JP2007165601A - Light emitting diode device, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード(LED(Light Emitting Diode))を有する発光ダイオード装置及び発光ダイオード装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting diode device having a light emitting diode (LED) and a method for manufacturing the light emitting diode device.
従来から、絶縁性の基材に凹部を設け、この凹部内に発光ダイオードを配置した発光ダイオード装置が知られている。また、放熱性を高めるために上記の絶縁性基材に金属板を取り付けた構造の発光ダイオード装置も知られている。このような発光ダイオード装置を製造する場合、例えば、放熱用の金属板を金型の中に入れてインサート射出成形によって絶縁性基材を形成した後、レーザ又はホーニングにより凹部の底面から成形樹脂を取り除き、この後、プラズマ処理による絶縁性基材表面の粗面化、スパッタリングや真空蒸着による金属膜の形成、金属膜のパターニング、めっき等の工程により製造が行われる(例えば、特許文献1参照。)。
上記のように、従来の発光ダイオード装置の製造工程においては、例えば、放熱用の金属板を金型の中に入れてインサート射出成形によって絶縁性基材を形成した後、レーザ又はホーニングにより凹部の底面から成形樹脂を取り除き、この後、プラズマ処理による絶縁性基材表面の粗面化、スパッタリングや真空蒸着による金属膜の形成、金属膜のパターニング、めっき等の工程により発光ダイオード装置の製造が行われている。しかしながら、発光ダイオード装置の製造にあたっては、従来に比べて工程数の削減を図り、さらに生産性の向上を図ることが求められている。 As described above, in the manufacturing process of the conventional light emitting diode device, for example, a metal plate for heat dissipation is placed in a mold and an insulating base material is formed by insert injection molding. After removing the molding resin from the bottom surface, the light-emitting diode device is manufactured by processes such as roughening the surface of the insulating substrate by plasma treatment, forming a metal film by sputtering or vacuum deposition, patterning the metal film, and plating. It has been broken. However, in manufacturing a light emitting diode device, it is required to reduce the number of processes and further improve productivity compared to the conventional case.
本発明は、従来に比べて製造工程数を削減することができ、生産性の向上を図ることのできる発光ダイオード装置及び発光ダイオード装置の製造方法を提供しようとするものである。 The present invention is intended to provide a light-emitting diode device and a method for manufacturing the light-emitting diode device that can reduce the number of manufacturing steps as compared with the prior art and can improve productivity.
請求項1記載の発光ダイオード装置は、金属基板と、前記金属基板上に配設され、熱膨張係数が、第1の温度と当該第1の温度よりも高い第2の温度との間で一旦低下した後上昇する温度依存性を有する絶縁層と、前記絶縁層の上に配設された導体層とを有し、前記金属基板、前記絶縁層および前記導体層を、前記第1の温度に加熱した状態から第2の温度にまで加温しつつプレスにより加圧することにより、前記金属基板と前記絶縁層と前記導体層とを接着するとともに凹部を形成してなる金属基体と、前記凹部に設けられた発光ダイオードチップと、を具備したことを特徴とする。
The light-emitting diode device according to
請求項2記載の発光ダイオード装置は、請求項1記載の発光ダイオード装置において、前記絶縁層が、前記第1の温度と前記第2の温度との間で、前記金属基板の熱膨張係数と前記導体層の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有することを特徴とする。
The light-emitting diode device according to
請求項3記載の発光ダイオード装置は、請求項1又は2記載の発光ダイオード装置において、前記金属基板はアルミニュームからなり、前記導体層は銅からなることを特徴とする。
The light-emitting diode device according to
請求項4記載の発光ダイオード装置の製造方法は、金属基板上に、熱膨張係数が、第1の温度と当該第1の温度よりも高い第2の温度との間で一旦低下した後上昇する温度依存性を有する絶縁層と、当該絶縁層の上に導体層とを設ける工程と、前記金属基板と前記絶縁層と前記導体層とを、前記第1の温度に加熱した状態から第2の温度にまで加温しつつプレスにより加圧して前記金属基板と前記絶縁層と前記導体層とを接着するとともに凹部を形成する工程と、前記凹部に発光ダイオードを設ける工程と、を具備したことを特徴とする。
The method for manufacturing a light-emitting diode device according to
請求項1〜4記載の発明によれば、従来に比べて製造工程数を削減することができ、生産性の向上を図ることができる。 According to invention of Claims 1-4, compared with the past, the number of manufacturing processes can be reduced and productivity can be aimed at.
また、請求項2記載の発明によれば、絶縁層と、金属基板及び導体層との熱膨張差により、凹部内において絶縁層が切断されることを確実に防止して良質な発光ダイオード装置を得ることができる。
According to the invention described in
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1,2は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置1の構成を示すもので、図1上面図であり、図2は図1の要部断面構成を拡大して示すものである。図1に示すように、発光ダイオード装置1は、アルミニューム等の金属からなる金属基板2を具備している。この金属基板2は、略矩形状に形成されており、その中央部分には、図2にも示すように、凹部3が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a configuration of a light
凹部3は、深さが例えば0.5mm程度とされており、この凹部3内には、発光ダイオード4が実装されている。図2に示すように、凹部3内には、封止材料として、例えば蛍光体を含む可視光変換無機材料5が充填されている。また、金属基板2の表面には、凹部3内も含めて絶縁層6と、配線層7とが金属基板2側からこの順で配置されている。
The depth of the
上記絶縁層6は、金属基板2と配線層7とを絶縁するためのものである。また、配線層7は、発光ダイオード4を駆動するための電気配線を形成するためのものであり、所定の配線パターンにパターニングされている。発光ダイオード4は、凹部3内においてこの配線層7と電気的に接続されている。なお、図2において、配線層7は、1層のように示してあるが、この配線層7は、例えば、銅層、ニッケル層、金層等の複数の導体層から形成されている。また、上記金属基板2の上部には、発光ダイオード4からの光を導出するための図示しないレンズが配置される。
The
図3は、上記構成の発光ダイオード装置1の製造工程において、金属基板2に凹部3を形成するとともに、金属基板2に、絶縁層6と配線層7の一部とを接着する工程を示すものである。この工程においては、同図(a)に示すように、金属基板2上に絶縁層6を形成するための樹脂層6aを設け、この樹脂層6aの上に配線層7を形成するための導体層7aを設ける。これらの樹脂層6a及び導体層7aとしては、例えばシート状のものを積層して配置することによって金属基板2上に設けることができる。
FIG. 3 shows a process of forming the
次に、図3(b)に示すように、プレス金型10上に金属基板2を載せ、この金属基板2、樹脂層6a、導体層7aを、第1の温度(例えば70℃)に加熱した状態で、プレスによる加圧を開始し、第1の温度より高い第2の温度(例えば180℃)まで昇温しながら加圧する圧力を高める。縦軸を温度及び圧力、横軸を時間とした図4にこの工程における圧力の変化を点線Aで、温度の変化を実線Bで示す。この第1の温度から第2の温度までの昇温は、例えば、3分程度の時間をかけて行う。そして、第2の温度に到達した後、徐々に冷却して第1の温度まで降温する。この第2の温度から第1の温度までの降温は、例えば、5〜10分程度の時間をかけて行う。以上の工程により、金属基板2に凹部3を形成するとともに、金属基板2と樹脂層6aと導体層7aとの接着を行う。
Next, as shown in FIG. 3B, the
上記の工程において、導体層7aとしては、銅を好適に用いることができる。また、樹脂層6aとしては、縦軸を熱膨張係数、横軸を温度とした図5に曲線Aで示すように、熱膨張係数が、第1の温度と第2の温度との間で一旦下がり、その後上昇する温度依存性を有する樹脂を用いる。また、この際の熱膨張係数の範囲が、金属基板2の熱膨張係数(本実施形態ではアルミニュームの熱膨張係数)と導体層7aの熱膨張係数(本実施形態では銅の熱膨張係数)との間に収まる樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂と熱可塑性樹脂との混合物、等を好適に使用することができる。
In said process, copper can be used suitably as the
上記のような熱膨張係数の温度依存性を有する樹脂を使用するのは、以下のような理由による。すなわち、上記の工程では、金属基板2にプレスによって凹部3を形成するとともに、金属基板2と樹脂層6aと導体層7aとの接着を行う。このため、凹部3の部分では、樹脂層6aが引っ張られ、例えば、図5に曲線Bで示すように、温度上昇に伴い熱膨張係数が上昇する特性を有する一般的な樹脂を用いると、凹部3の部分で樹脂層6aが切れる現象が生じる。これは、樹脂の熱膨張係数と、金属基板2を構成するアルミニューム及び導体層7aを構成する銅の熱膨張係数との差から、加温時あるいは冷却時に樹脂が引っ張られて切断されるためと考えられる。
The reason why the resin having the temperature dependence of the thermal expansion coefficient as described above is used is as follows. That is, in the above process, the
また、発光ダイオード装置の製造後の動作時における状態を考慮すると、少なくとも発光ダイオード装置の動作時の温度である70℃程度の温度においては、樹脂層6aを構成する樹脂の熱膨張係数は、金属基板2を構成するアルミニューム及び導体層7aを構成する銅の熱膨張係数の中間とすることが好ましい。さらに、この樹脂のガラス転移点は、動作時の温度である70℃よりもある程度高い必要がある。
In consideration of the state during operation after the manufacture of the light emitting diode device, the thermal expansion coefficient of the resin constituting the
以上のような理由から、図5に曲線Aで示すように、熱膨張係数が、第1の温度と第2の温度との間で一旦下がり、その後上昇する温度依存性を有し、これらの温度の間の熱膨張係数の範囲が、金属基板2の熱膨張係数(本実施形態ではアルミニュームの熱膨張係数)と導体層7aの熱膨張係数(本実施形態では銅の熱膨張係数)との間に収まる樹脂を用いることにより、凹部3内においても、樹脂層6aがプレス加工中に切れることがなく、切れのない絶縁層6を形成することが可能となる。
For the reasons as described above, as indicated by a curve A in FIG. 5, the thermal expansion coefficient has a temperature dependency that temporarily decreases between the first temperature and the second temperature and then increases. The range of the thermal expansion coefficient between the temperatures is the thermal expansion coefficient of the metal substrate 2 (in this embodiment, the thermal expansion coefficient of aluminum) and the thermal expansion coefficient of the
以上のようにして、金属基板2に、凹部3を形成するとともに、金属基板2に、絶縁層6と配線層7の一部を構成する銅層7aを接着した後、銅層7aの上にニッケル層を形成し、所定の配線パターンにパターニングした後、金層を形成する等して配線層7を有し、かつ放熱板として作用する金属板2を得る。この後。凹部3内に発光ダイオード4を搭載し、凹部3内に封止材料として、例えば蛍光体を含む可視光変換無機材料5を充填する。そして、金属板2上にレンズを配置して発光ダイオード装置が得られる。
As described above, the
上記のように、本実施形態では、金属基板2に、凹部3を形成するとともに、金属基板2に、絶縁層6と配線層7の一部を構成する銅層7aを接着する工程を一度に行うことができるので、従来に比べて製造工程数を削減することができ、生産性の向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the step of forming the
1……発光ダイオード装置、2……金属基板、3……凹部、4……発光ダイオード、5……蛍光体を含む可視光変換無機材料、6……絶縁層、7……配線層。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記凹部に設けられた発光ダイオードチップと:
を具備したことを特徴とする発光ダイオード装置。 A metal substrate and a temperature dependency that is disposed on the metal substrate and has a coefficient of thermal expansion that rises after once decreasing between a first temperature and a second temperature that is higher than the first temperature. An insulating layer and a conductor layer disposed on the insulating layer, wherein the metal substrate, the insulating layer, and the conductor layer are heated from the first temperature to the second temperature. A metal substrate formed by adhering the metal substrate, the insulating layer, and the conductor layer and forming a recess by applying pressure with a press while heating;
A light emitting diode chip provided in the recess;
A light-emitting diode device comprising:
前記金属基板と前記絶縁層と前記導体層とを、前記第1の温度に加熱した状態から第2の温度にまで加温しつつプレスにより加圧して前記金属基板と前記絶縁層と前記導体層とを接着するとともに凹部を形成する工程と;
前記凹部に発光ダイオードチップを設ける工程と;
を具備したことを特徴とする発光ダイオード装置の製造方法。 An insulating layer having a temperature dependency on a metal substrate, the coefficient of thermal expansion of which rises after once decreasing between a first temperature and a second temperature higher than the first temperature; Providing a conductor layer thereon;
The metal substrate, the insulating layer, and the conductor layer are pressurized by a press while being heated from the state heated to the first temperature to the second temperature, and the metal substrate, the insulating layer, and the conductor layer. And a step of forming a recess,
Providing a light emitting diode chip in the recess;
A method for manufacturing a light-emitting diode device, comprising:
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