JP2018032655A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フリップチップ型の発光素子の電極を十分に保護するようにアンダーフィルとなる樹脂を充填できる構造、又はフェイスアップ型の発光素子の近傍に配線が露出せず、かつ発光素子上に乗り上げないようにレジストを塗布することのできる構造を有する発光装置、及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様として、凸部１３を有する配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、凸部１３上に実装された発光素子２０と、を有し、フリップチップ型の発光素子１の素子電極２３が凸部１３に接続され、発光素子２０の外周側の素子電極２３の縁が上面視にて凸部１３の外側に位置し、発光素子２０の外周近傍の素子電極２３の露出部分が白色又は透明な樹脂３１に覆われた、発光装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

従来、回路基板等の電極に金属バンプを介して接続された発光素子を有する光モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、リードフレームの凸部にフリップチップ型のＬＥＤダイが接続された発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の発光装置においては、ＬＥＤダイの半導体層とリードフレームとの上面との間に一定レベルの間隙が確保されるため、マイグレーションの発生が抑圧される。

また、基体表面の接続端子の凸部にフリップチップ型の発光素子が半田を介して接続されており、発光素子の側面が光反射性部材に覆われている発光装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の発光装置においては、発光素子の実装時において、溶融状態の半田が凸部上から流れたとしても、凸部の周りに貯まりやすく、一対の接続端子の短絡や、意図しない領域への半田の浸入を防止することができる。

また、モジュール基板上に２種類のフリップチップ型のパッケージＬＥＤが実装され、それら２つのパッケージＬＥＤの間に白色反射部材が充填されたＬＥＤモジュールが知られている（例えば、特許文献４参照）。

また、リード電極が埋め込まれた樹脂成形体と、その樹脂成形体の開口部の底面に露出したリード電極の凸部に接続されたフリップチップ型の発光素子とを有する発光装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。

また、表面に反射材層を備えるフレキシブルプリント配線板と、そのフレキシブルプリント配線板の開口部内に搭載されるＬＥＤ発光素子とを有する照明装置が知られている（例えば、特許文献６参照）。

また、蛍光体を含むレンズ材料をＬＥＤチップ上に成型した後、基板上に実装するＬＥＤパッケージの製造方法が知られている（例えば、特許文献７参照）。

特許第４３６６９３４号公報 特開２０１４−２２４９１号公報 特開２０１５−３８９６３号公報 特開２０１４−２２５６００号公報 特開２００９−１４１０３０号公報 特開２０１４−３２６０号公報 特開２０１５−５０７３７１号公報

基板上に発光素子が実装された発光装置において、基板とフリップチップ型の発光素子との隙間にアンダーフィルを充填する場合、基板とフリップチップ型の発光素子との隙間が小さいためにアンダーフィルが十分に充填されず、発光素子の電極の保護が不十分になるおそれがある。

また、基板の表面を覆うレジストを塗布する場合、発光素子の近傍のレジストとしての白色樹脂が塗布されていない領域に配線が露出するおそれがある。配線は白色樹脂よりも反射率が低いため、発光装置の光束の低下を招く。

本発明の目的は、フリップチップ型の発光素子の電極を十分に保護するようにアンダーフィルとなる樹脂を充填できる構造、又はフェイスアップ型の発光素子の近傍に配線が露出せず、かつ発光素子上に乗り上げないようにレジストを塗布することのできる構造を有する発光装置、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］の発光装置、及び［５］〜［８］の発光装置の製造方法を提供する。

［１］凸部を有する配線が基板の表面に設けられた配線基板と、前記凸部上に実装された発光素子と、を有し、前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の素子電極が前記凸部に接続され、前記発光素子の外周側の前記素子電極の縁が上面視にて前記凸部の外側に位置し、前記発光素子の外周近傍の前記素子電極の露出部分が白色又は透明な樹脂に覆われ、前記発光素子がフェイスアップ型である場合に、前記発光素子の素子基板が前記凸部に接着され、前記凸部が上面視にて前記素子基板の内側に位置し、前記素子基板の底面の露出部分が白色の樹脂に覆われた、発光装置。

［２］前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の上面及び側面が蛍光体層に覆われた、上記［１］に記載の発光装置。

［３］前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記配線が、前記凸部とともに溝の側壁を構成する他の凸部を有する、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。

［４］前記他の凸部が、前記配線の前記凸部が設けられていない縁に沿って設けられた、上記［３］に記載の発光装置。

［５］配線基板の表面の配線に凸部を形成する工程と、前記凸部上に発光素子を実装する工程と、を含み、前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の外周側の前記発光素子の素子電極の縁が上面視にて前記凸部の外側に位置するように、前記素子電極を前記凸部に接続し、前記発光素子の外周近傍の前記素子電極の露出部分を白色又は透明な樹脂で覆い、前記発光素子がフェイスアップ型である場合に、前記凸部が上面視にて前記発光素子の素子基板の内側に位置するように、前記素子基板を前記凸部に接着し、前記素子基板の底面の露出部分を白色の樹脂で覆う、発光装置の製造方法。

［６］前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の上面及び側面が蛍光体層に覆われた、上記［５］に記載の発光装置の製造方法。

［７］前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記配線に、前記凸部とともに溝の側壁を構成する他の凸部を形成する、上記［５］又は［６］に記載の発光装置の製造方法。

［８］前記他の凸部を、前記配線の前記凸部が設けられない縁に沿って設ける、上記［７］に記載の発光装置の製造方法。

本発明によれば、フリップチップ型の発光素子の電極を十分に保護するようにアンダーフィルとなる樹脂を充填できる構造、又はフェイスアップ型の発光素子の近傍に配線が露出せず、かつ発光素子上に乗り上げないようにレジストを塗布することのできる構造を有する発光装置、及びその製造方法を提供することができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。 図４（ａ）は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図４（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。

発光装置１は、凸部１３を有する配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線１２の凸部１３上に実装されたフリップチップ型の発光素子２０と、配線基板１０と発光素子２０との隙間に充填されたアンダーフィルとしての樹脂３１とを有する。樹脂３１上には、発光素子２０の側面を覆う封止材３２が形成されてもよい。

図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の上面図である。ここで、図１（ａ）の断面は、図１（ｂ）の切断線Ａ−Ａにおける断面に相当する。図１（ｂ）は、発光素子２０、樹脂３１、及び封止材３２を設置する前の状態を示している。また、図１（ｂ）には、設置される発光素子２０の素子電極２３の輪郭の位置が点線で示されている。

発光素子２０は、例えば、素子基板２１と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む結晶層２２と、結晶層２２に接続された素子電極２３を有するフリップチップ型のＬＥＤチップである。発光素子２０は、配線基板１０側に結晶層２２を向けた状態で実装され、素子電極２３はバンプや導電ペースト等の図示しない接続用導電部材を介して配線１２の凸部１３に接続される。なお、発光素子２０は、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。

基板１１は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３基板、ＡｌＮ基板等のセラミック基板、又はガラスエポキシ基板であり、配線１２は、銅等の導電材料からなる。

上述のように、配線１２は、発光素子２０の素子電極２３を接続するための凸部１３を有する。凸部１３上に発光素子２０を実装することにより、配線１２の凸部１３以外の部分と発光素子２０の段差が大きくなる。また、凸部１３が上面視にて発光素子２０の内側に位置するため、発光素子２０の外周側に配線１２との隙間が生じる。

これによって、樹脂３１が発光素子２０上に乗り上げることを防ぎつつ、発光素子２０と配線基板１０との隙間に樹脂３１を充填しやすくなる。

また、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、発光素子２０の外周側の素子電極２４の縁が、上面視にて凸部１３の外側に位置している。すなわち、発光素子２０の外周側の素子電極２４の端部が、凸部１３上から発光素子２０の外側に向かって突き出ている。このため、発光素子２０の外周近傍の素子電極２４の露出部分を樹脂３１で容易に覆うことができる。この場合、発光素子２０の外周側に露出した素子電極２４の下面の一部と側面が樹脂３１に覆われることが特徴である。また、通常、凸部１３の側面も樹脂３１に覆われる。

樹脂３１で素子電極２４の露出部分を覆うことにより、空気に触れることによる損傷（腐食損傷等）を防ぐことができる。また、樹脂３１は、配線基板１０と発光素子２０の接合強度を向上させることもできる。

樹脂３１は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。樹脂３１は、白色のフィラーを含む白色樹脂であってもよい。この場合、樹脂３１は反射材として機能し、発光素子２０の光取出効率を向上させることができる。一方、樹脂３１がフィラーを含まない透明樹脂である場合は、より狭い隙間に流入させることができるため、配線基板１０と発光素子２０の隙間が狭い場合に充填させやすい。

また、発光素子２０の素子電極２３と配線１２の凸部１３の接続にＡｕバンプを用いた場合、Ａｕバンプは他の接続用導電部材と比較して厚く形成される性質を有するため、発光素子２０と配線１２との隙間が大きくなり、配線基板１０と発光素子２０との隙間への樹脂３１の充填がより容易になる。

配線１２は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、凸部１３とともに溝の側壁を構成する他の凸部１４を有してもよい。凸部１４を設けることによって、樹脂３１が凸部１３と凸部１４を側壁とする配線１２の溝内に流入し、配線基板１０と発光素子２０との隙間への樹脂３１の充填が容易になる。

図１（ａ）、（ｂ）に示される例では、基板１１をその厚さ方向に貫通するビア１５が配線１２に接続され、配線１２の凸部１３が設けられていない縁に沿って凸部１４が設けられている。

また、図１（ａ）に示されるように、発光素子２０の上面及び側面が蛍光体層２４に覆われていてもよい。この場合、蛍光体層２４と配線１２との間にも隙間ができ、樹脂３１の配線基板１０と発光素子２０との隙間への充填が難しくなるため、本実施の形態の樹脂３１の充填を容易にする効果がより重要になる。

蛍光体層２４は、例えば、蛍光体粒子が分散した樹脂等の透明部材からなる。蛍光体板２１に含まれる蛍光体の蛍光色は特に限定されない。発光素子２０は、蛍光体板２１に含まれる蛍光体の励起光源として機能し、発光素子２０の発光色と蛍光体層２４の発光色の混色が発光装置１の発光色になる。例えば、発光素子２０の発光色が青色であり、蛍光体層２４の発光色が黄色である場合、発光装置１の発光色は白色になる。

封止樹脂３２は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。封止樹脂３２は、白色のフィラーを含む白色樹脂であってもよい。この場合、封止樹脂３２は反射材として機能する。封止樹脂３２が透明樹脂である場合は、光取出効率を向上させるため、蛍光体層２４よりも屈折率が低いことが好ましい。また、封止樹脂３２が透明樹脂である場合、蛍光体を含んでもよい。

隣接する配線１２同士の細い隙間、特に発光素子２０下の隙間に、樹脂３１や封止樹脂３２を埋め込むことが困難である場合には、発光素子の実装前にこれらの隙間に樹脂３０を埋め込んでおいてもよい。樹脂３１や封止樹脂３２を構成する樹脂と同じものを樹脂３０として用いることができる。

（発光装置の製造方法）
以下に、発光装置１の製造方法の一例について述べる。

図２（ａ）〜（ｄ）、及び図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の製造工程を示す垂直断面図である。

まず、図２（ａ）に示されるように、基板１１を用意する。

次に、図２（ｂ）に示されるように、エッチング等により基板１１にビアホール１６を形成する。

次に、図２（ｃ）に示されるように、基板１１の表面にＣｕ膜等の金属膜１７を貼り付ける。

次に、図２（ｄ）に示されるように、Ｃｕめっき等によりビアホール１６内にビア１５を形成する。

次に、図３（ａ）に示されるように、エッチング等により金属膜１７を加工して配線１２を形成する。このとき、配線１２の凸部１３及び凸部１４が形成される。

次に、図３（ｂ）に示されるように、ポッティング等により、隣接する配線１２同士の隙間に樹脂３０を埋め込む。

次に、図３（ｃ）に示されるように、配線１２の凸部１３上に発光素子２０を実装する。

次に、図３（ｄ）に示されるように、ポッティング等により、アンダーフィルとしての樹脂３１を配線基板１０と発光素子２０の隙間に充填させる。

その後、ポッティング等により、樹脂３１上に封止樹脂３２を形成して、発光装置１を得る。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、フリップチップ型の発光素子の素子電極を十分に保護するようにアンダーフィルとなる樹脂を充填することができる。これにより、素子電極が外気に曝されることによる腐食損傷等を抑え、発光装置の信頼性の低下を抑えることができる。

〔第２の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図４（ａ）は、第２の実施の形態に係る発光装置２の垂直断面図である。

発光装置２は、凸部４２を有する配線４１が基板１１の表面に設けられた配線基板４０と、配線４１の凸部４２上に実装されたフェイスアップ型の発光素子５０と、配線基板４０の表面を覆う白色レジストとしての樹脂３３とを有する。

図４（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光装置２の上面図である。ここで、図４（ａ）の断面は、図４（ｂ）の切断線Ｂ−Ｂにおける断面に相当する。図４（ｂ）は、発光素子５０、樹脂３３、及び電極４３を設置する前の状態を示している。また、図４（ｂ）には、設置される発光素子５０の素子基板５１の輪郭の位置が点線で示されている。

発光素子５０は、例えば、素子基板５１と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む結晶層５２とを有するフェイスアップ型のＬＥＤチップである。発光素子２０は、配線基板４０側に素子基板５１を向けた状態で実装され、結晶層５２に設けられた図示しない電極がボンディングワイヤー５３を介して樹脂３３上の電極４３に接続される。なお、発光素子５０は、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。

上述のように、配線４１は、発光素子５０の素子基板５１を接着するための凸部４２を有する。配線４１は、例えば、放熱用配線である。凸部４２上に発光素子５０を実装することにより、配線４１の凸部４２以外の部分と発光素子５０の段差が大きくなる。また、凸部４２が上面視にて素子基板５１の内側に位置するため、発光素子５０の外周側に素子基板５１と配線４１との隙間が生じる。

これによって、樹脂３３が発光素子５０上に乗り上げることを防ぎつつ、発光素子５０と配線基板４０との隙間に樹脂３３を塗布しやすくなる。そのため、上面視にて発光素子５０との間に配線４１が露出しないように、樹脂３３を配線基板４０上に塗布することができる。この場合、発光素子５０の外周側の素子基板５１の底面の露出部分が樹脂３３に覆われることが特徴である。また、通常、凸部４２の側面も樹脂３３に覆われる。

配線４１は白色のレジストである樹脂３３よりも反射率が低いため、上面視にて発光素子５０と樹脂３３との間に配線４１が露出していると、発光装置２の光束の低下を招く。このため、上面視にて発光素子５０との間に配線４１が露出しないように樹脂３３を塗布することにより、発光装置２の光束の低下を抑えることができる。

樹脂３３は、例えば、白色のフィラーを含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。

発光素子５０の素子基板５１と配線４１の凸部４２は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の接着剤により接着される。

発光素子５０は、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる透明な封止樹脂によって封止されてもよい。また、この封止樹脂は、蛍光体を含んでもよい。

（発光装置の製造方法）
以下に、発光装置２の製造方法の一例について述べる。

図５（ａ）〜（ｄ）、及び図６（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光装置２の製造工程を示す垂直断面図である。

まず、図５（ａ）に示されるように、基板１１上にＣｕ膜等の金属膜４４を貼り付ける。金属膜４４は、スパッタリングやＣＶＤ（chemical vapor deposition）により形成されてもよい。

次に、図５（ｂ）に示されるように、エッチング等により金属膜４４を加工して配線４１を形成する。このとき、配線４１の凸部４２が形成される。

次に、図５（ｃ）に示されるように、配線４１の凸部４２上に発光素子５０を実装する。

次に、図５（ｄ）に示されるように、ポッティング等により、レジストとしての樹脂３３を配線基板４０上に塗布する。

次に、図６（ａ）に示されるように、スパッタリング等により、樹脂３３上に電極４３を形成する。

次に、図６（ｂ）に示されるように、発光素子５０の電極と電極４３とをボンディングワイヤー５３により接続して、発光装置２を得る。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、フェイスアップ型の発光素子の近傍に配線が露出せず、かつ発光素子上に乗り上げないようにレジストとなる樹脂を塗布することができる。これにより、発光装置の光束の低下を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２ 発光装置
１０、４０ 配線基板
１１ 基板
１２、４１ 電極
１３、１４、４２ 凸部
２０、５０ 発光素子
２１、５１ 素子基板
２２、５２ 結晶層
２３ 素子電極
２４ 蛍光体層
３１、３３ 樹脂

Claims (8)

1. 凸部を有する配線が基板の表面に設けられた配線基板と、
   前記凸部上に実装された発光素子と、
   を有し、
   前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の素子電極が前記凸部に接続され、前記発光素子の外周側の前記素子電極の縁が上面視にて前記凸部の外側に位置し、前記発光素子の外周近傍の前記素子電極の露出部分が白色又は透明な樹脂に覆われ、
   前記発光素子がフェイスアップ型である場合に、前記発光素子の素子基板が前記凸部に接着され、前記凸部が上面視にて前記素子基板の内側に位置し、前記素子基板の底面の露出部分が白色の樹脂に覆われた、
   発光装置。
2. 前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の上面及び側面が蛍光体層に覆われた、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記配線が、前記凸部とともに溝の側壁を構成する他の凸部を有する、
   請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記他の凸部が、前記配線の前記凸部が設けられていない縁に沿って設けられた、
   請求項３に記載の発光装置。
5. 配線基板の表面の配線に凸部を形成する工程と、
   前記凸部上に発光素子を実装する工程と、
   を含み、
   前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の外周側の前記発光素子の素子電極の縁が上面視にて前記凸部の外側に位置するように、前記素子電極を前記凸部に接続し、前記発光素子の外周近傍の前記素子電極の露出部分を白色又は透明な樹脂で覆い、
   前記発光素子がフェイスアップ型である場合に、前記凸部が上面視にて前記発光素子の素子基板の内側に位置するように、前記素子基板を前記凸部に接着し、前記素子基板の底面の露出部分を白色の樹脂で覆う、
   発光装置の製造方法。
6. 前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記発光素子の上面及び側面が蛍光体層に覆われた、
   請求項５に記載の発光装置の製造方法。
7. 前記発光素子がフリップチップ型である場合に、前記配線に、前記凸部とともに溝の側壁を構成する他の凸部を形成する、
   請求項５又は６に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記他の凸部を、前記配線の前記凸部が設けられない縁に沿って設ける、
   請求項７に記載の発光装置の製造方法。

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