JP2016086107A - 発光素子基板、発光素子基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工程を複雑化することなくセルフアライメント効果を得られる発光素子の実装技術を提供する。
【解決手段】（ａ）基板と、（ｂ）導電膜からなり、基板上に設けられた素子搭載エリア１５と、（ｃ）平面視形状が矩形状であり、素子搭載エリアに配置された発光素子と、を含み、（ｄ）素子搭載エリアは、発光素子の平面視形状における４つの角のうちの少なくとも２つに対応して設けられた直角形状の２つの隅部１７を有するとともに、発光素子の平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して設けられた直線部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを有する、発光素子基板１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、１つ以上の発光素子を有する回路基板（発光素子基板）とその製造方法に関する。

ＬＥＤなどの発光素子を回路基板上へ実装する場合には、例えば、回路基板上に予め設定された素子搭載エリアに接合材（例えば金錫合金ペースト）を塗布し、その接合材の上に発光素子を載置し、接合材を加熱することで発光素子と回路基板を接合する、という工程が実行される。このとき、実装後の発光素子の放熱性を考慮すると、素子搭載エリアはなるべく広く確保されることが望ましい。

ところで、上記のようにして発光素子を実装した場合に、発光素子の面内での位置ずれが発生する場合がある。ここでいう位置ずれには、発光素子の面内での姿勢が回転することによるθずれと、発光素子の面内での設置位置に誤差を生じることによるＸＹ方向ずれが含まれる。また、複数の発光素子を近接させて配置した場合には、各発光素子における上記した位置ずれの発生により発光素子同士の接触を生じる場合もある。このような位置ずれは、製造工程において接合材を加熱して溶解させたときに、発光素子が接合材上を自由に動いてしまうことに起因する。

位置ずれを生じた状態で発光素子が実装された場合には発光素子の光軸がずれるため、この発光素子を有する回路基板を用いて構成される装置（例えば光源）における出力光の照度低下や照度むらを生じる。発光素子の出力光をレンズによって集光する構造の装置においては特にその影響が大きい。また、複数の発光素子が過度に近接し、あるいは接触した状態で実装された場合には、各発光素子の発する熱の集中により光束の低下や色度変化を生じやすくなる。そのような状態が続くと各発光素子の劣化が進みやすくなるので、長期信頼性の観点からも好ましくない。また、発光素子間での光の吸収が生じやすくなることからも光束の低下を招きやすくなる。さらに、位置ずれが許容範囲を超えると工程内不良となり、仕損率が高くなり、高コスト化を招くという不都合もある。

上記のような課題に関連し、特開平７−５８１４９号公報（特許文献１）には、はんだバンプのリフローによる光素子のセルフアライメント実装において、光素子を高精度に位置決めすることを目的としたチップ部品の実装方法が開示されている。この従来技術においては、加熱によってＡｕＳｎはんだバンプを溶融する際に、光素子実装用サブ基板と発光ダイオードチップに荷重を加えることによってＡｕＳｎはんだバンプを変形させることではんだバンプ表面の酸化膜を分断破壊するという手法を採っている。しかしながら、この従来技術では発光ダイオードチップ等に荷重を加えるための加圧治具を用いる必要があり、また荷重の度合いを管理する必要も生じるので、工程が複雑化するという不都合がある。

特開平７−５８１４９号公報

本発明に係る具体的態様は、工程を複雑化することなくセルフアライメント効果を得られる発光素子の実装技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の発光素子基板は、（ａ）基板と、（ｂ）導電膜からなり、前記基板上に設けられた素子搭載エリアと、（ｃ）平面視形状が矩形状であり、前記素子搭載エリアに配置された発光素子と、を含み、（ｄ）前記素子搭載エリアは、前記発光素子の平面視形状における４つの角のうちの少なくとも２つに対応して設けられた直角形状の２つの隅部を有するとともに、前記発光素子の平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して設けられた直線部を有する、発光素子基板である。

上記構成によれば、素子搭載エリアにおいて、発光素子の平面視形状に含まれる４つの角のうち２つ以上に対応して２つ以上の隅部を設け、かつ平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して直線部を設けたことにより、接合材の濡れ広がる範囲を制御することができる。それにより、発光素子の搭載時におけるθずれおよびＸＹ方向ずれを抑制することができる。すなわち、セルフアライメント効果が得られる。

上記の発光素子基板において、前記隅部は、前記発光素子の平面視形状における対角線上に向かい合って設けられることも好ましい。

これにより、セルフアライメント効果がより高まる。

上記の発光素子基板において、前記直線部は、前記４辺のうちの１つの長さより短い長さで設けられることも好ましい。

それにより、直線部の設計自由度が高まる。

上記の発光素子基板は、前記発光素子の平面視形状における４辺のいずれかに接して前記素子搭載エリアの外側に設けられたはみ出し部を更に含むことも好ましい。

これにより、接合材を加熱した際にこのはみ出し部にも接合材が濡れ広がるので、発光素子と素子搭載エリアの間における接合材の濡れ広がり具合を顕微鏡等による目視で容易に確認することができる。

本発明に係る一態様の製造方法は、（ａ）基板上に発光素子が搭載されてなる発光素子基板の製造方法であって、（ｂ）基板上に導電膜からなる素子搭載エリアを形成する第１工程と、（ｃ）前記素子搭載エリアに接合材を塗布する第２工程と、（ｄ）前記素子搭載エリアの前記接合材上に発光素子を搭載する第３工程と、（ｅ）前記接合材を加熱する第４工程と、を含み、（ｆ）前記素子搭載エリアは、前記発光素子の平面視形状における４つの角のうちの少なくとも２つに対応して設けられた直角形状の２つの隅部を有するとともに、前記発光素子の平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して設けられた直線部を有する、発光素子基板の製造方法である。

上記構成によれば、工程を複雑化することなくセルフアライメント効果を得られる発光素子の実装技術が得られる。

図１は、一実施形態の発光素子基板の構成を示す平面図である。 図２は、発光素子基板の回路部の構成を詳細に示す平面図である。 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、それぞれ、素子搭載エリアの構造例を示す平面図である。図３（Ｃ）は、はみ出し部の構造例を示す平面図である。 図４は、発光素子基板の製造工程例を説明するためのフローチャートである。

以下に、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。

図１は、一実施形態の発光素子基板の構成を示す平面図である。図１に示す発光素子基板１は、一面側に設けられた回路部１０、絶縁部１１、１２、４つの発光素子（ＬＥＤ）１３を備える。この発光素子基板１は、例えば金属基板に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に回路部を形成することで得られる。または、発光素子基板１は、絶縁基板上に回路部を形成することで得られる。

回路部１０は、所定形状にパターニングされた導電膜（例えば銅薄膜）からなる。図示の例では、回路部１０は、発光素子基板１の中央にて上下に渡って形成された第１部分と、左右両側に形成された第２部分とを有しており、第１部分と各第２部分との間はそれぞれ絶縁部１１によって分離されている。

絶縁部１１、１２は、それぞれ、回路部１０の形成時に導電膜を所定形状にパターニングした際において導電膜を除去した部分である。各絶縁部１１は、発光素子基板１の上下に渡って形成されている。また、絶縁部１２は、回路部１０の第１部分の内部に形成されており、図示の例では十字形状に形成されている。

各発光素子１３は、回路部１０の第１部分の所定位置にそれぞれ配置されている。各発光素子１３は、図示しない接合材を介して回路部１０の第１部分と接続されており、かつ、それぞれボンディングワイヤ１４を介して回路部１０の第２部分と接続されている。図示のように、各発光素子１３の平面視形状は矩形状である。なお、図示の例の各発光素子１３の平面視形状はほぼ正方形状であるが、長方形状であってもよい。

図２（Ａ）は、発光素子基板の回路部の構成を詳細に示す平面図である。この図では、上記した図１に示した発光素子基板１において各発光素子１３が搭載されていない場合の状態が示されている。回路部１０の第１部分には、各発光素子１３を搭載すべき領域である素子搭載エリア１５が設けられている（図中、点線で示す）。図示の素子搭載エリア１５は、発光素子１３の平面視形状と相似の矩形状である。素子搭載エリア１５の４辺の寸法は発光素子１３の４辺の寸法と同じか、あるいは±１０％程度に設定されている。各発光素子１３は、例えば１ｍｍ角であり、その場合に素子搭載エリア１５は０．９ｍｍ〜１．１ｍｍ角に設定される。

素子搭載エリア１５の左下側には、はみ出し部１６が接続されている。はみ出し部１６は、回路部１０の一部であり、図示の例では半円状に形成されている。このはみ出し部１６は、素子搭載エリア１５へ発光素子１３を搭載する際の接合材の濡れ広がり具合を顕微鏡観察などによって確認するために設けられている。

素子搭載エリア１５の左上側と右下側にはそれぞれ隅部１７が設けられている。素子搭載エリア１５の左下側は、一部が直線部によって画定されており、絶縁部１１の輪郭の一部と重複している。素子搭載エリア１５の右上側は、直線部によっては画定されていない。

図２（Ｂ）は、１つの素子搭載エリアを拡大して示した平面図である。図示の素子搭載エリア１５において、右下の隅部１７は、２つの直線部１５ｂ、１５ｃによって画定されている。これらの直線部１５ｂ、１５ｃは、回路部１０の輪郭の一部であり、絶縁部１２の輪郭の一部と重複している。また、左上の隅部１７は、２つの直線部１５ｄ、１５ｅによって画定されている。これらの直線部１５ｄ、１５ｅも回路部１０の輪郭の一部であり、絶縁部１１の輪郭の一部と重複している。

ここで、隅部１７のそれぞれを構成する直線部の長さについては、発光素子１３の一辺の長さに対して３０％以上であることが好ましい。上記のように各発光素子１３の一辺が１ｍｍであれば各隅部１７の直線部１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅの長さは０．３ｍｍ以上とされることが好ましい。

なお、他の３つの素子搭載エリア１５についても同様の構造であり、ここでは説明を省略する。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、それぞれ、素子搭載エリアの構造例を示す平面図である。ここでは、素子搭載エリアの構造をより一般化して示している。図３（Ａ）に示す素子搭載エリア１５は、略正方形状であり、右上および左上にそれぞれ隅部１７を有する。このように、２つの直線部によって画定される隅部１７は、素子搭載エリア１５内において少なくも２つ設けられていればよい。また、隅部１７同士の位置関係については、図３（Ａ）の例のように隣り合っていてもよいし、図２に示した例のように素子搭載エリア１５における対角線上に向かい合って設けられることも好ましい。

また、図２および図３（Ａ）に示した構造例では、直線部がすべて素子搭載エリア１５の四隅のいずれかに繋がっていたが、図３（Ｂ）に示す直線部１５ａ’のように、四隅のいずれにも繋がらず独立した状態で直線部が設けられてもよい。すなわち、素子搭載エリア１５の四辺のいずれかに重なるように直線部が設けられていてもよい。このときの直線部１５ａ’の長さについても、発光素子１３の一辺の長さに対して３０％以上であることが好ましい。

図３（Ｃ）は、はみ出し部の構造例を示す平面図である。上記の図２に示した例のはみ出し部１６は半円形状であったが、図３（Ｃ）に示すように、はみ出し部１６は矩形状であってもよい。また、配置する位置についても、必ずしも隅部１７に接続されていなくてもよく、素子搭載エリア１５の四辺のいずれかに接して設けられていればよい。はみ出し部１６を半円形状とする場合に、その半径は発光素子１３の一辺の長さに対して１０％以上であることが好ましい。上記のように各発光素子１３の一辺が１ｍｍであれば、はみ出し部１６の半径は０．１ｍｍ以上とされることが好ましい。また、はみ出し部１６を矩形状とする場合に、その一辺の長さは発光素子１３の一辺の長さに対して１０％以上であることが好ましい。上記のように各発光素子１３の一辺が１ｍｍであれば、はみ出し部１６の一辺は０．１ｍｍ以上とされることが好ましい。このサイズは、上記したように接合材の濡れ拡がり具合を顕微鏡観察する際に好ましいサイズである。

図４は、発光素子基板の製造工程例を説明するためのフローチャートである。
まず、基板上に素子搭載エリア１５を形成する（ステップＳ１１）。例えば、回路部１０のパターン形成時に、併せて素子搭載エリア１５のパターン形成が行われる。この結果、上記した図２に例示したように、素子搭載エリア１５が形成される。

次に、素子搭載エリア１５に接合材を塗布する（ステップＳ１２）。接合材としては、例えば金錫ペーストが用いられる。次に、接合材が塗布された素子搭載エリア１５に発光素子１３を搭載する（ステップＳ１３）。

次に、接合材を加熱する（ステップＳ１４）。これにより、素子搭載エリア１５に発光素子１３が接合される。加熱については、例えばステップ送りリフロー炉を用いて行うことができる。温度条件の一例として、２８０℃以上で１分間、ピーク温度を３００℃（最大３２５℃）で１５秒間、という条件を用いることができる。

その後、発光素子１３の接合状態に関する検査が実施される（ステップＳ１５）。ここでは、上記したはみ出し部１６を顕微鏡等によって目視観察することも実施される。はみ出し部１６を設けたことで接合材の濡れ広がり具合を容易に確認できる。

なお、上記の製造工程において、さらに発光素子１３を搭載する工程の前に加熱工程が入っていてもよい。

以上のような実施形態によれば、素子搭載エリアにおいて、発光素子の平面視形状に含まれる４つの角のうち２つ以上に対応して２つ以上の隅部を設け、かつ平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して直線部を設けたことにより、接合材の濡れ広がる範囲を制御することができる。それにより、発光素子の搭載時におけるθずれおよびＸＹ方向ずれを抑制することができる。すなわち、セルフアライメント効果が得られる。上記構造を有するように素子搭載エリアを形成すれば、それ以外の製造工程は従来と同様であるので工程を複雑化することもない。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。

１：発光素子基板
１０：回路部
１１、１２：絶縁部
１３：発光素子
１４：ボンディングワイヤ
１５：素子搭載エリア
１５ａ、１５ａ’、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ：直線部
１６：はみ出し部
１７：隅部

Claims (5)

1. 基板と、
   導電膜からなり、前記基板上に設けられた素子搭載エリアと、
   平面視形状が矩形状であり、前記素子搭載エリアに配置された発光素子と、
   を含み、
   前記素子搭載エリアは、前記発光素子の平面視形状における４つの角のうちの少なくとも２つに対応して設けられた直角形状の２つの隅部を有するとともに、前記発光素子の平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して設けられた直線部を有する、
   発光素子基板。
2. 前記隅部は、前記発光素子の平面視形状における対角線上に向かい合って設けられる、
   請求項１に記載の発光素子基板。
3. 前記直線部は、前記４辺のうちの１つの長さより短い長さで設けられる、
   請求項１又は２に記載の発光素子基板。
4. 前記発光素子の平面視形状における４辺のいずれかに接して前記素子搭載エリアの外側に設けられたはみ出し部、
   を更に含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の発光素子基板。
5. 基板上に発光素子が搭載されてなる発光素子基板の製造方法であって、
   基板上に導電膜からなる素子搭載エリアを形成する第１工程と、
   前記素子搭載エリアに接合材を塗布する第２工程と、
   前記素子搭載エリアの前記接合材上に発光素子を搭載する第３工程と、
   前記接合材を加熱する第４工程と、
   を含み、
   前記素子搭載エリアは、前記発光素子の平面視形状における４つの角のうちの少なくとも２つに対応して設けられた直角形状の２つの隅部を有するとともに、前記発光素子の平面視形状の４辺のうちの少なくとも１つに対応して設けられた直線部を有する、
   発光素子基板の製造方法。

Images