JP2009130300A

JP2009130300A - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP2009130300A
Application number: JP2007306626A
Authority: JP
Inventors: Yoji Urano; 洋二浦野
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】放熱性を高めることができ且つフラックス洗浄工程が不要な発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０に共晶接合するチップ搭載工程を行い（図１（ａ））、その後、サブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を行う（図１（ｂ））。次に、配線基板２２を伝熱板２１の上記一表面側に固着する配線基板固着工程を行い（図１（ｃ））、ＬＥＤチップ１０と配線基板２２の配線パターン２３，２３とをボンディングワイヤ１４，１４を介して接続するワイヤボンディング工程、封止部５０の一部となる液状の封止樹脂５０ａを注入する樹脂注入工程を行い（図１（ｄ））、光学部材６０を配線基板２２に固着する光学部材固着工程を行い、色変換部材７０を配線基板２２に固着する色変換部材固着工程を行う（図１（ｆ））。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置の製造方法に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光材料とを組み合わせてＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの混色光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。なお、この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色光の発光スペクトル）を得ることができるものが知られている。

また、この種の発光装置の応用例として、白色光が得られる発光装置を複数個用いた照明器具なども提供されている。しかしながら、この種の照明器具では、複数個の発光装置を回路基板に実装して器具本体に収納する必要があるので、ＬＥＤチップの発光部から器具本体までの熱抵抗が大きくなり、ＬＥＤチップのジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないようにＬＥＤチップへの入力電力を制限する必要があるから、光出力の高出力化が制限されてしまう。

これに対して、ＬＥＤチップを利用した発光装置において、光出力の高出力化を図るためにＬＥＤチップで発生した熱を効率良く放熱させることができるようにした発光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

ここで、上記特許文献１には、図１０に示すように、第１の熱伝導性材料からなる伝熱板２１’と、伝熱板２１’よりも小さな平面サイズに形成され伝熱板２１’の一表面側に接着剤により接合された第２の熱伝導性材料からなるサブマウント部材３０’と、サブマウント部材３０’における伝熱板２１’側とは反対側に接着剤により接合されたＬＥＤチップ１０’と、有機系絶縁性基材２２ａ’の一表面側にＬＥＤチップ１０’に電気的に接続される配線パターン２３’，２３’が形成されるとともにサブマウント部材３０’が内側に離間して配置される窓孔２４’が厚み方向に貫設されてなり伝熱板２１’の上記一表面側に固着された配線基板２２’と、配線基板２２’上においてＬＥＤチップ１０’およびボンディングワイヤ１４’，１４’を囲む形で配設された封止枠体４０’と、蛍光体を含有した透光性封止樹脂からなり封止枠体４０’の内側でＬＥＤチップ１０’およびボンディングワイヤ１４’，１４’を封止した封止部５０’とを備えた発光装置が提案されている。
特開２００６−５２９０号公報（段落〔００２０〕，〔００１１〕−〔００１６〕、および図５，図１）

ところで、図１０に示した構成の発光装置では、サブマウント部材３０’と伝熱板２１’とが有機系材料からなる接着剤（例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂など）により接合されていると、ＬＥＤチップ１０’から伝熱板２１’までの熱抵抗が大きくなって熱伝導性が低下してしまう。

そこで、図１０に示した構成の発光装置の製造にあたっては、ＬＥＤチップ１０’とサブマウント部材３０’とを接合する接着剤、サブマウント部材３０’と伝熱板２１’とを接合する接着剤として、伝熱板２１’の上記一表面側に固着されている配線基板２２’の有機系絶縁性基材２２ａ’の耐熱温度を考慮して、銀ペーストや半田（ＳｎＡｇＣｕ）ペーストを用いることが考えられるが、フラックスなどの樹脂成分が配線パターン２３’，２３’上に残渣として残ってしまい、ボンディング不良などの接続不良の原因となる恐れがあるので、フラックス洗浄工程を追加する必要があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放熱性を高めることができ且つフラックス洗浄工程が不要な発光装置の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、第１の熱伝導性材料からなる伝熱板と、伝熱板よりも小さな平面サイズに形成され伝熱板の一表面側に接合された第２の熱伝導性材料からなるサブマウント部材と、サブマウント部材における伝熱板側とは反対側に接合されたＬＥＤチップと、有機系絶縁性基材の一表面側にＬＥＤチップに電気的に接続される配線パターンが形成されるとともにサブマウント部材が内側に離間して配置される窓孔が厚み方向に貫設されてなり伝熱板の前記一表面側に固着された配線基板とを備えた発光装置の製造方法であって、配線基板を伝熱板の前記一表面側に固着する配線基板固着工程を行う以前に、ＬＥＤチップをサブマウント部材に共晶接合するチップ搭載工程およびサブマウント部材を伝熱板に共晶接合するサブマウント搭載工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、配線基板を伝熱板の前記一表面側に固着する配線基板固着工程を行う以前に、ＬＥＤチップをサブマウント部材に共晶接合するチップ搭載工程およびサブマウント部材を伝熱板に共晶接合するサブマウント搭載工程を備えるので、チップ搭載工程においてＬＥＤチップがサブマウント部材に共晶接合され、また、サブマウント搭載工程においてサブマウント部材が伝熱板に共晶接合されるから、チップ搭載工程およびサブマウント搭載工程においてフラックスを利用する必要がなく、しかも、ＬＥＤチップから伝熱板までの熱抵抗が小さくなるから、放熱性を高めることができ且つフラックス洗浄工程が不要になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記チップ搭載工程および前記サブマウント搭載工程それぞれにおける共晶接合は、Ｎ_２ガス雰囲気中でのＡｕＳｕ共晶接合であることを特徴とする。

この発明によれば、前記チップ搭載工程および前記サブマウント搭載工程における共晶接合がＳｎＡｇＣｕ共晶接合の場合に比べて、前記ＬＥＤチップから前記伝熱板までの熱抵抗をより小さくすることができる。

請求項１の発明では、放熱性を高めることができ且つフラックス洗浄工程が不要になるという効果がある。

（実施形態１）
まず、本実施形態における発光装置について図２〜図６を参照しながら説明した後、当該発光装置の製造方法について図１を参照しながら説明する。

本実施形態における発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の配線パターン（導体パターン）２３，２３を有しＬＥＤチップ１０が上記一表面側に実装された矩形板状の実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着された透光性材料からなるドーム状の光学部材６０と、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に電気的に接続された複数本（本実施形態では、２本）のボンディングワイヤ１４を封止した透光性封止材からなる封止部５０と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０および光学部材６０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたものであって実装基板２０の上記一表面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０などを囲む形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。ここにおいて、色変換部材７０は、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０の光出射面６０ｂとの間に空気層８０が形成されるように配設されている。また、実装基板２０は、上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状の堰部２７が突設されている。

ここにおいて、本実施形態における発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、照明器具における金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００（図３、図５、図６参照）と実装基板２０とを、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）からなる接合用部材９０により接合すればよい。ここで、上記樹脂シートからなる接合用部材９０は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、実装基板２０を金属製の器具本体１００に接合用部材９０を介して接合する（実装基板２０と器具本体１００との間に接合用部材９０を介在させた後で接合用部材９０を加熱することで実装基板２０と器具本体１００とを接合する）際に接合用部材９０と実装基板２０および器具本体１００との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ、サーコン（登録商標）のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。なお、本実施形態における発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、図５に示すように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。また、発光装置１は、金属製の器具本体１００に限らず、接合用部材９０を介して金属製部材に接合するようにしてもよい。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板を用いており、ＳｉＣ基板の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長されているが、結晶成長用基板はＳＣ基板に限らず、例えば、ＧａＮ基板などでもよい。ここで、ＬＥＤチップ１０は、一表面側（図２（ａ）における上面側）にアノード電極（図示せず）が形成され、他表面側（図２（ａ）における下面側）にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、ＬＥＤチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する支持基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実装基板２０は、第１の熱伝導性材料（例えば、Ｃｕなど）からなる矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１よりも小さく且つＬＥＤチップ１０よりも大きな平面サイズに形成され伝熱板２１の一表面側（図２（ａ）における上面側）に接合された第２の熱伝導性材料（例えば、ＡｌＮなど）からなるサブマウント部材３０と、有機系絶縁性基材２２ａの一表面側にＬＥＤチップ１０に電気的に接続される上述の配線パターン２３，２３が形成されるとともにサブマウント部材３０が内側に離間して配置される窓孔２４が厚み方向に貫設されてなり伝熱板２１の上記一表面側に固着された矩形板状のフレキシブル配線板からなる配線基板２２とで構成されており、サブマウント部材３０における伝熱板２１側とは反対側にＬＥＤチップ１０が接合されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。ここにおいて、配線基板２２は、伝熱板２１の上記一表面側に例えばポリオレフィン系の固着シート２９（図３参照）を介して固着されている。また、伝熱板２１の上記一表面には、サブマウント部材３０の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク２１ｃ（図３参照）が形成されている。

なお、本実施形態では、伝熱板２１の第１の熱伝導性材料としてＣｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に搭載するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では結晶成長用基板と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。

上述の配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる有機系絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の配線パターン２３，２３が設けられるとともに、各配線パターン２３，２３および有機系絶縁性基材２２ａにおいて配線パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系のレジスト（樹脂）からなる保護層２６が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射され保護層２６の表面に入射した光が保護層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が配線基板２２に吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、各配線パターン２３，２３は、有機系絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、有機系絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

保護層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各配線パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各配線パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされており、各配線パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した２つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂを構成している。なお、配線基板２２の配線パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。また、２つの外部接続用電極部２３ｂのうちＬＥＤチップ１０の上記アノード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図６における右側の外部接続用電極部２３ｂ）には「＋」の表示が形成され、ＬＥＤチップ１０の上記カソード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図６における左側の外部接続用電極部２３ｂ）には「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。

サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する応力緩和機能と、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。したがって、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができるとともに、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができる。

本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン３１（図３参照）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方の配線パターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の配線パターン２３と電気的に接続されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、ＡｕＳｎにより共晶接合され、サブマウント部材３０と伝熱板２１とも、ＡｕＳｎにより共晶接合されているが、いずれの共晶接合においても、接合表面にあらかじめＡｕからなる金属層が形成されている。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率がＬＥＤチップ１０の結晶成長用基板の材料に比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、ＣｕＷなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップ１０における伝熱板２１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。

また、本実施形態における発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の保護層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、サブマウント部材３０においてＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０との接合部位の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜を形成すれば、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここで、反射膜は、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成すればよい。

上述の封止部５０の材料である透光性封止材としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばアクリル樹脂、ガラスなどを用いてもよい。

光学部材６０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラスなど）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材６０をシリコーン樹脂の成形品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。

ところで、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されており、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射され光学部材６０の光入射面６０ａに入射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および光学部材６０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。また、光学部材６０は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料とＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている（つまり、色変換部材７０は、蛍光体を含有している）。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて固着すればよい。

ところで、本実施形態における発光装置１を光源として用いた上述の照明器具は、図５および図６に示すように、各発光装置１の接続関係を規定する配線パターン２０２が絶縁性基材２０１の一表面側に形成された回路基板２００を備えている。なお、本実施形態では、複数の発光装置１を直列接続しているが、複数の発光装置１の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。

回路基板２００は、浅い有底円筒状の器具本体１００内において当該器具本体１００の底壁１００ａから離間して配置されるものであり、各発光装置１それぞれに対応する部位に各発光装置１の一部を通す開孔窓２０４が形成されている。なお、回路基板２００の絶縁性基材２０１の材料としては、例えば、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂を採用すればよいが、ガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。また、器具本体１００の形状は特に限定するものではなく、例えば、平板状でもよい。

上述の回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａに貫設されている挿通孔１００ｃに挿通された給電用のリード線が挿通される電線挿通孔２０６が貫設されており、電線挿通孔２０６に挿通された一対の電線が電気的に接続されるようになっている。また、回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａ側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層２０３が形成されており、配線パターン２０２の大部分が光反射層２０３により覆われている。

また、回路基板２００は、各開口窓２０４の開口サイズが発光装置１における実装基板２０の平面サイズよりもやや大きく設定されている。なお、回路基板２００には、発光装置１のＬＥＤチップ１０へ過電圧が印加されるのを防止するために、過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード２３１（図６参照）および表面実装型のセラミックコンデンサ２３２（図６参照）が各開口窓２０４の近傍で実装されている。

一方、発光装置１は、実装基板２０の各外部接続用電極部２３ｂが端子板２１０を介して回路基板２００の配線パターン２０２と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板２１０は、細長の金属板の一端部をＬ字状に曲成することにより配線パターン２０２に厚み方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片２１１を形成するとともに、他端部をＪ字状に曲成することにより外部接続用電極部２３ｂに厚み方向が一致する形で半田などを用いて接合される端子片２１２を形成したものであり、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因して接続端子２１０と外部接続用電極部２３ｂおよび配線パターン２０２それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっており、各発光装置１と回路基板２００との間の接続信頼性を高めることができる。

また、本実施形態における発光装置１では、上述のように、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間（光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間）から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状（本実施形態では、円環状）の堰部２７を突設してある。ここにおいて、堰部２７は、白色系のレジストにより形成されている。また、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数（本実施形態では、４つ）のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して等間隔で設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねている。ここで、上述のセンタリング用爪部２７ｂの数は４つに限定するものではないが、少なくとも３つ設けることが望ましく、堰部２７と光学部材６０との間に溜めることが可能な封止樹脂の許容量を多くするためにセンタリング用爪部２７ｂの幅寸法は小さいほうが望ましい。

また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁に、堰部２７に係合する切欠部７１が全周に亘って形成されている。したがって、本実施形態における発光装置１では、実装基板２０に対する色変換部材７０の位置決め精度を高めることができ、また、色変換部材７０と光学部材６０との間隔を短くすることができる。なお、切欠部７１は、色変換部材７０の端縁側と内面７０ａ側とが開放されている。

また、上述の実装基板２０における配線パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が上述の外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成している。

以下、本実施形態の発光装置１の製造方法について図１を参照しながら説明する。

まず、ＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０に共晶接合するチップ搭載工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。ここで、チップ搭載工程における共晶接合は、Ｎ_２ガス雰囲気中でのＡｕＳｕ共晶接合であり、予めサブマウント部材３０の上記接合表面の金属層上にＡｕＳｎ層をスパッタ法などによりメタライズしておき、サブマウント部材３０を上記導体パターン３１が設けられた面とは反対側から加熱源（ヒータなど）により加熱してＡｕＳｎ層を３２０℃以上の温度で溶融させた状態でＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とを近づけて共晶接合させるようにしている。なお、チップ搭載工程における加熱源および加熱方法は特に限定するものではない。また、チップ搭載工程では、成形ずみのＡｕＳｎ半田をサブマウント部材３０の上記接合表面の金属層上に供給し、その後、サブマウント部材３０を上記導体パターン３１が設けられた面とは反対側から加熱源により加熱してＡｕＳｎ半田を３２０℃以上の温度で溶融させた状態でＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とを近づけて共晶接合させるようにしてもよい。

上述のチップ搭載工程の後、サブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここで、サブマウント搭載工程における共晶接合は、Ｎ_２ガス雰囲気中でのＡｕＳｕ共晶接合であり、成形ずみのＡｕＳｎ半田を伝熱板２１の上記接合表面の金属層上に供給し、その後、伝熱板２１を他表面側から加熱源（ヒータなど）により加熱してＡｕＳｎ半田を３２０℃以上の温度で溶融させた状態でサブマウント部材３０と伝熱板２１とを近づけて共晶接合させるようにしている。なお、サブマウント搭載工程における加熱源および加熱方法は特に限定するものではない。また、サブマウント搭載工程では、予め伝熱板２１の上記接合表面の金属層上にＡｕＳｎ層をスパッタ法などによりメタライズしておき、伝熱板２１を上記他表面側から加熱源により加熱してＡｕＳｎ層を３２０℃以上の温度で溶融させた状態でサブマウント部材３０と伝熱板２１とを近づけて共晶接合させるようにしてもよい。

上述のチップ搭載工程およびサブマウント搭載工程が終了した後、配線基板２２を伝熱板２１の上記一表面側に固着する配線基板固着工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここで、配線基板固着工程では、上述のポリオレフィン系の固着シート２９（図３参照）を用いて配線基板２２と伝熱板２１とを固着しているが、固着シート２９の材料は特に限定するものではない。

上述の配線基板固着工程の後、ＬＥＤチップ１０と配線基板２２の配線パターン２３，２３とをボンディングワイヤ１４，１４を介して電気的に接続するワイヤボンディング工程を行い、続いて、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている樹脂注入孔２８（図３参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入するとともに、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入する樹脂注入工程を行ってから、図１（ｄ）に示すように、光学部材６０を実装基板２０に対向させる。ここで、樹脂注入工程では、ドーム状の光学部材６０の内側に、光学部材６０の内側空間の容積よりも多い適量（定量）の封止樹脂５０ａを注入するようにしている。

その後、光学部材６０と実装基板２０とを近づけ、図１（ｅ）に示すように光学部材６０を位置決めしてから液状の封止樹脂５０ａを硬化させることにより封止部５０を形成するとともに光学部材６０を配線基板２２に固着する光学部材固着工程を行う。ここで、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０と堰部２７と保護層２６とで囲まれた空間に溜まった封止樹脂５０ａは、硬化させることにより、図１（ｅ）における樹脂部（余剰部）５０ｂとなる。

その後、色変換部材７０を配線基板２２に接着剤（例えば、シリコーン樹脂など）により固着する色変換部材固着工程を行うことによって、図１（ｆ）に示す構造の発光装置１を得る。

以上説明した本実施形態の発光装置１の製造方法によれば、配線基板２２を伝熱板２１の上記一表面側に固着する配線基板固着工程を行う以前に、ＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０に共晶接合するチップ搭載工程およびサブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を備えるので、チップ搭載工程においてＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０に共晶接合され、また、サブマウント搭載工程においてサブマウント部材３０が伝熱板２１に共晶接合されるから、チップ搭載工程およびサブマウント搭載工程においてフラックスを利用する必要がなく、しかも、ＬＥＤチップ１０から伝熱板２１までの熱抵抗が小さくなるから、放熱性を高めることができ且つフラックス洗浄工程が不要になる。なお、上述の製造方法では、チップ搭載工程の後でサブマウント搭載工程を行い、その後、配線基板固着工程を行う例について説明したが、チップ搭載工程とサブマウント搭載工程との順序は逆でもよく、サブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を行った後でＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０に共晶接合するチップ搭載工程を行い、その後、配線基板固着工程を行うようにしてもよい。

また、上述の製造方法では、チップ搭載工程およびサブマウント搭載工程それぞれにおける共晶接合は、Ｎ_２ガス雰囲気中でのＡｕＳｕ共晶接合であるので、チップ搭載工程およびサブマウント搭載工程における共晶接合がＳｎＡｇＣｕ共晶接合の場合に比べて、ＬＥＤチップ１０から伝熱板２１までの熱抵抗をより小さくすることができる。

また、上述の製造方法によれば、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。ここで、光学部材６０を実装基板２０に近づける前（つまり、図１（ｄ）の段階）に、サブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に注入した封止樹脂５０ａを硬化させておけば、光学部材６０と実装基板２０とを近づける際にボイドが抜けやすくなり、封止部５０にボイドが発生するのを防止できてボンディングワイヤ１４，１４の断線や光出力の低下を防止できる。また、上述の発光装置１では、光学部材６０と堰部２７の内周面とが離間しているので、堰部２７の外側へ封止樹脂５０ａが溢れて外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂ上に付着するのを抑制することができ、外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂでの半田付け不良などの発生を防止可能となる。

なお、図７に示すように、実装基板２０の上記一表面において環状の堰部２７と各外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂとの間それぞれに、堰部２７と同じ材料（本実施形態では、白色のレジスト）により形成された弧状の樹脂止め部２５，２５を設ければ、製造時に封止樹脂５０ａが外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの表面に付着するのをより確実に防止することができる。

また、上述のＬＥＤチップ１０は、上記一表面側に上記アノード電極が形成され、上記他表面側にカソード電極が形成されているが、上記一表面側にアノード電極およびカソード電極が形成されていてもよく、この場合には、アノード電極およびカソード電極の両方ともボンディングワイヤ１４，１４を介して配線パターン２３，２３と直接接続することができる。また、サブマウント部材３０に搭載するＬＥＤチップ１０の数は１個に限らず、複数個でもよい。

（実施形態２）
本実施形態における発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図８に示すように、サブマウント部材３０上に複数個（図８には２個しか記載されていないが、４個）のＬＥＤチップ１０が搭載されて直列に接続されており、これら複数個のＬＥＤチップ１０を囲む透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、ガラスなど）からなる円環状の枠体４０がサブマウント部材３０上に固着され、枠体４０の内側に各ＬＥＤチップ１０および各ボンディングワイヤ１４を封止する枠体内封止部１５０が設けられ、封止部５０が枠体４０および枠体内封止部１５０を覆うように形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態の発光装置１の製造方法について図９を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、複数個のＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０に共晶接合するチップ搭載工程を行うことによって、図９（ａ）に示す構造を得る。

その後、サブマウント部材３０上の複数個のＬＥＤチップ１０をボンディングワイヤ１４により電気的に接続する第１のワイヤボンディング工程を行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。

続いて、サブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を行うことによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。

次に、サブマウント部材３０上に枠体４０を接着剤（例えば、シリコーン樹脂など）により固着する枠体固着工程を行い、続いて、枠体４０の内側に各ＬＥＤチップ１０および各ボンディングワイヤ１４を封止する透光性の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）を充填して硬化させることにより枠体内封止部１５０を形成する枠体内封止工程を行い、その後、配線基板２２を伝熱板２１の上記一表面側に固着する配線基板固着工程を行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。

上述の配線基板固着工程の後、複数個のＬＥＤチップ１０の直列回路と配線基板２２の配線パターン２３，２３とをボンディングワイヤ１４，１４を介して電気的に接続する第２のワイヤボンディング工程を行うことによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。

続いて、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている樹脂注入孔２８（図３参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を注入するとともに、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を注入する樹脂注入工程を行ってから、光学部材６０を実装基板２０に対向させ、その後、光学部材６０と実装基板２０とを近づけ、光学部材６０を位置決めしてから液状の封止樹脂を硬化させることにより封止部５０を形成するとともに光学部材６０を配線基板２２に固着する光学部材固着工程を行うことによって、図９（ｆ）に示す構造を得る。

その後、色変換部材７０を配線基板２２に接着剤（例えば、シリコーン樹脂など）により固着する色変換部材固着工程を行うことによって、図９（ｇ）に示す構造の発光装置１を得る。

以上説明した本実施形態の発光装置１の製造方法によれば、実施形態１にて説明した製造方法と同様に、配線基板２２を伝熱板２１の上記一表面側に固着する配線基板固着工程を行う以前に、ＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０に共晶接合するチップ搭載工程およびサブマウント部材３０を伝熱板２１に共晶接合するサブマウント搭載工程を備えるので、チップ搭載工程においてＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０に共晶接合され、また、サブマウント搭載工程においてサブマウント部材３０が伝熱板２１に共晶接合されるから、チップ搭載工程およびサブマウント搭載工程においてフラックスを利用する必要がなく、しかも、ＬＥＤチップ１０から伝熱板２１までの熱抵抗が小さくなるから、放熱性を高めることができ且つフラックス洗浄工程が不要になる。なお、上述の製造方法では、チップ搭載工程の後でサブマウント搭載工程を行い、その後、配線基板固着工程を行う例について説明したが、チップ搭載工程とサブマウント搭載工程との順序は逆でもよく、サブマウント搭載工程の後でチップ搭載工程を行い、当該チップ搭載工程の後で、第１のワイヤボンディング工程、枠体固着工程、枠体内封止工程、配線基板固着工程、第２のワイヤボンディング工程、光学部材固着工程、色変換部材固着工程を順次行うようにしてもよい。

また、実施形態１の発光装置１の製造方法では、配線基板２２を伝熱板２１の上記一表面側に固着する配線基板固着工程を行う際に固着シート２９から蒸発した有機物によりＬＥＤチップ１０の電極が汚染されてワイヤボンディング工程でのボンディング不良が起こることも考えられるが、本実施形態の発光装置１の製造方法によれば、配線基板固着工程よりも前に、第１のワイヤボンディング工程においてＬＥＤチップ１０の電極がボンディングワイヤ１４に接続されているので、ＬＥＤチップ１０の電極が汚染されるのを防止することができるとともに、ボンディング不良の発生を防止できる。なお、第２のワイヤボンディング工程では第１のワイヤボンディング工程よりも線径の大きなワイヤを用いることができ、ＬＥＤチップ１０に比べて強い超音波振動を与えることができるので、配線基板固着工程において、配線基板２２の配線パターン２３，２３およびサブマウント部材３０の導体パターンが上記有機物により汚染されたとしてもボンディング不良が発生するのを防止することができる。

なお、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、結晶成長用基板としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板やサファイア基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。また、上述の実施形態では、色変換部材７０を備えた発光装置１の製造方法について説明したが、色変換部材７０は必ずしも備えている必要はなく、ＬＥＤチップ１０として、蛍光体層が積層された構造のものを用いても良い。

実施形態１における発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上における発光装置の概略断面図である。同上における発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上における発光装置の要部概略平面図である。同上における発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上における発光装置を用いた照明器具の要部概略斜視図である。同上における他の構成例の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。実施形態２における発光装置の概略断面図である。同上における発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。従来例における発光装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２１伝熱板
２２配線基板
２２ａ有機系絶縁性基材
２３配線パターン
２４窓孔
３０サブマウント部材
５０封止部
５０ａ封止樹脂
６０光学部材
７０色変換部材

Claims

第１の熱伝導性材料からなる伝熱板と、伝熱板よりも小さな平面サイズに形成され伝熱板の一表面側に接合された第２の熱伝導性材料からなるサブマウント部材と、サブマウント部材における伝熱板側とは反対側に接合されたＬＥＤチップと、有機系絶縁性基材の一表面側にＬＥＤチップに電気的に接続される配線パターンが形成されるとともにサブマウント部材が内側に離間して配置される窓孔が厚み方向に貫設されてなり伝熱板の前記一表面側に固着された配線基板とを備えた発光装置の製造方法であって、配線基板を伝熱板の前記一表面側に固着する配線基板固着工程を行う以前に、ＬＥＤチップをサブマウント部材に共晶接合するチップ搭載工程およびサブマウント部材を伝熱板に共晶接合するサブマウント搭載工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
前記チップ搭載工程および前記サブマウント搭載工程それぞれにおける共晶接合は、Ｎ_２ガス雰囲気中でのＡｕＳｕ共晶接合であることを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法。