JP2004356506A - ガラス封止型発光ダイオード - Google Patents

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Iwao Shoji
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Abstract

【課題】本発明は、高信頼性で外部量子効率が高く、部品実装基板の低コスト化を可能にするガラス封止型発光ダイオードを提供する。
【解決手段】ＬＥＤベアチップ１の対向する面に外部から電力を供給するための電極２が設けられ、ＬＥＤベアチップ１を挟むように夫々の電極２に一対のジュメット線３が接続されている。そして、ＬＥＤベアチップ１、電極２及びジュメット線３の一部がガラス４で一体に封止されている。さらに、中心部に貫通穴５を有する円盤状の金属板６がガラス封止部から突出した一対のジュメット線３を貫通穴５に貫通させてガラス４封止の両端部に固定され、半田メッキが施されている。これにより、表面実装が可能なガラス封止発光ダイオードを実現している。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤベアチップをガラス封止した表面実装が可能なガラス封止型発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガラス封止の発光ダイオード（ＬＥＤ）には図４に示すように、ＬＥＤベアチップ３１のアノード電極及びカソード電極の夫々に一対の導入線３３を接続し、ＬＥＤベアチップ３１及び電極と導入線３３との接続部を一体に覆うようにガラス３２によって気密封止したものがある。このような構成の発光ダイオード３０において、導入線３３から供給された電力によってＬＥＤベアチップ３１の活性領域から放射された光は、ＬＥＤベアチップ３１の側面から封止ガラス３２内を導光されて外部に出射される。このとき、ＬＥＤベアチップ３１の活性領域から放射されてＬＥＤベアチップ３１とガラス３２との境界面に到る入射光と、入射光の入射点における境界面の法線との成す角度（入射角）が臨界角よりも小さい場合は境界面に到達した光はＬＥＤベアチップ３１からガラス３２内に出射され、臨界角より大きい場合はＬＥＤベアチップ３１内に反射されてガラス３２内には出射されない。ＬＥＤベアチップと境界面を形成する物質をガラスと空気とで比較した場合、屈折率はガラスの方が大きく、従って臨界角もガラスの方が大きい。このことは、ガラスの方が空気よりも大きな入射角に対して境界面で反射されることなくＬＥＤベアチップから出射されることを意味している。つまり、ＬＥＤベアチップと接する物質を空気より屈折率の大きいガラスにすることでＬＥＤベアチップの活性領域から放射された光のうちのＬＥＤベアチップから出射される割合を高め、外部量子効率（光取出し効率）を改善したものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６１−６７９７１号公報（第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のガラス封止型発光ダイオードは、発光ダイオードを駆動する電力を外部から供給するための導入線が発光ダイオードの両端部から外側方向に延設された構成になっている。このような発光ダイオードをプリント基板に実装するには、両面スルーホールプリント基板のスルーホール穴に導入線を挿入し、半田付けを行なって固定及び電気的導通を図ることになる。しかしながら、近年の電子機器の小型・軽量化に伴い、電子部品においても小型化、表面実装化への取組みが強力に推進されており、従来のガラス封止発光ダイオードで表面実装へ対応するためには、両面スルーホールプリント基板に発光ダイオード以外の表面実装部品をリフロー、ディップ等の半田付け方式で取付けた後に発光ダイオードを手半田で取付けるか或いは、表面実装部品を高温半田で半田付けし、それよりも低い温度で溶融する半田を使用してディップ方式で半田付けをする必要があった。しかしながら、このような方法で従来の発光ダイオードを表面実装部品と同一のプリント基板に実装することによって、
（１） 表面実装部品のみを実装するには片面だけに回路形成をした片面基板で機能を果たすが、従来の発光ダイオードを混在させるためには両面に回路形成した両面スルーホール基板が必要となり、プリント基板がコストアップになる。
（２） プリント基板に表面実装部品を半田付けして実装した後に、従来の発光ダイオードを別途半田付けしなければならないため、プリント基板への部品取付け工数が増え、製造コストが高くなる。
（３） 表面実装部品を高温半田で半田付けし、それよりも低い温度で溶融する半田を使用してディップ方式で半田付けをする場合、２回目の半田付けで表面実装部品に対してストレスが加わり、信頼性に悪影響を及ぼすことになる。
などの問題点が生じる。
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、光半導体部品として高信頼性で外部量子効率が高く、部品が実装されたプリント基板としても高信頼性で低コストが実現できるガラス封止型発光ダイオードを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、対向する面に電極を設けたＬＥＤベアチップを前記電極方向から一対の導入線で挟持し、前記電極を含めた前記ＬＥＤベアチップ及び前記一対の導入線の夫々の一部を一体にガラス封止し、前記ガラス封止の両端部に前記導入線に接合して金属体を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記一対の導入線の夫々が前記金属体から突出しないことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記ガラス封止用のガラスが軟質ガラスであることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から３の何れか１項において、前記一対の導入線の延設方向の、少なくとも最外側面に半田メッキが施してあることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１０】
図１は本発明の実施例を示す横断面図、図２は斜視図、図３は本発明のガラス封止型発光ダイオードをプリント基板に実装した状態の部分断面図である。ガラス封止型発光ダイオードは図１に示すように、ＬＥＤベアチップ１の対向する面に外部から電力を供給するための電極２が設けられ、ＬＥＤベアチップ１を挟むように夫々の電極２に一対のジュメット線３が接続されている。そして、ＬＥＤベアチップ１、電極２及びジュメット線３の一部分がガラス４で一体に封止されている。さらに、中心部に貫通穴５を有する円盤状の金属板６が貫通穴５にガラス４封止部から突出した一対のジュメット線３を貫通させてガラス４封止の両端部に固定されて外側面および円周面に半田メッキが施されている。なお、一対のジュメット線３は金属板６の貫通穴５を貫通して金属板６から突出しないように切断されている。
【００１１】
上述したガラス封止型発光ダイオード１０の作製方法の一例としては、対向する面に電極２を設けたＬＥＤベアチップ１を夫々の電極２方向から一対のジュメット線３で挟み、ガラス４の中心部に設けられた貫通穴７に配設して固定する。
【００１２】
そしてガラス４を加熱して溶融させ、ガラス４とＬＥＤベアチップ１及びジュメット線３との間にあった空間を埋めることにより、ガラス４とＬＥＤベアチップ１とを直接接触させて境界面８を形成する。その後、ガラス４を冷却してＬＥＤベアチップ１のガラス封止を完了するのであるが、冷却時のガラス４の収縮によってＬＥＤベアチップ１の電極２に接触したジュメット線３がＬＥＤベアチップ１方向に応力を受け、ＬＥＤベアチップ１の電極２とジュメット線３との接触がより強固になり、導通が確実なものとなる。
【００１３】
ガラス４の冷却後、中央部に貫通穴５を設けた金属板６を金属板６の貫通穴５にガラス４封止の両端部から突出した一対のジュメット線３を通してガラス４封止の両端部に固定し、ジュメット線３を金属板６に対して突出しないように切取る。
【００１４】
最後に、ガラス４封止の両端部に設けられた金属板６及びジュメット線３の切断部のガラス４封止端部に接する面以外の面に半田メッキ９を施してガラス封止型発光ダイオード１０を完成させる。
【００１５】
本実施例のガラス封止型発光ダイオードの外観形状は図２に示すように円筒状をしており、ガラス４封止の両端部にはジュメット線を介してガラス４封止されたＬＥＤベアチップに電力を供給するための電極となる半田メッキが施された金属板６が設けられている。
【００１６】
図３は本発明のガラス封止型発光ダイオードをプリント基板に実装した状態を示す部分断面図である。プリント基板１１上にアノードとカソード用の各回路電極１２が導電部材で形成されている。そしてプリント基板１１上の各回路電極１２上にガラス封止発光ダイオード１０の電極となる半田メッキ９が施された金属板６が位置するようにガラス封止発光ダイオード１０を配置し、プリント基板１１上の回路電極１２とガラス封止発光ダイオードＬＥＤ１０に設けられた半田メッキ９が施された金属板６とを半田１３付けして電気的導通を施す。これにより、プリント基板１１の回路電極１２間（片側の回路電極は図示せず）に電圧が印加されることによりプリント基板１１に実装されたガラス封止発光ダイオード１０に電流が流れて発光することになる。
【００１７】
なお、上記実施例では、プリント基板に半田付けを行なう部分に金属板を用いた例で説明したが、絶縁基材の表面に金属層を形成した部材を使用しで同様の機能を持たせることもできる。
【００１８】
また、封止用ガラスの材質は軟質ガラスが望ましい。
【００１９】
更に、溶融した封止ガラスを冷却するときに多角柱状に成形し、同時に金属板の形状も封止ガラスの短手方向の断面形状と同一の多角形にすることで外形が多角柱状のガラス封止発光ダイオードも実現可能であるが、その場合、光半導体部品としての寸法、ガラスの成形精度などを考慮すると、四角柱から六角柱の間の形状にすることが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス封止発光ダイオードは、ＬＥＤベアチップがガラスで気密封止されているため、樹脂封止の発光ダイオードに比べてＬＥＤベアチップの耐久性に最も悪影響を及ぼす湿気が外部から進入するのをより強力に阻止し、長期の使用に亘って高い信頼性を維持することができる。また、空気よりも屈折率の大きいガラスがＬＥＤベアチップの出射面に直接接触しており、ＬＥＤベアチップの活性領域から放射されてＬＥＤベアチップの出射面に対して比較的大きい臨界角で到達した光でもガラス内に出射されるため外部量子効率が高い発光ダイオードとなっている。また、プリント基板に対して表面実装が可能であるため、他の表面実装型の部品と一括して実装することができ、片面実装用のプリント基板の使用によるプリント基板の低コスト化及び部品実装工程の簡略化による組立てコストの低減が可能となり、その結果、部品実装基板を組込んだ最終製品の製造コストを低減することに繋がる。また、発光ダイオードの形状を多角柱にすると、プリント基板への実装時にプリント基板上に置いたときにプリント基板に多少の振動があっても容易に移動することがなく、目論んだ位置に確実に実装することができる。などの多くの優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明のガラス封止型発光ダイオードをプリント基板に実装した状態を示す部分断面図である。
【図４】従来のガラス封止型発光ダイオードを示す断面図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤベアチップ
２ 電極
３ ジュメット線
４ ガラス
５ 貫通穴
６ 金属板
７ 貫通穴
８ 境界面
９ 半田メッキ
１０ ガラス封止型発光ダイオード
１１ プリント基板
１２ 回路電極
１３ 半田

Claims (4)

  1. 対向する面に電極を設けたＬＥＤベアチップを前記電極方向から一対の導入線で挟持し、前記電極を含めた前記ＬＥＤベアチップ及び前記一対の導入線の夫々の一部を一体にガラス封止し、前記ガラス封止の両端部に前記導入線に接合して金属体を設けたことを特徴とするガラス封止型発光ダイオード。
  2. 前記一対の導入線の夫々が前記金属体から突出しないことを特徴とする請求項１に記載のガラス封止型発光ダイオード。
  3. 前記ガラス封止用のガラスが軟質ガラスであることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のガラス封止型発光ダイオード。
  4. 前記一対の導入線の延設方向の、少なくとも最外側面に半田メッキが施してあることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のガラス封止型発光ダイオード。
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