JP5425381B2 - Light emitting module and manufacturing process thereof - Google Patents
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Description
Translated fromJapanese本発明は、発光モジュールおよびその製造プロセスに係り、特に、発光源として発光ダイオードを使用する発光モジュールおよびその製造プロセス。 The present invention relates to a light emitting module and a manufacturing process thereof, and in particular, a light emitting module using a light emitting diode as a light emitting source and a manufacturing process thereof.
近年では、発光ダイオードの急速な発展のため、かつ伝統的な白熱電球に比べて、高出力発光ダイオード（Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ，ＨＰ ＬＥＤ）は、省電力や、使用寿命が長く、耐久性が高く、並びに反応速度が速いなどの利点をさらに備えており、発光ダイオードは、汎用の照明市場でも、公共建設または自動車領域でも、その省エネルギーの特質のため、益々広く応用され、市場が高輝度や高出力及びより長い使用寿命の発光ダイオードへのニーズも高まりつつある。 In recent years, due to the rapid development of light-emitting diodes, and compared to traditional incandescent bulbs, high-power light-emitting diodes (HP LEDs) have low power consumption, long service life, and durability. In addition, the light-emitting diodes are widely applied due to their energy-saving characteristics in both general-purpose lighting market, public construction and automotive fields, and the market is brighter. There is also an increasing need for light emitting diodes with higher power and longer service life.
しかしながら、現在、高輝度かつ高出力の発光ダイオードが臨んでいる最大な課題は、温度が高過ぎることによる寿命短縮および効果低下の問題を如何すれば克服できるかのことである。図１は、従来技術の発光モジュールうちの一つの構造を示す断面図であり、図から分かるように、印刷回路基板３は、回路のショットを防止するために、絶縁コロイド３０を介して金属基板１に貼り付けられ、金属基板１自体は発光ダイオード２を搭載するための凹溝を直接に成形できる。発光ダイオード２は銀ペースト２０を介して該金属基板１に接続することにより、導熱を行い、且つ最後に、導電ワイヤ４を介して発光ダイオード２と印刷回路基板３とを電気的に接続する。（類似するものとして、特許文献１のようなものも存在する。） However, the biggest problem facing high-intensity and high-power light-emitting diodes at present is how to overcome the problem of shortening the life and reducing the effect due to the temperature being too high. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of one of the prior art light emitting modules. As can be seen from FIG. 1, the printed
図２は、従来技術の発光モジュールの他の構造を示す断面図であり、図を参照すると、該発光モジュールは、リードフレーム式の発光ダイオードである。絶縁ケース７０内に発光ダイオード２を搭載する支持ベース５を設置し、発光ダイオード２は銀ペースト２０を介して支持ベース５に接続し、かつ、導電ワイヤ４によって、発光ダイオード２を第１のリードフレーム６１及び第２のリードフレーム６２にそれぞれ電気的に接続する。また、第１のリードフレーム６１及び第２のリードフレーム６２は、絶縁ケース７０により電気接続を防止する。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing another structure of a light emitting module according to the prior art. Referring to the drawing, the light emitting module is a lead frame type light emitting diode. The
しかしながら、前記従来の発光モジュールは、いずれも導熱媒介として銀ペースト２０を使用するが、散熱方面において、銀ペースト２０の高出力発光ダイオード２に対しての導熱効果が十分ではないため、発光ダイオード２の散熱が比較的に遅くなる。金属基板１または支持ベース５の下に散熱媒介（例えば、散熱シンク）を装着しても、実際の熱能が散熱媒介に有効に伝導できないため、散熱作用が発揮できない。そのため、常に発光モジュール全体の温度が高くないとあやまち考えられてしまい、実際には熱能を有効に伝導し発散させないためである。 However, all of the conventional light emitting modules use the
散熱効果を向上させるため、高導熱の銀ペーストはそれに応じて生じられるが、高導熱の銀ペーストの価額が高すぎるため、生産コストに比較的に合わず、かつ、一般の銀ペースト２０と同じく保存し難く固化され易い特性を持ち、また、もっと高出力の発光ダイオードモジュールに適用しようとすれば、有効かつ快速的に熱能伝導する機能にも達成できない。
それを鑑みて、本発明の課題は、導電を発生できることだけでなくその導熱係数も良好な媒介及び製造プロセスにより、有効かつ快速的に熱能伝導させて、発光ダイオードチップの温度を低下させる発光モジュールおよびその製造プロセスを提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a light-emitting module that reduces the temperature of a light-emitting diode chip by effectively and quickly conducting heat through an intermediate and manufacturing process that not only can generate electricity but also has a good heat conduction coefficient. And providing a manufacturing process thereof.
前記問題を解決するため、本発明による一つの方案は、金属基板、搭載ベース、少なくとも一つの発光ダイオード、印刷回路基板および少なくとも一本の導電ワイヤを含む発光モジュールを提供する。前記金属基板は、第１のスルーホールを有し、前記搭載ベースは、前記金属基板の第１のスルーホールに配置され、前記発光ダイオードは、金属合金を介して共晶溶接方式で前記搭載ベース上にダイボンディングされる。また、前記印刷回路基板は、前記搭載ベース上の発光ダイオードを露出させる第２のスルーホールを有し、かつ前記金属基板に貼り付けられる。前記導電ワイヤは、前記発光ダイオードと前記印刷回路基板とを電気的に接続する。 In order to solve the above problem, one solution according to the present invention provides a light emitting module including a metal substrate, a mounting base, at least one light emitting diode, a printed circuit board, and at least one conductive wire. The metal substrate has a first through hole, the mounting base is disposed in the first through hole of the metal substrate, and the light-emitting diode is mounted on the mounting base by a eutectic welding method through a metal alloy. Die bonded on top. The printed circuit board has a second through hole exposing the light emitting diode on the mounting base, and is attached to the metal substrate. The conductive wire electrically connects the light emitting diode and the printed circuit board.
前記問題を解決するため、本発明による他の方案は、第１のスルーホールを有する金属基板を用意し、搭載ベースを前記金属基板の第１のスルーホールに配置し、さらに少なくとも一つの発光ダイオードを高温状態において共晶溶接方式（Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）で前記搭載ベース上にダイボンディングさせ、続いて、さらに第２のスルーホールを有する印刷回路基板を前記金属基板に貼り付け、前記第２のスルーホールは前記搭載ベース上の発光ダイオードを露出させるためのもので、最後に、少なくとも一本の導電ワイヤによりこれらの発光ダイオードを前記印刷回路基板に電気的に接続させることを含む発光モジュールの製造プロセスを提供する。 In order to solve the above-mentioned problem, another method according to the present invention provides a metal substrate having a first through hole, disposes a mounting base in the first through hole of the metal substrate, and further includes at least one light emitting diode. Is die-bonded on the mounting base by eutectic welding in a high temperature state, and then a printed circuit board having a second through hole is further attached to the metal substrate, and the second through hole is bonded. Is for exposing the light emitting diodes on the mounting base, and finally, a manufacturing process of the light emitting module including electrically connecting the light emitting diodes to the printed circuit board by at least one conductive wire. provide.
以上の簡単な説明及び以下の詳細的な説明及び添付図面は、ともに、本発明が所定の目的を達成するために採用する技術、手段及びその効果をより具体的に説明するためである。本発明に係る他の目的及び利点は、その後続の説明及び図面において説明する。 The above brief description and the following detailed description and the accompanying drawings are both used to more specifically describe the technique, means, and effects adopted by the present invention to achieve a predetermined object. Other objects and advantages of the present invention will be described in the subsequent description and drawings.
図３は、本発明に係る発光モジュールの好ましい一実施例の構造を示す断面図であり、図に示すように、、本発明は、金属基板１、少なくとも一つの発光ダイオード２、印刷回路基板３、少なくとも一本の導電ワイヤ４、および搭載ベース５を含む発光モジュールを提供する。搭載ベース５は該金属基板１に配置され、印刷回路基板３は絶縁コロイド３０を介して該金属基板１に貼り付けられる。また、発光ダイオード２は金属合金２１を介して共晶溶接方式で該搭載ベース５上にダイボンディングされ、さらに導電ワイヤ４により前記発光ダイオードと該印刷回路基板を電気的に接続する。該金属合金２１は金及び錫或いは銀及び錫からなり、高導熱係数を有する材質であり、よって、発光ダイオード２が発生する熱を伝導し発散させる。 FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a preferred embodiment of the light emitting module according to the present invention. As shown in the figure, the present invention includes a
図４及び図５は、本発明に係る発光モジュールの好ましい一実施例を示す図及び分解図であり、図に示すように、該発光モジュールは、金属基板１、少なくとも一つの発光ダイオード２、印刷回路基板３、少なくとも一本の導電ワイヤ４、および搭載ベース５を含む。該金属基板１は、第１のスルーホール１０１を有し、且つ該金属基板１の材質は、例えば、銅またはアルミニウム材質であり、該搭載ベース５は該金属基板１の第１のスルーホール１０１に配置され、第１のスルーホール１０１の大きさは、該搭載ベース５の大きさに対応しても良い、また、該搭載ベース５は、例えば、銅の金属材質で、かつ、金または銀の外層がめっきされる（図示せず）。 4 and 5 are a diagram and an exploded view showing a preferred embodiment of a light emitting module according to the present invention, as shown in the figure, the light emitting module includes a
また、発光ダイオード２は金属合金２１（図３に示すように）を介して共晶溶接方式で該搭載ベース５上にダイボンディングされ、該金属合金２１は金及び錫或いは銀及び錫からなり、かつ、該搭載ベース５の外層には金または銀がめっきされ、反射率が増加される外には、金属合金２１と共晶溶接する際の接続効果をより向上できる。印刷回路基板３は第２のスルーホール３０１を有し、該印刷回路基板３は、第２のスルーホール３０１により該搭載ベース５上の発光ダイオード２を露出させ、さらに該金属基板１に貼り付けられ、該印刷回路基板３は、例えば、樹脂である絶縁コロイド３０（図３に示すように）を介して該金属基板１に貼り付けられ、また、印刷回路基板３は、発光ダイオード２の発光を制御する電気回路（図示せず）を備える。続いて、導電ワイヤ４は、該印刷回路基板３が発光ダイオード２を制御できるように、発光ダイオード２と印刷回路基板３とを電気的に接続する。 The
図６は、本発明に係る発光モジュールの製造プロセスの好ましい一実施例を示すフローチャートであり、図に示すように、該製造プロセスは以下のステップを含む。先ず、第１のスルーホール１０１を有する金属基板１を用意する（ステップＳ６０１）、該金属基板１の材質は、例えば、銅またはアルミニウムであり、続いて、第１のスルーホール１０１を介して搭載ベース５を該金属基板１に配置する（ステップＳ６０３）、該搭載ベース５は、例えば、銅の金属材質で、かつ、金または銀のめっき外層を有する。さらに、金属合金２１（図３に示すように）を介して共晶溶接方式で該発光ダイオード２を搭載ベース５上にダイボンディングする（ステップＳ６０５）。該金属合金２１は金及び錫或いは銀及び錫からなり、該搭載ベース５の外層は金または銀がめっきされることにより、金属合金２１と共晶溶接する際の接続効果を向上させ、かつより大きな反射率が増加される。また、第２のスルーホール３０１を有する印刷回路基板３を樹脂のような絶縁コロイド３０（図３に示すように）で該金属基板１に貼り付ける（ステップＳ６０７）、第２のスルーホール３０１により搭載ベース５上の発光ダイオード２を印刷回路基板３に露出させ、また、印刷回路基板３は、発光ダイオード２の発光を制御する電気回路（図示せず）を備える。最後に、導電ワイヤ４により、発光ダイオード２を印刷回路基板３にそれぞれ電気的に接続する（ステップＳ６０９）。 FIG. 6 is a flowchart showing a preferred embodiment of a manufacturing process of a light emitting module according to the present invention. As shown in the figure, the manufacturing process includes the following steps. First, the
共晶溶接の温度は約２８０℃であるため、ステップ（Ｓ６０５）までに行った工程及び使用される材料は、ともに高温状態に耐えなければならないため、本発明のプロセスにおいては、高温状態に耐えられない工程或いはそれに使用される材料を利用する工程順番を、共晶溶接の工程の後に調整して行う。 Since the eutectic welding temperature is about 280 ° C., the processes performed up to step (S605) and the materials used must both withstand high temperature conditions. The process order that uses the material that is not used or the material used for it is adjusted after the eutectic welding process.
以下に説明する実施例は、ともに、本発明中の搭載ベース５及び金属基板１の配置方式を述べるものである。 Both of the embodiments described below describe the arrangement of the
図７は、本発明に係る搭載ベース及び金属基板の第１実施例を示す図であり、図に示すように、搭載ベース５及び金属基板１は一体成形され、直接的に金属基板１がミリングされる時に搭載ベース５に成形され、その後、さらに搭載ベース５上に銀または金の外層をめっきする（図示せず）。 FIG. 7 is a view showing a first embodiment of the mounting base and the metal substrate according to the present invention. As shown in the figure, the mounting
図８は、本発明に係る搭載ベース及び金属基板の第２実施例を示す分解図であり、図に示すように、搭載ベース５は第１のスルーホール１０１を介して金属基板１にかしめされる。 FIG. 8 is an exploded view showing a second embodiment of the mounting base and the metal substrate according to the present invention. As shown in the figure, the mounting
図９は、本発明に係る搭載ベース及び金属基板の第３実施例を示す分解図であり、図に示すように、搭載ベース５はさらにボルト５０１を凸設し、搭載ベース５は第１のスルーホール１０１を介して金属基板１にかしめされるとともに、金属基板１の他の側に該ボルト５０１を露出させ、後段のランプ構造或いは散熱装置等（図示せず）に締め付けることができ、散熱効果を増強させる。 FIG. 9 is an exploded view showing a third embodiment of the mounting base and the metal substrate according to the present invention. As shown in the figure, the mounting
図１０は、本発明に係る搭載ベース及び金属基板の第４実施例を示す分解図であり、図に示すように、搭載ベース５自体はねじ態様を有し、第１のスルーホール１０１を介して金属基板１に締め付ける。 FIG. 10 is an exploded view showing a fourth embodiment of the mounting base and the metal substrate according to the present invention. As shown in the figure, the mounting
以上のように、前記の技術手段により、本発明は金属合金２１で共晶溶接を行い、熱を外部の散熱媒介に有効かつ快速的に伝導し、発光ダイオード２自体の温度を低下させる目的を達成できることだけでなく、さらに発光効率及び寿命延長を向上できる。 As described above, by the above technical means, the present invention has the purpose of performing eutectic welding with the
しかし、以上に述べたのは、単に本発明の好ましい具体的な実施例の詳細説明及び図面に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を局限するものではなく、本発明の主張する範囲は、下記の特許請求の範囲に基づくべき、いずれの当該分野における通常の知識を有する専門家が本発明の分野の中で、適当に変更や修飾などを実施できるが、それらの実施のことが本発明の主張範囲内に納入されるべきことは言うまでもないことである。 However, what has been described above is merely a detailed description of the preferred specific embodiments and drawings of the present invention, and is not intended to limit the scope of the claims of the present invention. Any expert who has ordinary knowledge in the field, who should be based on the following claims, can appropriately make changes and modifications within the field of the present invention. Needless to say, it should be delivered within the scope of the claim.
従来技術
１金属基板
２発光ダイオード
２０銀ペースト
３印刷回路基板
３０絶縁コロイド
４導電ワイヤ
５支持ベース
６１第１のリードフレーム
６２第２のリードフレーム
７０絶縁ケース
本発明
１金属基板
１０１第１のスルーホール
２発光ダイオード
２１金属合金
３印刷回路基板
３０絶縁コロイド
３０１第２のスルーホール
４導電ワイヤ
５搭載ベース
５０１ボルト
Claims (9)
Translated fromJapanese前記金属板体の第１のスルーホールに配置される搭載ベースと、
共晶溶接方式で金属合金を介して前記金属板体に配置された前記搭載ベース上にダイボンディングされる少なくとも一つの発光ダイオードと、
前記搭載ベース上の発光ダイオードを露出させるための第２のスルーホールと、前記少なくとも一つの発光ダイオードの発光を制御する電気回路と、を有し、絶縁コロイドを介して前記金属板体に貼り付けられる印刷回路基板と、
前記発光ダイオードと前記印刷回路基板の前記電気回路とを電気的に接続する少なくとも一本の導電ワイヤと
を含む発光モジュール。And have a first throughhole, the metalplate bodyfabricated of copper material or an aluminum material,
A mounting base disposed in the first through hole of the metalplate ,
At least one light-emitting diode die-bonded on the mounting base disposed on the metalplate through a metal alloy in a eutectic welding method;
A second through hole for exposing the light emitting diode on the mounting base;and an electric circuit for controlling light emission of the at least one light emitting diode, and is attached to the metalplatethrough aninsulating colloid. Printed circuit board,
A light emitting module comprising: the light emitting diode and at least one conductive wire that electrically connects theelectric circuit of the printed circuit board.
ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。The size of the first through hole corresponds to the size of the mounting base, and the mounting base is made of a copper metal material and has a silver or gold plating outer layer . Light emitting module.
前記搭載ベースが、前記金属板体の第１のスルーホールにかしめられるもの、または、
前記搭載ベースが前記金属板体の第１のスルーホールに螺着されるねじ部を含むもの、
である
ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。When the metal plate is made of copper, the mounting base is integrated with the metal plate by being formed in the first through hole of the metal plate, or
The mounting base is caulked in the first through hole of the metal plate, or
The mounting base includes a threaded portion that is screwed into the first through hole of the metal plate;
The light emitting module according to claim 1, characterizedin that.
ことを特徴とする請求項３記載の発光モジュール。Claims whereinthe mounting base,when it is caulked to the first through holeof the metalplatemember, characterized in thatthe further projectingly provided a bolt to tighten the heat dissipation apparatus on the other side of the metal plate body Item 4. A light emitting module according to item 3.
ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。The light emitting module of claim1, wherein saidmetal alloy, characterized inthat made of gold and tin or silver and tin.
ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。The light emitting module according to claim 1,wherein a main component of the insulating colloid is a resin .
前記第１のスルーホールを介して搭載ベースを前記金属板体に配置するステップと、
共晶溶接方式で少なくとも一つの発光ダイオードを前記金属板体の前記第１のスルーホールに配置された前記搭載ベース上にダイボンディングするステップと、
前記搭載ベース上の前記発光ダイオードを露出させるための第２のスルーホールと、前記少なくとも一つの発光ダイオードの発光を制御する電気回路と、を有する印刷回路基板を、絶縁コロイドを介して前記金属板体に貼り付けるステップと、
少なくとも一本の導電ワイヤを介して前記発光ダイオードを前記印刷回路基板の前記電気回路にそれぞれ電気的に接続するステップと
を含む発光モジュールの製造プロセス。Providing a metal plate body having a first through hole and made of copper or aluminum;
Disposing a mounting base on the metal plate through the first through hole;
Die-bonding at least one light emitting diode on the mounting base disposed in the first through hole of the metal plate by eutectic welding;
A printed circuit board having a second through hole for exposing the light emitting diode on the mounting base and an electric circuit for controlling the light emission of the at least one light emitting diode is formed on the metal plate via an insulating colloid. A step to paste on the body,
Electrically connecting the light emitting diodes to the electrical circuit of the printed circuit board via at least one conductive wire, respectively.
Manufacturing process of light emitting moduleincluding
ことを特徴とする請求項７記載の発光モジュールの製造プロセス。In the eutectic welding method, a metal alloy composed of gold and tin or silver and tin is soldered as a material.
The manufacturing processof the light emitting module accordingto claim 7 .
ことを特徴とする請求項７記載の発光モジュールの製造プロセス。The process for producing a light emitting module according to claim 7, whereina main component of the insulating colloid is a resin .
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