JP7174240B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、金属基板の表裏に感光性レジストを塗布し、めっき部材を部分的に形成して、発光装置を得る製造方法が開示されている。
また、特許文献2の発光装置の製造方法では、感光性レジストを金属基板の角部または側面に確実に塗布することが難しく、例えば、感光性レジストが金属基板の角部近傍等に形成されない可能性がある。
図1A~図5Dを参照して、各工程について詳細に説明する。
まず、一対の金属部35を複数備え、上面30a、下面30bおよび一対の金属部35それぞれが対向する端面35cを有する金属板30を準備する。金属板30は、予め製造された金属板30を購入して準備してもよく、銅、銅合金又はニッケル合金からなる平板状の板材にエッチング加工またはプレス加工等を施すことにより製造して準備してもよい。図1Aは金属板30を上面側から見たときの模式的上面図であり、図1Bは図1A中の破線部を拡大した部分拡大図(二対の金属部35を示す)であり、図1Cは図1B中の1C-1C線における模式的端面図である。本明細書において、端面35cとは、一対の金属部35それぞれが対向する面であって、上面35aと下面35bとの間にある面をいう。
次に、電着法により金属部35の端面35cを含む第1領域Xにレジスト膜7を形成する。図2Aは、図1B中の2A-2A線における模式的端面図であり、第1領域Xにレジスト膜7が形成された後の金属部35を示す。図2Aでは、レジスト膜7は、端面35cの上側に位置する領域とその領域と連続する上面35aの一部とを連続して被覆している。また、端面35cの反対側に位置する端面35dの上側に位置する領域と、上面35aの一部とを被覆している。レジスト膜7は、端面35cの一部を被覆してもよく、端面35cの全面を被覆してもよい。また、レジスト膜7は、金属部35の端面35cに加え、金属部35の上面35aと端面35cとを接続する第1角部C1と、金属部35の下面35bと端面35cとを接続する第2角部C2との少なくとも一方を連続して被覆することが好ましい。これにより、レジスト膜7を除去した後において、該領域には金または金合金を含む第1めっき層5が形成されないため、後述する樹脂成形体8との密着強度を向上させることができる。
まず、荷電粒子となる物質(例えば、アクリル)およびレジスト膜7となる物質を含む水溶液中に金属板30を浸漬し、電気を印加する。この浸漬工程は、例えば、電圧100V~250Vで浸漬時間10秒~30秒の条件で行われ、好適には電圧150V~200Vで浸漬時間10秒~20秒の条件で行われる。これにより、図2Bで示すように、金属部35の上面35a、下面35b、端面35cおよび角部を含む表面にレジスト膜7が形成される。図2Bでは、分かりやすさのためレジスト膜7のハッチングは省略している。レジスト膜7となる物質は、好適には感光性のフォトレジスト材料が用いられる。レジスト膜7としてフォトレジスト材料を用いることで、所望の領域に光を当て、不要な部分を現像液により除去することにより、レジスト膜7を精度良く加工することができる。
次に、水溶液から金属板30を取り出した後、レジスト膜7に熱を加える乾燥工程を行う。レジスト膜7が形成された金属板30に対して、例えば、60℃~100℃で45秒~90秒、好適には60℃~80℃で60秒~90秒間熱を加える。これにより、金属板30の表面において、厚みのばらつきが少ないレジスト膜7を形成することができる。また、乾燥工程を行うことで、レジスト膜7となる成分が金属部35の角部近傍にも効果的に付着し、レジスト膜7が金属部35の角部を被覆しやすくなる。
次に、第1領域Xに形成されたレジスト膜7以外のレジスト膜7を除去する。この工程は、例えば、金属部35の表面のうち所望の領域に光を当てる露光工程と、不要な部分を現像液により除去する工程(現像工程)とを含む。
次に、第1領域Xにレジスト膜7が形成された金属板30に、めっき法により金または金合金を含む第1めっき層5を形成する。第1めっき層5は、部分めっき層である。めっき法は、電解めっき法または無電解めっき法を用いることができる。図2Eで示すように、第1めっき層5は、少なくとも金属部35の上面35a上に形成される。この場合の上面または上面上に形成されるとは、上面に直接形成される場合と、他のめっき層を介して上方に間接的に形成される場合の双方を含む。換言すると、第1めっき層5は、金属部35の上面35aと直接接していてもよく、金属部35の上方に位置し金属部35の上面35aと直接接していなくてもよい。第1めっき層5と金属部35の上面35aとの間には第2めっき層6が位置する場合、第1めっき層5は第2めっき層6を介して金属部35の上方に位置する。
次に、第1領域Xに位置するレジスト膜7を剥離液により除去する。レジスト膜7の表面に第1めっき層5が形成されている場合は、レジスト膜7と、レジスト膜7の表面に形成されている第1めっき層5とは同時に除去されうる。以上の工程を経ることにより、図2Fで示すように、第1めっき層5が形成されていない第1領域Xと、第1めっき層5が形成されている第2領域Yとを備えるリード部36を有するリードフレーム40を形成することができる。以降の説明では、第1めっき層5を備える金属板30をリードフレーム40とし、第1めっき層5を備える金属部35をリード部36として説明する。
リードフレーム40を形成する工程は、第1めっき層5を形成する工程(B-4)の前に、金属部35の表面に第2めっき層6を形成する工程を含むことが好ましい。第2めっき層6は、電解めっき法または無電解めっき法により形成することができる。第2めっき層6は、第1領域Xを被覆する、又は、第1領域Xおよび第2領域Yの双方を被覆することができる。第2めっき層6が金属部35の表面に位置することで、銅合金等からなる金属板30の表面が外部に露出し、その表面が酸化等することを抑制することができる。また、金属板30の銅等の成分が最表層となる第1めっき層5の表面に析出する可能性を低減することができる。その結果、例えば、発光素子10の電極と第1めっき層5とをワイヤ等(ワイヤまたは接合部材を含む)で接続する際に、第1めっき層5とワイヤ等との接続強度が低下することを抑制することができる。なお、第2めっき層6は、金属部35の全面に形成してもよく、金属部35の表面のうち一部のみに形成してもよい。リードフレーム40が第1めっき層5および第2めっき層6を有する場合、第1めっき層5は最表層となり、第2めっき層6は中間層または下地層とすることができる。
次に、リードフレーム40に樹脂成形体8を一体成型する。この工程を経ることにより、リードフレーム40と樹脂成形体8とを備え、上面側に複数の凹部2を有する第1構造体50(樹脂成形体付リードフレーム)を準備することができる。図3Aは図2Gで説明したリード部36を有するリードフレーム40を用いた場合の第1構造体50の模式的端面図である。また、図3Bは図3A中の破線部を拡大した部分拡大図である。第1構造体50は、複数のパッケージ領域1を備え、凹部2は各パッケージ領域1に形成されている。第1構造体50は、例えば、リードフレーム40を、樹脂成型金型のキャビティー内に一対のリード部36を所定の位置に支持した状態で、樹脂成型金型内に配置する。そして、キャビティー内に樹脂成形体8となる樹脂材料を注入して固体化させる。以上のようにして、各パッケージ領域1の樹脂部8aが一体に形成された樹脂成形体8を含む第1構造体50を準備することができる。樹脂成形体8の形成は、例えば、トランスファモールド法や射出成形法などによって行うことができる。
次に、第1構造体50の凹部2の底面に発光素子10を配置する。図4Aで示すように、発光素子10は、例えば、一の面に正負の電極(図示せず)を有し、凹部2の底面に露出した一対のリード部36の上面に配置される。そして、発光素子10の正負の電極と一対のリード部36とはワイヤ4により接続される。なお、発光素子10は、一の面に正負の電極を有し、正負の電極と一対のリード部36の上面とを対向させて、導電性の接合部材を介して一対のリード部36の上面上に配置することもできる。
最後に、第2構造体60を個片化し、複数の発光装置100を得る。個片化の方法としては、例えば、リードカット金型、ダイシングソー又はレーザー光を用いて個片化することができる。これにより、図5A、図5Bおよび図5Cで示す発光装置100を得ることができる。図5Aは一の実施形態に係る発光装置100の模式的端面図であり、図5Bは一の実施形態に係る発光装置100の模式的斜視図であり、図5Cは図5B中の破線部を拡大した部分拡大図である。また、図5Dは、一対のリード部36のみを上から見たときの模式的上面図であり、第1めっき層5が形成されている領域にハッチングを施している。
金属板30および一対の金属部35の材料は、例えば、銅、アルミニウム、銀、鉄、ニッケル、又はこれらの合金を用いることができる。金属板30および一対の金属部35は、金または金合金を実質的に含まない。金または金合金を実質的に含まないとは、金または金合金が不可避的に混入することを排除しないことを意味し、金または金合金の含有率は例えば0.05質量%以下である。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。特に、金属板30および一対の金属部35の材料として、安価で放熱性が高い銅または銅合金を好適に用いることができる。金属板30の厚みや形状は、発光装置100の厚みや形状等に応じて種々選択することができる。金属板30は、平板状でもよく、一部が折れ曲がった形状でもよく、一部が厚いまたは一部が薄い形状であってもよい。
樹脂成形体8および樹脂部8aは、母材となる樹脂材料として、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などを用いることができる。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、変成シリコーン樹脂組成物、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、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樹脂等の樹脂を用いることができる。特に、樹脂成形体8および樹脂部8aの樹脂材料として、耐熱性および耐光性に優れたエポキシ樹脂組成物やシリコーン樹脂組成物を用いることが好ましい。
発光素子10は、発光装置100の光源として機能し、さらに蛍光体の励起源となる。発光素子10には、発光ダイオード素子などを用いることができ、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)を好適に用いることができる。図5Aで示す発光装置100は、1つの発光素子10を備えているが、本実施形態の発光装置はこれに限られない。発光装置100は、少なくとも1つの発光素子を備えていればよく、発光素子の個数は目的や用途に応じて変更可能である。
発光装置100は、発光素子10を被覆する封止部材9を備える。封止部材9は、発光素子等を外力や埃、水分などから保護する。封止部材9は、発光素子10から出射される光の60%以上を透過するもの、さらに90%以上を透過するものが好ましい。封止部材9の母材としては、樹脂成形体8で用いられる樹脂材料を用いることができる。封止部材9は単一層であってもよく、複数層であってもよい。また、封止部材9には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどの光拡散材を分散させることができる。
ワイヤ4および接合部材は、発光素子10の電極とリード部36とを接続する部材である。ワイヤ4の材料として、例えば、金、銅、銀、白金、アルミニウム、パラジウム等の金属またはこれらの1種以上を含む合金を用いることができる。また、導電性の接合部材として、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、金-錫、錫-銀-銅などの共晶はんだ材料、低融点金属等のろう材、銀または金などを含むバンプ等を用いることができる。絶縁性の接合部材として、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物やその変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、発光素子10からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子10の実装面にアルミニウム膜や銀膜などの反射率の高い金属層や誘電体反射膜を設けることができる。
リードフレーム40を形成する工程(B)において、(B-1)工程~(B-3)工程の代わりに、金属板30の第1領域X以外の第2領域Yにマスクを形成する工程と、マスクが形成された金属板30に対して電着法によりレジスト膜7を形成する工程と、レジスト膜7を乾燥する工程と、マスクを除去する工程とを行い、第1領域Xにのみレジスト膜7が形成された金属板30を形成することができる。マスクは、導電性または絶縁性の部材を用いることができ、好適には絶縁性のマスクが用いられる。絶縁性のマスクを用いることで、マスクが形成された領域にはレジスト膜7が形成されず、マスクを除去する工程が容易になる。マスクとしては、例えば、メタルマスクまたはラバーマスク等を用いることができる。
スルファミン酸ニッケル=450g/L
塩化ニッケル=10g/L
ほう酸=30g/L
の浴を用いて、めっき時間を調整し液温55℃、陰極電流密度5A/dm2で電解めっきにより形成した。陽極はイオウ含有ニッケル電極を用いた。
テトラアンミンパラジウム塩化物 パラジウムとして5g/L
硝酸アンモニウム=150g/L
2-ピリジンスルホン酸=3g/L
pH 8.5 (アンモニア水にて調整)
の浴を用いて、めっき時間を調整し液温50℃、陰極電流密度0.5A/dm2で電解めっきにより形成した。陽極は白金被覆チタン電極を用いた。
シアン化金カリウム 金として1g/L
クエン酸カリウム=100g/L
りん酸二カリウム=30g/L
pH 4.0 (クエン酸または水酸化カリウムにて調整)
の浴を用いて、めっき時間を調整し液温45℃、陰極電流密度2A/dm2で電解めっきにより形成した。陽極は白金被覆チタン電極を用いた。
硫酸ロジウム ロジウムとして3g/L
硫酸=25g/L
酢酸鉛 鉛として10mg/L
の浴を用いて、めっき時間を調整し液温50℃、陰極電流密度1A/dm2で電解めっきにより形成した。陽極は白金被覆チタン電極を用いた。
次に、実施例1~7、比較例1および比較例2の発光装置をそれぞれ鉛フリ-半田(Sn-0.3Ag-0.7Cu)を塗布したプリント基板上に設置し、温度260℃で10秒間の条件でリフローを行った。その後、プリント基板から発光装置を剥がし、凹部2内の半田の侵入の有無を評価した。また、発光装置の下面における封止部材9の漏れの有無についても評価した。その評価結果を図7に示す。
30 金属板
40 リードフレーム
50 第1構造体
60 第2構造体
1 パッケージ領域
2 凹部
4 ワイヤ
5 第1めっき層
6 第2めっき層
6a 下層金属層
6b 上層金属層
7 レジスト膜
8 樹脂成形体
8a 樹脂部
9 封止部材
10 発光素子
11 保護素子
13 溝
30a 上面
30b 下面
35 金属部
35a 上面
35b 下面
35c 端面
35d 端面
36 リード部
36c 端面
C1 第1角部
C2 第2角部
D 配置領域
E 端部
MS マスク
P 凸部
RC 角部
S 連続領域
X 第1領域
Y 第2領域
Claims (15)
- 一対の金属部を複数備え、上面、下面および前記一対の金属部それぞれが対向する端面を有する金属板と、前記一対の金属部のそれぞれの前記金属部の端面、上面の少なくとも一部及び前記上面と前記端面とを接続する第1角部を含む第1領域に電着法により形成されたレジスト膜をマスクとし前記金属部の上面上を含む前記第1領域以外の領域に形成された金または金合金を含む第1めっき層と、を含み、前記レジスト膜が除去されてなるリードフレームと、前記第1領域を被覆し、かつ前記リードフレームの下面の一部を露出させて前記リードフレームと一体成型された樹脂成形体と、を有し、上面側に複数の凹部を有し、前記凹部の底面において前記金属部の上面上にある前記第1めっき層が位置する第1構造体を準備する工程と、
前記凹部内において、前記底面に発光素子を配置し、前記発光素子を被覆する封止部材を配置して第2構造体を形成する工程と、
前記第2構造体を個片化し、複数の発光装置を得る工程と、を備える発光装置の製造方法。 - 前記第1構造体を準備する工程は、
前記金属板を準備する工程と、
前記金属部の端面を含む前記第1領域に電着法により前記レジスト膜を形成し、前記金属部の上面上に前記第1めっき層を形成し、前記レジスト膜を除去することにより前記リードフレームを形成する工程と、
前記リードフレームに前記樹脂成形体を形成する工程と、を含む、請求項1に記載の発光装置の製造方法。 - 前記レジスト膜は、前記金属部の端面に加え、前記金属部の上面と端面とを接続する第1角部と、前記金属部の下面と端面とを接続する第2角部との少なくとも一方を連続して被覆する、請求項1または2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1構造体を準備する工程は、
前記レジスト膜を前記金属部の上面、下面、端面および角部を含む表面に配置する工程と、
前記レジスト膜を乾燥する工程と、
前記第1領域に位置する前記レジスト膜に光を当て、前記第1領域に位置する前記レジスト膜を現像液に対して不溶性にする露光工程と、
前記金属部の表面に位置する前記レジスト膜のうち、前記第1領域以外の第2領域に位置する前記レジスト膜を現像液により除去する工程と、
前記第1めっき層を形成した後に、前記第1領域に位置する前記レジスト膜を剥離液により除去する工程と、を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1構造体を準備する工程は、
前記レジスト膜を前記金属部の上面、下面、端面および角部を含む表面に配置する工程と、
前記レジスト膜を乾燥する工程と、
前記第1領域以外の第2領域に位置する前記レジスト膜に光を当て、前記第2領域に位置する前記レジスト膜を現像液に対して可溶性にする露光工程と、
前記金属部の表面に位置する前記レジスト膜のうち、前記第2領域に位置する前記レジスト膜を現像液により除去する工程と、
前記第1めっき層を形成した後に、前記第1領域に位置する前記レジスト膜を剥離液により除去する工程と、を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記露光工程は、前記金属板の上方、下方または上方及び下方から前記レジスト膜に光を当てる工程であって、遮光用マスクを配置して光を当てる工程、又は、所定のパターニング光を照射する照射装置を用いる工程を含む、請求項4または5に記載の発光装置の製造方法。
- 前記一対の金属部の上面に垂直な方向な断面視において、
前記一対の金属部のうち、一方の金属部の上面と端面とを接続する第1角部は、前記一方の金属部の下面と端面とを接続する第2角部よりも他方の金属部に近い位置にあり、
前記露光工程は、前記金属板の下方から前記レジスト膜に光を当てるとともに、前記遮光用マスクの端部またはパターニング光の端部を前記一方の金属部の前記第1角部と前記第2角部との間に位置させる工程を含む、請求項6に記載の発光装置の製造方法。 - 前記金または金合金を含む第1めっき層の厚みは、10nm以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1めっき層は、前記凹部の底面において前記金属部の上面の全てを被覆する、請求項1~8のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1めっき層は、前記凹部の底面において前記金属部の上面の一部のみを被覆する、請求項1~8のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子は、ワイヤまたは接合部材を介して前記一対の金属部と接続され、
前記第1めっき層は、前記金属部の上面のうち前記ワイヤまたは前記接合部材が配置される配置領域のみを被覆する、請求項10に記載の発光装置の製造方法。 - 前記金属部の上面と前記第1めっき層との間に第2めっき層をさらに有し、
前記第2めっき層は、前記第1領域を被覆する、又は、前記第1領域および前記第1領域以外の第2領域の双方を被覆する、請求項1~11のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第2めっき層は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、パラジウム、パラジウム合金、ロジウムまたはロジウム合金を含む金属層を1層または複数層備える、請求項12に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1めっき層の金または金合金の含有率は、85質量%以上である、請求項1~13のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1めっき層の金合金は、金銀合金、金インジウム合金、金パラジウム合金、金コバルト合金、金ニッケル合金または金銅合金である、請求項1~14のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
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