JP4023723B2 - Surface mount type light emitting diode - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型の発光ダイオードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、軽薄短小を追求する電子機器向けに提供された表面実装型の発光ダイオードの代表的な従来構造として、例えば、図3に示す発光ダイオード(LED)が知られている。以下その概要について説明する。
【0003】
図3において、10は表面実装型LEDである。11は、熱伝導性の高いMg系、Al系、Cu系等のメタルコア材料を、射出成形あるいはプレス成形によって、略立方体形状に成形したメタルコア基板である。該メタルコア基板11は、断面形状が逆台形の凹部12になるように成形される。該凹部12の底面12a及び斜面12bは、光沢銀メッキ等の反射膜13が施されている。
【0004】
前記メタルコア基板11を2分割するようにスリット12cが形成されていて、該スリット12c内に電気絶縁性の接着剤14が充填されている。対称形状をした2つのメタルコアを接着剤14で一体化した状態である。前記電気絶縁性の接着剤14は、一般的なエポキシ系の接着剤の熱膨張係数は40〜80ppm/°C程度であるが、基本的には、例えば、エポキシ系の接着剤で、熱膨張係数は20ppm/°C程度の低膨張タイプの接着剤が好ましい。
【0005】
前記メタルコア基板11には、電気絶縁性の接着剤14において2分割される一対の電極パターンが形成されている。そして、発光ダイオード15(LED素子)を実装する凹部12の底面12a、およびメタルコア基板11の下面11aの外部接続端子部には、それぞれ防錆とボンィングとに必要な金メッキ等の表面処理が施されている。
【0006】
前記メタルコア基板11の凹部12の底面12aにおいて、前記電気絶縁性の接着剤14を跨いで両電極面に、予めLED素子15に半田バンプ16を形成したバンプ付きのLED素子15をフリップチップ実装して接合されている。そして、前記LED素子15を覆うように透明樹脂からなる封止樹脂17で封止することにより、表面実装型LED10が完成される。
【0007】
前記表面実装型LED10を使用する時には、メタルコア基板11の下面11aの外部接続端子部を、図示しないマザーボードのプリント配線に半田等で電気的に固定することによって表面実装を実現するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した表面実装型発光ダイオードは、例えば、−40°C×30min→+100°C×30minの1時間を1000サイクルまたはそれ以上行った後に動作保証するヒートサイクルなどの環境試験下で、低膨張タイプの電気絶縁性の接着剤を使用しても、接着剤、LED素子、メタルコア基板などの熱膨張率の差による応力が発生し、LED素子部の半田のクラック、バンプ剥がれなどの不良が起こる危険があり、表面実装型発光ダイオードの寿命が短縮する。
【0009】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、放熱性に優れ、熱膨張による発生応力の少ない、信頼性の高い表面実装型発光ダイオードを提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における表面実装型発光ダイオードは、対称形状をした2つのメタルコアを、断面形状が逆台形の凹部になるように絶縁性部材で固着して略立体形状のメタルコア基板を形成し、該メタルコア基板の凹部底面に発光ダイオード素子を実装し、該発光ダイオード素子を覆うように封止樹脂で封止してなる表面実装型発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子と前記メタルコア基板の間にサブマウント基板を介在させると共に、該サブマウント基板の熱膨張係数を前記発光ダイオード素子の熱膨張係数と前記メタルコア基板の熱膨張係数の中間と成したことを特徴とするものである。
【0011】
また、前記サブマウント基板は、ガラスエポキシ樹脂などよりなる絶縁基板に所定の電極パターンを形成した配線基板であることを特徴とするものである。
【0012】
また、前記メタルコア基板の少なくとも凹部斜面には反射膜が形成されていることを特徴とするものである。
【0013】
また、前記電極パターンには、金メッキまたは銀メッキにより表面処理が施されていることを特徴とするものである。
【0014】
また、前記反射膜は、光沢銀メッキであることを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明における表面実装型LEDについて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる表面実装型LEDの断面図、図2は、図1のサブマウントの断面図である。
【0016】
図1において、表面実装型LED1の構成は、サブマウント基板3にLED素子15を実装したサブマウント2をメタルコア基板11の凹部の半田5で電気的に固着したものである。前記メタルコア基板11は、従来技術で説明したものと同様であり、対称形状をした2つのメタルコアを、断面形状が逆台形の凹部12を形成するように電気絶縁性の接着剤14で接着して略略立体形状の形成したものである。前記メタルコア基板11には、電気絶縁性の接着剤14において2分割される一対の電極パターンが形成されて、凹部12の底面12a、およびメタルコア基板11の下面11aの外部接続端子部には、それぞれ防錆とボンィングとに必要な金メッキ等の表面処理が施されている。そして、前記凹部12の底面12a及び斜面12bは、光沢銀メッキ等の反射膜13が施されている。
【0017】
図2により、前記メタルコア基板の凹部の底面に搭載するサブマウントについて説明する。図2はサブマウントの断面図である。図2において、3はガラスエポキシ樹脂などよりなる絶縁基板に所定の配線パターンを形成したサブマウント基板(配線基板)である。該サブマウント基板3は絶縁基板の両面銅箔部にメッキレジストをラミネートし、露光現像して所定の配線パターンを形成し、さらにその上に金メッキまたは銀メッキなどの表面処理を施している。前記配線パターンは、一対の上面電極4a、5aと下面電極4c、5cと上下電極を接続する側面電極4b、5bとで構成される。
【0018】
そして、前記サブマウント基板3の上面において、前記上面電極4a、5aを跨いで両電極面に、予めLED素子15に半田バンプ16を形成したバンプ付きのLED素子15をフリップチップ実装して接合されている。そして、前記LED素子15を覆うように透明樹脂からなる封止樹脂17で封止することにより、サブマウント2が完成される。
【0019】
前記メタルコア基板11の凹部12の底面12aにおいて、前記電気絶縁性の接着剤14を跨いで両電極面に、上記したサブマウント2を搭載し銀ペーストによりダイボンドし半田5により半田付けして電気的に接続する。
【0020】
上記したサブマウント基板3の熱膨張係数は略10ppm/°Cであり、LED素子の熱膨張係数は略5.3ppm/°Cと、メタルコア基板の熱膨張係数は略20ppm/°Cの中間にある。
【0021】
上述した構成による表面実装型LEDの作用効果について説明する。前述したヒートサイクルなどの厳しい環境試験下にあっても、サブマウント基板の熱膨張係数がLED素子とメタルコア基板の略中間にあるので、温度により発生する応力が緩和されるので、LED素子部の半田のクラック、バンプ剥がれなど致命的な不良が減少される。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パッケージを構成するメタルコア基板は放熱性に優れ、LED素子とメタルコア基板との間にサブマウント基板を介在させた構造にすることにより、放熱性に優れ、熱膨張による発生応力の少ない、車載用LEDなどには最適なものであり、信頼性の高い表面実装型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】本発明の実施の形態に係わる表面実装型発光ダイオードの断面図である。
【図2】図1のサブマウントの断面図である。
【図3】従来の表面実装型発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
1 表面実装型LED
2 サブマウント
3 サブマウント基板
4a、5a 上面電極
4b、5b 側面電極
4c、5c 下面電極
5 半田
11 メタルコア基板
12 凹部
12a 底面
12b 斜面
13 反射膜
14 電気絶縁性の接着剤
15 LED素子
16 半田バンプ
17 封止樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface mount type light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a light emitting diode (LED) shown in FIG. 3 is known as a typical conventional structure of a surface mount type light emitting diode provided for an electronic device pursuing lightness and smallness. The outline will be described below.
[0003]
In FIG. 3, 10 is a surface-mounted LED. Reference numeral 11 denotes a metal core substrate in which a metal core material such as Mg, Al, or Cu having high thermal conductivity is formed into a substantially cubic shape by injection molding or press molding. The metal core substrate 11 is formed so as to be a
[0004]
A slit 12c is formed so as to divide the metal core substrate 11 into two, and an electrically insulating adhesive 14 is filled in the slit 12c. In this state, two metal cores having a symmetrical shape are integrated with an adhesive 14. The electrical insulating adhesive 14 has a thermal expansion coefficient of about 40 to 80 ppm / ° C. of a general epoxy adhesive, but is basically an epoxy adhesive, for example. A low expansion type adhesive having a coefficient of about 20 ppm / ° C is preferable.
[0005]
The metal core substrate 11 is formed with a pair of electrode patterns that are divided into two by an electrically insulating adhesive 14. The bottom surface 12a of the
[0006]
On the bottom surface 12 a of the
[0007]
When the surface-mounted
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the surface-mounted light emitting diode described above is low in an environmental test such as a heat cycle in which operation is ensured after one cycle of −40 ° C. × 30 min → + 100 ° C. × 30 min is performed for 1000 cycles or more. Even if an expansion-type electrically insulating adhesive is used, stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the adhesive, LED element, metal core substrate, etc. is generated, and defects such as cracks in solder and bump peeling off of the LED element part occur. There is a danger that it will occur, and the life of the surface-mounted light emitting diode will be shortened.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable surface-mounted light-emitting diode that has excellent heat dissipation and generates less stress due to thermal expansion.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the surface-mounted light-emitting diode according to the present invention has a substantially three-dimensional metal core, in which two metal cores having a symmetric shape are fixed with an insulating member so that the cross-sectional shape is an inverted trapezoidal recess. forming a substrate, said metal core and mounting the light emitting diode element in the recess bottom surface of the substrate, the light emitting diode by encapsulating with a sealing resin so as to cover the element surface mounted light emitting diode, wherein said light emitting diode element metal core which the sub-mount substrate is interposed between the substrate Rutotomoni, characterized in that the thermal expansion coefficient of the submount substrate form an intermediate thermal expansion coefficient of the metal core substrate and the thermal expansion coefficient of the light emitting diode element It is.
[0011]
Further, the submount substrate is a wiring substrate in which a predetermined electrode pattern is formed on an insulating substrate made of glass epoxy resin or the like.
[0012]
In addition, a reflective film is formed on at least the concave slope of the metal core substrate.
[0013]
Further, the electrode pattern is subjected to surface treatment by gold plating or silver plating .
[0014]
Further, the reflective film is a bright silver plating.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the surface-mounted LED according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface-mount LED according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the submount of FIG.
[0016]
In FIG. 1, the surface
[0017]
The submount mounted on the bottom surface of the concave portion of the metal core substrate will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view of the submount. In FIG. 2,
[0018]
Then, on the upper surface of the
[0019]
On the bottom surface 12a of the
[0020]
The thermal expansion coefficient of the
[0021]
The effects of the surface-mounted LED having the above-described configuration will be described. Even under severe environmental tests such as the heat cycle described above, since the thermal expansion coefficient of the submount substrate is approximately between the LED element and the metal core substrate, the stress generated by the temperature is relieved. Fatal defects such as solder cracks and bump peeling are reduced.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the metal core substrate constituting the package is excellent in heat dissipation, and the structure in which the submount substrate is interposed between the LED element and the metal core substrate is excellent in heat dissipation. In addition, it is most suitable for an in-vehicle LED that generates less stress due to thermal expansion, and can provide a highly reliable surface-mounted light-emitting diode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface-mounted light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the submount of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional surface mount type light emitting diode.
[Explanation of symbols]
1 Surface-mount LED
2
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