JP2006514426A - 表面実装型発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
本発明は表面実装型の発光ダイオード(Light Emitting Diode)に関する。発光源であるInGaN,GaN系の発光ダイオード・チップを反射率が高い銀メッキをしたリード・フレームのダイパット・カップ面に実装することによってチップから全体的に反射する光の粒子を前方へ放射させ,パッケージのレンズ表面での光輝度を向上するようにした。InGaN,GaN系の発光ダイオードチップをダイボンディング・ワイヤボンディングし,同じ平面上のリード・フレームの下端部よりパッケージ下端部の光透過エポキシが10〜50μm程度の突出になるように光透過エポキシ樹脂でモールディングし,貫通ホールでパッケージ上部と下部を固定することで従来の超小型発光ダイオード素子の厚さ問題を解決し,低い光効率の問題と高価の材料費問題,時間による光輝度低下の問題点及び大量生産の難題を改善した発光効率が優れ,信頼性が優秀な超小型,超薄型,超軽量の表面実装型のチップタイプ発光ダイオードを提供できる。
Description
本発明は一般的に表面実装型発光ダイオードに関し,詳しくは,銀メッキをしたリードフレームのダイ・パット(Die pad)・カップ面に発光源(emitting cause)であるInGaN,GaN系の発光ダイオードチップをダイボンディング(die-bonding)することにより,光の反射率を向上させ,超小型パッケージでの光輝度を向上するようにした表面実装型発光ダイオードに関する。
一般的に光半導体素子(発光ダイオード)は,電気信号を介して光の転送を随行するための部品として,電気信号を発光ダイオードにより光信号に変換した後,フロントキャパシティ(front capacity)として使用される一般的な発光素子(350nm〜990nm)と,光の信号を受け,電気的信号へ転換する受光素子(フォト・トランジスター,フォト・ダイオード,トライアック(Tri-ac),フォトIC)に大別される。この光半導体素子は,半導体結晶の材料,PN接合を形成する不純物の種類と,濃度及び,構造による紫外光から可視光,赤外光まで,各種波長の製品が製造されている。
可視発光ダイオードは,p−n接合の注入型電界発光(Electro Luminescence;EL)を利用した発光素子として,発光に必要な印加電圧が非常に低く,寿命が長いため固体表示素子あるいは画像表示用など幅広い用途として使用される半導体素子である。
この可視光半導体素子は,その利用分野によって,様々な形態のパッケージをして使用されており,代表的には,携帯電話のバック・ライト(Back light)に適用される表面実装型素子(Surface Mounting Device)である超小型発光ダイオード素子(Chip LED)と電光板及び固体表示素子あるいは画像表示用の3φ,5φ垂直ランプ・タイプとして大別される。
以下の説明では,可視発光ダイオードで表面実装型素子である超小型発光ダイオード素子で代替する。
従来の表面実装型発光ダイオードの構成は図1に示す通りである。電圧を印加すると発光するチップAと,上記チップAに電圧を印加するための導電性金属の陰極及び陽極リードC,Dで構成される。上記チップAは陰極リードCに形成されたダイ・パットE1上に導電性は接着剤E2で付着されると同時に陰極,陽極リードC,Dの端部とワイヤA2,A1でボンディングされ陰極及び陽極リードC,Dの間で電気的に接続される構成である。
また,上記チップAを外部から保護するために絶縁材質の光透過モールディング材料Fでモールディングするが,陰極及び陽極リードC,Dの端部の一部が,外部へ露出されるようにし,外部からチップAで電圧を印加するように構成される。
外部へ露出された発光ダイオードの陰極及び陽極リードC,Dを使用する回路と電気的に接続させると,陰極及び陽極リードC,Dを介してチップAで電源が印加されることにより光半導体素子であるチップAが発光され機能を発揮可能である。モールディング物材料Fは通常,透明エポキシ樹脂により形成され,発光ダイオードチップAの種類によって赤,緑,青,オレンジ色などで製造される。
上記の代表的な従来の表面実装型である超小型発光ダイオードの素子構成は,厚さが厚いPCB基板Jを使用するが,このPCB基板Jは耐熱性が非常に低く,発光ダイオード素子製造工程で発生する熱応力によりPCB基板Jが熱変形され(heat-transformed),PCBとエポキシの接着力が弱まり,信頼性を保証する工程が非常に複雑になり,製造費が上昇する。厚さが厚いPCBを使用するため,超小型発光ダイオード素子を軽薄化することができない。このような方法はPCB基板の光反射率が非常に低くダイ・パット部分にメッキされている金も光反射率が非常に低いため,面発光チップ(surface LED chip)(InGaN,GaN系発光ダイオードチップ)(390nm〜470nm)では光の輝度が低下する問題がある。このPCBの基板は,100%輸入品であるため,原副資材の単価が高く貴金属である金を使用しなければならないので,製造費用が高価となる。
また,携帯電話などの適用分野ではソルダーリフロー(Solder Re-flow)工程を経てチップLED光素子を実装するが,このソルダーリフロー工程は220℃〜320℃の温度条件で作業が行われる。しかし,PCB基板の熱変形温度は220℃以下でソルダーリフロー工程は従来の表面実装型(SMD)超小型発光ダイオード素子に致命的な熱衝撃が与えられ,金のワイヤーA1,A2と銀のエポキシE2がPCB基板から離れるようになる。このため,従来の表面実装型(SMD)超小型チップLED素子の寿命は保証できない。
本発明は従来の表面実装型(SMD)超小型は発光ダイオード素子の諸般問題点を解決することを目的としており,面発光チップ(InGaN,GaN系 LED)(390nm〜470nm)を絶縁性の光透過ダイ接着剤(紫外線硬化型(UV Cure)接着剤,絶縁性透明接着剤)によりリードフレームのダイパット・カップに実装することにより銀エポキシ接着剤の使用が排除される。このため,陽極と陰極間の短絡不良を完全に解決し,面発光チップから放出される光のうち,発光面に対向して放出される光が,絶縁性光透過エポキシ接着剤により透過され,透過された光は反射率が高い銀でメッキされているダイパット・カップで光を反射させることにより反射方向への光を収束させるようにして,光度を向上させるチップLEDを提供する。
本発明は厚さが非常に薄いリードフレームを基板で使用し,リードフレームと光透過エポキシ樹脂の下部エポキシ樹脂をリードフレームのリード部分の同一平面上より10〜50μm程度の突出になるように光透過エポキシ樹脂を使用してモールディングし,貫通ホール(B),(B1)で上部の光透過エポキシ樹脂と下部透過エポキシ樹脂が接着することにより光素子の熱衝撃を最小化し,超薄形のチップLEDを提供する。
本発明の別の目的は高温(220℃〜320℃)で使用される設定機器(set machinery)ソルダーリフロー工程の熱応力を最小化し,表面実装型(SMD)超小型発光ダイオード素子において致命的な熱衝撃により金のワイヤーと銀のエポキシがPCB基板から離れる従来の技術的な問題点を解決することにある。この結果,従来の技術の表面実装型(SMD)超小型チップLED素子の寿命を保証し難いが,熱変形温度(heat transmission temperature)が450℃以上の耐熱性のリードフレームを基板で使用することにより光半導体素子の寿命を保証し,熱衝撃を最小化した超小型チップLED素子を提供する。
本発明の別の目的は従来のPCB基板Jは非常に高価であり,ダイパット部分に金メッキをしなければならず,このPCBの基板は製造費用も高価であため,100%が輸入品である。この銀メッキを施した低価格のリードフレームを基板で使用することにより製造原価を革新的に節減する超小型チップLED素子を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明の超小型,超軽薄型のチップLED光半導体素子は一対のフレーム部が多数個の1組として多数列で配列構成されるし,単一リードフレームごとに絶縁性の光透過エポキシ接着剤をドッティング(Dotting)する。この接着剤に光素子チップ(350nm〜470nm)をリードフレームパット・カップ部分にダイボンディングし,上記のリードフレームのフレーム部で上記の光素子チップを金のワイヤによって電極接合(electronically jointing)し,リードフレームのフレーム部をモールド(Mold)金型に安着させ,透過型エポキシ樹脂でモールディングする。モールディングが終わった一連のリードフレームを接着剤につけてこれをダイヤモンドブレードで切断し,個別化する工程(particular process)を経て製造される。
図2は,本発明に係る超小型,超軽薄型の発光ダイオードの内部構造を示すもので,図示のように,本発明による超小型,超軽薄型の発光ダイオードの構成は一対の陽極リードフレームDと,陰極リードフレームCから成るリードフレームIと,上記の陽極,陰極リードフレームD,Cと発光ダイオード・チップAの通電のため,通電ワイヤーA1,A2と,上記のリードフレームD,Cの上部部分をモールディングした透過エポキシ樹脂Fと,上記のリードフレームC,D下部に形成された10〜50μm程度の突出になるようにした下部エポキシ樹脂H部と,この下部エポキシ樹脂Hに対応した上部の光透過エポキシ樹脂Fを相互接着するため陽極リード貫通ホールBと陰極リード貫通ホールB1が形成されている。
本発明のチップLED光半導体素子を製造する工程について簡単に説明すると,一対の陽極/陰極リードフレーム部を多数個の1組として多数列で配列する工程,一対に配列された単一リードフレームごとに絶縁性光透過エポキシ接着剤でドッティングする工程,このエポキシ接着剤に光素子チップ(350nm〜470nm)をリードフレームパット・カップ部分にダイボンディングする工程,上記のリードフレームのフレーム部で上記の光素子チップを金のワイヤによって電極接合する工程,リードフレームのフレーム部をモルード金型に安着させ透過型エポキシ樹脂でモールディングする工程,モールディングが終わった一連のリードフレーム部を接着剤につけてこれをダイヤモンドブレードで切断し,個別化する工程を経て製造される。
本発明の面発光はチップA(InGaN,GaN系LED)(390nm〜470nm)を絶縁性光透過ダイ接着剤E(紫外線硬化型接着剤,絶縁性透明接着剤)によりリードフレームダイパット・カップE1に実装することにより銀エポキシ接着剤の使用が排除される。このため,陽極と陰極間の短絡不良を完全に解決し,面発光チップAから放出される光のうち,発光面に対向して放出される光が絶縁性光透過エポキシ接着剤Eにより透過させれ,透過された光を反射率が高い銀でメッキされているダイパット・カップE1で光を反射させることにより反射方向への光を収束させるようにして,光度を向上させるチップLEDを提供する。
本発明はまた,厚さが薄いリードフレームIを基板で使用し,リードフレームIと光透過エポキシの下部エポキシ樹脂Hをリードフレームのリード部分の同一平面上より10〜50μm程度の突出になるように光透過エポキシ樹脂を使用してモールディングし,貫通ホールB,B1により上部の光透過エポキシ樹脂Fと下部のエポキシ樹脂Hが接着することにより光素子の熱衝撃を最小化できる。
本発明は,変形温度が450℃以上の耐熱性のリードフレームIを基板に使用する。そのため,光半導体素子の寿命を保証し,熱衝撃を最小化できる。また,低価の銀メッキを施したリードフレームを基板に使用することで製造原価を節減できる。
上述のように,本発明は,面発光チップを絶縁性光透過ダイ接着剤でリードフレームのダイパットに実装し,銀エポキシ接着剤の使用を排除することにより陽極と陰極間の短絡不良を完全解決する。そして,面発光チップから放出される光のうち,発光面に対向して放出される光が絶縁性光透過エポキシ接着剤により透過され,透過された光を反射率が高い銀でメッキされているダイパット・カップで光を反射させることにより反射方向への光を収束させるようにして光度を向上させる。また,厚さが非常に低いリードフレームを基板で使用,リードフレームと光透過エポキシ樹脂の下端エポキシ樹脂をリードフレームのリード部分の同一平面上より10〜50μm程度の突出になるように光透過エポキシ樹脂を使用してモールディングし,貫通ホールB,B1で上部の光透過エポキシ樹脂と下部のエポキシ樹脂が接着することにより光素子の熱衝撃を最小化し,超薄形のチップLEDを提供する。また,高温で使用される設定機器ソルダーリフロー工程(220℃〜320℃)の熱応力を最小化し,表面実装型(SMD)超小型発光ダイオード素子において致命的な熱衝撃による金のワイヤーと銀のエポキシがPCB基板から離れる従来の技術的な問題点を解決でき,熱変形温度が450℃以上の耐熱性のリードフレームを基板で使用するため,光半導体素子の寿命を保証,熱衝撃を最小化し,超軽薄化になる効果がある。
以下に添付された図面を参考に本発明の超小型,超軽薄型のチップLED光半導体素子の説明である。
Claims (2)
- 陽極リードフレーム(D)と陰極リードフレーム(C)に構成されているリードフレーム(I)と,
前記リードフレーム(I)のダイ・パット・カップ(E1)にドッティングする絶縁性光透過エポキシ接着剤(E)と,
前記光透過エポキシ接着剤(E)にダイボンディングした発光ダイオードチップ(A)と,
陽極/陰極リードフレーム(D),(C)との間を通電させる電流導電ワイヤ(A2),(A1)と,
前記2つのリードフレーム(D),(C)の上部をモールディングする光透過エポキシ樹脂(F)と,
前記リードフレーム(I)の下部を形成する下端エポキシ樹脂(H)とを具備した表面実装型発光ダイオード。 - 前記陽極/陰極貫通ホール(B),(B1)が前記リードフレーム(I)の光透過エポキシ樹脂(F)に付着することにより,前記リードフレーム(I)の下部エポキシ樹脂(H)をリードフレームのリード部分の同一平面上より10〜50μm程度の突出になるように光透過エポキシ樹脂を使用してモールディングする請求項1記載の表面実装型発光ダイオード。
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