JP4811927B2 - Ｌｅｄ発光装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤチップをフレームまたは基板のパッド上にボンディングしてなるＬＥＤ発光装置と、このＬＥＤ発光装置の製造方法に関する。
図４にフレーム上にＬＥＤチップをボンディングしてなる発光装置の一例を断面図で示す。図４によると、ＬＥＤ発光装置Ｘは金属製のフレーム９１，９２と、フレーム９１に形成された擂鉢状の凹部９１ａの底面上に塗布されたダイボンディング材料９５と、ダイボンディング材料９５上に載置されたＬＥＤチップ９３とを備えている。ＬＥＤチップ９３の上面には電極９３ａが形成されており、この電極９３ａはボンディングワイヤ９４によってフレーム９２と導通している。また、ＬＥＤチップ９３の図４中の下面側はもう一方の電極９３ｂとなっており、この電極９３ｂはダイボンディング材料９５に接着している。これらフレーム９１，９２の大部分およびＬＥＤチップ９３は光学的に透明な樹脂パッケージ（図示略）により封止されている。
ＬＥＤ発光装置Ｘは、フレーム９１，９２の一方をアースに接続し、他方を電源に接続し、電流を流すことで、ＬＥＤチップ９３が発光するように構成されている。ＬＥＤチップ９３は図４中の左右方向に向けて光を出射し、その光は凹部９１ａの斜面に反射することで、図４中の上方へと出射される。このＬＥＤ発光装置Ｘのように、フレーム上にＬＥＤチップをダイボンディングしたＬＥＤ発光装置の一例として、たとえば、特許文献１の第２実施形態に記載のものや特許文献２に記載のものがある。
従来、ダイボンディング材料９５としては、導電性やコスト面の都合から、Ａｇペーストを用いることが多かった。しかしながら、固化したＡｇペーストは反射率が比較的低いため、ダイボンディング材料９５としてＡｇペーストを用いると、ＬＥＤチップ９３の発光時に花びら状の暗い影が生じていた。このため、固化したＡｇペースト表面における光の反射が不十分となり、ＬＥＤ発光装置Ｘの出射効率の低下の原因となっていた。
上記の問題を解決するために、Ａｇペーストに反射性に優れたＴｉＯ2などの白色金属粉末を含有させる方法などが行われていたが、従来の方法では、接着強度や放熱性が下がるなどの新たな問題が生じていた。
再公表Ｗ０２００２／０５４５０３号公報 特開２００５−２９４７３６号公報
本発明は上記の事情によって考え出されたものであり、反射性を向上させ、なおかつ接着強度や放熱性が下がらないようなダイボンディング材料を用いたＬＥＤ発光装置とその製造方法の提供を課題としている。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
本発明の第１の側面に係るＬＥＤ発光装置は、フレームもしくは基板のパッド上にボンディングされるＬＥＤチップを備え、上記ＬＥＤチップはダイボンディング材料を用いて上記フレームもしくは基板のパッドに対してボンディングされるＬＥＤ発光装置であって、上記ダイボンディング材料は、上記ＬＥＤチップの平面的な大きさよりも大の広さ範囲に設けられているとともに、ハンダと白色微粉末とを含有しており、かつ、上記ＬＥＤチップを囲む領域において、上記白色微粉末は、当該ダイボンディング材料の露出表面側における含有率が大きいことを特徴とする。好ましくは、上記白色微粉末として、ＴｉＯ2またはＢＮを用いるのがよい。
このような構成によれば、反射率の高い上記白色微粉末によって、ダイボンディング後のダイボンディング材料の反射率を改善することができる。特に、ＢＮ白色微粉末を用いると、ＢＮの放熱性がよいため、上記ダイボンディング材料自体の放熱性もよくなる。
本発明の第２の側面に係るＬＥＤ発光装置の製造方法は、フレームもしくは基板のパッド上にボンディングされるＬＥＤチップを備え、上記ＬＥＤチップはダイボンディング材料を用いて上記フレームもしくは基板のパッド上に対してボンディングされるＬＥＤ発光装置の製造方法であって、上記ダイボンディング材料は、白色微粉末と、ハンダ粒子とを含有してこれらを所定の粘度をもった溶剤に混合した材料が用いられており、上記ハンダ粒子の比重は上記溶剤の比重よりも大であり、上記フレームに上記ダイボンディング材料を上記ＬＥＤチップの平面的な大きさより大の広さ範囲に塗布し、上記ハンダ粒子を沈み込ませるとともに上記白色微粉末を表面側に浮き上がらせる工程と、上記塗布されたダイボンディング材料上に上記ＬＥＤチップを載置する工程と、上記ダイボンディング材料を上記ハンダ粒子の融点よりも高い温度まで加熱するとともに上記溶剤を蒸発させる工程と、を含むことを特徴とする。
このような製造方法によれば、上記ハンダ粒子の比重が上記溶剤の比重よりも大なので、加熱によって溶融された上記ハンダ粒子は上記フレームもしくは基板のパッド側へ沈み込み、上記フレームもしくは基板のパッドと上記ハンダ粒子との共晶結合が好適に行われる。さらに、上記ハンダ粒子が沈むことで、白色微粉末を含んだ上記溶剤が、上記ダイボンディング材料の表面側に浮き上がる。この溶剤は加熱によりその大部分が蒸発するので、加熱処理後の上記ダイボンディング材料の表面は白色微粉末に覆われた状態となり、反射率が向上する。
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
図１に、本発明に係るＬＥＤ発光装置の実施形態の一例を断面図で示す。図１に示すＬＥＤ発光装置Ａは、金属製のフレーム１，２と、フレーム１上にダイボンディングされたＬＥＤチップ３と、フレーム１，２の一部を覆うドーム状の透光性樹脂６とを備えている。また、図１における主要部分の拡大図を断面図で図２に示しており、図３は図２を上から見た図である。以下、図１〜図３を参照にＬＥＤ発光装置Ａについて説明を行う。
フレーム１，２は所定の間隔を隔てて設置されており、いずれも図１の下方へと延び、その先端がＬＥＤチップ３に電力を供給するための外部電源装置やアースと接続される。図２に示すように、フレーム１は図２中の上端付近における断面積がその下方における断面積よりも広くなるように形成されている。また、図２および図３に示すように、フレーム１には、プレス加工などによって擂鉢状の凹部１ａが形成されている。この凹部１ａの底面には、ＬＥＤチップ３を設置するために、ＬＥＤチップ３の図２中の底面よりも大の広さ範囲にダイボンディング材料５が塗布されている。
ダイボンディング材料５は、Ａｇ粉末と、ＢＮ白色微粉末と、ハンダ粒子とを溶剤となるエポキシ樹脂に混合してなるペースト状材料である。このダイボンディング材料５の各構成材料の比率はたとえば、ハンダ粒子の比率を４０％、Ａｇ粉末の比率が３６％、ＢＮ白色微粉末の比率が１２％とし、残りをエポキシ樹脂とするのがよい。Ａｇ粉末の粒径は５μｍ〜３０μｍ程度がよく、ハンダ粒子としてＳｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等を用いるのが好ましい。また、エポキシ樹脂としては、粘度が５００〜１０００ｃＰであり、比重がハンダ粒子の比重よりも小さいものを用いるのがよい。
ＬＥＤチップ３は、図２中の側面に発光面を備えており、上面に電極３ａが形成されており、図２中の下面全面が金属電極３ｂとなっている。電極３ａは、ボンディングワイヤ４によってフレーム２と導通している。一方、ＬＥＤチップ３の図２中の下面は、Ａｇを含むダイボンディング材料５に接着されているので、フレーム１と導通している。
図１に示すように、フレーム１，２の大部分は、たとえばエポキシ樹脂などの透光性樹脂６によって覆われている。この透光性樹脂６はＬＥＤチップ３とボンディングワイヤ４を、水分、ガス及び粉塵などの外部環境や、振動、衝撃などの機械的応力から保護している。ただし、この透光性樹脂６は比較的剛性が高く、加熱などによって膨張すると、ＬＥＤチップ３やボンディングワイヤ４を破損する虞がある。このため、図２に示すように、凹部１ａには、たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂からなる比較的軟質な透光性樹脂７が充填されており、ＬＥＤチップ３やボンディングワイヤ４を保護している。
このようなＬＥＤ発光装置Ａの製造方法について以下に説明を行う。
まず、フレーム１にプレス加工を施すなどによって、凹部１ａを形成し、この凹部１ａの底面にダイボンディング材料５をＬＥＤチップ３の平面的な大きさより大の広さ範囲に塗布する。塗布されたダイボンディング材料５上にＬＥＤチップ３を載置し、ダイボンディング材料５を上記ハンダ粒子の融点よりも高い温度まで加熱する。この加熱によって一旦溶融した上記ハンダ粒子はフレーム１およびＬＥＤチップ３下面の電極３ｂと共晶結合し、さらに溶剤であった樹脂の大部分が蒸発する。以上の工程により、ＬＥＤチップ３は固化したダイボンディング材料５によってフレーム１に固定され、同時に両者が電気的に導通する。
次に、ＬＥＤチップ３の電極３ａとフレーム２との間のワイヤボンディングを行う。その後、凹部１ａに透光性樹脂７を流し込み、これによって、ＬＥＤチップ３を覆う。さらに、型に入れられた透光性樹脂６にフレーム１，２挿しこみ、透光性樹脂６を固化させた後にフレーム１，２を透光性樹脂６ごと引き抜くことで、図１のようなＬＥＤ発光装置Ａが完成する。
このようなＬＥＤ発光装置Ａにおいては、ダイボンディング材料５にＢＮ白色微粉末を配合することで、加熱処理後のダイボンディング材料５の反射率の向上が図られている。以下、このダイボンディング材料５の作用について説明を行う。
ダイボンディング材料５において、比重がハンダ粒子の比重より小さいエポキシ樹脂が溶剤として用いられている。このため、製造過程でダイボンディング材料５を加熱した際、ハンダ粒子の一部はＬＥＤチップ３下面の電極３ｂもしくはフレーム１表面と共晶結合し、残りはフレーム１側に沈み込む。このため、ダイボンディング材料５の表面側はＡｇ粉末とＢＮ白色粉末を含有するエポキシ樹脂の比率が高くなるので、加熱後に上記エポキシ樹脂が蒸発するとダイボンディング材料５の表面においてＢＮ白色微粉末が占める割合が大きくなる。ＢＮ白色微粉末は白色で光反射率がＡｇに較べて大幅に高いので、加熱処理後のダイボンディング材料５の表面付近における反射率は大きく向上する。このダイボンディング材料５はＬＥＤチップ下面の電極３ｂよりも広い面積に塗布されているので、その表面のＬＥＤチップ３が設置された位置以外の部分が反射面として機能する。このため、このダイボンディング材料５を用いると、ＬＥＤチップ３から出た光を効率よく利用できる。さらに、ＢＮは放熱性に優れているので、ＬＥＤチップ３の点灯時に発生する熱を速やかに放熱することができる。
また、加熱処理後のダイボンディング材料５においては、ハンダ粒子がＬＥＤチップ３の下面電極３ｂおよびフレーム１表面と共晶結合するため、ＬＥＤチップ３とフレーム１との接合強度が高くなっている。
以上のように、加熱処理後のＬＥＤチップ３とフレーム１との間を結合した状態のダイボンディング材料５は、高い反射性と放熱性を兼ね備えた上に接合強度にも優れている。このようなダイボンディング材料５を用いれば、発光効率に優れ、ＬＥＤチップ３の取り付け強度および放熱性にも優れたＬＥＤ発光製造を製造することができる。
上記実施形態においては、白色微粉末として、ＢＮを用いたが、ＴｉＯ2を用いても反射性の向上を図ることは可能である。また、他の白色微粉末を用いてもよい。さらに、ダイボンディング材料の構成比率も変更可能である。たとえば、ハンダ粒子の割合は３０〜４０％の範囲内で変更可能であり、白色微粉末の割合もハンダ粒子を除いた材料において２０〜４０％の範囲内で変更可能である。Ａｇ粉末とエポキシ樹脂の割合は、これらハンダ粒子と白色微粉末の割合にあわせて決めることができる。
なお、ダイボンディング材料に、インジウム又はインジウム合金、アンチモン合金を追加してもよい。これらを追加すると、ダイボンディング材料の融点が下がり、加工時の温度を引き下げ、より容易に加工可能となる。また、ダイボンディング材料のフレームまたはボンディングパッドの表面への濡れ性が向上し、ダイボンディング材料をフレームまたはボンディングパッドへ塗布し易くなる。さらに、ハンダ粒子による共晶結合が促進されるので品質も向上する。
本発明に係るＬＥＤ発光装置とその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。ＬＥＤチップをフレームもしくは基板のパッド上に、本発明に係るダイボンディング材料を用いてダイボンディングする構造を備えたＬＥＤ発光装置は本発明の範囲内に含まれる。また、ＬＥＤチップをフレームもしくは基板のパッド上に、本発明に係るダイボンディング工程を含むＬＥＤ発光装置の製造方法も本発明の範囲内に含まれる。
本発明の第１の側面に係るＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１における要部拡大図である。 図２のおけるＬＥＤ発光装置を図２中の上方から見た図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
符号の説明
Ａ ＬＥＤ発光装置
１，２ フレーム
１ａ 凹部
３ ＬＥＤチップ
３ａ，３ｂ 電極
４ ボンディングワイヤ
５ ダイボンディング材料
６，７ 透光性樹脂

Claims (8)

  1. フレームもしくは基板のパッド上にボンディングされるＬＥＤチップを備え、上記ＬＥＤチップはダイボンディング材料を用いて上記フレームもしくは基板のパッドに対してボンディングされるＬＥＤ発光装置であって、
    上記ダイボンディング材料は、上記ＬＥＤチップの平面的な大きさよりも大の広さ範囲に設けられているとともに、ハンダと白色微粉末とを含有しており、かつ、上記ＬＥＤチップを囲む領域において、上記白色微粉末は、当該ダイボンディング材料の露出表面側における含有率が大きいことを特徴とする、ＬＥＤ発光装置。
  2. 上記白色微粉末として、ＴｉＯ2またはＢＮが用いられている、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
  3. 上記ダイボンディング材料は、Ａｇ粉末をさらに含有している、請求項１または２に記載のＬＥＤ発光装置。
  4. 上記ハンダは、上記ＬＥＤチップの下面、並びに、上記フレームもしくは基板のパッドと共晶結合している、請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
  5. 上記ＬＥＤチップおよび上記ダイボンディング材料の露出面は、軟質の透光性樹脂で覆われているとともに、当該軟質の透光性樹脂の露出面は、剛性の高い透光性樹脂で覆われている、請求項１ないし４のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
  6. 上記ハンダは、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕのうち、いずれか選択したものである、請求項１ないし５のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
  7. 上記ダイボンディング材料は、インジウム、インジウム合金、またはアンチモン合金を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
  8. フレームもしくは基板のパッド上にボンディングされるＬＥＤチップを備え、上記ＬＥＤチップはダイボンディング材料を用いて上記フレームもしくは基板のパッド上に対してボンディングされるＬＥＤ発光装置の製造方法であって、
    上記ダイボンディング材料は、白色微粉末と、ハンダ粒子とを含有してこれらを所定の粘度をもった溶剤に混合した材料が用いられており、
    上記ハンダ粒子の比重は上記溶剤の比重よりも大であり、
    上記フレームに上記ダイボンディング材料を上記ＬＥＤチップの平面的な大きさより大の広さ範囲に塗布し、上記ハンダ粒子を沈み込ませるとともに上記白色微粉末を表面側に浮き上がらせる工程と、上記塗布されたダイボンディング材料上に上記ＬＥＤチップを載置する工程と、上記ダイボンディング材料を上記ハンダ粒子の融点よりも高い温度まで加熱するとともに上記溶剤を蒸発させる工程と、
    を含むことを特徴とする、ＬＥＤ発光装置の製造方法。
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