JP2006054234A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低背で、製造が容易であり、且つ接続の信頼性の高い表面実装型の発光ダイオードを提供する。
【解決手段】発光ダイオード１０は、発光素子４０に接続される一対の金属板リード２０、３０を備える。一対の金属板リード２０、３０は、金属板の端縁で回路基板のパッドに面して接続される表面実装型の接続部を備える。さらに、発光ダイオードは、リフロー工程で回路基板上に安定して置かれるため、リード２０、３０以外で回路基板に当接する部分を含む支持手段７０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板に実装される発光ダイオードに関し、特に砲弾型のドーム部又はレンズ部を備え回路基板に表面実装（ＳＭＴ）される型の発光ダイオードに関する。

この種の発光ダイオードの例として、ＬＥＤチップ（発光素子）に接続される２本又は３本以上の金属板リードが、樹脂製のドーム部（又は砲弾型のレンズ部）の底側で水平方向の折り目に沿って屈曲され、その表面実装型の接続部を回路基板に面する板面で構成した発光ダイオードが知られている（特許文献１、特許文献２）。

回路基板に接する板面の配置及びその面積は、半田接続前の状態で発光ダイオードを安定して支持できるように選択される。屈曲の際の折曲げ角度としては、種々の角度が採用でき、砲弾型のレンズ部に要求される向きに応じて任意の角度を決定することができる。またリードの曲げ方向はすべて同一である必要はなく、３本以上のリードを有する場合に、一部のリードを他のリードと逆方向へ曲げることによっても、基板上での安定した支持を実現できる。
特開平７−２１１９３７号 特開２００３−８０７０号

この種の発光ダイオードの製造プロセスでは、リードの折曲げを、砲弾型のドーム部を成形した後に行う必要がある。そこで、リードの長さを十分長くして折曲作業時の支持部分とする必要があり、その結果、実装高さを低くしたいわゆる低背の発光ダイオードは製造できないという問題がある。

更に、リードの曲げ角度の制御が難しく、実装された状態でのドーム部の向きが正確に再現できないという問題もある。また、折曲加工の際にリードに作用する力を介してドーム部の樹脂にストレスが加わり、ドーム部の破損、或いはＬＥＤチップとリードとの間の電気的接続の不良を生じる恐れもある。

そこで、本発明は、低背で製造が容易である、砲弾型のドーム部を備えた表面実装型の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。

更に、本発明は、製造プロセスの中で、ドーム部成形後の折曲加工を不要とし、ドーム部、或いはリードとＬＥＤチップの接続部等に悪影響を及ぼすことのない発光ダイオード、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、発光素子に接続される少なくとも一対の（すなわち２枚の）金属板リードを備え、これらの金属板リードの端縁に表面実装型の接続部の接続端を備えた発光ダイオードを提供する。発光ダイオードは、さらに、実装される回路基板に当接して、金属板リードと協働して、半田接続前に発光ダイオードを回路基板上に安定して支持するための支持部材を備える。

一例では、支持部材は、少なくとも一部の金属板リードに固定される。支持部材は、一対のリードと交差する方向に延びて、所定の位置に支持手段を提供する。また、支持部材は、金属板リードと支持脚とを高さ方向に位置合わせするために機械的係合手段を備え得る。この場合、支持部材は金属板により構成され、一対のリードと同様に、その底端に回路基板上の所望の接続パッドに接続されるための表面実装型の接続部を備えることができる。支持部材が結合されるリードの上端に発光素子が配置される場合には、発光素子により発生した熱を回路基板まで逃がすことができるという利点を有する。

他の例では、支持部材は、発光ダイオードの透明樹脂から成るドーム部の底端に固定され得る。この場合、支持部材は、ドーム部の成形の際に予め回転防止され且つ高さ方向に位置決めされた状態で成形用のモールドカップに係合され、その後の樹脂成形により成形されたドーム部に固定され得る。

更に本発明は、発光ダイオードの製造方法を提供する。製造方法は、表面実装型の接続部を含む金属板リードのリードフレームを形成する工程と、発光ダイオードを構成する各単位における金属板リードの上端に発光素子を接続配置する工程と、発光素子を包囲するように樹脂モールドを形成する工程とを備え、特に、リードフレームを形成する工程は、表面実装部を金属板リードの端縁に形成する工程を含み、さらに、金属板リードと協働して発光ダイオードを回路基板上に支持する支持脚を含む支持部材を結合する工程を含む。支持部材を結合する工程は、樹脂モールドを形成する工程の前に、又はそれと同時に行うことが望ましい。

一例では、支持部材を結合する工程は、金属板リードに支持部材を結合する工程を含む。この場合、支持部材を金属板により構成し、リードフレーム上の各単位における金属板リードのうち発光素子を配置する一のリードにのみ支持部材を固定する工程を含んでも良い。

他の例では、支持部材を結合する工程は、支持部材を樹脂モールドのモールドカップに係合して樹脂モールドの成形により支持部材を固定する工程を含む。

以下に添付図面を参照して本発明の好適実施形態となる発光ダイオード及びその製造方法について詳細に説明する。

図１、図２は、本発明の第１の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図である。図１は、完成した発光ダイオードを示し、図２は、その構造の理解のために、リードから支持部材を外した状態を示している。それぞれの図において、（ａ）は正面図、及び（ｂ）は側面図である。

図１及び図２によれば、発光ダイオード１０は、金属板より成る一対のリード２０、３０、リード２０の上端のカップ２１内に固定されて電気的に接続される発光素子４０、発光素子４０を包囲するように樹脂モールドにより形成されるドーム部９０、及びリード２０に係合する支持部材７０を含む。

発光素子４０は、例えば、半導体素子である発光ダイオードチップである。発光素子４０が置かれるカップ２１の内面は、傾斜しており、発光素子４０から発光された広がりのある光を反射して上方に向けるよう作用する。また、ドーム部９０の頂端面９１は、凸状の曲面を有し、発光素子４０からの光を集光するレンズとして作用する。

図示しないが、発光素子４０は、図示しないボンディングされた金属ワイヤによってリード３０に接続される。他の場合に、発光素子４０の構造によっては、リード２０と発光素子４０との間もワイヤボンディング技法によって接続される場合もある。

発光素子４０に電気的に接続された一対のリード２０、３０は、ドーム部９０の底端から延出して、図示しない外部回路基板と接続される表面実装型の接続部２５、３５を備える。接続部２５、３５は、垂直方向に延びる脚２６、３６と、その下端の接続端２７、３７を含む。接続部２５、３５は、折曲加工されることなくドーム部９０内に位置する主要な部分と同じ金属板面を構成する。また、接続端２７、３７は、水平方向に延びる細長部分を有し、その細長部分の金属板の端縁が、発光ダイオード１０が実装される回路基板（図示せず）に面するよう構成される。

支持部材７０は、発光ダイオ−ド１０を図示しない回路基板上に実装する際に、リフロー等の工程で発光ダイオード１０が回路基板上に安定して置かれるよう、リード２０、３０と協働してこれを支持する。図１及び図２から理解されるように、本実施形態では、支持部材７０は、金属材料から成り、リード２０に対して係合して交差する方向に延びる。これにより、発光ダイオード１０は、回路基板上の所望のパッド(図示せず）に位置合わせされた状態で、リード２０、３０及び支持部材７０により４点で支持される。尚、支持部材７０は、後述の放熱の効果を考慮する必要がない場合は、金属材料でなく、樹脂材料により製造することもできる。

支持部材７０は、リード２０、３０と同様に、その下端に一対の脚７６及びその先の接続端７７を含む表面実装型の接続部７５を備える。接続端７７は、接続端２７、３７と同様、それを構成する金属板の端縁に沿って図示しない回路基板のパッドに接するよう構成される。接続部７５は、接続部２５、３５が回路基板へ接続されるのと同じリフロー等の工程により、回路基板に半田接続され得る。本実施形態のように、支持部材７０が固定されるリード２０上には発光素子４０が直接固定されているので、発光素子４０で生じた熱は、支持部材７０を介して回路基板へまたはドーム部９０の底側の部分から外気へと逃がされる。尚、接続部７５の部分は、必ずしも回路基板に接続される必要はなく、単に回路基板に当接して発光ダイオード１０を支持するだけであっても良い。

リード２０、３０及び支持部材７０の接続部２５、３５、７５での確実な表面実装接続を実現するために、それらの接続端２７、３７、７７は、所定の公差内でほぼ正確に一面に置かれることが望まれる。従って、少なくとも支持部材７０のリード２０への固定は、接続部２５、３５、７５の位置を精度良くそろえた状態で行われる必要がある。

本実施形態では、図２に示すように、リード２０、及び支持部材７０のそれぞれが、相互の結合手段としてスリット２２、７２を備え、これらが互いの金属板面を受容することによって交差した状態での機械的係合が実現される。この係合手段により、リード２０の接続端２７と支持部材７０の接続端７７とは少なくとも高さ方向に正確に位置合わせされる。尚、リード２０と支持部材７０とのさらに強固な結合が望まれる場合には、係合部分に溶接、半田接続などの技法を用いることもできる。

また、発光ダイオード１０が回路基板に半田接続される際に、少なくともリード３０と支持部材７０或いはリード２０との間での電気的短絡を防止する必要がある。そこで、支持部材７０の接続端７７、及びリード２０、３０の接続端２７、３７は、（第２の実施形態のリード１２０、１３０のような）相互に近づく方向に突出する構成は有しない。

本実施形態では、支持部材７０の上からドーム部９０の樹脂モールドが行われ、支持部材７０がドーム部９０内にも延びる構成とされる。かかる場合には、支持部材７０と樹脂との間で機械的な結合強度を高める強化手段が設けられるのが好ましい。本実施形態では、強化手段は、その内側に樹脂を受容することのできる凹部７３として実現される。

図３は、本発明の第２の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は正面図、及び（ｂ）は側面図である。

第１の実施形態と同様に、発光ダイオード１１０は、一対のリード１２０、１３０、その一方のリード１２０の上端に位置するカップ１２１内に置かれてリード１２０と電気的に接続される発光素子１４０、及びリード１２０、１３０の上端近傍を包囲する樹脂モールドによるドーム部１９０を有する。また、リード１２０、１３０は、ドーム部１９０の底側に延出する接続部１２５、１３５を有し、それらはドーム部１９０内に位置するリード１２０、１３０の主要金属板面と同一面内に構成される。接続部１２５、１３５は、ドーム部１９０に近い脚１２６、１３６と、金属端縁を表面実装接続面とする接続端１２７、１３７を有する。

第２の実施形態による発光ダイオード１１０は、リードに係合する板状の支持部材の代わりにリング状の支持部材１７０を有する点で第１の実施形態と相違する点と相違する。

図４は、本発明の第２の実施形態による支持部材を示す図であり、（a）は平面図、（ｂ）は正面図、及び（ｃ）は側面図である。支持部材１７０は、開口１７４を含むリング状の本体１７１、本体１７１の内側で上側にわずかに突出するステップ部１７２、本体１７１の対向位置で底側に向けて突出する脚１７５、及び本体１７１から上側に１箇所で突出する舌片１７３を有する。また開口１７４の一部には、例えば電極のアノード・カソードを識別する（カソードマーク）等のための張出部１７９が設けられる。支持部材は、電極の情報以外の種々のマーキング情報についても、その形状又は材質の色等に含むことができる。

支持部材１７０は、図３に示すように、ドーム部１９０の底側に固定される。本実施形態では、支持部材１７０は、ドーム部１９０の底端縁に沿ってドーム部１９０の樹脂に面して接着される。より詳細には、支持部材１７０は、ドーム部１９０の成形の際に樹脂に面して置かれ、樹脂の固化に伴いドーム部１９０に固定される。

支持部材１７０を構成する材料としては、ドーム部１９０を構成する樹脂と密着性が良く、耐熱性のある材料が選択される。例えば、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）等の樹脂材料、或いはアルミニウム等の金属でも製造可能である。ドーム部１９０の樹脂との密着性を高めるべく、表面改質を行うことも考えられる。

樹脂モールドの工程では、リード１２０、１３０は、開口１７４を貫通して置かれる。本体１７１上に突出するステップ部１７２は、成形の際にモールドカップに入り込んで、発光ダイオードの軸線に対して支持部材１７０を位置合わせするようにこれと係合する。さらに、舌片１７３の外側部は、モールドカップに設けられる相補形状の溝と係合し、支持部材を回転方向に関して位置決めする。このようにモールドカップと相補的に係合するステップ部１７２及び舌片１７３の構成を設けることで、完成した発光ダイオード１１０で、リード１２０、１３０の接続端１２７、１３７と脚１７５の底端の高さ位置を位置合わせすることができる。

樹脂が固化された後は、舌片１７３の内側部は、ドーム部１９０内へと延出して、支持部材１７０とドーム部１９０との回転方向の結合強度を補うよう作用する。開口１４０を軸線に対して非対称にしている前述の張出部１７９も回転方向の機械的結合強度を高めるよう作用し得る。

上述のように、リード１２０、１３０と支持部材１７０の高さ位置は相互に位置合わせされるので、支持部材１７０が固定された状態では、脚１７５の底端は、接続部１２５、１３５の接続端１２７、１３７と略正確な一面を成す。したがって、発光ダイオード１１０は、リフロー工程などの表面実装接続のための工程で回路基板上に置かれたとき、リード１２０、１３０の接続部１２５、１３５、及び支持部材１７０の一対の脚１７５により安定して支持される。

なお、脚１７５の少なくとも一方の底端には、図示しない回路基板に設けられる貫通穴又は凹部と係合する突起を位置決め手段として設けても良い。また、支持部材を変形して開口１７４が十分に小さくなるようにドーム部の底側に位置する壁を設けて少なくともその上面を黒色等に着色すれば、発光素子が発光しないときにはドーム部の頂側からは黒色に視認されるので、発光素子のオン・オフ動作に対してコントラストが向上させることができる。

図５は、第１、第２の実施形態で使用されるリードに関連して、製造工程の途中段階におけるリードフレームの一単位を示す図である。単位２５０は一対のリード２２０、３２０の構成を含む。すなわち、リード２２０、３２０は、第１の実施形態では、リード２０、３０、第２の実施形態では、リード１２０、１３０にそれぞれ対応する。

上述の第１及び第２の発光ダイオード１０、１１０の製造の基本工程は、複数の単位２５０を含むリードフレームを金属板の打ち抜きにより製造する工程と、リードフレームにおける各単位の一のリード２２０にプレス等によって形成されたカップ２２１を形成する工程と、カップ２２１内に発光素子を固定する工程と、発光素子と一対のリードとを電気的に相互接続する工程と、樹脂モールドにより発光素子を包囲するドーム部を形成する工程と、支持部材を固定する工程と、リードフレームから各単位を分離すべく切断される工程とを有する。

特に第１の実施形態による発光ダイオード１０の製造は、支持部材７０のリード２０への固定は、ドーム部９０の形成前に行われ、前述のように機械的係合、またはそれに加えて溶接等の手法を用いて行われる。一方、第２の実施形態による発光ダイオード１１０の製造は、前述のように、ドーム部１９０の形成と同時に行われる。

図５には、最終製品製造のための切断位置がＣＰで示される。リード２２０、２３０の切断位置の直上に、水平方向に延びる金属板部分が形成され、その端を接続端２２７、３２７とする表面実装型の接続部２２５、３２５が設けられることが理解される。リード２２０、３２０の表面実装型の接続部２２５、３２５は、特別な手段を必要とすることなく容易に製造可能であることが理解される。

以上のように、本発明の好適実施形態となる発光ダイオードの構成及びその製造方法について詳細に説明したが、これらはあくまでも例示であって、当業者によって更に様々な変形、変更が可能である。

例えば、他の変形例として、以下のような構成が実現可能である。
（１）支持部材とリードとをドーム部の外側で結合させる構成
この場合には、ドーム部の樹脂モールドが完了した後でリードと支持部材とを機械的係合・溶接等の手法によって固定させることができる。
（２）絶縁体から成る支持部材を、一対のリードの双方に係合する構成
支持部材は、ドーム部の成形の前又は後で双方のリードに固定され得る。あるいは、金属板リードに対してインサートモールドを行い、金属板リードに対して予め固定された支持部材を形成しても良い。
（３）金属製の支持部材をリードと一体に形成する構成
動作の信頼性を確保するため、ドーム部の成形前で、かつ好ましくは発光素子の固定前の折曲加工によって、リードと交差する方向に配置させることで発光ダイオードの支持手段を提供し得る。

本発明の第１の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図で、（ａ）は正面図、及び（ｂ）は側面図である。 本発明の第１の好適実施形態となる発光ダイオードのリード及び支持部材を相互に分離し、合わせてドーム部を仮想的に示す図であり、（ａ）は正面図、及び（ｂ）は側面図である。 本発明の第２の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は正面図、及び（ｂ）は側面図である。 本発明の第２の実施形態による支持部材を示す図であり、（a）は平面図、（ｂ）は正面図、及び（ｃ）は側面図である。 製造工程の途中段階におけるリードフレームの一単位を示す図である。

符号の説明

１０、１１０ 発光ダイオード
２０、１２０、２２０ リード
２５、１２５、２２５ 表面実装型の接続部
３０、１３０、２３０ リード
３５、１３５、２３５ 表面実装型の接続部
４０、１４０ 発光素子
７０、１７０ 支持部材
９０、１９０ ドーム部

Claims (12)

1. 発光素子に接続される一対の金属板リードを備える表面実装型の発光ダイオードにおいて、
   前記一対の金属板リードの端縁に表面実装型の接続部を備えるとともに、実装される回路基板に当接する支持部材を備えることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記支持部材は、前記一対の金属板リードの少なくとも一方に係合することを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記支持部材は、前記一対の金属板リードのうち前記発光素子を配置する一のリードに固定され、該一のリードに交差する方向に延びる金属板により構成されることを特徴とする、請求項２に記載の発光ダイオード。
4. 前記支持部材は、前記回路基板に接続される表面実装型の接続部を備えることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
5. 前記支持部材及び前記一のリードは、前記支持部材及び前記一のリードのそれぞれの表面実装型の接続部の高さ位置を決める機械的係合手段を備えることを特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオード。
6. 前記発光ダイオードは、前記発光素子及び前記一対の金属リードの端近傍を包囲する樹脂製のドーム部を備え、前記支持部材は、前記ドーム部の底端に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
7. 前記支持部材は、前記ドーム部がモールド成形される際に使用されるモールドカップとの間で少なくとも回転移動を防止するよう係合する係合手段を備え、モールド成形により固定されることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
8. 前記支持部材は、絶縁材料から成ることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
9. 表面実装部を含む金属板リードのリードフレームを形成する工程と、発光ダイオードを構成する各単位における前記金属板リードの上端に発光素子を接続配置する工程と、前記発光素子を包囲するように樹脂モールドを形成する工程とを備える発光ダイオードの製造方法において、
   前記リードフレームを形成する工程は、前記表面実装部を前記金属板リードの端縁に形成する工程を含み、
   前記金属板リードと協働して前記発光ダイオードを回路基板上に支持する支持脚を含む支持部材を結合する工程をさらに有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
10. 前記支持部材を結合する工程は、前記金属板リードに前記支持部材を結合する工程を含むことを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記支持部材を金属板により構成し、前記リードフレーム上の各単位における前記金属板リードのうち前記発光素子を配置する一のリードにのみ前記支持部材を固定する工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記支持部材を結合する工程は、前記支持部材を前記樹脂モールドのモールドカップに係合して、前記樹脂モールドの成形により前記支持部材を固定する工程を有することを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
    
    

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