JP5485642B2 - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、金属部材をベースとして構成される表面実装型の発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
図１０（ａ）に示すように、従来の一般的な表面実装型の発光ダイオード１は、一対の端子電極部４が形成された本体基板２と、この本体基板２上に実装され、ボンディングワイヤ５を介して前記一対の端子電極部４に接続される発光素子３と、この発光素子３を封止する透光性を有した樹脂体６とを備えて構成される。前記端子電極部４は、図１０（ｂ）に示すように、前記本体基板２の上面及び下面の一部に形成される上面電極４ａ及び下面電極４ｂと、凹設した本体基板２の側面に形成される側面電極４ｃとが連通したスルーホール電極となっている。このようなスルーホール電極を形成することによって、前記下面電極４ｂをマザーボード等の実装基板上に直接載置した状態で導通接続することができる。
上記発光ダイオード１は、本体基板２が絶縁性を有する樹脂材で形成されているため、スルーホール電極を形成することができるが、耐熱性や放熱性が悪いといった問題があった。近年においては、発光ダイオードが有する安定した発光特性や低消費電力性によって、蛍光灯や白熱灯に代わる照明用の光源として発光ダイオードが用いられるようになってきている。
このような照明用として利用する場合は、高出力タイプの発光素子が用いられるため、発光する際には、電流が多く流れ、これによって熱が発生することとなり、従来の樹脂基板では、耐熱性に問題があった。
そこで、高出力タイプの発光素子を用いて構成される発光ダイオードでは、軽量で耐熱性に優れたアルミニウム等の金属部材で形成された基板が多く用いられるようになってきた（特許文献１〜３）。図１１は、金属部材をベースとして構成された発光ダイオード１１の一例を示したものである。この発光ダイオード１１は、金属部材によって形成された本体基板１２と、この本体基板１２の上面の端部に絶縁性の上基板１２ａを介して形成された一対の端子電極部１４と、前記本体基板１２の略中央部に実装され、ボンディングワイヤ１５を介して前記端子電極部１４に導通する発光素子１３と、この発光素子１３を封止する透光性を有した樹脂体１６とを備えて構成されている。
また、図１２（ａ）に示す発光ダイオード１１ａは、前記本体基板１２の上面及び下面に絶縁性の上基板１２ａ及び下基板１２ｂを設け、この上基板１２ａと下基板１２ｂとが本体基板１２の側面に沿って連通する一対の端子電極部１４を設けて構成されている。
前記端子電極部１４は、図１２（ｂ）に示すように、前記上基板１２ａ及び下基板１２ｂの表面に形成される上面電極１４ａ及び下面電極１４ｂと、凹設した本体基板１２の側面に塗布された絶縁層１７を介して形成される側面電極１４ｃとが連通したスルーホール電極となっている。このようなスルーホール電極を形成することによって、前記下面電極１４ｂをマザーボード等の実装基板上に直接載置した状態で導通接続をすることができる（特許文献３）。
特開２０００−３０９２９２号公報 特開２００６−２９５０８５号公報 特開平１０−０１２９８２号公報
上記図１１に示した発光ダイオード１１にあっては、本体基板１２が金属部材によって形成されているため、強固であり、放熱効果に優れている。しかしながら、端子電極部１４が本体基板１２の上面に設けられているため、マザーボード等の実装基板上に表面実装できない。
一方、図１２に示したような構造の発光ダイオード１１ａにあっては、金属部材からなる本体基板１２にスルーホール電極としての端子電極１４を形成するために、前記本体基板１２の上面及び下面全体が絶縁性の上基板１２ａ及び下基板１２ｂによって被覆された状態となっている。したがって、前記発光素子１３が実装されている部分や本体基板１２の下面における金属の露出面がなくなり、本体基板１２からの放熱作用が十分に得られなくなるといった問題があった。また、前記本体基板１２に対して上基板１２ａ及び下基板１２ｂを配設させるための製造工数やコストが多くかかるといった問題もあった。
そこで、本発明の目的は、高輝度タイプの発光素子を実装して構成した場合であっても、放熱効果が十分確保され、マザーボード等の実装基板に直接表面実装することが可能な発光ダイオード及びその製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、金属部材からなる本体基板と、この本体基板上に形成される発光部と、前記本体基板の一端に形成される端子電極部とを備えた発光ダイオードにおいて、前記端子電極部は、前記本体基板の上面及び下面の一端に設けられ、表面に導電膜を有する一対の絶縁基板と、この一対の絶縁基板の導電膜を含めた側面及び本体基板の側面を覆う絶縁層と、この絶縁層の表面に被覆され、前記一対の導電膜と導通するメッキ層とを備えて構成されていることを特徴とする。
また、本発明の発光ダイオードの製造方法は、複数の発光ダイオードが形成可能な平面サイズを有する金属製の集合本体基板を形成し、この集合本体基板の所定箇所の上面及び下面の一部に円形状の孔部とこの孔部の周囲に導電膜が形成された絶縁基板を接合し、前記孔部に沿って前記集合本体基板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔内に前記導電膜を含めた絶縁基板の側面までを満たすように絶縁性のレジスト材を充填して硬化させた後、このレジスト材の中心部を除去することによって、前記貫通孔の内周面にレジスト材を付着させ、このレジスト材の表面から前記集合本体基板の上面及び下面に接合されている絶縁基板の側面及び導電膜をメッキ処理することによって、集合本体基板の上面から下面に導通するスルーホールとしての端子電極を形成することを特徴とする。
本発明に係る発光ダイオードによれば、金属製の本体基板で形成された発光ダイオードであっても、絶縁層を介して形成されたスルーホール電極としての端子電極部を容易に形成することができる。このため、マザーボード等の実装基板にもそのまま表面実装することが可能となる。また、発光部にあっては、本体基板の金属面が露出した部分に発光素子を直接配置することができるとともに、端子電極部を除く本体基板の下面の金属面が広く露出しているので、発光時における放熱効果を高めることができる。
また、本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、金属製の一枚の集合本体基板の上面及び下面に絶縁性の基板を配置するとともに、この基板が配置された部分に貫通孔を形成し、この貫通孔の内周面にレジスト材による絶縁層を形成することで、集合本体基板の上面から下面にかけて連通するスルーホール電極としての端子電極部を一括して形成することができる。
本発明に係る第１実施形態の発光ダイオードの上面方向から見た斜視図である。 上記発光ダイオードの下面側から見た斜視図である。 上記発光ダイオードの断面図である。 上記発光ダイオードの端子電極部の斜視図である。 本発明に係る第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。 上記発光ダイオードの端子電極部の斜視図である。 第１実施形態の発光ダイオードの第１製造方法を示す工程図である。 第１実施形態の発光ダイオードの第２製造方法を示す工程図である。 第２実施形態の発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 樹脂基板によって構成された従来の発光ダイオードの断面図（ａ）及び部分斜視図（ｂ）である。 従来の金属基板によって構成された発光ダイオードの断面図である。 従来の金属基板によって構成された他の発光ダイオードの断面図（ａ）及び部分斜視図（ｂ）である。
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態の発光ダイオード２１は、金属部材からなる平板状の本体基板２２と、この本体基板２２の略中央部に設けられる発光部２３と、前記本体基板２２の端部に設けられる複数の端子電極部２４とを備えて構成されている。
前記本体基板２２は、一例として厚みが約０．７ｍｍ程度で、耐熱性に優れた矩形状のアルミニウム材が用いられる。この本体基板２２の上面の略中央部には絶縁性のリング状の壁部２５が設けられ、この壁部２５内に発光部２３が形成される。また、前記本体基板２２の対向する側面の厚み方向には、半円形状の凹設部が複数形成される。この凹設部は本体基板の上面から下面に連通するためのスルーホール電極としての端子電極部２４となる。
前記発光部２３は、図３に示すように、発光素子２６と、この発光素子２６を前記壁部２５内に封止する透光性を有する透明又は半透明の樹脂体２７とで構成されている。この樹脂体２７は、発光素子２６が完全に埋まるように壁部２５の高さと略平行となるように充填成形される。前記本体基板２２の上面には、電極パターンが形成された上基板２８が前記発光素子２６を実装する部分を除いて設けられる。前記発光素子２６は、本体基板２２の中央部の上面に直接配置され、ボンディングワイヤ２９を介して上基板２８にハンダ接続される。なお、本実施形態では、発光部２３が単一の発光素子２６で構成されているが、光量を高める場合は、２以上の複数の発光素子を用い、金属面が露出している本体基板２２の上面２２ａに直接配置することができる。
前記端子電極部２４は、図４に示すように、本体基板２２の上面から下面に通じるスルーホール電極となっている。この端子電極部２４は、半円柱状に凹設された凹設部の上面にかかる上基板２８の一部と、前記凹設部の下面に設けられる下基板３０と、前記上基板２８及び下基板３０の表面に形成される導電膜２８ａ、３０ａと、前記凹設部の内周面に絶縁性のレジスト材を塗布して形成される絶縁層３１と、前記導電膜２８ａ、３０ａ及び絶縁層３１を被覆するメッキ層３２とによって構成されている。
前記上基板２８及び下基板３０は、エポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料によって形成され、例えば約０．１ｍｍ程度の厚みを有して前記本体基板２２の上面２２ａ及び下面２２ｂに接着剤等によって貼付される。前記上基板２８は、前述したように、発光素子２６が配置されている部分を除いた本体基板２２の上面２２ａに配置され、前記発光素子２６から延びるボンディングワイヤ２９の接続電極やこの接続電極から各端子電極部２４に繋がる配線パターンが形成される。なお、前記本体基板２２の下面２２ｂは、マザーボード等の実装基板上に形成されている電極部に載置されるだけの平面サイズに形成される。
前記絶縁層３１は、前記上基板２８及び下基板３０の一端に重なり、前記凹設部の内側面に沿うように一定の厚みを有して塗布される。この絶縁層３１を設けることによって、上基板２８と下基板３０との間に露出する本体基板２２の金属面を絶縁面とすることができる。
前記メッキ層３２は、導電率の高い銅箔膜によって形成され、前記導電膜２８ａ、３０ａ及び絶縁層３１とが連通するようにして覆われる。このメッキ層３２は、蒸着あるいはスパッタリング等の手段によって形成することができる。
図５及び図６は第２実施形態の発光ダイオード４１を示したものである。この発光ダイオード４１の端子電極部４４は、本体基板２２の下面に絶縁用の下基板を設けず、本体基板２２の側面に塗布されるレジスト材を下面２２ｂの端部に回り込ませるようにして絶縁層３１を形成し、この絶縁層３１の表面に銅箔膜によるメッキ層３２を形成したものである。なお、本体基板２２の上面に形成される発光部２３の構成は、上記第１実施形態の発光ダイオード２１と同様であるため、同一の構成には同一の符号を以って示して詳細な説明を省略する。
上記実施形態の発光ダイオード２１、４１によれば、金属部材からなる本体基板２２をベースとして形成されているが、本体基板２２の外周部に絶縁層３１を形成することによって、樹脂材で形成された本体基板に設けられるようなスルーホール電極としての端子電極部を容易に形成することができる。このため、マザーボード等の実装基板にもそのまま表面実装することが可能となる。また、発光部２３にあっては、本体基板２２の金属面が露出した部分に発光素子２６を直接配置することができるとともに、端子電極部２４、４４を除く本体基板２２の下面の金属面が広く露出しているので、放熱効果を向上させることができる。
次に、図７に基づいて、端子電極部を中心とした上記第１実施形態に係る発光ダイオード２１の第１の製造方法について説明する。最初に発光ダイオード２１を複数同時に形成可能な平面サイズを有するアルミニウム板からなる集合本体基板５２を形成し、この集合本体基板５２の端子電極部２４となる部分の上面及び下面に導電膜２８ａ、３０ａが形成された上基板２８及び下基板３０を装着する（工程ａ）。前記上基板２８及び下基板３０には予め中央部に円形状の孔部５３が形成され、この孔部５３を除いた表面に銅箔膜を蒸着させた導電層２８ａ、３０ａを形成する。
次に、前記上基板２８及び下基板３０に設けた孔部５３から露出する集合本体基板５２に円柱状の貫通孔５４を形成し（工程ｂ）、この貫通孔５４内にレジスト材５５を充填する（工程ｃ）。このレジスト材５５は、前記貫通孔５４内と、この貫通孔５４から突出する上基板２８及び下基板３０の孔部５３の内周面から導電層３２が設けられている高さまで充填される。
前記レジスト材５５が硬化した後、このレジスト材５５の中心部を貫通するような開口５６を設ける（工程ｄ）。この開口５６は、前記貫通孔５４の内径よりも小さく設定されるため、集合本体基板５２の内側面から上基板２８及び下基板３０の孔部５３の内側面にかけて一定厚みのレジスト材５５が付着された状態となる。
次に、上基板２８及び下基板３０の表面に形成されている導電膜２８ａ、３０ａから貫通孔５４内に形成されているレジスト材５５の表面を覆うようにして、蒸着法あるいはスパッタリング法等によるメッキ処理を施すことによって銅箔膜による導電層を形成する（工程ｅ）。
上記工程によって端子電極部２４が形成された後、集合本体基板５２の上面にリング状の壁部で囲われた発光部２３（図示せず）を形成する。この発光部２３は、図３に示したように、集合本体基板５２の上面に発光素子を配置し、ボンディングワイヤで上基板に結線した後、前記壁部内に透光性を有する透明又は半透明の樹脂体を充填することによって形成される。最後に貫通孔５４を設けた箇所を中心として集合本体基板５２を矩形状にダイシングすることで、個々の発光ダイオード２１が完成する。
図８は端子電極部２４を中心とした上記発光ダイオード２１の第２の製造方法を示したものである。この製造方法では、最初に発光ダイオード２１を複数同時に形成可能な平面サイズを有するアルミニウム板からなる集合本体基板５２を形成し、この集合本体基板５２の端子電極部２４となる箇所に予め貫通孔５４を開設しておく（工程ａ）。
次に、前記各貫通孔５４を上面及び下面から挟むようにして、表面に銅箔膜６０ａを付着させた基板材（プリプレグ）６０を装着する（工程ｂ）。このプリプレグ６０は、ガラス布に熱硬化性樹脂を含浸させた基板材であり、このプリプレグ６０が装着された部分を所定の温度で加熱するとともに、所定の圧力で加圧することで、前記基板材に含浸されている半硬化状態の樹脂が溶け出し、貫通孔５４内を満たす（工程ｃ）。
前記貫通孔５４内に溶け出した樹脂材６１が硬化した後、この樹脂材６１が貫通孔５４内の内周面に所定の厚みで付着された状態となるように、上面から下面のプリプレグ６０にかけて前記樹脂材６１の中心部を円柱状に貫通する開口６２を形成する（工程ｄ）。
最後に、前記上面及び下面のプリプレグ６０の表面に形成された銅箔膜６０ａ及びこのプリプレグ６０で挟まれた貫通孔５４の内周面を覆うようにしてメッキ処理を施すことによって、導電層６３を形成する（工程ｅ）。
図９は端子電極部を中心とした上記第２実施形態の発光ダイオード４１の製造方法を示したものである。この製造方法では、最初に発光ダイオード４１を複数同時に形成可能な平面サイズを有するアルミニウム板からなる集合本体基板５２を形成し、この集合本体基板５２の端子電極部２４となる箇所の上面に導電膜２８ａが形成された上基板２８を配置する（工程ａ）。
次に、前記上基板２８の中心部分から集合本体基板５２を貫通する貫通孔５４を開設し（工程ｂ）、この貫通孔５４内にレジスト材５５を充填する（工程ｃ）。このレジスト材５５は、前記貫通孔５４から集合本体基板５２の下面に回り込むようにして充填される。
前記貫通孔５４内に充填して硬化したレジスト材５５の中心部を貫通させて円柱状の開口５６を設ける（工程ｄ）。この開口５６によって、貫通孔５４の内周面に所定厚みのレジスト材５５による絶縁層が形成される。
最後に、前記貫通孔５４の上面の周囲に露出する導電膜２８ａと、貫通孔５４の内周面から下面の周囲に回り込むように付着されたレジスト材５５の表面にメッキ処理を施すことによって、導電層３２を形成する（工程ｅ）。
以上、説明したように、本発明に係る発光ダイオードにあっては、耐熱性を持たせるために発光素子が実装される本体基板が導電性を有する金属部材で構成されているが、この本体基板の外周面に絶縁層を介した導電層によるスルーホールとしての端子電極部となっている。このため、本体基板が樹脂で形成された発光ダイオードと同様にマザーボード等の実装基板に表面実装させることができる。
１、１１、１１ａ 発光ダイオード
２、１２ 本体基板
３、１３ 発光素子
４、１４ 端子電極部
４ａ、１４ａ 上面電極
４ｂ、１４ｂ 下面電極
４ｃ、１４ｃ 側面電極
５、１５ ボンディングワイヤ
６、１６ 樹脂体
１２ａ 上基板
１２ｂ 下基板
２１ 発光ダイオード
２２ 本体基板
２２ａ 上面
２２ｂ 下面
２３ 発光部
２４ 端子電極部
２５ 壁部
２６ 発光素子
２７ 樹脂体
２８ 上基板
２８ａ 導電膜
２９ ボンディングワイヤ
３０ 下基板
３０ａ 導電膜
３１ 絶縁層
３２ 導電層
４１ 発光ダイオード
４４ 端子電極部
５２ 集合本体基板
５３ 孔部
５４ 貫通孔
５５ レジスト材
５６ 開口
６０ プリプレグ
６０ａ 銅箔膜
６１ 樹脂材
６２ 開口
６３ 導電層

Claims (7)

  1. 金属部材からなる本体基板と、この本体基板上に形成される発光部と、前記本体基板の一端に形成される端子電極部とを備えた発光ダイオードにおいて、
    前記端子電極部は、前記本体基板の上面及び下面の一端に設けられ、表面に導電膜を有する一対の絶縁基板と、
    この一対の絶縁基板の導電膜を含めた側面及び本体基板の側面を覆う絶縁層と、この絶縁層の表面に被覆され、前記一対の導電膜と導通するメッキ層とを備えて構成されていることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 金属部材からなる本体基板と、この本体基板上に形成される発光部と、前記本体基板の一端に形成される端子電極部とを備えた発光ダイオードにおいて、
    前記端子電極部は、前記本体基板の上面の一端に設けられ、表面に導電膜を有する絶縁基板と、
    この絶縁基板の導電膜を含めた側面から本体基板の側面及び下面にかけて形成される絶縁層と、前記絶縁層の表面に被覆され、前記導電膜と導通するメッキ層とを備えて構成されていることを特徴とする発光ダイオード。
  3. 前記端子電極部は、前記本体基板の一端を凹設した箇所に設けられる請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  4. 前記絶縁層は、レジスト材によって形成され、前記本体基板の表面に被着される請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  5. 前記絶縁基板は、ガラス材に半硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸させて形成される請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  6. 前記発光部は、前記本体基板の上面の中央部に設けられるリング状の壁部と、この壁部内に配置される１又は２以上の発光素子と、この発光素子を前記壁部内に封止する透光性を有した樹脂体とを備えて構成される請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  7. 複数の発光ダイオードが形成可能な平面サイズを有する金属製の集合本体基板を形成し、
    この集合本体基板の所定箇所の上面及び下面の一部に円形状の孔部とこの孔部の周囲に導電膜が形成された絶縁基板を接合し、
    前記孔部に沿って前記集合本体基板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成し、
    この貫通孔内に前記導電膜を含めた絶縁基板の側面までを満たすように絶縁性のレジスト材を充填して硬化させた後、このレジスト材の中心部を除去することによって、前記貫通孔の内周面にレジスト材を付着させ、
    このレジスト材の表面から前記集合本体基板の上面及び下面に接合されている絶縁基板の側面及び導電膜をメッキ処理することによって、集合本体基板の上面から下面に導通するスルーホールとしての端子電極を形成することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
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