JP2008098247A - 発光ダイオードパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】分離型の発光ダイオードパッケージにおいて、反射板と配線基板の間の電気絶縁性を確保し、反射板と配線基板の位置合わせを容易にすることができるようにする。
【解決手段】本発明の発光ダイオードパッケージは、配線層と反射板と発光ダイオード素子とを有し、配線基板と反射板の間に絶縁層が設けられている。反射板には、発光ダイオード素子が配置されるための貫通孔が設けられ、絶縁層は発光ダイオード素子が配置されるための開口部が設けられている。絶縁層の開口部は、反射板の貫通孔より小さく、絶縁層は反射板の貫通孔より露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード素子を搭載した発光ダイオードパッケージに関する。

発光ダイオードパッケージは、基本的には、発光ダイオード素子を搭載し発光ダイオード素子に給電するための配線基板とその上に設けられた反射板を有する。反射板に用いられる材料として、アルミやシリコンが知られている。特許文献１及び２には、反射板としてシリコンを用いる例が記載されている。

反射板としてシリコンを用いる発光ダイオードパッケージには、配線基板と反射板が一体的に構成された一体型と、配線基板と反射板を別個に形成し両者を接合して構成された分離型の２つの形式が知られている。

一体型の発光ダイオードパッケージでは、反射板の凹凸面に配線層を形成する必要がある。そのため、加工プロセスが複雑化し、コストが高くなる問題がある。更に、反射板としてシリコン基板を用いるため、基板の厚さに制限がある。そのため、反射板の高さを十分に確保できず、高輝度化が困難となる問題がある。

特開２００４−７９７５０ 特開２００５−２７７３８０

分離型の発光ダイオードパッケージでは、第１に、配線基板上に形成した配線層と反射板の間の電気絶縁性の確保が問題となっていた。第２に、配線基板上に反射板を搭載する際の位置合わせが問題となっていた。

本発明の目的は、分離型の発光ダイオードパッケージにおいて、反射板と配線基板の間の電気絶縁性を確保し、反射板と配線基板の位置合わせを容易にすることができるようにすることにある。

本発明の発光ダイオードパッケージは、配線層と反射板と発光ダイオード素子とを有し、配線基板と反射板の間に絶縁層が設けられている。反射板には、発光ダイオード素子が配置されるための貫通孔が設けられ、絶縁層は発光ダイオード素子が配置されるための開口部が設けられている。絶縁層の開口部は、反射板の貫通孔より小さく、絶縁層は反射板の貫通孔より露出している。

本発明によると、分離型の発光ダイオードパッケージにおいて、反射板と配線基板の間の電気絶縁性を確保し、反射板と配線基板の位置合わせを容易にすることができる。

図１は本発明による発光ダイオードパッケージの例を示す分解斜視図である。図示のように、本例の発光ダイオードパッケージは、配線基板１０とその上の反射板２０を有する。配線基板１０は、配線基板用基材１１とその上の配線層１２とその上の絶縁層１３を有し、絶縁層１３には開口部１３１が設けられている。開口部１３１に、発光ダイオード素子３０が設けられている。反射板２０は、基板２１と反射膜２２を有し、貫通孔２３が設けられている。貫通孔２３の内面２３１はテーパを有する。反射膜２２は基板２１の上面を覆い更に貫通孔２３のテーパ状の内面２３１を覆うように形成されている。

本例の発光ダイオードパッケージは、４つの発光ダイオード素子３０を有する。従って、反射板２０には４つの貫通孔２３が設けられ、配線基板１０の絶縁層１３には４つの開口部１３１が設けられている。貫通孔２３と開口部１３１は同一位置に形成されている。

本例によると、発光ダイオード素子３０の外形は正方形である。従って、反射板２０の貫通孔２３は正方形であり、絶縁層１３の開口部１３１は正方形である。発光ダイオード素子３０の外形が矩形である場合には、反射板２０の貫通孔２３及び絶縁層１３の開口部１３１は、発光ダイオード素子３０の外形に相似な矩形であってよい。

図２を参照して説明する。図２は、図１の発光ダイオードパッケージに含まれる１個の発光ダイオード素子の拡大平面図である。上述のように、貫通孔２３の内面２３１はテーパを有し、貫通孔２３の下側の開口部２３２より上側の開口部２３３の方が大きい。絶縁層１３の開口部１３１の寸法は、貫通孔２３の下側の開口部２３２の寸法より小さい。従って、貫通孔２３において、絶縁層１３の開口部１３１が露出している。即ち、貫通孔２３の内縁に沿って、絶縁層１３の帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが露出している。

絶縁層１３の開口部１３１には、配線基板用基材１１とその上の配線層１２の一部が露出している。絶縁層１３の開口部１３１には、更に発光ダイオード素子３０が設けられている。発光ダイオード素子３０の寸法は、絶縁層１３の開口部１３１の寸法より小さい。

図３を参照して説明する。図３は、図２の矢印A−A’に沿って見た断面図である配線基板用基材１１の上に配線層１２が設けられ、配線層１２の上には絶縁層１３が設けられている。絶縁層１３の上に反射板２０が配置されている。反射板２０は基板２１と反射膜２２を有し、反射膜２２は、基板２１の上面ばかりでなく、貫通孔１１のテーパ状の内面を覆うように形成されている。尚、図示のように、配線基板１０の絶縁層１３と反射板２０の間に接着剤１５が設けられてよい。

次に、発光ダイオード素子３０の配線について説明する。配線基板用基材１１の上に配線層１２が形成されているが、配線層１２は所定の配線パターンを有する。従って、配線層１２は配線基板用基材１１の上を全面的に覆っているわけではない。本例では、発光ダイオード素子３０の下面にアノード電極が形成され、上面にカソード電極が形成されている。発光ダイオード素子３０の下面のアノード電極は、配線層１２の所定の配線パターン１２１と電気的に接続されている。例えば、発光ダイオード素子３０のアノード電極と配線パターン１２１を、ハンダ又は導電性ペーストを用いて電気的に接続してよい。発光ダイオード素子３０の上面のカソード電極とそれに隣接する配線パターン１２２は、ボンディングワイヤ３１によって電気的に接続されている。

ここでは、発光ダイオード素子３０の上面にカソード電極が配置され下面にアノード電極が配置されている例を示した。しかしながら、発光ダイオード素子の上面に両電極が配置されている場合であってもよい。また、発光ダイオード素子３０をフリップチップ接続により配線パターンと接続してよい。

次に、本例の発光ダイオードパッケージの特徴について説明する。図２に示すように、反射板２０の貫通孔２３にて、絶縁層１３の開口部１３１の内縁に沿った帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが露出している。貫通孔２３の開口部２３２及び絶縁層１３の開口部１３１は正方形である。従って、帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは正方形である。通常、反射板２０の貫通孔２３と絶縁層１３の開口部１３１は正確に形成されている。従って、帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの幅は、４つの辺において同一であるはずである。もし、帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの幅が、４つの辺において同一でない場合には、配線基板１０と反射板２０の位置合わせが正確でないことになる。従って、本例の発光ダイオードパッケージでは、反射板２０の貫通孔２３にて露出した絶縁層１３の帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを位置決め用のマーカとして使用することができる。

次に、本例の発光ダイオードパッケージの材料について説明する。配線基板１０の配線基板用基材１１は、発光ダイオード素子３０を駆動させたときに発生する熱を効果的に放熱するために、熱伝導率が高い電気絶縁材料によって形成される。本例では、配線基板用基材１１の材料として窒化アルミを用いた。窒化アルミの代わりに、シリコンや銅等の熱伝導率の高い材料を用いることもできる。配線基板用基材１１として、導電性を有する材料を用いてもよい。この場合は、配線基板用基材１１と配線層１２との間に絶縁層を設ける必要がある。配線基板１０の配線層１２は銅、金等の導電性の金属薄膜によって形成される。配線基板１０の絶縁層１３は感光性ポリイミド等によって形成される。

反射板２０の基板２１はシリコンによって形成される。反射板２０の反射膜２２は、金属膜によって形成される。

次に、図４を参照して、本例の発光ダイオードパッケージの配線基板１０の製造方法を説明する。ステップＳ１０１にて、窒化アルミ製の配線基板用基材１１の一方の面上に、フォトリソグラフィ技術によって金属製の配線層１２をパターニングする。ステップＳ１０２にて、配線基板用基材１１の配線層１２の上に、感光性ポリイミド等の絶縁層１３を形成する。このとき絶縁層１３には、発光ダイオード素子３０を配置するための開口部１３１を設ける。ステップＳ１０３にて、開口部１３１によって露出された配線層１２上に、発光ダイオード素子３０を搭載する。ステップＳ１０４にて、発光ダイオード素子３０と配線層１２の所定の配線パターンを電気的に接続する。

図５を参照して、本例の発光ダイオードパッケージの反射板２０の製造方法を説明する。ステップＳ２０１にて、基板２１として、（１００）単結晶シリコン基板を用意する。尚、単結晶シリコン基板の代わりに、化学気相成長法で作製した窒化シリコン基板を用いてもよい。ステップＳ２０２にて、シリコン基板２１の表面に、熱酸化法等によって酸化シリコン膜を形成する。ステップＳ２０３にて、フォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板２１上にレジストを塗布し、露光し、パターンを形成する。ステップＳ２０４にて、エッチングにより酸化シリコン膜のパターニングを行う。ステップＳ２０５にて、不要なレジストを除去し、酸化シリコン膜をマスクとし、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いて、シリコン基板の結晶異方性エッチングを行う。このとき、シリコン基板のエッチングは、結晶方位面とマスクパターンの方位を（１１０）面に合わせて行う。それにより、エッチングが、（１００）面で速く進み、（１１１）面で遅く進む。こうして、結晶異方性エッチングは、凹部の内壁に斜面を形成しながら進行する。

結晶異方性エッチングによって、貫通孔が形成されると、ステップＳ２０６にて、酸化シリコン膜のマスクをフッ酸により除去する。こうして、シリコン基板２１に、貫通孔２３が形成されるが、この貫通孔２３の下側の開口部２３２の面積は、配線基板１０に形成した絶縁層１３の開口部１３１の面積よりも大きい。

最後に、ステップＳ２０７にて、シリコン基板２１の表面に、蒸着やメッキ等により、反射率の高い金属膜からなる反射膜２２を形成する。反射膜２２は、シリコン基板２１の表面ばかりでなく、貫通孔２３のテーパ状の内面２３１にも形成される。本例では、アルミ膜をスパッタ法により形成することにより反射膜２２を形成した。

本例では、シリコン基板を用いて反射板２０を形成したが、アルミ板に打ち抜き等により貫通孔を形成して反射板２０を形成してもよい。

こうして、配線基板１０と反射板２０が形成されると、両者を接着剤により接合し、発光ダイオードパッケージが形成される。上述のように、シリコン基板２１に形成した貫通孔２３の下側の開口部２３２の面積は、配線基板１０に形成した絶縁層１３の開口部１３１の面積よりも大きい。従って、図２に示すように、反射板２０の貫通孔２３にて、絶縁層１３の帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが露出する。帯状の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの幅が４辺にて同一であるなら、反射板２０と配線基板１０の位置合わせが正しいと言える。従って、絶縁層１の開口部１３１の内縁は、位置合わせ用のマークとして使用することができる。

図６を参照して本発明による発光ダイオードパッケージの他の例を説明する。本例では、絶縁層１３の開口部１３１は正方形ではない。即ち、絶縁層１３の開口部１３１の上下側の内縁は複数の段差のある階段状に形成され、絶縁層１３の開口部１３１の左右側の内縁は１つの段差からなる階段状に形成されている。

反射板２０の貫通孔２３にて、絶縁層１３の開口部１３１の内縁に沿った領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが露出している。これらの領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは帯状ではない。即ち、上下側の領域１３ｃ、１３ｄでは、複数の段差からなる階段状に形成されている。左右側の領域１３ａ、１３ｂでは、１つの段差からなる階段状に形成されている。

絶縁層１３の開口部１３１の内縁の形状をこのように設定することにより、絶縁層１３の開口部１３１の内縁を位置合わせ用のマークとして使用することができる。本例では、絶縁層１３の開口部１３１の上下側の内縁と左右側の内縁を異なる形状に設定したから、反射板２０と配線基板１０を貼り合わせるとき、上下左右方向の位置決めばかりでなく、回転方向の位置決めを正しく行うことができる。

こうして本例によると、発光ダイオード素子３０と反射板２０の相対的な位置精度を高めることが可能となり、発光ダイオードパッケージの高輝度化が可能となる。

図６に示した絶縁層１３の開口部１３１の内縁の形状は、一例であり、他の形状であってもよい。

以上、本発明を用いることにより、高輝度な発光ダイオードパッケージを低コストに実現できる。なお、上述の例では、４個の発光ダイオード素子を用いたが、１個又は５個以上の発光ダイオード素子を用いてもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者により容易に理解されよう。

本発明の発光ダイオードパッケージの第１の例を示す分解斜視図である。 本発明の発光ダイオードパッケージの第１の例の平面図である。 本発明の発光ダイオードパッケージの第１の例の断面図である。 本発明の発光ダイオードパッケージの配線基板の製造方法を示す図である。 本発明の発光ダイオードパッケージの反射板の製造方法を示す図である。 本発明の発光ダイオードパッケージの第２の例の平面図である。

符号の説明

１０…配線基板、１１…配線基板用基材、１２…配線層、１３…絶縁層、１４…接着剤、２０…反射板、２１…基板、２２…反射膜、２３…貫通孔、３０…発光ダイオード素子、３１…ボンディングワイヤ、１３１…絶縁層の開口部

Claims (18)

1. 基材と該基材の上に配置された配線層とを有する配線基板と、該配線基板の上に配置され貫通孔を有する導電性の母材からなる反射板と、上記貫通孔内に且つ上記配線基板の上に配置された発光ダイオード素子と、とを有し、
   上記配線基板の配線層と上記反射板の間に絶縁層が設けられ、該絶縁層は上記発光ダイオード素子が配置される微細加工された開口部を有し、該開口部は、上記反射板の貫通孔より小さく、上記絶縁層は上記反射板の貫通孔より露出していることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
2. 請求項１記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記反射板の貫通孔は正方形であることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
3. 請求項２記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記絶縁層の開口部は正方形であり、上記反射板の貫通孔より露出している上記絶縁層の領域は、上記反射板の貫通孔に沿って同一幅の環状に形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
4. 請求項２記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記絶縁層の開口部の一方の１対の対向する辺は、段差を有する形状に形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
5. 請求項４記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記絶縁層の開口部の他方の１対の対向する辺は、上記一方の１対の対向する辺に形成された段差とは異なる形状の段差を有する形状に形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
6. 請求項１記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記反射板はシリコンからなる基板を有することを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
7. 請求項１記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記反射板は上記基板の上に設けられた金属製の反射膜を有することを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
8. 請求項１記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記反射板の貫通孔にはテーパ状が形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
9. 請求項１記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記配線基板の基材は窒化アルミからなることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
10. 請求項１記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記絶縁層は感光性ポリイミドによって形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
11. 窒化アルミ製の基材の一方の面上に金属製の配線パターンを有する配線層を形成するステップと、
    上記基材の配線層の上に、発光ダイオード素子を配置するための開口部を有する感光性ポリイミドの絶縁層を形成するステップと、
    上記開口部によって露出された上記配線層上に、発光ダイオード素子を搭載するステップと、
    上記発光ダイオード素子と上記配線層の所定の配線パターンを電気的に接続するステップと、
    発光ダイオード素子を配置するための貫通孔を有する反射板を用意するステップと、
    上記反射板を上記基材に接合するステップと、
    を有し、
    上記絶縁層の開口部は、上記反射板の貫通孔より小さく、上記反射板を上記基材の上に配置するとき、上記絶縁層は上記反射板の貫通孔より露出していることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
12. 請求項１１記載の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記反射板の貫通孔は正方形であることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
13. 請求項１１記載の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記絶縁層の開口部は正方形であり、上記反射板の貫通孔より露出している上記絶縁層の領域は、上記反射板の貫通孔に沿って同一幅の環状に形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
14. 請求項１３記載の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記絶縁層の開口部の一方の１対の対向する辺は、段差を有する形状に形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
15. 請求項１４記載の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記絶縁層の開口部の他方の１対の対向する辺は、上記一方の１対の対向する辺に形成された段差とは異なる形状の段差を有する形状に形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
16. 請求項１１記載の発光ダイオードパッケージの製造方法において、上記反射板を用意するステップは、
    単結晶シリコン基板を用意するステップと、
    該単結晶シリコン基板の上に酸化シリコン膜を形成するステップと、
    上記酸化シリコン膜のパターンニングを行うステップと、
    上記パターニングされた酸化シリコン膜をマスクとして結晶異方性エッチングを行い、貫通孔を形成するステップと、
    上記酸化シリコン膜を除去するステップと、
    上記単結晶シリコン基板の表面に金属膜を形成するステップと、
    を有することを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
17. 基材と該基材の上に配置された配線層とを有する配線基板と、該配線基板の上に配置され貫通孔を有する反射板と、上記貫通孔内に且つ上記配線基板の上に配置された発光ダイオード素子と、とを有し、
    上記配線基板の配線層と上記反射板の間に、上記発光ダイオード素子が配置される開口部を有する絶縁層が設けられていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
18. 請求項１７記載の発光ダイオードパッケージにおいて、上記絶縁層は感光性ポリイミドによって形成されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。

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