JP2010239043A - Led light source and method of manufacturing led light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はLED光源及びLED光源の製造方法に関し、特にLEDからの発光の一部が蛍光体によって波長変換されるLED光源及びLED光源の製造方法に関する。 The present invention relates to an LED light source and an LED light source manufacturing method, and more particularly to an LED light source in which a part of light emitted from an LED is wavelength-converted by a phosphor and an LED light source manufacturing method.
LED発光装置では、LEDチップが基板上にダイボンディングされ、ワイヤーでLEDチップと電極が電気的に接続され、樹脂で周囲を封止されている。また、LED発光装置の内部リードやリフレクタには、銀メッキが施されている。しかし、樹脂を介してガス等が進入し、銀メッキが硫化して黒色化し、LED発光装置の光出力が低下するという問題があった。そこで、銀メッキの硫化を防止するための薄膜コートを用いるLED発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In an LED light-emitting device, an LED chip is die-bonded on a substrate, the LED chip and an electrode are electrically connected with a wire, and the periphery is sealed with a resin. Moreover, silver plating is given to the internal lead and reflector of the LED light-emitting device. However, there is a problem that gas or the like enters through the resin, the silver plating is sulfided and blackened, and the light output of the LED light emitting device is lowered. Therefore, an LED light-emitting device using a thin film coat for preventing silver plating from being sulfided is known (for example, see Patent Document 1).
図1は、上述した従来のLED発光装置1の概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the conventional LED light emitting device 1 described above.
LED発光装置1では、支持体11に配置された内部リード13aの上には銀メッキ14が施され、その上にLEDチップ15が実装されている。LEDチップ15上の電極15aは導電性ワイヤー18により内部リード13aと電気的に接続されている。支持体11の凹部には内部リード13aの露出部及びLEDチップ15を覆うように、薄膜コート16が形成されている。薄膜コート16の上には、透明性樹脂17が注入され、支持体11の凹部を封止している。支持体11の外部には、内部リード13aと繋がる外部リード13b及び表面実装用の外部端子13cが配置されている。
In the LED light emitting device 1,
また、薄膜コートを形成する物質は、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、変成シリコーン樹脂等の樹脂が用いられている。 In addition, as a material for forming the thin film coat, a resin such as an epoxy resin, an oxetane resin, or a modified silicone resin is used.
しかしながら、LED発光装置1では、LEDチップ15が直接内部リード13a上に実装されており、LEDチップ15と内部リード13a上の銀メッキ14との間には、薄膜コート16は形成されていない。LEDチップ15の点灯によってLEDチップ15が発熱すると、銀メッキ14中の不純物が移動(マイグレーション)を起こしたり、光と熱による組成変化を起こしたりして、その表面を黒色化させてしまう。LEDチップ15の下部の銀メッキ14が黒色化すると、LEDチップ15自体がほぼ透明に近いことから、反射効率の低下等によって、LED発光装置1全体の発光効率を低下させ、長期信頼性を確保できないという不具合があった。さらに、樹脂によって形成された薄膜コートでは、硫化ガス等の透過を完全には遮断することができず、銀メッキの黒色化を十分に防止することができないという問題もあった。
However, in the LED light emitting device 1, the
そこで、本発明は、上述した問題点を解消することを可能としたLED光源およびLED光源の製造方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the LED light source which made it possible to eliminate the trouble mentioned above, and an LED light source.
また、本発明は、銀メッキ等の変色を抑えることによりLED光源の長期信頼性を確保することを可能としたLED光源、及びそのようなLED光源の製造方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an LED light source capable of ensuring long-term reliability of the LED light source by suppressing discoloration such as silver plating, and a method for manufacturing such an LED light source.
本発明に係るLED光源の製造方法では、基板上に配置されたAg電極全体を被服するように金属酸化膜により構成されるバリア層を成膜し、バリア層上にLED素子を実装し、Ag電極とLED素子と接続するためにバリア層の一部を除去し、バリア層が除去された部分を利用してAg電極とLED素子とを電気的に接続するステップを有することを特徴とする。 In the method for manufacturing an LED light source according to the present invention, a barrier layer composed of a metal oxide film is formed so as to cover the entire Ag electrode disposed on the substrate, and the LED element is mounted on the barrier layer. A part of the barrier layer is removed to connect the electrode and the LED element, and the Ag electrode and the LED element are electrically connected using the part from which the barrier layer is removed.
本発明に係るLED光源では、基板上に配置されたAg電極と、Ag電極全体を被服するように成膜された金属酸化膜により構成されるバリア層と、バリア層の上に実装されたLED素子と、Ag電極と前記LED素子とを電気的に接続するワイヤーを有し、Ag電極とLED素子と接続するためにバリア層の一部が除去されていることを特徴とする。 In the LED light source according to the present invention, an Ag electrode disposed on a substrate, a barrier layer composed of a metal oxide film formed so as to cover the entire Ag electrode, and an LED mounted on the barrier layer The device has a wire for electrically connecting the Ag electrode and the LED element, and a part of the barrier layer is removed to connect the Ag electrode and the LED element.
本発明によれば、Ag電極全体を被服した金属酸化膜から構成されるバリア層を有しているので、外部からの硫化ガス等の進入を防止することができるだけでなく、LED素子の発熱等によるLED素子の下部のAg電極の変成等をも防止することが可能となった。したがって、Ag電極の黒色化を長期に渡って防止できることとなり、LED光源の高い発光効率を長期間維持することが可能となった。 According to the present invention, since it has a barrier layer composed of a metal oxide film coated on the entire Ag electrode, it can not only prevent the entry of sulfide gas or the like from the outside, but also heat generation of the LED element, etc. Thus, it is possible to prevent the Ag electrode under the LED element from being transformed. Therefore, the blackening of the Ag electrode can be prevented over a long period of time, and the high luminous efficiency of the LED light source can be maintained for a long period of time.
以下図面を参照して、本発明に係るLED光源及びLED光源の製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 The LED light source and the LED light source manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図2は、本発明に係るLED光源20を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the
LED光源20において、基板30の上には、Ag電極24及び25が配置され、Ag電極24及び25は不図示の外部電極と接続されている。Ag電極24及び25の上には、バリア層50が配置されている。バリア層50の上には、LED素子21が実装され、LED素子21のアノード22とAg電極24はワイヤー26によって電気的に接続され、LED素子21のカソード23とAg電極25はワイヤー28によって電気的に接続されている。なお、ワイヤー26とAg電極24、及びワイヤー28とAg電極25とは、それぞれ接点27及び29においてワイヤーボンドされている。なお、Ag電極24及び25は、金属電極をAgメッキしたものでも良い。
In the
LED光源20のパッケージ枠31内には、LED素子21の周囲を囲むように、蛍光体が均一に練り込まれた封止材40が埋め込まれている。LED素子21として青色光を発光する窒化物系化合物半導体を用い、封止材40に含まれる蛍光体としては、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系蛍光体を用いた。封止材40におけるYAG蛍光体の濃度は、約4.5wt%に設定した。封止材40に含まれる蛍光体は、LED素子21からの発光の一部を吸収し、波長変換して黄色光を発光する。これによって、LED光源20では、LED素子21からの青色光と、LED素子21からの青色光によって蛍光体から発光する黄色光が混ざり合って擬似白色光を出射する。なお、LED素子21の発光光と封止材40に含まれる蛍光体の組み合わせは上記の例に限定されるものではない。
A
封止材40として、透明性のシリコーン樹脂を用いた。なお、封止材40は、この樹脂に限定されるものではなく、例えば透明性のあるエポキシ樹脂等を利用することも可能である。
As the sealing
バリア層50としては、酸化ケイ素膜をスパッタ法によって20nmに成膜したものを利用した。しかしながら、バリア層50としては、これに限定されるものではなく、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜または、これら化合物の酸素の一部を他の元素に置き換えた化合物等のLED素子21からの特定の発光波長を有する出射光を十分に透過することが可能な金属酸化膜を利用することができる。特に、Ag電極との密着性については酸化アルミニウム膜が優れており、硫化ガスの耐透過性については酸化ケイ素膜が優れている。したがって、バリア層50を2層構造とし、Ag電極に直接酸化アルミニウム膜を成膜して中間層とし、その上に酸化ケイ素膜を成膜すると、Ag電極への密着性に優れ、且つAg電極を黒色化させる硫化ガスの耐透過性に優れたより効果的なバリア層50を設けることが可能となる。
As the
図3は、LED光源20の製造過程を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of the
図3(a)は、基板30上に、Ag電極24及び25を固定した状況を示しており、図3(b)は、次に、Ag電極24及び25の上部に、酸化ケイ素から構成されるバリア層50をスパッタ法により20nmに成膜した状態を示している。
FIG. 3A shows a state in which the
図3(c)は、次に、バリア層50の上に、LED素子21を実装した状態を示している。このように、LED素子21は、バリア層50によって完全に被服されたAg電極上に実装されているので、LED素子21の長期点灯動作等によって、LED素子21の下部のAg電極24が変成等して、黒色化するのを効果的に防止することが可能となった。
Next, FIG. 3C shows a state in which the
図3(d)は、次に、LED素子21とAg電極をワイヤーで接続するために、Ag電極24及び25上の所定箇所51及び52のバリア層50を除去した状況を示している。バリア層50の所定箇所51及び52の除去には、355nm−60μJのレーザ光を用いたレーザ加工法を用いた。なお、バリア層50の所定箇所51及び52の除去には、物理的にスクレーパ等によってバリア層50を除去する機械加工法、マスクを蒸着させてマスクが蒸着された部分以外を除去するフォトリソグラフィー法等を利用することも可能である。
FIG. 3D shows a situation where the
図3(e)は、次に、LED素子21のアノード及びカソードとAg電極24及び25とを、図3(d)においてバリア層50を除去した箇所51及び52でワイヤーボンドした状況を示している。
FIG. 3 (e) shows a state in which the anode and cathode of the
図3(e)の状況の後、パッケージ枠31を設け、パッケージ枠31の内側に、LED素子21の周囲を囲むように、蛍光体が均一に練り込まれた封止材40を充填して硬化させて、図2に示したLED光源20が完成する。
After the situation of FIG. 3E, a
図4は、比較実験用のLED光源60の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an
LED光源60では、Ag電極24及び25全体を被服するようにバリア層50を設けるのではなく、Ag電極24及び25とLED素子21とをワイヤーボンドした後に、LED素子21、Ag電極24及び25の上からバリア層61を成膜した。バリア層61は、バリア層50と同様に、酸化ケイ素膜をスパッタ法により20nmの膜厚に成膜したものである。LED光源60の他の構成は、LED光源20と同様であるので、説明を省略する。
In the
図5は、他の比較実験用のLED光源70の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an
LED光源70では、バリア層50を設けていない以外は、LED光源20と同様である。
The
図6は、更に他の比較実験用のLED光源80の概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an
LED光源80では、金属酸化膜によるバリア層に代わり、変成シリコーン樹脂による薄膜81を設けている。薄膜81は、スプレー法によって変成シリコーンが5μm厚になるように成膜したものである。LED光源80の他の構成は、LED光源20と同様であるので、説明を省略する。
In the
図7は、LED光源の硫化試験結果の一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the result of the sulfidation test of the LED light source.
硫化試験では、H2Sが250ppm、湿度100%、温度25℃の環境に、LED光源を配置し、連続点灯させた場合の、輝度を測定した。図7は、硫化試験結果を示したもので、横軸は保存時間(時間)を示し、縦軸はLED光源の初期の輝度を100%とした場合の輝度(%)を示している。 In the sulfurization test, the luminance was measured when an LED light source was placed in an environment where H 2 S was 250 ppm, humidity was 100%, and temperature was 25 ° C., and the LED was continuously lit. FIG. 7 shows the result of the sulfidation test. The horizontal axis represents the storage time (hour), and the vertical axis represents the luminance (%) when the initial luminance of the LED light source is 100%.
図7において、直線90は図2に示した本発明に係るLED光源20のデータを示し、点線91は図6に示した比較実験用のLED光源80のデータを示し、点線92は図4に示した比較実験用のLED光源60のデータを示し、2点鎖線93は図5に示した比較実験用のLED光源70のデータを示している。
In FIG. 7, a
バリア層50を有しないLED光源70(二点鎖線93参照)では、約50時間経過時に、輝度が当初の30%まで低下してしまう。これは、硫化ガスがLED光源70内に浸透し、Ag電極24及び25を黒色化させてしまうことが大きな原因であると考えられる。これに対して、本発明に係るLED光源20(直線90参照)では、約50時間経過時でも、輝度は当初の約85%と、LED光源70とは大きな輝度の差を有している。
In the
バリア層61を有しているLED光源60(点線92参照)では、約50時間経過時に、輝度が当初の約55%まで低下してしまう。これは、バリア層61が、Ag電極24の全体を被服していないことから、LED素子21の連続点灯による発熱等によって、LED素子21の下部のAg電極24が変成し、黒色化等してしまうことが大きな原因であると考えられる。これに対して、本発明に係るLED光源20(直線90参照)では、約50時間経過時でも、輝度は当初の約85%と、LED光源60とは大きな輝度の差を有している。さらに、約200時間経過時でも、本発明に係るLED光源20では、以前当初の輝度の70%以上を維持しているのに対し、LED光源60では、約200時間経過時には輝度は、当初の30%程度まで低下しており、本発明に係るLED光源20とLED光源60との間には、大きな長期信頼性に関する差異が存在することが理解できる。
In the
変成シリコーンによる薄膜81を有するLED光源80(点線91参照)では、約50時間経過時に、輝度が当初の約70%まで低下してしまう。これは、薄膜81が、金属酸化膜でないことから、硫化ガスを十分に遮断することができず、Ag電極24が黒色化等してしまうことが大きな原因であると考えられる。これに対して、本発明に係るLED光源20(直線90参照)では、約50時間経過時でも、輝度は当初の約85%と、LED光源80とは輝度の差を有している。さらに、約200時間経過時でも、本発明に係るLED光源20では、以前当初の輝度の70%以上を維持しているのに対し、LED光源80では、約200時間経過時には輝度は、当初の約40%程度まで低下しており、本発明に係るLED光源20とLED光源80との間には、大きな長期信頼性に関する差異が存在することが理解できる。
In the
図7に示したように、Ag電極全体を金属酸化膜から構成されるバリア層50で被服するようにしたので、外部からの硫化ガスの進入を防止することができるだけでなく、LED素子21の発熱等によるLED素子21の下部の変成等をも防止することができるので、LED光源のAg電極の黒色化を防止して、長期に渡って良好な輝度を維持することが可能となった。
As shown in FIG. 7, since the entire Ag electrode is covered with the
上述したLED光源20(図2参照)で、基板30上にAg電極24,25、バリア層50、LED素子21、蛍光体が練り込まれた封止材40とを備えた構成を示したが、本発明の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、同一基板上に、Ag電極、Ag電極を被服するバリア層、異なる発光色を発するLED素子(例えばR発光素子、G発光素子、B発光素子)とを有し、これら部材を蛍光体を含まない封止材で覆った構成に、本発明を適用することも可能である。
In the LED light source 20 (see FIG. 2) described above, the structure including the
20 LED光源
21 LED素子
24、25 Ag電極
30 基板
40 封止材
50 バリア層
20
Claims (6)
前記バリア層上にLED素子を実装し、
前記Ag電極と前記LED素子と接続するために、前記バリア層の一部を除去し、
前記バリア層が除去された部分を利用して、前記Ag電極と前記LED素子とを電気的に接続する、
ステップを有することを特徴とするLED光源の製造方法。 A barrier layer composed of a metal oxide film is formed so as to cover the entire Ag electrode disposed on the substrate,
An LED element is mounted on the barrier layer,
In order to connect the Ag electrode and the LED element, a part of the barrier layer is removed,
Using the portion from which the barrier layer has been removed, the Ag electrode and the LED element are electrically connected.
The manufacturing method of the LED light source characterized by having a step.
前記Ag電極全体を被服するように成膜された金属酸化膜により構成されるバリア層と、
前記バリア層の上に実装されたLED素子と、
前記Ag電極と前記LED素子とを電気的に接続するワイヤーと、を有し、
前記Ag電極と前記LED素子と接続するために前記バリア層の一部が除去されている、
ことを特徴とするLED光源。 An Ag electrode disposed on the substrate;
A barrier layer composed of a metal oxide film formed so as to coat the entire Ag electrode;
An LED element mounted on the barrier layer;
A wire for electrically connecting the Ag electrode and the LED element;
A part of the barrier layer is removed to connect the Ag electrode and the LED element.
An LED light source characterized by that.
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