JP4831958B2 - 表面実装型led - Google Patents

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Description

本発明は、チップ基板から成る表面実装型LEDに関するものである。
従来、表面実装型LED1は、例えば図7に示すように、構成されている。
図7において、表面実装型LED1は、チップ基板2と、チップ基板2上に搭載されたLEDチップ3と、LEDチップ3を包囲するようにチップ基板2上に形成された枠状部材4と、枠状部材4の凹陥部4a内に充填されたモールド樹脂5と、から構成されている。
上記チップ基板2は、図8に示すように、平坦な銅張り配線基板としてBTレジン等の耐熱性樹脂から両面基板として構成されており、その表面にチップ実装ランド2a,接続ランド2b(図X8(A)参照)と、これらから基板表面そして両端縁を介して下面に回り込んで表面実装用端子部2c,2d(図X8(B)参照)を形成する二つの電極部材2e,2fと、を備えている。
そして、チップ基板2のチップ実装ランド2a上に、LEDチップ3がダイボンディングにより接合されると共に、隣接する接続ランド2bに対してワイヤボンディングにより電気的に接続されるようになっている。
上記枠状部材4は、同様に耐熱性樹脂によりチップ基板2上に貼付けられると共に、LEDチップ3の周りを包囲するように逆円錐台状の凹陥部4aを備えている。尚、この凹陥部4aの内面は、好ましくは反射面として構成されている。
このような構成の表面実装型LED1によれば、表面実装用端子2c,2dを介してLEDチップ3に駆動電圧が印加されると、LEDチップ3が発光し、この光が直接にまたは凹陥部4aの内面で反射されて上方から外部に出射されることになる。
また、図9に示す構成の表面実装型LEDも知られている。
図9において、表面実装型LED6は、上述した表面実装型LED1にて枠状部材4及びモールド樹脂5の代わりに、上方に向かって凸状のレンズ部7を備えている点でのみ異なる構成になっている。
このような構成の表面実装型LED6においては、上記レンズ部7は、上記LEDチップ3が実装されたチップ基板2の表面に、透明樹脂を使用してトランスファー成形によって一体に形成されるようになっている。
そして、表面実装用端子2c,2dを介してLEDチップ3に駆動電圧が印加されると、LEDチップ3が発光し、この光がレンズ部7を介して集光されて、上方から外部に出射されることになる。
特許文献1には、チップタイプ光半導体素子において、ワイヤボンディングパットがハンダリフロー時に熱を受けやすく、金ワイヤの外れなどが生じやすくなり信頼性が低下することを改良したチップタイプ光半導体素子が開示されている。
特開2004ー14857号公報
しかしながら、このような構成の表面実装型LED1,6においては、以下のような問題がある。
即ち、表面実装型LED1,6においては、チップ基板2の表面にてチップ実装ランド2a及び接続ランド2bから電極部材2e,2fが引き回されていることから、電極部材2e,2fのパターン領域が比較的多くなっている。特に複数個のLEDチップ3が搭載されるような場合には、上記パターン領域が増大すると共に、複雑な形状になってしまう。
これにより、LEDチップ3から出射した光がチップ基板2の表面で反射される際に、上記パターン領域においては反射率が比較的低いことから、LEDチップ3からの光のチップ基板2表面による反射効率が低くなってしまう。
また、ランプハウスとしての枠状部材4,モールド樹脂5やレンズ部6をチップ基板2の表面に貼付けたり、トランスファー成形により形成すると、これらの枠状部材4やレンズ部6のチップ基板2の表面に対する密着性が比較的低くなってしまう。これにより、LEDチップ3から出射してチップ基板2の表面で反射された光が、枠状部材4の凹陥部4a内に充填されたモールド樹脂5やレンズ部6に入射しようとした場合に、これらのモールド樹脂5やレンズ部6の底面で枠状部材4や電極部材2eなどとの密着性が不十分な箇所においては密着しないために空気層が形成され、これにより所定の反射性能が得られずに、結果として光の取出し効率が低下してしまうことになる。
さらに、上記電極部材2e,2fのパターン領域は、チップ基板2の表面から僅かな高さを有していることから、チップ基板2の表面との間に段差を生ずることになる。このため、上述した枠状部材4やレンズ部6のチップ基板2の表面に対する密着性がさらに低くなってしまうと共に、特にトランスファー成形の際には、この段差によって気泡が発生してしまうことがある。
さらに、表面実装型LED1,6の駆動発光時に、LEDチップ3で発生する熱は、チップ実装ランド2aからチップ基板2の側面から裏面に回り込む表面実装用端子2c,2dを介して、第二の導電層に放熱されるようになっている。
これは、チップ基板2自体が樹脂等から構成されており、導電層を構成する金属、例えば銅(熱伝導率約390W/mK)と比較して、熱伝導率が大幅に低い(例えば熱伝導率約0.2W/mK)ために、LEDチップ3からの熱が上記チップ実装ランド2aから隣接する狭い連結部分2eを通って表面実装用端子2c,2dに対して放熱されることになるためである。
このため、LEDチップ3の放熱が十分に行なわれないことがあり、LEDチップ3の温度が上昇すると、LEDチップ3の発光効率が低下し、信頼性が低下することになる。
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、チップ基板表面を平滑に且つパターン領域の面積を低減させると共に、LEDチップからの熱が効率的に放熱され得るようにした表面実装型LEDを提供することを目的としている。
上記目的は、本発明によれば、チップ基板と、このチップ基板上面の中央部に形成されたチップ実装ランドと、接続ランドと、それぞれチップ基板の上面から裏面にまで回り込んで表面実装用端子を画成する導電パターンから成る一対の電極部材と、上記チップ実装ランド上に接合されると共に上記接続ランドに対してワイヤボンディングにより電気的に接続されたLEDチップと、を含んでいる表面実装型LEDであって、上記チップ基板が多層基板として構成されており、上記チップ基板の最上層表面には上記LEDチップに対して電気的接続部となる上記チップ実装ランド及び接続ランドのみ露出し、上記チップ実装ランド及び接続ランドが、上記チップ基板の最上層の基板を貫通するように形成され、それぞれ最上層の基板の裏面に形成された一対の導電パターンと導通しており、上記チップ基板の両端付近の領域には多層基板を構成する各個別基板を上下に貫通する第一の導電部が形成され、上記一対の導電パターンが、それぞれ上記第一の導電部を介して上記一対の電極部材に接続されていることを特徴とする、表面実装型LEDにより、達成される。
本発明による表面実装型LEDは、好ましくは、上記チップ基板の表面の電極部材の形成されない領域に、透明樹脂から成り、上記LEDチップの発光を集光する上方に向かって凸状のレンズ部がトランスファー成形により形成されている。
本発明による表面実装型LEDは、好ましくは、上記チップ基板の表面の電極部材の形成されない領域に、中央に上記LEDチップを包囲するように上方に向かって広がる凹陥部を備えた枠状部材が貼付けられている。
本発明による表面実装型LEDは、好ましくは、上記チップ基板の上記チップ実装ランドが形成された領域に、多層基板を構成する各個別基板を順次上下に貫通する第二の導電部と、最下層の基板裏面に形成された熱伝導性の高い絶縁材料とが設けられ、上記チップ実装ランドが上記最上層の基板の裏面に形成された導電パターンと上記第二の導電部とを介して上記最下層の基板裏面に形成された熱伝導性の高い絶縁材料に熱的に接続している。
上記構成によれば、表面実装用端子から一対の電極部材そして最上層の基板の裏面に形成された導電パターンを介して、LEDチップに駆動電圧が印加されることにより、LEDチップが光を出射する。
この場合、チップ基板が多層基板として構成されており、最上層の基板の表面には、チップ実装部及び接続部のみが形成されていることから、この基板表面における導電パターンの面積が比較的小さくなる。
従って、チップ基板表面において導電パターンにより覆われない領域の面積が比較的大きくなるので、LEDチップからの光のチップ基板表面における反射効率が向上し、表面実装型LEDの光の取出し効率が向上することになる。
また、導電パターンにより覆われない領域の面積が比較的大きくなるので、透明樹脂からなるレンズ部との密着性が向上し信頼性が向上することになる。
また、チップ基板が多層基板として構成されており、基板内部に導電部が形成されていることによって、LEDチップからの光がチップ基板内部に入射したとしても、導電部によって遮断されることになるので、チップ基板の裏側に逃げる光が低減され得ることになる。
さらに、チップ基板の最上層の基板の表面に関して、この基板を上下に貫通するように形成されたチップ実装部及び接続部の表面のみが露出しており、周囲の基板表面との間に段差を生じない。
従って、例えばランプハウスやレンズ部をチップ基板表面に配置する場合に、これらのランプハウスやレンズ部がチップ基板表面に対して良好に密着して取り付けられることになる。これにより、これらのランプハウスやレンズ部の接着性が向上する。
上記チップ基板の表面の電極部材の形成されない領域に、透明樹脂から成るレンズ部がトランスファー成形により形成されている場合には、このレンズ部のチップ基板の表面に対する密着性そして接着性が向上すると共に、このレンズ部のトランスファー成形時に段差部分に注入されるエポキシ樹脂等の透明材料に気泡が発生してしまうようなことがない。
ここで、密着性の向上によって、LEDチップから出てチップ基板表面で反射された光が、レンズ部の底面で反射されることがなく、レンズ部を透過して上方に出射されるので、光の取出し効率が向上することになる。
上記チップ基板の表面の電極部材の形成されない領域に、中央に上記LEDチップを包囲するように上方に向かって広がる凹陥部を備えた枠状部材が貼付けられ、この凹陥部内に透明樹脂が充填されるとこにより透明樹脂部が形成されている場合には、この枠状部材によるランプハウスのチップ基板の表面に対する密着性そして接着性が向上することになる。
上記最上層の基板表面に露出するチップ実装部が、多層基板を構成する各個別基板を順次に貫通して、最下層の基板裏面まで導通している場合には、駆動時にLEDチップで発生する熱が、チップ実装部から各個別基板を順次に貫通して最下層の基板裏面までの導通部分を介して伝達され、さらに実装基板に対して放熱され得ることになる。
従って、LEDチップからの熱が効率良く放熱されることになり、LEDチップの温度上昇が効果的に抑制されるので、発光効率が低下するようなことはなく、信頼性が向上する。
また、LEDチップに対してより大きな電流を流すことが可能になるため、高輝度化を図ることも可能となる。
このようにして、本発明によれば、チップ基板を多層基板として、最上層の基板の表面には、チップ実装部及び接続部の最低限の導電パターンのみを露出させるようにしたので、チップ基板表面における導電パターンの領域の面積が低減されることになる。従って、チップ基板表面において導電パターンにより覆われない領域の面積が比較的大きくなるので、LEDチップからの光のチップ基板表面における反射効率が向上し、表面実装型LEDの光の取出し効率が向上することになる。
以下、この発明の好適な実施形態を図1乃至図6を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1は、本発明による表面実装型LEDの第一の実施形態の構成を示している。
図1において、表面実装型LED10は、チップ基板11と、チップ基板11上に搭載されたLEDチップ12と、LEDチップ12を包囲するようにチップ基板11上に形成された枠状部材13と、枠状部材13の凹陥部13a内に充填されたモールド樹脂14と、から構成されている。
上記チップ基板11は、図2に示すように、平坦な銅張り配線基板として耐熱性樹脂から構成されており、図3に示すように、その表面にチップ実装ランド11a,接続ランド11bと、図4に示すように、これらから両端縁を介して下面に回り込む表面実装用端子部11c,11dと、を備えている。
そして、チップ基板11のチップ実装ランド11a上に、LEDチップ12が接合されると共に、隣接する接続ランド11bに対してワイヤボンディングにより電気的に接続されるようになっている。
上記枠状部材13は、同様に耐熱性樹脂によりチップ基板11上に形成されると共に、LEDチップ12の周りを包囲するように逆円錐台状の凹陥部13aを備えている。尚、この凹陥部13aの内面は、好ましくは反射面として構成されている。
なお、上記枠状部材13は、図3に示すチップ基板11の表面の電極部材の形成されない領域、すなわち、チップ実装ランド11a,接続ランド11bと、基板表面の両端縁の表面実装用端子部11c,11dの間の領域に、枠状部材13の凹陥部13aの底が位置するように貼り付けられている。
上記モールド樹脂14は、例えばエポキシ樹脂等の透明材料から構成されており、上記凹陥部13a内に充填され、硬化されている。
以上の構成は、図11に示した従来の表面実装型LED1と同様の構成であるが、本発明実施形態による表面実装型LED10においては、さらに以下のように構成されている点で異なる構成になっている。
即ち、上記チップ基板11は、この場合、例えばAny Layer AGSP工法による二層構造として、上方基板15及び下方基板16から構成されている。
そして、上記上方基板15は、その表面に、図3に示すように、前述したチップ実装ランド11a及び隣接する接続ランド11bが露出するように上下に貫通する二つの導電部15a,15bと、両端付近にて表面に露出するさらに二つの導電部15c,15dを備えている。
また、上記下方基板16は、その表面に、図2に示すように、中央の導電部15aに対応する領域から一側の端縁まで延びる第一の導電パターン16aと、上記導電部15bに対応する領域から他側の端縁まで延びる第二の導電パターン16bと、さらに中央領域及び両端の領域で上下に貫通する三つの導電部16c,16d,16eと、を備えている。
さらに、上記下方基板16は、その裏面の中央付近の比較的大きい領域に絶縁材料からなる薄いレジスト16fが塗布されている。レジスト16fは、その形状を非対象形状に形成しており、これにより表面実装型LED1の極性を示すマークとなる。なお、16fはレジストに限らず、熱伝導性の高い絶縁材料、例えばシリコーン系の有機材料などが良い。
これにより、上記上方基板15及び下方基板16が互いに重ね合わされることによって、チップ実装ランド11aを形成する導電部15aが、導電パターン16a,導電部16dを介して表面実装用端子部11cに導通すると共に、導電パターン16aから導電部15c,導電部16dを介して、表面実装用端子11cに電気的に接続され、また接続ランド11bを形成する導電部15bが導電パターン16bから導電部15d,16eを介して、表面実装用端子11dに電気的に接続されることになる。
その際、上記チップ実装ランド11aを形成する導電部15aは、上述のように導電パターン16aを介して導電部16cに導通する。そしてレジスト16fを介して熱的にも接続されることになる。
本発明実施形態によるLED10は、以上のように構成されており、表面実装用端子11c,11dを介してLEDチップ12に駆動電圧が印加されると、LEDチップ12が発光し、この光が直接にまたは凹陥部13aの内面で反射されて上方から外部に出射されることになる。
この場合、チップ基板11が二層基板として構成されており、各基板15,16の間に配置された導電部15a,15b,15c,15dそして導電パターン16a,16b及び導電部16d,16eを介して、LEDチップ12への給電が行なわれることになる。
従って、上方基板15の表面には、導電部15a,15bによるチップ実装ランド11a,接続ランド11bのみが露出しており、これらチップ実装ランド11a,接続ランド11bに対する給電ラインは、チップ基板11の内部を引き回されることになる。このため、チップ基板11の表面にて導電パターンにより覆われない領域の面積が比較的大きくなる。これにより、LEDチップ12から出射してチップ基板11で反射される光の反射効率が向上し、表面実装型LED10の光の取出し効率が向上することになる。
また、上方基板15の表面にて、導電部15a,15bによるチップ実装ランド11a,接続ランド11bが同一面で露出しており、これらチップ実装ランド11a,接続ランド11bは、上方基板15即ちチップ基板11の表面と段差を生じない。
従って、チップ基板11の表面に枠状部材13を貼付けたとき、この枠状部材13の底面、そして枠状部材13の凹陥部13a内に充填されたモールド樹脂14が、チップ基板11の表面に良好に密着することになる。
特にチップ基板表面において導電パターンにより覆われない領域の面積が比較的大きくなるので、モールド樹脂14とチップ基板11表面との密着性を高めることになる。
さらに、駆動の際にLEDチップ12で発生した熱は、チップ実装ランド11aを形成する導電部15aから導電パターン16a,表面実装用端子部11cを介してと、導電部15aから導電パターン16a,導電部16cを介してレジスト16fを通って放熱する経路の2つの放熱路により実装基板に効率良く放熱されることになる。従って、LEDチップ12の温度上昇が抑制されることになり、LEDチップ12の発光効率が低下することはなく、表面実装型LED10の信頼性が向上することになる。
具体的には、本発明実施形態の表面実装型LED10は、例えば図5にて符号Aで示すように、点灯開始から100秒後に、約310℃/Wの熱抵抗となり、従来の通常のチップ基板を使用した表面実装型LEDの場合に点灯開始から100秒後の約680℃/Wの熱抵抗と比較して、半分以下の値になる。
従って、LEDチップ12に対してより多くの電流を流すことが可能となり、発光光量が増大し、輝度が向上することが可能になる。
さらに、チップ基板表面において、枠状部材13の凹陥部13aとモールド樹脂14との境界が電極部材の形成されていない領域に位置するので、従来の表面実装型LED1における電極部材2e,2fのようにモールド樹脂の境界部を跨ぐ電極部材が存在しない。従って、通電時に電極部材の有無の差による温度差がモールド樹脂界面において発生せず、モールド樹脂と一夫基板との密着性が向上し、信頼性が向上することになる。
図6は、本発明による表面実装型LEDの第二の実施形態の構成を示している。
図6において、表面実装型LED20は、図1に示した第一の実施形態による表面実装型LED10にて、枠状部材13及びモールド樹脂14の代わりに、上方に向かって凸状のレンズ部21を備えている点でのみ異なる構成になっている。
ここで、上記レンズ部21は、上記チップ基板11の表面に、透明樹脂材料を使用してトランスファー成形によって一体に形成されるようになっている。
このような構成の表面実装型LED20によれば、表面実装用端子11c,11dを介してLEDチップ12に駆動電圧が印加されると、LEDチップ12が発光し、この光がレンズ部21を介して集光されて、上方から外部に出射されることになる。
この場合も、チップ基板21が二層基板として構成されていることにより、前述した表面実装型LED10の場合と同様に、チップ基板11の表面にはチップ実装ランド11a及び接続ランド11bのみが露出していることにより、チップ基板11の表面での反射効率が向上すると共に、レンズ部21のチップ基板11に対する密着性が向上することになる。
そして、レンズ部21のトランスファー成形の際に、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料の注入の際に、チップ基板11上でのチップ実装ランド11a及び接続ランド11bの段差がないことから、段差における気泡発生が抑制され得ることになる。
上述した実施形態においては、チップ基板11は二層に構成されているが、これに限らず、三層以上の多層基板であってもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、チップ基板11上に枠状部材14またはモールド樹脂部17が形成されているが、これらは省略されてもよいことは明らかである。
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、チップ基板表面を平滑に且つパターン領域の面積を低減させると共に、LEDチップからの熱が効率的に放熱され得るようにした表面実装型LEDが提供され得る。
本発明による表面実装型LEDの第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。 図1の表面実装型LEDにおけるチップ基板を示す概略断面図である。 図2のチップ基板における上方基板の表面を示す概略平面図である。 図2のチップ基板における下方基板の裏面を示す概略平面図である。 図1の表面実装型LEDにおける熱抵抗を従来の表面実装型LEDと比較して示すグラフである。 本発明による表面実装型LEDの第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。 従来の表面実装型LEDの一例の構成を示す概略断面図である。 図7の表面実装型LEDにおけるチップ基板の(A)表面の概略平面図及び(B)裏面の概略底面図である。 従来の表面実装型LEDの他の例の構成を示す概略断面図である。
符号の説明
10 表面実装型LED
11 チップ基板
11a チップ実装ランド
11b 接続ランド
11c,11d 表面実装用端子部
11e,11f 電極部材
12 LEDチップ
13 枠状部材
13a 凹陥部
14 モールド樹脂
15 上方基板
15a 導電部(チップ実装ランド)
15b 導電部(接続ランド)
15c,15d 導電部
16 下方基板
16a,16b 導電パターン
16c,16d,16e 導電部
16f レジスト
20 表面実装型LED
21 レンズ部

Claims (4)

  1. チップ基板と、このチップ基板上面の中央部に形成されたチップ実装ランドと、接続ランドと、それぞれチップ基板の上面から裏面にまで回り込んで表面実装用端子を画成する導電パターンから成る一対の電極部材と、上記チップ実装ランド上に接合されると共に上記接続ランドに対してワイヤボンディングにより電気的に接続されたLEDチップと、を含んでいる表面実装型LEDであって、
    上記チップ基板が多層基板として構成されており、
    上記チップ基板の最上層表面には上記LEDチップに対して電気的接続部となる上記チップ実装ランド及び接続ランドのみ露出し、上記チップ実装ランド及び接続ランドが、上記チップ基板の最上層の基板を貫通するように形成され、それぞれ最上層の基板の裏面に形成された一対の導電パターンと導通しており、上記チップ基板の両端付近の領域には多層基板を構成する各個別基板を上下に貫通する第一の導電部が形成され、上記一対の導電パターンが、それぞれ上記第一の導電部を介して上記一対の電極部材に接続されていることを特徴とする、表面実装型LED。
  2. 上記チップ基板の表面の電極部材の形成されない領域に、透明樹脂から成り、上記LEDチップの発光を集光する上方に向かって凸状のレンズ部がトランスファー成形により形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の表面実装型LED。
  3. 上記チップ基板の表面の電極部材の形成されない領域に、中央に上記LEDチップを包囲するように上方に向かって広がる凹陥部を備えた枠状部材が貼付けられ、この凹陥部内に透明樹脂が充填されることにより透明樹脂部が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の表面実装型LED。
  4. 上記チップ基板の上記チップ実装ランドが形成された領域には、多層基板を構成する各個別基板を順次上下に貫通する第二の導電部と、最下層の基板裏面に形成された熱伝導性の高い絶縁材料とが設けられ、上記チップ実装ランドが上記最上層の基板の裏面に形成された導電パターンと上記第二の導電部とを介して上記最下層の基板裏面に形成された熱伝導性の高い絶縁材料に熱的に接続していることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1に記載の表面実装型LED。
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