CN203103354U - 发光模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种发光模块，该发光模块可防止由安装引起的发光二极管元件的短路。发光模块(10)包括：发光二极管元件(12)、DPC基板(11)以及焊料接合部(25N、25P)。发光二极管元件(12)为面朝下型。DPC基板(11)包括安装着发光二极管元件(12)的安装面(13a)。在安装面(13a)上形成包括第一焊盘部(16N)、第二焊盘部(16P)的第一配线图案(15N)、第二配线图案(15P)。发光二极管元件(12)与DPC基板(11)的第一焊盘部(16N)、第二焊盘部(16P)连接着第一焊料接合部(25N)、第二焊料接合部(25P)。至少第二焊盘部(16P)形成在比发光二极管元件(12)的侧面更靠内侧处。

Description

发光模块
技术领域
本实用新型的实施方式涉及一种使用有面朝下(face down)型的发光二极管元件的发光模块(module)。
背景技术
以往，例如照明装置等中所使用的发光模块在基板的安装面上形成有配线图案(pattern)，在该配线图案上安装有发光二极管(Light EmittingDiode，LED)元件。
LED元件中有面朝上(face up)型的LED元件与面朝下型的LED元件，面朝上型的LED元件在光照射方向的上表面侧形成有发光层，面朝下型的LED元件在与光照射方向为相反侧的下表面侧包括发光层。在面朝下型的LED元件的情况下，作为发热源的发光层靠近基板侧，因此，可容易地使LED元件所产生的热向基板侧散逸，从而可对应于发光模块的高输出化。
面朝下型的LED元件包括P层及N层作为发光层，在LED元件的下表面，形成有分别连接于P层及N层的两个极的焊料接合部。
作为将面朝下型的LED元件安装于基板的安装方法，例如已有倒装芯片(flip chip)安装方式。在该倒装芯片安装方式中，将LED元件的焊料接合部推压至焊盘(land)部并加热，焊料接合部的焊料材料的温度上升至熔点以上，借此，焊料部熔融，在该焊料部与焊盘部之间形成合金层，该焊料部与焊盘部被接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利特开2012-212733号公报
然而，存在如下的情况：当将LED元件的焊料接合部接合于基板的焊盘部时，熔化而产生了流动性的焊料材料会从LED元件与焊盘部之间向LED元件的侧方溢出，并且借由表面张力，在LED元件的侧面向上蔓延。
面朝下型的LED元件的P层及N层位于LED元件的下表面，但存在P层、N层或P层与N层均露出至侧面的情况，P层或N层有可能会因在LED元件的侧面向上蔓延的熔融焊料材料，与具有相反极性的焊盘部或焊料接合部发生短路。
实用新型内容
本实用新型所要解决的问题在于提供一种发光模块，该发光模块可防止由安装引起的LED元件的短路。
实施方式的发光模块包括：LED元件，具有第一主面、及相对于所述第一主面的相反侧的第二主面，并且包括设置于所述第一主面侧的透明层、设置于所述透明层的所述第二主面侧的第一半导体层、设置于所述第一半导体层的所述第二主面侧的第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层；第一焊料接合部，设置于所述第一半导体层的所述第二主面侧；第二焊料接合部，设置于所述第二半导体层的所述第二主面侧；以及基板，具有安装所述LED元件的安装面，在所述安装面上形成有第一配线图案，并且以与所述第一焊盘部相向的方式形成有第二配线图案，所述第一配线图案具有连接所述第一焊料接合部的第一焊盘部，所述第二配线图案具有接合所述第二焊料接合部的第二焊盘部，至少所述第二焊盘部的形成所述第二焊盘部的边缘的缘部配置在比所述LED元件的侧面更靠所述LED元件的内侧处。
所述的发光模块，其中，至少所述第二焊盘部配置在比所述发光二极管元件的所述第二焊料接合部的侧面更靠内侧处。
所述的发光模块，其中，至少所述第二焊盘部的面积小于所述发光二极管元件的所述第二焊料接合部的面积。
所述的发光模块，其中，所述第一配线图案、第二配线图案包括宽度比所述第一焊盘部、第二焊盘部的宽度更狭窄且连接于所述第一焊盘部、第二焊盘部的第一配线部、第二配线部。
所述的发光模块，其中，至少在所述第二配线部，在与所述第二焊盘部之间的边界部分设置有比所述第二焊盘部的表面更低的阶差部。
所述的发光模块，其中，至少在所述第二焊盘部的侧面形成有多个槽。
所述的发光模块，其中，与所述第一焊盘部、第二焊盘部的位置相对应地在基板中形成有通孔，在所述通孔中形成有连接于所述第一焊盘部、所述第二焊盘部的通孔配线部。
实用新型的效果
根据本实用新型，可期待防止LED元件短路。
附图说明
图1是表示一个实施方式的发光模块的剖面图。
图2是表示所述发光模块的焊盘部及所述发光模块与焊盘部之间的第一配线构造的基板的平面图。
图3是与所述发光模块作比较的现有构造的发光模块的剖面图。
图4是所述发光模块的平面图。
图5是表示与所述焊盘部之间的第二配线构造的基板的平面图。
图6是表示所述第二配线构造的基板的立体图。
图7是表示与所述焊盘部之间的第三配线构造的基板的平面图。
图8是表示与所述焊盘部之间的第四配线构造的发光模块的剖面图。
附图标记：
10：发光模块
11：作为基板的DPC基板
12：LED元件
12a：作为第一主面的上表面
12b：作为第二主面的下表面
13：陶瓷基板
13a：安装面
13b：背面
14a、14b：配线电极
15：配线图案
15N：第一配线图案
15P：第二配线图案
16：焊盘部
16N：第一焊盘部
16P：第二焊盘部
17：配线部
17N：第一配线部
17P：第二配线部
21：作为透明层的蓝宝石层
22：作为第一半导体层的N层
23：作为第二半导体层的P层
24：发光层
25N：作为焊料接合部的第一焊料接合部
25P：作为焊料接合部的第二焊料接合部
31：端子部
32：供电配线部
33：密封树脂
41：阶差部
43：槽
45：通孔
46：通孔配线部
具体实施方式
以下，参照附图来对一个实施方式进行说明。
图1中表示发光模块10的剖面图。发光模块10包括：作为基板的直接镀铜(Direct Plated Copper，DPC)基板11、及安装于该DPC基板11的LED元件12。
DPC基板11包括陶瓷(ceramic)基板13。该陶瓷基板13的表面为作为第一面的安装面13a，及相对于安装面13a的相反侧为作为第二面的背面13b。
在安装面13a上形成有配线电极14a，在背面13b上形成有配线电极14b。所述配线电极14a、14b包括形成在陶瓷基板13的面上的电极层。配线电极14a是形成为规定形状的配线图案15，配线电极14b形成在背面13b的大致整个区域。
电极层是借由镀铜处理，在晶种层(seed layer)上形成厚度为25μm～75μm左右的镀铜层而成，所述晶种层是借由例如钛等金属的溅镀(sputtering)而形成。电极层也可为在镀铜层上，借由电镀法或无电镀法等进行例如镍/金、或镍/钯/金的镀敷处理，进而形成金属镀敷层而成。再者，在无电镀法的情况下，不仅可在配线图案15的主面上形成金属镀敷层，而且也可在侧面形成金属镀敷层。
如图1及图2所示，配线图案15包括：安装着LED元件12的第一配线图案15N及第二配线图案15P。在第一配线图案15N上形成有作为焊盘部16的第一焊盘部16N、及作为连接于所述第一焊盘部16N的第一配线构造的配线部17的第一配线部17N。在第二配线图案15P上形成有作为焊盘部16的第二焊盘部16P、及作为连接于所述第二焊盘部16P的第一配线构造的配线部17的第二配线部17P。焊盘部16N、16P例如形成为四边形状。配线部17N、17P分别连接于相对于焊盘部16N、16P的相向的缘部为相反侧的缘部中央，且形成为比焊盘部16N、16P的宽度更狭窄的宽度尺寸。再者，图1中表示了在焊盘部16N、16P的部分切断所得的发光模块10的剖面图。
另外，LED元件12为面朝下型的裸芯片(bare chip)。LED元件12包括：作为第一主面的上表面12a，其是使光放出的一侧的面；以及作为第二主面的下表面12b，其是位于相对于所述上表面12a的相反侧即基板11侧的面。LED元件12在上表面12a侧包括作为透明层的蓝宝石层(sapphire layer)21，在该蓝宝石层21的背面侧分别形成有作为第一半导体层的N层22及作为第二半导体层的P层23，在所述N层22与P层23之间分别形成有发光层24。而且，在LED元件12的下表面12b侧，隔开规定间隔地形成有作为连接于N层22的电极部的焊料接合部的第一焊料接合部25N、以及作为连接于P层23的电极部的焊料接合部的第二焊料接合部25P。所述两个极的焊料接合部25N、25P例如为包含金/锡的合金的焊料材料，且形成为四边形状。另外，LED元件12形成为在两个极的焊料接合部25N、25P的并排方向上长的长方体形状，在本实施方式中，N层22露出于所述LED12的周面。再者，第一焊料接合部25N与P层23之间绝缘。
而且，LED元件12例如借由倒装芯片安装方式而被安装于DPC基板11。即，将LED元件12的焊料接合部25N、25P推压至焊盘部16N、16P并加热，焊料接合部25N、25P的焊料材料的温度上升至熔点以上，借此，焊料接合部25N、25P熔融，在该焊料接合部25N、25P与焊盘部16N、16P之间形成合金层，该焊料接合部25N、25P与焊盘部16N、16P被接合。
此时，LED元件12的第二焊料接合部25P与第二焊盘部16P的关系如下所述。第二焊盘部16P配置在比LED元件12的侧面更靠内侧处，即，相对于与第一焊盘部16N相向的缘部为相反侧的缘部、及与LED元件12的长边相向的一对缘部配置在比LED元件12的短侧面及长侧面更靠内侧处。更优选为配置在比第二焊料接合部25P的侧面更靠内侧处。因此，第二焊盘部16P的面积小于第二焊料接合部25P的面积。
根据如上所述的第二焊料接合部25P与第二焊盘部16P的关系，可抑制如下的情况，从而可防止LED元件12短路：安装LED元件12时熔化而产生了流动性的第二焊料接合部25P的熔融焊料材料，从第二焊盘部16P的周边部流下至陶瓷基板13侧，接着从LED元件12的侧面溢出，并在所述LED元件12的侧面向上蔓延。另外，LED元件12的第一焊料接合部25N与第一焊盘部16N的关系也设为与第二焊料接合部25P及第二焊盘部16P相同的关系。
再者，第二焊盘部16P与第一焊盘部16N的面积可设为不同的大小，也可设为相同的大小。在设为不同的大小的情况下，由于能够识别出第二焊盘部16P与第一焊盘部16N，因此，在制法上有优点(merit)。另外，在第二焊盘部16P侧，因熔融焊料材料向上蔓延而引起短路的可能性高，因此，也可仅将第二焊盘部16P侧配置在比LED元件12的侧面更靠内侧处。
此处，图3中表示剖面图，该剖面图表示与本实施方式的发光模块10作比较的现有构造的发光模块。再者，对与本实施方式的发光模块10相同的构成使用相同的符号来进行说明。
LED元件12的第二焊料接合部25P与第二焊盘部16P的关系如下所述。第二焊盘部16P配置在比LED元件12的侧面及第二焊料接合部25P的侧面更靠外侧处，即，相对于与第一焊盘部16N相向的缘部为相反侧的缘部配置在比LED元件12的短侧面及长侧面更靠外侧处。另外，虽未图示，但与LED元件12的长边相向的一对缘部也配置在比LED元件12的长侧面更靠外侧处。因此，第二焊盘部16P的面积大于第二焊料接合部25P的面积。
由于为如上所述的第二焊料接合部25P与第二焊盘部16P的关系，因此，存在如下的情况：安装LED元件12时熔化而产生了流动性的第二焊料接合部25P的熔融焊料材料，从LED元件12与第二焊盘部16P之间向LED元件12的侧方溢出，并且借由表面张力，在LED元件12的侧面向上蔓延而到达N层22，并与N层22发生短路。
因此，借由设为所述本实施方式的发光模块10的第二焊料接合部25P与第二焊盘部16P的关系，可防止LED元件12的N层22与P层23经由焊料而发生短路。
另外，用于供电的第二配线部17P连接于第二焊盘部16P，因此，安装LED元件12时熔化而产生了流动性的第二焊料接合部25P的熔融焊料材料在第二配线部17P以外的部位，会从第二焊盘部16P的周边部流下至陶瓷基板13侧，在第二配线部17P的部位，则会溢出至第二配线部17P上。
然而，由于第二配线部17P形成为比第二焊盘部16P的宽度更狭窄的宽度尺寸，因此，溢出至第二配线部17P上的熔融焊料材料的一部分也会从第二配线部17P的两侧流下至陶瓷基板13侧，所以可抑制所述熔融焊料材料在LED元件12的侧面向上蔓延，从而可防止N层22与P层23经由焊料而发生短路。
而且，由于配线部17N、17P形成为比焊盘部16N、16P的宽度更狭窄的宽度尺寸，因此，可使发光模块10的发光效率提高。原因在于：若对配线电极14a的表面(例如镍/金或镍/钯/金的金属镀敷层)的反射率与陶瓷基板13的表面的反射率进行比较，则配线电极14a的反射率更低；使配线部17N、17P的宽度变窄，从而使相对于陶瓷基板13的配线电极14a的面积的比例减小，借此，可使DPC基板11的表面的反射效率提高，且可使发光模块10的发光效率提高。若考虑熔融焊料材料的向上蔓延或反射效率，则较为理想的是配线部17N、17P的宽度为焊盘部16N、16P的宽度的1/2以下，进而理想的是该焊盘部16N、16P的宽度的1/3以下。然而，若考虑将电流供给至LED元件12，则较为理想的是所述配线部17N、17P的宽度为所述焊盘部16N、16P的宽度的1/10以上。
此外，焊盘部16N、16P的面积也形成得小于焊料接合部25N、25P的面积，因此，相对于陶瓷基板13的焊盘部16N、16P的面积的比例减小，可使DPC基板11的表面的反射效率提高，且可使发光模块10的发光效率提高。
另外，图4中表示发光模块10的平面图。在DPC基板11的安装面13a上形成有配线图案15，在该配线图案15上安装有多个LED元件12。
配线图案15包括：一对端子部31，被从外部供给了使LED元件12点灯的直流电力；以及一对供电配线部32，连接于一对端子部31。多个配线部17N、17P及多个焊盘部16N、16P并联地形成在一对供电配线部32之间。而且，在多个焊盘部16N、16P上安装有多个LED元件12。
如上所述，可使相对于陶瓷基板13的配线部17N、17P及焊盘部16N、16P的面积的比例减小，因此，可使DPC基板11的表面的反射效率提高，且可使发光模块10的发光效率提高。
再者，图4的符号33是对多个LED元件12进行密封的密封树脂。该密封树脂33中含有荧光体，该荧光体由多个LED元件12所产生的光激发。例如在发光模块10放射出白色光的情况下，可使用发出蓝色光的LED元件12与以黄色为主成分的荧光体。LED元件12所产生的蓝色光、与如下的荧光体所产生的黄色光混合，从密封树脂33的表面放射出白色光，所述荧光体由LED元件12所产生的蓝色光激发。再者，可根据照射的光的颜色，使用对应的颜色的LED元件12及荧光体。
另外，采用如下的构成，即，借由焊料来将发光模块10的配线电极14b连接于散热器(heat spreader)，将发光模块10的LED元件12发光时所产生的热传导至散热器并散热。
接着，图5及图6中表示与焊盘部16N、16P之间的第二配线构造的第二配线部17P。在第二配线部17P中，在与第二焊盘部16P的边界部分形成有比第二焊盘部16P的表面更低的阶差部41。可借由利用镀敷处理来形成配线电极14a的镀铜层时的图案化(patterning)，容易地制造所述阶差部41。阶差的尺寸优选大于LED元件12的P层23与第二焊盘部16P之间的第二焊料接合部25P的厚度(1μm～7μm)。而且，对于阶差部41而言，与第二焊盘部16P的边界部分一侧的壁配置在比LED元件12的侧面及第二焊料接合部25P的侧面更靠内侧处，相反侧的壁配置在比所述侧面更靠外侧处。
接着，安装LED元件12时熔化而产生了流动性的第二焊料接合部25P的熔融焊料材料在第二配线部17P的部位，溢出至第二配线部17P上，但由于会流下至阶差部41，因此，可抑制所述熔融焊料材料在LED元件12的侧面向上蔓延，从而可防止N层22与P层23发生短路。
接着，图7中表示与焊盘部16N、16P之间的第三配线构造的第二配线部17P。在第二焊盘部16P的周边部(第二配线部17P的部位以外)，沿着与陶瓷基板13的表面垂直的上下方向，形成有剖面为V字形的多个槽43。
于是，虽然安装LED元件12时熔化而产生了流动性的第二焊料接合部25P的熔融焊料材料想要从第二焊盘部16P的周边部向侧方溢出，但借由第二焊盘部16P的周边部所形成的多个槽43中的毛细管现象(capillarity)，所述熔融焊料材料会被引入至多个槽43，并可容易地从多个槽43流下至陶瓷基板13侧。毛细管现象会受到焊料的粘性或槽43的大小的影响，因此，较为理想的是将槽43设为考虑了所述因素的尺寸。另外，为了易于产生毛细管现象，较为理想的是槽43在表面形成有焊料浸润性优异的金属层。例如与镀铜层露出的状态相比较，更佳为利用选自镍、钯、及金中的一种金属的镀敷层或将这些金属加以组合而成的金属镀敷层，将槽43予以覆盖。
借此，可使从第二焊盘部16P向第二配线部17P上溢出的熔融焊料材料的溢出量减少，因此，可抑制熔融焊料材料在LED元件12的侧面向上蔓延，从而可防止LED元件12短路。
再者，也可在与第二焊盘部16P的边界部分的第二配线部17P的表面上，沿着该表面形成多个槽。即使在此情况下，借由多个槽中的毛细管现象，将从第二焊盘部16P向第二配线部17P上溢出的熔融焊料材料引入至槽，使所述融焊料材料沿着第二配线部17P的表面扩散，借此，也可抑制熔融焊料材料在LED元件12的侧面向上蔓延。另外，槽43不限于V字状，也可为梯形状或U字状。
再者，可组合地采用使第二配线部17P的宽度比第二焊盘部16P的宽度更窄的方法、在第二配线部17P设置阶差部41的方法、及在第二焊盘部16P的周边部设置槽43的方法中的任一种方法，也可组合地采用全部的方法。
接着，图8中表示与焊盘部16N、16P的第四配线构造。在陶瓷基板13中，与焊盘部16N、16P的位置相对应地形成有通孔(through hole)45，连接于焊盘部16N、16P的背面侧的通孔配线部46连接于所述通孔45。在陶瓷基板13中使用多层基板构造，借此，在陶瓷基板13的内部形成所述通孔45及通孔配线部46。
连接于安装着一个LED元件12的第二焊盘部16P的通孔配线部46是与安装着一侧相邻的LED元件12(图8中虽未图示，但为右邻的LED元件12)的第一焊盘部16N或供电配线部32(参照图4)连接，连接于安装着一个LED元件12的第一焊盘部16N的通孔配线部46是与安装着另一侧相邻(图8中虽未图示，但为左邻的LED元件12)的LED元件12的第二焊盘部16P或供电配线部32(参照图4)连接。因此，在陶瓷基板13的安装面13a上仅形成有焊盘部16N、16P。
于是，由于无连接于焊盘部16N、16P的配线部17N、17P，因此，安装LED元件12时熔化而产生了流动性的第二焊料接合部25P的熔融焊料材料会从焊盘部16N、16P的整个周围流下至陶瓷基板13侧，所以可抑制所述熔融焊料材料在LED元件12的侧面向上蔓延，从而可防止N层22与P层23发生短路。
再者，也可以贯通于陶瓷基板13的表背面的方式来设置通孔45，将该通孔45连接于陶瓷基板13的背面13b上所形成的配线电极14b，将该配线电极14b形成于能够对多个LED元件12供电的规定的配线图案。
另外，在所述实施方式中所示的LED元件12的情况下，为了抑制连接于N层22的第一焊料接合部25N的熔融焊料材料在LED元件12的侧面向上蔓延，只要采用所述实施方式即可，所述LED元件12的N层22与P层23相对于该LED元件12处于相反侧。
另外，从LED元件的上表面12a进行观察时的形状不限于长方形，也可为正方形或多边形或圆形。
另外，基板不限于DPC基板11，也可为一般的印刷(print)配线基板。
另外，焊盘部的形成于基板上的平面形状不限于四边形状，也可为多边形状或圆形状，形成其轮廓的缘部也可不沿着LED元件的侧面。
另外，不限于LED元件预先包括焊料接合部的情况，基板也可预先包括焊料接合部。
已对本实用新型的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而被提示的实施方式，并无对实用新型的范围进行限定的意图。这些实施方式能够以其他各种方式来实施，且在不脱离实用新型的宗旨的范围内，可进行各种省略、替换、以及变更。所述实施方式或其变形包含于实用新型的范围或宗旨内，并且包含于权利要求书所揭示的实用新型与其均等的范围中。

Claims (7)

1.一种发光模块，其特征在于包括：
发光二极管元件，具有第一主面、及相对于所述第一主面的相反侧的第二主面，并且包括设置于所述第一主面侧的透明层、设置于所述透明层的所述第二主面侧的第一半导体层、设置于所述第一半导体层的所述第二主面侧的第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层；
第一焊料接合部，设置于所述第一半导体层的所述第二主面侧；
第二焊料接合部，设置于所述第二半导体层的所述第二主面侧；以及
基板，具有安装所述发光二极管元件的安装面，在所述安装面上形成有第一配线图案，并且以与所述第一焊盘部相向的方式形成有第二配线图案，所述第一配线图案具有连接所述第一焊料接合部的第一焊盘部，所述第二配线图案具有接合所述第二焊料接合部的第二焊盘部，至少所述第二焊盘部的形成所述第二焊盘部的边缘的缘部配置在比所述发光二极管元件的侧面更靠所述发光二极管元件的内侧处。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于：
至少所述第二焊盘部配置在比所述发光二极管元件的所述第二焊料接合部的侧面更靠内侧处。
3.根据权利要求2所述的发光模块，其特征在于：
至少所述第二焊盘部的面积小于所述发光二极管元件的所述第二焊料接合部的面积。
4.根据权利要求1至3中任一所述的发光模块，其特征在于：
所述第一配线图案、第二配线图案包括宽度比所述第一焊盘部、第二焊盘部的宽度更狭窄且连接于所述第一焊盘部、第二焊盘部的第一配线部、第二配线部。
5.根据权利要求4所述的发光模块，其特征在于：
至少在所述第二配线部，在与所述第二焊盘部之间的边界部分设置有比所述第二焊盘部的表面更低的阶差部。
6.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于：
至少在所述第二焊盘部的侧面形成有多个槽。
7.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于：
与所述第一焊盘部、第二焊盘部的位置相对应地在基板中形成有通孔，在所述通孔中形成有连接于所述第一焊盘部、所述第二焊盘部的通孔配线部。
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