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JP2008251618A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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孝一 深沢
Hirohiko Ishii
廣彦 石井
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Abstract

【課題】 解決しようとする問題点は、複数のＬＥＤチップを搭載したＬＥＤにおいては発光効率の向上及び小型化が困難であるという問題である。また発光効率を向上させたＬＥＤの安価な製造方法が開発されていなかったことである。
【解決手段】 プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成る発光ダイオードにおいて、該プリント配線基板は端子部、ダイボンド部、セカンドボンド部を有し、該ダイボンド部には反射率の高いメッキが施されており、前記発光素子は導電性ペーストによって前記プリント配線基板に接着されており、該発光素子の電極は前記セカンドボンド部と電気的に接続されており、かつ該発光素子は反射率の高い第一の樹脂で素子の外周部を覆われているとともに第二の樹脂で樹脂封止されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光ダイオード及びその製造方法に関する。
従来小型表面実装型発光ダイオード（以下発光ダイオードをＬＥＤと略記する）においては機器の電池寿命を延ばすための発光効率の向上と、実装面積を小さくするための小型化とが重要な問題となっている。また安価に製造する方法も求められている。
図１５は従来の表面実装型ＬＥＤ１００の断面を示した図で、（ａ）はＬＥＤチップが１個実装されている場合、（ｂ）は複数である３個実装されている場合を示している。
図１５（ａ）において、１０６がＬＥＤチップ、１０４は該ＬＥＤチップ１０６の２つの電極、１１２は基板、１１６及び１１４は該基板１１２の電極、１１０は透明な封止樹脂である。１０８はＬＥＤチップ１０６の異なる不純物の境界で、ここが発光層となっている。
発光層１０８から横方向に出射した光１１８は透明な封止樹脂１１０中でもほぼ直進する光１２０となり、ＬＥＤの横方向から出射される。
この構造では側面と上面とがＬＥＤの出光面となるが、ある１つの面を出光面として用いると、他の面から出射される光を有効に使うことは容易でないという問題があった。
図１５（ｂ）は３個のＬＥＤチップ１２２，１２４，１２６が実装されている例で、電極１０４に代えてワイヤ１３０を描いている。
図１５（ｂ）の場合は（ａ）の場合と同様に、ＬＥＤチップ１２２発光層１０８から横方向に出射した光１１８は透明な封止樹脂１１０中でもほぼ直進する光１２０となるが、その後ＬＥＤチップ１２４に入射され該チップ１２４内で吸収される光１２８となってしまう。
このように複数のＬＥＤチップを搭載したＬＥＤにおいては横方向に出射された光がＬＥＤチップ内で吸収されてしまい発光効率の向上が特に困難であるという問題があった。
このような問題を解消するため、 光反射率が高く拡散反射効果のある白色系樹脂でＬＥＤチップの周囲を覆うという提案がある。（例えば特許文献１参照）。
しかしこの提案された方式は１個のＬＥＤチップを実装した場合のみに関する記載のみで、複数のＬＥＤ素子が実装された場合の横方向に放出される光の有効利用及び製造方法に関しては言及されていなかった。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付して説明を省略している。
特開２００５−２７７２２７
解決しようとする問題点は、複数のＬＥＤチップを搭載したＬＥＤにおいては発光効率の向上及び小型化が困難であるという問題である。また発光効率を向上させかつ安価なＬＥＤの製造方法が開発されていなかったことである。
本発明によるＬＥＤは、プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成るものであって、該プリント配線基板は端子部、ダイボンド部、セカンドボンド部を有し、該ダイボンド部には反射率の高いメッキが施されており、前記発光素子は導電性ペーストによって前記プリント配線基板に接着されており、該発光素子の電極は前記セカンドボンド部と電気的に接続されており、かつ該発光素子は反射率の高い第一の樹脂で素子の外周部を覆われているとともに第二の樹脂で樹脂封止されていることを特徴とする。
また本発明によるＬＥＤは、プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成るものであって、該プリント配線基板は端子部、ダイボンド部、セカンドボンド部を有し、該ダイボンド部には反射率の高いメッキが施されており、前記発光素子は導電性ペーストによって複数個前記プリント配線基板に接着されており、該発光素子の電極は前記セカンドボンド部と電気的に接続されており、かつ該発光素子は反射率の高い第一の樹脂で素子の外周部を覆われているとともに第二の樹脂で樹脂封止されていることを特徴とする。
また本発明によるＬＥＤの製造方法は、基板に複数の発光素子を実装する工程と、該複数の発光素子の間を遮光と反射を兼ねた第一の樹脂で、該第一の樹脂の上面と該発光素子の上面とが同じ位置に来るよう覆う第１の樹脂充填工程と、前記複数の発光素子と前記第一の樹脂の上面とを透光性の第二の樹脂で封止する第２の樹脂充填工程と、該複数の発光素子が該第二の樹脂で封止されている前記基板を単個に切断する選択切断工程とを有することを特徴とする。
また本発明によるＬＥＤもしくはＬＥＤの製造方法は、前記第一の樹脂に熱伝導性の高いフィラーが含まれていることを特徴とする。
また本発明によるＬＥＤもしくはＬＥＤの製造方法は、前記第一の樹脂は白色系の樹脂であり、白色系のセラミックス、表面を粗面化したアルミニウム及び銀などの金属、並びに表面を粗面化したメッキの何れか一つが樹脂中に混入されたものあることを特徴とする。
また本発明によるＬＥＤの製造方法は、前記基板を選択的に切断する選択切断工程で、縦方向及び横方向に切断された発光ダイオードに前記発光素子が複数実装されていることを特徴とする。
ＬＥＤチップの外周部に反射率の高い樹脂を配置することにより素子から放出される光を効率よく反射させることが出来、また発光素子と樹脂枠との距離が非常に小さいのでパッケージの小型化が可能になる。
また複数の発光素子を小面積部に密集させても隣の素子による光の吸収が減少するので、発光効率を向上させることが出来る。
さらにまた、ＬＥＤチップの外周部に配置された樹脂は発光素子に密着しているので、該樹脂に熱伝導率の高い物質を混ぜることで、放熱性を向上させることが出来る。
また製造方法においては、発光素子の数によらず同様の工程で大判の集合体を製造し、切断工程の変更のみで種々の発光素子数のＬＥＤを製造出来るため、コスト削減に効果がある。
プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成る発光ダイオードにおいて、該プリント配線基板は端子部、ダイボンド部、セカンドボンド部を有し、該ダイボンド部には反射率の高いメッキが施されており、前記発光素子は導電性ペーストによって前記プリント配線基板に接着されており、該発光素子の電極は前記セカンドボンド部と電気的に接続されており、かつ該発光素子は反射率の高い第一の樹脂で素子の外周部を覆われているとともに第二の樹脂で樹脂封止されている。
以下実施例に基づいて本発明の説明を行う。
図１は本発明によるＬＥＤの第１の実施例の平面図である。
図１において、１２はＬＥＤ１０のプリント配線基板の外形線で、１４は発光素子すなわちＬＥＤチップの外形線、１６はワイヤボンディングしたワイヤである。
図２は本発明によるＬＥＤの第１の実施例の断面図である。
図２（ａ）は図１のＬＥＤ１０のｂ−ｂ’断面図で、（ｂ）は図１のＬＥＤ１０のａ−ａ’断面図である。１７がＬＥＤチップ、２７，２９はそれぞれ該ＬＥＤチップ１７の２つの電極で、２２はプリント配線基板、２４及び２６は該基板２２の電極で、ＬＥＤチップ１７の電極２７はワイヤ２８によってプリント配線基板２２の電極２６に電気的に接続されており、ＬＥＤチップ１７の電極２９はワイヤ３０によってプリント配線基板２２の電極２４に電気的に接続されている。
プリント配線基板２２及び電極２４の上面側であってＬＥＤチップ１７の下部がダイボンド部であり、プリント配線基板２２の電極２６，２４の上面側であってＬＥＤチップ１７の下部からはずれた部分がセカンドボンド部で、ワイヤ２８，３０が接続されている。
ＬＥＤチップ１７の下部であるダイボンド部のプリント配線基板２２の電極２４表面には
銀等の反射率の高いメッキ２３が施されており、ＬＥＤチップ１７の下面方向に出射された光を反射している。ＬＥＤチップ１７とプリント配線基板２２とは電極２４を介して導電性ペースト２５で接着されている。
ＬＥＤチップ１７は反射率の高い第一の樹脂２０で素子の外周部を覆われており、さらに透明な第二の樹脂１８によって封止されている。
図２に示すように反射率の高い第一の樹脂２０はほぼＬＥＤチップ１７と同じ上面位置まで充填されており、透明な第二の樹脂１８はＬＥＤチップ１７と第一の樹脂２０とを封止している。
１９はＬＥＤチップ１７の異なる不純物の境界面で、ここが発光層となっている。
なお図２（ｂ）では簡単化のため、図２（ａ）で点線で示した発光素子の電極２７，２９、ワイヤ２８，３０を省略している。
第一の樹脂２０に熱伝導性の高いフィラーを含ませれば、樹脂２０は発光素子１７に密着しているので、ＬＥＤ１０の放熱性を向上させることが出来る。
また、発光素子１７と樹脂２０との距離が非常に小さいのでパッケージの小型化が可能になる。
また以下の図では簡単化のため、発光素子の電極２７，２９、反射率の高いメッキ２３、導電性ペースト２５の図示を省略している。
さらに第一の樹脂２０の反射率を高くするため、白色系の樹脂中に反射率を高くしかついろいろな方向に拡散反射させるための物質を混入させて高反射率を実現することも出来る。反射率を高くするための物質としては、白色系のセラミックス、表面を粗面化したアルミニウム及び銀などの金属、並びに表面を粗面化したメッキ等を用いることが出来る。
このように構成したことの発光効率向上の効果は図１１で後述する。
図３は本発明によるＬＥＤの第１の実施例の斜視図で図２（ａ），（ｂ）と同様の部材には同様の番号を付している。
また透明な第二の樹脂１８を介して見える部分は実線で示している。
図４は本発明によるＬＥＤ３１の第２の実施例の平面図である。
図４において、３２はＬＥＤ３１のプリント配線基板の外形線で、３４は発光素子すなわちＬＥＤチップの外形線である。
実施例２では発光素子すなわちＬＥＤチップがプリント基板上にフリップチップ実装された例を示しているため、ＬＥＤ３１の外形は実施例１の場合よりも小さくできている。
図５は本発明によるＬＥＤの第２の実施例の断面図である。
図５（ａ）は図４のＬＥＤ３１のｂ−ｂ’断面図で、（ｂ）は図４のＬＥＤ１０のａ−ａ’断面図である。
図５の断面図が図２の断面図と異なっている点は、図２ではワイヤボンディング法でＬＥＤチップとプリント配線基板の電極とが接続されていたのに対し、図５ではフリップチップ法を用いているため、ＬＥＤチップ４４の一方の電極はバンプ４２によってプリント配線基板２２の電極３８に電気的に接続されており、ＬＥＤチップ４４の他方の電極はバンプ４０によってプリント配線基板２２の電極３６に電気的に接続されている。それに伴ってプリント配線基板２２の電極３６、３８の形状が変化している。ワイヤボンディングのセカンドボンド部を設ける必要がないためプリント配線基板２２はより小さくできている。
またフリップチップ法を用いたことによりＬＥＤチップ４４は図２の場合とは逆向きにプリント配線基板２２上に実装されている。そのためＬＥＤチップ４４の発光層１９はＬＥＤチップ４４の下部に存在するようになっている。
図６は本発明によるＬＥＤの第２の実施例の斜視図で図５（ａ），（ｂ）と同様の部材には同様の番号を付している。４０，４２がバンプである。
図７は本発明によるＬＥＤの第３の実施例の平面図である。
図７は３つのＬＥＤチップ５２，５４，５６を１つのＬＥＤ５０にワイヤボンディング法で実装した例で、５８がプリント配線基板の外形線、１６がワイヤで、該ワイヤ１６はＬＥＤチップ５２，５４，５６すべてに図示されている。
図８は本発明によるＬＥＤの第３の実施例の断面図で、（ａ）は図７の平面図のａ−ａ’断面、（ｂ）はｂ−ｂ’断面である。
図９は本発明によるＬＥＤの第４の実施例の平面図で、図７と同様に、３つのＬＥＤチップ７２，７４，７６を１つのＬＥＤ７０に実装した例であるが、実装法としてはフリップチップ法を用いている。７８がプリント配線基板の外形線で、７２，７４，７６がそれぞれ発光素子すなわちＬＥＤチップの外形線である。
図１０は本発明によるＬＥＤの第４の実施例の断面図で、図８の断面図とは実装法が異なるのみで他の事項は同一である。
図１１は本発明によるＬＥＤの発光効率向上効果を説明する図である。
図１１（ａ）はＬＥＤチップが１個実装されている場合、（ｂ）は複数である３個実装されている場合を示しており、（ａ）の図では１つのチップから右方向に出射された光、（ｂ）の図では３個のＬＥＤチップのうち最左方に実装されたＬＥＤチップから右方向に出射された光について説明している。
図１１（ａ）は本発明によるＬＥＤの第１の実施例の断面図である図２（ａ）に出射光を書き入れたもので、簡単化のためワイヤ３０を省略して描いている。
発光層１９から横方向に出射した光８０は反射率の高い第一の樹脂２０内に入るといわゆる拡散反射されいろいろな方向に拡散される。ここでは拡散光を大別して光８６、８２，８４の方向に進む光について説明する。
第一の樹脂２０内で直進する光８６は、従来技術で説明した図１５（ａ）の光１２０と同様、ＬＥＤ１０の横方向に出射される。
第一の樹脂２０内で上方向に拡散反射された光８２は、樹脂の境界面で多少屈折されるものの、透明な第二の樹脂部１８を通って上部方向に出射される。
第一の樹脂２０内で下方向に拡散反射された光８４はプリント配線基板２２の電極２４で反射されて反射率の高い第一の樹脂２０及び透明な第二の樹脂部１８を通って上部方向に出射される。
このように本発明のＬＥＤにおいては、横方向に出射されていた光の多くを拡散させ上部方向に出射させることが出来るため、上部方向での発光効率を大きく向上させることが出来る。
なお発光層１９から下方向に出射された光は反射率の高いメッキ部２３で反射されて上部方向に出射されることは勿論である。
図１１（ｂ）は本発明によるＬＥＤの第３の実施例の断面図である図８（ｂ）に出射光を書き入れたものである。
ＬＥＤチップ５２の発光層１９から横方向に出射した光８０は反射率の高い第一の樹脂６２内に入るといわゆる拡散反射されいろいろな方向に拡散される。ここでは拡散光を大別して光８６、８２，８４の方向に進む光について説明する。
第一の樹脂２０内で直進する光８６は、従来技術で説明した図１５（ａ）の光１２０と同様、ＬＥＤ１０の横方向に出射され、その後となりのＬＥＤチップ５４に入射され該チップ５４内で吸収される光８８となってしまう。ここまでは従来と同様である。
第一の樹脂６２内で上方向に拡散反射された光８２は、樹脂の境界面で多少屈折されるものの、透明な第二の樹脂部６０を通って上部方向に出射される。
第一の樹脂６２内で下方向に拡散反射された光８４はプリント配線基板２２の電極６４で反射されて反射率の高い第一の樹脂６２及び透明な第二の樹脂部６０を通って上部方向に出射される。
このように本発明のＬＥＤにおいては、横方向に出射されていた光の多くの部分を、となりのＬＥＤチップ内で吸収させることなく、上部方向に拡散させることが出来るため、上部方向での発光効率を大きく向上させることが出来る。
図１２は本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する第１の平面図である。
図１２においては集合基板９４上に縦３個横３個のＬＥＤチップ９３が実装された例を示している。１６はワイヤであり、これらのＬＥＤチップはワイヤボンディング法で実装されている。
図１３は本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する第２の平面図で、集合基板９４上に縦３個横３個のＬＥＤチップ９５がフリップチップ法で実装された例を示している。
図１６は本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する第３の平面図で、集合基板９４上に縦４個横４個のＬＥＤチップ９３がワイヤボンディング法で実装されている。
図１７は本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する工程図で、図１４は本発明によるＬＥＤの製造方法の各工程を説明する斜視図である。
以下に図１７，１４，１２，１３，１６を用いて本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する。
本発明によるＬＥＤの製造方法は図１７の工程図に示すように、実装工程、第１の樹脂充填工程、第２の樹脂充填工程、選択切断工程を有する。
実装工程においては集合基板９４上に複数のＬＥＤチップ９３を実装する。図１２，１３においては３Ｘ３で９個の、図１４では２Ｘ２で４個の、図１６では４Ｘ４で１６個の
ＬＥＤチップ９３を実装している。実装法はワイヤボンディング法でもフリップチップ法でも良い。図１４（ａ）は集合基板９４にＬＥＤチップ９３が実装されている状態の斜視図である。
第１の樹脂充填工程では複数のＬＥＤチップ９３の間を遮光と反射を兼ねた拡散反射性を持つ第一の樹脂で、該第一の樹脂の上面とＬＥＤチップの上面とが同じ位置に来るよう覆って、すなわち充填している。図１４（ｂ）は第１の樹脂充填工程を経たＬＥＤ集合体の斜視図で、第１の樹脂９８の上面とＬＥＤチップ９３の上面とがほぼ同じ高さになるよう第一の樹脂９８の量を調節している。
第２の樹脂充填工程では複数のＬＥＤチップ９３第一の樹脂９８の上面とを透光性の第二の樹脂９９で封止している。図１４（ｃ）は第２の樹脂充填工程を経たＬＥＤ集合体の斜視図である。
選択切断工程では前記ＬＥＤ集合体を単個に切断している。ここで注目すべきは、この工程で始めてＬＥＤに実装されるＬＥＤチップ数が決定されている点である。図１２，１３のように点線１３０に沿って切断すれば横方向に３チップが実装されたＬＥＤが得られ、図１６のように横方向には点線１３２に沿って、縦方向には点線１３４に沿って切断すれば２Ｘ２の４チップが実装されたＬＥＤが得られる。また図１４（ｄ）に示した斜視図のようにＬＥＤ９１を切り出せば１チップが実装されたＬＥＤが得られる。
実際のＬＥＤ集合体は多くのＬＥＤチップが実装されているので、３チップ実装のＬＥＤの場合も縦方向及び横方向の両方向に切断する必要がある。
本発明のＬＥＤの製造方法をとれば、選択切断工程で１つのＬＥＤに実装するチップ数を決定することが出来る。すなわち、実装するチップ数が異なっても実装工程、第１の樹脂充填工程、第２の樹脂充填工程を共通化することが出来る。したがってＬＥＤ集合体を作り貯めすることも可能になり、コスト削減面で大きな効果がある。
なお複数チップ実装したＬＥＤはＲ，Ｇ，Ｂ発光色のチップの混色で白色を作る場合にも有効であるし、またチップ数を増やしてＬＥＤの輝度を増加させる場合にも有効である。
本発明によるＬＥＤの第１の実施例の平面図である。 本発明によるＬＥＤの第１の実施例の断面図である。 本発明によるＬＥＤの第１の実施例の斜視図である。 本発明によるＬＥＤの第２の実施例の平面図である。 本発明によるＬＥＤの第２の実施例の断面図である。 本発明によるＬＥＤの第２の実施例の斜視図である。 本発明によるＬＥＤの第３の実施例の平面図である。 本発明によるＬＥＤの第３の実施例の断面図である。 本発明によるＬＥＤの第４の実施例の平面図である。 本発明によるＬＥＤの第４の実施例の断面図である。 本発明によるＬＥＤの発光効率向上効果を説明する図である。 本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する第１の平面図である。 本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する第２の平面図である。 本発明によるＬＥＤの製造方法の各工程を説明する斜視図である。 従来のＬＥＤの断面を示した図である。 本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する第３の平面図である。 本発明によるＬＥＤの製造方法を説明する工程図である。
符号の説明
１０，３１，５０，７０，９１ ＬＥＤ
２２ プリント配線基板
１４，１７，３４，４４，５２，５４，５６，７２，７４，７６，９３，９５，９６ 発光素子
２４，２６ 端子部
２４ ダイボンド部
２４，２６ セカンドボンド部
２３ 反射率の高いメッキ
２５ 導電性ペースト
２７，２９ 発光素子の電極
２０、６２、９８ 第一の樹脂
１８、６０、９９ 第二の樹脂

Claims (6)

  1. プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成る発光ダイオードにおいて、
    該プリント配線基板は端子部、ダイボンド部、セカンドボンド部を有し、
    該ダイボンド部には反射率の高いメッキが施されており、
    前記発光素子は導電性ペーストによって前記プリント配線基板に接着されており、
    該発光素子の電極は前記セカンドボンド部と電気的に接続されており、
    かつ該発光素子は反射率の高い第一の樹脂で素子の外周部を覆われているとともに第二の樹脂で樹脂封止されていることを特徴とする発光ダイオード。
  2. プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成る発光ダイオードにおいて、
    該プリント配線基板は端子部、ダイボンド部、セカンドボンド部を有し、
    該ダイボンド部には反射率の高いメッキが施されており、
    前記発光素子は導電性ペーストによって複数個前記プリント配線基板に接着されており、
    該発光素子の電極は前記セカンドボンド部と電気的に接続されており、
    かつ該発光素子は反射率の高い第一の樹脂で素子の外周部を覆われているとともに第二の樹脂で樹脂封止されていることを特徴とする発光ダイオード。
  3. 基板に複数の発光素子を実装する工程と、
    該複数の発光素子の間を遮光と反射を兼ねた第一の樹脂で、該第一の樹脂の上面と該発光素子の上面とが同じ位置に来るよう覆う第１の樹脂充填工程と、
    前記複数の発光素子と前記第一の樹脂の上面とを透光性の第二の樹脂で封止する第２の樹脂充填工程と、
    該複数の発光素子が該第二の樹脂で封止されている前記基板を選択的に切断する選択切断工程と
    を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  4. 前記第一の樹脂には熱伝導性の高いフィラーが含まれていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードもしくは請求項２記載の発光ダイオードの製造方法。
  5. 前記第一の樹脂は白色系の樹脂であり、白色系のセラミックス、表面を粗面化したアルミニウム及び銀などの金属、並びに表面を粗面化したメッキの何れか一つが樹脂中に混入されたものあることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードもしくは請求項２記載の発光ダイオードの製造方法。
  6. 前記基板を選択的に切断する選択切断工程では、縦方向及び横方向に切断された発光ダイオードに前記発光素子が複数実装されていることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
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