CN101847626B - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型、光输出效率高的发光装置。该发光装置的特征在于，包括在导电构件上装载的保护元件和在所述导电构件上设置的基座部，所述保护元件的至少一部分由所述基座部所覆盖，在所述基座部的上表面上装载发光元件。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种使用半导体发光元件的发光装置，特别地涉及一种装载有保护元件的发光装置。
背景技术
近年来，以小型·薄型化为目的，大量使用表面安装型的发光装置替代灯型的发光装置。
在支承体(封装)的内部配备发光元件，一体成形引线框端子作为分别连接发光元件的正负电极的正及负电极，构成此表面安装型的发光装置。此发光装置，例如在容易产生静电的环境中使用的时候，由于对静电耐压要求更严，所以除发光元件外，还要在接近发光元件处设置齐纳二极管等保护元件(例如，专利文献1等)。
专利文献1日本特开平11-54804号公报
但是，如果在支承体上接近发光元件处同时设置保护元件的话，就必须确保保护元件的装载区域、用于焊接导线的充足区域，因此，必须增大引线框和支承体，这就限制了发光装置的小型化。此外，由于来自发光元件的光或被保护元件吸收、或被保护元件遮挡，所以存在作为发光装置整体光输出效率下降这样的问题。
发明内容
为了解决现有的这种问题而实现本发明。本发明的目的在于，提供一种在支承体中内置保护元件，小型、光输出效率高的发光装置。
为了实现上述目的，本发明的发光装置的特征在于，包括在导电构件上装载的保护元件和在所述导电构件上设置的基座部；所述保护元件的至少一部分由所述基座部所覆盖，在所述基座部的上表面上装载发光元件。
优选地，所述保护元件被内置在所述基座部中。
在此发光装置中，优选所述导电构件配置在支承体上，自所述支承体突出地形成所述基座部。
并且，可以用相同的材料一体地形成所述支承体和所述基座部。
此外，可以用不同的材料形成所述支承体和所述基座部。
此外，优选所述支承体具有开口，所述基座部收纳在所述开口中。
此外，优选在所述开口的底面露出所述导电构件的一部分，通过导线连接该露出的导电构件和所述发光元件。
此外，优选所述基座部的侧面的一部分与形成所述开口的壁面结合而形成为一体。
发明效果
根据本发明的发光装置，可提供一种在支承体中内置保护元件，小型、光输出效率高的发光装置。
附图说明
图1是表示本发明的发光装置的实施方式的立体图。
图2是表示本发明的发光装置的实施方式的概略剖面立体图。
图3是表示本发明的发光装置的一部分的局部剖面图。
图4是表示本发明的发光装置的另一个实施方式的概略剖面立体图。
图5是表示本发明的发光装置的另一个实施方式的立体图。
图6是表示本发明的发光装置的制造方法的一个实例的图。
图7是表示本发明的发光装置的另一个实施方式的概略剖面立体图。
符号说明
100、100A、100B发光装置
101支承体
102开口
103a、103b  导电构件
104发光元件
105基座部
106保护元件
107导线
108薄壁部
109浇口痕
110模具凹部的底面
111模具
具体实施方式
在下文中，根据附图说明本发明的实施方式。但是，下面所示的实施方式例示出用于具体化本发明的技术思想的发光装置，本发明不将发光装置特定为以下的形式。此外，本说明书决不将各技术方案所示的构件特定在实施方式的构件中。特别地，实施方式所述的构成构件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要无特定的记载，就不是将本发明的范围仅限定于此的意思，只不过是简单的说明例。再有，各附图所示出的构件的尺寸和位置关系等，为了使说明明确而进行了夸张。并且，在以下的说明中，对于同一名称、符号而言，表示相同或同质的构件，适当省略详细说明。并且，构成本发明的各要素，可以是由相同的构件构成多个要素、由一个部件兼作多个要素的形态。相反，也可以用多个构件分担实现一个构件的功能。此外，在一部分的实施例、实施方式中说明的内容也可以在其它的实施例、实施方式等中利用。
<实施方式1>
图1至图3示出本发明的一实施方式，图1是发光装置的概略外观立体图，图2是发光装置的剖面立体图，图3是发光装置的局部剖面立体图。
如图2所示，发光装置100具有装载在导电构件103a上的保护元件106、和设置在导电构件103a上的基座部105。在此，保护元件106内置在基座部105内，在基座部105的上表面装载有发光元件104。如此，通过将保护元件106内置在基座部105内，就能得到以下这样的效果。首先，由于保护元件106的装载面和发光元件104的装载面不在同一面上，所以不需要确保保护元件106的装载区域、用于焊接导线107的充足区域，由此，不需要增大一对导电构件103a、103b及支承体101。此外，发光元件104的光不被保护元件106所吸收，能实现小型、光输出效率高的发光装置。
在本实施方式中，如图1及图2所示，导电构件103a、103b被配置在支承体101的表面上，在支承体101上形成开口102。此外，具有通过支承体101一体地固定的正负导电构件103a及103b(即将导电构件103a及103b的至少一部分包含在支承体101的内部进行固定)。并且，本实施方式的发光装置100，如图2所示，在支承体101的开口102内与支承体101一体地形成基座部105(即，固定基座部105使其相对于支承体101不能动)，在此基座部105的内部内置有保护元件106及电连接保护元件和导电构件103b的导线107。并且，在此基座部105的上部装载发光元件104，通过导线107电连接从开口102的底面露出的导电构件103a及103b。如此，通过将基座部105收纳在开口102内，就能够使发光元件104的装载位置接近开口102的开口侧。换言之，与在开口102的底面上装载发光元件104的情形相比，由于能在较高的位置配置发光元件104，所以就能减少开口102内吸收的光量，使光的输出效率提高。
此外，由于通过在正负导电构件103a和103b之间设置基座部105，用形成支承体的构件完全遮挡在导电构件103a和103b之间，所以导电构件103a和103b之间的表面上距离不比不设置基座部105的情形变远。由此，能使导电构件例如引线框材料的对离子迁移的耐性飞跃地提高，成为可以在现有的不可能使用的环境中使用的发光装置。
下面，详细地说明本实施方式的发光装置100的各构成。
(支承体101)
支承体在其表面上配置导电构件103a、103b，在其之上装载保护元件106，如果能对发光元件104、保护元件106、导电构件103a、103b确保绝缘性，就可由任何的材料形成。例如，可列举热可塑性树脂、热硬化性树脂等，具体地聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚碳酸酯树脂、聚亚苯基亚硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、ABS树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、PBT树脂等树脂，以及玻璃环氧树脂、BT树脂、陶瓷等。优选使用热可塑性树脂。此外，这些树脂也可以是配合了适当的强化填充材料的合成物。例如，通常是玻璃纤维，除配合了碳纤维、聚酰胺纤维、钛酸钾纤维、石膏纤维、黄铜纤维、钢纤维、陶瓷纤维、硼须晶等的纤维强化合成物外，还可列举配合了粉状、粒状、板状、薄片状、珠状等各种形状的石棉、云母、滑石、硅、碳酸钙、玻璃、粘土、硅灰石、氧化钛等的其它的无机填充材料强化合成物。
还可以在支承体101中形成收纳装载了发光元件104的基座部105的开口102。此时，优选将开口102的侧面形成为向着开口边缘逐渐展宽的锥状。在开口102的底面，露出引线框103a及103b的一部分，通过用导线107连接此露出面和发光元件104的正负电极，就能取得电导通。
支承体101也可以不具有开口102。此时，将支承体101形成板状，从此板状的支承体101的表面突出形成基座部105。
(基座部105)
基座部105内置(或包含)保护元件106，是作为发光元件104的搭载部起作用的部分。基座部105既可以在与支承体101不同的工序中使用相同构件或不同构件来形成，也可以与支承体101同时一体地形成。基座部105的内部既可以是空腔，也可以用成形构件进行填埋。还有，在此所谓“内置(或包含)”是指完全覆盖保护元件106的外表面的状态，在将保护元件106的底面安装在导电构件上的时候，是指以保护元件的侧面和上表面不露出在外部的状态覆盖。
由于保护元件106没有在基座部105的开口部102内露出，所以发光元件104的光不会被保护元件106所吸收。由此，发光装置100能以更高的效率输出来自发光元件104的光。
基座部105内置保护元件106的上述的实施方式是本发明更优选的实施方式。本发明不限于此实施方式，也包含基座部105覆盖保护元件106的至少一部分的实施方式。
即，基座部105包含保护元件106的一部分，保护元件106剩余的部分位于基座部105的外侧的实施方式也包含在本发明内。
此情况下，优选保护元件106的多半部分(例如比保护元件106的表面积的50％多)包含在基座105的内部(或被基座105覆盖)，剩余的部分(例如不到保护元件106的表面积的50％)位于基座105的外侧。
在保护元件106的一部分位于基座部105的外侧、从基座部105露出的时候，保护元件106可以从基座部105的上面和/或侧面露出。但是，优选保护元件106不从基座部105的最上面露出。
这是因为基座部105的最上面为发光元件104的装载面，如果成为光吸收体的保护元件106的一部分位于此装载面上的话，则来自发光元件104的光会被吸收。因此，在露出保护元件106的一部分的时候，优选在比发光元件的装载面更下部露出。
图4是表示保护元件106的一部分位于基座部105的外侧时的优选实施方式的发光装置100A的概略剖面立体图。
在发光装置100A中，基座部105的侧面被形成台阶状，在此台阶面(与基座部105的最上面(装载面)几乎平行的面)，露出保护元件106的上表面的一部分。
即，保护元件106的上表面的一部分位于基座部105的外侧，另一方面保护元件106的多半部分包含在基座105的内部。换言之，保护元件106除保护元件106的上表面的一部分以外的部分都被基座部105所覆盖。
在保护元件106的一部分从基座部105露出的情况下，保护元件106的露出部既可以如图4所示是保护元件106的上表面，也可以是侧面。
再有，在图4所示的实施方式中，电连接保护元件106和导电构件103b的导线107内置在基座部105内。
但是，该导线107的一部分也可以位于基座部105的外侧。图5是表示电连接保护元件106和导电构件103b的导线107的一部分位于基座部之外的发光装置100B的立体图。
在发光装置100B中，在作为基座部105的最上面的发光元件的装载面露出导线107。
由于通过使导线107从基座部105的最上面(装载面)露出，而使得在发光元件的装载面中作为无机构件的导线的占有面积变多，所以具有比整面由树脂构成的基座部更难劣化的效果。
此外，通过使保护元件或导线露出，就能从外观上检测保护元件的安装不良(例如忘记装载等)。
再有，导线107不仅可以从基座部105的上表面露出，也可以从侧面露出。
基座部105的形状除图2所示的锥台形外，例如只要是上表面为圆形的圆锥台形、上表面为与开口的形状相似的轨迹形状构成的圆锥台形、长方体等，在上表面具有平坦面的形状，就不特别限定。
如图3所示，在形成薄型的发光装置时，优选基座部105的侧面的一部分与形成开口102的壁面结合而形成为一体。在具有开口的支承体的小型化中，伴有因形成支承体时的树脂流动性的恶化而引起短期模具的产生、因树脂注射压力的上升而引起的模具脱模性的恶化和树脂毛刺的增加等、阻碍稳定量产的问题。因此，如图3所示，在支承体中，通过使成形性最差的形成开口102的薄壁部108的一部分与基座105结合，用树脂进行注射成形，就能使树脂向薄壁部108的流动性提高，就能稳定地进行薄壁部108的量产。此外，由于能形成过去无法实现的级别的薄壁，所以能在有限的外形尺寸中，扩宽发光元件104的装载面。由此，即使是相同外形尺寸的发光装置，由于能搭载发光面积更大的发光元件，所以就能得到明亮的发光装置。并且，通过与树脂注射时的作为入口的浇口相连的面上形成的浇口痕109上配置基座部105，就能进一步提高成形性。特别地，对于形成开口102的面的短边尺寸(开口102的宽度短的一边)为2mm以下这样的注射成形难易度高的支承体有效果。
在图2所示的实施方式中，基座部105是以开口102的底面为底面、前端为平坦面、侧面相对底面倾斜形成、向上方其剖面积变小的四边锥台。通过形成这样的形状，在用导线107连接发光元件104的电极和导电构件103a、103b时，能进行导线107不干扰基座部的引线接合，所以优选。此外，优选在基座部105的底面配置导电构件。通过在导电构件103a的上表面装载保护元件106、利用导线107进行导电构件103b和保护元件106的引线接合，覆盖此保护元件106及导线107地形成基座部，就能比较容易地内置保护元件。此外，通过在基座部105内埋入导电构件103a、103b，就能通过导电构件103a、103b来散发由发光元件104产生的热。
再有，基座部105的高度，例如是50～400μm。
(导电构件103a、103b)
导电构件103a、103b与保护元件106及发光元件104电连接。既可以是形成在支承体上的布线图形，也可以是埋设在支承体中的引线框。引线框实质上是板状即可，也可以是波形板状、具有凹凸的板状。其厚度既可以是均匀的，也可以是部分变厚或部分变薄。不特别限定构成引线框的材料，优选用热传导率比较大的材料形成。通过用这样的材料形成，就能将由半导体元件产生的热有效地传导到外部，进行散热。例如，在用于发光装置用的时候，优选具有200W/(m·K)程度以上的热传导率的材料、具有比较大的机械强度的材料、或容易进行冲压加工或蚀刻加工等的材料。具体地，可列举铜、铝、金、银、钨、铁、镍等金属，或铁-镍合金、磷青铜等合金等。此外，优选对引线框的表面实施用于高效输出来自装载的发光元件104的光的反射镀敷。优选反射镀敷过的引线框表面的光泽度为0.2以上、更优选1.0以上。这样的光泽度是使用GAM公司制的Densitmeter Model 144的光度计检测其值时的值，此GAM值越接近1.0表示光泽度越高，且GAM值越接近0表示光泽度越低。
此外，随着发光装置小型、薄型化，在支承体101内部嵌入引线框，固定的部分变小，所以优选将嵌入支承体内部的部分设置成锚状。特别地，通过在引线框从支承体的外表面突出的方向上能具有停靠效果的位置设置切口、凸起等形状，来固定引线框，由于增加了强度，所以优选。
在本实施方式中，导电构件是引线框，导电构件103a、103b埋设在支承体101内部，其表面的一部分在开口102内露出，通过对该露出部分进行引线接合，就获得与发光元件104的连接。作为这样的导线107，优选与发光元件104的电极的欧姆性良好、机械的连接性良好、电传导性及热传导性良好。作为热传导率优选0.01cal/S·cm2·℃/cm程度以上，更优选0.5cal/S·cm2·℃/cm程度以上。若考虑作业性等，优选导线的直径为10μm～45μm左右。作为这样的导线材料，例如可列举金、铜、铂、铝等金属及它们的合金。
如图1所示，导电构件103a、103b从支承体101的开口102的长边方向的端部侧即面向短边方向的外表面一侧向支承体101的外部突出弯曲，成为作为外部端子起作用的区域。作为这样的导电构件，不特别限定引线框的形状和突出部、延伸方向，考虑安装的类型(例如，侧视型、顶视型等)，可进行适当调整。
(发光元件104)
作为发光元件可适当利用LED等半导体发光元件。
发光元件104与将电力提供给此发光元件104的导电构件103a、103b电连接。发光元件104可适当利用在生长基板外延生长了半导体层的半导体发光元件。生长基板例如可使用蓝宝石、尖晶石、SiC、GaN、GaAs等公知的材料。此外，不仅可使用蓝宝石这样的绝缘基板，也可以通过使用SiC、GaN、GaAs等导电性基板，相对配置p电极及n电极。
此外，根据需要，也可以在发光元件104的周围配置波长转换构件，转换发光元件的光的波长，转换成不同波长的光进行输出。波长转换构件例如可以通过在填充在开口102内的透光性构件中混入由发光元件的光激发出荧光的荧光体来形成。由此，就能将发光元件的光转换成更长波长的光，将发光元件的光和由波长转换构件转换的长波长的光的混色光输出到外部。
发光元件104通过使用结合构件的芯片焊接被固定在基座部105的表面。作为这样的结合构件，例如可使用环氧树脂、硅酮树脂等。
(透光性构件)
开口102优选用透光性构件进行密封。透光性构件可保护发光元件104不受外力、水分等影响，同时还能保护导线107。作为透光性构件，可列举环氧树脂、硅酮树脂、变性硅酮树脂、丙烯酸树脂、尿素树脂等耐大气腐蚀性好的透明树脂或玻璃等。
此外，还能在透光性构件中适当分散合适的填充料、散射材料、扩散材料等。并且，能设置混入荧光体等波长转换构件的波长转换层。扩散材料使光扩散，能缓和来自发光元件的定向性，增大视角。荧光物质转换来自发光元件104的光，能转换从发光元件104向支承体101的外部射出的光的波长。在来自发光元件104的光是能量高的短波长的可见光的时候，可适当使用各种作为有机荧光体的二萘嵌苯类衍生体、用ZnCdS:Cu、YAG:Ce、Eu及/或Cr激活的含氮CaO-Al2O3-SiO2等无机荧光体等。在发光装置中得到白色光的时候，特别地如果利用YAG:Ce荧光体，则根据其含量，来自蓝色发光元件的光和吸收此光的一部分成为补色的黄色系就能发光，能比较简单可靠性好的形成白色系。同样地，在利用用Eu及/或Cr激活的含氮CaO-Al2O3-SiO2荧光体的时候，根据其含量，来自蓝色发光元件的光和吸收此光的一部分成为补色的红色系就能发光，能比较简单可靠性好的形成白色系。
透光性构件通常通过滴下树脂来填充在开口102内。越为了使在开口102内被吸收的光量减少、提高光的输出效率而减薄开口102的厚度，开口102内的体积就会变得越小，所以树脂填充量越容易产生偏差。根据本实施方式，发光元件104的装载部，利用基座部105，能够在确保开口的深度为某种程度的状态下，将发光元件在上方向上配置在开口中光很难被吸收的位置，所以树脂填充量的偏差很难产生影响，因而优选。在透光性构件中含有荧光体的时候，由于因树脂量的差异而使得荧光体量也有偏差，所以容易产生颜色不一致的问题，由于此点，优选树脂填充量的偏差小。
(保护元件106)
保护元件是指具有(1)抑制对发光元件施加而得到的反方向电压、(2)抑制对工作元件施加比发光元件的工作电压高的规定的电压以上的正向电压这2个功能当中至少一个功能的元件。通过使用保护元件能提高发光装置的静电耐压。
作为配置在基座部105内部的保护元件106，不作特别地限定，可以是搭载在发光装置中的任何公知元件。例如，齐纳二极管、雪崩二极管、开关二极管、肖特基二极管等。如果将保护元件106的正负电极设置在上表面侧和背面侧，则由于能通过导电性粘合剂将一个电极在引线框上进行芯片焊接，而能比较容易形成，所以优选。在同一面侧具有正负电极的时候，能通过引线接合或突起等进行倒装芯片焊接。倒装芯片焊接能跨在并置的引线框上将各个电极连接到引线框上，这样获得导通。
优选地，在注射成形支承体101之前，就将这些保护元件预先搭载在成为基座部105的部分，通过引线接合或突起等进行倒装芯片焊接而使其导通。如图6所示，在用于成形支承体的模具111上设置对应基座部105的凹部，通过在该凹部注射成形形成支承体的树脂，就能形成基座部105。此时，如果看保护元件106的上部，则直到成为模具111的凹部的底面110(基座部的上表面)的部分，都填充了成形树脂。虽然因注射成形时的树脂的流动，会担心用于获取与保护元件106的导通的导线107断线，但由于像这样用模具的凹部的底面110进行遮盖，所以没有将导线进一步向保护元件106的上表面方向牵引，能抑制导线107的弯曲和断线。再有，即使从基座部105的上表面露出导线的一部分，通过使用在绝缘性的基板上形成了半导体层的发光元件，也不用担心短路等，能搭载发光元件。
实施例
下面，依据本发明的制造方法详述本发明的实施例。以下所示的制造方法是示例，也可通过其它的方法制造上述发光装置。
<实施例1>
作为实施例1，使用图2～4说明制造图1～图3所示的发光装置的方法。本实施例的发光装置100是长3.8mm、宽1.2mm、厚0.6mm、开口102的深度0.6mm的表面安装型侧视型发光装置。
(第一工序)
首先，作为导电构件，使用通过预压成形形成为规定的形状、在表面实施了镀Ag的引线框(以下将导电构件103a、103b称为引线框)。使用银膏将保护元件106的背面电极在引线框103a上进行芯片焊接，利用导线将保护元件106的上面电极和引线框103b进行引线接合。保护元件106使用口0.24mm、厚0.14mm的元件，导线使用由Au构成、直径25μm左右的导线。将引线框103a和103b的间隔设定为0.6mm左右。
(第二工序)
接着，将上述的引线框103a、103b配置在模具111内，对形成支承体的树脂进行注射成形。如图6所示，在模具111中形成有对应基座部105的凹部，在将保护元件106及导线107收纳在该凹部内的状态下，注入树脂。由此，就能形成嵌入了保护元件106的基座部105。成为树脂的注入口的浇口痕109被设置在基座部105的下部。支承体的开口102的底面，即与基座部105的底面成为同一面的面，夹持基座部，在其两侧露出引线框103a及103b的一部分。基座部105的一对侧面以与形成开口102的壁部108结合的状态形成为一体，提高薄壁部的成形性。再有，基座部105的突出高度是0.3mm左右，薄壁部的厚度为0.1mm左右。基座部105为在其一对侧面上具有倾斜面且向上方剖面积变小的四边锥台。由此，在基座部的成形时作为脱模锥面工作，成形性良好，作为得到的基座部105，由于能抑制用于连接发光元件104的电极和引线框103a、103b的导线对基座部105的角干涉，所以优选。
(第三工序)
接着，在基座部105的上表面利用环氧树脂芯片焊接发光元件104，利用Au导线进行发光元件104的电极、和在支承体开口底面露出的引线框103a、103b的引线接合。引线框和导线的连接部位，设置在比发光元件104的装载面靠下部，所以和在与发光元件104的装载面相同的平面上进行引线接合的情形相比，导线环不向上方即开口102的开口端面侧突出，所以能使发光元件104的上表面和开口端面接近。
(第四工序)
接着，用由含YAG荧光体的硅酮树脂构成的透光性构件(未图示)将开口102内部密封。
(第五工序)
最后，沿支承体弯曲加工从支承体101的外表面向外部突出的引线框103a、103b的端部，形成侧视型发光装置。
由于这样获得的发光装置超薄型、光输出效率高，且内置保护元件，所以具有优良的可靠性。
<实施例2>
除在引线框103a及103b相对的部分设置台阶，将保护元件106装载在位于比在开口底面露出的面更低的面的下段，对保护元件106和导线107进行引线接合以外，与实施例1同样地形成，能得到图7所示的发光装置。
工业实用性
本发明可应用于照明用光源，各种指示器用光源，车载用光源，显示器用光源，液晶的背光用光源，信号机、车载部件、广告牌用渠道文字等各种光源。

Claims (4)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
具有开口的支承体；
装载在导电构件上的保护元件；以及
设置在所述导电构件上，且收纳在所述支承体的所述开口中的基座部，
在所述基座部的上表面装载有发光元件，
所述保护元件内置在所述基座部中，
所述发光元件与所述导电构件通过导线电连接，所述导电构件和所述导线的连接部位设置在比发光元件的装载面靠下部，
所述导电构件配置在所述支承体上，
从所述支承体突出地形成所述基座部，
所述基座部的侧面的一部分与形成所述开口的壁面结合而形成为一体。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
用相同的材料一体地形成所述支承体和所述基座部。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
用不同的材料形成所述支承体和所述基座部。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
在所述开口的底面露出所述导电构件的一部分，通过导线连接该露出的导电构件和所述发光元件。
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