JP2006080288A

JP2006080288A - Ｌｅｄ搭載用部品及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006080288A
Application number: JP2004262451A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Watanabe; 稔文渡辺; Tomoaki Abe; 智明阿部; Hideyuki Henmi; 英之邉見; Toru Yamada; 徹山田; Yuichi Fukushima; 勇一福島
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd; SH Precision Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd; SH Precision Co Ltd
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】発光素子から発生する熱に関して放熱を高めることができると共に、発光素子から出力される光の集光性を高めて高輝度を確保することができるＬＥＤ搭載用部品を提供する。
【解決手段】発光素子１を保持すると共に発光素子１からの光を集光させる機能を有するカップ部３と、放熱性を有し電極として使用されるベース部５とを接合一体化して形成する。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、発光素子から出力される光の集光性及び発生した熱の放熱性に優れたＬＥＤ搭載用部品及びその製造方法に関するものである。

従来の表面実装型発光ダイオードの例として、例えば特許文献１に示すものがある。
この表面実装型発光ダイオードは、図９に示すように、絶縁基板１３の表面にカソード電極パターン１２及びアノード電極パターン１４を形成した配線板１６を用い、前記カソード電極パターン１２上に発光素子１を接着し、前記発光素子１のアノード（図示しない）と前記配線板１６のアノード電極パターン１４をボンディングワイヤ１１接続し、前記配線板１６上に、透明な絶縁体１８を設けたものである。また、この発光装置では、前記発光素子１から出力された光の集光性をよくするために、前記発光素子１の周囲を取り囲むように反射部材１５を設けている。また、前記絶縁体１８は、出力される光の集光性を制御するために、凸状のレンズ部１７を設けている。

また、特許文献１には、図９に示したような配線板１６を用いた表面実装型の発光装置のほかに、例えば、図１０に示すような発光装置も開示されている。
図１０に示した発光装置は、例えば、銅や鉄などの薄板金属基板２１を所定形状にプレス成形し、上面に前記発光素子１を収容する反射カップ部２２が設けられ、両側に段差部２３，２５が設けられている。薄板金属基板２１は平行なスリット２７で２つに分離され、スリット２７がマスキングテープ２８で被覆されている。また、薄板金属基板２１の上方の反射カップ部２２には第１の樹脂２４が充填され、全体が第２の樹脂２６で封止され、裏面側には、補強用の第３の樹脂２９が配設されている。

一方、特許文献２には、図１１に示すようなＬＥＤパッケージが開示されている。このＬＥＤパッケージにおいて、発光ダイオードダイ３１は熱伝導性の良好な副基台３３を介して、スラグ３５に取付けられている。ヒートシンクとなるスラグ３５はインサートモールドされたリードフレーム３７に挿入される。リードフレーム３７は、電気的パスを与える金属フレームの周りに成形された埋め込みプラスチック材料を有している。リードフレーム３７上には光学レンズ３８が形成されている。また、スラグ３５は、反射カップ３９を備えている。絶縁体から成る副基台３３を使用すれば、スラグ３５は電気的に絶縁され、このため、スラグ３５は最小の熱抵抗で外部ヒートシンク（図示せず）に結合されるのでパッケージ内の熱の蓄積を防止することができる。
特開２００３−１７４２００号公報特開２０００−１５０９６７号公報（図２）

しかしながら、図９に示した配線板１６を用いた表面実装型の発光装置の場合、配線板１６上に接着された発光素子１から発生した熱は配線板１６を介して外部に放熱されるが、前記絶縁基板１３の熱伝導率が低いため、発光素子１が高出力で発熱量が多い場合や、長時間連続して発光させる場合などには発光素子１から発生した熱を十分に放熱できず、発光装置内が高温になりやすいという問題があった。また、配線板１６を形成する工程とは別の工程で形成した反射部材１５を接着しているため、製造工程及び部品点数が増え、製造コストが上昇するという問題があった。

また、図１０に示した薄板金属基板２１を用いた表面実装型の発光装置の場合、発光素子１を接着した面の裏側に第３の樹脂２９を設けているため、発光素子１から発生した熱の放熱特性が低く、装置内に熱がたまりやすいため、装置の発光効率が低下するという問題があった。更に、マスキングテープ２８や第３の樹脂２９を用いるなど、発光装置を製造するために用いる部品（材料）の数が多いとともに、製造工程が複雑になるため、装置の製造コストが上昇するという問題があった。

更に、図１１に示した装置においても、発光ダイオードダイ３１が副基台３３を介してスラグ３５に取付けられているため、放熱性が充分とはいえず、しかも部材の個数が増えてしまうという問題があった。

従って、本発明の目的は、発光素子から発生する熱に関して放熱を高めることができると共に、発光素子から出力される光の集光性を高めて高輝度を確保することができるＬＥＤ搭載用部品を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、用いる部品の数及び製造工程数を少なくし、製造コストを低減することが可能なＬＥＤ搭載用部品の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤ搭載用部品は、発光素子を保持すると共に、該発光素子からの光を集光させる集光面が形成された金属製カップ部と、放熱性を有する金属製ベース部とが接合一体化されていることを特徴とする。

前記金属製カップ部に銀めっきを施し、前記金属製ベース部に錫めっきを施すことが好ましい。

前記金属製ベース部に切欠を設けることが好ましい。

前記金属製カップ部及び／又は前記金属製ベース部をＣｕ又はＣｕ合金からなるものとすることができる。

前記金属製カップ部及び／又は前記金属製ベース部をＡｌ又はＡｌ合金からなるものとすることができる。

また、上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤ搭載用部品の製造方法は、円柱形状の第１の金属製部材と、それより大径で円柱形状の放熱性を有する第２の金属製部材とを用意し、前記第１の金属製部材の上面に集光度を向上させるめっきを施した後、所定の形成面を有する圧入パンチを降下させて、前記第１の金属部材を前記第２の金属製部材と圧入接合させて両者を一体化すると同時に、前記第１の金属製部材内に発光素子を保持するための凹部を設けると共に前記所定の形成面に対応した集光面を形成することを特徴とする。

本発明のＬＥＤ搭載用部品によれば、発光素子から発生する熱に関して放熱を高めることができると共に、発光素子から出力される光の集光性を高めて高輝度を確保することができる。

また、金属製カップ部と金属製ベース部とを別個に用意し、金属製カップ部に銀めっきを施すことで、光の集光度を高めて高輝度を確保することができ、金属製ベース部に錫めっきを施すことで、直接基板に実装することが可能となり、それぞれの機能に適しためっきを利用することができる。

また、本発明のＬＥＤ搭載用部品の製造方法によれば、用いる部品の数を減らし、かつ製造工程数を少なくすることにより、製造コストを低減することが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１−１は、本発明のＬＥＤ搭載用部品の一実施形態を示す斜視図である。
このＬＥＤ搭載用部品は、発光素子１を保持すると共に発光素子１からの光を集光させる機能を有するカップ部３と、放熱性を有し電極として使用されるベース部５とが接合一体化され形成されている。またベース部５には、鉛直方向に、電極が配されるための切欠７が設けられている。

図１−２に、このＬＥＤ搭載用部品の構成を更に詳しく示す。なお、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図である。
（ｂ）からも明らかな通り、カップ部３の内面には、発光素子１から出力される光を集光させる半円錐面状の集光面３ａが設けられている。カップ部３は、輝度を決定する重要な部分であり、半円錐状の表面処理の状態により、輝度が大きく左右される。このため、本実施形態では、集光面３ａの表面に、光沢の出る銀めっきを均一に被覆して高輝度化を達成している。カップ部３は、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた金属又はこれらに微量成分を添加した合金により形成することができる。なかでも、放熱性及び価格の点からＣｕ又はＣｕ合金、軽量性の点からＡｌ又はＡｌ合金を用いることが好ましい。

また、ベース部５は円柱状に構成され、カップ部３と同様に、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた金属又はこれらに微量成分を添加した合金により形成され得る。なかでも、放熱性及び価格の点からＣｕ又はＣｕ合金、軽量性の点からＡｌ又はＡｌ合金を用いることが好ましい。このベース部５の形状や材質による熱容量を変えることで、より熱放出量を高めたＬＥＤ発光装置が可能となる。またベース部５は端子の役割を果たす為、表面保護に加え、はんだ接合が容易な錫めっきを施すことが好ましい。

図２により、このＬＥＤ搭載用部品の製造方法について説明する。
まず、小径の円柱状のカップ部３及び大径の円柱状のベース部５を用意する。なお、ベース部５の表面にはカップ部３の形状に対応した溝部２を予め形成しておく（図２（ａ）参照）。また、カップ部３の上面及びベース部５の側面には、それぞれ銀めっき及び錫めっきを予め施しておく。

次に、集光面３ａに対応した形成面６ａを有する圧入パンチ６を鉛直方向上方から下降させ、カップ部３をベース部５と圧入接合させると同時に、カップ部３内に圧入パンチ６の形成面６ａを反転させた形状の集光面３ａを圧入成型する（図２（ｂ）、（ｃ）参照）。

この製造方法によれば、カップ部３の上面に銀めっきを施した後に圧入パンチ６により圧入成型して集光面３ａを形成しているので、集光面３ａを平滑にできかつ銀めっき厚を均一に形成できる。このため、集光面３ａの光沢度を容易に向上させることが可能となる。また、集光面として別の複雑な形状を形成する場合においてもめっき厚を均一に形成することが可能となる。更に、カップ部３のベース部５への圧入接合とカップ部３の圧入成型を同時に行うことにより製造工程の短縮化を図ることができる。また、カップ部３とベース部５以外に部品を必要としないので、部品数の低減による製造コストの削減を図ることが可能となる。

なお、図２では、ベース部５に切欠７を省略してあるが、予め切欠７を形成したベース部５を用いることができるのは勿論である。

本実施形態のＬＥＤ搭載用部品によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）カップ部３の集光面３ａが平滑でかつめっき厚が均一に形成されているため、発光素子１から出力される光の集光度を向上させることができる。このため、従来、高輝度化のために複数個実装していた発光素子を、一つの搭載で同等以上の高輝度化ができるようになる。
（２）カップ部３に接してベース部５を設け、かつ熱伝導性が良好な材料で構成することにより、発光素子から発生する熱の放熱性を向上させることが可能となる。
（３）カップ部３とベース部５を圧入加工により接合することで接着剤等を使用する必要がなくなるため、熱伝導率の低下を防ぎ高放熱化を実現することができる。
（４）カップ部３とベース部５とを分け、それぞれを別個に用意することで、カップ部３の形状のみを容易に変更することができ、用途に応じた集光、輝度調整が可能となる。
（５）カップ部３成形の際、圧入用パンチ６の形状を変えることで、容易にカップ形状、及び表面の平滑度を変えることができる。
（６）ベース部５の錫めっき化より基板との直接はんだ実装が可能となり、切欠７の形成により電極を直接配置することができる。
（７）ベース部５をはんだ接合により基板（図示せず）に直接実装する以外にも、この形状自体から従来の電球の用途の代換役割を果たすことができる。

（他の実施形態）
カップ部３における発光素子１を実装する面に、複数の溝９を形成するものであってもよい。この場合、上記実装面には、図３に示すように、縦方向および横方向に延びる複数の溝９からなる格子状の溝（メッシュ形状の溝）が設けられる。このような格子状の溝を形成することにより、余剰に半田等の接着剤が実装面に供給された場合でも、接着剤の回り込みを防止する効果があり、更に実装時に生じる応力も緩和する作用がある。

上記実施形態では１つのカップ部３を形成したが、図４に示すように、複数のカップ部３を形成することもできる。
また、ベース部５の形状は円柱状でなく、図５に示すように、四角柱の形状のベース部５’としても良い。
カップ部３の形状も円柱状ではなく、図６に示すように、四角柱の形状のカップ部３’としても良い。更に図７に示すように、カップ部３’の内面のみをカップ部３と同様になるようなカップ部３’’として形成しても良い。

また、上記実施形態では、カップ部３とベース部５とを圧入接合したが、カップ部３またはベース部５の接合部分に突起を設け、カシメることで、接合させても良い。
カップ部３内のめっきは、銀めっきだけでなく、金めっきを施すこともできる。また、ベース部５のめっきは錫めっきでなく、はんだめっきを施しても良い。

上記実施形態では、カップ部３の内面に半円錐面状の集光面３ａを形成したが、図８（ａ）に示すように半放物面状の曲面の集光面３ｂとしたり、図８（ｂ）に示すように反射角度の異なる平面の集光面３ｃと３ｄの組み合わせとしたり、図８（ｃ）に示すように半放物面状の曲面の集光面３ｂと平面の集光面３ｃとの組み合わせとすることもできる。

本発明のＬＥＤ搭載用部品の一実施形態を示す斜視図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の一実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の製造方法の一例を示す斜視図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は実装面に格子状の溝が形成されたカップ部の斜視図であり、（ｂ）はこのカップ部の断面図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の他の実施形態を示す斜視図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の他の実施形態を示す斜視図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の他の実施形態を示す斜視図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の他の実施形態を示す斜視図である。本発明のＬＥＤ搭載用部品の集光面の他の実施形態を示す断面図である。従来の表面実装型発光ダイオードを示す断面図である。従来の表面実装型発光ダイオードを示す断面図である。従来のＬＥＤパッケージを示す斜視図である。

符号の説明

１発光素子
２溝部
３，３’，３’’ カップ部
３ａ，３ｂ，３ｃ集光面
５，５’ ベース部
６圧入パンチ
６ａ形成面
７切欠

Claims

発光素子を保持すると共に、該発光素子からの光を集光させる集光面が形成された金属製カップ部と、放熱性を有する金属製ベース部とが接合一体化されていることを特徴とするＬＥＤ搭載用部品。
前記金属製カップ部に銀めっきが施され、前記金属製ベース部に錫めっきが施されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ搭載用部品。
前記金属製ベース部に切欠が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ搭載用部品。
前記金属製カップ部及び／又は前記金属製ベース部がＣｕ又はＣｕ合金からなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ搭載用部品。
前記金属製カップ部及び／又は前記金属製ベース部がＡｌ又はＡｌ合金からなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ搭載用部品。
円柱形状の第１の金属製部材と、それより大径で円柱形状の放熱性を有する第２の金属製部材とを用意し、前記第１の金属製部材の上面に集光度を向上させるめっきを施した後、所定の形成面を有する圧入パンチを降下させて、前記第１の金属製部材を前記第２の金属製部材と圧入接合させて両者を一体化すると同時に、前記第１の金属製部材内に発光素子を保持するための凹部を設けると共に前記所定の形成面に対応した集光面を形成することを特徴とするＬＥＤ搭載用部品の製造方法。