JP2012039040A

JP2012039040A - 発光素子パッケージおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2012039040A
Application number: JP2010180482A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yoshimura; 栄二吉村
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】低コストで簡易な工程により、パターンが制限されることなく裏面に電極を形成でき、金属基体を用いるため放熱性が良好な発光素子パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】金属基体１０に発光素子３０が実装されて樹脂２２で封止されている発光素子パッケージであって、金属基体１０の樹脂封止部には、少なくとも１つの独立した電極１０ａを含む電極パターンが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードチップなどの発光素子を金属基体に実装して樹脂封止してある発光素子パッケージおよびその製造方法に関する。

この種の発光素子パッケージは、例えば特許文献１に開示されているように、配線パターンを有する基板にＬＥＤチップを実装した後に、リング状のリフレクタを基板に設けてから、樹脂封止する方法などにより製造されていた。

しかし、この製造方法では、リクレクタを別途設ける必要があるため、製造工程が煩雑となり、また、基板が絶縁層を有していないと配線パターンを形成出来ないため、構造が複雑化するという問題もあった。

一方、リードフレームを利用することで、発光素子パッケージの構造を簡略化したものを知られている。例えば、特許文献２には、リードフレームに発光素子をダイボンディングする工程と、リードフレームと樹脂等からなるランプハウス（凹状部材）を一体形成する工程と、ワイヤボンディングする工程と、透光性樹脂で封止する工程とを有する製造方法が開示されている。

特開２００７−８８０９５号公報特開２００５−２９４７３６号公報

しかしながら、上述のリードフレームを利用した製造方法では、リードフレームを使用するため、パターンが制限されるという問題があり、また、裏面に電極を形成するには、アウターリードを裏面に折り返す工程が必要となるという問題があった。更に、リフレクタを金属にすると、短絡が生じるため、リフレクタを金属にできないので、放熱が不十分になるという問題もあった。

一方、ＬＥＤチップを実装する基板の裏面側に電極を設ける場合、配線層間の接続構造が必要となるため、金属バンプの形成、絶縁層の形成、金属層のパターン形成などが必要となる結果、製造工程やコストの面で不利であった。

そこで、本発明の目的は、低コストで簡易な工程により、パターンが制限されることなく裏面に電極を形成でき、金属基体を用いるため放熱性が良好な発光素子パッケージ及びその製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。

即ち、本発明の発光素子パッケージの製造方法は、金属基体のうち、電極が形成される位置へ発光素子を実装する実装工程と、前記発光素子が金属基体と一体化するように樹脂で封止する封止工程と、前記金属基体の樹脂封止部が少なくとも１つの独立した電極を含むように、前記金属基体に電極パターンを形成するパターン形成工程と、を備えることを特徴とする。

従来の製造工程では、パターン形成を行った基板に、発光素子を実装するが、本発明の製造方法では、発光素子を実装した後に、パターン形成を行う。つまり、本発明の発光素子パッケージの製造方法では、発光素子を実装した金属基体を樹脂で封止した後に、パターン形成を行うため、独立した電極が樹脂に接着した状態で形成される。このため、リードフレームのようにパターンが制限されることなく、裏面に独立した電極を形成でき、その際、複雑な工程や多種の材料を必要としない。また、封止樹脂の他は金属基体で構成されるため、発光素子からの放熱性が良好になる。

上記において、前記パターン形成工程がエッチングにより行われることが好ましい。エッチングによりパターン形成する場合、切削などでパターン形成する場合と比較して、外力による電極等の離脱も生じにくく、微細なパターンの形成も可能となる。

また、前記実装工程が、予め凹部を形成した金属基体の凹部の底面へ発光素子を実装するものであることが好ましい。金属基体の凹部の底面へ発光素子を実装することで、光の利用効率を高めて、照度を向上させることができる。また、リフレクタ部分も金属基体で形成されるため、より発光素子からの放熱性が良好になる。

また、前記パターン形成工程の後に、前記金属基体の樹脂封止部を分断する分断工程を有することが好ましい。複数の発光素子パッケージを１つの金属基体に形成した後に、個々の発光素子パッケージを分断することにより、製造効率をより高めることができる。

一方、本発明の発光素子パッケージは、金属基体に発光素子が実装されて樹脂で封止されている発光素子パッケージであって、前記金属基体の樹脂封止部には、少なくとも１つの独立した電極を含む電極パターンが形成されていることを特徴とする。

本発明の発光素子パッケージによると、独立した電極が樹脂に接着した状態であるため、低コストで簡易な工程により、パターンが制限されることなく裏面に電極を形成でき、金属基体を用いるため放熱性が良好な発光素子パッケージとなる。

また、前記金属基体は凹部を有し、前記発光素子が凹部の底面に実装されていることが好ましい。金属基体の凹部の底面へ発光素子を実装することで、光の利用効率を高めて、照度を向上させることができる。また、リフレクタ部分も金属基体で形成されるため、より発光素子からの放熱性が良好になる。

本発明の発光素子パッケージの一例を示す図であり、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその底面図本発明の発光素子パッケージの製造工程フローの一例を示す図本発明の発光素子パッケージの製造工程の一例を示す断面図本発明の発光素子パッケージの他の例を示す断面図本発明の発光素子パッケージの他の例を示す平面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明の発光素子パッケージは、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、金属基体１０に発光素子３０が実装されて樹脂２２で封止されている発光素子パッケージであって、金属基体１０の樹脂封止部には、少なくとも１つの独立した電極１０ａを含む電極パターンが形成されていることを特徴とする。ここで、樹脂封止部とは、金属基体１０に対して封止樹脂が接触している部分を指す。本実施形態では、金属基体１０が凹部１１を有し、発光素子３０が凹部１１の底面１１ａに実装されている例を示す。

本実施形態では、１つの金属基体１０当たり１つの独立した電極１０ａを設けた例を示すが、本発明では、１つの金属基体１０当たり２以上の独立した電極１０ａを設けてもよい（図４（ａ）参照）。また、１つの金属基体１０に複数の発光素子を搭載する場合、１つの金属基体１０当たり更に多くの独立した電極１０ａが設けられる。

本実施形態では、独立した電極１０ａが、発光素子３０を電気的に接続する役割を有し、発光素子３０をボンディングした部分が、発光素子３０を熱的かつ電気的に接続する役割を有する。本発明では、独立した電極１０ａを発光素子３０のボンディング位置に設けることも可能であり、その場合、電極１０ａを凹部１１の底面１１ａのほぼ中央に設けるのが好ましい。

本発明の発光素子パッケージは、本発明の製造方法により好適に製造することができる。以下、本発明の発光素子パッケージの製造方法について説明する。本発明の製造方法は、図２および図３に示すように、金属基体１０のうち、電極１０ａ，１０ｂが形成される位置へ発光素子３０を実装する実装工程と、前記発光素子３０が金属基体１０と一体化するように樹脂２２で封止する封止工程と、前記金属基体１０の樹脂封止部が少なくとも１つの独立した電極１０ａを含むように、前記金属基体１０に電極パターンを形成するパターン形成工程と、を備える。ここで、電極１０ａ，１０ｂが形成される位置とは、形成位置の周辺部をも含む概念である。

（１）まず、金属基体１０に凹部１１を形成する（ステップＳ１）。本実施形態では、予め凹部１１を形成した金属基体１０の凹部１１の底面１１ａへ発光素子を実装する実装工程を行う場合の例を示す。図３（ａ）〜（ｂ）に示すような金属基体１０の凹部１１の形成は、例えばザグリ加工（ドリリング）、切削加工、レーザー加工、エッチングなどにより行うことができるが、ザグリ加工、切削加工、エッチングが好ましい。

金属基体１０は、単層または積層体の何れでもよい。金属基体１０を構成する金属としては、何れの金属でもよく、例えば銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄、その他の合金等が使用できる。なかでも、熱伝導性や電気伝導性の点から、銅、アルミニウムが好ましい。上記のような、放熱が良好な金属基体１０を備える構造により、発光素子の温度上昇を防止できるため、駆動電流をより多く流せ、発光量を増加させることができる。また、別途設けるヒートシンクへの熱伝導を良好にすることが可能となる。

金属基体１０の全体の厚みは、加工性、放熱性、反射面の形成のし易さなどの観点から、１０〜２０００μｍが好ましく、１００〜１０００μｍがより好ましい。凹部１１を形成する場合の底面１１ａ部分の厚みは、加工性、放熱性の観点から、１０〜５００μｍが好ましく、１０〜２００μｍがより好ましい。

凹部１１の上端（最大径部）の外径は、反射効率、加工性の観点から、０．５〜３ｍｍが好ましい。但し、後述のように、１つの凹部１１に、複数の発光素子３０を実装する場合には、凹部１１の上端の外径は、０．５〜１０ｍｍが好ましい。凹部１１には、テーパー状の反射面１１ｂを設けることが好ましい。反射面１１ｂの傾斜角度は、底面１１ａに対して、４０〜８０°が好ましい。

凹部１１の底面１１ａ及び反射面１１ｂの表面には、反射効率を高めるために金、ニッケル、銀などの貴金属によるメッキを行うのが好ましい。また、従来の配線基板と同様に、底面１１ａに部分的にソルダレジストを形成したり、部分的に半田メッキを行ってもよい。ソルダレジストを形成する場合、反射効率を高めるために白色レジスト層を形成するのが好ましい。

（２）次いで、金属基体１０のうち、電極１０ａ，１０ｂが形成される位置へ発光素子３０を実装する実装工程を行う（ステップＳ２）。本実施形態では、１本の金属細線でワイヤボンディングを行う場合の例を示す。

発光素子３０の実装は、図３（ｃ）に示すように、凹部１１の底面１１ａに発光素子３０がボンディング（接着等）された後、発光素子３０の電極と電極１０ａとがワイヤボンディングされることで行われる。発光素子３０のボンディングの方法としては、導電性ペースト、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤、両面テープ、半田等のソルダによる接合など何れでもよいが、金属による接合が放熱性の点から好ましい。

発光素子３０としては、発光ダイオードチップ（ベアチップ）、半導体レーザチップ等が挙げられる。発光素子３０には、発光側に２つの電極が有るタイプと、一方の電極のみが有るタイプと、裏面側に２つの電極が有るタイプとがある。裏面に一方の電極がある場合、カソードタイプとアノードタイプの２種類がある。本発明では、これらを何れも使用することができる。発光素子３０は、最終的に電極１０ａ、１０ｂに電気的に接続されることになるため、本実施形態では、電極１０ａが形成される位置へ、金属細線２１によるワイヤボンディング等で結線される。ワイヤボンディングとしては、超音波やこれと加熱を併用したものなどが可能である。

（３）次いで、前記発光素子３０が金属基体１０と一体化するように樹脂２２で封止する封止工程を行う（ステップＳ３）。従来の製造工程では、パターン形成を行った基板に、発光素子３０を実装するが、本発明の製造方法では、発光素子３０を実装した後に、パターン形成を行うことが特徴である。これによって、パターン形成後に、独立した電極１０ａが樹脂２２に接着した状態で形成される。

本実施形態では、図３（ｄ）に示すように、ディスペンサを用いて透光性の樹脂２２による封止を行う例を示すが、金型を用いてモールディングする方法、金属基体１０のインサートによる射出成形、印刷やスキージによる方法など、封止工程は何れでもよい。

封止に用いる樹脂２２としては、エポキシ樹脂（ガラス成分を含有していてもよい）、シリコーン樹脂などが好ましい。また、封止工程を行う際、又はその後に、凸面の透明樹脂レンズを設けることも可能である。更に、透明樹脂や透明樹脂レンズには、蛍光剤を含有させることも可能である。

（４）次いで、金属基体１０の樹脂封止部が少なくとも１つの独立した電極１０ａを含むように、前記金属基体１０に電極パターンを形成するパターン形成工程を実施する（ステップＳ４）。本実施形態では、パターン形成工程がエッチングにより行われる例を示す。

その場合、図３（ｅ）〜（ｆ）に示すように、エッチングレジストＭを用いて、金属基体１０のエッチングを行って、発光素子３０と導電接続された部分に、１つの独立した電極１０ａを形成する。独立した電極１０ａの上面形状は、金属基体１０サイズを小さくする観点から、円形や楕円形が好ましい。また、独立した電極１０ａの直径は、１００〜１０００μｍが好ましい。

エッチングレジストＭは、感光性樹脂やドライフィルムレジスト（フォトレジスト）などが使用できる。なお、金属基体１０の表面が同時にエッチングされるのを防止するためのマスク材を、金属基体１０の上面に設けるのが好ましい（図示省略）。

エッチングの方法としては、金属基体１０の種類に応じた、各種エッチング液を用いたエッチング方法が挙げられる。例えば、金属基体１０が銅の場合、市販のアルカリエッチング液、過硫酸アンモニウム、過酸化水素／硫酸等が使用できる。エッチング後には、エッチングレジストＭが除去される。

金属基体１０の裏面には、酸化被膜が形成されるのを防止するために、ニッケル、銀などの貴金属によるメッキを行うのが好ましい。また、従来の配線基板と同様に、ソルダレジストを形成したり、部分的に半田メッキを行ってもよい。

（５）次いで、前記金属基体１０の樹脂封止部を分断する分断工程を行うことが好ましい（ステップＳ５）。つまり、本発明では、金属基体１０に複数の発光素子３０を実装した後に、これを分断して、複数の発光素子パッケージを得ることが好ましい。本実施形態では、図３（ｇ）に示すように、矢印で示した切断位置で金属基体１０の切断を行う例を示す。切断には、ダイサー、ルータ、レーザなどの各種切断装置を使用することができる。これにより、１つ又は複数の発光素子３０を有する発光素子パッケージを得る事ができる。

発光素子パッケージは、一般的に、基板に１個の発光素子３０が実装されたパッケージ構成であるが、本発明においては、複数の発光素子３０を実装できるように構成した基板を用いたものも発光素子パッケージと呼ぶ（図５参照）。

（別実施形態）
（１）前述した実施形態では、予め凹部を形成した金属基体の凹部の底面へ発光素子を実装する実装工程の例を示したが、本発明では、図４（ｃ）に示すように、凹部１１を有していない金属基体１０に発光素子３０を実装する実装工程を行ってもよい。その場合、金属基体１０の厚みは、加工性、放熱性などの観点から、１０〜５００μｍが好ましい。

上記の場合、導電接続を行わない部分の金属基体１０に、白色レジスト層を予め形成しておくことが可能である。また、発光素子３０を実装位置の周囲に、リフレクタを形成することもでき、リフレクタによるダムの内側を透明樹脂等で封止することも可能である。リフレクタの形成は、金型を用いてモールディングする方法や、金属基体１０のインサートによる射出成形する方法などにより行うことができる。

（２）前述した実施形態では、１つの独立した電極を含む電極パターンを形成する例を示したが、本発明では、図４（ａ）に示すように、２つの独立した電極１０ａ，１０ｂを含む電極パターンを形成してもよい。その場合、発光素子３０がボンディングされる部分１０ｃは、周囲の金属基体１０に連続した形状となる。このため、発光素子３０がボンディングされる部分１０ｃは、発光素子３０を熱的かつ電気的に接続する役割を有し、独立した電極１０ａ，１０ｂが、発光素子３０を電気的に接続する役割を有する。

この実施形態では、２ワイヤ方式の発光素子３０を実装することができる。なお、１つの独立した電極を含む電極パターンを形成する場合でも、発光素子３０の種類やボンディングの方式によっては、２ワイヤ方式の発光素子３０を実装することが可能である。

（３）前述した実施形態では、ワイヤボンディングにより発光素子が導電接続される例を示したが、本発明では、図４（ｂ）に示すように、金属細線を用いずに発光素子３０の下側電極と電極１０ａ、１０ｂとを導電接続することも可能である。その場合、発光の裏面側に２つの電極が有るタイプの発光素子３０が用いられる。

（４）前述した実施形態では、パターン形成工程がエッチングにより行われる例を示したが、本発明では、切削、ルータ加工、レーザー加工などによっても、パターン形成を行うことが可能である。

また、パターン形成工程の後に、電極同士の隙間に別の樹脂を充填してもよい。樹脂を充填することにより、発光素子パッケージの機械的強度を高めたり、発光素子からの光の反射効率を高めることができる。その場合、別の樹脂としては、反射効率の高いものを使用するのが好ましく、白色充填材を含有する樹脂を使用するのが好ましい。電極同士の隙間に樹脂を充填する方法としては、印刷やスキージによる方法などが挙げられる。

（５）前述した実施形態では、１つの金属基体の凹部に１つの発光素子を搭載する場合の例を示したが、本発明では、図５（ａ）に示すように、１つの凹部１１に複数の発光素子３０を搭載してもよい。その場合、電極１０ａは、全て独立させてもよいが、接続パターンを介して、電極１０ａ同士を電気的に接続してもよい。電極１０ａ同士を電気的に接続する場合、複数の発光素子３０は、並列又は直列に接続することができる。直列に接続する場合、一方の電極１０ａを発光素子３０の投影面の位置に設けるのが好ましい。

（６）前述した実施形態では、１つの金属基体に１つの発光素子を搭載する場合の例を示したが、本発明では、図５（ｂ）に示すように、１つの金属基体に複数の凹部１１を設けて、複数の発光素子３０を搭載してもよい。

（７）前述した実施形態では、金属基体が単層の金属板である例を示したが、異種金属の積層体を使用することも可能である。積層体からなる金属基体を使用する場合、エッチングバリア層を中間に設けることで、エッチングにより金属基体に凹部を形成する際に、底面部分の厚みの制御が容易になる。

積層板を使用する場合に、エッチングバリア層を構成する金属としては、他の金属層とは別の金属が使用され、これらの金属のエッチング時に耐性を示す別の金属が使用できる。具体的には、他の金属層が銅である場合、エッチングバリア層を構成する別の金属としては、金、銀、亜鉛、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、鉛−錫系はんだ合金、又はニッケル−金合金等が使用される。エッチングバリア層が前述の金属（金属系レジストを含む）の場合、市販のアルカリエッチング液、過硫酸アンモニウム、過酸化水素／硫酸等が、エッチング液として使用できる。

１０金属基体
１０ａ，１０ｂ電極
１１金属基体の凹部
１１ａ凹部の底面
２２透光性樹脂
３０発光素子

Claims

金属基体のうち、電極が形成される位置へ発光素子を実装する実装工程と、
前記発光素子が金属基体と一体化するように樹脂で封止する封止工程と、
前記金属基体の樹脂封止部が少なくとも１つの独立した電極を含むように、前記金属基体に電極パターンを形成するパターン形成工程と、
を備える発光素子パッケージの製造方法。
前記パターン形成工程がエッチングにより行われる請求項１記載の発光素子パッケージの製造方法。
前記実装工程が、予め凹部を形成した金属基体の凹部の底面へ発光素子を実装するものである請求項１又は２に記載の発光素子パッケージの製造方法。
前記パターン形成工程の後に、前記金属基体の樹脂封止部を分断する分断工程を有する請求項１〜３いずれかに記載の発光素子パッケージの製造方法。
金属基体に発光素子が実装されて樹脂で封止されている発光素子パッケージであって、
前記金属基体の樹脂封止部には、少なくとも１つの独立した電極を含む電極パターンが形成されていることを特徴とする発光素子パッケージ。
前記金属基体は凹部を有し、前記発光素子が凹部の底面に実装されている請求項５に記載の発光素子パッケージ。