JP2020502779A - Qfn表面実装型rgb−ledパッケージモジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

クワッドフラットリードなしパッケージ(QFN)表面実装型の赤緑青発光ダイオード(RGB−LED)パッケージモジュール及びその製造方を提供し、パッケージホルダとパッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、発光ユニットの個数が少なくとも2個であり、パッケージホルダは金属製基体(100)と絶縁フレーム(200)とを含み、金属製基体(100)には、各発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極(101)が設けられ、発光ユニットは金属製基体(100)に固定されたRGBLEDチップ(301)と前記RGBLEDチップ(301)と支持電極(101)を接続するボンディングワイヤ(302)とを含み、発光ユニット上に保護層(400)が設けられ、支持電極(101)が金属製基体(100)の裏面に設けられたパッド(102)を介して外部回路と接続される。金属製基体(100)を介して直接プリント回路基板と接触させることで、チップの熱を速やかに導出できる。表面にカップ部(201)を形成する構造により、発光面を一つだけにし;複数の発光ユニットを一つのパッケージモジュール上に集積させることで、生産効率を更に向上させる。

Description

本発明は、SMDLED(Surface Mounted Devices、表面実装デバイス)パッケージ技術に関し、特に、QFN(Quad Flat No−lead Package、クワッドフラットリードなしパッケージ)表面実装型のRGB−LEDパッケージモジュール及びその製造方法に関する。
ディスプレイ産業の絶え間ない発展に伴い、ディスプレイ用LEDは、本来のDIP(dual inline−pin package、デュアルインラインパッケージ)構造からSMD構造への移行が急速に進んだ。SMD構造のLEDは、軽量、小型、自動実装、広照射角、均一な発光色、低光減衰等の利点を持つため、益々人々に受け入れられてきている。従来のSMDLEDは上記利点を持っているが、光減衰が比較的大きく、伝熱経路が長く、搬送電流が小さく、生産が複雑で、信頼性が低く、防湿性や耐候性に劣る。製品構造全体を変えないで、製品の信頼性を高めることは、今に至っても業界で未だ好ましい解決策がない。
従来の小ピッチLEDディスプレイには、主に型番2121、1515、1010、0808等のパッケージングデバイスが用いられている。LEDディスプレイのピクセルピッチの縮小に伴い、単位面積上のパッケージングデバイスの個数が益々多くなることで、ディスプレイ全体のコストにおけるパッケージングデバイスの占める割合を上昇傾向にさせている。測算によると、小ピッチLEDディスプレイP1.9及びこれより小さいピッチ型番の製品において、パッケージングデバイスコストの占める割合は70%以上に達している。密度が1レベル上がると、ランプビーズの需要が50%程度上昇し、すなわち、全てのランプビーズメーカーの生産能力を50%以上増やす必要がある。現在小ピッチで用いられているフルカラーランプビーズは、主に単体(図1及び図2)であり、運用時の数量が多いことにより、生産効率が低く、同時に品質問題が容易に生じる。1個実装問題について、COB(chip On board)集積モジュールを用いることで生産効率は向上したが、COB集積モジュールにも同様に諸々の問題が存在し、例えば、モジュール内の異なるバッチのチップ中央値の差異或いは基板インクの差異により、発色に差異が生じて全ディスプレイの一致性が劣る。さらに、チップが回路基板に取り付けられるため、保護に欠けることで、信頼性を保証できず、かつ発光ユニットの不具合の修理コストも高い。
したがって、従来技術には、改良及び発展の必要がある。
本発明の目的は、従来の実装型RGB−LEDの1個実装の生産効率が低く、パッケージ本体の機械的強度が低いこと等の問題を解決するためのQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール及びその製造方法を提供することにある。
上記問題を解決するため、本発明の技術的解決策は、
QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールであって、パッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、前記発光ユニットの個数は、少なくとも2個であり、前記パッケージホルダは金属製基体と絶縁フレームとを含み、前記金属製基体の各発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極が設けられ、前記発光ユニットは前記金属製基体に固定されたRGBLEDチップと前記RGBLEDチップと支持電極を接続するボンディングワイヤとを含み、前記発光ユニット上に保護層が設けられ、前記支持電極は金属製基体の裏面に設けられたパッドを介して外部回路と接続される。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールにおいて、前記絶縁フレームは、前記発光ユニットの周囲でカップ部を形成する。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールにおいて、前記金属製基体の表面及び/又は裏面にステップが設けられる。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールにおいて、前記金属製基体に前記パッドの高さと面一となる支持領域が更に設けられる。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールにおいて、前記保護層の表面は、ざらざらして光を反射しない。
上記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法であって、
金属製基体で導電ラインを形成する工程1と、
金属製基体を封止材で覆い、ダイボンディング及びワイヤボンディング用の支持電極を露出させて、パッケージホルダを形成する工程2と、
支持電極に金属をめっきする工程3と、
RGBLEDチップを支持電極にダイボンディングすると共にワイヤボンディングして物理的・電気的な接続を形成する工程4と、
前記発光ユニットに保護層を射出圧縮成形する工程5と、
パッケージモジュール単体を切取る工程6と、
を含む。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法において、前記工程1は、前記金属製基体の表面及び/又は裏面にステップを製作することを更に含む。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法において、前記工程1は、前記金属製基体の裏面にパッドの高さと面一となる支持領域を製作することを更に含む。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法において、前記工程2は、圧縮成形時に前記金属製基体上で複数のカップ部を形成する。
前記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法において、前記工程5の保護層の射出圧縮成形方法は、分注又は注入の方式で前記カップ部のキャビティ内に封止材を注入してから加熱方式で硬化させ、又はMGP型によって封止材をカップ部のキャビティ内に圧入することを含み、前記封止材は液状封止材或いはエポキシモールディングコンパウンドとする。
本発明に係るQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール及びその製造方法は、金属製基体で従来の電気めっき薄膜金属を代替する方法によって、導電性を向上し、金属製基体を介して直接プリント回路基板と接触させることで、放熱経路が比較的短くなり、チップの熱を速やかに導出できる。表面にカップ部構造を形成することにより、光線を集中させ、発光面を一つだけにすることで、ディスプレイの解像度、コントラスト等により優れ;金属製基体にステップを製作することにより、絶縁フレームと結合する密着性及びパッケージホルダの安定性を保証し;複数の発光ユニットをパッケージモジュール単体上に集積させることで、更に生産効率を向上させ、製造コストを削減する。また、複数の発光ユニットをパッケージモジュール単体上に集積させることで、ディスプレイ全体の外力に対する機械的強度を効果的に向上できる。従来の集積型パッケージモジュールと比較すると、その利点は本発明のパッケージモジュール単体に含まれる発光ユニットは比較的少なく、異なるバッチのチップ中央値の差異或いは基板インクの差異により、発色に差異が生じて全ディスプレイの一致性が劣る問題を効果的に防止でき、かつ従来の集積型パッケージモジュールに発光ユニットの不具合が生じると修理コストが高いが、本発明の修理コストが低いことである。
従来のPPAホルダの構造を示す模式図である。 従来のCHIPタイプのパッケージホルダの構造を示す模式図である。 本発明に係るQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール構造の正面図である。 本発明に係るQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの断面図である。 本発明に係るQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール構造の背面図である。 本発明に係る1×2QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール構造の正面図である。 本発明に係る1×3QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール構造の正面図である。 本発明に係る1×3QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール構造の正面図である。 本発明に係る1×9QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール構造の正面図である。 本発明に係るQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造フローチャートである。 本発明に係る1×4QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの金属製基体構造の正面図である。 本発明に係る1×4QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの金属製基体構造の背面図である。 本発明に係る1×4QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの未切断金属製基体の構造の正面図である。
以下、本発明の目的、技術的解決策及び利点をより一層明確にするため、添付図面を参照し実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
図1は、従来のPPA+銅ピンのパッケージホルダの構造を示す図であり、このタイプのパッケージホルダは、射出成形機によって熱可塑性材料を金属と接触させ、一緒に付着しないため、熱膨張冷収縮の時、これらの間に容易に隙間が生じ、エンドユーザーの使用時に外部の水や水蒸気が隙間を介してパッケージ本体内に容易に入り込むことで、製品の不具合が生じていた。図2は、従来のCHIPタイプのパッケージホルダの構造を示す模式図であり、樹脂801でガラス繊維を取り囲んで締め固め、そして銅箔エッチングラインの含浸によって形成され、材料の隙間及び吸湿率はいずれも広くて高く、かつこの複数の材料の膨張率も異なり、次に後工程では平面上に保護層として一層の平坦樹脂802を圧縮成形し、このような方法は1つカップ形状の保護を形成できないため、諸々の問題が存在する。また、図1及び図2に示す製品は、いずれも製品単体であり、後続の実装時、生産効率が極めて低い。
図3乃至図5を参照すると、本発明に係るQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールは、パッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、前記発光ユニットの個数は少なくとも2個であり、2〜1000個とすることが好ましく、本実施例においては、前記発光ユニットの個数を4個とした。前記パッケージホルダは、金属製基体100と絶縁フレーム200とを含み、実際の運用において、金属製基体100の材料は銅或いは鉄としてもよく、好ましくは金めっき表面或いは銀めっき表面とすることで導電性を向上させ、半田付けも容易となる。絶縁フレームの材料は、エポキシ樹脂、PPA、PCT等とすることができるが、本実施例においては、エポキシ樹脂とした。金属製基体100の各発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極101が設けられ、実際の運用において、支持電極101数は4個で、金属製基体100をエッチング或いはプレスして形成される。前記発光ユニットは、前記金属製基体に固定されたRGBLEDチップ301と、前記RGBLEDチップと支持電極を接続するボンディングワイヤ302とを含み、前記発光ユニットに保護層400が設けられ、金属製基体100の裏面に設けられたパッド102を介して前記支持電極が外部回路と接続される。本発明は、金属製基体100を介して直接プリント回路基板と接触させることで、放熱経路が短くなり、チップの熱を速やかに導出できる。特に、LEDディスプレイの単位面積上のパッケージングデバイスの個数が益々多くなるにつれ、密度が1レベル上がると、発生する熱量は非常に大量となるが、本発明の構造を用いることで、効果的に排熱できる。また、本発明のパッケージモジュールは、複数の発光ユニットを備え、実装効率がランプビーズ単体と比較してN倍(Nは、パッケージモジュール上の発光ユニットの個数である)高くなる。
図4を参照すると、絶縁フレーム200は、前記発光ユニットの周囲でカップ部201を形成する。カップ部201の設置によって、RGBLEDの光をより集中させ、発光面を一つだけにすることで、周囲その他の発光ユニットの影響を防止できることで、製造されたディスプレイの解像度、コントラスト等をより一層優れたものにする。同時に、カップ部201の設置により、発光ユニットへの機械的保護をより強化させ、外力の作用による表面保護層の脱落という問題を防止することもできる。
実際の製造において、図4を参照すると、金属製基体100にステップ103が設けられ、金属製基体100と絶縁フレーム200の結合の密着性及び安定性を強化し、水及び水蒸気の侵入を防止し、同時にモジュールの機械的強度をより補強するために用いられる。好ましくは、ステップ103は、金属製基体100の表面又は裏面に設けることができ、金属製基体100の表裏面に同時に設けることもでき、ステップ103の具体的個数は本発明でも限定されない。
図5を参照すると、実際の製造において、金属製基体100には、パッド102の高さと面一となる支持領域104が更に設けられる。支持領域104の設置は、前記パッケージモジュールの製造プロセス中の金属製基体100の平坦性を保証し、絶縁フレームを圧縮成形する時に金属製基体100の変形又は傾斜を防止できる。好ましくは、支持領域102は、円形、方形或いはその他の不規則な形状の支持領域或いは支柱とすることができる。支持領域102の個数は、1個でも複数個でもよく、本発明はこれを限定しない。
図4を参照すると、保護層400の表面は、ざらざらして光を反射しないことが好ましく、更に保護層400は拡散剤付き半透明のエポキシ樹脂である。保護層400とカップ部201は、シームレス結合のため、水及び水蒸気の侵入を更に防止し、防水効果は従来の金属とプラスチックの接合と比較してより一層良い。また、保護層400の表面は、ざらざらしているため、光を反射しないことで、外部光線の影響を減らし、更に前記半透明のエポキシ樹脂封止は拡散剤を有し、カップ部201の構造と結合して集光レンズを形成し、LED光をより集中させる。
図6乃至図9を参照すると、本発明に係る個数の異なる発光ユニットを備えたパッケージモジュールの実施例である。図6に示すように、本実施例においては、前記発光ユニットの個数は2個で、図7の発光ユニットの個数量は3個、図9の発光ユニットの個数は9個である。本発明において、前記発光ユニットの個数は、少なくとも2個であり、好ましくは前記発光ユニットの個数は2〜16個である。図8を参照すると、前記発光ユニットの配置形態は、逆「L」字形とすることができる。前記発光ユニットの配置方式について、本発明はこれを制限せず、「一」字形に配置してもよく、M×N(M及びNはいずれも整数)のマトリックスに配置してもよく、その他の不規則な配置形状にすることもできるが、本発明はこれを制限しない。なお、当業者であれば、上記説明に基づいて改良或いは変更することができ、それらの改良及び変更は本発明の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属しなければならない。
図10を参照すると、本発明は上記QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法を更に提供し、前記製造方法は、
金属製基体100にエッチング或いはプレス方式で導電ラインを形成する工程1と、
圧縮成形機により金属製基体100を封止材で覆い、ダイボンディング及びワイヤボンディング用の支持電極101を露出させて、パッケージホルダを形成する工程2と、
支持電極101に金属をめっきする工程3と、
RGBLEDチップ301を支持電極101にダイボンディングすると共にワイヤボンディングして物理的・電気的な接続を形成する工程4と、
前記発光ユニットに保護層400を射出圧縮成形する工程5と、
切断機でパッケージモジュール単体を切取る工程6と、
を含む。
図11乃至図13を参照すると、本発明に係る1×4(すなわち、パッケージモジュール単体が、4個の発光ユニットを備える)パッケージモジュールの金属製基体100の構造略図である。実際の製造において、短絡を防止するため、支持電極101は互いに独立しなければならず、支持電極101を電気めっきする必要がある場合、全ての支持電極101を接続しなければならない。本発明は、先に金属製基体100を導電ラインとして製作し、この時、全ての支持電極101がまだ共に接続され、電気めっきを実施した後に金属製基体100を切断機で切断して全ての支持電極101の接続部を切り離すことで、上記問題を解決できる。図13を参照すると、前記パッケージモジュールが個数の異なる発光ユニットを備えた状態について、全ての支持電極101の接続部を切断機による切断位置に設けることができ、こうして切断工程の時に全ての支持電極101の接続部を切断するよう保証できる。なお、本発明は、支持電極101の接続方向及び金属製基体100のエッチング或いはプレスで形成した具体的形状及びラインについて限定していないが、当業者であれば、上記説明に基づいて改良或いは変更することができ、それらの改良及び変更は本発明の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属しなければならない。
実際の運用において、前記工程1は、金属製基体100の表面及び/又は裏面にステップ103を製作することを更に含む。更に、前記工程1は、金属製基体100の裏面にパッド102の高さと面一となる支持領域104を製作することも含む。
実際の製造において、前記工程2は、圧縮成形時に金属製基体100上で複数のカップ部201を形成する。カップ部201の設置によって、RGBLEDの光をより集中させ、発光面を一つだけにすることで、周囲その他の発光ユニットの影響を防止できることで、製造されたディスプレイの解像度、コントラスト等をより一層優れたものにする。同時に、カップ部201の設置により、発光ユニットへの機械的保護をより強化させ、外力の作用による表面保護層の脱落という問題を防止することもできる。
実際の製造において、前記工程5の保護層400の射出圧縮成形方法は、分注又は注入の方式で液状封止材をカップ部201のキャビティに注入することができ、好ましくは拡散剤付き半透明の液状エポキシ樹脂封止材を選択し、次に加熱方式で硬化させるが、加熱の温度は100〜300℃であることが好ましい。このような製作方法は、フルカップ保護層となり、保護層400とカップ部201の高さが面一となり、カップ部201の高さを0.5〜0.7mmとすることができ、そのような方法で製作された保護層400の安定性はより一層高くなる。
前記封止材注入方式は、設計したMGP型によって封止材をカップ部201のキャビティ内に圧入し、前記封止材は液状封止材或いはエポキシモールディングコンパウンドとすることもできる。このような製作方法は、ハーフカップ保護層であり、カップ部201の高さを保護層400の高さより少し低くし、カップ部201の高さを0.3〜0.5mmとすることができ、この方法で支持する保護層のコストは比較的低い。
本発明は、金属製基体で従来の電気めっき薄膜金属を代替する方法によって、導電性を向上し、金属製基体を介して直接プリント回路基板と接触させることで、放熱経路が比較的短くなり、チップの熱を速やかに導出できる。表面にカップ部構造を形成することにより、光線を集中させ、発光面を一つだけにすることで、ディスプレイの解像度、コントラスト等により優れ;金属製基体にステップを製作することにより、絶縁フレームと結合する密着性及びパッケージホルダの安定性を保証し;複数の発光ユニットをパッケージモジュール単体上に集積させることで、更に生産効率を向上させ、製造コストを削減する。
なお、本発明の応用は、上記の実施例に限定されず、当業者であれば、上記説明に基づいて改良或いは変更することができ、それらの改良及び変更の全ては本発明の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属しなければならない。
100…金属製基体
101…支持電極
102…パッド
103…ステップ
104…支持領域
200…絶縁フレーム
201…カップ部
301…RGBLEDチップ
302…ボンディングワイヤ
400…保護層
701…熱可塑性材料
702…金属
801…樹脂
802…平坦樹脂

Claims (10)

  1. パッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含むQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールであって、前記発光ユニットの個数は、少なくとも2個であり、前記パッケージホルダは金属製基体と絶縁フレームとを含み、前記金属製基体の各発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極が設けられ、前記発光ユニットは前記金属製基体に固定されたRGBLEDチップと前記RGBLEDチップと支持電極を接続するボンディングワイヤとを含み、前記発光ユニット上に保護層が設けられ、前記支持電極は金属製基体の裏面に設けられたパッドを介して外部回路と接続されることを特徴とする、QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール。
  2. 前記絶縁フレームは、前記発光ユニットの周囲でカップ部を形成することを特徴とする、請求項1に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール。
  3. 前記金属製基体の表面及び/又は裏面にステップが設けられることを特徴とする、請求項1に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール。
  4. 前記金属製基体に前記パッドの高さと面一となる支持領域が更に設けられることを特徴とする、請求項1に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール。
  5. 前記保護層の表面は、ざらざらして光を反射しないことを特徴とする、請求項1に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュール。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法であって、
    金属製基体で導電ラインを形成する工程1と、
    前記金属製基体を封止材で覆い、ダイボンディング及びワイヤボンディング用の支持電極を露出させて、パッケージホルダを形成する工程2と、
    前記支持電極に金属をめっきする工程3と、
    RGBLEDチップを前記支持電極にダイボンディングすると共にワイヤボンディングして物理的・電気的な接続を形成する工程4と、
    前記発光ユニットに保護層を射出圧縮成形する工程5と、
    パッケージモジュール単体を切取る工程6と、
    を含むことを特徴とする、QFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法。
  7. 前記工程1は、前記金属製基体の表面及び/又は裏面にステップを製作することを更に含むことを特徴とする、請求項6に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法。
  8. 前記工程1は、前記金属製基体の裏面にパッドの高さと面一となる支持領域を製作することを更に含むことを特徴とする、請求項6に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法。
  9. 前記工程2は、圧縮成形時に前記金属製基体上で複数のカップ部を形成することを特徴とする、請求項6に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法。
  10. 前記工程5の保護層の射出圧縮成形方法は、分注又は注入の方式で前記カップ部のキャビティ内に封止材を注入してから加熱方式で硬化させ、又はMGP型によって封止材をカップ部のキャビティ内に圧入することを含み、前記封止材は液状封止材或いはエポキシモールディングコンパウンドとすることを特徴とする、請求項9に記載のQFN表面実装型RGB−LEDパッケージモジュールの製造方法。
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