JP5414718B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスバルブ内にリード線付のＬＥＤチップを封止した発光ダイオードの製造方法に関する。

従来、高い耐湿性を確保する等の目的で一対のリード線付のＬＥＤチップをガラスバルブによって気密に封止した発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。この発光ダイオードは、一方のリード線の上端にＬＥＤチップをダイボンディング（Ｄ／Ｂ）によって接合してＬＥＤチップの一方の電極を一方のリード線に電気的に接続し、ＬＥＤチップの他方の電極を他方のリード線の上端部にボンディングワイヤーによって電気的に接続し（ワイヤーボンディング（Ｗ／Ｂ））、ＬＥＤチップと両リード線の上端部分をガラスバルブによって気密に封止して構成されている。

この発光ダイオードの製造方法を説明すると、まず、上下方向に延びる一対のリード線にガラスビーズを夫々通し、両ガラスビーズを融着させることにより、両リード線の中間部にガラスビーズを固着させる。次に、一方のリード線の上端にＬＥＤチップをＡｇペースト等を用いてダイボンディングによって接合した後、ボンディングワイヤーによって他方のリード線の上端とＬＥＤチップとを接続する。そして、一方が閉塞されたガラス製筒の他方の開口部からＬＥＤチップと両リード線の上端部分をガラスビーズと共にガラス製筒内に挿入する。

次に、ガラスビーズに対応する位置でガラス製筒をバーナで加熱して溶融させ、ガラス製筒とガラスビーズとを融着させる。これにより、ガラス製筒の開口部がガラスビーズで気密に封止されてガラスバルブが形成され、ＬＥＤチップと両リード線の上端部分がガラスバルブによって封止される。そして、ガラス製筒の不要な部分を切除して、発光ダイオードが完成する。

ところで、ＬＥＤチップの耐熱温度は一般に２８０℃〜３５０℃程度であり、この耐熱温度を僅かな時間でも超えてしまうと、ＬＥＤチップが熱劣化してしまう可能性が高い。ガラス製筒とガラスビーズとを融着させる際の加熱温度は８００℃〜１０００℃程度であり、このときの熱がリード線を介してＬＥＤチップに伝達されると、加熱時間によってはＬＥＤチップの温度が耐熱温度を超えて６００℃〜７００℃程度まで上昇し、ＬＥＤチップの熱劣化が発生する虞がある。

これを防止すべく、図１１に示すように、セラミックやガラス等の熱伝導率の小さい材料によって構成された基板１０２上にＬＥＤチップ１０３を配置し、基板１０２に形成された一対の孔１０２ａ，１０２ｂにリード線１０４，１０５を挿通し、これらリード線１０４，１０５の基板１０２から突出する上端部を基板１０２上に形成された導体パターン１０６，１０７に接続した発光ダイオード１０１が知られている（例えば、特許文献１参照）。尚、基板１０２、ＬＥＤチップ１０３、リード線１０４，１０５の上端部は、ガラスバルブ１０８によって気密に封止されている。

この発光ダイオード１０１によれば、その製造過程においてガラス製筒の開口部を溶融封止する際に発生する熱が基板１０２の断熱効果で抑制されるため、ＬＥＤチップ１０３の熱劣化を防止することができる。

特開２００５−１０８９３６号公報

しかしながら、従来の発光ダイオードは、ＬＥＤチップが載置される基板の断熱性が高いため、発光したときの熱を放出し難く、放熱性が低いという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、製造工程でのＬＥＤチップの熱劣化を防止すると共に、放熱性を向上させた発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明の発光ダイオードの製造方法は、上下方向に延びる一対のリード線の少なくとも一方の上端部にマウント部材を接合するマウント工程と、前記両リード線にガラスビードを通して該ガラスビードを溶融固着するビード付け工程と、ガラス製内筒に前記両リード線を通して、前記ガラスビードに前記ガラス製内筒の上端部を融着させることにより該ガラス製内筒の上端部を閉塞させると共に、前記両リード線に前記ガラスビードを介して固定する内筒工程と、前記マウント部材にＬＥＤチップを接合させるチップ工程と、上端部が閉塞され下端が開口したガラス製外筒の内に前記マウント部材及び前記ガラス製内筒を挿入し、前記ガラス製内筒の下端部を前記ガラス製外筒の下端部に融着させるガラスバルブ工程とを有することを特徴とする。

かかる方法によれば、発光ダイオードを製造する場合に、一対のリード線にガラスビードを溶融固着する工程とガラス製内筒の上端部をリード線に固着させる内筒工程においては、ＬＥＤチップをマウント部材に固着させておく必要はなく、ＬＥＤチップをマウント部材に固着させる前に、ガラス製内筒の上端部をリード線に固着させることができる。従って、ガラス製内筒の上端部をリード線に固着させるときに熱が発生したとしても、この熱の影響がＬＥＤチップに及ぶことはない。

又、ガラス製内筒とガラス製外筒の下端部を融着させる内筒工程においては、ガラス製内筒の下端部で溶融されるため、融着時の熱がガラス製内筒の上端部まで伝達し難い。従って、本発明の発光ダイオードによれば、その製造時にＬＥＤチップが熱劣化することを防止できる。又、マウント工程においてリード線に接合されるマウント部材は熱伝動率の大きい材料で構成されるため、発光ダイオードの放熱性が向上され、発光ダイオードが発光する際に生じる熱を適切に放出させることができる。

ところで、本願発明のようにリード線の上端部にマウント部材を接合させることなく、ＬＥＤチップをリード線の先端部に直接固着する場合には、リード線の先端部の形状をＬＥＤチップが載り易いように加工することとなる。ここで、リード線の放熱量は太いものほど多くなる。そして、例えば、発光ダイオードが小型のものである場合に太いリード線を用いると、リード線に固着されるガラス製の部材を加熱してリード線に固着させる際に、ガラス製の部材のリード線と接触する個所が急速に冷却され易く、ガラス製の部材に歪みが発生し、最悪の場合には亀裂が生じる虞がある。

このような理由などにより、発光ダイオードのリード線として比較的細いものを用いる場合、リード線の先端部がＬＥＤチップを載置させるために必要な機械的強度を備え難く、ＬＥＤチップを適切にリード線の先端部に固着させることが困難となって、歩留まりが悪くなる虞がある。

本願発明の発光ダイオードの製造方法においては、マウント工程においてリード線の先端部にマウント部材を接合するため、リード線を太くすることなくＬＥＤチップを固着させ易いマウント部材を選択することができる。これにより、リード線の太さに関わらずＬＥＤチップの載置に適切な基台部分を得ることができる。

［２］本発明の発光ダイオードの製造方法においては、マウント部材を、リード線よりも大径の棒状導電体とし、マウント工程で、少なくとも一方のリード線の上端面とマウント部材の下端面とを接合し、マウント部材を押し潰して板状とし、屈曲させてＬＥＤチップを固着させる固着面を形成し、チップ工程で、固着面にＬＥＤチップを接合させることもできる。

かかる製造方法によれば、マウント工程の屈曲作業により、マウント部材を様々な形状に折り曲げることができる。このため、マウント部材を様々な種類のＬＥＤチップに対応させることができるようになり、上端部にマウント部材を接合したリード線の汎用性を高め、発光ダイオード自体の製造コストも低廉に抑えることができる。

［３］本発明の発光ダイオードの製造方法においては、マウント工程で、少なくとも一方のリード線の上端に、リード線の軸方向に延びる部分と、その部分からリード線の軸方向と直交する方向に延びていてＬＥＤチップを固着させる固着面を有する部分とからなるマウント部材を形成し、チップ工程では、固着面に前記ＬＥＤチップを接合させることもできる。

［４］本発明の発光ダイオードの製造方法においては、チップ工程は、ワイヤーボンディングによって、ＬＥＤチップを、マウント部材を介して一対のリード線と電気的に接続する工程を含むこともできる。

［５］本発明の発光ダイオードの製造方法においては、マウント部材に、径方向に張り出す張出部を形成すれば、マウント部材の表面積を大きくすることができ、発光ダイオードの放熱性を更に向上できる。

［６］また、本発明の発光ダイオードの製造方法においては、張出部の形状は、径方向に張り出し、ガラス製内筒とガラス製外筒とによって形成されるガラスバルブの内周面に間隔を存して沿うように周方向に湾曲した形状であることが好ましい。

本発明の第１実施形態の発光ダイオードを示す斜視図。 第１実施形態の発光ダイオードを示す断面図。 第１実施形態の発光ダイオードの製造方法のマウント工程を示す説明図。 第１実施形態の発光ダイオードの製造方法の内筒工程を示す説明図。 第１実施形態の発光ダイオードの製造方法のガラスバルブ工程を示す説明図。 本発明の第２実施形態の発光ダイオードのマウント部材を示す斜視図。 本発明の第３実施形態の発光ダイオードのマウント部材を示す斜視図。 本発明の第４実施形態の発光ダイオードのマウント部材を示す斜視図。 本発明の第５実施形態の発光ダイオードのマウント部材を示す斜視図。 本発明の第６実施形態の発光ダイオードの製造方法の内筒工程を示す説明図。 従来の発光ダイオードを示す断面図。

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態の発光ダイオード１は、上下方向に延びる一対のリード線２，３と、このリード線２，３の上端部分と電気的に接続されるＬＥＤチップ４と、リード線２，３の上端部とＬＥＤチップ４とを気密に封止するガラスバルブ５とを備える。

各リード線２，３の上端には、マウント部材６，７が接合されている。一方のリード線２の上端に接合されるマウント部材６は、その上端部が他方のリード線３の側に屈曲したＬ字状に構成されている。他方のリード線３の上端に接合されたマウント部材７は、板状に形成されている。

ガラスバルブ５は、ガラス製内筒５１とガラス製外筒５２とで構成される。ガラス製内筒５１は、リード線２，３を挿通させた状態で上端が閉塞されることにより、リード線２，３に固着されている。ガラス製内筒５１の下端部は、下方に向かって次第に拡径するフレア形状に形成されている。

ガラス製外筒５２の上端はドーム形状を成して閉塞されている。ガラス製外筒５２は、ＬＥＤチップ４、マウント部材６，７、リード線２，３の上端部及びガラス製内筒５１を収容した状態で、その下端部とガラス製内筒５１の下端とが融着されている。これにより、ガラス製内筒５１とガラス製外筒５２とからなるガラスバルブ５がＬＥＤチップ４及びリード線２，３の上端部を気密に封止する。

次に、図３から図５を参照して、第１実施形態の発光ダイオード１の製造方法を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、リード線２の上端に、リード線２よりも大径の棒状導電体からなるマウント部材６を接合する。そして、図３（ｂ）に示すように、マウント部材６を横方向から挟み込むように押し潰して板状とした後、図３（ｃ）に示すように、Ｌ字状に折り曲げて、図１及び図２に示した形状のマウント部材６が形成される。この図３に示す工程が本発明のマウント工程に該当し、Ｌ字状に折り曲げられたマウント部材６の上面６ａが固着面に該当する。

他方のリード線３の上端に接合されるマウント部材７は、図３の（ａ）〜（ｂ）と同一の工程によって形成される。尚、マウント部材７は省略してもよい。この場合、ＬＥＤチップ４とリード線３とをワイヤーボンディングで電気的に接続すればよい。

次に、各リード線２，３にガラスビード８を通し、図４（ａ）に示すように、各ガラスビード８をバーナ９で加熱して溶かすことにより、両リード線２，３を結束する（ビード付け工程）。次に、図４（ｂ）に示すように、ガラス製内筒５１を両リード線２，３に通し、その上端部をガラスビード８に嵌め込み、ガラス製内筒５１とガラスビード８とをバーナ９で加熱して融着させる（内筒工程）。これにより、ガラス製内筒５１の上端部がガラスビード８を介して両リード線２，３に固定される。

次に、マウント部材６にＬＥＤチップ４を、Ａｇペースト等を用いるダイボンディングによって固定し、ＬＥＤチップ４とマウント部材７とをワイヤーボンディングで電気的に接続する（チップ工程）。これにより、ＬＥＤチップ４がマウント部材６，７を介してリード線２，３と電気的に接続される。

次に、図５（ａ）に示すように、ガラス製外筒５２に、下方の開口部からガラス製内筒５１をＬＥＤチップ４と共に挿入し、ガラス製外筒５２の周面をバーナ９で加熱しつつ、円盤状の絞りカッター１０で押し付けて、ガラス製外筒５２に絞り部を形成して仮止めし、ガラス製内筒５１がガラス製外筒５２から脱落することを防止する（仮止め工程）。

次に、図５（ｂ）に示すように、ガラス製外筒５２内を排気しつつ、ガラス製外筒５２の絞り部をバーナ９で加熱・溶融させることによって、ガラス製内筒５１の下端部とガラス製外筒５２とを融着させることにより、ＬＥＤチップ４を気密に封止するガラスバルブ５を形成する（ガラスバルブ工程）。そして、図５（ｃ）に示すように、ガラス製外筒５２の不要な下端部（融着部分よりも下方の部分）を切除することにより、図１及び図２に示す発光ダイオード１が完成する。

第１実施形態の発光ダイオード１によれば、発光ダイオード１の製造する場合に、ガラス製内筒５１の上端部をガラスビード８を介してリード線２，３に固着させる工程においては、ＬＥＤチップ４をマウント部材６に固着させておく必要はなく、ＬＥＤチップ４をマウント部材６に固着させる前に、ガラス製内筒５１の上端部をガラスビード８を介してリード線２，３に固着させることができる。従って、ガラス製内筒５１の上端部をリード線２，３に固着させるときに発生する熱の影響がＬＥＤチップ４に及ぶことはない。

又、ガラス製内筒５１とガラス製外筒５２の下端部を融着させるガラスバルブ工程においては、ガラス製内筒５１の下端部が溶融されるため、溶融により発生する熱がガラス製内筒５１の上端部まで伝達し難い。従って、第１実施形態の発光ダイオード１によれば、その製造時にＬＥＤチップ４が熱劣化することを防止できる。

又、第１実施形態の発光ダイオード１は、ガラス製内筒５１とガラス製外筒５２とで二重管構造を構成し、両者間には断熱性の高い真空層を形成することが可能であり、これにより、ＬＥＤチップ４への熱伝導を更に抑制して、ＬＥＤチップ４の熱劣化を一層確実に防止することができる。

又、ガラス製のガラスバルブ５でＬＥＤチップ４を封止しているため、高い耐湿性を確保でき、又、太陽光やＬＥＤチップ４が発する短波長光による劣化を抑制でき、発光ダイオード１の耐久性を向上させることができる。

尚、二重管構造として、ガラス製内筒５１とガラス製外筒５２との間に断熱性の高い不活性ガスを封入しても、同様にＬＥＤチップ４の熱劣化を確実に防止することができる。

又、図６に示す第２実施形態の発光ダイオードのように、マウント部材７もＬ字状に形成し、このマウント部材７にもＬＥＤチップ４を固着して、マウント部材６に固着されたＬＥＤチップ４とマウント部材７に固着されたＬＥＤチップ４とをワイヤーボンディングで電気的に接続させてもよい。この場合、マウント部材７の上面７ａも本発明の固着面に該当する。

又、第１実施形態においては、マウント部材６としての棒状導電体をＬ字状に加工したものを説明したが、本発明のマウント部材６はこれに限らず、例えば、図７に示す第３実施形態の発光ダイオードのように、マウント部材６として、ブロック状の導電体をリード線２の上端に固定してもよい。この場合、ブロック状の導電体の上面６ａを本発明の固着面とすればよい。

又、図８に示す第４実施形態や図９に示す第５実施形態の発光ダイオードのように、マウント部材６を形成する板状導電体の径方向外方に張り出し、ガラスバルブ５の内周面に間隔を存して沿うように周方向に湾曲させた張出部１１，１２として、このマウント部材６をリード線２の上端に接合してもよい。これによれば、ガラスバルブ５内のスペースを有効活用した張出部１１，１２により、マウント部材６の表面積が増大し、ＬＥＤチップ４の発光に伴い発生する熱をより適切に放出させることができ、発光ダイオードの放熱性を更に向上できる。

又、第１実施形態の発光ダイオード１の製造方法においては、本発明の内筒工程として、ガラスビード８を用いて下端部がフレア形状のガラス製内筒５１の上端部をリード線２，３に固定する方法を説明したが、本発明の内筒工程はこれに限らない。例えば、図１０に示す第６実施形態の発光ダイオード１の製造方法のように、まず、ストレート形状のガラス製内筒５１にリード線２，３を挿通し、ガラス製内筒５１の上端部をバーナ９で加熱して溶融させる（図１０（ａ））。

そして、ガラス製内筒５１の上端部をピンチ金型１３，１３で挟み込んで締め付けることにより（図１０（ｂ））、ガラス製内筒５１の上端部を閉塞させると共に両リード線２，３に固着させてもよい（図１０（ｃ））。尚、第６実施形態の発光ダイオード１の製造方法は、上述した内筒工程以外は第１実施形態の発光ダイオード１の製造方法と同一である。

１…発光ダイオード、２…リード線、３…リード線、４…ＬＥＤチップ、５…ガラスバルブ、５１…ガラス製内筒、５２…ガラス製外筒、６…マウント部材、６ａ…上面（固着面）、７…マウント部材、７ａ…上面（固着面）、８…ガラスビード、９…バーナ、１０…絞りカッター、１１…張出部、１２…張出部、１３…ピンチ金型。

Claims (6)

1. 上下方向に延びる一対のリード線の少なくとも一方の上端部にマウント部材を接合するマウント工程と、
   前記両リード線にガラスビードを通して該ガラスビードを溶融固着するビード付け工程と、
   ガラス製内筒に前記両リード線を通して、前記ガラスビードに前記ガラス製内筒の上端部を融着させることにより該ガラス製内筒の上端部を閉塞させると共に、前記両リード線に前記ガラスビードを介して固定する内筒工程と、
   前記マウント部材にＬＥＤチップを接合させるチップ工程と、
   上端部が閉塞され下端が開口したガラス製外筒の内に前記マウント部材及び前記ガラス製内筒を挿入し、前記ガラス製内筒の下端部を前記ガラス製外筒の下端部に融着させるガラスバルブ工程とを有する、発光ダイオードの製造方法。
2. 請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、
   前記マウント部材は、前記リード線よりも大径の棒状導電体であり、
   前記マウント工程では、前記少なくとも一方のリード線の上端面と前記マウント部材の下端面とを接合し、前記マウント部材を押し潰して板状とし、屈曲させて前記ＬＥＤチップを固着させる固着面を形成し、
   前記チップ工程では、前記固着面に前記ＬＥＤチップを接合させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
3. 請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、
   前記マウント工程では、前記少なくとも一方のリード線の上端に、当該リード線の軸方向に延びる部分と、当該部分から当該リード線の軸方向と直交する方向に延びていて前記ＬＥＤチップを固着させる固着面を有する部分とからなるマウント部材を形成し、
   前記チップ工程では、前記固着面に前記ＬＥＤチップを接合させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法において、
   前記チップ工程は、ワイヤーボンディングによって、前記ＬＥＤチップを、前記マウント部材を介して前記一対のリード線と電気的に接続する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
5. 請求項２記載の発光ダイオードの製造方法において、
   前記マウント部材には、径方向に張り出す張出部が形成されていることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
6. 請求項５記載の発光ダイオードの製造方法において、
   前記張出部は、径方向に張り出し、前記ガラス製内筒と前記ガラス製外筒とによって形成されるガラスバルブの内周面に間隔を存して沿うように周方向に湾曲した形状であることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。

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