JP6332303B2 - 金属被覆方法及び発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
また、パターンニングする表面に耐薬品性(酸・アルカリ・アセトン)が求められ、はんだディップなどの方法では耐熱性(熱による樹脂収縮)が求められ、耐薬品性・耐熱性に劣る樹脂モールドには用いることができないという課題がある。
第1部材と該第1部材より熱伝導率の低い第2部材とを含み、前記第1部材と前記第2部材とが表面に露出した基材において、前記表面に露出した前記第1部材を金属により被覆する方法であって、
前記第1部材と前記第2部材とを覆う金属層を形成する工程と、
レーザ光を前記第1部材上および前記第2部材上の前記金属層に照射して、前記第1部材上に形成された金属層を残し、前記第2部材上に形成された金属層を除去する工程と、
を含む。
本発明に係る実施形態1の金属被覆方法は、図1Aに示すように、第1部材1と、例えば、第1部材1より熱伝導率が低い第2部材とを含み、第1部材1の表面1sと第2部材2の表面2sが表面に露出した基材において、第2部材2の表面2sを除く第1部材1の表面1sを金属により被覆する方法であって、以下の第1工程と第2工程とを含む。
第1工程では、図1Bに示すように、第1部材1の表面1sと第2部材2の表面2sとに連続した金属層3を形成する。
第2工程では、図1Cに示すように、レーザ光源7を移動させてレーザ光を金属層3全体に照射して、第1部材上に形成された金属層を残し、第2部材2上に形成された金属層を除去する。
すなわち、本実施形態1の金属被覆方法は、同じ強度及び条件でレーザ光を照射しても、表面の放熱性、熱伝導特性等の表面特性の相違により、レーザアブレーションが生じたり生じなかったりすることに着目し、その現象を金属層3のパターンニングに適用して完成されたものである。
レーザ光は、金属層3の反射率が低い、例えば90%以下である波長を選択することが好ましい。例えば、最表面がAuである場合には、赤色領域(たとえば640nm)のレーザよりも、緑色領域(例えば550nm)より短い発光波長のレーザを用いることが好ましい。これにより、アブレーションを効率よく発生させ、量産性を高めることができる。
金属層は、少なくとも第1部材と第2部材を連続して覆うように設けられていればよいが、基材の略全体に設けられることが好ましい。このようにすることにより、金属膜をパターンニングする必要がないため、工程を簡略化することができる。
なお、レーザ光は、第1部材1の表面1sと第2部材2の表面2sとに連続した金属層3に照射されればよく、厳密に金属膜3の全体に照射される必要はない。言い換えると、少なくとも第1部材1の上にある金属膜3の一部と、第2部材2の上にある金属膜3の一部とに照射されればよい。しかし、金属膜3全体に照射することで、レーザの走査を単純にすることができ、生産の効率を高めることができる。
本発明に係る実施形態2の発光装置は、実施形態1の金属被覆方法を適用して作製した発光装置であり、以下のように構成されている。図2Aは、実施形態2の発光装置の平面図であり、図2Bは、図2AのA−A線についての断面図である。
本実施形態の発光素子20は、平面視において約1000μm×1000μmの大きさである。発光素子は、片面側に、一対のCuの電極を有している。このCuの電極の大きさは、それぞれ330μm×860μmであり、厚みは50μm程度である。電極241は、一方の電極24は、電極23と電極23と対向する側の辺に、凹部を複数有している。この凹部には、被覆部材40が充填されている。
被覆部材40の実装面側には、レーザ照射によって形成されたレーザ照射痕70が形成され、例えば、図2Cに示すように、複数の溝71が形成されており、その溝71は、例えば、レーザ光源の移動方向に対応したストライプ状に形成されている。この溝71は、レーザ照射により、被覆部材40に含まれる樹脂がアブレーションにより除去されて形成される。図2Cにおいて、72の符号を付して示すものは、隣接する溝71の間にストライプ状に形成された峰部である。
尚、発光装置12において、被覆部材40に埋設された電極23,24と金属層231,241とによって外部接続電極が構成されている。
以上のように構成された発光装置12は、図2Dに示すように、配線電極81を備えた実装基板80上に実装される。例えば、金属層231,241が半田等の導電性接合部材60により配線電極81と接合される。
しかしながら、本実施形態2の発光装置は、レーザアブレーションにより、電極23と電極24の上に金属層を残し、被覆部材40表面の金属層が除去されるように、形成することができるので、耐薬品性等を考慮することなく、発光装置の信頼性を高めかつ光の取り出し効率が高くできるような樹脂材料を幅広い樹脂の中から選択できる。
図3〜図9を参照しながら、実施形態2に係る発光装置12の製造方法について説明する。この製造方法では、複数の発光装置12を同時に製造することができる。
大判の波長変換シート500上面に、図3(a)、(b))に示すように、透光性部材30を形成するための液状樹脂材料300を、分離した複数の島状に塗布する。各液状樹脂材料300は、発光素子20の形状に対応して、平面視において任意の形状にすることができ、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形が挙げられる。なお、隣接する島状の液状樹脂材料300の間隔は、発光装置12の外形及び発光装置12の取り個数に応じて適宜設定できる。
次に、図4(a)、(b))に示すように、島状に形成した各液状樹脂材料300の上に、発光素子20を配置する。発光素子20を島状の液状樹脂材料300の上に配置すると、液状樹脂材料300は発光素子20の側面に這い上がり、液状樹脂材料300の外面は下向きに拡がった形状になる。発光素子20を配置した後、必要に応じて、発光素子20を押圧するようにしてもよい。発光素子20を配置後に、液状樹脂材料300を硬化する。このようにして、透光性部材30は形成される。
尚、図5以降の図において、発光素子20と波長変換部材500の間の透光性部材30は描いていないが、発光素子20と波長変換部材500の間に膜状に存在する。この膜状の液状樹脂材料300を硬化して形成される膜状の透光性部材は、波長変換シート500と発光素子20との接着剤としても機能を果たす。
次に、図5(a)、(b)に示すように、波長変換シート500の上面で、発光素子20、透光性部材30の表面及び透光性部材30の外側の波長変換シート500の上面とを、シリコーン樹脂にシリカ及び白色の酸化チタンが60wt%程度含有された被覆部材400で覆う。被覆部材400は、各発光装置10に個片化した後に、被覆部材40となる。この被覆部材40の熱伝導率は、約0.3W/(m・K)である。
被覆部材40を硬化させた後、図6(a)、(b))に示すように、発光素子20の電極23,24が露出するように、公知の加工方法により被覆部材400の厚さを薄くする。この加工の際に、被覆部材400の表面に加工痕や汚れ等が付着する場合がある。このような加工痕や後述のパターンニング工程において除去することが可能である。
次に、図7(a)、(b)に示すように、被覆部材400の表面と、露出させた電極23,24に連続した金属層234を形成する。
金属層234は、例えば、Ni層とAu層を含んでなり、電極23,24の表面を含む被覆部材400の表面全体に、Ni層500Å、Au層500Åをこの順で、例えばスパッタリングにより形成する。ここで、金属層234は、レーザ光照射によるパターンニングを考慮すると、1μm以下、好ましくは1000Å以下の厚さに形成することが好ましい。
図8(a)、(b)に示すように、上述の金属層234にレーザ光を照射することにより、電極23,24上に形成された金属層を残し、被覆部材400上に形成された金属層を除去する。
例えば、発光素子20の電極23,24がCuからなり、被覆部材400として、シリカと酸化チタンが含有されたシリコーン樹脂を用いて構成した場合、532nmの波長の緑色レーザ光を1W〜4W、好ましくは2W程度の出力のレーザ光を照射する。
最後に、図8(a)、(b)に示す隣接する発光素子20の中間を通る破線X1、破線X2、破線X3および破線X4に沿って、被覆部材400と波長変換シート500とをダイサー等で切断する。これにより、個々の発光装置12に個片化される(図9(a)(b))。このように、発光素子20を1つ含む発光装置10を、同時に複数製造することができる。
(発光素子20)
発光素子20としては、例えば発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、例えば、透光性基板21と、その上に形成された半導体積層体22とを含むことができる。発光素子20は、平面視において三角形、四角形、六角形等の多角形とすることができる。大きさは、例えば、平面視において1辺が100μm〜3000μm程度とすることができる。具体的には、一辺が600μm程度、1400μm程度、1700μm程度の正方形とすることができる。
なお、発光素子20は、平面視で長辺と短辺を有する長方形であってもよい。例えば、1100μm×200μmの大きさとすることができる。このような発光素子20は、側面発光型の発光装置に好ましく用いることができる。
発光素子20の透光性基板21には、例えば、透光性を有する、サファイア(Al2O3)のような絶縁性材料や、窒化物系半導体のような半導体材料を用いることができる。
半導体積層体22は、複数の半導体層を含む。半導体積層体22の一例としては、第1導電型半導体層(例えばn型半導体層)、発光層(活性層)および第2導電型半導体層(例えばp型半導体層)の3つの半導体層を含むことができる。半導体層には、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、InXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料(例えばInN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を用いることができる。
第1部材である、発光素子20の電極23,24としては、電気良導体を用いることができ、例えばCu、Ag、Ni等の金属が好適である。
電極23,24は、被覆部材40から僅かに突出していてもよい。
金属層231,241は、主として、電極23,24の表面の腐食や酸化防止のために形成される膜である。材料としては、電極23、24よりも耐腐食性や耐酸化性に優れたものを選択する。例えば、最表面の層はAu、Pt等の貴金属が好ましい。また、金属層231,241が発光装置のはんだ付けされる面を被覆するものである場合には、最表面にはんだ付け性の良好なAuを用いることが好ましい。
金属層231,241は単一の材料の一層のみで構成されてもよく、異なる材料の層が積層されて構成されていてもよい。積層構造の例としては、Ni/Au、Ti/Au,Ni/Pt/Au等が挙げられる。NiやTi等の層を電極と最表面の層との間に設けることにより、最表面の層の密着性を高めることができる。また、Pt等の拡散防止層を電極と最表面の層との間に設けることにより、はんだ付けに用いられるはんだに含まれるSnが電極や電極に近い層に拡散することを低減できる。
なお、電極23,24が、被覆部材40から僅かに突出していている場合には、金属膜はその突出した部分の側面も覆う。これにより、電極23,24の側面における劣化を低減することができる。
金属層231,241の厚みは、種々選択することができる。レーザアブレーションが選択的に起こる程度とすることができ、例えば1μm以下であることが好ましく、1000Å以下がより好ましい。また、第1部材の腐食を低減することができる厚み、例えば5nm以上であることが好ましい。ここで、金属層231,241の厚みとは、金属層231,241が複数の層が積層されて構成されている場合には、該複数の層の合計の厚みのことをいう。
透光性部材30は、透光性樹脂、ガラス等の透光性材料から形成することができる。透光性樹脂としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性の透光性樹脂であるのが好ましい。透光性部材30は発光素子20の側面と接触しているので、点灯時に発光素子20で発生する熱の影響を受けやすい。熱硬化性樹脂は、耐熱性に優れているので、透光性部材30に適している。なかでも、信頼性が高いシリコーン樹脂が好ましい。なお、透光性部材30は、光の透過率が高いことが好ましい。そのため、通常は、透光性部材30に、光を反射、吸収又は散乱する添加物は添加されないことが好ましい。しかし、望ましい特性を付与するために、透光性部材30に添加物を添加するのが好ましい場合もある。例えば、透光性部材30の屈折率を調整するため、または硬化前の透光性部材(液状樹脂材料300)の粘度を調整するために、各種フィラーを添加してもよい。
第2部材である、被覆部材40は、第1部材である発光素子20の電極23,24と熱伝導率が異なる材料を用いる。具体的には、樹脂、セラミック等があげられ、なかでも樹脂が好ましい。
波長変換部材50は、蛍光体と透光性材料とを含んでいる。透光性材料としては、透光性樹脂、ガラス等が使用できる。特に、透光性樹脂が好ましく、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。
波長変換部材50には、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
なお、波長変換部材50の外周に、図2Eに示すように、遮光性の壁41を設けてもよい。これにより、発光装置10からの出射される光の指向性を高めることができる。この遮光性の壁は、被覆部材40と連続する部材であってもよい。
2 第2部材
3,231,241 金属層
12 発光装置
20 発光素子
23,24 電極
30 透光性部材
40 被覆部材
50 波長変換部材
70 レーザ照射痕
71 溝
72 峰部
Claims (12)
- 金属を含む第1部材と該第1部材より熱伝導率の低い第2部材とを含み、前記第1部材と前記第2部材とが表面に露出した基材において、前記表面に露出した前記第1部材を金属により被覆する方法であって、
前記第1部材と前記第2部材とを覆う金属層を形成する工程と、
レーザ光を前記第1部材上および前記第2部材上の前記金属層に照射して、前記第1部材上に形成された金属層を残し、前記第2部材上に形成された金属層を除去する工程と、
を含み、
前記第1部材は発光素子の電極であり、前記第2部材は、前記発光素子を被覆する被覆部材である、金属被覆方法。 - 前記金属層を除去する工程において、前記レーザ光の照射スポットを前記表面上で連続的又は逐次移動させる請求項1記載の金属被覆方法。
- 前記レーザ光を照射する工程において、前記金属層の除去はレーザアブレーションによって行う請求項1または2に記載の金属被覆方法。
- 前記基材の表面の略全体に前記金属膜を設け、前記金属膜の略全体に前記レーザ光を照射する、請求項1または3に記載の金属被覆方法。
- 前記第1部材は金属からなり、前記第2部材は樹脂を含む請求項1から4のいずれか1項に記載の金属被覆方法。
- 前記第1部材はCuを含み、前記金属層はNiとAuの積層である請求項1から5のいずれか1項に記載の金属被覆方法。
- 前記第1部材と前記第2部材の熱伝導率の差が500倍以上である、請求項1から6のいずれか1項に記載の金属被覆方法。
- 発光素子と、該発光素子を覆う被覆部材と、前記被覆部材に埋設されるとともに、該被覆部材から露出された電極を有する外部接続電極を含む発光装置の製造方法であって、
前記電極と前記被覆部材とを覆う金属層を形成する工程と、
レーザ光を前記電極および前記被覆部材上の前記金属層に照射して、前記電極に形成された金属層を残し、前記被覆部材上に形成された金属層を除去する工程と、
発光装置の製造方法。 - 発光素子と、該発光素子を覆う被覆部材と、該被覆部材から露出された外部接続電極を含む発光装置であって、
前記外部接続電極は、前記被覆部材に埋設された電極と、該電極に形成され、表面が前記被覆部材から露出された金属層と、を含んでなり、
前記被覆部材の表面は、前記金属層を有する面において、複数の溝を有することを特徴とする発光装置。 - 前記第1電極はCuを含み、前記金属層はNiとAuを含む請求項9に記載の発光装置。
- 前記溝は、ストライプ状である、請求項9または10に記載の発光装置。
- 前記外部接続電極が露出された面を有し、該面を実装面とする請求項9から11のいずれか1項に記載の発光装置であって、
該発光装置は、さらに実装面と反対側に波長変換部材を有する発光装置。
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