(57)【要約】      （修正有）【課題】製造において安価な樹脂基板を用いつつ発光素子と基板との接合に高温を伴うプロセス使用することが可能であり、かつ使用による劣化または発光効率の低下の少ない発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】シリコーン樹脂系の基板１１と、基板上に形成された導電部１３と、導電部上に金属接合材１８を介して配置された発光素子１７と、基板上に接着材２１Ａを介して接合されて発光素子を囲繞する周壁体２１と、を含み、導電部は接着材から離間して配されている。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン樹脂系の基板と、
前記基板上に形成された導電部と、
前記導電部上に金属接合材を介して配置された発光素子と、
前記基板上に接着材を介して接合されて前記発光素子を囲繞する周壁体と、
を含み、前記導電部は前記接着材から離間して配されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記金属接合材は、共晶材料であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記接着材は、エポキシ樹脂系材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
シリコーン樹脂系の基板上に導電部を形成するステップと、
前記導電部を露出させる貫通孔を有する周壁体を前記基板上に接着材を介して配置するステップと、
前記導電部上に金属接合材を介して発光素子を接合するステップと、を有し、
前記周壁体を配置するステップにおいて、前記接着材は、前記導電部と離間して配置され、  前記接合するステップは、前記金属接合材を誘導加熱で加熱するステップを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属接合材は、共晶材料であることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記接着材は、エポキシ樹脂系材料からなることを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子を搭載した半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ素子を配線基板に搭載した発光装置が、照明、バックライト、産業機器等に従来から用いられてきた。このような発光装置には、２枚のエポキシ基板を貼り合わせてキャビティを形成し、キャビティの内部に発光素子を配置しているものがある。例えば、平板状のエポキシ樹脂からなる基板と、基板上に形成される第１および第２パターンと、発光ダイオードチップと、第１及び第２パターン上に形成される絶縁層と、発光ダイオードチップを囲うように絶縁層を介して基板上に設けられているエポキシ樹脂からなる周壁体と、を有する発光装置がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４４３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような発光装置においては、発光素子を収容するパッケージが安価で加工の容易な２枚のエポキシ樹脂からなる基板で形成されており、かつパッケージを形成する２枚の基板同士の接着にもエポキシ樹脂からなる接着剤を用いている。しかし、エポキシ樹脂は熱によって劣化しやすいので、発光素子の固定時等の工程において、パッケージに形成されている導電パターンに発光素子を搭載する際に、金属の共晶を用いた接合（共晶接合）等の高温を伴うプロセスを使用するとパッケージが熱によって劣化し、発光装置の発光効率または信頼性が低下してしまうという問題があった。従って、発光素子と導電パターンとの接合はエポキシ樹脂をバインダとする銀ペーストを用いた比較的低温な処理で行われていた。
【０００５】
また、エポキシ樹脂は、短波長の光によっても劣化してしまう。従って、発光装置の使用に際し、パッケージに使用されているエポキシ樹脂及び発光素子と導電パターンとの接合に使用されている銀ペースト中のエポキシ樹脂の劣化が発生して、発光効率及び発光装置各部の接合強度等が低下するために発光装置の信頼性が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、製造において安価な樹脂基板を用いつつ発光素子と基板との接合に高温を伴うプロセス使用することが可能であり、かつ使用による劣化または発光効率の低下の少ない発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光装置は、シリコーン樹脂系の基板と、基板上に形成された導電部と、導電部上に金属接合材を介して配置された発光素子と、基板上に接着材を介して接合されて発光素子を囲繞する周壁体と、を含み、導電部は接着材から離間して配されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の発光装置の製造方法は、シリコーン樹脂系の基板上に導電部を形成するステップと、基板上に、導電部と離間させて接着材を塗布するステップと、導電部を露出させる貫通孔を有する周壁体を接着材上に配置するステップと、導電部上に金属接合材を介して発光素子を接合するステップと、を有し、接合するステップは、金属接合材を誘導加熱で加熱するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光装置及びその製造方法では、製造時に、熱に弱い基板接合部と離間している部分のみが誘導加熱によって加熱される。このような構成によって、発光装置の歩留まり及び信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】本発明の発光装置の平面図である。
【図１ｂ】本発明の発光装置の断面図である。
【図２ａ】本発明の発光装置の製造方法の各工程における断面図である。
【図２ｂ】本発明の発光装置の製造方法の各工程における断面図である。
【図２ｃ】本発明の発光装置の製造方法の各工程における断面図である。
【図２ｄ】本発明の発光装置の製造方法の各工程における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の発光装置１について、図１ａ、ｂを参照しつつ説明する。図１ａは、本発明の実施例に係る発光装置１の光放射面側からみた平面図である。図１ｂは、図１ａにおける１ｂ−１ｂ線に沿った断面図である。
【００１２】
基板１１は、シリコーン樹脂からなる矩形の平面形状を有する基板である。基板１１の上面すなわち素子搭載面には、素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂからなる導電部１３が形成されている。素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂは、基板１１の上面の周縁部には形成されていない。また、素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂは、各々スルーホール１５を介して基板１１の下面まで導通している。
【００１３】
素子搭載ランド１３上には、ＬＥＤ素子１７が搭載されている。ＬＥＤ素子１７は、例えば、一辺が３５０μｍの正方形を底辺とする高さが１００μｍの直方体であり、青色光（４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ程度）を発する青色発光ダイオードである。ＬＥＤ素子１７は、素子搭載ランド１３Ａと対向する下面に電極１７Ａを有し、電極１７Ａと素子搭載ランド１３Ａとを金属接合材（例えば、金錫、はんだ等）１８等を用いた金属共晶によって接合（共晶接合）させることで素子搭載ランド１３Ａ上に固定されている。金属接合材１８は、予めＬＥＤ素子の底面に接合用膜として形成されてもよく、ＬＥＤ素子の搭載の際に素子搭載ランド１３Ａ上に供給されてもよく、その両方としてもよい。ＬＥＤ素子１７の底面に接合用膜として形成する場合には、例えば、金錫や金などを用いることができる。ＬＥＤ素子１７は、例えば、上面にＰ電極（図示せず）、下面にＮ電極１７Ａを有しており、Ｐ電極は、金（銅、白金、アルミウムの導電体等でもよい）のボンディングワイヤ１９を介してボンディングランド１３Ｂに電気的に接続されており、Ｎ電極は上述の共晶接合により素子搭載ランド１３Ａに電気的に接続されている。
【００１４】
周壁体２１は、基板１１の上面の外縁に沿って形成され、中央に導電部１３が形成されている領域よりも大きい平面形状を有する矩形の貫通孔を有している。当該貫通孔の内壁は基板１１の上面とともに、ＬＥＤ素子１７及び導電部１３を囲む凹部２３を形成している。周壁体２１は、シリコーン樹脂からなり、エポキシ樹脂からなる接着材２１Ａによって基板１１上に固定されている。ここで、接着材２１Ａは、素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂとは離間している。凹部２３は、例えば、ＬＥＤ素子１７から発光を基板上方に向けて配光するように機能したり、次に説明する封止部２５を形成する封止樹脂を収容する容器の一部として機能したりする。
【００１５】
封止部２５は、凹部２３内に、ＬＥＤ素子１７及びボンディングワイヤ１９を埋設するように充填されている。封止部２５は、透光性のある樹脂、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはシリコーン及びエポキシ樹脂のハイブリッド樹脂を、凹部２３内に注入して硬化させることにより形成される。封止部２５は、例えば、ＬＥＤ素子１７及びボンディングワイヤ１９を湿気及び衝撃等の外的要因から保護する機能を果たす。なお、図１ａにおいては、図面の明快さのために封止部２５を省略している。
【００１６】
発光装置１を白色発光させる場合、封止部２５を波長変換層として使用してもよい。この場合、封止部２５には、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）に付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が分散されていてもよい。この蛍光体は、ＬＥＤ素子１７から発せられる、例えば、波長約４６０ｎｍの青色光を吸収して、約５６０ｎｍの発光ピーク波長を有する黄色光を発する。従って、ＬＥＤ素子１７から発せられて蛍光体に吸収されなかった青色光と蛍光体から発せられる黄色光とが混ざり合うことによって白色光が得られる。
【００１７】
また、封止部２５には、発光装置の用途に応じて、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミナ、酸化亜鉛等の散乱材が分散されていてもよい。
【００１８】
以下に、上述した発光装置１を製造する方法について、図２ａ−ｄを用いて説明する。図２ａ−ｄは、本発明の実施例に係る発光素子の製造方法の各工程における断面図である。尚図２ａ−ｄにおいては、１つの発光装置の断面を示しているが、実際の製造時は、複数の発光装置が配列されたシート状態で製造され、最後にダイシング等で個々の発光装置に個片化されてもよい。
【００１９】
まず、図２ａに示すように、シリコーン樹脂基板１１の両面に銅箔が貼り合わされた銅貼基板に、当該基板の上面から下面に貫通する貫通孔（後述の上下の銅箔を電気的に接続するスルーホール１５またはビアに相当）を例えばドリルまたはパンチ等で形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて銅箔をエッチング処理し、基板上面の素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂ、基板裏面の外部端子からなる導電領域のパターン形成を行う。さらに、パターン形成した銅箔上及び貫通孔内に銅メッキ等を施し、導電部１３、外部端子及び上下の導電部１３を電気的に接続するスルーホール１５を完成する。素子搭載ランド１３Ａは、基板１１の上面のＬＥＤ素子１７を搭載する領域に亘って形成され、ボンディングランド１３Ｂは、基板１１の上面に素子搭載ランド１３Ａと電気的に接続されずに離間して形成される。素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂは、各々スルーホール１５を通って、基板１１の裏面まで形成される。従って、素子搭載ランド１３Ａ及びボンディングランド１３Ｂは、後に搭載されるＬＥＤ素子１７に、基板１１の裏面から電力を供給可能なように形成される。導電部１３は、基板１１の上面において、後に接着材２１Ａが配置される基板１１の周縁部に沿った周縁領域ＳＲ以外の領域に形成される。
【００２０】
次に、図２ｂに示すように、基板１１の上面の導電部１３が形成されていない周縁領域ＳＲに配置した接着材２１Ａを介して、基板１１上に周壁体２１を固定する。
【００２１】
本実施例では、シート状の接着材２１Ａが接着された周壁体２１を基板１１の上面の導電部１３が形成されていない周縁領域に載置し、熱圧着することにより接着材２１Ａを硬化させ、周壁体２１と基板１１とを固定した。具体的には、接着材２１Ａとして半硬化状態のエポキシ樹脂系の接着シートを貫通孔形成前の周壁体２１に貼り合わせ、周壁体２１及び接着シートの二層に同時に貫通孔を形成後、シート状の接着材２１Ａが接着された周壁体２１を基板１１の上面の導電部１３が形成されていない周縁領域ＳＲに載置し、熱圧着することにより接着材２１Ａを硬化させて周壁体２１と基板１１とを固定した。
【００２２】
接着材２１Ａは、上記した方法以外に、スクリーン印刷等で塗布したり、半硬化状態の接着樹脂フィルムからなるシート状の接着シートを所望の形状（周壁体２１とほぼ同形状）に加工したものを配置したりすることとしてもよい。このように、筐体である基板１１及び周壁体２１を短波長光に対して劣化しにくいシリコーン樹脂で形成することで、使用による発光装置１の筐体の劣化を低減し、発光装置の信頼性を向上させることができる。
【００２３】
次に、図２ｃに示すように、基板１１の上面に形成された素子搭載ランド１３Ａ上に、金錫またははんだペースト等のペースト状の金属接合材１８を、例えばポッティング等で塗布する。そして、金属接合材１８上に、素子搭載ランド１３Ａと対向した下面に電極１７Ａを有するＬＥＤ素子１７を載置し、下方から、コイルによって電磁波を発する誘導加熱装置ＩＨによって誘導加熱を行う。
【００２４】
この誘導加熱によって、基板１１上の導電部材である導電部１３、電極１７Ａ及びペースト状の金属接合材１８が、選択的かつ瞬間的に金錫またははんだ共晶反応等の接合熱処理に必要な温度（約３００℃）に加熱される。ペースト状の金属接合材１８は、誘導加熱を開始すると瞬時に、素子搭載ランド１３及び電極１７Ａの表面に濡れ広がり、その後、誘導加熱を停止すると冷却されて固化する。このようにして、素子搭載ランド１３Ａの上面とＬＥＤ素子１７下面の電極とが金属接合材１８によって接合固定され、ＬＥＤ素子１７の下面にある電極１７Ａと素子搭載ランド１３Ａとが金属接合材１８を介して電気的に接続される。
【００２５】
この工程において、金属接合材１８を反応させるための加熱は電磁波を用いた誘導加熱によって行われるので、直接加熱されるのは、導電性を有する導電部１３、電極１７Ａ及び金属接合材１８のみである。また、導電性を有するこれらの部材と、周壁体２１及び熱に脆弱なエポキシ樹脂を含む接着材２１Ａとは離間されている。従って、このＬＥＤ素子１７の搭載工程は、周壁体２１及び熱に脆弱なエポキシ樹脂からなる接着材２１Ａに直接熱を加えることなく行うことが可能である。
【００２６】
その後、図２ｄに示すように、ＬＥＤ素子１７の上面にある電極（図示せず）とボンディングランド１３Ｂとをボンディングワイヤ１９を用いて接続し、凹部２３内にＬＥＤ素子１７及びボンディングワイヤ１９が埋設されるように透光性のある樹脂を充填して、封止部２５を形成し、発光装置１が完成する。
【００２７】
このように、本発明の発光装置及びその製造方法によれば、基板１１及び周壁体２１に熱及び青色等の短波長光に対して劣化しにくいシリコーン樹脂材料を使用している。従って、基板１１及び周壁体２１の劣化の発生が低減でき、発光装置の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明発光装置及びその製造方法によれば、基板１１と周壁体２１との接合部に存在する接着材２１Ａと導電部１３とを離間させて形成し、かつ素子搭載ランド１３ＡとＬＥＤ素子１７との間の接合部材である金属接合材１８を誘導加熱で瞬間的に加熱して、素子搭載ランド１３ＡとＬＥＤ素子１７との接合を行う。このため、素子搭載ランド１３ＡとＬＥＤ素子１７との接合において、熱に脆弱なエポキシ樹脂からなる接着材２１Ａは直接加熱されない。従って、接着材２１Ａの劣化を考慮せずに、素子搭載ランド１３ＡとＬＥＤ素子１７との接合において高温を要する接合処理を用いることが可能である。
【００２９】
上述した実施例においては、周壁体２１の材料をシリコーン樹脂からなる材料としたが、周壁体２１の材料をエポキシ樹脂からなる材料としてもよい。上記実施例においては、接着材２１Ａのみならず周壁体２１も、加熱される導電体から離間されているので直接熱が加わらず、周壁体２１の材料おいても熱による劣化が発生しないからである。
【００３０】
また、ＬＥＤ素子１７は、２本のボンディングワイヤによって電気的接続を得るタイプでもよく、ボンディングワイヤを用いないフリップチップ型の素子であってもよい。
【００３１】
また、上述した実施例においては、ＬＥＤ素子１７は、両電極が上面と下面に形成されている構成としたが、両電極が上面に形成され、下面に電極が形成されていないものを用いてもよい。この場合も、金属接合材１８は、ＬＥＤ素子１７の下面に形成しても、素子搭載ランド１３Ａ上に素子搭載時に供給されても、その両方であってもよいが、ＬＥＤ素子１７の下面に金属層が形成されていることが好ましい。
【００３２】
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び使用される発光素子等に応じて、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１        発光装置
１１      基板
１３      導電部
１３Ａ    素子搭載ランド
１３Ｂ    ボンディングランド
１５      スルーホール
１７      ＬＥＤ素子
１７Ａ    電極
１８      金属接合材      
１９      ボンディングワイヤ
２１      周壁体
２１Ａ    接着材
２３      凹部
２５      封止部
ＳＲ      周縁領域
ＩＨ      誘導加熱装置
【図１ａ】
2013175528.tif 000003
【図１ｂ】
2013175528.tif 000004
【図２ａ】
2013175528.tif 000005
【図２ｂ】
2013175528.tif 000006
【図２ｃ】
2013175528.tif 000007
【図２ｄ】
2013175528.tif 000008