JP2003163378A - 表面実装型発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

表面実装型発光ダイオード及びその製造方法

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恵 堀内
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貴由 道野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱性、信頼性に優れた車載用に好適な表面
実装型ＬＥＤ。 【解決手段】 高熱伝導性のＭｇ系、Ａｌ系、Ｃｕ系等
のメタルコア材料を、射出成形あるいはプレス成形によ
って略立方体形状に成形したパッケージ１の一面１ａに
は、円形の底面１ｂと円錐形状の側面１ｃとを有する凹
部１ｄが形成されている。一面１ａからこれと背中合わ
せの面１ｅにかけて、縦にスリット１ｆが形成されてお
り、そこへ絶縁部材２が充填されている。発光素子であ
るバンプ付きＬＥＤ素子３が、前記絶縁部材２を跨いで
底面１ｃの両電極面にＦＣボンディングにより接合され
ている。アンダーフィル樹脂４が、ＬＥＤ素子３と底面
１ｂとの隙間に充填されている。透明ガラス又は樹脂か
ら成るカバー板５がパッケージ１上面１ａに接合され
て、空気を光の媒質とする内部を封止している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型発光ダ
イオード（以下ＬＥＤと略記する）に関し、更に詳しく
は、特に放熱性・信頼性を重視する車載用（メーター類
やブレーキ等）のランプに好適な表面実装型ＬＥＤ及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤはＡｌＩｎＧａＰやＧａＮ等の化
合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向
電流を通じて可視光又は近赤外光の発光を得るものであ
り、近年、表示をはじめ、通信、計測、制御等に広く応
用されている。一方、近年の電子機器は、高性能化・多
機能化と共に、小型化・軽量化を追求している。更に、
特に放熱性・信頼性が重視される車載用にも適用範囲が
拡大している。そのために電子部品は、プリント基板上
に表面実装できる部品としたものが多い。そしてこのよ
うな電子部品の多くは略立方体形状をしており、プリン
ト基板上の配線パターンにリフロー半田付け等の固着手
段で接続される。ＬＥＤにもこうした要求に応えるもの
が開発されている。
【０００３】このような従来の表面実装型ＬＥＤについ
て、図面に基づいてその概要を説明する。図６は従来の
表面実装型ＬＥＤの縦断面図、図７は他の従来の表面実
装型ＬＥＤの縦断面図、図８は更に他の従来の表面実装
型ＬＥＤの縦断面図である。図６において、５０は表面
実装型ＬＥＤである。５１は両面銅箔張りのガラスエポ
キシ樹脂等より成る配線基板であり、配線基板５１の両
面銅箔部にはメッキレジストをラミネートし、露光現像
して配線パターンを形成し、更にその上に必要な金メッ
キ等の表面処理を施してある。
【０００４】５２は、上面電極５２ａから側面電極５２
ｂを経由して下面電極５２ｃに至る配線パターンである
一方の電極パターンであり、５３は、同じく上面電極５
３ａから側面電極５３ｂを経由して下面電極５３ｃに至
る他方の電極パターンである。５４は、上面電極５２ａ
に一方の電極を銀ペーストによりダイボンディングした
ＬＥＤ素子である。５５はＡｕ線等より成るワイヤであ
り、ワイヤ５５によりＬＥＤ素子５４の他方の電極と上
面電極５３ａとがワイヤボンディングにより接続されて
いる。５６は、ＬＥＤ素子５４、ＬＥＤ素子５４の接続
部及びワイヤ５５等の保護と、ＬＥＤ素子５４の発光を
効果的にすることのために封止している、透光性のエポ
キシ樹脂等から成る封止樹脂である。こうして表面実装
型ＬＥＤ５０が構成されている。
【０００５】図７において、６０は表面実装型ＬＥＤで
ある。６１は耐熱性ポリマー樹脂を光反射面６１ａを含
むように、立体形状に射出成形した成形品に、導電回路
を形成して成るＭＩＤ（立体成形基板：Molded Interco
nnection Device）である。ＭＩＤ６１の上下面には、
メッキ、露光技術等により形成され、銅メッキ、ニッケ
ルメッキ、金メッキ層を積層して成る配線パターンが形
成されている。
【０００６】６２は、上面電極６２ａから側面電極６２
ｂを経由して下面電極６２ｃに至る配線パターンである
一方の電極パターンであり、６３は同じく上面電極６３
ａから側面電極６３ｂを経由して下面電極６３ｃに至る
他方の電極パターンである。その他の構成は、表面実装
型ＬＥＤ５０と同様なので、同じ構成要素には同じ符号
を付して説明を省略する。こうして表面実装型ＬＥＤ６
０が構成されている。
【０００７】図８において、７０は表面実装型ＬＥＤで
ある。７１は、予めプレス成形されたＣｕ系、Ｆｅ系の
材料から成るリードフレームを、耐熱性ポリマーによっ
て光反射面７１ａを含むように立体形状にインサート成
形して成るパッケージである。
【０００８】７２は、上面電極７２ａから側面電極７２
ｂを経由して下面電極７２ｃに至るリードフレームであ
る一方の電極パターンであり、７３は同じく上面電極７
３ａから側面電極７３ｂを経由して下面電極７３ｃに至
る他方の電極パターンである。その他の構成は、表面実
装型ＬＥＤ５０と同様なので、同じ構成要素には同じ符
号を付して説明を省略する。こうして表面実装型ＬＥＤ
７０が構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面実装型ＬＥＤ５０及び６０では、配線基板の熱伝導
性が低いために、ＬＥＤ素子５４、６４の放熱経路が、
２０μｍ〜４０μｍの薄い銅箔パターンのみであり、放
熱性が不十分であった。また、他の従来の表面実装型Ｌ
ＥＤ７０においては、リードフレームの板厚が２００μ
ｍ〜４００μｍと銅箔の１０倍程度となるので、前２者
のＬＥＤに比べれば放熱性は良いのだが、多数個をバッ
チ処理する集合化生産方式が活用できない、金型コスト
が嵩む等、生産性の点で問題があった。更に従来の何れ
のＬＥＤにおいても、ワイヤボンディング、樹脂封止を
採用しているので、車載用などの耐環境性（温度や振動
など）の厳しい条件のもとでは、信頼性が不十分であっ
た。
【００１０】上記発明は、このような従来の問題を解決
するためになされたものであり、その目的は、放熱性、
信頼性に優れた車載用に好適な表面実装型ＬＥＤを提供
することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の手段は、外部接続端子を有するパッケー
ジ上に発光素子を実装した表面実装型発光ダイオードに
おいて、前記パッケージはメタルコア材料より成る略立
方体形状のパッケージであって、該パッケージの一面に
凹部が形成されており、前記一面から前記一面と背中合
わせの面にかけて形成された前記パッケージを縦に２分
するスリットに絶縁部材が充填されており、前記凹部の
底面に前記発光素子が実装され、該凹部内の光の媒質が
空気である前記パッケージの前記一面にカバー板を接合
することにより前記発光素子を封止したことを特徴とす
る。
【００１２】また、前記発光素子は前記スリットを跨い
で実装されたフリップチップであり、該フリップチップ
と前記パッケージの前記凹部の底面との隙間にアンダー
フィル樹脂を充填したことを特徴とする。
【００１３】また、前記凹部は、円形の前記底面から上
部開口へ向かうに従って外側に拡がる円錐形状を成して
いることを特徴とする。
【００１４】また、前記凹部の底面のボンディング部、
並びに前記背中合わせの面の外部接続端子部には、金メ
ッキ等の表面処理が施されていることを特徴とする。
【００１５】また、前記凹部は、略球面の一部であるこ
とを特徴とする。
【００１６】また、前記凹部は、略放物面の一部である
ことを特徴とする。
【００１７】また、前記凹部の内面は、反射膜により被
覆されていることを特徴とする。
【００１８】また、前記カバー板は、透明ガラス又は透
明樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１９】また、前記カバー板は、シート状又は平板
状に形成されていることを特徴とする。
【００２０】また、前記カバー板には、凸レンズ、凹レ
ンズ、フレネルレンズ、セルフォックレンズ又はホログ
ラムレンズのいずれか一つが形成されていることを特徴
とする。
【００２１】また、前述した目的を達成するための本発
明の他の手段は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに
記載の表面実装型ダイオードを製造する方法において、
前記発光ダイオードを多数個取りすることができる集合
状態のパッケージ基板を成形する工程と、該パッケージ
基板に前記スリットを形成して、該スリットに前記絶縁
材料を充填し硬化させる工程と、前記パッケージ基板全
体を覆うカバー板を接合する工程と、集合状態の前記発
光ダイオードをダイシングして、単個の前記発光ダイオ
ードに分割する工程を有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
である表面実装型ＬＥＤの縦断面図、図２はこのＬＥＤ
のパッケージの斜視図である。
【００２３】図１において、１０は表面実装型ＬＥＤで
ある。１は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性の高いＭ
ｇ系、Ａｌ系、Ｃｕ系等のメタルコア材料を、射出成形
あるいはプレス成形によって略立方体形状に成形したパ
ッケージである。パッケージ１の一面である上面１ａに
は、図２にも示すように、円形の底面１ｂ並びに底面１
ｂから開口へ向かって拡がる円錐形状の側面１ｃから成
る、すり鉢状の内面を有する凹部１ｄが形成されてい
る。
【００２４】凹部１ｄの内面は、銀メッキ等によるメッ
キ、蒸着あるいは印刷によって形成された反射膜で被覆
されており、光反射面となっている。パッケージ１の上
面１ａから上面１ａと背中合わせの下面１ｅにかけて、
パッケージ１を縦に２分するスリット１ｆが形成されて
いる。２はスリット２ｆに充填され両側を接合している
エポキシ樹脂又は耐熱性ポリマー等の絶縁部材である。
パッケージ１は、絶縁部材２において電気的に２分割さ
れて一対の電極を構成している。底面１ｂのＬＥＤ素子
ボンディング部並びに下面の外部接続端子部に、それぞ
れボンディング及び接合に適する金メッキ等の表面処理
が施されている。
【００２５】３は予めフリップチップ（ＦＣ）として形
成された発光素子であるバンプ付きＬＥＤ素子であり、
前記絶縁部材２を跨いでパッケージ１の底面１ｃの両電
極面にＦＣボンディングにより接合されている。４はＬ
ＥＤ素子３と底面１ｂとの隙間に充填され、ボンディン
グ部を被覆しているアンダーフィル樹脂である。５はパ
ッケージ１上面に接合して内部を封止している透明ガラ
ス又は透明樹脂から成るシート状又は平板状のカバー板
である。
【００２６】次に、このＬＥＤ１０の製造方法について
説明する。この方法は表面実装型ＬＥＤ１０を多数個同
時に加工することができる集合基板を用いた製造方法で
ある。まず、図３（ａ）に示すように、メタルコア材料
から射出成形又はプレス成形によって、光反射面１ｃを
含む形状に成形し、集合基板状態のパッケージ基板２１
を形成する。
【００２７】次に、図３（ｂ）に示すように、パッケー
ジ基板２１にスリット１ｆを形成する。このとき、スリ
ット１ｆはパッケージ基板２１の外周部を除いて加工
し、パッケージ基板２１がスリット１ｆで分離しないよ
うにしておく。次に、図３（ｃ）に示すように、スリッ
ト１ｆの下部へ絶縁部材２である樹脂を充填して硬化さ
せる。次に、必要箇所へニッケルメッキを下地にして、
金メッキ等の表面処理を施す。
【００２８】次に、図３（ｄ）に示すように、予め金バ
ンプを形成しておいたＬＥＤ素子３のバンプに金−錫ペ
ーストを塗布してから底面１ｂに載置し、リフローす
る。次に、ＬＥＤ素子３と底面１ｂとの隙間にアンダー
フィル樹脂４を注入・充填し、硬化させる。
【００２９】次に、図３（ｅ）に示すように、集合状態
のカバー板５であるカバー基板２５をパッケージ基板２
１に接合する。最後に、ダイシングによって、ＬＥＤ１
０を単個に分離して、図１に示す表面実装型ＬＥＤを得
る。
【００３０】次に、本実施の形態であるＬＥＤ１０の効
果について説明する。ＬＥＤ素子３の接合をＦＣボンデ
ィングによって行ったので、耐衝撃性に優れている。吸
湿性があり、熱膨張の大きな封止樹脂を用いないで、線
膨張係数がパッケージ材料と近似したカバー板５を用い
て封止した場合には、耐湿性、耐熱性に優れている。パ
ッケージ１が熱伝導性の高いメタルコア材料で構成され
ているので、従来のＬＥＤと比べて遙かに放熱性に優れ
ており、大電流が必要で、発熱量の大きい車載用ＬＥＤ
には最適な構成である。また、射出成形又はプレス成形
といった方法で製造できるので、特殊な技術や設備を必
要としない。更に、多数個取りのできる集合基板方式を
用いて、集合状態で同時多数個の製造が可能になるの
で、生産性が高く、高品質な製品とすることができ、製
造コストの削減ができる。
【００３１】なお、本発明は、以上説明した実施の形態
に限定されるものではなく、例えば、図４に示すよう
に、平板状のカバー板５の代わりに、透明樹脂又は透明
ガラスで凸レンズ状に形成したカバー板１５を用いても
よい。カバー板には、他に、凹レンズ、フレネルレン
ズ、セルフォックレンズ又はホログラムレンズのいずれ
か一つが形成されていてもよい。これにより、発射光を
絞れるから高輝度のＬＥＤを得られる。また、図５のパ
ッケージ１１に示すように、光反射面となる凹部１１ｄ
の内面をすり鉢形状の代わりに、略球面形状、若しくは
略放物面形状に形成してもよい。これらの場合、出射光
の直行性がより向上する。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面実装型発光ダイオードのパッケージはメタルコア材
料より成る略立方体形状のパッケージであって、該パッ
ケージの一面に凹部が形成されており、前記一面から前
記一面と背中合わせの面にかけて形成された前記パッケ
ージを縦に２分するスリットに絶縁部材が充填されてお
り、前記凹部の底面に発光素子が実装され、該凹部内の
光の媒質が空気である前記パッケージの前記一面にカバ
ー板を接合することにより前記発光素子を封止したの
で、放熱性、信頼性、耐熱性に優れたＬＥＤパッケージ
を実現することができた。
【００３３】また、集合基板方式によって、同時多数個
の製造が可能になるので、生産効率の高い製造プロセス
を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態であるＬＥＤパッケージを
示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の他の実施形態である表面実装型ＬＥＤ
を示す縦断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態である表面実装型Ｌ
ＥＤを示す縦断面図である。
【図６】従来の表面実装型ＬＥＤを示す縦断面図であ
る。
【図７】他の従来の表面実装型ＬＥＤを示す縦断面図で
ある。
【図８】更に他の従来の表面実装型ＬＥＤを示す縦断面
図である。
【符号の説明】 １、１１ パッケージ １ａ 上面 １ｂ 底面 １ｃ 側面 １ｄ、１１ｄ 凹部 １ｅ 下面 １ｆ スリット ２ 絶縁部材 ３ ＬＥＤ素子 ４ アンダーフィル樹脂 ５、１５ カバー板 １０ 表面実装型発光ダイオード ２１ パッケージ基板 ２５ カバー基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA33 AA43 DA04 DA09 DA12 DA19 DA33 DA34 DA36 DA39 DA76 DA77 DA92

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部接続端子を有するパッケージ上に発
    光素子を実装した表面実装型発光ダイオードにおいて、
    前記パッケージはメタルコア材料より成る略立方体形状
    のパッケージであって、該パッケージの一面に凹部が形
    成されており、前記一面から前記一面と背中合わせの面
    にかけて形成された前記パッケージを縦に２分するスリ
    ットに絶縁部材が充填されており、前記凹部の底面に前
    記発光素子が実装され、該凹部内の光の媒質が空気であ
    る前記パッケージの前記一面にカバー板を接合すること
    により前記発光素子を封止したことを特徴とする表面実
    装型発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 前記発光素子は前記スリットを跨いで実
    装されたフリップチップであり、該フリップチップと前
    記パッケージの前記凹部の底面との隙間にアンダーフィ
    ル樹脂を充填したことを特徴とする請求項１記載の表面
    実装型発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記凹部の底面のボンディング部、並び
    に前記背中合わせの面の外部接続端子部には、金メッキ
    等の表面処理が施されていることを特徴とする請求項又
    は請求項２記載の表面実装型発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記凹部は、円形の前記底面から上部開
    口へ向かうに従って外側に拡がる円錐形状を成している
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
    載の表面実装型発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 前記凹部は、略球面の一部であることを
    特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表
    面実装型発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 前記凹部は、略放物面の一部であること
    を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
    表面実装型発光ダイオード。
  7. 【請求項７】 前記凹部の内面は、反射膜により被覆さ
    れていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいず
    れかに記載の表面実装型発光ダイオード。
  8. 【請求項８】 前記カバー板は、透明ガラス又は透明樹
    脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求
    項７のいずれかに記載の表面実装型発光ダイオード。
  9. 【請求項９】 前記カバー板は、シート状又は平板状に
    形成されていることを特徴とする請求項８記載の表面実
    装型発光ダイオード。
  10. 【請求項１０】 前記カバー板には、凸レンズ、凹レン
    ズ、フレネルレンズ、セルフォックレンズ又はホログラ
    ムレンズのいずれか一つが形成されていることを特徴と
    する請求項８記載の表面実装型発光ダイオード。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項１０のいずれかに
    記載の表面実装型ダイオードを製造する方法において、
    前記発光ダイオードを多数個取りすることができる集合
    状態のパッケージ基板を成形する工程と、該パッケージ
    基板に前記スリットを形成して、該スリットに前記絶縁
    材料を充填する工程と、前記パッケージ基板全体を覆う
    カバー板を接合する工程と、集合状態の前記発光ダイオ
    ードをダイシングして、単個の前記発光ダイオードに分
    割する工程を有することを特徴とする表面実装型発光ダ
    イオードの製造方法。
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