JP2006339541A - チップ型ｌｅｄ - Google Patents

Abstract

【課題】 同一パッケージ内に複数のＬＥＤ素子を並列接続封止するチップ型ＬＥＤにおいて、各ＬＥＤ素子間の電流不均衡を生じないチップ型ＬＥＤを提供する。
【解決手段】 複数個のＬＥＤ素子を同一小型基板上に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、前記複数個のＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間との電気的接続に抵抗成分を有するダイボンドペースト材を使用して前記小型基板の共通電極上に前記ＬＥＤ素子をマウントし、前記複数個のＬＥＤ素子の各上面電極と前記小型基板の他の共通電極間との接続にワイヤボンデングを使用した
【選択図】 図４

Description

本発明は発光ダイオード、すなわちＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に係り、一般照明用、携帯電話機搭載カメラのフラッシュ照明用あるいは携帯電話機、携帯機器等の操作キーの照明等に用いる小型チップ型発光ダイオード（以下チップ型ＬＥＤ）の構造に関する。

ＬＥＤは集積回路と同様にウェーハー状で多数個を同時に作製し、個々にスクライブしたベアチップ、すなわちＬＥＤ素子を取扱が容易な小型パッケージに封止して使用に供することが多いが、そのパッケージ形状のひとつがチップ型ＬＥＤであり、前記チップ型ＬＥＤは小型基板に前記ＬＥＤ素子を搭載し、ワイヤボンデングで前記ＬＥＤ素子のアノードあるいはカソードの電極と前記小型基板の電極間との電極配線を行った後に樹脂モールド形成したものである。あるいは、ＬＥＤを更に微細実装する場合は、直接プリント基板等にＬＥＤ素子を搭載し、ワイヤボンデングで前記プリント基板に電極配線を行った後に樹脂モールド形成する場合もある。

ＬＥＤは発光電力効率に優れ、信号表示用のほか、近年は高輝度ＬＥＤによる照明装置としての用途も多い。しかし、高輝度ＬＥＤとはいえ単体のＬＥＤでは使用目的によっては光量不足もあり、複数個のＬＥＤ素子を直列あるいは並列接続して光量の増強を計っている。特にハイパワーが要求される一般照明やフラッシュ照明用には、同一パッケージ内に４個以上の素子を封止することが多い。

ＬＥＤはアノードに正、カソードに負の電圧をかけ、約２Ｖの電圧で電流が流れはじめて発光するが、指数的な電圧電流特性であり、並列接続により駆動する場合はそれぞれの順方向電圧（Ｖｆ）値に依存した電流が流れる。従って、同一パッケージ内での複数のＬＥＤの順方向電圧値ＶｆのばらつきによりそれぞれのＬＥＤに流れる順方向電流値（Ｉｆ）もばらつくため、それぞれのＬＥＤ素子に直列に外部抵抗を接続し、各ＬＥＤの順方向電流値Ｉｆのばらつきを抑える必要がある。また、発光色の異なる赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）黄色（Ｙ）等のＬＥＤ素子を同一パッケージに封止する場合は、各ＬＥＤ素子の順方向電圧値Ｖｆが大きく異なるため、各々のＬＥＤ素子に対して整流、すなわち電流制限のための直列抵抗付加が不可欠になる。

以下図面にもとづいて従来技術におけるＬＥＤ素子の並列接続について説明する。図６ａは一般的なＰＮ接合ＬＥＤ素子の断面構造図であって、６０１はＰ層が上面のＬＥＤ素子である。６０３はＰ層上面に形成したアノード電極、６０４はＮ層下面に形成したカソード電極であって、図示していないが、ＬＥＤをマウントする基板電極上にＮ層下面、すなわちカソードを導電接着して、ワイヤボンデングでアノード電極６０３を引き出す。図６ｂは図６ａに示したＬＥＤ６０１の等価回路図であって、順方向電圧、すなわちアノード電極６０３に正電圧、カソード電極６０４に負電圧を印加することでＬＥＤ６０１を点灯する。

図７は一般的なＬＥＤの電圧電流特性図であって発光色の異なる赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）黄色（Ｙ）のＬＥＤ素子の電圧電流特性例を符号Ｒ、Ｇ、Ｙで示す。各ＬＥＤは２Ｖ付近から急峻な立ち上がり特性を示しているが、それぞれ異なる電圧電流特性である。

さらに同一色調のＬＥＤであっても、個々のＬＥＤ素子毎に電圧電流特性は僅かながら差異があり、ＬＥＤの電圧電流特性が急峻な立ち上がり特性であることから、僅かな特性の違いであってもＬＥＤ素子を並列接続すると電流の不均衡を生ずる。従って、従来技術においては以下に説明する方法で並列接続したＬＥＤの電流均衡を実現していた。

すなわち、図８ａは従来技術のＬＥＤ素子の並列接続回路図であって、同一パッケージのそれぞれのＬＥＤ素子に対応した抵抗を付加する方法である。符号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎに示す各ＬＥＤ素子に符号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｎの各電流制限抵抗を各々対応して直列接続してある。あるいは、ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎを搭載するパッケージは小型に形成するためこの電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ＲｎはＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎのパケージ外のプリント基板等に実装することもあり、さらにはプリント基板に電流制限抵抗として印刷抵抗を形成する場合もある。

図８ｂは従来技術のＬＥＤ素子のもうひとつの並列接続回路図であって、同一パッケージ内のＬＥＤ素子の電圧電流特性を厳密に揃える方法である。符号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎに示す各ＬＥＤ素子はあらかじめ点灯に適した一定の順方向電流Ｉｆを流し、このときの順方向電圧値Ｖｆを測定して分類するのであるが、この順方向電圧値Ｖｆの分類幅を細分化して、同一分類したＬＥＤを同一パッケージに搭載して並列接続するのである。従って、この場合はＬＥＤ素子の順方向電圧特性が揃っているので電流制限抵抗は符号Ｒで示す１個の電流制限抵抗で良いため電流制限抵抗の実装面積を縮小化することができる。

特開２００２−３４４０２３号公報 特開２００４−１７９３７２号公報

しかしながら、図８ａにより説明した従来技術における複数のＬＥＤ素子を並列接続にする方法にあっては、ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎそれぞれに対応した電流制限抵抗を付加する必要があるため、実装面積やコスト増大の要因となる。さらに、電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ＲｎをＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎのパケージ外のプリント基板等に実装する場合はチップ型ＬＥＤのパッケージ内の各ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎ毎にカソード端子配線を外部に引き出す必要があり、パッケージ形状の増大とコスト増大を招く結果となる。

また、図８ｂにより説明した従来技術における複数個のＬＥＤ素子を並列接続する方法にあっては、同一パッケージに封止するＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎの順方向電圧電流特性の分類幅の細分化を強いられ、工程増とコスト増大を招くという問題があった。

（発明の目的）
すなわち、本発明の目的は、前記図８ｂにより説明した同一パッケージ内に順方向電圧Ｖｆを揃えた複数のＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎを並列接続して封止するチップ型ＬＥＤにおいて、各ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎの順方向電圧電流特性の分類精度を緩和し、かつ、同一パッケージ内に前記複数個のＬＥＤ素子を並列接続構成としても各ＬＥＤ素子間の電流不均衡を生じないチップ型ＬＥＤを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、複数個のＬＥＤ素子を同一小型基板上に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、前記複数個のＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間との電気的接続に抵抗成分を有するダイボンドペースト材を使用して前記小型基板の共通電極上に前記ＬＥＤ素子をマウントし、前記複数個のＬＥＤ素子の各上面電極と前記小型基板の他の共通電極間との接続にワイヤボンデングを使用したことを特徴とする。

すなわち、前記抵抗成分を有するダイボンドペースト材は前記複数個のそれぞれのＬＥＤ素子に対して各々の直列抵抗成分とすることで、前記複数個のＬＥＤ素子の電圧電流特性の勾配を個々に緩和し、前記複数個のＬＥＤ素子を並列接続しても各ＬＥＤ素子間の電流不均衡を少なくするのである。

また、前記複数個のＬＥＤ素子を搭載し、各下面電極をダイボンドペースト材により接続する前記小型基板の共通電極は、それぞれのＬＥＤ素子毎に分離し、前記各ＬＥＤ素子のマウントする面以外の前記小型基板の端部で共通接続した電極パターンであることを特徴とする。

すなわち、前記各ＬＥＤ素子をマウントする電極面を分離することで隣接するＬＥＤ素子の下面電極同士がダイボンドペースト材のはみだしにより短絡することを防止する。

また、発光色が異なる複数個のＬＥＤ素子を前記小型基板に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、各ＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間とを電気的に接続するダイボンドペースト材は各色調のＬＥＤ素子毎に異なる種類のダイボンドペースト材を用いることを特徴とする。

すなわち、前記抵抗成分を有するダイボンドペースト材を各色調のＬＥＤ素子毎に異なる種類のダイボンドペースト材を用いることでそれぞれの色調毎に異なるＬＥＤ素子の順方向電圧に対応した直列抵抗値を持たせ各ＬＥＤ素子間の電流不均衡を少なくするのである。

また、発光色が異なる複数個のＬＥＤ素子を前記小型基板に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、各ＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間とを電気的に接続するダイボンドペースト材は各色調のＬＥＤ素子毎に前記ダイボンドペースト材の層厚が異なることを特徴とする。

すなわち、前記抵抗成分を有するダイボンドペースト材の厚みを各色調のＬＥＤ素子毎に異なる厚さにすることでそれぞれの色調毎に異なるＬＥＤ素子の順方向電圧に対応した直列抵抗値を持たせ各ＬＥＤ素子間の電流不均衡を少なくするのである。

以上のように本発明によれば、同一小型基板上に抵抗成分を有するダイボンドペースト材を使用して複数個のＬＥＤ素子を並列接続搭載することで前記抵抗成分を有するダイボンドペースト材が前記複数個のそれぞれのＬＥＤ素子に対して各々の直列抵抗成分を形成するため前記複数個のＬＥＤ素子の電圧電流特性の勾配を個々に緩和し、前記複数個の各ＬＥＤ素子間の電流不均衡を少なくなり、複数個のＬＥＤ素子を並列接続した強発光チップ型ＬＥＤ、あるいは発光色の異なるＬＥＤ素子の並列混載チップ型ＬＥＤの作製が容易になる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１ａは本発明の実施形態におけるチップ形ＬＥＤの平面図を示す。図１ｂは本発明の実施形態におけるチップ型ＬＥＤの側面図である。図２は本発明の実施形態におけるチップ型ＬＥＤの組立斜視図である。

図１ａ、図１ｂおよび図２において、１００はＬＥＤ素子を１個搭載したチップ型ＬＥＤであって、本発明の基本的な構造を示す。１０１はＬＥＤ素子、１０２は小型基板、１０３は小型基板１０２上に形成したアノード電極、１０４は小型基板１０２上に形成したカソード電極、１０５は前記ＬＥＤ素子１０１のアノードと前記小型基板１０２上に形成したアノード電極１０３を接続するボンディングワイヤ、１０６は前記ＬＥＤ素子１０１下面のカソードと前記小型基板１０２上に形成したカソード電極１０４を接続する抵抗成分を有するダイボンドペースト材であって、前記小型基板１０２上に前記ＬＥＤ素子１０１を固着マウントする抵抗成分を有する導電接着層、１０７は前記小型基板１０２上に搭載した前記ＬＥＤ素子１０１およびボンディングワイヤ１０５等を保護し、かつ前記ＬＥＤ素子１０１の発光を妨げないスモークあるいはクリア樹脂である。なお、図２ではクリア樹脂１０７は省略してある。

すなわち、本発明は図１ａ、図１ｂおよび図２における前記小型基板１０２上に前記ＬＥＤ素子１０１を固着マウントする接着層であるダイボンドペースト材１０６が抵抗成分を有することが特徴的なのである。従って、本発明においてはダイボンドペースト材１０６には抵抗が大きな素材、例えば、通常の導電ペーストにカーボンブラック等を一定の割合で混合してダイボンドペースト材の抵抗成分を積極的に使用することを特徴としている。

図３は本発明の実施形態におけるチップ型ＬＥＤの電圧電流特性図であって、Ｘ軸がＬＥＤへの印加電圧、Ｙ軸がＬＥＤの電流を示す。ここで、３０１は従来のＬＥＤの電圧電流特性を示し、印加電圧範囲３０３における電流変化は３０４に示すように急峻で大きく変化する。３０２は本発明のチップ型ＬＥＤの電圧電流特性を示し、印加電圧範囲３０３における電流変化は３０５に示すように前記従来のＬＥＤの電圧電流特性に比較して電圧電流特性の勾配が大幅に緩和される。

その理由は、従来のＬＥＤはチップ内のダイボンドペースト材の抵抗が極めて小さく、かつ、発光領域におけるＬＥＤの電圧電流特性が急峻であることから、前記発光領域における動作抵抗値が極めて小さいことに起因する。この従来のＬＥＤに対して本発明はダイボンドペースト材による抵抗成分を付加してあるため前記発光領域における動作抵抗値は大凡前記ダイボンドペースト材により付加した抵抗値となる。本発明におけるダイボンドペースト材は通常の導電ペーストにカーボンブラック等を一定の割合で混合するので付加できる抵抗値は数１０オームと低いが、素のＬＥＤの動作抵抗値に比較すれば本発明のチップ型ＬＥＤの発光領域における動作抵抗値は充分大きな値である。従って、前述のように複数個のＬＥＤ素子を同一パッケージに封止する場合のＬＥＤ素子の順方向電圧電流特性分類を粗くしても並列接続の各ＬＥＤ素子間の電流不均衡が少なくなる。

図４は図１ａ、図１ｂおよび図２に示し説明した本発明の実施形態を複数のＬＥＤ素子の並列接続に適用したチップ型ＬＥＤの斜視図であって、４００はＬＥＤ素子を３個搭載したチップ型ＬＥＤである。４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃはＬＥＤ素子であって、４０２は前記ＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃを搭載する小型基板である。４０３は小型基板４０２上に形成したアノード電極、４０４は小型基板４０２上に形成したカソード電極である。４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃはカソード電極４０４上にＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ下面の各カソード面を固着マウントする抵抗成分を有するダイボンドペースト材である。

すなわち、カソード電極４０４は各ＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ下面の各カソード面を固着マウントする電極部分は分離してあるが前記各ＬＥＤ素子をマウントする面以外の前記小型基板４０２の端部でカソード電極４０４のパターンは共通接続してあり、前記各ＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ下面の各カソード面は抵抗成分を有するダイボンドペースト材で固着マウントすることで前記各ＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃのカソード側にはそれぞれ独立してダイボンドペースト材の抵抗成分が挿入付加される。いっぽう、アノード電極４０３は共通で各ＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ上面のアノードと前記アノード電極４０３はボンディングワイヤで導通接続する。

なお、ここでカソード電極４０４の各ＬＥＤ素子４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ下面の各カソード面を固着マウントする電極部分を分離するのは隣接するＬＥＤ素子の下面電極同士がダイボンドペースト材のはみだしにより短絡することを防ぐためである。仮に隣接するＬＥＤ素子の下面同士が前記ダイボンドペースト材のはみだしで短絡すると前記隣接するＬＥＤ素子のカソード同士が接続してしまい、前記各ＬＥＤ素子のカソード側にそれぞれ独立してダイボンドペースト材の抵抗成分を挿入付加する機能が失われてしまう。

図５は図４に示し説明した本発明による複数のＬＥＤ素子をカソード側に抵抗成分を有するダイボンドペースト材でマウントしたチップ型ＬＥＤの等価回路図であって、ここでは複数のＬＥＤ素子はｎ個である。符号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎに示す各ＬＥＤ素子のカソード側それぞれに直列に接続したｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒｎが抵抗成分を有するダイボンドペースト材による抵抗である。

すなわち、ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎのカソード側それぞれに挿入した直列抵抗ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒｎが素のＬＥＤの動作抵抗値に付加されＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎの各々の電圧電流特性勾配を緩和するので並列接続の各ＬＥＤ素子間の電流不均衡が少なくなる。つまり、並列接続するＬＥＤ素子の順方向電圧電流特性分類を粗くしても並列接続が容易なためＬＥＤ素子選別の歩留まりも高くコスト低減の効果もある。

さらに、順方向電圧電流特性の異なるＬＥＤ素子、例えば発光色の異なる赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）黄色（Ｙ）のＬＥＤ素子を並列接続する場合はそれぞれの電圧電流特性に応じた比抵抗のダイボンドペースト材を使用してマウントすることで色調の異なるＬＥＤ素子を並列接続することができる。すなわち、前記ダイボンドペースト材は一般的にディスペンサーでＬＥＤ素子をマウントする電極に塗布するが、ＬＥＤ素子の電圧電流特性に応じたダイボンドペースト材毎のディスペンサーを使い分けるのである。また、同一ダイボンドペースト材を順方向電圧電流特性の異なるＬＥＤ素子のマウント電極に印刷する場合はＬＥＤ素子の電圧電流特性に応じたダイボンドペースト材の印刷範囲を変えることで、各々のＬＥＤ素子をマウントするペースト量を変えることで前記ダイボンドペースト材の広がりが一定なら前記ダイボンドペースト材の厚みが異なり、各ＬＥＤ素子の電圧電流特性に応じた接合抵抗が得られる。

以上、本発明はＰ層が上面、Ｎ層が下面のＬＥＤ素子にもとづいて説明したが、Ｎ層が上面、Ｐ層が下面のＬＥＤ素子であってもＬＥＤ素子のアノードとカソードが入れ替わるだけであり、アノード側が抵抗成分を有するダイボンドペースト材でアノード電極にマウントされ、カソード側はワイヤボンデングでカソード電極へ引き出す。従って、この場合はＬＥＤ素子のアノード側に個々に抵抗成分が挿入されることになる。

図１ａは本発明の実施形態におけるチップ形ＬＥＤの平面図である。 図１ｂは本発明の実施形態におけるチップ型ＬＥＤの側面図である。 図２は実施形態におけるチップ型ＬＥＤの組立斜視図である。 図３は本発明の実施形態におけるチップ型ＬＥＤの電圧電流特性図である。 図４は本発明の複数のＬＥＤ素子をマウントしたチップ型ＬＥＤの斜視図である。 図５は本発明の複数のＬＥＤ素子をマウントしたチップ型ＬＥＤの等価回路図である。 図６ａは一般的なＰＮ接合ＬＥＤ素子の断面構造図である。 図６ｂは図６ａに示したＬＥＤ６００の等価回路図である。 図７は一般的なＬＥＤの電圧電流特性図である。 図８ａは従来技術のＬＥＤ素子の並列接続回路図である。 図８ｂは従来技術のＬＥＤ素子のもうひとつの並列接続回路図である。

符号の説明

１００、４００ チップ型ＬＥＤ
１０１、４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、６０１、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎ ＬＥＤ素子
１０２、４０２ 小型基板
１０３、４０３、６０３ アノード電極
１０４、４０４、６０４ カソード電極
１０５ ボンディングワイヤ
１０６、４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ ダイボンドペースト材
１０７ クリア樹脂

Claims (4)

1. 複数個のＬＥＤ素子を同一小型基板上に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、前記複数個のＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間との電気的接続に抵抗成分を有するダイボンドペースト材を使用して前記小型基板の共通電極上に前記ＬＥＤ素子をマウントし、前記複数個のＬＥＤ素子の各上面電極と前記小型基板の他の共通電極間との接続にワイヤボンデングを使用したことを特徴とするチップ型ＬＥＤ。
2. 前記複数個のＬＥＤ素子を搭載し、各下面電極をダイボンドペースト材により接続する前記小型基板の共通電極は、それぞれのＬＥＤ素子毎に分離し、前記各ＬＥＤ素子のマウントする面以外の前記小型基板の端部で共通接続した電極パターンであることを特徴とする請求項１記載のチップ型ＬＥＤ。
3. 発光色が異なる複数個のＬＥＤ素子を前記小型基板に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、各ＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間とを電気的に接続するダイボンドペースト材は各色調のＬＥＤ素子毎に異なる種類のダイボンドペースト材を用いることを特徴とする請求項１乃至２項のいずれか１項に記載のチップ型ＬＥＤ。
4. 発光色が異なる複数個のＬＥＤ素子を前記小型基板に搭載するチップ型ＬＥＤにおいて、各ＬＥＤ素子の各下面電極と前記小型基板の共通電極間とを電気的に接続するダイボンドペースト材は各色調のＬＥＤ素子毎に前記ダイボンドペースト材の層厚が異なることを特徴とする請求項１乃至２項のいずれか１項に記載のチップ型ＬＥＤ。
   

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