JP2008235764A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を確保しつつ、実装基板との絶縁を確保することで、接続信頼性の向上を図ることが可能な発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光素子４０と、発光素子４０を搭載する基板２０とを有する発光装置１０において、基板２０は、実装基板Ｂの接続電極Ｐと接続する下面電極２３２ａが下面に形成された絶縁板２１と、絶縁板２１上に形成された導電性の放熱板２２とを有し、絶縁板２１には、実装基板Ｂと接続するときに、実装基板Ｂの接続電極Ｐと下面電極２３２ａとを導通する半田フィレットＦが形成される絶縁板２１の外周面全体に、放熱板２２の外周面を囲う絶縁性の周壁部２１１が設けられている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、基板に発光素子を搭載し、導電性の放熱板を備えた表面実装型の発光装置およびその製造方法に関する。

発光素子を搭載した発光装置は、益々、高輝度化が進んでいる。しかし、高輝度化のために発光素子に大電流を流すと、発熱量も増大するので、発光素子の劣化を抑制するためにも放熱が重要である。

例えば、図１１に示す特許文献１に記載の半導体発光装置１５０は、発光素子１５１からの熱を外部に放熱するために、熱導伝性の高いアルミニウムや銅などで形成された反射板１５２を備えている。この反射板１５２は、ベース基板１５３上に配置される電極１５４上に接合されるので、電極１５４との絶縁を確保するために、反射板１５２の表面には、絶縁性めっきや、絶縁コーティングや、自然酸化によって形成される酸化膜などの絶縁膜１５５が形成されている。
特開２００４−３２７８６３号公報

ところで、図１１に示される表面実装型の従来の発光装置は、実装基板に実装される実装工程にて、実装基板に形成された接続電極に付与された半田ペースト上に、電極１５４の位置を合わせて搭載され半田付けされる。そのときに、半田ペーストが、ベース基板１５３の端面に形成された電極１５４の垂直面を昇るように付着することで、この電極１５４の垂直面に山の裾野のような半田フィレットが形成される。この半田フィレットが形成されることで、実装基板の接続電極と導通接続すると共に、発光装置が実装基板に固定される。

この実装工程においては、接続電極から反射板１５２に至る高さまで、半田フィレットが形成されてしまうことがあるので、反射板１５２に絶縁膜１５５が形成されていないと、実装基板の接続電極と反射板１５２とが短絡してしまい、接続信頼性を損なう事態となる。しかし、従来の発光装置１５０では、反射板１５２全体を覆うように絶縁膜１５５が形成されているので、問題はないものと思われる。

しかし、この従来の発光装置１５０では、放熱機能を有する反射板１５２の表面全体を絶縁コーティングなどの絶縁膜１５５で覆っているので、少なからず反射板１５２からの放熱を絶縁膜１５５が阻害しているものと想定される。

そこで本発明は、放熱性を確保しつつ、実装基板との絶縁を確保することで、接続信頼性の向上を図ることが可能な発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、発光素子と、前記発光素子を搭載する基板とを有する発光装置において、前記基板は、実装基板と接続する電極が下面に形成された絶縁板と、前記絶縁板上に形成された導電性の放熱板とを有し、前記絶縁板には、前記実装基板の接続電極と前記電極とを導通する半田フィレットが形成される外周面の位置に、この外周面を覆う絶縁性の保護部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の発光装置の製造方法は、発光素子と、前記発光素子を搭載する基板とを有し、前記基板は、実装基板と接続する電極が下面に形成された絶縁板と、前記絶縁板上に形成された導電性の放熱板とを有する発光装置の製造方法であって、前記放熱板となる板状の放熱部材の一面側に格子状の溝を形成すると共に、他面側であって前記格子状の溝に囲まれた領域に、前記発光素子を搭載する搭載部となる凹部または貫通孔を形成するステップと、前記溝が形成された放熱部材の一面側に、絶縁層を形成するステップと、前記搭載部に、発光素子を搭載すると共に、前記絶縁層に実装基板と接続する電極を形成するステップと、前記溝に沿って、前記絶縁層と前記放熱部材とを切断して個片とするステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、放熱板の外周面に至る程度の高さまで半田フィレットが昇ってきても、保護部が放熱板を覆っているので、半田フィレットと放熱板との絶縁を保つことができる。よって、本発明は、放熱性を確保しつつ、実装基板との絶縁を確保することで、接続信頼性の向上を図ることが可能である。

本願の第１の発明は、発光素子と、発光素子を搭載する基板とを有する発光装置において、基板は、実装基板と接続する電極が下面に形成された絶縁板と、絶縁板上に形成された導電性の放熱板とを有し、絶縁板には、実装基板の接続電極と電極とを導通する半田フィレットが形成される外周面の位置に、この外周面を覆う絶縁性の保護部が設けられていることを特徴としたものである。

本発明の発光装置は、絶縁板と放熱板とを有する基板を実装基板に搭載するときに、半田フィレットが絶縁板の外周面を形成され、放熱板の外周面に至る程度の高さまで昇ってきても、保護部が放熱板を覆っているので、半田フィレットと放熱板との絶縁を保つことができる。保護部は、半田フィレットが形成される絶縁板の外周面の位置に形成されていればよいので、放熱板全体を覆う必要がない。

本願の第２の発明は、保護部は、絶縁板と一体に形成されていることを特徴としたものである。

本発明の発光装置は、保護部と絶縁板とが一体に形成されることで、保護部と絶縁板との隙間から半田フィレットが侵入することを防止することができる。

本願の第３の発明は、保護部は、絶縁板の周囲全体に形成されていることを特徴としたものである。

保護部が絶縁板の周囲全体に形成されていることで、半田フィレットが実装基板の接続電極より広がっても、確実に半田フィレットによる短絡を防止することができる。

本願の第４の発明は、発光素子と、発光素子を搭載する基板とを有し、基板は、実装基板と接続する電極が下面に形成された絶縁板と、絶縁板上に形成された導電性の放熱板とを有する発光装置の製造方法であって、放熱板となる板状の放熱部材の一面側に格子状の溝を形成すると共に、他面側であって格子状の溝に囲まれた領域に、発光素子を搭載する搭載部となる凹部または貫通孔を形成するステップと、溝が形成された放熱部材の一面側に、絶縁層を形成するステップと、搭載部に、発光素子を搭載すると共に、絶縁層に実装基板と接続する電極を形成するステップと、溝に沿って、絶縁層と放熱部材とを切断して個片とするステップとを含むことを特徴としたものである。

一面側に格子状の溝が形成された板状の放熱部材に、絶縁層を形成すると、溝に沿って格子状の凸部が形成された絶縁層となる。そして個片とするときに、この溝に沿って切断すると、放熱部材が放熱板となり、絶縁層が、この放熱板の外周面の一部を囲うように形成された保護部を有する絶縁板となる。従って、容易に保護部を有する絶縁板を形成することができる。

（実施の形態）
まずは、本発明の実施の形態に係る発光装置の構成を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の平面図である。図２は、図１に示す発光装置の底面図である。図３は、上面パターンが形成された絶縁板の平面図である。図４は、図１に示すＡ−Ａ線断面図である。図５は、発光素子の構成を示す概略断面図である。

図１から図４に示すように、本発明の実施の形態に係る発光装置１０は、平面視して正方形状に形成されている。発光装置１０は、基板２０と、樹脂封止部３０と、発光素子４０とを備えている。

基板２０は、平面視して矩形状に形成された絶縁板２１と、外形が絶縁板２１と同形状に形成され、中央部に円形状の貫通孔２２１が形成された放熱板２２と、金属箔で形成されたパターン部２３とを備えている。

絶縁板２１は、厚みが約０．０６ｍｍのガラスエポキシ樹脂で形成されている。この絶縁板２１には、周囲を囲うように高さが約０．２ｍｍの保護部となる周壁部２１１が設けられている。本実施の形態では、ガラスエポキシ樹脂で形成されているが、絶縁性を有し、電極などのパターンが形成できれば、他の樹脂でも使用することができる。

放熱板２２は、銅やアルミニウムなどの導電性の金属で形成され、厚みが約０．４５ｍｍの金属板である。この放熱板２２は、熱伝導率が高い金属を使用するのが望ましい。この放熱板２２は、周壁部２１１に嵌合する断面矩形状切欠部２２２が形成されている。また、放熱板２２の中央部には、貫通孔２２１が設けられ、この貫通孔２２１によって、発光素子４０をダイボンドし、ワイヤボンドする領域を確保している。そして、貫通孔２２１の周面が外側に向かうに従って徐々に拡がるような傾斜面に形成されていることで、発光素子４０からの光を反射する反射部２２３として機能する。

パターン部２３は、絶縁板２１の上面に形成された上面パターン２３１と、下面に形成された下面パターン２３２とを備えている。上面パターン２３１は、放熱板２２に設けられた貫通孔２２１の中央部に位置する４つの略矩形状の位置合わせマーク２３１ａと、位置合わせマーク２３１ａの周囲に位置する４つの上面電極２３１ｂとが形成されている。

位置合わせマーク２３１ａは、搭載装置が発光素子４０を搭載する際の目印となる孔で、絶縁板２１を露出させることで形成されている。また、上面電極２３１ｂは、リング状に絶縁板２１を露出させることで形成されている。この４つの上面電極２３１ｂのうちの２つに、発光素子４０からワイヤ５０が配線される。

上面電極２３１ｂは、絶縁板２１の下面に形成された下面パターン２３２の下面電極２３２ａと絶縁板２１を貫通して接続されている。下面電極２３２ａは、上面電極２３１ｂの真下の位置から絶縁板２１の角部に向かうように楔状に形成され、隣接する下面電極２３２ａのうち一方と絶縁板２１の側辺に沿って形成された接続パターン２３２ｂによって接続されている。また、絶縁板２１の下面には、伝熱性を向上させるために、略十字状の放熱パターン２３２ｃが設けられている。そして、下面電極２３２ａの保護と短絡防止のために、絶縁板２１の下面にはレジスト膜２４が形成されている。

樹脂封止部３０は、絶縁板２１と放熱板２２の貫通孔２２１とでできる凹部にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を充填することで形成されている。この樹脂封止部３０には、発光素子４０からの光を波長変換して補色となる色を発光する蛍光体を含有している。本実施の形態では、発光素子４０が青色に発光するものを使用しており、蛍光体としては黄色に波長変換するものを使用しているので、樹脂封止部３０の表面は、発光素子４０からの青色と波長変換された黄色とが混色して白く見える。

発光素子４０は、青色発光素子であり、図５に示すように、サファイアやＧａＮなどの基板４１に化合物半導体層であるｎ層４２、発光層４３、およびｐ層４４が積層されている。そしてｎ層４２にはｎ電極４５が、ｐ層４４にはｐ電極４６がそれぞれボンディング電極として設けられている。この発光素子４０は、銀ペーストなどの導電性接着剤を介在させて上面パターン２３１の中央部に設けられた位置合わせマーク２３１ａに囲まれたダイボンド領域に搭載されている。発光素子４０のｎ電極４５およびｐ電極４６は、上面電極２３１ｂにそれぞれワイヤ５０（図１参照）によって接続されている。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係る発光装置１０の製造方法について、図面に基づいて説明する。図６は、放熱部材を示す斜視図である。図７は、放熱部材に絶縁層を形成した状態を示す斜視図である。図８は、放熱部材に貫通孔を形成した状態を示す図である。図９は、放熱部材および絶縁層の切断位置を示す図である。

図６に示すように、まず、板状の放熱部材１００を準備する。この放熱部材１００には、図１に示す発光装置１０を平面視したときの外形に合わせた溝１０１が形成されている。また、この放熱部材１００には、図６では図示していないが、位置合わせマーク２３１ａや上面電極２３１ｂなどの上面パターン２３１が溝１０１に位置を合わせて形成されている。この溝１０１は、発光装置１０が平面視して正方形状に形成されているので、お互いが平行で、かつ等間隔に配置された格子状に形成されている。

次に、図７に示すように、放熱部材１００の溝１０１が形成されている面に、ガラスエポキシ樹脂を流し込む。放熱部材１００に流し込まれたガラスエポキシ樹脂が硬化することで絶縁板２１となる絶縁層１１０が形成される。この絶縁層１１０は、溝１０１が形成された放熱部材１００にガラスエポキシ樹脂を流し込んでいるので、溝１０１に沿って格子状の凸部１１１が形成される。

放熱部材１００に絶縁層１１０が形成されると、絶縁層１１０に下面パターン２３２である下面電極２３２ａと、接続パターン２３２ｂと、放熱パターン２３２ｃとを形成する。

そして、図８に示すように、放熱板２２側から切削して貫通孔２２１を形成し、放熱部材１００と絶縁層１１０との間の上面パターン２３１（図１参照）を露出させる。発光素子４０を、上面パターン２３１上のダイボンドする所定の位置に搭載し、そしてワイヤ５０で発光素子４０と上面電極２３１ｂとを接続し、下面パターン２３２面にレジスト膜２４を形成する。

最後に、図９に示すように、格子状の溝１０１に沿って切断して個片とすることで、図１に示す発光装置１０を作製することができる。

このように、一面側に格子状の溝１０１が形成された放熱部材１００に、絶縁層１１０を形成すると、溝１０１に沿って格子状の凸部１１１が形成された絶縁層１１０となる。そして個片とするときに、この溝１０１に沿って格子状に切断すると、溝１０１が分割されて断面矩形状切欠部２２２となり、格子状の凸部１１１が分割されて、放熱板２２の外周面を囲うように周壁部２１１となる。従って、容易に、放熱板２２の外周面を囲う周壁部２１１が形成された絶縁板２１とすることができる。

このように作製される発光装置１０の使用状態を、図１０に基づいて説明する。図１０は、本発明の実施の形態に係る発光装置１０の使用状態を説明するための断面図である。

図１０に示すように、実装基板Ｂには、発光装置１０の下面電極２３２ａと接続する接続電極Ｐが形成されている。発光装置１０を搭載するときには、予め接続電極Ｐに半田ペーストなどの導電性接着剤を塗布する。そして発光装置１０を、この接続電極Ｐに下面電極２３２ａを合わせて搭載し、リフロー処理を行って接合する。

その際に、半田ペーストが発光装置１０の側面を昇るように付着することで半田フィレットＦが形成される。しかし、絶縁板２１には、周囲を囲うように周壁部２１１が設けられているので、半田フィレットＦとなった半田ペーストが放熱板２２に付着することはない。また、樹脂で形成された絶縁板２１は、金属製の放熱板２２より濡れ性が低いので、半田フィレットＦの上昇を抑える効果も期待できる。従って、接続電極Ｐと導電性の金属で形成された放熱板２２とが短絡してしまうことが防止できるので、接続信頼性の向上を図ることができる。この周壁部２１１は、半田フィレットＦができる下面電極２３２ａの位置にあればよい。つまり、絶縁板２１の４つの角部に、保護部として機能する壁部が設けられていれば十分である。本実施の形態では、周壁部２１１が、絶縁板２１の周囲全体に形成され、かつ絶縁板２１と一体に形成されているので、半田フィレットＦが広がっても放熱板２２との短絡が防止できると共に、半田ペーストが隙間から侵入してくるおそれもない。また、周壁部２１１は、放熱板２２の下部しか覆っていないので、周壁部２１１が覆っていない面は、放熱板２２の放熱を阻害しない。従って、放熱板２２が有する放熱性を十分確保しつつ、接続信頼性の向上を図ることができる。また、この基板２０上に、更に放熱体を接続する場合では、放熱板２２の上面Ｓには、絶縁コーティングなど特殊な加工を施していないので、密着状態で接着させやすく放熱板２２と放熱体との伝熱性も良好である。

本発明は、放熱性を確保しつつ、実装基板との絶縁を確保することで、接続信頼性の向上を図ることが可能なので、基板に発光素子を搭載し、導電性の放熱板を備えた表面実装型の発光装置に好適である。

本発明の実施の形態に係る発光装置の平面図 図１に示す発光装置の底面図 上面パターンが形成された絶縁板の平面図 図１に示すＡ−Ａ線断面図 発光素子の構成を示す概略断面図 放熱部材を示す斜視図 放熱部材に絶縁層を形成した状態を示す斜視図 放熱部材に貫通孔を形成した状態を示す図 放熱部材および絶縁層の切断位置を示す図 本発明の実施の形態に係る発光装置の使用状態を説明するための断面図 従来の発光装置を示す断面図

符号の説明

１０ 発光装置
２０ 基板
２１ 絶縁板
２２ 放熱板
２３ パターン部
２４ レジスト膜
３０ 樹脂封止部
４０ 発光素子
４１ 基板
４２ ｎ層
４３ 発光層
４４ ｐ層
４５ ｎ電極
４６ ｐ電極
５０ ワイヤ
１００ 放熱部材
１０１ 溝
１１０ 絶縁層
１１１ 凸部
２１１ 周壁部
２２１ 貫通孔
２２２ 断面矩形状切欠部
２２３ 反射部
２３１ 上面パターン
２３１ａ 位置合わせマーク
２３１ｂ 上面電極
２３２ 下面パターン
２３２ａ 下面電極
２３２ｂ 接続パターン
２３２ｃ 放熱パターン
Ｂ 実装基板
Ｆ 半田フィレット
Ｐ 接続電極
Ｓ 上面

Claims (4)

1. 発光素子と、前記発光素子を搭載する基板とを有する発光装置において、
   前記基板は、実装基板と接続する電極が下面に形成された絶縁板と、前記絶縁板上に形成された導電性の放熱板とを有し、
   前記絶縁板には、前記実装基板の接続電極と前記電極とを導通する半田フィレットが形成される外周面の位置に、この外周面を覆う絶縁性の保護部が設けられていることを特徴とする発光装置。
2. 前記保護部は、前記絶縁板と一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記保護部は、前記絶縁板の周囲全体に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
4. 発光素子と、前記発光素子を搭載する基板とを有し、
   前記基板は、実装基板と接続する電極が下面に形成された絶縁板と、前記絶縁板上に形成された導電性の放熱板とを有する発光装置の製造方法であって、
   前記放熱板となる板状の放熱部材の一面側に格子状の溝を形成すると共に、他面側であって前記格子状の溝に囲まれた領域に、前記発光素子を搭載する搭載部となる凹部または貫通孔を形成するステップと、
   前記溝が形成された放熱部材の一面側に、絶縁層を形成するステップと、
   前記搭載部に、発光素子を搭載すると共に、前記絶縁層に実装基板と接続する電極を形成するステップと、
   前記溝に沿って、前記絶縁層と前記放熱部材とを切断して個片とするステップと
   を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。

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