JP4632427B2 - 発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも光学特性の異なる２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードを一つのサブマウントに配置し、これらの組立体の少なくとも一つを印刷配線基板に取り付けた発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体に関するものである。

特に、本発明は、少なくとも光学特性の異なる２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントに施されている配線との接合に対する信頼性を向上させるために金８０％、錫２０％からなる共晶ハンダ、あるいは前記共晶ハンダペーストを使用した発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体に関するものである。

さらに、本発明は、フリプチップ型発光ダイオードを囲むプラスチック製筒体に少なくとも２組みのリードフレームを一体成形することにより、作製方法の容易あるいは取り付け作業の容易を図る発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体に関するものである。

たとえば、特開２００３−４６１３５号公報に記載されている半導体発光装置は、薄型化を図るために、保持基板の裏面にサブマウントの厚みと同等のサブマウント収納用凹部を形成し、前記サブマウント収納用凹部に前記サブマウントを収納した状態で、前記サブマウントの電極のそれぞれと保持基板の配線を接続している。

また、特開２００３−２１８４０３号公報に記載された複合発光素子は、サブマウントの配線とフリプチップ型発光ダイオードの電極とをバンプを介して接続している。

さらに、特開２００３−３０４００３号公報の表面実装型発光ダイオードは、鉛を使用しない金−錫ハンダを使用して発光ダイオードを実装している。
特開２００３−４６１３５号公報 特開２００３−２１８４０３号公報 特開２００３−３０４００３号公報

発光層からの光を電極の反対側の面から取り出すフリプチップ型発光ダイオードは、電極による光の遮りがないため、明るさが明るく、発光効率が良い。しかし、前記フリプチップ型発光ダイオードの電極は、サブマウントの配線と金線を介して接続するか、あるいは前記配線上に載置されたハンダバンプにより接続されていた。

前記金線は、自動機による取り付けを行っても、線でフリプチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントの配線とを接続するため、熱サイクルにより、接続部の寿命や信頼性に問題があった。また、ハンダバンプは、フラックス成分が飛散するとともに、温度を上げると、フリプチップ型発光ダイオードの重みで薄くなり、接合部が広がったり、あるいはハンダの一部が溶けて流出し、配線間の短絡を起こす恐れがあった。さらに、前記ハンダの広がりや流出を防止するために、その近傍に絶縁膜を配し、配線における短絡を防いでいた。

前記ハンダバンプによるフリプチップ型発光ダイオードとサブマウントにおける配線との接続は、使用中に発生する熱により膨張するため、接続部分が剥がれたり、発光ダイオードが破壊され易いという欠点がある。また、従来の発光ダイオードは、それぞれが持つ特有の色を発生するが、その中間色や色調を変えることが困難であった。

以上のような課題を解決するために、本発明は、サブマウントに形成された配線上に金８０％、錫２０％からなる共晶ハンダを載置し、あるいは蒸着法、スクリーン印刷法、メッキ法で形成した後、リフロー処理することにより配線間の短絡を防止する発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも光学特性の異なる２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの発光を効率良く反射させるプラスチック製筒体を貫通する少なくとも３つのリードを有するリードフレームにより、印刷配線基板に形成されたプリント配線と、サブマウントに形成された配線とを接続することにより、組立と発光の効率の向上、および色調を変えることができる発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体を提供することを目的とする。

本発明は、フリプチップ型発光ダイオードをサブマウントとリードフレームが埋設されたプラスチック製筒体を印刷配線基板上に載置するだけで済むため組立方法が容易であり、フリプチップ型発光ダイオードの熱がサブマウントおよび印刷配線基板から外部に伝達されるため、フリプチップ型発光ダイオードの発熱が内部に籠ることがなく、経年変化によっても発光効率に劣化のない発光ダイオード組立体の組立方法および発光ダイオード組立体を提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、少なくとも３つの配線が多数形成されたサブマウント基板の各配線上の所定位置に、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを載置し、前記各配線の前記第１の共晶ハンダ上に、光学特性の異なる少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの各電極を配置した後、リフロー炉で加熱して、前記第１の共晶ハンダを介して前記配線と電極とを接続した後、前記サブマウント基板を、前記少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードを一組としてダイシングし、一方、プラスチック製筒体と、前記プラスチック製筒体を貫通する少なくとも３つのリードを持つリードフレームとを一体成形により作製した後、前記リードフレームをカッティングして一個のプラスチック製筒体とし、前記一個のプラスチック製筒体の内部に突出する前記少なくとも３つのリードを、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して前記サブマウントに形成された少なくとも３つの配線にそれぞれ接続し、前記プラスチック製筒体の上面に透明樹脂を封止したことを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、少なくとも３つの配線が多数形成されたサブマウント基板の各配線上の所定位置に、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ層を形成した後、前記第１の共晶ハンダ層上にフラックスを載置し、前記各配線上のフラックス上に、光学特性の異なる少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードの各電極を配置した後、リフロー炉を加熱して、前記第１の共晶ハンダを介して前記配線と電極とを接続した後、前記サブマウント基板を、前記少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードを一組としてダイシングし、一方、プラスチック製筒体と、前記プラスチック製筒体を貫通する少なくとも３つのリードを持つリードフレームとを一体成形により作製した後、前記リードフレームをカッティングして一個のプラスチック製筒体とし、前記一個のプラスチック製筒体の内部に突出する少なくとも３つのリードを、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して前記サブマウントに形成された少なくとも３つの配線にそれぞれ接続し、前記プラスチック製筒体の上面に透明樹脂を封止したことを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、第２発明の共晶ハンダ層が各配線上の所定位置に、蒸着法、スクリーン印刷法、またはメッキ法によって形成されていることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明の発光ダイオード組立体は、少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの各電極が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを介して少なくとも３つの配線に接続されているサブマウントと、内部を貫通する少なくとも３つのリードが一体成形により作製されたプラスチック製筒体と、前記プラスチック製筒体の内部に突出する少なくとも３つのリードを、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して前記サブマウントに形成された少なくとも３つの配線にそれぞれ接続した発光部組立体と、前記発光部組立体の上面を封止した透明樹脂封止部材とから構成されていることを特徴とする。

（第５発明）
第５発明の発光ダイオード組立体において、第４発明の第１の共晶ハンダは、金−錫共晶ハンダペーストであることを特徴とする。

（第６発明）
第６発明の発光ダイオード組立体は、第４発明または第５発明において、一つの印刷配線基板上にプラスチック製筒体により囲まれた少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードがマトリクス状に組み立てられていることを特徴とする。

（第７発明）
第７発明の発光ダイオード組立体は、第４発明または第５発明において、一つの印刷配線基板上にプラスチック製筒体により囲まれた少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが所望の形状に組み立てられていることを特徴とする。

（第８発明）
第８発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第７発明において、印刷配線基板上のプリント配線に接続された制御回路によって前記発光ダイオード組立体におけるフリプチップ型発光ダイオードの点滅制御が行われることを特徴とする。

（第９発明）
第９発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第８発明において、フリプチップ型発光ダイオードが赤色、黄色、橙色、緑色、青色の内の少なくとも２種類であることを特徴とする。

（第１０発明）
第１０発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第９発明において、発光部組立体が異なる色を発光する複数種類が予め印刷配線基板に配置されていることを特徴とする。

（第１１発明）
第１１発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第１０発明において、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体がそれぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、全体の色調を調整することを特徴とする。

（第１２発明）
第１２発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第１１発明において、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体がそれぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、白色光にすることを特徴とする。

（第１３発明）
第１３発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第１２発明において、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体は、それぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、橙色光にすることを特徴とする。

（第１４発明）
第１４発明の発光ダイオード組立体は、第１２発明または第１３発明において、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵された複数個のプラスチック製筒体に赤色の領域と橙色の領域とを作製し、信号灯として使用することを特徴とする。

（第１５発明）
第１５発明の発光ダイオード組立体は、第１２発明または第１３発明において、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵された複数個のプラスチック製筒体でそれぞれの電極に印加する電圧を変えて赤色の領域、橙色の領域、および青色の領域を作製し、信号機として使用することを特徴とする。

（第１６発明）
第１６発明の発光ダイオード組立体は、第４発明から第１５発明において、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードがサブマウントの中心に発光部を集め、電極を端部に配置することを特徴とする。

本発明によれば、フリプチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントの配線とを金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ、前記第１の共晶ハンダとフラックス、あるいは金８０％、錫２０％からなるハンダペーストを用い、また、プラスチック製筒体の内部に突出するリードと前記サブマウントに形成された一対の配線とを導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して接続するため、前記ハンダが溶融して広がり、隣の配線と短絡するのを防止することができる。

本発明によれば、プラスチック製筒体を貫通する少なくとも３つのリードにより、少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの各電極と、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ、前記第１の共晶ハンダとフラックス、あるいは金８０％、錫２０％からなる共晶ハンダペーストを介して接続できるため、金線やハンダバンプによる接続と比較して、温度サイクルを受けても接続強度が高く、組立効率および発光効率を向上させ、かつ色調を変えることができる。

本発明によれば、前記フリプチップ型発光ダイオードの電極と、サブマウントの配線との接触面積を金線より大きくとることができるため、これらの接続強度を大きくすることが可能であるだけでなく、前記フリプチップ型発光ダイオードから発生する熱をサブマウントおよび印刷配線基板を介して外部に逃がすことができ、経年変化による不良や劣化を防止することができる。

（第１発明）
第１発明は、たとえば、シリコン等からなる半導体ウエハのサブマウント基板上に絶縁膜を成形し、その上に少なくとも３つの配線が多数形成されている。そして、前記サブマウント基板に形成された少なくとも３つの配線上には、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダが所定位置に載置される。

前記少なくとも光学特性の異なる２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの電極は、前記金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ上に配置された後、リフロー炉で加熱して、前記第１の共晶ハンダを介して前記サブマウント基板に形成された配線とそれぞれ接続される。その後、前記サブマウント基板は、前記少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードを一組としてダイシングされる。なお、前記金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダは、融点が３００℃近くである。

一方、前記少なくとも２種類の発光ダイオードを囲むプラスチック製筒体は、成形時にその内部を貫通する少なくとも３つリードを持つリードフレームがインサートまたはアウトサート成形により一体的に作製される。前記少なくとも２種類からなる発光ダイオードが多数設けられているサブマウント基板は、前記３つのリードを持つようにリードフレームを切断して、一個のプラスチック製筒体に取り付けられる。

前記一個のプラスチック製筒体の内部に突出する少なくとも３つからなるリードは、導電性熱硬化性接着剤を介して前記サブマウントに形成された配線にそれぞれ接続される。前記プラスチック製筒体の上面には、所望の配光特性を有する透明樹脂が封止される。その後、印刷配線基板に形成されているプリント配線上には、少なくとも一つのプラスチック製筒体の外部に突出する少なくとも３つからなるリードの他端が接続される。前記光学特性の異なる少なくとも２つのフリプチップ型発光ダイオードの電極は、一方が共通電極として一つのリードに接続され、他方の電極がそれぞれ残る２つのリードに接続される。

第１発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、前記サブマウント基板の配線と、フリプチップ型発光ダイオードの電極との接続が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダをリフロー処理によって接続しており、前記プラスチック製筒体のリードと前記サブマウントの配線との接続が導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを用いている。前記導電性熱硬化性接着剤は、リフロー処理より低い温度で硬化するため、サブマウントの配線、フリプチップ型発光ダイオードの電極、およびリードがそれぞれ堅固に接続される。

第１発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、前記サブマウントに形成された配線とフリプチップ型発光ダイオードの電極との接続を金線またはハンダバンプを使用しないため、熱変化に強くまたハンダ付けの際に広がらなく、配線間の短絡を防止することができる。

（第２発明）
第２発明は、第１発明における第１の共晶ハンダの代わりに共晶ハンダ層とフラックスを使用している点で異なっている。

（第３発明）
第３発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、共晶ハンダ層の作製方法として、蒸着またはメッキ法が使用される。前記共晶ハンダ層は、蒸着法またはメッキ法により所望の厚さで、しかも均一に形成されるため、一対の配線と一対の電極とが安定して接続される。

（第４発明）
第４発明の発光ダイオード組立体は、少なくとも２種類の異なる色を発光するフリプチップ型発光ダイオードの電極が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを介してサブマウント基板に形成された少なくとも３つの配線に接続されている。一方、プラスチック製筒体は、その内部を貫通する少なくとも３つのリードが一体成形により作製されている。前記プラスチック製筒体は、前記少なくとも３つのリードが備えられており、複数個が同時に成形される。

前記プラスチック製筒体は、前記リードフレームの部分で、一個ずつに切断され、その内部に突出する少なくとも３つリードの一端と前記サブマウントに形成された配線とが導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して接続され、発光部組立体となる。前記発光部組立体の上面には、所望の配光特性を有する透明樹脂封止部材が封止される。

たとえば、前記少なくとも一つの発光部組立体は、少なくとも３つのリードがサブマウントに形成された配線に接続される。第３発明の発光ダイオード組立体は、少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードがプラスチック製筒体の外部に設けられリードが印刷配線基板のプリント配線に取り付けられる。

（第５発明）
第５発明は、第４発明における金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを金−錫共晶ハンダペーストとしている。前記金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダペーストは、リフロー処理における温度であっても、はみだすことがなく、隣合った場所と短絡することがない。

（第６発明）
第６発明の発光ダイオード組立体は、一つの印刷配線基板上にプラスチック製筒体により囲まれた少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードがマトリクス状に組み立てられているため、表示装置、掲示板、広告装置、信号装置等に利用することができる。

（第７発明）
第７発明の発光ダイオード組立体は、一つの印刷配線基板上にプラスチック製筒体により囲まれた少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードが所望の形状に組み立てられているため、画像として掲示板、広告装置、方向表示装置等に用いられる。

（第８発明）
第８発明の発光ダイオード組立体は、印刷配線基板上のプリント配線に接続された制御回路によって少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの点滅制御が行われるため、文字や画像を動かすことができる。また、第８発明の発光ダイオード組立体は、たとえば、赤色のフリプチップ型発光ダイオード、橙色のフリプチップ型発光ダイオード、青色のフリプチップ型発光ダイオードの三色をそれぞれ複数個並べ、一つのプラスチック製筒体に設け、それぞれの電圧を制御することで、強い赤色、薄い緑色、白色に近い赤色等、色調を各種制御することができる。

（第９発明）
第９発明の発光ダイオード組立体は、フリプチップ型発光ダイオードの色を赤色、黄色、橙色、緑色、青色の内、たとえば、２種類または３種類とした。前記２種類または３種類のフリプチップ型発光ダイオード組立体は、複数個が配置されることにより、また電圧の印加を調整することにより動画像等を表示することができる。

（第１０発明）
第１０発明の発光部組立体は、少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが、赤色、黄色、橙色、緑色、青色の内から選択され、異なる色を発光する複数種類が予め印刷配線基板に配置されている。第１０発明の発光部組立体は、色を複数種類とすることで、画像に適し色調等を表すことができる。

（第１１発明）
第１１発明の発光ダイオード組立体は、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体のそれぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、全体の色調を調整することができ、赤色や黄色にすることにより自動車のウインカーとして使用できる。

（第１２発明）
第１２発明の発光ダイオード組立体は、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体のそれぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、白色光を作製することができる。白色光は、制御回路により点滅を行うことにより、見易い文字を表示することができる。

（第１３発明）
第１３発明の発光ダイオード組立体は、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体のそれぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、橙色光にすることができる。たとえば、前記発光ダイオード組立体は、電圧に変化を与え、橙色と赤色を交互に発光することで信号機とすることができる。

（第１４発明）
第１４発明の発光ダイオード組立体は、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵された複数個のプラスチック製筒体を、たとえば、赤色の領域用と橙色の領域用とを作製しておき、これらを組み合わせて自動車のウインカーのような信号灯として使用することができる。

（第１５発明）
第１５発明の発光ダイオード組立体は、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵された複数個のプラスチック製筒体がそれぞれの電極に印加する電圧を変えて赤色の領域、橙色の領域、および青色の領域を作製し、たとえば、道路等の信号機として使用することができる。

（第１６発明）
第１６発明の発光ダイオード組立体は、２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードがサブマウントの中心に発光部を集め、電極を端部に配置している。前記サブマウントは、光のバランスを良くすることができ、一つのプラスチック製筒体からなる発光部に明るさのムラを無くすことができる。

図１は本発明の第１実施例で、発光ダイオード組立体を説明するための模式斜視図である。図２は本発明の第１実施例で、発光ダイオード組立体を説明するための平面図である。図１および図２において、発光ダイオード組立体１は、印刷配線基板１１と、当該印刷配線基板１１の上に設けられたサブマウント１２と、前記サブマウント１２の周囲を囲むプラスチック製筒体１３と、発光色の異なる３種類のフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３と、前記フリプチップ型発光ダイオード１５１、１５２、１５３を覆う透明封止樹脂１６とから構成される。

前記サブマウント基板１２は、熱伝導性が優れており、配線が成形できる部材であれば特に限定されないが、たとえば、シリコン基板の表面に酸化膜の絶縁層を形成したものを使用した。前記絶縁膜上には、マスクを形成し、金を蒸着することによって配線が形成される。また、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ層は、蒸着法、スクリーン印刷法、またはメッキ法等により形成される。さらに、前記のように作製された配線の厚さは、たとえば、１μｍから５μｍ程度で、前記共晶ハンダ層の厚さは、たとえば、０．２μｍから０．５μｍ程度が好ましい。

前記プラスチック製筒体１３は、たとえば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂により、リードフレーム１４とともに一体成形される。また、透明封止樹脂１６は、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂で、透明性および耐熱性に優れたものが選択される。

前記印刷配線基板１１には、前記フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３を点灯させるための図示されていない制御回路と接続するプリント配線１１１がエッチング等により所望のパターンに形成されている。前記サブマウント１２は、上面に前記印刷配線基板１１と同様にプリント配線（図示されていない）が形成されている。また、前記サブマウント１２には、たとえば、半導体ウエハ上に絶縁膜を形成し、その上に前記配線が形成されている。

プラスチック製筒体１３は、リードフレーム１４が内部を貫通している。また、複数のプラスチック製筒体１３は、共通電極２１１と、３組みからなる制御電極２１２ないし２１４とからなるリードフレーム１４が一体に成形されており、前記３種類からなるフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３の発光を内部周囲により反射する。

さらに、前記プラスチック製筒体１３は、インジェクション成形の際に３組みからなるリードフレーム１４を内部に埋設する、いわゆるインサートまたはアウトサート成形により作製される。フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３は、下部にそれぞれ二つの電極を備えており、一つ一つが半導体ウエハからダイシングにより切り出される。

前記フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３は、下部に配置された電極が前記サブマウント１２の配線と、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ、前記第１の共晶ハンダとフラックス、あるいは金８０％、錫２０％からなる共晶ハンダペースト２３１ないし２３３によって接続される。前記共晶ハンダは、前記配線を接続する際に、フラックス等を予め塗布する。また、前記フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３は、種類として赤色、橙色、黄色、緑色、青色等がある。前記透明封止樹脂１６は、耐熱性を有し、前記プラスチック製筒体１３の内部に充填され、平板状または凸状のレンズを構成することができる。

次に、前記発光ダイオード組立体の作製方法を説明する。サブマウント１２は、たとえば、シリコンからなる半導体ウエハで構成される基板上に絶縁膜を成形する。前記絶縁膜の上には、所望の形状で図示されていない配線が成形される。そして、前記サブマウント１２に形成された前記配線上には、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ、前記第１の共晶ハンダとフラックス、あるいは前記共晶ハンダペースト２３１ないし２３３が所定の位置に所定量、たとえば、ロボット等により自動的に載置される。

前記金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ、前記第１の共晶ハンダとフラックス、あるいは前記共晶ハンダペースト２３１ないし２３３上には、異なる色の３種類からなるフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３の電極が配置された後、図示されていないリフロー炉を通過させて、前記フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３と前記サブマウント１２上に設けられた前記配線とが接続される。

前記リフロー炉内における前記共晶ハンダペースト２３１ないし２３３は、後述する割合になっているため、加熱によりフラックスが発散した際に、前記ハンダ等が広がって、配線間で短絡を起こすことがない。

その後、前記サブマウント１２基板は、前記複数のフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３を一組としてダイシングされ、サブマウントとなる（図において、サブマウント基板どダイシングされた後のものと同じ符号になっている）。前記ダイシングされた個々のフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３は、図示されていない検査装置により、良品または不良品の検査が行われて選別される。

一方、前記フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３を囲む複数のプラスチック製筒体１３は、成形時にその内部を貫通する４組のリードフレーム１４がインサートまたはアウトサート成形により一体成形される。前記複数のフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３が設けられているサブマウント１２は、前記リードフレーム１４部分をダイシングして一個のプラスチック製筒体１３とする。

前記一個のプラスチック製筒体１３の内部に突出するリードフレーム１４（図において、リードフレームと切断後のリードとが同じ符号になっている）の一端は、たとえば、エポキシ系樹脂と銀粒子等を主成分とする導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃の範囲である第２の共晶ハンダ２２１ないし２２３を介して前記サブマウント１２に形成された配線に接続される。前記プラスチック製筒体１３の上面には、所望の配光特性を有するレンズとなるように透明樹脂樹脂１６が封止される。前記レンズの形状は、使用目的に合わせて平板状、あるいは凸状レンズとすることができる。

その後、印刷配線基板１１に施されているプリント配線１１１、１１２上には、少なくとも一つのプラスチック製筒体１３の外部に突出するリードフレーム１４の他端を折り曲げて作製された折り曲げ部１４２の先端部が導電性熱硬化性接着剤、融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダ２２１ないし２２３により接続される。前記印刷配線基板１１には、たとえば、使用目的に合わせて、一列またはマトリクス状、あるいは所望の形状にプラスチック製筒体１３からなる発光部組立体が配列された後、必要に応じて、全体を透明樹脂によって覆う。

図３は本実施例で使用した金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダの接着強度を説明するための図である。本実施例に使用した前記第１の共晶ハンダは、金８０重量％、錫２０重量％、フラックス（荒川化学製）とし、接着面積は、０．２３×０．２３μｍとした。試験試料１ないし１０の接着強度は、約８００ｇから９００ｇあった。

これに対して、従来のサブマウントとフリプチップ型発光ダイオードの電極との接合強度は、バンプ（直径の大きさ８０μｍ）５個について前記と同様な試験を行った結果、１個当たり８０ｇ程度であり、本実施例と比較して、約１／１０以下の強度であった。

図４は本発明の第２実施例で、異なる色の３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが取り付けられたプラスチック製筒体を複数個印刷配線基板に取り付けた状態を説明するための図である。図４において、印刷配線基板１１上には、実施例１により作製されたプラスチック製筒体４１ないし４３内に色の異なる３種類からなるフリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３が取り付けられたサブマウント１２を複数個、リードフレームの折り曲げ部１４２を介してマトリクス状または所望の形状で印刷配線基板１１上に設けられる。

前記サブマウント１２が組み込まれたプラスチック製筒体４１ないし４３がいろいろな形状に設けられた印刷配線基板１１は、図示されていない制御回路により、フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３を点滅させて、文字列、画像、信号等にすることができる。また、前記フリプチップ型発光ダイオード１５１ないし１５３は、印加電圧をかえることによりその色を変え、表示装置、掲示板、広告装置、信号灯、信号装置等に使用することができる。

図５は本発明の第３実施例で、３種類の異なる色を発光するフリプチップ型発光ダイオードを均等に配置した発光ダイオード組立体を説明するための概念図である。図５において、サブマウント１２上には、フリプチップ型発光ダイオード５１ないし５３が共通電極５４の中心部において互いに接するように配置されている。

前記フリプチップ型発光ダイオード５１ないし５３は、それぞれプラスチック製筒体１３に向けて３０度離れるように配置される。すなわち、フリプチップ型発光ダイオード５１の一辺と、隣合ったフリプチップ型発光ダイオード５２の一辺とは、３０度開き、他の一辺とは１２０度離れるように、均等に配置されている。

第１実施例のフリプチップ型発光ダイオード組立体は、前記プラスチック製筒体１３内において、３種類の異なる色を発光するフリプチップ型発光ダイオードの一方が１個の場合、他方が２個になるため、全体を一つの発光素子として見た場合、１個を配置した方が暗目で、２個配置した方が明る目になるという欠点があった。

第３実施例のフリプチップ型発光ダイオード組立体は、前記プラスチック製筒体１３内において、３種類の異なる色を発光するフリプチップ型発光ダイオードが前記プラスチック製筒体１３の中心に対して、全く均等に配置されているため、全体を一つの発光素子として見た場合、光ムラのない品質の高いものを得ることができる。

次に、特許請求の範囲に記載された第１の共晶ハンダおよび第２の共晶ハンダの実例をあげる。
第１共晶ハンダ 溶融温度
Ｓｎ−８０Ａｕ ２８０℃
第２共晶ハンダ
Ｓｎ−０．７５Ｃｕ ２２７℃
Ｓｎ−３．５Ａｇ ２２１℃
Ｓｎ−０．７Ａｇ−０．３Ｃｕ ２１７℃〜２２７℃
Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ ２１７℃〜２１９℃
Ｓｎ−２．５Ａｇ−０．５Ｃｕ−１．０Ｂｉ ２１４℃〜２２１℃
Ｓｎ−２．０Ａｇ−０．５Ｃｕ−２．０Ｂｉ ２１１℃〜２２１℃
Ｓｎ−２．５Ａｇ−２．５Ｂｉ−２．５Ｉｎ １９０℃〜２１０℃
Ｓｎ−３．５Ａｇ−３．０Ｂｉ−６．０Ｉｎ １６５℃〜２０６℃
Ｓｎ−９．０Ｚｎ １９９℃
Ｓｎ−５８Ｂｉ １３９℃
Ｓｎ−８．０Ｚｎ−３．０Ｂｉ １８７℃〜１９９℃

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明のフリプチップ型発光ダイオード、サブマウント、プラスチック製筒体、リードフレーム、印刷配線基板、配線、共晶ハンダ、共晶ハンダとフラックス、共晶ハンダペースト等の材質は、公知または周知のものを使用することができる。

本発明のフリプチップ型発光ダイオードは、赤色、橙色、黄色、緑色、青色の内の一色または少なくとも複数色を印刷配線基板の上に所望の形状にすることができる。本発明の用途は、前記フリプチップ型発光ダイオードをマトリクス状、その他の形状に配置することで、表示装置、掲示板、広告装置、信号装置等に使用できる。また、前記フリプチップ型発光ダイオードは、前記各色を予め適当に配置することで、制御回路からの信号によりいろいろな文字、画像、あるいは模様等にして表示することができる。

発光部組立体は、印刷配線基板に複数所望の形状あるいは位置に配置して、単体とすることができる。前記印刷配線基板からなる単体は、所望の形状あるいは位置に配置して、各種用途に合わせて使用することができる。また、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダは、公知または周知のものの中から任意のものを選択することができる。

本発明の第１実施例で、発光ダイオード組立体を説明するための模式斜視図である。（実施例１） 本発明の第１実施例で、発光ダイオード組立体を説明するための平面図である。 本実施例で使用した金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダの接着強度を説明するための図である。 本発明の第２実施例で、異なる色の３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが取り付けられたプラスチック製筒体を複数個印刷配線基板に取り付けた状態を説明するための図である。（実施例２） 本発明の第３実施例で、３種類の異なる色を発光するフリプチップ型発光ダイオードを均等に配置した発光ダイオード組立体を説明するための概念図である。（実施例３）

符号の説明

１・・・発光ダイオード組立体
１１・・・印刷配線基板
１１１、１１２・・・プリント配線
１２・・・サブマウント基板またはサブマウント
１３・・・プラスチック製筒体
１４・・・リードフレームまたはリード
１５１ないし１５３・・・フリプチップ型発光ダイオード
１６・・・透明封止樹脂
２１１・・・共通電極
２１２ないし２１４・・・制御電極
２２１ないし２２３・・・導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０から２３０の第２の共晶ハンダ
２３１ないし２３３・・・金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ、前記共晶ハンダとフラックス、前記共晶ハンダペースト
４１ないし４３・・・プラスチック製筒体 ４１２・・・折り曲げ部

Claims (16)

1. 少なくとも３つの配線が多数形成されたサブマウント基板の各配線上の所定位置に金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを載置し、
   前記各配線の第１の共晶ハンダ上に、光学特性の異なる少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードの各電極を配置した後、リフロー炉で加熱して、前記第１の共晶ハンダを介して前記配線と電極とを接続した後、
   前記サブマウント基板を、前記少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードを一組としてダイシングし、
   一方、プラスチック製筒体と、前記プラスチック製筒体を貫通する少なくとも３つのリードを有するリードフレームとを一体成形により作製した後、前記少なくとも３つのリードを有するリードフレームをカッティングして一個のプラスチック製筒体とし、
   前記一個のプラスチック製筒体の内部に突出する少なくとも３つのリードを、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して前記サブマウントに形成された少なくとも３つの配線にそれぞれ接続し、
   前記プラスチック製筒体の上面に透明樹脂を封止したことを特徴とする発光ダイオード組立体の組立方法。
2. 少なくとも３つの配線が多数形成されたサブマウント基板の各配線上の所定位置に、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダ層形成した後、前記第１の共晶ハンダ層上にフラックスを載置し、
   前記フラックス上に、光学特性の異なる少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードの各電極を配置した後、リフロー炉で加熱して、前記第１の共晶ハンダを介して前記配線と電極とを接続した後、
   前記サブマウント基板を、前記少なくとも２種類のフリプチップ型発光ダイオードを一組としてダイシングし、
   一方、プラスチック製筒体と、前記プラスチック製筒体を貫通する少なくとも３つのリードを持つリードフレームとを一体成形により作製した後、前記リードフレームをカッティングして一個のプラスチック製筒体とし、
   前記一個のプラスチック製筒体の内部に突出する前記少なくとも３つのリードを、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して前記サブマウントに形成された少なくとも３つの配線にそれぞれ接続し、
   前記プラスチック製筒体の上面に透明樹脂を封止したことを特徴とする発光ダイオード組立体の組立方法。
3. 前記第１の共晶ハンダ層は、各配線上の所定位置に、蒸着法、スクリーン印刷法、またはメッキ法によって形成されたことを特徴とする請求項２に記載された発光ダイオード組立体の組立方法。
4. 少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードの各電極が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを介して少なくとも３つの配線に接続されているサブマウントと、
   内部を貫通する少なくとも３つのリードが一体成形により作製されたプラスチック製筒体と、
   前記プラスチック製筒体の内部に突出する少なくとも３つのリードを、導電性熱硬化性接着剤、または融点が１２０℃から２３０℃である第２の共晶ハンダを介して前記サブマウントに形成された少なくとも３つの配線にそれぞれ接続した発光部組立体と、
   前記発光部組立体の上面を封止した透明樹脂封止部材と、
   から構成されていることを特徴とする発光ダイオード組立体。
5. 前記第１の共晶ハンダは、金−錫共晶ハンダペーストであることを特徴とする請求項４に記載された発光ダイオード組立体。
6. 前記一つの印刷配線基板上にプラスチック製筒体により囲まれた少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードは、一つの印刷配線基板上にマトリクス状に組み立てられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載された発光ダイオード組立体。
7. 前記一つの印刷配線基板上にプラスチック製筒体により囲まれた少なくとも２種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが所望の形状に組み立てられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載された発光ダイオード組立体。
8. 前記発光ダイオード組立体におけるフリプチップ型発光ダイオードは、制御回路によって点滅制御が行われることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
9. 前記フリプチップ型発光ダイオードは、赤色、黄色、橙色、緑色、青色の内の少なくとも２種類であることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
10. 前記発光部組立体は、異なる色を発光する複数種類が予め印刷配線基板に配置されていることを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
11. 前記２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体は、それぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、全体の色調を調整することを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
12. 前記２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体は、それぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、白色光にすることを特徴とする請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
13. 前記２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵されたプラスチック製筒体は、それぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、橙色光にすることを特徴とする請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
14. 前記２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵された複数個のプラスチック製筒体は、赤色の領域と橙色の領域とを作製し、信号灯として使用することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載された発光ダイオード組立体。
15. 前記２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードが内蔵された複数個のプラスチック製筒体は、それぞれの電極に印加する電圧を変えて赤色の領域、橙色の領域、および青色の領域を作製し、信号機として使用することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載された発光ダイオード組立体。
16. 前記２種類または３種類からなるフリプチップ型発光ダイオードは、前記サブマウントの中心に発光部を集め、電極を端部に配置することを特徴とする請求項４から請求項１５のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。

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