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JP2003218398A - 表面実装型発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

表面実装型発光ダイオード及びその製造方法

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Publication number
JP2003218398A
JP2003218398A JP2002010876A JP2002010876A JP2003218398A JP 2003218398 A JP2003218398 A JP 2003218398A JP 2002010876 A JP2002010876 A JP 2002010876A JP 2002010876 A JP2002010876 A JP 2002010876A JP 2003218398 A JP2003218398 A JP 2003218398A
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JP
Japan
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light emitting
emitting diode
metal substrate
package
surface mount
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002010876A
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English (en)
Inventor
Megumi Horiuchi
恵 堀内
Shinobu Nakamura
忍 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd
Citizen Electronics Co Ltd
Kawaguchiko Seimitsu KK
Original Assignee
Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd
Citizen Electronics Co Ltd
Kawaguchiko Seimitsu KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd, Citizen Electronics Co Ltd, Kawaguchiko Seimitsu KK filed Critical Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd
Priority to JP2002010876A priority Critical patent/JP2003218398A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱性、信頼性に優れた車載用に好適な表面
実装型ＬＥＤ。 【解決手段】 高熱伝導性のメタルコア材料を平板状に
成形したメタル基板２には、縦にスリット２ｃが形成さ
れており、そこへ絶縁部材３が充填されている。接着シ
ート５を介して、メタル基板２上に接合された樹脂基板
４には、上部開口４ａと下部開口４ｂとをつなぐ鍋状の
側面４ｃとを有する貫通穴４ｄが形成されている。バン
プ付きＬＥＤ素子６が、絶縁部材３を跨いでメタル基板
２の上面２ａの両電極面にＦＣボンディングにより接合
されている。アンダーフィル樹脂７が、ＬＥＤ素子６と
上面２ａとの隙間に充填されている。透明ガラス又は樹
脂から成るカバー板８が接着シート９を介してパッケー
ジ１上面１ａに接合されて、空気を光の媒質とする貫通
穴４ｄ内部を封止している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型発光ダ
イオード（以下ＬＥＤと略記する）に関し、更に詳しく
は、特に放熱性・信頼性を重視する表面実装型ＬＥＤ及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤはＡｌＩｎＧａＰやＧａＮ等の化
合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向
電流を通じて可視光又は近赤外光の発光を得るものであ
り、近年、表示をはじめ、通信、計測、制御等に広く応
用されている。一方、近年の電子機器は、高性能化・多
機能化と共に、小型化・軽量化を追求している。更に、
特に放熱性・信頼性が重視される分野にも適用範囲が拡
大している。そのために電子部品は、プリント基板上に
表面実装できる部品としたものが多い。そしてこのよう
な電子部品の多くは略立方体形状をしており、プリント
基板上の配線パターンにリフロー半田付け等の固着手段
で接続される。ＬＥＤにもこうした要求に応えるものが
開発されている。
【０００３】このような従来の表面実装型ＬＥＤについ
て、図面に基づいてその概要を説明する。図１０は従来
の表面実装型ＬＥＤの縦断面図である。図１０におい
て、７０は表面実装型ＬＥＤである。７１は、予めプレ
ス成形されたＣｕ系、Ｆｅ系の材料から成るリードフレ
ームを、耐熱性ポリマーによって光反射面７１ａを含む
ように立体形状にインサート成形して成るパッケージで
ある。
【０００４】７２は、上面電極７２ａから側面電極７２
ｂを経由して下面電極７２ｃに至るリードフレームであ
る一方の電極パターンであり、７３は同じく上面電極７
３ａから側面電極７３ｂを経由して下面電極７３ｃに至
る他方の電極パターンである。７４は、上面電極７２ａ
に一方の電極を銀ペーストによりダイボンディングした
ＬＥＤ素子である。７５はＡｕ線等より成るワイヤであ
り、ワイヤ７５によりＬＥＤ素子７４の他方の電極と上
面電極７３ａとがワイヤボンディングにより接続されて
いる。７６は、ＬＥＤ素子７４、ＬＥＤ素子７４の接続
部及びワイヤ５５等の保護と、ＬＥＤ素子７４の発光を
効果的にすることのために封止している、透光性のエポ
キシ樹脂等から成る封止樹脂である。こうして表面実装
型ＬＥＤ７０が構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面実装型ＬＥＤ７０においては、ＬＥＤ素子７４から
の放熱をリードフレーム部でしか、受け取れない為に、
放熱性が十分ではない。また、封止樹脂７６の影響で屈
折率が変化し、ＬＥＤ素子７４から出射される光の反射
効率がうまく活用されない。パッケージをインサート成
形で形成しているため、集合体での多数個同時生産方式
が活用できない、金型コストが嵩む等、生産性の点で問
題があった。更に、ＬＥＤ素子７４にはワイヤボンディ
ング、樹脂封止を採用しているので、車載用などの耐環
境性（温度や振動など）の厳しい条件のもとでは、信頼
性が不十分であった。
【０００６】上記発明は、このような従来の問題を解決
するためになされたものであり、その目的は、放熱性、
信頼性に優れた表面実装型ＬＥＤ及びその製造方法を提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の手段は、内面には発光素子を接続する電
極を有し、外面には該電極と導通する端子電極を有する
パッケージ上に、発光素子を実装した表面実装型発光ダ
イオードにおいて、前記パッケージは、メタルコア材料
より成ると共に、中央がスリットにより縦に２分され
て、該スリットに絶縁部材が充填されている平板状メタ
ル基板の上面に、中央に貫通穴を有する平板状成形樹脂
を接合して形成されており、前記メタル基板上面に前記
発光素子が実装され、前記パッケージの上面にはカバー
板を接合することにより前記発光素子を封止して、光の
媒質が空気であることを特徴とする。
【０００８】また、前記発光素子は前記スリットを跨い
で実装されたフリップチップであり、該フリップチップ
と前記パッケージの前記メタル基板との隙間にアンダー
フィル樹脂を充填した前記発光素子は前記スリットを跨
いで実装されたフリップチップであり、該フリップチッ
プと前記パッケージの前記メタル基板との隙間にアンダ
ーフィル樹脂を充填したことを特徴とする。
【０００９】また、前記メタル基板の少なくとも上面の
前記発光素子ボンディング部、並びに下面の外部接続端
子部には、金メッキ又は銀メッキの表面処理が施されて
いることを特徴とする。
【００１０】また、前記成形樹脂の貫通穴内面は、円錐
面、略球面又は略放物面のいずれか一つの面の一部であ
る前記成形樹脂の貫通穴内面は、円錐面、略球面又は略
放物面のいずれか一つの面の一部であることを特徴とす
る。
【００１１】また、前記貫通穴内面は、反射膜により被
覆されていることを特徴とする。
【００１２】また、前記カバー板は、透明ガラス又は透
明樹脂で形成されていることを特徴とすることを特徴と
する。
【００１３】また、前記カバー板は、シート状又は平板
状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】また、前記カバー板には、レンズ形状が形
成されていることを特徴とする。
【００１５】また、前述した目的を達成するための本発
明の他の手段は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記
載の表面実装型ダイオードを製造する方法において、前
記発光ダイオードを多数個取りすることができる集合状
態のメタル基板上に発光素子を実装する工程と、前記メ
タル基板上に集合状態の成形樹脂を接合してパッケージ
基板を形成する工程と、前記発光素子実装後の前記パッ
ケージ基板に、集合状態のカバー板を接合して集合状態
の前記発光ダイオードを形成する工程と、集合状態の前
記発光ダイオードをダイシングして、単個の前記発光ダ
イオードに分割する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
である表面実装型ＬＥＤの縦断面図、図２はこのＬＥＤ
のパッケージの斜視図である。図３乃至図９はこの表面
実装型ＬＥＤの製造方法を示す斜視図である。
【００１７】図１、図２において、１０は光の媒質を空
気とする表面実装型ＬＥＤである。１はパッケージであ
り、２はこのパッケージ１を構成する、５０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上の熱伝導性の高いＭｇ系、Ａｌ系、Ｃｕ系等の
メタルコア材料から成るメタル基板である。メタル基板
２の全面に金メッキ又はぜが施されている。メタル基板
２の上面２ａから下面２ｂにかけて、メタル基板２を縦
に２分するスリット２ｃが形成されている。
【００１８】３はスリット２ｃに充填されて両側を接合
しているエポキシ樹脂又は耐熱性ポリマー等の樹脂接着
剤である絶縁部材である。メタル基板２は、このように
絶縁部材３によって電気的に２分割されて一対の電極を
構成している。スリット２ｃを除くメタル基板２の全面
に、金メッキ等の表面処理が施されている。４は、パッ
ケージ１を構成する樹脂基板であり、メタル基板２の上
面２ａに、後述の接着シートを介して接合されている。
樹脂基板４には、円形の上部開口４ａ及び下部開口４ｂ
並びにこれらを接続する鍋状の側面４ｃを有する貫通穴
４ｄが形成されている。側面４ｃは円錐面の一部、放物
面の一部、又は球面の一部を成す形状をしている。樹脂
基板４の全面は、光沢銀メッキ等で被覆されて貫通穴４
ｄ内面は光反射面となっている。
【００１９】５は接着剤樹脂をフィルム状に成形した接
着シートであり、下部開口４ｂに対応する部分には穴が
明けてある。６は予めフリップチップ（ＦＣ）として形
成された発光素子であるバンプ付きＬＥＤ素子であり、
バンプがスリット２ｃを跨ぐように、メタル基板２の上
面２ａの両電極面にＦＣボンディングにより接合されて
いる。７はＬＥＤ素子６とメタル基板２の上面２ａとの
隙間に充填され、ボンディング部を被覆しているアンダ
ーフィル樹脂である。８はパッケージ１上面に、接着シ
ート５と同様の上部開口４ａに対応する穴が明けられた
接着シート９を介して接合され、貫通穴４ｄ内部を封止
している透明ガラス又は透明樹脂から成るシート状又は
平板状のカバー板である。
【００２０】ＬＥＤ素子６を発した上向きの光は、矢印
のように媒質である空気中を通り、カバー板８を経て出
射方向である上方へ向かう。また、ＬＥＤ素子６を発し
た横方向の光は、側面４ｃにおいて反射して、矢印のよ
うにやはりカバー板８を経て上方へと向かう。
【００２１】次に、このＬＥＤ１０の製造方法について
説明する。この方法は表面実装型ＬＥＤ１０を多数個同
時に加工することができる集合基板を用いた製造方法で
ある。まず、図３に示すように、メタルコア材料から平
板状に成形した集合基板状態のメタル基板１２を用意
し、これにレーザー若しくはプレス抜き加工によって、
板厚を貫通するスリット１２ａ、１２ｂを、それぞれ所
定の間隔で互いに平行に、両端はメタル基板１２の外周
までには達しないように加工する。
【００２２】スリット１２ａは、完成ＬＥＤ１０のスリ
ット２ｃになる部分であり、スリット１２ｂは、完成Ｌ
ＥＤ１０の外周にあたる部分である。その後、全面を金
メッキ又は銀メッキ処理をする。次に、スリット１２ａ
内に絶縁部材３である樹脂接着剤を充填・硬化させる。
【００２３】次に、図４に示すように、予備加熱したメ
タル基板１２のスリット１２ａに沿って所定間隔に、バ
ンプがスリット１２ａを跨ぐように、金バンプ付きＬＥ
Ｄ素子６を超音波振動を加えながら搭載して半田接合
し、更にアンダーフィル樹脂７を供給して加熱硬化さ
せ、フリップチップ実装をする。
【００２４】一方、図５に示すように、貫通穴４ｄが所
定の配列になるように、射出成形又はプレス成形などに
より形成した集合基板状態の成形樹脂である樹脂基板１
４を用意する。樹脂基板１４の面形状はメタル基板１２
と同じである。次に、樹脂基板１４に、板厚を貫通する
スリット１４ｂを、１方向のみのダイシング加工により
形成する。スリット１４ｂは完成ＬＥＤ１０の外周にあ
たる部分である。次に、樹脂基板１４全体に光沢銀メッ
キ処理をする。
【００２５】次に、図６に示すように、ＬＥＤ素子６を
実装済みのメタル基板１２上に、集合状態の接着シート
１５を挟んで樹脂基板１４を加圧・加熱して接合し、パ
ッケージ基板１１を形成する。接着シート１５には、予
め所定の配列で、下部開口４ｂに合致する穴１５ａが形
成されている。
【００２６】次に、図７に示すように、パッケージ基板
１１と同じ面形状を持つ集合状態のカバー板１８を用意
して、図８に示すように、カバー基板１８をパッケージ
基板１１上に集合状態の接着シート１９を介して接合す
る。接着シート１９には、予め所定の配列で、上部開口
４ａに合致する穴１９ａが形成されている。
【００２７】最後に、図９に示すように、２方向のダイ
シングラインに沿って、ＬＥＤ１０を単個に分離して、
図２に示す表面実装型ＬＥＤ１０を得る。なお、以上の
説明に使用した各図面において、ＬＥＤの取り個数を９
個としてあるが、取り個数、集合基板の大きさはこれに
限定されず、適宜選択できることは勿論である。また。
樹脂基板１４は、一旦部品として完成させてからメタル
基板１４上に接合しているが、これをメタル基板上に、
直接樹脂モールドすることによって形成してもよい。
【００２８】次に、本実施の形態であるＬＥＤ１０の効
果について説明する。ＬＥＤ素子３の接合をＦＣ実装に
よって行ったので、耐衝撃性に優れている。吸湿性があ
り、熱膨張の大きな封止樹脂を用いないで、線膨張係数
がパッケージ材料と近似したカバー板８を用いて封止し
た場合には、耐湿性、耐熱性に優れている。凹部４ｄ内
は空であるから、屈折率の影響を受けず、光の反射効率
が向上する。パッケージ１が熱伝導性の高いメタルコア
材料で構成されているので、従来のＬＥＤと比べて遙か
に放熱性に優れており、大電流が必要で、発熱量の大き
いＬＥＤには特に有効な構成である。また、射出成形又
はプレス成形といった方法で製造できるので、特殊な技
術や設備を必要としない。更に、多数個取りのできる集
合基板方式を用いて、集合状態で同時多数個の製造が可
能になるので、生産性が高く、高品質な製品とすること
ができ、製造コストの削減ができる。
【００２９】なお、本発明は、以上説明した実施の形態
に限定されるものではなく、例えば、平板状のカバー板
５の代わりに、透明樹脂又は透明ガラスで凸レンズ状に
形成したカバー板を用いてもよい。カバー板には、他
に、凹レンズ、フレネルレンズ、セルフォックレンズ又
はホログラムレンズのいずれか一つが形成されていても
よい。これにより、発射光を絞れるから高輝度のＬＥＤ
を得られる。また、光反射面となる凹部４ｄの側面を円
錐形状、略球面形状、若しくは略放物面形状に形成して
もよい。これらの場合、出射光の直行性がより向上す
る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内面には発光素子を接続する電極を有し、外面には該電
極と導通する端子電極を有するパッケージ上に、発光素
子を実装した表面実装型発光ダイオードであって、前記
パッケージは、メタルコア材料より成ると共に、中央が
スリットにより縦に２分されて、該スリットに絶縁部材
が充填されている平板状メタル基板の上面に、中央に貫
通穴を有する平板状成形樹脂を接合して形成されてお
り、前記メタル基板上面に前記発光素子が実装され、前
記パッケージの上面にはカバー板を接合することにより
前記発光素子を封止したので、放熱性、信頼性、耐熱性
に優れたＬＥＤパッケージを実現することができた。
【００３１】また、貫通穴の内面形状を円錐、略球面、
略放物面等にして、内面の広さや深さを可変にすること
で、光の指向性を自由に制御することができた。
【００３２】また、集合基板方式によって、同時多数個
の製造が可能になるので、生産効率の高い製造プロセス
を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの
製造方法を示す斜視図である。
【図１０】従来の表面実装型ＬＥＤを示す縦断面図であ
る。
【符号の説明】
１ パッケージ １ａ、２ａ 上面 ２、１２ メタル基板 ２ｂ 下面 ２ｃ、１２ａ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１８ｂ、１９
ｂ スリット ３ 絶縁部材 ４、１４ 樹脂基板 ４ｃ 側面 ４ｄ 凹部 ５、９、１５、１９ 接着シート ６ ＬＥＤ素子 ７ アンダーフィル樹脂 ８、１８ カバー板 １０ 表面実装型発光ダイオード １１ パッケージ基板
フロントページの続き (72)発明者 中村 忍 山梨県南都留郡河口湖町船津6663番地の２ 河口湖精密株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 DA04 DA09 DA19 DA33 DA35 DA74 DA76 DA78 DA92 DB03 DC03 DC23 EE23

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内面には発光素子を接続する電極を有
    し、外面には該電極と導通する端子電極を有するパッケ
    ージ上に、発光素子を実装した表面実装型発光ダイオー
    ドにおいて、前記パッケージは、メタルコア材料より成
    ると共に、中央がスリットにより縦に２分されて、該ス
    リットに絶縁部材が充填されている平板状メタル基板の
    上面に、中央に貫通穴を有する平板状成形樹脂を接合し
    て形成されており、前記メタル基板上面に前記発光素子
    が実装され、前記パッケージの上面にはカバー板を接合
    することにより前記発光素子を封止して、光の媒質が空
    気であることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 前記発光素子は前記スリットを跨いで実
    装されたフリップチップであり、該フリップチップと前
    記パッケージの前記メタル基板との隙間にアンダーフィ
    ル樹脂を充填したことを特徴とする請求項１記載の表面
    実装型発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記メタル基板の少なくとも上面の前記
    発光素子ボンディング部、並びに下面の外部接続端子部
    には、金メッキ又は銀メッキの表面処理が施されている
    ことを特徴とする請求項又は請求項２記載の表面実装型
    発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記成形樹脂の貫通穴内面は、円錐面、
    略球面又は略放物面のいずれか一つの面の一部であるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
    の表面実装型発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 前記貫通穴内面は、反射膜により被覆さ
    れていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
    れかに記載の表面実装型発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 前記カバー板は、透明ガラス又は透明樹
    脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求
    項５のいずれかに記載の表面実装型発光ダイオード。
  7. 【請求項７】 前記カバー板は、シート状又は平板状に
    形成されていることを特徴とする請求項６記載の表面実
    装型発光ダイオード。
  8. 【請求項８】 前記カバー板には、レンズ形状が形成さ
    れていることを特徴とする請求項６記載の表面実装型発
    光ダイオード。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載
    の表面実装型ダイオードを製造する方法において、前記
    発光ダイオードを多数個取りすることができる集合状態
    のメタル基板上に発光素子を実装する工程と、前記メタ
    ル基板上に集合状態の成形樹脂を接合してパッケージ基
    板を形成する工程と、前記発光素子実装後の前記パッケ
    ージ基板に、集合状態のカバー板を接合して集合状態の
    前記発光ダイオードを形成する工程と、集合状態の前記
    発光ダイオードをダイシングして、単個の前記発光ダイ
    オードに分割する工程を有することを特徴とする表面実
    装型発光ダイオードの製造方法。
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