JP5175488B2 - 多層反射面構造を有するｌｅｄパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を光源として使用する高輝度及び高出力の発光ＬＥＤパッケージに関するものであって、より詳しくは、アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ）基板に光源を装着し、光源の周囲に一体で多層反射面を形成することにより光効率を向上させ、発光作用中にＬＥＤ素子から放熱効果を高めることが出来ることにより、ＬＥＤ素子の使用寿命を伸ばし、高輝度及び高出力を維持することが出来るよう改善された多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージに関する。

現在、光源としてＬＥＤ素子を有する従来のＬＥＤパッケージ３００は、図１に図示された通り、基板３１０上にＬＥＤ素子３１５を実装し、これを電源に電気的に連結した後に発光させることになる。

このようなＬＥＤパッケージ３００においてＬＥＤ素子３１５は、その特性に応じて光を発生させると同時に熱を発生させ、その熱の外部放出がきちんとされず過熱されると、その使用寿命及び出力効率を維持することが出来ない。

従来のＬＥＤパッケージ３００は、固定用電極パターン３０５を有する回路基板３１０に光源としてＬＥＤ素子３１５を実装し、上記基板３１０の前面としては、基板３１０と外形のサイズが大体類似で、内側に放射状の反射面３２２を有する反射部材３２０をエポキシレジンなどで一体化して固定させた構造である。

このような従来のＬＥＤパッケージ３００は、反射部材３２０に傾斜貫通された反射面３２２を有し、このような反射面３２２を通じてＬＥＤ素子３１５からの光を前面へ反射させる。

ところが、上記のような従来のＬＥＤパッケージ３００は、基板３１０の材料として熱伝導性の高い、即ち放熱機能に優れた金属材料、例えばアルミニウムなどを使用していないため、ＬＥＤ素子３１５の発光作動中に優れた放熱効果を得ることが出来ない。

また従来のＬＥＤパッケージ３００は、上記基板３１０に反射部材３２０を別途の工程で固定させるべきであるため、製造工程の簡略化が困難で、それによる組み立て費用の上昇を招いた。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのものであって、その目的は、基板に反射面を多層に一体で形成することにより、製作工程の単純化を通じて製作費用を低減することが出来る多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを提供することにある。

そして本発明は、基板を通じてＬＥＤ素子の優れた放熱効果が得られることにより、低電力発光ダイオードチップだけでなく、高電力発光ダイオードチップにも適用することができ、使用寿命と発光効率を大きく増大させることが出来る多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを提供することに目的がある。

上記のような目的を達成すべく、本発明は、アルミニウム材料で一体に形成され、表面に凹空間が形成され、前記凹空間の側面に中間段差を有し、前記側面の前記中間段差、前記中間段差と上面との間の１次傾斜反射面、前記中間段差と中央反射面との間の２次傾斜反射面、並びに、前記中央反射面に、光を反射する多層反射面が形成された基板と、前記基板の上部および下部面に形成された電極パターンと、前記凹空間の前記中央反射面に形成された前記反射面上に装着され、前記電極パターンに電気的に連結された光源と、前記電極パターンと前記基板との間に形成されたアノダイジング絶縁層と、前記基板の前記光源を覆うモールディング部と、を含み、前記基板の少なくとも一つのコーナーに、前記基板を貫通する貫通孔が形成され、前記基板の上部に形成された前記電極パターンが、前記貫通孔を通じて、前記基板の下部面に形成された前記電極パターンに電気的に連結され、前記基板は、前記光源のＬＥＤ素子の下部において優れた伝熱特性の放熱領域を形成するものであり、前記ＬＥＤ素子は前記多層反射面の前記中央反射面と接し、前記ＬＥＤ素子の下部面端子は前記基板に安着されており、かつ、前記基板と電気的に導通し、前記中間段差は上部平面視において円周形状を有し、前記中間段差の一部には円周に沿って円弧形状の、ワイヤを通じて前記光源に電気的に連結される配線が形成されている多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを提供する。

そして好ましくは、前記多層反射面は、反射率が優れた金属である銀（Ａｇ）がコーティング処理されたことを特徴とする多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを提供する。

また好ましくは、前記貫通孔の表面は、ニッケル、銅、金および銀の少なくとも一つでめっき処理されていることを特徴とする多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを提供する。

本発明によると、基板がアルミニウム材料からなり、アノダイジング処理して絶縁層を形成するものであるため、これを通じたＬＥＤ素子の優れた放熱効果を得ることができ、それによって、ＬＥＤパッケージの使用寿命と発光効率を大きく増大させることが出来る効果を有する。

また本発明は、反射面を基板に凹溝の形態で一体で形成しモールディング部を形成するため、別途の従来の反射部材などのような接合工程が不要で、製作工程の単純化を成すことができ、これを通じて製作費用の低減を成すことが出来る効果が得られる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照にさらに詳しく説明する。
本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ１は、図２に図示された通り、アルミニウム材料からなる基板１０が提供される。上記基板１０は、相対的に低価かつ製作が容易なアルミニウム材料である。

このような基板１０には一側面中央に反射面３０が形成される。上記反射面３０は基板１０をエッチングして形成された凹空間からなるものであって、以後に説明される光源２０が安着する平らな中央反射面３２、即ちダイボンディング反射面と、上記中央反射面３２を囲う傾斜反射面３４ａ、３４ｂ、即ちリフレクタ反射面を多層として含む。

そして、上記傾斜反射面３４ａ、３４ｂには 、反射率に優れた銀材料がコーティングされ光効率を向上させることが出来る。

また、上記基板１０には光源２０に電源を供給するための電極パターン１２ａ、１３ａが形成される。上記電極パターン１２ａ、１３ａは、反射面３０が形成された基板１０の表面に形成され、上記基板１０の一側（上部）面に形成された電極パターン１２ａ、１３ａは光源２０を成すＬＥＤ素子と電気的に連結されるためのもので、その反対側面（下部面）に形成された電極パターン１２ｂ、１３ｂは本ＬＥＤパッケージ１が表面実装（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型として他の基板（未図示）の表面に実装され電気的に連結されるためのパッドを形成するものである。

また、上記のような一側面とその反対側面の電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは基板１０を貫通する多数の貫通孔１６を通じて電気的に連結されている。

上記貫通孔１６はドリル、レーザ、エッチング等の工程を通じて形成され、その孔１６の表面はニッケル、銅、金、銀などでめっき処理され基板１０の電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂが相互電気的に連結されるようにしたものである。上記貫通孔１６はその断面が円形、四角形または三角形からなることが出来る。

そして本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ１は、上記電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと基板１０との間に形成されたアノダイジング絶縁層３５を備える。

上記アノダイジング絶縁層３５は、上記電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂが基板１０に対して絶縁されるよう形成されたものであって、これはアルミニウム材料の基板１０を大体１０〜１００μｍの厚さでアノダイジング、即ち陽極酸化処理して基板１０を局所的または部分的に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）処理したものである。

このようなアノダイジング絶縁層３５は多孔質の構造を有するものであって、伝熱性能はやや衰えるものの絶縁性能は非常に優れたものであるため、絶縁層として使用され、上記電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと基板１０との間に形成され上記電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂが光源２０の発光作用に必要な電源を供給することが出来るようしたものである。そして、このようなアノダイジング絶縁層３５は上記貫通孔１６にも形成され、電極部分と基板１０とを電気的に絶縁する。

図３及び図４に図示された本発明によるＬＥＤパッケージ１の場合、基板１０の上部側電極パターン１２ａは、基板１０の上部から多層反射面３０の中間段差３４ｃ部分まで延長されて形成され（−）極を提供し、パッケージ実装時に上記貫通孔１６のめっき層を通じて下部側電極パターン１２ｂに電気的に連結される。このような電極パターン１２ａは、基板１０との間にアノダイジング絶縁層３５が形成され、基板１０と絶縁状態を成し光源２０にはワイヤ４０を通じて電気的に連結される。

一方、これに対応して（＋）極を提供する他側電極パターン１３ａは、基板１０の上部面と貫通孔部分とに形成されたアノダイジング絶縁層３５上に形成されるが、下部側電極パターン１３ｂの一部は基板１０の下部面に直接形成され、外部電源（未図示）から提供される（＋）極を基板１０に提供する。従って、上記基板１０は、その反射面３０の中央に固定された光源２０の下部面端子に（＋）極を電気的に連結する。

図３及び図４に関連して提示された電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは単なる本発明の例示的な説明構造で、本発明はこれに限定されず、より多様な電極パターンとアノダイジング絶縁層の配置を通じて光源に電気的に連結されることが出来る。

さらに、本発明は白色光を発散するため青色ＬＥＤ素子、赤色ＬＥＤ素子及び緑色ＬＥＤ素子を光源として備え、これらそれぞれのＬＥＤ素子を基板１０から提供される（＋）または（−）極性の電気端子及び電極パターンと、ワイヤ４０とを通じて連結される。このような場合にも、光源は上記基板１０に形成されたアノダイジング絶縁層３５により絶縁状態を維持し、アノダイジング絶縁層上に形成された電極パターンをワイヤ４０を通じて連結する。

このように本発明は、アノダイジング絶縁層３５を通じて多様に電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂを設計し、基板１０と絶縁させつつ光源２０に電源を提供することが出来る。

そして、本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ１は、上記基板１０の光源２０上に覆われるモールディング部７０を含む構造である。上記モールディング部７０は、図５に図示された通り、基板１０の反射面３０を形成する空間部分に透明または混合物が含まれたシリコン樹脂、エポキシ樹脂またはエポキシモールディングコンパウンド（ＥＭＣ）などをディスペンシングして形成される。

このようなモールディング部７０は、図５（ａ）に図示された通り、その上部面が膨らんだ構造を形成し、内部には１次及び２次またはそれ以上の多層傾斜反射面３４ａ、３４ｂ、即ちリフレクタ反射面を含む構造であることができ、図５（ｂ）に図示された通り、２次傾斜反射面３４ｂのみ含む構造であることが出来る。

また、上記モールディング部７０は、図５（ｃ）に図示された通り、１次及び２次またはそれ以上の多層傾斜反射面３４ａ、３４ｂを備えるが、その上部面は平面構造を有することが出来る。

そして、このように配置された本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ１は、上記光源２０の下部面にアルミニウム材料の放熱部６０が形成されるため、放熱性能が非常に優れている。

上記のような本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージの製造方法は下記のような工程段階により行われる。

先ず、図６に図示された通り、基板１０の一側外表面をエッチングして多層反射面３０を形成する段階が行われる。

上記反射面３０は、光源２０が安着する平らな中央反射面３２と、上記中央反射面３２を囲う傾斜反射面３４ａ、３４ｂとを含み、上記反射面３０の形成段階は図６（ａ）乃至６（ｄ）に図示された通り、アルミニウム基板１０の一側面に１次フォトレジスタ層１１を形成し、選択的にエッチングして１次傾斜反射面３４ａを形成する。

そして１次傾斜反射面３４ａを形成した後、その内側に２次傾斜反射面３４ｂを形成するため２次フォトレジスタ層１４を形成し、選択的にエッチングして２次傾斜反射面３４ｂと光源２０が安着される中央反射面３２とを形成する。

このような手順を繰り返して所望の多層反射面３４ａ、３４ｂを形成した後には、上記基板１０をアノダイジング処理して絶縁層３５を形成する段階が行われる。このような場合、図６（ｅ）及び６（ｆ）に図示された通り、上記基板１０の表面をアノダイジング処理して酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の絶縁層３５を形成する。

このような場合、一つのワイヤ４０配線が光源２０の上部面から行われ、もう一つは光源２０の下部面から行われる垂直電極が光源として使用されると、上記中央反射面３２の一部にはアノダイジング処理をしないことにより、光源２０が安着して基板１０と電気的に連結される構造を形成することが出来る。

次は、上記反射面３０に反射率に優れた金属材料をコーティングする段階をさらに含むことが出来る。このような反射面３０のコーティング段階は、反射率に優れた金属である銀（Ａｇ）を用いて処理する。

このような反射面３０のコーティング部分は、電極パターンが形成されるアノダイジング絶縁層３５の部分が除外され、アノダイジング絶縁層３５の上部に形成される電極パターン１２ａとコーティング部分は電気的に絶縁処理される。

次いで、上記基板１０上に電極パターン１２ａ、１２ｂを形成する段階が行われる。これは図６（ｇ）に図示された通り、アノダイジング絶縁層３５上に様々な電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂを形成する。

このような電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは、光源２０であるＬＥＤ素子のタイプ、即ちＬＥＤ素子のワイヤ４０配線が上部面において両側から行われる水平電極タイプであるか、または一つのワイヤ４０配線がＬＥＤ素子の上部面から行われ、もう一つはＬＥＤ素子の下部面から行われる垂直電極であるか、などのＬＥＤ素子のタイプによって、そして装着されるＬＥＤ素子の数によって多様に基板１０上に形成される。

また、このように電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂを形成した後には、上記基板１０に光源２０を装着して電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに電気的連結を成す段階が行われる。

このような段階は、図６ｈ）に図示された通り、ワイヤ４０を通じて電気的に連結される。

図６（ｈ）には垂直電極が基板上に装着されたものであって、光源２０の下部面は、基板１０に装着され（＋）電源が提供され、上記基板１０とは絶縁処理された上部面の電極パターン１２ａを通じて（−）電源が電気的に連結される。

そして上記のように、光源２０と電極パターン１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂとの電気的連結の後は、基板１０にモールディング部７０を形成する段階が行われる。このような段階は、図６（ｉ）に図示された通り、基板１０の反射面３０が形成された窪んだ空間内に透明または混合物が含まれたシリコン樹脂、エポキシ樹脂またはエポキシモールディングコンパウンド（ＥＭＣ）などをディスペンシングして硬化させる。

このようなモールディング部７０は、その上部面が膨らんだ構造を形成し内部には１次及び２次またはそれ以上の多層傾斜反射面３４ａ、３４ｂを含む構造であることができ、単一傾斜反射面３４ｂのみ含む構造であることも出来る。

また、上記モールディング部７０は、１次及び２次またはそれ以上の多層傾斜反射面３４ａ、３４ｂを備えるが、その上部面は平面構造を有することが出来る。

このような工程を通じて製作された本発明の多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ１は、上記光源２０のＬＥＤ素子の下部面にアルミニウム材料の基板１０が形成されるため、その放熱性能が非常に優れている。

一方本発明は、上記のようにＬＥＤパッケージ１をそれぞれ一つずつ別個で製作することも出来るが、これとは異なって図７に図示された通り、上記パッケージ１を一つの大きい母基板８０からダイシング処理して形成することが出来る。

即ち、一つの大きい母基板８０に備えられた各々のパッケージに対して上記のような製作工程を実施した後、多数のＬＥＤパッケージ１を各々ダイシング処理して個別的に本発明のＬＥＤパッケージ１を構成することが出来る。

このような母基板８０を用いて多数のＬＥＤパッケージ１を同時に生産する工程は、当業界では知られているため、これについての詳しい説明は省略する。

上記のような工程を通じて製作された本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ１は、基板１０がアルミニウム材料からなり、このようなアルミニウム材料の基板１０は、光源２０の下部において優れた伝熱特性の放熱領域６０を形成するものであるため、光源２０の発光途中に発生する熱の高い放熱効果が得られる。

さらに、基板１０に反射面３０を一体で形成し、反射面３０が形成された空間にモールディング部７０を容易に注入して形成することが出来るため、製作工程の単純化を通じて低価の高性能ＬＥＤパッケージを具現することが出来る。

本発明は、特定の実施例に関して図示し説明したが、これは単なる例示として本発明を説明するために記載されたものであって、本発明をこのような特定構造に制限するのではない。当業界において通常の知識を有している者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることが分かる。ところが、このような修正及び変形構造は何れも本発明の権利範囲内に含まれることを明らかにする。

従来の技術によるＬＥＤパッケージを図示した分解斜視図である。 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを図示した外観斜視図である。 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを図示した平面図であって、（ａ）は上部平面図、（ｂ）は下部平面図である。 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを図示した側断面図であって、（ａ）は図３のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージを図示した側面図であって、（ａ）はモールディング部が多層反射面を含み球面を形成した側面図、（ｂ）はモールディング部が一つの反射面を含み球面を形成した側面図、（ｃ）はモールディング部が多層反射面を含み平面を形成した側面図である。 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージの製作工程を段階的に図示した工程説明図である。 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージが母基板からダイシング処理され同時に多数個が製作される状態を図示した説明図である。

符号の説明

１ 本発明による多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ
１０ アルミニウム基板
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ 電極パターン
１６ 貫通孔（Ｖｉａ）
２０ 光源
３０ 反射面
３２ 中央反射面
３４ａ、３４ｂ 傾斜反射面
３５ アノダイジング絶縁層
４０ ワイヤ
７０ モールディング部
３００ 従来のＬＥＤパッケージ
３１０ 基板
３１５ ＬＥＤ素子
３２０ 反射部材
３２２ 反射面（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）

Claims (3)

1. アルミニウム材料で一体に形成され、表面に凹空間が形成され、前記凹空間の側面に中間段差を有し、前記側面の前記中間段差、前記中間段差と上面との間の１次傾斜反射面、前記中間段差と中央反射面との間の２次傾斜反射面、並びに、前記中央反射面に、光を反射する多層反射面が形成された基板と、
   前記基板の上部および下部面に形成された電極パターンと、
   前記凹空間の前記中央反射面に形成された前記反射面上に装着され、前記電極パターンに電気的に連結された光源と、
   前記電極パターンと前記基板との間に形成されたアノダイジング絶縁層と、
   前記基板の前記光源を覆うモールディング部と、を含み、
   前記基板の少なくとも一つのコーナーに、前記基板を貫通する貫通孔が形成され、前記基板の上部に形成された前記電極パターンが、前記貫通孔を通じて、前記基板の下部面に形成された前記電極パターンに電気的に連結され、
   前記基板は、前記光源のＬＥＤ素子の下部において優れた伝熱特性の放熱領域を形成するものであり、
   前記ＬＥＤ素子は前記多層反射面の前記中央反射面と接し、
   前記ＬＥＤ素子の下部面端子は前記基板に安着されており、かつ、前記基板と電気的に導通し、
   前記中間段差は上部平面視において円周形状を有し、前記中間段差の一部には円周に沿って円弧形状の、ワイヤを通じて前記光源に電気的に連結される配線が形成されていることを特徴とする多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ。
2. 前記多層反射面は、反射率が優れた金属である銀（Ａｇ）がコーティング処理されたことを特徴とする請求項１に記載の多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ。
3. 前記貫通孔の表面は、ニッケル、銅、金および銀の少なくとも一つでめっき処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層反射面構造を有するＬＥＤパッケージ。

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