CN102097544B - 发光装置及其制造方法和安装方法以及照明装置 - Google Patents

发光装置及其制造方法和安装方法以及照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发光装置的制造方法，包括：孔形成过程，用于形成从安装基板的正面延续到安装基板的背面的通孔；图案形成过程，用于在安装基板中的通孔的内表面上、从安装基板的正面上的通孔的端部到发光元件的安装部、和在安装基板的背面上的通孔的周边上连续地形成电路图案；安装过程，用于将发光元件安装到安装部上；和热压过程，在该热压过程中，通过加热而软化的无机材料设置在安装基板的表面上并被推进到通孔内，同时通过将无机材料压制并结合到安装基板的表面上而密封发光元件。本发明还涉及一种发光装置、一种发光装置的安装方法和一种照明装置。

Description

发光装置及其制造方法和安装方法以及照明装置
本申请基于2010年3月18日提交的日本专利申请No.2010-062514，其全部内容在此以参照方式引入。
技术领域
本发明涉及一种发光元件安装到安装基板的表面上并用无机材料密封的发光装置、一种发光装置的制造方法、一种发光装置的安装方法以及配备有该发光装置的照明装置。
背景技术
通常，已知一种制造电子元件的方法，在该方法中，将多个电子元器件放置在绝缘基板上，结合的电子元器件的组件用树脂共同密封，并随后通过切割分离成单独的电子元件(参见JP-A2000-200927)。该方法包括：用于制造多模孔铸型的绝缘基板的绝缘基板制造过程，在该过程中，连接电子元器件的多个电路图案平行地形成在绝缘基板的前侧，并且每个电路图案与平行布置的多个通孔连接；保护膜粘着过程，在该过程中，保护膜粘着到电子元器件组件的绝缘基板的背侧，并通过相对于绝缘基板按压保护膜将粘性材料压入通孔内以用粘性材料填充通孔；结合过程，在该过程中，多个电子元器件放置并结合到设置在绝缘基板前侧的电路图案上以制造电子元器件组件；树脂密封过程，在该过程中，保护膜粘结于其上的电子元器件组件的前侧用树脂共同密封；用于去除保护膜的保护膜去除过程；和切割过程，在该过程中，前侧用树脂密封并且背侧上的保护膜被去除的电子元器件组件通过切割分离成单独的电子元件。
同时，已知一种发光装置，在该发光装置中，用无机材料比如玻璃密封安装基板上的发光元件(参见，比如国际申请公开WO2004/82036)。在WO2004/82036所述的发光装置中，多个发光元件安装在安装基板上，随后实施玻璃的热压过程，由此用玻璃共同密封每个发光元件。由于安装基板直接与玻璃结合，因此使得玻璃不太可能与安装基板分离。与利用传统树脂材料相比，在该发光装置中已实现了显著的高强度。
但是，JP-A 2000-200927中所述方法存在的问题是：树脂密封材料可能老化且空气易于在树脂密封过程中进入密封件。
在WO2004/82036所述的发光装置中，无机材料与安装基板之间的气体在热压过程的时刻可能遗留以致在其间产生残余气体层。因此，需要在减压气氛中实施该过程或提供消除气体的机构等等。
发明内容
在传统发光装置中，当沿与安装基板分离的方向向玻璃密封部施加力时，由于无机材料与安装基板之间的残余气体层，玻璃密封部可能从安装基板分离(或剥离)。
本发明的目的是提供一种发光装置，即使当沿与安装基板分离的方向向玻璃密封部施加力，发光装置的玻璃密封部也不太可能从安装基板分离(或剥离)。本发明的另外的目的是提供一种发光装置的制造方法、一种发光装置的安装方法以及一种配备有该发光装置的照明装置。
(1)根据本发明的一个实施例，提供了一种发光装置的制造方法，所述发光装置包括安装在安装基板的表面上并用无机材料密封的发光元件，所述方法包括：孔形成过程，用于形成从所述安装基板的正面延续到所述安装基板的背面的通孔；图案形成过程，用于在所述安装基板中的所述通孔的内表面上、从所述安装基板的所述正面上的所述通孔的端部到所述发光元件的安装部、和在所述安装基板的所述背面上的所述通孔的周边上连续地形成电路图案；安装过程，用于将所述发光元件安装到所述安装基板的所述安装部上；和热压过程，在所述热压过程中，通过加热而软化的无机材料设置在所述安装基板的表面上并被推进到所述通孔内，同时通过将所述无机材料压制并结合到所述安装基板的表面上而密封所述发光元件。
在本发明的上述实施例(1)中，可作出以下改进和变化。
(i)在所述孔形成过程中形成的所述通孔包括直径朝向背面侧扩大的扩径部，在所述热压过程中，所述无机材料被至少推进到所述通孔的所述扩径部内。
(ii)在所述热压过程中，所述无机材料不到达所述通孔的位于背侧的端部。
(iii)在所述安装基板上安装多个所述发光元件，并且所述方法包括分割过程，用于在所述热压过程中软化的所述无机材料固化之后分割所述无机材料和所述安装基板。
(2)根据本发明的另一个实施例，提供了一种发光装置，包括：安装在安装基板的表面上并用无机材料密封的发光元件；从所述安装基板的正面延续到所述安装基板的背面的通孔；在所述安装基板中的所述通孔的内表面上、从所述安装基板的所述正面上的所述通孔的端部到所述发光元件的安装部、和在所述安装基板的所述背面上的所述通孔的周边上连续地形成的电路图案；以及将所述发光元件密封在所述安装基板的表面上的无机密封部，所述无机密封部包括被推进到所述通孔内的接合部。
在本发明的上述实施例(2)中，可作出以下改进和变化。
(iv)在所述孔形成过程中形成的所述通孔包括直径朝向背面侧扩大的扩径部，所述无机密封部包括被推进到所述通孔的所述扩径部内的接合部。
(3)根据本发明的又一个实施例，提供了一种发光装置的安装方法，包括：将根据实施例(2)所述的发光装置安装到安装板上；并且将发光装置的安装基板的背面上的通孔的周边处形成的电路图案通过焊剂或直接地结合到安装板上的电路图案。
(4)根据本发明的再一个实施例，提供了一种照明装置，包括：根据实施例(2)所述的发光装置；用于安装发光装置的安装板；和包括侵入部的焊剂，该侵入部介于发光装置的安装基板的背面上的通孔的周边处形成的电路图案与安装板的电路图案之间，侵入部侵入通孔内。
本发明的要点
根据本发明的一个实施例，发光装置制造成使得，在形成玻璃密封部的热压过程中，玻璃材料进入从安装基板的正面延续到背面的通孔，发光元件(LED元件)安装到所述安装基板上，在玻璃材料固化之后，该玻璃材料进入部变为接合部以使得玻璃密封部紧密地固定到安装基板。因此，即使当有力沿与安装基板分离的方向施加到玻璃密封部时，由于接合部锁在通孔内，玻璃密封部也不太可能从安装基板分离。因此，该发光装置可用在恶劣环境中，因此可靠性能够显著提高。
附图说明
接下来，将结合附图更详细地说明本发明，其中：
图1是示出本发明的优选实施例中的发光装置的概略纵剖面图；
图2是示出发光装置的概略平面图；
图3是示出LED元件的模式纵剖面图；
图4是示出密封加工前玻璃材料的状态的模式说明图；
图5是示出密封加工过程中玻璃材料的状态的模式说明图；
图6是中间体的平面图；
图7是示出照明装置的概略纵剖面图；
图8是沿图7的线A-A截取的剖面图；
图9是示出变形例的发光装置的概略平面图；
图10是示出变形例的发光装置的概略平面图；
图11是变形例的发光装置的概略平面图；
图12是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图13是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图14是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图15是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图16是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图17是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图18是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图；
图19是示出LED元件的模式纵剖面图；以及
图20是示出变形例的发光装置的概略纵剖面图。
具体实施方式
图1至8示出本发明的实施例，图1是示出发光装置的概略纵剖面图。应注意到，为了清晰地示出每个部分的结构，每个部分的尺寸不同于每个附图中的实际尺寸。
如图1所示，发光装置1具有由GaN基半导体材料形成的倒装型LED元件2、用于安装LED元件2的安装基板3、形成在安装基板3上的电路图案4和作为密封LED元件2并粘着到安装基板3上的无机密封部的玻璃密封部5。另外，在LED元件2与安装基板3之间形成玻璃不会进入的中空部。
在安装基板3内形成有从正面延续至背面的通孔6。在本实施例中，通孔6的每一个形成在阳极侧和阴极侧，每个通孔6具有形成在前侧的缩径部6a和形成在背侧的扩径部6b。缩径部6a在通孔6内沿厚度方向形成为从安装基板3前侧的通孔6的端部延伸到中心，以使直径朝背侧变小。扩径部6b在通孔6内沿厚度方向形成为从安装基板3背侧的通孔6的端部延伸到中心，以使直径朝背侧变大。缩径部6a和扩径部6b分别以恒定比率沿厚度方向缩小和扩大。
电路图案4连续地包括形成在安装基板3中的通孔6的内表面上的内面图案41、形成在安装基板3的正面并电连接到LED元件2的正面图案42和形成在安装基板3的背面并可与外部接头连接的背面图案43。电路图案4可具有由比如W层、Ni层和Au层组成的三层结构。正面图案42具有形成在通孔6的前侧端部周边的圆形部42a和从圆形部42a延伸至位于基板中心侧的LED元件2的安装部44的连接部42b。同时，背面图案43在通孔6的背侧端部周边处形成为圆形。内面图案41形成在通孔6的整个内表面上。
图2是示出发光装置的概略平面图。
安装基板3由氧化铝(Al2O3)的多晶烧结材料形成，并且形成为0.25mm厚的1.0mm的正方形，热膨胀率α为7×10-6/℃。同时，LED元件2形成为100μm厚346μm的正方形，其热膨胀率为7×10-6/℃。在此，LED元件2的GaN层的热膨胀率为5×10-6/℃，但是，由于由作为主要成分的蓝宝石形成的生长基片的热膨胀率为7×10-6/℃，因此LED元件2的主体的热膨胀率等于生长基片的热膨胀率。当从顶部观察时，每个通孔6布置成夹着安装在安装基板3中部的LED元件2。在本实施例中，两个通孔6沿平行于安装基板3的一侧的方向(沿宽度方向)布置以便夹着LED元件2。
图3是示出LED元件的模式纵剖面图。
如图3所示，通过在由蓝宝石(Al2O3)形成的生长基片20的表面上外延生长III族氮化物基半导体，缓冲层21、n型层22、MQW层23和p型层24以该次序形成在LED元件2中作为发光元件。LED元件2在700℃或更高温度下外延生长，具有600℃或更高的耐热温度，并在利用以下所述低熔点玻璃进行的密封加工过程中在加工温度下保持稳定。另外，LED元件2具有设置在p型层24的表面上的p侧电极25、形成在p侧电极25上的p侧垫片电极26和形成在通过从p型层24部分刻蚀到n型层22而露出的n型层22上的n侧电极27。在p侧垫片电极26和n侧电极27上分别形成有Au(金)凸起28。
p侧电极25由比如银(Ag)形成，并用作用于反射由MQW层23发出的光的光反射层，MQW层23作为朝向生长基片20的方向的发光层。应注意到，可以适当改变p侧电极25的材料。在本实施例中，两个p侧垫片电极26形成在p侧电极25上，Au凸起28形成在每个p侧垫片电极26上。可选择地，比如，可能有三个p侧垫片电极26，形成在p侧电极25上的p侧垫片电极26的数量可适当地改变。
N侧电极27具有形成在相同区域的接触层和垫片层。如图3所示，n侧电极27由Al层27a、覆盖Al层27a的薄膜Ni层27b和覆盖Ni层27b的表面的Au层27c组成。应注意到，可以适当地改变n侧电极27的材料。在本实施例中，当从顶部来看时，n侧电极27形成在LED元件2的角部，p侧电极25形成在除n侧电极27的形成区域之外的基本全部的表面上。
玻璃密封部5由ZnO-B2O3-SiO2基玻璃形成。应注意到，玻璃成分并不局限于此，比如，玻璃可包含Nb2O5以便具有高折射率，可包含Na2O或Li2O等等，以便具有低熔点。另外，可包含ZrO2或TiO2等等作为任意成分。该玻璃具有490℃的玻璃化温度(Tg)和520℃的屈服点(At)，玻璃化温度(Tg)充分低于LED元件2的发光层(本实施例中的MQW层23)的外延生长过程中的形成温度。在本实施例中，玻璃化温度(Tg)为200℃或更高，低于发光层的外延生长温度。另外，玻璃在100-300℃的热膨胀率(α)为6×10-6/℃。当超过玻璃化温度(Tg)时，热膨胀率(α)的数值变得大于上述数值。因此，玻璃在大约600℃时粘合到安装基板3上，由此可完成热压过程。另外，玻璃密封部5的玻璃的折射率为1.7。
另外，只要玻璃化温度(Tg)低于LED元件2的耐热温度且热膨胀率(α)等于安装基板3的热膨胀率，玻璃的成分可为任意。具有相对低的玻璃化温度和相对小的热膨胀率的玻璃包括，比如ZnO-SiO2-R2O基玻璃(R为选自I族元素如Li、Na和K的至少一种)、磷酸基玻璃和铅玻璃。在这些玻璃中，由于ZnO-SiO2-R2O基玻璃与磷酸基玻璃相比抗潮性良好，并且不会像铅玻璃那样带来环境问题，因此适于采用。
在此，在本实施例中，用于密封LED元件2的玻璃是在加热软化状态下形成的玻璃，这种玻璃不同于通过溶胶-凝胶法(sol-gel法)形成的玻璃。由于在溶胶-凝胶玻璃的形成过程中容积变化较大，因此容易产生裂缝，由此难以形成玻璃厚膜，但是，如本实施例中在通过加热软化并熔融到安装基板3上的玻璃中可避免上述问题。另外，由于在溶胶-凝胶玻璃中产生微孔，因此可能失去气密性，但是，本实施例的玻璃不会发生这种问题并且能够准确地密封LED元件2。
另外，本实施例的玻璃在比一般认为树脂的高粘度的粘度水平不可比的高粘度下加工。此外，就玻璃来说，即使当温度超过屈服点几十度时，粘度也不会下降到一般树脂密封的水平。另外，为了具有一般树脂形成的粘度水平，需要LED元件的晶体生长温度以上的温度或发生向模具的粘着，密封/形成过程变得困难。因此，优选在不小于104泊并不超过109泊的情况下加工。
如图1所示，玻璃密封部5完全覆盖LED元件2和安装基板3，并具有0.5mm的厚度。玻璃密封部5具有平行于安装基板3的上表面5a和从上表面5a的外缘向下延伸并垂直于安装基板3的侧面5b。另外，玻璃密封部5具有进入安装基板3的通孔6内的接合部5c。接合部5c形成为超过缩径部6a到达扩径部6b的中部。接合部5c形成为不到达通孔6的背侧端部。
在如上所述构造的发光装置1中，当通过电路图案4向LED元件2施加电压时，从LED元件2发出蓝色光。从LED元件2发出的蓝色光通过玻璃密封部5的上表面5a或侧面5b传播到外部。
通过以下过程制造发光装置1。
首先，将作为玻璃组分的氧化物粉末加热到1200℃并在熔融状态下搅动。然后，在玻璃固化之后，通过切割将预密封玻璃11加工成板状，以便对应于玻璃密封部5的厚度(板状形成过程)。此后，对应于每个LED元件2的凹部11a形成在预密封玻璃11上，如下所述。
同时，通过喷砂处理或激光处理等等在板状安装基板3内形成通孔6(孔形成过程)。能够通过改变用于喷砂处理的磨料的散射角和通过改变用于激光处理的激光的会聚角形成缩径部6a和扩径部6b。
形成通孔6之后，在安装基板3上形成电路图案4(图案形成过程)。在图案形成过程中连续地形成内面图案41、正面图案42和背面图案43。比如，丝网印刷金属糊剂，以预定温度(比如1000℃或更高)加热安装基板3以将金属烧固于其上，在上述金属上镀其它金属，由此形成电路图案4。可选择地，可将金属沉积在安装基板3上，之后镀其它金属，或者可以以预定形状粘结并刻蚀金属，之后镀其它金属。
此后，多个LED元件2以纵横等间隔的方式安装在安装基板3的安装部44上(安装过程)。具体的，多个LED元件2通过每个Au凸起28电连接到安装基板3上的电路图案4的正面图案41。在本实施例中，总共设置三个凸起连接，其中两个位于p侧，一个位于n侧。另外，安装基板3具有沟部31，作为形成在LED元件2的安装区域之外的面积增大部(见图4)。在本实施例中形成两个沟部31。
然后，如图4所示，每个LED元件2安装其上的安装基板3安置在下模91上，上模92布置成面向安装基板3的安装面，并且将预密封玻璃11放置在安装基板3与上模92之间以便覆盖LED元件2的安装区域(压制准备过程)。此时，预密封玻璃11与每个LED元件2可接触或可分离。在下模91和上模92内可分别布置加热器，下模91和上模92的温度独立调整。上模92具有与定位在每个LED元件2之上的预密封玻璃接触的平面92a以及以向下突出的方式形成在平面92a外缘处的流出控制部92b。在本实施例中，流出控制部92b是一种突出部，该突出部的表面在LED元件2侧倾斜从而朝其端部变细。上模92由比如不锈钢或碳化钨等等形成。在本实施例中，当从底部看时，上模92的流出控制部92b形成为正方环形。
在本实施例中，预密封玻璃11形成为板状形状，在其安装基板3侧具有凹部11a以便对应于每个LED元件2。此后，在下模91和上模92上施加压力，在氮保护气氛中在加热软化的玻璃材料上执行热压加工(热压过程)。如图5所示，在热压过程中，在通过将玻璃材料压制并结合到安装基板3的表面上而密封LED元件2的同时，玻璃材料至少被推进到通孔6的扩径部6b内。在此，预密封玻璃11与安装基板3之间的气体通过通孔6排出到外部。图5是示出密封加工过程中玻璃材料的状态的模式说明图。在本实施例中，软化的玻璃材料进入扩径部6b的中部，但不到达安装基板3的背侧。即使玻璃材料到达安装基板3的背侧，LED元件2自身的密封加工中也不会出现任何问题，但是，存在玻璃材料粘结到下模91上的可能性。此时的加工条件可根据玻璃的温度和压力以及通孔的直径等等任意改变，比如，玻璃温度为600℃，玻璃压力为25kgf/cm2，通孔直径为0.1mm。可选择地，可在预密封玻璃11放置在安装基板3上之前或之后对其进行加热，只要处于加热软化状态的预密封玻璃11能够在压制时放置在安装基板3的表面上即可。
在此，热压过程仅需要在对于每个部件为惰性的气氛中执行，用于防止包括下模91和上模92在内的装置的每个部分的氧化，比如，可在真空中而非氮保护气氛中执行。当包括下模91和上模92在内的装置的每个部分的氧化不会引起任何问题时，可在空气中执行热压过程。
如图5所示，当上模92的平面92a完全与预密封玻璃11的上表面接触时，通过加热而软化的预密封玻璃11一般沿水平方向流出，但是，上模92的流出控制部92b控制预密封玻璃11的流出，并且玻璃的压力在流出控制部92b内是恒定的。在压制加工时，软化的玻璃材料表现为具有高粘度的流体并由上模92和安装基板3压缩。如果上模92与安装基板3之间的间隙从中心侧到外缘侧恒定，则变为外缘侧与中心侧之间可能出现压差的状态。但是，在通过提供流出控制部92b限制了玻璃材料的流出方向的同时，内部形成腔体，并且每个LED元件2附近的玻璃的压力由此可基本上恒定。换句话说，本实施例中的制造方法解决了通过利用高粘度玻璃的热压处理密封每个LED元件2时出现的新问题。在本实施例中，由于流出控制部92b的端部不与安装基板3接触，因此，过量的玻璃材料流出到流出控制部92b的外部。因此，有可能避免腔体内的玻璃材料压力过度上升。
如图5所示，通过平面92a将预密封玻璃11的整个上表面形成为平面。同时，软化的玻璃材料进入安装基板3的每个沟部31，并结合到每个沟部31的表面。在此，每个沟部31位于流出控制部92b的外侧。
通过上述过程制造出了处于多个发光装置1沿纵横方向连结状态的图6所示的中间体12。此后，与玻璃密封部5一体的安装基板3设置在切割装置上，通过切割刀片执行切割以便分开每个LED元件2的玻璃密封部5和电路板3，由此完成发光装置1(分割过程)。
在如上所述的制造发光装置1的方法中，由于玻璃材料在热压时进入扩径部6b，所以在玻璃材料固化之后进入的部分变成接合部5c，并且玻璃密封部5紧密地固定到安装基板3上。因此，即使沿与安装基板3分离的方向向玻璃密封部5施加力，玻璃密封部5也不会与安装基板3分离，因为接合部5c锁在通孔6内。因此，能够在例如比如树脂密封发光装置一般不能使用的高压的恶劣环境下使用，可靠性有显著提高。
另外，在本实施例中，由于玻璃密封部5在玻璃材料固化之后分割，因此在分割时有负荷施加到玻璃密封部5上。此时形成玻璃密封部5的接合部5c，并且玻璃密封部5紧密地固定到安装基板3上，因此，能够抑制分割时玻璃的分离，能够提高产量。此外，由于与传统产品相比不太可能出现分离，因此能够比如采用粗糙的切割刀片切割并提高转速，由此能够减少分割处理所需的时间并提高发光装置1的生产率。
另外，覆盖发光装置1的每个LED元件2的玻璃材料与安装基板3之间的气体能够在热压时通过每个发光装置1中形成的通孔6排出到外部，所以通过防止在玻璃密封部5与安装基板3之间产生残余气体层获得了良好的结合状态，这也能够提高强度。此外，不必在减压气氛中进行密封或提供用于排除玻璃材料与安装基板3之间的气体的机构等等，因此能够降低生产成本。
根据发明人的实验，当平板玻璃结合到100块(10×10)或更多的0.34mm见方的LED元件以1.1mm的节距排列其中的安装基板上时，已证实也能获得令人满意的结合状态，而不会在玻璃材料与安装基板的结合表面处产生残余气体层。在该实验中，安装基板的表面面积为123.21mm2(11.1mm×11.1mm)，包括用于切割的余量。如上所述，在一次玻璃密封处理中能够密封100块或更多发光装置。另外，已证实，当平板玻璃结合到784块(28×28)或更多0.34mm见方的LED元件以1.1mm节距排列其中的安装基板上时，玻璃材料与安装基板之间不产生残余气体层。
在此，玻璃材料经由氧化合物通过固着效应化学结合到由铝制成的安装基板3上。玻璃材料与安装基板3的结合表面形成在安装基板3的元件安装面(正面)上以便包围电路图案4，并且能够防止在结合表面处产生残余气体层，因此结合部处具有优良的气密性。更进一步地，能够防止电路图案4的腐蚀。
此外，即使玻璃密封部5与安装基板3在中间体12的外缘处部分分离，但由于软化的玻璃材料被推进到每个通孔6内且分离的影响仅限于分离部分附近的发光装置1，因此玻璃密封部5在分割处理中不会立刻与安装基板3完全分离，从而提高了产量。
另外，由于安装区域上玻璃材料的压力在玻璃密封期间基本上恒定，因此能够增加安装基板3的外缘处的玻璃材料的压力，所以玻璃材料与安装基板3的结合强度提高，并能够抑制玻璃材料与安装基板3的分离。此外，由于玻璃材料进入安装基板3的每个沟部31中，因此能够抑制由于玻璃的端部被切割刀片卷起而引起的玻璃材料从安装基板3的分离。
另外，施加到安装区域的LED元件2上的压力能够恒定。因此，能够使每个LED元件2的密封条件统一，并且每个LED元件2的特性由此可接近一致。特别是如本实施例中那样在每个LED元件2经由Au凸起28等安装到安装基板3上的情况下，每个LED元件2与安装基板3之间存在间隙。进入间隙的玻璃的状态一般根据玻璃的压力和流向而不同，并且进入的玻璃的状态对LED元件2的特性影响较大，但是，可通过使进入的玻璃的状态更接近一致而抑制每个LED元件2的特性变化。
图7是示出照明装置的概略纵剖面图。
如图7所示，发光装置1安装在安装板7上，于是可用作照明装置100。安装板7具有由金属形成的基部71、基部71上的绝缘层72和绝缘层72上的电路图案73。形成在发光装置1的安装基板3背侧上的通孔6周边的背面图案43通过焊剂8结合到安装板7的电路图案73上，从而将发光装置1安装到安装板7上。焊剂8具有侵入通孔6内的侵入部8a。基部71由比如铝形成，绝缘层72由比如环氧树脂系树脂等或诸如氧化铝的陶瓷形成，电路图案73由比如Ni/Au形成。可选择地，除金属基基板以外，也可以使用诸如由聚酰亚胺或液晶聚合物形成的柔性基板和玻璃环氧树脂基板等其它基板作为安装板7。
图8是沿图7的线A-A切割的剖面图。
如图8所示，焊剂8结合到包围通孔6的整个背面图案43上。焊剂8形成为完全堵塞通孔6，焊剂8设置成使得通孔6的内部不直接暴露于外界空气。这使得能够抑制湿气等通过通孔6进入发光装置1的内部，并因此可使发光装置1发挥耐候性。应注意到，与树脂部件相比，玻璃或陶瓷的透湿性特别小，并且与树脂相比，可认为玻璃或陶瓷的透湿性等于零。在本实施例中，由于接合部5c没有到达通孔6的背侧并且通孔6具有用于接收焊剂8的空间，因此焊剂8上能够形成侵入部8a，并且连接部不仅能够形成为二维，而且能够形成为三维，由此能够提高焊剂结合的强度。另外，通过使焊剂8进入不太可能承受外力的开孔，不太可能出现由于老化变质引起的结合缺陷。注意到，本发明不局限于焊剂8，通过利用比如银膏的含金属微粒的导电粘合剂也能获得同样的效果。
尽管在上述实施例中已描述了设置在上模92上的流出控制部92b，当然，可设计成使得流出控制部设置在安装基板3上或使得流出控制部既不设置在上模92上也不设置在安装基板3上。同时，尽管已描述了形成在安装基板3上的沟部31，但沟部31可设置成具有比如凹形或凸形的其它形状，或者可不形成沟部31，只要安装基板3的表面面积增大即可。另外，预密封玻璃11可以是其上不形成对应于每个LED元件2的凹部11a的平面玻璃。
另外，尽管在上述实施例中已描述了布置成沿安装基板3的宽度方向夹着LED元件2的两个通孔6，但通孔6可布置成比如沿安装基板3的对角线方向夹着LED元件2，如图9所示。另外，作为示例，尽管通孔6具有0.1mm的直径，但其可以根据玻璃的粘度或压力而适当地变化，并且比如其直径可以不小于0.05mm且不大于0.5mm，只要玻璃能够进入扩径部6b而不到达安装基板3的没有安装LED元件2的背面即可。
此外，尽管在上述实施例中已说明安装在一个发光装置1上的一个LED元件2，但多个LED元件2可安装在一个发光装置上，比如如图10和11所示。在图10的发光装置1中，三个LED元件2布置在直线上，两个通孔6布置在同一直线上以便夹着LED元件2。相邻LED元件2通过正面图案42的连接部42c连接，LED元件2电气地串联。在图11的发光装置1中，布置纵三列、横三列的九个LED元件2，两个通孔6布置成沿对角方向夹着LED元件2的安装区域。LED元件2电气地串联。
另外，尽管上述实施例中已描述了具有缩径部6a和扩径部6b的通孔6，但其可以是前侧具有小径部16a而背侧具有大径部16b的通孔16，比如如图12所示。小径部16a和大径部16b形成为在安装基板3的厚度方向上分别具有相同的直径，小径部16a和大径部16b之间的边界部16c形成扩径部。然后，玻璃密封部5的玻璃越过扩径部进入通孔，由此形成接合部5c。在该发光装置1中，多层陶瓷基板用作安装基板3，在第一层3a中形成小径部16a，在第二层3b中形成大径部16b。小径部16a和大径部16b利用不同直径的冲模通过冲孔形成。
在此，图12的发光装置1的第一层3a和第二层3b具有相同的厚度，但是，前侧的第一层3a可以比背侧的第二层3b薄，比如如图13所示。在这种情况下，能够增大从边界部16c到安装基板3的背面的距离并增大通孔6内的空间。这能够使得进入通孔6的玻璃在热压加工期间相对难以到达安装基板3的背侧，这在实际应用中是有利的。
可选择地，可设置成通孔6仅具有扩径部6b而不包括缩径部6a，比如如图14所示。另外，缩径部6a相对薄而扩径部6b相对厚的结构也是可能的。在图14的发光装置1中，由于通孔6的内表面以恒定的角度倾斜，所以应力被拆分以便当有负荷施加到安装基板3上时容易地分散，因此不太可能产生裂缝等等，并且通孔6内玻璃的接合部5c能够相对平滑地形成。另外，这种情况还能够使得进入通孔6的玻璃在玻璃的热压加工期间相对难以到达安装基板3的背侧。
另外，尽管在上述实施例中已描述了平行于安装基板3形成的玻璃密封部5的上表面5a，但玻璃密封部5可具有比如如图15所示的形成为曲线形状的上表面5d。尽管在图15的发光装置1中，玻璃密封部5的上表面5d形成为向上的凸面，但其可形成为向上的凹面，或者多个曲面可形成为比如菲涅耳透镜。
可选择地，比如，如图16和17所示，可包含用于改变由LED元件2发出光的波长的荧光体9a。作为荧光体9a，可采用比如YAG(钇铝石榴石)荧光体、硅酸盐荧光体及其以预定比例混合的混合物等等。在本例中，由LED元件2发出的蓝色光的一部分由玻璃密封部5中的荧光体9a转换为黄色光，剩余部分未经波长转换从玻璃密封部5放射到外部。因此，从玻璃密封部5放射的光在黄色区域以及蓝色区域具有峰值波长，因此白色光放射到装置的外部。可选择地，可设置成通过将发出紫外光的LED元件与蓝色荧光体、绿色荧光体或红色荧光体相组合而获得白色光。
在图16的发光装置1中，LED元件2由包含荧光体9a的无机糊剂9覆盖，然后用玻璃材料密封。无机糊剂9可用比如SiO2、Al2O3或TiO2基醇盐或溶胶-凝胶玻璃制成。在利用GaN基板作为LED元件2的基板的情况下，如果无机糊剂9由折射率高于GaN的TiO2基醇盐制成，则能够在提高从LED元件2的光提取效率的同时通过荧光体9a有效地执行波长转换。在这种情况下，由于LED元件2与安装基板3之间不存在中空部，因此热压时很可能在玻璃密封部5与安装基板3之间产生残余气体层，然而，通过形成开放通孔6，能够保持良好的结合状态。在通过利用共晶材料或导电粘合剂等等而不利用比如Au凸起28的立柱凸起安装LED元件2或直接安装LED元件2来减小LED元件2与安装基板3之间的中空部的体积的情况下，开放通孔6也是有效的。
在图17的发光装置1中，荧光体9a分散到玻璃密封部5的玻璃材料内。如图17所示，发光装置1包括分散到玻璃密封部5内的扩散颗粒9b。作为扩散颗粒9b，可采用比如氧化锆颗粒、氧化铝颗粒或硅石颗粒等等。扩散颗粒的材料是任意的，但是从透过性的角度考虑优选白色材料，从玻璃加工期间的稳定性角度考虑，熔点优选地高于加工期间的温度。
另外，上述实施例中已描述了具有扩径部6b的通孔6，但是其可以是具有恒定直径的通孔106，比如如图18和20所示。在图18的发光装置101中，通孔106形成为横截面恒定的直线形。这还使得能够在热压时放出覆盖每个发光装置1的每个LED元件2的玻璃材料与安装基板3之间的气体，防止在玻璃密封部5与安装基板3之间产生残余气体层，这产生良好的结合状态，由此能够提高强度。此外，不必在减压气氛中密封或提供用于排除玻璃材料与安装基板3之间的气体的机构等等，因此能够降低生产成本。
另外，由于安装区域上玻璃材料的压力在玻璃密封期间基本上恒定，因此能够增加安装基板3外缘处的玻璃材料的压力，玻璃材料与安装基板3的结合强度提高，并能够抑制玻材料从安装基板3的分离。另外，施加到安装区域内的每个LED元件2上的压力能够恒定。因此，能够使每个LED元件2的密封条件统一，并且每个LED元件2的特性由此可接近一致。在这种情况下，比如在图5所示的上模92中，由于先堵塞了预密封玻璃11的未安装LED元件2的边缘，因此，安装在安装基板3上的多个LED元件2的每一个之间的气体层可能残余，但是，通过安装基板3的通孔6排除气体能够除去玻璃与安装基板3之间的气体层，由此能够获得良好的结合。除图5所示的上模92以外，当通过在预密封玻璃11周围设置框架部件或在安装基板3的边缘设置凸状梯级部等时也能获得相同的效果。
同时，图19所示的LED元件102用在发光装置101中。通过在p侧电极25下填充导电粘合剂128代替用于上述LED元件2中的Au凸起28而不形成p侧垫片电极26，将LED元件102电连接到电路图案4。导电粘合剂128的厚度比如为50μm或更小。同时，导电粘合剂128的面积当从顶部看时比如为LED元件102的50％或更大。如上所述，当LED元件2与安装基板3之间的中空部较小时，热压时很可能在玻璃密封部5与安装基板3之间产生残余气体层，但是，通过形成开放通孔106能够保持良好的结合状态。可选择地，可利用共晶材料代替导电粘合剂128安装LED元件102，或者可直接安装LED元件102。
比如在发光装置101中，通孔106通过压模形成在比如形成安装基板3的绿带中。然后，在W糊剂施加到对应于电路图案4的区域之后煅烧绿带，并且Ni镀层和Au或Ag镀层等等施加到绿带上，由此形成陶瓷安装基板3。可选择地，在直接煅烧形成有通孔106的绿带之后，施用Ag糊剂并煅烧，由此制造形成有电路图案4的安装基板3。
可选择地，如图20所示，发光装置201的电路图案4可具有用于堵塞通孔106下侧的堵塞图案45。比如，当在形成通孔106之后形成由Ag糊剂制成的电路图案4时，第一次形成内面图案41和正面图案42，第二次缩小通孔106的直径，然后堵塞图案45能够与背面图案43一起形成。
另外，尽管在上述实施例中已描述了采用由GaN基半导体材料形成的LED元件2的发光装置1，LED元件不局限于GaN基LED元件2，其可以是由诸如另一种半导体材料比如ZnSe基或SiC基材料等形成的发光元件。另外，LED元件2的发光波长也是任意的，LED元件2可发出绿色光、黄色光、橙色光或红色光等等。
此外，尽管上述实施例中的玻璃密封部5的耐候性是优良的，但根据装置的使用条件等等出现结露时，玻璃密封部5可能变化。另一方面，尽管不出现结露的装置结构是所希望的，但通过向玻璃密封部5的表面施用硅树脂涂层，能够防止在高温条件下由于结露引起的玻璃变化。此外，施用到玻璃密封部5的表面的涂层材料优选为比如无机材料，诸如不仅具有耐湿性而且具有耐酸碱性的SiO2基或Al2O3基的材料。
此外，尽管在上述实施例中已示出由上模92和下模91向安装基板3和玻璃密封部5上施加压力，但可以采用下模91作为固定部件并仅由上模92执行玻璃密封加工。
可选择地，在上述实施例的玻璃密封部5中，能够采用B2O3-SiO2-Li2O-Na2O-ZnO-Nb2O5基玻璃，并且可通过将Bi2O3用作玻璃的ZnO组分的一部分而进一步提高玻璃的折射率。玻璃的折射率优选为1.8。另外，当采用折射率为1.8的玻璃时，由于能够通过提高从发光元件提取光的效率而提高发光效率，因此优选采用基板(nd)的折射率为1.8或更大的发光元件。基板的折射率为1.8或更大的发光元件包括GaN基半导体形成在比如Ga2O3基板、GaN基板或SiC基板等等上的发光元件。另外，所用玻璃不限于大块状态，也可以是由固结粉末等等形成的玻璃。玻璃材料一旦通过加热变为高粘度状态，就看不到由于加工前状态产生的差别。
可选择地，尽管在上述实施例中已示出安装基板3由氧化铝(Al2O3)形成，但也可由除氧化铝以外的陶瓷形成。在此，作为由比氧化铝耐热性更优良的高热传导性材料形成的陶瓷基板，可采用比如BeO(热膨胀率α：7.6×10-6/℃，热导率：250W/(m.k))。通过预密封玻璃也能够在由BeO形成的基板内获得良好的密封性。
此外，比如，W-Cu基板可用作另一种高热传导性材料基板。通过利用W90-Cu10基板(热膨胀率α：6.5×10-6/℃，热导率：180W/(m.k))或W85-Cu15基板(热膨胀率α：7.2×10-6/℃，热导率：190W/(m.k))作为W-Cu基板，能够在确保玻璃密封部具有良好的结合强度的同时给予高的热导率，因此能够容易地处理LED的大光线量和高输出。
另外，尽管在上述实施例中已描述了利用LED元件作为发光元件的发光装置，但发光元件不限于LED元件。另外，不一定需要下模91，模具可以仅为上模92，当然，其它特定的详细结构等可适当改变。
尽管已参照完整并清楚公开的具体实施例说明了本发明，但是所附权利要求并不因此受到限制，相反所附权利要求应解释为完全涵盖对于本领域技术人员而言落在文中所述的基本教导的范围内的所有改进和可选择结构。

Claims (13)

1.一种发光装置的制造方法，所述发光装置包括安装在安装基板的表面上并用无机材料密封的发光元件，所述方法包括：
孔形成过程，用于形成从所述安装基板的正面延续到所述安装基板的背面的通孔；
图案形成过程，用于在所述安装基板中的所述通孔的内表面上、从所述安装基板的所述正面上的所述通孔的端部到所述发光元件的安装部、和在所述安装基板的所述背面上的所述通孔的周边上连续地形成电路图案；
安装过程，用于将所述发光元件安装到所述安装基板的所述安装部上；和
热压过程，在所述热压过程中，通过加热而软化的无机材料被设置在所述安装基板的表面上并被推进到所述通孔内，同时通过将所述无机材料压制并结合到所述安装基板的表面上而密封所述发光元件，
其中，在所述热压过程中，所述无机材料不到达所述通孔的位于背侧的端部，
并且，所述热压过程的压制通过利用模具来实施，所述模具包括接触平面和流出控制部，所述模具在所述接触平面处与所述无机材料接触，所述流出控制部以向下突出的方式形成在所述接触平面的外缘处从而控制所述无机材料的流出，所述流出控制部的端部不与所述安装基板接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述孔形成过程中形成的所述通孔包括直径朝向背面侧扩大的扩径部，在所述热压过程中，所述无机材料被至少推进到所述通孔的所述扩径部内。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述安装基板上安装多个所述发光元件，并且所述方法包括分割过程，用于在所述热压过程中软化的所述无机材料固化之后分割所述无机材料和所述安装基板。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发光元件经由导电粘合剂安装在所述安装基板的电路图案上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述导电粘合剂附接到所述发光元件从顶部看时的面积的50％或更大面积上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对经由压制而在其中形成有通孔的绿带进行煅烧来提供所述安装基板。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，一个发光装置具有安装在所述安装基板上的多个发光元件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，两个通孔布置成夹着每个发光元件。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，两个通孔布置成沿对角方向夹着发光元件的安装区域。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述通孔通过喷砂处理或激光处理形成。
11.一种发光装置，包括：
安装在安装基板的表面上并用无机材料密封的发光元件；
从所述安装基板的正面延续到所述安装基板的背面的通孔；
在所述安装基板中的所述通孔的内表面上、从所述安装基板的所述正面上的所述通孔的端部到所述发光元件的安装部、和在所述安装基板的所述背面上的所述通孔的周边上连续地形成的电路图案；以及
将所述发光元件密封在所述安装基板的表面上的无机密封部，所述无机密封部包括被推进到所述通孔内的接合部，
其中，所述通孔包括直径朝向背面侧扩大的扩径部，
所述无机材料的所述接合部被推进到所述通孔的所述扩径部内并且不到达所述通孔的位于背侧的端部，
并且，所述通孔还包括用于接收焊剂的空间。
12.一种发光装置的安装方法，包括：
将根据权利要求11所述的发光装置安装到安装板上；以及
将所述发光装置的安装基板的背面上的通孔的周边处形成的电路图案通过焊剂或直接地结合到所述安装板上的电路图案。
13.一种照明装置，包括：
根据权利要求11所述的发光装置；
用于安装所述发光装置的安装板；和
包括侵入部的焊剂，所述侵入部介于所述发光装置的安装基板的背面上的通孔的周边处形成的电路图案与所述安装板的电路图案之间，所述侵入部侵入所述通孔内。
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