JP7048879B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関する。
発光ダイオード等の発光素子を備えた発光装置は、発光効率が高く小型でかつ長寿命であることから種々の用途に幅広く用いられている。例えば、特許文献１には、第１のリードフレームと第２のリードフレームとが樹脂で一体成型された基台部（基体）と発光素子を備えた発光装置が開示されている。この発光装置では、第１のリードフレームの上に発光素子を搭載し、発光素子と第２のリードフレームとを接続した後、発光素子を基台部上で封止することにより作製される。この特許文献１の発光装置では、発光素子を封止する際に封止樹脂の流れ止め用に、基台部（基体）上に樹脂枠を設けている。特許文献１では、上記構成により、高放熱性、高耐久性の光学半導体装置を低コストで実現できるとされている。また、特許文献１には開示されていないが、発光素子を保護するためにツェナーダイオード等の保護素子を発光素子とともに基台部（基体）に搭載されることがよくある。
近年より発光効率の高い発光装置が求められている。
そこで、本発明は、発光効率の高い発光装置を提供することを目的とする。
本発明に係る一実施形態の発光装置は、第１リードと第２リードと前記第１リードと前記第２リードとを電気的に分離して保持する支持部材とを含み、前記第１リードの表面からなる第１表面と前記第２リードの表面からなる第２表面と前記支持部材の表面からなる第３表面とを含む基体上面を有する基体と、
前記第１表面の上に設けられた発光素子と、
前記第２表面の上に設けられ、端子電極を備える保護素子と、
第１端部が前記第１表面に接続され、第２端部が前記保護素子の前記端子電極に接続されたワイヤと、
前記基体上面に設けられ、前記保護素子の少なくとも一部を覆いかつ前記発光素子及び前記ワイヤの前記第１端部を囲む樹脂枠と、
前記樹脂枠に囲まれ、前記発光素子及び前記ワイヤの前記第１端部を覆う第１樹脂部と、
前記樹脂枠と前記第１樹脂部とを覆う第２樹脂部と、
を含み、
前記樹脂枠は、樹脂部と光反射性部材を有し、
前記第１樹脂部の屈折率は、前記第２樹脂部の屈折率よりも大きく、
前記第１樹脂部の屈折率は、前記樹脂枠の樹脂部の屈折率よりも大きく、
前記樹脂枠の光反射性部材の屈折率は、前記樹脂枠の樹脂部の屈折率よりも高いことを特徴とする。
前記第１表面の上に設けられた発光素子と、
前記第２表面の上に設けられ、端子電極を備える保護素子と、
第１端部が前記第１表面に接続され、第２端部が前記保護素子の前記端子電極に接続されたワイヤと、
前記基体上面に設けられ、前記保護素子の少なくとも一部を覆いかつ前記発光素子及び前記ワイヤの前記第１端部を囲む樹脂枠と、
前記樹脂枠に囲まれ、前記発光素子及び前記ワイヤの前記第１端部を覆う第１樹脂部と、
前記樹脂枠と前記第１樹脂部とを覆う第２樹脂部と、
を含み、
前記樹脂枠は、樹脂部と光反射性部材を有し、
前記第１樹脂部の屈折率は、前記第２樹脂部の屈折率よりも大きく、
前記第１樹脂部の屈折率は、前記樹脂枠の樹脂部の屈折率よりも大きく、
前記樹脂枠の光反射性部材の屈折率は、前記樹脂枠の樹脂部の屈折率よりも高いことを特徴とする。
以上の本発明に係る一実施形態の発光装置によれば、発光効率の高い発光装置を提供することができる。
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。ただし、以下に説明する発光装置及び発光装置の製造方法は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、本開示を以下のものに限定しない。また、一の実施形態において説明する内容は、他の実施形態にも適用可能である。他の実施形態において説明した構成のうち同一の名称については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、図面が示す部材の大きさ、繰り返しの数や位置関係等は、説明を容易にするため、誇張もしくは省略していることがある。
実施形態．
図１Ａは、本発明に係る実施形態の発光装置の構成を示す平面図である。また、図１Ｂは、実施形態の発光装置の断面の一部を拡大して示す部分断面図である。
実施形態の発光装置は、基体１０と、基体１０上にそれぞれ設けられた発光素子１と保護素子３とを含む。基体１０は、第１リードフレーム（以下、単に第１リードという。）１１と第２リードフレーム（以下、単に第２リードという。）１２と第１リード１１と第２リード１２とを電気的に分離して保持する支持部材１３とを含む。実施形態の発光装置では、２つの発光素子１を含み、その２つの発光素子１は、前記第１リード１１の上面である第１表面１１ｍｓの上に設けられている。尚、発光素子の数は１つでも２つ以上でもよい。発光素子が金属製の第１リード１１上に載置されることで、発光素子の熱が金属製の第１リードに伝わる。これにより発光装置の放熱性が向上する。また、第１リード１１の下面が支持部材１３より露出していることが好ましい。このようにすることで、発光装置１００を実装基板に実装した時に、実装基板と第１リード１１との接触面積が増えるので発光装置の放熱性を向上させることができる。また、保護素子３は、第２リード１２の上面である第２表面１２ｍｓの上に設けられている。ここで、基体１０において、第１リード１１の第１表面１１ｍｓと第２リード１２の第２表面１２ｍｓと支持部材の上面である第３表面１３ａとは実質的に同一平面上に位置することが好ましい。このようにすることで、基体１０を薄型にすることができるので、発光装置を薄型化できる。本明細書において実質的に同一平面とは、±５０μｍ程度の変動は許容されることを意味する。
図１Ａは、本発明に係る実施形態の発光装置の構成を示す平面図である。また、図１Ｂは、実施形態の発光装置の断面の一部を拡大して示す部分断面図である。
実施形態の発光装置は、基体１０と、基体１０上にそれぞれ設けられた発光素子１と保護素子３とを含む。基体１０は、第１リードフレーム（以下、単に第１リードという。）１１と第２リードフレーム（以下、単に第２リードという。）１２と第１リード１１と第２リード１２とを電気的に分離して保持する支持部材１３とを含む。実施形態の発光装置では、２つの発光素子１を含み、その２つの発光素子１は、前記第１リード１１の上面である第１表面１１ｍｓの上に設けられている。尚、発光素子の数は１つでも２つ以上でもよい。発光素子が金属製の第１リード１１上に載置されることで、発光素子の熱が金属製の第１リードに伝わる。これにより発光装置の放熱性が向上する。また、第１リード１１の下面が支持部材１３より露出していることが好ましい。このようにすることで、発光装置１００を実装基板に実装した時に、実装基板と第１リード１１との接触面積が増えるので発光装置の放熱性を向上させることができる。また、保護素子３は、第２リード１２の上面である第２表面１２ｍｓの上に設けられている。ここで、基体１０において、第１リード１１の第１表面１１ｍｓと第２リード１２の第２表面１２ｍｓと支持部材の上面である第３表面１３ａとは実質的に同一平面上に位置することが好ましい。このようにすることで、基体１０を薄型にすることができるので、発光装置を薄型化できる。本明細書において実質的に同一平面とは、±５０μｍ程度の変動は許容されることを意味する。
実施形態の発光装置において、２つの発光素子１のそれぞれは、下面と、ｎ電極とｐ電極とが形成された上面と、を有している。発光素子１の下面が、第１リード１１の第１表面１１ｍｓに接合されて第１リード１１に固定される。また、２つの発光素子１のうちの一方の発光素子１の上面に形成されたｎ電極がワイヤ６により第１リード１１に電気的に接続される。その一方の発光素子１の上面に形成されたｐ電極がワイヤ６により他方の発光素子１のｎ電極に電気的に接続される。さらに、他方の発光素子１のｐ電極がワイヤ６により第２リード１２に電気的に接続される。これにより、基体１０の第１リード１１と第２リード１２の間に、２つの発光素子１が直列に接続される。
実施形態の発光装置において、保護素子３は、例えば、ツェナーダイオードであり、上面にカソード側の端子電極３ａを備え下面にアノード側の端子電極３ｂを備えている。保護素子３は、下面の端子電極３ｂが例えば導電性接着部材８により第２リード１２の第２表面１２ｍｓ上に固定されるとともに第２リード１２に電気的に接続される。また、保護素子３のカソード側の端子電極３ａはワイヤ５により第１リード１１に電気的に接続される。ワイヤ５は、第１端部と、第２端部と、を備える。第１端部とは、第１表面に接続されるワイヤの部分である。第２端部とは、保護素子の端子電極と接続されるワイヤの部分である。基体１０の第１リード１１と第２リード１２の間に、直列に接続された２つの発光素子１と並列に保護素子３が接続される。
また、実施形態の発光装置においては、基体１０の上面に設けられ、保護素子３の少なくとも一部を覆う樹脂枠２０を備えている。樹脂枠２０は、２つの発光素子１と、保護素子３のカソード側の端子電極３ａと第１リード１１とを接続するワイヤ５の第１リード１１側の端部である第１端部５ａと、を囲むように設けられている。さらに、実施形態の発光装置は、第１樹脂部２１と、第２樹脂部２２と、を備えている。第１樹脂部２１は、樹脂枠２０に囲まれ、２つの発光素子１とワイヤ５の第１端部５ａを覆う。第２樹脂部２２は、樹脂枠２０と第１樹脂部２１とを覆う。第１樹脂部２１と第２樹脂部２２とはそれぞれ透光性樹脂からなる。また、第２樹脂部２２は、例えばレンズ形状に形成され、発光装置の配光特性を制御する。
以上のように構成された実施形態の発光装置において、樹脂枠２０は、樹脂部２０ａと光反射性部材２０ｂを有し、樹脂部２０ａの屈折率が第１樹脂部２１の屈折率より小さくなるように構成されている。これにより、発光素子１の側面から出射された光は、第１樹脂部２１と樹脂部２０ａとの界面により反射されて第２樹脂部２２を介して出射される。また、発光素子１の側面から出射された光のうち第１樹脂部２１と樹脂部２０ａの界面で反射されることなく樹脂部２０ａに入射された光は、光反射性部材２０ｂにより反射されて第２樹脂部２２を介して発光装置の外部に出射される。尚、本明細書において屈折率とは、発光素子のピーク波長に対する屈折率のことである。発光素子が複数ある場合は、最も短波な発光素子のピーク波長に対する屈折率とする。
ここで特に、実施形態の発光装置では、（ａ）第１樹脂部２１の屈折率を、第２樹脂部２２の屈折率及び樹脂枠２０の樹脂部２０ａの屈折率よりも大きくし、（ｂ）樹脂枠２０において、光反射性部材２０ｂの屈折率を樹脂部２０ａの屈折率よりも大きくしている。
このように構成された実施形態の発光装置は、以下に説明するように発光素子が発光する光を効率良く取りだすことができ、発光効率の高くできる。
このように構成された実施形態の発光装置は、以下に説明するように発光素子が発光する光を効率良く取りだすことができ、発光効率の高くできる。
具体的には、（ａ）第１樹脂部２１の屈折率を第２樹脂部２２の屈折率よりも大きくすることにより、発光素子からの光が第１樹脂部２１から第２樹脂部２２を介して外部に出射される時に、発光素子からの光が通過する部材の屈折率を段々下げていくことができる。これにより、発光素子からの光が通過する部材の界面によって反射される割合を小さくできるので発光装置の光取り出し効率が向上する。
また、（ａ）第１樹脂部２１の屈折率が第２樹脂部２２及び樹脂部２０ａの屈折率よりも大きいことにより、発光素子１と第１樹脂部２１との屈折率差を小さくすることができる。これにより、発光素子が発光する光が、発光素子１と第１樹脂部２１の界面（発光面及び側面）において反射する割合を小さくすることができるので、発光素子が発光する光を効率よく発光素子から第１樹脂部２１に出射させることができる。尚、発光素子の屈折率は、用いる半導体材料及び基板の厚み、種類によって変動するが、発光素子において、支配的な体積を有する材料の屈折率に近似する。このため、本明細書において、発光素子の屈折率とは、発光素子において、支配的な体積を有する材料の屈折率とする。従って、発光素子が、サファイア基板を伴う場合は、通常、サファイア基板の体積が発光素子において支配的であるために、サファイア基板の屈折率を発光素子の屈折率とする。例えば、サファイア基板の屈折率は１．７程度である。また、発光素子が、サファイア基板を備えず、半導体層のみで構成される場合には、半導体層の屈折率を発光素子の屈折率とする。例えば、窒化物半導体の屈折率は２．５程度である。発光素子の屈折率は、一般的に樹脂材料よりも屈折率が高いので、第１樹脂部２１の屈折率が第２樹脂部２２及び樹脂部２０ａの屈折率よりも大きいことにより、発光素子１と第１樹脂部２１との屈折率差を小さくできる。さらに、第１樹脂部２１の屈折率が樹脂部２０ａの屈折率よりも大きいことにより、第１樹脂部２１と樹脂部２０ａとの屈折率差が生じる。これにより、第１樹脂部２１と樹脂部２０ａとの界面において、発光素子１からの光を反射して第２樹脂部２２を介して効率良く発光素子からの光を取り出すことができる。
また、（ｂ）樹脂枠２０において、光反射性部材２０ｂの屈折率を樹脂部２０ａの屈折率よりも大きくしているので、樹脂枠２０内に入射した光を、光反射性部材２０ｂと樹脂部２０ａとの屈折率差を利用して光反射性部材２０ｂにより反射して第２樹脂部２２を介して出射することができる。さらに、樹脂枠２０の光反射性部材２０ｂは、第１樹脂部２１の屈折率よりも大きいことが好ましく、これにより光反射性部材２０ｂと樹脂部２０ａとの屈折率差を大きくできる。また、樹脂枠２０の光反射性部材２０ｂと樹脂部２０ａの屈折率差は１以上であることが好ましい。
また、光反射性部材２０ｂは、後述するように、酸化チタン等の樹脂より屈折率の大きい無機物が選択されることが多い。したがって、樹脂部２０ａの屈折率を第１樹脂部２１の屈折率より小さくすることにより、光反射性部材２０ｂとして酸化チタン等の無機物を選択した場合、樹脂部２０ａと光反射性部材２０ｂとの屈折率差を大きくでき、樹脂部２０ａと光反射性部材２０ｂの界面で反射される光の割合を大きくできる。これにより、樹脂枠２０内に入射した光は、光反射性部材２０ｂと樹脂部２０ａとの比較的大きな屈折率差を利用して反射し、第２樹脂部２２を介して効率良く出射することができる。例えば、酸化チタンの屈折率は２．７程度である。
樹脂枠２０は、保護素子３の少なくとも一部を覆うように基体１０上に設けられている。これにより、保護素子を搭載する領域を確保するために発光素子を搭載する領域が制限されることを抑制できる。また、保護素子３の端子電極３ａと第１リード１１とを接続するワイヤ５の第１端部５ａが、樹脂枠２０に囲まれている。さらに、第１端部５ａが第１樹脂部２１によって覆われている。これにより、第１リード１１と第１端部５ａとの接続信頼性を高くすることができる。このようにすることで、製造時にチャッキング等により外力がかかってもワイヤ５が断線することを抑制できるので、発光装置の歩留まりの低下を抑制できる。
したがって、実施形態の発光装置によれば、保護素子３を発光素子１とともに基体１０の上面に搭載した構造において、小型化が可能でかつ製造時の歩留まりの低下を抑制できる発光装置を提供することができる。
したがって、実施形態の発光装置によれば、保護素子３を発光素子１とともに基体１０の上面に搭載した構造において、小型化が可能でかつ製造時の歩留まりの低下を抑制できる発光装置を提供することができる。
実施形態の発光装置において、以上の屈折率の関係を考慮すると、例えば、第１樹脂部２１を構成する樹脂として、例えば、フェニルシリコーン樹脂を用いることができ、第２樹脂部２２及び樹脂枠２０の樹脂部２０ａを構成する樹脂として、ジメチルシリコーン樹脂を用いることができる。フェニルシリコーン樹脂の屈折率は１．５４程度であり、ジメチルシリコーン樹脂は１．４１程度である。
また、実施形態の発光装置において、第１樹脂部２１が第２樹脂部２２より硬い樹脂で構成される場合には、外力によって第１樹脂部２１が変形することを抑制できる。これにより、第１樹脂部２１に被覆されたワイヤ５の変形を抑制することができるので、接続信頼性を向上させることができる。例えば、第１樹脂部２１を、ＪＩＳＫ７２１５に準拠したデュロメータ硬さがＤ２８～Ｄ５３の範囲の硬度のフェニルシリコーン樹脂により構成して、第２樹脂部２２を、ＪＩＳＫ７２１５に準拠したデュロメータ硬さがＡ２０～Ａ７０の範囲の硬度のジメチルシリコーン樹脂により構成する。
ワイヤ５の第１端部５ａは、ワイヤ５の径より径が大きいボール形状であることが好ましい。従来からよく使用されるワイヤボンディング技術として、ファーストボンディングをボールボンディングとし、セカンドボンディングをウェッジボンディングとする例えば、金ワイヤを用いたボール／ウェッジボンディングがある。このボール／ウェッジボンディングでは、ボールボンディング部の接合強度は、ウェッジボンディング部の接合強度に比較して弱いことが分かった。そこで、保護素子３の端子電極３ａと第１リード１１とをワイヤ５により接続する際、第１リード１１とワイヤ５の接続をボールボンディング（ファーストボンディング）とする。このボールボンディング部は、第１樹脂部２１と樹脂枠２０との２重構造になっているので、横方向からの力を低減することができる。これにより、ボールボンディング部が第１リードから剥がれることを抑制することができる。
図１Ｂに示すように、ワイヤ５の第２端部５ｂはワイヤ径より薄い形状であり、端子電極３ａに設けられたバンプ４を介して接続されていることが好ましい。保護素子３の上面に形成された端子電極３ａとワイヤ５の接続部は、樹脂枠２０に覆われていて、比較的発光装置の外周部に近い部分に位置する。したがって、第２端部５ｂには横方向の外力がかかりやすい。そこで、保護素子３の上面に形成された端子電極３ａとワイヤ５との接続を、ボールボンディングより接合強度が強いウェッジボンディングにより行って、ワイヤ５の第２端部５ｂはワイヤ径より薄い形状としていることが好ましい。このようにすることで、ワイヤ５と保護素子の端子電極３ａとの接合強度が向上し、ワイヤ５が断線することを抑制することができる。また、このウェッジボンディングは、ボールボンディングに比較して保護素子３にかかる負荷が大きい。そこで、この好ましい形態３では、保護素子３の端子電極３ａの上にバンプ４を形成してそのバンプ４の上にワイヤをウェッジボンディングにより接続することが好ましい。
尚、ウェッジボンディングにより保護素子３の端子電極３ａの上に接続された第２端部５ｂはその接合部を保護するために樹脂枠２０に埋設されていることが好ましい。
尚、ウェッジボンディングにより保護素子３の端子電極３ａの上に接続された第２端部５ｂはその接合部を保護するために樹脂枠２０に埋設されていることが好ましい。
樹脂枠２０の内側に位置する基体１０の上面は、第１リード１１の上面のみにより構成されていることが好ましい。このようにすると、例えば、樹脂からなり光の吸収率が高い支持部材１３が樹脂枠２０の内側に露出することがなく、光の取り出し効率を高くできる。
保護素子３の一部は樹脂枠２０の外側に露出していてもよい。樹脂枠２０から露出している保護素子３の一部は第２樹脂部２２により覆われていることが好ましい。例えば、発光装置の外形を矩形とし、その角部に保護素子３を配置して、保護素子３の一部を樹脂枠２０の外側に露出させてその露出させた部分を第２樹脂部２２により覆うようにすると、保護素子３を保護しつつ樹脂枠２０の外形を小さくすることが可能になり、発光装置を小型にできる。
以下、実施形態の発光装置の製造方法について説明する。
実施形態の発光装置の製造方法は、基体準備工程と、発光素子載置工程と、保護素子載置工程と、配線工程と、樹脂枠形成工程と、第１樹脂部形成工程と、第２樹脂部形成工程と、を含む。
以下、実施形態の発光装置の製造方法について工程順に説明する。
実施形態の発光装置の製造方法は、基体準備工程と、発光素子載置工程と、保護素子載置工程と、配線工程と、樹脂枠形成工程と、第１樹脂部形成工程と、第２樹脂部形成工程と、を含む。
以下、実施形態の発光装置の製造方法について工程順に説明する。
１．基体準備工程
ここでは、それぞれ第１リード１１と、第２リード１２、と第１リード１１と第２リード１２とを保持する支持部材１３とを含む複数の基体１０を集合状態で作製する。以下、実施形態の製造方法において、個々の基体１０に対応する部分を単位領域２１０という。
ここでは、それぞれ第１リード１１と、第２リード１２、と第１リード１１と第２リード１２とを保持する支持部材１３とを含む複数の基体１０を集合状態で作製する。以下、実施形態の製造方法において、個々の基体１０に対応する部分を単位領域２１０という。
１－１．リードフレーム準備工程
図２に示すように、それぞれ第１リードと第２リードとを含む単位領域２１０が、例えば、８行×８列に繰り返し配置されたリードフレーム２００を準備する。
図２及び図３Ａ～図３Ｄを参照しながら、リードフレーム２００について詳細に説明する。尚、以降の説明で参照する図３Ａ～図３Ｄ，図４Ａ～図４Ｄ，図５Ａ，図６Ａ，図７Ａ及び図８Ａには、単位領域２１０のみを拡大し示している。
図２に示すように、それぞれ第１リードと第２リードとを含む単位領域２１０が、例えば、８行×８列に繰り返し配置されたリードフレーム２００を準備する。
図２及び図３Ａ～図３Ｄを参照しながら、リードフレーム２００について詳細に説明する。尚、以降の説明で参照する図３Ａ～図３Ｄ，図４Ａ～図４Ｄ，図５Ａ，図６Ａ，図７Ａ及び図８Ａには、単位領域２１０のみを拡大し示している。
リードフレーム２００は、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銅合金、ステンレス鋼、インバー合金を含む鉄合金などの金属板を、エッチング、打ち抜き加工、切削加工等により所定の形状に加工することにより作製され。リードフレームの厚みは、例えば、２００μｍ～３００μｍであり、好ましくは、２３０μｍ～２８０μｍとする。
第１リード１１は、図３Ａに示すように、例えば、略八角形の平面形状の主要部１１ａと、単位領域２１０の一辺に沿って延びる端子部１１ｂと、主要部１１ａと端子部１１ｂとを繋ぐ連結部１１ｃとを含む。第２リード１２は、図３Ａに示すように、単位領域２１０の前記一辺と対向する辺に沿って延びる端子部１２ｂと、端子部１２ｂの両端部から第１リード１１の主要部１１ａに沿って延びる略三角形の延伸部１２aとを含む。以上のように構成される第２リード１２は、第１リード１１における主要部１１ａの八角形の３辺とほぼ一定の間隔を隔てて配置される。
また、リードフレーム２００は、支持部材１３により支持される。例えば、第１リードの側面及び／又は第２リードの側面に凸部（段差）が形成されることが好ましい。このようにすると、リードフレーム２００と例えば樹脂からなる支持部材１３との密着面積を大きくなりかつ凸部を支持部材１３中にくい込ませることで密着性を向上させることができる。例えば、第１リード１１は、図３Ａ～図３Ｄに示すように、側面１１ｓｓに５つの凸部１１ｐを有し、第２リード１２は、図３Ａに示すように、側面１２ｓｓに２つの凸部を有する。ここで、第１リード１１において、５つの凸部１１ｐは主要部１１ａの５つの辺に分散して設けられ、第２リード１２において、２つの凸部はそれぞれ延伸部１２aの先端部分に設けられている。尚、図３Ａ～図３Ｄにおいて、凸部１１ｐを設けることにより窪んだ部分（凹部）には１１ｒの符号を付して示している。また、図３Ａにおいて、２つの凸部を形成して表面から窪んだ凹部には１２ｒの符号を付して示している。さらに、リードフレーム２００の表面は、金、銀、ニッケル、パラジウムおよびそれらの合金などでメッキしてもよい。
１－２．支持部材形成工程
支持部材形成工程では、例えば、樹脂成形により第１リード１１と第２リード１２の間に樹脂を形成することにより第１リード１１と第２リード１２とを支持する支持部材１３を形成する。
支持部材１３は、図４Ａに示すように、第１リード１１と第２リード１２の間に加えて第１リード１１の主要部１１ａの周りを取り囲み、第２リード１２の２つの延伸部１２aの外周側面に延在させて延伸部１２aを外側と内側から支持するように設けられる。さらに、図４Ａに示すように、延伸部１２aにおいて、端子部１２ｂとの連結部分に平面視で内側に窪んだ切り欠き部１２ｃを形成することが好ましい。これにより延伸部１２aをより強固に支持することができる。尚、延伸部１２aの先端部の凹部１２ｒは支持部材１３により覆われており、これにより、第２リード１２の延伸部１２aがより強固に支持される。
支持部材形成工程では、例えば、樹脂成形により第１リード１１と第２リード１２の間に樹脂を形成することにより第１リード１１と第２リード１２とを支持する支持部材１３を形成する。
支持部材１３は、図４Ａに示すように、第１リード１１と第２リード１２の間に加えて第１リード１１の主要部１１ａの周りを取り囲み、第２リード１２の２つの延伸部１２aの外周側面に延在させて延伸部１２aを外側と内側から支持するように設けられる。さらに、図４Ａに示すように、延伸部１２aにおいて、端子部１２ｂとの連結部分に平面視で内側に窪んだ切り欠き部１２ｃを形成することが好ましい。これにより延伸部１２aをより強固に支持することができる。尚、延伸部１２aの先端部の凹部１２ｒは支持部材１３により覆われており、これにより、第２リード１２の延伸部１２aがより強固に支持される。
この支持部材１３を構成する樹脂成形材料には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂のほか、液晶ポリマー、ポリフタルアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。また、成形材料中に酸化チタンなどの白色顔料などを混合して支持部材１３を形成することにより、支持部材１３の光の反射率を高めることもできる。
以上のようにして、各単位領域２１０においてそれぞれ第１リード１１と第２リード１２とが支持部材１３によって電気的に分離して保持されてなる複数の基体１０を集合状態で作製する。尚、図４Ｄは、支持部材１３を形成した後の基体１０を下面から見たときの平面図である。
２．発光素子載置工程
発光素子１を、図５Ａに示すように、第１リード１１の主要部１１ａ上の所定の位置に載置して固定する。発光素子１は、例えば、シリコーン樹脂により主要部１１ａ上に固定する。発光素子は、窒化物半導体等から構成される既知の半導体発光素子を適用できる。発光素子の発光波長は、可視域（３８０～７８０ｎｍ）を含め、紫外域から赤外域まで選択することができる。例えば、ピーク波長４３０～４９０ｎｍの発光素子としては、窒化物半導体を用いることができる。その窒化物半導体としては、ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。
発光素子１を、図５Ａに示すように、第１リード１１の主要部１１ａ上の所定の位置に載置して固定する。発光素子１は、例えば、シリコーン樹脂により主要部１１ａ上に固定する。発光素子は、窒化物半導体等から構成される既知の半導体発光素子を適用できる。発光素子の発光波長は、可視域（３８０～７８０ｎｍ）を含め、紫外域から赤外域まで選択することができる。例えば、ピーク波長４３０～４９０ｎｍの発光素子としては、窒化物半導体を用いることができる。その窒化物半導体としては、ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。
３．保護素子載置工程
保護素子３を、図５Ａに示すように、第２リード１２の延伸部１２ａ上の所定の位置に載置して固定する。保護素子３は、例えば、上面にカソード側の端子電極３ａを備え下面にアノード側の端子電極３ｂを備えており、アノード側の端子電極３ｂが延伸部１２ａに電気的に導通するように、例えば、Ａｇを含有したエポキシ樹脂等の導電性接着部材８により延伸部１２ａ上に固定する。
保護素子３を、図５Ａに示すように、第２リード１２の延伸部１２ａ上の所定の位置に載置して固定する。保護素子３は、例えば、上面にカソード側の端子電極３ａを備え下面にアノード側の端子電極３ｂを備えており、アノード側の端子電極３ｂが延伸部１２ａに電気的に導通するように、例えば、Ａｇを含有したエポキシ樹脂等の導電性接着部材８により延伸部１２ａ上に固定する。
４．配線工程
配線工程では、ワイヤボンディングにより第１リード１１及び第２リード１２間に所定の配線を施す。以下では、２つの発光素子を備えた発光装置を例に説明する。
配線工程では、ワイヤボンディングにより第１リード１１及び第２リード１２間に所定の配線を施す。以下では、２つの発光素子を備えた発光装置を例に説明する。
４－１．発光素子配線工程
発光素子配線工程は、図６Ａに示すように、
２つの発光素子１の一方の発光素子１のｎ電極１ｎと第１リード１１（例えば、主要部１１aと連結部１１ｃの境界付近）とをワイヤ６により接続する第１ボンディングと、
一方の発光素子１のｐ電極１ｐと他方の発光素子１のｎ電極１ｎとをワイヤ６により接続する第２ボンディングと、
他方の発光素子１のｐ電極１ｐと第２リード１２（例えば、２つある延伸部１２ａの保護素子が実装されていない延伸部１２ａ）とをワイヤ６により接続する第３ボンディングと、を含む。
以上の第１～第３ボンディングにより、第１リード１１と第２リード１２の間に２つの発光素子１が直列に接続される。
発光素子配線工程は、図６Ａに示すように、
２つの発光素子１の一方の発光素子１のｎ電極１ｎと第１リード１１（例えば、主要部１１aと連結部１１ｃの境界付近）とをワイヤ６により接続する第１ボンディングと、
一方の発光素子１のｐ電極１ｐと他方の発光素子１のｎ電極１ｎとをワイヤ６により接続する第２ボンディングと、
他方の発光素子１のｐ電極１ｐと第２リード１２（例えば、２つある延伸部１２ａの保護素子が実装されていない延伸部１２ａ）とをワイヤ６により接続する第３ボンディングと、を含む。
以上の第１～第３ボンディングにより、第１リード１１と第２リード１２の間に２つの発光素子１が直列に接続される。
この発光素子配線工程では、ボンディングの順序は特に制限はなく、例えば、第１ボンディング、第２ボンディング、第３ボンディングの順に行ってもよいし、第３ボンディング、第２ボンディング、第１ボンディングの順に行ってもよいし、第２ボンディングを最初に行って、その後、第１ボンディング及び第３ボンディングまたは第３ボンディング及び第１ボンディングを行ってもよい。発光素子配線工程では、上述のように、ボンディングの順序はとはないが、発光素子１のｎ電極１ｎ及びｐ電極１ｐに対する接続はボールボンディングにより行うことが好ましく、これによりボンディング時における発光素子１に対する荷重による付加を小さくできる。
４－２．保護素子配線工程
保護素子配線工程では、図６Ａに示すように、延伸部１２ａ上に載置された保護素子３の上面に形成されたカソード側の端子電極３ａをワイヤ５により第１リード１１に接続する。ここでは、例えば、ワイヤ５の一端部である第１端部５ａを第１リード１１の第１表面１１ｍｓ接続した後に、ワイヤ５の他端部である第２端部５ｂを保護素子３の端子電極３ａに接続する。
保護素子配線工程では、図６Ａに示すように、延伸部１２ａ上に載置された保護素子３の上面に形成されたカソード側の端子電極３ａをワイヤ５により第１リード１１に接続する。ここでは、例えば、ワイヤ５の一端部である第１端部５ａを第１リード１１の第１表面１１ｍｓ接続した後に、ワイヤ５の他端部である第２端部５ｂを保護素子３の端子電極３ａに接続する。
具体的には、まず、ワイヤ５の一端部である第１端部５ａをボールボンディングにより第１リード１１の第１表面１１ｍｓ（例えば、主要部１１ａの表面）の上に接続する（ファーストボンディング）。次に、ワイヤ５の他端部である第２端部５ｂをウェッジボンディングにより保護素子３の上面に形成された端子電極３ａ上に接続する（セカンドボンディング）。このセカンドボンディングにおけるウェッジボンディングは、ボールボンディングに比較して接合強度を高くできるという利点を有しており、保護素子３を発光装置の外周に近い位置に配置しても高い接続信頼性が得られる。また、本実施形態の発光装置では、保護素子３を発光装置の外周に近い位置に配置できるので、発光素子１を載置する領域を小さくでき、小型化が可能になる。
しかしながら、上述したように、ウェッジボンディングは、ボールボンディングに比較すると荷重による負荷が大きい。したがって、ウェッジボンディングにより端子電極３ａ上に接続する本実施形態の製造方法では、ウェッジボンディングによる保護素子３に対する負荷を軽減するために、例えば、保護素子３の端子電極３ａ上にバンプ４を形成し、そのバンプ４の上にワイヤ５の第２端部５ｂをウェッジボンディングにより接続することが好ましい。
５．樹脂枠形成工程
樹脂枠形成工程では、図７Ａに示すように、少なくとも発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａと囲むように環状に樹脂枠２０を形成する。樹脂枠２０は、発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａから離間して発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａを囲むように形成する。樹脂枠２０は、例えば、ディスペンサーを液状の樹脂枠形成用樹脂を一定量吐出させながら、例えば、主要部１１ａの中心の周りに所定の半径で移動させることにより、樹脂を環状に塗布して乾燥させることにより形成する。ここで、樹脂枠形成用樹脂は、樹脂部２０ａを構成する樹脂材料と、光反射性部材２０ｂとを含む。
樹脂枠形成工程では、図７Ａに示すように、少なくとも発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａと囲むように環状に樹脂枠２０を形成する。樹脂枠２０は、発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａから離間して発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａを囲むように形成する。樹脂枠２０は、例えば、ディスペンサーを液状の樹脂枠形成用樹脂を一定量吐出させながら、例えば、主要部１１ａの中心の周りに所定の半径で移動させることにより、樹脂を環状に塗布して乾燥させることにより形成する。ここで、樹脂枠形成用樹脂は、樹脂部２０ａを構成する樹脂材料と、光反射性部材２０ｂとを含む。
樹脂枠２０は、好ましくは保護素子３の少なくとも一部、より好ましくは保護素子３の端子電極３ａとの接続部であるワイヤ５の第２端部５ｂを埋設するように形成する。これにより、保護素子３の端子電極３ａとワイヤ５の第２端部５ｂとの接続部における接続強度を向上させることができる。また、樹脂枠２０は、発光素子１の配線を構成するワイヤ６と第１リード１１との接続部及びワイヤ６の第２リード１２との接続部を埋設するように形成することが好ましい。これにより、ワイヤ６と第１リード１１との接続部及びワイヤ６の第２リード１２との接続部における接続強度を向上させることができる。ここで、樹脂枠２０は、例えば、ディスペンサーを移動させる主要部１１ａの中心の周りの半径を適宜調整することにより、所望の環状の形状に形成することができる。
樹脂枠２０の幅（基体１０上面における樹脂枠２０の内周と外周間の距離）、樹脂枠の高さ等の断面形状は、ディスペンサーから吐出させる樹脂の粘度、ディスペンサーからの樹脂の吐出量及びディスペンサーを移動させる速度を適宜設定することにより調整できる。
樹脂枠２０の樹脂部２０ａを構成する樹脂材料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンやＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。特に、樹脂枠２０の材料としては、耐光性に優れたシリコーン樹脂が好ましく、より好ましくはジメチル系シリコーン樹脂を用いる。ジメチル系シリコーン樹脂は、フェニル系シリコーン樹脂に比較して屈折率が小さく、例えば、光反射性部材２０ｂとの屈折率差を大きくできる。このように、樹脂部２０ａとの屈折率差の大きい光反射性部材２０ｂを含むと、樹脂枠２０の発光素子１からの光に対する反射率を高くすることができ、発光装置の光取出し効率を高めることができる。
光反射性部材としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムを用いることができる。特に、酸化チタンは、水分などに対して比較的安定でかつ高屈折率であるため好ましい。樹脂枠２０の発光素子１からの光に対する反射率は、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上とする。
平面視における樹脂枠の形状は図７Ａに示すように円形状でもよく、図９に示すように略八角形でもよい。尚、図９において、樹脂枠は、２８の符号を付して示している。平面視において第１リード１１の主要部１１ａが略八角形である場合には、樹脂枠の平面形状が略八角形であることが好ましい。つまり、平面視において第１リード１１の主要部１１ａの形状と樹脂枠の形状が略相似形状であることが好ましい。このようにすることで、樹脂枠の内側に位置する基体１０の上面を、第１リード１１の上面のみにより構成しやすくなるので、発光装置の光の取り出し効率を高くできる。また、第１リード１１の主要部１１ａの外縁と樹脂枠の外縁の少なくとも１辺が略平行であることが好ましい。また、第１リード１１の主要部１１ａの外縁と樹脂枠の外縁の２辺以上が略平行であることが好ましく、３辺以上が略平行であることがより好ましく、４辺以上が略平行であることが更に好ましい。このようにすることで、樹脂枠の内側に位置する基体１０の上面を、第１リード１１の上面のみにより構成しやすくなる。本明細書において略平行とは、±５°程度の変動は許容されることを意味する。
６．第１樹脂部形成工程
第１樹脂部形成工程では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、樹脂枠２０に囲まれた内側に第１樹脂を充填して硬化させて第１樹脂部２１を形成する。第１樹脂部２１は、樹脂枠２０に囲まれた発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａを第１樹脂部２１内に埋設して封止する。第１樹脂部２１は、例えば、ディスペンサーにより主要部１１ａの中心部から第１樹脂を吐出して樹脂枠２０の内側に充填して硬化させる。ここで、第１樹脂部２１は、例えば、ディスペンサーから吐出させる第１樹脂の粘度及びディスペンサーからの吐出量を調整することにより、第１樹脂の粘度及び吐出量に応じた形状に形成することができる。例えば、図８Ｂには、第１樹脂の粘度及び吐出量を調整することにより、第１樹脂部２１の外周端がほぼ樹脂枠２０の頂上の峰に一致し、その外周端から第１樹脂部２１の中心部に向かって基体１０からの厚さが厚くなるように形成した例を示している。
第１樹脂部形成工程では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、樹脂枠２０に囲まれた内側に第１樹脂を充填して硬化させて第１樹脂部２１を形成する。第１樹脂部２１は、樹脂枠２０に囲まれた発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａを第１樹脂部２１内に埋設して封止する。第１樹脂部２１は、例えば、ディスペンサーにより主要部１１ａの中心部から第１樹脂を吐出して樹脂枠２０の内側に充填して硬化させる。ここで、第１樹脂部２１は、例えば、ディスペンサーから吐出させる第１樹脂の粘度及びディスペンサーからの吐出量を調整することにより、第１樹脂の粘度及び吐出量に応じた形状に形成することができる。例えば、図８Ｂには、第１樹脂の粘度及び吐出量を調整することにより、第１樹脂部２１の外周端がほぼ樹脂枠２０の頂上の峰に一致し、その外周端から第１樹脂部２１の中心部に向かって基体１０からの厚さが厚くなるように形成した例を示している。
第１樹脂部２１の樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂やこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂等を用いることができる。特に、第１樹脂部２１の樹脂材料としては、耐光性に優れたシリコーン樹脂が好ましく、より好ましくは屈折率の高いフェニル系シリコーン樹脂を用いる。尚、フェニル系シリコーン樹脂は、ジメチル系シリコーン樹脂に比較すると硬度が高く、発光素子１及びワイヤ５の第１端部５ａを外力から保護することができる。第１樹脂部２１は波長変換部材を含有していてもよい。波長変換部材とは、発光素子が発する第一ピーク波長の光を、この第一ピーク波長とは波長の異なる第二ピーク波長の光に波長変換する部材である。第１樹脂部２１に波長変換部材を含有させることにより、発光素子が発する第一ピーク波長の光と、波長変換部材が発する第二ピーク波長の光とが混色された混色光を出力することができる。例えば、発光素子に青色ＬＥＤを、波長変換部材にＹＡＧ等の蛍光体を用いれば、青色ＬＥＤの青色光と、この青色光で励起されて蛍光体が発する黄色光とを混合させて得られる白色光を出力する発光装置を構成することができる。
７．第２樹脂部形成工程
第２樹脂部形成工程では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第２樹脂部２２を、樹脂枠２０および第１樹脂部２１を覆うように形成する。
例えば、第２樹脂部２２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、
（ａ）第２樹脂部２２の外側に、第１リード１１の端子部１１ｂが発光装置の一辺に沿って露出し、その一辺に対向する辺に沿って第２リード１２の端子部１２ｂが露出するように、かつ
（ｂ）保護素子３が樹脂枠２０から外側に露出している場合には少なくとも露出した保護素子３を覆うように、好ましくは、第２リード１２の延伸部１２ａを実質的に全て覆うように、形成する。
第２樹脂部形成工程では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第２樹脂部２２を、樹脂枠２０および第１樹脂部２１を覆うように形成する。
例えば、第２樹脂部２２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、
（ａ）第２樹脂部２２の外側に、第１リード１１の端子部１１ｂが発光装置の一辺に沿って露出し、その一辺に対向する辺に沿って第２リード１２の端子部１２ｂが露出するように、かつ
（ｂ）保護素子３が樹脂枠２０から外側に露出している場合には少なくとも露出した保護素子３を覆うように、好ましくは、第２リード１２の延伸部１２ａを実質的に全て覆うように、形成する。
また、第２樹脂部２２は、例えば、トランスファー成形により形成する。具体的には、基体１０の上に、第２樹脂部２２の形状（例えばレンズ形状）空洞を有する上金型を、当該空洞が樹脂枠２０および第１樹脂部２１を覆うように配置し、下金型を、基体１０の、樹脂枠２０の下面に配置して、空洞に第２樹脂部２２を構成する樹脂を注入し、これを硬化させる。
以上のようにして、第２樹脂部２２を形成する。
以上のようにして、第２樹脂部２２を形成する。
この第２樹脂部２２は、例えば、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂やこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂等を用いて形成することができる。特に、第２樹脂部２２の樹脂材料としては、シリコーン樹脂が好ましく、より好ましくは、透光性が高く、かつ光による変色が少ないジメチル系シリコーン樹脂を用いる。
以上の工程を経て、実施形態の発光装置は製造される。
１ 発光素子
１ｎ ｎ電極
１ｐ ｐ電極
３ 保護素子
３ａ 端子電極
３ｂ 端子電極
４ バンプ
５，６ ワイヤ
５ａ 第１端部
５ｂ 第２端部
８ 導電性接着部材
１０ 基体
１１ 第１リード
１１ａ 主要部
１１ｂ 端子部
１１ｃ 連結部
１１ｍｓ 第１表面
１１ｓｓ 側面
１１ｐ 凸部
１１ｒ，１２ｒ 凹部
１２ 第２リード
１２ａ 延伸部
１２ｂ 端子部
１２ｍｓ 第２表面
１２ｓｓ 側面
１３ 支持部材
１３ａ 第３表面
２０ 樹脂枠
２０ａ 樹脂部
２０ｂ 光反射性部材
２１ 第１樹脂部
２２ 第２樹脂部
２００ リードフレーム
２１０ 単位領域
１ｎ ｎ電極
１ｐ ｐ電極
３ 保護素子
３ａ 端子電極
３ｂ 端子電極
４ バンプ
５，６ ワイヤ
５ａ 第１端部
５ｂ 第２端部
８ 導電性接着部材
１０ 基体
１１ 第１リード
１１ａ 主要部
１１ｂ 端子部
１１ｃ 連結部
１１ｍｓ 第１表面
１１ｓｓ 側面
１１ｐ 凸部
１１ｒ，１２ｒ 凹部
１２ 第２リード
１２ａ 延伸部
１２ｂ 端子部
１２ｍｓ 第２表面
１２ｓｓ 側面
１３ 支持部材
１３ａ 第３表面
２０ 樹脂枠
２０ａ 樹脂部
２０ｂ 光反射性部材
２１ 第１樹脂部
２２ 第２樹脂部
２００ リードフレーム
２１０ 単位領域
Claims (11)
- 第１リードと第２リードと前記第１リードと前記第２リードとを電気的に分離して保持する支持部材とを含み、前記第１リードの表面からなる第１表面と前記第２リードの表面からなる第２表面と前記支持部材の表面からなる第３表面とを含む基体上面を有する基体と、
前記第１表面の上に設けられた発光素子と、
前記第２表面の上に設けられ、端子電極を備える保護素子と、
第１端部が前記第１表面に接続され、第２端部が前記保護素子の前記端子電極に接続されたワイヤと、
前記基体上面に設けられ、前記保護素子の少なくとも一部を覆いかつ前記発光素子及び前記ワイヤの前記第１端部を囲む樹脂枠と、
前記樹脂枠に囲まれ、前記発光素子及び前記ワイヤの前記第１端部を覆う第１樹脂部と、
前記樹脂枠と前記第１樹脂部とを覆う第２樹脂部と、
を含み、
前記樹脂枠は、樹脂部と光反射性部材を有し、
前記第１樹脂部の屈折率は、前記第２樹脂部の屈折率よりも大きく、
前記第１樹脂部の屈折率は、前記樹脂枠の樹脂部の屈折率よりも大きく、
前記樹脂枠の光反射性部材の屈折率は、前記樹脂枠の樹脂部の屈折率よりも高く、
前記ワイヤの前記第２端部は、ワイヤ径より薄い形状であり、前記端子電極に設けられたバンプを介して前記端子電極に接続されている
発光装置。 - 前記ワイヤの前記第１端部は、ワイヤ径より径の大きいボール形状である請求項１に記載の発光装置。
- 前記保護素子の一部は、前記樹脂枠の外側に位置し、その外側に位置する部分は前記第２樹脂部により覆われている請求項１または２に記載の発光装置。
- 前記ワイヤの前記第２端部は、前記樹脂枠に埋設されている請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記第１リードの前記第１表面と、前記第２リードの前記第２表面と、前記支持部材の第３表面と、は実質的に同一平面上に位置する請求項１～４のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記第１リードは、上面、下面、及び、前記上面と前記下面との間に位置する側面を備え、前記側面が凸部を有する請求項５に記載の発光装置。
- 前記樹脂枠の樹脂部は、ジメチルシリコーン樹脂を含み、前記第１樹脂部は、フェニルシリコーン樹脂を及び前記第２樹脂部はジメチルシリコーン樹脂を含む請求項１～６のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記樹脂枠の内側に位置する基体上面は、前記第１リードの上面からなる請求項１～７のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記第１樹脂部は前記第２樹脂部より硬い樹脂である請求項１～８のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記樹脂枠の光反射性部材は、前記第１樹脂部の屈折率よりも大きい請求項１～９のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記樹脂枠の光反射性部材と前記樹脂枠の樹脂部の屈折率の屈折率差が１以上である請求項１～１０のいずれか１つに記載の発光装置
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