JP4763122B2 - Light emitting diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LEDディスプレイ、バックライト用光源等に用いられる発光ダイオードに関するものであり、詳細にはLEDチップを該LEDチップの発光波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂でモールドし、前記LEDチップの発光と前記蛍光体から発生する光との混色によって発光する発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般にこの種発光ダイオードは、例えば図5乃至図6に示すように構成されており、図5は縦形リードフレーム構造と呼ばれ、図6は表面実装構造と呼ばれる発光ダイオードである。なお、これら従来例では、青色系のLEDチップと蛍光体とを用いた白色発光ダイオードを例にとって説明する。
【0003】
図5に示す縦形リードフレーム構造と呼ばれる発光ダイオード90は、一対の外部電極で成るリードフレーム91のカップ部分91aにLEDチップ92を接着剤によってダイボンドし、続いてLEDチップ92に形成された電極とリードフレーム91の外部電極のそれぞれに金線等のワイヤ93で電気的に接続した後、蛍光体を分散させた樹脂94をリードフレーム91のカップ部分91aに注入して樹脂94を硬化させて蛍光体を固定している。その後、全体をモールド樹脂95によってモールドして発光ダイオード90が構成されている。
【0004】
また、図6に示す表面実装構造と呼ばれる発光ダイオード100は、板状の絶縁性基板101上に一対の外部電極から成るリードフレーム102を折り曲げて面実装し、該リードフレーム102上にLEDチップ103を固着し、続いてLEDチップ103に形成された電極とリードフレーム102の外部電極のそれぞれとを金線等のワイヤ104で電気的に接続する。また、基板101上には内面が反射面に形成されたランプハウス105が設けられ、このランプハウス105で形成された凹部に蛍光体を分散させた樹脂106を注入し、注入後、該樹脂106を硬化して蛍光体が固定され、発光ダイオード100が構成されている。
【0005】
従来の発光ダイオード90、100は以上のように構成されており、LEDチップ92、103としては、例えばGaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の窒化物系化合物半導体やZnSe(セレン化亜鉛)等で発光層を形成し、380nm〜500nmの青色系で発光する素子を用い、蛍光体分散樹脂94、106はエポキシ樹脂に蛍光体を均一に分散させたもので、蛍光体としてはガーネット構造を有するイットリウム・アルミン酸塩系の蛍光体を用いている。これによって、LEDチップ92、103から放出された青色系の光の一部を前記蛍光体が吸収して、LEDチップ92、103の青色系の光の波長より長い波長の光(黄橙色系)に変換し、この蛍光体によって波長変換された黄橙色系の光と前記LEDチップからの青色系の光とが混合されて白色系の光となり、この混色した白色系の光が外部に放出されるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の発光ダイオード90、100は、LEDチップ92、103の電極とリードフレーム91、102とが銀ペースト、金線等のワイヤ93、104とで電気的に接続されているが、例えば図5の縦形リードフレーム構造の発光ダイオード90の場合、蛍光体分散樹脂94とモールド樹脂95との膨張係数など物性上の違いから、界面での剥離やワイヤー93の切断といった問題があった。また、効率の良い白色発光を得るためには蛍光体の配置を最適なものとする必要があり、蛍光体分散樹脂94、106には高い注入精度が求められるが、こうした発光ダイオード90、100の構造上、ワイヤーボンディングを行った後に注入を行うため、注入時にワイヤー93、104に接触して断線を引き起こすといった問題があり、こうした問題の解決が課題とされるものとなっている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、LEDチップと、該LEDチップの電極に各々接続された一対の外部電極と、前記LEDチップの発光面上にLEDチップの発光の一部を吸収してLEDチップの発光波長を変換する蛍光体を分散させたモールド樹脂とを備え、前記LEDチップの発光と前記蛍光体から発生する光との混色によって発光する発光ダイオードにおいて、前記LEDチップは、裏面側に正負一対の電極を有し、これら電極を前記一対の外部電極のそれぞれにバンプを介してフリップチップボンディングによって電気的に接続すると共に、前記LEDチップの周囲を前記蛍光体が分散された樹脂で覆い且つ前記LEDチップ裏面側の電極接続部によって形成されたバンプ高さ分の隙間に対しても前記蛍光体が分散された樹脂が充填されていることを特徴とする発光ダイオードを提供することで課題を解決するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態では、青色系のLEDチップと蛍光体とを用い、白色に発光する発光ダイオードを例にとって説明する。
【0009】
図1は本発明に係る発光ダイオード1の第一実施形態を示しており、表面実装構造と呼ばれる構造のものである。この発光ダイオード1は、板状の絶縁性基板2上に一対の外部電極から成るリードフレーム3を折り曲げて面実装し、該リードフレーム3上にLEDチップ4が固着されている。LEDチップ4は、裏面側に正負一対の電極を有していて、これら電極部のそれぞれをリードフレーム3の一対の外部電極のそれぞれに、Auバンプ、はんだバンプ等のバンプ5を介して電気的に接続されていて、所謂フリップチップボンディングされている。
【0010】
さらに、基板2上には内面が反射面に形成されたランプハウス6が設けられ、このランプハウス6で形成された凹部に蛍光体を分散させたモールド樹脂7が注入され、注入後、モールド樹脂7を硬化して蛍光体が固定され、発光ダイオード1が構成されている。
【0011】
ここで、さらに本実施形態の発光ダイオード1は図2に示すように、前記LEDチップ4裏面側の電極部とリードフレーム3とのバンプ5による接続部によって形成されたバンプ5高さ分の隙間に対し、前記蛍光体を分散させたアンダーコート樹脂8によって封止され、その後、その上を前記蛍光体を分散させたモールド樹脂7によって封止された構造となっている。
【0012】
アンダーコート樹脂8は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの熱硬化性樹脂に前記モールド樹脂7と同様に蛍光体が分散されて成り、さらに、必要に応じてシリカ、ガラスフィラなどの無機粒子を添加して膨張係数を調整している。これにより、後工程における半田熱や樹脂硬化の際に発生する熱によって、基板2、リードフレーム3、LEDチップ4それぞれの膨張係数が異なるため、その熱膨張によってこれら接続部に生じるストレスから発生する恐れのある接触不良を、これら接続部にアンダーコート樹脂8を充填することで、熱が加えられたときの膨張によるストレスを緩和することができる。
【0013】
次に、こうして構成された発光ダイオード1の製造方法について説明する。
【0014】
発光ダイオード1は、まず、リードフレーム3の一対の電極それぞれに銀ペースト等の導電性接着剤を塗布し、その上に裏面側の電極部にバンプ5を付着したLEDチップ4を位置決めして載置し、LEDチップ4を圧着した状態でバンプ5を硬化し、LEDチップ4の正負一対の電極を対応するリードフレーム3の外部電極に電気的に接続する。
【0015】
その後、アンダーコート樹脂8を基板2とLEDチップ4裏面との間の隙間に充填して硬化する。これにより、アンダーコート樹脂8がLEDチップ4の正負一対の電極間の電気的絶縁を確保すると共に、基板2、リードフレーム3、LEDチップ4の電極との接続部を、後工程で発生する半田熱やモールド樹脂硬化の熱膨張による各部材の膨張係数の違いから生じるストレスから保護し、接触不良を防止し信頼性を向上するものである。なお、アンダーコート樹脂8は、予め基板2上に塗布しておき、その上にバンプ5を付着したLEDチップ4を位置決めして載置し、その後圧着硬化しても良い。
【0016】
そして、その後、エポキシ樹脂等に蛍光体を適宜分散したモールド樹脂7を基板2上に形成されたランプハウス6による凹部に注入して、LEDチップ4の周囲を全て封止して、モールド樹脂7を硬化して蛍光体を固定し、発光ダイオード1が構成される。
【0017】
ここで、アンダーコート樹脂8には、モールド樹脂7と同様に蛍光体が分散されている。これは、フリップチップボンディング構造のLEDチップ4の場合、チップの上面が発光面となるが、LEDチップ4の裏面方向にも多くの光が出ているため、この裏面側の基板2との隙間を蛍光体が分散されたアンダーコート樹脂8で封止することによって、LEDチップ4の裏面方向に出た光も白色光に変換して、変換効率の向上を図るためである。これによって、上記蛍光体を分散したアンダーコート樹脂8がない場合と比較して、一つの発光ダイオード1に使用する蛍光体量を10〜20%低減することができる。
【0018】
図3は、本発明の発光ダイオードの第二実施形態を示す断面図であり、プリント基板2上に一対の外部電極を成す電極パターン3を形成し、そのそれぞれにLEDチップ4裏面の正負一対の電極をバンプ5を介して電気的に接続し、これら接続部によって形成されたバンプ5高さ分の隙間を前記アンダーコート樹脂8によって封止し、その上を蛍光体を分散した透明なエポキシ樹脂7によってトランスファーモールド法によって封止した構造のものである。
【0019】
なお、モールド樹脂7及びアンダーコート樹脂8に分散する蛍光体としてはガーネット構造を有するイットリウム・アルミン酸塩系の蛍光体を用いているが、特に不活剤としてセリウム(Ce)及びプラセオジウム(Pr)をドープした蛍光体を用いれば、図4に示す発光スペクトルのグラフのように610nm付近に新たなピークが出現し、赤色領域での演色性が良好な白色発光ダイオードが得られる。
【0020】
また、図示していないが、図5の第一従来例のような縦形リードフレーム構造の場合は、リードフレームを構成する一対の外部電極によってカップ部分が形成され、この上に前記第一実施形態、第二実施形態と同様にLEDチップをそれぞれ対応する電極どおしを電気的に接続するようフリップチップボンディングし、この接続部によって形成されたバンプ5高さ分の隙間に対しアンダーコート樹脂で封止した後、リードフレームのカップ部分に蛍光体を分散したエポキシ樹脂を注入、硬化し、最後に透明なエポキシ樹脂で全体を封止して構成される。
【0021】
なお、上記実施形態ではいずれも、モールド樹脂7とアンダーコート樹脂8とを呼び方を使い分けてきたが、材料的には同じエポキシ樹脂に蛍光体を分散させたものを用いても良く、また、同じエポキシ樹脂を用い蛍光体分散濃度を必要に応じ変えても良い。また、それぞれの樹脂を注入する工程も分けて説明してきたが、同じ材料であれば工程も分けなくて良い。即ち、LEDチップ4のフリップチップボンディング後に前記蛍光体を分散した樹脂を注入し、全体を一度にモールドしても良い。但しこの場合には、樹脂を注入する過程でLEDチップ4の裏面にも樹脂が回り込む必要があり、具体的には、そのための樹脂として、エポキシモノマー、酸無水物、硬化促進剤から成り混合粘度が800cps以下の混合物を用い、さらに使用環境の必要に応じて紫外線吸収剤や酸化防止剤を添加したものを用いる。なお、低粘度樹脂中では蛍光体が沈降してしまうことが考えられるが、これは適宜攪拌注入機を使用することによって解決することができる。
【0022】
また、上記実施形態ではいずれも、青色系のLEDチップと蛍光体とを用い、白色に発光する発光ダイオードを例にとって説明してきたが、本発明はこれについても限定されず、他の色に発光するLEDチップと蛍光体とによる組み合わせによって混色発光する発光ダイオードであっても良い。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、LEDチップの裏面側に正負一対の電極を有し、これら電極を一対の外部電極のそれぞれにバンプを介してフリップチップボンディングによって電気的に接続すると共に、LEDチップの周囲を蛍光体が分散された樹脂で覆い且つLEDチップ裏面側の電極接続部によって形成されたバンプ高さ分の隙間に対しても蛍光体が分散された樹脂が充填されていることを特徴とする発光ダイオードとしたことで、従来例のようなワイヤを不要にし、ワイヤの断線による発光ダイオードの不点灯を防止する。また、LEDチップ裏面側のバンプ高さ分の隙間部分も樹脂で封止しているため、接続部を樹脂硬化の際に発生する熱による各部材の膨張係数の違いから生じるストレスから保護し、接触不良を防止して信頼性を向上する。さらに、この樹脂には全体をモールドする樹脂と同様に蛍光体が分散されているので、LEDチップの裏面側に出た光も混合色の光に変換して変換効率の向上を図り、使用する蛍光体量の削減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発光ダイオードの第一実施形態を示す断面図である。
【図2】同じ実施形態の要部を示す断面図である。
【図3】本発明に係る発光ダイオードの第二実施形態を示す断面図である。
【図4】本発明に係る発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフである。
【図5】従来例における発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図6】従来例における発光ダイオードの別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1……発光ダイオード
2……基板
3……電極(リードフレーム)
4……LEDチップ
5……バンプ
6……ランプハウス
7……モールド樹脂
8……アンダーコート樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode used for an LED display, a light source for backlight, and the like. Specifically, the LED chip is molded with a resin in which a phosphor that converts the light emission wavelength of the LED chip is dispersed, and the LED The present invention relates to a light emitting diode that emits light by color mixture of light emitted from a chip and light generated from the phosphor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In general, this type of light emitting diode is configured as shown in FIGS. 5 to 6, for example. FIG. 5 is a vertical lead frame structure, and FIG. 6 is a light emitting diode called a surface mount structure. In these conventional examples, a white light emitting diode using a blue LED chip and a phosphor will be described as an example.
[0003]
A light emitting diode 90 called a vertical lead frame structure shown in FIG. 5 is obtained by die-bonding an
[0004]
In addition, the
[0005]
The conventional
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides, as specific means for solving the above-described conventional problems, an LED chip, a pair of external electrodes respectively connected to the electrodes of the LED chip, and light emission of the LED chip on the light emitting surface of the LED chip. A light emitting diode that emits light by mixing colors of light emitted from the LED chip and light generated from the phosphor, and a mold resin in which a phosphor that disperses a part of the phosphor and that converts the emission wavelength of the LED chip is dispersed. The LED chip has a pair of positive and negative electrodes on the back side, and these electrodes are electrically connected to each of the pair of external electrodes via bumps by flip chip bonding, and the periphery of the LED chip is the fluorescent light. The front is also covered with a gap corresponding to the height of the bump formed by the electrode connection portion on the back surface side of the LED chip, which is covered with a resin in which the body is dispersed. In which the resin in which the phosphor is dispersed to solve the problem by providing a light-emitting diode, characterized in that it is filled.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. In the present embodiment, a blue LED chip and a phosphor are used and a light emitting diode that emits white light will be described as an example.
[0009]
FIG. 1 shows a first embodiment of a light emitting diode 1 according to the present invention, which has a structure called a surface mount structure. In the light emitting diode 1, a
[0010]
Further, a
[0011]
Here, as shown in FIG. 2, the light-emitting diode 1 of the present embodiment further includes a gap corresponding to the height of the
[0012]
The
[0013]
Next, a manufacturing method of the light emitting diode 1 configured in this manner will be described.
[0014]
The light-emitting diode 1 is formed by first positioning a
[0015]
Thereafter, the
[0016]
Thereafter, a
[0017]
Here, the phosphor is dispersed in the
[0018]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the light-emitting diode of the present invention, in which an
[0019]
The phosphor dispersed in the
[0020]
Although not shown, in the case of the vertical lead frame structure as in the first conventional example of FIG. 5, a cup portion is formed by a pair of external electrodes constituting the lead frame, and the first embodiment is formed thereon. As in the second embodiment, the LED chip is flip-chip bonded so as to electrically connect the corresponding electrodes, and the undercoat resin is used for the gap corresponding to the height of the
[0021]
In any of the above embodiments, the
[0022]
In the above embodiments, the light emitting diode that emits white light using a blue LED chip and a phosphor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and emits light in other colors. A light emitting diode that emits mixed color light may be used depending on the combination of the LED chip and the phosphor.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the LED chip has a pair of positive and negative electrodes on the back side thereof, and these electrodes are electrically connected to each of the pair of external electrodes by flip chip bonding via bumps, The periphery of the LED chip is covered with a resin in which the phosphor is dispersed, and the resin in which the phosphor is dispersed is filled in the gap corresponding to the bump height formed by the electrode connection portion on the back side of the LED chip. By using the light emitting diode characterized by the above, a wire as in the conventional example is not necessary, and the light emitting diode is prevented from being unlit due to the disconnection of the wire. In addition, since the gap part for the bump height on the back side of the LED chip is also sealed with resin, the connection part is protected from stress caused by the difference in expansion coefficient of each member due to heat generated during resin curing, Improves reliability by preventing poor contact. Further, since the phosphor is dispersed in this resin in the same manner as the resin for molding the whole, the light emitted from the back side of the LED chip is also converted into mixed color light to improve the conversion efficiency and used. The amount of phosphor can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a light emitting diode according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the same embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a light emitting diode according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an emission spectrum of a light emitting diode according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a light emitting diode in a conventional example.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of a light emitting diode in a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 ... Light-emitting
4 ...
Claims (2)
裏面側に形成された正負一対の電極が前記外部電極にバンプを介して接続され、裏面方向へも光を出射するLEDチップと、
前記基板と前記LEDチップの裏面との間の隙間に充填された蛍光体が分散された樹脂からなるアンダーコート樹脂と、
前記LEDチップの周囲を覆う蛍光体が分散されたモールド樹脂と、を有する発光ダイオードの製造方法において、
前記外部電極に、前記LEDチップの前記正負一対の電極を、前記バンプを介してフリップチップボンディングにより接続して、前記基板上に前記LEDチップを載置する工程と、
前記LEDチップを載置する工程の後に、前記基板と前記LEDチップの裏面との間の隙間に蛍光体が分散された樹脂を充填してアンダーコート樹脂を形成する工程と、
前記アンダーコート樹脂形成工程の後に、前記LEDチップの周囲を蛍光体が分散された樹脂で覆うモールド工程と、を有し、
前記アンダーコート樹脂と前記モールド樹脂は、同じ樹脂から構成され、
前記アンダーコート樹脂における蛍光体分散濃度は、前記モールド樹脂における蛍光体分散濃度と異なることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。A pair of external electrodes formed on the substrate;
A pair of positive and negative electrodes formed on the back surface side is connected to the external electrode via a bump, and an LED chip that emits light also in the back surface direction,
An undercoat resin made of a resin in which a phosphor filled in a gap between the substrate and the back surface of the LED chip is dispersed;
In a manufacturing method of a light emitting diode having a mold resin in which a phosphor covering the periphery of the LED chip is dispersed,
Connecting the pair of positive and negative electrodes of the LED chip to the external electrodes by flip chip bonding via the bumps, and placing the LED chip on the substrate;
After the step of placing the LED chip, a step of forming an undercoat resin by filling a resin in which a phosphor is dispersed in a gap between the substrate and the back surface of the LED chip;
After the undercoat resin forming step, have a, a molding step for covering the periphery of the LED chip with a resin in which the phosphor is dispersed,
The undercoat resin and the mold resin are composed of the same resin,
The phosphor dispersion concentration in the undercoat resin is different from the phosphor dispersion concentration in the mold resin .
裏面側に形成された正負一対の電極が前記外部電極にバンプを介して接続され、裏面方向へも光を出射するLEDチップと、
前記基板と前記LEDチップの裏面との間の隙間に充填された蛍光体が分散された樹脂からなるアンダーコート樹脂と、
前記LEDチップの周囲を覆う蛍光体が分散されたモールド樹脂と、を有する発光ダイオードの製造方法において、
前記基板上に前記アンダーコート樹脂を塗布する工程と、
前記アンダーコート樹脂を塗布する工程の後に、前記外部電極に、前記LEDチップの前記正負一対の電極を、前記バンプを介してフリップチップボンディングにより接続して、前記基板上に前記LEDチップを載置する工程と、
前記LEDチップを載置する工程の後に、前記LEDチップの周囲を蛍光体が分散された樹脂で覆うモールド工程と、を有し、
前記アンダーコート樹脂と前記モールド樹脂は、同じ樹脂から構成され、
前記アンダーコート樹脂における蛍光体分散濃度は、前記モールド樹脂における蛍光体分散濃度と異なることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。A pair of external electrodes formed on the substrate;
A pair of positive and negative electrodes formed on the back surface side is connected to the external electrode via a bump, and an LED chip that emits light also in the back surface direction,
An undercoat resin made of a resin in which a phosphor filled in a gap between the substrate and the back surface of the LED chip is dispersed;
In a manufacturing method of a light emitting diode having a mold resin in which a phosphor covering the periphery of the LED chip is dispersed,
Applying the undercoat resin on the substrate;
After the step of applying the undercoat resin, the pair of positive and negative electrodes of the LED chip is connected to the external electrode by flip chip bonding via the bumps, and the LED chip is placed on the substrate And a process of
After the step of placing the LED chip, have a, a molding step for covering the periphery of the LED chip with a resin in which the phosphor is dispersed,
The undercoat resin and the mold resin are composed of the same resin,
The phosphor dispersion concentration in the undercoat resin is different from the phosphor dispersion concentration in the mold resin .
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