JP5850523B2

JP5850523B2 - Ｌｅｄチップ

Info

Publication number: JP5850523B2
Application number: JP2011206988A
Authority: JP
Inventors: 高史飯野
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: CN103022304A; DE102012216983B4; JP2013069834A; US20130076233A1; DE102012216983A1; CN103022304B; US8994262B2

Description

本発明は、発光本体の一側面を載置面として基板上に実装されるＬＥＤチップに関するものである。

ＬＥＤチップは、ＰＮ接合構造による六面体形状の発光本体と、この発光本体の表面にＰ層及びＮ層の一部が露出する一対のチップ電極を備えている。このような構造によるＬＥＤチップは、チップ基板に表面実装あるいはワイヤ実装された後、マザーボード等の実装基板上に実装可能な端子電極や反射部材等を備えたＬＥＤパッケージに収容される。これによって、各種の発光特性を備えた発光デバイスが構成される。

前記ＬＥＤチップを表面実装型として形成する場合は、前記Ｐ層及びＮ層の結合方向に面した上面及び下面のいずれか一方の面に前記一対のチップ電極が露出するように形成される。そして、前記一対のチップ電極とチップ基板側の電極パターンとをハンダを介して電気的接続を図っている（特許文献１）。

前記表面実装型のＬＥＤチップは、一対のチップ電極が露出する面が背面となり、この背面と対向する前面及び側面が主な発光面となる。このＬＥＤチップにあって、発光方向を前記チップ基板と平行となる向きに設定する場合は、前記背面及び前面がチップ基板と直交するように一側面をチップ基板上に載置される。そして、チップ基板上に形成されている電極パターン上に直交した状態で載置されている一対のチップ電極とハンダを介して電気的接続を図っている。

また、表面実装された前記ＬＥＤチップから発せられる光を特定の方向に向けたり、傾けたりする場合は、特許文献２に開示されているように、ＬＥＤチップが実装されているチップ基板をＬＥＤパッケージ内で所定の角度となるように位置を規定した状態で組み付けられる場合がある。

実開昭５２−１５７７６９号公報実開昭６３−０２２７５９号公報

上記ＬＥＤチップをチップ基板上に実装する際には、一対のチップ電極とチップ基板上の電極パターンとの間に適量のハンダを塗布した後、リフローすることによって行われる。しかしながら、図１２に示すＬＥＤチップ１のように、前記リフローを行う際におけるハンダ９の表面張力による収縮作用によって、発光本体２の発光側となる前面２ａがチップ基板５上から浮き上がった状態で固定されてしまう場合があった。このようなＬＥＤチップの浮き上がり現象は、ハンダの塗布量やリフロー処理における温度設定や処理時間等の諸条件によってバラツキを有している。このため、発光デバイスとしての製品検査の段階で不良品となってしまう場合がある。また、製品が出荷された後に、使用環境や経年変化等によって、発光特性や電気特性が当初の状態を維持できなくなるおそれがあった。

また、発光方向を特定あるいは調整する場合に、ＬＥＤチップを実装したチップ基板をＬＥＤパッケージ内において位置調整等するような必要性が生じる。このため、発光デバイスの製造工数やコストが多くなるといった問題があった。

そこで、本発明の目的は、発光面となる前面側がチップ基板上から浮き上がることなくハンダによって電気的接合することができると共に、ある一定の傾きを有した状態でも安定して電気的接合を図ることのできるＬＥＤチップを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤチップは、前面が発光面、背面が電極面となるＰＮ接合構造による発光本体と、前記背面にＰ層及びＮ層の一部が露出する一対の電極とを備え、前記前面及び背面と直交する一側面を載置面として、電極パターンが形成された基板上に載置されるＬＥＤチップにおいて、前記背面側の前記一対の電極を二分する位置に、前記載置面の一端から延長する底面部を有して突出する実装支持部材が設けられ、前記発光本体の背面側に形成された前記電極パターンに前記一対の電極がハンダを介して電気的に接合されることを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤチップによれば、一対の電極が露出する発光本体の背面側に、発光本体の載置面の一端から延長する底面部を有して突出する実装支持部材が設けられているので、前記一対の電極を基板上にハンダ実装する場合に、前記底面部が支えとなって発光本体の前面側が基板上から浮き上がるのを有効に防止することができる。これによって、発光の中心方向のずれが生じなくなる。

また、前記載置面から所定の角度を有して上方に傾斜する傾斜面を底面部に設けることによって、発光本体を所定の角度で傾けた状態で実装させることができる。

さらに、前記実装支持部材が一対の電極を二分するように設けられているため、ハンダ接合する際の二極間のショートを防止すると共に、ハンダの塗布量も制限することができる。

第１実施形態のＬＥＤチップを背面側から見た斜視図である。上記ＬＥＤチップの側面図である。上記ＬＥＤチップの第１の実装形態を示す側面図である。上記ＬＥＤチップの第２の実装形態を示す側面図である。第２実施形態のＬＥＤチップの側面図である。上記ＬＥＤチップの第１の実装形態を示す側面図である。上記ＬＥＤチップの第２の実装形態を示す側面図である。第３実施形態のＬＥＤチップを背面側から見た斜視図である。上記ＬＥＤチップの側面図である。上記ＬＥＤチップの第１の実装形態を示す側面図である。上記ＬＥＤチップの第２の実装形態を示す側面図である。従来のＬＥＤチップの実装状態を示す側面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤチップの実施形態を詳細に説明する。図１乃至図４には、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップ１１の構造が示されている。このＬＥＤチップ１１は、ＰＮ接合構造による六面体形状の発光本体１２と、この発光本体１２の背面１２ｂにＰ層及びＮ層の一部が露出する一対のチップ電極１３ａ，１３ｂと、前記背面１２ｂから突出して設けられる実装支持部材１４とを有した構造となっている。前記発光本体１２は、前記背面１２ｂと対向する前面１２ａ及び側面１２ｃ〜１２ｆが発光の中心面となっており、一の側面１２ｃがチップ基板１５上に載置される載置面となる。

前記発光本体１２は、青色発光，赤色発光，黄色発光等の各種の発光色を有する素子を選択して形成することができる。例えば、一般照明用として白色系の発光色を出すための青色発光素子の場合には、主に窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。この青色素子は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にＰ型半導体、Ｎ型半導体を拡散成長させた拡散層（Ｐ層及びＮ層）とからなっている。前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体はそれぞれＰ型電極，Ｎ型電極を備えており、このＰ型電極，Ｎ型電極の露出する部分が前記各電極となっている。なお、赤色素子の場合には、ＰＮ構造は前記青色素子と同様であるが、アルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系の半導体を用いて形成される。

前記発光本体１２は、前記一対のチップ電極１３ａ，１３ｂ間に電流を流すことで、Ｐ層とＮ層とが結合するＰＮジャンクション１６を中心として所定の発光色で発光する。

前記発光本体１２の背面１２ｂから突出する実装支持部材１４は、前記背面１２ｂの一部を矩形状に隆起させたものである。この実装支持部材１４は、図１及び図２に示したように、少なくとも発光本体１２の載置面１２ｃと平面的に連続する底面部１４ａを有して形成される。このため、前記発光本体１２の載置面１２ｃを下にしてチップ基板１５上に載置した際、前記底面部１４ａが載置面１２ｃを背面１２ｂ側に延長した支持面としての役割を有している。したがって、図３に示すように、載置面１２ｃの一部の下面から底面部１４ａの下面にかけてハンダ１９を平面状に塗布することで、チップ基板１５の電極パターン１７と平面的な電気的接合を図ることができる。また、図４に示すように、発光本体１２の背面１２ｂのチップ電極１３ａ，１３ｂにハンダ１９を盛り付けるようにして、チップ基板１５の電極パターン１７と電気的接合を図ることもできる。

図３及び図４に示したように、本発明のＬＥＤチップ１１によれば、電極パターン１７へのハンダ１９による接合基点Ｐ１に対して、ＬＥＤチップ１１全体の背面側の支持基点Ｐ２は、前記Ｐ１から後方にずれた実装支持部材１４の端部に位置することとなる。従来のＬＥＤチップにあっては、図１２に示したように、前記Ｐ２はＰ１に重なることとなるため、ハンダ１９の表面張力によって前記Ｐ１を基点としてＬＥＤチップ１の傾きが生じやすくなっていた。これに対して、本発明ではハンダ１９の表面張力の影響がＰ１で発生したとしても、Ｐ２がＬＥＤチップ１１全体の支持基点となっているので、ＬＥＤチップ１１の傾きを効果的に防止することができる。これによって、主発光面である前面１２ａ側の上下及び左右の位置ずれが生じなくなる。なお、前記効果はＰ１とＰ２との距離や各種形状による実装支持部材１４の自重に比例して高くなる。

前記実装支持部材１４は、一対のチップ電極１３ａ，１３ｂの中間を通るようにして、前記底面部１４ａから背面１２ｂの高さ方向に沿って直方体形状に延びている。本実施形態では、発光本体１２に対するバランスを保つため、前記実装支持部材１４を発光本体の背面１２ｂの高さに合わせて、幅方向の中央部に形成したが、前記規定したようなサイズを備えた底面部１４ａが確保できるような形状であれば、発光本体１２をチップ基板１５上に安定した状態で載置することができる。これによって、図３及び図４に示したような実装形態のいずれであっても、発光本体１２の前面１２ａ側の浮き上がりを有効に防止することができる。

図５乃至図７は第２実施形態のＬＥＤチップ２１を示したものである。このＬＥＤチップ２１は、発光本体２２の背面２２ｂから突出する実装支持部材２４の底面部２４ａを傾斜面として形成したものである。このような傾斜面を設けることによって、図６に示した水平実装や図７に示した傾斜実装のいずれかを選択することができる。図６に示した実装例は、発光本体２２の背面２２ｂを含む載置面２２ｃの一部にハンダ１９を平面塗布したものである。第１実施形態のＬＥＤチップ２１と同様に、発光本体２２の前面２２ａ側がチップ基板１５に対して直交するように実装される。これによって、ＰＮジャンクション２６を有する前面２２ａからの発光方向がチップ基板１５と略平行となる。また、図７に示した実装例は、チップ基板１５の電極パターン１７上に前記実装支持部材２４の傾斜した底面部２４ａを載せて発光本体２２を傾かせた状態で仮保持させておき、ハンダ１９を一対のチップ電極２３ａ，２３ｂに盛り付けるようにして塗布してリフロー処理を行ったものである。この実装形態にあっては、発光本体２２のチップ電極２３ａ，２３ｂの下端の基点Ｐ１と実装支持部材２４の底面部２４ａの基点Ｐ２とがチップ基板１５の電極パターン１７上に当接することで、ＬＥＤチップ２１が所定の角度を有して傾斜固定している。この傾斜角αは、発光本体２２の前面２２ａ側の浮き上がり量に比例しており、前記傾斜角αが大きくなるほど前面２２ａ側の浮き上がり角度も大きくなる。これによって、導光板等の照射対象物の配置形態に適合させることができる。

また、前記発光本体２２の前面２２ａ側をチップ基板１５から上方に向けて傾斜させることで、チップ基板１５と発光本体２２の載置面２２ｃとの間に一定の発光領域が確保される。これによって、載置面２２ｃ側のＰＮジャンクション２６を中心として発せられる光がチップ基板１５に吸収することなく、前面２２ａ側の広い範囲を明るく照射させることができる。

このように、本実施形態のＬＥＤチップでは、実装支持部材１４の底面部に設けられる傾斜面を予め所定の角度にカット形成しておくことによって、リフローを経た後であっても、当初の傾斜角を維持した状態で傾斜配置することができる。

図８乃至図１１は第３実施形態のＬＥＤチップ３１を示したものである。このＬＥＤチップ３１は、実装支持部材３４が一対のチップ電極３３ａの露出する部分を除いて発光本体３２の背面３２ｂをＴ字状に覆うように形成したものである。図９に示したように、前記実装支持部材３４の底面部３４ａは、発光本体３２の載置面３２ｃと連続する水平面となっている。これによって、図１０及び図１１に示したように、ハンダ１９の表面張力の影響がＰ１で発生したとしても、Ｐ２がＬＥＤチップ３１全体の支持基点となっているので、ＬＥＤチップ３１の傾きを効果的に防止することができる。また、図８に示したように、一対のチップ電極３３ａ，３３ｂの周囲の一部に前記実装支持部材３４による壁部３４ｂを有したものとなる。このように、前記一対のチップ電極３３ａ，３３ｂの周囲の一部が前記壁部３４ｂで囲われることで、図１１に示したように、ハンダ１９の塗布量が制限されると共に、背面３２ｂの上方への這い上がり現象を防止することができる。これによって、ハンダ１９の収縮作用に伴う発光本体３２の前面３２ａ側の浮き上がりを有効に防止することができる。さらに、前記実装支持部材３４がＴ字状となっているため、発光本体３２の背面３２ｂの上方側に重心を有したものとなる。これによって、発光本体３２の前面３２ａがその自重によってチップ基板１５側に向かう力が作用するので、リフロー処理によって、ハンダ１９の収縮が発生した場合であっても、前面３２ａ側の浮き上がり現象を最小限に抑えることが可能となる。なお、発光の中心は、ＰＮジャンクション３６を中心とした前面３２ａ側で、発光方向は、第１実施形態と同様にチップ基板１５と平行なものとなる。

以上、説明したように、本発明のＬＥＤチップは、ＰＮ構造による発光本体の背面側に実装支持部材１４を設けているので、チップ基板上に載置してリフロー処理を行った場合であっても、背面側に傾くことなく、チップ基板と水平となるように実装することができる。これによって、ＬＥＤチップの量産段階での不良品の発生率を格段に低減させることが可能となった。

また、前記実装支持部材が発光本体の一部となっているため、特別な材料を必要とせず安価に安定した実装構成をとることができると共に、同一品質のＬＥＤチップを量産化することができる。

さらに、前記実装支持部材の底面部に所定角度の傾斜面を設けることで、発光方向をチップ基板に対して所定の角度で上方側に傾かせることができる。この発光方向の角度は前記底面部の傾斜角度によって任意に設定することが可能であるため、様々な発光の指向性を備えると共に、照射対象物に適合したＬＥＤチップを形成することができる。

なお、本実施形態では、発光方向が側面方向に適したＬＥＤチップについて示したが、チップ基板の上方を発光方向とする通常の表面実装形態にも適用可能である。

１ＬＥＤチップ
２発光本体
２ａ前面
３チップ電極
５チップ基板
７電極パターン
９ハンダ
１１ＬＥＤチップ
１２発光本体
１２ａ前面
１２ｂ背面
１２ｃ載置面
１３ａ，１３ｂチップ電極
１４実装支持部材
１４ａ底面部
１５チップ基板
１６ＰＮジャンクション
１７電極パターン
１９ハンダ
２１ＬＥＤチップ
２２発光本体
２２ａ前面
２２ｂ背面
２２ｃ載置面
２３ａ，２３ｂチップ電極
２４実装支持部材
２４ａ底面部
２６ＰＮジャンクション
３１ＬＥＤチップ
３２発光本体
３２ａ前面
３２ｂ背面
３２ｃ載置面
３３ａ，２３ｂチップ電極
３４実装支持部材
３４ａ底面部
３４ｂ壁部
３６ＰＮジャンクション

Claims

前面が発光面、背面が電極面となるＰＮ接合構造による発光本体と、前記背面にＰ層及びＮ層の一部が露出する一対の電極とを備え、前記前面及び背面と直交する一側面を載置面として、電極パターンが形成された基板上に載置されるＬＥＤチップにおいて、
前記背面側の前記一対の電極を二分する位置に、前記載置面の一端から延長する底面部を有して突出する実装支持部材が設けられ、
前記発光本体の背面側に形成された前記電極パターンに前記一対の電極がハンダを介して電気的に接合されることを特徴とするＬＥＤチップ。
前面が発光面、背面が電極面となるＰＮ接合構造による発光本体と、前記背面にＰ層及びＮ層の一部が露出する一対の電極とを備え、前記前面及び背面と直交する一側面を載置面として、電極パターンが形成された基板上に載置されるＬＥＤチップにおいて、
前記背面側の一部に、前記載置面の一端から延長し、前記載置面から所定の角度を有して上方に傾斜する傾斜面が設けられた底面部を有して突出する実装支持部材が設けられていることを特徴とするＬＥＤチップ。
前記実装支持部材は、所定の幅を有して前記発光本体の背面の高さ方向に延びる請求項１又は２に記載のＬＥＤチップ。
前記実装支持部材は、前記一対の電極を二分する位置に設けられる請求項２に記載のＬＥＤチップ。
前記底面部は、前記載置面と同一平面となるように形成されている請求項１に記載のＬＥＤチップ。
前記実装支持部材は、前記一対の電極を除いた背面全体に設けられる請求項１又は２に記載のＬＥＤチップ。