JP5505745B2 - チップコーティング型ｌｅｄパッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、チップコーティング型ＬＥＤパッケージに関し、より詳細には光抽出効率を増大させ、製品の小型化を図り、製造原価を低減することが出来るチップコーティング型ＬＥＤパッケージに関する。
一般的に、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＥＤと称する）は、半導体のｐ−ｎ接合構造を用いて注入された少数キャリア（電子または正孔）を作り出し、これらの再結合によって電気エネルギーを光エネルギーに変えて発光させる電子部品である。即ち、特定元素の半導体に順方向の電圧を加えると、陽極と陰極の接合部分を通じて電子と正孔が移動しながら相互再結合するが、電子と正孔が離れている時より小さいエネルギーになるため、この際発生するエネルギー差によって光を放出する。
上記ＬＥＤから出る光の領域は、レッド（６３０ｎｍ〜７８０ｎｍ）からブルー−紫外線（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）（３５０ｎｍ）までであって、ブルー、グリーン及びホワイトまでも含んでおり、ＬＥＤは白熱電球と蛍光灯のような従来の光源に比べ低電力消費、高効率、長時間動作寿命などの長所を有しており、その需要が持続的に増加している実情である。
このようなＬＥＤは、最近モバイル端末機の小型照明から室内外の一般照明、自動車照明、大型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用バックライト（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）までその適用範囲が拡大されつつある。
図１は従来のＬＥＤパッケージを図示した縦断面図であって、図示した通り、従来のＬＥＤパッケージ１０は、上部に開放されたキャビティを具備するパッケージ本体１１と、上記パッケージ本体１１の構成時これに一体で設けられるリードフレーム１２と、上記リードフレーム１２と電気的に連結されるよう複数個の金属ワイヤ１５を媒介にワイヤボンディングされ電源印加時光を発生させる発光源である発光チップ１４、及び上記発光チップ１４と金属ワイヤ１５を外部環境から保護するよう上記キャビティ内に満たされる透明樹脂部１７を含んで構成される。
上記透明樹脂部１７は、上記発光チップ１４から発生した光を外部へそのまま通過させるようエポキシのような透明性樹脂剤から成る。
一方、上記発光チップ１４が青色光を発生させる青色発光素子で設けられる場合、所望の白色光を得るため上記透明樹脂部１７に蛍光物質が含まれる。
このような蛍光物質は、上記発光チップ１４から発光される１次波長である青色光を２次波長である白色光に変換されるよう波長を変換させる波長変換手段で、これはＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット系）またはＴＡＧ（テルビウム−アルミニウム−ガーネット系）またはシリケート（Ｓｉｌｉｃａｔｅ）系などを含む粉末から成って主剤の透明性樹脂に含まれ、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）またはレッド（Ｒｅｄ）を混合した形態を全て含む。
しかし、上記発光チップ１４から発生した青色光を白色光に変換させて外部へ照射する過程で、上記青色光が白色光に変換する経路が蛍光物質を含む透明樹脂部１７の構造上、光の照射角度によって長かったり短かったりするため、白色光の照射角度によって色温度が一定でなく照射角度によって温度差が発生する問題点があった。
また、上記発光チップ１４と金属ワイヤ１５は、透明樹脂部１７に含まれたＹＡＧ系、ＴＡＧ系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ系蛍光物質と接触することになるが、上記ＹＡＧ系、ＴＡＧ系、シリケート（Ｓｉｌｉｃａｔｅ）系蛍光物質は、電気的伝導性を有する重金属系列の粉末から成っているため、発光時発光チップ１４の光効率を低下させる漏れ電流を発生させ、パッケージの信頼性を低下させる。
また、上記透明性樹脂部に含まれた蛍光物質と金属ワイヤ１５との接触による漏れ電流を防ぐための構造として、上記発光チップ１４をサブマウント（未図示）上の複数個のバンプボールを媒介にフリップチップボンディングし、上記サブマウントをパッケージ本体１１のリードフレーム１２上に搭載した後、上記サブマウントとリードフレーム１２とを相互電気的に連結するよう金属ワイヤを媒介にワイヤボンディングする構造がある。
このような状態で、上記蛍光物質を含む透明性樹脂が上記パッケージ本体１１のキャビティ内に満たされたり、サブマウント上にフリップチップボンディングされた発光チップ１４のみを覆ってこれを保護する透明性樹脂部１７を構成した。
しかし、上記発光チップ１４が搭載されるサブマウントとリードフレーム１２との間をワイヤボンディングする構造では、金属ワイヤの一端部がボンディング連結されるサブマウントの大きさを十分確保すべきであるため、パッケージの大きさを小型化するに限界があり、その製造工程が複雑で製造原価を上昇させる要因として作用した。
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのものであって、その目的は、照射角度による色温度差を防いで光効率を向上させることができ、工程歩留まりを高めることができ、パッケージの大きさをより小型化することができ、大量生産を図ることが出来るチップコーティング型ＬＥＤパッケージを提供することにある。
上記のような目的を達成すべく、本発明は、サブマウントと、Ｐ極またはＮ極のいずれ
か一電極が上部面に形成され、他の一電極が下部面に形成され、前記サブマウント上にダ
イアタッチングされて搭載される垂直型構造のチップダイと、前記チップダイの上部面に
均一な厚さに形成され、蛍光物質を有する樹脂層と、前記チップダイの上部面に形成され
た一電極に電気的に接続され、前記樹脂層を通じて外部へ露出される上面を有する導電性
バンプと、を具備し、前記導電性バンプの露出された上面は、前記樹脂層の上面と実質的
に同一面を成す発光チップと、前記発光チップが搭載され、前記発光チップが搭載された
領域に位置する第１金属部材及び前記金属部材と電気的に分離された第２金属部材を有す
るパッケージ本体と、を含み、前記第２金属部材は、金属ワイヤによって前記チップダイ
の上部面に位置した一電極に電気的に連結され、前記第１金属部材は、前記サブマウント
を通じて前記チップダイの下部面に位置した他の一電極に電気的に連結され、前記サブマウントの側面と前記樹脂層の側面は、実質的に同一の平面をなすチップコーティング型ＬＥＤパッケージを提供する。
好ましく、前記チップコーティング型ＬＥＤパッケージは、前記発光チップ及び前記金属ワイヤを保護するよう形成された透明な樹脂材をさらに含む。
好ましく、前記チップコーティング型ＬＥＤパッケージは、前記発光チップから発生した光の指向角または光効率を向上させるよう前記パッケージ本体の上部に配置されたレンズをさらに含む。
好ましく、前記樹脂層及び前記導電性バンプは、上面が研磨またはカッティングによって均一な面を有する。
より好ましく、前記導電性バンプは、複数個で具備される。
より好ましく、前記パッケージ本体の少なくとも一部には、前記発光チップから発生した光を反射させる反射部が形成される。
好ましく、前記反射部は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）及び銅（Ｃｕ）のうち何れか一つから成る反射物質をコーティングまたは蒸着して具備される。
より好ましく、前記反射部は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、チ
タン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）及び銅（Ｃｕ）のうち何れか一つから成る板材を接着して
具備される。
より好ましく、前記導電性バンプは、前記チップダイの上部面に単独に設けられる。
本発明によると、電源印加時、光を発生させるチップダイの外部面に蛍光物質を含む樹脂層を均一な厚さで具備し、樹脂層を通じて外部露出されるバンプボールが金属ワイヤを媒介に電極部と電気的に連結されることにより、発生した光が樹脂層を通過する経路は照射角度に関係なく一定なため、従来のような照射角度による色温度差を防いで光効率を向上させることが出来る。
また、電気伝導性を有する蛍光物質と金属ワイヤとの接触を根本的に防ぐことが出来るため、従来のような漏れ電流を予防して製品の信頼性を向上させることが出来る。
また、パッケージの大きさを減らして製品の小型化を図ることができ、製造工程が単純でパッケージを大量に生産し、これによって製造原価を低減することが出来る。
以下、本発明を添付の図面を参照してさらに詳細に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、本発明によるチップコーティング型ＬＥＤパッケージを図示した製造工程図で、図３は本発明によるチップコーティング型ＬＥＤパッケージの第１実施例を図示した斜視図である。
本発明のＬＥＤパッケージ１００は、発光チップ１１０、電極部１２０及びパッケージ本体１３０を含んで構成される。
上記発光チップ１１０は、チップダイ１０１、バンプボール１０２、樹脂層１０３及びサブマウント１０４から成り、上記チップダイ１０１はサブマウント１０４上にダイアタッチング（ｄｉｅ ａｔｔａｃｈｉｎｇ）されて搭載され、電源印加時光を発生させる発光源である。
ここで、上記チップダイ１０１は、電源印加時近紫外線光や青色光を発生させる発光源であり、このようなチップダイ１０１は、高出力、高輝度の青色光を発生させる窒化ガリウム系発光ダイオードチップが好ましく、これはＰ極、Ｎ極が上部面に形成された水平型構造やＰ極、Ｎ極が上下部面にそれぞれ形成された垂直型構造の何れも採用することが出来る。
そして、上記窒化ガリウム系発光チップは、公知の半導体素子であるため、これに関する具体的な構成については説明を省略する。
上記サブマウント１０４上に搭載されたチップダイ１０１の上部面には、上記電極部１２０と電気的に連結されるバンプボール１０２を具備し、このようなバンプボール１０２は上記チップダイ１０１の構造によって単独または２個で具備されることが出来る。
即ち、上記バンプボール１０２は、上記チップダイ１０１の構造によってその形成個数が変更され、上記チップダイ１０１のＰ極、Ｎ極が上下部面にそれぞれ形成された垂直型構造で設けられる場合、上記バンプボール１０２は上記チップダイ１０１の上部面に形成されたＰ極と電気的に連結されるよう単独で具備される。
上記チップダイ１０１のＰ極、Ｎ極が両方とも上部面に形成された水平型構造で設けられる場合、上記バンプボール１０２は上記チップダイ１０１の上部面に形成されたＰ極とＮ極とがそれぞれ電気的に連結するよう２個で具備される。
また、上記樹脂層１０３は、上記サブマウント１０４上にダイアタッチングされたチップダイ１０１の外部面を一定に覆うよう、エポキシ、シリコン及びレジン等のような透明な樹脂材から成る。
ここで、上記樹脂層１０３には、上記チップダイから発生した光を白色光に変換できるＹＡＧ系、ＴＡＧ系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ系のうち何れか一つの波長変換手段である蛍光物質が含まれる。
そして、上記電極部１２０は、上記樹脂層１０３の上部面を通じて外部露出される少なくとも一つのバンプボール１０２と金属ワイヤ１２５を媒介に電気的に連結される。
このような電極部１２０は、図３に図示した通り、射出成形される樹脂構造物であるパッケージ本体１３０の内部に一体で具備され、上記バンプボール１０２に一端がワイヤボンディングされた金属ワイヤ１２５の他端がワイヤボンディングされるリードフレーム１２１で具備されることも出来るが、これに限定されるのでなく、図４に図示した通り、基板１３１として設けられるパッケージ本体１３０の上部面に印刷される電極パターン１２２で具備されることも出来る。
また、上記電極部１２０と電気的に連結される発光チップ１１０が設けられるパッケージ本体１３０は、図３に図示した通り、上記発光チップ１１０が搭載される電極部１２０をリードフレーム１２１で具備して、これを外部へ露出するキャビティ（Ｃ）を具備するよう樹脂物で射出成形される樹脂構造物である。
このようなキャビティ（Ｃ）は、内部面に上記発光チップ１１０から発生した光を反射させる反射部１３５をさらに含み、このような反射部１３５は、上記キャビティ（Ｃ）の傾斜した内部面全体に光反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）及び銅（Ｃｕ）のうち何れか一つから成る反射物質を満遍なくコーティングまたは蒸着して具備できるが、これに限定されるのではなく、光反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ） 及び銅（Ｃｕ）のうち何れか一つから成る板材を別途で接着して具備することも出来る。
また、上記パッケージ本体１３０の上部には、上記発光チップ１１０から発生した光の指向角を広げたり、光効率を高めることが出来るようレンズ（Ｌ）を具備することができ、上記レンズ（Ｌ）によって覆われるキャビティ（Ｃ）には、上記発光チップ１１０と金属ワイヤ１２５を外部環境から保護するよう透明な樹脂材から成る充填剤が満たされることが出来る。
一方、図４は本発明によるチップコーティング型ＬＥＤパッケージの第２実施例を図示したものであって、このようなＬＥＤパッケージ１００ａのパッケージ本体１３０は、上記発光チップ１１０が搭載される金属シャシー１３２と、これを外部へ露出できるよう一定大きさの配置孔１３３を貫通形成し、上記電極部１２０が上部面にパターン印刷される基板１３１で具備されることも出来る。
ここで、上記配置孔１３３の内部面にも上記と同様に上記発光チップ１１０から発生した光を反射させる反射部１３５を具備することが出来る。
そして、上記基板形態で設けられるパッケージ本体１３０の上部にも、上記発光チップ１１０から発生した光の指向角を広げたり光効率を高めるようレンズ（Ｌ）を具備することができ、上記レンズ（Ｌ）によって覆われる配置孔１３３とレンズとの間には透明な樹脂材から成る充填剤が満たされる。
上記構成のＬＥＤパッケージを製造する工程は、図２（ａ）に図示した通り、半導体の製造工程によって製造されたチップダイ１０１をウェーハ（Ｗ）上に一定間隔を置いて複数個ダイアタッチ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ）方式で搭載する。
ここで、上記ウェーハ（Ｗ）は、上記チップダイ１０１に設けられるＰ極、Ｎ極の配置形態によって、非伝導性または伝導性素材のうち何れか一つに選択して構成されることが出来る。
そして、上記ウェーハ（Ｗ）上にダイアタッチングされたチップダイ１０１の上部面には、図２（ｂ）に図示した通り、少なくとも一つのバンプボール１０２をそれぞれ具備する。
このようなバンプボール１０２は、上記チップダイ１０１に設けられるＰ、Ｎ極の配置形態（垂直型または水平型）によって単独または２個ずつ具備される。
上記バンプボール１０２は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどのように熱伝導性、電気伝導性に優れた金属材で構成されるのが好ましい。
次いで、上記ウェーハ（Ｗ）上に樹脂層１０３を形成する段階は、図２（ｃ）に図示した通り、上部面に上記バンプボール１０２を形成した複数個のチップダイ１０１が樹脂材で覆われるよう上記ウェーハ（Ｗ）上にシリコン、エポキシなどのような透明性樹脂を一定厚さでプリンティングする方式でプリンティングして具備する。
この際、上記透明性樹脂は、上記バンプボール１０２の直径サイズを考慮して３００μｍ以下の厚さを有するよう覆われる。
そして、上記バンプボール１０２を含むチップダイ１０１を覆うよう上記ウェーハ（Ｗ）上にプリンティングされた樹脂層１０３は、人為的に提供される熱によって熱硬化される。
ここで上記樹脂層１０３には、上記チップダイ１０１の発光色に応じて白色光に変換できるようチップダイ１０１の発光色を波長変化させる光波長変換手段である蛍光物質を含む。
また、図２（ｄ）に図示した通り、上記ウェーハ（Ｗ）上に具備された樹脂層１０３は、未図示の研磨手段によって上記チップダイ１０１上に具備されたバンプボール１０２を外部へ露出させるよう上部面が研磨され、研磨方法においてはグラインダーを用いた研磨方法やフライカッター（Ｆｌｙ Ｃｕｔｔｅｒ）を用いたカット方法で均一な面を得ることができ、これは精密性と生産性を考慮して選択する。
この際、上記研磨手段によって研磨される樹脂層１０３は、上部面が上記ウェーハ（Ｗ）と並んで層の厚さが一定になるよう研磨すべきである。
次いで、図２（ｅ）に図示した通り、上記バンプボール１０２が外部へ露出されるよう樹脂層１０３が研磨されたチップダイ１０１は、隣接するチップダイ１０１との間に形成された縦、横の切断線に沿って切断されることによって、電源印加時光を発生させる発光チップ１１０として製造される。
このような発光チップ１１０は、ウェーハ（Ｗ）が切断されたサブマウント１０４上にダイアタッチングされたチップダイ１０１と、上記チップダイ１０１の上部面に設けられる少なくとも一つのバンプボール１０２及び上記バンプボール１０２を外部へ露出させながら上記チップダイ１０１の外部面を均一に覆う樹脂層１０３で構成される。
上記構成の発光チップ１１０は、図２（ｆ）に図示した通り、リードフレーム１２１で設けられる電極部１２０の上部面に搭載され、上記電極部１２０は上記発光チップ１１０のバンプボール１０２に一端がボンディングされた金属ワイヤ１２５の他端とワイヤボンディングされる。
ここで、上記電極部１２０は、上部に開放されたキャビティ（Ｃ）を形成するよう樹脂材で射出成形されるパッケージ本体１３０のキャビティ（Ｃ）を通じて外部へ露出される金属部材である。
上記の構造を有するＬＥＤパッケージ１００、１００ａに順方向の電流が印加される場合、この電流は上記電極部１２０を通じて発光チップ１１０に供給されることにより、上記発光チップ１１０のチップダイ１０１は、これを構成する半導体素材の差によってＲ、Ｇ、Ｂのうち何れか一つの色を有する光を発生することになる。
そして、上記チップダイ１０１から発生した光は、その外部面を均一に覆うよう具備された樹脂層１０３を通過して外部へ放射される。
この際、上記樹脂層１０３に蛍光物質が含まれている場合、上記チップダイから発生した青色光の１次波長は、蛍光物質に２次波長である白色光を転換して上記発光チップ１１０は白色光を発生させることに成る。
ここで、上記蛍光物質が含む樹脂層１０３は、チップダイの外部面に一定の厚さで均一に具備され、電源印加時チップダイ１０１から発生した光が上記樹脂層１０３を通過する経路が照射角度によって一定なため、照射角度による色温度差を防ぐことが出来る。
また、上記金属ワイヤ１２５が電気的伝導性を有する重金属系列から成る蛍光物質との接触を根本的に防いで漏れ電流が発生することを予防することができるため、上記発光チップ１１０の光効率を向上させることができ、劣化特性が悪化することを防いで製品の信頼性を高めることが出来る。
続いて、上記発光チップ１１０から発生した光は、キャビティ（Ｃ）または配置孔１３３の傾斜した内部面に具備された反射部１３５へ反射され、より広い角度で外部放射される。
本発明は、特定の実施例に関して図示し説明したが、添付の特許請求範囲によって備えられる本発明の精神や分野を外れない範囲内で本発明が多様に改造及び変化できることは、当業界で通常の知識を有している者は容易に分かることを明らかにする。
従来のＬＥＤパッケージを図示した縦断面図である。 本発明によるチップコーティング型ＬＥＤパッケージの製造工程図である。 本発明によるチップコーティング型ＬＥＤパッケージの第１実施例を図示した斜視図である。 本発明によるチップコーティング型ＬＥＤパッケージの第２実施例を図示した断面図である。
１０、１００、１００ａ ＬＥＤパッケージ
１１、１３０ パッケージ本体
１２、１２１ リードフレーム
１５、１２５ 金属ワイヤ
１４、１１０ 発光チップ
１７ 透明樹脂部
１０１ チップダイ
１０２ バンプボール
１０３ 樹脂層
１０４ サブマウント
１２０ 電極部
１２２ 電極パターン
１３１ 基板
１３２ 金属シャシー
１３３ 配置孔
１３５ 反射部
Ｃ キャビティ
Ｌ レンズ
Ｗ ウェーハ

Claims (9)

  1. サブマウントと、
    Ｐ極またはＮ極のいずれか一電極が上部面に形成され、他の一電極が下部面に形成され、前記サブマウント上にダイアタッチングされて搭載される垂直型構造のチップダイと、
    前記チップダイの上部面に均一な厚さに形成され、蛍光物質を有する樹脂層と、前記チップダイの上部面に形成された一電極に電気的に接続され、前記樹脂層を通じて外部へ露出される上面を有する導電性バンプと、を具備し、
    前記導電性バンプの露出された上面は、前記樹脂層の上面と実質的に同一面を成す発光チップと、前記発光チップが搭載され、前記発光チップが搭載された領域に位置する第１金属部材及び前記第１金属部材と電気的に分離された第２金属部材を有するパッケージ本体と、を含み、
    前記第２金属部材は、金属ワイヤによって前記チップダイの上部面に位置した一電極に
    電気的に連結され、
    前記第１金属部材は、前記サブマウントを通じて前記チップダイの下部面に位置した他
    の一電極に電気的に連結され、
    前記サブマウントの側面と前記樹脂層の側面は、実質的に同一の平面をなすことを特徴とするチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
  2. 前記発光チップ及び前記金属ワイヤを保護するよう形成された透明な樹脂材をさらに含
    む、請求項１に記載のチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
  3. 前記発光チップから発生した光の指向角または光効率を向上させるよう前記パッケージ
    本体の上部に配置されたレンズをさらに含む、請求項１又は２に記載のチップコーティン
    グ型ＬＥＤパッケージ。
  4. 前記樹脂層及び前記導電性バンプは、上面が研磨またはカッティングによって均一な面
    を有する、請求項１に記載のチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
  5. 前記導電性バンプは、複数個で具備される請求項１に記載のチップコーティング型ＬＥ
    Ｄパッケージ。
  6. 前記パッケージ本体の少なくとも一部には、前記発光チップから発生した光を反射させ
    る反射部が形成される、請求項１に記載のチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
  7. 前記反射部は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、
    クロム（Ｃｒ）及び銅（Ｃｕ）のうち何れか一つから成る反射物質をコーティングまたは
    蒸着して具備される、請求項５に記載のチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
  8. 前記反射部は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、
    クロム（Ｃｒ）及び銅（Ｃｕ）のうち何れか一つから成る板材を接着して具備される、請
    求項５に記載のチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
  9. 前記導電性バンプは、前記チップダイの上部面に単独に設けられる、請求項１に記載のチップコーティング型ＬＥＤパッケージ。
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