JP2012038999A - 発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子を実装したガラス基板にガラスレンズを接着し、高信頼性の発光デバイスを提供する。
【解決手段】 窪みが形成されるとともに、窪みから露出するリードフレームが埋め込まれたガラス基板１を作製し、このガラス基板１の上面に接着剤８でガラスレンズ２を接着する。さらに、ガラス基板１の窪みとガラスレンズ２に囲まれた空間と外部空間を繋ぐ連通孔を設け、接着剤８の硬化時に該空間内の空気が外部に抜けるようにした。その後、連通孔１０を封孔剤９により塞ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス材料を用いたパッケージに発光素子を実装した構成の発光デバイスに関する。

近年、ガラスパッケージを使用した発光デバイスが実用化されている。ガラス材料は、外部から浸入する水分や汚染物質を防げ、気密性が高い。また、ガラス材料は、シリコン基板と熱膨張係数が近似するので、ガラスパッケージに半導体素子を実装したときの実装面や接合面の信頼性が高い。また、ガラス材料は安価であることから、製品のコストを下げることができる。

図１４に、ガラス材料にＬＥＤ素子を実装した発光デバイスの断面構成を示す。ガラス基板５１には複数の貫通電極５２が形成されている。貫通電極５２の上には電極メタライズ５３Ｂが形成され、この上にＬＥＤ素子５６Ａが実装されている。ＬＥＤ素子５６Ａの上面と電極メタライズ５３Ｂはワイヤー５７により電気的に接続されている。ガラス基板５１の下面には外部接続用の電極メタライズ５３Ａが形成されている。電極メタライズ５３Ａは貫通電極５２に電気的に接続されており、この電極メタライズ５３Ａを端子電極としてＬＥＤ素子５６Ａに電力を供給できる。

ガラス基板５１の上面には、開口５８が形成されたＳｉ基板５４が、ＬＥＤ素子５６Ａを囲むように設置されている。Ｓｉ基板５４はガラス基板５１の表面に陽極接合されている。開口５８の内壁面は傾斜し、その表面には反射膜５５が形成されている。ＬＥＤ素子５６Ａで発光した光は反射膜５５によって反射し、上方向に指向性のある光として出射する。ＬＥＤ素子５６Ａを複数個実装すれば、発光の強度を高くすることができる。また、ＬＥＤ素子５６Ａで生成された熱は、貫通電極５２と電極メタライズ５３Ａを介して外部へ放熱される（例えば、特許文献１を参照）。

この従来例では、貫通電極５２は、ガラス基板５１に形成された貫通孔の内壁にＣｕ、Ｎｉなどをメッキし、その後、導電性樹脂やはんだなどを貫通孔に充填して形成される。また、ガラス基板５１の裏面のメタライズ５３Ａは、ガラスの表面にＴｉ層、その上にＴｉ層保護のためのバリア層となるＰｔ層、あるいはＮｉ層、さらに表面酸化を防止するＡｕ層などをスパッタリング法や蒸着法などにより堆積し、フォトプロセスを通してパターニングされている。

図１５に、ガラス材料にＬＥＤ素子６１を埋め込んだ発光デバイス６０の断面を示す。このような構成は特許文献２の図１に開示されている。ＬＥＤ素子６１はバンプ６２を介してサブマウント６３に実装され、サブマウント６３はリード６４Ａ、６４Ｂの先端に形成された段差部に接続されている。周囲は封止部材６５により覆われており、封止部材６５としてガラスを使用することが記載されている。ガラスからなる封止部材６５はリード部６４Ａ、６４Ｂの下部では薄く、ＬＥＤ素子６１から光が出射する側は凸状に厚く形成されている。

この発光デバイス６０は、ＬＥＤ素子６１に対して熱膨張率が１５０％から５００％の範囲の透光性ガラス部及び金属部で全体が包囲されている。また、ＬＥＤ素子６１よりも給電部材（リード部６４Ａ、６４Ｂ）と封止部材６５の熱膨張率が大きくなっている。また、ＬＥＤ素子６１あるいはサブマウント６３の部材よりも、給電部材と封止部材６５の熱膨張率が大きくなっている。これにより、応力方向が調整されて熱収縮差に起因して生じるクラック等の発生を防止することができる、というものである。

この発光デバイス６０の製造方法は特許文献２でも説明されている。図１６は金型を用いてガラス封止を行う直前の状態を示す。表面に半円状の凹部７１Ａを有する上金型７１と、底面が平坦な凹部７２Ａを有する下金型７２との間に、薄いガラスシート６８と、ＬＥＤ素子６１が実装されたサブマウント６３、このサブマウント６３に電気的に接続した２本のリード部６４Ａ、６４Ｂと、その上に厚いガラスシート６７を設置する。次に、真空雰囲気中で２つのガラスシート６７、６８を４５０℃に加熱して軟化させた状態で、上金型７１と下金型７２とを矢印の方向に移動させることによってガラスシート６７、６８に圧力をかける。これにより、２つのガラスシート６７、６８が図１５に示した封止部材６５のようなドームに成形され、レンズの機能が生じる。

特開２００７−４２７８１号公報 特開２００７−３０６０３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように、貫通孔に導電樹脂を充填して、熱処理により固化して貫通電極を形成すると、固化の際の収縮により気密性を保持することが難しい。また、ＬＥＤ素子は発光すると発熱するため、点灯と消灯を繰り返すと、昇温と降温が繰り返される温度サイクルが生じ、膨張と収縮が交互に繰り返されることとなる。その結果、ガラスと貫通電極の界面の気密性が低下し、外部から水分等が浸入してＬＥＤ素子の寿命を低下させる。

また、特許文献１では、貫通電極の形成とは別に、スパッタリング法や蒸着法により導体膜を堆積し、フォトマスクを用いたフォトプロセスを通して裏面電極を形成している。その結果、製造工数が増えてコスト高となる要因となっていた。

特許文献２に記載された発光デバイスは、ＬＥＤ素子６１に直接レンズ６５が形成されているため、ＬＥＤ素子から出射した上方向の光はレンズによって集光できるが、横方向に出射した光はそのままレンズを通過してしまい、発光を有効に活用できない。一方、この発光デバイス６０では、ＬＥＤ素子６１やサブマウント６３の熱膨張係数より周囲の封止部材６５の熱膨張係数を大きくして、熱膨張係数の差に基づく内部応力が、ＬＥＤ素子６１の中心に向かう圧縮応力となるように調整している。これにより、ガラス材にクラック等が発生しないようにしている。従って、ＬＥＤ素子６１を封止する封止部材６５の形状を、例えば凹部のような形状に変更して配光特性をコントロールしようとすると、中心部に向かう圧縮応力のバランスが崩れて、クラック等が発生して信頼性が低下する虞がある。

また、特許文献２の製造方法では、ガラスからなる封止部材を軟化させてＬＥＤ素子６１を封止するので、ＬＥＤ素子６１が、例えば４５０℃以上の高温に晒される。また、ＬＥＤ素子がワイヤーボンディングにより接続される場合には、軟化したガラスの粘度が高いため、ガラスによってそのワイヤーが潰れてしまう。また、封止部材６５に蛍光体を分散させて、ＬＥＤ素子で発光した光の波長を他の波長に変換する場合に、高温となるため使用できる蛍光体が限られてしまう。さらに、高温且つ高粘度のガラスに蛍光体を均一に分散させることは困難であり、望む効果を得ることができない。従って、ＬＥＤ素子の構造や実装構造が制限される、などの課題があった。

そこで、本発明は、光の利用効率が高く、配光特性のコントロールが可能で、少ない製造工数で製造可能な信頼性の高い発光デバイスを実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の発光デバイスは、窪みを形成するために表面に突起が設けられたガラス基板と、ガラス基板に埋め込まれるとともに、窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームと、窪みから露出したリードフレームに電気的に接続された発光素子と、窪みを覆うように突起に固定されたガラスレンズをを備えることとした。

さらに、ガラス基板の窪みとガラスレンズによって囲まれた空間と外部とをつなぐ連通孔と、連通孔を塞ぐ封孔剤を備えることとした。このとき、突起の頂面に設けられた接着剤でガラスレンズがガラス基板に固定される。連通孔は、接着剤に設けても、ガラス基板に設けても、ガラスレンズに設けてもよい。

また、ガラス基板には、透明なガラスにアルミナを４０％混合した白色ガラスが適している。あるいは、ガラス基板に透明なガラスを用い、窪みの傾斜面及び底面に金属又は絶縁体の多層膜を形成して、反射面としてもよい。

あるいは、発光素子を覆うように窪みに充填された封止剤を備える場合には、この封止剤がガラスレンズに全面で密着するように充填させてもよい。

また、ガラスレンズとガラス基板の突起が嵌合して接合されると密着性が向上する。

さらに、本発明の発光デバイスの製造方法に、窪みを形成するために表面に突起を設けるとともに、窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームを埋め込んだガラス基板を作製する第一の工程と、リードフレームに発光素子を実装する第二の工程と、ガラス基板の窪みを覆うようにガラスレンズを設置し、ガラス基板とガラスレンズの隙間の空気を逃がすための連通孔を設けてガラス基板とガラスレンズを接着剤により接着する第三の工程と、接着剤を硬化させた後に、連通孔を封孔剤で塞ぐ第四の工程と、を備えることとした。あるいは、第二の工程の次に、発光素子を封止剤で覆う第三の工程と、ガラス基板の窪みを覆い、封止剤に密着するようにガラスレンズを設置する第四の工程と、封止剤を硬化させる第五の工程を備えるようにしてもよい。

本発明の発光デバイスは、発光素子をガラスで完全に密閉することができ、耐久性の高いパッケージが得られる。また、発光素子から横方向に出射した光は、窪み側面の白色ガラスで上方向に反射するため、発光光を有効に利用できる。また、ガラスレンズは自由な形状を選択できるため、配光特性をコントロールすることが可能である。更には安価なガラスを使用するため、コスト、特性、耐久性全ての面で優れた発光デバイスを提供することができる。

本発明の発光デバイスの構成を説明する模式図である。 本発明の発光デバイスの構成を説明する模式図である。 本発明の発光デバイスの構成を説明する模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの断面構成を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの製造工程を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの製造工程を示す模式図である。 本発明の発光デバイスの製造工程の一部を示す模式図である。 従来公知の発光デバイスの構成を示す模式図である。 従来公知の発光デバイスの構成をに示す模式図である。 従来公知の発光デバイスの製造工程の一部を示す模式図である。

本発明の発光デバイスは、窪みを形成するために表面に突起が設けられたガラス基板とガラスレンズが接合された構成である。窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームがガラス基板に埋め込まれており、窪みから露出したリードフレームに発光素子が電気的に接続されている。ガラス基板とガラスレンズは、突起の頂面に設けられた接着剤で接合されている。窪みに封止剤を充填し、封止剤が突起の頂面とガラスレンズの間まで供給すれば、この封止剤を接着剤として利用することもできる。

また、ガラスレンズと窪みが空間を形成する場合がある。このとき、この空間と外気を繋ぐ連通孔を形成しておく。例えば、開いた環状に接着剤を塗布し、接着剤のない部分が連通孔となるようにする。そして、接着剤を硬化させた後、連通孔を封孔剤で塞ぐ。このような製造方法により、接着剤を硬化する際に空間内の気体が膨張しても接着剤にクラックが入ることがなくなる。ガラス基板１の窪みとガラスレンズ２に隙間がないように封止剤５を充填しておけば、接着剤硬化時の空気の膨張がないため、連通孔を設ける必要はなくなる。あるいは、接着剤として光硬化型の接着剤を使えば低温で硬化できるため、連通孔を設けなくても気密性の高い接着が可能になる。また、硬化時間が短いため生産効率を高めることができる。

あるいは、無機系の接着剤を使うことができる。このときには、接着剤自体の耐久性が向上すると共に、完全にガラス材料同士の接合になるので、密閉性が高く、より高信頼性の発光デバイスが提供できる。無機系の接着剤としては、例えば金属アルコキシドの重縮合反応を用いた接着剤を使うことができる。

また、ガラス基板として白色又は乳白色を呈する材料を使用することができる。これにより経時的に変色のない反射層を構成することができる。白色ガラスを用いることが望ましい。白色ガラスは、ガラス材料に高屈折率の金属酸化物、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ジルコン(ＺｒＳｉＯ４)、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ボロン（Ｂ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、燐酸（Ｐ２Ｏ５）等の酸化物やフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を混入させることにより得られる。この場合添加する材料によって熱膨張率が変化するが、ガラスレンズとの熱膨張率差が大きいと、耐久性が低下するため、両者の熱膨張率差は３×１０^-6／Ｋ以下が望ましい。ガラス基板に白色ガラスではなく、透明なガラス材料を用いる場合には、窪みの上表面、すなわち、底面や斜面の全面に反射膜を形成する必要がある。

また、本発明による発光デバイスの製造方法は、外周部に設けられた突起により窪みが形成されるとともに、窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームが埋め込まれたガラス基板を作製する第一の工程と、このリードフレームに発光素子を実装する第二の工程と、窪みを覆うようにガラスレンズをガラス基板の上に設置し、窪みとガラスレンズに挟まれた空間と外部空間を繋ぐ連通孔を設けて、ガラス基板とガラスレンズを接着剤により接合する第三の工程と、接着剤を硬化させた後に、連通孔を封孔剤で塞ぐ第四の工程を含むこととした。

あるいは、外周部に設けられた突起により窪みが形成されるとともに、窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームが埋め込まれたガラス基板を作製する第一の工程と、リードフレームに発光素子を実装する第二の工程と、発光素子を覆うように、窪みに封止剤を充填する第三の工程と、ガラス基板の窪みを覆い、封止剤に密着するようにガラスレンズを設置し、ガラスレンズと突起の頂面との間に封止剤を供給する第四の工程と、封止剤を硬化させて、ガラス基板とガラスレンズを接合する第五の工程を含むこととしてもよい。

以下、図面に基づいて本発明による発光デバイスの実施例を説明する。

図１に、本実施例の発光デバイス２２を模式的に示す。図１（ａ）は発光デバイスの断面図であり、図１（ｂ）は上視図である。図１（ｂ）中のＸ−Ｘ線での断面が図１（ａ）に示されている。ガラス基板１の外周部には突起６が設けられており、この突起６に囲まれた領域で窪みが形成されている。この窪みはガラス基板１の略中央に開口しており、この窪みに発光素子３が配置されている。ここで、本実施例ではガラス基板１に、透明なガラスにアルミナを４０％混合した白色ガラスを用いている。ガラス基板１の上部にはガラスレンズ２が接着剤８により接着されている。ガラス基板１には、窪みの底面から露出するようにリードフレームＬＦａ、ＬＦｂが埋め込まれている。図示するように、リードフレームＬＦａ、ＬＦｂの一端側はガラス基板１の窪みから露出しており、他端側はガラス基板１の側面から露出している。窪みの底面で露出したリードフレームＬＦａの表面に発光素子３が実装されている。発光素子３の下面には図示しない電極が形成され、図示しないダイボンディング材を介してリードフレームＬＦａと電気的に接続されている。発光素子３の上面にも図示しない電極が形成され、リードフレームＬＦｂと、Ａｕ等からなるワイヤー４により電気的に接続されている。また、発光素子３とワイヤー４を覆うように、封止剤５が窪みに供給される。必要に応じて封止剤５に蛍光体を分散させることがある。

図１（ｂ）に示すように、窪みの底面から露出したリードフレームＬＦａ、ＬＦｂの線幅は、窪みの周囲でガラス基板１に埋め込まれたリードフレームＬＦａ、ＬＦｂの線幅よりも狭く形成されている。ガラス基板１の側面から露出したリードフレームＬＦａ、ＬＦｂは折り曲げられて側面に接合している。この折り曲げられたリードフレームＬＦａ、ＬＦｂが端子電極７ａ、７ｂとして機能する。端子電極７ａ、７ｂに電力を供給して発光素子３を発光させる。発光した光は、窪みの壁面（すなわち、突起６の斜面）で上方に反射されるので、全ての光がガラスレンズ２に入射し、レンズの形状に応じた配光特性を得ることができる。また、発光素子３の下にはリードフレームＬＦａがあるので、発光素子３で発生した熱は、リードフレームＬＦａを介して外部に放熱される。すなわち、リードフレームＬＦａ、ＬＦｂは電極供給手段であるとともに、放熱手段でもある。ここで、リードフレームとは、薄板状又は線状の金属や合金から一体的に形成された導体をいう。従って、半導体分野で使用されるようなテープ状の金属板をエッチングや打ち抜きにより形成した導体であってもよいし、金属等を延伸して形成した線状の導体であってもよい。

リードフレームＬＦの材料として、ＮｉＦｅ合金やコバール、例えば、４２％ＮｉＦｅ合金や、４５％ＮｉＦｅ合金を使用することができる。これらの材料は、熱膨張係数がガラス材料に近く、ガラス材料との接合性もよい。また、端子電極７ａ、７ｂの表面に、ＮｉやＡｕメッキを施すことにより、はんだ付けが容易となる。なお、リードフレームＬＦの厚さは概ね０．１ｍｍから０．５ｍｍである。

以下に、本実施例に関する発光デバイスの他の構成例を説明する。以後、重複する説明は適宜省略する。図５に、ガラス基板１の窪みに供給された封止剤５とガラスレンズ２の間に空間がない発光デバイス２２を示す。ガラス基板１の突起の頂面に設けられた接着剤８によりガラスレンズ２がガラス基板１に接合されている。このとき、ガラス基板１とガラスレンズ２の間に空間が存在しないように封止剤５が充填されている。空間がないため、接着剤８を硬化させる時の加熱による空間内の気体膨脹がなく接着剤に圧力が加わらない。そのため、接着剤８にクラックが発生することがなく、気密性を確保できる。また、発光素子からの光は封止剤５から直接ガラスレンズ２に入射するため、図１で示した構成のような封止剤と空気層との界面、空気層とガラスレンズ界面での光の反射によるロスがなくなり、発光効率を高めることができる。

図９に、突出部７ｃが形成されたリードフレームＬＦａを用いた構成の発光デバイス２２を示す。図示するように、発光素子３が実装された部位のリードフレームＬＦａには、ガラス基板１の下方へ延びる突出部７ｃが設けられている。この突出部７ｃはガラス基板２の底面で露出している。発光素子３が発生する熱は、突出部７ｃを通じて外部に逃げることとなる。そのため、熱伝導性が低いガラス基材を用いても、熱抵抗の低い発光デバイスが実現できる。また、図５の構成と同様にガラス基板１とガラスレンズ２の間に空間が存在しないように封止剤５が充填されている。

図９に、リードフレームＬＦａ、ＬＦｂがガラス基板１の裏面からも露出した構成の発光デバイス２２を示す。図示するように、リードフレームＬＦａ、ＬＦｂが、ガラス基板の窪みの表面だけでなく、裏面からも露出するようにガラス基板１に埋め込まれている。リードフレームＬＦａ、ＬＦｂには屈曲部があり、この屈曲部をガラス基板の中に埋め込むことにより、ガラス基板１とリードフレームが一体となって十分な強度が保持できる。このような構成によれば、リードフレームが露出する面積が大きくなり、発光素子３が発生する熱を効率よく逃がすことができる。したがって、熱抵抗が低く、且つ耐久性の高い発光デバイスが実現する。

次に、ガラスレンズ２の下面を加工した構成を例示する。図６に、ガラスレンズ２の下面に凸部１３が設けられた構成の発光デバイス２２を示す。ガラスレンズ２には、ガラス基板１との設置面側に凸部１３が設けられており、ガラス基板１の突起６の頂面と内周面に嵌合するよう設計されている。凸部１３によって、ガラス基板１とガラスレンズ２が精度良く位置合わせできるとともに、接着剤８がガラス基板１の窪みへの流れ込むことが防止でき、より品質の安定した発光デバイスが実現する。

図７に、ガラスレンズ２の下面に凹部１４が（換言すると、ガラスレンズの下面外周に凸部が）設けられた構成の発光デバイス２２を示す。図示するように、ガラスレンズ２はガラス基板１への設置面側が凹部１４になっており、凹部１４がガラス基板の突起６の頂面と嵌合するよう設計されている。これにより、ガラス基板１とガラスレンズ２が精度良く位置合わせできるとともに、接着剤８の塗布面積が増えるため接着強度が増し、より耐久性の高い発光デバイスが実現する。

図８に、ガラス基板の突起の頂面に凸部が設けられた構成の発光デバイス２２を示す。図示するように、ガラス基板１の突起６の頂面に凸部２１が形成され、ガラスレンズ２に設けられたと凹部１６と嵌合している。凸部２１と凹部１６によってガラス基板１とガラスレンズ２が精度良く位置合わせできるとともに、接着剤８の塗布面積が更に増えるため接着強度が増し、更には外部からのガスや水分浸入を抑制し、より耐久性の高い発光デバイスが実現する。

本実施例の発光デバイス２２を図２に模式的に示す。図２（ｂ）は発光デバイス１の上視図であり、図中のＹ−Ｙ線での断面を図２（ａ）に示す。実施例１と同様にガラス基板１にはガラスレンズ２が接着剤８によって接合されるが、図２（ｂ）に示すように、接着剤８は閉じた環状でなく、開いた環状でガラス基板１の突起の頂面に設けられている。そのため、ガラス基板１とガラスレンズ２との間の、ガラス基板１の外周に沿った領域の一部に連通孔１０が形成される。連通孔１０はガラスレンズ２と封止剤５の間の空間２０と外部空間を繋いでいる。連通孔１０は、接着剤８の硬化後に封孔剤９で塞がれる。このような構成により、連通孔１０が開いた状態でガラスレンズ２とガラス基板１を接着剤８により接合することができる。そのため、接着剤８の硬化過程で封止剤５の上部にある空間２０の気体が膨張収縮しても、その膨張収縮の圧力を連通孔１０から逃がすことができ、接着剤８にクラックが発生することが防げる。

また、連通孔を接着剤８に設ける代わりにガラス基板１に設けた発光デバイス２２を、図３に示す。図３（ｂ）はこの発光デバイス２２の上視図であり、図中のＺ−Ｚ線での断面を図３（ａ）に示す。なお、前述の説明と重複する説明は適宜省略する。図示するように、連通孔１１はガラス基板１に開けられている。連通孔１１は、接着剤８をガラス基板２に塗布してガラスレンズ２を貼合せた後、封孔剤９で塞がれる。この方法により、接着剤８の硬化過程で生じる空間２０の気体の膨張収縮圧力を連通孔１１から逃がすことができ、接着剤８にクラックが発生することがない。

また、連通孔をガラスレンズ２に設けても良い。図４に、このような発光デバイス２２の断面構成を示す。接着剤８は閉じた環状に設けられているが、ガラス基板の突起の頂面とガラスレンズの間の一部には接着剤が存在しない領域がある。この領域に連通孔が開口するように、ガラスレンズに連通孔１２が設けられている。連通孔１２は、ガラス基板１とガラスレンズ２を貼合せた後、封孔剤９で塞がれる。この方法により、接着剤８の硬化過程で生じる空間２０の気体の膨張収縮圧力を連通孔１２から逃がすことができ、接着剤８にクラックが発生することを防止できる。

以下に、本発明による発光デバイス２２の製造方法の実施例を説明する。
図１１は実施例２の発光デバイス２２の製造方法を説明するフロー図である。図１１（ａ）に設置工程を模式的に示す。導体からなる２つのリードフレームＬＦａ、ＬＦｂを向かい合わせてガラス板１９の上に設置し、凹部を形成した下型１８と、表面に凸部を形成した上型１７の間に配置する。ここで、上型１７の凸部をリードフレームＬＦａ、ＬＦｂに対向させる。ガラス板１９の材料、リードフレームＬＦの材料、熱膨張係数等は、前述の実施例で説明したものと同様なので、詳細は省略する。

次に、下型１８、上型１７及びガラス板１９を加熱してガラス板１９を軟化させる。ガラス板１９としてソーダガラスを使用する場合には、約６００℃〜９００℃に加熱する。そして、下型１８及び上型１７を矢印の方向に押圧する。従って、上型１７の表面に形成された凸部の上面がリードフレームＬＦａ、ＬＦｂに当接する。これにより、ガラス板１９の一部のガラス材料は上型１７の窪みに流動する。図１１（ｂ）は、下型１８及び上型１７から取り出したガラス基板１を表す縦断面図である。ガラス基板１の上面には、上型１７の凹部に対応する位置に突起６が形成される。リードフレームＬＦａ、ＬＦｂは、突起６の下部でガラス基板１に埋め込まれて接合される。ガラス基板１の側面には、端子電極７ａ、７ｂとなるリードフレームＬＦａ、ＬＦｂが露出する。

次に、窪みの底面に露出したリードフレームＬＦａの上に、図示しないダイボンディング材を用いて発光素子３を実装する。ＳｎＡｇＣｕやＡｕＳｎ等の合金接合、或いは導電性接着材を使用して実装することができる。更に、発光素子３の上面に形成した図示しない電極と、露出したリードフレームＬＦｂとを、Ａｕ等からなるワイヤー４により接続する。ついで、実装部の保護のために封止剤５をディスペンサ等で塗布する。本発明の発光デバイスでは、発光素子３はガラスレンズで密閉されるため封止剤がなくても耐久性を確保できるが、ガラスレンズを貼合せるまでの汚染、接触等を考えると、封止剤は塗布したほうが望ましい。封止剤としては、シリコン樹脂や、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物が使用できる。

次に、ガラス基板１の突起６の頂面に、図２（ｂ）に示したように開いた環状の形に接着剤８をスクリーン印刷、ディスペンサ、転写法等の方法で塗布し、乾燥させる。このような工程により得られる状態を、図１１（ｃ）に示す。窪みの底面に露出したリードフレームＬＦａの上に発光素子３を実装した状態を表す断面図である。接着剤として、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化型の接着剤や、アクリル系の光硬化型接着剤、ポリメタロキサンを用いた無機系の接着剤が例示できる。これらの材料から要求特性に合わせて選択すればよいが、基板、レンズ共にガラスを用いた構成の場合、無機系の接着剤を使用すれば完全に無機系材料で密閉することとなり、非常に耐久性の高い発光デバイスが実現できる。

次に、ガラス基板１の突起上にガラスレンズ２を貼り合せる。この状態を図１１（ｄ）に示す。連通孔１０は接着剤８が塗布されなかった箇所であり、接着剤８の硬化過程で封止剤５の上部にある空間２０の気体が膨張収縮しても、その膨張収縮の圧力を連通孔１０から外部に逃がすことができ、ガラス基板１とガラスレンズ２を確実に接着できる。図１１（ｅ）に、連通孔１０を封孔剤９で封口した状態を表す。このような工程により、発光デバイス２２が完成する。封孔剤９には接着剤８と同様の材料が使用できるが、空間２０の気体の膨張収縮を少なくするために、常温硬化型や光硬化型の接着剤が望ましい。封孔剤９の塗布にはディスペンサ等が使用できる。

図１２は、他の製造方法を例示する。なお、発光素子３を実装する工程までは図１１と同じため、説明を省く。図１２（ａ）に、接着剤８を塗布した後のガラス基板１を示す。接着剤８は、図２（ｂ）に示したように、開いた環状の形状に、ガラス基板１の突起６に塗布され、乾燥される。次に、封止剤５をガラス基板１の窪みにディスペンサ等で充填する。このときの充填量は窪みより多少多くする。封止剤５がガラス基板１の突起６よりも高くなるように充填された状態を図１２（ｂ）に示す。封止剤５が硬化する前にガラス基板１にガラスレンズ２を配置する。この際、余剰の封止剤５は接着剤８に設けられた連通孔１０から排出される。ついで、発光デバイス２２を加熱して封止剤５と接着剤８を硬化させる。このようにしてガラスレンズ２が貼合わされた発光デバイス２２の断面図を図１２（ｃ）に示す。この方法により、連通孔１０は封止剤５で封孔されるため、前述した封孔工程が不要になる。

図１３は、連通孔が設けられていない発光デバイス２２の製造方法を表すフロー図である。なお、発光素子３を実装する工程までは図１１と同様のため、詳細は省略する。図１３（ａ）は、封止剤５を供給した後のガラス基板１の断面図である。封止剤５をガラス基板１の窪みにディスペンサ等で充填する。このときの充填量は窪みより多くし、図示するように、ガラス基板１の突起６よりも高くなるように充填される。封止剤５を硬化する前に、ガラスレンズ２は、ガラス基板１に貼合わせる。この際、余剰の封止剤５はガラス基板１の突起６に乗り上げ、ガラスレンズ２とガラス基板１の間隙に充填される。ついで、発光デバイス２２を加熱して封止剤５を硬化させる。この方法により、ガラスレンズ２はガラス基板に貼合されるため、図１１を用いて説明した接着剤塗布工程、封孔工程が不要になる。図１３（ｂ）は、ガラスレンズ２貼合後の発光デバイス２２の断面図である。

上述の各製造方法では発光デバイス２２の単品の製造方法を説明したが、これを多数個取りにより形成することができる。また、上述の各実施例では、発光デバイス２２の平面形状を四角形、窪み６を丸い擂鉢状の形状として説明したが、これに限定されない。発光デバイス２２の平面形状は円形でも、四角形以外の多角形でもよい。また、窪みは、四角形或いは他の多角形でもよいし、傾斜面は円弧状、或いは双曲線状でもよい。

無機系の材料で周囲を囲った発光デバイスを簡単かつ安価に製造できる。このような構成の発光デバイスは非常に信頼性が高いので、交換の必要のない照明器具や高温多湿等の過酷な環境下で使用できる。

１ ガラス基板
２ ガラスレンズ
３ 発光素子
４ ワイヤー
５ 封止剤
６ 突起
８ 接着剤
９ 封孔剤
１０、１１、１２ 連通孔
２０ 空間
２２ 発光デバイス

Claims (10)

1. 窪みを形成するために表面に突起が設けられたガラス基板と、
   前記ガラス基板に埋め込まれるとともに、前記窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームと、
   前記窪みから露出したリードフレームに電気的に接続された発光素子と、
   前記窪みを覆うように前記突起に固定されたガラスレンズと、を備えることを特徴とする発光デバイス。
2. 前記ガラス基板の窪みと前記ガラスレンズによって囲まれた空間と外部とをつなぐ連通孔と、
   前記連通孔を塞ぐ封孔剤を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記ガラスレンズが前記突起の頂面に設けられた接着剤で固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
4. 前記連通孔が、前記接着剤に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
5. 前記連通孔が、前記ガラス基板に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
6. 前記連通孔が、前記ガラスレンズに設けられたことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
7. 前記発光素子を覆うように前記窪みに充填された封止剤を備え、前記封止剤が前記ガラスレンズに全面で密着することを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
8. 前記ガラスレンズと前記ガラス基板の突起が嵌合して接合されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光デバイス。
9. 外周部に設けられた突起により窪みが形成されるとともに、前記窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームが埋め込まれたガラス基板を作製する第一の工程と、
   前記リードフレームに発光素子を実装する第二の工程と、
   前記窪みを覆うようにガラスレンズを前記ガラス基板の上に設置し、前記窪みと前記ガラスレンズに挟まれた空間と外部を繋ぐ連通孔を設けて、前記ガラス基板と前記ガラスレンズを接着剤により接合する第三の工程と、
   前記接着剤を硬化させた後に、前記連通孔を封孔剤で塞ぐ第四の工程を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
10. 外周部に設けられた突起により窪みが形成されるとともに、前記窪みの表面から露出する部位を持つリードフレームが埋め込まれたガラス基板を作製する第一の工程と、
    前記リードフレームに発光素子を実装する第二の工程と、
    前記発光素子を覆うように、前記窪みに封止剤を充填する第三の工程と、
    前記ガラス基板の窪みを覆い、前記封止剤に密着するようにガラスレンズを設置し、前記ガラスレンズと前記突起の頂面との間に前記封止剤を供給する第四の工程と、
    前記封止剤を硬化させて、前記ガラス基板と前記ガラスレンズを接合する第五の工程を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。