JP5489630B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスバルブによって気密に封止された発光ダイオードの製造方法に関するものである。

高い耐湿性を確保する等の目的でＬＥＤチップをガラスバルブによって気密に封止して成る発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。この発光ダイオードは、ＬＥＤチップ搭載用の第１のリード線の先端部にＬＥＤチップをダイボンド（Ｄ／Ｂ）によって接続固定し、該ＬＥＤチップの一方の電極と第１のリード線と電気的に接続し、ＬＥＤチップの他の電極と第２のリード線の先端部とを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チップと第１及び第２のリード線の上端部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。

斯かる発光ダイオードは以下に示す方法によって製造されている。

即ち、第１のリード線の先端部にＬＥＤチップをＡｇペースト等を用いてダイボンドによって接続固定した後、ボンディングワイヤーによって第２のリード線の先端部とＬＥＤチップとを接続する。

次に、第１及び第２のリード線の中間部に溶融したガラスを付着させてガラスビーズを形成し、ドーム状を成す上端が閉塞されたガラス管の下面開口部からＬＥＤチップと第１及び第２のリード線の上端部をガラスビーズと共にガラス管内に下方から挿入する。

次に、ガラス管表面のガラスビーズに対応する箇所をバーナーで加熱して溶融させ、ガラス管とガラスビーズとを融着させると、ガラス管の下面開口部が気密に封止されてガラスバルブが形成され、ＬＥＤチップと第１及び第２のリード線の上端部がガラスバルブによって封止される。そして、最後にガラス管のガラスバルブ以外の余分な部分を切除すれば、所望の発光ダイオードが得られる。

ところで、ＬＥＤチップの耐熱温度は一般に２８０℃〜３５０℃程度であり、この耐熱温度以上の温度で僅かな時間でもＬＥＤチップが加熱されると該ＬＥＤチップが熱劣化してしまう可能性が高い。

従って、発光ダイオードの前記製造方法において、ガラス管とガラスビーズを融着させてガラスバルブを形成する際の加熱温度は８００℃〜１０００℃程度となり、そのときの熱が第１のリード線を経てＬＥＤチップに伝導し、加熱時間によってはＬＥＤチップの温度が耐熱温度以上の６００℃〜７００℃程度まで上がり、該ＬＥＤチップに熱劣化が発生する可能性がある。

そこで、特許文献１においては、図１１に示すような発光ダイオードが提案されている。

即ち、図１１は特許文献１において提案された発光ダイオードの概略断面図であり、図示の発光ダイオード１０１は、セラミックやガラス等の熱伝導率の小さな材料によって構成された基板１０２上にＬＥＤチップ１０３を配置したものであって、基板１０２に形成された一対の孔１０２ａ，１０２ｂに第１及び第２のリード線１０４，１０５を挿通し、これらの第１及び第２リード線１０４，１０５の基板１０２から突出する先端部を略直角に折り曲げ、その折り曲げ部を基板１０２上に形成された導体パターン１０６，１０７にそれぞれ加重・加熱することによって接続する構成が採用されている。尚、基板１０２、ＬＥＤチップ１０３、第１及び第２のリード線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。

斯かる発光ダイオード１０１によれば、その製造過程においてガラス管の開口部を溶融封止してガラスバルブ１０８を形成する際に発生する熱のＬＥＤチップ１０３への伝導が基板１０２による断熱効果によって抑制されるため、ＬＥＤチップ１０３の熱劣化の発生が防がれる。

特開２００５−１０８９３６号公報

しかしながら、特許文献１において提案された図１１に示す発光ダイオード１０１においては、セラミックやガラス等によって構成された基板１０２や金等の導電材料から成る導体パターン１０６，１０７が必要となるとともに、基板１０２に第１及び第２のリード線１０４，１０５を通すための孔１０２ａ，１０２ｂの加工が必要となり、部品点数と加工工数が増えてコストアップを招くという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、ＬＥＤチップの熱劣化の発生を防ぐことができる発光ダイオードの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
一対のリード線の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウントの前記リード線の先端部にＬＥＤチップをマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成し、該ガラスバルブによって前記ＬＥＤチップと前記ガラス管マウントを気密に封止して構成される発光ダイオードであって、
前記ＬＥＤチップは、前記ガラス管の上端と対向するように前記一対のリード線の一方のリード線の上端部にマウントされており、当該一方のリード線と前記ＬＥＤチップの一方の電極とが電気的に接続され、前記ＬＥＤチップの他方の電極と他方のリード線とが電気的に接続され、
前記ガラス管マウントには、前記ＬＥＤチップの一方の電極と他方の電極のそれぞれと接続されている接続部と、前記ガラス管マウントの下面開口部周縁との間であって、前記一対のリード線を結束するとともに前記ガラス管マウントの上端部内周に嵌め込まれたガラスビードが設けられており、
前記ガラス管の内側に前記ガラス管マウントを配設して二重管構造を構成し、
前記ガラス管の下面と前記ガラス管マウントの下面とが融着して、前記ガラス管によって前記ＬＥＤチップ及び前記ガラス管マウントを気密に封止する封止部を構成し、
前記ガラスビードの下側より延びる前記一対のリード線は、前記ガラス管マウントの中空内であって、前記ガラス管の下面開口部周縁及び前記ガラス管マウントの下面開口部周縁より内側の封止されていない空間に配設されている、発光ダイオードの製造方法であって、
前記一対のリード線の先端部に前記ガラスビードを溶融固着し、該ガラスビードに筒状の第１のガラス管の上端開口部を融着して前記中空構造のガラス管マウントを得る工程と、
前記ガラス管マウントの前記リード線の先端部にＬＥＤチップをマウントする工程と、
第２のガラス管の上端を閉止した前記ガラス管を用意する工程と、
前記上端が閉止されたガラス管の下面開口部から前記ガラス管マウントを前記ＬＥＤチップと共に前記ガラス管内に挿入し、ガラス管マウントの下面開口部周縁を前記ガラス管に仮止めする工程と、
前記ガラス管の前記ガラス管マウントが仮止めされた箇所を加熱して前記ガラス管と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程と、
前記ガラスバルブをカットする工程と、
を経て発光ダイオードを得ることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記中空構造のガラス管マウントを得る工程は、ガラス管マウントの上端開口部を溶融状態にてピンチするピンチシール工程を有することを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁とガラス管マウントの下面開口部とを融着することによってガラスバルブを形成する工程において発生する熱は、リード線に直接伝導することがなく、又、リード線は熱伝導率の低いガラス管マウントに挿通保持されているため、該リード線の先端部にマウントされたＬＥＤチップへの熱伝導が抑制され、該ＬＥＤチップがその耐熱温度以上に加熱されることがなく、その熱劣化の発生が確実に防がれる。

そして、本発明に係る製造方法によって得られる発光ダイオードにあっては、ガラス管マウントとガラスバルブとが二重管構造を構成する。両者間には断熱性の高い真空層を容易に形成することが可能である。又、ガラス管マウントを経てＬＥＤチップに至る伝熱距離も比較的長いため、ＬＥＤチップへの熱伝導が抑制され、該ＬＥＤチップの熱劣化の発生が一層確実に防がれる。

又、二重管構造としてガラス管マウントとガラスバルブ間にＬＥＤチップが耐熱温度以上に加熱されない程度に不活性ガスを封入した場合には、ＬＥＤチップの点灯時の発熱を放熱して、該ＬＥＤチップの熱劣化の発生を抑制することができる。更に、高い耐湿性を確保し、太陽光やＬＥＤチップが発する短波長光によるモールド樹脂の劣化を抑制することができ、信頼性の高い発光ダイオードを得ることができる。

又、本発明に係る発光ダイオードには、ＬＥＤチップをマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。

本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得た後の工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る発光ダイオードの縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態２に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態２に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得た後の工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係る発光ダイオードの縦断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態３に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態４に係る発光ダイオードの縦断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態４に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。 特許文献１において提案された発光ダイオードの概略断面図である。

又、本発明に係る製造方法によって得られる発光ダイオードには、ＬＥＤチップをマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの縦断面図であり、図示の発光ダイオード１は、一対のリード線２，３の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウント４と、該ガラス管マウント４を外部から覆って封止するガラスバルブ５とで二重管構造として構成されている。

上記ガラス管マウント４は、その厚肉の上端部４ａに下方から一対のリード線２，３を垂直に通して構成されており、一方のリード線２のガラス管マウント４の上端部４ａから上方に突出する先端部は略直角に折り曲げられている。そして、このリード線２の略直角に折り曲げられた折り曲げ部２ａにはＬＥＤチップ６がガ接着剤によってマウントされており、該ＬＥＤチップ６の一方の不図示の電極とリード線及び他方の不図示の電極とリード線３とはボンディングワイヤー７，８によってそれぞれ電気的に接続されている。尚、ガラス管マウント４は、後述のように下面開口部周縁が径方向外方に向かってラッパ状に広がるフレア管（第１のガラス管）９（図２（ｃ）の上端開口部にガラスビード１０を溶着することによって構成されている。

他方、前記ガラスバルブ５は、上端がドーム状を成して閉止されたガラス管１１（図３（ｂ）参照）の下面開口部周縁とガラス管マウント４を構成するフレア管９の下面開口部周縁とを融着することによって形成されており、該ガラスバルブ５によってＬＥＤチップ６とガラス管マウント４が気密に封止されている。尚、ガラスバルブ５の内部は封止前に排気されて真空状態に保たれているか、又は排気後に不活性ガスを封入している。。

而して、以上のように構成された発光ダイオード１において、リード線２，３及びボンディングワイヤー７，８を介してＬＥＤチップ６に電圧が印加されると、該ＬＥＤチップ６が発光し、その光がガラスバルブ５を通過して外部に出射される。

次に、以上の構成を有する発光ダイオード１の製造方法を図２及び図３に基づいて以下に説明する。

図２（ａ）〜（ｄ）はガラス管マウントを得る方法をその工程順に示す説明図、図３（ａ）〜（ｄ）はガラス管マウントを得た後の製造方法をその工程順に示す説明図である。

本発明方法では、先ず、図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程を経てガラス管マウント４が製造される。即ち、図２（ａ）に示すように一対のリード線２，３のうちの一方のリード線２の先端部を略直角に折り曲げて折り曲げ部２ａを形成し（リードフォーミング）、図２（ｂ）に示すように両リード線２，３の先端部にガラスビード１０を通し、該ガラスビード１０を２本のバーナー１２によって両側から加熱してこれを溶かし、両リード線２，３を結束する（ビード付け）。

次に、図２（ｃ）に示すようにフレア管９をガラスビード１０に通し、その上端部内周にガラスビード１０を嵌め込み、その部分を２本のバーナー１２を回転させながらフレア管９の外周側から加熱して両者を融着し（フレア管付け）、図２（ｄ）に示すようなガラス管マウント４を得る。

上記工程を経てガラス管マウント４が得られると、図３（ａ）に示すようにガラス管マウント４のリード線２，３にＬＥＤチップ６（図３（ａ）には図示されていない）をマウントした後、図３（ｂ）に示すように上端がドーム状を成して閉止されたガラス管１１の下面開口部からガラス管マウント４をＬＥＤチップ６と共に挿入し、全体を横にして回転させながら、ガラス管１１の適当な箇所をバーナー１２で加熱しつつ、その箇所に円板状の絞りカッター１３を押し付けてガラス管マウント４をガラス管１１に仮止めする。

次に、図３（ｃ）に示すようにガラス管１１とこれに仮止めされたガラス管マウント４の姿勢を縦に戻し、ガラス管１１内を排気しつつ、２本のバーナー１２を回転させながら仮止め部分を加熱して溶融させることによってガラス管１１の下面開口部周縁とガラス管マウント４の下面開口部周縁とを融着すれば、下面開口部が閉止されたガラスバルブ５が形成され、このガラスバルブ５によってガラス管マウント４及びＬＥＤチップ６が気密に封止される。

そして、最後に図３（ｄ）に示すようにガラスバルブ５をカットしてガラス管１１から切除すれば、図１に示す発光ダイオード１が得られる。

而して、以上の方法によって得られる発光ダイオード１によれば、上端が閉止されたガラス管１１の下面開口部周縁とガラス管マウント４の下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブ５を形成する工程において発生する熱は、リード線２，３に直接伝導することがなく、又、リード線２，３は熱伝導率の低いガラス管マウント４に挿通保持されているため、該リード線２，３の先端部にマウントされたＬＥＤチップ６への熱伝導が抑制され、該ＬＥＤチップ６がその耐熱温度以上に加熱されることがなく、その熱劣化の発生が確実に防がれる。

そして、本発明に係る発光ダイオード１にあっては、ガラス管マウント４とガラスバルブ５とが二重管構造を構成し、両者間には断熱性の高い真空層を容易に形成することが可能である。又、ガラス管マウント４を経てＬＥＤチップ６に至る伝熱距離も比較的長いため、ＬＥＤチップ６への熱伝導が抑制され、該ＬＥＤチップ６の熱劣化の発生が一層確実に防がれる。

又、二重管構造としてガラス管マウント４とガラスバルブ５間にＬＥＤチップ６が耐熱温度以上に加熱されない程度に不活性ガスを封入した場合には、ＬＥＤチップ６の点灯時の発熱を放熱して、該ＬＥＤチップ６の熱劣化の発生を抑制することができる。更に、高い耐湿性を確保し、太陽光やＬＥＤチップ６が発する短波長光によるモールド樹脂の劣化を抑制することができ、信頼性の高い発光ダイオード１を得ることができる。

又、本発明に係る発光ダイオード１には、ＬＥＤチップ６をマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。これにより、ＬＥＤチップ６及びダイボンド材やワイヤーボンディング材料等のＬＥＤチップ６の接着手段に熱劣化が生じる可能性を抑制することができる。

尚、ガラス管１１として外径Ｄ＝φ３．０５ｍｍ、厚さｔ＝０．３ｍｍ、長さＬ＝７．０ｍｍ、熱伝導率ｋ＝１．０（Ｗ／（ｍ・Ｋ）の軟質ガラス（日本電気硝子社製、型番：ＰＳ−９４）を用いた場合、その断面積ＡはＡ＝２．５９ｍｍ^２となり、次式で計算される熱抵抗は、
熱抵抗＝ｔ／（Ａ／ｋ）＝２７００．８（Ｋ／Ｗ）
となり、ガラスバルブ５による封止時における封止部（加熱溶融部）の温度が６００℃〜７００℃であるのに対して、ＬＥＤチップ６周りの温度は２５０℃以下に保たれた。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。

図４は本発明の実施の形態２に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においては図１において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係る発光ダイオード１’は、ガラス管マウント４を構成するガラス管を同一径のストレート管１４とした以外は前記実施の形態１に係る発光ダイオード１の構成と同じである。この発光ダイオード１’においては、ガラスバルブ５は、上端がドーム状を成して閉止されたガラス管１１（図６（ｂ）参照）の下面開口部周縁とガラス管マウント４を構成するストレート管１４の下面開口部周縁とを融着することによって形成されており、該ガラスバルブ５によってＬＥＤチップ６とガラス管マウント４が気密に封止されている。

次に、以上の構成を有する発光ダイオード１’の製造方法を図５及び図６に示すが、本実施の形態に係る発光ダイオード１’の製造方法も前記実施の形態１に係る発光ダイオード１の製造方法と同じであり、これについての説明は省略し、図示のみに留める。尚、図５（ａ）〜（ｄ）はガラス管マウントを得る方法をその工程順に示す説明図、図６（ａ）〜（ｄ）はガラス管マウントを得た後の製造方法をその工程順に示す説明図である。

而して、本実施の形態に係る発光ダイオード１’によっても前記実施の形態１と同様の効果が得られ、部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、ＬＥＤチップ６の熱劣化の発生を防ぐことができる。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。

図７は本発明の実施の形態３に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においては図１において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係る発光ダイオード１の製造方法は、実施の形態１におけるリード線２，３とガラスマウント４とのシール性を高めるために、ピンチシール工程を追加したものである。即ち、図８（ｃ）に示すようにフレア管９の上端開口部をバーナー１２で加熱して溶融状態としたまま、図８（ｄ）に示すようにピンチ金型１５によってフレア管９の上部を両側面から圧力を加えてピンチロール形状に成形し、その後、冷却することによって図８（ｅ）に示すようなガラス管マウント４を得る。その後は図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程を経て発光ダイオード１が製造される。

＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。

図９は本発明の実施の形態４に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においても図１において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係る発光ダイオード１’の製造方法は、実施の形態２におけるリード線２，３とガラスマウント４とのシール性を高めるために、ピンチシール工程を追加したものである。即ち、図１０（ｃ）に示すようにストレート管１４の上端開口部をバーナー１２で加熱して溶融状態としたまま、図１０（ｄ）に示すようにピンチ金型１５によってストレート管１４の上部を両側面から圧力を加えてピンチロール形状に成形し、その後、冷却することによって図１０（ｅ）に示すようなガラス管マウント４を得る。その後は図６（ａ）〜（ｄ）に示す工程を経て発光ダイオード１’が製造される。

１，１’ 発光ダイオード
２，３ リード線
２ａ リード線の折り曲げ部
４ ガラス管マウント
４ａ ガラス管マウントの上端部
５ ガラスバルブ
６ ＬＥＤチップ
７，８ ボンディングワイヤー
９ フレア管（第１のガラス管）
１０ ガラスビード
１１ ガラス管（第２のガラス管）
１２ バーナー
１３ 絞りカッター
１４ ストレート管（第１のガラス管）
１５ ピンチ金型

Claims (2)

1. 一対のリード線の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウントの前記リード線の先端部にＬＥＤチップをマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成し、該ガラスバルブによって前記ＬＥＤチップと前記ガラス管マウントを気密に封止して構成される発光ダイオードであって、
   前記ＬＥＤチップは、前記ガラス管の上端と対向するように前記一対のリード線の一方のリード線の上端部にマウントされており、当該一方のリード線と前記ＬＥＤチップの一方の電極とが電気的に接続され、前記ＬＥＤチップの他方の電極と他方のリード線とが電気的に接続され、
   前記ガラス管マウントには、前記ＬＥＤチップの一方の電極と他方の電極のそれぞれと接続されている接続部と、前記ガラス管マウントの下面開口部周縁との間であって、前記一対のリード線を結束するとともに前記ガラス管マウントの上端部内周に嵌め込まれたガラスビードが設けられており、
   前記ガラス管の内側に前記ガラス管マウントを配設して二重管構造を構成し、
   前記ガラス管の下面と前記ガラス管マウントの下面とが融着して、前記ガラス管によって前記ＬＥＤチップ及び前記ガラス管マウントを気密に封止する封止部を構成し、
   前記ガラスビードの下側より延びる前記一対のリード線は、前記ガラス管マウントの中空内であって、前記ガラス管の下面開口部周縁及び前記ガラス管マウントの下面開口部周縁より内側の封止されていない空間に配設されている、発光ダイオードの製造方法であって、
   前記一対のリード線の先端部に前記ガラスビードを溶融固着し、該ガラスビードに筒状の第１のガラス管の上端開口部を融着して前記中空構造のガラス管マウントを得る工程と、
   前記ガラス管マウントの前記リード線の先端部にＬＥＤチップをマウントする工程と、
   第２のガラス管の上端を閉止した前記ガラス管を用意する工程と、
   前記上端が閉止されたガラス管の下面開口部から前記ガラス管マウントを前記ＬＥＤチップと共に前記ガラス管内に挿入し、ガラス管マウントの下面開口部周縁を前記ガラス管に仮止めする工程と、
   前記ガラス管の前記ガラス管マウントが仮止めされた箇所を加熱して前記ガラス管と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程と、
   前記ガラスバルブをカットする工程と、
   を経て発光ダイオードを得ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
2. 前記中空構造のガラス管マウントを得る工程は、ガラス管マウントの上端開口部を溶融状態にてピンチするピンチシール工程を有することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
   

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