JP2006173561A - ヒートシンク支持リングを有するリードフレーム、それを使用した発光ダイオードパッケージ製造方法及びそれを用いて製造した発光ダイオードパッケージ - Google Patents

ヒートシンク支持リングを有するリードフレーム、それを使用した発光ダイオードパッケージ製造方法及びそれを用いて製造した発光ダイオードパッケージ Download PDF

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Abstract

【課題】 ヒートシンク支持リングを有するリードフレーム、それを使用して発光ダイオードパッケージを製造する方法及びそれを用いて製造した発光ダイオードパッケージを提供すること。
【解決手段】 リードフレームは、ヒートシンクを支持するための支持リングを備える。外部フレームが支持リングと離隔しており、支持リングを取り囲む。少なくとも一つの支持リードが支持リングと外部フレームとを接続する。また、少なくとも一つの分離リードが外部フレームから支持リングに向って延在している。分離リードは、支持リングと離隔している。これにより、リードフレームにヒートシンクを取り入れた後、インサートモールディング技術を用いてパッケージ本体を形成することができ、構造的に安定し、優れた放熱特性を有する発光ダイオードパッケージを提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リードフレーム、このリードフレームを使用した発光ダイオードパッケージ製造方法及び該方法を用いて製造した発光ダイオードパッケージに係り、より詳しくは、ヒートシンクをリードフレームに固定できるヒートシンク支持リングを備え、ヒートシンクがパッケージ本体から外れることを防止できるリードフレーム、このリードフレームを使用した発光ダイオードパッケージ製造方法及びそれを用いて製造した発光ダイオードパッケージに関する。
発光ダイオード(light emitting diode;LED)の光出力は、ほぼ入力電力(input power)に比例する。よって、発光ダイオードに入力される電力を増加させ、高い光出力を得ることができる。しかし、入力電力の増加は、発光ダイオードの接合温度(junction temperature)を上昇させる。発光ダイオードの接合温度の上昇は、入力エネルギーが可視光に変換される程度を示す発光効率(photometric efficiency)の減少につながる。そこで、入力電力の増加による発光ダイオードの接合温度の上昇を防止することが必要となる。
発光ダイオードの接合温度の上昇を防止するために、ヒートシンクを採用した発光ダイオードパッケージの一例が 特許文献１に開示されている。これによれば、ＬＥＤダイがヒートシンクの上に熱的にカップリングされており、ＬＥＤダイを低い接合温度に保つことができる。よって、ＬＥＤダイに相対的に大きな入力電力を供給することができ、高い光出力が得られる。
しかし、このような従来のＬＥＤパッケージは、ヒートシンクがパッケージ本体から外れやすく、構造的に不安定であった。ヒートシンクがパッケージ本体から外れる場合、ヒートシンクの上部に搭載されたＬＥＤダイとリードとを電気的に接続するボンディングワイヤが断線するため、発光ダイオードパッケージを修復することができなくなる。よって、ヒートシンクがパッケージ本体から外れることを防止できる発光ダイオードパッケージが求められている。
米国特許第６、２７４，９２４（Ｂ１）号公報
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、大きな入力電力を供給してもＬＥＤダイの接合温度の上昇を防止することができ、高い光出力が得られるＬＥＤパッケージ及びそれを製造する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ヒートシンクがパッケージ本体から外れることを防止できるＬＥＤパッケージ及びそれを製造する方法を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、優れた放熱特性及び構造的に安定したＬＥＤパッケージを簡単に製造できるリードフレームを提供することをさらに他の目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、ヒートシンク支持リングを有するリードフレーム、それを使用した発光ダイオードパッケージ製造方法及びこの方法を用いて製造した発光ダイオードパッケージを提供することを特徴とする。
本発明の一態様によるリードフレームは、ヒートシンクを支持するためのヒートシンク支持リングを備えている。外部フレームがこの支持リングと離隔しており、支持リングを取り囲む。少なくとも一つの支持リード(supporting lead)が支持リングと外部フレームとを接続し、支持リングを支持する。また、少なくとも一つの分離リード(separated lead)が外部フレームから支持リングに向って延在している。分離リードは、前記支持リングと離隔している。これにより、リードフレームにヒートシンクを取り入れた後、インサートモールディング技術を用いてパッケージ本体を形成することができ、構造的に安定したＬＥＤパッケージを簡単に製造することが可能となる。
支持リングは、一部が切り欠いたＣ型リングであっても良い。分離リードは、支持リングの切り欠き部まで延びている。
一方、少なくとも二つの支持リードが支持リングと外部フレームとを接続しても良い。複数の支持リードは、支持リングの対向する両側にそれぞれ一つ以上配置されており、支持リングを外部フレームに安定して支持する。
また、少なくとも二つの分離リードが外部フレームから支持リングに向って延在していても良い。少なくとも二つの分離リードは、支持リングと離隔している。複数の分離リードは、支持リングの対向する他の両側にそれぞれ一つ以上配置しても良い。
本発明の他の態様による発光ダイオードパッケージ製造方法は、リードフレーム及びヒートシンクを準備する過程を含んでいる。リードフレームは、ヒートシンクを支持するためのヒートシンク支持リングを備える。外部フレームが支持リングと離隔しており、支持リングを取り囲む。少なくとも一つの支持リード(supporting lead)が支持リングと外部フレームとを接続し、支持リングを支持する。また、少なくとも一つの分離リード(separated lead)が外部フレームから支持リングに向って延在している。分離リードは、支持リングと離隔している。ヒートシンクは、支持リングに取り入れられて固定できるように準備される。支持リングにヒートシンクを取り入れて固定させる。その後、インサートモールディング技術を用いてヒートシンク、支持リード及び分離リードを支持するパッケージ本体を形成する。パッケージ本体は、各リードの一部分及びヒートシンクの上部面を露出させる開口部を備える。ヒートシンクの上部面に少なくとも一つの発光ダイオードダイが搭載され、発光ダイオードダイとリードとのうち、少なくとも二つを電気的に接続させるボンディングワイヤが形成される。その後、発光ダイオードダイを覆う封止材(encapsulant)が形成される。これにより、ヒートシンクがパッケージ本体から外れることを防止できるＬＥＤパッケージを製造することが可能となる。
一方、パッケージ本体は、その上端部から開口部に延在する複数のノッチ(notch)を備えていても良い。複数のノッチは、モールディング技術を用いて封止材を形成する間、空気(air)の排出通路として機能する。これにより、モールドを使用してレンズ形状を有する封止材を容易に形成することができる。複数のノッチは、パッケージ本体の互いに対向する上端部から開口部に延在していても良い。
支持リード及び分離リードを外部フレームから切断して各接続リード(connecting lead)を形成する。各接続リードは、パッケージ本体の外部で折り曲げられても良い。
ここで、「支持リード」とは、リードフレームで外部フレームと支持リングとを接続し、支持リングを外部フレームに支持するリードを意味する。また、「分離リード」とは、外部フレームから支持リングに向って延びているが、支持リングと離隔しているリードを意味する。さらに、「接続リード」とは、発光ダイオードパッケージにおいて、外部回路に電気的に接続されるリードを意味する。支持リード及び分離リードを発光ダイオードパッケージの接続リードとすることができる。
本発明のさらに他の態様による発光ダイオードパッケージは、ヒートシンク支持リングを備えている。ヒートシンクが支持リングに取り入れられて位置する。一方、互いに電気的に分離された少なくとも二つの接続リードが支持リングの両側に配置される。パッケージ本体がヒートシンク及び複数の接続リードに取り付けられてこれらを支持する。パッケージ本体は、複数の接続リードそれぞれの一部分及びヒートシンクの上部面を露出させる開口部を備える。これにより、ヒートシンク支持リングがヒートシンクを支持し、ヒートシンクがパッケージ本体から外れることが防止される。
複数の接続リードは、いずれも支持リングと離隔していても良い。これとは異なり、複数の接続リードのいずれか一つは、支持リングに接続していても良い。
一方、ヒートシンク支持リングは、一部が切り欠かれたＣ型リングであっても良い。このとき、支持リングと離隔している複数の接続リードのいずれか一つは、支持リングの切り欠き部まで延在していても良い。これにより、接続リードをヒートシンクの近くに配置することができる。
ヒートシンクの下部面は、外部に露出される。よって、ヒートシンクの下部面を通して熱が放出される。ヒートシンクは、基底部及び基底部の中央部分から上向きに突出している突出部を備えても良い。このとき、突出部が支持リングに挿入される。これにより、熱放出の表面の表面積を維持しながら、発光ダイオードパッケージの大きさを減少させることができる。
ヒートシンクは、突出部の側面に支持リングに締結するための支持リング収容溝をさらに備えても良い。支持リング収容溝は、螺旋溝であっても良い。支持リングは、収容溝に取り付けられ、ヒートシンクを強く固定させる。
パッケージ本体は、ヒートシンクを支持リングに取り入れた後、射出成型して形成されたプラスチック樹脂である。よって、複雑な構造を有するパッケージ本体を容易に形成することができ、パッケージ本体とヒートシンクとが強固に取り付けられる。
パッケージ本体は、上端部から開口部に延びている複数のノッチをさらに備えても良い。複数の切り欠きは、互いに対向する上端部から開口部に延びていても良い。
パッケージ本体は、その上部面に外周辺部に沿って形成されたレンズ収容溝をさらに備えても良い。レンズ収容溝は、レンズが接するパッケージ本体の表面積を増やして、レンズがパッケージ本体から外れることを防止する。
少なくとも一つの発光ダイオードダイがヒートシンクの上部面に搭載される。発光ダイオードダイは、ボンディングワイヤを介して各接続リードに電気的に接続される。また、封止材が発光ダイオードダイの上部を覆うことができる。封止材は、外力及び水分のような外部環境から発光ダイオードダイを保護する。封止材は、発光ダイオードダイに与えられるストレスを緩和できるように、ジュロメーターショア値が１０Ａ〜７０Ｄの硬さの範囲内で選択することができる。
一方、蛍光体が発光ダイオードダイの上部に位置しており、発光ダイオードダイから放出された光を波長変換することができる。蛍光体は、封止材内に含有しても良い。
このような本発明によれば、ヒートシンクを採用することにより、優れた放熱特性を有し、高い光出力が得られる発光ダイオードパッケージ及びそれを製造する方法を提供することができる。また、ヒートシンク支持リングを採用し、ヒートシンクがパッケージ本体から外れることを防止することができ、構造的に安定した発光ダイオードパッケージを提供することができる。これに加えて、構造的に安定し、熱放出特性に優れた発光ダイオードパッケージの製造を簡単化するリードフレームを提供することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例によるリードフレーム１０を説明するための斜視図である。
図１を参照して、リードフレーム１０は、内部にヒートシンクを取り入れ可能なヒートシンク支持リング１３を備えている。支持リング１３は、図示のように、円形環状であっても良いが、これに限定されるものではなく、多角形環状であっても良い。
一方、外部フレーム１１が支持リング１３を取り囲む。外部フレーム１１は、支持リング１３と離隔して位置する。外部フレーム１１は、図示のように、正四角形であっても良いが、これに限定されるものではなく、円形または他の多角形であっても良い。
外部フレーム１１と支持リング１３とは、少なくとも一つの支持リード１５ａ及び/または１５ｂで接続される。支持リードは、支持リング１３を外部フレームに固定させる。図示のように、支持リング１３の対向する両側面に支持リード１５ａ、１５ｂが位置しており、支持リング１３を外部フレーム１１に固定させることができる。支持リード１５ａ、１５ｂの他にもさらなる支持リードが支持リング１３と外部フレーム１１とを接続できる。
また、少なくとも二つの分離リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃが外部フレーム１１から支持リング１３に向って延在している。ただし、複数の分離リードは、支持リング１３とは離隔している。図示のように、分離リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、支持リング１３の近くに面積のさらに広い終端部を備えても良い。ところで、複数の分離リードは、前記支持リング１３の対向する両側に配置しても良い。
複数の分離リードは、搭載すべき発光ダイオードダイの種類及び数とボンディングワイヤ接続方式によって必要な数が決定されるが、様々な種類のパッケージの製造に使用できるように、リードフレーム１０は、多くのリード端子を備えても良い。複数の分離リードは、図示のように、支持リード１５ａ、１５ｂと直交する方向に配置しても良い。
一方、図１に六つの分離リードを示しているが、さらに少ない数の分離リードを配置しても良いし、さらなる分離リードを追加して配置しても良い。
本発明の一実施例によるリードフレーム１０は、銅合金である燐青銅板を金型技術を用いてプレス加工することで製造することができる。一方、図１に一つのリードフレーム１０を示しているが、複数のリードフレーム１０を一つの燐青銅板に製造して整列しても良い。特に、発光ダイオードパッケージを大量生産するためには、一つの燐青銅板に製造された複数のリードフレーム１０を使用する。
図２は、本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージ製造方法を説明するための工程手順図であり、図３乃至図１4は、この工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。
図２を参照して、図１を参照して説明したようなリードフレーム１０を準備する（Ｓ０１）。リードフレーム１０は、前述したように、燐青銅板をプレス加工することで製造することができ、複数のリードフレーム１０を同じ燐青銅板に製造し整列しても良い。
図２及び図３を参照して、リードフレーム１０の支持リング１３に 取り入れて固定できるヒートシンク２０を準備する。ヒートシンク２０は、発光ダイオードダイを搭載できる上部面を有する。ヒートシンク２０の上部面は、支持リング１３に容易に挿入できるように、支持リング１３の内径よりも小さいものが好ましく、ヒートシンク２０の側面の外径は、支持リング１３の内径よりも大きいものが好ましい。
また、ヒートシンク２０は、支持リング１３に締結するための支持リング収容溝２３ａを備えても良い。さらに、支持リング収容溝２３ａは、支持リング１３に容易に取り入れるために、螺旋溝を設けても良い。
一方、ヒートシンク２０は、基底部２１及び基底部の中央部分から上向きに突出している突出部２３を備えても良い。このとき、支持リング収容溝２３ａは、突出部２３の側面に位置している。基底部２１及び突出部２３は、図示のように、円筒状であっても良いが、これに限定されるものではなく、多角筒状であっても良い。突出部２３は、支持リング１３の内部形状と類似な形状であっても良いが、これに限定されるものではない。すなわち、支持リング１３は、円形環状であり、突出部２３は、四角筒状であっても良い。
ヒートシンク２０は、熱伝導率の高い金属または熱伝導樹脂でプレス加工技術または成型技術を用いて製造することができる。また、ヒートシンク２０は、リードフレーム１０とは別の工程を用いて製造する。よって、リードフレーム１０を準備するステップＳ０１と、ヒートシンク２０を準備するステップＳ０３とは、その順序を変えて行っても良いし、同時に行っても良い。
図２及び図４を参照して、リードフレーム１０の支持リング１３に前記ヒートシンク２０を取り入れて固定させる（Ｓ０５）。ヒートシンク２０の側面の外径が支持リング１３の内径よりも大きいため、ヒートシンク２０を強制的に取り入れて支持リング１３に固定させても良い。
一方、支持リング収容溝２３ａが形成された場合、支持リング１３は、支持リング収容溝２３ａに収容され、ヒートシンク２０を支持する。このとき、支持リング１３の一部が支持リング収容溝２３ａに収容され、その残りは、図示のように、突出部２３の外部に突出していることが好ましい。また、支持リング収容溝２３ａが螺旋溝である場合、ヒートシンク２０を回転させて支持リング１３に取り入れることができる。
図２及び図５を参照して、リードフレーム１０にヒートシンク２０を固定させた後、 インサートモールディング技術を用いて、パッケージ本体３０を形成する（Ｓ０７）。パッケージ本体３０は、熱硬化性または熱可塑性樹脂を射出成型して形成することができる。
パッケージ本体３０は、ヒートシンク２０の周辺に形成され、支持リング１３、支持リード１５ａ、１５ｂ、分離リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ及びヒートシンク２０を支持する。パッケージ本体は、ヒートシンク及び各リードに取り付けられる。支持リード及び分離リードの一部は、パッケージ本体３０の外部に突出している。また、パッケージ本体３０は、ヒートシンク１０の上端部及び各リードを露出させる開口部を備える。
図５に示すように、開口部により支持リング１３及び各リードが露出される。図６に示すように、パッケージ本体３０ａは、ヒートシンク２０の上端部を除いた殆どを覆い、各分離リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃの一部のみを露出させても良い。このために、開口部は、複数設けても良い。
一方、パッケージ本体３０ａは、図７に示すように、上部に複数のノッチ(notch)３０ｎを備えても良い。複数のノッチは、パッケージ本体３０の互いに対向する各上端部(upper end portions)から開口部に向って延在している。複数のノッチは、パッケージ本体３０の内側よりも外側で底がより低くなっていても良い。
また、ヒートシンク２０の下部面は、外部に露出している。これに加えて、基底部２１の側面も露出していても良い。これにより、ヒートシンク２０を介して熱放出を促進することができる。
一方、パッケージ本体３０は、図５、図６及び図７に示すように、円筒状であっても良いが、これに限定されるものではなく、四角筒状などの多角筒状であっても良い。
ヒートシンク２０をリードフレーム１０に取り付けた後、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を射出成型してパッケージ本体３０を形成するため、ヒートシンク２０とパッケージ本体３０とが強固に取り付けられる。
図２及び図８を参照して、パッケージ本体３０の外部に突出している支持リード１５ａ、１５ｂを切断して除去する（Ｓ０９）。その結果、切断された支持リード１６ａ、１６ｂは、パッケージ本体３０に残ることになり、これらの支持リードは、ヒートシンク２０がパッケージ本体３０から外れることをさらに防止する。
一方、前記各支持リードを切断する間、パッケージ本体３０の外部に突出している複数の分離リードのうち、電流を供給するために使用すべき各リードを除いた残りの分離リードを共に切断して除去することができる。例えば、図９に示すように、二つの分離リード１７ｃ、１９ｃのみが必要な場合、残りの分離リード１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂを切断して除去する。また、図１０に示すように、四つの分離リード１７ａ、１７ｃ、１９ａ、１９ｃが必要な場合、残りの分離リード１７ｂ、１９ｂを切断して除去する。
複数の分離リードを切断して除去することは、発光ダイオードパッケージで要求される複数の分離リードよりもさらに多い数の分離リードがリードフレーム１０に設けられた場合に行われる工程である。よって、発光ダイオードパッケージで要求される複数の分離リードとリードフレーム１０に設けられた複数の分離リードの数が一致する場合、複数の分離リードを切断して除去する工程は行われない。また、余分な分離リードが残っていても、発光ダイオードパッケージの動作に影響を及ぼすわけではないので、余分な分離リードを切断して除去することは省いても良い。
図２及び図１１を参照して、ヒートシンク２０の上部面に発光ダイオードダイ４０を搭載する（Ｓ１１）。発光ダイオードダイ４０は、上面及び下面にそれぞれ電極を有する１ボンドダイ(1bond-die)または上面に二つの電極を有する２ボンドダイ(2bond-die)であっても良い。
発光ダイオードダイ４０が１ボンドダイである場合、ヒートシンク２０は、導電性の金属材質のものが好ましく、このとき、ダイ４０は、銀（Ａｇ）エポキシのような導電性接着剤によりヒートシンク２０の上に搭載される。これとは異なり、ヒートシンク２０の上に搭載される発光ダイオードダイ４０がいずれも２ボンドダイである場合、ヒートシンク２０は、導電性を有する必要がなく、発光ダイオードダイ４０は、銀エポキシの他に様々な熱伝導性接着剤によりヒートシンク２０の上に搭載しても良い。
一方、ヒートシンク２０の上に搭載される発光ダイオードダイ４０は、複数であっても良い。また、複数の発光ダイオードダイ４０は、異なる波長の光を放出する発光ダイオードダイであっても良い。例えば、図１１に示すように、三つの発光ダイオードダイ４０を搭載しても良い。このとき、発光ダイオードダイ４０は、それぞれ赤色、緑色、青色の光を放出する発光ダイオードダイであっても良い。これにより、発光ダイオードダイ４０を使用していずれの色相の光をも放出する発光ダイオードパッケージを提供することができる。
図２及び図１２を参照して、発光ダイオードダイ４１、４３、４５と分離リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃとを複数のボンディングワイヤで電気的に接続する（Ｓ１３）。発光ダイオードダイ４１、４３、４５がいずれも２ボンドダイである場合、各発光ダイオードダイは、二つのボンディングワイヤを介して二つのリード端子に接続される。一方、図示のように、発光ダイオードダイ４１、４３、４５は、それぞれ異なる一対の分離リードに電気的に接続されても良い。また、一つの共通の分離リード(例えば、１７ｂ)と各発光ダイオードダイとをそれぞれボンディングワイヤで接続し、共通の分離リードに対向して位置する異なる各分離リード(例えば、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ)と各発光ダイオードダイとを他の各ボンディングワイヤで接続することができる。この場合、各発光ダイオードダイは、それぞれ異なる電流で駆動することができる。
一方、図１３に示すように、１ボンドダイ４１ａと２ボンドダイ４３、４５とを共に搭載しても良い。このとき、各分離リードのいずれか一つ１７ｂは、ボンディングワイヤを介してヒートシンク２０に電気的に接続される。よって、分離リード１７ｂは、ボンディングワイヤ及びヒートシンク２０を介して１ボンドダイ４１ａの下面に電気的に接続される。１ボンドダイ及び２ボンドダイの組み合わせは様々であり、各組み合わせに対してボンディングワイヤを接続する方式も様々に採用できる。
また、分離リードと発光ダイオードダイとを接続する方式も様々に選択することができ、複数の発光ダイオードダイを直列、並列または直並列に接続することができる。
一方、複数のボンディングワイヤで発光ダイオードダイ４１、４３、４５と各分離リードとを電気的に接続した後、封止材（図示せず）を使用して発光ダイオードダイ４１、４３、４５を密封する（Ｓ１５）。封止材は、外力及び水分のような外部環境から発光ダイオードダイを保護する。封止材は、発光ダイオードダイに与えられるストレスを緩和できるように、ジュロメーターショア値が１０Ａ以上であり、７０Ｄ以下である硬さ範囲内で選択することができる。封止材は、パッケージ本体３０の開口部を充填して発光ダイオードダイ及びボンディングワイヤを密封することができる。
また、封止材は、蛍光体を含有しても良い。例えば、蛍光体は、青色の光を黄色に変換したり、または緑色及び赤色に変換する蛍光体であっても良い。よって、ヒートシンク２０の上に青色を放出する発光ダイオードダイを搭載する場合、発光ダイオードダイから放出された光の一部が黄色、または緑色及び赤色に変換され、白色光が外部に放出される発光ダイオードパッケージを提供することができる。蛍光体は、各色に変換する蛍光体に限定されるものではなく、白色の他にユーザの所望する色を放出する発光ダイオードパッケージを提供するために多様に選択することができる。また、蛍光体は、封止材に含有されるものに限定されず、発光ダイオードの上に塗布されても良い。
これに加えて、封止材は、拡散剤をさらに含有しても良い。拡散剤は、発光ダイオードダイから放出された光を分散させ、発光ダイオードダイ及びボンディングワイヤが外部から観察されることを防止し、光が均一に外部に放出されるようにする。
封止材で発光ダイオードダイを密封した後、パッケージ本体３０の上部にレンズ（図示せず）を形成する（Ｓ１７）。レンズは、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂のような透明樹脂をモールディング技術を用いて硬化して形成することができる。このとき、図７に示すように、パッケージ本体３０の上部に形成された複数のノッチ３０ｎが空気の排出通路として機能する。レンズは、光を所定の指向角内に放出するために用いるものであり、レンズを用いる必要のない場合は、省いても良い。ところで、封止材がレンズ形状に硬化し、レンズとして機能することができ、このとき、レンズを形成する工程は省かれる。
図２及び図１４を参照して、分離リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃを外部フレーム１１から切断し折り曲げる（Ｓ１９）。その結果、外部回路に電気的に接続できる複数の接続リード(connecting leads)が完成し、表面実装可能な発光ダイオードパッケージが完成する。ところで、各支持リードを切断して除去するステップＳ０９は、各分離リードを外部フレーム１１から切断するステップＳ１９で共に行っても良い。
以下、本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージを図１４及び図１５を参照して詳細に説明する。
再び、図１４を参照して、発光ダイオードパッケージは、ヒートシンク支持リング１３を備えている。支持リング１３は、燐青銅のような銅合金で製造される。支持リング１３は、図示のように、円形環状であっても良いが、これに限定されるものではなく、多角形環状であっても良い。支持リング１３の外側に切断された支持リード１６ａ、１６ｂが延在して位置している。切断された支持リード１６ａ、１６ｂは、支持リング１３の対向する両側に位置しても良い。
支持リング１３に図３を参照して説明したようなヒートシンク２０を取り入れて位置させる。
一方、少なくとも二つの接続リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃが支持リング１３及びヒートシンク２０と離隔しており、支持リングの両側に配置される。各接続リードは、表面実装可能に折り曲げていても良い。
これに加えて、パッケージ本体３０がヒートシンク２０及び各接続リードをモールディングして支持する。パッケージ本体３０は、上部にヒートシンク２０の上部面及び各接続リードの一部分を露出させる開口部を備える。ところで、各接続リードは、パッケージ本体３０の側壁を貫通して外部に突出している。
図５を参照して説明したように、開口部により支持リング１３及び支持リード１５ａ、１５ｂの一部も露出されても良い。これにより、パッケージ本体３０の上部に溝が形成される。また、図６を参照して説明したように、パッケージ本体(図６の３０a)は、ヒートシンク２０の上端部を除いた殆どを覆い、各接続リードの一部のみを露出させても良い。よって、開口部は、複数に設けても良い。また、パッケージ本体３０は、図１５に示すように、上端部から開口部に延びている複数のノッチ３０ｎを備えても良い。
パッケージ本体３０は、ヒートシンク２０を支持リング１３に取り入れて固定させた後、熱硬化性または熱可塑性樹脂を射出成型して形成されたプラスチック樹脂である。
一方、ヒートシンク２０の上部面に発光ダイオードダイ４１、４３、４５が搭載されて位置する。図１４に示す発光ダイオードダイは、２ボンドダイを示すが、これに限定されるものではなく、発光ダイオードダイは、１ボンドダイであっても良いし、１ボンドダイと２ボンドダイとの組み合わせであっても良い。
発光ダイオードダイは、ボンディングワイヤを介して接続リードに電気的に接続される。発光ダイオードダイが２ボンドダイである場合、各発光ダイオードダイは、二つのボンディングワイヤを介して二つの接続リードに電気的に接続される。ところで、発光ダイオードダイのうち、少なくとも一つが１ボンドダイである場合、ヒートシンクは、ボンディングワイヤを介して少なくとも一つの接続リードと電気的に接続される。
発光ダイオードダイと接続リードとを接続する方式は様々であり、要求される発光ダイオードパッケージの特性に合わせて選択することができる。
一方、封止材（図示せず）が発光ダイオードダイを覆って密封する。封止材は、パッケージ本体３０の上部に形成された溝を充填する。また、封止材は、蛍光体及び/または拡散剤を含有しても良い。ところで、封止材は、レンズ形状であっても良い。これとは異なり、封止材を覆うようにパッケージ本体３０の上部にレンズ（図示せず）を形成しても良い。
本実施例によれば、ヒートシンク支持リング１３にヒートシンク２０が取り入れられて固定されるため、ヒートシンク２０がパッケージ本体３０から外れることを防止することができる。
一方、以上説明した発光ダイオードパッケージは、接続リード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃが支持リング１３と離隔している。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、複数の接続リードのいずれか一つが支持リング１３に接続されても良い。以下では、本発明の他の実施例による複数の接続リードのいずれか一つが支持リングに接続された発光ダイオードパッケージを説明する。
図１６及び図１７は、それぞれ本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージ５０を説明するための斜視図及び平面図であり、図１８は、発光ダイオードパッケージ５０に発光ダイオードダイ及びレンズ７５を搭載した断面図である。また、図１９及び図２０は、本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージ５０に使用されたリードフレームを説明するための平面図である。
図１６乃至図１８を参照して、発光ダイオードパッケージ５０は、ヒートシンク支持リング５３と、支持リング５３に取り入れられたヒートシンク６０と、接続リード５５、５７と、パッケージ本体７０とを備える。
ヒートシンク支持リング５３は、図１９に示すように、一部分が切り欠かれたＣ型リングであっても良いが、これに限定されるものではなく、図２０に示す支持リング８３のように、閉じた環状であっても良い。
接続リード５５が支持リング５３から外部に延在しており、接続リード５７は、支持リング５３と離隔しており、支持リング５３の近傍に配置される。支持リング５３がＣ型リングである場合、接続リード５７は、支持リング５３の切り欠き部まで延在して配置しても良い。これによって、接続リード５７の端部を支持リング５３の中心部にさらに近く配置することができ、図２０のリードフレームに比べ、パッケージ本体１１の大きさを減らすことができる。一方、支持リング５３で除去された部分は、全体リングの１/４以下であることが好ましい。すなわち、除去された部分が小さいほど、支持リング５３とヒートシンク６０との接触面が増加し、電気的接続が強化される。
図１９または図２０に示すように、接続リード５５は、ヒートシンク支持リング５３とヒートシンク支持リングとを取り囲む外部フレーム(図１の１１)を接続する支持リード５５ａから形成され、接続リード５７は、外部フレームから支持リング５３に向って延在した分離リード５７ａから形成される。したがって、支持リング５３及びリード５５a、５７aは、単一の燐青銅板をプレス加工して形成しても良い。支持リード５５ａの他にさらなる支持リードが外部フレームと支持リング５３とを接続しても良いし、分離リード５７ａの他にさらなる分離リードを支持リング５３と離隔して配置しても良い。一方、分離リード５７は、パッケージ本体７０から外れることを防止するために、図１の分離リードのように、支持リング５３の近くに面積のさらに広い終端部を備えても良く、図示のように、貫通孔５７ｃを備えても良い。貫通孔５７ｃは、パッケージ本体７０の一部を収容して、分離リード５７ａがパッケージ本体から外れることを防止する。
支持リング５３にヒートシンク６０が取り入れられて位置する。ヒートシンク６０は、図３を参照して説明したように、基底部及び基底部の中央部分から上向きに突出している突出部を備えても良く、突出部が支持リング５３に挿入される。また、突出部の側面に支持リングを収容するための収容溝を形成しても良い。収容溝は、突出部の外側面に沿って円形に形成しても良く、螺旋溝で形成しても良い。ここでは、螺旋溝６０ａを有するヒートシンクを示す。ヒートシンク６０が螺旋溝を有しており、ヒートシンク６０を回転させて支持リング５３に取り入れることができる。したがって、ヒートシンク６０は、支持リング５３を介して接続リード５５に直接電気的に接続される。
また、ヒートシンク６０は、基底部の側面６０ｂに係合溝を備えていても良い。係合溝は、基底部の側面６０ｂの一部に形成されても良く、外周面に沿って連続していても良い。ヒートシンク６０の底面は、広いほど熱放出を促進させるため、図１６及び図１８に示すように、基底部の側面のうちの下端部は、外部に露出されても良い。しかし、係合溝及びその上の基底部の側面は、パッケージ本体７０で覆われる。これにより、係合溝がパッケージ本体７０の一部を収容することになり、ヒートシンク６０がパッケージ本体７０から外れることがさらに防止される。
ヒートシンク６０は、伝導性物質で形成されており、特に、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)のような金属または合金で形成しても良い。また、ヒートシンク６０は、成型技術またはプレス加工技術などを用いて形成しても良い。
パッケージ本体７０は、ヒートシンク６０及び接続リード５５、５７に取り付けられ、それらを支持する。パッケージ本体７０は、ヒートシンク６０を支持リング５３に取り入れた後、熱可塑性または熱硬化性樹脂をインサートモルディングして形成される。よって、パッケージ本体７０は、ヒートシンク６０の係合溝を充填し、ヒートシンク６０と接続リード５５、５７とに取り付けられ、これらを結合させる。
パッケージ本体７０は、ヒートシンク６０の上部面及び前記接続リード５７の一部を露出させる開口部を備える。開口部は、接続リード５５の一部を露出させても良い。このとき、ヒートシンク６０の突出部は、図１８に示すように、パッケージ本体７０の上面の上に突出していても良い。また、パッケージ本体７０は、上部面に外周辺部に沿って位置するレンズ収容溝７０ｈをさらに備えても良い。レンズ収容溝７０ｈは、レンズ７５を収容してパッケージ本体７０からレンズ７５が外れることを防止する。これに加えて、パッケージ本体７０の上部面に切り欠き７０ｎを形成しても良い。切り欠き７０ｎは、図１５に示すように、互いに対向する位置に形成しても良い。
再び、図１８を参照して、ヒートシンク６０の上に発光ダイオードダイ７１が搭載される。発光ダイオードダイ７１は、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの化合物半導体から製造されても良いし、要求される波長の光を放出するように選択される。例えば、発光ダイオードダイ７１は、青色光を放出する化合物半導体であっても良い。
また、発光ダイオードダイ７１は、その上部面及び下部面にそれぞれ上部電極及び下部電極を有する１ボンドダイであっても良い。下部電極は、銀（Ａｇ）エポキシのような伝導性接着剤によりヒートシンク６０に接着される。ヒートシンク６０は、接続リード５５と直接電気的に接続されるため、発光ダイオードダイ７１は、ヒートシンクを介して接続リード５５に電気的に接続される。よって、発光ダイオードダイ７１と接続リード５５とを接続するためのボンディングワイヤを省くことができる。ところで、発光ダイオードダイ７１の上部電極は、ボンディングワイヤ７３を介して接続リード５７に電気的に接続される。
これとは異なり、発光ダイオードダイ７１は、同じ面に二つの電極を有する２ボンドダイであっても良い。この場合、二つの電極は、それぞれボンディングワイヤを介して接続リード５５、５７に電気的に接続される。このとき、接続リード５５は、ヒートシンク６０に直接電気的に接続されており、発光ダイオードダイ７１とヒートシンク６０とをボンディングワイヤで接続しても良い。よって、発光ダイオードダイ７１とヒートシンク６０とをボンディングワイヤで接続するワイヤリング(wiring)工程が従来の技術に比べて容易である。
一方、封止材が発光ダイオードダイの上部を覆って密封する。封止材は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂であっても良い。また、封止材は、発光ダイオードダイ７１から放出された光の波長を変換する蛍光体を含有しても良い。例えば、発光ダイオードダイ７１が青色光を放出する場合、封止材は、青色光を黄色光に変換したり、青色光を緑色光及び赤色光に変換する蛍光体を含有しても良い。その結果、発光ダイオードパッケージから白色光が外部に出射される。
レンズ７５が封止材を覆っている。レンズ７５は、発光ダイオードダイ７１から放出された光が所定の指向角内に出射されるように、図１８に示すように、凸レンズの形状であっても良い。レンズ７５は、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂のような透明樹脂をモールディングして形成しても良い。レンズ７５は、レンズ収容溝７０ｈを満たす。よって、レンズ７５とパッケージ本体７０との接合力が向上し、封止材が発光ダイオードパッケージから外れることが防止される。
一方、封止材をレンズ形状に成型しても良いし、これにより、封止材とレンズ７５とを一体に形成しても良い。この場合、封止材は、パッケージ本体７０の開口部及びレンズ収容溝７０ｈを充填する。
以上のように、上記実施の形態を参照して詳細に説明され図示されたが、本発明は、これに限定されるものでなく、このような本発明の基本的な技術的思想を逸脱しない範囲内で、当業界の通常の知識を有する者にとっては、他の多くの変更が可能であろう。また、本発明は、添付の特許請求の範囲により解釈されるべきであることは言うまでもない。
本発明の一実施例によるリードフレームを説明するための斜視図である。 本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための工程手順図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 図２の工程手順図により発光ダイオードパッケージを製造する方法を説明するための斜視図である。 本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージを説明するための斜視図及び平面図である。 本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージを説明するための斜視図及び平面図である。 本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージを説明するために、図１６の発光ダイオードパッケージに発光ダイオードダイ及びレンズを搭載した断面図である。 本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージに使用されるリードフレームを説明するための平面図である。 本発明の他の実施例による発光ダイオードパッケージに使用されるリードフレームを説明するための平面図である。
符号の説明
１０ リードフレーム
１１ 外部フレーム
１３、５３、８３ ヒートシンク支持リング
１５ａ、１５ｂ、５５ａ 支持リード
１６ａ、１６ｂ 切断された支持リード
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、５７a 分離リード
２０、６０ ヒートシンク
２１ 基底部
２３ 突出部
２３ａ、６０ａ 支持リング収容溝
３０、３０ａ、７０ パッケージ本体
３０ｎ、７０ｎ 切り欠き
４０、４１、４１ａ、４３、４５、７１ 発光ダイオードダイ
５０ 発光ダイオードパッケージ
５５、５７ 接続リード
５７ｃ 貫通孔
６０ｂ 基底部側面
７０ｈ レンズ収容溝
７３ ボンディングワイヤ
７５ レンズ

Claims (20)

  1. ヒートシンクを支持するためのヒートシンク支持リングと、
    前記支持リングと離隔しており、前記支持リングを取り囲む外部フレームと、
    前記支持リングと前記外部フレームとを接続する少なくとも一つの支持リードと、
    前記外部フレームから前記支持リングに向って延在し、前記支持リングと離隔している少なくとも一つの分離リードとを備えることを特徴とするヒートシンク支持リングを有するリードフレーム。
  2. 前記支持リングは、一部が切り欠かれたＣ型リングであり、
    前記分離リードは、前記支持リングの切り欠き部まで延在していることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク支持リングを有するリードフレーム。
  3. 少なくとも二つの前記支持リードと、
    少なくとも二つの前記分離リードとを備え、
    前記各支持リードは、前記支持リングの対向する両側にそれぞれ一つ以上配置されており、
    前記各分離リードは、前記支持リングの対向する他の両側にそれぞれ一つ以上配置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク支持リングを有するリードフレーム。
  4. ヒートシンク支持リングと、
    前記支持リングに取り入れられたヒートシンクと、
    前記支持リングの両側に配置され、互いに電気的に分離された少なくとも二つの接続リードと、
    前記ヒートシンク及び前記各接続リードにこれらを支持するよう取り付けられ、前記各接続リードそれぞれの一部分及び前記ヒートシンクの上部面を露出させる開口部を有するパッケージ本体とを備えることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
  5. 前記各接続リードは、前記支持リングと離隔していることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードパッケージ。
  6. 前記接続リードの少なくとも一つは、前記支持リングに接続していることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードパッケージ。
  7. 前記支持リングは、一部が切り欠かれたＣ型リングであり、
    前記接続リードの少なくとも一つは、前記支持リングの切り欠き部まで延在して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードパッケージ。
  8. 前記ヒートシンクは、基底部及び前記基底部の中央部分から上向きに突出している突出部を備え、前記突出部が前記支持リングに挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードパッケージ。
  9. 前記基底部の下端部の側面は、外部に露出していることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードパッケージ。
  10. 前記ヒートシンクは、前記突出部の側面に前記支持リングに締結するための支持リング収容溝をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードパッケージ。
  11. 前記支持リング収容溝は、螺旋溝であることを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオードパッケージ。
  12. 前記パッケージ本体は、前記ヒートシンクを前記支持リングに取り入れた後、熱硬化性樹脂を射出成型して形成されたプラスチック樹脂からなることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードパッケージ。
  13. 前記パッケージ本体は、互いに対向する前記パッケージ本体の上端部から前記開口部に延在する複数のノッチをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオードパッケージ。
  14. 前記パッケージ本体は、その上部面に外周辺部に沿って形成されたレンズ収容溝をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオードパッケージ。
  15. 前記ヒートシンクの上部面に搭載された少なくとも一つの発光ダイオードダイと、
    前記発光ダイオードダイと前記接続リードとを電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、
    前記発光ダイオードダイの上部を覆う封止材とをさらに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パッケージ。
  16. 前記封止材は、ジュロメーターショア値が１０Ａ〜７０Ｄの範囲内の硬さを有することを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオードパッケージ。
  17. 前記発光ダイオードダイの上部に位置し、前記発光ダイオードダイから放出された光を波長変換させる蛍光体をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオードパッケージ。
  18. ヒートシンクを支持するためのヒートシンク支持リングと、前記支持リングと離隔しており、前記支持リングを取り囲む外部フレームと、前記支持リングと前記外部フレームとを接続する少なくとも一つの支持リードと、前記外部フレームから前記支持リングに向って延在し、前記支持リングと離隔している少なくとも一つの分離リードとを備えるリードフレームを準備するステップと、
    前記支持リングに取り入れて固定できるヒートシンクを準備するステップと、
    前記支持リングに前記ヒートシンクを取り入れて固定させるステップと、
    前記ヒートシンクの上部面と下部面とを露出させるパッケージ本体を形成するステップと、
    前記ヒートシンクの上部面に少なくとも一つの発光ダイオードダイを搭載するステップとを含むことを特徴とする発光ダイオードパッケージ製造方法。
  19. 前記支持リード及び分離リードを外部フレームから切断して複数の接続リードを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の発光ダイオードパッケージ製造方法。
  20. 前記発光ダイオードダイを覆う封止材を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の発光ダイオードパッケージ製造方法。
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