WO2014208495A1 - Led装置 - Google Patents

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WO2014208495A1
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led
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frame
die
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功 宮下
拓 熊坂
渡辺 圭太
康介 土屋
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シチズンホールディングス株式会社
シチズン電子株式会社
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    • H01L33/46Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

Definitions

  • the present invention relates to an LED device.
  • the submount substrate is a small substrate inserted between a large substrate (hereinafter also referred to as a mother substrate) on which other electronic components such as resistors and capacitors are mounted and an LED die, and is also referred to as an interposer.
  • the submount substrate includes an anode electrode and a cathode electrode on the bottom surface facing the surface of the mother substrate (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 14 is a perspective view of a conventional semiconductor package corresponding to FIG. 1 of Patent Document 1
  • FIG. 15 is a bottom view of the conventional semiconductor package corresponding to FIG.
  • the LED device (semiconductor package) 20 includes a submount substrate (wiring substrate) 10 and an LED die (LED element) 61 flip-chip mounted on the submount substrate. On the bottom surface of the LED die 61, bumps 61a and 61b are respectively joined to the cathode electrode and the anode electrode of the LED die.
  • the submount substrate 10 includes a ceramic substrate 11 and a pair of electrodes 12 and 13 disposed on the ceramic substrate 11. Each of the pair of electrodes 12 and 13 includes surface electrodes 12a and 13a, side electrodes 12b and 13b (not shown), and bottom electrodes 12c and 13c, and functions as a cathode electrode and an anode electrode of the LED device 20.
  • the LED die 61 is bonded to land portions formed on the surface electrodes 12a and 13a of the pair of electrodes 12 and 13 via bumps 61a and 61b, respectively.
  • the submount substrate 10 is formed with a pair of recesses 11a and 11b and a pair of vias 11c and 11d.
  • Side electrodes 12b and 13b are disposed in the pair of recesses 11a and 11b, and the vias 11c and 11d conduct heat generated from the LED die 61 from the surface of the submount substrate 10 to the bottom surface.
  • the bottom electrodes 12c and 13c having the same shape and the same area are disposed on the bottom surface of the LED device 20.
  • the sizes and gaps of the upper electrodes 12a and 12b are determined by the electrode specifications (design rules, mounting accuracy, etc.) of the LED die 61, while the sizes and gaps of the bottom electrodes 12c and 13c are determined by the mounting specifications of the mother board. Is done.
  • the bottom surface of the LED device may be contaminated if liquid adheres to the mother substrate on which the LED device is mounted. is there. Foreign substances such as liquid adhering to the bottom surface of the LED device may cause a short circuit between the electrodes of the LED device and may cause migration.
  • the present invention has been made in view of this problem, and an object thereof is to provide an LED device in which the bottom surface is not contaminated even when a foreign substance such as a liquid adheres.
  • the LED device of the present invention is surrounded by an LED die, a submount substrate on which the LED die is mounted, a frame-shaped electrode disposed along the outer peripheral portion of the bottom surface of the submount substrate, and the frame-shaped electrode; And an inner electrode connected to the electrode of the LED die.
  • the frame electrode and the inner electrode are connected to the wiring electrodes on the mother board by soldering. Since the solder for joining the frame-shaped electrode to the mother substrate exists along the outer periphery of the bottom surface of the submount substrate that forms the bottom surface of the LED device, the side on which the frame-shaped electrode is disposed is sealed on the bottom surface of the submount substrate. Is done. As a result, in the LED device mounted on the mother board, foreign substances such as liquid do not enter the bottom surface of the LED device from the side where the frame-like electrode is arranged.
  • the frame electrode may be disposed on the entire outer peripheral portion of the bottom surface.
  • the shape of the bottom surface is rectangular, and the frame-shaped electrode may be arranged along the three sides of the bottom surface.
  • the frame electrode may be connected to the electrode of the LED die.
  • the frame electrode may be connected to a ground wiring formed on a mother substrate on which the LED device is mounted.
  • the LED device of the present invention may have at least two inner electrodes.
  • the LED die may be a red light emitting LED die, a green light emitting LED die, and a blue light emitting LED die.
  • the LED device of the present invention includes a frame-shaped electrode disposed along the outer peripheral portion of the bottom surface, the side where the frame-shaped electrode is disposed on the bottom surface of the LED device mounted on the mother board is sealed, and the LED device Contamination of the bottom can be prevented.
  • FIG. 6A is a circuit diagram of the LED device shown in FIG. 6A.
  • FIG. 1 is a perspective view of the LED device 1 of the first embodiment.
  • the LED device 1 includes a reflective layer 2 disposed at the top, a phosphor layer 3 disposed below the reflective layer 2, a submount substrate 4 disposed below the phosphor layer 3, and a submount substrate. 4 and a frame-shaped electrode 5 disposed below the frame 4.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the LED device 1 according to the first embodiment is mounted on the mother board 7.
  • the LED device 1 is connected to a wiring electrode (not shown) formed on the mother substrate 7 by solder 6.
  • the solder 6 forms a fillet and surrounds the LED device 1.
  • FIG. 3 is an external view of the LED device 1 of the first embodiment
  • FIG. 3A is a plan view of the LED device 1
  • FIG. 3B is a front view of the LED device 1
  • FIG. (C) is a bottom view of the LED device 1.
  • the reflective layer 2 can be seen from the surface direction of the LED device 1.
  • the frame-shaped electrode 5, the submount substrate 4 on which the frame-shaped electrode 5 is formed, and the phosphor layer 3 and the reflective layer 2 respectively laminated on the submount substrate 4 are seen.
  • a frame-shaped electrode 5 formed and arranged so as to surround the outer peripheral portion of the bottom surface of the submount substrate 4 and an inner electrode 8 surrounded by the frame-shaped electrode 5 can be seen. Between the frame electrode 5 and the inner electrode 8, the bottom surface of the submount substrate 4 can be seen.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • Surface electrodes 4 a and 4 b are formed on the surface of the submount substrate 4, and through holes 4 c and 4 d penetrating from the surface to the bottom surface are formed in the submount substrate 4.
  • the surface electrode 4a is connected to the frame electrode 5 through the through hole 4c, and the surface electrode 4b is connected to the inner electrode 8 through the through hole 4d.
  • An LED die 9 is die-bonded on the surface of the surface electrode 4b.
  • the wire 9a connects the electrode of the LED die 9 and the surface electrodes 4a and 4b.
  • the LED die 9 and the wire 9 a are covered with the phosphor layer 3. In the phosphor layer 3, the reflective layer 2 is disposed above.
  • the wiring electrodes 7 a and 7 b are formed on the surface of the mother substrate 7.
  • the wiring electrode 7a is connected to the frame electrode 5 through the solder 6, and the wiring electrode 7b is connected to the inner electrode 8 through the solder 6a
  • the material for forming the submount substrate 4 is selected from insulating materials having high thermal conductivity.
  • alumina having good thermal conductivity and high reflectance is used as a material for forming the submount substrate 4.
  • aluminum nitride having a low reflectivity but high thermal conductivity may be used as a material for forming the submount substrate 4.
  • a resin or a metal substrate whose surface is insulated may be used as the material of the submount substrate 4.
  • the LED die 9 is a blue light emitting diode, and includes a sapphire substrate and a semiconductor layer stacked on the sapphire.
  • the thickness of the sapphire substrate is about 150 ⁇ m, and the thickness of the semiconductor layer is less than 10 ⁇ m.
  • the semiconductor layer includes an n-type GaN layer and a p-type GaN layer stacked on the GaN layer, and a boundary portion between the n-type GaN layer and the p-type GaN layer serves as a light emitting layer.
  • the n-type GaN layer is connected to the cathode of the LED die 9, and the p-type GaN layer is connected to the anode of the LED die 9.
  • the phosphor layer 3 is formed by curing silicone kneaded with phosphor.
  • the reflective layer 2 is formed by curing silicone kneaded with alumina or titanium oxide.
  • the reflective layer 2 may be a metal plate or a reflective tape.
  • Light emitted from the LED die 9 is reflected by the surface of the submount substrate 4 and the reflection layer 2, propagates through the phosphor layer 3, and is emitted from the side surface of the LED device 1. A part of the light emitted from the LED die 9 is wavelength-converted by the phosphor contained in the phosphor layer 3.
  • the frame-like electrode 5 is connected to either the anode or the cathode of the LED die 9, and the inner electrode 8 is the other electrode of the cathode or the anode.
  • the LED device of the embodiment is connected to the anode and the cathode with the electrode disposed on the bottom surface, the frame-like electrode may not be connected to both the anode and the cathode.
  • the LED device 50 of 2nd Embodiment in which a frame-shaped electrode is not connected to both an anode and a cathode is demonstrated as 2nd Embodiment.
  • FIG. 5A is a bottom view of the LED device 50 of the second embodiment
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5A.
  • the LED die 59, the phosphor layer 53, and the reflective layer 52 are arranged on the submount substrate 54 as in the LED device 1 of the first embodiment.
  • the LED device 50 has the same external appearance as the LED device 1, a perspective view showing the external appearance of the LED device 50 is not shown (the perspective view showing the external appearance is also not shown in the embodiments described below).
  • the bottom surface of the LED device 50 has a frame-shaped electrode 55 disposed in the periphery, and two inner electrodes 58 a and 58 b are disposed inside the frame-shaped electrode 55.
  • the frame electrode 55 is connected to the ground wiring 57 a of the mother substrate 57 and is not connected to the LED die 59 mounted on the submount substrate 54.
  • the inner electrode 58a is connected to the anode of the LED die 59 through the through hole 54d, the surface electrode 54a, and a wire.
  • the inner electrode 58b is connected to the cathode of the LED die 59 through the through hole 54c, the surface electrode 54b, and the wire 59a.
  • the frame-shaped electrode 55 formed around the bottom surface is at the ground level, and the frame-shaped electrode 55 is not connected to the LED die 59.
  • the potential for impact is low.
  • one LED die (LED die 9 (see FIG. 4) in the LED device 1) is mounted on the submount substrates 4 and 54.
  • the number of LED dies mounted on the submount substrate is not limited to one.
  • An LED device 60 in which three LED dies are mounted on a submount substrate 64 will be described as a third embodiment with reference to FIGS. 6A, 6B, and 7.
  • FIG. 6A is a bottom view of the LED device 60
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the LED device 60.
  • LED dies 71, 72, 73, a phosphor layer 63, and a reflective layer 62 are disposed on a submount substrate 64.
  • a frame-shaped electrode 65 is disposed in the peripheral portion, and three inner electrodes 68 a, 68 b, 68 c are disposed inside the frame-shaped electrode 65.
  • the three inner electrodes 68a, 68b, 68c are arranged in a triangle so as to form an isosceles triangle having the inner electrode 68a as a vertex and the inner electrodes 68b, 68c forming a base.
  • the frame electrode 65 is a common electrode connected to the anodes of the LED dies 71, 72, 73, and the inner electrodes 68a, 68b, 68c are connected to the cathodes 78a, 78b, 78c of the LED dies 71, 72, 73, respectively. Is done.
  • LED dies 71, 72, and 73 are a red light emitting diode, a green light emitting diode, and a blue light emitting diode, respectively.
  • the LED dies 71, 72, and 73 share the anode 75 and are provided with cathodes 78a, 78b, and 78c, respectively.
  • the anodes 75 of the LED dies 71, 72, and 73 are connected to the frame-shaped electrode 65 through the wire 69a, the surface electrode 64a, and the through hole 64c.
  • the cathodes 78a, 78b, 78c of the LED dies 71, 72, 73 are connected to the inner electrodes 68a, 68b, 68c.
  • the cathode 78b of the LED die 72 is connected to the inner electrode 68b through a wire, a surface electrode 642b, and a through hole 642d.
  • the cathode 78c of the LED die 73 is connected to the inner electrode 68c through a wire, a surface electrode 643b, and a through hole 643d. Since the LED device 60 can individually control the currents flowing through the LED dies 71, 72, and 73, it is possible to emit various colors by changing the currents flowing through the LED dies 71, 72, and 73. .
  • FIG. 8 is a bottom view of the LED device 80.
  • the LED device 80 has the circuit configuration shown in FIG. 7 like the LED device 60 of the third embodiment.
  • three LED dies 71, 72, 73 see FIG. 7
  • a phosphor layer 83, and a reflective layer 82 are arranged on a submount substrate 84.
  • a frame-like electrode 85 is arranged at the peripheral portion, and three inner electrodes 88 a, 88 b, 88 c are arranged in a line inside the frame-like electrode 85.
  • the frame electrode 85 is a common electrode connected to the anodes of the LED dies 71, 72, 73.
  • the anodes 75 of the LED dies 71, 72, and 73 are connected to the frame-shaped electrode 85 through wires 89a, surface electrodes 84a, and through holes 84c.
  • the inner electrodes 88a, 88b, 88c are connected to the cathodes 78a, 78b, 78c of the LED dies 71, 72, 73, respectively.
  • the cathode 78a of the LED die 71 is connected to the inner electrode 88a via a wire, a surface electrode 841b, and a through hole 841d.
  • the cathode 78b of the LED die 72 is connected to the inner electrode 88b via a wire, a surface electrode 842b, and a through hole 842d.
  • the cathode 78c of the LED die 73 is connected to the inner electrode 88c through a wire, a surface electrode 843b, and a through hole 843d.
  • the frame-shaped electrodes 65 and 85 are connected to the anodes of the LED dies 71, 72, and 73.
  • the frame-shaped electrode may not be connected to the anodes of the LED dies 71, 72, 73.
  • LED devices 90, 100, and 110 in which the frame-like electrode is connected to the ground wiring of the mother board and not connected to the electrode of the LED die will be described as fifth, sixth, and seventh embodiments. .
  • FIG. 9 are bottom views of the LED devices 90, 100 and 110, respectively.
  • Each of the LED devices 90, 100, and 110 has the circuit configuration shown in FIG. 7 as in the LED device 60 of the third embodiment.
  • three LED dies 71, 72, and 73 are disposed on the submount substrates 94, 104, and 114.
  • the bottom surface of the LED device 90 has a frame-shaped electrode 95 arranged at the periphery, and four inner electrodes 98a, 98b, 98c, 98d are arranged in a line inside the frame-shaped electrode 95.
  • the frame electrode 95 is connected to the ground wiring of the mother board, but is not connected to the electrodes of the LED dies 71, 72, 73. Any one of the inner electrodes 98a, 98b, 98c, 98d is connected to a common anode 75 (see FIG. 7), and the other inner electrodes are connected to the cathodes 78a, 78b, 78c of the LED dies 71, 72, 73, respectively. Connected.
  • the bottom surface of the LED device 100 is arranged in a square so that the frame-like electrode 105 is arranged at the periphery, and the four inner electrodes 108a, 108b, 108c, 108d are positioned at the apexes of the square inside the frame-like electrode 105. Is done.
  • the frame electrode 105 is connected to the ground wiring of the mother substrate, but is not connected to the electrodes of the LED dies 71, 72, 73. Any one of the inner electrodes 108a, 108b, 108c, 108d is connected to a common anode 75 (see FIG. 7), and the other inner electrodes are respectively connected to the cathodes 78a, 78b, 78c of the LED dies 71, 72, 73. Connected.
  • a frame-shaped electrode 115 is arranged at the periphery, one inner electrode 118a inside the frame-shaped electrode 115, and three inner electrodes arranged in a row adjacent to the inner electrode 118a. 118b, 118c and 118d are arranged.
  • the frame electrode 115 is connected to the ground wiring of the mother plate, but is not connected to the electrodes of the LED dies 71, 72, 73.
  • the inner electrode 118a is connected to a common anode 75 (see FIG. 7), and each of the inner electrodes 118b, 118c, 118d is connected to the cathodes 78a, 78b, 78c of the LED dies 71, 72, 73.
  • the frame-like electrode is formed over the entire outer peripheral portion of the bottom surface of the LED device.
  • the periphery of the bottom surface of the LED device can be closed with solder along the outer peripheral portion when mounted on the mother board. Since the periphery of the bottom surface of the LED device is closed with solder along the outer peripheral portion, it is possible to prevent conductive foreign matters such as moisture from entering the bottom surface of the LED device without performing a special coating process.
  • the inner electrode disposed inside the frame-shaped electrode is a through hole penetrating the mother substrate in order to cross the frame-shaped electrode.
  • an LED device 120 that can connect the inner electrode to the wiring outside the frame electrode without using a through hole will be described as an eighth embodiment.
  • FIG. 12A is a perspective view of the LED device 120
  • FIG. 12B is a bottom view of the LED device 120.
  • an LED die In the LED device 120, an LED die, a phosphor layer 128, and a reflective layer 127 are disposed on a submount substrate 121. Since the cross-sectional structure of the LED device 120 is substantially the same as the LED device 1 of the first embodiment, a cross-sectional view of the LED device 120 is not shown.
  • the frame-like electrode 122 disposed on the bottom surface of the LED device 120 has three sides, an upper side, a left side extending downward from the left end of the upper side, and a right side extending downward from the right end of the upper side. It is formed in a shape in which one side of the shape is missing.
  • the frame electrode 122 is formed in a U-shape.
  • the frame-like electrode 122 includes electroplating patterns 122a, 122b, and 122c.
  • the inner electrode 123 is formed so as to be surrounded by the frame electrode 122.
  • the inner electrode 123 includes an electroplating pattern 123a.
  • the submount substrate 121 is arranged on a large substrate in a state of being connected to each other at the time of manufacture, and is separated into pieces by cutting the large substrate. In a state where the plurality of LED devices 120 are arranged on the large-sized substrate, the electroplating pattern 122a and the electroplating pattern 122c are connected, and the electroplating pattern 122b and the electroplating pattern 123a are connected.
  • FIG. 13 is a plan view showing a solder pattern formed on a mother board on which the LED device 120 is mounted.
  • the solder pattern shown in FIG. 15 has a solder pattern 124 connected to the frame-shaped electrode 122 (see FIG. 12) and a solder pattern 125 connected to the inner electrode 123.
  • the wiring on the mother substrate connected to the inner electrode 123 is formed so as to be connected to the solder pattern 125 from the opening side of the solder pattern 124.
  • the LED device 120 can simplify the wiring of the mother board on which the LED device 120 is mounted. After the LED device 120 is mounted on the mother board, a protective member is applied only to the opening side of the solder pattern 124 (see FIG. 13) and coating is performed, so that foreign matter enters the bottom surface of the LED device 120. Is prevented. In the conventional LED device (see FIGS. 14 and 15), the entire outer periphery of the bottom surface of the LED device must be coated in order to prevent foreign matter from entering the bottom surface of the LED device. In apparatus 120, only one side of the bottom surface needs to be coated. Further, in comparison with the LED device 1 of the first embodiment in which the frame-like electrode 5 or the like (see FIG.
  • the LED device 120 has a wiring of the inner electrode. There is no need to form a through hole in the mother substrate.
  • the wiring of the mother substrate is simplified, so that the planar size of the submount substrate 121 (see FIG. 12) can be reduced, and the LED device 120 can be further downsized.
  • a plurality of inner electrodes may be disposed in an LED device provided with a U-shaped frame electrode.
  • the LED device may have a plurality of LED dies, and the emission colors of the LED dies mounted on the LED device are different from each other. May be.
  • the reflective layer 2 is disposed on the top, and the phosphor layer 3 is disposed on the side.
  • the structure of the element arranged on the surface on which the LED die of the submount substrate is arranged is not limited to the described embodiment.
  • the LED die may be flip-chip mounted.
  • the reflective layer disposed on the LED device may be removed.
  • the reflecting member may be arranged on the side portion instead of the upper portion.
  • the frame-shaped electrodes 5, 65, and 85 are connected to the anode of the LED die, and the inner electrodes 8, 68a to 68c and 88a to 88c are respectively Connected to the cathode of the LED die. That is, in the described embodiment, the inner electrode is connected to the cathode when the frame electrode is connected to the anode, and the inner electrode is connected to the anode when the frame electrode is connected to the cathode.
  • the frame electrode may be connected to either the anode or the cathode, some inner electrodes may be connected to the anode, and some other inner electrodes may be connected to the cathode.
  • the frame electrode 55 and the inner electrode 58a are connected to the anode of the LED die 9 (see FIG. 4), and the inner electrode 58b is connected to the cathode of the LED die 9. You may do it.

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Abstract

 液体などの異物が付着した場合でも底面が汚染されるおそれが低いLED装置を提供する。 LED装置1は、LEDダイ9と、表面にLEDダイが実装されたサブマウント基板4と、サブマウント基板の底面の外周部に沿って配置された枠状電極5と、枠状電極に囲まれ且つLEDダイ9の電極に接続された内側電極8とを有する。LED装置1では、枠状電極は、底面の外周部の全体に亘って配置されている。また、LED装置120では、底面の形状は矩形であり、枠状電極は、底面の3辺に沿って配置されている。

Description

LED装置
 本発明は、LED装置に関する。
 ベアチップ状態のLED(以降、LEDダイとも称する)をサブマウント基板上に搭載し、樹脂等で被覆してパッケージ化したLED装置が知られている。サブマウント基板は、抵抗及びコンデンサなど他の電子部品が実装される大型の基板(以後、マザー基板とも称する)とLEDダイとの間に挿入される小型の基板であり、インターポーザとも称される。サブマウント基板は、マザー基板の表面と対向する底面にアノード電極とカソード電極とを備える(例えば特許文献1を参照)。
 図14は特許文献1の図1に対応する従来の半導体パッケージの斜視図であり、図15は特許文献1の図4に対応する従来の半導体パッケージの底面図である。
 LED装置(半導体パッケージ)20は、サブマウント基板(配線基板)10と、サブマウント基板にフリップチップ実装されたLEDダイ(LED素子)61とを有する。LEDダイ61の底面には、LEDダイのカソード電極及びアノード電極にそれぞれ接合されたバンプ61a、61bを備えている。サブマウント基板10は、セラミック基板11と、セラミック基板11に配置される一対の電極12、13を有する。一対の電極12、13のそれぞれは、表面電極12a、13a、側面電極12b、13b(図示せず)及び底面電極12c、13cを有し、LED装置20のカソード電極及びアノード電極として機能する。LEDダイ61は、一対の電極12、13の表面電極12a、13aにそれぞれ形成されるランド部分にバンプ61a、61bを介して接合される。
 またサブマウント基板10は、一対の凹部11a、11bと一対のビア11c、11dが形成される。一対の凹部11a、11bには、側面電極12b、13bが配置され、ビア11c、11dは、LEDダイ61から生じた熱をサブマウント基板10の表面から底面に伝導させる。
 LED装置20の底面には、同一形状を有し且つ同一面積を有する底面電極12c、13cが配置される。上側電極12a、12bの大きさ及び間隙はLEDダイ61の電極仕様(デザインルールや実装精度等)により決定されるに対し、底面電極12c、13cの大きさ及び間隙はマザー基板の実装仕様により決定される。
特開2005-191097号公報 (図1、図4)
 図14に示す従来のLED装置(半導体パッケージ)20は、マザー基板に実装されているときに、LED装置が搭載されたマザー基板に液体が付着した場合にLED装置の底面が汚染されるおそれがある。LED装置の底面に付着した液体等の異物は、LED装置の電極間をショートさせることがあると共に、マイグレーションが発生する原因になることがある。
 本発明は、この課題に鑑みて為されたものであり、液体などの異物が付着した場合でも底面が汚染されないLED装置を提供することを目的とする。
 本発明のLED装置は、LEDダイと、表面にLEDダイが実装されたサブマウント基板と、サブマウント基板の底面の外周部に沿って配置された枠状電極と、枠状電極に囲まれ且つLEDダイの電極に接続された内側電極とを有することを特徴とする。
 このLED装置をマザー基板に実装する際、枠状電極及び内側電極は、ハンダによりマザー基板上の配線電極に接続される。枠状電極をマザー基板に接合するハンダは、LED装置の底面を形成するサブマウント基板の底面の外周部に沿って存在するため、サブマウント基板の底面において枠状電極が配置された辺が密封される。この結果、マザー基板に実装されたLED装置では、枠状電極が配置された辺からはLED装置の底面に液体などの異物が侵入しなくなる。
 本発明のLED装置では、枠状電極が底面の外周部全体に配置されていても良い。
 本発明のLED装置では、底面の形状は矩形であり、枠状電極が底面の3辺に沿って配置されていても良い。
 本発明のLED装置では、枠状電極は、LEDダイの電極に接続していても良い。
 本発明のLED装置では、枠状電極は、LED装置が搭載されたマザー基板に形成されたグランド配線に接続されていても良い。
 本発明のLED装置は、少なくとも2つの内側電極を有しても良い。
 本発明のLED装置では、LEDダイが、赤色発光LEDダイ、緑色発光LEDダイ及び青色発光LEDダイであっても良い。
 本発明のLED装置は、底面の外周部に沿って配置された枠状電極を備えるため、マザー基板に実装されたLED装置の底面において枠状電極が配置された辺を密封し、LED装置の底面の汚染を防止できる。
第1実施形態におけるLED装置の斜視図である。 図1に示すLED装置をマザー基板に実装した状態を示す斜視図である。 図1に示すLED装置の外形図である。 図1に示すLED装置の実装状態を示す断面図である。 第2実施形態におけるLED装置の底面図である。 図5Aに示すLED装置の実装状態を示す断面図である。 第3実施形態におけるLED装置の底面図である。 図6Aに示すLED装置の実装状態を示す断面図である。 図6Aに示すLED装置の回路図である。 第4実施形態におけるLED装置の底面図である。 図8Aに示すLED装置の実装状態を示す断面図である。 第5実施形態におけるLED装置の底面図である。 第6実施形態におけるLED装置の底面図である。 第7実施形態におけるLED装置の底面図である。 第8実施形態におけるLED装置の斜視図である。 図12Aに示すLED装置の底面図である。 図12AのLED装置を実装するためのハンダパターンを示す平面図である。 従来例におけるLED装置の斜視図である。 図14に示すLED装置の底面図である。
 以下、添付図1~13を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
(第1実施形態)
 図1は、第1実施形態のLED装置1の斜視図である。LED装置1は、最上部に配置される反射層2と、反射層2の下方に配置される蛍光体層3と、蛍光体層3の下方に配置されるサブマウント基板4と、サブマウント基板4の下方に配置される枠状電極5とを有する。
 図2は、第1実施形態のLED装置1がマザー基板7に実装された状態を示す斜視図である。LED装置1は、マザー基板7に形成された不図示の配線電極にハンダ6により接続される。ハンダ6は、フィレットを形成し、LED装置1を取り囲んでいる。
 図3は、第1実施形態のLED装置1の外観図であり、図3(a)はLED装置1の平面図であり、図3(b)はLED装置1の正面図であり、図3(c)はLED装置1の底面図である。LED装置1の表面方向からは、反射層2が見られる。LED装置1の正面方向からは、枠状電極5と、枠状電極5が形成されたサブマウント基板4と、サブマウント基板4にそれぞれ積層された蛍光体層3及び反射層2とが見られる。LED装置1の底面方向からは、サブマウント基板4の底面の外周部を囲むように形成されて配置された枠状電極5と、枠状電極5に囲まれた内側電極8が見られる。枠状電極5と内側電極8との間には、サブマウント基板4の底面が見られる。
 図4は、図2のAA線に沿う断面図である。サブマウント基板4の表面には表面電極4a、4bが形成され、サブマウント基板4には、表面から底面に貫通するスルーホール4c、4dが形成される。表面電極4aはスルーホール4cを介して枠状電極5に接続され、表面電極4bはスルーホール4dを介して内側電極8に接続される。表面電極4bの表面にはLEDダイ9がダイボンディングされる。ワイヤ9aは、LEDダイ9の電極と表面電極4a、4bとを接続する。LEDダイ9及びワイヤ9aは、蛍光体層3で被覆される。蛍光体層3は、反射層2が上方に配置される。配線電極7a、7bは、マザー基板7の表面に形成される。配線電極7aはハンダ6を介して枠状電極5に接続され、配線電極7bはハンダ6aを介して内側電極8に接続される。
 サブマウント基板4を形成する材料は、熱伝導性の高い絶縁材から選択される。本実施形態では、熱伝導率が良く且つ反射率が高いアルミナがサブマウント基板4を形成する材料として使用される。サブマウント基板4の表面に反射層が配置される場合、反射率は低いが熱伝導率の高い窒化アルミニウムを、サブマウント基板4を形成する材料として使用しても良い。また、樹脂又は表面を絶縁処理した金属基板をサブマウント基板4の材料として使っても良い。
 表面電極4a、4b、枠状電極5及び内側電極8のそれぞれは、CuにNi、Auを積層することにより形成される。スルーホール4c、4dの中空部は、銅ペーストなどの導電部材が充填される。LEDダイ9は、青色発光ダイオードであり、サファイア基板とサファイアの上に積層した半導体層とを含む。サファイア基板の厚さは150μm程度であり、半導体層の厚さは10μm弱である。半導体層はn型GaN層とGaN層の上に積層されたp型GaN層とを含み、n型GaN層とp型GaN層との間の境界部が発光層となる。またn型GaN層はLEDダイ9のカソードに接続され、p型GaN層はLEDダイ9のアノードに接続される。
 蛍光体層3は、蛍光体が混練されたシリコーンを硬化させることにより形成される。反射層2は、アルミナ又は酸化チタンが混練されたシリコーンを硬化させることにより形成される。反射層2は、金属板又は反射テープであっても良い。LEDダイ9から発光された光は、サブマウント基板4の表面及び反射層2で反射すると共に蛍光体層3を伝播して、LED装置1の側面から出射する。LEDダイ9から発光された光の一部は、蛍光体層3に含まれる蛍光体により波長変換される。
 LED装置1の底面は、ハンダ6で周囲を密封されているため、汚染された液体等の異物が侵入するおそれが低い。LED装置1の底面は、汚染された液体等の異物により汚染されるおそれが低いので、LED装置1の電極間をショートさせるおそれは低く、内側電極8と枠状電極5の間にマイグレーションが発生する可能性も低い。なお、本願発明者等が、LED装置1を実装したマザー基板に汚染された液体として食塩を付着させたところ、LED装置1の電極間をショートは発生しなかった。
(第2実施形態)
 図1~4に示した第1実施形態のLED装置1では、枠状電極5がLEDダイ9のアノード又はカソードのどちらか一方の電極に接続し、内側電極8がカソード又はアノードの他方の電極に接続していた。しかしながら、実施形態のLED装置は、底面に配置された電極にアノード及びカソードに接続されるものの、枠状電極はアノード及びカソードの双方に接続されなくても良い。図5A及び5Bを参照して、枠状電極がアノード及びカソードの双方に接続されない第2実施形態のLED装置50を第2実施形態として説明する。
 図5Aは第2実施形態のLED装置50の底面図であり、図5Bは図5AのAA線に沿う断面図である。LED装置50は、第1実施形態のLED装置1と同様に、サブマウント基板54上にLEDダイ59、蛍光体層53、及び反射層52が配置されている。しかしながら、LED装置50は、LED装置1と同様の外観を有するので、LED装置50の外観を示す斜視図は示されない(以下に説明する実施形態でも同様に外観を示す斜視図は示されない)。
 LED装置50の底面は、周辺部に枠状電極55が配置され、枠状電極55の内側に2個の内側電極58a、58bが配置される。枠状電極55は、マザー基板57のグランド配線57aに接続され、サブマウント基板54に実装されたLEDダイ59には接続されない。内側電極58aは、スルーホール54d、表面電極54a及びワイヤを介してLEDダイ59のアノードに接続される。内側電極58bは、スルーホール54c、表面電極54b及びワイヤ59aを介してLEDダイ59のカソードに接続される。
 LED装置50は、マザー基板57に実装されるとき、底面の周囲に形成された枠状電極55がグランドレベルになり、枠状電極55はLEDダイ59に接続されないため、静電気がLED装置50に影響を与える可能性は低い。
(第3実施形態)
 第1及び第2実施形態のLED装置1、50は、サブマウント基板4、54上に1個のLEDダイ(LED装置1ではLEDダイ9(図4参照))が実装される。しかしながら、サブマウント基板上に実装されるLEDダイの個数は、1個に限られない。図6A、6B及び図7を参照して、サブマウント基板64上に3個のLEDダイが実装されたLED装置60を第3実施形態として説明する。
 図6Aは、LED装置60の底面図であり、図6Bは図6AのAA線に沿う断面図であり、図7はLED装置60の回路図である。LED装置60は、サブマウント基板64上にLEDダイ71、72、73、蛍光体層63、及び反射層62が配置される。LED装置60の底面は、周辺部に枠状電極65が配置され、枠状電極65の内側に3個の内側電極68a、68b、68cが配置される。3個の内側電極68a、68b、68cは、内側電極68aを頂点とし且つ内側電極68b及び68cで底辺を形成する二等辺三角形となるように三角配置される。枠状電極65はLEDダイ71、72、73のそれぞれのアノードに接続される共通電極であり、内側電極68a、68b、68cはそれぞれLEDダイ71、72、73のカソード78a、78b、78cに接続される。
 LEDダイ71、72、73はそれぞれ、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードである。LEDダイ71、72、73はアノード75を共通とし、それぞれカソード78a、78b、78cを備えている。LEDダイ71、72、73のアノード75は、ワイヤ69a、表面電極64a及びスルーホール64cを介して枠状電極65に接続される。LEDダイ71、72、73のカソード78a、78b、78cは内側電極68a、68b、68cに接続される。LEDダイ72のカソード78bは、ワイヤ、表面電極642b及びスルーホール642dを介して内側電極68bに接続される。LEDダイ73のカソード78cは、ワイヤ、表面電極643b及びスルーホール643dを介して内側電極68cに接続される。LED装置60は、LEDダイ71、72、73のそれぞれに流れる電流を個別制御できるので、LEDダイ71、72、73に流れる電流を変化させることにより、様々な色を発光することが可能になる。
(第4実施形態)
 第3実施形態のLED装置60では、内側電極68a、68b、68cは、三角配置される。しかしながら、内側電極の配置は、三角配置に限られない。図8を参照して、内側電極が直線状に配列されるLED装置80を第4実施形態として説明する。図8は、LED装置80の底面図である。LED装置80は、第3実施形態のLED装置60と同様に図7に示す回路構成を有する。LED装置80は、サブマウント基板84上に3個のLEDダイ71、72、73(図7参照)、蛍光体層83、及び反射層82が配置される。LED装置80の底面は、周辺部に枠状電極85が配置され、枠状電極85の内側に3個の内側電極88a、88b、88cが一列に並んで配置される。枠状電極85は、LEDダイ71、72、73のアノードに接続される共通電極である。LEDダイ71、72、73のアノード75は、ワイヤ89a、表面電極84a及びスルーホール84cを介して枠状電極85に接続される。内側電極88a、88b、88cはそれぞれ、LEDダイ71、72、73のカソード78a、78b、78cに接続される。LEDダイ71のカソード78aは、ワイヤ、表面電極841b及びスルーホール841dを介して内側電極88aに接続される。LEDダイ72のカソード78bは、ワイヤ、表面電極842b及びスルーホール842dを介して内側電極88bに接続される。LEDダイ73のカソード78cは、ワイヤ、表面電極843b及びスルーホール843dを介して内側電極88cに接続される。
(第5、6、7実施形態)
 第3、4実施形態のLED装置60、80では、枠状電極65、85はLEDダイ71、72、73のアノードに接続される。しかしながら、実施形態のLED装置では、枠状電極はLEDダイ71、72、73のアノードに接続されなくても良い。図9、10、11を参照して、枠状電極がマザー基板のグランド配線に接続され且つLEDダイの電極に接続されないLED装置90、100、110を第5、6、7実施形態として説明する。
 図9、10、11はそれぞれ、LED装置90、100、110の底面図である。LED装置90、100、110のそれぞれは、第3実施形態のLED装置60と同様に図7に示す回路構成を有する。LED装置90、100、110のそれぞれは、サブマウント基板94、104、114上に3個のLEDダイ71、72、73(図7参照)、蛍光体層、及び反射層が配置される。
 LED装置90の底面は、周辺部に枠状電極95が配置され、枠状電極95の内側に4個の内側電極98a、98b、98c、98dが一列に並んで配置される。枠状電極95は、マザー基板のグランド配線に接続される一方、LEDダイ71、72、73の電極に接続されない。内側電極98a、98b、98c、98dの何れか1個は共通のアノード75(図7参照)に接続され、他の内側電極のそれぞれはLEDダイ71、72、73のカソード78a、78b、78cに接続される。
 LED装置100の底面は、周辺部に枠状電極105が配置され、枠状電極105の内側に4個の内側電極108a、108b、108c、108dのそれぞれが正方形の頂点に位置するように四角配置される。枠状電極105は、マザー基板のグランド配線に接続される一方、LEDダイ71、72、73の電極に接続されない。内側電極108a、108b、108c、108dの何れか1個は共通のアノード75(図7参照)に接続され、他の内側電極のそれぞれはLEDダイ71、72、73のカソード78a、78b、78cに接続される。
 LED装置110の底面は、周辺部に枠状電極115が配置され、枠状電極115の内側に1個の内側電極118aと、内側電極118aに隣接して一列に配列された3個の内側電極118b、118c、118dが配置される。枠状電極115はマザー板のグランド配線に接続される一方、LEDダイ71、72、73の電極に接続されない。内側電極118aは共通のアノード75(図7参照)に接続され、内側電極118b、118c、118dのそれぞれはLEDダイ71、72、73のカソード78a、78b、78cに接続される。
(第8実施形態)
 第1~7実施形態のLED装置1、50、60、80、90、100、110では、枠状電極がLED装置の底面の外周部全体に亘って形成される。枠状電極をLED装置の底面の外周部全体に亘って形成することにより、マザー基板に実装したときにLED装置の底面の周囲を外周部に沿ってハンダで塞ぐことができる。LED装置の底面の周囲を外周部に沿ってハンダで塞ぐので、特別なコーティングティング処理を施すことなく、水分等の導電性の異物がLED装置の底面に侵入することを防ぐことができる。しかしながら、LED装置の底面の外周部全体に亘って枠状電極が配置される場合、枠状電極を横切るために、枠状電極の内側に配置される内側電極は、マザー基板を貫通するスルーホールを介して枠状電極の外側の配線に接続される。図12A、12B及び13を参照して、スルーホールを使用することなしに内側電極を枠状電極の外側の配線に接続可能なLED装置120を第8実施形態として説明する。
 図12AはLED装置120の斜視図であり、図12BはLED装置120の底面図である。LED装置120は、サブマウント基板121上にLEDダイ、蛍光体層128、及び反射層127が配置される。LED装置120の断面構造は、第1実施形態のLED装置1と略同様なので、LED装置120の断面図は示されない。LED装置120の底面に配置される枠状電極122は、上辺と、上辺の左端から下方に向かって延伸する左辺と、上辺の右端から下方に向かって延伸する右辺の3辺を有し、枠形状の一辺が欠損した形状に形成される。すなわち、枠状電極122は、Uの字状に形成される。枠状電極122は、電界めっき用パターン122a、122b、122cを備える。内側電極123は、枠状電極122に囲まれるように形成される。内側電極123は、電界めっき用パターン123aを備える。なおサブマウント基板121は、製造時には、互いに接続された状態で大判基板に配置され、大判基板を切断することにより個片化される。複数のLED装置120が大判基板に配置された状態では、電界めっき用パターン122aと電界めっき用パターン122cとが接続され、電界めっき用パターン122bと電界めっき用パターン123aとが接続されている。
 図13は、LED装置120が実装されるマザー基板上に形成されるハンダパターンを示す平面図である。図15に示されるハンダパターンは、枠状電極122(図12参照)に接続されるハンダパターン124と、内側電極123に接続されるハンダパターン125とを有する。内側電極123に接続するマザー基板上の配線は、ハンダパターン124の開口側からハンダパターン125に接続するよう形成される。
 LED装置120は、LED装置120が実装されるマザー基板の配線を簡単化できる。なお、LED装置120をマザー基板に実装した後に、ハンダパターン124(図13参照)の開口側の辺だけに保護部材を塗布してコーティング処理することにより、LED装置120の底面への異物の侵入は防止される。従来のLED装置(図14、15を参照)では、LED装置の底面への異物の侵入を防止するためにLED装置の底面の外周部の全体に亘ってコーティングしなければならないのに対し、LED装置120では、底面の一辺のみコーティングするだけで良い。また、LED装置の底面の外周部の全体に亘って枠状電極5等(図3参照)が配置された第1実施形態のLED装置1と比較すると、LED装置120では、内側電極の配線のためのスルーホールをマザー基板に形成する必要はない。LED装置20を使用すると、マザー基板の配線が簡単になるので、サブマウント基板121(図12参照)の平面サイズを小さくでき、LED装置120はより小型化することができる。
 第8実施形態のLED装置120には、1つの内側電極123が配置されるが、Uの字状の枠状電極を備えたLED装置において複数の内側電極を配置しても良い。Uの字状の枠状電極を備えたLED装置において複数の内側電極を配置するとき、LED装置は複数のLEDダイを有して良く、LED装置に実装されるLEDダイの発光色が互いに異なっても良い。
 実施形態1~8のLED装置1、50、60、80、90、100、110、120は、その上部に反射層2が配置され、側部に蛍光体層3が配置される。しかしながら、実施形態のLED装置では、サブマウント基板のLEDダイが配置される面に配置される素子の構造は記載された実施形態に限定されない。例えば、実施形態のLED装置では、LEDダイは、フリップチップ実装されていても良い。また、実施形態のLED装置では、LED装置の上部に配置される反射層を除去しても良い。また、実施形態のLED装置では、上部ではなく側部に反射部材を配置しても良い。
 また、実施形態1、3、5のLED装置1、60、80では、枠状電極5、65、85はLEDダイのアノードに接続され、内側電極8、68a~68c、88a~88cのそれぞれはLEDダイのカソードに接続される。すなわち、説明された実施形態では、枠状電極がアノードに接続されたときに内側電極はカソードに接続され、枠状電極がカソードに接続されたとき内側電極はアノードに接続される。しかしながら、枠状電極がアノード又はカソードの何れか一方に接続され、いくつかの内側電極はアノードに接続され、他のいくつかの内側電極はカソードに接続される構成としても良い。例えば、図5の底面の電極構成を有するLED装置の場合、枠状電極55と内側電極58aをLEDダイ9(図4参照)のアノードに接続し、内側電極58bをLEDダイ9のカソードに接続しても良い。
 1,50,60,80,90,100,110,120  LED装置
 2,52,62,82,127  反射層
 3,53,63,83,128  蛍光体層
 4,54,64,84,94,104,114,121  サブマウント基板
 4a,4b,54a,54b,64a,642b,643b,84a,841b,842b,843b  表面電極
 4c,4d,54c,54d,64c,642d,643d,84c,841d,842d,843d,  スルーホール
 5,55,65,85,95,105,115,122  枠状電極
 6,6a,56,56a,56b,66,662,663,86,861,862,863  ハンダ
 7,57,67,87  マザー基板
 7a,7b,57a,57b,57c,67a,672b,673b,87a,871b,872b,873b  配線電極
 8,58a,58b,68a~c,88a~c,98a~d,108a~d,118a~d,123  内側電極
 9,59,71,72,73  LEDダイ
 9a,59a,69a,89a  ワイヤ
 75  アノード
 78a,78b,78c  カソード
 122a,122b,122c,123a  電界めっき用パターン
 124,125  ハンダパターン

Claims (7)

  1.  LEDダイと、
     表面に前記LEDダイが実装されたサブマウント基板と、
     前記サブマウント基板の底面の外周部に沿って配置された枠状電極と、
     前記枠状電極に囲まれ且つ前記LEDダイの電極に接続された内側電極と、
     を有することを特徴とするLED装置。
  2.  前記枠状電極は、前記底面の外周部の全体に亘って配置されている、請求項1に記載のLED装置。
  3.  前記底面の形状は矩形であり、
     前記枠状電極は、前記底面の3辺に沿って配置されている、請求項1に記載のLED装置。
  4.  前記枠状電極は、前記LEDダイの電極に接続されている、請求項1~3の何れか一項に記載のLED装置。
  5.  前記
     前記枠状電極は、前記LED装置が搭載されたマザー基板に形成されたグランド配線に接続されている、請求項1~3の何れか一項に記載のLED装置。
  6.  少なくとも2つの前記内側電極を有する、請求項1~5の何れか一項に記載のLED装置。
  7.  前記LEDダイが、赤色発光LEDダイ、緑色発光LEDダイ及び青色発光LEDダイである、請求項1~6の何れか一項に記載のLED装置。
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