DE19549726B4

DE19549726B4 - Lichtemittierendes Bauelement und Herstellverfahren für dieses

Info

Publication number: DE19549726B4
Application number: DE19549726A
Authority: DE
Inventors: Jun Tomiokita Nara Okazaki
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2015-12-02

Abstract

Lichtemittierendes Bauelement (10) umfassend:
– ein isolierendes Substrat (17), in welchem eine erste und eine zweite Aussparung (11') auf dessen beiden Seitenflächen ausgebildet sind, wobei sich die erste und die zweite Aussparung (11') von den Seitenflächen zur Mitte des isolierenden Substrats (17) erstrecken;
– einen LED-Chip (14) mit einer p-seitigen Halbleiterschicht (14b) und einer n-seitigen Halbleiterschicht (14a), die an einem p-n-Übergang zusammengefügt sind, und der zwischen der ersten und der zweiten Aussparung (11') angeordnet ist;
– eine erste Elektrode (12), die in der ersten Aussparung (11') ausgebildet und mit der p-seitigen Halbleiterschicht (14b) verbunden ist, um an der Unterseite des isolierenden Substrats (17) elektrische Verbindungen herzustellen;
– eine zweite Elektrode (12), die in der zweiten Aussparung (11') getrennt von der ersten Elektrode (12) ausgebildet und mit der n-seitigen Halbleiterschicht (14a) verbunden ist, um elektrische Verbindungen an der Unterseite des isolierenden Substrats (17) herzustellen;...

Description

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Herstellverfahren für dieses Bauelement. Ein solches Bauelement wird z. B. als Lichtquelle für verschiedene Anzeigetafeln, als Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristallanzeigen und als Lichtquelle für Lichtschalter verwendet. Das lichtemittierende Bauelement verwendet dabei LED(lichtemittierende Diode)-Chips kleiner Grösse mit hoher Beständigkeit gegen äußere Belastungen.
Im Allgemeinen werden LED-Chips in lichtemittierenden Bauelementen für Oberflächenmontage verwendet, wie sie als Lichtquelle bei verschiedenen Anzeigetafeln, Hintergrundbeleuchtung bei Flüssigkristallanzeigen und als Lichtquelle bei Lichtschaltern verwendet werden. Jeder LED-Chip besteht aus einem p-seitigen Halbleiter und einem n-seitigen Halbleiter, die zu einem pn-Übergang zusammengefügt sind. 12 zeigt ein Beispiel für ein lichtemittierendes Bauelement 60, bei dem ein derartiger Chip verwendet ist.
In diesem lichtemittierenden Bauelement 60 ist ein LED-Chip 62 mit einer n-seitigen Halbleiterschicht 62a und einer p-seitigen Halbleiterschicht 62b, die zu einem pn-Übergang verbunden sind, verwendet. Die n-seitige Halbleiterschicht 62a dieses LED-Chips 62 ist auf einem Leiterrahmen 61 befestigt.
Die p-seitige Halbleiterschicht 62b, die die Oberseite des LED-Chips 62 bildet, ist auf der Anodenseite, die dem Leiterrahmen 61 benachbart ist, durch einen Bonddraht 64 aus einem Golddraht oder anderen Drähten mit einem Durchmesser von ungefähr 10 μm bis 40 μm elektrisch mit einem Rahmen 63 verbunden. Hierbei ist der Bonddraht 64 bogenförmig so über dem LED-Chip 62 geformt, dass er durch die Kanten oder andere Teile des LED-Chips 62 nicht durchgetrennt wird. Darüber hinaus sind ein Teil des Leiterrahmens 61 und ein Teil des Rahmens 63 auf der Anodenseite durch ein lichtdurchlässiges Harz 65 auf solche Weise abgedichtet, dass der LED-Chip 62 und der Bonddraht 64 überdeckt sind.
13 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel lichtemittierender Bauelemente zeigt, in denen derartige Chipteile verwendet sind. In einem lichtemittierenden Bauelement 70 ist ein LED-Chip 74 verwendet, der eine n-seitige Halbleiter schicht 74a und eine p-seitige Halbleiterschicht 74b aufweisen, die an einem pn-Übergang miteinander verbunden sind. In diesem lichtemittierenden Bauelement 70 werden Elektrodenmuster 72 und 73 durch Metallplattierung an jeweiligen Enden in der Längsrichtung der Oberseite eines isolierenden Substrats 71 hergestellt. Die Elektrodenmuster 72 und 73 werden von der Oberseite des isolierenden Substrats 71 ausgehend entlang der jeweiligen Endseiten desselben in der Längsrichtung heruntergebogen, wobei sie jeweilige Endbereiche der Bodenseite des isolierenden Substrats 71 bedecken. Hierbei wird die n-seitige Halbleiterschicht 74a auf einem der Elektrodenmuster 72 befestigt.
Die p-seitige Halbleiterschicht 74b, die die Oberseite des LED-Chips 74 bildet, ist elektrisch mit dem anderen Elektrodenmuster 73 des isolierenden Substrats 71 über einen Bonddraht 75 aus einem Golddraht oder anderen Drähten mit einem Durchmesser von ungefähr 10 μm bis 40 μm verbunden. Hierbei ist der Bonddraht 75 bogenförmig über dem LED-Chip 74 ausgebildet, um nicht durch die Kanten oder andere Teile des LED-Chips 74 durchgetrennt zu werden. Ferner ist der LED-Chip 74 zusammen mit dem Bonddraht 75 durch ein lichtdurchlässiges Harz 76 abgedichtet.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Bonddrähte 74 und 75, die gegen Durchtrennen aufgrund äußerer Belastungen hochanfällig sind, jeweils durch die lichtdurchlässigen Harze 65 bzw. 76 abgedichtet.
Wenn jedoch beim Herstellen des lichtemittierenden Bauelements 60 oder des lichtemittierenden Bauelements 70 der Bonddraht 74 oder 75 an den Rahmen 63 oder das Elektrodenmuster 73 gelötet wird, besteht immer noch die Tendenz, dass dieser Bonddraht 64 oder 75 durchgetrennt wird. Darüber hinaus besteht auch die Tendenz, dass der Bonddraht 64 oder 75 durch externe Belastungen durchgetrennt wird, wie sie durch Verwindungen oder andere Effekte des Rahmens 63 und des isolierenden Substrats 71, die nach dem Lötprozess auftreten, verursacht werden.
Ferner ist es erforderlich, dass der Bonddraht 64 oder 75 einen Abstand von ungefähr 100 μm bis 200 μm von der Oberseite des Bogens über dem LED-Chip 62 oder 74 bis zur Oberseite dieses Chips 62 aufweist, um nicht durch die Kanten oder andere Teile des LED-Chips 62 oder 74 durchgetrennt zu werden. Im Ergebnis muss das lichtdurchlässige Harz 65 oder 76 über dem Bogen eine Dicke in der Grössenordnung von 100 μm aufweisen, um auch den Bogen abzudichten, der über dem Bonddraht 64 oder 75 ausgebildet ist. Dies macht das lichtdurchlässige Harz 65 oder 76 dicker, was bewirkt, dass das lichtemittierende Bauelement 60 oder 70 voluminös wird.
Darüber hinaus besteht dann, wenn ein auf einem isolierenden Substrat 71 montierter LED-Chip 74 mit lichtdurchlässigem Harz 76 abgedichtet wird, die Tendenz, dass etwas dieses lichtdurchlässigen Harzes 76 im geschmolzenen Zustand an der Unterseite des isolierenden Substrats 71 anhaftet. Das so an der Unterseite des isolierenden Substrats 71 anhaftende lichtdurchlässige Harz 76 hat nachteilige Einflüsse auf die Leitungsanordnung und andere Elemente, die an der Bodenseite des isolierenden Substrats 71 angebracht sind. Aus diesem Grund ist es erforderlich zu verhindern, dass lichtdurchlässiges Harz 76 im geschmolzenen Zustand zur Unterseite des isolierenden Substrats 71 herunterrinnt.
Im Allgemeinen wird dann, wenn der LED-Chip 74 durch das lichtdurchlässige Harz 76 abgedichtet wird, ein Spannwerkzeug, ein metallisches Formwerkzeug oder andere Teile, die dazu verwendet werden, dass das lichtdurchlässige Harz 76 in seinem geschmolzenen Zustand nicht entlang der Seitenfläche des isolierenden Substrats 71 zur Bodenseite herunterrinnt, dicht an einen Teil entlang der Kante des isolierenden Substrats 71 gedrückt. Aus diesem Grund ist es erforderlich, für einen Bereich zu sorgen, an dem das Spannwerkzeug oder andere Teile entlang der Kante des isolierenden Substrats 71 angreifen können. Auch dies bewirkt, dass das lichtemittierende Bauelement 70 voluminös wird.
Darüber hinaus werden zur Massenherstellung lichtemittierender Bauelemente eine Anzahl von Durchgangslöchern in einem isolierenden Substrat ausgebildet und eine Anzahl von LED-Chips wird auf dem isolierenden Substrat angeordnet und durch lichtdurchlässiges Harz abgedichtet. Dann werden das isolierende Substrat und das lichtdurchlässige Harz Trennschneidvorgängen unterzogen, um eine Ausbildung zu einem jeweiligen LED-Chip zu erhalten. Insbesondere besteht bei dieser Anordnung die Tendenz, dass das lichtdurchlässige Harz im geschmolzenen Zustand zur Unterseite des isolierenden Substrats und durch die Durchgangslöcher hindurch rinnt. Aus diesem Grund ist erforderlich, für Flächen zu sorgen, an denen die Spannwerkzeuge oder andere Teile um die jeweiligen Durchgangslöcher hindurch angreifen können.
14 zeigt ein Beispiel für die Minimalabmessungen eines lichtemittierenden Bauelements 70 vom Chiptyp gemäss 13. Bei diesem lichtemittierenden Bauelement 70 wurde ein quadratischer LED-Chip 74 mit einer Seitenlänge von 300 μm verwendet. In diesem Fall betrug die Dicke des isolierenden Substrats 71 mindestens 200 μm, die Dicke des LED-Chips betrug 300 μm, der Abstand von der Oberseite des Bogens des Bonddrahts 75 zur Oberseite des LED-Chips 74 betrug 200 μm, und die Dicke des den Bogen bedeckenden lichtemittierenden Harzes 76 betrug 100 μm. Daher betrug die minimal erforderliche Dicke des lichtemittierenden Bauelements 70 800 μm.
Ferner betrug die Länge (Bereich) des isolierenden Substrats 71 in der Längsrichtung, die dazu erforderlich war, den LED-Chip 74 zu montieren, 600 μm, die zum Trennen des Elektrodenmusters 73 und des Elektrodenmusters 72 voneinander erforderliche Länge betrug 200 μm, die zum Verbinden des Bonddrahts 75 und des Elektrodenmusters 73 erforderliche Länge betrug 400 μm, und die zum Anbringen eines Spannwerkzeugs oder anderer Teile, die dazu verwendet wurden, zu verhindern, dass das auf das isolierende Substrat 71 aufgebrachte lichtdurchlässige Harz 76 zur Unterseite dieses Substrats herunterrann, erforderliche Länge betrug 200 μm entlang der gesamten Kante des isolierenden Substrats 71. Daher war für die Länge des isolierenden Substrats 71 in der Längsrichtung, die die Länge des lichtemittierenden Bauelements 70 in der Längsrichtung bildet, ein Wert von minimal 1400 μm (1,4 mm) erforderlich.
In den letzten Jahren wurden kompakte lichtemittierende Bauelemente erforderlich, um Bedürfnissen hinsichtlich der Kompaktheit verschiedener Anzeigetafeln, Lichtschalter und anderer Geräte zu genügen. Daher ist es nicht erwünscht, dass ein dickes lichtdurchlässiges Harz 65 oder 76 vorliegt. Jedoch ist die Wahrscheinlichkeit eines Durchtrennens des Bonddrahts 64 oder 75 um so höher, je dünner das lichtdurchlässige Harz 65 oder 76 gemacht wird. Dies führt zu einer Schwierigkeit hinsichtlich geringer Zuverlässigkeit der hergestellten lichtemittierenden Bauelemente.
Im einzelnen ist ein lichtemittierendes Bauelement der eingangs genannten Art aus der US 4 843 280 A bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Anordnung, bei der flüssiges Epoxidharz auf die Gesamtfläche eines Substrates, auf der Leuchtdioden befestigt sind, aufgetragen wird, während ein Abdichtungsband an der Unterseite des Substrates angebracht ist, um zu verhindern, dass das flüs sige Epoxidharz zur Unterseite über plattierte Durchgangslöcher fließt.
Weiterhin ist aus der US 5 293 068 A ein Bauelement bekannt, bei dem ein als Dichtungsglied wirkendes Harz einen Chip und ein Chip-Kontaktkissen von oben nach unten umhüllt und bei dem ein Durchgangsloch abdichtendes Material als elektrische Verbindungseinrichtung dient, die mit einem Bonddraht in Wirkverbindung steht.
In der EP 0 588 040 A2 ist ein lichtemittierendes Bauelement beschrieben, dessen pn-Übergang rechtwinklig zur Oberfläche eines Substrates verläuft. Halbleiterschichten und jeweilige Elektroden sind hier über ein leitendes Verbindungsmittel, wie eine leitfähige Paste, miteinander verbunden. Ein LED-Chip überbrückt dabei zwei Elektroden.
Das Anbringen von Durchgangslöchern in den Ecken eines Substrats ist schließlich der JP 05-13 818 A entnehmbar.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein lichtemittierendes Bauelement zu schaffen, das kompakt ist, hohe Beständigkeit gegen äußere Belastungen aufweist und das auf einfache Weise massenhergestellt werden kann; außerdem soll ein Herstellverfahren angegeben werden, durch das derartige lichtemittierende Bauelemente leicht massenhergestellt werden können.
Die Aufgabe hinsichtlich des Bauelements wird durch die Lehre des beigefügten unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Wenn der LED-Chip so angebracht wird, dass seine Fläche mit dem pn-Übergang nicht zum isolierenden Substrat parallel ist, ist es möglich, die Elektroden und den LED-Chip durch ein leitendes Verbindungsmittel ohne Verwendung eines Bonddrahts im leitenden Zustand zu halten. Daher ist ein solches lichtemittierendes Bauelement frei von Beschädigungen aufgrund äußerer Belastungen, wie sie durch Verwindungen oder andere Effekte des isolierenden Substrats hervorgerufen werden. Ferner beseitigt diese Anordnung, im Unterschied zu herkömmlichen Anordnungen, das Erfordernis, dass das lichtdurchlässige Harz dicker aufgetragen wird, um den Bonddraht zu schützen, weswegen das lichtemittierende Bauelement in grossem Ausmass miniaturisiert werden kann.
Ferner kann dann, da der LED-Chip in einem die Elektroden überbrückenden Zustand angeordnet wird und der LED-Chip durch das lichtdurchlässige Harz abgedichtet wird, dieses Harz in Zwischenräume zwischen dem LED-Chip und dem isolierenden Substrat eindringen, um einen einstöckigen Teil mit diesem zu bilden. So wird der LED-Chip fester auf dem isolierenden Substrat angebracht. Daher wird die Beständigkeit des lichtemittierenden Bauelements in bezug auf von aussen angeregte Schwingungen wie auch in bezug auf Warmbelastungen noch hervorragender.
Lichtemittierende Bauelemente mit einem oder mehreren LED-Chips können leicht dadurch massenhergestellt werden, dass das mit dem lichtdurchlässigen Harz bedeckte isolierende Substrat entlang der Positionen von Durchgangslöchern durchtrennt wird.
Da die Durchgangslöcher durch ein Abdichtungsteil abgedichtet sind, besteht darüber hinaus keine Möglichkeit, dass das lichtdurchlässige Harz in die Durchgangslöcher fliesst und zur Unterseite des isolierenden Substrats herunterrinnt. Daher ist es nicht erforderlich, Spannwerkzeuge oder andere Teile um die Kanten der Durchgangslöcher im isolierenden Substrat herum anzuordnen, um zu verhindern, dass lichtdurchlässiges Harz in die Durchgangslöcher fließt. Dies beseitigt das Erfordernis, Bereiche zum Anbringen der Spannwerkzeuge um die jeweiligen Durchgangslöcher herum vorzusehen, und macht es möglich, lichtemittierende Bauelemente weiter zu miniaturisieren.
Da die LED-Chips im lichtemittierenden Bauelement jeweils durch das lichtdurchlässige Harz abgedichtet werden können, ist es ferner möglich zu verhindern, dass Wasser, Staub oder andere Gegenstände in sie eindringen. Wie oben beschrieben, besteht, da die Oberseite des LED-Chips mit dem pn-Übergang durch das lichtdurchlässige Harz geschützt ist, keine Möglichkeit, dass diese Oberseite mit dem pn-Übergang beschädigt werden kann, und zwar selbst dann nicht, wenn das lichtemittierende Bauelement auf ein Substrat aufgelötet wird, und es können keine Kurzschlüsse auftreten. Demgemäß hat das lichtemittierende Bauelement hohe Beständigkeit gegen Beschädigungen aufgrund äusserer Belastungen, und es kann leicht hergestellt werden.
Die oben angegebene Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch die Lehre des beigefügten unabhängigen Anspruchs 9 gelöst.
Da bei den erfindungsgemäßen Verfahren die Durchgangslöcher abgedichtet werden, bevor das isolierende Substrat mit dem lichtdurchlässigen Harz beschichtet wird, ist es möglich zu verhindern, dass das Harz in seinem geschmolzenen Zustand in die jeweiligen Durchgangslöcher hineinfließt, wenn das isolierende Substrat mit diesem Harz beschichtet wird. Daher ist es nicht erforderlich, Spannwerkzeuge oder andere Teile um die Kanten der Durchgangslöcher im isolierenden Substrat herum anzuordnen, um zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Harz in seinem geschmolzenen Zustand in die Durchgangslöcher hineinfließt. Dies ermöglicht es, den Abdichtungsprozess, bei dem das lichtdurchlässige Harz verwendet wird, leicht auszuführen.
Darüber hinaus ermöglicht es das vorstehend angegebene Verfahren, lichtemittierende Bauelemente einfach herzustellen, von denen jedes eine gewünschte Anzahl von LED-Chips enthält.
Ferner ist es möglich, da die erste und zweite Elektrode, mit denen der LED-Chip verbunden ist, für jedes Durchgangsloch auf getrennte Weise ausgebildet werden, lichtemittierende Bauelem mit einem oder mehreren LED-Chips einfach dadurch massenherzustellen, dass die Struktur an den Durchgangslöchern durchgetrennt wird.
Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.
1(a) ist eine Draufsicht, die ein lichtemittierendes Bauelement, das einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht, teilweise in Explosionsdarstellung zeigt; 1(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1(a).
2(a) bis 2(f) sind Schnittansichten, die die Herstellprozesse für das lichtemittierende Bauelement von 1(a) veranschaulichen.
3 ist eine Schnittansicht, die die Abmessungen des lichtemittierenden Bauelements von 1(a) zeigt.
4(a) und 4(b) sind schematische Vorderansichten, die jeweils modifizierte Beispiele des lichtemittierenden Bauelements von 1(a) zeigen.
5(a) ist eine schematische Vorderansicht, die ein anderes modifiziertes Beispiel des lichtemittierenden Bauelements von 1(a) zeigt; 5(b) ist eine Seitenansicht hierzu.
6 ist eine Schnittansicht, die ein lichtemittierendes Bauelement ohne Durchgangslöcher zeigt.
7(a) und 7(b) sind Draufsichten, die lichtemittierende Bauelemente, die andere Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen, teilweise in Explosionsdarstellung zeigen.
8(a) ist eine Draufsicht, die ein lichtemittierendes Bauelement, das noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft, teilweise in Explosionsdarstellung zeigt; 8(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 8(a).
9(a) bis 9(c) sind Schnittansichten, die wesentliche Teile eines isolierenden Substrats bei Herstellprozessen für das lichtemittierende Bauelement von 8(a) veranschaulichen.
10(a) ist eine schematische Draufsicht auf das isolierende Substrat, die Fixierpositionen für LED-Chips zeigt; 10(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 10(a).
11(a) bis 11(c) sind Schnittansichten für Herstellprozesse des lichtemittierenden Bauelements von 8(a).
12 ist eine Schnittansicht, die ein herkömmliches lichtemittierendes Bauelement zeigt.
13 ist eine Schnittansicht, die ein anderes herkömmliches lichtemittierendes Bauelement zeigt.
14 ist eine Schnittansicht, die Abmessungen des lichtemittierenden Bauelements von 13 zeigt.
Ausführungsbeispiel 1
1(a) ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Bauelements in teilweiser Explosionsdarstellung zeigt, und 1(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1(a).
Diese lichtemittierende Bauelement 10 ist mit einem länglichen isolierenden Substrat 17 und einem LED-Chip 14 versehen, der auf dem isolierenden Substrat 17 angeordnet ist. Das isolierende Substrat 17 besteht z. B. aus glasartigem Epoxidharz, einem Verbundmaterial oder anderen Materialien. An den jeweiligen Enden des isolierenden Substrats 17 in Längsrichtung (nachfolgend wird die Längsrichtung als X-Richtung bezeichnet und die dazu rechtwinklige Richtung wird als Y-Richtung bezeichnet) sind halbzylindrische, ausgesparte Abschnitte 11 vorhanden. Darüber hinaus ist ein Paar Elektrodenmuster 12 (erste Elektrode und zweite Elektrode), die im mittleren Abschnitt in der X-Richtung des isolierenden Substrats 17 unterteilt sind, auf der Oberseiten des isolierenden Substrats 17 angebracht. Die jeweiligen Elektrodenmuster 12 bestehen aus einer Metallplattierung. Die Elektrodenmuster 12 bedecken jeweils die Innenflächen der ausgesparten Abschnitte 11 min, die an den Enden des isolierenden Substrats 17 vorhanden sind. Ferner erreichen die Elektrodenmuster 12 jeweils die Unterseite des isolierenden Substrats 17 durch die ausgesparten Abschnitte 11 min hindurch, auf gebogene Weise entlang der Unterseite des isolierenden Substrats 17.
Die ausgesparten Abschnitte 11', die mit den jeweiligen Elektrodenmustern 12 bedeckt sein können, werden mit einem leitenden Verbindungsmittel 13, wie Lot, Silber(Ag)-Paste oder Kupfer(Cu)-Paste, das als Abdichtungsteil fungiert, aufgefüllt. Der LED-Chip 14 wird auf die jeweiligen Elektrodenmuster 12 aufgesetzt, die die Oberseite des isolierenden Substrats 17 bedecken, und zwar auf solche Weise, dass er eine Überbrückung vom einen der Elektrodenmuster 12 zum anderen bildet. Der LED-Chip 14 besteht aus einer n-seitigen Halbleiterschicht 14a und einer p-seitigen Halbleiterschicht 14b, die unter Bildung eines pn-Übergangs aufeinandergestapelt sind. Ferner ist eine n-seitige Elektrode 14d auf der Oberseite der n-seitigen Halbleiterschicht 14a angebracht.
Darüber hinaus ist eine p-seitige Elektrode 14e auf der Oberseite der p-seitigen Halbleiterschicht 14b aufgebracht. Der LED-Chip 14 ist mit einem solchen Überbrückungszustand zwischen den gepaarten Elektrodenmusters 12 angeordnet, dass eine Fläche 14c mit dem pn-Übergang, die eine Verbindungsfläche zwischen der n-seitigen Halbleiterfläche 14a und der p-seitigen Halbleiterschicht 14b bildet, nicht-parallel zum isolierenden Substrat 17 gehalten wird, oder, was speziell wünschenswert ist, rechtwinklig hierzu gehalten wird. In diesem Fall sind die n-seitige Elektrode 14d und die p-seitige Elektrode 14e jeweils rechtwinklig zu den Elektrodenmustern 12 angeordnet.
Die Elektrodenmuster 12 werden unter Verwendung eines leitenden Verbindungsmittels 15 wie Lot, Ag-Paste oder Cu-Paste mit der n-seitigen Elektrode 14d und der p-seitigen Elektrode 14e, die beide über den Elektrodenmustern 12 angeordnet werden, so verbunden, dass sie in leitendem Zustand miteinander gehalten werden.
Der LED-Chip 14 und das leitende Verbindungsmittel 15 auf dem isolierenden Substrat 17 sind durch ein lichtdurchlässiges Harz 16, wie Epoxidharz, Phenoxyharz, Acrylatharz oder Polyethersulfonharz (PES-Harz) abgedichtet. Dieses lichtdurchlässige Harz 16 ist zu einem Quader gegossen, der die jeweiligen Endflächen des isolierenden Substrats 17, an denen die ausgesparten Abschnitte 11 min ausgebildet sind, und den Endflächen in Längsrichtung folgt.
2(a) bis 2(f) sind Schnittansichten, die Herstellprozesse für das in 1(a) dargestellte lichtemittierende Bauelement 10 veranschaulichen. Bei diesen Herstellprozessen wird eine Anzahl lichtemittierender Bauelemente 10 aus einer Lage des isolierenden Substrats 17 hergestellt. Zunächst wird, wie es in 2(a) dargestellt ist, eine Anzahl von Durchgangslöchern 11 mit jeweils runder Form matrixförmig im isolierenden Substrat 17 mit vorgegebenen Schrittweiten in X- und Y-Richtung hergestellt. Hierbei werden, wie es später beschrieben wird, die ausgesparten Abschnitte 11 min dadurch ausgebildet, dass die Durchgangslöcher 11 entlang Schnittlinien durchtrennt werden, die jeweils durch die Mitte der Durchgangslöcher 11 gehen.
Danach wird eine Metallschicht durch einen Plattierungsprozess oder einen anderen Prozess so ausgebildet, dass sie alle Abschnitte des isolierenden Substrats 17 einschliesslich der Oberseite und der Unterseite desselben sowie der Innenseiten der Durchgangslöcher 11 bedeckt. Dann wird, wie es in 2(b) veranschaulicht ist, die Oberseite des isolierenden Substrats 17 so gemustert, dass die Metallschicht im mittleren Abschnitt zwischen benachbarten Durchgangslöchern 11 durchgetrennt ist. Die Unterseite des isolierenden Substrats 17 wird dagegen so gemustert, dass die Metallschicht nur in den Bereichen verbleibt, die ein Durchgangsloch 11 umgeben. Demgemäss werden Elektrodenmuster 12, von denen jedes hinsichtlich jedem Durchgangsloch 11 getrennt ist, auf dem isolierenden Substrat 17 ausgebildet.
Danach werden, wie es in der 2(c) veranschaulicht ist, die mit den Elektrodenmustern 12 bedeckten Durchgangslöcher 11 mit dem leitenden Verbindungsmittel 13 aufgefüllt.
Wie vorstehend beschrieben, werden, da die Durchgangslöcher 11 mit dem leitenden Verbindungsmittel 13 aufgefüllt werden, mehrere LED-Chips 14 auf dem isolierenden Substrat 17 angebracht, während sie leitend miteinander verbunden gehalten werden.
Danach wird, wie es in 2(d) veranschaulicht ist, der LED-Chip 14 als Brücke zwischen den gepaarten Elektrodenmustern 12 auf der Oberseite des isolierenden Substrats 17, die durch die benachbarten Durchgangslöcher 11 getrennt sind, so auf der Oberseite des isolierenden Substrats 17 angebracht, dass die Fläche 14c mit dem pn-Übergang rechtwinklig zum isolierenden Substrat 17 steht.
Danach werden die Elektrodenmuster 12 mit dem überbrückenden LED-Chip 14 unter Verwendung des leitenden Verbindungsmittels 15 so mit der n-seitigen Elektrode 14d und der p-seitigen Elektrode 14e des LED-Chips 14a verbunden, dass ein leitender Zustand zwischen diesen besteht. In diesem Fall können allgemein verwendete leitende Verbindungsmittel wie Lot, Ag-Paste oder Cu-Paste als leitendes Verbindungsmittel 15 verwendet werden. Jedoch besteht im Fall der Verwendung von Lot als leitendes Verbindungsmittel 15 die Tendenz, dass Verunreinigungen im Lot die Fläche 14c mit dem pn-Übergang erreichen, was Kurzschlüsse hervorruft. Daher ist es bevorzugt, leitende Pasten wie Ag-Paste oder Cu-Paste zu verwenden.
Wie oben beschrieben, ist beim lichtemittierenden Bauelement 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der LED-Chip 14 so zwischen den gepaarten Elektro denmustern 12 angeordnet, dass seine Fläche 14c mit dem pn-Übergang nichtparallel zum isolierenden Substrat 17 steht. Daher ist es möglich, die Elektroden und den LED-Chip durch ein leitendes Verbindungsmittel in einem leitenden Zustand zu halten, ohne dass ein Bonddraht verwendet wird. Im Ergebnis ist das lichtemittierende Bauelement 10 frei von Beschädigungen aufgrund von aussen wirkender Belastungen, wie sie durch Verbindungen oder andere Effekte des isolierenden Substrats 17 hervorgerufen werden. Ferner beseitigt diese Anordnung, abweichend von herkömmlichen Anordnungen, das Erfordernis, das lichtdurchlässige Harz dicker z machen, was später beschrieben wird, um den Bonddraht zu schützen; daher kann das lichtemittierende Bauelement 10 in hohem Ausmass miniaturisiert werden.
Anschließend wird, wie es in 2(e) veranschaulicht ist, eine Lage des lichtdurchlässigen Harzes 16 auf der Oberseite des isolierenden Substrats 17 angeordnet und im Vakuum unter Wärme angedrückt. Als Lage des lichtdurchlässigen Harzes 16 wird ein lichtdurchlässiges Harz wie Epoxidharz, Phenoxyharz, Acrylatharz oder PES-Harz verwendet. Demgemäss wird der LED-Chip 14 durch das lichtdurchlässige Harz 16 abgedichtet.
Hierbei werden die jeweiligen Durchgangslöcher 11, die im isolierenden Substrat 17 enthalten sind, mit dem leitenden Verbindungsmittel 13 aufgefüllt. Dies verhindert, dass das lichtdurchlässige Harz 16 im geschmolzenen Zustand in die jeweiligen Durchgangslöcher 11 fließt und zur Unterseite des isolierenden Substrats 17 herunterrinnt.
Daher ist es dann, wenn das lichtdurchlässige Harz 16 im geschmolzenen Zustand auf das isolierende Substrat 17 gedrückt wird, nur erforderlich, das metallische Formwerkzeug oder die Spanneinrichtung oder andere Teile um die Umfangskante des isolierenden Substrats 17 herum anzuordnen, und diese Anordnung ermöglicht es zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Harz 16 im geschmolzenen Zustand zur Unterseite des isolierenden Substrats 17 entlang den Seiten desselben herunterrinnt.
Anders gesagt, ist es nicht erforderlich, Spannwerkzeuge oder andere Teile um die Kanten der Durchgangslöcher 11 im isolierenden Substrat 17 herum anzuordnen, um zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Substrat 16 im geschmolzenen Zustand in die Durchgangslöcher 11 fliesst. Dies beseitigt auch das Erfor dernis, Bereiche bereitzustellen, an denen die Spanneinrichtungen um die jeweiligen Durchgangslöcher 11 herum angreifen können. Im Ergebnis kann der Abdichtungsprozess unter Verwendung des lichtdurchlässigen Harzes 16 leicht ausgeführt werden. Ferner ist es möglich, die gesamte Struktur des lichtdurchlässigen Bauelements 10 zu miniaturisieren.
Darüber hinaus existiert, da die Fläche 14c mit dem pn-Übergang rechtwinklig zum isolierenden Substrat 17 gehalten wird, keine Elektrodenschicht, die emittiertes Licht ausblendet. Dies ermöglicht es, den Wirkungsgrad der nach aussen gegebenen Lichtemission zu erhöhen. Ferner ist es möglich, da die Dicke des zum Abdichten des LED-Chips 14 erforderlichen lichtemittierenden Harzes 16 weiter verringert ist, das lichtemittierende Bauelement 10 kompakter auszubilden.
Ferner kann bei einer Anordnung, bei der der LED-Chip 14 in überbrückendem Zustand zwischen den Elektrodenmustern 12 angeordnet ist, dann, wenn dieser LED-Chip 14 und das leitende Verbindungsmittel 15 durch das lichtdurchlässige Harz 16 abgedichtet werden, dieses Harz in Zwischenräume zwischen dem LED-Chip 14 und dem isolierenden Substrat 17 eindringen, um ein integraler Teil desselben zu werden. Demgemäss wird der LED-Chip 14 fester auf dem isolierenden Substrat 17 angebracht. Daher wird das lichtemittierende Bauelement 10 hinsichtlich seiner Beständigkeit gegen von aussen angeregte Schwingungen und auch gegen thermische Belastungen noch hervorragender.
Nachdem das lichtdurchlässige Harz 16 ausgehärtet ist, um die jeweiligen LED-Chips 14 auf dem isolierenden Substrat 17 abzudichten, werden dieses isolierende Substrat 17 und das lichtdurchlässige Harz 16 trennenden Schnitten entlang Trennlinien 19a unterzogen, die durch die Mitten der in der Y-Richtung angeordneten Durchgangslöcher 11 gehen, wie es in 2(f) dargestellt ist. Ferner werden das isolierende Substrat 17 und das lichtdurchlässige Harz 16 auch trennenden Schnitten zwischen den LED-Chips 14 unterzogen, die in der Y-Richtung benachbart liegen. Demgemäss kann eine Anzahl lichtemittierender Bauelemente 10 hergestellt werden, die jeweils einen LED-Chip 14 enthalten.
Wie vorstehend beschrieben, ist es beim lichtemittierenden Bauelement 10, da die LED-Chips 14 und das leitende Verbindungsmittel 15 durch das lichtdurchlässige Harz 16 abgedichtet sind, möglich zu verhindern, dass Wasser, Staub oder andere Gegenstände in das lichtemittierende Bauelement 10 eindringen. Darüber hinaus sind die LED-Chips 14 mit dem isolierenden Substrat 17 verbunden, und die Fläche 14c mit dem pn-Übergang ist durch das lichtdurchlässige Harz 16 geschützt. Daher besteht bei tatsächlichen Prozessen, z. B. beim Prozess, bei dem das lichtemittierende Bauelement 10 auf eine Leiterplatte gelötet wird, keine Möglichkeit, dass die Fläche 14c mit dem pn-Übergang beschädigt wird und dass Kurzschlüsse auftreten. Demgemäss ist das lichtemittierende Bauelement gegen Beschädigungen aufgrund äusserer Belastungen sehr beständig, und es kann leicht hergestellt werden.
Darüber hinaus ist es dann, wenn das lichtemittierende Bauelement 10 vor der Verwendung auf eine Leiterplatte gelötet wird, nicht erforderlich, da die Elektrodenmuster 12 so konzipiert sind, dass sie die Unterseite des isolierenden Substrats 17 erreichen, Einführungslöcher in der Leiterplatte anzubringen, um Zuleitungsstifte aufzunehmen. Diese Einführungslöcher sind erforderlich, wenn das lichtemittierende Bauelement 10 unter Verwendung von z. B. Zuleitungsstiften oder anderer Teile anstelle der Elektrodenmuster 12 auf die Leiterplatte gelötet wird.
Ferner ist es beim lichtemittierenden Bauelement 10 möglich, da die Elektrodenmuster 12 so konzipiert sind, dass sie die Unterseite des isolierenden Substrats 17 erreichen, die Elektrodenmuster 12 auf die Oberseite einer Leiterplatte zu löten.
Hier ist das Durchgangsloch 11 mit dem leitenden Verbindungsmittel 13 gefüllt. Daher wirkt dann, wenn das isolierende Substrat 17 und das lichtdurchlässige Harz 16 trennenden Schnitten entlang der Trennungslinien 19a, von denen jede durch die Mitte des Durchgangslochs 11 geht, unterzogen werden, jeder durchgetrennte Abschnitt als Elektrode, wie sie verwendet wird, wenn das lichtemittierende Bauelement 10 auf das Substrat gelötet wird. Dies ermöglicht es, das lichtemittierende Bauelement 10 stabil auf das Substrat zu löten, ohne dass die Gesamtdicke erhöht ist.
Anders gesagt, hat das lichtemittierende Bauelement 10 hervorragende Bearbeitbarkeit, und wenn es verwendet wird, ist es möglich, den Gesamtaufbau eines Geräts zu miniaturisieren, in dem es eingesetzt wird. Ausserdem wird dann, wenn das lichtemittierende Bauelement 10 unter Verwendung von Zuleitungs stiften oder anderen Teilen fixiert wird, der Lötprozess auf der Rückseite der Leiterplatte ausgeführt. Dies macht den Gesamtaufbau der Vorrichtung dicker.
3 zeigt ein Beispiel für die Abmessungen eines lichtemittierenden Bauelements 10, das wie oben beschrieben hergestellt wurde. Beim lichtemittierenden Bauelement 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde ein quadratischer LED-Chip 14 mit Seitenlängen von 300 μm verwendet. In diesem Fall betrug die Dicke des isolierenden Substrats 17 und der Elektrodenmuster 12 200 μm, die Dicke des LED-Chips 14 betrug 300 μm und die Dicke des lichtdurchlässigen Harzes 16, das den LED-Chip 14 abdeckt, betrug 100 μm. Daher betrug die minimal erforderliche Dicke für das lichtemittierende Bauelement 10 600 m.
Darüber hinaus waren im LED-Chip 14 die Länge der n-seitigen Halbleiterschicht 14a und der p-seitigen Halbleiterschicht 14b in der Stapelrichtung 300 μm, und die Längen, die dazu erforderlich waren, die Elektrodenmuster 12 elektrisch mit der n-seitigen Elektrode 14d und der p-seitigen Elektrode 14e über das leitende Verbindungsmittel 15 zu verbinden, betrugen jeweils 350 μm. Daher betrug die Abmessung des lichtemittierenden Bauelements 10 in der X-Richtung 1000 μm (1,0 mm), was die minimal erforderliche Abmessung ist.
Daher ermöglicht es das lichtemittierende Bauelement 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Vergleich mit der herkömmlichen Anordnung, die Dicke um 200 μm von 800 μm auf 600 μm zu verringern und auch die Länge in der Längsrichtung um 600 μm von 1600 μm auf 1000 μm zu verkürzen.
Ferner kann, wie es in 4 veranschaulicht ist, das erfindungsgemässe lichtemittierende Bauelement so modifiziert werden, dass das lichtdurchlässige Harz 16, das auf das isolierende Substrat 17 aufgebracht ist, in verschiedenen Linsenformen ausgebildet wird. Z. B. wird, wie es in 4(a) veranschaulicht ist, das lichtdurchlässige Harz 16 in der Form einer konvexen Linse mit einem halbkugelförmigen, vorstehenden Abschnitt ausgebildet, oder es wird, wie es in 4(b) veranschaulicht ist, in Form einer konvexen Linse ausgebildet, die als ausgesparter, halbkugelförmiger Abschnitt vorhanden ist. Darüber hinaus kann, wie es in den 5(a) und 5(b) veranschaulicht ist, das lichtdurchlässige Harz 16 in Form einer Stablinse mit halbzylindrischem Abschnitt gegossen werden.
Wenn das lichtdurchlässige Harz 16 linsenförmig ausgebildet wird, werden an pressende Spanneinrichtungen, die für die jeweiligen Linsenformen geeignet sind, auf eine Lage des lichtdurchlässigen Harzes 16 aufgedrückt, wenn diese Lage auf dem isolierenden Substrat 17 mit darauf befindlichen LED-Chips 14 aufgelegt und unter Wärme angedrückt wird.
Das lichtdurchlässige Harz 16, das auf diese Weise zu verschiedenen Linsenformen ausgebildet wurde, ermöglicht es, Licht wirkungsvoller zu konvergieren, was die Leuchtkraft des Bauelements verbessert.
Darüber hinaus kann, wenn die LED-Chips 14 durch das lichtdurchlässige Harz 16 abgedichtet sind, das isolierende Substrat 17 innerhalb eines metallischen Formwerkzeugs mit vorgegebener Form angeordnet werden, anstatt dass die Lage aus lichtdurchlässigem Harz 16 verwendet wird, und es kann lichtdurchlässiges Harz 16 in geschmolzenem Zustand in das metallische Formwerkzeug eingegossen werden. Auch in diesem Fall ist es möglich, da die jeweiligen Durchgangslöcher 11 im isolierenden Substrat 17 mit dem leitenden Verbindungsmittel 13 gefüllt sind, zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Harz 16 in geschmolzenem Zustand zur Unterseite des isolierenden Substrats 17 herunterrinnt.
6 ist eine Schnittansicht, die ein lichtemittierendes Bauelement 20 ohne Durchgangslöcher zeigt. Bei diesem lichtemittierenden Bauelement 20 ist ein Paar Elektrodenmuster 22, die im mittleren Abschnitt in X-Richtung eines isolierenden Substrats 27 voneinander getrennt sind, auf der Oberseite und der Rückseite des isolierenden Substrats 27 entlang den jeweiligen Seiten dieses isolierenden Substrats 27 angebracht. Auf dieselbe Weise wie beim vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiel überbrückt der LED-Chip 24, die gepaarten Elektrodenmuster 20, wobei eine Fläche 24c mit einem pn-Übergang nicht-parallel zum isolierenden Substrat 27 gehalten wird, am wünschenswertesten rechtwinklig zu diesem. Der LED-Chip 24 und die Elektrodenmuster 22 werden unter Verwendung eines leitenden Verbindungsmittels 25 so miteinander verbunden, dass sie in leitendem Zustand verbleiben. Ferner werden das leitende Verbindungsmittel 25 und der LED-Chip 24 durch einen lichtdurchlässigen Kleber 26 abgedichtet, der auf dem isolierenden Substrat 27 ausgebildet wird. Hierbei bestehen das isolierende Substrat 27, die Elektrodenmuster 22, der LED-Chip 24 und das leitende Verbindungsmittel 25 jeweils aus denselben Materialien wie das isolierende Substrat 17, die Elektrodenmuster 12, der LED- Chip 14 bzw. das leitende Verbindungsmittel 15 beim ersten Ausführungsbeispiel.
Das lichtemittierende Bauelement 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird dadurch hergestellt, dass ein LED-Chip 24 auf einer Lage des isolierenden Substrats 27 montiert wird, das auf vorgegebene Grösse geformt wurde. Daher sind weder Durchgangslöcher noch ausgesparte Abschnitte im isolierenden Substrat 27 vorhanden.
Bei diesem lichtemittierenden Bauelement 20 ist es erforderlich, entlang der gesamten Umfangskante des isolierenden Substrats 27 für Bereiche zu sorgen, an denen ein metallisches Formwerkzeug, eine Spanneinrichtung oder andere Teile angreifen können, die verhindern, dass das lichtdurchlässige Substrat 26 im geschmolzenen Zustand zur Unterseite des isolierenden Substrats 27 herunterrinnt. Aus diesem Grund sind die Längen in der Längsrichtung und der Breitenrichtung des isolierenden Substrats 27 geringfügig grösser als die beim lichtemittierenden Bauelement 10 des vorstehend genannten Ausführungsbeispiels. Jedoch benötigt das lichtemittierende Bauelement 20 keinen Bonddraht, was dasselbe wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel ist. Daher ermöglicht es dieses lichtemittierende Bauelement 10 im Vergleich mit einem herkömmlichen lichtemittierenden Bauelement, die Dicke des lichtdurchlässigen Harzes 26 zu verringern, wodurch das Bauelement miniaturisiert werden kann.
Auch beim lichtemittierenden Bauelement 20 kann das lichtdurchlässige Harz 26, das auf dem isolierenden Substrat 27 anzubringen ist, mit verschiedenen Linsenformen ausgebildet werden.
Ausführungsbeispiel 2
Unter Bezugnahme auf 7 erörtert die folgende Beschreibung ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei sind zum Vereinfachen der Erläuterung diejenigen Teile, die dieselben Funktionen wie beim Ausführungsbeispiel 1 haben und die dort beschrieben sind, mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und die Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.
Wie es in 7(a) dargestellt ist, ist das lichtemittierende Bauelement 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit zwei LED-Chips 14 versehen, die auf ei nem isolierenden Substrat 17 angeordnet sind. Um das lichtemittierende Bauelement 30 mit diesem Aufbau zu erhalten, wird zunächst eine Anzahl von LED-Chips 14 auf einer Lage des isolierenden Substrats 17 montiert, und dieses isolierende Substrat 17 wird durch lichtdurchlässiges Harz 16 ganz abgedichtet, wie es in den 2(a) bis 2(f) dargestellt ist. Danach werden das isolierende Substrat 17 und das lichtdurchlässige Harz 16 in diesem Zustand trennenden Schnitten entlang den Trennungslinien 19a unterzogen, die sich in der Y-Richtung erstrecken, d. h. in der Achsenrichtung des isolierenden Substrats 17. Dann werden das isolierende Substrat 17 und das lichtdurchlässige Harz 16 erneut trennenden Schnitten in der X- Richtung so unterzogen, dass zwei in Y-Richtung einander benachbarte LED-Chips 14 eine integrale Einheit bilden; so wird das lichtemittierende Bauelement 20 auf einfache Weise hergestellt.
Ferner kann, wie es in 7(b) veranschaulicht ist, eine andere Anordnung vorgeschlagen werden, bei der Durchgangslöcher 11, die später ausgesparte Bereiche 11 min bilden, vorab in den Ecken der Installationsposition der zwei LED-Chips 14 (Bereich, auf dem die LED-Chips 14 montiert werden) auf solche Weise ausgebildet werden, dass sie die LED-Chips 14 umgeben. Bei dieser Anordnung sind die ausgesparten Abschnitte 11 min, nachdem das isolierende Substrat 17 entlang den durch die Durchgangslöcher 11 gehenden Trennungslinien zerschnitten wurde, in den vier die zwei LED-Chips 14 umgebenden Ecken ausgebildet.
Auch in diesem Fall reichen die jeweiligen Elektrodenmuster 12 bis zur Unterseite des isolierenden Substrats 17, und zwar ausgehend von seiner Oberseite durch die Durchgangslöcher 11 hindurch (entsprechend den ausgesparten Abschnitten 11 min, nachdem das isolierende Substrat 17 zerteilt wurde), auf gebogene Weise entlang der Unterseite des isolierenden Substrats 17. So sind die LED-Chips 14 mittels eines leitenden Verbindungsmittels 15 mit den durch jedes Durchgangsloch 11 unterteilten Elektrodenmustern 12 verbunden, wobei der leitende Zustand durch das Verbindungsmittel aufrechterhalten wird.
Bei dieser Anordnung werden die Durchgangslöcher 11, die vorab auf solche Weise ausgebildet sind, dass sie die Anbringungspunkte der zwei LED-Chips 14 umgeben, als Zielpunkte angesehen, wenn trennenden Schnitte ausgeführt werden, so dass die einander in der V-Richtung benachbarten beiden LED-Chips 14 eine einstückige Einheit bilden. Dies ermöglicht es, den trennenden Schneidpro zess einfacher auszuführen.
Darüber hinaus kann auch in diesem Fall das lichtemittierende Bauelement 30 so hergestellt werden, dass zwei LED-Chips 14 auf einem isolierenden Substrat 17 montiert werden, das vorab mit einer vorgegebenen Form hergestellt wurde.
Ferner soll beim erfindungsgemässen lichtemittierenden Bauelement die Anzahl von LED-Chips nicht auf eins oder zwei begrenzt sein: zum Beispiel können drei oder mehr LED-Chips angebracht werden. Auch in diesem Fall kann das lichtemittierende Bauelement auf die folgende Weise hergestellt werden. Nachdem Anzahl von LED-Chips auf einem isolierenden Substrat montiert wurde und sie durch lichtdurchlässiges Harz abgedichtet wurden, wird das Substrat trennenden Schnitten unterzogen, die es in Teile unterteilt, von denen jedes die gewünschte Anzahl von LED-Chips enthält. Ferner kann das lichtemittierende Bauelement dadurch hergestellt werden, dass eine vorgegebene Anzahl von LED-Chips auf einem isolierenden Substrat montiert wird, das vorab mit einer vorgegebenen Form hergestellt wurde.
Hierbei werden, da die Durchgangslöcher 11 mit dem leitenden Verbindungsmittel 13 aufgefüllt sind, mehrere LED-Chips 14 so auf dem isolierenden Substrat 17 angebracht, dass sie leitend miteinander verbunden sind. Wenn ein lichtemittierendes Bauelement mit mehreren LED-Chips verwendet wird, ermöglicht es diese Anordnung, die Abschnitte zu verringern, an die Spannung anzulegen ist.
Ausserdem kann beim lichtemittierenden Bauelement 30 gemäss der Erfindung das lichtdurchlässige Harz 16, das auf dem isolierenden Substrat 17 anzubringen ist, auch in Form verschiedener Linsen an Orten ausgebildet werden, die den jeweiligen LED-Chips 14 entsprechen, auf dieselbe Weise wie bei den vorstehend angegebenen Ausführungsbeispielen.
Ausführungsbeispiel 3
Unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 erörtert die folgende Beschreibung noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8(a) ist eine Draufsicht, die ein lichtemittierendes Bauelement 40 in teilwei ser Explosionsdarstellung zeigt, das noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft; 8(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 8(a).
Das lichtemittierende Bauelement 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit einem isolierenden Substrat 47 mit rechteckiger Form sowie einem LED-Chip 44 versehen, der auf diesem isolierenden Substrat 47 angeordnet ist. Das isolierende Substrat 47 besteht aus glasigem Epoxidharz, einem Verbundmaterial oder anderen Materialien, auf dieselbe Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen.
Das isolierende Substrat 47 ist an seinen jeweiligen Enden in der X-Richtung, d. h. in der Längsrichtung, mit ausgesparten Abschnitten 41' versehen. Jeder ausgesparte Abschnitt 41' verfügt über halbzylindrische Ausschnittsform. Ein Paar rechteckiger Elektrodenmuster (erste und zweite Elektrode) 42 sind auf der Oberseite des isolierenden Substrats 47 angebracht. Die paarweisen Elektrodenmuster 42 sind im mittleren Abschnitt des isolierenden Substrats 47 in der Längsrichtung mit einem vorgegebenen Zwischenraum voneinander beabstandet.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bedecken die jeweiligen Endabschnitte der Elektrodenmuster 42 die ausgesparten Abschnitte 41' im isolierenden Substrat 47. Anders gesagt, wirken die jeweiligen Elektrodenmuster 42 auch als Abdichtungsteile, die die ausgesparten Abschnitte 41' bedecken.
Ferner sind Metallschichten 43 auf die jeweiligen Enden der Unterseite des isolierenden Substrats 47 in der Längsrichtung aufgeschichtet. Die Metallschichten 43, die durch die Innenseiten der ausgesparten Abschnitte 41' im isolierenden Substrat 47 gehen, sind an den Rückseiten der Elektrodenmuster 42 befestigt, die die ausgesparten Abschnitte 41' bedecken.
Der LED-Chip 44 überbrückt die gepaarten Elektrodenmuster 42, die auf der Oberseite des isolierenden Substrats 47 angeordnet sind. Der LED-Chip 44 besteht aus einer n-seitigen Halbleiterschicht 44a und einer p-seitigen Halbleiterschicht 44b, die in einem pn-Übergang zusammengefügt sind, auf dieselbe Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen. Ferner ist eine n-seitige Elektrode 44d auf der Oberseite der n-seitigen Halbleiterschicht 44a aufge bracht. Eine p-seitige Elektrode 44e ist auf der Oberseite der p-seitigen Halbleiterschicht 44b aufgebracht. Hierbei ist der LED-Chip 44 zwischen den gepaarten Elektrodenmustern 42 auf solche Weise angebracht, dass im Überbrückungszustand von einem Elektrodenmuster 42 zum anderen Elektrodenmuster 42 eine Fläche 44c mit dem pn-Übergang, die die Verbindungsfläche zwischen der n-seitigen Halbleiterschicht 44a und der p-seitigen Halbleiterschicht 44b ist, nicht-parallel zum isolierenden Substrat 47 gehalten wird, speziell und wünschenswerterweise, rechtwinklig hierzu. In diesem Fall sind die nseitige Elektrode 44d und die p-seitige Elektrode 44e jeweils rechtwinklig zu den Elektrodenmustern 42 angeordnet.
Die Elektrodenmuster 42 werden unter Verwendung eines leitenden Klebemittels 45 wie Lot, Ag-Paste oder Cu-Paste mit der n-seitigen Elektroden 44d und der p-seitigen Elektrode 44e verbunden, so dass sie in leitendem Zustand zueinander gehalten werden.
Der LED-Chip 44 und das leitende Verbindungsmittel 45 auf dem isolierenden Substrat 47 werden durch ein lichtdurchlässiges Harz 46 wie Epoxidharz, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), Phenoxyharz, Acrylatharz oder PES-Harz abgedichtet. Das lichtdurchlässige Harz 46 wird in Quaderform gegossen, die den jeweiligen Endflächen des isolierenden Substrats 47 folgt.
Die 9(a) bis 9(c) sind Schnittansichten, die den wesentlichen Teil es isolierenden Substrats 47 bei Herstellprozessen für das lichtemittierende Bauelement 40 zeigen. Zunächst werden, wie es in 9(a) dargestellt ist, Durchgangslöcher 41 mit jeweils runder Form matrixförmig mit einer Schrittweite von 1,1 mm in der X-Richtung (d. h. in der Längsrichtung des lichtemittierenden Bauelements 40) und mit einer Schrittweite von 0,6 mm in der zur X-Richtung rechtwinkligen Y-Richtung (d. h. in der Breitenrichtung des isolierenden Substrats 47) matrixförmig ausgebildet. Dann wird eine Metallfolie 42a wie eine Kupferfolie auf die gesamte Oberfläche des isolierenden Substrats 47 auflaminiert. Demgemäss werden die Durchgangslöcher 41 im isolierenden Substrat 47 vollständig mit der Metallfolie 42a bedeckt. Hierbei werden, wie es später beschrieben wird, die ausgesparten Abschnitte 41' durch Zerschneiden der Durchgangslöcher 41 entlang Trennlinien hergestellt, die jeweils durch die Mitte der Durchgangslöcher 41 gehen.
Danach wird, wie es in 9(b) veranschaulicht ist, die Metallfolie 42a für jedes im isolierenden Substrat 47 ausgebildete Durchgangsloch 41 zu rechteckiger Form gemustert. Demgemäss werden die Elektrodenmuster 42, von denen jedes Rechteckform aufweist und jedes Durchgangsloch 41 auf konzentrische Weise bedeckt, jeweils in voneinander getrenntem Zustand ausgebildet.
Danach wird das isolierende Substrat 47 an seiner gesamten Unterseite einem Kupferplattierungsprozess unterzogen. Danach werden Plattierungsprozesse für Nickel und Gold (oder mit Silber und Palladium) darauf ausgeführt. In diesem Fall werden auch die Innenflächen der Durchgangslöcher 41 und die gesamten Rückseiten der Elektrodenmuster 42, die die Durchgangslöcher 41 bedecken, den Plattierungsprozessen unterzogen. Im Ergebnis wird auf der gesamten Unterseite des isolierenden Substrats 47, auf den Innenseiten der Durchgangslöcher 41 und auf den Rückseiten der Elektrodenmuster 42, die die Durchgangslöcher 41 bedecken, eine Metallschicht 43a ausgebildet.
Danach wird, wie es in 9(c) veranschaulicht ist, die Unterseite des isolierenden Substrats 47 so gemustert, dass die Metallschicht 43a im mittleren Abschnitt zwischen benachbarten Durchgangslöchern 41 aufgetrennt wird. Stücke der Metallschicht 43, von denen jedes auf die Rückseite des Elektrodenmusters 42 plattiert ist, das auf der Oberseite des isolierenden Substrats 47 angebracht ist und das durch das Durchgangsloch 41 geht, werden jeweils getrennt voneinander ausgebildet.
Anders gesagt, bedeckt jedes Stück der Metallschicht 43, die aus Kupfer, Nickel und Gold besteht, die Innenfläche jedes Durchgangslochs 41, und es bedeckt auch die Umfangsfläche des Durchgangslochs 41 mit Rechteckform an der Unterseite des isolierenden Substrats 47.
Ferner kann das folgende Verfahren dazu verwendet werden, die in 9(c) dargestellte Struktur zu erhalten. Zunächst wird ein zweiseitiges Substrat bereitgestellt, das aus einer isolierenden Leiterplatte aus Aramid oder einem anderen isolierenden Material sowie Kupferfolien (Metallschichten) besteht, die der Ober- und Unterseite ausgebildet sind. Dann wird die auf der Unterseite des zweiseitigen Substrats ausgebildete Kupferfolie durch Ätzen in Bereichen entfernt, in der ausgesparte Abschnitte auszubilden sind. Hierbei werden die den Durchgangslöchern 41 entsprechenden ausgesparten Abschnitte, auf denen die Elektroden muster 42 liegen, hergestellt. Dann werden die ausgesparten Abschnitte dadurch ausgebildet, dass ein Laserlichtstrahl auf die Bereiche gestrahlt wird, in denen die ausgesparten Abschnitte auszubilden sind un von denen die Kupferfolie entfernt wurde. In diesem Fall wird hinsichtlich der Abschnitte, in denen die Kupferfolie verblieben ist, dieselbe selbst dann nicht beseitigt, wenn der Laserlichtstrahl eingestrahlt wird. Demgemäss wird hinsichtlich der Bereiche, in denen ausgesparte Abschnitte auszubilden sind und von denen die Kupferfolie entfernt wurde, n die Leiterplatte durch die Einstrahlung des Laserlichtstrahls zersetzt, wodurch die ausgesparten Abschnitte leicht geschaffen werden können.
Danach werden die gesamte Oberseite und die Unterseite des zweiseitigen Substrats, die die Innenwände der ausgesparten Abschnitte enthalten, einem Kupferplattierungsprozess in solcher Weise unterzogen, dass die Plattierungsschichten (Metallschicht auf der gesamten Ober- und Unterseite des zweiseitigen Substrats ausgebildet werden. Ferner werden die auf der Ober- und der Unterseite des zweiseitigen Substrats ausgebildeten Plattierungsschichten Musterungsprozessen hinsichtlich jedes ausgesparten Abschnitts unterzogen. Die Struktur, wie sie in 9(c) veranschaulicht ist, wird dadurch erhalten, dass ferner Plattierungsprozesse mit Nickel und Gold auf den vorstehend angegebenen Flächen angewandt werden.
Zusätzlich können die Durchgangslöcher 41 durch einen Ätzprozess anstatt durch das Einstrahlen eines Laserlichtstrahls hergestellt werden.
10(a) ist eine schematische Draufsicht, die Fixierpositionen auf dem in 9(c) dargestellten Isoliersubstrat 47 angeben, an denen die LED-Chips 44 zu befestigen sind; 10(b) ist eine Schnittansicht entlang der C-C in 10(a).
Im durch 9(c) veranschaulichten Zustand des isolierenden Substrats 47 überbrückt der LED-Chip 44 die in X-Richtung benachbarten Elektrodenmuster 42, wie es durch Linien mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen in 10(a) und 10(b) dargestellt ist.
Danach werden die Elektrodenmuster 42 mit dem überbrückenden LED-Chip 44 unter Verwendung des leitenden Klebemittels 45 mit der n-seitigen Elektrode 44d und der p-seitigen Elektrode 44e verbunden, so dass sie in leitender Verbindung miteinander gehalten werden.
Danach wird, wie es in 11(a) veranschaulicht ist, eine Lage 46a aus einem lichtdurchlässigen Harz auf die Oberfläche des isolierenden Substrats 47 aufgelegt und im Vakuum unter Wärmeeinwirkung angedrückt. So werden die LED-Chips 44 durch das lichtdurchlässige Harz 46 abgedichtet, wie es in 11(b) veranschaulicht ist.
In diesem Fall sind die im isolierenden Substrat 47 vorhandenen Durchgangslöcher 41 mit den Elektrodenmustern 42 bedeckt. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Harz 46 im geschmolzenen Zustand in die jeweiligen Durchgangslöcher 41 fliesst und zur Bodenseite des isolierenden Substrats 47 herunterrinnt.
Daher ist es dann, wenn das lichtdurchlässige Harz 46 im geschmolzenen Zustand auf das isolierende Substrat 47 gedrückt wird, nur erforderlich, ein metallisches Formwerkzeug, eine Spanneinrichtung oder andere Teile, die dazu verwendet werden zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Harz 46 in geschmolzenem Zustand entlang den Seitenflächen des isolierenden Substrats 47 zur Unterseite herunterrinnt, um die Umfangskante des isolierenden Substrats 47 herum anzuordnen.
Anders gesagt, ist es nicht erforderlich, Spanneinrichtungen oder andere Teile um die Kanten der Durchgangslöcher 41 im isolierenden Substrat 47 herum anzuordnen, um zu verhindern, dass das lichtdurchlässige Harz 46 im geschmolzenen Zustand in die Durchgangslöcher 41 fliesst. Dies beseitigt auch das Erfordernis, Bereiche um die jeweiligen Durchgangslöcher 41 herum bereitzustellen, an denen die Spanneinrichtungen angreifen können. Im Ergebnis kann der Abdichtungsprozess unter Verwendung des lichtdurchlässigen Harzes 46 leicht ausgeführt werden. Ferner ist es möglich, den Gesamtaufbau des lichtdurchlässigen Bauelements 40 zu miniaturisieren.
Wie vorstehend beschrieben, hat das lichtemittierende Bauelement 40 gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Anordnung, bei der die Elektrodenmuster 42 von der Oberseite des isolierenden Substrats 47 durch die Innenflächen der Durchgangslöcher 41 zur Bodenseite des isolierenden Substrats 47 heruntergebogen wären, sondern Abschnitte, die Elektrodenanschlüsse werden, werden an der Unterseite des isolierenden Substrats 47 dadurch ausgebildet, dass dort ein Plattierungsprozess ausgeführt wird. Dies ermöglicht es, die lichtemittierenden Bauelemente einfacher herzustellen.
Nachdem das lichtdurchlässige Harz 46 ausgehärtet ist, um die jeweiligen LED-Chips 44 auf dem isolierenden Substrat 47 abzudichten, werden dieses isolierende Substrat 47 und das lichtdurchlässige Harz 46 trennenden Schnitten entlang Trennungslinien 49a unterzogen, die durch die Mitten der in Y-Richtung angeordneten Durchgangslöcher 41 gehen, wie es in 10(a) und 10(b) veranschaulicht ist. Das isolierende Substrat 47 und das lichtdurchlässige Harz 46 werden trennenden Schnitten entlang Trennlinien 49b unterzogen, die sich in X-Richtung zwischen den in Y-Richtung angeordneten Elektrodenmustern 42 erstrecken. Demgemäss kann, wie es in 11(c) veranschaulicht ist, eine Anzahl an lichtemittierenden Bauelementen 40, wie in 8 dargestellt, mit jeweils einem LED-Chip 44 hergestellt werden.
8(b) zeigt ein Beispiel für die Abmessungen eines lichtemittierenden Bauelements 40, das wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Beim lichtemittierenden Bauteil 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde ein quadratischer LED-Chip 44 mit einer Seitenlänge von 300 μm verwendet. In diesem Fall betrug die Dicke des isolierenden Substrats 47, jedes Elektrodenmusters 42 und jeder Metallschicht 43 100 μm, die Dicke des LED-Chips 44 betrug 300 μm und die Dicke des lichtemittierenden, den LED-Chip 44 bedeckenden Harzes 46 betrug 100 μm. Daher war die minimal erforderliche Dicke für das lichtemittierende Bauelement 40 500 μm.
Darüber hinaus betrug im LED-Chip 44 die Länge der n-seitigen Halbleiterschicht 44a und der p-seitigen Halbleiterschicht 44b in Stapelrichtung 300 μm m, und die Längen, die dazu erforderlich waren, die Elektrodenmuster 42 elektrisch mit der n-seitigen Elektrode 44d und der p-seitigen Elektrode 44e über das leitende Verbindungsmittel 45 zu verbinden, betrugen jeweils 350 μm. Daher betrug die Abmessung des lichtemittierenden Bauelements 40 in der X-Richtung 1000 μm (1,0 mm), was die minimal erforderliche Abmessung ist.
Ausserdem können auch beim lichtemittierenden Bauelement 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere LED-Chips 44 auf einem isolierenden Substrat 47 angebracht sein. Ferner kann auch beim lichtemittierenden Bauelement 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das lichtdurchlässige Harz 46, das auf dem isolierenden Substrat 47 anzubringen ist, in seinen Abschnitten, die jeweiligen LED-Chips 44 entsprechen, mit verschiedenen Linsenformen ausgebildet werden, auf dieselbe Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen.

Claims

Lichtemittierendes Bauelement (10) umfassend: – ein isolierendes Substrat (17), in welchem eine erste und eine zweite Aussparung (11') auf dessen beiden Seitenflächen ausgebildet sind, wobei sich die erste und die zweite Aussparung (11') von den Seitenflächen zur Mitte des isolierenden Substrats (17) erstrecken; – einen LED-Chip (14) mit einer p-seitigen Halbleiterschicht (14b) und einer n-seitigen Halbleiterschicht (14a), die an einem p-n-Übergang zusammengefügt sind, und der zwischen der ersten und der zweiten Aussparung (11') angeordnet ist; – eine erste Elektrode (12), die in der ersten Aussparung (11') ausgebildet und mit der p-seitigen Halbleiterschicht (14b) verbunden ist, um an der Unterseite des isolierenden Substrats (17) elektrische Verbindungen herzustellen; – eine zweite Elektrode (12), die in der zweiten Aussparung (11') getrennt von der ersten Elektrode (12) ausgebildet und mit der n-seitigen Halbleiterschicht (14a) verbunden ist, um elektrische Verbindungen an der Unterseite des isolierenden Substrats (17) herzustellen; und – ein lichtdurchlässiges Harz (16) zum Einkapseln des LED-Chips; dadurch gekennzeichnet, dass – die erste und die zweite Aussparung (11') mit einem leitenden Mittel (13) gefüllt sind, das als Abdichtungsglied dient und nach dem Verlöten des lichtemittierenden Bauelements (10) auf einem Basissubstrat auch als Elektrodenanschluß verwendet ist.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche (14c) mit dem pn-Übergang zwischen der p-seitigen Halbleiterschicht (14b) und der n-seitigen Halbleiterschicht (14a) so ausgerichtet ist, dass sie nichtparallel zum isolierenden Substrat (17) verläuft.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Chip (14) so zwischen den Elektroden (12) auf dem isolierenden Substrat (17) angeordnet ist, dass eine Fläche (14c) mit dem pn-Übergang rechtwinklig zum isolierenden Substrat (17) verläuft.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschichten (14a; 14b) und die jeweiligen Elektroden (12) über ein leitendes Verbindungsmittel (15) miteinander verbunden sind.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Verbindungsmittel (15) eine aus Silberpaste und Kupferpaste ausgewählte leitende Paste ist.
Lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Chip (14) die erste und die zweite Elektrode (12) überbrückt.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Elektrode (12) so erstreckt, dass sie die Unterseite des isolierenden Substrats (17) durch die jeweilige Aussparung (11') ausgehend von der Oberseite des isolierenden Substrats (17) erreicht.
Lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtdurchlässige Harz (16) in einem Abschnitt, der dem LED-Chip (14) zugeordnet ist, linsenförmig ausgebildet ist.
Herstellverfahren für ein lichtemittierendes Bauelement, umfassend die folgenden Schritte: – Herstellen mehrerer Durchgangslöcher (11) in einem isolierenden Substrat (17); – Herstellen einer ersten Elektrode (12) und einer zweiten Elektrode (12) zwischen benachbarten Durchgangslöchern (11) auf solche Weise, dass sie voneinander getrennt sind; – Anordnen eines LED-Chips (14) zwischen benachbarten Durchgangslöchern (11), wobei der LED-Chip (14) eine p-seitige Halbleiterschicht (14b) und eine n-seitige Halbleiterschicht (14a) aufweist, die an einem pn-Übergang miteinander in Verbindung stehen; – elektrisches Verbinden der p-seitigen Halbleiterschicht (14b) und der ersten Elektrode (12), während die n-seitige Halbleiterschicht (14a) und die zweite Elektrode (12) elektrisch miteinander verbunden werden; – Füllen der Durchgangslöcher (11) mit einem leitenden Mittel (13); – Bedecken des isolierenden Substrats (17) mit einem lichtdurchlässigen Harz (16) in solcher Weise, dass die LED-Chips (14) auf dem isolierenden Substrat (17) eingekapselt sind; und – Durchtrennen des mit dem lichtdurchlässigen Harz (16) bedeckten isolierenden Substrats (17) entlang einer Schnittlinie, die durch das Durchgangsloch (11) verläuft, und Zerschneiden des isolierenden Substrats (17) in solche Stücke, die jeweils mindestens einen LED-Chip (14) enthalten.
Herstellverfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Herstellen der Durchgangslöcher (11) in einer Matrixanordnung.
Herstellverfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch das Einstellen einer Fläche mit dem pn-Übergang in solcher Weise, dass sie rechtwinklig zum isolierenden Substrat (17) verläuft.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch das Ausbilden der Durchgangslöcher (11) in vier Ecken einer Anbringungsposition für mindestens einen LED-Chip (14) auf solche Weise, dass der LED-Chip (14) von den Durchgangslöchern (11) umgeben ist.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch das Ausbilden der ersten und der zweiten Elektrode (12) in solcher Weise, dass jede Elektrode (12) die Innenfläche des Durchgangslochs (11) und die Oberseite des Substrats (17) bedeckt, wobei die Elektroden (12) hinsichtlich jedes Durchgangslochs (11) voneinander getrennt sind.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim elektrischen Verbinden die Halbleiterschichten (14a, 14b) mit den Elektroden (12) jeweils durch ein leitendes Verbindungsmittel (15) gebondet werden.