(57)【要約】【課題】ガラス封止部の表面に凹みが生じるのを防止可能な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１０は、搭載基板１１と、搭載基板１１にフリップチップボンディングされたＬＥＤチップ２０と、搭載基板１１上に形成されてＬＥＤチップ２０を封止する板状のガラス材料から成るガラス封止部３０とを備える。ガラス封止部３０は、ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態になっており、ガラス封止部３０の表面には微細な凹凸３０ａが略均一に分散配置されている。【選択図】  図１
2013069960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載基板と、
前記搭載基板にフリップチップボンディングされたＬＥＤチップと、
前記搭載基板上に形成され、前記ＬＥＤチップを封止する板状のガラス材料から成るガラス封止部と
を備えた発光装置であって、
前記ガラス封止部は、ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態になっており、前記ガラス封止部の表面には微細な凹凸が略均一に分散配置されている発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
前記ガラス封止部には、前記ガラス材料の転移点以上の融点を有する材料の粉末体が略均一に分散配置されている発光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光装置を製造するための製造方法であって、
前記ガラス材料の粉末体を軟化点以上の温度まで加熱して焼結させ、前記ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態にし、そのガラス材料を板状に加工してガラス板を生成する工程と、
前記ＬＥＤチップがフリップチップボンディングされた前記搭載基板における前記ＬＥＤチップ２０の搭載面に前記ガラス板を重ね、前記搭載基板と前記ガラス板とを重ねた状態でホットプレス加工装置の下金型と上金型との間にセットし、封止雰囲気中で下金型および上金型を加熱しながら前記搭載基板と前記ガラス板とを加圧するホットプレス加工により、前記搭載基板に前記ガラス板を熱圧着させ、熱軟化させた前記ガラス板によって前記搭載基板上で前記ＬＥＤチップをガラス封止させて前記ガラス封止部を生成する工程と
を備えた発光装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置の製造方法において、
前記ガラス材料の粉末体を軟化点以上の温度まで加熱して焼結させる際に、前記ガラス材料の転移点以上の融点を有する材料の粉末体を前記ガラス材料の粉末体に混合する発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置および発光装置の製造方法に係り、詳しくは、搭載基板に搭載されたＬＥＤチップをガラス材料で封止した発光装置と、その製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＬＥＤチップを搭載基板にフリップチップボンディングし、その搭載基板に板状のガラス材料（ガラス板）をホットプレス加工することにより、ガラス板をガラス封止部としてＬＥＤチップをガラス封止した発光装置が開発されている（特許文献１〜３参照）。
この発光装置は、複数個のＬＥＤチップをガラス封止部により一括してガラス封止できるため、生産性に優れている。
また、ガラス板の軟化点近傍で短時間にガラス封止可能であるため、ＬＥＤチップが過熱されて起こる熱損傷を回避できる。
【０００３】
特許文献２には、粉末状のガラス材料と粉末状の蛍光体とを混合した混合粉末を生成し、その混合粉末を溶融した後に固化して蛍光体分散ガラスを生成し、その蛍光体分散ガラスを前記ガラス封止部として用いることにより、ＬＥＤチップの光により蛍光体を励起させて波長変換光を発生させ、光の色むらを低減しながら発光効率を高める技術が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、粉末状のガラス材料を溶融した後に固化して形成したガラスを前記ガラス封止部として用い、ガラス封止部の内部に微細なボイドを分散させることにより、ＬＥＤチップの光をボイドによって拡散させて光の取り出し効率を高める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０８２０３６
【特許文献２】特開２００８−０７１８３７号公報
【特許文献３】特開２００８−２７０５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガラス封止部の形成方法は、まず、ＬＥＤチップがフリップチップボンディングされた搭載基板の上面（ＬＥＤチップの搭載面）にガラス板を重ね、次に、搭載基板とガラス板とを重ねた状態でホットプレス加工装置の下金型と上金型との間にセットし、続いて、封止雰囲気中で下金型および上金型を加熱しながら搭載基板とガラス板とを加圧するホットプレス加工により、搭載基板にガラス板を熱圧着させ、熱軟化させたガラス板によって搭載基板上でＬＥＤチップをガラス封止させる。
【０００７】
ここで、ガラス材料を完全な溶融状態にした後に固化して形成したガラス板は、表面が平滑になっている。また、上金型の内面も平滑になっている。
そのため、ホットプレス加工時に、上金型とガラス板との間に封止雰囲気が入り込むと、その封止雰囲気の逃げ道が無いため、上金型とガラス板との間に封止雰囲気が残留したまま、搭載基板にガラス板が熱圧着されることになり、ガラス板の表面には残留した封止雰囲気の塊によって形成された凹み（「エア溜まり」と呼ばれる）が生じ、ガラス封止部となるガラス板の表面の平坦性が損なわれるという問題がある。
ガラス封止部の表面に凹みが生じて平坦性が損なわれると、ＬＥＤチップの光を正常に放出できず、発光装置の発光効率が低下するため、発光装置が不良品となることから歩留まりが悪化する。
【０００８】
本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ガラス封止部の表面に凹みが生じるのを防止可能な発光装置と、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
【００１０】
＜第１の局面＞
第１の局面は、
搭載基板と、
前記搭載基板にフリップチップボンディングされたＬＥＤチップと、
前記搭載基板上に形成され、前記ＬＥＤチップを封止する板状のガラス材料から成るガラス封止部と
を備えた発光装置であって、
前記ガラス封止部は、ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態になっており、前記ガラス封止部の表面には微細な凹凸が略均一に分散配置されている発光装置である。
【００１１】
第１の局面では、ガラス封止部を生成するためのホットプレス加工時に、ホットプレス加工装置の上金型と板状のガラス材料（ガラス板）との間に封止雰囲気が入り込んだとしても、その封止雰囲気はガラス板表面の凹凸に逃げ込み、上金型とガラス板との間には封止雰囲気の大きな塊が残留しない状態で、搭載基板にガラス板が熱圧着される。
その結果、ガラス板の表面に封止雰囲気の大きな塊が残留していないため、その封止雰囲気の大きな塊によって形成される凹みが生じることは無く、ガラス封止部の表面を平坦にすることができる。
【００１２】
＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、前記ガラス封止部には、前記ガラス材料の転移点以上の融点を有する材料の粉末体が略均一に分散配置されている発光装置である。
第２の局面によれば、ガラス材料に添加する材料として蛍光材料を用いれば、特許文献２と同様の作用・効果が得られる。
また、ガラス材料に添加する材料としてＬＥＤチップの光を拡散する光拡散材料を用いれば、特許文献３と同様の作用・効果が得られる。
【００１３】
＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面の発光装置を製造するための製造方法であって、
前記ガラス材料の粉末体を軟化点以上の温度まで加熱して焼結させ、前記ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態にし、そのガラス材料を板状に加工してガラス板を生成する工程と、
前記ＬＥＤチップがフリップチップボンディングされた前記搭載基板における前記ＬＥＤチップ２０の搭載面に前記ガラス板を重ね、前記搭載基板と前記ガラス板とを重ねた状態でホットプレス加工装置の下金型と上金型との間にセットし、封止雰囲気中で下金型および上金型を加熱しながら前記搭載基板と前記ガラス板とを加圧するホットプレス加工により、前記搭載基板に前記ガラス板を熱圧着させ、熱軟化させた前記ガラス板によって前記搭載基板上で前記ＬＥＤチップをガラス封止させて前記ガラス封止部を生成する工程と
を備えた発光装置の製造方法である。
従って、第３の局面によれば、第１の局面と同様の作用・効果が得られる。
【００１４】
＜第４の局面＞
第４の局面は、第３の局面の製造方法において、前記ガラス材料の粉末体を軟化点以上の温度まで加熱して焼結させる際に、前記ガラス材料の転移点以上の融点を有する材料の粉末体を前記ガラス材料の粉末体に混合する発光装置の製造方法である。
従って、第４の局面によれば、第２の局面と同様の作用・効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の発光装置１０におけるホットプレス加工の状態を説明するための概略縦断面模式図。
【図２】本発明を具体化した別の実施形態の発光装置１０におけるホットプレス加工の状態を説明するための概略縦断面模式図。
【図３】本発明を具体化した別の実施形態の発光装置１０におけるホットプレス加工の状態を説明するための概略縦断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは異なっている。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の発光装置１０は、搭載基板１１、Ｐ側（アノード側）内部配線パターン（回路パターン）１２、Ｎ側（カソード側）内部配線パターン１３、バンプ１４、ＬＥＤチップ（素子）２０、ガラス封止部３０などから構成されており、ホットプレス加工装置４０（下金型４１、上金型４２）を用いてホットプレス加工される。
【００１８】
搭載基板１１はセラミックスの板材から成り、搭載基板１１の表面上にはＰ側内部配線パターン１２およびＮ側内部配線パターン１３が形成されている。
各配線パターン１２，１３は、導電性の高い金属の多層膜（例えば、銅またはタングステン、ニッケル、金を下層からこの順番で積層した多層膜など）から成る。
【００１９】
複数個（図示例では３個）のＬＥＤチップ２０は、Ｐ側内部配線パターン１２およびＮ側内部配線パターン１３の上にそれぞれ、バンプ１４を用いてフリップチップボンディングされることにより、搭載基板１１に搭載されている。
すなわち、ＬＥＤチップ２０は、Ｎ型半導体層、Ｐ型半導体層、Ｎ側（カソード側）パッド電極、Ｐ側（アノード側）パッド電極を備えている（いずれも図示略）。
そして、ＬＥＤチップ２０のＰ型半導体層上に形成されたＰ側パッド電極と、Ｐ側内部配線パターン１２とがバンプ１４を介して接続されている。
また、ＬＥＤチップ２０のＮ型半導体層上に形成されたＮ側パッド電極と、Ｎ側内部配線パターン１３とがバンプ１４を介して接続されている。
バンプ１４は、例えば、金、ハンダなどから成る。
【００２０】
ガラス封止部３０は、無機封止材料である透明な板状のガラス材料（ガラス板）から成り、搭載基板１１に搭載されたＬＥＤチップ２０をガラス封止している。
ガラス封止部３０となるガラス板の形成方法は、まず、ガラス材料のバルク材を粉砕して、適宜な粒径（例えば、平均粒径が５０μｍ）の粉末状のガラス材料を生成し、次に、粉末状のガラス材料を容器内に収容して、適宜な圧力（例えば、２０ｋｇ／ｃｍ２）を印加しながら、軟化点以上の温度（例えば、５８０℃）まで加熱してガラス材料を焼結させることにより、ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態になっているバルク材を生成し、続いて、生成したバルク材を適宜な厚さ（例えば、０．５ｍｍ）にスライスして板状に加工する。
【００２１】
ガラス封止部３０となるガラス材料は、例えば、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系のガラス材料からなる。
尚、ガラス材料の組成はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｌｉ２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ２、ＴｉＯ２などを含んでいてもよい。
ここで、ガラス材料の組成は、転移点（Ｔｇ）がＬＥＤチップ２０の耐熱温度よりも低く、熱膨張率（α）が搭載基板１１と同等であるという条件を満たすならば、どのような組成でもよい。
前記条件を満たすガラス材料には、例えば、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系（ＲはＬｉ、Ｎａ、ＫなどのＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種）のガラスの他に、リン酸系のガラス、鉛ガラスなどがある。
ちなみに、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系のガラスは、リン酸系のガラスに比して耐湿性が良好で、鉛ガラスのように環境的な問題が生じることがないので好適である。
【００２２】
ガラス封止部３０の形成方法は、まず、ＬＥＤチップ２０がフリップチップボンディングされた搭載基板１１の上面（ＬＥＤチップ２０の搭載面）にガラス板を重ね、次に、搭載基板１１とガラス板とを重ねた状態でホットプレス加工装置４０の下金型４１と上金型４２との間にセットし、続いて、下金型４１および上金型４２の内蔵ヒーターを用い、封止雰囲気中で両金型４１，４２を加熱しながら搭載基板１１とガラス板とを矢印Ａ，Ｂ方向に加圧するホットプレス加工により、搭載基板１１にガラス板を熱圧着させ、熱軟化させたガラス板によって搭載基板１１上でＬＥＤチップ２０をガラス封止させる。
尚、封止雰囲気には、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスが用いられる。
【００２３】
ここで、上金型４２の内面は平滑になっている。そのため、ガラス封止部３０となるガラス板の表面が平滑な場合には、ホットプレス加工時に、上金型４２とガラス板との間に封止雰囲気が入り込むと、その封止雰囲気の逃げ道が無いため、上金型４２とガラス板との間に封止雰囲気が残留したまま、搭載基板１１にガラス板が熱圧着されることになり、ガラス板の表面には残留した封止雰囲気の塊によって形成された凹み（「エア溜まり」と呼ばれる）が生じ、ガラス板の表面の平坦性が損なわれるという問題がある。
ガラス封止部３０の表面に凹みが生じて平坦性が損なわれると、ＬＥＤチップ２０の光を正常に放出できず、発光装置１０の発光効率が低下するため、発光装置１０が不良品となることから歩留まりが悪化する。
【００２４】
しかし、ガラス封止部３０となるガラス板は、ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されて粉末体同士が連結した状態になっているため、その表面には微細な凹凸３０ａが略均一に分散配置されている。
そのため、ホットプレス加工時に、上金型４２とガラス板との間に封止雰囲気が入り込んだとしても、その封止雰囲気はガラス板表面の凹凸３０ａに逃げ込み、上金型４２とガラス板との間には封止雰囲気の大きな塊が残留しない状態で、搭載基板１１にガラス板が熱圧着される。
その結果、ガラス板の表面に封止雰囲気の大きな塊が残留していないため、その封止雰囲気の大きな塊によって形成される凹み（「エア溜まり」と呼ばれる）が生じることは無く、ガラス封止部３０の表面を平坦にすることができる。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、ガラス封止部３０の表面に凹みが生じるのを防止可能な発光装置１０と、その発光装置１０の製造方法とを提供することができる。
発光装置１０において、ガラス封止部３０の表面を平坦にすれば、ＬＥＤチップ２０の光が正常に放出するため発光装置１０の発光効率を向上させることが可能になり、発光装置１０が不良品にならないため歩留まりを良くすることができる。
加えて、発光装置１０のガラス封止部３０では、ガラス材料の粉末体の間に微細な空隙が略均一に分散配置されているため、その微細な空隙によってＬＥＤチップ２０の光が拡散されることから、光の取り出し効率を高めることができる。
【００２６】
尚、ガラス封止部３０となるガラス板の表面の凹凸３０ａの大きさについては、上金型４２とガラス板との間に入り込んだ封止雰囲気を確実に排出すると共に、発光装置１０の発光効率を低下させないような大きさに適宜設定すればよい。
そして、ガラス板表面の凹凸３０ａの大きさは、前記したガラス板の形成時において、ガラス材料の粉末体の粒径、印加する圧力、加熱する温度を調節することにより、所望の大きさに設定することができる。
【００２７】
ところで、特許文献２の技術では、粉末状のガラス材料と粉末状の蛍光体とを混合した混合粉末を生成し、その混合粉末を溶融した後に固化して蛍光体分散ガラスを生成し、その蛍光体分散ガラスをガラス封止部として用いる。
特許文献２の蛍光体分散ガラスは、混合粉末を溶融した後に固化して生成するため、その表面が平滑になることから、前記問題が発生する。
【００２８】
また、特許文献３の技術では、ガラス封止部の内部に微細なボイドを分散させるとしているが、ガラス封止部の内部にボイドを有していても、ガラス封止部の表面に凹凸を有していなければ、本実施形態と同様の作用・効果を得ることはできない。
そして、特許文献３には、ボイドの具体的な形成方法や、ガラス封止材の表面にボイドを形成することについて、一切開示されておらず示唆すらもされていない。
従って、特許文献３に基づいて、本実施形態を想到することは、たとえ当業者といえども困難であり、また、本実施形態の前記作用・効果についても予測し得るものではない。
【００２９】
＜別の実施形態＞
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【００３０】
［Ａ］図２に示すように、ホットプレス加工装置４０の上金型４２の外周部４２ａが額縁枠状に突出した外周枠付型の場合には、ガラス封止部３０となるガラス板の表面が平滑であると、上金型４２とガラス板との間に入り込んだ封止雰囲気が外周縁部４２ａに封じ込められて非常に逃げ難いため、ガラス板の表面に残留した封止雰囲気の塊が大きくなり、その封止雰囲気の塊によって形成されるガラス板の表面の凹みも大きくなるため、前記問題がより顕著にあらわれる。
【００３１】
図３に示すように、ホットプレス加工装置４０の上金型４２の外周部４２ａが額縁枠状に突出した外周枠付型であり、その外周部４２ａの内側に封止雰囲気を排出するためのエアベント孔４２ｂが貫通形成されている場合には、上金型４２とガラス板との間に入り込んだ封止雰囲気がエアベント孔４２ｂを介して排出されるものの、上金型４２の中央部分には封止雰囲気が残留するため、前記問題が発生することに変わりはない。
【００３２】
しかし、ガラス封止部３０となるガラス板の表面に微細な凹凸３０ａを略均一に分散配置させておけば、図２および図３に示す上金型４２を用いた場合でも、前記問題を確実に解決することができる。
【００３３】
［Ｂ］ガラス封止部３０を形成するためのガラス材料の転移点以上の融点を有する添加材料の粉末体を、ガラス封止部３０内に略均一に分散配置させてもよい。
この場合、添加材料として蛍光材料を用いれば、特許文献２と同様の作用・効果が得られる。
また、添加材料としてＬＥＤチップ２０の光を拡散する光拡散材料を用いれば、特許文献３と同様の作用・効果が得られる。
【００３４】
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
【符号の説明】
【００３５】
１０…発光装置
１１…搭載基板
２０…ＬＥＤチップ
３０…ガラス封止部
３０ａ…ガラス封止部となるガラス板の表面の微細な凹凸
４０…ホットプレス加工装置
４１…下金型
４２…上金型
【図１】
2013069960.tif 000003
【図２】
2013069960.tif 000004
【図３】
2013069960.tif 000005