(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を搭載部材に実装する発光素子実装方法において、
前記発光素子を前記搭載部材に接着する素子接着工程と、
電極材料の微粒子を含有するインクをインクジェットで前記発光素子の表面のうちの光放射領域の少なくとも一方の側縁に沿って線状に印刷して少なくとも一方の電極を線状に形成する電極形成工程と、
前記発光素子の電極と前記搭載部材との間の配線下地部を絶縁材料で斜面状に形成する工程と、
前記発光素子の電極と前記搭載部材との間を接続する配線パターンを前記配線下地部上にインクジェットで印刷して形成する配線パターン形成工程と
を含み、
前記電極形成工程よりも前の工程で、前記発光素子の表面のうちインクジェットで前記電極を印刷する部分以外の部分に、インクジェットのインクが付着しないように撥液性の表面処理を施すことを特徴とする発光素子実装方法。
【請求項２】
前記電極形成工程で、電極材料の微粒子を含有するインクをインクジェットで前記発光素子のうちの光放射領域の両側縁に沿って線状に印刷してｐ側電極とｎ側電極をそれぞれ線状に形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子実装方法。
【請求項３】
前記電極材料は、透明な電極材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子実装方法。
【請求項４】
前記電極形成工程で、前記電極を前記発光素子の光放射領域を取り囲むように形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子実装方法。
【請求項５】
発光素子を搭載部材に実装する発光素子実装構造において、
前記発光素子の少なくとも一方の電極は、電極材料の微粒子を含有するインクをインクジェットで該発光素子の光放射領域の少なくとも一方の側縁に沿って線状に印刷して形成され、
前記発光素子の電極と前記搭載部材との間の配線下地部は、絶縁材料で斜面状に形成され、
前記発光素子の電極と前記搭載部材との間は、前記配線下地部上にインクジェットで印刷して形成した配線パターンで接続され、
前記発光素子の表面のうちインクジェットで前記電極を印刷する部分以外の部分には、インクジェットのインクが付着しないように撥液性の表面処理が施されていることを特徴とする発光素子実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の実装方法を改善した発光素子実装方法及び発光素子実装構造に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光素子の代表的なものとしてＬＥＤ（発光ダイオード）が知られているが、ＬＥＤを搭載部材（配線基板、リード等）に実装する場合、特許文献１（特開平９−２９８３１３号公報）に記載されているように、ＬＥＤを実装する搭載部材（配線基板、リード等）とＬＥＤの電極との間をワイヤボンディングで配線するのが一般的である。
【０００３】
また、特許文献２（特開平７−２８８３４０号公報）では、ＬＥＤの発光効率の向上等を目的として、ＬＥＤの少なくとも一方の電極を直線状に形成し且つ該電極の中央部にワイヤボンディング用の円形のパッド部を形成した構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９８３１３号公報
【特許文献２】特開平７−２８８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１，２のものは、いずれも、ＬＥＤを実装する搭載部材とＬＥＤの電極との間をワイヤボンディングで配線する構成となっているが、ワイヤボンディングでは、熱圧着と超音波によってワイヤを接合するため、それらの衝撃によってＬＥＤや搭載部材が破損したり、或は、耐衝撃性を確保するためにＬＥＤや搭載部材を厚くして機械的強度を強化する必要があった。また、ワイヤボンディング後にＬＥＤを樹脂で封止する際にワイヤが引っ張られて破損する可能性があった。しかも、ＬＥＤの電極に接続したワイヤの一部がＬＥＤの上方に突出するため、ＬＥＤパッケージの高さ寸法が大きくなってしまい、ＬＥＤパッケージの低背化に限界があった。
【０００６】
また、従来のＬＥＤは、発光素子の光放射領域がワイヤボンディング用の円形の電極の遮光によって狭められてしまい、ＬＥＤの発光効率が低下するという欠点もあった。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、発光素子の電極と搭載部材との間を接続する際に発光素子や搭載部材が破損することを防止できると共に、低背化の要求を満たし、且つ、発光素子の発光効率を向上できる発光素子実装方法及び発光素子実装構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、発光素子を搭載部材に実装する発光素子実装方法において、前記発光素子を前記搭載部材に接着する素子接着工程と、電極材料の微粒子を含有するインクをインクジェットで前記発光素子の表面のうちの光放射領域の少なくとも一方の側縁に沿って線状に印刷して少なくとも一方の電極を線状に形成する電極形成工程と、前記発光素子の電極と前記搭載部材との間の配線下地部を絶縁材料で斜面状に形成する工程と、前記発光素子の電極と前記搭載部材とを接続する配線パターンをインクジェットで前記配線下地部上に印刷して形成する配線パターン形成工程とを含み、前記電極形成工程よりも前の工程で、前記発光素子の表面のうちインクジェットで前記電極を印刷する部分以外の部分に、インクジェットのインクが付着しないように撥液性の表面処理を施すことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、発光素子の電極と搭載部材との間を、インクジェットで印刷した配線パターンで接続するため、ワイヤボンディングが不要となり、ワイヤボンディング時の衝撃による発光素子や搭載部材の破損を防止できると共に、低背化の要求を満たすことができる。しかも、発光素子の少なくとも一方の電極を該発光素子の光放射領域の側縁に沿って線状に形成し、且つ、該電極からワイヤボンディング用の円形のパッド部を無くすことができるため、発光素子の光放射領域の面積を拡大でき（従来はワイヤボンディング用の円形のパッド部で光放射領域の面積が狭められていた）、更に、線状の電極によって発光素子のｐｎ接合部に流れる電流の拡散性を向上させることができ、上述した光放射領域の面積拡大効果と相俟って、発光素子の発光効率を向上できる利点もある。
【００１０】
本発明は、発光素子に形成する片方の電極を、金属の蒸着、メッキ、スパッタ、イオンプレーティング、スクリーン印刷等によって形成しても良いが、請求項１のように、電極形成工程で、電極材料の微粒子を含有するインクをインクジェットで線状に印刷して少なくとも一方の電極を線状に形成するようにすれば、インクジェットによって少なくとも一方の線状の電極を簡単に形成することができる。
ところで、発光素子の構造によっては、発光素子の電極と搭載部材とを接続する配線パターンを発光素子の側面にインクジェットで直接印刷すると、配線パターンが発光素子とショートしたり、配線パターンの密着力が弱くなる可能性がある。しかも、発光素子の側面にインクジェットで配線パターンを印刷するには、インクジェットのインク噴射方向と発光素子の側面とが平行とならないようにどちらかを傾斜させる必要があり、面倒である。
そこで、請求項１に係る発明では、配線パターン形成工程よりも前の工程で、発光素子の側面のうちの配線パターンを形成する領域を絶縁材料で斜面状に形成するようにしている。このようにすれば、インクジェットのインク噴射方向（又は発光素子）を傾斜させなくても、発光素子の側部に配線パターンをインクジェットで印刷できると共に、絶縁材料としてインクの密着力が強い材料を用いることで、配線パターンの密着力を強化しながら、配線パターンと発光素子とのショートも防止できる。
しかも、請求項１に係る発明では、電極形成工程よりも前の工程で、発光素子の表面のうちインクジェットで電極を印刷する部分以外の部分にインクジェットのインクが付着しないように撥液性の表面処理を施すようにしているため、発光素子の表面のうち、インクジェットで電極を印刷する部分以外の部分に、インクジェットのインクが付着することを防止できる。
【００１１】
この際、請求項３のように、透明な電極材料の微粒子を含有するインクを用いると良い。透明な電極材料を用いれば、発光素子の光放射領域の面積を一層拡大できる。
【００１２】
更に、請求項４のように、電極形成工程で、電極を発光素子の光放射領域を取り囲むように形成しても良い。このようにすれば、発光素子のｐｎ接合部に流れる電流の拡散性を一層向上させることができ、発光素子を効率良く発光させることができる。
【００１６】
尚、請求項５に係る発明は、前記請求項１に係る発明の技術思想を「発光素子実装構造」として表現したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例１のＬＥＤ実装構造を模式的に示す平面図、同図（ｂ）は同縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は実施例１のＬＥＤを模式的に示す平面図、同図（ｂ）は同縦断面図である。
【図３】図３は実施例１のＬＥＤ実装方法を説明する工程図である。
【図４】図４（ａ）は実施例２のＬＥＤを模式的に示す平面図、同図（ｂ）は同縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図２に基づいてＬＥＤ素子１１（発光素子）の構成を説明する。
ＬＥＤ素子１１は、サファイア基板等の絶縁性基板１２上にｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１４が積層されるように形成され、下側のｎ型半導体層１３の一方側の端部が露出されてその上面にｎ側電極１５が形成され、上側のｐ型半導体層１４の他方側の端部上面にｐ側電極１６が形成されている。
【００２０】
本実施例１では、ｎ側電極１５とｐ側電極１６は、ＬＥＤ素子１１の光放射領域の側縁に沿って直線状に形成されている。ｎ側電極１５は、例えばＡｕ、Ａｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金等の導体を用いて、蒸着、メッキ、スパッタ、イオンプレーティング、スクリーン印刷等によって形成されている。尚、ｎ側電極１５は従来と同様の円形状に形成しても良い。
【００２１】
本実施例１では、ｐ側電極１６は、透明な電極材料であるＩＴＯの微粒子（ナノサイズの粒子）を含有するＩＴＯナノ粒子インクをインクジェットで線状に印刷して形成している。透明な電極材料としては、ＩＴＯの他に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）等のいずれかを用いても良い。
【００２２】
或は、ｐ側電極１６は、Ａｕナノ粒子等を含有する金属ナノ粒子インクをインクジェットで線状に印刷して形成しても良い。尚、ｎ側電極１５も、Ａｕナノ粒子等を含有する金属ナノ粒子インクをインクジェットで線状に印刷して形成しても良い。
【００２３】
ＬＥＤ素子１１の表面のうち、両側の電極１５，１６以外の部分は、インクジェットのインクが付着しないように撥液性の表面処理１７が施されている。両側の電極１５，１６の表面は、インクジェットのインクが付着しやすいように親液性の表面処理を施しても良い。
【００２４】
次に、図１に基づいて上記構成のＬＥＤ素子１１を配線基板２０（搭載部材）に実装するＬＥＤ素子実装構造を説明する。配線基板２０の素子搭載部には、接着剤（例えばＡｇペースト等）によりＬＥＤ素子１１が接着されている。配線基板２０の実装面には、ＬＥＤ素子１１の搭載部の両側にランド２１，２２がプリント配線方法等により形成されている。ＬＥＤ素子１１の両側の電極１５，１６と配線基板２０のランド２１，２２との間には、絶縁性樹脂（例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等）を用いてディスペンサ、インクジェット等により両側の電極１５，１６の側縁からランド２１，２２近傍に向けて下り傾斜する斜面部２３，２４（配線下地部）が形成されている。斜面部２３，２４を形成する絶縁性樹脂は、インクの密着力が強い樹脂を用いると良い。尚、斜面部２３，２４の表面は、インクジェットのインクが付着しやすいように親液性の表面処理を施しても良い。
【００２５】
ＬＥＤ素子１１の両側の電極１５，１６と配線基板２０のランド２１，２２との間を接続する配線パターン２５，２６が、Ａｇナノ粒子インク等の金属ナノ粒子インクをインクジェットで斜面部２３，２４の表面に印刷して形成されている。
【００２６】
この場合、ＬＥＤ素子１１の発光層からの光が上からだけではなく、絶縁性基板１２に反射して半導体層からも出光するため、ｎ側電極１５及び／又は配線パターン２５，２６を、上述した透明な電極材料によって形成しても良い。また、斜面部２３，２４を形成する絶縁性樹脂も、透明で屈折率の高い樹脂を用いると良く、更に、その樹脂の屈折率は、ＬＥＤ素子１１を封止するモールド樹脂の屈折率と同等かそれ以上の屈折率の樹脂を用いることが望ましい。
【００２７】
次に、図３を用いて、ＬＥＤ素子１１を配線基板２０に実装する各工程を説明する。
まず、工程（１）で、配線基板２０の素子搭載部に接着剤（例えばＡｇペースト等）をディスペンサ等により塗布する。次の工程（２）で、ＬＥＤ素子１１を配線基板２０の素子搭載部に搭載して接着する。
【００２８】
次の工程（３）で、ＬＥＤ素子１１の両側の電極１５，１６と配線基板２０のランド２１，２２との間に、絶縁性樹脂（例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等）を用いてディスペンサ、インクジェット等により両側の電極１５，１６の側縁からランド２１，２２近傍に向けて下り傾斜する斜面部２３，２４を形成する。
【００２９】
斜面部２３，２４の硬化後、工程（４）に進み、ＬＥＤ素子１１の光放射領域の側縁に沿ってＩＴＯナノ粒子インク又はＡｕナノ粒子インク等の金属ナノ粒子インクをインクジェットで直線状に印刷してｐ側電極１６を形成する。ｎ側電極１５は、予め形成しておいても良いし、Ａｕナノ粒子インク等の金属ナノ粒子インクをインクジェットで印刷して形成しても良い。
【００３０】
尚、予め、ＬＥＤ素子１１の表面のうち、ｐ側電極１６（ｎ側電極１５）を印刷する部分以外の部分に、インクジェットのインクが付着しないように撥液性の表面処理１７を施しておいても良いし、ｐ側電極１６（ｎ側電極１５）をインクジェットで印刷する電極形成工程の前工程で、ｐ側電極１６（ｎ側電極１５）を印刷する部分以外の部分に、撥液性の表面処理１７を施すようにしても良い。この際、撥液性の表面処理１７のパターニングは、例えば、感光性の撥液樹脂材料をＬＥＤ素子１１の表面にスピンコートで成膜し、不要部分をＵＶ光で除去することで、ＬＥＤ素子１１の表面に撥液性の表面処理１７のパターンを形成すれば良い。
【００３１】
ｐ側電極１６（ｎ側電極１５）のインク乾燥後に工程（５）に進み、ＬＥＤ素子１１の両側の電極１５，１６と配線基板２０のランド２１，２２との間を接続する配線パターン２５，２６を、Ａｇナノ粒子インク等の金属ナノ粒子インクをインクジェットで斜面部２３，２４の表面に印刷して形成する。
【００３２】
配線パターン２５，２６のインク乾燥後に工程（６）に進み、ＬＥＤ素子１１を搭載した配線基板２０を焼成炉に搬入して、インクジェットで印刷したｐ側電極１６（ｎ側電極１５）と配線パターン２５，２６を例えば１５０〜３５０℃で焼成する。これにより、ＬＥＤ素子１１の実装工程が終了する。
【００３３】
以上説明した本実施例１によれば、ＬＥＤ素子１１の両側の電極１５，１６と配線基板２０のランド２１，２２との間を、インクジェットで印刷した配線パターン２５，２６で接続するため、ワイヤボンディングが不要となり、ワイヤボンディング時の衝撃によるＬＥＤ素子１１や配線基板２０の破損を防止できると共に、低背化の要求を満たすことができる。しかも、ＬＥＤ素子１１の少なくともｐ側電極１６を該ＬＥＤ素子１１の光放射領域の側縁に沿って線状に形成し、且つ、該ｐ側電極１６からワイヤボンディング用の円形のパッド部を無くすことができるため、ＬＥＤ素子１１の光放射領域の面積を拡大でき（従来はワイヤボンディング用の円形のパッド部で光放射領域の面積が狭められていた）、更に、線状のｐ側電極１６によってＬＥＤ素子１１のｐｎ接合部に流れる電流の拡散性を向上させることができ、上述した光放射領域の面積拡大効果と相俟って、ＬＥＤ素子１１の輝度を向上できる利点もある。
【００３４】
本実施例１のように、ＩＴＯナノ粒子インク、Ａｕナノ粒子インク等の金属ナノ粒子インクをインクジェットで線状に印刷してｐ側電極１６を形成するようにすれば、インクジェットによって線状のｐ側電極１６を簡単に形成することができる。しかも、透明な電極材料であるＩＴＯナノ粒子インクを用いてｐ側電極１６を印刷すれば、ＬＥＤ素子１１の光放射領域の面積を一層拡大できる。
【００３５】
ＬＥＤ素子の構造によっては、ＬＥＤ素子の側面にインクジェットで配線パターンを直接印刷すると、配線パターンがＬＥＤ素子とショートしたり、配線パターンの密着力が弱くなる可能性がある。しかも、ＬＥＤ素子の側面にインクジェットで配線パターンを印刷するには、インクジェットのインク噴射方向とＬＥＤ素子の側面とが平行とならないようにどちらかを傾斜させる必要があり、面倒である。
【００３６】
そこで、本実施例１では、配線パターン形成工程（５）の前工程で、ＬＥＤ素子１１の側面のうちの配線パターン２５，２６を形成する領域を絶縁性樹脂で斜面状に形成するようにしている。このようにすれば、インクジェットのインク噴射方向（又はＬＥＤ素子１１）を傾斜させなくても、ＬＥＤ素子１１の側部に配線パターン２５，２６をインクジェットで印刷できると共に、絶縁性樹脂としてインクの密着力が強い樹脂を用いることで、配線パターン２５，２６の密着力を強化しながら、配線パターン２５，２６とＬＥＤ素子１１とのショートも防止できる。
【実施例２】
【００３７】
図４に示す本発明の実施例２では、電極形成工程で、ｐ側電極１６にＬＥＤ素子１１の光放射領域を取り囲む包囲部１６ａを一体に形成するようにしている。ｐ側電極１６と包囲部１６ａの形成方法は、ＩＴＯナノ粒子インク、Ａｕナノ粒子インク等の金属ナノ粒子インクをインクジェットで印刷して形成しても良いし、金属の蒸着、メッキ、スパッタ、イオンプレーティング、スクリーン印刷等によって形成しても良い。その他の事項は上記実施例１と同じである。
【００３８】
本実施例２のように、ｐ側電極１６にＬＥＤ素子１１の光放射領域を取り囲む包囲部１６ａを一体に形成するようにすれば、ＬＥＤ素子１１のｐｎ接合部に流れる電流の拡散性を一層向上させることができ、ＬＥＤ素子１１を効率良く発光させることができる。
尚、ＬＥＤ素子１１を搭載する搭載部材は、配線基板に限定されず、リード等であっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１１…ＬＥＤ素子（発光素子）、１３…ｎ型半導体層、１４…ｐ型半導体層、１５…ｎ側電極、１６…ｐ側電極、１６ａ…包囲部、２０…配線基板（搭載部材）、２１，２２…ランド、２３，２４…斜面部（配線下地部）、２５，２６…配線パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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