JP2008172167A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】実装基板との線膨張率の違いに起因して発生する応力を有効に緩和することによってハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができるＬＥＤパッケージを提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１１をパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、パッケージ本体１０は、複数箇所に形成されたハンダ２１を介して実装基板２０上に実装されるものであり、パッケージ本体１０は、ＬＥＤチップ１１が設けられた第１本体部１２Ａと、ＬＥＤチップ１１が設けられていない第２本体部１２Ｂとを分割されて構成され、当該第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとが間隙を設けて実装基板２０上に配設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode；以下、ＬＥＤという。）チップをパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージに関する。

従来から、ＬＥＤチップを所定のパッケージ本体に実装し、これをプリント回路基板等の実装基板に実装するＬＥＤパッケージが提案されている。かかるＬＥＤパッケージは、ハンダによってＬＥＤチップを実装基板に実装する際に、電極間でハンダ量に差があると、ハンダが溶融したときの表面張力の差やハンダが固化するときの収縮応力等に起因して、一方の電極が浮き上がる、いわゆる、マンハッタン現象を生じるという問題がある。これを解決するために、特許文献１に記載された技術が提案されている。

この特許文献１には、一方の面が素子取付面とされて素子用電極が設けられ他方の面が取付面とされて端子用電極が設けられる板状基板を有する発光ダイオードが開示されている。特に、この発光ダイオードは、板状基板に一方の面から他方の面に達するスルーホール電極を設け、このスルーホール電極によって素子用電極と端子用電極との電気的接続を行うことにより、ハンダ量に不均一を生じているときであっても、板状基板に一方の端部を浮き上がらせるような応力を生じることをなくし、導通不良を防止することができるとしている。
特開２０００−２１６４４０号公報

ところで、ＬＥＤパッケージにおいては、実装基板にハンダ実装した場合には、実装基板の線膨張率がＬＥＤパッケージの線膨張率よりも大きく、熱履歴によってＬＥＤパッケージと実装基板上の配線パターンとの接続部分に応力が集中することに起因して、ヒートサイクル試験等の際にハンダが破壊することがあり、導通不良を起こすという問題があった。この問題は、パッケージ本体がセラミックス材などで形成されていることに起因し、使用時のみならず、はんだ実装時においても問題になることがある。

そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、実装基板との線膨張率の違いに起因して発生する応力を有効に緩和することによってハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができるＬＥＤパッケージを提供することを目的とする。

本発明は、ＬＥＤチップをパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、複数箇所に形成されたハンダを介して実装基板上に実装されるものであり、上述の課題を解決するために、パッケージ本体は、ＬＥＤチップが設けられた第１本体部と、ＬＥＤチップが設けられていない第２本体部とを分割されて構成され、当該第１本体部と第２本体部とが間隙を設けて実装基板上に配設されている。

本発明に係るＬＥＤパッケージによれば、パッケージ本体を第１本体部と第２本体部とに分割し且つ第１本体部と第２本体部とを間隙を介して配置したので、パッケージ本体に与えられた熱膨張に応じて第１本体部、第２本体部のそれぞれの基板が動くので、パッケージ本体と実装基板との線膨張率の違いに起因して発生する応力を有効に緩和することによってハンダの破壊を防止し、導通不良を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に、ＬＥＤチップを実装するパッケージ本体１０の外観構成を示す斜視図を示し、図２に、ＬＥＤチップ１１をパッケージ本体１０に実装したＬＥＤパッケージを実装基板２０上に実装した状態を示す断面図を示す。

パッケージ本体１０は、例えばセラミック焼結体からなる第１本体部１２Ａ、第２本体部１２Ｂを有する。第１本体部１２Ａ、第２本体部１２Ｂは、所定の厚みをもった角柱体を形成する一の主面の中央部分に頭切円錐状の窪みが形成されたＬＥＤパッケージが分割されて構成されている。第１本体部１２Ａ、第２本体部１２Ｂのセラミック焼結体の製造方法としては、射出成形、圧縮成形（プレス成形）、鋳込み成形等があるが、パッケージ本体１０を製造するにあたっては、いずれの方法を用いてもよい。この第１本体部１２Ａの頭切円錐状の窪みの底面は、ＬＥＤチップ１１を実装するＬＥＤチップ実装部１３として用いられる。

したがって、パッケージ本体１０は、このＬＥＤチップ実装部１３から第１本体部１２Ａの側面にかけて所定の回路パターン１４Ａが設けられた立体回路基板（Molded Interconnect Device;MID）として機能することになる。一方、第２本体部１２Ｂは、ＬＥＤチップ実装部１３が設けられていない。第２本体部１２Ｂには、側面に掛けて所定の回路パターン１４Ｂが設けられており、立体回路基板（ＭＩＤ）として機能する。

第１本体部１２Ａ、第２本体部１２Ｂの頭切円錐状の窪みの円錐面は、ＬＥＤチップ１１から放射された光を反射する反射板１５Ａ、反射板１５Ｂとして機能する。ＬＥＤパッケージにおいては、反射板１５Ａ、反射板１５Ｂをこのような円錐面とすることにより、高い信頼性及び光取り出し効率を実現することができる。なお、パッケージ本体１０は、反射板１５Ａ、反射板１５Ｂの部分に高反射率の金属膜を形成するようにしてもよい。これにより、ＬＥＤパッケージは、より高い信頼性及び光取り出し効率を実現することができる。

このようなＬＥＤパッケージは、薄膜輪郭除去法により、ＬＥＤチップ実装部１３と反射板１５Ａ、反射板１５Ｂとを一体化したような立体回路基板を容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。

まず、薄膜輪郭除去法は、加熱処理プロセスを実行し、焼結体を温度１０００℃、保持時間１時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。

続いて、薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やＤＣマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。具体的には、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１０^−４Ｐａ程度に減圧した後、温度１５０℃で３分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を１０Ｐａ程度に制御する。そして、電極間に１ｋＷの高周波電圧（ＲＦ：１３．５６ＭＨｚ）を３００秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を１０^−４Ｐａ以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が０．６Ｐａ程度になるように導入した後、さらに５００Ｖの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が３００ｎｍ程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。

続いて、薄膜輪郭除去法においては、回路パターン形成プロセスを実行し、大気中でＹＡＧレーザーの第３高調波（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザー）を使用して回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板上に形成された導電性薄膜のうち、回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。

続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約１５μｍの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。

ＬＥＤパッケージは、このような薄膜輪郭除去法によって容易に形成することができる。なお、反射板１５Ａ、反射板１５Ｂに金属膜を形成したＬＥＤパッケージを薄膜輪郭除去法によって製造する場合には、上述した銅めっき、エッチング、ニッケルめっきまでのプロセスについては同様に行った上で、電気回路部のみに給電して金めっきを施すとともに、反射板１５Ａ、反射板１５Ｂのみに給電して例えば銀めっきを施せばよい。

このようにして形成されるＬＥＤパッケージは、図２に示したように、ハンダ２１Ａ、２１Ｂを介して所定の回路パターン２２Ａ、２２Ｂが形成された実装基板２０上に実装される。第１本体部１２Ａは、回路パターン１４Ａと実装基板２０の回路パターン２２Ａとがハンダ２１Ａによって接続されて、実装基板２０上の回路パターン２２Ａと電気的に導通している。また、ハンダ２１Ａによって第１本体部１２Ａは実装基板２０上に固定されている。第２本体部１２Ｂは、回路パターン１４Ｂと実装基板２０の回路パターン２２Ｂとがハンダ２１Ｂによって接続されて、実装基板２０上の回路パターン２２Ｂと電気的に導通している。また、ハンダ２１Ｂによって第２本体部１２Ｂは実装基板２０上に固定されている。

実装基板２０上の回路パターン２２Ａ、２２Ｂには、図示しないＬＥＤチップ１１の駆動回路が接続されている。このＬＥＤの駆動回路は、回路パターン１４Ａ、１４Ｂを介してＬＥＤチップ１１に駆動電力を供給して、ＬＥＤチップ１１を発光させる。

ここで、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとが分離されて構成されており、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとが間隙を介して配設されている。ＬＥＤチップ１１と回路パターン１４Ｂとの導通は、ワイヤ１６をＬＥＤチップ１１及び回路パターン１４Ｂに接続するワイヤボンディングにより実現している。

このようなＬＥＤパッケージは、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとを分離して構成して、当該第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとを離間して配置する事により、ＬＥＤチップ１１の発熱によって当該ＬＥＤパッケージと実装基板２０とが熱膨張した場合に、両者の線膨張率の違いから界面に応力が発生したとしても、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとが離間した間隙に向かって変形することになる。これにより、ハンダ２１Ａ，２１Ｂへの応力集中を緩和するため、ハンダ２１Ａ、２１Ｂの部分が破壊してしまうような不良発生を低減することができる。

例えば、複数のＬＥＤチップ１１を搭載し、且つ実装基板２０がエポキシ基板からなりパッケージ本体１０の幅が５ｍｍといった大型なものとなると、ＬＥＤチップ１１の発熱時の熱膨張幅が大きくなり、第１本体部１２Ａ及び第２本体部１２Ｂと実装基板２０との間で生じる応力が大きくなる。これに対し、ＬＥＤパッケージによれば、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとの間隙を設けることにより、確実に熱膨張の差による応力がハンダ２１Ａ，２１Ｂに加わることを抑制できる。

また、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとは、図３に示すように、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとが嵌合するように構成されていても良い。第１本体部１２Ａには、凹部３１が設けられ、第２本体部１２Ｂには、凸部３２が設けられている。また、第１本体部１２Ａには、第２本体部１２Ｂが挿入されて配置されるように所定のオーバーラップ幅が形成されている。

このＬＥＤパッケージは、第１本体部１２Ａの凹部３１と第２本体部１２Ｂの凸部３２とが嵌合するように第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとを実装基板２０上に配置する。このように第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとを嵌合させる場合であっても、凹部３１と凸部３２との間には、変形を吸収する間隙を設けて第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとを配置することになる。なお、この例では、第２本体部１２Ｂ上にＬＥＤチップ１１を配置して、ＬＥＤチップ１１と回路パターン１４Ａとをワイヤ１６により導通させている。

このようなＬＥＤパッケージによれば、図２に示したＬＥＤパッケージのように、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとの間隙から、ＬＥＤチップ１１から発光した光が漏れることが無い。また、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとが所定の嵌合深さとなるオーバーラップ幅だけオーバーラップして嵌合されているので、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂの配置時における第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂとの位置決めが容易となる。

また、上述したＬＥＤパッケージは、回路パターン１４Ａ又は回路パターン１４ＢとＬＥＤチップ１１とをワイヤ１６で接続する構成について説明したが、これに限らず、回路パターン１４Ａと回路パターン１４Ｂの一方とＬＥＤチップ１１とを導通させる構成であっても良い。この場合、第１本体部１２Ａと第２本体部１２Ｂの一方には回路パターンを設けなくても良いが、回路パターンを設けていない本体部には回路パターン２２との間でハンダ付けするためのダミーの導体部を設ける必要がある。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用したＬＥＤパッケージの斜視図である。 本発明を適用したＬＥＤパッケージの断面図である。 本発明を適用した他のＬＥＤパッケージの断面図である。

符号の説明

１０ パッケージ本体
１１ ＬＥＤチップ
１２Ａ 第１本体部
１２Ｂ 第２本体部
１３ ＬＥＤチップ実装部
１４Ａ，１４Ｂ 回路パターン
１５Ａ，１５Ｂ 反射板
１６ ワイヤ
２０ 実装基板
２１Ａ，２１Ｂ ハンダ
２２Ａ 回路パターン
２２Ｂ 回路パターン
３１ 凹部
３２ 凸部

Claims (4)

1. ＬＥＤチップをパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、
   前記パッケージ本体は、複数箇所に形成されたハンダを介して実装基板上に実装されるものであり、
   前記パッケージ本体は、前記ＬＥＤチップが設けられた第１本体部と、前記ＬＥＤチップが設けられていない第２本体部とが分割されて構成され、当該第１本体部と第２本体部とが間隙を設けて前記実装基板上に配設されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記第１本体部に設けられた前記ＬＥＤチップと前記実装基板とを電気的に接続するように当該第１本体部に形成され、前記実装基板とハンダにより接続される第１回路パターンと、前記第２本体部に形成され前記実装基板とハンダにより接続される第２回路パターンとを備え、前記第１回路パターンと前記第２回路パターンとがワイヤボンディングにより導通されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記第１本体部と前記第２本体部とが間隙を介して嵌合するように前記実装基板上に実装されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記第１本体部と前記第２本体部とが所定の嵌合深さで嵌合されていることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤパッケージ。

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