JP2011023484A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板側の電極が実装する一つの素子に対して分離して形成している場合であっても、確実にセルフアライメントを行うことができると共にハンダボールの発生を抑制し、また、電極のボイドの発生を抑制することができる発光装置を提供すること。
【解決手段】発光装置1は、矩形状の素子10に対面して加熱溶融接続材を介して実装基板上に実装されるものであり、第1基板電極2の切欠凹部2cに沿って第2基板電極3が形成され、第1基板電極及び第2基板電極の外側周縁の一部が、前記素子の外側周縁gsより外側に延出する第1延出部2bを備え、前記第1延出部は、矩形状の前記素子の外側周縁における一辺に対して少なくとも一箇所以上形成され、前記第1基板電極は、前記切欠凹部の両側の縁の少なくとも一方に前記第2基板電極の第1延出部に沿って形成した第2延出部2dを備え、前記第2延出部は、前記素子の外側周縁より外側に延出する構成とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光素子等の素子を半導体絶縁基板等の実装基板に実装した発光装置に関する。
従来、発光ダイオード(LED)あるいはレーザダイオード(LD)などの発光素子を基板に実装した表面実装型の発光装置が知られている。この発光装置は、照明器具、表示画面のバックライト、車載用光源、ディスプレイ用光源、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に使用されており、発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的として、正電極と負電極とを同一面側に有する構成の発光素子が使用されている。そして、発光装置は、配線パターンが形成された絶縁基板上にフリップチップで接合された構造が一般的に提案されている。
その一例として、発光装置は、絶縁基板上に形成された一対の電極の所定位置にハンダペーストを塗布し、LED素子をフリップチップ実装して接合した後、リフローすることによりハンダペーストを溶融して電気的導通をとるように構成されている。この発光装置の絶縁基板上に形成された一対の電極が、LED素子側の電極と同一形状に形成されている場合、LED素子を電極に押し付けて搭載したときに、絶縁基板上に塗布されてハンダペーストが電極からはみ出している部分が、リフロー時の熱により電極部分から離脱してハンダボールとして堆積してしまうことがある。
したがって、発光装置は、その製造過程において、前記したハンダボールが発生することを防ぐために、従来、特許文献1に記載されているような構成をとることが知られている。すなわち、特許文献1では、LED素子の外周に沿って冗長リフローパッドを設けることでハンダボールの発生を抑える構成としていた。
また、発光装置において、発光ダイオードの矩形の縦横長さよりもダイパッド部の矩形の縦横の長さを0.5〜1.5倍の範囲とすることで、セルフアライメントを確実に行わせる構成が特許文献2に記載されている。そして、特許文献2では、絶縁基板側のダイパッド部に発光ダイオードを実装したときにその発光ダイオードの四辺から突出する延長部を設け、この延長部があることで、ダイパッド部の表面における溶融ハンダの盛り上がり高さを、当該溶融ハンダの表面張力によるセルフアライメントを確保した状態のもとで、低くできる構成であることが記載されている。
特開平06−120648号公報 特開2003−264267号公報(段落番号0033〜0035、図8、図9)
しかし、前記した従来の発光装置の構成では、以下に示すような問題点が存在していた。
特許文献1の発光装置の構成では、冗長リフローパッドの形状が素子の電極部分よりも大きく形成されていることで、セルフアライメントを行うための形状に適していないため、リフロー時に実装する発光素子の位置が適切にならず、セルフアライメントが適切に行われない問題が発生した。
特許文献2の発光装置の構成では、リフロー時にセルフアライメントを行うことはできるが、ダイパッドの形状が一体であるときを想定しているため、発光ダイオード等の一つの素子に対して、ダイパッドが分離した状態、つまり、第1基板電極及び第2基板電極等、基板側電極が分離した構成に実装する場合において、セルフアライメントを行い、かつ、ハンダボールの発生を抑制するための構成としては不十分であった。
特に、素子がフリップチップ実装されるときに、基板上の電極が素子のP型電極及びN型電極に対応して第1電極及び第2電極として互いに離間して形成されている場合、リフロー時に第1電極側の溶融ハンダが第2電極側に集中してしまうことがある。そのため、溶融ハンダが集中して第2電極側の接続厚みが過大となり、第2電極の接続厚みが大きくなることで、第1電極側が上方に引き上げられ、第1電極側の溶融ハンダにボイドが発生することがあった。したがって、発光装置において、第1電極側のボイドの発生を抑制することが望まれていた。
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたものであり、基板側の電極が実装する一つの素子に対して分離して形成している場合であっても、確実にセルフアライメントを行うことができると共にハンダボールの発生を抑制し、また、電極下の溶融ハンダにボイドが発生するのを抑制することができる発光装置を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するために、請求項1に係る発光装置は、矩形状の素子の外側周縁より内側に形成された第1素子電極及び第2素子電極に対面するように実装基板上に形成された第1基板電極及び第2基板電極に、加熱溶融接続材を介して前記素子を実装する発光装置において、前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、前記第1素子電極及び第2素子電極における外側周縁のすくなくとも一部に一致する形状に形成され、前記第1基板電極は、当該第1基板電極の外側周縁から内側に凹状に切欠かれて形成された切欠凹部を備え、前記第2基板電極は、前記第1基板電極の切欠凹部に沿って離間した位置に形成され、前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、その外側周縁の一部が、前記素子の外側周縁より外側に延出する第1延出部を備え、前記第1延出部は、矩形状の前記素子の外側周縁における一辺に対して少なくとも一箇所以上形成され、前記第1基板電極は、前記切欠凹部の両側の縁の少なくとも一方に前記第2基板電極の第1延出部に沿って形成した第2延出部を備え、前記第2延出部は、前記素子の外側周縁より外側に延出する構成とした。
かかる構成によれば、発光装置は、実装基板に素子が実装されるときに、加熱溶融接続材がリフローされて溶融したときに、第1基板電極及び第2基板電極における外側周縁の少なくとも一部が、第1素子電極及び第2素子電極の一部に、対面して一致する形状に形成されているために、溶融した加熱溶融接続材の表面張力によりセルフアライメントされて所定の実装位置に素子が納まる。そして、発光装置は、セルフアライメントされるときに、第1基板電極及び第2基板電極に、第1延出部を備えていることから、溶融した加熱溶融接続材がその第1延出部に沿って流れることになり、表面張力により外部にハンダボールを形成することがない。さらに、発光装置は、第2基板電極の第1延出部に沿って、第1基板電極に第2延出部が形成されているので、第2延出部がリフロー時に加熱溶融接続材の過剰な集中を抑制する働きを担う。
また、請求項2に記載の発光装置は、請求項1に記載の発光装置において、前記第2延出部が、前記第1延出部の幅と同等以下に形成されると共に、前記第1延出部及び前記第2延出部の合計の幅が、前記第1基板電極の一端から他端までを直線としたときの一辺の長さに対して10〜50%の範囲で形成されると都合がよい。
かかる構成によれば、発光装置は、素子が第1基板電極あるいは第2基板電極に対してより有効なセルフアライメントを行い、かつ、ハンダボールの抑制をより有効に行うことが可能となる。
さらに、請求項3に記載の発光装置は、請求項1又は請求項2に記載の発光装置において、前記第1延出部が、前記素子の外側周縁における一辺の中央に対して対称となるように配置された構成とした。
かかる構成によれば、発光装置は、第1延出部が中央に一箇所あるいは2箇所以上であっても、素子の一辺の中央に対して対称となる位置に配置されるので、加熱溶融接続材の塗布されたときの状態が、表面張力により上から見たときに素子の一辺の中央に出っ張っている場合が多いことから、リフロー時に加熱溶融接続材をバランスよく第1延出部により導いてハンダボールの発生をより効率的に抑制する。
また、請求項4に記載の発光装置は、請求項1又は請求項2に記載の発光装置において、前記第1基板電極が、その角部に対角線方向に延びる第3延出部をさらに備え、前記第3延出部は、前記素子の外側周縁より外側に延出する構成としてもよい。
かかる構成によれば、発光装置は、例えば、加熱溶融接続材の塗布量が多くなり、第1基板電極の角部側まで覆うような場合に、第3延出部に沿って加熱溶融接続材が流れて付着することになり、加熱溶融接続材の塗布量が多い場合であっても、第1基板電極及び第2基板電極に実装される素子の高さ位置を他の素子の高さと揃えることができる。
そして、請求項5に記載の発光装置は、矩形状の素子の外側周縁より内側に形成された第1素子電極及び第2素子電極に対面するように実装基板上に形成された第1基板電極及び第2基板電極に、加熱溶融接続材を介して前記素子を実装する発光装置において、前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、前記第1素子電極及び第2素子電極における外側周縁のすくなくとも一部に一致する形状に形成され、前記第1基板電極は、当該第1基板電極の外側周縁から内側に凹状に切欠かれて形成された切欠凹部を備え、前記第2基板電極は、前記第1基板電極の切欠凹部に沿って離間した位置に形成され、前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、その外側周縁の一部が、前記素子の外側周縁より外側に延出する第1延出部を備え、前記第1延出部は、矩形状の前記素子の外側周縁における一辺に対して少なくとも一箇所以上形成され、前記第2基板電極は、その第1延出部が、対面する前記第2素子電極より接続面積を大きく形成して前記素子の外側周縁より外側に延出した部分であること、又は、前記第1基板電極の切欠凹部に対する配置を前記第2素子電極に対面する配置から外側にして前記素子の外側周縁より外側に延出した部分である構成とした。
かかる構成によれば、発光装置は、実装基板に素子が実装されるときに、加熱溶融接続材がリフローされて溶融した場合、第1基板電極及び第2基板電極における少なくとも一部が、第1素子電極及び第2素子電極に、対面して一致する形状に形成されているために、溶融した加熱溶融接続材の表面張力によりセルフアライメントされて所定の実装位置に素子が納まる。そして、発光装置は、セルフアライメントされるときに、第1基板電極及び第2基板電極に、第1延出部を備えていることから、加熱溶融接続材がその第1延出部に沿うことになり、表面張力により外部にハンダボールを形成することがない。
本発明に係る発光装置は、以下に示すように優れた効果を奏するものである。
発光装置は、第1延出部及び第2延出部を備えることで、加熱溶融接続材がリフロー時にハンダボールを発生させることを抑制すると共に、セルフアライメント性も確保されるので、量産時の組み立てを行うときの位置のばらつきの影響が少なく高品質な製品になる。
発光装置は、特に、第2延出部を第1延出部に沿って備えることで、加熱溶融接続材のリフロー時の第2基板電極側に集中して流れることを防ぎ、第1基板電極と第1素子電極との接続状態を良好とする。
発光装置は、第1基板電極に第3延出部をさらに備えることで、加熱溶融接続材で接続される素子のリフロー後の高さをより揃えることができる。
発光装置は、第1延出部があることで、加熱溶融接続材がリフロー時にハンダボールの発生することを抑制すると共に、セルフアライメント性も確保される。
本発明に係る発光装置の第1実施形態において、実装基板の第1基板電極及び第2基板電極と、発光素子の第1素子電極及び第2素子電極との構成及び位置関係を模式的に示す分解斜視図である。 本発明に係る発光装置の全体を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る発光装置の第1基板電極及び第2基板電極を示す平面図である。 本発明に係る発光装置のリフロー後における加熱溶融接続材の状態を模式的に示す断面図である。 (a)〜(h)は、本発明に係る実装基板に加熱溶融接続材を介して発光素子を実装する状態を模式的に示す斜視図及び断面図である。 本発明に係る発光装置の第2実施形態において、実装基板を模式的に示す平面図である。 (a)、(b)は、本発明に係る発光装置の第3実施形態において、実装基板及び発光素子を模式的に示す底面図及び平面図である。 (a)〜(f)は、本発明に係る発光装置の第4〜第6実施形態において、発光素子の底面図及び実装基板の第1基板電極及び第2基板電極の平面図である。 (a)、(b)は、本発明に係る発光装置の第7実施形態において、第1基板電極に第3延出部を形成した状態を示す平面図である。 本発明に係る発光装置の発光素子と第1基板電極及び第2基板電極との関係を模式的に示す平面図である。
以下、本発明に係る発光装置の実施をするための形態について、図面を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、発光装置1は、中央が凹状に形成された実装基板20と、この実装基板20の中央の凹状部分に実装されるLEDチップ等の発光素子(素子)10とを備えている。なお、発光装置1は、例えば、実装基板20の中央の凹状に形成した部分の回りをケースCとし、中央の発光素子10の実装位置となる基板の上面20aに配線パターンHpが形成されており、その配線パターンHpに連続する基板電極(第1基板電極2、基板第2電極3等)にハンダペースト等の加熱溶融接続材khを塗布して電気的に発光素子10と接続し、その発光素子10を覆うように充填された樹脂Pを介して光を照射するように構成されている。また、発光装置1は、必要に応じて発光素子10を安定して動作させる保護素子(例えばツェナーダイオード)Zdが実装基板20に実装される構成として使用される。
発光素子10は、ここでは、実装基板20の上面20aに設けられた実装部となる第1基板電極2及び第2基板電極3の上にフリップチップ実装される。この発光素子10は、その一面側に、発光部11(光取り出し部)を備え、その他面側に、第1素子電極12及び第2素子電極13を備えている。発光素子10は、例えば、少なくとも発光層を有し、基板上に第1導電型半導体、発光層及び第2導電型半導体がこの順に形成される半導体積層構造を備え(図示せず)、この半導体積層構造に電流を供給する電極が設けられた半導体発光素子構造を有している。
なお、発光素子10は、これらの構成に限定されるものではなく、他の半導体材料を用いて構成するようにしてもよく、適宜保護層や反射層(図示せず)などを備えるように構成してもよい。
また、発光素子10は、例えば白色発光させる場合には、図示しない青色発光する半導体発光素子構造の外側を、蛍光体若しくは蛍光体を含む樹脂等からなる蛍光体層で覆う構成としてもよい。例えば、青色発光する半導体発光素子構造には、黄色発光する、セリウムで賦活されたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、又は(Sr,Ba)SiO:Eu等のシリケート系蛍光体と組み合わせて白色発光の発光素子10とすることができる。
なお、発光素子10の発光部11は、光を照射することができればその発光色あるいは構造を、ここでは、特に限定されるものではない。
図1に示すように、発光素子10の他面側に形成された第1素子電極12及び第2素子電極13は、当該発光素子の外側周縁よりも内側となる位置に形成されている。
そして、第1素子電極12は、対向する一方の両辺が直線状に形成され、さらに、対向する他方の両辺に内側に凹状に切欠かれた切欠凹部12c,12cが形成されている。
また、第2素子電極13は、第1素子電極12の切欠凹部12cに沿って離間した位置に形成されている。第2素子電極13は、切欠凹部12cの曲線に沿った形状の曲線とその曲線の両端をつなぐ直線とで囲まれたD字形状に形成されている。そして、第2素子電極13は、外側周縁の直線部分が第1素子電極の外側周縁の直線部分と同一線上になるように配置されている。なお、第1素子電極12及び第2素子電極13の材質は、素子電極として使用されるものであれば、特に限定されるものではない。
実装基板20は、所定の配線パターンHp(例えば、基板電極等)が形成されると共に、ハンダペースト等の加熱溶融接続材khを介して発光素子10を実装するものである。この実装基板20は、例えば、アルミナセラミックスのシートを積層して支持基板とし、その支持基板上に、金属膜等を積層して構成されている。実装基板20は、その所定位置に(凹状に)形成した上面20aに発光素子10の第1素子電極12及び第2素子電極13に対応する形状に形成された第1基板電極2及び第2基板電極3と、外部の駆動回路と電気的に接続するための外部接続用電極端子(図示せず)とを有している。
図1及び図3に示すように、実装基板20の第1基板電極2は、発光素子10のP型電極となる第1素子電極12に、第1延出部2b,2bを除いて、その電極体2aの形状が対面させたときに一致するように形成されている。つまり、第1基板電極2は、その外側周縁において第1延出部2bを除く部分の直線部分及び曲線部分が第1素子電極12の外側周縁と対面したときに一致する形成となっている。この第1基板電極2は、ここでは、電極体2aの一方の対向する両辺に形成された第1延出部2b、2bと、電極体2aの他方の対向する両辺に形成された切欠凹部2c,2cと、を備えている。
第1延出部2bは、後記する第2基板電極3の第1延出部3bと同様に、リフロー時にハンダボールを発生させないためのものである。この第1延出部2bは、電極体2aの一方の両辺における中央に形成され、実装される発光素子10の外側周縁gsよりも外側に突出するように形成されている。また、第1延出部2bは、その幅Lが、後記する第2延出部2dと併せて、電極体(第1基板電極2)2aの一辺(直線としたとき)の長さに対して10〜50%の範囲になるように形成されている。この第1延出部2bが形成されていることにより、加熱溶融接続材khがリフロー時にその第1延出部2bに沿って流れるようになることで、表面張力によりボール状(ハンダボール)になることを防ぐようになっている(図4参照)。
第1延出部2bは、その幅Lが、電極体2aの一辺の長さの10%より小さくなると、面積が小さくなりすぎて、ハンダボールの発生を防ぐことが困難になる。また、第1延出部2bの幅Lが、電極体2aの一辺の長さの50%を越えると、第1素子電極12の外側周縁の直線部分との形状が一致する部分が少なくなることで、セルフアライメント性が低下してしまう。したがって、第1延出部2bの幅Lは、電極体2aの一辺(直線としたとき)の長さに対して10〜50%の範囲になるように形成され、さらに、好ましくは、10〜45%の範囲、より好ましくは、15〜40%の範囲である。
第1延出部2bは、その延出長さについては、特に限定されるものではなく、発光素子10の外側周縁gsから外側に延出されていればよい。もちろん、他の構成との関係で、第1延出部2bの延出長さが大きく形成されても構わない。
また、第1延出部2bは、発光素子10の外側周縁gsから延出されている端部は直線状として、その部分の形状が長方形となるように形成されているが、一定幅で延出された後の形状について特に限定されるものではない。
切欠凹部2c,2cは、後記する第2基板電極3を設置するためのエリアを形成しており、電極体2aの他方における両辺のそれぞれの中央に当該電極体2aの外側周縁より内側に凹状に切欠いて形成されている。なお、切欠凹部2c,2cの位置、形状、大きさ、曲率等は、特に限定されるものではなく、実装される発光素子10の第1素子電極12の形状に対応して形成される。
なお、第1基板電極2は、図3に示すように、外周周縁を形成している直線部分および曲線部分において、第1延出部2bの位置を除いた直線部分及び切欠凹部2cの曲線部分が、発光素子10の第1素子電極12の外側周縁における直線部分および切欠凹部12cの曲線部分と対面したときに一致するようになっている。また、発光素子10の切欠凹部12cに対して第1基板電極2の切欠凹部2cの曲線部分が内側に位置することで、その部分でのセルフアライメント後の加熱溶融接続材khが断面視において逆台形状となり、電極間での加熱溶融接続材khのショート防止の精度を向上させることができる。
第2基板電極3は、第1基板電極2の切欠凹部2c,2cに沿って所定間隔Spをあけて離間した状態で実装基板20に形成されている。この第2基板電極3は、発光素子10の第2素子電極13の直線部(一辺)に沿って形成された直線部と、第1素子電極12の曲線部に対応すると共に、第1基板電極2の切欠凹部2cに沿って形成された曲線部とにより囲まれたD字形状となるようにここでは形成されている。そして、第2基板電極3は、発光素子10の外側周縁より外側となるように接続部3aから連続して第1延出部3bが形成されている。この第1延出部3bは、第2基板電極3の直線部分から所定位置までが発光素子10の外側周縁よりも外側となるように本来の面積(第2素子電極の面積)より大きくして形成されている。
図1及び図3で示すように、第2基板電極3の接続部3aは、第2素子電極13と対面する部分である。また、第2基板電極3の第1延出部3bは、電極体2aの直線から外側となる部分であり、接続部3aから連続して発光素子10の外側周縁gsから外側となる部分までとして形成されている。この第1延出部3bは、すでに説明した第1基板電極2の第1延出部2bと、その延出長さ、形成幅、及び形状等について同様の条件が適用されることになる。なお、第2基板電極3の第1延出部3bは、第1基板電極2の第1延出部2bよりも幅L(面積)を大きく形成している。第1延出部3bの幅Lを大きく形成しているのは、加熱溶融接続材khが第1基板電極2と第2基板電極3との間隔Spが有る分、加熱溶融接続材khが集中しやすく、その分をハンダボールにならないようにするためである。
なお、第2基板電極3は、第1延出部3bを除く部分で第2素子電極13と対面する位置関係となる。また、第2基板電極3は、発光素子10の外側周縁gsに平行な直線部分に沿った幅全部に亘る部分を第1延出部3bとしている。また、発光素子10の外側周縁gsとは、第1素子電極12及び第2素子電極13が形成されている面における半導体積層構造体の外側面の周縁を示す。また、第1基板電極2及び第2基板電極の外側周縁とは、それぞれの電極の外側となる周縁を示す。
なお、発光装置1は、図2に示すように、実装基板20に発光素子10の他、保護素子Zd等を所定の位置に実装している。また、実装基板20は、はじめに、必要に応じて貫通孔等の穴明が施され、かつ、導体パターンが印刷される等の工程を経た複数のシートを積層し、その中央を凹状とし、その凹状の周囲を側壁としたケースCの状態で形成される(例えばセラミックパッケージの工程等)。そして、発光装置1では、凹状となる基板の上面20aに発光素子10を実装すると共に、必要な部材を実施したら、発光素子10を実装している位置に封止部材として樹脂Pが充填される。なお、ケースCの状態とするときに、例えば、アルミナセラミックや導体パターンに、発光素子10から光に対して反射率の高いに金属メッキ(Auや銀白色の金属、特に反射率の高いAgやAl等の金属を用いるのが好ましい)して形成される等、発光装置1のケースCとして使用される形態であれば、特に限定されるものではない。
図2に示すように、封止部材としての樹脂Pは、発光素子10の全体及び実装基板20の凹部分の上部(上面20a及びケースCとなる内側面20bの一部)を封止するとともに、発光装置1の光取り出し方向である凹部分から上方側に光取り出し面を有する。これによって、樹脂Pは、発光素子10の外気による劣化を防止する。また平面視において、樹脂Pの(外形の)ほぼ中心に発光素子10を配置することで、光取り出し面に対して発光素子10から光を均一に照射することができる。更に、樹脂Pにおける光取り出し面を半球面とし、平面視でこの半球面のほぼ中心に発光素子10を配置することで、半球面に入射する光の入射角が、全反射の臨界角以上となることを抑制することができる。
なお、このほか樹脂Pの光取り出し面は、半球面、球面から扁形された凸曲面、砲弾型、凹曲面などの所望の形状とし、光を集光、拡散させるレンズとして機能させることもできる。樹脂Pは、透明な樹脂、ガラスなどからなる。樹脂Pとしては、例えば、硬質シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。
つぎに、図5を参照して実装基板20に発光素子10を実装するときの状態を説明する。なお、図5に示す状態は、ケースCの状態に形成された実装基板20における凹状の部分について図示したものとする。
図5(a)、(b)に示すように、電極形成工程において、実装基板20に第1基板電極2及び第2基板電極3が形成されている。第1基板電極2及び第2基板電極3は、露光作業等により実装基板20に他の回路と一緒に形成される。
図5(c)、(d)に示すように、塗布工程において、実装基板20の第1基板電極2及び第2基板電極3にハンダペースト等の加熱溶融接続材khを塗布する。
図5(e)、(f)に示すように、素子載置工程において、発光素子10を加熱溶融接続材kh上に載置する。このとき、図5(f)に示すように、加熱溶融接続材khは、発光素子10から外側にはみ出した状態となっている。
図5(g)、(h)に示すように、リフロー工程において、加熱溶融接続材khを加熱する。このときに、第1基板電極2及び第2基板電極3にそれぞれ第1延出部2b,3bが形成されているので、加熱溶融接続材khは、その第1延出部2b,3bに沿ってなだらかに流れ、表面張力により外部に分離することがなくなる。したがって、図4及び図5(h)に示すように、加熱溶融接続材khは、第1素子電極12と第1基板電極2との対面している位置、及び、第2素子電極13と第2基板電極3との対面している位置、ならびに、第1延出部2b,3bの上面に位置することになる。つまり、発光素子10は、フリップチップ実装によって電気的及び機械的に実装基板20の第1基板電極2と第2基板電極3に実装されるときに、ハンダボールを発生させることがない。
また、リフロー工程において、発光素子10は、加熱溶融接続材khの表面張力によりセルフアライメントを行うように移動して適切な位置に移動することになる。なお、セルフアライメントの動作を発生させるように、発光素子10の載置位置をあえて第1基板電極2及び第2基板電極3の適切な位置から回転方向に所定角度ずらし、リフロー時に加熱されてセルフアライメントを発生させて適切な位置になることを一つの設置判断としても構わない。つまり、セルフアライメントを起こさない発光素子10があった場合には、その発光素子10あるいは第1基板電極2及び第2基板電極3に何かの不具合があるとして判断するようにしても構わない。
第1基板電極2及び第2基板電極3の構成により、リフロー工程において、発光素子10がセルフアライメントの動作を維持し、かつ、加熱溶融接続材khがハンダボールの発生を抑制されることになる。
実装基板20に発光素子10あるいはその他の必要な素子(保護素子Zd等)が実装されると、その後、ケースCの凹部分、つまり、発光素子10が実装されている部分に封止部材としての樹脂Pが充填されて発光装置1が製造される。
したがって、発光装置1は、製造工程において、第1延出部2b,3b及び第2延出部2dにより、ハンダボールを発生させることがなく、量産時の組み立てを行うときのばらつきの影響が少なく高品質な製品になる。
また、発光装置1は、点灯する場合には、つぎのような動作となる。発光装置1は、外部接続用電極端子において外部の駆動回路(不図示)に接続され、実装基板20の上面20a側に配設された配線パターンである金属膜を介して第1基板電極2及び第2基板電極3で電気的に接続された発光素子10に電力を供給する。発光素子10は電力の供給を受けて発光し、発光素子10の外部に樹脂Pを介して光を出射する。
また特に、発光素子10をフリップチップ実装する場合には、例えば、図6に示すような構成の第1基板電極2の構成であることが望ましい。図6において、すでに説明した発光装置1の構成において同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。図6において、図3と異なる部分は、第2延出部2dがさらに形成されている点である。
第1基板電極2と第2基板電極3とは、間隔Spをあけて離間している。そのため、リフロー時に加熱溶融接続材khが第2基板電極3側に集まり易くなっている。したがって、加熱溶融接続材khが必要以上に、第2基板電極3に集まらないように、ここでは、第2延出部2dを第1延出部3bの切欠凹部2cの縁となる両側に沿って形成している。第2延出部2d,2dは、第1基板電極2の直線部分から曲線部分の区切りとなる位置(直線部分の第2基板電極3側となる端部)に形成されている。
図6に示すように、第2延出部2dは、第2基板電極3の第1延出部3bと同じ延出長さとなるように、発光素子10の外側周縁gsよりも外側となるように形成されている。また、第2延出部2dは、第1延出部3bの幅Lよりも小さい幅となるように形成されている。そして、第2延出部2dは、図3の構成と同様に、その第1基板電極2の一辺を一端から他端まで直線としたときに、第1延出部2bと合計した幅が、50%を超えないように形成されている。なお、第2延出部2d及び第1延出部2bの合計の幅が、50%を越えないようにしている理由は、すでに述べた第1延出部2bの構成と同じ理由である。
この第2延出部2dが形成されていることにより、リフロー時に加熱溶融接続材khは、必要以上に第2基板電極3側に流れこむことが抑制され、発光素子10の第1素子電極12と第1基板電極2の間に位置する加熱溶融接続材khにボイド等の不具合を抑制することが可能となる。この第2延出部2dは、第1基板電極2および第2基板電極3が形成されるときに、同様にして実装基板20に形成される。なお、本実施例における発光素子10は、図2で示すものと同じ構成となる。
また、図7(b)に示すような構成の第1基板電極2A及び第2基板電極3Aとしてもかまわない。なお、第1基板電極2A及び第2基板電極3Aの構成では、図7(a)に示すような発光素子10Aの構成が使用されることになる。また、第1延出部2b及び第2延出部2dの大きさの関係および一辺に対する割合の範囲はすでに説明したものと同じである。
図7(a)に示すように、発光素子10Aは、一面側(表面側)に発光部(図示せず)を有し、他面側に、第1素子電極12A及び第2素子電極13Aを備えている。
第1素子電極12Aは、外側周縁より内側となる面の全体が電極となっており、かつ、電極凹部12Aが所定間隔で複数形成されている。そして、第1素子電極12Aは、対向する一方の両辺A1,A2は直線で形成され、対向する他方の両辺A3,A4に内側に切り欠いて切欠凹部12cが形成されている。切欠凹部12cは、半円弧凹部12c11と、この半円弧凹部12c11から連続して、対向あるいは隣接する辺側に延びる凹溝部12c12、12c13、12c14とから構成されている。
凹溝部12c13は、隣接する辺A1,A2に平行となるように形成され、辺A3から辺A4に向かって1/3程度の切欠き深さとなるように形成されている。また、凹溝部12c12、12c14は、凹溝部12c13を中央として左右対称に形成されている。そして、凹溝部12c12は、辺A2のほぼ中央に向かうように所定角度に傾斜して形成され、対向する辺A4に向かって凹溝部12c13とほぼ同じ切欠き深さとなるまで形成されている。また、凹溝部12c14は、辺A1のほぼ中央に向かうように所定角度に傾斜して形成され、対向する辺A4に向かって凹溝部12c13とほぼ同じ切欠き深さとなるまで形成されている。
第2素子電極13Aは、第1素子電極12Aの切欠凹部12c,12cに所定間隔Spをあけた位置にそれぞれ形成されている。この第2素子電極13Aは、それぞれ辺A3,A4と同一直線上に形成した直線部分とその直線部分の両端から切欠凹部12cに沿って形成された曲線部分とからなる砲弾形状にそれぞれ形成されている。なお、第2素子電極13A、13Aのそれぞれは、凹溝部12c12、12c13、12c14に沿って形成された補助電極13Aa,13Ab,13Acを備えている。そして、ここでは、切欠凹部12cの部分、つまり、半円弧凹部12c11と、この半円弧凹部12c11から連続する凹溝部12c12、12c13、12c14との部分に、絶縁保護膜(ハッチング縦線で示す部分)により覆われた状態になっている。したがって、第2素子電極13A、13Aの電極面は、第1素子電極12Aの電極面と絶縁保護膜で離間されており、絶縁保護膜に覆われることなく露出した状態となっている。
図7(b)に示すように、第1基板電極2A及び第2基板電極3Aは、発光素子10Aの第1素子電極12A及び第2素子電極13Aに加熱溶融接続材kh(図5参照)を介して接続(実装)される。第1基板電極2Aは、一方の対向する辺B1,B2に第1延出部2b,2bがそれぞれ形成され、他方の対向する辺B3,B4には、内側に凹状に切欠いて切欠凹部2c,2cが形成されている。
第1延出部2b,2bは、すでに説明した第1延出部2b,2bと同じ構成であるので説明を省略する。
また、切欠凹部2c,2cは、それぞれ第1素子電極12Aの切欠凹部12cに対面したときにほぼ一致する曲線部分を備える形状に形成されおり、半円弧凹部2c11と、この半円弧凹部2c11から連続して、対向するあるいは隣接する辺側に切り欠いて延びる凹溝部2c12,2c13,2c14から構成されている。
凹溝部2c13は、隣接する辺B1,B2に平行となるように形成され、辺B3から辺B4に向かって1/3程度の切欠き深さとなるように形成されている。また、凹溝部2c12、2c14は、凹溝部2c13を中央として左右対称に形成されている。そして、凹溝部2c12は、辺B2のほぼ中央に向かうように所定角度に傾斜して形成され、対向する辺B4に向かって凹溝部2c13とほぼ同じ切欠き深さとなるまで形成されている。また、凹溝部2c14は、辺B1のほぼ中央に向かうように所定角度に傾斜して形成され、対向する辺B4に向かって凹溝部2c13とほぼ同じ切欠き深さとなるまで形成されている。
図7(b)に示すように、切欠凹部2c,2cの縁の両側には、第2延出部2d,2dがそれぞれ形成されている。この第2延出部2d,2dは、その延出長さが後記する第1延出部3bよりもd1で示すように短くなるように形成されている。また、第2延出部2d,2dは、幅が後記する第1延出部3bよりも小さくなるように形成されている。
第2基板電極3Aは、長方形の一端側が第1基板電極2Aの切欠凹部2cに沿って円弧状に形成された形状であり、当該一端側が第2素子電極13Aの曲線部分に沿って対面したときに一致する形状となっている。そして、第2基板電極3Aは、他端側となる直線部分側が発光素子10Aの外側周縁gsよりも外側になるようにして第1延出部3bが形成されている。つまり、第2基板電極3Aは、第2素子電極13Aと対面する接続部3aと、この接続部3aに連続する第1延出部3bとを備えている。
このように、実装基板20(図1参照)では、第1基板電極2A及び第2基板電極3Aに第1延出部2bを形成していると共に、対向する一方の第1延出部2b,2bに沿って第2延出部2d,2dをそれぞれ幅が特定の範囲(一辺における幅の割合)となるように形成しているので、セルフアライメントを維持しながら、加熱溶融接続材khが第2基板電極3A側に集中することを防ぐと共に、加熱溶融接続材khのハンダボールとなることを防ぐことができる。
なお、この発光素子10Aの第1素子電極12A及び第2素子電極13Aと、第1基板電極2A及び第2基板電極3Aとの形状において、特に、加熱溶融接続材khがハンダボールを発生しにくい形状になっている。また、実装基板側の切欠凹部2c,2cに凹溝部2c12〜2c14を形成し、かつ、発光素子10A側の切欠凹部12c,12cに凹溝部12c12〜12c14を形成していることにより、セルフアライメント性を向上することができる。
また、第2基板電極が第1基板電極に対して2つある構成について説明したが、例えば、図8(a)〜(f)に示すように、第2基板電極が第1基板電極に対して一つの構成であっても、すでに説明したように、セルフアライメントを維持してハンダボールの発生を防止することができる。
すなわち、図8(a)に示すように、発光素子10Bの第1素子電極12Bは、長方形の長辺の一方に内側に切り欠いた切欠凹部12cが形成され、その切欠凹部12cに沿って半円弧形状の第2素子電極13Bが形成されている。
そして、図8(b)に示すように、第1基板電極2Bは、一方の対向する両辺に第1延出部2b,2bを形成し、かつ、他方の対向する一方の辺に第1延出部2bを形成すると共に、他方の辺に切欠凹部2c、第2延出部2d,2dを形成する構成としている。第1基板電極2Bでは、各辺の長さに応じて第1延出部2bの幅も大きさも比例して大きくなるように形成されている。
第2基板電極3Bは、長方形の一端側となる短辺を円弧状にした形状に形成されている。この第2基板電極3Bは、接続部3aから連続して、発光素子10Bの外側周縁gsより外側になるように形成した第1延出部3bを形成している。
このように、発光素子10Bの電極構成により第2基板電極3Bが第1基板電極2Bの一方の辺にしか配置されない構成であっても、すでに説明した構成と同様に発明の効果を達成することができる。
また、図8(c)に示すように、発光素子10Cは、長方形の一角に切欠凹部12cを形成して、その切欠凹部12cに沿って第2素子電極13Cを配置した第1素子電極12Cを備えている。なお、切欠凹部12cは、凹溝部12c31が第1素子電極の一方の短辺側に向かって当該第1素子電極12Cのほぼ半分まで形成されている。
そして、図8(d)に示すように、第1基板電極2Cは、長方形の一角に切欠凹部2cを形成すると共に、各辺に第1延出部2bを形成している。切欠凹部2cには、第1基板電極2Cの一方の短辺側に向かって当該第1基板電極2Cのほぼ半分まで凹溝部2b31が形成されている。第1基板電極2Cの長辺側及び一方の短辺側では、第1延出部2bが、その辺においてほぼ中央に形成さている。また、切欠凹部2cに隣接する第1基板電極2Cの辺においては、第1延出部2bが、その切欠凹部2cの縁から連続して形成されるように配置されている。
第2基板電極3Cは、長方形の一端側において一方の角を円弧状にした形状に形成されている。この第2基板電極3Cは、接続部3aから連続して、発光素子10Cの外側周縁gsより外側になるように形成した第1延出部3bを備えている。この第2基板電極3Cに形成された第1延出部2bは、発光素子10Cの矩形となる4辺のうちの一辺において、第2基板電極3Cの第1延出部3bと並列した状態で形成されている。また、第2基板電極3Cの第1延出部3bは、二点鎖線で示すように他の配線との接続を行うために実線で記載した位置よりも外部にさらに長く形成するように構成しても構わない。
なお、第1基板電極2Cのように、面積の割合が図3のものと比較して小さく、かつ、各辺の長さが小さい場合には、第2基板電極3Cの第1延出部3bに対して、第1基板電極2の第1延出部2bは、図6で示す第2延出部の役割も兼ねることになる。つまり、第2基板電極3Cに対して、第1基板電極2Cの第1延出部2bの一つが、切欠凹部2cの縁の一方から発光素子10Cの外側周縁gsの外側になるように形成されていることで、当該第1延出部2bの本来の機能と併せて、その形成位置により第2基板電極3Cに加熱溶融接続材kh(図5参照)の集中を防止する(第2延出部2dの機能)ことができる。
さらに、図8(e)、(f)で示す構成としても構わない。図8(e)に示すように、発光素子10Dは、正方形の一角に切欠凹部12cを形成して、その切欠凹部12cに沿って第2素子電極13Dを配置した第1素子電極12Dを備えている。なお、切欠凹部12cは、凹溝部12c41が第1素子電極12Dの対角方向に向かって当該第1素子電極12Dのほぼ半分(中央)まで形成されている。
そして、図8(f)に示すように、第1基板電極2Dは、正方形の一角に切欠凹部2cを形成すると共に、各辺の中央に第1延出部2bを形成している。切欠凹部2cには、第1基板電極2Dの対角方向に向かって当該第1基板電極2Dのほぼ半分まで凹溝部2c41が形成されている。第1基板電極2Dの第1延出部2bは、同じ幅で同じ縁出長さに形成されている。また、ここでは、第1基板電極2Dは、切欠凹部2cの縁となる両側の位置にそれぞれ第1延出部2b,2bが形成される構成としている。
第2基板電極3Dは、長方形の一端側において一方の角を円弧状にした形状に形成されている。この第2基板電極3Dは、接続部3aから連続して、発光素子10Dの外側周縁gsより外側になるように形成した第1延出部3bを備えている。この第2基板電極3Dに形成された第1延出部3bは、発光素子10Dの矩形(正方形)となる4辺のうちの一辺において、第2基板電極3Dの第1延出部3bと並列した状態で形成されている。また、第2基板電極3Dの第1延出部3bは、二点鎖線で示すように他の配線との接続を行うために実線で記載した位置よりも外部にさらに長く形成するように構成しても構わない。
なお、第1基板電極2Dのように、面積が図3のものと比較して小さく、かつ、各辺の長さが小さい場合には、第2基板電極3Dの第1延出部3bに対して両側に位置する第1基板電極2Dの第1延出部2b,2bは、図6で示す第2延出部の役割も兼ねることになる。つまり、第2基板電極3Dに対して、第1基板電極2Dの第1延出部2b,2bが、切欠凹部2cの縁から発光素子10Dの外側周縁gsの外側になるように形成されていることで、当該第1延出部2bの本来の機能と併せて、その形成位置により第2基板電極3Dに、リフロー時において加熱溶融接続材kh(図5参照)の集中を防止する(第2延出部2dと同じ機能)ことができる。
以上説明したように、第1基板電極2C,2Dのように、第1基板電極の第1延出部2b,2bが、第2基板電極3C,3Dに対して、切欠凹部2c,2cの片側あるいは両側に沿って形成されることで、第1延出部2b,2bは、本来の機能と併せて、その第1基板電極の第2延出部の機能を兼ねる構成となる場合もある。
また、すでに説明した第1基板電極2,2A等で示す角部分に図9(a)、(b)に示すように、第3延出部102a、102bを形成するようにしても構わない。なお、図9(a)、(b)において、すでに説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
図9(a)に示すように、第1基板電極2は、その4つの角部に第3延出部102aを形成している。この第3延出部102aは、発光素子10の外側周縁gsよりも外側となるように形成されている。また、この第3延出部102aは、第1延出部2bの幅、又は、第1延出部2b及び第2延出部2dとの合計の幅が、第1基板電極の一辺を直線としたときの50%を超えることがないように形成されている。また、第3延出部102aの形状は、図面では、角部に長方形を接続した形状として示しているが、その外側となる先端側は、円弧形状であっても構わない。
また、図9(b)に示すように、すでに説明した第1基板電極2Aの角部に第3延出部102aを形成しても構わない。この第3延出部102aは、すでに説明したものと同じ条件で形成される。
図9(a)、(b)に示すように、第3延出部102aを第1基板電極2,2Aが備えることで、加熱溶融接続材kh(図4、図5参照)の塗布量が多くなり厚く塗られていても、リフロー時にその加熱溶融接続材khが第3延出部102a側に沿うように流れるので、発光素子10を実装したときの高さを揃えることが可能となる。なお、加熱溶融接続材khの塗布量が多い場合には、第1基板電極2,2Aの角部分を覆うように加熱溶融接続材khが塗布されることから、塗布量が多いときのみに、第3延出部102aに沿って加熱溶融接続材khを流すことができ、塗布量が適量であるときには、第3延出部102aは機能しないことになる。
また、図10に示すように、第1基板電極52と第2基板電極53がほぼ同じ大きさで隣接して配置された構成であっても、第1基板電極52と第2基板電極53にそれぞれ第1延出部52b、53bが形成されていれば、ハンダボールの発生を防止することが可能となる。
第1基板電極52及び第2基板電極53の構成では、使用する発光素子10Eも矩形状であり外側周縁gsより内側に並列に形成された第1素子電極及び第2素子電極(図示せず)が形成されている。そして、すでに説明した構成と同じように、加熱溶融接続材kh(図5参照)を介してセルフアライメントにより発光素子を実装するものとなる。なお、第1基板電極52及び第2基板電極53がほぼ同じ大きさである場合には、電極の正負を誤認しないように、ここでは、一方の電極体53aに直線部分を有する形状とし、他方の電極体52aには曲線を有する形状に形成している。そして、矩形の発光素子10Eの長辺側において、外側周縁gsから外側に延出する第1延出部52b,53bが発光素子10Eの一辺に対して2つ延出となるように配置している。このように、第1基板電極52及び第2基板電極53では、長辺に対する第1延出部52b,53bの幅の割合を増やしてハンダボールの発生の防止を図っている。このように発光素子10Eの一辺に対して2つ配置される場合には、当該辺の中央に対して対称となる位置であることが望ましい。
以上説明したように、第1基板電極および第2基板電極に第1延出部あるいは第2延出部(さらに第3延出部)を形成することで、セルフアライメントの機能を維持して、ハンダボールの発生を防止することが可能となる。なお、第2基板電極は、発光素子10の外側周縁gsに沿う直線部分の全部幅を、接続部から連続して第1延出部とするようにしたが、その外側周縁の直線部分の一部の幅部分を第1延出部としても構わない。また、第2基板電極は、接続部から連続して第1延出部を形成し、第2素子電極と対面して接合する部分の面積を大きくした部分を第1延出部として示したが、第2素子電極と対面する面積を変えずに、第2基板電極の位置を移動させ、その移動したことで、発光素子10の外側周縁gsより外側となった部分を第1延出部として構成しても構わない。
本発明の発光装置は、照明用光源、LEDディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用できる。
1 発光装置
2 第1基板電極
2a 電極体
2b 第1延出部
2c 凹部
2d 第2延出部
3 第2基板電極
3a 接続部
3b 第1延出部
10 発光素子(素子)
11 発光部
12 第1素子電極
12c 凹部
13 第2素子電極
20 実装基板
20a 上面
20b 側面
C ケース
Hp 配線パターン
P 樹脂
Sp 所定間隔
Sp 間隔
Zd 保護素子
gs 外側周縁
kh 加熱溶融接続材

Claims (5)

  1. 矩形状の素子の外側周縁より内側に形成された第1素子電極及び第2素子電極に対面するように実装基板上に形成された第1基板電極及び第2基板電極に、加熱溶融接続材を介して前記素子を実装する発光装置において、
    前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、前記第1素子電極及び第2素子電極における外側周縁のすくなくとも一部に一致する形状に形成され、
    前記第1基板電極は、当該第1基板電極の外側周縁から内側に凹状に切欠かれて形成された切欠凹部を備え、
    前記第2基板電極は、前記第1基板電極の切欠凹部に沿って離間した位置に形成され、
    前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、その外側周縁の一部が、前記素子の外側周縁より外側に延出する第1延出部を備え、
    前記第1延出部は、矩形状の前記素子の外側周縁における一辺に対して少なくとも一箇所以上形成され、
    前記第1基板電極は、前記切欠凹部の両側の縁の少なくとも一方に前記第2基板電極の第1延出部に沿って形成した第2延出部を備え、前記第2延出部は、前記素子の外側周縁より外側に延出することを特徴とする発光装置。
  2. 前記第2延出部は、前記第1延出部の幅と同等以下に形成されると共に、前記第1延出部及び前記第2延出部の合計の幅が、前記第1基板電極の一端から他端までを直線としたときの一辺の長さに対して10〜50%の範囲で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第1延出部は、前記第1基板電極の一辺の中央に対して対称となるように配置されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記第1基板電極は、その角部に対角線方向に延びる第3延出部をさらに備え、前記第3延出部は、前記素子の外側周縁より外側に延出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
  5. 矩形状の素子の外側周縁より内側に形成された第1素子電極及び第2素子電極に対面するように実装基板上に形成された第1基板電極及び第2基板電極に、加熱溶融接続材を介して前記素子を実装する発光装置において、
    前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、前記第1素子電極及び第2素子電極における外側周縁のすくなくとも一部に一致する形状に形成され、
    前記第1基板電極は、当該第1基板電極の外側周縁から内側に凹状に切欠かれて形成された切欠凹部を備え、
    前記第2基板電極は、前記第1基板電極の切欠凹部に沿って離間した位置に形成され、
    前記第1基板電極及び前記第2基板電極は、その外側周縁の一部が、前記素子の外側周縁より外側に延出する第1延出部を備え、
    前記第1延出部は、矩形状の前記素子の外側周縁における一辺に対して少なくとも一箇所以上形成され、
    前記第2基板電極は、その第1延出部が、対面する前記第2素子電極より接続面積を大きく形成して前記素子の外側周縁より外側に延出した部分であること、又は、前記第1基板電極の切欠凹部に対する配置を前記第2素子電極に対面する配置から外側にして前記素子の外側周縁より外側に延出した部分であることを特徴とする発光装置。
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