JP2009123823A - Light emitting element package, and light emitting device mounted with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDチップ等の発光素子を搭載した発光素子パッケージ、およびこの発光素子パッケージを基板に実装した発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting element package on which a light emitting element such as an LED chip is mounted, and a light emitting device in which the light emitting element package is mounted on a substrate.
近年、軽量・薄型化および省電力化が可能な照明・発光手段として、発光ダイオードが注目されている。発光ダイオードの実装形態としては、発光ダイオードのベアチップ(LEDチップ)を配線基板に直接実装する方法と、LEDチップを配線基板に実装し易いようにLEDチップを小型基板にボンディングしてパッケージ化し、このLEDパッケージを配線基板に実装する方法とが知られている。 In recent years, light-emitting diodes have attracted attention as illumination / light-emitting means that can be reduced in weight, thickness, and power. As a mounting form of the light emitting diode, a method of directly mounting the bare chip (LED chip) of the light emitting diode on the wiring board, and bonding the LED chip to a small board so as to easily mount the LED chip on the wiring board are packaged. A method of mounting an LED package on a wiring board is known.
従来のLEDパッケージは、LEDチップを小型基板にダイボンドし、LEDチップの電極部分とリードの電極部分との間をワイヤボンド等で接続し、透光性を有する封止樹脂で封止した構造であった。 The conventional LED package has a structure in which the LED chip is die-bonded to a small substrate, the electrode part of the LED chip and the electrode part of the lead are connected by wire bonding or the like, and sealed with a sealing resin having translucency. there were.
一方、LEDチップは、照明器具としての通常の使用温度領域において、低温になるほど発光効率が高く、高温になるほど発光効率が低下する性質を有する。このため、発光ダイオードを用いる光源装置では、LEDチップで発生した熱を速やかに外部に放熱し、LEDチップの温度を低下させることが、LEDチップの発光効率を向上させる上で非常に重要な課題となる。また、放熱特性を高めることによって、LEDチップに大きな電流を通電して使用することができ、LEDチップの光出力を増大させることができる。 On the other hand, the LED chip has the property that in a normal use temperature range as a lighting fixture, the luminous efficiency increases as the temperature decreases, and the luminous efficiency decreases as the temperature increases. For this reason, in a light source device using a light emitting diode, it is very important to improve the light emission efficiency of the LED chip by quickly radiating the heat generated in the LED chip to the outside and lowering the temperature of the LED chip. It becomes. In addition, by increasing the heat dissipation characteristics, a large current can be applied to the LED chip and the light output of the LED chip can be increased.
特許文献1は、実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ外部への光取り出し効率を向上可能な発光ダイオード用パッケージおよびそれを用いた発光装置について開示している。すなわち、パッケージは、半導体基板たるシリコン基板の厚み方向の一面側に発光ダイオードチップを収納する収納凹所が形成されるとともに、他面側に外部接続用電極が形成され、収納凹所の内底面に発光ダイオードチップを金バンプを介して接続するチップ接続用電極が形成され、チップ接続用電極と外部接続用電極とを接続する配線がシリコン基板における収納凹所の内底面と上記他面との間の部分からなる実装部に貫設されている。収納凹所の内周面には反射膜が形成されている。
しかしながら、特許文献1に開示された発光ダイオード用パッケージは、シリコン基板に発光ダイオードチップを収納する凹所が形成されているため、その形成加工の問題がある。また、発光ダイオードチップの放熱構造として、当該チップに直接接する放熱用金属部が、実装部に貫設された熱結合部を介して放熱用電極に接続されている構造であり、複雑な構造であり、加工コスト、放熱性能が低い等の問題がある。また、発光ダイオードチップの電極部が収納凹所の内底面側に接するように構成されているため、光の取り出し効率の観点から問題がある。
However, the package for a light emitting diode disclosed in
そこで、上記問題に鑑みて本発明はなされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で十分な放熱効果が得られるとともに、光の取り出し効率も高く、装置全体の小型化や製造コストを低く抑えることができる発光素子パッケージおよびこの発光素子パッケージを実装した発光装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a sufficient heat dissipation effect with a simple structure, high light extraction efficiency, and downsizing and manufacturing cost of the entire apparatus. It is an object to provide a light emitting device package that can suppress the light emission and a light emitting device mounted with the light emitting device package.
本発明の発光素子パッケージは、発光素子と、発光素子の電極部と電気的に接続される第1パターン金属部と、当該第1パターン金属部と電気的に接続される第2パターン金属部とを有する樹脂基材層と、を備え、樹脂基材層に当該樹脂基材層を貫設する金属貫通部を設け、当該金属貫通部上に前記発光素子を実装するように構成し、樹脂基材層の第2パターン金属部面側を平坦にするように充填部を設けたことを特徴とする。 The light emitting device package of the present invention includes a light emitting device, a first pattern metal portion electrically connected to the electrode portion of the light emitting device, and a second pattern metal portion electrically connected to the first pattern metal portion. A resin base layer having a metal penetrating portion penetrating the resin base layer, and mounting the light emitting element on the metal penetrating portion. The filling part is provided so that the 2nd pattern metal part surface side of a material layer may be made flat.
この構成によれば、発光素子を樹脂基材層に貫設された金属貫通部上に実装しているため、金属貫通部による高伝熱性能によって発光素子が発する熱を好適に放熱することができる。また、樹脂基材層の第2パターン金属部面側を平坦にするように充填部を設けた構造にしたため、樹脂基材層の表面を平坦にでき、発光装置の基板への実装を容易にすることができる。また、樹脂基材層の上部に発光素子が実装されているため、光の取り出し効率が高いものとなる。また、発光素子パッケージは、発光素子を樹脂基材層に貫設された金属貫通部上に実装する構成であるため簡単な加工で製造でき、かつ、小型化に適した構成である。 According to this configuration, since the light emitting element is mounted on the metal penetrating portion penetrating the resin base material layer, the heat generated by the light emitting element can be suitably radiated by the high heat transfer performance by the metal penetrating portion. it can. In addition, since the filling part is provided so that the second pattern metal part surface side of the resin base material layer is flat, the surface of the resin base material layer can be flattened, and the light emitting device can be easily mounted on the substrate. can do. Moreover, since the light emitting element is mounted on the resin base material layer, the light extraction efficiency is high. In addition, the light emitting device package has a configuration in which the light emitting device is mounted on a metal through-hole that is provided through the resin base material layer, and thus can be manufactured by simple processing and is suitable for downsizing.
また、本発明の発光装置は、上記の発光素子パッケージと、この発光素子パッケージを少なくとも金属層を介して実装される基板と、を備え、金属層は、金属貫通部からの熱を基板側に伝熱する伝熱金属部と、第2パターン金属部と電気的に接続される電極金属部を有するように構成したことを特徴とする。 The light-emitting device of the present invention includes the above-described light-emitting element package and a substrate on which the light-emitting element package is mounted via at least a metal layer, and the metal layer heats the metal through part to the substrate side. A heat transfer metal part that conducts heat and an electrode metal part that is electrically connected to the second pattern metal part are provided.
この構成によれば、樹脂基材層の表面が平坦に形成された発光素子パッケージを少なくとも金属層を介して基板に実装することができる。この金属層は、金属貫通部からの熱を基板側に伝熱する伝熱金属部を有して構成されているため、発光素子が発する熱を金属貫通部を介して伝熱金属部へ好適に伝熱し、さらに基板に好適に伝熱することができ、放熱性の高いものとなる。また、発光素子パッケージを小型化できるため、装置全体の小型化が簡単に行なえる。また、発光装置の基本構造要素が、発光素子、樹脂基材層、基板であり、夫々の構成が簡単であるため加工コストを低く抑えることができる。 According to this structure, the light emitting element package in which the surface of the resin base material layer is formed flat can be mounted on the substrate through at least the metal layer. Since this metal layer has a heat transfer metal part that transfers heat from the metal penetration part to the substrate side, the heat generated by the light emitting element is suitable for the heat transfer metal part via the metal penetration part. It is possible to transfer heat to the substrate and further to transfer heat to the substrate, and the heat dissipation is high. Further, since the light emitting element package can be reduced in size, the entire apparatus can be easily reduced in size. The basic structural elements of the light-emitting device are a light-emitting element, a resin base material layer, and a substrate. Since the configuration of each is simple, the processing cost can be kept low.
また、上記発光装置において、前記基板が黒鉛およびアルミニウム合金の複合材料で構成されていることを特徴とする。 In the above light emitting device, the substrate is made of a composite material of graphite and an aluminum alloy.
この構成によれば、基板が黒鉛およびアルミニウム合金の複合材料で構成されているため、伝熱効果が高く、よって、発光素子の熱を好適に放熱することができる。 According to this configuration, since the substrate is composed of a composite material of graphite and an aluminum alloy, the heat transfer effect is high, and thus the heat of the light emitting element can be suitably radiated.
また、上記発光装置において、前記基板が黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料で構成されていることを特徴とする。 In the light emitting device, the substrate is made of a composite material of graphite, ceramics, and aluminum alloy.
この構成によれば、基板が黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料で構成されているため、伝熱効率が高く、よって、発光素子の熱を好適に放熱することができる。さらに、黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料は、黒鉛およびアルミニウム合金の複合材料で構成されているものよりも、強度等の機械的特性に優れるため、機械的特性が要求される車載用途等の発光装置に好適である。 According to this configuration, since the substrate is made of a composite material of graphite, ceramics, and aluminum alloy, the heat transfer efficiency is high, and thus the heat of the light emitting element can be suitably radiated. Furthermore, the composite material of graphite, ceramics, and aluminum alloy is superior in mechanical properties such as strength than those composed of composite material of graphite and aluminum alloy, so that it can be used for in-vehicle applications that require mechanical properties. Suitable for light emitting devices.
また、上記発光装置において、樹脂基材層上に光を反射する反射部を設け、反射部を壁として透明樹脂で封止することを特徴とする。 The light-emitting device is characterized in that a reflective portion that reflects light is provided on the resin base material layer, and the reflective portion is used as a wall and sealed with a transparent resin.
この構成によれば、透明樹脂で形成されたレンズ体によって、光を外部に好適に放射することができる。 According to this configuration, the light can be suitably emitted to the outside by the lens body formed of the transparent resin.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の発光装置および発光素子パッケージの一例を示す断面図である。図2は他例の発光装置である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a light-emitting device and a light-emitting element package according to the present invention. FIG. 2 shows another example of the light emitting device.
図1に示すように、発光素子パッケージは、発光素子11と、発光素子11の電極部と電気的に接続される第1パターン金属部152と、当該第1パターン金属部152と電気的に接続される第2パターン金属部153とを有する樹脂基材層15とを備えて構成されている。樹脂基材層15には、当該樹脂基材層15を貫設する金属貫通部15aが設けられている。当該金属貫通部15aの頂部に発光素子11が実装される。直接実装されてもよいが、図1に示すように反射層154cを介して実装されてもよい。第2パターン金属部153は厚み(例えば25μm〜70μmの厚み)があり、この厚みによって基板のへの実装を困難にすることを回避するために、第2パターン金属部面側を平坦にするように充填部31が設けられている。充填部31および金属貫通部15aについては後述する。
As shown in FIG. 1, the light emitting device package includes a
発光装置1は、上記の発光素子パッケージを金属層12および絶縁層13を介して基板14に実装されて構成されている。金属層12は、金属貫通部15aからの熱を基板14側に伝熱する伝熱金属部12aと、第2パターン金属部153と電気的に接続される電極金属部12bを有するようにパターン形成されている。
The
発光素子11は、光を発する素子であり、例えば、LEDチップ、半導体レーザチップ等が挙げられる。LEDチップでは、上面に両電極が存在するフェイスアップ型の他、裏面の電極により、カソードタイプ、アノードタイプ、フェイスダウン型(フリップチップタイプ)などがある。本発明では、フェイスアップ型を用いることが、放熱性の点から優れている。
The
基板14は、発光素子パッケージを実装するための基板であり、熱伝導性の良い材料で構成されている。熱伝導性の良い材料としては、金属、セラミックス、熱伝導性フィラーを含む樹脂等が例示されるが、本発明においては、黒鉛およびアルミニウム合金の複合材料、黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料で基板14を構成することが好ましい。特に、黒鉛およびアルミニウム合金の複合材料よりも黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料で構成することが強度等の機械的特性の観点から好ましい。
The board |
黒鉛−アルミニウム合金複合体(複合材料)及び黒鉛−セラミックス−アルミニウム合金複合体(複合材料)は、黒鉛成形体または黒鉛−セラミックス成形体にアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金を溶湯鍛造法にて、20MPa以上の圧力で加圧含浸することで製造することができる。黒鉛成形体は、市販の人造黒鉛成形体を用いることもできるし、人造黒鉛粉末を成形して用いることもできる。また、黒鉛−セラミックス成形体は、黒鉛粉末と炭化珪素等のセラミックス粉末を所定の割合で混合した後、成形して用いることができる。本発明に用いる成形体の気孔率は、10〜35体積%が好ましく、15〜25体積%がより好ましい。 A graphite-aluminum alloy composite (composite material) and a graphite-ceramic-aluminum alloy composite (composite material) are obtained by melting a graphite molded body or an aluminum alloy containing aluminum as a main component into a graphite-ceramic molded body, It can be produced by pressure impregnation at a pressure of 20 MPa or more. As the graphite molded body, a commercially available artificial graphite molded body can be used, or an artificial graphite powder can be molded and used. In addition, the graphite-ceramic shaped body can be used after being formed by mixing graphite powder and ceramic powder such as silicon carbide at a predetermined ratio. 10-35 volume% is preferable and, as for the porosity of the molded object used for this invention, 15-25 volume% is more preferable.
黒鉛−アルミニウム合金複合体及び黒鉛−セラミックス−アルミニウム合金複合体のアルミニウム合金は、含浸時にプリフォームの空隙内に十分にアルミニウム合金を浸透させるため、アルミニウム合金の融点がなるべく低いことが好ましく、シリコンを5〜25質量%含有したアルミニウム合金を用いる場合もある。アルミニウム合金中のシリコン以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えばマグネシウム、銅等が含まれていても良い。 The aluminum alloys of graphite-aluminum alloy composite and graphite-ceramics-aluminum alloy composite sufficiently infiltrate the aluminum alloy into the voids of the preform when impregnated. Therefore, the melting point of the aluminum alloy is preferably as low as possible. An aluminum alloy containing 5 to 25% by mass may be used. The metal component other than silicon in the aluminum alloy is not particularly limited as long as the characteristics do not change extremely, and may contain, for example, magnesium, copper, or the like.
黒鉛−アルミニウム合金複合体及び黒鉛−セラミックス−アルミニウム合金複合体は、上述した方法によりブロック形状の複合体を作製し、切断加工して板状複合体とすることもできるし、板状の成形体を作製した後、アルミニウム合金を加圧含浸して板状複合体を作製することもできる。また、黒鉛−アルミニウム合金複合体及び黒鉛−セラミックス−アルミニウム合金複合体は、加工性に優れ、通常の機械加工にて容易に加工することが出来る。この場合、黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料におけるセラミックス粒子は、加工性の点からメディアン径が100μm以下で添加量が10〜30体積%であることが好ましい。さらに、黒鉛およびアルミニウム合金の複合材料及び黒鉛、セラミックスおよびアルミニウム合金の複合材料を基板として用いる場合、素材のまま用いる場合と表面をメッキ処理して用いる場合がある。 The graphite-aluminum alloy composite and the graphite-ceramics-aluminum composite can be prepared by preparing a block-shaped composite by the above-described method and cutting it into a plate-shaped composite, or a plate-shaped molded body Then, a plate-like composite can be produced by pressure impregnation with an aluminum alloy. Further, the graphite-aluminum alloy composite and the graphite-ceramic-aluminum alloy composite are excellent in workability and can be easily processed by ordinary machining. In this case, the ceramic particles in the composite material of graphite, ceramics, and aluminum alloy preferably have a median diameter of 100 μm or less and an addition amount of 10 to 30% by volume from the viewpoint of workability. Further, when a composite material of graphite and aluminum alloy and a composite material of graphite, ceramics, and aluminum alloy are used as a substrate, there are a case where the raw material is used as it is and a case where the surface is plated.
黒鉛−アルミニウム合金複合体及び黒鉛−セラミックス−アルミニウム合金複合体の特性としては、熱伝導率が200W/mK以上であることが好ましい。本発明では、当該複合材を放熱部品として使用する為、熱伝導率が200W/mK未満では、十分な放熱特性を発揮できないためである。 As a characteristic of the graphite-aluminum alloy composite and the graphite-ceramic-aluminum alloy composite, the thermal conductivity is preferably 200 W / mK or more. In the present invention, since the composite material is used as a heat dissipation component, sufficient heat dissipation characteristics cannot be exhibited when the thermal conductivity is less than 200 W / mK.
基板14は、放熱性の観点から導電性材料で構成される場合には、図1に示すように、基板14に絶縁層13が設けられる。この絶縁層13は、熱伝導性の高い材料で構成され、例えば、熱伝導性フィラーを含む樹脂等が例示される。絶縁層13を基板14に形成する方法は、公知の印刷方法、塗工方法、接着方法が適用できる。
When the
絶縁層13は、1.0W/mK以上の熱伝導率を有し、1.2W/mK以上の熱伝導率を有することが好ましく、1.5W/mK以上の熱伝導率を有することがより好ましい。これによって、金属層12からの熱を効率良く基板14側に放熱することができる。ここで、絶縁層13の熱伝導率は、適宜、熱伝導性フィラーの配合量および粒度分布を考慮した配合を選択することで決定されるが、硬化前の絶縁性接着剤の塗工性を考慮すると、一般的には10W/mK程度が上限として好ましい。
The insulating
絶縁層13は金属酸化物及び/又は金属窒化物である熱伝導性フィラーと樹脂とで構成されることが好ましい。金属酸化物並びに金属窒化物は、熱伝導性に優れ、しかも電気絶縁性のものが好ましい。金属酸化物としては酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ベリリウム、酸化マグネシウムが、金属窒化物としては窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムが選択され、これらを単独または2種以上を混合して用いることができる。特に、前記金属酸化物のうち、酸化アルミニウムは電気絶縁性、熱伝導性ともに良好な絶縁接着剤層を容易に得ることができ、しかも安価に入手可能であるという理由で、また、前記金属窒化物のうち窒化硼素は電気絶縁性、熱伝導性に優れ、更に誘電率が小さいという理由で好ましい。
The insulating
熱伝導性フィラーとしては、小径フィラーと大径フィラーとを含むものが好ましい。このように2種以上の大きさの異なる粒子(粒度分布の異なる粒子)を用いることで、大径フィラー自体による伝熱機能と、小径フィラーにより大径フィラー間の樹脂の伝熱性を高める機能により、絶縁層13の熱伝導率をより向上させることができる。このような観点から、小径フィラーのメディアン径は、0.5〜2μmが好ましく0.5〜1μmがより好ましい。また、大径フィラーのメディアン径は、10〜40μmが好ましく15〜20μmがより好ましい。
As a heat conductive filler, what contains a small diameter filler and a large diameter filler is preferable. Thus, by using two or more kinds of particles having different sizes (particles having different particle size distributions), the heat transfer function by the large-diameter filler itself and the function of increasing the heat transfer property of the resin between the large-diameter fillers by the small-diameter filler. Further, the thermal conductivity of the insulating
絶縁層13を構成する樹脂としては、金属酸化物及び/又は金属窒化物を含みながらも、硬化状態下において、金属層12との接合力に優れ、また耐電圧特性等を損なわないものが選択される。このような樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂の他、各種のエンジニアリングプラスチックが単独または2種以上を混合して用いることができるが、このうちエポキシ樹脂が金属同士の接合力に優れるので好ましい。特に、エポキシ樹脂のなかでは、流動性が高く、前記の金属酸化物及び金属窒化物との混合性に優れるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂構造を両末端に有するトリブロックポリマー、ビスフェノールF型エポキシ樹脂構造を両末端に有するトリブロックポリマーが一層好ましい樹脂である。
As the resin constituting the insulating
また、図1に示すように、基板14の発光素子パッケージの実装位置に、放熱性の観点から伝熱効率の高い金属層12が絶縁層13の上面に設けられている。金属層12は、発光素子11が実装される金属貫通部15aと直接或いは接着部材を介して接する伝熱金属部12aと、この伝熱金属部12aと電気的に分離され、後述する第2パターン金属部153と電気的に接続される電極金属部12bとを有してパターン形成されている。なお、この配線パターンは、図1に限定されず、目的に応じて変更できるものである。
Further, as shown in FIG. 1, a
金属層12は、種々の金属で構成されうるが、通常、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、銀、チタニウムのいずれか、または、これらの金属を含む合金等が使用でき、特に熱伝導性や電気伝導性の点から、銅が好ましい。
The
金属層12を絶縁層13に形成する方法は、公知の方法が適用でき、金属箔の接着、印刷、エッチング等を用いることができる。また、金属層12と絶縁層13を基板14に形成した後に、伝熱金属部12aと電極金属部12bを形成するために金属層12のパターン形成を行なうことができる。また、金属層12は、絶縁接着剤のBステージ状態にある絶縁層13において予め形成し、その後に基板14と熱プレスして、基板14、絶縁層13、金属層12を一体に構成することもできる。
As a method of forming the
充填部31は、基材14との接合性の観点から埋め込み用途の樹脂材料で構成されることが好ましい。この樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂または後述する樹脂部151と同様の材料が例示される。充填部31を樹脂基材層15の第2パターン金属部153同士の隙間に、平坦に設ける方法は、公知の方法が適用でき、例えば、印刷、埋め込み、塗布等の方法が例示され、さらに余分な樹脂を除去したり、硬化後に平坦研磨する場合もある。
It is preferable that the filling
樹脂基材層15は、絶縁性の樹脂部151を基材とし、その上面側(反射部16が設置される面)に発光素子11の電極部と電気的に接続される第1パターン金属部152が形成され、当該樹脂部151の下面側(基板14側)に第2パターン金属部153が形成されている。この第1パターン金属部152は、樹脂部151を貫設された層間接続部(不図示)を介して第2パターン金属部153と電気的に接続されている。層間接続部としては、メッキスルーホール、レーザビア、金属バンプ等が挙げられ、その場合の導電接続構造の形成方法の詳細は、国際公開公報WO00/52977号に記載されており、これらをいずれも適用することができる。
The resin
樹脂部151を構成する樹脂としては、金属酸化物及び/又は金属窒化物を含みながらも、硬化状態下において、第1、第2パターン金属部152、153との接合力に優れ、また耐電圧特性等を損なわないものが選択される。このような樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂の他、各種のエンジニアリングプラスチックが単独または2種以上を混合して用いることができるが、このうちエポキシ樹脂が金属同士の接合力に優れるので好ましい。特に、エポキシ樹脂のなかでは、流動性が高く、前記の金属酸化物及び金属窒化物との混合性に優れるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を主体とした樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂が一層好ましい樹脂である。
The resin constituting the
第1、第2パターン金属部152、153は、種々の金属で構成されうるが、通常、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、銀、チタニウムのいずれか、または、これらの金属を含む合金等が使用でき、特に熱伝導性や電気伝導性の点から、銅が好ましい。
The first and second
樹脂部151に、第1、第2パターン金属部152、153を形成する方法としては、公知の方法が適用でき、例えば、印刷、フォトリソグラフィ法によるエッチング等の方法が例示される。
As a method of forming the first and second
金属貫通部15aは、金属層12と同様の材料で形成することが熱伝導性(放熱性)の観点から好ましい。樹脂基材層15に金属貫通部15aを形成する方法は、特に制限されず公知の形成方法が採用でき、例えば、レーザーで貫通孔を設けた後に金属バンプを形成する方法等が挙げられる。
The
図1に示すように、第1パターン金属部152の上面に光を反射する反射層154が形成されている。反射層154は、反射効率の高い銀、金、ニッケルなどの貴金属材料で構成されることが好ましく、メッキによって形成されるのが好ましい。なお、反射層154の形成パターンは図1に限定されず、他のパターンでもよく、また、反射層154が形成されていなくともよい。
As shown in FIG. 1, a reflective layer 154 that reflects light is formed on the upper surface of the first
また、反射部16を樹脂基材層15の上面に設置し、これを壁として透明樹脂19で封止することで、透明樹脂19で形成されたレンズ体によって、光を外部に好適に放射することができる。
Moreover, the
金属層12および第1パターン金属部152の厚みは、例えば25〜70μm程度が例示できるが、目的に応じて適宜設定される。
Although the thickness of the
以下において、発光装置1および発光素子パッケージの好適な製造方法の一例について説明する。先ず、発光素子パッケージの製造工程について説明する。
Hereinafter, an example of a preferable method for manufacturing the
(1)樹脂基材層15を準備する。樹脂部151の両面に金属箔を形成し、次いで、金属貫通部15aを形成する。次いで、全体にメッキを施して金属貫通部15a表面、金属箔表面に反射層154を形成する。次いで、反射層154および金属箔をエッチングして、第1、第2パターン金属部152、153を形成する。次いで、充填部31を形成し、樹脂基材層15が製造される。次いで、樹脂基材層15を、ダイサー、ルータ、ラインカッター、スリッター等の切断装置を用いて、目的に応じた所定のサイズに切断する。
(1) The resin
(2)反射部16を、樹脂基材層15の上面側に設ける(図1参照)。反射部16は、光を反射する材料で構成され、アルミニウム等の金属が好ましく、さらに、反射面に反射効率の高い銀、金、ニッケルなどの貴金属材料でメッキが施されていることがより好ましい。反射部16は、接着等の公知の方法で樹脂基材層15に設けることができる。
(2) The
(3)発光素子11を金属貫通部15aに実装する。金属貫通部15aへの発光素子11の搭載方法は、導電性ペースト、両面テープ、半田による接合、放熱シート(好ましくはシリコーン系放熱シート)、シリコーン系又はエポキシ系樹脂材料を用いる方法など何れのボンディング方法でもよいが、金属による接合が放熱性の点から好ましい。
(3) The
(4)発光素子11の電極部と両側の第1パターン金属部152とを導電接続する。この導電接続は、発光素子11の上部電極と各々の第1パターン金属部152とを、反射層154a、154bを介して金属細線17によるワイヤボンディング等で結線することで行うことができる。ワイヤボンディングとしては、超音波やこれと加熱を併用したものなどが可能である。図1の場合、反射層154a、154bを介して接続されているが、これに制限されず、反射層154a、154bはなくてもよい。
(4) Conductively connect the electrode part of the
(5)反射部16を壁として、その内部を透明の封止樹脂19により封止する。封止樹脂としては、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等が好適に使用できる。封止樹脂のポッティングは、凸レンズの機能を付与する観点から上面を凸状に形成するのが好ましいが、上面を平面状や凹状に形成してもよい。ポッティングした封止樹脂の上面形状は、使用する材料の粘度、塗布方法、塗布表面との親和性などで制御することができる。以上の工程を経て発光素子パッケージが製造される。
(5) Using the reflecting
次いで、発光装置1の製造工程について説明する。先ず、(1)基板14を準備する。基板14に絶縁層13および金属箔を設け、金属箔をパターン形成した金属層12を形成する。このパターン形成によって、伝熱金属部12aおよび電極金属部12bが形成される。
Next, a manufacturing process of the
(2)上記で製造された発光素子パッケージを基板14上に設ける。金属貫通部15aは伝熱金属部12a上に設けられ、第2パターン金属部153は電極金属部12b上に設けられる。それら各々の接続方法としては、例えば、導電性ペースト、半田による接続等が例示される。以上の構成を経て発光装置1が製造される。
(2) The light emitting device package manufactured as described above is provided on the
次いで、基板14の製造方法の一例を以下に示す。
(基板の実施例1)
市販人造黒鉛材(密度:1.85g/cm3)から、100mm×100mm×70mmのブロックを70mm厚方向に黒鉛粒子が配向する様に切り出した。得られた成形体は、電気炉で窒素雰囲気中、温度700℃に予備加熱した後、予め加熱しておいた内径Φ300mm×300mmtのプレス型内に収め、シリコンを12質量%含有するアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、100MPaの圧力で20分間加圧して、成形体にアルミニウム合金を含浸させた。次に、室温まで冷却した後、湿式バンドソーでアルミニウム合金及び鉄製容器部分を切断し、100mmL×100mmW×70mmHの黒鉛−アルミニウム合金複合体を得た。得られた複合体は、含浸時の歪み除去の為、温度500℃で2時間のアニール処理を行った。
Next, an example of a method for manufacturing the
(Example 1 of substrate)
A block of 100 mm × 100 mm × 70 mm was cut out from a commercially available artificial graphite material (density: 1.85 g / cm 3 ) so that the graphite particles were oriented in the 70 mm thickness direction. The obtained compact was preheated to a temperature of 700 ° C. in a nitrogen atmosphere in an electric furnace, and then placed in a pre-heated press mold having an inner diameter of Φ300 mm × 300 mmt, and an aluminum alloy containing 12% by mass of silicon. The molten metal was poured and pressurized at 100 MPa for 20 minutes to impregnate the compact with the aluminum alloy. Next, after cooling to room temperature, the aluminum alloy and the iron container portion were cut with a wet band saw to obtain a graphite-aluminum alloy composite of 100 mmL × 100 mmW × 70 mmH. The obtained composite was annealed at a temperature of 500 ° C. for 2 hours in order to remove strain during impregnation.
次に、得られた複合体より、研削加工により、熱伝導率測定用試験体(25mm×25mm×1mm)、強度試験体(3mm×4mm、長さ40mm)を作製し、温度25℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法(アルバック社製;TC3000)及び3点曲げ強度(JIS−R1601に準拠)を測定した。熱伝導率及び3点曲げ強度を測定した結果、温度25℃での熱伝導率は、70mmH方向が350W/mK、100mmL方向が215W/mK、100mmW方向が210W/mKであった。また、3点曲げ強度は、15MPaであった。 Next, from the obtained composite, a thermal conductivity measurement test specimen (25 mm × 25 mm × 1 mm) and a strength test specimen (3 mm × 4 mm, length 40 mm) were prepared by grinding, and the temperature was measured at 25 ° C. The thermal conductivity was measured by a laser flash method (manufactured by ULVAC; TC3000) and a three-point bending strength (based on JIS-R1601). As a result of measuring the thermal conductivity and the three-point bending strength, the thermal conductivity at a temperature of 25 ° C. was 350 W / mK in the 70 mmH direction, 215 W / mK in the 100 mmL direction, and 210 W / mK in the 100 mmW direction. The three-point bending strength was 15 MPa.
得られた黒鉛−アルミニウム合金複合体は、100mmW×70mmHの面に平行となるように、ダイヤモンドカッターで厚み1.2mmtの板状に切断し、更に、外周部分を切断加工して95mm×65mmとした後、平面研削盤で、厚み1mmtとなる様に研削加工を行った。次に、得られた板状複合体は、無電解Ni―Pめっきを行い、複合体表面に6μm厚のめっき層を形成した。 The obtained graphite-aluminum alloy composite was cut into a plate shape having a thickness of 1.2 mmt with a diamond cutter so that it was parallel to the surface of 100 mmW × 70 mmH, and the outer peripheral portion was further cut to 95 mm × 65 mm. After that, grinding was performed with a surface grinder so that the thickness became 1 mmt. Next, the obtained plate-like composite was subjected to electroless Ni—P plating to form a 6 μm-thick plating layer on the composite surface.
(基板の実施例2)
粒子径0.1mm〜2mmの人造黒鉛粉末1600gとメディアン径7μmの炭化珪素粉末(大平洋ランダム社製/NC#2000)600gとをV型混合機にて混合した後、内径寸法が100mmL×100mmW×150mmHの鉄製容器に充填し、面圧100MPaの圧力で成形して、100mmL×100mmW×90mmHの成形体を作製した。得られた成形体は、鉄製容器ごと電気炉で窒素雰囲気中、温度700℃に予備加熱した後、予め加熱しておいた内径Φ300mm×300mmtのプレス型内に収め、シリコンを12質量%含有するアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、100MPaの圧力で20分間加圧して、成形体にアルミニウム合金を含浸させた。次に、室温まで冷却した後、湿式バンドソーでアルミニウム合金及び鉄製容器部分を切断し、100mmL×100mmW×90mmHの黒鉛−炭化珪素−アルミニウム合金複合体を得た。得られた複合体は、含浸時の歪み除去の為、温度500℃で2時間のアニール処理を行った。
(Example 2 of substrate)
After mixing 1600 g of artificial graphite powder with a particle size of 0.1 mm to 2 mm and 600 g of silicon carbide powder with a median diameter of 7 μm (manufactured by Taiyo Random Co., Ltd./NC#2000) using a V-type mixer, the inner diameter is 100 mmL × 100 mmW. It filled with the iron container of * 150mmH, and it shape | molded with the pressure of the surface pressure of 100MPa, and produced the molded object of 100mmLx100mmWx90mmH. The obtained molded body was preheated to a temperature of 700 ° C. in a nitrogen atmosphere in an electric furnace together with an iron container, and then stored in a preheated press mold having an inner diameter of Φ300 mm × 300 mmt, and contains 12% by mass of silicon. The molten aluminum alloy was poured and pressurized at 100 MPa for 20 minutes to impregnate the compact with the aluminum alloy. Next, after cooling to room temperature, the aluminum alloy and the iron container portion were cut with a wet band saw to obtain a graphite-silicon carbide-aluminum alloy composite of 100 mmL × 100 mmW × 90 mmH. The obtained composite was annealed at a temperature of 500 ° C. for 2 hours in order to remove strain during impregnation.
次に、得られた複合体より、研削加工により、熱伝導率測定用試験体(25mm×25mm×1mm)、強度試験体(3mm×4mm長さ40mm)を作製し、温度25℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法(アルバック社製;TC3000)及び3点曲げ強度(JIS−R1601に準拠)を測定した。その結果、温度25℃での熱伝導率は、90mmH方向が220W/mK、100mmL方向が280W/mK、100mmW方向が275W/mKであった。また、3点曲げ強度は、70MPaであった。 Next, a thermal conductivity measurement test specimen (25 mm × 25 mm × 1 mm) and a strength test specimen (3 mm × 4 mm length 40 mm) are prepared from the obtained composite by grinding, and heat at a temperature of 25 ° C. The conductivity was measured by laser flash method (manufactured by ULVAC; TC3000) and three-point bending strength (based on JIS-R1601). As a result, the thermal conductivity at a temperature of 25 ° C. was 220 W / mK in the 90 mmH direction, 280 W / mK in the 100 mmL direction, and 275 W / mK in the 100 mmW direction. The three-point bending strength was 70 MPa.
得られた黒鉛−炭化珪素−アルミニウム合金複合体は、100mmW×90mmHの面に平行となるように、ダイヤモンドカッターで厚み1.2mmtの板状に切断加工し、更に、外周部分を切断加工して95mm×85mmとした後、平面研削盤で、厚み1mmtとなるように研削加工を行った。 The obtained graphite-silicon carbide-aluminum alloy composite was cut into a plate having a thickness of 1.2 mmt with a diamond cutter so as to be parallel to the surface of 100 mmW × 90 mmH, and the outer peripheral portion was further cut. After setting to 95 mm × 85 mm, grinding was performed with a surface grinder so that the thickness would be 1 mmt.
(別実施形態)
(1)金属層12および/または絶縁層13の積層面側に、接着剤を塗布して接着層を設けて構成でき、これにより接合力を強化できる。また、図2に示すように、樹脂部151と第1、第2パターン金属部152、153との両方或いはいずれか一方の積層面側に接着剤を塗布して接着層21を設けて構成でき、これにより接合力を強化できる。
(Another embodiment)
(1) An adhesive can be applied to the laminated surface side of the
(2)図1の発光装置1は、単数の発光素子パッケージを実装する構成であるが、複数の発光素子パッケージを実装することもできる。また、発光素子パッケージは、単数の発光素子11を実装する構成に限らず、複数の発光素子11を実装することもできる。
(2) The light-emitting
(3)図1の発光素子11は、金属製の反射部16が設けられ封止樹脂がポッティングされている構成であるが、金属製の反射部16の代わりに、予め封止樹脂で環状に構成された環状体を樹脂基材層15に接着することもでき、また、ディスペンサーで紫外線硬化樹脂等を立体的に環状に塗布して硬化させて環状体を形成することもできる。この環状体の内表面には反射層を形成することが好ましい。
(3) The light-emitting
(4)封止樹脂の上方に、凸面の透明樹脂レンズを備えていてもよい。透明樹脂レンズが凸面を有することで、効率良く基板から上方に光を発射させることができる場合がある。凸面を有するレンズとしては、平面視形状が円形、楕円形のものなどが挙げられる。なお、透明樹脂や透明樹脂レンズは、着色されたもの又は蛍光物質を含むものでもよい。特に、イエロー系蛍光物質を含む場合、青色発光ダイオードを用いて、白色光を発生させることができる。 (4) A convex transparent resin lens may be provided above the sealing resin. Since the transparent resin lens has a convex surface, light may be efficiently emitted upward from the substrate. Examples of the lens having a convex surface include a circular shape and an elliptical shape in plan view. The transparent resin and the transparent resin lens may be colored or contain a fluorescent material. In particular, when a yellow fluorescent material is included, white light can be generated using a blue light emitting diode.
(5)図1の発光装置1は、フェイスアップ型の発光素子を搭載する例を示したが、本発明では、一対の電極を底面に備えるフェイスダウン型の発光素子を搭載してもよい。その場合、ソルダ接合を行うこと等によって、ワイヤボンディング等を不要にできる場合がある。また、発光素子の表面と裏面とに電極を有する場合には、ワイヤボンディング等を1本にすることが可能である。
(5) Although the example in which the light-emitting
(6)図1の発光装置1は、配線層に相当する単層の金属層12を設けた基板14に対して発光素子パッケージを搭載する装置の例を示したが、本発明では、配線層が2層以上の多層配線基板に対して発光素子パッケージを搭載してもよい。その場合の導電接続構造の形成方法の詳細は、国際公開公報WO00/52977号に記載されており、これらをいずれも適用することができる。
(6) The light-emitting
1 発光装置
11 発光素子
12 金属層
12a 伝熱金属部
12b 電極金属部
13 絶縁層
14 基板
15 樹脂基材層
15a 金属貫通部
16 反射部
151 樹脂
152 第1パターン金属部
153 第2パターン金属部
154 反射層
31 充填部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発光素子の電極部と電気的に接続される第1パターン金属部と、当該第1パターン金属部と電気的に接続される第2パターン金属部とを有する樹脂基材層と、を備え、
前記樹脂基材層に当該樹脂基材層を貫設する金属貫通部を設け、当該金属貫通部上に前記発光素子を実装するように構成し、
前記樹脂基材層の第2パターン金属部面側を平坦にするように充填部を設けた発光素子パッケージ。 A light emitting element;
A resin base layer having a first pattern metal part electrically connected to the electrode part of the light emitting element and a second pattern metal part electrically connected to the first pattern metal part,
The resin base layer is provided with a metal penetrating portion that penetrates the resin base layer, and the light emitting element is mounted on the metal penetrating portion.
The light emitting element package which provided the filling part so that the 2nd pattern metal part surface side of the said resin base material layer might be made flat.
前記発光素子パッケージを少なくとも金属層を介して実装される基板と、を備え、
前記金属層は、前記金属貫通部からの熱を前記基板側に伝熱する伝熱金属部と、前記第2パターン金属部と電気的に接続される電極金属部を有するように構成した発光装置。 The light emitting device package according to claim 1;
A substrate on which the light emitting device package is mounted via at least a metal layer,
The light emitting device is configured such that the metal layer includes a heat transfer metal portion that transfers heat from the metal penetrating portion to the substrate side, and an electrode metal portion that is electrically connected to the second pattern metal portion. .
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