JP2007243076A - Light emitting device and manufacturing method of light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子をサブマウント基板上に実装した発光装置及びこの発光装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting device in which a light emitting element is mounted on a submount substrate, and a method for manufacturing the light emitting device.
発光素子に半導体素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子である発光素子は球切れ等の心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)等の半導体発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。特に、GaN系化合物半導体を利用した高輝度の青色発光のLEDが開発され、その輝度性を活用して白色発光の発光装置が実現されている。この白色発光の発光装置は、青色に発光する発光素子の周りを黄色に発光する蛍光物質を含む樹脂で被覆して、白色光を得るというものである。 A light-emitting device using a semiconductor element as a light-emitting element emits light with a small color, high power efficiency, and vivid colors. In addition, a light emitting element which is a semiconductor element does not have a concern about a broken ball. Further, it has excellent initial driving characteristics and is strong against vibration and repeated on / off lighting. Because of such excellent characteristics, light-emitting devices using semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) are used as various light sources. In particular, a high-luminance blue light-emitting LED using a GaN-based compound semiconductor has been developed, and a white light-emitting device has been realized by utilizing the luminance. In this white light emitting device, a light emitting element emitting blue light is covered with a resin containing a fluorescent material emitting yellow light to obtain white light.
また半導体素子には、このような発光素子以外にも、スイッチング用途や電力制御等のため、トランジスタやサイリスタ等が利用されている。このような半導体素子の実装においては、作業性を高めるために、小型の基板であるサブマウント基板に一旦実装した上で、より大きな支持体にダイボンドなどで実装する構成が採用されている。 In addition to such a light emitting element, a transistor, a thyristor, or the like is used as a semiconductor element for switching applications, power control, and the like. In mounting such a semiconductor element, in order to improve workability, a configuration in which the semiconductor device is once mounted on a submount substrate which is a small substrate and then mounted on a larger support by die bonding or the like is employed.
半導体素子は、出力を大きくするためには、入力電流を大きくする必要がある。特に近年の高出力化の要求に伴い、大出力のLEDが開発され、また一方ではこのような半導体素子を複数組み合わせて使用することも行われており、例えば一パッケージにRGBのLEDチップを配置してフルカラーに発光可能とした発光素子が開発されている。このような半導体素子の高出力化、あるいは使用個数の増加に伴って、発熱量も増大している。半導体素子の発熱により、半導体の素子機能が低下するのを防止するため、何らかの放熱対策を講じる必要がある。 In order to increase the output of the semiconductor element, it is necessary to increase the input current. In particular, in response to the demand for higher output in recent years, high-power LEDs have been developed, and on the other hand, a plurality of such semiconductor elements are used in combination. For example, RGB LED chips are arranged in one package. Thus, light emitting elements capable of emitting full color have been developed. As the output of such semiconductor elements is increased or the number of used semiconductor devices is increased, the amount of heat generation is also increasing. In order to prevent the semiconductor element function from deteriorating due to heat generation of the semiconductor element, it is necessary to take some heat dissipation measures.
例えば、LEDやLD等の半導体発光素子を一旦サブマウント基板にバンプ等を介して、発光面が基板側となるようにフリップチップ実装する場合を考える。このサブマウント基板はさらに共晶などによって支持体に実装される。一般に発光素子をサブマウント基板上にバンプを介してフリップチップ実装すると、発光素子とサブマウント基板との間にバンプの高さに対応して空間が形成される。発光素子の分野においては、発光素子が発熱するため、熱膨張や機械的な応力を緩和させる必要がある。このため、発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間には、樹脂などのアンダーフィル材を充填して、アンダーフィル樹脂を介して発光素子とサブマウント基板との熱伝導を改善し、放熱の効率を良くし、また発光素子とサブマウント基板との密着性を改善して信頼性を高めることが行われている。このように、従来は発光素子とサブマウント基板との間に空隙が生じないことが好ましいとされ、印刷による樹脂層の被膜を真空下で行う等の処理が行われていた。
しかしながら、本発明者らが発光素子とサブマウント基板との密着性を詳しく調べた結果、アンダーフィル樹脂の線膨張係数によって寧ろ密着性が悪化することを見出した。すなわち、線膨張係数の大きいアンダーフィル樹脂を使用すると、図10に示すように熱によって発光素子610とサブマウント基板620との間でアンダーフィル樹脂60が膨張し、結果的に発光素子610とサブマウント基板620とを引き剥がそうとする応力が発生することが判明した。このことは、サブマウント基板620をさらに支持体上に共晶によって実装する際、共晶工程に必要な300℃程度の熱によって発光素子610がサブマウント基板620から剥離したり、この間の接着力が低下して信頼性を損なうという問題を生じている。 However, as a result of detailed investigations on the adhesion between the light emitting element and the submount substrate, the present inventors have found that the adhesion deteriorates rather depending on the linear expansion coefficient of the underfill resin. That is, when an underfill resin having a large linear expansion coefficient is used, the underfill resin 60 expands between the light emitting element 610 and the submount substrate 620 due to heat as shown in FIG. It has been found that a stress is generated that causes the mounting substrate 620 to peel off. This is because when the submount substrate 620 is further mounted on the support by eutectic, the light emitting element 610 is peeled off from the submount substrate 620 by the heat of about 300 ° C. required for the eutectic process, or the adhesive force therebetween. This causes a problem that the reliability deteriorates due to the decrease in the reliability.
また一方で、発光素子自体の変形によって信頼性を損なうおそれがあるという問題もある。多くの発光素子は、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層等の半導体層をエピタキシャル成長させて形成している。しかしながら、サファイア基板はエピタキシャル成長層に比べて一般に膜厚が相当厚く、図11に誇張して示すようにサファイア基板612と窒化ガリウム系化合物半導体層614との線膨張係数の相違から、サファイア基板612側に反った状態となる。この発光素子を窒化アルミニウムなどのサブマウント基板620上にバンプ630などを介してフリップチップ実装すると、図12に示すように発光素子610が上向きに反った状態で実装されることになる。一方、このサブマウント基板620を上述のように支持体上に共晶で実装すると、共晶工程時の加熱によって熱履歴が生じ、サファイア基板612の反りを復元する方向、すなわち山形から谷形に反ろうとする応力が生じる。この結果、図13に示すように発光素子610の端部近傍に位置するバンプ630Aには、これを潰す方向に押圧力が働き、また中央近傍のバンプ630Bに対しては相対的に上向きに剥離しようとする応力が働くことになる。このため、熱に起因する発光素子自体の変形によっても、発光素子610とサブマウント基板620との接着性が低下するという問題もあった。 On the other hand, there is also a problem that reliability may be impaired due to deformation of the light emitting element itself. Many light-emitting elements are formed by epitaxially growing a semiconductor layer such as a gallium nitride-based compound semiconductor layer on a sapphire substrate. However, the sapphire substrate is generally considerably thicker than the epitaxially grown layer. As shown in exaggerated manner in FIG. 11, the sapphire substrate 612 and the gallium nitride compound semiconductor layer 614 have different linear expansion coefficients. It will be in a state of warping. When this light-emitting element is flip-chip mounted on a submount substrate 620 such as aluminum nitride via bumps 630 or the like, the light-emitting element 610 is mounted in an upwardly warped state as shown in FIG. On the other hand, when the submount substrate 620 is mounted on the support as a eutectic as described above, a thermal history is generated by heating during the eutectic process, and the warp of the sapphire substrate 612 is restored, that is, from a mountain shape to a valley shape. Stress to warp is generated. As a result, as shown in FIG. 13, a pressing force acts on the bump 630A located in the vicinity of the end of the light emitting element 610 in a direction to crush it, and the bump 630A is peeled relatively upward with respect to the bump 630B near the center. The stress to be worked will work. For this reason, there is also a problem that the adhesiveness between the light emitting element 610 and the submount substrate 620 is lowered even by deformation of the light emitting element itself due to heat.
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、熱衝撃による膨張、収縮挙動によって信頼性が低下する問題を解消し、サブマウント基板と発光素子との接着性をさらに改善して信頼性を高めた発光装置及び発光装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such conventional problems. The main object of the present invention is to solve the problem of lowering reliability due to expansion and contraction behavior due to thermal shock, and further improve the adhesiveness between the submount substrate and the light emitting element to improve the reliability and the light emitting device It is to provide a method for manufacturing an apparatus.
以上の目的を達成するために本発明の第1の発光装置は、発光素子と、上面に発光素子を、導電性接合材を介してフリップチップ実装可能なサブマウント基板と、発光素子をサブマウント基板上に実装した状態で、発光素子の周囲を被覆する樹脂製の被覆層とを備え、発光素子とサブマウント基板との間の空間に空気層からなる緩衝層が形成されると共に、被覆層を形成する樹脂が、発光素子の周囲から、発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間の端部にスペーサ層を形成すると共に、被覆層とスペーサ層とが同一の部材で一体に形成されており、さらに樹脂の特性として、前記被覆層を形成する際に前記発光素子の側面から前記発光素子とサブマウント基板との間に樹脂の一部を侵入させて、端部にスペーサ層を形成できる流動特性に調整されている。このように発光素子とサブマウント基板との間に空気層の緩衝層を意図的に形成することで、発光装置の耐熱衝撃性を高め、サブマウント基板を共晶などで支持体上などに実装する際の信頼性を高めることができる。また、樹脂を発光素子に被覆する際に、発光素子とサブマウント基板との間に樹脂がすべて入り込まないような流動特性に調整されているため、緩衝層の形成を阻害されず、空気層を確保できる。 In order to achieve the above object, a first light emitting device of the present invention includes a light emitting element, a submount substrate on which a light emitting element can be flip-chip mounted via a conductive bonding material, and a light emitting element. A resin coating layer covering the periphery of the light emitting element in a state mounted on the substrate, and a buffer layer made of an air layer is formed in a space between the light emitting element and the submount substrate, and the coating layer Forming a spacer layer from the periphery of the light emitting element to the end of the space formed between the light emitting element and the submount substrate, and the covering layer and the spacer layer are integrally formed by the same member. Further, as a characteristic of the resin, when forming the coating layer, a part of the resin is allowed to enter between the light emitting element and the submount substrate from the side surface of the light emitting element, and the spacer layer is formed at the end. Can form a flow It has been adjusted to the characteristics. In this way, by deliberately forming a buffer layer of the air layer between the light emitting element and the submount substrate, the thermal shock resistance of the light emitting device is improved, and the submount substrate is mounted on a support with eutectic crystal or the like. Reliability can be improved. In addition, when the resin is coated on the light emitting element, the flow characteristics are adjusted so that the resin does not completely enter between the light emitting element and the submount substrate. It can be secured.
また第2の発光装置は、発光素子と、上面に前記発光素子を、導電性接合材を介してフリップチップ実装可能なサブマウント基板と、前記発光素子をサブマウント基板上に実装した状態で、前記発光素子の周囲を被覆する樹脂製の被覆層とを備え、前記発光素子とサブマウント基板との間の空間に空気層からなる緩衝層が形成されると共に、前記被覆層を形成する樹脂が、前記発光素子の周囲から、前記発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間の端部にスペーサ層を形成すると共に、前記被覆層とスペーサ層とが同一の部材で一体に形成されてなり、前記発光素子とサブマウント基板との空間に設けられた前記緩衝層と前記スペーサ層との面積比率が、9:1〜5:5である。このように発光素子とサブマウント基板との間に空気層の緩衝層を意図的に形成することで、発光装置の耐熱衝撃性を高め、サブマウント基板を共晶などで支持体上などに実装する際の信頼性を高めることができる。特に緩衝層とスペーサ層との比率をこの範囲に設定することで、導電性接合材による接合部分の機械的強度を維持できる。 In addition, the second light emitting device includes a light emitting element, a submount substrate on which the light emitting element is flip-chip mountable via a conductive bonding material, and a light emitting element mounted on the submount substrate. A resin coating layer covering the periphery of the light emitting element, a buffer layer made of an air layer is formed in a space between the light emitting element and the submount substrate, and a resin that forms the coating layer A spacer layer is formed from the periphery of the light emitting element to an end portion of a space formed between the light emitting element and the submount substrate, and the covering layer and the spacer layer are integrally formed of the same member. Thus, the area ratio of the buffer layer and the spacer layer provided in the space between the light emitting element and the submount substrate is 9: 1 to 5: 5. In this way, by deliberately forming a buffer layer of the air layer between the light emitting element and the submount substrate, the thermal shock resistance of the light emitting device is improved, and the submount substrate is mounted on a support with eutectic crystal or the like. Reliability can be improved. In particular, by setting the ratio between the buffer layer and the spacer layer within this range, the mechanical strength of the joint portion by the conductive joint material can be maintained.
さらに第3の発光装置は、発光素子が、サファイア基板上にエピタキシャル成長させて形成した半導体発光素子チップである。これにより、LEDやLDなどの半導体発光素子チップの実装に適した発光装置が実現される。特に、サファイア基板とエピタキシャル成長層との線膨張係数の差に起因する反りが、熱履歴によって逆向きに戻ろうとする応力にスペーサ層で対抗できるので、熱履歴による導電性接合材の接合時における剥離等の問題を回避できる。 Furthermore, the third light emitting device is a semiconductor light emitting element chip formed by epitaxially growing a light emitting element on a sapphire substrate. Thereby, a light-emitting device suitable for mounting a semiconductor light-emitting element chip such as an LED or an LD is realized. In particular, the warp caused by the difference in the coefficient of linear expansion between the sapphire substrate and the epitaxial growth layer can be countered by the spacer layer against the stress that tries to return in the opposite direction due to the thermal history. Etc. can be avoided.
さらにまた第4の発光装置は、被覆層は、透光性樹脂で構成されており、かつ発光素子が発する光を受けて、該光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換層である。これにより、発光素子の光と、波長変換層の蛍光物質で波長変換された光との混色光を外部に放出することができる。 Furthermore, in the fourth light emitting device, the coating layer is a wavelength conversion layer made of a translucent resin and containing a fluorescent material that receives light emitted from the light emitting element and converts the wavelength of the light. Thereby, mixed color light of the light of the light emitting element and the light wavelength-converted by the fluorescent material of the wavelength conversion layer can be emitted to the outside.
さらにまた、第5の発光装置は、被覆層を構成する樹脂が、シリコーン樹脂である。これにより、線膨張係数の大きいシリコーン樹脂を使用しても、熱衝撃で発光素子がサブマウント基板から剥離するのを回避でき、信頼性を高めると共に、シリコーン樹脂によって耐光性にも優れた発光装置が実現できる。 Furthermore, in the fifth light emitting device, the resin constituting the coating layer is a silicone resin. As a result, even if a silicone resin having a large linear expansion coefficient is used, the light emitting device can be prevented from peeling off from the submount substrate due to thermal shock, and the light emitting device is improved in reliability and excellent in light resistance due to the silicone resin. Can be realized.
さらにまた、第6の発光装置は、さらにサブマウント基板を上面に実装する支持体を備え、サブマウント基板は支持体に共晶層を介して実装されている。これにより、共晶の際の熱衝撃に耐え得る信頼性の高い発光装置が実現される。 Furthermore, the sixth light emitting device further includes a support for mounting the submount substrate on the upper surface, and the submount substrate is mounted on the support via a eutectic layer. Thereby, a highly reliable light-emitting device that can withstand thermal shock during eutectic is realized.
さらにまた、第7の発光装置は、導電性接合材がバンプである。これにより、バンプ接合によって発光素子をフリップチップ実装した発光素子の接合強度を改善できる。 Furthermore, in the seventh light emitting device, the conductive bonding material is a bump. As a result, the bonding strength of the light emitting element in which the light emitting element is flip-chip mounted by bump bonding can be improved.
さらにまた、第8の発光装置は、樹脂の流動特性として、23℃における粘度を1×10Pa・s〜1×105Pa・s、チキソ係数を1.0〜15.0に調整している。樹脂の流動特性を上記範囲に調整することで、緩衝層を容易に形成できる。 Furthermore, the eighth light emitting device adjusts the viscosity at 23 ° C. to 1 × 10 Pa · s to 1 × 10 5 Pa · s and the thixotropic coefficient to 1.0 to 15.0 as the flow characteristics of the resin. . The buffer layer can be easily formed by adjusting the flow characteristics of the resin within the above range.
さらにまた、第9の発光装置は、樹脂が
(イ)下記平均組成式(1):
R1 a(OX)bSiO(4-a-b)/2(1)
(式中、R1は、独立に、炭素原子数1〜6のアルキル基、アルケニル基またはアリール基であり、Xは、独立に、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基、アルケニル基、アルコキシアルキル基またはアシル基であり、aは1.05〜1.5の数であり、bは0<b<2を満たす数であり、但し、a+bは1.05<a+b<2を満たす数である。)で表される、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5×103以上であるオルガノポリシロキサン、
(ロ)縮合触媒、
(ハ)溶剤、および
(ニ)微粉末無機充填剤
を含有する硬化性シリコーン樹脂組成物の硬化物からなる。この樹脂を使用することで、流動特性の調整が容易で、かつ導電性接合材による接合部分の十分な機械的強度を得ることができる。
Furthermore, in the ninth light emitting device, the resin is (a) the following average composition formula (1):
R 1 a (OX) b SiO (4-ab) / 2 (1)
(Wherein R 1 is independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group, or an aryl group, and X is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkenyl group. , An alkoxyalkyl group or an acyl group, a is a number from 1.05 to 1.5, b is a number satisfying 0 <b <2, provided that a + b satisfies 1.05 <a + b <2. An organopolysiloxane having a polystyrene equivalent weight average molecular weight of 5 × 10 3 or more,
(B) a condensation catalyst,
(C) It consists of hardened | cured material of the curable silicone resin composition containing a solvent and (d) fine powder inorganic filler. By using this resin, the flow characteristics can be easily adjusted, and sufficient mechanical strength of the joined portion by the conductive joining material can be obtained.
さらにまた、第10の発光装置の製造方法は、サブマウント基板上に発光素子をフリップチップ実装した発光装置の製造方法であって、サブマウント基板上に、導電性接合材を介して発光素子をフリップチップ実装する工程と、発光素子をサブマウント基板上に実装した状態で、発光素子の上面及び側面を樹脂で被覆すると共に、発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間に端部から樹脂を一部侵入させることが可能となるように流動特性を調整した樹脂を孔版印刷により塗布する工程と、樹脂を硬化させることで、発光素子の周囲を被覆する被覆層と、発光素子とサブマウント基板との間の空間の端部に位置するスペーサ層とを一体に形成し、同時に発光素子とサブマウント基板との間に空気層からなる緩衝層を形成する工程とを含む。これにより、ダムなどの特別な部材を利用することなく、発光素子とサブマウント基板との間に緩衝層を形成することが容易となる。 Furthermore, a tenth light emitting device manufacturing method is a method for manufacturing a light emitting device in which a light emitting element is flip-chip mounted on a submount substrate, and the light emitting element is mounted on the submount substrate via a conductive bonding material. The flip chip mounting process and the light emitting element mounted on the submount substrate, the upper surface and the side surface of the light emitting element are covered with resin, and an end portion is formed in the space formed between the light emitting element and the submount substrate. A step of applying a resin whose flow characteristics have been adjusted so as to allow a part of the resin to enter from the stencil printing, a coating layer covering the periphery of the light emitting element by curing the resin, and the light emitting element A step of integrally forming a spacer layer positioned at an end of a space between the submount substrate and simultaneously forming a buffer layer made of an air layer between the light emitting element and the submount substrate; Including. Thereby, it becomes easy to form a buffer layer between the light emitting element and the submount substrate without using a special member such as a dam.
さらにまた、第11の発光装置の製造方法は、樹脂を塗布する工程を大気印刷にて行う。これにより、樹脂が過大に発光素子とサブマウント基板との間に侵入して緩衝層の形成が阻害される事態を回避できる。 Furthermore, in the eleventh light emitting device manufacturing method, the step of applying the resin is performed by atmospheric printing. As a result, it is possible to avoid a situation where the resin penetrates excessively between the light emitting element and the submount substrate and obstructs the formation of the buffer layer.
さらにまた、第12の発光装置の製造方法は、印刷により樹脂を塗布する工程から樹脂を硬化させる工程までの時間を制御することによって、発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間の端部から樹脂を侵入させる量を調整可能に構成している。このように印刷後の放置時間によって樹脂の侵入量を調整することができ、これにより所望の大きさのスペーサ層を形成できる。 Furthermore, in the twelfth light emitting device manufacturing method, the time between the step of applying the resin by printing and the step of curing the resin is controlled, so that the space formed between the light emitting element and the submount substrate is controlled. The amount of resin entering from the end is adjustable. In this way, the amount of resin penetration can be adjusted by the standing time after printing, whereby a spacer layer having a desired size can be formed.
本発明の発光装置及び発光装置の製造方法によれば、発光素子とサブマウント基板との間に緩衝層として空気層を意図的に形成することで、熱による膨張や変形による応力を分散あるいは低減して導電性接合材による接合部分の機械的強度を維持し、信頼性を高めることができる。また、耐熱性を高めたことで、共晶やリフローなどによる実装が可能となり、使い勝手のよい発光装置を実現できる。 According to the light emitting device and the method for manufacturing the light emitting device of the present invention, an air layer is intentionally formed as a buffer layer between the light emitting element and the submount substrate, thereby dispersing or reducing stress due to expansion or deformation due to heat. As a result, the mechanical strength of the bonded portion by the conductive bonding material can be maintained, and the reliability can be improved. In addition, by improving the heat resistance, mounting by eutectic or reflow is possible, and an easy-to-use light emitting device can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置及び発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は発光装置及び発光装置の製造方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施の形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a light emitting device and a method for manufacturing the light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention describes the method for manufacturing the light emitting device and the light emitting device as follows. Not specific to anything. Further, the present specification by no means specifies the members shown in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It's just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same name and reference numeral indicate the same or the same members, and detailed description will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
(Embodiment 1)
図1に、本発明の実施の形態1に係る発光装置の断面図を示す。この図に示す発光装置100は、発光素子10と、発光素子10を実装したサブマウント基板20と、このサブマウント基板20をさらに固定した支持体50と、支持体50の上面で発光素子10及びサブマウント基板20を覆うレンズ70とを備える。サブマウント基板20と支持体50とは、共晶層80を介して機械的に固定されている。また支持体50にはこれを貫通する電極90が設けられており、支持体50上面で電極90上にワイヤボンディングされたワイヤ92を介して、サブマウント基板20と電気的に接続されている。またレンズ70は発光素子10の光を外部に効率よく取り出すため、光学的な曲面を形成している。図1の例ではレンズ70の内面は中空としている。レンズ70は接着材などを介して支持体50上面に固定される。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of the light-emitting device according to Embodiment 1 of the present invention. The light-emitting device 100 shown in this figure includes a light-emitting element 10, a submount substrate 20 on which the light-emitting element 10 is mounted, a support 50 to which the submount substrate 20 is further fixed, and the light-emitting element 10 and the upper surface of the support 50. And a lens 70 covering the submount substrate 20. The submount substrate 20 and the support body 50 are mechanically fixed via the eutectic layer 80. The support 50 is provided with an electrode 90 penetrating therethrough, and is electrically connected to the submount substrate 20 through a wire 92 wire-bonded to the electrode 90 on the upper surface of the support 50. The lens 70 has an optically curved surface in order to efficiently extract the light from the light emitting element 10 to the outside. In the example of FIG. 1, the inner surface of the lens 70 is hollow. The lens 70 is fixed to the upper surface of the support 50 through an adhesive or the like.
また、図1の発光装置を構成するサブマウント基板20と発光素子10の断面図を、図2に示す。以下、サブマウント基板20と発光素子10の接合を詳細に説明するために、図2に基づいて説明する。図2は、サブマウント基板20に、発光素子10を実装したサブマウント構造体を示している。発光素子10は、導電性接合材であるバンプ30を介してサブマウント基板20上に、発光面がサブマウント基板20に面するようにフリップチップ実装されている。フリップチップ実装とはフェイスダウン接合とも呼ばれ、発光素子10の成長基板12側を視認側に配置し、発光された光を反射層等で反射させて成長基板12側から取り出すようにした構成を指す。もちろん、発光素子から最終的に成長基板を除去した上でフリップチップ実装することもできる。
(発光素子10)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the submount substrate 20 and the light emitting element 10 constituting the light emitting device of FIG. Hereinafter, in order to describe in detail the bonding between the submount substrate 20 and the light emitting element 10, a description will be given based on FIG. FIG. 2 shows a submount structure in which the light emitting element 10 is mounted on the submount substrate 20. The light emitting element 10 is flip-chip mounted on the submount substrate 20 via the bumps 30 that are conductive bonding materials so that the light emitting surface faces the submount substrate 20. Flip chip mounting is also called face-down bonding, and has a configuration in which the growth substrate 12 side of the light emitting element 10 is arranged on the viewing side, and the emitted light is reflected by a reflective layer or the like to be taken out from the growth substrate 12 side. Point to. Of course, it is also possible to perform flip chip mounting after finally removing the growth substrate from the light emitting element.
(Light emitting element 10)
発光素子10は、LEDやLD(半導体レーザ)などの半導体発光素子が利用できる。これらの半導体発光素子は、入力に対する出力のリニアリティが良く、効率に優れ、長寿命で安定して使用できる利点が得られる。特にLEDは安価で入手容易であり、好ましい。特に本実施の形態においては、p側電極およびn側電極を同一面側に形成してサブマウント基板への実装を容易にした表面実装型(SMD)の発光素子チップが好適に利用できる。また本実施の形態では発光素子10をフリップチップ実装するため、基板面側に放出される光を反射してサファイア基板側に放出する構成が必要となる。このため、底面に反射膜を形成する。 As the light emitting element 10, a semiconductor light emitting element such as an LED or an LD (semiconductor laser) can be used. These semiconductor light emitting devices have the advantage that the linearity of the output with respect to the input is good, the efficiency is excellent, and the long life can be used stably. In particular, LEDs are preferable because they are inexpensive and readily available. In particular, in this embodiment, a surface mount type (SMD) light emitting element chip in which a p-side electrode and an n-side electrode are formed on the same surface side and can be easily mounted on a submount substrate can be suitably used. Further, in this embodiment, since the light emitting element 10 is flip-chip mounted, it is necessary to have a configuration in which light emitted to the substrate surface side is reflected and emitted to the sapphire substrate side. For this reason, a reflective film is formed on the bottom surface.
発光素子10は、成長基板12上に半導体層14をエピタキシャル成長させた半導体発光素子が好適に利用できる。成長基板12は、サファイアに限定されず、例えばスピネル、SiC、GaN、GaAs等、公知の部材を用いることができる。また、サファイアのような絶縁性基板でなく、SiC、GaN、GaAs等の導電性基板を用いることにより、p電極及びn電極を対向して配置させることもできる。 As the light emitting element 10, a semiconductor light emitting element in which the semiconductor layer 14 is epitaxially grown on the growth substrate 12 can be suitably used. The growth substrate 12 is not limited to sapphire, and known members such as spinel, SiC, GaN, and GaAs can be used. In addition, by using a conductive substrate such as SiC, GaN, or GaAs instead of an insulating substrate such as sapphire, the p electrode and the n electrode can be arranged to face each other.
半導体層14の材料として、BN、SiC、ZnSeやGaN、InGaN、InAlGaN、AlGaN、BAlGaN、BInAlGaNなど種々の半導体を挙げることができる。同様に、これらの元素に不純物元素としてSiやZnなどを含有させ発光中心とすることもできる。発光層の材料として、窒化物半導体(例えば、AlやGaを含む窒化物半導体、InやGaを含む窒化物半導体としてInXAlYGa1-X-YN(0<X<1、0<Y<1、X+Y≦1)等が利用できる。また、半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることでより出力を向上させることもできる。 Examples of the material of the semiconductor layer 14 include various semiconductors such as BN, SiC, ZnSe, GaN, InGaN, InAlGaN, AlGaN, BAlGaN, and BInAlGaN. Similarly, these elements may contain Si, Zn, or the like as an impurity element to serve as a light emission center. As a material of the light emitting layer, a nitride semiconductor (for example, a nitride semiconductor containing Al or Ga, a nitride semiconductor containing In or Ga, In X Al Y Ga 1-XY N (0 <X <1, 0 <Y < 1, X + Y ≦ 1), etc. The semiconductor structure is preferably a homostructure having a MIS junction, PIN junction or pn junction, heterostructure, or double hetero structure. The emission wavelength can be selected in various ways depending on the material and its mixed crystal ratio, and the output can be increased by adopting a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film that produces a quantum effect. It can also be improved.
なお本明細書において発光素子とは、その名称に限らず、フォトダイオード(PD)やCCDなどの受光素子や撮像素子などの光学素子を含める意味で使用する。
(サブマウント基板20)
In this specification, the light emitting element is not limited to its name, but is used to include a light receiving element such as a photodiode (PD) or CCD, and an optical element such as an imaging element.
(Submount substrate 20)
サブマウント基板20は、一方の主面(図2において上面)に発光素子10を実装する発光素子実装面21を形成している。また、必要に応じてサブマウント基板20をさらに支持体50などに実装するため、発光素子実装面21と対向する反対面側に支持体実装面22を形成することもできる。 The submount substrate 20 has a light emitting element mounting surface 21 on which the light emitting element 10 is mounted on one main surface (upper surface in FIG. 2). Further, since the submount substrate 20 is further mounted on the support 50 or the like as necessary, the support mounting surface 22 can be formed on the opposite surface side facing the light emitting element mounting surface 21.
なおサブマウント基板とは、典型的には発光素子を実装する基板であって、さらにサブマウント基板を支持体など別の基板に実装するための介在的な基板を指すが、本明細書においてはサブマウント基板とは、広く発光素子を実装する基板を意味し、その後に別の基板に実装することを必ずしも要求するものでない。 Note that a submount substrate is typically a substrate on which a light emitting element is mounted, and further refers to an intermediate substrate for mounting the submount substrate on another substrate such as a support. The submount substrate means a substrate on which a light emitting element is widely mounted, and does not necessarily require mounting on another substrate thereafter.
サブマウントの上面には、導電性部材により電極94として、正電極と負電極とが形成され、これらは絶縁膜により互いに絶縁されている。導電性部材は、銀白色の金属、特に反射率の高いアルミニウム、銀や金あるいはそれらの合金を使用することが好ましい。 On the upper surface of the submount, a positive electrode and a negative electrode are formed as an electrode 94 by a conductive member, and these are insulated from each other by an insulating film. As the conductive member, it is preferable to use a silver-white metal, particularly aluminum, silver, gold, or an alloy thereof having high reflectivity.
サブマウント基板20を構成する材質は、実装する発光素子10と熱膨張係数がほぼ等しいものを使用することが好ましい。例えば発光素子10が窒化物系化合物半導体発光素子である場合は、窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウント基板20と発光素子10との間に発生する熱応力が緩和され、サブマウントと発光素子10との間のバンプ30を介した電気的接続が維持されるため、発光装置の信頼性を向上させることができる。あるいは、発光素子10を過電圧による破壊から防止する保護素子を構成することができるシリコンも利用できる。例えばサブマウント基板20に、ツェナーダイオードやコンデンサなどの保護素子を内蔵させることもできる。 The material constituting the submount substrate 20 is preferably a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the light emitting element 10 to be mounted. For example, when the light emitting element 10 is a nitride compound semiconductor light emitting element, aluminum nitride is preferable. By using such a material, the thermal stress generated between the submount substrate 20 and the light emitting element 10 is relieved, and the electrical connection via the bumps 30 between the submount and the light emitting element 10 is maintained. Therefore, the reliability of the light emitting device can be improved. Alternatively, silicon that can constitute a protective element that prevents the light emitting element 10 from being destroyed by overvoltage can also be used. For example, a protective element such as a Zener diode or a capacitor can be incorporated in the submount substrate 20.
サブマウント基板20は、ウェハを所定のサイズ及び形状に切り出して形成される。図3に、サブマウント基板を形成した切り出し前のウェハ24の例を示す。このように、ウェハ24上に所定のパターンでサブマウント基板に相当する領域を設け、各々発光素子10を実装し、電極パターンを形成した後、ウェハ24を切り出してサブマウント基板20が形成される。
(保護素子)
The submount substrate 20 is formed by cutting a wafer into a predetermined size and shape. FIG. 3 shows an example of the wafer 24 before cutting on which the submount substrate is formed. As described above, a region corresponding to the submount substrate is provided on the wafer 24 in a predetermined pattern, each of the light emitting elements 10 is mounted and an electrode pattern is formed, and then the wafer 24 is cut out to form the submount substrate 20. .
(Protective element)
保護素子には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード(zener diode)、パルス性の電圧を吸収するコンデンサ等を用いることができる。ツェナーダイオードとして機能するサブマウントは、正電極を有するp型半導体領域と、負電極を有するn型半導体領域とを有し、発光素子10のp側電極とn側電極に対して逆並列となるように接続される。即ち、発光素子10のn側パッド電極およびp側電極が、サブマウントのp型半導体領域およびn型半導体領域に設けられた正電極および負電極とそれぞれバンプ30により電気的および機械的に接続される。さらに、サブマウントに設けられた正負両電極は、導電性ワイヤによってリード電極等の外部電極と接続される。なお、発光素子10が搭載されているサブマウントの主面に対向する面に、p型半導体領域およびn型半導体領域のうち何れか一方、例えばp型半導体領域と極性を同じくする裏面電極を設け、導電性ワイヤを介することなく、リード電極と直接導通をとることもできる。 As the protective element, a zener diode that becomes energized when a voltage higher than a specified voltage is applied, a capacitor that absorbs a pulsed voltage, or the like can be used. The submount functioning as a Zener diode has a p-type semiconductor region having a positive electrode and an n-type semiconductor region having a negative electrode, and is in reverse parallel to the p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element 10. So that they are connected. That is, the n-side pad electrode and the p-side electrode of the light emitting element 10 are electrically and mechanically connected to the positive electrode and the negative electrode provided in the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region of the submount by the bumps 30, respectively. The Furthermore, both the positive and negative electrodes provided on the submount are connected to an external electrode such as a lead electrode by a conductive wire. Note that a back electrode having the same polarity as that of either the p-type semiconductor region or the n-type semiconductor region, for example, the p-type semiconductor region, is provided on the surface facing the main surface of the submount on which the light emitting element 10 is mounted. Further, it is possible to conduct directly with the lead electrode without using a conductive wire.
サブマウントにツェナーダイオードの機能を持たせることにより、電極間に過大な電圧が印加された場合、その電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えると、発光素子10の正負両電極間はツェナー電圧に保持され、このツェナー電圧以上になることはない。従って、発光素子10間に過大な電圧が印加されるのを防止でき、過大な電圧から発光素子10を保護し、素子破壊や性能劣化の発生を防止することができる。ここで仮に、発光素子10と保護素子のそれぞれをパッケージ等にダイボンドした後、導電性ワイヤにて外部電極と接続する構成とすると、導電性ワイヤのボンディング数が増えるために生産性が低下する。また、導電性ワイヤ同士の接触、断線等の発生する危険性が増えるため、発光装置の信頼性の低下を招く恐れがある。一方、本実施例における発光装置においては、導電性ワイヤをサブマウントに設けた正負両電極に接続するだけでよく、発光素子10に導電性ワイヤをボンディングする必要がないため、上述したような問題が生じず信頼性の高い発光装置とすることができる。
(バンプ30)
By giving the submount the function of a Zener diode, when an excessive voltage is applied between the electrodes, if the voltage exceeds the Zener voltage of the Zener diode, the positive and negative electrodes of the light emitting element 10 are held at the Zener voltage. And never exceed this Zener voltage. Therefore, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied between the light emitting elements 10, protect the light emitting element 10 from an excessive voltage, and prevent the occurrence of element destruction and performance deterioration. Here, if each of the light emitting element 10 and the protective element is die-bonded to a package or the like and then connected to the external electrode with a conductive wire, the productivity decreases because the number of bonding of the conductive wire increases. In addition, since there is an increased risk of contact between the conductive wires, disconnection, and the like, the reliability of the light emitting device may be reduced. On the other hand, in the light emitting device in this embodiment, the conductive wire only needs to be connected to both the positive and negative electrodes provided on the submount, and there is no need to bond the conductive wire to the light emitting element 10, so the above-described problem Therefore, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
(Bump 30)
発光素子10とサブマウント基板20は、導電性接合材を介して電気的及び機械的に接合される。図2の例ではバンプを使用しており、発光素子10のp側電極およびn側電極は、サブマウントの同一面側に形成された正負両電極にそれぞれ対向させて機械的に固定される。まず、サブマウント基板20の正負両電極に対し、Auからなるバンプ30を形成する。次に、発光素子10のパッド電極とサブマウント基板20の電極とをバンプ30を介して対向させ、荷重、熱、超音波等を加えることによりバンプ30を溶着し、発光素子10の電極とサブマウント基板20との電極とを接合する。 The light emitting element 10 and the submount substrate 20 are electrically and mechanically bonded via a conductive bonding material. In the example of FIG. 2, bumps are used, and the p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element 10 are mechanically fixed so as to face both the positive and negative electrodes formed on the same surface side of the submount. First, bumps 30 made of Au are formed on both the positive and negative electrodes of the submount substrate 20. Next, the pad electrode of the light emitting element 10 and the electrode of the submount substrate 20 are opposed to each other through the bump 30, and the bump 30 is welded by applying a load, heat, ultrasonic waves, etc. The electrode with the mount substrate 20 is joined.
なお、バンプ30の材料として、Auの他、共晶ハンダ(Au−Sn)、Pb−Sn、鉛フリーハンダ等を用いることもできる。また、発光素子のパッド電極の形状や大きさは、設置するバンプの大きさや数により適宜選択される。 In addition to Au, eutectic solder (Au—Sn), Pb—Sn, lead-free solder or the like can be used as the material of the bump 30. Further, the shape and size of the pad electrode of the light emitting element are appropriately selected depending on the size and number of bumps to be installed.
さらに、サブマウント基板20を後述するパッケージのような支持体50やリード電極上にAgペーストを接着剤として固定し、導電性ワイヤにてリード電極とサブマウントの電極とを接続した発光装置としてもよい。
(緩衝層32)
Further, the submount substrate 20 may be a light emitting device in which Ag paste is fixed as an adhesive on a support 50 such as a package described later or a lead electrode, and the lead electrode and the submount electrode are connected by a conductive wire. Good.
(Buffer layer 32)
発光素子10とサブマウント基板20との間には、空気層である緩衝層32が形成される。従来より、半導体素子をサブマウント基板に実装する際は、半導体素子とサブマウント基板との界面に形成される空間に空気層が形成されないように、減圧下でアンダーフィル材を充填することが行われている。空気層は断熱性が高いため、半導体素子で発生した熱をサブマウント基板に効率よく熱伝導できないこと、及び半導体素子とサブマウント基板との接着性を高めることなどがその目的とされている。アンダーフィル材としては低線膨張で硬化収縮による収縮応力を持つエポキシ樹脂が広く用いられている。 A buffer layer 32 that is an air layer is formed between the light emitting element 10 and the submount substrate 20. Conventionally, when a semiconductor element is mounted on a submount substrate, an underfill material is filled under reduced pressure so that an air layer is not formed in the space formed at the interface between the semiconductor element and the submount substrate. It has been broken. Since the air layer has high heat insulation properties, it is intended to prevent heat generated in the semiconductor element from being efficiently conducted to the submount substrate and to improve the adhesion between the semiconductor element and the submount substrate. As the underfill material, an epoxy resin having a low linear expansion and shrinkage stress due to curing shrinkage is widely used.
一方で発光素子の分野においては、発光素子の近傍で強い光に晒されるため、発光素子の周囲に配置される樹脂には耐光性が求められる。このため、エポキシ樹脂よりもさらに耐光性に優れたシリコーン樹脂が多く用いられている。しかしながら、シリコーン樹脂は線膨張係数がエポキシ樹脂よりも大きいという問題がある。エポキシ樹脂の線膨張係数が30ppm/K〜40ppm/K程度であるのに対し、シリコーン樹脂では250ppm/K程度もある。このため、シリコーン樹脂をアンダーフィル材として使用した場合は熱膨張が顕著となり、支持体への実装時にリフローなどの熱衝撃で発光素子とサブマウント基板間に多大な熱応力がかかり、バンプ接合部を破壊してしまうという問題があった。 On the other hand, in the field of light-emitting elements, the resin disposed around the light-emitting elements is required to have light resistance because it is exposed to strong light in the vicinity of the light-emitting elements. For this reason, many silicone resins which are more excellent in light resistance than an epoxy resin are used. However, the silicone resin has a problem that the linear expansion coefficient is larger than that of the epoxy resin. The linear expansion coefficient of epoxy resin is about 30 ppm / K to 40 ppm / K, while that of silicone resin is about 250 ppm / K. For this reason, when silicone resin is used as the underfill material, the thermal expansion becomes significant, and a large thermal stress is applied between the light emitting element and the submount substrate due to thermal shock such as reflow when mounted on the support, and the bump bonding portion. There was a problem of destroying.
そこで、本実施の形態に係る発光素子では、このようなアンダーフィル材を排し、意図的に空気層である緩衝層32を発光素子10とサブマウント基板20との間に設けることによって、膨張や変形で生じる応力を緩衝層32で緩和して、このような熱膨張による剥離のおそれを低減している。また、アンダーフィル樹脂を充填する工程を削減できるため、材料コストを低減できる上、真空にする作業等も不要となり、作業も大幅に簡素化できる利点も得られる。
(被覆層40)
Therefore, in the light emitting device according to the present embodiment, such an underfill material is eliminated, and a buffer layer 32 that is an air layer is intentionally provided between the light emitting device 10 and the submount substrate 20 to expand. The stress caused by the deformation is relaxed by the buffer layer 32 to reduce the risk of peeling due to such thermal expansion. In addition, since the process of filling the underfill resin can be reduced, the material cost can be reduced, and an operation of making a vacuum or the like is not necessary, and the operation can be greatly simplified.
(Coating layer 40)
一方、発光素子10の周囲は被覆層40で被覆される。被覆層40は樹脂により形成される。被覆層40の形成時に、樹脂の一部は発光素子10とサブマウント基板20との間に入り込み、端部にスペーサ層42を形成する。この結果、発光素子10とサブマウント基板20との間で、端部に位置するスペーサ層42で区画された領域が緩衝層32となる。 On the other hand, the periphery of the light emitting element 10 is covered with a covering layer 40. The covering layer 40 is made of resin. When the coating layer 40 is formed, a part of the resin enters between the light emitting element 10 and the submount substrate 20 to form the spacer layer 42 at the end. As a result, a region defined by the spacer layer 42 located at the end portion between the light emitting element 10 and the submount substrate 20 becomes the buffer layer 32.
緩衝層32の形成には、発光素子10の周囲を被膜する被覆層40が、発光素子10の下面すなわち発光素子10とサブマウント基板20との間に多量に入り込まないようにすることが必要となる。従来のような真空印刷で被覆層40を形成しようとすると、樹脂が発光素子の下面全体に行き渡ってしまい、緩衝層が形成できない。そこで、本実施の形態では常圧の大気印刷を行っている。 In forming the buffer layer 32, it is necessary to prevent the covering layer 40 covering the periphery of the light emitting element 10 from entering a large amount between the lower surface of the light emitting element 10, that is, between the light emitting element 10 and the submount substrate 20. Become. If the coating layer 40 is to be formed by conventional vacuum printing, the resin spreads over the entire lower surface of the light emitting element, and a buffer layer cannot be formed. Therefore, in this embodiment, atmospheric printing at normal pressure is performed.
被覆層40を構成する樹脂は、耐光性、透光性に優れたシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、イミド樹脂などの有機物質やガラス、シリカゲルなどの耐光性に優れた無機物質を利用できる。本実施の形態では、耐光性に優れたシリコーン樹脂を使用する。また製造工程時の熱で樹脂が溶融しないよう、熱硬化性樹脂を使用する。さらに樹脂の熱応力を緩和させるため、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等の各種フィラーを混入してもよい。
(樹脂材料)
The resin constituting the coating layer 40 is excellent in light resistance such as a silicone resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a urea resin, a fluororesin, and an imide resin such as glass resin and silica gel, which are excellent in light resistance and translucency. Inorganic materials can be used. In this embodiment, a silicone resin having excellent light resistance is used. In addition, a thermosetting resin is used so that the resin does not melt due to heat during the manufacturing process. Further, various fillers such as aluminum nitride, aluminum oxide and a composite mixture thereof may be mixed in order to relieve the thermal stress of the resin.
(Resin material)
被覆層40は、蛍光体含有層、レンズ、発光素子保護層等として設けられる。樹脂材料として、本実施の形態では、以下の(イ)〜(ニ)成分を含有する硬化性シリコーン樹脂の硬化物により構成される。
(イ)下記平均組成式(1):
The covering layer 40 is provided as a phosphor-containing layer, a lens, a light emitting element protective layer, and the like. In the present embodiment, the resin material is constituted by a cured product of a curable silicone resin containing the following components (a) to (d).
(I) The following average composition formula (1):
R1 a(OX)bSiO(4-a-b)/2(1) R 1 a (OX) b SiO (4-ab) / 2 (1)
(式中、R1は、独立に、炭素原子数1〜6のアルキル基、アルケニル基またはアリール基であり、Xは、独立に、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基、アルケニル基、アルコキシアルキル基またはアシル基であり、aは1.05〜1.5の数であり、bは0<b<2を満たす数であり、但し、a+bは1.05<a+b<2を満たす数である。)で表される、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5×103以上であるオルガノポリシロキサン、
(ロ)縮合触媒、
(ハ)溶剤、および
(ニ)微粉末無機充填剤
(Wherein R 1 is independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group, or an aryl group, and X is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkenyl group. , An alkoxyalkyl group or an acyl group, a is a number from 1.05 to 1.5, b is a number satisfying 0 <b <2, provided that a + b satisfies 1.05 <a + b <2. An organopolysiloxane having a polystyrene equivalent weight average molecular weight of 5 × 10 3 or more,
(B) a condensation catalyst,
(C) Solvent and (d) Fine powder inorganic filler
これらの組成物の各成分を以下詳しく説明する。なお、以下の説明においては、特記しない限り室温とは24±2℃を意味する。
((イ)オルガノポリシロキサン)
Each component of these compositions will be described in detail below. In the following description, room temperature means 24 ± 2 ° C. unless otherwise specified.
((I) Organopolysiloxane)
(イ)成分であるオルガノポリシロキサンは、前記平均組成式(1)で表され、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5×103以上のものである。 The organopolysiloxane as component (a) is represented by the above average composition formula (1) and has a polystyrene-equivalent weight average molecular weight of 5 × 10 3 or more.
上記平均組成式(1)中、R1で表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。これらの中でも、硬化物が耐熱性、耐紫外線性等に優れるので、R1としては、メチル基が好ましい。 In the average composition formula (1), examples of the alkyl group represented by R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Examples of the alkenyl group include a vinyl group and an allyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group. Among these, a cured product is excellent in heat resistance, ultraviolet resistance and the like, and therefore, R 1 is preferably a methyl group.
Xで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、ビニル基が挙げられる。アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシエチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基等が挙げられる。アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基等が挙げられる。これらの中でも、Xとしては、水素原子、メチル基、イソブチル基が好ましい。 Examples of the alkyl group represented by X include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, and an isobutyl group. Examples of alkenyl groups include vinyl groups. Examples of the alkoxyalkyl group include a methoxyethyl group, an ethoxyethyl group, and a butoxyethyl group. Examples of the acyl group include an acetyl group and a propionyl group. Among these, as X, a hydrogen atom, a methyl group, and an isobutyl group are preferable.
aは1.15〜1.25の数であることが好ましく、bは0.01≦b<1.4、特に0.01≦b≦1.0、とりわけO.05≦b≦0.3を満たす数であることが好ましい。aが1.05未満である場合には、得られた硬化物にクラックが入り易く、1.5を超える場合には、該硬化物は強靭性がなく脆くなり易かったり、耐熱性、耐紫外線性に劣ったりすることがある。bが0である場合には、基材に対する接着性に劣ることがあり、2以上の場合には、硬化物が得られないことがある。また、a+bは、好ましくは1.06≦a+b≦1.8、より好ましくは1.1≦a+b≦1.7を満たす数である。 a is preferably a number of 1.15 to 1.25, b is 0.01 ≦ b <1.4, particularly 0.01 ≦ b ≦ 1.0, especially O.D. It is preferable that the number satisfies 05 ≦ b ≦ 0.3. When a is less than 1.05, the obtained cured product is easily cracked, and when it exceeds 1.5, the cured product tends to be brittle with no toughness, heat resistance, and ultraviolet resistance. May be inferior. When b is 0, it may be inferior in the adhesiveness with respect to a base material, and when two or more, hardened | cured material may not be obtained. Further, a + b is a number that preferably satisfies 1.06 ≦ a + b ≦ 1.8, more preferably 1.1 ≦ a + b ≦ 1.7.
また、本成分のオルガノポリシロキサンは、硬化物の耐熱性がより優れたものとなるので、該オルガノポリシロキサン中のメチル基等に代表されるR1の比率(質量基準)を、通常、32質量%以下、好ましくは15〜32質量%、とりわけ20〜32質量%、特に25〜31質量%とすることが好ましい。かかるR1の比率が少なすぎると、被膜形成性や被膜の耐クラック性に劣ることがある。 In addition, since the organopolysiloxane of this component is more excellent in heat resistance of the cured product, the ratio (mass basis) of R 1 typified by methyl group or the like in the organopolysiloxane is usually 32. It is preferable to set it as mass% or less, Preferably 15-32 mass%, Especially 20-32 mass%, Especially 25-31 mass% is preferable. When the ratio of R 1 is too small, the film formability and the crack resistance of the film may be inferior.
本成分のオルガノポリシロキサンは、下記一般式(2):SiR1 c(OR2)4-c (2)(式中、R1は、独立に、前述のとおりであり、R2は、独立に、前記Xのうち水素原子を除くものと同じであり、cは1〜3の整数である。)で表されるシラン化合物を、加水分解および縮合させることにより、あるいは該一般式(2)で表されるシラン化合物と下記一般式(3):Si(OR2)4 (3)(式中、R2は、独立に、前記と同じである。)で表されるアルキルシリケートおよび/または該アルキルシリケートの縮重合物(アルキルポリシリケート)(以下、「アルキル(ポリ)シリケート」という)とを、共加水分解および縮合させることにより得られる。 The organopolysiloxane of this component has the following general formula (2): SiR 1 c (OR 2 ) 4-c (2) (wherein R 1 is independently as described above, and R 2 is independently And the same as those except for a hydrogen atom in X, and c is an integer of 1 to 3), or by hydrolyzing and condensing the silane compound represented by formula (2) And an alkyl silicate represented by the following general formula (3): Si (OR 2 ) 4 (3) (wherein R 2 is independently the same as defined above) and / or It can be obtained by co-hydrolyzing and condensing the alkyl silicate polycondensate (alkyl polysilicate) (hereinafter referred to as “alkyl (poly) silicate”).
これらのシラン化合物およびアルキル(ポリ)シリケートは、各々、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。 These silane compounds and alkyl (poly) silicates may be used alone or in combination of two or more.
上記一般式(2)で表されるシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン等が挙げられ、好ましくはメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシランである。これらのシラン化合物は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。 Examples of the silane compound represented by the general formula (2) include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, and dimethyldimethoxysilane. Dimethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane, methylphenyldiethoxysilane, and the like, preferably methyltrimethoxysilane and dimethyldimethoxysilane. These silane compounds may be used alone or in combination of two or more.
上記一般式(3)で表されるアルキルシリケートとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロピルオキシシラン等のテトラアルコキシシランが挙げられ、該アルキルシリケートの重縮合物(アルキルポリシリケート)としては、例えば、メチルポリシリケート、エチルポリシリケートなどが挙げられる。これらのアルキル(ポリ)シリケートは、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。 Examples of the alkyl silicate represented by the general formula (3) include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropyloxysilane, and the like, and polycondensates (alkylpolysilicates) of the alkylsilicate. Examples thereof include methyl polysilicate and ethyl polysilicate. These alkyl (poly) silicates may be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、得られる硬化物が耐クラック性および耐熱性により優れたものとなるので、本成分のオルガノポリシロキサンは、メチルトリメトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン50〜95モル%とジメチルジメトキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン50〜5モル%とからなるものが好ましく、メチルトリメトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン75〜85モル%とジメチルジメトキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン25〜15モル%とからなるものがより好ましい。 Among these, since the resulting cured product is excellent in crack resistance and heat resistance, the organopolysiloxane of this component is composed of 50 to 95 mol% of alkyltrialkoxysilane such as methyltrimethoxysilane and dimethyldimethoxysilane. Are preferably composed of 50 to 5 mol% of a dialkyldialkoxysilane such as 75 to 85 mol% of an alkyltrialkoxysilane such as methyltrimethoxysilane and 25 to 15 mol% of a dialkyldialkoxysilane such as dimethyldimethoxysilane. Is more preferable.
好ましい実施形態では、本成分のオルガノポリシロキサンは、上記シラン化合物を加水分解および縮合させることにより、あるいは上記シラン化合物とアルキル(ポリ)シリケートを共加水分解および縮合させることにより得ることができ、その方法は特に限定されないが、例えば、以下の条件を適用することができる。 In a preferred embodiment, the organopolysiloxane of this component can be obtained by hydrolyzing and condensing the silane compound, or by cohydrolyzing and condensing the silane compound and an alkyl (poly) silicate. Although the method is not particularly limited, for example, the following conditions can be applied.
上記シラン化合物、アルキル(ポリ)シリケートは、通常、アルコール類、ケトン類、エステル類、セロソルブ類、芳香族化合物類等の有機溶剤に溶解させて使用することが好ましい。具体的には、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、n−ブタノール、2−ブタノール等のアルコール系が好ましく、得られる組成物の硬化性及び硬化物の強靭性が優れたものとなるので、イソブチルアルコールがより好ましい。 The silane compound and alkyl (poly) silicate are usually preferably used after being dissolved in an organic solvent such as alcohols, ketones, esters, cellosolves, and aromatic compounds. Specifically, for example, alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, n-butanol, and 2-butanol are preferable, and the resulting composition has excellent curability and toughness of the cured product. Therefore, isobutyl alcohol is more preferable.
さらに、上記シラン化合物、アルキル(ポリ)シリケートは、例えば、酢酸、塩酸、硫酸等の酸触媒を併用して加水分解および縮合を行うことが好ましい。加水分解および縮合させる際に添加される水の量は、上記シラン化合物、あるいは上記シラン化合物アルキル(ポリ)シリケート中のアルコキシ基の合計量に対して、通常、0.9〜1.5モルであり、好ましくは1.0〜1.2モルである。この配合量が0.9〜1.5モルの範囲を満たすと、組成物は作業性に優れ、その硬化物は強靭性に優れたものとなる。 Furthermore, the silane compound and alkyl (poly) silicate are preferably subjected to hydrolysis and condensation in combination with an acid catalyst such as acetic acid, hydrochloric acid or sulfuric acid. The amount of water added in the hydrolysis and condensation is usually 0.9 to 1.5 mol with respect to the total amount of alkoxy groups in the silane compound or the silane compound alkyl (poly) silicate. Yes, preferably 1.0 to 1.2 mol. When this compounding quantity satisfies the range of 0.9 to 1.5 mol, the composition has excellent workability, and the cured product has excellent toughness.
本成分のオルガノポリシロキサンのポリスチレン換算の重量平均分子量は、熟成によって分子量をゲル化寸前の分子量にすることが望ましく、取り扱い上の観点からポットライフを考慮して、5×103以上であることが必要であり、好ましくは5×103〜3×106、特に好ましくは1×104〜1×105である。この分子量が5×103未満である場合には、得られる組成物の硬化時にクラックが入りやすくなる。なお、この分子量が大きすぎると、該組成物がゲル化しやすく作業性に劣ることがある。 The weight average molecular weight in terms of polystyrene of the organopolysiloxane of this component is preferably 5 × 10 3 or more from the viewpoint of handling, considering the pot life from the viewpoint of handling. Is required, preferably 5 × 10 3 to 3 × 10 6 , particularly preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 5 . When this molecular weight is less than 5 × 10 3 , cracks are likely to occur when the resulting composition is cured. In addition, when this molecular weight is too large, this composition is easily gelled and the workability may be inferior.
前記熟成を行う温度は、0〜40℃が好ましく、室温がより好ましい。この熟成温度が0〜40℃であると、本成分のオルガノポリシロキサンがラダー状構造を有するものとなるので、得られる硬化物が耐クラック性に優れたものとなる。 The aging temperature is preferably 0 to 40 ° C., more preferably room temperature. When this aging temperature is 0 to 40 ° C., the organopolysiloxane of this component has a ladder-like structure, so that the resulting cured product has excellent crack resistance.
(イ)成分のオルガノポリシロキサンは、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
((ロ)縮合触媒)
The (a) component organopolysiloxane may be used alone or in combination of two or more.
((B) condensation catalyst)
(ロ)成分である縮合触媒は、前記(イ)成分のオルガノポリシロキサンを硬化させるために必要とされる成分である。縮合触媒としては、特に限定されないが、前記オルガノポリシロキサンの安定性や、硬化物の硬度、耐紫外線性等に優れるので、通常、有機金属系触媒が用いられる。この有機金属系触媒としては、例えば、亜鉛、アルミニウム、チタン、錫、コバルト等の原子を含有するものが挙げられ、好ましくは亜鉛、アルミニウム、チタン原子を含有するものである。その具体例としては、有機酸亜鉛、ルイス酸触媒、有機アルミニウム化合物、有機チタニウム化合物等が挙げられ、より具体的には、例えば、オクチル酸亜鉛、安息香酸亜鉛、p−tert−ブチル安息香酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、塩化アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、アルミニウムブトキシビスエチルアセトアセテート、テトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、オクチル酸錫、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸錫等が挙げられ、好ましくはオクチル酸亜鉛である。 The condensation catalyst as component (b) is a component required for curing the organopolysiloxane as component (a). Although it does not specifically limit as a condensation catalyst, Since it is excellent in stability of the said organopolysiloxane, the hardness of hardened | cured material, UV resistance, etc., an organometallic catalyst is normally used. Examples of the organometallic catalyst include those containing atoms such as zinc, aluminum, titanium, tin, and cobalt, and those containing zinc, aluminum, and titanium atoms are preferable. Specific examples thereof include organic acid zinc, Lewis acid catalyst, organic aluminum compound, organic titanium compound and the like, and more specifically, for example, zinc octylate, zinc benzoate, zinc p-tert-butylbenzoate. , Zinc laurate, zinc stearate, aluminum chloride, aluminum perchlorate, aluminum phosphate, aluminum triisopropoxide, aluminum acetylacetonate, aluminum butoxybisethyl acetoacetate, tetrabutyl titanate, tetraisopropyl titanate, tin octylate , Cobalt naphthenate, tin naphthenate and the like, preferably zinc octylate.
(ロ)成分の配合量は、(イ)成分100質量部に対して、通常、0.05〜10質量部であり、得られる組成物が硬化性および安定性に優れたものとなるので、好ましくは0.1〜5質量部である。(ロ)成分の縮合触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
((ハ)溶剤)
(B) The compounding amount of component is usually 0.05 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of component (a), and the resulting composition is excellent in curability and stability. Preferably it is 0.1-5 mass parts. The (b) component condensation catalyst may be used alone or in combination of two or more.
((C) solvent)
(ハ)成分である溶剤は、特に組成物をスクリーン印刷する際の硬化物の成形性を良好なものとするために必要とされる。この溶剤は、特に限定されないが、沸点が、好ましくは64℃以上、より好ましくは70〜230℃、特に好ましくは80〜200℃である。かかる範囲を満たすと、スクリーン印刷する際に、組成物乃至硬化物に泡によるブツ(ボイド)の発生もなく、さらに表面の白化現象もなくなるので、良好な成形物が得られる。 The solvent which is the component (c) is required particularly for improving the moldability of the cured product when the composition is screen-printed. The solvent is not particularly limited, but the boiling point is preferably 64 ° C or higher, more preferably 70 to 230 ° C, and particularly preferably 80 to 200 ° C. When the above range is satisfied, when the screen printing is performed, the composition or the cured product is free from bubbles (voids) due to bubbles and the surface whitening phenomenon is eliminated, so that a good molded product can be obtained.
本成分の溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒;メチルエチルケトン等のケトン系溶媒;クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール等のアルコール系溶媒;オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン等の沸点が150℃未満の有機溶媒や、セロソルブアセテート、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、メチルカルビトール、カルビトール、ブチルカルビトール、ジエチルカルビトール、シクロヘキサノール、ジグライム、トリグライム等の沸点が150℃以上の有機溶媒等が挙げられ、好ましくは、キシレン、イソブチルアルコール、ジグライム、トリグライムである。 Examples of the solvent for this component include hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; ether solvents such as tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and diethyl ether; ketone solvents such as methyl ethyl ketone; chloroform, methylene chloride, 1 Halogen solvents such as 1,2-dichloroethane; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and isobutyl alcohol; organic solvents having a boiling point of less than 150 ° C. such as octamethylcyclotetrasiloxane and hexamethyldisiloxane, cellosolve acetate, Examples include organic solvents having a boiling point of 150 ° C. or higher, such as cyclohexanone, butyl cellosolve, methyl carbitol, carbitol, butyl carbitol, diethyl carbitol, cyclohexanol, diglyme, and triglyme. , Preferably, xylene, isobutyl alcohol, diglyme, and triglyme.
これらの有機溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよいが、組成物の塗布表面のレベリング性が良好となるので、二種以上を併用することが好ましい。さらに、組成物のスクリーン印刷時に該組成物を良好に硬化させ、作業性に優れた硬化物が得られるので、沸点が150℃以上の有機溶媒を少なくとも一種含有することが特に好ましい。特に、本成分中において、沸点が150℃以上の有機溶媒が5〜30質量%であることが好ましく、7〜20質量%であることがより好ましく、8〜15質量%であることがさらに好ましい。 These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. However, since the leveling property of the coating surface of the composition is improved, it is preferable to use two or more in combination. Furthermore, it is particularly preferable to contain at least one organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher because the composition is cured well during screen printing of the composition and a cured product having excellent workability can be obtained. In particular, in this component, the organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher is preferably 5 to 30% by mass, more preferably 7 to 20% by mass, and further preferably 8 to 15% by mass. .
(ハ)成分の配合量は、特に限定されないが、前記(イ)成分100質量部に対して、好ましくは233質量部以下、より好ましくは10〜100質量部、特に好ましくは20〜80質量部である。即ち、(イ)成分と(ハ)成分の合計に対する(イ)成分の含有量が好ましくは30質量%以上、より好ましくは50〜91質量%、特に好ましくは55〜83質量%である。かかる範囲を満たすと、硬化物の成形性がより良好なものとなり、さらに該硬化物の厚さを、乾燥状態で、典型的には10μm〜3mm、より典型的には100μm〜3mmとなるように加工することが容易になる。
((ニ)微粉末無機充填剤)
(C) Although the compounding quantity of a component is not specifically limited, Preferably it is 233 mass parts or less with respect to 100 mass parts of said (I) component, More preferably, it is 10-100 mass parts, Most preferably, it is 20-80 mass parts. It is. That is, the content of the component (a) relative to the sum of the components (a) and (c) is preferably 30% by mass or more, more preferably 50 to 91% by mass, and particularly preferably 55 to 83% by mass. When such a range is satisfied, the moldability of the cured product becomes better, and the thickness of the cured product is typically 10 μm to 3 mm, more typically 100 μm to 3 mm in a dry state. It becomes easy to process.
((D) Fine powder inorganic filler)
(ニ)成分である微粉末無機充填剤は、スクリーン印刷時に必要なチキソ性を組成物に付与するものである。さらに、該無機充填剤を配合することにより、硬化物の光の散乱(例えば、低複屈折率)や組成物の流動性が適切な範囲となったり、該組成物を利用した材料が高強度化されたりする等の効果がある。 The fine powder inorganic filler as component (d) imparts thixotropy necessary for screen printing to the composition. Further, by blending the inorganic filler, the light scattering of the cured product (for example, low birefringence) and the fluidity of the composition are in an appropriate range, or the material using the composition has high strength. There is an effect such as.
微粉末無機充填剤のBET法による比表面積(BET比表面積)は、特に限定されないが、例えば、組成物をスクリーン印刷に使用する場合には、100m2/g以上(通常、100〜400m2/g)であることが好ましく、180m2/g以上であることがより好ましく、200〜350m2/gであることが特に好ましい。かかる範囲を満たすと、成形性の維持に良好なチキソ性が得られるので、本成分の配合量を軽減することができる。 Although the specific surface area (BET specific surface area) of the fine powder inorganic filler by the BET method is not particularly limited, for example, when the composition is used for screen printing, it is 100 m 2 / g or more (usually 100 to 400 m 2 / is preferably g), more preferably 180 m 2 / g or more, and particularly preferably 200~350m 2 / g. If this range is satisfied, good thixotropy can be obtained for maintaining moldability, so that the blending amount of this component can be reduced.
微粉末無機充填剤を構成する無機充填剤としては、特に限定されないが、例えば、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、ベンガラ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等が挙げられ、一般的には、粒径、純度等が適切であるので、シリカが好適に使用される。 The inorganic filler constituting the fine powder inorganic filler is not particularly limited. For example, silica, alumina, aluminum hydroxide, titanium oxide, bengara, calcium carbonate, magnesium carbonate, aluminum nitride, magnesium oxide, zirconium oxide, and nitride Examples thereof include boron and silicon nitride. Generally, silica is suitably used because the particle size, purity and the like are appropriate.
前記シリカ、即ち微粉末シリカとしては、公知のものでよく、湿式シリカであっても、乾式シリカであってもよい。その具体例としては、例えば、沈降シリカ、シリカキセロゲル、ヒュームドシリカ、溶融シリカ、結晶性シリカ、あるいはその表面を有機シリル基で疎水化処理したもの等が挙げられる。これらの市販品としては、例えば、商品名で、アエロジル(日本アエロジル(株)製)、ニプシル(日本シリカ(株)製)、キャボシル(米国キャボット社製)、サントセル(米国モンサント社製)等が挙げられる。 The silica, that is, fine powder silica, may be a known one, and may be wet silica or dry silica. Specific examples thereof include precipitated silica, silica xerogel, fumed silica, fused silica, crystalline silica, or the surface of which is hydrophobized with an organic silyl group. Examples of these commercial products include Aerosil (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), Nipsil (manufactured by Nippon Silica Co., Ltd.), Cabosil (manufactured by Cabot Corporation of the United States), Santo Cell (manufactured by Monsanto Corporation of the United States) Can be mentioned.
(ニ)成分の配合量は、特に限定されないが、前記(イ)成分100質量部に対して、好ましくは5〜40質量部、より好ましくは15〜25質量部、特に好ましくは18〜20質量部である。かかる範囲を満たすと、組成物は作業性が良好なものとなるだけでなく、スクリーン印刷に必要なチキソ性を十分に有するものとなる。 (D) Although the compounding quantity of a component is not specifically limited, Preferably it is 5-40 mass parts with respect to 100 mass parts of said (I) component, More preferably, it is 15-25 mass parts, Most preferably, it is 18-20 mass. Part. When this range is satisfied, the composition not only has good workability but also has sufficient thixotropy necessary for screen printing.
(ニ)成分の微粉末無機充填剤は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
(その他の成分)
(D) The fine powder inorganic filler of the component may be used alone or in combination of two or more.
(Other ingredients)
本組成物には、上記(イ)〜(ニ)成分のほかに、本発明の作用・効果を損なわない範囲で、その他の成分を配合することができる。その他の成分は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
(波長変換層)
In addition to the above-mentioned components (A) to (D), other components can be added to the present composition as long as the effects and effects of the present invention are not impaired. Other components may be used alone or in combination of two or more.
(Wavelength conversion layer)
透光性樹脂に、発光素子10の光で励起されて蛍光を発する蛍光物質などの波長変換部材を混入することで、発光素子10の光を異なる波長の光に変換し、発光素子10の光と波長変換部材で波長変換された光との混色光を外部に取り出すことが可能となる。波長変換部材としては蛍光体96が好適に利用できる。
(蛍光体96)
By mixing the light-transmitting resin with a wavelength conversion member such as a fluorescent material that emits fluorescence when excited by the light of the light-emitting element 10, the light of the light-emitting element 10 is converted into light of a different wavelength. And the color-mixed light of the light converted in wavelength by the wavelength conversion member can be taken out to the outside. As the wavelength conversion member, the phosphor 96 can be preferably used.
(Phosphor 96)
蛍光体96は、発光素子10から放出された可視光や紫外光を他の発光波長に変換する。例えば、LEDの半導体発光層から発光された光で励起されて発光する。好ましい蛍光体としては、YAG系、アルカリ土類窒化珪素蛍光体等のナイトライド系、アルカリ土類酸化窒化珪素蛍光体等のオキシナイトライド系の蛍光体が利用できる。本実施の形態においては、蛍光体として紫外光により励起されて所定の色の光を発生する蛍光体を用いている。具体的には以下に挙げるものが利用できる。
(1)Ca10(PO4)6FCl:Sb,Mn
(2)M5(PO4)3Cl:Eu(但し、MはSr、Ca、Ba、Mgから選択される少なくとも一種)
(3)BaMg2Al16O27:Eu
(4)BaMg2Al16O27:Eu、Mn
(5)3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn
(6)Y2O2S:Eu
(7)Mg6As2O11:Mn
(8)Sr4Al14O25:Eu
(9)(Zn、Cd)S:Cu
(10)SrAl2O4:Eu
(11)Ca10(PO4)6ClBr:Mn、Eu
(12)Zn2GeO4:Mn
(13)Gd2O2S:Eu
(14)La2O2S:Eu
(15)Ca2Si5N8:Eu
(16)Sr2Si5N8:Eu
(17)SrSi2O2N2:Eu
(18)BaSi2O2N2:Eu
The phosphor 96 converts visible light or ultraviolet light emitted from the light emitting element 10 into another emission wavelength. For example, it is excited by light emitted from the semiconductor light emitting layer of the LED and emits light. Preferred phosphors include nitrides such as YAG-based and alkaline earth silicon nitride phosphors, and oxynitride-based phosphors such as alkaline earth silicon oxynitride phosphors. In the present embodiment, a phosphor that is excited by ultraviolet light and generates light of a predetermined color is used as the phosphor. Specifically, the following can be used.
(1) Ca 10 (PO 4 ) 6 FCl: Sb, Mn
(2) M 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (where M is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg)
(3) BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu
(4) BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, Mn
(5) 3.5MgO.0.5MgF 2 .GeO 2 : Mn
(6) Y 2 O 2 S: Eu
(7) Mg 6 As 2 O 11 : Mn
(8) Sr 4 Al 14 O 25 : Eu
(9) (Zn, Cd) S: Cu
(10) SrAl 2 O 4 : Eu
(11) Ca 10 (PO 4 ) 6 ClBr: Mn, Eu
(12) Zn 2 GeO 4 : Mn
(13) Gd 2 O 2 S: Eu
(14) La 2 O 2 S: Eu
(15) Ca 2 Si 5 N 8 : Eu
(16) Sr 2 Si 5 N 8 : Eu
(17) SrSi 2 O 2 N 2 : Eu
(18) BaSi 2 O 2 N 2 : Eu
また、上記に加えて黄色領域の発光を行う(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce等で表される希土類アルミン酸塩であるYAG系蛍光体を利用できることも言うまでもない。 In addition to the above, it goes without saying that a YAG phosphor that is a rare earth aluminate represented by (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce or the like that emits light in the yellow region can be used.
LEDチップが発光した光と、蛍光体が発光した光が補色関係等にある場合、それぞれの光を混色させることで白色を発光することができる。具体的には、LEDチップからの光と、それによって励起され発光する蛍光体の光がそれぞれ光の3原色(赤色系、緑色系、青色系)に相当する場合やLEDチップが発光した青色の光と、それによって励起され発光する蛍光体の黄色の光が挙げられる。特に紫外光を用いる場合は、紫外光により励起発光される蛍光体の発光色を単独で利用できるため、信号用の青緑色、黄色、赤色等やパステルカラー等の各種中間色の発光装置の実現も可能である。 When the light emitted from the LED chip and the light emitted from the phosphor are in a complementary color relationship or the like, white light can be emitted by mixing each light. Specifically, the light emitted from the LED chip and the phosphor light excited and emitted thereby correspond to the three primary colors of light (red, green, and blue), or the blue light emitted from the LED chip. The light and the yellow light of the fluorescent substance excited and emitted by it are mentioned. In particular, when using ultraviolet light, the emission color of the phosphor excited and emitted by the ultraviolet light can be used independently, so it is possible to realize light emitting devices of various intermediate colors such as blue-green, yellow, red and pastel colors for signals. Is possible.
発光装置の発光色は、蛍光体と蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラス等の無機バインダ部材、フィラー等との比率、蛍光体の沈降時間、蛍光体の形状等を種々調整すること及びLEDチップの発光波長を選択することにより電球色等任意の白色系の色調を提供させることができる。発光装置の外部には、LEDチップからの光と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。 The emission color of the light-emitting device can be adjusted in various ways such as the ratio of phosphors to various binders that work as binders for phosphors and phosphors, glass, and other inorganic binder members, fillers, sedimentation time of phosphors, phosphor shapes, etc. Further, by selecting the light emission wavelength of the LED chip, it is possible to provide an arbitrary white color tone such as a light bulb color. It is preferable that the light from the LED chip and the light from the phosphor efficiently pass through the mold member outside the light emitting device.
代表的な蛍光体としては、銅で付括された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付括されたYAG系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては(Re1-xSmx)3(Al1-yGay)5O12:Ce(0≦x<1、0≦y≦1、但し、Reは、Y、Gd、La、Luからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)等が好ましい。 Representative phosphors include cadmium zinc sulfide attached with copper and YAG phosphor attached with cerium. In particular, at the time of high luminance and long-term use (Re 1-x Sm x) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: Ce (0 ≦ x <1,0 ≦ y ≦ 1, where, Re Is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, La, and Lu.
(Re1-xSmx)3(Al1-yGay)5O12:Ce蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが470nm付近等にさせることができる。また、発光ピークも530nm付近にあり720nmまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。 (Re 1-x Sm x) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: Ce phosphor, for garnet structure, heat, resistant to light and moisture, the peak of the excitation spectrum be the 470nm near the like Can do. In addition, the emission peak is in the vicinity of 530 nm, and a broad emission spectrum that extends to 720 nm can be provided.
本発明の実施の形態に係る発光装置において、蛍光体は、2種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Al、Ga、Y、La、Lu及びGdやSmの含有量が異なる2種類以上の(Re1-xSmx)3(Al1-yGay)5O12:Ce蛍光体を混合させて、RGBの波長成分を増やすことができる。また、黄〜赤色発光を有する窒化物蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Raの高い照明や電球色LED等を実現することもできる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせてCIEの色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。 In the light emitting device according to the embodiment of the present invention, the phosphor may be a mixture of two or more phosphors. That, Al, Ga, Y, La , the content of Lu and Gd and Sm are two or more kinds of (Re 1-x Sm x) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: mixed Ce phosphor Thus, RGB wavelength components can be increased. Further, it is possible to increase the reddish component by using a nitride phosphor having yellow to red light emission, and to realize illumination with high average color rendering index Ra, light bulb color LED, and the like. Specifically, by adjusting the amount of phosphors having different chromaticity points on the CIE chromaticity diagram according to the light emission wavelength of the light emitting device, the phosphors are connected with each other on the chromaticity diagram. Any point can be made to emit light.
このような蛍光体は、気相や液相中に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相中での蛍光体は、自重によって沈降する。特に液相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性の高い蛍光体を持つ膜を形成させることができる。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の蛍光体量を形成することができる。 Such a phosphor can be dispersed in a gas phase or a liquid phase and released uniformly. The phosphor in the gas phase or liquid phase is precipitated by its own weight. In particular, in the liquid phase, by allowing the suspension to stand, a film having a more uniform phosphor can be formed. A desired amount of phosphor can be formed by repeating a plurality of times as desired.
以上のようにして形成される蛍光体は、発光装置の表面上において一層からなる発光層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる発光層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このようにすると、異なる蛍光体からの光の混色による白色光が得られる。この場合、各蛍光体から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、形状による沈降特性を考慮して発光層を形成させることもできる。沈降特性の影響を受け難い発光層の形成方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、ポッティング法等が挙げられる。本実施の形態においては、無機バインダは有効固形成分を1%〜80%有し、1cps〜5000cpsまで広範囲な粘度調整が可能で、チキソ性の調整も可能であることから、これら発光層の形成方法にも対応できる。フィラーと無機バインダの重量比は、上述の通り0.05〜30の範囲とすることが好ましく、またフィラーの配合量、粒径を調整することによって結着力が増す。 Two or more kinds of the phosphors formed as described above may exist in the light emitting layer composed of one layer on the surface of the light emitting device, or one kind or two kinds or more each in the light emitting layer composed of two layers. May be present. In this way, white light is obtained by mixing colors of light from different phosphors. In this case, it is preferable that the average particle diameters and shapes of the phosphors are similar in order to better mix the light emitted from the phosphors and reduce color unevenness. In addition, the light emitting layer can be formed in consideration of sedimentation characteristics depending on the shape. Examples of a method for forming a light emitting layer that is hardly affected by the sedimentation characteristics include a spray method, a screen printing method, and a potting method. In the present embodiment, the inorganic binder has an effective solid component of 1% to 80%, and the viscosity can be adjusted over a wide range from 1 cps to 5000 cps, and the thixotropy can be adjusted. We can cope with method. The weight ratio of the filler and the inorganic binder is preferably in the range of 0.05 to 30 as described above, and the binding force is increased by adjusting the blending amount and particle size of the filler.
本実施の形態において使用される蛍光体は、YAG系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特にアルカリ土類窒化珪素蛍光体等の窒化物蛍光体とを組み合わせたものを使用することもできる。これらのYAG系蛍光体および蛍光体は、混合して発光層中に含有させてもよいし、複数の層から構成される発光層中に別々に含有させてもよい。
(透光性樹脂)
The phosphor used in the present embodiment is a combination of a YAG phosphor and a phosphor capable of emitting red light, particularly a nitride phosphor such as an alkaline earth silicon nitride phosphor. You can also These YAG phosphors and phosphors may be mixed and contained in the light emitting layer, or may be separately contained in the light emitting layer composed of a plurality of layers.
(Translucent resin)
蛍光物質は透光性樹脂中で均一に分散させることが好ましい。これによって、波長変換層の部位によらず均一に波長変換を行い、ムラのない均一な混色光を得ることができる。 The fluorescent material is preferably dispersed uniformly in the light-transmitting resin. Thereby, wavelength conversion can be performed uniformly regardless of the portion of the wavelength conversion layer, and uniform color mixture light with no unevenness can be obtained.
また、透光性樹脂に発光素子からの光を拡散させる目的で酸化アルミニウム、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化珪素などを含有させることもできる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。 Further, aluminum oxide, barium oxide, barium titanate, silicon oxide, or the like can be contained in the light-transmitting resin for the purpose of diffusing light from the light-emitting element. Similarly, various colorants can be added in order to have a filter effect of cutting unnecessary wavelengths from extraneous light and light emitting elements.
透光性樹脂の材料は透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂およびそれらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた透光性樹脂を用いることができる。また、透光性樹脂は有機物に限られず、ガラス、シリカゲルなどの耐光性に優れた無機物を用いることもできる。また、本実施の形態において透光性樹脂は、粘度増量剤、光拡散剤、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じてあらゆる部材を添加することができる。光拡散剤として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、および、それらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。さらにまた、透光性樹脂の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができ、発光素子チップからの発光を集束させることができる。また、半導体素子として受光素子を使用した場合は、透光性樹脂を透過して受光素子に入射する光が、受光素子の方向に集光するようにすると、受光装置の感度を向上させることが可能である。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。
(スペーサ層42)
The material of the light-transmitting resin is not particularly limited as long as it is light-transmitting. Silicone resin, epoxy resin, urea resin, fluororesin, and a hybrid resin including at least one of those resins are excellent in weather resistance. Resin can be used. Further, the light-transmitting resin is not limited to an organic material, and an inorganic material having excellent light resistance such as glass and silica gel can also be used. In the present embodiment, the translucent resin can be added to any member such as a viscosity extender, a light diffusing agent, a pigment, a fluorescent substance, and the like depending on the intended use. Examples of the light diffusing agent include barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon dioxide, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, and a mixture containing at least one of them. Furthermore, a lens effect can be provided by making the light emitting surface side of the translucent resin have a desired shape, and light emitted from the light emitting element chip can be focused. In addition, when a light receiving element is used as a semiconductor element, the sensitivity of the light receiving device can be improved by condensing light that passes through the translucent resin and enters the light receiving element in the direction of the light receiving element. Is possible. Specifically, a convex lens shape, a concave lens shape, an elliptical shape as viewed from the light emission observation surface, or a shape obtained by combining a plurality of them can be used.
(Spacer layer 42)
スペーサ層42は、被覆層40と別途設けるのでなく、被覆層40の形成時に樹脂の一部が発光素子10とサブマウント基板20との間に入り込んで、被覆層40と同時に形成される。このように被覆層40とスペーサ層42を別部材とせず、一体的に形成することで、工数を削減すると共に、発光素子10の周囲を完全に被覆して強度を増し、サブマウント基板20との接着性も高めることができる。また、樹脂の流動特性を調整し、樹脂の一部のみが発光素子10の側面下部から回り込んでスペーサ層42を構成するように設定する。すなわち、発光素子10とサブマウント基板20との間の空間の端部近傍にのみ樹脂を侵入させて、これ以上には侵入しない程度の流動特性に調整されている。さらに流動特性の調整に加えて、孔版印刷で樹脂を塗布した後の放置時間を調整することでも、樹脂の侵入量を調整できる。このように、本実施の形態によれば、別途専用の治具や部材を用意することなく、樹脂の流動特性や放置時間の調整といった作業のみで緩衝層32とスペーサ層42とを同時に形成できるので、製造工程を簡素化できる。 The spacer layer 42 is not provided separately from the coating layer 40, but is formed at the same time as the coating layer 40 because part of the resin enters between the light emitting element 10 and the submount substrate 20 when the coating layer 40 is formed. In this way, the covering layer 40 and the spacer layer 42 are not formed as separate members, but are formed integrally, thereby reducing the number of processes and increasing the strength by completely covering the periphery of the light emitting element 10. It is also possible to improve the adhesion. In addition, the flow characteristics of the resin are adjusted, and the spacer layer 42 is configured so that only a part of the resin goes around from the lower side of the side surface of the light emitting element 10. That is, the flow characteristics are adjusted so that the resin penetrates only near the end of the space between the light emitting element 10 and the submount substrate 20 and does not penetrate further. Furthermore, in addition to the adjustment of the flow characteristics, the penetration amount of the resin can also be adjusted by adjusting the standing time after applying the resin by stencil printing. As described above, according to the present embodiment, the buffer layer 32 and the spacer layer 42 can be formed at the same time only by adjusting the flow characteristics of the resin and the leaving time without preparing a dedicated jig or member. Therefore, the manufacturing process can be simplified.
加えて、スペーサ層42を緩衝層32の周囲、すなわち発光素子10の端部のみに設けることで、発光素子10の変形応力にも対向できるという副次的な利点が得られる。すなわち、発光素子10としてサファイア基板上に成長させた窒化ガリウムなどの窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたLEDなどを使用する場合は、サファイア基板と窒化物半導体層との熱応力の違いから、基板側に反った状態となっている。この発光素子10をフリップチップ実装すると、図4に示すように発光素子10の両端が中央よりもサブマウント基板20から遠ざかるような姿勢となる。一方、このサブマウント基板20がリフローなどのため高温下に置かれると、熱履歴によってサファイア基板は元の状態に戻ろうとする、すなわち、発光素子10の両端部がサブマウント基板20に近付く方向に応力が働くことになる。この結果、発光素子10とサブマウント基板20との間のバンプ30接合は、端部側のバンプ30は押圧され、中央側のバンプ30は相対的に引き上げられるため、結果として剥離する力が働くことになる。一方、本実施の形態に係る発光装置は緩衝層32の周囲、すなわち発光素子10の端部にスペーサ層42を設けているため、熱によってスペーサ層42は膨張しようとし、発光素子10の変形応力に対する抗力として作用する。この結果、サファイア基板の熱履歴が抑えられ、発光素子10がサブマウント基板20から剥離する力が弱められて、この間の接着力が維持されるのである。加えて、発光素子10の端部に位置するスペーサ層42は発光素子10とサブマウント基板20との接着力も補強する役目も果たす。このように、緩衝層32のみならず、その周囲に設けたスペーサ層42によっても熱応力が緩和され、さらに接着力の維持、強化に寄与することができる。 In addition, by providing the spacer layer 42 around the buffer layer 32, that is, only at the end portion of the light emitting element 10, a secondary advantage that the deformation stress of the light emitting element 10 can be opposed is obtained. That is, when using an LED or the like obtained by epitaxially growing a nitride compound semiconductor layer such as gallium nitride grown on a sapphire substrate as the light emitting element 10, from the difference in thermal stress between the sapphire substrate and the nitride semiconductor layer, The substrate is warped. When the light emitting element 10 is flip-chip mounted, as shown in FIG. 4, both ends of the light emitting element 10 are positioned away from the submount substrate 20 rather than the center. On the other hand, when the submount substrate 20 is placed under a high temperature due to reflow or the like, the sapphire substrate tends to return to the original state due to thermal history, that is, in a direction in which both ends of the light emitting element 10 approach the submount substrate 20. Stress will work. As a result, in the bump 30 bonding between the light emitting element 10 and the submount substrate 20, the bump 30 on the end side is pressed and the bump 30 on the center side is relatively lifted, resulting in a peeling force. It will be. On the other hand, since the light emitting device according to the present embodiment is provided with the spacer layer 42 around the buffer layer 32, that is, at the end of the light emitting element 10, the spacer layer 42 tends to expand due to heat, and the deformation stress of the light emitting element 10. Acts as a resistance against As a result, the thermal history of the sapphire substrate is suppressed, the force with which the light emitting element 10 peels from the submount substrate 20 is weakened, and the adhesive force therebetween is maintained. In addition, the spacer layer 42 located at the end of the light emitting element 10 also serves to reinforce the adhesive force between the light emitting element 10 and the submount substrate 20. Thus, the thermal stress is relieved not only by the buffer layer 32 but also by the spacer layer 42 provided around the buffer layer 32, and can contribute to maintenance and strengthening of the adhesive force.
スペーサ層は、好ましくは緩衝層とスペーサ層との面積比率を、9:1〜5:5に設定する。この範囲に調整したスペーサ層を形成することで、接合の十分な機械的強度が得られることを実験により確認した。 In the spacer layer, the area ratio between the buffer layer and the spacer layer is preferably set to 9: 1 to 5: 5. It was confirmed by experiments that a sufficient mechanical strength of bonding can be obtained by forming the spacer layer adjusted to this range.
流動特性としては、粘度やチキソ性が挙げられる。チキソ性はチキソトロピー(触変性)と呼ばれ、攪拌や振動等、応力を加えると粘性が小さくなり、静置すると粘性が大きくなる性質をいう。これら粘度やチキソ性は、使用する樹脂の種類や発光素子10の大きさ、被覆層40の厚さや発光素子10とサブマウント基板20との隙間の大きさなどに応じて設定される。例えばシリコーン樹脂を使用する場合、23℃における粘度を1×10Pa・s〜1×105Pa・sに設定し、好ましくは50Pa・s〜2000Pa・s、より好ましくは100Pa・s〜1000Pa・sに設定する。またチキソ係数を1.0〜15.0に、好ましくは3.0〜9.0に、より好ましくは4.0〜8.0に設定する。さらに、樹脂を孔版印刷した後、熱硬化させるまでの放置時間を調整することでも、樹脂の侵入量を調整できる。放置時間は、上述した粘度やチキソ性などの流動特性に応じて設定され、例えば0.5分〜120分程度、好ましくは5分〜30分程度とする。 Examples of the flow characteristics include viscosity and thixotropy. Thixotropic is called thixotropy (tactile denaturation), which means that the viscosity decreases when stress is applied, such as stirring and vibration, and the viscosity increases when left standing. These viscosity and thixotropy are set according to the type of resin used, the size of the light emitting element 10, the thickness of the coating layer 40, the size of the gap between the light emitting element 10 and the submount substrate 20, and the like. For example, when using a silicone resin, the viscosity at 23 ° C. is set to 1 × 10 Pa · s to 1 × 10 5 Pa · s, preferably 50 Pa · s to 2000 Pa · s, more preferably 100 Pa · s to 1000 Pa · s. Set to. The thixotropic coefficient is set to 1.0 to 15.0, preferably 3.0 to 9.0, and more preferably 4.0 to 8.0. Furthermore, the amount of penetration of the resin can also be adjusted by adjusting the standing time until the resin is thermally cured after stencil printing. The standing time is set according to the above-described flow characteristics such as viscosity and thixotropy, and is, for example, about 0.5 to 120 minutes, preferably about 5 to 30 minutes.
このように本実施の形態では、アンダーフィル樹脂を基本的に使用せず、空気層の緩衝層32を形成している。これにより、線膨張係数が大きいシリコーン樹脂を被覆層40に使用しても、発光素子10とサブマウント基板20との間からこのような樹脂をほぼ排除するため、熱衝撃で素子とサブマウント間に熱応力が印加されてバンプ30接合部を破損する事態を回避できる。この結果、発光装置にリフローなどを適用することが可能となり、使い勝手のよい発光装置が実現できる。 Thus, in the present embodiment, the underfill resin is basically not used, and the buffer layer 32 of the air layer is formed. Accordingly, even when a silicone resin having a large linear expansion coefficient is used for the coating layer 40, such resin is almost eliminated from between the light emitting element 10 and the submount substrate 20. It is possible to avoid a situation in which the thermal stress is applied to the bump 30 and the bump 30 joint is damaged. As a result, it is possible to apply reflow or the like to the light emitting device, and an easy-to-use light emitting device can be realized.
また一方で、発光素子10とサブマウント基板20との間から完全に樹脂を排除するのでなく、端部に意図的に残すことによってスペーサ層42を形成でき、このスペーサ層42によって発光素子10とサブマウント基板20との接着性、密着性を高めつつ、発光素子10側の熱変形に対抗する補強材として併用できる。 On the other hand, instead of completely removing the resin from between the light emitting element 10 and the submount substrate 20, the spacer layer 42 can be formed by intentionally leaving the resin at the end. It can be used in combination as a reinforcing material that resists thermal deformation on the light emitting element 10 side while improving adhesion and adhesion to the submount substrate 20.
また、樹脂の流動特性を調整して、樹脂の一部のみが発光素子10とサブマウント基板20との間に入り込むようにできる。これにより、樹脂の侵入を防止するダムや防護壁等の部材を設けることなく、部分的に樹脂を侵入させてスペーサ層42を形成でき、同時にスペーサ層42のない部分を緩衝層32とできる。このように、型枠等の部材を使用することなく樹脂の流動特性の調整のみでスペーサ層42と緩衝層32を同時に形成できる本実施の形態は、製造工程が極めて容易であるという大きなメリットがある。 Further, by adjusting the flow characteristics of the resin, only a part of the resin can enter between the light emitting element 10 and the submount substrate 20. Accordingly, the resin layer can be partially penetrated to form the spacer layer 42 without providing a member such as a dam or a protective wall for preventing the resin from entering, and at the same time, the portion without the spacer layer 42 can be used as the buffer layer 32. As described above, the present embodiment, in which the spacer layer 42 and the buffer layer 32 can be formed at the same time only by adjusting the flow characteristics of the resin without using a member such as a mold, has a great merit that the manufacturing process is extremely easy. is there.
さらに被覆層は、発光素子の周囲のみならず、図5に示すようにサブマウント基板20Bの表面に広がるように塗布してもよい。図5の例では、発光素子10Bの側面を被覆する被覆層40Bが発光素子10Bの裏面に回り込んでスペーサ層42Bを形成する一方で、反対側でサブマウント基板20Bの表面に沿って伸びた延長層44Bを形成している。これによってより広い面積でサブマウント基板20B上に樹脂層である被覆層40Bを密着して、接着力を向上できる。
(孔版印刷)
Further, the coating layer may be applied not only around the light emitting element but also on the surface of the submount substrate 20B as shown in FIG. In the example of FIG. 5, the coating layer 40B covering the side surface of the light emitting element 10B wraps around the back surface of the light emitting element 10B to form the spacer layer 42B, while extending on the opposite side along the surface of the submount substrate 20B. An extension layer 44B is formed. As a result, the covering layer 40B, which is a resin layer, is brought into close contact with the submount substrate 20B in a wider area, thereby improving the adhesive force.
(Stencil printing)
樹脂を発光素子10に塗布して被覆層40を形成するには、孔版(マスク)を用いた孔版印刷などが利用できる。例えば、マスク上にスキージ(へら)Sを走らせて樹脂を塗布するスクリーン印刷を行う。この印刷の際の条件を調整することでも、樹脂の侵入量を調整できる。すなわち、使用する樹脂の種類に応じてスキージSの移動速度やマスクとの角度を調整して、樹脂の侵入量を調整できる。 In order to apply the resin to the light emitting element 10 to form the coating layer 40, stencil printing using a stencil (mask) can be used. For example, screen printing for applying a resin by running a squeegee S on the mask is performed. The amount of resin penetration can also be adjusted by adjusting the conditions during printing. That is, the amount of resin penetration can be adjusted by adjusting the moving speed of the squeegee S and the angle with the mask according to the type of resin used.
図6に、スクリーン印刷によって被覆層を発光素子10の周囲に形成する手順を示す。まず図6(a)に示すように、サブマウント基板20上に、発光素子10としてLEDチップをバンプを介してフリップチップ実装する。次に、図6(b)に示すように、サブマウント基板20上面に金属製のマスクを被覆させる。マスクは貫通開口領域を有しており、開口領域のほぼ中心にLEDが位置するように、サブマウント基板20上にマスクを載置する。さらに蛍光物質を含む樹脂を開口領域に供給する。ここでは、青色系の可視光を照射すると黄色系の可視蛍光を発する無機蛍光体として、Ceで付活されたYAG蛍光体を約5質量%、及び有機拡散材としてCTUグアナミン樹脂2%を混合させた脂環式エポキシ樹脂組成物(粘度10,000cPS)を被覆層形成用の印刷インキとして利用し、マスク上から図6(b)のように流し込む。この状態で、スキージSで樹脂を延ばしていき、LEDチップの上面に被覆層を形成する。なお、これらの工程中減圧下にて孔版印刷成形させると、極めて簡単に気泡などを脱泡させることができる。被覆層を形成し硬化させた後、マスクを取り外すことで、図6(c)に示すようにLEDチップの上面及び側面に被覆層が形成される。
(実施の形態2)
FIG. 6 shows a procedure for forming a coating layer around the light emitting element 10 by screen printing. First, as shown in FIG. 6A, an LED chip as a light emitting element 10 is flip-chip mounted on the submount substrate 20 via bumps. Next, as shown in FIG. 6B, the upper surface of the submount substrate 20 is covered with a metal mask. The mask has a through-opening region, and the mask is placed on the submount substrate 20 so that the LED is positioned substantially at the center of the opening region. Further, a resin containing a fluorescent material is supplied to the opening region. Here, about 5% by mass of Ce-activated YAG phosphor is mixed with 2% CTU guanamine resin as an organic diffusing material as an inorganic phosphor that emits yellowish visible fluorescence when irradiated with blue visible light. The prepared alicyclic epoxy resin composition (viscosity 10,000 cPS) is used as a printing ink for forming a coating layer and poured from above the mask as shown in FIG. In this state, the resin is extended with the squeegee S, and a coating layer is formed on the upper surface of the LED chip. In addition, when stencil printing is performed under reduced pressure during these steps, bubbles and the like can be defoamed very easily. After the coating layer is formed and cured, the mask is removed to form the coating layer on the upper and side surfaces of the LED chip as shown in FIG.
(Embodiment 2)
このようにしてサブマウント基板20上に発光素子10を実装したサブマウント構造体は、アンダーフィル樹脂を排除して熱膨張による剥離を回避すると共に、緩衝層32を設けたことで、熱変形に対する緩衝領域として機能するため、熱応力の解放が図られ、この結果熱衝撃に対する耐性が向上し、高温の処理においても信頼性を損なうことなく利用できるというメリットが得られる。このことは、サブマウント基板20をさらにリフローや共晶などの工程に利用する上で、大きな利点となる。図7に、本発明の実施の形態2に係る発光装置を構成する発光装置200の断面図を示す。この図に示す発光装置200は、サブマウント基板20Cに、発光素子10Cを実装したサブマウント構造体を、さらに支持体50に実装している。なおこの例では、一のサブマウント基板20C上に、2個の発光素子10Cを実装しており、さらにこれら2個の発光素子10Cを纏めて被覆層40Cで被覆している。このようにサブマウント基板に実装される発光素子の個数は、用途や発光素子・サブマウント基板の大きさ等に応じて、適宜変更できる。また被覆層も、発光素子毎に被覆する他、複数の発光素子を纏めて被覆することもできる。
(支持体50)
In this way, the submount structure in which the light emitting element 10 is mounted on the submount substrate 20 eliminates the underfill resin to avoid peeling due to thermal expansion, and is provided with a buffer layer 32, thereby preventing thermal deformation. Since it functions as a buffer region, thermal stress can be released. As a result, resistance to thermal shock is improved, and there is an advantage that it can be used without impairing reliability even in high-temperature processing. This is a great advantage when the submount substrate 20 is further used for processes such as reflow and eutectic. FIG. 7 shows a cross-sectional view of a light-emitting device 200 constituting the light-emitting device according to Embodiment 2 of the present invention. In the light emitting device 200 shown in this figure, a submount structure in which the light emitting element 10C is mounted on the submount substrate 20C is further mounted on the support 50. In this example, two light emitting elements 10C are mounted on one submount substrate 20C, and these two light emitting elements 10C are collectively covered with a coating layer 40C. Thus, the number of light-emitting elements mounted on the submount substrate can be changed as appropriate according to the application, the size of the light-emitting element / submount substrate, and the like. In addition, the coating layer may be coated for each light emitting element, or a plurality of light emitting elements may be collectively covered.
(Support 50)
支持体50とは、共晶やリフローなどによりサブマウント基板20を実装するマウント基板やパッケージ等の支持体である。リフローは、導電性パターンを施した支持体50に対して半田を介してサブマウント基板20を実装する技術である。サブマント基板を支持体50に実装した後、支持体50と発光素子10とは、ワイヤーボンドやリード電極などを介して電気的に接続される。このようにして配線された支持体50をエポキシ樹脂でモールドするなどして、LED素子等の発光装置とする。支持体50は、用途や目的に応じて金属製、セラミック製等が利用できる。図7の例では、サブマウント基板20を300℃でAu−Snの共晶接合することにより、支持体50上に共晶層80を介して実装している。共晶するための共晶材料としては、他に銀ペーストやAg−Sn等が挙げられる。また、AuSi、SnAgBi、SnAgCu、SnAgBiCu、SnCu、SnBi、PbSn、In等やこれらの組み合わせからなる接着材料を使用することもできる。共晶材料は、接合する部材の材質によって異なる濡れ性や密着性に応じて選択される。共晶材料にて基板を接合する際、一方の基板の表面側に共晶材料を形成し、他方の基板の接合面に金属膜を形成する構成とすることもできる。このように一方の基板の共晶材料と接する面に、金属膜を形成し、合金化して導電性を得る。また共晶層80は、一層に限らず多層で構成することもできる。
(発光装置の製造方法)
The support 50 is a support such as a mount substrate or a package on which the submount substrate 20 is mounted by eutectic or reflow. The reflow is a technique for mounting the submount substrate 20 on the support 50 provided with the conductive pattern via solder. After the submount substrate is mounted on the support 50, the support 50 and the light emitting element 10 are electrically connected via a wire bond, a lead electrode, or the like. The support 50 thus wired is molded with an epoxy resin to obtain a light emitting device such as an LED element. The support 50 can be made of metal, ceramic, or the like depending on the application or purpose. In the example of FIG. 7, the submount substrate 20 is mounted on the support 50 via the eutectic layer 80 by eutectic bonding of Au—Sn at 300 ° C. Other eutectic materials for eutectic include silver paste and Ag-Sn. Alternatively, an adhesive material made of AuSi, SnAgBi, SnAgCu, SnAgBiCu, SnCu, SnBi, PbSn, In, or a combination thereof can be used. The eutectic material is selected according to the wettability and adhesion that vary depending on the material of the members to be joined. When the substrates are bonded with the eutectic material, the eutectic material may be formed on the surface side of one substrate and the metal film may be formed on the bonding surface of the other substrate. In this way, a metal film is formed on the surface of one substrate in contact with the eutectic material, and alloyed to obtain conductivity. Further, the eutectic layer 80 is not limited to a single layer, and may be composed of multiple layers.
(Method for manufacturing light emitting device)
次に、発光装置の製造方法を図8に基づいて説明する。まず図8(a)に示すように、サブマウント基板20となるウェハ24上に、発光素子10をフリップチップ実装するパターンに従い、バンプ30を形成する。次に図8(b)に示すように、このバンプ30を介して発光素子10をフリップチップ実装する。この例では一のサブマウント基板20を形成する領域に、各々2個のLEDチップを並べて実装している。さらに図8(c)で、スクリーン印刷を行う。スクリーン印刷は、上述した図6とほぼ同様の方法が利用できる。すなわち、メタルマスクをウェハ24上に配置して、被覆層40を構成する樹脂を塗布し、スキージで押し広げる。そして樹脂を硬化後、メタルマスクを外して図8(d)に示すようにダイシングを行い、サブマウント基板サイズに切り出す。切り出されたサブマウント基板20は各々、図8(e)に示すように支持体50上に共晶ダイボンディングにより共晶層80を介して固定される。ここでは共晶ハンダとして、Au−Snを使用し、約290℃で共晶を行った。その後、図8(e)に示すようにサブマウント基板20の電極と支持体50の電極90とをワイヤボンディングで配線する。さらに図8(g)に示すように、LEDチップの外周を覆うように樹脂製のレンズ70を接着材等により固定して、発光装置を得る。
(実施例)
Next, a method for manufacturing the light emitting device will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 8A, bumps 30 are formed on a wafer 24 to be a submount substrate 20 according to a pattern for flip-chip mounting the light emitting elements 10. Next, as shown in FIG. 8B, the light emitting element 10 is flip-chip mounted through the bumps 30. In this example, two LED chips are mounted side by side in a region where one submount substrate 20 is formed. Further, screen printing is performed in FIG. Screen printing can be performed using a method substantially similar to that shown in FIG. That is, a metal mask is placed on the wafer 24, a resin constituting the coating layer 40 is applied, and the metal mask is spread with a squeegee. Then, after the resin is cured, the metal mask is removed, and dicing is performed as shown in FIG. Each of the cut submount substrates 20 is fixed on the support 50 through the eutectic layer 80 by eutectic die bonding as shown in FIG. Here, Au—Sn was used as eutectic solder, and eutectic was performed at about 290 ° C. Thereafter, as shown in FIG. 8E, the electrode of the submount substrate 20 and the electrode 90 of the support 50 are wired by wire bonding. Further, as shown in FIG. 8G, a resin lens 70 is fixed with an adhesive or the like so as to cover the outer periphery of the LED chip, thereby obtaining a light emitting device.
(Example)
次に、本発明の有効性を確認するため、緩衝層とスペーサ層の占有比率を変更したサンプルとして実施例1〜4及び比較例1を試作し、シェア強度保持率試験を行った。ここでは、孔版印刷で被覆層となるシリコーン樹脂を塗布した後の放置時間を調整することで、発光素子とサブマウント基板との間への樹脂(事実上のアンダーフィル樹脂)の侵入量を変更したサンプル(実施例1〜4)を各々10個作成し、シェア試験により応力を加えた後の保持率を測定した。また比較例1として、放置時間の調整でなく大気印刷を真空印刷とすることで、緩衝層をほぼ無くして樹脂を全面に侵入させたサンプルを作成した。各デバイスの光学顕微鏡写真を図9に示す。この例では、発光素子の下面における樹脂の侵入量が確認できるよう、透光性のサファイア基板にバンプ面を形成した発光素子のダミーを使用し、サファイア基板下の様子を撮像している。各々の写真には、樹脂の侵入量を示す境界線を太線で概略的に付記している。図9において、(a)は実施例1を示しており、孔版印刷後の放置時間が1分〜2分であって、樹脂の侵入量が極少ない。また(b)は実施例2を示しており、孔版印刷後の放置時間が10分であって樹脂の侵入量は比較的少ない。さらに(c)は実施例3を示しており、放置時間が60分であって樹脂の侵入量は中間程度である。さらにまた(d)は実施例4を示しており、放置時間が120分であって樹脂の侵入量が多い。最後に(e)は比較例1として真空印刷を行っており、樹脂は発光素子の下面に完全に侵入している。 Next, in order to confirm the effectiveness of the present invention, Examples 1-4 and Comparative Example 1 were prototyped as samples in which the occupation ratio of the buffer layer and the spacer layer was changed, and a shear strength retention test was performed. Here, the amount of penetration of the resin (de facto underfill resin) between the light emitting element and the submount substrate is changed by adjusting the standing time after applying the silicone resin as the coating layer in stencil printing. Ten samples (Examples 1 to 4) were prepared, and the retention rate after applying stress by a shear test was measured. Further, as Comparative Example 1, a sample in which the resin was infiltrated into the entire surface with almost no buffer layer was prepared by using vacuum printing instead of adjusting the standing time. The optical micrograph of each device is shown in FIG. In this example, a light-emitting element dummy in which a bump surface is formed on a translucent sapphire substrate is used to image the state under the sapphire substrate so that the amount of the resin entering the lower surface of the light-emitting element can be confirmed. In each photograph, a boundary line indicating the amount of intrusion of the resin is schematically appended with a bold line. In FIG. 9, (a) shows Example 1, the standing time after stencil printing is 1 minute to 2 minutes, and the amount of resin penetration is extremely small. Further, (b) shows Example 2, in which the standing time after stencil printing is 10 minutes, and the amount of resin penetration is relatively small. Furthermore, (c) shows Example 3, in which the standing time is 60 minutes, and the amount of resin penetration is intermediate. Furthermore, (d) shows Example 4, in which the standing time is 120 minutes, and the amount of resin penetration is large. Finally, (e) performs vacuum printing as Comparative Example 1, and the resin completely penetrates the lower surface of the light emitting element.
これらの実施例及び比較例に対して、大まかな製造工程毎にシェア試験を行い、強度が低下する様子を確認した。ここでは、孔版印刷直後、樹脂硬化後、及びサンプルを支持体に共晶で実装した後のそれぞれについて、シェア試験を行い、剥離されなかったサンプルの保持率(シェア強度保持率)を調べた。さらに、緩衝層とスペーサ層との面積比率も測定した。なおこの比率はスペーサ層と、ここに入り込んだ樹脂との比率であって、バンプは含んでいない。この結果を表1に示す。 For these examples and comparative examples, a shear test was performed for each rough manufacturing process, and it was confirmed that the strength decreased. Here, a shear test was performed immediately after stencil printing, after resin curing, and after the sample was mounted on a support as a eutectic, and the retention rate (shear strength retention rate) of the sample that was not peeled was examined. Furthermore, the area ratio between the buffer layer and the spacer layer was also measured. This ratio is the ratio between the spacer layer and the resin that has entered here, and does not include bumps. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、孔版印刷直後については、樹脂の量に拘わらずいずれも90%以上と高い値を示した。すなわちこの時点では樹脂が未だ硬化していないので、発光素子とサブマウント基板との接合を阻害する影響は見られない。次に樹脂を熱硬化させた後の強度を比較すると、樹脂が多くなるほど僅かに強度が低下しているが、顕著な差異とまでは言えない。一方、支持体に共晶で実装した後の強度変化は、大きな差が見られた。すなわち、樹脂の量が多くなるほど強度が低下する傾向が確認できた。特にサブマウント基板と発光素子との空間を樹脂で完全に充填した比較例1においては、熱衝撃後に初期の接合強度から8割近く接合強度が低下することが判った。この傾向は、印刷後の接合強度を上げても、低下率がほぼ同じであった。一方、空間に入り込む樹脂量を抑制した実施例では、初期の接合強度からの低下率が20%程度に留まった。このことから、樹脂が多くなり緩衝層が小さくなる程、特に共晶の熱履歴後のシェア強度の低下が顕著となることが明らかとなった。また、同じ樹脂量であっても、共晶等の熱履歴によってシェア強度は低下する。この傾向は特に緩衝層がない比較例1で顕著であるが、一方樹脂の侵入量が少なく緩衝層の確保された実施例1では、熱履歴によっても強度の低下が殆ど無く、樹脂硬化による影響が解消されていることが確認できた。このように、樹脂量を制御することで強度を維持でき、後工程での熱衝撃によるダメージを低減できる。 As shown in Table 1, immediately after stencil printing, all showed a high value of 90% or more regardless of the amount of resin. That is, since the resin is not yet cured at this point, there is no effect of inhibiting the bonding between the light emitting element and the submount substrate. Next, when comparing the strength after thermosetting the resin, the strength decreases slightly as the amount of resin increases. On the other hand, a great difference was observed in the strength change after the eutectic mounting on the support. In other words, it was confirmed that the strength decreased as the amount of the resin increased. In particular, in Comparative Example 1 in which the space between the submount substrate and the light emitting element was completely filled with resin, it was found that the bonding strength decreased by nearly 80% from the initial bonding strength after thermal shock. This tendency was almost the same as the decrease rate even when the bonding strength after printing was increased. On the other hand, in the example in which the amount of resin entering the space was suppressed, the rate of decrease from the initial bonding strength remained at about 20%. From this, it became clear that the decrease in the shear strength after eutectic thermal history becomes more remarkable as the amount of resin increases and the buffer layer becomes smaller. Moreover, even if the resin amount is the same, the shear strength decreases due to a thermal history such as eutectic. This tendency is particularly noticeable in Comparative Example 1 in which there is no buffer layer. On the other hand, in Example 1 in which the amount of intrusion of the resin is small and the buffer layer is secured, there is almost no decrease in strength due to thermal history, and the effect of resin curing. It was confirmed that has been resolved. Thus, the strength can be maintained by controlling the amount of resin, and damage due to thermal shock in the subsequent process can be reduced.
また緩衝層とスペーサ層との面積比率では、緩衝層が小さくなるほど、すなわちスペーサ層の比率が大きくなる程、強度が低下する傾向が確認できた。特に緩衝層とスペーサ層とが1:1程度までは、比較的強度が維持されるが、スペーサ層がこれよりも大きくなると強度低下が顕著となる。このことから、緩衝層とスペーサ層との面積比率が9:1〜5:5程度の範囲が好ましい。 Further, it was confirmed that the area ratio between the buffer layer and the spacer layer tended to decrease in strength as the buffer layer became smaller, that is, as the ratio of the spacer layer increased. In particular, the strength is relatively maintained up to about 1: 1 between the buffer layer and the spacer layer. However, when the spacer layer is larger than this, the strength is significantly reduced. Therefore, the area ratio between the buffer layer and the spacer layer is preferably in the range of about 9: 1 to 5: 5.
本発明の発光装置及び発光装置の製造方法は、LEDやLD等の半導体素子を支持体等に対してダイボンディングする際に介在させるサブマウント基板を使用した表面実装型LED等に好適に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The light-emitting device and the method for manufacturing the light-emitting device according to the present invention can be suitably used for a surface-mounted LED that uses a submount substrate that is interposed when a semiconductor element such as an LED or LD is die-bonded to a support or the like. .
100、200…発光装置
10、10B、10C、610…発光素子
12…成長基板
14…半導体層
20、20B、20C、620…サブマウント基板
21…発光素子実装面
22…支持体実装面
24…ウェハ
30、630、630A、630B…バンプ
32…緩衝層
40、40B、40C…被覆層
42、42B…スペーサ層
44B…延長層
50…支持体
60…アンダーフィル樹脂
70…レンズ
80…共晶層
90…電極
92…ワイヤ
94…電極
96…蛍光体
612…サファイア基板
614…窒化ガリウム系化合物半導体層
S…スキージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200 ... Light-emitting device 10, 10B, 10C, 610 ... Light emitting element 12 ... Growth substrate 14 ... Semiconductor layer 20, 20B, 20C, 620 ... Submount substrate 21 ... Light emitting element mounting surface 22 ... Support body mounting surface 24 ... Wafer 30, 630, 630A, 630B ... Bump 32 ... Buffer layer 40, 40B, 40C ... Coating layer 42, 42B ... Spacer layer 44B ... Extension layer 50 ... Support 60 ... Underfill resin 70 ... Lens 80 ... Eutectic layer 90 ... Electrode 92 ... Wire 94 ... Electrode 96 ... Phosphor 612 ... Sapphire substrate 614 ... Gallium nitride compound semiconductor layer S ... Squeegee
Claims (12)
上面に前記発光素子を、導電性接合材を介してフリップチップ実装可能なサブマウント基板と、
前記発光素子をサブマウント基板上に実装した状態で、前記発光素子の周囲を被覆する樹脂製の被覆層と、
を備え、
前記発光素子とサブマウント基板との間の空間に空気層からなる緩衝層が形成されると共に、
前記被覆層を形成する樹脂が、前記発光素子の周囲から、前記発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間の端部にスペーサ層を形成すると共に、前記被覆層とスペーサ層とが同一の部材で一体に形成されてなり、
さらに樹脂の特性として、前記被覆層を形成する際に前記発光素子の側面から前記発光素子とサブマウント基板との間に樹脂の一部を侵入させて、端部にスペーサ層を形成できる流動特性に調整されてなることを特徴とする発光装置。 A light emitting element;
A submount substrate capable of flip-chip mounting the light emitting element on an upper surface via a conductive bonding material;
With the light emitting element mounted on a submount substrate, a resin coating layer covering the periphery of the light emitting element;
With
A buffer layer made of an air layer is formed in the space between the light emitting element and the submount substrate,
The resin forming the covering layer forms a spacer layer from the periphery of the light emitting element to an end of a space formed between the light emitting element and the submount substrate, and the covering layer and the spacer layer are It is formed integrally with the same member,
Furthermore, as a characteristic of the resin, when forming the coating layer, a part of the resin can enter between the light emitting element and the submount substrate from the side surface of the light emitting element to form a spacer layer at the end. A light emitting device characterized by being adjusted to the above.
上面に前記発光素子を、導電性接合材を介してフリップチップ実装可能なサブマウント基板と、
前記発光素子をサブマウント基板上に実装した状態で、前記発光素子の周囲を被覆する樹脂製の被覆層と、
を備え、
前記発光素子とサブマウント基板との間の空間に空気層からなる緩衝層が形成されると共に、
前記被覆層を形成する樹脂が、前記発光素子の周囲から、前記発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間の端部にスペーサ層を形成すると共に、前記被覆層とスペーサ層とが同一の部材で一体に形成されてなり、
前記発光素子とサブマウント基板との空間に設けられた前記緩衝層と前記スペーサ層との面積比率が、9:1〜5:5であることを特徴とする発光装置。 A light emitting element;
A submount substrate capable of flip-chip mounting the light emitting element on an upper surface via a conductive bonding material;
With the light emitting element mounted on a submount substrate, a resin coating layer covering the periphery of the light emitting element;
With
A buffer layer made of an air layer is formed in the space between the light emitting element and the submount substrate,
The resin forming the covering layer forms a spacer layer from the periphery of the light emitting element to an end of a space formed between the light emitting element and the submount substrate, and the covering layer and the spacer layer are It is formed integrally with the same member,
An area ratio of the buffer layer and the spacer layer provided in a space between the light emitting element and the submount substrate is 9: 1 to 5: 5.
前記発光素子が、サファイア基板上にエピタキシャル成長させて形成した半導体発光素子チップであることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 1 or 2,
A light-emitting device, wherein the light-emitting element is a semiconductor light-emitting element chip formed by epitaxial growth on a sapphire substrate.
前記被覆層は、透光性樹脂で構成されており、かつ前記発光素子が発する光を受けて、該光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換層であることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 3,
The light-emitting device, wherein the covering layer is made of a light-transmitting resin and is a wavelength conversion layer containing a fluorescent material that receives light emitted from the light-emitting element and converts the wavelength of the light.
前記被覆層を構成する樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 4,
A light-emitting device, wherein the resin constituting the coating layer is a silicone resin.
前記サブマウント基板を上面に実装する支持体を備え、
前記サブマウント基板は前記支持体に共晶層を介して実装されてなることを特徴とする発光装置。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
A support for mounting the submount substrate on the upper surface;
The light emitting device, wherein the submount substrate is mounted on the support through a eutectic layer.
前記導電性接合材がバンプであることを特徴とする発光装置。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
The light emitting device, wherein the conductive bonding material is a bump.
樹脂の流動特性として、23℃における粘度を1×10Pa・s〜1×105Pa・s、チキソ係数を1.0〜15.0に調整してなることを特徴とする発光装置。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 7,
A light emitting device characterized by adjusting the viscosity at 23 ° C. to 1 × 10 Pa · s to 1 × 10 5 Pa · s and the thixotropic coefficient to 1.0 to 15.0 as flow characteristics of the resin.
前記樹脂が
(イ)下記平均組成式(1):
R1 a(OX)bSiO(4-a-b)/2(1)
(式中、R1は、独立に、炭素原子数1〜6のアルキル基、アルケニル基またはアリール基であり、Xは、独立に、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基、アルケニル基、アルコキシアルキル基またはアシル基であり、aは1.05〜1.5の数であり、bは0<b<2を満たす数であり、但し、a+bは1.05<a+b<2を満たす数である。)で表される、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5×103以上であるオルガノポリシロキサン、
(ロ)縮合触媒、
(ハ)溶剤、および
(ニ)微粉末無機充填剤
を含有する硬化性シリコーン樹脂組成物の硬化物からなることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 8,
The resin is (i) the following average composition formula (1):
R 1 a (OX) b SiO (4-ab) / 2 (1)
(Wherein R 1 is independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group, or an aryl group, and X is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkenyl group. , An alkoxyalkyl group or an acyl group, a is a number from 1.05 to 1.5, b is a number satisfying 0 <b <2, provided that a + b satisfies 1.05 <a + b <2. An organopolysiloxane having a polystyrene equivalent weight average molecular weight of 5 × 10 3 or more,
(B) a condensation catalyst,
(C) A light emitting device comprising a cured product of a curable silicone resin composition containing a solvent and (d) a fine powder inorganic filler.
前記サブマウント基板上に、導電性接合材を介して前記発光素子をフリップチップ実装する工程と、
前記発光素子をサブマウント基板上に実装した状態で、前記発光素子の上面及び側面を樹脂で被覆すると共に、前記発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間に端部から樹脂を一部侵入させることが可能となるように流動特性を調整した樹脂を孔版印刷により塗布する工程と、
樹脂を硬化させることで、発光素子の周囲を被覆する被覆層と、前記発光素子とサブマウント基板との間の空間の端部に位置するスペーサ層とを一体に形成し、同時に前記発光素子とサブマウント基板との間に空気層からなる緩衝層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device in which a light emitting element is flip-chip mounted on a submount substrate,
Flip chip mounting the light emitting element on the submount substrate via a conductive bonding material,
In a state where the light emitting element is mounted on the submount substrate, the upper surface and the side surface of the light emitting element are covered with resin, and the resin is applied from the end to the space formed between the light emitting element and the submount substrate. A step of applying a resin whose flow characteristics are adjusted so as to be able to enter a part by stencil printing;
By curing the resin, a coating layer covering the periphery of the light emitting element and a spacer layer positioned at an end of a space between the light emitting element and the submount substrate are integrally formed, and at the same time, the light emitting element and Forming a buffer layer made of an air layer between the submount substrate,
A method for manufacturing a light-emitting device, comprising:
印刷により樹脂を塗布する工程が大気印刷にて行われることを特徴とする発光装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the light-emitting device according to claim 10,
A method for manufacturing a light emitting device, wherein the step of applying a resin by printing is performed by atmospheric printing.
印刷により樹脂を塗布する工程から樹脂を硬化させる工程までの時間を制御することによって、前記発光素子とサブマウント基板との間に形成される空間の端部から樹脂を侵入させる量を調整可能に構成してなることを特徴とする発光装置の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device according to claim 10 or 11,
By controlling the time from the step of applying the resin by printing to the step of curing the resin, the amount of the resin entering from the end of the space formed between the light emitting element and the submount substrate can be adjusted. A method for manufacturing a light emitting device, comprising:
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