1. はじめに

　世界中でLED照明がこの10数年の間に広く普及したのは、LEDダイとLED実装の改善、改良により、輝度と信頼性が向上し、LEDランプの小型化、軽量化に伴い、コスト的にも使いやすくなったからである。

　当初のLED電球は電源部品と放熱目的で重いため、取り付けた古い天井が抜けてしまったそうである。

　最近では、フィラメントタイプ白熱灯と同じ大きさで、昔風のあかりの再現ができているものもある。

　LED照明を明るくし普及させた、特徴あるLEDダイと実装要素技術しては、

① 特徴あるワイヤボンディング手法とプラズマクリーニング
② 上面金属電極の削減
③ フリップチップ実装
④ 窒化アルミAlN基板の採用
⑤ 黄変対応・ガスバリア性シリコーン
⑥ フィルムアシスト・コンプレッションモールド・シリコーンレンズ
⑦ High Voltage LED／オンウエハ クラスタセル

などがある。

 

 

 

2. LEDワイヤボンディングとプラズマクリーニング

　樹脂封止LEDには、光透過性の透明樹脂が主に使われている。

　フィラーの入っていない大きな熱膨張係数や水分とイオンの透過性などの物性により、熱応力や機械応力が加わるとAuワイヤ剥がれが発生しやすい。

　当初のアジア製では、ワイヤ剥がれ対策として、●写真1のように、信じられないほどボールを極端に押しつぶしてワイヤボンディングした場合や、●写真2のように、丁寧に2ndボンド上に、手でAgペーストを塗布するといったことがなされていた。

　日本メーカーの車載用LEDデバイスのワイヤボンドでも、ボールサイズや形状の管理は完全ではない（●写真3）。

　また青色LEDでは、シリコーン系の材料が使われ、工程がシロキサン汚染されやすく、スタッドバンプの上に２ｎｄボンドを行う対策（●写真4）や2ndステッチの上に再度スタッドバンプをボンディングすることもある。

　●写真5は、米国系の高輝度デバイスで、LEDダイ上のスタッドバンプとリバースワイヤボンドを採用し、オンウエハ蛍光体塗布品の信頼性を確保している。

　シリコーン樹脂のアウトガスやAuメッキ表面のクリーニングとして、酸素プラズマ、アルゴンプラズマが使われたことにより、LEDのワイヤ剥がれ不良が低減した。

　また懐中電灯のような用途では、ワイヤの影が映ることもあり、光を遮るのを極力避けるためにワイヤーループを変形させたフックワイヤボンド（●写真6）も採用された。

　●写真7は輝度をさらに得るため、12個の高輝度LEDダイを、ワイヤボンド技術を駆使してマルチダイ実装したものである。

　日本メーカーでは高輝度大型ダイが低コスト製造対応できなかったため、たくさんの小型LEDダイをワイヤボンド技術で直列接続したCOBモジュールが採用された（●写真8）。

 

 

 

3. 上面金属電極の削減

　●写真9-aはバーチカルLEDと呼ばれる高輝度の大型シングルダイを搭載した欧州メーカーの白色LEDデバイスであり、上面のワイヤボンド電極１つからLED上面に金属配線を引き出しているが、この上面金属配線は、光を反射し邪魔をする。

　●写真9-bは、その上面引き回し電極を低減し、上面電位を、丸いビアポストを介して供給し、光を遮断せずに高輝度を達成し、より明るくなった。

 

 

 

写真1 IC実装工場では信じられない、初期LEDボンディング形状

 

 

 

写真2 2nd ワイヤ剥がれ防止Agペースト塗布

 

 

 

写真3 車載用LED Auボール（日本）

 

 

 

写真4 スタッドバンプ上の2ndボンド

 

 

 

写真5 バーチカルタイプLEDX線イメージ

 

 

 

写真6 フックワイヤボンド

 

 

 

写真7 マルチ12ダイ X線イメージ

 

 

 

写真8 日本メーカーLED電球COBモジュール

 

 

 

写真9 バーチカルタイプLEDダイ表面電極の低減

 

 

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