JP6327232B2 - 発光装置及び発光モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
(発光装置)
図1は、本発明の実施形態1に係る発光装置の概略斜視図である。図2Aは、本発明の実施形態1に係る発光装置の概略平面図である。図2Bは、図2Aと形状の異なる配線層を備える配線基板を用いた発光装置の概略平面図である。なお、図2A及び図2Bでは、図の明瞭化のため、保護膜は透過して示す。図2Cは、本発明の実施形態1に係る発光装置を裏面側から見た概略平面図である。図3は、図1に示される発光装置のA−A´における概略断面図である。図1に示されるように、実施形態1の発光装置100は、配線基板10上に、発光素子20がフリップチップ実装されている。
より具体的には、実施形態1では、図1及び図2Aに示されるように、基材11上に正と負の2つの配線層12が設けられている。正負の配線層12は、それぞれ配線基板10の外側に面する辺が曲線であり、該曲線の曲率は略等しく、配線層12の平面形状は円形である。このように、正負一対の配線層12が設けられた配線基板10は、配線層12の形状が複雑でなく、パターンの形成が容易である。さらに、複数対の配線層が設けられた配線基板に比べて、1つの配線層の面積を大きく設けることができるので、配線層1つあたりの放熱性を向上させることができ、放熱性の良い発光装置とすることができる。
なお、前述のものに限らず、実装される発光素子の電極パターンによって、適宜所望の形状及び数の配線層を備えた配線基板を用いることができる。例えば、図2Bに示されるように、正の配線層12x1と負の配線層12x2からなる一対の配線層が2つ以上設けられた配線基板10xを用いてもよい。
以上のように、配線層12の平面形状を、略円形とすることで、発光素子20の中心から配線層の外縁12Sまでの距離を略等しくすることができ、発光素子20の熱を配線基板10の外側方向へ均等に拡散させることができる。したがって、例えば、配線層の平面形状が矩形の配線基板を用いる場合と比べて、発光素子20の熱を均一に放熱させることが可能となり、円滑に発光装置の放熱が行われやすい。また、発光素子20の近傍で熱がこもりにくく、発光素子20の劣化を抑えることができる。
保護膜40の厚みは、1nm〜10μm程度、より好ましくは30nm〜200nmであることが好ましい。このように、保護膜を比較的薄くすることで、発光装置を小型化しやすい。
配線基板10は、その上面に実装される発光素子20からの出射光を遮光可能な材料からなることが好ましい。
配線層12の材料は、発光素子20と電気的に接続可能なものであれば特に限定されず、当該分野で公知の材料によって形成することができる。例えば、銅、アルミニウム、金、銀等の金属を用いることができる。配線層12は、めっき、スパッタ、その他の公知の方法で形成してもよいし、リードフレーム等を用いてもよい。
発光素子20は、当該分野で一般的に用いられている発光ダイオード、レーザダイオード等を用いることができる。例えば、窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaP、GaAsなどのIII−V族化合物半導体等、種々の半導体を利用することができる。電極の材料としては、例えばAu、Ag、Cu、Pt、Al、Rh、W、Ti、Ni、Pd等の金属を用いることができ、これらの金属を単層又は複数層積層して用いてもよい。
発光素子20は、上述の半導体層21及び一対の電極23の他、半導体層21を成長させるための基板を有していてもよい。基板としては、サファイアのような絶縁性基板、SiC、ZnO、Si、GaAs、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジム等の酸化物基板が挙げられる。基板は、透光性であることが好ましい。なお、基板はレーザリフトオフ法等を利用して除去されていてもよい。
保護膜40の材料としては、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化珪素(SiO2)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si3N4)等の無機材料が挙げられ、特に酸化アルミニウムが好ましい。これにより、発光素子20からの光が吸収されにくく、発光素子20を水分等から保護できる緻密な保護膜40を形成しやすい。
保護膜40は、発光素子が配線基板に実装された後に、原子堆積法(以下、「ALD」(Atomic Layer Deposition)と記載することがある)、スパッタ、CVD等によって形成することができる。特に、ALDで形成すると、隙間なく均一な厚みの保護膜を形成することができる。したがって、外部から水分等が透過しにくく、発光素子10が酸化しにくい信頼性の高い発光装置を形成することができる。
図4は、本発明の実施形態1に係る発光モジュールの概略断面図である。実施形態1の発光モジュール1000は、上述した発光装置100が、実装基板200に実装されたものである。発光モジュール1000は、例えば印刷、硬化、センサー用の光源として用いることができる。
実装基板200は、その表面に少なくとも正負の配線201を有しており、該正負の配線201と、発光装置100の正負の配線層12とが、それぞれ電気的に接続される。実施形態1では、発光装置100の裏面、すなわち、配線基板10において発光素子20が実装される面と反対側の面に設けられた正負の裏面配線層121と、実装基板200の正負の配線201とが、導電性の接着剤によってそれぞれ接合されている。なお、これに限らず、発光装置の配線層と、実装基板の配線とは、ワイヤ等で電気的に接続されていてもよい。
図5Aは、本発明の実施形態1に係る発光モジュールの製造方法において、発光装置準備工程を示す概略断面図である。図5Bは、本発明の実施形態1に係る発光モジュールの製造方法において、実装基板準備工程を示す概略断面図である。図5Cは、本発明の実施形態1に係る発光モジュールの製造方法において、ノズル準備工程を示す概略側面図である。図5D及び図5Eは、本発明の実施形態1に係る発光モジュールの製造方法において、発光装置配置工程を示す概略断面図である。図6A〜図6Cは、本発明の実施形態1に係る発光モジュールの製造方法において、発光装置の配線基板の配線層の平面形状と、配線基板上におけるノズルの接触位置とを示す概略平面図である。
実施形態1に係る発光モジュール1000の製造方法では、まず、基材と基材上の中央部に配置された配線層とを有する配線基板と、配線層に接合された発光素子と、基材と配線層と発光素子とを被覆する無機材料からなる保護膜と、を備える発光装置を準備する。また、該発光装置を配置するための実装基板を準備する。さらに、開口径が、平面視で発光装置の配線基板の配線層よりも大きいノズルを準備する。ノズルは、例えば電子部品などの実装に用いられる表面実装機(マウンター)において、電子部品を吸着させる吸着ノズルである。そして、ノズルによって発光装置を吸着し、発光装置を実装基板上に配置する。このとき、ノズルが基材上の保護膜と接触するように、発光装置を吸着する。
以下、実施形態1に係る発光モジュール1000の製造方法の各工程について、詳細に説明する。
発光装置準備工程では、実装基板上に配置する発光装置100を準備する。発光装置100は、図5Aに示されるように、例えばエンボスキャリアテープ80の凹部81に配置された状態のものを準備し、後の発光装置配置工程でノズルによって吸着可能な状態にしておくことができる。これにより、発光装置100が等間隔で配置されているので、後の発光装置配置工程において発光装置100を吸着させやすい。
発光装置100として、具体的には、基材11と基材11上の中央部に配置された配線層12とを有する平板状の配線基板10に、発光素子20が実装されたものを準備する。ここで、“基材11上の中央部に配置された配線層12”とは、平面視で配線層12が基材11によって囲まれた状態を指す。配線基板10の配線層12は、平面視で後述するノズルの開口径以下の大きさで設けられている。
なお、平面視でノズルの開口径以下の大きさで設けられていれば、ノズルの開口形状と異なる平面形状の配線層を有する発光装置を準備してもよい。例えば、開口形状が円形のノズルを準備する場合、図6Cに示されるように、平面形状がノズルの接触位置60cよりも内側にくる矩形の配線層12c、言い換えると、平面形状がノズルの開口径以下である矩形の配線層12cを有する発光装置100cを準備してもよい。また、図6Cに示されるように、配線層12cがノズルの接触位置と重ならないように、矩形の角部が一部ない形状の配線層12cとしてもよい。
さらに、準備する発光装置100は、配線基板10の基材11及び配線層12と、配線層12に接合された発光素子20とを被覆し、発光装置100の外表面を形成する無機材料からなる保護膜40を備える。
実装基板準備工程では、発光装置100を実装するための実装基板200を準備する。図5Bに示されるように、実装基板200は、その表面に、実装基板200上に配置される発光装置100とそれぞれ電気的に接続するための正負の配線201を有する。配線201は、発光装置100と電気的に接続が可能であれば、その構成は特に限定されない。実施形態1では、上面に配置される発光装置100の正負の裏面配線層121と対応する位置に、正負の配線201を有する実装基板200を準備する。
ノズル準備工程では、後の発光装置配置工程で発光装置100を実装基板200上に配置するために、発光装置100を吸着させてピックアップするノズル60を準備する。ノズル60としては、電子部品の実装に一般的に用いられる表面実装機(マウンター)に使用可能な公知のものを適宜用いることができる。ノズル準備工程では、図5Cに示されるように、開口径Kが、平面視で発光装置100の配線基板10よりも小さく、且つ、平面視で配線基板10の配線層12以上の大きさであるノズル60を準備する。これにより、発光装置配置工程において、ノズル60を配線基板10の基材11上の保護膜40と接触させて発光装置100を吸着させることができる。したがって、ノズル60によって発光装置100を吸着する際に、配線層12上の保護膜40とノズル60とが接触しないので、ノズル接触時の衝撃によって配線層12上の保護膜40が割れる可能性を低減することができる。
発光装置準備工程、実装基板準備工程、ノズル準備工程を行う順番は特に限定されず、適宜所望の順番で行うことができる。
発光装置準備工程、実装基板準備工程、ノズル準備工程の後、準備したノズル60によって発光装置100を吸着してピックアップし、実装基板200上に配置する発光装置配置工程を行う。発光装置実装工程では、図5Dに示されるように、ノズル60が発光装置100の発光素子20上の保護膜40及び配線層12上の保護膜40と接触しないように位置合わせし、発光装置100をノズル60で吸着する。すなわち、ノズル60が、配線層12よりも外側の基材11上の保護膜40と接触するように位置合わせし、ノズル60によって発光装置100を吸着する。例えば、ノズル60が、配線層12の外縁から0.05mm〜0.25mm離間した基材11上の保護膜40と接触するように、発光装置100を吸着させることができる。このように、配線層12よりも外側の基材11上の保護膜40とノズル60とを接触させて発光装置100を吸着することで、配線層12上の保護膜40とノズル60とが接触しないので、ノズル60によって発光装置100を吸着したときの衝撃によって、発光素子20及び配線層12上の保護膜40が割れることを防ぐことができる。特に、紫外光を発する発光素子を備える発光装置を用いる場合、その熱や光によって配線層が劣化しやすいところ、配線層上の保護膜の割れを防ぐことで劣化の進行を抑制することが可能である。
図7は、図5Dと異なる開口形状のノズルを用いた実施形態2に係る発光装置配置工程を示す概略側面図である。実施形態2では、実施形態1で用いたノズルと異なる形状のノズルを用いる。なお、準備する発光装置の構成、ノズル準備工程及び発光装置配置工程以外の工程、その製造方法によって形成される発光モジュールの構成は、実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
そして、図7に示されるように、前述のノズル61を用い、発光装置配置工程においてノズル61が配線基板10の基材11上の保護膜40と接触するように、ノズル61で発光装置100を吸着し、実施形態1と同様に実装基板上に配置する。
11…基材
12、12a、12b、12c…配線層
12x1…正の配線層
12x2…負の配線層
12S…配線層の外縁
121…裏面配線層
20…発光素子
21…半導体層
22…発光層
23…電極
30…導電性接着剤
40…保護膜
50…保護素子
60、61…ノズル
60a、60b、60c…ノズルの接触位置
K、K1、K2…開口径
70…接着剤
80…エンボスキャリアテープ
81…凹部
100、100a、100b、100c…発光装置
200…実装基板
201…配線
1000…発光モジュール
Claims (10)
- 基材と、前記基材の上面に配置された正負の配線層と、を有する配線基板と、
前記配線層にフリップチップ実装される発光素子と、
前記基材と前記配線層と前記発光素子とを被覆し、発光装置の外表面を形成する無機材料からなり、上面が平坦である保護膜と、を備え、
前記配線層の外縁は曲線であり、該曲線の曲率は略一定であり、
前記配線層が前記配線基板の外縁よりも内側であることを特徴とする発光装置。 - 前記配線層の平面形状が略円形である請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光素子の中心から前記配線層の前記外縁までの距離は略等しい請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記保護膜の厚みは、30nm〜200nmであり、前記発光素子と前記基板とを隙間なく被覆する請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記保護膜は、Al2O3、SiO2、AlN、Si3N4のいずれかで形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記保護膜は、前記無機材料が複数層積層されてなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、紫外線領域の波長の光を出射する請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 基材と前記基材上の中央部に配置された配線層とを有する配線基板と、前記配線層に接合された発光素子と、前記基材と前記配線層と前記発光素子とを被覆する無機材料からなり、上面が平坦である保護膜と、を備える発光装置を準備する工程と、
前記発光装置を配置するための実装基板を準備する工程と、
開口径が平面視で前記配線層以上の大きさのノズルを準備する工程と、
前記ノズルが前記基材上の前記保護膜と接触し、前記配線層が前記ノズルの接触位置よりも内側にくるように調整しつつ、前記ノズルで前記発光装置を吸着し、前記発光装置を前記実装基板上に配置する工程と、を有することを特徴とする発光モジュールの製造方法。 - 前記配線層が平面視で円形の前記配線基板を準備し、
開口形状が円形の前記ノズルを準備する請求項8に記載の発光モジュールの製造方法。 - 前記ノズルが、前記配線層から0.05mm〜0.25mm以上離間した前記基材上の前記保護膜と接触するように、前記ノズルで前記発光装置を吸着する請求項8又は9に記載の発光モジュールの製造方法。
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