(57)【要約】【課題】導電性接着剤を利用した発光素子の実装方法で絶縁性と放熱性とを両立させる。【解決手段】ＬＥＤ光源１０は、ＬＥＤチップ１１、導電性接着剤１３ａ，１３ｂ、絶縁構造１４、基板１６、レジスト層１７を備えている。基板１６の表面には、２つの配線１５ａ，１５ｂが設けられている。ＬＥＤチップ１１の底面には、２つの電極１２ａ，１２ｂが設けられている。ＬＥＤチップ１１は、２つの導電性接着剤１３ａ，１３ｂを介して、当該底面側が基板１６の表面側に実装される。絶縁構造１４は、基板１６の表面とＬＥＤチップ１１の底面との間に設けられ、かつ、２つの導電性接着剤１３ａ，１３ｂの間に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの配線が設けられた表面を有する基板と、
２つの電極が設けられた底面を有する発光素子であり、前記２つの配線の一方と前記２つの電極の一方とを電気接続する導電性接着剤と、前記２つの配線の他方と前記２つの電極の他方とを電気接続する導電性接着剤との２つの導電性接着剤を介して、当該底面側が前記基板の表面側に実装される発光素子と、
前記基板の表面と前記発光素子の底面との間に設けられ、かつ、前記２つの導電性接着剤の間に設けられる絶縁部材と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記絶縁部材は、前記基板の表面において前記２つの配線の間に立設され、先端が前記発光素子の底面において前記２つの電極の間に密着することを特徴とする請求項１の発光装置。
【請求項３】
前記絶縁部材は、前記発光素子の底面を横切るように設けられたことを特徴とする請求項１又は２の発光装置。
【請求項４】
前記絶縁部材は、前記発光素子の底面の外周部の少なくとも一部に沿って延設されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの発光装置。
【請求項５】
前記絶縁部材は、前記発光素子の底面の外周部の少なくとも一部に沿って延設された部分が前記発光素子を前記発光素子の底面側から支持することを特徴とする請求項４の発光装置。
【請求項６】
前記絶縁部材は、前記発光素子の底面の外周部より外側に延設されて前記基板を覆い、前記基板を覆う部分が光を反射することを特徴とする請求項４又は５の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関するものである。本発明は、特に、接着面に電極を持つＬＥＤ（発光ダイオード）チップを配線基板上に取り付けたＬＥＤ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一部のＬＥＤ光源においては発光素子の下部に電極を設け、導電性接着剤を利用して配線基板に接続されるＬＥＤチップの実装方法が利用されている。金属共晶接合に比べて低温での接合が可能であるため、ＬＥＤチップを実装する配線基板の選択肢が広がる利点がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６８２３５号公報
【特許文献２】特開２００７−４９０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の実装形態においては、導電性接着剤の熱伝導率が悪く、さらに接続用のバンプが存在し、放熱性に課題があった。導電性接着剤の金属導電粒子の密度を上げることで熱伝導率が改善するが、電極間の絶縁性を考慮する必要があるため、一定以上の配合量にすることができなかった。
【０００５】
特許文献２の半導体装置では、ＬＥＤチップの構造により上記の課題に対処しているが、ＬＥＤチップ側の構造が複雑になっている。さらに電極間の距離がある程度必要となり、放熱性に改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、例えば、導電性接着剤を利用した発光素子の実装方法で絶縁性と放熱性とを両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様に係る発光装置は、
２つの配線が設けられた表面を有する基板と、
２つの電極が設けられた底面を有する発光素子であり、前記２つの配線の一方と前記２つの電極の一方とを電気接続する導電性接着剤と、前記２つの配線の他方と前記２つの電極の他方とを電気接続する導電性接着剤との２つの導電性接着剤を介して、当該底面側が前記基板の表面側に実装される発光素子と、
前記基板の表面と前記発光素子の底面との間に設けられ、かつ、前記２つの導電性接着剤の間に設けられる絶縁部材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、導電性接着剤を利用した発光素子の実装方法で絶縁性と放熱性とを両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るＬＥＤ光源の断面図。
【図２】実施の形態１に係る基板の斜視図。
【図３】実施の形態２に係るＬＥＤ光源の断面図。
【図４】実施の形態２に係る基板の斜視図。
【図５】実施の形態３に係る基板の斜視図。
【図６】実施の形態３に係るＬＥＤ光源のＬＥＤチップ実装時の荷重と変位との関係を示すグラフ。
【図７】実施の形態４に係るＬＥＤ光源の断面図。
【図８】実施の形態４に係る基板の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０の断面図である。図２は、ＬＥＤ光源１０の基板１６の斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、ＬＥＤ光源１０は、ＬＥＤチップ１１、導電性接着剤１３ａ，１３ｂ、絶縁構造１４、基板１６、レジスト層１７を備えている。基板１６の表面には、２つの配線１５ａ，１５ｂが設けられている。ＬＥＤチップ１１の底面には、２つの電極１２ａ，１２ｂ（アノード電極とカソード電極）が設けられている。ＬＥＤチップ１１は、２つの導電性接着剤１３ａ，１３ｂを介して、当該底面側が基板１６の表面側に実装される。
【００１３】
レジスト層１７は、ＬＥＤチップ１１から放射される光のうち、基板１６の表面側に当たる光を反射する。これにより、ＬＥＤ光源１０の発光効率が上がる。
【００１４】
導電性接着剤１３ａは、電極１２ａと配線１５ａとを電気的に接続する。また、導電性接着剤１３ｂは、電極１２ｂと配線１５ｂとを電気的に接続する。これら２つの導電性接着剤１３ａ，１３ｂは、いずれも金属粒子等の導電粒子を含んだ熱硬化性接着剤である。樹脂の材料としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。金属粒子としてはＮｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属又はこれらの合金を粒子化したものが用いられる。なお、導電性粒子としては、樹脂を上記金属で覆った粒子を使用することも可能である。また、金属粒子と樹脂粒子等、複数種類の導電粒子を組み合わせて配合してもよい。
【００１５】
絶縁構造１４（絶縁部材）は、基板１６の表面とＬＥＤチップ１１の底面との間に設けられ、かつ、２つの導電性接着剤１３ａ，１３ｂの間に設けられる。本実施の形態では、絶縁構造１４が、基板１６の表面において２つの配線１５ａ，１５ｂの間に立設され、絶縁構造１４の先端（上端）がＬＥＤチップ１１の底面において２つの電極１２ａ，１２ｂの間に密着する。これにより、導電性接着剤１３ａ，１３ｂを分離させて、電極１２ａ，１２ｂ間での短絡を防止することができる。
【００１６】
なお、本実施の形態の変形例として、絶縁構造１４が、ＬＥＤチップ１１の底面において２つの電極１２ａ，１２ｂの間から突出し、先端（下端）が基板１６の表面において２つの配線１５ａ，１５ｂの間に密着するようにしてもよい。この場合も、上記と同様に、導電性接着剤１３ａ，１３ｂを分離して、電極１２ａ，１２ｂ間での短絡を防止することができる。
【００１７】
図２に示すように、絶縁構造１４は、ＬＥＤチップ１１の底面を横切るように設けられている。具体的には、絶縁構造１４は、平面視略Ｉ字状（「一」字状）に形成されている。また、絶縁構造１４は、その短手方向において、基板１６上で配線１５ａ，１５ｂに挟まれるように形成されている。絶縁構造１４は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等で形成されている。絶縁構造１４の厚さは１００μｍ（マイクロメートル）以下であることが望ましい。絶縁構造１４の幅は電極１２ａ，１２ｂ間の距離に応じて２０〜１００μｍ程度とすることが望ましい。
【００１８】
本実施の形態において、絶縁構造１４は、短手方向（正面視）において上面の幅が底面の幅より小さくなっている（例えば、断面視略台形状である）。そのため、絶縁構造１４の安定性や剛性を損なうことなく、絶縁構造１４の先端部分（ＬＥＤチップ１１の底面に接触する部分）の幅を小さくすることができる。よって、電極１２ａ，１２ｂ間の距離が短くて済み、電極１２ａ，１２ｂの面積を広くすることができる。電極１２ａ，１２ｂの面積が広ければ、その分ＬＥＤチップ１１の発光層を大きくすることができるため、ＬＥＤチップ１１の出力を増大させることが可能となる。
【００１９】
ＬＥＤチップ１１が基板１６に実装される際には、まず、図２に示した基板１６において絶縁構造１４の左右両側の一定範囲に導電性接着剤１３ａ，１３ｂが塗布される。次に、ＬＥＤチップ１１の底面において電極１２ａ，１２ｂの間に絶縁構造１４の上端が接触し、電極１２ａ，１２ｂがそれぞれ導電性接着剤１３ａ，１３ｂと接触するように、ＬＥＤチップ１１が基板１６に配置される。そして、ＬＥＤチップ１１が基板１６の方向（下方）に一定の力で加圧されることで導電性接着剤１３ａ，１３ｂが適度に圧縮され、ＬＥＤチップ１１と基板１６との接着（物理的接続）、及び、電極１２ａ，１２ｂと配線１５ａ，１５ｂとの導通（電気的接続）がなされる。最後に、基板１６上でＬＥＤチップ１１の周囲全体にレジスト層１７が成形される。
【００２０】
このようにＬＥＤチップ１１が基板１６に実装されると、基板１６に電源装置（図示していない）から入力されるＬＥＤチップ１１への電流を、配線１５ａ，１５ｂから導電性接着剤１３ａ，１３ｂを経てＬＥＤチップ１１の電極１２ａ，１２ｂに供給することができるようになる。
【００２１】
ＬＥＤチップ１１は発光時に発熱し、この熱は電極１２ａ，１２ｂから導電性接着剤１３ａ，１３ｂ、配線１５ａ，１５ｂを通じて基板１６へと放熱される。このとき、導電性接着剤１３ａ，１３ｂの導電粒子の混合量を増やすことで、電気抵抗と放熱時の熱抵抗が低減し、さらに電気的接続の信頼性が向上する。計算上は導電性接着剤１３ａ，１３ｂの導電粒子数が１０倍に増えることで熱抵抗は１／１０に低減できる。同時に、接続粒子（導電粒子）の数が増えるに従い、基板１６上の回路が冗長性を持ち、信頼性が向上する。
【００２２】
本実施の形態によれば、絶縁構造１４が電極１２ａ，１２ｂ間に入り込む形で配置されているため、導電粒子の粒子密度を上げても電極１２ａ，１２ｂ間が短絡することはない。従来の実装方法では導電粒子による短絡が発生する確率が増大するため、電極間の距離を広げるか、導電粒子の密度を下げる必要があったが、本実施の形態の構造によれば短絡を発生させることなく導電粒子の密度を上げることができる。同時に電極１２ａ，１２ｂ間の距離を狭くすることも可能になる。
【００２３】
例えば、絶縁構造１４は、光反射率を高めるために無機物により構成されるフィラーを含んでいてもよい。このように絶縁構造１４に光反射率が高い材料を使用することで、電極１２ａ，１２ｂ間及び電極１２ａ，１２ｂ周辺に当たる光を反射させ、絶縁構造１４がない場合に比べて光の利用効率を向上させることができる。
【００２４】
なお、ＬＥＤ光源１０は、発光装置の一例であり、ＬＥＤチップ１１以外の発光素子（例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス））を備えたものであってもよい。
【００２５】
また、ＬＥＤチップ１１が基板１６上に複数実装されてもよい。この場合、ＬＥＤチップ１１ごとに絶縁構造１４が設けられるものとする。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０は、ＬＥＤチップ１１と基板１６と基板１６に設けられた絶縁構造１４と導電粒子を含む導電性接着剤１３ａ，１３ｂと基板１６上の反射材（レジスト層１７）から構成されている。このＬＥＤ光源１０において、絶縁材料で形成された突起が導電粒子を含む導電性接着剤１３ａ，１３ｂを分離させて絶縁を確保する厚さ約１００μｍ以下の絶縁構造１４を使用している。本実施の形態では、絶縁構造１４がＬＥＤチップ１１の下面の電極１２ａ，１２ｂ間に入り込み、導電性接着剤１３ａ，１３ｂを分離させるため、熱伝導率と電気伝導率が高い粒子の混合量を増加させた場合でも粒子による電極１２ａ，１２ｂ間の短絡が発生せず、発光時のＬＥＤチップ１１からの熱を効率よく放熱することができ、さらに接続抵抗の低減と接続信頼性の向上が可能になる。同時にＬＥＤ光源１０の発光効率が上がる。
【００２７】
本実施の形態によれば、導電粒子を介在させるＬＥＤチップ１１の実装方法において、導電粒子の密度を増加させて電気抵抗を低減し、放熱性を上げた場合においても、ＬＥＤチップ１１の下部の電極１２ａ，１２ｂ間に導電粒子が高密度に充填されて電気的短絡が発生することを回避し、電極１２ａ，１２ｂ間の絶縁を確保し、長期使用においてもイオンマイグレーションの発生や絶縁樹脂の劣化に起因する電気的短絡を抑制することができる。
【００２８】
さらに、絶縁構造１４に光反射率が高い材料を使用した場合、ＬＥＤチップ１１の下部の電極１２ａ，１２ｂ間の距離を小さくしながら、絶縁構造１４が光を反射することが可能になるため、アノード又はカソード電極と層構造をなして発光層が形成される形のＬＥＤチップ１１においてはチップ面積内の発光面積の比率を大きく設計し、さらに電極１２ａ，１２ｂ付近の光の反射量を増大させることが可能になる。
【００２９】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０の断面図である。図４は、ＬＥＤ光源１０の基板１６の斜視図である。
【００３１】
図３に示すように、ＬＥＤ光源１０は、実施の形態１と同様に、ＬＥＤチップ１１、導電性接着剤１３ａ，１３ｂ、絶縁構造１４、基板１６、レジスト層１７を備えている。
【００３２】
本実施の形態では、図４に示すように、絶縁構造１４が、ＬＥＤチップ１１の底面の外周部の一部に沿って延設され、その延設された部分がＬＥＤチップ１１をＬＥＤチップ１１の底面側から支持している。即ち、絶縁構造１４は、ＬＥＤチップ１１の周囲を囲む部分にも配置されている。具体的には、絶縁構造１４は、平面視略Ｈ字状（「エ」字状）に形成されている。このように、ＬＥＤチップ１１の実装位置の周囲に絶縁構造１４を延長することで導電性接着剤１３ａ，１３ｂの流動範囲を制御（制限）することが可能になる。つまり、導電性接着剤１３ａ，１３ｂがＬＥＤチップ１１の周囲に流れることを抑制できる。これにより、ＬＥＤチップ１１からの光が導電性接着剤１３ａ，１３ｂによって妨げられることなく周囲に放射されるようになるため、ＬＥＤ光源１０の発光効率が上がる。
【００３３】
実施の形態１と同様に、例えば、絶縁構造１４は、光反射率を高めるために無機物により構成されるフィラーを含んでいてもよい。ＬＥＤチップ１１の側面からの発光はＬＥＤチップ１１全体の発光の数％から最大２０〜３０％に達する可能性があるため、ＬＥＤチップ１１の周囲の反射率が上がればＬＥＤ光源１０の発光効率も大幅に上がる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０では、実施の形態１と同様に、底面にアノード電極とカソード電極を持つＬＥＤチップ１１を、導電粒子が絶縁性樹脂材料に混合されている導電性接着剤１３ａ，１３ｂにより基板１６に実装する構造をとっている。この構造において、ＬＥＤチップ１１の底面の電極１２ａ，１２ｂをできる限り大きくし、電極１２ａ，１２ｂ間の距離を狭くした上で、予め基板１６上に光反射率の高い絶縁構造１４を設け、導電性接着剤１３ａ，１３ｂの流動範囲を限定しながらＬＥＤ光源１０の発光効率を向上させている。
【００３５】
本実施の形態では、絶縁構造１４がＬＥＤチップ１１の周囲に延長されており、導電性接着剤１３ａ，１３ｂの流動範囲を限定している。これにより、導電性接着剤１３ａ，１３ｂがＬＥＤチップ１１の周辺に流れることを抑制し、ＬＥＤチップ１１から発せられる光を妨げることなく周囲に照射させることができる。よって、ＬＥＤ光源１０の発光効率が上がる。
【００３６】
実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。
【００３７】
図５は、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０の基板１６の斜視図である。
【００３８】
本実施の形態では、図５に示すように、絶縁構造１４が、ＬＥＤチップ１１の底面の外周部の全体に沿って延設され、その延設された部分がＬＥＤチップ１１をＬＥＤチップ１１の底面側から支持している。即ち、絶縁構造１４は、ＬＥＤチップ１１の下面の額縁部に配置され、ＬＥＤチップ１１を搭載するときに絶縁構造１４の高さ分の間隙を形成する。具体的には、絶縁構造１４は、平面視略「日」字状に形成されている。このように、ＬＥＤチップ１１の実装位置の周囲全体に絶縁構造１４を延長することで導電性接着剤１３ａ，１３ｂの流動範囲を確実に制御（制限）することが可能になる。
【００３９】
図６は、ＬＥＤ光源１０のＬＥＤチップ１１の実装時の荷重と変位との関係を示すグラフである。
【００４０】
荷重とは、ＬＥＤチップ１１に加えられる圧力のことをいい、絶縁構造１４がない場合に導電性接着剤１３ａ，１３ｂに含まれる導電粒子の圧縮率が最大となる圧力を１００％とする。変位とは、ＬＥＤチップ１１を破壊することなくＬＥＤチップ１１に加えられる圧力の限界値を１００％としたときの限界値に対する圧力の比率をいう。本実施の形態では、変位が約９４〜９９％の状態が望ましいと仮定する。変位が９４％を下回ると、導電性接着剤１３ａ，１３ｂに含まれる導電粒子の圧縮が不十分となり、ＬＥＤチップ１１の電極１２ａ，１２ｂと基板１６の配線１５ａ，１５ｂとの電気的接続が不安定になるおそれがある。一方、変位が９９％を超えると、ＬＥＤチップ１１の電極１２ａ，１２ｂや発光層が破壊されるおそれがある。
【００４１】
図６に示すように、絶縁構造１４がＬＥＤチップ１１の下面に配置されない場合は「絶縁構造なし」の曲線のように導電粒子が圧縮される部分で急激に荷重が増大する。このため、ＬＥＤチップ１１の搭載時の荷重調整範囲はグラフの領域Ａになる。この領域より小さい荷重においては、導電粒子が十分に圧縮されないため、ＬＥＤチップ１１への熱伝導と電気伝導が不安定になる。一方、グラフの１００％が示す限界値近くに達した場合は、ＬＥＤチップ１１の下面の電極１２ａ，１２ｂと発光層を破壊する。
【００４２】
一方、本実施の形態の接続構造では絶縁構造１４が圧縮されることにより、グラフの「絶縁構造あり」の曲線のように変位に対する圧縮荷重の変化率は緩和され、ＬＥＤチップ１１の搭載に適した荷重がグラフの領域Ｂのように広がる。このため、導電性接着剤１３ａ，１３ｂを適切に圧縮し、ＬＥＤチップ１１を破壊せずに高い熱伝導率を達成し、信頼性の高い電気的接続を実現することが可能になる。つまり、本実施の形態では、絶縁構造１４の一部がＬＥＤチップ１１の下面に入り込むことにより、ＬＥＤチップ１１の荷重の調整幅が広がり、適切に荷重を調整することが容易になるため、ＬＥＤチップ１１の電極１２ａ，１２ｂ及び発光層の破壊や部分的な導電性接着剤１３ａ，１３ｂの不足を抑制することが可能になる。
【００４３】
このように、本実施の形態では、絶縁構造１４によってＬＥＤチップ１１の下面の電極１２ａ，１２ｂ間を絶縁することができるとともにＬＥＤチップ１１と基板１６の間隙を一定に調整することができ、導電性接着剤１３ａ，１３ｂのみで接着する場合に比べて信頼性の高い接着を実現することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０では、絶縁構造１４がＬＥＤチップ１１の外周全体に延長され、実施の形態２と同様に導電性接着剤１３ａ，１３ｂの流動範囲を限定しながら、さらに周辺部がＬＥＤチップ１１の下に入り込むことでＬＥＤチップ１１の搭載時の加圧力の調整範囲を広げている。
【００４５】
本実施の形態によれば、ＬＥＤチップ１１の搭載時の加圧力調整範囲が増大することでＬＥＤチップ１１の損傷や導電性接着剤１３ａ，１３ｂの充填不足を回避した信頼性の高い接着が可能になる。
【００４６】
実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態３との差異を説明する。
【００４７】
図７は、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０の断面図である。図８は、ＬＥＤ光源１０の基板１６の斜視図である。
【００４８】
図７に示すように、ＬＥＤ光源１０は、ＬＥＤチップ１１、導電性接着剤１３ａ，１３ｂ、絶縁構造１４、基板１６を備えている。実施の形態１〜３のようなレジスト層１７はなく、絶縁構造１４がレジスト層１７を兼ねている。
【００４９】
本実施の形態では、図８に示すように、絶縁構造１４が、ＬＥＤチップ１１の底面の外周部より外側に延設されて基板１６を覆い、基板１６を覆う部分（実施の形態１〜３のレジスト層１７に相当）が光を反射する。即ち、絶縁構造１４は、ＬＥＤチップ１１を実装する基板１６の全面（ＬＥＤチップ１１の電極１２ａ，１２ｂが配置される箇所を除く）に塗布される。一般的に、ＬＥＤ光源では、実施の形態１〜３のように、ＬＥＤからの光の使用率を向上させるため、実装基板がレジスト材料等で白色化される。本実施の形態では、これと同様に、絶縁構造１４を白色化し、基板１６の全面に延長することで、ＬＥＤ絶縁の効果と、光反射の効果を同時に得ることができる。また、絶縁構造１４の形成と基板１６の表面の白色化を同一プロセスで実現できるためコストの低減が可能になる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態に係るＬＥＤ光源１０では、絶縁構造１４を基板１６の全体に拡大し、白色化しているため、絶縁構造１４を形成するプロセスで同時に光反射層を形成することができ、コスト低減が可能になる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ＬＥＤ光源、１１  ＬＥＤチップ、１２ａ，１２ｂ  電極、１３ａ，１３ｂ  導電性接着剤、１４  絶縁構造、１５ａ，１５ｂ  配線、１６  基板、１７  レジスト層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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