JP7037044B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

従来より、照明や自動車のヘッドライト用等に、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が使用されている（例えば特許文献１、２）。

特許文献１に開示される発光装置の断面図を図８に示す。この図に示す発光装置１０００は、キャビティ１１８を有するベースケーシング１１２と、キャビティ１１８内に配置された半導体チップ１２０と、この半導体チップ１２０と外部電気端子１１４とを電気的に接続するワイヤ１２２と、キャビティ１１８内の半導体チップ１２０とキャビティ側壁との間に充填される充填物質１２８と、半導体チップ１２０をカプセル化するカプセル化物質１３２とを備えている。このようなカプセル化物質１３２には、エポキシド樹脂等が使用されている。

このように、カプセル化物質１３２で封止された発光装置１０００において、カプセル化物質１３２を構成する樹脂の熱膨張に起因するワイヤ１２２の断線が問題となっている。例えばカプセル化物質１３２にシリコーン樹脂を用いる場合、線膨張係数が大きく、高温になると膨張する。この結果、ワイヤ１２２を押し上げて断線するおそれがあり、改善の余地があった。

特開２００４－０４００９９号公報 特開２０１２－０９４６８９号公報

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、ワイヤの断線を抑制した発光装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一形態によれば、基体と、前記基体上に離間して配置されたサブマウント及び回路基板と、前記サブマウント上に配置された発光素子と、前記回路基板に形成された、前記発光素子と接続するための複数の配線部と、前記発光素子を、いずれかの前記配線部と接続するためのワイヤと、前記ワイヤと前記配線部との接続部分を覆うように形成され、側面を表出させた樹脂製の枠体と、前記ワイヤの下方で、前記サブマウントと前記回路基板の間に形成された溝部に配置された溝用樹脂部と、前記枠体で囲まれた領域に配置された封止樹脂部と、を備え、前記枠体と、前記溝用樹脂部とは連続するように形成されており、前記枠体と前記溝用樹脂部とを構成する樹脂材の線膨張係数を、前記封止樹脂部を構成する樹脂材の線膨張係数よりも大きくすることができる。

また他の形態によれば、内部に凹部を形成し、側面を表出させた樹脂製の枠体と、前記凹部内に配置されたサブマウントと、前記サブマウント上に実装された発光素子と、前記発光素子を被覆する封止樹脂部と、各発光素子を、回路基板と接続するためのワイヤと、を備える発光装置の製造方法であって、前記回路基板の間に、前記発光素子を前記サブマウント上に、溝部を隔てて配置する工程と、前記回路基板と発光素子を、前記ワイヤでワイヤボンディングにより接続する工程と、前記回路基板の上面に、前記枠体を形成する工程と、前記溝部に溝用樹脂を充填して、前記枠体と連続するように前記溝用樹脂部を形成する工程とを含み、前記枠体と前記溝用樹脂部を構成する樹脂材の線膨張係数を、前記封止樹脂部を構成する樹脂材の線膨張係数よりも大きくすることができる。

本発明に係る実施形態は、ワイヤの断線を抑制した発光装置及びその製造方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る発光装置を示す斜視図である。 図１の発光装置の分解斜視図である。 図１の発光装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の実施形態２に係る発光装置を示す斜視図である。 図４の発光装置の分解斜視図である。 実施形態に係る発光装置において樹脂が熱膨張する様子を示す模式断面図である。 実施例に係る発光装置の断面写真である。 従来の発光装置を示す模式断面図である。

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する発光装置及びその製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。なお、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。

なお以下、図中に示す「ｘ」方向を「横」方向、「ｙ」方向を「縦」方向、「ｚ」方向を「上下」方向又は「厚さ」方向と呼ぶことがある。なお、以下に示す実施の形態及び実施例の発光装置は、上面視において、横方向が長手方向となるものであるが、この限りではない。
［実施形態１］

本発明の実施形態１に係る発光装置を図１～図３に示す。これらの図において、図１は本発明の実施形態１に係る発光装置１００を示す斜視図、図２は図１の発光装置１００の分解斜視図、図３は図１の発光装置１００のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図を、それぞれ示している。

発光装置１００は、図１及び図２に示すように、筐体側凹部３を備える筐体２と、この筐体２の筐体側凹部３に嵌合される基体４と、この基体４上に設けられたサブマウント５と、このサブマウント５上に設けられた発光素子６と、この発光素子６からワイヤ１（図３参照）を介して接続されサブマウント５の周囲で基体４上に設置された回路基板７を備える。そして、発光装置１００は、一例として、回路基板７に形成された開口部７ａの周縁に枠体９が設けられ、その枠体９の内側に形成された凹部を、封止樹脂部８（図３参照）で封止している。
（筐体２）

筐体２は、絶縁性部材で構成される。この筐体２は、発光装置１００を搭載する部材から、発光素子６及び回路基板７までの沿面距離を確保すると共に、装置のケースの役割をするものである。この筐体２としては、絶縁耐圧性が確保でき、熱伝導率が絶縁物質のなかでも比較的高い材料が必要であり、さらには、耐熱性が高く熱膨張率の低い材料が好ましい。好適にはセラミックスを使用することが望ましい。筐体２を構成する材料として、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。

筐体２は、図１～図３に示すように、平面視において一方向に延長した六角形状としている。また六角形状の中央に、筐体側凹部３を形成している。筐体側凹部３は、側壁３ａと底壁３ｂで囲まれた直方体状に形成される。また筐体側凹部３は、基体４を収納して接合するとき、基体４の底面が筐体側凹部３の底壁３ｂの表面に当接するように形成されている。さらに筐体側凹部３の側壁３ａは、基体４の上面までの範囲で形成されており、ここでは、側壁３ａの上面が基体４の上面と同一平面になるように形成されている。

また筐体側凹部３の長手方向において、筐体２の頂部をそれぞれＵ字状に窪ませ、さらに取付部２ｂを形成している。取付部２ｂは取付溝や取付穴等として、発光装置１００を照明器具等の所定位置に固定ボルトＢｔ等で固定できるようにしている。

筐体側凹部３は、基体４を嵌合するためのものである。この筐体側凹部３は、底壁３ｂの厚みとして、例えば、照明器具として屋外灯具で使う際に要求されるＡＣ５ｋＶ程度の絶縁耐圧性が確保でき、かつ熱伝導をできるだけ妨げないような厚みにすることが望ましい。底壁３ｂは、アルミナを筐体２として用いた場合は、一例として、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下の厚みが望ましい。このとき、筐体２は、板状のアルミナに比べ、箱型ケース状に成形されていることから、底壁３ｂの厚みを薄くしても強度が確保しやすく、割れ、反り、ゆがみ等の発生を抑制することができる。

筐体側凹部３は、図３に示すように、底壁３ｂの厚みよりも、側壁３ａの厚みが大きくなるように構成されている。側壁３ａは、厚みをもたせることで、空気中への放熱が効率よく行われる。具体的には、基体４から熱を受け取り、一時的に蓄熱し、側壁内で拡散し、効率的に外側へ熱を放射することができる。また、側壁３ａは、後記する照明器具３０の金属筐体３０ａ側の広い範囲に熱を伝達して拡散放熱の効率を上げると共に、沿面距離を大きく取ることが可能となる。また、底壁３ｂは、側壁３ａより薄くすることで、照明器具等に組み込んだ際に、ヒートシンク等に早く熱を伝達して拡散放熱の効率を上げることができる。
（基体４）

図２及び図３に示すように、基体４は、ここでは、上面と下面とが同一形状となる立体形状に、具体的には直方体形状に形成されている。そして、基体４の側面及び底面は、筐体２の筐体側凹部３に嵌合して筐体側凹部３の側壁３ａの内面及び筐体側凹部３の底壁３ｂにそれぞれ接触するように平坦面に形成されている。基体４は、筐体２の筐体側凹部３の深さと同等かそれ以上の厚みとなるように形成されている。このような構成により、基体４から筐体２へ効率よく放熱される。

基体４としては、熱伝導率の高い材料が好ましく、例えばＡｌ、Ｃｕ又はそれらの合金材料などが望ましい。さらに、筐体２やサブマウント５との接合信頼性を考慮すると、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率の小さいものが望ましく、例えば、Ｃｕ－Ｍｏ積層材料やＡｌ－Ｃ複合材料、Ａｌ－ＳｉＣ複合材料などを使用することがより好ましい。特に、基体４としてＡｌ－Ｃ複合材料を使用すると、熱伝導率に異方性があるので、熱伝導率の高い方向を厚み方向に用いることにより、底面における熱密度低下を促進することが可能であり、放熱性をさらに高くすることができるために好ましい。

そして基体４は、複数の発光素子６を集中して実装し、高電力（１０Ｗ以上）を印加した場合においても、基体４の上面から底面への熱拡散移動によって、底面における熱密度を十分に低くすることが可能となる。そのため、基体４の熱伝導特性により、接触している次段の筐体２による熱抵抗が増加する影響を最小限に抑えることが可能となる。従って、発光装置１００として、発光面積が小さいまま高出力化することが可能となるため、配光制御性も高めることができることになる。

基体４は、少なくとも熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を用いることが望ましい。さらに、基体４は、上面に実装された発光素子６の熱が底面において均一に拡散可能な厚み、例えば３ｍｍ以上であることが望ましい。

筐体２と基体４とは、筐体側凹部３の底壁３ｂの表面及び基体４の底面において接合され接触面積が大きいことが望まれる。したがって、接触を確実にするためには、例えば、熱硬化高熱伝導性シリコーン、ＳｎＡｇ（Ｃｕ）ハンダ、ＡｕＳｎ共晶、ＡｌＣｕ共晶などの接合材料を使用することが好ましい。また、接合材料の粘度及び使用量を適時調整することにより、底面のみならず、筐体側凹部３に基体４を嵌合したときに這い上がり効果にて、側面部分まで接合材料による密着を促すことも可能である。また、接合材料が側面部分まで這い上がることで、その領域において、筐体２と基体４とが実質的に当接することになる。

基体４は、その上面が筐体２の筐体側凹部３の深さと同等かそれ以上の高さとなるため、筐体２との接合時の加圧が容易になるばかりでなく、基体４の上面に実装される発光素子６の光を筐体２で遮ることもなくなるため、光の取り出し効率を高めることができる。また基体４は、その上面にサブマウント５及び回路基板７を、熱結合状態で配置している。
（サブマウント５）

図１～図３に示すように、サブマウント５は、基体４の上面に接合され、複数の発光素子６を実装するために用いられる。このサブマウント５は、ここでは、矩形板状に形成され、熱伝導性の高い材料で形成されることが好ましい。サブマウント５は、熱伝導率が高く、熱膨張率が低く、面精度の出しやすい部材が好ましい。例えば、サブマウント５は、シリコン、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの素材が挙げられる。そして、サブマウント５は、次段の基体４に素早く熱を伝えるために、厚みは十分薄くすることが望ましい。サブマウント５は、例えば、０．２ｍｍ～１ｍｍ程度が望ましい。

サブマウント５は、基体４の上面の平面度が十分でない場合、基体４に接合部材を介して接合されることで、基体４の上面の凹凸をキャンセルすることができる。発光素子実装面については、例えば、白色樹脂などの、光反射膜が設けられていることが望ましい。サブマウント５と、基体４の接合においては、Ａｇペースト、ＳｎＡｇ（Ｃｕ）半田、ＡｎＳｎ共晶、Ａｇ焼結材料などの接合部材が使用される。また、それぞれの接合部材・方式に応じて適時、接合面に鍍金等の表面処理が施されることが好ましい。
（発光素子６）

発光素子６としては、発光ダイオードを用いるのが好ましく、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。発光素子６は、ここでは、複数がサブマウント５に縦横に２次元配列で設けられる。マトリックス状に配置された各発光素子６は、ワイヤ１により電気的に配線されて回路基板７に接続されている（図３参照）。この発光素子６は、例えば、青色（波長４３０ｎｍ～４９０ｎｍの光）の発光素子６としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。また、発光素子６は、その上面の一側にｐ電極が、他側にｎ電極が設けられた構造の素子であっても、フリップチップ実装される構造の素子であっても、対向電極構造の発光素子であってもよい。発光素子の組成や発光色、サイズ等は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。

回路基板７は、図示しない外部の電源からの給電を発光素子６に行うためのものである。この回路基板７は、中央に矩形状に貫通された開口部７ａが形成されている。この開口部７ａは、サブマウント５の外形よりも一回り大きく形成されている。これにより図３の断面図に示すように、基体４上に、サブマウント５と回路基板７とを離間させて配置する。

複数の発光素子６同士は、中間ワイヤ１’で電気的に接続されている。回路基板７は、各発光素子６の外部に接続されるワイヤ１を複数接続して、ワイヤ１、１’を介して全ての発光素子６に給電できるように配線が形成されている。回路基板７は、基体４上で基体４に接合材を介して当接するように設置されている。回路基板７は、基体４に当接する面が通電しないように構成され、板厚がほぼサブマウント５と同等に形成されている。また、ここで使用される接合材は、サブマウント５を接合する接合部材であってもよく、一般的なものであってもよい。
（波長変換部１０）

図３に示すように、サブマウント５及び発光素子６の上面を、波長変換部１０で層状に被覆している。波長変換部１０は、発光素子６が発する光の波長を、異なる波長の光に変換する部材である。このような波長変換部１０は、蛍光物質が好適に利用できる。発光素子６を波長変換部１０で被覆した状態で、封止樹脂部８に封止されている。この波長変換部１０は、単層とする他、複数層とすることもできる。また波長変換部１０を構成する蛍光物質の種類を、１種とすることもできるし、複数種とすることもできる。蛍光物質としては、用いる発光素子６の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。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（ＹＡＧ）、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（ＬＡＧ）、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（ＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃－ＳｉＯ₂）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄）、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ）などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。特に、青色発光素子に組み合わせて白色発光させる蛍光体としては、青色で励起されて黄色のブロードな発光を示す蛍光体を用いることが望ましい。

波長変換部１０は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Ｓｉ_6-ZＡｌ_ZＯ_ZＮ_8-Z：Ｅｕ、Ｌｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢ_xＮ_3+x：Ｅｕ、Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ及びＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕなどの蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。

発光素子６を被覆する封止樹脂部８中に波長変換部１０を含める構成において、波長変換部１０は層状に単層又は複数層を設けてもよいし、あるいは封止樹脂部に分散させてもよい。この場合、発光素子周囲の波長変換部は、封止樹脂部中に蛍光物質を混合して封止と同時に沈降／分散状態として実現させてもよいし、透光性材料に蛍光物質をあらかじめ混合し成形された板材料などを封止樹脂部上面に接合させて使用してもよい。また、樹脂封止前にスプレー塗布等で散在させてもよい。
（封止樹脂部８）

図３に示すように、封止樹脂部８は、発光素子６を保護するものである。この封止樹脂部８は、発光素子６で発光された光及び波長変換部１０で波長変換された光を透過することができる樹脂で形成されている。この樹脂を、第三線膨張係数を有する第三樹脂材製とする。第三樹脂材としては、例えばシリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、発光素子６からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。さらにシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも、１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。さらにまた、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゲル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、波長変換部材（蛍光部材）等を含有させることもできる。封止部材の充填量は、発光素子６が被覆される量であればよい。この封止樹脂部８は、その周りに形成された枠体９の内側に充填されて設けられている。
（枠体９）

枠体９は、第一樹脂材製とする。第一樹脂材としては、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡ等が好適に利用できる。これら母体となる樹脂に、発光素子６からの光を吸収し難く、かつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい光反射性部材の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。光反射性部材としては、例えばＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ等が利用できる。このように枠体９に光反射性樹脂を用いることで、発光素子６からの光の外部取り出し効率を高めることができる。

発光装置１００は、波長変換部１０を設けている場合、発光素子６からの光が波長変換部１０で変換されて外部に放出される。また、回路基板７が筐体側凹部３の側壁３ａの内側である基体４の上面に設けられていることから、沿面距離を大きく取ることができ、高い電圧が必要な場合でも短絡することがない。
［実施形態２］

サブマウント５は、一又は複数設けることができる。図１、図２の例では、サブマウント５を１つ用いる構成を説明したが、本発明はこの構成に限らず、サブマウントを２以上としてもよい。またサブマウントの数に応じて、回路基板７には開口部７ａが形成される。実施形態２として、サブマウントを３つ設けた発光装置２００の例を、図４及び図５に示す。これらの図に示す発光装置２００は、回路基板７に３つの開口部７ａが、所定間隔で矩形状に貫通して形成されている。開口部７ａは、サブマウント５の数に対応して形成される。
（溝部１５）

サブマウント５と回路基板７の間には、溝部１５が形成される。図１、図２に示す例では、回路基板７の開口部７ａの内面と、サブマウント５の外面との間に、基体４を底面とする溝部１５が形成されている。溝部１５には、図３の断面図に示すように、ワイヤ１の下方で、溝用樹脂部１１が充填される。
（ワイヤ１）

ワイヤ１は、発光素子６の電極と回路基板７上の接続箇所である配線部とを電気的に接続する部材である。ワイヤ１は、発光素子６と接続される第一端縁と、回路基板７と接続される第二端縁とを備える。またワイヤ１の第二端縁は、枠体９に被覆されている。このワイヤ１の第一端縁及び第二端縁は、発光素子６、及び回路基板７の接続箇所に対し、上面から接続されている。具体的には、図３の断面図に示すように、回路基板７から斜め上方向にワイヤ１が延び、溝部１５を越えた後、下向きに折曲されて発光素子６の電極に向かって下り勾配に傾斜されている。このようにワイヤ１の形状は、中間部の折曲位置である第一位置で湾曲された山形に形成されている。ワイヤ１として、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ又はこれらの合金の金属線を用いることができる。特に封止部材からの応力による破断が生じにくく、熱抵抗等に優れるＡｕが好ましい。あるいは、ワイヤは、光の取り出し効率を高めるために、少なくとも表面がＡｇ又はその合金で構成されてもよい。

なお、波長変換部１０として蛍光体をスプレー塗布により形成すると、溝部１５にも蛍光体が散在することがある。そこで、この溝部１５に光反射性を備える溝用樹脂部１１を充填する。蛍光体のスプレー塗布後に、溝用樹脂部１１を溝部１５に充填することで、溝部１５での不要な蛍光体の励起を抑えることができると共に、溝部１５に向かう光を溝用樹脂部１１で反射させて、光の外部取り出し効率を高めることができる。
（溝用樹脂部１１）

溝用樹脂部１１は、第二線膨張係数を有する第二樹脂材製とする。第二樹脂材としては、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡ等が挙げられる。これら母体となる樹脂に、発光素子６からの光を吸収し難く、かつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい光反射性部材の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。光反射性部材としては、例えばＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ等が利用できる。このように溝用樹脂部１１に光反射性樹脂を用いることで、発光素子６からの光の外部取り出し効率を高めることができる。また溝用樹脂部１１を構成する第二樹脂材を、枠体９を構成する第一樹脂材と同じ樹脂としてもよい。
（第三線膨張係数）

一方、図３の断面図に示すように回路基板７の上面には、第一樹脂製の枠体９が形成される。枠体９は、ワイヤ１と回路基板７との接続箇所を覆うように形成される。ただし回路基板７の側面は、枠体９で被覆されずに表出されている。ここで枠体９と溝用樹脂部１１とは、連続するように形成されている。さらに、枠体９と溝用樹脂部１１をそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材の第一線膨張係数及び第二線膨張係数を、封止樹脂部８を構成する第三樹脂材の第三線膨張係数よりもそれぞれ大きくしている。これにより、熱により封止樹脂部８の変形が生じても、枠体９及び溝用樹脂部１１の変形量がこれよりも大きいので、枠体９の上面側や側面側に膨張して、封止樹脂の変形量を吸収することができる。

また溝用樹脂部１１は、一層とする他、複数層で構成することもできる。溝用樹脂部１１を２層以上の積層構造とすることで、一度で溝部１５を埋めずに複数回に分けて溝部１５に充填して、充填する樹脂量の調整を容易にして、溝部１５から樹脂材を溢れ難くできる。また溝用樹脂部１１の形状が、枠体９と一体となるように調整し易くなる。例えば、１層目の樹脂に粘度の低いものを使用することで溝内を埋めつつ、２層目は粘度の高い樹脂を使用することでリフレクタ形状を形成することができる。（補充層１２）

さらに複数層の溝用樹脂部１１は、その上面であって封止樹脂部８との界面に補充層１２を含めることができる。この様子を、図６の要部拡大断面図に基づいて説明する。この図に示す例では、溝用樹脂部１１を、下地層１３と補充層１２の二層で構成している。このように溝部１５に配置された下地層１３の上面と、封止樹脂部８との間に、補充層１２を介在させ、補充層１２を構成する第四樹脂材の第四線膨張係数を封止樹脂部８の第三線膨張係数よりも小さくすることで、封止樹脂部８の変形を補充層１２で吸収することができる。下地層１３と補充層１２は、好ましくは同じ樹脂材とすることが好ましい。このように第四樹脂材を第二樹脂材と同じとすることで、下地層１３と補充層１２とを一体的に構成できる。また第四線膨張係数と第二線膨張係数も等しくなる。さらに上述の通り、枠体９を構成する第一樹脂材と第四樹脂材を、同じ樹脂製とすることもできる。

なお、図６の例では、溝用樹脂部１１を構成する下地層１３と補充層１２とを境界部分が明確になるよう区別して図示しているが、下地層１３と補充層１２を同じ樹脂材で構成し、また枠体９も同じ樹脂材で構成する場合は、これらの樹脂部の境界は必ずしも明確にならないことがある。

ここで、図８に示すように、カプセル化物質１３２で封止された発光装置１０００において、カプセル化物質１３２を構成する樹脂の熱膨張によってワイヤ１２２が断線することがあった。例えばカプセル化物質１３２の線膨張係数が大きく、高温になると膨張する場合は、ワイヤ１２２を押し上げて断線することがあった。

これに対して、実施形態１に係る発光装置１００においては、補充層１２の第四線膨張係数を、封止樹脂部８の第三線膨張係数よりも高くすることで、封止樹脂部８が熱膨張しても、補充層１２が変形することで吸収できる。いいかえると、補充層１２及び封止樹脂部８を貫通して埋設されるワイヤ１に対して、樹脂の熱膨張時にワイヤ１の剪断方向すなわち断面方向に働く応力を抑制し、ワイヤ１の延長方向に沿った方向に変形するように誘導して、ワイヤ１の断線等の可能性を低減できる。また補充層１２を下地層１３や枠体９と同じ樹脂材、又は近い特性の樹脂材とすることで、補充層１２はこれら下地層１３や枠体９と一体的に変形でき、さらにワイヤ１に印加される応力を緩和することができる。特にワイヤ１は、その断面方向すなわち剪断方向に働く応力よりも、延長方向に沿った応力に対しては耐性が強い傾向にあるため、ワイヤ１を埋設した樹脂材の線膨張係数を異ならせることで、熱膨張時に働く応力の方向を調整して、ワイヤ１の断線等の可能性を低減することができる。

このように、枠体９を構成する第一樹脂材と、溝用樹脂部１１を構成する第二樹脂材の、熱に対する膨張量を、上方向よりも横方向に大きくすることで、樹脂材の膨張時にワイヤ１の上下方向に印加される応力を軽減し、ワイヤ１の破断や接続箇所の剥離を抑制できる。例えば、枠体９と溝用樹脂部１１をそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材を、３００℃で１時間加熱した際の膨張量を測定したとき、上方向よりも横方向の方が大きくなるように設計する。このようにすることで、回路基板７と発光素子６の間で水平方向に渡したワイヤ１に対して、樹脂の熱膨張により剪断応力が働く状態を緩和でき、ワイヤ１の信頼性を改善できる。

実施例に係る発光装置１００の断面写真を図７に示す。この写真に示すとおり、枠体９から溝用樹脂部１１に向かってなだらかな曲面が連続するように形成する。これにより、回路基板７の隅部を枠体９や溝用樹脂部１１で厚く覆うことができる。いいかえると、回路基板の右上の隅部のように光反射性部材を含む樹脂部が薄くなる領域を低減して、この部分で光が透過して吸収され、外部取り出し効率が低下する事態を回避できる。また、これら枠体９や溝用樹脂部１１の占有する体積を増やし、相対的に封止樹脂部８の量を低減することで、封止樹脂部８の膨張によるワイヤ１への応力を低減する効果も期待できる。
（リフレクタ効果）

さらに、このように溝用樹脂部１１の形状を調整することで、枠体９が発光素子６からの光を効率的に集光するリフレクタ効果を発揮させることもできる。具体的には、枠体９を、断面視において凸状に形成し、一方溝用樹脂部１１を、断面視において凹状に形成する。これら枠体９と溝用樹脂部１１との界面を、断面視において連続する曲線状に接続する。これにより、発光素子６から放出される光が枠体９と溝用樹脂部１１との界面で遮られる事態を回避できる。すなわち、溝部の内部に入り込んだ光が外部に取り出されずに吸収される事態を回避して、光の取り出し効率を改善できる。

このような例を図６に基づいて説明する。仮に、枠体９から溝用樹脂部１１を充填することで、枠体９の頂部から溝部１５まで、比較的急峻な形状を呈している場合、枠体９は回路基板７を被覆しつつも、厚さの薄い部位が発生する。このような薄い部位では、発光素子６からの光が透過され易くなって、反射率が落ちる。さらに溝部１５が窪み状となっていることから、光が凹部に入り込むと外部に取り出されずに損失となってしまう。

これに対して実施形態１に係る発光装置１００では、図６に示すように枠体９の頂部から溝部１５に向かってなだらかな傾斜面に形成されている。これにより、光が溝部１５に入り込んで取り出しにくくなる事態を低減している。また、回路基板７を覆う枠体９の厚さが厚いため、光の透過成分を抑制して、反射に有利となる。このように、枠体９と溝用樹脂部１１とでリフレクタを構成し、光の取り出し効率を改善することが可能となる。

さらに、断面視が半円形状の枠体を採用した構成と比べても、溝用樹脂部１１を凹面状に形成することで、より優れたリフレクタ効果を発揮できる。断面視が半円形状の枠体を採用した発光装置では、基板上に枠体で形成された凹部に、発光素子を実装し、封止樹脂部で封止している。この構成では、光反射性部材を含む枠体９Ｂの形状が上に凸状の曲面であるため、下に凹状とした曲面と比べ、リフレクタ効果が劣る。
（ツェナーダイオード）

さらに発光装置１００は、保護素子２０を備えることができる。保護素子２０は、静電気や高電圧サージ等、過電流による破壊から発光素子６を保護する。保護素子２０としては、例えば、ツェナーダイオードやコンデンサなどを用いることができる。片面電極のものであれば、ワイヤレスでフェイスダウン実装できるため好ましい。
（発光装置１００の製造方法）

最後に、発光装置１００の製造方法を説明する。まず、回路基板７やサブマウント５を基体４上に固定する。例えば基板接着シートを用いて回路基板７を基体４に接着する。このとき回路基板７の開口部７ａの内面と、サブマウント５との間に、溝部１５が形成されるように配置する。

次に保護素子２０や発光素子６を実装する。保護素子２０は回路基板７上に、発光素子６はサブマウント５上に、それぞれ実装される。保護素子２０にツェナーダイオードを用いる場合は、Ａｇペースト等で回路基板７に接着する。また発光素子６にＬＥＤを用いる場合は、樹脂や金属を含有するダイボンド材等でサブマウント５に接着する。

次に、回路基板７と発光素子６を、ワイヤ１で接続する。ワイヤにはＡｕ線等を用いてワイヤボンダを用いてワイヤボンディングを行う。

さらに、波長変換部１０を塗布により形成する。例えば蛍光体をバインダ樹脂に溶剤と共に混合して、スプレーにより塗布する。

次に、回路基板７の上面に枠体９を形成する。ここでは第一樹脂材に光反射性部材を混合して、溝部１５を囲む枠状の内部に凹部を形成する。続いて溝部１５に溝用樹脂部１１を充填する。ここでは第二樹脂材に光反射性部材を混合して形成し、溝用樹脂部１１と枠体９とが連続するように形成する。

さらに、封止樹脂部８を枠体９で囲まれた凹部に充填する。このようにして、溝用樹脂部１１と枠体９とが一体となり、高温時には、上面の封止樹脂部８の膨張による変化を吸収しつつ、枠体９の側面側に膨らむことで、ワイヤ１にかかる負担を軽減して、断線する事態を抑制することが可能となる。

本発明に係る発光装置及びその製造方法によれば、照明、舞台等のスポット照明、橋等の構造物や建築物を照らす景観照明、投光器等に好適に利用可能な発光装置が得られる。またベースライト、スポットライト、ダウンライトなどの一般照明用の照明器具や、街路灯、道路灯、駐車場灯、投光器、看板照明、高天井灯等の種々の商業照明用の照明器具などにも好適に利用できる。

１００、２００、１０００…発光装置
１…ワイヤ；１’…中間ワイヤ
２…筐体；２ｂ…取付部
３…筐体側凹部；３ａ…側壁；３ｂ…底壁
４…基体
５…サブマウント
６、６Ｂ…発光素子
７…回路基板；７ａ…開口部；７Ｂ…基板
８、８Ｂ…封止樹脂部
９…枠体
１０…波長変換部
１１…溝用樹脂部
１２…補充層
１３…下地層
１５…溝部
２０…保護素子
１１２…ベースケーシング
１１４…外部電気端子
１１８…キャビティ
１２０…半導体チップ
１２２…ワイヤ
１２８…充填物質
１３２…カプセル化物質
Ｂｔ…固定ボルト

Claims (12)

1. 基体と、
   前記基体上に離間して配置されたサブマウント及び回路基板と、
   前記サブマウント上に配置された発光素子と、
   前記発光素子を、前記回路基板と接続するためのワイヤと、
   前記ワイヤと前記回路基板との接続箇所を覆うように形成され、側面を表出させた第一樹脂材製の枠体と、
   前記ワイヤの下方で、前記サブマウントと前記回路基板の間に形成された溝部に配置された第二樹脂材製の溝用樹脂部と、
   前記枠体で囲まれた領域に配置された第三樹脂材製の封止樹脂部と、を備え、
   前記枠体と、前記溝用樹脂部とは連続するように形成されており、
   前記枠体と前記溝用樹脂部とをそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材の線膨張係数である第一線膨張係数及び第二線膨張係数を、前記封止樹脂部を構成する第三樹脂材の線膨張係数である第三線膨張係数よりもそれぞれ大きくしてなる発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記ワイヤが、前記発光素子、及び前記ワイヤと回路基板の接続箇所に対し、上面から接続されてなる発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の発光装置であって、
   前記ワイヤが、前記発光素子、及び前記ワイヤと回路基板の接続箇所との間で山形に形成されてなる発光装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記枠体と前記溝用樹脂部をそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材の、熱に対する膨張量を、上方向よりも横方向に大きくしてなる発光装置。
5. 請求項４に記載の発光装置であって、
   前記枠体と前記溝用樹脂部をそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材を、３００℃で１時間加熱した際の膨張量が、上方向よりも横方向が大きい発光装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記枠体が、光反射性部材を含んでおり、
   前記枠体が、断面視において凸状に形成され、
   前記溝用樹脂部が、断面視において凹状に形成され、
   前記枠体と前記溝用樹脂部との界面を、断面視において連続する曲線状に接続してなる発光装置。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記枠体と溝用樹脂部をそれぞれ構成する第一樹脂材及び第二樹脂材が、同じ樹脂材である発光装置。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記溝部において、前記溝用樹脂部が２層以上の積層構造とされてなる発光装置。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記溝用樹脂部は、その上面であって前記封止樹脂部との界面に補充層を含んでなる発光装置。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の発光装置であって、
    前記回路基板の隅部を、前記枠体及び前記溝用樹脂部で連続して被覆してなる発光装置。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の発光装置であって、
    前記発光素子が複数、前記サブマウント上に実装されており、
    前記複数の発光素子同士が中間ワイヤで電気的に接続されてなる発光装置。
12. 内部に凹部を形成し、側面を表出させた樹脂製の枠体と、
    前記凹部内に配置されたサブマウントと、
    前記サブマウント上に実装された発光素子と、
    前記発光素子を被覆する封止樹脂部と、
    各発光素子を、回路基板と接続するためのワイヤと、
    を備える発光装置の製造方法であって、
    前記回路基板の間に、前記発光素子を前記サブマウント上に、溝部を隔てて配置する工程と、
    前記回路基板と発光素子を、前記ワイヤでワイヤボンディングにより接続する工程と、
    前記回路基板の上面に、前記枠体を形成する工程と、
    前記溝部に溝用樹脂を充填して、前記枠体と連続するように溝用樹脂部を形成する工程と、
    を含み、
    前記枠体と前記溝用樹脂部を構成する樹脂材の線膨張係数を、前記封止樹脂部を構成する樹脂材の線膨張係数よりも大きくしてなる発光装置の製造方法。

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