JP3812722B2 - 白色発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、モールディングコンパウンド樹脂粉末に蛍光体を予め混合することにより、青色LEDチップが発光する青色波長の光を白色波長に変換させて白色を発光させる白色発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
白色光を発光するダイオードの製造方法として、青色発光ダイオードの上に蛍光顔料が混合された液状樹脂を封入することにより白色光LED化することが一般的に行われていた。ここで、白色光とは一般的にその波長が400nmから600nmまで均一に分布されたものを言う。赤色、緑色そして青色の光が調和をなして出る青色は、赤色と緑色を出す蛍光体と反応して赤色と緑色を出すことになり、この色などはまだ蛍光顔料と反応されずそのまま透過されチップを通過して出される青色と調和をなし最終的に人間の眼に白色に見られることになるのである。
【０００３】
従来、白色を発光するLED（白色発光ダイオード）は、図３乃至７に示すように、回路が構成されるようになっている印刷回路基板やアルミニウム材質のリードフレームの上に青色発光ダイオードチップを取り付け、蛍光顔料を利用してポッティング(Potting)してトランスファーモールディング成形を行い各々の製品を切り出す方式や、一定の形状を有するプラスチック材質の射出物に蛍光顔料をディスペンサー(Dispenser)を利用してポッティングした後、エポキシで締切をする方式や、リードフレームに蛍光顔料をポッティングしてランプの形状をしたモルードコップを利用してLEDランプで製造する方式など多様な形態の製造方式により製造されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近来に至り白色LED製品（白色発光ダイオード）は一般的な用途である液晶表示部の後面発光用や、家電製品及び産業機器などのディスプレー用などに限定されるものではなく、技術発展と消費者の多様な要求により軽薄短小の携帯用無線通信機器のような電子製品や自動車などに用いる液晶表示後面の発光用に使用されるようになり漸次小型化が要求されている。しかしながら、現在生産されている方法によればその製品の大きさを縮めるのには限界があり、一定水準の製品生産に歩留まり問題があって蛍光材料の量が均一でないため、生産品自体の色の偏差が甚だしく製品製造に所要される工程の時間とそれに伴い費用が嵩むという大きな問題があった。
【０００５】
本発明の目的はモールディングコンパウンド樹脂の粉末に蛍光顔料を混合、圧着して固形化されたモールディングコンパウンドを作り、これを利用して青色発光を変換させて白色に発光するチップLED製品を製造するようにし、既存に使用されるポッティング工程を使用しないことにより軽薄短小の電子製品に用いられる液晶表示部後面の発光とディスプレーの用途に適合であるよう薄型に製造ができ、工程を単純させることによって所要される費用と時間が削減され一定水準の品質を有する製品歩留まりを顕著に向上、改善できる白色発光ダイオードの製造方法を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の如き目的を達成するため、本発明は青色を発光する青色発光ダイオードチップを接着材料で接着固体させて搭載し、電気的回路を構成するためリードフレームと印刷回路基板を伝導性材質で連結させ、モールディングコンパウンド樹脂でトランスファーモルード成形した後、個別製品に切り出す白色発光ダイオードの製造方法であって、前記モールディングコンパウンド樹脂粉末に一定比率の蛍光顔料を混合した混合物を準備する段階と、前記混合物に所定の温度と圧力を加えてタブレット（ Tablet ）形状を有するように製造する段階と；前記のものを青色発光ダイオードチップ部分にトランスファーモールディングする段階と；たとえば、ダイサ（ｄｉｃｅｒ）を利用して個別製品に切断して白色発光ダイオードを製造する段階を備えたことを特徴とし、これにより青色発光ダイオードチップで発光される青色波長の光を白色波長に変換させて白色を発光せしめる白色発光ダイオードが提供され、前記方法で製造したチップLEDは液状エポキシ樹脂に蛍光体を混入させて製造されたチップLEDに比して容易に、廉価で高品質の純粋白色の光を発光するものであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。以下で全図面に亘って同じ部分に対しては同一の図面符号が添付されている。図面等にて図面符号１はモルードが成形された部分であり、図面符号２は蛍光顔料であり、図面符号３は発光ダイオードチップであり、図面符号４はAgペーストと同じ接着剤であり、図面符号５はAu、Alワイヤで、図面符号６は印刷回路基板である。図１及び図２は本発明に伴うチップLED（白色発光ダイオード）を示す断面図である。
【０００８】
すなわち、図１及び図２に示す白色発光ダイオードは、必要に応じて各々の材質で各層が鍍金され一定のパターンをなしている印刷回路基板６とこれと似通った役割をするリードフレーム７に青色を発光するダイオードチップ３を接着剤等を利用して接着固定させる。接着剤が硬化されるように当該接着剤の特性に合う一定の温度条件、例えば100乃至150℃の温度で30分乃至1時間程度放置した後、青色発光ダイオード３に位置した電極と印刷回路基板６やリードフレーム７にあるパターン部分を電気的に導伝状態に作ってやるために導伝性材料で連結する。この際、青色発光ダイオード３の種類と製造方法に応じて導伝状態に作って与える方法とその形状は多様に変えられるものである。
【０００９】
このような工程は、印刷回路基板６やリードフレーム７に形成されているパターンに応じて1回に生産し得る個数が変更できるようになされる。
【００１０】
一方、モールディングコンパウンド樹脂は固体パウダーの形態で特殊的に処理された(Y、Ce)3Al5O12 (Y、Gd、Ce)3Al5O12のような蛍光顔料粉末を欲しようとする品質の白色光水準に応じて一定の比率、好ましくはモールディングコンパウンド樹脂質量の5乃至50%の比率で混合してよく交ぜ合せた後、これを大量生産作業に便利なように、かつ、最終の製品に気泡が生ずる等の問題点を除去するために、一定の形態の金型の中に混合された粉末を入れ、適切な圧力、たとえば、50乃至30kg/cm2の圧力で加圧してやる。光度と発光波長は前記蛍光顔料に含まれるGdとCeの量を加減することにより調整することができる。
【００１１】
前記の過程以前に既に製造された幾つかの印刷回路基板６（トランスファーモルード金型の形態に応じてその数が異なる）に見合った金型が設置されたトランスファーモールディングプレス（図示を省略）の上に配列され、蛍光顔料が添加されたモールディングコンパウンドタブレットを入れて0.5乃至2トン/cm2の圧力で130乃至180℃の温度で200乃至600秒の条件下で成形を行う。
【００１２】
トランスファーモルード成形後、印刷回路基板６とリードフレーム７自体が鍍金されたパターンに応じて個々のチップLED製品（白色発光ダイオード）に切断するためダイシング工程が進行される。以後ダイシング工程中に生ずる水分を取り除き成形されたモルードの状態を安定化させるために100乃至250℃の温度でもって1時間前後の条件で放置することさえもある。
【００１３】
このように完成された白色発光ダイオードは、以後各々に見合った水準の白色の種類とその発光する光度値に応じて一定に分類及びテストして、表面実装に便利であるよう自動化設備を通してリールに巻き取り出荷することになる。
【００１４】
従って、蛍光顔料を別途液状状態のエポキシ樹脂に混合させて一つ々青色を発光するダイオードチップ（一般的に400乃至500nm程度の波長を有する）の上にポッティングする等の作業をしなくとも一般的の波長(430、450、470、570、590、600、620、635、660nm等）の光を発光するチップLEDを製造する既存工程から大きく外れることなく、図１及び２に示すような白色を発光するチップLEDを容易に製造することができる。また、本発明に係る製造方法によれば、最大0.2mm程度の厚さまで縮められる極限の薄型製品を製造することができるので、これらを組込むことにより既存製品に比べ更にコンパクトな電子製品を生産することができる。さらに、一度のトランスファーモルード成形作業に同一造成の蛍光顔料を有する白色発光ダイオードを大量に製造することができるとともに、CIE(Commission International de I'Eclarage、国際照明委員会）による色座標上の色度偏差が極めて少なく（目標の白色に対しCIEによる色座標上の偏差（ｘ座標、ｙ座標）が、たとえば標準偏差0.05以内の均一品質）、かつ、厳しい品質水準に見合う優秀な歩留まりを可能とすることができる。そして、別に蛍光顔料を一つ一つポッティングしてやる工程がないので時間と費用を削減することができる。
【００１５】
このような白色発光ダイオードは、前述の如く携帯電話等の携帯用無線通信機器のような電子製品や、自動車及び家電製品等で使用される白色光を発光するディスプレーや液晶表示部の後面発光用にのみ限定されるものではない。現在白色を利用した蛍光灯の如き電気機器のみならず現在発光ダイオードが使用されている全ての種類の電子機器等に適用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上にて説明した如く構成された本発明に係る製造方法により製造した白色発光ダイオードは、白色を発光可能にする蛍光顔料を用いるモールディングコンパウンド樹脂に混合して成形し、これをトランスファーモルード成形することによって、これまでは一つ一つの蛍光顔料を製品ごとにポッティングすることにより白色を出させるため高品質水準を保つことに限界があったが、本発明に係る製造方法によれば1回製品生産品においても均一の造成がなされるようにして白色を出す歩留まりを極大化することができる。さらに、青色を発光するダイオードチップの上一つ一つポッティングし更にその上モールディングコンパウンド樹脂を利用してモルード成形する製造方法では厚みを一定の高さ以下にすることが不可能であったが、ポッティングする工程を除去することによって最終製品の厚みを最小の薄型化を実現し、白色発光ダイオードを組込可能な電子機器等を更にコンパクト化させることによりこれらの電子機器等を軽薄短小に製造することができる。加えて、不必要な工程をなくし費用と時間が削減された優秀な白色発光ダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に伴う一つのワイヤが接触された白色発光チップLEDの断面図である。
【図２】 本発明に伴う二つのワイヤが接触された白色発光チップLEDの断面図である。
【図３】 従来の白色を発光するLEDの一例を示す断面図である。
【図４】 従来の白色を発光するLEDの一例を示す断面図である。
【図５】 従来の白色を発光するLEDのまた他の例を示す断面図である。
【図６】 従来の白色を発光するLEDのまた他の一例を示す断面図である。
【図７】 従来の白色を発光するLEDのまた他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：モルード成形部
２：蛍光顔料
３：発光ダイオードチップ
４：Agペースト(Paste)
５：ワイヤ(Wire)
６：印刷回路基板
７：リードフレーム
８：リードフレーム
９：反射板
【発明が属する技術分野】
本発明は、モールディングコンパウンド樹脂粉末に蛍光体を予め混合することにより、青色LEDチップが発光する青色波長の光を白色波長に変換させて白色を発光させる白色発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
白色光を発光するダイオードの製造方法として、青色発光ダイオードの上に蛍光顔料が混合された液状樹脂を封入することにより白色光LED化することが一般的に行われていた。ここで、白色光とは一般的にその波長が400nmから600nmまで均一に分布されたものを言う。赤色、緑色そして青色の光が調和をなして出る青色は、赤色と緑色を出す蛍光体と反応して赤色と緑色を出すことになり、この色などはまだ蛍光顔料と反応されずそのまま透過されチップを通過して出される青色と調和をなし最終的に人間の眼に白色に見られることになるのである。
【０００３】
従来、白色を発光するLED（白色発光ダイオード）は、図３乃至７に示すように、回路が構成されるようになっている印刷回路基板やアルミニウム材質のリードフレームの上に青色発光ダイオードチップを取り付け、蛍光顔料を利用してポッティング(Potting)してトランスファーモールディング成形を行い各々の製品を切り出す方式や、一定の形状を有するプラスチック材質の射出物に蛍光顔料をディスペンサー(Dispenser)を利用してポッティングした後、エポキシで締切をする方式や、リードフレームに蛍光顔料をポッティングしてランプの形状をしたモルードコップを利用してLEDランプで製造する方式など多様な形態の製造方式により製造されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近来に至り白色LED製品（白色発光ダイオード）は一般的な用途である液晶表示部の後面発光用や、家電製品及び産業機器などのディスプレー用などに限定されるものではなく、技術発展と消費者の多様な要求により軽薄短小の携帯用無線通信機器のような電子製品や自動車などに用いる液晶表示後面の発光用に使用されるようになり漸次小型化が要求されている。しかしながら、現在生産されている方法によればその製品の大きさを縮めるのには限界があり、一定水準の製品生産に歩留まり問題があって蛍光材料の量が均一でないため、生産品自体の色の偏差が甚だしく製品製造に所要される工程の時間とそれに伴い費用が嵩むという大きな問題があった。
【０００５】
本発明の目的はモールディングコンパウンド樹脂の粉末に蛍光顔料を混合、圧着して固形化されたモールディングコンパウンドを作り、これを利用して青色発光を変換させて白色に発光するチップLED製品を製造するようにし、既存に使用されるポッティング工程を使用しないことにより軽薄短小の電子製品に用いられる液晶表示部後面の発光とディスプレーの用途に適合であるよう薄型に製造ができ、工程を単純させることによって所要される費用と時間が削減され一定水準の品質を有する製品歩留まりを顕著に向上、改善できる白色発光ダイオードの製造方法を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の如き目的を達成するため、本発明は青色を発光する青色発光ダイオードチップを接着材料で接着固体させて搭載し、電気的回路を構成するためリードフレームと印刷回路基板を伝導性材質で連結させ、モールディングコンパウンド樹脂でトランスファーモルード成形した後、個別製品に切り出す白色発光ダイオードの製造方法であって、前記モールディングコンパウンド樹脂粉末に一定比率の蛍光顔料を混合した混合物を準備する段階と、前記混合物に所定の温度と圧力を加えてタブレット（ Tablet ）形状を有するように製造する段階と；前記のものを青色発光ダイオードチップ部分にトランスファーモールディングする段階と；たとえば、ダイサ（ｄｉｃｅｒ）を利用して個別製品に切断して白色発光ダイオードを製造する段階を備えたことを特徴とし、これにより青色発光ダイオードチップで発光される青色波長の光を白色波長に変換させて白色を発光せしめる白色発光ダイオードが提供され、前記方法で製造したチップLEDは液状エポキシ樹脂に蛍光体を混入させて製造されたチップLEDに比して容易に、廉価で高品質の純粋白色の光を発光するものであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。以下で全図面に亘って同じ部分に対しては同一の図面符号が添付されている。図面等にて図面符号１はモルードが成形された部分であり、図面符号２は蛍光顔料であり、図面符号３は発光ダイオードチップであり、図面符号４はAgペーストと同じ接着剤であり、図面符号５はAu、Alワイヤで、図面符号６は印刷回路基板である。図１及び図２は本発明に伴うチップLED（白色発光ダイオード）を示す断面図である。
【０００８】
すなわち、図１及び図２に示す白色発光ダイオードは、必要に応じて各々の材質で各層が鍍金され一定のパターンをなしている印刷回路基板６とこれと似通った役割をするリードフレーム７に青色を発光するダイオードチップ３を接着剤等を利用して接着固定させる。接着剤が硬化されるように当該接着剤の特性に合う一定の温度条件、例えば100乃至150℃の温度で30分乃至1時間程度放置した後、青色発光ダイオード３に位置した電極と印刷回路基板６やリードフレーム７にあるパターン部分を電気的に導伝状態に作ってやるために導伝性材料で連結する。この際、青色発光ダイオード３の種類と製造方法に応じて導伝状態に作って与える方法とその形状は多様に変えられるものである。
【０００９】
このような工程は、印刷回路基板６やリードフレーム７に形成されているパターンに応じて1回に生産し得る個数が変更できるようになされる。
【００１０】
一方、モールディングコンパウンド樹脂は固体パウダーの形態で特殊的に処理された(Y、Ce)3Al5O12 (Y、Gd、Ce)3Al5O12のような蛍光顔料粉末を欲しようとする品質の白色光水準に応じて一定の比率、好ましくはモールディングコンパウンド樹脂質量の5乃至50%の比率で混合してよく交ぜ合せた後、これを大量生産作業に便利なように、かつ、最終の製品に気泡が生ずる等の問題点を除去するために、一定の形態の金型の中に混合された粉末を入れ、適切な圧力、たとえば、50乃至30kg/cm2の圧力で加圧してやる。光度と発光波長は前記蛍光顔料に含まれるGdとCeの量を加減することにより調整することができる。
【００１１】
前記の過程以前に既に製造された幾つかの印刷回路基板６（トランスファーモルード金型の形態に応じてその数が異なる）に見合った金型が設置されたトランスファーモールディングプレス（図示を省略）の上に配列され、蛍光顔料が添加されたモールディングコンパウンドタブレットを入れて0.5乃至2トン/cm2の圧力で130乃至180℃の温度で200乃至600秒の条件下で成形を行う。
【００１２】
トランスファーモルード成形後、印刷回路基板６とリードフレーム７自体が鍍金されたパターンに応じて個々のチップLED製品（白色発光ダイオード）に切断するためダイシング工程が進行される。以後ダイシング工程中に生ずる水分を取り除き成形されたモルードの状態を安定化させるために100乃至250℃の温度でもって1時間前後の条件で放置することさえもある。
【００１３】
このように完成された白色発光ダイオードは、以後各々に見合った水準の白色の種類とその発光する光度値に応じて一定に分類及びテストして、表面実装に便利であるよう自動化設備を通してリールに巻き取り出荷することになる。
【００１４】
従って、蛍光顔料を別途液状状態のエポキシ樹脂に混合させて一つ々青色を発光するダイオードチップ（一般的に400乃至500nm程度の波長を有する）の上にポッティングする等の作業をしなくとも一般的の波長(430、450、470、570、590、600、620、635、660nm等）の光を発光するチップLEDを製造する既存工程から大きく外れることなく、図１及び２に示すような白色を発光するチップLEDを容易に製造することができる。また、本発明に係る製造方法によれば、最大0.2mm程度の厚さまで縮められる極限の薄型製品を製造することができるので、これらを組込むことにより既存製品に比べ更にコンパクトな電子製品を生産することができる。さらに、一度のトランスファーモルード成形作業に同一造成の蛍光顔料を有する白色発光ダイオードを大量に製造することができるとともに、CIE(Commission International de I'Eclarage、国際照明委員会）による色座標上の色度偏差が極めて少なく（目標の白色に対しCIEによる色座標上の偏差（ｘ座標、ｙ座標）が、たとえば標準偏差0.05以内の均一品質）、かつ、厳しい品質水準に見合う優秀な歩留まりを可能とすることができる。そして、別に蛍光顔料を一つ一つポッティングしてやる工程がないので時間と費用を削減することができる。
【００１５】
このような白色発光ダイオードは、前述の如く携帯電話等の携帯用無線通信機器のような電子製品や、自動車及び家電製品等で使用される白色光を発光するディスプレーや液晶表示部の後面発光用にのみ限定されるものではない。現在白色を利用した蛍光灯の如き電気機器のみならず現在発光ダイオードが使用されている全ての種類の電子機器等に適用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上にて説明した如く構成された本発明に係る製造方法により製造した白色発光ダイオードは、白色を発光可能にする蛍光顔料を用いるモールディングコンパウンド樹脂に混合して成形し、これをトランスファーモルード成形することによって、これまでは一つ一つの蛍光顔料を製品ごとにポッティングすることにより白色を出させるため高品質水準を保つことに限界があったが、本発明に係る製造方法によれば1回製品生産品においても均一の造成がなされるようにして白色を出す歩留まりを極大化することができる。さらに、青色を発光するダイオードチップの上一つ一つポッティングし更にその上モールディングコンパウンド樹脂を利用してモルード成形する製造方法では厚みを一定の高さ以下にすることが不可能であったが、ポッティングする工程を除去することによって最終製品の厚みを最小の薄型化を実現し、白色発光ダイオードを組込可能な電子機器等を更にコンパクト化させることによりこれらの電子機器等を軽薄短小に製造することができる。加えて、不必要な工程をなくし費用と時間が削減された優秀な白色発光ダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に伴う一つのワイヤが接触された白色発光チップLEDの断面図である。
【図２】 本発明に伴う二つのワイヤが接触された白色発光チップLEDの断面図である。
【図３】 従来の白色を発光するLEDの一例を示す断面図である。
【図４】 従来の白色を発光するLEDの一例を示す断面図である。
【図５】 従来の白色を発光するLEDのまた他の例を示す断面図である。
【図６】 従来の白色を発光するLEDのまた他の一例を示す断面図である。
【図７】 従来の白色を発光するLEDのまた他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：モルード成形部
２：蛍光顔料
３：発光ダイオードチップ
４：Agペースト(Paste)
５：ワイヤ(Wire)
６：印刷回路基板
７：リードフレーム
８：リードフレーム
９：反射板
Claims (6)
- 青色発光ダイオードチップを印刷回路基板および／またはリードフレームに導電性又は非導電性の接着剤で接着固定して搭載し、前記青色発光ダイオードチップ上の電極を前記印刷回路基板上の鍍金された回路パターンおよび／またはリードフレームと導電性材料で連結し、モールディングコンパウンド樹脂中の蛍光顔料を利用して、前記青色発光ダイオードからの青色光を白色光に変換する白色発光ダイオード製造方法において、
固体パウダー状のモールディングコンパウンド樹脂粉末と蛍光顔料とを一定の比率で混合し、撹拌して粉末状混合物を作製する段階と、
前記混合物を金型に入れ、圧力を加えて固形状のタブレットを形成する段階と、
前記青色発光ダイオードチップの搭載された前記印刷回路基板および／またはリードフレームをトランスファーモールディングプレスに配置し、前記タブレットを前記トランスファーモールディングプレスに入れて所定の温度で圧力を加えて前記印刷回路基板および／またはリードフレームにトランスファーモールド成形を行う段階と、
成形後に前記印刷回路基板またはリードフレームを切断して個別の白色発光ダイオードを作製する段階とを含むことを特徴とする白色発光ダイオードの製造方法。 - 前記蛍光顔料は前記モールディングコンパウンド樹脂粉末に対して５乃至50質量％の範囲で混合されることを特徴とする請求項１記載の白色発光ダイオードの製造方法。
- 前記モールディングコンパウンド樹脂粉末を50乃至300kg／cm2の圧力を加えて圧縮し所定形状の前記タブレットを製造することを特徴とする請求項１又は２記載の白色発光ダイオードの製造方法。
- 光度と発光波長及び発光色相は前記蛍光顔料に含まれるGdとCeの量を制御することにより可変できることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の白色発光ダイオードの製造方法。
- 前記白色発光ダイオードは、最大0.2mmの厚さまで縮められる薄型製品を製造することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の白色発光ダイオードの製造方法。
- 目標の白色に対しCIEによる色座標上の偏差（ｘ座標、ｙ座標）が標準偏差0.05以内に均一の品質に製造されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載した白色発光ダイオードの製造方法。
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