JP2011187660A - ベアチップ実装面発光体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップオンボード方式で面発光体に改良を加え、簡単で、安価な、且つ、光の拡散性がよい白色面発光体を実現することである。
【解決手段】樹脂基板１と、この樹脂基板１上に貼付且つ加圧されることで、基板１にピンホール１０を形成させ、所定の配線パターン２０にエッチングされる金属箔２と、前記配線パターン２０上に一方の電極３０が接続されるベアチップ３と、このベアチップ３の他方の電極３１を接続する前記配線パターン２０上に形成される補助メッキ４と、この補助メッキ４上の金メッキ５と、前記ベアチップ３と前記金メッキ５間に接続される金線６と、前記ベアチップ３及びベアチップ３の他方の電極３１の接続個所等を除いて形成される印刷層７と、前記金属箔２のエッチングによって前記樹脂基板１に残った前記突起によるピンホール１０に浸入させるコーティング層８と、このコーティング層８に混入される蛍光体９を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベアチップを直接基板に実装した面発光体及びその製造方法に関する。

本願の発明者は、先にチップオンボード方式で面発光体を製造する方法に関し、特許を得ている（特許文献１）。
かかる面発光体は、これを組み込む装置の軽量化を図ることができる、防水性に優れている等のメリットがあり、これらのメリットを生かせるような白色光を照明可能な面発光体が企図された。

従来の面発光体としては、特許文献２の照明装置のように、ベース部材に、砲弾型の複数のＬＥＤユニット（以下、本願ではＬＥＤチップと称する）が２次元的に配列されて構成されていた。
このＬＥＤチップに代えて、白色発光するＬＥＤチップ（特許文献３及び特許文献４）を基板に実装することで、白色光が照明可能なものとなる。
しかし、これらの特許文献３及び４のＬＥＤチップは、ケーシングの凹部に青色ＬＥＤ等が配置され、この青色ＬＥＤ等をモールディング樹脂で封止すると共に、このモールディング樹脂に蛍光体を分散させるという、複雑な製造方法となっている。
また、広範囲を照射する白色面発光体を構成するには、これらのＬＥＤチップの製造と、それらの基板への実装という工程が必要であり、コスト高となっていた。
さらに、ＬＥＤ毎に封止（パッケージ）されているＬＥＤチップの光は、限定された角度の範囲内でしか光が拡散せず、十分な面発光にはならないという問題点があった。

特許第３９３９８９１号公報 特開２００９−１４７３４８号公報 特開２００６−２０６７２９号公報 特開２００７−１２６６７０号公報

そこで、本願発明は、先の特許技術を基礎にして改良を加え、簡単で、安価な、且つ、光の拡散性がよい白色面発光体及びその製造方法の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明は、配線パターン及びアンカー部が形成される基板と、前記配線パターン上に施される補助メッキ及び金メッキを介して電極が接続されるベアチップと、少なくとも前記電極の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を除いて形成される印刷層と、前記アンカー部に浸入されるコーティング層と、このコーティング層に撹拌され、且つ、脱泡されて混入されて、前記ベアチップの発光を波長変換させる蛍光体を備えたことを特徴とするベアチップ実装面発光体（請求項１の発明）とした。

上記発明において、前記コーティング層は、基板全体又はベアチップの周囲にレンズ状に形成されていることを特徴とする（請求項２の発明）。

上記課題を解決するため、本発明は、樹脂基板上に、複数の突起を有する金属箔を、該突起を前記樹脂基板に食い込ませて貼り付ける工程と、前記金属箔を所定の配線パターンにエッチングする工程と、配線パターン上のベアチップの電極の接続個所に補助メッキ及び金メッキを重ねて形成する工程と、ベアチップの電極の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を少なくとも除いて印刷層を形成する工程と、前記配線パターン上にベアチップを接合させ、且つ、前記金メッキとをボンディングする工程と、前記金属箔のエッチングによって前記樹脂基板に残った前記突起によるピンホールに、前記ベアチップの発光を波長変換させる蛍光体を撹拌し、且つ、脱泡したコーティング材を浸入させてコーティングする工程を有することを特徴とするベアチップ実装面発光体の製造方法とした（請求項３の発明）。

また、樹脂基板上に、配線パターン及びアンカー部を形成する工程と、前記配線パターン上のベアチップの電極の接続個所に補助メッキ及び金メッキを重ねて形成する工程と、ベアチップの電極の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を少なくとも除いて印刷層を形成する工程と、前記配線パターン上にベアチップを接合させ、且つ、前記金メッキとをボンディングする工程と、前記アンカー部に、前記ベアチップの発光を波長変換させる蛍光体を撹拌し、且つ、脱泡したコーティング材を浸入させてコーティングする工程を有することを特徴とするベアチップ実装面発光体の製造方法とした（請求項４の発明）。

上記発明によれば、樹脂基板上に形成された配線パターンに直接、ベアチップを作り込み、これらを保護するコーティング層に波長変換剤としての蛍光体を混ぜて、これを塗布する構成であるので、簡単で、安価な構成のベアチップ実装面発光体となっている。
また、樹脂基板を用いて面発光体の軽量化を図るとともに、樹脂基板上の配線パターンでのボンディングに際し、補助メッキ層を介在せることで、ボンディングによる熱溶着及び圧力溶着から樹脂基板を保護し、ボンディングの信頼性を向上させている。その結果、これら素子の保護のため、基板はモールディング樹脂にて厚く封止される必要がなく、コーティング材を塗布することとし、簡単で、安価な構成のベアチップ実装面発光体となっている。
前記アンカー部によるアンカー効果によりコーティング層の基板に対する付着力が高まり、防水、防湿性がよく、また、基板全体又はベアチップの周囲にレンズ状に形成されているような構成であるので、光の拡散性がよいベアチップ実装面発光体となっている。

ベアチップ実装面発光体を用いた照明装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視の要部断面図である。 （イ）、（ロ） 図２の拡大断面図である。 ベアチップ実装面発光体の工程説明図である。

本発明のベアチップ実装面発光体Ｌ（以下、面発光体Ｌと略称する）は，例えば図１のような照明装置ＬＤにおいて、モジュール単位ＬＤ１の光源に使用されるもので、図２及び図３に図示したように、樹脂基板１と、この樹脂基板１上に貼り付けられ、加圧されることで、基板１にアンカー部としてのピンホール１０を形成させると共に、所定の配線パターン２０にエッチングされる金属箔２と、前記配線パターン２０上に施される補助メッキ４及び金メッキ５を介して電極３０、３１が接続される発光ダイオードとしての青色ベアチップ３と、前記電極３０、３１の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を少なくとも除いて形成される印刷層７と、前記金属箔２のエッチングによって前記樹脂基板１に残った前記突起によるピンホール１０に浸入させるコーティング層８と、このコーティング層８に撹拌され、且つ、脱泡されて混入される蛍光体としての黄色蛍光体９を備えている。

前記樹脂基板（プリント基板）１は、複数のベアチップ３を高密度に実装させる可能性もあることから、放熱性能が優れた耐熱性有機樹脂基板を用いるのが望ましく、具体的には熱伝導性フィラー入りフェノール樹脂系基板を用いる。エポキシ樹脂基板、ガラス織布エポキシ樹脂基板、ガラス不織布エポキシ樹脂基板等を用いてもよい。

前記金属箔２は配線パターン２０を形成するものであり、例えば銅、銀、金、白金等の導電性に優れた材料が用いられ、廉価な銅箔が好適に用いられる。これらの金属箔の裏面には、多数の突起２１が予め形成されている。

前記青色ベアチップ３は、例えば４２０〜５００ｎｍの波長を発光するＧａＮ系化合物半導体を用いる。これに対応させて、蛍光体として黄色蛍光体９を用い、白色発光を得ている。
ベアチップとしては青色ベアチップ３に限定されるものではなく、蛍光体と組み合させて、白色発光できる発光ダイオードであればよい。

前記補助メッキ４は、硬い皮膜が形成されるニッケルメッキが好ましい。かかる補助メッキ４は、無電解メッキによって、図３に図示したように、青色ベアチップ３の電極３０を接続する箇所及び青色ベアチップ３の電極３１を接続する金線６用のワイヤーボンディングポイントパターン部に施される。

前記補助メッキ４の上に施される前記金メッキ５は、無電解メッキによって形成されるもので、高密度実装に適している。

前記金線６としては、青色ベアチップ３の電極３０、３１とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められ、具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。

前記印刷層７は、配線パターン２０を隠蔽したり、発光体の反射率を上げるもので、白色の発光色に適合した色の印刷層を形成する。
印刷層７の印刷方法は特に限定されるものではなく、例えばシルク印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等の印刷方法を用いることができ、通常はシルク印刷によって行われる。

前記コーティング層８は、例えば急速硬化性のエポキシ系アクリルを用いる。その他のアクリル系樹脂でもよいし、エポキシ系樹脂でもよい。

前記黄色蛍光体９として、例えばＹＡＧ（ＹＴＴＲＩＵＭ ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＧＡＲＮＥＴ）系蛍光体材料、ＢＯＳ（ＢＡＲＩＵＭ ＯＲＴＨＯ−ＳＩＬＩＣＡＴＥ）系蛍光体材料を用いる。蛍光体は、青色ベアチップ３の励起光を受けて白色に光るものであればよく、例えば赤と緑を混ぜた蛍光体（ＲＧ蛍光体）でもよい。

これらの蛍光体は、前記コーティング層８に対して、真空脱法により撹拌され、且つ、脱泡されて混入されている。
これは、粘度の高いコーティング材を撹拌すると気泡が入り、それらの気泡は光の進路を阻害したり、乱反射の要因となり、結果的に綺麗な光とならないことから、気泡を脱泡する必要があることによる。

上記構成ではアンカー部のピンホール１０は、金属箔２を樹脂基板１上に貼り付け、加圧することで形成されているが、予めアルミニウム等の基板上にサンドブラスト等によりアンカー部を形成し、絶縁体を成膜し、メッキ等で配線パターンを形成してもよい。或いは、アルミニウム等の基板上に絶縁体を成膜し、メッキ等で配線パターンした後に、機械的にアンカー部を形成してもよい。

以上の構成による面発光体Ｌの作用効果は、次の通りである。
（１） 前記補助メッキ４は、ボンディングポイントに加えられる溶接機による熱溶着と圧力溶着によって、樹脂基板１が変形しないように保護すると共に、ボンディングの信頼を向上させるものである。よって、前記金メッキ５の下に補助メッキ４を介在させることで、薄型の樹脂基板（例えば、厚さ０．３ｍｍ）にベアチップ３を実装することが可能となった。
（２） （１）の作用により、樹脂基板１の表面に塗布するコーティング層を含めて、厚さが１．３ｍｍ±０．１の厚さの面発光体Ｌが製造可能である。
（３） また、基板１に形成されたピンホール１０のアンカー効果により、基板１に対するコーティング層８の付着力、密着力が強まり、耐衝撃、耐振動、耐防水性に優れている。
（４） 青色ベアチップ３より発光される光は、蛍光体により白色に変換され、コーティング層内で拡散されて、コーティング層から放出され、面発光が形成される。
即ち、ＬＥＤチップを基板に実装する構成と異なり、ベアチップ３を樹脂基板１に実装することから、それらのベアチップ３を高密度で実装することができる。また、ＬＥＤチップの場合の輝度むらが２０〜３０％程度であっても、蛍光体の撹拌量を補正することで、一様な面発光の照度とすることができる。
（５） 急速硬化性のエポキシ系アクリルを利用して、文字や図柄に合わせて塗布して硬化させることができる。

上記の構成では、複数のベアチップ３が高密度に実装されている１つの基板上を、平坦なコーティング層８がカバーしているが、これを組付ける装置に応じて、基板全体をレンズ状のコーティング層に形成してもよい。また、１又は複数のベアチップ３を単位として、その周囲にレンズ状のコーティング層８を形成するようにしてもよい。

次に以上のように構成された面発光体Ｌの製造方法を、図４（Ａ）〜（Ｆ）に基いて説明する。
（Ａ） 前記樹脂基板１上に、多数の突起２１を有する金属箔２を、該突起２１を前記樹脂基板１に食い込ませて貼り付ける（図４（Ａ））。
即ち、金属箔２の貼り付け面には予め接着剤を塗布しておき、また、突起２１が樹脂基板１に食い込むように加圧接着する。

（Ｂ） 前記金属箔２を所定の配線パターン２０に形成する（図４（Ｂ））。
即ち、金属箔２をエッチングし所定の配線パターン２０を形成する。
配線パターン２０の形成方法は、エッチドフォイル法等の従来公知の技術を用いて行うことができる。このエッチングにより金属箔が無くなった樹脂基板１の表面には、前記突起２１の食い込みによって形成されたピンホール１０が残ることになる。

（Ｃ） 所定の配線パターン２０上に、補助メッキ４及びその上に無電解金メッキ５を重ねて形成する（図４（Ｃ））。
青色ベアチップ３が固着される配線パターン２０に隣接する配線パターン２０上に、無電解メッキにより、実装密度を上げることができ、また皮膜の強いニッケルをメッキする。次に、この補助メッキ層の上に、無電解メッキにより金メッキ５を施す。

（Ｄ） 前記金メッキ５及びベアチップ３が配置される領域を少なくとも除いた領域に印刷層７を形成する（図４（Ｄ））。
これは、配線パターン２０を隠蔽したり、ベアチップ３の反射率を上げたり、ベアチップ３の配置個所、前記金メッキ５の配置個所等を明示する等のために、白色の発光色に適合した色の印刷層をシルク印刷によって形成する。
なお、この時、本発明においては、印刷層７の範囲を加減し、面発光体Ｌに対する、打ち抜き又は切削等の２次加工によって、面発光体Ｌを分割する場合には、その外周部分となる領域には印刷層７を形成しない。

（Ｅ） 前記配線パターン２０上に青色ベアチップ３を接合固着させ、且つ、前記金メッキ６との間を金線６を用いてボンディングする（図４（Ｅ））。
即ち、青色ベアチップ３の一方の電極（例えばＮ側電極）３０は、前記配線パターン２０上に直接接続され、他方の電極（例えばＰ側電極）３１は、金線６によって近接の配線パターン２０上の前記金メッキ５と接続される。各ベアチップ３の電極と配線はワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができるが、この場合には、上述のように、前記補助メッキ４は、ボンディングポイントに加えられる溶接機による熱溶着及び圧力溶着によって、前記樹脂基板１が変形しないように保護すると共に、ボンディングの信頼を向上させる。

（Ｆ） 前記金属箔２の除去によって前記樹脂基板１に残った前記突起２１によるピンホール１０に、黄色蛍光体９が撹拌され、且つ、脱泡されたコーティング材を浸透させてコーティング層８を形成する（図４（Ｆ））。

コーティング材としては急速硬化性のアクリル樹脂を用い硬化させる。

上記工程ではアンカー部のピンホール１０は、金属箔２を樹脂基板１上に貼り付け、加圧することで形成されているが、予めアルミニウム等の基板上にサンドブラスト等によりアンカー部を形成し、絶縁体を成膜し、メッキ等で配線パターンを形成してもよい。或いは、アルミニウム等の基板上に絶縁体を成膜し、メッキ等で配線パターンした後に、機械的にアンカー部を形成してもよい。

以上の工程からなるベアチップ実装面発光体の製造方法による効果は、上記（１）〜（５）に加えて、次の通りである。
（６） ＬＥＤチップを別工程にて作り込む必要がなく、基板１へのマウンティングからコーティングまで１回の工程でベアチップ実装面発光体Ｌを生産することができる。即ち、従来は、白色ＬＥＤチップをそのＬＥＤメーカーが作り、それを照明機器メーカーが購入して、基板に実装していたが、本発明では、一度に、少ない工程で効率よく白色の面発光体Ｌを生産することができる。
（７） コーティング材に対する蛍光体９の撹拌量を調整することにより、面発光体全体の白色の色合を変化させることができる。
（８） 蛍光体９の撹拌量が調整可能であり、またベアチップ３の高密度の実装ができることから、輝度ムラを少なくすることができる。

なお、コーティング材としてエポキシ樹脂を用いることができ、これに用いられる硬化剤としては、エポキシ樹脂と硬化反応を示すものであれば特に制限されず、公知の硬化剤が使用され、例えば、フェノール樹脂又は酸無水物が好ましい。特に酸無水物系硬化剤を用いると、硬化体の光学特性が著しく改善されるため、酸無水物を用いることがより好ましい。

また、上記各樹脂組成物には、必要に応じて、酸化防止剤、着色剤、カップリング剤、変性剤、光線（紫外線、可視光線、赤外線）吸収剤、充填剤等の従来公知の添加剤を配合することができる。

以上のようにして得られるチップオンボード方式の面発光体Ｌでは、樹脂基板１に残されたピンホール１０にコーティング層８が食い込んだ状態となっているため、樹脂基板１との接着性が極めて高いものとなる。このため、ピンホール１０にコーティング層８が食い込んだ領域を利用して、プレスで打ち抜き又は切削加工等による２次加工を施すことにより、樹脂基板１とコーティング層８との剥離を引き起こすことなく、所望の形状の面発光体Ｌを得ることができる。

Ｌ ベアチップ実装面発光体 ＬＤ 照明装置
ＬＤ１ モジュール単位
１ 樹脂基板 １０ ピンホール
２ 金属箔 ２０ 配線パターン
２１ 突起
３ 青色ベアチップ ３０ ３１ 電極
４ 補助メッキ
５ 金メッキ
６ 金線
７ 印刷層
８ コーティング層
９ 黄色蛍光体

Claims (4)

1. 配線パターン及びアンカー部が形成される基板と、
   前記配線パターン上に施される補助メッキ及び金メッキを介して電極が接続されるベアチップと、
   前記電極の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を少なくとも除いて形成される印刷層と、
   前記アンカー部に浸入させるコーティング層と、
   このコーティング層に撹拌され、且つ、脱泡されて混入されて、前記ベアチップの発光を波長変換させる蛍光体を備えたことを特徴とするベアチップ実装面発光体。
2. 前記コーティング層は、基板全体又はベアチップの周囲にレンズ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
3. 樹脂基板上に、複数の突起を有する金属箔を、該突起を前記樹脂基板に食い込ませて貼り付ける工程と、
   前記金属箔を所定の配線パターンにエッチングする工程と、
   配線パターン上のベアチップの電極の接続個所に補助メッキ及び金メッキを重ねて形成する工程と、
   ベアチップの電極の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を少なくとも除いた領域に印刷層を形成する工程と、
   前記配線パターン上にベアチップを接合させ、且つ、前記金メッキとをボンディングする工程と、
   前記金属箔のエッチングによって前記樹脂基板に残った前記突起によるピンホールに、前記ベアチップの発光を波長変換させる蛍光体を撹拌し、且つ、脱泡したコーティング材を浸入させてコーティングする工程を有することを特徴とするベアチップ実装面発光体の製造方法。
4. 樹脂基板上に、配線パターン及びアンカー部を形成する工程と、
   前記配線パターン上のベアチップの電極の接続個所に補助メッキ及び金メッキを重ねて形成する工程と、
   ベアチップの電極の接続個所を除き、且つ、打ち抜き又は切削される領域を少なくとも除いて印刷層を形成する工程と、
   前記配線パターン上にベアチップを接合させ、且つ、前記金メッキとをボンディングする工程と、
   前記アンカー部に、前記ベアチップの発光を波長変換させる蛍光体を撹拌し、且つ、脱泡したコーティング材を浸入させてコーティングする工程を有することを特徴とするベアチップ実装面発光体の製造方法。

Images