JP6705479B2 - 光源装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1に係る光源装置の製造方法を図1Aから図11に基づいて説明する。
(1)長手方向と長手方向と直交する短手方向に延長する正面と、正面の反対側に位置する背面と、正面と隣接し、正面と直交する上面と、上面の反対側に位置する下面と、背面と下面とに開口する複数の窪み、を有する基材と、正面に配置される第1配線と、第1配線と電気的に接続され複数の窪みのそれぞれに配置される第2配線と、を有する基板と、第1配線と電気的に接続され、第1配線上に載置される少なくとも1つの発光素子と、を備える発光装置を準備する工程と、
(2)支持基材と、支持基材の上面に接合領域を含む配線パターンと、接合領域を囲む絶縁領域と、を備える支持基板を準備する工程と、
(3)絶縁領域上に位置する半田の体積が接合領域上に位置する半田の体積よりも大きくなるように接合領域及び絶縁領域上に半田を配置する工程と、
(4)上面視において、半田と下面近傍に位置する第2配線とを離間させて発光装置を支持基板に載置する工程と、
(5)半田を加熱溶融し、発光装置の第2配線と支持基板の接合領域とを接合する工程と、を含む
図2Bに示すように、基板10と少なくとも1つの発光素子20と、を備えた発光装置1000を準備する。基板10は、基材11と、第1配線12と、第2配線13と、を備える。基材11は、長手方向と長手方向と直交する短手方向に延長する正面111と、正面の反対側に位置する背面112と、正面と隣接し、正面と直交する上面113と、上面の反対側に位置する下面114と、を有する。また、基材11は、背面112と下面114とに開口する複数の窪み16、を有する。第1配線12は基材11の正面111に配置される。第2配線13は、第1配線12と電気的に接続され複数の窪み16内にそれぞれ配置される。尚、本明細書において直交とは、90±3°程度の変動は許容されるものとする。また、本明細書において長手方向をX方向と呼び、短手方向をY方向と呼び、背面112から正面111方向をZ方向と呼ぶことがある。
図7A、図7Bに示すように、支持基材70と、支持基材70の上面701に接合領域810を含む第1配線パターン81と、接合領域810を囲む絶縁領域811と、を備える支持基板5000を準備する。支持基材70とは、絶縁性の部材である。支持基板の接合領域810とは、第1配線パターン81の一部であり、半田によって発光装置の第2配線と接合される部分である。接合領域810を囲む絶縁領域811とは、図7Aに示すように支持基材70の上面701が外部に露出される場合には、支持基材70が上面701に絶縁領域811を備えている。接合領域810が絶縁領域811に囲まれることで溶融した半田が濡れ広がりを制御しやすくなる。これにより、セルフアライメント効果が大きくなり、発光装置の実装性が向上する。一般的に溶融した半田は、支持基材上よりも第1配線パターン上を濡れ広がりやすい。支持基材及び第1配線パターンは、公知の材料を用いることができる。
図9A、図9Bに示すように、絶縁領域811上に位置する半田90の体積が接合領域810上に位置する半田90の体積よりも大きくなるように接合領域810及び絶縁領域811上に半田90を配置する。このようにすることで、接合領域810上に位置する半田90の体積を減少させることができる。これにより、後述する発光装置と支持基板とを半田により接合する時に、溶融した半田が基材の下面と支持基板の上面との間に侵入することを抑制することができる。このため、発光装置と、支持基板と、を接合した際に、基材の下面と支持基板との上面との間に加熱溶融後の半田が形成されることを抑制できるので、支持基板に対して発光装置が傾くことを抑制することができる。
図10A、図10Bに示すように、上面視において、半田90と、基材の下面114近傍に位置する第2配線13と、を離間させて発光装置1000を支持基板5000に載置する。本明細書において、基材の下面近傍に位置する第2配線とは、基材の下面114と面一である第2配線13の部分を意味する。半田90と、基材の下面114近傍に位置する第2配線13と、を離間させて発光装置を支持基板に載置することで、発光装置と支持基板とを半田により接合する時に、溶融した半田が基材の下面と支持基板の上面との間に侵入することを抑制することができる。これにより、後述する発光装置と、支持基板と、を接合した際に、基材の下面と支持基板との上面との間に加熱溶融後の半田が形成されることを抑制できるので、支持基板に対して発光装置が傾くことを抑制することができる。また、半田90と、基材の下面114近傍に位置する第2配線13と、を離間させて発光装置1000を支持基板5000に載置する時に、基材の下面114と支持基板の上面との間に加熱溶融前の半田は位置していない。
図11に示すように、半田90を加熱溶融し、発光装置の第2配線13と、支持基板5000の接合領域810と、を接合する。溶融された半田は、濡れ広がりやすい接合領域810上に集まる。これにより、接合領域上に位置する加熱溶融後の半田の体積は、絶縁領域上に位置する加熱溶融後の半田の体積よりも大きくすることができる。接合領域上に位置する加熱溶融後の半田の体積が大きいことで、第2配線13と、接合領域810と、が半田によって接合されやすくなる。これにより、発光装置と支持基板の接合強度が向上する。加熱溶融後の半田は、基材の下面と、支持基板の上面と、の間に形成されにくいので、支持基板に対して発光装置が傾いて接合されることを抑制できる。図11に示すように、加熱溶融後の半田の全てが接合領域上に位置することが好ましい。
実施形態2に係る光源装置の製造方法について説明する。実施形態2の光源装置の製造方法は、実施形態1の光源装置の製造方法とは、発光装置を準備する工程が異なる点以外は同様である。
基板10は、発光素子を載置する部材である。基板10は、少なくとも、基材11と、第1配線12と、第2配線13と、を備えている。
基材11は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性部材を用いて構成することができる。樹脂若しくは繊維強化樹脂としては、エポキシ、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)、ポリイミドなどが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。これらの基材のうち、特に発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。基材の厚さの下限値は、適宜選択できるが、基材の強度の観点から、0.05mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましい。また、基材の厚さの上限値は、発光装置の厚さ(奥行き)の観点から、0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm以下であることがより好ましい。
第1配線は、基材の正面に配置され、発光素子と電気的に接続される。第1配線は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム、又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、第1配線の表層には、溶融性の導電性接着部材の濡れ性及び/若しくは光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
第2配線は、第1配線と電気的に接続され、基材の窪みの内壁を被覆する部材である。第2配線は、第1配線と同様の導電性部材を用いることができる。
発光素子は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体素子を適用できる。発光素子としては、例えばLEDチップが挙げられる。発光素子は、少なくとも半導体層を備え、多くの場合に素子基板をさらに備える。発光素子は、素子電極を有する。素子電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。半導体材料としては、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。発光素子の素子基板は、主として半導体積層体を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。素子基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。素子基板の母材としては、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
反射部材は、発光素子20の素子側面202及び基材の正面111を被覆し、「見切り性」の良好な発光装置とする部材である。発光素子の発光ピーク波長における反射部材の光反射率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。例えば、反射部材は、樹脂に白色顔料を含有させた部材を用いることができる。
透光性部材は発光素子の光取り出し面を被覆し、発光素子を保護する透光性の部材である。透光性部材の材料として、例えば、樹脂を用いることができる。透光性部材に用いることができる樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。透光性部材の材料として、エポキシ樹脂を用いることでシリコーン樹脂を用いた場合より発光装置の強度を向上させることができるので好ましい。また、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れているので好ましい。透光性部材は、波長変換粒子及び/又は拡散粒子を含有していてもよい。
波長変換粒子は、発光素子が発する一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を発する。波長変換粒子は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。透光性部材が複数の波長変換層を備える場合には、各波長変換層に含有される波長変換粒子は同じでもよく、異なっていてもよい。
拡散粒子としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。拡散粒子は、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。特に、熱膨張係数の小さい酸化珪素が好ましい。また、拡散粒子として、ナノ粒子を用いることで、発光素子が発する光の散乱を増大させ、波長変換粒子の使用量を低減することもできる。なお、ナノ粒子とは、粒径が1nm以上100nm以下の粒子とする。また、本明細書における「粒径」は、例えば、D50で定義される。
導光部材は、発光素子と透光性部材を固定し、発光素子からの光を透光性部材に導光する部材である。導光部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。導光部材の材料として、エポキシ樹脂を用いることでシリコーン樹脂を用いた場合より発光装置の強度を向上させることができるので好ましい。また、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れているので好ましい。導光部材は、上述の透光性部材と同様の波長変換粒子及び/又は拡散粒子を含有していてもよい。
導電性接着部材とは、発光素子の素子電極と第1配線とを電気的に接続する部材である。導電性接着部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系などの半田、低融点金属などのろう材のうちのいずれか1つを用いることができる。
1000、1001、2000、2001 発光装置
5000、5001 支持基板
10 基板
11 基材
12 第1配線
13 第2配線
14 第3配線
15 ビア
151 第4配線
152 充填部材
16 窪み
18 絶縁膜
20 発光素子
30 透光性部材
40 反射部材
50 導光部材
60 導電性接着部材
Claims (6)
- 長手方向と前記長手方向と直交する短手方向に延長する正面と、前記正面の反対側に位置する背面と、前記正面と隣接し、前記正面と直交する上面と、前記上面の反対側に位置する下面と、前記背面と前記下面とに開口する複数の窪み、を有する基材と、前記正面に配置される第1配線と、前記第1配線と電気的に接続され前記複数の窪みのそれぞれに配置される第2配線と、を有する基板と、前記第1配線と電気的に接続され、前記第1配線上に載置される少なくとも1つの発光素子と、を備える発光装置を準備する工程と、
支持基材と、前記支持基材の上面に接合領域を含む第1配線パターンと、前記接合領域を囲む絶縁領域と、を備える支持基板を準備する工程と、
前記絶縁領域上に位置する半田の体積が前記接合領域上に位置する半田の体積よりも大きくなるように前記接合領域及び前記絶縁領域上に半田を配置する工程と、
上面視において、前記半田と前記下面近傍に位置する前記第2配線とを離間させて前記発光装置を前記支持基板に載置する工程と、
前記半田を加熱溶融し、前記発光装置の第2配線と前記支持基板の前記接合領域とを接合する工程と、
を含む光源装置の製造方法。 - 前記半田を配置する工程において、上面視における前記絶縁領域上に位置する前記半田の最大幅が前記接合領域上に位置する前記半田の最大幅よりも広い請求項1に記載の光源装置の製造方法。
- 前記基板と前記支持基板を接着する接着樹脂を有する請求項1または2に記載の光源装置の製造方法。
- 前記発光装置の前記第2配線と前記支持基板の前記接合領域とを接合する工程において、
前記接着樹脂を硬化する請求項3に記載の光源装置の製造方法。 - 前記接着樹脂は前記複数の窪みの間に位置する請求項3または4に記載の光源装置の製造方法。
- 上面視において、前記窪みの最大幅が前記接合領域の最大幅よりも狭い請求項1から5のいずれか1項に記載の光源装置の製造方法。
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