JP4340283B2 - 発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオード Download PDF

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Description

本発明は、発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオードに関するものであり、特に、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージ及びその製造方法並びに発光ダイオード用パッケージを用いた発光ダイオードに関するものである。
従来より、低消費電力で長寿命な照明部品として、発光ダイオード素子を実装した発光ダイオードが広く利用されている。
この発光ダイオードにおいては、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したベース体に、発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したカバー体を貼着することによって製造された発光ダイオード用パッケージが用いられている（たとえば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に開示されている発光ダイオード用パッケージでは、矩形板状のグリーンシートの表面に配線パターンを形成してベース板を形成するとともに、別の矩形板状のグリーンシートに複数個の開口を形成してカバー板を形成し、これらベース板とカバー板とを貼着し、その後、重合した２枚のグリーンシートを同時に焼成し、焼成後に各開口の近傍で分断することで発光ダイオード用パッケージを製造していた。
特開２００３−３７２９８号公報
ところが、上記従来の発光ダイオード用パッケージでは、複数個の開口を形成した一枚のカバー板に配線パターンを形成した一枚のベース板を貼着していたために、貼着基準位置から離れた部位で開口と配線パターンとのずれが大きくなり、位置ずれによる不良が発生するおそれがあった。
特に、発光ダイオード用パッケージの素材としてセラミックスを用いた場合には、グリーンシートの熱収縮率と配線パターンの熱収縮率とが異なるために、焼成後の開口と配線パターンとの位置が大幅にずれてしまうおそれがあった。
そこで、請求項１に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したセラミックス製のベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したセラミックス製のカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、第１のグリーンシートに複数個の開口を形成した後に焼成してカバー板を形成するとともに、第２のグリーンシートを焼成した後に配線パターンを印刷し、前記配線パターンを焼結した後に分断して複数枚のベース板を形成し、前記一枚のカバー板に複数枚に分断したベース板を各々貼着し、その後、前記ベース板とカバー板とを各発光ダイオード用パッケージ毎に分断することにした。

また、請求項２に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したセラミックス製のベース板に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したセラミックス製のカバー板を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、第１のグリーンシートに複数個の開口を形成した後に焼成してカバー板を形成するとともに、第２のグリーンシートを焼成した後に配線パターンを印刷し、前記配線パターンを焼結した後に分断して複数枚のベース板を形成し、前記一枚のカバー板に複数枚に分断したベース板を各々貼着することにした。

また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記ベース板に貫通孔を形成するとともに、前記貫通孔に放熱板を嵌入することにした。

また、請求項４に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したセラミックス製のベース板に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したセラミックス製のカバー板を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、第１のグリーンシートに複数個の開口を形成した後に焼成してカバー板を形成するとともに、第２のグリーンシートを焼成した後に配線パターンを印刷し、前記配線パターンを焼結した後に分断して複数枚のベース板を形成し、前記一枚のカバー板に複数枚に分断したベース板を各々貼着することにした。

また、請求項５に係る本発明では、前記請求項４に係る本発明において、前記ベース板に形成した貫通孔に放熱板を嵌入することにした。

また、請求項６に係る本発明では、発光ダイオードにおいて、前記請求項４又は請求項５に係る発光ダイオード用パッケージに発光ダイオード素子を実装することにした。
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
すなわち、本発明では、開口を形成した一枚のカバー板に配線パターンを形成した複数枚のベース板を貼着することにしているために、カバー板の面積に比べて一枚のベース板の面積を小さくすることができるので、各ベース板に形成した配線パターンをカバー板に形成した開口に精度良く位置合わせすることができ、開口と配線パターンとの位置ずれを未然に防止することができ、発光ダイオード又は発光ダイオード用パッケージの製造時の歩留まりを向上させることができる。
特に、発光ダイオード用パッケージの素材としてセラミックスを用いた場合には、グリーンシートを焼成した後に、配線パターンを印刷し、その後、配線パターンを焼結させることによって、グリーンシートと配線パターンとの熱収縮率の相違による配線パターンの変形を防止することができ、これにより、開口と配線パターンとの位置ずれを未然に防止することができ、発光ダイオード又は発光ダイオード用パッケージの製造時の歩留まりを向上させることができる。
以下に、本発明に係る発光ダイオード及びそのパッケージの構造並びに製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本発明に係る発光ダイオード１は、発光ダイオード用パッケージ２に発光ダイオード素子３を実装したものである。
発光ダイオード用パッケージ２は、略矩形板状のセラミックス製のベース体４と矩形板状のセラミックス製のカバー体５とを接着剤で貼着している。
ベース体４は、上面にダイボンディング用電極６とワイヤーボンディング用電極７とを絶縁のために間隔をあけて形成するとともに、左右側面にダイボンディング用電極６とワイヤーボンディング用電極７にそれぞれ接続した外部電極8,9を形成し、さらに、下面の左右側部に外部電極8,9にそれぞれ接続した下部電極10,11を形成するとともに、下面の中央部に放熱端子12を形成している。そして、これらの電極６〜11によって発光ダイオード素子３を実装するための配線パターン13を構成している。
カバー体５は、中央部に上下面に貫通する開口14を形成しており、この開口14の内側に形成される空間に発光ダイオード素子３を収容できるようにするとともに、開口14の表面を発光ダイオード素子３から放射された光を外部ヘ向けて反射するための反射面15としている。
そして、発光ダイオード１は、ベース体４のダイボンディング用電極６に発光ダイオード素子３の下面の電極をダイボンディングするとともに、ベース体４のワイヤーボンディング用電極７に発光ダイオード素子３の上面の電極を金線16を用いてワイヤーボンディングし、さらには、カバー体５の開口14に透明の樹脂17を充填している。なお、発光ダイオード１では、ワイヤーボンディングによりベース体４に発光ダイオード素子３を実装しているが、これに限られず、ベース体４に発光ダイオード素子３を直接実装（フリップチップ実装）することもできる。
この発光ダイオード１では、ベース体４をカバー体５よりも小さくして、カバー体５の左右側面よりも内側に基板に半田付けされる外部電極8,9を形成している。これにより、発光ダイオード１の基板上の実装面積を小さくできるようにするとともに、ベース体４よりも張り出したカバー体５で半田付け部分の上方を覆って半田付け部分を保護するようにしている。
この発光ダイオード１は、以下に説明するようにして製造する。
まず、図２に示すように、アルミナ素材からなる矩形板状の第１のグリーンシート18の所要位置に複数個の矩形貫通状の開口14とダイシング時の位置決めに用いる円形貫通状のダイシングホール19とを形成し、その後、第１のグリーンシート18を焼成して、矩形板状のセラミックス製のカバー板20を形成する。ここでは、32個の発光ダイオード１を同時に製造するために、８行４列の32個の開口14を形成している。
一方、図３に示すように、アルミナ素材からなる矩形板状の第２のグリーンシート21の所要位置に複数個の矩形状の貫通孔22を形成し、その後、第２のグリーンシート21を焼成して、矩形板状のセラミックス製のベース原板23を形成する。貫通孔22は、最終的に発光ダイオード１のベース体４の左右側壁を形成するものであり、ここでは、８行８列の64個の貫通孔22を形成している。
次に、図４に示すように、ベース原板23に表面側から電極材（ここでは、銀ペースト）を印刷により所定形状に塗布し、その後、第１又は第２のグリーンシート18,21の焼成温度よりも低い温度で銀ペーストを焼結させることによって、ベース原板23の表面にダイボンディング用電極６とワイヤーボンディング用電極７となる表面印刷パターン24を形成するとともに、ベース原板23の貫通孔22の内周面に外部電極8,9となる周面印刷パターン25を形成する。
次に、図５に示すように、ベース原板23を表裏反転し、裏面側から電極材（ここでは、銀ペースト）を印刷により所定形状に塗布し、その後、第１又は第２のグリーンシート18,21の焼成温度よりも低い温度で銀ペーストを焼結させることによって、ベース原板23の裏面に下部電極10,11と放熱端子12となる裏面印刷パターン26を形成する。
次に、図６に示すように、ベース原板23をダイシングにより所定形状のベース板27に分断する。ここでは、１枚のベース原板23を同一サイズの４枚のベース板27に分断している。
そして、図７に示すように、カバー板20の上面所要位置に各ベース板27を低融点ガラスからなる接着剤を用いて接着し、図８に示す矩形板状の発光ダイオード用パッケージ28を形成する。なお、この発光ダイオード用パッケージ28は、このままの状態でも面状光源のパッケージとして使用することができる。
その後、図９に示すように、マウンターを用いて発光ダイオード用パッケージ28の開口14からベース板27のダイボンディング用電極６に発光ダイオード素子３をダイボンディングするとともに、ワイヤーボンダーを用いてベース板27のワイヤーボンディング用電極７と発光ダイオード素子３とを金線16でワイヤーボンディングし、さらには、ディスペンサーを用いて開口14を透明の樹脂17で充填する。なお、この状態で、発光ダイオード用パッケージ28に発光ダイオード素子３を実装した面状光源用の発光ダイオードとして使用することもできる。
最後に、図10に示すように、カバー板20に形成したダイシングホール19を基準にしてカバー板20とベース板27とを縦横にダイシングすることによって各発光ダイオード１を構成する発光ダイオード用パッケージ２ごとに分断し、32個の発光ダイオード１を同時に製造する。
なお、上記発光ダイオード１では、ベース原板23の裏面に銀ペーストを焼結させて放熱端子12を形成しているが、図11に示すように、ベース原板23に貫通孔29を形成し（図11(a)参照。）、その貫通孔29に金属製の放熱板30を嵌入する（図11(b)参照。）ことによって、ベース体４を貫通する放熱板30を有する発光ダイオード31を形成する（図11(c)参照。）ことができる。この場合には、放熱効率を向上させることができ、特に、放熱板30に発光ダイオード素子３をダイボンディングすることによって、発光ダイオード素子３の発熱を直接放熱することができる。
以上に説明したように、上記発光ダイオード1,31やそのパッケージ2,28では、開口14を形成した一枚のカバー板20に配線パターン13を形成した複数枚のベース板27を貼着することによって製造している。
そのため、上記に、発光ダイオード1,31やそのパッケージ2,28では、カバー板20の面積に比べて一枚のベース板27の面積を小さくすることができるので、各ベース板27に形成した配線パターン13をカバー板20に形成した開口14に精度良く位置合わせすることができ、開口14と配線パターン13との位置ずれを未然に防止することができ、発光ダイオード1,31やそのパッケージ2,28の製造時の歩留まりを向上させることができる。
特に、発光ダイオード用パッケージ2,28の素材としてセラミックスを用いた場合には、ベース板27となる第２のグリーンシート21を焼成した後に、配線パターン13を印刷し、その後、配線パターン13を焼結させることによって、第２のグリーンシート21と配線パターン13との熱収縮率の相違による配線パターン13の変形を防止することができ、これにより、より一層、開口14と配線パターン13との位置ずれを防止することができ、発光ダイオード1,31やそのパッケージ2,28の製造時の歩留まりを向上させることができる。
本発明に係る発光ダイオードを示す斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図。 製造方法を示す説明図。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図（斜視図(a)、平面図(b)、断面図(c)）。 製造方法を示す説明図。
符号の説明
１ 発光ダイオード ２ 発光ダイオード用パッケージ
３ 発光ダイオード素子 ４ ベース体
５ カバー体 ６ ダイボンディング用電極
７ ワイヤーボンディング用電極 8,9 外部電極
10,11 下部電極 12 放熱端子
13 配線パターン 14 開口
15 反射面 16 金線
17 樹脂 18 第１のグリーンシート
19 ダイシングホール 20 カバー板
21 第２のグリーンシート 22 貫通孔
23 ベース原板 24 表面印刷パターン
25 周面印刷パターン 26 裏面印刷パターン
27 ベース板 28 発光ダイオード用パッケージ
29 貫通孔 30 放熱板
31 発光ダイオード

Claims (6)

  1. 発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したセラミックス製のベース体に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したセラミックス製のカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、
    第１のグリーンシートに複数個の開口を形成した後に焼成してカバー板を形成するとともに、第２のグリーンシートを焼成した後に配線パターンを印刷し、前記配線パターンを焼結した後に分断して複数枚のベース板を形成し、前記一枚のカバー板に複数枚に分断したベース板を各々貼着し、その後、前記ベース板とカバー板とを各発光ダイオード用パッケージ毎に分断することを特徴とする発光ダイオード用パッケージの製造方法。
  2. 発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したセラミックス製のベース板に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したセラミックス製のカバー板を貼着した発光ダイオード用パッケージの製造方法において、
    第１のグリーンシートに複数個の開口を形成した後に焼成してカバー板を形成するとともに、第２のグリーンシートを焼成した後に配線パターンを印刷し、前記配線パターンを焼結した後に分断して複数枚のベース板を形成し、前記一枚のカバー板に複数枚に分断したベース板を各々貼着することを特徴とする発光ダイオード用パッケージの製造方法。
  3. 前記ベース板に貫通孔を形成するとともに、前記貫通孔に放熱板を嵌入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオード用パッケージの製造方法。
  4. 発光ダイオード素子を実装するための配線パターンを形成したセラミックス製のベース板に、前記発光ダイオード素子を収容するための開口を形成したセラミックス製のカバー板を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、
    第１のグリーンシートに複数個の開口を形成した後に焼成してカバー板を形成するとともに、第２のグリーンシートを焼成した後に配線パターンを印刷し、前記配線パターンを焼結した後に分断して複数枚のベース板を形成し、前記一枚のカバー板に複数枚に分断したベース板を各々貼着したことを特徴とする発光ダイオード用パッケージ。
  5. 前記ベース板に形成した貫通孔に放熱板を嵌入したことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード用パッケージ。
  6. 前記請求項４又は請求項５に記載の発光ダイオード用パッケージに発光ダイオード素子を実装した発光ダイオード。

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