發(fā)光模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種發(fā)光模塊，發(fā)光模塊(10)具有基材(20)、導(dǎo)電圖案(21)、樹脂層(23)、焊盤部(25)、以及半導(dǎo)體發(fā)光元件(16)?；?20)是板狀且是陶瓷制的。導(dǎo)電圖案(21)設(shè)于基材(20)的一主面(20a)。樹脂層(23)的表面位于與導(dǎo)電圖案(21)的表面同一面上并且設(shè)于基材(20)的一主面(20a)。焊盤部(25)以3μm以上的厚度設(shè)于導(dǎo)電圖案(21)上。半導(dǎo)體發(fā)光元件(16)是利用焊料安裝在焊盤部(25)上。所述發(fā)光模塊能夠容易地安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件，并且抑制了光提取的下降且提高了可靠性。
【專利說明】
發(fā)光模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及一種發(fā)光模塊(module)，所述發(fā)光模塊具備利用焊料所安裝的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為發(fā)光二極管(LightEmitting D1de，LED)照明等中所使用的LED模塊，有倒裝芯片(flip chip)型的板上芯片(Chip On Board，C0B)模塊，其是將作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的LED芯片(chip)利用倒裝法安裝在絕緣基板上。所述倒裝芯片型的COB模塊是在絕緣基板的一主面上且在電極上或電極間設(shè)置電極的厚度以下的作為絕緣層的抗蝕劑(resist)而構(gòu)成。
[0003]例如，對于投光器等中所使用的高輸出的COB模塊而言，為了滿足配光特性，理想的是減小發(fā)光面積。另外，作為提高所述COB模塊的散熱性的方法，有如下方法:使作為絕緣基板的熱導(dǎo)率高的氮化鋁或氧化鋁絕緣層薄膜化。但是，如果使用這種基板，基板反射率會下降，光提取會變差。為了使基板反射率提高，可以采用白色抗蝕劑作為抗蝕劑，但當(dāng)減小發(fā)光面積時(shí)，芯片安裝間隔及布線電極間隔會變窄，抗蝕劑的印刷并不容易。
[0004][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0005][專利文獻(xiàn)]
[0006][專利文獻(xiàn)I]日本專利第5516987號公報(bào)【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007][實(shí)用新型所要解決的課題]
[0008]本實(shí)用新型所要解決的課題是提供一種能夠容易地安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件，并且抑制了光提取的下降且提高了可靠性的發(fā)光模塊。
[0009][解決課題的技術(shù)手段]
[0010]本實(shí)用新型的實(shí)施方式的發(fā)光模塊具有板狀的陶瓷基材、電極、絕緣層、導(dǎo)電性鍍覆層、以及半導(dǎo)體發(fā)光元件。電極設(shè)于基材的一主面。絕緣層的表面位于與電極的表面同一面上并且設(shè)于基材的一主面。導(dǎo)電性鍍覆層以3μπι以上的厚度設(shè)于電極上。半導(dǎo)體發(fā)光元件是利用焊料安裝在導(dǎo)電性鍍覆層上。
[0011]本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，基材的反射率為80%以下，絕緣層的反射率為85%以上。
[0012]本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，基材的厚度為0.6mm以下。
[0013]本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件側(cè)的面與絕緣層的半導(dǎo)體發(fā)光元件側(cè)的面為同一平面。
[0014I本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，電極是導(dǎo)電圖案(pattern)，所述導(dǎo)電圖案利用熱膨脹率比基材大的金屬而設(shè)于基材的一主面，且與半導(dǎo)體發(fā)光元件連接，絕緣層是樹脂層，所述樹脂層含有熱膨脹率比基材大的填料(filler)，且覆蓋基材的一主面的至少一部分，該實(shí)施方式中還具備金屬層，所述金屬層是利用熱膨脹率比基材大的金屬設(shè)于基材的另一主面。
[0015]本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，樹脂層的熱導(dǎo)率比基材的熱導(dǎo)率高，比金屬層的熱導(dǎo)率低。
[0016]本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，樹脂層的厚度與導(dǎo)電圖案的厚度相同。
[0017][實(shí)用新型的效果]
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型，通過利用焊料而將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在設(shè)于電極上且厚度為3μπι以上的導(dǎo)電性鍍覆層上，能夠期待容易地安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件，且抑制基材的露出或絕緣層所引起的光提取的下降，并且能夠期待利用絕緣層抑制焊料的流動(dòng)來穩(wěn)定地確保焊料的厚度，提尚可靠性。
【附圖說明】
[0019]圖1是示意性表示一實(shí)施方式的發(fā)光模塊的剖面圖。
[0020]圖2是示意性表示所述發(fā)光模塊的平面圖。
[0021]圖3(a)?圖3(f)是按照圖3(a)到圖3(f)的順序示意性表示所述發(fā)光模塊的基板的制造步驟的說明圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明:
[0023]10:發(fā)光模塊；
[0024]15:基板；
[0025]16:半導(dǎo)體發(fā)光元件；
[0026]20:基材；
[0027]20a: 一主面；
[0028]21:作為電極的導(dǎo)電圖案；
[0029]21a:表面；
[0030]22:金屬層；
[0031]23:作為絕緣層的樹脂層；
[0032]23a:表面；
[0033]25:作為導(dǎo)電性鍍覆層的焊盤部；
[0034]26:焊料接合部；
[0035]26N:第一焊料接合部；
[0036]26P:第二焊料接合部；
[0037]31N:作為第一半導(dǎo)體層的N層的電極部；
[0038]31P:作為第二半導(dǎo)體層的P層的電極部；
[0039]DF:干膜；
[0040]O:烘箱；
[0041]R:合成樹脂；
[0042]S:種子層。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下，參照圖1到圖3(a)?圖3(f)對一實(shí)施方式的構(gòu)成進(jìn)行說明。
[0044]圖1及圖2表示發(fā)光模塊1，所述發(fā)光模塊1用于例如基礎(chǔ)照明燈(baseI i ght)等照明器具中。
[0045]而且，所述發(fā)光模塊10是COB模塊，其至少具備:絕緣性的基板15;安裝在所述基板15上的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件16;以及覆蓋這些半導(dǎo)體發(fā)光元件16而設(shè)置的未圖示的熒光體密封部。
[0046]基板15例如是直接鍍銅(DirectPlated Copper，DPC)基板等發(fā)光模塊用基板，并且具備基材20、作為電極的導(dǎo)電圖案21、金屬層22、以及作為絕緣層的樹脂層23。
[0047]基材20是由例如使用氮化鋁或氧化鋁的陶瓷形成為板狀。所述基材20的表面是成為安裝面的一主面20a，與所述一主面20a相反的一側(cè)、即背側(cè)(背面?zhèn)?是另一主面20b。所述基材20形成為例如0.6mm以下的厚度。通過設(shè)定為所述厚度，所述基材20的尤其是樹脂層23的正下方的位置的反射率為80%以下。即，所述基材20是以通過較薄地形成厚度來讓光的一部分透過而使反射率下降的方式設(shè)定。另外，所述基材20的形狀能夠根據(jù)照明器具的形狀而設(shè)為四邊形狀或圓形狀等。
[0048]導(dǎo)電圖案21是僅在基材20的一主面20a的一部分被圖案化成規(guī)定形狀且以規(guī)定厚度形成。所述導(dǎo)電圖案21的面積設(shè)定得比金屬層22更窄。所述導(dǎo)電圖案21與未圖示的外部電路電連接，且以從外部電路對半導(dǎo)體發(fā)光元件16供電的方式構(gòu)成。另外，在所述導(dǎo)電圖案21上設(shè)有作為導(dǎo)電性鍍覆層的焊盤(land)部(電極部)25，以供半導(dǎo)體發(fā)光元件16進(jìn)行焊料安裝。所述焊盤部25在導(dǎo)電圖案21的表面21a形成為3μπι以上的厚度。
[0049]金屬層22以規(guī)定厚度形成在基材20的另一主面20b的整面。所述金屬層22形成為與導(dǎo)電圖案21大致相等的厚度。所述金屬層22例如以利用焊料而金屬接合于散熱器(heatspreader)，使發(fā)光模塊10的半導(dǎo)體發(fā)光元件16發(fā)光時(shí)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到散熱器而進(jìn)行散熱的方式構(gòu)成。所述散熱器例如可使用銅、或者銅-鉬(Mo)或鋁-硅(Si)-碳(C)等復(fù)合金屬材料，且利用SnAg系的焊料而與金屬層22(基板15)金屬接合。
[0050]而且，本實(shí)施方式中，導(dǎo)電圖案21及金屬層22是利用同一步驟同時(shí)形成。例如，導(dǎo)電圖案21及金屬層22是在利用例如鈦等金屬的派射(sputtering)而形成于基材20的一主面20a及另一主面20b的種子(seed)層上，通過銅(Cu)的鍍覆處理而形成規(guī)定厚度的鍍銅層。所述導(dǎo)電圖案21及金屬層22也可以在鍍銅層上，將例如鎳(Ni)/金(Au)、或鎳/鈀(Pd)/金通過電解鍍覆法或非電解鍍覆法等鍍覆處理而進(jìn)一步形成金屬鍍覆層。因此，導(dǎo)電圖案21及金屬層22的熱膨脹率(熱膨脹系數(shù)、線膨脹系數(shù))比基材20更大。具體而言，構(gòu)成基材20的氮化鋁的熱膨脹率為4.6( X 1-W0C )，氧化鋁的熱膨脹率為7.2( X 1-W0C )，與此相對，構(gòu)成導(dǎo)電圖案21及金屬層22的金的熱膨脹率為14.3( X 10—tm/r)，銅的熱膨脹率為16.8( X10—6ym/°C)等。
[0051]樹脂層23也被稱為白色抗蝕劑，且至少一部分位于半導(dǎo)體發(fā)光元件16的正下方，其是提高來自所述半導(dǎo)體發(fā)光元件16的光的反射率，并且調(diào)整基材20與金屬層22的熱膨脹率的差的熱膨脹率調(diào)整層。所述樹脂層23例如是在絕緣性的合成樹脂中混入填料而構(gòu)成，具有比構(gòu)成基材20的構(gòu)件更大且比構(gòu)成金屬層22的金屬更小的熱膨脹率，并且具有例如85%以上的反射率。即，所述樹脂層23的反射率設(shè)定得比基材20更大。所述樹脂層23形成為與導(dǎo)電圖案21大致相同的厚度。因此，在基材20的一主面20a側(cè)，導(dǎo)電圖案21與樹脂層23形成于大致同一平面，并且焊盤部25以相對于所述導(dǎo)電圖案21及樹脂層23突出3μπι以上的方式配置。換言之，設(shè)為導(dǎo)電圖案21的表面21a與樹脂層23的表面23a位于同一面上。所述樹脂層23是在配置半導(dǎo)體發(fā)光元件16的區(qū)域、即與發(fā)光區(qū)域相應(yīng)的位置，且在除導(dǎo)電圖案21以外的位置設(shè)于基材20的一主面20a。所述樹脂層23以覆蓋基材20的一主面20a的面積的例如5%以上且30%以下的面積的區(qū)域的方式配置。所述樹脂層23的熱膨脹率通過調(diào)整填料的含量而設(shè)定。具體而言，本實(shí)施方式中，樹脂層23是在例如氟系樹脂或硅酮系樹脂中混入選自作為白色粉末的氧化鈦、氮化硼、及玻璃中的一種或多種來作為填料(主材料)而成的白色抗蝕劑。環(huán)氧樹脂的熱膨脹率為4.5 X 1^W0C?6.5 X 1^W0C，氧化鈦的熱膨脹率為9.0X10—WcC0
[0052]半導(dǎo)體發(fā)光元件16例如使用發(fā)光二極管(LED)的裸芯片。本實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件16通過倒裝芯片安裝方式經(jīng)由焊料接合部26且利用焊盤部25電連接于導(dǎo)電圖案21。即，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件16是在作為第一半導(dǎo)體層的N層的電極部31N及作為第二半導(dǎo)體層的P層的電極部31P，分別形成有相互隔開規(guī)定間隔的作為焊料接合部26的第一焊料接合部26N及作為焊料接合部26的第二焊料接合部26P。所述兩極的焊料接合部26N、焊料接合部26P是例如包含金(Au)/錫(Sn)的合金的焊料材料，形成為四邊形狀，且將電極部31N、電極部31P接合于相互絕緣的導(dǎo)電圖案21。另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件16形成為在兩極的焊料接合部26N、焊料接合部26P排列的方向上較長的長方體形狀。
[0053]熒光體密封部是具有電絕緣性及導(dǎo)熱性的例如硅酮樹脂，以規(guī)定濃度含有未圖示的熒光體，并覆蓋半導(dǎo)體發(fā)光元件16(發(fā)光區(qū)域)而設(shè)于基板15上。熒光體是將藍(lán)色光波長變換為黃色光的黃色熒光體，例如外周直徑為17mm以上。而且，在所述熒光體密封部內(nèi)，將從半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射的藍(lán)色光與該藍(lán)色光的一部分經(jīng)熒光體波長變換而成的黃色光混合(混色)，由此發(fā)光模塊10(發(fā)光區(qū)域)向外部空間發(fā)射白色光。
[0054]而且，當(dāng)制造基板15時(shí)，首先，如圖3(a)所示，通過鈦(Ti)等金屬的濺射而在基材20的一主面20a形成種子層S，并且除成為導(dǎo)電圖案21(圖1)的部位以外，利用光刻術(shù)(photolithography)等將成為掩模(mask)部的干膜(dry film)DF圖案化，在種子層S上實(shí)施銅(Cu)的電解鍍覆而使導(dǎo)電圖案21生長至規(guī)定厚度(例如50μπι)。通過如此處理，容易形成微細(xì)的圖案，并且能夠增大導(dǎo)電圖案21的厚度。另外，雖未圖示，但金屬層22也能夠同樣地形成，因此也可以在同一步驟中同時(shí)形成導(dǎo)電圖案21與金屬層22。
[0055]然后，利用蝕刻(etching)等去除干膜DF及不需要的種子層S等圖案(圖3(b))，在基材20的一主面20a上，通過印刷等且例如在真空下，以覆蓋導(dǎo)電圖案21的方式涂布用于形成樹脂層23(圖1)的混入有填料的流體狀的熱固性的合成樹脂R(圖3(c))。進(jìn)而，將涂布有所述合成樹脂R的基材20收容到烘箱(oven)O內(nèi)，在規(guī)定溫度(例如150°C)下煅燒規(guī)定時(shí)間(例如I小時(shí))，由此使合成樹脂R硬化，形成樹脂層23(圖3(d))。
[0056]之后，通過研磨樹脂層23使導(dǎo)電圖案21露出，而將樹脂層23的表面23a與導(dǎo)電圖案21的表面21a形成于同一平面(圖3(e))。然后，在露出的導(dǎo)電圖案21的表面21a，通過使用例如鎳(Ni)/金(Au)、或鎳/鈀(Pd)/金的非電解鍍覆法等形成厚度為3μπι以上的焊盤部25(圖3⑴)。
[0057]對于如此制造的基板15，利用焊料接合并安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件16。這時(shí)，本實(shí)施方式中，例如使用倒裝芯片安裝方式，將半導(dǎo)體發(fā)光元件16的焊料接合部26Ν、焊料接合部26Ρ壓抵在焊盤部25、焊盤部25并進(jìn)行加熱，使焊料接合部26N、焊料接合部26P的焊料材料升溫到熔點(diǎn)以上，由此，焊料接合部26N、焊料接合部26P熔融而在與焊盤部25、焊盤部25之間形成合金層，并進(jìn)行接合。即，通過將焊盤部25的厚度設(shè)為3μπι以上，能夠使半導(dǎo)體發(fā)光元件16的安裝面變高，從而能夠容易地對半導(dǎo)體發(fā)光元件16進(jìn)行倒裝安裝，并且能夠抑制基材20的露出或樹脂層23所引起的光提取的下降，所述焊盤部25設(shè)于與樹脂層23的表面23a位于同一面上的導(dǎo)電圖案21的表面21a。另外，利用覆蓋焊盤部25周圍的樹脂層23的較差的焊料潤濕性來抑制焊料的流動(dòng)或泄漏，從而能夠穩(wěn)定地確保焊料接合部26的厚度，且通過應(yīng)力緩和來減少裂紋(crack)，從而能夠?qū)τ跓嵫h(huán)(heat cycle)確保強(qiáng)度等，能夠提高發(fā)光模塊10的可靠性。另外，之后，以覆蓋半導(dǎo)體發(fā)光元件16的方式設(shè)置熒光體密封部，由此完成發(fā)光模塊I O。
[0058]此外，通過在具有80%以下的反射率的基材20上形成具有85%以上的反射率的樹脂層23，能夠利用樹脂層23抑制基板15的反射率的下降，從而能夠提高光提取。
[0059]基材20通過設(shè)為0.6mm以下，能夠提高散熱性，但反射率會進(jìn)一步下降，因此，利用樹脂層23彌補(bǔ)基材20的反射率的下降，能夠確保光提取。
[0060]導(dǎo)電圖案21的半導(dǎo)體發(fā)光元件16側(cè)的面即表面21a與樹脂層23的半導(dǎo)體發(fā)光元件16側(cè)的面即表面23a為同一平面，因此能夠更確實(shí)地抑制構(gòu)成焊料接合部26的焊料的流動(dòng)，從而能夠確保焊料接合部26的厚度。
[0061 ] 尤其是樹脂層23的熱導(dǎo)率比基材20的熱導(dǎo)率更高，比金屬層22的熱導(dǎo)率更低，因此能夠適當(dāng)?shù)鼐徍突?0與金屬層22的熱導(dǎo)率的大小差異，并且能夠防止金屬層22側(cè)的翹曲變大的反翹曲。
[0062]通過將樹脂層23的厚度設(shè)為與導(dǎo)電圖案21的厚度相同的厚度，能夠更確實(shí)地抑制基板15的翅曲。
[0063]而且，通過將樹脂層23設(shè)為白色抗蝕劑，能夠使基板15的反射率提高，因此能夠提高至少在半導(dǎo)體發(fā)光元件16的位置(發(fā)光區(qū)域)覆蓋基材20的一主面20a而形成有所述樹脂層23的發(fā)光模塊10的光提取效率。
[0064]另外，樹脂層23能夠通過調(diào)整填料的含量來調(diào)整熱膨脹率，因此當(dāng)無法確保大面積的樹脂層23時(shí)，通過適當(dāng)調(diào)整所述熱膨脹率，即便以較小的樹脂層23的面積也能夠緩和基板15的翹曲。
[0065]結(jié)果，能夠防止半導(dǎo)體發(fā)光元件16等的安裝不良所引起的良率的下降或可靠性的下降。
[0066]另外，所述一實(shí)施方式中，作為樹脂層23中所含的填料，除氧化鈦、氮化硼、或玻璃等以外，只要是熱膨脹率比構(gòu)成基材20的陶瓷更大且反射率高的白色系的填料，則能夠適宜地使用。
[0067]另外，所述一實(shí)施方式中，半導(dǎo)體發(fā)光元件16也可以使用例如有機(jī)電致發(fā)光(electroluminescence，EL)元件等。
[0068]已對本實(shí)用新型的若干實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式是作為示例而提出的，并不意圖限定實(shí)用新型的范圍。這些新穎的實(shí)施方式能夠以其他各種方式實(shí)施，且能夠在不脫離實(shí)用新型的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實(shí)施方式及其變形包含在實(shí)用新型的范圍或主旨內(nèi)，并且包含在權(quán)利要求書所記載的實(shí)用新型及其均等范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)光模塊，其特征在于，具備: 板狀的陶瓷基材； 設(shè)于所述基材的一主面的電極； 表面位于與所述電極的表面同一面上并且設(shè)于所述基材的一主面的絕緣層； 設(shè)于所述電極上且厚度為3μπι以上的導(dǎo)電性鍍覆層；以及 利用焊料安裝在所述導(dǎo)電性鍍覆層上的半導(dǎo)體發(fā)光元件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 所述基材的反射率為80%以下， 所述絕緣層的反射率為85%以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 所述基材的厚度為0.6mm以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 所述電極的所述半導(dǎo)體發(fā)光元件側(cè)的面與所述絕緣層的所述半導(dǎo)體發(fā)光元件側(cè)的面為同一平面。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 所述電極是導(dǎo)電圖案，所述導(dǎo)電圖案利用熱膨脹率比所述基材大的金屬而設(shè)于所述基材的一主面，且與所述半導(dǎo)體發(fā)光元件連接， 所述絕緣層是樹脂層，所述樹脂層含有熱膨脹率比所述基材大的填料，且覆蓋所述基材的一主面的至少一部分， 所述發(fā)光模塊還具備金屬層，所述金屬層是利用熱膨脹率比所述基材大的金屬設(shè)于所述基材的另一主面。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 所述樹脂層的熱導(dǎo)率比所述基材的熱導(dǎo)率高，比所述金屬層的熱導(dǎo)率低。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 所述樹脂層的厚度與所述導(dǎo)電圖案的厚度相同。
【文檔編號】H01L33/60GK205508881SQ201620184049
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】藤田正弘, 別田惣彥
【申請人】東芝照明技術(shù)株式會社