(57)【要約】【課題】  ＬＥＤチップに一対のＰ型電極部及びＮ型電極部を再配置配線層の下面の略全面に設けると共に、前記一対のＰ型電極部及びＮ型電極部に対応する一対のブロック状の導電放熱部をサブマウント基板に形成することによって、高い放熱効果を得ることのできるＬＥＤパッケージを提供することである。【解決手段】  複数の素子電極を有するＬＥＤチップ１２と、該ＬＥＤチップ１２が載置されるサブマウント基板１３とを備えたＬＥＤパッケージ１１において、ＬＥＤチップ１２には、再配置配線層１７を介して前記素子電極が再配置配線されたＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９が下面の略全面に形成され、サブマウント基板１３には、前記Ｐ型電極部１８及びＮ型電極部１９に対応して設けられる一対のブロック状の導電放熱部２２が上面及び下面の略全面に露出形成され、前記各導電放熱部２２の上面に、対応するＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９を電気的に接続した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子電極を有するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップが載置されるサブマウント基板とを備えたＬＥＤパッケージにおいて、
前記ＬＥＤチップには、前記各素子電極が再配置配線された一対のＰ型電極部及びＮ型電極部が下面の略全面に形成され、
前記サブマウント基板には、前記Ｐ型電極部及びＮ型電極部に対応して設けられる一対のブロック状の導電放熱部が上面及び下面の略全面に露出形成され、
前記各導電放熱部の上面に、それぞれ対応する前記Ｐ型電極部及びＮ型電極部が電気的に接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
前記サブマウント基板は、所定の厚みを有する樹脂基板の上面と下面とに露出するように前記一対の導電放熱部が組み込み形成されている請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
前記一対の導電放熱部は、それぞれ対応するＰ型電極部及びＮ型電極部の面積に比例する表面積を有して形成される請求項１又は２に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
前記一対の導電放熱部は、前記Ｐ型電極部及びＮ型電極部より広い表面積を有して形成されている請求項１又は３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
前記一対の導電放熱部は、導電性及び熱伝導性の高い銅によって形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱構造を備えたＬＥＤパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、小型であると共に長寿命性といった特徴を生かして携帯電話機等の液晶パネルのバックライト光源に採用されている。また、近年においては照明用として使用可能な高輝度且つ高出力型のものも数多く製品化されている。このような高出力タイプのＬＥＤにあっては、消費電力が多くなることから、放熱対策が重要な課題となっている。
【０００３】
主に照明用として構成されるＬＥＤチップは、高輝度の発光素子によって構成されており、この発光素子から発せられる熱は、従来、封止樹脂を介して外気中に放熱させる他、素子電極を介することでマザーボード等の回路基板に放熱させるようになっている。そのため、ＬＥＤチップの下面には、複数のバンプが設けられ、これらの複数のバンプを接続するための電極パターンが形成されたサブマウント基板を介して、アノード及びカソードからなる一対の電極端子が形成されている回路基板に実装される場合が多い。
【０００４】
前記構成によるＬＥＤチップにおける放熱対策としては、従来、素子電極の配置構成を変更（再配置）したり、それぞれの素子電極間を接続する配線パターンを変更（再配線）したりすることによって行われている。
【０００５】
前記素子電極の再配置配線は、主にサブマウント基板に形成される配線パターンによって行われている。また、前記再配置配線と共に、サブマウント基板のＬＥＤチップを載置している面から回路基板上に実装される裏面側に通じる導電性のビアホールを形成することによって、放熱効果の改善を図っている例もある。
【０００６】
特許文献１には、複数のバンプが形成された電子素子をシリコン又はメタルコアからなるサブマウント基板に実装してなる半導体装置が開示されている。この半導体装置は、前記複数のバンプに対応するように配線パターンをサブマウント基板上に沿って形成されている。このように、熱伝導率が高いシリコンで形成されたサブマウント基板上に多数のバンプを介して半導体チップが実装されている。
【０００７】
また、特許文献２には、フリップチップ接合では困難であったＰ型半導体層とＮ型半導体層との接合面の大型化を図ることによって、導電性接着剤による実装を実現した発光装置が開示されている。この発光装置は、接合面の小さいＬＥＤチップ側の素子電極を拡大化するための第２の素子電極を設けた構造となっているため、導電性接着剤を用いて回路基板側との接合を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３３９５９１号公報
【特許文献２】特許第４１２１５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、ＬＥＤチップをフリップチップ実装によってサブマウント基板や回路基板に実装する際は、バンプを介して行う必要がある。このため、ＬＥＤチップの下面に多数のバンプを形成しなければならず、配置配線が複雑となる。また、前記バンプによる接合では、広い接合面を確保できないため、放熱効果が十分得られないといった問題があった。
【００１０】
特許文献１では、熱伝導率が高いシリコンで形成されたサブマウント基板上に半導体チップをバンプによって実装しているが、サブマウント基板と半導体チップの接触面が点在する複数のバンプ面となるので、平面状の広い接合面が形成できない。このため、放熱効果が十分得られない場合がある。
【００１１】
特許文献２では、ＬＥＤチップ側でＰ型及びＮ型の電極を平面的に拡大化しているが、この拡大化した電極はＬＥＤチップのサイズによって限定される。このため、より広い電極面を形成するには、ＬＥＤチップのサイズを大型化しなければならず実用的でない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ＬＥＤチップに一対のＰ型電極部及びＮ型電極部を再配置配線層の下面の略全面に設けると共に、前記一対のＰ型電極部及びＮ型電極部に対応する一対のブロック状の導電放熱部をサブマウント基板に形成することによって、高い放熱効果を得ることのできるＬＥＤパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤパッケージは、複数の素子電極を有するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップが載置されるサブマウント基板とを備えたＬＥＤパッケージにおいて、前記ＬＥＤチップには、前記各素子電極が再配置配線された一対のＰ型電極部及びＮ型電極部が下面の略全面に形成され、前記サブマウント基板には、前記Ｐ型電極部及びＮ型電極部に対応して設けられる一対のブロック状の導電放熱部が上面及び下面の略全面に露出形成され、前記各導電放熱部の上面に、それぞれ対応する前記Ｐ型電極部及びＮ型電極部が電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るＬＥＤパッケージによれば、ＬＥＤチップの下面の略全面にＰ型電極部とＮ型電極部が露出形成されているため、ＬＥＤチップで発生した熱を効率よく集約させることができる。また、前記ＬＥＤチップを載置するサブマウント基板に前記Ｐ型電極部及びＮ型電極部と接するブロック状の一対の導電放熱部が上面及び下面の略全面に形成されているので、Ｐ型電極部及びＮ型電極部に集まる熱を効率よく外部に放熱させることができる。
【００１５】
また、一対の導電放熱部は、それぞれ対応するＰ型電極部及びＮ型電極部の面積に比例する表面積を有して形成されるため、ＬＥＤチップ側の発熱量に応じてバランスよく放熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るＬＥＤパッケージの斜視図である。
【図２】上記ＬＥＤパッケージの断面図である。
【図３】上記ＬＥＤパッケージの組立断面図である。
【図４】ＬＥＤチップの平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び底面図（ｃ）である。
【図５】サブマウント基板の平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び底面図（ｃ）である。
【図６】従来の第１のＬＥＤパッケージの構成例を示す図である。
【図７】従来の第２のＬＥＤパッケージの構成例を示す図である。
【図８】従来の第３のＬＥＤパッケージの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤパッケージの実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージの斜視図、図２は前記ＬＥＤパッケージの断面図、図３は前記ＬＥＤパッケージの組立断面図である。
【００１８】
本発明のＬＥＤパッケージ１１は、図１に示すように、下面に再配置配線層１７を有するＬＥＤチップ１２と、一対の導電放熱部２２を有し、前記ＬＥＤチップ１２が組み付けられるサブマウント基板１３とを備える。図２及び図３に示すように、前記ＬＥＤチップ１２は、再配置配線層１７を介して一対のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９が下面に形成された再配置配線構造となっている。また、前記サブマウント基板１３は、ビルドアップ構造によるものであり、絶縁性を有する樹脂基板２１に前記Ｐ型電極部１８，Ｎ型電極部１９と対応する一対の放熱ブロック２３からなる一対の導電放熱部２２が形成されている。なお、前記サブマウント基板１３上には、ＬＥＤチップ１２を覆うように透明な封止樹脂が形成されるが、この封止樹脂については図示を省略する。
【００１９】
前記ＬＥＤチップ１２は、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、発光素子本体１４と、この発光素子本体１４の下面に形成される再配置配線層１７と、この再配置配線層１７の下面に露出形成される平面状のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９とからなっている。
【００２０】
前記再配置配線層１７は、絶縁膜を介して発光素子本体１４の一対の素子電極（Ｐ型電極，Ｎ型電極）１５，１６を電気的に分離させて延長又は拡長させるための一対の電極パターンが形成されている。この一対の電極パターンの一方がＰ型電極部１８、他方がＮ型電極部１９となっている。
【００２１】
前記Ｐ型電極部１８及びＮ型電極部１９は、図４（ｃ）に示したように、それぞれの周囲に一定の絶縁領域が設けられるが、再配置配線層１７の下面の略全面に露出するように形成することが好ましい。このように、Ｐ型電極部１８及びＮ型電極部１９の露出面を広くするのに比例して導電率及び放熱率を向上させることができる。なお、Ｐ型電極部１８とＮ型電極部１９との面積比は、発光素子本体１４を構成するＰ型層及びＮ型層の面積に対応するが、発熱量の大きい方を広くするのが好ましい。本実施形態では、Ｐ型層の発熱量がＮ型層に比べて多いことを想定した面積比となっている。
【００２２】
前記発光素子本体１４は、白色発光の一般照明用であれば、窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色発光素子（青色ＬＥＤ）が用いられる。この青色ＬＥＤ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下に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、図４（ａ）に示したように、Ｎ型電極及びＰ型電極からなる一対の素子電極１５，１６を備え、一方がアノードで、他方がカソードとなる。また、発光素子本体１４は、透光性を有するエポキシまたはシリコン系の樹脂材によって封止されており、この樹脂体に適宜イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を含有させることによって、白色発光も可能となる。
【００２３】
前記サブマウント基板１３は、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ＢＴレジンやガラスエポキシ樹脂等で形成された樹脂基板２１と、この樹脂基板２１に形成され、前記ＬＥＤチップ１２のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９に対応する一対の導電放熱部２２とを備えている。
【００２４】
前記一対の導電放熱部２２は、樹脂基板２１の上面から下面にかけて貫通する放熱ブロック２３と、この放熱ブロック２３の上面及び下面を覆う電極膜２４，２５とによって形成されている。前記放熱ブロック２３は、ＬＥＤチップ１２のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９と回路基板側との電気的接続を図るため、導電率及び熱伝導率の高い銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金といった金属材料によって形成される。前記電極膜２４はＬＥＤチップ１２のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９に対応して設けられ、電極膜２５は回路基板側の形成されている電極パターンに対応して設けられ、それぞれ導電性接着材等を介して接合される。
【００２５】
図５に示したサブマウント基板１３は、図４に示したＬＥＤチップ１２で発生した熱をバランスよく、且つ、効率的に放熱させることを目的としている。このため、前記一対の導電放熱部２２の面積比をＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９に対応させることによって、Ｐ型電極部１８及びＮ型電極部１９から回路基板２６側への放熱量を均一化することができる。また、放熱量は、導電放熱部２２の表面積と共に厚みにも比例することから、可能な限り、前記放熱ブロック２３の表面積を広く、且つ、厚みを持たせて形成するのが好ましい。なお、前記放熱ブロック２３の形状については、ＬＥＤチップ１２側のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９の形状に対応していればよく、直方体形状には限定されない。
【００２６】
本発明のＬＥＤパッケージ１１は、図２に示したように、電極再配置配線構造を備えたＬＥＤチップ１２と、ビルドアップ構造であるサブマウント基板１３とを組み合わせたことによって、バランスよく配置されたＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９からそれぞれの放熱ブロック２３介して放熱させることができる。これによって、ＬＥＤチップ１２の発光時における温度上昇を大幅に低下させ、安定した光学特性を得ることができると共に、消費電力の低減効果も得られる。
【００２７】
上記構成によるＬＥＤパッケージ１１の発光及び放熱作用を図２に基づいて説明する。ＬＥＤチップ１２が搭載されたサブマウント基板１３をマザーボード等の回路基板２６の電極パターン上に導電性接着剤又はハンダバンプを介して実装し、回路基板２６から所定の駆動電圧を印加すると、ＬＥＤチップ１２は印加した駆動電圧と駆動電流との積に等しい電力を消費し、そのエネルギーの一部は光となって発光素子本体１２から外部に放射される。一方、光に変換されなかったエネルギーは熱となってＬＥＤチップ１２全体から放出される。ここで、前記ＬＥＤチップ１２はその下面に形成されているＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９がサブマウント基板１３の一対の導電放熱部２２に接した状態となっているので、発生した熱はそれぞれの放熱ブロック２３を介して回路基板２６側に効率よく逃がすことができる。
【００２８】
次に、本発明のＬＥＤパッケージ１１と、図６乃至図８に示す従来の３タイプのＬＥＤパッケージＡ，Ｂ，Ｃとにおける放熱構造及び作用効果を比較する。ここで、図６乃至図８における図（ａ）はＬＥＤパッケージを構成するＬＥＤチップ及びサブマウント基板の断面図、図（ｂ）はＬＥＤチップの底面図、図（ｃ）はサブマウント基板の上面図である。
【００２９】
図６に示したＬＥＤパッケージＡは、Ｐ型電極及びＮ型電極からなる素子電極１５，１６に対応した複数のバンプ３３が下面に形成されたＬＥＤチップ３１と、ビアホール３４が形成されたサブマウント基板３２との組み合わせによるものである。前記サブマウント基板３２は、上面に前記ＬＥＤチップ３１の複数のバンプ３３をＰ型電極及びＮ型電極に分けて接続するための一対の電極パターン３５，３６が形成されており、この一対の電極パターン３５，３６と導通するビアホール３４が上面から下面にかけて形成されている。なお、前記ビアホール３４の径φは０．２０とし、四隅に設定した。図７に示したＬＥＤパッケージＢは、本発明の電極再配置配線構造を備えたＬＥＤチップ１２と、図６に示した従来のサブマウント基板３２との組み合わせによるものである。ここで、前記サブマウント基板３２に形成される電極パターン３５，３６は、ＬＥＤチップ１２に形成されているＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９に対応したものとなっている。図８に示したＬＥＤパッケージＣは、図６に示した前記従来のＬＥＤチップ３１と、本発明の導電放熱部２２を組み込んだサブマウント基板３７との組み合わせによるものである。ここで、前記サブマウント基板３７には、ＬＥＤチップ３１の複数のバンプ３３をＰ型電極及びＮ型電極に分けて接続するための電極パターン３５，３６が形成されており、それぞれの電極パターン３５，３６に対応して導電放熱部２２が設けられている。
【００３０】
上記従来の３タイプのＬＥＤパッケージＡ，Ｂ，Ｃと本発明のＬＥＤパッケージ１１における放熱効果を比較した結果を以下に示す。ここで、Ｔｊはジャンクション温度、Ｔｃはパッケージの表面温度である。本実験に当たっては、各ＬＥＤチップの発光素子構成及び光学特性を共通とし、ＬＥＤチップ及びサブマウント基板も同一サイズとした。また、測定環境は、室温２５℃で各ＬＥＤチップから発せられる発熱量は０．３〔Ｗ〕となるように設定した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記表１に示したように、本発明のＬＥＤパッケージ１１によれば、熱抵抗が１９．０６７〔Ｋ／Ｗ〕であるのに対し、従来のＬＥＤパッケージＡでは６１．６５３〔Ｋ／Ｗ〕、ＬＥＤパッケージＢでは３５．３３０〔Ｋ／Ｗ〕、ＬＥＤパッケージＣでは５２．８６７〔Ｋ／Ｗ〕となった。このように、電極再配置配線構造を備えたＬＥＤチップ１２又はビルドアップ構造を備えたサブマウント基板１３のいずれか一方からなるＬＥＤパッケージＢ，Ｃは、放熱構造を備えていないＬＥＤパッケージＡに比べて熱抵抗が低くなるが、本発明のような電極再配置配線構造を備えたＬＥＤチップ１２とビルドアップ構造を備えたサブマウント基板１３との両方の組み合わせにおけるＬＥＤパッケージ１１には及ばないことが確認されている。
【００３３】
以上説明したように、本発明のＬＥＤパッケージ１１にあっては、ＬＥＤチップ１２が２つの大きなＰ型電極部１８とＮ型電極部１９とを有して形成されているので、サブマウント基板１３に設けた一対の導電放熱部２２にそのまま実装することができる。これによって、ＬＥＤチップ１２の発光素子本体１４から発せられる熱をＰ型電極側とＮ型電極側に分離して放熱させることができる。また、サブマウント基板１３にあっては、導電性を有する放熱ブロック２３からなる一対の導電放熱部２２が樹脂基板２１の略全面に形成されているので、前記ＬＥＤチップ１２のＰ型電極部１８及びＮ型電極部１９に発生した熱をストレートに回路基板２６側へ放熱させることができ、これによって、より大きな放熱効果を得ることが可能となった。
【符号の説明】
【００３４】
１１  ＬＥＤパッケージ
１２  ＬＥＤチップ
１３  サブマウント基板
１４  発光素子本体
１５  素子電極（Ｐ型電極）
１６  素子電極（Ｎ型電極）
１７  再配置配線層
１８  Ｐ型電極部
１９  Ｎ型電極部
２１  樹脂基板
２２  導電放熱部
２３  放熱ブロック
２４  電極膜
２５  電極膜
２６  回路基板
３１  ＬＥＤチップ
３２  サブマウント基板
３３  バンプ
３４  ビアホール
３５  電極パターン
３６  電極パターン
３７  サブマウント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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