JP3447604B2 - 表面実装型発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
表面実装型発光ダイオード及びその製造方法Info
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Description
表面実装することのできる表面実装型発光ダイオード及
びその製造方法に係り、特に発光ダイオード素子の波長
を変換することで発光色を変えるタイプの表面実装型発
光ダイオードに関するものである。
ードとしては、例えば図18に示したものが知られてい
る(特開平7−99345号)。これはリードフレーム
型の発光ダイオード1aであって、リードフレームの一
方側のメタルポスト2に凹部3を設け、この凹部3内に
発光ダイオード素子4を載せて固着すると共に、この発
光ダイオード素子4とリードフレームの他方側のメタル
ステム5とをボンディングワイヤ6によって接続する一
方、前記凹部3内に波長変換用の蛍光物質等が混入して
ある樹脂材7を充填し、さらに全体を砲弾形の樹脂モー
ルド8によって封止した構造のものである。
aにあっては、発光ダイオード素子4からの発光波長が
凹部3内に充填した樹脂材7によって波長変換されるこ
とで、発光ダイオード素子4の元来の発光色とは異なる
発光をさせることが出来るものの、全体形状が砲弾形で
あるためにマザーボード上に表面実装することができ
ず、大型化してしまうといった問題があった。
の発光ダイオード1bは、偏平状のガラスエポキシ基板
9の上面に円筒状の反射カップ部10を設け、その中に
発光ダイオード素子4を載置した後、その上部を樹脂モ
ールド8で封止した構造のものであるので、上記従来の
リードフレーム型の発光ダイオード1aに比べて小型化
することができる(特開平10−242526号)。従
って、この発光ダイオード1bの反射カップ部10内に
上記波長変換用の樹脂材7を充填することで、表面実装
型の発光ダイオード1bにも、上記リードフレーム型の
発光ダイオード1aと同様の働きを持たせることもでき
る。
実装型の発光ダイオード1bは、発光ダイオード素子4
の上部が樹脂モールド8で封止された構造となっている
ため、発光ダイオード素子4で生じた発熱は下部のガラ
スエポキシ基板9から放熱せざるを得ない。しかしなが
ら、ガラスエポキシ基板9は強度上の観点から所定の厚
みを有しているために、発光ダイオード素子4からガラ
スエポキシ基板9に伝達された熱がマザーボードにまで
十分に放熱されずに内部にこもってしまい、結果的に発
光ダイオード素子4の寿命を縮めたり、発光輝度の低下
によって波長変換が十分に行なえないといった問題があ
った。
ードにおいて、発光ダイオード素子を載置する基板の放
熱効果を高めることで発光ダイオード素子の寿命を延ば
すと共に発光輝度の低下を防ぎ、波長変換タイプの発光
ダイオードを表面実装型発光ダイオードに適用できるよ
うにすることを目的とする。
に、本発明の請求項1に係る表面実装型発光ダイオード
は、薄板金属基板の上面に反射カップ部を形成し、この
反射カップ部の底部に発光ダイオード素子を載置すると
共に、反射カップ部内に波長変換用材料が混入された第
1の樹脂を充填して発光ダイオード素子をその中に埋設
し、さらに反射カップ部を含む薄板金属基板の上部を集
光レンズ部が形成された第2の樹脂で封止する一方、薄
板金属基板の裏面側には微粒子又は粉末状に形成したシ
リカ又はガラスフィラが混入されている第3の樹脂を充
填したことを特徴とする。
発光ダイオードは、前記反射カップ部が薄板金属基板の
上面を凹ませることによって形成されると共に、この凹
みによって薄板金属基板の裏面側にできた凹凸部に第3
の樹脂を充填して薄板金属基板を補強したことを特徴と
する。
発光ダイオードは、前記充填された第1の樹脂の上面が
反射カップ部の上端縁より低いことを特徴とする。
発光ダイオードは、前記第1の樹脂に混入される波長変
換用材料が、蛍光染料又は蛍光顔料からなる蛍光物質で
あることを特徴とする。
発光ダイオードは、前記第2の樹脂には、拡散剤及び紫
外線吸収剤のうち少なくとも一方が混入されていること
を特徴とする。
発光ダイオードは、前記発光ダイオード素子が、窒化ガ
リウム系化合物半導体あるいはシリコンカーバイド系化
合物半導体からなる青色発光の素子であることを特徴と
する。
発光ダイオードは、上記薄板金属基板が厚さ0.5mm
以下の熱伝導性の優れた導電金属であることを特徴とす
る。
発光ダイオードの製造方法は、薄板金属基板の上面を凹
ませて反射カップ部を形成すると共に、薄板金属基板に
発光ダイオードの両電極を形成するためのスリットを打
抜くプレス工程と、薄板金属基板の裏面側にできた凹凸
部に第3の樹脂を充填して薄板金属基板を補強する第3
の樹脂充填工程と、薄板金属基板の反射カップ内に発光
ダイオード素子を載置して一方の電極に接続するダイボ
ンド工程と、発光ダイオード素子と前記スリットによっ
て形成された他方の電極とをボンディングワイヤで接続
するワイヤボンド工程と、反射カップ部内に波長変換用
材料が混入された第1の樹脂を充填して発光ダイオード
素子をその中に埋設する第1の樹脂封止工程と、反射カ
ップ部を含む薄板金属基板の上部を第2の樹脂で封止す
る第2の樹脂封止工程とを備えたことを特徴とする。
発光ダイオードの製造方法は、薄板金属をプレス加工し
て複数の薄板金属基板からなる集合基板を形成し、この
集合基板に対して上記薄板金属基板を補強するための第
3の樹脂充填工程、発光ダイオード素子のダイボンド工
程、ワイヤボンド工程、第1の樹脂封止工程及び第2の
樹脂封止工程を行なったのち、集合基板に想定された分
割ラインに沿って集合基板を切断し、一つ一つの発光ダ
イオード毎に分割することを特徴とする。
に係る表面実装型発光ダイオード及び製造方法の実施の
形態を詳細に説明する。図1及び図2は、本発明に係る
表面実装型発光ダイオード11の第1の実施例を示した
ものである。この実施例に係る表面実装型発光ダイオー
ド11は、従来のガラスエポキシ基板に代わって、銅や
鉄あるいはリン青銅など熱伝導率の良い薄板金属を所定
形状にプレス成形した薄板金属基板12を用いている。
この薄板金属基板12は、両側に段差部13,14を有
する略台形状のもので、上面15の中央部には発光ダイ
オード素子16を収容する反射カップ部17が設けられ
ている。この反射カップ部17は、上面15をプレス成
形によってすり鉢状に凹ませたもので、発光ダイオード
素子16を載置する円形状の底面18と、上方向に広が
る内周面19とで形成されている。内周面19の傾斜角
度は、発光ダイオード素子16からの光の拡散を抑えて
できるだけ上方へ導くように設定され、また発光ダイオ
ード素子16からの光の反射率を上げるために内周面1
9が鏡面仕上げになっている。
には、他方の段差部14と平行なスリット21が形成さ
れ、このスリット21によって薄板金属基板12を2つ
に分離している。薄板金属基板12自体が導電性である
ため、このようなスリット21を設けることによって、
スリット21を挟んで反射カップ部17側にダイボンド
電極を、反対側の段差部13側にワイヤボンド電極をそ
れぞれ形成している。スリット21は、非導電性のマス
キングテープ27によって塞がれている。なお、薄板金
属基板12にメッキを施すことで光反射効率が上がり、
また錆の発生等も防止することができる。メッキは、例
えば下地にニッケルメッキを用い、その上に銀メッキを
施すなど公知の手段で行なえる。
に配置される発光ダイオード素子16は略立方体形状の
微小チップであり、下面と上面にそれぞれ電極を有す
る。そして、下面電極を反射カップ部17の底面18に
導電性接着剤22で固着し、上面電極をボンディングワ
イヤ23によってスリット21の反対側の段差部13に
設けられたワイヤボンド電極に接続することで導通が図
られる。この実施例における発光ダイオード素子16に
は、窒化ガリウム系化合物半導体あるいはシリコンカー
バイド系化合物半導体からなる青色発光の素子が用いら
れる。
を混入した第1の樹脂35が充填されており、前記発光
ダイオード素子16がこの中に埋設されている。この波
長変換用材料には蛍光染料や蛍光顔料等からなる蛍光物
質が用いられ、青色の発光ダイオード素子に励起されて
長波長の可視光を発して、例えば青色の発光色を白色等
に変換することができる。また、蛍光物質を混入する樹
脂材にはエポキシ系の透明樹脂が用いられるが、蛍光物
質の混入量を変えることで変換する波長領域を調整する
ことができる。さらに、第1の樹脂35の充填量は、図
1及び図2にも示されるように、その上面が反射カップ
部17の上端縁36より低い位置であり、少なくとも反
射カップ部17の上端縁36より飛び出さないことが望
ましい。これは、複数の表面実装型発光ダイオード11
を近接配置した時に、一方の発光を他方の反射カップ部
17の上端縁36で遮断することで、混色を防ぐもので
ある。なお、前記蛍光物質として用いられる蛍光染料と
してはフルオレセイン、ローダミン等の有機蛍光体を、
また蛍光顔料としてはタングステン酸カルシウム等の無
機蛍光体を使用することができる。
12の上部は、第2の樹脂24によって封止されてい
る。この第2の樹脂24もエポキシ系の透明樹脂を主成
分としたものであり、これに第1の樹脂35で波長変換
された発光色の均一性を良くするための拡散剤や樹脂の
老化を防ぐための紫外線吸収剤等が混入されている。ま
た、第2の樹脂24は薄型金属基板12と略同じ外形の
直方体形状をしており、上面中央部には半球状の集光レ
ンズ部25が一体に突出形成されている。この集光レン
ズ部25は、反射カップ部17の上方に位置しており、
反射カップ部17の第1の樹脂35で波長変換した発光
ダイオード素子16からの発光を集光する凸レンズとし
ての働きを持つ。即ち、発光ダイオード素子16から発
した光は、そのまま上方に直進するものと、反射カップ
部17の内周面19で反射してから上方に向かうものに
分かれるが、いずれの光も第1の樹脂35によって波長
変換された後、集光レンズ部25で共に集光されるため
に高輝度の白色発光が得られることになる。なお、集光
レンズ部25の曲率半径や形状、屈折率は、集光が得ら
れる範囲では特に限定されるものではない。なお、前述
の拡散剤としては酸化アルミニウムや二酸化ケイ素等を
用いることができ、紫外線吸収剤としてはサリチル酸誘
導体や2−ヒドロキシベンゾフェノン誘導体等を用いる
ことができる。
m以下と薄いことから、これを補強するためと、スリッ
ト21によって分離された薄板金属基板12を所定位置
に確保するために、薄板金属基板12の裏面側に第3の
樹脂26が配設される。この第3の樹脂26は、段差部
13,14及び反射カップ部17によって薄板金属基板
12の裏面側にできた凹凸部に隙間なく充填され、薄板
金属基板12を裏面側から補強している。この第3の樹
脂26の主成分は、上記第2の樹脂24と同様エポキシ
系の樹脂であるが、この場合には透明である必要はな
い。また、第3の樹脂26を薄板金属基板12の線膨張
係数に近づけるために、シリカやガラスフィラ等の微粒
子又は粉末が適量混入されており、これによって、補強
効果をより一層高めることができると共に、第3の樹脂
26による放熱効果も高めることができる。従って、線
膨張係数が薄板金属基板12のそれに近く且つ絶縁性を
有する添加材であれば上述のものには限定されない。
面実装型発光ダイオード11は、マザーボード28の上
面に直接実装することができる。即ち、マザーボード2
8の上面に形成されている電極パターン29a,29b
上に表面実装型発光ダイオード11を上向きに載置し、
薄板金属基板12の左右両側の段差部13,14をマザ
ーボード28の各電極パターン29a,29bに半田3
0で接合することによって高さ寸法を抑えた発光ダイオ
ードの実装が完了する。このようにしてマザーボード2
8に実装された表面実装型発光ダイオード11からは青
色発光から白色発光に変換された光が上方向への指向性
を有しながら発せられる。また、発光ダイオード素子1
6が発光する際に生じた熱は、薄板金属基板12及び第
3の樹脂26を介してマザーボード28に伝達される
が、両者とも熱伝導率が非常によいので、マザーボード
28に素早く伝わって外部に放熱される。
装型発光ダイオード11の製造方法を示したものであ
る。この製造方法は、集合基板を用いて多数の発光ダイ
オードを同時に製造する場合の方法である。第1のプレ
ス工程では、図3(a)(b)に示したように、大きな
薄板金属に多数の薄板金属基板12をプレス成形して集
合基板31を形成する。個々の薄板金属基板12にはそ
れぞれ段差部13,14と反射カップ部17とが形成さ
れ、また分離用のスリット21もプレスによって同時に
開設し、その上をマスキングテープ27で塞ぐ。
1を裏返し、各薄板金属基板12の裏面側にできている
凹凸部に第3の樹脂26を充填する。この時、スリット
21はマスキングテープ27によって塞がれているの
で、第3の樹脂26がスリット21から漏れ出るような
ことはない。充填後直ちに、集合基板31をキュア炉に
入れて第3の樹脂26を硬化させる。
に置き、図5に示したように、各薄板金属基板12の反
射カップ部17の底面18に導電性接着剤22を介して
発光ダイオード素子16を接着固定する。再びキュア炉
に入れて発光ダイオード素子16を固着したのち、発光
ダイオード素子16の上面電極と薄板金属基板12のワ
イヤボンド電極とをボンディングワイヤ23によってつ
なぐ。
混入した第1の樹脂35を反射カップ部17内に流し込
み、発光ダイオード素子16の上面が隠れる位置まで充
填する。なお、前述したように、反射カップ部17の上
端縁36まで充填しないように注意する。充填後キュア
炉に入れて第1の樹脂35を熱硬化させる。
部25を同時に成形するための成形金型34内にエポキ
シ系の樹脂を注ぎ込み、その上に集合基板31をフェー
スダウンすることで、図7に示すような第1の樹脂35
で樹脂封止された発光ダイオード素子16及びボンディ
ングワイヤ23を封じ込めた第2の樹脂24を集合基板
31の上部全体に形成する。このようにして、集光レン
ズ部25も一体に形成したのち、集合基板31を再びキ
ュア炉に入れて第2の樹脂24を熱硬化させる。
板31に想定されたX,Y方向の分割ライン32,33
に沿って集合基板31を桝目状にダイシング又はスライ
シングし、一つ一つの表面実装型発光ダイオード11毎
に分割する。分割された各チップは、自動マウント機に
よって一つ一つが真空吸着されてマザーボード28上に
移送され、次のマザーボード実装工程へと進む。
型発光ダイオード11の第2の実施例を示したものであ
る。この実施例に係る表面実装型発光ダイオード11
は、薄板金属基板12のスリット21をプレス成形によ
るのではなく、ハーフダイシングによって開設した以外
は、先の実施例に係る表面実装型発光ダイオードと同一
の構成からなるので、詳細な説明は省略する。なお、こ
の実施例では、スリット21から薄板金属基板12の上
面側に第3の樹脂26の一部が突出することになる。
ける表面実装型発光ダイオード11の製造方法を示した
ものであり、上記ハーフダイシングを用いたことで、上
述の製造方法と多少異なっている。この実施例に係る製
造方法では、図11(a)(b)に示したように、薄板
金属をプレス成形して集合基板31を形成する際に、先
の実施例のような分離用のスリット21は設けない。
工程とワイヤボンド工程は、図12に示したように、集
合基板31の上面側から各薄板金属基板12の反射カッ
プ部17の底面18に導電性接着剤22を介して発光ダ
イオード素子16を接着固定し、これをキュア炉に入れ
て発光ダイオード素子16を固着したのち、発光ダイオ
ード素子16の上面電極とワイヤボンド電極が形成され
る薄板金属基板12の一方の段差部13とをボンディン
グワイヤ23によってつなぐ。
先の実施例と同様、反射カップ部17内に第1の樹脂3
5を適量流し込み、発光ダイオード素子16をその中に
埋設する。反射カップ部17の上端縁36まで達しない
ように充填してからキュア炉に入れて熱硬化させる。
実施例と同様に、第2の樹脂24及び集光レンズ部25
を同時成形するための成形金型34内に樹脂を注ぎ込
み、その上に集合基板31をフェースダウンすること
で、図14に示したような第1の樹脂35で樹脂封止さ
れた発光ダイオード素子16及びボンディングワイヤ2
3を封じ込めた第2の樹脂24を形成する。このように
して、集光レンズ部25を一体に形成したのち、集合基
板31を再びキュア炉に入れて第2の樹脂24を熱硬化
させる。
1を裏返し、電極分離用のスリット21を入れる。この
スリット21は、薄板金属基板12の一方の段差部13
に裏面側からハーフダイシングするものであり、薄板金
属基板12と一緒に第2の樹脂24の一部をカットす
る。このハーフダイシング工程によって、薄板金属基板
12にダイボンド電極とワイヤボンド電極とを分離形成
することができる。
したのち、集合基板31の裏面側に第3の樹脂26を充
填して補強する。この時、上記ハーフダイシングした各
スリット21にも第3の樹脂26が充填され第2の樹脂
24の一部にも入り込むので、左右の電極を完全に分離
できる。充填後直ちにキュア炉に入れて第3の樹脂26
を熱硬化させる。
実施例と同様、集合基板31に想定されたX,Y方向の
分割ライン32,33に沿って集合基板31を桝目状に
ダイシング又はスライシングし、一つ一つの表面実装型
発光ダイオード11毎に分割する。
ワイヤ23を用いた接続方法について説明したが、この
発明はこれに限定されるものではなく、例えば半田バン
プを用いたフリップチップ実装などの接続方法も含まれ
るものである。
実装型発光ダイオードによれば、発光ダイオード素子を
載置するための基板を熱伝導効率のよい薄板金属で形成
し、発光ダイオード素子での発熱をマザーボードから素
早く放熱できるようにしたので、表面実装型発光ダイオ
ードにおいても波長変換によって発光色を変えるタイプ
の発光ダイオードに適用できるといった効果がある。
充填される第1の樹脂の上面を該反射カップ部の上端縁
より低くしたので、複数の発光ダイオードを近接配置し
ても一方の発光ダイオードの発光が他方の発光ダイオー
ドに影響を及ぼすことなく混色を防ぐことができる。
強する第3の樹脂には、金属の線膨張係数に近いシリカ
やガラスフィラの微粒子又は粉末が混入されているの
で、薄板金属基板の補強が確実であるのに加えて、これ
らの混入によって第3の樹脂の放熱効果も同時に高める
ことができる。
ードの製造方法によれば、薄板金属のプレス加工のみで
基板を形成することができるので、従来のガラスエポキ
シ基板に比べて大幅にコストダウンすることができる。
また、薄板金属からなる集合基板上で一括処理する製造
工程を採用したことで、簡単にしかも大量に表面実装型
発光ダイオードを得ることができ、大幅なコストダウン
が可能で経済的効果が大である。さらに、集光レンズ部
が封止樹脂と一体に成形されている他、マザーボードへ
の自動マウントも可能であるなど、工数削減や歩留りの
向上、更には信頼性の向上なども図ることができる。
の実施例を示す斜視図である。
の図であって、(a)は集合基板の平面図、(b)は上
記(a)のB−B線に沿った断面図である。
時の断面図である。
ボンド工程を示す断面図である。
止した時の断面図である。
の断面図である。
合の説明図である。
の実施例を示す斜視図である。
形した時の図であって、(a)は集合基板の平面図、
(b)は上記(a)のD−D線に沿った断面図である。
ヤボンド工程を示す断面図である。
封止した時の断面図である。
時の断面図である。
を形成する場合の断面図である。
た時の断面図である。
沿って分割する場合の説明図である。
一例を示す断面図である。
例を示す斜視図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 薄板金属基板の上面に反射カップ部を形
成し、この反射カップ部の底部に発光ダイオード素子を
載置すると共に、反射カップ部内に波長変換用材料が混
入された第1の樹脂を充填して発光ダイオード素子をそ
の中に埋設し、さらに反射カップ部を含む薄板金属基板
の上部を集光レンズ部が形成された第2の樹脂で封止す
る一方、薄板金属基板の裏面側には微粒子又は粉末状に
形成したシリカ又はガラスフィラが混入されている第3
の樹脂を充填し、前記薄板金属基板を補強したことを特
徴とする表面実装型発光ダイオード。 - 【請求項2】 前記反射カップ部は、薄板金属基板の上
面を凹ませることによって形成されると共に、この凹み
によって薄板金属基板の裏面側にできた凹凸部に第3の
樹脂を充填して薄板金属基板を補強したことを特徴とす
る請求項1記載の表面実装型発光ダイオード。 - 【請求項3】 前記充填された第1の樹脂の上面が、反
射カップ部の上端縁より低いことを特徴とする請求項1
記載の表面実装型発光ダイオード。 - 【請求項4】 前記第1の樹脂に混入される波長変換用
材料が、蛍光染料又は蛍光顔料からなる蛍光物質である
ことを特徴とする請求項1記載の表面実装型発光ダイオ
ード。 - 【請求項5】 前記第2の樹脂には、拡散剤及び紫外線
吸収剤のうち少なくとも一方が混入されていることを特
徴とする請求項1記載の表面実装型発光ダイオード。 - 【請求項6】 前記発光ダイオード素子が、窒化ガリウ
ム系化合物半導体あるいはシリコンカーバイド系化合物
半導体からなる青色発光の素子であることを特徴とする
請求項1記載の表面実装型発光ダイオード。 - 【請求項7】 上記薄板金属基板は、厚さが0.5mm
以下の熱伝導性の優れた導電金属であることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の表面実装型発光ダイオード。 - 【請求項8】 薄板金属基板の上面を凹ませて反射カッ
プ部を形成すると共に、薄板金属基板に発光ダイオード
の両電極を形成するためのスリットを打抜くプレス工程
と、 薄板金属基板の裏面側にできた凹凸部に第3の樹脂を充
填して薄板金属基板を補強する第3の樹脂充填工程と、 薄板金属基板の反射カップ内に発光ダイオード素子を載
置して一方の電極に接続するダイボンド工程と、 発光ダイオード素子と前記スリットによって形成された
他方の電極とをボンディングワイヤで接続するワイヤボ
ンド工程と、 反射カップ部内に波長変換用材料が混入
された第1の樹脂を充填して発光ダイオード素子をその
中に埋設する第1の樹脂封止工程と、 反射カップ部を含む薄板金属基板の上部を第2の樹脂で
封止する第2の樹脂封止工程とを備えたことを特徴とす
る表面実装型発光ダイオードの製造方法。 - 【請求項9】 薄板金属をプレス加工して複数の薄板金
属基板からなる集合基板を形成し、 この集合基板に対して上記薄板金属基板を補強するため
の第3の樹脂充填工程、発光ダイオード素子のダイボン
ド工程、ワイヤボンド工程、第1の樹脂封止工程及び第
2の樹脂封止工程を行なったのち、 集合基板に想定された分割ラインに沿って集合基板を切
断し、一つ一つの発光ダイオード毎に分割することを特
徴とする請求項8記載の表面実装型発光ダイオードの製
造方法。
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