JP2011124449A - 発光部品、発光器及び発光部品の製造方法 - Google Patents

発光部品、発光器及び発光部品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 放熱性が良好であり、高輝度及び高出力のＬＥＤを光源とする、信頼性の高い発光部品を提供すること。
【解決手段】 光源と、前記光源を搭載した第１の金属基板と、前記光源に接続するワイヤボンドと、前記ワイヤボンドにより前記光源と電気的に接続され、前記第１の金属基板と同一平面状に形成され、かつ前記第１の金属基板と絶縁されている第２の金属基板と、前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板に設置され、前記光源側の面が前記光源側の面と反対側の面より小さい貫通孔を有するとともに、傾斜した反射面で形成された前記貫通孔側の側面を有する平板状の反射部材と、前記光源を覆うモールド部と、前記第１の金属基板と前記第２の金属基板との間に設けられたスリット部と、前記スリット部を充填する絶縁材料と、を備える発光部品を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高輝度及び高出力のＬＥＤ素子を光源として使用する発光部品及びその製造方法に関するものであって、放熱効果を高めることにより、ＬＥＤ素子の使用寿命を伸ばし、高輝度及び高出力を維持することが出来るよう改善された発光部品及びその製造方法に関する。
従来のＬＥＤパッケージは、固定用電極パターンを有する回路基板に光源としてＬＥＤ素子を実装し、上記基板の前面と、基板と外形のサイズが大体類似で内側に放射状の反射面を有する反射部材とをエポキシレジンなどで一体化して固定させた構造である。このような従来のＬＥＤパッケージは、反射部材に傾斜貫通された反射面を有し、この反射面を通じてＬＥＤ素子からの光を前面へ反射させる。
ところが、上記のような従来のＬＥＤパッケージは、基板材料として熱伝導性の高い、即ち放熱機能に優れた材料を使用していないため、ＬＥＤ素子の発光作動中に優れた放熱効果を得ることが出来ない。また従来のＬＥＤパッケージは、上記基板に反射部材を別途の工程で固定させるため、製造工程の簡略化が困難で、それによる組み立て費用の上昇を招いた。
これらの欠点を解消するべく、ＬＥＤパッケージを製造する方法として、「多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ及びその製造法」（特許文献１）などが提案されている。
図７を用いて特許文献１の内容を説明する。特許文献１に係る発明は、アルミニウム材料からなり側面に窪んだ多層反射面が形成された基板２００と、上記反射面上に装着され電極パターンに電気的に連結された光源４００と、上記電極パターンと基板との間に形成されたアノダイジング絶縁層２１０と、上記基板の光源上に覆われるモールディング部６００と、を含み、上記光源のＬＥＤ素子はその下部面にアルミニウム放熱部を形成して放熱性能に優れるよう構成された多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージとその製造方法を提供している。特許文献１に係る発明によると基板がアルミニウム材料からなり、アノダイジング処理して絶縁層を形成するものであるため、これを通じたＬＥＤ素子の優れた放熱効果を得ることができ、それによってＬＥＤパッケージの使用寿命と発光効率を大きく増大させることが出来るというものである。
特開２００７−２９４９６６号公報
しかしながら、上記ＬＥＤパッケージでは熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムを用いているにも関わらず、アノダイジング処理した絶縁層は３２Ｗ／ｍ・Ｋになるため、熱伝導率を低下させているという課題がある。また、アノダイジング処理した絶縁層２１０はポーラス状の構造になり、モールディング部６００はこの絶縁層２１０を覆っていることから、モールディング部形成時に絶縁層部分から気泡を発生しやすく、気泡を内在する不良を発生するという課題がある。更には、この絶縁層を通して、硫化物等の気体がパッケージ内部に到達するため、反射膜やＬＥＤ素子の固定に銀を含むものを使用する場合には、劣化が早く進行するという課題がある。
上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
光源と、前記光源を搭載した第１の金属基板と、前記光源に接続するワイヤボンドと、前記ワイヤボンドにより前記光源と電気的に接続され、前記第１の金属基板と同一平面状に形成され、かつ前記第１の金属基板と絶縁されている第２の金属基板と、前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板に設置され、前記光源側の面が前記光源側の面と反対側の面より小さい貫通孔を有するとともに、傾斜した反射面で形成された前記貫通孔側の側面を有する平板状の反射部材と、前記光源を覆うモールド部と、前記第１の金属基板と前記第２の金属基板との間に設けられたスリット部と、前記スリット部を充填する絶縁材料と、を備える発光部品を提供する。
また、第１の金属基板及び第２の金属基板は銅、銀、金、アルミニウムのいずれかで形成されることを特徴とする。 また、反射部材の傾斜面は、コールドミラー膜、銀膜、アルミニウム膜の少なくともいずれか１つで形成されることを特徴とする。
また、モールド部は疎水性であることを特徴とする。また、モールド部と絶縁材料は同一のものであっても良い。
また、本発明の発光部品の製造方法は、第３の金属基板に光源を搭載される部分である第１の金属基板とワイヤボンドで接続される部分である第２の金属基板に分割するスリット部を形成する工程と、傾斜貫通孔が形成された反射部材を第３の金属基板に設置する工程と、前記第３の金属基板に光源を搭載する工程と、前記第３の金属基板と前記光源とをワイヤボンドにより電気的に接続する工程と、モールド部及び絶縁材料を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
また、反射部材を第３の金属基板に設置する工程において、反射部材はガラスで形成され、第１の金属基板及び第２の金属基板の反射部材と接合する面はアルミニウム薄膜又はシリコン薄膜で形成され、反射部材と、第１の金属基板及び第２の金属基板とを陽極接合することを特徴とする。
また、前記反射部材を前記第３の金属基板に設置する工程において、前記反射部材はセラミックスで形成され、前記反射材と前記第３の金属基板とをろう付けすることを特徴とする。
また、第３の金属基板に光源を設置する工程が、第３の金属基板と光源とを金属ナノ粒子を焼成することにより接合することを特徴とする。
さらに、第３の金属基板に一括形成された複数の発光部品を個片化する工程を備える。この際、反射部材と第３の金属基板を接着又は接合する工程において、溝部を有する反射部材と第３の金属基板とを接着又は接合することによって、個片化を容易に行うことができる。
また、本発明の発光部品の製造方法は、第３の金属基板に光源を搭載する部分である第１の金属基板とワイヤボンドで接続する部分である第２の金属基板に分割するスリット部を形成する工程と、スリット部に絶縁材料を形成する工程と、傾斜貫通孔が形成された反射部材を第３の金属基板に設置する工程と、前記第３の金属基板に光源を搭載する工程と、前記第３の金属基板と前記光源とをワイヤボンドにより電気的に接続する工程と、モールド部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
このような手段をとることで、熱伝導率を下げる部分のない放熱経路が確保されるため、放熱性の高い発光部品を提供できる。また、反射部材にはポーラス状の構造がないため、モールド部形成時の不良がなく、信頼性も高い発光部品を提供できる。
本発明によると、分割された金属基板の一方に光源であるＬＥＤ素子が接合され、優れた放熱効果を得ることができ、それによって、発光部品の使用寿命と発光効率を大きく増大させることが出来る効果を有する。
また本発明は、金属基板と反射部材を多数個同時に一括形成し、最終工程で個片化するため、製作コストを低減する効果が得られる。
本発明に係る発光部品の断面図である。 本発明に係る発光部品の製造工程を示す図である。 本発明に係る発光部品の製造工程における上面図である。 本発明に係る発光部品の製造工程を示す図である。 本発明に係る発光部品の製造工程を示す図である。 本発明に係る発光部品の製造工程を示す図である。 従来例の断面図を示す図である。
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明に係る発光部品の断面図である。発光部品１は光源４０を搭載した第１の金属基板２１を備えている。また、第２の金属基板２２はワイヤボンド５０により光源４０と電気的に接続している。さらに、第１の金属基板２１と第２の金属基板２２とが絶縁されている。また、反射部材３１は、第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２に設置されている。また、モールド部６０は光源４０を覆っている。また、絶縁材料２３は、第１の金属基板２１と第２の金属基板２２との絶縁性を維持するとともに、第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２に形成されていたスリット部２４を充填している。また、反射部材３１は光源からの光を反射する傾斜面を有している。また、この傾斜面は、反射部材３１の内側に形成された貫通孔の側面であり、この貫通孔内に光源が搭載されている構造となっている。また、貫通孔は、光源側の面が光源側と反対側の面より小さくなっている。また、反射部材により第１の金属基板と第２の金属基板とは接続している。なお、モールド部６０が、光源４０を覆い、更に絶縁材料２３としてスリット部２４を充填してもよい。
第１の金属基板２１、及び第２の金属基板２２の材質は、例えば熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋであるアルミニウム、熱伝導率３２０Ｗ／ｍ・Ｋである金、熱伝導率４２０Ｗ／ｍ・Ｋである銀、熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋである銅である。また、第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２の厚みは、放熱性、構造上の強度、製造しやすさ、等を考慮すると１０μｍから１００μｍが適当である。第１の金属基板２１、第２の金属基板２２の材質が銅である場合には、腐食を抑えるために、金めっきや、Ｓｎめっき等の防錆処理をしてもよい。
反射部材３１の材質としては、例えばガラスやセラミックスを用いることができる。また、反射部材３１の傾斜面には例えば銀膜、アルミニウム膜、コールドミラー膜を形成することで、反射効率を上げることができる。
反射部材３１を第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２に設置する方法として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、両面テープ、粘着剤等を用いて接着することが可能である。
また、反射部材３１の材質がガラスである場合には、第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２の表面に、例えば１０００Åから５０００Åのシリコンの薄膜或いはアルミニウムの薄膜を形成し、陽極接合法により、接合することも可能である。ただし、第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２がアルミニウムで形成されている場合は、上記薄膜を形成せずに陽極接合することができる。
また、反射部材３１の材質がセラミックスである場合には、例えば銀ろうを用いて、ろう付けすることも可能である。
以上のような方法を採用することで、接着剤で接着するより、信頼性の高い部品を作製できる。
モールド部６０の材料は、透明であり、疎水性であるものがよい。例えば透明樹脂を用いることができ、エポキシ、アクリル、シリコーン、ポリシロキサン等の透明樹脂などを使用することが可能である。また、上記樹脂に蛍光体等を混入してもよい。また、絶縁材料２３も同様の材料を用いることができる。
光源４０と第１の金属基板２１は、ダイボンド剤と称される銀ペースト等の導電性接着剤を用いて接合する。また、光源４０と第１の金属基板２１は、放熱性を考慮し、例えば銀、金錫合金、金、銅等の金属ナノ粒子を焼結させて、接合することで樹脂成分のない熱伝導性の高い接合となる。
次に、図２から図６を用いて、本発明に係わる製造方法を説明する。
図２は、本発明に係る発光部品の製造工程を示す図であり、複数個の発光部品をウェハ単位で製造し、最終工程で個片化する手段を示している。
図２（ａ）は第１の金属基板２１及び第２の金属基板２２を形成するためのスリット部２４が形成されている第３の金属基板２０を示している。第３の金属基板２０は、複数の傾斜貫通孔が一体形成されている反射部材３０の材質、反射部材３０との接合又は接着などの設置方法に応じて図示しない薄膜が形成されている。また、光源４０及びワイヤボンド５０の実装パターンが金膜等で形成されていてもよい。
図２（ｂ）は複数の傾斜貫通孔が一体形成されている反射部材３０を第３の金属基板２０に接着又は接合などにより設置する工程である。傾斜貫通孔は、反射部材３０の素材に応じて、ブラスト加工、エッチング加工、ドリル加工、粉末焼成等により形成する。
図２（ｃ）は第３の金属基板２０に光源４０を搭載する工程を示している。この際、光源は第３の金属基板２０の第１の金属基板を形成する部分に搭載する。この工程において、第３の金属基板２０と光源４０とを銀、金錫合金、金、銅等の金属ナノ粒子を焼結させて、接合している。この工程により、第３の金属基板２０と光源４０との間に上記金属からなる接合層が形成する。また、第３の金属基板２０と光源４０との接合は他にもダイボンド剤と称される銀ペースト等の導電性接着剤を用いて接合することもできる。
図２（ｄ）はワイヤボンド５０を形成し、光源４０と第３の金属基板の第２の金属基板を形成する部分とを電気的に接続する工程である。このときの上面図を図３に示す。
図２（ｅ）は光源４０及びワイヤボンド５０をモールドするモールド部６０を形成する工程である。このとき、モールド部６０は透明であり、疎水性であるものがよい。また、モールド部６０は、蛍光体等の混合物が混入されていてもよい。また、モールド部６０を形成するときには、スリット部２４に図示しないフィルム等で一時的に目張りし、モールド部６０を形成した後にフィルムを除去することで、モールド部６０を形成する。このときに用いるフィルムは図２（ｅ）時だけでなく、図２（ａ）〜図２（ｄ）の都合のよい時点で目張りに用いてもよい。すなわち、モールド部６０は、光源４０を覆うとともに、スリット部２４を充填することができる。これにより、構造が強度で、信頼性の高い発光部品を提供することができる。
図２（ｆ）は第３の金属基板２０に複数個同時に形成してきたものをダイシング等により個片化して、個々の発光部品を製造する発光部品形成工程を示している。この工程により、第３の金属基板２０が第１の金属基板と第２の金属基板とに完全に分割される。
以上の工程により、第３の金属基板２０に複数の発光部品を一括形成した後、個々の発光部品に個片化することが可能となり、製作コストを低減する効果が得られる。
なお、本実施例は発光部品を複数個同時に形成する場合に限定されるものではなく、発光部品を１個形成する場合にも適用できる。その場合、第１の金属基板と第２の金属基板とは別の材質を用いてもよい。
図４を用いて、更に容易に発光部品を製造する方法を説明する。
図４（ａ１）及び図４（ｂ１）に示すとおり、反射部材３０を第３の金属基板２０に設置する工程において、発光部品１を個片化する場所に溝部を有する反射部材３２を用い、個片化する場所にスリット部２４を形成した第３の金属基板を用いて、第３の金属基板２０と接合又は接着により第３の金属基板２０に設置する。この後、図２（ｃ）から図２（ｅ）の工程を先に述べたとおり行う。
このようにしておくと、図４（ｆ１）に示す発光部品形成工程では反射部材のみを切断すればよく、異なる材質を切断しなくて済むため、精度の向上、コスト低減ができ、切断方法の選択肢も多くなる。また、溝部が形成されているため、応力が集中する構造となるため、割るように切断することが可能となり、特別な装置が不要で、すばやく個片化できるようになる。
図５を用いて、更に容易に発光部品を製造する方法を説明する。
図５において、図２と異なる点は、光源４０を搭載する工程(図４（ｂ２）)、ワイヤボンド５０を形成し、光源４０と第３の金属基板の第２の金属基板を形成する部分とを電気的に接続する工程（図４（ｃ２））を行った後に、複数の傾斜貫通孔が一体形成されている反射部材３０を第３の金属基板２０に接着又は接合などにより設置する工程(図４（ｄ２）)を行うことである。
このようにすると、穴の中に光源を実装するのでなく、平面上に光源を実装することができるため、一般的なツールが使用でき、高速化も可能となり、低コストで製造する方法となる。
図６を用いて、発光部品を製造する方法を説明する。
図６において、スリット部２４に予め絶縁部材２３を充填した第３の金属基板２０を用いる（図６（ａ３））ことである。以降の工程図６（ｂ３）から工程図６（ｆ３）は図２に準じて行う。また、絶縁部材２３に光を反射する特性を持つ部材にしてもよい。このようにすることで、図２の時には目張りに用いたフィルムを必要としないため、更に低コストで発光部品を作製でき、効率よく光を取り出せる。
本発明の発光部品は、例えば照明器具や、電光掲示板、車のヘッドライトなどの発光器などに用いることができる。本発明の発光部品は、光源として、試料などの検査対象に光を透過、又は反射させることによって対象物を観察、検査する検査装置に用いることができる。検査装置としては、例えば、偽札鑑定装置、金属の表面の微細な傷や欠陥を見つける画像処理機器、更には、医療、バイオ分野において組織やＤＮＡといった微小化学物質の検知用装置、樹脂硬化装置などに用いることができる。
１ 発光部品
２０ 第３の金属基板
２１ 第１の金属基板
２２ 第２の金属基板
２３ 絶縁材料
２４ スリット部
３０ 複数の傾斜貫通孔が一体形成されている反射部材
３１ 反射部材
３２ 溝部を有する反射部材
４０ 光源
５０ ワイヤボンド
６０ モールド部
１００ ＬＥＤパッケージ
２００ アルミニウム基板
２１０ アノダイジング絶縁層
３００ 電極パターン
４００ 光源
５００ ワイヤ
６００ モールディング部

Claims (15)

  1. 光源と、前記光源を搭載した第１の金属基板と、
    前記光源に接続するワイヤボンドと、
    前記ワイヤボンドにより前記光源と電気的に接続され、前記第１の金属基板と同一平面状に形成され、かつ前記第１の金属基板と絶縁されている第２の金属基板と、
    前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板に設置され、前記光源側の面が前記光源側の面と反対側の面より小さい貫通孔を有するとともに、傾斜した反射面で形成された前記貫通孔側の側面を有する反射部材と、
    前記光源を覆うモールド部と、
    前記第１の金属基板と前記第２の金属基板との間に設けられたスリット部と、
    前記スリット部を充填する絶縁材料と、
    を備える発光部品。
  2. 前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板は銅、銀、金、アルミニウムのいずれかにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光部品。
  3. 前記反射部材はガラスで形成され、前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板の前記反射部材と接合する面はアルミニウム薄膜又はシリコン薄膜で形成され、前記反射部材と、前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板とが陽極接合されていることを特徴とする請求項２に記載の発光部品。
  4. 前記反射部材はセラミックスで形成され、前記反射部材と、前記第１の金属基板及び前記第２の金属基板とは、ろう付けされることを特徴とする請求項２に記載の発光部品。
  5. 前記第１の金属基板と前記光源は、金属ナノ粒子を焼成することにより接合されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光部品。
  6. 前記金属ナノ粒子は、銀、金錫合金、金、銅のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の発光部品。
  7. 前記反射部材の前記傾斜面は、コールドミラー膜、銀膜、アルミニウム膜の少なくともいずれか１つで形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光部品。
  8. 前記モールド部は疎水性であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光部品。
  9. 前記モールド部と前記絶縁材料が同じ物質であることを特徴とする請求項８に記載の発光部品。
  10. 傾斜した貫通孔が形成された反射部材を第３の金属基板に設置する工程と、
    前記第３の金属基板に光源を搭載する工程と、
    前記第３の金属基板と前記光源とをワイヤボンドにより電気的に接続する工程と、
    モールド部を形成する工程と、
    前記第３の金属基板を、前記光源を搭載した部分である第１の金属基板と前記ワイヤボンドで前記光源と電気的に接続した部分である第２の金属基板とに分割する工程と、
    前記第１の金属基板と前記第２の金属基板とに分割された部分に絶縁材を充填する工程と、
    を備えることを特徴とする発光部品の製造方法。
  11. 前記反射部材を前記第３の金属基板に設置する工程において、前記反射部材はガラスで形成され、前記第３の金属基板の前記反射部材と接合する面はアルミニウム薄膜又はシリコン薄膜で形成され、前記反射部材と前記第３の金属基板とを陽極接合することを特徴とする請求項１０に記載の発光部品の製造方法。
  12. 前記反射部材を前記第３の金属基板に設置する工程において、前記反射部材はセラミックスで形成され、前記反射材と前記第３の金属基板とをろう付けすることを特徴とする請求項１０に記載の発光部品の製造方法。
  13. 前記第３の金属基板に前記光源を搭載する工程において、前記第３の金属基板と前記光源とを金属ナノ粒子を焼成することにより接合することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の発光部品の製造方法。
  14. 前記第３の金属基板に複数の発光部品を一括形成した後、個々の発光部品に個片化することを特徴とする請求項１０から１３に記載の発光部品の製造方法。
  15. 請求項１から６のいずれか一項に記載の発光部品を用いた発光器。
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