JP2019212879A - フリップチップ型発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放熱性と共に体積が減縮できるフリップチップ型発光モジュールを提供することである。【解決手段】本発明は、放熱基板、パッケージ部品、及び発光チップを含むフリップチップ型発光モジュールを公開する。前記パッケージ部品は、前記放熱基板を囲むフレーム、及び前記フレームに設けられるレンズユニットを備える。前記フレームは導電経路を備える。前記発光チップは前記放熱基板に設けられ、前記発光チップが、同側に位置する頂部導電接触子及び発光面を備える。前記頂部導電接触子は電気伝導体を介して、前記導電経路に電気接続する。【選択図】図２

Description

本発明は発光モジュールに関し、特にフリップチップ型発光モジュールに関する。

人間の生活は照明とは切り離せず、照明器具は従来の白熱灯から徐々に他の照明器具により置き換えられる。例えば、発光ダイオードは、小型、低消費電力、低駆動電圧の利点を有し、駆動回路を含む主回路基板と共にモジュールを形成すると、光源として他の装置に適用することができる。このようなモジュールは、ハウスランプインジケータ、ディスプレイのバックライト、携帯電子機器の照明モジュール、検出装置の光源、またはヘッドライトなどの分野で広く使用されている。

図１を参照する。既存の発光モジュール９は、主回路基板９１、発光チップ９２、２つの導線９３、及びパッケージ部品９４を含む。該発光チップ９２は主回路基板９１に設けられると共に、それぞれ反対側位置される２つの導電性接点９２１及び光軸Ｌを含む。導線９３毎の一端が対応する導電性接点９２１に電気接続され、他端が前記主回路基板９１に電気接続される。該パッケージ部品９４は、該発光チップ９２の外側に設けられる支持枠９４１と、該支持枠９４１に設けられると共に該発光チップ９２と対向するレンズ９４２とを含む。

該主回路基板９１はポリマーで作られて、熱伝導性及び放熱性が良くないため、別途に放熱構成が設けない場合、主回路基板９１に貼り付ける該発光チップ９２は放熱が不十分のために過熱して破損することがよくある。さらに、既存の実装方法では、ワイヤーボンド（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）により電気接続を実行する。すなわち、支持枠９４１を組み合わせるときに、それらの導線９３を圧迫して損壊又は落ちることに導かないために、該発光チップ９２と該支持枠９４１との間に十分なスペースを確保しなければならない。同じように、該支持枠９４１が該光軸Ｌに沿って形成される予約空間はあまり短く形成してもいけない。さもなければ、導線９３を圧迫する恐れがある。そのため、このようなパッケージ構造の設計は、体積をさらに小さくすることが困難であるという欠点を有する。

本発明が解決しようとする課題は、従来技術の不足に対して、良好な放熱性と共に体積が減縮できるフリップチップ型発光モジュールを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明が採る１つの技術手段は、放熱基板、パッケージ部品及び発光チップを含むフリップチップ型発光モジュールを提供する。前記パッケージ部品は、前記放熱基板を囲むフレーム、及び前記フレームに設けられるレンズユニットを含む。前記フレームは導電経路を含む。前記発光チップは前記放熱基板に配置される。前記発光チップは、同側に位置される頂部導電接触子及び発光面を含む。前記頂部導電接触子は電気伝導体を介して前記導電経路に電気接続される。

本発明による有益な効果としては、発光チップと放熱基板との貼り合いにより放熱効果を効果的に高めることができる。また、フレームにおける導電経路により、電気伝導体と合わせて、発光チップは、配線スペースを確保するために空間を保留することを必要せずに、フリップチップの方式でパッケージ部品を通じて外部（例えば、主回路基板）と電気接続することができる。それにより、フリップチップ型発光モジュールの体積を効果的に小さくすることができ、小型化製品に適用することに最適となる。また、発光チップはワイヤーボンドの代わりにフリップチップの方式で実装を行うため、発光チップを使用する電子製品は発光チップに対して信号を高速にスイッチングしても信号遅延の問題は発生しない。

既存の発光モジュールを示す側面断面模式図である。 本発明に係る第１の実施形態を示す側面断面模式図である。 第１の実施形態の導電経路がフレームの外面に形成されることを説明する側面部分断面模式図である。 第１の実施形態の導電経路がフレームの内部に形成されることを説明する側面部分断面模式図である。 第１の実施形態の変更のもう一つの側面を説明する側面断面模式図である。 第１の実施形態の変更のさらにもう一つの側面を説明する側面断面模式図である。 本発明に係る第２の実施形態を示す側面断面模式図である。 本発明に係る第３の実施形態を示す側面断面模式図である。 本発明に係る第４の実施形態を示す側面断面模式図である。

本発明の特徴及び技術内容がより一層分かるように、以下本発明に関する詳しい説明と添付図面を参照するが、提供される添付図面は、参考と説明を提供するためのものに過ぎず、本発明を制限するためのものではない。

以下に所定の具体的実施例により、本発明に開示される「フリップチップ型発光モジュール」に関する実施の態様を説明するが、当業者は、本明細書に開示される内容から本発明のメリットと効果が分かる。本発明は他の異なる具体的実施例により実施または応用されてもよく、本明細書中のそれぞれの詳細は、異なる観点と応用に基づき、本発明の趣旨を逸脱することなく各種の変形と変更を行ってもよい。また、本発明の添付図面は簡単な模式的説明に過ぎず、実際の寸法に従い示されるものではないことをまず明らかにしておく。以下の実施の態様は、本発明の関連技術内容をより詳しく説明するが、開示される内容は本発明の保護範囲を制限するためのものではない。

［第１の実施形態］
図２を参照する。本発明に係る第１の実施形態は主回路基板７とお互いに協働するために主回路基板７に取り付けるのに適しているフリップチップ型発光モジュールを提供する。また、フリップチップ型発光モジュールは直接に外部電源と電気接続して、駆動動作されるように使われてもよい。その使用する方式又は分野は本発明の焦点ではないため、ここでは繰り返さない。

フリップチップ型発光モジュールは放熱基板１、発光チップ２、導電性接着剤層３、パッケージ部品４、及び電気伝導体６を含む。

放熱基板１はアルミニウム基板、銅基板、或いは熱伝導または熱放散できる任意の基板から選ばれるものである。放熱基板１の一側は主回路基板７と電気接続され、他側は発光チップ２と電気接続される。

発光チップ２は放熱基板１に配置されると共に、頂部導電接触子２１、底部導電接触子２２、発光面２３、及び発光面２３から外方へ延びる光軸Ｌを含む。頂部導電接触子２１及び発光面２３はいずれも放熱基板１と反対する同側に位置される。底部導電接触子２２は放熱基板１と電気接続され、底部導電接触子２２が導電性接着剤層３を介して放熱基板１に粘着することが好ましい。頂部導電接触子２１は正又は負の電極の一方となり、底部導電接触子２２は正又は負の電極の他方となる。発光チップ２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レゾナントキャビティー型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、又は垂直共振型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）から選ばれるものである。第１の実施形態において、面発光レーザチップを例として説明する。

パッケージ部品４において、光軸Ｌに沿って延伸される光路５が規定され、かつ、パッケージ部品４において、フレーム４１、導電経路４２、レンズユニット４４、及び充填剤層４４を含む。フレーム４１は放熱基板１を囲んで、放熱基板１の外側を囲む側壁部４１１、及び側壁部４１１から頂部導電接触子２１に延伸する延長壁部４１２と含む。延長壁部４１２は頂部導電接触子２１と対向する。フレーム４１の材料はプラスチック材料、セラミック材料または任意の絶縁材料であり得る。中でも、セラミック材料は、より良好な機械的強度および耐熱性を含むため、第１の実施形態はセラミック材料を例として説明する。

導電経路４２はフレーム４１に設けられ、外部接続端部４２１、内部接続端部４２２、及び外部接続端部４２１と内部接続端部４２２との間に延伸される経路本体４２３を含む。外部接続端部４２１はフレーム４１の側壁部４１１に位置され、外部素子と電気接続するように使われる、内部接続端部４２２はフレーム４１の延長壁部４１２に位置され、頂部導電接触子２１と電気接続するように使われる。経路本体４２３はフレーム４１に配置されるように、フレーム４１の内面に形成されるか（図２に示すように）、フレーム４１の外面（図３に示すように）に形成されるか、またはフレーム４１の内部（図４に示すように）に埋設されるかのいずれに構成されてもよい。本実施形態において、経路本体４２３はフレーム４１の内面に配置される。導電経路４２としては、導線金属ばね板、又は他の導電性を有するものが挙げられる。第１の実施形態には導線を例として説明する。

充填剤層４３はフレーム４１の内側に設けられ、放熱基板１と発光チップ２と連結される。そのため、充填剤層４３はフレーム４１と放熱基板１と発光チップ２との間に形成された隙間に充填され、互いの結合をより堅固にし、本発明におけるフリップチップ型発光モジュールの全体的な構成強度を高めることができる。

レンズユニット４４はフレーム４１に配置され、支持枠４４１及びレンズ４４２を含む。支持枠４４１は透光性のない材料で形成され、支持枠４４１がフレーム４１から光軸Ｌに沿って延伸されて、フレーム４１と共に光軸Ｌを中心として光路５を規定する。支持枠４１１がフレーム４１に取り付ける方式には制限されない。第１の実施形態においては、粘着剤により両者を粘着することを例として説明する。レンズ４４２は支持枠４４１に配置され、光路５に位置される。レンズ４４２としては、平面レンズ、集光レンズ、乱視レンズ、又は他のタイプのレンズのいずれを採用してもよい。レンズ４４２の材料は透明プラスチック又はガラスのいずれかを採用してもよい。前記透明プラスチックとしては、ポリメチルエステル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，ＰＣ）、ポリエーテルイミド（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ，ＰＥＩ）、環状オレフィン共重合体（Ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｌｙｍｅｒ，ＣＯＣ）、又はそれらの混合物から選ばれるものである。第１の実施形態において、レンズ４４２は平面レンズ４４２で、かつ、ガラスにより構成されるものを例として説明する、なお、前記構成又は材料の選択は例としたものであり、それに制限されない。

説明に値するのは、レンズユニット４４におけるレンズ４４２の数は２つ以上であってもよい。かつ、レンズのそれぞれのタイプ又は材料は必要に応じて、同じであっても、異なっていってもよい。

電気伝導体６は発光チップ２とパッケージ部品４との間に配置され、それにより、導電経路４２と発光チップ２の頂部導電接触子２１とを電気接続させる。中でも、電気伝導体６は溶接ボールにより構成され、フレーム４１の延長壁部４１２と発光チップ２の頂部導電接触子２１との間に挟持される。そのため、再溶融した結果、延長壁部４１２に位置される導電経路４２と頂部導電接触子２１とを電気接続させる。

フリップチップ型発光モジュールの製造方法は、例えば、導電性接着剤層３により放熱基板１と発光チップ２とを粘着してから、頂部導電接触子２１に溶接ボールを電気伝導体６として付けて、そして、放熱基板１と発光チップ２とをフレーム４１に配置して、電気伝導体６をフレーム４１の延長壁部４１２の内側に当接するようにフレーム４１と発光チップ２とを互いに近接するように押して、そして電気伝導体６を再溶融して、導電経路４２と頂部導電接触子２１とを電気接続させて、そして、充填剤層４３を充填してから、レンズユニット４４をフレーム４１に取り付けて、そのようにして、フリップチップ型発光モジュールの製造を完成する。前述の製造方法は、実現可能なプロセスを例示するだけであり、製造者は、実際の必要性に応じてプロセスシーケンスまたはステップを容易に調整することができる。フリップチップ型発光モジュールの製造方法は上記に制限されないことはいうまでもない。

パッケージ部品４の技術的な構成を介して発光チップ２はフリップチップ実装技術によって組み立てることができ、アセンブリは比較的単純であり、製造速度も生産能力も効果的に高めることができる。また、本実施形態は、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）による電気的接続のための予備スペースが必要となる欠点を避けることができる。フリップチップ型発光モジュールの体積を効果的に下がることが可能で、小型化製品の適用に適している。

説明に値するのは、発光チップ２の頂部導電接触子２１及び底部導電接触子２２の配置位置の変更に伴い、パッケージ部品４内の配線も合わせて調整することが好ましい。図５に示すように、第１の実施形態の変更のもう一つの側面において、発光チップ２はさらに他の頂部導電接触子２１を含み、かつ、頂部導電接触子２１はそれぞれ発光面２３の反対側に位置される。同時に、パッケージ部品４はさらに他の導電経路４２を含む。前記フリップチップ型発光モジュールはさらに他の電気伝導体６を含み、電気伝導体６は頂部導電接触子２１をそれぞれ導電経路４２と電気接続させる。この変更実施形態において、底部導電接触子２２は正又は負の電極の一方となり、頂部導電接触子２１は正又は負の電極の他方となる。他に説明に値するのは、頂部導電接触子２１における１つの頂部導電接触子２１は信号伝送用の導電性接点としてもよい。図６に示すように、第１の実施形態の他の変更実施形態において、発光チップ２は底部導電接触子２２を備えず、２つの頂部導電接触子２１を備える。この場合、頂部導電接触子２１はそれぞれ正又は負の電極とされる。パッケージ部品４の導電経路４２は対応的に２本が備えられ、かつ、それぞれ頂部導電接触子２１と電気接続される。なお、発光チップ２の導電性接点は如何に配置されても、パッケージ部品４の構成によれば、発光チップ２をフリップチップ実装技術で組み立てることができて、同様の効果が果たせる。

上述した説明によれば、第１の実施形態のメリットは次のように要約される。
Ｉ、発光チップ２と放熱基板１との貼り合わせにより、効果的に放熱効果を向上させることができる。かつ、フレーム４１における導電経路４２を介して、発光チップ２は配線スペースを確保する必要なくパッケージ部品４を通じて外部と電気的に接続することができる。それにより、フリップチップ型発光モジュールの体積を効果的に低減することができて、小型化製品の適用に適している。

ＩＩ、フレーム４１における延長壁部４１２の構成により、発光チップ２とフレーム４１における導電経路４２との間の電気接続が容易になる。実装を行う時、電気伝導体６が延長壁部４１２に接触すると、電気伝導体６が導電経路４２に近接するか又は当接することを示しており、この場合、電気接続（例えば、溶接ボールを再溶融させる）電気的接続が行われる限り、効果的に発光チップ２と導電経路４２とを互いに電気接続させることができる。

ＩＩＩ、フレーム４１の構成は導電性接点配置が多種となる発光チップ２に適用し得る。発光チップ２に頂部導電接触子２１が設けられる限り、フレーム４１と互いに合わせてフリップチップ実装技術を使用して実装を行うことができる。

ＩＶ、充填剤層４３がフレーム４１と放熱基板１及び発光チップ２との間に形成される隙間に充填されることにより、それらの素子を互いに安定させることができると共にフレーム４１と発光チップ２との相対的な移動による電気伝導体６の脱落および損傷を避けることができる。かつ、充填剤層４３は導電経路４２が放熱基板１に接触して短絡を発生させることを避けることができる。そのように、充填剤層４３は全体の構造安定性を改善し、短絡を防止することができる。

Ｖ、発光チップ２はワイヤボンディングの代わりにフリップチップを使用するため、発光チップ２を使用する電子製品は発光チップ２に対して信号を高速にスイッチングしても信号遅延の問題は発生しない。

ＶＩ、本発明における発光チップ２は２つ以上の導電性接点を採用し得るため、発光チップ２は電力と信号の伝送を同時に行うことができる。

［第２の実施形態］
図７を参照する。本発明に係る第２の実施形態は大まかに第１の実施形態と同様であり、それらの差異点としては、発光チップ２は２つの頂部導電接触子２１及び２つの底部導電接触子２２を含み、かつ、それと対応するように、放熱基板１は離隔して配置される複数の板１１を含む。隣り合う２つの板１１は共に放熱経路１２を規定している。

板１１の数量は、実際の必要に応じて、２つ、３つ、又は４つ以上であってもよい。本実施形態において、板１１の数量は２つであり、放熱経路１２の数量は１つである。

斯くして、第２の実施形態は第１の実施形態のメリットのみならず、さらに発光チップ２の他の実現構成を開示し、その発光チップ２は複数の底部導電接触子２２を備える。上記構成と対応するように、対応的に複数の板１１により放熱基板１を構成すればよい。その放熱経路１２を介して、放熱効果をさらに高めることができる。

説明に値するのは、底部導電接触子２２が１つしかないとしても、同じように複数の板１１により放熱基板１を構成するものを採用することができる。すなわち、１つの底部導電接触子２２を２枚又は３枚以上の板１１に貼り付けるように、同じように放熱基板１に導電性を持たせることができる。また、放熱経路１２を介して放熱効果をさらに高めることができる。

［第３の実施形態］
図８を参照する。本発明に係る第３の実施形態は大まかに第１の実施形態と同様であり、それらの差異点としては、レンズユニット４４が支持枠４４１（図２に示すように）を含まず、かつ、レンズ４３１は直接にフレーム４１に配置され、即ち、フレーム４１は同時に支持枠４４１の機能を負担することにある。

支持枠４４１（図２に示すように）を取り外すことにより、フリップチップ型発光モジュールの高さをさらに小さくして、全体的な体積をさらに減縮することができる。そのように、第３の実施形態は第１の実施形態のメリットのみならず、さらに体積を減縮するメリットもある。

また、第３の実施形態における発光チップ２の導電性接点の配置方式は第１の実施形態に示したいずれの実施形態と同様であり、使用者は実際の状況に応じて調整し得て、任意の制限はされない。しかしながら、説明の便宜上に、第３の実施形態の発光チップ２は２つの頂部導電接触子２１及び１つの底部導電接触子２２に係る様態を採用する。

［第４の実施形態］
図９を参照する。本発明に係る第４の実施形態は大まかに第１の実施形態と同様で、主な差異点としては、支持枠４４１とフレーム４１とは一体成形となるように製造される。

支持枠４４１とフレーム４１とを一体成形となるように製造することを介して、フリップチップ型発光モジュールを実装するとき、支持枠４４１とフレーム４１との組立が不要のみならず、パッケージ部品４の構成の強度をさらに高めることができる。

そのように、第４の実施形態は第１の実施形態のメリットのみならず、さらに、プロセスを単純化し、構造強度を高めるという利点を有する。

また、第４の実施形態における発光チップ２の導電性接点の配置方式は第１の実施形態に示したいずれの実施形態と同様であり、使用者は実際の状況に応じて調整し得て、任意の制限はされない。説明の便宜上に、第４の実施形態の発光チップ２は２つの頂部導電接触子２１及び１つの底部導電接触子２２に係る様態を採用する。

上記を纏めて、パッケージ部品４の技術的な構成により、発光チップ２はフリップチップパッケージ技術によって組み立てることができ、ワイヤボンディングのために確保されたスペースを節約して、かつ、発光チップ２を直接に放熱基板１に貼り付けることができるため、確実に本発明による体積減縮及び放熱性を向上させる目的を達成することができて、既存技術のデメリットを解決することができる。また、発光チップ２はワイヤーボンドの代わりにフリップチップの方式で実装を行うため、発光チップ２を使用する電子製品は発光チップに対して信号を高速にスイッチングしても信号遅延の問題は発生しない。

上述したのは本発明の好ましい実施可能な実施例に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するためのものではなく、特許請求の範囲に基づき為された均等の変形と変更は、全て特許請求の範囲の保護範囲に属するものとする。

１ 放熱基板
１１ 板
１２ 放熱経路
２ 発光チップ
２１ 頂部導電接触子
２２ 底部導電接触子
２３ 発光面
３ 導電性接着剤層
４ パッケージ部品
４１ フレーム
４１１ 側壁部
４１２ 延長壁部
４２ 導電経路
４２１ 外部接続端部
４２２ 内部接続端部
４２３ 経路本体
４３ 充填剤層
４４ レンズユニット
４４１ 支持枠
４４２ レンズ
５ 光路
６ 電気伝導体
７ 主回路基板
９ 発光モジュール
９１ 主回路基板
９２ 発光チップ
９２１ 導電性接点
９３ 導電経路
９４ パッケージ部品
９４１ 支持枠
９４２ レンズ
Ｌ 光軸

Claims (10)

1. 放熱基板と、
   導電経路を有し、前記放熱基板を囲むフレームと、前記フレームに設けられるレンズユニットとを含む、パッケージ部品と、
   同側に位置する頂部導電接触子及び発光面を含み、前記放熱基板に配置される発光チップと、
   を備え、
   前記頂部導電接触子は電気伝導体を介して前記導電経路と電気的に接続される、フリップチップ型発光モジュール。
2. 前記フレームは、前記放熱基板の外側を囲む側壁部、及び前記側壁部から前記頂部導電接触子に延伸する延長壁部を含み、
   前記導電経路は、前記側壁部に位置される外部接続端部と、前記延長壁部に位置されると共に、前記電気伝導体を介して前記頂部導電接触子と電気接続される内部接続端部とを備える、請求項１に記載するフリップチップ型発光モジュール。
3. 前記導電経路はさらに前記外部接続端部と前記内部接続端部との間で延伸する経路本体を含み、
   前記経路本体は前記フレームの内面、外面、及び内部のいずれか１つの位置に位置される、請求項２に記載するフリップチップ型発光モジュール。
4. 前記放熱基板は金属板により形成され、前記発光チップはさらに前記放熱基板と電気接続される底部導電接触子を含む、請求項１に記載するフリップチップ型発光モジュール。
5. 前記発光チップはさらに他の頂部導電接触子を備え、
   前記パッケージ部品はさらに他の導電経路を備え、
   前記フリップチップ型発光モジュールはさらに他の電気伝導体を備え、前記電気伝導体は前記頂部導電接触子をそれぞれ前記導電経路と電気接続される、請求項１に記載するフリップチップ型発光モジュール。
6. 前記放熱基板は離隔して配置される複数の板により構成され、前記板は金属板により形成され、隣り合う２つの前記板は共に放熱経路を規定し、
   前記発光チップはさらに複数の底部導電接触子を含み、前記底部導電接触子はそれぞれ前記板と電気接続される、請求項５に記載するフリップチップ型発光モジュール。
7. 前記発光チップはさらに前記発光面から外方へ延びる光軸を含み、
   前記レンズユニットはさらに前記フレームに位置される支持枠及びレンズを含み、
   前記支持枠と前記フレームとは共に前記光軸を中心にして光路を規定し、
   前記レンズは前記支持枠に配置され、前記光路に位置する、請求項１に記載するフリップチップ型発光モジュール。
8. 前記支持枠と前記フレームとは一体成形となるように製造される、請求項７に記載するフリップチップ型発光モジュール。
9. 前記パッケージ部品はさらに前記フレームと前記放熱基板との間に充填される充填剤層を含む、請求項１に記載するフリップチップ型発光モジュール。
10. 前記パッケージ部品のフレームはセラミック材料により形成され、前記発光チップは発光ダイオード、レゾナントキャビティー型発光ダイオード発光ダイオード、又は面発光レーザチップから選ばれるものであり、
    前記電気伝導体は溶接ボールであり、前記導電経路は導線である、請求項１に記載するフリップチップ型発光モジュール。

Images