JP2016167540A - Light emitting module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting module which allows an electrode of an LED die and an electrode on a circuit board to be simply and successfully connected without using wire bonding when the LED die is mounted on the circuit board in a face-up manner.SOLUTION: A light emitting module 10 includes an LED die 11 in which a semiconductor layer covers an upper surface of a semiconductor substrate 12 and an anode electrode 14 and a cathode electrode 15 are formed on the semiconductor layer. In the light emitting module 10, the LED die 11 is mounted on a circuit board 19 in a face-up manner and the anode electrode 14 and the cathode electrode 15 are connected to electrodes on the circuit board 19, respectively. For the connection, flexible printed circuit boards 17, 18 in each of which a wiring pattern is formed on a polyimide sheet are used.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、回路基板上にLEDダイをフェイスアップ実装した発光モジュールに関し、さらに詳しくはLEDダイ上の電極と回路基板上の電極をワイヤーボンディング以外の方法で接続する発光モジュールに関する。   The present invention relates to a light emitting module in which an LED die is mounted face-up on a circuit board, and more particularly to a light emitting module that connects an electrode on an LED die and an electrode on a circuit board by a method other than wire bonding.

回路基板上にLEDダイの発光層が上方を向くようにして実装(以下フェイスアップ実装とよぶ)した発光モジュールでは、LEDダイ上の電極と回路基板上の電極をワイヤーボンディングで接続することが多い。しかしながらワイヤーボンディングは、使用する金線が高価であるばかりでなく、ワイヤーボンディング専用の装置(ワイヤボンダー)の導入及び維持が必要になる。   In a light emitting module mounted on a circuit board with the light emitting layer of the LED die facing upward (hereinafter referred to as face-up mounting), the electrode on the LED die and the electrode on the circuit board are often connected by wire bonding. . However, in wire bonding, not only is the gold wire to be used expensive, but it is also necessary to introduce and maintain an apparatus (wire bonder) dedicated to wire bonding.

これに対しフェイスアップ実装であってもワイヤーボンディング以外の方法でLEDダイ上の電極と回路基板上の電極を接続することが提案されている。例えば、特許文献1の図10(a)には、LED素子(LEDダイ)の半導体層側面に形成した電極と基板(回路基板)上の配線パターンとを半田で接続した発光モジュールが示されている。なお()は本明細書等で使われている用語である(以下同様)。   On the other hand, even in face-up mounting, it has been proposed to connect the electrode on the LED die and the electrode on the circuit board by a method other than wire bonding. For example, FIG. 10A of Patent Document 1 shows a light emitting module in which an electrode formed on a side surface of a semiconductor layer of an LED element (LED die) and a wiring pattern on a substrate (circuit board) are connected by solder. Yes. In addition, () is a term used in this specification and the like (the same applies hereinafter).

そこで特許文献1の図10(a)を図14に再掲示しその構造を説明する。図14は従来の発光モジュールの断面図であり、LED素子101とその実装状態を示している。なお図14では符号を変更している。   Therefore, FIG. 10A of Patent Document 1 is shown again in FIG. 14 and its structure will be described. FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional light emitting module, showing the LED element 101 and its mounted state. In addition, the code | symbol is changed in FIG.

図14に示す発光モジュールは、アルミナからなる基板123上に図示していない接着剤によりLED素子101が実装され、基板123上の配線パターン122(電極)とLED素子101のn外部電極117(カソード電極)及びp外部電極118(アノード電極)が半田120Aで接続されたものである。LED素子101はサファイヤ基板110(半導体基板)上にGaN半導体層100が積層したものである。GaN半導体層100では、AlNバッファ層111、n−GaN層112、発光層113、p−GaN層114、絶縁層116、119及びpコンタクト電極115が積層し、p−GaN層114の側面に絶縁層116を挟んでn及びp外部電極117、118が形成されている。   In the light emitting module shown in FIG. 14, the LED element 101 is mounted on a substrate 123 made of alumina with an adhesive (not shown), and a wiring pattern 122 (electrode) on the substrate 123 and an n external electrode 117 (cathode) of the LED element 101 are mounted. Electrode) and p external electrode 118 (anode electrode) are connected by solder 120A. The LED element 101 is obtained by laminating a GaN semiconductor layer 100 on a sapphire substrate 110 (semiconductor substrate). In the GaN semiconductor layer 100, an AlN buffer layer 111, an n-GaN layer 112, a light emitting layer 113, a p-GaN layer 114, insulating layers 116 and 119, and a p contact electrode 115 are stacked and insulated on the side surface of the p-GaN layer 114. N and p external electrodes 117 and 118 are formed with the layer 116 interposed therebetween.

特開2006−73618号公報 (図10(a))JP 2006-73618 A (FIG. 10A)

しかしながら最近のLEDダイではp−GaN層が数μm程度になっている。すなわち特許文献1に示された発光モジュールでは、p−GaN層114の外周側面に形成されたn及びp外部電極117、118の厚さも数μmとなる。このため半田120Aによるn及びp外部電極117、118と基板123上の配線パターン122との接続は、困難で不安定なものとなる。またサファイヤ基板110等の側面に半田を溶着させるためにはメッキなど追加的な表面処理が必要になる。   However, in recent LED dies, the p-GaN layer is about several μm. That is, in the light emitting module disclosed in Patent Document 1, the thicknesses of the n and p external electrodes 117 and 118 formed on the outer peripheral side surface of the p-GaN layer 114 are also several μm. Therefore, the connection between the n and p external electrodes 117 and 118 and the wiring pattern 122 on the substrate 123 by the solder 120A becomes difficult and unstable. Further, in order to weld the solder to the side surface of the sapphire substrate 110 or the like, an additional surface treatment such as plating is required.

そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、LEDダイを回路基板上にフェイスアップ実装するとき、ワイヤーボンディングでなくても簡単で確実にLEDダイの電極と回路基板上の電極とを接続できる発光モジュールを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and when LED face is mounted face-up on a circuit board, the electrode of the LED die and the electrode on the circuit board are easily and reliably not wire bonded. It is an object of the present invention to provide a light emitting module that can be connected to each other.

上記課題を解決するため本発明の発光モジュールは、
LEDダイと回路基板とフレキシブルプリント基板を備え、
前記LEDダイは、半導体基板の上部に形成された半導体層の上面にアノード電極及びカソード電極を有し、前記回路基板にフェイスアップ実装され、
前記フレキシブルプリント基板は、ベースシート上に配線パターンが形成され、前記アノード電極又は前記カソード電極と前記回路基板の上面に形成された電極とを接続することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the light emitting module of the present invention is
LED die, circuit board and flexible printed circuit board,
The LED die has an anode electrode and a cathode electrode on an upper surface of a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate, and is mounted face-up on the circuit board.
The flexible printed circuit board has a wiring pattern formed on a base sheet, and connects the anode electrode or the cathode electrode to an electrode formed on an upper surface of the circuit board.

本発明の発光モジュールに含まれるLEDダイは、半導体基板の上面を半導体層が覆っており、その半導体層の上にアノード電極及びカソード電極が形成されている。さらに本発明の発光モジュールでは、LEDダイを回路基板にファイスアップ実装し、アノード電極又はカソード電極を回路基板上の電極と接続している。この接続には、ポリイミド等からなるベースシート上に配線パターンを有するフレキシブルプリント基板を使用する。   In the LED die included in the light emitting module of the present invention, a semiconductor layer covers the upper surface of a semiconductor substrate, and an anode electrode and a cathode electrode are formed on the semiconductor layer. Further, in the light emitting module of the present invention, the LED die is face-up mounted on the circuit board, and the anode electrode or the cathode electrode is connected to the electrode on the circuit board. For this connection, a flexible printed board having a wiring pattern on a base sheet made of polyimide or the like is used.

前記LEDダイの上面が長尺状であって、一方の端部に前記アノード電極、他方の端部に前記カソード電極が配置されていても良い。   The upper surface of the LED die may be elongated, and the anode electrode may be disposed at one end and the cathode electrode may be disposed at the other end.

前記LEDダイの上面が長方形又は正方形であって、それぞれの角部に前記アノード電極及び前記カソード電極が配置されていても良い。   The upper surface of the LED die may be rectangular or square, and the anode electrode and the cathode electrode may be disposed at each corner.

前記フレキシブルプリント基板は前記LEDダイの前記アノード電極又は前記カソード電極との接続部が2か所に分かれていても良い。   The flexible printed circuit board may be divided into two connection portions with the anode electrode or the cathode electrode of the LED die.

複数のLEDダイが前記回路基板上にフェイスアップ実装されて配列し、一の前記フレキシブルプリント基板が前記複数のLEDダイの前記アノード電極及び前記カソード電極と接続し、前記フレキシブルプリント基板は前記LEDダイの発光部と重なる部分が開口していても良い。   A plurality of LED dies are arranged face up on the circuit board, one flexible printed board is connected to the anode electrode and the cathode electrode of the plurality of LED dies, and the flexible printed board is connected to the LED die. A portion overlapping with the light emitting portion may be opened.

前記半導体基板はSiであっても良い。   The semiconductor substrate may be Si.

前記アノード電極及び前記カソード電極と前記フレキシブルプリント基板との接続部を避けるようにしながら蛍光体が前記半導体層の上面にのみ配されていても良い。   The phosphor may be disposed only on the upper surface of the semiconductor layer while avoiding a connection portion between the anode electrode and the cathode electrode and the flexible printed board.

フレキシブルプリント基板は、折り曲げることにより変形が可能であるため、LEDダイの側面に沿うように配置できる。さらにフレキシブルプリント基板の配線パターンは、アノード電極及びカソード電極並びに回路基板の電極と、ワイヤーボンディングに比べて広い面積で接合する。すなわち本発明の発光モジュールは、フレキシブルプリント基板でLEDダイのアノード及びカソード電極並びに回路基板の電極とを接続するので簡単で確実にLEDダイの電極と回路基板上の電極とを接続できる。   Since the flexible printed circuit board can be deformed by being bent, it can be arranged along the side surface of the LED die. Furthermore, the wiring pattern of the flexible printed circuit board is bonded to the anode electrode, the cathode electrode, and the circuit board electrode in a larger area than wire bonding. That is, in the light emitting module of the present invention, the anode and cathode electrode of the LED die and the electrode of the circuit board are connected by the flexible printed board, so that the LED die electrode and the electrode on the circuit board can be easily and reliably connected.

本発明の第1実施形態の発光モジュールに含まれるLEDダイの斜視図。The perspective view of the LED die | dye contained in the light emitting module of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態として示す発光モジュールの斜視図。The perspective view of the light emitting module shown as 1st Embodiment of this invention. 図2に示した発光モジュールの断面図。Sectional drawing of the light emitting module shown in FIG. 図2に示した発光モジュールのランドパターンの平面図。The top view of the land pattern of the light emitting module shown in FIG. 本発明の第2実施形態の発光モジュールに含まれるLEDダイの斜視図。The perspective view of the LED die | dye contained in the light emitting module of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態として示す発光モジュールの斜視図。The perspective view of the light emitting module shown as 2nd Embodiment of this invention. 図6に示した発光モジュールのランドパターンの平面図。The top view of the land pattern of the light emitting module shown in FIG. 本発明の第3実施形態として示す発光モジュールの平面図。The top view of the light emitting module shown as 3rd Embodiment of this invention. 図8に示した発光モジュールに含まれるフレキシブルプリント基板の斜視図。The perspective view of the flexible printed circuit board contained in the light emitting module shown in FIG. 図8に示した発光モジュールのランドパターンの平面図。The top view of the land pattern of the light emitting module shown in FIG. 本発明の第4実施形態として示す発光モジュールの平面図。The top view of the light emitting module shown as 4th Embodiment of this invention. 図11に示した発光モジュールに含まれるフレキシブルプリント基板の斜視図。The perspective view of the flexible printed circuit board contained in the light emitting module shown in FIG. 図10に示した発光モジュールのランドパターンの平面図。The top view of the land pattern of the light emitting module shown in FIG. 従来の発光モジュールの断面図。Sectional drawing of the conventional light emitting module.

以下、添付図1〜13を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. For the sake of explanation, the scale of the members is changed as appropriate.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態として示す発光モジュール10に含まれるLEDダイ11の斜視図である。図1に示すようにLEDダイ11は、概ね直方体であり、幅が約300μm、長さが約1000μm、高さが約200μmである。LEDダイ11に含まれる半導体基板12の上部には半導体層13が形成されている。LEDダイ11の上面は長尺状であり、上面の一端にアノード電極14(円形)が配置され、他端にカソード電極15(矩形)が配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of an LED die 11 included in a light emitting module 10 shown as the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the LED die 11 is generally a rectangular parallelepiped, and has a width of about 300 μm, a length of about 1000 μm, and a height of about 200 μm. A semiconductor layer 13 is formed on the semiconductor substrate 12 included in the LED die 11. The upper surface of the LED die 11 is elongated, and an anode electrode 14 (circular shape) is disposed at one end of the upper surface, and a cathode electrode 15 (rectangular shape) is disposed at the other end.

また蛍光体16は、アノード電極14及びカソード電極15と後述するフレキシブルプリント基板17、18(図2参照)との接続部を避けるようにしながら半導体層13の上面だけに配置されている。蛍光体16の幅はLEDダイ11の幅と等しい。なお蛍光体16の厚さは、半導体基板12とほぼ等しいが、図1においてアノード電極14が目立つようにするため薄く描いている(図2も同様。図3参照)。   Further, the phosphor 16 is disposed only on the upper surface of the semiconductor layer 13 while avoiding connection portions between the anode electrode 14 and the cathode electrode 15 and flexible printed boards 17 and 18 (see FIG. 2) described later. The width of the phosphor 16 is equal to the width of the LED die 11. The thickness of the phosphor 16 is substantially the same as that of the semiconductor substrate 12, but is drawn thin so that the anode electrode 14 is conspicuous in FIG. 1 (the same applies to FIG. 2; see FIG. 3).

図2は発光モジュール10の斜視図である。図2に示すように回路基板19の上面にLEDダイ11がフェイスアップ実装されている。LEDダイ11のアノード電極14は、フレキシブルプリント基板17により回路基板19の電極19a(図3参照)と接続している。同様にLEDダイ11のカソード電極15は、フレキシブルプリント基板18により回路基板19の電極19b(図3参照)と接続している。なお図ではフレキシブルプリント基板17、18の幅をLEDダイ11の幅より広くしている。   FIG. 2 is a perspective view of the light emitting module 10. As shown in FIG. 2, the LED die 11 is mounted face up on the upper surface of the circuit board 19. The anode electrode 14 of the LED die 11 is connected to the electrode 19a (see FIG. 3) of the circuit board 19 by the flexible printed board 17. Similarly, the cathode electrode 15 of the LED die 11 is connected to the electrode 19b (see FIG. 3) of the circuit board 19 by the flexible printed board 18. In the figure, the widths of the flexible printed boards 17 and 18 are wider than the width of the LED die 11.

図3は図2のAA´線に沿って描いた発光モジュール10の断面図である。図3において、半導体基板12の下面には接続用パターン12a、上面には半導体層13が形成されている。半導体基板12はSiからなり厚さが200μm程度である。接続パターン12aは、LEDダイ11を回路基板19に半田等の接合用金属で固定させるものであり、Au等の金属層からなり、厚さが1μm程度である。半導体層13は、厚みが10μm以下であり、バッファ層を含むn−GaN層13a上に図示していない発光層とp−GaN13bが積層している。発光層はn−GaN層13aとp−GaN層13bの境界部分となる。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the light emitting module 10 drawn along the line AA ′ of FIG. In FIG. 3, a connection pattern 12a is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 12, and a semiconductor layer 13 is formed on the upper surface. The semiconductor substrate 12 is made of Si and has a thickness of about 200 μm. The connection pattern 12a fixes the LED die 11 to the circuit board 19 with a bonding metal such as solder, and is made of a metal layer such as Au and has a thickness of about 1 μm. The semiconductor layer 13 has a thickness of 10 μm or less, and a light emitting layer (not shown) and p-GaN 13b are stacked on the n-GaN layer 13a including the buffer layer. The light emitting layer becomes a boundary portion between the n-GaN layer 13a and the p-GaN layer 13b.

アノード電極14は、厚みが1μm程度のAuを主体とした金属層であり、p−GaN層13bの上面の端部に形成されている。カソード電極15も厚みが1μm程度でAuを主体とした金属層であり、p−GaN層13bの一部分を除去して露出させたn−GaN層13a上に形成されている。前述のように蛍光体16は、フレキシブルプリント基板1
7、18との接続部を避けるようにして半導体層13上に配置され、厚みが100〜200μmであり、シリコーン等の樹脂の中に蛍光粒子を分散させたものである。
The anode electrode 14 is a metal layer mainly composed of Au having a thickness of about 1 μm, and is formed at the end of the upper surface of the p-GaN layer 13b. The cathode electrode 15 is also a metal layer mainly composed of Au and having a thickness of about 1 μm, and is formed on the n-GaN layer 13a exposed by removing a part of the p-GaN layer 13b. As described above, the phosphor 16 is the flexible printed circuit board 1.
7 and 18 is disposed on the semiconductor layer 13 so as to avoid the connection portion, and has a thickness of 100 to 200 μm. The fluorescent particles are dispersed in a resin such as silicone.

回路基板19は、表面を絶縁処理したAl、セラミックや樹脂などからなり、上面に電極19a、19b及び19cを備えている。電極19a、19b、19cは、銅箔にNiAuメッキした金属層である。フレキシブルプリント基板17,18は、ポリイミドからなるベースシート34(以下ポリイミドシート34と呼ぶ)に銅箔35と絶縁層36が積層したものであり、アノード電極14、カソード電極15及び回路基板19の電極19a、19bの接続部がNiAuメッキされている。ポリイミドシート34は厚さが12.5〜35μm程度であり、銅箔35は9〜18μm程度である。   The circuit board 19 is made of Al, ceramic, resin, or the like whose surface is insulated, and includes electrodes 19a, 19b, and 19c on the upper surface. The electrodes 19a, 19b, and 19c are metal layers obtained by plating NiAu on a copper foil. The flexible printed boards 17 and 18 are formed by laminating a copper foil 35 and an insulating layer 36 on a base sheet 34 (hereinafter referred to as a polyimide sheet 34) made of polyimide, and the electrodes of the anode electrode 14, the cathode electrode 15 and the circuit board 19 are used. Connection portions 19a and 19b are plated with NiAu. The polyimide sheet 34 has a thickness of about 12.5 to 35 μm, and the copper foil 35 has a thickness of about 9 to 18 μm.

LEDダイ11と回路基板19は、LEDダイ11の下面に形成した接続用パターン12aと回路基板19の上面に形成した電極19cとの間に介在する半田33cにより接合している。フレキシブルプリント基板17、18と回路基板19も、フレキシブルプリント基板17、18の銅箔35と回路基板19の上面に形成した電極19a、19bとの間に介在する半田33a、33bにより接合している。これに対しフレキシブルプリント基板17、18とLEDダイ11は、フレキシブルプリント基板17、18の銅箔35上のAu層がLEDダイ11のアノード電極14及びカソード電極15上のAu層と直接的に(又はAu−Sn共晶(この場合、予めアノード電極14等若しくはフレキシブルプリント基板17等の端子部にSn層を形成しておく。)により)接合している。   The LED die 11 and the circuit board 19 are joined together by solder 33 c interposed between the connection pattern 12 a formed on the lower surface of the LED die 11 and the electrode 19 c formed on the upper surface of the circuit board 19. The flexible printed boards 17 and 18 and the circuit board 19 are also joined by solders 33a and 33b interposed between the copper foil 35 of the flexible printed boards 17 and 18 and the electrodes 19a and 19b formed on the upper surface of the circuit board 19. . In contrast, in the flexible printed circuit boards 17 and 18 and the LED die 11, the Au layer on the copper foil 35 of the flexible printed circuit boards 17 and 18 is directly connected to the Au layer on the anode electrode 14 and the cathode electrode 15 of the LED die 11 ( Alternatively, bonding is performed by Au—Sn eutectic (in this case, an Sn layer is formed in advance on the terminal portion of the anode electrode 14 or the like or the flexible printed circuit board 17 or the like).

図4は発光モジュール10のランドパターンを示す平面図である。それぞれのランドパターンは、回路基板19上に形成された電極19a、19b、19cに相当し、長方形である。前述のとおり電極19cは、LEDダイ11の底面と半田付けにより接合し、LEDダイ11を回路基板19に固定する(図3参照)。一方、電極19a、19bは、フレキシブルプリント基板17、18によりアノード電極14及びカソード電極15と電気的に接続する(図3参照)。つまりフレキシブルプリント基板17、18は応力のない状態でLEDダイ11及び回路基板19に接続している。   FIG. 4 is a plan view showing a land pattern of the light emitting module 10. Each land pattern corresponds to the electrodes 19a, 19b, and 19c formed on the circuit board 19 and has a rectangular shape. As described above, the electrode 19c is joined to the bottom surface of the LED die 11 by soldering to fix the LED die 11 to the circuit board 19 (see FIG. 3). On the other hand, the electrodes 19a and 19b are electrically connected to the anode electrode 14 and the cathode electrode 15 by the flexible printed boards 17 and 18 (see FIG. 3). That is, the flexible printed circuit boards 17 and 18 are connected to the LED die 11 and the circuit board 19 without stress.

以上のように折り曲げられた状態でLEDダイ11の側面に沿うように配置されたフレキシブルプリント基板17,18は、LEDダイ11の固定に係る応力が掛らず、さらにワイヤーボンディングに比べて広い面積でアノード電極14及びカソード電極15と接合するため、発光モジュール10において簡単で確実な接続を達成できる。   The flexible printed circuit boards 17 and 18 arranged along the side surface of the LED die 11 in the bent state as described above are not subjected to the stress related to the fixing of the LED die 11 and further have a wider area than wire bonding. Thus, since the anode electrode 14 and the cathode electrode 15 are joined, a simple and reliable connection can be achieved in the light emitting module 10.

発光モジュール10の半導体基板12はSiからなる。このため発光モジュール10は、サファイヤからなる半導体基板材料を使う発光モジュールに比べ放熱性が高いという特徴がある。つまり発光モジュール10は発光層の発熱を効率よく回路基板19に伝えることができる。さらに発光モジュール10は、回路基板19との接合に半田33cを採用している。これも、接着剤でLEDダイを固定する他の方法に比べ熱伝導に関し有利になっている。なお回路基板19が樹脂からなる場合は、電極19cにサーマルビアを設け、回路基板19の下面においてヒートシンクなどの放熱部材に低い熱抵抗で熱伝導できるようにすると良い。なお回路基板19は、抵抗やコネクターなど他の電子部品が搭載されたマザー基板であっても良いし、LEDダイ11とマザー基板との間に挿入するインターポーザ(サブマウント基板ともいう)であっても良い。   The semiconductor substrate 12 of the light emitting module 10 is made of Si. For this reason, the light emitting module 10 has a feature of high heat dissipation compared to a light emitting module using a semiconductor substrate material made of sapphire. That is, the light emitting module 10 can efficiently transmit the heat generated in the light emitting layer to the circuit board 19. Furthermore, the light emitting module 10 employs solder 33 c for bonding to the circuit board 19. This is also advantageous for heat conduction compared to other methods of fixing the LED die with an adhesive. When the circuit board 19 is made of resin, it is preferable that a thermal via be provided in the electrode 19c so that heat can be conducted to a heat radiating member such as a heat sink on the lower surface of the circuit board 19 with low thermal resistance. The circuit board 19 may be a mother board on which other electronic components such as resistors and connectors are mounted, or an interposer (also referred to as a submount board) inserted between the LED die 11 and the mother board. Also good.

また前述のように発光モジュール10の半導体基板12は不透明なSiからなる。このため底面に設けられた接続パターン12aは反射率の低いAu層でも良かった。これに対し半導体基板としてサファイヤを使用することがある。この場合、発光効率を改善するため底面に形成する接続パターンは、Al層やAg層を付加して反射率を高くしておくことが好ましい。   As described above, the semiconductor substrate 12 of the light emitting module 10 is made of opaque Si. Therefore, the connection pattern 12a provided on the bottom surface may be an Au layer having a low reflectance. In contrast, sapphire is sometimes used as a semiconductor substrate. In this case, in order to improve the light emission efficiency, it is preferable that the connection pattern formed on the bottom surface has an Al layer or an Ag layer to increase the reflectance.

発光モジュール10は、図2に示すように蛍光体16が半導体基板12の上面だけに配置されている。つまり蛍光体16は、アノード電極14及びカソード電極15とフレキシブルプリント基板17、18の接続部を避けるようにしながら配置されている。半導体層13は、前述のように厚さが10μm以下であるため横方向(半導体基板12の上面に平行な方向)に光がほとんど放射されない。すなわち上方向(半導体基板12の上面に垂直な方向)にだけ光を放射する。この結果、蛍光体16を発光層の上部にのみ配置すれば良い。このような構造は、ウェハー状態で蛍光体16を塗布及びパターニングし、その後ウェハーを個片化することによりLEDダイ11を製造できるので、大量生産に適している。   In the light emitting module 10, the phosphor 16 is arranged only on the upper surface of the semiconductor substrate 12 as shown in FIG. 2. That is, the phosphor 16 is disposed so as to avoid the connection portion between the anode electrode 14 and the cathode electrode 15 and the flexible printed boards 17 and 18. Since the semiconductor layer 13 has a thickness of 10 μm or less as described above, light is hardly emitted in the lateral direction (direction parallel to the upper surface of the semiconductor substrate 12). That is, light is emitted only in the upward direction (direction perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate 12). As a result, the phosphor 16 may be disposed only on the light emitting layer. Such a structure is suitable for mass production because the LED die 11 can be manufactured by applying and patterning the phosphor 16 in a wafer state and then separating the wafer into individual pieces.

(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態の発光モジュール50に含まれるLEDダイ51の斜視図である。図5に示すようにLEDダイ51は、概ね平面形状が正方形に近い直方体であり、幅及び長さが約1000μm、高さが約200μmである。LEDダイ51に含まれる半導体基板52の上部には半導体層53が形成されている。LEDダイ51上面の二隅(角部)にはアノード電極54(円形)が配置され、他の二隅(角部)にカソード電極55(矩形)が配置されている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a perspective view of the LED die 51 included in the light emitting module 50 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the LED die 51 is a rectangular parallelepiped whose plane shape is almost square, and has a width and length of about 1000 μm and a height of about 200 μm. A semiconductor layer 53 is formed on the semiconductor substrate 52 included in the LED die 51. An anode electrode 54 (circular shape) is disposed at two corners (corner portions) on the upper surface of the LED die 51, and a cathode electrode 55 (rectangular shape) is disposed at the other two corners (corner portions).

蛍光体56は、アノード電極54及びカソード電極55と後述するフレキシブルプリント基板57、58(図6参照)との接続部を避けるようにしながらLEDダイ51の上面だけに配置されている。蛍光体56の辺部はLEDダイ51の辺部と面一になっている。なお蛍光体56の厚さは、半導体基板52とほぼ等しいが、図2と同様に図5においてもアノード電極54が目立つようにするため薄く描いている(図6も同様)。   The phosphor 56 is disposed only on the upper surface of the LED die 51 so as to avoid a connection portion between the anode electrode 54 and the cathode electrode 55 and flexible printed boards 57 and 58 (see FIG. 6) described later. The side of the phosphor 56 is flush with the side of the LED die 51. Although the thickness of the phosphor 56 is substantially equal to that of the semiconductor substrate 52, it is drawn thinly so that the anode electrode 54 is conspicuous in FIG. 5 as in FIG. 2 (same in FIG. 6).

図6は発光モジュール50の斜視図である。図6に示すように回路基板59の上面にLEDダイ51がフェイスアップ実装されている。LEDダイ51のアノード電極54は、フレキシブルプリント基板57により回路基板59の電極59a(図7参照)と接続している。同様にLEDダイ51のカソード電極55は、フレキシブルプリント基板58により回路基板59の電極59b(図7参照)と接続している。LEDダイ51の上面にはアノード電極54が2個存在するため、フレキシブルプリント基板57はLEDダイ51のアノード電極54との接続部が2か所に分かれている。同様にカソード電極55も2個存在するため、フレキシブルプリント基板58はLEDダイ51のカソード電極55との接続部が2か所に分かれている。   FIG. 6 is a perspective view of the light emitting module 50. As shown in FIG. 6, the LED die 51 is mounted face up on the upper surface of the circuit board 59. The anode electrode 54 of the LED die 51 is connected to the electrode 59a (see FIG. 7) of the circuit board 59 by a flexible printed board 57. Similarly, the cathode electrode 55 of the LED die 51 is connected to the electrode 59b (see FIG. 7) of the circuit board 59 by the flexible printed board 58. Since two anode electrodes 54 exist on the upper surface of the LED die 51, the flexible printed circuit board 57 has two connection portions with the anode electrode 54 of the LED die 51. Similarly, since there are two cathode electrodes 55, the flexible printed circuit board 58 is divided into two portions where the LED die 51 is connected to the cathode electrode 55.

このように平面形状が幅の広い長方形であるLEDダイ51の上面の4隅にアノード電極54及びカソード電極55を設け、フレキシブルプリント基板57、58がアノード電極54及びカソード電極55との接続部以外はLEDダイ51の上面と重ならないようにすると、蛍光体56を辺部においてアノード電極54及びカソード電極55の間に割り込ませることができるようになる。この結果、LEDモジュール50は、電流分布の集中を避けながら発光面積を広く確保できるようになる。なおアノード電極54及びカソード電極55を含む断面は図3に示した断面図と等しくなる。   As described above, the anode electrode 54 and the cathode electrode 55 are provided at the four corners of the upper surface of the LED die 51 having a wide rectangular shape, and the flexible printed boards 57 and 58 are not connected to the anode electrode 54 and the cathode electrode 55. If the LED 56 does not overlap with the upper surface of the LED die 51, the phosphor 56 can be inserted between the anode electrode 54 and the cathode electrode 55 at the sides. As a result, the LED module 50 can secure a wide light emitting area while avoiding concentration of current distribution. The cross section including the anode electrode 54 and the cathode electrode 55 is equal to the cross sectional view shown in FIG.

図7は発光モジュール50のランドパターンを示す平面図である。それぞれのランドパターンは、回路基板59上に形成された電極59a、59b、59cに相当する。電極59a、59bは細長い長方形であり、電極59cは幅の広い長方形である。前述のとおり電極59cは、LEDダイ51の底面に形成された接続パターン(図3参照)と半田付けにより接合し、LEDダイ51を回路基板59に固定する。これに対し電極59a、59bは、フレキシブルプリント基板57、58によりアノード電極54及びカソード電極55と電気的に接続する(図6参照)。つまりフレキシブルプリント基板57、58は応力
のない状態でLEDダイ51及び回路基板59に接続している。
FIG. 7 is a plan view showing a land pattern of the light emitting module 50. Each land pattern corresponds to the electrodes 59a, 59b, and 59c formed on the circuit board 59. The electrodes 59a and 59b are elongated rectangles, and the electrode 59c is a wide rectangle. As described above, the electrode 59c is joined to the connection pattern (see FIG. 3) formed on the bottom surface of the LED die 51 by soldering, and the LED die 51 is fixed to the circuit board 59. On the other hand, the electrodes 59a and 59b are electrically connected to the anode electrode 54 and the cathode electrode 55 by the flexible printed boards 57 and 58 (see FIG. 6). That is, the flexible printed boards 57 and 58 are connected to the LED die 51 and the circuit board 59 in a state without stress.

以上のように折り曲げられた状態でLEDダイ51の側面に沿うように配置されたフレキシブルプリント基板57、58は、LEDダイ51の固定に係る応力が掛らず、さらにワイヤーボンディングに比べて広い面積でアノード電極54及びカソード電極55と接合するため、発光モジュール50において簡単で確実な接続を達成できる。   The flexible printed circuit boards 57 and 58 arranged along the side surface of the LED die 51 in the bent state as described above are not subjected to the stress related to the fixing of the LED die 51 and further have a wider area than the wire bonding. Thus, since the anode electrode 54 and the cathode electrode 55 are joined, a simple and reliable connection can be achieved in the light emitting module 50.

(第3実施形態)
図8は本発明の第3実施形態として示す発光モジュール80の平面図であり、図9は発光モジュール80に含まれるフレキシブルプリント基板87の斜視図である。図8に示すように発光モジュール80は、図5に示したLEDダイ51を回路基板89上に4個フェイスアップ実装し2行2列となるように配置したものである。各LEDダイ51のアノード電極54及びカソード電極55は一のフレキシブルプリント基板87と接続している。フレキシブルプリント基板87は、4個の開口87aを有し、LEDダイ51を覆い、発光部と重なる部分が開口している。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a plan view of a light emitting module 80 shown as a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a perspective view of a flexible printed circuit board 87 included in the light emitting module 80. As shown in FIG. 8, the light emitting module 80 is a module in which four LED dies 51 shown in FIG. 5 are mounted face-up on a circuit board 89 and arranged in two rows and two columns. The anode electrode 54 and the cathode electrode 55 of each LED die 51 are connected to one flexible printed board 87. The flexible printed circuit board 87 has four openings 87a, covers the LED die 51, and has an opening that overlaps the light emitting part.

なおフレキシブルプリント基板87には銅箔による回路が形成されている。すなわちフレキシブルプリント基板87の回路により、4個のLEDダイ51を直列接続、並列接続又は直並列接続させることができる。フレキシブルプリント基板87は、図6に示したフレキシブルプリント基板57、58と同様にLEDダイ51の辺に沿って折り曲げられているが、この折り曲げられた部分は、LEDダイ51の辺に沿って接するように折り曲げられたフレキシブルプリント基板57、58と異なり、LEDダイ51の辺から所定の間隔を保つように離されている。   The flexible printed circuit board 87 is formed with a circuit made of copper foil. That is, the four LED dies 51 can be connected in series, in parallel, or in series-parallel with the circuit of the flexible printed circuit board 87. The flexible printed circuit board 87 is bent along the side of the LED die 51 in the same manner as the flexible printed circuit boards 57 and 58 shown in FIG. 6, and the bent part is in contact with the side of the LED die 51. Unlike the flexible printed boards 57 and 58 that are bent in this manner, they are separated from the sides of the LED die 51 so as to maintain a predetermined distance.

図10は発光モジュール80のランドパターンを示す平面図である。ランドパターンは、細長い長方形の電極89a、89bと4個の幅の広い長方形の電極89cからなる。電極89a、89bは、LED51に電力を供給する+側電源端子と−側電源端子である。電極89cは、LEDダイ51の底面に形成された接続パターン(図3参照)と半田付けにより接合し、LEDダイ51を回路基板89に固定するものである。発光モジュール80でも発光モジュール10、50(図2、図6参照)と同様に、フレキシブルプリント基板87が応力のない状態でLEDダイ51及び回路基板89に接続している。   FIG. 10 is a plan view showing a land pattern of the light emitting module 80. The land pattern includes elongated rectangular electrodes 89a and 89b and four wide rectangular electrodes 89c. The electrodes 89 a and 89 b are a + side power supply terminal and a − side power supply terminal for supplying power to the LED 51. The electrode 89c is bonded to a connection pattern (see FIG. 3) formed on the bottom surface of the LED die 51 by soldering, and fixes the LED die 51 to the circuit board 89. In the light emitting module 80 as well as the light emitting modules 10 and 50 (see FIGS. 2 and 6), the flexible printed circuit board 87 is connected to the LED die 51 and the circuit board 89 without stress.

以上のように、折り曲げられた状態でLEDダイ51の側面に沿うように配置されたフレキシブルプリント基板87は、LEDダイ51の固定に係る応力が掛らず、ワイヤーボンディングに比べて広い面積でアノード電極54及びカソード電極55と接合し、さらに銅箔による回路を備えているため、発光モジュール80において簡単で確実な接続を達成できる。   As described above, the flexible printed circuit board 87 arranged along the side surface of the LED die 51 in a bent state is free from the stress associated with fixing the LED die 51, and has a wider area than wire bonding. Since it is joined to the electrode 54 and the cathode electrode 55 and further includes a circuit made of copper foil, a simple and reliable connection can be achieved in the light emitting module 80.

なお、発光モジュール80では、フレキシブルプリント基板87と回路基板89とを接続させるランドパターンが電力供給用の電極89a、89bだけであった。しかしながら一のフレキシブルプリント基板により多数のLEDダイに電力供給する場合、LEDダイごとに個別に電力を供給しても良い。このとき電極89a又は電極89bが分割される。例えば各LEDダイが、それぞれ赤発光LEDダイ、緑発光LEDダイ、青発光LEDダイ、その他の色(例えば白)を発光するLEDダイであるとき、各LEDダイに個別に電力を供給しても良い。各LEDダイへの電力供給量を調節することにより発光モジュールの調光及び調色が可能となる。各LEDダイ同士の平面形状が異なっている場合は開口や接続部の形状を調整する。LEDダイ同士の高さは等しいことが好ましいが、多少異なっても良い。   In the light emitting module 80, the land pattern for connecting the flexible printed board 87 and the circuit board 89 is only the power supply electrodes 89a and 89b. However, when power is supplied to a large number of LED dies using a single flexible printed circuit board, power may be supplied to each LED die individually. At this time, the electrode 89a or the electrode 89b is divided. For example, when each LED die is a red light emitting LED die, a green light emitting LED die, a blue light emitting LED die, or an LED die that emits another color (for example, white), power may be individually supplied to each LED die. good. By adjusting the amount of power supplied to each LED die, light adjustment and color adjustment of the light emitting module are possible. When the planar shapes of the LED dies are different, the shapes of the opening and the connecting portion are adjusted. The LED dies are preferably equal in height, but may be slightly different.

(第4実施形態)
図11は本発明の第4実施形態として示す発光モジュール90の平面図、図12は発光モジュール90に含まれるフレキシブルプリント基板97の斜視図、図13は発光モジュール90のランドパターンを示す平面図である。
(Fourth embodiment)
11 is a plan view of a light emitting module 90 shown as the fourth embodiment of the present invention, FIG. 12 is a perspective view of a flexible printed circuit board 97 included in the light emitting module 90, and FIG. 13 is a plan view showing a land pattern of the light emitting module 90. is there.

図11に示すように発光モジュール90は、図8に示した発光モジュール80に比べ多数のLEDダイ51を回路基板99上に略円形に配列させたものである。各LEDダイ51のアノード電極54及びカソード電極55は一のフレキシブルプリント基板97と接続している。   As shown in FIG. 11, the light emitting module 90 has a larger number of LED dies 51 arranged on a circuit board 99 in a substantially circular shape than the light emitting module 80 shown in FIG. 8. The anode electrode 54 and the cathode electrode 55 of each LED die 51 are connected to one flexible printed circuit board 97.

フレキシブルプリント基板97は、フレキシブルプリント基板87(図8参照)と同様にLEDダイ51の発光部と重なる部分に開口97a(アノード電極54等の接続部は省略した)を備え、銅箔による回路が形成されている。すなわちフレキシブルプリント基板97の回路により、LEDダイ51を直列接続、並列接続又は直並列接続させることができる。フレキシブルプリント基板97は、図6に示したフレキシブルプリント基板57、58と同様に図の上下に示したLEDダイ51の辺に沿って折り曲げられているが、この折り曲げた部分は、フレキシブルプリント基板57、58と異なり、LEDダイ51の辺から所定の間隔を保つように離されている。   Similar to the flexible printed circuit board 87 (see FIG. 8), the flexible printed circuit board 97 is provided with an opening 97a (a connection part such as the anode electrode 54 is omitted) in a portion overlapping the light emitting part of the LED die 51, and a circuit made of copper foil is provided. Is formed. That is, the LED die 51 can be connected in series, parallel, or series-parallel by the circuit of the flexible printed circuit board 97. The flexible printed circuit board 97 is bent along the sides of the LED die 51 shown in the upper and lower parts of the drawing similarly to the flexible printed circuit boards 57 and 58 shown in FIG. , 58 are separated from the sides of the LED die 51 so as to maintain a predetermined distance.

図13に示すようにランドパターンは、細長い長方形の電極99a、99bと24個の幅の広い長方形の電極99cからなる。電極99a、99bはLEDダイ51に電力を供給する+側電源端子と−側電源端子である。電極99cは、LEDダイ51の底面に形成された接続パターン(図3参照)と半田付けにより接合し、LEDダイ51を回路基板99に固定する。つまり発光モジュール90も発光モジュール10、50、80(図2、図6、図8参照)と同様にフレキシブルプリント基板97が応力のない状態でLEDダイ51及び回路基板99(図11参照)に接続している。   As shown in FIG. 13, the land pattern is composed of elongated rectangular electrodes 99a and 99b and 24 wide rectangular electrodes 99c. The electrodes 99a and 99b are a + side power supply terminal and a − side power supply terminal for supplying power to the LED die 51. The electrode 99c is joined to a connection pattern (see FIG. 3) formed on the bottom surface of the LED die 51 by soldering, and fixes the LED die 51 to the circuit board 99. That is, the light emitting module 90 is also connected to the LED die 51 and the circuit board 99 (see FIG. 11) in a state where the flexible printed circuit board 97 is not stressed as in the light emitting modules 10, 50, and 80 (see FIGS. 2, 6, and 8). doing.

以上のように折り曲げられた状態でLEDダイ51の側面に沿うように配置されたフレキシブルプリント基板97は、LEDダイ51の固定に係る応力が掛らず、ワイヤーボンディングに比べて広い面積でアノード電極54及びカソード電極55と接合し、さらに銅箔による回路を備えているため、発光モジュール90において簡単で確実な接続を達成できる。また発光モジュール90は、発光モジュール80と同様に個別に(又はグループ毎に)LEDダイ51に電力を供給するようにしても良い。   The flexible printed circuit board 97 arranged along the side surface of the LED die 51 in the bent state as described above is free from the stress associated with fixing the LED die 51 and has a larger area than the wire bonding. 54 and the cathode electrode 55 are joined, and a circuit made of copper foil is provided, so that a simple and reliable connection can be achieved in the light emitting module 90. Further, the light emitting module 90 may supply power to the LED dies 51 individually (or for each group) in the same manner as the light emitting module 80.

10、50、80、90…発光モジュール、
11、51…LEDダイ、
12、52…半導体基板、
12a…接続用パターン、
13、53…半導体層、
13a…n−GaN層、
13b…p−GaN層、
14、54…アノード電極、
15、55…カソード電極、
16、56…蛍光体、
17、18、57、58、87、97…フレキシブルプリント基板、
19、59、89、99…回路基板、
19a、19b、19c、59a、59b、59c、
89a、89b、89c、99a、99b、99c…電極、
33a、33b、33c…半田、
34…ポリイミドシート(ベースシート)、
35…銅箔、
36…絶縁層、
87a、97a…開口。
10, 50, 80, 90 ... light emitting module,
11, 51 ... LED die,
12, 52 ... Semiconductor substrate,
12a ... pattern for connection,
13, 53 ... semiconductor layer,
13a ... n-GaN layer,
13b ... p-GaN layer,
14, 54 ... anode electrode,
15, 55 ... cathode electrode,
16, 56 ... phosphor,
17, 18, 57, 58, 87, 97 ... flexible printed circuit board,
19, 59, 89, 99 ... circuit board,
19a, 19b, 19c, 59a, 59b, 59c,
89a, 89b, 89c, 99a, 99b, 99c ... electrodes,
33a, 33b, 33c ... solder,
34 ... Polyimide sheet (base sheet),
35 ... copper foil,
36 ... insulating layer,
87a, 97a ... opening.

Claims (7)

LEDダイと回路基板とフレキシブルプリント基板を備え、
前記LEDダイは、半導体基板の上部に形成された半導体層の上面にアノード電極及びカソード電極を有し、前記回路基板にフェイスアップ実装され、
前記フレキシブルプリント基板は、ベースシート上に配線パターンが形成され、前記アノード電極又は前記カソード電極と前記回路基板の上面に形成された電極とを接続することを特徴とする発光モジュール。
LED die, circuit board and flexible printed circuit board,
The LED die has an anode electrode and a cathode electrode on an upper surface of a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate, and is mounted face-up on the circuit board.
The flexible printed circuit board has a wiring pattern formed on a base sheet, and connects the anode electrode or the cathode electrode to an electrode formed on an upper surface of the circuit board.
前記LEDダイの上面が長尺状であって、一方の端部に前記アノード電極、他方の端部に前記カソード電極が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。   The light emitting module according to claim 1, wherein an upper surface of the LED die is elongated, and the anode electrode is disposed at one end and the cathode electrode is disposed at the other end. 前記LEDダイの上面が長方形又は正方形であって、それぞれの角部に前記アノード電極及び前記カソード電極が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。   2. The light emitting module according to claim 1, wherein an upper surface of the LED die is rectangular or square, and the anode electrode and the cathode electrode are disposed at respective corner portions. 前記フレキシブルプリント基板は前記LEDダイの前記アノード電極又は前記カソード電極との接続部が2か所に分かれていることを特徴とする請求項3に記載の発光モジュール。   4. The light emitting module according to claim 3, wherein the flexible printed circuit board is divided into two connection portions with the anode electrode or the cathode electrode of the LED die. 複数のLEDダイが前記回路基板上にフェイスアップ実装されて配列し、一の前記フレキシブルプリント基板が前記複数のLEDダイの前記アノード電極及び前記カソード電極と接続し、前記フレキシブルプリント基板は前記LEDダイの発光部と重なる部分が開口していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の発光モジュール。   A plurality of LED dies are arranged face up on the circuit board, one flexible printed board is connected to the anode electrode and the cathode electrode of the plurality of LED dies, and the flexible printed board is connected to the LED die. 4. The light emitting module according to claim 1, wherein a portion overlapping with the light emitting portion is opened. 5. 前記半導体基板はSiであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の発光モジュール。   The light emitting module according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is Si. 前記アノード電極及び前記カソード電極と前記フレキシブルプリント基板との接続部を避けるようにしながら蛍光体が前記半導体層の上面にのみ配されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の発光モジュール。   7. The phosphor according to claim 1, wherein a phosphor is disposed only on an upper surface of the semiconductor layer while avoiding a connection portion between the anode electrode and the cathode electrode and the flexible printed circuit board. The light emitting module according to 1.
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