(57)【要約】【課題】固体光源素子に対して及ぼす影響を従来よりも低下させながら固体光源素子を封止する技術を実現する。【解決手段】  固体光源素子パッケージの製造方法であって、ベース部上に固体光源素子を固定する工程（ａ）と、固体光源素子の周囲に、ケイ素アルコキシド、アルミニウムアルコキシド、又はシロキサンを含む液状材料を塗布する工程（ｂ）と、塗布された液状材料に光を照射して前記液状材料を分解し、固体光源素子の周囲に、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムを含む封止部を形成する工程（ｃ）とを有する。【選択図】        図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体光源素子パッケージの製造方法であって、
ベース部上に固体光源素子を固定する工程（ａ）と、
前記固体光源素子の周囲に、ケイ素アルコキシド、アルミニウムアルコキシド、又はシロキサンを含む液状材料を塗布する工程（ｂ）と、
塗布された前記液状材料に光を照射して前記液状材料を分解し、前記固体光源素子の周囲に、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムを含む封止部を形成する工程（ｃ）とを有することを特徴とする固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）は、波長２６０ｎｍ以下の光を照射する工程であることを特徴とする請求項１に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）は、エキシマランプを用いて光を照射する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）は、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）からなる前記液状材料を塗布する工程であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の前に、前記固体光源素子の外表面に波長２００ｎｍ以下の光を照射する工程（ｄ）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｄ）は、エキシマランプを用いて光を照射する工程であることを特徴とする請求項５に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）とを複数回繰り返し実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｃ）は、不活性ガス雰囲気下、真空下、又は５％以下の酸素を含む不活性ガス雰囲気下で光を照射する工程であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体光源素子パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体光源素子パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ等の固体光源素子をエポキシ樹脂やシリコーン樹脂で封止する技術が知られている。しかし、このような樹脂からなる封止材は、光によって劣化する性質があるため、経時的に劣化して亀裂が生じたり、透過率が低下するという課題がある。そこで、これらの樹脂よりも光劣化性に優れたガラス材料を封止材に用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガラス材料を用いた封止を実施するには、溶融したガラス材料を固体光源素子の周囲に流し込む必要がある。一般的なガラス材料は溶融温度が１０００℃以上である。このため、溶融したガラス材料を固体光源素子の周囲に流し込む際に、高温の材料が固体光源素子に接触することになる。この結果、固体光源素子にダメージを与えてしまう。
【０００５】
このような課題に鑑み、上記特許文献１では、低融点ガラスを用いて固体光源素子を封止する技術が開示されている。しかし、このような材料においても、例えば５００℃程度の温度でガラスを溶融させた後、この溶融ガラスを固体光源素子の周囲に流し込む必要がある。よって、特許文献１の方法によれば、従来よりは低い温度で封止できるとしても、依然として固体光源素子を高温下に晒すことになるため、固体光源素子に対して少なからずダメージを与えることになる。
【０００６】
更に、一般的に低融点ガラス材料は、固体光源素子を構成する材料と比較して極めて大きな線熱膨張係数を示す。このため、５００℃程度の温度で溶融ガラスを流し込んだ後、常温まで温度が低下すると、固体光源素子とガラス材料との間で接着強度以上の収縮応力が発生する。この結果、ガラス材料が固体光源素子から剥がれたり、ガラス材料に亀裂が生じることが考えられる。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑み、固体光源素子に対して及ぼす影響を従来よりも低下させながら固体光源素子を封止する技術を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、固体光源素子パッケージの製造方法であって、
ベース部上に固体光源素子を固定する工程（ａ）と、
前記固体光源素子の周囲に、ケイ素アルコキシド、アルミニウムアルコキシド、又はシロキサンを含む液状材料を塗布する工程（ｂ）と、
塗布された前記液状材料に光を照射して前記液状材料を分解し、前記固体光源素子の周囲に、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムを含む封止部を形成する工程（ｃ）とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記の方法によれば、液状材料を塗布した後、光を照射することで封止部が形成される。つまり、封止部を形成する工程において、従来のように溶融したガラスを流し込む必要がないため、高温環境下で行われる必要がない。この結果、従来の方法と比べて、固体光源素子に対して加えられる熱的なダメージが大幅に低下する。
【００１０】
また、上記方法によって形成される封止部は、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムを含む材料からなり、樹脂と比較して耐熱性が高い。このため、固体光源素子を長期間にわたって発光させた場合であっても、封止部が樹脂で構成される場合と比較して、当該固体光源素子からの発熱によって亀裂等の劣化が生じるおそれが少ない。
【００１１】
また、従来のように、封止部が樹脂で構成されていると、固体光源素子が特に波長４００ｎｍ以下の紫外光を放射する素子である場合には、放射光の一部が封止部で吸収されてしまう結果、長期間にわたる発光に伴って封止部が劣化するおそれがある。しかし、本発明の方法によれば、封止部が、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムを含む材料で構成されるため、光透過性が高く、樹脂で構成される従来構成と比較して光に対する高い耐性が担保される。
【００１２】
前記工程（ｃ）は、波長２６０ｎｍ以下の光を照射する工程であるものとしても構わない。これにより、工程（ｃ）において極めて高いエネルギーが前記液状材料に与えられるため、当該液状材料を構成する分子の結合が切られる。例えば、前記液状材料がケイ素アルコキシドを含む場合には、このケイ素アルコキシドに含まれる原子のうち、Ｃ、Ｏ、Ｈは、例えばＣＯ２やＨ２Ｏ等のガスとして放出される。この結果、ＳｉＯ２等の常温で固体を示す酸化ケイ素が固体光源素子の周囲に残存する。
【００１３】
なお、この工程（ｃ）において照射する光の波長を短くすればするほど、照射エネルギーが増大するため、分子結合を確実に切ることができる。この結果、封止部を不純物の少ない酸化ケイ素又は酸化アルミニウムで構成できる。
【００１４】
前記工程（ｃ）は、エキシマランプを用いて光を照射する工程であるものとしても構わない。エキシマランプによれば、広い照射面積に対して光を照射することが可能となる。よって、多くの固体光源素子に対して、一括して封止を行うことができるため、効率的な封止工程が実現できる。
【００１５】
前記工程（ｂ）は、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）からなる前記液状材料を塗布する工程であるものとしても構わない。この場合、工程（ｃ）によって、酸化ケイ素を含む封止部が形成される。
【００１６】
前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の前に、前記固体光源素子の外表面に波長２００ｎｍ以下の光を照射する工程（ｄ）を有するものとしても構わない。
【００１７】
この工程（ｄ）が行われることで、固体光源素子の表面に存在していた有機物からなる汚れが分解されると共に、当該表面が活性化される。よって、この工程（ｄ）が行われた後に、工程（ｂ）において液状材料が塗布されることで、液状材料が固定光源素子の表面上で液滴化（ドロップレット化）せず、当該表面上を確実に覆うことが可能となる。この結果、固体光源素子の周囲を確実に封止することができる。
【００１８】
前記工程（ｄ）は、エキシマランプを用いて光を照射する工程であるものとしても構わない。
【００１９】
上記固体光源素子パッケージの製造方法において、前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）とを複数回繰り返し実行するものとしても構わない。これにより、固体光源素子の周囲に形成される封止部の厚みや緻密性の制御が可能となる。
【００２０】
前記工程（ｃ）は、不活性ガス雰囲気下、真空下、又は５％以下の酸素を含む不活性ガス雰囲気下で光を照射する工程であるものとしても構わない。
【００２１】
上記の環境下で光を照射することで、雰囲気での光吸収を抑制しながら前記液状材料に光を照射することが可能となる。これにより、高いエネルギーを保持したまま前記液状材料に対して光が照射されるため、前記液状材料を構成する分子結合が切断され、前記液状材料を分解することができる。特に、工程（ｃ）で照射される光の光源の出力が弱かったり、光源と光照射対象物（前記液状材料）との距離が大きい等の条件下においては、上記雰囲気下で光照射を行うことが好ましい。なお、酸素を含む雰囲気下で光を照射することで、酸素から変化したオゾンにより、液状材料に含まれるＣやＨなどの不純物をＣＯ２やＨ２Ｏの形で気化しやすくする効果が得られる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の方法によれば、固体光源素子に対して及ぼす影響を従来よりも低下させながら固体光源素子を封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】固体光源素子パッケージの製造方法の一工程を説明するための模式的な図面である。
【図１Ｂ】固体光源素子パッケージの製造方法の一工程を説明するための模式的な図面である。
【図１Ｃ】固体光源素子パッケージの製造方法の一工程を説明するための模式的な図面である。
【図１Ｄ】固体光源素子パッケージの製造方法の一工程を説明するための模式的な図面である。
【図１Ｅ】固体光源素子パッケージの製造方法の一工程を説明するための模式的な図面である。
【図２】光源の一例であるエキシマランプの構造を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る固体光源素子パッケージの製造方法につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
【００２５】
図１Ａ〜図１Ｅは、固体光源素子パッケージの製造方法の一工程を説明するための模式的な図面である。
【００２６】
（ステップＳ１）
図１Ａに示すように、ベース部１１上に固体光源素子１３を固定する。具体的な一例としては、ベース部１１の所定上面にＡｇペースト等からなる接合部材を形成し、この接合部材上に固体光源素子１３を載置して固定する。その後、ベース部１１の実装部と固体光源素子１３上の電極とをワイヤ１５で接続して、ワイヤボンディングを行う。
【００２７】
このステップＳ１が工程（ａ）に対応する。
【００２８】
（ステップＳ２）
次に、図１Ｂに示すように、ベース部１１に固定された固体光源素子１３に対して、光源２１から波長２６０ｎｍ以下の光を照射する。
【００２９】
図２は、光源２１の一例であるエキシマランプの構造を模式的に示す図面である。このエキシマランプは、一例として、ほぼ円筒状であって、石英ガラス等からなる管状の内側管５１と、この内側管５１と同一の中心軸を持つ管状の外側管５３とで覆われた放電容器５５を有する。放電容器５５の内部にはエキシマ分子を生成するために、キセノンなどのガス５７が封入されている。放電容器５５の少なくとも一部は該エキシマ分子から放射される光に対して光透過性であり、光透過性材料の少なくとも一部に網状電極５９が設けられている。例えば外側管５３の外表面に網状電極５９が形成され、内側には他方の電極としての内電極６１が形成されている。これらの電極（５９，６１）間に高周波高電圧が印加されることにより内部に封入された放電用ガスが放電し、エキシマ光が放射される。
【００３０】
放電容器５５の内部に封入されるガス５７としては、キセノン、クリプトン、アルゴン等の希ガスや、フッ素とアルゴン（波長１９３ｎｍ）、塩素とクリプトン（波長２２２ｎｍ）、フッ素とクリプトン等（波長２４８ｎｍ）のハロゲンと希ガスとの混合ガスを用いることができる。
【００３１】
本ステップＳ２によって、固体光源素子１３の表面に対して極めて高いエネルギーを有する光が照射される。これにより、固体光源素子１３の表面に付着していた有機物からなる汚れが分解されると共に、この表面が活性化される。
【００３２】
このステップＳ２が工程（ｄ）に対応する。なお、本ステップＳ２を行うか否かは任意である。
【００３３】
（ステップＳ３）
次に、図１Ｃに示すように、固体光源素子１３の表面に対して、液状材料２３を塗布する。液状材料２３としては、常温下で液体であり、次のステップＳ４において光が照射されて分子結合が切断されることで分解された後に、絶縁性及び光透過性を有する材料を残存することのできる材料が用いられる。具体的には、液状材料２３は、ケイ素アルコキシド、アルミニウムアルコキシド、又はシロキサンを含んで構成される。より具体的には、液状材料２３として、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）：Si(OC2H5)4や、オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）：Si(OCH3)4などのケイ素アルコキシド、アルミニウムトリ-sec-ブトキシド：Al(O-sec-C4H9)3などのアルミニウムアルコキシドを用いることができる。さらに、液状材料２３として、オクタメチルトリシロキサンやジメチルポリシロキサンなどの直鎖上ポリシロキサン、ＴＭＣＴＳ（テトラメチルシクロテトラシロキサン）、ＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）などの環状シロキサンを用いることができる。また、液状材料２３として、上記に挙げた各材料をエタノールなどの溶媒で適宜希釈したものを用いてもよい。
【００３４】
本ステップＳ３を行う前においてステップＳ２が行われている場合には、固体光源素子１３の表面が洗浄されているため、液状材料２３を固体光源素子１３の表面に対して、満遍なく極めて容易に塗布することができる。
【００３５】
このステップＳ３が工程（ｂ）に対応する。
【００３６】
（ステップＳ４）
次に、図１Ｄに示すように、液状材料２３に対して光源２５から光を照射する。なお、ステップＳ２を行った場合においては、光源２５をステップＳ２で用いられた光源２１と同じものとしても構わない。
【００３７】
光源２５は、液状材料２３を構成する分子のうち、いくつかの分子結合エネルギーよりも大きなエネルギーを有する光を放射する。光源２５は、好ましくは波長２６０ｎｍ以下、より好ましくは波長２００ｎｍ以下の光を放射する。一例として、光源２５は、波長１７２ｎｍの光を放射する。このとき、当該光のフォトンエネルギーは１６６．７kcal/molである。これに対し、例えば、Ｃ−Ｃの結合エネルギーは８４．３kcal/molであり、Ｃ−Ｈの結合エネルギーは９７．６kcal/molであり、Ｃ−Ｏの結合エネルギーは７６．４kcal/molであり、Ｏ−Ｈの結合エネルギーは１０９．３kcal/molである。この場合、光源２５から放射される光に含まれるフォトンエネルギーは、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｏ、Ｏ−Ｈの各結合エネルギーよりも大きいため、光によってこれらの結合が切断される。なお、液状材料２３にシロキサンが含まれる場合、Ｓｉ−Ｃの結合エネルギーは１０６．１kcal/molであるため、やはり光源２５から射出される光によってこの結合を切ることができる。
【００３８】
本ステップＳ４によって、液状材料２３を構成する分子の一部の結合が切られる。そして、一部の分子はＨ２ＯやＣＯ２といったガスとして放出される。この結果、例えば液状材料２３がケイ素アルコキシドで構成される場合には、本ステップＳ４を経て、固体光源素子１３の表面には、常温下で固体である酸化ケイ素が残存する。また、例えば液状材料２３がアルミニウムアルコキシドで構成される場合には、本ステップＳ４を経て、固体光源素子１３の表面には常温下で固体である酸化アルミニウムが残存する。
【００３９】
図１Ｅは、本ステップＳ４が終了した状態を示す図面である。このように、固体光源素子１３の表面には酸化ケイ素又は酸化アルミニウムからなる封止部９が形成される。封止部９は、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムからなるため、光透過性を有する絶縁材料で構成される。これにより、封止部９は、固体光源素子１３から放射される光を遮らず、また樹脂と比較して、光に対する耐性が高い。
【００４０】
ステップＳ４は、不活性ガス雰囲気下、真空下、他は５％以下の酸素を含む不活性ガス雰囲気下で行われる。不活性ガスとしては、例えば窒素、アルゴン等を用いることができる。上記の環境下で光を照射することで、雰囲気での光吸収を抑制しながら液状材料２３に光を照射することが可能となる。これにより、高いエネルギーを保持したまま液状材料２３に対して光が照射されるため、液状材料２３を構成する分子結合が切断され、液状材料２３を分解することができる。特に、光源の出力が弱かったり、光源と光照射対象物（液状材料２３）との距離が大きい等の条件下においては、上記雰囲気下で光照射を行うことが好ましい。
【００４１】
ただし、ステップＳ４が行われる雰囲気に酸素を含有させた場合には、この酸素から変化したオゾンが、液状材料に含まれるＣやＨなどの不純物をＣＯ２やＨ２Ｏの形で気化しやすくする効果を有する。
【００４２】
上述した方法によれば、固体光源素子１３の周囲を覆う封止部９を常温下で形成することができる。このため、固体光源素子１３に対する熱的なダメージを従来より低下できる。また、加熱／冷却という過程を経ないため、そもそも材料の熱膨張係数差に起因した剥がれや亀裂という課題が生じない。
【００４３】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
【００４４】
〈１〉  ステップＳ３とステップＳ４を繰り返し複数回実行するものとしても構わない。これにより、封止部９の膜厚や厚みや緻密性を制御することができる。
【００４５】
〈２〉  上記の方法は、固体光源素子１３から放射される光の波長は問われない。しかし、固体光源素子１３から放射される光が波長４００ｎｍ以下の紫外領域である場合であっても、封止部９が酸化ケイ素又は酸化アルミニウムで構成されるため、封止部９で光が吸収されることで劣化するという課題はほとんど生じない。つまり、封止部が樹脂で構成されている場合と比較して、耐久性が大幅に向上する。
【００４６】
〈３〉  ステップＳ２で用いた光源２１、及びステップＳ４で用いた光源２５は、波長の短い光の放射が可能な光源であれば、エキシマランプに限定されない。例えば、光源２１又は光源２５として、ショートアークフラッシュランプや低圧水銀ランプを用いることも可能である。ただし、エキシマランプは、有害な水銀を使っていない点で、環境への負荷が小さいという利点を有する。
【符号の説明】
【００４７】
９      ：  封止部
１１      ：  ベース部
１３      ：  固体光源素子
１５      ：  ワイヤ
２１      ：  光源
２３      ：  液状材料
２５      ：  光源
５１      ：  内側管
５３      ：  外側管
５５      ：  放電容器
５７      ：  ガス
５９      ：  網状電極
６１      ：  内電極
【図１Ａ】
2017069279.tif 000003
【図１Ｂ】
2017069279.tif 000004
【図１Ｃ】
2017069279.tif 000005
【図１Ｄ】
2017069279.tif 000006
【図１Ｅ】
2017069279.tif 000007
【図２】
2017069279.tif 000008