において前記側面と離間し素子載置領域を取り囲む線状又は点状の溝部を備えたパッケージと、
前記素子載置領域に実装される少なくとも1つの発光素子と、
前記少なくとも1つの発光素子を被覆し、前記溝部の内面に接するとともに前記溝部内に一部が配置する透光性樹脂と、
前記凹部の側面から前記溝部の外側上端縁まで連続して形成され、光反射面を有する光反射性樹脂と、を備える発光装置。 - 前記パッケージは、
上面に開口を有し、前記凹部の側面を形成する成形体と、
前記凹部の底面において、少なくとも一部が前記成形体から露出される一対のリードと、を含む請求項1に記載の発光装置。 - 前記光反射性樹脂は前記溝部の内面の少なくとも一部を被覆する請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 前記パッケージは電極部を有し、
前記パッケージの電極部と前記発光素子とはワイヤによって電気的に接続され、
前記光反射性樹脂は、前記ワイヤのボンディング領域を被覆する請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記一対のリード表面のメッキは、膜厚の異なる肉厚部T1と肉薄部T2(T2<T1)とを有し、
前記溝部は前記肉厚部と前記肉薄部の高低差によって形成される請求項2を引用する請求項3または4に記載の発光装置。 - 前記光反射性樹脂の光反射率は、前記成形体の光反射率よりも高い請求項2を引用する請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記成形体は、酸化チタンを含む、請求項2を引用する請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記成形体は、アセチレンブラックまたはカーボンを含む、請求項2を引用する請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記溝部は、平面視において、X方向またはY方向において非線対称である、請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記リードは、前記溝部の周囲に前記リードの主面よりも高い部分を有する、請求項2を引用する請求項3乃至請求項9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記少なくとも1つの発光素子は、複数の発光素子からなり、
前記複数の発光素子は、平面視において、上下方向および左右方向の双方向でずれて配置される、請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の発光装置。 - 凹部を有し、前記凹部の底面において素子載置領域を取り囲む線状又は点状の溝部が設けられたパッケージを準備する工程と、
前記素子載置領域に発光素子を実装し、前記発光素子と前記パッケージの電極部とをワイヤによって電気的に接続する工程と、
前記素子載置領域を囲み、前記ワイヤの少なくとも一部を被覆し、かつ、前記溝部の内面の一部を少なくとも被覆しないように、前記凹部に光反射面を有する光反射性樹脂を形成する工程と、
前記発光素子を被覆し、前記溝部の内面に接するとともに前記溝部内に一部が配置する透光性樹脂を形成する工程と、を備える発光装置の製造方法。 - 前記光反射性樹脂を形成する工程において、前記光反射性樹脂はパッケージの角部又は端部に塗布される請求項12に記載の発光装置の製造方法。
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