特開 2024-91031 ＬＥＤ発光装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024091031

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】ＬＥＤ発光装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/52 20100101AFI20240627BHJP

【ＦＩ】

H01L33/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022207296

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】596099446

【氏名又は名称】シーシーエス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(72)【発明者】

【氏名】宮坂 慎

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142AA26

5F142AA42

5F142AA56

5F142BA02

5F142BA32

5F142CA02

5F142CB01

5F142CD02

5F142CD13

5F142CD16

5F142CD18

5F142CG03

5F142CG04

5F142CG05

5F142CG45

5F142DA12

(57)【要約】

【課題】ＬＥＤチップを封止材で覆うＬＥＤ発光装置において、発熱を抑え且つ色バラつきを抑えながら、発光面を小型化する。
【解決手段】基板と、前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの周囲を取り囲むように設けられた複数の金属バンプと、前記複数の金属バンプの内側に充填された封止材とを備えるＬＥＤ発光装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップの周囲を取り囲むように設けられた複数の金属バンプと、
前記複数の金属バンプの内側に充填された封止材とを備えるＬＥＤ発光装置。

【請求項2】

前記複数の金属バンプが、互いに隣接するように設けられている請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項3】

前記複数の金属バンプが前記ＬＥＤチップを囲んで互いに間を空けて設けられており、
隣り合う前記金属バンプ同士が金属ワイヤで繋がれている請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤチップに通電するための金属ワイヤと、前記金属バンプとが同じ金属材料により構成されている請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項5】

前記ＬＥＤチップが前記基板上に設けられた金属配線層上にボンディングされており、
前記複数の金属バンプが当該金属配線層上に設けられている請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項6】

基板と、前記基板上に搭載されたＬＥＤチップとを備えるＬＥＤ発光装置の製造方法であって、
前記基板上において、前記ＬＥＤチップが搭載されるＬＥＤチップ搭載領域の周囲を取り囲むように複数の金属バンプを設け、
前記複数の金属バンプの内側に封止材を充填するＬＥＤ発光装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ発光装置及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示されるように、基板の表面にＬＥＤチップを多数実装した所謂チップオンボード（ＣＯＢ）型のＬＥＤ発光装置がある。このようなＬＥＤ発光装置では、基板上には、例えば環状をなし、内側にＬＥＤチップの実装領域を区成するシリコーン等の樹脂製のダムが設けられている。また、この樹脂製のダムの内側に多数のＬＥＤチップが実装された後、この樹脂ダム内には透光性を有する封止材が充填される。この封止材は、蛍光体を含有させておくことで、ＬＥＤチップから出た光の波長を変換する波長変換部材としても機能し、これにより、例えば白色光等を発する発光面を有するＬＥＤ発光装置を作製することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１１８２８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えば白色光等を発する発光面積が小さいＬＥＤ発光装置を作製する場合、ＬＥＤチップの近くにダムを形成する必要がある。ここでシリコーン等の樹脂製のダム材を用いる場合、塗布したダム材が硬化する最中に発生する揮発性物質がＬＥＤチップに付着してワイヤボンディングの強度が低下しないように、予めＬＥＤチップのワイヤボンディングを行った後にダムを形成する必要があるが、ＬＥＤチップに接続される金属ワイヤが邪魔になる等して、ＬＥＤチップ近傍への狭い領域へのダム材の塗布は難しい。また樹脂製のダムをＬＥＤチップに近づけすぎた場合、光吸収によりダム材が発熱し、損傷するといった懸念もある。さらに樹脂製のダム材ではニジミ等が生じてしまい、狭い領域に塗布した際にダム形状が安定せず、発光面に色バラつきが生じやすいという問題もある。

【0005】

ダムを用いない方法としては、蛍光体を含有する封止材をＬＥＤチップの直上に塗布する方法がある。しかしこの場合には、ダムがないため封止材の形状が安定せず、ＬＥＤチップ上に樹脂が塗布されていない部分が生じる等して、発光面に色バラつきが生じやすいという問題がある。

【0006】

また別の方法としては、インクジェット方式により蛍光体を含有する封止材をＬＥＤチップ上に塗布する方法がある。しかしこの場合でも、ＬＥＤチップへ接続される金属ワイヤが邪魔をして、封止材を均一に塗布することができず、発光面に色バラつきが生じやすいという問題がある。またこの方法では、ＬＥＤチップの上面には封止材を塗布できても、側面には封止材を塗布しづらく、ＬＥＤチップの上面と側面とで封止材の厚みに差が生じてしまい、色バラつきが生じやすいといった問題がある。

【0007】

本発明はこのような問題を一挙に解決すべくなされたものであり、ＬＥＤチップを封止材で覆うＬＥＤ発光装置において、発熱を抑え且つ色バラつきを抑えながら、発光面を小型化することを主たる課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決すべく本願発明者が鋭意検討した結果、例えばＬＥＤチップへのワイヤボンディングを行う際に用いるワイヤボンダー等を用いて形成した金属バンプをＬＥＤチップを囲むように複数配置することで、この金属バンプをダムとして利用できることを見出し、本発明に至った。つまり従来では、充填した封止材が外側に漏れ出ないように基板との間に隙間が生じないようにダムを設けるようにするというのが常識であったが、本発明者が鋭意検討した結果、基板との間に多少の隙間が生じてしまうように複数の金属バンプを並べても、その表面張力により封止材を外側に漏れ出させず形状を保持することができ、ダムとしての機能を発揮できることを初めて見出し本発明に至ったのである。

【0009】

すなわち本発明にかかるＬＥＤ発光装置は、基板と、前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの周囲を取り囲むように設けられた複数の金属バンプと、前記複数の金属バンプの内側に充填された封止材とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

このように構成した本発明によれば、ＬＥＤチップの周りを囲むように複数の金属バンプを設けることで、この複数の金属バンプをダムとして用いることができる。そして金属バンプをダムとして用いることで、ダム材が光を吸収して発熱しても、樹脂製のダム材のように損傷することはない。また金属バンプでＬＥＤチップの周囲を取り囲み、その内側に封止材を充填することで、ＬＥＤチップの上面と側面に封止材を隙間なく塗布することができるとともに、充填した封止材の形状を保持することができるので、発光面である封止材の表面から発せられる光の色バラつきを抑えることができる。しかも、金属バンプであれば、樹脂製のダムのような揮発性物質によるワイヤボンディング強度の低下を気にする必要がないため、ＬＥＤチップへのワイヤボンディングを行う前にダム材を形成することができる。このため、ＬＥＤチップに接続された金属ワイヤ等を気にすることなく狭い領域にも設けることができるので、ＬＥＤチップを取り囲む面積を小さくすることができる。その結果、ＬＥＤチップを封止材で覆うＬＥＤ発光装置において、発熱を抑え且つ色バラつきを抑えながら、発光面を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態におけるＬＥＤ発光装置の模式的平面図。

【図2】同実施形態におけるＬＥＤ発光装置の模式的断面図。

【図3】他の実施形態におけるＬＥＤ発光装置の模式的平面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明に係るＬＥＤ発光装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0013】

本実施形態のＬＥＤ発光装置１００は、図１に示すように、基板１と、基板１の上面（表面）に搭載された平面視矩形状をなすＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２の周囲に設けられたダム４と、ダム４の内側に充填されてＬＥＤチップ２を覆う封止材５とを備えている。

【0014】

基板１は平面視において概略矩形状をなす平板状のものであり、例えばガラスエポキシ基板等のプリント基板である。なお基板１は、金属基板やセラミックス基板などであってもよい。

【0015】

図１及び図２に示すように、基板１の表面には、平面視矩形状をなすダイパッド等の金属配線層１１ａが設けられており、この金属配線層１１ａの上に設定された所定のＬＥＤチップ搭載領域にＬＥＤチップ２がボンディングされている。より具体的には、金属配線層１１ａの表面にはダイボンディング用ペースト（図示しない）が塗布されており、ＬＥＤチップ２はその下面に形成されているカソードがダイボンディング用ペーストに接触するように設けられている。そしてＬＥＤチップ２の上面に形成されたアノード２１は、ＬＥＤチップ２が搭載されている金属配線層１１ａの近傍に設けられた他の金属配線層１１ｂとの間で、金属ワイヤｗによりボンディングされている。

【0016】

ダム４は、製造工程においてＬＥＤチップ２を覆うように充填される封止材５を堰き止めるためのものである。ダム４は、１つのＬＥＤチップ２の周囲を取り囲むようにして設けられている。

【0017】

封止材５は、透光性のある樹脂からなるものであり、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂やフッ素系樹脂である。この封止材５はダム４の内側に充填されており、その上面がＬＥＤ発光装置１００の発光面として機能する。なお封止材５は樹脂に限らず、低融点ガラスなどであってもよい。この封止材５は、蛍光体等の波長変換部材を含有していることが好ましい。

【0018】

しかして本実施形態のＬＥＤ発光装置１００は、図１及び図２に示すように、ダム４は、ＬＥＤチップ２の周囲を取り囲んで環状に設けられた複数の金属バンプ４１を用いて構成されている。

【0019】

具体的にこの金属バンプ４１は、ＬＥＤチップ２のカソード２１と金属配線層１１ｂとの間をつなぐ金属ワイヤｗと同じ材質からなるものであり、例えば金、アルミニウム、銅等の金属材料からなるものである。複数の金属バンプ４１は、いずれも略球状をなしており、ＬＥＤチップ２を取り囲むようにして、かつ隣り合う金属バンプ４１同士が互いに接触（すなわち隣接）するようにして設けられている。ここでは複数の金属バンプ４１はいずれも、ＬＥＤチップ２が載せられる金属配線層１１ａ上に設けられており、その上端はＬＥＤチップ２の上面よりも高くされている。

【0020】

そして封止材５は、環状に配置された複数の金属バンプ４１の内側に充填されている。つまり封止材５は、平面視において、ＬＥＤチップ２が載せられた金属配線層１１ａ上にのみ充填されている。そして封止材５内に封止されたＬＥＤチップ２のカソード２１に一端が接続された金属ワイヤｗは、封止材５の上面（すなわち発光面）から飛び出して、近傍の金属配線層１１ｂに他端が接続されている。

【0021】

このように本実施形態のＬＥＤ発光装置１００によれば、ＬＥＤチップ２の周りを囲むように複数の金属バンプ４１を設けることで、この複数の金属バンプ４１をダム４として用いることができる。そして金属バンプ４１をダム４として用いることで、樹脂製のダム材を用いる場合に比べて、ダム材によるＬＥＤチップ２からの光の吸収を抑えることができ、ダム材の発熱を抑えることができる。また金属バンプ４１でＬＥＤチップ２の周囲を取り囲み、その内側に封止材５を充填することで、ＬＥＤチップ２の上面と側面に封止材５を隙間なく塗布することができるとともに、充填した封止材５の形状を保持することができるので、発光面である封止材５の表面から発せられる光の色バラつきを抑えることができる。しかも、金属バンプ４１であれば、環状に繋がった樹脂製のダム材とは異なり、ＬＥＤチップ２に接続された金属ワイヤｗ等を気にすることなく狭い領域にも設けることができるので、ＬＥＤチップ２を取り囲む面積を小さくし、発光面を小さくすることが可能となる。

【0022】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0023】

例えば前記実施形態のＬＥＤ発光装置１００では、複数の金属バンプ４１は、隣り合う金属バンプ４１同士が互いに隣接するように設けられていたが、これに限らない。他の実施形態のＬＥＤ発光装置１００では、図３に示すように、複数の金属バンプ４１は、ＬＥＤチップ２を囲んで間欠的に（すなわち互いに間を空けて）設けられており、取り合う金属バンプ４１同士が金属ワイヤ４２により繋げられていてもよい。すなわちこの実施形態では、ダム４は、複数の金属バンプ４１と、金属バンプ４１間を繋げる金属ワイヤ４２とにより構成されてよい。この場合、金属ワイヤ４２は、金属バンプ４１と同種の金属材料により構成されているのが好ましい。

【0024】

また他の実施形態のＬＥＤ発光装置１００では、ダム４が複数の金属バンプ４１のみにより構成されており、この複数の金属バンプ４１同士が互いに間隙を空けて配置されていてもよい。このように隣り合う金属バンプ４１同士が離れており、その間に金属ワイヤ４２がなくても、封止材５を堰き止めるダムとして機能することができる。

【0025】

また他の実施形態では、金属バンプ４１の上端は、ＬＥＤチップ２の上面よりも高くされてなくてもよく、ＬＥＤチップ２の上面よりも低くされていてもよい。

【0026】

前記実施形態では、複数の金属バンプ４１はＬＥＤチップ２が設けられた金属配線層１１ａ上にのみ設けられていたが、これに限らない。その一部又は全部が金属配線層１１ａからはみ出していてもよい。

【0027】

前記実施形態のＬＥＤチップ２が射出する光の波長は特に限定されず、紫外光や青色光等の任意の波長の光を発するものであってもよい。

【0028】

その他、本願発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本明細書の開示は以下の態様１～６を含む。

【0029】

（態様１）基板と、前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの周囲を取り囲むように設けられた複数の金属バンプと、前記複数の金属バンプの内側に充填された封止材とを備えるＬＥＤ発光装置。

【0030】

このような態様であれば、ＬＥＤチップの周りを囲むように複数の金属バンプを設けることで、この複数の金属バンプをダムとして用いることができる。そして金属バンプをダムとして用いることで、樹脂製のダム材を用いる場合に比べて、ダム材によるＬＥＤチップからの光の吸収を抑えることができ、ダム材の発熱を抑えることができる。また金属バンプでＬＥＤチップの周囲を取り囲み、その内側に封止材を充填することで、ＬＥＤチップの上面と側面に封止材を隙間なく塗布することができるとともに、充填した封止材の形状を保持することができるので、発光面である封止材の表面から発せられる光の色バラつきを抑えることができる。しかも、金属バンプであれば、環状に繋がった樹脂製のダム材とは異なり、ＬＥＤチップに接続された金属ワイヤ等を気にすることなく狭い領域にも設けることができるので、ＬＥＤチップを取り囲む面積を小さくし、発光面を小さくすることができる。

【0031】

（態様２）前記複数の金属バンプが、互いに隣接するように設けられている態様１に記載のＬＥＤ発光装置。
このような態様であれば、隣り合う金属バンプ同士が隣接するように金属バンプを設けることで、充填した封止材が漏れ出にくくし、その形状をより保持しやすくできる。

【0032】

（態様３）前記複数の金属バンプが前記ＬＥＤチップを囲んで互いに間を空けて設けられており、隣り合う前記金属バンプ同士が金属ワイヤで繋がれている態様１に記載のＬＥＤ発光装置。
このような態様であれば、互いに間を空けて設けたＬＥＤチップと、その間をつなぐ金属ワイヤとにより、充填した封止材が漏れでないようにできる。このようにすれば、形成する金属バンプの数を少なくできるので、使用する金属量を低減するとともに、ダム材を形成する時間を短縮することができる。

【0033】

（態様４）前記ＬＥＤチップに通電するための金属ワイヤと、前記金属バンプとが同じ金属材料により構成されている態様１～３のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
このような態様であれば、ＬＥＤチップに通電するための金属ワイヤと、金属バンプとを、同一のワイヤボンダーを用いて続けて形成することができるので、製造時間を短縮することができる。

【0034】

（態様５）前記ＬＥＤチップが前記基板上に設けられた金属配線層上にボンディングされており、前記複数の金属バンプが当該金属配線層上に設けられている態様１～４のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
このような態様であれば、金属バンプにより形成されるダムがＬＥＤチップが設けられる金属配線上にのみ設けられるので、発光面を十分に小さくすることができる。

【0035】

（態様６）基板と、前記基板上に搭載されたＬＥＤチップとを備えるＬＥＤ発光装置の製造方法であって、前記基板上において、前記ＬＥＤチップを搭載されるＬＥＤチップ搭載領域の周囲を取り囲むように複数の金属バンプを設け、前記複数の金属バンプの内側に封止材を充填するＬＥＤ発光装置の製造方法。
このような製造方法であれば、前記した態様のＬＥＤ発光装置と同様の作用効果を奏し得る。

【符号の説明】

【0036】

１００・・・ＬＥＤ発光装置
１ ・・・基板
２ ・・・ＬＥＤチップ
４１ ・・・金属バンプ
５ ・・・封止材

【図1】

【図2】

【図3】