JP5656247B2 - 半導体発光装置及び半導体発光装置の組み込み構造 - Google Patents

Description

本発明は半導体発光装置及びその組み込み構造に関し、特に半田実装における半田短絡を防止する電極形状の改良に関する。

近年、発光ダイオード（以後ＬＥＤと略記する）は半導発光体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本実施形態においても半導体発光装置としてＬＥＤ発光装置を事例として説明する。

特に近年、携帯電話等の携帯機器に搭載する部品の小型化が要求されており、上記携帯機器に組み込まれるＬＥＤ発光装置の実装構造にも小型化の要望が強い。しかしＬＥＤ発光装置の実装構造を小型化するには発熱の問題があり、この対策も要望されており、この対策としてＬＥＤを実装する回路基板の裏面側に設ける半田実装用電極の形状を大きくして放熱効果を高める提案がなされている（例えば引用文献１参照）。

以下引用文献１に記載された従来のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
図１２は引用文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００を示すもので、（ａ）はＬＥＤ発光装置１００の断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は裏面図を示す。

図１２（ａ）においてＬＥＤ発光装置１００は回路基板２の上面にはダイボンド用電極３ａと、ワイヤボンド用電極３ｂが形成され、ダイボンド用電極３ａにはＬＥＤ４が実装され、ワイヤー５によってワイヤボンド用電極３ｂに接続されている。また回路基板２の裏面側には、それぞれ前記ダイボンド用電極３ａと、ワイヤボンド用電極３ｂとに対向して１対の半田実装用電極１０６，１０７とが形成され、この半田実装用電極１０６，１０７は回路基板２を貫通するスルーホール３ｃによって、それぞれダイボンド用電極３ａと、ワイヤボンド用電極３ｂとに接続されている。また、ＬＥＤ４を実装した回路基板２の上面は透明樹脂または蛍光樹脂等の保護樹脂８によって封止されている。

図１２（ｂ）はＬＥＤ発光装置１００の上面図であり、それぞれダイボンド用電極３ａ、ワイヤボンド用電極３ｂと、実装されたＬＥＤ４及び接続用のワイヤー５の位置関係を示している。

図１２（ｃ）は回路基板２の裏面に形成された１対の半田実装用電極１０６，１０７の形状を示しており、ＬＥＤ４による発熱を効率良く放熱するためにできるだけ面積の大きい電極形状としている。特にＬＥＤ４の実装部に対応する部分の半田実装用電極１０６の電極面積は広くなっている。このため、小型化要望によって制限された回路基板２の範囲では、半田実装用電極１０６，１０７の形状を大きくすることによって、半田実装用電極１０６，と１０７間の幅Ｈが狭い隙間となっている。

特開２００５−３６３８０２号公報

次に引用文献１に示すＬＥＤ発光装置１００の問題点を説明する。
まずＬＥＤ発光装置１００のマザーボードに対する半田実装について説明する。図１３はＬＥＤ発光装置１００をマザーボード２００に半田実装した状態を示す断面図、図１４はＬＥＤ発光装置１００の半田実装された回路基板２の裏面を示す裏面図である。図１３においてマザーボード２００のマザーボード半田電極２０６，２０７に半田層９を介してＬＥＤ発光装置１００の半田実装用電極１０６，１０７を接着して状態を示しており、流出した半田層９ａが幅Ｈと狭い半田実装用電極１０６，と１０７間の隙間に流れ出し、短絡トラブルが発生している。この現象は図１４に示す如く、回路基板２の裏面に形成された半田実装用電極１０６，１０７（点線で示す）の外部に流れ出した半田層９ａが接触して短絡トラブルが発生しているものである。

次に、図１５により半田実装における半田の変化状態を説明する。図１５はＬＥＤ発光装置１００の回路基板２の裏面に形成された半田実装用電極１０６，１０７おける、半田実装時の半田の変化をしめす変化状態図である。図１５（ａ）は半田実装用電極１０６，１０７に半田層９を印刷した状態を示し、半田実装用電極１０６，１０７の面積より小さい範囲に厚く印刷されている。
（ｂ）は加熱によって半田層９が溶融し、ＬＥＤ発光装置１００の重量によって加圧されると共に、半田実装用電極１０６，１０７に形成された金属層（例えば金）と半田層９とが合金層を形成しながら、濡れ性の良い半田実装用電極１０６，１０７の表面に沿って広がっていく。（ｃ）は半田層９が濡れ性の良い半田実装用電極１０６，１０７の表面全体に広がった状態である。

この後、さらに溶融した半田層９がＬＥＤ発光装置１００の重量によって加圧が継続されることにより、半田実装用電極１０６，１０７の表面から溢れて回路基板２の基板上を流れるが、やがて基板との温度差によって半田層９は冷却されて固まる。しかし、半田実装用電極１０６，１０７間の間隙Ｈが小さいと、この流出した半田層９ａが固まる前に接触して短絡トラブルが発生することになる。要するに半田実装用電極１０６，１０７間の間隙Ｈを大きくしておけば、流出した半田層９ａが接触する前に固まるので、短絡トラブルが発生することはないが、ＬＥＤ４の放熱を考慮して半田実装用電極１０６，１０７間の間隙Ｈを小さくすることによる問題である。

本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、ＬＥＤ発光装置の小型化の要望に沿って、小型化された回路基板の裏面に放熱効果が得られる大きい面積の一対の半田実装用電極を形成し、かつ一対の半田実装用電極間の間隙Ｈを小さくしながら、短絡トラブルの発生を防止できるＬＥＤ発光装置及びその組み込み構造を提供することである。

上記目的を達成するため本発明においては、基板上に形成したダイボンド用電極と、ワイヤボンド用電極と、それぞれ前記ダイボンド用電極と、ワイヤボンド用電極とに対向して前記基板裏面に形成された１対の半田実装用電極とを有する回路基板に、半導体発光素子を実装した半導体発光装置において、前記基板裏面に形成された１対の半田実装用電極の形状は、１対の半田実装用電極同士の対向する面は平行且つ基板幅に形成され、他の部分は基板端面に対して凹凸形状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、半田実装用電極の形状を大きくして、放熱効果を高めると共に、基板端面に対して形成され凹凸形状によって、半田層の流れを規制し、１対の半田実装用電極同士の対向する面方向への半田層の流出を減少させることで、短絡トラブルの発生を防止することができる。

半田実装用電極に形成された凹凸形状は、少なくとも１組の直交する電極端面を有すると良い。

基板裏面に形成された半田実装用電極の凹凸形状における凹部は、半田実装時おける半田溜まり部となっていると良い。

基板裏面に形成された半田実装用電極における、半導体発光素子実装部に対応する部分の電極面積は広くなっていると良い。

半導体発光装置の組み込み構造は、半導体発光装置をマザーボードに設けられたマザーボード半田電極に半田実装した半導体発光装置の組み込み構造において、前記マザーボードに設けられたマザーボード半田電極の幅が、半導体発光装置に生成された半田実装用電極の幅より細い電極形状であると良い。

上記の如く本発明によれば、半田実装用電極の形状を大きくして、放熱効果を高めると共に、１対の半田実装用電極同士の対向する面方向への半田層の流出を減少させることで、短絡トラブルの発生を防止することが可能な半導体発光装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は裏面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置をマザーボードに実装した状態を示す断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置における回路基板の裏面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置における回路基板の裏面図である。 図２に示す回路基板の部分拡大斜視図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の実装工程における半田層の流れる状態を示す回路基板の裏面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は裏面図である。 図７に示すＬＥＤ発光装置をマザーボードに実装した状態を示す断面図である。 図８に示すＬＥＤ発光装置における回路基板の裏面図である。。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置をマザーボードに実装した状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の半田実装工程を示す工程図である。 従来のＬＥＤ発光装置の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は裏面図である。 図１２に示すＬＥＤ発光装置をマザーボードに実装した状態を示す断面図である。 図１２に示すＬＥＤ発光装置における回路基板の裏面図である。 図１２に示すＬＥＤ発光装置の実装工程における半田層の流れる状態を示す回路基板の裏面図である。

（第１実施形態の説明）
以下図面により、本発明の実施の形態を説明する。図１〜図６は本発明の第１実施形態を示し、図１は本発明のＬＥＤ発光装置１０の断面図、図２はＬＥＤ発光装置１０をマザーボード２００に半田実装した状態を示す断面図、図３はＬＥＤ発光装置１０の半田実装された回路基板２の裏面を示す裏面図である。上記図１から図３は、従来例である図１２から図１４と基本的な構成が同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

図１の（ａ）から（ｃ）のＬＥＤ発光装置１０の構成は、従来例である図１２の（ａ）から（ｃ）のＬＥＤ発光装置１００の構成と基本的に同じであり、同一要素における構成の説明は省略するが、ＬＥＤ発光装置１０においてＬＥＤ発光装置１００と異なるところは、回路基板２の裏面に形成された半田実装用電極の形状であり、図１（ｃ）に示す半田実装用電極６，７の形状を、図１２（ｃ）に示す半田実装用電極１０６，１０７の形状と対比して説明する。

すなわちＬＥＤ発光装置１００における半田実装用電極１０６，１０７の形状は、いずれも矩形形状であり、しかも放熱効果を高めるために半田実装用電極１０６，１０７の形状をできるだけ大きくし、結果として半田実装用電極１０６，１０７間の間隙幅Ｈを小さくしている。これに対しＬＥＤ発光装置１０の半田実装用電極６，７は放熱効果を高めるために半田実装用電極６，７の形状をできるだけ大きくし、結果として半田実装用電極６，７間の間隙幅Ｈを小さくしている点は同じであるが、その電極形状が異なっている。

すなわち、半田実装用電極６，７の形状は図１の（ｃ）に示す如く、１対の半田実装用電極６，７の対向面６ａ，７ａは平行且つ回路基板２の幅に形成され、他の部分は凸形状部６ｂ，７ｂ、凹形状部６ｃ，７ｃを設けることによって回路基板２の端面に対して凹凸形状に形成されている。

図２は従来技術における図１３に対応したＬＥＤ発光装置１０をマザーボード２００に半田実装した状態を示す断面図、図３は図１４に対応したＬＥＤ発光装置１０の半田実装された回路基板２の裏面を示す裏面図である。
図２においてマザーボード２００のザーボード半田電極２０６，２０７に半田層９を介してＬＥＤ発光装置１０の半田実装用電極６，７を接着した状態を示しており、半田実装用電極６、７間の幅Ｈと狭い隙間に流れ出した流出半田層９ａは、わずかな量であり短絡トラブルが発生していない。この現象は図３に示す如く、回路基板２の裏面に形成された半田実装用電極６，７（点線で示す）の外部に流れ出した流出半田層９ａのほとんどが回路基板２の端面に対して凹凸形状に形成されている凹形状部６ｃ，７ｃに流れ出し、半田実装用電極６，７の対向面６ａ，７ａ方向へはわずかな量の流出半田層９ａが流れだしただけで、短絡トラブルが発生していない。

次に、本発明における半田層９の流出動作について図４、図５により説明する。
図４は図１（ｃ）と同じ回路基板２の裏面に形成された半田実装用電極６，７を示す裏面図である。すなわち半田実装用電極６，７は回路基板２の端面に対して凹凸形状に形成されているため、一点鎖線の円形部Ｋで示すように複数の直交形状部（電極の端面が直交している部分）が存在している。

図５は図４に示す、一点鎖線の円形部Ｋで示す直交形状部の１つを拡大した拡大斜視図であり、半田層９の流れを示している。すなわち、半田層９が溶融して濡れ性の良い半田実装用電極６上を流れてきて、電極の端面Ａ，Ｂが直交している部分にいたり、さらにＬＥＤ発光装置１０の重量の影響を受けて半田実装用電極６の外側に流出しようとするが、この時流出しようとする流出半田層９ａは、まず半田実装用電極６の側面である直交しているＡ面とＢ面とに流れ広がる結果となり、Ａ面とＢ面とが９０度に対向しているためＡ面とＢ面間には半田の表面張力によって引っ張り合う力が働き、Ａ面とＢ面間により半田が流れやすくなり、対向面６ａ側には半田が行きにくくなる。よって、半田層９における外部への流出半田層９ａの流れが阻害され、冷却効果と相まって遠方へは流れずに、凹部が半田溜まり部となり、流出半田層９ａの流れが止まる。

次に図６により本発明の半田実装における半田の変化状態を説明する。図６（ａ）から（ｄ）は、従来例の図１５（ａ）から（ｄ）に対応しており、ＬＥＤ発光装置１０の回路基板２の裏面に形成された半田実装用電極６，７おける、半田実装時の半田の変化をしめす変化状態図である。図６（ａ）は半田実装用電極６，７に半田層９を印刷した状態を示し、半田実装用電極６，７の面積より小さい範囲に厚く印刷されている。
（ｂ）は加熱によって半田層９が溶融し、ＬＥＤ発光装置１０の重量によって加圧されると共に、半田実装用電極６，７に形成された金属層（例えば金）と半田層９とが合金層を形成しながら、濡れ性の良い半田実装用電極６，７の表面に沿って広がっていく。（ｃ）は半田層９が濡れ性の良い半田実装用電極６，７の表面全体に広がった状態である。

この後、さらに溶融した半田層９がＬＥＤ発光装置１０の重量によって加圧が継続されることにより、半田実装用電極６，７の表面から溢れて回路基板２の基板上を流れるが、やがて基板との温度差によって半田層９は冷却されて固まる。
この時の流出半田層９ａの動作は、図５で説明したように複数のＡ面とＢ面を有する直交形状部の存在により、流出半田層９ａのほとんどは半田実装用電極６，７の凹形状部６ｃ，７ｃに溜まり、半田実装用電極６，７の対向面６ａ，７ａには少量しか流出しない。この結果半田実装用電極６，７間の間隙幅Ｈを小さくしても短絡トラブルが発生しない。

（第２実施形態の説明）
次に図７から図９により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。なお、図７から図９のＬＥＤ発光装置２０の構成は、図１から図３に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と基本的構成は同じであり、重複する説明は省略する。
図７は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の構成を示し、（ａ）の断面図、（ｂ）の上面図は、図１（ａ）（ｂ）と同じであり、図７（ｃ）の下面図のみが、図１（ｃ）と異なっている。すなわち、図７（ｃ）の下面図が、図１（ｃ）と異なってところは半田実装用電極の形状であり、ＬＥＤ発光装置１０の半田実装用電極６，７の形状は多数の直交形状部Ｋを設けていたのに対し、ＬＥＤ発光装置２０の半田実装用電極６０，７０は、それぞれ対向面６０ａ，７０ａの両側にのみ２個の直交形状部Ｋを設けたことである。

図８及び図９は第１実施形態における図２及び図３に対応しており、図８はＬＥＤ発光装置２０をマザーボード２００に半田実装した状態を示す断面図、図９は図３に対応したＬＥＤ発光装置２０の半田実装された回路基板２の裏面を示す裏面図である。すなわち、ＬＥＤ発光装置１０とＬＥＤ発光装置２０の異なるところは、図９に示す半田層９ａの流れ出し状態の違いであり、ＬＥＤ発光装置２０では直交形状部Ｋを構成する凸形状部６０ｂ，７０ｂの数が少ないが、この直交形状部Ｋの効果により対向面６０ａ，７０ａ方向への流出半田層９ａの流れ出しは少なく、対向面６０ａ，７０ａの反対方向に流出する流出半田層９ａの量が多くなるが、こちらへの流出半田層９ａの流れ出しは短絡トラブルの発生に関係せず問題がない。

（第３実施形態の説明）
次に本発明の第３実施形態として、ＬＥＤ発光装置のマザーボードに対する組み込み構造を説明する。
図１０はＬＥＤ発光装置２０をマザーボード３００に半田実装で組み込んだ状態を示す断面図である。
図１１（ａ）は回路基板の下面図で図１の（ｃ）に対応している。図１１（ｂ）はマザーボード３００の上面図であり、ザーボード半田電極３０６、３０７の形状を示している。図１１（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す回路基板２をマザーボード３００に半田実装した状態を示す断面図である。

すなわち第３実施形態の特徴は、図１１（ａ）に示すＬＥＤ発光装置１０の半田実装用電極６，７の幅Ｗ１に対して、（ｂ）に示すようにマザーボード３００のマザーボード半田電極３０６，３０７の幅Ｗ２を小さくすることによって、マザーボード３００のマザーボード半田電極３０６，３０７に点線で示す直交形状部Ｋｍと半田層を溜めるスペースが形成されたことである。この結果（ｃ）に示す如く流出半田層９ａは直交形状部Ｋｍに吸収されて（ａ）に示す対向面６ａ，７ａ側には流出せず、図１０に示すようにＬＥＤ発光装置１０における半田実装用電極６，７間の間隙には、流出半田層９ａは存在しなくなった。

上記のごとく本発明においては、 半田実装用電極に交叉形状部によって形成される凹凸形状を設けることにより、半田実装用電極の形状を大きくして、放熱効果を高めると共に、１対の半田実装用電極同士の対向する面方向への半田層の流出を減少させることで、短絡トラブルの発生を防止することが可能な半導体発光装置を提供することができる。また、交叉形状部を設ける個数や場所は限定されるものではないことは当然である。さらにマザーボードに対する組み込み構造においては、マザーボード側のマザーボード半田電極の形状を変化させる（例えば細くする）ことにより、さらに１対の半田実装用電極同士の対向する面方向への半田層の流出を減少させるこができる。

２ 回路基板
３ａ ダイボンド電極
３ｂ ワイヤーボンド電極
３ｃ スルーホール電極
４ ＬＥＤ
５ ワイヤー
６，７、１０６，１０７ 半田実装用電極
６ａ、７ａ、６０ａ、７０ａ 対向面
６ｂ，７ｂ，６０ｂ、７０ｂ 凸形状部
６ｃ，７ｃ 凹形状部
８ 保護樹脂
９ 半田層
９ａ 流出半田層
１０，２０、１００ ＬＥＤ発光装置
２００，３００ マザーボード
２０６，２０７、３０６，３０７ マザーボード半田電極

Claims (5)

1. 基板上に形成したダイボンド用電極と、ワイヤボンド用電極と、それぞれ前記ダイボンド用電極と、ワイヤボンド用電極とに対向して前記基板裏面に形成された１対の半田実装用電極とを有する回路基板に、半導体発光素子を実装した半導体発光装置において、前記基板裏面に形成された１対の半田実装用電極の形状は、１対の半田実装用電極同士の対向する面は平行且つ基板幅に形成され、他の部分は基板端面に対して凹凸形状に形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記半田実装用電極に形成された凹凸形状は、少なくとも1組の直交する電極端面を有する請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記基板裏面に形成された半田実装用電極の凹凸形状における凹部は、半田実装時おける半田溜まり部となっている請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記基板裏面に形成された半田実装用電極における、半導体発光素子実装部に対応する部分の電極面積は広くなっている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載された半導体発光装置をマザーボードに設けられたマザーボード半田電極に半田実装した半導体発光装置の組み込み構造において、前記マザーボードに設けられたマザーボード半田電極の幅が、半導体発光装置に生成された半田実装用電極の幅より細い電極形状である半導体発光装置の組み込み構造。
   

Images