JP5706469B2 - メタルｐｃｂを有するｌｅｄパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関し、より詳しくは、メタルＰＣＢを有するＬＥＤパッケージに関する。

一般に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）は、電流印加によりＰ−Ｎ半導体接合（P-N junction））において、電子と正孔が会って光を発する素子であり、通常、ＬＥＤチップが搭載されたパッケージの構造で作製され、多く「ＬＥＤパッケージ」と呼ばれている。このようなＬＥＤパッケージは、一般に、印刷回路基板（PCB;Printed Circuit Board）
上に装着され、その印刷回路基板に形成された電極から電流を印加され、発光動作するように構成される。

ＬＥＤパッケージにおいて、ＬＥＤチップから発生した熱は、ＬＥＤパッケージの発光性能及び寿命に直接的な影響を及ぼす。これは、ＬＥＤチップで発生した熱が、そのＬＥＤチップに長く留まっていると、ＬＥＤチップをなす結晶構造に転位及び不整合を引き起こすからである。しかも、近年、高出力のＬＥＤパッケージが開発されているが、このような高出力のＬＥＤパッケージは、高電圧の電力により動作され、その高電圧により、ＬＥＤチップで多くの熱が発生してしまうので、その発生した熱を効果的に放出させるための別途の装置が要求される。

これに対して、従来は、アルミニウムベース上に絶縁層及び金属パターン層が順次形成されたメタルＰＣＢを用いて放熱性を向上させたＬＥＤパッケージが開発されたことがある。このような従来のＬＥＤパッケージは、例えば、切削加工等の溝加工により、アルミニウムベースの一部を上部に露出させたホールカップを形成し、そのホールカップにＬＥＤチップを取り付けた後、ＬＥＤチップと金属パターン層を導電性ワイヤで連結して製造される。

しかしながら、このような従来のＬＥＤパッケージは、アルミニウムベースの大きな厚さのため、コンパクトな構造に作製し難く、外部電極とＬＥＤチップを電気的に連結させるリード構造を含んでいないため、通常用いられる印刷回路基板上に搭載することが困難であるという問題点があった。これは、従来のＬＥＤパッケージが、既存の電子機器又は照明機器との互換性が極めて低いことを意味する。また、現在のＬＥＤパッケージメーカが、リード構造を含むＬＥＤパッケージの製造に適合した設備を主に保有しており、上記従来のＬＥＤパッケージは、上述したような既存設備の使用を制限するので、非経済的であるという問題点もあった。

しかも、従来のＬＥＤパッケージは、切削加工等のような溝加工によりホールカップが形成されるので、その溝加工によりＬＥＤチップの実装面が不規則となり、それにより、ＬＥＤチップのダイアタッチ工程を難しくし、また、ダイアタッチされたＬＥＤチップが熱衝撃と機械的衝撃により損傷しやすいという問題点を引き起こす。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、優れた放熱性とコンパクトな構造を有し、既存設備の使用をあまり制限せず、現在広く用いられる電子機器又は照明機器との互換性もよい、メタルＰＣＢを有するＬＥＤパッケージを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一側面によるＬＥＤパッケージは、電気絶縁層を間に介在したまま、第１及び第２の金属薄板を積層して形成されたメタルＰＣＢと、前記メタルＰＣＢの前記第１の金属薄板に実装されるＬＥＤチップと、を備え、前記第１の金属薄板は、電極パターンと、前記電極パターンからそれぞれ延長されたリードとで構成される。

この際、前記リードのそれぞれは、前記メタルＰＣＢから側面外方に延長された前記第１の金属薄板の一部を折り曲げて形成されることが好ましい。より好ましくは、前記リードのそれぞれは、前記第１の金属薄板の一部を２段に折曲してなり、これにより、前記リードのそれぞれは、外部電極との接触面積が拡張され得る。

その代わりに、前記リードのそれぞれは、前記電極パターンに応じて、前記第２の金属薄板をパターニングして形成された端子パターンと、前記メタルＰＣＢを貫通し、前記電極パターンと前記端子パターンを結ぶビア導電部と、を有してなってもよい。

本発明の好適な実施例により、前記第１及び第２の金属薄板は、銅又は銅合金からなる。また、前記ＬＥＤパッケージは、前記ＬＥＤチップを覆うように、前記第１の金属薄板上に形成された封止部材をさらに備え、また、前記ＬＥＤチップから発せられた光の指向角の調整のために、前記ＬＥＤチップの周辺に設けられるホールカップをさらに備えてもよい。前記ホールカップは、樹脂、金属、セラミック、又はそれらの複合物を用いて形成されるものであり、ＦＲ４材質からなってもよい。また、前記ホールカップは、開口部をそれぞれ有したまま、前記第１の金属薄板上に順次形成される絶縁板と金属反射板からなってもよい。また、前記金属反射板は、アルミニウムからなることが好ましい。

本発明のＬＥＤパッケージによると、優れた放熱性と共にコンパクトな構造を有し、メタルＰＣＢを利用しながらも、一般のＬＥＤパッケージと略同一の構造を有したまま、外部電極と連結されるリードを備え、既存の電子機器又は照明機器との互換性があるという利点がある。また、その作製工程が、メタルＰＣＢを有していない一般のＬＥＤパッケージと略同じであり、現ＬＥＤパッケージメーカが保有している多くの設備をそのまま利用可能であるという利点もある。また、ＬＥＤチップが位置するホールカップの形成のために、別途の溝加工が要求されないので、平坦なチップ実装面を有し、これにより、ＬＥＤチップのダイアタッチ工程が、従来のメタルＰＣＢ型ＬＥＤパッケージに比べて容易であり、また、ダイアタッチされたＬＥＤチップが熱衝撃と機械的衝撃に強いという利点がある。

本発明の一実施例によるＬＥＤパッケージを示す斜視図である。 図１に示したＬＥＤパッケージの断面図である。 一つの大きなメタルＰＣＢをベースとして、多数のＬＥＤパッケージが作製される例を説明するための図である。 本発明の他の実施例によるＬＥＤパッケージを示す断面図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。
図１は、本発明の一実施例によるＬＥＤパッケージを示す斜視図であり、図２は、図１に示したＬＥＤパッケージの断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施例のＬＥＤパッケージ１は、メタルＰＣＢ１０と、前記メタルＰＣＢ１０に実装されるＬＥＤチップ２等を備える。また、前記メタルＰＣＢ１０には、前記ＬＥＤチップ２を保護するための光透過性の封止部材３１が略半球状に形成される。また、前記封止部材３１は、それと一体で拡張形成され、前記メタルＰＣＢ１０の上面及び側面の一部を覆う拡張部３２をさらに有し、その拡張部３２により、前記ＬＥＤチップ２はもとより、前記メタルＰＣＢ１０まで外部から保護することができる。

本実施例によるメタルＰＣＢ１０は、第１及び第２の金属薄板１６、１２と、その金属
薄板１６、１２の間に介在された絶縁層１４とを有し、前記第１及び第２の金属薄板１６、１２は、前記絶縁層１４を挟んで積層されている。前記第２の金属薄板１２は、銅又は銅合金からなったまま、前記メタルＰＣＢ１０のベースをなし、前記第１の金属薄板１６は、銅又は銅合金からなったまま、前記絶縁層１４により、前記第２の金属薄板１２と電気的に絶縁されている。

前記第１の金属薄板１６は、前記ＬＥＤチップ２が取り付けられる第１の電極パターン１６２ａと、その第１の電極パターン１６２ａから離隔してパターニングされた第２の電極パターン１６２ｂとを有し、前記第１の電極パターン１６２ａ上のＬＥＤチップ２は、ボンディングワイヤＷにより、前記第２の電極パターン１６２ｂと電気的に連結される。この際、前記絶縁層１４は、電気的に絶縁性を有するが、前記ＬＥＤチップ２から発生した熱の円滑な放出のために、熱伝導性の良好な素材で形成されることが好ましい。

本発明の実施例により、前記第１の金属薄板１６は、前記メタルＰＣＢ１０の側面外方に延長されたリード１６４ａ、１６４ｂをさらに有する。前記リード１６４ａ、１６４ｂは、ＬＥＤパッケージ１が装着される外部の印刷回路基板（図示せず）上の外部電極に連結される部分であり、２段の折曲により、下方に配向されると共に、外部電極（図示せず）との広い接触面積を有するようになる。すなわち、前記リード１６４ａ、１６４ｂのそれぞれは、１番目の折曲により下方に配向され、２番目の折曲により、面同士で重畳されて、第１の金属薄板１６の実際の厚さに比べて大きな厚さの端部を有するようになる。

図１及び図２に示したＬＥＤパッケージ１が、リード１６４ａ、１６４ｂの折曲位置及び方向により、パッケージ装着面と光放出面が互いに反対に位置したトップビュータイプであるが、前記リード１６４ａ、１６４ｂの折曲位置及び方向を異にして、パッケージ装着面と光放出面が垂直をなすようにすることも考えられ、このようにパッケージ装着面と光放出面が垂直をなす構造は、通常、サイドビュータイプと称されるＬＥＤパッケージの具現に適合である。

また、本実施例によるＬＥＤパッケージ１は、所望の光指向角を得るための、すなわち、ＬＥＤチップ２から発せられた光の指向角の調整のためのホールカップ２０をさらに備える。前記ホールカップ２０は、前記封止部材３１の一部が充填される開口部を有するものであり、前記第１の金属薄板１６上において、前記ＬＥＤチップ２の周辺を取り囲み、光を所望の指向角の範囲内に反射させる役割を果たす。前記ホールカップ２０は、前記メタルＰＣＢ１０の第１の金属薄板１６上に直接積層されて形成されるので、メタルＰＣＢに溝を加工してホールカップを形成する必要がなく、したがって、従来の技術とは異なり、メタルＰＣＢのチップ実装面が平坦に形成される。

本発明の実施例により、前記ホールカップ２０は、板状部材に開口部を形成したものが用いられ、その材質は、樹脂、金属、セラミック又はそれらの複合物であってもよい。一例として、前記ホールカップ２０としては、ＦＲ４のような素材が用いられてもよいが、前記ＦＲ４は、ガラス繊維をエポキシと結合して補強した素材（略語で、ERBGF；Epoxy Resin Bonded Glass Fiber）であり、強度と光反射性がよく、通常、印刷回路基板の原資
材として用いられている。

別例として、前記ホールカップ２０は、図２の拡大図に示すように、開口部がそれぞれ形成され、互いに接合されている絶縁板２１と金属反射板２２により形成されてもよい。この際、前記絶縁板２１は、その下方に位置した第１の金属薄板１６と前記金属反射板２２との間を電気的に絶縁させる役割を果たす。また、前記金属反射板２２は、アルミニウム素材からなることが好ましい。

本発明の実施例により、上述したメタルＰＣＢ１０は、図３に示すような、一つの大きなメタルＰＣＢ１０’（以下、「積層原資材」という。）から切断分離された単位メタルＰＣＢ１０であり、そのメタルＰＣＢ１０を含む多数のＬＥＤパッケージ１は、図３に示すように、前記積層原資材１０’をベースとして予め形成される。前記積層原資材１０’は、予め定められた形状にパターニング加工された第１の金属薄板１６、絶縁層１４、第２の金属薄板１２の積層物であり、前記第１の金属薄板１６から延長されたリード１６４ａ、１６４ｂと各層の支持部１０２’により、多数のＬＥＤパッケージ１が前記積層原資材１０’に支持される。また、前記支持部１０２’と前記リード１６４ａ、１６４ｂを切断し、そのリード１６４ａ、１６４ｂを、上述したように折り曲げると、図１及び図２に示した構造を有する単位ＬＥＤパッケージ１となる。

図４は、本発明の他の実施例によるＬＥＤパッケージ１を示す断面図である。本実施例のＬＥＤパッケージ１は、第１の金属薄板１６の電極パターン１６２ａ、１６２ｂから延長されたリードの構造を除いては、残りの構成が上記の実施例と実質的に同一であり、したがって、以下では、上記の実施例と異なるリードの構造について、主に説明する。

図４に示すように、本実施例のリードは、第１の金属薄板１６の電極パターン１６２ａ、１６２ｂに応じて、第２の金属薄板１２をパターニングして形成された端子パターン１２１、１２２と、前記メタルＰＣＢ１０を貫通し、前記電極パターン１６２ａ、１６２ｂと前記端子パターン１２１、１２２を結ぶビア導電部１６５ａ、１６５ｂと、を有する。この際、前記ビア導電部１６５ａ、１６５ｂは、前記メタルＰＣＢ１０を上下に貫通する開口部を予め形成した後、例えば、メッキ等の方式で、前記開口部に前記第１の金属薄板１６及び／又は第２の金属薄板１２と同一の素材の金属を充填することにより形成されてもよい。

以上、本発明が特定の実施例を中心として説明されたが、本発明の趣旨及び特許請求の範囲内で、様々な変形、変更又は修正が当該技術の分野において可能であり、したがって、上述した説明及び図面は、本発明の技術思想を限定するものではなく、本発明を例示するものと解釈されなければならない。

２ ＬＥＤチップ
１０ メタルＰＣＢ
１６ 第１の金属薄板
１４ 絶縁層
１２ 第２の金属薄板
３１ 封止部材
３２ 封止部材の拡張部
２０ ホールカップ
１６２ａ、１６２ｂ 電極パターン
１６４ａ、１６４ｂ リード
１６５ａ、１６５ｂ ビア導電部
１２１、１２２ 端子パターン

Claims (7)

1. 互いに離隔された第１の電極パターン及び第２の電極パターンを含む第１の金属薄板と、
   互いに離隔された第１の端子パターン及び第２の端子パターンを含む第２の金属薄板と、
   前記第１の金属薄板と前記第２の金属薄板との間に介在され、それ自体に形成された第１の開口部及び第２の開口部を含む絶縁層と、
   前記第１の電極パターンと前記第１の端子パターンを接続するために前記第１の開口部内に充填される第１のビア導電部と、
   前記第２の電極パターンと前記第２の端子パターンを接続するために前記第２の開口部内に充填される第２のビア導電部と、
   前記第１の金属薄板上に配置され、前記第１の電極パターン及び第２の電極パターンを露出させる第３の開口部を含むホールカップと、
   前記第３の開口部内に位置したＬＥＤチップと、
   前記第３の開口部を覆うように、前記ホールカップ上に配置された封止部材と、を含み、
   前記ＬＥＤチップは前記第１の電極パターンに取り付けられ、ボンディングワイヤにより、前記第２の電極パターンと電気的に連結され、
   前記封止部材は、前記ホールカップの上部表面、前記ホールカップ、前記第１の金属薄板、前記絶縁層、及び前記第２の金属薄板の側面を覆う拡張部を含むことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記ホールカップは、前記第１の金属薄板上に直接配置された絶縁板と、前記絶縁板上に直接配置された反射板と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記封止部材は、前記第３の開口部に対応する位置の凸部を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記絶縁層は、樹脂、セラミック、またはＦＲ４材質を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記反射板は、金属を含むことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
6. 前記反射板は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
7. 前記第１の金属薄板及び前記第２の金属薄板は、それぞれ銅または銅合金を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。