JP6539690B2 - 紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造 - Google Patents

Description

本発明はパッケージ構造に関し、特に紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ-Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤと略称）は、半導体を発光材料とした発光パーツで、その発光原理は、外から電圧を加えることで、半導体中の電子と正孔に復合を生じさせ光子を放出させ、フィラメントに頼る必要がない。
そのため、発光ダイオードは、無水銀、省エネ、低消費電力、小体積、長寿命、反応が速く、及び発光効率が高い等の特徴を備え、従来のランプの発熱しやすく、熱で破損しやすい等の欠点を排除できるため、第四世代照明光源或いはグリーン光源と呼ばれている。

発光ダイオードの発光波長は、その製造材料のバンドギャップによって決まり、紫外線、可視光線及び赤外線の波長範囲を含む。
中でも、赤外線発光ダイオードは、夜間監視カメラ及び光ファイバー通信等に応用することができる。
可視光線発光ダイオードは、多種の色の光を有し、一般の照明、インジケーター、バックライト及び植物照明灯等の製品上に幅広く応用されている。
紫外線発光ダイオードは、ＵＶＡ、ＵＶＢ及びＵＶＣの三つの波長に区分されている。
ＵＶＡの発光波長は、３２０〜４００ｎｍで、近紫外線と呼ばれ、偽造紙幣識別、紫外線治療及び空気浄化に応用されている。
ＵＶＢは、発光波長が２８０〜３２０ｎｍの紫外線で、バイオテクノロジー産業及び医療保健上に応用されている。
発光波長が２８０ｎｍより短い紫外線は、ＵＶＣで、深紫外線とも呼ばれる。
そのエネルギーは三つの中で最強であるため、微生物の細胞膜と細胞核を通過し、核酸の分子鍵結合を破壊することができ、水殺菌システム或いは空気殺菌システムに応用されている。
現在ＵＶＡ及びＵＶＢの応用領域及び技術はすでに十分に成熟しており、関連産業及び研究機関は、ＵＶＣの応用領域の開発を続け、既存の技術的制限の克服を目指している。

現在、紫外線発光ダイオードのパッケージ技術は、同軸型（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｏｕｔｌｉｎｅ ｃａｎ、ＴＯ-ｃａｎ）パッケージ構造が主流となっている。
ＴＯ-ｃａｎパッケージ技術は、良好な気密性を備え、紫外線発光ダイオードチップが受ける環境の影響を低下させられる。
しかも、ＴＯ-ｃａｎパッケージ技術は、無機材料によりパッケージを行い、紫外線の長時間の照射により材料を劣化させることがないため、良好な信頼性を備える。
しかし、ＴＯ-ｃａｎ金属パッケージ構造中にはリード線が存在し、その散熱能力には限界があるため、熱伝導効率のネックとなっている。
よって、ＴＯ-ｃａｎパッケージ技術は、小電力の紫外線発光ダイオードに限られる。
また、ＴＯ-ｃａｎは非平面型パッケージ構造であるため、製造工程バックエンドのモジュール及びシステム等整合において、多くの空間ニーズ制限が存在する。

平面実装型（Ｓｕｒｆａｃｅ-Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ、ＳＭＤ）パッケージ技術は、従来は、可視光線発光ダイオードに用いられるパッケージ技術である。
体積が小さく、散射色角が大きく、発光の均一性にすぐれている等の長所を備えるため、ＳＭＤパッケージ方式を、ＴＯ-ｃａｎパッケージ技術に置換すれば、空間制限の問題を克服することができる。
しかし、ＳＭＤパッケージ技術は、有機高分子ポリマー（シリコン、アクリル或いはエポキシ樹脂等）によりパッケージを行うため、紫外線の照射下で、各高分子ポリマーの化学結合を破壊してしまう。
現在、従来の有機高分子密封材料を紫外線発光ダイオードパッケージに応用するには、信頼性に乏しく、しかも材料が劣化しやすいという問題がある。
従来の技術の欠点を克服するため、本発明は従来のＳＭＤパッケージ構造に改良を加える。
それは、従来のＳＭＤ構造の長所を備えながら、パッケージ材料の劣化を防止でき、従来の平面化パッケージの制限を克服することができる。

前記先行技術には、信頼性に乏しく、しかも材料が劣化しやすいという欠点がある。

本発明は、紫外線発光ダイオードの発光波長範囲は２００〜４００ｎｍで、パッケージ構造の光学パーツは二酸化ケイ素を含み、光学パーツへ紫外線の通過率は８０％以上で、従来の紫外線発光ダイオードに比べ、よりいい発光及び通過効率を有する紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造に関する。

本発明は、パッケージ構造の光学パーツの底部に金属膜を設置することで、密封材料への紫外線の照射を阻み、材料の劣化を防止でき、紫外線発光ダイオードの出光量を拡大できる紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造に関する。

本発明は、パッケージ構造の基板上に反射リングを設置し、しかも紫外線発光ダイオードと光学パーツとの間に設置し、紫外線の横方向への照射を阻み材料の劣化を防止でき、光学パーツと基板との組合時の位置合わせマークとできる紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造に関する。

本発明による紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造は、基板、紫外線発光ダイオード及び光学パーツを有する。
該紫外線発光ダイオードは、該基板上に設置される。
該光学パーツは、二酸化ケイ素を含む。
しかも、その構造は、凹槽を有する。
該凹槽は、該基板に向かい、直接該基板を覆って設置され、密封材料により該基板及び該光学パーツ底部を接着し、これにより該紫外線発光ダイオードは、該基板と該光学パーツとの間に位置する。

本発明による紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造はさらに、該光学パーツの底部に、金属膜を接着し、しかも該基板上の。該紫外線発光ダイオードと該光学パーツとの間には反射リングを設置する。

本発明の一実施形態において、該基板と該光学パーツとの間には、収容空間を有する。

本発明の一実施形態において、該二酸化ケイ素は、アモルファス構造である。

本発明の一実施形態において、該光学パーツ底部と片側面との連接位置は、直角より大きい連接面である。

本発明の一実施形態において、該密封材料の高さは、該反射リングの高さより低い。

本発明の一実施形態において、該密封材料は、樹脂を有する。

本発明の一実施形態において、該金属膜は、アルミニウムを有する。

本発明の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造は紫外線発光ダイオード平面化パッケージの制限を克服し、これによりバックエンド製造工程の応用はより広くなる。

本発明のパッケージ構造の模式図である。 本発明の光学パーツ底部構造の模式図である。 本発明パッケージ構造の紫外線ルート図である。

本実施形態による紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造は、光学パーツを有する。
光学パーツは、アモルファス二酸化ケイ素を有し、発光波長が２００〜４００ｎｍの紫外線は光学パーツを通過でき、従来のものに比べ、よりいい光通過率を備える。
しかも、より幅広い波長範囲の紫外線が通過でき、反射リング及び金属膜を組み合わせることで、従来の密封材料が紫外線の照射を受けた後劣化する問題を解決でき、紫外線発光ダイオードの発光効率を向上させて、現在の紫外線発光ダイオードの平面化パッケージを行う際の制限を克服することができる。

本発明のパッケージ構造の模式図及び本発明の光学パーツ底部構造の模式図である図１Ａ及び図１Ｂに示す通り、本発明のパッケージ構造は、基板１００、紫外線発光ダイオード２００及び光学パーツ３００を有する。
発光ダイオード２００は、基板１００上に設置される。
しかも、光学パーツ３００は、凹槽３１０を有する。
凹槽３１０は、基板１００に向かい、直接基板１００を覆って設置され、収容空間４００を形成し、樹脂３５０により、光学パーツ底部３２０と基板１００とを連接する。
これにより、紫外線発光ダイオード２００は、基板１００及び光学パーツ３００の間に位置する。

上述の実施形態において、光学パーツ３００は、高純度アモルファス構造の二酸化ケイ素で、発光波長が２００〜４００ｎｍの紫外線は光学パーツ３００を通過でき、しかも通過性は８０％以上に達する。
この他、光学パーツ３００は従来の石英は、直接プレス成形できないという制限を克服でき、凹槽３１０を有する構造に成形でき、収容空間４００を形成することができ、基板１００上を直接覆い、蛍光樹脂のパッケージを置換できる。
これにより、外部環境の、紫外線発光ダイオードに対する影響を隔絶でき、光学パーツ３００の凹槽３１０は直接基板１００を覆って設置される。
こうして、一般の実装型構造（反射カバーを有する）とは異なり、紫外線発光ダイオードの発光角度を拡大することができる。

本実施形態はさらに、基板１００上の、紫外線発光ダイオード２００と光学パーツ３００との間に、反射リング１１０を設置する。
しかも、基板１００上の、反射リング１１０と紫外線発光ダイオード２００との間には、導孔１２０及び金属配線板１３０を設置し、金ワイヤー１４０により、紫外線発光ダイオード２００を金属配線板１３０まで連接する。
光学パーツ底部３２０には、金属膜３４０を設置し、しかも光学パーツ底部３２０と片側面との連接位置は、直角より大きい連接面３３０である。

図１Ａ、図１Ｂに示す通り、紫外線発光ダイオードパーツパッケージを行う時には、ダイボンディング、ワイヤーボンディング及びパッケージの三部分を含む。
先ず、紫外線発光ダイオード２００を、基板１００上に置き、金ワイヤー１４０により、金属配線板１３０まで連接する。
続いて、光学パーツ３００を基板１００上に置く。
基板１００上に設置する反射リング１１０を、位置合わせマークとし、光学パーツ３００を置く過程で位置合わせを行う。
次に、光学パーツ３００を押し、樹脂３５０を利用して接着する。
これにより、光学パーツ底部３２０と基板１００とは密着する。
光学パーツ底部３２０と片側面との連接位置は、直角より大きい連接面３３０であるため、樹脂３５０は密着の過程において、外側に向かってのみ圧迫され、溢れて収容空間４００内に入ることはない。
しかも、光学パーツ底部３２０と紫外線発光ダイオード２００との間には、反射リング１１０を設置するため、樹脂３５０が溢れて収容空間４００内に入ることを防止できる。

本発明パッケージ構造の紫外線ルート図である図２に示す通り、本発明は、下述の方式で、パッケージ構造中の樹脂３５０の信頼性を確保する。
それは、光学パーツ底部３２０に、金属膜３４０を設置する。
それは、アルミニウムを含む。
アルミニウムは、現在の薄膜材質中で、短波長を反射可能な唯一の薄膜で、紫外線に対して極めて高い反射率を備え、しかも光学パーツに対する付着力も強い。
紫外線Ｂを、光学パーツ３００に照射し、反射光Ｂ’を形成すると、反射光Ｂ’は続いて金属膜３４０に照射し、反射して反射光Ｃを形成する。
これにより、紫外線を樹脂３５０に照射し劣化を招くことを防止し、同時に紫外線発光ダイオードの出光量を拡大することができる。
もう一つは、紫外線発光ダイオード２００と光学パーツ３００との間に、反射リング１１０を設置し、反射リング１１０の高さは樹脂３５０より高いため、紫外線Ａを反射リング１１０に照射すると、反射して反射光Ａ’を形成し、樹脂３５０上への横方向の紫外線の照射を阻み、材料劣化防止の効果を達成する。

上述の内容を総合すると、本発明の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造は、アモルファス構造の二酸化ケイ素を含む光学パーツを使用することで、発光波長が２００〜４００ｎｍの紫外線はすべて通過でき、しかも通過率は８０％以上に達するため、紫外線発光ダイオードの発光性能を向上させることができる。
しかも、従来の石英は溶融点が高過ぎるため、プレス成形できないという制限を克服することができる。
さらに、凹槽構造を設置することで、紫外線発光ダイオードの発光角度を拡大し、出光量を高めることができる。
この他、本発明のパッケージ構造は、金属膜及び反射リングを通して、樹脂上への紫外線の直接照射を阻み、材料を保護し、劣化防止の目的を達成できる。
こうして、本発明は、平面式パッケージ技術により、紫外線発光ダイオードパーツのパッケージを行う際の、密封材料の信頼性不足の問題を解決することができる。
本発明は、従来の紫外線発光ダイオード平面式パッケージの制限を克服すると同時に、平面式パッケージの長所を備え、高コストのＴＯ-ｃａｎパッケージ構造に置換し、これにより紫外線発光ダイオードはバックエンド製造工程においてより幅広い応用が可能となる。

前述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は後述される特許請求の範囲を基準とする。

１００ 基板
１１０ 反射リング
１２０ 導孔
１３０ 金属配線板
１４０ 金ワイヤー
２００ 紫外線発光ダイオード
３００ 光学パーツ
３１０ 凹槽
３２０ 光学パーツ底部
３３０ 直角より大きい連接面
３４０ 金属膜
３５０ 樹脂
４００ 収容空間

Claims (18)

1. 紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造であって、基板、紫外線発光ダイオード及び光学パーツを有し、
   前記紫外線発光ダイオードの発光波長範囲は、２００〜４００ｎｍで、前記基板上に設置され、
   前記光学パーツは、二酸化ケイ素からなり、
   前記紫外線発光ダイオードが発射する紫外線の、前記光学パーツへの通過率は８０％以上で、
   前記光学パーツは、凹槽を有し、前記凹槽は、前記基板に向かい、直接前記基板を覆って設置され、これにより前記紫外線発光ダイオードは、前記基板と前記光学パーツとの間に位置し、前記基板と前記光学パーツとの間には、収容空間を有し、前記光学パーツ底部には、金属膜を設置することを特徴とする紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
2. 前記基板上には、反射リングを有し、前記紫外線発光ダイオードと前記光学パーツとの間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
3. 前記二酸化ケイ素は、アモルファス構造であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
4. 前記光学パーツ底部と片側面との連接位置は、直角より大きい連接面であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
5. 前記光学パーツは、密封材料により前記基板上に連接されることを特徴とする請求項２に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
6. 前記密封材料は、樹脂を有することを特徴とする請求項５に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
7. 前記密封材料の高さは、反射リングの高さより低いことを特徴とする請求項５に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
8. 前記金属膜は、アルミニウムを有することを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
9. 紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造であって、基板、紫外線発光ダイオード及び光学パーツを有し、
   前記紫外線発光ダイオードは、前記基板上に設置され、
   前記光学パーツの底部には、金属膜を設置し、密封材料により前記光学パーツと前記基板とを連接し、
   前記光学パーツ底部と片側面との連接位置は、直角より大きい連接面であることを特徴とする紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
10. 前記基板上には、反射リングを有し、前記紫外線発光ダイオードと前記光学パーツとの間に設置されることを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
11. 前記基板と前記光学パーツとの間には、収容空間を有することを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
12. 前記光学パーツは、二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
13. 前記二酸化ケイ素は、アモルファス構造であることを特徴とする請求項１２に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
14. 前記紫外線発光ダイオードの発光波長範囲は、２００〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
15. 前記紫外線発光ダイオードが発射する紫外線の、前記光学パーツの通過率は８０％以上であることを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
16. 前記密封材料の高さは、反射リングの高さより低いことを特徴とする請求項１０に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
17. 前記密封材料は、樹脂を有することを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。
18. 前記金属膜は、アルミニウムを有することを特徴とする請求項９に記載の紫外線発光ダイオードパーツのパッケージ構造。

Images