(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップの発熱を効率的に放熱させることができ、耐静電気特性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品とその製造方法を実現することを目的とする。【解決手段】放熱板８と、この放熱板８の上に実装されたＬＥＤチップ５と、バリスタ素子３５を内蔵した配線基板１とからなるＬＥＤ部品であって、配線基板１の中央部に貫通孔１２を設け、この貫通孔１２の内部にＬＥＤチップ５を搭載した放熱板８を接合し、ＬＥＤチップ５とバリスタ素子３５を内蔵した配線基板１とを電気的に接続し、透明樹脂７によってＬＥＤチップ５を埋設した構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、この放熱板の上に実装されたＬＥＤチップと、バリスタ素子を内蔵した配線基板とからなるＬＥＤ部品であって、前記配線基板の中央部に貫通孔を設け、この貫通孔の内部に前記ＬＥＤチップを搭載した放熱板を結合し、前記ＬＥＤチップと配線基板に内蔵したバリスタ素子を並列に接続し、透明樹脂によってＬＥＤチップを埋設したＬＥＤ部品。
【請求項２】
バリスタ素子の材料組成をＺｎＯ，Ｂｉ2Ｏ3，Ｓｂ2Ｏ3で構成し、ＺｎＯの含有率を８０ｗｔ％以上とした請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項３】
ＬＥＤチップとバリスタ素子を内蔵した配線基板をワイヤボンディングによって接続した請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項４】
ＬＥＤチップとバリスタ素子を内蔵した配線基板をフリップチップによって接続した請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項５】
放熱板の厚みを配線基板の厚みより薄くし、前記放熱板に搭載したＬＥＤチップを放熱板と配線基板とで形成した凹部に配置した請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項６】
貫通孔の内周部をテーパ状にした反射面を設けた請求項５に記載のＬＥＤ部品。
【請求項７】
テーパ状にした反射面の表面に反射膜を設けた請求項６に記載のＬＥＤ部品。
【請求項８】
放熱板の一部に凹部を設けるとともに、その凹部の内周部の壁面をテーパ状にした反射面を設けた請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項９】
テーパ状にした反射面の表面に反射膜を設けた請求項８に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１０】
放熱板と配線基板を導電性接着剤にて接合した請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１１】
放熱板の熱伝導率を配線基板の熱伝導率よりも高くした請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１２】
放熱板を金属とした請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１３】
放熱板をセラミックとした請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１４】
放熱板を金属フィラを含有する樹脂とした請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１５】
金属フィラを銅、アルミニウム、銀、金とした請求項１４に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１６】
放熱板を無機フィラを含有する樹脂とした請求項１に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１７】
無機フィラを酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウムとした請求項１６に記載のＬＥＤ部品。
【請求項１８】
配線基板に貫通孔、配線パターンおよびバリスタ素子を形成する第一の工程と、前記貫通孔の内部に配置することができる放熱板を作製する第二の工程と、前記配線基板と貫通孔の内部に放熱板を圧入または接着剤により接合する第三の工程と、前記放熱板の一面にダイボンド用接着剤を用いてＬＥＤチップを接合する第四の工程と、前記ＬＥＤチップと配線基板に内蔵したバリスタ素子を並列に接続する第五の工程と、前記ＬＥＤチップを透明樹脂を用いて埋設する第六の工程を有したＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項１９】
第一の工程において、貫通孔の内周部にテーパ状の反射面を形成する請求項１８に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２０】
第一の工程において、テーパ状の反射面の表面に反射膜を形成する請求項１９に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２１】
第二の工程において、放熱板の一面に凹部を形成し、その凹部の内周部にテーパ状の反射面を形成する請求項１８に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２２】
第二の工程において、テーパ状の反射面の表面に反射膜を形成する請求項２１に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２３】
配線基板に貫通孔、配線パターンおよびバリスタ素子を作製する第一の工程と、前記配線基板の貫通孔の内部に熱伝導性フィラを含有した樹脂ペーストを用いて充填することにより放熱板を形成する第二の工程と、前記充填された樹脂ペーストを加熱硬化することにより配線基板と放熱板を接合する第三の工程と、前記放熱板の一面にダイボンド用接着剤を用いてＬＥＤチップを接合する第四の工程と、前記ＬＥＤチップと配線基板に内蔵したバリスタ素子を並列に接続する第五の工程と、前記ＬＥＤチップを透明樹脂を用いて埋設する第六の工程を有したＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２４】
第一の工程において、貫通孔の内周部にテーパ状の反射面を形成する請求項２３に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２５】
第一の工程において、テーパ状の反射面の表面に反射膜を形成する請求項２４に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２６】
第二の工程において、放熱板の一面に凹部を形成し、その凹部の内周部にテーパ状の反射面を形成する請求項２３に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２７】
第二の工程において、テーパ状の反射面の表面に反射膜を形成する請求項２６に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２８】
配線基板にバリスタ素子と貫通孔を形成する第一の工程と、前記配線基板の貫通孔の内部に熱伝導性フィラを主成分とし、低融点ガラスを無機バインダとする絶縁ペーストを充填する第二の工程と、前記充填された絶縁ペーストを焼成することにより放熱板の形成と配線基板との接合を行う第三の工程と、前記放熱板の一面にＬＥＤチップを実装するための電極パッドを有する配線パターンを形成する第四の工程と、この電極パッドの上にＬＥＤチップをバンプ接合することによって前記ＬＥＤチップと配線基板に内蔵したバリスタ素子を並列に接続する第五の工程と、前記ＬＥＤチップを透明樹脂を用いて埋設する第六の工程を有したＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項２９】
第一の工程において、貫通孔の内周部にテーパ状の反射面を形成する請求項２８に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項３０】
第一の工程において、テーパ状の反射面の表面に反射膜を形成する請求項２９に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項３１】
第二の工程において、放熱板の一面に凹部を形成し、その凹部の内周部にテーパ状の反射面を形成する請求項２８に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【請求項３２】
第二の工程において、テーパ状の反射面の表面に反射膜を形成する請求項３１に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品（発光ダイオード）およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のＬＥＤ部品としては、ＬＥＤチップを各種基板の上に実装し、そのＬＥＤチップを各種基板の上に形成した電極パターンにワイヤボンディングあるいはバンプ実装によって接続し、ＬＥＤチップの表面にレンズを兼ねた透明な絶縁体を形成した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２６は前記公報に記載されている従来の表面実装型のＬＥＤ部品の断面図を示すものである。図２６に示すように、従来の表面実装型のＬＥＤ部品は、両端に導体配線部２００，３００が形成された配線基板１００と、一方の導体配線部２００に接着剤４００を用いて搭載されたＬＥＤチップ５００と、ＬＥＤチップ５００と導体配線部２００，３００とを接続するための金などからなるワイヤ６００をワイヤボンディング工法で接続し、このワイヤ６００とＬＥＤチップ５００の表面を覆うように形成された保護層７００とから構成されている。
【０００４】
また、配線基板１００には平坦な銅張りプリント基板が用いられており、ＬＥＤチップ５００は配線基板１００の上に接着剤４００としてＡｇペーストを用いてダイボンディングされている。さらに、配線基板１００の両端の導体配線部２００，３００はプリント基板などに表面実装した時の半田接続部となっている。
【特許文献１】特開２００４−２０７３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、ＬＥＤ部品を長時間連続発光したときの放熱性、あるいは照明用に用いるためにＬＥＤチップに大電流を供給するときの放熱性に課題を有し、さらに信頼性の観点から半導体部品の低電圧駆動が進化していく中での静電気破壊が課題となってきている。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＬＥＤチップの発熱を効率的に放熱させることができ、耐静電気特性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品とその製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、バリスタ素子を内蔵した配線基板の中央部に貫通孔を設け、この貫通孔の内部にＬＥＤチップを搭載した放熱板を接合して配置し、前記ＬＥＤチップと配線基板に内蔵したバリスタ素子を並列に接続し、透明樹脂によってＬＥＤチップを埋設した構成とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明はＬＥＤ部品およびその製造方法は、ＬＥＤチップの発光による発熱を放熱性の良好な放熱板で効率的に放熱させることでＬＥＤチップの温度上昇を抑制すると同時に並列に接続したバリスタ素子を配線基板に内蔵することによって、耐静電気特性に優れた高信頼性のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ部品およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態１における表面実装型のＬＥＤ部品の構造を説明するための断面図であり、図２は他の例のＬＥＤ部品の断面図である。
【００１１】
図１において、１は配線基板であり、セラミック材料のバリスタ素子３５を内蔵することからアルミナ、フォルステライトあるいはステアタイトなどの５００℃以上の耐熱性を有するセラミック基板を用いることが望ましい。そして、この配線基板１の一面にはバリスタ材３１を介してバリスタ電極３２とバリスタ電極３３およびバリスタ電極３４とバリスタ電極３３とが対向配置するように構成したバリスタ素子３５を形成している。例えば、このバリスタ素子３５は焼成済みのアルミナ基板にバリスタ材３１を用いたグリーンシートと電極ペーストによる印刷技術を用いて交互に積層し、その後一括焼成することによって、バリスタ素子３５を内蔵した配線基板１を形成することができる。また、印刷工法によってそれぞれの材料をペースト化してスクリーン印刷によってもバリスタ素子３５をアルミナ基板などの上に形成することも可能である。
【００１２】
さらに別の方法として、低温焼成基板（ＬＴＣＣ）に用いるガラスセラミック材料のグリーンシートとバリスタ素子３５を形成するグリーンシートを積層形成した後、同時焼成によってバリスタ素子３５を内蔵した配線基板１を形成することも可能である。この場合、バリスタ素子３５は配線基板１の表裏面だけでなく、配線基板１の内層部に形成することも可能となり、配線基板１の表面には例えばチップ部品などを実装することも可能となり、設計の自由度を高めた配線基板１を実現することができる。
【００１３】
そして、このバリスタ素子３５に用いるバリスタ材３１としてはＺｎＯ系バリスタ材料を用いることが好ましい。このＺｎＯ系バリスタは、含有率が８０ｗｔ％以上のＺｎＯを主成分とし、副成分としてＢｉ2Ｏ3，ＢａＯ，ＳｒＯ，Ｐｒ2Ｏ3などを用いることが好ましい。さらに、非オーム性を改善するためには、ＣｏＯ，ＭｎＯ，Ａｌ2Ｏ3などを添加することがより好ましい。また、電気的負荷や種々の環境条件に対して結晶粒界を安定化し、信頼性を向上させるためにはＳｂ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3またはガラスフラット、Ｂ2Ｏ3などを添加することが好ましい。
【００１４】
また、前記配線基板１には配線と表面実装部品としての端子電極の役割を果たす配線パターン２，３を形成している。この配線パターン２，３には銅、ニッケル、銀あるいはこれらを含んだ合金などの導電性に優れた電極材料を用いることが望ましい。この配線パターン２，３は配線基板１に形成した銅電極をフォトエッチング法、メッキ法を用いて形成したり、導体ペーストを印加することによって形成することが可能である。そして、これに用いる導体ペーストは導電性に優れた電極材料による導体ペーストを用いることができ、ナノ金属粉体や有機金属を用いた導電性の良好な導体ペーストを使用してもよい。この導体ペーストは、銀、金、白金およびこれらの合金などの貴金属材料、あるいは銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびこれらの合金などの卑金属材料を用いることが可能である。そして、バリスタ電極３２，３３，３４にも同様の電極を用いることができるが、電極材料がバリスタ素子３５へ拡散し、バリスタ特性の劣化が起こらない電極材料を選択することが望ましい。特に、バリスタ材３１の材料組成によっては銅電極が拡散する場合があり、電極材料はバリスタ材料の特性を劣化させないようなものを適宜選択することが望ましい。
【００１５】
次に、図１におけるバリスタ素子３５の電極と配線パターン２，３の配線構造について説明する。図１において、バリスタ電極３２は配線パターン２に接続し、このバリスタ電極３２はバリスタ材３１を介してバリスタ電極３３と対向配置することによってコンデンサ機能を有したバリスタ素子３５を形成することとなる。さらに、前記バリスタ電極３３はバリスタ材３１を介してバリスタ電極３４と対向配置することによってコンデンサ機能を有したバリスタ素子３５を形成することとなる。従って、図１に示したバリスタ素子３５は２個のバリスタを直列に配置した構成としている。このような構成とすることによってバリスタを内蔵した小型のＬＥＤ部品を実現することができる。
【００１６】
なお、バリスタ素子３５は少なくとも１個の素子を配線基板１に内蔵しておくことによってその機能を発揮することができることから、少なくとも配線基板１の一面に部分的にバリスタ素子３５を形成することによって、その効果を発揮することができる。
【００１７】
次に、この配線基板１の中央部には貫通孔１２を設けており、この貫通孔１２の内部に配線基板１よりも熱伝導性に優れた放熱板８を配置した構成としている。
【００１８】
そして、この放熱板８の一面にはＬＥＤチップ５を導電性を有する接着剤４によってダイボンディングによって接合するとともに、配線パターン２，３の一部に設けた端子パッドとＬＥＤチップ５とは金などのワイヤ６を用いてワイヤボンディングすることによって、電気的に接続した構成としている。そして、このＬＥＤチップ５とバリスタ素子３５とは並列に接続した回路構成としている。
【００１９】
次に、ＬＥＤチップ５およびワイヤ６の絶縁保護とレンズとしての役割を果たすことを目的として、ワイヤ６とＬＥＤチップ５を埋設するように透明樹脂７を用いて充填している。この透明樹脂７は熱硬化型のアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂等を使用することが望ましい。
【００２０】
このような構成とすることによって、ＬＥＤチップ５に静電気などのノイズが入力されると並列に接続したバリスタ素子３５に静電気が吸収されて、ＬＥＤチップ５の静電破壊を防止することができることから、耐静電気特性に優れた小型の表面実装型のＬＥＤ部品を実現することができる。そして、放熱板８の熱伝導率を配線基板１の熱伝導率よりも高くしておくことが重要であり、この放熱板８には熱伝導性に優れる金属材料がより好ましく、特に熱伝導性に優れた金属材料としては、アルミニウム（２４０（Ｗ／ｍ・Ｋ））、銅（４００（Ｗ／ｍ・Ｋ））、銀（４３０（Ｗ／ｍ・Ｋ））などが好ましい。この熱伝導性に優れた金属材料を放熱板８に用いるとともに、配線基板１に耐熱性に優れたセラミック基板を用いることがより好ましい。
【００２１】
さらに、放熱板８に耐熱性と絶縁性に優れたアルミナやフォルステライト、ステアタイト、低温焼結セラミック基板等のセラミック基板を用いて、より耐熱性と絶縁性に優れたＬＥＤ部品を実現することもできる。そして、より高い放熱性と耐熱性を要求される用途に対してはより熱伝導性に優れた窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素などのセラミック材料を用いることも可能である。
【００２２】
また、図１に示したような構成とすることにより、ＬＥＤ部品を実装する回路基板の上に放熱用の銅板を配置形成しておき、この銅板の上に熱伝導性に優れる接着剤などによって放熱板８の裏面を直接固着することによって放熱板８から放熱される熱を回路基板の上に形成した銅板に効率良く直接放熱することができる。
【００２３】
さらに、放熱板８に金属材料を用いることにより、ＬＥＤ部品を回路基板などに実装する際、放熱板８を介して回路基板に接地接続したり、放熱板８と回路基板とを熱伝導性に優れた接着剤あるいは半田によって固着することによって、実装強度を高めることも可能である。
【００２４】
また、ＬＥＤチップ５と放熱板８との絶縁性が必要になるときには、ＬＥＤチップ５を実装する金属からなる放熱板８の一面に薄く絶縁膜を形成すれば良い。このとき、前記絶縁膜は放熱性を阻害することから、絶縁膜の厚みは薄くすることが望ましい。
【００２５】
また、配線パターン２，３はＬＥＤチップ５とワイヤ６で接続する場合には、配線パターン２，３のボンディングパッド部にニッケルメッキ及び金メッキをすることでワイヤボンディング後の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
また、ＬＥＤ部品を回路基板の上に半田材料で接合する場合、電極材料の相互拡散によって配線パターン２，３の電極材料が変化しないように配線パターン２，３の半田接合部にニッケルメッキ膜やスズメッキ膜などを積層しておくことが望ましい。
【００２７】
次に、図２に示した他の例のＬＥＤ部品の構成について説明する。
【００２８】
図２に示したＬＥＤ部品の構成において、図１に示したＬＥＤ部品の構成と大きく異なっている点は、配線基板１の厚みより放熱板８の厚みを薄くすることによってＬＥＤチップ５の搭載面を配置基板１の平面よりも低くし、配線基板１に設けた貫通孔１２の内部の壁面を利用したキャビティ構造を形成していること、さらに、このキャビティ構造を形成する貫通孔１２の内周部にはテーパを設け、このテーパの傾きをＬＥＤチップ５が発光したときの反射面９として利用した構成としているものである。さらに、バリスタ素子３５をＬＥＤチップ５を実装した配線基板１の他方の面に実装したことである。
【００２９】
このような構成とすることにより、図１に示したＬＥＤ部品に比較して、反射面９を有する構成とすることにより、より発光効率に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。そして、この貫通孔１２の内周部に設けたテーパの形状は光を効率よく反射する形状に加工することが好ましく、このテーパの形状を円錐状、曲線状に適宜加工することによってより反射効率の優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００３０】
さらに、この反射面９を設けた貫通孔１２の内周部の表面には反射性に優れた金属材料を用いて薄膜形成した反射膜１０を設けている。この反射膜１０を設けることによって、さらに発光効率に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００３１】
なお、この反射膜１０はＬＥＤチップ５を実装した放熱板８の表面にも形成することが可能であり、より反射性に優れたＬＥＤ部品とすることができる。
【００３２】
次に、本実施の形態１に示したＬＥＤ部品の製造方法について図３〜図８を用いて説明する。ここでは、放熱板８を金属材料とし、配線基板１をアルミナ基板を用いて構成した図２に示したＬＥＤ部品の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、第一の工程として、図３に示すように反射面９と放熱板８を挿入するための貫通孔１２を加工したアルミナ基板を配線基板１として作製した（以降、アルミナ基板１と呼ぶ）。
【００３４】
次に、図４に示すように、銀ペーストを用いてスクリーン印刷法によってアルミナ基板１の他面にバリスタ電極３２，３４を形成した後、バリスタ電極３２，３４を覆うようにバリスタ組成からなるセラミックグリーンシートに加工されたバリスタ材３１を圧着積層することによってアルミナ基板１の他面に仮接合させる。その後、銀ペーストを用いて、バリスタ電極３３をスクリーン印刷によって形成した後、さらに前記バリスタ組成からなるセラミックグリーンシートを圧着積層する。その後、これらバリスタ電極３２，３３，３４とバリスタ材３１を脱バインダーした後、９００℃前後の焼成温度で焼成することによって、バリスタ素子３５を形成する。
【００３５】
その後、図５に示すように、反射面９に、ＬＥＤチップ５の発光を有効に反射するように反射率の高いＡｇペーストを塗布して、加熱し、アルミナ基板１にメタライズすることによって反射膜１０を形成する。特に、これに用いるＡｇペーストとしてはＡｇレジネートあるいはＡｇナノペーストなどを用いることによって、メタライズ後に表面の平滑性が優れた反射面９を得られる材料が望ましい。また、反射膜１０に銅ペーストを用いた場合、その銅の表面にＡｇメッキをすることにより、良好な反射膜１０を形成することが可能である。
【００３６】
次に、図６に示すように、接続と端子電極の役目を果たす配線パターン２，３をＡｇ系ペースト（Ａｇペースト、Ａｇ−Ｐｔペースト、Ａｇ−Ｐｄペースト）あるいはＡｕ系ペースト（Ａｕ−Ｐｄペースト、Ａｕ−Ｐｔペースト）などの導体ペーストを印刷塗布して、アルミナ基板１にメタライズする。
【００３７】
次に、第二の工程として、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅等の金属材料を所定の形状を有する放熱板８として打ち抜き加工する。
【００３８】
次に、第三の工程として、図７に示すように、この放熱板８を貫通孔１２の内部に圧入あるいは接着剤にて接合して固定する。この時、放熱板８の接合に用いる接着剤は熱伝導性を低下させることから、放熱性の良好なサーマルビアやダイボンド用の導電性接着剤等を使用することが望ましく、低融点ガラス材料を無機バインダーとする高温焼成タイプの接着剤も使用可能であるが、ロウ付けによる接合が耐熱衝撃試験性において信頼性が高い。
【００３９】
また、放熱板８に銅を使用する場合、アルミナ基板１とアルミン酸銅のスピネル構造を構成できるケミカル結合を行える接着剤を用いることによって耐熱衝撃特性がより向上する。
【００４０】
次に、第四の工程として、図８に示すように接着剤４を用いてＬＥＤチップ５を放熱板８の一面に固着する。
【００４１】
その後、第五の工程として、ワイヤボンディング装置を用いてＬＥＤチップ５とアルミナ基板１の配線パターン２，３に設けた電極パッド部とをワイヤボンド実装することによって金のワイヤ６で電気的に接続する。このとき、ＬＥＤチップ５とバリスタ素子３５は並列に接続する。このような回路構成とすることによって耐静電気特性に優れたＬＥＤ部品とすることができる。
【００４２】
次に、第六の工程として、絶縁保護とＬＥＤチップ５より発光した光を集束させるレンズの役目をする透過性に優れたアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂などの透明樹脂７でコーティングすることによって図２に示したＬＥＤ部品を作製することができる。このとき、透明樹脂７の形状は所定のレンズの形状となるように粘度あるいは塗布方法を適宜選択して形成することができる。また、この透明樹脂７によって配線基板１と放熱板８との接合の補強を果たす役割を持たせることも可能である。
【００４３】
以上説明してきたように、本実施の形態１のようなＬＥＤチップ５を搭載する配線基板１の一部に形成した貫通孔１２の内部に熱伝導性に優れた放熱板８を配置することと、配線基板１にバリスタ素子３５を内蔵するとともに、ＬＥＤチップ５とバリスタ素子３５を並列に接続した構成とすることによって、放熱性と耐静電気特性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるＬＥＤ部品について、図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図９は本発明の実施の形態２における表面実装型のＬＥＤ部品の構造を説明するための断面図であり、図１０は他の例を説明するための断面図である。
【００４６】
図９、図１０において、本実施の形態２におけるＬＥＤ部品の構成が実施の形態１と大きく異なっている点は放熱板８ａ，８ｂの形状である。この放熱板８ａ，８ｂには凹部を設けてキャビティ構造を形成している点が大きな特徴である。
【００４７】
この放熱板８ａ，８ｂとしてはアルミニウム、銅あるいは銀等の熱伝導性に優れた金属を成形加工することによってキャビティ構造を形成したものが容易に作製可能であり、この放熱板８ａ，８ｂに設けたキャビティ構造の底面にＬＥＤチップ５を実装できるスペースを設けた構成としている。
【００４８】
さらにまた、この放熱板８ａ，８ｂのキャビティ構造を形成している凹部の内周部には金型成形あるいは研磨などによってテーパを設けることによって反射面９を形成している。この反射面９のテーパ形状を所定の傾斜角度を持たせることにより、放熱板８ａ，８ｂのキャビティ構造の底面に搭載するＬＥＤチップ５の放射光を効率よく集光したり、発光効率を高めたりすることによってＬＥＤ部品の発光状態を制御することができる。
【００４９】
なお、この凹部の内周部のテーパを設けた反射面９の表面を鏡面にすることにより光の反射をより良好にすることができる。
【００５０】
また、この反射面９にはＬＥＤチップ５の光をより有効に反射させるために、表面にメッキや蒸着等の薄膜技術によって、より反射率の高い材料を反射膜１０（図示せず）として形成することによって、より反射特性を高めたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００５１】
次に、図１０に示した他の例のＬＥＤ部品の構成について説明する。このＬＥＤ部品は、放熱板８ｂに金属板を用いて金型成形によって爪部１１を同時に形成していることが特徴である。このような爪部１１を設けることによって、配線基板１の貫通孔１２へ放熱板８ｂを挿入する時に挿入する深さを一定に保持安定させることが可能となる。
【００５２】
なお、この爪部１１は鍔のような連続した突起を有したものであっても構わない。
【００５３】
以上のように、本実施の形態２において、ＬＥＤチップ５を搭載する放熱板８ａ，８ｂに金属材料などを用いて機械加工することによって容易にキャビティ構造を形成することができるとともに、反射面９を同時に形成することも可能となり、このような構成とすることによってＬＥＤ部品の低背化を実現できるとともに、生産性に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００５４】
なお、熱伝導性に優れたセラミック材料を用いて前記放熱板８ａ，８ｂの形状に成形して形成することも可能であり、この場合には前記の作用に加えてより耐熱性に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３におけるＬＥＤ部品およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図１１は本実施の形態３におけるＬＥＤ部品の断面図である。本実施の形態３における表面実装型のＬＥＤ部品の基本的な構造は図９に示したＬＥＤ部品の構造とほぼ同様であり、実施の形態２と大きく異なっている点は放熱板８ｃの材質である。この放熱板８ｃは熱伝導性に優れた金属フィラを含んだ樹脂によって構成している。この放熱板８ｃに用いる金属フィラとしては、銅、アルミニウム、金、銀などの粉末をエポキシ樹脂などと混練することによって樹脂ペーストとし、この金属フィラを含有した樹脂ペーストを配線基板１に形成した貫通孔１２の内部に充填した後、熱硬化させることによって放熱板８ｃの形成と配線基板１との接合を同時に行うことができることから、生産性に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００５７】
さらに、この金属フィラに代えて無機フィラとすることにより、前記作用に加えて絶縁性に優れたＬＥＤ部品とすることができる。そして、これに用いる無機フィラとしては酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどを用いることによって、生産性に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。すなわち、この放熱板８ｃは熱伝導性の良好な金属粉末またはセラミック粉末を熱伝導フィラとして添加した樹脂ペーストを配線基板１の貫通孔１２の内部に充填した後、加熱硬化させる構成としたものである。それ以外の内容については実施の形態２とほぼ同様の構成を有しているのでここでの説明は省略する。
【００５８】
このような構成とすることによって、配線基板１と放熱板８ｃとの接合を前記樹脂ペーストの加熱硬化時に同時に行うことができるとともに、樹脂ペーストの材料組成を変化させることによって配線基板１と放熱板８ｃの膨張係数を制御することが可能となる。
【００５９】
また、放熱板８ｃを形成する材料として、金属フィラや無機フィラにエポキシ樹脂を混合して硬化させることを述べたが、エポキシ樹脂の代わりにガラスフリットのように無機バインダーを用いた高温焼成タイプのペーストを用いても良い。
【００６０】
以上のように、本実施の形態３に示したＬＥＤ部品はＬＥＤチップ５を搭載する配線基板１に生産性に優れた放熱板８ｃを形成することができるようになり、実施の形態２で用いていた放熱板８ａ，８ｂの加工品に比べて、本実施の形態３における放熱板８ｃは貫通孔１２にスクリーン印刷を用いて行うことが可能となり、形状の異なる貫通孔１２に容易に対応することが可能となり、個々の寸法に加工された放熱板８ａ，８ｂを準備する必要がなくなり、貫通孔１２の形状の品種が多い場合には、生産性の向上を実現することができる。
【００６１】
次に、別の例のＬＥＤ部品の構成につてい図１２を用いて説明する。このＬＥＤ部品の構成は、図１２に示すように熱伝導性に優れたフィラを含んだ樹脂ペーストから構成している放熱板８ｄの凹部の底面に、平坦性と熱伝導性のより良好な金属やセラミック材料で形成した放熱板４０を配置することも可能である。このような構成とすることによって、ＬＥＤチップ５の実装面の平坦性を向上させることが可能であり、ＬＥＤチップ５の大型化に有利になる。
【００６２】
また、前記放熱板４０には熱伝導性に優れた金、銀、アルミニウムおよび銅等の金属材料やアルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどのセラミック材料を用いることができる。
【００６３】
次に、図１１に示したＬＥＤ部品の製造方法について図１３〜図１８を用いて説明する。
【００６４】
まず、第一の工程として、図１３に示すように配線基板１の任意の位置に貫通孔１２を形成した配線基板１を準備し、その後図１４に示すように実施の形態１と同様の方法によってバリスタ電極３２，３３，３４およびバリスタ材３１を積層形成した後、焼成することによってバリスタ素子３５を形成する。
【００６５】
次に、図１５に示すように配線パターン２，３を印刷形成した後、一括焼成することによってバリスタ素子３５を内蔵した配線基板１を作製する。
【００６６】
次に、第二の工程として、図１６に示すようにスクリーン印刷法でアルミニウム、銅あるいは銀などの熱伝導性に優れた金属フィラを含有した樹脂ペースト２２を貫通孔１２に充填する。
【００６７】
次に、第三の工程として、図１７に示すように充填した金属フィラを含有した樹脂ペースト２２を加熱硬化させて放熱板８ｃと配線基板１とを接合する。これに用いる金属フィラとしては熱伝導性に優れた金、銀、アルミニウム、銅などの金属粉末がより好ましく、さらに、この金属フィラの含有率を変化させることによって所定の放熱板８ｃを設計することができる。
【００６８】
また、金属フィラと同様に無機フィラを用いることもでき、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどの熱伝導性に優れたセラミック粉末を用いることによって、耐熱性、耐湿性などに優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００６９】
なお、この樹脂ペースト２２には硬化収縮の少ない材料を使用することが望ましい。また、加熱硬化させた樹脂ペースト２２は図１７に示すような放熱板８ｃの形状に機械加工によって形成することも可能である。そして、このときの放熱板８ｃの形状は実施の形態２で説明した放熱板８ａと同様の機能を持たせることができる。
【００７０】
その後、第四の工程として、図１８に示すように接着剤４を用いてＬＥＤチップ５を放熱板８ｃの凹部の底面に固着する。
【００７１】
次に、第五の工程として、さらにワイヤボンディング装置でＬＥＤチップ５と配線基板１の配線パターン２，３の一部に設けたパッド部の金のワイヤ６を用いてワイヤボンディングを行って電気的に接続する。このとき、ＬＥＤチップ５とバリスタ素子３５は並列に接続している。
【００７２】
次に、第六の工程として、ＬＥＤチップ５とワイヤ６を保護することと、発光した光の集光を行うレンズの役目をさせるための透過性に優れた透明樹脂７を用いてコーティングする。このようにして、表面実装型のＬＥＤ部品を作製することができる。
【００７３】
以上のように、本実施の形態３においてＬＥＤチップ５を搭載する配線基板１に生産性に優れた放熱板８ｃを形成することができるようになり、低背化を実現した耐静電気特性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
【００７４】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４におけるＬＥＤ部品およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図１９は本実施の形態４におけるＬＥＤ部品の断面図であり、図２０〜図２４はその製造方法を説明するための断面図である。
【００７６】
図１９において、本実施の形態４における表面実装型のＬＥＤ部品の基本的な構造は図１１に示したＬＥＤ部品の構造とほぼ同様であり、図１１に示したＬＥＤ部品と大きく異なっている点は、ＬＥＤチップ５の実装方法がワイヤボンディングで行っていたのをフリップチップによるＬＥＤチップ５ａのフェイスダウン実装法になっていることである。そのため、本実施の形態４におけるＬＥＤ部品の放熱板８ｅの表面に形成した配線パターン２，３とは電気的に絶縁する必要がある。そのため、例えば放熱板８ｅの材質を金属としたときには、表層に薄い絶縁被膜を形成しておくことが望ましい。このように、放熱板８ｅの上に形成した配線パターン２，３のパッド部分に、フリップチップタイプのＬＥＤチップ５ａが実装される。また、この放熱板８ｅには優れた熱伝導性を有する無機フィラを主成分としたものに低融点ガラスフリットを添加した絶縁材料で構成することによって絶縁性に優れた放熱板８ｅを形成することができる。この放熱板８ｅに用いる無機フィラとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどを無機バインダーとして、ホウ素系、ビスマス系や亜鉛系など珪化物の低融点ガラスを有機ビヒクルでペースト化したものを焼成して形成することが好ましい。このように、絶縁ペーストを用いることによって、貫通孔１２の種々な形状に効率よく充填できることにより生産性に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。そして、この良好な絶縁性を有する放熱板８ｅの上に、配線パターン２，３を延長することで、フリップチップタイプのＬＥＤチップ５ａをバンプボンディングした構成としている。
【００７７】
以上のような構成とすることによって、低背化、実装工程の効率化による生産性の向上を実現することができるＬＥＤ部品を実現することができる。
【００７８】
次に、本実施の形態４におけるＬＥＤ部品の製造方法について図２０〜図２４を用いて説明する。
【００７９】
まず、第一の工程として、図２０に示すように配線基板１の任意の位置に貫通孔１２を形成し、実施の形態３と同様にして配線基板１の他面にバリスタ電極３２，３３，３４およびバリスタ材３１を積層形成することによってバリスタ素子３５を内蔵した配線基板１を作製する。
【００８０】
次に、第二の工程として、図２１に示すように、スクリーン印刷法で窒化アルミや炭化珪素などの熱伝導性に優れた無機フィラを主成分とする絶縁ペースト２３を充填する。これに用いる無機フィラは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどの熱伝導性に優れたセラミック粉末を用いることによって、耐熱性、耐湿性などの耐久特性に優れたＬＥＤ部品を実現することができる。
【００８１】
その後、第三の工程として充填した絶縁ペースト２３を硬化あるいは焼成して放熱板８と配線基板１とを接合する。なお、この絶縁ペースト２３には硬化あるいは焼成収縮の少ない材料を使用することが望ましい。
【００８２】
次に、必要に応じて、硬化あるいは焼成した絶縁ペースト２３を図２２に示すような放熱板８ｅの形状に機械加工によって形成する。このときの放熱板８ｅの形状は実施の形態３で説明した放熱板８ｃと同様の機能を持たせることができる。
【００８３】
その後、第四の工程として、図２３に示すように配線パターン２，３を導体ペーストを用いて、スクリーン印刷や薄膜技術で形成する。ここで、配線パターン２，３は配線基板１および放熱板８ｅの上に形成するとともに、放熱板８ｅの上では、フリップチップ用のＬＥＤチップ５ａとバンプ接合が可能なパッド電極の形状にパターニングしながら形成する。
【００８４】
次に、第五の工程として、図２４に示すようにＬＥＤチップ５ａの上に形成された金バンプ３６を用いてＬＥＤチップ５ａを放熱板８ｅの凹部の底面にバンプ実装によって固着する。
【００８５】
このようにして、ＬＥＤチップ５ａと配線基板１の配線パターン２，３の一部に設けたバンプパッド部に金のバンプ３６を用いてバンプ接合を行って電気的に接続する。このとき、ＬＥＤチップ５ａとバリスタ素子３５とは並列に接続している。
【００８６】
次に、第六の工程として、ＬＥＤチップ５ａを保護することと、発光した光の集光を行うレンズの役目をさせるための透過性に優れた透明樹脂７を用いてコーティングする。以上によって図１９に示した表面実装型のＬＥＤ部品を作製することができる。
【００８７】
また、図２５に示したＬＥＤ部品は他の例のＬＥＤ部品の断面図であり、このＬＥＤ部品の特徴は凹部を設けていない放熱板８ｆを設けていることである。
【００８８】
この場合、ＬＥＤチップ５ａの照射光を広い角度の範囲に照射する場合に有効なＬＥＤ部品とすることができる。
【００８９】
以上説明してきたように、本実施の形態４においてＬＥＤチップ５ａをフリップチップ実装によって実装できることと配線基板１に生産性に優れた放熱板８ｅ，８ｆを形成することができるようになり、小型の低背化可能なＬＥＤ部品を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、表面実装型のＬＥＤ部品において、配線基板に設けた貫通孔の内部にＬＥＤチップを搭載する熱伝導性に優れた放熱板を接合した構成とすることにより、ＬＥＤチップの発光する時に発生する熱を効率的に放熱することが可能となり、また、バリスタ素子を内蔵することで、ＬＥＤチップの実装面積を有効に利用できると同時にＬＥＤチップ５のサージや静電気などによる不良を低減することを可能とする高輝度のＬＥＤ部品およびその製造法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ部品の断面図
【図２】同他の例のＬＥＤ部品の断面図
【図３】同製造方法を説明するための断面図
【図４】同断面図
【図５】同断面図
【図６】同断面図
【図７】同断面図
【図８】同断面図
【図９】本発明の実施の形態２におけるＬＥＤ部品の断面図
【図１０】同他の例のＬＥＤ部品の断面図
【図１１】本発明の実施の形態３におけるＬＥＤ部品の断面図
【図１２】同他の例のＬＥＤ部品の断面図
【図１３】同製造方法を説明するための断面図
【図１４】同断面図
【図１５】同断面図
【図１６】同断面図
【図１７】同断面図
【図１８】同断面図
【図１９】本発明の実施の形態４におけるＬＥＤ部品の断面図
【図２０】同製造方法を説明するための断面図
【図２１】同断面図
【図２２】同断面図
【図２３】同断面図
【図２４】同断面図
【図２５】同他の例のＬＥＤ部品の断面図
【図２６】従来のＬＥＤ部品の断面図
【符号の説明】
【００９２】
１  配線基板
２  配線パターン
３  配線パターン
４  接着剤
５  ＬＥＤチップ
５ａ  ＬＥＤチップ（フリップチップタイプ）
６  ワイヤ
７  透明樹脂
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ  放熱板
９  反射面
１０  反射膜
１１  爪部
１２  貫通孔
２２  樹脂ペースト
２３  絶縁ペースト
３１  バリスタ材
３２  バリスタ電極
３３  バリスタ電極
３４  バリスタ電極
３５  バリスタ素子
３６  バンプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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