(57)【要約】【課題】放熱性能に優れ、簡易に製造できる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１０は、電極を有する配線パターン２６を上面に備える基板１２と、電極の上面に設けられたバンプ３０と、素子電極を備え、バンプ３０を介して素子電極で電極と電気的に接続された発光素子１４と、配線パターン２６の周囲であって、基板１２の上に空隙が形成されるように設けられた複数のバンプ３１と、上面と下面とを外表面に有する支持部材１６と、蛍光体層１８を備え、発光素子１４の周囲に隙間が形成されるように覆い、バンプ３１を介して、支持部材１６の下面１６ｃに設けられた金属層２２で基板１２に接合された放熱部材１７を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する配線パターンを上面に備える基板を用意する基板用意工程と、
前記電極の上面に導電性の第一接着部材を形成するとともに、前記配線パターンの周囲であって、前記基板の上に複数の第二接着部材を形成する接着部材形成工程と、
前記第一接着部材を介して、前記電極と発光素子の素子電極を電気的に接続し、前記基板に前記発光素子を実装する発光素子実装工程と、
前記第二接着部材を介して、支持部材と蛍光体とを備え、前記蛍光体が前記発光素子と離れるように前記発光素子を覆う放熱部材と、前記基板とを接合して、前記基板に前記放熱部材を装着する放熱部材装着工程と、
を有する発光装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記接着部材形成工程では、前記第一接着部材と前記第二接着部材を同時に形成する、または前記第一接着部材と前記第二接着部材を連続して形成する発光装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記基板の上面の前記配線パターンの周囲に金属パターンが設けられており、
接着部材形成工程では、前記金属パターンの上面に前記第二接着部材を形成し、
前記第一接着部材および前記第二接着部材が複数の導電性粒体で構成されている発光装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記導電性粒体が金属粒子である発光装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記発光素子実装工程での前記基板への前記発光素子の実装、および前記放熱部材装着工程での前記基板への前記放熱部材の装着が、フリップチップ方式で行われる発光装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３において、
前記導電性粒体が金属ペーストである発光装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記発光素子実装工程での前記基板への前記発光素子の実装、および前記放熱部材装着工程での前記基板への前記放熱部材の装着が、リフロー方式で行われる発光装置の製造方法。
【請求項８】
電極を有する配線パターンを上面に備える基板と、
前記電極の上面に設けられた導電性の第一接着部材と、
素子電極を備え、前記第一接着部材を介して前記素子電極で前記電極と電気的に接続された発光素子と、
前記配線パターンの周囲であって、前記基板の上に空隙が形成されるように設けられた複数の第二接着部材と、
上面と下面とを外表面に有する支持部材と、蛍光体とを備え、前記発光素子の周囲に隙間が形成されるように覆い、前記第二接着部材を介して、前記下面で前記基板に接合された放熱部材と、
を有する発光装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記基板上の前記配線パターンの周囲に金属パターンが設けられており、
前記複数の第二接着部材が前記金属パターンの上面に形成されている発光装置。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記蛍光体が、前記支持部材の上面に設けられた蛍光体層である発光装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれかにおいて、
前記放熱部材の外表面が側面をさらに備え、
前記側面に光反射層が設けられている発光装置。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれかにおいて、
前記支持部材の前記下面に金属層が設けられており、
前記金属層の下面に前記複数の第二接着部材が設けられている発光装置。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれかにおいて、
前記第二接着部材が金属粒体であり、
前記金属粒体が、空隙が形成されるように環状に配置された内側金属粒体と、空隙が形成されるように前記内側金属粒体の外側に環状に配置された外側金属粒体とを備え、
前記内側金属粒体の空隙の外側に、前記外側金属粒体の少なくとも一部が配置されている発光装置。
【請求項１４】
請求項８から１２のいずれかにおいて、
前記支持部材の前記下面が、一対の長辺部と、一対の短辺部とを備え、
前記一対の短辺部と前記基板の間が空洞である発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を備え、放熱特性に優れる発光装置と、この発光装置が簡易に製造できる発光装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長変換体で生じた熱を逃がす構造を備える発光装置が知られている。例えば特許文献１には、基板に実装された発光素子と、発光素子の周囲で、基板上に設けられた支持枠と、支持枠上に設けられた放熱板と、発光素子の上方に設けられた波長変換体と、放熱板と波長変換体の間に設けられた反射体を有する発光装置が記載されている。この反射体は、フィラーと樹脂から構成されており、波長変換体と放熱板を接合している。そして、波長変換体で生じた熱は、反射体、放熱板の順で伝わり、放熱板で逃がされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０７０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発光装置は、波長変換体と放熱板の間に、熱伝達率が低い樹脂を多く含む反射体が存在するため、放熱性能が劣る。また、反射体以外に、放熱板と支持枠の間および支持枠と基板の間にも接着層が必要であるから、これらの接着層で放熱性能が低下する。さらに、この発光装置を製造するには、波長変換体と放熱板の間、放熱板と支持枠の間、および支持枠と基板の間の接着工程が必要である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放熱性能に優れる発光装置と、この発光装置が簡易に製造できる発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光装置の製造方法は、電極を有する配線パターンを上面に備える基板を用意する基板用意工程と、電極の上面に導電性の第一接着部材を形成するとともに、配線パターンの周囲であって、基板の上に複数の第二接着部材を形成する接着部材形成工程と、第一接着部材を介して、電極と発光素子の素子電極を電気的に接続し、基板に発光素子を実装する発光素子実装工程と、第二接着部材を介して、支持部材と蛍光体とを備え、蛍光体が発光素子と離れるように発光素子を覆う放熱部材と、基板とを接合して、基板に放熱部材を装着する放熱部材装着工程とを有する。
【０００６】
本発明の発光装置は、電極を有する配線パターンを上面に備える基板と、電極の上面に設けられた導電性の第一接着部材と、素子電極を備え、第一接着部材を介して素子電極で電極と電気的に接続された発光素子と、配線パターンの周囲であって、基板の上に空隙が形成されるように設けられた複数の第二接着部材と、上面と下面とを外表面に有する支持部材と、蛍光体とを備え、発光素子の周囲に隙間が形成されるように覆い、第二接着部材を介して、下面で基板に接合された放熱部材とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の発光装置の製造方法では、同じ装置を用いて第一接着部材と第二接着部材が形成でき、これらの接着部材を介して発光素子と放熱部材を基板上に実装または装着できる。このため、放熱性能を有する発光装置が簡易に製造できる。また、本発明の発光装置では、発光素子を覆う放熱部材が、空隙が形成されるように設けられた複数の第二接着部材を介して、基板に接合されている。このため、蛍光体で生じた熱は、支持部材と第二接着部材を経由して、基板に伝達し、基板から外部に放出され、発光素子からの熱は、この空隙から外部に放出される。したがって、本発明の発光装置は放熱性能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態の発光装置の分解図。
【図２】第一実施形態の発光装置を鉛直方向に切断したときの断面図。
【図３】第一実施形態の発光装置を、光反射層、金属層と第二接着部材の間、および発光素子で、異なる水平方向に切断したときの断面図。
【図４】第二実施形態の発光装置を、光反射層、金属層と第二接着部材の間、および発光素子で、異なる水平方向に切断したときの断面図。
【図５】第三実施形態の発光装置を、光反射層、金属層と第二接着部材の間、および発光素子で、異なる水平方向に切断したときの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の発光装置とその製造方法について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、発光装置、発光装置の構成部材、および発光装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では便宜上、図２に示す発光装置の向きを基準に「上」および「下」などの方向を表す。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。
【００１０】
図１から図３を用いて、本発明の第一実施形態に係る発光装置１０の構造を説明する。発光装置１０は、基板１２と、発光素子１４と、放熱部材１７を備えている。基板１２は、本体２４と、配線パターン２６と、金属パターン２８を備えている。放熱部材１７は、支持部材１６と、蛍光体とを備えている。支持部材１６は、上面１６ａと、側面１６ｂと、下面１６ｃを外表面に備えている。
【００１１】
本実施形態では、蛍光体は、支持部材１６の上面１６ａに設けられた蛍光体層１８である。なお、蛍光体は、支持部材１６の内部に混入されていてもよい。本体２４は、長方形の板状部材で、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどの熱伝達性に優れる絶縁性セラミックスで構成されている。本体２４は、例えば銅合金やアルミニウム合金などの熱伝達性に優れた金属の表面に絶縁膜が形成された複合体であってもよい。
【００１２】
配線パターン２６と金属パターン２８は、本体２４上に形成されている。配線パターン２６は、基板１２の上面の中央に、隙間を形成しながら長方形状に設けられている。配線パターン２６の電極と発光素子１４の素子電極が電気的に接続されることによって、発光素子１４は基板１２に実装される。本実施形態では、発光素子１４の素子電極は、配線パターン２６の電極の上面に設けられた導電性の第一接着部材であるバンプ３０を介して、配線パターン２６の電極と電気的に接続されている。すなわち、発光素子１４は、フリップチップ実装の手法、すなわちフリップチップ方式で基板１２に実装されている。
【００１３】
金属パターン２８は、配線パターン２６の周囲であって、基板１２の上面に設けられている。金属パターン２８は、外周および内周が長方形の環状部材で、後述する支持部材１６の下面１６ｃに設けられた金属層２２と同様の形状を備えている。金属層２２、すなわち支持部材１６と金属パターン２８に空隙が形成されるように、放熱部材１７が金属パターン２８に接合されることによって、放熱部材１７は基板１２に装着される。
【００１４】
本実施形態では、金属パターン２８と、金属パターン２８の上面に空隙が形成されるように設けられた複数の第二接着部材であるバンプ３１を介して、放熱部材１７が下面１６ｃで基板１２に接合される。このため、蛍光体層１８で発生した熱が、支持部材１６、金属層２２、バンプ３１、および金属パターン２８を経由して、基板１２に伝達され、基板１２で放出される。なお、第二接着部材は、はんだペースト、銀ペースト、または熱伝導率が高い物質を練りこんだ接着剤であってもよい。また、放熱部材１７が基板１２に接合できれば、基板１２の上面に金属パターン２８が設けられていなくてもよいし、金属パターン２８の代わりに非金属のパターンを用いてもよい。
【００１５】
本実施形態では、発光素子１４は、長方形の板状のＬＥＤ素子である。発光素子１４が発した光が外部に出射されるように、支持部材１６は、透明または半透明の、すなわち光透過性を備える例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミックスで構成されている。支持部材１６は、枡を上下反転したような形状を備えている。なお、支持部材１６の形状は、枡形状に限定されず、側面１６ｂがないドーム形状等であってもよい。支持部材１６の凹部に発光素子１４が非接触で収容されるように、すなわち、発光素子１４の周囲に隙間が形成されるように、放熱部材１７が基板１２に装着されている。この凹部の非接触空間には空気が存在する。このため、発光素子１４で生じた熱は、この空気を通じて、バンプ３１の空隙から、発光装置１０の外部に放出される。したがって、発光装置１０は熱による信頼性損失が補償される。
【００１６】
本実施形態では、図１から図３に示すように、放熱部材１７は、複数の発光素子１４を覆い、この複数の発光素子１４の周囲で基板１２に接合されている。発光装置１０では、８個の発光素子１４を使用しているが、発光素子１４の種類、大きさ、形状、および数量などは特に制限がない。前述したように、蛍光体層１８は、支持部材１６の上面１６ａに設けられている。蛍光体層１８は、例えば、発光素子１４から発せられ、放熱部材１７を通過して入射した青色光を白色光に変換して、発光装置１０の上部に出射する。また、例えば、エポキシ樹脂母材またはシリコーン樹脂母材に、蛍光粒子であるＣｅ賦活ＹＡＧ蛍光体などを混入することによって蛍光体層１８が作製される。
【００１７】
光反射層２０は、例えば蒸着によって、支持部材１６の側面１６ｂに設けられている。光反射層２０は、発光素子１４から発せられた光が、支持部材１６を通過して側面１６ｂから外部に出射されるのを反射によって抑える。この反射された光は、最終的に支持部材１６の上面１６ａおよび蛍光体層１８を通過して、発光装置１０の上部に出射される。光反射層２０は、例えば、アルミニウムや銀などの光高反射性金属で構成される。
【００１８】
金属層２２は、例えば蒸着によって、支持部材１６の下面１６ｃに設けられている。金属層２２は、発光素子１４から発せられた光が、支持部材１６を通過して下面１６ｃから外部に出射されるのを反射によって抑える。また、金属層２２は、バンプ３１を介して金属パターン２８に接合されている。このため、支持部材１６と金属パターン２８に空隙が形成されるように接合できる。なお、蛍光体層１８での発熱を放出でき、支持部材１６と金属パターン２８が接合できるのであれば、金属層２２の設置は省略できる。支持部材１６と金属パターン２８に空隙が形成されていると、発光素子１４で生じた熱は、この空隙から発光装置１０の外部に放出される。したがって、放熱部材１６の内部が気密であるときに発生する問題、すなわち発光素子１４で生じた熱でこの内部の空気が膨張して、放熱部材１６が変形、剥離、および破損するおそれを低減できる。
【００１９】
さらに、金属製のバンプ３１を介して金属層２２が金属パターン２８に接合されている、すなわち、金属によって放熱部材１６と基板１２が強固に接合されているため、樹脂接着層によって放熱部材１６と基板１２が接合されている場合と比べて、放熱部材１６から基板１２への熱伝達が大きい。したがって、発光装置１０は放熱特性に優れている。金属層２２は、例えば、アルミニウムや銀などの光高反射性金属で構成されている。本実施形態のように、金属層２２は、光反射層２０と同じ材料で、光反射層２０と一体に形成されることが、発光装置１０の製造効率の観点から好ましい。
【００２０】
つぎに、本発明の実施形態に係る発光装置１０の製造方法について説明する。発光装置１０の製造方法は、基板用意工程と、接着部材形成工程と、発光素子実装工程と、放熱部材装着工程を備えている。基板用意工程では、電極を有する配線パターン２６を上面に備える基板１２を用意する。より具体的には、本体２４の上面に配線パターン２６を形成し基板１２を得る。このとき、本実施形態のように、基板１２の上面の配線パターン２６の周囲に金属パターンを形成してもよい。そして、次の工程に向けて、所定の場所、例えば実装機の載置台にこの基板１２を配置する。
【００２１】
接着部材形成工程では、配線パターン２６の電極の上面に導電性の第一接着部材であるバンプ３０を形成するとともに、配線パターン２６の周囲であって、基板１２の上に複数の第二接着部材であるバンプ３１を形成する。すなわち、配線パターン２６の電極および金属パターン２８の所定の位置にバンプ３０，３１をそれぞれ設置する。なお、「基板の上」とは、基板の上面のほか、基板の上面に設けられた金属パターン等の他の部材の最上面をいう。バンプ３０，３１は、例えば、金や金合金などで構成される。接着部材形成工程では、バンプ３０，３１を同時に形成してもよいし、バンプ３０とバンプ３１を連続して形成してもよい。これらのバンプ３０，３１は同じ装置内できる。このため、発光装置１０が効率よく製造できる。
【００２２】
発光素子実装工程では、バンプ３０を介して、配線パターン２６の電極と発光素子１４の素子電極を電気的に接続し、基板１２に発光素子１４を実装する。具体的には、バンプ３０の上に発光素子１４を置き、発光素子１４を下方に押圧しながら超音波振動を付与する。この押圧および超音波振動付与によってバンプ３０が溶融し、配線パターン２６の電極と発光素子１４の素子電極が接合され、発光素子１４と配線パターン２６が電気的に接続される。
【００２３】
放熱部材装着工程では、バンプ３１を介して放熱部材１７放熱部材１７と、基板１２とを接合して、基板１２に放熱部材１７を装着する。具体的には、バンプ３１の上に放熱部材１７を置き、放熱部材１７を下方に押圧しながら超音波振動を付与する。この押圧および超音波振動付与によってバンプ３１が溶融し、支持部材１６の下面１６ｃに設けられた金属層２２と金属パターン２８が接合され、放熱部材１７が基板１２に装着される。放熱部材１７がバンプ３１を介して金属パターン２８に接合される手法、すなわちフリップチップ方式を採用しているので、配線パターン２６の電極の上面にバンプ３０を形成するのと同時または連続で、金属パターン２８の上面にもバンプ３１が形成できる。したがって、発光装置１０の製造工程の簡易化が図れる。
【００２４】
また、発光素子実装工程で使用する処理装置、例えばフリップチップ実装機を用いて、放熱部材装着工程を行ってもよい。より一層、発光装置１０の製造工程の簡易化が図れるからである。なお、本実施形態の発光装置１０の製造方法では、第一接着部材および第二接着部材として複数の導電性粒体、例えば金属粒子で構成されるバンプ３０，３１を用い、フリップチップ方式で、発光素子１４を基板１２上に実装し、放熱部材１７を基板１２上に装着したが、第一接着部材および第二接着部材として金属ペースト、例えばはんだペーストを用い、リフロー方式で、発光素子１４を基板１２上に実装し、放熱部材１７を基板１２上に装着してもよい。
【００２５】
この場合、配線パターン２６の電極および金属パターン２８の上面の所定の位置に、はんだペーストを形成し、このはんだペースト上に発光素子１４と放熱部材１７を載せ、リフロー炉で加熱する。なお、本実施形態の発光装置１０の製造方法では、配線パターン２６の電極および金属パターン２８の上面にバンプ３０，３１をそれぞれ形成したが、これに代えて、発光素子１４の素子電極および支持部材１６の下面１６ｃに設けられた金属層２２の下面にバンプ３０，３１またははんだペーストをそれぞれ形成しても、すなわち発光素子１４の素子電極および金属層２２の下面にバンプ３０，３１またははんだペーストを設けてもよい。
【００２６】
図４を用いて、本発明の第二実施形態に係る発光装置４０の構造を説明する。発光装置４０では、第二接着部材である金属粒体のバンプ３１が、内側を周回している内側金属粒体である内側バンプ３１ａと、外側を周回している外側金属粒体である外側バンプ３１ｂを備えている。内側バンプ３ａ１は、空隙が形成されるように、環状に配置されている。外側バンプ３１ｂも、内側バンプ３１ａの外側に、空隙が形成されるように、環状に配置されている。
【００２７】
そして、内側バンプ３１ａの空隙の外側に、外側バンプ３１ｂの少なくとも一部が配置されている。このように、バンプ３１を多数用いることによって、支持部材１６と基板１２の間の熱伝達性が向上する。このため、蛍光体で生じた熱は、支持部材１６から基板１２により多く伝達される。したがって、発光装置４０は放熱性能に優れる。また、このように、外側バンプ３１ｂを内側バンプ３１ａの空隙の外側に配置することによって、金属パターン２８と支持部材１６の下面１６ｃに設けられた金属層２２の空隙から、発光素子１４からの光が漏れるのを抑制できる。
【００２８】
図５を用いて、本発明の第三実施形態に係る発光装置５０の構造を説明する。発光装置５０では、支持部材１６の下面１６ｃが、一対の長辺部１６Ｌ，１６Ｌと、一対の短辺部１６Ｓ，１６Ｓを備えている。そして、この一対の短辺部１６Ｓ，１６Ｓと基板１２の間が空洞である。このため、この空洞が空気の流通経路となり、発光素子１４で生じた熱が発光装置５０の外部に放出される。したがって、発光装置５０は放熱性能に優れる。
【符号の説明】
【００２９】
１０，４０，５０    発光装置
１２    基板
１４    発光素子
１６    支持部材
１６ａ  上面
１６ｂ  側面
１６ｃ  下面
１６Ｌ  長辺部
１６Ｓ  短辺部
１７    放熱部材
１８    蛍光体層
２０    光反射層
２２    金属層
２４    本体
２６    配線パターン
２８    金属パターン
３０，３１    バンプ
３１ａ  内側バンプ
３１ｂ  外側バンプ
【図１】
2020077760.tif 000003
【図２】
2020077760.tif 000004
【図３】
2020077760.tif 000005
【図４】
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【図５】
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