CN205508881U - 发光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种发光模块，发光模块(10)具有基材(20)、导电图案(21)、树脂层(23)、焊盘部(25)、以及半导体发光元件(16)。基材(20)是板状且是陶瓷制的。导电图案(21)设于基材(20)的一主面(20a)。树脂层(23)的表面位于与导电图案(21)的表面同一面上并且设于基材(20)的一主面(20a)。焊盘部(25)以3μm以上的厚度设于导电图案(21)上。半导体发光元件(16)是利用焊料安装在焊盘部(25)上。所述发光模块能够容易地安装半导体发光元件，并且抑制了光提取的下降且提高了可靠性。

Description

发光模块

技术领域

本实用新型的实施方式涉及一种发光模块(module)，所述发光模块具备利用焊料所安装的半导体发光元件。

背景技术

以往，作为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明等中所使用的LED模块，有倒装芯片(flip chip)型的板上芯片(Chip On Board，COB)模块，其是将作为半导体发光元件的LED芯片(chip)利用倒装法安装在绝缘基板上。所述倒装芯片型的COB模块是在绝缘基板的一主面上且在电极上或电极间设置电极的厚度以下的作为绝缘层的抗蚀剂(resist)而构成。

例如，对于投光器等中所使用的高输出的COB模块而言，为了满足配光特性，理想的是减小发光面积。另外，作为提高所述COB模块的散热性的方法，有如下方法：使作为绝缘基板的热导率高的氮化铝或氧化铝绝缘层薄膜化。但是，如果使用这种基板，基板反射率会下降，光提取会变差。为了使基板反射率提高，可以采用白色抗蚀剂作为抗蚀剂，但当减小发光面积时，芯片安装间隔及布线电极间隔会变窄，抗蚀剂的印刷并不容易。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第5516987号公报

实用新型内容

[实用新型所要解决的课题]

本实用新型所要解决的课题是提供一种能够容易地安装半导体发光元件，并且抑制了光提取的下降且提高了可靠性的发光模块。

[解决课题的技术手段]

本实用新型的实施方式的发光模块具有板状的陶瓷基材、电极、绝缘层、导电性镀覆层、以及半导体发光元件。电极设于基材的一主面。绝缘层的表面位于与电极的表面同一面上并且设于基材的一主面。导电性镀覆层以3μm以上的厚度设于电极上。半导体发光元件是利用焊料安装在导电性镀覆层上。

本实用新型的一实施方式中，基材的反射率为80％以下，绝缘层的反射率为85％以上。

本实用新型的一实施方式中，基材的厚度为0.6mm以下。

本实用新型的一实施方式中，电极的半导体发光元件侧的面与绝缘层的半导体发光元件侧的面为同一平面。

本实用新型的一实施方式中，电极是导电图案(pattern)，所述导电图案利用热膨胀率比基材大的金属而设于基材的一主面，且与半导体发光元件连接，绝缘层是树脂层，所述树脂层含有热膨胀率比基材大的填料(filler)，且覆盖基材的一主面的至少一部分，该实施方式中还具备金属层，所述金属层是利用热膨胀率比基材大的金属设于基材的另一主面。

本实用新型的一实施方式中，树脂层的热导率比基材的热导率高，比金属层的热导率低。

本实用新型的一实施方式中，树脂层的厚度与导电图案的厚度相同。

[实用新型的效果]

根据本实用新型，通过利用焊料而将半导体发光元件安装在设于电极上且厚度为3μm以上的导电性镀覆层上，能够期待容易地安装半导体发光元件，且抑制基材的露出或绝缘层所引起的光提取的下降，并且能够期待利用绝缘层抑制焊料的流动来稳定地确保焊料的厚度，提高可靠性。

附图说明

图1是示意性表示一实施方式的发光模块的剖面图。

图2是示意性表示所述发光模块的平面图。

图3(a)～图3(f)是按照图3(a)到图3(f)的顺序示意性表示所述发光模块的基板的制造步骤的说明图。

附图标记说明：

10：发光模块；

15：基板；

16：半导体发光元件；

20：基材；

20a：一主面；

21：作为电极的导电图案；

21a：表面；

22：金属层；

23：作为绝缘层的树脂层；

23a：表面；

25：作为导电性镀覆层的焊盘部；

26：焊料接合部；

26N：第一焊料接合部；

26P：第二焊料接合部；

31N：作为第一半导体层的N层的电极部；

31P：作为第二半导体层的P层的电极部；

DF：干膜；

O：烘箱；

R：合成树脂；

S：种子层。

具体实施方式

以下，参照图1到图3(a)～图3(f)对一实施方式的构成进行说明。

图1及图2表示发光模块10，所述发光模块10用于例如基础照明灯(baselight)等照明器具中。

而且，所述发光模块10是COB模块，其至少具备：绝缘性的基板15；安装在所述基板15上的多个半导体发光元件16；以及覆盖这些半导体发光元件16而设置的未图示的荧光体密封部。

基板15例如是直接镀铜(Direct Plated Copper，DPC)基板等发光模块用基板，并且具备基材20、作为电极的导电图案21、金属层22、以及作为绝缘层的树脂层23。

基材20是由例如使用氮化铝或氧化铝的陶瓷形成为板状。所述基材20的表面是成为安装面的一主面20a，与所述一主面20a相反的一侧、即背侧(背面侧)是另一主面20b。所述基材20形成为例如0.6mm以下的厚度。通过设定为所述厚度，所述基材20的尤其是树脂层23的正下方的位置的反射率为80％以下。即，所述基材20是以通过较薄地形成厚度来让光的一部分透过而使反射率下降的方式设定。另外，所述基材20的形状能够根据照明器具的形状而设为四边形状或圆形状等。

导电图案21是仅在基材20的一主面20a的一部分被图案化成规定形状且以规定厚度形成。所述导电图案21的面积设定得比金属层22更窄。所述导电图案21与未图示的外部电路电连接，且以从外部电路对半导体发光元件16供电的方式构成。另外，在所述导电图案21上设有作为导电性镀覆层的焊盘(land)部(电极部)25，以供半导体发光元件16进行焊料安装。所述焊盘部25在导电图案21的表面21a形成为3μm以上的厚度。

金属层22以规定厚度形成在基材20的另一主面20b的整面。所述金属层22形成为与导电图案21大致相等的厚度。所述金属层22例如以利用焊料而金属接合于散热器(heat spreader)，使发光模块10的半导体发光元件16发光时产生的热传导到散热器而进行散热的方式构成。所述散热器例如可使用铜、或者铜-钼(Mo)或铝-硅(Si)-碳(C)等复合金属材料，且利用SnAg系的焊料而与金属层22(基板15)金属接合。

而且，本实施方式中，导电图案21及金属层22是利用同一步骤同时形成。例如，导电图案21及金属层22是在利用例如钛等金属的溅射(sputtering)而形成于基材20的一主面20a及另一主面20b的种子(seed)层上，通过铜(Cu)的镀覆处理而形成规定厚度的镀铜层。所述导电图案21及金属层22也可以在镀铜层上，将例如镍(Ni)/金(Au)、或镍/钯(Pd)/金通过电解镀覆法或非电解镀覆法等镀覆处理而进一步形成金属镀覆层。因此，导电图案21及金属层22的热膨胀率(热膨胀系数、线膨胀系数)比基材20更大。具体而言，构成基材20的氮化铝的热膨胀率为4.6(×10^-6μm/℃)，氧化铝的热膨胀率为7.2(×10^-6μm/℃)，与此相对，构成导电图案21及金属层22的金的热膨胀率为14.3(×10^-6μm/℃)，铜的热膨胀率为16.8(×10^-6μm/℃)等。

树脂层23也被称为白色抗蚀剂，且至少一部分位于半导体发光元件16的正下方，其是提高来自所述半导体发光元件16的光的反射率，并且调整基材20与金属层22的热膨胀率的差的热膨胀率调整层。所述树脂层23例如是在绝缘性的合成树脂中混入填料而构成，具有比构成基材20的构件更大且比构成金属层22的金属更小的热膨胀率，并且具有例如85％以上的反射率。即，所述树脂层23的反射率设定得比基材20更大。所述树脂层23形成为与导电图案21大致相同的厚度。因此，在基材20的一主面20a侧，导电图案21与树脂层23形成于大致同一平面，并且焊盘部25以相对于所述导电图案21及树脂层23突出3μm以上的方式配置。换言之，设为导电图案21的表面21a与树脂层23的表面23a位于同一面上。所述树脂层23是在配置半导体发光元件16的区域、即与发光区域相应的位置，且在除导电图案21以外的位置设于基材20的一主面20a。所述树脂层23以覆盖基材20的一主面20a的面积的例如5％以上且30％以下的面积的区域的方式配置。所述树脂层23的热膨胀率通过调整填料的含量而设定。具体而言，本实施方式中，树脂层23是在例如氟系树脂或硅酮系树脂中混入选自作为白色粉末的氧化钛、氮化硼、及玻璃中的一种或多种来作为填料(主材料)而成的白色抗蚀剂。环氧树脂的热膨胀率为4.5×10^-6μm/℃～6.5×10^-6μm/℃，氧化钛的热膨胀率为9.0×10^-6μm/℃。

半导体发光元件16例如使用发光二极管(LED)的裸芯片。本实施方式中，所述半导体发光元件16通过倒装芯片安装方式经由焊料接合部26且利用焊盘部25电连接于导电图案21。即，所述半导体发光元件16是在作为第一半导体层的N层的电极部31N及作为第二半导体层的P层的电极部31P，分别形成有相互隔开规定间隔的作为焊料接合部26的第一焊料接合部26N及作为焊料接合部26的第二焊料接合部26P。所述两极的焊料接合部26N、焊料接合部26P是例如包含金(Au)/锡(Sn)的合金的焊料材料，形成为四边形状，且将电极部31N、电极部31P接合于相互绝缘的导电图案21。另外，半导体发光元件16形成为在两极的焊料接合部26N、焊料接合部26P排列的方向上较长的长方体形状。

荧光体密封部是具有电绝缘性及导热性的例如硅酮树脂，以规定浓度含有未图示的荧光体，并覆盖半导体发光元件16(发光区域)而设于基板15上。荧光体是将蓝色光波长变换为黄色光的黄色荧光体，例如外周直径为17mm以上。而且，在所述荧光体密封部内，将从半导体发光元件发射的蓝色光与该蓝色光的一部分经荧光体波长变换而成的黄色光混合(混色)，由此发光模块10(发光区域)向外部空间发射白色光。

而且，当制造基板15时，首先，如图3(a)所示，通过钛(Ti)等金属的溅射而在基材20的一主面20a形成种子层S，并且除成为导电图案21(图1)的部位以外，利用光刻术(photolithography)等将成为掩模(mask)部的干膜(dry film)DF图案化，在种子层S上实施铜(Cu)的电解镀覆而使导电图案21生长至规定厚度(例如50μm)。通过如此处理，容易形成微细的图案，并且能够增大导电图案21的厚度。另外，虽未图示，但金属层22也能够同样地形成，因此也可以在同一步骤中同时形成导电图案21与金属层22。

然后，利用蚀刻(etching)等去除干膜DF及不需要的种子层S等图案(图3(b))，在基材20的一主面20a上，通过印刷等且例如在真空下，以覆盖导电图案21的方式涂布用于形成树脂层23(图1)的混入有填料的流体状的热固性的合成树脂R(图3(c))。进而，将涂布有所述合成树脂R的基材20收容到烘箱(oven)O内，在规定温度(例如150℃)下煅烧规定时间(例如1小时)，由此使合成树脂R硬化，形成树脂层23(图3(d))。

之后，通过研磨树脂层23使导电图案21露出，而将树脂层23的表面23a与导电图案21的表面21a形成于同一平面(图3(e))。然后，在露出的导电图案21的表面21a，通过使用例如镍(Ni)/金(Au)、或镍/钯(Pd)/金的非电解镀覆法等形成厚度为3μm以上的焊盘部25(图3(f))。

对于如此制造的基板15，利用焊料接合并安装半导体发光元件16。这时，本实施方式中，例如使用倒装芯片安装方式，将半导体发光元件16的焊料接合部26N、焊料接合部26P压抵在焊盘部25、焊盘部25并进行加热，使焊料接合部26N、焊料接合部26P的焊料材料升温到熔点以上，由此，焊料接合部26N、焊料接合部26P熔融而在与焊盘部25、焊盘部25之间形成合金层，并进行接合。即，通过将焊盘部25的厚度设为3μm以上，能够使半导体发光元件16的安装面变高，从而能够容易地对半导体发光元件16进行倒装安装，并且能够抑制基材20的露出或树脂层23所引起的光提取的下降，所述焊盘部25设于与树脂层23的表面23a位于同一面上的导电图案21的表面21a。另外，利用覆盖焊盘部25周围的树脂层23的较差的焊料润湿性来抑制焊料的流动或泄漏，从而能够稳定地确保焊料接合部26的厚度，且通过应力缓和来减少裂纹(crack)，从而能够对于热循环(heat cycle)确保强度等，能够提高发光模块10的可靠性。另外，之后，以覆盖半导体发光元件16的方式设置荧光体密封部，由此完成发光模块10。

此外，通过在具有80％以下的反射率的基材20上形成具有85％以上的反射率的树脂层23，能够利用树脂层23抑制基板15的反射率的下降，从而能够提高光提取。

基材20通过设为0.6mm以下，能够提高散热性，但反射率会进一步下降，因此，利用树脂层23弥补基材20的反射率的下降，能够确保光提取。

导电图案21的半导体发光元件16侧的面即表面21a与树脂层23的半导体发光元件16侧的面即表面23a为同一平面，因此能够更确实地抑制构成焊料接合部26的焊料的流动，从而能够确保焊料接合部26的厚度。

尤其是树脂层23的热导率比基材20的热导率更高，比金属层22的热导率更低，因此能够适当地缓和基材20与金属层22的热导率的大小差异，并且能够防止金属层22侧的翘曲变大的反翘曲。

通过将树脂层23的厚度设为与导电图案21的厚度相同的厚度，能够更确实地抑制基板15的翘曲。

而且，通过将树脂层23设为白色抗蚀剂，能够使基板15的反射率提高，因此能够提高至少在半导体发光元件16的位置(发光区域)覆盖基材20的一主面20a而形成有所述树脂层23的发光模块10的光提取效率。

另外，树脂层23能够通过调整填料的含量来调整热膨胀率，因此当无法确保大面积的树脂层23时，通过适当调整所述热膨胀率，即便以较小的树脂层23的面积也能够缓和基板15的翘曲。

结果，能够防止半导体发光元件16等的安装不良所引起的良率的下降或可靠性的下降。

另外，所述一实施方式中，作为树脂层23中所含的填料，除氧化钛、氮化硼、或玻璃等以外，只要是热膨胀率比构成基材20的陶瓷更大且反射率高的白色系的填料，则能够适宜地使用。

另外，所述一实施方式中，半导体发光元件16也可以使用例如有机电致发光(electroluminescence，EL)元件等。

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示例而提出的，并不意图限定实用新型的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施，且能够在不脱离实用新型的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在实用新型的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的实用新型及其均等范围内。

Claims (7)

1.一种发光模块，其特征在于，具备：

板状的陶瓷基材；

设于所述基材的一主面的电极；

表面位于与所述电极的表面同一面上并且设于所述基材的一主面的绝缘层；

设于所述电极上且厚度为3μm以上的导电性镀覆层；以及

利用焊料安装在所述导电性镀覆层上的半导体发光元件。

2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，

所述基材的反射率为80％以下，

所述绝缘层的反射率为85％以上。

3.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，

所述基材的厚度为0.6mm以下。

4.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，

所述电极的所述半导体发光元件侧的面与所述绝缘层的所述半导体发光元件侧的面为同一平面。

5.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，

所述电极是导电图案，所述导电图案利用热膨胀率比所述基材大的金属而设于所述基材的一主面，且与所述半导体发光元件连接，

所述绝缘层是树脂层，所述树脂层含有热膨胀率比所述基材大的填料，且覆盖所述基材的一主面的至少一部分，

所述发光模块还具备金属层，所述金属层是利用热膨胀率比所述基材大的金属设于所述基材的另一主面。

6.根据权利要求5所述的发光模块，其特征在于，

所述树脂层的热导率比所述基材的热导率高，比所述金属层的热导率低。

7.根据权利要求5所述的发光模块，其特征在于，

所述树脂层的厚度与所述导电图案的厚度相同。