JP2009033081A - 発光ダイオード装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＥＤチップの接着および放熱の効果の向上、および光出射効率の向上を図る。
【解決手段】基板２００およびリードフレーム３００は、ベース部１００上に設けられている。ＬＥＤチップ４００を基板２００上に固着するために、第１の混合接着体５１０が基板２００上に塗布されている。第２の混合接着体５３０は、基板２００およびＬＥＤチップ４００を被覆するようにベース部１００上に注入されている。第１の混合接着体５１０および第２の混合接着体５３０は、接着材料および絶縁熱伝導性材料を含んでおり、絶縁熱伝導性材料は、ダイヤモンドカーボン粉末、ダイヤモンドライクカーボン粉末、またはセラミックス粉末からなる。これにより、ＬＥＤチップ４００と第２の混合接着体５３０との屈折率の差が低減し、全反射角が増加するため光出射効率が向上する。
【選択図】図３
【解決手段】基板２００およびリードフレーム３００は、ベース部１００上に設けられている。ＬＥＤチップ４００を基板２００上に固着するために、第１の混合接着体５１０が基板２００上に塗布されている。第２の混合接着体５３０は、基板２００およびＬＥＤチップ４００を被覆するようにベース部１００上に注入されている。第１の混合接着体５１０および第２の混合接着体５３０は、接着材料および絶縁熱伝導性材料を含んでおり、絶縁熱伝導性材料は、ダイヤモンドカーボン粉末、ダイヤモンドライクカーボン粉末、またはセラミックス粉末からなる。これにより、ＬＥＤチップ４００と第２の混合接着体５３０との屈折率の差が低減し、全反射角が増加するため光出射効率が向上する。
【選択図】図３
Description
本発明は発光ダイオードの封止構造に関し、特に、新たな混合接着体で封止を行う発光ダイオードの封止構造に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ；ＬＥＤ）は、反応速度が速く、小型で、低消費電力、低発熱量、使用寿命が長いなどの長所を備えていることから、徐々に、白熱電球およびハロゲン電灯などの従来の照明器具に取って代わって用いられるようになっている。また、ＬＥＤは、電子装置のインジケータとしての元来の使用から、液晶表示のバックライトやプロジェクタ装置内の照明などとして使用されるまでに使用範囲が拡大している。ＬＥＤの応用範囲は、技術の進歩に伴って成長の最中にある。
近年、ＬＥＤの輝度および発光効率が向上されたハイパワー（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ）ＬＥＤの開発が進んでおり、これに伴い、ＬＥＤチップ（Ｃｈｉｐ）の封止技術において２つの大きな問題に直面している。第１の問題は、放熱に関し、ＬＥＤチップから生じる熱が効率よく放熱されなければ、ＬＥＤの輝度の低下のみならず、寿命の低下をも招いてしまう。第２の問題は、光学的性質に関し、従来のＬＥＤチップの封止接着体の多くは、光学的性質が温度および紫外線照射の影響を受けやすいエポキシ樹脂を採用しているため、正常な動作条件下においても光学的透明度が時間とともに低減して、屈折率の低下を引き起こしてしまう。
従来の封止形態は、ＬＥＤチップをダイボンディング（Ｄｉｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）し、ワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）した後、直接、樹脂封入、オート・エンカプスレーション（ＡｕｔｏＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）、またはモールディング（Ｍｏｌｄｉｎｇ）するものである。従来のダイボンディングでは、導電性接着剤または透明絶縁接着剤によりＬＥＤチップをパッケージング体である基板上に固着している。ＬＥＤチップから生じる熱は熱伝導により素子内部から基板に伝熱されて、更に導電性接着剤または透明絶縁接着剤を介してパッケージング体である基板またはヒートシンク（ｈｅａｔｓｉｎｋ）に伝熱される。このような従来の封止形態で用いられている導電性接着剤または透明絶縁接着剤は、大量の熱の伝達を担うことができないため、ＬＥＤの光の減衰または熱による性能低下を引き起こし、場合によってはＬＥＤが機能しなくなってしまう。
また、ＬＥＤチップの組成材料の屈折率は２.５よりも大きい一方で、一般的な封止用接着材料または樹脂の屈折率は１.５未満であり、空気の屈折率は１である。このように、従来の封止形態では、ＬＥＤチップと封止材料との屈折率の差が大きいため、ＬＥＤからの射出光に対する全反射角（全反射が生じる臨界角）が小さく、封止後におけるＬＥＤの光出射効率が落ちてしまう。
したがって、ＬＥＤ封止構造における封止材料としては、強度および熱的性質以外に、光学的性質を更に重視する必要がある。
そこで、本発明の目的は、ＬＥＤチップの接着および放熱の効果を同時に向上させることができる発光ダイオード装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、全反射角を増加させるとともに光出射効率を高めることができる発光ダイオード装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の発光ダイオード装置は、ベース部と、基板と、リードフレームと、ＬＥＤチップと、第１の混合接着体とを備え、前記基板および前記リードフレームが前記ベース部上に設けられるとともに、前記ＬＥＤチップが前記第１の混合接着体により前記基板上に固着された発光ダイオード装置であって、前記第１の混合接着体は、接着材料および絶縁熱伝導性材料を含み、前記絶縁熱伝導性材料は、ダイヤモンドカーボン粉末、ダイヤモンドライクカーボン粉末、またはセラミックス粉末からなることを特徴とする。なお、前記接着材料は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、またはポリカーボネートからなることが好ましい。また、前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ボロン、または炭化シリコンからなることが好ましい。
また、本発明の発光ダイオード装置は、前記第１の混合接着体と組成材質が同じであり、前記ＬＥＤチップおよび前記基板の側面を被覆した第２の混合接着体を更に備えることが好ましい。また、本発明の発光ダイオード装置は、前記第１の混合接着体と組成材質が同じであり、前記ベース部上に注入されるとともに前記基板および前記ＬＥＤチップを被覆した第３の混合接着体を更に備えることも好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明の発光ダイオード装置は、ベース部と、基板と、リードフレームと、ＬＥＤチップと、第１の混合接着体とを備え、前記基板および前記リードフレームが前記ベース部上に設けられるとともに、前記ＬＥＤチップがフリップチップ方式で前記基板上に実装され、前記第１の混合接着体が前記基板と前記ＬＥＤチップとの間に設けられた発光ダイオード装置であって、前記第１の混合接着体は、接着材料および絶縁熱伝導性材料を含み、前記絶縁熱伝導性材料は、ダイヤモンドカーボン粉末、ダイヤモンドライクカーボン粉末、またはセラミックス粉末からなることを特徴とするものであってもよい。なお、前記接着材料は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、またはポリカーボネートからなることが好ましい。また、前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ボロン、または炭化シリコンからなることが好ましい。
また、前記第１の混合接着体と組成材質が同じであり、前記ベース部上に注入されるとともに前記基板および前記ＬＥＤチップを被覆した第２の混合接着体を更に備えることが好ましい。
したがって、本発明の発光ダイオード装置は、従来の発光ダイオード装置と比較して下記のような効果をもたらす。
１．本発明における混合接着体は、絶縁熱伝導性材料と接着材料とを均一に混合して形成されており、従来の導電性接着剤または透明絶縁接着剤に代えてこれを用いることで、ＬＥＤチップを基板上に接着固定し、更にはその熱伝導特性を利用して、ＬＥＤチップの発光時に生じた熱を基板を介してベース部に伝熱させて放熱することができ、より優れた放熱効果を得ることができる。
２．本発明における混合接着体の屈折率は約１.５ないし２.５の間にあり、一方のＬＥＤチップの屈折率は概ね２.５よりも大きいので、従来の概ね１.５未満の屈折率を有する封止接着体を利用するものに比べて、ＬＥＤチップと封止材料とにおける屈折率の差を減らし、ひいては全反射角および光出射効率を増加させることができる。
本発明の第１の実施形態に係わる発光ダイオード装置の断面を示す図１を参照する。本実施形態の発光ダイオード装置は、ベース部１００と、基板２００と、リードフレーム３００と、ＬＥＤチップ４００と、第１の混合接着体５１０と、封止接着体８００とを備えている。
ベース部１００は、上面が開放した開放容器形状であり、基板２００およびリードフレーム３００は、ベース部１００上に設けられるとともに、ＬＥＤチップ４００を基板２００上に固着するために、第１の混合接着体５１０は、基板２００とＬＥＤチップ４００との間に塗布されている。ＬＥＤチップ４００は、上向きに発光するように、発光面を上向きにして基板２００に固着され、発光面（上面）側に設けられた端子がリード線９００を介してリードフレーム３００に接続されており、ＬＥＤチップ４００とリードフレーム３００との導通が図られている。封止接着体８００は、基板２００、ＬＥＤチップ４００、およびリード線９００を被覆するようにベース部１００上に注入されている。
第１の混合接着体５１０は、接着材料と、ダイヤモンドカーボン粉末（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃａｒｂｏｎ）、ダイヤモンドライクカーボン粉末（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、またはセラミックス粉末（Ｃｅｒａｍｉｃ）とを均一に混合した材料からなる。このうち接着材料は、エポキシ樹脂（ＥｐｏｘｙＲｅｓｉｎ）、シリコーン樹脂（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｅｓｉｎ）、またはポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）からなり、セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ボロン、または炭化シリコンからなる。ダイヤモンドカーボン粉末およびダイヤモンドライクカーボン粉末の熱伝導率は１０００Ｗ／ｍＫよりも大きく、セラミックス粉末の熱伝導率も２００Ｗ／ｍＫよりも高い。したがって、混合後の接着材料は、接着性のみならず、従来の封止接着体に比べて高い熱伝導性と絶縁性（抵抗率は１０１３Ω−ｃｍ）とを備えている。本実施形態において、第１の混合接着体５１０は、基板２００とＬＥＤチップ４００との間に設けられており、その接着性によりＬＥＤチップ４００を基板２００上に固着し、更に熱伝導特性を利用して、ＬＥＤチップ４００の発光時に生じた熱を、基板２００を介してベース部１００に伝熱させて放熱するものであり、従来の導電性接着剤または透明絶縁接着剤に比べて、より優れた放熱効果を得ることができる。
本発明の第２の実施形態に係わる発光ダイオード装置の断面を示す図２を参照する。本実施形態と第１の実施形態との相違点は、本実施形態では、基板２００およびＬＥＤチップ４００の側面を被覆する第２の混合接着体５２０を更に備えているところである。第２の混合接着体５２０の組成材質は第１の混合接着体５１０の組成材質と同じである。放熱用として第１の混合接着体５１０のみを備える第１の実施形態に比べて、本実施形態では、第２の混合接着体５２０を備えることで、ＬＥＤチップ４００との接触面積を広げて、その放熱効果を強化している。
本発明の第３の実施形態に係わる発光ダイオード装置の断面を示す図３を参照する。本実形態と第１の実施形態との相違点は、本実施形態では、封止接着体８００の代わりに第３の混合接着体５３０を備えているところである。第３の混合接着体５３０の組成材質は第１の混合接着体５１０の組成材質と同じである。
第３の混合接着体５３０は、基板２００、ＬＥＤチップ４００、およびリード線９００を被覆している。ＬＥＤチップ４００の屈折率は約２.５よりも大きい一方で、第３の混合接着体５３０の屈折率は約１.５ないし２.５の間であり、従来の概ね１.５未満の屈折率を有する封止接着体に比べて、ＬＥＤチップ４００と封止材料とにおける屈折率の差を減らし、ひいては全反射角および光出射効率を増加させることができる。
本発明の第４の実施形態に係わる発光ダイオード装置の断面を示す図４を参照する。本実施形態と第１の実施形態との相違点は、本実施形態では、ＬＥＤチップ４００がフリップチップ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ）実装されており、第１の混合接着体５１０の代わりに第４の混合接着体５４０を備えているところである。第４の混合接着体５４０の組成材質は第１の混合接着体５１０の組成材質と同じである。
本実施形態では、ＬＥＤチップ４００は、フリップチップ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）実装技術により、ＬＥＤチップ４００が下向きに発光するように、発光面を基板２００に対向させ、バンプ（Ｂｕｍｐ）９５０により、発光面（下面）側に設けられた端子が基板２００上のパッド群９６０に接続されている。パッド群９６０は、リード線９００によりリードフレーム３００に接続されており、ＬＥＤチップ４００とリードフレーム３００との導通が図られている。
第４の混合接着体５４０は、基板２００とＬＥＤチップ４００との間に設けられており、その接着性によりＬＥＤチップ４００を基板２００上に固着し、更に熱伝導特性を利用して、ＬＥＤチップ４００の発光時に生じた熱を基板２００を介してベース部１００に伝熱させて放熱するものであり、従来における単純に接着固定された導電性接着剤または透明絶縁接着剤に比べて、より優れた放熱効果を得ることができる。
本発明の第５の実施形態に係わる発光ダイオード装置の断面を示す図５を参照する。本実施形態と第４の実施形態との相違点は、本実施形態では、封止接着体８００の代わりに第５の混合接着体５５０を備えているところである。第５の混合接着体５５０の組成材質は第４の混合接着体５４０の組成材質と同じである。
第５の混合接着体５５０は、基板２００、ＬＥＤチップ４００、およびリード線９００を被覆している。ＬＥＤチップ４００の屈折率は約２.５よりも大きい一方で、第４の混合接着体５４０および第５の混合接着体５５０の屈折率は約１.５ないし２.５の間であり、従来の概ね１.５未満の屈折率を有する封止接着体に比べて、ＬＥＤチップ４００と封止材料とにおける屈折率の差を減らし、ひいては全反射角および光出射効率を増加させることができる。
上記実施形態から理解できるように、本発明の発光ダイオード装置は下記のような効果および長所を備えている。
１．本発明の実施形態における混合接着体は、絶縁熱伝導性材料と接着材料とを均一に混合して形成されており、従来の導電性接着剤または透明絶縁接着剤に代えてこれを用いることで、ＬＥＤチップ４００を基板２００上に接着固定し、更にはその熱伝導特性を利用して、ＬＥＤチップ４００の発光時に生じた熱を基板２００を介してベース部１００に伝熱させて放熱することができ、より優れた放熱効果を得ることができる。
２．本発明の実施形態における混合接着体の屈折率は約１.５ないし２.５の間にあり、一方ＬＥＤチップ４００の屈折率は概ね２.５よりも大きいので、従来の概ね１.５未満の屈折率を有する封止接着体を用いて封止を行うものに比べて、本発明の実施形態における発光ダイオード装置では、ＬＥＤチップ４００と封止材料とにおける屈折率の差を減らし、ひいては全反射角および光出射効率を増加させることができる。
なお、上記実施形態は本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の技術的思想および範囲を逸脱することなく、各種の変更および付加を行うことができる。
１００ ベース部
２００ 基板
３００ リードフレーム
４００ ＬＥＤチップ
５１０ 第１の混合接着体
５２０ 第２の混合接着体
５３０ 第３の混合接着体
５４０ 第４の混合接着体
５５０ 第５の混合接着体
８００ 封止接着体
９００ リード線
９５０ バンプ
９６０ パッド群
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Claims (9)
- ベース部と、基板と、リードフレームと、ＬＥＤチップと、第１の混合接着体とを備え、前記基板および前記リードフレームが前記ベース部上に設けられるとともに、前記ＬＥＤチップが前記第１の混合接着体により前記基板上に固着された発光ダイオード装置であって、
前記第１の混合接着体は、接着材料および絶縁熱伝導性材料を含み、前記絶縁熱伝導性材料は、ダイヤモンドカーボン粉末、ダイヤモンドライクカーボン粉末、またはセラミックス粉末からなることを特徴とする発光ダイオード装置。 - 前記接着材料は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、またはポリカーボネートからなることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード装置。
- 前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ボロン、または炭化シリコンからなることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード装置。
- 前記第１の混合接着体と組成材質が同じであり、前記ＬＥＤチップおよび前記基板の側面を被覆した第２の混合接着体を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード装置。
- 前記第１の混合接着体と組成材質が同じであり、前記ベース部上に注入されるとともに前記基板および前記ＬＥＤチップを被覆した第３の混合接着体を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード装置。
- ベース部と、基板と、リードフレームと、ＬＥＤチップと、第１の混合接着体とを備え、前記基板および前記リードフレームが前記ベース部上に設けられるとともに、前記ＬＥＤチップがフリップチップ方式で前記基板上に実装され、前記第１の混合接着体が前記基板と前記ＬＥＤチップとの間に設けられた発光ダイオード装置であって、
前記第１の混合接着体は、接着材料および絶縁熱伝導性材料を含み、前記絶縁熱伝導性材料は、ダイヤモンドカーボン粉末、ダイヤモンドライクカーボン粉末、またはセラミックス粉末からなることを特徴とする発光ダイオード装置。 - 前記接着材料は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、またはポリカーボネートからなることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード装置。
- 前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ボロン、または炭化シリコンからなることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード装置。
- 前記第１の混合接着体と組成材質が同じであり、前記ベース部上に注入されるとともに前記基板および前記ＬＥＤチップを被覆した第２の混合接着体を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード装置。
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