(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載のLED発光装置では製造方法が簡便になるものの、白色光を得るLED発光装置を得るためには、蛍光体を混合した第2の樹脂を滴下して製造するものであるため、製造雰囲気の温度制御、粘度管理を厳しくしないと上に凸となる第2樹脂体の形状、大きさが変化する。そのため、青色LEDベアチップからの発光と蛍光体からの発光で得る白色光の色度変化が生じやすく、一定品質のLED発光装置を得るのが難しく、強いては製造歩留りを低下させるという問題がある。
【0006】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、白色発光の色度の再現性を向上させて一定品質の白色発光の面実装型のLED発光装置を製造バラツキを少なくして製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る面実装型の発光ダイオード発光装置の製造方法は、表面に配線パターンが形成された配線基板の上に、LEDベアチップを配置する工程と、
前記LEDベアチップよりも大きな面状の開口および面状の開口の周囲に設けた線状の切り抜き孔を設けた積層シートマスクを、前記LEDベアチップが前記開口内に位置するように前記配線基板に重ね合わせる行程と、
前記積層シートマスク上から、流動性の樹脂材料を塗布して前記切り抜き孔内に流動性樹脂材料を充填する工程と、
前記積層シートマスクの上部シートマスクを取り外して、残存シートマスクの厚さよりも高い樹脂ダムを形成する樹脂ダム形成工程と、
前記残存シートの開口内に、波長変換材料を配線基板表面から所定の距離隔てた波長変換層表面を形成するように充填する工程と、
前記残存シートを配線基板から取り外す工程と、
少なくとも前記樹脂ダム部の内側側面および波長変換材料層表面を覆う樹脂モールド層を形成する工程、を行うことを特徴とする。
【0008】
さらに、前記樹脂ダム形成工程と、波長変換材料充填工程との間に、
第2の開口を設けた厚み第2シートマスクを、第2の開口が前記残存シートの開口上に位置するように残存シート上に貼付する工程を行い、
前記残存シート取外し工程は、前記積層シートマスクおよび第2シートマスクを取り外す工程であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
請求項1の発明とすることにより、波長変換層の厚みを均一に保つことができる。発光色度の再現性と配光特性の再現性を高めた面実装型のLED発光装置を製造することができる。
【0010】
請求項2の発明とすることにより、波長変換層の厚みを任意に変えた面実装型のLED発光装置を再現性よく製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態である白色発光のLED発光装置について図面を参照しながら説明する。
【0013】
図1は、本実施の形態におけるLED発光装置の斜視図であり、
図2は、
図1のA−A線に沿った断面図である。
【0014】
LED発光装置1は、複数のLEDベアチップ2が配線基板3上に搭載され、LEDベアチップ2および配線基板3の一部を覆うように樹脂モールド層4がドーム状に形成された発光装置である。また、樹脂モールド層4内には、蛍光体等の波長変換材料を含有する波長変換層5を設けている。このLED発光装置1は、複数のLEDベアチップ2を同時に発光させることで、一つの光源として用いられる。
【0015】
LEDベアチップ2は、成長基板上に所定の半導体発光層を成長させて得た積層構造からなる半導体発光層を成長基板上もしくは貼り付け基板上に設けたウエハを切断して個片化して得たものを用いる。LEDベアチップ2には図示しないアノード電極およびカソード電極がその表面に形成されている。半導体発光層としては、所望の用途に合わせて各種のものを用いることができるが、好適にはGaN、GaAlN、AlGaInNなどの窒化ガリウム系やSiC系などの青色〜紫外線を発光する半導体発光層を用いる。なお、
図2では青色発光の窒化ガリウム系の半導体発光層を有するLEDベアチップ2が一列に3個隣接して配置されている。
【0016】
配線基板3は、例えば、酸化チタンなどの無機材料からなるセラミック基板、表面にレジスト層を設けたアルミニウム等の金属板。ガラスエポキシ基板等からなるプリント基板、金属板上と樹脂基板を貼付した金属貼付基板などが用いられ、配線パターンが形成されている。
【0017】
配線基板3上に形成される配線パターンは、例えば
図2に示すように、LEDベアチップ2とダイボンディングされ電気的および機械的に接続されるLEDべアチップ接続部と、LEDベアチップ部から延びて樹脂モールド層4外に延伸し基板側面および基板底面の一部に位置する接続端子部とを備えた第1の配線パターン31と、樹脂モールド層4で覆われたLEDベアチップ接続部と、LEDベアチップ部から延びて樹脂モールド層4外に延伸し基板側面および基板底面の一部に位置する接続端子部とを備えた第2の配線パターン32を備える。符号33は配線基板3のLEDベアチップ搭載部の裏面側の対応する位置に設けた放熱用の金属層パターンで、第1の配線パターン31および第2の配線パターン32と同時に銅などの金属層により形成した第3配線パターンである。
【0018】
樹脂モールド層4は、発光波長に対して透過性を示す透光性樹脂材料、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂からなる。本実施形態では、
図1および
図2に示すように光出射方向である配線基板3の法線方向に対して凸のドーム形状とされている。
上に凸の曲面を有することにより樹脂モールド層4は凸レンズとして機能を有するためLEDベアチップ2および波長変換層5からの光を法線方向に向けて制御して出射することができる。また、樹脂モールド層4内には上面を平坦面とした波長変換層5が設けてあり、平坦な波長変換層上面と樹脂モールド層4の凹部とが隙間なく接触している。したがって、多くのLED発光装置1を製造する場合におけるLEDベアチップ2から発光する光と波長変換層5から放射される波長変換された光の双方の光線軌跡のバラツキを抑制することができると共に法線方向の光の取出し効率を高めることができる。
【0019】
以下、本実施の形態におけるLED発光装置の製造方法について、
図3から
図11を参照して説明する。
【0020】
(第1の実施の形態の製造方法)
図3は、本発明のLED発光装置の製造方法を説明する工程図である。
図4は、
図3のステップS1の工程を説明する(a)斜視図および(b)断面図である。
図5は、
図3のステップS2の工程を説明する(a)斜視図、(b)平面図および(c)断面図である。
図6は、
図5のステップS2の工程における積層シートマスクを説明するために上部層シートマスクを取り除いた状態を示す(a)斜視図、(b)平面図および(c)断面図である。
図7は、
図3のステップS5の工程を説明する(a)斜視図、(b)平面図および(c)断面図である。
図8は、
図3のステップS8の工程を説明する(a)斜視図、(b)平面図および(c)断面図である。
【0021】
まず、ステップS1において、
図4に示すように配線基板3上にLEDベアチップ2を配置する。配線基板2上には予め所定の配線パターン(図示せず)が形成されており、第1の配線パターンのLEDベアチップ接続部上に実装されLEDベアチップ2の一方の電極と電気的導通が図られる。また、第2の配線パターンのLEDベアチップ接続部とLEDベアチップ2の他方の電極とが図示しないワイヤなどを用いて電気的導通が図られる。なお、本実施の形態では、青色発光の窒化ガリウム系の半導体発光層を有するLEDベアチップ6個を2列に密接して格子状に整列配置する。
【0022】
次に、ステップS2において、
図5に示すように配線基板3上に積層シートマスク6を配置する。積層シートマスク6には所定の開口および切り抜き孔が形成されており、配線基板3の所定位置に設けられるように位置合わせをして貼付する。積層シートマスク6の厚みはLEDベアチップ2の高さよりも厚くする。
【0023】
積層シートマスク6は、上部シートマスク61と下部シートマスク62の積層構造からなり、下部シートマスク62の下面には前記配線基板に貼付するための図示しない粘着層が設けられている。
上部シートマスク61には、配線基板3上に配置した複数のLEDベアチップ2からなる発光領域の周囲に位置する線状の切り抜き孔61bが設けてある。切り抜き孔61bは発光領域の中心を中心点とした円弧に沿って複数本、この実施形態では4本の曲線状に形成してある。円周状とすると円周内部のマスク部が脱落するおそれがあるので円弧状に形成することが好ましい。
下部シートマスク62には、
図6に示すようにLEDベアチップ2を密集して設けた発光部領域よりも大きな面状の発光部開口62aと、発光部開口62aの周囲に設けた線状の切り抜き孔62bが設けてある。切り抜き孔62bは発光領域の中心を中心点とした円弧に沿って複数本、この実施形態では4本の曲線状に形成してある。円周状とすると円周内部のマスク部が脱落するおそれがあるので円弧状に形成することが好ましい。また、上部シートマスク61の切り抜き孔61bと下部シートマスク62の切り抜き孔62bは同一位置となるように形成する。
【0024】
なお、ステップS2では積層シートマスク6を上部シートマスク61と下部シートマスク62を事前に積層状態としたシートマスクを用いて重ね合わせて貼付しているが、最初に
図6に示したように下部シートマスク62を貼付するサブ工程を実施し、このサブ工程の後に
図5に示したように上部シートマスク61を重ね合わせて貼付するサブ工程を実施しても良い。
【0025】
次に、ステップS3において、上部シートマスク61の切り抜き孔61bの上に流動性樹脂材料を塗布し、圧力をかけて切り抜き孔61b、62bを通過して配線基板3上に流動性樹脂材料を転写する。このように一種の孔版印刷技術を用いて転写された流動性樹脂材料はステップS4にて硬化して樹脂ダム部となる。流動性樹脂材料としては、樹脂モールド層4と同一の材料が好ましいが、硬化可能な他の樹脂材料でも良い。樹脂モールド層4と同一の材料とすることで、樹脂モールド層4を設けた後のLED発光装置1において樹脂ダムとの境界がわからなくすることができるからである。
【0026】
次に、ステップS4において、ステップS3にて転写した樹脂を硬化する。これにより配線基板3上に複数の樹脂ダム7が固定される。硬化させなくても転写状態を保っている材料の場合は硬化工程を省略しても良い。
【0027】
次に、ステップS5において、
図7に示すように上部シートマスク61を取り外す。これにより配線基板3上には下部シートマスク62が残存する。ステップS4において樹脂ダム7の高さは積層シートマスク6の厚さとほぼ等しく形成されているので、樹脂ダム7の高さは、下部シートマスク62の厚みよりも上方に突出する高さとなる。
【0028】
次に、ステップS6において、
図7に示したように配線基板3上に残存している下部シートマスク62の発光部開口62aの中に波長変換層5の材料(以下、波長変換材料という)を充填する。波長変換材料は、例えば蛍光体を流動性のある透光性樹脂材料内に分散したものなどを用いることができる。蛍光体としては、LEDベアチップ2からの発光により励起されて異なる波長の光を発光する材料、例えば所定の粒径としたYAG蛍光体を用いることができる。
このとき、下部シートマスク62の上面と充填する波長変換材料の最表面とを同一面とすることで、波長変換層5の上面位置、すなわち配線基板表面から波長変換層5の上側表面までの距離を容易に一定に保つことができる。
【0029】
次に、ステップS7において、ステップS6にて充填した転写した波長変換材料を硬化する。これにより配線基板3上に下部シートマスク62の発光部開口62aと同じ大きさの波長変換層5を形成する。
【0030】
次に、ステップS8において、
図7に示したように配線基板3上に残存していた下部シートマスク62を取り外す。
下部シートマスク62を取り外すことで、
図8に示したように配線基板3の一方の表面上には、配線基板3と電気的に接続して配置した複数のLEDベアチップ2と、複数のLEDベアチップ2の上面および側面と、配線基板3の表面の一部を覆う矩形の波長変換層5と、波長変換層5から間隔を開けて波長変換層5を中心として周囲を囲む円筒状の樹脂ダム7を形成することができる。ここで樹脂ダム7は円筒の一部を取り除いた複数の樹脂ダムとなる。この隣接する樹脂ダム間の間隔dは、後に行うステップS9にて充填する樹脂モールド材料が容易に溢れない程度の隙間とする。間隔dの距離は樹脂モールド材料の粘度および形成する樹脂モールド層4の形状に応じて決定する。
【0031】
次に、ステップS9において、樹脂モールド層4を形成する。樹脂モールド層の流動状態にある樹脂材料を型を用いずに形成する。例えば、流動状態にある樹脂材料を中央部の波長変換層5の上からディスペンサーを用いて所定量を滴下する。滴下した流動樹脂モールド材料は、波長変換層5上から側面に流れ落ち、樹脂ダム7に向かって配線基板3の表面を移動する。このとき樹脂ダム7が波長変換層5を取り囲むように形成されているので、樹脂ダム7を超えて配線基板3上に拡がるのを防止する。同時に表面張力を用いることで、滴下を続けると樹脂モールド層4の厚みが増加する方向に体積が増加して上側に向かって凸形状を形成する。所定の凸形状となる体積分を滴下したときに滴下を停止する。その後、凸形状のまま硬化させることで、半球状の樹脂モールド層4を形成することができる。
【0032】
上記したステップS1〜S9を行うことで、
図1および
図2に示したようなLED発光装置1を製造することができる。このとき、滴下する流動樹脂モールド材料の粘度および樹脂ダム7の設置位置などを変更することで、各種の異なった形状のLED発光装置1を製造することができる。
【0033】
また、この製造方法によれば、波長変換層5の厚みを常に所定の厚み(配線基板表面から所定の距離隔てた波長変換層表面までの距離)とすることができる。したがって、LEDベアチップ2から照射される発光と、波長変換層5から波長変換されて生じる発光との混合色で白色発光を行う場合において、両者の強度比を一定にして製造することができる。したがって、LED発光装置1の白色光の色度変化が生じにくく、製造歩留りを向上させることができる。
【0034】
また、樹脂ダム7を用いているので、型を用いずに形成する樹脂モールド層4の形状も安定して同一形状を得るこがができる。したがって、LED発光装置1の配向特性のバラツキも低減することができ、製造歩留りを向上させることができる。
【0035】
(第2の実施形態の製造方法)
以下、本発明の第2の実施形態にかかる製造方法について、
図9から
図11を参照して説明する。
【0036】
図9は、本発明の第2の実施形態のLED発光装置の製造方法を説明する工程図である。
図10は、
図9のステップS51の工程を説明する(a)斜視図、(b)平面図および(c)断面図である。
図11は、
図9のステップS6の工程を説明する(a)斜視図、(b)平面図および(c)断面図である。なお、図面において先の実施形態と同一の箇所・同一のステップについて同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。
【0037】
まず、ステップS1からステップS5までは、先の実施形態と同一のステップにて行う。即ち、配線基板3上に複数のLEDベアチップ2を配置し(ステップS1)、積層シートマスク重ね合わせを実施し(ステップS2)、樹脂ダム7となる部分に流動性樹脂を印刷し(ステップS3)、印刷した流動性樹脂を硬化し(ステップS4)、次いで
図7に示したように上部シートマスク61を取外す(ステップS5)。ステップS5を終了
【0038】
次に、ステップS51において、
図10に示したように配線基板3上に残存している下部シートマスク62の表面に、第2シートマスク8を重ね合わせて貼付する。このとき、第2シートマスク8には予め下部シートマスク62の発光部開口62aと同一の大きさ、同一の位置とした発光部開口8aを形成したものを用い、発光部開口62a、8aが一致するように位置決めして貼付する。また、樹脂ダム7の上面が挿入可能な凹部8bを下面に形成しておく。なお、凹部8bは第2シートマスク8を貫通する孔であっても良い。
【0039】
次に、ステップS6において、
図11に示したように中央部の開口、すなわち、第2シートマスク8の発光部開口8aおよび下部シートマスク62の発光部開口62aの内部に波長変換材料を充填する。先の実施形態では下部シートマスク62の上面と同一高さまで充填するものとしていたが、本実施形態では、
図11に示すように下部シートマスク62の上面を超えて、第2シートマスク8の上面の高さまで充填する。上面の高さと同一高さとするためには、第2シートマスク8の上面をスキージなどを用いて塗布形成することで均一厚みとすることができる。なお、第2シートマスク8の発光部開口8aと下部シートマスク62の発光部開口62aの形状を異ならせても良い。
【0040】
次に、ステップS7において、S6にて充填した波長変換材料を硬化させる。なお、波長変換層5を、硬化工程を行うことなく樹脂モールドできる場合には、ステップS7を省略しても良い。
【0041】
次に、ステップS81において、
図11に示したように配線基板3上に残存していたシートマスク8、62を取り外す。先の実施形態においては下部シートマスク62のみが残存していたが、本実施形態では下部シートマスク62とその上に貼付した第2シートマスク8の積層体が残存シートマスクとなっている。そこで、これらのシートマスク8、62を同時に配線基板3から取り外す。
【0042】
これにより、配線基板3の一方の表面上には、配線基板3と電気的に接続して配置した複数のLEDベアチップ2と、複数のLEDベアチップ2の上面および側面と、配線基板3の表面の一部を覆う矩形の波長変換層5と、波長変換層5から間隔を開けて波長変換料層5を中心として周囲を囲む円筒状の樹脂ダム7を形成することができる。ここで樹脂ダムは円筒の一部を取り除いた複数の樹脂ダム7となる。
【0043】
次に、ステップS9において、樹脂モールド層4を形成する。樹脂モールド層の流動状態にある樹脂材料を型を用いずに形成する。例えば、上側に向かって凸形状となるまで滴下して形成する。所定の凸形状となる体積分を滴下したときに滴下を停止する。その後、凸形状のまま硬化させることで半球状の樹脂モールド層4を形成することができる。
【0044】
上記したステップS1〜S9を順に行うことで、
図1および
図2に示したようなLED発光装置1を製造することができる。このとき、滴下する流動樹脂モールド材料の粘度および樹脂ダム7の設置位置などを変更することで、各種の異なった形状のLED発光装置1を製造することができる。
【0045】
また、この製造方法によれば、波長変換層5の厚みを常に所定の厚み(配線基板表面から所定の距離隔てた波長変換層表面までの距離)とすることができる。したがって、LEDベアチップ2から照射される発光と、波長変換層5から波長変換されて生じる発光との混合色で白色発光を行う場合において、両者の強度比を一定にして製造することができる。したがって、LED発光装置1の白色光の色度変化が生じにくく、製造歩留りを向上させることができる。
【0046】
また、樹脂ダム7を用いているので、型を用いずに形成する樹脂モールド層4の形状も安定して同一形状を得るこがができる。したがって、LED発光装置1の配向特性のバラツキも低減することができ、製造歩留りを向上させることができる。
【0047】
さらに、第2シートマスク8を重ね合わせて貼付することで、波長変換層5の厚みを適宜調整することができる。これにより、LEDベアチップ2から照射される発光と、波長変換層5から波長変換されて生じる発光との混合色で白色発光を行う場合において、原料である波長変換材料を含む充填材料を変更せずに、すなわち(波長変換材料を含む充填材料に含まれる蛍光体等の濃度を一定に保ったまま、波長変換層5の厚みを変えることで、両者の強度比を異ならせた複数種類のLED発光装置1を歩留りを大きく低下させることなく製造することができる。なぜならば、例えばシリコーン樹脂に蛍光体を分散させて充填用の材料を原料を調整するとき、複数の濃度の異なる材料を作成すると、ロット間のバラツキが大きくなる。それに対し、原料の充填用材料の濃度を調整することなく機械的な厚み調整のみで色度を調整するので、ロット間のバラツキも少なく、再現性良く製造できるからである。
【0048】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。例えば、積層シートマスクは2層構造のものに限らず、3層以上のものでもよい、多層構造のシートマスクを用いれば、残存させるシートマスクの枚数を調整するのみで、波長変換層の厚みを容易に変更することができる。また、樹脂ダム7を波長変換層と同一材料で形成するならば、ステップS2の次にステップS3とステップS6を同時に若しくは逆に実施しても良い。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。