(57)【要約】【課題】封止樹脂の光取り出し面に、凹凸形状を精度よく形成すること。【解決手段】図１（ｂ）のように、凹部１４内に未硬化の液状の熱硬化性樹脂１６を充填し、金型１７を樹脂の表面に押し当てる。金型１７は、アルミニウム合金の金属板１７ａの一方の表面に、低融点はんだからなる凹凸１７ｂを設けたものである。次に、熱硬化性樹脂１６と金型１７とが接触した状態で加熱し、１００℃で１時間、熱硬化性樹脂１６を硬化させる（図１（ｃ））。次に加熱して凹凸１７ｂを融解させる。金型１７の金属板１７ａは分離し、除去される。また、融解した凹凸１７ｂは、低融点はんだの表面張力によってひとまとまりの液体の金属層１９となり、熱硬化性樹脂１６の凹凸１８上に浮き上がった状態となる（図１（ｄ））。次に、温度を低下させて金属層１９を固化し、凹凸１８上から金属層１９を除去する（図１（ｅ））。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップが熱硬化性樹脂からなる封止樹脂によって封止され、前記封止樹脂の光取り出し面に凹凸が設けられたＬＥＤ発光装置の製造方法において、
前記光取り出し面に凹凸を設ける工程は、
凹凸にかみ合う形状を有した金型として、前記封止樹脂の硬化温度以上、熱分解温度以下の温度で融解する金属を材料とする金型を用い、
未硬化の前記封止樹脂の前記光取り出し面に前記金型を合わせた状態で、前記封止樹脂の硬化温度以上、前記金型の融解温度未満の温度に加熱して、少なくとも前記封止樹脂の前記光取り出し面を硬化させる工程と、
前記光取り出し面の硬化後、前記金型の融解温度以上、前記封止樹脂の熱分解温度以下の温度に加熱して、前記金型を融解させて除去する工程と、
を有することを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項２】
少なくとも前記封止樹脂の光取り出し面を硬化させる際の温度は、前記金型の融解温度よりも１５℃以上低い温度である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記金型を除去した後、再度加熱して前記封止樹脂を硬化させる工程をさらに有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記金型を前記封止樹脂の光取り出し面に合わせる前に、前記封止樹脂と同一材料の樹脂を、前記金型の前記光取り出し面と合わせる側の面に塗布する工程をさらに有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記金型は、低融点はんだであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記低融点はんだは、ＳｎとＢｉを含む合金であることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記封止樹脂は、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記金型は、Ｓｎを含む合金であり、
前記金型を融解させる工程は、
前記金型の材料である金属よりも融点が低くＳｎを含む金属を、融解させた状態で前記金型に接触させて原子拡散させ、前記金型の融点を低下させた後、前記金型を融解させる工程である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光装置の製造方法に関し、特に封止樹脂表面に凹凸を形成する方法に特徴を有する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤチップやワイヤを保護するため、発光面からの光取り出しを向上させるため、および蛍光体を配置するために、ＬＥＤチップやワイヤを樹脂によって封止している。
【０００３】
このようなＬＥＤ発光装置において、さらに光取り出しを向上させるため、封止樹脂の光取り出し面に凹凸を設ける方法が知られている。たとえば特許文献１〜３である。
【０００４】
特許文献１では、半硬化の樹脂をエッチングすることで、または凹凸形状の金型を押し当てることで、封止樹脂表面に凹凸を形成することが記載されている。また、封止樹脂の硬化後に研削することで凹凸を形成してよいことも記載されている。また、封止樹脂表面に、凹凸を備えた樹脂膜を印刷する方法も示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、封止樹脂表面に凹凸を有したフィルムを張り付ける方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３４５０９
【特許文献２】特開２００８−２２７４５６
【特許文献３】特開２００５−１９５４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、樹脂膜の印刷やフィルムの貼り付けで凹凸を設ける場合、樹脂膜またはフィルムと、封止樹脂との界面で光が反射してしまい、光取り出し効率が低下してしまう。また、金型によって凹凸を形成する場合、抜き勾配が必須となるため、凹凸形状に制約が生じてしまう。また、凹凸が微細であると、金型と樹脂との密着性が高くなってしまい、金型を剥離する際に凹凸が破壊されてしまう問題がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、ＬＥＤ発光装置の製造方法において、封止樹脂の光取り出し面に凹凸を形成する新規な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、ＬＥＤチップが熱硬化性樹脂からなる封止樹脂によって封止され、封止樹脂の光取り出し面に凹凸が設けられたＬＥＤ発光装置の製造方法において、光取り出し面に凹凸を設ける工程は、凹凸にかみ合う形状を有した金型として、封止樹脂の硬化温度以上、熱分解温度以下の温度で融解する金属を材料とする金型を用い、未硬化の封止樹脂の光取り出し面に金型を合わせた状態で、封止樹脂の硬化温度以上、金型の融解温度未満の温度に加熱して、少なくとも封止樹脂の光取り出し面を硬化させる工程と、光取り出し面の硬化後、金型の融解温度以上、封止樹脂の熱分解温度以下の温度に加熱して、金型を融解させて除去する工程と、を有することを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１０】
金型として用いる金属は、たとえば、低融点はんだであり、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇなどである。なお、金型全体がこのような金属である必要はなく、凹凸にかみ合わせる部分のみであってよい。光取り出し面を硬化させる際の温度は、金型の融解温度よりも１５℃以上低い温度であることが望ましい。より安定して光取り出し面に凹凸を形成することができるからである。
【００１１】
封止樹脂には、耐熱性の高いシリコーン樹脂が好適であるが、エポキシ樹脂などを用いてもよい。
【００１２】
凹凸は任意の形状でよいが、光取り出し効率を向上させるためには、微細で周期的な構造が望ましい。特に、ＬＥＤチップの発光波長オーダーの微細な周期性を有した凹凸が望ましい。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、少なくとも封止樹脂の光取り出し面を硬化させる際の温度は、金型の融解温度よりも１５℃以上低い温度である、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、金型を除去した後、再度加熱して封止樹脂を硬化させる工程をさらに有する、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、金型を封止樹脂の光取り出し面に合わせる前に、封止樹脂と同一材料の樹脂を、金型の光取り出し面と合わせる側の面に塗布する工程をさらに有する、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、金型は、低融点はんだであることを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記低融点はんだは、ＳｎとＢｉを含む合金であることを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１８】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、封止樹脂は、シリコーン樹脂であることを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００１９】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明において、金型は、Ｓｎを含む合金であり、金型を融解させる工程は、金型の材料である金属よりも融点が低くＳｎを含む金属を、融解させた状態で金型に接触させて原子拡散させ、金型の融点を低下させた後、金型を融解させる工程である、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法である。
【００２０】
金型の材料である金属よりも融点が低くＳｎを含む金属は、融解させた後に金型に接触させてもよいし、接触させてから融解させてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
第１の発明によると、光取り出し面の凹凸を破壊することなく金型を除去することができるため、封止樹脂の光取り出し面に凹凸形状を精度よく形成することができる。特に、凹凸が微細である場合に本発明の効果が大きい。凹凸が微細であると、表面張力によって融解した金型である金属が光取り出し面の凹凸から浮き上がり、容易に除去することができるためである。また、従来の金型で必要であった抜き勾配は、本発明の金型では必要ないため、光取り出し面に形成する凹凸形状の設計の自由度が非常に高い。
【００２２】
また、第２の発明によると、凹凸形状の加工精度をより向上させることができる。
【００２３】
また、第３の発明によると、封止樹脂をさらに硬化させることができる。
【００２４】
また、第４の発明によると、封止樹脂の光取り出し面と金型との間に気泡が生じてしまうのを防止することができる。
【００２５】
また、第５の発明のように、金型として低融点はんだを用いることができ、特に第６の発明のように、低融点はんだとしてＳｎとＢｉを含む合金を用いることができる。また、第７の発明のように、封止樹脂としてシリコーン樹脂を用いることができる。
【００２６】
また、第８の発明によれば、金型に融解温度の高いものを使用することができるため、封止樹脂を硬化させる際の温度を高くすることができ、凹凸形状の転写精度を向上させることができる。また、封止樹脂の硬化後に金型の融解温度を低減できるため、金型を融解して除去する際に封止樹脂の劣化を抑制することが手きる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１のＬＥＤ発光装置の製造工程について示した図。
【図２】実施例１のＬＥＤ発光装置の構成を示した図。
【図３】ケース１１の製造に用いた型の構成を示した図。
【図４】実施例２のＬＥＤ発光装置の製造工程を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
図２は、実施例１のＬＥＤ発光装置の構成を示した図である。ＬＥＤ発光装置は、凹部１４を有し、凹部１４の底面１４ｃに電極パターン１０ａ、１０ｂを有したケース１１と、電極パターン１０ａ上に搭載され、ボンディングワイヤ１３ａ、１３ｂによって電極パターン１０ａ、１０ｂと接続されたＬＥＤチップ１２と、凹部１４内を満たした熱硬化性樹脂１６の硬化物である封止樹脂１５と、によって構成されている。
【００３０】
ケース１１は、熱硬化性の樹脂で形成されている。ＬＥＤチップ１２には、青、緑、赤など任意の発光波長のものを用いてよく、紫外光や赤外光を発光するものであってもよい。封止樹脂１５には、蛍光体や、分散材などが混合されていてもよい。
【００３１】
封止樹脂１５は、光取り出し面（凹部１４の底面１４ｃ側とは反対側の表面）に凹凸１８を有している。この凹凸１８は、光取り出し効率を向上させるためのものである。凹凸１８の形状は、光取り出し効率をより向上させるために、ＬＥＤチップ１２の発光波長オーダーの微細な周期構造が望ましい。凹部１４の形状は円錐台ないし角錐台状であり、凹部１４の側面１４ａは、凹部１４の底面１４ｃに平行な面における凹部１４の断面積が、底面１４ｃから離れるにしたがって増加するような傾斜を有している。
【００３２】
また、凹部１４の側面１４ａであって、ケース１１の上面１１ａ（凹部１４の底面１４ｃ側とは反対側の面）近傍には、底面１４ｃに平行な方向に深さを有する溝１４ｂが形成されている。溝１４ｂは、底面１４ｃに平行な面内に一周するリング状である。この溝１４ｂに封止樹脂１５が入り込んでいるため、封止樹脂１５のケース１１からの離脱が防止される。より効果的に離脱を防止するためには、溝１４の底面１４ｃに平行な方向の深さ、および底面１４ｃに垂直な方向の幅を、０．２〜０．５ｍｍにするとよい。
【００３３】
このようなケース１１は、型を用いた射出成形やトランスファーモールドなどによって形成する。型は、図３に示すように、内型１００と、外型２００とで構成されている。内型１００は、ケース１１の凹部１４の形状、およびケース１１の上面１１ａにかみ合う形状である。すなわち、内型１００は、凹部１４にかみ合う円錐台ないし角錐台状の突起部１００ａを有し、突起部１００ａ側面には、凹部側面の溝１４ｂとかみ合うリング状の突起部１００ｂを有している。また、内型１００は、低融点はんだであるＳｎ−Ｂｉ合金（Ｓｎ：４２％、Ｂｉ：５８％、融点１３８℃）からなる。外型２００は、ケース１１の側面１１ｂおよび底面１１ｃの形状にかみ合う形状であり、樹脂の注入口２０１を有している。
【００３４】
この内型１００と外型２００とをケース１１の形状に組み合わせ、外型２００の樹脂注入口２０１から熱硬化性樹脂を注入し、内型１００が融解しない温度で熱硬化性樹脂を硬化させる。次に、外型２００を機械的に取り外し、その後内型１００の融解温度以上であって熱硬化性樹脂が熱分解する温度以下の温度で加熱して内型１００を融解させて除去する。以上の方法によって、凹部１４を有し、凹部１４側面１４ｂにリング状の溝１４ｂを有したケース１１を製造することができる。
【００３５】
なお、上記ケースの形成方法において、電極パターン１０ａ、１０ｂは省略したが、実際には型の内部に電極パターン１０ａ、１０ｂを配置して、ケースと一体に成形される。
【００３６】
また、型を内型１００と外型２００とで構成せずに、型全体を低融点はんだによって構成してもよい。また、型のうち、溝１４ｂとかみ合う部分のみを低融点はんだによって構成してもよい。
【００３７】
次に、ＬＥＤ発光装置の製造工程について、図１を参照に説明する。
【００３８】
まず、図１（ａ）のように、凹部１４を有し、凹部１４の底面１４ｃに電極パターン１０ａ、１０ｂを有したケース１１を用意し、電極パターン１０ａ上にＬＥＤチップ１２を搭載し、ボンディングワイヤ１３ａ、１３ｂによってＬＥＤチップ１２の電極（図示しない）と電極パターン１０ａ、１０ｂとを接続する。
【００３９】
次に、図１（ｂ）のように、凹部１４内に未硬化の液状の熱硬化性樹脂１６を充填し、金型１７を樹脂の表面に押し当てる。金型１７は、アルミニウム合金の金属板１７ａの一方の表面に、低融点はんだからなる凹凸１７ｂを設けたものである。粒径２０〜３０μｍ程度のはんだペーストを金属板１７ａの表面に塗布することで凹凸１７ｂを形成してもよい。金型１７の樹脂に押し当てる側の面には、熱硬化性樹脂１６と同一材料の樹脂をあらかじめ塗布しておき、金型１７と熱硬化性樹脂１６との間に気泡が生じてしまうのを防止するのがよい。ここで、熱硬化性樹脂には、一次硬化温度が１００℃、二次硬化温度が１５０℃のシリコーン樹脂を用いた。また、低融点はんだには、Ｓｎ−Ｂｉ合金（Ｓｎ：４２％、Ｂｉ：５８％、融点１３８℃）を用いた。
【００４０】
なお、低融点はんだには、その融点が、熱硬化性樹脂１６の一次硬化温度以上で、熱硬化性樹脂１６の熱分解温度以下の範囲である任意の材料を用いることができる。
【００４１】
次に、熱硬化性樹脂１６と金型１７とが接触した状態で１００℃まで加熱し、この温度を１時間維持して熱硬化性樹脂１６を硬化させる（図１（ｃ））。この時、熱硬化性樹脂１６全体を硬化させる必要はなく、少なくとも金型１７と接触する表面部分のみが硬化していればよい。この硬化によって、熱硬化性樹脂１６の金型１７と接触する表面には、凹凸１７ｂを反転した形状の凹凸１８が転写されて形成される。また、金型１７の凹凸１７ｂは、融点１３８℃以下の温度であるため融解せず、固体の状態を保持している。
【００４２】
次に、金型１７の凹凸１７ｂの融点である１３８℃以上で、熱硬化性樹脂１６の二次硬化温度以下の温度、たとえば１４０℃、に加熱し、凹凸１７ｂを融解させる。これにより、金型１７の金属板１７ａは分離し、除去される。また、融解した凹凸１７ｂは、低融点はんだの表面張力によってひとまとまりの液体の金属層１９となり、熱硬化性樹脂１６の凹凸１８上に浮き上がった状態となる（図１（ｄ））。
【００４３】
次に、温度を低下させて金属層１９を固化し、凹凸１８上から金属層１９を除去する（図１（ｅ））。金属層１９は凹凸１８上に浮き上がった状態にあるため、接触面積が狭く、容易に除去することができる。もちろん、金属層１９が液体の状態にあるときに除去してもよい。その後、熱硬化性樹脂１６を１５０℃で３時間加熱し、熱硬化性樹脂１６をさらに硬化させた。以上によって、熱硬化性樹脂１６の硬化物である封止樹脂１５の光取り出し面に凹凸１８が形成されたＬＥＤ発光装置が製造される。
【００４４】
この実施例１のＬＥＤ発光装置の製造方法では、封止樹脂１５の光取り出し面に容易かつ精度よく凹凸１８を設けることができる。
【実施例２】
【００４５】
図４は、実施例２のＬＥＤ発光装置の製造工程について示した図である。まず、図４（ａ）のように、電極２０ａ、２０ｂが設けられた基板２１上に、ＬＥＤチップ２２を搭載し、ボンディングワイヤ２３ａ、２３ｂによってＬＥＤチップ２２と電極２０ａ、２０ｂとを接続する。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、半球殻状の金型２７を用意する。金型２７の内側の面には、凹凸２７ａが形成されていて、この凹凸２７は、実施例１と同様の低融点はんだからなる。そして、金型２７の内側（凹凸２７ａ形成側）に熱硬化性樹脂２６を充填し、金型２７を基板２１上に配置し、ＬＥＤチップ２２を封止した。熱硬化性樹脂２６は、実施例１の熱硬化性樹脂１６と同様の材料であり、一次硬化温度が１００℃、二次硬化温度が１５０℃のシリコーン樹脂である。この状態で加熱し、１００℃、１時間維持して熱硬化性樹脂１６を硬化させる。この硬化によって、熱硬化性樹脂２６の凹凸２７ａと接触する表面には、凹凸２７ａを反転した形状の凹凸２８が転写されて形成される。
【００４７】
次に、図４（ｃ）に示すように、金型１７の凹凸１７ｂの融点である１３８℃以上で、熱硬化性樹脂１６の二次硬化温度以下の温度、たとえば１４０℃、に加熱し、凹凸２７ａを融解させ、金型２７は機械的に取り出して除去する。融解した凹凸２７ａは、低融点はんだの表面張力によってひとまとまりの液体の金属層２９となり、熱硬化性樹脂２６の凹凸２８上に浮き上がった状態となる。
【００４８】
次に、温度を低下させて金属層２９を固化し、凹凸２８上から金属層２９を除去する。金属層２９は凹凸２８上に浮き上がった状態にあるため、接触面積が狭く、容易に除去することができる。その後、熱硬化性樹脂２６を１５０℃で３時間加熱し、熱硬化性樹脂２６をさらに硬化させる。以上によって図４（ｄ）に示す、半球殻状のドーム型の封止樹脂２５（熱硬化性樹脂２６の硬化物）にＬＥＤチップ２２が封止され、封止樹脂２５の光取り出し面に凹凸２８が形成されたＬＥＤ発光装置が製造される。
【００４９】
なお、実施例１では封止樹脂の光取り出し面を平板状、実施例２ではドーム状としたが、本発明はこれらの形状に限るものではなく、任意の形状の光取り出し面に凹凸を形成することができる。
【００５０】
また、実施例１、２における金型１７の融解方法として、以下の方法を用いてもよい。まず、金型１７としてＳｎを含む合金を用い、金型１７よりも融点が低くＳｎを含む合金を用意する。次に、この合金を融解させて金型１７に接触させる。または金型１７に接触させてからその合金を融解させてもよい。これにより、その合金を金型１７に原子拡散させ、金型１７の融点を低下させることができる。そして、融点の低くなった金型１７を融解させて除去する。
【００５１】
この金型１７の融解方法によると、金型１７の材料として実施例１、２で用いた材料よりも融点の高い材料を用いることができるので、熱硬化性樹脂を硬化させる際の温度を実施例１、２の場合よりも高くすることができる。その結果、凹凸１７ｂ、２７ａの転写精度を向上させることができる。また、熱硬化性樹脂の硬化後に金型１７の融解温度を低減することができるので、金型１７を融解させて除去する際に熱硬化性樹脂１６、２６の劣化を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によって製造されるＬＥＤ発光装置は光取り出し効率が高いので、照明装置などに好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ａ、１０ｂ、２１ａ、２１ｂ：電極パターン
１１：ケース
１２、２２：ＬＥＤチップ
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ：ボンディングワイヤ
１４：溝
１５、２５：封止樹脂
１６、２６：熱硬化性樹脂
１７、２７：金型
１８、２８：凹凸
【図１】
2011129790.tif 000003
【図２】
2011129790.tif 000004
【図３】
2011129790.tif 000005
【図４】
2011129790.tif 000006