JP2011210975A - Method of manufacturing substrate for lighting device and substrate for lighting device - Google Patents
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Abstract
【課題】 LEDは、発熱する発光素子で、この熱を放出しないとLEDの駆動電流を増大できない。そのために、金属材料からなる金属基板を採用してLEDの温度上昇を抑制している。しかしながら、金属基板とLEDのパッケージは、熱膨張係数の違いからロウ材にクラックが発生してしまう。
【解決手段】 Alから成る細長の金属基板21には、長辺に沿ってLEDパッケージ22ガがn個配列され、前記アノード電極23a(またはカソード電極)と前記カソード電極23b(またはアノード電極)の間に対応して、前記金属基板21の裏面から表面に渡り貫通して設けられたスリットSTを設け、前記スリットSTの歪により、前記ロウ材のクラックを防止する。
【選択図】図2An LED is a light-emitting element that generates heat, and the drive current of the LED cannot be increased without releasing this heat. For this purpose, a metal substrate made of a metal material is employed to suppress the temperature rise of the LED. However, cracks occur in the brazing material due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the LED package.
SOLUTION: On an elongated metal substrate 21 made of Al, n LED packages 22 are arranged along a long side, and the anode electrode 23a (or cathode electrode) and the cathode electrode 23b (or anode electrode) are arranged. Correspondingly, a slit ST is provided penetrating from the back surface of the metal substrate 21 to the front surface, and cracking of the brazing material is prevented by the distortion of the slit ST.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、発光ダイオード(以下、LED)が列を成して設けられた照明装置に関し、更にはその実装基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a lighting device in which light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) are provided in a row, and further relates to a method for manufacturing the mounting substrate.
近年、地球温暖化の防止が叫ばれ、世界中で色々な対策が施されている。その中で、特に、太陽電池や風力発電等のいわゆる創エネ、燃料電池などの蓄エネ、そしてインバータ等の高効率使用の省エネなど、二酸化炭素の発生を抑止する技術として各社が開発を進めている。 In recent years, prevention of global warming has been screamed, and various countermeasures have been taken around the world. In particular, each company has been developing technologies to suppress the generation of carbon dioxide, such as so-called energy generation such as solar cells and wind power generation, energy storage such as fuel cells, and high-efficiency energy saving such as inverters. Yes.
そして、この省エネの一つとして、LEDが注目を浴びている。つまりこの発光ダイオードは、白熱電球や蛍光灯の電力から比べて、かなり小電力で駆動できるからである。そのため、大型液晶TVのバックライトとして用いられたり、家庭用の照明に用いられたり、更には車のヘッドライトに用いられたりする。 And as one of this energy saving, LED attracts attention. In other words, this light-emitting diode can be driven with considerably less power than that of incandescent bulbs and fluorescent lamps. Therefore, it is used as a backlight of a large-sized liquid crystal TV, used for home lighting, and further used as a headlight of a car.
しかしながら、このLEDは、困った温度特性を有する。例えば、特開2001−203395号公報の図5で議論されている。 However, this LED has a troublesome temperature characteristic. For example, it is discussed in FIG. 5 of Japanese Patent Laid-Open No. 2001-203395.
その説明によれば、本願図9に示すように、LEDのチップの表面温度(動作領域の温度)が、約80度〜95度Cを超えると、駆動電流を大きくしても、LEDの光量が増加せず、逆に減少してしまう特性を有している。 According to the explanation, as shown in FIG. 9, when the surface temperature of the LED chip (the temperature of the operation region) exceeds about 80 to 95 degrees C, the light quantity of the LED is increased even if the drive current is increased. Does not increase, but conversely decreases.
一番下の×でプロットしたカーブは、Al基板の電流対表面温度のカーブ、真ん中の三角でプロットしたカーブは、PCB基板の電流対表面温度のカーブ、更に上のピークを持つカーブは、電流対LEDの光量を示す
そのため、できる限りLEDの温度を下げ、駆動電流に対して、その光量が増大するようにしなければ、これ以上の光量の増大は望めない。例えばLEDの実装基板として、プリント基板を採用すると、熱伝導率が小さいが為に、表面温度が230度も一度に上昇してしまい、電流を大量に流しても光量が増大しない。しかし、金属基板であれば、熱伝導率が大きいため、LEDの表面温度を85度程度で維持できる。これは、ヒートシンクとして、そして放熱板として、金属基板が有効に働き、LEDの表面温度が下げられ、その分、駆動電流を増大できると同時に、その分、光量も拡大できる効果がある。この様に、LEDの表面温度の低下を実現するために、何らかの方法で、発光ダイオードに発生する熱を、できる限り外へ放熱をさせなければならない。
The curve plotted with x at the bottom is the current vs. surface temperature curve of the Al substrate, the curve plotted with the middle triangle is the current vs. surface temperature curve of the PCB substrate, and the curve with the upper peak is the current Therefore, if the temperature of the LED is lowered as much as possible and the amount of light is not increased with respect to the drive current, no further increase in the amount of light can be expected. For example, when a printed circuit board is used as an LED mounting board, the surface temperature rises as much as 230 degrees because the thermal conductivity is small, and the amount of light does not increase even when a large amount of current is passed. However, since the metal substrate has a high thermal conductivity, the surface temperature of the LED can be maintained at about 85 degrees. This effectively works as a heat sink and as a heat sink, and the metal substrate works effectively, lowers the surface temperature of the LED, so that the drive current can be increased correspondingly, and the amount of light can be increased accordingly. As described above, in order to realize a reduction in the surface temperature of the LED, it is necessary to dissipate heat generated in the light emitting diode to the outside as much as possible.
この放熱性の優れた実装基板として、AlやCu等の金属、合金、アルミナやAlN等のセラミック等が候補に挙げられるが、最近のエコ思考から、重量的に軽量なAlが注目されている。これは、Cuから比べて、若干熱伝導率は劣るが、コストも安く、しかも軽量であることが最大のポイントである。 Candidates for mounting substrates with excellent heat dissipation include metals such as Al and Cu, alloys, ceramics such as alumina and AlN, etc., but from the recent ecological thinking, light weight Al is attracting attention. . Compared to Cu, the thermal conductivity is slightly inferior, but the most important point is that the cost is low and the weight is light.
しかしながら、この金属基板には、難題なポイントが立ちはだかっている。それは、熱膨張係数である。以下に具体的な数値を列記する。 However, this metal substrate has a difficult point. It is a coefficient of thermal expansion. Specific numerical values are listed below.
Al :23〜25 ppm/度C
半導体素子 : 3.5 ppm/度C
チップ抵抗 : 7.0 ppm/度C
チップコンデンサ:10.0 ppm/度C
半田 :23 ppm/度C
つまり、LEDを実装し、LEDから発生する熱を放出することは可能になるが、この数値からも判るように、実装基板であるAlと、LEDの熱膨張係数が著しく異なると、一番弱い部分に大きく負荷が加わる。
Al: 23-25 ppm / degree C
Semiconductor element: 3.5 ppm / degree C
Chip resistance: 7.0 ppm / degree C
Chip capacitor: 10.0 ppm / degree C
Solder: 23 ppm / degree C
In other words, it is possible to mount the LED and release the heat generated from the LED, but as can be seen from this figure, the weakest is when the thermal expansion coefficient of the LED, which is the mounting substrate, is significantly different from that of the mounting substrate. A large load is applied to the part.
例えば、図8が、その原理を示し、矢印は、熱膨張係数、つまり温度に対する伸び縮みを矢印で示してみた。当然金属基板の伸びが大であるため、半田に負荷がかかり、特に丸で示した部分、半田延面と素子裏面との角度が鋭角である程、そこに加わる負荷は大となる。 For example, FIG. 8 shows the principle, and the arrows indicate the thermal expansion coefficient, that is, the expansion / contraction with respect to temperature. Naturally, since the elongation of the metal substrate is large, a load is applied to the solder. In particular, as the angle between the portion indicated by a circle, that is, the solder extended surface and the back surface of the element is an acute angle, the load applied thereto increases.
具体的には、LEDをセラミックパッケージで封止したLEDパッケージ、リードフレームに実装して樹脂封止したLEDパッケージは、実装性から半田を介して実装するが、Al基板の熱膨張係数が大きいため、半田に大きな負荷が加わる。そして時間が経過するにつれて半田クラックが発生し、回路がオープン状態になり、LEDが発光しなくなる問題がある。リードフレームでは、リードの柔軟性から応力の緩和があるが、セラミック基板で封止されると、一般には、セラミック基板の裏面に電極が被着された構造を採用するため、電極の裏面に設けられた半田に直接負荷が加わり、半田クラックの発生は著しい。 Specifically, LED packages in which LEDs are sealed with a ceramic package and LED packages that are mounted on a lead frame and resin-sealed are mounted via solder from the viewpoint of mountability, but because the thermal expansion coefficient of the Al substrate is large A large load is applied to the solder. As time elapses, solder cracks occur, the circuit becomes open, and the LED does not emit light. In the lead frame, there is relaxation of stress due to the flexibility of the lead, but when sealed with a ceramic substrate, it is generally provided on the back surface of the electrode because it employs a structure in which the electrode is attached to the back surface of the ceramic substrate. A load is directly applied to the solder and the occurrence of solder cracks is significant.
本発明は、第1に、
表面に無機系絶縁膜が被覆されるか、または金属材料が露出したままの状態の金属基板を用意し、
少なくとも実装基板がセラミック基板から成るLEDパッケージであり、LEDパッケージのアノード電極(またはカソード電極)とカソード電極(またはアノード電極)の間に相当する前記金属基板にスリットを形成し、
前記金属基板の表面に樹脂層を介してCu箔を貼り付け、
前記アノード電極(またはカソード電極)と前記カソード電極(アノード電極)に相当する前記Cu箔をパターニングする事で解決するものである。
The present invention, first,
Prepare a metal substrate where the surface is covered with an inorganic insulating film or the metal material is exposed,
At least a mounting substrate is an LED package made of a ceramic substrate, and a slit is formed in the metal substrate corresponding to an anode electrode (or cathode electrode) and a cathode electrode (or anode electrode) of the LED package,
A Cu foil is attached to the surface of the metal substrate via a resin layer,
This is solved by patterning the Cu foil corresponding to the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (anode electrode).
更には、セラミック基板と、前記セラミック基板の上に実装されたLEDチップと、前記LEDチップと電気的に接続され、前記セラミック基板の裏面に設けられたアノード電極(またはカソード電極)およびカソード電極(またはアノード電極)とを少なくとも有するn個のLEDパッケージと、
前記n個のLEDパッケージを配列して配置できる細長のAlを主成分とする金属基板と、
前記アノード電極(またはカソード電極)と前記カソード電極(またはアノード電極)の間に対応して設けられ、前記金属基板の裏面から表面に渡り貫通して設けられたスリットと、
前記スリットの開口部も含めて前記金属基板全面に設けられた樹脂からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面に設けられ、前記アノード電極(またはカソード電極)と前記カソード電極(またはアノード電極)と対応して設けられた第1の電極および第2の電極とを有し、
前記第1の電極および前記アノード電極(またはカソード電極)と、前記第2の電極および前記カソード電極(またはアノード電極)がロウ材により固着されて、前記金属基板の長辺に沿って前記n個のLEDパッケージが実装される事で解決するものである。
Furthermore, a ceramic substrate, an LED chip mounted on the ceramic substrate, an anode electrode (or a cathode electrode) and a cathode electrode (which are electrically connected to the LED chip and provided on the back surface of the ceramic substrate) Or n LED packages having at least an anode electrode),
A metal substrate mainly composed of slender Al capable of arranging and arranging the n LED packages;
A slit provided correspondingly between the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (or anode electrode) and penetrating from the back surface to the surface of the metal substrate;
An insulating layer made of a resin provided on the entire surface of the metal substrate including the opening of the slit;
A first electrode and a second electrode provided on the surface of the insulating layer, corresponding to the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (or anode electrode);
The first electrode and the anode electrode (or cathode electrode), the second electrode and the cathode electrode (or anode electrode) are fixed by a brazing material, and the n pieces are disposed along the long side of the metal substrate. This is solved by mounting the LED package.
本発明では、先ずは、LEDチップが入ったLEDパッケージには、電極以外に放熱用の電極を設けて、LEDから発生する熱を積極的に実装基板に伝える構造としている。LEDチップの裏面は、セラミック基板の電極に接続され、サーマルビアを介して、セラミック基板裏面の放熱電極に伝わる構造を採用している。 In the present invention, first, in the LED package containing the LED chip, an electrode for heat dissipation is provided in addition to the electrode, so that heat generated from the LED is positively transmitted to the mounting substrate. The back surface of the LED chip is connected to the electrode of the ceramic substrate and adopts a structure that is transmitted to the heat dissipation electrode on the back surface of the ceramic substrate through a thermal via.
しかもLEDを実装する実装基板にスリットを入れ、半田に加わる応力を緩和するものであるが、スリットは、絶縁樹脂を被膜する前の段階でスリットを入れる事で解決するものである。 In addition, a slit is formed in the mounting substrate on which the LED is mounted to relieve the stress applied to the solder. However, the slit is solved by inserting the slit at a stage before coating the insulating resin.
またこのスリットが入った実装基板に対し、半田を囲むように樹脂コートをすることで更にこのクラックを防止することができる。特にシリコンなどの比較的柔軟な樹脂ではなく、エポキシ樹脂やフィラーの入ったエポキシ樹脂が好ましい。これは、応力が加わる半田の部分に常に圧縮応力が働くからである。 Further, the crack can be further prevented by coating the mounting substrate having the slit with a resin coating so as to surround the solder. In particular, an epoxy resin or an epoxy resin containing a filler is preferable instead of a relatively flexible resin such as silicon. This is because a compressive stress always acts on the portion of the solder to which the stress is applied.
特に実装基板の温度に鑑みて、サーマルビア構造のLEDパッケージとスリット付の実装基板、サーマルビア構造のLEDパッケージと半田の部分に樹脂コートされて実装基板に配置されたもの、またはサーマルビア構造のLEDパッケージをスリット付の実装基板に配置し、樹脂コートしたもので、半田の応力をできる限り低減させるものである。 In particular, in consideration of the temperature of the mounting substrate, a thermal via structure LED package and a mounting substrate with a slit, a thermal via structure LED package and a solder-coated portion disposed on the mounting substrate, or a thermal via structure The LED package is placed on a mounting substrate with a slit and coated with a resin to reduce solder stress as much as possible.
本発明は、図1(A)に示すように、LEDチップが封止されたパッケージであるLEDパッケージ1が金属基板2に実装されたLEDモジュール3に関しての技術であり、特にハンダを代表するロウ材の疲弊、劣化に関するものである。
As shown in FIG. 1A, the present invention is a technique related to an
特に前記金属基板2は、CuやAlを主成分とするもの、金属の合金が考えられる。しかしながら、車載用やLCDTV等への搭載が考慮され、軽量さからAlまたはAlを主材料とするもので説明していく。このAl基板2は、厚みがおよそ1.0mm以上2.0mm以下(例えば1.5mm)で、両主面はアルミニウムの酸化膜を主とした無機系絶縁膜(アルマイト膜)4により被覆される。更に、基板2の上面は、フィラーが充填された樹脂から成る絶縁層5により全面的に被覆されており、この絶縁層の上面にCuから成る導電パターン6が形成されている。尚、無機系絶縁膜は、省略されても良い。当然ながら、絶縁層5自体は、熱抵抗が大であるが、フィラーの充填量により熱抵抗を小さくすることが可能である。
In particular, the
続いてLEDパッケージ1について説明する。LEDのベアチップ7は、セラミック基板8に実装される。このセラミック基板8は、このベアチップ実装のために、表面に導電パターン9a〜9cが設けられ、それに対応して裏面にも導電パターン10a〜10cが設けられている。ここで9a、10aは、LEDのアノード(またはカソード)電極(以下A電極と呼ぶ)であり、9b、10bは、カソード(またはアノード)電極(以下C電極と呼ぶ)であり、それぞれはスルーホールviaを介して電気的に接続されている。更には、ベアチップの裏面と熱的に結合されてなるアイランド9cは、セラミック基板8の裏面に設けられた放熱用電極(以下Rd電極と呼ぶ)10cとサーマルvia11を介して熱的に結合されている。このサーマルvia11は、熱伝導率の高い金属ペーストが焼成されたもので、特にAgまたはCu等が採用される。更には、製造方法の簡略化を考えると、スルーホールviaと同一材料でも良い。尚、電極10a、10bは、セラミック基板8の裏面から、側面に沿って上方に延在している。断面図では、L字を横にしたものである。
Next, the
続いて、セラミック基板8の周囲には、LEDパッケージ1の4側面となる枠体12が設けられ、この枠体12の内側は、ベアチップ7実装用のキャビティ13と成る。更に、前記キャビティ13の密封とLED光の透過が考慮され、光透過性の蓋体14が枠体の頭部と接着剤を介して固着される。
Subsequently, a frame body 12 serving as four side surfaces of the
本発明は、LEDのベアチップ7から発生する熱がサーマルvia11を介して金属基板2に放出するため、ベアチップ7の温度上昇を抑制でき、その分LEDの駆動電流を流すことが可能となる。更には、図2に示すように、LEDパッケージ1を複数個、またLEDバーにあたっては、数十個以上実装されるため、どうしてもLEDモジュール3全体の温度が上昇する。しかしながら、金属基板2を採用するため、ヒートシンクや放熱板として機能し、温度上昇による不良を抑止することができる。
In the present invention, the heat generated from the bare chip 7 of the LED is released to the
更に本発明は、裏面電極10a、10bとRd電極10cのパターンについて、Rd電極10cの半田を犠牲にする構造を採用した。つまり電極6a、6bは、金属基板2に貼着された導電パターンで、それに対応してLEDパッケージ1側のアノード電極、カソード電極10a、10bがロウ材を介して固着されている。同様に電極6cは、金属基板に貼着された導電パターンで、セラミック基板8の裏面側に設けられたRd電極10cとロウ材を介して固着されている。そしてこの放熱電極10cの半田にクラックが発生するような構造とし、その結果、両端の電極10a、10bの半田に加わる応力を緩和させて、クラックの抑制を図ったものである。
Furthermore, the present invention employs a structure in which the solder of the Rd electrode 10c is sacrificed for the patterns of the back electrodes 10a and 10b and the Rd electrode 10c. That is, the electrodes 6a and 6b are conductive patterns attached to the
具体的には、半田の延面と金属基板2裏面との角度で以下に説明する。先ずは、若干の定義について図1(B)を使って行う。
Specifically, the angle between the solder extended surface and the back surface of the
半田が溶けた面は、一般には湾曲したカーブを描く。例えば図1(A)の放熱電極10cと金属基板側の電極6cの半田の状態を図1(B)に模式的に示した。ラインL1は、セラミック基板8の底面であり、ラインL2は、金属基板2側の表面を示す。そしてセラミック基板8側には、Rd電極10cが、金属基板2側には、電極6cがある。そして両者の間には半田が濡れ、電気的に接続されている。
The surface where the solder is melted generally draws a curved curve. For example, FIG. 1B schematically shows the solder state of the heat radiation electrode 10c in FIG. 1A and the electrode 6c on the metal substrate side. The line L1 is the bottom surface of the
本来、半田の延面とセラミック基板との角度を議論するのであるが、ここでは、以下の様にする。つまり半田は、放熱電極10cの点B’を起点とし、金属基板の電極6cの点Aを終点とし、その間で湾曲して濡れるか、放熱電極10cのセラミック基板との当接点Bを半田の起点とし、終点Aとの間で湾曲を描いて濡れる。そして、前者の半田延面を直線A−B‘として見做し、後者の半田延面を直線A−Bとして見做す。そして半田はこの二つの延面の間のいずれかの位置でカーブを描いているので、これら2本の直線と水平ラインとの角度を総称してα3と定義する。この点は、図1(A)にも記載され、放熱電極10cの両側に示されたα3は、実質同一としてα3とした。同様方法で、アノード電極、カソード電極の内側の半田延面をα1とした。一方、α2は、側壁と平行なラインL3と直線A−B、または直線A−B’との角度を総称してα2とした。 Originally, the angle between the extended surface of the solder and the ceramic substrate is discussed, but here it is as follows. That is, the solder starts from the point B ′ of the heat radiation electrode 10c and ends at the point A of the electrode 6c of the metal substrate. And draw a curve between the end point A and get wet. The former solder surface is regarded as a straight line A-B ', and the latter solder surface is regarded as a straight line AB. Since the solder draws a curve at any position between the two extended surfaces, the angle between the two straight lines and the horizontal line is collectively defined as α3. This point is also described in FIG. 1A, and α3 shown on both sides of the heat dissipation electrode 10c is substantially the same as α3. In the same manner, the solder extending surface inside the anode electrode and the cathode electrode was set to α1. On the other hand, α2 is a generic term for the angle between the line L3 parallel to the side wall and the straight line AB or straight line A-B ′.
本来、従来例でも説明したように、この角度α1〜α3は、鈍角が好ましい。しかしながら、本発明では、電極6cを放熱電極10cよりも一回り大きくし、平面的に見て、電極6Cの内側に放熱電極10cが入るように設け、α3を鋭角とした。 Originally, as described in the conventional example, the angles α1 to α3 are preferably obtuse angles. However, in the present invention, the electrode 6c is made slightly larger than the heat radiation electrode 10c, and provided so that the heat radiation electrode 10c enters the electrode 6C in plan view, α3 is an acute angle.
LEDモジュール3は、常に温度サイクルが加わり、時間とともに半田が疲弊して、結局は、時間の大小の違いはあるが、最後には、半田クラックが発生する。よってその時、敢えて、α3この部分でクラックを発生させることで、α1、α2の部分に加わる応力を緩和するものである。
The
本実施例は、セラミックパッケージで説明しているが、樹脂パッケージであっても同じ構造であれば、適用できるものである。 Although the present embodiment has been described with a ceramic package, it can be applied to a resin package as long as it has the same structure.
続いて、図2から図7を採用して、第2の実施の形態について説明する。この実施例は、LCDTVの側辺に取り付けられ、バックライトの一構成となる、LEDバー20をテーマとしたものであり、金属基板21やLEDパッケージ22は、前実施例と同様の構成としても良い。前実施例は、半田延面との角度を議論したが、これからのポイントは、スリットである。
Subsequently, a second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is based on the
まず、ここの基板は、金属材料としてAlまたはAlを主材料とした金属基板21を採用し、厚みが1.0mm程度から2.0mm程度で、平面的なサイズは、幅が0.5cm程度で、長さが50cm程度である。この長さは、TVのサイズにより増減するが、原則として図2(A)にあるように細長の形状である。またLEDの幅は、原則LCDTVに取り付けられる導光板の厚みと実質同じであり、近年、LCDTVの厚みが薄くなっていることから、この幅は、0.5mmから更に狭くなる傾向にある。
First, the substrate here uses Al or a
この細長の金属基板21には、図2(A)に示したように、LEDパッケージ22が、ライン状に配列されて設けられている。特に、LEDパッケージは、一般には図2(A)の等価回路にあるように、直列接続されている。また熱膨張係数から来る伸びをできるだけ分散させるために、LEDバーを何本か使用し、並列接続させても良い。これは、両端に加わる電圧を下げられる事、どれかLEDチップが動作不良になった場合、取替えが容易となる。
The
よって金属基板21の上には、前記等価回路に対応して電極および配線が形成されている。特にLEDパッケージ22は、図1(A)で説明した様に、A電極、C電極、Rd電極が設けられ、図2(C)では、符号23a、23b、23cがそれに相当し、LEDパッケージ22自体は点線で示した。
Therefore, electrodes and wirings are formed on the
尚図2(B)は、図2(A)の丸で示した部分の拡大図であり、1つのLEDパッケージの実装領域に設けられる導電パターンについて図示したものである。図2(C)は、Y−Y線の断面図、更に図2(D)は、X−X線の断面図である。本実施例の最大のポイントは、電極の間にスリットSTを設けた事にあり、図2(E)は、その効果を模式的に示したものでる。図(E)の矢印からも容易に類推されるが、図は、金属基板21の膨張により発生する応力が、このスリットにより軽減されていることを示している。
FIG. 2B is an enlarged view of a portion indicated by a circle in FIG. 2A, and shows a conductive pattern provided in a mounting region of one LED package. 2C is a cross-sectional view taken along the line YY, and FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line XX. The greatest point of the present embodiment is that a slit ST is provided between the electrodes, and FIG. 2 (E) schematically shows the effect. Although it can be easily inferred from the arrow in FIG. (E), the drawing shows that the stress generated by the expansion of the
図2(B)に戻ると、紙面の下端は、端子兼A電極となる導電パターン23aがあり、上端には、C電極となる導電パターン23bがあり、その間にはアイランド状のRd電極の導電パターン23cが設けられている。A電極とC電極は、上方にある別のLEDパッケージの電極と配線を介して電気的に接続されるが、Rd電極23Cは、放熱用に採用されているため、フローティングであり、アイランド状と表現する。尚、前記配線は、点線で示すように側辺に沿って延在される。 Returning to FIG. 2B, the lower end of the paper has a conductive pattern 23a serving as a terminal and A electrode, and the upper end includes a conductive pattern 23b serving as a C electrode. A pattern 23c is provided. The A electrode and the C electrode are electrically connected to the electrodes of another LED package located above through wiring, but the Rd electrode 23C is used for heat dissipation, so it is floating, Express. In addition, the said wiring is extended along a side as shown with a dotted line.
本発明の特徴は、A電極23aとRd電極23cの間、C電極23bとRd電極23cの間、または両者にスリットSTを設けたことにある。 A feature of the present invention is that slits ST are provided between the A electrode 23a and the Rd electrode 23c, between the C electrode 23b and the Rd electrode 23c, or both.
ここでRd電極23cを省略した場合は、A電極とC電極との間にスリットSTが設けられても良い。
しかしながらこのスリットSTは、パンチングで形成するため、以下の問題がある。つまりLEDパッケージ22自体が小型であり、スリットSTの形成領域が非常に狭いこと、具体的には、横が0.3cm前後、縦がそして1mm前後のスリットSTを設けなければならない。更には、図1で説明した様に、金属基板の表面には、アルマイトから成る無機系絶縁膜が設けられ、更に絶縁層5には、シリカまたはアルミナ等のフィラーが入っており、硬いという問題がある。特にスリットSTの開口エリアが図に示すように細長であることから、パンチの金型(刃)も細長であるため、金型の磨耗が激しい。本発明は、この問題を解決するため、図3以降の方法を採用している。
Here, when the Rd electrode 23c is omitted, a slit ST may be provided between the A electrode and the C electrode.
However, since this slit ST is formed by punching, it has the following problems. That is, the
つまり絶縁層5の形成の前にスリットSTを形成することで解決している。つまり絶縁層のフィラーで発生する金型の磨耗を防いでいる。尚、Alから成る金属基板2は、二つのタイプがあり、図3に示すように、Al基板の両面に無機系絶縁膜4を形成するタイプと、この無機系絶縁膜4を生成させないタイプである。生成させないタイプは、金属基板2の裏面に傷が付き易く、生成させれば傷が付きにくい。
That is, the problem is solved by forming the slit ST before the formation of the insulating
では具体的に説明する。まずは図3に示す様に、大判の金属基板2を用意する。前述したように、基板2の表裏は、Alが全面に露出しているタイプ、または表裏に前記無機系絶縁膜4が形成されているタイプである。どちらにしてもこの状態でスリットSTのエリアにパンチングが施され、金属基板2の表から裏側に渡り打ち抜かれる。点線30aで示した部分は、LEDパッケージ22の形成エリアであり、最終的には、このラインに沿って分断される部分である。そしてここでは、前記形成エリアが30a〜30dと並んで一体で形成される。尚、形成エリア30a〜30dの内部に図示された小さな四角が、スリットSTが形成された部分である。
Then, it demonstrates concretely. First, as shown in FIG. 3, a
尚、図3(C)に示すように、二度打ちを施しても良い。つまり、金属基板2のスリットSTに相当するエリアより一回り大きいエリアで、表から軽く浅いプレスを行うと浅い溝GVが形成され、その後で裏から表に貫通するように、スリットSTに相当する部分をパンチングして形成する。こうすることで、裏面には金属バリが発生せず、裏面は、隙間無く筐体や放熱フィンに当接させることができる。更には、バリが表側に発生するが、浅い溝に隠れ、絶縁層5の中に突き刺さることもない。よってバリによる配線ショート等も無くなる。
In addition, as shown in FIG.3 (C), you may give twice. That is, in an area that is slightly larger than the area corresponding to the slit ST of the
続いて、図4に示すように、金属基板2の表面に、フィラーの入った絶縁層5およびCu箔31が貼り合わされる。ここでは、大判基板サイズのCu箔31の裏面に前述した絶縁層5が設けられたシートを用意し、これを熱圧着で貼り合せる。スリットSTのサイズが小さいこと、絶縁層5が溶けてもあまり流動性が無いので、スリットSTの表に留まっている。
Subsequently, as shown in FIG. 4, the insulating
続いて、図5に示すように、前記Cu箔31は、パターニングされる。これは、ホトレジストをCu箔の上に塗布し、導電パターン以外の部分を取り除き、露出したCuを塩化第二鉄等のエッチャントでエッチングする。できた導電パターンは、少なくとも、A電極23a、C電極23bおよびRd電極23cを有し、必要によっては、配線、端子等が形成される。この状態で、スリットSTに相当する部分は、Cu箔が取り除かれるが、絶縁層5で被覆されている。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the Cu foil 31 is patterned. In this method, a photoresist is applied on the Cu foil, portions other than the conductive pattern are removed, and the exposed Cu is etched with an etchant such as ferric chloride. The completed conductive pattern has at least an A electrode 23a, a C electrode 23b, and an Rd electrode 23c, and wirings, terminals, and the like are formed as necessary. In this state, the Cu foil is removed from the portion corresponding to the slit ST, but it is covered with the insulating
尚、図6(B)の様に、スリットSTに相当する絶縁層5を取り除いても良い。図では符号32で示した。絶縁層の材料やフィラーの種類、そして混入率により、脆い場合があるので、その場合は、積極的に取り除いても良い。尚、取り除く際は、エッチングやレーザにより取り除かれるが、図に示すように、スリットSTのサイズよりも一回り大きなサイズで取り除く。レーザであれば、アブレーション効果でフィラー入りの絶縁層だけ取り除ける。取り除くことで、スリットSTの微視的な反りが発生しやすくなり、応力の緩和につながる。更には、この除去領域32を介してバリを取り除くことも可能となる。水洗やエッチングでバリの除去が可能となる。
As shown in FIG. 6B, the insulating
図6(B)では、除去領域からパンチングで形成されたAlの表面が露出し、ショートを引き起こす危惧もあるが、除去領域を形成しないで、絶縁層を残せば、この様な問題は発生しない。 In FIG. 6B, the surface of Al formed by punching is exposed from the removal region, which may cause a short circuit. However, if the insulation layer is left without forming the removal region, such a problem does not occur. .
最後に、図7に示すように、LEDパッケージの実装およびLEDバー20へ分離する工程がある。これは、主に二通りある。
Finally, as shown in FIG. 7, there is a process of mounting the LED package and separating it into the
つまり図7(A)、(B)の如く、大板の金属基板のまま、LEDパッケージ20を実装し、その後でLEDバー20として分離する方法と、図7(D)、(E)の如く、前もって点線に沿ってLEDバー用の金属基板として分離し、その後でLEDパッケージ22を実装する方法である。
That is, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
図7(C)は、LEDバー20の境界にスリットST2が設けられ、周囲の枠体33の間を細い連結体34で保持しておけば、実装後も用意に分離することができる。
In FIG. 7C, when the slit ST2 is provided at the boundary of the
最後に図10を用いて、LEDチップ裏面が電極のタイプについて説明する。これは、LEDチップ表面にアノード(またはカソード)電極が設けられ、裏面にカソード(またはアノード)電極が設けられたタイプである。簡単ではあるが、図10(B)のLEDパッケージにその構造を示した。 Finally, the type of the electrode on the back surface of the LED chip will be described with reference to FIG. This is a type in which an anode (or cathode) electrode is provided on the front surface of the LED chip and a cathode (or anode) electrode is provided on the back surface. Although simple, the structure is shown in the LED package of FIG.
この場合、セラミック基板の表と裏には、前述した電極に対応してアノード(またはカソード)電極およびカソード(またはアノード)電極が設けられる。特に放熱用のサーマルビアは、カソード(またはアノード)電極に設けられているスルーホールviaがサーマルviaとなる。パッケージの中空部は、チップ裏面が電極として働くので、金属細線は、1本で実現できる。 In this case, an anode (or cathode) electrode and a cathode (or anode) electrode are provided on the front and back of the ceramic substrate corresponding to the above-described electrodes. In particular, in a thermal via for heat dissipation, a through hole via provided in a cathode (or anode) electrode becomes a thermal via. In the hollow part of the package, since the back surface of the chip functions as an electrode, a single thin metal wire can be realized.
このケースの場合、Alの金属基板側は、LEDパッケージのアノード(またはカソード)電極とカソード(またはアノード)電極に対応して、第1の電極
と第2の電極が設けられ、本発明のポイントであるスリットは、この第1の電極と第2の電極の間に形成される。
In this case, on the metal substrate side of Al, the first electrode and the second electrode are provided corresponding to the anode (or cathode) electrode and the cathode (or anode) electrode of the LED package. The slit is formed between the first electrode and the second electrode.
ここでは、LEDパッケージが構造を異にしているだけで、金属基板側の構造は全く前に述べた実施例を適用できる。違う点は、カソード電極が放熱電極を兼ねているだけで、電極の数が1つ減り、その結果、スリットが、金属基板の第1の電極と第2の電極に形成される点だけである。 Here, only the LED package has a different structure, and the embodiment described above can be applied to the structure on the metal substrate side. The only difference is that the cathode electrode also serves as a heat dissipation electrode, the number of electrodes is reduced by one, and as a result, slits are formed in the first electrode and the second electrode of the metal substrate. .
1:LEDパッケージ
2:金属基板
3:LEDモジュール
4:無機系絶縁膜
5:絶縁層
6:導電パターン
7:LEDのベアチップ
8:セラミック基板
9a、10a:A電極
9b、10b:B電極
9c、10c:Rd電極
11:サーマルvia
12:枠
13:中空部
14:蓋体
1: LED package 2: Metal substrate 3: LED module 4: Inorganic insulating film 5: Insulating layer 6: Conductive pattern 7: LED bare chip 8: Ceramic substrate 9a, 10a: A electrode 9b, 10b: B electrode 9c, 10c : Rd electrode 11: Thermal via
12: Frame 13: Hollow part 14: Lid
Claims (10)
少なくとも実装基板がセラミック基板から成るLEDパッケージであり、LEDパッケージのアノード電極(またはカソード電極)とカソード電極(またはアノード電極)の間に相当する前記金属基板にスリットを形成し、
前記金属基板の表面に樹脂層を介してCu箔を貼り付け、
前記アノード電極(またはカソード電極)と前記カソード電極(アノード電極)に相当する前記Cu箔をパターニングする事を特徴とした照明装置用基板の製造方法。 Prepare a metal substrate where the surface is covered with an inorganic insulating film or the metal material is exposed,
At least a mounting substrate is an LED package made of a ceramic substrate, and a slit is formed in the metal substrate corresponding to an anode electrode (or cathode electrode) and a cathode electrode (or anode electrode) of the LED package,
A Cu foil is attached to the surface of the metal substrate via a resin layer,
A method for manufacturing a substrate for a lighting device, wherein the Cu foil corresponding to the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (anode electrode) is patterned.
前記スリットを形成するに際し、前記アノード電極(またはカソード電極)と前記放熱電極の間、または前記カソード電極(またはアノード電極)と前記放熱電極の間に相当する前記金属基板にスリットを形成する請求項1に記載の照明装置用基板の製造方法。 The LED package has a heat dissipation electrode between the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (or anode electrode),
The slit is formed in the metal substrate corresponding to the gap between the anode electrode (or cathode electrode) and the heat dissipation electrode or between the cathode electrode (or anode electrode) and the heat dissipation electrode when forming the slit. The manufacturing method of the board | substrate for illuminating devices of 1.
前記n個のLEDパッケージを配列して配置できる細長のAlを主成分とする金属基板と、
前記アノード電極(またはカソード電極)と前記カソード電極(またはアノード電極)の間に対応して設けられ、前記金属基板の裏面から表面に渡り貫通して設けられたスリットと、
前記スリットの開口部も含めて前記金属基板全面に設けられた樹脂からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面に設けられ、前記アノード電極(またはカソード電極)と前記カソード電極(またはアノード電極)と対応して設けられた第1の電極および第2の電極とを有し、
前記第1の電極および前記アノード電極(またはカソード電極)と、前記第2の電極および前記カソード電極(またはアノード電極)がロウ材により固着されて、前記金属基板の長辺に沿って前記n個のLEDパッケージが実装された事を特徴とする照明装置。 A ceramic substrate, an LED chip mounted on the ceramic substrate, and an anode electrode (or cathode electrode) and a cathode electrode (or anode electrode) electrically connected to the LED chip and provided on the back surface of the ceramic substrate N LED packages having at least
A metal substrate mainly composed of slender Al capable of arranging and arranging the n LED packages;
A slit provided correspondingly between the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (or anode electrode) and penetrating from the back surface to the surface of the metal substrate;
An insulating layer made of a resin provided on the entire surface of the metal substrate including the opening of the slit;
A first electrode and a second electrode provided on the surface of the insulating layer, corresponding to the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (or anode electrode);
The first electrode and the anode electrode (or cathode electrode), the second electrode and the cathode electrode (or anode electrode) are fixed by a brazing material, and the n pieces are disposed along the long side of the metal substrate. A lighting device characterized in that the LED package is mounted.
前記アノード電極(またはカソード電極)と前記放熱電極の間、または前記カソード電極(またはアノード電極)と前記放熱電極の間に前記スリットが設けられる請求項7または請求項8に記載の照明装置。 Between the anode electrode (or cathode electrode) and the cathode electrode (or anode electrode) on the back surface of the ceramic substrate, a heat dissipation electrode for releasing the heat of the LED chip is provided,
The lighting device according to claim 7 or 8, wherein the slit is provided between the anode electrode (or cathode electrode) and the heat dissipation electrode, or between the cathode electrode (or anode electrode) and the heat dissipation electrode.
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