JP5073973B2

JP5073973B2 - Light emitting diode package

Info

Publication number: JP5073973B2
Application number: JP2006171479A
Authority: JP
Inventors: 裕誉小川
Original assignee: Noda Screen Co Ltd
Current assignee: Noda Screen Co Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP2008004690A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED package capable of highly efficient heat radiation. SOLUTION: A refrigerant R is sealed in the inside of a case member 30 covering an LED chip 20. A phosphor P is diffused in the refrigerant R. According to this configuration, heat exchange occurs between the heat-generating LED chip 20 and the refrigerant R therearound, and heat convection occurs in the refrigerant R. The heat is transmitted by the heat convection to the case member 30, and is radiated in the ambient air via the case member 30. In this way, highly efficient heat radiation can be possible. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光ダイオードパッケージに関する。 The present invention relates to a light emitting diode package.

発光ダイオードは、基板上に搭載された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを樹脂で封止してパッケージ化されていることが一般的である。特に、白色発光ダイオードとして、青色の光を発する青色発光ダイオードのチップを使用するとともに、封止樹脂中にこのチップからの光により励起されて青色の補色である黄色の蛍光を発する蛍光体を分散しておき、青色発光ダイオードからの青色と蛍光体からの黄色を混色することによって白色光を発光させるものが開発されている（例えば特許文献１）。
特開２００１−１９６６４５公報 A light emitting diode is generally packaged by sealing a light emitting diode (LED) chip mounted on a substrate with a resin. In particular, as a white light emitting diode, a blue light emitting diode chip that emits blue light is used, and a phosphor that emits yellow fluorescence that is a blue complementary color is excited in the sealing resin by light from this chip. A device that emits white light by mixing blue from a blue light emitting diode and yellow from a phosphor has been developed (for example, Patent Document 1).
JP 2001-196645 A

ところで、近年の発光ダイオードはハイパワー化によって単位面積あたりの発熱量が増大している。しかし、チップの周囲が樹脂で封止されていると、発生した熱が容易に放熱されず、熱応力によってチップと基板との接続部分にクラック等が生じてしまうおそれがある。 By the way, the amount of heat generated per unit area is increasing in recent light emitting diodes due to high power. However, if the periphery of the chip is sealed with resin, the generated heat is not easily dissipated, and cracks or the like may occur in the connection portion between the chip and the substrate due to thermal stress.

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高効率の放熱が可能な発光ダイオードパッケージを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a light-emitting diode package capable of high-efficiency heat dissipation.

本発明の発光ダイオードパッケージは、基板と、前記基板上に実装された発光ダイオードチップと、前記基板上に設けられて前記発光ダイオードチップを覆うものであって、前記発光ダイオードチップからの光を透過可能な透光部を備えるケース部材と、前記透光部に設けられるとともに前記発光ダイオードチップからの光を受けて蛍光を放つ蛍光体を含む蛍光部と、前記ケース部材の内部に封入された液状の冷媒と、を備えるものであって、前記透光部のうち前記冷媒と接する面にＩＴＯ膜が設けられているところに特徴を有する。
The light emitting diode package of the present invention includes a substrate, a light emitting diode chip mounted on the substrate, and the light emitting diode chip provided on the substrate to cover the light emitting diode chip, and transmitting light from the light emitting diode chip. A case member provided with a translucent part, a fluorescent part provided in the translucent part and including a phosphor that emits fluorescence upon receiving light from the light-emitting diode chip, and a liquid encapsulated in the case member And having an ITO film on the surface of the translucent portion in contact with the refrigerant.

本発明によれば、発光ダイオードチップを覆うケース部材の内部に冷媒が封入されている。このような構成によれば、発熱する発光ダイオードチップとその周囲に存在する冷媒との間で熱交換が起こり、冷媒に熱対流が生じる。そして、この熱対流に乗って熱がケース部材まで伝えられ、ケース部材を介して大気中に放散される。これにより、高効率の放熱が可能となる。 According to the present invention, the refrigerant is sealed inside the case member that covers the light emitting diode chip. According to such a configuration, heat exchange occurs between the light-emitting diode chip that generates heat and the refrigerant that exists around it, and heat convection occurs in the refrigerant. Then, the heat is transmitted to the case member through this thermal convection and is dissipated into the atmosphere through the case member. Thereby, highly efficient heat dissipation becomes possible.

以下、本発明を具体化した実施形態について、図１を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図１には、本発明を具体化したＬＥＤパッケージ１を示す。このＬＥＤパッケージ１は、白色ＬＥＤパッケージであって、プリント基板１０（本発明の基板に該当する）にＬＥＤチップ２０を実装し、ＬＥＤチップ２０の周囲をケース部材３０で封止した構造のものである。 FIG. 1 shows an LED package 1 embodying the present invention. The LED package 1 is a white LED package having a structure in which an LED chip 20 is mounted on a printed circuit board 10 (corresponding to a substrate of the present invention) and the periphery of the LED chip 20 is sealed with a case member 30. is there.

プリント基板１０は、絶縁層１１の両面に所定の導体回路が形成された周知の構造のものであって、ＬＥＤチップ２０の外形よりも一回り大きく形成されている。導体回路の一部はランド１２とされている。表裏のランド１２のうち、ＬＥＤチップ２０が搭載される側の面（図１の上面）に設けられた表面側ランド１２Ａは、ＬＥＤチップ２０に設けられた電極２３との接続のためのものである。一方、これとは逆側の面（図１の下面）に設けられた裏面側ランド１２Ｂは、外部基板（図示せず）との接続のためのものである。表面側ランド１２Ａと裏面側ランド１２Ｂとの間は、絶縁層１１に貫通形成されたビアホール１３によって電気的に接続されている。また、裏面側ランド１２Ｂ上には、外部基板（図示せず）との接続のための基板側バンプ１４が形成されている。 The printed circuit board 10 has a known structure in which predetermined conductor circuits are formed on both surfaces of the insulating layer 11, and is formed slightly larger than the outer shape of the LED chip 20. A part of the conductor circuit is a land 12. Of the front and back lands 12, the front surface land 12 A provided on the surface on which the LED chip 20 is mounted (the upper surface in FIG. 1) is for connection with the electrode 23 provided on the LED chip 20. is there. On the other hand, the back surface side land 12B provided on the opposite surface (the lower surface in FIG. 1) is for connection to an external substrate (not shown). The front side land 12 A and the back side land 12 B are electrically connected by a via hole 13 penetratingly formed in the insulating layer 11. Further, substrate-side bumps 14 for connection to an external substrate (not shown) are formed on the rear surface side land 12B.

このプリント基板１０上に搭載されるＬＥＤチップ２０は、青色発光ダイオードのチップであって、例えばサファイア基板、窒化ガリウム基板等の半導体基板２１の一面側（図１の下面側）にｎ型、ｐ型の半導体層の複数を積層した発光素子層２２が設けられた周知の構造のものである。ＬＥＤチップ２０において発光素子層２２が形成された側の面には電極２３が形成されており、この電極２３上にはチップ側バンプ２４が形成されている。 The LED chip 20 mounted on the printed circuit board 10 is a blue light emitting diode chip, and is n-type and p-type on one surface side (lower surface side in FIG. 1) of a semiconductor substrate 21 such as a sapphire substrate or a gallium nitride substrate. It has a well-known structure provided with a light emitting element layer 22 in which a plurality of type semiconductor layers are stacked. An electrode 23 is formed on the surface of the LED chip 20 on which the light emitting element layer 22 is formed, and a chip-side bump 24 is formed on the electrode 23.

このＬＥＤチップ２０は、プリント基板１０上にフリップチップ実装されており、チップ側バンプ２４を介して、電極２３とプリント基板１０における表面側ランド１２Ａとが電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２０はチップ側バンプ２４の高さ分だけプリント基板１０から浮かせて実装されている。 The LED chip 20 is flip-chip mounted on the printed circuit board 10, and the electrode 23 and the front surface land 12 A on the printed circuit board 10 are electrically connected via a chip-side bump 24. The LED chip 20 is mounted so as to float from the printed board 10 by the height of the chip-side bump 24.

なお、１枚のプリント基板１０上にはただ１つのＬＥＤチップ２０が実装されている。加えて、プリント基板１０においてＬＥＤチップ２０側の電極２３と接続される表面側ランド１２Ａ、およびこの表面側ランド１２Ａとビアホール１３を介して接続されて外部基板との接続に使用される裏面側ランド１２Ｂの配列は、電極２３の配列と同一とされている。 Note that only one LED chip 20 is mounted on one printed circuit board 10. In addition, the front side land 12A connected to the electrode 23 on the LED chip 20 side in the printed circuit board 10, and the back side land used for connection to the external board connected to the front side land 12A via the via hole 13 The arrangement of 12B is the same as the arrangement of the electrodes 23.

このＬＥＤチップ２０は、ケース部材３０によって覆われている。ケース部材３０は、プリント基板１０上にＬＥＤチップ２０の外周を囲うように立設される矩形枠状のダム部３１を備えている。ダム部３１は、例えばダム印刷によってプリント基板１０上に形成することができ、その高さはＬＥＤチップ２０よりもやや高くされている。なお、ダム部３１は、内部に封入される冷媒Ｒ（詳細は後述）の熱による膨張圧に耐えうる程度の剛性を有するものであることが好ましく、例えばシリコンにより形成されたものを使用できる。ダム部３１の対辺となる２辺を金属製とすれば、放熱性が良好となるので、さらに好ましい。 The LED chip 20 is covered with a case member 30. The case member 30 includes a rectangular frame-shaped dam portion 31 standing on the printed circuit board 10 so as to surround the outer periphery of the LED chip 20. The dam part 31 can be formed on the printed circuit board 10 by, for example, dam printing, and the height thereof is slightly higher than that of the LED chip 20. The dam portion 31 preferably has a rigidity sufficient to withstand the expansion pressure caused by the heat of the refrigerant R (details will be described later) sealed therein, and may be formed of silicon, for example. It is more preferable that the two sides that are opposite sides of the dam portion 31 are made of metal because heat dissipation is improved.

このダム部３１における天井部の開口には、薄板状の窓板部３２（本発明の透光部に該当する）が覆い付けられている。窓板部３２はＬＥＤチップ２０および蛍光体Ｐからの発光を透過可能なものであることを要し、さらに、放熱効率を考慮すれば、ある程度の熱伝導性を有するものであることが好ましい。具体的には、ガラス、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）膜を上側（図１における上側）から順番に積層した板状体等を使用することが好ましい。 The opening of the ceiling portion in the dam portion 31 is covered with a thin plate-like window plate portion 32 (corresponding to the light transmitting portion of the present invention). The window plate portion 32 needs to be capable of transmitting light emitted from the LED chip 20 and the phosphor P, and preferably has a certain degree of thermal conductivity in consideration of heat dissipation efficiency. Specifically, it is preferable to use a plate or the like in which glass and an indium tin oxide (ITO) film are laminated in order from the upper side (the upper side in FIG. 1).

このケース部材３０の内部は、液状の冷媒Ｒで満たされている。冷媒Ｒは、絶縁性でＬＥＤチップ２０やプリント基板１０の材料と反応しない液体であれば特に制限はなく、例えば、住友スリーエム（株）製「フロリナート（登録商標）」、ソルベイソレクシス（株）製「ガルデン（登録商標）」等の不燃性であるフッ素系不活性液を使用できる。
なお、冷媒Ｒは、沸点１５０℃以上の液体が好ましく、沸点２００℃以上の液体であればさらに好ましい。 The inside of the case member 30 is filled with a liquid refrigerant R. The refrigerant R is not particularly limited as long as it is an insulating liquid that does not react with the material of the LED chip 20 or the printed circuit board 10. A non-flammable fluorine-based inert liquid such as “Galden (registered trademark)” manufactured by the Company can be used.
The refrigerant R is preferably a liquid having a boiling point of 150 ° C. or higher, and more preferably a liquid having a boiling point of 200 ° C. or higher.

窓板部３２の外面には、蛍光体膜３３（本発明の蛍光部に該当する）が貼り付けられている。この蛍光体膜３３は、蛍光体Ｐの粒子を透光性の樹脂（例えばエポキシ樹脂）に分散して膜状に形成したものである。蛍光体Ｐの材料としては、ＬＥＤチップ２０から発せられる青色の光によって励起されて黄色の光を発光するものであればよく、例えばＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）系の蛍光体を使用することができる。使用する蛍光体Ｐの粒子は、粒子径がナノ（ｎｍ）スケールの微細なナノ粒子であることが好ましい。粒子の表面で励起が起こるため、表面積が大きいほど効率的な色変換が可能となる。なお、使用する蛍光体Ｐの粒子径は、１００μｍ以下が好ましい。ナノスケールの微細なナノ粒子であれば更に好適である。 A phosphor film 33 (corresponding to the fluorescent part of the present invention) is attached to the outer surface of the window plate part 32. The phosphor film 33 is formed by dispersing phosphor P particles in a translucent resin (for example, epoxy resin) to form a film. As a material of the phosphor P, any material that emits yellow light when excited by blue light emitted from the LED chip 20 is used. For example, a YAG (yttrium-aluminum-garnet) phosphor is used. Can do. The particles of the phosphor P to be used are preferably fine nanoparticles having a nanometer (nm) scale. Since excitation occurs on the surface of the particle, the larger the surface area, the more efficient color conversion becomes possible. The particle size of the phosphor P to be used is preferably 100 μm or less. Nanoscale fine nanoparticles are more preferable.

次に、上記のように構成された本実施形態の作用および効果について説明する。 Next, the operation and effect of the present embodiment configured as described above will be described.

このＬＥＤパッケージ１は、基板側バンプ１４を介して外部基板等に接続され、使用される。ＬＥＤパッケージ１に給電がなされると、ＬＥＤチップ２０の発光素子層２２からは青色の光が発せられ、窓板部３２から外部へ投光される。この際、窓板部３２を透過しようとする光の一部によって蛍光体膜３３に存在する蛍光体Ｐが励起され、黄色の光を発する。これら青色の光と黄色の光が混色されることにより、ＬＥＤパッケージ１の窓板部３２から投光される光は白色となる。 This LED package 1 is used by being connected to an external substrate or the like via a substrate-side bump 14. When power is supplied to the LED package 1, blue light is emitted from the light emitting element layer 22 of the LED chip 20, and is projected from the window plate portion 32 to the outside. At this time, the phosphor P existing in the phosphor film 33 is excited by a part of the light which is about to pass through the window plate portion 32 and emits yellow light. By mixing these blue light and yellow light, the light projected from the window plate portion 32 of the LED package 1 becomes white.

ＬＥＤチップ２０が動作している間、発光素子層２２からは熱が発生する。ここで、ケース部材３０の内部には冷媒Ｒが封入されているので、この冷媒ＲがＬＥＤチップ２０から熱を受け取る。本実施形態では、ＬＥＤチップ２０はチップ側バンプ２４の高さ分だけプリント基板１０から浮かせて実装されているから、冷媒ＲがＬＥＤチップ２０とプリント基板１０との隙間に入り込んで、ＬＥＤチップ２０における発光素子層２２側の面に直接に接触し、冷却する。 While the LED chip 20 is operating, heat is generated from the light emitting element layer 22. Here, since the refrigerant R is sealed inside the case member 30, the refrigerant R receives heat from the LED chip 20. In the present embodiment, the LED chip 20 is mounted so as to float from the printed board 10 by the height of the chip-side bump 24, so that the refrigerant R enters the gap between the LED chip 20 and the printed board 10, and the LED chip 20. It directly contacts the surface on the light emitting element layer 22 side and cools.

ＬＥＤチップ２０の周囲に存在する冷媒Ｒは熱を受け取って温まり、これにより、冷媒Ｒに熱対流が生じる。そして、この熱対流に乗って熱がケース部材３０まで伝えられ、ケース部材３０を介して大気中に放散される。これにより、高効率の放熱が可能となる。この放熱により、ＬＥＤチップ２０で発生した熱が電極を通じて基板側に伝熱されていた現象が軽減される。 The refrigerant R present around the LED chip 20 receives the heat and warms up, thereby causing thermal convection in the refrigerant R. Then, the heat is transmitted to the case member 30 by this thermal convection and is dissipated into the atmosphere through the case member 30. Thereby, highly efficient heat dissipation becomes possible. Due to this heat dissipation, the phenomenon that the heat generated in the LED chip 20 is transferred to the substrate side through the electrodes is reduced.

また、１枚のプリント基板１０上にはただ１つのＬＥＤチップ２０が実装されている。加えて、プリント基板１０においてＬＥＤチップ２０側の電極２３と接続される表面側ランド１２Ａ、およびこの表面側ランド１２Ａとビアホール１３を介して接続されて外部基板との接続に使用される裏面側ランド１２Ｂの配列は、ＬＥＤチップ２０側の電極２３の配列と同一とされている。これにより、ＬＥＤパッケージ１の実装面積をチップサイズに近いサイズにまで小型化でき、ＬＥＤパッケージ１をＬＥＤチップ２０と同様に取り扱うことができる。また、外部基板側のランド構造を、ＬＥＤチップ２０を直接に実装する場合とＬＥＤパッケージ１を実装する場合とで変更する必要がないから、設計を汎用化できる。表面側ランド１２Ａ及び裏面側ランド１２Ｂの配列は、ＬＥＤチップ２０側の電極２３の配列と同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。 Further, only one LED chip 20 is mounted on one printed board 10. In addition, the front side land 12A connected to the electrode 23 on the LED chip 20 side in the printed circuit board 10, and the back side land used for connection to the external board connected to the front side land 12A via the via hole 13 The arrangement of 12B is the same as the arrangement of the electrodes 23 on the LED chip 20 side. Thereby, the mounting area of the LED package 1 can be reduced to a size close to the chip size, and the LED package 1 can be handled in the same manner as the LED chip 20. Moreover, since it is not necessary to change the land structure on the external substrate side between the case where the LED chip 20 is directly mounted and the case where the LED package 1 is mounted, the design can be generalized. The arrangement of the front side land 12A and the rear side land 12B is preferably the same as the arrangement of the electrodes 23 on the LED chip 20 side, but may be different.

以上のように、本実施形態のＬＥＤパッケージ１においては、ＬＥＤチップ２０を覆うケース部材３０の内部に冷媒Ｒが封入されている。このような構成によれば、発熱するＬＥＤチップ２０とその周囲に存在する冷媒Ｒとの間で熱交換が起こり、冷媒Ｒに熱対流が生じる。そして、この熱対流に乗って熱がケース部材３０まで伝えられ、ケース部材３０を介して大気中に放散される。これにより、高効率の放熱が可能となる。 As described above, in the LED package 1 of the present embodiment, the refrigerant R is sealed inside the case member 30 that covers the LED chip 20. According to such a configuration, heat exchange occurs between the LED chip 20 that generates heat and the refrigerant R present around the LED chip 20, and heat convection occurs in the refrigerant R. Then, the heat is transmitted to the case member 30 by this thermal convection and is dissipated into the atmosphere through the case member 30. Thereby, highly efficient heat dissipation becomes possible.

本発明の技術的範囲は、上記した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）ＬＥＤパッケージとして、上記実施形態では青色発光ダイオードのチップ２０とＹＡＧ系の蛍光体Ｐとの組み合わせによる白色ＬＥＤパッケージを例示したが、ＬＥＤチップ２０と蛍光体Ｐとの組み合わせには特に制限はなく、いかなる組み合わせであっても良い。 The technical scope of the present invention is not limited by the above-described embodiments, and, for example, those described below are also included in the technical scope of the present invention.
(1) As the LED package, in the above-described embodiment, the white LED package by the combination of the blue light emitting diode chip 20 and the YAG phosphor P is exemplified, but the combination of the LED chip 20 and the phosphor P is particularly limited. Any combination is possible.

（２）上記実施形態では、プリント基板１０は絶縁層１１の両面に所定の導体回路が形成された単層の基板であったが、複数の絶縁性基板と導体層とが積層された多層プリント配線板であっても構わない。プリント基板１０は、ガラス基板あるいはセラミックス基板に貫通電極を設けた構造であれば、放熱効果が高く、機械剛性も向上するため、更に好適である。 (2) In the above embodiment, the printed board 10 is a single-layer board in which predetermined conductor circuits are formed on both surfaces of the insulating layer 11, but a multilayer print in which a plurality of insulating boards and conductor layers are laminated. It may be a wiring board. If the printed circuit board 10 has a structure in which a through electrode is provided on a glass substrate or a ceramic substrate, the heat dissipation effect is high and the mechanical rigidity is improved, which is more preferable.

（３）上記実施形態では、ＬＥＤパッケージ１は１枚のプリント基板１０上にはただ１つのＬＥＤチップ２０が実装されているものであったが、例えば２つ以上の発光ダイオードチップがケース部材中に封入されていても構わない。 (3) In the above embodiment, the LED package 1 has only one LED chip 20 mounted on one printed circuit board 10, but for example, two or more light-emitting diode chips are in the case member. It does not matter if it is enclosed in.

（４）上記実施形態では、蛍光体として１種類が使用されていたが、２種以上の互いに異なる蛍光を発する蛍光体が使用されていても構わない。 (4) In the said embodiment, although 1 type was used as a fluorescent substance, the fluorescent substance which emits 2 or more types of mutually different fluorescence may be used.

ＬＥＤパッケージの概略側断面図Schematic side sectional view of LED package

Explanation of symbols

１…ＬＥＤパッケージ
１０…プリント基板（基板）
２０…ＬＥＤチップ
３０…ケース部材
３２…窓板部（透光部）
３３…蛍光体膜（蛍光部）
Ｐ…蛍光体
Ｒ…冷媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED package 10 ... Printed circuit board (board | substrate)
20 ... LED chip 30 ... Case member 32 ... Window plate part (translucent part)
33 ... phosphor film (fluorescent part)
P ... phosphor R ... refrigerant

Claims

A substrate,
A light emitting diode chip mounted on the substrate;
A case member that is provided on the substrate and covers the light emitting diode chip, and includes a translucent part capable of transmitting light from the light emitting diode chip;
A fluorescent part that includes a phosphor that is provided in the light transmitting part and emits fluorescence upon receiving light from the light emitting diode chip;
A liquid refrigerant sealed inside the case member;
In a light emitting diode package comprising :
A light emitting diode package, wherein an ITO film is provided on a surface of the light transmitting portion that contacts the refrigerant.