JP2017509163A - Ｌｅｄチップパッケージ体及びそのパッケージング - Google Patents
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Abstract
本発明は、ＬＥＤチップパッケージ体及びそのパッケージングに関するものであり、ＬＥＤパッケージングの技術分野に属する。ＬＥＤチップパッケージ体、透明基板、ＬＥＤチップ、導電性ワイヤとを含む。ＬＥＤチップは、順発光効率を向上させ、処理手順を簡略化するために、透明基板上に逆に取り付けられている。【選択図】図２
Description
本発明は、ＬＥＤチップパッケージ体及びそのパッケージングに関するものであり、ＬＥＤパッケージングの技術分野に属する。
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ−Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）は、電気のエネルギーを光エネルギーに変換する半導体であり、従来の白熱電球タングステンフィラメント発光や蛍光灯三色発光の原理ではなく、電界発光の原理を用いている。ＬＥＤを、発熱電球、スパイラル形蛍光灯、Ｔ５蛍光灯と較べた場合、発熱電球は発光効率１２ ｌｍ／Ｗ、寿命２０００時間以下、スパイラル形状蛍光灯は発光効率６０ ｌｍ／Ｗ、寿命８０００時間以下、Ｔ５蛍光灯は発光効率９６ ｌｍ／Ｗ、寿命約１００００時間だが、直径５ｍｍ白色ＬＥＤの理論上の発光効率は１５０ ｌｍ／Ｗを超えており、寿命も１０００００時間以上ある。
中国は今後、段階的に白熱電球を淘汰するとし、国家発展改革委員会、商務部、税関総署、国家工商総局、国家質量監督検疫検験総局は共同で「一般照明白熱電球の輸入と販売の段階的禁止に関する公告」を発表した。このロードマップによると、２０１２年１０月１日より、力率によって段階的に白熱電球の輸入と販売が禁止される。
中国はランプ類の生産消費大国である。電球形蛍光灯、白熱電球の生産量はいずれも世界一であり、２０１０年における白熱電球の生産量と国内販売量は、それぞれ３８．５億個、１０．７億個であった。中国では、照明向けの電力消費が全電力消費の１２％前後を占めており、白熱電球を発光効率の高いランプに取り替えれば、省エネ低炭素化に資するところが大きい。白熱電球の使用を段階的に廃止すれば、中国のランプ産業構造のレベルアップにもなり、「第１２次５カ年計画」の省エネ低炭素化目標達成にも貢献できるし、世界的な気候変動に対し前向きに応対するという点でも意義深い。市場はＬＥＤ製品の製造技術の成熟化加速を切に求めている。
ＬＥＤパッケージは発光チップの外周器のことだが、集積回路パッケージとはかなり異なる。ＬＥＤパッケージは灯芯の保護のみならず、光の透過性が求められる。よってＬＥＤパッケージングの際には、パッケージ素材に対して特殊な要求がある。
ＬＥＤパッケージングの素材、構造、作業方法は、チップの構造、光電的／機械的特性、具体的な応用先及びコストといった要素によって決まる。４０年あまりを経てＬＥＤパッケージは、ブラケット型（Ｌａｍｐ ＬＥＤ）、表面実装型（ＳＭＤ ＬＥＤ）、パワーＬＥＤ（Ｐｏｗｅｒ ＬＥＤ）という発展段階を経てきた。チップの容量増大につれて、特に固体照明向けの技術を発展させるという需要を受けて、ＬＥＤパッケージの光学、熱力学、電気学、機械的構造に対して、新たな、より高レベルの要求が出された。パッケージの熱抵抗値を下げ、光取り出し効率を上げるため、新規性のある技術を用いてパッケージングを行う必要がある。
大容量ＬＥＤのパッケージは、構造も作業も複雑で、しかもその出来がＬＥＤの性能と寿命に直結することから、特に大容量白色ＬＥＤパッケージは、研究の焦点となっている。ＬＥＤパッケージの機能としては、１．機械を保護して信頼性を向上させること、２．放熱を促してチップのジャンクション温度を下げること、３．光取り出し効率を上げ、光束の分布を良くするよう、光学的に制御すること、４．交流／直流変換など、電源供給を管理すること、などが挙げられる。いずれにしても、「どうすればパッケージング後のＬＥＤチップのパフォーマンスを最適化できるか」、というのが業界における研究の課題中の課題である。
現有の技術に不足している部分に鑑みて、本発明はＬＥＤパッケージ体のパッケージングを提供することを目的としている。まず、ＬＥＤチップの発光が阻害されないよう、ＬＥＤチップをパッケージングするときの基板に透明基板を選び、ＬＥＤチップどうし、及びＬＥＤと電源とを電気的に接続するため、用いたいＬＥＤチップの量とＬＥＤチップを実装したい位置に基づいて、透明基板上にスパッタリングして導電線をパターン配線してから、この導電回路パターン上に錫ペーストでＬＥＤチップを固定し、ＬＥＤチップ上の電極が錫ペーストを通して、チップ実装後の透明基板上の導電回路と電気的に接続できるようにして、チップと導電回路を通電可能にする。こうすることで、従来の製造作業を改善できるのに加えてコストダウンも可能であり、最後にチップと透明基板上に蛍光体を塗布して、ＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングを終了する。
本発明は、技術的には以下のとおりである。
一種のＬＥＤチップパッケージ体であり、
ａ．透明基板を用意し；
ｂ．透明基板上にスパッタリングによって導電パターン層を描いて導電回路を設け；
ｃ．この導電回路上に錫ペーストでＬＥＤチップを固定し、チップと導電回路パターンを電気的に接続してから；
ｄ．チップと透明基板の表面に蛍光体を塗布する、
の手順でパッケージングされるＬＥＤチップパッケージ体である。
ａ．透明基板を用意し；
ｂ．透明基板上にスパッタリングによって導電パターン層を描いて導電回路を設け；
ｃ．この導電回路上に錫ペーストでＬＥＤチップを固定し、チップと導電回路パターンを電気的に接続してから；
ｄ．チップと透明基板の表面に蛍光体を塗布する、
の手順でパッケージングされるＬＥＤチップパッケージ体である。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、透明基板は、透明のサファイア基板、ガラス基板、セラミック基板を含むが、ガラス基板を優先的に選択する。基板の熱伝導効果を高め、導電回路のスパッタリング層の付着力を確保するため、本発明においては、導電性パターン層付きガラス基板を優先的に選択する。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、透明のガラス基板は、基板の熱伝導効果を高め、導電回路のスパッタリング層の付着力を確保するため、パターン層付き透明ガラス基板とする。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、導電回路パターンの材質は、ＩＴＯ、銅、金、銀、アルミ、または銅、金、銀、アルミのうち、二種類以上の合金とするが、導電性、放熱性及び経済性への配慮から、本発明においては、透明基板上にスパッタリングする導電回路リード線の材質は、銅を優先的に選択する。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、この導電回路パターンの材質は銅とし、銅をスパッタリングしてパターン形成させた後、２００℃まで過熱して銅回路表面に酸化保護膜を形成させて、後期におけるＬＥＤチップパッケージ体の後続工程や実際の使用過程で、時間の径過や環境の影響を受けて、導電回路が酸化または腐食するのを防止する。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、この導電回路パターンは、チップ実装面においては断線して、相互に導電しない状態である。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、この導電回路パターンは、上部に実装されたチップを通って初めて通電が実現し、チップは基板が下にくるように実装する。
前記のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングに関し、ＬＥＤチップを固定する錫ペーストは、先に導電回路パターン上におけるＬＥＤ電極に呼応する位置に錫ペーストを落とし、次にＬＥＤ電極上にも錫ペーストを落とし、さらに電極上の錫ペーストに対して正負電極の高度差を補ってから、導電回路パターンとＬＥＤチップ電極上の錫ペーストをリフロー半田で加熱して接合、凝固させることによって、ＬＥＤチップを透明基板に実装する過程でＬＥＤチップと導電回路との間にギャップが発生するのを防止する。
本発明は、また別のＬＥＤチップパッケージ体を提供するものであり、それは透明基板、透明基板上にスパッタリングされたリード線、及びリード線上に実装されたＬＥＤチップを含み、ＬＥＤチップにおける二つの電極は錫ペーストによって透明基板及びリード線と電気的に接続されており、具体的には、このＬＥＤチップは電極が下にくるように透明基板に実装されるが、ＬＥＤチップの負電極はチップのエッチングを経ているので、ＬＥＤチップの正電極と負電極は同一水平線上にはない。ＬＥＤチップを基板上に置き、ＬＥＤチップの正負両電極の高度差を錫ペーストで充填して補い、且つＬＥＤチップ電極上の錫ペーストを通して透明基板リード線上の錫ペーストと接合して凝固させ、固定する。
前記のＬＥＤチップパッケージ体に関し、この透明基板は、透明のサファイア基板、ガラス基板、セラミック基板を含む。
前記のＬＥＤチップパッケージ体に関し、この透明のガラス基板は、導電パターン層を有するパターン付きガラス基板である。
前記のＬＥＤチップパッケージ体において、透明基板上にスパッタリングされたリード線は、チップ実装面においては断線して、相互に導電しない状態であり、チップ電極に呼応する箇所のみにスパッタリングしたリード線があり、その他の部分においてはリード線をスパッタリングしないことで、チップの光取り出し効率を最大化している。
前記のＬＥＤチップパッケージ体に関し、隣り合うリード線は、これらを跨ぐように実装されたチップを通して通電する。
前記のＬＥＤチップパッケージ体に関し、そのＬＥＤチップパッケージ体が蛍光層で覆われ、チップと透明基板に蛍光体が塗布されており、このＬＥＤチップパッケージ体が発光したとき、蛍光体を通して完全に励起される。
前記のＬＥＤチップパッケージ体に関し、このＬＥＤチップは、基板が下にきても、フリップチップでもよいが、コストと作業のしやすさという見地から、基板が下にくるようにする。
本発明の実益と効果は、本発明のＬＥＤチップパッケージ体は構造が簡単で、作業がしやすい点にある。しかも、本発明のＬＥＤチップパッケージ体の構造はＣＯＢ（チップオンボード）実装に似ているが、ＣＯＢ実装と異なるのは、ＣＯＢ実装は金属基板だが、本発明においては、透明基板でＬＥＤチップの全角度発光を実現しており、従来のＬＥＤパッケージング技術をベースにして、ＬＥＤチップの光取り出し効率がさらに高められている。回路もＣＯＢ実装とは異なり、本発明では透明基板上に直接リード線をスパッタリングして、チップと導電させるとともに、錫ペーストを用いてＬＥＤチップ電極をリード線と接合、固定しており、チップの固定のみならず、チップの通電性を確保しているので、従来の作業のように金ワイヤーボンディングを行なう必要がなく、工程と作業コストを省くことができる。
実施例
ＬＥＤチップ実装は、基板が下にくる方法とフリップチップ実装に分かれる。フリップチップは、従来型の基板が下にくる実装方法がボトルネックにさしかかった後で考案された技術であり、基板が下にくる実装方法よりもチップの光取り出し効率が向上しているが、フリップチップの工法は作業も複雑で、技術的な難易度が高く、よってＬＥＤのコストも増大する。本発明は透明基板を用い、透明基板上に直接スパッタリングしてリード線を形成させ、基板が下にくるようにＬＥＤをリード線上に実装し、フリップチップ実装の効果を得ているので、本発明は基板が下にくる実装を用いているが、光取り出し効率が向上しており、それと同時に作業を簡略化し、コストを低減できる。
ＬＥＤチップ実装は、基板が下にくる方法とフリップチップ実装に分かれる。フリップチップは、従来型の基板が下にくる実装方法がボトルネックにさしかかった後で考案された技術であり、基板が下にくる実装方法よりもチップの光取り出し効率が向上しているが、フリップチップの工法は作業も複雑で、技術的な難易度が高く、よってＬＥＤのコストも増大する。本発明は透明基板を用い、透明基板上に直接スパッタリングしてリード線を形成させ、基板が下にくるようにＬＥＤをリード線上に実装し、フリップチップ実装の効果を得ているので、本発明は基板が下にくる実装を用いているが、光取り出し効率が向上しており、それと同時に作業を簡略化し、コストを低減できる。
ＬＥＤチップの発光が阻害されないよう、ＬＥＤチップ実装基板として透明基板を選び、基板が下にくる実装方法のＬＥＤチップ１を選択する。チップ１どうし、及びチップと電源を電気的に接続するため、実装したいＬＥＤチップの量とＬＥＤチップを実装したい位置に基づき、透明ガラス基板上に銅の導電性パターン回路をスパッタリングし、銅線の導電回路をスパッタリングした後、すぐに２００℃まで加熱して、銅線回路の表面に酸化保護膜を形成させてから、錫ペースト３を用いて導電回路上パターンにＬＥＤチップを固定し、ＬＥＤチップ実装後、チップと導電回路との間にギャップが発生するのを防止する。本発明において、ＬＥＤチップを固定する錫ペースト３は、先に導電回路パターン上におけるＬＥＤ電極に呼応する位置に錫ペーストを落とし、次にＬＥＤ電極上にも錫ペースト３を落とし、さらに電極２上の錫ペーストに対して正負電極の高度差を補ってから、導電回路パターンとＬＥＤチップ上の錫ペーストをリフロー半田で加熱して接合、凝固させることによって、ＬＥＤチップをリード線４に実装して電気的に接続し、最後にチップと透明基板５に蛍光体６を塗布して、ＬＥＤチップパッケージ体のパッケージングを終了する。
上述の実施例は本発明を詳細に説明するためのものであり、本発明の請求項範囲に制限を加えるものではない。各機構の組合せ方を明確に説明するため、各機構の詳細説明、その接続関係や組合せについて、機能も含めて全般的に叙述したが、このような機構の組合せ方がいかなる機能を実現するかは、応用先と装置全体に施された設計の制約によって決まる。この分野における技術者ならば、上述の説明をもとに、修飾や変動を加えて別の形式を提起することも可能である。ここではすべての実施方法を提示することは不可能であり、その必要もない。本発明に係わる技能に精通した者が、本発明の趣旨に従い、適度な修飾や変化を加えることで同等の効果を得た場合は、以下における請求項の保護範囲内とする。
１ ＬＥＤチップ
２ ＬＥＤチップ電極
３ 錫ペースト
４ リード線
５ 透明基板
６ 蛍光体
２ ＬＥＤチップ電極
３ 錫ペースト
４ リード線
５ 透明基板
６ 蛍光体
Claims (15)
- ａ．透明基板を用意し；
ｂ．透明基板上にスパッタリングによって導電パターン層を描いて導電回路を設け；
ｃ．この導電回路上に錫ペーストでＬＥＤチップを固定し、チップと導電回路パターンを電気的に接続してから；
ｄ．チップと透明基板の表面に蛍光体を塗布する、
の手順でパッケージングされることを特徴とするＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。 - 透明基板が、透明のサファイア基板、ガラス基板、セラミック基板を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- 透明のガラス基板が導電性パターン層付き透明ガラス基板であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- 導電回路パターンの材質は、ＩＴＯ、銅、金、銀、アルミ、または銅、金、銀、アルミのうち、二種類以上の合金とすることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- この導電回路パターンの材質は銅とし、銅をスパッタリングしてパターン形成させた後、２００℃まで過熱して銅回路表面に酸化保護膜を形成させることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- この導電回路パターンは、チップ実装面においては断線して、相互に導電しない状態であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- この導電回路パターンは、上部に実装されたチップを通って初めて通電が実現し、チップは基板が下にくるように実装することを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- ＬＥＤチップを固定する錫ペーストは、先に導電回路パターン上におけるＬＥＤ電極に呼応する位置に錫ペーストを落とし、次にＬＥＤ電極上にも錫ペーストを落とし、さらに電極上の錫ペーストに対して正負電極の高度差を補ってから、導電回路パターンとＬＥＤチップ電極上の錫ペーストをリフロー半田で加熱して接合、凝固させることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップパッケージ体のパッケージング方法。
- 透明基板、透明基板上にスパッタリングされたリード線、及びリード線上に実装されたＬＥＤチップを含み、ＬＥＤチップにおける二つの電極は錫ペーストによって透明基板及びリード線と電気的に接続されていることを特徴とするＬＥＤチップパッケージ体。
- この透明基板は、透明のサファイア基板、ガラス基板、セラミック基板を含むことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤチップパッケージ体。
- この透明のガラス基板は、導電パターン層を有するパターン付きガラス基板であることを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤチップパッケージ体。
- 透明基板上にスパッタリングされたリード線は、チップ実装面においては断線して、相互に導電しない状態であることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤチップパッケージ体。
- 隣り合うリード線は、これらを跨ぐように実装されたチップを通して通電することを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤチップパッケージ体。
- そのＬＥＤチップパッケージ体が蛍光層で覆われ、チップと透明基板に蛍光体が塗布されていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載のＬＥＤチップパッケージ体。
- このＬＥＤチップは、基板が下にくる実装方法、またはフリップチップ実装により実装されることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤチップパッケージ体。
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