JP2004235441A - 光半導体ベアチップ、プリント配線板、照明ユニットおよび照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プリント配線板2に対向配置された配線パターン81、85の、当該対向領域における間隔Dを、設計上の位置に配置した場合におけるLEDチップ14の中心(点G)から近い部分で最も狭く、点Gから遠ざかるに連れて広くする。また、当該広くなっている部分の、配線パターン81、85のパターンエッジ83、87が、点Gから遠ざかるに連れて前記LEDチップ14の電極エッジ148、149に対し、前記間隔が広くなる方向に離間していく形状に形成する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、LED等の光半導体ベアチップ、光半導体ベアチップ実装用のプリント配線板、照明ユニット、照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、照明装置の分野において、片面にp電極とn電極を配置させた、数百μm角の大きさのLEDベアチップ(以下、単に「LEDチップ」という。)をフリップチップ方式で超音波接合によりプリント配線板(以下、単に「配線板」という。)上に多数個高密度に実装して、照明装置として用いることが検討されている。
【0003】
図18(a)は、LEDチップ710が配線板700上のp電極用の配線パターン701とn電極用の配線パターン702上にフリップチップ実装されている状態を拡大して示した平面図である。ここでは、LEDチップ710と配線パターン701、702とを区別するため、LEDチップ710の方を太線で示すと共に、LEDチップ710の裏面(下面)側に配置されたp電極711、n電極712を透視して示している。
【0004】
同図に示すように、LEDチップ710のp電極711とn電極712は、間隔d(例えば、LEDチップ710が300μm角の場合、約20μm)をおいて対向配置されている。
一方、配線パターン701、702は、対応するp電極711、n電極712の形状に合うように上記間隔dをおいて対向配置されており、ここでは超音波接合によりLEDチップ710のp電極711が配線パターン701と、n電極712が配線パターン702と面接触して電気的に接続される。
【0005】
このような照明装置では、高光出力を得るため多くの電力を供給するようにしている。そのため発熱量が多くなり、LEDチップ710と配線板700の熱膨張率の違いからLEDチップ710と配線板700との接合部分にクラックが生じる場合がある。そこで、従来では接合強度を高めるため超音波接合のパワーをより強くするようにしている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−230448号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように超音波接合のパワーを強くして接合強度を高める方法をとると、図18(b)に示すようにLEDチップ710が本来の姿勢(正規実装姿勢)(図18(a)の状態)からある角度だけ回転した状態で実装されてしまい、その結果p電極711とn電極712がショートする(a部参照)といった事態が生じる場合がある。これは、次の理由による。すなわち、LEDチップ710の実装には、フリップチップボンダ装置が用いられ、このフリップチップボンダ装置は、コレットの先端に吸着させたLEDチップ710を配線板700上の設計上の実装位置に配置し押圧した状態で超音波振動を加えて、LEDチップ710を接合させるのであるが、パワーを強くするとその超音波振動によりLEDチップ710がコレットを回転軸としてその回りに微小ではあるが揺動してしまい、正規実装姿勢から回転した状態で接合されてしまう場合があるからである。ショートが発生すると、当然そのLEDチップは機能しないため、実装し直す等の処理が必要になり歩留まりが極端に悪くなってしまう。
【0008】
このような問題は、LEDチップに限られず、半導体レーザ等の光半導体ベアチップを上記した方法により実装する場合にも生じ得る。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、従来のフリップチップボンダ装置を用いてLEDチップなどの光半導体ベアチップを強固に接合できると共に歩留まりも向上できる光半導体ベアチップ、光半導体ベアチップ実装用のプリント配線板、照明ユニット、照明装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るプリント配線板は、一方の側に対向配置された第1と第2の電極を有する光半導体ベアチップがフリップチップ実装される実装面に、前記第1の電極、第2の電極と対応した配置関係、かつ類似した形状の第1の配線パターン、第2の配線パターンが対向配置されたプリント配線板であって、前記第1と第2の配線パターンは、その対向領域を平面視し、当該対向領域を、正規実装姿勢における光半導体ベアチップの中心に最も近い点を含む第1の領域と、当該第1の領域を挟む第2および第3の領域に分けたときに、当該第2の領域における第1の配線パターンの外縁と当該第3の領域における第2の配線パターンの外縁、および/または当該第2の領域における第2の配線パターンの外縁と当該第3の領域における第1の配線パターンの外縁が、前記正規実装姿勢における光半導体ベアチップの第1の電極、第2の電極の外縁との位置関係において、前記中心から遠ざかるに連れて内方に退避していく退避部分を含む形状に形成されていることを特徴とする。
【0010】
したがって、第1と第2の配線パターンの外縁の内、フリップチップ実装時における光半導体ベアチップの回転により第1と第2の電極に接触すると想定される部分を前記退避部分として、当該退避部分における第1と第2の配線パターンの外縁を、光半導体ベアチップが回転したときの第1と第2の電極の外縁に接触しない位置まで内方に退避させる形状にすれば、フリップチップ実装時に超音波接合によるパワーを高めたことにより光半導体ベアチップが正規実装姿勢から回転した状態で実装されたとしても、第1の電極(例えばp電極)と第2の電極(例えば、n電極)がショートするといったことが起こらず、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことを防止することができる。
【0011】
また、前記光半導体ベアチップとして、第1と第2の電極の対向領域における間隔がほぼ均一になっているものが使用される場合に、前記第1の領域における第1と第2の配線パターンの間隔が、ほぼ均一かつ前記第1と第2の電極の対向領域における間隔とほぼ同じになっていることを特徴とする。
これにより、第1と第2の電極の対向部における間隔がほぼ均一になっている構成の光半導体ベアチップが使用される場合に、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことを防止することができる。
【0012】
さらに、前記第1と第2の配線パターンが絶縁板表面に形成されており、前記絶縁板は、無機質フィラーと樹脂組成物を含むコンポジット板であることを特徴とする。これにより、プリント配線板を安価に製作でき、多層化等の加工がし易くなる。
本発明の照明ユニットは、光半導体ベアチップが光半導体ベアチップ実装用のプリント配線板上にフリップチップ実装されてなる照明ユニットであって、上記プリント配線板が用いられていることを特徴とする。
【0013】
本発明の光半導体ベアチップは、一方の側に対向配置された第1と第2の電極を有し、前記第1の電極、第2の電極と対応した配置関係、かつ類似した形状の第1の配線パターン、第2の配線パターンが形成されたプリント配線板上の実装面にフリップチップ実装される光半導体ベアチップであって、前記第1と第2の電極は、その対向領域を平面視し、当該対向領域を、当該光半導体ベアチップの中心に最も近い点を含む第1の領域と、当該第1の領域を挟む第2および第3の領域に分けたときに、当該第2の領域における第1の電極の外縁と当該第3の領域における第2の電極の外縁、および/または当該第2の領域における第2の電極の外縁と当該第3の領域における第1の電極の外縁が、当該光半導体ベアチップが正規実装姿勢で配置された場合における当該第1と第2の電極それぞれに対応する第1と第2の配線パターンの外縁との位置関係において、前記中心から遠ざかるに連れて内方に退避していく退避部分を含む形状に形成されていることを特徴とする。
【0014】
したがって、第1と第2の電極の外縁の内、フリップチップ実装時における光半導体ベアチップの回転により第1と第2の配線パターンに接触すると想定される部分を前記退避部分として、当該退避部分における第1と第2の電極の外縁を、光半導体ベアチップが回転したときの第1と第2の配線パターンの外縁に接触しない位置まで内方に退避させる形状にすれば、フリップチップ実装時に超音波接合によるパワーを高めたことにより光半導体ベアチップが正規実装姿勢から回転した状態で実装されたとしても、第1の電極(例えばp電極)と第2の電極(例えば、n電極)がショートするといったことが起こらず、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことを防止することができる。
【0015】
また、前記プリント配線板として、第1と第2の配線パターンの対向領域における間隔がほぼ均一になっているものが使用される場合に、前記第1の領域における第1と第2の電極の間隔が、ほぼ均一かつ前記第1と第2の配線パターンの対向領域における間隔とほぼ同じになっていることを特徴とする。
これにより、第1と第2の配線パターンの対向領域における間隔がほぼ均一になっている構成のプリント配線板が使用される場合に、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことを防止することができる。
【0016】
本発明の照明ユニットは、光半導体ベアチップがフリップチップ実装用のプリント配線板上に実装されてなる照明ユニットであって、上記光導体ベアチップが用いられていることを特徴とする。
本発明の照明装置は、照明光源として上記の照明ユニットを備えることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態に係る照明ユニット1の平面図である。照明ユニット1は、配線板2上に、64個のLEDチップ11〜74が8行8列(「行」は、上から1、2・・8行目、「列」は左から1、2・・8列目とする。)のマトリクス上に整然と実装されてなる。ここでは、LEDチップ11〜74は、それぞれが平面視で縦横ともに300(μm)の寸法になっている。
【0018】
配線板2は、無機質フィラー入り熱硬化性樹脂からなる絶縁板5、6(図3参照)の表面に金属からなる配線パターン8、7が形成されてなる基板3、4が複数層(本例では、2層)に積層された構成をしている。図1では、上部基板3のみが表れている。なお、本実施の形態では、上記絶縁板5、6には、無機質フィラーとしてアルミナを、熱硬化性樹脂としてエポキシ基板を使用したアルミナコンポジット基板が用いられている。また、配線パターン7、8には、金(Au)が用いられている。これら配線パターン7、8は、主に、各行における奇数列目のLEDチップと偶数列目のLEDチップの各々同士を直列に接続する目的で形成されたものである。
【0019】
図2は、図1におけるA部、すなわち1行4列目のLEDチップ14およびその付近の詳細図であり、図3は、図2のB−B線に沿ってLEDチップ14と配線板2を切断したときの矢視断面図である。また、図4は、LEDチップ14が実装されていない状態の配線板2の実装面の平面図、図5は、LEDチップ14の電極側の面の平面図である。なお、図2は、LEDチップ14が位置ずれ(回転も)することなく、設計上の実装位置に正規の実装姿勢で実装された場合の例を示しており、LEDチップ14と配線81、85とを区別するため、LEDチップ14を太線で示すと共に、LEDチップ14の電極側の面(下面)に配置されたアノード電極(p電極)145、カソード電極(n電極)146を透視して示している。
【0020】
各図に示すように、LEDチップ14は、絶縁性の透明のサファイア基板141上にAlInGaN系のN型層142、活性層143、P型AlInGaN層144が積層された構造をしていて、P型層に設けたp電極145とN型層に設けたn電極146を介して給電されるようになっている。
一方、配線パターン8の第1の配線パターン81の一方端部分82、第2の配線パターン85の一方端部分86は、それぞれp電極145、n電極146と対応した配置関係で、かつ類似した形状に形成されている。
【0021】
LEDチップ14は、フリップチップ方式で実装され、実装された状態で、LEDチップ14のp電極145は、配線パターン81の一方端部分82と接続され、n電極146は、配線パターン85の一方端部分86と電気的に接続される。なお、いうまでもなく、上記配線パターン81の他方端部分は、LEDチップ16(図1)のn電極と、配線パターン85の他方端部分は、LEDチップ12のp電極とそれぞれ接続される。
【0022】
LEDチップ14の実装には、従来の技術で説明したように、フリップチップボンダ装置(不図示)が用いられる。このフリップチップボンダ装置は、配線板2が載置されたステージを移動制御して、配線板2上におけるLEDチップ14の設計上の実装位置を、別の場所からLEDチップ14を吸着、搬送して停止しているコレットの位置に合わせた上で、コレットを降下させ、その先端に吸着されたLEDチップ14を配線板2に押圧した状態で所定時間だけ超音波振動を加えて配線板2に接合する装置である。
【0023】
具体的に説明すると、設計上の実装中心となる位置(図4に示す点H)を挟んで絶縁板5上に2つの認識マーク(ここでは、不図示)を予め形成しておき、これら認識マークの位置を画像認識装置によって認識し、その認識結果から当該実装中心(点H)の位置を求める。一方で、コレットに吸着されているLEDチップ14を認識し、その形状からコレットに吸着されて停止しているLEDチップ14の中心(LEDチップ14の縦、横をそれぞれ2等分する直線の交点の位置:図5の点G)のX−Y平面上における位置を求める。
【0024】
そして、求めた実装中心の位置と、LEDチップ14の中心位置との位置ずれ量を演算し、その位置ずれ量の分だけステージを移動させて位置補正を行い、実装中心の位置とLEDチップの中心位置との位置合わせを行う。また、LEDチップ14の吸着姿勢から、その向きが実際に実装すべき向き(正規実装姿勢)からどれだけずれているか(回転しているか)を求め、ずれている場合には、そのずれ量を補正する向きにコレットを回転(自転)させる。この状態でコレットを降下させ(LEDチップ14が配線板2上の設計上の位置に置かれることになる。)、超音波接合を実行する。
【0025】
本実施の形態のLEDチップは、照明ユニットに用いられるものであるため、超音波振動のパワー(具体的には、振幅の量)が表示装置等に用いられる場合の数倍の大きさ、ここでは、表示装置等の場合に通常200(mW)程度のところを1500(mW)程度にされて実装される。具体的には、約150(g)の押圧力で押圧され、約60(kHz)の周波数、数μmの振幅の超音波振動が約0.3秒間加えられる。この超音波振動により正規実装姿勢からある程度(ここでは、約2°)回転した状態で接合されてしまう場合があり得るが、そのような回転姿勢で実装されても、本実施の形態では、後述のようにLEDチップ14のp電極145とn電極146がショートしないように配線パターン81、85の形状が工夫されている。
【0026】
LEDチップ14のp電極145とn電極146が対向する領域(電極対向領域)150の間隔dは、平面視において従来と同様にどの位置でもほぼ均一(ここでは、約20μm)になっている。なお、この間隔は、光の取り出し効率等から、通常、製造上において可能な範囲で狭くされる。
一方、配線板2の配線パターン81、85が対向する領域(パターン対向領域)89では、当該領域89の内、点H(実質的に点G)に最も近い点C′を含む第1の領域(矢印Cで示される範囲。以下、「領域C」という。)におけるパターン間隔Dが「D1(約20μm)」で最も狭く、領域Cを挟んで両側に位置する第2の領域(矢印Eで示される範囲。以下、「領域E」という。)と第3の領域(矢印E′で示される範囲。以下、「領域E′」という。)におけるパターン間隔Dが、点Hから遠ざかるに連れて広くなり、最も遠いところで「D2(約40μm)」になっている。
【0027】
また、図2において、図18(a)の従来のパターン対向領域と比較して判るように、パターン間隔Dが点Hから遠ざかるに連れて広くなっている領域(領域E、E′)では、正規実装姿勢で配置されたLEDチップ14を平面視したときに、配線パターン81のパターンエッジ(外縁)811、812と、配線パターン85のパターンエッジ(外縁)851、852が、点Hから遠ざかるに連れて、電極エッジ(外縁)148、149に対し、パターン間隔Dが広くなる方向に離間していく形状(言い換えれば、パターンエッジ811、812、851、852が、正規実装姿勢におけるLEDチップ14のp電極145とn電極146の電極エッジ148、149との位置関係において、点H(G)から遠ざかるに連れて内方に退避(後退)していく形状)になっている。
【0028】
このように退避部分を設けているのは、LEDチップ14が正規実装姿勢からある程度回転して実装された場合でも、p電極145とn電極146がショートするといったことが生じないようにするためである。
すなわち、従来の技術で説明したように、実装時における超音波振動による揺動は、コレットを中心としたものであり、その際、LEDチップは、その中心もしくは中心付近の部分を回転中心として配線板2上で時計回り、反時計回りに揺動する。そうなると、パターン対向領域89の内、点G(H)に近い領域Cよりも、遠い領域E、E′の方が、その部分のLEDチップの電極エッジの揺動(移動)量が大きくなる。また、正規実装姿勢から時計回り、反時計回りのいずれの方向に回転した状態(回転姿勢)で接合されるのかを特定し難い(配線板2側の表面状態、バンプの有無、その形状等によって、各LEDによってまちまちになる可能性が高い。)。
【0029】
そのため、回転によるp電極145とn電極146の電極エッジ148、149の揺動範囲に掛からないように(揺動範囲から逃げるように)、LEDチップ14の中心(点G)から遠ざかるに連れて、配線パターン81のパターンエッジ811、812、配線パターン85のパターンエッジ851、852を、電極エッジ148、149の位置から間隔Dが広くなる方向に離間させて(その電極エッジの位置から後退させて)いく、すなわち領域E、E′ではパターンの間隔を広くしていって、いずれの方向に回転してもショートが発生しないようにしているのである。
【0030】
また、領域Cでは、LEDチップ14の中心から近いため揺動量も少なく、回転の影響をほとんど受けない。そこで、領域Cにおけるパターンの間隔をできるだけ狭く、ここではLEDチップ14の、領域Cに対応する部分の間隔(すなわち「d」)に合わせて、p電極145、n電極146と配線81、85との接合面積をより多く確保し、接合強度を高めているのである。
【0031】
図6は、LEDチップ14が正規実装姿勢から矢印方向(反時計回り)に回転した状態で実装された場合の例を示す平面図であり、配線パターン81、85については、本実施の形態のもの(実線)と、従来のもの(一点鎖線)を合わせて示している。なお、同図では、回転している様子を誇張して示しており、実際の回転角θは、実験等によれば3°までの範囲になる(0<θ<3°)。
【0032】
同図に示すように、本実施の形態では、パターン対向領域のパターン間隔がLEDチップ14の中心から遠ざかる方向に広くなっているので、p電極145とn電極146がショートしていない。一方で、従来の構成では、パターン間隔が対向領域でどの位置でも同一なので、2箇所においてp電極145とn電極146がショートしてしまう。同図では、LEDチップ14が正規実装姿勢から反時計回りに回転した場合の例であるが、正規実装姿勢から時計回りに同角度だけ回転した場合でも、本実施の形態では上記したように、パターンエッジ811、812、851、852をLEDチップ14の中心(点G)から遠ざかるに連れて、電極エッジ148、149からフリップチップ実装時の回転による電極エッジ148、149の揺動範囲に掛からない位置まで内方に退避させているのでショートすることがない。なお、LEDチップ14が正規実装姿勢から回転した状態で実装されることになるが、これによって配光特性等がほとんど変わることはなく、光源としては問題にならない。
【0033】
従って、フリップチップ実装時に超音波接合のパワーを高めたことによりLEDチップ14が正規実装姿勢から回転した状態で実装されたとしても、p電極145とn電極146がショートするといったことが起こらず、製造時における歩留まりを大きく向上できる。また、LEDチップの中心位置に近い、パターン対向領域89の領域Cにおけるパターンの間隔を、対応するLEDチップの電極の間隔とほぼ同じにして(単に広げるといったことをせずに)接合面積を確保しているので、十分な接合強度を得ることができ、LEDチップ14と配線板2の熱膨張率の違いからLEDチップ14と配線板2の接合部分にクラックが生じるといったことも防止することができる。すなわち、LEDチップを強固に接合できると共に、歩留まりも向上できるという効果を得ることができる。
【0034】
また、配線板2が樹脂製の場合、シリコン基板等に比べて柔らかいため、超音波接合のパワーをより強くする必要があり、LEDチップ14が回転した姿勢で実装され易い傾向にあるが、上記の構成とすることで歩留まりを向上できることから、特に樹脂製の基板を用いた場合に有効になる。
さらに、配線パターンをエッチングにより形成する場合、パターン対向領域の間隔がその中心に向かうに連れて狭くなっていく形状になっているので、従来のようにほぼ均一になっている構成に比べてエッチング液がパターン対向領域内に十分に入り込み易く、エッチング工程での歩留まりも向上できるという効果もある。
【0035】
上記では、LEDチップ14と、LEDチップ14が実装される配線パターン81、85のパターン形状について説明したが、これ以外の他のLEDチップ11、12、13、15〜74もLEDチップ14と同様の形状であり、また各LEDチップが実装される部分のパターン形状も上記配線パターン81、85と同様の形状になっている。各LEDチップは、LEDチップ14の場合と同様に、上記フリップチップボンダ装置により上記の方法で1個ずつ実装される。
【0036】
ここで、パターンエッジ811、812、851、852の、正規実装姿勢におけるLEDチップ14の電極エッジ148、149の位置からの内方への退避量については、超音波接合により生じるLEDチップの回転量を予め実験等で求めておき、その量に応じて適切な値が設定される。具体的には、例えば図2に示すように領域E、E′において、対応するそれぞれのパターンエッジと電極エッジ(812と148、852と149等)がなす角αの値が、0<αであり、実装時のLEDチップの回転により当該電極エッジが正規実装姿勢から揺動するときのその最大角よりも大きな値に設定される。より具体的には、LEDチップの接合時の回転角θ(図6)がほぼ3°までの範囲内に収まること、およびαの値が上記θと近似していることを考慮して、αの値を、例えば3°、もしくはそれ以上の値(上限は、接合に支障のない程度の値)とすることが好ましい。
【0037】
また、パターン対向領域89の内、LEDチップの中心から最も近い部分におけるパターンの間隔を「D1」、最も離れている部分の間隔を「D2」、実装時における最大回転角を「θ」(正規実装姿勢からの最も振れるときの角度)、製造時に、LEDチップがコレットにより位置合わせされて配線板2上に配置される場合における実際の配置位置と、設計上の位置との誤差(コレットの移動ピッチ性能等により生じるもの)(具体的には、上記点GとHの、上記間隔D2の幅方向とほぼ平行な方向における距離)を「Z」、LEDチップの一辺長(配線板2上に配置したLEDチップの、上記間隔D2の幅方向とほぼ直交する方向の辺)を「L」としたとき、Z<D1<D2・・(式1)であり、D1+L*tanθ+Z<D2・・(式2)となるような関係を満たすように設定することもできる。上記誤差Zがほとんど無視できる場合には、D1+L*tanθ<D2とすれば良い。
【0038】
この場合も上記したように実験、実測により接合時におけるLEDチップの回転角θがほぼ3°までの範囲内に収まることが解っていることから、例えば上記式(2)のtanθの「θ」を3°もしくはそれ以上の値(接合に支障のない程度の値)としてD2を求めることができる。
(第2の実施の形態)
上記第1の実施の形態では、配線板のp電極用とn電極用の配線パターンの形状を工夫したが、本実施の形態では、LEDチップの電極の形状を工夫するようにしており、その点が異なっている。以下、第1の実施の形態と同じ部材、同じ意味内容を示すものについては、同符号を付すこととする。
【0039】
図7は、本実施の形態におけるLEDチップ90の電極側の面の平面図であり、図8は、配線板2上におけるLEDチップ90実装のための配線パターン96、98の形状を示す平面図であり、図9は、LEDチップ90が設計上の実装位置に正規実装姿勢で実装された場合における平面図を示している。なお、図9では、LEDチップ90と配線パターン96、98を区別するため、LEDチップ90を太線で示すと共に、LEDチップ90のp電極91、n電極93を透視して示している。
【0040】
各図に示すように、配線パターン96、98のパターン対向領域100における間隔は、一律にd(約20μm)になっている。
一方、LEDチップ90のp電極91とn電極93の対向領域(電極対向領域)95では、当該領域95の内、LEDチップ90の中心(点G)に最も近い点J′を含む第1の領域(矢印Jで示される範囲。以下、「領域J」という。)における電極の間隔が「D1(約20μm)」と最も狭く、領域Jを挟んで両側に位置する第2の領域(矢印Kで示される範囲。以下「領域K」という。)と第3の領域(矢印K′で示される範囲。以下「領域K′」という。)における電極の間隔が、点Gから遠ざかるに連れて広くなり、最も遠いところで「D2(約40μm)」になっている。
【0041】
また、領域K、K′では、p電極91の電極エッジ(外縁)911、912と、n電極93の電極エッジ(外縁)931、932が、点Gから遠ざかるに連れて、配線パターン96のパターンエッジ97、配線パターン98のパターンエッジ99に対し、電極の間隔が広くなる方向に離間していく形状、言い換えれば、フリップチップ実装時の回転により電極エッジ911、912、931、932が配線パターン96のパターンエッジ97、配線パターン98のパターンエッジ99に接触しないように、電極エッジ911、912、931、932を、LEDチップ90が正規実装姿勢で配置された場合におけるp電極91とn電極93それぞれに対応する配線パターン96、98のパターンエッジ97、99との位置関係において、点Hから遠ざかるに連れて内方に退避(後退)させた形状になっている。
【0042】
このように退避部分を設けることにより、第1の実施の形態と同様に、フリップチップ実装時にLEDチップ90が正規実装姿勢から回転した状態で実装されたとしても、p電極とn電極がショートするといったことが起こらず、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことも防止できるという効果を奏する。
【0043】
なお、他の63個のLEDチップについても、LEDチップ90と同様の形状になっており、各LEDチップの実装位置におけるパターン形状も配線パターン96、98と同様の形状になっている。
また、電極エッジの内方への退避量については、第1の実施の形態の場合と同様に、超音波接合により生じるLEDチップの回転量を予め実験等で求めておき、その量に応じて適切な値が設定される。領域KとK′における電極エッジとパターンエッジの位置関係は、実質的に第1の実施の形態と同様なので、本実施の形態においても、図9に示すように、LEDチップを正規実装姿勢に配置した場合における、対応するそれぞれの電極エッジとパターンエッジ(911と97、931と99等)のなす角β(上記αに相当)も第1の実施の形態と同様に求めることができる。また、第1の実施の形態と同様に、上記式(1)(2)の関係を満たすようにD2等を設定することができる。
【0044】
(変形例)
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
(1)第1の実施の形態における配線パターンの形状は、上記したものに限られず、例えば図10に示すような形状とすることもできる。図10(a)では、パターン対向領域101における、p電極用の配線パターン102が上記配線パターン81とほぼ同様の形状になっているが、n電極用の配線パターン103のパターンエッジ104は一部、ここでは105の部分で屈折しており、その点で上記配線パターン85と形状が異なっている。
【0045】
図10(b)では、n電極用の配線パターン106が上記配線パターン85とほぼ同様の形状になっているが、p電極用の配線パターン107のパターンエッジ108が一部、ここでは109の部分で屈折しており、その点で上記配線パターン81と形状が異なっているものである。
(2)第1の実施の形態では、図5に示すように、ほぼ正方形をしているサファイア基板上の一の角部にn電極が配置された構成のLEDチップが使用される場合における配線パターンの形状の例を説明したが、例えば、図11(a)に示す構成のLEDチップ110が使用される場合には、配線パターンを図11(b)に示す形状とすることができる。
【0046】
ここで図11(a)のLEDチップ110の111はp電極を、112はn電極を示しており、電極対向領域113におけるp電極111とn電極112の間隔は、一律、ここでは約20(μm)になっている。図11(b)の115はp電極用の配線パターンを、117はn電極用の配線パターンを示している。同図では、比較のため、従来の配線パターンの形状も一点鎖線で示している。また、点Gは、LEDチップ110の中心であり、点Hは、LEDチップ110を実装する場合の設計上の実装中心を示している。
【0047】
図11(b)に示すように、配線パターン115、117のパターン対向領域119における間隔は、点Hに最も近い点M′を含む領域Mで最も狭く(例えば、約20μm)、領域Mを挟む両側の領域N、N′では、遠ざかるに連れて広くなっていき、最も遠いところで最も広く(例えば、約40μm)なっている。また、領域N、N′では、パターンエッジ116、118を、正規実装姿勢のLEDチップ110のp電極111とn電極112の電極エッジの位置(一点鎖線で示す位置に相当)から前記間隔が広くなる方向に離間させている(その電極エッジの位置からフリップチップ実装時の回転による電極エッジの揺動範囲に掛からない位置まで内方に後退させている。)。
【0048】
したがって、フリップチップ実装時にLEDチップ110が正規実装姿勢から回転した状態で実装されたとしても、p電極とn電極がショートするといったことが起こらず、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことも防止できる。
図12は、図11(b)の配線パターンの変形例を示す図であり、パターンエッジ116の一部、ここでは121の部分を屈折した形状にすると共に、パターンエッジ118の122の部分を平行にしたものである。
【0049】
(3)また、図13(a)に示すように、LEDチップ130のp電極131とn電極132の電極対向領域における間隔Dを点Gから遠ざかるに連れて広くする構成とすることもできる。この場合、配線パターンとしては、図13(b)に示すように、p電極用の配線パターン133とn電極用の配線パターン134のパターン対向領域の間隔dを一律としたものを用いることができる。
【0050】
なお、これまでのパターン対向領域における配線パターンのパターンエッジは、屈折している部分において角張った形状となっていたが、例えばその角部を円弧状としても良い。また、直線状に限られず、曲線状、階段状等としても良い。
すなわち、パターンエッジ(外縁)が、正規実装姿勢のLEDチップの電極エッジとの位置関係において、LEDチップの中心から遠ざかるに連れて、フリップチップ実装時の回転による電極エッジの揺動範囲に掛からない位置まで内方に退避していく後退部分を含む形状になっていれば、その形状は特に限定されないのである。その意味では、仮に電極対向領域における間隔がほぼ均一でないLEDチップがある場合に、そのLEDチップに対応する配線パターンとしては、そのパターンエッジを、そのLEDチップのフリップチップ実装時の回転による電極エッジの揺動範囲に掛からない位置まで内方に退避させる形状に形成すれば良いことになる。このことは、LEDチップの電極対向領域における電極エッジについても同様である。
【0051】
(4)LEDチップの電極の配置例としては、例えば図14に示すものを用いることもできる。同図に示すように、このLEDチップ150は、p電極151が十字形をしており、空いている部分にn電極152を4個配置したものである。p電極151とn電極152の対向領域153の内、中心Gに最も近い点Fを含む第1の領域(本例では、電極エッジが屈折している部分の点Fと点F′の間の領域(実質的には、点Fと点F′を一定の微小幅の線分で結んだときの当該線分に相当する部分)を一の領域としてとらえ、これを第1の領域としている。)における電極間の間隔が最も狭く、第1の領域を挟んで両側に位置する第2の領域(矢印Wで示される範囲)と第3の領域(矢印W′で示される範囲)の間隔が中心(点G)から遠ざかるに連れて広くなっていると共に、p電極151の電極エッジ154と、n電極152の電極エッジ155が、点Gから遠ざかるに連れて、LEDチップ150が配線板上の正規実装姿勢で配置された場合におけるp電極用、n電極用の配線パターン(図示していないが、対向領域における間隔が一律に上記第1の領域における間隔とほぼ同じになっている配線パターン)の両パターンエッジから、前記間隔Dが広くなる方向に離間していく(内方に退避していく)形状になっており、これによりフリップチップ実装時におけるp電極とn電極のショートの発生を防止することができる。
【0052】
本例のLEDチップ150は、電極対向領域153が平面視L字状で、中心Gに最も近い点Fのところで屈折している形状のため、当該屈折位置における点FとF′を微小な幅をもつ線分で結んだときの当該線分により表される部分を一の領域としてとらえ、これを第1の領域としたが、配線パターン側がこのような形状の場合であっても、同様にその屈折位置における部分(上記線分に相当する部分)を第1の領域としてとらえ、その両側の各部分を第2、第3の領域とすることができる。
【0053】
(5)上記第1の実施の形態では、LEDチップの実装時における、正規実装姿勢からの回転方向が特定し難いという理由から、両方の配線パターン81、85のパターンエッジ811、812、851、852を、LEDチップのp電極145とn電極146の電極エッジ148、149との位置関係において、LEDチップの中心から遠ざかるに連れて内方に後退させる形状とした。
【0054】
しかしながら、例えば電極や配線パターンの接合面における形状、バンプの形状等により回転方向を特定できる場合も考えられ、そのような場合には、回転方向に対応するパターンエッジのみを後退させる形状とすることもできる。
図15(a)は、配線パターンを平面視したときに、LEDチップ実装時の回転方向を、時計回りと特定した場合における配線パターンの形状例を示す図である。
【0055】
同図に示すように、本変形例では、パターン対向領域89の内の、領域Eにおける配線パターン85のパターンエッジ851と、領域E′における配線パターン81のパターンエッジ812が、正規実装姿勢における光半導体ベアチップのp電極145、n電極146の電極エッジ148、149(破線部分に相当)との位置関係において、前記中心Hから遠ざかるに連れて内方に退避していく形状になっている。そして、領域Eにおける配線パターン81のパターンエッジ811と、領域E′における配線パターン85のパターンエッジ852については、内方に後退(退避)しておらず、すなわち図6に示す従来相当の位置になっている。
【0056】
このように、フリップチップ実装時の時計回りの回転による電極エッジの回転の範囲に掛からない位置まで、パターンエッジを内方に後退させておけば、LEDチップが正規実装姿勢からある角度だけ時計回りに回転した状態で実装された場合であっても、LEDチップのp電極、n電極がショートするということを防止できることになる。
【0057】
一方、図15(b)は、実装時の回転方向を反時計回りと特定した場合における配線パターンの形状例を示す図である。
同図では、図15(a)とは逆に、領域Eにおける配線パターン81のパターンエッジ811と、領域E′における配線パターン85のパターンエッジ852が、正規実装姿勢における光半導体ベアチップのp電極145、n電極146の電極エッジ148、149(破線部分に相当)との位置関係において、中心Hから遠ざかるに連れて内方に退避していく形状になっている。そして、領域Eにおける配線パターン85のパターンエッジ851と、領域E′における配線パターン81のパターンエッジ812については、内方に後退しておらず、すなわち図6に示す従来相当の位置になっている。
【0058】
このように、フリップチップ実装時の反時計回りの回転による電極エッジの回転の範囲に掛からない位置まで、パターンエッジを内方に後退させておけば、LEDチップが正規実装姿勢からある角度だけ反時計回りに回転した状態で実装された場合であっても、LEDチップのp電極、n電極がショートするということを防止できることになる。
【0059】
このことは、第2の実施の形態におけるLEDチップについても同様である。
図16は、実装時の回転方向を、時計回りとした場合におけるLEDチップの形状例を示す図である。
同図に示すように、電極対向領域の内、領域Kにおけるn電極93の電極エッジ931と、領域K′におけるp電極91の電極エッジ912が、LEDチップが正規実装姿勢で配置された場合におけるp電極とn電極それぞれに対応する配線パターン96、98(図8)のパターンエッジ97、99(図16の破線部分に相当)との位置関係において、中心(点G)から遠ざかるに連れて内方に退避していく形状になっている。そして、領域Kにおけるp電極91の電極エッジ911と、領域K′におけるn電極93の電極エッジ932については、内方に後退しておらず、すなわち従来相当の位置になっている。
【0060】
したがって、上記同様に、フリップチップ実装時にLEDチップが時計回りに回転しても電極エッジが配線パターンに掛からない位置まで、電極エッジを内方に後退させておけば、LEDチップが正規実装姿勢からある角度だけ時計回りに回転した状態で実装された場合であっても、LEDチップのp電極、n電極がショートするということを防止できることになる。
【0061】
なお、実装時の回転方向を反時計回りとした場合には、上記とは逆に、電極エッジ911と932が内方に後退し、912、931が後退しない形状になる。
(6)上記では、64個のLEDチップが配線板上にフリップチップ実装されてなる照明ユニットの構成について説明したが、本発明は、当該照明ユニットを光源として用いた照明装置に適用することができる。
【0062】
図17は、照明装置200の構成例を示す一部破断の斜視図である。
同図に示すように、照明装置200は、電球形であって、ケース201、反射笠202、口金203および光源としての照明ユニット1を備えている。口金203は、白熱電球等の一般照明電球に用いられるものと同サイズ(同規格)のものである。
【0063】
ケース201の内部には、照明ユニット1への給電のための給電ユニット(不図示)が配置されている。この給電ユニットは、口金203を介して供給される交流電流をLEDチップ点灯のための直流電流に変換して照明ユニット1に供給する公知の回路から構成されている。光源となる照明ユニット1が板状体であるため、白熱電球等に対し装置自体(特に全長)を極めて小型化することができる。
【0064】
また、上記の照明ユニット1を光源として用いた照明装置としては、例えば電気スタンドや懐中電灯等とすることもできる。
(7)上記では、配線板を樹脂製の基板としたが、これに限定されず、例えばシリコン基板等を用いても良い。また配線パターンとして金(Au)を用いたが、銅(Cu)等、超音波接合が可能な材料を用いることができる。また、上記実施の形態では、LEDチップとして300μm角の大きさのものを用いた場合の例を説明したが、LEDチップの大きさがこれに限定されるものでないことはいうまでもなく、例えば100〜900μm角程度の大きさのものやミリオーダのもの等を用いるとしても良い。特に100〜900μm角程度のものを用いて高密度実装する場合に、LEDチップのp電極とn電極がショートするといったことを防止できるという効果を得られやすい。
【0065】
さらに、超音波接合で接合される場合に限られず、接合時にLEDチップが回転してしまう接合方法を用いる場合における配線板、LEDチップに適用できる。そして、LEDチップに限られず、半導体レーザ等の光半導体ベアチップ、およびその実装用のプリント配線板、それを用いた照明ユニット、照明装置に適用することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリント配線板は、一方の側に対向配置された第1と第2の電極を有する光半導体ベアチップがフリップチップ実装される実装面に、前記第1の電極、第2の電極と対応した配置関係、かつ類似した形状の第1の配線パターン、第2の配線パターンが対向配置されたプリント配線板であって、前記第1と第2の配線パターンは、その対向領域を平面視し、当該対向領域を、正規実装姿勢における光半導体ベアチップの中心に最も近い点を含む第1の領域と、当該第1の領域を挟む第2および第3の領域に分けたときに、当該第2の領域における第1の配線パターンの外縁と当該第3の領域における第2の配線パターンの外縁、および/または当該第2の領域における第2の配線パターンの外縁と当該第3の領域における第1の配線パターンの外縁が、前記正規実装姿勢における光半導体ベアチップの第1の電極、第2の電極の外縁との位置関係において、前記中心から遠ざかるに連れて内方に退避していく退避部分を含む形状に形成されている。
【0067】
したがって、第1と第2の配線パターンの外縁の内、フリップチップ実装時における光半導体ベアチップの回転により第1と第2の電極に接触すると想定される部分を前記退避部分として、当該退避部分における第1と第2の配線パターンの外縁を、光半導体ベアチップが回転したときの第1と第2の電極の外縁に接触しない位置まで内方に退避させる形状にすれば、フリップチップ実装時に超音波接合によるパワーを高めたことにより光半導体ベアチップが正規実装姿勢から回転した状態で実装されたとしても、第1と第2の電極がショートするといったことが起こらず、製造時における歩留まりを大きく向上できると共に、接合部分にクラックが生じるといったことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る照明ユニット1の平面図である。
【図2】図1におけるLEDチップ14およびその付近の詳細図である。
【図3】図2のB−B線に沿ってLEDチップ14とプリント配線板2を切断したときの矢視断面図である。
【図4】LEDチップ14が実装されていない状態の配線パターン81、85の平面図である。
【図5】LEDチップ14の電極側の面の平面図である。
【図6】LEDチップ14が矢印方向に回転した状態で実装された場合の例を示す平面図である。
【図7】第2の実施の形態におけるLEDチップ90の電極側の面の平面図である。
【図8】配線板2上におけるLEDチップ90実装のための配線パターン96、98の形状を示す平面図である。
【図9】LEDチップ90が正規実装位置に正確に実装された場合の平面図である。
【図10】(a)は、変形例におけるp電極用の配線パターン102とn電極用の配線パターン103のパターン形状の例を示す図であり、(b)は、別のパターン形状の例を示す図である。
【図11】(a)は、変形例におけるLEDチップ110のp電極とn電極の形状の例を示す図であり、(b)は、LEDチップ110が使用される場合における配線パターン115、116の形状の例を示す図である。
【図12】変形例における別の配線パターンの形状を示す図である。
【図13】(a)は、変形例における別のLEDチップ130のp電極131とn電極132の形状の例を示す図であり、(b)は、LEDチップ130が使用される場合における配線パターン133、134の形状の例を示す図である。
【図14】変形例におけるLEDチップ150のp電極151とn電極152の形状の例を示す平面図である。
【図15】(a)は、LEDチップの実装時の回転方向を時計回りとした場合における配線パターンの形状の変形例を示す図であり、(b)は、反時計回りとした場合における配線パターンの形状の変形例を示す図である。
【図16】変形例におけるLEDチップのp電極、n電極の形状の例を示す図である。
【図17】照明ユニット1を用いた照明装置200の構成を示す斜視図である。
【図18】(a)は、従来の、LEDチップ710が配線板のp電極用の配線パターン701とn電極用の配線パターン702上に正規実装姿勢でフリップチップ実装されている状態を拡大して示した平面図であり、(b)は、LEDチップ710が正規実装姿勢からある角度だけ回転した状態で実装された場合の状態の例を示す図である。
【符号の説明】
1 照明ユニット
2 プリント配線板
3、4 基板
5、6 絶縁板
7、8、81、85、96、98、102、103、106、107、115、133、134 配線パターン
11〜74、90、110、130、150 LEDベアチップ
89、100、101、119 パターン対向領域
91、111、131、145、151 p電極
93、112、132、146、152 n電極
95、113、150 電極対向領域
97、99、104、108、116、118、811、812、851、852 パターンエッジ
141 サファイア基板
148、149、154、155、911、912、931、932 電極エッジ
200 照明装置
Claims (8)
- 一方の側に対向配置された第1と第2の電極を有する光半導体ベアチップがフリップチップ実装される実装面に、前記第1の電極、第2の電極と対応した配置関係、かつ類似した形状の第1の配線パターン、第2の配線パターンが対向配置されたプリント配線板であって、
前記第1と第2の配線パターンは、
その対向領域を平面視し、当該対向領域を、正規実装姿勢における光半導体ベアチップの中心に最も近い点を含む第1の領域と、当該第1の領域を挟む第2および第3の領域に分けたときに、
当該第2の領域における第1の配線パターンの外縁と当該第3の領域における第2の配線パターンの外縁、および/または当該第2の領域における第2の配線パターンの外縁と当該第3の領域における第1の配線パターンの外縁が、前記正規実装姿勢における光半導体ベアチップの第1の電極、第2の電極の外縁との位置関係において、前記中心から遠ざかるに連れて内方に退避していく退避部分を含む形状に形成されていることを特徴とするプリント配線板。 - 前記光半導体ベアチップとして、第1と第2の電極の対向領域における間隔がほぼ均一になっているものが使用される場合に、
前記第1の領域における第1と第2の配線パターンの間隔がほぼ均一かつ前記第1と第2の電極の対向領域における間隔とほぼ同じになっていることを特徴とする請求項1に記載のプリント配線板。 - 前記第1と第2の配線パターンが絶縁板表面に形成されており、前記絶縁板は、無機質フィラーと樹脂組成物を含むコンポジット板であることを特徴とする請求項1もしくは2に記載のプリント配線板。
- 光半導体ベアチップが光半導体ベアチップ実装用のプリント配線板上にフリップチップ実装されてなる照明ユニットであって、
前記プリント配線板として、請求項1乃至3のいずれかに記載のプリント配線板が用いられていることを特徴とする照明ユニット。 - 一方の側に対向配置された第1と第2の電極を有し、前記第1の電極、第2の電極と対応した配置関係、かつ類似した形状の第1の配線パターン、第2の配線パターンが形成されたプリント配線板上の実装面にフリップチップ実装される光半導体ベアチップであって、
前記第1と第2の電極は、
その対向領域を平面視し、当該対向領域を、当該光半導体ベアチップの中心に最も近い点を含む第1の領域と、当該第1の領域を挟む第2および第3の領域に分けたときに、
当該第2の領域における第1の電極の外縁と当該第3の領域における第2の電極の外縁、および/または当該第2の領域における第2の電極の外縁と当該第3の領域における第1の電極の外縁が、当該光半導体ベアチップが正規実装姿勢で配置された場合における当該第1と第2の電極それぞれに対応する第1と第2の配線パターンの外縁との位置関係において、前記中心から遠ざかるに連れて内方に退避していく退避部分を含む形状に形成されていることを特徴とする光半導体ベアチップ。 - 前記プリント配線板として、第1と第2の配線パターンの対向領域における間隔がほぼ均一になっているものが使用される場合に、
前記第1の領域における第1と第2の電極の間隔がほぼ均一かつ前記第1と第2の配線パターンの対向領域における間隔とほぼ同じになっていることを特徴とする請求項5に記載の光半導体ベアチップ。 - 光半導体ベアチップがフリップチップ実装用のプリント配線板上に実装されてなる照明ユニットであって、
前記光導体ベアチップとして、請求項5もしくは6に記載の光半導体ベアチップが用いられていることを特徴とする照明ユニット。 - 照明光源として請求項4もしくは7に記載の照明ユニットを備えることを特徴とする照明装置。
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