JP2003243719A - 発光ダイオードとその製造方法 - Google Patents

発光ダイオードとその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリットで分離し、スリットに接着樹脂を充
填して一体化した金属基板に、LED素子を実装してカ
バーを接合した発光ダイオードは、動作温度が過酷な用
途に向くが、樹脂による金属基板の接着強度が不十分な
点と、金属基板の上下面にスリットを加工して樹脂を充
填するなど工数の掛かる点を改良する。 【解決手段】 スリット1dで分離した金属基板1の下
面に絶縁材の添え板5を当て、添え板に立てた仕切り5
aをスリットに挟んで接合する。これで金属基板が強固
に一体化される。製造は金属基板をスリットの箇所で分
割して背中あわせにしたブロックをつないだ短冊形の基
板素材の複数個を、仕切りと長穴のある大判の添え板シ
ート上に一面に接合し、基板素材の凹部にLED素子を
実装し、カバー素材を上面に接合して発光ダイオードの
集合体にし、これを縦横にダイシングして分割すること
により、多数の発光ダイオードの完成品を能率よく得
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話のバックラ
イトユニットや種々の車載ランプ、すなわちメーター、
ブレーキランプ、ウインカー、ルームランプ等を構成す
るのに用いる発光ダイオードに関する。
【0002】
【従来の技術】上記のような発光ダイオードの一例とし
て、図6に示すものがあり、同図(A)は斜視図、
(B)は(A)のB−B断面図で、LED(発光ダイオ
ード)素子3をパッケージした表面実装型の部品であ
る。一般に半導体素子を実装する基板にはガラス入りエ
ポキシ樹脂などが多用されるが、図6のものはLED素
子3を金属基板1に実装してある。これは車載用などの
場合、動作条件が非常に過酷で、周囲温度が−40℃〜
120℃に及ぶことがあり、樹脂基板などでは使用に耐
えないためである。その点、金属基板は放熱性がよくて
そのような用途に適し、例えばマグネシウムや銅に銀そ
の他のメッキを施した基板を用いる。
【0003】図6に見るように、金属基板1は上面に凹
部1aを設けてあり、基板を横断する下部のスリット1
bと上部のスリット1cで金属基板1は完全に左右に分
割されているが、スリット1bに接着性の樹脂2を充填
して接合し、一体化してある。図の凹部1aはほぼ楕円
形であるが、円形等であってももちろんよい。LED素
子3はフリップチップ型の素子であり、スリット1cを
またぐように凹部1a内に配置し、下面に設けたバンプ
3aを金属基板1に超音波圧接させるなどして実装して
ある。そして金属基板1の上面に接合した透光性のカバ
ー4で凹部1aを覆っている。このような発光ダイオー
ドのパッケージは金属基板1の長手の下面両端部を、回
路基板の接続電極に半田のリフロー等で接合して実装す
る。
【0004】図7は上記のような発光ダイオードの製造
工程図で、基板素材11を図6(B)と同様の断面図で
示してあるが、実際は基板素材11は上方から平面的に
見た場合、発光ダイオードの基板領域を縦横に多数個隣
接させて含む大判の集合基板素材であり、図7はそのう
ち発光ダイオード1個分の断面を示すものである。
【0005】図7(A)で、まず基板素材11の上面に
凹部11aを座ぐりする。これは図6の凹部1aとなる
もので、図示しないが大判の素材の各基板領域にそれぞ
れ設ける。
【0006】次に図7(B)のように、基板素材11の
下面にスリット11bを切削する。深さは上面の凹部1
1aに達しない範囲である。前述のように、図7の基板
素材11は平面的には上下左右に多数個分の発光ダイオ
ードの基板領域がつながった集合基板素材の一部であ
り、スリット11bは1個の基板領域を何個分も横断し
て平行に複数本形成される。
【0007】次に同図(C)のように、スリット11b
に接着性の樹脂2を充填して固化する。そして同図
(D)のように、上面から、スリット11bに達するス
リット11cを切削する。スリット11cは図6のスリ
ット1cであって、これをLED素子3がまたいで、バ
ンプ3aがスリット1cの両側にそれぞれ位置するので
あり、スリット1cの幅はスリット1bより狭小であ
る。これによって基板素材11は左右に分割されるが、
スリット11bに充填した樹脂2によって接合されて一
体化している。スリット11cも1個の基板領域を何個
分も横断して平行に複数本形成される。
【0008】この後、図6(B)に見るようにLED素
子3をスリット1c(図7では11c)をまたがせて実
装し、上面にカバー4を接合して凹部1a(図7では1
1a)を覆う。カバー4にはガラスやポリイミド樹脂な
ど、透光性の材料を用いる。この段階ではカバー4も、
多数の発光ダイオード領域を縦横に含む大判のシートで
ある。こうしてできた多数の発光ダイオードの集合体
を、各発光ダイオードの境界線に沿ってダイシングすれ
ば、分割された各片がそれぞれ完成品になって、一度に
多数の発光ダイオードが得られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図6の発光ダイオード
は、左右に分割された金属基板1が、下面のスリット1
bに充填した樹脂2で接合されて一体化しているが、ス
リット1bの深さは上面の凹部1aに達しない程度であ
り、樹脂2による接合力が十分でないという問題があ
る。また製造上も、切削によるスリット形成を上下面そ
れぞれに行わねばならず、下面のスリットに樹脂を充填
したら、キュアして固化する工程が必要で工数が増え、
金属基板を切削してスリットを形成するためカッターの
ブレードの寿命が短くて工具費がかさみ、また、スリッ
トの切削時に切削力で基板素材が飛びやすく、作業が簡
単でない、等の問題がある。本発明は発光ダイオードの
新規な構造と製造方法により、これらの問題を解決する
ものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明では、左右の金属基板を一体化するのに、下面に
樹脂等の絶縁材の添え板を当てて接合する。金属基板間
のスリットには添え板の上面に立てた低い塀状の仕切り
を挟み、これを介して接合する。これにより従来のよう
に金属基板間のスリットに接着樹脂を充填するだけなの
に比し、両基板の接合ははるかに強固になる。
【0011】このような構造の発光ダイオードの製造方
法としては、まず短冊形の金属の基板素材を何本も用意
する。これには上面に、長手の両辺に沿って多数の凹部
を設けておく。基板素材は金型を用いて鋳造する。一
方、樹脂製の薄板である添え板シートを用意する。これ
は長さが上記の短冊形の基板素材と同程度で、上面に低
い塀状の仕切りを何列も形成してあり、仕切りと仕切り
の間隔は短冊形の基板素材の幅に等しい。また、添え板
シートの仕切りと仕切りの中間部には、それぞれほぼ上
下両端に達する長穴を仕切りに平行に設けてある。
【0012】短冊形の基板素材を添え板シートの仕切り
と仕切りの間に接着剤で接合して配置する。こうして集
合体となった基板素材上面の各凹部に、フリップチップ
型のLED素子を、仕切りを挟むスリットをまたがせて
実装し、集合体の上面にこれと同程度の面積のカバーを
接合して凹部を覆う。添え板シートの長穴中心を通る線
と、これに直交して上面の凹部の中間を通る線に沿って
この集合体をダイシングすれば、分割された各片がそれ
ぞれ発光ダイオードの完成品になる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図1は本発明の発光ダイオードの斜
視図である。金属基板1をスリット1dで左右に分離
し、上面の凹部1aにフリップチップ型のLED素子3
をスリット1dをまたいで実装し、これを透明なカバー
4で覆った構成は、基本的に図6の従来例と同様である
が、従来例と異なるのは、金属基板1の下面に樹脂製の
添え板5を当てて接合してあることである。添え板5の
上面中央部には塀状の仕切り5aを立ててあって、これ
がスリット1dの幅を決めるとともに、金属基板1のス
リット1dの両端面を仕切り5aの両面に接着剤で接合
してある。
【0014】このように添え板5を設けることによっ
て、金属基板1の一体化が図5の従来例に比し非常に強
固になることが理解される。ただし添え板5の長さは一
体化した金属基板1の長さよりも短くて、両端部は金属
基板1の下面が露出している。この箇所は、発光ダイオ
ードを機器の回路基板に半田のリフロー等で実装する際
の接合部になる。
【0015】次に、このような発光ダイオードの製造方
法を説明する。まず、前述のように短冊形の基板素材を
準備する。図2に4本の基板素材12を示すが、基板素
材12は同図(A)の線14より下の部分である。基板
素材12の上面には長手の両辺に沿って多数の凹部12
aを等間隔に設けてある。換言すれば、基板素材12は
図1の金属基板を中央のスリット1dの箇所で切り離し
て背中合わせにした形状のブロックを、半分になった凹
部1aが長手の両辺に並ぶようにつないだ形状である。
図2(A)の凹部12aの箇所の断面B−Bを同図
(B)に示す。
【0016】基板素材12の材質はマグネシウムあるい
は銅等の金属であり、凹部12aは機械加工で座ぐりす
ることもできるが、金型を用いて凹部12aを持つ形に
鋳造するのがよく、図2は湯口13に複数の基板素材1
2がつながった鋳造上がりの状態である。これを線14
の箇所で切断して個々の基板素材12にする。そして表
面の酸化を防ぎ、実装時の半田の濡れをよくするなどの
ために、適宜、金や銀のメッキを施す。
【0017】別に、図3に示す添え板シート15を用意
する。これはエポキシ樹脂等の薄板で、上面に低い塀状
の突起である仕切り15aを複数列、等間隔に平行に設
けてあり、間隔は図2の短冊形の基板素材12の幅に等
しい。また仕切り15aと15aの中間に、仕切り15
aに平行で長さがほぼ添え板シート15の上下の全長に
近い長穴15bを開けてある。平面図(A)のB−B断
面を図(B)に示す。
【0018】添え板シート15の上面に接着剤をスプレ
ーで吹きつけ、図2の短冊形の基板素材12を添え板シ
ート15の仕切り15aと15aの間全部に置いて接合
する。その状態が図4である。同図(A)は平面図で、
(B)は(A)のB−B断面図であるが、見やすくする
ため図(B)は拡大してある。このように、基板素材1
2の長手の両辺に設けた凹部12aは、隣接する基板素
材12の凹部12aと対になって図1の凹部1aを形成
する。そして仕切り15aによって生じる基板素材12
同士間の隙間が図1のスリット1dになる。
【0019】次に、図5に示すように、添え板シート1
5上に基板素材12を敷き詰めて接合した集合体の上面
の各凹部12aに、仕切り15aの幅をまたぐようにフ
リップチップ型のLED素子3を実装し、集合体の上面
全面に透明なポリイミドなどの大判のカバー素材16を
接合する。これによってパッケージされた発光ダイオー
ドの集合体ができ上がるので、これを各発光ダイオード
を区分する縦横の境界線17、18に沿ってダイシング
する。すると、分割された各片が発光ダイオードの完成
品となって、多数の製品が得られる。図5に見るように
縦の境界線17は添え板シート15の長穴15bの中心
を通るので、図1の完成品は金属基板1の下面の両端が
添え板5よりも突き出していて、回路基板に実装する際
の接合部になる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光ダイ
オードは、金属基板の下面に添え板を設けることによ
り、基板の一体化の強度が従来より大幅に向上する。ま
た製造上も、上下面にスリットを切削したり、スリット
に樹脂を充填したりする工程が不要になって工数が削減
され、生産性が上がる。これによって製品の信頼性の向
上とコストの低減が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光ダイオードの実施形態の斜視図で
ある。
【図2】本発明に用いる基板素材で、(A)は平面図、
(B)は(A)のB−B断面図である。
【図3】本発明に用いる添え板シートで、(A)は平面
図、(B)は(A)のB−B断面図である。
【図4】本発明の添え板シートに基板素材を接合した集
合体で、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B断面
図である。
【図5】本発明の発光ダイオードがつながっている集合
体で、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B断面図
である。
【図6】従来の発光ダイオードで、(A)は斜視図、
(B)は(A)のB−B断面図である。
【図7】図6の発光ダイオードの製造工程図である。
【符号の説明】
1 金属基板 1a、11a、12a 凹部 1b、1c、1d、11b、11c スリット 2 樹脂 3 LED素子 4 カバー 5 添え板 5a,15a 仕切り 11、12 基板素材 13 湯口 15 添え板シート 15b 長穴 16 カバー素材 17、18 境界線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面に凹部を有する金属基板を中央のス
    リットで分割して下面に絶縁材料の添え板を当て、添え
    板に立てた仕切りを前記スリットに挟んで金属基板と添
    え板を接合し、 フリップチップ型のLED素子を前記凹部内にスリット
    をまたぐように実装し、 金属基板上面に透光性のカバーを接合して凹部を覆い、 金属基板は添え板より長くて下面両端が添え板端部より
    突き出していることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の発光ダイオードにおい
    て、 金属基板の材料は銅またはマグネシウムであることを特
    徴とする発光ダイオード。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の発光ダイオードの製造
    方法であって、短冊形の金属の基板素材と樹脂等の絶縁
    材料の添え板シートを準備し、 基板素材は発光ダイオードの金属基板をスリットの箇所
    で分割して背中合わせにした形状のブロックの複数個
    が、上面の凹部が長手の両辺に並ぶようにつながって一
    体化しているものであり、 添え板シートは上面に低い塀状の仕切りを前記基板素材
    の幅に等しい間隔で平行に複数列設け、各仕切りと仕切
    りの中間にこれに平行な長穴を設けたものであり、 基板素材を添え板シートの各仕切りと仕切りの間に置い
    て接合し、 フリップチップ型のLED素子を凹部底面で仕切りをま
    たいで基板素材に実装し、 添え板シートに基板素材を接合したものの全面を覆うカ
    バー素材を、基板素材の上面に接合して発光ダイオード
    の集合体とし、 これを各発光ダイオード領域の境界線に沿ってダイシン
    グすることにより、多数の発光ダイオードを得ることを
    特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の発光ダイオードの製造
    方法において、 短冊形の基板素材は金属材料を金型で鋳造して製作する
    ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
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