JP2004273690A - Led element for minimum optical source, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードとも称されているLED素子に関するものであり、詳細には高精度な位置検出、或いは、信号の読みとりなどを可能とするべく、発光面積を微細化すると共に、発光ビームの放射角も狭く設定し、それに伴い、製品寸法も微細化したLED素子の構成に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のLED素子の構成としては、例えばガラス−エポキシ基材としたプリント基板で、取付端子、素子取付パッド、配線パッドなどを形成したLED基板を形成しておき、前記素子取付パッド上にLEDチップをマウントし、このLEDチップと配線パッド間を金線でワイヤーボンドした後に、前記LEDチップを透明エポキシ樹脂のケースで覆い密閉したものがある。(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−216440号公報(図1、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のLED素子においては、LEDチップそのものが比較的に広い角度で光を放射するものであるので、前記した透明エポキシ樹脂のケースから外部に放出される時点では既に広い範囲に放散され、例えばバーコードの読み取り用光源として採用する際にはコントラストの低下などを生じやすく、これによりバーコードの一層の微細化を図るときには、読み取り精度が不足する、若しくは、読み取り不能となるなどの問題点を生じるものとなっていた。また、位置制御用エンコーダーとして採用する際においても、この光源と同一平面上に隣接して設置される受光素子に光モレを生じるものとなって、S/N比を低下させ、測定精度が低下するなどの問題点も生じている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、下部シリコンケースと上部シリコンケースとLEDチップとから成り、前記下部シリコンケースまたは上部シリコンケースの少なくとも一方には前記LEDチップを収納する凹部が設けられると共に、前記下部シリコンケースには前記LEDチップがマウントされる下側搭載部から前記上部シリコンケースとの接合面にかけてベース端子を敷設し、前記下部シリコンケースの下側搭載部に相対する位置には上側搭載部と前記LEDチップの発光面に対応する位置に光取出し穴と前記LEDチップの前記発光面側に設けられるリード端子に対応する位置に設けられるリード配線穴と前記ベース端子の前記接合面に延設された位置に対応するベース配線穴とが設けられた上部シリコンケースが被着され陽極接合で接合され前記光取出し穴はレンズ若しくは透明部材で封止され、前記リード配線穴と前記ベース配線穴とには導電性部材が注入されて封止と電気的接続が行われていることを特徴とする極小光源用LED素子およびその製造方法を提供することで課題を解決するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図1〜図2に符号1で示すものは本発明に係る極小光源用LED素子であり、この極小光源用LED素子1は、下部シリコンケース2と、上部シリコンケース3と、底面と上面とに電極を有するLEDチップ4とからで構成されている。尚、前記LEDチップ4においては発光色などの設定は自在である。
【0007】
前記下部シリコンケース2、および、上部シリコンケース3の形成に当たっては、ホトリソ法など、トランジスタ、ICなどをシリコン基板上に形成するときと同様な微細加工技術を採用するものであり、例えば、前記下部シリコンケース2の形成に当たっては、前記したシリコン基板へのレジスト膜の形成と、弗酸などによるエッチングとが行われ、図1に示すように下側凹部2aが形成されている。この下側凹部2aはLEDチップ4がマウントされる下側搭載部となるものである。
【0008】
前記下側凹部2aが形成された後には、この下側凹部2aの底面から下部シリコンケース2の上面に渡りアルミ電極2bが設けられ、更に、このアルミ電極2bの電気的接触が行われる部分を除いては酸化シリコン(SiO2)などによる絶縁膜2cがCVD法などにより2000〜3000Åの膜厚に設けられ、例えば、後に説明する上部シリコンケース3との接合時に電気的に漏洩が生じるのを防止している。
【0009】
そして、前記下側凹部2aの底面に敷設されたアルミ電極2b上には、銀ペーストなどによりLEDチップ4がダイボンディングされている。このときに、前記LEDチップ4の上面側の電極にはハンダなどによりバンプ4aが形成され、後に説明する上部シリコンケース3の取り付けに備えられている。
【0010】
前記上部シリコンケース3は、前記下部シリコンケース2と同様に、シリコン基板により形成されるものであり、その形成されるときの手法も下部シリコンケース2と同様にホトリソ法など、半導体を形成するときとほぼ同様な微細加工技術が採用される。
【0011】
前記上部シリコンケース3には、下部シリコンケース2の下側凹部2aに対応する位置に上側凹部3aが設けられ、この上側凹部3aも下側凹部2aと同様にホトリソ法、エッチング法などにより形成され、加えて、この上部シリコンケース3に対しては、光取り出し穴3b、LED下面電極接続穴3c、LED上面電極接続穴3dが設けられている。なお、上側凹部3aは前記LEDチップ4がマウントされる下側搭載部に相対する位置に設けられる上側搭載部となるものである。
【0012】
前記光取り出し穴3b、LED下面電極接続穴3c、LED上面電極接続穴3dも、下側凹部2a、上側凹部3aなどと同様な微細加工技術で形成されるものであり、図2にも示すように、前記光取り出し穴3bは下側凹部2a内にダイマウントされたLEDチップ4の、発光を行う部位に対応する位置に設けられている。
【0013】
また、前記LED下面電極接続穴3cは、前記下部シリコンケース2の上面に敷設されているアルミ電極2bの絶縁膜2cが設けられていない部分に対応して設けられ、前記LED上面電極接続穴3dは、前記LEDチップ4のバンプ4aの位置に対応して設けられている。
【0014】
このようにして、各部が加工された前記上部シリコンケース3は前記下部シリコンケース2に所定位置として重ね合わされ(図3参照)、例えば300〜500℃に加熱し、両シリコンケース2、3に1kV程度の電圧を印可したときの静電引力で界面結合させる陽極接合で接合が行われる。しかる後に、前記光取り出し穴にはレンズ5が貼着など適宜な手段により取付けられ、LEDチップ4からの光を、例えば平行光などとして外部に取り出す。
【0015】
また、前記LED下面電極接続穴3cとLED上面電極接続穴3dとには、例えば銀ペースト6が充填され、更に、前記銀ペースト6中にはリード線7が埋め込まれて、下部シリコンケース2と上部シリコンケース3とで密閉されたLEDチップ4に外部から給電可能としている。
【0016】
図4は、前記上部シリコンケース3をシリコン基板10により形成するときの工程の例を示すものであり、まず、上記にも説明したように上側凹部3aをホトリソ法、ドライエッチング法などによりシリコン基板10上にマトリックス状の配置などとして複数を形成する。
【0017】
その後に、前記上側凹部3aに対し適正となる位置に、前記光取り出し穴3b、LED下面電極接続穴3c、LED上面電極接続穴3dを上記と同様にホトリソ法、ドライエッチング法などにより形成し、その後にダイシングマシンなどにより切断し、個別に分離を行えば、所望の構成とした上部シリコンケース3が得られるものとなる。
【0018】
次いで、上記の構成とした本発明の極小光源用LED素子1の作用、効果について説明する。本発明によりLEDチップ4を収納するケースを下部シリコンケース2、上部シリコンケース3のようにシリコン基板10に対する微細加工技術で形成したことで、LEDチップ4の寸法に極めて近い寸法のケースの形成を可能とし、更に、光取り出し穴3bにおいても、高精度で且つ小径のものの実現を可能とするものである。
【0019】
よって、LED素子全体の寸法が小型化すると共に、光取り出し穴3b、および、レンズ5を介して得られる光線もビーム径の細いものとすることができ、例えばバーコードの読みとり、或いは、原稿の走査などの用途においても一層に精細な精度が得られるものとなる。
【0020】
なお、上記実施形態においては、下部シリコンケース2と上部シリコンケース3の双方に凹部を設けてLEDチップ4を収納する構成としたが、本発明はこれを限定するものではなく、何れか一方のケースにのみ凹部を設け、他方のケースを平板状とすることも可能である。この場合、凹部に相対する平坦な位置は搭載部とされるものであり、この搭載部に相当する下部シリコンケース2、或いは、上部シリコンケース3には、上記に説明した実施形態の下側凹部2aに設けられていたアルミ電極2b、或いは、上側凹部3aに設けられていた光取り出し穴3b、LED下面電極接続穴3cなどが形成されて同様な構成とされている。
【0021】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、下部シリコンケースと上部シリコンケースとLEDチップとから成り、前記下部シリコンケースまたは上部シリコンケースの少なくとも一方には前記LEDチップを収納する凹部が設けられると共に、前記下部シリコンケースには前記LEDチップがマウントされる下部搭載部から前記上部シリコンケースとの接合面にかけてベース端子を敷設し、前記下部シリコンケースの下側搭載部に相対する位置には上側搭載部と前記LEDチップの発光面に対応する位置に光取出し穴と前記LEDチップの前記発光面側に設けられるリード端子に対応するリード端子に対応する位置に設けられるリード配線穴と前記ベース端子の前記接合面に延設された位置に対応するベース配線穴とが設けられた上部シリコンケースが被着され陽極接合で接合され前記光取出し穴はレンズ若しくは透明部材で封止され、前記リード配線穴と前記ベース配線穴とには導電性部材が注入されて封止と電気的接合とが行われている極小光源用LED素子としたことで、LED素子全体が小型化されると共に、得られる光のビームも細かく先鋭で且つ、横方向への光モレのない光源とできるので、バーコードリーダやエンコーダとしての読み取り精度を格段に向上させるという極めて優れた効果を奏するものとなる。更に、完全に封止された構造とできるので、湿度、有害ガスなどの外部環境に対する耐性も向上し信頼性も確保できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る極小光源用LED素子のケース取り付けに係る製造工程を示す説明図である。
【図2】同じく本発明に係る極小光源用LED素子を示す平面図である。
【図3】図2のA−A線に沿う断面図である。
【図4】上部シリコンケースの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
1……極小光源用LED素子
2……下部シリコンケース
2a……下側凹部(下側搭載部)
2b……アルミ電極
2c……絶縁膜
3……上部シリコンケース
3a……上側凹部(上側搭載部)
3b……光取り出し穴
3c……LED下面電極接続穴
3d……LED上面電極接続穴
4……LEDチップ
4a……バンプ
5……レンズ
6……銀ペースト
7……リード線
10……シリコン基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an LED element, also called a light emitting diode. Specifically, the present invention relates to an LED element which has a small light emitting area and emits a light emitting beam in order to enable highly accurate position detection or signal reading. The present invention relates to a configuration of an LED element in which the corners are set to be narrow and the product dimensions are also reduced accordingly.
[0002]
[Prior art]
As a configuration of a conventional LED element of this type, for example, an LED board on which a mounting terminal, an element mounting pad, a wiring pad, and the like are formed on a printed board made of a glass-epoxy base material is formed, After mounting an LED chip on the LED chip and wire bonding between the LED chip and the wiring pad with a gold wire, the LED chip is covered with a transparent epoxy resin case and sealed. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-216440 (FIGS. 1 and 2)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional LED element, since the LED chip itself emits light at a relatively wide angle, the light is already radiated to a wide range at the time of emission from the transparent epoxy resin case to the outside. For example, when adopted as a bar code reading light source, the contrast is likely to decrease, and when further miniaturizing the bar code, reading accuracy becomes insufficient or reading becomes impossible. This was causing problems. In addition, even when employed as an encoder for position control, the light receiving element installed adjacent to the same light source on the same plane causes light leakage, which lowers the S / N ratio and lowers the measurement accuracy. There are also problems such as doing so.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a lower silicon case, an upper silicon case, and an LED chip as specific means for solving the conventional problem described above, and the LED chip is provided in at least one of the lower silicon case and the upper silicon case. The lower silicon case is provided with a concave terminal, and a base terminal is laid on the lower silicon case from a lower mounting portion on which the LED chip is mounted to a joint surface with the upper silicon case, and a lower mounting portion of the lower silicon case is provided. A light extraction hole is provided at a position corresponding to the upper mounting portion and a light emitting surface of the LED chip, and a lead wiring hole provided at a position corresponding to a lead terminal provided on the light emitting surface side of the LED chip. An upper shell provided with a base wiring hole corresponding to a position extended from the joint surface of the base terminal. A case is attached and joined by anodic bonding, the light extraction hole is sealed with a lens or a transparent member, and a conductive material is injected into the lead wiring hole and the base wiring hole to be sealed and electrically connected. The problem is solved by providing an LED element for a minimal light source and a method for manufacturing the same, characterized in that the method described above is performed.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. 1 and 2 is an LED element for a minimum light source according to the present invention. The
[0007]
In forming the
[0008]
After the lower
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
The LED lower
[0014]
In this way, the
[0015]
The LED lower
[0016]
FIG. 4 shows an example of a process when the
[0017]
Thereafter, the
[0018]
Next, the operation and effect of the
[0019]
Therefore, the size of the entire LED element can be reduced, and the light beam obtained through the
[0020]
In the above embodiment, the
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a lower silicon case, an upper silicon case, and an LED chip are provided, and at least one of the lower silicon case and the upper silicon case is provided with a recess for accommodating the LED chip. In the lower silicon case, base terminals are laid from a lower mounting portion on which the LED chip is mounted to a joint surface with the upper silicon case, and an upper mounting portion is provided at a position corresponding to the lower mounting portion of the lower silicon case. A light extraction hole at a position corresponding to a light emitting surface of the LED chip, and a bonding between the base terminal and a lead wiring hole provided at a position corresponding to a lead terminal corresponding to a lead terminal provided on the light emitting surface of the LED chip; The upper silicon cable provided with a base wiring hole corresponding to the position extended on the surface The light extraction hole is sealed with a lens or a transparent member, and a conductive member is injected into the lead wiring hole and the base wiring hole, and sealing and electrical bonding are performed. Since the LED element for an extremely small light source is performed, the overall size of the LED element can be reduced, and the obtained light beam can be a fine and sharp light source without light leakage in the lateral direction. An extremely excellent effect of remarkably improving the reading accuracy as a code reader or an encoder is obtained. Furthermore, since the structure can be completely sealed, the resistance to the external environment such as humidity and harmful gas is improved, and the reliability can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a manufacturing process for attaching a case for an LED element for a minimal light source according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an LED element for a minimum light source according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory view showing a manufacturing process of the upper silicon case.
[Explanation of symbols]
1 ... LED element for minimal
2b ...
3b ...
Claims (3)
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JP2003061364A JP2004273690A (en) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | Led element for minimum optical source, and its manufacturing method |
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