JP2013153134A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3個以上の発光素子9を、支持基板上に設けられた一群の導電部材上に実装する発光装置の製造方法であって、一群の導電部材は、発光素子9の1つが実装される実装部が、2以上の列及び2以上の行に配置されてなり、発光素子9を、一群の導電部材の略中央から放射方向に延びる仮想ライン上において、実装部からシフトさせて、一群の導電部材上に接合部材を介して載置し、接合部材を加熱溶融させて、加熱溶融によるセルフアライメント効果を利用して、発光9素子を実装部上に実装する工程を含む発光装置の製造方法。
【選択図】図3B
Description
一方、レンズ系などを用いて配向特性を制御した応用商品を作製するためには、発光源ができるだけ単一のもの、すなわち出来る限り点光源となるような発光装置とすることが好ましい。そのため、高出力化を実現するためには、大型の発光素子を1つ用いるのが好ましい。
しかし、大面積の発光素子をパッケージ等に実装する技術自体は比較的容易であるが、大面積発光素子をウエハから歩留まり良く製造することは困難である。
そこで、搭載する複数の発光素子などの電子部品毎に、設定した量だけ位置をずらして(シフトさせて)、半田を印刷することが提案されている(例えば、特許文献1)。この方法によって、半田接合過程において、セルフアライメント効果を利用して、発光素子を正規の位置に配置することができるとされている。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、接合部材の加熱溶融時のセルフアライメント効果を有効に利用して、複数の発光素子を点光源に限りなく近づけることができる高精度の発光素子の実装を実現し得る発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
〔1〕3個以上の発光素子を、支持基板上に設けられた一群の導電部材上に実装する発光装置の製造方法であって、
前記一群の導電部材は、前記発光素子の1つが実装される実装部が、2以上の列及び2以上の行に配置されてなり、
前記発光素子を、前記一群の導電部材の略中央から放射方向に延びる仮想ライン上において、前記実装部からシフトさせて、前記一群の導電部材上に接合部材を介して載置し、
前記接合部材を加熱溶融させて、該加熱溶融によるセルフアライメント効果を利用して、前記発光素子を前記実装部上に実装する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
〔2〕3個以上の発光素子が、支持基板上に設けられた一群の導電部材上に実装された発光装置であって、
前記一群の導電部材は、前記発光素子の1つが実装される実装部が、2以上の列又は2以上の行に配置されてなり、
前記発光素子が、前記一群の導電部材の略中央からの放射方向に延びる仮想ライン上において、前記一群の導電部材上の実装部に接合部材を介してセルフアラインによって実装されていることを特徴とする発光装置。
本発明の発光装置の製造方法で用いられる発光素子は、例えば、図1に示したように、サファイア基板1上に形成された第1導電型半導体層、発光層及び第2導電型半導体層からなる半導体層2、第1導電型半導体層表面に形成された第1素子電極3、例えば、サファイアからなる基板1に対して第1素子電極3と同一面側であって第2導電型半導体層表面に形成された第2素子電極4を備えている。
第1素子電極3及び第2素子電極4は、例えば、図2Aに示したように、平面形状(平面視)において、略半分に対角線状に分断されて、発光素子の基板1に対して同一面側に配置されている。これらの電極は、必ずしも1つの発光素子において同一の面積を有さなくてもよく、例えば、図2Bに示したように、第1素子電極3a及び第2素子電極4aの一方が他方よりも小さい面積を有していてもよい。
なお、発光素子の平面形状は特に限定されず、四角形、多角形等、種々の形態とすることができる。なかでも、四角形、特に矩形であるものが好ましい。
この発光素子は、一群の導電部材としての第1基板電極6及び第2基板電極7がその表面に形成された支持基板8上に、いわゆるフリップチップ実装される。
蛍光体層としては、青色発光する半導体発光素子構造の外側を被覆する蛍光体又は蛍光体を含む樹脂等からなる層が挙げられる。例えば、青色発光する発光素子に、黄色発光するセリウムで賦活されたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体又は(Sr,Ba)2SiO4:Eu等のシリケート系蛍光体を組み合わせることにより、白色発光の素子とすることができる。ただし、発光色は白色のみでなく、発光素子の出射波長、蛍光体の種類を選択することにより、赤色、青色、緑色など、任意の色とすることができる。
蛍光体層は、後述する封止部材に蛍光体を含有させることにより配置されていてもよいし、電着又はシート貼り付け等により配置されていてもよい。
本発明の発光装置の製造方法で使用される支持基板とは、いわゆる実装基板又はパッケージ基材等を意味し、その構成材料は特に限定されるものではなく、例えば、プラスチック、セラミックス、ガラス等の絶縁性材料で形成されているものが好ましい。また、少なくともその表面には、発光素子の各電極に電力を供給するための一群の導電部材が形成されている。
なお、図示しないが、実装部がランダムに配置される場合には、個々の実装部がそれぞれ列及び/又は行を構成すると捉え、1列以上及び複数行又は複数列及び1行以上(好ましくは2列以上及び複数行又は複数列及び2行以上)を構成して配置されていればよい。
言い換えると、一群の導電部材とは、例えば、図3A、図4A、図5Aに示すように、1つの点光源を構成する4個の発光素子を配置するためには、各発光素子の正負極に対応して互いに完全に又は部分的に分離された形態で密集して配置された6片の導電部材(4つの実装部に対応)が例示される。また、図6Aに示すように、1つの点光源を構成する3個の発光素子を配置するためには、各発光素子の正負極に対応して互いに完全に又は部分的に分離された形態で密集して配置された5片の導電部材(3つの実装部に対応)が例示される。
これら一群の導電部材は、1つの支持基板上において、正負極に対応した複数の導電部材を含み、正負極一対で1つの実装部を構成する。
延在部は、一群の導電部材の略中央から放射方向とは異なる方向に延長していることが好ましく(例えば、図5Aの延在部6a)、給電部として用いる場合は、実装部に適当な電力を供給しえる幅を有していればよい。これにより、延在部によるセルフアライメントミスを最小限に留めることができる。
導電部材としては、上述したように、発光素子を載置し、発光素子の各電極と電気的接続が可能であり、外部駆動回路等と電気的接続が可能である材料によって形成されるものであれば、特に限定されるものではなく、当該分野で使用されているものを利用することができる。
そのために、予め、支持基板上の一群の導電部材上(特に、実装部上)に接合部材を配置する。接合部材の配置は、薄膜形成法又はペースト供給法、例えば、特開2002−134892号公報に記載されている方法など、当該分野で公知の方法のいずれによっても形成することができる。この場合、接合部材の材料、位置、量(薄膜の場合はその厚み)、隣接する接合部材同士の間隔を適宜制御することが好ましい。
なお、セルフアライメント効果は、接合部材の種類、量、位置、加熱溶融時間、素子の配置位置などによっても適宜調整することができる。特に、共晶点を有する合金(Su-Ag-Cu、Au-Snなど)を使用する、供給量を調整する、昇温レートを上げるなどによって、シフト許容範囲を制御し、より有効なセルフアライメント効果を発揮させることができる。
発光素子は、その全てが、仮想ライン上において、実装部に対応した本来の位置に配置されていることが好ましいが、全ての発光素子のうちの1つ以上が、仮想ライン上において、一群の導電部材の略中央に向かって若干シフトしていることは許容され、また、場合によっては、1以上の発光素子が仮想ライン上において、一群の導電部材の略中央とは反対側に向かって若干シフトしていることも許容される。
なお、セルフアラインは、仮想ライン上であって、本来の位置とは異なる位置に配置された発光素子が、上述した方法、例えば、接合部材の加熱溶融によってセルフアライメント効果を発揮させることにより行われるものであり、その痕跡は、顕微鏡等による導電部材表面の観察によって確認することができる。
本発明の発光装置は、上述した保護膜での被覆に代えて又は加えて、支持基板上に、発光素子等を被覆するとともに、塵芥、水分、外力等から保護する部材として封止部材が設けられていることが好ましい。
封止部材を構成する材料としては、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが挙げられる。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、フッ素樹脂又はこれらの組み合わせなどの発光素子からの光を透過可能な透光性を有する樹脂が好ましい。特にジメチルシリコーン、フェニル含有量の少ないフェニルシリコーン、フッ素系シリコーン樹脂などシロキサン骨格をベースとする樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等を用いることがより好ましい。
封止部材は、JISA硬度10以上及び/又はD硬度90以下の硬度を有することが好ましく、JISA40以上及び/又はD硬度70以下がより好ましく、JISA40以上及びD硬度70以下がさらに好ましい。
封止部材は、このような材料に加え、任意に着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換部材(蛍光部材)などを含有させてもよい。
封止部材の形状は、配光特性などに応じて、その外形を設定することができる例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状などとすることにより、指向特性を調整することができる。特に、複数の発光素子を近接/実装させて点光源としているため、封止部材の外形を凸状レンズ形状にすることにより、指向性の高い光を取り出すことができる。
封止部材は、ポッティング(滴下)法、圧縮成型法、印刷法、トランスファモールド法、ジェットディスペンス法などを用いて形成することができる。
また、本発明の発光装置は、発光素子の下(支持基板との間)にアンダーフィルを設けることが好ましい。上述した封止部材は、発光素子の下に入り込みにくいために、複数の発光素子を狭い間隔で実装する場合には、封止部材を形成する前に、アンダーフィルを形成することにより、発光素子の下でのボイドなどの発生を防止することができる。
アンダーフィルとしては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等又はこれら樹脂の組み合わせ、あるいは、これら樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等をベースポリマーとして含有する樹脂によって形成することができる。なかでも、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等をベースポリマーとして含有する樹脂が好ましく、封止部材と同様の樹脂を含有することがより好ましい。ここで、ベースポリマーとは、アンダーフィルを構成する材料中、最も含有重量が多い樹脂を意味する。
アンダーフィルは、例えば、SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgOなどの反射材及び/又は拡散材を含有させることが好ましい。これにより、効率よく光を反射させることができる。
図1に示したように、一群の導電部材が表面に形成された支持基板8上に発光素子を実装するに際して、まず、発光素子と、支持基板とを準備する。
発光素子は、例えば、平面視において1.0mm×1.0mm程度のサイズを有する。発光素子の第1素子電極3及び第2素子電極4は、図2Aに示すように、略同一面積とした。
支持基板は、アルミナセラミックス基板を用いた。支持基板は、最終的に切断されて個々の大きさが3.0mm×3.0mm程度のサイズの発光装置とされる。以下は、1つの発光装置について説明するが、実際は切断前の状態で複数の発光装置がまとめて処理されている。
支持基板の表面には、図3Aに示した6片の導電部材からなる一群の導電部材が形成されている。導電部材は、発光素子の正負電極に対応する第1素子電極3及び第2素子電極4に、それぞれ対応して、第1基板電極6、第2基板電極7としての機能を果たす。第1基板電極6及び第2基板電極7は、主として導電部材の実装部を構成し、これら実装部から横方向に延長する延在部6a、例えば、第2基板電極間を接続する延在部7aをさらに備える。第1基板電極6及び第2基板電極7からなる1単位の実装部、つまり、発光素子の双方の電極に接続される実装部は、実質的に発光素子のサイズと同一とした。
つまり、四角形状の発光素子を4個縦横(2×2)に配置する場合、一群の導電部材の略中央に相当する、その4個の発光素子の中心から、一群の導電部材の略中央からの放射方向に対応する、四角形状の発光素子の対角線方向にシフトさせて、4つの発光素子9を配置した(図3B参照)。
このような発光素子が接続された後の4個の発光素子は、それぞれ、一群の導電部材の外形の略中央に向かって、つまり、一群の導電部材の放射方向に、略中央に向かって移動して実装され、素子間の距離は、それぞれ略20μm未満であった。また、その配光は、限りなく点光源に近い配光特性を示した。
一群の導電部材のパターンを図4に示した形状とした以外は実施形態1と同様の方法で、発光装置を製造した。
その結果、実施形態1と同様に、素子間の距離を20μm未満とすることができた。
第1素子電極3a及び第2素子電極4aの形状を図2Bに示す形状とした発光素子を用い、一群の導電部材のパターンを図5Aに示した形状とし、図5Bに示したように、発光素子9をシフトさせて配置した以外は実施形態1と同様の方法で、発光装置を製造した。
その結果、実施形態1と同様に、素子間の距離を20μm未満とすることができた。
また、異電極間の接合を防止することができる。
一群の導電部材のパターンを図6Aに示した形状とし、図6Bに示したように、発光素子9をシフトさせて配置した以外は実施形態1と同様の方法で、発光装置を製造した。
その結果、実施形態1と同様に、素子間の距離を20μm未満とすることができた。
一群の導電部材のパターンを図7に示した形状とした以外は実施形態1と同様の方法で、発光装置を製造した。
その結果、実施形態1と同様に、素子間の距離を20μm未満とすることができた。
一群の導電部材のパターンを図8に示した形状とし、9個の発光素子を搭載した以外は、実質的に、実施形態1と同様の方法で、発光装置を製造した。ただし、9個の発光素子の真ん中に位置する発光素子は、実装部に対して実質的にシフトさせない配置とした。
2 半導体層
3、3a 第1素子電極
4、4a 第2素子電極
5 接合部材
6 第1基板電極(導電部材)
6a、6b 延在部
7 第2基板電極(導電部材)
7a、7b 延在部
8 支持基板
9 発光素子
Q 正規位置
W シフト位置
Claims (8)
- 3個以上の発光素子を、支持基板上に設けられた一群の導電部材上に実装する発光装置の製造方法であって、
前記一群の導電部材は、前記発光素子の1つが実装される実装部が、2以上の列及び2以上の行に配置されてなり、
前記発光素子を、前記一群の導電部材の略中央から放射方向に延びる仮想ライン上において、前記実装部からシフトさせて、前記一群の導電部材上に接合部材を介して載置し、
前記接合部材を加熱溶融させて、該加熱溶融によるセルフアライメント効果を利用して、前記発光素子を前記実装部上に実装する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記実装部が、前記発光素子の電極の面積と同一〜10%小さい面積を有する請求項1の発光装置の製造方法。
- 前記一群の導電部材は、前記発光素子が実装される実装部と、該実装部間を接続する又は該実装部から延在する延在部とを備えており、
前記接合部材を、前記実装部上に配置する工程をさらに含む請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。 - 前記接合部材を、薄膜形成法又はペースト供給法によって前記実装部上に配置する請求項3に記載の発光装置の製造方法。
- 前記接合部材は、Au、Ag、Cu、Sn、Bi及びPbからなる群から選択される少なくとも1種を含有する材料からなる請求項3又は4に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を、該発光素子における前記放射方向の長さの30%以下の距離で放射状にシフトさせる請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 3個以上の発光素子が、支持基板上に設けられた一群の導電部材上に実装された発光装置であって、
前記一群の導電部材は、前記発光素子の1つが実装される実装部が、2以上の列又は2以上の行に配置されてなり、
前記発光素子が、前記一群の導電部材の略中央からの放射方向に延びる仮想ライン上において、前記一群の導電部材上の実装部に接合部材を介してセルフアラインによって実装されていることを特徴とする発光装置。 - 前記一群の導電部材は、前記発光素子が実装される実装部と、該実装部間を接続する又は該実装部から延在する延在部とを備える請求項7に記載の発光装置。
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