JP4798000B2 - LED package - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode;以下、LEDという。)チップをパッケージ本体に実装したLEDパッケージに関する。 The present invention relates to an LED package in which a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) chip is mounted on a package body.
従来から、LEDチップを所定のパッケージ本体に実装し、これをプリント回路基板等の実装基板に実装するLEDパッケージが提案されている。かかるLEDパッケージは、ハンダによってLEDチップを実装基板に実装する際に、電極間でハンダ量に差があると、ハンダが溶融したときの表面張力の差やハンダが固化するときの収縮応力等に起因して、一方の電極が浮き上がる、いわゆる、マンハッタン現象を生じるという問題がある。これを解決するために、特許文献1に記載された技術が提案されている。 Conventionally, an LED package in which an LED chip is mounted on a predetermined package body and mounted on a mounting board such as a printed circuit board has been proposed. Such an LED package has a difference in surface tension when the solder is melted or a shrinkage stress when the solder is solidified when there is a difference in the amount of solder between the electrodes when the LED chip is mounted on the mounting substrate by solder. As a result, there is a problem that a so-called Manhattan phenomenon occurs in which one electrode floats. In order to solve this, the technique described in Patent Document 1 has been proposed.
この特許文献1には、一方の面が素子取付面とされて素子用電極が設けられ他方の面が取付面とされて端子用電極が設けられる板状基板を有する発光ダイオードが開示されている。特に、この発光ダイオードは、板状基板に一方の面から他方の面に達するスルーホール電極を設け、このスルーホール電極によって素子用電極と端子用電極との電気的接続を行うことにより、ハンダ量に不均一を生じているときであっても、板状基板に一方の端部を浮き上がらせるような応力を生じることをなくし、導通不良を防止することができるとしている。
ところで、LEDパッケージにおいては、実装基板にハンダ実装した場合には、実装基板の線膨張率がLEDパッケージの線膨張率よりも大きく、熱履歴によってLEDパッケージと実装基板上の配線パターンとの接続部分に応力が集中することに起因して、ヒートサイクル試験等の際にハンダが破壊することがあり、導通不良を起こすという問題があった。この問題は、パッケージ本体がセラミックス材などで形成されていることに起因し、使用時のみならず、はんだ実装時においても問題になることがある。 By the way, in the LED package, when solder mounting is performed on the mounting substrate, the linear expansion coefficient of the mounting substrate is larger than the linear expansion coefficient of the LED package, and the connection portion between the LED package and the wiring pattern on the mounting substrate due to thermal history. Due to the stress concentration in the solder, the solder may be broken during a heat cycle test or the like, causing a problem of poor conduction. This problem is caused by the fact that the package body is formed of a ceramic material or the like, and may become a problem not only during use but also during solder mounting.
そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、実装基板との線膨張率の違いに起因して発生する応力を有効に緩和することによってハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができるLEDパッケージを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been devised to solve the above-described problems, and breaks down the solder by effectively relieving the stress generated due to the difference in linear expansion coefficient with the mounting board. An object of the present invention is to provide an LED package that can prevent the occurrence of continuity failure.
本発明は、LEDチップをパッケージ本体に実装したLEDパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、複数箇所に形成されたハンダを介して実装基板上に実装されるものであり、上述の課題を解決するために、パッケージ本体は、LEDチップが設けられた第1本体部と、LEDチップが設けられていない第2本体部とを分割されて構成され、当該第1本体部と第2本体部とが間隙を設けて実装基板上に配設されている。 The present invention provides an LED package in which an LED chip is mounted on a package body, and the package body is mounted on a mounting board via solder formed at a plurality of locations. The package body is configured by dividing a first main body part provided with LED chips and a second main body part not provided with LED chips, and the first main body part and the second main body part have a gap. It is provided and disposed on the mounting substrate.
本発明に係るLEDパッケージによれば、パッケージ本体を第1本体部と第2本体部とに分割し且つ第1本体部と第2本体部とを間隙を介して配置したので、パッケージ本体に与えられた熱膨張に応じて第1本体部、第2本体部のそれぞれの基板が動くので、パッケージ本体と実装基板との線膨張率の違いに起因して発生する応力を有効に緩和することによってハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができる。 According to the LED package of the present invention, the package main body is divided into the first main body portion and the second main body portion, and the first main body portion and the second main body portion are arranged with a gap therebetween. Since the respective substrates of the first main body portion and the second main body portion move in accordance with the thermal expansion, the stress generated due to the difference in the linear expansion coefficient between the package main body and the mounting substrate is effectively reduced. Solder breakage can be prevented and conduction failure can be prevented.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、LEDチップを実装するパッケージ本体10の外観構成を示す斜視図を示し、図2に、LEDチップ11をパッケージ本体10に実装したLEDパッケージを実装基板20上に実装した状態を示す断面図を示す。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an external configuration of a
パッケージ本体10は、例えばセラミック焼結体からなる第1本体部12A、第2本体部12Bを有する。第1本体部12A、第2本体部12Bは、所定の厚みをもった角柱体を形成する一の主面の中央部分に頭切円錐状の窪みが形成されたLEDパッケージが分割されて構成されている。第1本体部12A、第2本体部12Bのセラミック焼結体の製造方法としては、射出成形、圧縮成形(プレス成形)、鋳込み成形等があるが、パッケージ本体10を製造するにあたっては、いずれの方法を用いてもよい。この第1本体部12Aの頭切円錐状の窪みの底面は、LEDチップ11を実装するLEDチップ実装部13として用いられる。
The package
したがって、パッケージ本体10は、このLEDチップ実装部13から第1本体部12Aの側面にかけて所定の回路パターン14Aが設けられた立体回路基板(Molded Interconnect Device;MID)として機能することになる。一方、第2本体部12Bは、LEDチップ実装部13が設けられていない。第2本体部12Bには、側面に掛けて所定の回路パターン14Bが設けられており、立体回路基板(MID)として機能する。
Accordingly, the package
第1本体部12A、第2本体部12Bの頭切円錐状の窪みの円錐面は、LEDチップ11から放射された光を反射する反射板15A、反射板15Bとして機能する。LEDパッケージにおいては、反射板15A、反射板15Bをこのような円錐面とすることにより、高い信頼性及び光取り出し効率を実現することができる。なお、パッケージ本体10は、反射板15A、反射板15Bの部分に高反射率の金属膜を形成するようにしてもよい。これにより、LEDパッケージは、より高い信頼性及び光取り出し効率を実現することができる。
The truncated cone-shaped conical surfaces of the first
このようなLEDパッケージは、薄膜輪郭除去法により、LEDチップ実装部13と反射板15A、反射板15Bとを一体化したような立体回路基板を容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。
Such an LED package can easily form a three-dimensional circuit board in which the LED
まず、薄膜輪郭除去法は、加熱処理プロセスを実行し、焼結体を温度1000℃、保持時間1時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。 First, in the thin film contour removal method, a heat treatment process is performed, and the sintered body is heat treated under the conditions of a temperature of 1000 ° C. and a holding time of 1 hour to clean the surface.
続いて、薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やDCマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。具体的には、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を10−4Pa程度に減圧した後、温度150℃で3分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を10Pa程度に制御する。そして、電極間に1kWの高周波電圧(RF:13.56MHz)を300秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を10−4Pa以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が0.6Pa程度になるように導入した後、さらに500Vの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が300nm程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。 Subsequently, in the thin film outline removing method, a conductive thin film forming process is executed. In this conductive thin film formation process, a conductive thin film is formed on the surface of a specimen by a physical vapor deposition method using a vacuum vapor deposition apparatus, a DC magnetron sputtering apparatus or the like, or a wet method such as electroless plating. Specifically, the test specimen is set in the chamber of the plasma processing apparatus, the pressure in the chamber is reduced to about 10 −4 Pa, and then the specimen is preheated at a temperature of 150 ° C. for about 3 minutes. Thereafter, oxygen gas is circulated in the chamber, and the gas pressure in the chamber is controlled to about 10 Pa. Then, plasma treatment is performed by applying a high-frequency voltage of 1 kW (RF: 13.56 MHz) between the electrodes for 300 seconds. Subsequently, the pressure in the chamber is controlled to 10 −4 Pa or less, and in this state, argon gas is introduced into the chamber so that the gas pressure is about 0.6 Pa, and then a DC voltage of 500 V is applied. Thus, the metal target is bombarded to form a conductive thin film having a thickness of about 300 nm on the surface of the test body. Note that copper, nickel, chromium, titanium, or the like is used as the conductive material.
続いて、薄膜輪郭除去法においては、回路パターン形成プロセスを実行し、大気中でYAGレーザーの第3高調波(THG−YAGレーザー)を使用して回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板上に形成された導電性薄膜のうち、回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。 Subsequently, in the thin film contour removal method, a circuit pattern forming process is executed, and a laser is scanned along the contour of the circuit pattern using the third harmonic of a YAG laser (THG-YAG laser) in the atmosphere. Of the conductive thin film formed on the alumina substrate, a thin film removal portion is formed by removing only the thin film at the contour portion of the circuit pattern.
続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約15μmの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。 Subsequently, in the thin film contour removal method, a plating process is executed, and only the electric circuit portion on the surface of the sintered body is subjected to copper plating by electrolytic plating to form a thick film, thereby forming a copper film having a thickness of about 15 μm. Thereafter, the conductive thin film remaining in the non-electric circuit portion is removed by etching. At this time, since the copper plating is formed thicker than the conductive thin film, it remains. Then, nickel plating or gold plating is applied to the electric circuit portion by electroplating.
LEDパッケージは、このような薄膜輪郭除去法によって容易に形成することができる。なお、反射板15A、反射板15Bに金属膜を形成したLEDパッケージを薄膜輪郭除去法によって製造する場合には、上述した銅めっき、エッチング、ニッケルめっきまでのプロセスについては同様に行った上で、電気回路部のみに給電して金めっきを施すとともに、反射板15A、反射板15Bのみに給電して例えば銀めっきを施せばよい。
The LED package can be easily formed by such a thin film outline removing method. In addition, when manufacturing the LED package in which the metal film is formed on the
このようにして形成されるLEDパッケージは、図2に示したように、ハンダ21A、21Bを介して所定の回路パターン22A、22Bが形成された実装基板20上に実装される。第1本体部12Aは、回路パターン14Aと実装基板20の回路パターン22Aとがハンダ21Aによって接続されて、実装基板20上の回路パターン22Aと電気的に導通している。また、ハンダ21Aによって第1本体部12Aは実装基板20上に固定されている。第2本体部12Bは、回路パターン14Bと実装基板20の回路パターン22Bとがハンダ21Bによって接続されて、実装基板20上の回路パターン22Bと電気的に導通している。また、ハンダ21Bによって第2本体部12Bは実装基板20上に固定されている。
As shown in FIG. 2, the LED package thus formed is mounted on a
実装基板20上の回路パターン22A、22Bには、図示しないLEDチップ11の駆動回路が接続されている。このLEDの駆動回路は、回路パターン14A、14Bを介してLEDチップ11に駆動電力を供給して、LEDチップ11を発光させる。
A drive circuit for the LED chip 11 (not shown) is connected to the
ここで、第1本体部12Aと第2本体部12Bとが分離されて構成されており、第1本体部12Aと第2本体部12Bとが間隙を介して配設されている。LEDチップ11と回路パターン14Bとの導通は、ワイヤ16をLEDチップ11及び回路パターン14Bに接続するワイヤボンディングにより実現している。
Here, the first
このようなLEDパッケージは、第1本体部12Aと第2本体部12Bとを分離して構成して、当該第1本体部12Aと第2本体部12Bとを離間して配置する事により、LEDチップ11の発熱によって当該LEDパッケージと実装基板20とが熱膨張した場合に、両者の線膨張率の違いから界面に応力が発生したとしても、第1本体部12Aと第2本体部12Bとが離間した間隙に向かって変形することになる。これにより、ハンダ21A,21Bへの応力集中を緩和するため、ハンダ21A、21Bの部分が破壊してしまうような不良発生を低減することができる。
In such an LED package, the first
例えば、複数のLEDチップ11を搭載し、且つ実装基板20がエポキシ基板からなりパッケージ本体10の幅が5mmといった大型なものとなると、LEDチップ11の発熱時の熱膨張幅が大きくなり、第1本体部12A及び第2本体部12Bと実装基板20との間で生じる応力が大きくなる。これに対し、LEDパッケージによれば、第1本体部12Aと第2本体部12Bとの間隙を設けることにより、確実に熱膨張の差による応力がハンダ21A,21Bに加わることを抑制できる。
For example, when a plurality of
また、第1本体部12Aと第2本体部12Bとは、図3に示すように、第1本体部12Aと第2本体部12Bとが嵌合するように構成されていても良い。第1本体部12Aには、凹部31が設けられ、第2本体部12Bには、凸部32が設けられている。また、第1本体部12Aには、第2本体部12Bが挿入されて配置されるように所定のオーバーラップ幅が形成されている。
Further, the first
このLEDパッケージは、第1本体部12Aの凹部31と第2本体部12Bの凸部32とが嵌合するように第1本体部12Aと第2本体部12Bとを実装基板20上に配置する。このように第1本体部12Aと第2本体部12Bとを嵌合させる場合であっても、凹部31と凸部32との間には、変形を吸収する間隙を設けて第1本体部12Aと第2本体部12Bとを配置することになる。なお、この例では、第2本体部12B上にLEDチップ11を配置して、LEDチップ11と回路パターン14Aとをワイヤ16により導通させている。
In this LED package, the first
このようなLEDパッケージによれば、図2に示したLEDパッケージのように、第1本体部12Aと第2本体部12Bとの間隙から、LEDチップ11から発光した光が漏れることが無い。また、第1本体部12Aと第2本体部12Bとが所定の嵌合深さとなるオーバーラップ幅だけオーバーラップして嵌合されているので、第1本体部12Aと第2本体部12Bの配置時における第1本体部12Aと第2本体部12Bとの位置決めが容易となる。
According to such an LED package, the light emitted from the
また、上述したLEDパッケージは、回路パターン14A又は回路パターン14BとLEDチップ11とをワイヤ16で接続する構成について説明したが、これに限らず、回路パターン14Aと回路パターン14Bの一方とLEDチップ11とを導通させる構成であっても良い。この場合、第1本体部12Aと第2本体部12Bの一方には回路パターンを設けなくても良いが、回路パターンを設けていない本体部には回路パターン22との間でハンダ付けするためのダミーの導体部を設ける必要がある。
Moreover, although the LED package mentioned above demonstrated the structure which connects the
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
10 パッケージ本体
11 LEDチップ
12A 第1本体部
12B 第2本体部
13 LEDチップ実装部
14A,14B 回路パターン
15A,15B 反射板
16 ワイヤ
20 実装基板
21A,21B ハンダ
22A 回路パターン
22B 回路パターン
31 凹部
32 凸部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記パッケージ本体は、複数箇所に形成されたハンダを介して実装基板上に実装されるものであり、
前記パッケージ本体は、前記LEDチップが設けられた第1本体部と、前記LEDチップが設けられていない第2本体部とが分割されて構成され、当該第1本体部と第2本体部とが間隙を設けて前記実装基板上に配設され、
前記第1本体部及び前記第2本体部には、所定の厚みをもった角柱体を形成する一の主面の頭切円錐状の窪みが形成され、前記第1本体部における窪みの側面及び前記第2本体部における窪みの側面に反射板が形成され、前記第1本体部に形成された反射板及び前記第2本体部に形成された反射板によって前記LEDチップから放射された光を反射すること
を特徴とするLEDパッケージ。 In the LED package in which the LED chip is mounted on the package body,
The package body is mounted on a mounting substrate via solder formed in a plurality of locations,
The package main body is configured by dividing a first main body portion provided with the LED chip and a second main body portion not provided with the LED chip, and the first main body portion and the second main body portion include Provided on the mounting substrate with a gap ;
The first main body part and the second main body part are formed with a truncated cone-shaped depression of one main surface forming a prismatic body having a predetermined thickness, and the side surface of the depression in the first main body part and A reflection plate is formed on the side surface of the recess in the second main body, and the light emitted from the LED chip is reflected by the reflection plate formed on the first main body and the reflection plate formed on the second main body. An LED package characterized by:
前記パッケージ本体は、複数箇所に形成されたハンダを介して実装基板上に実装されるものであり、
前記パッケージ本体は、前記LEDチップが設けられた第1本体部と、前記LEDチップが設けられていない第2本体部とが分割されて構成され、当該第1本体部と第2本体部とが間隙を設けて前記実装基板上に配設されており、
前記第1本体部に設けられた前記LEDチップと前記実装基板とを電気的に接続するように当該第1本体部に形成され、前記実装基板とハンダにより接続される第1回路パターンと、前記第2本体部に形成され前記実装基板とハンダにより接続される第2回路パターンとを備え、前記第1回路パターンと前記第2回路パターンとがワイヤボンディングにより導通されていることを特徴とするLEDパッケージ。
In the LED package in which the LED chip is mounted on the package body,
The package body is mounted on a mounting substrate via solder formed in a plurality of locations,
The package main body is configured by dividing a first main body portion provided with the LED chip and a second main body portion not provided with the LED chip, and the first main body portion and the second main body portion include Provided on the mounting substrate with a gap,
A first circuit pattern formed on the first main body so as to electrically connect the LED chip provided on the first main body and the mounting substrate, and connected to the mounting substrate by solder; and a second circuit pattern connected by the mounting board and the solder is formed on the second main body portion, and said first circuit pattern and said second circuit pattern you characterized in that it is conducted by wire bonding L ED package.
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