JP2009188167A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を封止する第１樹脂と第１樹脂を被覆する第２樹脂との剥離を的確に抑制することのできる発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂主剤及び硬化剤を調合して第１調合物を作製する第１調合工程（Ｓ３０）と、蛍光体及びシランカップリング剤を調合して第２調合物を作製する第２調合工程（Ｓ４０）と、第１調合物及び第２調合物を調合して第１樹脂を作製する樹脂作製工程（Ｓ５０）と、第１樹脂によりＬＥＤ素子を封止する封止工程（Ｓ６０，Ｓ７０）と、ＬＥＤ素子を封止した第１樹脂を第２樹脂により被覆する被覆工程（Ｓ８０）と、含み、シランカップリング剤が蛍光体と予め調合されることで、シランカップリング剤の反応性が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子が第１樹脂により封止され、第１樹脂が第２樹脂により被覆される発光装置の製造方法に関する。

従来から、特許文献１に記載されているように、一対の配線導体にそれぞれ電気的に接続された複数の電極を有する半導体発光素子と、この半導体発光素子の発光部を被覆する内部光透過層（第１樹脂）と、この内部光透過層を被覆する外部光透過層（第２樹脂）とを備え、半導体発光素子から照射された光が内部光透過層及び外部光透過層を経て外部に放出される半導体発光装置が知られている。特許文献１には、内部光透過層の表面にシランカップリング剤等の無機・有機界面結合剤より成る結合膜を形成して、内部光透過層と外部光透過層との界面での剥離を防ぐことができる、と記載されている。
特開平１０−１９００６５号公報

しかしながら、シランカップリング剤の結合膜を第１樹脂の表面に形成すると、この形成工程の分だけ工数が増大する。また、この結合膜を用いても、封止樹脂と被覆樹脂の剥離抑制作用が未だ不十分であり、封止樹脂と被覆樹脂の剥離の問題は解消されていない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光素子を封止する第１樹脂と第１樹脂を被覆する第２樹脂との剥離を的確に抑制することのできる発光装置の製造方法を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明では、樹脂主剤及び硬化剤を調合して第１調合物を作製する第１調合工程と、蛍光体及びシランカップリング剤を調合して第２調合物を作製する第２調合工程と、前記第１調合物及び前記第２調合物を調合して第１樹脂を作製する第１樹脂作製工程と、前記第１樹脂によりＬＥＤ素子を封止する封止工程と、前記ＬＥＤ素子を封止した前記第１樹脂を第２樹脂により被覆する被覆工程と、を含む発光装置の製造方法が提供される。

上記発光装置において、前記シランカップリング剤は、有機官能基がエポキシ基であり、前記第２樹脂は、エポキシ樹脂であることが好ましい。

上記発光装置において、前記第１樹脂は、シリコーンであることが好ましい。

上記発光装置において、前記シランカップリング剤は、加水分解基がアルコキシシリル基であることが好ましい。

本発明によれば、発光素子を封止する第１樹脂と第１樹脂を被覆する第２樹脂との剥離を的確に抑制することができる。

図１及び図２は本発明の一実施形態を示すもので、図１は発光装置の模式断面図である。

図１に示すように、発光装置１は、砲弾型のＬＥＤ装置であり、ＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２へ電力供給するための第１リード３及び第２リード４と、ＬＥＤチップ２と第１リード３及び第２リード４を電気的に接続するワイヤ５，６と、を備えている。第１リード３はＬＥＤチップ２が搭載されるカップ部３ａを先端に有し、このカップ部３ａの内側には封止樹脂７が充填されている。また、発光装置１は、第１リード３及び第２リード４の先端を被覆するとともに、封止樹脂７との界面を有する被覆樹脂８を備えている。

ＬＥＤチップ２は、フェイスアップ型であり、青色光を発するＧａＮ系の発光層を有している。ＬＥＤチップ２は、カップ部３ａの内側の底面に接着剤９を介して搭載される。尚、ＬＥＤチップ２の発光色、材質、型式等は特に限定されるものでなく、例えば、紫外光を発するものであったり、フリップチップ型であってもよく、発光装置１の仕様等に応じて適宜変更することができる。

第１リード３及び第２リード４は、導電性の金属又は合金からなり、先端から基端へ向かって互いに平行に延びる。ワイヤ５，６は、導電性の金属又は合金からなり、ＬＥＤチップ２の電極と、第１リード３及び第２リード４の先端とを接続している。

第１樹脂としての封止樹脂７は、透明樹脂からなる主剤と、硬化剤、蛍光体及びシランカップリング剤とを調合して作製される。本実施形態においては、透明樹脂７の主剤はメチルシリコーンとビニルシリコーンの混合剤であり、硬化剤はメチルシリコーン、ビニルシリコーン及びヒドロシリコーンの混合剤である。

蛍光体は、無機材であり、本実施形態においてはＢＯＳ（Barium ortho-Silicate）系のものが用いられる。尚、蛍光体は、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系のものを用いてもよい。蛍光体は、ＬＥＤチップ２から発せられた青色光を受けて励起されると、黄色の波長変換光を発する。この結果、青色光と黄色光とが混ざった白色光がカップ部３ａから取り出される。

シランカップリング剤は、加水分解基を有し、水と接すると加水分解してシラノール基を生成する。シラノール基は自己縮合によって高分子化すると同時に、金属表面のＯＨ基と酸塩基反応で化学結合する。また、シランカップリング剤は、有機官能基を有し、有機成分と化学結合又は架橋して強固に結合する。本実施形態においては、加水分解基はアルコキシシリル基であり、有機官能基はエポキシ基である。

第２樹脂としての被覆樹脂８は、熱膨張係数が封止樹脂７と異なる透明樹脂からなる。本実施形態においては、被覆樹脂８の主剤として、脂環式エポキシとビスフェノールＡの混合剤が用いられている。尚、被覆樹脂８には、酸無水物硬化タイプの硬化剤が調合されている。

図２は、発光装置の製造工程を示す工程説明図である。
図２に示すように、この発光装置１を製造するにあたり、第１リード３にＬＥＤチップ２を接着剤９を用いて搭載し（搭載工程：Ｓ１０）、ワイヤ５，６によりＬＥＤチップ２と第１リード３及び第２リード４とを電気的に接続する（ボンディング工程：Ｓ２０）。

また、各リード３，４等とは別個に、封止樹脂７を作製する。まず、封止樹脂７の主剤及び硬化剤を予め調合して第１調合物を作製する（第１調合工程：Ｓ３０）。具体的に、主剤と硬化剤の調合は、常温にて混合することにより行う。また、第１調合物とは別個に、蛍光体及びシランカップリング剤を調合して第２調合物を作製する（第２調合工程：Ｓ４０）。具体的に、蛍光体とシランカップリング剤の調合は、常温にて混合することにより行う。この後、第１調合物と第２調合物を調合し、脱泡することにより、封止樹脂７を作製する（封止樹脂作製工程：Ｓ５０）。具体的に、第１調合物と第２調合物の調合は、常温にて混合することにより行う。このように作製された封止樹脂７を加熱して第１リード３のカップ部３ａにポッティングにより充填し（充填工程：Ｓ６０）、封止樹脂７を硬化させる（硬化工程：Ｓ６０）。封止樹脂７が硬化した後、被覆樹脂８を型を用いて封止樹脂７、各リード３，４の先端等を覆うよう成形する（被覆樹脂成形工程：Ｓ７０）。

このように、蛍光体及びシランカップリング剤を、主剤及び硬化剤と調合する前に予め調合しておくことにより、シランカップリング剤が無機物である蛍光体の周囲に配向され、シランカップリング剤の反応性を高めることができる。これにより、封止樹脂７と被覆樹脂８との接合性が向上し、被覆樹脂８の成形時に封止樹脂７と被覆樹脂８との界面に比較的大きな凹凸が形成されてこれらが互いに密着し、これらの熱膨張率の差により生じる封止樹脂７と被覆樹脂８との剥離を抑制することができる。従って、従来の製法では剥離が生じるような封止樹脂７と被覆樹脂８の組成であっても剥離が抑制され、選定可能な封止樹脂７と被覆樹脂８の種類、組成範囲等が増大し、実用に際して極めて有利である。

また、封止樹脂７のシランカップリング剤の有機官能基をエポキシ基とし、被覆樹脂８をエポキシ樹脂としたので、封止樹脂７と被覆樹脂８の接着性が良好である。

尚、封止樹脂７と被覆樹脂８の剥離の抑制効果は、封止樹脂７の硬度を低くすることにより向上させることができる。封止樹脂７の硬度は、封止樹脂７の分子量を小さくしたり、硬化剤の量を少なくすることにより低くすることができる。

図３は本発明の実施例の封止樹脂の界面状態を示す画像データである。この画像データは、３．５倍の接眼レンズと１．５倍の対物レンズを用い、顕微鏡を利用して撮像した画像データに対して、エンボス処理等を施した得られたものである。
本実施形態の製造方法の剥離抑制作用は実験により確認されており、図３に実施例の界面状態を示す。実験に際し、封止樹脂７の主剤としてメチルシリコーンとビニルシリコーンの重量比が９９．３：０．７のものを用い、硬化剤としてメチルシリコーン：ビニルシリコーン：ヒドロシリコーンの重量比が８２．９：０．６：１７．５のものを用いた。具体的には、封止樹脂７の主剤は、東レ・ダウコーニング社製の「ＪＣＲ６１２５ Ａ」を使用し、硬化剤は、東レ・ダウコーニング社製の「ＪＣＲ６１２５ Ｂ」を使用した。また、シランカップリング剤としてγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（分子量２３６．１）を用い、具体的にはモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製の「Ａ−１８７」を使用した。また、蛍光体として（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋を用いた。そして、主剤、硬化剤、蛍光体及びシランカップリング剤の重量比を、１０：１：５：５とした。また、被覆樹脂８の主剤としてビスフェノールＡと脂環式エポキシの重量比が５８：４２のものを用い、硬化剤としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸を用いた。具体的には、被覆樹脂８の主剤は、ファインポリマーズ社製の「Ｘ１７８７」を使用し、硬化剤は、ファインポリマーズ社製の「Ｈ６７８」を使用した。この封止樹脂７と被覆樹脂８の組合せで、本実施形態の製造方法により１８個の試料体を作製したところ、封止樹脂７と被覆樹脂８との剥離が確認されたものはなかった。また、各試料体の封止樹脂７と被覆樹脂８との界面を観察したところ、図３に示すように、樹脂界面には凹凸が形成されて各樹脂が互いに密着していた。

また、硬化剤の量を少なくすることにより、液相冷熱衝撃試験後であっても、封止樹脂７と被覆樹脂８の界面に剥離が生じ難くなることが確認されている。特に、試験条件を−４０℃で５分間、１００℃で５分間として１００サイクル行った際に、硬化剤の重量が主剤を１００として場合に３以下であると、各試料体には剥離が全く生じないことが確認されている。

図４は比較例における封止樹脂と被覆樹脂の剥離状態を示す模式説明図であり、図５は第１の比較例の封止樹脂の界面状態を示す画像データである。この画像データは、３．５倍の接眼レンズと１．５倍の対物レンズを用い、顕微鏡を利用して撮像した画像データに対して、エンボス処理等を施した得られたものである。
前述の実施例と同じ組成の封止樹脂７及び被覆樹脂８を用いて比較実験を行った。第１の比較例では、封止樹脂７の主剤及び硬化剤を予め調合した第１調合物に、蛍光体を混入させた後、シランカップリング剤を混入し調合して試料体を作製した。この製造方法により１８個の試料体を作製したところ、図４に示すように、３個の試料体にて封止樹脂７と被覆樹脂８の剥離が確認され、これらの間に空隙Ｓが形成されていた。また、これらの試料体の封止樹脂７と被覆樹脂８との界面を観察したところ、図５に示すように、これらの界面の表面が微小に荒れているものの、大きな凹凸は確認されなかった。

図６は第２の比較例の封止樹脂の界面状態を示す画像データである。この画像データは、３．５倍の接眼レンズと１．５倍の対物レンズを用い、顕微鏡を利用して撮像した画像データに対して、エンボス処理等を施した得られたものである。
前述の実施例と同じ組成の封止樹脂７及び被覆樹脂８を用いて比較実験を行った。第２の比較例では、蛍光体及びシランカップリング剤を予め調合した第２調合物に、封止樹脂７の主剤を混入した後、硬化剤を混入し調合して試料体を作製した。この製造方法により１８個の試料体を作製したところ、５個の試料体にて封止樹脂７と被覆樹脂８の剥離が確認された。これらの試料体の封止樹脂７と被覆樹脂８との界面を観察したところ、図６に示すように、これらの界面の表面が微小に荒れているものの、大きな凹凸は確認されなかった。

尚、前記実施形態においては、砲弾型のＬＥＤ装置を示したが、例えば図７に示すように、表面実装型のＬＥＤ装置であってもよいことは勿論である。図７の発光装置１０１では、凹部１１０ａが形成された樹脂製のケース１１０の内部にＬＥＤチップ２が搭載され、凹部１１０ａ内のＬＥＤチップ２側に封止樹脂７が充填され、凹部１１０ａ内の開口側が被覆樹脂８により覆われている。また、ＬＥＤチップ２が凹部１１０ａ内の底部に配置される第１リード１０３に接着剤を介して搭載されている。さらにまた、ＬＥＤチップ２は、第１リード１０３及び第２リード１０４と、ワイヤ５，６により電気的に接続されている。

また、前記実施形態においては、封止樹脂７としてメチルシリコーンを主成分としたものを示したが、他のシリコーンを主成分としたものであってもよく、封止樹脂７の主剤及び被覆樹脂８の主剤の組成は適宜に変更することができる。また、封止樹脂７のシランカップリング剤として例えばγ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン（分子量２２０．３）を用いてもよく、シランカップリング剤や硬化剤も適宜に変更が可能である。

また、前記実施形態においては、青色のＬＥＤチップ２と黄色の蛍光体の組合せにより白色光を得るものを示したが、例えば、紫外のＬＥＤチップと、青色、緑色及び赤色の蛍光体の組合せにより白色光を得るものとしてもよく、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

図１は本発明の一実施形態を示す発光装置の模式断面図である。 図２は発光装置の製造工程を示す工程説明図である。 図３は本発明の実施例の封止樹脂の界面状態を示す画像データである。 図４は比較例における封止樹脂と被覆樹脂の剥離状態を示す模式説明図である。 図５は第１の比較例の封止樹脂の界面状態を示す画像データである。 図６は第２の比較例の封止樹脂の界面状態を示す画像データである。 変形例を示す発光装置の模式断面図である。

符号の説明

１ 発光装置
２ ＬＥＤチップ
３ 第１リード
３ａ カップ部
４ 第２リード
５ ワイヤ
６ ワイヤ
７ 封止樹脂
８ 被覆樹脂
９ 接着剤
１０１ 発光装置
１０３ 第１リード
１０４ 第２リード
１１０ ケース
１１０ａ 凹部
Ｓ 空隙

Claims (4)

1. 樹脂主剤及び硬化剤を調合して第１調合物を作製する第１調合工程と、
   蛍光体及びシランカップリング剤を調合して第２調合物を作製する第２調合工程と、
   前記第１調合物及び前記第２調合物を調合して第１樹脂を作製する樹脂作製工程と、
   前記第１樹脂によりＬＥＤ素子を封止する封止工程と、
   前記ＬＥＤ素子を封止した前記第１樹脂を第２樹脂により被覆する被覆工程と、を含む発光装置の製造方法。
2. 前記シランカップリング剤は、有機官能基がエポキシ基であり、
   前記第２樹脂は、エポキシ樹脂である請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記第１樹脂は、シリコーンである請求項２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記シランカップリング剤は、加水分解基がアルコキシシリル基である請求項３に記載の発光装置の製造方法。