JP2015043374A - 発光素子搭載用部品および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を高めた、下面に保護素子を搭載される発光素子搭載用部品および発光装置を提供する。【解決手段】発光素子搭載用部品１は、絶縁基体11と、絶縁基体11の上面に形成され、発光素子２が搭載される配線12と、絶縁基体11の下面に形成された電極13とを備えており、電極13は、保護素子３が搭載される第１の部分131と外部回路基板４に接続される第２の部分132とを有し、第２の部分132の厚みが第１の部分131の厚みよりも厚い。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば発光ダイオード等の発光素子搭載用部品および発光装置に関するものである。

発光ダイオード等の発光素子搭載用部品は、絶縁基体と、絶縁基体の上面に設けられた配線と、絶縁基体の下面に設けられ、外部回路基板に接続するための電極とを有している。発光装置は、発光素子搭載用部品と、発光素子搭載用部品の配線上に搭載された発光素子と、発光素子を過電圧から保護する保護素子とを有している。

このような発光装置においては、基板の上面に発光素子を搭載し、基板の下面に保護素子を搭載することで小型化を図っているものがある。そして、基板の下面の保護素子の搭載領域の外側に第２の基板や枠体を設けて保護素子を収容する空間を設けたものがある（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開2000-124506号公報 特開2007-273852号公報

しかしながら、近年は、発光素子の高輝度化等により、発光装置の放熱性を高めることが求められている。従来の発光装置においては、発光装置から外部回路基板への伝熱は、基板、第２の基板（または枠体）および第２の基板（または枠体）の下面に設けられた電極を介して行われるため、発光装置の熱を外部に良好に放熱しにくいことが懸念される。

本発明の一つの態様によれば、絶縁基体と、該絶縁基体の上面に形成され、発光素子が搭載される配線と、該絶縁基体の下面に形成された電極とを備えており、該電極は、保護素子が搭載される第１の部分と外部回路基板に接続される第２の部分とを有し、前記第２の部分の厚みが前記第１の部分の厚みよりも厚い。

本発明の他の態様によれば、発光装置は、上記構成の発光素子搭載用部品と、該発光素子搭載用部品における前記配線に搭載された発光素子と、前記電極の前記第１の部分に搭載された保護素子とを備えている。

本発明の一つの態様による発光素子搭載用部品は、電極は、保護素子が搭載される第１の部分と外部回路基板に接続される第２の部分とを有し、第２の部分の厚みが第１の部分の厚みよりも厚いことによって、外部回路基板に実装した際に保護素子を収容する空間を設けつつ、基板と比較して熱伝導率の高い電極を介して発光素子搭載用部品から外部回路基板へ伝熱することができ、小型で放熱性に優れた発光素子搭載用部品とすることができる。

本発明の他の態様による発光装置は、上記構成の発光素子搭載用部品と、発光素子搭載用部品における配線に搭載された発光素子と、電極の第１の部分に搭載された保護素子と
を備えていることによって、放熱性に優れているので、信頼性に優れた発光装置とすることができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態における発光装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 （ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部における要部拡大断面図である。 図１の発光装置を外部回路基板に接続した状態を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態における発光装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態における発光装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の第３の実施形態の他の例における発光装置の断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態における発光装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における発光装置は、図１〜図３に示されているように、発光素子搭載用部品１と、発光素子搭載用部品１の上面に搭載された発光素子２と、発光素子搭載用部品１の下面に搭載された保護素子３とを備えている。発光装置は、例えば照明機器を構成する外部回路基板４上に搭載される。

発光素子搭載用部品１は、絶縁基体11と、絶縁基体11の上面に形成された配線12と、絶縁基体11の下面に形成された電極13と、絶縁基体11の表面および内部に形成され、配線12と電極13とを電気的に接続している配線導体14とを備えている。電極13は、保護素子３が搭載される第１の部分131と、外部回路基板４に接続される第２の部分132とを有し、第２の部分132の厚みが第１の部分131の厚みよりも厚い。図１〜図３において、発光装置は仮想のｘｙｚ空間に設けられており、以下、便宜的に、上方向とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。

絶縁基体11は、発光素子２の搭載領域となる発光素子２を含む上面を有しており、平面視において矩形の板状の形状を有している。絶縁基体11は、発光素子２を支持するための支持体として機能し、上面中央部の一方の配線12上に発光素子２が低融点ろう材または導電性樹脂等の接合材を介して接着され固定される。

絶縁基体11は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等のセラミックスを用いることができる。

絶縁基体11が、樹脂材料を用いて作製される場合は、例えば、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，アクリル樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂、または四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等を用いることができる。

絶縁基体11が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バイ
ンダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿状とし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを得て、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。

配線12は、絶縁基体11の上面に形成されている。配線12は、発光素子搭載用部品１に搭載された発光素子２と外部回路基板４とを電気的に接続するため、および発光素子搭載用部品１と発光素子２とを接合するために用いられる。

電極13は、絶縁基体11の下面に形成されている。電極13は、外部回路基板４に接続するための第１の部分131と、保護素子３を搭載するための第２の部分132とを有している。図２（ｂ）に示される例のように、電極13の第１の部分131の厚みＨ１は、電極13の第２の
部分132の厚みＨ２よりも厚い（Ｈ１＞Ｈ２）。電極13の第１の部分131は、例えば、30〜150μｍ程度に形成され、第２の部分132は、例えば、5〜30μｍ程度に形成される。保護
素子３は、第１の部分131と第２の部分132の厚み差によって形成される段差部分に収納される。

また、図３に示される例のように、保護素子３は段差と半田等の接合材で形成される発光素子搭載用部品１と外部回路基板４との間の空間に収容される。

また、電極13は、絶縁基体11の下面を覆うように設けられており、例えば絶縁基体11の下面の50％以上の面積、好ましくは80％以上の面積を有していると発光素子２の熱から発光素子搭載用部品１に伝わった熱を電極13の第２の部分132を介して外部回路基板４に良
好に放熱することができる。

配線導体14は、絶縁基体11の表面および内部に設けられている。配線導体14の一端部は、例えば、絶縁基体11の上面にて配線12に接続しており、配線導体13の他端部は、絶縁基体11の下面にて電極13に接続している。配線導体14は、配線基板１の配線12に搭載された発光素子２と外部回路基板４とを電気的に接続するためのものである。配線導体14は、絶縁基体11の表面または内部に設けられた配線導体と、絶縁基体11を構成する絶縁層を貫通して上下に位置する、配線と配線導体または電極と配線導体、あるいは配線導体同士を電気的に接続する貫通導体とを含んでいる。

配線12および電極13ならびに配線導体14は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。例えば、絶縁基体11が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、Ｗ，ＭｏまたはＭｎ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダーおよび溶媒等を添加混合して得た配線12、電極13、配線導体14用の導体ペーストを、絶縁基体11となるセラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法によって所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体11となるセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基体11の所定位置に被着形成される。配線導体14が貫通導体である場合は、金型やパンチングによる打ち抜き加工やレーザー加工によってグリーンシートに貫通孔を形成して、この貫通孔に印刷法によって配線導体14用の導体ペーストを充填しておくことによって形成される。

配線12および電極13は、例えば、銅等からなり、ポストファイヤ法やフォトリソグラフィ法により形成されていても構わない。配線12および電極13がともにポストファイヤ法やフォトリソグラフィ法によって形成されている場合には、上述のような絶縁基体11となるセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって絶縁基体11と一体的に形成されたものと比べて、配線12および電極13の精度が向上されている。従って、発光素子２の搭載位置に関する精度が向上されて、発光装置において所望の発光強度分布を得やすくなっ
ている。

なお、配線12および電極13が例えばチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等の金属材料を用いた薄膜層を含む場合には、例えばイオンプレーティング法、スパッタ法、蒸着法等の従来周知の薄膜形成方法を用いて形成される。例えば、絶縁基体11の表面にイオンプレーティング法、スパッタ法、蒸着法等により薄膜層を形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、余分な薄膜層をウェットエッチング法を用いて除去して形成する。また、薄膜層上に銅等から成るめっき層が形成されている場合には、めっき層の絶縁基体11に対する接合強度を向上させることができる。

また、配線導体14が貫通導体である場合は、レーザ法またはブラスト法等により形成された絶縁基体11の貫通孔に、銅めっきまたは活性ろう材によって貫通孔を埋める方法で形成しても構わない。

第１の部分131および第２の部分132を有する電極13は、例えば、以下の製造方法により製作できる。

第１の製造方法は、例えば、以下の方法により製作することができる。絶縁基体11用のセラミックグリーンシートの下面の第１の部分131および第２の部分132となる領域に、電極13用の導体ペーストを印刷塗布する。そして、第１の部分131となる領域に、電極13用
の導体ペーストを再度印刷塗布し、絶縁基体11用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより、第１の部分131および第２の部分132を有する電極13が形成される。

第２の製造方法は、例えば、以下の方法により製作することができる。絶縁基体11用のセラミックグリーンシートの下面の第１の部分131および第２の部分132となる領域に、電極13用の導体ペーストを印刷塗布布し、絶縁基体11用のセラミックグリーンシートと同時に焼成する。そして、絶縁基体11の下面全体に、薄膜法やめっき法等により金属シード層を形成し、第１の部分131以外の領域をエッチング法等により除去することにより、第１
の部分131および第２の部分132を有する電極13が形成される。

第３の製造方法は、例えば、以下の方法により製作することができる。絶縁基体11の下面に、絶縁基体11の下面全体に、薄膜法やめっき法等により金属シード層を形成し、電極13以外の領域をエッチング法等により除去する。さらに、絶縁基体11の下面全体に、薄膜法やめっき法等により第２金属シード層を形成し、第１の部分131以外の領域をエッチン
グ法等により除去することにより、第１の部分131および第２の部分132を有する電極13が形成される。

電極13の第１の部分131は、例えば、熱伝導率の高い銅等を、10〜130μｍ程度に厚く介在して形成していると、発光素子搭載用部品１から外部回路基板４への放熱性を良好なものとすることができる。

配線12および電極13の露出する表面には、さらに電解めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着されている。金属めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性や接続部材との接続性に優れる金属から成るものであり、例えば、厚さ0.5〜５μ
ｍ程度のニッケルめっき層と0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが、あるいは厚さ１〜10μ
ｍ程度のニッケルめっき層と0.1〜１μｍ程度の銀めっき層とが、順次被着される。これ
によって、配線12および電極13が腐食することを効果的に抑制できるとともに、配線12と発光素子２との接合材による接合や配線12とボンディングワイヤ等の接続部材５との接合や、電極13と外部回路基板４の配線との接合を強固にできる。

また、上記以外の金属からなる金属めっき層、例えば、パラジウムめっき層等を介在させていても構わない。

発光素子搭載用部品１の上面に発光素子２が搭載され、発光素子搭載用部品１の下面に保護素子３が搭載されることによって発光装置が作製される。

保護素子３は、例えば、ツェナーダイオード素子である。発光素子２とツェナーダイオード素子とは、電気的に並列に接続されている。ツェナーダイオード素子は、例えば、発光素子２を過電圧から保護するものである。

例えば、発光素子２がワイヤボンディング型である場合には、発光素子２は、低融点ろう材または導電性樹脂等の接合材によって一方の配線12上に固定して電気的に接続された後、ボンディングワイヤ等の接続部材５を介して発光素子２の電極と他方の配線12とが電気的に接続されることによって発光素子搭載用部品１の上面に搭載される。発光素子２がフリップチップ型である場合には、発光素子２は、はんだバンプ、金バンプまたは導電性樹脂（異方性導電樹脂等）等の接続部材５を介して発光素子２の電極と配線12とが電気的および機械的に接続されることによって発光素子搭載用部品１に搭載される。また、発光素子２は、例えば、樹脂やガラス等からなる封止材６または蓋体等により封止される。保護素子３は、例えば、低融点ろう材または導電性樹脂等の接合材によって、電極13の第２の部分132に固定して電気的に接続されることによって発光素子搭載用部品１の下面に搭
載される。

本実施形態の発光素子搭載用部品１によれば、絶縁基体11と、絶縁基体11の上面に形成され、発光素子２が搭載される配線12と、絶縁基体11の下面に形成された電極13とを備えており、電極13は、保護素子４が搭載される第１の部分131と外部回路基板４に接続され
る第２の部分132とを有し、第２の部分132の厚みが第１の部分131の厚みよりも厚いこと
から、外部回路基板４に実装した際に保護素子３を収容する空間を設けつつ、基板と比較して熱伝導率の高い電極13を介して発光素子搭載用部品１から外部回路基板４へ伝熱することができ、小型で放熱性に優れた発光素子搭載用部品１とすることができる。

本実施形態の発光装置によれば、上記構成の上記構成の発光素子搭載用部品１と、発光素子搭載用部品１における配線12に搭載された発光素子２と、電極13の第１の部分131に
搭載された保護素子３とを備えていることによって、放熱性に優れているので、信頼性に優れた発光装置とすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による発光装置について、図４を参照しつつ説明する。

本発明の第２の実施形態における発光装置において、上記した第１の実施形態の発光装置と異なる点は、平面視で第２の部分132が第１の部分131を囲むように配置されている点である。

第２の実施形態における発光素子搭載用部品１によれば、平面視で第２の部分132が第
１の部分131を囲むように配置されていることから、厚みが厚い第２の部分132がより広範囲に形成されたものとなり、より放熱性が向上されたものとなるため、発光素子２の熱から発光素子搭載用部品１に伝わった熱を電極13の第２の部分132を介して外部回路基板４
により良好に放熱することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による発光装置について、図５〜図７を参照しつつ説明する。

本発明の第３の実施形態における発光装置において、上記した第１の実施形態の発光装置と異なる点は、配線12の発光素子２が搭載される領域と電極13の第２の部分132とが絶
縁基体11を介して対向している点である。また、図５および図６に示す例においては、発光素子２は、フリップチップ実装により配線12に接続され、図７に示す例においては、ボンディングワイヤ等の接続部材５により配線12に接続され、発光素子搭載用部品１に搭載されている。

第３の実施形態における発光素子搭載用部品１によれば、配線12の発光素子２が搭載される領域と電極13の第２の部分132とが絶縁基体11を介して対向していることから、発光
素子２の直下に電極13の厚みの厚い第２の部分132が形成されているので、発光素子２の
熱から発光素子搭載用部品１に伝わった熱を電極13の第２の部分132を介して外部回路基
板４に効果的に放熱することができる。

また、図５〜図７に示される例のように、発光素子２および保護素子３は、発光素子搭載用部品１の外縁にそれぞれ偏らせて搭載していると、発光素子２を発光素子搭載用部品１の中央に搭載し、保護素子３を発光素子搭載用部品１の外縁に偏らせて、発光素子２の搭載領域の周りに保護素子３の搭載領域と同等の大きさが形成された場合と比較して、発光素子２の搭載領域と保護素子３の搭載領域以外の領域が必要以上に大きいものとならず、発光装置の小型化を図ることができる。なお、図５〜図７に示される例では、平面透視において、発光素子２と保護素子３とを対向する辺にそれぞれ偏らせて配置させているが、平面透視において発光素子２と保護素子３とを、発光素子搭載用部品１の対角位置に偏らせて搭載していると、発光素子２の直下の領域と保護素子３の搭載領域に挟まれる領域が電極13の厚みの厚い第２の部分132が広く形成されているものとなり、発光装置の放熱
性の向上を図ることができる。

また、図５〜図７に示される例のように、発光素子２の搭載領域と、保護素子３の搭載領域とが平面透視にて重ならないようにしておくと、発光素子２または保護素子３の搭載領域の直下、および接続部材５のボンディング領域の直下に、各配線12、各電極13の間および電極13の第１の部分131上に形成される空間が配置されていないため、発光素子２お
よび保護素子３を電子部品搭載用部品１に搭載する場合に、絶縁基体11が撓みにくいものとなり、発光素子２および保護素子３の実装信頼性が向上されたものとなる。

また、図７に示される例のように、電極13の第２の部分132の厚みを厚くして、搭載さ
れる保護素子３が電極13の第２の部分132より突出しないようにすると発光装置の取り扱
い時に外力からの応力が保護素子３にかかりにくいものとなり、発光装置の信頼性が向上するものとなり、好ましい。

また、図６および図７に示される例のように、発光素子２が搭載される配線12を、電極13の第２の部分132と同様に、例えば、30〜150μｍ程度に厚く形成しても構わない。このような配線12は、電極13の第２の部分132と同様な方法により製作することができる。こ
れにより、発光素子２の熱を発光素子２から発光素子搭載用部品１に良好に放熱することができるので、信頼性に優れた発光装置とすることができる。また、配線12は、例えば、電極13と同様に熱伝導率の高い銅等を、10〜130μｍ程度に厚く介在して形成していると
、発光素子２から発光素子搭載用部品１への放熱性を良好なものとすることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態による発光装置について、図８を参照しつつ説明する。

本発明の第４の実施形態における発光装置において、上記した実施形態の発光装置と異なる点は、図８に示された例のように、絶縁基体11の上面に形成された発光素子搭載層15上に発光素子２が搭載されている点である。また、発光素子搭載層15は配線12よりも厚みが厚くなっている。

第４の実施形態における発光素子搭載用部品１によれば、発光素子搭載層15の厚みを厚くすることにより、発光素子２から発光素子搭載用部品１への放熱性を高めることができるとともに、配線12と発光素子搭載層15との間隔を小さくし、発光素子２を封止材６により覆う際に、発光素子搭載層15の側面が配線12より高い位置となるため、封止材６が発光素子搭載層15の側面に対し濡れやすいものとなり、配線12と発光素子搭載層15との間に封止材６を良好に流入させることができる。

このような発光素子搭載層15は、配線12または電極13と同様の材料および方法により製作することができる。

本発明は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。上述に示す例では、電極13は、絶縁基体11の下面のみに形成しているが、例えば、絶縁基体11の下面から側面にかけて形成しても構わない。例えば、絶縁基体11の側面に溝が設けられており、溝の内面に導体の被着された、いわゆるキャスタレーション導体を有していてもよい。

また、図１〜図８に示される例では、保護素子３が搭載される電極13の第１の部分13の大きさを対向する電極13同士で同じとしているが、異ならせても構わない。

また、発光素子搭載用部品１は、上面に、発光素子２が収納されるキャビティを含んでいても構わないし、複数の発光素子２および保護素子３が搭載されるものであっても構わない。

また、発光素子搭載用部品１は、絶縁基体11の内部に、絶縁基体11よりも放熱性の優れた金属部材を平面視で複数の発光素子２が搭載される領域と重なる領域に埋設させた配線基板１であってもよい。

また、発光素子搭載用部品１は多数個取り配線基板の形態で製作されていてもよい。

また、発光素子搭載用部品１の下面に搭載された保護素子３の全体または周囲を、樹脂等の封止材により被覆し、発光装置を外部回路基板４に接合する際に、半田等の接合材が保護素子３が搭載された第１の部分131に流入することを抑制することができる。

１・・・・発光素子搭載用部品
11・・・・絶縁基体
12・・・・配線
13・・・・電極
131 ・・・第１の部分
132 ・・・第２の部分
14・・・・配線導体
２・・・・発光素子
３・・・・保護素子
４・・・・外部回路基板
５・・・・接続部材
６・・・・封止材

Claims (4)

1. 絶縁基体と、
   該絶縁基体の上面に形成され、発光素子が搭載される配線と、
   前記絶縁基体の下面に形成された電極とを備えており、
   該電極は、保護素子が搭載される第１の部分と外部回路基板に接続される第２の部分とを有し、
   前記第２の部分の厚みが前記第１の部分の厚みよりも厚いことを特徴とする発光素子搭載用部品。
2. 平面視で前記第２の部分が前記第１の部分を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用部品。
3. 前記配線の前記発光素子が搭載される領域と前記電極の第２の部分とが前記絶縁基体を介して対向していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用部品。
4. 請求項１に記載の発光素子搭載用部品と、
   該発光素子搭載用部品における前記配線に搭載された発光素子と、
   前記電極の前記第１の部分に搭載された保護素子とを備えていることを特徴とする発光装置。

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