JP2009123873A - 発光ダイオード封止構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、製造プロセスを短縮させ、コストを節約し、並びに歩留まりを向上させ、使用寿命を延長できるなどの効果を備える。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオード封止構造の製造方法は、シート材中のリードフレームを曲折して成形した後に、予め曲げて成形したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、さらに後続のチップパッケージを完了し、表面装着型発光ダイオードのパッケージ構造に適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード封止構造およびその製造方法に係わり、特に、予め曲折して成形したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、さらに後続のチップパッケージステップを完了することによって、製造プロセスを短縮させ、コストを節約し、歩留まりを向上し、使用寿命を延長できる等の効果を有し、表面装着型発光ダイオード或は類似構造に適用するものである。

表面装着型（Surface-Mount Device,SMD）発光ダイオード封止構造（図１１に示すように）は、リードフレームＡ１をベースＡ２の外側からベースＡ２の底部に曲折し、その製造方法は、元々曲げていないリードフレームＡ１の上にプラスチックを射出してディンプルのあるベースＡ２を形成し、該部分のリードフレームＡ１を該ベースＡ２のディンプル内に露出させ、また、チップＡ３を該ベースＡ２のディンプル内のリードフレームＡ１に固着し、その後、チップＡ３の上にボンディングワイヤＡ５を介して他のリードフレームＡ１に電気的に接続し、さらに、コロイドＡ４でチップＡ３を覆いモールドし、最後に、ベースＡ２の側縁に突出する平なリードフレームＡ１をベースＡ２の底部までに曲折する。

また、パッケージステップの前に、先に、ベースＡ２に平行に嵌合するリードフレームＡ１を該ベースＡ２の底部に曲折する第２の製造方法もある。

しかしながら、前記の二つの従来製法は、元々プラスチック射出したベースＡ２に平行に結合するリードフレームＡ１を該ベースＡ２の底部の位置に曲折し、極性パッドとするが、リードフレームＡ１を曲折するように外力をかけると、以下の２つの欠点が発生され、第１、該ベースＡ２とリードフレームＡ１との間には曲折するように外力をかけることで内部ストレスが発生され、リードフレームＡ１が位置の変位を発生し、リードフレームＡ１とプラスチックベースＡ２との間に隙間が発生されるようになるので、モールドを行う際に、該ベースＡ２とリードフレームＡ１との間の隙間が大きすぎることで、コロイド４が該隙間から漏れてしまう問題、また、前記の発光ダイオードは、表面装着技術（Surface-Mount Technology,SMT）で回路基板に結合し、リフロー炉内に入れて高温ベーキングする時に、該リードフレームＡ１を曲折する時に生じた内部ストレスで、ボンディングワイヤＡ５が断裂を発生する不良率を向上させる問題がある。第２、該ベースＡ２を形成してからさらにリードフレームＡ１をベースＡ２の底部までに曲折する時に、リードフレームＡ１とベースＡ２の底部との間に平坦ではないため、発光ダイオードの底部が不平坦になり、該発光ダイオードが発する光線の指向性が変えられ、回路基板に結合する時にキャビテーション溶接などが発生し易い問題があり、ひいて素子の不良率及び製作コストが向上される。

これを鑑み、本発明の創作者は、専念な観察かつ研究をし、さらに学術理論の運用に合せ、合理的に設計且つ組み立てし消費者に提供することは、本発明が創作しようとする動機である。

本発明の主な目的は、予め曲げて成形したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、さらに後続のチップパッケージを完了する設計によって、該ベースが形成した後に、さらにリードフレームを曲折して生じた内部ストレスで、該発光ダイオードが回路基板に結合してからリフロー炉を通過する時に、ボンディングワイヤが断裂を発生し易くなる問題を回避し、発光ダイオードの製造歩留まりを向上し、製造プロセスを短縮させ、コストを節約し、並びに使用寿命を延長でき、その実用性及び便利性を向上できる発光ダイオード封止構造およびその製造方法を提供することにある。

本発明の次な目的は、予め曲げて成形したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、さらに後続のチップパッケージを完了する設計によって、該ベースが形成した後に、さらにリードフレームを曲折する際に生じた内部ストレスで、リードフレームが変位しベースとの間に隙間が発生され、モールドする時にコロイドを流出させる問題を回避し、発光ダイオードの製造歩留まりを改善し、その実用性を向上できる発光ダイオード封止構造およびその製造方法を提供することにある。

本発明の更なる一つの目的は、予め曲げて成形したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、さらに後続のチップパッケージを完了する設計によって、該ベースが形成した後に、さらにリードフレームをベースの底部に曲折する際に該発光ダイオードの底部が不平坦になり、該発光ダイオードが発する光線の指向性が変えられ、並びに該発光ダイオードが回路基板に結合する時にキャビテーション溶接などの不良率が発生し易い問題を回避できるため、本発明は、発光ダイオードの製造歩留まりを向上し、コストを低下させ、全体の実用性を増進できる発光ダイオード封止構造およびその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る製造方法は、シート材中のリードフレームを曲折して成形した後に、予め曲げて成形したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、さらに後続のチップパッケージを完了し、表面装着型発光ダイオードのパッケージ構造に適用し、製造プロセスを短縮させ、コストを節約し、歩留まりを向上し使用寿命を延長でき、その実用性及び便利性を向上できる。

すなわち、本願の第１発明は、（１）シート材中の少なくとも二つのリードフレームを対向する

（クランク）形状に曲折して、各リードフレームの一端がシート材の側縁に接続するリードフレーム曲折ステップと、
（２）前記対向する

形状に曲折したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、かつ、前記対向する

形状のリードフレームがベース内に覆われ、各リードフレームが前記ベースの底部から側縁へ延び出し、前記ベース内にディンプルが形成されるベース射出ステップと、
（３）ディンプル内のリードフレーム上にチップをダイボンディングし、かつ前記チップが各リードフレームに電気的に接続されるチップマウントステップと、
（４）前記ベースのディンプルの上にコロイドを覆い、チップ及び少なくとも二つのリードフレームをパッケージするモールドステップと、
（５）前記ベースの底部から側縁へ延び出した各リードフレームをカットするとともに、各リードフレームをシート材の側縁から分離させるリードフレームカットステップと、を含み、
よって、発光ダイオードの封止構造を完成したことを特徴とする発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第２発明は、前記コロイドは、エポシ樹脂、ポリフタルアミド、シリコンのうち何れか一つであることを特徴とする本願の第１発明に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第３発明は、前記リードフレームは、導電性の金属材料を用いることを特徴とする本願の第１発明に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第４発明は、前記リードフレームカットステップは、前記ベースの底部に受金物を置き、前記受金物は前記ベースの底部面積より大きく、前記ベースの両側縁の上方に、前記受金物の位置に対応して刃物が配置され、各リードフレームを切断し、前記リードフレームの前記ベースの底部に延び出した一端が、前記ベースの側縁に一部のリードフレームを残らせて極性パッドとすることを特徴とする本願の第１発明に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第５発明は、前記チップのチップマウントステップは、ワイヤボンディング方式でリードフレームに電気的に接続することを特徴とする本願の第１発明に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第６発明は、前記チップのチップマウントステップは、フリップチップの方式でリードフレームに接続することを特徴とする本願の第１発明に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第７発明は、前記ベースの底部から前記ベースの側縁へ延び出した各リードフレームは、上向いて曲折し該ベースの側縁に平坦に貼り付け、極性パッドの接触面積を増加させることを特徴とする本願の第１発明に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法の提供を要旨とする。

また、本願の第８発明は、内部にディンプルが形成されたベースと、
前記ベース内に覆われ、それぞれが

形状に曲折されるとともに

（ハット形状）になるように対向して配置され、その一端はベースのディンプル内に露出され、他の端はベースの底部から側縁へ延び出した少なくとも二つのリードフレームと、
前記ベースのディンプル内のリードフレームの上に結合され、各リードフレームに電気的に接続される少なくとも一つのチップと、
前記ベースのディンプルの上を覆い、前記少なくとも一つのチップ及び各リードフレームを覆うコロイドと、を含み、
よって、発光ダイオード構造を形成したことを特徴とする発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

また、本願の第９発明は、前記コロイドは、エポシ樹脂、ポリフタルアミド、シリコンのうち何れか一つであることを特徴とする本願の第８発明に記載の発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

また、本願の第１０発明は、前記チップは、ワイヤボンディング方式でリードフレームに電気的に接続することを特徴とする本願の第８発明に記載の発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

また、本願の第１１発明は、前記チップは、フリップチップの方式でリードフレームに接続することを特徴とする本願の第８発明に記載の発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

また、本願の第１２発明は、前記リードフレームは導電性の金属材料を用いることを特徴とする本願の第８発明に記載の発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

また、本願の第１３発明は、前記ベースはプラスチック材料を用いることを特徴とする本願の第８発明に記載の発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

また、本願の第１４発明は、前記リードフレームの前記ベースの底部から前記ベースの側縁へ延び出した一端は、上向いて曲折し該ベースの側縁に平坦に貼り付け、極性パッドの接触面積を増加させることを特徴とする本願の第８発明に記載の発光ダイオード封止構造の提供を要旨とする。

本発明の他の特徴及び具体的な実施例は、後続の詳しく説明及び図示よりさらに了解できる。

本発明に係る製造方法によれば、表面装着型発光ダイオードのパッケージ構造に適用し、製造プロセスを短縮させ、コストを節約し、歩留まりを向上し使用寿命を延長でき、その実用性及び便利性を向上できる。

図１〜図７に示すように、本発明の製造プロセスは、以下のステップを含む。
（１）リードフレーム曲折ステップ１０：シート材中の少なくとも二つのリードフレーム３０を対向する、

形状に曲折して、各リードフレーム３０の一端がシート材の側縁に接続される。

（２）ベース射出ステップ１１：対向する、

形状に曲折したリードフレーム３０の上にプラスチックを射出してベース２０を形成し、かつ、ベース２０内に対向する、

形状のリードフレーム３０を覆い、各リードフレーム３０が該ベース２０の底部から側縁へ延び出し、該ベース２０内にディンプル２１が形成される。

（３)チップマウントステップ１２：ディンプル２１内のリードフレーム３０の上にチップ４０をダイボンディングし、該チップ４０が各リードフレーム３０に電気的に接続される。

（４）モールドステップ１３：ベース２０のディンプル２１にコロイド６０を覆い、チップ４０及び少なくとも二つのリードフレーム３０をパッケージする。

（５）リードフレームカットステップ１４：該ベース２０の底部から側縁へ延び出した各リードフレーム３０をカットするとともに、各リードフレーム３０をシート材の側縁から分離させる。

よって、該発光ダイオード封止構造を完成した。

そのうち、該リードフレーム３０は導電性の金属材料であり、該コロイド６０はエポシ樹脂(Epoxy； EP)、ポリフタルアミド(Polyphthalamide；PPA)、シリコン(Silicone) のうち何れか一つである。

該チップ４０のチップマウントステップ１２は、ワイヤボンディング方式でリードフレーム３０に電気的に接続し、或いは、フリップチップの方式でリードフレーム３０に接続する。
リードフレームカットステップ１４（図５を参照する）は、該ベース２０の底部に受金物７０を置き、該受金物７０は該ベース２０の底部面積より大きく、該ベース２０の両側縁の上方に、該受金物７０の位置に対応して刃物７１が配置され、各リードフレーム３０を切断し、該リードフレーム３０の該ベース２０の底部に延び出した一端が、該ベース２０の側縁に一部のリードフレーム３０を残らせて極性パッドとする。
そのうち、該リードフレーム３０の数はチップ４０の設置数量に対応して設けられる。

本実施例では、一つのチップ４０を例として設置し、該リードフレーム３０が設置されたチップ４０に対応して二つ設けるが、実際使用する時に、該チップ４０の数量は使用要求に応じて複数設置され、該リードフレーム３０がチップ４０の数量に対応して複数配置される。また、該ベース２０の底部からベース２０の側縁へ延び出した各リードフレーム３０は、さらに上向いて曲折し該ベース２０の側縁に平坦に貼り付け、極性パッドの接触面積を増加させることができる。

また、図６〜図７を参照すると、本発明のステップによって作製した発光ダイオード封止構造は、以下の構成を含む。

ベース２０は、内部にディンプル２１が形成され、該ベース２０はプラスチック材料を用いる。

二つのリードフレーム３０は、ベース２０内に覆われ、各リードフレーム３０は、

形状に曲折されるとともに

になるように対向して配置され、該二つのリードフレーム３０の一端は、該ベース２０のディンプル２１内に露出され、他の端は該ベース２０の底部から側縁へ延び出し、該ベース２０の両側に二つの極性パッドをそれぞれ形成し、各リードフレーム３０は導電性の金属材料を用いる。

チップ４０は、該ベース２０のディンプル２１内のリードフレーム３０に結合され、該チップ４０が各リードフレーム３０に電気的に接続される（本実施例では、該チップ４０は、ボンディングワイヤ５０を介してディンプル２１内の他のリードフレーム３０に電気的に接続される）。

コロイド６０は、該ベース２０のディンプル２１の上に覆われ、該少なくとも一つのチップ４０及び各リードフレーム３０を覆い、該コロイド６０はエポシ樹脂(EP)、ポリフタルアミド(PPA)、シリコンのうち何れか一つである。

そのうち、該リードフレーム３０は、該ベース２０のディンプル２１内のチップ４０の数量に対応して設けられ電気的に接続される。本実施例では、一つのチップ４０を例として設置し、該リードフレーム３０が此れに対応して二つ設けるが、実際使用する時に、該チップ４０の数量は使用要求に応じて複数設置され、該曲折されたリードフレーム３０は此れに対応して複数設置された。そのため、本発明に係る発光ダイオード封止構造は、ベース２０、少なくとも二つのリードフレーム３０、少なくとも一つのチップ４０及びコロイド６０を含む。また、該チップ４０はボンディングワイヤ５０の方式、或いは溶接ボールまたは金ボールをフリップチップで結合する方式で、各リードフレーム３０に電気的に接続される。

以上のようにして、本発明の製造方法に基づいて作製した発光ダイオード封止構造は、ベース２０、少なくとも二つのリードフレーム３０、少なくとも一つのチップ４０、及びコロイドの組合設計で、予め曲げて成形したリードフレーム３０の上にプラスチックを射出してベース２０を形成してから、さらに後続のチップ４０のパッケージの工程を完了する設計によって、該ベース２０が形成した後に、さらにリードフレーム３０をベース２０の底部に曲折して生じた内部ストレスで、該発光ダイオードが回路基板に結合してからリフロー炉を通過する時に、ボンディングワイヤ５０が断裂を発生し易くなる問題を回避し、並びに、プラスチック射出成形したベース２０とリードフレーム３０との間に発生した内部ストレスで、リードフレーム３０が変位しベース２０との間に隙間が発生され、パッケージする時にコロイド６０を流出させる問題を回避し、また、該各曲折したリードフレーム３０の一端が該ベース２０の底部に延び出し、該ベース２０の側縁に一部のリードフレーム３０を残らせて極性パッドとし、各リードフレーム３０をベース２０の底部に曲折する際に、該ベース２０の底部と各リードフレーム３０との間に平坦ではないため、該発光ダイオードの底部が不平坦になり、該発光ダイオードが発する光線の指向性が変えられ、発光ダイオードと該回路基板とが結合する時にキャビテーション溶接などを発生し易くなく問題を回避でき、以上のように、本発明は発光ダイオードの歩留まりを向上でき、製造プロセスを短縮させ、コストを節約し、並びに使用寿命を延長できるなどの効果を有し、全体の実用性及び便利性を向上できる。

図８は、本発明の他の実施例であり、図８を参照すると、該ベース２０のうち三つのチップ４０を有し、且つ、該チップ４０の数に対応して六つの曲折されたリードフレーム３０を配置し電気的に接続される。その作製の時に、予め曲げて成形した六つのリードフレーム３０上にプラスチックを射出してベース２０を形成してから、チップマウント、モールディング及びリードフレーム３０をカットする等のパッケージ工程を行い、発光ダイオード構造を完成し、高い歩留まり、製造プロセス短縮、コスト削減及び使用寿命延長等の効果を備える。

図９〜図１０は、本発明の他の実施例であり、図９〜図１０を参照すると、該リードフレーム３０のベース２０の底部から該ベース２０の側縁に延び出した一端３１は、上向いて該ベース２０の側縁に平坦に貼り付けられ、リードフレーム３０のベース２０の底部の外へ延び出して極性パッドとしての接触面積を増加し、本発明の発光ダイオードの側面及び底面をともに極性パッドとすることができる。

しかし、前記に開示された構成は、単に本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の特徴を局限するものではなく、いずれの当該分野における通常の知識を有する専門家が本発明の分野の中で、適当に変換や修飾などを実施できるが、それらの実施のことが本発明の主張範囲内に納入されるべきことは言うまでもないことである。

以上のように、本発明は、新規な発光ダイオード封止構造およびその製造方法を掲示し、従来の発光ダイオードが製造方法及び構造による不良率の問題を改善し、実用性を有し、フルに発明の要件を満たすものと確信する。

本発明の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の製造方法のリードフレーム曲折ステップを示す図である。 本発明の製造方法のベース射出ステップを示す断面図である。 本発明の製造方法のチップマウント、モールドステップを示す図である。 本発明の製造方法のリードフレームをカットする動作を示す図である。 本発明の製造方法のリードフレームをカットした後を示す断面図である。 本発明の外観斜視図である。 本発明の他の実施例の外観斜視図である。 本発明の更なる一つの実施例を示す断面図である。 本発明の他の実施例の外観斜視図である。 従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ リードフレーム曲折ステップ
１１ ベース射出ステップ
１２ チップマウントステップ
１３ モールドステップ
１４ リードフレームカットステップ
２０ ベース
２１ ディンプル
３０ リードフレーム
３１ 一端
４０ チップ
５０ ボンディングワイヤ
６０ コロイド
７０ 受金物
７１ 刃物
Ａ１ リードフレーム
Ａ２ ベース
Ａ３ チップ
Ａ４ コロイド
Ａ５ ボンディングワイヤ

Claims (14)

1. （１）シート材中の少なくとも二つのリードフレームを対向する
   

   

   形状に曲折して、各リードフレームの一端がシート材の側縁に接続するリードフレーム曲折ステップと、
   （２）前記対向する
   

   

   形状に曲折したリードフレームの上にプラスチックを射出してベースを形成し、かつ、前記対向する
   

   

   形状のリードフレームがベース内に覆われ、各リードフレームが前記ベースの底部から側縁へ延び出し、前記ベース内にディンプルが形成されるベース射出ステップと、
   （３）ディンプル内のリードフレーム上にチップをダイボンディングし、かつ前記チップが各リードフレームに電気的に接続されるチップマウントステップと、
   （４）前記ベースのディンプルの上にコロイドを覆い、チップ及び少なくとも二つのリードフレームをパッケージするモールドステップと、
   （５）前記ベースの底部から側縁へ延び出した各リードフレームをカットするとともに、各リードフレームをシート材の側縁から分離させるリードフレームカットステップと、を含み、
   よって、発光ダイオードの封止構造を完成したことを特徴とする発光ダイオード封止構造の製造方法。
2. 前記コロイドは、エポシ樹脂、ポリフタルアミド、シリコンのうち何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法。
3. 前記リードフレームは、導電性の金属材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法。
4. 前記リードフレームカットステップは、前記ベースの底部に受金物を置き、前記受金物は前記ベースの底部面積より大きく、前記ベースの両側縁の上方に、前記受金物の位置に対応して刃物が配置され、各リードフレームを切断し、前記リードフレームの前記ベースの底部に延び出した一端が、前記ベースの側縁に一部のリードフレームを残らせて極性パッドと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封止構造の製造方法。
5. 前記チップのチップマウントステップは、ワイヤボンディング方式でリードフレームに電気的に接続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封止構造の製造方法。
6. 前記チップのチップマウントステップは、フリップチップの方式でリードフレームに接続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封止構造の製造方法。
7. 前記ベースの底部から前記ベースの側縁へ延び出した各リードフレームは、上向いて曲折し該ベースの側縁に平坦に貼り付け、極性パッドの接触面積を増加させることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード封止構造の製造方法。
8. 内部にディンプルが形成されたベースと、
   前記ベース内に覆われ、それぞれが
   

   

   形状に曲折されるとともに
   

   

   になるように対向して配置され、その一端はベースのディンプル内に露出され、他の端はベースの底部から側縁へ延び出した少なくとも二つのリードフレームと、
   前記ベースのディンプル内のリードフレームの上に結合され、各リードフレームに電気的に接続される少なくとも一つのチップと、
   前記ベースのディンプルの上を覆い、前記少なくとも一つのチップ及び各リードフレームを覆うコロイドと、を含み、
   よって、発光ダイオード構造を形成したことを特徴とする発光ダイオード封止構造。
9. 前記コロイドは、エポシ樹脂、ポリフタルアミド、シリコンのうち何れか一つであることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード封止構造。
10. 前記チップは、ワイヤボンディング方式でリードフレームに電気的に接続することを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード封止構造。
11. 前記チップは、フリップチップの方式でリードフレームに接続することを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード封止構造。
12. 前記リードフレームは導電性の金属材料を用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封止構造。
13. 前記ベースはプラスチック材料を用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封止構造。
14. 前記リードフレームの前記ベースの底部から前記ベースの側縁へ延び出した一端は、上向いて曲折し該ベースの側縁に平坦に貼り付け、極性パッドの接触面積を増加させることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード封止構造。

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