JP4176067B2

JP4176067B2 - チップタイプｌｅｄ

Info

Publication number: JP4176067B2
Application number: JP2004258208A
Authority: JP
Inventors: 訓宏泉野; 誠二藤江; 康雄神原; 彰土内; 広昭為本
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JP2005012240A

Description

本発明はＬＥＤ素子（ベアチップ）をセラミックスパッケージに納めたチップタイプＬＥＤに係り、特に、基板にフリップチップ実装したチップタイプＬＥＤに関する。

看板、広告塔等の平面型ディスプレイにはＬＥＤが使用されている。現在量産化されているＬＥＤディスプレイに使用されているＬＥＤは、砲弾型リードタイプＬＥＤと、基板に直接ＬＥＤ素子（ベアチップ）を実装するダイレクトボンディングタイプの２種類ある。砲弾型リードタイプＬＥＤを使用したものは、かなりの高輝度化が実現できるため、屋外用途として主に採用されている。しかし、ＬＥＤそのものが大きいため、小型サイズのディスプレイが作りにくい。一方、ダイレクトボンディングタイプは、ＬＥＤそのものが小さいため小型サイズのディスプレイは作りやすい。しかし、基板に直接ＬＥＤ素子を実装するので、１つずつＬＥＤの輝度を管理することが難しく、ディスプレイとしての明るさの均一性を保つのが困難とされている。

これに対し、従来、図２に示すようなチップタイプＬＥＤがあった。これは、導体層を形成した絶縁性のセラミックス支持部材２１の上にＬＥＤ素子２３を載置し、ＬＥＤ素子２３の電極２４と電極端子２２をワイヤーボンディングし、キャビティー内に封止樹脂２６を満たして固化した構造である。このチップタイプＬＥＤを１平面の上に表面実装することで高密度表示ＬＥＤディスプレイが実現できる。しかも、実装する前にＬＥＤの輝度を確認できるので、ディスプレイとしての明るさの均一性を損なう問題がない。

ところが、このチップタイプＬＥＤは、ＬＥＤ素子２３からの発光をワイヤーが遮ることによる輝度低下の問題がある。特に、ワイヤーに金線を使用した場合、青色域に吸収があるため、輝度低下と発光色調変化の問題があった。

また、ワイヤーを保護するために、ＬＥＤ素子２３とワイヤーを覆う隔壁でキャビティーを形成してやる必要がある。

さらに、ＬＥＤ素子２３をキャビティー内に固定するためには、キャビティー内に封止樹脂２６を満たす構造をとることになり、これはＬＥＤ素子２３に通電した時に発生する熱により封止樹脂が膨張し、ワイヤー及びＬＥＤ素子２３の剥がれの原因になり、また、ＬＥＤ素子からの発光の一部の紫外線により、封止樹脂２６の劣化を引き起こし、樹脂の透過性が低下することによりチップタイプＬＥＤの輝度低下を引き起こす問題がある。

さらにまた、チップタイプＬＥＤの製法上、基板の上にＬＥＤ素子を載置し、ワイヤーボンディング、封止樹脂を注入した後に各セラミック支持部材（パッケージ）単位に割り出すことで、チップタイプＬＥＤを得ている。この割り出し時にセラミックス支持部材２１に歪みが生じ、ＬＥＤ素子２３が脱落する不良が生じる。

従って、本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、第一の目的は、さらに高密度な表示が可能なＬＥＤディスプレイを実現するチップタイプＬＥＤを提供すること。

第２の目的は、ＬＥＤ素子からの発光をワイヤーにより遮断されない構造とすることで輝度を向上することである。

第３の目的は、ワイヤー保護のためのキャビティーを必要としない構造とすることである。

第４の目的はセラミックス支持部材単位に割り出すときに歪みを生じることが原因で、ＬＥＤ素子が脱落しない構造とすることである。

本発明者は上述した課題に対し鋭意検討した結果、同一面側に一対の電極を有するＬＥＤ素子をセラミックスＬＥＤパッケージにフリップチップ実装することで課題を解決することを見いだし本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、（ａ）同一面側に一対の電極を有するＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を固定しているセラミックスの支持部材を備え、（ｂ）セラミックス支持部材には互いに接近して固定されている一対の電極端子を有し、電極端子は導体ペーストを印刷して導体印刷を施した後、セラミックスグリーンシートの厚み方向に刃でプレスしてセラミックスグリーンシートにハーフカットの割り溝を入れる工程を経て形成されており、（ｃ）ＬＥＤ素子の電極は、セラミックスの支持部材の電極端子に導電性ろう材を介してフリップチップ接続され、（ｄ）ＬＥＤ素子が載置されている平面に対して垂直な方向にあるセラミックス支持部材の外縁は、ＬＥＤ素子が実装されているセラミックス基板を、ハーフカットラインに沿って割り出すことにより形成されており、（ｅ）前記セラミックス支持部材はセラミックスの厚み方向にハーフカットされた部分とハーフカットされずに割れた跡が残った部分とを有するチップタイプＬＥＤに関する。

特に、セラミックス基板上のハーフカットライン上に中心が位置するように補助孔が形成されていることでさらに分割が容易になり、ハーフカットラインの交差点に中心が位置するように補助孔が形成されていることが最も好ましい。

また、チップタイプＬＥＤの製造方法は、以下に示す各工程を備えることを特徴とする。
（ｐ）セラミックスグリーンシートに、チップタイプＬＥＤとして割り出すことで形成される電極を作製するための導体印刷を施す工程、（ｑ）導体印刷を施されたセラミックスグリーンシートにチップタイプＬＥＤとして割り出すためのハーフカットラインを作製する工程、（ｒ）導体印刷とハーフカットラインを作製したグリーンシートを脱脂し、次に焼結する工程、（ｓ）焼結されたセラミックス基板にＬＥＤ素子をフリップチップ接続する工程、（ｔ）ＬＥＤ素子がフリップチップ接続されたセラミックス基板をハーフカットラインに沿って割り出す工程。

グリーンシートのハーフカットライン上に中心が位置するように補助孔を形成することで、焼結されたセラミックス基板の分割がさらに容易になり好ましく、グリーンシートのハーフカットラインの交差点に中心が位置するように補助孔を形成することが最も好ましい。

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。

本発明に係る構成とすることで、ＬＥＤ素子に給電するためのワイヤーを使用しないフリップチップ接続となり、ＬＥＤ素子からの発光をワイヤーが遮ることがなくなり、そのことによる輝度低下の問題がなくなった。

また、ワイヤーを保護するキャビティーは必要としない。その結果、チップタイプＬＥＤはコンパクトになり、高密度実装が可能となり、そのことで例えば、高密度表示が可能なＬＥＤディスプレイを実現できる。

さらに、従来の構造ではＬＥＤ素子をキャビティー内に固定するため、封止樹脂をキャビティー内に満たす構造をとることを余儀なくされた。その結果、ＬＥＤ素子に通電した時に発生する熱により封止樹脂が膨張し、樹脂及びＬＥＤ素子の剥がれの原因になったり、ＬＥＤ素子からの発光の一部の紫外線により、樹脂の劣化を引き起こし、樹脂の透過性が低下することによりＬＥＤの輝度低下を引き起こした。これに対し、本発明の構造では、キャビティーがないために膨張による剥がれ問題はなく、しかも、ＬＥＤからの発光が封止樹脂により遮られることもない。

ＬＥＤ素子をセラミックスの支持部材の電極端子とフリップチップ接続されて、しかも外縁がハーフカットされていることで、セラミックス特有の脆さに加え、精度良く分割でき、しかも、歪みを受けにくくなり、そのためにＬＥＤ素子の剥がれの問題は最小限に抑えられる。

また、上記構成とすることにより、割り出し時にＬＥＤ素子に歪みのかかりにくい、剥がれの歩留まり低下の少ないチップタイプＬＥＤを得ることができる。

さらに、上記構成とすることにより、割り出し時にさらにＬＥＤ素子に歪みのかかりにくい、剥がれによる歩留まり低下の少ないチップタイプＬＥＤを得ることができる。

図面を参照して本発明のチップタイプＬＥＤを説明する。図１は、本発明のチップタイプＬＥＤの模式断面図を示す。図３は、割り出し工程前のセラミックス基板の平面図を示す。図４は、本発明のチップタイプＬＥＤの平面図を示す。セラミックスの支持部材１１に一対の電極端子１２が形成されており、ＬＥＤ素子１３の表面の一対の電極１４は導電性のろう材１５によりフリップチップ接続されている。ＬＥＤ素子１３はセラミックス支持部材と強固に接着させるためにＬＥＤ素子と支持体の隙間に封止樹脂１６が注入されている。

セラミックスの支持部材とは、ＬＥＤ素子を載置して電気的に接続できる構造であれば良く、セラミックスの材料にはアルミナ、窒化アルミニウム、ムライトが好ましく使用できる。支持部材としてセラミックスを選択することで絶縁性があり、その上に印刷法等により導体配線を直接形成することができる。

接近して固定されている一対の電極端子とは、ＬＥＤ素子１３を載置して導電性のろう剤１５で固定する場合に、電極端子１２が同一面側のＬＥＤ素子１３の電極１４にショートすることなく給電できる程度接近している状態である。

フリップチップ接続とは、セラミックス支持部材１１の上に設けられた一対の電極端子にＬＥＤ素子１３の一対の電極１４を向かい合わせて接続する方式である。この方式により、ワイヤーボンディング接続により発生していた諸問題を解消することができる。

ＬＥＤ素子が載置されている平面に対して垂直な方向にあるセラミックス支持部材の外縁とは、セラミックス支持部材を作製する製造工程において、セラミックス基板３１に予めＬＥＤ素子３３を接続したものを図中の点線のハーフカットライン３８に沿って割り出すことで得られる。このハーフカットライン３８によりセラミックス基板の割り出しは極めて容易に行うことができる。この割り出しにより、チップタイプＬＥＤを得る。この割り出し工程を経て作製された外縁４７は、ハーフカットラインに沿って形成されているため割れた跡が残るという特徴がある。

セラミックス基板のハーフカットライン上に中心が位置するように補助孔が形成されていることで、割り出しは更に容易になる。

ハーフカットラインの交差点に中心が位置するように補助孔が形成されていることで、角の部分の不規則な割れを防止することができ、さらに容易にチップタイプＬＥＤに分割することができる。その結果、歪みがないため、ＬＥＤ素子の脱落の不良が起こらない。ハーフカットラインの交差点に補助孔の中心が位置するように正方形の補助孔３９が形成された例である。

また、本発明のチップタイプＬＥＤの製造方法について、以下に説明する。図５は、グリーンシートのハーフカットを説明する模式断面図である。

セラミックスグリーンシートとは、セラミックス基板を作製するのに用いる、例えば、アルミナ等を主成分とし、これに有機バインダー、溶剤、分散剤を加えてシート状にしたものである。これに、例えばタングステンを主成分とする導体ペーストを印刷することで導体印刷ができる。

ハーフカットとは、グリーンシートの厚み方向に刃でプレスすることによりグリーンシートに割溝を入れることである。すなわち完全に切り取るのではなく、一部を残してカットする。

グリーンシートの脱脂は、グリーンシートのバインダー、溶剤を燃焼分解して除去することであり、その後の焼結工程により、セラミックスの粉は焼結してセラミックス基板を形成する。又、導体印刷は導体配線を形成する。ここで、セラミックス基板とは導体配線を持ったＬＥＤを複数個実装できる基板のことを指し、セラミックス支持部材は、セラミックス基板をこれをハーフカットラインに沿って分割したことで得られる。また、セラミックス支持部材１１の上にある電極端子は、セラミックス基板の導体配線がこのハーフカットラインで分割することにより形成される。

図３は、割り出し工程前のセラミックス基板の平面図を示す。図４は、本発明のチップタイプＬＥＤの平面図を示す。図６は、導体印刷を形成したグリーンシートの平面図である。図７は、補助孔を開けたグリーンシートの平面図である。

アルミナ粉末に溶剤、分散剤、バインダー、および可塑剤を加えてスラリー状として、ドクターブレード法により、該アルミナスラリーを流出させ、乾燥し、グリーンシートを得た。

これに常法に従い、グリーンシートの両面の導体印刷をつなぐ目的でスルーホールを開け、スクリーン印刷法によりタングステンペーストを両面に印刷し、導体印刷６２を施したグリーンシートを得た。

次に、プレス機を用いて正方形の補助孔を貫通し、その後に補助孔に中心が位置するように切断機を用い、ハーフカットラインを形成した。

補助孔とハーフカット加工したグリーンシートを常法に従い、乾燥、脱脂、焼結することで、タングステン導体配線が形成されたセラミックス基板を得た。タングステン導体配線に貴金属メッキを施した。

ＬＥＤ素子１３は、下面に一対の電極を有し、電極に通電すると上方に光を放射する構造をしている。ＬＥＤ素子には、例えば、サファイアの基板の上に窒化物半導体を成長させ、活性層が一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮで表現できる窒化物系のＬＥＤが使用できる。この種のＬＥＤはｘの値に応じて発光ピーク波長が自在に変化できる。例えば、ｘ＝０．３に設定すればピーク波長が４５０ｎｍの青色発光を得、ｘ＝０．５３に設定すればピーク波長が５２０ｎｍの緑色発光を得、ｘ＝０．９５に設定すればピーク波長は６３０ｎｍの赤色発光を得ることができる。しかし、本発明に利用できるＬＥＤは窒化物系に限らず、このようなフリップチップ実装できる、同一面側に一対の電極がある構造のＬＥＤならば全て使用することができる。

セラミックス基板１１の上に配線された導体配線１２に、導電性のろう材１５を介してＬＥＤ素子の一対の電極１４を電気的に接続した。導電性ろう剤は、例えば半田などの低融点金属、導電剤と接着剤とを混練りした金属ペーストが使用できる。ＬＥＤ素子１３をセラミックス基板の上に強固に固定するために封止樹脂１６がＬＥＤ素子とセラミックス基板の隙間に注入されている。

ハーフカットライン３８に沿って割り出すことにより、セラミックス支持部材１１の上に電極端子１２を形成され、その上にＬＥＤ素子がフリップチップ接続され、外縁１７がハーフカット加工されているチップタイプＬＥＤを得た。

本発明のチップタイプＬＥＤは、ディスプレイ、照明装置等に利用することができる。

本発明のチップタイプＬＥＤの模式断面図を示す。比較のためのチップタイプＬＥＤの模式断面図を示す。割り出し工程前のセラミックス基板の平面図を示す。本発明のチップタイプＬＥＤの平面図を示す。グリーンシートのハーフカットを説明する模式断面図である。導体印刷を形成したグリーンシートの平面図である。補助孔を開けたグリーンシートの平面図である。

符号の説明

１１、２１セラミックス支持部材
１２、２２電極端子
１３、２３、３３ＬＥＤ素子
１４、２４電極
１５ろう剤
１６、２６封止樹脂
１７外縁
３１セラミックス基板
３２導体配線
３８ハーフカットライン
３９補助孔
６１グリーンシート
６２導体印刷

Claims

（ａ）同一面側に一対の電極を有するＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を固定しているセラミックスの支持部材を備え、（ｂ）セラミックス支持部材には互いに接近して固定されている一対の電極端子を有し、電極端子は導体ペーストを印刷して導体印刷を施した後、セラミックスグリーンシートの厚み方向に刃でプレスしてセラミックスグリーンシートにハーフカットの割り溝を入れる工程を経て形成されており、（ｃ）ＬＥＤ素子の電極は、セラミックスの支持部材の電極端子に導電性ろう材を介してフリップチップ接続され、（ｄ）ＬＥＤ素子が載置されている平面に対して垂直な方向にあるセラミックス支持部材の外縁は、ＬＥＤ素子が実装されているセラミックス基板を、ハーフカットラインに沿って割り出すことにより形成されており、（ｅ）前記セラミックス支持部材はセラミックスの厚み方向にハーフカットされた部分とハーフカットされずに割れた跡が残った部分とを有するチップタイプＬＥＤ。
（ｐ）セラミックスグリーンシートに、チップタイプＬＥＤとして割り出すことで形成される電極を作製するための導体印刷を施す工程、（ｑ）導体印刷を施されたセラミックスグリーンシートにチップタイプＬＥＤとして割り出すためセラミックスグリーンシートの厚み方向に刃でプレスしてセラミックスグリーンシートにハーフカットの割り溝を入れ、ハーフカットラインを作製する工程、（ｒ）導体印刷とハーフカットラインを作製したセラミックスグリーンシートを脱脂し、次に焼結する工程、（ｓ）焼結されたセラミックス基板に、同一面側に一対の電極を有するＬＥＤ素子をフリップチップ接続する工程、（ｔ）ＬＥＤ素子がフリップチップ接続されたセラミックス基板をハーフカットラインに沿って割り出す工程、とを備えることを特徴とするチップタイプＬＥＤの製造方法。
セラミックスグリーンシートのハーフカットライン上に中心が位置するように補助孔を形成することを特徴とする請求項２に記載のチップタイプＬＥＤの製造方法。
セラミックスグリーンシートのハーフカットラインの交差点に中心が位置するように補助孔を形成することを特徴とする請求項２に記載のチップタイプＬＥＤの製造方法。