JP2007012764A - Light-emitting diode composite element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting diode (LED) composite element in which short circuit between wiring is not generated even if LEDs are closely arranged, a high luminance light source reduced in color unevenness can be easily obtained and heat generated in the LEDs can be efficiently dissipated. <P>SOLUTION: The element is configured of a sub-mount 3 in which wiring is formed on the top surface and an electrode of a flipchip type LED is connected to the wiring via first eutectic solder; a mount 4 in which a space for housing the sub-mount is provided on the top surface side and a concave groove is formed on the bottom surface side, and wiring communicating from the top surface to the bottom surface is formed; a heat sink 7 housed in the concave groove; a light-emitting reflection cylinder 5 formed on the mount so as to surround the LED; and an LED sealing body 6 formed by filling a transparent resin in the light-emitting reflection cylinder. The element is characterized by the connection of a wiring terminal formed on the top surface of the mount to a wiring terminal formed on the sub-mount via a conductive thermal curing adhesive or second eutectic solder. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学特性が同種又は異種のフリップチップ型の発光ダイオードをサブマウント上に配置接続し、印刷配線基板に取り付けるようにした表面実装型パッケージである発光ダイオード複合素子に関するものである。   The present invention relates to a light-emitting diode composite element which is a surface-mount package in which flip-chip light-emitting diodes having the same or different optical characteristics are arranged and connected on a submount and attached to a printed wiring board.

特に、本発明は、発光ダイオードを近接して配置することにより、色むらの少ない高輝度の光源が容易に得られるとともに、発光ダイオードからの発熱を有効に放熱させることのできる発光ダイオード複合素子に関するものである。   In particular, the present invention relates to a light-emitting diode composite element that can easily obtain a high-intensity light source with less color unevenness and that can effectively dissipate heat generated from the light-emitting diode by arranging the light-emitting diodes close to each other. Is.

たとえば、特許文献１に記載されている半導体発光装置は、薄型化を図るために、保持基板の裏面にサブマウントの厚みと同等のサブマウント収納用凹部を形成し、前記サブマウント収納用凹部に前記サブマウントを収納した状態で、前記サブマウントの電極のそれぞれと保持基板の配線を接続している。   For example, in the semiconductor light emitting device described in Patent Document 1, in order to reduce the thickness, a submount storage recess equivalent to the thickness of the submount is formed on the back surface of the holding substrate, and the submount storage recess is formed in the submount storage recess. In a state where the submount is housed, each of the electrodes of the submount and the wiring of the holding substrate are connected.

また、特許文献２に記載されている複合発光素子は、サブマウントの配線とフリプチップ型発光ダイオードの電極とをバンプを介して接続している。   In the composite light emitting device described in Patent Document 2, the submount wiring and the flip chip type light emitting diode electrode are connected via bumps.

さらに、特許文献３に記載されている表面実装型発光ダイオードは、鉛を使用しない金−錫ハンダを使用して発光ダイオードを実装している。   Furthermore, the surface-mounted light-emitting diode described in Patent Document 3 is mounted using a gold-tin solder that does not use lead.

特開２００３−４６１３５号公報JP 2003-46135 A 特開２００３−２１８４０３号公報JP 2003-218403 A 特開２００３−３０４００３号公報JP 2003-304003 A

発光層からの光を電極の反対側の面から取り出すフリップチップ型の発光ダイオードは、電極による光の遮りがないため明るく、発光効率が良い。しかし、フリップチップ型の発光ダイオードの電極は、サブマウント上の配線と金線を介して接続するか、あるいは前記配線上に載置されたハンダバンプにより接続されていた。   A flip-chip light emitting diode that extracts light from the light emitting layer from the surface opposite to the electrode is bright and has high light emission efficiency because the light is not blocked by the electrode. However, the electrodes of the flip chip type light emitting diode are connected to the wiring on the submount via a gold wire, or are connected by solder bumps placed on the wiring.

発光ダイオードの電極とサブマウント上の配線とを金線で接続するのは、通常、自動機を用いて行われるが、熱サイクルにより接続部の寿命が短縮されるなど、信頼性に問題があった。また、ハンダバンプによる接続は、フラックス成分が飛散するとともに、温度を上げると、発光ダイオードの重みでハンダバンプが薄くなり、接合部が広がったり、あるいはハンダの一部が溶けて流出し、配線間の短絡を起こす恐れがあった。このようなハンダの広がりや流出を防止するために、その近傍に絶縁膜を配し、配線における短絡を防いでいた。   The connection of the LED electrode and the wiring on the submount with a gold wire is usually performed using an automatic machine. However, there is a problem in reliability, such as shortening the life of the connection part due to thermal cycling. It was. In addition, solder bump connection causes the flux component to scatter, and when the temperature is raised, the solder bump becomes thinner due to the weight of the light-emitting diode, the joint becomes wider, or a part of the solder melts and flows out, causing a short circuit between the wirings. There was a risk of causing. In order to prevent such spread and outflow of the solder, an insulating film is provided in the vicinity thereof to prevent a short circuit in the wiring.

ハンダバンプによる発光ダイオードとサブマウントにおける配線との接続は、使用中に発生する熱により膨張するため、接続部分が剥がれたり、発光ダイオードが破壊され易いという欠点がある。また、従来の発光ダイオードは、それぞれが持つ特有の色を発生するが、その中間色や色調を変えることが困難であった。   Since the connection between the light emitting diode and the wiring on the submount by the solder bump expands due to heat generated during use, there is a drawback that the connection portion is peeled off or the light emitting diode is easily destroyed. Further, the conventional light emitting diodes generate their own unique colors, but it is difficult to change their intermediate colors and tone.

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、発光ダイオードを近接して配置してもハンダの広がりや流出による配線間の短絡を防止することができる発光ダイオード複合素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a light-emitting diode composite element capable of preventing a short circuit between wires due to spread of solder or outflow even when light-emitting diodes are arranged close to each other. The purpose is to do.

本発明は、発光ダイオードを近接して配置することにより、異なる色の光がよく混ざり、色むらが少なく、かつ、色調を自在に変えることができるフルカラー光源、あるいは、単色の高輝度光源が容易に得られる発光ダイオード複合素子を提供することを目的とする。   In the present invention, by arranging the light emitting diodes close to each other, light of different colors is well mixed, color unevenness is small, and a full color light source that can freely change the color tone or a monochromatic high-intensity light source is easy. It aims at providing the light emitting diode composite element obtained in this.

本発明は、発光ダイオードからの発熱を有効に放熱させることのできる発光ダイオード複合素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a light emitting diode composite element capable of effectively dissipating heat generated from a light emitting diode.

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、発光ダイオードの電極とサブマウント上の配線とを高融点の共晶ハンダを介して接続し、また、発光ダイオードを搭載したサブマウントが収納される架台上の配線とサブマウント上の配線とを比較的低い温度で硬化又は溶融する接着剤又は共晶ハンダを介して接続するとともに、サブマウントの下にヒートシンクを配置することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of earnest research, the present inventor has connected the electrode of the light emitting diode and the wiring on the submount through eutectic solder having a high melting point, and a base on which the submount on which the light emitting diode is mounted is housed. The above problems can be solved by connecting the upper wiring and the wiring on the submount via an adhesive or eutectic solder that cures or melts at a relatively low temperature and disposes a heat sink under the submount. The present invention has been completed.

（第１発明）
すなわち、本発明の要旨は、
上面に配線が形成され、フリップチップ型の発光ダイオードの電極が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを介して前記配線に接続されているサブマウントと、
上面側中心部に前記サブマウントが収納される空所が設けられるとともに下面側中央部に凹溝が設けられ、さらに上面から下面まで連通する配線が形成された架台と、
前記凹溝内に収納されるヒートシンクと、
前記架台上に前記サブマウントに搭載された前記発光ダイオードを取り囲むように形成される発光反射筒と、
前記発光反射筒の内側に透明樹脂を充填して形成される発光ダイオード封止体とから構成され、
前記架台の上面に形成された配線の前記空所側端子が、、導電性熱硬化性接着剤又は融点が１２０〜２３０℃の範囲にある第２の共晶ハンダを介して、前記サブマウント上に形成された配線の前記サブマウント周縁側端子に接続されていることを特徴とする発光ダイオード複合素子
にある。 (First invention)
That is, the gist of the present invention is as follows.
A submount in which a wiring is formed on the upper surface, and an electrode of a flip chip type light emitting diode is connected to the wiring through a first eutectic solder made of 80% gold and 20% tin;
A base in which a space for storing the submount is provided in the center on the upper surface side and a concave groove is provided in the central portion on the lower surface side, and further a wiring is formed that communicates from the upper surface to the lower surface.
A heat sink housed in the groove,
A light-emitting reflection tube formed on the base so as to surround the light-emitting diode mounted on the submount;
A light emitting diode sealing body formed by filling a transparent resin inside the light emitting reflecting cylinder,
The void-side terminal of the wiring formed on the upper surface of the mount is connected to the submount via a conductive thermosetting adhesive or a second eutectic solder having a melting point in the range of 120 to 230 ° C. The light emitting diode composite element is connected to the peripheral edge terminal of the submount of the wiring formed on the substrate.

（第２発明）
第１発明の発光ダイオード複合素子において、
前記ヒートシンクが下方に多数のフィンを有する構造であることを特徴とする。 (Second invention)
In the light emitting diode composite element of the first invention,
The heat sink has a structure having a number of fins below.

（第３発明）
第１発明又は第２発明の発光ダイオード複合素子において、
前記ヒートシンクが銅又はアルミニウムからなり、表面にニッケルメッキが施されていることを特徴とする。 (Third invention)
In the light emitting diode composite element of the first invention or the second invention,
The heat sink is made of copper or aluminum, and has a nickel plating on the surface.

本発明によれば、発光ダイオードの電極とサブマウント上の配線とを高融点の金錫共晶ハンダを介して接続し、また、架台上の配線とサブマウント上の配線とを比較的低い温度で硬化する導電性熱硬化性接着剤又は比較的低融点の共晶ハンダを介して接続するため、比較的低温で行われる配線接続の際に、前記金錫共晶ハンダが溶融して広がり、隣の配線と短絡するおそれがない。したがって、発光ダイオードを近接して配置することができる。   According to the present invention, the electrode of the light emitting diode and the wiring on the submount are connected via the high melting point gold-tin eutectic solder, and the wiring on the gantry and the wiring on the submount are connected at a relatively low temperature. In order to connect via a conductive thermosetting adhesive or a relatively low melting point eutectic solder that cures at the time of wiring connection performed at a relatively low temperature, the gold-tin eutectic solder melts and spreads, There is no risk of short circuiting with adjacent wiring. Therefore, the light emitting diodes can be arranged close to each other.

本発明によれば、発光ダイオードを近接して配置することができるので、異なる色の光がよく混ざり、色むらが少なく、かつ、色調を自在に変えることができるフルカラー光源、あるいは、単色の高輝度光源が容易に得られる。   According to the present invention, since the light emitting diodes can be arranged close to each other, the light of different colors is well mixed, the color unevenness is small, and the color tone can be freely changed. A luminance light source can be easily obtained.

本発明によれば、発光ダイオードの電極とサブマウント上の配線との接触面積を金線より大きくとることができるため、これらの接続強度を大きくすることが可能である。   According to the present invention, since the contact area between the electrode of the light emitting diode and the wiring on the submount can be made larger than that of the gold wire, it is possible to increase the connection strength.

本発明によれば、ヒートシンク上にサブマウントを載置する構造にしたので、発光ダイオードから発生した熱をサブマウント、ヒートシンク及び印刷配線基板を介して外部に逃がすことができ、経年変化による不良や劣化を防止することができる。   According to the present invention, since the submount is mounted on the heat sink, the heat generated from the light emitting diode can be released to the outside through the submount, the heat sink, and the printed wiring board. Deterioration can be prevented.

（第１発明）
第１発明においては、サブマウント基板として、耐熱性と熱伝導性の良好なセラミックなどの電気絶縁性材料、たとえば、窒化アルミニウムからなる板状体を用い、その上に、サブマウント上に形成される配線パターン（回路）、たとえば、上中下３段に並列する３対の配線及び２つのフリップチップ型の発光ダイオードを直列に接続するための２つの配線からなる１組の配線群を多数形成する。配線パターンの形成は通常のプリント配線の手法による。そして、前記サブマウント基板に形成された多数の配線上には、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを用いて各配線の所定位置に前記第１の共晶ハンダからなる層を形成する。 (First invention)
In the first invention, an electrical insulating material such as ceramic having good heat resistance and thermal conductivity, for example, a plate-like body made of aluminum nitride is used as the submount substrate, and the submount substrate is formed on the submount. A large number of wiring patterns (circuits), for example, a set of wiring groups composed of three wirings arranged in parallel in three stages of upper, middle, and lower and two wirings for connecting two flip-chip light emitting diodes in series To do. The wiring pattern is formed by a normal printed wiring method. Then, a first eutectic solder made of 80% gold and 20% tin is used to form the first eutectic solder at a predetermined position on each wiring on the submount substrate. Form a layer.

次いで、光学特性が同種又は異種のフリップチップ型の発光ダイオードの電極を前記第１の共晶ハンダからなる層上に配置した後、発光ダイオードが搭載されたサブマウント基板をリフロー炉で加熱することにより、発光ダイオードの電極を前記第１の共晶ハンダを介してサブマウント基板に形成された配線と接続する。その後、サブマウント基板をダイシングし、前記１組の配線群上に発光ダイオードが搭載されたサブマウントを多数製作する。なお、前記第１の共晶ハンダの融点は３００℃に近い高温である。   Next, after disposing the electrodes of the flip chip type light emitting diode of the same kind or different kinds of optical characteristics on the layer made of the first eutectic solder, the submount substrate on which the light emitting diode is mounted is heated in a reflow furnace. Thus, the electrode of the light emitting diode is connected to the wiring formed on the submount substrate through the first eutectic solder. Thereafter, the submount substrate is diced to produce a large number of submounts in which light emitting diodes are mounted on the one set of wiring groups. The melting point of the first eutectic solder is a high temperature close to 300 ° C.

一方、サブマウントを収納する架台は、サブマウント基板の材料と同様のセラミック材料、たとえば、窒化アルミニウムやアルミナからなり、上面側中心部に空所が設けられるとともに両側に各３つの上下貫通孔が設けられる。また、架台には、前記空所の端縁から上面と各上下貫通孔の内面を経由して下面まで連通する配線が３対形成される。このようにして製作した架台の空所に前記サブマウントを収納する。   On the other hand, the gantry for storing the submount is made of a ceramic material similar to the material of the submount substrate, for example, aluminum nitride or alumina, and a space is provided in the center on the upper surface side, and three upper and lower through holes are provided on both sides. Provided. In addition, three pairs of wirings are formed on the frame so as to communicate from the edge of the void to the lower surface via the upper surface and the inner surfaces of the upper and lower through holes. The submount is housed in a space of the gantry thus manufactured.

また、前記架台の下面側の中央部に形成した凹溝にヒートシンクを収納し、その上にサブマウントが設置されるとともにヒートシンクが印刷配線基板上に設置される構造になっている。したがって、発光ダイオードから発生する熱は、速やかにサブマウントを通ってヒートシンクへ流れ、さらに、この熱を印刷配線基板を介して外部にに逃がすことができるため、発光ダイオードの周辺に蓄熱することがなく、経年変化による不良や劣化を防止することができる。   Further, the heat sink is housed in a concave groove formed in the central portion on the lower surface side of the gantry, and a submount is installed thereon, and the heat sink is installed on the printed wiring board. Therefore, the heat generated from the light emitting diode can quickly flow through the submount to the heat sink, and further, this heat can be released to the outside through the printed wiring board, so that heat can be stored around the light emitting diode. In addition, it is possible to prevent defects and deterioration due to aging.

架台の上面に形成された配線の前記空所側端子は、導電性熱硬化性接着剤又は融点が１２０〜２３０℃の範囲にある第２の共晶ハンダを介して、前記サブマウントに形成された配線のサブマウント周縁側端子にそれぞれ接続される。   The void-side terminal of the wiring formed on the upper surface of the gantry is formed on the submount through a conductive thermosetting adhesive or a second eutectic solder having a melting point in the range of 120 to 230 ° C. Are connected to the terminals on the peripheral edge of the submount.

架台上に発光ダイオードから発する光を内面で反射する発光反射筒を設置する。発光反射筒は、架台の材料と同様のセラミック材料、シリコン樹脂に酸化チタンやアルミナの粉末を充填した材料などを用いて、逆円錐台筒形状に成形する。架台上に設置した発光反射筒の内側に透明樹脂を充填し、サブマウントに搭載した発光ダイオードを封止する発光ダイオード封止体を形成する。   A light-emitting reflection cylinder that reflects light emitted from the light-emitting diode on the inner surface is installed on the gantry. The light-emitting reflection cylinder is formed into an inverted truncated cone shape using a ceramic material similar to the material of the gantry or a material in which a silicon resin is filled with titanium oxide or alumina powder. A light-emitting diode sealing body is formed by filling a transparent resin inside the light-emitting reflection cylinder installed on the gantry and sealing the light-emitting diode mounted on the submount.

以上のようにして組み立てられた発光ダイオード複合素子は、印刷配線基板上に多数配置され、各素子の架台下面に形成された配線端子が印刷配線基板上に形成されているプリント配線に接続される。このようにして発光ダイオード複合素子の集合体が形成される。   A large number of light emitting diode composite elements assembled as described above are arranged on a printed wiring board, and wiring terminals formed on the bottom surface of each element are connected to printed wiring formed on the printed wiring board. . In this way, an aggregate of light emitting diode composite elements is formed.

第１発明の発光ダイオード複合素子においては、サブマウント上の配線と発光ダイオードの電極とが高融点の第１の共晶ハンダによって接続される一方、架台上面に形成された配線とサブマウント上の配線とは、第１の共晶ハンダの融点より低い温度で硬化する導電性熱硬化性接着剤、又は融点が第１の共晶ハンダの融点より低い第２の共晶ハンダによって後から接続される。したがって、サブマウント上の配線と発光ダイオードの電極との接続箇所は、後の接続時の加熱によってハンダが融解することがなく、堅固な接続が維持される。   In the light emitting diode composite element of the first invention, the wiring on the submount and the electrode of the light emitting diode are connected by the high melting point first eutectic solder, while the wiring formed on the gantry upper surface and the submount The wiring is connected later by a conductive thermosetting adhesive that cures at a temperature lower than the melting point of the first eutectic solder, or a second eutectic solder whose melting point is lower than the melting point of the first eutectic solder. The Therefore, the connection portion between the wiring on the submount and the electrode of the light emitting diode does not melt the solder due to heating at the time of subsequent connection, and a firm connection is maintained.

第１発明の発光ダイオード複合素子は、サブマウントに形成された配線と発光ダイオードの電極との接続に金線またはハンダバンプを使用しないため、熱変化に強くまたハンダ付けの際に広がらなく、配線間の短絡を防止することができる。   The light-emitting diode composite element of the first invention does not use gold wires or solder bumps for connection between the wiring formed on the submount and the electrode of the light-emitting diode, so it is resistant to thermal changes and does not spread during soldering. Can be prevented.

第１発明の発光ダイオード複合素子において、発光ダイオードの電極とサブマウント上の配線との接続に用いる第１の共晶ハンダは、蒸着法、スクリーン印刷法又はメッキ法により薄い箔状に形成するか、薄い箔状に形成したものを載置して用いる。前記第１の共晶ハンダからなる層は、所望の厚さで、しかも均一に形成されるため、サブマウント上の配線と発光ダイオードの電極とが安定して接続される。   In the light-emitting diode composite element of the first invention, is the first eutectic solder used for connection between the electrode of the light-emitting diode and the wiring on the submount formed in a thin foil shape by vapor deposition, screen printing, or plating? A thin foil is used. The layer made of the first eutectic solder has a desired thickness and is uniformly formed, so that the wiring on the submount and the electrode of the light emitting diode are stably connected.

第１発明の発光ダイオード複合素子は、印刷配線基板上にマトリクス状又はその他の所望の形状に配置され、前記架台の下面に形成された配線が前記印刷配線基板上に形成された配線に接続されているため、画像として掲示板、広告装置、方向表示装置、信号装置、その他各種表示装置に利用することができる。   The light-emitting diode composite element of the first invention is arranged in a matrix or other desired shape on the printed wiring board, and the wiring formed on the lower surface of the gantry is connected to the wiring formed on the printed wiring board. Therefore, it can be used as an image for a bulletin board, an advertising device, a direction display device, a signal device, and other various display devices.

（第２発明）
第２発明の発光ダイオード複合素子は、前記ヒートシンクが下方に多数の放熱用フィンを有する構造であるので、発光ダイオードからサブマウントを通ってヒートシンクに蓄積する熱を放熱用フィンから印刷配線基板側へ速やかに逃がすことができる。 (Second invention)
In the light emitting diode composite element according to the second invention, the heat sink has a structure having a large number of heat dissipating fins below, so that heat accumulated in the heat sink from the light emitting diode through the submount is transferred from the heat dissipating fin to the printed wiring board side. You can escape quickly.

（第３発明）
第３発明の発光ダイオード複合素子は、前記ヒートシンクが銅又はアルミニウムからなり、表面にニッケルメッキが施されているので、熱伝導性が良好であり、また、防錆性に優れているので長期間の使用に耐えることができる。 (Third invention)
In the light-emitting diode composite element of the third invention, the heat sink is made of copper or aluminum and the surface thereof is plated with nickel, so that the thermal conductivity is good and the rust resistance is excellent, so that Can withstand the use of

本発明の発光ダイオード複合素子は、サブマウントの中段の中央に赤色の発光ダイオードを１つ、上下段に緑色と青色の発光ダイオードを各２つずつ配置することにより、異なる色の光がよく混ざり、色むらが少なく、かつ、色調を自在に変えることができるフルカラー光源が容易に得られる。   In the light emitting diode composite element of the present invention, one red light emitting diode is arranged at the center of the middle stage of the submount, and two green and blue light emitting diodes are arranged on the upper and lower stages so that light of different colors is mixed well. Thus, a full-color light source that has little color unevenness and can freely change the color tone can be easily obtained.

本発明の発光ダイオード複合素子は、印刷配線基板上のプリント配線に接続された制御回路によって少なくとも２種類からなる発光ダイオードの点滅制御が行われるようにすることにより、文字や画像を動かすことができる。また、本発明の発光ダイオード複合素子は、たとえば、赤色の発光ダイオード、橙色の発光ダイオード、青色の発光ダイオードの三色をそれぞれ複数個並べ、それぞれの電圧を制御することで、強い赤色、薄い緑色、白色に近い赤色等、色調を各種制御することができる。   The light-emitting diode composite element of the present invention can move characters and images by controlling blinking of at least two types of light-emitting diodes by a control circuit connected to the printed wiring on the printed wiring board. . The light-emitting diode composite element of the present invention has, for example, a plurality of three colors, a red light-emitting diode, an orange light-emitting diode, and a blue light-emitting diode, and controls each voltage so that strong red and light green It is possible to control various color tones such as red close to white.

本発明の発光ダイオード複合素子は、発光ダイオードの色を赤色、黄色、橙色、緑色、青色の内、たとえば、２種類又は３種類とし、複数個配置することにより、また電圧の印加を調整することにより動画像等を表示することができる。また、本発明の発光ダイオード複合素子は、少なくとも２種類からなる発光ダイオードを、赤色、黄色、橙色、緑色、青色の内から選択し、異なる色を発光する複数種類を印刷配線基板に配置することにより、画像に適した色調を表すことができる。   In the light emitting diode composite element of the present invention, the color of the light emitting diode is red, yellow, orange, green, or blue, for example, two types or three types, and by arranging a plurality, the voltage application can be adjusted. Thus, a moving image or the like can be displayed. In the light emitting diode composite element of the present invention, at least two types of light emitting diodes are selected from red, yellow, orange, green, and blue, and a plurality of types that emit different colors are arranged on the printed wiring board. Thus, a color tone suitable for an image can be expressed.

本発明の発光ダイオード複合素子は、たとえば、赤色、緑色及び青色の発光ダイオードが内蔵され、それぞれの電極に印加する電圧を変えることにより、全体の色調を調整することができ、赤色や黄色にすることにより自動車のウインカーとして使用できる。   The light-emitting diode composite element of the present invention includes, for example, red, green, and blue light-emitting diodes, and the overall color tone can be adjusted by changing the voltage applied to each electrode. Therefore, it can be used as a turn signal for automobiles.

本発明の発光ダイオード複合素子は、白色光又は橙色光を作製することができる。白色光は、制御回路により点滅を行うことにより、見易い文字を表示することができ、また、橙色光は、赤色と交互に発光することで信号機とすることができる。   The light emitting diode composite element of the present invention can produce white light or orange light. White light can be blinked by a control circuit to display easy-to-see characters, and orange light can be used as a traffic light by emitting light alternately with red.

本発明の発光ダイオード複合素子は、２種類または３種類からなる発光ダイオードが内蔵された複数個の複合素子を、たとえば、赤色の領域用と橙色の領域用とを作製しておき、これらを組み合わせて自動車のウインカーのような信号灯として使用することができる。   The light-emitting diode composite element of the present invention is a combination of a plurality of composite elements containing two or three types of light-emitting diodes, for example, for a red region and an orange region. It can be used as a signal light like an automobile blinker.

本発明の発光ダイオード複合素子は、２種類または３種類からなる発光ダイオードが内蔵された複数個の複合素子がそれぞれの電極に印加する電圧を変えて赤色の領域、橙色の領域、および青色の領域を作製し、たとえば、道路等の信号機として使用することができる。   The light-emitting diode composite element of the present invention has a red region, an orange region, and a blue region by changing the voltage applied to each electrode by a plurality of composite devices each including two or three types of light-emitting diodes. Can be used, for example, as a traffic signal on a road or the like.

本発明の発光ダイオード複合素子は、２種類または３種類からなる発光ダイオードが内蔵され、発光部をサブマウントの中心に集め、電極を端部に配置することにより、光のバランスを良くすることができ、発光部の明るさのムラを無くすことができる。   The light-emitting diode composite element of the present invention incorporates two or three types of light-emitting diodes, collects the light-emitting part at the center of the submount, and arranges the electrodes at the end, thereby improving the light balance. And unevenness in the brightness of the light emitting part can be eliminated.

本発明の発光ダイオード複合素子は、サブマウント上に発光色の同じ発光ダイオードを配置することにより、従来のものと比べて高輝度の光源が得られる。   In the light emitting diode composite element of the present invention, a light source having a higher luminance than that of the conventional light source can be obtained by disposing light emitting diodes having the same emission color on the submount.

図１〜図４は、いずれも本発明の実施例に係る発光ダイオード複合素子を説明するために示す図であり、図１は発光ダイオード複合素子の基本構造を示す概略縦断面図であり、図２は発光ダイオード複合素子に用いられる架台の平面図であり、図３は発光ダイオードが搭載されたサブマウントの平面図であり、図４はサブマウントの下に配置されたヒートシンクの斜視図である。
図１〜図４において、発光ダイオード複合素子１は、印刷配線基板（図示されていない）上に多数個が所望の配置形状に配置接続され、発光色の異なる３種類のフリップチップ型の発光ダイオード２を搭載したサブマウント３と、上面側の中心部に形成された空所にサブマウント３を収納した架台４と、架台４上に設置形成された発光反射筒５と、発光反射筒５の内側に透明樹脂を充填して形成された発光ダイオード封止体６とから構成されている。また、架台４の下面側の中央部に形成された凹溝にヒートシンク７が収納されており、発光ダイオード２からの発熱を印刷配線基板側に逃がす役割を果たしている。なお、発光ダイオード２は、赤色の発光ダイオード２１、緑色の発光ダイオード２２、青色の発光ダイオード２３の３種類である。 1 to 4 are views for explaining a light emitting diode composite element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a basic structure of the light emitting diode composite element. 2 is a plan view of a mount used for the light emitting diode composite element, FIG. 3 is a plan view of a submount on which the light emitting diode is mounted, and FIG. 4 is a perspective view of a heat sink disposed under the submount. .
1 to 4, the light-emitting diode composite element 1 includes three types of flip-chip light-emitting diodes that are arranged and connected in a desired arrangement shape on a printed wiring board (not shown) and have different emission colors. 2, a base 4 in which the submount 3 is housed in a space formed in the central portion on the upper surface side, a light-emitting reflection cylinder 5 installed on the base 4, It is comprised from the light emitting diode sealing body 6 formed by filling transparent resin inside. Further, a heat sink 7 is housed in a concave groove formed in the central portion on the lower surface side of the gantry 4 and plays a role of releasing heat generated from the light emitting diode 2 to the printed wiring board side. The light emitting diode 2 is of three types: a red light emitting diode 21, a green light emitting diode 22, and a blue light emitting diode 23.

サブマウント３は、その上に配線が形成できる電気絶縁性材料から構成されるものであれば特に限定されないが、本実施例においては、熱伝導性と耐熱性に優れたセラミックである窒化アルミニウムを材料とし、板状に焼結したものが使用されている。サブマウント３上には、マスクを形成し、金を蒸着することによってサブマウント３の上面に上中下３段に並列する３対の配線８１が形成されている。配線８１には発光ダイオード２の各電極が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを介して接続されている。この第１の共晶ハンダは、蒸着法、スクリーン印刷法、メッキ法等により層状に形成され、その上にフラックスを予め塗布する。
前記配線の厚さは１μｍから５μｍ程度が好ましく、前記共晶ハンダの厚さは０．２μｍから０．５μｍ程度が好ましい。なお、中段に位置する１対の配線８１１には赤色の発光ダイオード２１が１つ接続され、上段に位置する１対の配線８１２には緑色の発光ダイオード２２が、下段に位置する１対の配線８１３には青色の発光ダイオード２３がそれぞれ各２つずつ直列に接続されている。 The submount 3 is not particularly limited as long as it is composed of an electrically insulating material on which wiring can be formed. In this embodiment, aluminum nitride, which is a ceramic having excellent thermal conductivity and heat resistance, is used. A material that is sintered into a plate shape is used. On the submount 3, a mask is formed, and gold is vapor-deposited, so that three pairs of wirings 81 are formed on the upper surface of the submount 3 in parallel with the upper, middle, and lower three stages. Each electrode of the light emitting diode 2 is connected to the wiring 81 through a first eutectic solder made of 80% gold and 20% tin. This first eutectic solder is formed in layers by vapor deposition, screen printing, plating, or the like, and a flux is preliminarily applied thereon.
The thickness of the wiring is preferably about 1 μm to 5 μm, and the thickness of the eutectic solder is preferably about 0.2 μm to 0.5 μm. One red light emitting diode 21 is connected to a pair of wirings 811 located in the middle stage, and a green light emitting diode 22 is paired to a pair of wirings 812 located in the upper stage and a pair of wirings located in the lower stage. Two blue light emitting diodes 23 are connected in series to each of 813.

架台４は、サブマウント３の材料と同じ窒化アルミニウムを材料とした焼結体が用いられ、上面側中心部にサブマウント３が収納される空所４１が設けられるとともに両側に各３つの上下貫通孔４２が設けられ、空所４１の端縁から上面と各上下貫通孔４２の内面を経由して下面まで連通する配線８２が３対（８２１、８２２、８２３）形成されている。   The gantry 4 is made of a sintered body made of the same aluminum nitride as the material of the submount 3, and a space 41 for accommodating the submount 3 is provided in the center on the upper surface side, and three vertical openings are provided on both sides. The hole 42 is provided, and three pairs (821, 822, 823) of wirings 82 are formed which communicate from the edge of the space 41 to the lower surface via the upper surface and the inner surfaces of the upper and lower through holes 42.

発光反射筒５は、サブマウント３や架台４の材料と同じ窒化アルミニウムを材料とした焼結体が用いられ、前記３種類からなる発光ダイオード２１ないし２３から発する光を内面で反射する。   The light-emitting reflection cylinder 5 is made of a sintered body made of the same aluminum nitride as the material of the submount 3 and the gantry 4 and reflects light emitted from the three types of light-emitting diodes 21 to 23 on the inner surface.

発光ダイオード封止体６は、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂で、透明性および耐熱性に優れたものが選択され、平板状または凸レンズ状に形成する。   The light-emitting diode encapsulant 6 is a thermosetting resin mainly composed of an epoxy resin, and has excellent transparency and heat resistance, and is formed into a flat plate shape or a convex lens shape.

ヒートシンク７は銅又はアルミニウムからなり、下側に多数の放熱用フィン７１を有し、表面にニッケルメッキが施されている。   The heat sink 7 is made of copper or aluminum, has a large number of heat dissipating fins 71 on the lower side, and is plated with nickel.

次に、発光ダイオード複合素子の組立方法を説明する。サブマウント３の基板上に、配線８１１ないし８１３を一組とする配線群を多数形成する。そして、配線８１１ないし８１３上に、金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを所定の位置に所定量、たとえば、ロボット等により自動的に箔の形で載置するか、蒸着する。   Next, a method for assembling the light emitting diode composite element will be described. On the substrate of the submount 3, a large number of wiring groups each including the wirings 811 to 813 are formed. Then, a first eutectic solder composed of 80% gold and 20% tin is placed on the wirings 811 to 813 in a predetermined amount, for example, automatically in the form of a foil by a robot or by vapor deposition. To do.

第１の共晶ハンダ上には、異なる色の３種類からなる発光ダイオード２１ないし２３の電極を配置した後、リフロー炉を通過させて、発光ダイオード２１ないし２３とサブマウント３上に設けられた前記配線とを接続する。   On the first eutectic solder, electrodes of three kinds of light emitting diodes 21 to 23 having different colors were arranged, and then passed through a reflow furnace to be provided on the light emitting diodes 21 to 23 and the submount 3. Connect the wiring.

前記リフロー炉内における共晶ハンダペーストは、後述する割合になっているため、加熱によりフラックスが発散した際に、前記ハンダが広がって、配線間で短絡を起こすことがない。   Since the eutectic solder paste in the reflow furnace has a ratio described later, when the flux is diffused by heating, the solder spreads and does not cause a short circuit between the wirings.

その後、サブマウント３の基板は、発光ダイオード２１ないし２３を一組としてダイシングされ、多数のサブマウント３が作製される。サブマウント３に搭載された個々の発光ダイオード２１ないし２３は、検査装置により検査が行われて良品と不良品に選別される。   Thereafter, the substrate of the submount 3 is diced with the light emitting diodes 21 to 23 as a set, and a large number of submounts 3 are manufactured. The individual light-emitting diodes 21 to 23 mounted on the submount 3 are inspected by an inspection device and sorted into non-defective products and defective products.

一方、架台４には、上面側中心部に空所４１を設けるとともに両側に各３つの上下貫通孔４２を設け、さらに、下面側中央部に凹溝４３を設ける。架台４の表面には、空所４１の端縁から上面と各上下貫通孔４２の内面を経由して下面まで連通する配線８２を３対形成する。   On the other hand, the gantry 4 is provided with a space 41 at the center on the upper surface side, three upper and lower through holes 42 on both sides, and a groove 43 at the center on the lower surface side. Three pairs of wirings 82 are formed on the surface of the gantry 4 so as to communicate from the edge of the space 41 to the lower surface via the upper surface and the inner surfaces of the upper and lower through holes 42.

次いで、架台４の凹溝４３内にヒートシンク７を装着するとともに、発光ダイオード２１ないし２３を搭載したサブマウント３を架台４の空所４１に収納し、ヒートシンク７上に設置する。サブマウント３と架台４とは上面が面一になっている。   Next, the heat sink 7 is mounted in the concave groove 43 of the gantry 4, and the submount 3 on which the light emitting diodes 21 to 23 are mounted is accommodated in the space 41 of the gantry 4 and is installed on the heat sink 7. The upper surface of the submount 3 and the gantry 4 are flush with each other.

架台４の上面に形成された配線８２１ないし８２２は、空所４１側端子を、たとえば、エポキシ系樹脂と銀粒子等を主成分とする導電性熱硬化性接着剤又は融点が１２０〜２３０℃の範囲にある第２の共晶ハンダを介して、サブマウント３上に形成された配線８１１ないし８１２のサブマウント３周縁側端子にそれぞれ接続する。また、架台４上に発光ダイオード２１ないし２３から発する光を内面で反射する発光反射筒５を形成するとともに、発光反射筒５の内側に透明樹脂を充填して所望の配光特性を有する発光ダイオード封止体６を形成し、発光ダイオード２１ないし２３を封止する。発光ダイオード封止体６の形状は、使用目的に合わせて平板状、あるいは凸レンズ状とする。   The wirings 821 to 822 formed on the upper surface of the gantry 4 are terminals 41 on the void 41 side, for example, a conductive thermosetting adhesive mainly composed of epoxy resin and silver particles, or a melting point of 120 to 230 ° C. Each of the wirings 811 to 812 formed on the submount 3 is connected to the peripheral edge terminal of the submount 3 through the second eutectic solder in the range. In addition, a light-emitting reflection cylinder 5 that reflects light emitted from the light-emitting diodes 21 to 23 on the inner surface is formed on the gantry 4, and a light-emitting diode having a desired light distribution characteristic by filling a transparent resin inside the light-emitting reflection cylinder 5 The sealing body 6 is formed, and the light emitting diodes 21 to 23 are sealed. The shape of the light emitting diode sealing body 6 is a flat plate shape or a convex lens shape according to the purpose of use.

以上のようにして組み立てられた発光ダイオード複合素子１の印刷配線基板への接続は、架台４の下面に形成された配線端子を印刷配線基板上に施されているプリント配線に接続する。印刷配線基板上には、発光ダイオード２１ないし２３を点灯させるための制御回路（図示されていない）と接続するプリント配線（図示されていない）がエッチング等により所望のパターンに形成されており、印刷配線基板上に、使用目的に合わせて、一列、マトリクス状、あるいは他の形状に発光ダイオード複合素子１を配列した後、必要に応じて、全体を透明樹脂によって覆う。   The light emitting diode composite element 1 assembled as described above is connected to the printed wiring board by connecting the wiring terminal formed on the lower surface of the gantry 4 to the printed wiring provided on the printed wiring board. Printed wiring (not shown) connected to a control circuit (not shown) for lighting the light emitting diodes 21 to 23 is formed on the printed wiring board in a desired pattern by etching or the like. The light-emitting diode composite elements 1 are arranged in a line, matrix, or other shape on the wiring board in accordance with the purpose of use, and then the whole is covered with a transparent resin as necessary.

本実施例で使用した金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを用い、フリップチップ型の発光ダイオードの電極とサブマウント上の配線端子（電極）との接合強度を試験試料１０個について測定したところ、試験試料の平均接合強度は約６００ｇであった。なお、上記接合強度の試験は、１つの発光ダイオードにつき４箇所接合し、１箇所の接合面積は約７０μｍφとした。   Using the first eutectic solder made of 80% gold and 20% tin used in this example, the bonding strength between the electrode of the flip-chip type light emitting diode and the wiring terminal (electrode) on the submount was tested 10. When measured for individual pieces, the average bonding strength of the test sample was about 600 g. In the test of the bonding strength, four light emitting diodes were bonded at four positions, and the bonding area at one position was about 70 μmφ.

これに対して、接合材料を金線として超音波加熱による従来の金バンプ方式で接合した以外は、上記試験と同様にして接合部の強度を測定したところ、平均接合強度は約３００ｇであり、上記の試験結果と比較して、約１／２の強度であった。   On the other hand, when the strength of the joint was measured in the same manner as the above test except that the joining material was joined as a gold wire by the conventional gold bump method by ultrasonic heating, the average joining strength was about 300 g. Compared with the above test results, the strength was about ½.

次に、本発明において用いられる第１の共晶ハンダ及び第２の共晶ハンダの実例を以下に挙げる。なお、金属成分の前に付した数字はＳｎに対するパーセンテージを表す。
第１の共晶ハンダ 溶融温度
Ｓｎ−８０Ａｕ ２８０℃
第２の共晶ハンダ
Ｓｎ−０．７５Ｃｕ ２２７℃
Ｓｎ−３．５Ａｇ ２２１℃
Ｓｎ−０．７Ａｇ−０．３Ｃｕ ２１７℃〜２２７℃
Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ ２１７℃〜２１９℃
Ｓｎ−２．５Ａｇ−０．５Ｃｕ−１．０Ｂｉ ２１４℃〜２２１℃
Ｓｎ−２．０Ａｇ−０．５Ｃｕ−２．０Ｂｉ ２１１℃〜２２１℃
Ｓｎ−２．５Ａｇ−２．５Ｂｉ−２．５Ｉｎ １９０℃〜２１０℃
Ｓｎ−３．５Ａｇ−３．０Ｂｉ−６．０Ｉｎ １６５℃〜２０６℃
Ｓｎ−９．０Ｚｎ １９９℃
Ｓｎ−５８Ｂｉ １３９℃
Ｓｎ−８．０Ｚｎ−３．０Ｂｉ １８７℃〜１９９℃ Next, actual examples of the first eutectic solder and the second eutectic solder used in the present invention will be given below. In addition, the number attached | subjected before the metal component represents the percentage with respect to Sn.
First eutectic solder melting temperature Sn-80Au 280 ° C
Second eutectic solder Sn-0.75Cu 227 ° C
Sn-3.5Ag 221 ° C
Sn-0.7Ag-0.3Cu 217 ° C to 227 ° C
Sn-3.5Ag-0.75Cu 217 ° C to 219 ° C
Sn-2.5Ag-0.5Cu-1.0Bi 214 ° C to 221 ° C
Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Bi 211 to 221 ° C
Sn-2.5Ag-2.5Bi-2.5In 190 ° C to 210 ° C
Sn-3.5Ag-3.0Bi-6.0In 165 ° C-206 ° C
Sn-9.0Zn 199 ° C
Sn-58Bi 139 ° C
Sn-8.0Zn-3.0Bi 187 ° C-199 ° C

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明において用いられるフリップチップ型の発光ダイオード、サブマウント、配線、共晶ハンダ等の材質は、公知又は周知のものを使用することができる。   As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example. The present invention can be modified in various ways without departing from the scope of the claims. As the material of the flip chip type light emitting diode, submount, wiring, eutectic solder and the like used in the present invention, known or known materials can be used.

本発明の発光ダイオード複合素子は、赤色、橙色、黄色、緑色、青色、白色の内の一色又は複数色のフリップチップ型の発光ダイオードが搭載され、これを印刷配線基板の上に所望の形状に配置することができる。本発明の用途は、印刷配線基板の上にマトリクス状、その他の形状に配置することで、表示装置、掲示板、広告装置、信号装置等に使用できる。また、前記各色を予め適当に配置することで、制御回路からの信号によりいろいろな文字、画像、あるいは模様等にして表示することができる。   The light-emitting diode composite element of the present invention is mounted with a flip-chip type light-emitting diode of one color or a plurality of colors of red, orange, yellow, green, blue and white, and this is formed on a printed wiring board in a desired shape. Can be arranged. The application of the present invention can be used for a display device, a bulletin board, an advertising device, a signal device, and the like by arranging the printed circuit board in a matrix or other shape. Further, by appropriately arranging the respective colors in advance, various characters, images, patterns, etc. can be displayed by signals from the control circuit.

本発明の実施例を示し、発光ダイオード複合素子の基本構造を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the Example of this invention and shows the basic structure of a light emitting diode composite element. 本発明の実施例を示し、発光ダイオード複合素子に用いられる架台の平面図である。It is a top view of the mount frame which shows the Example of this invention and is used for a light emitting diode composite element. 本発明の実施例を示し、発光ダイオードが搭載されたサブマウントの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a submount on which a light emitting diode is mounted according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に用いられるヒートシンクの斜視図である。It is a perspective view of the heat sink used for the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・発光ダイオード複合素子
２１ないし２３・・・赤色、緑色、青色のフリップチップ型の発光ダイオード
３・・・サブマウント
４・・・架台
５・・・発光反射筒
６・・・発光ダイオード封止体
７・・・ヒートシンク
８１１ないし８１３・・・サブマウント上の配線
８２１ないし８２３・・・架台上の配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light emitting diode composite element 21 thru | or 23 ... Red, green, and blue flip-chip type light emitting diode 3 ... Submount 4 ... Mounting stand 5 ... Light emission reflective cylinder 6 ... Light emitting diode Sealing body 7 ... Heat sink 811 to 813 ... Wiring on submount 821 to 823 ... Wiring on mount

Claims (3)

上面に配線が形成され、フリップチップ型の発光ダイオードの電極が金８０％、錫２０％からなる第１の共晶ハンダを介して前記配線に接続されているサブマウントと、
上面側中心部に前記サブマウントが収納される空所が設けられるとともに下面側中央部に凹溝が設けられ、さらに上面から下面まで連通する配線が形成された架台と、
前記凹溝内に収納されるヒートシンクと、
前記架台上に前記サブマウントに搭載された前記発光ダイオードを取り囲むように形成される発光反射筒と、
前記発光反射筒の内側に透明樹脂を充填して形成される発光ダイオード封止体とから構成され、
前記架台の上面に形成された配線の前記空所側端子が、、導電性熱硬化性接着剤又は融点が１２０〜２３０℃の範囲にある第２の共晶ハンダを介して、前記サブマウント上に形成された配線の前記サブマウント周縁側端子に接続されていることを特徴とする発光ダイオード複合素子。 A submount in which a wiring is formed on the upper surface, and an electrode of a flip chip type light emitting diode is connected to the wiring through a first eutectic solder made of 80% gold and 20% tin;
A base in which a space for storing the submount is provided in the center on the upper surface side and a concave groove is provided in the central portion on the lower surface side, and further a wiring is formed that communicates from the upper surface to the lower surface.
A heat sink housed in the groove,
A light-emitting reflection tube formed on the base so as to surround the light-emitting diode mounted on the submount;
A light emitting diode sealing body formed by filling a transparent resin inside the light emitting reflecting cylinder,
The void-side terminal of the wiring formed on the upper surface of the mount is connected to the submount via a conductive thermosetting adhesive or a second eutectic solder having a melting point in the range of 120 to 230 ° C. A light emitting diode composite element, characterized in that the light emitting diode composite element is connected to a terminal on the peripheral edge side of the submount. 前記ヒートシンクが下方に多数の放熱用フィンを有する構造であることを特徴とする請求項１に記載された発光ダイオード複合素子。   2. The light emitting diode composite device according to claim 1, wherein the heat sink has a structure having a plurality of heat radiation fins below. 前記ヒートシンクが銅又はアルミニウムからなり、表面にニッケルメッキが施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された発光ダイオード複合素子。
The light-emitting diode composite element according to claim 1 or 2, wherein the heat sink is made of copper or aluminum, and the surface thereof is plated with nickel.
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