JP2006093697A - 静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード - Google Patents

静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード Download PDF

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Abstract

【課題】Ａｌ２Ｏ３基板構造の発光源であるＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップが有する脆弱な静電放電衝撃性を解決できる発光ダイオードを提供する。
【解決手段】リードフレームに静電衝撃保護素子をクリームソルダーで付着した後，熱硬化性樹脂の白色ＴｉＯ２でトランスファーモールド方式により，表面に反射板を有する反射カップを形成し，この表面に反射板を有する反射カップ内部の発光ダイオードダイパッドにＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップをダイボンディング及びワイヤーボンディングし，表面に反射板を有する反射カップの内部に光透過エポキシ樹脂を充填した後，ソーイング工程またはトリミング工程，フォーミング工程により個別化することで，静電放電衝撃に強い高輝度発光ダイオードを製造する。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は，静電放電（ＥＳＤ）衝撃発生の際に，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップを保護するための手段に関し，より詳しくは，銀鍍金された多数列のリードフレームの静電放電衝撃保護素子用ダイパッドの底面に静電放電衝撃保護素子｛半導体抵抗素子（Varistor）または静電圧ダイオード（Zener-Diode）｝をクリームソルダー（Cream Solder）で実装した後，白色熱硬化性樹脂（TiO2）で，トランスファーモールド（Transer Mold）方式の反射板（Reflector）を形成し，この反射板内部の発光ダイオードダイパッド（Die Pad）部にＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップをダイボンディング及びワイヤーボンディングし，反射板内部に光透過エポキシ樹脂を満たした後，ソーイング（Sawing）工程またはトリミング（Trimming）及びフォーミング（Forming）工程により個別化することで構成される静電放電衝撃に強い静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオードに関する。
従来の静電放電衝撃保護用発光ダイオードの構成を，図８ａ及び図８ｂに示す。
図８ａはプラスチック（熱可塑性樹脂）射出材料９２で構成された表面に反射板を有する反射カップ９が形成されたリードフレーム（Lead Frame）と，電圧を印加すると光を発散するＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップ１０と，該ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップ１０に電圧を印加するための導電性金属材料の陰極及び陽極リード４，５とからなり，前記チップ１０は，陰極リード４の端部に形成されたダイパッド上に導電性銀（Ag）接着剤で接着され，陽極リードの端部のパッド部に静電圧ダイオードチップＺが銀接着剤で接着され，陰極リード４及び陽極リード５の端部とワイヤー１１でボンディングされることにより，陰極リード４と陽極リード５とが互いに電気的に接続される構成である。
また，図８ｂは，プラスチック（熱可塑性）射出材料９２で構成された表面に反射板を有する反射カップ９１が形成されたリードフレームと，電圧を印加すると光を発散するＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップ１０と，前記ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップ１０に電圧を印加するための導電性金属材料の陰極リード４及び陽極リード５とからなり，静電圧ダイオードチップＺが陰極リード４の端部に形成されたダイパッド上に導電性銀接着剤で接着され，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードチップ１０がゴールドバンプ（Au Bump），またはソルダーバンプ（Solder Bump）で静電圧ダイオードチップＺの上部面に付着された後，陰極リード４及び陽極５の端部とワイヤー１１でボンディングされることにより，陰極リード４と陽極リード５が互いに電気的に接続される構成である。
このような２種の形態の技術のように，工程の進行後，前記チップ１０，ダイオードチップＺを外部から保護するために絶縁材料の光透過エポキシ樹脂１５でモールディングし，陰極リード４及び陽極リード５の他端の一部が外部に露出されるようにして，外部でチップ１０に電圧を印加することができるように構成される。
外部に露出した発光ダイオードの陰極リード４及び陽極リード５を，使用しようとする回路と電気的に接続させると，陰極リード４及び陽極リード５を介してチップ１０に電源が印加されることにより，光半導体素子のチップ１０が発光して機能することができ，モールディング１５は、通常透明エポキシ樹脂を用いて形成し，発光ダイオードチップ１０の種類によって緑色，青色または白色に製造される。
しかし，このように静電圧ダイオードチップＺをプラスチック射出材料９２の表面に反射板を有する反射カップ９１の内部に実装した構造は，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオード１０から放射する光を静電圧ダイオードが吸収するかまたは散乱させて放射方向への光放射を妨害することにより，輝度が少なくとも１５％以上低下する欠点がある。
また，熱可塑性材料であるプラスチック射出材料９２は，表面に反射板を有する反射カップ９１の材料として使用されるが，高温の発光ダイオードの製造工程で変色及び信頼性の低下を誘発させ，熱に弱い特性のため，発光ダイオードチップ１０または静電圧ダイオードチップＺを低温での融着が可能な銀接着剤で接着する方法のみで製造しなければならないという欠点があるため，工程上の生産能力を低下させ，順電圧（VF-Forward Voltage）を増加させるという問題点を発生させることもある。
また，熱可塑性射出材料の表面に反射板を有する反射カップ９１に光透過性エポキシ樹脂１５を充填するため，発光ダイオード素子のゴールドワイヤー（Gold Wire）の電極を短絡させる問題がある。
したがって，本発明は，従来のＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオード素子が有する静電放電衝撃に非常に弱いことを始めとする諸般の問題点を解決するためになされたもので，数千ボルトの静電放電衝撃が発生する時，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系のチップに直接的な衝撃を加えずに静電放電衝撃発生による不良率を画期的に減らすことができ，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップを銀樹脂（Epoxy）で接着せずに高温の共晶接合（Eutectic Bonding）方法で作業を行うことができるので，生産能力を向上させ，順電圧を低下させ，発光ダイオードチップから放射される光と干渉することなく，発光ダイオードの輝度を向上させることができる静電放電衝撃に対する保護機能を有する高輝度発光ダイオードを提供することをその目的とする。
本発明の他の目的は，発光ダイオードチップに熱的ストレスを与えることなく，高熱によって発生する問題を生じない発光ダイオード素子を製造することができる静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオードを提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明によるＬＥＤ光半導体素子は，銀鍍金された多数列のリードフレームの静電放電衝撃保護素子用ダイパッドの底面に静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）をクリームソルダーで実装した後，白色熱硬化性樹脂でトランスファーモールド方式の反射板を作り，この反射板内部の発光ダイオードダイパッド部にＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップをダイボンディング及びワイヤーボンディングし，反射板内部に光透過エポキシ樹脂を満たした後，ソーイング工程またはトリミング及びフォーミング工程により個別化することにより製造される。
すなわち，本発明の静電放電衝撃保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオードは，一対の陰極リード４と陽極リード５からなるリードフレーム１と，前記陰極リード４および陽極リード５の上側に設けられ，発光ダイオードの光を一方向に送るための表面に反射板を有する反射カップ９１と，前記表面に反射板を有する反射カップ９１の内側（陰極および陽極リードと同一平面上）に挿入された静電放電（ＥＳＤ）衝撃保護素子と，前記陰極リード４のダイパッドカップ３に付着されたＧａＮ，ＩｎＧａＮ系のチップ１０と，前記陰極リード４および陽極リード５と発光ダイオードチップ１０の通電のための通電ワイヤー１１と，前記表面に反射板を有する反射カップ９１の内側に設けられる光透過性エポキシ樹脂１５とからなる発光ダイオードにおいて，
前記表面に反射板を有する反射カップ９１がＴｉＯ２系白色熱硬化樹脂９からトランスファーモールド（Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄ）方式により製作され，モールド前に発光ダイオードの光が放射される方向に，表面に反射板を有する反射カップ９１の壁面が位置するところに一つ以上の静電放電衝撃保護素子をクリームソルダー８で付着し，その上にＴｉＯ２系白色熱硬化樹脂９をトランスファーモールディングし，トリミングおよびフォーミングにより個別化されることを特徴とする（請求項１）。
前記発光ダイオードチップ１０と静電放電衝撃保護素子が多数列に配列され，表面に反射板を有する反射カップ９１が多数列構成することができる（請求項２）。
前記白色ＴｉＯ２系白色熱硬化樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１の内部後側面に一つ以上の静電放電衝撃保護素子を内蔵することができる（請求項３）。
前記静電放電衝撃保護素子として半導体抵抗素子を使用することができる（請求項４）。
前記静電放電衝撃保護素子として静電圧ダイオードを使用することができる（請求項５）。
前記白色ＴｉＯ２系熱硬化樹脂９の内部に配置されたＧａＮ，ＩｎＧａＮ系チップ１０上に形成される波長変換蛍光体１２と，前記波長変換蛍光体１２に形成された空気層１４と，前記白色ＴｉＯ２系熱硬化樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１の上部に付着されたＳｉＯ２ガラス１３とをさらに含む構成とすることができる（請求項６）。
前記発光ダイオードチップ１０と静電放電衝撃保護素子７が，多数列に構成された反射板を有する反射カップ９１に多数列に配列することができる（請求項７）。
前記表面に反射板を有する反射カップ９１が，プラスチック射出材料からなり，一つのプラスチック反射板に多数の発光ダイオードチップ１０を互いに異なるダイパッドにそれぞれ配列することができる（請求項８）。
本発明は，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップに直接的な衝撃を加えずに静電放電衝撃発生による不良率を画期的に減らし，静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）を白色の熱可塑性射出材料ではなくＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂とともに使用することにより，高温の共晶接合法で製造することができるので，生産能力を向上させ，順電圧を低下させることができ，このＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂の内部に静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）を実装することにより，発光ダイオードチップから放射される光と干渉することなく，発光ダイオードの輝度を向上させることができ，反射板を有する反射カップ空間に静電圧ダイオードを実装し，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系のチップを実装することによりダイボンディング及びワイヤーボンディングを行う作業上の困難さを解消することができるので，画期的な生産性の向上効果を得ることができる。
また，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂から形成する表面に反射板を有する反射カップの内部において，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂の上部にＳｉＯ２ガラスを接着剤で接着することにより，発光ダイオードチップに熱的ストレスを与えないので，高熱によって発生する種々の問題を生じない発光ダイオード素子を製造することできる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１ａ〜図１ｄは本発明の一実施形態による静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）を内蔵して，静電放電衝撃による不良を減らすことのできる発光ダイオードの内部構造と，これによる極性を示す概略図及び回路図である。
同図に示すように，本発明による静電放電衝撃保護素子を内蔵したＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードの構成は，一対の陽極リード（Anode Lead）５と陰極リード（Cathode Lead）４からなるリードフレーム１と，前記陰極リード４及び陽極リード５の上側に設けられ，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１と，このＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９の内部に静電放電衝撃保護のための静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７と，陰極リードのダイパッドカップ３に付着されているＧａＮ，ＩｎＧａＮ系のチップ１０と，前記陽極リード５及び陰極リード４と発光ダイオードチップ１０の通電のための通電ワイヤー１１と，前記ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９からなる表面に反射板９１を有する反射カップの内部にモールディングされた光透過性エポキシ樹脂１５とからなる。
図２ａ〜図２ｃは本発明の他の実施形態による発光ダイオードの内部構造とこれによる極性を示す概略図及び回路図である。
同図に示すように，本発明の実施形態によるＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードの構成は，一対の陰極リード４と陽極リード５からなるリードフレーム１と，前記陰極リード４及び陽極リード５の上側に設けられ，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１と，このＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９の内部底面に静電放電衝撃保護のための静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７と，陰極リード４のダイパッドカップ３に付着されているＧａＮ，ＩｎＧａＮ系の二つのチップ１０と，前記陽極リード５及び陰極リード４と発光ダイオードチップ１０の通電のための通電ワイヤー１１と，前記ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板９１を有する反射カップの内部に満たされた光透過性エポキシ樹脂１５とからなる。
図３ａ〜図３ｄは本発明のさらに他の実施形態による発光ダイオードの内部構造とこれによる極性を示す概略図及び回路図である。
同図に示すように，本発明の実施形態によるＩｎＧａＮ，ＧａＮ系発光ダイオードの構成は，一対の陰極リード４と陽極リード５からなるリードフレーム１と，前記陰極リード４及び陽極リード５の上側に設けられ，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る反射板を有する反射カップ９１と，このＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１の内部に設けられる，静電気による放電衝撃保護のための静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７と，陰極リードフレーム４のダイパッドカップ３に付着されているＧａＮ，ＩｎＧａＮ系のチップ１０と，前記陽極，リード５及び陰極リード４と発光ダイオードチップ１０の通電のための通電ワイヤー１１と，前記ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１の内部に付着されたＧａＮ，ＩｎＧａＮ系のチップ１０上に塗布された波長変換蛍光体１２と，前記波長変換蛍光体１２上に存在する空気層１４と，前記ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１の上部に位置するＳｉＯ２ガラス１３とからなる。
図４ａ〜図４ｄは本発明のさらに他の実施形態による発光ダイオードの内部構造とこれによる極性を示す概略図及び回路図である。
これは，図３ａ〜図３ｄに示すものと同様であるが，ただＧａＮ，ＩｎＧａＮ系発光ダイオードチップ１０と静電放電衝撃保護素子７が多数列（１〜４列）で構成されている。
図５，図６及び図７は本発明一実施形態，他の実施形態，さらに他の実施形態を構成するための重要な工程上の原副資材を示す図である。
多数列に配列されたダイパッド３と，貫通孔２と，静電放電衝撃保護素子７を付着するためのパッド７１とを含む。
図６は本発明の実施のための第１工程に関する図で，多数列に配列されたダイパッド３と，貫通孔２と，静電放電衝撃保護素子７を付着するためのパッド７１と，このパッド７１に塗布されたクリームソルダー８と，このクリームソルダー８上に付着された静電放電衝撃保護素子７とからなる。
図７は本発明の実施のための第２工程に関する図で，多数列に配列されたダイパッド３と，貫通孔２と，静電放電衝撃保護素子７を付着するためのパッド７１（図５）と，パッド７１に塗布されたクリームソルダー８と，このクリームソルダー８上に付着された静電放電衝撃保護素子７と，半導体リードフレームにモールディングされたＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９とからなる。
以上のように構成される本発明の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオードは，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップ１０の極性と反対の静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７の電極を形成させることにより，数千ボルトの静電気が発生するときに，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系のチップ１０に直接的な衝撃が加わらないように静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７で静電気を導通させることにより，セット及び発光ダイオード素子に静電気が導通されないので，静電放電衝撃発生による不良率を画期的に減らすことができる。
この静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７を白色の熱可塑性射出材料でないＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９とともに使用することにより，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ系の発光ダイオードチップ１０を銀樹脂で接着せずに高温の共晶接合法で解決することができるので，生産能力を向上させ，順電圧を低下させることができる。
また，このＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９の内部に静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）７を実装することにより，発光ダイオードチップから放射される光と干渉しないので，発光ダイオードの輝度を向上させることができる。
また，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９から成る表面に反射板を有する反射カップ９１の内部を透過型エポキシ樹脂で充填せずに，ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂９の上部にＳｉＯ２ガラス１３を接着剤で接着することにより，発光ダイオードチップに熱的ストレスを与えないので，高熱によって発生する問題を生じない発光ダイオード素子を製造することができる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオードに適用可能である。
本発明による静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）をリードフレームの上部（発光チップと同一平面上）に挿入した発光ダイオードの一部断面平面図である。 同一部断面正面図である。 同一部断面側面図である。 同回路図である。 本発明の他の実施形態による静電放電衝撃保護素子（半導体抵抗素子または静電圧ダイオード）をリードフレームの下部（発光チップの反対方向）に挿入した発光ダイオードの一部断面平面図である。 同一部断面正面図である。 同回路図である。 本発明のさらに他の実施形態による発光ダイオードの一部断面平面図である。 同一部断面正面図である。 同一部断面側面図である。 同回路図である。 本発明のさらに他の実施形態による発光ダイオードの一部断面平面図である。 同一部断面正面図である。 同一部断面側面図である。 同回路図である。 本発明の一実施形態を成すための重要な工程上の原副資材を示す平面図及び要部正面図である。 本発明の他の実施形態を成すための重要な工程上の原副資材を示す平面図及び要部正面図である。 本発明のさらに他の実施形態を成すための重要な工程上の原副資材を示す平面図及び要部正面図である。 従来の静電圧ダイオードを発光源のＬＥＤチップの水平方向に内蔵した発光ダイオードの構造を示す要部縦断面図及び回路図である。 従来の静電圧ダイオードを発光源のＬＥＤチップの垂直方向に内蔵した発光ダイオードの構造を示す要部縦断面図及び回路図である。
符号の説明
１ リードフレーム
２ 貫通孔
３ ダイパッドカップ
４ 陰極リード
５ 陽極リード
７ 静電放電衝撃保護素子（チップ）
８ クリームソルダー
９ 白色熱硬化性樹脂
１０ 発光ダイオードチップ
１１ 通電ワイヤー
１２ 波長変換蛍光体
１３ ＳｉＯ２ガラス
１４ 空気層
１５ 光透過性エポキシ樹脂
７１ パッド
９１ 反射カップ
９２ プラスチック（熱可塑性）射出材料

Claims (8)

  1. 一対の陰極リードと陽極リードからなるリードフレームと，前記陰極及び陽極リードの上側に設けられ，発光ダイオードの光を一方向に送るための表面に反射板を有する反射カップと，該反射カップの内側に挿入された静電放電衝撃保護素子と，前記陰極リードのダイパッドカップに付着されたＧａＮ，ＩｎＧａＮ系のチップと，前記陰極及び陰極リードと発光ダイオードチップの通電のための通電ワイヤーと，前記反射カップの内側に設けられる光透過性エポキシ樹脂とからなる発光ダイオードにおいて，
    前記反射カップがＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂からトランスファーモールドにより製作され，モールド前に発光ダイオードの光が放射される方向に，前記反射カップの壁面が位置する１箇所以上の静電放電衝撃保護素子を，クリームソルダーで付着し，その上にＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂を，トランスファーモールディングし，トリミング及びフォーミングにより個別化されることを特徴とする静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  2. 前記発光ダイオードチップと静電放電衝撃保護素子が多数列に配列され，表面に反射板を有する反射カップが多数列構成されることを特徴とする請求項１記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  3. 前記白色ＴｉＯ２系白色熱硬化性樹脂から成る表面に反射板を有する反射カップの内部後側面に一つ以上の静電放電衝撃保護素子を内蔵することを特徴とする請求項１記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  4. 前記静電放電衝撃保護素子として半導体抵抗素子を使用することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  5. 前記静電放電衝撃保護素子として静電圧ダイオードを用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  6. 前記白色ＴｉＯ２系熱硬化樹脂の内部に配置されたＧａＮ，ＩｎＧａＮ系チップ上に形成される波長変換蛍光体と，前記波長変換蛍光体に形成された空気層と，前記白色ＴｉＯ２系熱硬化樹脂から成る前記反射カップの上部に付着されたＳｉＯ２ガラスとをさらに含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  7. 前記発光ダイオードチップと静電放電衝撃保護素子が，多数列に構成された反射板を有する反射カップに多数列配列されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
  8. 前記反射カップが，プラスチック射出材料からなり，一つのプラスチック反射板に多数の発光ダイオードチップを互いに異なるダイパッドにそれぞれ配列してなることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の静電放電衝撃に対する保護機能が内蔵された高輝度発光ダイオード。
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