JP2010171379A - 発光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス材料に発光素子を封止して、高信頼性の発光デバイスを提供する。
【解決手段】本発明の発光デバイスは、ガラス基板2の表面に形成された窪み6に発光素子を配置し、発光素子を覆うように封止材が設けられた構成である。ここで、リードフレームがガラス基板2の側面と窪み6の底面において露出するようにガラス基板に埋め込まれており、発光素子が窪みに露出したリードフレームに電気的に接続して実装されている。このような構成により、発光デバイスの耐久性が向上する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の発光デバイスは、ガラス基板2の表面に形成された窪み6に発光素子を配置し、発光素子を覆うように封止材が設けられた構成である。ここで、リードフレームがガラス基板2の側面と窪み6の底面において露出するようにガラス基板に埋め込まれており、発光素子が窪みに露出したリードフレームに電気的に接続して実装されている。このような構成により、発光デバイスの耐久性が向上する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ガラス基板を用いたパッケージ材料に発光素子を実装した発光デバイスに関する。
近年、ガラスパッケージを使用した電子部品が実用化されている。ガラス材料は、外部から浸入する水分や汚染物質を防げ、気密性が高い。また、ガラス材料は、半導体素子を形成するシリコン基板と熱膨張係数が近似するので、ガラスパッケージに半導体素子を実装したときの実装面や接合面の信頼性が高い。また、ガラス材料は安価であることから、製品のコスト上昇を抑制することができる。
図19は、ガラス材料にLED素子を実装したLED発光装置の断面図である(特許文献1の図1)。ガラス基板51には貫通電極52が形成されている。貫通電極52の上には接続用の電極メタライズ53Bが形成され、電極メタライズ53Bの上には複数のLED素子56Aが実装されている。LED素子56Aの上面と電極メタライズ53Bとはワイヤー57により電気的に接続されている。ガラス基板51の下面には外部と接続用の電極メタライズ53Aが形成されている。電極メタライズ53Aは貫通電極52に電気的に接続されている。従って、LED素子56Aに対して、下面に形成した電極メタライズ53Aから電力を供給することができる。
ガラス基板51の上面には、貫通孔58が形成されたSi基板54が、LED素子56Aを囲むように設置されている。Si基板54はガラス基板51の表面に陽極接合されている。Si基板54の内壁面は傾斜し、内壁面の表面には反射膜55が形成されている。LED素子56Aで発光した光は反射膜55により反射して、上方向に指向性のある光として射出される。LED素子56Aは複数個実装されているので、発光の強度を高くすることができる。また、LED素子56Aから生成される熱は、貫通電極52と電極メタライズ53Aを介して外部へ放熱することができる。
この従来例では、ガラス基板51の貫通電極52は、ガラス基板51に形成した貫通孔の内壁にCu、Niなどをメッキし、その後、導電性樹脂やはんだなどを充填して形成されている。また、ガラス基板51の裏面のメタライズ53Aは、ガラスの表面にTi層、その上にTi層保護のためのバリア層となるPt層、あるいはNi層、さらに表面酸化を防止するAu層などをスパッタリング法や蒸着法などにより堆積し、フォトプロセスを通してパターニングされている。
図20は、ガラス材料にLED発光素子61を埋め込んだ発光装置60の断面図であり(特許文献2の図1)、図21は金型を用いてガラス封止を行う直前の状態を示す(特許文献2の図3)。LED発光素子61は面実装によりバンプ62を介してサブマウント63に実装され、サブマウント63は、リード64A、64Bの先端に形成された段差部に接続されている。周囲は封止部材65により覆われており、封止部材65としてガラスを使用することが記載されている。ガラスからなる封止部材65はリード64A、64Bの下部側で薄く、LED発光素子61から発光される光が射出する側は凸状に厚く形成されている。
この発光装置60は、LED発光素子61に対して熱膨張率が150%から500%の範囲の透光性ガラス部及び金属部で全体が包囲されている。また、LED発光素子61あるいはサブマウント63の部材に比べて、給電部材(リード64A、64B)及び封止部材65の熱膨張率が大きくなるように形成されている。これにより、応力方向が調整されて熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる、というものである。
この発光装置60の製造方法は次のようなものである。表面に半円状の凹部71Aを有する上金型71と、底面が平坦な凹部72Aを有する下金型72との間に、薄いガラスシート68と、LED発光素子61が実装されたサブマウント63、このサブマウント63に電気的に接続した2本のリード64A、64Bと、その上に厚いガラスシート67を設置する。次に、真空雰囲気中でガラスシート67、68を450℃に加熱して軟化させた状態で、上金型71と下金型72とを矢印の方向に移動させることによってガラスシート67、68に圧力かける。これにより、ガラスシート67、68が図20に示す封止部材65のようなドーム状に成形される。
しかしながら、特許文献1に記載されるように、貫通電極として貫通孔に導電樹脂を充填して、熱処理により固化して貫通電極を形成すると、固化の際の収縮により気密性を保持することが難しかった。また、LEDは発光すると発熱する。そのため、LEDの点灯と消灯を繰り返すと、昇温と降温が繰り返される温度サイクルが生じ、膨張と収縮が繰り返される。その結果、ガラスと貫通電極の界面の気密性が低下し、外部から水分等が浸入してLEDの寿命を低下させる。
また、特許文献1においては、貫通孔に導電性樹脂やはんだなどを充填・固化して貫通電極を形成し、これとは別に、スパッタリング法や蒸着法により導体膜を堆積し、フォトマスクを用いたフォトプロセスを通して裏面電極パターンを形成している。その結果、製造工数が増えてコスト高となる要因となっていた。
特許文献2に記載されたLED発光素子は、発光面側の封止部材65がドーム形状、凸状に湾曲した形状である。そのため、LED発光素子61から発光した光は周囲の全面に拡散する。したがって、LED発光素子61から発光した光を上方向に集光させたり、上方向に指向性を持たせたりすることができず、発光した光を有効に活用できない。一方、この発光装置60では、LED発光素子61やサブマウント63の熱膨張係数より周囲の封止部材65の熱膨張係数を大きくして、熱膨張係数の差に基づく内部応力が、LED発光素子61の中心に向かう圧縮応力となるように調整している。これにより、ガラス材にクラック等が発生しないようにしている。従って、LED発光素子61を封止する封止部材65の形状を、例えば凹部のような形状に変更して指向性のある光を射出させようとすると、中心部に向かう圧縮応力のバランスが崩れて、クラック等が発生して信頼性が低下する虞がある。
また、特許文献2の製造方法では、ガラスからなる封止部材を軟化させてLED発光素子61を封止するので、LED発光素子61が、例えば450℃以上の高温に晒される。また、LED発光素子がワイヤーボンディングにより接続される場合には、軟化したガラスの粘度が高いため、ガラスによってそのワイヤーが潰れてしまう。また、封止部材65に蛍光体を分散させて、LEDで発光した光の波長を他の波長に変換する場合に、高温となるため使用できる蛍光体が限られてしまう。さらに、高温且つ高粘度のガラスに蛍光体を均一に分散させることは困難であり、望む効果を得ることができない。従って、LED発光素子の構造や実装構造が制限される、などの課題があった。
そこで、本発明は、少ない製造工数で製造可能な信頼性の高い電子デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の発光デバイスは、表面と、この表面に対向する裏面と、周囲を囲う側面を有したガラス基板上に発光素子が実装された構成であり、ガラス基板の表面には窪みが形成され、ガラス基板の側面と窪みの底面において露出するようにリードフレームがガラス基板に埋め込まれている。そして、窪みで露出したリードフレームに発光素子が電気的に接続され、発光素子を覆うように封止材が設けられている。
さらに、リードフレームには、発光素子の実装面の裏面に下方へ突起した突起部が形成され、この突起部がガラス基板を貫通してガラス基板の底面で露出するように構成した。
また、少なくとも窪みを構成する領域のガラス基板は、白色又は乳白色を呈することとした。ここで、封止材を金属アルコキシドから形成した。
また、ガラス基板とリードフレームの熱膨張係数の差を、4×10−6/K(Kはケルビン)以下とした。また、ガラス基板の熱膨張係数は8×10−6/Kから11×10−6/Kであり、リードフレームの熱膨張係数は4×10−6から15×10−6/Kである。
リードフレームの材料として、Ni及びFeを含む合金、あるいは、材料の異なる金属が接合されたクラッド材が例示できる。このクラッド材が、Cuからなる金属を含むこととした。
また、リードフレームにAuからなる薄膜を形成した。リードフレームとガラス基板との間の接合面には、リードフレームを構成する金属材料の酸化物からなる酸化膜を形成した。
また、リードフレームには、ガラス基板に埋め込まれた領域において貫通孔を形成することとした。また、リードフレームは、ガラス基板の側面からリードフレームが突出する構造とした。
本発明の発光デバイスは、リードフレームがガラス基板の側面と窪みの底面において露出するようにガラス基板に埋め込まれており、発光素子が窪みに露出したリードフレームに電気的に接続して実装されている。このような構成により、密閉性、及び温度サイクルに対する信頼性を向上させ、かつ、少ない工程数の製造方法により製造可能な電子デバイスを提供することができる。
本発明の発光デバイスは、表面に窪みが形成されたガラス基板に発光素子が実装された構成である。ガラス基板は、表面と、この表面に対向する裏面と、周囲を囲う側面を有しており、表面に窪みが形成されている。このガラス基板にはリードフレームが埋め込まれており、リードフレームにはガラス基板の側面と窪みの底面から露出する部位がある。窪みから露出したリードフレームに発光素子が電気的に接続され、封止材がこの発光素子を覆っている。このような構成によれば、ガラス基板とリードフレームとの密着強度が高くなるので、耐久性に優れた発光デバイスが実現できる。
さらに、リードフレームには、ガラス基板を貫通して底面で露出する突起部が、発光素子の実装面の裏側に形成されている。これにより、発光素子で発生した熱は、リードフレームや突起を伝わって外部に放熱されるようになる。
以下、本発明の発光デバイスについて、図面を用いて具体的に説明する。
以下、本発明の発光デバイスについて、図面を用いて具体的に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光デバイスの模式図である。図1(a)は発光デバイスの縦断面図であり、図1(b)はその上面図である。図1(b)のX−X部分の断面を図1(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状を有している。図示するように、LED3の下面には図示しない電極が形成され、図示しない導電材を介してリードフレームLFaと電気的に接続されている。LED3の表面にも図示しない電極が形成され、この電極は、窪み6の底面から露出するリードフレームLFbと、Au等からなるワイヤー4により電気的に接続されている。さらに、窪み6には封止材5が塗布されており、LED3とワイヤー4を外気に触れないように覆って封止している。
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光デバイスの模式図である。図1(a)は発光デバイスの縦断面図であり、図1(b)はその上面図である。図1(b)のX−X部分の断面を図1(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状を有している。図示するように、LED3の下面には図示しない電極が形成され、図示しない導電材を介してリードフレームLFaと電気的に接続されている。LED3の表面にも図示しない電極が形成され、この電極は、窪み6の底面から露出するリードフレームLFbと、Au等からなるワイヤー4により電気的に接続されている。さらに、窪み6には封止材5が塗布されており、LED3とワイヤー4を外気に触れないように覆って封止している。
ここで、リードフレームとは、薄板状又は線状の金属や合金から一体的に形成された導体をいう。従って、半導体分野で使用されるようなテープ状の金属板をエッチングや打ち抜きにより形成した導体であってもよいし、金属等を延伸して形成した線状の導体であってもよい。
図1(b)に示すように、窪み6の底面2dに露出するリードフレームLFa、LFbの線幅は、窪み6の周囲のガラス基板2を貫通する領域のリードフレームLFa、LFbの線幅よりも狭く形成されている。リードフレームLFa、LFbはガラス基板2の側面に折り曲げられて接合している。この折り曲げられたリードフレームLFa、LFbが端子9a、9bを構成している。端子9a、9bに電力を供給してLED3を発光させる。LED3で発光した光は、上方に照射されるとともに、窪み6の壁面で上方に反射されるので、出射光に指向性を持たせることができる。また、LED3の下にはリードフレームLFaがあるので、LED3で発生した熱を、リードフレームLFaを介して外部に放熱することができる。すなわち、LFa、LFbは電極供給手段であるとともに、放熱手段でもある。
ここで、ガラス基板2とリードフレームLFの熱膨張係数の差を、4×10−6/K以下とすることが好ましい。実装したLED3のオンオフの繰り返しに起因する熱サイクルに晒される場合でも、熱膨張係数の差を4×10−6/K以下とすることにより、リードフレームLFとガラス基板2の間の接合が維持され、リードフレームLFとガラス基板2の間の気密性が保持される。これにより、実装したLED3の信頼性が向上する。
また、ガラス基板2の熱膨張係数を8×10−6/Kから11×10−6/Kとし、リードフレームLFの熱膨張係数を4×10−6から15×10−6/Kとする。これにより、ガラス基板2との間の熱膨張係数差をあまり大きくしないで、リードフレームLFの利用可能な材料の範囲を拡大させることができる。
リードフレームLFとして、NiFe合金やコバールを使用することができる。例えば42%NiFe合金や、45%NiFe合金を使用することができる。熱膨張係数がガラス材料に近く、ガラス材料との接合性もよい。また、リードフレームLFにより構成される裏面電極3a、3bの表面に、NiやAuメッキを施すことにより、はんだ付けが容易となる。なお、リードフレームLFの厚さは概ね0.1mmから0.5mmである。
また、窪み6の傾斜面及び底面に金属又は絶縁体の多層膜を形成して、反射面を構成させてもよい。これにより、LED3から発光した光を効率よく上方に反射させることができる。また、反射膜を形成する代わりに、ガラス基板2として白色又は乳白色を呈する材料を用いてもよい。例えば、ガラス材料に燐酸(P2O5)、アルミナ(Al2O3)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ボロン(B2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化バリウム(BaO)等の酸化物を混入させることにより乳白色ガラスとすることができる。この白色又は乳白色はLED3から発光した光や熱により変色することがないので、発光デバイス1の劣化を防ぐことができる。
また、封止材5は、ガラス基板2を成形加工した後で設けられている。従って、封止材5には、蛍光体分散に適した粘度の材料を選択することができる。また、ガラスが軟化するような高温に晒されないため、封止材5に混入する蛍光体等の選択肢が制限されることがない。
(第2実施形態)
図2は、本実施形態に係る発光デバイス1の模式図である。図2(b)は発光デバイス1の上面図であり、図中のY−Y部分の断面を図2(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状を有している。窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出するようにリードフレームLFa、LFbが設置されている。また、リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2の側面から突出して端子10a、10bを構成している。そのため、LED3で発生した熱は、リードフレームLFa、LFbを介して端子10a、10bに伝達し、放熱される。端子10a、10bはガラス基板2に接合していないので、放熱効率が向上する。
図2は、本実施形態に係る発光デバイス1の模式図である。図2(b)は発光デバイス1の上面図であり、図中のY−Y部分の断面を図2(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状を有している。窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出するようにリードフレームLFa、LFbが設置されている。また、リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2の側面から突出して端子10a、10bを構成している。そのため、LED3で発生した熱は、リードフレームLFa、LFbを介して端子10a、10bに伝達し、放熱される。端子10a、10bはガラス基板2に接合していないので、放熱効率が向上する。
また、リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2に埋め込まれた領域において貫通孔7を有している。この貫通孔7は、リードフレームLFa、LFbをガラス基板2に埋め込む際に、ガラス材料の流動性を促進するために設けられている。即ち、ガラス基板2の上にリードフレームLFを設置して、加熱しながら型により押圧したときに、軟化したガラス材料がこの貫通孔7を通してその上部に短時間で回り込むことができるようにした。その他の構成、及び、リードフレームLFの材料、ガラス基板2の材料、封止材5等については、第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
なお、ここでは各リードフレームLFa、LFbに1個の貫通孔7を設けたが、多数個の貫通孔7を設けてもよい。多数の貫通孔7を設けたほうが、ガラス基板2を軟化させたときのガラス材料の流動性が向上する。
(第3実施形態)
図3は、本実施形態に係る発光デバイス1の模式的な上面図である。ガラス基板2の表面の中央部には窪み6が形成されている。窪み6の底面2dからガラス基板2を貫通して側面に露出するように対向する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面において露出して、ガラス基板2に接合している。ガラス基板2の側面に露出するリードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、端子9a、9b、9c、9dを構成している。リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdには、ガラス基板2に埋め込まれた領域において貫通孔7a、7b、7c、7dが形成されている。また、リードフレームLFcとLFdは1枚又は1本の導体から形成されている。
図3は、本実施形態に係る発光デバイス1の模式的な上面図である。ガラス基板2の表面の中央部には窪み6が形成されている。窪み6の底面2dからガラス基板2を貫通して側面に露出するように対向する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面において露出して、ガラス基板2に接合している。ガラス基板2の側面に露出するリードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、端子9a、9b、9c、9dを構成している。リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdには、ガラス基板2に埋め込まれた領域において貫通孔7a、7b、7c、7dが形成されている。また、リードフレームLFcとLFdは1枚又は1本の導体から形成されている。
ここでは、LED3は上面にアノードとカソード電極を形成した構造のLEDであり、窪み6の中央部のLF上に高熱伝導性の接着剤で固定されている。LED3の上部に形成された図示しないアノードおよびカソード電極と、リードフレームLFa及びLFbの夫々がワイヤー4a及び4bを介して電気的に接続されている。従って、リードフレームLFa、LFbからLED3に電力が供給される。
リードフレームLFc、LFdはLED3で発生した熱の放熱用熱伝導体として機能する。図3ではリードフレームLFc、LFdには貫通孔7を形成しているが、貫通孔を小さくするか無くすことにより、リードフレームLFa、LFbよりも熱抵抗を下げることができ、LED3で発生した熱を効果的に外部へ放出することができる。その他の構成は実施形態1と同様なので、説明を省略する。
(第4実施形態)
図4は本実施形態に係る発光デバイス1の模式図である。図4(a)に発光デバイス1の縦断面を、図4(b)にその上面概観を模式的に示す。また、図4(c)は図4(b)の変形例の上面図である。図示するように、窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面から突出している。この突出部において、各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは端子10a、10b、10c、10dを構成している。従って、端子10a、10bは、LED3への電力供給用として、また、10c、10dは放熱用の放熱フィンとして機能する。その他の構成は、第3実施形態と同様なので、説明を省略する。
図4は本実施形態に係る発光デバイス1の模式図である。図4(a)に発光デバイス1の縦断面を、図4(b)にその上面概観を模式的に示す。また、図4(c)は図4(b)の変形例の上面図である。図示するように、窪み6の底面からガラス基板2を貫通して側面に露出する2つのリードフレームLFa、LFbの他に、これらのリードフレームLFa、LFbの方向に直交する方向にリードフレームLFc、LFdが設けられている。各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面から突出している。この突出部において、各リードフレームLFa、LFb、LFc、LFdは端子10a、10b、10c、10dを構成している。従って、端子10a、10bは、LED3への電力供給用として、また、10c、10dは放熱用の放熱フィンとして機能する。その他の構成は、第3実施形態と同様なので、説明を省略する。
図4(c)に示す構成では、端子10’c、10’dは、端子10c、10dよりも面積が広く形成されている。これにより、端子10c、10dは、放熱用フィンとしての機能が高くなり、LED3で発生した熱を更に効率的に外部に放熱することができる。
(第5実施形態)
図5に、本実施形態に係る発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。ここでは、ガラス基板2とリードフレームLFとの間の接合面に酸化膜を形成し、リードフレームLFとガラス基板2との接合性を向上させている。
図5に、本実施形態に係る発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。ここでは、ガラス基板2とリードフレームLFとの間の接合面に酸化膜を形成し、リードフレームLFとガラス基板2との接合性を向上させている。
図5に示すように、ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状である。窪み6の底面においてガラス基板2から露出し、窪み6の周囲のガラス基板2を貫通してその側面に露出するように、リードフレームLFa、LFbが設置されている。窪み6の底面に露出したリードフレームLFaの表面には発光素子であるLED3が実装されている。リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との間には、リードフレームLFa、LFbを構成する金属材料を酸化させた酸化膜8が形成されている。この酸化膜8を形成することにより、ガラス基板2とリードフレームLFa、LFbとの間の接合性、密着性が向上する。また、リードフレームLFa、LFbの、少なくともLED3が実装される表面、ワイヤー4による接続面、また、端子9の表面は、他の端子と電気的に接続するために酸化膜8は除去されている。
(第6実施形態)
図6に、本実施形態に係る発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。ここでは、リードフレームLFとして、2種類以上の異なる金属を貼り合わせたクラッド材を使用している。例えば、一層目をNiFe合金(LFa1、LFb1)とし、二層目をCu(LFa2、LFb2)とする。また、更に三層目にNiFe合金を貼り合わせることもできる。その他の構成は第1実施形態と同じなので説明を省略する。
図6に、本実施形態に係る発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。ここでは、リードフレームLFとして、2種類以上の異なる金属を貼り合わせたクラッド材を使用している。例えば、一層目をNiFe合金(LFa1、LFb1)とし、二層目をCu(LFa2、LFb2)とする。また、更に三層目にNiFe合金を貼り合わせることもできる。その他の構成は第1実施形態と同じなので説明を省略する。
このようにすれば、熱膨張係数はガラス基板2に近く、例えば熱膨張係数の差を4×10−6/K以下とすることができる。また、電気抵抗が小さく、かつ熱伝導性を高くすることができる。これにより、LED3に電力を供給する際の電圧降下を低減することができる。更に、LED3で発生した熱を、リードフレームLFを介して効率よく放熱することができる。また、リードフレームLFの一層目をNiFe合金、LEDが実装される二層目をCuとすれば、リードフレームLFに対するはんだ付けが可能となる。また、NiFe合金が外側にむき出しの場合でも、CuやAuのメッキ処理を施すことにより、はんだ付けが容易となる。
(第7実施形態)
図7に、本実施形態に係る発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。ここでは、発光デバイス1の側面に露出する端子が、発光デバイス1の裏面13と同じ平面上に折り曲げられている。この側面に露出する端子以外の構成は、第1実施形態の構成と同様なので、説明を省略する。
図7に、本実施形態に係る発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。ここでは、発光デバイス1の側面に露出する端子が、発光デバイス1の裏面13と同じ平面上に折り曲げられている。この側面に露出する端子以外の構成は、第1実施形態の構成と同様なので、説明を省略する。
図7(a)では、2つの端子11a、11bは、発光デバイス1の側面に露出するリードフレームLFa、LFbが折り曲げられて、ガラス基板2の側面に接合し、更に裏面13に接合して形成されている。これにより、場所をとらないで発光デバイス1を回路基板等へ実装することが容易となる。図7(b)では、2つの端子12a、12bは、ガラス基板2の側面に露出するリードフレームLFa、LFbが折り曲げられてガラス基板2の側面に接合し、更に、ガラス基板2の裏面13と同じ平面上に側面から突出するように折り曲げられて形成されている。これにより、回路基板等への実装が容易となるとともに、放熱効果を向上させることができる。
なお、上述の第1実施形態から第7実施形態において、LED3が実装されるリードフレームLFaは、なるべく熱伝導率を高くすることが好ましい。そこで、ガラス基板2に埋め込まれる領域のリードフレームLFの、熱が伝達される方向に直交する面の断面積について、LED3が実装されるリードフレームLFaの当該断面積をワイヤー4が接続されるリードフレームLFbの当該断面積よりも大きく形成する。そして、リードフレームLFbの当該断面積は、LED3に必要な電力が供給できる程度とする。これにより、リードフレームLFの材料を有効に使用することができ、製造コストの低減を図ることができる。なお、図3又は図4に示すような3本以上のリードフレームLFを形成した発光デバイス1は、LED3が固定されるリードフレームLFc、LFdの全体の当該断面積をリードフレームLFa、LFbの全体の当該断面積よりも大きく形成するとよい。
(第8実施形態)
図8に、本実施形態に係る発光デバイス1を模式的に示す。図8(a)は発光デバイス1の縦断面図であり、図8(b)はその上面図である。本実施形態は、LED3をリードフレームLFa、LFbに表面実装した例である。
図8に、本実施形態に係る発光デバイス1を模式的に示す。図8(a)は発光デバイス1の縦断面図であり、図8(b)はその上面図である。本実施形態は、LED3をリードフレームLFa、LFbに表面実装した例である。
図8(a)、(b)に示すように、ガラス基板2には窪み6が形成されている。リードフレームLFa、LFbは、窪み6の底面2dにおいて露出し、更に、窪み6の周囲のガラス基板2を貫通し、側面において露出している。リードフレームLFa、LFbは、窪み6の底面2dにおいてガラス基板2と接合し、窪み6の周囲においてガラス基板2に埋め込まれ、ガラス基板2の側面において折り曲げられて、ガラス基板2に接合している。リードフレームLFa、LFbには、ガラス基板2に埋め込まれた領域に貫通孔7が形成されている。リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2の側面において端子9a、9bを構成している。窪み6の底面2dに露出するリードフレームLFa、LFbの上には導電材14a、14bを介してLED3が平面実装されている。LED3は、封止材5により封止されている。SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材等を使用して、フリップチップボンディングすることができる。
これにより、ワイヤーボンディングが不要となるので、製造工程数を減少させて製造コストを低減することができる。また、LED3において発生した熱を、2つのリードフレームLFa、LFbにより外部へ放熱することができるので、放熱効果を向上させることができる。また、ワイヤーを形成する必要がないので、発光デバイス1の厚さを薄くすることができる。その他の構成は、第1実施形態や第2実施形態と同様なので、説明を省略する。
(第9実施形態)
図9に、本実施形態に係る発光デバイス1を模式的に示す。図9(b)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図9(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状である。第1実施形態と同様に、リードフレームLFa、LFbは、窪み6の周囲のガラス基板2を横方向に貫通して設けられており、窪み6の底面とガラス基板2の側面から露出している。側面から露出したリードフレームLFa、LFbが端子9a、端子9bとして使用される。リードフレームには、LED3が実装された表面の裏側に突起9eが形成されており、この突起9eはガラス基板2を貫通してガラス基板の底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームLFaもしくは突起9eを介して外部に放熱することができる。ここでは、突起9eの熱抵抗がはるかに小さいため、突起9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。なお、LED3を発光させるための電力供給端子として端子9a、端子9bを用いるが、端子9aの代わりに突起9eを用いることも可能である。
図9に、本実施形態に係る発光デバイス1を模式的に示す。図9(b)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図9(a)に示す。ガラス基板2の中央部には窪み6が形成されている。窪み6は上方の直径が大きくなるすり鉢状の形状である。第1実施形態と同様に、リードフレームLFa、LFbは、窪み6の周囲のガラス基板2を横方向に貫通して設けられており、窪み6の底面とガラス基板2の側面から露出している。側面から露出したリードフレームLFa、LFbが端子9a、端子9bとして使用される。リードフレームには、LED3が実装された表面の裏側に突起9eが形成されており、この突起9eはガラス基板2を貫通してガラス基板の底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームLFaもしくは突起9eを介して外部に放熱することができる。ここでは、突起9eの熱抵抗がはるかに小さいため、突起9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。なお、LED3を発光させるための電力供給端子として端子9a、端子9bを用いるが、端子9aの代わりに突起9eを用いることも可能である。
突起を有するリードフレームは、圧延接合法、異形加工・プレス加工等の塑性加工法、或いは溶接法によって容易に製作することが可能である。その他、ガラス基板2の材料、封止材5等については、第1実施形態と同様なので、説明を省略する。なお、第3実施形態のように、リードフレームに貫通孔を設ければ、ガラス基板2を軟化させたときのガラス材料の流動性が向上することは、第3実施形態と同様である。
(第10実施形態)
図10に、本実施形態に係る発光デバイス1を模式的に示す。図10(c)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図10(a)に、Y-Y部分の断面を図10(b)に示す。図示するように、LED3の実装部にはリードフレームに突起9eが形成されており、ガラス基板2を貫通して底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームの突起9eを介して外部に放熱することができるため、例えば突起9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。なお、LED3を発光させるための電力供給端子として端子9a、端子9b、端子9c、端子9dが使用されるが、端子9c、端子9dの代わりに突起9eを使うことも可能である。
図10に、本実施形態に係る発光デバイス1を模式的に示す。図10(c)は発光デバイス1の上面図であり、図中のX−X部分の断面を図10(a)に、Y-Y部分の断面を図10(b)に示す。図示するように、LED3の実装部にはリードフレームに突起9eが形成されており、ガラス基板2を貫通して底面で露出している。LED3で発生した熱は、リードフレームの突起9eを介して外部に放熱することができるため、例えば突起9eにヒートシンクを接合することにより、高い放熱効果が得られる。なお、LED3を発光させるための電力供給端子として端子9a、端子9b、端子9c、端子9dが使用されるが、端子9c、端子9dの代わりに突起9eを使うことも可能である。
突起を有するリードフレームは、圧延接合法、異形加工・プレス加工等の塑性加工法、或いは溶接法によって容易に製作することが可能である。その他、ガラス基板2の材料、封止材5等については、第1実施形態と同様なので、説明を省略する。なお、第3実施形態のように、リードフレームに貫通孔を設ければ、ガラス基板2を軟化させたときのガラス材料の流動性が向上することは、第3実施形態と同様である。
上述の各実施形態では、発光デバイス1の平面形状を四角形、窪み6を丸い擂鉢状の形状として説明したが、これに限定されない。発光デバイス1の平面形状は円形でも、四角形以外の多角形でもよい。また、窪み6は、四角形或いは他の多角形でもよいし、傾斜面が円弧状、或いは双曲線状の形状でもよい。
次に、図11〜図18を用いて、発光デバイス1の製造方法について説明する。
(第1参考例)
図11は、発光デバイス1の製造方法を表すフロー図である。ここでは貫通孔7が形成されたリードフレームLFを用いている。
図11は、発光デバイス1の製造方法を表すフロー図である。ここでは貫通孔7が形成されたリードフレームLFを用いている。
<設置工程>
図11(a)は、設置工程を表す模式図である。ガラス板18の上にリードフレームLFを設置する。リードフレームLFは、板状の導体からなる2つのリードフレームLFaとリードフレームLFbを向かい合わせて設置している。各リードフレームLFa、LFbの幅広部分には、軟化したガラス材料が迅速に流動するように貫通孔7a、7bが形成されている。このリードフレームLFが設置されたガラス板18を、凹部20を形成した下型19と、表面に凸部16を形成した上型15の間に設置する。上型15の凸部16をリードフレームLFa、LFbに対向させて設置している。
図11(a)は、設置工程を表す模式図である。ガラス板18の上にリードフレームLFを設置する。リードフレームLFは、板状の導体からなる2つのリードフレームLFaとリードフレームLFbを向かい合わせて設置している。各リードフレームLFa、LFbの幅広部分には、軟化したガラス材料が迅速に流動するように貫通孔7a、7bが形成されている。このリードフレームLFが設置されたガラス板18を、凹部20を形成した下型19と、表面に凸部16を形成した上型15の間に設置する。上型15の凸部16をリードフレームLFa、LFbに対向させて設置している。
<接合工程>
次に、下型19、上型15及びガラス板18を加熱してガラス板18を軟化させる。ガラス板18を加熱して、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成された凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、ガラス板18の一部のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa及びLFbの夫々には貫通孔7a及び7bがあるので、ガラス板18の流動が促進される。
次に、下型19、上型15及びガラス板18を加熱してガラス板18を軟化させる。ガラス板18を加熱して、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成された凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、ガラス板18の一部のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa及びLFbの夫々には貫通孔7a及び7bがあるので、ガラス板18の流動が促進される。
図9(b)は、下型19及び上型15から取り出したガラス基板2を表す縦断面図及び上面図である。ガラス基板2の上面には、上型15の凸部16に対応する位置に窪み6が形成される。リードフレームLFa、LFbの夫々の端部は、窪み6の底面2dにおいて外部に露出するようにして、ガラス基板2の表面に接合される。リードフレームLFa、LFbは、窪み6の周辺部においてガラス基板2に埋め込まれて接合される。ガラス基板2の側面には、端子10a、10bとなるリードフレームLFa、LFbが突出する。
<実装工程>
図11(c)は、窪み6の底面2dに露出したリードフレームLFaの上に発光素子であるLED3を実装した状態を表す縦断面図である。SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、実装することができる。更に、LED3の上面に形成した図示しない電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4によりボンディングを行う。
図11(c)は、窪み6の底面2dに露出したリードフレームLFaの上に発光素子であるLED3を実装した状態を表す縦断面図である。SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、実装することができる。更に、LED3の上面に形成した図示しない電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4によりボンディングを行う。
<封止工程>
図11(d)は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を塗布して、電子部品3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5は、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物とすることができる。具体的には、ディスペンサー等を用いて金属アルコキシドの溶液を窪み6に充填する。例えば、nSi(OCH3)4、4nH2O、触媒NH4OH、亀裂防止剤DMF(DMF:ジメチルホルムアミド)の混合液を使用することができる。これを室温から約60℃において加水分解及び重合を行って、ポリメタロキサンのゾルを形成する。更に室温から60℃において重合してシリコン酸化物の湿潤ゲルを形成し、温度約100℃又は100℃以上において乾燥、焼成を行い、シリコン酸化物を形成する。或いは、ポリメタロキサンを充填して、上記と同様に重合及び焼成してシリコン酸化物を形成してもよい。
図11(d)は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を塗布して、電子部品3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5は、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物とすることができる。具体的には、ディスペンサー等を用いて金属アルコキシドの溶液を窪み6に充填する。例えば、nSi(OCH3)4、4nH2O、触媒NH4OH、亀裂防止剤DMF(DMF:ジメチルホルムアミド)の混合液を使用することができる。これを室温から約60℃において加水分解及び重合を行って、ポリメタロキサンのゾルを形成する。更に室温から60℃において重合してシリコン酸化物の湿潤ゲルを形成し、温度約100℃又は100℃以上において乾燥、焼成を行い、シリコン酸化物を形成する。或いは、ポリメタロキサンを充填して、上記と同様に重合及び焼成してシリコン酸化物を形成してもよい。
このように、封止材5として金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを用いれば、発光デバイス1を無機材料だけで構成することができる。そのために、LED3から発光される紫外線や可視光線により材料が変色する等の不具合を防止することができる。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時に、リードフレームLFを窪みの周辺部に埋め込み、更にガラス基板2から突出させて端子10a、10bも形成する。このような方法によるガラス基板2とリードフレームLFの接合は、密着性や気密性が優れているので、信頼性の高い発光デバイス1が実現できる。また、ガラス板18を軟化させて窪み6を形成した後に、LED3を実装しているので、半導体技術でよく使用されるワイヤーボンディングによる配線を行うことができる。
また、窪み6の壁面を反射面として使用するために、反射率の高い金属膜や誘電体多層膜を形成してもよい。これにより、発光デバイス1から射出される光に指向性を付与することが容易である。また、ガラス基板2として白色又は乳白色を呈する材料を使用することができる。これにより経時的に変色のない反射層を構成することができる。更に、封止材5として、蛍光体分散に適した粘度の材料を選択することができる。また、ガラス基板2が軟化するような温度に晒されないので、この封止材5に混入させる蛍光材の選択の幅が拡大する。
(第2参考例)
図12から図17は、本例の発光デバイス1の製造方法を説明するフロー図である。ここでは、第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bの間にリードフレームLFを挟み、上型15と下型19の間に挿入設置して、ガラスとリードフレームLFとを接合する。
図12から図17は、本例の発光デバイス1の製造方法を説明するフロー図である。ここでは、第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bの間にリードフレームLFを挟み、上型15と下型19の間に挿入設置して、ガラスとリードフレームLFとを接合する。
<準備工程>
図12は、第2ガラス基板2bを準備する工程を説明する模式図であり、図13は、第1ガラス基板2aを準備する工程を説明する模式図である。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bともに、ガラス板を軟化させて成形法により形成する。
図12は、第2ガラス基板2bを準備する工程を説明する模式図であり、図13は、第1ガラス基板2aを準備する工程を説明する模式図である。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bともに、ガラス板を軟化させて成形法により形成する。
図12(a)は、上ガラス板23を下型22と上型21の間に挿入した状態を表す模式図である。図12(a)に示すように、下型22の表面には凹部26が形成されている。上型21の表面には凸部24が形成され、その周囲には窪み25が形成されている。上ガラス板23を下型22と上型21の間に挿入し、上ガラス板23が軟化する温度に加熱して、下型22に上型21を押圧する。その結果、図12(b)及び(c)に示すように、中央部に開口部30を有する第2ガラス基板2bが成形される。開口部30は第2ガラス基板2bの斜面27によって周囲を囲まれている。ここで、図12(b)は第2ガラス基板2bの縦断面図であり、図12(c)は第2ガラス基板2bの上面図である。
図13(a)は、下ガラス板23’を下型22’と上型21’の間に挿入した状態を表す模式図である。図13(a)に示すように、下型22’の表面には凹部26’が形成され、上型21’にも凹部25’が形成されている。下ガラス板23’を下型22’と上型21’との間に挿入し、下ガラス板23’が軟化する温度に加熱して、下型22’に上型21’を押圧する。その結果、図13(b)及び(c)に示すように、第1ガラス基板2aの左右の端部にリードフレームLFの端子9a、9bを接合するための電極装着部29a、29bが形成される。ここで、図13(b)は第1ガラス基板2aの縦断面図、図13(c)は第1ガラス基板2aの上面図である。
図14は、リードフレームLFを準備する工程を説明する模式図であり、図14(a)はリードフレームLFa、LFbの上面図、図14(b)はリードフレームLFa、LFbの側面図である。金属又は合金の導体板を型による打ち抜きやエッチングにより成型してから、端部を折り曲げてリードフレームLFa、LFbを形成する。折り曲げられた端部は、電力供給用及び放熱用の端子9a、9bとして機能する。リードフレームLFaとLFbは、中央部の幅が狭く、周辺部は幅広に形成している。2つのリードフレームLFaとLFbとは、幅の狭いほうを向かい合わせる。リードフレームLFa、LFbの幅広の部分に、軟化したガラス材料の流動性をよくするために、貫通孔を設けてもよい。
<設置工程>
図15(a)は、設置工程を表す模式図である。第1ガラス基板2aの上にリードフレームLFa、LFbを向かい合わせて設置し、その上に第2ガラス基板2bを設置する。この状態のまま第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bを、下型19と上型15の間に設置する。下型19の表面には凹部20が形成されている。上型15の表面には凸部16が形成され、その周辺は窪み17が形成されている。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bの材料、リードフレームLFの材料、熱膨張係数等は、第1実施形態で説明したものと同様なので、説明を省略する。
図15(a)は、設置工程を表す模式図である。第1ガラス基板2aの上にリードフレームLFa、LFbを向かい合わせて設置し、その上に第2ガラス基板2bを設置する。この状態のまま第1ガラス基板2aと第2ガラス基板2bを、下型19と上型15の間に設置する。下型19の表面には凹部20が形成されている。上型15の表面には凸部16が形成され、その周辺は窪み17が形成されている。第1ガラス基板2a、第2ガラス基板2bの材料、リードフレームLFの材料、熱膨張係数等は、第1実施形態で説明したものと同様なので、説明を省略する。
なお、上型15の凸部16の直径は、第2ガラス基板2bの開口部30より大きく形成し、上型15の窪み17の深さは、第2ガラス基板2bの厚さより厚く、即ち深く形成している。第2ガラス基板2bを軟化させて下型19に上型15を押圧したときに、上型15の窪み17に第2ガラス基板2bを流動させるためである。
<接合工程>
次に、下型19、上型15、第1及び第2ガラス基板2a、2bを加熱して、第1及び第2ガラス基板2a、2bを軟化させる。この状態で、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成される凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、第2ガラス基板2bと第1ガラス基板2aの少なくとも一方のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa及びLFbの夫々に貫通孔がある場合は、ガラス材料の流動が促進される。
次に、下型19、上型15、第1及び第2ガラス基板2a、2bを加熱して、第1及び第2ガラス基板2a、2bを軟化させる。この状態で、下型19及び上型15を矢印の方向に押圧する。従って、上型15の表面に形成される凸部16の上面がリードフレームLFa、LFbに当接する。これにより、第2ガラス基板2bと第1ガラス基板2aの少なくとも一方のガラス材料は上型15の窪み17に流動する。リードフレームLFa及びLFbの夫々に貫通孔がある場合は、ガラス材料の流動が促進される。
このように成型したパッケージ基体を図15(b)、(c)に模式的に示す。すなわち、図15(b)は、リードフレームLFa、LFbと第1ガラス基板2a、及び第2ガラス基板2bを接合した後に型から取り出したガラス基板2の断面図であり、図15(c)はその上面図である。図示するように、ガラス基板2の上面には、上型15の凸部16に対応する位置に窪み6が形成される。窪み6の底面2dには、リードフレームLFa、LFbの夫々の端部が外部に露出して、ガラス基板2の表面に接合される。窪み6の周辺部において、リードフレームLFa、LFbは、ガラス基板2に埋め込まれて接合される。リードフレームLFa、LFbの端部はガラス基板2の側面に接合して端子9a、9bが形成される。
<実装工程>
図16は、窪み6の底面に露出したリードフレームLFaの上に発光素子としてLED3を実装した状態を表す模式図である。図16(a)はその縦断面図であり(b)はその上面図である。図16(a)に示すように、図示しない導電材を介在して、リードフレームLFaの上にLED3を実装する。ここで、SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、ボンディングすることができる。更に、LED3の図示しない上部電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4によりワイヤーボンディングを行って接続する。
図16は、窪み6の底面に露出したリードフレームLFaの上に発光素子としてLED3を実装した状態を表す模式図である。図16(a)はその縦断面図であり(b)はその上面図である。図16(a)に示すように、図示しない導電材を介在して、リードフレームLFaの上にLED3を実装する。ここで、SnAgCuやAuSn等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して、ボンディングすることができる。更に、LED3の図示しない上部電極と、露出したリードフレームLFbとを、Au等からなるワイヤー4によりワイヤーボンディングを行って接続する。
<封止工程>
図17は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を塗布して、LED3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5には、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物を用いることができる。具体的には、第1参考例の説明と同様なので、説明を省略する。
図17は、窪み6に封止材5を塗布した状態を表す縦断面図及び上面図である。透明樹脂からなる封止材5を塗布して、LED3及びワイヤー4を封止した。なお、封止材5には、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物を用いることができる。具体的には、第1参考例の説明と同様なので、説明を省略する。
このように、ガラス基板2に窪み6を形成すると同時にその周辺部にリードフレームLFを埋め込み、更に端子も同時に形成するので、製造工程数を削減し、製造コストを低減することができる。特に、窪み6を第2ガラス基板2bから形成しているので、ガラス材料の流動距離が減少し、リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との間を短時間で接合させることができる。また、ガラス基板2とリードフレームLFの接合は密着性、気密性が優れているので、信頼性の高い発光デバイス1を製造することができる。また、ガラス板18を軟化させて窪み6を形成した後に、LED3を実装しているので、半導体技術でよく使用されるワイヤーボンディングによる配線を行うことができる。更に、窪み6の壁面を反射面として使用する場合に、反射率の高い金属膜や誘電体多層膜を形成することができる。これにより、発光デバイス1から射出される光に指向性を付与することが容易である。また、第2ガラス基板2bとして白色又は乳白色を呈する材料を使用することができる。これにより経時的に変色の少ない反射層を構成することができる。更に、封止材5は、蛍光体分散に適した粘度の材料を選択することができる。また、ガラス基板2が軟化する温度に晒されないので、LED3から発光する光の波長を変換させるための蛍光材の選択の幅が拡大する。
(第3参考例)
図18は、発光デバイス1の製造方法を説明する模式図である。本例では、接合工程の前にリードフレームLFの表面に酸化膜を形成して、リードフレームLFとガラス基板2との間の接合性を向上させている。
図18は、発光デバイス1の製造方法を説明する模式図である。本例では、接合工程の前にリードフレームLFの表面に酸化膜を形成して、リードフレームLFとガラス基板2との間の接合性を向上させている。
図18(a)は、リードフレームLFa、LFbを、金属又は合金の板からプレス抜きにより形成した状態を表す縦断面図である。図18(b)は、リードフレームLFa、LFbの表面に酸化膜を形成する酸化工程を表す縦断面図である。リードフレームLFを酸素雰囲気中で熱処理し、表面に酸化膜31を形成する。例えば、水分を含んだ大気中で熱処理する。リードフレームLFとして、NiFe系合金、例えばコバールを使用する場合には、温度約800℃以上で、表面が灰色になる程度に酸化処理を行う。
図18(c)は、リードフレームLFa、LFbの端部をプレス加工により折り曲げた状態を表す縦断面図である。この折り曲げにより、端子9a、9bを形成する。なお、リードフレームLFa、LFbを折り曲げた後に、酸化工程を行って表面に酸化膜31を形成してもよい。
図18(d)は、リードフレームLF、LFbをガラス基板2に接合した状態を表す縦断面図である。設置工程及び接合工程は、第1参考例や第2参考例と同様でよいので、説明を省略する。図示するように、リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との接触面には酸化膜31が介在している。そのために、リードフレームLFa、LFbとガラス基板2との間の密着性、気密性が向上する。
次に、還元処理を行って外部に露出するリードフレームLFa、LFbの表面から酸化膜を除去する。図18(e)に、酸化膜除去工程により、リードフレームLFa、LFbの露出表面から酸化膜31が除去された状態を表す。酸化膜除去工程では、水素ガス或いはキャリアガスとしてN2ガスを混入した水素ガスの雰囲気中でガラス基板2を加熱処理する。或いは、フッ酸等によりリードフレームLFa、LFbの表面から酸化膜を除去する。これにより、LED3を実装する実装面や、端子9a、9bの表面に金属又は合金が露出することとなり、他の導電材料との電気的接続が可能となる。
図18(f)は、LED3をリードフレームLFaの上に実装した実装工程を表す縦断面図である。図18(g)は、LED3及びワイヤー4を封止材5により封止した状態を表す縦断面図である。実装工程及び封止工程は第1参考例や第2参考例と同様でよいので説明を省略する。なお、酸化処理は接合工程の前であればよい。従って、リードフレームLFのプレス加工による曲げ加工(図18(c))の後でもよいし、リードフレームLFのプレス抜き加工(図18(a))の前でもよい。また、酸化処理前に、LED3の実装面および端子9a、9bに当たる箇所に、レジスト塗布や遮蔽板設置等によって酸化を防止すれば、上述の酸化膜除去工程が不要になる。
1 発光デバイス
2 ガラス基板
3 LED
4 ワイヤー
5 封止材
6 窪み
7 貫通孔
8 酸化膜
9、10、11、12 端子
2 ガラス基板
3 LED
4 ワイヤー
5 封止材
6 窪み
7 貫通孔
8 酸化膜
9、10、11、12 端子
Claims (9)
- 表面に窪みが形成されたガラス基板と、
前記ガラス基板に埋め込まれるとともに、前記ガラス基板の側面と前記窪みの底面から露出する部位を持つリードフレームと、
前記窪みから露出したリードフレームに電気的に接続された発光素子と、
前記発光素子を覆う封止材と、を備えた発光デバイス。 - 前記リードフレームには、前記発光素子を実装した部分の裏側に突起部が形成されており、前記突起部は前記ガラス基板を貫通して前記ガラス基板の底面で露出することを特徴とする請求項1に記載の発光デバイス。
- 前記ガラス基板は、前記窪みを構成する領域において白色又は乳白色であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光デバイス。
- 前記封止材は、金属アルコキシドから形成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光デバイス。
- 前記ガラス基板と前記リードフレームの熱膨張係数の差が、4×10−6/K(Kはケルビン)以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光デバイス。
- 前記ガラス基板の熱膨張係数は8×10−6/Kから11×10−6/Kであり、前記リードフレームの熱膨張係数は4×10−6から15×10−6/Kであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光デバイス。
- 前記リードフレームは、材料の異なる金属が接合されたクラッド材からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光デバイス。
- 前記リードフレームは金属材料で形成されており、前記リードフレームと前記ガラス基板との間の接合面には、前記リードフレームを構成する金属材料の酸化物からなる酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光デバイス。
- 前記リードフレームには、前記ガラス基板に埋め込まれた領域において貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光デバイス。
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