(57)【要約】【課題】  はんだ疲労寿命の向上を実現し、低コストで信頼性の高いＬＥＤパッケージ実装構造体を提供する。【解決手段】  ＬＥＤパッケージ１０は、回路基板２０との実装面に対して垂直な方向に発光面１１を持ち、パッケージの底面に第１の接続用端子部１２を、また、発光面の背面に第２の接続用端子部１３を備え、接続用端子部１２、１３を介して回路基板とはんだ接続される。回路基板２０との接続に使用されるはんだ材料は接続用端子部１２、１３で異なり、接続用端子部１３で使用されるはんだ３１の融点が、接続用端子部１２で使用されるはんだ３０の融点に比較して３０度以上低い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体において、
前記ＬＥＤパッケージの前記回路基板と対向する第一の面と前記回路基板とを接続する第一のはんだと、
前記第一の面とは異なる前記ＬＥＤパッケージの第二の面と前記回路基板とを接続する第二のはんだとを備えたことを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
前記第二のはんだの融点が、前記第一のはんだの融点に比較して低いことを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項３】
請求項２記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
第一および第二のはんだの融点差が３０度以上であることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
前記第一のはんだ及び前記第二のはんだは、前記回路基板上に形成された電極と前記ＬＥＤパッケージ上に形成された電極とを接続していることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項５】
請求項４記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
前記ＬＥＤパッケージ上に形成された電極は、前記第一の面に設けられ前記第一のはんだに接続される第一の電極と、前記第二の面に設けられ前記第二のはんだに接続される第二の電極とを別々に備えたことを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項６】
請求項５において、
前記第一の電極と前記第二の電極とは、ともに前記ＬＥＤパッケージが有するLED素子の電極に電気的に接続されることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項７】
請求項４のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
前記ＬＥＤパッケージ上に形成された電極は、前記第一の面に設けられ前記第一のはんだに接続される第一の電極と、前記第二の面に設けられ前記第二のはんだに接続される第二の電極とを備え、
前記第二の電極の面積は、前記第1の電極の面積よりも広いことを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
前記ＬＥＤパッケージは、前記第一の面の面積よりも前記第二の面の面積が広いことを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ実装構造体において、
前記ＬＥＤパッケージは、前記第二の面の反対の面に発光面を有することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項１０】
ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体の製造方法において、
前記ＬＥＤパッケージの前記回路基板と対向する第一の面と前記回路基板との間に第一のはんだを形成する第一のはんだ形成工程と、
前記第一の面とは異なる前記ＬＥＤパッケージの第二の面と前記回路基板との間に、前記第一のはんだよりも融点が低い第二のはんだを形成する第二のはんだ形成工程と、
前記第一のはんだと前記第二のはんだを設けた前記ＬＥＤパッケージを加熱し、前記第一のはんだと前記第二のはんだとにより前記ＬＥＤパッケージと前記回路基板とを接続するリフロー工程とを含むことを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のＬＥＤパッケージ実装構造体の製造方法において、
前記リフロー工程では、加熱により前記第一及び第二のはんだが溶融し、前記第一のはんだが凝固した後に前記第二のはんだが凝固することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤパッケージをプリント配線基板等の回路基板に搭載したＬＥＤパッケージ実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、モニタ等の液晶表示装置用バックライトユニットの光源として、ＬＥＤの使用が急速に進んでいる。これは、液晶表示装置の性能向上への要求に対応した流れであり、ＬＥＤ光源を使用することにより、従来の冷陰極蛍光管に比較してテレビの低消費電力化、薄型化が可能となる。特に、バックライトを構成するＬＥＤを複数のグループに分割し、映像の内容に応じてグループ単位でＬＥＤの輝度制御を行うエリア制御を実現することで、さらなる低消費電力化と高画質化が可能となる。
【０００３】
エリア制御を可能とする液晶表示装置のバックライト方式には、大きく分けて直下型方式とスリムブロック型方式の２つがある。直下型方式では、多数のＬＥＤ光源を、液晶パネルに対して光軸が垂直になるように面内に分散して配置し、光源からある程度距離を置いたところに配置される拡散板で光を混合して輝度を均一化する。一方、スリムブロック型方式では、複数個のＬＥＤと一連の導光板の組合せを面内に複数組平面的に配列した構成を取り、ＬＥＤは、液晶パネルに対して光軸が平行になるよう導光板脇に配置される。光源から出た光は、導光板の側面から入射すると、導光板内を全反射して伝播し、導光板の下面に塗られた反射ドットなどにより散乱して、導光板の上面に取り出される。スリムブロック方式は、直下型方式に対して、面内輝度分布の均一化を得るための空間を必要としないため、より薄型化できるのが特徴である。
【０００４】
スリムブロック方式を採用した場合、ＬＥＤパッケージの実装面に対し光軸が垂直となる一般的な上面発光タイプの表面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、トップビュー型ＬＥＤパッケージと称す）を使用するためには、中継基板にＬＥＤを実装した後、中継基板を回路基板に垂直にはんだ接続するか、中継基板をシャーシに垂直に固定した後コネクタ等で配線を行う必要が生じ、部品点数および組み立て工数が増大してコスト高になる。これに対して、ＬＥＤパッケージの実装面に対し光軸が平行となる側面発光タイプの表面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、サイドビュー型ＬＥＤパッケージと称す）が開示されている（例えば、特許文献１）。サイドビュー型ＬＥＤパッケージを使用した場合には、ＬＥＤをプリント配線基板等の回路基板に直接搭載するため、コストを抑えられるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１５２２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、サイドビュー型ＬＥＤパッケージを回路基板にはんだ搭載した場合、ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う温度変化によりＬＥＤパッケージ電極下のはんだ接続部に亀裂が入って進展していき、最終的にははんだ疲労破壊による導通不良を起こすという問題があった。これは、ＬＥＤパッケージの線膨張率が回路基板の線膨張率に比較して小さいため、熱変形に伴う応力がはんだ部に生じることに起因する。特に、テレビ用途向けには、ＬＥＤパッケージの信頼性確保の観点から、ＬＥＤパッケージ本体としてセラミック材料を、また、部材費削減の観点から、回路基板として安価な有機樹脂材料を用いたプリント配線基板を使用することが多く、両材料の線膨張率差が大きいために、はんだ疲労破壊の問題はより深刻となる。さらに、サイドビュー型パッケージでは、トップビュー型パッケージのようにパッケージの電極面積を大きくとることが難しく、はんだとの接続面積が小さいことも、導通不良に至るまでの時間を短くする要因となっている。
【０００７】
上述の問題の一解決策として、はんだ供給量を増やして接続部のはんだ厚みを
大きくすることが考えられるが、はんだ厚みを大きくした場合には、ＬＥＤパッケージの回路基板に対する搭載精度が低下する。すなわち、ＬＥＤパッケージの前後・左右方向への位置ずれが大きくなることにより、または、発光面が前後に傾斜あるいは回転することにより、導光板との光結合効率が悪くなる。また、はんだの代替として、はんだ入り熱効果樹脂で接続する等、他の接続手段を採ることも考えられるが、部材費等のコストアップに繋がるため現実的ではない。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合において、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することを可能とするＬＥＤパッケージ実装構造体を、低コストに信頼性高く提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体において、パッケージの底面に第１の接続用端子部を、背面に第２の接続用端子部を備え、該第１および第２の接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るＬＥＤパッケージ実装構造体によれば、ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板とのはんだ接続面積を大きくとることができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態であるＬＥＤパッケージ実装構造体の概略側面断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態であるＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態であるＬＥＤパッケージ実装構造体の概略背面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に、本発明の第１実施形態であるＬＥＤパッケージ実装構造体の概略側面断面図を示す。
【００１４】
ＬＥＤパッケージ実装構造体は、表面実装型のＬＥＤパッケージ１０を回路基板２０にはんだを介して電気的に接続したものである。ここで、ＬＥＤパッケージ１０は、アルミナを主成分とする複数のグリーンシートを積層して焼成したセラミック焼結体からなるケースを有し、ケース内部にＬＥＤ素子（図示せず）が実装されている。セラミック材としては、アルミナの他、窒化アルミ、炭化珪素、酸化ベリリウムなどが用いられる。尚、上記セラミックパッケージの代わりにポリアミド等の樹脂パッケージを使用しても良い。
【００１５】
ＬＥＤパッケージ１０を実装する回路基板２０の材質は、比較的安価なガラスエポキシ基板のような有機樹脂基板が用いられる他、信頼性に優れるセラミック系基板や熱伝導性に優れる金属ベース基板の使用も可能であり、特に限定されるものではない。
【００１６】
ＬＥＤパッケージ１０は、回路基板２０との実装面に対して発光面１１が略垂直になるように実装され、実装された状態に置いて、発光面１１に対し垂直となるパッケージの底面に第１接続用端子部１２を、また、実装面と垂直でかつ発光面１１と反対側の面（発光面の背面）に第２接続用端子部１３を有する。第１及び第２の接続用端子部１２、１３は、例えばＷまたはＭｏからなるメタライズ層が、ＮｉめっきとＡｕめっきあるいはＮｉめっきとＡｇめっきで被覆されている。第１接続用端子部と第２接続用端子部には、各々ＬＥＤ素子のｐ側電極およびｎ側電極に対応したアノード電極、カソード電極の２つのパッドがあり、第１の接続用端子部と第２接続用端子部のアノード電極パッド同士および第１接続用端子部と第２接続用端子部のカソード電極パッド同士は電気的に繋がっている。この場合、第１の接続用端子部と第２接続用端子部の同極同士（図２の１２１と図３の１３１、図２の１２２と図３の１３２）は、パッケージの表面で分離されずに連続して繋がっていても良いが、好ましくは、パッケージの表面では分離独立し、パッケージの内部配線により電気的に接続されている方が好ましい。尚、第２接続用端子部のアノード電極パッド１３２およびカソード電極パッド１３１は、パッケージサイズの範囲内で両極が接触せずにレイアウトできる限り、任意の大きさで設置可能である。
【００１７】
第１接続用端子部１２と第２接続用端子部１３は、回路基板２０上の部品搭載用パッド２１に異なる組成のはんだ３０，３１を介して接続される。パッケージの第１接続用端子部および第２接続用端子部と接続される回路基板側の部品搭載用パッドは、それぞれ独立した別々のパッドであって回路基板内部で電気的に繋がっていても良いし、同一パッドであって、ソルダレジスト２２の開口部で分離されていても良い。いずれにせよ、第１接続用端子部と第２接続用端子部で使用される異種組成のはんだ材料が、パッド上で混合しないよう、回路基板２０表面では独立している必要がある。
【００１８】
尚、パッケージの第２接続用端子部と接続される回路基板側の部品搭載用パッド２１（あるいはソルダレジスト開口部）の、パッケージの発光面１１に対して垂直となる辺の径（以下、Ａ寸法と称す）は、第２接続用端子部の高さ方向のパッド径（以下、Ｂ寸法と称す）の０．５倍から２倍が望ましい。Ａ寸法が、Ｂ寸法の０．５倍より小さい場合や２倍よりも大きい場合には、はんだフィレットが適正な形状にならず、はんだ疲労寿命の向上化に繋がらないためである。なお、はんだフィレットが適正な形状であれば、第１接続用端子部でのはんだの破壊が先に起こり、その後、第２接続用端子部でのはんだの破壊が起きる。
【００１９】
ここで、適正なはんだフィレット形状が形成される範囲で、パッケージの第２接続用端子部１３と接続される回路基板側の部品搭載用パッド２１の面積（あるいはソルダレジスト開口面積）は可能な限り大きい方が好ましい。パッド面積が大きいことにより、はんだの接続面積も大きくなり、その結果、放熱特性が向上してＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う熱ストレスを軽減でき、かつ、はんだが全破断に至るまでの全長が長くなるからである。
【００２０】
上述したように、パッケージの第１接続用端子部１２および第２接続用端子部１３を介して回路基板２０にはんだ接続することで、パッケージ１０と回路基板２０とのはんだ接続面積が大きくなり、たとえ第１接続用端子部１２で熱ストレスに伴うはんだ破壊が生じても、第２接続用端子部１３で導通不良を回避できて、ＬＥＤが不点灯になることを防止できる。
【００２１】
ここで第１接続用端子部で使用するはんだ３０の材質としては、熱疲労特性に優れる錫銀二元系共晶はんだ、錫銀銅三元系共晶はんだあるいは錫亜鉛系はんだが好ましい。具体的には、Ｓｎ−３．５Ａｇ（融点約２２１℃）、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点約２１７℃）、Ｓｎ−９Ｚｎ（融点約１９９℃）などが第１接続用端子部で使用するはんだとしてあげられる。第２接続用端子部で使用するはんだ３１は、第１接続用端子部で使用するはんだの融点に比較して低融点である材料を選択する必要がある。このため、第２接続用端子部で使用するはんだの材質は、たとえば錫銀二元系共晶合金あるいは錫亜鉛系合金にビスマスを３％以上添加して低融点化したはんだが好ましい。尚、ビスマスは硬くて脆い性質を持つ金属であり、ビスマスを少量添加した場合には、はんだの融点が下がる一方で、はんだの接続信頼性も低下することとなる。したがって、第２接続用端子部で使用するはんだとしては、たとえば錫銀二元系共晶合金あるいは錫亜鉛系合金にビスマスを５０ないし６０％添加して低融点化したものがさらに好ましい。この場合には、ビスマスが共晶反応により微細化されるため、信頼性の低下を回避できる。具体的には、Ｓｎ−１Ａｇ−５７Ｂｉ（融点約１４０℃）、Ｓｎ−４Ｚｎ−５６Ｂｉ（融点約１３０℃）などが第２接続用端子部で使用するはんだとしてあげられる。また、環境への影響の点で好ましくはないが、従来多く使われ、接合性や疲労寿命特性に優れた錫鉛共晶合金も第１あるいは第２接続用端子部で使用可能なことは言うまでもない。
【００２２】
次に、ＬＥＤパッケージ構造体を作製する方法について述べる。ＬＥＤパッケージ１０を回路基板２０に接続する場合、予め回路基板上の部品搭載用パッド２１にはんだをペースト印刷、ディスペンサ塗布またはめっきなどの手段により供給する。回路基板２０には、ＬＥＤパッケージ１０の第１接続用端子部１２と接続するパッドと第２接続用端子部１３と接続するパッドで異なるはんだを供給する必要がある。その為、例えば、先ず第１接続用端子部１２と接続するパッドにペースト印刷によって第１のはんだ３０を供給後、第２接続用端子部１３と接続するパッドにディスペンサ塗布によって第２のはんだを３１供給する。あるいは、第１接続用端子部１２と接続するパッドにペースト印刷によって第１のはんだ３０を供給後、予めＬＥＤパッケージの第２接続用端子部１３にはんだボールを形成しておいたＬＥＤパッケージを搭載することにより、第２のはんだ３１を供給しても良い。
【００２３】
ＬＥＤパッケージ１０は、部品装着機等により、第１接続用端子部１２を下方に向けた状態で搬送し、はんだが塗布された部品搭載用パッド２１に当接するように、回路基板上２０に載置する。ＬＥＤパーケージ１０を載置した回路基板２０は、リフロー炉内にベルト搬送する。リフロー炉内で、回路基板２０
をはんだの融点以上の温度で一定時間加熱させて、はんだを一旦溶融させた後、回路基板２０をリフロー炉内からベルト搬送で取り出す。リフロー炉内には、設定温度の異なるいくつかの加熱ゾーンがあり、最高温度に設定された加熱ゾーンを通過以降、回路基板２０は、徐々に冷却される。この冷却過程では、上述のように、第２接続用端子部１３で使用するはんだ３１の融点が、第１接続用端子部１２で使用するはんだ３０の融点に比較して低融点であるため、先に第１接続用端子部１２のはんだ３０が再凝固する。このとき、パッケージ背面の第２接続用端子部１３のはんだ３１は未だ溶融状態にある。その後、第２接続用端子部のはんだが再凝固するが、その際のはんだ凝縮に伴い、パッケージの発光面１１を前後方向に傾斜させる力が、第２接続用端子部１３に働く。しかしながら、既にパッケージ底部のはんだ３０が固まっているために、パッケージ１０は傾斜せずに直立を保つことができる。
【００２４】
ここで、第２接続用端子部１３で使用するはんだ３１の融点は、第１接続用端子部１２で使用するはんだ３０の融点に比較して、３０度以上低いことが望ましい。これは、以下の理由による。すなわち、両はんだの融点差が３０度より小さい場合には、第１接続用端子部１２のはんだ３０の凝固点が過冷却により本来の融点よりも低くなった場合に、第１接続用端子部１２のはんだ３０が完全に再凝固しないうちに第２接続用端子部１３のはんだ３１の再凝固が始まる可能性があり、ＬＥＤパッケージ１０の傾斜抑制効果が薄れるためである。
【００２５】
なお、上述した本発明第１の実施形態におけるはんだのフィレット形状およびＬＥＤパッケージ１０の傾斜抑制は、第１、第２接続用端子部１２，１３で使用するはんだ３０，３１の供給量および供給量比、ソルダレジスト開口径、回路基板パッド径などを最適化することにより実現できる。
【００２６】
第１の実施形態によれば、ＬＥＤパッケージ１０と回路基板２０とのはんだ接続面積を大きくとることができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することが可能となる。また、第１および第２の接続用端子部で融点の異なるはんだ材料を使用するため、ＬＥＤパッケージ搭載時におけるパッケージの傾きがなく、導光板との光結合効率に優れたＬＥＤパッケージ実装構造体を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２７】
１０    表面実装型ＬＥＤパッケージ
１１    ＬＥＤ発光面
１２    第１接続用端子部
１２１  第１接続用端子部（カソード電極パッド）
１２２  第１接続用端子部（アノード電極パッド）
１３    第２接続用端子部
１３１  第２接続用端子部（カソード電極パッド）
１３２  第２接続用端子部（アノード電極パッド）
２０    回路基板
２１    回路基板の部品搭載用パッド
２２    ソルダーレジスト
３０    はんだ１
３１    はんだ２
【図１】
2011134920.tif 000003
【図２】
2011134920.tif 000004
【図３】
2011134920.tif 000005