JP2012109521A - Ｌｅｄモジュール装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤモジュール装置の放熱特性を改善する。
【解決手段】ＬＥＤパッケージ基板は、金属プレートと金属箔との間に、樹脂層と接着材層からなる２層の絶縁層を挟んだ積層構成とする。曲げ加工により形成した壁部の上端の金属箔を一対の外部接続電極として機能させるように、金属箔にスリット開口し、かつ、この一対の外部接続電極の端部は金属プレート端より内側に配置する。ＬＥＤパッケージ基板にＬＥＤチップを装着すると共に、該ＬＥＤチップの一対の電極をスリットにより分離された金属箔のそれぞれに接続し、かつ透明樹脂を充填することによりＬＥＤパッケージを構成する。このＬＥＤパッケージを配線基板に実装して、一対の外部接続電極を配線基板上の配線と接続すると共に、ＬＥＤパッケージ基板を放熱体に固着或いは接触させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属プレートを加工してＬＥＤチップのためのＬＥＤパッケージ基板を構成したＬＥＤモジュール装置とその製造方法に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）は、消費電力が低く二酸化炭素削減、高耐久性という環境と省エネを兼ね備えた素子として普及している。このようなＬＥＤチップを搭載したパッケージは、配線基板上に装着して、大型ディスプレイ、携帯電話やデジタルビデオカメラ、PDAなどの電子機器のバックライト、道路照明や一般照明などに用いられている。ＬＥＤはそれ自体が発光素子であり、熱を放出するので、ＬＥＤパッケージは基本的に冷却のための放熱装置を含んでいる。

現行のＬＥＤモジュール装置ではＬＥＤパッケージ基板としてセラミック基板又はシリコン基板、或いは金属基板を用いているが、従来のセラミック基板（特許文献１参照）又はシリコン基板（特許文献２参照）を使用した方法では、セラミックやシリコンの熱伝導が銅などの金属よりも悪いためうまく放熱できないこと、高価なこと、加工が困難などの問題がある。

図１２は、従来公知の発光装置を例示する図である（特許文献３参照）。図示のように、ステンレス基板の表面に、リード電極を構成する銅箔パターンが絶縁膜を介して形成されている。このステンレス基板には貫通孔を形成して、この貫通孔に銅支持体を嵌合させる。銅支持体の先端に形成した凹所内に、ＬＥＤチップを配置する。ＬＥＤチップの各電極と基板の表面に設けられた銅箔パターンとをワイヤボンディングする。この後、シリコン樹脂等の透光性樹脂をポッティングして硬化させることにより、レンズを形成する。レンズとして機能させているシリコン樹脂は、支持体の突起部及び発光素子、更には電極にボンディングされたワイヤまでを覆うように設けられている。

ＬＥＤチップ電極のボンディング接続部には樹脂封止が施されているが、図示の構成は、必要な箇所のみに効率的に樹脂注入することができないという問題がある。樹脂封止のためのシリコン樹脂等の透光性樹脂は、高価であるので、より限定的に樹脂注入するための構成が求められる。

図１３は、特許文献４に開示の発光装置を示す側面断面図である。基板は、液晶ポリマ等の電気絶縁性材料を用い、射出成形によって絶縁性基材を形成する。そして、ＬＥＤチップの実装箇所に凹所を設ける等して３次元の立体形状の絶縁性基材を形成する。絶縁性基材の表面には金属膜を形成した後、回路部を形成する箇所以外の金属膜は除去する。基板の凹所にＬＥＤチップを実装し、回路部とＬＥＤチップを導電性接着材で電気的に接合する。その後にＬＥＤチップの上部電極と回路部とを金線で接合する。その次に凹所内に透明樹脂を充填してＬＥＤチップを封止する。最後に基板の表面に透明樹脂等から成る拡散板を取り付けて、ＬＥＤ照明モジュールが完成する。

このように、複数個のＬＥＤチップを凹所内に実装して基板に立体的に配置するため、基板の形状に応じて任意の配光特性が容易に得られるとともに、モジュールの薄型化が可能となる。しかし、特許文献４に開示の発光装置は、パッケージ土台となる基板を３次元に形成しておいて、後で配線を形成するものであるために、工程が複雑で、コストが高くなるという問題がある。

図１４は、特許文献５に開示のＬＥＤ照明器具を示す図であり、（Ａ）は上面図を示し、（Ｂ）は部分断面図を示している。図示のように、絶縁金属基板は、しぼり加工により設けたＬＥＤチップ設置用の凹所を有する。絶縁金属基板は、金属基板層，絶縁材料層からなる電気絶縁層，導電性金属からなる電極パターンと、リードパターンとからなっている。隣接するＬＥＤチップ同士は電極パターンを介してボンディングワイヤによって電気的に接続されている。

しかし、特許文献５には、多数のＬＥＤチップとか抵抗を接続したＬＥＤ照明器具としてしか開示していないため、ＬＥＤチップ1個が不良となった場合の救済方法が難しく、実用には課題がある。また光を効率よく取り出すためには反射材の付加が不可欠であるが、特許文献５には後付けで白色材料の塗布や金属の蒸着しか開示されていない。しかしこれらは複雑でコスト高の要因となる。

不良救済のためには個別パッケージによる照明器具への搭載が簡潔な解決策であるが、特許文献５には、ＬＥＤチップ毎に切り分けて個片化した個別パッケージ、及びこの個別パッケージを配線基板及び放熱体に装着することについての開示は無い。それ故に、放熱についての検討がなされていない。一般的な絶縁金属板が使用されているためＬＥＤチップの下面に位置する電気絶縁層は、通常８０μmと厚く熱伝導性が悪いために、良好な放熱特性が得られないという問題がある。

図１５は、特許文献６に開示の照明具を示す断面図である。図示のメタルコア印刷回路基板は、メタルコアと、その上に絶縁層を介して、銅箔を回路加工した印刷回路により構成されている。絶縁層としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォンの内のいずれかからなる１００μｍ程度の厚さの耐熱性熱可塑性樹脂が用いられる。メタルコア印刷回路基板の窪みの底面に発光ダイオードを載置固定して各端子をそれぞれ印刷回路に接続する。メタルコア印刷回路基板の窪みには透明アクリル樹脂が充填される。このように、絶縁層として耐熱性熱可塑性樹脂を用いることは知られているが、しかし、通常、樹脂は、放熱性に優れているとは言えない。電気的絶縁性を図りつつも、発光ダイオードで発生した熱を放熱させることのできる熱伝導性の良い絶縁層が求められている。

特開2005-158957号公報 特開2000-106458号公報 特開2002-335019号公報 特開平11-163412号公報 特開平1-309201号公報 特開平11-68269号公報

本発明は、係る問題点を解決して、金属プレートを加工して形成したＬＥＤパッケージ基板にＬＥＤチップを装着したＬＥＤパッケージを、配線基板に取り付けると共に放熱体を装着して構成したＬＥＤモジュール装置の放熱特性を改善することを目的としている。

本発明は、ＬＥＤパッケージ基板として加工性及び熱伝導性の良好な金属プレートを用い、かつ、そこに装着されるＬＥＤチップの接続配線との絶縁性を確保する絶縁層を用いつつも、その絶縁層を通しての熱伝導性を向上させることを目的としている。

また、本発明は、配線基板に接続するＬＥＤパッケージの電気接続部を、ＬＥＤチップよりも上面に位置させる一方、ＬＥＤパッケージ基板を装着する放熱体を下方に位置させて、両者を分離することにより、ＬＥＤパッケージ基板と配線基板との電気的接続を簡易に行うと同時に、放熱と電気接続のそれぞれのコストパフォーマンスの最適化を図って、総合して安価で高効率な排熱を実現することを目的としている。

本発明のＬＥＤモジュール装置は、金属プレートを加工してＬＥＤチップのためのＬＥＤパッケージ基板を構成し、かつ、該基板を用いたＬＥＤパッケージを配線基板に装着して構成する。ＬＥＤパッケージ基板は、ＬＥＤチップ装着のための平板状底部と、該底部端の両側からそれぞれ立ち上がる壁部を形成するように曲げ加工した金属プレートの上に、接続配線として機能する金属箔を備え、かつ、この金属プレートと金属箔との間に、樹脂層と接着材層からなる２層の絶縁層を挟んだ積層構成とする。この壁部の上端の金属箔を一対の外部接続電極として機能させるように、平板状底部上面の金属箔にスリット開口し、かつ、この一対の外部接続電極の端部は、金属プレート端より内側に配置する。ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部上面に、ＬＥＤチップを装着すると共に、該ＬＥＤチップの一対の電極をそれぞれ、スリットにより分離された金属箔のそれぞれに接続し、かつ透明樹脂を充填することによりＬＥＤパッケージを構成する。このＬＥＤパッケージを配線基板に実装して、一対の外部接続電極を配線基板上の配線と接続すると共に、ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部裏面を放熱体に固着或いは接触させる。

本発明のＬＥＤモジュール装置の製造方法は、まず金属プレートの上に、樹脂層付き金属箔からなる積層膜の樹脂層側を、接着材を用いて貼り付けて、金属プレートと金属箔との間に、樹脂層と接着材層からなる２層の絶縁層を挟んだ積層構成を形成する。積層膜を金属プレートの上に貼り付ける前、或いは貼り付けた後に、金属箔の加工を行って、スリット開口する。次に金属プレートを含む積層構成の曲げ加工を行なって、ＬＥＤチップが搭載されることになる平板状の底部と、この底部の両側に位置して底部端から折曲して立ち上がる方向に、ＬＥＤチップの発光方向と同じ側に伸びる壁部を備え、この壁部上部を外方向に折り曲げて一対の外部接続電極を形成して、ＬＥＤパッケージ基板を構成する。そしてＬＥＤパッケージ基板の上にＬＥＤチップを装着して、スリットにより分割されたＬＥＤパッケージ基板の底部金属箔の一方にＬＥＤチップ電極の一方を接続し、かつ、分割底部金属箔の他方にはＬＥＤチップ電極の他方を接続し、透明樹脂を用いて樹脂封止して、ＬＥＤパッケージを構成する。最後にこのＬＥＤパッケージを配線基板に実装して、一対の外部接続電極を配線基板上の配線と接続すると共に、ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部裏面を放熱体に固着或いは接触させる。

金属箔の上には、反射材として機能する金属表面処理が施されている。接着材層には熱伝導性フィラーが充填してある。ＬＥＤチップの一対の電極の接続は、ワイヤボンド接続或いはフリップチップ接続される。金属箔は２つのスリットにより３分割することができ、この３分割した中央の金属箔の上に複数個のＬＥＤチップを搭載して、ＬＥＤチップ相互の配線及びＬＥＤチップと金属箔との配線が、ボンディングワイヤを用いて接続される。放熱体は放熱板又は筐体であり、若しくはＬＥＤパッケージ基板の平板状底部裏面を前記配線基板に固着してこの配線基板を放熱体として機能させる。

底部端の両側からそれぞれ立ち上がる左右方向壁部に連結しかつそれに直交する前後方向壁部を設けて、封止樹脂を左右前後から閉じこめる機能を果たすことができる。ＬＥＤパッケージ基板は、１枚の金属プレートの上に複数個同時作成し、ＬＥＤパッケージ基板上にＬＥＤチップを装着して樹脂封止した後、個々のＬＥＤパッケージ或いは任意の複数個連結したＬＥＤパッケージに切り分ける個片化を行う。

本発明によれば、ＬＥＤパッケージ基板に加工性及び熱伝導性の良好な金属プレートを用い、かつ、そこに装着されるＬＥＤチップ接続配線との絶縁性を確保する絶縁層を用いつつも、その絶縁層を通しての熱伝導性を向上させることができる。

本発明のＬＥＤパッケージ基板は金属−２層絶縁層（ポリイミド＋接着材層）−金属の4層構造にすることで、絶縁用の樹脂層（ポリイミド）は非常に薄くでき、接着材料は低熱抵抗のフィラーを混ぜることによって絶縁層より熱伝導性を1桁程度改善でき、トータルの熱抵抗を低減することができる。

また、本発明によれば、ＬＥＤパッケージ基板の配線基板との電気接続部を、ＬＥＤパッケージ基板を装着する放熱体から分離することにより、ＬＥＤパッケージ基板と配線基板との電気的接続を簡易に行うと同時に、放熱と電気接続のそれぞれのコストパフォーマンスの最適化を図って、総合して安価で高効率な排熱を実現することができる。

また、本発明によれば、放熱性が促進されるために、従来よりも高出力とすることができる（明るくすることができる）。または、従来と同出力で長寿命化を図ることができる。また、ＬＥＤパッケージ基板形状を工夫したことにより、高価なＬＥＤチップ封止樹脂を、必要とする箇所のみに限定的に注入することができる。

また、本発明によれば、反射面形成のために複雑なプロセスを用いることなく、簡単で低コストな金属メッキのみで実現することができる。

本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第１の例を示す側面断面図である。 金型を用いたプレス加工による金属プレートの曲げ加工を説明する図である。 第１のＬＥＤパッケージ基板を示す図であり、（Ａ）は、ＬＥＤパッケージ基板を複数個連結した状態で示す図であり、（Ｂ）は、その１個のＬＥＤパッケージ基板のみを取り出して示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示すＡ−Ａ’ラインで切断した断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示すＢ−Ｂ’ラインで切断した断面図である。 図３とは異なる第２のＬＥＤパッケージ基板を示す図であり、（Ａ）は、ＬＥＤパッケージ基板を複数個連結した状態で示す図であり、（Ｂ）は、その１個のＬＥＤパッケージ基板のみを取り出して示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示すＡ−Ａ’ラインで切断した断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示すＢ−Ｂ’ラインで切断した断面図である。 ＬＥＤパッケージ組立ての第１の例を示す図である。 ＬＥＤパッケージ組立ての第２の例を示す図である。 ＬＥＤパッケージ組立ての第３の例を示す図であり、（Ａ）は完成したＬＥＤパッケージの上面図を示し、（Ｂ）は側面断面図を示している。 本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第１の例（図１参照）の組立を説明する図である。 本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第２の例の組立を説明する図である。 本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第３の例を説明する図であり、（Ａ）はその断面図を示し、（Ｂ）は配線基板に３個のＬＥＤパッケージを装着した状態で示す上面図である。 本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第４の例を説明する図であり、（Ａ）は連結構成ＬＥＤパッケージの上面図を示し、（Ｂ）はこの連結構成ＬＥＤパッケージを配線基板に装着した状態のＡ−Ａ’ラインで切断した断面図を示している。 従来公知の発光装置を例示する図である（特許文献３参照）。 特許文献４に開示の発光装置を示す側面断面図である。 特許文献５に開示のＬＥＤ照明器具を示す図であり、（Ａ）は上面図を示し、（Ｂ）は部分断面図を示している。 特許文献６に開示の照明具を示す断面図である。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第１の例を示す側面断面図である。例示のＬＥＤモジュール装置は、ＬＥＤパッケージと、ＬＥＤパッケージを装着するための開口を有する配線基板と、ＬＥＤパッケージ裏面に固着された放熱板によって構成されている。配線基板の開口部へのＬＥＤパッケージの装着は、ＬＥＤパッケージ側面と配線基板の間の隙間を接着材（耐熱性接着材）で埋め、この接着材の上で、ＬＥＤパッケージの一対の接続電極（配線基板に接続するための外部接続電極）を、配線基板上面の配線に半田付け等により接続することにより行う。ＬＥＤチップ発光面は、図中の上面側に向けられていて、配線基板に遮られること無く上面に向けて発光する。配線基板を装着したＬＥＤパッケージの裏面は、放熱板の上に半田接続により固着される。或いは、この半田接続に代えて、高熱伝導性の接着材を用いて接着することも可能である。

ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤパッケージ基板の上に組み立てられる。ＬＥＤパッケージ基板は、図２を参照して後述するように、ＬＥＤチップ装着のための凹所を有するように所定形状に曲げ加工された金属プレートの上に、樹脂付き金属箔からなる積層膜を接着材を用いて貼り付けると共に、この金属箔の上には、反射材として機能する銀メッキを施すことにより構成されている。接続配線として機能する金属箔（及び銀メッキ）には、一対の接続電極（金属箔の両端側）を絶縁分離するためのスリットが開口してある。このように構成されたＬＥＤパッケージ基板上に、ＬＥＤチップが装着され、電気的に接続配線された後、透明樹脂を充填して、ＬＥＤパッケージが構成されている。

このように、本発明のＬＥＤパッケージ基板は、金属プレートと金属箔に挟まれた絶縁層を、樹脂層（ポリイミド膜）と接着材層との２層により構成しており（図２参照）、ポリイミド膜が電気絶縁を受け持ち、接着材が接着力を受け持つので、夫々最適化が可能となり、結果的に熱伝導特性が改善されることになる。また、個片化後の剛性が、金属箔よりも厚い金属プレートで保持できるので、信頼性が格段に向上する。透明樹脂で剛性を確保する必要が無くなり、樹脂材料の選択肢が豊富になり、結果的にコスト低減に繋がる。

図２は、金型を用いたプレス加工による金属プレートの曲げ加工を説明する図である。図２（ａ）は、加工されるべき金属プレート（銅とかアルミのような高熱伝導性の板状金属部材）を示す側面図である。次に、（ｂ）に示すように、この板状部材の上に、樹脂付き金属箔からなる積層膜（例えば、ポリイミド膜を貼り付けた銅箔：例えば日立化成工業のMCF-5000IR、この材料はポリイミドの厚さが僅か5μmであり、熱抵抗的には非常に有利な材料である）のポリイミド膜側を、接着材を用いて貼り付ける。樹脂層の厚さを接着材層より薄い構成にすることにより、コスト的にも放熱的にも有利となる。この接着材には、熱伝導性フィラーを充填することが望ましい。これによって、樹脂層（ポリイミド膜）と接着材層からなる２層の絶縁層を、金属プレートと金属箔で挟んだ積層構成となる。ポリイミド膜及び接着材層により、ＬＥＤチップの一対の接続電極間の絶縁を行うだけでなく、銅箔をＬＥＤチップの接続配線として利用することができる。また、銅箔に限らず、アルミのような高熱伝導性の金属箔（金属層）を用いることができる。

このように、絶縁層として、樹脂層と接着材層との２層構成にすることにより、絶縁層の放熱性を大きく向上させることが可能になる。例えば、18μの銅箔と125μm前後の銅板（金属プレート）との間の絶縁層として、ポリイミド膜の１層のみを用いる場合、両方の公差を加味して、間の接着力も兼ねるために、ポリイミド膜厚は例えば２０〜３０μmくらい必要となる。これに対して、絶縁層をポリイミド膜と接着材層に分けた場合、ポリイミド膜厚を極限まで薄くすることができる。これは銅箔の上にポリイミドを薄く塗ることで実現できる。この結果、ポリイミド膜厚5μmが実現されている。この銅箔と薄いポリイミド膜の積層を貼るためにさらに接着材を用いる。125μm程度の比較的に厚い板材（金属プレート）に塗ることを想定しているので、接着材層の厚さは上記と同じ理由で25μm位に設定されている。単純に厚さの比で言えば、絶縁層１層の場合が25μmで、ポリイミド膜と接着材層の２層の場合が25μm＋5μmとなり、絶縁層２層が不利となる。しかし絶縁層２層の場合は、5μmのポリイミド膜が絶縁耐性を受け持つので、接着材層は熱伝導を簡単に上げることができる。例えば熱伝導性フィラー（窒化アルミなどのセラミックや金属）の充填率を上げることによって簡単に実現できる。一般に熱伝導性フィラーを充填していくと電気絶縁耐性が下がってくるが、ポリイミド膜との積層によって電気絶縁耐性は気にしなくて良い。この結果絶縁層２層の場合は、例えばトータルの熱伝導率をほぼ同じ厚さの1層の接着材に比べ3倍程向上させることが可能となる。

また、樹脂層があることで、上面の銅箔のエッチング加工が容易になる。エッチング時に接着材層がエッチ液に侵食される心配が無い。但し、接着材層だけで熱伝導を向上させると絶縁耐性を犠牲にし易く、接着材層単層で熱伝導と絶縁耐性を両立させるのは難しい。

次に、図２（ｃ）に示すように、貼り付けた金属箔の加工を行って、スリット開口及び銅箔除去部を形成する。例えば、この加工のために、ホトリソグラフィ技術を用いる。金属層（銅箔）の上にレジストを塗布し、パターンを露光、現像してさらにエッチングを行い、レジストを除去して、スリット開口及び銅箔除去部を完成させる。ここでは、積層膜を金属プレートの上に貼り付けた状態で、積層膜の金属箔にスリット開口する場合を例示したが、積層膜単独の状態でエッチング加工により金属箔にスリット開口し、このスリット加工した積層膜を金属プレートの上に接着材を用いて貼り付けることもできる。或いは、積層膜単独の状態で、打ち抜き加工によりスリット開口をすることもできる。但し、この場合、スリットは、金属箔だけでなくポリイミド層に対しても開口されることになる。

次に、（ｄ）に示すように、樹脂付き金属箔を貼り付けた金属プレートの曲げ加工を行う。この曲げ加工は、ＬＥＤチップを搭載するための凹所、及び上部を外方向に折り曲げた接続電極を形成するように、金型を用いたプレス加工によって行う。後述するように、接続電極を配線基板に対して半田付けした際に、半田が接続電極と金属プレートを電気的にショートさせるのを防ぐために、接続電極先端側を部分的に除去した銅箔除去部を設ける。即ち、接続電極端部は、金属プレート端より内側に配置されることになる。電極端と金属プレート端の半田ショートを防止するため、工程を追加すること無く、図２（ｃ）に示すスリット開口工程によって銅箔除去部を設けることができる。

次に、（ｅ）に示すように、ＬＥＤチップからの発光の反射材として機能する金属（例えば、銀）メッキ（金属表面処理）を、金属箔の上面の全てに施す。メッキ処理のためのメッキ電極として金属箔を用いることにより、スリットを除いて、金属箔の上面のみにメッキすることが可能になる。または、金属表面処理の必要な箇所に銀インクを用いてインクジェット塗布し、焼成することによって光沢面（反射材）を形成する。

図３は、第１のＬＥＤパッケージ基板を示す図であり、（Ａ）は、ＬＥＤパッケージ基板を複数個連結した状態で示す図であり、（Ｂ）は、その１個のＬＥＤパッケージ基板のみを取り出して示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示すＡ−Ａ’ラインで切断した断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示すＢ−Ｂ’ラインで切断した断面図である。図示の例において、5×14個のＬＥＤパッケージ基板を、１枚の金属プレートの上に同時作成するものとして例示している。後の工程で、ＬＥＤパッケージ基板上にＬＥＤチップを装着して樹脂封止した後、個々のパッケージ或いは任意の複数個連結したパッケージに切り分ける個片化が行われる。個片化は、図３（Ａ）に示す分割ラインに沿って行われるが、複数個のＬＥＤパッケージを連結するための連結部を作成することによって、電気的に直列に接続されると同時に、連結構成ＬＥＤパッケージに柔軟性を付与して、凸面形状或いは凹面形状などの任意の外表面形状を有するヒートシンク或いは筐体の上に装着することができる（後述する図１１参照）。

図示のＬＥＤパッケージ基板は、ＬＥＤチップを搭載するための凹所が形成されている。この凹所両側には左右壁部が設けられ、また、この左右壁部に連結しかつ直交する前後壁部が設けられて、封止樹脂を左右前後から閉じこめる機能を果たしている。左右壁部上面の金属箔（及びその上の銀メッキ）は、一対の接続電極として機能する。また、一対の接続電極を電気的に分離するためのスリットが、金属箔（及びその上の銀メッキ）に形成されている。スリットにより分割されたいずれか一方の金属箔の上に、後述のようにＬＥＤチップが装着されることになる。

このように、ＬＥＤパッケージ基板は、ＬＥＤチップが搭載されることになる平板状の底部と、この底部の左右前後に位置して底部端から折曲して立ち上がる方向に、ＬＥＤチップの発光方向と同じ側に伸びる左右及び前後の壁部を備えている。この一対の左右の壁部先端面の金属箔が、接続電極として機能する。底部端から左右前後の壁部が立ち上がる方向は、必ずしも直交する必要はなく、接続電極が平板状の底部より上方に位置できるように、例えば、斜め上方に直線的に、或いは湾曲させて立ち上がらせても良い。図示の例では、平板状の底部及び前後の壁部の金属箔をスリットにより２分割することにより、一対の接続電極を互いに分離している。後述するように（図５参照）、２分割した底部金属箔の一方の上にＬＥＤチップを装着して一方のワイヤボンド接続をする一方、２分割底部金属箔の他方には他方のワイヤボンド接続をする。

図４は、図３とは異なる第２のＬＥＤパッケージ基板を示す図であり、（Ａ）は、ＬＥＤパッケージ基板を複数個連結した状態で示す図であり、（Ｂ）は、その１個のＬＥＤパッケージ基板のみを取り出して示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示すＡ−Ａ’ラインで切断した断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示すＢ−Ｂ’ラインで切断した断面図である。図示の例においても、図３と同様に、5×14個のＬＥＤパッケージ基板を、１枚の金属プレートの上に同時作成するものとして例示している。図４に示す第２のＬＥＤパッケージ基板において、凹所の左右側のみに壁部を設けている点で、左右だけでなく前後に壁部を設けた図３とは相違している。後の工程で、ＬＥＤパッケージ基板上にＬＥＤチップを装着した後、金型内で樹脂封止する際に、図中の左右方向に流れる樹脂は左右壁部によって規制される一方、前後方向に流れる樹脂は、パッケージ基板のエッジ部処理、例えばエッジ部のみ壁部を設けることによって規制される。その他の構成についての説明は、図３と同じであるので省略する。

図５は、ＬＥＤパッケージ組立ての第１の例を示す図である。（ａ）に示すＬＥＤパッケージ基板は、図３に示した第１のＬＥＤパッケージ基板或いは図４に示した第２のＬＥＤパッケージ基板と同一のものである。このＬＥＤパッケージ基板の平板状底部おもて面の銀メッキした金属箔の上に、（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップを、接着材を用いて固定する。このＬＥＤチップは、ＬＥＤ発光面を上面に有している。なお、ＬＥＤチップは、１個のみを例示したが、複数チップを搭載することもできる（図７参照）。

次に、（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップと、接続配線として機能する金属箔との間でワイヤボンド接続が行われる。ＬＥＤチップをＬＥＤパッケージ基板の底部金属箔の上に固着した後、２分割金属箔のそれぞれと、ＬＥＤチップの一対の接続電極間を、ボンディングワイヤによりワイヤボンド接続する。上述したように、金属箔の上には、反射材として銀メッキが形成されているので、この銀メッキをワイヤボンディング性向上にも機能させることができる。

次に、（ｄ）に示す樹脂封止において、透明樹脂（材質は、例えばエポキシ系やシリコーン系）を用いて樹脂封止（トランスファーモールドあるいはポッティング）する。この透明樹脂には、蛍光体を混合しても良い。一般的に白色ＬＥＤの場合は、青色発光ＬＥＤチップを用いてＬＥＤチップ上に黄色の蛍光体を配置し、この蛍光体が青色を受けて白く光っている。通常、この蛍光体は透明樹脂に混入されている場合が多い。樹脂封止は、連結状態のパッケージを金型内に配置して行われる。或いは樹脂封止はディスペンサーやスクリーン印刷で行なっても良い。封止樹脂の高さは、接続電極として機能する壁部先端面と同平面まで注入する。この後、個々のパッケージに、或いは複数個連結した状態のパッケージに個片化することによって、ＬＥＤパッケージが完成する。

図６は、ＬＥＤパッケージ組立ての第２の例を示す図である。（ａ）に示す第３のＬＥＤパッケージ基板は、銀メッキした金属箔が、フリップチップ実装用の配線用パターン形成されている点で、上述した第１或いは第２のＬＥＤパッケージ基板とは異なっている。このフリップチップ実装用配線パターンにＬＥＤチップがフリップチップ搭載される。次に、（ｃ）に示すように、図５を参照して説明したのと同様な樹脂封止が行われる。

図７は、ＬＥＤパッケージ組立ての第３の例を示す図であり、（Ａ）は完成したＬＥＤパッケージの上面図を示し、（Ｂ）は側面断面図を示している。例示のＬＥＤパッケージ基板は、銀メッキした金属箔が、左右両側にある２つのスリットにより３分割されている。この３分割した中央の金属箔の上に複数個（６×６個として例示）のＬＥＤチップが搭載されて、ＬＥＤチップ相互の配線及びＬＥＤチップと金属箔との配線が、ボンディングワイヤを用いて接続されている。この場合のように複数チップが一つのパッケージに搭載される場合は、チップ状態で良品であることが十分に検査されていることが前提である。

図８は、本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第１の例（図１参照）の組立を説明する図である。最初に、（ａ）に示すように、ＬＥＤパッケージ（図５，６，７参照）と、このＬＥＤパッケージに相当する開口部を有する配線基板（例えば、１層ガラスエポキシ基板）を用意して、この配線基板の開口部にＬＥＤパッケージを配置して、このＬＥＤパッケージ側面と配線基板の間の隙間を接着材（耐熱性及び絶縁性の接着材）で埋める。次に、（ｂ）に示すように、この接着材の上で、ＬＥＤパッケージの一対の接続電極を、配線基板上面の配線に半田付け、或いはインクジェットによる銅や銀等により接続する。ＬＥＤチップ発光面は、図中の上面側に向けられていて、ＬＥＤパッケージ基板に遮られること無く上面に向けて発光する。

次に、（ｃ）に示すように、配線基板を装着したＬＥＤパッケージを、放熱板（例えば、銅あるいはアルミ板）の上に半田接続する。或いは、この半田接続に代えて、高熱伝導性の接着材を用いて接着することも可能である。また、放熱板に代えて、そのまま筐体へ固着することも可能である。

図９は、本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第２の例の組立を説明する図である。この第２の例は、放熱体として配線基板を利用する。このために、例示の配線基板は、ＬＥＤパッケージを装着する開口部を有しておらず、ＬＥＤパッケージが配線基板上面に装着される点で、図８に示した第１の例とは相違している。ＬＥＤモジュール装置の第２の例の組立は、最初に、（ａ）に示すように、熱伝導性が良い配線基板（例えば、上述した窒化アルミのような熱伝導性フィラーをより多く充填した１層ガラスエポキシ基板）上の所定位置に、ＬＥＤパッケージを接着材（耐熱性及び絶縁性の接着材）を用いて固着する。或いは、配線基板上に孤立した配線パターンを設ければ、半田接続によって固着することも可能である。次に、（ｂ）に示すように、ＬＥＤパッケージ側面と配線基板との間を絶縁性の接着材で埋める。次に、（ｃ）に示すように、この絶縁性接着材の上で、ＬＥＤパッケージの一対の接続電極を、配線基板上面の配線に半田付け、或いはインクジェットによる銅や銀等により接続する。ＬＥＤチップから発生した熱は、ＬＥＤパッケージ基板から配線基板を介して放熱される。

図１０は、本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第３の例を説明する図であり、（Ａ）はその断面図を示し、（Ｂ）は配線基板に３個のＬＥＤパッケージを装着した状態で示す上面図である。上述したＬＥＤパッケージ（図５，６，７参照）と、このＬＥＤパッケージに相当する開口部を有する配線基板を用意する。配線基板は、例えば、裏面に配線層を有する１層ガラスエポキシ基板とすることができるが、光放射のために配線基板は出来るだけ薄い方が望ましく、ポリイミドのようなテープ基板でも良い。配線基板を開口すると基板の厚さ分が壁となり、そこに当る光がロスとなる。このためこの壁となる厚さが薄い程有利になる。またこのロスを小さくするために、図１０（Ｂ）に示す配線基板は、開口面積を大きくしておいて、ＬＥＤパッケージとの接続部を爪状に小さく構成している。配線基板のおもて面には、反射効果を得るために白色レジストを塗布する。この配線基板の開口部にＬＥＤパッケージを配置して、このＬＥＤパッケージ上面の接続電極を、配線基板裏面の配線に半田付けする。ＬＥＤチップ発光面は、図中の上面側に向けられていて、ＬＥＤパッケージ基板に遮られること無く上面に向けて発光する。

配線基板を装着したＬＥＤパッケージは、放熱板（例えば、銅あるいはアルミ板）の上に半田接続する。或いは、この半田接続に代えて、高熱伝導性の接着材を用いて接着することも可能である。また、放熱板に代えて、そのまま筐体へ固着することも可能である。

図１１は、本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の第４の例を説明する図であり、（Ａ）は連結構成ＬＥＤパッケージの上面図を示し、（Ｂ）はこの連結構成ＬＥＤパッケージを配線基板に装着した状態のＡ−Ａ’ラインで切断した断面図を示している。連結構成ＬＥＤパッケージは、複数個（４個として例示）のＬＥＤパッケージを、連結部で連結したものである。連結部は、絞り加工時の歪みを逃すために、連結部の両側に部分切除部が形成されている。連結部で連結することによって、電気的に直列に接続されると同時に、連結構成ＬＥＤパッケージに柔軟性を付与して、凸面形状或いは凹面形状などの任意の外表面形状を有するヒートシンク或いは筐体のような放熱体上に装着することができる。連結構成ＬＥＤパッケージの最両端側には、連結部はなく、ここに接続電極が形成されることになる。そして、この連結構成ＬＥＤパッケージが配線基板に実装される。配線基板上への実装は、図８を参照して上述したように、ＬＥＤパッケージ側面と配線基板との間を絶縁性の接着材で埋め、次に、この絶縁性接着材の上で、連結構成ＬＥＤパッケージの一対の接続電極を、配線基板上面の配線に半田付け、或いはインクジェットによる銅や銀等により接続する。

以上、本開示にて幾つかの実施の形態を単に例示として詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び有利な効果から実質的に逸脱せずに、その実施の形態には多くの改変例が可能である。

Claims (17)

1. 金属プレートを加工してＬＥＤチップのためのＬＥＤパッケージ基板を構成し、かつ、該基板を用いたＬＥＤパッケージを配線基板に装着したＬＥＤモジュール装置において、
   前記ＬＥＤパッケージ基板は、ＬＥＤチップ装着のための平板状底部と、該底部端の両側からそれぞれ立ち上がる壁部を形成するように曲げ加工した金属プレートの上に、反射材として機能する金属表面処理を施した金属箔を備え、かつ、この金属プレートと金属箔との間に、樹脂層と接着材層からなる２層の絶縁層を挟んだ積層構成とし、
   前記壁部の上端の金属箔を一対の外部接続電極として機能させるように、前記平板状底部上面の金属箔にスリット開口し、かつ、前記一対の外部接続電極の端部は、金属プレート端より内側に配置し、
   前記ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部上面に、ＬＥＤチップを装着すると共に、該ＬＥＤチップの一対の電極をそれぞれ、前記スリットにより分離された金属箔のそれぞれに接続し、かつ透明樹脂を前記壁部に挟まれた凹所に充填することによりＬＥＤパッケージを構成し、
   前記ＬＥＤパッケージを配線基板に実装して、前記一対の外部接続電極を配線基板の配線と接続すると共に、前記ＬＥＤパッケージの平板状底部裏面を放熱体に固着或いは接触させることから成るＬＥＤモジュール装置。
2. 前記接着材層には熱伝導性フィラーが充填してある請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
3. 前記ＬＥＤパッケージの前記配線基板への実装は、前記一対の外部接続電極を配線基板裏面の配線に半田接続することにより行われる請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
4. 前記ＬＥＤパッケージの前記配線基板への実装は、前記一対の外部接続電極を配線基板おもて面の配線に接続することにより行われる請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
5. 前記樹脂層の厚さを前記接着材層より薄くした請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
6. 前記ＬＥＤチップの一対の電極の接続は、ワイヤボンド接続或いはフリップチップ接続されている請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
7. 前記スリットは２つであり、前記金属箔は２つのスリットにより３分割されて、３分割した中央の金属箔の上に複数個のＬＥＤチップを搭載して、ＬＥＤチップ相互の配線及びＬＥＤチップと金属箔との配線が、ボンディングワイヤを用いて接続されている請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
8. 前記放熱体は放熱板又は筐体であり、若しくは前記ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部裏面を前記配線基板に固着してこの配線基板を放熱体として機能させた請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
9. 前記底部端の両側からそれぞれ立ち上がる左右方向壁部に連結しかつそれに直交する前後方向壁部を設けて、封止樹脂を左右前後から閉じこめる機能を果たす請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
10. 前記ＬＥＤパッケージは、複数個のＬＥＤパッケージを連結するための連結部を作成して、電気的に直列に接続して構成した連結構成ＬＥＤパッケージである請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
11. 金属プレートを加工してＬＥＤチップのためのＬＥＤパッケージ基板を構成し、かつ、該基板を用いたＬＥＤパッケージを配線基板に装着したＬＥＤモジュール装置の製造方法において、
    金属プレートの上に、樹脂層付き金属箔からなる積層膜の樹脂層側を、接着材を用いて貼り付けて、前記金属プレートと前記金属箔との間に、前記樹脂層と接着材層からなる２層の絶縁層を挟んだ積層構成を形成し、
    前記積層膜を前記金属プレートの上に貼り付ける前、或いは貼り付けた後に、前記金属箔の加工を行って、スリット開口し、
    前記金属プレートを含む前記積層構成の曲げ加工を行なって、ＬＥＤチップが搭載されることになる平板状の底部と、この底部の両側に位置して底部端から折曲して立ち上がる方向に、ＬＥＤチップの発光方向と同じ側に伸びる壁部を備え、この壁部上部を外方向に折り曲げて一対の外部接続電極を形成して、ＬＥＤパッケージ基板を構成し、
    前記ＬＥＤパッケージ基板の上にＬＥＤチップを装着して、前記スリットにより分割された前記ＬＥＤパッケージ基板の底部金属箔の一方に、ＬＥＤチップ電極の一方を接続し、かつ、分割底部金属箔の他方にはＬＥＤチップ電極の他方を接続し、
    透明樹脂を用いて樹脂封止して、ＬＥＤパッケージを構成し、
    前記ＬＥＤパッケージを配線基板に実装して、前記一対の外部接続電極を配線基板上の配線と接続すると共に、前記ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部裏面を放熱体に固着或いは接触させることから成るＬＥＤモジュール装置の製造方法。
12. 前記接着材層には熱伝導性フィラーが充填してある請求項１１に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
13. 前記スリット開口は、前記樹脂層の上で前記金属箔をエッチング加工することにより形成する請求項１１に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
14. 前記ＬＥＤパッケージ基板は、１枚の金属プレートの上に複数個同時作成し、前記ＬＥＤパッケージ基板上にＬＥＤチップを装着して樹脂封止した後、個々のＬＥＤパッケージ或いは任意の複数個連結したＬＥＤパッケージに切り分ける個片化を行う請求項１１に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
15. 前記金属箔の上には、反射材として機能する金属表面処理を施す請求項１１に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
16. 前記放熱体は放熱板又は筐体であり、若しくは前記ＬＥＤパッケージ基板の平板状底部裏面を前記配線基板に固着してこの配線基板を放熱体として機能させた請求項１１に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
17. 前記底部端の両側からそれぞれ立ち上がる左右方向壁部に連結しかつそれに直交する前後方向壁部を設けて、封止樹脂を左右前後から閉じこめる請求項１１に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。