(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上壁（１１）にて外方へ開口するように収容部（１２）を凹状に形成してなる電気絶縁樹脂製ケーシング（１０）と、このケーシングにその周壁の一側部（１３）から挿入されて前記収容部内にその底面（１２ｂ）に沿い内端部（２１）を延出してなる金属材料からなる一側リードフレーム（２０）と、前記ケーシングにその周壁の他側部（１５）から挿入されて前記収容部内にその底面に沿い前記一側リードフレームの内端部に対向するように延出する内端部（３１）を有してなる金属材料からなる他側リードフレーム（３０）と、前記収容部内に収容されて前記両リードフレームの一方（３０）の内端部上に導電性接着層（５０）を介し装着したＬＥＤチップ（４０）とを有するＬＥＤ本体の前記収容部内に、前記ＬＥＤチップ、両リードフレームの各内端部及び導電性接着層を封止するように、透光性のある熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させて封止部材（６０）とすることで表面実装型発光ダイオードを製造する方法において、
前記熱硬化性樹脂は、透光性エポキシ樹脂であり、
前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記封止部材とする工程は、前記熱硬化性樹脂をその熱硬化温度よりも低い第１の温度で仮硬化時間の間加熱し、その後、当該熱硬化性樹脂をその熱硬化温度よりも高い第２の温度にて本硬化し、この本硬化後に、当該熱硬化性樹脂を前記第２の温度よりも高く前記両リードフレームのはんだ付け温度よりも低い第３の温度でアニール時間の間アニール処理するものであることを特徴とする表面実装型発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記熱硬化温度よりも低い第１の温度は９０℃であり、前記熱硬化温度よりも高い第２の温度は１３５℃であり、前記はんだ付け温度よりも低い第３の温度は１９０℃であり、前記仮硬化時間は２時間であり、前記本硬化時間及びアニール時間は、共に、４時間であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上壁（１１）にて外方へ開口するように収容部（１２）を凹状に形成してなる電気絶縁樹脂製ケーシング（１０）と、このケーシングにその周壁の一側部（１３）から挿入されて前記収容部内にその底面（１２ｂ）に沿い内端部（２１）を延出してなる金属材料からなる一側リードフレーム（２０）と、前記ケーシングにその周壁の他側部（１５）から挿入されて前記収容部内にその底面に沿い前記一側リードフレームの内端部に対向するように延出する内端部（３１）を有してなる金属材料からなる他側リードフレーム（３０）と、前記収容部内に収容されて前記両リードフレームの一方（３０）の内端部上に導電性接着層（５０）を介し装着したＬＥＤチップ（４０）とを有するＬＥＤ本体の前記収容部内に、前記ＬＥＤチップ、両リードフレームの各内端部及び導電性接着層を封止するように、透光性のある熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させて封止部材（６０）とすることで表面実装型発光ダイオードを製造する方法において、
前記熱硬化性樹脂は、透光性エポキシ樹脂であり、
前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記封止部材とする工程は、前記熱硬化性樹脂をその熱硬化温度よりも低い第１の温度、その熱硬化温度よりも高い第２の温度及び前記第２の温度よりも高く前記両リードフレームのはんだ付け温度よりも低い第３の温度を通るように加熱温度を連続的に変化させて加熱するものであり、前記熱硬化温度よりも低い第１の温度と前記熱硬化温度よりも高い第２の温度との間の温度上昇の時間的勾配は、前記熱硬化温度よりも高い第２の温度と前記両リードフレームのはんだ付け温度よりも低い第３の温度との間の温度上昇の時間的勾配より小さいことを特徴とする表面実装型発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表面実装型発光ダイオードとしては、特開平９−２９３９０４号公報にて示すようなものがある。この発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）の製造にあたり、ＬＥＤチップは、電気絶縁樹脂からなるケーシングの凹状収容部内にてその底壁に位置するリードの内端部に銀ペーストにより接着された後、上記ケーシングの収容部内に封止用樹脂を充填することで封止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＬＥＤでは、上記封止用樹脂がエポキシ樹脂等の透明の熱硬化性樹脂からなるため、当該封止用樹脂の熱硬化方法が不適切であると、以下に述べるような不具合が生ずる。
【０００４】
即ち、ケーシング内にＬＥＤチップを熱硬化により封止したエポキシ樹脂に対し冷熱衝撃を繰り返し与えると、エポキシ樹脂のうちＬＥＤチップの角部近傍部分にマイクロクラックが発生して成長しケーシングの収容部の開口面に達するクラックとなる。これは、エポキシ樹脂の硬化を急激に行うと、当該エポキシ樹脂の内部に、圧縮残留応力が残り、この残留応力に起因して冷熱衝撃の繰り返しによるクラックが発生するためと考えられる。
【０００５】
そこで、このような現象についてさらに詳細に検討してみた。
【０００６】
封止用樹脂としてエポキシ樹脂を採用して、このエポキシ樹脂をケーシングの収容部内に充填してＬＥＤチップを封止するにあたり、図４（ａ）にて示すような熱硬化方法により当該エポキシ樹脂を硬化させるものとする。
【０００７】
この熱硬化方法によれば、エポキシ樹脂は、熱硬化工程Ｓ１において、９０℃にて２時間の間加熱され、その後、熱硬化工程Ｓ２において、１３５℃にて４時間の間加熱されて、硬化される。この場合、熱硬化工程Ｓ２の温度条件は、１３５℃であって、エポキシ樹脂の熱硬化温度（１２０℃乃至１３０℃程度）よりも幾分高いだけで、熱硬化工程Ｓ１の温度９０℃との間の温度差は小さく、低い。
【０００８】
このような熱硬化方法による場合、上述のように熱硬化工程Ｓ２の温度が低いことから、熱硬化工程Ｓ２による硬化後も、エポキシ樹脂内に未硬化部分が残り、熱硬化工程Ｓ２における熱硬化処理に対応するエポキシ樹脂の反応は不十分であるといえるが、エポキシ樹脂には柔らかさが残りクラックの発生防止には有利である。
【０００９】
しかし、ＬＥＤをプリント配線板にフロー或いはリフローの処理によりはんだ付けする際に、エポキシ樹脂は、当該はんだ付け時の高熱（２４０℃程度）により膨張し易い。このため、当該エポキシ樹脂はケーシングの収容部の開口面にて開放されているため、エポキシ樹脂はその熱膨張により当該収容部の開口面に向けて延び易い。このようなエポキシ樹脂の熱膨張による延び作用をＬＥＤチップが受けると、当該ＬＥＤチップは収容部の開口面に向けてエポキシ樹脂により引っ張られ、ＬＥＤチップのリードの内端部との接着部分である銀ペースト部分でオープン不良を生ずる。
【００１０】
また、図４（ｂ）にて示すような熱硬化方法により当該エポキシ樹脂を硬化させるものとすると、エポキシ樹脂は、熱硬化工程Ｓ１において、９０℃にて２時間の間加熱され、その後、熱硬化工程Ｓ３において、１９０℃にて４時間の間加熱されて、硬化される。この場合、熱硬化工程Ｓ３の温度条件は、１９０℃であって、熱硬化工程Ｓ１の温度９０℃との間の温度差は大きく、高い。
【００１１】
このような熱硬化方法による場合、上述のように熱硬化工程Ｓ３の温度が高いことから、熱硬化工程Ｓ３による硬化後、エポキシ樹脂は未硬化部分を残すことなく硬くなるため、上述のようなオープン不良の発生の防止に対しては有利となるが、熱硬化工程Ｓ１の低い温度から熱硬化工程Ｓ３の高い温度へ急激に上昇するため、この急激な温度変化に起因してエポキシ樹脂内に残留応力が発生し、上記クラックの発生を招き易くなる。
【００１２】
この点につき詳細に検討してみたところ、熱硬化工程Ｓ３の温度が高いと、エポキシ樹脂の表面近傍が内部に比べて早く硬化し始める。このため、エポキシ樹脂の表面は硬く内部は柔らかい状態となって、当該エポキシ樹脂の表面と内部との間の硬化状態に差を生ずる。そして、最終的にはエポキシ樹脂の内部まで硬化するものの、当該エポキシ樹脂の内部には上記圧縮残留応力が発生する。これが上記クラックの発生の原因となる。
【００１３】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、透光性のある熱硬化性樹脂による少なくともＬＥＤチップの封止にあたり、当該熱硬化性樹脂の熱硬化過程に工夫を凝らし、当該熱硬化性樹脂のクラックやＬＥＤチップのリードフレームとの間のオープン不良の発生を未然に防止するようにした表面実装型発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明では、上壁（１１）にて外方へ開口するように収容部（１２）を凹状に形成してなる電気絶縁樹脂製ケーシング（１０）と、このケーシングにその周壁の一側部（１３）から挿入されて収容部内にその底面（１２ｂ）に沿い内端部（２１）を延出してなる金属材料からなる一側リードフレーム（２０）と、ケーシングにその周壁の他側部（１５）から挿入されて収容部内にその底面に沿い一側リードフレームの内端部に対向するように延出する内端部（３１）を有してなる金属材料からなる他側リードフレーム（３０）と、収容部内に収容されて両リードフレームの一方（３０）の内端部上に導電性接着層（５０）を介し装着したＬＥＤチップ（４０）とを有するＬＥＤ本体の収容部内に、ＬＥＤチップ、両リードフレームの各内端部及び導電性接着層を封止するように、透光性のある熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させて封止部材（６０）とすることで表面実装型発光ダイオードを製造する方法において、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記封止部材とする工程は、前記熱硬化性樹脂をその熱硬化温度よりも低い第１の温度で仮硬化時間の間加熱し、その後、当該熱硬化性樹脂をその熱硬化温度よりも高い第２の温度にて本硬化し、この本硬化後に、当該熱硬化性樹脂を前記第２の温度よりも高く前記両リードフレームのはんだ付け温度よりも低い第３の温度でアニール時間の間アニール処理するものであることを特徴とする。
【００１６】
これにより、熱硬化性樹脂の加熱温度は、仮硬化時の加熱温度からアニール時の加熱温度に急激に上昇することなく、仮硬化時の加熱温度から本硬化時の加熱温度という中間の加熱温度を経てアニール時の加熱温度に上昇する。
【００１７】
このように、熱硬化性樹脂の加熱温度が仮硬化時の温度からアニール時の温度まで上昇することで、当該熱硬化性樹脂の未硬化部分の発生やＬＥＤチップとリードフレームの内端部との間のオープン不良の発生は未然に防止できる。また、熱硬化性樹脂の加熱温度を、上述のように、中間の温度を介在させて３段階にて上昇させるようにしたので、熱硬化性樹脂が緩やかに熱硬化することとなる。従って、当該熱硬化性樹脂の内部に上述した圧縮残留応力が発生することがなく、その結果、熱硬化性樹脂内にクラックが発生することがない。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、熱硬化温度よりも低い第１の温度は９０℃であり、熱硬化温度よりも高い第２の温度は１３５℃であり、はんだ付け温度よりも低い第３の温度は１９０℃であり、仮硬化時間は２時間であり、本硬化時間及びアニール時間は、共に、４時間であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のＬＥＤ本体の収容部内に、ＬＥＤチップ、両リードフレームの各内端部及び導電性接着層を封止するように、透光性のある熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させて封止部材（６０）とすることで表面実装型発光ダイオードを製造する方法において、前記熱硬化性樹脂は、透光性エポキシ樹脂であり、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記封止部材とする工程は、前記熱硬化性樹脂をその熱硬化温度よりも低い第１の温度、その熱硬化温度よりも高い第２の温度及び前記第２の温度よりも高く前記両リードフレームのはんだ付け温度よりも低い第３の温度を通るように加熱温度を連続的に変化させて加熱するものであり、前記熱硬化温度よりも低い第１の温度と前記熱硬化温度よりも高い第２の温度との間の温度上昇の時間的勾配は、前記熱硬化温度よりも高い第２の温度と前記両リードフレームのはんだ付け温度よりも低い第３の温度との間の温度上昇の時間的勾配より小さいことを特徴とする。
【００２４】
これにより、請求項１に記載の発明と実質的に同様の作用効果を達成できる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面により説明する。図１及び図２は本発明に係る表面実装型ＬＥＤの一実施形態を示している。このＬＥＤは、電気絶縁樹脂（例えば、白色系のガラス入りエポキシ樹脂や白色系のガラス入りポリフタルアシド等のガラス転移温度１１０℃を有する高耐熱性ポリマー）からなる直方体形状のケーシング１０を備えており、このケーシング１０の上壁１１には、収容部１２が凹状に形成されている。この収容部１２は、その開口部１２ａにてケーシング１０の上壁１１から外方に開口しており、この収容部１２の底面１２ｂは、上壁１１に並行となっている。また、収容部１２の内周面１２ｃは、光反射効率を高めるため、開口部１２ａから底面１２ｂにかけて末すぼまり状に傾斜している。
【００２７】
また、当該ＬＥＤは、金属材料からなる両板状リードフレーム２０、３０を備えており、これら両リードフレーム２０、３０は、図１にて示すような構成となるように、ケーシング１０にインサート成形されている。なお、上記金属材料に代えて、導電性弾性材料（例えば、導電性バネ材料）により両リードフレーム２０、３０を形成してもよい。
【００２８】
ここで、リードフレーム２０は、ＬＥＤのアノードを構成するもので、このリードフレーム２０は、ケーシング１０内にその一側側壁１３から収容部１２の底面１２ｂに沿うように挿入されている。このリードフレーム２０の内端部２１は、収容部１２内にその底面１２ｂに沿って延出している。
【００２９】
一方、リードフレーム３０は、ＬＥＤのカソードを構成するもので、このリードフレーム３０は、ケーシング１０内にその他側側壁１５から収容部１２の底面１２ｂに沿うように挿入されている。このリードフレーム３０の内端部３１は、収容部１２内にその底面１２ｂに沿って延出しリードフレーム２０の内端部２１にケーシング１０の隔壁１４を介し対向している。また、隔壁１４は、ケーシング１０の収容部１２の底面１２ｂから両内端部２１、３１の間に突出形成されており、この隔壁１４は、両リードフレーム２０、３０の各内端部２１、３１を相互に電気絶縁する役割を果たす。
【００３０】
また、リードフレーム２０は、そのケーシング１０の一側側壁１３から外方へ延出する部分（以下、脚部２２という）にて、当該一側側壁１３からケーシング１０の低壁１６の図１にて図示左端部にかけて屈曲形成されており、このリードフレーム２０は、その外端部２２ａ（脚部２２の先端部）にて、プリント基板等の配線板Ｐの配線部にはんだ付け２２ｂされている。
【００３１】
一方、リードフレーム３０は、そのケーシング１０の他側側壁１５から外方へ延出する部分（以下、脚部３２という）にて、当該他側側壁１５からケーシング１０の低壁１６の図１にて図示右端部にかけて屈曲形成されており、このリードフレーム３０は、その外端部３２ａ（脚部３２の先端部）にて、配線板Ｐの他の配線部にはんだ付け３２ｂされている。これにより、当該ＬＥＤは配線板Ｐに表面実装されている。なお、この両はんだ付け２２ｂ、３２ｂによる表面実装は、フロー或いはリフローの処理によりなされている。
【００３２】
また、当該ＬＥＤは、ＬＥＤチップ４０を備えており、このＬＥＤチップ４０は、収容部１２内に収容されて、銀ペースト層５０によりリードフレーム３０の内端部３１の表面に接着されている。当該ＬＥＤチップ４０は、ＰＮ接合を形成する化合物半導体のチップを有しており、このＬＥＤチップ４０は、そのＰＮ接合に順方向に電流を流すことで、収容部１２の開口面側に向け発光する。なお、銀ペースト層５０は、ＬＥＤチップ４０の負極をリードフレーム３０の内端部３１に電気的に接続する役割を果たす。また、ＬＥＤチップ４０は、その正極にて、金線４１によりリードフレーム２０の内端部２１に電気的に接続されている。
【００３３】
また、収容部１２内には、封止部材６０が、封止用ポッティング樹脂（例えば、透明のエポキシ樹脂）の充填による熱硬化でもって形成されており、この封止部材６０は、ＬＥＤチップ４０、金線４１及び両リードフレーム２０、３０の各内端部２１、３１を被覆するように収容部１２内に封止している。
【００３４】
以上のように構成した本実施形態において、当該ＬＥＤの製造方法について説明する。まず、図１にて示すＬＥＤのうち封止部材６０以外の構成からなる部分（以下、ＬＥＤ本体という）を製造する。然る後、ケーシング１０の収容部１２内に透明のエポキシ樹脂を充填する。この充填は、ＬＥＤチップ４０、金線４１及び両リードフレーム２０、３０の各内端部２１、３１を被覆するように行う。
【００３５】
このような充填後、ケーシング１０内のエポキシ樹脂の熱硬化処理を図２にて示す熱硬化工程のもと以下のようにして行う。まず、上述のようにエポキシ樹脂が収容部１２内に充填されてなる上記ＬＥＤ本体を、図２の熱硬化工程Ｓ１において、９０℃にて２時間（仮硬化時間）の間加熱する。これにより、エポキシ樹脂は仮硬化される。
【００３６】
その後、熱硬化工程Ｓ２において、上記構成のＬＥＤ本体を、１３５℃にて４時間（本硬化時間）の間加熱し、ついで、図２の熱硬化工程Ｓ３において、１９０℃にて４時間（アニール時間）の間加熱する。これにより、エポキシ樹脂は本硬化された後アニール処理される。
【００３７】
以上のように、本実施形態では、エポキシ樹脂の熱硬化処理が、図４（ａ）の２段階の熱硬化工程や図４（ｂ）の２段階の熱硬化工程とは異なり、図２にて示すごとく、図４（ａ）（ｂ）の両工程の長所を取り込んだ３段階の熱硬化工程を経てなされる。従って、エポキシ樹脂の加熱温度は、９０℃から１９０℃に急激に上昇することなく、９０℃から１３５℃という中間の加熱温度を経て１９０℃に上昇する。これにより、熱硬化工程Ｓ３では、エポキシ樹脂にアニーリング処理を施すこととなる。
【００３８】
よって、エポキシ樹脂の加熱温度が９０℃から１９０℃まで上昇することで、図４（ａ）の２段階の加熱工程でエポキシ樹脂を加熱処理した場合に生ずる当該エポキシ樹脂の未硬化部分の発生やＬＥＤチップ４０とリードフレーム３０の内端部との間の銀ペースト５０のオープン不良の発生は未然に防止できる。また、上述のように、エポキシ樹脂の加熱温度を図４（ｂ）の２段階の熱硬化工程にように９０℃から１９０℃に急激に上昇させることなく、エポキシ樹脂の加熱温度を、加熱温度９０℃から中間の加熱温度１３５℃を経て１９０℃まで上昇させる。従って、エポキシ樹脂が緩やかに熱硬化することとなるため、当該エポキシ樹脂の内部に上述した圧縮残留応力が発生することがなく、その結果、エポキシ樹脂内にクラックが発生することがない。
【００３９】
これにより、本実施形態によれば、エポキシ樹脂の未硬化部分の発生、銀ペースト５０のオープン不良の発生及びエポキシ樹脂のクラックの発生を共に確実に防止できる表面実装型ＬＥＤの製造が可能となる。
【００４０】
また、このようにして製造したＬＥＤを、フロー或いはリフローの処理にて、配線板Ｐに図１にて示すごとくはんだ付けする。この場合フロー或いはリフローの処理によるはんだ付け時の加熱温度は、熱硬化工程Ｓ３での加熱温度１９０℃に近い温度であって、エポキシ樹脂が黄変しない温度であるから、フロー或いはリフローの処理によって、エポキシ樹脂が黄変することがない。
【００４１】
ちなみに、上記構成の多数のＬＥＤを本実施形態にて述べた図２の熱硬化工程を経て製造した場合と、当該各ＬＥＤを図４（ａ）及び図４（ｂ）の熱硬化工程をそれぞれ経て製造した場合の上記オープン不良やクラック不良を調べてみたところ、図３にて示すような結果が得られた。これによれば、図４（ａ）の従来の熱硬化工程による各ＬＥＤでは、上記クラック不良の発生はないが、上記オープン不良の発生があった。また、図４（ｂ）の従来の熱硬化工程による各ＬＥＤでは、上記オープン不良の発生はないが、上記クラック不良の発生があった。これらに対し、本実施形態によるＬＥＤでは、上記オープン不良及び上記クラック不良の双方の発生がなかった。なお、上記クラックの発生を調べるための冷熱衝撃繰り返しは、４０℃と１００℃との間で１５００回行った。
【００４２】
なお、本発明の実施にあたり、銀ペースト層５０に代えて、導電性接着層、例えば、接着樹脂に導電性粒子を混合してなる接着層を採用しても、上記オープン不良に対しては、銀ペースト層５０の場合と同様である。
【００４３】
また、本発明の実施にあたり、上記実施形態にて述べた熱硬化工程Ｓ１での加熱温度は、９０℃±１０℃の範囲の温度であればよく、熱硬化工程Ｓ２での加熱温度は、エポキシ樹脂の硬化温度よりも少し高い温度であればよい。また、熱硬化工程Ｓ３での加熱温度は、リフロー或いはフローの処理による配線板ＰへのＬＥＤの実装温度よりも少し低い温度であればよい。また、熱硬化工程Ｓ１での加熱時間はエポキシ樹脂の仮硬化時間として１時間以上であればよく、熱硬化工程Ｓ２での加熱時間はエポキシ樹脂の本硬化時間として３時間以上であればよく、また、熱硬化工程Ｓ３での熱硬化時間は、エポキシ樹脂のアニール時間として３時間以上であればよい。
【００４４】
また、本発明の実施にあたり、上記実施形態にて述べた各熱硬化工程での温度、９０℃、１３５℃及び１９０℃を通れば、当該加熱温度は段階的にではなく連続的に９０℃から１９０℃にかけて変化するようにしても、上記実施形態と実質的に同様の作用効果を達成できる。この場合、各温度の加熱時間のため、温度上昇の時間的勾配は、９０℃と１３５℃との間の方が１３５℃と１９０℃との間よりも小さい。なお、１９０℃に達した後は４時間その温度を維持する。
【００４５】
また、本発明の実施にあたり、ケーシング１０の収容部１２の内周壁は、上記各実施形態にて述べた場合と異なり、底面１２ｂから開口部１２ａにかけて、同一の断面形状を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＬＥＤのエポキシ樹脂の熱硬化工程を示す図である。
【図３】上記実施形態における熱硬化工程を経て製造したＬＥＤと図４（ａ）（ｂ）の各従来熱硬化工程を経て製造したＬＥＤとの不良発生有無の比較図表である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来の熱硬化工程を示す図である。
【符号の説明】
１０…ケーシング、１１…上壁、１２…収容部、１３…一側側壁部、
１５…他側側壁部、２０、３０…リードフレーム、２１、３１…内端部、
４０…ＬＥＤチップ、５０…銀ペースト層、６０…封止部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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