JP2009105161A

JP2009105161A - 発光装置

Info

Publication number: JP2009105161A
Application number: JP2007274234A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishioka; 浩二西岡; Ryoji Yokoya; 良二横谷; Takashi Fujino; 崇史藤野; Takanori Akeda; 孝典明田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-10-22
Also published as: JP5192773B2

Abstract

【課題】適量の接合材料の位置決めが容易で且つ接合材料によるＬＥＤチップの電極間の短絡を防止できる発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１は、両面に電極が形成されており、実装基板２側とは反対側の一方の電極がボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２１と電気的に接続され、実装基板２側の電極が接合材料（半田など）からなる接合部１２を介してマウント部２５ｂに接合されて電気的に接続されている。発光装置Ａは、実装基板２においてダイボンド部を構成するマウント部２５ｂの表面に、接合部１２の上記接合材料の一部を溜める接合材料溜め用凹部２５ｃが形成されている。しかして、発光装置Ａの製造にあたって、実装基板２へＬＥＤチップ１を実装する際には、接合材料溜め用凹部２５ｃへ上記接合材料の塊を配置し、ＬＥＤチップ１を載置してから、加熱して接合材料の塊を溶融させればよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来から、図３に示すように、厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成されたＬＥＤチップ１と、当該ＬＥＤチップ１が一表面側に実装された実装基板２’とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、図３に示した構成の発光装置は、実装基板２’の一表面側に、ＬＥＤチップ１における実装基板２’側とは反対側の電極がボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続される導体パターン２１’と、ＬＥＤチップ１における実装基板２’側の電極が導電性の接合材料（例えば、半田など）からなる接合部（図示せず）を介して接合されて電気的に接続される導体パターン（ダイパッド部）２６’とが形成されている。また、この発光装置は、ＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性樹脂により形成され実装基板２’の上記一表面側においてＬＥＤチップ１およびボンディングワイヤ１４を覆う半球状の色変換部４０’と、透光性樹脂により形成され色変換部４０’を覆うドーム状の透光性部材５０’とを備えている。
特開２００４−２６６１６８号公報

ところで、上記特許文献１に開示された発光装置の製造にあたって、ＬＥＤチップ１と実装基板２’の導体パターン２６’とをペースト状あるいは箔状の半田からなる接合材料により接合する場合、ＬＥＤチップ１と導体パターン２６’との間に接合材料を配置してから、加熱して溶かして接合することとなる。

しかしながら、この種の発光装置に用いられるＬＥＤチップ１のチップサイズは０．３ｍｍ□あるいは１ｍｍ□のものが一般的であり、ＬＥＤチップ１のチップサイズが小さく電極の面積が小さいので、適量の接合材料を配置することが困難であり、接合材料の量が多すぎると、ＬＥＤチップ１の厚み方向への投影領域内からはみ出す接合材料の量が多くなって、ＬＥＤチップ１の両電極間が短絡されてしまうことがある。逆に、接合材料の量を少なくしようとすると、接合材料の準備および取り扱いが困難になり、しかも、接合部にボイドが生じやすくなり、ＬＥＤチップ１と実装基板２’との間の熱抵抗がばらつきやすくなる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、適量の接合材料の位置決めが容易で且つ接合材料によるＬＥＤチップの電極間の短絡を防止できる発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、厚み方向の両面に電極が形成されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板とを備え、実装基板は、前記一表面側に、ＬＥＤチップにおける当該実装基板側とは反対側の電極がボンディングワイヤを介して電気的に接続される導体パターンと、ＬＥＤチップにおける当該実装基板側の電極が導電性の接合材料からなる接合部を介して接合されるダイボンド部とを有し、ダイボンド部の表面に、前記接合材料の一部を溜める接合材料溜め用凹部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板におけるダイボンド部の表面に接合材料の一部を溜める接合材料溜め用凹部が形成されているので、適量の接合材料の位置決めが容易となって製造コストの低減を図れ、しかも、接合材料によるＬＥＤチップの両電極間の短絡を防止でき、製造歩留まりの向上による低コスト化を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ダイボンド部の前記接合材料溜め用凹部は、内底面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっていることを特徴とする。

この発明によれば、接合材料の溶融時に生じるフラックスが前記接合材料溜め用凹部から抜けやすくなって前記接合部にボイドが生じにくくなるので、熱抵抗のばらつきを低減できる。

請求項１の発明では、適量の接合材料の位置決めが容易で且つ接合材料によるＬＥＤチップの電極間の短絡を防止できるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置Ａは、図１に示すように、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が一表面側に実装された実装基板２と、ＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されＬＥＤチップ１を実装基板２との間に囲む形で実装基板２の上記一表面側に配設されたドーム状の色変換部材４と、ＬＥＤチップ１と色変換部材４との間に設けられＬＥＤチップ１を封止した透光性材料からなる封止部３とを備えている。ここにおいて、本実施形態の発光装置Ａは、ＬＥＤチップ１を実装基板２との間に囲む形で実装基板２の上記一表面側に配設されたドーム状の光学部材１５を備えており、色変換部材４が、光学部材１５の光出射面との間に空気層１６が形成される形で実装基板２に接合されており、光学部材１５と実装基板２とで囲まれた空間に封止部３が充実されている。

なお、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材４の蛍光体として、ＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を用いており、ＬＥＤチップ１から放射され封止部３および光学部材１５および色変換部材４を透過した青色光と、色変換部材４の黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４の光出射面から拡散した配光となって出射されることとなり、白色光を得ることができる。

実装基板２は、ＬＥＤチップ１が電気的に接続される導体パターン２１が一表面側に設けられた多層セラミック基板からなる基板本体２０と、後述のメタルプレート２５とで構成されている。ここにおいて、実装基板２における基板本体２０の他表面側には外部接続用電極（第１の外部接続用電極）２３が形成されており、上記一表面側の導体パターン２１がビア２２ａを介して内部の導体パターン２２ｂと繋がっており、当該導体パターン２２ｂが側面に沿って形成された導体パターン２２ｃを介して外部接続用電極２３と電気的に接続されている。なお、実装基板２における基板本体２０の材料はセラミックに限らず、絶縁性の高いガラスエポキシ樹脂や液晶ポリマーなどの耐熱性樹脂でもよい。

また、実装基板２は、基板本体２０の上記他表面側に、ＬＥＤチップ１で発生した熱が伝熱されるＣｕ製のメタルプレート２５が埋設されており、投影視におけるメタルプレート２５の外周線がＬＥＤチップ１の外周線の外側に位置している。要するに、メタルプレート２５の投影領域内にＬＥＤチップ１が配置されている。ここにおいて、メタルプレート２５は、実装基板２の上記一表面側に露出するマウント部２５ｂが一表面の中央部から連続一体に突設されており、ＬＥＤチップ１は、マウント部２５ｂに搭載されているので、ＬＥＤチップ１で発生した熱がメタルプレート２５へ直接伝熱されるから、放熱性が向上し、光束の向上を図れるとともに、寿命および信頼性の向上を図れる。ここで、実装基板２は、基板本体２０の上記他表面の中央部にメタルプレート２５が埋設される埋込穴２４ａが設けられるとともに基板本体２０の上記一表面と埋込穴２４ａの内底面との間の部位にマウント部２５ｂが挿入される貫通孔２４ｂが設けられ、埋込穴２４ａの内底面（伝熱プレート２５との接合部位）にメッキが施されており、メタルプレート２５がロウ付けなどで接合されている。また、メタルプレート２５は、他表面が基板本体２０の上記他表面を含む平面よりも突出しており、メタルプレート２５の上記他表面が基板本体２０の上記他表面を含む平面と平行になっている。ここで、メタルプレート２５は、外部接続用電極２３の表面を含む平面よりも突出している。なお、メタルプレート２５の材料は、Ｃｕに限らず、例えば、ＣｕＷなどでもよい。

また、本実施形態では、マウント部２５ｂが実装基板２の上記一表面を含む平面から突出しているので、ＬＥＤチップ１から放射される光のうち実装基板２の上記一表面へ入射して吸収される成分を低減できて、色変換部材４に直接入射する成分が増え、発光装置Ａ全体としての外部への光取り出し効率を向上できる。

ところで、ＬＥＤチップ１は、厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成されており、実装基板２側とは反対側の一方の電極が金細線からなるボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２１と電気的に接続され、実装基板２側の電極が接合材料（例えば、半田など）からなる接合部１２を介してマウント部２５ｂに接合されて電気的に接続されるとともに熱結合されている。要するに、本実施形態における実装基板２は、マウント部２５ｂが、ＬＥＤチップ１における当該実装基板２側の電極が導電性の接合材料からなる接合部１２を介して接合されるダイボンド部を構成している。なお、接合部１２の接合材料は半田に限らず、導電性の高い銀ペーストなどを採用してもよい。

実装基板２は、上述のように基板本体２０の上記他表面側に外部接続用電極（第１の外部接続用電極）２３が形成されるとともに、メタルプレート２５が外部接続用電極（第２の外部接続用電極）を兼ねているので、一対の配線パターン７３，７４が形成された配線基板７に実装する際に、第１の外部接続用電極２３を半田からなる接合部８３を介して配線基板７の配線パターン７３と接合して電気的に接続するとともに、第２の外部接続用電極を兼ねるメタルプレート２５を半田からなる接合部８４を介して配線基板７の配線パターン７４と接合して電気的に接続し且つ熱結合させることにより、ＬＥＤチップ１で発生した熱は上述の接合部１２を通してメタルプレート２５へ直接伝熱されメタルプレート２５で拡散しつつ配線基板７へ伝熱されて外部へ放熱される。なお、配線基板７は、Ｃｕ製あるはＡｌ製の金属板７１上に絶縁層７２が形成され、絶縁層７２上に配線パターン７３，７４が形成された金属ベース基板（金属ベースプリント配線板）により構成されているが、金属ベース基板に限らず、例えば、ガラスエポキシ樹脂製の絶縁性基板上に配線パターン７３，７４が形成されたものでもよい。

また、ＬＥＤチップ１およびボンディングワイヤ１４は、上述の封止部３により封止されている。ここにおいて、封止部３は、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１およびボンディングワイヤ１４を覆う凸レンズ状に形成されており、光出射面が光学部材１５の光入射面と密着している。しかして、本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１と色変換部材４との間に、ＬＥＤチップ１を封止した透光性材料からなる封止部３が設けられているので、ＬＥＤチップ１の光取り出し面が接する媒質が空気の場合に比べてＬＥＤチップ１と当該ＬＥＤチップ１の光取り出し面が接する媒質との屈折率差が小さくなり、ＬＥＤチップ１からの光取り出し効率が向上し、結果的に発光装置Ａ全体としての光取り出し効率が向上する。なお、本実施形態では、封止部３の透光性材料としてシリコーン樹脂を採用しているが、シリコーン樹脂に限らず、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。

上述の光学部材１５は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材１５をシリコーン樹脂により形成してあるので、光学部材１５と封止部３との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、実装基板２における基板本体２０の上記一表面には光学部材１５を位置決めする第１の段差部２ｂが形成されており、当該第１の段差部２ｂが、上述の封止部３の形成時に封止部３の透光性材料が実装基板２の側面へ流れるのを防止する堰部として機能する。

ところで、光学部材１５は、光出射面が、光入射面から入射した光を光出射面と上述の空気層１６との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、光学部材１５は、光出射面が球面（楕円球面も含む）の一部により形成されており、当該球面の中心がＬＥＤチップ１の光軸上に位置するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１から放射され光学部材１５の光入射面に入射された光が光出射面と空気層１６との境界で全反射されることなく色変換部材４まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、光学部材１５は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように形成されている。

色変換部材４は、シリコーン樹脂からなる透光性材料にＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を分散させた混合材料を用いてドーム状に形成されている。なお、色変換部材４の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材４の材料として用いる透光性材料に含有させる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。ここで、複数種類の蛍光体を用いる場合には必ずしも発光色の異なる蛍光体の組み合わせに限らず、例えば、発光色はいずれも黄色で発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を組み合わせてもよい。

また、色変換部材４は、実装基板２の上記一表面側が開口され光入射面および光出射面それぞれが球面の一部からなるドーム状に形成されており、実装基板２の上記一表面側にシリコーン樹脂などの接着剤により接合されている。なお、実装基板２の上記一表面側には、色変換部材４を位置決めする第２の段差部２ａが形成されている。また、本実施形態では、実装基板２の外周形状が矩形状となっているが、矩形状に限らず、円形状や多角形状でもよい。

ところで、本実施形態の発光装置Ａでは、実装基板２においてダイボンド部を構成するマウント部２５ｂの表面に、接合部１２の接合材料（例えば、半田など）の一部を溜める接合材料溜め用凹部２５ｃが形成されている。しかして、本実施形態の発光装置Ａの製造にあたって、実装基板２へＬＥＤチップ１を実装する際には、接合材料溜め用凹部２５ｃへ接合材料の塊を配置し、ＬＥＤチップ１を載置してから、加熱して接合材料の塊を溶融させればよい。ここにおいて、接合材料の塊の大きさ（言い換えれば、接合材料の量）は、取り扱いが容易で、且つ、加熱時（リフロー時）にＬＥＤチップ１における実装基板２側の電極を覆い余剰分が接合材料溜め用凹部２５ｃに溜まるように設定すればよい。なお、マウント部２５ｂにおける接合材料溜め用凹部２５ｃは、深さ位置によらず開口面積が一様（略一定）となっており、ＬＥＤチップ１の投影領域内に形成されている。

以上説明した本実施形態の発光装置Ａでは、実装基板２におけるマウント部２５ｂの表面に接合材料の一部を溜める接合材料溜め用凹部２５ｃが形成されているので、適量の接合材料の位置決めが容易となって製造コストの低減を図れ、しかも、接合材料によるＬＥＤチップ１の両電極間の短絡を防止でき、製造歩留まりの向上による低コスト化を図れる。ここにおいて、接合材料溜め用凹部２５ｃの大きさを変えることにより、接合材料の量を制御することができる。

また、本実施形態の発光装置Ａでは、実装基板２におけるメタルプレート２５が基板本体２０の上記他表面を含む平面から突出しているので、金属ベースプリント配線板からなる配線基板７に実装して用いる場合に、メタルプレート２５を配線基板７に半田からなる接合部８４を介して熱結合させることにより、実装基板２を配線基板７に半田からなる接合部を介して熱結合させるのに比べて、線膨張率差が小さくなり、通電のオンオフによる温度サイクルに起因して接合部８４にかかる応力を緩和することができ、温度サイクルに対する信頼性を向上できる。

また、本実施形態の発光装置Ａでは、実装基板２の上記他表面側においてメタルプレート２５が外部接続用電極２３の表面を含む平面よりも突出しているので、メタルプレート２５を備えていない場合やメタルプレート２５と外部接続用電極２３とが面一の場合に比べて、外部接続用電極２３と配線基板７の配線パターン７３との間の接合部８３の厚みを厚くすることができ、通電のオンオフによる温度サイクルがかかったときに配線基板７と基板本体２０との線膨張率差に起因して接合部８３に生じる応力が緩和され（接合部８３の単位厚さ当たりの歪量が小さくなって応力が緩和され）、温度サイクルに対する信頼性（接合部８３の耐久性）が向上する。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２に示すように、ダイボンド部を構成するマウント部２５ｂの接合材料溜め用凹部２５ｃの形状が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるマウント部２５ｃの接合材料溜め用凹部２５ｃは、内底面のサイズがＬＥＤチップ１のチップサイズよりも小さく、内底面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなり、マウント部２５ｃの表面側においてＬＥＤチップ１のチップサイズよりも大きくなっている。

しかして、本実施形態の発光装置Ａでは、半田などの接合材料の溶融時に生じるフラックスが接合材料溜め用凹部２５ｃから抜けやすくなって空気中へ逃げやすくなり、接合部１２にボイドが生じにくくなるので、ＬＥＤチップ１と実装基板２におけるマウント部２５ｃとの間の熱抵抗のばらつきを低減できる。

ところで、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射する青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１は青色光を放射するものに限らず、例えば、紫外光を放射するものでもよく、色変換部材４における蛍光体の発光色も特に限定するものではない。

また、ダイボンド部を構成するマウント部２５ｂの代わりに、ダイボンド部として、メタルプレート２５とＬＥＤチップ１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１に働く応力を緩和するサブマウント部材を設けて、ＬＥＤチップ１を当該ＬＥＤチップ１よりも平面サイズの大きなサブマウント部材に接合部１２を介して接合する構成を採用し、当該サブマウント部材に接合材料溜め用凹部２５ｃを形成するようにしてもよい。

実施形態１を示し、配線基板に実装した状態の概略断面図である。実施形態２を示し、配線基板に実装した状態の概略断面図である。従来例を示す概略断面図である。

符号の説明

Ａ発光装置
１ＬＥＤチップ
２実装基板
３封止部
４色変換部材
１２接合部
１４ボンディングワイヤ
２１導体パターン
２３外部接続用電極（第１の外部接続用電極）
２５メタルプレート（第２の外部接続用電極）
２５ｂマウント部（ダイボンド部）
２５ｃ接合材料溜め用凹部

Claims

厚み方向の両面に電極が形成されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板とを備え、実装基板は、前記一表面側に、ＬＥＤチップにおける当該実装基板側とは反対側の電極がボンディングワイヤを介して電気的に接続される導体パターンと、ＬＥＤチップにおける当該実装基板側の電極が導電性の接合材料からなる接合部を介して接合されるダイボンド部とを有し、ダイボンド部の表面に、前記接合材料の一部を溜める接合材料溜め用凹部が形成されてなることを特徴とする発光装置。
前記ダイボンド部の前記接合材料溜め用凹部は、内底面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。