JP2010212691A - 発光素子パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】リードフレームが外部空気に露出されることにより発生されるリードフレームの酸化を防止することができる発光素子パッケージを提供する。
【解決手段】キャヴィティ１１４を含むハウジング１１０と、キャヴィティ内に配置される発光素子１２０と、キャヴィティ内で上記発光素子と電気的に連結される第１部分と第１部分から延びハウジングを貫通する第２部分と第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレーム１３１，１３２と、リードフレームの第２部分のうち上記ハウジングから離隔された領域に提供された金属層１４５と、を含む発光素子パッケージ１００を提供する。
【選択図】図１

Description

実施例は、発光素子パッケージ、及びその製造方法に関する。
III-Ｖ族窒化物半導体(group III-Ｖ nitride semiconductor)は、物理的、化学的特性によって、発光ダイオード(ＬＥＤ)、またはレーザーダイオード(ＬＤ)等の発光素子の核心素材として脚光を浴びている。III-Ｖ族窒化物半導体は、通常InxAlyGa1-x-yN (0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質からなっている。
発光ダイオードは、化合物半導体の特性を用いて、電気を赤外線、または光に変換させて信号を取り交わすか、光源として使われる半導体素子の一種である。
このような窒化物半導体の材料を用いたＬＥＤ、或いはＬＤは、光を得るための発光素子に良く使われており、携帯電話のキーパッド発光部、電光板、照明装置等各種製品の光源として応用されている。
本発明は、リードフレームが外部空気に露出されることにより発生されるリードフレームの酸化を防止することができる発光素子パッケージを提供する。
一実施例に係る発光素子パッケージは、キャヴィティを含むハウジングと、キャヴィティ内に配置される発光素子と、キャヴィティ内で発光素子と電気的に連結される第１部分と第１部分から延びハウジングを貫通する第２部分と第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレームと、リードフレームの第２部分のうち、ハウジングから離隔された領域に提供された金属層と、を含む。
一実施例に係る他の発光素子パッケージは、キャヴィティを含むハウジングと、キャヴィティ内に配置される発光素子と、キャヴィティ内で発光素子と電気的に連結される第１部分と第１部分から延びハウジングを貫通する第２部分と第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレームと、リードフレームの第２部分のうち、ハウジングから離隔された領域に水分が染み込まないように、領域に提供される金属層と、を含む。
一実施例に係るさらに他の発光素子パッケージは、キャヴィティを含むハウジングと、キャヴィティ内に配置される発光素子と、キャヴィティ内で発光素子と電気的に連結される第１部分と第１部分から延びハウジングを貫通する第２部分と第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレームと、リードフレームの第２部分のうち、ハウジングから離隔された領域を、外部空気と遮断するための密封手段と、を含む。
本発明に係る発光素子パッケージは、リードフレームが酸化されることを防止することができる。
また、発光素子パッケージの駆動時の放熱特性を向上させることができる。
また、リードフレームの酸化防止で、リードフレーム固有の電気的特性を確保することができる。
第１実施例に係る発光素子パッケージを示した断面図。 第１実施例に係る他の発光素子パッケージを示した断面図。 第２実施例に係る発光素子パッケージを示した断面図。 第１実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第１実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第１実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第１実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第３実施例に係る発光素子パッケージを示した図。 第２実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第２実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第２実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第２実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図。 第４実施例に係る発光素子パッケージを示した図。
以下、添付された図面を参照して、実施例を詳しく説明する。
図１は、第１実施例に係る発光素子パッケージを示した断面図である。
図１を参照すると、第１実施例に係る発光素子パッケージ(１００)は、キャヴィティ(１１４)を有するハウジング(１１０)、第１、２リードフレーム(１３１、１３２)、発光素子(１２０)、封止材(１３０)を含む。
上記ハウジング(１１０)は、ＰＣＢ、セラミック基板、樹脂材から形成されることができ、実施例では、ＰＰＡ(Polyphthalamide)樹脂から形成されたものが例示されている。上記ハウジング(１１０)は、下部ハウジング(１１１)と上部ハウジング(１１２)とを含む。上記下部ハウジング(１１１)と上部ハウジング(１１２)とは、第１、２リードフレーム(１３１、１３２)と一体に射出され形成されるか、下部ハウジング(１１１)と第１、２リードフレーム(１３１、１３２)上とに、上部ハウジング(１１２)が積層され結合されることもできる。
第１実施例で、ハウジング(１１０)は、上記下部ハウジング(１１１)と上部ハウジング(１１２)とが一体に形成されたものが例示されており、但し説明の便宜のため各々の参照番号を記載した。
第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)は、上記ハウジング(１１０)を貫通して上記ハウジングのキャヴィティ内と上記ハウジングの外側とに提供される。第１実施例では、第１、２リードフレーム(１３１、１３２)が例示されているが、上記発光素子パッケージ(１００)の設計によって、上記リードフレームの数は３個以上が備えられることができる。
上記第１、２リードフレーム(１３１、１３２)の各々は、上記キャヴィティ内に配置された第１部分と上記第１部分から延び上記ハウジングによって囲まれた第２部分と上記第２部分から延び上記ハウジングの外側に露出された第３部分とを有する。また、上記第１リードフレーム(１３１)と上記第２リードフレーム(１３２)とは、上記発光素子(１２０)に電源を供給するように、上記発光素子に各々電気的に連結される。
上記ハウジングのキャヴィティ(１１４)は、上側方向から見た形態が円形、または多角形形態に形成されることができ、上記ハウジングのキャヴィティ(１１４)をなす周り面(１１６)は、上記下部ハウジング(１１１)の上面に対して垂直、または斜めに形成されることができる。
上記発光素子(１２０)は、キャヴィティ(１１４)内に配置され、第１リードフレーム(１３１)、または第２リードフレーム(１３２)の上部に提供される。上記発光素子(１２０)は、ワイヤ(１２２)を通して上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結される。
たとえ、示されていないが、上記発光素子(１２０)は様々な形態に上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結されることもできる。例えば、ワイヤなしにフリップボンディング方式で上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結されるか、上記第２リードフレーム(１３２)上にダイボンディングされて電気的に連結され、上記第１リードフレーム(１３１)とワイヤを通して電気的に連結されることもできる。
また、垂直形タイプのような発光素子パッケージで、上記発光素子(１２０)は、図２に示されたように、直接第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結され、ワイヤ(１２２)を通して上記第１リードフレーム（１３１）と電気的に連結されることができる。これと逆に、図には示されていないが、上記発光素子(１２０)が直接第１リードフレーム（１３１）に電気的に連結され、ワイヤを通して上記第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結されることができる。
発光素子(１２０)は、キャヴィティ内に配置されることができ、上記ハウジング(１１０)上に配置されることができる。また、発光素子(１２０)は、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)ではない他のリードフレーム上に設けられることもできる。
上記発光素子(１２０)は、赤色、緑色、青色の光を放出する発光ダイオードチップ、またはＵＶを放出する発光ダイオードチップになることができる。
上記ハウジングのキャヴィティ(１１４)内には、封止材(１３０)が満たされる。上記封止材(１３０)は、シリコーン樹脂、またはエポキシ樹脂のような投光性樹脂材から形成されることができ、上記投光性樹脂材に全体的に、または部分的に分散された蛍光体を含むこともできる。
上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)は、上記ハウジングを貫通し、少なくとも二つの部分以上に分岐され上記ハウジング(１１０)の外側部に露出されることができる。
また、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)は、各々トリム(trim)工程及びフォーミング(forming)工程を通して上記ハウジング(１１０)の外側面に折り曲げられることもできる。第１実施例では、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)が、折り曲げられて上記下部ハウジング(１１１)の側面及び下面と接触されたことが例示されている。
上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)は、 銅(Ｃｕ)を主成分とする金属、または合金から形成されることができ、表面には全体的にニッケルメッキ層、金メッキ層、銀メッキ層のような少なくとも一つ以上のメッキ層が形成されることができる。実施例では、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)の表面に、銀メッキ層(図示せず)が形成されたものが例示されている。
一方、上記ハウジングを貫通することによって、上記ハウジングによって囲まれた第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)の各々の第２部分(１３１-２、１３-２)は、上記ハウジングとの境界面を有する。上記各リードフレームの第２部分は、上記ハウジングと完全に相接せず、所定部分で離隔される。即ち、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)は、トリム(trim)工程及びフォーミング(forming)工程を経って、上記各リードフレーム(１３１、１３２)が上記ハウジング(１１０)と密着されず、分離されることができる。
主な原因は、上記第１、２リードフレームとハウジングとが相接する界面での応力ストレスためであり、付随的な原因は、上記第１、２リードフレームとハウジングとが互いに熱膨脹係数が異なる物質からなっているためである。この場合に、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と上記ハウジング(１１０)との間に、領域(２００)が発生されることができる。
従って、上記領域(２００)に露出された第１、２リードフレーム(１３１、１３２)は、空気中に含まれた水分によって酸化が起きる。このような第１、２リードフレーム(１３１、１３２)の酸化は、時間が経つほど発光素子(１２０)が位置する領域まで進行され、発光素子(１２０)と第１、２リードフレームとの間に、エアギャップ(図示せず)を誘発させる。
エアギャップ(図示せず)は、発光素子(１２０)の動作時に発生された熱が、第１、２リードフレーム(１３１、１３２)を通して放出することができる通路を防ぐ。
第１実施例で、金属層(１４５)は、上記ハウジング(１１０)と上記第１、及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の各々とが、所定間隔に離隔され形成された領域(２００)に提供される。
金属層(１４５)は、上記領域(２００)を満たす役割をして上記領域(２００)に空気、湿気、または異物質が染み込むことを防止する。従って、金属層(１４５)は、上記領域(２００)に露出された第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)が、水分によって酸化されることを防止することができる。また、金属層(１４５)は、第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の酸化を防止することによって、上記第１及び第２リードフレーム固有の電気的特性を確保することができる。
金属層(１４５)は、第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の第２部分から上記ハウジングの外側に露出された上記第１及び第２リードフレームの第３部分まで、表面に形成される。
このような金属層(１４５)は、第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の第３部分が、外部空気に露出されることによって発生される酸化を防止することができる。また、酸化による電気的特性が劣化されることを防止することができる。
上記領域(２００)から第１及び第２リードフレームの第３部分まで表面に形成された金属層(１４５)は、メッキ工程を通して形成されることができる。例示された金属層の形成方法に対して、メッキ工程と記載されているが、これに限定されず、上記領域(２００)と上記リードフレーム(１３１、１３２)の表面とに金属層を形成することができることであれば、いずれでもよい。金属層(１４５)の材質は、錫(Ｔｉｎ)を含む。
錫(Ｔｉｎ)は、熱伝達特性の面で金を除いた他の金属に比べて優れ、経済性がある。また、錫(Ｔｉｎ)は、上記発光素子パッケージ(１００)を、基板に鉛(ｐｂ)を用いて表面実装(ＳＭＴ)で設ける時、鉛(ｐｂ)との伝導及び電気的結合力が優れる。
これによって、発光素子の駆動時に発生される熱が、上記第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)に沿って基板にまで放出される時、放熱特性を向上させてくれる。
図３は、第２実施例に係る発光素子パッケージを示した断面図である。
上記第２実施例を説明することにおいて、上記第１実施例に対する説明と重複される説明は、省略することにする。
図３を参照すると、第２実施例に係る密封手段(１４６)は、上記ハウジング(１１０)と上記第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の各々とが、所定間隔に離隔され形成された領域(２００)を封じる。
密封手段(１４６)は、上記領域(２００)を封じて上記領域(２００)に空気、湿気、または異物質が染み込むことを防止する。従って、上記領域(２００)に露出された第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)が、水分によって酸化されることを防止することができる。
密封手段(１４６)の材質は、上記領域を密封することにおいて、ハウジング(１１０)と第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)とが良く接着されることができる材質が望ましい。例えば、ハウジング(１１０)、或いは第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の熱膨脹係数が、同一、または類似した材質が望ましい。即ち、ハウジング(１１０)の材質のような樹脂(Resin)、或いは上記第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)のような金属(Metal)が良い。
密封手段(１４６)の材質が金属の場合には、時間が経つことによって第１及び第２リードフレーム(１３１、１３２)の電気的固有の特性が劣化されることを防止することができる。
密封方法は、スプレー方式、インクジェット注入方式、ペーストプリンティング方式等があり、これに限定されない。
上記ハウジングの外側に露出された上記第１及び第２リードフレームの第３部分の表面に、金属薄膜層(１４７)が形成されることができる。
上記第１及び第２リードフレームの第３部分まで、表面に形成された金属薄膜層(１４７)は、メッキ工程を通して形成されることができる。金属薄膜層(１４７)の材質は、錫(Ｔｉｎ)を含む。
図４乃至図７は、第１実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図である。
図４を参照すると、第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)を射出装備内に配置し、樹脂材を注入して上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)とハウジング(１１０)とを一体に射出する。
上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)は、銅(Ｃｕ)を主成分とする金属、または合金から形成され、表面にはニッケルメッキ層、金メッキ層、銀メッキ層のような少なくとも一つ以上のメッキ層が形成されることができる。実施例では、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)の表面に、銀メッキ層(図示せず)が形成されたものが例示されている。
図５を参照すると、上記第２リードフレーム(１３２)上に発光素子(１２０)を設け、上記発光素子(１２０)をワイヤ(１２２)を通して上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結する。
図６を参照すると、上記ハウジング(１１０)のキャヴィティ(１１４)内に封止材(１３０)を注入する。上記封止材(１３０)には、蛍光体が含まれることができる。
そして、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)に対するトリム及びフォーミング作業を遂行して上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)が上記ハウジング(１１０)の側面及び下面に接触されるようにする。
上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)に対するトリム及びフォーミング作業過程において、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と上記ハウジング(１１０)との間に、離隔された領域(２００)が発生されることができる。
図７を参照すると、金属層(１４５)を上記領域(２００)に満たし、上記領域(２００)からハウジングの外部に露出された第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)の表面に形成する。上記金属層(１４５)は、メッキ工程を通して形成することができ、例えば、錫(Ｔｉｎ)が使われることができる。
図８は、第３実施例に係る発光素子パッケージを示した図である。上記第３実施例を説明することにおいて、上記第１実施例に対する説明と重複される説明は、省略することにする。
図８を参照すると、第３実施例に係る発光素子パッケージ(１００)は、キャヴィティ(１１４)が形成されたハウジング(１１０)、第１、２リードフレーム(１３１、１３２)、発光素子(１２０)、封止材(１３０)を含む。
上記第１、２リードフレーム(１３１、１３２)は、一部分が上記ハウジング(１１０)の外側に突出され、第１実施例と異なって上記ハウジング(１１０)の側面及び下面と接するようにフォーミングされない。
しかし、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)に対してトリム作業をする過程において、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と上記ハウジング(１１０)との間に、離隔された領域(２００)が発生されることができ、上記領域(２００)を満たすための金属層(１４５)が形成される。
図９乃至図１２は、第２実施例に係る発光素子パッケージの製造過程を示した図である。
図９を参照すると、第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)を射出装備内に配置し、樹脂材を注入して上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)とハウジング(１１０)とを一体に射出する。
上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)は、銅(Ｃｕ)を主成分とする金属、または合金から形成され、表面にはニッケルメッキ層、金メッキ層、銀メッキ層のような少なくとも一つ以上のメッキ層が形成されることができる。実施例では、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)の表面に銀メッキ層(図示せず)が形成されたものが例示されている。
図１０を参照すると、上記第２リードフレーム(１３２)上に発光素子(１２０)を設け、上記発光素子(１２０)をワイヤ(１２２)を通して上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と電気的に連結する。
図１１を参照すると、上記ハウジング(１１０)のキャヴィティ(１１４)内に封止材(１３０)を注入する。上記封止材(１３０)には蛍光体が含まれることができる。
そして、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)に対するトリム及びフォーミング作業を遂行して、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)が上記ハウジング(１１０)の側面、及び下面に接触されるようにする。
上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)に対するトリム及びフォーミング作業過程において、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と上記ハウジング(１１０)との間に、離隔された領域(２００)が発生されることができる。
図１２を参照すると、密封手段(１４６)で上記領域(２００)を封じ、この時、密封手段の材質は、金属や樹脂が可能である。また、領域(２００)からハウジング外部に露出された第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)の表面には、金属層(１４７)を形成する。上記金属層(１４７)は、メッキ工程を通して形成することができ、例えば、錫(Ｔｉｎ)が使われることができる。
図１３は、第４実施例に係る発光素子パッケージを示した図である。上記第４実施例を説明することにおいて、上記第２実施例に対する説明と重複される説明は、省略することにする。
図１３を参照すると、第４実施例に係る発光素子パッケージ(１００)は、キャヴィティ(１１４)が形成されたハウジング(１１０)、第１、２リードフレーム(１３１、１３２)、発光素子(１２０)、封止材(１３０)を含む。
上記第１、２リードフレーム(１３１、１３２)は、一部分が上記ハウジング(１１０)の外側に突出され、第１実施例と異なって上記ハウジング(１１０)の側面及び下面と接するようにフォーミングされない。
しかし、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)に対してトリム作業をする過程において、上記第１リードフレーム(１３１)及び第２リードフレーム(１３２)と上記ハウジング(１１０)との間には、領域(２００)が発生されることができ、上記領域(２００)は密封手段(１４６)によって封じられる。
実施例では、発光素子パッケージにおいて、複数のリードフレームをトリム及びフォーミング作業を通して形成することを説明したが、一つのリード電極は、上記パッケージ胴体を上下方向に貫通するヴィア構造に形成し、残りのリードフレームをトリム及びフォーミング作業を通して形成することも可能である。そして、上記リードフレームにも金属薄膜層が形成されることができる。

Claims (11)

  1. キャヴィティを含むハウジングと、
    上記キャヴィティ内に配置される発光素子と、
    上記キャヴィティ内で上記発光素子と電気的に連結される第１部分と上記第１部分から延び上記ハウジングを貫通する第２部分と上記第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレームと、
    上記リードフレームの第２部分のうち、上記ハウジングから離隔された領域に提供された金属層と、
    を含む発光素子パッケージ。
  2. 上記金属層は、上記外部空気に露出された上記リードフレームの第３部分の表面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  3. 上記金属層の材質は、錫を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  4. キャヴィティを含むハウジングと、
    上記キャヴィティ内に配置される発光素子と、
    上記キャヴィティ内で上記発光素子と電気的に連結される第１部分と上記第１部分から延び上記ハウジングを貫通する第２部分と上記第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレームと、
    上記リードフレームの第２部分のうち、上記ハウジングから離隔された領域に水分が染み込まないように上記領域に提供される金属層と、
    を含む発光素子パッケージ。
  5. 上記金属層は、上記外部空気に露出された上記リードフレームの第３部分の表面に、金属薄膜が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の発光素子パッケージ。
  6. 上記金属層の材質は、錫であることを特徴とする、請求項４に記載の発光素子パッケージ。
  7. キャヴィティを含むハウジングと、
    上記キャヴィティ内に配置される発光素子と、
    上記キャヴィティ内で上記発光素子と電気的に連結される第１部分と上記第１部分から延び上記ハウジングを貫通する第２部分と上記第２部分から延び外部空気に露出された第３部分とを含むリードフレームと、
    上記リードフレームの第２部分のうち、上記ハウジングから離隔された領域を外部空気と遮断するための密封手段と、
    を含む発光素子パッケージ。
  8. 上記密封手段の材質は、上記ハウジングの材質と等しいことを特徴とする、請求項７に記載の発光素子パッケージ。
  9. 上記密封手段の材質は、金属であることを特徴とする、請求項８に記載の発光素子パッケージ。
  10. 上記ハウジングの外側に露出された上記リードフレームの第３部分の表面に、金属薄膜層が形成されることを特徴とする、請求項９に記載の発光素子パッケージ。
  11. 上記金属薄膜層は、錫を含むことを特徴とする、請求項９に記載の発光素子パッケージ。
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