(57)【要約】【課題】ボンディングワイヤを樹脂で保護しながら、温度上昇に伴うボンディングワイヤの断線を防止できる発光装置を提供する。【解決手段】保護樹脂は、ボンディングワイヤ6の下部空間を充填する第１樹脂層7と、第１樹脂層7を被覆する第２樹脂層8とを備え、第１樹脂層7には、気泡が含有されている構成とする。これにより、第１樹脂層7が熱により膨張した際に、気泡が押し縮められるため、第１樹脂層7全体が上方に膨張するのを抑制でき、ボンディングワイヤ6を断線させない。第２樹脂層8の表面が滑らかであるため、光の散乱を防止でき、配光特性が乱れない。【選択図】図１
2011199127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に搭載された、発光素子およびボンディングワイヤと、前記ボンディングワイヤを包み込む保護樹脂とを有し、
前記保護樹脂は、ボンディングワイヤの下部空間を少なくとも充填する第１樹脂層と、該第１樹脂層を被覆する第２樹脂層とを備え、前記第１樹脂層には、気泡が含有されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、前記第２樹脂層は、気泡を含有していないか、または、前記第２樹脂層に含有されている気泡は前記第１樹脂層よりも少ないことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置において、前記第１樹脂層と第２樹脂層とは、基材樹脂が同じであることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の発光装置において、前記第２樹脂層は、ハードコート層であることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
基板上に発光素子を搭載し、ボンディングワイヤを配置する工程と、
気泡を混入した樹脂を、前記ボンディングワイヤよりも基板側の空間を充填するように塗布する工程と、
前記気泡を混入した樹脂と同じ基材の樹脂であって、気泡を混入していない樹脂を前記気泡を混入した樹脂の上に塗布する工程と、
前記気泡を混入した樹脂と前記気泡を混入していない樹脂とを硬化させる工程とを含むことを特徴とする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、発光素子を基板上に搭載した発光装置に関し、特に、基板上にボンディングワイヤが配置された発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤチップ等の発光素子を実装基板に搭載した発光装置では、発光素子と実装基板の電極間の接続にボンディングワイヤが用いられている。さらに、発光素子およびボンディングワイヤを、保護のために樹脂により封止する構造が広く採用されている。
【０００３】
特許文献１には、ボンディングワイヤの固定部を接着特性に優れた樹脂で封止し、半導体素子の封止部分には耐湿性等の物理的特性に優れた樹脂で封止する構成が開示されている。これにより、ボンディングワイヤの固定部の信頼性と、封止樹脂に要求される物理的特性とを両立させている。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体素子の実装時の熱応力を緩和するために、基板と配線層との間に弾性体層を配置している。封止樹脂としてもエラストマー樹脂を用いる。ボンディングワイヤの固定部は、熱応力により変位に追従できるように、固定用樹脂で固定する。
【０００５】
一方、特許文献３には、多数の気泡を封入した透明樹脂により発光ダイオードを封止した照明灯が開示されている。透明樹脂中の気泡により、発光ダイオードからの光が散乱され、幻想的な照明が可能になると記載されている。
【０００６】
特許文献４には、発光素子の封止樹脂に蛍光体を分散させる発光装置において、樹脂に気泡が存在すると蛍光体を均一に分散させることが困難であるため、消泡材を蛍光体とともに樹脂に分散させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２８８４２６号公報
【特許文献２】特開平１−２７６６５１号公報
【特許文献３】特開２００３−１６８０６号公報
【特許文献４】特開２００９−２６０１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ボンディングワイヤの周囲を覆う樹脂は、製造時の半田付けのための加熱や、製品が配置される環境の温度上昇（ヒートショック）により膨張し、ボンディングワイヤが断線することがある。これにより、発光装置は不灯になる。
【０００９】
本発明の目的は、ボンディングワイヤを樹脂で保護しながら、温度上昇に伴うボンディングワイヤの断線を防止できる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、以下のような発光装置が提供される。すなわち、基板に搭載された、発光素子およびボンディングワイヤと、ボンディングワイヤを包み込む保護樹脂とを有する発光装置であって、保護樹脂は、ボンディングワイヤの下部空間を少なくとも充填する第１樹脂層と、第１樹脂層を被覆する第２樹脂層とを備え、第１樹脂層には、気泡が含有されている。これにより、第１樹脂層7を構成する樹脂が熱により膨張した際に、気泡が押し縮められることにより樹脂の体積膨張を吸収し、第１樹脂層7全体が上方に膨張するのを抑制できる。よって、樹脂の膨張によりボンディングワイヤ6に断線が生じるのを防止できる。第２樹脂層8の表面が滑らかであるため、出射光の表面における散乱を防止でき、配光特性が乱れを抑制できる。
【００１１】
上記第２樹脂層は気泡を含有していないか、または、第２樹脂層に含有されている気泡は第１樹脂層よりも少ないことが望ましい。
【００１２】
上記第１樹脂層と第２樹脂層とは、基材樹脂が同じである場合、工程を短縮でき、界面における光の反射を防止できるため好ましい。
【００１３】
第２樹脂層としては、ハードコート層を用いることも可能である。
【００１４】
また、本発明によれば、以下のような発光装置の製造方法が提供される。すなわち、基板上に発光素子を搭載し、ボンディングワイヤを配置する工程と、気泡を混入した樹脂を、ボンディングワイヤよりも基板側の空間を充填するように塗布する工程と、気泡を混入した樹脂と同じ基材の樹脂であって、気泡を混入していない樹脂を気泡を混入した樹脂の上に塗布する工程と、気泡を混入した樹脂と気泡を混入していない樹脂とを硬化させる工程とを含む製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ボンディングワイヤの下部の保護樹脂の膨張が抑制できるため、ボンディングワイヤの断線を防ぐことができるため、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ’矢視断面図。
【図２】実施形態の樹脂層7を構成する樹脂が膨張し、気泡21が収縮する状態を示す説明図。
【図３】（ａ）および（ｂ）実施形態の気泡含有する樹脂7の表面をハードコート層40で被覆した発光装置の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１８】
発明者らは、封止樹脂が熱膨張によりボンディングワイヤを破断するメカニズムを明らかにするために、実験等を行った。その結果、ボンディングワイヤよりも下方（基板側）に充填されている封止樹脂が、熱膨張により上方に盛り上がり、ワイヤを断線させることが分かった。本発明では、ボンディングワイヤよりも基板側に充填されている封止樹脂が、熱膨張により上方に盛り上がる現象を抑制することにより、断線を防止する。そのために本発明では、封止樹脂に気泡を混入し、樹脂の膨張を気泡の収縮により吸収し、樹脂全体が上方に盛り上がる現象を抑制する。
【００１９】
一方、封止樹脂の表面に凹凸が生じると、発光素子から発せられた光が凹凸によって散乱され、配光特性の乱れの原因となる。そこで、ボンディングワイヤの断線には大きく寄与しないボンディングワイヤよりも上方に位置する封止樹脂には気泡を混入しない。これにより、気泡が封止樹脂の表面に位置して凹凸が生じるのを防ぐ。
【００２０】
これらにより、封止樹脂の熱膨張によるボンディングワイヤの断線を防ぎながら、配光特性に優れた発光装置を提供する。
【００２１】
具体的な本実施形態の発光装置を図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は、発光装置の上面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ’矢視断面図である。ＬＥＤチップ3は、サブマウント基板2に固定されている。サブマウント基板2は、セラミック等の絶縁性基板の上に一対の電極パターン13を備えた構成である。図１（ａ），（ｂ）の構成では、ＬＥＤチップ3は、下面に一対の電極を備えたフリップチップである。
【００２２】
サブマウント基板2は、金属基板1に搭載されている。金属基板1には、表面に絶縁層を介して一対の電極パッド5が配置されている。サブマウント基板2の一対の電極パターン13は、一対の電極パッド5と、Ａｕ等のボンディングワイヤ6により接続されている。
【００２３】
ＬＥＤチップ3の上面および側面は、所定の蛍光体を分散させた樹脂により形成された蛍光体樹脂層4により覆われている。ＬＥＤチップ3、ボンディングワイヤ6および電極パッド5の周囲には、保護樹脂形成リング9が配置されている。
【００２４】
ボンディングワイヤ6の周囲には保護樹脂として、気泡を含有する樹脂層7が配置されている。気泡を含有する樹脂層7の周囲には、気泡を含有しない樹脂層8が配置されている。ここでは、樹脂層8は、反射リング9の上端まで充填されている。樹脂層7および樹脂層8は、白色樹脂、黒色樹脂、または、ＬＥＤチップ3の発する光および蛍光体樹脂層4の発する蛍光に対して透明な樹脂により構成されている。また、気泡を含有する樹脂層7は、蛍光体樹脂層4の上面を覆わないように設けられている。気泡は光を散乱させてしまうためである。
【００２５】
樹脂層7に含有されている気泡の大きさは、例えば５０μm〜３００μmとする。樹脂層7の気泡の含有割合は、例えば５％〜１１％とする。樹脂層7は少なくともボンディングワイヤ6の下部(基板1側）の空間を充填していることが望ましい。
【００２６】
樹脂層7および樹脂層8を構成する樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、無機・有機ハイブリッド樹脂等を用いる。
【００２７】
次に、発光装置の各部の作用を説明する。電極パッド5からボンディングワイヤ6を介してＬＥＤチップ3に電流を供給すると、ＬＥＤチップ3は所定の波長光を出射する。ＬＥＤチップ3から発せられた光は、蛍光体樹脂層4に入射し、一部が蛍光体に吸収され、蛍光体を励起する。蛍光体は、ＬＥＤチップ3の出射光の波長とは異なる所定の波長の蛍光を発する。蛍光体から発せられた蛍光と、ＬＥＤチップ3から出射され蛍光体樹脂層4を透過した光は混合されて蛍光体樹脂層4の上面および側面から出射される。蛍光体樹脂層4の上面から出射された光はそのまま上方に向かって放射される。
【００２８】
蛍光体樹脂層4の側面から出射された光は、気泡を含有する樹脂層7および気泡を含有しない樹脂層8を通過し、直接または保護樹脂形成リング9で反射されて上方に向かって放射される。このとき、気泡を含有する樹脂層7の表面は、気泡を含有しない樹脂層8で覆われているため、気泡は樹脂層8の表面には位置せず、樹脂層8の出射面は滑らかである。このため、樹脂層7に気泡が含有されていても、配光特性が大きく乱れることはなく、所望の配光特性で上方に光を出射することができる。また、気泡を含有することにより樹脂層7の強度は、気泡を含有していない場合と比較して低下するが、気泡を含有していない樹脂層8で覆うことにより、強度の低下も防止できる。
【００２９】
つぎに、発光装置に熱が加わった場合の樹脂層7,8の作用について説明する。発光装置の通電時や、環境の温度変化により、発光装置に熱が加わった場合、樹脂層7および8は膨張する。このため、従来はボンディングワイヤ6に応力が加わり、ボンディングワイヤ6の結合部が断線する恐れがあったが、本実施形態では、樹脂層7に気泡を含有させたことによりボンディングワイヤ6の断線を防止できる。
【００３０】
樹脂層7を構成する樹脂の熱膨張により生じる熱応力は、一般的なシリコーン樹脂の場合で、0.4N/mm2程度である（ただし、温度上昇100℃（25℃〜125℃）としている）。これに対し、大気圧下の気泡が同じ体積で温度上昇をした時に生じる応力は、0.1N/mm2程度であり、樹脂の熱応力の１／４程度に過ぎない。このため、図２に示すように、気泡21は、周囲の樹脂の熱応力により押されて収縮する。これにより、樹脂層7の体積膨張は、気泡21の収縮により吸収され、樹脂層7全体としての体積膨張を抑制することができる。
【００３１】
特に、発明者らの研究によると、ボンディングワイヤ6の断線には、ボンディングワイヤ6の下部（基板1側）に充填された樹脂が上方に膨張することにより、ボンディングワイヤ6を押し上げ、断線に寄与することが分かっている。本実施形態では、少なくともボンディングワイヤ6の下部に充填された樹脂層7（図２の樹脂層7a)に対して気泡を含有させているため、ボンディングワイヤ6の下部の樹脂7aの体積膨張が抑制され、ボンディングワイヤ6の断線を防ぐことができる。
【００３２】
また、ボンディングワイヤ6よりも上部の樹脂層7（図２の樹脂層7b)は、表面が気泡を含有していない樹脂層8により覆われているため、光の出射面となる樹脂層8の表面はなめらかであり、上述したように気泡による配光特性の乱れを防止できる。
【００３３】
なお、本実施形態において、気泡を含有していない樹脂層8は、樹脂層7のように積極的には、気泡を混入させていないが、通常の樹脂層8の製造方法により混入する程度の量の気泡が含有することを妨げるものではない。
【００３４】
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について説明する。
【００３５】
サブマウント基板2上にＬＥＤチップ3をダイボンディングによって接合する。その後、蛍光体を所定の濃度で分散させた樹脂（例えばシリコーン樹脂）を用意し、ＬＥＤチップ3上にディスペンサ等を用いて塗布した後、所定の条件で硬化させることにより、蛍光体樹脂層4を形成する。
【００３６】
所定の接合剤を金属基板上に塗布し、その上にサブマウント基板2および保護樹脂形成リング9をのせ、所定時間、所定の圧力で押圧することにより仮固定する。その後、接合剤を所定の条件で硬化処理し、サブマウント基板2および保護樹脂形成リング9を基板1上に固定する。硬化処理は、例えば、150℃，1hrで加熱する処理とする。リング9を金属基板1上に固定する接合剤は，例えば、熱伝導性の良いシリコーン系の接着剤を用いる。保護樹脂形成リング9は、例えば、高反射性のアルミナセラミックを用いることが好ましい。
【００３７】
サブマウント基板2上の一対の電極13をＡｕ等のボンディングワイヤ6により、電極パッド5とそれぞれ接続する。
【００３８】
次に、気泡の含有された樹脂層7と気泡の含有していない樹脂層8を連続して形成する。まず、未硬化の樹脂を用意し、樹脂層7形成用の樹脂と、樹脂層8形成用の樹脂の二つに分ける。具体的には例えば、二液性シリコーン樹脂（信越化学工業(株)製、LPS-3419）に対して酸化チタンを所定の分量混ぜたものを用いることができる。
【００３９】
樹脂層7形成用樹脂に対して，所定の増粘剤を所定の分量加える。増粘剤を加えるのは、塗布した際に、パッケージ全体に濡れ広がらないようにするためである。増粘剤としては、例えば乾式シリカ（日本アエロジル(株)製）を用いることができる。
【００４０】
増粘剤を添加した樹脂層7形成用樹脂を、所定の遠心機にセットした後、攪拌処理し、二液性の樹脂と増粘剤を均一に混合する。攪拌条件としては例えば、自転800rpm，公転2000rpmで回転させる処理を2分行う。
【００４１】
その後、攪拌棒を用いて，樹脂層7形成用樹脂を所定条件で攪拌することにより、気泡を混入させる。例えば、攪拌棒により200回攪拌する。
【００４２】
気泡が混入された樹脂層7形成用樹脂を、ディスペンサーを用いて、ボンディングワイヤ6の下部を充填し、ワイヤ6の周囲を被覆するように塗布する。これにより、ボンディングワイヤ6を気泡が混入された樹脂層7形成用樹脂により被覆することができる。なお、気泡が混入された樹脂層7の硬化処理は行わず、次工程を行う。
【００４３】
取り分けておいた樹脂層8形成用樹脂に増粘剤を加えることなく、所定の遠心機にセットした後、攪拌処理し、二液性の樹脂を均一に混合する。攪拌条件としては例えば、自転800rpm，公転2000rpmで回転させる処理を2分間行う。この後、脱泡処理を行う。具体的には例えば、自転60rpm、公転2200rpmで回転させる処理を1分間行う。
【００４４】
脱泡後の樹脂層8形成用樹脂を、ディスペンサーを用いてリング9の上端まで充填する。このとき、樹脂層7形成用樹脂は増粘剤が添加されているため、チクソ性が高く、樹脂層8形成用樹脂を充填しても両者は混じり合わない。
【００４５】
その後、所定の硬化処理を行い、樹脂層7形成用樹脂および樹脂層8形成用樹脂を同時に硬化させる。硬化処理としては、例えば150℃、1時間の熱処理を行う。
【００４６】
このように、同じ樹脂材料を用いて、樹脂層7と樹脂層8を形成することにより、これらの層を同時に硬化処理することが可能であり、製造工程数を低減できる。また、樹脂層7と樹脂層8が同じ樹脂材料であるため屈折率差がなく、界面での光反射を防止することができる。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、気泡を含有していない樹脂層8で気泡含有樹脂層8を埋め込む構成であったが、樹脂層8に代えて、ハードコート層を配置することも可能である。
【００４８】
例えば、図３（ａ）のようにリング9内を気泡を含有した樹脂層7で充填し、上面全体をハードコート層40で被覆する構成にすることができる。また、図３（ｂ）のように、ワイヤ6を覆う高さまで気泡含有樹脂層7を充填し、リング9の上端までハードコート層40を形成することも可能である。
【００４９】
ハードコート層40としては、例えば、ＳｉＯ２層や樹脂層を用いることができる。これらは、塗布法や気相成長法により形成することができる。樹脂層のハードコート層40を形成するためには、具体的には例えば、高硬度（ShoreD硬度 60-70度）のレジン（シリコーン樹脂、フェニルタイプ、東レ・ダウコーニング(株)製OE6665）を用いることができる。この場合、ディスペンサーによる注入工程でハードコート層40を形成することができる。
【００５０】
図３（ａ）または図３（ｂ）の発光装置を製造する工程を具体的に説明する。電極13と電極パッド5とをボンディングワイヤ6で接続する工程までは、上述の実施形態と同様である。気泡が混入された樹脂層7形成用の樹脂を、ディスペンサーを用いて、リング9内に注入することにより充填する。充填する高さは、図３（ａ）の構造の場合はリング9上面まで、図３（ｂ）の構造の場合はワイヤ6を覆う所定の高さまでとする。その後、所定の硬化処理（例えば150℃、2時間の熱処理）により、樹脂層7形成用樹脂を硬化させ、樹脂層7を形成する。なお、樹脂層7形成用樹脂に増粘剤を添加する必要はない。その理由は、ハードコート層40形成用の樹脂を注入する前に、樹脂層7形成用樹脂を硬化させるため、樹脂層7形成用樹脂の気泡がハードコート層40用樹脂に移動する恐れがないためである。
【００５１】
二液性のハードコート層40形成用の樹脂（例えば、東レ・ダウコーニング(株)製OE6665）を遠心機にセットした後、攪拌処理し、均一に混合する。攪拌条件としては例えば、自転800rpm、公転2000rpmで回転させる処理を２分間行い、脱泡処理として、自転600rpm、公転2200rpmで回転させる処理を１分間行う。
【００５２】
ハードコート層40形成用樹脂を、樹脂層7の上に注入する。注入後の樹脂の高さは、図３（ａ）の構造の場合はリング9の上面を基準に所定の高さまで、図３（ｂ）の構造の場合は、リング9の上面までとする。その後、ハードコート層40形成用樹脂を所定の硬化処理（例えば150℃、2時間の熱処理）により、硬化させ、ハードコート層40を形成する。
【００５３】
本発明の発光装置の構成は、ヘッドランプ光源等のようにＬＥＤチップの周辺にボンディングワイヤを配置する製品全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
1…金属基板、2…サブマウント基板、3…ＬＥＤチップ、4…蛍光体樹脂層、6…ボンディングワイヤ、7…気泡を含有した樹脂層、8…気泡を含有していない樹脂層、9…保護樹脂形成用リング、13…電極パターン、21…気泡、40…ハードコート
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011199127.tif 000005