JP2013157527A - Ledパッケージ - Google Patents

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徳夫 吉澤
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Abstract

【課題】 LEDチップの反射光の混色を容易かつ安価に防止する。
【解決手段】 絶縁性基体1を射出成形して、表面と裏面とにLED実装用凹部11、平坦面12及びスルーホール13を形成する。スルーホール13は、平坦面12に連通し、それぞれ無電解めっき層14a、15a及び電解めっき層14b、15bを積層する。絶縁性基体1の表面に無電解めっき層16a、17a及び電解めっき層16b、17bによって、ボンディングワイヤ接合用導体パターン16及び実装用導体パターン17を形成する。実装用導体パターン17は、スルーホール13に形成した電解めっき層15bに延伸する。LEDチップ2を平坦面12に形成した電解めっき層14bにダイボンド3で接合し、その上面をボンディングワイヤ4でボンディングワイヤ接合用導体パターン16に連結する。
【選択図】図3

Description

本発明は、絶縁性基板の表面に設けた凹部にLEDチップを固定したLEDパッケージに関し、特に絶縁性基板の裏面に連通するスルーホールを介して、LEDチップに通電するLEDパッケージに関する。
絶縁性基板の表面に凹部を設け、この凹部の底部にLEDチップを固定したLEDパッケージが提案されている(例えば特許文献1〜3参照。)。特許文献1に記載のLEDパッケージでは、図5に示すように、射出成形プリント基板101の表面にLED実装用凹部111が形成され、このLED実装用凹部の底面に、ダイボンド用凹部112が形成されている。
射出成形プリント基板101の表面には、金属層からなるリボン状のダイボンド用導体パターン117が形成され、このダイボンド用導体パターンは、LED実装用凹部111の表面上を横切って、ダイボンド用凹部112の底面に延伸している。さらに射出成形プリント基板101の表面には、金属層からなるリボン状のボンディングワイヤ接合用導体パターン116が形成され、このボンディングワイヤ接合用導体パターンは、LED実装用凹部111の表面上を横切って、このLED実装用凹部の底面に延伸している。
LEDチップ102は、ダイボンド用凹部112の底面に延伸したダイボンド用導体パターン117の上面に、ダイボンドによって接合されており、このダイボンド用導体パターンを介して通電される。一方LEDチップ102の上面と、LED実装用凹部111の底面に延伸したボンディングワイヤ接合用導体パターン116とは、ボンディングワイヤ104によって通電される。なお特許文献2及び3のいずれにおいても、LEDチップは、LED実装用凹部の底面に装着され、このLED実装用凹部の表面を横切るリボン状の金属層を介して、このLEDチップの下面と上面とにそれぞれ通電するように構成してある点で共通している。
特許文献1 特開平7−15046号公報
特許文献2 特開2008−172167号公報
特許文献3 特開2008−205266号公報
しかるに上述した特許文献1〜3に記載の構成には、次のような改善すべき課題がある。すなわち特許文献1を例にとると、射出成形プリント基板101の表面にLED実装用凹部111を設け、このLED実装用凹部の底部にLEDチップ102を設置している。したがってLED実装用凹部111の表面は、LEDチップ102で発光した光を集光して、上方に照射する反射面として使用することができる。ところがLEDチップ102は、LED実装用凹部111の底部に位置するので、このLEDチップの上面と下面とに通電するためには、射出成形プリント基板101の表面に設けたボンディングワイヤ接合用導体パターン116とダイボンド用導体パターン117とを、それぞれ、このLED実装用凹部の反射面を横切って延伸させる必要がある。
しかるにLED実装用凹部111の反射面を、リボン状に形成した金属層からなるボンディングワイヤ接合用導体パターン116とダイボンド用導体パターン117とが横切ると、LEDチップ102からの光は、これらの導体パターンの表面にも照射されて反射する。ところが、このリボン状に形成した金属層の表面における反射光は、その金属層に特有の波長、すなわち特有の色の反射光となり、LED実装用凹部111の表面における反射光とは、異なる色の反射光となる。したがってLED実装用凹部111における反射光に、異なる色の反射光が混入することによって、反射光全体としては、このLED実装用凹部自体からの反射光と異なる色の反射光となる。
例えばLEDパッケージによって白色の照射光を得るべく、LED実装用凹部111の表面を白色にしたとしても、リボン状の金属層を例えば銅箔によって形成した場合には、反射光全体としては、白色に銅色を加えた混色となり、本来予定した白色の反射光とは、異なった反射光となる。したがって、本来予定した白色の反射光を得るためには、例えばリボン状の金属層の表面に、白色塗料を塗付する処置が必要になり、その分、手間とコストとが大幅に増加してしまう。
そこで本発明の目的は、LEDチップの反射光の混色を、容易かつ安価に防止できるLEDパッケージを提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明によるLEDパッケージの第1の特徴は、LEDチップを搭載するLED実装用凹部の底面に、絶縁性基体の裏面に連通するスルーホールを設け、このスルーホールを経由して、このLEDチップの底部に通電することにある。
すなわち本発明によるLEDパッケージは、絶縁性基体とLEDチップとを備えている。上記絶縁性基体の表面には、LED実装用凹部が形成され、このLED実装用凹部の底部は、平坦面に形成してある。そして上記絶縁性基体の裏面と上記LED実装用凹部の平坦面とは、スルーホールで連通している。上記LED実装用凹部の平坦面とスルーホールの内側面とには、それぞれ無電解めっき層が形成されている。
上記絶縁性基体の表面には、無電解めっき層によってボンディングワイヤ接合用導体パターンと実装用導体パターンとが、相互に分離して形成されている。また上記実装用導体パターンは、上記絶縁性基体の側面を経由して裏面に延伸すると共に、この裏面に開口する上記スルーホールに形成された無電解めっき層に連結している。そして上記LEDチップは、上記LED実装用凹部の平坦面に形成された無電解めっき層の表面に、ダイボンドによって接合され、このLEDチップは、ボンディングワイヤによって、上記ボンディングワイヤ接合用導体パターンに連結されている。
このようにLEDパッケージを構成することによって、LEDチップの底部には、スルーホールを経由して通電するため、このLEDチップの底部に通電する導体パターンが、LED実装用凹部を横切ることを回避できる。またLEDチップの他方の電極には、絶縁性基体の表面に形成されたボンディングワイヤ接合用導体パターンから、細いボンディングワイヤによって通電する。したがってLED実装用凹部は、このボンディングワイヤだけが横切ることになる。以上によりLED実装用凹部の反射光以外の反射光は、細いボンディングワイヤにおける反射光だけになるため、反射光が混色する影響を、実用上問題が生じない程度に抑えることができる。
ところでLED実装用凹部の平坦面、スルーホールの内側面、ボンディングワイヤ接合用導体パターン、及び実装用導体パターンに形成した無電解めっき層については、耐久性や通電性等を確保するためには、ある程度のめっき厚さが必要となる。ところが無電解めっきのみによって、めっき厚さを増加させる場合には、めっき時間が長くなって、その分、製品コストが嵩む。
よって本発明によるLEDパッケージの第2の特徴は、上記無電解めっき層の表面に電解めっき層を積層することにある。したがって上記LEDチップは、上記LED実装用凹部の平坦面に形成された電解めっき層の表面に、ダイボンドによって接合される。
また上述したスルーホールの内側面に無電解めっき層や電解めっき層を形成するときに、このスルーホールの形状を、無電解めっき液や電解めっき液が容易に浸入できる形状にすれば、このスルーホールの内側面に、より迅速かつ確実に、無電解めっき層と電解めっき層とを形成することができる。またスルーホールの内側面における無電解めっき層の密着性を向上させるために、レーザー光を照射して表面改質及び粗化する場合には、スルーホールの内側面にレーザー光を照射し易い形状に形成することが望ましい。
さらに上述したように、LEDチップは、LED実装用凹部の平坦面に形成された電解めっき層の表面に、ダイボンドによって接合される。ここでめっき層を形成した後のスルーホールの上端部が、LED実装用凹部の平坦面に開口する場合には、LEDチップを接合するときに、ダイボンドが、このスルーホールを経由して流出し、LEDチップの接合が不完全になったり、流出した導電性のダイボンドが他の部位に接触したりする不具合が生じる恐れがある。
以上により本発明によるLEDパッケージの第3の特徴は、上記スルーホールが、上記絶縁性基体の裏面に向かって断面積が増加するように形成され、さらにこのスルーホールの上端部が、上記無電解めっき層または電解めっき層によって閉塞されていることにある。
熱可塑性樹脂を射出成形して絶縁性基体を成形すれば、この絶縁性基体の表面に、滑らかな反射面であるLED実装用凹部や先細状のスルーホールを、射出成形と同時に形成することができる。よって本発明によるLEDパッケージの第4の特徴は、前記絶縁性基体は、熱可塑性樹脂を射出成形したものであることにある。
さらに液晶ディスプレーのバックライトとして使用するときには、白色光を放射するLEDチップが多用される。この場合は、実装用凹部における反射光も白色であることが必要となる。よって本発明によるLEDパッケージの第5の特徴は、前記熱可塑性樹脂には、白色顔料が混合されていることにある。
ここで上記「絶縁性基体」の材質としては、合成樹脂が望ましいが、セラミックやガラス等の他の絶縁材も使用できる。また「絶縁性基体」は、射出成形に限らず、圧縮成形や研削等の機械加工で成形してもよい。「LEDチップ」とは、いわゆる発光ダイオードを意味し、PN接合した半導体であって、順方向に電流を流すと発光する素子を意味する。「LED実装用凹部」とは、「絶縁性基体」の表面に開口する窪みであって、搭載した「LEDチップ」の光を反射及び集光させて、凹部の開口面から外部に放出させる領域を意味する。
「平坦面」とは、「LED実装用凹部」の開口面、すなわち「LED実装用凹部」を形成した「絶縁性基体」の表面に平行な面を意味する。「スルーホール」とは、貫通孔を意味し、その断面形状は問わない。断面形状が、例えば円及び三角や四角の多角形の場合が該当する。「無電解めっき層」とは、いわゆる化学めっきによって積層した金属層であって、例えば無電解銅めっき層、無電解ニッケルめっき層、及び無電解金めっき層が該当する。「ダイボンド」とは、例えば銀ペーストのように、導電性粒子を混合した導電性の接着剤を意味する。
「ボンディングワイヤ」とは、金属の導線であって、例えば金の細線が該当する。なお白色の光源を得る等のため、複数の発光ダイオードを組み合わせて「LEDチップ」を構成する場合には、「ボンディングワイヤ」は、2本以上の複数本となる。すなわち共通のアース回路として、スルーホールを介して通電し、他の複数の電極には、それぞれ「ボンディングワイヤ」を介して通電する。
「電解めっき層」とは、いわゆる電気めっきによって積層した金属層であって、例えば電解銅めっき層、無電解ニッケルめっき層、及び電解金めっき層が該当する。「断面が増加」するとは、スルーホールの軸線を含む断面形状が、末広がりになっていることを意味し、例えば円錐形や四角錐形が該当する。
「熱可塑性樹脂」としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルポリスルホン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミド、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂、芳香族系液晶ポリマー、及びノルボルネン樹脂が該当する。「白色顔料」としては、例えば二酸化チタン、硫酸バリウム、硫化亜鉛、硫酸バリウムと硫化亜鉛との混合体、及び水酸化バリウムが該当する。
上述したように、LED実装用凹部の反射光以外の反射光は、細いボンディングワイヤにおける反射光のみになるため、反射光が混色する影響を、実用上問題が生じない程度に抑えることができる。また無電解めっき層の表面に電解めっき層を積層することによって、所定のめっき厚さを形成するまでのめっき時間を短縮することができる。
スルーホールを絶縁性基体の裏面に向かって断面積が増加するように形成することによって、スルーホールの内側面に、より迅速かつ確実に、無電解めっき層と電解めっき層とを形成することができると共に、スルーホールの内側面にレーザー光を照射して表面改質および粗化し易くすることができる。さらにスルーホールの上端部を無電解めっき層または電解めっき層で閉塞することによって、LEDチップを接合する際に、導電性のダイボンドが、外部に流出することを防止できる。
さらに熱可塑性樹脂を射出成形して絶縁性基体を成形することによって、この絶縁性基体の表面に、滑らかな反射面であるLED実装用凹部や先細状のスルーホールを、射出成形と同時に形成することができる。また熱可塑性樹脂に、白色顔料を混合することによって、液晶ディスプレーの好適なバックライトとして使用することができる。
LEDパッケージの表面側を示す斜視図である。 LEDパッケージの裏面側を示す斜視図である。 LEDパッケージの縦断面図である。 スルーホールの拡大縦断面図である 従来例によるLEDパッケージの表面側を示す斜視図である。
図1〜図4を参照しつつ、本発明によるLEDパッケージの1具体例を説明する。図1及び図2に示すように、本発明によるLEDパッケージは、ブロック状の絶縁性基体1と、白色光を発光するLEDチップ2とを備えている。絶縁性基体1の表面には、LED実装用凹部11が形成されており、このLED実装用凹部の底部は、平坦面12が形成してある。また絶縁性基体1の裏面には、四角錐
形状のスルーホール13が開口しており、図3に示すように、このスルーホールの上端部分が、平坦面12に開口している。なおLED実装用凹部11、平坦面12、及びスルーホール13は、金型やピン等によって、絶縁性基体1の射出成形と同時に形成される。
LED実装用凹部11の平坦面12とスルーホール13の内側面とには、それぞれ無電解めっき層14a、15aが形成されており、これらの表面には、それぞれ電解めっき層14b、15bが積層されている。また絶縁性基体1の表面には、無電解めっき層16a、17aによって、それぞれボンディングワイヤ接合用導体パターン16と実装用導体パターン17とが、相互に分離して形成されている。さらに無電解めっき層16a、17aの表面には、それぞれ電解めっき層16b、17bが積層されている。なお電解めっき層14b、15b、16b及び17bは、それぞれ電解銅めっき層、電解光沢ニッケルめっき層、及び電解金めっき層を、この順序で積層して構成する。また電解金めっき層の金は高価であるため、まず電解パラジウムめっきを積層し、その表面に電解金メッキ層を薄く積層してもよい。
実装用導体パターン17は、絶縁性基体1の側面を経由して裏面に延伸すると共に、この裏面に開口するスルーホール13に形成された無電解めっき層15aと電解めっき層15bとに連結している。
さて図3に示すように、LEDチップ2の底面は、LED実装用凹部11の平坦面12に形成された電解めっき層14bの表面に、銀ペーストからなるダイボンド3によって接合され、このLEDチップの上面は、金線からなるボンディングワイヤ4によって、ボンディングワイヤ接合用導体パターン17に連結される。すなわちLEDチップ2の上部は、P型半導体で構成され、ボンディングワイヤ4を介して、ボンディングワイヤ接合用導体パターン16からプラス電圧が印加される。一方LEDチップ2の下部は、N型半導体で構成され、スルーホール13及び平坦部12に形成した無電解めっき層14a、15aと電解めっき層14b、15bとを介して、実装用導体パターン17からマイナス電圧が印加される。
なお図4に示すように、絶縁性基体1の裏面に開口する四角錐形状のスルーホール13は、開口面における断面積が大きくなっている。このため無電解めっき液及び電解めっき液は、四角錐形状のスルーホール13内に、容易に進入可能となって、このスルーホール内側面に、迅速に無電解めっき層15a及び電解めっき層15bを形成することができる。さらに四角錐形状のスルーホール13の上端部は、断面積が小さくなっているため、この上端部を無電解めっき層15aまたは電解めっき層15bによって閉塞することが容易となる。
さて次に、上述したLEDパッケージの製造方法について概説する。まず芳香族系ポリアミド(6Tナイロン)(例えば大塚化学株式会社の製品「#NM114HW」)を射出成形して、ブロック状の基体1を形成する。なおLED実装用凹部11、平坦面12、及びスルーホール13は、射出成形と同時に形成される。
次に絶縁性基体1において、無電解めっき層を形成する部分に、レーザー光を照射して、表面改質すると共に粗化する。後工程において形成する無電解めっき層の絶縁性基体に対する密着性を向上させるためである。具体的には、LED実装用凹部11の底部の平坦面12、この絶縁性基体の裏面に開口する四角錐形状のスルーホール13の内側面、この絶縁性基体の表面に形成するボンディングワイヤ接合用導体パターン16、及びこの絶縁性基体の表面から側面を経由して、裏面のスルーホールに延伸する実装用導体パターン17の部分を表面改質すると共に粗化する。
なおこのレーザー光の照射によって、照射面に官能基が生成されると共に、表面の阻度が10点平均で80μm程度に粗化される。但し絶縁性基体1においてレーザー光が照射されない面は、表面改質や粗化されないため、疎水性が維持され、次工程において触媒が密着しないため、無電解めっき層も成形されない。特にLEDチップ1からの光を反射させるLED実装用凹部11の表面は、レーザー光が照射されずに粗化されないため、高い反射率を得ることができる。
次に粗化面に触媒が吸着しやすいように、絶縁性基体1をアルカリ洗浄し、さらに表面を活性化する。ここでアルカリ洗浄は、例えば温度が50℃で濃度が50g/リットルの水酸化ナトリウムの水溶液に、絶縁性基体1を5分間浸漬して行なう。次いで活性化は、例えば界面活性剤(例えば荏原ユージライト株式会社の製品「PB−119S」)を50cc/リットルに希釈して、温度を25℃に設定した水溶液に、絶縁性基体1を5分間浸漬して行なう。
次にパラジウムイオン触媒(例えば荏原ユージライト株式会社の製品「#ACT−S」)を、濃度0.06%の塩酸の水溶液(pH2.0)によって50ppmのイオン濃度に希釈して、温度を25℃に設定したイオン触媒液に、活性化した絶縁性基体1を2分間浸漬して、レーザー光を照射した面にパラジウムイオン触媒を吸着させる。なおパラジウムイオン触媒(例えばアトテック ジャパン株式会社の製品「#ネオガント834」)を、例えば苛性ソーダの水溶液(pH 10.5)によって50ppmのイオン濃度に希釈し、温度を40℃に設定して、上記活性化した基体1を5分間浸漬してもよい。レーザー光を照射した面は、表面改質されて官能基が生成されているため、パラジウムイオン触媒が、改質層内に入り込んで官能基と反応して、この改質層内に強固に定着する。ただしレーザー光によって粗化されていない面には、パラジウムイオン触媒は吸着されない。
次いで温度が25℃、濃度が1.5g/リットルの水素化ホウ素ナトリウムの水溶液に、絶縁性基体1を浸漬して、吸着させたパラジウムイオン触媒を、パラジウム金属に還元する。パラジウムイオン触媒は、レーザー光を照射して表面改質された改質層内に強固に定着しているため、還元されたパラジウム金属も、改質層内に強固に吸着する。なおパラジウム金属が吸着した絶縁性基体1を、上述した界面活性剤の水溶液に浸漬する工程を入れてもよい。吸着したパラジウム金属の表面を、酸化層等を除去して活性化し、次の無電解めっき層の析出を促進するためである。
次に絶縁性基体1を無電解銅めっき液に浸漬して、改質層内で強固に定着したパラジウム金属を核として銅金属を析出させ、無電解銅めっき層14a〜17aを成形する。例えば液温を50℃に設定した無電解銅めっき液(例えば荏原ユージライト株式会社の製品「AISL−520」)に、絶縁性基体1を15分間程度浸漬する。これにより、厚さ0.5〜0.8μの無電解銅めっき層14a〜17aが成形される。なお非めっき部分に、析出反応初期段階の無電解銅めっきの残滓が残存する場合には、温度40℃に設定した、濃度10g/リットルの過硫酸の水溶液に、絶縁性基体1を20秒前後浸漬すれば、この残存する無電解銅めっきの残滓を、確実に除去することができる。
次に無電解銅めっき層14a〜17aの表面に、電解めっき層14b〜17bを積層する。電解めっき層14b〜17bは、それぞれ電解銅めっき層を8〜12μm積層し、その電解銅めっき層の表面に、電解光沢ニッケルめっき層を3〜4μm積層して形成する。さらに電解光沢ニッケルめっき層の表面に、耐食性を向上させる等のために、電解金めっきを積層する。ここでめっき金属である金は高価であるため、まず電解パラジウムメッキを0.1μm程度積層し、その表面に電解金メッキ層を0.03〜0.05μm積層する。なおこれらの電解めっきは、一般的な電解めっき手段を使用できる。
次にLED実装用凹部11の平坦面12に形成された電解めっき層14bの表面に、銀ペーストからなるダイボンド3によって、LEDチップ2を接合する。またLEDチップ2の上面を、金線からなるボンディングワイヤ4によって、ボンディングワイヤ接合用導体パターン1に電気的に連結する。最後にLED実装用凹部11に、エポキシ樹脂等の透明の封止剤を充填し、LEDチップ2、ボンディングワイヤ4及びLED実装用凹部11を密封する。
LEDチップの反射光の混色を容易かつ安価に防止することができるため、LEDパッケージや電子機器等に関する産業に広く利用可能である。
1 絶縁性基体
11 LED実装用凹部
12 平坦面
13 スルーホール
14a 無電解銅めっき層(無電解めっき層)
14b 電解めっき層
15a 無電解銅めっき層(無電解めっき層)
15b 電解めっき層
16 ボンディングワイヤ接合用導体パターン
16a 無電解銅めっき層(無電解めっき層)
16b 電解めっき層
17 実装用導体パターン
17a 無電解銅めっき層(無電解めっき層)
17b 電解めっき層
2 LEDチップ
3 ダイボンド3
4 ボンディングワイヤ

Claims (5)

  1. 絶縁性基体とLEDチップとを備え、
    上記絶縁性基体の表面には、LED実装用凹部が形成されており、
    上記LED実装用凹部の底部は、平坦面に形成してあり、
    上記絶縁性基体の裏面と上記LED実装用凹部の平坦面とは、スルーホールで連通しており、
    上記LED実装用凹部の平坦面とスルーホールの内側面とには、それぞれ無電解めっき層が形成されており、
    上記絶縁性基体の表面には、無電解めっき層によるボンディングワイヤ接合用導体パターンと実装用導体パターンとが、相互に分離して形成されており、
    上記実装用導体パターンは、上記絶縁性基体の側面を経由して裏面に延伸すると共に、この裏面に開口する上記スルーホールに形成された無電解めっき層に連結しており、
    上記LEDチップは、上記LED実装用凹部の平坦面に形成された無電解めっき層の表面にダイボンドによって接合され、
    上記LEDチップは、ボンディングワイヤによってボンディングワイヤ接合用導体パターンに連結されている
    ことを特徴とするLEDパッケージ。
  2. 前記無電解めっき層の表面には、いずれも電解めっき層が積層されており、
    前記LEDチップは、前記LED実装用凹部の平坦面に形成された電解めっき層の表面にダイボンドによって接合される
    ことを特徴とする請求項1に記載のLEDパッケージ。
  3. 前記スルーホールは、前記絶縁性基体の裏面に向かって断面積が増加するように形成されており、
    上記スルーホールの上端部は、前記無電解めっき層または電解めっき層によって閉塞されている
    ことを特徴とする請求項2に記載のLEDパッケージ。
  4. 前記絶縁性基体は、熱可塑性樹脂を射出成形したものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のLEDパッケージ。
  5. 前記熱可塑性樹脂には、白色顔料が混合されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のLEDパッケージ。
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