JP7021625B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
従来、フェイスダウン実装された発光素子と基板の間の空間にアンダーフィルと呼ばれる樹脂が充填された発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の発光装置においては、ダミーバンプをアンダーフィルの流動の中継点として用いることにより、アンダーフィルを発光素子と配線基板の間の隙間に精度よく充填することができる。
特開２０１８－１９０３２号公報
アンダーフィルが用いられた発光装置の製造工程においては、アンダーフィルを発光素子から離れた位置から流動させて発光素子と配線基板との間の空間に充填する際に、アンダーフィルは、発光素子と配線基板との間の空間だけでなく、その外側の領域も流れる。
この外側の領域を通過したアンダーフィルが、発光素子と配線基板との間の空間がアンダーフィルに充填される前に、その空間に反対側から達してしまうと、空間内のアンダーフィルにボイドが混入してしまう。アンダーフィルにボイドが混入すると、アンダーフィルを透過して浸入した水分がボイドに溜まり、発光素子の電極に損傷（腐食損傷等）を与える等の問題が生じる。
特許文献１に記載の発光装置によれば、ダミーバンプによりアンダーフィルの流れを引きつけることができるものの、このようなボイドが混入する事態は起こり得る。
本発明の目的は、配線基板と発光素子の間の空間におけるアンダーフィルへのボイドの混入が抑えられる構造を有する発光装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［５］の発光装置、を提供する。
［１］基板の表面にｎ電極及びｐ電極が配線された配線基板と、前記ｎ電極に直接接合されたｎパッド電極及び前記ｐ電極に直接接合されたｐパッド電極を有し、前記ｎ電極と前記ｐ電極の間の第１の隙間を跨いで設置された発光素子と、前記配線基板と前記発光素子の間の空間を充填するアンダーフィルと、を備え、前記ｎパッド電極と前記ｐパッド電極の少なくとも一方が線状の第２の隙間を挟んで２つの島に分割され、前記第２の隙間が、前記ｎパッド電極と前記ｐパッド電極の間の線状の第３の隙間と連続している、発光装置。
［２］前記ｎパッド電極を前記第３の隙間と挟む前記ｎ電極上の位置、及び前記ｐパッド電極を前記第３の隙間と挟む前記ｐ電極上の位置に設けられ、前記アンダーフィルに接触する、硬化前の前記アンダーフィルの流れを阻害するための流動阻害部を備えた、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記第２の隙間の前記第３の隙間への合流点が、前記第３の隙間の長さ方向の中間点からずれた位置にある、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。
［４］前記第３の隙間の長さ方向の一方の端部を含む一部の領域において、前記第３の隙間の幅が前記端部に向かって広がっている、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載の発光装置。
［５］前記ｎ電極及びｐ電極の厚さが１．０μｍ以上である、上記［１］～［４］のいずれか１項に記載の発光装置。
本発明によれば、配線基板と発光素子の間の空間におけるアンダーフィルへのボイドの混入が抑えられる構造を有する発光装置を提供することができる。
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図２は、図１の切断線Ａ－Ａにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、第１の実施の形態に係る発光装置に含まれる１つの発光素子の周辺を拡大した上面図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、第１の実施の形態に係るｎパッド電極とｐパッド電極の変形例を示す上面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、第１の実施の形態に係るｎパッド電極とｐパッド電極の他の変形例を示す上面図である。 図６は、第２の実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図７は、第２の実施の形態に係る発光装置に含まれる１つの発光素子の周辺を拡大した上面図である。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１の上面図である。図２は、図１の切断線Ａ－Ａにおいて切断された発光装置１の垂直断面図である。なお、図１においては、アンダーフィル１６及び封止樹脂１７の図示を省略している。
発光装置１は、基板１１の表面に電極１２が配線された配線基板１０と、配線基板１０の電極１２に接続された発光素子２０とを有する。
基板１１は、例えば、Ａｌ２Ｏ３基板、ＡｌＮ基板等のセラミック基板、表面が絶縁膜で覆われたＡｌ基板やＣｕ基板等の金属基板、又はガラスエポキシ基板であり、電極１２は、銅等の導電材料からなる。
電極１２は、発光素子２０に電流を供給するｎ電極又はｐ電極として機能する。すなわち、各々の発光素子２０に接続される２つの電極１２のうち、一方がｎ電極となり、他方がｐ電極となる。
各々の発光素子２０は、配線基板１０上の隣接する電極１２の間の溝、すなわちｐ電極とｎ電極の間の隙間３０を跨いで設置されている。このため、各々の発光素子２０の下には隙間３０が走っている。
なお、電極１２のパターンは、図１、図２に示されるものに限定されず、また、発光素子２０の個数や配置も図１、図２に示されるものに限定されない。
発光素子２０は、例えば、チップ基板と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む結晶層とを有するＬＥＤチップである。発光素子２０は、配線基板１０側に結晶層を向けた状態で実装、すなわちフェイスダウン実装されている。チップ基板はサファイア等からなる透明基板であり、チップ基板側から光を取り出す。また、発光素子２０は、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。
発光素子２０は、導電バンプや導電ペーストなどの導電性接合部材を用いずにｎ電極（電極１２）に直接接合されたｎパッド電極１４ｎと、導電性接合部材を用いずにｐ電極（電極１２）に直接接合されたｐパッド電極１４ｐを有する。
ｎパッド電極１４ｎ及びｐパッド電極１４ｐは、例えば、ＡｕＳｎからなるパッド電極であり、最表面がＡｕからなる電極１２と接触させた状態で熱処理を施してＳｎを拡散させることにより、電極１２と接合される。
図３（ａ）、（ｂ）は、発光装置１に含まれる１つの発光素子２０の周辺を拡大した上面図であり、ｎパッド電極１４ｎ及びｐパッド電極１４ｐの構成を示す。また、図３（ａ）、（ｂ）はアンダーフィル１６の流路を模式的に示す。アンダーフィル１６の流路については後述する。
図３（ａ）、（ｂ）においては、電極１２のうちの発光素子２０が接続された２つの電極をそれぞれｎ電極１２ｎ、ｐ電極１２ｐとする。また、発光素子２０の輪郭を点線で示し、ｎパッド電極１４ｎ及びｐパッド電極１４ｐのみを実線で示す。また、隣接する他の発光素子２０、ｎ電極１２ｎ及びｐ電極１２ｐ以外の電極１２、並びに蛍光体板２１の図示は省略する。
図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、ｎパッド電極１４ｎは、線状の隙間Ｇ１を挟んで島１４１ｎと島１４２ｎに分割され、ｐパッド電極１４ｐは、線状の隙間Ｇ２を挟んで島１４１ｐと島１４２ｐに分割されている。隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２は、ｎパッド電極１４ｎとｐパッド電極１４ｐの間の線状の隙間Ｇ３と連続している。
図３（ａ）、（ｂ）には、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２の典型的な位置が示されている。この例では、隙間Ｇ１の隙間Ｇ３への合流点及び隙間Ｇ２の隙間Ｇ３への合流点が、隙間Ｇ３の長さ方向の中間点に位置する。また、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２の長さ方向が隙間Ｇ３の長さ方向に直交している。
アンダーフィル１６は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填され、発光素子２０のｎパッド電極１４ｎ及びｐパッド電極１４ｐを覆い、ｎパッド電極１４ｎ及びｐパッド電極１４ｐが水分や空気に触れることによる損傷（腐食損傷等）を防ぐことができる。また、アンダーフィル１６は、配線基板１０と発光素子２０の接合強度を向上させることもできる。アンダーフィル１６は、流動性を有する状態で配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填された後、硬化する。
アンダーフィル１６は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。また、アンダーフィル１６は、白色のフィラー等を含むことにより反射材として機能し、発光装置１の発光強度を向上させることができる。
アンダーフィル１６は、流動性を有する状態でディスペンサー等により配線基板１０上に滴下され、配線基板１０の隙間３０の端部に接触すると、隙間３０において生じる毛細管現象により、発光素子２０に向かって流動する。以下、一例として、図３（ａ）、（ｂ）に示される滴下位置３１に滴下されたアンダーフィル１６の流れについて説明する。
滴下されたアンダーフィル１６は、滴下位置３１から、主に図３（ａ）に矢印で示される３つの経路に沿って流れる。経路Ｐ１は、隙間３０と隙間Ｇ３で構成される空間を通る経路である。経路Ｐ２は、ｎパッド電極１４ｎを隙間Ｇ３と挟むｎ電極１２ｎ上の領域を通る経路である。経路Ｐ３は、ｐパッド電極１４ｐを隙間Ｇ３と挟むｐ電極１２ｐ上の領域を通る経路である。すなわち、経路Ｐ２及び経路Ｐ３は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間の外側を通る経路である。
ここで、通常、経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６の流速が経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通るアンダーフィル１６の流速よりも十分に大きければ、アンダーフィル１６は配線基板１０と発光素子２０の間の空間に問題なく充填される。
しかしながら、図３（ｂ）に示されるように、経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６が配線基板１０と発光素子２０の間の空間を充填する前に、経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通過したアンダーフィル１６が配線基板１０と発光素子２０の間の空間に滴下位置３１の反対側から到達すると、経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６にとっての配線基板１０と発光素子２０の間の空間の出口の一部又は全部を経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通過したアンダーフィル１６が塞ぐことになる。
このような場合であっても、発光装置１においては、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２が空気の逃げ道となり、配線基板１０と発光素子２０の間の空間内でアンダーフィル１６に挟まれた空気は、図３（ｂ）の矢印Ｅ１、Ｅ２で示されるように、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２を介して外部へ押し出される。このため、配線基板１０と発光素子２０の間の空間において、空気がアンダーフィル１６中にボイドとして残留することが抑制される。
アンダーフィル１６は、隙間３０と隙間Ｇ３で構成される空間を満たした後、隙間Ｇ３側から隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２へ流入し、隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２を満たす。これによって、ボイドの混入を抑制しつつ、アンダーフィル１６が配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填される。
隙間３０を深くして経路Ｐ１を通るアンダーフィル１６の流速を大きくするため、電極１２の厚さは、１．０μｍ以上であることが好ましい。
図４（ａ）、（ｂ）は、ｎパッド電極１４ｎとｐパッド電極１４ｐの変形例を示す、図３に対応する上面図である。
図４（ａ）に示される例では、隙間Ｇ１の隙間Ｇ３への合流点及び隙間Ｇ２の隙間Ｇ３への合流点が、隙間Ｇ３の長さ方向の中間点よりも、配線基板１０上のアンダーフィル１６の滴下位置３１から離れた位置にある。
これは、隙間３０と隙間Ｇ３で構成される空間において、経路Ｐ１を通って進入したアンダーフィル１６と経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通って進入したアンダーフィル１６とが合流する位置が、隙間Ｇ３の長さ方向の中間点よりも滴下位置３１から離れていることが多く、この場合に空気を隙間Ｇ２及び隙間Ｇ３から効果的に逃がすためである。
すなわち、隙間Ｇ１の隙間Ｇ３への合流点及び隙間Ｇ２の隙間Ｇ３への合流点が、隙間Ｇ３の長さ方向の中間点からずれた位置にあれば、そのずれた方向と反対の方向にある位置にアンダーフィル１６を滴下することにより、配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填されるアンダーフィル１６へのボイドの混入をより効果的に抑えることができる。
図４（ｂ）に示される例では、アンダーフィル１６の滴下位置３１側の一部の領域において、隙間Ｇ３の幅が外側に向かって広くなっている。これによって、アンダーフィル１６を経路Ｐ１へ進みやすくなり、また、経路Ｐ２及び経路Ｐ３へ進むアンダーフィル１６の量が相対的に減るため、配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填されるアンダーフィル１６へのボイドの混入をより効果的に抑えることができる。
すなわち、隙間Ｇ３の長さ方向の一方の端部を含む一部の領域において、隙間Ｇ３の幅がその端部に向かって広がっていれば、その端部の側にアンダーフィル１６を滴下することにより、配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填されるアンダーフィル１６へのボイドの混入をより効果的に抑えることができる。
なお、この図４（ｂ）に示される形態によれば、経路Ｐ１を通って進入したアンダーフィル１６と経路Ｐ２又は経路Ｐ３を通って進入したアンダーフィル１６とが合流する位置が、隙間Ｇ３の長さ方向の中間点よりも滴下位置３１から離れやすい。このため、この図４（ｂ）に示される形態を図４（ａ）に示される形態（隙間Ｇ１の隙間Ｇ３への合流点及び隙間Ｇ２の隙間Ｇ３への合流点が、隙間Ｇ３の長さ方向の中間点よりも、配線基板１０上のアンダーフィル１６の滴下位置３１から離れた位置にある形態）と組み合わせることにより、より効果的に配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填されるアンダーフィル１６へのボイドの混入を抑えることができる。
図５（ａ）、（ｂ）は、ｎパッド電極１４ｎとｐパッド電極１４ｐの他の変形例を示す、図３に対応する上面図である。
図５（ａ）に示される例では、隙間Ｇ１、隙間Ｇ２の長さ方向に沿って経路Ｐ２、経路Ｐ３へ向かう方向が、経路Ｐ２、経路Ｐ３の進行方向と鋭角に交わるように、隙間Ｇ１、隙間Ｇ２が隙間Ｇ３に対して傾斜している。このため、経路Ｐ２、経路Ｐ３を流れるアンダーフィル１６が外側から隙間Ｇ１、隙間Ｇ２に進入しようとしたときに、進行方向を鋭角に曲げないとならない。
すなわち、隙間Ｇ１、隙間Ｇ２が隙間Ｇ３に対して傾斜していれば、発光素子２０の外側を流れるアンダーフィル１６が進行方向を鋭角に曲げないと隙間Ｇ２が隙間Ｇ３に進入できないような位置にアンダーフィル１６を滴下することにより、発光素子２０の外側を流れるアンダーフィル１６が隙間Ｇ１と隙間Ｇ２に外側から進入することを効果的に遅らせることができる。
図５（ｂ）に示される例では、隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２の幅において、Ｇ３側の端部の幅よりも、その反対側（外側）の端部の幅が小さくなっている。これによって、経路Ｐ２及び経路Ｐ３を通るアンダーフィル１６が隙間Ｇ１と隙間Ｇ２に外側から進入することを効果的に遅らせることができる。
この図５（ｂ）に示される形態によれば、アンダーフィル１６の滴下位置に依らず、発光素子２０の外側を流れるアンダーフィル１６が隙間Ｇ１と隙間Ｇ２に外側から進入することを効果的に遅らせることができる。なお、図５（ｂ）に示される例では、隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２の長さ方向に沿って連続的に幅が変化しているが、段階的に変化してもよい。
発光素子２０上には、蛍光体板２１が設置されている。蛍光体板２１は、平板状の蛍光体含有部材又は蛍光体、例えば、蛍光体粒子が分散した平板状の樹脂等の透明部材や平板状の蛍光体の焼結体からなる。蛍光体板２１に含まれる、又は蛍光体板２１を構成する蛍光体の蛍光色は特に限定されない。
発光素子２０は、蛍光体板２１に含まれる、又は蛍光体板２１を構成する蛍光体の励起光源として機能し、発光素子２０の発光色と蛍光体板２１の発光色の混色が発光装置１の発光色になる。例えば、発光素子２０の発光色が青色であり、蛍光体板２１の発光色が黄色である場合、発光装置１の発光色は白色になる。
発光装置１は、図１に示されるように、発光素子２０に電気的に接続された、サージ電圧を吸収するためのツェナーダイオード２２を有してもよい。この場合、ツェナーダイオード２２がアンダーフィル１６の滴下の邪魔になることや、滴下されたアンダーフィル１６がツェナーダイオード２２側に引き寄せられることを防ぐため、ツェナーダイオード２２の設置位置が隙間３０の延長線上から外れていることが好ましい。
また、発光装置１は、図１、図２に示されるように、発光素子２０の設置領域を取り囲むように形成された環状のダム１３を有してもよい。ダム１３は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなり、酸化チタン等の白色染料を含んでもよい。
ダム１３の内側の領域には、発光素子２０を封止する封止樹脂１７が充填される。封止樹脂１７は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂からなる。また、封止樹脂１７は蛍光体を含んでもよい。
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態に係る発光装置は、発光素子２０の外側を流れる硬化前のアンダーフィル１６の流れを抑制する流動阻害部を電極１２上に有する。なお、第１の実施の形態と同様の部材については、同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図６は、第２の実施の形態に係る発光装置２の上面図である。図７は、発光装置２に含まれる１つの発光素子２０の周辺を拡大した上面図であり、アンダーフィル１６を充填する前の状態を示している。
図７においては、図３と同様に、発光素子２０の輪郭を点線で示し、ｎパッド電極１４ｎ及びｐパッド電極１４ｐのみを実線で示す。また、隣接する他の発光素子２０、ｎ電極１２ｎ及びｐ電極１２ｐ以外の電極１２、並びに蛍光体板２１の図示は省略する。
発光装置２においては、配線基板１０と発光素子２０の間の空間の外側の位置、すなわち、ｎパッド電極１４ｎを隙間Ｇ３と挟むｎ電極１２ｎ上の位置、及びｐパッド電極１４ｐを隙間Ｇ３と挟むｐ電極１２ｐ上の位置に、流動阻害部１５が設けられている。
流動阻害部１５は、電極１２（ｎ電極１２ｎ及びｐ電極１２ｐ）上に設けられた孔又は突起である。孔としての流動阻害部１５は、電極１２を貫通する貫通孔であってもよいし、貫通しない電極１２の窪みであってもよい。また、突起としての流動阻害部１５は、電極１２の一部であってもよいし、別体として電極１２の表面上に設置されるものであってもよい。
流動阻害部１５は、アンダーフィル１６の経路Ｐ２と経路Ｐ３上に設けられているため、経路Ｐ２と経路Ｐ３を流れるアンダーフィル１６の流動を阻害することができる。これによって、経路Ｐ１を流れるアンダーフィル１６の流速を相対的に増加させ、隙間３０と隙間Ｇ３で構成される空間に両側からアンダーフィル１６が進入することによるボイドの発生を抑えることができる。
さらに、発光装置２は、第１の実施の形態に係る発光装置１と同様に、隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２を有し、配線基板１０と発光素子２０の間の空間の空気を外部へ効果的に逃がすことができるため、配線基板１０と発光素子２０の間の空間に充填されるアンダーフィル１６へのボイドの混入をより効果的に抑えることができる。
流動阻害部１５は、経路Ｐ２と経路Ｐ３を流れるアンダーフィル１６の流動を阻害するため、アンダーフィル１６は流動阻害部１５に接触した状態で硬化する。
（実施の形態の効果）
上記第１の実施の形態に係る発光装置１によれば、隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２が設けられていることにより、配線基板１０と発光素子２０の間の空間におけるアンダーフィル１６へのボイドの混入を抑えることができる。
さらに、上記第２の実施の形態に係る発光装置１によれば、流動阻害部１５が設けられていることにより、配線基板１０と発光素子２０の間の空間におけるアンダーフィル１６へのボイドの混入をより効果的に抑えることができる。
なお、発光装置１及び発光装置２は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間におけるアンダーフィル１６へのボイドの混入を抑えることができる構造を有するため、アンダーフィル１６と封止樹脂１７を同じ材料で連続的、一体的に形成しても、十分にボイドの混入を抑えることができる場合がある。この場合、例えば、樹脂をダム１３と発光素子２０の間の領域に回し入れ、アンダーフィル１６と封止樹脂１７を形成する。
また、発光装置１及び発光装置２は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間におけるアンダーフィル１６へのボイドの混入を抑えることができるのであれば、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２の一方のみを有してもよい。すなわち、ｎパッド電極１４ｎとｐパッド電極１４ｐの一方のみが分割されていてもよい。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１、２ 発光装置
１０ 配線基板
１１ 基板
１２、１２ｎ、１２ｐ 電極
１３ ダム
１４ｎ ｎパッド電極
１４１ｎ、１４２ｎ 島
１４ｐ ｐパッド電極
１４１ｐ、１４２ｐ 島
１５ 流動阻害部
１６ アンダーフィル
１７ 封止樹脂
２０ 発光素子
３０ 隙間
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ 隙間

Claims (4)

  1. 基板の表面にｎ電極及びｐ電極が配線された配線基板と、
    前記ｎ電極に直接接合されたｎパッド電極及び前記ｐ電極に直接接合されたｐパッド電極を有し、前記ｎ電極と前記ｐ電極の間の第１の隙間を跨いで設置された発光素子と、
    前記配線基板と前記発光素子の間の空間を充填するアンダーフィルと、
    を備え、
    前記ｎパッド電極と前記ｐパッド電極の少なくとも一方が線状の第２の隙間を挟んで２つの島に分割され、
    前記第２の隙間が、前記ｎパッド電極と前記ｐパッド電極の間の線状の第３の隙間と連続し、
    前記ｎパッド電極を前記第３の隙間と挟む前記ｎ電極上の位置、及び前記ｐパッド電極を前記第３の隙間と挟む前記ｐ電極上の位置に設けられ、前記アンダーフィルに接触する、硬化前の前記アンダーフィルの流れを阻害するための流動阻害部を備えた、
    発光装置。
  2. 前記第２の隙間の前記第３の隙間への合流点が、前記第３の隙間の長さ方向の中間点からずれた位置にある、
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第３の隙間の長さ方向の一方の端部を含む一部の領域において、前記第３の隙間の幅が前記端部に向かって広がっている、
    請求項１又は２のいずれか１項に記載の発光装置。
  4. 前記ｎ電極及びｐ電極の厚さが１．０μｍ以上である、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の発光装置。
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