JP2014146794A - パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明により、素子構成とパッケージ工程と組立工程を最小限まで簡略化することで、コストを削減し信頼性と歩留まり率を高める効果を達成する。
【解決手段】本発明が開示するパッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置およびその製造方法は、いかなる半導体パッケージ用基板もプリント基板も必要とせず、主に、発光ダイオードチップ上に、ワイヤで対外接続可能な２つの電極および１つまたは複数のチップ素子を設けるものであり、この２つの電極はワイヤにより直流電源または交流電源に直接電気的接続することで導通して発光ダイオードが発光する。
【選択図】図２

Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）装置に関するものであって、特に、パッケージ工程が不要で回路基板設計も必要としない発光ダイオード装置およびその製造方法に関するものである。

発光ダイオードの発光原理は半導体固有の特性を利用したものであり、半導体のＰＮ接合に電流が流れた時に発光する。ＬＥＤは、耐久性が高く、寿命が長く、小さくて精巧であり、消費電力量が少なく、水銀等の有害物質を含まない等の利点を有するので、照明器具産業で広く応用されている。

初期の発光ダイオードパッケージ構造は通常、リードフレーム上に実装されたチップを有し、封止樹脂体でチップおよびリードフレームの一部を覆い包み、リードフレームの金属リードが封止樹脂体の外に露出して対外的接点となる。
さらに発光ダイオードを組み合わせてアレイを作る時は、複数の発光ダイオードパッケージの金属リードをプリント基板の金属線上に取り付けて、前記発光ダイオードを相互に電気的接続する。
しかしこのようなパッケージ構造は発光ダイオード構造自体のパッケージの大きさに制限され、体積を縮小できない。そして発光ダイオードの放熱経路は金属リードを通じるしかなく、放熱効果が限られてしまう。

上述の問題に基づき、台湾で特許登録された特許文献１の発明では、図１に示すように、パッケージングされていないＬＥＤチップを、パッケージ基板を必要とせず直接プリント基板に接続するＬＥＤ装置およびその製作方法が提案された。
このＬＥＤ装置はパッケージングされていないＬＥＤチップ１０をプリント基板１２上に直接接続、導通、固定し、プリント基板１２上には予め回路を設け、このプリント基板１２は半導体パッケージ用基板を含まず、これによりパッケージ不要のＬＥＤ装置の製作を達成した。
しかし、パッケージ基板を使用しなくても、この先行技術は依然としてプリント基板を使用する必要があるため、プリント基板製造工程も必要となり、またＬＥＤチップの位置合わせとダイボンディング工程も必要である。余分な回路板や余分な工程を必要とするかぎり、素子の信頼度や歩留まり率にも影響し、それに応じたコストや製作時間も必要となる。

台湾特許公告第Ｉ２８１２７１号公報

そこで、本発明は、背景技術のこれらの問題を解決するため、パッケージ基板を用いる必要がなくプリント基板を使用する必要もない発光ダイオード装置およびその製造方法を提案する。

本発明の主な目的は、発光ダイオードチップ上に、ワイヤで対外接続可能な２つの電極およびチップ素子を設け、ワイヤと電極の接続により、直接電源に電気的接続することで、直接導通して発光ダイオードが発光し、いかなる半導体パッケージ用基板およびプリント基板も必要とせず、素子構成とパッケージ工程と組立工程を最小限まで簡略化することで、コストを削減し信頼性と歩留まり率を高められるといった複数の効果を確実に達成できる、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置およびその製造方法を提供することである。

本発明のもう１つ目的は、直接発光ダイオードチップ上にワイヤで対外接続可能な２つの電極および直列、並列または直列並列接続の複数のチップ素子を設け、使用者のニーズに応じて変えられ、さらに高い使用上の柔軟性を提供できる、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置およびその製造方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、ヒートシンク上に直接取り付けることで最も有効な放熱効果を得られる、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置およびその製造方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明のパッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置は、少なくとも１つの発光ダイオードチップを含み、その上にワイヤで対外接続可能な２つの電極および１つまたは複数のチップ素子を設け、ワイヤとこの電極を接続することにより、直流電源または交流電源に直接電気的接続し、直接導通して発光ダイオードが発光する。

また、本発明が提案するもう１つの実施形態は、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置の製造方法であり、まず先に発光ダイオードチップを準備し、この発光ダイオードチップ上にはワイヤで対外接続可能な２つの電極および少なくとも１つのチップ素子を既に設けてあり、ワイヤとこの２つの電極を接続することにより、直流電源または交流電源に直接電気的接続して直接導通し発光ダイオードを発光させる。

本発明によれば、いかなる半導体パッケージ用基板もプリント基板も必要なく、素子構成とパッケージ工程と組立工程が最小限まで簡略化されるので、コストを削減し信頼性と歩留まり率を高めるといった複数の効果が確実に得られる。また、本発明のパッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置は、パッケージングされていない発光ダイオードチップ上に、ワイヤで対外接続可能な２つの電極および直列、並列または直列並列接続の複数のチップ素子を直接形成し、設計要素の数と接続関係を使用者のニーズに合わせて変更できるので、さらに高い使用上の柔軟性を提供できる。

パッケージングされていないＬＥＤチップを、パッケージ基板を必要とせず直接位置合わせとダイボンディングによりプリント基板に接続する、従来のＬＥＤ装置を示す図である。 本発明実施例の構造を示す図であり、発光ダイオードチップ上にはワイヤで対外接続可能な２つの電極および１つのチップ素子を具備する。 本発明実施例の構造を示す図であり、発光ダイオードチップ上にはワイヤで対外接続可能な２つの電極および直列する複数のチップ素子を具備する発光ダイオードチップを示す図である。 本発明実施例の構造を示す図であり、発光ダイオードチップ上にはワイヤで対外接続可能な２つの電極および直列ならびに並列する複数のチップ素子を具備する発光ダイオードウエハを示す図である。

本発明の目的、技術内容、利点および達成される効果をさらに容易に理解するため、具体的実施例と図面により以下に詳しく説明する。

一般的な発光ダイオードチップは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の基板上にＰＮ接合を有するＬＥＤエピタキシャル層を形成するとともに、２つの電極を適当な位置にそれぞれ形成することで、ＬＥＤエピタキシャル層の２つのターミナルに十分な電位差をもたらし、ＬＥＤエピタキシャル層上のＰＮ接合部で光源を生成し周囲に射出させるものである。
本発明は、このような発光ダイオードチップの上、さらにはダイシングされていない発光ダイオードウエハの上で、リソグラフィ工程により、ワイヤで対外接続可能な２つの電極と少なくとも１つのチップ素子を形成し、ワイヤを直接この２つの電極に接続し、電力を供給することで、点灯できる。
いかなるパッケージ工程もプリント基板の製作も必要とせず、またチップと回路基板を位置合わせして接続する工程も必要なく、直接導通して発光させるという目的を達成できる。

図２は本発明実施例の構造を示す図であり、図が示すように、本発明のパッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置は、いかなるパッケージ工程も経ていない少なくとも１つの発光ダイオードチップ２０を含み、この発光ダイオードチップ２０上には少なくとも１つのチップ素子２２を設け、チップ素子２２上にはリソグラフィ工程によりワイヤで対外接続可能な２つの電極２４、２６を形成し、この２つの電極２４、２６はワイヤ２８、３０を利用して電源３２に直接電気的接続し、導通して発光ダイオードが発光する。
もちろん、チップ素子２２上の電極２４、２６は、発光ダイオードチップを製作する半導体製造工程においてリソグラフィ工程により形成されてもよく、また発光ダイオードチップを形成する工程の後に導電ペーストを所定の電極領域にディスペンサで塗布することにより形成されてもよく、両者の方法は使用者のニーズによって決められる。

本発明の発光ダイオード装置を製作する手順についても図２を参照されたい。
まず、パッケージングされていない発光ダイオードチップ２０を備え、その上には少なくとも１つのチップ素子２２を有し、このチップ素子２２上にはリソグラフィ工程により形成されたワイヤで対外接続可能な２つの電極２４、２６が既に設けられている。
そして、電源３２の正極と負極はワイヤでこの２つの電極２４、２６にそれぞれ電気的接続する。
こうして発光ダイオード装置の製作は完成する。

また、前述の発光ダイオードチップは、チップ素子のみを有する以外に、本発明はリソグラフィ工程により複数の直列、並列または直列並列接続のチップ素子を形成する設計も可能である。
図３が示すように、発光ダイオードチップ２０上では半導体製造工程中のリソグラフィ工程により、複数の列を成すアレイ状のチップ素子２２１〜２２７が形成され、これらのチップ素子２２１〜２２７は順に直列方式で一連なりに接続され、これらのチップ素子２２１〜２２７の２つの端部にはワイヤで対外接続可能な２つの電極２４、２６をそれぞれ設け、つまりチップ素子２２１側の端部は電極２４に接続し、チップ素子２２７側の端部は電極２６に接続し、電極２４、２６は直接ワイヤに接続し、さらに電源に接続する。
このワイヤで対外接続可能な２つの電極もまたリソグラフィ工程により製作される。

さらに、発光ダイオードチップはダイシングされていない発光ダイオードウエハそのままでもよく、図４が示すように、ダイシングされていない発光ダイオードウエハ３４上にはリソグラフィ工程によりワイヤで対外接続可能な２つの電極２４、２６および複数の列を成すアレイ状のチップ素子２２が形成される。この例では、これらのチップ素子２２は、３つが一連なりで直列接続し、チップ素子直列３６、３８、４０、４２、４４をそれぞれ構成しており、チップ素子直列３６、３８、４０、４２、４４はそれらの間を相互に並列で接続するとともに電極２４、２６に接続する。
こうして、２つの電極２４、２６がワイヤにより電源に電気的接続する時、チップ素子直列３６、３８、４０、４２、４４は直接導通して発光ダイオードが発光する。

上述のどの発光ダイオード装置においても、発光ダイオードの放熱効果を高めるために、本発明の発光ダイオードチップまたは発光ダイオードウエハ下表面に直接ヒートシンクを取り付けることができ、それにより高い放熱効果が得られる。
また、本発明の発光ダイオード装置は照明器具上に直接応用することもでき、ソケット上に直接取り付けられ、グローブとスイッチの設計に合わせ、いかなるプリント基板もいかなるパッケージ構造も必要としない照明器具を作ることができるので、応用範囲は広い。異なる発色の光源を提供するため、チップ素子表面に蛍光層を直接スプレーまたは塗布、あるいは蛍光体シートを粘着し、異なる発光色の光源を提供し、発光ダイオード装置が特定の色の光源を発光するようにできる。

上述の実施例は技術思想と特徴を説明したものに過ぎず、その目的は当該分野の技術を熟知する者が本発明の内容を理解し実施できるようにするためのものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。したがって、本発明で開示された精神に基づき加えられた各種の変更や潤色はすべて本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１０ ＬＥＤチップ
１２ プリント基板
２０ 発光ダイオードチップ
２２ チップ素子
２２１〜２２７ チップ素子
２４、２６ ワイヤで対外接続可能な電極
２８、３０ ワイヤ
３２ 電源
３４ 発光ダイオードウエハ
３６、３８、４０、４２、４４ チップ素子直列

Claims (9)

1. 少なくとも１つの発光ダイオードチップを含み、前記発光ダイオードチップ上でリソグラフィ工程により、ワイヤで対外接続可能な２つの電極および少なくとも１つのチップ素子を設け、前記ワイヤで接続可能な２つの電極が直流または交流電源に直接電気的接続し、直接導通して発光ダイオードが発光する、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置。
2. 前記発光ダイオード上で、リソグラフィ工程により、複数の前記チップ素子をさらに直接設ける、請求項１に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置。
3. 前記チップ素子はリソグラフィ工程により、直列、並列または直並列方式で電気的接続を形成する、請求項２に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置。
4. 前記発光ダイオードチップはダイシングしていない発光ダイオードウエハである請求項１に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置。
5. 前記直接ワイヤで対外接続可能な２つの電極は、前記発光ダイオードチップの製造工程において直接リソグラフィ工程により形成されたものである、またはその後の工程において導電性ペーストをスプレーすることにより形成されたものである、請求項１に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置。
6. リソグラフィ工程により形成されたワイヤで対外接続可能な２つの電極および少なくとも１つのチップ素子を具備する発光ダイオードチップを備える工程と、
   電源をワイヤで前記２つの電極に電気的接続し、直接導通させて発光ダイオードを発光させる工程と、
   を含む、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置の製造方法。
7. 前記発光ダイオード上でリソグラフィ工程により、複数の前記チップ素子をさらに直接設け、前記チップ素子はリソグラフィ工程により直列、並列または直並列方式で電気的接続を形成する、請求項６に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置の製造方法。
8. 前記ワイヤで対外接続可能な２つの電極は、前記発光ダイオードチップの製作工程において直接リソグラフィ工程により形成する、またはその後の工程において導電性ペーストをディスペンサで塗布することにより形成する、請求項６に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置の製造方法。
9. 前記発光ダイオードチップはダイシングしていない発光ダイオードウエハである請求項６に記載の、パッケージ工程も回路基板も不要な発光ダイオード装置の製造方法。

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