JP7277760B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本開示に係る実施形態は、点灯時の光度を抑えた発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
図面を用いて説明する。図1は、実施形態に係る発光装置の全体を模式的に示す斜視図である。図2は、実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。図3は、図2のIII-III線における断面を模式的に示す断面図である。
発光装置1は、凹部11を有するパッケージ100と、凹部11の底面15に載置された発光素子31と、凹部11内に配置され、発光素子31を被覆し、平均粒子径が200nm以上500nm以下のフィラー52を含有する透光性樹脂51により形成される封止部材50と、を備えている。そして、発光装置1では、封止部材50は、フィラー52を含有するフィラー含有層L2と透光層L1とが順に凹部11の底面15側から設けられており、フィラー含有層L2は発光素子31の高さ以上の厚みを有している。つまり、発光素子31は、その全体がフィラー含有層L2で覆われている。
以下、発光装置1の各構成について説明する。
パッケージ100は、第1リード41と、第2リード42と、第1リード41及び第2リード42を一体に保持する樹脂体10と、を備えている。パッケージ100は、凹部11を有する。そして、凹部11は、底面15と、底面15を囲む側面13により形成されている。また、凹部11は、底面15から側面13の上方に向かって形成される開口が、底面15から上方に向かって広がるように形成されている。さらに、凹部11は、底面15と開口との間に段差部12を形成している。段差部12は、ここでは、凹部11の底面15側から開口に向かって開口面積が広くなるように側面13の上方となる開口近傍に形成されている。
保持部14は、第1リード41と第2リード42との間に形成される中央底部14aと、平面視において第1リード41及び第2リード42の外側に枠状に形成される周縁部14bとを備えている。中央底部14aは、第1リード41と第2リード42とを電気的に絶縁する距離を確保するように形成されている。
凹部11の底面は、第1リード41及び第2リード42の一部と、中央底部14aとで構成されている。
熱可塑性樹脂の場合、例えば、ポリフタルアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、不飽和ポリエステル等を用いることができる。
熱硬化性樹脂の場合、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等を用いることができる。
樹脂体10には、光反射部材が含有されていてもよい。光反射部材として、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ガラスフィラー、シリカ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムは、水分等に対して比較的安定でかつ高屈折率であり、また熱伝導性にも優れるため好ましい。
第1リード41及び第2リード42の材質は、例えば銅や銅合金が好ましく、その最表面は、例えば、銀、アルミニウム、銅及び金等のめっきが施されていてもよい。
なお、凹部を有するパッケージとして、配線部材を備えたセラミックパッケージを用いてもよい。
フィラー52の含有量は、透光性樹脂中に2~10質量%の範囲とすることが好ましい。フィラー52の含有量は、2質量%未満だと、求められている低い光強度を超えてしまう可能性が高くなる。また、フィラー52の含有量は、10質量%を超えるとフィラー52間で反射し光を取り出すことが困難となり光強度が弱すぎる状態になってしまう可能性が高くなる。
平均粒粒子径の測定法としては、レーザ回折・散乱法、画像解析法(走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM))、動的光散乱法、X線小角散乱法などを挙げることができる。
フィラー52は、シランカップリング剤やチタンカップリング剤などを用いる公知の表面処理が施されていてもよい。表面処理に用いる薬剤としては、シランカップリング剤が好ましく、アミノシランが特に好ましい。シランカップリング剤などで表面処理することにより、フィラー52と透光性樹脂51とが混ざり合いやすくなり、また、フィラー52の表面のすべりがよくなるため、沈降しやすくなると考えられる。
蛍光体53としては、フィラー52よりも比重が大きいものを用いることが好ましい。これにより、蛍光体53を凹部11のより底面15側に沈降させることができる。蛍光体53の平均粒子径は、例えば、3μm以上50μm以下が挙げられる。
蛍光体53としては、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、YAG(Y3Al5O12:Ce)やシリケート等の黄色蛍光体、CASN(CaAlSiN3:Eu)やKSF(K2SiF6:Mn)等の赤色蛍光体、あるいは、クロロシリケートやBaSiO4:Eu2+等の緑色蛍光体を用いることができる。蛍光体は、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、発光色の異なる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。
次に発光装置1の製造方法について、図4から図10を参照して説明する。
図4は、実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。図5は、実施形態に係る発光装置の製造方法においてリードフレームの一部を拡大し、その他の部分を省略すると共に、第1リード及び第2リードに樹脂体を設けた状態を模式的に示す説明図である。図6は、実施形態に係る発光装置の製造方法においてリードフレームの一部を拡大し、その他の部分を省略すると共に、樹脂体の凹部内に発光素子及び保護素子を設けた状態を模式的に示す説明図である。図7は、実施形態に係る発光装置の製造方法においてリードフレームに発光装置を形成した状態を拡大し、その他の部分を省略すると共に、凹部内に封止部材を充填した状態を模式的に示す説明図である。図8は、実施形態に係る発光装置の製造方法において遠心沈降工程を模式的に示す説明図である。図9は、実施形態に係る発光装置の製造方法において各発光装置を個片化した状態を拡大して模式的に示す平面図である。図10は、図9のX-X線における断面を模式的に示す断面図である。
準備工程S11は、凹部11を有するパッケージ100を準備する工程である。なお、パッケージ100は、一例として、複数の樹脂体10が配置されたリードフレームLFである。ただし、各図では、説明を簡単にするために一つのパッケージ100に着目して他を省略して説明する。使用されるリードフレームLFは、例えば、銅や銅合金等の電気良導体を用いて形成され、平板状の金属板を用いることができるが、段差部や凹凸を設けた金属板も用いることができる。リードフレームLFは、平板状の金属板に打ち抜き加工やエッチング加工等を行ったものである。リードフレームLFは、パッケージ100として、第1リード41と、第2リード42と、を含む。
なお、凹部を有するパッケージとして、配線部材を備えたセラミックパッケージの集合基板を準備することとしてもよい。
素子載置工程S12は、パッケージ100の凹部11の底面15に、発光素子31を載置する工程である。なお、ここでは、発光素子31の他に、保護素子32等の半導体素子30を実装してもよい。ここで使用される発光素子31は、同一面側(例えば上面)に一対の電極を有する。この場合、パッケージ100の凹部11の底面15に露出する第1リード上に接着材を塗布して発光素子31を実装し、発光素子31の電極をワイヤ33を介して第1リード及び第2リードに電気的に接続させる。また、上下電極型の発光素子を用いる場合は、一方のリードに導電性接着材を介して実装すると共に、他方のリードにワイヤ33を介して電気的に接続する。なお、上下電極型の発光素子の場合は、導電性接着材を用いることで第1リードと電気的に接続することができる。保護素子32は、ここでは上下電極型の素子を用いて、第2リード上に導電性接着材を用いて接合されている。
充填工程S13は、凹部11内に母材となる透光性樹脂51に平均粒子径が200nm以上500nm以下のフィラー52を含む未硬化の封止部材50を充填する工程である。充填工程S13は、ここでは透光性樹脂51にフィラー52及び蛍光体53も併せて含有させている。充填工程S13では、例えば、樹脂充填装置を用いて、パッケージ100の凹部11内に硬化後に封止部材50となる未硬化の樹脂材料を充填し、発光素子31及び保護素子32を封止する。そして、樹脂材料を充填したパッケージ100は、遠心沈降工程S14が施される。
遠心沈降工程S14は、パッケージ100に対して、凹部11の底面15に垂直な方向に遠心力をかけることにより、フィラー52及び蛍光体53を底面15側に遠心沈降させ、蛍光体53を含有する蛍光体層L3と、フィラー52を含有するフィラー含有層L2と透光層L1とを凹部11の底面15側から順に形成する工程である。遠心沈降工程S14は、凹部11の底面に遠心力がかかる方向にパッケージ100を遠心回転させる。これにより、凹部11の底面15側に比重が大きい蛍光体53が移動させられると共にフィラー52を凹部11の底面15に近い位置まで移動させている。そして、封止部材50は、蛍光体53及びフィラー52が凹部11の底面15側に堆積することにより、最表面側に上澄み層として透光層L1が形成される。ここで使用されるフィラー52は、透光性樹脂51に対して2~10質量%を含有させており、フィラー含有層L2が発光素子31の底面15からの高さを越え、好ましくは2倍以上になるようにしている。ここでは、フィラー含有層L2は、フィラー52が蛍光体層L3から段差部12の直下までの位置に堆積するように形成されている。
なお、蛍光体53は、比重が大きいので、所定以上の遠心力(例えば100xg以上)をかけることで透光性樹脂51において底面15側に移動するが、上記の値の遠心力をかけることで、フィラー52と蛍光体53とをそれぞれフィラー含有層L2と蛍光体層L3として分離しやすくなる。
パッケージ100を遠心回転させる際の回転速度や回転数は、フィラー52の含有量や粒径等にもよるが、例えば200xg以上300xg以下の遠心力がかかるように、回転数や回転半径をここでは調整している。
また、遠心力により、集合基板が回転半径の円周に沿って撓むような可撓性を有する樹脂製のパッケージ100を用いる場合は、上記ずれが生じにくくなるため、非可撓性のパッケージ100の集合基板よりも大きい集合基板で遠心回転することができる。これにより、一回の処理数を多くすることができる。
個片化工程S15は、封止部材50の硬化後に、リードフレームLFを、予め設定されている位置で切断する工程である。個片化工程S15では、発光装置1ごとになるように、リードフレームLFが切断される。発光装置1は、個片化されることで、第1リード41の外部リード及び第2リード42の外部リードがパッケージ100の側面から側方に所定形状で突出するように形成される。
ここで、封止部材50に蛍光体53を所定の含有量として製造した発光装置について、フィラー52として酸化チタンを含有させたものと含有させなかったものとを比較して光度を測定したデータについて説明する。
比較の基準となる比較例の発光装置は、フィラー52として酸化チタンを含有せず、母材となる透光性樹脂51のシリコン樹脂に蛍光体53であるYAG蛍光体を6.25質量%含有させた。
これに対して、実施形態に係る発光装置として、母材となる透光性樹脂51のシリコーン樹脂にフィラー52として平均粒子径が250nmの酸化チタンを2.7質量%含有させると共に、蛍光体53であるYAG蛍光体を5.12質量%含有させたものを使用する。
外形は、横2.2mm×縦1.4mm×厚さ0.7mmのパッケージの外形とした。また、凹部は、開口1.09×1.62mm、凹深さ0.5mmのものを使用した。さらに、リードフレームLFは、銅合金にNi/Pd/Auめっきを施したものを使用した。そして、発光素子は、横230μm×縦120μm×厚み85μmのものを使用した。発光素子の実装面は、Alメタライズしたものを使用した。また、保護素子は、縦横180μmで厚みが135μmのものを使用した。また、パッケージの樹脂は、熱可塑性樹脂を使用した。なお、発光素子をリードフレームLFの電極に設置するダイボンド材には、シリコーン樹脂を使用した。また、ワイヤは、Auでφ26μmのものを使用した。
つまり、実施形態の発光装置は、比較例の発光装置の1/2の電流を印加した際の光度は1/5程度であることがわかる。このように、上記条件のフィラー52を透光性樹脂51に含有させることで光度を抑制することができたことを示している。
また、参考までに、実施形態の発光装置10個について、印加電流10mAとした場合の光度を測定したところ、その平均値は152.6mcdであった。なお、測定器は浜松ホトニクス社製のマルチチャンネル分光器(PMA-11)を使用した。
10 樹脂体
11 凹部
12 段差部
13 側面
14 保持部
14a 中央底部
14b 周縁部
15 底面
30 半導体素子
31 発光素子
32 保護素子
33 ワイヤ
34 ワイヤ
41 第1リード
42 第2リード
50 封止部材
51 透光性樹脂
52 フィラー
53 蛍光体
80 回転軸
100 パッケージ
LF リードフレーム
L1 透光層
L2 フィラー含有層
L3 蛍光体層
S11 準備工程
S12 素子載置工程
S13 充填工程
S14 遠心沈降工程
S15 個片化工程
Claims (12)
- 凹部を有するパッケージと、
前記凹部の底面に載置された発光素子と、
前記凹部内に配置され、前記発光素子を被覆し、平均粒子径が200nm以上500nm以下のフィラー及び母材である透光性樹脂により形成される封止部材と、を備え、
前記封止部材は、前記透光性樹脂及び前記フィラーを含有するフィラー含有層と前記透光性樹脂により形成される透光層とが順に前記凹部の底面側から設けられており、
前記フィラー含有層は前記発光素子の高さ以上の厚みを有し、前記凹部の底面からの高さが前記凹部の開口部の高さの70%以上90%以下である発光装置。 - 前記フィラー含有層は前記発光素子の高さの2倍以上の厚みを有する請求項1に記載の発光装置。
- 前記封止部材は、更に、蛍光体を含んで形成され、
前記フィラー含有層は、前記凹部の底面及び前記発光素子の上面に設けられ、前記透光性樹脂及び前記蛍光体を含有する蛍光体層と、前記透光層との間に形成される請求項1又は請求項2に記載の発光装置。 - 前記蛍光体層は、前記発光素子の高さの半分以下の厚みを有する請求項3に記載の発光装置。
- 前記凹部の側面は、前記凹部の底面と開口との間に開口面積を広げるように段差部を備え、
前記透光層は前記段差部を被覆する請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、前記凹部の底面に配置された配線とワイヤを介して電気的に接続され、
前記フィラー含有層は、前記ワイヤの頂部を覆う高さまで形成される請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記フィラーは、前記透光性樹脂に2~10質量%の範囲で含んでいる請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記フィラーは、酸化チタンである請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 凹部を有するパッケージを準備する工程と、
前記凹部の底面に発光素子を載置する工程と、
前記凹部内に母材である透光性樹脂に平均粒子径が200nm以上500nm以下のフィラーを含む未硬化の封止部材を充填する工程と、
前記パッケージに対して、前記凹部の底面に垂直な方向に遠心力をかけることにより、前記フィラーを前記底面側に遠心沈降させ、前記透光性樹脂及び前記フィラーを含有するフィラー含有層と前記透光性樹脂により形成される透光層とを前記凹部の底面側から順に形成する遠心沈降工程と、を含み、
前記フィラー含有層は、前記発光素子の高さ以上の厚みを有し、前記凹部の底面からの高さが前記凹部の開口部の高さの70%以上90%以下である発光装置の製造方法。 - 前記封止部材は、更に蛍光体を含有し、
前記遠心沈降工程は、前記透光性樹脂及び前記蛍光体を含む蛍光体層を、前記フィラー含有層よりも前記凹部の底面側に形成する請求項9に記載の発光装置の製造方法。 - 前記準備する工程において、複数の前記パッケージを含む基板を準備し、
前記遠心沈降工程を前記基板単位で行う請求項9又は請求項10に記載の発光装置の製造方法。 - 前記遠心沈降工程は、150xg以上300xg以下の遠心力で行う請求項9乃至請求項11のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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