KR20130114745A - 렌즈 부착 광반도체 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

렌즈 부착 광반도체 장치 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130114745A
KR20130114745A KR1020137024087A KR20137024087A KR20130114745A KR 20130114745 A KR20130114745 A KR 20130114745A KR 1020137024087 A KR1020137024087 A KR 1020137024087A KR 20137024087 A KR20137024087 A KR 20137024087A KR 20130114745 A KR20130114745 A KR 20130114745A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transparent resin
lens
optical semiconductor
sealing body
semiconductor device
Prior art date
Application number
KR1020137024087A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101561754B1 (ko
Inventor
마스츠구 다사키
아키라 이치카와
히데아키 사토
사토시 엔도
다카유키 모토야나기
요시히로 오카베
요이치 오리카사
마사루 아즈마
Original Assignee
가부시키가이샤 아사히 러버
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 아사히 러버 filed Critical 가부시키가이샤 아사히 러버
Publication of KR20130114745A publication Critical patent/KR20130114745A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101561754B1 publication Critical patent/KR101561754B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/93—Batch processes
    • H01L24/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L24/97—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12042—LASER
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/005—Processes relating to semiconductor body packages relating to encapsulations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

기판 위에 실장된 적어도 하나의 광반도체 소자 및 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치와, 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비하는 수지 렌즈와, 기판과 오목부와 투명 수지 밀봉체와의 사이에 충전되는 투명 수지층을 구비하고, 오목부의 용적은, 광반도체 소자와 상기 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는 렌즈 부착 광반도체 장치이다.

Description

렌즈 부착 광반도체 장치 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE WITH LENS AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 수지 렌즈를 구비한 광반도체 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 수지 렌즈를 구비한 광반도체 장치의 배광 정밀도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.
근래, 발광 다이오드(LED)를 이용한 LED 장치의 용도가 확대되고 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 일반 실내 조명기구, 차내등과 같은 스포트 라이트, 박형 텔레비젼이나 정보 단말 기기의 백 라이트, 자동차의 테일 램프, 가로등, 교통신호기 등으로 채용되고 있다.
일반적인 LED 장치는, 서브 마운트 기판 위에 실장된 LED 소자(LED 칩이라고도 칭한다)를 보호하기 위한 투명 수지 밀봉체를 구비한다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 서브 마운트 기판(2) 위에 실장된 LED 소자(1)를 밀봉하기 위해, 반구 형상으로 성형된 투명 수지 밀봉체(3)가 알려져 있다(예를 들면, 하기 특허 문헌 1). 이와 같이 투명 수지 밀봉체를 반구 형상의 렌즈 형상으로 성형함으로써, LED 장치에 있어서, LED 소자 발광의 외부로 꺼내는 효율이 높아지거나, 배광 패턴이 제어되거나 한다. 예를 들면, 도 19의 LED 장치(110)에서는, LED 소자(1)의 바닥면에 설치된 전극(1a)이 서브 마운트 기판(2) 위에 형성된 회로 전극(2a)에 다이 본딩되고, 상면에 설치된 전극(1b)이 금선(w)에 의해 회로 전극(2b)에 와이어 본딩 되어 있다. 이와 같이 하여, 서브 마운트 기판(2) 위에 LED 소자(1)가 실장되어 있다. 그리고, 실장된 LED 소자(1)가 반구 형상으로 성형된 투명 수지 밀봉체(3)로 밀봉되어 있다. LED 장치(110)는, 서브 마운트 기판(2)에 설치된, 외부와 전기적인 접속을 행하는 전극 단자(1c, 1d)에 의해, 프린트 배선 기판에 실장된다.
이와 같은 LED 장치의 일반적인 제조방법에 대하여, 도 20~도 21을 참조하여 설명한다.
도 20은, 집합 베이스 기판(12)에 실장된 복수개의 LED 소자(1)의 각각을 덮도록 하고, 반구 형상의 투명 수지 밀봉체(3)를 오버 몰드 성형하는 공정을 설명하는 모식 단면도이다. 처음에, 도 20a에 나타내는 바와 같이, LED 소자(1)를 실장한 집합 베이스 기판(12)을 오버 몰드 성형용의 금형(21)의 상형(上型, 21a)에 고정한다. 또, 금형(21)의 하형(下型, 21b)에 설치된 복수의 렌즈 형상의 캐비티에, 디스펜서(D)를 이용하여 미경화(未硬化) 액상 수지(105＇)를 주액(注液)한다. 양산 공정에 있어서는, 1매의 집합 베이스 기판(12)에, 예를 들면, 100개 이상의 LED 소자(1)가 실장되는 것도 있다.
그리고, 도 20b에 나타내는 바와 같이, 금형(21)을 몰드 클램핑(mold clamping)하고, 가열함으로써 액상 수지(105＇)를 경화시킨다. 그리고, 도 20c에 나타내는 바와 같이, 금형(21)을 몰드 오프닝(mold opening)한다. 그리고, 도 20d에 나타내는 바와 같이, 상형(21a)으로부터 집합 베이스 기판(12)을 떼어냄으로써, 집합 베이스 기판(12)에 형성된, 반구 형상의 투명 수지 밀봉체(3)를 구비한 다수개의 LED 장치(110)를 얻을 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 다수개의 LED 장치(110)를 구비한 집합 베이스 기판(12)을 다이싱소(S)(dicing saw)로 절단하고, 각 LED 장치(110)를 개별화하는 공정을 설명한다. 도 21은, 그 공정의 모식 설명도이다. 이 공정에 있어서는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 집합 베이스 기판(12)을, 미리 설치된 바둑판 눈 형상의 컷 라인(L)을 따라서 다이싱소(S)에 의해 절단함으로써 각 LED 장치(110)를 개별화한다. 이와 같이 하여, 렌즈로 되는 반구 형상의 투명 수지 밀봉체(3)를 구비한 LED 장치(110)가 다수개 취득되어 양산된다.
그렇지만, 상술한 바와 같이, 오버 몰드 성형 공정을 구비한 LED 장치의 제조방법에 의하면, LED 소자의 중심 위치에 대하여, 투명 수지 밀봉체가 배치되는 위치가 어긋난다고 하는 문제가 있었다. 도 22를 참조하여, 이 문제를 자세하게 설명한다.
집합 베이스 기판(12)에는, 미리, 컷 라인(L)이 형성되어 있다. 컷 라인(L)을 따라서 집합 베이스 기판(12)을 절단함으로써, 각 서브 마운트 기판(2)이 개별화된다. LED 소자(1)는, 각 서브 마운트 기판(2)의 소정의 위치에 정확하게 배치되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 컷 라인(L)에 둘러싸인 사각형의 중심에, LED 소자(1) 및 LED 소자(1)를 덮는 투명 수지 밀봉체(3)가 정확하게 위치하도록 설계되어 있다. 이와 같이 설계된 경우, LED 소자(1)의 중심에, 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 맞도록 투명 수지 밀봉체(3)가 성형될 필요가 있다. 그러나, 오버 몰드 성형 시에 집합 베이스 기판의 선팽창률의 영향에 의해, 집합 베이스 기판(12)의 중앙에서 떨어진 영역에서는, 투명 수지 밀봉체(3)가 설계된 위치로부터 어긋나 성형되어 버리는 경우가 있었다. 그리고, 이와 같이 LED 소자(1)의 중심과 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 어긋나게 배치된 경우, 설계대로의 배광 특성을 얻을 수 없다고 하는 문제가 생긴다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 23a의 화살표로 나타내는 바와 같이, LED 소자(1)로부터의 발광이 초점에 수습되도록 광학 설계를 한 경우에서도, 도 23b의 화살표로 나타내는 바와 같이, LED 소자(1)로부터의 발광이 초점에 수습되지 않고, 목적으로 하는 배광으로부터 어긋난다고 하는 문제가 있었다.
이와 같은 배광의 격차는, 오버 몰드 성형용 금형의 베이스 재질의 선팽창률과 집합 베이스 기판(12)의 기판 재질의 선팽창률과의 차이에 의한, 성형시의 가열 및 가열 후의 냉각 때의 치수 변화의 차이나, 금형에 집합 베이스 기판을 세트할 때의 위치 맞춤의 불균일이나, 집합 베이스 기판상의 LED 소자의 피치와 렌즈 성형 금형의 렌즈부의 피치의 정밀도 차이 등에 의해 생긴다고 생각할 수 있다. 따라서, 반구 형상의 투명 수지 밀봉체가 형성된 이와 같은 집합 베이스 기판을 컷 라인을 따라서 절단한 경우, 컷 라인과 LED 소자와의 위치는 일정하지만, 투명 수지 밀봉체는, 컷 라인간의 중심에서 어긋나게 배치되는 경우가 있기 때문에, 개별화된 각 LED 장치 사이에서 배광이 격차가 생긴다고 하는 문제가 있었다.
이와 같은 배광의 이상은, 일반 조명기구용으로서 이용되는 용도이면 영향은 작다. 그러나, 고정밀의 배광 특성이 요구되는 용도에 있어서는, 요구 특성을 충분히 만족하지 않는 것이 발생하고 있었다.
LED 소자에 대한 렌즈의 배치 정밀도를 향상시키는 기술로서는, 예를 들면, 하기 특허 문헌 2는, LED 소자를 플랫한 투명 수지 밀봉체로 밀봉한 후, 별체에 렌즈를 위치 맞춤하여 접합시킴으로써, LED 소자와 렌즈의 센터와의 위치를 정확하게 맞추는 기술을 개시하고 있다.
: 일본공개특허공보 2010－519757호 : 일본공개특허공보 2003－8065호
본 발명은, 배광이 고정밀도로 제어된 렌즈 부착 광반도체 장치 및 배광의 격차가 작은 렌즈 부착 광반도체 장치를 효율 좋게 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 국면은, 기판 위에 실장된 적어도 하나의 광반도체 소자(광반도체 칩이라고도 한다) 및 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치와, 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비하는 수지 렌즈와, 기판과 오목부와 투명 수지 밀봉체와의 사이에 충전되는 투명 수지층을 구비하고, 오목부의 용적은, 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 렌즈 부착 광반도체 장치이다. 이와 같은 구성에 의하면, 오목부의 용적이 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체의 총 체적에 비해 충분히 크기 때문에, 광반도체 소자 위치에 대한 투명 수지 밀봉체의 위치 어긋남을 보정할 수 있다. 따라서, 배광이 고정밀도로 제어된 렌즈 부착 광반도체 장치를 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 다른 한 국면은, 기판 위에 실장된 광반도체 소자 및 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치를 준비하는 공정과, 광반도체 장치의 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비한 수지 렌즈의 오목부에 미경화 투명 수지를 공급하는 공정과, 미경화 투명 수지를 공급한 오목부에 투명 수지 밀봉체를 침입시키고, 수지 렌즈를 소정의 위치에 배치하여 미경화 투명 수지와 투명 수지 밀봉체를 밀착시키는 공정과, 미경화 투명 수지를 경화시켜 투명 수지층을 형성하는 공정을 구비하고, 오목부의 용적은, 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법이다. 이와 같은 제조방법에 의하면, 광반도체 장치에 형성된 투명 수지 밀봉체의 위치와 광반도체 소자의 중심과의 어긋남을 투명 수지 밀봉체, 투명 수지층 및 수지 렌즈에 의해 보정할 수 있다. 따라서, 배광이 고정밀도로 제어된 렌즈 부착 광반도체 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명 및 첨부하는 도면에 의해, 보다 명백하게 된다.
본 발명에 의하면, 광반도체 소자의 위치에 대한 투명 수지 밀봉체의 위치 어긋남을 투명 수지층 및 수지 렌즈에 의해 보정할 수 있다. 그 때문에, 배광이 고정밀도로 제어된 렌즈 부착 광반도체 장치를 얻을 수 있다
도 1은, 본 실시 형태의 렌즈 부착 LED 장치(20)의 모식 단면도이다.
도 2는, 집합 베이스 기판(12)의 표면에 복수개의 LED 소자(1)를 실장한 모습을 설명하는 모식도이다.
도 3은, 투명 수지 밀봉체의 오버 몰드 성형의 각 공정을 순서로 설명하는 모식 공정 단면도이다.
도 4는, 다수개의 LED 장치(10)를 구비한 집합 베이스 기판(12)을 다이싱소(S)로 절단하여 개별화하는 공정을 설명하는 설명도이다.
도 5a는, LED 소자(1)에 대하여, 투명 수지 밀봉체(3)가 설계대로 배치된 모습을 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 5b는, LED 소자(1)에 대하여, 투명 수지 밀봉체(3)가 설계된 위치로부터 어긋나게 배치되었을 때의 모습을 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 6a는, 수지 렌즈(5)의 모식 단면도이다.
도 6b는, 도 6a에 나타내는 수지 렌즈(5)를 바닥면에서 본 모식 사시도이다.
도 7a는, 미경화 투명 수지(4＇)가 공급된 렌즈(5)의 오목부(5b)에 LED 장치(10)를 침입시키기 전의 모습을 설명하는 모식 단면도이다.
도 7b는, 미경화 투명 수지(4＇)가 공급된 렌즈(5)의 오목부(5b)에 LED 장치(10)를 침입시킨 후의 모습을 설명하는 모식 단면도이다.
도 8은, 상면이 평면인 투명 수지 밀봉체를 구비한 LED 장치(30)에 렌즈(5)를 장착시킨 렌즈 부착 LED 장치(40)의 모식 단면도이다.
도 9는, 중앙부가 융기한 오목부(15b)를 구비한 수지 렌즈(15)를 설명하는 모식 단면도이다.
도 10은, 투명 수지 밀봉체(3)의 위치 어긋남이 투명 수지층(4)에 의해 보정된 렌즈 부착 LED 장치(20B)의 모식 단면도이다.
도 11a는, 투명 수지 밀봉체(3)의 어긋남이 없는 LED 장치(10A)를 이용한 때의 배광을 설명하는 설명도이다.
도 11b는, 투명 수지 밀봉체(3)의 어긋남이 있는 LED 장치(10B)의 배광이 보정된 렌즈 부착 LED 장치의 배광을 설명하는 설명도이다.
도 12는, 배트윙(batwing) 배광 렌즈(25)를 구비한 렌즈 부착 LED 장치(50)의 모식 단면도이다.
도 13은, 실시예에서 이용한 실리콘 렌즈의 치수 형상을 나타내는 모식도이다.
도 14는, 실시예 1에서 이용한 오버 몰드 LED 장치의 배광 특성을 나타내는, 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프이다.
도 15는, 실시예 1에서 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(A)의 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프이다.
도 16은, 실시예 2에서 이용한 오버 몰드 LED 장치의 배광 특성을 나타내는, 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프이다.
도 17은, 실시예 2에서 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(B)의 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프이다.
도 18은, 비교예에서 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(D)의 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프이다.
도 19는, 반구 형상의 투명 수지 밀봉체(3)를 구비한 LED 장치(110)의 모식 단면도이다.
도 20은, 투명 수지 밀봉체의 오버 몰드 성형을 설명하는 모식 단면도이다.
도 21은, 다수개의 LED 장치(110)를 구비한 집합 베이스 기판(12)을 다이싱소(S)로 절단하여 개별화하는 공정을 설명하는 설명도이다.
도 22는, LED 소자(1)에 대한 투명 수지 밀봉체(3)의 위치 어긋남을 설명하는 모식 단면도이다.
도 23a는, 설계와 같은 위치에 투명 수지 밀봉체(3)가 배치된 LED 장치(110)의 배광을 설명하는 설명도이다.
도 23b는, 설계된 위치로부터 어긋나 투명 수지 밀봉체(3)가 배치된 LED 장치(110)의 배광을 설명하는 설명도이다.
도 1은, 본 발명의 렌즈 부착 광반도체 장치의 일실시 형태인, 렌즈 부착 LED 장치(20)의 모식 단면도이다. 렌즈 부착 LED 장치(20)는, LED 장치(10)와 수지 렌즈(5)와, 투명 수지층(4)을 구비한다. LED 장치(10)는, 서브 마운트 기판(2)과, 서브 마운트 기판(2) 위에 실장된 LED 소자(1)와, LED 소자(1)를 밀봉하는 반구 형상의 투명 수지 밀봉체(3)를 구비한다. 수지 렌즈(5)는, 투명 수지 밀봉체(3)를 수용하기 위한 오목부(5b)를 구비한다. 투명 수지층(4)은, 서브 마운트 기판(2)과 오목부(5b)의 내벽과 투명 수지 밀봉체(3)의 외벽과의 사이에 형성된 공간에 충전된 투명 수지이다. 서브 마운트 기판(2)은, 그 바닥면에, 한 쌍의 전극인 도시되지 않은 리드 단자를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서는, 광반도체 소자로서, LED 소자(1)를 이용한 예에 대하여 대표적으로 설명한다. LED 소자(1) 대신에, 태양전지에 이용되는 광전 변환 소자나, 레이저 발광 반도체에 이용되는 광소자와 같은 그 외의 광반도체 소자를 이용해도 좋다. 또, LED 소자(1)로서는, 종래부터 알려진 자외광, 근자외광, 청색으로부터 적색 영역의 파장을 나타내는 가시광선, 근적외광, 적외광 등의 파장 영역의 빛을 발하는 LED 소자가 특히 한정되지 않고 이용된다. 또, LED 소자(1)의 표면에는, LED 소자(1)로부터 발광된 빛의 파장을 파장 변환하기 위한 형광체 층이 형성되어 있어도 좋다.
LED 장치(10)에 있어서는, 서브 마운트 기판(2) 위에 형성된 회로 전극(2a)에, LED 소자(1)의 바닥면에 설치된 전극(1a)이 다이 본딩되어 있다. 또, 서브 마운트 기판(2) 위의 회로 전극(2b)에 LED 소자(1)의 상면에 설치된 전극(1b)이 금선(w)에 의해 와이어 본딩 되어 있다. 이와 같이 하여 서브 마운트 기판(2) 위에 LED 소자(1)가 실장되어 있다. 한편 본 실시 형태에서는 LED 소자(1)를 서브 마운트 기판에 와이어 본딩하고 있지만, LED 소자(1)는 플립 칩 실장 방식으로 실장되어 있어도 좋다. 그리고, 실장된 LED 소자(1)가 반구 형상으로 성형된 투명 수지 밀봉체(3)로 밀봉되어 있다. 한편 LED 장치(10)는, LED 소자(1)가 1개만 밀봉되어 있지만, 대신에, 복수개의 LED 소자(1)를 1개의 투명 수지 밀봉체로 덮은 LED 장치를 이용해도 좋다.
렌즈 부착 LED 장치(20)의 제조방법의 일례를, 도면을 참조하면서 자세하게 설명한다.
본 실시 형태의 제조방법에 있어서는, 처음에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1매의 집합 베이스 기판(12)에 복수개의 LED 소자(1)를 실장한다. 집합 베이스 기판(12)에는, 절단선을 규정하는 바둑판 눈 형상의 컷 라인(L)이 형성되어 있고, 바둑판 눈의 각 모눈 중앙의 소정 위치에 LED 소자(1)가 실장되어 있다. 한편, 집합 베이스 기판(12)에는 미리 LED 소자(1)를 실장하기 위한 회로 전극(2a, 2b)이 형성되어 있다.
집합 베이스 기판(12)의 종류는 특히 한정되지 않고, 질화 알루미늄 기판과 같은 세라믹스 기판, 수지 기판, 표면에 절연층이 형성된 금속 기판, 또는 그들 기판에, 실리콘 수지에 산화 티탄을 충전한 광반사 기능층을 표면에 형성한 기판 등이 이용될 수 있다.
한편, LED 장치의 공업적 생산에 있어서는, 다수개 취하는 것의 취하는 수를 늘리기 위해 집합 베이스 기판의 인접하는 LED 소자간의 간격을 좁게 하고 있다. 예를 들면, 100개 이상과 같이 다수개의 LED 소자가 실장되어 있는 경우, 생산성의 관점에서 각 LED 소자 사이는, 한 장의 집합 베이스 기판의 크기와 비교하여 현저하게 작고, 예를 들면 1㎜ 간격과 같은 협(狹) 피치로 LED 소자가 다수 배치된다. 이와 같이 집합 베이스 기판 위에서 인접하는 LED 소자의 간격이 좁기 때문에, 공업적 생산에 있어서는, 지향 특성을 큰 폭으로 변화시키는 큰 렌즈형상의 투명 수지 밀봉체나 고정밀도로 광학 설계된 렌즈형상의 투명 수지 밀봉체를 부여하는 것은 곤란했다. 본 실시 형태의 제조방법에 의하면, 효율 좋게 다수개 취한 LED 장치를 제조한 후의 공정에서, 투명 수지 밀봉체에 수지 렌즈를 개별적으로 부록 할 수 있다. 그 때문에 큰 렌즈나 고정밀도로 광학 설계된 렌즈를 LED 장치에 부여할 수 있다.
다음에, 집합 베이스 기판(12) 위에 실장된 각 LED 소자(1)의 각각을 투명 수지로 밀봉하고 복수개의 투명 수지 밀봉체(3)를 형성한다. 투명 수지 밀봉체(3)는, 예를 들면, 오버 몰드 성형에 의해 형성된다. 도 3을 참조하여 이 공정을 설명한다.
본 공정도에 있어서는, 처음에, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 오버 몰드 성형용 금형(21)의 상형(21a)에 LED 소자(1)가 실장된 집합 베이스 기판(12)을 고정한다. 한편, 하형(21b)의 캐비티에 투명 수지 밀봉체(3)를 형성하기 위한 미경화 투명 수지(3＇)를 디스펜서(D)를 이용하여 주액한다. 한편, 얻어진 성형체의 이형성을 향상시키고, 금형 세정을 생략하기 위해서, 하형(21b)에는, 미리, 탈착 가능한 이형 필름을 밀착시켜 두어도 좋다. 이형 필름을 밀착시켜 성형하는 방법으로서는, 예를 들면, 처음에, 하형(21b)에 이형 필름을 싣고, 캐비티의 바닥부에 설치된 도시되지 않은 감압 라인으로부터 감압 흡인하여 캐비티에 이형 필름을 밀착시킨다. 그리고, 미경화 투명 수지(3＇)를 디스펜서(D)를 이용하여 캐비티에 공급하고, 성형한다. 그리고, 성형 후, 이형 필름과 함께 집합 베이스 기판(12)을 금형으로부터 꺼내는 방법을 들 수 있다.
미경화 투명 수지로서는, 광 투과성이 우수한 투명 수지이면, 특히 한정되지 않고 이용된다. 구체적으로는, 예를 들면, 실리콘 겔, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 고무, 경질의 실리콘 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지, 에폭시 수지, 실리콘 변성 아크릴 수지, 아크릴 수지 등이 이용된다. 이들 중에서는, 광 투과성이 우수하고, 히트 쇼크(heat shock) 등에 의한 응력을 완화하여 디라미네이션(delamination)이 억제되는 점 및 납프리 땜납을 이용한 고온 리플로우 실장 때의 내변형성이나 내변색성이 우수한 렌즈가 얻어지는 점에서, 경화 후의 JIS　A 경도(JIS　쇼어(shore) A 경도라고도 한다)가 70 이하, 또는 10~60의 실리콘 엘라스토머 등의 탄성 수지, 혹은 JIS　K　2220, 1/4콘 총 하중 9.38g의 침입도계로 20~100의 실리콘 겔이 바람직하다.
실리콘 엘라스토머의 시판품으로서는, 예를 들면, 토우레ㆍ다우 코우닝(주) 제의 LED용 실리콘 엘라스토머의 각종 그레이드, 구체적으로는 JCR6101UP, OE－6351이나, 실리콘 겔의 OE－6250 등이나, 실리콘 접착제 SE9187L, 신에쓰카가쿠 고우교(주)(信越化學工業(株)) 제의 「KE4895」 등의 저분자 실록산 저감 타입 실리콘 접착제 등을 들 수 있다.
또, 미경화 투명 수지(3＇)는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 필요에 따라서, LED 소자(1)로부터 발광되는 빛의 파장을 변환함으로써, 발광색을 변환하기 위한 형광체나, 빛을 확산시키기 위한 광 확산제 등을 포함해도 좋다. 또, 투명 수지 밀봉체(3)는, 그 내부 또는 표면에 형광체층, 칼라 필터층, 광 확산층 등을 가지고 있어도 좋다.
형광체의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 발광색이 청색의(Ca, Sr, Ba)5(PO4)3Cl：Eu2 +, ZnS：Ag, CaS：Bi 등, 발광색이 녹색인 BaMg2Al16O27：Eu2 +, Mn2 +, ZnS：Cu, Al, Au, SrAl2O4：Eu2 +, Zn2Si(Ge)O4：Eu2 + 등, 발광색이 적색인 Y2O2S：Eu3 +, 3.5MgOㆍ0.5MgF2ㆍGeO2：Mn, LiEuW2O8, BaOㆍGd2O3ㆍTa2O5：Mn, K5Eu2.5(WO4)6.25, 또, YAG계, TAG계, 오르토실리케이트ㆍ알칼리토류계, α사이알론계, 카즌계, β사이알론계, La 산질화물계 등의 형광체를 들 수 있다. 또, 광 확산제의 구체예로서는, 예를 들면, 글라스 파우더나, 탄산칼슘, 산화 티탄, 산화 아연, 실리카, 황산바륨, 알루미나 등의 무기 필러를 들 수 있다.
또, 굴절률이 다른 페닐계 실리콘 접착제와 디메틸계 실리콘 접착제를 블렌드하여 유탁(乳濁)시켜 확산 효과를 발현시키거나, 아크릴 수지 파우더나, 실리콘 고무 파우더를 이용하여 확산 효과를 발현시키거나 해도 좋다.
오버 몰드 성형에 의해 형성되는 투명 수지 밀봉체(3)의 형상은, 고 광 취출 효율을 실현하기 위해서 반구 형상인 것이 바람직하지만, 거기에 한정되지 않고, 예를 들면, 상면이 평면의 투명 수지 밀봉체로서도 좋다.
다음으로, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 집합 베이스 기판(12)이 고정된 상형(21a)과, 캐비티 내에 투명 수지(3＇)를 수용한 하형(21b)을 몰드 클램핑하고, 소정 시간 유지함으로써 투명 수지(3＇)를 경화시켜 투명 수지 밀봉체(3)를 형성시킨다. 한편, 금형(21)은, 미경화 투명 수지(3＇)의 경화 온도에 적절한 형온(型溫)으로 설정되어 있다. 또, 투명 수지 밀봉체(3) 내에 보이드(void)를 남기지 않기 위해, 몰드 클램핑 전에, 미경화 투명 수지(3＇)의 탈기조작을 행하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 상형(21a)과 하형(21b)을 몰드 오프닝한다. 그리고, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 집합 베이스 기판(12) 내에 형성된 복수의 LED 장치(10)가 얻어진다.
다음에, 집합 베이스 기판(12) 내에 형성된 복수의 LED 장치(10)를 집합 베이스 기판(12)에 형성된 컷 라인(L)을 따라서 절단함으로써 개별화한다. 구체적으로는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 다이싱소(S)를 이용하여 샤프한 홈 형상으로 형성된 컷 라인(L)을 따라서 집합 베이스 기판(12)을 절단한다. 한편, 컷 라인(L)은 집합 베이스 기판의 단부에 V자 컷이 이루어져 있어 다이싱소(S)의 스타트 위치나 종단 위치를 나타내는 것만으로, LED 소자(1)로부터 정확한 거리를 유지하여 컷할 수 있는 마크이면 특히 한정되지 않는다. 이와 같이 하여 절단함으로써, 예를 들면, 도 5a에 나타내는 바와 같은 LED 장치(10A), 또는, 도 5b에 나타내는 바와 같은 LED 장치(10B)를 얻을 수 있다. 도 5a의 LED 장치(10A)는, LED 소자(1)의 중심과 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 정확하게 일치한 LED 장치이다. 도 5b의 LED 장치(10B)는, LED 소자(1)의 중심과 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 어긋나 있는 LED 장치이다.
한편, 서브 마운트 기판(2)에 배치되는 LED 소자(1)는, 거의 설계된 위치에 배치되고, 투명 수지 밀봉체(3)만이 설계된 위치로부터 어긋나는 경향이 있다. 이것은, LED 소자(1)는, 오버 몰드 성형 전에, 컷 라인(L)에 대하여 설계대로 정확한 위치에 실장되기 때문에, 컷 라인(L)을 따라서 절단된 경우에는, LED 소자(1)는, 서브 마운트 기판(2)의 설계와 같은 위치에 배치된다. 구체적으로는, 예를 들면, 서브 마운트 기판(2)의 중앙부에 LED 소자(1)가 위치하도록 설계한 경우는 그 중앙부에 정확하게 배치된다. 따라서, 컷 라인을 따라서 집합 베이스 기판(12)을 절단하면, 서브 마운트 기판(2)의 설계와 같은 위치에 LED 소자(1)가 배치된다.
도 5a는 LED 소자(1)의 중심과 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 일치하고 있는 LED 장치(10A)의 모식 단면도이다. 또, 도 5b는 LED 소자(1)의 중심과 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 어긋나 있는 LED 장치(10B)의 모식 단면도이다. 상술한 바와 같이, 다수개 취하여, LED 장치(10)를 복수개를 한 번에 제조하는 경우, LED 장치(10)에 형성되는 투명 수지 밀봉체(3)의 위치가 불균일, LED 소자(1)의 중심과 투명 수지 밀봉체(3)의 중심이 설계치로부터 어긋난 제품이 다수 얻어진 경우가 있다. 이와 같이 하면, 다음의 공정으로 보정된다.
도 6a는 본 실시 형태에서 이용되는 수지 렌즈(5)의 모식 단면도이며, 도 6b는 수지 렌즈(5)를 바닥면에서 본 모식 사시도이다. 한편 도 6a에 있어서는, 배치되는 LED 장치(10B)의 위치를 파선으로 나타내고 있다. 수지 렌즈(5)는 렌즈부(5a)와 LED 장치의 투명 수지 밀봉체(3)를 수용하기 위한 오목부(5b)를 구비한다. 렌즈부(5a)는, 용도에 따라 광학 설계된 렌즈 형상을 가진다. 구체적으로는, 용도에 따라, 빛의 집광, 확산, 굴절, 또는 반사 등, 입사한 빛을 투과시켜 출사할 때의 광로를 변경하는 형상이 선택된다. 이와 같은 렌즈 형상의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens), 프리즈넬 렌즈(fresnel lens), 배트윙 렌즈 등을 들 수 있다. 특히 배트윙 렌즈와 같은 비대칭 형상의 렌즈의 경우에는, 본 실시 형태의 위치 맞춤에 의한 배광 특성의 보정 효과가 현저하다.
수지 렌즈(5)의 재질은, 광 투과성이 우수한 투명 수지이면, 특히 한정되지 않고 이용된다. 구체적으로는, 투명 수지 밀봉체(3) 제조에 이용된 것과 같은 수지로부터 선택된다. 그들 중에서는, 표면 택크 특성(surface tackiness)이 억제되는 점, 광 투과성이 우수한 점, 히트 쇼크 등에 의한 응력을 완화하여 디라미네이션을 억제하는 점 및 납프리 땜납을 이용한 고온 리플로우 실장 때의 내변형성이나 내변색성이 우수한 점으로부터, 실리콘 엘라스토머, 특히, 경화시의 JIS　A 경도가 60~95, 또는 70~80의 실리콘 엘라스토머가 바람직하다. 또, 수지 렌즈(5)는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 필요에 따라서, LED 소자(1)로부터 발광되는 빛의 파장을 변환함으로써, 발광색을 변환하기 위한 형광체나, 빛을 확산시키기 위한 광 확산제 등을 포함해도 좋다.
수지 렌즈(5)의 오목부(5b)의 형상은 특히 한정되지 않지만, 투명 수지 밀봉체(3)의 외형에 따른 형상인 것이 배광을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 점에서 바람직하다. 예를 들면, 투명 수지 밀봉체(3)의 외형이 반구 형상의 경우에는, 오목부(5b)의 천면부(天面部)도 같은 반구면을 가지는 것이 바람직하다.
오목부(5b)의 용적은, LED 소자(1)와 투명 수지 밀봉체(3)의 총 체적의 1.1배 이상이며, 바람직하게는 1.15~4배, 더 바람직하게는 1.2~2배이다. 오목부(5b)의 용적이 LED 소자(1)와 투명 수지 밀봉체(3)의 총 체적에 대하여 1.1배 미만의 경우에는, 투명 수지 밀봉체(3)를 수용했을 때에 클리어런스가 작아진다. 그 때문에, LED 소자(1)에 대한 투명 수지 밀봉체(3)의 위치 어긋남이 너무 큰 경우에는, 위치 어긋남을 충분히 보정하기 위한 클리어런스를 취할 수 없게 된다. 또, 오목부(5b) 용적의 투명 수지 밀봉체(3)의 체적에 대한 배율이 너무 큰 경우에는, 투명 수지의 충전 효율이 저하하고, 광 취출 효율이 저하하는 경향이 있다. 또, 투명 수지층(4)과 수지 렌즈(5)의 오목부(5b)와의 사이에 디라미네이션이 생기기 쉬워지는 경향도 있다.
또, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 오목부(5b)의 내벽으로부터 투명 수지 밀봉체(3)의 외벽까지의 수평 방향의 간격(G)이 평균 50㎛ 이상, 또는 200 ㎛ 이상인 것이, 위치 어긋남의 보정의 자유도가 높은 점에서 바람직하다.
또, 수지 렌즈(5)는, 서브 마운트 기판(2)을 소정의 위치로 배치하기 위한 마크나, 기판을 정확한 위치로 인도하여 고정하기 위한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 서브 마운트 기판(2)을 끼워 넣기 위한 끼워맞춤부(5c)나, 서브 마운트 기판(2)에 미리 형성된 구멍에 삽입되는 돌기나 핀 형상 등을 오목부의 주위에 가지는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 수지 렌즈와 LED 소자와의 위치 맞춤이 용이하게 된다. 또, 카메라에 의해 위치 맞춤하기 위한 마크를 가져도 좋다.
또한, 수지 렌즈(5)는, 후에 상세하게 설명하지만, 미경화 투명 수지와 투명 수지 밀봉체를 밀착시키는 경우에 미경화 투명 수지에 공기를 남기지 않기 위해, 넘치게 한 투명 수지를 받기 위한 오버플로우용의 수지 공간(5d)을 가지는 것도 바람직하다. 또, 투명 수지 밀봉체(3)의 표면과 수지 렌즈(5)의 오목부(5b) 표면에 플라스마 처리나 코로나 처리, 프레임 처리, 이트로 처리, UV처리 등의 표면 개질을 행하는 것도 바람직하다. 이와 같은 표면 개질을 실시함으로써, 표면의 젖는 성질이 개선되어 공기의 휩쓸림을 방지할 수 있음과 함께, 접착성이 향상된다. 또, 수지 렌즈(5)는, 표면의 택크 특성(tackiness)에 의한 수지 렌즈끼리의 부착을 방지하기 위해서, 렌즈의 표면에 작은 돌기나 이지(梨地)를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 수지 렌즈(5)끼리 부착하기 쉬운 경우에는, 도 6a 또는 도 6b에 나타내는 바와 같이, 수지 렌즈(5)끼리가 부착하기 쉬워지는 평면부 등에, 돌기(5e)나 이지 표면(梨地表面; satin-like finish)을 가지는 것이 바람직하다.
이와 같은 수지 렌즈(5)는, 예를 들면, 주형 성형, 압축 성형, 사출 성형 등에 의해 성형된다.
본 공정에 있어서는, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 수지 렌즈(5)에 형성된 오목부(5b)에, 미경화 투명 수지(4＇)를 공급한 후, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 오목부(5b)에 LED 장치(10)의 투명 수지 밀봉체(3)를 침입시킨다.
미경화 투명 수지(4＇)는, 광 투과성이 우수한 투명 수지를 형성하는 수지이면, 특히 한정되지 않고 이용된다. 구체적으로는, 투명 수지 밀봉체(3)의 제조에 이용한 것과 같은 수지로부터 선택된다. 그들 중에서는, 실리콘 엘라스토머, 특히, 경화시의 JIS　A 경도가 10~80, 또한 20~50의 실리콘 엘라스토머가 바람직하다. 혹은 JIS　K　2220, 1/4 콘 총 하중 9.38g　침입도계로 20~100의 실리콘 겔이 바람직하다. 또, 미경화 투명 수지(4＇)는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 필요에 따라, LED 소자(1)로부터 발광되는 빛의 파장을 변환함으로써, 발광색을 변환하기 위한 형광체나, 빛을 확산시키기 위한 광 확산제 등을 포함해도 좋다.
한편, 오목부(5b)에 미경화 투명 수지(4＇)를 공급한 후, LED 장치(10)의 투명 수지 밀봉체(3)를 오목부(5b)에 침입시켜 미경화 투명 수지(4＇)에 밀착시킬 때에, 투명 수지 밀봉체(3)와 미경화 투명 수지(4＇)와의 계면에 있어서, 기포가 남는 경우가 있다. 이와 같은 기포가 경화 후의 계면에 남은 경우, 배광을 잘못되게 하거나, 노이즈광을 발생시키거나 하는 보이드 발생의 원인이 되기도 한다. 따라서, 기포가 남는 것을 억제하기 위해서, 미경화 투명 수지(4＇)의 점도는 낮으면 낮은 쪽이 바람직하다. 구체적으로는, 미경화 투명 수지(4＇)의 점도로서는 JIS　K　6833에 준한 접착제의 단일 원통 회전 점토계에 의한 점도 측정에서 25℃에 있어서 80Paㆍs 이하인 것이 바람직하다. 또 25℃에 있어서 1~30Paㆍs의 저점도 타입이 기포가 빠지기 쉽기 때문에 바람직하다.
또, 오목부(5b)에 공급되는 미경화 투명 수지(4＇)의 양은, 기포가 남는 것을 방지하기 위해서, 오목부(5b)에 투명 수지 밀봉체(3)를 수용했을 때에 오목부(5b)의 외부로 흘러 넘치는 양인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 오목부(5b)의 내벽과 서브 마운트 기판(2)과 투명 수지 밀봉체(3)와의 사이에 형성되는 공간(6)의 체적(투명 수지층이 형성되는 공간(6)의 체적)에 대하여, 1.1~1.5배, 또한 2~3배 정도의 체적의 미경화 투명 수지(4＇)를 공급하는 것이 바람직하다. 미경화 투명 수지(4＇)의 양이 너무 적은 경우에는, 오목부(5b)로부터 공기를 충분히 배출할 수 없고, 경화 후에 계면 부근에 보이드가 남기 쉬워진다. 또, 미경화 투명 수지(4＇)의 양이 너무 많은 경우에는, 흘러넘치는 미경화 투명 수지(4＇)의 양이 너무 많아 져서, 생산성이 저하하는 경향이 있다. 한편 흘러넘치는 양을 미리 고려하여, 도 6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이, 오목부(5b)의 주위에 오버플로우한 수지를 수용하는 오버플로우용의 수지 공간(5d)을 형성해 두는 것이 바람직하다. 한편, 수지 공간(5d)은 서브 마운트 기판(2)의 바닥면에 형성된 도시되지 않은 리드 단자로부터 가능한 한 떨어진 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 리드 단자에 미경화 투명 수지가 올라가는 것을 억제할 수 있다. 또, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 오목부(5b)의 종단 부근에는 공기의 빠짐을 좋게 하는 것을 목적으로 하여 테이퍼(R1)를 형성하는 것이 바람직하다. 또, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 수지 공간(5d)의 오목부(5b)에 가까운 측에는, 서브 마운트 기판(2)의 바닥면에 형성된 리드 단자를 오버플로우한 수지가 덮는 것을 막는 것을 목적으로 하여 테이퍼(R2)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 테이퍼(R1 및 R2)의 각도는 특히 한정되지 않지만 45도±30도 정도인 것이 바람직하다.
또, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상면이 평면인 투명 수지 밀봉체(13)를 구비한 LED 장치(30)를 이용한 경우에는, 특히, 기포(ｖ)가 남기 쉬워지는 경향이 있다. 도 7a 또는 도 7b에 나타낸 바와 같은, 반구 형상의 투명 수지 밀봉체(3)를 구비한 LED 장치(10)를 이용한 경우에는, 미경화 투명 수지(4＇)는 투명 수지 밀봉체(3)의 반구의 정점으로부터 서서히 접촉 면적을 증가시키기 때문에, 공기가 배출되기 쉽다. 그 때문에 기포가 남기 어렵다. 한편, 도 8에 나타내는 상면이 평면인 투명 수지 밀봉체(13)를 구비한 LED 장치(30)를 이용한 경우에는, 미경화 투명 수지(4＇)와 투명 수지 밀봉체(13)가 넓은 접촉 면적에서 일순으로 접촉하기 때문에, 기포(ｖ)가 남기 쉬워진다. 이와 같은 경우에는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 중앙부가 반구 형상으로 융기한 것 같은 오목부(15b)를 구비한 수지 렌즈(15)를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 수지 렌즈(15)의 오목부(15b)에 미경화 투명 수지(4＇)를 디스펜스한 후, 투명 수지 밀봉체(13)를 오목부(15b)에 침입시킬 때 미경화 투명 수지와 투명 수지 밀봉체가 서서히 접촉해 감으로써, 공기의 휩싸임을 막을 수 있다.
도 7b에 나타내는 바와 같이, 미경화 투명 수지(4＇)가 공급된 오목부(5b)에, LED 장치(10)의 투명 수지 밀봉체(3)를 침입시키고, 수지 렌즈(5)와 서브 마운트 기판(2)을 밀착시킨 후, 미경화 투명 수지(4＇)를 경화시킴으로써 투명 수지층(4)이 형성된다. 그리고, LED 장치(10)와 수지 렌즈(5)가 일체화된다. 이때, 서브 마운트 기판(2)과 수지 렌즈가 미경화 투명 수지(4＇)를 사이에 두고 접착되어 접합되는 것이 바람직하다. 한편 이 경우에 있어서도, 일부분에 불가피적으로 디라미네이션이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 경우에 있어서는, 상술한 바와 같이, 투명 수지 밀봉체나 수지 렌즈를 형성하는 수지의 경도를 조정함으로써 디라미네이션의 발생을 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, 도 1에 나타내는 바와 같은 본 실시 형태의 렌즈 부착 광반도체 장치인, 렌즈 부착 LED 장치(20)를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 렌즈 부착 LED 장치에 의하면, 도 5b에 나타내는 바와 같은 투명 수지 밀봉체(3)의 위치가 크게 어긋난 LED 장치(10B)를 이용한 경우라도, 도 5a에 나타내는 바와 같이 설계와 같은 위치에 투명 수지 밀봉체(3)가 형성된 LED 장치(10A)를 이용한 경우와 같은 배광이 되도록 배광을 보정할 수 있다. 즉, 예를 들면, 수지 렌즈(5)의 오목부(5b)의 주위에 서브 마운트 기판(2)의 외형에 끼워맞추도록 하는 끼워맞춤부(5c)를 형성하고, LED 소자(1)에 대한 수지 렌즈(5)의 위치를 설계대로 맞춘 경우, LED 소자(1)에 대한 투명 수지 밀봉체(3)의 위치가 크게 어긋나 있어도, 수지 렌즈(5)를 씌움으로써, LED 소자(1)로부터의 발광을 설계대로 배광이 되도록 제어할 수 있다. 그리고, 예를 들면, 도 11b에 나타내는 바와 같은 LED 장치(10B)를 이용한 경우의 배광이, 도 11a에 나타내는 바와 같은 LED 장치(10A)를 이용한 경우의 배광과 같게 되도록 보정할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 렌즈 부착 LED 장치에 의하면, LED 장치의 설계치로부터의 어긋남을 보정할 수 있다.
한편, 본 실시 형태의 렌즈 부착 LED 장치에 있어서는, 투명 수지 밀봉체를 형성하는 투명 수지(이하, 단지 제 1 투명 수지라고도 부른다), 투명 수지층을 형성하는 투명 수지(이하, 단지 제 2 투명 수지라고도 부른다) 및 수지 렌즈를 형성하는 투명 수지(이하, 단지 제 3 투명 수지라고도 부른다)는 이하와 같은 기준으로 선택하는 것이 바람직하다.
굴절률에 관하여, 제 1 투명 수지, 제 2 투명 수지, 제 3 투명 수지의 굴절률은 가까우면 가까운 쪽이 바람직하다. 구체적으로는, 각각의 굴절률이 어느 쪽도 1.3~1.6, 또는, 1.41~1.55의 범위이며, 각각 굴절률의 차이가 0.2 이하, 또는 0.1 이하의 것을 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 서로 굴절률이 가까운 것을 선택함으로써, 보다 정밀하게 배광을 제어할 수 있다.
또, 경도에 관하여, 제 1 투명 수지의 경도는 JIS　A 경도가 70 이하, 또는 10~60이며, 제 3 투명 수지의 경도는 JIS　A 경도가 60~95, 또는 70~80인 것이 바람직하다. 제 1 투명 수지의 경도가 너무 비싼 경우에는, 상술한 것처럼 히트 쇼크 등에 의해 LED 소자와 투명 수지 밀봉체와의 계면에서 디라미네이션이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 그러나, 제 1 투명 수지의 경도가 너무 낮은 경우에는, 투명 수지 밀봉체 표면의 택크 특성이 너무 높아서, 그대로는, 수지 렌즈에 LED 장치를 마운터로 실장할 경우에, 투명 수지 밀봉체가 마운터에 부착하여 안정적인 실장이 곤란하게 되는 경우가 있다. 또, 다이싱으로 발생한 절삭 칩이나 먼지가 부착하여 수율 저하의 원인으로도 된다. 제 3 투명 수지로서, JIS　A 경도가 60~95의 것을 선택함으로써, 표면의 택크 특성이 억제되기 때문에 마운터에 의한 프린트 배선 기판 등으로의 실장성이 개선된다. 한편 제 3 투명 수지의 경도가 너무 비싼 경우에는, 히트 쇼크 등에 의해 투명 수지층과 수지 렌즈와의 계면에서 디라미네이션이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
또, 제 2 투명 수지의 경도는 제 1 투명 수지의 경도와 제 3 투명 수지의 경도와의 중간적인 경도, 구체적으로는 JIS　A 경도가 10~80, 또는 20~50 정도의 것을 선택하는 것이 바람직하다. 또, 응력 완화의 점에서, JIS　K　2220, 1/4콘 총 하중 9.38g　침입도계로 20~100의 실리콘 겔이 바람직하다.
본 실시 형태의 렌즈 부착 LED 장치에 의하면, LED 소자에 대한 투명 수지 밀봉체의 설계된 위치로부터의 어긋남을 수지 렌즈를 부여함으로써 보정할 수 있다.그 때문에, 배광이 고정밀도로 제어된 렌즈 부착 LED 장치를 얻을 수 있다. 특히, 도 12에 나타내는 배트윙 렌즈인 수지 렌즈(25)와 같은, 고정밀도로 렌즈를 형성하는 것이 필요한 렌즈 부착 LED 장치(50) 등에 있어서는 특히, 배광의 보정 효과가 높다.
이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 한 국면은, 기판 위에 실장된 적어도 하나의 광반도체 소자 및 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치와, 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비하는 수지 렌즈와, 기판과 오목부와 투명 수지 밀봉체와의 사이에 충전되는 투명 수지층을 구비하고, 오목부의 용적은, 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 렌즈 부착 광반도체 장치이다.
또, 오목부의 내벽으로부터 투명 수지 밀봉체의 외벽까지의 수평 방향의 간격이 평균 50㎛ 이상인 것이, 위치 어긋남의 보정의 자유도가 보다 높은 점에서 바람직하다.
또, 투명 수지 밀봉체는, 기판의 표면에서 광반도체 소자를 덮는 반구 형상의 밀봉체인 것이 광 취출 효율이 우수한 점에서 바람직하다.
또, 투명 수지 밀봉체는 JIS　K　6253로 규정되는 A형 경도계를 이용하여 구해진 경도가 70 이하의 투명 수지 성형체이며, 수지 렌즈는 JIS　A 경도 60~95의 투명 수지 성형체인 것이 바람직하다. 이와 같은 투명 수지 밀봉체와 수지 렌즈를 이용함으로써, 투명 수지 밀봉체와 투명 수지층과의 사이 및 투명 수지층과 수지 렌즈와의 사이의 디라미네이션의 발생을 억제할 수 있다. 광반도체 장치의 사용과 정지를 반복한 경우, 사용시에 발생하는 열 및 사용 정지시의 냉각의 반복에 의한 치수 변화에 의해, 각 계면에 디라미네이션이 발생하여 공극이 생기는 경우가 있었다. 이와 같은 공극은 배광 특성에 악영향을 주는 경우가 있다. 또, 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체와의 사이에 있어서도, 광반도체 소자의 선팽창률과 투명 수지 밀봉체의 선팽창률의 차이에 의해 디라미네이션이 발생하는 경우가 있었다. 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체와의 사이에 발생하는 디라미네이션을 억제하기 위해서, 투명 수지 밀봉체를 형성하는 수지로서, 실리콘 엘라스토머와 같은 응력 완화성이 높은 탄성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 탄성 수지를 이용함으로써, 히트 사이클 시험을 반복해도 투명 수지 밀봉체가 광반도체 소자의 치수 변화에 추종하기 위해서 디라미네이션을 발생시키기 어렵게 한다. 또, 납프리 땜납을 이용한, 예를 들면, 260도 이상의 고온 리플로우 실장시에도 디라미네이션이 발생하기 어려워진다.그렇지만, 이와 같은 경도가 낮은 탄성 수지는 택크 특성이 지극히 높고, 표면이 달라붙어 있다. 따라서, 이와 같은 탄성 수지로 밀봉된 광반도체 장치를 그대로 실장용의 마운터로 파지하여 프린트 배선 기판 등에 실장하는 경우, 마운터의 흡착 노즐 등에 들러붙어 실장이 부드럽게 행해지지 않는다고 하는 문제도 있었다. 또한, 이와 같은 탄성 수지로 밀봉된 광반도체 장치에 있어서는, 투명 수지 밀봉체의 표면에 먼지나 집합 베이스 기판의 절삭 칩이 부착하여 광학 특성을 저하시킨다고 하는 문제도 있었다. 또, 밀봉 수지가 부드럽기 때문에 외력에 의해 변형하고, 단선 등의 불편으로 연결되는 문제도 있었다. 이러한 경우에 있어서, 택크 특성이 낮고 경도가 높은 JIS　A 경도 60~95의 수지 렌즈로 택크 특성이 높은 투명 수지 밀봉체를 보호함으로써, 상술한 바와 같이 문제를 해결할 수 있다. 그 때문에, 프린트 배선 기판에 광반도체 장치를 실장할 경우에, 마운터의 흡착 노즐 등에 광반도체 장치가 부착되는 것이 억제되는 것과 함께, 투명 수지 밀봉체의 표면에 먼지 등이 부착하는 경우도 억제된다. 또, 외력에 의해 밀봉 수지가 변형하여 단선 등을 일으키는 경우도 억제할 수 있다. 또한, 투명 수지 밀봉체의 택크 특성이 높은 경우에는, 테이핑에 의한 릴 포장할 때에 투명 수지 밀봉체가 테이프에 부착해 버리는 경우가 있지만, 상술한 바와 같이 수지 렌즈를 장착함으로써, 테이핑에 의한 릴 포장성도 개선된다. 그러나, 수지 렌즈로서 JIS　A 경도 60~95의 투명 수지 성형체를 이용한다고 해도, 아직 수지 렌즈의 표면은 택크 특성을 가지는 경우가 있다. 이와 같은 수지 렌즈 표면의 택크 특성은 다음과 같은 생산상의 문제를 일으키는 경우가 있다. 복수의 수지 렌즈끼리는 생산할 때에 그 택크 특성에 의해 서로 들러붙기 쉽다. 이 경우, 예를 들면, 자동화된 생산 공정에 있어서 연속적으로 렌즈 부착 광반도체 장치를 조립하는 경우에 있어서, 공지의 파트 피더(parts feeder)에 의해 미리 생산된 수지 렌즈를 공급하는 경우, 파트 피더 내에서 수지 렌즈의 평면끼리가 택크 특성에 의해 접착한다고 하는 문제가 있었다. 이와 같은 경우, 조립시에, 접착한 렌즈를 한 개씩 박리하지 않으면 공정이 부드럽게 진행되지 않는다고 하는 문제가 있었다. 이러한 경우에 있어서, 수지 렌즈 평면부의 표면에 돌기 또는 이지 표면을 설치함으로써, 자동화된 생산 공정에 있어서도 부드러운 연속 생산이 가능하게 된다.
또, 수지 렌즈는, 서브 마운트 기판을 수지 렌즈에 대하여 위치 결정시키기 위한 형상, 구체적으로는, 예를 들면, 서브 마운트 기판의 외형에 대응한 내형을 가지는 끼워맞춤부나, 서브 마운트 기판을 위치 결정할 수 있는 돌기나 코너를 가지는 경우에는, 수지 렌즈와 광반도체 장치와의 위치 맞춤이 용이하게 되는 점에서 바람직하다. 이와 같은 돌기나 코너는 렌즈끼리 붙는 것을 방지하는 돌기로서도 기능하기도 한다.
또, 수지 렌즈가 배트윙 렌즈인 경우에는, 배광 특성의 보정 효과가 현저하게 높아지는 점에서 바람직하다.
또, 본 발명의 다른 한 국면은, 기판 위에 실장된 적어도 하나의 광반도체 소자 및 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치를 준비하는 공정과, 광반도체 장치의 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비한 수지 렌즈의 오목부에 미경화 투명 수지를 공급하는 공정과, 미경화 투명 수지를 공급한 오목부에 투명 수지 밀봉체를 침입시키고, 수지 렌즈를 소정의 위치에 배치하여 미경화 투명 수지와 투명 수지 밀봉체를 밀착시키는 공정과, 미경화 투명 수지를 경화시켜 투명 수지층을 형성하는 공정을 구비하고, 오목부의 용적은, 광반도체 소자와 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법이다. 이와 같은 제조방법에 의하면, 광반도체 장치에 형성된 투명 수지 밀봉체의 광축과 광반도체 소자의 중심과의 어긋남을 투명 수지 밀봉체, 투명 수지층 및 수지 렌즈에 의해 보정할 수 있다. 따라서, 배광 특성이 고정밀도로 제어된 렌즈 부착 광반도체 장치를 얻을 수 있다.
또, 수지 렌즈는, 광반도체 장치를 소정의 위치로 배치하기 위한 표시나 형상, 구체적으로는, 예를 들면, 서브 마운트 기판의 외형을 사이에 끼우기 위해 대응하는 내형을 가지는 형상 등을 오목부의 주위에 가지는 것이, 수지 렌즈와 광반도체 장치와의 위치 맞춤이 용이하게 되는 점에서 바람직하다.
또, 투명 수지 밀봉체는 JIS　A 경도 70 이하의 투명 수지 성형체이며, 수지 렌즈는 JIS　A 경도 60~95의 투명 수지 성형체인 것이, 연속 생산할 때에 이용되는 마운터의 흡착 노즐 등에 수지 렌즈가 부착하기 어렵고, 또, 형성된 렌즈 부착 광반도체 장치의 표면에는 먼지 등이 부착하기 어렵고, 또, 고무 탄성을 가지고 응력 완화를 할 수 있기 때문에 형성된 렌즈 부착 광반도체 장치에 디라미네이션이 발생하기 어려운 점에서 바람직하다.
또, 수지 렌즈 오목부의 그 중앙부가 융기하고 있는 것이, 오목부에 충전한 미경화 투명 수지와 투명 수지 밀봉체를 밀착시킬 때, 공기를 효과적으로 빼낼 수 있고, 그 때문에 보이드가 적은 투명 수지층을 형성할 수 있는 점에서 바람직하다.
실시예
이하에 본 발명을 실시예에 의해 더 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명의 범위는 실시예에 의해 조금도 한정되는 것은 아니다.
［실시예 1］
미경화 실리콘 엘라스토머(A1)로서, OE－6636(토우레ㆍ다우 코우닝(주)) 제, 경화 후의 JIS　A 경도 90, 굴절률 1.54)를 캐비티를 구비한 금형에 흘려 넣고, 150℃에서 열경화시킴으로써, 도 13에서 나타내는 바와 같은 형상의, 배트윙 렌즈인 실리콘 렌즈(X1)를 얻었다. 실리콘 렌즈(X1)는, 긴 지름 10㎜로, 높이 5㎜의 반구 형상의 산을 2개 가지는 형상을 가지는 렌즈부를 구비하고, 렌즈부 이면의 중앙에는 직경 5.4㎜, 높이 2.6㎜, 용적 0.04㎤의 오목부를 가지고 있었다. 또 실리콘 렌즈(X1)의 표면은, 부착성을 가지지 않는 정도의 약간의 택크 특성이 느껴졌다.
그리고, 실리콘 렌즈(X1) 오목부에, 디스펜서로, 미경화 실리콘 엘라스토머(B1)로서, TSE3221S(모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈 사제, 경화 후의 JIS　A 경도 30, 굴절률 1.41)을 0.02㎤ 충전했다.
다음에, 미경화 실리콘 엘라스토머(B1)를 충전한 실리콘 렌즈(X1)의 오목부에 오버 몰드 LED 장치의 투명 수지 밀봉체를 침입시켰다. 한편, 오버 몰드 LED 장치는, 서브 마운트 기판상의 중심에 청색광을 발하는 LED 소자가 실장되어 있고, 청색광을 백색광으로 변환하는 형광체를 포함한 JIS　A 경도 40의 실리콘 엘라스토머로 이루어지는 직경 5.0㎜, 높이 2.5㎜, LED 소자와 투명 수지 밀봉체의 총 체적 0.032㎤의 반구 형상의 밀봉체로 LED 소자가 밀봉된 LED 장치이다. 또, LED 소자의 중심과 밀봉체의 중심은 실질적으로 설계대로 일치하고 있었다. 한편, 상기 오버 몰드 LED 장치의 배광 특성을 표시하는, 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프를 도 14에 나타낸다.
그리고, 실리콘 렌즈(X1)의 오목부 주위에 미리 설치된 끼워맞춤부에 상기 오버 몰드 LED 장치의 서브 마운트 기판을 끼워 맞쳐 위치 맞춤했다. 반구 형상의 밀봉체의 외벽과 오목부의 내벽과의 간격은 평균 200㎛였다.
이와 같이 하여, 미경화 실리콘 엘라스토머(B1)에 오버 몰드 LED 장치의 밀봉체를 밀착시켰다. 그리고, 150℃×1시간의 조건으로 미경화 실리콘 엘라스토머(B1)를 경화시킴으로써, 투명 수지 밀봉체의 표면에 실리콘 렌즈(X1)가 접착되고, 또, 서브 마운트 기판과 실리콘 렌즈(X1)가 실리콘 엘라스토머(B1)를 통하여 접착 고정된 렌즈 부착 LED 장치(A)가 얻어졌다. 한편, 실리콘 렌즈(X1)의 오목부와 밀봉체의 표면과의 사이에는 평균 200㎛의 두께의 실리콘 엘라스토머(B1)의 경화물로 이루어지는 투명 수지층이 형성되어 있었다.
얻어진 렌즈 부착 LED 장치(A)의 방사 각도에 대한 상대 발광 강도를 플롯한 그래프를 도 15에 나타낸다. 15의 그래프로부터, 직교좌표에서 좌우 대칭으로 균일하게 발광하는 피크를 가지는, 배트윙 형상의 배광 특성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또, 투명 수지층과 투명 수지 밀봉체와의 계면 및 투명 수지층과 실리콘 렌즈(X1)와의 접착계면을 10배의 확대경을 이용하여 관찰한 바, 보이드는 전혀 발견되지 않았다.
또, 마찬가지로 하여, 작성한 50개의 렌즈 부착 LED 장치(A)의 열충격시험을 행한 바, 모든 렌즈 부착 LED 장치(A)에서 크랙(crack)도 디라미네이션도 생기지 않았다. 한편, 열충격시험은 다음의 조건으로 행하였다.
(열충격시험 조건)
125℃에서 -50℃의 온도상승 및 온도 하강의 왕복을 1 사이클로 하고, 1 사이클 30분간으로 100 사이클의 열충격을 50개의 렌즈 부착 LED 장치에 부여했다. 그리고, 100 사이클 후의 50개의 렌즈 부착 LED 장치를 실체 현미경으로 관찰하여, 렌즈부에 크랙 또는 디라미네이션이 발생한 개수를 계수했다.
［실시예 2］
오버 몰드 LED 장치로서, LED 소자의 중심과 밀봉체의 중심이 100㎛ 어긋나 있던 오버 몰드 LED 장치를 이용한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 렌즈 부착 LED 장치(B)를 얻었다. 상기 오버 몰드 LED 장치의 배광 특성을 나타내는 그래프를 도 16에, 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(B)의 배광 특성을 나타내는 그래프를 도 17에 나타낸다. 도 16의 그래프로부터, LED 소자의 중심과 밀봉체의 중심이 100㎛ 어긋나 있는 경우에는, 직교좌표에서 좌우 비대칭으로 불균일하게 발광하는 피크를 나타내고 있었지만, 실리콘 렌즈(X1)를 구비한 렌즈 부착 LED 장치(B)는, 도 17의 그래프에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 렌즈 부착 LED 장치(A)와 마찬가지의 직교좌표에서 좌우 대칭으로 균일하게 발광하는 피크를 가지는, 배트윙 형상의 배광 특성을 나타내고 있다. 이와 같이, LED 소자의 중심과 밀봉체의 중심이 100㎛ 어긋나 있는 오버 몰드 LED 장치를 이용한 경우에도, 어긋남이 없는 오버 몰드 LED 장치를 이용한 경우와 같은 배광 특성으로 수정할 수 있게 되었다.
［실시예 3］
미경화 실리콘 엘라스토머(A1) 대신에, SR7010(토우레ㆍ다우 코우닝(주) 제, 경화 후의 JIS　D 경도 70, 굴절률 1.53)인 미경화 경질 실리콘 수지(A2)를 이용한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 렌즈(X2)를 형성했다. 실리콘 렌즈(X2)의 표면은, 대부분 택크 특성이 없었다. 그리고 실리콘 렌즈(X1) 대신에 실리콘 렌즈(X2)를 이용한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 렌즈 부착 LED 장치(C)를 얻었다. 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(C)의 배광 특성을 조사한 바, 실시예 1과 같은, 직교좌표에서 좌우 대칭으로 균일하게 발광하는 피크를 가지는, 배트윙 형상의 배광 특성을 가지고 있었다. 또, 투명 수지층과 투명 수지 밀봉체와의 계면 및 투명 수지층과 실리콘 렌즈(X1)와의 접착계면을 10배의 확대경을 이용하여 관찰한 바, 보이드는 조금 발견된 것 뿐이였다. 그러나, 마찬가지로 하여 작성한 50개의 렌즈 부착 LED 장치(B)의 열충격시험을 행한 바, 30개의 렌즈 부착 LED 장치에 크랙 또는 디라미네이션이 발생했다. 이 경우에 있어서도, 배광 특성은, 충분히 보정되고 있었다.
［비교예 1］
실리콘 렌즈(X1)의 렌즈부의 이면에 형성된 오목부의 치수를, 오버 몰드 LED 장치의 투명 수지 밀봉체의 외형에 거의 일치하는, 직경 5.05㎜, 2.525㎜, 용적 0.034㎤로 변경하고, 끼워맞춤부의 클리어런스를 보다 크게 채용한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 렌즈(X3)를 형성했다. 한편, 오목부의 가장 깊은 부분이 되는 천장면으로부터 투명 수지 밀봉체의 정부(頂部)가 되는 표면까지의 간격 및 반구 형상의 밀봉체의 외벽과 오목부의 내벽과의 간격은 평균 25㎛였다. 그리고 실리콘 렌즈(X3)의 오목부에 실리콘계 접착제를 공급하고, 실시예 2에서 이용한 LED 소자의 중심과 밀봉체의 중심이 100㎛ 어긋나 있는 오버 몰드 LED 장치의 투명 수지 밀봉체를 실리콘 렌즈(X3)의 오목부에 끼워맞춤 시킴으로써, 투명 수지 밀봉체와 실리콘 렌즈(X3)를 일체화시켰다. 그리고, 150℃×1시간의 조건으로 실리콘계 접착제를 열경화시킴으로써, 투명 수지 밀봉체의 표면에 실리콘 렌즈(X3)가 접착되었다. 이와 같이 하여, 렌즈 부착 LED 장치(D)를 얻었다. 한편 실리콘 렌즈(X3)의 오목부의 표면과 밀봉체의 표면과의 사이에는 평균 25㎛ 이하의 두께의 실리콘계 접착제의 경화물로 이루어지는 접착층이 형성되어 있었다. 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(D)의 배광 특성을 나타내는 그래프를 도 18에 나타낸다. 얻어진 렌즈 부착 LED 장치(D)는, 직교좌표에서 좌우 비대칭으로 불균일하게 발광하는 피크를 가지는, 배트윙 형상의 배광 특성을 가지고 있었다.
1. LED 소자
1a, 1b. 전극
1c, 1d. 리드 단자
2. 서브 마운트 기판
2a, 2b. 회로 전극
3. 투명 수지 밀봉체
3＇, 4＇. 미경화 투명 수지
4. 투명 수지층
5, 15. 수지 렌즈
5a. 렌즈부
5b, 15b. 오목부
5c. 끼워맞춤부
5d. 수지공간
5e. 돌기
6. 공간
10, 10A, 10B, 30. LED 장치
11. LED 소자
12. 집합 베이스 기판
13. 투명 수지 밀봉체
20, 20B, 40, 50. 렌즈부착 LED 장치
21. 금형
21a. 상형
21b. 하형
25. 배트윙 배광 렌즈
110. LED 장치

Claims (13)

  1. 기판 위에 실장된 적어도 하나의 광반도체 소자 및 상기 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치와,
    상기 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비하는 수지 렌즈와,
    상기 기판과 상기 오목부와 상기 투명 수지 밀봉체와의 사이에 충전되는 투명 수지층을 구비하고,
    상기 오목부의 용적은, 상기 광반도체 소자와 상기 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는 렌즈 부착 광반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부의 내벽으로부터 상기 투명 수지 밀봉체의 외벽까지의 수평 방향의 거리가 평균 50㎛ 이상인 렌즈 부착 광반도체 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 수지 밀봉체는, 상기 기판의 표면에서 상기 광반도체 소자를 덮는 반구 형상의 밀봉체인 렌즈 부착 광반도체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 수지 밀봉체는 JIS　K　6253　A 경도 70 이하의 투명 수지 성형체이며, 상기 수지 렌즈는 JIS　K　6253　A 경도 60~95의 투명 수지 성형체인 렌즈 부착 광반도체 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 렌즈는 표면에 돌기 또는 이지 표면(梨地表面; satin-like finish)을 가지는 렌즈 부착 광반도체 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 렌즈는, 상기 기판을 상기 수지 렌즈에 대하여 위치 결정시키기 위한 형상을 상기 오목부의 주위에 가지는 렌즈 부착 광반도체 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 렌즈는 배트윙 렌즈(batwing lens)인 렌즈 부착 광반도체 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 렌즈와 상기 기판이 상기 투명 수지층에 의해 접합되어 있는 렌즈 부착 광반도체 장치.
  9. 기판 위에 실장된 적어도 하나의 광반도체 소자 및 상기 광반도체 소자를 밀봉하는 투명 수지 밀봉체를 구비하는 광반도체 장치를 준비하는 공정과,
    상기 광반도체 장치의 상기 투명 수지 밀봉체를 수용하기 위한 오목부를 구비한 수지 렌즈의 상기 오목부에 미경화(未硬化) 투명 수지를 공급하는 공정과,
    상기 미경화 투명 수지를 공급한 상기 오목부에 상기 투명 수지 밀봉체를 침입시키고, 상기 수지 렌즈를 소정의 위치로 배치하고 상기 미경화 투명 수지와 상기 투명 수지 밀봉체를 밀착시키는 공정과,
    상기 미경화 투명 수지를 경화시켜 투명 수지층을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 오목부의 용적은, 상기 광반도체 소자와 상기 투명 수지 밀봉체의 총 체적의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 오목부의 내벽으로부터 상기 투명 수지 밀봉체의 외벽까지의 수평 방향의 간격이 평균 50㎛ 이상인 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 수지 렌즈는, 상기 광반도체 장치를 상기 소정의 위치로 배치하기 위한 표시 또는 형상을 가지는 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 투명 수지 밀봉체는 JIS　K　6253　A 경도 70 이하의 투명 수지 성형체이며, 상기 수지 렌즈는 JIS　K　6253　A 경도 60~95의 투명 수지 성형체인 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 오목부의 중앙부가 융기하고 있는 렌즈 부착 광반도체 장치의 제조방법.
KR1020137024087A 2011-04-28 2012-04-25 렌즈 부착 광반도체 장치 및 그 제조방법 KR101561754B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2011-102417 2011-04-28
JP2011102417 2011-04-28
PCT/JP2012/002828 WO2012147342A1 (ja) 2011-04-28 2012-04-25 レンズ付き光半導体装置、及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130114745A true KR20130114745A (ko) 2013-10-17
KR101561754B1 KR101561754B1 (ko) 2015-10-19

Family

ID=47071872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137024087A KR101561754B1 (ko) 2011-04-28 2012-04-25 렌즈 부착 광반도체 장치 및 그 제조방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9018663B2 (ko)
EP (1) EP2704221A4 (ko)
JP (1) JP5897554B2 (ko)
KR (1) KR101561754B1 (ko)
CN (1) CN103477457A (ko)
TW (1) TW201306320A (ko)
WO (1) WO2012147342A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016010378A1 (ko) * 2014-07-18 2016-01-21 서울바이오시스 주식회사 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10422503B2 (en) 2009-10-30 2019-09-24 Ideal Industries Lighting Llc One-piece multi-lens optical member and method of manufacture
TWI545328B (zh) * 2012-07-10 2016-08-11 鴻海精密工業股份有限公司 鏡頭模組測試裝置
JP5891133B2 (ja) * 2012-07-12 2016-03-22 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
JP6079248B2 (ja) * 2013-01-15 2017-02-15 オムロン株式会社 Ｒｆタグ、その製造方法、およびｒｆタグ用一次成形体
JP2014175362A (ja) * 2013-03-06 2014-09-22 Toshiba Corp 半導体発光素子及びその製造方法
US10400984B2 (en) 2013-03-15 2019-09-03 Cree, Inc. LED light fixture and unitary optic member therefor
DE102013104195A1 (de) * 2013-04-25 2014-10-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
CN105940262B (zh) 2014-01-23 2020-01-07 亮锐控股有限公司 具有自对准预制透镜的发光设备
RU2672643C2 (ru) 2014-03-28 2018-11-16 Асахи Раббер Инк. Светораспределительная линза
US9620436B2 (en) 2014-04-09 2017-04-11 Invensas Corporation Light emitting diode device with reconstituted LED components on substrate
US9680073B2 (en) * 2014-05-30 2017-06-13 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Light emitting module
TWI593141B (zh) * 2014-07-15 2017-07-21 邱羅利士公司 封裝結構之製法
US10207440B2 (en) 2014-10-07 2019-02-19 Cree, Inc. Apparatus and method for formation of multi-region articles
TWI559463B (zh) * 2014-10-31 2016-11-21 矽品精密工業股份有限公司 封裝結構及其製法
WO2016108207A1 (en) 2015-01-01 2016-07-07 Visteon Global Technologies, Inc. Infotainment system for recommending a task during a traffic transit time
US11162806B2 (en) * 2015-01-05 2021-11-02 Harman International Industries, Incorporated Learning and predictive navigation system
US9752925B2 (en) * 2015-02-13 2017-09-05 Taiwan Biophotonic Corporation Optical sensor
JP6325471B2 (ja) * 2015-03-02 2018-05-16 株式会社東芝 光結合装置および絶縁装置
JP6626294B2 (ja) * 2015-09-04 2019-12-25 株式会社東芝 半導体装置および光結合装置
JP6524904B2 (ja) * 2015-12-22 2019-06-05 日亜化学工業株式会社 発光装置
CN107461614A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 重庆市莜歌电子科技有限公司 具有软体照射面的led路灯
DE102016009961A1 (de) * 2016-08-16 2018-02-22 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs und Computersystem dafür
CN106618511A (zh) * 2016-11-29 2017-05-10 深圳还是威健康科技有限公司 一种可测量体温的穿戴智能设备
DE102016225242A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Lasermoduls einer Laser-Nivelliervorrichtung sowie Laser-Nivelliervorrichtung
KR102631105B1 (ko) * 2017-08-31 2024-01-30 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 발광 장치
JP7128433B2 (ja) * 2017-10-11 2022-08-31 ウシオ電機株式会社 光照射装置
JP6777105B2 (ja) * 2018-01-31 2020-10-28 日亜化学工業株式会社 発光装置の製造方法
JP7177331B2 (ja) 2018-06-29 2022-11-24 日亜化学工業株式会社 発光装置
JP7047646B2 (ja) * 2018-07-19 2022-04-05 東芝ライテック株式会社 車両用照明装置、および車両用灯具
DE102019219943A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halogenlampenersatz
JP7488088B2 (ja) * 2020-04-02 2024-05-21 日機装株式会社 半導体発光装置
CN111987081A (zh) * 2020-08-26 2020-11-24 天水华天科技股份有限公司 一种led显示模组的防串光格栅的成型方法及塑封模

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4312393B2 (ja) * 2001-01-26 2009-08-12 ラボ・スフィア株式会社 バルク型レンズ、発光体、照明器具及びバルク型レンズの製造方法
JP2003008065A (ja) * 2001-06-21 2003-01-10 Citizen Electronics Co Ltd Ｓｍｄ型光素子モジュールの製造方法
JP2004039334A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Canon Inc 光源装置及びそれを用いた照明装置
US20040223315A1 (en) * 2003-03-03 2004-11-11 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light emitting apparatus and method of making same
US7858408B2 (en) * 2004-11-15 2010-12-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. LED with phosphor tile and overmolded phosphor in lens
CN100565948C (zh) * 2005-06-30 2009-12-02 松下电工株式会社 发光装置
JP4945106B2 (ja) * 2005-09-08 2012-06-06 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
FR2891607B1 (fr) * 2005-10-05 2007-12-28 Degre K Sa Dispositif d'eclairage a diode.
US20070269586A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-22 3M Innovative Properties Company Method of making light emitting device with silicon-containing composition
US7804147B2 (en) * 2006-07-31 2010-09-28 Cree, Inc. Light emitting diode package element with internal meniscus for bubble free lens placement
JP5220533B2 (ja) * 2008-09-29 2013-06-26 株式会社朝日ラバー レンズ及びそれを用いた光学製品
US8449150B2 (en) 2009-02-03 2013-05-28 Osram Sylvania Inc. Tir lens for light emitting diodes
JP5678629B2 (ja) * 2010-02-09 2015-03-04 ソニー株式会社 発光装置の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016010378A1 (ko) * 2014-07-18 2016-01-21 서울바이오시스 주식회사 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2012147342A1 (ja) 2014-07-28
US20140027807A1 (en) 2014-01-30
CN103477457A (zh) 2013-12-25
US9018663B2 (en) 2015-04-28
EP2704221A1 (en) 2014-03-05
TW201306320A (zh) 2013-02-01
WO2012147342A1 (ja) 2012-11-01
EP2704221A4 (en) 2014-10-15
JP5897554B2 (ja) 2016-03-30
KR101561754B1 (ko) 2015-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101561754B1 (ko) 렌즈 부착 광반도체 장치 및 그 제조방법
KR101763086B1 (ko) 발광 장치, 수지 패키지, 수지 성형체 및 이들의 제조 방법
EP2259351A2 (en) Semiconductor light emitting devices including flexible film having therein an optical element, and methods of assembling same
EP2672533A2 (en) Light reflecting member for optical semiconductor, and substrate for mounting optical semiconductor and optical semiconductor device using the light reflecting member
US8502261B2 (en) Side mountable semiconductor light emitting device packages and panels
KR101176672B1 (ko) 방사선을 방출하거나 방사선을 수신하는 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101161397B1 (ko) 실리콘 렌즈를 구비하는 발광소자 및 그것을 제조하는 방법
JP6056934B2 (ja) 発光装置、樹脂パッケージ、樹脂成形体並びにこれらの製造方法
JP7044978B2 (ja) 発光装置及び照明装置、並びに、それらの製造方法
JP6164355B2 (ja) 発光装置、樹脂パッケージ、樹脂成形体並びにこれらの製造方法
JP2018121084A (ja) 発光装置の製造方法及び発光装置
KR20110126096A (ko) 다중 몰딩부재를 갖는 발광 다이오드 패키지
US9204558B2 (en) Method for manufacturing packaged light emitting diode
JP6489162B2 (ja) 樹脂成形体付リードフレーム及びこれの製造方法並びにこれらに用いるリードフレーム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180814

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190813

Year of fee payment: 5