JP2012039071A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の主な目的は、放熱効果を向上させることができる発光ダイオードを提供することにある。
【解決手段】上記課題を解決するために本発明では、放熱部品と誘電体層と導電層と熱伝導層と発光ユニットを含む発光ダイオードを提供する。前記放熱部品は、上表面を有する。前記誘電体層は、前記放熱部品の上表面に形成されている。前記誘電体層には、前記放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させるための第一穴部が形成されている。前記導電層は、前記誘電体層の上に形成されている。前記導電層は、複数の導線と、前記第一穴部の穴部と一部が重なってるかすべてが重なっている穴部によって前記放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させる第二穴部と、を具備する。前記熱伝導層は、前記第一穴部と第二穴部の中に形成され、且つ前記放熱部品の上表面に接着されている。前記発光ダイオードは、前記熱伝導層によって前記放熱部品の上に接着されているので、発光ダイオードの熱が前記熱伝導層を通して直接に前記熱伝導層に伝導されることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードの放熱構造と、その放熱構造を有する発光ダイオードの製造方法に関する。

環境・エネルギー問題への意識の向上と相まっていろいろな省エネ商品が注目されている。前記発光ダイオードは、エネルギーを節約し、電気消耗が少なく、効率が高く、反応時間が短く、寿命が長く、水銀を含まず、環境に対する負荷が少ないという利点を有しているので、広く使われている。高輝度発光ダイオード（High Brightness Light Emitting Diodes、ＨＢ−ＬＥＤと略称）の発展に伴って、照明、表示装置のバックライト、カーランプ、ミニプロジェクターなどのような領域に使われる発光ダイオードの範囲が急速に増えている。

図１は、従来の発光ダイオード１００を示す断面図である。図１に示すように、前記発光ダイオード１００には、放熱部品１０２が形成されている。前記放熱部品１０２の上表面１０４には、誘電体層１１０が形成されている。前記誘電体層１１０の上には、所定の形状に形成される導電層１１２が形成されている。前記導電層１１２の材料として、銅を使うことができる。前記導電層１１２の上には、発光ダイオード１１６が形成されている。前記導電層１１２と前記発光ダイオード１１６の電極１１８は、半田１２２によって電気接続されている。

周知のように、前記発光ダイオード１００の発光ダイオード１１６が発光する時に熱が生じる。前記発光ダイオード１１６で生じる熱は、順に半田１２２、導電層１１２及び誘電体層１１０を通して前記放熱部品１０２に伝導され、且つ放熱部品１０２によって放熱される。前記発光ダイオード１１６の熱が複数の部品を通す後に前記放熱部品１０２に伝導されるので、前記発光ダイオード１００の放熱効果がよくない。従って、放熱されない熱が発光ダイオード１１６の発光にも影響を与えることができる。

本発明の主な目的は、放熱効果を向上させることができる発光ダイオードを提供することにある。

本発明の主な目的は、放熱効果を向上させることができる発光ダイオードを製造する方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明では、放熱部品と、誘電体層と、導電層と、熱伝導層と、発光ユニットを含む発光ダイオードを提供する。前記放熱部品は、上表面を有している。前記誘電体層は、前記放熱部品の上表面に形成されている。前記誘電体層を前記放熱部品の上表面に形成する前に、絶縁材料で誘電体層に表面トリートメントを実施する。前記誘電体層には、前記放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させるための第一穴部が形成されている。前記導電層は、前記誘電体層の上に形成されている。前記導電層は、複数の導線と、前記第一穴部の穴部と一部が重なってるかすべてが重なっている穴部によって前記放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させる第二穴部とを具備する。前記熱伝導層は、前記第一穴部と第二穴部の中に形成され、且つ前記放熱部品の上表面に接着されている。前記発光ダイオードは、前記導電層に電気接続される電極を具備する。前記発光ダイオードは、前記熱伝導層によって前記放熱部品の上に接着されている。前記発光ダイオードが発光する時に生じる熱は、前記熱伝導層を通して前記放熱部品に伝導される。

上述する発光ダイオードにおいて、前記熱伝導層の材料として、熱伝導性接着剤或いは熱伝導性半田を使うことができる。

上記課題を解決するために本発明では、以下の順に従って実施する発光ダイオードの製造方法を提供する。まず、放熱部品の上表面の上に誘電体層を形成する。前記誘電体層は、絶縁材料で表面トリートメントを実施したことがあり、且つ放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させるための第一穴部が形成されている。次に、塗布方式で前記誘電体層の上に導電層を形成する。前記導電層には、前記第一穴部と一部が重なってるかすべてが重なっている第二穴部が形成されている。次に、所定の形状に形成されている前記導電層の複数の導線を形成する。次に、前記第一穴部と第二穴部の中に熱伝導層を形成する。前記熱伝導層は、発光ユニットを前記放熱部品の上表面に接着させるだけでなく、発光ユニットで生じる熱を前記放熱部品に伝導する。次に、前記発光ユニットの電極を前記導電層に電気接続させる。

上述する発光ダイオードの製造方法で、前記熱伝導層が形成される前記放熱部品の上表面の局部に対して表面処理を実施して、表面処理層を形成することができる。前記表面処理層は、前記熱伝導層と放熱部品との間の接着力を高める。他の実施形態で、前記導電層の局部或いは誘電体層の局部に保護層を形成することもできる。

上述する本発明の発光ダイオードにおいて、前記発光ユニットが熱伝導層或いは熱伝導性接着剤によって直接に前記放熱部品の上に接着されているので、発光ユニットが発光する時に生じる熱が熱伝導層或いは熱伝導性接着剤によって直接に前記放熱部品に伝導されることができる。即ち、発光ユニットの熱が直接に前記放熱部品に伝導されるので、本発明の発光ダイオードの放熱効果を向上させることができる。従って、放熱されない熱によって発光ダイオードの発光に影響を与えることを防ぐことができる。

従来の発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示すフローチャートである。

図２は、本発明の第一実施形態に係る発光ダイオード２００を示す断面図である。図２に示すように、本発明の発光ダイオード２００には、放熱部品２０２が形成されている。前記放熱部品２０２の材料として、アルミニウム合金、マグネシウム合金或いは熱伝導性金属などを使うことができる。前記放熱部品２０２は、上表面２０４と、下表面２０６と、を含む。前記放熱部品２０２の下表面２０６には、複数のフィン２０８が形成されている。

前記放熱部品２０２の上表面２０４には、表面トリートメント（surface treatment）を実施することがある誘電体層２１０が形成されている。本実施形態の誘電体層２１０は、絶縁材料で表面トリートメントを実施する後に、前記前記放熱部品２０２の上表面２０４に載せるものである。前記誘電体層２１０に対して実施する表面トリートメントは、スクリーン印刷塗布或いはインクジェット印刷方法を使うことができる。前記誘電体層２１０は、酸化アルミニウムなどのような絶縁材料を含むことができる。前記誘電体層２１０の材料として、熱伝導性がよく、前記放熱部品２０２によく接着する材料を選択することが好ましい。前記誘電体層２１０には、前記放熱部品２０２の上表面２０４を露出させる少なくとも１つの第一穴部２１２が形成されている。

前記放熱部品２０２の上には、導電層２１４が形成されている。前記導電層２１４の材料として、銅と樹脂が混合される銅ペースト或いはマイクロ銀粒子と樹脂が混合される銀ペーストのような導電性化合物を選択することができる。即ち、導電性と接着性がよい材料を選択することが好ましい。前記第一穴部２１２が形成されている前記導電層２１４の位置には、第二穴部２１６が形成されている。前記第一穴部２１２の穴部と前記第二穴部２１６の穴部は、一部が重なっているかすべてが重なっている。前記放熱部品２０２の上表面２０４の局部は、前記第一穴部２１２と第二穴部２１６が重なっている穴型通路を通して外部に露出されている。

前記第一穴部２１２と第二穴部２１６の中には、発光ユニット２２０が形成されている。前記発光ユニット２２０は、放熱部２２２と、２つの電極２２６ａ、２２６ｂと、を含む。前記発光ユニット２２０の放熱部２２２は、熱伝導性接着剤２２８によって前記放熱部品２０２の上表面２０４に接着されている。従って、前記発光ユニット２２０が発光する時に生じる熱は、前記熱伝導性接着剤２２８によって前記放熱部品２０２に伝導される。本実施形態の熱伝導性接着剤２２８は、銅ペースト或いは銀ペーストのような導電性を有する熱伝導性接着剤、或いは導電性を有しない熱伝導性接着剤である。

前記発光ユニット２２０の２つの電極２２６ａ及び２２６ｂは、別々に前記導電層２１４に電気接続されている。本実施形態の電極２２６ａ或いは２２６ｂは、導電性半田２３０によって前記導電層２１４に電気接続されている。

図３は、本発明の第二実施形態に係る発光ダイオード３００を示す断面図である。第二実施形態の光ダイオード構造３００と第一実施形態の発光ダイオード２００が違い所は、図３の発光ユニット３２０の形状を変えることと、上表面２０４と熱伝導性接着剤２２８との間の接着力を高めるために第一穴部２１２と第二穴部２１６によって露出されている上表面２０４の局部に対して鍍金或いはスパッタリングを実施することである。本実施形態の発光ユニット３２０は、Ｔ字形に形成され、２つの電極２２６ａ及び２２６ｂは、Ｔ字形の２つの隅部に形成されている。前記２つの電極２２６ａ及び２２６ｂは、別々に２つの電極の下に形成される導電性半田２３０によって導電層２１４上に電気接続されている。図３の本実施形態で、放熱部品２０２の上表面２０４と熱伝導性接着剤２２８との間の接着力をさらに高めるために、前記熱伝導性接着剤２２８と接着する前記上表面２０４の局部に対して表面処理を実施することができる。即ち、前記熱伝導性接着剤２２８と接着する前記上表面２０４の局部に対して鍍金或いはスパッタリングを実施して、表面処理層２３２を形成することができる。前記表面処理層２３２は、放熱部品２０２の上表面２０４と熱伝導性接着剤２２８との間の接着力を高めることができる。

図４は、本発明の第三実施形態に係る発光ダイオード４００を示す断面図である。第三実施形態の光ダイオード構造４００と第二実施形態の発光ダイオード３００が違い所は、図４の光ダイオード構造４００の導電層２１４と誘電体層２１０の上に別々に保護層４０２ａと４０２ｂが形成されていることと、すべての電極２２６ａなど（電極２２６ｂは示さない）が発光ユニット２２０の一側に形成されていることである。本実施形態の熱伝導性接着剤４０４は、発光ユニット２２０の放熱部２２２を放熱部品２０２の上表面２０４に接着させるだけでなく、発光ユニット２２０で生じる熱を前記放熱部品２０２に伝導させる熱伝導層になっている。前記熱伝導性接着剤４０４は、前記熱伝導性接着剤２２８のような接着力を有しているので、発光ユニット２２０と放熱部品２０２との間の接着力を高めることができる。

前記保護層４０２ａは、導電層２１４の上表面の局部と、導電層２１４と熱伝導性接着剤４０４との間と、に形成されているので、前記導電層２１４が破損されることを防ぐことができる。前記保護層４０２ｂは、誘電体層２１０の上に形成されているので、前記誘電体層２１０が破損されることを防ぐことができる。

図５は、本発明の第四実施形態に係る発光ダイオード５００を示す断面図である。第四実施形態の光ダイオード構造５００と第三実施形態の発光ダイオード４００が違い所は、熱伝導性接着剤４０４の代りに半田５０２ａを形成することがである。本実施形態で上述するように、前記半田５０２ａと放熱部品２０２との間の接着力を高めるために、前記半田５０２ａと放熱部品２０２の上表面２０４が接着する部位に対して表面処理を実施して表面処理層５０４ａを形成することができる。前記表面処理層５０４ａは、前記半田５０２ａと放熱部品２０２との間の接着力を高めることができる。

前記発光ユニット２２０の電極２２６ａも半田５０２ｂによって導電層２１４の上に形成されている。前記半田５０２ｂと前記導電層２１４のとの間の接着力を高めるために、半田５０２ｂと前記導電層２１４のとの間の接着部位に対しても表面処理を実施して表面処理層５０４ｂを形成することができる。

図６は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、以下のステップを含む。まず、ステップＳ６０２で、放熱部品の上表面に対して表面トリートメント（surface treatment）を実施して誘電体層を形成する。前記誘電体層には、前記放熱部品の上表面を露出するための第一穴部が形成されている。前記誘電体層を形成する方法として、スクリーン印刷塗布或いはインクジェット印刷方法を使うことができる。次に、ステップＳ６０４で、前記誘電体層の上に第二穴部が形成されている導電層を形成する。前記第一穴部の穴部と前記第二穴部の穴部は、一部が重なっているかすべてが重なっているので、外部から放熱部品の上表面の局部を見ることができる。即ち、前記放熱部品の上表面の局部は、前記第一穴部と第二穴部が重なっている穴型通路を通して外部に露出されている。前記導電層を形成する方法として、スクリーン印刷塗布或いはインクジェット印刷方法を使うことができる。他の実施形態で、スパッタリングを使うこともできる。次の、ステップＳ６０６で、所定の形状に形成される前記導電層の上に複数の導線を形成する。

次に、ステップ６０８で、前記第一穴部と第二穴部熱の中に熱伝導層（例えば、熱伝導性接着剤）を形成する。前記熱伝導層は、発光ユニットを放熱部品の上表面に接着させるばかりでなく、発光ユニットが発光する時に生じる熱を前記放熱部品に伝導する。本実施形態で、前記熱伝導層と前記放熱部品との間の接着力を高めるために、熱伝導層と前記放熱部品が接着される部位に対して表面処理を実施して表面処理層を形成することができる。次に、ステップＳ６１０で、前記発光ダイオードの２つの電極を前記導電層の導線に電気接続させる。本実施形態で、半田或いは他の導電性接着剤によって前記光ダイオードの電極を前記導電層の導線に電気接続させることができる。

本発明の発光ダイオードにおいて、前記発光ユニットは、熱伝導層或いは熱伝導性接着剤によって直接に前記放熱部品の上に接着されている。従って、発光ユニットが発光する時に生じる熱が熱伝導層或いは熱伝導性接着剤によって直接に前記放熱部品に伝導されることができる。即ち、発光ユニットの熱が直接に前記放熱部品に伝導されるので、本発明の発光ダイオードの放熱効果を向上させることができる。且つ、放熱されない熱によって発光ダイオードの発光に影響を与えることを防ぐことができる。且つ、前記誘電体層と導電層は、塗布工程によって肉薄に前記放熱部品の上に形成されているので、本発明の発光ダイオードの放熱効果をさらに向上させることができる。

１００、２００ 発光ダイオード
１０２、２０２ 放熱部品
１０４、２０４ 上表面
１１０、２１０ 誘電体層
１１２、２１４ 導電層
１１４、２１８ 導線
１１６、２２０ 発光ユニット
１１８、２２６ａ、２２６ｂ 電極
１２２、５０２ａ、５０２ｂ 半田
２０６ 下表面
２０８ ファン
２１２ 第一穴部
２１６ 第二穴部
２２２ 放熱部
２２８ 熱伝導性接着剤
２３０ 導電性半田
２３２、５０４ａ、５０４ｂ 表面処理層
４０２ａ、４０２ｂ 保護層
４０４ 熱伝導性接着剤

Claims (19)

1. 上表面を有する放熱部品と、
   絶縁材料で表面トリートメントを実施し、前記放熱部品の上表面に形成され、且つ放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させるための第一穴部が形成されている誘電体層と、
   前記誘電体層の上に形成され、且つ複数の導線と、前記第一穴部の穴部と少なくとも一部が重なっており、前記放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させる第二穴部とを具備する導電層と、
   前記第一穴部と第二穴部の中に形成され、且つ前記放熱部品の上表面に接着されている熱伝導層と、
   前記導電層に電気接続される電極を具備し、且つ熱が前記放熱部品に伝導するように熱伝導層の上に接着されている発光ユニットと、を含むことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記放熱部品の材料として、アルミニウム合金、マグネシウム合金或いは他の熱伝導性金属を使うことができることを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
3. 前記熱伝導層の材料として半田を使うことができることを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
4. 前記半田に接着される前記導電層の局部に対して鍍金或いはスパッタリングを実施することを特徴とする請求項３の記載の発光ダイオード。
5. 前記半田に接着される前記放熱部品の上表面の局部に対して鍍金或いはスパッタリングを実施することを特徴とする請求項３の記載の発光ダイオード。
6. 前記発光ユニットの電極と前記導電層は、導電性接着剤によって電気接続されていることを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
7. 前記誘電体層に対して表面処理を実施する方法として、スクリーン印刷塗布或いはインクジェット印刷方法を使うことができることを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
8. 前記誘電体層が絶縁材料を含むことを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
9. 前記絶縁材料として酸化アルミニウムを使うことができることを特徴とする請求項８の記載の発光ダイオード。
10. 前記導電層の材料として導電性化合物を使うことができることを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
11. 前記導電性化合物として、銅ペースト或いは銀ペーストを使うことができることを特徴とする請求項１０の記載の発光ダイオード。
12. 前記第一穴部と第二穴部によって露出されている前記放熱部品の上表面の局部に対して鍍金或いはスパッタリングを実施することを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
13. 前記熱伝導層の材料として、熱を伝送する接着剤を選択することができることを特徴とする請求項１の記載の発光ダイオード。
14. 絶縁材料で表面トリートメントを実施されており、且つ放熱部品の上表面の局部を外部に漏出させるための第一穴部が形成されている誘電体層を放熱部品の上表面の上に形成するステップと、
    前記第一穴部と少なくとも一部が重なっている第二穴部が形成されている導電層を塗布方式で前記誘電体層の上に形成するステップと、
    所定の形状に形成されている前記導電層に複数の導線を形成するステップと、
    前記第一穴部と第二穴部の中に発光ユニットを前記放熱部品の上表面に接着させるための熱伝導層を形成する後、前記発光ユニットの電極を前記導電層に電気接続させるステップと、を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
15. 前記導電層を形成するステップは、スクリーン印刷塗布を実施するステップを含むことを特徴とする請求項１４の記載の発光ダイオードの製造方法。
16. 前記導電層を形成するステップは、インクジェット印刷を実施するステップを含むことを特徴とする請求項１４の記載の発光ダイオードの製造方法。
17. 前記熱伝導層を前記放熱部品の上に形成する前に、熱伝導層が形成される放熱部品の上表面の局部に対して表面処理を実施することを特徴とする請求項１４の記載の発光ダイオードの製造方法。
18. 前記表面処理を実施するステップは、鍍金或いはスパッタリングを実施するステップを含むことを特徴とする請求項１７の記載の発光ダイオードの製造方法。
19. 前記発光ユニットの電極を前記導電層に電気接続させるステップで、導電性接着剤或いは半田によって発光ユニットの電極を前記導電層の導線に電気接続させることを特徴とする請求項１４の記載の発光ダイオードの製造方法。
    

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