JP5905970B2 - 発光ダイオードパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードパッケージに関し、特に、紫外線用発光ダイオードパッケージ及びその製造方法に関する。

窒化ガリウム系列の発光ダイオードは、表示素子及びバックライトとして広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球または蛍光灯に比べて消耗電力が小さく、寿命が長いので、白熱電球及び蛍光灯に取って代わるものであって、一般照明用途にその使用領域を広げている。近年、３６５ｎｍ以下のＤＵＶ（深紫外線）を放出する発光ダイオードが開発されており、ＤＵＶ発光ダイオードは、大気及び水中滅菌、表面汚染物の除去、生物製剤（ｂｉｏ―ａｇｅｎｔ）検出器などの光センサー、ポリマーのＵＶ硬化、医療用及び分析装備などに多様に適用することができる。

一般に、ＤＵＶ ＬＥＤは、短波長の光を放出するためにｎ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮ層との間にＡｌを含有する窒化ガリウム系井戸層を含む多重量子井戸構造を有する。このようなＤＵＶ ＬＥＤから放出される紫外線は、シリコーンやエポキシなどの通常の密封樹脂に容易に吸収されるので、青色ＬＥＤと異なって、密封樹脂を用いて密封することが難しい。

したがって、従来は、金属ステム上にＬＥＤを実装し、ウィンドウが一体化されたキャップを金属ステム上にボンディングしてＬＥＤを保護するパッケージが主に使用されていた。このようなステムパッケージは、材料コスト及び製造コストが嵩み、パッケージの価格が高いので、セラミックパッケージや一般プラスチックパッケージなどの低コストのパッケージを紫外線用ＬＥＤパッケージとして使用しようとする試みがある。

例えば、パッケージ本体のキャビティ内にＬＥＤを実装した後、接着剤を用いてレンズをパッケージ本体に接着させてキャビティを密封する技術を用いることができる。キャビティは、パッケージ本体、レンズ及び接着剤によって密閉されるので、外部から水分などがキャビティの内部に浸透されることが防止される。しかし、レンズを接着する過程で、キャビティ内で圧縮された空気によってレンズがパッケージ本体から剥離してしまい、接着不良が発生しやすい。例えば、レンズホルダーを用いて接着剤を挟んでレンズをパッケージ本体に対して押圧するとき、キャビティ内に圧縮空気が生成される。前記レンズホルダーを除去すると、この圧縮空気によってレンズがパッケージ本体から剥離してしまうことがある。また、接着剤を硬化する過程で、キャビティ内の空気が膨張し、キャビティ内の空気圧力の増加によってレンズがパッケージ本体から剥離してしまうことがある。

本発明が解決しようとする課題は、レンズの接着不良を防止できる発光ダイオードパッケージを提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、接着剤を用いてレンズを接着させてキャビティを密封するパッケージにおいて、レンズの接着不良を防止するとともに、キャビティを密封できる発光ダイオードパッケージを提供することにある。

本発明が解決しようとする更に他の課題は、レンズの接着不良を防止できるように発光ダイオードパッケージを製造する方法を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージは、キャビティ及び前記キャビティに接続された空気排出通路を有するパッケージ本体、前記キャビティ内に実装された発光ダイオード、前記キャビティの上部を覆い、前記発光ダイオードから放出された光を透過する透明部材、前記透明部材を前記パッケージ本体に結合させる接着剤、及び前記空気排出通路内に形成され、前記空気排出通路を遮断するシール材、を含み、前記キャビティの内部には密閉された空間が形成される。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法は、キャビティ及び前記キャビティから延長する空気排出通路を有するパッケージ本体を準備し、前記パッケージ本体のキャビティ内に発光ダイオードを実装し、接着剤を用いて前記キャビティの上部を覆うように透明部材を接着させ、シール材を形成することによって前記空気排出通路を遮断することを含む。

パッケージ本体に空気排出通路を設けることによって、透明部材をパッケージ本体に接着させるとき、キャビティ内の空気圧によって透明部材がパッケージ本体から剥離されることを防止することができる。

本発明の一実施例に係る発光ダイオードパッケージを説明するための平面図である。 図１のＡ―Ａ線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための平面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための平面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための平面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る発光ダイオードパッケージを説明するための断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る発光ダイオードパッケージを説明するための断面図である。

以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施形態を詳細に説明する。以下に示される実施形態は、当業者に本発明の思想を十分に伝達するために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下で説明する各実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具体化することもできる。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現されていることを理解すべきである。明細書全体にわたって同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための平面図であり、図２は、図１のＡ―Ａ線に沿った断面図である。

図１及び図２を参照すると、前記発光ダイオードパッケージは、パッケージ本体２１、サブマウント３１、発光ダイオード３３、透明部材３５、接着剤３４及びシール材３７を含む。

前記パッケージ本体２１は、パッケージ本体２１の外側周囲を構成する外壁２１ａと、前記外壁２１ａで取り囲まれた領域内の上部面２１ｂと、前記上部面２１ｂで取り囲まれたキャビティ２１ｃとを含むことができる。前記パッケージ本体２１は、セラミックシートを用いて同時焼成工程によって形成されたセラミック本体であってもよいが、これに限定されるものではなく、プラスチック本体であってもよい。

一方、前記キャビティ２１ｃに接続され、外壁２１ａ側に延長する空気排出通路２１ｄを前記パッケージ本体２１に設けることができる。前記空気排出通路２１ｄは、キャビティ２１ｃを取り囲む上部面に形成された溝であってもよい。前記空気排出通路２１ｄは、外壁２１ａまで延長できるが、これに限定されるものではない。

また、前記パッケージ本体２１に各リード端子２３を提供することができ、これら各リード端子２３は、外部電源に接続するためにパッケージ本体２１の外部に延長される。

前記発光ダイオード３３は、キャビティ２１ｃ内に実装される。発光ダイオード３３はサブマウント３１上にフリップボンディングされ、サブマウント３１はパッケージ本体に接着剤などを用いて接着することができる。前記発光ダイオードは、ＤＵＶ ＬＥＤであって、例えば、２５０ｎｍ〜３６５ｎｍの波長の光を放出することができる。一方、各ボンディングワイヤは、サブマウント３１とパッケージ本体に形成された各リード端子２３とを電気的に接続することができる。

前記透明部材３５は、接着剤３４によってパッケージ本体２１に接着される。接着剤３４は、キャビティ２１ｃを取り囲む上部面２１ｂ上に位置し、透明部材３５とパッケージ本体２１とを接着する。その結果、前記キャビティ２１ｃを取り囲む上部面２１ｂの領域のうち空気排出通路２１ｄを除いた領域は、接着剤３４によって密封される。一方、前記透明部材３５は、前記発光ダイオードから放出される光に対して透明であり、例えば、石英またはサファイアなどで形成することができる。前記透明部材３５は、図示したように、平板シート状であり得る。

前記空気排出通路２１ｄは、前記キャビティ２１ｃから前記透明部材３５の外部に延びている。すなわち、前記透明部材３５は、空気排出通路２１ｄの一部の領域を跨ぐように配置される。

シール材３７は、前記空気排出通路２１ｄ内に形成され、空気排出通路２１ｄを遮断する。シール材３７は、前記空気排出通路２１ｄの少なくとも一部に充填され、外部から湿気などがキャビティ２１ｃの内部に浸透することを防止する。シール材３７は、シリコーン、エポキシなどの硬化性樹脂で形成することができる。シール材３７は、前記透明部材３５と前記空気排出通路２１ｄによって生じた空間に充填され、前記空気排出通路を遮断することができる。その結果、前記キャビティ２１ｃ内には密閉された空間が形成される。

本実施形態において、前記空気排出通路２１ｄがパッケージ本体２１の上部面２１ｂに形成された溝である場合を説明したが、これに限定されることはない。例えば、前記空気排出通路２１ｄは、上部面２１ｂの下側のパッケージ本体２１の内部に形成された通路であり、その通路の入口が前記透明部材３５の外部に位置し、前記キャビティ２１ｃに接続することができる。

図３ないし図５は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための平面図である。

図３を参照すると、まず、キャビティ２１ｃ及び空気排出通路２１ｄを含むパッケージ本体２１が準備される。このパッケージ本体２１は、キャビティ２１ｃを取り囲む上部面２１ｂを有していてもよく、また、前記上部面２１ｂを取り囲む外壁２１ａを有することができる。前記空気排出通路２１ｄは、前記キャビティ２１ｃから外壁２１ａ側に延びている。さらに、前記パッケージ本体２１は、各リード端子２３を含むように形成することができる。

前記パッケージ本体２１は、セラミックシートを同時焼成して形成されるが、これに限定されるものではなく、各リード端子を有するプラスチック本体であってもよい。

図４を参照すると、発光ダイオード３３が前記パッケージ本体２１のキャビティ２１ｃ内に実装される。発光ダイオード３３は、サブマウント３１上にフリップボンディングして実装することができ、各ボンディングワイヤは、サブマウント３１と各リード端子２３とを接続することができる。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、発光ダイオード３３をパッケージ本体２１の各リード端子２３上に直接フリップボンディングすることもできる。

一方、前記キャビティ２１ｃを取り囲む上部面２１ｂ上に接着剤３４を塗布することができる。前記接着剤３４は、空気排出通路２１ｄを除いた領域に塗布される。

図５を参照すると、前記キャビティの上部を覆うように透明部材３５が配置される。透明部材３５とパッケージ本体２１の上部面２１ｂとの間には接着剤３４が位置し、この接着剤３４を用いて透明部材３５を接着する。前記透明部材３５は、例えば、レンズホルダー（図示せず）を用いて前記キャビティ２１ｃの上部に配置することができる。前記レンズホルダーを用いて前記透明部材３５をパッケージ本体２１に対して押圧することができ、このとき、前記キャビティ２１ｃ内の空気は、空気排出通路２１ｄを介して外部に放出される。したがって、レンズホルダーを除去したとしても、透明部材３５がパッケージ本体２１から剥離されないで済む。

前記接着剤３４は熱硬化樹脂であり、前記透明部材３５が接着剤３４上に配置された後、熱硬化を通じて透明部材３５がパッケージ本体２１に連結される。前記接着剤３４の硬化中に、膨張される空気も空気排出通路２１ｄを介して外部に放出され、その結果、空気圧によって透明部材３５が剥離することを防止することができる。前記接着剤は、熱硬化樹脂に限定されるものではなく、紫外線硬化樹脂であってもよい。前記接着剤３４は、透明部材３５上に塗布することもでき、接着剤３４が塗布された透明部材３５は、キャビティ２１ｃの上部を覆うように配置することもできる。

続いて、前記空気排出通路２１ｄにシール材（図１の３７）を形成して前記空気排出通路を遮断することによって、図１の発光ダイオードパッケージが完成する。シール材３７は、前記透明部材３５の外部に露出した空気排出通路２１ｄに硬化樹脂を注入し、前記硬化樹脂を硬化させることによって形成することができる。

図６、図７及び図８は、本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための平面図である。

図１を参照して説明した実施形態において、空気排出通路２１ｄが一つである場合を例示したが、空気排出通路２１ｄは、図６または図７に示したように、複数設けることができる。これら空気排出通路２１ｄは、対称構造で配置できるが、特別にこれに限定される必要はない。前記各空気排出通路２１ｄは、上で説明した実施形態のようにシール材３７によって遮断される。

一方、前記空気排出通路２１ｄにシール材３７を形成する過程で、シール材３７がキャビティ２１ｃの内部に流れ込む場合があり、その結果、空気排出通路２１ｄが完全に遮断されなくなる。これを防止するために、空気排出通路２１ｄの幅を変化させてもよい。例えば、図８に示したように、外壁２１ａ側に位置する空気排出通路２１ｄの入口の幅は、キャビティ２１ｃに近い通路２１ｄの幅より広く形成することができる。その結果、ディスペンサーなどを用いて硬化樹脂を空気排出通路２１ｄ内に注入するとき、硬化樹脂を空気排出通路２１ｄに容易に充填することができる。

図９は、本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための断面図である。

本実施形態に係る発光ダイオードパッケージは、図１及び図２を参照して説明した発光ダイオードパッケージと概して類似するが、シール材遮断ダム４１をさらに含むことにおいて相違している。

シール材遮断ダム４１は、シール材３７とキャビティ２１ｃとの間に位置する。前記シール材遮断ダム４１は、硬化樹脂を用いてシール材３７を形成する過程で、硬化樹脂がキャビティ２１ｃ内に流れ込むことを防止する。

図１０は、本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージを説明するための断面図である。

図１０を参照すると、本実施形態に係る発光ダイオードパッケージは、図１及び図２を参照して説明した発光ダイオードパッケージと類似するが、透明部材３５の形状が半球状であることにおいて相違する。前述の各実施形態において、透明部材３５が平板状のシートである場合を図示及び説明したが、本実施形態のように、前記透明部材３５は、発光ダイオード３３から放出される光を透過させるものであれば特別に限定されない。例えば、前記透明部材３５は、半球状レンズのみならず、球状レンズ、フレネルレンズなどの多様な形状のレンズを用いることができる。

以上、多様な実施形態を説明したが、これら実施形態は、本発明の理解を促進するために提供されたものであって、本発明を限定する意図で提供されたものではない。したがって、特定の実施形態で説明した構成要素は、本発明の思想を逸脱しない範囲内で他の実施形態に適用することができる。

Claims (3)

1. キャビティ及び前記キャビティから延長する空気排出通路を有し、前記空気排出通路が前記キャビティに連接する一端にシール材遮断ダムを有するパッケージ本体を準備し、
   前記パッケージ本体のキャビティ内に発光ダイオードを実装し、
   接着剤を用いて前記キャビティの上部を覆うように透明部材を接着し、
   シール材を、前記シール材遮断ダムを超えないように形成することによって前記空気排出通路を遮断することを含む発光ダイオードパッケージの製造方法。
2. 前記接着剤は、熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂である、請求項１に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
3. 前記シール材は、前記透明部材の外部に露出した空気排出通路に硬化樹脂を注入した後、前記硬化樹脂を硬化させることによって形成される、請求項２に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。

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