JP2004158876A - りん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイズが固定化でき、スペクトル範囲が安定し、かつ発光色の遺漏する率を効率良く抑制できるとともに、歩留まりが高く、製造コストを節減できる発光ダイオードのパッケージ方法を提供する。
【解決手段】 複数の発光ダイオード素子が設けられた基板と、該基板を載置する凹状部が形成され、且つ該凹状部に該基板のダイオード素子に対応する複数の成形部が形成されてなる金型とを提供し、次に該発光ダイオード素子が該成形部内に位置するよう該基板を該金型の凹状部に載置し、該金型を締め、さらにりん光材を含む液状の膠質物を、該金型内に注入して該成形部に充満させ、該膠質物に含有されるりん光材を該発光ダイオード素子上に沈殿させ、且つ該膠質物を硬化させてダイカスト基板を得て、更に該基板を発光ダイオード素子毎に分割して、複数の発光ダイオードパッケージユニットを得る。
【選択図】 図４

Description

この発明は、発光ダイオードのパッケージ技術に関し、特にりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法に関する。

発光ダイオード（以下ＬＥＤと称する）のパッケージ方法は、一般にトランスファ成形法（transfer molding）か、もしくはディスペンシング封止法が採用される。トランスファ成形法は、目下広く応用されている方法であって、発光ダイオード素子とリードを設けたプリント基板（以下ＬＥＤ基板と称する）、もしくはメタルフレームをトランスファ成形金型のキャビティ内に載置し、更に固形の粒状エポキシ樹脂を予め加熱して軟化させ、シリンダで金型のキャビティ内に圧力を加えて注入する方法である。加熱したエポキシ樹脂に硬化の反応が発生すると、封止のステップが完成する。次いで、封止のステップが完成したＬＥＤ基板、もしくはメタルフレームを分割して複数の発光ダイオードパッケージユニットを得る。

但し、従来のトランスファ成形法では、サイズの小さいＬＥＤ製品にとってはトランスファ成形工程における材料搬送槽が長すぎるため、パッケージ材の多くが該槽において浪費されるという欠点がある。更に、封止材をキャビティに注入する場合、シリンダの圧力と材料が流動する速度を正確に制御しなければならない。このような制御が正確に行われない場合は、封止材がリードを圧迫したり、リード間の短絡が発生したりする。即ち、従来のトランスファ成形法は、製造工程が複雑で歩留まりが低く、且つ制御が容易でないという欠点を有する。

ディスペンシング封止法については、常温で液状を呈する封止材を用いる。通常はエポキシ樹脂を用い、ディスペンシング機でＬＥＤ基板上にエポキシ樹脂を滴下させ、更に加熱してエポキシ樹脂を凝固させる。このようなディスペンシング封止法は、金型を必要とすることなく、且つ加工が容易で、低コストが達成できるという長所を具える。但し、封止材が固形化してできる表面積のサイズを制御することが難しい。すなわち、パッケージ構造のサイズの制御が難しく、このため発光スペクトルが偏り、正確な色彩の光線を発生させることが難しくなる。更に、生産の効率がトランスファ成形法に比してはるかに劣る。このため、目下普及はしていない。

また、白色ＬＥＤのパッケージユニットを製造する場合、トランスファ成形法には、りん光材を含む固体のエポキシ樹脂を、ディスペンシング封止法には、りん光材を含む液体のエポキシ樹脂をそれぞれ用いる。但し、いずれの方法でパッケージングを行おうとも、最終的には図１に開示するパッケージ構造を呈する。すなわち、基板（１０）上にＬＥＤ素子（１２）が設けられ、該ＬＥＤ素子（１２）はエポキシ樹脂にりん光材を混合させてなる被覆層（１４）によって被覆される。りん光粒子（１６）は、エポキシ樹脂（１８）内において分散し、且つ密集しない状態でＬＥＤ素子（１２）を被覆する。このため、従来のパッケージ構造はＬＥＤ素子（１２）の発光色が遺漏する比率が高くなる。

この発明は、パッケージ構造のサイズが固定化でき、スペクトル範囲の安定した白色ＬＥＤが得られる発光ダイオードのパッケージ方法を提供することを課題とする。

またこの発明は、ＬＥＤの発光色が遺漏する率を効率良く抑制できる発光ダイオードのパッケージ方法を提供することを課題とする。

また、この発明は、製品の歩留まりが高く、かつパッケージ材の利用率を高め、製造コストを節減できる発光ダイオードのパッケージ方法を提供することを課題とする。

そこで本発明者は、従来の技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、複数の発光ダイオード素子が設けられた基板を金型内に載置し、りん光材を含む液状の膠質物を該金型内に注入して該膠質物に含有されるりん光材を該発光ダイオード素子上に沈殿させるとともに、該膠質物を硬化させる発光ダイオードのパッケージ方法によって課題を解決できる点に着眼し、このような知見に基づき本発明を完成させた。

以下、この発明について具体的に説明する。
請求項１に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法は、複数の発光ダイオード素子が設けられた基板と、該基板を載置する凹状部が形成され、且つ該凹状部に該基板のダイオード素子に対応する複数の成形部が形成されてなる金型とを提供するステップと、
該発光ダイオード素子が該成形部内に位置するよう該基板を該金型の凹状部に載置し、該金型を締めるステップと、
りん光材を含む液状の膠質物を、該金型内に注入して該成形部に充満させるステップと、
該膠質物に含有されるりん光材を該発光ダイオード素子上に沈殿させ、且つ該膠質物を硬化させてダイカスト基板を得るステップとを含む。

請求項２に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法は、請求項１におけるりん光材を含む膠質物が、りん光材とパッケージ用の膠質物とによるもので、請求項１に記載された方法である。。

請求項３に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項２におけるパッケージ用の膠質物が、エポキシ樹脂である。

請求項４に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１におけるりん光材が、りんの微粒子である。

請求項５に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１における金型を締めるステップと、膠質物を注入するステップとの間に該金型をプレヒートするステップを含む。

請求項６に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１のりん光材を沈殿させるステップにおいて、該りん光材を含む膠質物を飽和させてりん光材を沈殿させる。

請求項７に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１の膠質物を硬化させてダイカスト基板を得るステップにおいて、該りん光材を沈殿させた後、該りん光材を含む液体の膠質物を加熱して凝固反応を発生させる。

請求項８に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１におけるダイカスト基板を得た後、更に該基板を発光ダイオード素子毎に分割して、複数の発光ダイオードパッケージユニットを得るステップを含む。

請求項９に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１における金型が、２つの金型構成部によってなり、一方の金型構成部の内部表面であって、他方の金型構成部に対向する表面に該凹状部と、該成形部を形成する。

請求項１０に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１におけるりん光材を含む液状の膠質物を該金型に注入した後、更に該膠質物に発生する気泡を除去するステップを含む。

請求項１１に記載するりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、請求項１におけるダイカスト基板を得た後、更にダイカスト法で硬化した膠質物の外部に外部パッケージ膠質物層を形成する。

この発明によるりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法では、パッケージ構造のサイズを固定化して標準化することができ、スペクトル範囲の安定した白色ＬＥＤが得られるとともに、ＬＥＤの発光色が遺漏する率を効率良く抑制する効果が有る。

また、この発明のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法は、パッケージ材の浪費を抑制して利用率を高めることができ、製造コストを節減できるとともに、製品の歩留まりを向上させる効果を有する。

この発明は、りん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法を提供するものであって、複数の発光ダイオード素子が設けられた基板を金型内に載置し、りん光材を含む液状の膠質物を該金型内に注入して該膠質物に含有されるりん光材を該発光ダイオード素子上に沈殿させるとともに、該膠質物を硬化させて発光ダイオードパッケージユニットを得る。
このような発光ダイオードのパッケージ方法について、その構造と特徴を詳述するために具体的な実施例を挙げ、以下に説明する。

図２に、この発明の発光ダイオードのパッケージ方法による構造の断面を開示する。図面によれば、発光ダイオードパッケージユニット（２０）は、プリント回路ボードか、もしくは金属フレームである基板（２２）と、該基板（２２）上に設けられる発光ダイオード素子（２４）を含んでなる。該発光ダイオードパッケージユニット（２０）は、りん光媒質層（２６）を基板（２２）上に設けて、該発光ダイオード素子（２４）を被覆し、更に外部パッケージ膠質物（３２）でりん光媒質層（２６）の表面を被覆する。該りん光媒質層（２６）は、図３に開示するように、パッケージ膠質物（２８）の底部にりん光材沈殿層（３０）を沈殿させてなる。該りん光材沈殿層（３０）は、発光ダイオード素子（２４）の表面を緊密に被覆する。また、該パッケージ膠質物（２８）及び外部パッケージ膠質物（３２）は、通常エポキシ樹脂を材料とし、りん光材沈殿層（３０）はりんの微粒子からなり、りんの微粒子とりん光のもつ固定周波数を利用して、発光体から照射される光線を吸収して白色光線を発生させる。

従来のりん光粒子をパッケージ膠質物に分散させる構造とその方法とは異なり、本発明においては、りん光材をパッケージ膠質物の底部に沈殿させ、りん光粒子を緊密に配列させることによって発光ダイオード素子（２４）上を緊密に被覆する。よって、発光ダイオード素子（２４）の発光色が遺漏する比率を効果的に低減させ、従来の構造における発光色の遺漏率が高いといった従来の問題を改善することができる。

本発明のパッケージ構造は上述の通りであるが、その製造方法について以下に詳述する。本発明においては、ダイカスト法と、液体飽和凝固の原理を利用してパッケージ構造を形成する。

図４に、この発明の製造方法にかかるフローチャートを開示する。先ず、Ｓ１０のステップにおいて、発光ダイオードの基板と、金型及びモールディング材を提供する。該基板には、すでに複数の発光ダイオード素子が設けられている。また、図５に開示するように金型は、上下金型（３４）、（３４’）とによってなり、下金型（３４’）には上金型（３４）の内部表面に対応する面に凹状部（４０）が形成され、該凹状部（４０）内に成形部（３６）が複数形成される。それぞれの成形部（３６）は、基板上のそれぞれの発光ダイオード素子に対応する。モールディング材は、りん光材膠質物を含み、りん光材とパッケージ膠質物を均一に混合して作成する。該パッケージ膠質物は、通常エポキシ樹脂であって、りん光材は、通常りん微粒子である。

基板と、金型と、モールディング材を提供した後、Ｓ１２のステップを行う。すなわち、図５に開示するように、上下金型（３４）、（３４’）の対向する内部表面には、予めそれぞれ型抜き用のオイルを噴霧して塗布する。更に、基板（３８）の発光ダイオード素子を設けた表面を下向きにして下金型（３４’）の凹状部（４０）内に載置する。この場合、発光ダイオード素子が凹状部（４０）の成形部（３６）内に収納される。次いで、上下金型（３４）、（３４’）を締める。

金型を締めた後、Ｓ１４のステップにおいて、金型に所定の温度のプレヒートを行う。

次に、Ｓ１６のステップにおいて、りん光材を含む液体状の膠質物を金型のスプルー（４２）から金型内に注入し、成形部（３６）内に充満させる。

次に、Ｓ１８のステップにおいて、膠質物の気泡を除去する。気泡を除去するステップは、通常自動真空／気圧オーブン内で行う。この場合、必要とされる所定の数値に基づき、異なる真空、気圧、温度及び時間の条件に設定し、真空状態を利用した気体の抽出によって膠質物内の気泡を除去する。

膠質物の気泡を除去した後、Ｓ２０のステップを進行させる。図６Ａ及び図６Ｂに開示するように、りん光材を含む膠質物（４４）を飽和状態にして、りん光材（４６）を沈降させる。りん光材（４６）を含む膠質物（４４）を飽和状態にする方法は、所定の温度で膠質物（４４）内のりん微粒子を下降させ、地球の引力を利用して、りん微粒子を膠質物（４４）の底部に沈殿させて発光ダイオード素子（２４）上を被覆する。温度と時間の条件は、膠質物（４４）の濃度と、りん光材（４６）の密度を考慮し、且つ金型の流動槽の大きさによって決定する。

次に、Ｓ２２のステップにおいて、りん光材（４６）を含む膠質物（４４）を加熱し、凝固反応を発生させて硬化させる。膠質物（４４）を硬化させた後、Ｓ２４のステップにおいて、型内パッケージを完成させた基板を取り出し、且つ取り出した基板を洗浄して型抜き用のオイルを除去して発光ダイオードのダイカスト基板を得る。

次に、Ｓ２６のステップにおいて、外部パッケージ作業を行う。即ち、前記のダイカスト法で硬化させた膠質物の外部表面に、更に外部パッケージ膠質物層を形成する。その方法は、上述のＳ１０〜Ｓ２４のステップに類似する。異なる点は、Ｓ２０のステップにおける沈殿を行わない点である。外部パッケージ膠質物は、単相の液体であって、エポキシ樹脂を常用する。

最後に発光ダイオード基板の内部ダイカスト成形と外部パッケージを完成させた後、Ｓ２８のステップにおいて、それぞれの発光ダイオード素子について分割を行う。このようにして複数の発光ダイオードパッケージユニットを得る。このような一連のパッケージングの工程によって、りん光層を有する発光ダイオードパッケージユニットが得られる。

本発明のパッケージ方法において、金型のサイズは所定の仕様を有する。よって、サイズが固定された発光ダイオード製品を製造することができる。白色ダイオードが特定のスペクトルの白色光線を発生させるためには、特定のサイズを必要とする。よって、本発明は従来の技術におけるサイズの制御が難しいといった問題を改善し、歩留まりを高める事ができる。同時に、外部パッケージが大サイズの製品の製造に適するため、製品のサイズを標準化し、光線を正確に発生させる、といった長所を具える。更に、この発明においては、従来のトランスファ成形法を用いないため、使用する原料を９０％まで十分に利用することができる。これは従来の技術に比して３０％以上原料の利用率を高めることになる。原材料を節約し、パッケージのコストを低減させる効果を有するものである。

以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

従来のＬＥＤのパッケージ構造を示した断面説明図である。 この発明の方法によるＬＥＤのパッケージ構造を示した断面説明図である。 図２に開示するＬＥＤの局部拡大図である。 この発明によるＬＥＤのパッケージ方法のステップを示したフローチャートである。 この発明の方法に用いる金型の説明図である。 この発明の方法によるＬＥＤのパッケージ構造において、りん光材を沈殿させる前の状態を示した断面説明図である。 この発明の方法によるＬＥＤのパッケージ構造において、りん光材を沈殿させた状態を示した断面説明図である。

符号の説明

１０ 基板
１２ ＬＥＤ素子
１４ 被覆層
１６ りん光粒子
１８ エポキシ樹脂
２０ 発光ダイオードパッケージユニット
２２ 基板
２４ 発光ダイオード素子
２６ りん光媒質層
２８ パッケージ膠質物
３０ りん光材沈殿層
３２ 外部パッケージ膠質物
３４ 上金型
３４’ 下金型
３６ 成形部
３８ 基板
４０ 凹状部
４２ スプルー
４４ 膠質物
４６ りん光材

Claims (11)

1. 複数の発光ダイオード素子が設けられた基板と、該基板を載置する凹状部が形成され、且つ該凹状部に該基板の発光ダイオード素子に対応する複数の成形部が形成されてなる金型とを提供するステップと、
   該発光ダイオード素子が該成形部内に位置するよう該基板を該金型の凹状部に載置し、該金型を締めるステップと、
   りん光材を含む液状の膠質物を、該金型内に注入して該成形部に充満させるステップと、
   該膠質物に含有されるりん光材を該発光ダイオード素子上に沈殿させ、且つ該膠質物を硬化させてダイカスト基板を得るステップと、を含んでなることを特徴とするりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
2. 前記りん光材を含む膠質物の組成が、りん光材とパッケージ用の膠質物とによることを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
3. 前記パッケージ用の膠質物が、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
4. 前記りん光材が、りんの微粒子であることを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
5. 前記金型を締めるステップと、膠質物を注入するステップとの間に該金型をプレヒートするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
6. 前記りん光材を沈殿させるステップにおいて、該りん光材を含む膠質物を飽和させてりん光材を沈殿させることを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
7. 前記膠質物を硬化させてダイカスト基板を得るステップにおいて、該りん光材を沈殿させた後、該りん光材を含む液体の膠質物を加熱して凝固反応を発生させることを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
8. 前記ダイカスト基板を得た後、更に該基板を発光ダイオード素子毎に分割して、複数の発光ダイオードパッケージユニットを得るステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
9. 前記金型が、２つの金型構成部によってなり、一方の金型構成部の内部表面であって、他方の金型構成部に対向する表面に該凹状部と、該成形部を形成することを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
10. 前記りん光材を含む液状の膠質物を、該金型に注入した後、更に該膠質物に発生する気泡を除去するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。
11. 前記ダイカスト基板を得た後、更にダイカスト法で硬化した膠質物の外部に外部パッケージ膠質物層を形成することを特徴とする請求項１０にのりん光媒質を含む発光ダイオードのパッケージ方法。

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