JP2005353802A - 発光ダイオード - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光素子を封止する樹脂体を回路基板上に密着力よく形成すると共に、急激な温度変化に対しても前記樹脂体の剥離や内部のボンディングワイヤ等の接触不良を防止することのできる発光ダイオードを提供することである。
【解決手段】 回路基板２２と、この回路基板２２にパターン形成される上面電極部２３と、この上面電極部２３と導通する下面電極部２４と、前記上面電極部２３に実装される発光素子２５と、この発光素子２５を前記回路基板２２上に封止する樹脂体２６とを備えた発光ダイオード２１において、前記上面電極部２３を前記回路基板２２の上面の前記樹脂体２６との接合面における平面方向の接合境界部２９より内側に形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板上に発光素子を樹脂封止して形成される発光ダイオードに関するものである。
従来の発光ダイオードは、特許文献１や特許文献２等に示されているように、電極パターンが形成された回路基板上に発光素子をボンディングワイヤ等によって実装した後、その上方に透光性を有する樹脂体を封止して形成されている。
図６は、上記従来の発光ダイオードの代表的な構造を示したものである。この発光ダイオード１は、一対の素子電極部を有する発光素子３を回路基板２の上面に実装したものである。前記発光素子３は、前記回路基板２の略中央部に実装され、ボンディングワイヤ４を介して前記回路基板２の両端に延びる一対の電極部５と電気的に接続される。前記電極部５は、回路基板２の上面から側面、裏面にかけて形成され、表面及び裏面の略中央部に樹脂面が露出した絶縁部６によって二極に分離されている。封止用の樹脂体７は、前記発光素子３及びボンディングワイヤ４による接続領域全体を全てカバーするように回路基板２上に形成される。
特許第３３９３０８９号 特許第３４３４７１４号
しかしながら、上記従来の発光ダイオード１のように、電極部５を含めた回路基板２の上面全体に樹脂体７を形成することによって、前記電極部５と樹脂体７との接合境界部９（斜線部）において亀裂や剥離が発生することがある。前記電極部５と樹脂体７とは、金属と樹脂による異質の材料同士の接合となるため、それぞれの熱膨張係数の違いによって伸縮率が異なり、前記接合境界部９において大きなストレスが掛かることが原因となっている。特に、発光ダイオード１の信頼性要求として、−４０℃〜＋１００℃程度の熱サイクルを加える熱衝撃試験を行った際に、前記接合境界部９に亀裂や剥離が発生し、最悪の場合、ボンディングワイヤ４の断線に至るケースがある。
このため、従来の発光ダイオード１にあっては、急激な温度変化に弱く、製造段階においても製品不良率が高くなるといった問題があった。
そこで、本発明の目的は、発光素子を封止する樹脂体を回路基板上に密着力よく形成すると共に、急激な温度変化に対しても前記樹脂体の剥離や内部のボンディングワイヤ等の接触不良を防止することのできる発光ダイオードを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、回路基板と、この回路基板にパターン形成される上面電極部と、この上面電極部と導通する下面電極部と、前記上面電極部に実装される発光素子と、この発光素子を前記回路基板上に封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記上面電極部が前記回路基板の上面の前記樹脂体との接合面における平面方向の接合境界部より内側に設けられることを特徴とする。
また、本発明の発光ダイオードは、回路基板と、この回路基板にパターン形成される上面電極部と、この上面電極部と導通する下面電極部と、前記上面電極部に実装される発光素子と、この発光素子を前記回路基板上に封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記上面電極部が前記回路基板の上面の前記樹脂体との接合面における平面方向の接合境界部より内側に設けられると共に、前記下面電極部と外部接続用電極を有するベース基板に固着したことを特徴とする。
本発明に係る発光ダイオードによれば、発光素子が接続される上面電極部を封止用の樹脂体の内側に位置するように回路基板上に設け、前記回路基板と樹脂体の接合境界部が同じ樹脂同士の接合面になるように形成されているので、前記接合境界部での密着強度が高まると共に、周囲の温度が急激に変化した場合にも、前記接合境界部における回路基板と樹脂体との伸縮に極端な差が生じない。このため、前記回路基板と樹脂体との剥離やこの剥離に伴って発生する発光素子やこの発光素子と電極部との接続部分の劣化を防止し、十分な耐久性を維持することができる。
また、前記回路基板の下面に、前記上面電極部と導通する下面電極部を設け、この下面電極部と導通する外部接続用電極を有するベース基板を固着して形成することによって、マザーボード等への表面実装を容易にすることができる。
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態における発光ダイオードの斜視図、図２は前記発光ダイオードの断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明の発光ダイオード２１は、表面２２ａ及び裏面２２ｂにそれぞれ一対の上面電極部２３，下面電極部２４が形成された回路基板２２と、前記上面電極部２３上に実装される発光素子２５と、この発光素子２５を封止する透光性の樹脂体２６とで構成されている。
前記回路基板２２は、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン（Bismaleimide Triazine Resin）等の絶縁材料で四角形状に形成され、表面２２ａ及び裏面２２ｂに施された金属膜を所定パターン形状にエッチングして上面電極部２３と下面電極部２４が形成される。
前記上面電極部２３は、アノード電極２３ａ，カソード電極２３ｂとからなり、表面２２ａの中央部寄りにパターン形成される。下面電極部２４は、前記上面電極部２３と同様にアノード電極２４ａ及びカソード電極２４ｂを備え、前記表面２２ａのアノード電極２３ａ及びカソード電極２３ｂが裏面２２ｂのアノード電極２４ａ及びカソード電極２４ｂにそれぞれスルーホール２７ａ，２７ｂを介して導通形成される。なお、前記裏面２２ｂ側のアノード電極２４ａ及びカソード電極２４ｂの形状や位置は、表面２２ａのアノード電極２３ａ及びカソード電極２３ｂと対称でなくともよい。
前記発光素子２５は、一対の素子電極部を備えた四角形状のチップであり、一方の素子電極部を前記アノード電極２３ａの上にダイボンド実装し、他方の素子電極部と前記カソード電極２３ｂとをボンディングワイヤ２８で接続される。
樹脂体２６は、透光性を有するエポキシまたはシリコーン系の樹脂材によって、前記回路基板２２の表面２２ａ上に発光素子２５、アノード電極２３ａ及びカソード電極２３ｂを完全に内包するようにして成形される。このため、回路基板２２の表面２２ａと樹脂体２６との接合境界部２９（斜線部）は、平面方向における樹脂同士の接合面となっている。
上記説明したように、前記接合境界部２９において、回路基板２２の表面２２ａの上面電極部２３が形成されていない樹脂面と、樹脂体２６の下面の外周部とが樹脂同士によって平面方向で接合されているので、密着強度が強度となる。また、前記接合境界部２９が樹脂同士で接合されているため、熱衝撃試験等において、急激な熱が加えられた場合にも、伸縮の幅や方向が略同じとなり、前記接合境界部２９での亀裂や剥離の発生が抑えられる。これによって、樹脂体２６内に封入されている発光素子２５やこの発光素子２５とアノード電極２３ａ及びカソード電極２３ｂと接続するボンディングワイヤ２８への影響を小さく抑えることが可能となる。
前記発光ダイオード２１は、ガラスエポキシ等の樹脂材で四角形状に形成された回路基板２２の表面２２ａ及び裏面２２ｂに導電膜を形成し、この導電膜をエッチングして所定形状の上面電極部２３及び下面電極部２４を形成する。そして、前記回路基板２２を貫通するように、前記上面電極部２３と下面電極部２４を繋ぐスルーホール２７ａ，２７ｂを形成する。前記上面電極部２３のアノード電極２３ａ上に発光素子２５をダイボンドし、カソード電極２３ｂにボンディングワイヤ２８を介して接続される。最後に前記回路基板２２の表面２２ａ上に透光性を有した樹脂体２６を金型等によって成形して完成する。
図３乃至図５は、前記発光ダイオード２１をマザーボード等の他の実装基板へ実装するためのベース基板３２を設けた第２実施形態の発光ダイオード３１を示したものである。前記ベース基板３２は、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン（Bismaleimide Triazine Resin）等の絶縁材料によって、前記回路基板２２と略同じ大きさに形成される。このベース基板３２には、一対の外部接続用電極部３０ａ，３０ｂが上面の一端から側面及び裏面の一部にかけて形成され、上面側には、前記回路基板２２の裏面側のアノード電極２４ａ及びカソード電極２４ｂと接合され、ベース基板３２の下面は、図４に示したように、マザーボード等の装置基板３０に半田付け実装される。
前記発光ダイオード３１は、図５に示したように、第１実施形態の発光ダイオード２１の裏面に前記ベース基板３２の上面を銀ペースト、あるいは、導電性粒子と接着剤（バインダ）から構成された異方性導電材料を介して接合固着される。異方性導電材料は、接着、導電、絶縁といった３つの機能を同時に備えており、前記導電性粒子は対向する電極同士を電気的に導通させるために、バインダは接合部を機械的に固定するための役割を担う。このような異方性導電材料には、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）と異方性導電ペースト（ＡＣＰ）の２種類がある。前記ＡＣＦは、所定の長さにカットされてアノード電極２４ａ及びカソード電極２４ｂに直接貼り付けられ、前記ＡＣＰは、アノード電極２４ａ及びカソード電極２４ｂに滴下した後、平らにならして塗布される。このようなＡＣＦやＡＣＰは、熱圧着加工により、圧着部における厚み方向に対しては導通性、一方、その圧着部の面方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示す。したがって、前記回路基板２２に設けられたスルーホール２７ａ，２７ｂの深さ方向には導電性を有する一方、接合面の平面方向においては導電性を有しないため、外部接続用電極部３０ａ，３０ｂ同士のショートを有効に防止することができる。
なお、本実施形態では、前記ベース基板３２を回路基板２２と同じ大きさに形成したが、回路基板２２の下面電極部２４とベース基板３２の外部接続用電極部３０ａ，３０ｂとの導通が図られれば、大きさや形状等は問わない。このため、前記ベース基板３２は、装置基板３０に形成される電極パターンの形状等に合わせて形成することができる。
本発明に係る第１実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記第１実施形態の発光ダイオードの断面図である。 本発明に係る第２実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。 上記第２実施形態の発光ダイオードの組立斜視図である。 従来の発光ダイオードの斜視図である。
符号の説明
２１，３１ 発光ダイオード
２２ 回路基板
２３ 上面電極部
２４ 下面電極部
２５ 発光素子
２６ 樹脂体
２７ａ，２７ｂ スルーホール
２９ 接合境界部
３０ａ，３０ｂ 外部接続用電極部
３２ ベース基板

Claims (4)

  1. 回路基板と、この回路基板にパターン形成される上面電極部と、この上面電極部と導通する下面電極部と、前記上面電極部に実装される発光素子と、この発光素子を前記回路基板上に封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、
    前記上面電極部が前記回路基板の上面の前記樹脂体との接合面における平面方向の接合境界部より内側に設けられることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 前記上面電極部と下面電極部は、前記回路基板内を貫通するスルーホールによって導通する請求項１記載の発光ダイオード。
  3. 回路基板と、この回路基板にパターン形成される上面電極部と、この上面電極部と導通する下面電極部と、前記上面電極部に実装される発光素子と、この発光素子を前記回路基板上に封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、
    前記上面電極部が前記回路基板の上面の前記樹脂体との接合面における平面方向の接合境界部より内側に設けられると共に、前記下面電極部と外部接続用電極を有するベース基板に固着したことを特徴とする発光ダイオード。
  4. 前記回路基板は、銀ペースト、あるいは、ペースト状またはフィルム状の異方性導電材料によって、前記ベース基板と導通固着した請求項３記載の発光ダイオード。
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