JP5130015B2 - 発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオードに関するものであり、特に、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオード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製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パッケージとして、熱伝導率が良く劣化のおそれがないセラミックス製のパッケージが用いられるようになっている（たとえば、特許文献１参照。）。

この従来のセラミックス製の発光ダイオード用パッケージは、ベース体となる矩形板状のグリーンシートの表面に電極端子及び配線パターンを形成するとともに、カバー体となる矩形板状のグリーンシートに複数個の開口を形成し、これら２枚のグリーンシートを重合し、その後、重合した２枚のグリーンシートを同時に焼成し、焼成後に各開口の近傍で切断することで、ベース体にカバー体を接着したセラミックス製の発光ダイオード用パッケージを製造していた。

特開２００３−３７２９８号公報

ところが、上記従来のセラミックス製の発光ダイオード用パッケージでは、ベース体とカバー体の素材としてセラミックスを使用しているために、放熱特性が良好で、強度も確保できるものであったが、近年の発光ダイオードに対するさらなる高輝度化や小型化の要求に伴って、発光ダイオードの発熱量が増大することが予想され、発光ダイオード用パッケージの放熱特性を向上させるとともに、発光ダイオード用パッケージの薄型化を図る必要があった。

そこで、請求項１に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、前記ベース体は、シート状の電極層とシート状の放熱層をシート状の絶縁層を介して積層して形成し、カバー体よりも電極層を大きなサイズにしてカバー体の周縁から電極層を張り出させて外部電極とするとともに、絶縁層を放熱層よりも大きなサイズにし、前記電極層は、金属板をスリットで分離して形成した複数の電極端子からなることにした。

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、前記絶縁層に開口を形成して、放熱層の表面に発光ダイオード素子を接着するための接着エリアを形成することにした。

また、請求項３に係る本はつめでは、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記絶縁層は、放熱層と電極層とを接着する絶縁性の接着剤で形成することにした。

また、請求項４に係る本発明では、発光ダイオードにおいて、前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る発光ダイオード用パッケージに発光ダイオード素子を実装することにした。

また、請求項５に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、金属板をスリットで分離することで複数の電極端子からなる電極層を形成し、カバー体よりも大きなサイズとなるシート状の電極層とシート状の放熱層を放熱層よりも大きなサイズとなるシート状の絶縁層を介して積層してベース体を形成し、その後、ベース体にカバー体を接着してカバー体の周縁から電極層を張り出させて外部電極とすることにした。

また、請求項６に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、金属板をスリットで分離することで複数の電極端子からなる電極層を形成し、カバー体よりも大きなサイズとなるシート状の電極層とシート状の放熱層を放熱層よりも大きなサイズとなる絶縁性の接着剤を介して積層してベース体を形成し、その後、ベース体にカバー体を接着してカバー体の周縁から電極層を張り出させて外部電極とすることにした。

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、本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージ又は同発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオードにおいて、シート状の電極層とシート状の放熱層をシート状の絶縁層を介して積層することによってベース体を形成しているために、ベース体の放熱特性を向上させることができ、発光ダイオード用パッケージ又は発光ダイオードの放熱特性を向上させるとともに、発光ダイオード用パッケージ又は発光ダイオードの薄型化を図ることができる。

特に、絶縁層に開口を形成して、放熱層の表面に発光ダイオード素子を接着するための接着エリアを形成した場合には、発光ダイオード素子を放熱層に直接接触させることができるので、発光ダイオード素子の熱を放熱層に直接伝導させて良好に放熱を行うことができ、より一層、発光ダイオード用パッケージ又は発光ダイオードの放熱特性の向上を図ることができる。

以下に、本発明に係る発光ダイオード及びそのパッケージの構造並びに製造方法について図面を参照しながら説明する。

［第１実施例］
図１に示すように、第１実施例に係る発光ダイオード１は、発光ダイオード用パッケージ２に３個の異なる発光色の発光ダイオード素子3a〜3cを実装したものである。

発光ダイオード用パッケージ２は、略矩形薄板状のベース体４と矩形板状のセラミックス製のカバー体５とを接着剤で貼着している。

ベース体４は、金属板からなるシート状の電極層６と金属板からなるシート状の放熱層７とをプリプレグからなるシート状の絶縁層８を介して積層して形成している。

電極層６は、中央部に形成した円形状の中央スリット9aとこの中央スリット9aから放射状に形成した６本の放射スリット9b〜9gとでスリット９を形成し、このスリット９によって金属板を６個の電極端子10a〜10f（配線パターン）に分離している。

放熱層７は、絶縁層８の中央部に貫通状の開口11を形成することによって表面中央部に発光ダイオード素子3a〜3cを接着するための円形状の接着エリア12を形成している。

絶縁層８は、放熱層７よりもひとまわり大きなサイズにして、電極層６と放熱層７との絶縁を確実に行えるようにしている。なお、絶縁層８は、電極層６と放熱層７とを絶縁できればよく、絶縁性の接着剤などで層状に形成したものでもよい。

カバー体５には、中央部に裏面から表面に向けて漸次拡径させた傾斜状の周面（テーパー面）を有する貫通状のテーパー孔からなる開口13を形成しており、この開口13の内側に形成される空間に３個の発光ダイオード素子3a〜3cを収容できるようにするとともに、この開口13の表面を各発光ダイオード素子3a〜3cから放射された光を外部へ向けて反射する反射面としている。

そして、発光ダイオード１は、ベース体４の放熱層７の表面に形成した接着エリア12に３個の発光ダイオード素子3a〜3cを接着するとともに、各発光ダイオード素子3a〜3cの上面の電極と電極層６に形成した電極端子10a〜10fとを金線14を用いてワイヤーボンディングし、さらには、カバー体５の開口13に透明の樹脂15を充填している。

この発光ダイオード１では、スリット９で分離された電極端子10a〜10fをカバー体５に接着することで、各電極端子10a〜10fの脱落を防止するとともに、カバー体５よりも電極層６を大きなサイズにしてカバー体５の周縁から電極層６を張り出させることで、各電極端子10a〜10fの外周端部を基板に半田付けするための外部電極としている。

この発光ダイオード１は、予め金属製の放熱シート16、プリプレグからなる絶縁シート17、金属製の電極シート18、セラミックス製のカバー体５を形成し、放熱シート16と絶縁シート17と電極シート18とを積層してベースシート19を形成し、その後、ベースシート19にカバー体５を接着し、ベースシート19の不要部分を切断除去してベース体４を形成することによって発光ダイオード用パッケージ２を製造している（図６〜図８参照。）。

放熱シート16は、図２に示すように、矩形平板状の金属板をプレス加工することで枠20の内側に複数個分（ここでは、６個分）の放熱層７となる放熱板21を形成している。

絶縁シート17は、図３に示すように、矩形平板状のプリプレグをプレス加工することで枠22の内側に複数個分（ここでは、６個分）の絶縁層８となる絶縁板23を形成している。絶縁板23には、各絶縁層８の中央部に開口11を形成している。

電極シート18は、図４に示すように、矩形平板状の金属薄板をエッチングすることで複数個分（ここでは、６個分）のスリット９と電極層６とを形成した電極板24を形成している。各スリット９は、円形状の中央スリット9aとこの中央スリット9aから放射状に形成した６本の放射スリット9b〜9gとで形成しており、このスリット９によって分離した電極端子10a〜10fを形成している。

カバー体５は、図５に示すように、矩形平板状のグリーンシート25に複数個分（ここでは、６個分）の開口13を形成するとともに、各開口13の周囲に溝26を形成し、その後、グリーンシート25を焼成してセラミックス製のカバーシート27を形成し、このカバーシート27を溝26を利用して複数個（ここでは、６個）に分断することによって形成している。

そして、図６及び図７に示すように、放熱シート16と絶縁シート17と電極シート18とを接着剤を介して積層することによって矩形薄板状のベースシート19を形成し、このベースシート19の所要位置にカバー体５を接着する。

ここでは、プリプレグからなる絶縁シート17を用いて放熱シート16と絶縁シート17と電極シート18とを積層してベースシート19を形成しているが、これに限られず、放熱シート16の表面又は電極シート18の裏面に絶縁性を有する硬化剤（接着剤やガラスなど）をスクリーン印刷した後に、この硬化剤を介して放熱シート16と電極シート18とを積層してベースシート19を形成してもよい。この場合には、層状に硬化した硬化剤が絶縁シート17（絶縁層８）として機能することになる。

その後、絶縁シート17に形成した開口11によって放熱シート16が露出して形成された各接着エリア12に３種類の発光ダイオード素子3a〜3cを接着し、各発光ダイオード素子3a〜3cの上面の電極と電極シート18に形成した電極端子10a〜10fとを金線14を用いてワイヤーボンディングし、その後、カバー体５の開口13に透明の樹脂15を充填して開口13を封止している。

最後に、図８に示すように、ベースシート19を所定のカッティングライン28で切断することによってベースシート19の不要部分を除去して所定形状のベース体４を形成し、これにより、複数個（ここでは、６個）の発光ダイオード１（発光ダイオード用パッケージ２）を同時に製造している。

［第２実施例］
図９に示すように、第２実施例に係る発光ダイオード31は、発光ダイオード用パッケージ32に発光ダイオード素子33を実装したものである。

発光ダイオード用パッケージ32は、略矩形薄板状のベース体34と矩形板状のセラミックス製のカバー体35とを接着剤で貼着している。

ベース体34は、セラミックス基板からなるシート状の電極層36と金属板からなるシート状の放熱層37とを絶縁性の接着剤からなるシート状の絶縁層38を介して積層して形成している。

電極層36は、中央部に形成した円形貫通状の中央スリット39aとこの中央スリット39aから上下に形成した上下スリット39b,39cとでスリット39を形成し、このスリット39によって左右一対の電極端子40a,40b（配線パターン）を分離形成している。

放熱層37は、絶縁層38の中央部に電極層36の中央スリット39aに連通する貫通状の開口41を形成することによって表面中央部に発光ダイオード素子33を接着するための円形状の接着エリア42を形成している。

絶縁層38は、電極層36の下面と放熱層37の上面との間に絶縁性の接着剤で層状に形成している。

カバー体35には、中央部に裏面から表面に向けて漸次拡径させた傾斜状の周面（テーパー面）を有する貫通状のテーパー孔からなる開口43を形成しており、この開口43の内側に形成される空間に発光ダイオード素子33を収容できるようにするとともに、この開口43の表面を発光ダイオード素子33から放射された光を外部へ向けて反射する反射面としている。

そして、発光ダイオード31は、ベース体34の放熱層37の表面に形成した接着エリア42に発光ダイオード素子33を接着するとともに、発光ダイオード素子33の上面の電極と電極層36に形成した電極端子40a,40bとを金線44を用いてワイヤーボンディングし、さらには、カバー体35の開口43に透明の樹脂45を充填している。

この発光ダイオード31では、スリット39で分離された電極端子40a,40bをカバー体35に接着することで、各電極端子40a,40bの剥離を防止するとともに、カバー体35よりも電極層36を大きなサイズにしてカバー体35の周縁から電極層36を張り出させることで、各電極端子40a,40bの外周端部を基板に半田付けするための外部電極としている。

この発光ダイオード31は、予め金属製の放熱シート46、セラミックス製の電極シート48、セラミックス製のカバー体35を形成し、放熱シート46と電極シート48とを接着剤からなる絶縁シート47を介して積層してベースシート49を形成し、その後、ベースシート49にカバー体35を接着し、ベースシート49の不要部分を切断除去してベース体34を形成することによって発光ダイオード用パッケージ32を製造している（図13〜図15参照。）。

放熱シート46は、図10に示すように、矩形平板状の金属板をプレス加工することで複数個分（ここでは、６個分）の左右一対のスリット50a,50bで分離した放熱層37となる放熱板51を形成している。

電極シート48は、図11及び図12に示すように、矩形平板状のグリーンシート52の所要位置にスルーホール53を形成するとともに、グリーンシート52の表面及び裏面に電極材（ここでは、銀ペースト）を印刷により所定形状に塗布し、その後、グリーンシート52の焼成温度よりも低い温度で電極材を焼結させて電極端子40a,40bを形成し、その後、グリーンシート52を焼成し、スルーホール53が四隅に位置するように複数個（ここでは、６個）に分断して形成している。

カバー体35は、第１実施例と同様にして形成している。

そして、図13及び図14に示すように、放熱シート46の表面又は電極シート48の裏面に絶縁性を有する硬化剤（接着剤やガラスなど）をスクリーン印刷した後に、この硬化剤を介して放熱シート46と電極シート48とを積層することによって矩形薄板状のベースシート49を形成し、このベースシート49の所要位置にカバー体35を接着する。

その後、図15に示すように、絶縁シート47に形成した開口41によって放熱シート46が露出して形成された接着エリア42に発光ダイオード素子33を接着し、発光ダイオード素子33の上面の電極と電極シート48に形成した電極端子40a,40bとを金線44を用いてワイヤーボンディングし、その後、カバー体35の開口43に透明の樹脂45を充填して開口43を封止している。

最後に、ベースシート49を所定のカッティングライン54で切断することによってベースシート49の不要部分を除去して所定形状のベース体23を形成し、これにより、複数個（ここでは、６個）の発光ダイオード31（発光ダイオード用パッケージ32）を同時に製造している。

以上に説明したように、上記発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32では、発光ダイオード素子3a〜3c,33を実装するための配線パターンを形成したベース体4,34に、発光ダイオード素子3a〜3c,33を収容するための開口13,43を形成したカバー体5,35を貼着している。

そして、上記発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32では、シート状の電極層6,36とシート状の放熱層7,37をシート状の絶縁層8,38を介して積層することによってベース体4,34を形成している。

そのため、上記発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32では、放熱層7,37によってベース体4,34の放熱特性を向上させることができるので、発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32の放熱特性を向上させることができ、しかも、ベース体4,34をシート状に形成することができるので、発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32の薄型化を図ることができる。

特に、上記発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32では、絶縁層8,38に開口11,41を形成し、放熱層7,37の表面に発光ダイオード素子3a〜3c,33を接着するための接着エリア12,42を形成している。

そのため、上記発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32では、発光ダイオード素子3a〜3c,33を放熱層7,37に直接接触させることができるので、発光ダイオード素子3a〜3c,33の熱を放熱層7,37に直接伝導させて良好に放熱を行うことができ、より一層、発光ダイオード1,31又は発光ダイオード用パッケージ2,32の放熱特性の向上を図ることができる。

第１実施例に係る発光ダイオードを示す平面図(a)、断面図(b)。 放熱シートを示す平面図。 絶縁シートを示す平面図。 電極シートを示す平面図。 カバーシートを示す平面図(a)、断面図(b)。 製造方法を示す斜視図。 製造方法を示す平面図。 製造方法を示す平面図。 第２実施例に係る発光ダイオードを示す平面図(a)、断面図(b)。 放熱シートを示す平面図。 電極シートの表面を示す平面図。 電極シートの裏面を示す平面図。 製造方法を示す斜視図。 製造方法を示す平面図。 製造方法を示す平面図。

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
3a〜3c 発光ダイオード素子 ４ ベース体
５ カバー体 ６ 電極層
７ 放熱層 ８ 絶縁層
９ スリット 9a 中央スリット
9b〜9g 放射スリット 10a〜10f 電極端子
11 開口 12 接着エリア
13 開口 14 金線
15 樹脂 16 放熱シート
17 絶縁シート 18 電極シート
19 ベースシート 20 枠
21 放熱板 22 枠
23 絶縁板 24 電極板
25 グリーンシート 26 溝
27 カバーシート 28 カッティングライン
31 発光ダイオード 32 発光ダイオード用パッケージ
33 発光ダイオード素子 34 ベース体
35 カバー体 36 電極層
37 放熱層 38 絶縁層
39 スリット 39a 中央スリット
39b,39c 上下スリット 40a,40b 電極端子
41 開口 42 接着エリア
43 開口 44 金線
45 樹脂 46 放熱シート
47 絶縁シート 48 電極シート
49 ベースシート 50a,50b スリット
51 放熱板 52 グリーンシート
53 スルーホール 54 カッティングライン

Claims (6)

1. 発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、
   前記ベース体は、シート状の電極層とシート状の放熱層をシート状の絶縁層を介して積層して形成し、カバー体よりも電極層を大きなサイズにしてカバー体の周縁から電極層を張り出させて外部電極とするとともに、絶縁層を放熱層よりも大きなサイズにし、前記電極層は、金属板をスリットで分離して形成した複数の電極端子からなることを特徴とする発光ダイオード用パッケージ。
2. 前記絶縁層に開口を形成して、放熱層の表面に発光ダイオード素子を接着するための接着エリアを形成した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。
3. 前記絶縁層は、放熱層と電極層とを接着する絶縁性の接着剤で形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオード用パッケージ。
4. 前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光ダイオード用パッケージに発光ダイオード素子を実装した発光ダイオード。
5. 発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、
   金属板をスリットで分離することで複数の電極端子からなる電極層を形成し、カバー体よりも大きなサイズとなるシート状の電極層とシート状の放熱層を放熱層よりも大きなサイズとなるシート状の絶縁層を介して積層してベース体を形成し、その後、ベース体にカバー体を接着してカバー体の周縁から電極層を張り出させて外部電極と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。
6. 発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、
   金属板をスリットで分離することで複数の電極端子からなる電極層を形成し、カバー体よりも大きなサイズとなるシート状の電極層とシート状の放熱層を放熱層よりも大きなサイズとなる絶縁性の接着剤を介して積層してベース体を形成し、その後、ベース体にカバー体を接着してカバー体の周縁から電極層を張り出させて外部電極と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。
   

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