(57)【要約】反射面２１の劣化による反射率の低下がなく、生産性にも優れた反射型の発光ダイオードを提供するために、ポリエーテルケトン類の樹脂からなる反射面形成体２２凹部空間に、発光素子１１を反射面２１に対向して配置し、発光素子１１と反射面形成体２２との間の隙間４１透明エポキシ樹脂４４で充填する。反射面形成体２２の反射面２１の反射特性を劣化させないように、透明エポキシ樹脂４４の硬化温度を１８０℃以下に設定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、その発光素子が発する光を反射する凹面状反射面を有しポリエーテルケトン類の樹脂からなる反射面形成体とを、前記発光素子の発光面と前記反射面とを対向させて配置する配置工程と、
前記反射面と発光素子との隙間を透明エポキシ樹脂で充填する充填工程と、
前記充填された透明エポキシ樹脂を硬化させる硬化工程とを備え、
前記硬化工程における透明エポキシ樹脂の硬化温度を１８０℃以下に設定した発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記硬化工程を一次加熱とこれよりも高温の二次加熱とにより行う発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記反射面は金属蒸着膜により形成されている発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
請求項１において、前記発光素子は、リードフレームの先端に取り付けられている発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記配置工程は、前記リードフレームを前記反射面形成体の上端面に設けられた溝に嵌合させて固定するリード固定工程を含む発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
請求項５において、前記配置工程はさらに、前記リード固定工程につづいて、前記反射面形成体の上端面を覆い、前記反射面形成体の溝に対応する突起部を有する枠体を前記反射面形成体に固定する枠体固定工程を含む発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、エポキシ樹脂で封止された反射光学系を有する発光ダイオードの製造方法に関するものである。
【背景技術】  従来から発光ダイオードの発光素子から発する光を有効に前方へ外部放射するための構造として、発光素子を金属反射面に対向して配置した基本構造については、特開昭４９−８２２９０号、特開昭５８−８２２９０号などに記載されている。この構造は、図６に示すように、発光素子６１と、これから発する光を反射する凹面状反射面６６とを具備してなる発光ダイオードが知られている。発光素子６１は第１のリードフレーム６２ａ上に導電性樹脂６３を介して取り付けられ、第２のリードフレーム６２ｂとは金ワイヤー６４により電気的に接続されている。こうして得られたリードフレーム付き発光素子６１を一体的に光透過性樹脂６５でトランスファーモールド法にて成形し、その凸状表面に金属蒸着あるいはメッキ法等によって表面コート処理することにより凹状の反射面６６を形成し、さらにこの反射面６６を保護するためにオーバーコート層６７を施している。これにより、発光素子６１から放射された光の殆ど全てを一旦反射面６６で反射させ、発光素子６１の反対側にある放射面６８から制御された光として発光ダイオード外部へ放射する。
さらにもう一例を挙げて説明すると、特開昭６２−２６９９８４号、特開平０１−１４３３６６号などに開示されているように、図７に示す凹状反射体７１の内面にアルミニウム或いは銀を蒸着又はメッキ層からなる反射面７２を備えた耐熱性凹面体（反射面形成体）７１を作製する。この反射面形成体７１の凹部に発光素子７３を配置し、この発光素子７３はリードフレーム７４ａ、７４ｂの一方に導電性接着剤を用いて電気的に接続され、他方へは金線７５を介して電気的に接続している。このように用意された反射体７１の凹部に透明エポキシ樹脂７６をポッティング充填した後に加熱硬化させる。
従来この種の発光ダイオードにおいては、反射面と発光素子とをトランスファー成型法で一体成形することによって、光学的位置関係が高精度となり、より優れた光学特性を持つ発光ダイオードが得られたり、ポッティング法による成型方法においても安価に提供できるなどの特徴があった。
しかしながら、図６に示した構造の発光ダイオードによると、発光素子６１と反射面６６との光学的な位置関係を精度よく保持することができる一方で、次のような問題点があった。反射面６６を外力から守るためにハードコート６７による保護層を設けたとはいえ、発光ダイオードの実装時或いはハンドリング時において、半田付け時の過剰の加熱条件による反射面６６の劣化や部品間の接触、特にリードフレーム６２ａ，６２ｂが反射面６６に強く接触することによって保護（ハードコート）層６７までも貫通して反射面６６に傷を与えることによって、光学的性能の低下や反射面６６の早期劣化等が発生しやすいという問題が生じていた。
さらには一般的に電子部品を回路基板上に実装する場合、生産性と信頼性を確保するために、発光ダイオードを自動実装即ち２６０℃前後の雰囲気のリフロー炉を通過させることによって半田付けを行うことが最良とされているが、このような方法で上記した金属反射面６６を有する発光ダイオードを回路基板上へ実装しリフロー炉を通過させると、処理温度が高温であるために発光素子６１とリードフレーム６２ａ，６２ｂとを一体的に成形した透明エポキシ樹脂６５の熱膨張係数と、反射面でもある銀金属層或いはアルミニウム金属層６６との熱膨張差によって、エポキシ樹脂６５と反射面６６との界面における剥離が発生し、反射面６６に皺や亀裂が発生して、反射面６６の反射率や面形状が変化し、光学特性の低下が生じるなどの欠点があった。
さらに、発光ダイオードの輸送方法においても、各発光ダイオードが輸送時の振動により反射面６６に傷が付かないような特別な梱包方法にて発送しなくてはならないのが現状であった。
また、従来のようなエポキシ樹脂６５のみで一体化成形することによって構成された構造とすることによって、基板への実装時において外部へ出たリードフレーム６２ａ，６２ｂを折り曲げる際に、樹脂端面に異常な外力が加わることによって、エポキシ樹脂におけるリードフレーム６２ａ，６２ｂが突出した部分にクラックが発生する等の問題もあった。
他方、図７に示した製造方法においては、凹面反射体７１の凹部に透明エポキシ樹脂７６をポッティング法によって充填させ、発光素子７３と凹面反射体７１とを固定している。しかしながら、透明エポキシ樹脂７６が硬化収縮するときに、やはりエポキシ樹脂７６と反射面７２を形成する金属層との熱膨張係数の差いよって内部応力を発生させ、反射層７２が剥がれたり、激しい場合はエポキシ樹脂７６の中に破片として分散したり、皺を発生させたりする。これによって、上述と同様の反射率の低下や反射面形状の変化が発生し、光学特性を損ない、実用上大きな問題が発生していた。このような理由で、実用上は、反射層に金属を用いないで、白色ＡＢＳ樹脂のような反射率の高い樹脂を使用することによって、反射特性を確保しているが、十分な反射率は得られていない。
【発明の開示】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、発光素子に対向して反射面を有する発光ダイオードにおいて製造時に反射面の劣化が無く、さらに製造時及び搬送時においても取扱いが容易で、且つリフロー炉などの工程中の高温雰囲気においても反射面の劣化による反射率低下が発生することのない生産性の高い反射型発光ダイオードを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、発光素子と、その発光素子が発する光を反射する凹面状反射面を有しポリエーテルケトン類の樹脂からなる反射面形成体とを、前記発光素子の発光面と前記反射面とを対向させて配置する配置工程と、前記反射面と発光素子との隙間を透明エポキシ樹脂で充填する充填工程と、前記充填された透明エポキシ樹脂を硬化させる硬化工程とを備え、前記硬化工程において反射面形成体に設けられた反射面となる凹面部表面の平滑性を損なうことの無いように、透明エポキシ樹脂の硬化温度を１８０℃以下に設定している。ここで、「透明」とは、発光素子の反射光の中心波長に対して透光性があることをいい、中心波長とは異なる赤味や青味が若干加わったものも「透明」に含まれる。また、反射面を形成する「凹面」は、例えば縦断面が放物線である放物面鏡である。
上記構成による反射型発光ダイオードによって、反射面が製造時において劣化することなく完成し所望する光学特性を確保でき、さらに反射面は耐熱性の反射面形成体の凹部に形成されているために、外部からの応力、機械的衝撃や半田実装時における熱劣化および熱衝撃から保護されるようになる。
上記したように反射面形成体に使用される樹脂として、完成後の製品が高温のリフロー炉を通過しても変形・劣化することのないポリエーテルエーテルケトン樹脂が選ばれる。しかしながら、このポリエーテルエーテルケトン樹脂は２００℃以上の環境温度が長時間持続すると急激に樹脂表面層の結晶化度が上昇する。この結果樹脂表面層の結晶でもあるラメラ結晶が最大１０〜２０μｍ程の球晶を形成する。その結果、反射面形成体の凹面部は少なくとも数μｍ以上の凹凸状態となり、光学的な鏡面が得られなくなってしまうという欠点がある。この結晶化度とエポキシ樹脂硬化温度との関係を求めた結果を表１に示す。このように、２００℃を越えると急速に結晶化度が上昇し、ラメラ結晶の成長により表面の状態が変化することが確認でき、２４０℃以上になると結晶化度の限界に近い５０％に達成することが確認できた。
したがって、成形されたポリエーテルエーテルケトン樹脂から成る反射面形成体を用いてその凹面に対向して発光素子を配置し、発光素子と凹面との隙間を透明エポキシ樹脂で充填し、充填した透明樹脂を硬化する工程において、凹面部の反射特性を損なうことなく透明エポキシ樹脂を硬化させるには、少なくとも２００℃以下の硬化温度で処理を行うことが肝要となる。さらに、凹面部の反射特性を硬化前の初期の状態を維持するには、１８０℃以下が望ましいことが確認できた。
さらに、上記した構造の発光ダイオードを採用することによって、反射面は反射面形成体である耐熱性樹脂によって完全に外部からの機械的衝撃や熱衝撃から保護されるようになり、かつ半田実装時におけるリフロー炉工程においても反射面の熱劣化は勿論のこと、外形の熱変形やハンドリング時及び搬送時の振動により反射面に発生する傷を完全に防止することができた。
発光素子から発した殆ど全ての光を一旦反射面で受けた後に外部へ放射される構造の発光ダイオードにおいて実際に実用化されている製造方法としては、反射面と発光素子とを一体的に成形する手法、即ちトランスファーモールド法に依っていたが、本製造方法を採用することによってポッティング法となるために製造が容易になり、量産性が向上する。また、本製造方法を用いることによって反射面形成体の凹面部の反射特性を損なうことがなくなり、発光ダイオードの品質が向上する。
本発明の好ましい実施形態では、前記エポキシ樹脂の硬化工程において、一次加熱とこれよりも高温の二次加熱とにより硬化させる。これにより、硬化が緩慢になるので、ポリエーテルエーテルケトン樹脂の表面層の結晶化度が低下する結果、反射面の凹凸が少なくなり、光学特性が向上する。
前記反射面は例えば金属蒸着膜により形成される。また、前記発光素子はリードフレームの先端に取り付けられる。
本発明の好ましい実施形態では、前記配置工程が、前記リードフレームを前記反射面形成体の上端面に設けられた溝に嵌合させて固定するリード固定工程を含む。これにより、リードフレームを介して発光素子の反射面に対する位置決めが高精度になされる。
【００００】  本発明の好ましい実施形態では、前記配置工程がさらに、前記リード固定工程につづいて、前記反射面形成体の上端面を覆い、前記反射面形成体の溝に対応する突起部を有する枠体を前記反射面形成体に固定する枠体固定工程を含む。これにより、硬化時に溝からエポキシ樹脂が漏れることがなくなるとともに、発光ダイオード完成後のリードフレームの折り曲げによっても反射面が影響を受けにくくなる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の一実施形態に係る製造方法に使用されるリードフレーム付きの発光素子を示す正面図である。
図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る製造方法に使用される反射面形成体を示す斜視図、平面図および正面図である。
図３は本発明の一実施形態に係る製造方法を示す斜視図である。
図４は本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された発光ダイオードを示す斜視図である。
図５は本発明の他の実施形態に係る製造方法を示す斜視図である。
図６は従来からある発光素子と反射面を一体成形したことによって得られた反射型発光ダイオードを示す縦断面図である。
図７は従来からある凹面体を用いて発光素子と反射体との隙間をポッティング法によって充填する方法によって得られた反射型発光ダイオードを示す縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施形態を図１〜５に従って説明する。図１において、１１は発光素子であり、１２ａ，ｂはリードフレーム、１３は金線である。
発光素子１１は、第１のリードフレーム１２ａ上の所定の位置、この例では先端部に設けられた素子搭載用ラウンドの部位に導電性樹脂１４を介して固定され、発光素子１１と第１のリードフレーム１２ｂとの電気的接続は金線１３によってなされている。
このように構成された，発光素子１１が搭載されたリードフレーム１２ａを用意する。
一方では，図２Ａ〜Ｃに示すようなアルミニウムまたは銀からなる蒸着層またはメッキ層により形成された反射面２１を内側に備えた反射面形成体または凹面体２２を用意する。
この時に反射面形成体２２には、前記リードフレーム１２ａ，１２ｂを嵌め込むためのリード位置に合わせた嵌め込み用の溝２３を、対向する一対の辺に形成しておく。
このように用意された発光素子１１を搭載したリードフレーム１２ａ，１２ｂと凹面状反射面２１を持つポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる凹面体２２とを、図３に示すように、発光素子１１が凹面状反射面２１に対向するように配置し、凹面体２２の開口端面となる上端面に設けた溝２３に、リードフレーム１２ａ，１２ｂを嵌合させる。
凹面体２２の溝２３に嵌合させる際に、事前に第１リードフレーム１２ａの所定部位に、光硬化性樹脂あるいは接着性樹脂３１をディスペンサーなどを用いて少量滴下した後に硬化させて、図４に示すように、凹面体２２と発光素子１１を搭載したリードフレーム１２ａ，１２ｂとを固定する。
次に、この発光素子１１と凹面体２２との間の隙間４１に透明エポキシ樹脂４４を凹面体２２の縁面まで充填させた後に，温度１００℃で３時間、つづいて温度１８０℃で１０時間の雰囲気炉にて、それぞれ一次加熱による一次硬化および二次加熱による二次硬化を行い、樹脂を硬化させて完成させる。この際、リードフレーム１２ａ，１２ｂを嵌合させた凹面体２２の辺部の溝２３からエポキシ樹脂が漏れないように、高温度においてもチクソ材が添加された粘性の高い樹脂を使用する。これによって漏れを防止できることが確認された。二次加熱は一次加熱よりも、温度および加熱時間とも長いのが好ましい。
さらに確実に樹脂漏れを防止するには、図５に示すような溝２３に対応した凸部５１を持つ枠体５を凹面体２２の開口側からリードフレーム１２ａ，１２ｂを押さえ込むように合わせて固定することによっても、溝２３におけるリードフレーム１２ａ，１２ｂの上面の隙間が埋められて、樹脂漏れを防止することができる。このとき、凹面体２２における枠体５との張り合わせ面の一部に接着剤を塗布しておくことによって、枠体５の取付け作業性が向上する
上述の実施例においては、凹面体２２の材質として、ポリエーテルケトン類の樹脂であるポリエーテルエーテルケトン樹脂を採用し、しかも充填する透明エポキシ樹脂の加熱温度、つまり硬化温度を、１８０℃以下に設定することによって、反射面２１の優れた鏡面性を確保できた。これにより、反射構造を有する発光ダイオードにおいて、従来は半田リフロー炉による回路基板への半田付けができなかったが、本実施例に従えば製造工程中においては勿論のこと、半田リフロー工程においても、反射面２１の劣化のない実用上優れた特性を有する発光ダイオードを提供することが可能となった。
【表１】
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本実施例においてはポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用したが、基本組成としてフェニケトンとフェニルエーテルの組み合わせ構造からなる同様の性質を持つ他のポリエーテルケトン類樹脂を使用しても同様の結果が得られることは容易に推察できる。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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