JP4889267B2 - 発光ダイオード用パッケージの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオード用パッケージの製造方法に関するものであり、特に、セラミックス基板の表面に実装される発光ダイオード素子の外側方に反射面を形成した発光ダイオード用パッケージの製造方法に関するものである。
従来より、低消費電力で長寿命な照明部品として、基板上に発光ダイオード素子を実装した発光ダイオードが広く利用されている。
この発光ダイオードにおいては、多用途化に向けた高輝度化に伴って、発光時に発光ダイオード素子が高温に発熱してしまうことから、従来の樹脂製パッケージを用いた発光ダイオードでは樹脂性パッケージが劣化してしまい、また、発光ダイオード素子の発光効率が低下してしまう問題があった。
そのため、発光ダイオードを構成する基板として、熱伝導率が良く発光ダイオード素子の放熱を良好に行えるセラミックス基板が用いられるようになっている（たとえば、特許文献１又は特許文献２参照。）。
この従来のセラミックス基板を用いた発光ダイオードは、以下に説明するような構成となっており、以下に説明するようにして製造されていた。
すなわち、従来の発光ダイオード101は、図９及び図10に示すように、矩形板状のセラミックス基板102の表面にテーパー開口状の反射面103を形成した矩形板状のセラミックス製のカバー体104とを張り合わせた構造の発光ダイオード用パッケージ105を形成しており、セラミックス基板102の表面に発光ダイオード素子106を実装し、この発光ダイオード素子106の電極とセラミックス基板102の表面に形成した配線パターン107とを金線108で接続していた。
この従来の発光ダイオード101は、セラミックス基板102となるグリーンシートの表面に金属製の配線パターン107を印刷し、一方、カバー体104となるグリーンシートに複数のテーパー開口状の反射面103をプレス形成し、その後、セラミックス基板102となるグリーンシートとカバー体104となるグリーンシートとを圧着接合し、これらを同時に焼成することによって発光ダイオード用パッケージ105を形成し、次いで、カバー体104の開口部分からセラミックス基板102の表面に発光ダイオード素子106を実装し、最後に、発光ダイオード素子106の電極と配線パターン107とを金線108で接続していた。
なお、発光ダイオード101は、図９及び図10に示すように、一枚のセラミックス基板102の表面に複数個の発光ダイオード素子106を実装して面光源とした構成のものに限られず、この発光ダイオード用パッケージ105を各反射面103毎に分割して、一枚のセラミックス基板102に１個の発光ダイオード素子106が実装された点光源とした構成のものとすることもあった。
上記した発光ダイオード101に代表されるように、従来より、放熱を考慮してセラミックス基板102を利用した電子部品が多用されている。
特開２００３−３７２９８号公報 特開２００５−１６７０２６号公報
ところが、上記従来の発光ダイオード101では、焼成したセラミックス板に開口状の反射面103を形成することによってカバー体104を形成し、このカバー体104をセラミックス基板102の表面に接着して発光ダイオード用パッケージ105を製造していたために、発光ダイオード101のさらなる小型化や高集積化を図ることが困難であった。
なぜならば、発光ダイオード101の小型化や高集積化を図るためには、開口状の反射面103を近接させなければならなくなり、隣接する反射面103が近接すると、隣接する反射面103の間のセラミックス板の幅が狭くなり、これにより、セラミックス板に反射面103となる開口を形成する際やカバー体104とセラミックス基板102とを張り合わせる際にカバー体104にクラックや破断が生じてしまい、発光ダイオード用パッケージ105の製造の歩留まりが低減してしまうからである。
また、上記従来の発光ダイオード101では、カバー体104に様々な形状の開口を形成することが加工上困難であったために、発光ダイオード101の多用途化に伴う反射面103の形状の多種化や複雑化に対応できなくなるおそれもあった。
そこで、請求項１に係る本発明では、セラミックス基板の表面に実装される発光ダイオード素子の外側方に反射面を形成した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、焼成したセラミックス基板の表面にペースト状のセラミックスを印刷した後に、このペースト状のセラミックスを焼結させることを印刷するペースト状のセラミックスの幅を順次狭くしながら繰り返して行うことによって前記セラミックス基板の表面に凸状の反射面を形成することにした。
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記ペースト状のセラミックスの焼結は、セラミックス基板の焼成温度よりも低い温度で行うことにした。
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
すなわち、請求項１に係る本発明では、セラミックス基板の表面に実装される発光ダイオード素子の外側方に反射面を形成した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、焼成したセラミックス基板の表面にペースト状のセラミックスを印刷した後に、このペースト状のセラミックスを焼結させることによってセラミックス基板の表面に凸状の反射面を形成しているために、隣接する反射面の間隔を狭くすることができるとともに、任意な形状の反射面を形成することができるので、小型化や高集積化や多形状化を図った発光ダイオード用パッケージを製造することができる。
また、請求項１に係る本発明では、ペースト状のセラミックスの印刷及び焼結を所定回数繰り返して行うことによって、セラミックス基板の表面に焼結したセラミックスを積層しているために、反射面の形状を精度良く形成できるとともに、反射面の高さ（上下幅）を高く（広く）することができる。
また、請求項１に係る本発明では、ペースト状のセラミックスの印刷及び焼結を所定回数繰り返して行う場合に、印刷するペースト状のセラミックスの幅を順次狭くしているために、略テーパー状の反射面を容易に形成することができる。
また、請求項２に係る本発明では、セラミックス基板の焼成温度よりも低い温度で印刷したペースト状のセラミックスの焼結を行うようにしているために、ペースト状のセラミックスの焼結時に配線パターンが熱によって劣化や破損してしまうのを未然に防止することができる。
以下に、本発明に係る電子部品としての発光ダイオード及び発光ダイオード用パッケージの具体的な構造並びに発光ダイオード用パッケージの具体的な製造方法について図面を参照しながら説明する。
発光ダイオード１は、図１〜図４に示すように、略矩形板状の発光ダイオード用パッケージ２の所要位置にマトリックス状に発光ダイオード素子３を実装している。
この発光ダイオード用パッケージ２は、矩形板状の焼成したセラミックス基板４の表面に配線パターン５を形成するとともに、セラミックス基板４の表面にセラミックス製の格子枠形状のカバー体６を形成し、この格子枠形状のカバー体６の内側表面を発光ダイオード素子３から放射された光を上方へ向けて反射する反射面７としたものである。
この発光ダイオード用パッケージ２では、後述するようにカバー体６を３回の印刷によって形成しており、３段の格子枠形状のカバー体構成体8,9,10を漸次狭幅状に積層することによって凸部としてのカバー体６の反射面７を形成している。
この発光ダイオード用パッケージ２の製造方法について説明すると、まず、図５(a)に示すように、所定形状のアルミナ製のグリーンシートを１３００℃〜１６００℃で焼結させることによってセラミックス基板４を焼成する。
次に、図５(b)に示すように、セラミックス基板４の表面にペースト状の銀を所定形状にスクリーン印刷し、その後、約８５０℃で焼結させることによって、セラミックス基板４の表面に配線パターン５を形成する。
次に、図５(c)に示すように、焼成したセラミックス基板４の表面にペースト状のセラミックスを所定幅の格子枠形状にスクリーン印刷し、その後、７５０℃〜９５０℃で焼結させることによって、セラミックス基板４の表面に第１段目のカバー体構成体８を形成する。
次に、図５(d)に示すように、第１段目のカバー体構成体８の上部にペースト状のセラミックスを第1段目のカバー体構成体８の幅よりも狭い幅の格子枠形状にスクリーン印刷し、その後、７５０℃〜９５０℃で焼結させることによって、第１段目のカバー体構成体８の上部に第２段目のカバー体構成体９を形成する。
最後に、図５(e)に示すように、第２段目のカバー体構成体９の上部にペースト状のセラミックスを第２段目のカバー体構成体９の幅よりも狭い幅の格子枠形状にスクリーン印刷し、その後、７５０℃〜９５０℃で焼結させることによって、第２段目のカバー体構成体９の上部に第３段目のカバー体構成体10を形成する。
以上のようにして発光ダイオード用パッケージ２を製造することができる。
ここで、ペースト状のセラミックスは、主原料をアルミナ（Al2O3）としたものであって、これに所定比率（たとえば、３０％）でガラスなどの副原料を添加したものでもよい。
また、以上のようにして製造した発光ダイオード用パッケージ２を用いて発光ダイオード１を製造するには、セラミックス基板４の表面に発光ダイオード素子３を実装し、この発光ダイオード素子３の電極と配線パターン５とをワイヤーボンディングによって金線11で接続する。
以上に説明したように、上記構成の発光ダイオード用パッケージ２では、焼成したセラミックス基板４の表面にペースト状のセラミックスを印刷し、このペースト状のセラミックスを焼結させることによってセラミックス基板４の表面に凸状の反射面７を形成している。
そのため、上記発光ダイオード用パッケージ２では、ペースト状のセラミックスの印刷によって反射面７が形成されるので、隣接する反射面７の間隔を狭くすることができるとともに、スクリーン印刷のマスクの形状を変更するだけで任意な形状の反射面７を形成することができ、これによって、発光ダイオード用パッケージ２の小型化や高集積化や多形状化を図ることができる。
また、上記構成の発光ダイオード用パッケージ２を用いて発光ダイオード１を形成することによって、発光ダイオード１の小型化や高集積化や多形状化を図ることができる。
特に、印刷するペースト状のセラミックスの厚みを厚くしておいてペースト状のセラミックスの印刷及び焼結を１回だけで済ませることも可能ではあるが、印刷するペースト状のセラミックスの厚みを厚くすると、焼結時に形状が歪んでしまうために、上記発光ダイオード用パッケージ２では、ペースト状のセラミックスの印刷及び焼結を所定回数繰り返して行うことによってセラミックス基板４の表面に焼結したセラミックスを積層している。そのため、上記発光ダイオード用パッケージ２では、反射面７の形状を精度良く形成できるとともに、反射面７の高さ（上下幅）を高く（広く）することができる。
しかも、上記発光ダイオード用パッケージ２では、ペースト状のセラミックスの印刷及び焼結を所定回数繰り返して行う場合に、印刷するペースト状のセラミックスの幅を順次狭くしているために、略テーパー状に傾斜した反射面７を容易に形成することができる。
さらに、上記発光ダイオード用パッケージ２では、セラミックス基板４の焼成温度よりも低い温度で印刷したペースト状のセラミックスの焼結を行うようにしているために、ペースト状のセラミックスの焼結時に配線パターン５が熱によって劣化や破損してしまうのを未然に防止することができる。特に、配線パターン５の焼成温度よりも低い温度で印刷したペースト状のセラミックスの焼結を行った場合には、ペースト状のセラミックスの焼結時における配線パターン５の劣化は破損をより一層確実に防止することができる。
以上の説明では、本発明に係る電子部品の代表例として発光ダイオード１や発光ダイオード用パッケージ２について説明したが、本発明に係る電子部品は、これらに限られるものではなく、たとえば、表面に凸部を形成したセラミックス製のフラットパネル状の表示パネルや棒状の照明部品、さらには、セラミックス製回路基板・セラミック抵抗、セラミックコンデンサなどの部品やそのパッケージをも含むものである。
たとえば、図６は、本発明を適用した表示パネル21を示しており、この表示パネル21では、上記発光ダイオード用パッケージ２と同様に、セラミックス基板22の表面にペースト状のセラミックスを３回繰り返して印刷及び焼結を行って格子枠形状のカバー体23を形成するとともに、格子枠形状に形成された反射面24の内側に三原色の発光ダイオード素子25,26,27を実装したものである。
また、図７及び図８は、本発明を適用した棒状の照明部品31を示しており、この照明部品31では、上記発光ダイオード用パッケージ２と同様に、セラミックス基板32の表面にペースト状のセラミックスを３回繰り返して印刷及び焼結を行って縦縞状の凸部33を形成するとともに、凸部33の間に発光ダイオード素子34を実装し、その後、破断線35に沿って横方向に切断したものである。
このように、本発明に係る電子部品では、焼成したセラミックス基板4,22,32の表面にペースト状のセラミックスを印刷し、このペースト状のセラミックスを焼結させることによってセラミックス基板4,22,32の表面に凸部33（カバー体6,23）を形成しているため、隣接する凸部33（カバー体6,23）の間隔を狭くすることができるとともに、スクリーン印刷のマスクの形状を変更するだけで任意な形状の凸部33（カバー体6,23）を形成することができるので、電子部品の小型化や高集積化や多形状化を図ることができる。
本発明に係る発光ダイオードを示す斜視図。 同正面図。 同横断面図。 同縦断面図。 発光ダイオード用パッケージの製造方法を示す説明図。 表示パネルを示す正面図。 照明部品を示す正面図。 同斜視図。 従来の発光ダイオードを示す斜視図。 同横断面図。
符号の説明
１ 発光ダイオード ２ 発光ダイオード用パッケージ
３ 発光ダイオード素子 ４ セラミックス基板
５ 配線パターン ６ カバー体
７ 反射面 8,9,10 カバー体構成体
11 金線
21 表示パネル 22 セラミックス基板
23 カバー体 24 反射面
25,26,27 発光ダイオード素子
31 照明部品 32 セラミックス基板
33 凸部 34 発光ダイオード素子
35 破断線
101 発光ダイオード 102 セラミックス基板
103 反射面 104 カバー体
105 発光ダイオード用パッケージ 106 発光ダイオード素子
107 配線パターン 108 金線

Claims (2)

  1. セラミックス基板の表面に実装される発光ダイオード素子の外側方に反射面を形成した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、
    焼成したセラミックス基板の表面にペースト状のセラミックスを印刷した後に、このペースト状のセラミックスを焼結させることを印刷するペースト状のセラミックスの幅を順次狭くしながら繰り返して行うことによって前記セラミックス基板の表面に凸状の反射面を形成することを特徴とする発光ダイオード用パッケージの製造方法。
  2. 前記ペースト状のセラミックスの焼結は、セラミックス基板の焼成温度よりも低い温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用パッケージの製造方法。
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