JP2019029459A - 発光装置、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板と発光素子の間の空間におけるアンダーフィルへのボイドの混入が抑えられた発光装置、及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様として、基板１１の表面にｎ電極１２ｎ及びｐ電極１２ｐが配線された配線基板１０と、配線基板１０上に、電極間溝３０を跨いで設置された発光素子２０と、発光素子２０とｎ電極１２ｎとを電気的に接続するバンプ１４ｎと、発光素子２０とｐ電極１２ｐとを電気的に接続するバンプ１４ｐと、配線基板１０と発光素子２０の間の空間を充填するアンダーフィル１６と、電極間溝３０とバンプ１４ｎを挟むｎ電極１２ｎ上の位置、及び電極間溝３０とバンプ１４ｐを挟むｐ電極１２ｐ上の位置に設けられ、アンダーフィル１６に接触する、硬化前のアンダーフィル１６の流れを阻害するための孔１５と、を備えた、発光装置１を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置、及びその製造方法に関する。

従来、ヘッドライト用の発光装置等の、特に高い信頼性が要求される発光装置においては、フェイスダウン実装された発光素子と基板の間の空間に充填されるアンダーフィルと呼ばれる封止樹脂が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

アンダーフィルは、発光素子の電極を覆い、電極が水分や空気に触れることによる損傷（腐食損傷等）を防ぐことができる。また、アンダーフィルは、白色のフィラー等を含むことにより反射材として機能し、発光素子の光取出効率を向上させることができる。

通常、アンダーフィルは、発光素子の近傍に滴下され、毛細管現象を利用して発光素子と基板の間の空間に充填される。具体的には、滴下されたアンダーフィルは、発光素子が接続されたｐ電極とｎ電極の間の溝を毛細管現象によって発光素子に向かって進み、発光素子下に達すると発光素子と基板との間の空間を毛細管現象によって広がり、埋める。

特許文献１に記載の発光装置の製造方法によれば、ｐ電極とｎ電極の間隔が広いアンダーフィル配置部を設けて、そのアンダーフィル配置部にアンダーフィルを滴下する。アンダーフィル配置部は発光素子から離れているため、アンダーフィルを滴下するためのディスペンサーを発光素子の側面ぎりぎりまで接近させる必要がなく、誤ってアンダーフィルが発光素子の側面を覆ったり、上面に付着したりすることによる光取出効率の低下を抑えることができる。また、アンダーフィルの余剰分をアンダーフィル配置部に滞留させることができるため、アンダーフィルの滴下量が多すぎた場合であっても、アンダーフィルが発光素子の側面を覆ったり、上面に付着したりするおそれが少なくなる。

また、従来、基板上の導電部に接続された光素子と、基板上において光素子の下から延びる、光素子から発せられた光を光ファイバに伝送するための伝送部とを備えた光モジュールが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載の光モジュールによれば、基板の表面の導電部は、光素子と電装部との間の空間を充填するためのアンダーフィルから突出した隆起部（バンプ）を有する。この隆起部を有するため、導電部は、その全体がアンダーフィルに被覆されることを回避できる。

特許第５９６２２８５号公報 特開２０１５−２２２７４２号公報

アンダーフィルが用いられた発光装置の製造工程においては、アンダーフィルを発光素子から離れた位置から流動させて発光素子と配線基板との間の空間に充填する際に、アンダーフィルは、発光素子と配線基板との間の空間だけでなく、その外側の領域も流れる。

この外側の領域を通過したアンダーフィルが、発光素子と配線基板との間の空間がアンダーフィルに充填される前に、その空間に反対側から達してしまうと、空間内のアンダーフィルにボイドが混入してしまう。アンダーフィルにボイドが混入すると、アンダーフィルを透過して浸入した水分がボイドに溜まり、発光素子の電極に損傷（腐食損傷等）を与える等の問題が生じる。

本発明の目的は、配線基板と発光素子の間の空間におけるアンダーフィルへのボイドの混入が抑えられた発光装置、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］の発光装置、及び下記［５］〜［８］の発光装置の製造方法を提供する。

［１］基板の表面にｎ電極及びｐ電極が配線された配線基板と、前記配線基板上に、前記ｎ電極と前記ｐ電極の間の電極間溝を跨いで設置された発光素子と、前記発光素子と前記ｎ電極とを電気的に接続する第１の導電部材と、前記発光素子と前記ｐ電極とを電気的に接続する第２の導電部材と、前記配線基板と前記発光素子の間の空間を充填するアンダーフィルと、前記電極間溝と前記第１の導電部材を挟む前記ｎ電極上の位置、及び前記電極間溝と前記第２の導電部材を挟む前記ｐ電極上の位置に設けられ、前記アンダーフィルに接触する、硬化前の前記アンダーフィルの流れを阻害するための流動阻害部と、を備えた、発光装置。

［２］前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた孔である、上記［１］に記載の発光装置。

［３］前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた突起部である、上記［１］に記載の発光装置。

［４］前記流動阻害部が、前記アンダーフィルに覆われた、上記［３］に記載の発光装置。

［５］基板の表面にｎ電極及びｐ電極が配線された配線基板と、前記配線基板上に、前記ｎ電極と前記ｐ電極の間の電極間溝を跨いで設置された発光素子と、前記発光素子と前記ｎ電極とを電気的に接続する第１の導電部材と、前記発光素子と前記ｐ電極とを電気的に接続する第２の導電部材と、を備えた発光装置の製造方法であって、前記配線基板上にアンダーフィルを滴下し、前記電極間溝において生じる毛細管現象を利用して、滴下した前記アンダーフィルを前記発光素子に向かって流動させ、前記配線基板と前記発光素子の間の空間に充填する工程、を含み、前記電極間溝と前記第１の導電部材を挟む前記ｎ電極上の領域を通る第１の経路、及び前記電極間溝と前記第２の導電部材を挟む前記ｐ電極上の領域を通る第２の経路上の前記アンダーフィルの流れを流動阻害部により阻害し、前記空間が前記アンダーフィルで充填される前に前記第１の経路又は前記第２の経路を通った前記アンダーフィルが前記空間に到達することによる、前記空間における前記アンダーフィルへのボイドの混入を抑える、発光装置の製造方法。

［６］前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた孔である、上記［５］に記載の発光装置の製造方法。

［７］前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた突起部である、上記［５］に記載の発光装置の製造方法。

［８］前記流動阻害部が、前記アンダーフィルに覆われる、上記［７］に記載の発光装置の製造方法。

本発明によれば、配線基板と発光素子の間の空間におけるアンダーフィルへのボイドの混入が抑えられた発光装置、及びその製造方法を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の切断線Ａ−Ａ、切断線Ｂ−Ｂにおいて切断された発光装置１の垂直断面図である。 図３は、図１の１つの発光素子の周辺を拡大した上面図であり、アンダーフィルを充填する前の状態を示す。 図４（ａ）、（ｂ）は、図３の切断線Ｃ−Ｃにおいて切断された発光装置の垂直断面図であり、図４（ａ）はアンダーフィルを充填する前の状態を示し、図４（ｂ）はアンダーフィルを充填した後の状態を示す。 図５（ａ）、（ｂ）は、図３の切断線Ｄ−Ｄにおいて切断された発光装置の垂直断面図であり、図５（ａ）はアンダーフィルを充填する前の状態を示し、図５（ｂ）はアンダーフィルを充填した後の状態を示す。 図６（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。

〔実施の形態〕
図１は、実施の形態に係る発光装置１の上面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の切断線Ａ−Ａ、切断線Ｂ−Ｂにおいて切断された発光装置１の垂直断面図である。図１は、アンダーフィル１６及び封止樹脂１７を充填する前の状態を示し、図２（ａ）、（ｂ）は、アンダーフィル１６及び封止樹脂１７が充填された後の状態を示している。

発光装置１は、基板１１の表面にｐ電極及びｎ電極が配線された配線基板１０と、配線基板１０のｐ電極及びｎ電極に導電部材を介して接続された発光素子２０とを有する。

配線基板１０は、基板１１と、基板１０の表面に配線された電極１２を有する。

基板１０は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃基板、ＡｌＮ基板等のセラミック基板、表面が絶縁膜で覆われたＡｌ基板やＣｕ基板等の金属基板、又はガラスエポキシ基板であり、電極１２は、銅等の導電材料からなる。

電極１２は、発光素子２０に電流を供給するｎ電極又はｐ電極として機能する。すなわち、各々の発光素子２０に接続される２つの電極１２のうち、一方がｎ電極となり、他方がｐ電極となる。

各々の発光素子２０は、配線基板１０上の隣接する電極１２の間の溝、すなわちｐ電極とｎ電極の間の溝である電極間溝３０を跨いで設置されている。このため、各々の発光素子２０の下には電極間溝３０が走っている。電極間溝３０は、隣接する電極１２の側面を内側側面とする溝、すなわち、ｐ電極とｎ電極の側面を内側側面とする溝である。

なお、発光装置１の電極パターンは、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示される電極１２で構成されるパターンに限定されず、また、発光素子の個数や配置も図１、２に示される発光素子２０のものに限定されない。

発光素子２０は、例えば、チップ基板と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む結晶層とを有するＬＥＤチップである。発光素子２０は、配線基板１０側に結晶層を向けた状態で実装、すなわちフェイスダウン実装されている。チップ基板はサファイア等からなる透明基板であり、チップ基板側から光を取り出す。

図２（ａ）、（ｂ）に示される例では、発光素子２０が、バンプ１４を介して電極１２に接続されている（フリップチップ実装）。また、発光素子２０は、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。

バンプ１４は、はんだ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電材料からなる。また、バンプ１４の代わりに導電ペースト等の他の形態の導電部材を用いてもよい。

アンダーフィル１６は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填され、発光素子２０の電極を覆い、発光素子２０の電極が水分や空気に触れることによる損傷（腐食損傷等）を防ぐことができる。また、アンダーフィル１６は、配線基板１０と発光素子２０の接合強度を向上させることもできる。アンダーフィル１６は、流動性を有する状態で配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填された後、硬化する。

アンダーフィル１６は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。また、アンダーフィル１６は、白色のフィラー等を含むことにより反射材として機能し、発光素子の光取出効率を向上させることができる。

電極１２は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間の外側の領域における、硬化前のアンダーフィル１６の流動を阻害するための、流動阻害部としての孔１５を有する。孔１５は、電極１２を貫通する貫通孔であってもよいし、貫通しない電極１２の窪みであってもよい。孔１５の具体的な位置や機能については後述する。

発光素子２０上には、蛍光体板２１が設置されている。蛍光体板２１は、平板状の蛍光体含有部材又は蛍光体、例えば、蛍光体粒子が分散した平板状の樹脂等の透明部材、平板状の蛍光体の焼結体、平板状の単結晶蛍光体からなる。蛍光体板２１に含まれる、又は蛍光体板２１を構成する蛍光体の蛍光色は特に限定されない。

発光素子２０は、蛍光体板２１に含まれる、又は蛍光体板２１を構成する蛍光体の励起光源として機能し、発光素子２０の発光色と蛍光体板２１の発光色の混色が発光装置１の発光色になる。例えば、発光素子２０の発光色が青色であり、蛍光体板２１の発光色が黄色である場合、発光装置１の発光色は白色になる。

発光装置１は、図１に示されるように、発光素子２０に電気的に接続された、サージ電圧を吸収するためのツェナーダイオード２２を有してもよい。この場合、ツェナーダイオード２２がアンダーフィル１６の滴下の邪魔になることや、滴下されたアンダーフィル１６がツェナーダイオード２２側に引き寄せられることを防ぐため、ツェナーダイオード２２の設置位置が電極間溝３０の延長線上から外れていることが好ましい。

また、発光装置１は、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、発光素子２０の設置領域を取り囲むように形成された環状のダム１３を有してもよい。ダム１３は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなり、酸化チタン等の白色染料を含んでもよい。

ダム１３の内側の領域には、発光素子２０を封止する封止樹脂１７が充填される。封止樹脂１７は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂からなる。また、封止樹脂１７は蛍光体を含んでもよい。

図３は、図１の１つの発光素子２０の周辺を拡大した上面図であり、アンダーフィル１６を充填する前の状態を示している。

図３においては、発光素子２０が接続された２つの電極をそれぞれｎ電極１２ｎ、ｐ電極１２ｐとし、発光素子２０とｎ電極１２ｎとを電気的に接続するバンプ１４、発光素子２０とｐ電極１２ｐとを電気的に接続するバンプ１４をそれぞれバンプ１４ｎ、バンプ１４ｐとする。

また、図３においては、発光素子２０は点線で示し、隣接する他の発光素子２０、ｎ電極１２ｎ及びｐ電極１２ｐ以外の電極１２、並びに蛍光体板２１の図示は省略する。

孔１５は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間の外側の位置、すなわち、電極間溝３０とバンプ１４ｎを挟むｎ電極１２ｎ上の位置、及び電極間溝３０とバンプ１４ｐを挟むｐ電極１２ｐ上の位置に設けられている。

図４（ａ）、（ｂ）は、図３の切断線Ｃ−Ｃにおいて切断された発光装置１の垂直断面図であり、図４（ａ）はアンダーフィル１６を充填する前の状態を示し、図４（ｂ）はアンダーフィル１６を充填した後の状態を示す。

図５（ａ）、（ｂ）は、図３の切断線Ｄ−Ｄにおいて切断された発光装置１の垂直断面図であり、図５（ａ）はアンダーフィル１６を充填する前の状態を示し、図５（ｂ）はアンダーフィル１６を充填した後の状態を示す。

アンダーフィル１６は、流動性を有する状態でディスペンサー等により配線基板１０上に滴下され、配線基板１０の電極間溝３０の端部に接触すると、電極間溝３０において生じる毛細管現象により、発光素子２０に向かって流動する。アンダーフィル１６の滴下位置は、典型的には、図３に示される滴下位置３１である。

滴下されたアンダーフィル１６は、滴下位置３１から、主に図３に矢印で示される３つの経路に沿って流れる。経路Ｐ１は、バンプ１４ｎとバンプ１４ｐの内側の配線基板１０と発光素子２０の間の空間を通る経路である。経路Ｐ２は、電極間溝３０とバンプ１４ｎを挟むｎ電極１２ｎ上の領域を通る経路である。経路Ｐ３は、電極間溝３０とバンプ１４ｐを挟むｐ電極１２ｐ上の領域を通る経路である。すなわち、経路Ｐ２及び経路Ｐ３は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間の外側を通る経路である。

ここで、通常、経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６の流速が経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通るアンダーフィル１６の流速よりも十分に大きければ、アンダーフィル１６は配線基板１０と発光素子２０の間の空間に問題なく充填される。

しかしながら、経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６が配線基板１０と発光素子２０の間の空間を充填する前に、経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通過したアンダーフィル１６が配線基板１０と発光素子２０の間の空間に（図３の上側から）到達すると、経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６にとっての配線基板１０と発光素子２０の間の空間の出口の一部又は全部を経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通過したアンダーフィル１６が塞ぐことになり、配線基板１０と発光素子２０の間の空間においてアンダーフィル１６へボイドが混入するおそれがある。

本実施の形態に係る発光装置１においては、電極１２に設けられた流動阻害部としての孔１５により、経路Ｐ２及び経路Ｐ３上のアンダーフィル１６の流れを阻害し、上述の配線基板１０と発光素子２０の間の空間におけるアンダーフィル１６へのボイドの混入を抑えている。これにより、アンダーフィル１６へのボイドの混入に起因する、発光素子の電極が水分に触れることによる損傷（腐食損傷等）の発生や、配線基板１０と発光素子２０の接合強度の低下を抑えている。

図６（ａ）、（ｂ）は、発光装置１の変形例である発光装置２の垂直断面図である。図６（ａ）、（ｂ）の発光装置２の断面の切断位置は、図５（ａ）、（ｂ）の発光装置１の断面の切断位置に対応し、図６（ａ）はアンダーフィル１６を充填する前の状態を示し、図６（ｂ）はアンダーフィル１６を充填した後の状態を示す。

発光装置２は、流動阻害部として、発光装置１の孔１５の代わりに突起部１８を備えている。突起部１８は、電極１２上の孔１５と同じ位置に設けることができる。

突起部１８は、電極１２の一部であってもよいし、別体として電極１２の表面上に設置されるものであってもよい。また、突起部１８は、図６（ｂ）に示されるように、アンダーフィル１６により覆われてもよいし、覆われずに露出していてもよい。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、配線基板と発光素子の間の空間におけるアンダーフィルへのボイドの混入が抑えられた発光装置、及びその製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２ 発光装置
１０ 配線基板
１１ 基板
１２、１２ｎ、１２ｐ 電極
１３ ダム
１４ バンプ
１５ 孔
１６ アンダーフィル
１７ 封止樹脂
１８ 突起部
２０ 発光素子
２１ 蛍光体板
３０ 電極間溝

Claims (8)

1. 基板の表面にｎ電極及びｐ電極が配線された配線基板と、
   前記配線基板上に、前記ｎ電極と前記ｐ電極の間の電極間溝を跨いで設置された発光素子と、
   前記発光素子と前記ｎ電極とを電気的に接続する第１の導電部材と、
   前記発光素子と前記ｐ電極とを電気的に接続する第２の導電部材と、
   前記配線基板と前記発光素子の間の空間を充填するアンダーフィルと、
   前記電極間溝と前記第１の導電部材を挟む前記ｎ電極上の位置、及び前記電極間溝と前記第２の導電部材を挟む前記ｐ電極上の位置に設けられ、前記アンダーフィルに接触する、硬化前の前記アンダーフィルの流れを阻害するための流動阻害部と、
   を備えた、
   発光装置。
2. 前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた孔である、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた突起部である、
   請求項１に記載の発光装置。
4. 前記流動阻害部が、前記アンダーフィルに覆われた、
   請求項３に記載の発光装置。
5. 基板の表面にｎ電極及びｐ電極が配線された配線基板と、前記配線基板上に、前記ｎ電極と前記ｐ電極の間の電極間溝を跨いで設置された発光素子と、前記発光素子と前記ｎ電極とを電気的に接続する第１の導電部材と、前記発光素子と前記ｐ電極とを電気的に接続する第２の導電部材と、を備えた発光装置の製造方法であって、
   前記配線基板上にアンダーフィルを滴下し、前記電極間溝において生じる毛細管現象を利用して、滴下した前記アンダーフィルを前記発光素子に向かって流動させ、前記配線基板と前記発光素子の間の空間に充填する工程、
   を含み、
   前記電極間溝と前記第１の導電部材を挟む前記ｎ電極上の領域を通る第１の経路、及び前記電極間溝と前記第２の導電部材を挟む前記ｐ電極上の領域を通る第２の経路上の前記アンダーフィルの流れを流動阻害部により阻害し、前記空間が前記アンダーフィルで充填される前に前記第１の経路又は前記第２の経路を通った前記アンダーフィルが前記空間に到達することによる、前記空間における前記アンダーフィルへのボイドの混入を抑える、
   発光装置の製造方法。
6. 前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた孔である、
   請求項５に記載の発光装置の製造方法。
7. 前記流動阻害部が、前記ｎ電極及び前記ｐ電極に設けられた突起部である、
   請求項５に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記流動阻害部が、前記アンダーフィルに覆われる、
   請求項７に記載の発光装置の製造方法。

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