特許 7113607 ＬＥＤパッケージ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-28

(45)【発行日】2022-08-05

(54)【発明の名称】ＬＥＤパッケージ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/62 20100101AFI20220729BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20220729BHJP

【ＦＩ】

H01L33/62

H01L21/78 Q

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017211989

(22)【出願日】2017-11-01

(65)【公開番号】P2019087549

(43)【公開日】2019-06-06

【審査請求日】2020-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097043

【弁理士】

【氏名又は名称】浅川 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100128071

【弁理士】

【氏名又は名称】志村 正樹

(72)【発明者】

【氏名】飯野 高史

(72)【発明者】

【氏名】今井 貞人

(72)【発明者】

【氏名】宮下 純二

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１９４４０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０７９９１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１６６００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４６９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００６３２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｈ０１Ｌ ２１／７８

Ｈ０１Ｌ ２３／１２－２３／１５

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０５Ｋ １／０５

Ｈ０５Ｋ ３／２８

Ｈ０５Ｋ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料によって形成され、上面、側面及び下面に金属面が露出するベース基板と、
該ベース基板の上面に配置され、中央部に開口部を有するマウント基板と、
前記開口部によって露出された前記ベース基板の上面に配置される複数の発光素子と、
開口部の外周に沿ったマウント基板上に設けられる反射枠と、
該反射枠で囲われた複数の発光素子を封止する樹脂体と、
前記マウント基板上に設けられ前記複数の発光素子に電力を供給する内部電極と、
前記内部電極と電気的に接続され、前記開口部の外側に設けられる一対の外部電極と、
前記金属面が露出した前記ベース基板の側面及び下面のうち、前記外部電極に近い側面の一部を被覆する絶縁膜と、を備えるＬＥＤパッケージ。

【請求項2】

請求項１において、
前記ベース基板が熱伝導性を有するＬＥＤパッケージ。

【請求項3】

請求項１から２のいずれかにおいて、
前記ベース基板がアルミニウムであるＬＥＤパッケージ。

【請求項4】

金属材料からなる集合ベース基板の上面に絶縁材料からなる集合マウント基板を接合し、前記集合ベース基板及び集合マウント基板をダイシングすることによって、個片化されたベース基板及びマウント基板からなるＬＥＤパッケージを複数形成するＬＥＤパッケージの製造方法であって、
前記集合ベース基板の下面から予め設定されたマス目状のダイシングラインに沿って前記集合マウント基板に達する所定幅の溝部をハーフダイシングによって形成し、
前記溝部内に絶縁材を形成したのち、溝部の幅の中心線に沿って前記集合ベース基板及び集合マウント基板をフルダイシングすることによって、個片化された前記ベース基板の側面を絶縁膜で被覆するＬＥＤパッケージの製造方法。

【請求項5】

請求項４において、
前記溝部内に絶縁材を形成すると共に前記集合ベース基板の下面に絶縁膜を被覆形成し、溝部の幅の中心線に沿って前記集合ベース基板及び集合マウント基板をフルダイシングすることによって、個片化された前記ベース基板の側面及び下面を絶縁膜で被覆するＬＥＤパッケージの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属製のベース基板を用いて形成されるＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージ及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、照明器具等の設計の小型化に対応して、実装用のベース基板上に複数の発光素子を配置してなるチップオンボード（ＣＯＢ）タイプのＬＥＤパッケージが用いられている（特許文献１）。このＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージは、熱伝導性の高いアルミニウム等によって形成されたベース基板上にアノード（正電極）及びカソード（負電極）を形成し、発光部となる領域に複数の発光素子を実装した後、この発光部全体を蛍光体が含有されたシリコーン樹脂にて封止した構造となっている。

【0003】

このようなＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージは、ＳＭＤタイプのＬＥＤパッケージと異なり、装置の筐体やヒートシンク等の放熱部に直接取り付けることが可能となっている。このため、実装工程およびプリント基板が不要になると共に、アルミニウム等からなるベース基板上に複数の発光素子を直に実装することにより、放熱的にも優れた特性を有したものとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－００９２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来のＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージにあっては、放熱性を高めるため、金属製のベース基板の側面や裏面を露出した状態にして使用するのが一般的である。しかしながら、前記側面や裏面が放熱性と共に導電性も備えているため、過電流や雷サージが発生した場合、静電破壊に至るケースもある。このように、従来のＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージにあっては、絶縁耐性が低いことから、ＳＭＤタイプのパッケージに比べて耐久性や取扱いの容易性等に問題があった。

【0006】

そこで、本発明の目的は、金属面が外部に露出するベース基板の外周面を絶縁膜によって被覆することで、十分な絶縁耐性が確保でき、耐久性を高めると共に取扱いも容易なＬＥＤパッケージ及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤパッケージは、金属材料によって形成され、上面、側面及び下面に金属面が露出するベース基板と、該ベース基板の上面に配置され、中央部に開口部を有するマウント基板と、前記開口部によって露出された前記ベース基板の上面に配置される複数の発光素子と、開口部の外周に沿ったマウント基板上に設けられる反射枠と、該反射枠で囲われた複数の発光素子を封止する樹脂体と、前記マウント基板上に設けられ前記複数の発光素子に電力を供給する内部電極と、前記内部電極と電気的に接続され、前記開口部の外側に設けられる一対の外部電極と、前記金属面が露出した前記ベース基板の側面及び下面のうち、前記外部電極に近い側面の一部を被覆する絶縁膜と、を備える。

【0008】

本発明のＬＥＤパッケージの製造方法は、金属材料からなる集合ベース基板の上面に絶縁材料からなる集合マウント基板を接合し、前記集合ベース基板及び集合マウント基板をダイシングすることによって、個片化されたベース基板及びマウント基板からなるＬＥＤパッケージを複数形成するＬＥＤパッケージの製造方法であって、前記集合ベース基板の下面から予め設定されたマス目状のダイシングラインに沿って前記集合マウント基板に達する所定幅の溝部をハーフダイシングによって形成し、前記溝部内に絶縁材を形成したのち、溝部の幅の中心線に沿って前記集合ベース基板及び集合マウント基板をフルダイシングすることによって、個片化された前記ベース基板の側面を絶縁膜で被覆する。

【発明の効果】

【0009】

本発明のＬＥＤパッケージによれば、金属面が露出するベース基板の少なくとも側面が絶縁膜で被覆されるため、ＬＥＤパッケージが実装される装置内や雷サージ等の外部からの予期しない過電流が発生した場合であっても、発光部に実装されている各発光素子の絶縁破壊を有効に防止することができる。また、前記絶縁膜によって静電気をカットすることができるので、耐久性が向上すると共に、保管や実装時における取扱いも容易となる。

【0010】

本発明のＬＥＤパッケージの製造方法によれば、上面に集合マウント基板が接合された集合ベース基板を用意し、集合ベース基板の下面側から前記集合マウント基板に達する溝部をハーフダイシングによって形成し、この溝部に絶縁材を形成した後に、この溝部を中心線に沿ってフルダイシングすることによって、個片化されたベース基板の側面に絶縁膜が被覆された絶縁耐性の高いＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージを容易かつ大量に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態のＬＥＤパッケージの斜視図である。

【図2】第２実施形態のＬＥＤパッケージの斜視図である。

【図3】第２実施形態のＬＥＤパッケージの断面図である。

【図4】第３実施形態のＬＥＤパッケージの断面図である。

【図5】第３実施形態のＬＥＤパッケージの作用図である。

【図6】第２実施形態のＬＥＤパッケージの製造工程を示す説明図である。

【図7】第３実施形態のＬＥＤパッケージの製造工程を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、本発明の第１実施形態のＬＥＤパッケージ１１ａを示したものである。このＬＥＤパッケージ１１ａは、矩形状のベース基板１２と、中央部に開口部１９、この開口部１９の外側に一対の外部電極２３を有して前記ベース基板１２の上面１２ａに配置されるマウント基板１４と、前記開口部１９内に形成される発光部１３とによって構成されている。

【0013】

前記ベース基板１２は、アルミニウムからなる金属材料を照明用途や照明規模等に応じて、十数ｍｍ～数十ｍｍ四方の矩形状に形成され、発光部１３及びマウント基板１４が設けられる上面１２ａを除く側面１２ｂ及び下面１２ｃが金属面となって露出している。前記側面１２ｂ及び下面１２ｃは放熱面となるため、通常は金属面が露出した状態で使用されるが、本実施形態では、前記側面１２ｂの一部を絶縁膜２４によって被覆した。この絶縁膜２４は、前記一対の外部電極２３が設けられているマウント基板１４の下面からベース基板１２の下面１２ｃに掛けて形成されている。このように、金属面が露出した側面１２ｂの外部電極２３に近い部分を絶縁処理することによって、外部電極２３とベース基板１２の下面１２ｃ間の絶縁耐性を高めることができる。また、前記絶縁膜２４で被覆されていないベース基板１２の側面１２ｂ及び下面１２ｃは露出した金属面となっているので、この部分において十分な放熱性を確保することができる。前記絶縁膜２４は、セラミック系の絶縁材料を含んだ塗膜層となっており、電着法や溶射法等によって形成することができる。

【0014】

前記マウント基板１４は、ガラスエポキシ樹脂製の板状部材であり、前記ベース基板１２とほぼ同一サイズに形成されている。このマウント基板１４の中央には、前記発光部１３の形成領域となる円形の開口部１９が設けられ、この開口部１９を通してベース基板１２の上面１２ａの一部が露出している。前記一対の外部電極２３は、発光部１３内に配置されている複数の発光素子１５に外部から電力を供給するための一方がアノード端子、他方がカソード端子となる外部端子であり、金メッキ等によってマウント基板１４の上面に形成されている。

【0015】

前記発光部１３は、図５に示すように、前記マウント基板１４の開口部１９を通して露出するベース基板１２の上面１２ａに配置される複数の発光素子１５と、開口部１９の外周に沿ったマウント基板１４上に形成される一対の内部電極２２と、開口部１９の外周に沿ったマウント基板１４上に形成されるリング状の反射枠１７と、この反射枠１７で囲われた複数の発光素子１５を封止する樹脂体１８とを備えている。前記発光素子１５は、発光容量に応じて数十個程度が所定の間隔で配列され、ワイヤ１６を介して相互に電気的に接続されている。また。前記一対の内部電極２２は、反射枠１７内に封入され、マウント基板１４に形成される図示しない配線パターンによって対応する前記一対の外部電極２３と電気的に接続されている。

【0016】

前記樹脂体１８は、各発光素子１５の発光色に適合するシリコーン樹脂が使用され、反射枠１７で囲われた発光素子１５の実装領域を封止している。この樹脂体１８は、透明な樹脂基材に所定分量の蛍光剤を含有させて成形したものであり、例えば、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂基材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）や、色素粒子の原料となる染料等からなる蛍光剤を適量混入することによって形成することができる。

【0017】

前記発光部１３を構成する複数の発光素子１５は、一般照明用として白色系の発光色を出すために、窒化ガリウム系化合物半導体からなる同一種類且つ同一サイズの青色発光素子を用いている。この青色発光素子は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にｎ型半導体、ｐ型半導体を拡散成長させた拡散層とからなっている。前記ｎ型半導体及びｐ型半導体はそれぞれｎ型電極，ｐ型電極を上面に備えており、ワイヤ１６を介して互いに電気的に接続されている。

【0018】

図２及び図３は第２実施形態のＬＥＤパッケージ１１ｂを示したものである。このＬＥＤパッケージ１１ｂは、四方向の側面１２ｂの全てを絶縁膜２４によって被覆した。この絶縁膜２４は、前記一対の外部電極２３が設けられているマウント基板１４の下面からベース基板１２の下面１２ｃに掛けて形成されている。このように、金属面が露出した全ての側面１２ｂを絶縁処理することによって、第１実施形態のＬＥＤパッケージ１１ａよりも高い絶縁耐性を得ることができる。これによって、前記絶縁膜２４で被覆されていないベース基板１２の下面１２ｃは露出した金属面となっているので、この部分において十分な放熱性を確保することができる。

【0019】

図４は第３実施形態のＬＥＤパッケージ１１ｃを示したものである。このＬＥＤパッケージ１１ｃは、四方向の側面１２ｂと、下面１２ｃの全てを絶縁膜２４によって被覆した。この絶縁膜２４は、前記一対の外部電極２３が設けられているマウント基板１４の下面からベース基板１２の下面１２ｃまでを完全に覆うように形成されている。このように、金属面が露出した側面１２ｂ及び下面１２ｃの全てを絶縁処理することによって、第２実施形態のＬＥＤパッケージ１１ｂよりもさらに高い絶縁耐性を得ることができる。

【0020】

本実施形態では、ベース基板１２が約０．７０ｍｍの厚みのアルミニウム、マウント基板１４が約０．１ｍｍの厚みのガラスエポキシ樹脂によって形成され、０.０２５ｍｍ程度の厚みの接着シートを介してベース基板１２の上面に接合されている。このマウント基板１４上に形成される外部電極２３は、厚みが約０．０１５ｍｍのレジスト上に金メッキによって形成されている。

【0021】

上記ＬＥＤパッケージ１１ｃにおける絶縁耐性は、図５に示したように、外部電極２３とベース基板１２の側面１２ｂとの間（Ａ）、内部電極２２とベース基板１２の上面１２ａとの間（Ｂ）、各発光素子１５とベース基板１２の上面１２ａとの間（Ｃ）の３か所で測定される。この３か所の絶縁耐性のレベルは（Ａ）＜（Ｂ）＜（Ｃ）となっている。（Ａ）では１．０～１．２ｋＶ程度、（Ｂ）では３．０～３．６ｋＶ程度、（Ｃ）では約４．５ｋＶ程度とされている。

【0022】

本発明では、前記ベース基板１２の露出した側面１２ｂ、下面１２ｃにジルコニア（ＺｒＯ２）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック系の絶縁材料からなる絶縁膜２４を被覆することによって、絶縁耐性を高めるように構成されている。前記絶縁膜２４は、ベース基板１２の側面１２ｂのみの場合と、側面１２ｂ及び下面１２ｃの両方との２通りが選択可能である。前記ベース基板１２の側面１２ｂに絶縁膜２４を被覆することによって、（Ａ）外部電極２３－ベース基板１２の側面１２ｂ間での絶縁耐性を高めることができ、ベース基板１２の下面１２ｃに絶縁膜２４を被覆することによって、（Ｂ）内部電極２２－ベース基板１２の上面１２ａ間、（Ｃ）各発光素子１５－ベース基板１２の上面１２ａ間の絶縁耐性を高めることが可能となる。

【0023】

次に、上記構成のＬＥＤパッケージ１１ｃに対して絶縁耐圧試験を行った結果を示す。この試験では、マウント基板１４上の一対の外部電極２３同士を短絡させ、この一対の外部電極２３とベース基板１２の下面１２ｃとの間に交流電圧を印加させることによって行った。そして、内部電極２２，外部電極２３とベース基板１２との間で絶縁破壊が生じる交流電圧値まで変化させることによって、絶縁破壊電圧を測定した。この測定に用いた絶縁膜２４の材料は、ジルコニア（ＺｒＯ２）と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の２種類で行い、電着法によってベース基板の露出した金属面に被覆した。

【0024】

金属露出面に絶縁処理がされていない従来のＣＯＢタイプのベース基板の場合、絶縁破壊電圧は約１ｋＶ程度となっている。これに対して、本願発明では、ベース基板１２の側面１２ｂに絶縁膜２４を被覆した場合の絶縁破壊電圧は＋０．７ｋＶ以上となり、側面１２ｂ及び下面１２ｃの両方に絶縁膜２４を被覆した場合、＋２ｋＶ以上となることが確認された。このことから、少なくともベース基板１２の側面１２ｂ、特に一対の外部電極２３近傍範囲に絶縁膜２４を被覆することによって、従来の一般的なＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージに対して、より高度な絶縁耐性を得ることができる。一方、ベース基板１２の下面１２ｃ側に絶縁膜を形成せずに金属面として露出させることで、この部分においては、絶縁耐性よりも放熱性を優先した設計を行うことができる。

【0025】

図６はベース基板１２の側面１２ｂのみを絶縁膜２４によって被覆したＬＥＤパッケージ１１ｂを複数個一括して製造するための製造工程を示したものである。最初にＬＥＤパッケージ１１ｂが複数個形成可能な金属材料からなる集合ベース基板３２に、この集合ベース基板３２と同一平面サイズの樹脂材料からなる集合マウント基板３４を接合した集合基板３１を用意する（工程ａ）。前記集合マウント基板３４には、予め複数の開口部１９が設けられ、この開口部１９の周囲に図示しない内部電極及び外部電極がそれぞれ形成されている。

【0026】

前記集合ベース基板３２の下面３２ｃを上にした状態で、個々のＬＥＤパッケージ１１ｂに分割するためのダイシングライン３５を設定する。そして、このダイシングライン３５に沿って、集合ベース基板３２を集合マウント基板３４に達するまでハーフダイシングする（工程ｂ，ｃ）。

【0027】

次の工程ｄでは、ダイシング溝３６内のみに絶縁膜２４を形成し、集合ベース基板３２の下面３２ｃは金属面のままの状態にしておく。そして、前記ダイシング溝３６の中心線となるダイシングライン３５に沿って集合ベース基板３２及び集合マウント基板３４をフルダイシングする（工程ｅ）。このフルダイシングによって、複数の分割されたベース基板１２の側面１２ｂにのみに絶縁膜２４が被覆された状態となる。

【0028】

そして、マウント基板１４の開口部１９に沿って設けられる反射枠１７内に複数の発光素子１５が載置され樹脂体によって封止された発光部１３を形成することで、個々のＬＥＤパッケージ１１ｂが完成する（工程ｆ）。

【0029】

図７はベース基板１２の側面１２ｂから下面１２ｃまでを絶縁膜２４によって被覆したＬＥＤパッケージ１１ｃを複数個一括して製造するための製造工程を示したものである。工程ａから工程ｃまでは図６と共通であるが、工程ｃにおけるハーフダイシングによって形成されたダイシング溝３６内及び集合ベース基板３２の下面３２ｃ全体に掛けて絶縁膜２４を被覆する。この被覆は、電着法又は溶射法によって行われる（工程ｄ）。前記絶縁膜２４が被覆された後、前記ダイシングライン３５に沿って集合ベース基板３２及び集合マウント基板３４をフルダイシングする。このフルダイシングによって、複数の分割されたベース基板１２の側面１２ｂ及び下面１２ｃに絶縁膜２４が被覆された状態となる（工程ｅ）。

【0030】

そして、図１及び図２に示したように、マウント基板１４の開口部１９に沿って設けられる反射枠１７内に複数の発光素子１５が載置され樹脂体によって封止された発光部１３を形成することで、個々のＬＥＤパッケージ１１ｃが完成する（工程ｆ）。

【0031】

上記図６及び図７に示した以外の製造方法としては、以下に示す工程を適用することも可能である。最初に集合ベース基板３２の下面３２ｃ側に絶縁シートを貼り付けた後、この集合ベース基板３２に接合されている集合マウント基板３４の上面側から前記絶縁シートごと分断するようにしてフルダイシングする。そして、このフルダイシングによって分割されたベース基板１２の側面１２ｂに絶縁膜２４を電着法又は溶射法によって被覆形成することで、ベース基板１２の側面１２ｂ及び前記絶縁シートが貼り付けられた下面１２ｃが絶縁膜２４で被覆されたＬＥＤパッケージ１１ｃを形成することができる。また、前記ベース基板１２の側面１２ｂの絶縁処理が終了した後に前記絶縁シートを剥離することによって、ベース基板１２の側面１２ｂにのみ絶縁膜２４が形成されたＬＥＤパッケージ１１ｂを形成することができる。

【0032】

以上説明したように、本発明のＬＥＤパッケージにあっては、ベース基板の露出した金属面を絶縁膜によって被覆したので、絶縁耐性が高められ、雷サージ等の予期しない過電流が生じた際にも絶縁破壊を有効に防止することができる。また、前記絶縁膜をベース基板の側面にのみ形成し、実装面となる下面側の金属面を露出させることによって、放熱性と絶縁耐性の両方を兼ね備えることができる。さらに、静電気耐性も得られることから、ＬＥＤパッケージを梱包トレイに収容する際や取り出す際の取扱いも容易となる。

【0033】

また、本発明のＬＥＤパッケージの製造方法にあっては、絶縁膜の形成が集合基板をハーフダイシングしたダイシング溝内に電着法又は溶射法によって絶縁膜を形成した後に、フルダイシングによって個々のＬＥＤパッケージに分割することができる。これによって、絶縁耐性の高いＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージを容易かつ大量に製造することができる。

【符号の説明】

【0034】

１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ＬＥＤパッケージ
１２ ベース基板
１２ａ 上面
１２ｂ 側面
１２ｃ 下面
１３ 発光部
１４ マウント基板
１５ 発光素子
１６ ワイヤ
１７ 反射枠
１８ 樹脂体
１９ 開口部
２２ 内部電極
２３ 外部電極
２４ 絶縁膜
３１ 集合基板
３２ 集合ベース基板
３４ 集合マウント基板
３５ ダイシングライン
３６ ダイシング溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】