(57)【要約】【課題】半導体発光素子を容易に実装できるとともに光取り出しの低下を抑制し、かつ、信頼性を向上した発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュール10は、基材20と、導電パターン21と、樹脂層23と、ランド部25と、半導体発光素子16とを有する。基材20は、板状に設けられたセラミック製である。導電パターン21は、基材20の一主面20aに設けられる。樹脂層23は、表面が導電パターン21の表面と同一面上に位置して基材20の一主面20aに設けられる。ランド部25は、導電パターン21上に３μｍ以上の厚みで設けられる。半導体発光素子16は、ランド部25上に半田により実装される。【選択図】図１
2017059790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に設けられたセラミック製の基材と；
この基材の一主面に設けられた電極と；
表面が前記電極の表面と同一面上に位置して前記基材の一主面に設けられた絶縁層と；
前記電極上に設けられた３μｍ以上の厚みの導電性めっき層と；
この導電性めっき層上に半田により実装された半導体発光素子と；
を具備することを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記基材は、反射率が８０％以下であり、
前記絶縁層は、反射率が８５％以上である
ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記基材は、０．６ｍｍ以下の厚みに設けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記電極の前記半導体発光素子側の面と、前記絶縁層の前記半導体発光素子側の面とは面一である
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半田により実装された半導体発光素子を備える発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)照明等に用いられるＬＥＤモジュールとして、絶縁基板上に半導体発光素子であるＬＥＤチップがフリップチップ実装された、フリップチップ型のＣＯＢ(Chip On Board)モジュールがある。このプリップチップ型のＣＯＢモジュールは、絶縁基板の一主面上に電極上または電極間に電極の厚み以下の絶縁層であるレジストを設けて構成されている。
【０００３】
例えば投光器等に用いられる高出力のＣＯＢモジュールは、配光特性を満足するために発光面積を小さくすることが望ましい。また、このＣＯＢモジュールの放熱性を向上する手段としては、絶縁基板である、熱伝導率が高い窒化アルミニウムあるいはアルミナ絶縁層を薄膜化する方法がある。しかしながら、このような基板を使用すると、基板反射率が低下し、光取り出しが悪化する。基板反射率を向上させるために、レジストとして白色レジストを採用できるものの、発光面積を小さくする場合、チップ実装間隔および配線電極間隔が狭くなり、レジストの印刷が容易でなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５１６９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、半導体発光素子を容易に実装できるとともに光取り出しの低下を抑制し、かつ、信頼性を向上した発光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の発光モジュールは、基材と、電極と、絶縁層と、導電性めっき層と、半導体発光素子とを有する。基材は、板状に設けられたセラミック製である。電極は、基材の一主面に設けられる。絶縁層は、表面が電極の表面と同一面上に位置して基材の一主面に設けられる。導電性めっき層は、電極上に３μｍ以上の厚みで設けられる。半導体発光素子は、導電性めっき層上に半田により実装される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電極上に設けた３μｍ以上の厚みの導電性めっき層に対して半導体発光素子を半田により実装することで、半導体発光素子を容易に実装し、基材の露出や絶縁層による光取り出しの低下を抑制することが期待できるとともに、絶縁層により半田の流れを抑制して半田の厚みを安定的に確保し、信頼性を向上することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の発光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】同上発光モジュールを模式的に示す平面図である。
【図３】同上発光モジュールの基板の製造工程を（ａ）ないし（ｆ）の順に模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。
【００１０】
図１および図２は、発光モジュール10を示し、この発光モジュール10は、例えばベースライト等の照明器具に用いられるものである。
【００１１】
そして、この発光モジュール10は、絶縁性の基板15と、この基板15に実装される複数の半導体発光素子16と、これら半導体発光素子16を覆って設けられた図示しない蛍光体封止部とを少なくとも備えるＣＯＢモジュールである。
【００１２】
基板15は、例えばＤＰＣ（Direct Plated Copper）基板等の発光モジュール用基板であり、基材20と、電極である導電パターン21と、金属層22と、絶縁層である樹脂層23とを備えている。
【００１３】
基材20は、例えば窒化アルミニウムやアルミナを用いたセラミックにより板状に形成されている。この基材20の表面が実装面となる一主面20aであり、この一主面20aと反対側、すなわち裏側（背面側）が他主面20bとなっている。この基材20は、例えば０．６ｍｍ以下の厚みに形成されている。この厚みの設定により、この基材20は、特に樹脂層23の直下の位置での反射率が８０％以下となっている。すなわち、この基材20は、厚みが薄く形成されていることにより光の一部が透過することで反射率が低下するように設定されている。また、この基材20の形状は、照明器具の形状に応じて、四角形状や円形状等とすることができる。
【００１４】
導電パターン21は、基材20の一主面20aの一部のみに所定の形状にパターニングされて所定厚みで形成されている。この導電パターン21は、金属層22よりも面積が狭く設定されている。この導電パターン21は、図示しない外部回路と電気的に接続されており、半導体発光素子16に対して外部回路から給電されるように構成されている。また、この導電パターン21には、半導体発光素子16が半田実装される導電性めっき層であるランド部（電極部）25が設けられている。このランド部25は、導電パターン21の表面21aに対して３μｍ以上の厚みに形成されている。
【００１５】
金属層22は、基材20の他主面20bの全面に亘って所定厚みで形成されている。この金属層22は、導電パターン21と略等しい厚みに形成されている。この金属層22は、例えば半田によってヒートスプレッダに金属接合し、発光モジュール10の半導体発光素子16が発光時に発生する熱をヒートスプレッダに熱伝導して放熱するように構成されている。このヒートスプレッダとしては、例えば銅、あるいは銅−モリブデン（Ｍｏ）やアルミニウム−珪素（Ｓｉ）−炭素（Ｃ）等の複合金属材料を用いることができ、ＳｎＡｇ系の半田によって金属層22（基板15）と金属接合される。
【００１６】
樹脂層23は、白色レジストとも呼ばれ、半導体発光素子16の直下に少なくとも一部が位置し、この半導体発光素子16からの光の反射率を向上するものである。この樹脂層23は、絶縁性の合成樹脂に対してフィラーが混入されて構成され、例えば８５％以上の反射率を有している。すなわち、この樹脂層23は、基材20よりも反射率が大きく設定されている。この樹脂層23は、導電パターン21と略同一厚みに形成されている。したがって、基材20の一主面20a側には、導電パターン21と樹脂層23とが略面一に形成されており、これら導電パターン21および樹脂層23に対してランド部25が３μｍ以上突出して配置されている。換言すれば、導電パターン21の表面21aと樹脂層23の表面23aとが同一面上に位置して設けられている。この樹脂層23は、半導体発光素子16が配置される領域、すなわち発光領域に対応する位置、かつ、導電パターン21を除く位置で基材20の一主面20aに設けられている。具体的に、本実施形態において、樹脂層23は、例えばフッ素系樹脂、あるいはシリコーン系樹脂に対して、白色粉末である酸化チタン、窒化ホウ素、およびガラスから選択される一または複数がフィラー（主材料）として混入された白色レジストである。
【００１７】
半導体発光素子16は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のベアチップが用いられる。本実施形態では、この半導体発光素子16は、フリップチップ実装方式によって半田接合部26を介して導電パターン21に対してランド部25にて電気的に接続される。すなわち、この半導体発光素子16は、第１の半導体層としてのＮ層および第２の半導体層としてのＰ層の電極部31N，31Pに、それぞれ半田接合部26としての第１の半田接合部26Nおよび半田接合部26としての第２の半田接合部26Pが互いに所定の間隔をあけて形成されている。これら２極の半田接合部26N，26Pは、例えば金（Ａｕ）／スズ（Ｓｎ）の合金からなる半田材料であり、四角形状に形成され、互いに絶縁された導電パターン21に対して電極部31N，31Pを接合している。また、半導体発光素子16は、２極の半田接合部26N，26Pが並ぶ方向に長い直方体形状に形成されている。
【００１８】
蛍光体封止部は、電気絶縁性および熱伝導性を有する例えばシリコーン樹脂であり、図示しない蛍光体を所定の濃度で含有し、半導体発光素子16（発光領域）を覆って基板15上に設けられている。蛍光体は、青色光を黄色光に波長変換する黄色蛍光体であり、例えば外周径が１７ｍｍ以上となっている。そして、この蛍光体封止部内において、半導体発光素子から放射された青色光と、この青色光の一部が蛍光体により波長変換された黄色光とが混合（混色）されることで、発光モジュール10（発光領域）として白色光が外部空間に放射される。
【００１９】
そして、基板15を製造する際には、まず、図３（ａ）に示すように、基材20の一主面20aに対してチタン（Ｔｉ）等の金属のスパッタリングによりシード層Ｓを形成するとともに、導電パターン21（図１）となる箇所を除いて、マスク部となるドライフィルムDFをフォトリソグラフィ等によりパターニングし、シード層Ｓの上に、銅（Ｃｕ）の電解めっきを施して導電パターン21を所定の厚み（例えば５０μｍ）まで成長させる。このように処理することで、微細なパターンを形成しやすいとともに、導電パターン21の厚みを大きくできる。なお、図示しないが、金属層22についても同様に形成できるため、導電パターン21と金属層22とを同工程で同時に形成してもよい。
【００２０】
次いで、ドライフィルムDFおよび不要なシード層Ｓ等のパターンをエッチングなどにより除去し（図３（ｂ））、導電パターン21を覆って基材20の一主面20a上に、樹脂層23（図１）を形成するためのフィラーを混入した流体状の熱硬化性の合成樹脂Ｒを印刷等によって例えば真空下で塗布する（図３（ｃ））。さらに、この合成樹脂Ｒを塗布した基材20をオーブンＯ内に収容し、所定温度（例えば１５０℃）で所定時間（例えば１時間）焼成することで合成樹脂Ｒを硬化させ、樹脂層23を形成する（図３（ｄ））。
【００２１】
この後、樹脂層23を研磨して導電パターン21を露出させることで、樹脂層23の表面23aと導電パターン21の表面21aとを面一に形成する（図３（ｅ））。そして、露出した導電パターン21の表面21aに対して例えばニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）、あるいはニッケル／パラジウム（Ｐｄ）／金を用いた無電解めっき法等によりランド部25を３μｍ以上の厚みに形成する（図３（ｆ））。
【００２２】
このように製造された基板15に対して、半導体発光素子16を半田によって接合して実装する。このとき、本実施形態では、例えばフリップチップ実装方式を用い、半導体発光素子16の半田接合部26N，26Pをランド部25，25に押し付けて加熱し、半田接合部26N，26Pの半田材料が融点以上に温度上昇することで、半田接合部26N，26Pが溶融してランド部25，25との間で合金層を形成し、接合される。すなわち、樹脂層23の表面23aと同一面上に位置する導電パターン21の表面21aに設けたランド部25の厚みを３μｍ以上とすることで、半導体発光素子16の実装面を高くでき、半導体発光素子16を容易にフリップ実装できるとともに、基材20の露出や樹脂層23による光取り出しの低下を抑制できる。また、ランド部25の周囲を覆う樹脂層23の半田ぬれの悪さによって半田の流れや漏れを抑制して半田接合部26の厚みを安定的に確保でき、応力緩和によりクラックを低減し、ヒートサイクルに対して強度を確保できるなど、発光モジュール10の信頼性を向上できる。なお、この後、半導体発光素子16を覆って蛍光体封止部を設けることで、発光モジュール10を完成する。
【００２３】
さらに、８０％以下の反射率を有する基材20に対して、８５％以上の反射率を有する樹脂層23を形成することで、樹脂層23によって基板15での反射率の低下を抑制でき、光取り出しを向上できる。
【００２４】
基材20は、０．６ｍｍ以下とすることで、放熱性を向上できるものの、反射率がさらに低下するため、樹脂層23により基材20の反射率の低下を補い、光取り出しを確保できる。
【００２５】
導電パターン21の半導体発光素子16側の面である表面21aと、樹脂層23の半導体発光素子16側の面である表面23aとが面一であるため、半田接合部26を構成する半田の流れをより確実に抑制でき、半田接合部26の厚みを確保できる。
【００２６】
なお、上記一実施形態において、半導体発光素子16は、例えば有機ＥＬ素子等を用いることもできる。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
10    発光モジュール
16    半導体発光素子
20    基材
20a   一主面
21    電極である導電パターン
21a   表面
23    絶縁層である樹脂層
23a   表面
25    導電性めっき層であるランド部
【図１】
2017059790.tif 000003
【図２】
2017059790.tif 000004
【図３】
2017059790.tif 000005