JP2014229629A - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の実装部を囲む保護膜のエッジに複数の段差を設け、信頼度を向上させた発光モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】発光モジュール１は、基板１０と、基板１０上に設けられた反射層１５と、基板１０上において反射層１５を囲むように設けられた保護層１７と、反射層１５の上に実装された発光素子３０と、を備える。保護層１７は、反射層１５に接する第１の部分１７ａと、第１の部分１７ａの周りに設けられ、第１の部分１７ａよりも厚い第２の部分１７ｂと、を有する。さらに、発光素子３０と、反射層１５と、第１の部分１７ａの少なくとも一部と、を覆う封止樹脂４０を備える。【選択図】図１

Description

実施形態は、発光モジュールおよびその製造方法に関する。

照明装置の光源として複数の固体光源を含む発光モジュールの開発が進められている。例えば、基板上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装した、所謂、ＣＯＢ（Chip on Boad）は、小型で長寿命の発光モジュールとして期待されている。光源として用いられるＬＥＤは一般に長寿命であり、それを実装した発光モジュールの信頼性は、実装基板の構造および材料に大きく依存する。

国際公開２００９／９０８６７号

実施形態は、光源を実装した部分を囲む保護膜の端に複数の段差を設け、信頼度を向上させた発光モジュールおよびその製造方法を提供する。

実施形態に係る発光モジュールは、基板と、前記基板上に設けられた反射層と、前記基板上において前記反射層を囲むように設けられた保護層と、前記反射層の上に実装された発光素子と、を備える。前記保護層は、前記反射層に接する第１の部分と、前記第１の部分の周りに設けられ、前記第１の部分よりも厚い第２の部分と、を有する。さらに、前記発光素子と、前記反射層と、前記第１の部分の少なくとも一部と、を覆う封止樹脂を備える。

実施形態は、光源を実装した部分を囲む保護膜の端に複数の段差を設け、信頼度を向上させた発光モジュールを実現する。

実施形態に係る発光モジュールを例示する模式図。 実施形態に係る発光モジュールの製造過程を例示する模式断面図。 図２に続く製造過程を例示する模式断面図。 図３に続く製造過程を例示する模式断面図。 実施形態の変形例に係る発光モジュールを例示する模式図。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

図１は、実施形態に係る発光モジュール１を例示する模式図である。図１（ａ）は、発光モジュール１の発光面を表す平面図である。図１（ｂ）は、発光モジュール１に含まれる光源の１つを表す平面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す１Ｃ−１Ｃ線に沿った断面図である。

図１（ａ）に表すように、発光モジュール１は、基板１０と、その上に配置された複数の光源２０を備える。基板１０は、例えば、樹脂基板であり、ガラスエポキシ樹脂またはその他の合成樹脂を含むベース１１と、ベース１１の上に設けられた配線と、を有する。この例では、基板１０は、長方形の形状を有するが、これに限定される訳ではない。例えば、円形もしくは楕円形であっても良い。また、基板１０の上の光源２０の配置も任意である。

図１（ｂ）および図１（ｃ）に表すように、光源２０は、発光素子３０と、発光素子３０の放射光を反射する反射層１５と、発光素子３０を封止する封止樹脂４０と、を備える。

基板１０は、ベース１１と、ベースの上に設けられた配線１３と、配線２５と、を含む。反射層１５は、例えば、配線１３の上に選択的に設けられる。発光素子３０は、例えば、反射層１５の上にダイボンディングされる。さらに、発光素子３０は、金属ワイヤ２７を介して配線２５に電気的に接続される。配線２５は、ベース１１の上において、複数の発光素子３０を直列または並列に接続する。配線２５の端部には、ボンディングパッド２１および２３が設けられる。発光素子２０と配線２５とを接続する金属ワイヤ２７の一端は、ボンディングパッド２１および２３にそれぞれ接続される。

基板１０の上には、反射層１５を囲むように、保護層（以下、レジスト層１７）が設けられる。また、レジスト層１７は、ボンディングパッド２１および２３を囲むように設けられる。

ボンディングパッド２１および２３は、発光素子３０の放射光を反射することが望ましい。すなわち、ボンディングパッド２１および２３を含む配線２５の端部は、発光素子３０の放射光を反射する部材を含む。一方、配線２５は、その端部を除いてレジスト層１７に覆われる。

レジスト層１７は、発光素子３０の放射光を反射する部材を含む。発光素子３０の放射光が可視光の場合、レジスト層１７には、例えば、白色レジストを用いる。白色レジストは、例えば、酸化チタン等の粒子を反射部材として含む。

図１（ｃ）に表すように、レジスト層１７は、反射層１５に接する第１の部分１７ａと、第１の部分１７ａの周りに設けられた第２の部分１７ｂと、を有する。第２の部分１７ｂは、第１の部分よりも厚く設けられる。言い換えれば、レジスト層１７は、階段状の凹部を有し、実装部から第２の部分１７ｂに向かって高くなる２つの段差を有する。

封止樹脂４０は、例えば、ドーム形状に設けられ、発光素子３０と、反射層１５と、第１の部分１７ａのすくなくとも一部と、を覆う。また、封止樹脂４０は、例えば、発光素子３０の放射光を透過する透明樹脂３１と、透明樹脂３１に分散された蛍光体３３と、を含む。蛍光体３３は、発光素子３０の放射光により励起され、発光素子３０の放射光とは異なるスペクトルを有する光を放射する。すなわち、封止樹脂４０は、波長変換機能を有しても良い。

ここで、「透過」とは、光の全てを透過する場合に限らず、光の一部を吸収しても良い。また、封止樹脂４０は、複数の層を有し、そのうちの少なくとも１つの層に蛍光体３３を含む構造でも良い。

図１（ｃ）に表すように、封止樹脂４０は、レジスト層１７に設けられた階段状の凹部の底面にダイボンディングされた発光素子を覆う。また、この例では、封止樹脂４０は、レジスト層１７の第１の部分１７ａを覆うように設けられる。したがって、封止樹脂４０の横方向（基板１０の上面１０ａに平行な方向）への広がりは、第１の部分１７ａと、第２の部分１７ｂと、の間の段差により制限される。これにより、封止樹脂４０の形状を均一化することができる。

次に、図２〜図４を参照して、本実施形態に係る発光モジュール１の製造方法の一例を説明する。図２（ａ）〜図４（ｂ）は、実施形態に係る発光モジュール１の製造過程を例示する模式断面図である。

図２（ａ）に表すように、基板１０の上に第１の層３５を塗布する。第１の層３５は、感光性の成分を含むレジスト層であり、例えば、紫外光を照射した部分が硬化する。また、第１の層３５は、発光素子３０の放射光を反射する部材を含むことが望ましい。

次に、図２（ｂ）に表すように、第１の層３５を露光する。例えば、半硬化させた第１の層３５に、紫外光を選択的に照射する。すなわち、ガラスマスク４３を介して第１の層３５に紫外光を照射する。ガラスマスク４３は、開口３６を形成するための遮光部４３ａを有する。紫外光を照射した露光部分３５ａのレジストは硬化し、未露光部分３５ｂのレジストは半硬化の状態に保持される。

続いて、例えば、未硬化のレジストを溶解する現像液を用いて未露光部分３５ｂを除去する。これにより、図２（ｃ）に表すように、第１の層３５に開口３６を形成することができる。開口３６は、ベース１１の上に設けられた配線１３に連通する。この際、図示しないボンディングパッド２１および２３の上にも開口が形成される。

次に、図３（ａ）に表すように、開口３６の底面に露出した配線１３の上に、反射層１５を形成する。例えば、第１の層３５をマスクとして、配線１３の上に銀（Ａｇ）メッキを行う。これにより、Ａｇを含む反射層１５を形成する。また、ボンディングパッド２１および２３（図１（ｂ）参照）の上にも、同時にＡｇメッキが施される。

配線１３は、例えば、ベース１１の上に設けられた銅（Ｃｕ）層と、Ｃｕ層の上に設けられたニッケル（Ｎｉ）層と、を含む積層構造を有する。そして、Ａｇメッキのシード層として使用することができる。反射層１５には、Ａｇに限らず、発光素子３０の放射光を反射する部材を用いることができる。

続いて、図３（ｂ）に表すように、第１の層３５の上に第２の層３７を形成する。第２の層３７は、例えば、発光素子３０の放射光を反射する部材を含むレジスト層である。また、第２の層３７は、例えば、スクリーン印刷法を用いて、第１の層３５の反射層１５に接するエッジ部分３５ｃの周りを囲むように形成する。

具体的には、例えば、反射層１５および第１の層３５のエッジ部分３５ｃを覆う領域４５を塞いだメッシュ状のスクリーンを用いて、第２の層３７となる液状のレジストを選択的に塗布する。続いて、レジストを硬化させて第２の層３７を形成する。

次に、図４（ａ）に表すように、反射層１５の上に発光素子３０をダイボンディングする。さらに、発光素子３０の電極と、配線２５と、の間に金属ワイヤ２７をボンディングし、両者を電気的に接続する（図１（ｂ）参照）。

図４（ａ）に表すように、この例では、レジスト層１７は、第１の層３５と、第２の層３７と、を含む。そして、第１の部分１７ａは、第１の層３５の一部（エッジ部分３５ｃ）である。第２の部分１７ｂは、第１の層３５と第２の層３７とを積層した部分である。

次に、図４（ｂ）に表すように、反射層１５、発光素子３０およびエッジ部分３５ｃの一部を覆う封止樹脂４０を形成し、発光モジュール１を完成する。封止樹脂４０は、反射層１５および発光素子３０の上に形成され、エッジ部分３５ｃの反射層１５に接する端１７ｆを覆う。

封止樹脂４０は、例えば、ポッテイング法またはスクリーン印刷法を用いて形成することができる。また、封止樹脂４０は、例えば、ＹＡＧ等の蛍光体が分散されたシリコーン樹脂である。

上記の製造方法により形成されるレジスト層１７は、第１の層３５と、第２の層３７と、を含む。反射層１５に接する第１の層３５の端１７ｆは、フォトリソグラフィを用いて形成される。このため、その位置および形状は、スクリーン印刷法を用いて形成される第２の層３７の端１７ｇよりも精度良く形成できる。すなわち、反射層１５、ボンディングパッド２１および２３を精度良く形成することが可能である。

一方、発光モジュール１の光束を大きくするために、発光素子３０の放射光に対するレジスト層１７の反射率を高くすることが望ましい。このためには、レジスト層１７に含まれる反射部材の量を多くすることが好ましい。

しかしながら、レジスト層１７に含まれる反射部材の量を多くすると、塗布前の液状レジストの粘度が高くなり加工性（塗布も含む）が低下する。そこで、加工性を保持できるレベルにレジストの粘度を維持しながら、複数回の塗布する。例えば、二度塗りにより厚膜のレジスト層を形成し、その反射率を高くする方法が用いられる。レジスト層１７の第２の部分１７ｂの厚さは、例えば、２５マイクロメートル（μｍ）以上、望ましくは３０μｍ以上である。

上記の製造方法では、１層目のレジスト層を形成した後、加工精度の高いフォトリソグラフィにより開口３６を加工する。続いて、レジストの選択塗布が簡便に実施可能なスクリーン印刷を用いて２層目を形成する。これにより、実装部分（例えば、反射層１５およびボンディングパッド２１、２３）の加工精度が高く、高反射率のレジスト層１７を低コストで形成することができる。

そして、第１の層３５の端１７ｆと、第２の層３７の端１７ｇと、の間隔Ｗ_１は、少なくとも０．５（ミリメートル）ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、３ｍｍ以下となるように形成する。これにより、例えば、スクリーン印刷において、第２の層３７となるレジストの塗布位置にずれが生じたとしても、レジストが反射層１５の上に塗布されることを回避できる。また、第２の層３７として塗布されたレジストのにじみによる反射層１５の汚れを回避することもできる。

また、第１の層３５の組成と第２の層３７の組成は、異なっても良いし、同じでも良い。上記の製造方法では、第１の層３５は感光性の成分を含み、その組成は第２の層３７と異なるが、これに限定される訳ではない。

第１の層３５として感光性を有しないレジストを用いる場合は、第１の層３５の上にエッチングマスクを形成し、例えば、ドライエッチング法を用いて選択的にエッチングする。これにより、第１の層３５に開口３６を形成することができる。その後、エッチングマスクを除去、もしくは、そのまま残し、第１の層３５の上に第２の層３７を形成しても良い。この場合、第１の層３５は、第２の層３７と同じ組成を有しても良い。

例えば、発光素子３０の放射光に対する第１の層３５の反射率が、同じ放射光に対する第２の層の反射率とは異なるように形成しても良い。具体的には、第２の層３７に含まれる反射部材の量を、第１の層３５に含まれる反射部材の量とは異なるように形成することができる。また、第２の層３７は、第１の層３５に含まれる反射部材とは異なる種類の反射部材を含むように形成しても良い。

例えば、第１の層３５のパターニングの精度を向上させるために、反射部材の含有量を少なくする方が良い場合がある。このような場合には、第２の層３７の反射率を第１の層３５よりも大きくすることにより、第１の層３５と第２の層３７とを積層した部分の反射率を所望の値よりも大きくすることが好ましい。

また、スクリーン印刷に適合させるため、第２の層３７となるレジストの粘度が制限される場合がある。すなわち、レジストの粘度を低く維持するために第２の層３７に含有される反射部材の量を多くできない場合には、第１の層３５の反射率を第２の層３７の反射率よりも高くすることが好ましい。これにより、第１の層３５と第２の層３７とを積層した部分の反射率を所望の値よりも高くすることができる。

さらに、第２の層３７の反射率の経時変化は、第１の層３５の反射率の経時変化よりも小さいことが望ましい。例えば、第１の層３５に感光性の成分を含有させた場合、反射率の経時変化が大きくなることがある。このような場合には、第２の層３７として、第１の層３５よりも経時変化の小さいレジスト層を用いることが好ましい。ここで、反射率の経時変化とは、例えば、レジスト層の変色に起因する反射率の劣化などである。

例えば、第２の層３７として、第１の層３５よりも酸素もしくは水分の浸透を抑制したレジスト層を用いる。第２の層３７は、その反射率の経時変化を抑制するとともに、第１の層３５の経時変化も抑制することができる。

例えば、ベースライトや直管ランプ用モジュールでは、基板１０の上面におけるレジスト層の面積が広く、その変色の影響が大きい。このような場合、基板１０の上面１０ａにおける第２の層３７の面積の割合を９０％以上にすることが望ましい。すなわち、基板１０の上面１０ａの面積の９０％において、第１の層３５の上に第２の層３７が積層されていることが望ましい。言い換えれば、第１の層３５の露出部分の面積（エッジ部分３５ｃの面積）は、基板１０の上面１０ａの面積の１０％以下である。

例えば、ベースライト用ＣＯＢモジュール（基板サイズ：長さ２８０ｍｍ、幅３２ｍｍ、ＬＥＤパッド径（反射層１５の直径）４ｍｍ）において、感光性白色レジストを塗布した場合、４０００時間相当の加速寿命試験における光束維持率は７０％であった。

一方、同型のＣＯＢモジュールにおいて、感光性白色レジストの上に非感光性白色レジストを塗布した場合、４０００時間相当の加速寿命試験における光束維持率は、８３％に向上した。

なお、これらのＣＯＢモジュールにおいて、ＬＥＤパッドの周りに露出した感光性白色レジストの全面積は、基板面積の１０％以下となるようにした。

図５は、実施形態の変形例に係る発光モジュール２を例示する模式図である。発光モジュール２は、図１（ａ）に表す発光モジュール１と同じように基板１０と複数の光源２０とを備える。図５（ａ）は、発光モジュール２の光源２０を表す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。

発光モジュール２における光源２０は、発光素子３０と、発光素子３０の放射光を反射する反射層１５と、発光素子３０を封止する封止樹脂４０と、を備える。発光素子３０は、例えば、反射層１５の上にダイボンディングされる。さらに、発光素子３０は、金属ワイヤ２７を介して配線２５に電気的に接続される。基板１０の上には、反射層１５を囲むように、保護層（以下、レジスト層１７）が設けられる。レジスト層１７は、第１の層３５と、第２の層３７と、を含む。

図５（ｂ）に表すように、レジスト層１７は、反射層１５に接する第１の部分１７ａと、第１の部分１７ａの周りに設けられた第２の部分１７ｂと、を有する。第１の部分１７ａは、第１の層３５のエッジ部分３５ｃであり、第２の部分１７ｂは、第１の層３５と第２の層３７とが積層された部分である。言い換えれば、レジスト層１７は、例えば、階段状の凹部を有し、反射層１５の側から第２の部分１７ｂに向かって高くなる２つの段差を有する。

封止樹脂４０は、例えば、ドーム形状に設けられ、発光素子３０と、反射層１５と、第１の部分１７ａと、第２の部分の一部（少なくとも端１７ｇ）と、を覆う。すなわち、封止樹脂４０は、第１の部分１７ａと第２の部分１７ｂとの間の段差を覆う。これにより、封止樹脂４０のレジスト層１７に対する密着性を高めることができる。

上記の例では、レジスト層１７の実装部を囲む部分に設けられる段差は、２つであるが、実施形態は、これに限定される訳ではない。すなわち、２以上の段差を有しても良い。そして、封止樹脂４０は、２以上の段差を覆うように設けられても良い。

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。

１、２・・・発光モジュール、 １０・・・基板、 １０ａ・・・上面、 １１・・・ベース、 １３、２５・・・配線、 １５・・・反射層、 １７・・・レジスト層、 １７ａ・・・第１の部分、 １７ｂ・・・第２の部分、 １７ｆ・・・第１の部分の端、 １７ｇ・・・第２の部分の端、 ２０・・・光源、 ２１、２３・・・ボンディングパッド、 ２７・・・金属ワイヤ、 ３０・・・発光素子、 ３１・・・透明樹脂、 ３３・・・蛍光体、 ３５・・・第１の層、 ３５ａ・・・露光部分、 ３５ｂ・・・未露光部分、 ３５ｃ・・・エッジ部分、 ３６・・・開口、 ３７・・・第２の層、 ４０・・・封止樹脂、 ４３・・・ガラスマスク、 ４３ａ・・・遮光部

Claims (7)

1. 基板と；
   前記基板上に設けられた反射層と；
   前記基板上において前記反射層を囲むように設けられた保護層であって、前記反射層に接する第１の部分と、前記第１の部分の周りに設けられ、前記第１の部分よりも厚い第２の部分と、を有する保護層と；
   前記反射層の上に実装された発光素子と；
   前記発光素子と、前記反射層と、前記第１の部分のすくなくとも一部と、を覆う封止樹脂と；
   を備えた発光モジュール。
2. 前記保護層は、前記基板上に設けられた第１の層と、前記第１の層の上に設けられた第２の層と、を含み、
   前記第１の部分は、前記第１の層の一部であり、
   前記第２の部分は、前記第１の層の他の一部と、前記第２の層と、を含む請求項１記載の発光モジュール。
3. 前記発光素子の放射光に対する前記第１の層の反射率は、前記放射光に対する第２の層の反射率とは異なる請求項２記載の発光モジュール。
4. 前記発光素子の放射光に対する前記第２の層の反射率の経時変化は、前記放射光に対する前記第１の層の反射率の経時変化よりも小さい請求項２記載の発光モジュール。
5. 前記第１の層は、感光性成分を含む請求項２〜４のいずれか１つに記載の発光モジュール。
6. 前記封止樹脂は、前記発光素子と、前記反射層と、前記第１の部分と、前記第２の部分の一部と、を覆う請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光モジュール。
7. 基板上に感光性の第１の層を形成し、
   前記第１の層を露光して開口を形成し、
   前記開口の底面に反射層を選択的に形成し、
   前記第１の層の前記反射層に接する部分の周りに第２の層を選択的に形成し、
   前記反射層の上に発光素子を実装し、
   前記発光素子と、前記反射層と、前記反射層に接する第１の層の少なくとも一部と、を覆う封止樹脂を形成する発光モジュールの製造方法。

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