JP2005167080A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半田接合時の熱負荷に伴ってLED素子とリードフレームとの電気接続性の低下を生じることなく、信頼性に優れる発光装置を提供する。
【解決手段】 リード固定部6は、窒化アルミニウム(AlN:熱膨張率4.5〜6×10-6/K)によって円板状に形成されており、切欠部6Aにリードフレーム3A、3Bを保持させることによってリードフレーム3A、3Bを一体的に固定している。このことにより、外部回路等への半田接合時にリードフレーム3A、3Bに熱負荷が加えられても、熱膨張率の小なるリード固定部6によってリードフレーム3A、3B間の間隔が熱膨張によって大になることを防げる。エポキシ樹脂の熱膨張率はAlNより遥かに大であることから、熱負荷によって封止部7が割れるといった問題を防げる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、LED素子を光源とする発光装置に関し、特に、熱膨張に伴うリードフレームの間隔変化を防止することのできる発光装置に関する。
従来、LED(Light-Emitting Diode:発光ダイオード)素子を光源としてリードフレームに搭載し、LED素子とリードフレームとをエポキシ樹脂等の封止材料で封止した発光装置がある。このような発光装置では、LED素子の搭載部を有する第1のリードフレームと、LED素子の一方の電極に給電するための第2のリードフレームとを有しており、第2のリードフレームは、LED素子の一方の電極とワイヤを介して接続される。
係る発光装置として、第1のリードフレームと第2のリードフレームとを樹脂からなる板状の支持基体で結合した発光装置がある(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載される発光装置は、LED素子を搭載する第1のリードフレームと、LED素子とワイヤを介して電気的に接続される第2のリードフレームとが微細な導電性粒子を混入されたエポキシ系樹脂材料からなる支持基体に嵌合されており、そのことによって静電気によるLED素子の破壊を防ぐとともに第1のリードフレームおよび第2のリードフレームの機械的安定性を高めている。
特開平11−067966号公報([0010]〜[0013]、図3、図4)
しかし、特許文献1に記載された発光装置によると、第1および第2のリードフレームを半田接合するときに支持基体を構成するエポキシ系樹脂が熱膨張して第1および第2のリードフレームの間隔が大になるため、ワイヤの断線やワイヤに過大な力がかかるという問題がある。
従って、本発明の目的は、半田接合時の熱負荷に伴ってLED素子とリードフレームとの電気接続性の低下を生じることなく、信頼性に優れる発光装置を提供することにある。
本発明は、上記の目的を達成するため、LED素子を一組のリード部材の一方に搭載して形成される発光装置において、前記一組のリード部材に固定されて前記一組のリード部材に付与される熱負荷に基づくリード間隔の変化を防止するリード固定部を有することを特徴とする発光装置を提供する。
前記リード固定部は、熱膨張率が4.5×10-6/Kから7×10-6/Kの範囲の材料によって形成されることが好ましい。
前記リード固定部は、光透過性を有する樹脂材料によってモールド加工される構成とすることもできる。
前記リード固定部は、光透過性を有する樹脂材料によって形成される封止部と外部回路との間のスペーサとして設けられる構成とすることもできる。
前記リード固定部は、過大な電圧から前記LED素子を保護する保護素子を有する構成とすることもできる。
前記リード固定部は、前記一組のリード部材に圧着固定される固定片を有する構成とすることもできる。
本発明の発光装置によれば、リード部材に付与される熱負荷によってリード部材の間隔が変化することを防止するリード固定部を設けたため、半田接合時の熱負荷に伴ってLED素子とリード部材との電気接続性の低下を生じることなく、信頼性を向上させることができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の断面図である。この発光装置1は、GaN系半導体化合物からなるLED素子2と、LED素子2の電極の一方と電気的に接続されるリードフレーム3Aと、LED素子2を収容するカップ部30を有するリードフレーム3Bと、LED素子2の電極の一方とリードフレーム3Aとを電気的に接続するAu線からなるワイヤ4と、カップ部30に収容されたLED素子2を封止するエポキシ樹脂等の光透過性樹脂からなる素子封止部5と、熱膨張係数の小なる材料からなりリードフレーム3Aとリードフレーム3Bとを固定するリード固定部6と、エポキシ樹脂等の光透過性樹脂によって形成される砲弾形状の封止部7とを有する。
LED素子2は、サファイア基板上に有機金属化合物気相成長法(MOVPE)によってn型層、発光層を含む層、およびp型層を結晶成長させることによって形成されており、発光波長450〜480nmの青色光を主としてサファイア基板側から放射するように形成されている。
リードフレーム3A、3Bは、熱伝導性に優れる銅合金によって形成されており、表面にAgめっきが施されている。また、半田接合される部分には、半田濡れ性を高めるために半田めっきが施されている。また、リードフレーム3Bのカップ部30は、側面が傾斜を有する反射面31を形成しており、LED素子2から放射される光を反射面31で反射して外部放射させるようになっている。
リード固定部6は、窒化アルミニウム(AlN:熱膨張率4.5〜6×10-6/K)によって円板状に形成されており、切欠部6Aにリードフレーム3A、3Bを保持させることによってリードフレーム3A、3Bを一体的に固定している。
まず、第1の実施の形態の発光装置1の製造工程について以下に説明する。まず、リード部材となる銅合金の板材をリードフレーム3A、3Bに応じた形状にプレス加工する。このプレス加工時にカップ部30を同時に圧痕形成する。次に、リードフレーム3Bのカップ部30底部に別工程で形成されたLED素子2を接着固定する。次に、LED素子2の電極をリードフレーム3A、3Bにワイヤ4を介して電気的に接続する。次に、カップ部30にエポキシ樹脂をポッティングしてLED素子2を樹脂封止する。次に、リードフレーム3A、3Bにリード固定部6を装着する。リード固定部6は、切欠部6Aがリードフレーム3A、3Bを保持するように取り付けられる。次に、リードフレーム3A、3B(LED素子2を含む)、リード固定部6をレンズ形状をした型内に配置し、エポキシ樹脂によるキャスティングモールドによって砲弾形状の封止部7を形成する。次に、同型を分離してリードフレーム3A、3Bを基部から切り離す。
次に、第1の実施の形態の発光装置1の動作について以下に説明する。
発光装置1のリードフレーム3A、3Bを図示しない電源装置に接続して通電することにより、LED素子2の発光層において発光し、LED素子2の外部に光が放射される。LED素子2から放射された光は素子封止部5を透過し、封止部7を介して外部放射される。また、LED素子2から放射された光のうち、反射面31に入射した光は反射面31で反射されて素子封止部5を透過し、封止部7を介して外部放射される。
上記した第1の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
(1)外部回路等への半田接合時にリードフレーム3A、3Bに熱負荷が加えられても、リードフレーム3A、3Bより熱膨張率の小なるリード固定部6によってリードフレーム3A、3B間の間隔が熱膨張によって大になることを防げる。エポキシ樹脂の熱膨張率はAlNより遥かに大であることから、熱負荷によって封止部7が割れるといった問題を防げる。
(2)リードフレーム3A、3Bに熱膨張率の小なる材料で形成されたリード固定部6を取り付けるだけでリード間隔の変化を防げるため、製造工程を煩雑化させることなく発光装置1の耐熱性、信頼性を向上させることができる。
なお、上記した実施の形態では、熱膨張率の小なる材料としてAlNを用いた構成を説明したが、その他の材料としてAl23(熱膨張率7×10-6/K)やSiN等の材料を用いることも可能である。また、リード固定部6が僅かに導電性を有していても良い。これは、LED素子2の順電圧が小であることにより、発光の妨げとならないことによる。
また、LED素子2は、リードフレームに対してフリップチップ接合されるものであっても良い。例えば、サブマウント素子を介してLED素子2をフリップチップ接合し、サブマウント素子の電極とリードフレーム3Aをワイヤ4で接合することも可能である。また、LED素子2の発光色についても青色に限定されるものではなく、赤色や緑色等の他の色であっても良い。
また、LED素子2から放射される光に照射に基づいて励起されて励起光を放射する蛍光体を素子封止部5に混入し、LED素子2から放射された光と、蛍光体から放射される励起光とを混合して白色光等を生成する波長変換型の発光装置1とすることも可能である。
また、リード固定部6は、表面にAlやAgによる光反射層を設けて光放射性を高めるようにしても良い。また、全体を黒色にするか、もしくは発光側面を黒色にすると封止部7に入射する外光の乱反射を抑えることができ、点灯時と消灯時のコントラストを高めることができる。特に、LED素子2の点灯/消灯を繰り返す用途において、リード固定部6を黒色化することは有効である。また、リード固定部6の形状についても上記した円板状に限定されず、棒状等の他の形状であっても良い。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る発光装置の断面図である。この発光装置1は、第1の実施の形態で説明したリード固定部6を封止部7中に設けずに封止部7から露出させた構成を有している。また、その他の構成において、第1の実施の形態と同一の部分については共通の引用数字を付している。
上記した第2の実施の形態によると、第1の実施の形態の好ましい効果に加えて半田接合時にリード固定部6が図示しない外部回路とLED素子2との間でスペーサとなるため、位置決め工具を用いることなく発光装置1を精度良く固定できるようになり、その結果、半田接合の作業性が向上する。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る発光装置の断面図である。この発光装置1は、第2の実施の形態で説明した発光装置1のリードフレーム3A、3Bをリード固定部6の下側で直角方向に折り曲げた構成を有している。また、その他の構成において、第2の実施の形態と同一の部分については共通の引用数字を付している。
上記した第3の実施の形態によると、第1および第2の実施の形態の好ましい効果に加えて直角方向に折り曲げたリードフレーム3A、3Bによる外部回路への表面実装が可能になるため、表面実装基板に対しても半田接合時の熱負荷による損傷、通電不良の発生を抑制して安定した表面実装性を付与することができる。
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る発光装置の断面図である。この発光装置1は、第3の実施の形態で説明した発光装置1のリードフレーム3A、3Bをリード固定部6の底面に沿って直角方向に折り曲げた構成を有している。また、その他の構成において、第3の実施の形態と同一の部分については共通の引用数字を付している。
上記した第4の実施の形態によると、第1から第3の実施の形態の好ましい効果に加えてリード固定部6の底面に沿ってリードフレーム3A、3Bを折り曲げているので、発光装置1の取り付け高さを低く抑えることが可能になるとともに、リードフレーム3A、3B間の間隔が熱膨張によって大になることを防げる。また、リードフレーム3A、3Bの折り曲げに基づく封止部7の損壊をリード固定部6によって防ぐことができる。
図5は、本発明の第5の実施の形態に係る発光装置の断面図である。この発光装置1は、第1の実施の形態で説明したリード固定部6に代えて誘電体からなる保護素子9を設けた構成を有しており、保護素子9はロウ付け部10を介してリードフレーム3A、3Bに取り付けられている。また、その他の構成において、第1の実施の形態と同一の部分については共通の引用数字を付している。
ロウ付け部10は、半田の融点より高い融点を有したロウ材によって構成されており、リードフレームの半田接合時に溶融しないようになっている。
図6は、保護素子の電気的特性を示す図である。この保護素子9は、LED素子2の電気的特性(LED特性)における電圧V1,−V1においては導通せず、LED特性より大なる電圧V2,−V2が印加されると導通する保護素子特性を有し、静電気等の大なる電圧が印加されると保護素子9が導通することによってLED素子2を保護する。
上記した第5の実施の形態によると、誘電体からなる保護素子9を設けることによってリードフレーム3A、3Bの熱変形に基づくワイヤ4の断線を防ぎながら、LED素子2の許容電圧を超えた電圧の印加に対してLED素子2の破壊を防ぐことができる。
図7から図9は、本発明の第6の実施の形態に係る発光装置を示す図である。図7は、発光装置の断面図である。この発光装置1は、封止部7の外側でリードフレーム3A、3Bを機械的に固定するリード固定部11を有しており、リード固定部11は、保護素子11Bと、保護素子11Bにロウ付け部11aを介して接続されてリードフレーム3A、3Bを保持するリード固定片11Aとを有する。また、その他の構成において、第1の実施の形態と同一の部分については共通の引用数字を付している。
図8は、リード固定片の平面図である。リード固定片11Aは、リードフレーム(図示せず)を保持するためのリード収容溝11bを有し、リード収容溝11bの一方の側面には傾斜部11cが設けられている。また、ロウ付け部11aは半田の融点より高い融点を有したロウ材によって構成されており、リードフレームの半田接合時に溶融しないようになっている。
図9は、リードフレームを保持した状態のリード固定片の平面図である。リード固定片11Aは、開放端側を工具等で塑性変形させることによりリード収容溝11b内にリードフレーム3A、3Bを圧着固定する。この状態で静電気等の大なる電圧がリードフレーム3A、3Bに印加されると保護素子11Bが導通することによってLED素子2の破損を防止する。
上記した第6の実施の形態によると、保護素子11Bをリード固定部11に設けることで、第5の実施の形態で説明したリードフレーム3A、3Bの熱変形に基づくワイヤ4の断線を防ぐことができるとともに、発光装置1の実装直前に後付けでリード固定部11を容易かつ確実に設けることができる。
なお、上記した実施の形態では、砲弾形状の封止部7を設けた発光装置1を説明したが、封止部7は砲弾状の光学形状を有する構成に限定されず、例えば、円柱状等の他の形状に形成されていても良い。
本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 第2の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 第3の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 第4の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 第5の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 保護素子の電気的特性を示す図である。 第6の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 第6の実施の形態に係るリード固定片の平面図である。 第6の実施の形態に係るリードフレームを保持した状態のリード固定片の平面図である。
符号の説明
1、発光装置 2、LED素子 3A、リードフレーム
3B、リードフレーム 4、ワイヤ 5、素子封止部 6、リード固定部
6A、切欠部 7、封止部 9、保護素子 10、ロウ付け部
11、リード固定部 11A、リード固定片 11B、保護素子
11a、ロウ付け部 11b、リード収容溝 11c、傾斜部
30、カップ部 31、反射面

Claims (6)

  1. LED素子を一組のリード部材の一方に搭載して形成される発光装置において、
    前記一組のリード部材に固定されて前記一組のリード部材に付与される熱負荷に基づくリード間隔の変化を防止するリード固定部を有することを特徴とする発光装置。
  2. 前記リード固定部は、熱膨張率が4.5×10-6/Kから7×10-6/Kの範囲の材料によって形成されることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  3. 前記リード固定部は、光透過性を有する樹脂材料によってモールド加工されることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  4. 前記リード固定部は、光透過性を有する樹脂材料によって形成される封止部と外部回路との間のスペーサとして設けられることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  5. 前記リード固定部は、過大な電圧から前記LED素子を保護する保護素子を有することを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  6. 前記リード固定部は、前記一組のリード部材に圧着固定される固定片を有することを特徴とする請求項5記載の発光装置。

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