JP2015111620A - 発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高さ方向の位置精度を高いままに維持しながら基板の材料によらず常に高い放熱性能を有するＬＥＤ装置を提供するとともに、その製造方法を提供すること。
【解決手段】
ＬＥＤ装置１は、フレキシブルプリント配線板１５にセラミックインク１４でコーティングした基板１６と基板１６に実装されたＬＥＤ素子１２を透光性樹脂１１で封入したものである。基板１６の貫通穴底部に外部電極１７が設けられた基板穴１９に１個ずつのハンダメッキもしくは錫メッキされた導電性球体１８が装着されている。導電性球体１８の上部にＬＥＤ素子１２の電極１３がろう付けされ、外部電極１７とＬＥＤ素子１２の電極１３が電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明はＬＥＤ素子等の発光素子を備えた発光装置の構造とその製造方法に関するものである。

近年、ＬＥＤ素子は低消費電力、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されており、その利用範囲が急速に拡大している。

従来、ＬＥＤ装置におけるＬＥＤ素子の電極は外部電極とろう付けなどの手段によって固定され、電気的に接続される。しかし、この方法では、ＬＥＤ素子の取り付けの高さ方向のずれを生じやすく、このずれは光の明るさのむらや光の向きのばらつきとなって現れる。
そこで、特許文献１には、高さが任意に設定可能な光学電子デバイスの接合構造が開示されている。特許文献１（段落「００７８」〜「００８３」、図６、７）に開示される接合構造は、絶縁性の球形フィラーを含有する金属ナノペーストを接合する電極部に供給し、その後、加熱することで、球形フィラーが電極間に挟み込まれた状態で、金属微粒子の凝集により接合するものである。この接合構造は、球形フィラーの径を調整することで高さ方向の位置決めを行うことができる。

特開２００４−３２７９０８号公報（１４、１５頁、図６、７）

特許文献１に開示される技術では、基板上にある電極に球形フィラーを含有する金属ナノペーストを用いて基板とＬＥＤ素子を電気的に接合しているが、ＬＥＤ素子から発せられる熱は基板を通って外部に放熱される。すなわち、基板の材料が樹脂等の熱伝導性の悪いものであった場合、放熱能力の不足に伴ってＬＥＤ素子が高温となり、発光効率の低下に繋がる。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決するために、高さ方向の位置精度を高いままに維持しながら基板の材料によらず常に高い放熱性能を有するＬＥＤ装置を提供するとともに、その製造方法を提供することである。

本発明のＬＥＤ装置は、貫通穴部と前記貫通穴部の一方の側を導電体で覆って形成された外部電極とを有する基板と、前記外部電極に接触するように前記貫通穴部に装着された１つ以上のスペーサと、前記スペーサ上に配置され、ＬＥＤ素子の電極が前記スペーサに支持された前記ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の電極と前記スペーサと前記外部電極とを接着する接着剤と、前記ＬＥＤ素子の周囲を封止した透光性樹脂と、を備え、前記スペーサは前記基板の他方の側の面より上方に突出するとともに、前記スペーサまたは前記接着剤は導電性を有することを特徴とする。

前記スペーサと前記接着剤は、Ｃｕコアハンダボールから形成されたことを特徴とする。

さらに、前記基板の前記ＬＥＤ素子が配設される側の面に反射性部材が設けられていることを特徴とする。

本発明のＬＥＤ装置の製造方法は、基板に貫通穴部を設け、前記貫通穴部の一方の側を導電体で覆い外部電極を形成し、その貫通穴部に１つ以上のスペーサを装着し、ＬＥＤ素子の電極を前記スペーサ上に配置し支持させて実装した後、前記ＬＥＤ素子の電極と前記外部電極とを電気的に接続する工程を含むことを特徴とする。

また、前記ＬＥＤ装置の製造方法は、他方の側の面に反射性部材を設ける工程を含むことを特徴とする。

本発明により、高さ方向の位置精度の高さを維持したままで基板に依らず高い放熱性を有することで、個々のＬＥＤ装置の光の向きのばらつきを抑えたままで高い発光効率を有するＬＥＤ装置を提供できるとともに、その製造方法を提供できる。

本発明の実施形態のＬＥＤ装置１を上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態のＬＥＤ装置１を下方から見た斜視図である。 図１に示すＬＥＤ装置１で導電性球体１８をそれぞれ１個ずつ装着した例のＡ−Ａ断面図である。 図１に示すＬＥＤ装置１で導電性球体１８をそれぞれ２個ずつ装着した例のＡ−Ａ断面図である。 Ｃｕコアハンダボール使用の工程フローのうち、（工程１）〜（工程５）を説明する図である。 Ｃｕコアハンダボール使用の工程フローのうち、（工程６）〜（工程７）を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（ＬＥＤ装置の構成）
ＬＥＤ装置１の構成を以下に説明する。
図１はＬＥＤ装置１の上方から見た斜視図を、図２は下方から見た斜視図を、図３は図１のＡ−Ａ断面図を示している。

本発明のＬＥＤ装置は、貫通穴部と前記貫通穴部の一方の側を導電体で覆って形成された外部電極とを有する基板と、前記外部電極に接触するように前記貫通穴部に装着された１つ以上のスペーサと、前記スペーサ上に配置され、ＬＥＤ素子の電極が前記スペーサに支持された前記ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の電極と前記スペーサと前記外部電極とを接着する接着剤と、前記ＬＥＤ素子の周囲を封止した透光性樹脂と、を備え、前記スペーサは前記基板の上面より上方に突出するとともに、前記スペーサまたは前記接着剤は導電性を有することを特徴とする。以下、スペーサと接着剤を、ハンダメッキもしくは錫メッキされた導電性球体（一例として、Ｃｕコアハンダボール）から形成される場合を例として説明する。

図１において、ＬＥＤ装置１は、フレキシブルプリント配線板１５にセラミックインク１４でコーティングした基板１６と前記基板１６に実装されたＬＥＤ素子を透光性樹脂１１で封止したものである。図２の下から見た斜視図は、前記フレキシブルプリント配線板１５底面の外部電極１７が見える状態を示している。図３はＬＥＤ装置１の内部を示している。

基板１６の貫通穴底部に外部電極１７が設けられた基板穴１９に、１個ずつの同じ径のハンダメッキもしくは錫メッキされた導電性球体１８が装着されている。このとき、基板穴１９に載置したときの導電性球体１８の幅Ｄ１、高さＤ２、基板１６における基板穴１９の径Ｈ１、基板厚みＨ２の関係は、Ｈ１＞Ｄ１かつＤ２＞Ｈ２とする必要がある。この様な部材を用いれば、導電性球体１８は、下部が外部電極１７に接し上部がＬＥＤ素子１２の電極１３に接し、導電性球体１８は基板１６の上面より上方に突出した形態とすることができる。そして、ＬＥＤ装置１２の外部電極１７に対する高さ方向の位置決め精度は、導電性球体１８のスペーサの直径に依存することになり、位置決め精度を高いままに維持することができる。導電性球体１８の上部にＬＥＤ素子１２の電極１３が、導電性球体１８の下部に外部電極１７が、それぞれ導電性球体１８の表面にあって接着剤の役割を果たすハンダもしくは錫にてろう付けされていて、外部電極１７とＬＥＤ素子１２の電極１３は電気的に接続されている。

図４に示されるように、基板１６に設けられた基板穴１９に複数個の導電性球体１８を装着した構成としてもよい。より多くの支持する箇所が増えることで実装する際の安定性が増すことに加え、導電性球体１８と電極１３および外部電極１７との接触面積が増加することで放熱性も向上する。上述した説明では、スペーサと接着剤を、ハンダメッキもしくは錫メッキされた導電性球体１８によって形成する例を説明した。スペーサは導電性の材質に限定されない。また、スペーサの形状は球体に限定されず、直方体や円筒など非球体でもよい。スペーサが導電性の場合には、接着剤は導電性のものでもよいし導電性ではないものでもよい。一方、セラミックボールなどのスペーサが非導電性の場合には、接着剤は導電性のものを用いる。ＬＥＤ素子１２で生じた熱は、スペーサあるいは接着剤を介して、基板１６の裏側に設けられた外部電極１７に伝導し、ＬＥＤ装置１の外部に放熱される。つまり、本発明で“スペーサまたは接着剤を導電性とする”とした表現は、スペーサと接着剤のいずれかを導電性とした場合と、両方を導電性としたものの両方を含む。

（ＬＥＤ装置の動作）
次にＬＥＤ装置１の動作について説明する。
外部電極１７を通じてＬＥＤ素子１２に電源から電流が供給されると、ＬＥＤ素子１２の発光層（図示なし）において発光し、この光のほとんどは直接ＬＥＤ素子１２の上面から透光性樹脂１１を介して取り出されるが、ＬＥＤ素子１２の端子側に出た光はフレキシブルプリント配線板１５にセラミックインク１４でコーティングされた表面で反射しＬＥＤ装置１の上面方向に向かう。

（ＬＥＤ装置の製造方法）
本発明のＬＥＤ装置１の製造工程例の概略を図５−１と図５−２に示す。図はいずれもＬＥＤ装置の断面図で、製造工程の流れにしたがって説明する。ここでは、Ｃｕコアハンダボールを用いたＬＥＤ装置の製造方法を説明する。
図５−１において、
（工程１）樹脂基板に白色レジストをコーティングする。白色レジストは反射層として機能する。白色レジストなしの場合は、本工程は不要である。
（工程２）スルーホールを開ける。スルーホールは、プレス、レーザ、ケミカルエッチングなどの手法を用いて樹脂基板に加工される。
（工程３）樹脂基板の裏面にＣｕ箔を貼り付ける。または、片面Ｃｕ箔ポリイミド基板を用い、ポリイミドをエッチングすることにより上記（工程２）の工程に替えて、本形態とすることも可能である。
（工程４）裏面配線を形成する。裏面配線のパターニングは、ホトリソグラフィとＣｕのエッチングを組み合わせて行う。
（工程５）形成した配線部分にメッキを施す。メッキ工程では、工程４で裏面配線が形成
された樹脂基板全体をＣｕメッキ液に浸し、電解メッキ法により表面側及び裏面側にメッキ層を成長させる。続いて、メッキ液を変えＮｉ層およびＡｇまたはＡｕ層を形成する。

図５−２において、
（工程６）基板穴にＣｕコアハンダボールを装着する。基板穴は、工程２で設けられたスルーホールであって、工程３で設けられたＣｕ箔により一方が塞がれた部位である。
（工程７）Ｃｕコアハンダボール上にＬＥＤ素子１２を実装する。
上記工程を経た後、被覆工程において、ＬＥＤ素子１２が実装された基板に、ＬＥＤ素子１２とともに樹脂基板の上面を、透光性を有する被覆材（透光性樹脂）で被覆する。例えば、蛍光体を含有したシリコーン樹脂をスキージや金型などにより、ＬＥＤ素子が実装された基板上に配置し、１５０℃程度で硬化させる。次の個化工程では、ダイシングブレードや金型により透光性樹脂で封止した前記樹脂基板を切断し、ＬＥＤ装置に個片化する。

本発明に係るＬＥＤ装置の効果について説明する。
ＬＥＤ素子を基板穴に装着したスペーサに実装することにより、放熱性能が良くなり、高さ方向の取り付け位置精度が高くなり、ＬＥＤ素子が外部電極に対してより並行に取り付けられるので、高さ方向の位置のバラツキが抑えられる。
これにより、ＬＥＤ素子の上面を覆う透光性樹脂表面に対してＬＥＤ素子が並行に位置するので、ＬＥＤ素子の上面を覆う透光性樹脂の厚さが均一となり、光の向きのばらつきが抑えられる。

また、基板の表面にセラミックインクでコーティングを施すと、ＬＥＤ素子の端子側からの光を反射し、ＬＥＤ装置の光の出射効率を高めることができる。

１ ＬＥＤ装置
１１ 透光性樹脂
１２ ＬＥＤ素子
１３ 電極
１４ セラミックインク
１５ フレキシブルプリント配線板
１６ 基板
１７ 外部電極
１８ 導電性球体
１９ 基板穴

Claims (5)

1. 貫通穴部と前記貫通穴部の一方の側を導電体で覆って形成された外部電極とを有する基板と、
   前記外部電極に接触するように前記貫通穴部に装着された１つ以上のスペーサと、
   前記スペーサ上に配置され、ＬＥＤ素子の電極が前記スペーサに支持された前記ＬＥＤ素子と、
   前記ＬＥＤ素子の電極と前記スペーサと前記外部電極とを接着する接着剤と、
   前記ＬＥＤ素子の周囲を封止した透光性樹脂と、
   を備え、
   前記スペーサは前記基板の他方の側の面より上方に突出するとともに、前記スペーサまたは前記接着剤は導電性を有することを特徴とするＬＥＤ装置。
2. 前記スペーサと前記接着剤は、Ｃｕコアハンダボールから形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ装置。
3. 前記基板の前記ＬＥＤ素子が配設される側の面に反射性部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ装置。
4. 基板に貫通穴部を設ける工程と、
   前記貫通穴部の一方の側を導電体で覆い外部電極を形成する工程と、
   前記貫通穴部に１つ以上のスペーサを装着する工程と、
   ＬＥＤ素子の電極を前記スペーサ上に配置し支持する工程と、
   前記ＬＥＤ素子の電極と前記外部電極とを電気的に接続する工程と、
   を含むＬＥＤ装置の製造方法。
5. 前記基板の他方の側の面に反射性部材を設けることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ装置の製造方法。

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