JP6131555B2 - 発光装置の封止部材の取り外し方法および封止部材を取り外すことが可能な発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置の封止部材の取り外し方法と封止部材を取り外すことが可能な発光装置に関する。

従来、発光装置の歩留まり向上を目的として、基板実装後に不良が判明した発光素子を取り外した後、良品の発光素子と交換することが行われている。（特許文献１）

特開２００４−３４９２７４号公報

しかし、これまで、発光素子を封止する封止部材を取り外す方法は提案されてこなかった。

そこで、本発明は、封止部材を容易に取り外すことが可能な発光装置の封止部材の取り外し方法を提供する。

本発明は、基板と、前記基板上に実装される発光素子と、前記発光素子を封止する封止部材と、を備える発光装置の封止部材の取り外し方法であって、前記基板と前記封止部材との間に、はんだ層を有し、前記はんだ層を溶融させ、前記封止部材を前記基板から取り外す工程を有する、発光装置の封止部材の取り外し方法である。また、基板と、前記基板上に実装される発光素子と、前記発光素子を封止する封止部材と、を備え、前記基板と前記封止部材との間に、はんだ層を有する、封止部材を取り外すことが可能な発光装置である。

これにより、封止部材を容易に取り外すことが可能となる。

（Ａ）は、本発明に関する発光装置の概略断面図である。（Ｂ）は、本発明に関する発光装置の封止部材の取り外し方法を示す略断面図である。 （Ａ）は、本発明に関する別の発光装置の概略断面図である。（Ｂ）は、本発明に関する別の発光装置の封止部材の取り外し方法を示す略断面図である。 （Ａ）は、本発明に関する別の発光装置の概略平面図である。（Ｂ）は、本発明に関する別の発光装置の概略断面図である。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（発光装置の構成）
本発明の発光装置の構成について、図１を参照しながら説明する。

（基板１０１，２０１，３０１）
基板は、発光素子が実装される部材である。基板は、いわゆる実装基板、パッケージ基材等を意味する。その材料は特に限定されるものではなく、例えば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂などの樹脂（フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の剛性の材料、ＢＴレジン、ＰＰＡ、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＶＤＦ、液晶ポリマー等の可撓性を有する材料等）、セラミックス、ガラス等の絶縁性材料により形成されているもの、あるいは銅、アルミ、ニッケル、鉄、タングステンなどの金属や合金、及び金属や合金の表面に各種メッキを施したものや絶縁層を設けたものなどが挙げられる。

基板の形状は特に限定されず、板状、シート状、発光素子が収容される凹部を有する形状などが好適に挙げられる。

基板の表面は、光反射率が高いことが好ましい。具体的には、アルミナや酸化チタン、酸化ケイ素を含有させたＰＰＡやエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの白色の絶縁材で覆われていることが好ましい。

基板の発光素子が実装される面には、少なくとも１つの発光素子の一対の電極に対応するように、互いに分離された少なくとも２つの配線が存在する。また、配線の一部が基板内部に埋め込まれたものであってもよい。

配線の材料は、導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、金、銀、銅、ニッケル等の金属又は合金等が挙げられる。また、これらの材料によりメッキによって形成されたものでもよい。また、これらの材料が積層されたものであってもよい。さらには導電性樹脂や導電性インク等で形成されてもよい。また、発光素子が実装される最表面には、光反射率の高い材料を用いることが好ましく、特に銀が好適である。

なお、基板が導電性である場合には、基板が配線を兼ねていてもよい。

基板上には、種々の目的に応じて、枠体が設けられていてもよい。例えば、平面視において封止部材の外形と略等しい形状を有する枠体を設けることで、封止部材をディスペンスで設ける場合に、封止部材が流れ出すこと等を防止することができる。材料としては、酸化チタンを含有したシリコーン樹脂などを好適に利用することができる。

（発光素子１０２，２０２，３０２）
発光素子としては、半導体発光素子（例えばＬＥＤ）を用いることができる。半導体発光素子は、基板上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体層を積層した積層構造体から構成されている。発光素子の基板としては、サファイア等の絶縁性基板や、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板等が挙げられる。

絶縁性基板を用いた半導体発光素子では、積層構造体の上面にｎ側電極およびｐ側電極を形成する。導電性基板を用いた半導体発光素子では、積層構造体の上面に一方の電極（例えばｎ側電極）、導電性基板の下面に他方の電極（例えばｐ側電極）を形成する。

発光素子がフリップチップ実装される場合には、サファイアやＳｉＣ等透光性を有する基板を用いることが好ましい。

（接合部材）
本発明の発光素子は、接合部材を用いて基板ないし基板上の配線に実装される。

接合部材の材料としては、公知のものを利用することができ、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂をはじめとする樹脂、銀ペースト、金ペースト等の樹脂に導電性材料を含有させたもの、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｕ−Ｓｎ系をはじめとするはんだや、Ａｕ等の金属のバンプ等を用いることができる。

なかでも、はんだを用いることが好ましい。はんだは、レーザ照射やハロゲンランプ、ホットプレート（ヒータ）、ホットエアブロー、はんだコテなどで局所的に加熱・溶融させることで、不良とされた発光素子を容易に取り外すことができる。また、加熱により溶融されたはんだは、基板から容易に除去することができるため、発光素子を取り外した後、同じ部分に良品の発光素子を実装することが可能となり、好ましい。

また、接合部材は、後述するはんだ層と一体であってもよい。これにより、部材を削減することができる。

なお、上記の接合部材で発光素子を実装した後、発光素子の上面に設けられた電極と配線の間で、導電性のワイヤを用いて電気的接続を取ることもできる。このようなワイヤとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属及びその合金やメッキされた合金の細線などを好適に用いることができる。

（封止部材１０３，２０３，３０３）
封止部材は、発光素子等を封止する部材である。

このような封止部材の材料としては、透光性樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等）が好適にあげられる。なかでも、エポキシ樹脂は、接着力が高く、基板からの取り外しが困難であるため、本発明の効果が高い。

封止部材の形状は、本実施形態においては、発光素子を中心とする半球形状であるが、これに限られるものではなく、平面視において矩形である直方体形状や、平面視において多角形の錐形状などとすることができる。

封止部材は、光拡散やチクソ性の制御等の目的で、アルミナ、酸化珪素等のフィラーを含有していてもよい。

また、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を出す蛍光体等の波長変換部材を含有していることが好ましい。このような波長変換部材としては、例えば、酸化物系や硫化物系，窒化物系蛍光体等が挙げられ、発光素子に青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用い、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系や赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系の蛍光体を単独で又は組み合わせて用いることが好ましい。特に、液晶ディスプレイやテレビのバックライト等の表示装置に用いる発光装置は、ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体とＳＣＡＳＮ蛍光体を組み合わせて用いることが好ましい。また、照明用途としては、ＹＡＧ系またはＬＡＧ系の蛍光体とＳＣＡＳＮまたはＣＡＳＮ蛍光体を組み合わせて用いることが好ましい。

このような波長変換部材を含有させた封止部材は、取り外し後に基板上に残った場合、封止部材を再び設ける際に封止部材の形状のばらつきの原因となる、完成後の発光装置の色ばらつき等の原因となるなどのおそれがあるため、封止部材の取り外しを容易とすることができる本発明の効果が高い。

（はんだ層１０４，２０４，３０４）
本発明の発光装置においては、基板と封止部材との間に、はんだ層が設けられている。これを加熱・溶融させることにより、封止部材を容易に取り外すことが可能となる。封止部材の取り外しのために加熱により溶融するはんだ層を用いることにより、発光装置としての通常の状態では封止部材が取り外されにくいものとしながら、容易に封止部材を取り外すことができる。

はんだ層は、封止部材の取り外しを容易にすることができる程度の面積を有していれば、少なくとも基板と封止部材との間の一部に設けられていればよいが、例えば、封止部材の下面（基板と対向している面）の７５％程度以上の範囲に設けられていることが好ましく、封止部材の下面全域に設けられていることがより好ましい。これにより、封止部材を容易に取り外すことができる。また、前記はんだ層により発光素子と基板とが接合されていることがより好ましい。これにより、発光素子と封止部材を容易に取り外すことができる。

はんだ層の平面視における形状は、封止部材の取り外しを容易にできればどのようなものでもよいが、封止部材の下面全面に設けられ、封止部材よりも大きな面積で設けられることが好ましく、略合同（同じ大きさ・同じ形状）であることがより好ましい。これにより、封止部材を確実に取り外すことができる。また、封止部材の下面と相似の形状、点状、線状、千鳥格子状、発光素子を中心とする同心円状、放射状等、様々な形状に設けることができる。

はんだ層の厚みは、５〜３００μｍ程度が好ましい。

はんだ層の材料としては、錫・金・銀・銅・鉛・亜鉛・ビスマス・ニッケル・アンチモン・インジウム等の元素を含む組成を用いることができるが、封止部材の硬化温度よりも高い融点を有するものが望ましい。これにより、封止部材を硬化させる際にはんだ層が溶融してしまうことがなく、封止部材を安定的に形成することができる。具体的には錫銅系はんだが好ましく用いられ、錫銅銀系がより好ましい。

はんだ層は、光反射率が高いことが好ましい。特に、基板ないし基板上の配線が光反射率が低い材料（例えば、銅）である場合には、配線を被覆するよう、光反射率の高いはんだ層が設けられることが好ましい。

はんだ層は、ディスペンス、印刷、塗布、スピンコート、スパッタなど、公知の方法で形成することができる。はんだ層は、基板側に設けられてもよく、封止部材側に設けられてもよい。また、はんだ層は、前述の接合部材と一体のものであってもよい。

また、はんだ層を囲むように、はんだとの濡れ性が悪い絶縁性部材を設けることが好ましい。これにより、封止部材を取り外す際、はんだの溶融時に形状を制御しやすくなり、不要な部分にまではんだが流れ出すことや、はんだによるショート等の不良を防止することができる。絶縁性部材は、具体的には、シリコーン樹脂のレジストなどを用いることができる。

加えて、はんだペーストを基板上にディスペンス等で配置し溶融させてはんだ層を形成する場合には、はんだ層を設けたい領域を取り囲むように絶縁性部材を設けることで、はんだ層を所望の形状に設けることができる。これにより、はんだ層を容易に形成することができる。

また、はんだ層の近傍、より好ましくは直下に、所定の形状の金属層を設けることが好ましい。これにより、封止部材を取り外す際、溶融させたはんだの形状を制御しやすくなり、不要な部分にまではんだが流れ出すことや、はんだによるショート等の不良を防止することができる。

加えて、はんだ粒子にフラックスを混合したはんだペーストを基板上にディスペンス等で配置し、溶融させてはんだ層を形成する場合には、上述のような金属層を設けることで、はんだが金属層の形状に沿って濡れ広がるため、はんだ層を所望の形状に設けることができる。これにより、はんだ層を容易に形成することができる。

上記のような金属層は、前述の配線と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。

金属層の平面視形状は、封止部材の平面視形状と略合同であるか、それより大きいことが好ましい。このような金属層上にはんだ層を形成することで、封止部材を容易に取り外すことができるはんだ層を形成することができる。

このような絶縁性部材や金属層を有する基板は、例えば、下記のような構成を有する。図１に示すように、基板は、可撓性を有する褐色のポリイミドのフィルムと、該フィルム上に形成された銅の一対の配線（金属層）と、フィルムと配線を被覆する、シリコーン樹脂に酸化チタンが含有された白色レジストの絶縁性部材を備える。白色レジストは、配線とフィルムの一部が露出されるよう、開口部が設けられている。

開口部から露出した配線上に、はんだ層のもとになるはんだペーストを置き、その上に発光素子を載置する。そして、はんだペーストを溶融させて発光素子をフリップチップ実装し、同時にはんだ層を形成する。このとき、はんだ層は、開口部内の配線上には広がるが、白色レジストとの濡れ性が悪いため、開口部の外へは広がらない。

最後に、発光素子とはんだ層および開口部近傍の白色レジストの一部を封止するように、封止部材を形成する。図１の発光装置では、白色レジストと封止部材は開口部の外周部において接着しているが、その白色レジストと封止部材の接着面積よりもはんだ層と封止部材との接着面積を大きくすることにより、封止部材を容易に取り外すことができる。このような絶縁性部材は、前述した基体の表面に設けられた絶縁材や枠体と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。

本発明のはんだ層は、封止部材を取り外すために溶融されるが、その方法は特に限定されるものではなく、公知の加熱方法によって溶融させることができる。具体的には、可視光や赤外レーザ照射やハロゲンランプ、ホットプレート（ヒータ）、ホットエアブロー、はんだコテなどを用いることができる。なかでも、必要な部分のみはんだを溶融できる加熱方法であるレーザ照射や熱風ヒータなどが好ましい。

（封止部材の取り外し方法）
封止部材の取り外し方法は、はんだ層を溶融させるほかは特に限定されず、封止部材の側面に物理的な荷重を加える、封止部材の上面を吸着する、基板が可撓性を有する場合には基板を曲げる、等の手段があげられる。

なお、発光素子が不良である場合には、封止部材と発光素子を同時に取り外すことが好ましい。これにより、工程の数を削減することができる。このため、はんだ層と、発光素子と基板とを接合する接合材料は、融点が同じか近いはんだであることが好ましい。

封止部材が取り外された後、必要に応じて、封止部材が設けられていた場所に新たに封止部材を設けることができる。また、発光素子も同時に取り外された場合には、取り外した発光素子が設けられていた場所又はその近傍に発光素子を実装し、さらに封止部材を設けることができる。このようにすることで、不良が発生したとしても、発光装置全体を破棄せずに用いることができ、歩留まりのよい発光装置とすることができる。

（その他の部材）
発光素子と基板の間には、種々の目的で、アンダーフィルを設けてもよい。アンダーフィルの材料としては、絶縁性で光により劣化しにくい熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂などが好適に利用される。このようなアンダーフィルは、はんだ層の上に設けられてもよい。はんだ層の上にアンダーフィルを設けることにより、はんだ層を溶融させることで、封止部材と同時にアンダーフィルも取り外すことができる。

本発明では、はんだ層が封止部材の下方の比較的広い面積で設けられるため、はんだ層によって光が吸収されてしまうおそれがあるが、はんだ層の上に光反射率の高い光反射性樹脂（例えば、酸化チタンを含有させたシリコーン樹脂）を設けることにより、はんだ層による光の吸収を低減し、光取り出し効率を高めることができる。このような光反射性樹脂は、前述のアンダーフィルであってもよい。

以下に、本発明の発光装置の封止部材の取り外し方法とその発光装置に関する実施例を図面に基づいて、説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例に係る発光装置と、発光装置の封止部材の取り外し方法を示す図である。

本実施例の発光装置１１０は、図１（Ａ）に示すように、褐色のポリイミドフィルム１０１ａ上に、一対の銅の配線１０１ｂと、該配線が一部露出する円形の開口部を形成する白色レジスト１０１ｃが順に設けられた基板１０１と、基板の配線上にフリップチップ実装される、サファイア基板を有する窒化ガリウム系発光素子１０２と、発光素子１０２を封止する、透光性のシリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体が含有された封止部材１０３とを備え、配線１０１ｂと発光素子１０２および封止部材１０３との間の全面に、厚み１５０μｍ程度のＳｎ−Ｃｕのはんだ層１０４が設けられている。白色レジスト１０１ｃの開口部は、平面視において封止部材１０３より少し小さい円形である形状である。また、封止部材１０３は白色レジスト１０１ｃの一部の上にまで設けられている。本実施例においては、基板１０１と発光素子１０２とは、はんだ層１０４によって接合されている。（つまり、はんだ層１０４は接合部材を兼ねている）

この発光装置１１０の封止部材１０３を取り外すには、基板１０１の裏面（ポリイミドフィルム側）から、赤外レーザを１０Ｗ程度の条件で照射してはんだ融点以上の温度まで加熱し、はんだ層１０４を溶融させる。その後、はんだ層１０４の材料が溶融した状態で、図１（Ｂ）に示すように、封止部材１０３の上面を吸着ノズル１０５で吸着し、発光素子１０２と封止部材１０３を基板１０１から取り外す。

本実施例では、封止部材１０３を容易に取り外すことができる。

（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例に係る発光装置と、発光装置の封止部材の取り外し方法を示す図である。

本実施例の発光装置２１０は、図２（Ａ）に示すように、アルミナの板の上に銀の一対の正負の配線が設けられた基板２０１と、正負の電極を有しフリップチップ実装された発光素子２０２と、発光素子２０２と基板２０１との間を充填するよう設けられたシリコーン樹脂のアンダーフィル２０６と、発光素子２０２を封止する透光性のシリコーン樹脂からなる封止部材２０３とを備え、基板２０１と封止部材２０３との間に、発光素子２０２と基板２０１とを接合する接合部材を兼ねたはんだ層２０４が設けられている。

ここで、基板２０１上には、白色の酸化チタンが含有されたシリコーン樹脂を硬化させて形成された枠体２０１ｃが設けられている。枠体２０１ｃは、発光素子２０２を取り囲む、平面視で封止部材２０３の外形より略同じか大きいリング形状に設けられている。また、はんだ層は、枠体２０１ｃの内側の配線２０１ｂ上に設けられ、封止部材２０３の下面全面より大きくなるよう設けられている。

この発光装置２１０の封止部材２０３を取り外すには、発光装置２１０をホットプレート（図示せず）で加熱し、はんだ層２０４を溶融させる。その後、はんだ層２０４が溶融した状態で、図２（Ｂ）に示すように、封止部材２０３の側面をジグ２０５で基板２０１と水平方向に押し、発光素子２０２と封止部材２０３を取り外す。

本実施例では、封止部材２０３を容易に取り外すことができる。

（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例に係わる発光装置であり、図３（Ａ）は概略平面図、図３（Ｂ）はＡ−Ａ線における概略断面図である。

本実施例の発光装置３１０は、アルミナの板３０１ａの上に、銀の一対の正負の配線３０１ｂと白色のシリコーン樹脂の絶縁材３０１ｃが設けられた基板３０１と、矩形の正負の電極を有し正負の配線３０１ｂにフリップチップ実装された発光素子３０２と、発光素子３０２と基板３０１との間を充填するよう設けられた、白色の酸化チタン粒子を含有したシリコーン樹脂のアンダーフィル３０６と、発光素子３０２を封止する透光性のシリコーン樹脂からなる封止部材３０３とを備え、基板３０１と封止部材３０３との間に、発光素子３０２と基板３０１との接合部材を兼ねたＳｎ−Ｃｕ系はんだのはんだ層３０４が設けられている。

本実施例において、絶縁材３０１ｃは、発光素子３０２を取り囲んでおり、平面視で封止部材３０３より少し小さい円形である形状の開口部を有している。また、はんだ層１０４の材料との濡れ性が悪い材料で形成されている。基板３０１の一対の配線３０１ｂは、開口部内において露出し、露出した部分が平面視において封止部材３０３と略等しい形状を有するよう形成されている。また、封止部材２０３は絶縁材３０１ｃの一部の上にまで設けられている。

また、アンダーフィル３０６は、はんだ層３０４の上と絶縁材３０１ｃの上にわたって設けられており、発光素子３０２の側面を被覆している。更には、配線３０１ｂの正負の配線間で発光素子３０２の直下にも充填されている。

この発光装置のはんだ層は、下記のようにして形成できる。

まず、一対の配線３０１ｂと該配線の間に露出したアルミナの板３０１ａ上にわたってはんだペーストを適量ディスペンスする。そのはんだペーストの上に、発光素子３０２の正負の電極と基板の正負の配線とが対向するように配置する。その後、リフロー炉ではんだを溶融させる。このようにすると、発光素子３０２が基板３０１に実装されるとともに、絶縁材３０１ｃの開口部内に露出した配線３０１ｂ上の略全面にはんだがぬれ広がり、平面視において封止部材３０３と略等しい形状を有するはんだ層３０４が形成される。

本実施例の発光装置は、実施例１および２と同様に、封止部材３０３を容易に基板３０１から取り外すことができる。

１１０、２１０ 発光装置
１０１、２０１ 基板
１０２、２０２ 発光素子
１０３、２０３、３０３ 封止部材
１０４、２０４、３０４ はんだ層
１０５ 吸着ノズル
２０５ ジグ
２０６、３０６ アンダーフィル

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に実装される発光素子と、
   前記発光素子を封止する封止部材と、を備える発光装置の封止部材の取り外し方法であって、
   前記基板と前記封止部材との間に、前記封止部材の下面の７５％以上の範囲に設けられたはんだ層を有し、
   前記はんだ層を溶融させ、前記封止部材を前記基板から取り外す工程を有する、
   発光装置の封止部材の取り外し方法。
2. 前記はんだ層は、前記発光素子と前記基板とを接合していることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置の封止部材の取り外し方法。
3. 前記基板は、表面に金属層を有し、前記はんだ層は、前記金属層上に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光装置の封止部材の取り外し方法。
4. 前記基板は、前記発光素子が電気的に接続される配線をその表面に有することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置の封止部材の取り外し方法。
5. 前記はんだ層を溶融させる工程は、レーザ照射または熱風ヒータであることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光装置の封止部材の取り外し方法。
6. 前記発光素子と前記封止部材を同時に取り外すことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光装置の封止部材の取り外し方法。
7. 前記封止部材が取り外された後、新たに封止部材を設ける工程を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発光装置の封止部材の取り外し方法。
8. 母材と、前記母材の上面にある一対の配線と、前記一対の配線の上面にあり開口部を有する絶縁材と、を有し、前記開口部内に前記一対の配線の一部が露出する基板と、
   前記開口部内に露出する前記一対の配線に実装される発光素子と、
   前記開口部内に位置し、前記発光素子と前記一対の配線とを接合するはんだ層と、
   前記はんだ層の少なくとも一部を被覆する光反射性物質を含むアンダーフィルと、
   前記発光素子を封止する封止部材と、
   を備え、
   前記基板と前記封止部材との間に、前記はんだ層の一部が位置し、かつ前記はんだ層は前記封止部材の下面の７５％以上の範囲に設けられている、封止部材を取り外すことが可能な発光装置。
9. 前記アンダーフィルは前記絶縁材の一部を被覆する請求項８に記載の発光装置。
10. 前記絶縁材は光反射性物質を含む請求項８または９に記載の発光装置。

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