(57)【要約】【課題】基板の傾き、そり、ねじれにより基板と金型間の隙間量はばらつき、レンズ形状が不均一になり製品特性がばらつく。また隙間量ばらつき吸収のため、その分過剰な封止樹脂が必要で製品コストに影響する。さらに様々な実装パターンに対応するのに複数のレンズ形状を有する一体金型を使用する場合、金型を一から製作する必要があり製作費が高くなる。【解決手段】成形金型を個々の成形金型の組合せにすることで、その配置を半導体発光素子の実装位置に対応して組み換えが自由にできる。また、半導体発光素子実装基板の形状に倣うように成形金型を半導体発光素子の発光点中心に摺動させることで、レンズ形状が半導体発光素子に対して一定となり、製品の特性を均一化でき、半導体発光素子実装基板と成形金型の隙間も一定となって封止樹脂の供給量制御ができレンズ形状不良が解消できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子が所定の位置に実装された半導体発光素子モジュールが複数装着された基板と、
凹部を有し、実装された前記各半導体発光素子間の最小間隔より外形サイズが小さい複数の成形金型と、
前記所定位置に実装された各半導体発光素子の発光点の位置に対応させて前記複数の成形金型を所定の位置へ移設させる移設部と、
前記移設部により所定の位置に予め配置された前記成形金型の定められた基準位置へ、前記基板を把持して移動載置させる移動ヘッド部と、
を備え、
前記移設部により、各成形金型を半導体発光素子の発光点の位置に対応させて配置するとともに、前記移動ヘッド部により前記基板を前記複数の成形金型の１つが配置された基準位置へ移動させて各半導体発光素子の周辺を覆う樹脂レンズを成形することを特徴とする半導体発光素子モジュールの樹脂レンズ成形装置。
【請求項２】
前記移動ヘッド部と前記成形金型を内包するチャンバと、
前記チャンバの内部を負圧にするための真空ポンプと、
前記基板上の半導体発光素子の各発光点の位置を予め記憶させたメモリと、
をさらに備え、
前記半導体発光素子の発光点の位置は前記メモリに記憶された位置であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂レンズ成形装置。
【請求項３】
前記成形金型は、前記樹脂レンズのレンズ形状に加工された凹部、突起、および摺動部を有するとともに、前記成形金型の姿勢を変更あるいは固定する構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂レンズ成形装置。
【請求項４】
前記成形金型に設けられた突起は、該成形金型が前記基板と対向する所定の位置に所望のサイズで設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂レンズ成形装置。
【請求項５】
前記成形金型のレンズ形状に加工された凹部にPTFEコーティングを施したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂レンズ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に実装した半導体発光素子等の発光素子のレンズを、蛍光体を含む樹脂で封止して成形する光学成形品の成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（LED）から出射される可視光あるいは紫外光によって蛍光体を励起さ
せて発光させる半導体発光素子モジュールにおいては、発色を白くするため、半導体発光素子が蛍光体を含む樹脂で周辺を覆われ、樹脂レンズを形成する構成となっている。
【０００３】
この半導体発光素子搭載基板への封止樹脂を用いた樹脂レンズの成形方法としては、基板上に複数の半導体発光素子を密集させて搭載し、その上面にディスペンサを用いて封止樹脂を塗布する方式の他に、半導体発光素子の搭載位置に対応した成形金型を用いた方式がある。この成形金型を用いた方式での樹脂レンズ形成手順は、金型のキャビティ部に封止樹脂を充填し、その封止樹脂を充填した部分に半導体発光素子を浸漬した後、樹脂を硬化して樹脂レンズを形成する方法である。
【０００４】
このように予め形状が決められた成形型に封止樹脂を充填し、その型に半導体発光素子を浸漬する方式として、特許文献１に示す部品実装装置がある。この装置においては、半導体発光体レンズを圧縮成形するために、半導体発光体搭載基板を成形金型に押し付けて成形する方法を用いている。また、この装置では、金型と半導体発光体搭載基板の間に隙間をもうけ、その隙間で過剰な封止樹脂を逃がすとともに、キャビティ部を真空吸引することで、圧縮成形するときに基板の打ち抜き部から裏面に樹脂が漏れることで発生する樹脂バリを防止している（特許文献１参照）。
【０００５】
また、特許文献２に示す部品実装装置のように、半導体発光体に未硬化の封止樹脂を塗布した後、その樹脂の上からマイクロレンズの金型を押し付けて樹脂レンズを成形している。過剰な封止樹脂を防ぐ対策としては、成形金型と基板間に隙間をもうけるとともに、成形金型に一定間隔で過剰な封止樹脂を吸収するための凹部を形成する対策を施している（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２０７４５０号公報
【特許文献２】特開２００９−１８８２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような半導体発光素子のレンズを、蛍光体を含む樹脂で封止して成形する光学成形品の成形方法に関して、過剰な封止樹脂を吸収する対策として、これまでのように複数のレンズ形の凹部を有する一体金型と基板の隙間によりそのばらつきを抑える方法では、基板の傾き、そり、ねじれ等があると、成形金型と基板間の隙間量がばらつき、レンズ形状が不均一になるといった問題や、その形状不均一の影響で製品特性（色むら等）にばらつきが発生するといった問題があった。また、これらの隙間量ばらつきを吸収するために、その分、過剰な封止樹脂が必要となり、樹脂の使用量が多くなり、製品コストに影響するといった問題がある。
【０００８】
また、さまざまな実装パターンに対応する場合、先行技術文献に記載されているように
複数のレンズ形の凹部を有する一体金型であれば、実装パターンに対応して金型を一から製作する必要があり、製作費が高くなるといった問題がある。
【０００９】
また、特許文献１に示すように封止樹脂が金型に付着する対策として、シートを金型と封止樹脂の間に供給することで、封止樹脂が金型に付着しないようにしているが、シートを用いるため、生産費用がシートを用いる分、高価になっている。
【００１０】
さらに、十分に脱泡した封止樹脂を用いたとしても、半導体発光素子を浸漬させる工程で封止樹脂に空気が巻き込まれ、気泡が樹脂レンズ内に発生し、気泡による不良(色むら
など)が発生するとともに、製品特性にバラツキが発生するといった問題がある。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体発光素子等の発光素子のレンズを、蛍光体を含む樹脂で封止して成形する光学成形品の成形方法において、封止樹脂の充填量の管理容易化、製品の発光特性の安定化、及び安価な設備を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る半導体発光素子モジュールの樹脂レンズ成形装置は、
半導体発光素子が所定の位置に実装された半導体発光素子モジュールが複数装着された基板と、
凹部を有し、実装された前記各半導体発光素子間の最小間隔より外形サイズが小さい複数の成形金型と、
前記所定位置に実装された各半導体発光素子の発光点の位置に対応させて前記複数の成形金型を所定の位置へ移設させる移設部と、
前記移設部により所定の位置に予め配置された前記成形金型の定められた基準位置へ、前記基板を把持して移動載置させる移動ヘッド部と、
を備え、
前記移設部により、各成形金型を半導体発光素子の発光点の位置に対応させて配置するとともに、前記移動ヘッド部により前記基板を前記複数の成形金型の１つが配置された基準位置へ移動させて各半導体発光素子の周辺を覆う樹脂レンズを成形するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、成形金型の配置を半導体発光素子実装基板に配置されている半導体発光素子の実装位置に対応して組み換えが自由にできる構成とすることで、従来の１つの金型に複数の凹部を形成したものでは、半導体発光素子の実装位置の違いによって、その度に製作費用が発生していたのに対して、成形金型の位置を所望の位置に組み替えることができるため、その加工費を抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体発光素子モジュールの樹脂レンズ成形装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に関わる半導体発光素子モジュールの樹脂レンズの概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１による半導体発光素子モジュールの樹脂レンズの成形金型の詳細図である。
【図４】本発明の実施の形態１による成形金型を半導体発光素子実装基板に配置されている半導体発光素子の実装位置に対応して配置させた場合の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１による成形金型を半導体発光素子実装基板に配置されている半導体発光素子の別の実装位置に対応して配置させた場合の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態１による半導体発光素子モジュールの樹脂レンズについて、封止樹脂量が少ない状態での樹脂レンズの概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１による半導体発光素子モジュールの樹脂レンズについて、封止樹脂量が過剰な状態の樹脂レンズの概略図である。
【図８】本発明の実施の形態１による半導体発光素子モジュールの樹脂レンズについて、封止樹脂量が適正な状態の樹脂レンズの概略図である。
【図９】本発明の実施の形態１による傾いた半導体発光素子実装基板が成形金型に接触したときの概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による傾いた半導体発光素子実装基板に成形金型が倣ったときの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１である、半導体発光素子実装基板１の任意の位置に実装された半導体発光素子２を封止樹脂４で覆い、樹脂レンズ５を形成させる樹脂レンズ成形装置について、以下、図を用いて説明する。
【００１６】
図１において、半導体発光素子２が基板３の所定の位置に実装された、半導体発光素子実装基板１と、上記所定の位置である半導体発光素子の各発光点の位置を予め記憶したメモリ６（図示せず）と、レンズ形状が加工され一定のサイズで個々に独立している複数の成形金型７と、上記メモリ６に記憶された各発光点の位置の情報を基に、この各位置に対応させて個々の成形金型７を移動させ所定の位置へ配置する移動部８と、半導体発光素子実装基板１を吸着する基板移載ハンド９と、基板移載ハンド９を上下に駆動するＺ軸１０と、半導体発光素子実装基板１を基板移載ハンド９で真空吸着するための吸着把持用真空エジェクタ１１と、これら半導体発光素子実装基板１と成形金型７全体を内包するチャンバ１２と、そのチャンバ１２の内部を負圧にするために吸引する真空ポンプ１３から構成されている。
なお、成形金型の上記一定のサイズは、その外形サイズが、実装された上記各半導体発光素子間の最小間隔より小さいものとなっている。また、樹脂レンズの成形をする場合には、成形金型７に予め封止樹脂４を図示しないディスペンサにて一定量供給された状態でチャンバ１２に供給している。
【００１７】
図２は半導体発光素子２が封止樹脂４に覆われて樹脂レンズ５を形成した状態の拡大図である。図３は各成形金型の詳細図である。図３において、図３（ａ）(上側に示した図)は、成形金型の上面図である。図３（ｂ）(下側に示した図)は、封止樹脂４が供給された場合の成形金型の断面を示す詳細図である。図３（ａ）において、複数個の最も小さいサイズの円は、成形金型に設けられた突起７２の配置例を示す。また、図３（ｂ）において、レンズ形状を形成し、封止樹脂４が供給されるレンズ形状に加工された凹部７１と、半導体発光素子実装基板１と接触し、成形金型７を半導体発光素子実装基板１の状態（傾き、そり、ねじれ）に倣わせるための成形金型７と半導体発光素子実装基板１の接触面に設けられた複数の突起７２と、成形金型７が半導体発光素子発光点を中心に３次元的に摺動するために設けられた摺動部７３と、封止樹脂４が供給されるときには成形金型７の姿勢を固定し、半導体発光素子実装基板１の状態に成形金型７を倣わせるときには開放するためのストッパ７４とから構成されている。ここで、各成形金型が、上述の複数の突起と、摺動部と、ストッパなどを備え、他方、成形金型に対する基板の高さ位置を、図示しない荷重センサーや変位センサーで認識させることで、各成形金型を半導体発光素子の発光点中心にして半導体発光素子実装基板の形状に倣うように摺動させることができ、このように構成することで、半導体発光素子モジュールの樹脂レンズのレンズ形状が、半導体発光素子に対して均一となり、製品の特性を均一化できる効果がある。
【００１８】
成形金型７は個々に独立しており、半導体発光素子実装基板１に配置されている半導体
発光素子２の実装位置に対応して、半導体発光素子の各発光点の位置を予め記憶したメモリ６に記憶された各発光点の位置の情報を基に、移動部により、チャンバ内の所定の位置に配置される。すなわち、成形金型７は、半導体発光素子２の実装位置が異なるものに対応して、その個々の配置が変更される組み換え自由な構成となっている。例えば図４、図５に示すように、半導体発光素子実装基板１に配置されている半導体発光素子２の実装位置に対応して、個々に独立した成形金型７の位置を各半導体発光素子の発光点に対応する位置に来るように組み換えることができる構造となっている。
【００１９】
図６、７、８は、封止樹脂４の量と樹脂レンズ５の状態を示す概略図である。まず、図６は封止樹脂４の量が少なく気泡１４が内部に発生したり、一部空洞１５が発生したりする状態を示している。次に、図７は、封止樹脂４の量が過剰で封止樹脂４が成形金型７の外部まで流れ出している状態を示している。上記図６、図７の２つの樹脂レンズ５は不良の状態にある。
【００２０】
そこで、図８に示すように、成形金型７の凹部に十分な樹脂が供給され、且つ余剰な封止樹脂４は成形金型７と半導体発光素子実装基板１間で形成される隙間部１６で吸収される状態、つまり封止樹脂４に半導体発光素子２を浸漬したときに、成形金型７から封止樹脂４が溢れることなく適量な状態で樹脂レンズ５が形成されるように、封止樹脂４の量を隙間部が形成する基板と成形金型の隙間量で調整することが求められている。
【００２１】
次に樹脂レンズ５を形成する動作について述べる。
まず、大気中にてよく脱泡された封止樹脂４を成形金型７の凹部７１に図示されていないディスペンサにて所定量供給する。このとき、供給する封止樹脂４の量は半導体発光素子２を封止樹脂４に浸漬した場合に、所望のレンズ形状が形成できるだけの量が必要である。
【００２２】
本発明に係る樹脂レンズ成形装置では、凹部７１の加工による形状ばらつきや封止樹脂４の供給量ばらつきを考慮し、半導体発光素子実装基板１と成形金型７の間に隙間部１６を形成している。この隙間部１６の適正な隙間量は、突起７２の高さで管理し、例えば0.1mm程度としている。この隙間部に供給時の余剰分の封止樹脂４が流れることで、封止樹脂４が凹部７１から適量を超えてあふれ出したり、逆に樹脂が不足したりすることを防止している。
【００２３】
なお、半導体発光素子実装基板１と突起７２が接触する面の幅（具体的には、例えば、成形金型の外径と凹部の外径との差の１／２のサイズ）は、封止樹脂４の余剰量を吸収するために必要であるが、この幅が大きいとその分、凹部７１に供給する封止樹脂４の量が多く必要であることから、この幅は最小幅（例えば、レンズ形状がφ5mmとし、封止樹脂
の供給量のバラツキが10%程度ある場合には幅は最低0.75ｍｍ必要）とすることが望まし
い。
【００２４】
次に、基板３に半導体発光素子２が任意の位置に実装されている半導体発光素子実装基板１を図示しない供給機構を用いてチャンバ１２に供給し、次いでチャンバ１２を密閉し、内部を真空ポンプ１３を用いて負圧状態にする。チャンバ１２の内部が負圧（例えば-95KPa）になったら、次に基板移載ハンド９を用いて、半導体発光素子実装基板１を吸着把持させる。このとき、チャンバ１２内は負圧であるため、半導体発光素子実装基板１の吸着力はチャンバ１２の内部の圧以下に負圧にして吸着把持（例えば-100 KPa）させる必要があり、レギュレータ等で内部圧を調整し、所望の把持力を得るようにしている。
【００２５】
次に、負圧状態の下で、基板移載ハンド９を下降させ、凹部７１に供給されている封止樹脂４へ半導体発光素子２を浸漬させる。このとき成形金型７の配置は、半導体発光素子
実装基板１に配置されている半導体発光素子２の実装位置に対応した配置となっている。半導体発光素子の封止樹脂に浸漬させる工程を負圧状態で行うことにより、半導体発光素子の封止樹脂へ浸漬するときに発生する空気の巻き込みが防げるため、製品特性のばらつき（空気層が封止樹脂体積の約3〜5%以上あると、製品特性が劣化する。）が小さくなっ
て、均一な発光色を得ることができる。また樹脂レンズ内部に気泡が発生する不良を解消することができる。
【００２６】
次に、図９に示すように、成形金型に対して例えば傾いた状態で半導体発光素子実装基板１が下降してきた場合、半導体発光素子２が封止樹脂４に浸漬される高さを、図示しない荷重センサーや変位センサーで認識し、図１０に示すように成形金型７の姿勢を強制固定しているストッパ７４を開放する。これにより、半導体発光素子実装基板１に突起７２が接触しながら、半導体発光素子実装基板１の形状に倣うこととなる。
【００２７】
このように封止樹脂４に半導体発光素子２が浸漬した状態で、加熱して封止樹脂を硬化させ、樹脂レンズ５を形成している。尚、成形金型７の凹部７１の表面には封止樹脂４が凹部７１に付着しないように、例えばPTFEコーティングを施し樹脂レンズ５と成形金型７の離形性を向上させている。
【００２８】
上述のように、本発明によれば、成形金型７を一体ものの金型で製作するのではなく、個々の成形金型７として、その成形金型７の配置を半導体発光素子実装基板１に配置されている半導体発光素子２の実装位置に対応して組み換えが自由にできる構造にすることで、従来の１つの金型に複数の凹部７１を形成したものでは、半導体発光素子２の実装位置違いによってその度に製作費用が発生したのに対して、成形金型７の位置を半導体発光素子２の位置に対応した所望の位置に組み替えること(図４、図５を参照)で、成形金型の加工費を抑えることができる。
【００２９】
また、半導体発光素子実装基板１の形状に倣うように成形金型７を半導体発光素子２の発光点中心に摺動させることで、樹脂レンズ形状が半導体発光素子に対して一定で均一のものとなり、製品の特性を均一化することができる効果がある。
【００３０】
また、半導体発光素子実装基板１と成形金型７の隙間も、成形金型に半導体発光素子実装基板と接触する突起７２を付加することで、半導体発光素子実装基板と成形金型の隙間が一定距離に制御できるため、封止樹脂４の供給量制御が容易にできるとともに、封止樹脂４の供給量が過不足することがなくなり、樹脂レンズ形状不良が解消される。
【００３１】
また、半導体発光素子２の封止樹脂４に浸漬させる工程を負圧状態で行うことにより、半導体発光素子２の封止樹脂４へ浸漬するときに発生する空気の巻き込みが防げるため、特性のばらつきが小さくなり、均一な発光色を得ることができる。また、樹脂レンズ５内部に気泡が発生する不良を解消することができる。また、負圧環境下で雰囲気の圧力の範囲の調整し、負圧中での基板の真空吸着を行うため、把持部の機構が安価な機構でできる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  半導体発光素子実装基板、２  半導体発光素子、３  基板、４  封止樹脂、５  樹脂レンズ、９  基板移載ハンド、１０  Ｚ軸、７  成形金型、１２  チャンバ、１３  真空ポンプ、１１  吸着把持用真空エジェクタ、１４  気泡、１６  隙間部、１５  空洞、６
メモリ、８  移動部、７１  凹部、７２  突起、７３  摺動部、７４  ストッパ。
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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