JP2008211163A

JP2008211163A - 発光ダイオード構造及びその組立方法

Info

Publication number: JP2008211163A
Application number: JP2007158677A
Authority: JP
Inventors: Sheng-Jia Sheu; 許勝佳; Chien-Chang Pei; 裴建昌
Original assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Current assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-09-11
Also published as: TWI363432B; EP1962568B1; KR20080079179A; EP1962568A3; US8987770B2; US20080203422A1; TW200836371A; EP1962568A2; KR100915549B1; US7960740B2; US20110198663A1; ATE522123T1

Abstract

【課題】半田付けの工程が全く必要なく、製造工程が簡便かつ効率的である上、低コスト、高スループット及び高収率の発光ダイオードデバイスを提供する発光ダイオード構造及びその組立方法を提供する。
【解決手段】発光ダイオード構造は、発光ダイオードと、発光ダイオードのアノード及びカソードとそれぞれ電気的に接続され、固定孔をそれぞれ有する２つのリードフレームと、２つの基板１０８、１０８’と、基板１０８、１０８’上の各々に配置された２つの凸柱１１０ａ、１１０ａ’とを備える。凸柱１１０ａ、１１０ａ’の各々は、固定孔の中に挿設されて変形した後に、固定孔の各々に噛み合される。
【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は発光ダイオード構造に関し、特に発光ダイオードを固定する構造及び発光ダイオード構造の組立方法に関する。

近年、発光ダイオードは、製造技術の急速な発展に伴い、発光効率が向上している。また発光ダイオードは、低発熱、低消費電力などの特性を有するため、懐中電灯、自動車のヘッドライトなど、照明器具の分野でも利用され始めている。

発光ダイオードは、チップがモールディングコンパウンドに覆われ、チップの下には外側に延伸された脚部が設けられている。この脚部は、回路基板の孔に挿入された後に半田付けで固定される。しかし、半田付け工程を行うと、数百℃に達する高温が脚部を介してチップに伝播し、チップが損壊したり焼損したりすることがあった。

従来、半田付けを行わずに回路基板上にチップを固定する構造があった。図１を参照する。図１は、従来技術のアダプタ板上に封止された発光ダイオードを固定する固定構造を示す断面図である。図１に示すように、封止されたチップ１０は、固定孔３０が設けられたリードフレーム２０を有する。アダプタ板４０上には、固定孔３０に対応した箇所に下方から上方にかけて円孔５０が穿設されている。また、円孔５０内に元々あった部分が上方に曲げられ、固定片６０が突設されている。図２を参照する。図２は、従来技術の半田付けを行わずに、アダプタ板上に封止された発光ダイオードを固定した固定構造を示す断面図である。図２に示すように、固定片６０は、固定孔３０を貫通した後、工具により内側から外側に曲げられる。これにより、リードフレーム２０を有するチップ１０は、固定片６０によりアダプタ板４０上に固定される。また、アダプタ板４０上に配置された脚部７０は下方に延伸され、回路基板（図示せず）の孔（図示せず）を貫通した後に半田付けにより固定される。

この従来技術の方法では、チップの脚部とアダプタ板とを半田付けする際に高温は発生しないが、アダプタ板４０に円孔５０を穿設して突起を形成し、サイズが均一な固定片６０を製作することが困難であった。また、一般に固定片６０の長さは、円孔５０の直径により制限されるため、固定孔３０の半径と略同じであった。図３を参照する。図３は、従来の固定孔３０に固定片６０を貫通させる時の状態を示す断面図である。図３に示すように、固定孔３０に固定片６０を容易に貫通させるには、固定片６０とアダプタ板４０とがなす角度θを９０度よりも大きくしなければならなかった。しかし、角度θが９０度よりも大きくなると、後続工程において工具により固定片６０を内側から外側へ曲げるのに都合が悪く、固定片６０がかえって外側から内側へ曲がってしまうことがあった。そのため、アダプタ板４０にリードフレーム２０及びチップ１０をうまく固定させることができないことがあった。つまり、固定片６０とアダプタ板４０とがなす角度θを９０度よりも小さくしなければ（又は外側に開かなければ）、固定工程を行うことが困難となった。しかし、角度θを９０度よりも小さくすると、固定孔３０に固定片６０を貫通させることが困難となった。そのため、固定孔３０に固定片６０を貫通させた後に、固定片６０とアダプタ板４０とがなす角度θにより発生する問題を解決しなければならなかった。

しかし、工程数が増えるとコストが増大して収率が低下し、製造工程を自動化することが困難となった。そのため、半田付けを行う必要が無く、簡便にアダプタ板上にリードフレーム及びチップを固定することができる方法が求められていた。

本発明の目的は、ダイオードチップが損壊しないように、高温が発生する半田付けを行わずに、基板に発光ダイオードをかしめて固定させる固定構造を有する発光ダイオード構造及びその組立方法を提供することにある。

（１）発光ダイオードと、前記発光ダイオードのアノード及びカソードとそれぞれ電気的に接続され、固定孔をそれぞれ有する２つのリードフレームと、２つの基板と、前記基板上の各々に配置された２つの凸柱と、を備え、前記凸柱の各々は、前記固定孔の中に挿設されて変形された後に、前記固定孔の各々に噛み合わされたものであることを特徴とする発光ダイオード構造。

（２）前記凸柱は、前記基板と一体形成されることを特徴とする（１）に記載の発光ダイオード構造。

（３）前記凸柱は、前記基板上に嵌合するか螺合することを特徴とする（１）に記載の発光ダイオード構造。

（４）発光ダイオードと、前記発光ダイオードのアノード及びカソードとそれぞれ電気的に接続された２つのリードフレームと、前記リードフレーム上の各々に配置された２つの凸柱と、固定孔をそれぞれ有する２つの基板と、を備え、前記凸柱の各々は、前記固定孔の中に挿設されて変形された後に、前記固定孔の各々に噛み合わされたものであることを特徴とする発光ダイオード構造。

（５）前記凸柱は、前記リードフレームと一体形成されることを特徴とする（４）に記載の発光ダイオード構造。

（６）前記凸柱は、前記リードフレーム上に嵌合するか螺合することを特徴とする（４）に記載の発光ダイオード構造。

（７）前記固定孔は、出口が入口よりも広いことを特徴とする（１）又は（４）に記載の発光ダイオード構造。

（８）前記固定孔の側壁は、傾斜状又は階段状であることを特徴とする（７）に記載の発光ダイオード構造。

（９）前記基板は、回路基板、アダプタ板又はキャリア板であることを特徴とする（１）又は（４）に記載の発光ダイオード構造。

（１０）前記凸柱は、金属からなる円柱体であることを特徴とする（１）又は（４）に記載の発光ダイオード構造。

（１１）前記金属は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、又はこれらの組み合わせからなる合金であることを特徴とする（１０）に記載の発光ダイオード構造。

（１２）入口よりも広い出口を有する固定孔をそれぞれ有する２つのリードフレームを有する発光ダイオードを準備する工程と、凸柱を上に有する２つの基板を準備する工程と、前記凸柱を前記固定孔の中に挿設し、前記入口から前記出口にかけて貫通させる工程と、前記凸柱を圧迫して変形した後、前記固定孔の各々に噛み合わせる工程と、を含むことを特徴とする発光ダイオード構造の組立方法。

（１３）凸柱をそれぞれ有する２つのリードフレームを有する発光ダイオードを準備する工程と、入口よりも広い出口を有する固定孔をそれぞれ有する２つの基板を準備する工程と、前記凸柱を前記固定孔の中に挿設し、前記入口から前記出口にかけて貫通させる工程と、前記凸柱を圧迫して変形させた後、前記固定孔の各々に噛み合わせる工程と、を含むことを特徴とする発光ダイオード構造の組立方法。

（１４）前記固定孔の側壁は傾斜状であることを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の発光ダイオード構造の組立方法。

（１５）前記固定孔の側壁は階段状であることを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の発光ダイオード構造の組立方法。

本発明の発光ダイオード構造及びその組立方法は、半田付けの工程が全く必要なく、製造工程が簡便かつ効率的である。そのため、低コスト、高スループット及び高収率の発光ダイオードデバイスを提供することができる。

本発明の発光ダイオード構造及びその組立方法は、回路基板、アダプタ板、又は発光ダイオードが固定できるキャリア板（ｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｅ）である基板上に発光ダイオードを固定させる。発光ダイオードは、封止されたＬＥＤチップと電気的に接続され、上下に貫通された固定孔を有するリードフレームを有する。一般に、リードフレームに形成される固定孔の内径は、上部が広くて下部が狭い。或いは固定孔の側壁を上部から下部に向かって順次径が小さくなる側壁にしたり、逆階段状の側壁にしたりしてもよい。さらには、上下部分が広く、中間部分が狭い側壁にしてもよい。当然、基板に形成される固定孔の内径は、上部を小さくして下部を大きくしてもよい。例えば、固定孔の側壁は、下部から上部に向かって順次径が小さくなる形状や階段状にしたりしてもよい。

基板上には、金属などの導電性かつ延伸性を備える材料からなる凸柱が配置されている。凸柱は、中実又は中空でもよい。一般に、中空の凸柱は変形しやすい。凸柱の断面形状は、固定孔の入口又は内径の最小開口と略同じか、固定孔の入口又は内径の最小開口よりも略小さい。当然、凸柱の断面形状は、固定孔の入口又は内径の最小開口の形状と関係がなく、固定孔の入口から通して固定孔を貫通させ、出口から出すことが出来ればいかなる形状にしてもよい。当然、凸柱は、基板上の固定孔に対応させるために、リードフレームと基板とを接続する一面上に配置してもよい。

本発明は、発光ダイオード構造の組立方法を提供する。固定孔に凸柱を貫通させただけでは発光ダイオードを直接固定させることができない。そのため、凸柱の頂面を工具により圧迫し、凸柱を変形させて固定孔と噛み合わせる。本発明は、凸柱を固定孔に充填させるか凸柱の外側壁を内径が最小の箇所から上部（又は下部）に向かう固定孔の内側壁に密着させることにより、発光ダイオードを基板上に固定させる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図４を参照する。図４は、本発明の第１実施形態による発光ダイオード構造を示す分解斜視図である。封止された発光ダイオード構造１００は、チップ封止部分１０２及びリードフレーム１０４、１０４’を有する。リードフレーム１０４、１０４’の各々は、チップ封止部分１０２の中のＬＥＤチップのアノード及びカソード（図示せず）と電気的に接続されている。リードフレーム１０４、１０４’の各々は、固定孔１０６、１０６’を有する。

図４に示すように、２つの基板１０８、１０８’上には、凸柱１１０、１１０’がそれぞれ配置されている。本実施形態の凸柱１１０、１１０’は、中空の円柱体である。本実施形態の凸柱１１０、１１０’は、プレス成形された円柱体であるが、これは実施形態の一つにすぎない。言い換えると、凸柱１１０、１１０’の各々は、円柱体又は中空柱体だけに限定されるわけではない上、必ずしも基板１０８、１０８’と一体形成されたものに限定されるわけではない。つまり、凸柱は、中空又は中実で、基板の孔へ圧入したり螺入したりしてもよい。

図５Ａを参照する。図５Ａは、本発明の第１実施形態による発光ダイオード構造及び基板を示す断面図である。図５Ａに示すように、発光ダイオード構造１００は、チップ封止部分１０２及びリードフレーム１０４、１０４’を有する。リードフレーム１０４、１０４’の各々は、チップ封止部分１０２の中のＬＥＤチップのアノード及びカソード（図示せず）と電気的に接続されている。２つのリードフレーム１０４、１０４’の各々には、固定孔１０６、１０６’が配置されている。基板１０８、１０８’上の各々には、中空の柱体である凸柱１１０、１１０’が配置されている。図５Ａに示すように、凸柱１１０は、固定孔１０６を貫通して結合され、凸柱１１０’は、固定孔１０６’を貫通して結合されている。

図５Ｂを参照する。図５Ｂは、本発明の第１実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。図５Ｂに示すように、図５Ａの凸柱１１０、１１０’の各々は、固定孔１０６、１０６’を貫通して結合され、基板１０８、１０８’の上面から突出している。図５Ａの凸柱１１０、１１０’は、工具により下に押圧されると、図５Ｂに示すような凸柱１１０ａ、１１０ａ’に変形され、固定孔１０６、１０６’が完全に充填される。他の実施形態では、凸柱の外側壁が固定孔の内側壁に密着されていれば、固定孔は完全に充填された状態でなくともよい。一般に、凸柱１１０、１１０’の上面は、それぞれ２つの基板１０８、１０８’の上面と略同じ高さであるか、２つの基板１０８、１０８’の上面より略高いか低い。

（第２実施形態）
図６Ａ及び図６Ｂを参照する。図６Ａは、本発明の第２実施形態による発光ダイオード構造及び基板を示す断面図である。図６Ｂは、本発明の第２実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。第２実施形態と第１実施形態との相違点は、図６Ａ及び図６Ｂの固定孔２０６、２０６’と図５Ａ及び図５Ｂの固定孔１０６、１０６’との形状のみである。図６Ａに示すように、固定孔２０６の断面は、逆階段状となっており、固定孔２０６、２０６’に基板２０８、２０８’の凸柱２１０、２１０’を挿入してから、工具を用いて下へ押圧すると、図６Ｂに示す凸柱２１０ａ、２１０ａ’に変形されて固定孔２０６、２０６’に完全に充填される。他の実施形態では、凸柱２１０ａ、２１０ａ’の外側壁が固定孔２０６、２０６’の内側壁に密着されていれば、固定孔２０６、２０６’は完全に充填された状態でなくともよい。

図７及び図８を参照する。図７は、本発明の第３実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。図８は、本発明の第４実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。

（第３実施形態）
図７を参照する。図７に示す第３実施形態は、図５Ｂの第１実施形態の構造と非常に似ているが、第１実施形態では、基板１０８、１０８’に凸柱１１０ａ、１１０ａ’の各々が配置されていたのと異なり、第３実施形態の凸柱３１０ａ、３１０ａ’の各々は、リードフレーム３０４、３０４’と基板３０８、３０８’とが接続されるリードフレーム３０４、３０４’上に配置されている点のみが異なる。第３実施形態のその他の部分は、第１実施形態と同じであるため、ここでは繰り返して述べない。

（第４実施形態）
図８を参照する。図８に示す第４実施形態は、図６Ｂの第２実施形態の構造と非常に良く似ているが、第２実施形態の凸柱２１０ａ、２１０ａ’の各々が基板２０８、２０８’に配置されていたのと異なり、第４実施形態の凸柱４１０ａ、４１０ａ’の各々は、リードフレーム４０４、４０４’と基板４０８、４０８’とが接続されるリードフレーム４０４、４０４’上に配置されている点のみが異なる。第４実施形態のその他の部分は、第２実施形態と同じであるため、ここでは繰り返して述べない。

本実施形態の基板が回路基板である場合、各１組の基板とＬＥＤチップとを一体形成してもよい。ＬＥＤチップのアノード及びカソードは、回路基板の中の導電ラインから動作電圧を導入する。この時、凸柱は、外部から付加的に配置される。基板が２つのアダプタ板である場合、ＬＥＤチップのアノード及びカソードの各々は、アダプタ板とともにチャネルを形成し、外部の動作電圧がこのチャネルを介してＬＥＤチップに導入される。アダプタ板は金属からなってもよい（例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、又はこれらの組み合わせからなる合金の金属でもよい）。金属からなるアダプタ板は、動作電圧のチャネルに形成して用いられるだけでなく、発光ダイオードの放熱表面として用いることもできる。そのため、発光ダイオード構造の放熱機能が向上し、発光ダイオードデバイスの使用寿命を延長させることもできる。

上述したことから分かるように、本発明の発光ダイオード構造及びその組立方法は、半田付け工程が全く必要なく、製造工程が簡便かつ効率的である。そのため本発明は、低コスト、高スループット及び高収率の発光ダイオードデバイスを提供することができる。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施の形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。例えば、かしめる方式を利用し、凸柱を押圧変形させリードフレームの上面又は基板の底面に係止させ、この際に垂直の内側壁の固定孔を用いてもよい。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

従来のアダプタ板上の固定構造に封止された発光ダイオードを固定する時の状態を示す断面図である。従来のアダプタ板上の固定構造に封止された発光ダイオードを固定した時の状態を示す断面図である。従来の固定孔に固定片が貫通される時の状態を示す断面図である。本発明の第１実施形態による発光ダイオード構造を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態による発光ダイオード構造及び基板を示す断面図である。本発明の第１実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。本発明の第２実施形態による発光ダイオード構造及び基板を示す断面図である。本発明の第２実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。本発明の第３実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。本発明の第４実施形態による発光ダイオード構造と基板とが固着された状態を示す断面図である。

符号の説明

１０…封止されたチップ、
２０…リードフレーム、
１０４…リードフレーム、
１０４’…リードフレーム、
３０４…リードフレーム、
３０４’…リードフレーム、
４０４…リードフレーム、
４０４’…リードフレーム、
３０…固定孔、
１０６…固定孔、
１０６’…固定孔、
２０６…固定孔、
２０６’…固定孔、
４０…アダプタ板、
５０…円孔、
６０…固定片、
７０…脚部、
１００…発光ダイオード構造、
１０２…チップ封止部分、
１０８…基板、
１０８’…基板、
２０８…基板、
２０８’…基板、
３０８…基板、
３０８’…基板、
４０８…基板、
４０８’…基板、
１１０…凸柱、
１１０’…凸柱、
１１０ａ…凸柱、
１１０ａ’…凸柱、
２１０…凸柱、
２１０’…凸柱、
２１０ａ…凸柱、
２１０ａ’…凸柱、
３１０ａ…凸柱、
３１０ａ’…凸柱、
４１０ａ…凸柱、
４１０ａ’…凸柱。

Claims

発光ダイオードと、
前記発光ダイオードのアノード及びカソードとそれぞれ電気的に接続され、固定孔をそれぞれ有する２つのリードフレームと、
２つの基板と、
前記基板上の各々に配置された２つの凸柱と、を備え、
前記凸柱の各々は、前記固定孔の中に挿設されて変形された後に、前記固定孔の各々に噛み合わされたものであることを特徴とする発光ダイオード構造。
前記凸柱は、前記基板と一体形成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構造。
前記凸柱は、前記基板上に嵌合するか螺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構造。
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードのアノード及びカソードとそれぞれ電気的に接続された２つのリードフレームと、
前記リードフレーム上の各々に配置された２つの凸柱と、
固定孔をそれぞれ有する２つの基板と、を備え、
前記凸柱の各々は、前記固定孔の中に挿設されて変形された後に、前記固定孔の各々に噛み合わされたものであることを特徴とする発光ダイオード構造。
前記凸柱は、前記リードフレームと一体形成されることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード構造。
前記凸柱は、前記リードフレーム上に嵌合するか螺合することを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード構造。
前記固定孔は、出口が入口よりも広いことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の発光ダイオード構造。
前記固定孔の側壁は、傾斜状又は階段状であることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード構造。
前記基板は、回路基板、アダプタ板又はキャリア板であることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の発光ダイオード構造。
前記凸柱は、金属からなる円柱体であることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の発光ダイオード構造。
前記金属は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、又はこれらの組み合わせからなる合金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構造。
入口よりも広い出口を有する固定孔をそれぞれ有する２つのリードフレームを有する発光ダイオードを準備する工程と、
凸柱を上に有する２つの基板を準備する工程と、
前記凸柱を前記固定孔の中に挿設し、前記入口から前記出口にかけて貫通させる工程と、
前記凸柱を圧迫して変形させた後、前記固定孔の各々に噛み合わせる工程と、を含むことを特徴とする発光ダイオード構造の組立方法。
凸柱をそれぞれ有する２つのリードフレームを有する発光ダイオードを準備する工程と、
入口よりも広い出口を有する固定孔をそれぞれ有する２つの基板を準備する工程と、
前記凸柱を前記固定孔の中に挿設し、前記入口から前記出口にかけて貫通させる工程と、
前記凸柱を圧迫して変形させた後、前記固定孔の各々に噛み合わせる工程と、を含むことを特徴とする発光ダイオード構造の組立方法。
前記固定孔の側壁は傾斜状であることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の発光ダイオード構造の組立方法。
前記固定孔の側壁は階段状であることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の発光ダイオード構造の組立方法。