JP2006019319A - 発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、フリップチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントに形成されている配線との接続において、共晶ハンダと導電性熱硬化性接着剤とを使用した発光ダイオード組立体およびその製造方法に関するものである。
【解決手段】 本発明の発光ダイオード組立体は、フリップチップ型発光ダイオードと、前記フリップチップ型発光ダイオードが取り付けられているサブマウントと、多数の開口と、各フリップチップ型発光ダイオードを接続する配線電極等が形成されている配線基板とから構成されている。サブマウントは、上面に一対の配線が形成されている。前記フリップチップ型発光ダイオードの一対の電極と、前記サブマウントの一対の配線とは、共晶ハンダを介して接続される。前記開口近傍の裏面に形成された電極と、前記サブマウントの上面に形成された配線とは、導電性熱硬化性接着剤を介して接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フリップチップ型発光ダイオード、サブマウント、配線基板を使用した発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法に関するものである。特に、本発明は、フリップチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントに形成されている配線との接続に対する信頼性を向上させるために共晶ハンダと導電性接着剤とを使用した発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法に関するものである。

本発明は、フリップチップ型発光ダイオードをマトリクス状に配置するとともに、フレキシブル配線基板を用いることにより面状、半円筒状、円筒状の光源とすることができる発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法に関するものである。

図４は従来例としての発光ダイオード組立体を説明するための図である。図４において、発光ダイオード組立体４０は、印刷配線基板４１と、当該印刷配線基板４１の上に設けられたサブマウント基板４２と、前記サブマウント基板４２の周囲を囲むプラスチック製筒体４３と、フリップチップ型発光ダイオード４５と、前記フリップチップ型発光ダイオード４５を覆う透明封止樹脂４６とから構成される。

前記プラスチック製筒体４３は、たとえば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂により、リードフレーム４４とともに一体成形される。また、透明封止樹脂４６は、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂で、透明性および耐熱性に優れたものを選択する。

前記印刷配線基板４１は、前記フリップチップ型発光ダイオード４５を点滅させるための図示されていない制御回路と接続するためのプリント配線４１１がエッチング等により所望のパターンが形成されている。前記サブマウント基板４２は、上面にエッチングまたはマスクを用いて蒸着パターンを成形する等により一対の配線４２２が形成されている。また、前記サブマウント基板４２には、たとえば、シリコンからなる半導体ウエハ上に絶縁膜を形成し、その上に一対の配線４２２が形成されている。

前記サブマウント基板４２は、熱伝導性が優れており、配線が成形できる部材であれば特に限定されないが、たとえば、シリコン基板の表面に酸化膜の絶縁層を形成したものを使用している。前記絶縁膜上には、マスクを形成し、金を蒸着することによって配線が形成される。また、共晶ハンダ層は、蒸着法またはメッキ法等により形成される。さらに、前記のように作製された配線の厚さは、たとえば、１μｍから５μｍ程度で、共晶ハンダ層の厚さは、たとえば、０．２μｍから０．５μｍ程度が好ましい。

プラスチック製筒体４３は、リードフレーム４４が内部を貫通している。また、複数のプラスチック製筒体４３は、連続したリードフレーム４４（図示されていない）によって一体になっており、フリップチップ型発光ダイオード４５の発光を内部周囲により反射する。さらに、前記プラスチック製筒体４３は、インジェクション成形の際にリードフレーム４４を内部に埋設する、いわゆるインサートまたはアウトサート成形（インジェクション成形）により一体的に作製される。

フリップチップ型発光ダイオード４５は、下部に二つの電極を備えており、半導体ウエハからなるサブマウント基板４２からダイシングにより切り出され、前記電極が前記サブマウント基板４２の配線４２２と、共晶ハンダペースト、共晶ハンダとフラックス、あるいは金−錫共晶ハンダペースト４２３によって接続される。前記共晶ハンダは、前記配線４２２を接続する際に、フラックス等を予め塗布する。

また、前記フリップチップ型発光ダイオード４５は、赤色、橙色、黄色、緑色、青色等がある。前記透明封止樹脂４６は、耐熱性を有し、前記プラスチック製筒体４３の内部に充填され、平板状または凸状のレンズを構成する。

次に、前記発光ダイオード組立体４０の作製方法を説明する。サブマウント基板４２は、たとえば、シリコンからなる半導体ウエハから構成される基板上に絶縁膜を成形する。前記絶縁膜の上には、所望の形状で配線４２２が形成される。そして、前記サブマウント基板４２に形成された配線４２２上には、共晶ハンダペースト、共晶ハンダとフラックス、あるいは金−錫共晶ハンダペースト４２３が所定の位置に所定量、たとえば、ロボット等により載置される。

前記共晶ハンダぺースト、共晶ハンダとフラックス、あるいは金−錫共晶ハンダペースト４２３上には、複数のフリップチップ型発光ダイオード４５の電極が配置された後、図示されていないリフロー炉を通過させて、前記フリップチップ型発光ダイオード４５と前記サブマウント基板４２上に設けられた配線４２２とが接続される。

たとえば、前記リフロー炉内における前記金−錫共晶ハンダペースト４２３は、所定の割合とすることで、加熱によりフラックスが発散した際に、前記ハンダ等が広がって薄くなることがなく、隣合った配線と短絡しない。

その後、前記サブマウント基板４２は、前記複数のフリップチップ型発光ダイオード４５が一個ごとになるようにダイシングされ、サブマウントとなる。前記ダイシングされた個々のフリップチップ型発光ダイオード４５は、図示されていない検査装置により、良品または不良品の検査が行われて選別される。

一方、前記フリップチップ型発光ダイオード４５を囲む複数のプラスチック製筒体４３は、成形時にその内部を貫通するリードフレーム４４がインサートまたはアウトサート成形により一体的に作製される。前記複数のフリップチップ型発光ダイオード４５が設けられているサブマウント基板４２は、前記リードフレーム４４部分を切断して一個のプラスチック製筒体４３とする。

前記一個のプラスチック製筒体４３の内部に突出するリードフレーム４４の一端は、たとえば、エポキシ系樹脂と銀粒子等を主成分とする導電性接着剤を介して前記サブマウント基板４２に形成された配線４２２に接続される。前記プラスチック製筒体４３の上面は、透明封止樹脂４６により封止される。前記透明封止樹脂４６の形状は、使用目的に合わせて平板状、あるいは凸状レンズとすることができる。

その後、印刷配線基板４１に形成されているプリント配線４１１上には、少なくとも一つのプラスチック製筒体４３の外部に突出するリードフレーム４４の他端を折り曲げてその先端部が接続される。前記印刷配線基板４１は、たとえば、使用目的に合わせて、一列またはマトリクス状、あるいは所望の形状にサブマウント基板４２が配列された後、必要に応じて、全体が透明樹脂によって覆われる。なお、以上のような発光ダイオード組立体およびその製造方法は、特願２００４−１０７０４３号に詳細が記載されている。
特願２００４−１０７０４３号

発光層からの光を電極の反対側の面から取り出すフリップチップ型発光ダイオードは、電極による光の遮りがないため、明るさが明るく、発光効率が良い。しかし、前記一つのフリップチップ型発光ダイオードは、面光源として使用すると、光量が足りないという問題があった。

前記フリップチップ型発光ダイオードは、シリコン基板からなるため、サブマウント基板に一旦接続してから組み立てる必要があるため、面光源にするためには多くの手間がかかるという問題があった。また、前記フリップチップ型発光ダイオードは、電源を供給する印刷配線基板上に設けるため、折り曲げて立体光源とすることが困難であった。

以上のような課題を解決するために、本発明は、サブマウントに形成された配線と、マトリクス状配線基板の電極とを共晶ハンダによりリフロー処理することで、小型の面光源にすることができ、各配線間の短絡を防止する発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、フリップチップ型発光ダイオードが設けられたサブマウントの配線をマトリクス状フレキシブル多層配線基板に接続するとともに、前記フレキシブル配線基板から電力を供給するようにすることで、半円筒状または円筒状の立体光源とすることができる発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、サブマウントの下部に放熱板を設けることでフリップチップ型発光ダイオードの熱がサブマウントおよび放熱板を介して外部に伝達されるため、フリップチップ型発光ダイオードの発熱が内部に籠もることがなく、経年変化によっても効率の劣化しない発光ダイオード組立体および発光ダイオード組立体の製造方法を提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の発光ダイオード組立体は、一対の電極が下面に形成されているフリップチップ型発光ダイオードと、一対ないし複数対の配線が上面に形成されているサブマウントと、前記フリップチップ型発光ダイオードの一対の電極と、前記サブマウントの一対の配線とを接続する共晶ハンダと、前記サブマウント上のフリップチップ型発光ダイオードを入れる多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に電極が形成された配線基板と、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、前記サブマウントの上面に形成された配線とを接続する導電性接着剤とから少なくとも構成されることを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の発光ダイオード組立体において、第１発明の開口は、マトリクス状に形成され、緑色用フリップチップ型発光ダイオード、青色用フリップチップ型発光ダイオード、赤色用フリップチップ型発光ダイオードがそれぞれ任意の位置に配置され、制御回路により前記それぞれフリップチップ型発光ダイオードに印加される電圧および／または電流が制御されることを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の発光ダイオード組立体は、一対の電極が下面にそれぞれ形成されている緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードと、三対の配線が上面に形成されているサブマウントと、前記３つのフリップチップ型発光ダイオードの三対の電極と、前記サブマウントの三対の配線とをそれぞれ接続する共晶ハンダと、前記サブマウント上の３つのフリップチップ型発光ダイオードを入れる多数の開口が形成され、前記開口近傍に電極が形成された配線基板と、前記開口近傍に形成された電極と、前記サブマウントの上面に形成された配線とを接続する導電性接着剤とから少なくとも構成されることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明の発光ダイオード組立体において、第３発明の開口は、マトリクス状に形成され、制御回路により電圧および／または電流が制御されることにより色調が制御されることを特徴とする。

（第５発明）
第５発明の発光ダイオード組立体において、第１発明から第４発明の配線基板は、フレキシブル多層配線基板であることを特徴とする。

（第６発明）
第６発明の発光ダイオード組立体の製造方法は、一対ないし複数対の配線が上面に多数形成されたサブマウント基板の各配線の所定位置に、共晶ハンダを載置し、前記各一対の配線の共晶ハンダ上に、一対の電極が下面に形成されているフリップチップ型発光ダイオードの各電極を配置した後、リフロー炉で加熱して、共晶ハンダを介して前記サブマウントの配線とフリップチップ型発光ダイオードの電極とを接続し、前記サブマウント基板をダイシングして、１つのフリップチップ型発光ダイオードが載置されたサブマウントとし、多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に、前記サブマウントの配線に対応する電極が形成された配線基板の各開口に、前記１つのフリップチップ型発光ダイオードが載置されたサブマウントの発光ダイオードを入れるとともに、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、サブマウントの上面に形成された配線とを導電性接着剤で接続したことを特徴とする。

（第７発明）
第７発明の発光ダイオード組立体の製造方法は、三対の配線が上面に多数形成されたサブマウント基板の各配線の所定位置に、共晶ハンダを載置し、前記三対の配線の共晶ハンダ上に、一対の電極が下面に形成されている緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードの各電極をそれぞれ配置した後、リフロー炉で加熱して、共晶ハンダを介して前記サブマウントの配線とフリップチップ型発光ダイオードの電極とをそれぞれ接続し、前記サブマウント基板をダイシングして、緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが載置された一つのサブマウントとし、多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に、前記サブマウントの配線に対応する電極が形成された配線基板の各開口に、前記緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが載置さたサブマウントの発光ダイオードを入れるとともに、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、サブマウントの上面に形成された配線とを導電性接着剤で接続したことを特徴とする。

（第８発明）
第８発明の発光ダイオード組立体の製造方法において、第６発明または第７発明の配線基板は、フレキシブル多層基板からなり、第６発明または第７発明の開口は、マトリクス状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、フリップチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントの配線とを共晶ハンダを用いて接続するため、前記ハンダが広がって隣の配線と短絡するのを防止することができる。

本発明によれば、サブマウントの配線と、フリップチップ型発光ダイオードの電極とを共晶ハンダとし、配線基板の電極と、サブマウントの配線とを融点が共晶ハンダより低い導電性接着剤とすることで、前記導電性接着剤を熱硬化させる際に、共晶ハンダによる接続部分が溶融して離れることがない。

本発明によれば、三色からなるフリップチップ型発光ダイオードが任意の位置に配置されるとともに、その配置と制御回路による電圧および／または電流を制御することにより、画像、文字、模様、標識、信号、照明等として多くの用途に使用することができる。

本発明によれば、マトリクス状に形成されたそれぞれの開口に緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードを載置したサブマウントが配置され、前記３つのフリップチップ型発光ダイオードを制御回路によって制御することにより色調が制御され、画像、文字、模様、標識、信号、照明等として多くの用途に使用することができる。

本発明によれば、フリップチップ型発光ダイオードから発生する熱をサブマウントおよび配線基板、あるいは、放熱板を介して外部に逃がすことができ、経年変化による接続不良や劣化を防止することができる。

本発明によれば、フリップチップ型発光ダイオードがサブマウントを介して、フレキシブル配線基板により取り付けられているため、面光源、半円筒状光源、円筒状光源を容易に作製することができ、照明用、信号装置用、表示装置用、装飾用に適用することができる。

本発明によれば、発光ダイオード組立体が薄くできるため、狭い場所における表示灯や液晶表示装置におけるバックライト等に使用できる。

（第１発明）
第１発明の発光ダイオード組立体は、フリップチップ型発光ダイオードと、前記フリップチップ型発光ダイオードが取り付けられているサブマウントと、多数の開口と、各フリップチップ型発光ダイオードを接続する配線電極等が形成されている配線基板とから構成されている。

前記フリップチップ型発光ダイオードは、一対の電極が下面に形成され、上面から発光するタイプのものである。サブマウントは、上面に一対ないし複数対の配線が形成されている。前記フリップチップ型発光ダイオードの一対の電極と、前記サブマウントの一対の配線とは、共晶ハンダを介して接続される。

配線基板は、前記サブマウント上のフリップチップ型発光ダイオードを入れる多数の開口が形成されているとともに、前記開口近傍の裏面に電極が形成されている。前記開口近傍の裏面に形成された電極と、前記サブマウントの上面に形成された配線とは、導電性接着剤を介して接続される。

前記導電性接着剤は、前記共晶ハンダより溶融温度が低いため、前記サブマウントの配線と配線基板の電極とを接続する際に、フリップチップ型発光ダイオードの電極とサブマウントの配線との接続が外れない。また、前記配線基板は、前記フリップチップ型発光ダイオードを所望の形状に配置された面光源とすることができる。

前記導電性接着剤は、たとえば、熱硬化型導電性接着剤が好ましい。その他の導電性接着剤としては、一液型のアクリル樹脂系接着剤、あるいは一液型エポキシ樹脂系接着剤がある。

（第２発明）
第２発明の発光ダイオード組立体は、配線基板の開口がマトリクス状に形成され、前記開口に一つのサブマウントに備えられた緑色用フリップチップ型発光ダイオード、青色用フリップチップ型発光ダイオード、赤色用フリップチップ型発光ダイオードが任意の位置に配置される。また、前記三色からなるフリップチップ型発光ダイオードは、その配置と制御回路による電圧および／または電流を制御することにより、画像、文字、標識、模様、信号等として多くの用途に使用することができる。

（第３発明）
第３発明の発光ダイオード組立体は、緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードと、前記緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが取り付けられているサブマウントと、多数の開口と、前記各フリップチップ型発光ダイオードを接続する配線電極等が形成されている配線基板とから構成されている。

前記緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードは、三対の電極が下面に形成され、上面から発光するタイプのものである。一つのサブマウントには、前記三色のフリップチップ型発光ダイオードを取り付けるための三対の配線が上面に形成されている。前記フリップチップ型発光ダイオードの三対の電極と、前記サブマウントの三対の配線とは、共晶ハンダを介して接続される。

配線基板は、前記サブマウント上の前記フリップチップ型発光ダイオードを入れる多数の開口が形成されているとともに、前記開口近傍の裏面に電極が形成されている。前記開口近傍の裏面に形成された三対の電極と、前記サブマウントの上面に形成された三対の配線とは、導電性接着剤を介してそれぞれ接続される。前記導電性接着剤は、第１発明と同様な熱硬化性接着剤、一液または二液型のエポキシ樹脂系接着剤が好ましい。

前記導電性接着剤は、前記共晶ハンダより溶融温度が低いため、前記サブマウントの三対の配線と配線基板の電極とを接続する際に、３つのフリップチップ型発光ダイオードの三対の電極とサブマウントの三対の配線とが外れることがない。また、前記配線基板は、所望の形状に配置された開口を有する面光源とすることができる。

（第４発明）
第４発明の発光ダイオード組立体は、配線基板の開口がマトリクス状に形成され、前記開口に一つのサブマウントに備えられた緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが配置される。また、前記３つのフリップチップ型発光ダイオードは、制御回路によって、電圧および／または電流が制御されることにより色調が制御される。

第４発明の発光ダイオード組立体は、色調が制御されるため、文字や画像等を美しく表示できるので、ディスプレー用、装飾用、表示装置用、信号等、多くの用途に使用することができる。

（第５発明）
第５発明の発光ダイオード組立体は、第１発明から第４発明の配線基板をフレキシブル多層配線基板にする。前記フレキシブル多層配線基板からなる発光ダイオード組立体は、形状を使用目的に合わせることができる。特に、前記発光ダイオード組立体は、筒型にしたディスプレー、表示装置、信号等に使用できる。

（第６発明）
第６発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、まず、一対ないし複数対の配線が上面に多数形成されたサブマウント基板の各配線の所定位置に共晶ハンダが載置される。つぎに、前記各一対の配線の共晶ハンダ上には、一対の電極が下面に形成されているフリップチップ型発光ダイオードの各電極が配置される。

その後、前記サブマウントの配線とフリップチップ型発光ダイオードの電極とは、リフロー炉で加熱する際に、共晶ハンダを介してお互いに接続される。前記サブマウント基板は、ダイシングされ、１つのフリップチップ型発光ダイオードが載置されたサブマウントとなる。配線基板には、多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に、前記サブマウントの配線に対応する電極が形成される。

前記配線基板の各開口には、前記１つのフリップチップ型発光ダイオードが載置さたサブマウントの発光ダイオードが挿入されるとともに、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、サブマウントの上面に形成された配線とが導電性接着剤を介して接続される。
（第７発明）
第７発明の発光ダイオード組立体の組立方法は、まず、三対の配線が上面に多数形成されたサブマウント基板の各配線の所定位置に共晶ハンダがそれぞれ載置される。つぎに、前記三対の配線の共晶ハンダ上には、一対の電極が下面に形成されている緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードの各電極が配置される。

その後、前記サブマウントの配線とフリップチップ型発光ダイオードの電極とは、リフロー炉で加熱する際に、共晶ハンダを介して互いに接続される。前記サブマウント基板は、ダイシングされ、緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが載置された一つのサブマウントとなる。配線基板には、多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に、前記サブマウントの配線に対応する電極が形成される。

前記配線基板の各開口には、前記緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが載置さたサブマウントの発光ダイオードが挿入されるとともに、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、サブマウントの上面に形成された配線とが導電性接着剤を介して接続される。

（第８発明）
第８発明の発光ダイオード組立体の製造方法は、第６発明または第７発明の配線基板をフレキシブル多層配線基板にする。前記フレキシブル多層配線基板は、電極をマトリクスの縦と横に集めることができ、そのそれぞれを制御することで、文字または画像とした場合に多くの表現ができる。

図１は本発明の実施例で、発光ダイオード組立体を説明するための概略断面図である。図２は本発明の実施例で、発光ダイオード組立体を構成するマトリクス状配線基板を説明するための平面図である。図１および図２において、発光ダイオード組立体１１は、放熱板１２の上に設けられたサブマウント１３と、フリップチップ型発光ダイオード１４と、前記サブマウント１３の配線１３１を電気的に接続する配線基板１５とから少なくとも構成されている。前記フリップチップ型発光ダイオード１４の下面には、一対の電極が設けられている。なお、前記放熱板１２は、発光ダイオード組立体１１の数が少ない場合、省略することができる。

前記発光ダイオード組立体１１は、必要に応じて、透明性および耐熱性に優れた部材を選択して、全体を覆うことができる。また、透明性および耐熱性に優れた部材は、エポキシ系樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂からなる。

前記配線基板１５は、前記フリップチップ型発光ダイオード１４を、たとえば、点滅させるための図示されていない制御回路と接続するためのプリント配線１（電極）１５２がエッチング等により所望のパターンに形成されている。

前記サブマウント１３は、少なくとも前記配線基板１５と放熱板１２の間に配置される。前記放熱板１２は、たとえば、銅、アルミニウム、またはこれらの合金等からなり、可撓性を有するように比較的薄く成形されている。

前記サブマウント１３は、上面にエッチングまたはマスクを用いて蒸着パターンを成形する等により一対の配線１３１が形成されている。また、前記サブマウント１３には、たとえば、シリコンからなる半導体ウエハ上に絶縁膜を形成し、その上に一対の配線１３１が形成されている。

前記サブマウント１３は、熱伝導性が優れており、配線が成形できる部材であれば特に限定されないが、たとえば、シリコン基板の表面に酸化膜の絶縁層を形成したものが使用されている。前記絶縁膜上には、マスクを形成し、金を蒸着することによって配線１３１が形成される。

共晶ハンダ層１６は、前記サブマウント１３に形成されている配線１３１上に蒸着法またはメッキ法等により形成される。さらに、前記のように作製された配線１３１の厚さは、たとえば、１μｍから５μｍ程度で、共晶ハンダ層１６の厚さは、たとえば、０．２μｍから０．５μｍ程度が好ましい。

前記共晶ハンダ層１６の上には、フリップチップ型発光ダイオード１４の電極１８が載置された後、図示されていない、リフロー炉を通過させる。前記フリップチップ型発光ダイオード１４の電極１８とサブマウント１３の配線１３１とは、前記共晶ハンダ１６を介して接続される。

マトリクス状配線基板１５は、図２に示されているように、開口１５１がマトリクス状に穿設されているとともに、裏面に電極１５２、１５２′が開口１５１を介して直並列に形成されている。前記開口１５１には、前記フリップチップ型発光ダイオード１４が図１に示されているように挿入される。その際に、前記電極１５２、１５２′は、導電性接着剤１７を介して、前記サブマウント１３の配線１３１に接続される。

前記導電性接着剤１７には、常温硬化型、あるいはアクリル系樹脂＋導電性ヒラ＋溶剤、または一液型アクリル樹脂系、二液型アクリル樹脂系を室温で反応硬化させるものがある。前記導電性ヒラは、銀粉に硬化材を反応しないように熱をかけて硬化させる。

前記フリップチップ型発光ダイオード１４は、下部に二つの電極（図示されていない）を備えており、半導体ウエハからなるサブマウント基板からダイシングにより切り出されてサブマウント１３となる。また、前記サブマウント基板は、ダイシングせずに連続のままでもよいが、可撓性がなくなり、面光源として利用できるだけである。

前記フリップチップ型発光ダイオード１４の電極は、前記サブマウント１３の配線１３１と、共晶ハンダペースト、共晶ハンダとフラックス、あるいは金−錫共晶ハンダペーストによって接続される。前記共晶ハンダは、前記配線１３１を接続する際に、フラックス等を予め塗布する。

前記フリップチップ型発光ダイオード１４は、赤色、橙色、黄色、緑色、青色等がある。前記フリップチップ型発光ダイオード１４は、緑色、青色、赤色を任意の位置に配置し、図示されていない、電源電圧を制御することにより、模様や色調等を変えることができる。

次に、前記発光ダイオード組立体１１の作製方法を説明する。サブマウント基板は、たとえば、シリコンからなる半導体ウエハから構成される基板上に絶縁膜を成形する。前記絶縁膜の上には、所望の形状で配線１３１が形成される。そして、前記サブマウント基板に形成された配線１３１上には、共晶ハンダペースト、共晶ハンダとフラックス、あるいは金−錫共晶ハンダペーストが所定の位置に所定量、たとえば、ロボット等により載置される。

前記共晶ハンダぺースト、共晶ハンダとフラックス、あるいは金−錫共晶ハンダペースト上には、複数のフリップチップ型発光ダイオード１４の電極１８が配置された後、図示されていないリフロー炉を通過させて、前記フリップチップ型発光ダイオード１４の電極１８と、前記サブマウント基板上に設けられた配線１３１とが共晶ハンダ１６を介して接続される。

たとえば、前記リフロー炉内における前記金−錫共晶ハンダペーストは、後述する割合になっているため、加熱によりフラックスが発散した際に、前記ハンダ等が広がって薄くなることがなく、隣合った配線と短絡を起こすこともない。

その後、前記サブマウント基板は、前記複数のフリップチップ型発光ダイオード１４が一個ごとになるようにダイシングされ、サブマウント１３となる。前記ダイシングされた個々のフリップチップ型発光ダイオード１４は、図示されていない検査装置により、良品または不良品の検査が行われて選別される。

図２に示されたマトリクス状配線基板１５は、フレキシブル配線基板とすることができる。前記フレキシブル配線基板には、前記同様に、電極１５２、１５２′が形成される。前記サブマウント１３の配線１３１上には、導電性接着剤１７が載置された後、マトリクス状フレキシブル配線基板１５の電極１５２、１５２′側を下に向けて、所定の熱を加えることにより、機械的および電気的に接続される。

前記導電性接着剤１７は、たとえば、エポキシ系樹脂と銀粒子等を主成分とするものである。その後、必要に応じて、サブマウント１３は、放熱板１２に取り付けられる。

本実施例に使用した前記金−錫共晶ハンダペーストは、金８０重量％、錫２０重量％、フラックス（荒川化学製）とし、接着面積は、０．２３×０．２３μｍとした。試験試料１ないし１０の接着強度は、約８００ｇから９００ｇあった。

これに対して、従来のサブマウントとフリップチップ型発光ダイオードの電極との接合強度は、バンプ（直径の大きさ８０μｍ）５個について前記と同様な試験を行った結果、１個当たり８０ｇ程度であり、本実施例と比較して、約１／１０以下の強度であった。

図１および図２は、多数のフリップチップ型発光ダイオード１４をマトリクス状に組み立てられた発光ダイオード組立体１１であり、面光源として利用できる。前記面光源は、多数のフリップチップ型発光ダイオード１４から組み立てられているため、大きな光量とすることができ、照明用、信号装置用、ディスプレー用、表示装置用、装飾用として利用できる。

前記面光源は、フレキシブル配線基板１５、薄い可撓性を有する放熱板１２から構成されているため、半円筒状または円筒状にすることができる。前記半円筒状または円筒状光源は、１８０度または３６０度に光が照射されるため、照明用、ディスプレー用、表示装置用、装飾用として優れている。

図３（イ）は本発明の第２実施例で、一つのサブマウントに３色のフリップチップ型発光ダイオードを組み込んだ例を説明するための図で、（ロ）は前記３色のフリップチップ型発光ダイオードをマトリクス状に配置するとともに多層配線の例を説明するための図である。本実施例における多層配線は、図３（ロ）において、一点鎖線、二点鎖線等によって区別されているが、実際はスルーホールによって電気的に接続されている。

図３（イ）において、サブマウント３４には、赤色発光ダイオード３４１、緑色発光ダイオード３４２、および青色発光ダイオード３３が載置されている。前記各発光ダイオードは、一対の電極３５１から３５３と共通電極３５４から構成されている。

図３（ロ）において、配線基板３６は、図３（イ）に示された３つの発光ダイオード３４１、３４２、３４３が載置されたサブマウント３４が開口３６１に挿入されるとともに、それぞれ電極３５１、３５２、３５３と、共通電極３５４が配線基板３６の下部に設けられている電極に接続されている。また、前記電極３５１、３５２、３５３は、マトリクスの中の縦列がそれぞれ接続されて多層配線電極３６２となり、配線基板３６の下部に集められている。

また、共通電極３５４は、マトリクスの中の横列が共通になって左側に共通電極３６３として集められている。前記下部に設けられた多層配線電極３６２の一つと共通電極３６３の一つを選択することにより、マトリクスにおける一つのフリップチップ型発光ダイオード（３色）を選択することができる。また、前記多層配線電極３６２は、緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードに異なる電圧を印加することにより、マトリクスにおける一つのフリップチップ型発光ダイオード（３色）の色調を変えることができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明のフリップチップ型発光ダイオード、サブマウント、配線基板、マトリクス状配線基板、放熱板、電極、配線、共晶ハンダペースト、共晶ハンダとフラックス、金−錫共晶ハンダペースト等の材質は、公知または周知のものを使用することができる。

本発明のフリップチップ型発光ダイオードは、赤色、橙色、黄色、緑色、青色の内の一色または少なくとも複数色を配線基板の上に所望の形状に配置することができる。また、緑色、青色、赤色の３つの発光ダイオードを備えた一つのサブマウントは、電圧を制御することにより色調を変化させることができる。

本発明の用途は、前記フリップチップ型発光ダイオードをマトリクス状、その他の形状に配置することで、照明、信号、表示灯、ディスプレイの外に、掲示板、広告装置等に使用できる。また、前記フリップチップ型発光ダイオードは、前記各色を予め適当に配置することで、制御回路からの信号によりいろいろな文字、画像、あるいは模様等にして表示することができる。

本発明の発光ダイオード組立体は、フレキシブル配線基板、およびマトリクス状フレキシブルド配線基板等の形状を任意にすることにより、各種用途に合わせて使用することができる。導電性接着剤は、共晶ハンダより融点の低いハンダにすることもできる。

本発明の発光ダイオード組立体は、表示装置として使用する場合、発光部以外がブラックストライブ等によって覆われているが、その詳細が省略されており、従来の液晶表示パネルの技術を使用することができる。また、多層配線基板は、同様に、スルーホール等が省略されているが、公知または周知のものを使用することができる。

本発明の実施例で、発光ダイオード組立体を説明するための概略断面図である。（実施例１） 本発明の実施例で、発光ダイオード組立体を構成するマトリクス状配線基板を説明するための平面図である。 （イ）は本発明の第２実施例で、一つのサブマウントに３色のフリップチップ型発光ダイオードを組み込んだ例を説明するための図で、（ロ）は前記３色のフリップチップ型発光ダイオードをマトリクス状に配置するとともに多層配線の例を説明するための図である。（実施例２） 従来例としての発光ダイオード組立体を説明するための図である。

符号の説明

１１・・・発光ダイオード組立体
１２・・・放熱板
１３・・・サブマウント
１３１・・・配線
１４・・・フリップチップ型発光ダイオード
１５・・・配線基板（フレキシブル配線基板）
１５１・・・開口
１５２、１５２′・・・電極
１６・・・共晶ハンダ
１７・・・導電性接着剤
１８・・・フリップチップ型発光ダイオードの電極
３４・・・サブマウント
３４１・・・赤色発光ダイオード
３４２・・・緑色発光ダイオード
３４３・・・青色発光ダイオード
３５１から３５３・・・電極
３５４・・・共通電極
３６・・・配線基板
３６１・・・開口
３６２・・・多層配線電極
３６３・・・共通電極

Claims (8)

1. 一対の電極が下面に形成されているフリップチップ型発光ダイオードと、
   一対ないし複数対の配線が上面に形成されているサブマウントと、
   前記フリップチップ型発光ダイオードの一対の電極と、前記サブマウントの一対の配線とを接続する共晶ハンダと、
   前記サブマウント上のフリップチップ型発光ダイオードを入れる多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に電極が形成された配線基板と、
   前記開口近傍の裏面に形成された電極と、前記サブマウントの上面に形成された配線とを接続する導電性接着剤と、
   から少なくとも構成されることを特徴とする発光ダイオード組立体。
2. 前記開口は、マトリクス状に形成され、緑色用フリップチップ型発光ダイオード、青色用フリップチップ型発光ダイオード、赤色用フリップチップ型発光ダイオードがそれぞれ任意の位置に配置され、制御回路により前記それぞれフリップチップ型発光ダイオードに印加される電圧および／または電流が制御されることを特徴とする請求項１に記載された発光ダイオード組立体。
3. 一対の電極が下面にそれぞれ形成されている緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードと、
   三対の配線が上面に形成されているサブマウントと、
   前記３つのフリップチップ型発光ダイオードの三対の電極と、前記サブマウントの三対の配線とをそれぞれ接続する共晶ハンダと、
   前記サブマウント上の３つのフリップチップ型発光ダイオードを入れる多数の開口が形成され、前記開口近傍に電極が形成された配線基板と、
   前記開口近傍に形成された電極と、前記サブマウントの上面に形成された配線とを接続する導電性接着剤と、
   から少なくとも構成されることを特徴とする発光ダイオード組立体。
4. 前記開口は、マトリクス状に形成され、制御回路により電圧および／または電流が制御されることにより色調が制御されることを特徴とする請求項３に記載された発光ダイオード組立体。
5. 前記配線基板は、フレキシブル多層配線基板であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された発光ダイオード組立体。
6. 一対ないし複数対の配線が上面に多数形成されたサブマウント基板の各配線の所定位置に、共晶ハンダを載置し、
   前記各一対の配線の共晶ハンダ上に、一対の電極が下面に形成されているフリップチップ型発光ダイオードの各電極を配置した後、
   リフロー炉で加熱して、共晶ハンダを介して前記サブマウントの配線とフリップチップ型発光ダイオードの電極とを接続し、
   前記サブマウント基板をダイシングして、１つのフリップチップ型発光ダイオードが載置されたサブマウントとし、
   多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に、前記サブマウントの配線に対応する電極が形成された配線基板の各開口に、前記１つのフリップチップ型発光ダイオードが載置されたサブマウントの発光ダイオードを入れるとともに、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、サブマウントの上面に形成された配線とを導電性接着剤で接続したことを特徴とする発光ダイオード組立体の製造方法。
7. 三対の配線が上面に多数形成されたサブマウント基板の各配線の所定位置に、共晶ハンダを載置し、
   前記三対の配線の共晶ハンダ上に、一対の電極が下面に形成されている緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードの各電極をそれぞれ配置した後、
   リフロー炉で加熱して、共晶ハンダを介して前記サブマウントの配線とフリップチップ型発光ダイオードの電極とをそれぞれ接続し、
   前記サブマウント基板をダイシングして、緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが載置された一つのサブマウントとし、
   多数の開口が形成され、前記開口近傍の裏面に、前記サブマウントの配線に対応する電極が形成された配線基板の各開口に、前記緑色、青色、赤色の３つのフリップチップ型発光ダイオードが載置さたサブマウントの発光ダイオードを入れるとともに、前記開口近傍の裏面に形成された電極と、サブマウントの上面に形成された配線とを導電性接着剤で接続したことを特徴とする発光ダイオード組立体の製造方法。
8. 前記配線基板は、フレキシブル多層基板からなり、前記開口は、マトリクス状に形成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載された発光ダイオード組立体の製造方法。

Images