樹脂封止型光チップの製造装置及び製造方法

【課題】発光ダイオード装置の封止部とレンズ部を別工程で製作するため量産化が困難である。
【解決手段】発光ダイオード装置の封止部とレンズ部を一体形成可能なキャビティ４５を形成し、プランジャの周面にリング状リング状のシール部材を設けると共に、プランジャの先端側の周面とポット内壁面との間に液状のシリコーン樹脂を導入し、この樹脂を硬化させてシール用樹脂層を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の熱硬化性樹脂を用いて樹脂封止型光チップを製造するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は樹脂封止型発光ダイオード装置の断面図である。即ち、この発光ダイオード装置はリフレクタ７０の中央に埋没されているヒートシンク７１と、このヒートシンク７１上に配されている発光ダイオード素子７２と、発光ダイオード素子７２を封止する封止部７３と、封止部７３上に固着されているレンズ部７４とを備えている。封止部７３は、通常、液状のシリコーン樹脂から形成されている。
【０００３】
ところで、上金型及び下金型を用いる、いわゆるトランスファーモ−ルド方式の製造装置を用いると、樹脂封止型のチップの量産化を図ることができ、チップを安価に提供することが可能である。
【０００４】
しかるに、上記封止部７３等の形成に用いる液状のシリコーン樹脂は、低粘度であるため加圧時にプランジャとポット内周面との間から漏れ出てしまう欠点を有している。
【０００５】
このため、上記した発光ダイオード装置の封止部７３は、従来、射出成形により形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、射出成形方式では、シリコーン樹脂を型に封入する際に空気を巻き込むことが多く、ボイドの含まれる樹脂の封止部が形成され、しかもウェルド（樹脂流の跡）も生じ易いため、非常に歩留まりが悪くなる欠点があった。またボイドの発生率が高いため、レンズ部を別体として形成する必要が生じ、光チップが非常に高価となる欠点もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以上の点を解決するために次のような構成を備える。
即ち、本発明は、トランスファーモールド方式を採用するものであり、光素子の封止部及びレンズ部を有する樹脂封止型光チップの製造装置であって、
上金型と下金型との対向面に形成されて光素子が配されるキャビティと、このキャビティに充填すべき液状の熱硬化性樹脂が供給される筒状のポットと、このポット内に往復動可能に配され、この駆動で熱硬化性樹脂をキャビティへ向け圧送するプランジャとを備え、
キャビティは封止部及びレンズ部を一体形成可能な空間形状を有し、
プランジャの周面に装着されてポットの内壁面との摺接で液密を保持するリング状のシール部材と、
プランジャの先端側の周面とポットの内壁面との間に導入された液状の熱硬化性樹脂を硬化させて成るシール用樹脂層と、
を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、他の発明は、上金型と下金型との対向面から光素子が配され、かつ封止部及びレンズ部を一体形成可能なキャビティを形成するステップと、筒状のポットにキャビティへ充填すべき液状の熱硬化性樹脂を供給するステップと、ポット内の熱硬化性樹脂をポット内でプランジャを移動させてキャビティに向けて圧送するステップとを含み、
プランジャの周面にポットの内壁面と摺接して液密を保持するためのリング状シール部材を装着すると共にプランジャの先端側の周面に凹所を形成し、
プランジャの先端側の周面とポットの内壁面との間及び凹所に液状の熱硬化性樹脂を導入し、この導入した熱硬化性樹脂を硬化させてシール用樹脂層を形成する、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トランスファーモールド方式であっても液状の熱硬化性樹脂を用いて封止部及びレンズ部をボイドを生じさせずに一体的に形成することができるので、品質の優れた樹脂封止型光チップを安価に提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図４には本発明に係る樹脂封止型光チップの製造装置が示されている。
【００１２】
即ち、この製造装置は、図４に示されているように、上金型１２と下金型１３とを備えている。
【００１３】
下金型１３は、可動ブロック１４上に固定されている中空の支持体１５と、支持体１５上に固定されているエジェクト用ブロック部１６とを備えている。支持体１５内には可動ブロック１４から伸びるねじロッド１７が突出し、ねじロッド１７の上端は連結部１８に回転自在に連結され、連結部１８上には取付板１９を介してプランジャ２０のロッド２１下端が連結されている。上記ねじロッド１７は図示しないモータにより回転駆動されて上動する。従って、プランジャ２０はロッド２１を介して上動する。
【００１４】
取付板１９上にはベローズ２２の下端のフランジ２２ａが気密に固定され、ベローズ２２の上端のフランジ２２ｂはエジェクト用ブロック部１６の凹所に気密に固定されている。これにより、このベローズ２２はプランジャ２０のロッド２１を気密に覆っている。
【００１５】
エジェクト用ブロック部１６には上方開口の収容空間３１が形成されている。この収容空間３１にはピンプレート３２がストッパ３３に当接して配されている。ピンプレート３２には上方に伸長するエジェクトピン３４が取付けられており、弾性部材３５を介して常時、下方への押圧力が付与されている。そして、エジェクト用ブロック部１６には収容空間３１に連通する真空引き通路３６が形成されている。
【００１６】
上記ピンプレート３２の下面からは、エジェクト用ブロック部１６を貫通して上動ロッド３７が伸長している。そして、ベローズ３８の上端のフランジ３８ｂはエジェクト用ブロック部１６の下面に気密に固定され、その下端のフランジ３８ａは取付板３９に固定されている。取付板３９の下方には押圧ロッド４０が位置している。従って、押圧ロッド４０が上動して取付板３９を押し上げると、上動ロッド３７と共にピンプレート３２が上動する。これにより、エジェクトピン３４が後述するキャビティ内に突出する。
【００１７】
エジェクト用ブロック部１６の上方には断熱材４１を介して加熱プレート４２が気密に配されている。この加熱プレート４２はヒータ４３が埋設されている。加熱プレート４２の上方には金型板４４が取付けられている。金型板４４の上面にはキャビティ４５を形成するための凹部とランナーを形成するための溝及びゲートが設けられている。そして、金型板４４の縁部に形成した矩形状の凹部にはゴム製のパーティングシール部材４６が嵌入されている。
【００１８】
金型板４４及び加熱プレート４２の中央にはポット４７が設けられ、ポット４７には後述するように液状のシリコーン樹脂４８が供給される。
【００１９】
一方、上金型１２は、下金型１３の金型板４４と対向する金型板５０を備えている。この金型板５０の下面には上記キャビティ４５を形成するための凹部やランナーを形成するための溝が設けられている。そして、金型板５０の縁部には上記パーティングシール部材４６を係入させるための凹部が形成されている。
【００２０】
ところで、上金型１２と下金型１３とが接近し、金型板５０の凹部に上記パーティングシール部材４６が係入すると、両金型板５０，４４の対向面間とパーティングシール部材４６とによりパーティング空間５１が形成される。そして、金型板５０にはこのパーティング空間５１に連通する真空引き通路５２が設けられている。
【００２１】
上金型１２は更に金型板５０を加熱するための加熱プレート５３を備えている。この加熱プレート５３にはヒータ５４が埋設されている。加熱プレート５３の上方には断熱材５５を介してエジェクト用ブロック部５６が配されている。このエジェクト用ブロック部５６には下方開口の収容空間５７が形成されている。この収容空間５７にはピンプレート５８がストッパ５９に当接して配されている。ピンプレート５８には下方に伸長するエジェクトピン６０が取付けられており、弾性部材６１を介して常時、下方への押圧力が付与されている。そして、エジェクト用ブロック部５６には収容空間５７に連通する真空引き通路６２が形成されている。
【００２２】
尚、ピンプレート５８の下面からは、加熱プレート５３及び金型板５０を貫通して下金型１３の金型板４４に当接するロッド６３が伸長している。
【００２３】
さて、上金型１２と下金型１３とが接近すると、上記パーティングシール部材４６により密閉状態のパーティング空間５１が形成される。また、上下動するプランジャ２０（ロッド２１）と上動ロッド３７とがベローズ２２，３８により気密に覆われているので、下金型１３及び上金型１２の両収容空間３１，５７は気密状態に保持されている。
【００２４】
このような気密状態において真空引き通路３６，５２，６２を図示しない連結管を介して真空引きポンプに接続しており、該ポンプにより１０Ｐａ〜２０Ｐａに大きく減圧する。即ち、パーティング空間５１及び両収容空間３１，５７を１０Ｐａ〜２０Ｐａまで減圧する。従って、キャビティ４５内も同様に減圧されている。
【００２５】
ところで、上記したキャビティ４５には、図５に示すフレーム７が配される。このフレーム７には予め射出成形によりリフレクタ７０が形成され、リフレクタ７０の中央の凹部には銅製のヒートシンク７１が埋没されている。ヒートシンク７１上には発光ダイオード素子７２が配され、該素子７２はリード７５にワイヤを介して接続されている。
【００２６】
一方、このようなフレーム７の配されるキャビティ４５は、図１に示すように、リフレクタ７０の配置する空間、発光ダイオード素子７２の封止空間４５Ａ及びレンズ形成空間４５Ｂから形成され、図２に示す封止部７３及びレンズ部７４が一体的に形成可能な空間を有している。そして、レンズ形成空間４５Ｂの端部位置にゲート７６が連通している。
【００２７】
また、図３に示すように、ポット４７内に位置するプランジャ２０には、ほぼ中央の周面にリング状のシール部材２０Ａが装着されている。このシール部材２０Ａはテフロン（登録商標）から形成されている。また、プランジャ２０のシール部材２０Ａより上方の周面には、環状の凹所２０Ｂが形成されている。そして、プランジャ２０の先端（上方）側の周面には、凹所２０Ｂに一部が入り込んでいるシール用樹脂層２０Ｃが設けられている。即ち、本実施例では、ポット４７の内壁面とプランジャ２０の周面との間に間隙を設け、この間隙に液状のシリコーン樹脂４８を導入し、該樹脂４８を加熱、硬化させることによりシール用樹脂層２０Ｃを形成している。
【００２８】
このようなシール用樹脂層２０Ｃはプランジャ２０を往復動させた場合、ポット４７の内壁面とを摺接し、ポット４７内の液密を保持するので、液状のシリコーン樹脂４８の漏れを確実に防止することができる。また、シール部材２０Ａの寸法精度が低くても液密を保持できるので、シール部材２０Ａの摩耗を少なくしてその長寿命化を図ることができる。
尚、凹所２０Ｂに代えて、例えばローレット加工等により、凹凸を設け、シール用樹脂層２０Ｃの一体化を図ってもよい。
【００２９】
上記製造装置の近傍には、図６に示すように、樹脂供給装置１が配されている。この樹脂供給装置１はＡ液及びＢ液から成る、いわゆる二液性シリコーン樹脂を供給する構成を有し、二液をミキシング２により混合、撹拌し、真空脱泡して液状のシリコーン樹脂４８を生成する。生成された液状のシリコーン樹脂４８は各計量ポンプ３に送信され、所定量だけ供給ホースを介して搬送ユニット４に供給される。搬送ユニット４は複数のノズル５を有し、下金型１３上まで移動して各ノズル５を各ポット４７上に位置させ、各ノズル５からポット４７内に液状のシリコーン樹脂４８を滴下させる。尚、ノズル５は冷却部６により常時、冷却され、これによりシリコーン樹脂の供給時における金型の熱による硬化を防止している。
【００３０】
次に、本発明の製造方法を説明する。
【００３１】
先ず、図示しないマガジンからアームによりリードフレーム７を取り出し、リードフレーム７を搬送ユニット４（図６参照）により保持し、搬送ユニット４により下金型１３のキャビティ４５にリードフレーム７を配置する。
【００３２】
次に、搬送ユニット４の各ノズル５から上述したように液状のシリコーン樹脂４８をポット４７内に滴下させる。この場合、プランジャ２０には図１に示すシール用樹脂層２０Ｃが予め形成されている。
【００３３】
その後、図７に示すように、下金型１３を上動し、パーティング空間５１を形成し、該空間を真空引きにより１０Ｐａ〜２０Ｐａまで減圧する。
【００３４】
次に、図１に示すように、上金型１２と下金型１３とを型締めし、プランジャ２０を上動させることによりポット内の液状のシリコーン樹脂４８をゲート７６を介してキャビティ４５に充填する。プランジャ２０の押圧力は、例えば、１０ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定されている。このように小さな押圧力であっても充分に減圧し、かつ樹脂漏れを確実に防止しているので、ボイドを生じさせることなくシリコーン樹脂により樹脂封止することが可能である。また、エアーベント溝９（図７参照）は、本実施例では０．００１ｍｎ〜０．００３ｍｍに設定しているが、これにより充分に減圧でき、かつ樹脂漏れが生じなかった。
【００３５】
その後、下金型１３を下動すると、上金型１２のピンプレート５８が弾性部材６１により下動し、エジェクトピン６０がキャビティ４５に突出する。従って、樹脂封止されたリードフレーム７は下金型１３のキャビティ４５上に位置する。
【００３６】
次いで、下金型１３の上動ロッド３７が上動してピンプレート３２が上動し、エジェクトピン３４がキャビティ４５に突出するので、上記リードフレームを下金型１３から取り出すことができる。
【００３７】
以上の製造方法により、図８に示す樹脂封止型発光ダイオード装置１０が得られる。
即ち、封止部７３とレンズ部７４とが一体的に同時に形成することができる。従って、品質的に優れ、量産化が可能であることから安価な発光ダイオード装置１０を提供することができる。
【００３８】
尚、上記したヒートシンク７１を有しない発光ダイオード装置であっても同様に製造することができる。
【００３９】
図９は図１の変形例に係るキャビティ４５を示している。このキャビティ４５は、二つ（複数）の発光ダイオード装置を製造するための空間が形成され、上金型１２の対向面の中央に凹状のスルーゲート７７が形成されている。従って、ゲート７６からの液状のシリコーン樹脂４８は、キャビティ４５の１つ目の発光ダイオード装置を製造するための空間へ充填されると、スルーゲート７７を介して次の発光ダイオード装置を製造するための空間へ充填される。尚、製品はダイシングにより個片に発光ダイオード装置１０として分離される。
【００４０】
図１０は本発明の他の実施例の要部を示す断面図である。この実施例では、上金型１２にポット４７及びプランジャ２０が配され、ポット４７から押し出された液状のシリコーン樹脂４８はランナー７８及び下方へ向かうゲート７６を介して本発明のキャビティ４５に充填される。
【００４１】
図１１は本発明の更に他の実施例の要部を示す断面図である。この実施例では、キャビティ４５に配されるリフレクタ７０のゲート７６と対向する位置に封入穴７９を設けると共に上金型の対向面に凹状のスルーゲート７７Ａを設ける。この封入穴としては直径が０．０５ｍｍであればよく、液状のシリコーン樹脂４８はゲート７６から最初の封入穴７９を介してキャビティ４５に導入され、又スルーゲート７７Ａ及び同様に次の封入穴７９を介して隣接する他のキャビティにも導入される。この実施例はゲート７６の設ける位置が制限される場合に任意位置に設ける封入穴７９を利用して樹脂を導入できる利点がある。
【００４２】
図１２は本発明の他の実施例に係る要部の断面図である。この実施例では、上金型１２のキャビティ４５形成壁面と、リフレクタ７０の周面との間に０．０５ｍｍ程度の空隙８０を設け、両キャビティ４５、４５間にスルーゲート７７を設けている。
【００４３】
図１３には更に他の実施例が示され、この実施例ではリフレクタ７０の周壁に上下方向の溝８１を設け、両キャビティ４５、４５間にスルーゲート７７を設けている。
【００４４】
図１４には他の製造方法に係るリードフレーム７が示されている。このリードフレーム７には発光ダイオード素子７２が直接的に取付けられ、かつリードにワイヤボンディングされている。
【００４５】
このリードフレーム７は、図４に示す製造装置に配される。この場合キャビティ４５としてはリフレクタの配置空間を有しない空間に形成されている。従って、上記したようにキャビティに液状のシリコーン樹脂４８を充填することにより、図１５に示す半成品が製造される。即ち、この半成品は、素子７２の封止部とレンズ部７４とが一体形成され、リフレクタを有しない構造を有している。
【００４６】
次に、この半成品に対し、図１６に示すようにその後にリフレクタ７０を形成する。このリフレクタ７０は、射出成形又はトランスファーモールド方式のいずれによっても形成が可能である。このリフレクタ７０の形成時には素子７２及びワイヤが予め封止されているので、その熱的な影響等を防止することができる。
【００４７】
このように発光ダイオード素子７２を封止した半成品を予め製造すると、この半成品を次のリフレクタ製造工程まで搬送する場合に、素子７２が既に封止されていることから素子７２塵が付着することが無く、従って、搬送作業の簡単化を図ることができる上に製品的に優れた発光ダイオード装置を得ることができる。
【００４８】
図１７及び図１８は更に他の実施例に係る発光ダイオード装置１０Ａの断面図である。この発光ダイオード装置１０Ａは、先ず、基板８２上に複数の発光ダイオード素子７２を整列されて配置し、配線にワイヤボンディングを行う。
【００４９】
そして、この基板８２を図４に示す製造装置に配置する。この場合、キャビティ４５としては複数の素子７２を一体封止する封止部７３Ａと複数のレンズ部７４とを一体形成可能な空間に形成されている。
【００５０】
得られた製品は発光素子アレイとしてそのまま利用してもよく、又はダイシングにより個片に分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
上記実施例では、発光ダイオード素子を用いた製造及び方法に適用しているが、本発明は、ＬＥＤ、更には各種の受光素子の製造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るキャビティを示す断面図である。
【図２】従来の製法に係る発光ダイオード装置の断面図である。
【図３】本発明に係るポット及びプランジャの断面図である。
【図４】本発明に係る製造装置の断面図である。
【図５】本発明のキャビティに配するリードフレームの断面図である。
【図６】本発明に係る樹脂供給装置の概略図である。
【図７】図４の装置の要部の断面図である。
【図８】本発明に係る発光ダイオード装置の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る要部の断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施例に係る断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施例に係る断面図である。
【図１３】本発明の他の実施例に係る断面図である。
【図１４】本発明の他の製造方法に係るリードフレームの斜視図である。
【図１５】図１４のリードフレームを用いて製造した半成品の断面図である。
【図１６】図１５の半成品を用いて製造した発光ダイオード装置の断面図である。
【図１７】本発明の他の実施例に係る発光ダイオード装置の断面図である。
【図１８】図１７の発光ダイオード装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
２ミキシング
３計量ポンプ
４搬送ユニット
５ノズル
６冷却部
７リードフレーム
８塗布ノズル
９エアーベント溝
１０、１０Ａダイオード装置
１２上金型
１３下金型
１６、５６エジェクト用ブロック部
２０プランジャ
２０Ａシール部材
２０Ｂ凹所
２０Ｃシール用樹脂層
２２、３８ベローズ
３１、５７収容空間
３２、５８ピンプレート
３４、６０エジェクトピン
３６、５２、６２真空引き通路
４５キャビティ
４６パーティングシール部材
４７ポット
４８シリコーン樹脂
５１パーティング空間
６１弾性部材
７０リフレクタ
７１ヒートシンク
７２発光ダイオード素子
７３、７３Ａ封止部
７４レンズ部
７６ゲート
７７、７７Ａスルーゲート
７９封入穴

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子を封止する封止部と前記光素子に対し光を送受するためのレンズ部とを有する樹脂封止型光チップの製造装置であって、
上金型と下金型との対向面に形成されて前記光素子が配されるキャビティと、前記キャビティに充填すべき液状の熱硬化性樹脂が供給される筒状のポットと、該ポット内に往復動可能に配され、その駆動で前記熱硬化性樹脂を前記キャビティへ向け圧送するプランジャとを備え、
前記キャビティは前記封止部及び前記レンズ部を一体形成可能な空間形状を有し、
前記プランジャの周面に装着されて前記ポットの内壁面との摺接で液密を保持するリング状のシール部材と、
前記プランジャの先端側の周面と前記ポットの内壁面との間に導入された前記液状の熱硬化性樹脂を硬化して成るシール用樹脂層と、
を含むことを特徴とする樹脂封止型光チップの製造装置。
【請求項２】
前記プランジャの先端側の周面に形成される凹所を有し、該凹所に前記液状の熱硬化性樹脂を導入することを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型光チップの製造装置。
【請求項３】
前記キャビティ内を減圧する減圧機構を更に備えることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型光チップの製造装置。
【請求項４】
前記液状の熱硬化性樹脂は、液状のシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型光チップの製造装置。
【請求項５】
光素子を封止する封止部と前記光素子に対し光を送受するためのレンズ部とを有する樹脂封止型光チップの製造方法であって、
上金型と下金型との対向面から前記光素子が配され、かつ前記封止部及び前記レンズ部を一体形成可能なキャビティを形成するステップと、筒状のポットに前記キャビティへ充填すべき液状の熱硬化性樹脂を供給するステップと、前記ポット内の熱硬化性樹脂を該ポット内でプランジャを移動させて前記キャビティへ向けて圧送するステップとを含み、
前記プランジャの周面にポットの内壁面と摺接して液密を保持するためのリング状シール部材を装着すると共に前記プランジャの先端側の周面に凹所を形成し、
前記プランジャの先端側の周面と前記ポットの内壁面との間及び前記凹所に前記液状の熱硬化性樹脂を導入し、該導入した熱硬化性樹脂を硬化させてシール用樹脂層を形成する、
ことを特徴とする樹脂封止型光チップの製造方法。
【請求項６】
前記キャビティ内を減圧することを特徴とする請求項５記載の樹脂封止型光チップの製造方法。
【請求項７】
前記液状の熱硬化性樹脂は、液状のシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項５記載の樹脂封止型光チップの製造方法。

【図１】