JP2020135976A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の１つの面に半田付け領域とワイヤボンディング領域とが混在していても、双方で高い接続信頼性が得られるＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ発光装置１０に含まれる回路基板１３の上面には、コネクタ１５等の電子部品を半田付けするための電極（１６ｅ〜ｈ）と、放熱基板１２に実装されたＬＥＤ１４のＬＥＤ電極１４ｄ、１４ｅと金ワイヤ１１で接続するワイヤボンディング電極を備えている。このとき、半田付するための電極（１６ｅ〜ｈ）に含まれるパラジウム層は、ワイヤボンディング電極１４ｄ、１４ｅに含まれるパラジウム層より薄くなるように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、同一面上に電子部品を半田付けする領域とワイヤボンディングで接続をとる領域が混在した回路基板を備えるＬＥＤ発光装置に関する。

ヘッドライト用のＬＥＤ発光装置では、コネクタ等が半田付けされる回路基板に形成されたワイヤボンディング用の電極と、ＬＥＤに形成された電極とを金ワイヤで接続をとることがある。例えば、特許文献１の図７には、コネクタ（ソケット部分２４）が取り付けられたプリント基板（ＰＣＢ基板９０）の電極と、ＬＥＤ（ＬＥＤ基板４０）の電極（接触表面４１）とを、ワイヤ（コネクタ８）で接続したＬＥＤ発光装置（アダプタ部品９）が記載されている。このＬＥＤ発光装置は、銅などの高い熱伝導率を有する材料からなる放熱基板（ヒートスプレッダ３）上にプリント基板（９０）とＬＥＤ（発光ダイオード４）を実装するとともに、外部からプリント基板（９０）を経てＬＥＤ（４）に電力を供給し、ＬＥＤ（４）を点灯させるものである。また、このＬＥＤ発光装置（９）は、放熱基板（３）を外部のヒートシンクに接触させ、良好な放熱性を確保する。なお、（）には、特許文献１における用語又は符号を示す。

上述した回路基板のように、１つの面に電子部品を半田付けする領域（以下「半田付け領域」という）とワイヤボンディングで接続をとる領域（以下「ワイヤボンディング領域」という）が混在している場合、接続用の電極にパラジウム（Ｐｄ）をメッキすれば良い。例えば、特許文献２の段落００２９には、「基板のパターン化銅層の上にリン含有無電解めっきパラジウム層、無電解めっきパラジウム層、および浸漬めっき金層を順番に積み重ね・・・好ましいワイヤボンディング性と半田接合性を提供する」ことが記載されている。

特表２０１４−５２４６４０号公報（図７） 特開２０１７−２２３５７号公報（段落００２９）

しかしながら、特許文献２に示されたような、ワイヤボンディング性と半田接合性を両立させる条件は、日常的には充分であっても、耐候性に対し高い接続信頼性が要求される自動車用途には適用できなかった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、回路基板の１つの面に半田付け領域とワイヤボンディング領域とが混在していても、双方で高い接続信頼性が得られるＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明のＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが実装された放熱基板と、前記放熱基板に連結した回路基板とを備えたＬＥＤ発光装置において、前記ＬＥＤは、サブマウント基板を含み、前記サブマウント基板の周辺部に第１電極が設けられ、前記回路基板の一の面には、第２電極と第３電極が設けられ、前記第２電極は、電子部品が半田付けで固定され、前記第３電極は、前記第１電極と金ワイヤで接続され、前記第２電極に含まれるパラジウム層は、前記第３電極に含まれるパラジウム層より薄いこ
とを特徴とする。

本発明のＬＥＤ発光装置では、回路基板の１つの面に、コネクタ等の電子部品を半田付けするための第２電極と、ＬＥＤの第１電極と金ワイヤで接続する第３電極とを備えている。このとき、第２電極に含まれるパラジウム層が、第３電極に含まれるパラジウム層より薄くなっている。

前記回路基板は、他の面に金属パターンを備え、前記パターンが前記放熱基板に半田付けされていても良い。

前記回路基板は、開口を備え、前記放熱基板は、前記開口に嵌め込まれていても良い。

以上のように、本発明のＬＥＤ発光装置は、半田付けする電極のパラジウム層を薄くし、ワイヤボンディングする電極のパラジウム層を厚くすることにより、回路基板の１つの面に半田付け領域とワイヤボンディング領域とが混在していても、半田付け及びワイヤボンディング双方で高い接続信頼性が確保される。

本発明の実施形態として示すＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の斜視図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置に含まれる回路基板の平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置のメッキ工程のフローチャートである。 図１に示すＬＥＤ発光装置をヘッドライトに組み込んだ場合の模式図である。

以下、図１〜５を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。説明のため部材の縮尺は適宜変更している。（）には特許請求の範囲に記載した発明特定事項を示す。

図１は、本発明の実施形態として示すＬＥＤ発光装置１０の平面図である。図１に示すように、ＬＥＤ発光装置１０は、放熱基板１２、回路基板１３及びＬＥＤ１４を備えている。放熱基板１２は、２個のネジ穴１８が開けられており、その上面（一の面）には、回路基板１３とＬＥＤ１４が搭載されている。回路基板１３の上面には、電子部部品である、コネクタ１５、コンデンサ１６ａ、１６ｄ、抵抗１６ｂ、１６ｃが取り付けられている。また、回路基板１３の上面には、コンデンサ１６ａ、１６ｄを回路基板１３に半田付けするための４個のランド電極１６ｅ（第２電極）、及び抵抗１６ｂ、１６ｃを回路基板１３に半田付けするための４個のランド電極１６ｆ（第２電極）が設けられている。ＬＥＤ１４は、サブマウント基板１４ａ、白色樹脂枠１４ｂ、発光部１４ｃ、及びＬＥＤ電極１４ｄ、１４ｅ（第１電極）を備えている。ＬＥＤ電極１４ｄ、１４ｅとワイヤボンディング用電極１７ａ、１７ｂ（第３電極）は、それぞれワイヤ１１で接続している。なお、回路基板１３上の配線は、保護樹脂で被覆されているところでもあるため、図１では図示していない（以下同様）。 また、図１では、ワイヤ１１を保護する部材も図示していない（以下同様）。

図２は、ＬＥＤ発光装置１０の斜視図である。なお、円筒状の貫通穴であるネジ穴１８は、その曲面を示すため５本の縦線を書き加えている。放熱基板１２は、厚さが１．６ｍｍの銅板からなる。回路基板１３は、厚さが０．８ｍｍの樹脂板からなり、裏面（他の面
）に金属パターンを備え、この金属パターンで放熱基板１２に半田付けされている。コンデンサ１６ａ、１６ｄ、抵抗１６ｂ、１６ｃ及びコネクタ１５は、回路基板１３の上面に半田付けされている。コネクタ１５からは６本のコネクタピン１５ａが観察される。

ＬＥＤ１４に含まれるサブマント基板１４ａの上面には、枠状の白色樹脂枠１４ｂが積層している。白色樹脂枠１４ｂに囲まれるようにしてサブマント基板１４ａの上面を占める発光部１４ｃには、サブマウント基板１４ａの上面にダイボンディングされた複数のＬＥＤダイと、このＬＥＤダイを被覆する蛍光樹脂とが含まれている。白色樹脂枠１４ｂから延出するように図の斜め下方向に突出しているサブマウント基板１４ａの上面には、ＬＥＤ電極１４ｄ、１４ｅが形成されている。ＬＥＤ電極１４ｄ、１４ｅは、発光部１４ｃに含まれるＬＥＤダイへ電力を供給する端子である。ワイヤ１１は、金線（金ワイヤ）であり、ＬＥＤ電極１４ｄ、１４ｅと回路基板１３に形成されたワイヤボンディング用電極１７ａ、１７ｂとを立体的に接続する。

サブマウント基板１４ａは、ベース材がアルミナからなる白色のセラミクスであり、上面にＣｕ上にＮｉ、Ｐｄ、Ａｕを積層した金属膜からなる配線が形成されている。白色樹脂枠１４ｂは、サブマウント基板１４ａからの高さが０．５ｍｍ程度であり、酸化チタンの微粒子を混練した白色のシリコーン樹脂からなる。蛍光樹脂は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等の蛍光体を混練したシリコーン樹脂からなる。ＬＥＤダイは、平面サイズが０．６ｍｍ×０．６ｍｍ程度の青色発光ダイオードである。

図３は、コンデンサ１６ａ、１６ｄ、抵抗１６ｂ、１６ｃ及びコネクタ１５を実装する前の回路基板１３の平面図である。なお、回路基板１３に実装する電子部品については、特別な指示なしに図１、２を参照する。また、図１、２と同様に配線は図示していない。

図３に示すように、回路基板１３上には、ワイヤボンディング用電極１７ａ、１７ｂ、コンデンサ１６ａ、１６ｄ及び抵抗１６ｂ、１６ｃ用のランド電極１６ｅ、１６ｆに加え、コネクタピン１５ａと接続する接続電極１６ｇ（第２電極）、並びにコネクタ１５を固定するための固定電極１６ｈ（第２電極）が形成されている。接続電極１６ｇは、コネクタピン１５ａと同数の６個存在し、一列に並んでいる。固定電極１６ｈは、２個存在し、コネクタ１５の両端部を固定する。

コンデンサ１６ａ及び抵抗１６ｂの左側の端子を固定するランド電極１６ｅ、１６ｆは、左から２番目の接続電極１６ｇと接続し、コンデンサ１６ａ及び抵抗１６ｂの右側の端子を固定するランド電極１６ｅ、１６ｆは、右から２番目の接続電極１６ｇと接続する。同様に、コンデンサ１６ｄ及び抵抗１６ｃの左側の端子を固定するランド電極１６ｅ、１６ｆは、左から３番目の接続電極１６ｇと接続し、コンデンサ１６ｄ及び抵抗１６ｃの右側の端子を固定するランド電極１６ｅ、１６ｆは、右から３番目の接続電極１６ｇと接続する。ワイヤボンディング用電極１７ａ、１７ｂは、それぞれ右端及び左端の接続端子１６ｇと接続する。以上のようにして、図示していない配線は、回路基板１３の上面に配置するだけで済む。

半田付け領域１６では、ランド電極１６ｅ、１６ｆ、接続電極１６ｇ及び固定電極１６ｈは、Ｎｉメッキした厚さ３５μｍの銅パターン上に、厚さ０．１μｍのパラジウム（Ｐｄ）層が形成されている。ワイヤ１１で接続をとるワイヤボンディン領域１７では、ワイヤボンディング用電極１７ａ、１７ｂは、Ｎｉメッキした厚さ３５μｍの銅パターン上に、厚さ０．３μｍのパラジウム層が形成されている。なお、半田付け領域１６におけるパラジウム層の厚さは、０．０５〜０．１５μｍが良く、ワイヤボンディング領域１７におけるパラジウム層の厚さは、０．２〜０．４μｍが良い。それぞれのパラジウム層には金層が積層している。

図４は、ＬＥＤ発光装置１０のパラジウムメッキ工程のフローチャートである。このメッキ工程は、メッキ層の厚さが部分的に厚さの異なるものに適用されるもので、第１メッキ工程４１、マスク工程４２、第２メッキ工程４３、マスク除去工程４４からなる。第１メッキ工程４１では、回路基板１３上の電極（１６ｅ〜ｈ、１７ａ〜ｂ）の表面に湿式の無電解メッキ法で０．１μｍのパラジウム層を形成する。マスク工程４２では、半田付け領域１６だけを樹脂で覆う。第２メッキ工程４３では、マスク用の樹脂に覆われていないワイヤボンディング領域１７に設けられたワイヤボンディンディング用電極１７ａ、１７ｂの表面に、湿式の無電解メッキ法で、さらに０．２μｍのパラジウム層を形成する。マスク除去工程４４では、マスク用の樹脂を除去する。

図５は、ＬＥＤ発光装置１０をヘッドライト５０に組み込んだ場合の模式図である。図５に示すように、ヘッドライト５０には、ＬＥＤ発光装置１０を搭載し、筐体の一部分となるヒートシンク５１、反射鏡５２、及び投射レンズ５３を備えている。なお、反射鏡５２及び投射レンズ５３を支持する筐体は図示していない。ＬＥＤ発光装置１０の発光は、反射鏡５２で図の右方向に反射され、投射レンズ５３で遠方に投射される。

以上のように、ＬＥＤ発光装置１０では、回路基板１３の半田付け領域１６とワイヤボンディング領域１７とで電極上に形成するパラジウム層の厚さを異ならせた。ワイヤボンディング領域１７のパラジウム層は、金層がＮｉ層に拡散することを防止するためのバリア層として機能するため、厚い層が適している。一方で、半田付け領域１６のパラジウム層は、Ｎｉ層の部分腐食防止の効果があるが、層が厚くなると半田の主成分であるＳｎとの合金層が増えてしまう。このＳｎ−Ｐｄ合金層は脆弱であるため半田強度が低下する。ＬＥＤ発光装置１０では、それぞれの領域１６、１７でパラジウム層を最適な厚みに制御できている。

したがって、ＬＥＤ発光装置１０は、半田付けする電極（１６ａ〜ｈ）のパラジウム層を薄くし、ワイヤボンディングする電極（１７ａ〜ｂ）のパラジウム層を厚くすることにより、回路基板１３の上面に半田付け領域１６とワイヤボンディング領域１７とが混在していても、半田付け及びワイヤボンディング双方で高い接続信頼性が確保される。この結果、ＬＥＤ発光装置１０は、高い接続信頼性が要求される自動車部品に適応できるものとなる。

ＬＥＤ発光装置１０では、放熱基板１２上に回路基板１３とＬＥＤ１４を配置していた。しかしながら、銅からなる放熱基板１２は高価であるため、放熱基板１２を小さくすることが要請される。この要請に対し、回路基板に開口を設け、この開口に、ＬＥＤを実装した放熱基板を嵌め込んだインレイ基板が知られている。このインレイ基板を含むＬＥＤ発光装置でも、回路基板の半田付け領域に形成したパラジウム層とワイヤボンディング領域に形成したパラジウム層との厚さを異ならせることにより、ＬＥＤ発光装置１０と同様に半田付け及びワイヤボンディング双方で高い接続信頼性を確保できる。

１０…ＬＥＤ発光装置、
１１…ワイヤ、
１２…放熱基板、
１３…回路基板、
１４…ＬＥＤ、
１４ａ…サブマウント基板、
１４ｂ…白色樹脂枠、
１４ｃ…発光領域、
１４ｄ、１４ｅ…ＬＥＤ電極（第１電極）、
１５…コネクタ（電子部品）、
１５ａ…コネクタピン、
１６…半田付け領域、
１６ａ、１６ｄ…コンデンサ（電子部品）、
１６ｂ、１６ｃ…抵抗（電子部品）、
１６ｅ、１６ｆ…ランド電極（第２電極）、
１６ｇ…接続電極（第２電極）、
１６ｈ…固定電極（第２電極）、
１７…ワイヤボンディング領域、
１７ａ、１７ｂ…ワイヤボンディング用電極（第３電極）、
１８…ネジ穴、
４１…第１メッキ工程、
４２…マスク工程、
４３…第２メッキ工程、
４４…マスク除去工程、
５０…ヘッドライト、
５１…ヒートシンク、
５２…反射鏡、
５３…投射レンズ。

Claims (3)

1. ＬＥＤと、前記ＬＥＤが実装された放熱基板と、前記放熱基板に連結した回路基板とを備えたＬＥＤ発光装置において、
   前記ＬＥＤは、サブマウント基板を含み、前記サブマウント基板の周辺部に第１電極が設けられ、
   前記回路基板の一の面には、第２電極と第３電極が設けられ、
   前記第２電極は、電子部品が半田付けで固定され、
   前記第３電極は、前記第１電極と金ワイヤで接続され、
   前記第２電極に含まれるパラジウム層は、前記第３電極に含まれるパラジウム層より薄い
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記回路基板は、他の面に金属パターンを備え、前記金属パターンが前記放熱基板に半田付けされている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記回路基板は、開口を備え、前記放熱基板は、前記開口に嵌め込まれている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。