JP4846506B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
従来、LEDを実装するために用いられているナイロン基板は、放熱性が悪いため、LEDをより高輝度にするために、放熱性に優れる基板が求められている。
このような放熱性に優れる基板としてアルミニウム基板を用いることによって、放熱性を向上した発光装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この発光装置では、LEDの電極の少なくとも一方と配線基板とをワイヤによって接続する必要があるので、このワイヤを配線基板に囲まれていない部分に露出させるか、配線を保護するために配線保護用のカップを設けるなど、本質的には不要な部分を設ける必要があった。
しかしながら、この発光装置では、各部品は様々な組成に調合された材料からなる上に、各部品は成形後に焼結するなどして個別に作製されるため、電極などの配線なども個別に施さなければならなかった。
しかしながら、このLEDの実装構造は、絶縁を取るために、正極と負極の間を樹脂で繋ぐ構造をなしているから、強度の点で明らかに問題があり、実用的ではなかった。
この発光装置のように、あらかじめ異方性エッチングにより凹部が形成された基板に回路を形成する場合、レジスト形成が困難であることから、印刷法により回路を形成しなければならなかった。しかしながら、印刷法により、基板上に形成された凸部に回路を形成することは容易であるが、基板に形成された凹部内に微細な回路パターンを形成することは困難であった。また、印刷法では、インクの斑などが原因となり、形成された回路の高さにばらつきが生じる。そのため、基板のLEDの実装面に形成された電極にも凹凸が生じるので、自動機により基板にLEDを実装することが困難であった。
しかしながら、セラミック基板を寸法精度良く製造あるいは加工することは難しく、一般的にセラミック基板は、その表面に凹凸がある。しかも、自動機により基板にLEDを実装するためには、基板の表面全体の凹凸のばらつきは100μm以下であることが必要であり、50μm以下であることが好ましいことから、自動機によるLEDの実装では、不良が発生することは避けられなかった。
図1は、本発明の発光装置の第一の実施形態を示す概略断面図である。
図1中、符号10は発光装置、11は絶縁基板、12は発光素子、13は反射板、14は封止樹脂、15は金属配線、16は金ワイヤ、17は絶縁膜、18は金属酸化膜、19は絶縁樹脂、20は貫通孔封止樹脂、21は貫通孔、22は貫通配線、23ははんだバンプ、24は接着剤、25は反射面、26は実装面、27は凹部、28は金属配線、29は接合部をそれぞれ示している。
この実施形態の発光装置10は、金属配線15が形成された絶縁基板11と、絶縁基板11に実装された発光素子12と、絶縁基板11上に接着剤24により接着され、かつ、発光素子12が実装された面(以下、「実装面26」と称する。)から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面25が形成された反射板13と、発光素子12を封止する封止樹脂14とから概略構成されている。
また、絶縁基板11の一方の面(表面)11aに絶縁膜17を介して金属配線15が形成され、絶縁基板11の他方の面(裏面)11bに絶縁膜17を介して金属配線28が形成されている。さらに、貫通孔21内には絶縁膜17を介して、絶縁基板11を厚み方向に貫通し、絶縁基板11の一方の面11aに形成された金属配線15と、他方の面11bに形成された金属配線28とを電気的に接続する貫通配線22が設けられている。
絶縁基板11の他方の面11b側に形成された金属配線28は、はんだバンプ23を設けるための接合部29を除いて、絶縁樹脂19に覆われている。
絶縁基板11の一方の面11aおよび他方の面11bの中心線平均粗さRaが1.0μmを超えると、ウエハプロセスにより、絶縁基板11の一方の面11aおよび他方の面11bに、所定の厚みおよび形状の金属配線15,28を形成することができない。
発光素子12としては、例えば、窒化ガリウム(GaN)系の発光ダイードなどが用いられる。
封止樹脂14としては、熱硬化性の透明樹脂が用いられ、このような透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。この封止樹脂14には、発光素子12から発せられた光の少なくとも一部を吸収して発光する顔料または蛍光体などの蛍光物質が添加されていてもよい。
なお、絶縁基板11がセラミックス基板からなる場合、絶縁膜17は設けなくてもよい。
貫通孔封止樹脂20は、ソルダレジストを真空チャンバ内で形成した後、大気開放することにより、貫通孔21内に樹脂層を形成する方法が用いられる。この貫通孔封止樹脂20は、貫通孔21内に貫通配線22を形成した後、貫通配線22の中心線部分に空隙が存在する場合、強度の低下を防止するなどの目的で、貫通配線22の空隙内に充填される。
金属配線28は、高い反射率を必要としないので、貫通孔21内にメッキで形成することが容易な銅が用いられる。
また、貫通配線22により、絶縁基板11の一方の面11aに形成された金属配線15と、他方の面11bに形成された金属配線28とが接続されているので、発光装置10に必要とされる全ての配線を、絶縁基板11内で完結することができるから、金ワイヤ16を凹部27内に収納することができる。さらに、貫通配線22は、絶縁基板11の外面に配されていないから、1枚のウエハに一括して製造された多数の発光装置10から、その1つを切り出す際、貫通配線22に切断機の刃が当たらないため、貫通配線22に不要な力が加わるのを防止することができる。したがって、発光装置10の製造工程において、製品の不良が発生せず、歩留まりが向上する。
さらに、絶縁基板11の他方の面11bに形成された金属配線28の1つに対して、2つのはんだバンプ23が設けられているので、少なくとも1つのはんだバンプ23が通電していれば、発光素子12に電力を供給することができる。したがって、発光装置10を他の装置に実装する場合に、接続不良を防止することができる。
絶縁基板11として、例えば、シリコン単結晶基板を用いた場合、この絶縁基板11を熱酸化して、絶縁基板11の一方の面11aに二酸化ケイ素からなる絶縁膜17を形成する。
なお、絶縁基板11としては、一方の面11aおよび他方の面11bの中心線平均粗さRaが1.0μm以下のものを用いる。
次いで、図2に示すように、絶縁基板11の絶縁膜17上に所定の配置で等間隔に、多数の金属配線15を形成する。なお、金属配線15は、絶縁基板11に実装される1つの発光素子12に対応するように、間隔を置いて対向するように配された金属配線15Aと金属配線15Bが1つのブロックをなしている。金属配線15を形成する方法としては、メッキ法、真空蒸着法、所望のパターンに加工した銅箔を絶縁基板11の絶縁膜17に貼り合わせる方法、絶縁基板11の絶縁膜17上に銅ペーストや銀ペーストを印刷して加熱硬化させる方法など、一般的にウエハプロセスに使用される方法が用いられる。
次いで、金属配線15の一部を、絶縁基板11の他方の面11bから露出するように、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching、RIE)などのドライエッチングによって、絶縁基板11の他方の面11bから金属配線15に至る貫通孔21を形成する。
なお、図3に示す反射板13の斜面25と、反射板13の接合面13aとのなす角度θは、上述の絶縁基板11の実装面26と、反射板13の反射面25とのなす角度θと同一である。
次いで、プラズマCVD法などにより、反射板13の表面に金属酸化膜18を形成する。
このとき、金属配線15の発光素子12を実装する部分が反射板13の貫通孔30の中央部に配されるようにするとともに、反射板13の貫通孔30と、絶縁基板11の金属配線15との組み合わせが最大数となるようにする。
次いで、エッチングにより、貫通孔21内の金属配線15の表面に形成された絶縁膜を除去し、貫通孔21内に金属配線15の一部を露出させる。
貫通配線22を形成した後、貫通配線22の中心線部分に空隙が存在する場合、貫通配線22の空隙内に、貫通孔封止樹脂20を充填する。
次いで、金属配線28における接合部29を除く部分を、一般的なソルダレジストなどの絶縁樹脂19によって覆う。
次いで、金属配線28の接合部29に、はんだバンプ23を形成する。
次いで、発光素子12が実装された凹部27内に、封止樹脂14を充填した後、この封止樹脂14を硬化させる。
最後に、絶縁基板11、反射板13、発光素子12、封止樹脂14などからなる構造物を、所定の大きさや形状に切り出すことにより、図1に示すような構造の発光装置10を得る。
また、エッチングにより絶縁基板11に貫通孔21を形成し、メッキ法により貫通孔21内に貫通配線22を形成するので、従来用いられていた銅配線の取り出し部分に加えられていた機械的な曲げの力が加えられないから、貫通配線22の曲がり部分に発生する応力に起因する絶縁基板11の割れや欠けなどの損傷を防止することができる。
さらに、絶縁基板11としては、一方の面11aおよび他方の面11bの中心線平均粗さRaが1.0μm以下のものを用いるので、所定の厚みおよび形状の金属配線15,28を形成することができるから、この実施形態の発光装置の製造方法は、自動機による発光素子12の実装が可能であり、量産に適している。
図4は、本発明の発光装置の第二の実施形態を示す概略断面図である。
図4において、図1に示した発光装置10と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置40が、上述の発光装置10と異なる点は、貫通孔21内に貫通配線22のみが形成されている点である。
図5は、本発明の発光装置の第三の実施形態を示す概略断面図である。
図5において、図1に示した発光装置10と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置50が、上述の発光装置10と異なる点は、金属配線15Aと金属配線28とが2つの貫通配線22A,22Bを介して電気的に接続され、金属配線15Bと金属配線28とが2つの貫通配線22C,22Dを介して電気的に接続されている点、並びに、絶縁基板11の他方の面11bにおいて、金属配線28が設けられていない部分に、応力緩和用のはんだバンプ51を設けた点である。
また、絶縁基板11の他方の面11bにおいて、金属配線28が設けられていない部分に、電力の供給に関係ない応力緩和用のはんだバンプ51を設けたので、1つのはんだバンプ23に対して加えられる、発光素子12の発光による絶縁基板11と発光装置10の熱膨張によって生じる応力の大きさを緩和することができる。
図6は、本発明の発光装置の第四の実施形態を示す概略断面図である。
図6において、図1に示した発光装置10および図5に示した発光装置50と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置60が、上述の発光装置50と異なる点は、貫通孔21内に貫通配線22A,22B,22C,22Dのみが形成されている点である。
Claims (6)
- 金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置であって、
前記絶縁基板はシリコン単結晶基板またはセラミックス基板からなり、
前記絶縁基板を厚み方向に貫通し、前記絶縁基板の表面および裏面に形成された金属配線を接続する貫通配線が設けられ、
前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂が充填されていることを特徴とする発光装置。 - 前記絶縁基板における前記金属配線が形成された面の中心線平均粗さRaは1.0μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記絶縁基板の表面および裏面に形成された金属配線からなる1つの組に対して、これらを接続する複数の貫通配線が設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記絶縁基板の裏面に形成された金属配線の1つに対して、複数のはんだバンプが設けられたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記絶縁基板の裏面において、前記金属配線が設けられていない部分にはんだバンプを設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法であって、
前記絶縁基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記絶縁基板の他方の面から前記金属配線に至る貫通孔を形成する工程と、前記反射板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記絶縁基板と前記反射板とを接合する工程と、前記絶縁基板の他方の面に金属配線を形成するとともに、前記絶縁基板に形成された貫通孔内に貫通配線を形成する工程と、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂を充填する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
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