JP2008205266A - Led package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode;以下、LEDという。)チップをパッケージ本体に実装したLEDパッケージに関する。 The present invention relates to an LED package in which a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) chip is mounted on a package body.
従来から、LEDチップを所定のパッケージ本体に実装し、これをプリント回路基板等の実装基板に実装するLEDパッケージが提案されている。かかるLEDパッケージは、ハンダによってLEDチップを実装基板に実装する際に、電極間でハンダ量に差があると、ハンダが溶融したときの表面張力の差やハンダが固化するときの収縮応力等に起因して、一方の電極が浮き上がる、いわゆる、マンハッタン現象を生じるという問題がある。これを解決するために、特許文献1に記載された技術が提案されている。 Conventionally, an LED package in which an LED chip is mounted on a predetermined package body and mounted on a mounting board such as a printed circuit board has been proposed. Such an LED package has a difference in surface tension when the solder is melted or a shrinkage stress when the solder is solidified when there is a difference in the amount of solder between the electrodes when the LED chip is mounted on the mounting substrate by solder. As a result, there is a problem that a so-called Manhattan phenomenon occurs in which one electrode floats. In order to solve this, the technique described in Patent Document 1 has been proposed.
この特許文献1には、一方の面が素子取付面とされて素子用電極が設けられ他方の面が取付面とされて端子用電極が設けられる板状基板を有する発光ダイオードが開示されている。特に、この発光ダイオードは、板状基板に一方の面から他方の面に達するスルーホール電極を設け、このスルーホール電極によって素子用電極と端子用電極との電気的接続を行うことにより、ハンダ量に不均一を生じているときであっても、板状基板に一方の端部を浮き上がらせるような応力を生じることをなくし、導通不良を防止することができるとしている。
ところで、LEDパッケージにおいては、実装基板にハンダ実装した場合には、実装基板の線膨張率がLEDパッケージの線膨張率よりも大きい。熱履歴によってLEDパッケージと実装基板上の配線パターンとの接続部分に応力が集中した場合、当該現象を起因として、ヒートサイクル試験等の際にハンダが破壊することがあり、導通不良を起こすという問題があった。この問題は、パッケージ本体がセラミックス材などで形成されていることに起因し、使用時のみならず、はんだ実装時においても問題になることがある。 By the way, in the LED package, when solder mounting is performed on the mounting substrate, the linear expansion coefficient of the mounting substrate is larger than the linear expansion coefficient of the LED package. When stress concentrates on the connection part between the LED package and the wiring pattern on the mounting board due to the thermal history, the solder may break down during the heat cycle test, etc. due to this phenomenon, causing a conduction failure was there. This problem is caused by the fact that the package body is formed of a ceramic material or the like, and may become a problem not only during use but also during solder mounting.
そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、実装基板との線膨張率の違いに起因して発生する応力によるハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができるLEDパッケージを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been devised to solve the above-described problems, and prevents solder breakage due to stress generated due to a difference in linear expansion coefficient from the mounting substrate, and poor conduction. It aims at providing the LED package which can prevent.
本発明は、LEDチップが実装されて、当該LEDチップと電気的に接続される実装基板上に実装される立体型基板と、前記LEDチップ及び前記実装基板上の回路パターンとハンダを介して接続され、前記立体型基板の外壁に沿って形成される複数の回路パターンとを備える。 The present invention provides a three-dimensional substrate mounted on a mounting substrate on which an LED chip is mounted and electrically connected to the LED chip, and the LED chip and the circuit pattern on the mounting substrate are connected via solder. And a plurality of circuit patterns formed along the outer wall of the three-dimensional substrate.
このようなLEDパッケージは、上述の課題を解決するために、複数の回路パターンは、前記立体型基板の複数の側面のうちの隣接する側面に、それぞれ形成される。また、LEDパッケージは、上述の課題を解決するために、複数の回路パターンは、前記立体型基板の複数の側面のうちの単一の側面に、それぞれ形成されていても良い。 In such an LED package, in order to solve the above-described problems, a plurality of circuit patterns are respectively formed on adjacent side surfaces of the plurality of side surfaces of the three-dimensional substrate. In the LED package, in order to solve the above-described problem, the plurality of circuit patterns may be respectively formed on a single side surface among the plurality of side surfaces of the three-dimensional substrate.
本発明によれば、複数の回路パターンを、立体型基板の複数の側面のうちの隣接する側面又は単一の側面に、それぞれ形成し、当該複数の回路パターン間の距離を近くする。これによって、立体型基板と実装基板との線膨張率の違いに起因して応力が発生しても、回路パターン間の距離が小さいので、絶対的に膨張する量が少なく、立体型基板と実装基板とを接続するハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができる。 According to the present invention, a plurality of circuit patterns are formed on adjacent side surfaces or a single side surface among a plurality of side surfaces of a three-dimensional substrate, and the distance between the plurality of circuit patterns is reduced. As a result, even if stress occurs due to the difference in linear expansion coefficient between the three-dimensional board and the mounting board, the distance between the circuit patterns is small, so the amount of absolute expansion is small, and the three-dimensional board and the mounting board are mounted. It is possible to prevent breakage of solder connecting to the substrate and to prevent poor conduction.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2に、LEDチップ11を実装するパッケージ本体10の外観構成を示す斜視図を示す。
1 and 2 are perspective views showing the external configuration of the
図1及び図2に示すパッケージ本体10は、LEDチップ11の正端子が接続される回路パターン14Aと、LEDチップ11の負端子が接続される回路パターン14Bとを近接して配置したことを特徴としたものである。図1に示すパッケージ本体10は、立体状の本体部12の4側面のうちの隣接する2つの側面に回路パターン14A,14Bを配設した状態を示している。図2に示すパッケージ本体10は、立体状の本体部12の4側面のうちの単一の側面に回路パターン14A,14Bを配設した状態を示している。
The
このように、LEDチップ11に接続する回路パターンが複数存在しても、当該複数の回路パターンを近接して配設する。回路パターン14A,14Bと実装基板とをハンダ付けで固定し、それ以外をフリーにして、パッケージ本体10を実装基板に対して固定させる。これにより、LEDチップ11が発熱した時の、ハンダ付けされている回路パターン14A,14B間の本体部12の絶対的な膨張量を小さくし、ハンダにクラックが発生することを防止する。
Thus, even if there are a plurality of circuit patterns connected to the
パッケージ本体10は、例えばセラミック焼結体からなる本体部12を有する。セラミックス材としては、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素などがある。セラミック焼結体の製造方法としては、射出成形、圧縮成形(プレス成形)、鋳込み成形等があるが、パッケージ本体10を製造するにあたっては、いずれの方法を用いてもよい。本体部12は、中央部分に頭切円錐状の窪みが形成され、底面にLEDチップ11が実装されるように構成されている。
The package
この頭切円錐状の窪みの底面は、LEDチップ11を実装するLEDチップ11の実装面として用いられる。このLEDチップ11の実装面には、回路パターン14A,14Bの一部を構成するLEDチップ実装部13A,13Bが形成されている。LEDチップ実装部13Aには、LEDチップ11が取り付けられる。LEDチップ実装部13Bには、LEDチップ11と接続されたワイヤ16がハンダ付けされる。LEDチップ実装部13Aは、回路パターン14Aを介して、LEDチップ11の駆動電流が供給される。LEDチップ実装部13Bは、回路パターン14Bを介して接地端子(図示せず)が接続される。これにより、パッケージ本体10は、このLEDチップ11の実装面から本体部12の側面にかけて所定の回路パターン(配線)14A,14Bが設けられた立体型基板(Molded Interconnect Device;MID)として機能することになる。
The bottom surface of the truncated cone-shaped recess is used as a mounting surface of the
また、頭切円錐状の窪みの円錐面は、LEDチップ11から放射された光を反射する反射板15として機能する。LEDパッケージは、反射板15をこのような円錐面とすることにより、高い信頼性及び光取り出し効率を実現することができる。なお、パッケージ本体10においては、反射板15の部分に高反射率の金属膜を形成するようにしてもよい。これにより、LEDパッケージにおいては、より高い信頼性及び光取り出し効率を実現することができる。
The conical surface of the truncated cone-shaped depression functions as a reflecting
このようなLEDパッケージにおいては、薄膜輪郭除去法により、LEDチップ11の実装面と反射板15とを一体化したような立体回路基板を容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。
In such an LED package, a three-dimensional circuit board in which the mounting surface of the
まず、薄膜輪郭除去法においては、加熱処理プロセスを実行し、焼結体を温度1000℃、保持時間1時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。 First, in the thin film contour removal method, a heat treatment process is performed, and the sintered body is heat treated under the conditions of a temperature of 1000 ° C. and a holding time of 1 hour to clean the surface.
続いて、薄膜輪郭除去法は、導電性薄膜形成プロセスを実行する。このプロセスは、真空蒸着装置やDCマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を基板材料表面に形成するものである。具体的には、基板材料をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を10−4Pa程度に減圧した後、温度100〜200℃で3分間程度、焼結体を予備加熱する。その後、チャンバ内に窒素やアルゴンなどのガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を10Pa程度に制御する。そして、電極間に100〜1000Wの高周波電圧(RF:13.56MHz)を10〜300秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を10−4Pa以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が0.6Pa程度になるように導入した後、さらに300〜600Vの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、焼結体表面に膜厚が100〜1000nm程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。 Subsequently, the thin film outline removing method executes a conductive thin film forming process. In this process, a conductive thin film is formed on the surface of a substrate material by a physical vapor deposition method using a vacuum vapor deposition apparatus or a DC magnetron sputtering apparatus, or a wet method such as electroless plating. Specifically, the substrate material is set in the chamber of the plasma processing apparatus, the inside of the chamber is depressurized to about 10 −4 Pa, and then the sintered body is preheated at a temperature of 100 to 200 ° C. for about 3 minutes. Thereafter, a gas such as nitrogen or argon is circulated in the chamber, and the gas pressure in the chamber is controlled to about 10 Pa. Then, a plasma treatment is performed by applying a high-frequency voltage of 100 to 1000 W (RF: 13.56 MHz) between the electrodes for 10 to 300 seconds. Subsequently, the pressure in the chamber is controlled to 10 −4 Pa or less, and in this state, argon gas is introduced into the chamber so that the gas pressure is about 0.6 Pa, and then a DC voltage of 300 to 600 V is applied. By doing so, the metal target is bombarded, and a conductive thin film having a thickness of about 100 to 1000 nm is formed on the surface of the sintered body. Note that copper, nickel, chromium, titanium, or the like is used as the conductive material.
続いて、薄膜輪郭除去法においては、回路パターン形成プロセスを実行し、例えば図3中(a)に示すように、大気中でYAGレーザーの第3高調波(THG−YAGレーザー)を使用して回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板33上に形成された導電性薄膜32のうち、回路パターン31の輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部30を形成する。
Subsequently, in the thin film contour removal method, a circuit pattern forming process is executed, and for example, as shown in FIG. 3A, the third harmonic of a YAG laser (THG-YAG laser) is used in the atmosphere. A laser is scanned along the contour of the circuit pattern to form a thin
続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、例えば図3中(b)に示すように、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっき34を施して厚膜化し、厚さが5〜15μmの銅膜を形成する。その後、例えば図3中(c)に示すように、全面をエッチングすることによって、非電気回路部に残存している導電性薄膜32をエッチングによって完全に除去する。このとき、銅めっき34は、導電性薄膜32よりも厚く形成されているために、残存する。そして、例えば図3中(d)に示すように、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっき35を施す。
Subsequently, in the thin film contour removal method, a plating process is performed, and, for example, as shown in FIG. 3B, only the electric circuit portion on the surface of the sintered body is subjected to copper plating 34 by electrolytic plating to increase the thickness. A copper film having a thickness of 5 to 15 μm is formed. Thereafter, for example, as shown in FIG. 3C, the entire surface is etched to completely remove the conductive
LEDパッケージは、このような薄膜輪郭除去法によって容易に形成することができる。なお、LEDパッケージを薄膜輪郭除去法によって製造する場合には、上述した銅めっき、エッチング、ニッケルめっきまでのプロセスについては同様に行った上で、電気回路部のみに給電して金めっきを施すとともに、反射板15のみに給電して例えば銀めっきを施せばよい。
The LED package can be easily formed by such a thin film outline removing method. In addition, when manufacturing an LED package by the thin film outline removing method, the above-described processes up to copper plating, etching, and nickel plating are performed in the same manner, and then only the electric circuit portion is supplied with gold plating. For example, silver plating may be performed by supplying power only to the
このようにして形成されるLEDパッケージは、図4(d)に示すように、ハンダ21を介して所定の回路パターン22が形成された実装基板20上に実装される。このようなLEDパッケージは、以下のようにして形成することができる。すなわち、LEDパッケージを製造するにあたっては、例えば図4中(a)に示すように、焼結体(本体部12)を形成する。続いて、LEDパッケージを製造するにあたっては、例えば図4中(b)に示すように、上述した薄膜輪郭除去法によって焼結体の表面に回路パターン14A,14Bを形成し、図4中(c)に示すように、LEDチップ実装面上に形成されたLEDチップ実装部13A,13BにLEDチップ11を実装する。この時、回路パターン14A,14Bは、図1に示すように、本体部12の4つの側面のうちの隣接する2つの側面に形成されても良く、図2に示すように、単一の側面のみに形成されることになる。その後に、図4(d)に示すように、本体部12のうちの回路パターン14A,14Bと実装基板20上の回路パターン22とを接触させるように本体部12を所定位置に配置する。その後、回路パターン14A,14Bと回路パターン22とをハンダ21によってハンダ付けすることによって、本体部12を実装基板20上に固定する。
The LED package formed in this way is mounted on a mounting
以上のように、本発明を適用したパッケージ本体10によれば、複数の回路パターン14A,14Bを近接させることによって、当該複数の回路パターン14A,14B以外の部分を固定しないようにする。このようなパッケージ本体10は、回路パターン14A,14Bのハンダ21の距離が短く、本体部12が膨張しても、当該距離が短いために、絶対的なハンダ21間の膨張量を小さくできる。これによって、ハンダ21のクラックを防止でき、導通不良を防止することができる。
As described above, according to the
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
10 パッケージ本体
11 LEDチップ
12 本体部
13A,13B LEDチップ実装部
14A,14B 回路パターン
15 反射板
16 ワイヤ
20 実装基板
21 ハンダ
22 回路パターン
30 薄膜除去部
31 回路パターン
32 導電性薄膜
33 アルミナ基板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記LEDチップ及び前記実装基板上の回路パターンとハンダを介して接続され、前記立体型基板の外壁に沿って形成される複数の回路パターンとを備え、
前記複数の回路パターンは、前記立体型基板の複数の側面のうちの隣接する側面に、それぞれ形成されること
を特徴とするLEDパッケージ。 A three-dimensional substrate mounted on a mounting substrate on which an LED chip is mounted and electrically connected to the LED chip;
A plurality of circuit patterns that are connected to the LED chip and the circuit pattern on the mounting substrate via solder and are formed along the outer wall of the three-dimensional substrate;
The LED package, wherein the plurality of circuit patterns are respectively formed on adjacent side surfaces of the plurality of side surfaces of the three-dimensional substrate.
前記LEDチップ及び前記実装基板上の回路パターンとハンダを介して接続され、前記立体型基板の外壁に沿って形成される複数の回路パターンとを備え、
前記複数の回路パターンは、前記立体型基板の複数の側面のうちの単一の側面に、それぞれ形成されること
を特徴とするLEDパッケージ。 A three-dimensional substrate mounted on a mounting substrate on which an LED chip is mounted and electrically connected to the LED chip;
A plurality of circuit patterns that are connected to the LED chip and the circuit pattern on the mounting substrate via solder and are formed along the outer wall of the three-dimensional substrate;
The LED package, wherein the plurality of circuit patterns are respectively formed on a single side surface of the plurality of side surfaces of the three-dimensional substrate.
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