JP3107514U

JP3107514U - 静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオード

Info

Publication number: JP3107514U
Application number: JP2004005245U
Authority: JP
Inventors: 頼穆人
Original assignee: 炬▲きん▼科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2010-09-01
Also published as: TWM273822U; US20060012053A1; US7098543B2

Abstract

【課題】リード線を不要としかつ静電気を防止するフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードを提供する。
【解決手段】実装型発光ダイオードは、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００と、静電気保護装置２００と、高導電性及び熱伝導性の素子３００と、高導電性及び熱伝導性の基板４００とを有する。基板４００は、第一フレーム４１０及び第二フレーム４２０を備える。静電気保護装置２００は、第一Ｐ型電極２０１と、第一フレーム４１０と接続された第一Ｎ型電極２０２とを含む。窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００は、第一Ｎ型電極２０２と接続された第二Ｐ型電極１０１と、第一Ｐ型電極２０１と接続された第二Ｎ型電極１０２と、素子３００と接続された第三Ｎ型電極１０４とを含んでいる。素子３００はさらに、基板４００の第二フレーム４２０と接続されている。
【選択図】図４

Description

本考案は、静電気を防止するリード線不要のフリップチップ（Flip-chip）式パッケージの表面実装型発光ダイオードに関し、特に静電気保護装置（electrostatic protection device）を利用することで、フリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードに静電気防止及びワイヤ不要の機能を備えるようにする発光ダイオードに関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode; ＬＥＤ）は、半導体材料で製造された素子であり、微細な固体光源でもあり、電気エネルギーを光に換えることができる。体積が小さくてかつ寿命が長いだけでなく、駆動電圧も低く、反応速度も速く、耐震動性にも優れており、各種応用設備の軽量小型化のニーズにも見合うことができ、すでに日常生活に浸透している製品である。

ＬＥＤの種類は繁雑であるが、発光波長によって可視光と不可視光の２種類に大きく分けられる。可視光ＬＥＤは、主に表示用として用いられる。また、光度1カンデラ（cd）が、一般のＬＥＤと高輝度ＬＥＤの境目とされている。前者は、各種室内表示用として幅広く応用され、後者は屋外、例えば自動車の第三ブレーキランプ、屋外情報看板及び交通信号等に適している。不可視光、例えば赤外線のＬＥＤは、コピー用紙のサイズ検知、家電製品のリモコン、工場の自動測定、自動ドア、自動水洗装置の制御等に応用されている。ＬＥＤ素子は、量産工程において、通常、上流、中流、下流工程に分業される。上流工程の主な製品は、ワンチップ（one chip）及びＥＰＩウェハであり、ワンチップの原材料である基板は、ほとんどが二元のIII−Ｖ族化合物の半導体材料、例えばガリウムヒ素（GaAs）、リン化ガリウム（GaP）等である。ＥＰＩウェハは、ワンチップ基板上に多層の異なる厚さの多元的材料である単結晶薄膜、例えばAl_xGa_1-xAs/GaAs、Al_xGa_yIn_1-x-yP/GaAs、In_xGa_1-xN/GaN等の構造を生成したもので、液晶エピタキシー（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ）法及び有機金属気相エピタキシー（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法等の技術がよく使われる。中流工程の業者は、素子構造のニーズによって、まずウェハ上に電極をエッチング及び製作し、続いて微細なＬＥＤチップにカッティングする。そこで使用される製造技術には、フォトマスク（photomask）、ドライまたはウェット式エッチング、真空蒸着（vacuum evaporation）及びチップカッティング等である。下流工程はパッケージング業であり、チップをリードフレーム（Lead Frame）に粘着させ、ランプ型（Lamp）、ディジット・ディスプレイ型（digit display）、ドット・マトリックス型（dot matrix）または表面実装（surface mount）等の完成品にパッケージングする。

図１に示すのは、従来技術における表面実装型発光ダイオードの構造イメージ図である。図に示すように、発光ダイオード１'は、発光ダイオードチップ１０'を含む。発光ダイオードチップ１０'は回路基板２０'と電極１６'の上に位置しており、かつリード線１２'と電極１６'によって電気接続される。

フリップチップ（Flip chip）技術は、サファイア基板（sapphire substrate）を用いたGaN系の材料にとって、そのＰ極及びＮ極の電極が素子の同一側に作られなければならないため、従来のパッケージ方法を用いた場合、素子の大部分の発光角度を占める上方発光面が電極に阻害されることにより相当量の光を失ってしまう。フリップチップの構造とは、従来の素子と反対に設置されたもので、かつＰ型電極上方に反射率の高い反射層を作り、本来であれば素子の上方から発射される光線を素子のその他の発光角度から導出することで、サファイア基板の端周縁から採光する。このような方法は、電極側の光の浪費を抑え、従来のパッケージ方法における光の量の出力より高くすることができる。また、フリップチップ構造は、電極またはバンプ（Bump）とパッケージ構造における放熱構造を直接接触させることで、素子の放熱効果を大幅に高め、さらには熱によって素子が破壊されることを抑制することができる。

図２に示すのは、従来技術におけるフリップチップ式発光ダイオードの構造イメージ図である。図に示すように、発光ダイオードチップ１０'はフリップチップ式でベース（Base）３０'の上に設置され、かつ基板１１０'、第一導電型半導体層１２０'、第二導電型半導体層１３０'を備える。第一導電型半導体層１２０'の予定区域には第一電極１２２'が形成され、第二導電型半導体層１３０'の予定区域には第二電極１３２'が形成される。２つの金属を使用したソルダー４０'が発光ダイオードチップ１０'の第一電極１２２'及び第二電極１３２'の上に形成され、かつベース３０'上の第一フレーム３２'と第二フレーム３４'とが接続される。

また、2002年7月5日に出願された、台湾における出願番号091103964号には、素子を保護する発光ダイオードを備えるパッケージ構造が提示されている。図３に示すのは、従来技術における砲弾型発光ダイオードのフリップチップ式構造のイメージ図である。図に示すように、発光ダイオード１０'がソルダー４０'により導電性及び熱伝導性パッド５０'（electrical and heat conductive pad）と相互に接続され、導電性及び熱伝導性パッド５０'は導電性及び熱伝導性基板６０'（electrical and heat conductive base substrate）と相互に接続される。発光ダイオードチップ１０'のＮ型電極は、ソルダー５０'によって、静電気保護装置７０'と相互に接続される。発光ダイオードチップ１０'は導電基板１１０'を備え、リード線８０'を利用することで、発光ダイオードチップ１０'と第二フレーム９２'とを接続し、導電性及び熱伝導性基板６０'と第一フレーム94'とを接続する。

図３Ａに示すのは、従来技術における静電気保護装置を備える表面実装型発光ダイオードのイメージ図である。図に示すように、発光ダイオードチップ１０'は、ソルダー５０'を介して静電気保護装置７０'と相互に接続され、静電気保護装置は第二フレーム９２'と接続され、かつリード線８０'を介して第一フレーム９４'と相互に接続される。しかし、上述した技術には以下のような欠点がある。

１．上述した技術はリード線を配線しなくてはならず、製造工程において、発光ダイオードに応力（stress）が加わる。この応力は素子の特性を変化させて、生産効率の低下を招きやすい。

２．上述した技術はリード線を配線した後、パッケージ工程を行わなければならず、パッケージ工程後に、リード線の脱落問題がしばしば起こる。この問題も生産効率の低下を招くこととなる。

３．従来技術は、リード線を配線しなければならず、発光ダイオード装置の厚さを有効的に減らすことができない。

したがって、上述の問題に対して、いかにして静電気を防止するリード線不要の新規のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードを提供し、従来のリード線を必要とするものの欠点を改善し、パッケージ面積を縮小するかについて、長年にわたり使用者が待ち望み、かつ考案者が試行錯誤していた。本考案者は、関連製品の研究、開発及び販売の長年にわたる実務経験に基づき、改良の意志を持ち、専門知識の限りを尽くし、研究設計、専門的な検討を経て、静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードの改良を成し遂げ、上述の問題を解決した。

本考案は、フリップチップ式のパッケージ方法を用いて、発光ダイオードのＰ電極及びＮ電極を同一側に設け、かつ前記発光ダイオードと接続した静電気保護装置を用いて、かつ高導電性及び熱伝導性の素子と前記発光ダイオードを接続することにより、前記発光ダイオードにリード線を必要とせず、かつ優れた静電気保護の構造を備える、静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードを提供することを主な目的とする。

上記に述べる各効果及び特徴を達成するために、本考案は静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードにおいて、フリップチップ式パッケージを用いて、発光ダイオードチップをパッケージングし、かつ静電気保護装置、例えばトランジェント電圧サプレッサ（Transient Voltage Suppressor；ＴＶＳ）またはツェナー・ダイオード（Zener diode）を利用して、それと接続させる。静電気保護装置は、さらに基板と粘着接合され、フリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードとなる。本考案における構造は、高導電性及び熱伝導性の素子と基板のフレームとが相互に接続されているため、リード線をつける必要がなく、かつ静電気保護装置は静電気を防止する効果が得られる。

以下に、本考案の構造的特徴及び達成できる効果について、更なる理解及び認識が得られるように、詳細な説明と合わせてわかりやすい実施例を示す。

本考案は、静電気保護装置を利用して、本考案の構造に静電気防止効果を備えさせ、かつ従来技術における実装型発光ダイオードがリード線を配線しなければならないという欠点を解決する。

（実施例1）
図４に示すのは、本考案の比較的わかりやすい実施例の構造イメージ図である。図に示すように、本考案の実装型発光ダイオードは、パッケージ構造であり、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００と、例えばツェナー・ダイオード（Zener diode）といった静電気保護装置２００と、高導電性及び熱伝導性の素子３００と、第一フレーム４１０及び第二フレーム４２０を備える高導電性及び熱伝導性の基板４００（electrical and heat conductive base substrate）とを含む。本実施例によると、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００は、第二Ｐ型電極１０１と、２つの相互に離れた第二Ｎ型電極１０２及び第三Ｎ型電極１０４とを含み、これらは同一側に位置する。静電気保護装置２００も、同一側に位置する第一Ｐ型電極２０１及び第一Ｎ型電極２０２を備える。窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００は、導電ソルダー（solder）またはバンプ（bump）５００によって、第二Ｐ型電極１０１が静電気保護装置２００の第一Ｎ型電極２０２に接続され、さらに窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００の第二Ｎ型電極１０２が静電気保護装置２００の第一Ｐ型電極２０１に接続されて、反対向きでかつ並列に接続される方法を形成する。また、静電気保護装置２００も高導電性のコロイド６０１によって、第一フレーム４１０と相互に接続され、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００の第三Ｎ型電極１０４は、導電ソルダーまたはバンプ５００によって、高導電性及び熱伝導性の素子３００に接続され、かつその高導電性及び熱伝導性の素子３００は高導電性のコロイド６０１により第二フレーム４２０と相互に接続される。このようにして、リード線のいらないフリップチップ式パッケージ構造が構成され、かつ優れた静電保護（ESD）機能を備えることができる。

（実施例２）
また、図５に示すのは、本考案の別のわかりやすい実施例における発光ダイオードの構造イメージ図である。図に示すように、本考案のパッケージ構造には、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００と、例えばツェナー・ダイオードといった静電気保護装置２００と、高導電性及び熱伝導性の素子３００と、第一フレーム４１０及び第二フレーム４２０を備える高導電性及び熱伝導性の基板４００とが含まれる。本実施例によると、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００は、第二Ｐ型電極１０１及び２つの相互に隣接した第二Ｎ型電極１０２及び第三Ｎ型電極１０４を含み、それらは同一側に位置する。静電気保護装置２００も、同一側に位置する第一Ｐ型電極２０１及び第一Ｎ型電極２０２を備える。窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００は、導電ソルダーまたはバンプ５００によって、第二Ｐ型電極１０１が静電気保護装置２００の第一Ｎ型電極２０２に接続され、さらに窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００の第二Ｎ型電極１０２が静電気保護装置２００の第一Ｐ型電極２０１に接続されて、反対向きでかつ並列に接続される方法を形成する。また、静電気保護装置２００も高導電性のコロイド６０１によって、第一フレーム４１０と相互に接続され、窒化ガリウム発光ダイオードチップ１００の第三Ｎ型電極１０４は、導電ソルダーまたはバンプ５００によって、高導電性及び熱伝導性の素子３００に接続され、かつその高導電性及び熱伝導性の素子３００は高導電性のコロイド６０１により第二フレーム４２０と相互に接続される。このようにして、リード線のいらないフリップチップ式パッケージ構造が構成され、かつ優れた静電保護（ESD）機能を備えることができる。

さらに、図６及び図７に示すのは、本考案の静電気保護装置２００がトランジェント電圧サプレッサ（Transient Voltage Suppressor；TVS）であることができる発光ダイオードの構造イメージ図である。静電気保護装置２００は、第一Ｎ型電極２０２、および第一Ｐ型電極２０１を含む。静電気保護装置２００の第一Ｎ型電極２０２は第一フレーム４１０と接続され、第一Ｐ型電極２０１は第二Ｎ型電極１０６と接続され、第三Ｐ型電極１０３は第二Ｐ型電極２０３と接続され、第三Ｎ型電極１０８は高導電性及び熱伝導性の素子３００と接続される。静電気保護装置２００の第一Ｎ型電極２０２、第一Ｐ型電極２０１及び第二Ｐ型電極２０３は同一側に位置し、かつ発光ダイオード１００の第三Ｐ型電極１０３、第二Ｎ型電極１０６及び第三Ｎ型電極１０８も同一側に位置する。第二Ｎ型電極１０６及び第三Ｎ型電極１０８は、図６及び図７に示すように、分散して設置されている。

上述のように、本考案は新規性、進歩性を備え、かつ産業上の利用が可能であり、出願要件を満たしているので、法に基づき、実用新案特許を出願する。

ただし、以上に述べるのは、本考案の比較的わかりやすい実施例であるだけで、本考案の実施範囲を制限するものではない。本考案の実用新案登録請求の範囲に述べられる形状、構造、特徴及び精神に基づいて行われる同等の変更及び追加は、全て本考案の請求の範囲に含まれるものとする。

従来技術における表面実装型発光ダイオードの構造イメージ図である。従来技術におけるフリップチップ式発光ダイオードの構造イメージ図である。従来技術における砲弾型発光ダイオードの構造イメージ図である。従来技術における静電気保護装置を備える表面実装型発光ダイオードのイメージ図である。本考案の比較的わかりやすい実施例におけるツェナー・ダイオードを使用した発光ダイオードの構造イメージ図である。本考案の比較的わかりやすい別の実施例におけるツェナー・ダイオードを使用した発光ダイオードの構造イメージ図である。本考案の比較的わかりやすい実施例におけるトランジェント電圧サプレッサを使用した発光ダイオードの構造イメージ図である。本考案の比較的わかりやすい別の実施例におけるトランジェント電圧サプレッサを使用した発光ダイオードの構造イメージ図である。

符号の説明

１００窒化ガリウム発光ダイオードチップ
１０１第二Ｐ型電極
１０２第二Ｎ型電極
１０３第三Ｐ型電極
１０４第三Ｎ型電極
２００静電気保護装置
２０１第一Ｐ型電極
２０２第一Ｎ型電極
２０３第二Ｐ型電極
３００高導電性及び熱伝導性の素子
４００高導電性及び熱伝導性の基板
４１０第一フレーム
４２０第二フレーム
５００導電ソルダーまたはバンプ
６０１コロイド

Claims

静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードであって、
第一フレーム及び第二フレームを備える高導電性及び熱伝導性基板（electrical and heat conductive base substrate）と、
第一Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極を含み、前記第一Ｎ型電極が前記第一フレームと相互に接続されている、静電気保護装置（electrostatic protection device）と、
第二Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極を含み、前記第二Ｐ型電極が前記静電気保護装置の第一Ｎ型電極と相互に接続され、前記第二Ｎ型電極が前記第一Ｐ型電極と相互に接続されている、発光ダイオードチップと、
前記第二フレーム及び前記発光ダイオードの第三Ｎ型電極と相互に接続されている高導電性及び熱伝導性の素子と、
を主に備えることを特徴とする、静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオード。
前記静電気保護装置はツェナー・ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極が同一側に位置することを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第二Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極が同一側に位置し、かつ前記第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極が相互に離れて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードチップは窒化ガリウム系発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードと前記静電気保護装置は、導電ソルダーまたはバンプにより接続されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一フレームと前記静電気保護装置が、高導電性のコロイドにより接続されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第三Ｎ型電極と前記高導電性及び熱伝導性の素子が、導電ソルダーまたはバンプにより接続されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記高導電性及び熱伝導性の素子と前記第二フレームが、高導電性のコロイドにより接続されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光ダイオード。
静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードであって、
第一フレーム及び第二フレームを備える高導電性及び熱伝導性の基板（electrical and heat conductive base substrate）と、
第一Ｐ型電極、第二Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極を含み、前記第一Ｎ型電極が前記第一フレームと相互に接続されている、静電気保護装置（electrostatic protection device）と、
第三Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極を含み、前記第三Ｐ型電極が前記静電気保護装置の第二Ｐ型電極と相互に接続され、前記第二Ｎ型電極が前記第一Ｐ型電極と相互に接続されている、発光ダイオードチップと、
前記第二フレーム及び前記発光ダイオードの第三Ｎ型電極と相互に接続されている高導電性及び熱伝導性の素子と、
を主に備えることを特徴とする、静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオード。
前記静電気保護装置がトランジェント電圧サプレッサであることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一Ｐ型電極、第二Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極が同一側に位置することを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第三Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極が同一側に位置し、かつ前記第二Ｎ型電極と第三Ｎ型電極が相互に離れて配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードチップは窒化ガリウム系発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードと前記静電気保護装置が、導電ソルダーまたはバンプにより接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一フレームと前記静電気保護装置が、高導電性のコロイドにより接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第三Ｎ型電極と前記高導電性及び熱伝導性の素子が、導電ソルダーまたはバンプにより接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記高導電性及び熱伝導性の素子と前記第二フレームが、高導電性のコロイドにより接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオードであって、
第一フレーム及び第二フレームを備える高導電性及び熱伝導性の基板（electrical and heat conductive base substrate）と、
前記第一フレームと相互に接続されている静電気保護装置（electrostatic protection device）と、
前記静電気保護装置と相互に接続されている発光ダイオードチップと、
前記第二フレーム及び前記発光ダイオードと相互に接続されている高導電性及び熱伝導性の素子と、
を主に備えることを特徴とする、静電気を防止するリード線不要のフリップチップ式パッケージの表面実装型発光ダイオード。
前記静電気保護装置がトランジェント電圧サプレッサであることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記静電気保護装置がツェナー・ダイオードであることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記静電気保護装置は、第一Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極を備えることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記静電気保護装置は、第一Ｐ型電極、第二Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極を備えることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一Ｎ型電極が前記第一フレームと相互に接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一Ｎ型電極が前記第一フレームと相互に接続されていることを特徴とする請求項２３に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極が同一側に位置することを特徴とする請求項２２に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一Ｐ型電極、第二Ｐ型電極及び第一Ｎ型電極が同一側に位置することを特徴とする請求項２３に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードチップは第二Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極を備えることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードチップは第三Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極を備えることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第二Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極が同一側に位置し、かつ前記第二Ｎ型電極と第三Ｎ型電極が相互に離れて配置されていることを特徴とする請求項２８に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第三Ｐ型電極、第二Ｎ型電極及び第三Ｎ型電極が同一側に位置し、かつ前記第二Ｎ型電極と第三Ｎ型電極が相互に離れて配置されていることを特徴とする請求項２９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードチップは窒化ガリウム系発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記発光ダイオードチップと前記静電気保護装置は、導電ソルダーまたはバンプにより接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記第一フレームと前記静電気保護装置が、高導電性のコロイドにより接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。
前記高導電性及び熱伝導性の素子と前記第二フレームが、高導電性のコロイドにより接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の表面実装型発光ダイオード。