JP2017188673A - 発光素子載置用基体の製造方法及びそれを用いた発光装置の製造方法並びに発光素子載置用基体及びそれを用いた発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コストを低減した発光素子載置用基体の製造方法及びそれを用いた発光装置の製造方法並びに発光素子載置用基体及びそれを用いた発光装置を提供することを目的とする。
また、本発明の一実施形態に係る発光素子載置用基体は、発光素子載置用基体であって、複数の導電体コアと、前記それぞれの導電体コアの側面を被覆する光反射性の第2絶縁部材と、前記第2絶縁部材同士を接合する遮光性樹脂と、前記遮光性樹脂と接する第1絶縁部材と、を備え、前記導電体コアの上面及び前記導電体コアの下面は、前記遮光性樹脂から露出されている。
本実施形態においては、第1絶縁部材18として、図2に示すような貫通孔37を有する絶縁性シートを準備する。絶縁性シートは例えば樹脂シートを用いることができる。貫通孔37はコア部16を配置するための孔である。貫通孔37の上面視の形状や深さ方向の形状はコア部16の個数や大きさに応じて適宜設計することができ、コア部16を配置する箇所に形成される。
次に、第1絶縁部材18の貫通孔37に、複数のコア部16及び遮光性樹脂20を配置する。
図1に示すように、コア部16は球状の導電体コア12の表面全体に、光反射性の第2絶縁部材14を有する。導電体コア12の形状は、球状以外の形状であってもよく、表面に絶縁部材を形成しやすい形状であることが好ましい。導電体コア12の大きさは、搭載される発光素子24のサイズや本実施形態により得られる発光装置200のサイズによって適宜選択可能であるが、例えば、球の場合で直径0.1〜2.0mm程度とすることができる。
次に、得られた基体準備体120の上下面に露出されたコア部の平坦面17を構成する光反射性の第2絶縁部材14を除去して、図6及び図13に示すように導電体コア12を基体準備体120の外表面(発光素子が載置される側の面(上面)及び/または下面)に露出させる。(図6では、導電体コア12と遮光性樹脂20の間の第2絶縁部材14は図示省略。)
第2絶縁部材14の除去は切削等の機械的除去あるいはエッチング等の化学的除去を用いた任意の方法で行うことができる。例えば、平坦面17を構成する絶縁部材14を溶剤により溶解除去し、上下面に導電体コア12を露出させることができる。このとき、コア部16同士が接触する領域の第2絶縁部材14は除去せずに、平坦面17を構成する絶縁部材14及びコア部同士が接触しない箇所を覆う絶縁部材14のみを除去するようにする。これにより、上下方向に導通し横方向には導通しない異方性導電体を形成する導電体コア12が所定領域に配置された発光素子載置用基体100を得ることができる。
発光素子載置用基体100の外表面の導電体コア12が露出された部分の所定の領域に、メッキやスパッタ等によって金属膜22を形成して配置してもよい。例えば、上面の所定の領域に、メタルマスクやフォトレジストマスクを用いスパッタにより金属膜22を形成する。その後、下面の所定の領域に、メタルマスクやフォトレジストマスクを用いスパッタにより金属膜22を形成することができる。本実施形態においては、図7及び図14A〜図14Dに示すように複数の導電体コア12の露出面をつなげるように、導電体コア12の露出面、遮光性樹脂20の表面に金属膜22を形成している。具体的には、上述の複数のコア部16が直線状に配列された2つのコア部16からなるコア部の組を繋ぐように、1つの金属膜22が配置されている。金属膜22の材料としては、金属膜22が発光素子24又は発光装置の外部と接続端子(コネクタ)等を介して接続されることから、導電性の高いものや、機械的及び電気的な接続性が高いものが好ましい。また、発光素子24が載置される面となる上面側の金属膜22には、光反射性の高い材料(例えばAg等)を用いることが好ましい。金属膜は全ての導電体コアの露出面に形成しなくてもよく、必要な箇所に形成されていればよい。
このようにして得られた金属膜付発光素子載置用基体の上面に、図8に示すように複数の発光素子24を載置する。本実施形態においては、正負一対の電極を一つの面に備える発光素子24を、その電極が配置された面を発光素子載置用基体100の側に向け発光素子載置用基体100の上面にフリップチップ実装する。この時、一つの金属膜22と一つの発光素子24の正または負の電極がそれぞれ電気的に接続される。発光素子載置用基体100と発光素子24との間の導電接続手段としては、半田や異方性導電ペースト等を用いることができる。これにより発光装置集合体122とする。
本実施形態では、発光素子載置用基体を大面積化することにより、一括して発光素子の載置や封止等の処理ができる発光装置数を増やし、これにより製造コストを抑制することができる。
そして、発光装置集合体122を所定の切断線に沿って少なくとも2以上のコア部を含むように切断/分割し、個片化して、図11で示すような発光装置200とする。切断/分割線は、導電体コア12を切断/分割しない位置に設けられることが好ましい。例えば、第1絶縁部材18のみ又は第1絶縁部材18および封止材26を切断する位置に設けられることが好ましい。発光装置集合体122を切断/分割して個片化する切断/分割線上の金属部材の割合が高いと、個片化コストの増大を引き起こす。例えば、金型で打抜く方法又はダイサーで切断する方法などでは、刃物の消耗が樹脂の場合より速くなるし、第1絶縁部材を例えばガラエポのような素材とするとブレーキングができるが、切断/分割領域に金属部材があるとブレーキングが難しい。本実施形態では、あらかじめ分離された導電体コア12を一体に固定して発光素子載置用基体100として用いることで、金属材料を切断しないように個片化を行うことができる。これにより、切断が高速にでき、また切断刃の消耗が少ないので生産性を高くできる。
また、発光素子24直下の導電体コア12が光反射性の絶縁部材14で被覆され、その上に金属膜22を形成することで、放熱経路(発光素子24直下の導電体コア12)と通電経路(発光素子24の外側で金属膜22と電気的に接続される導電体コア12)の分離設計が容易になるため好ましい。
コア部16及び遮光性樹脂20の配置後、発光素子の封止工程の前までの任意の工程で封止材26を配置するための凹部を形成するための枠体形成工程を有していてもよい。
例えば、金属膜22の形成後に、図9に示すように枠体40を形成してもよい。枠体40は、図7で示すような発光素子載置用基体100の上面に形成され、枠体40と発光素子載置用基体100の上面とで構成される凹部の底面に、コア部16が配置されるように形成される。枠体40は図9に示すように、1つ1つが隣接した枠体と接さないように離間して形成されていてもよいし、凹部の上面が隣接する凹部の上面と連結されていてもよい。そして枠体40の形成後に、導電体コア露出工程、金属膜形成工程、発光素子載置工程を経て、枠体40内に封止材を配置し、個片化して発光装置を得る。個片化の際は、枠体40を切断しないように、隣接する枠体40間の第1絶縁部材18を切断することが好ましい。
(コア部)
コア部は少なくとも、導電体コアと、光反射性の絶縁部材を備える。例えば、光反射性の絶縁皮膜付金属コア、光反射性の絶縁皮膜付金属球、あるいは、光反射性の絶縁皮膜付グラファイト球などである。コア部の表面は、遮光性樹脂との接合力を高めるため、細かな凹凸形状を有してもよい。
導電体コアは、発光装置の電極および/または放熱経路として用いられる部材である。そのため、材料は、電気良導体の金属等を用いることができる。例えば、Cu、Al、Ag、Au、Pt、Pd、Rh等の金属又はそれらの合金、あるいはグラファイト等の炭素素材を用いることができる。導電体コアは、発光素子載置用基体に搭載される発光素子から発せられる光を、例えば70%、好ましくは80%以上反射するものが好ましい。例えば、発光素子が青色系の発光をする場合には、Al、Ag等を用いることが好ましい。
第1絶縁部材の材料としては、コストや製造容易性から、樹脂を母材とした材料が好ましい。母材となる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物;エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物;ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物;ポリフタルアミド(PPA);ポリカーボネート樹脂;ポリフェニレンサルファイド(PPS);液晶ポリマー(LCP);ABS樹脂;フェノール樹脂;アクリル樹脂;PBT樹脂;ポリプロピレン樹脂(PP);ポリアミド(PA)6、PA66;ポリフェニレンスルファイド樹脂(PPS);ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)等の樹脂が挙げられる。なお、母材の材料は樹脂に限られず、ガラス、ガラエポ、セラミックグリーンシート等の他の材料を用いてもよい。
本実施形態において、光反射性の第2絶縁部材は、導電体コアの側面を被覆する。光反射性の第2絶縁部材は、単層でもよいし複数の層が積層された構造であってもよい。複数の層が積層される場合には、導電体コアに近い側に熱硬化性樹脂の膜、最外周に接着層を備えると、コア部の集合体を作る際に接着材が不要となるか、または少量で済むため、生産性が良い。
遮光性樹脂は、複数のコア部を一体に固定する絶縁部材である。
遮光性とは、発光素子からの光(主として可視光)の例えば70%を遮光可能であり、好ましくは90%、さらに好ましくは95%以上を遮光可能であることを意味する。光を反射するものであってもよく、光を吸収するものであってもよい。例えば白色または黒色である。これにより、樹脂母材の光劣化を抑制することができる。
遮光性樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらの樹脂には、搭載される発光素子の光に対して遮光性を有するために、光反射材、光吸収材等が添加される。これら添加材は粒子状、繊維状等であってもよい。遮光性樹脂は単一の材料から構成されてもよいし複数の異なる材料から構成されてもよく、また、複数のコア部の間のみならず上部あるいは下部に突出していてもよい。
枠体としては、前述した遮光性樹脂と同様の材料を用いることができる。また、遮光性樹脂と同様に光反射材を含有していることが好ましい。また、誘電体多層膜や絶縁膜と金属膜からなる多層膜を用いることもできる。
発光素子載置用基体の上面及び下面に露出された導電体コアの表面には、メッキ等により金属膜が形成されていてもよい。発光素子が載置される側となる発光素子載置用基体の上面側の金属膜は、発光素子からの光に対する反射率が高い金属を用いることが好ましい。また、発光装置の外部電極となる発光素子載置用基体の下面側の金属膜は、半田との濡れ性が良好な金属を用いることが好ましい。最表面の金属膜と導電体コアとの密着性を考慮して下地層となる金属膜を有していてもよく、金属膜は多層構造を有していてもよい。
金属膜は、後述する遮光性樹脂の形成後に設けられてもよく、遮光性樹脂の形成前に導電体コアに設けてもよい。
発光素子載置用基体に搭載可能な発光素子としては、発光ダイオード、レーザダイオード、発光トランジスタ、発光サイリスタなどが挙げられる。
発光素子は、導電体コアの露出面に載置されることが放熱性の面で好ましい。発光素子と導電体コアの間に熱伝導性が良好な絶縁部材あるいは薄い絶縁膜を設けることもある。例えば、サファイヤ基板等の絶縁性基板を用いた発光素子は、導電体コアの露出面にジャンクションアップマウントすることができる。
本実施形態の発光素子載置用基体は、さらに、絶縁性のスペーサ部材を備えてもよい。スペーサ部材をコア部とコア部の間に配置することで、コア部間の距離を設定することができる。これにより、発光素子載置用基体または発光装置の設計の自由度を高めることができる。
絶縁性スペーサ部材の材料としては、例えば、上述の光反射性の絶縁部材と同様の材料を用いることができる。樹脂を用いることで、切削、切断(個片化)などを容易に行うことができる。また、形状は、得られる発光素子載置用基体の設計によって適宜定めることができ、例えば、円柱、角柱(多面体)、球(楕円体含む)、円管(円筒)、またはこれらに近似したものがあげられる。また、最外周に接着層を備えてもよい。絶縁性スペーサ部材の表面は、遮光性樹脂との接合力を高めるため、細かな凹凸形状を有してもよい。
絶縁性スペーサ部材は調整したい距離に応じて、球状のほか、角棒や丸棒などの線状であってもよく、フィルム状や、ある程度の厚みを持ったシート状であってもよい。
発光装置は、発光素子を過電流による破壊から保護する保護素子を備えることができる。保護素子としては、例えば、ツェナーダイオードやコンデンサなどを用いることができる。片面電極のものであれば、ワイヤレスでフェイスダウン実装できるため好ましい。
発光装置は、発光素子を外部からの物理的、化学的な劣化要因から保護するための封止材を有していてもよい。封止材は、発光素子を直接的にまたは間接的に被覆するように形成されていればよく、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを好適に用いることができる。UV−LEDでは、光学ガラスを用いてもよい。
発光装置は、発光素子からの光の一部を異なる波長の光に変換する波長変換部材や光散乱部材を有していてもよい。例えば、封止材に蛍光体等の波長変換物質を含有させていてもよい。また、遮光性樹脂等の樹脂部材は熱伝導性や熱膨張率などの特性を調節するために適宜材質のフィラーを含有してもよい。
14 第2絶縁部材
16 コア部
17 平坦面
18 第1絶縁部材
20 遮光性樹脂
22 金属膜
24 発光素子
26 封止材
37 貫通孔
40 枠体
100 発光素子載置用基体
120 基体準備体
122 発光装置集合体
200 発光装置
Claims (12)
- 凹部又は貫通孔を有する板状の第1絶縁部材を準備する第1工程と、
前記凹部又は前記貫通孔に、遮光性樹脂と、導電体コアの表面に光反射性の第2絶縁部材を有する複数のコア部と、を配置する第2工程と、
前記第2絶縁部材の一部を除去することにより、前記導電体コアの表面を前記第2絶縁部材から露出させる第3工程と、を備える発光素子載置用基体の製造方法。 - 前記第2絶縁部材から露出された前記導電体コアの表面に金属膜を配置する工程を有する請求項1に記載の発光素子載置用基体の製造方法。
- 前記第3工程の前に、コア部の上面及び/または下面を押しつぶす工程を有する請求項1又は2に記載の発光素子載置用基体の製造方法。
- 前記第3工程は、前記第2絶縁部材が除去された領域を前記遮光性樹脂により被覆することを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光素子載置用基体の製造方法。
- 前記第3工程において、溶剤を用いて前記第2絶縁部材を除去する請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光素子載置用基体の製造方法。
- 前記第1絶縁部材を切断する工程を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光素子載置用基体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法により製造された発光素子載置用基体に、発光素子を載置する工程を有する発光装置の製造方法。
- 発光素子載置用基体であって、
複数の導電体コアと、
前記それぞれの導電体コアの側面を被覆する光反射性の第2絶縁部材と、
前記第2絶縁部材同士を接合する遮光性樹脂と、
前記遮光性樹脂と接する第1絶縁部材と、を備え、
前記導電体コアの上面及び前記導電体コアの下面は、前記遮光性樹脂から露出されている発光素子載置用基体。 - 前記導電体コアの表面に金属膜を有する請求項8に記載の発光装置載置用基体。
- 前記複数の導電体コアのうち、少なくとも2以上が、金属膜によって電気的に接続される、請求項8または9のいずれか1項に記載の発光素子載置用基体。
- 請求項8〜10に記載の発光素子載置用基体と、
前記発光素子載置用基体上に載置され、前記複数の導電体コアと電気的に接続された発光素子と、を有する発光装置。 - 前記発光素子は、前記発光素子載置用基体に近い側の面に正負の電極を有しており、前記複数の導電体コアと前記発光素子の正負の電極とがそれぞれ電気的に接続される、請求項11に記載の発光装置。
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