JP2010514199A - 多段構造の熱伝達スラグ及びこれを採用した発光ダイオードパッケージ - Google Patents

Abstract

本発明は、ＬＥＤパッケージに実装され、発光チップから発生した熱を外部に放出させる多段構造の熱伝達スラグを提供する。多段構造の熱伝達スラグは、第１のスラグと、前記第１のスラグ上に配置された第２のスラグと、第２のスラグ上に配置された第３のスラグとを有し、第３のスラグには、発光チップが実装され、第２のスラグ及び第３のスラグは、角を有する形状となっており、互いに交差して配置されていることを特徴とする。このような構造的特性によって、発光チップから発生した熱は、一つのスラグにおいて角側に集中して放出され、次に、スラグにおいて交差して配置されている角側に集中する熱放出経路を有するようになり、全体的には熱放出経路がスラグの特定領域に集中せずに広く分布し、熱放出効果が大きくなる。

Description

本発明は、放熱効率が向上した発光ダイオードパッケージに関し、より詳しくは、発光ダイオードパッケージのスラグ構造を多段構造とし、発光チップから発生する熱を効率的に発散する多段構造の熱伝達スラグ及びこれを採用した発光ダイオードパッケージに関する。

近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）チップを用いた照明に対する関心が高まりつつあり、このような発光ダイオードを照明用として用いるためには、発光の質的向上のみならず、数千ルーメン（１ルーメンは、１カンデラの光源から単位立体角当たり放出される光束）以上の光出力が要求される。このような高出力発光は、入力電流に比例するので、高い電流が供給されると、要求される光出力が得られるが、入力電流を高めると、これにより、多くの熱が発生するという問題があった。

発光チップから発生した多くの熱は、発光チップの寿命に致命的な影響を及ぼしており、このような問題を解決するために、スラグのような放熱部材を有する発光ダイオードパッケージが作製されている。

従来、スラグの放熱効果を向上させるために、スラグの材質及び大きさを変更することが試みられてきた。しかしながら、スラグの材質及び大きさを変更するのには限界があるので、スラグの放熱効果を改良するための他の側面の研究が必要であった。

一方、従来技術による発光ダイオードパッケージのうち、キャスティングモールド方式で成形部を形成する発光ダイオードパッケージは、ハウジング内にスラグを装着し、そのスラグ内に発光チップを実装した状態で、別途の金型を密着させ、金型の内部に液状樹脂を注入して、成形部を形成した。

しかしながら、上記した従来技術のように、金型の内部に液状樹脂が注入されるときに高圧で注入されるため、金型の内部圧力によって、金型がハウジングと密着できずに分離されてしまうことがあった。このように、金型の内部に液状樹脂を注入するときに、金型とハウジングが分離される場合、金型がさらにハウジングと密着できず、成形部を形成しない不良が発生する。また、金型が再びハウジングと密着しても、金型の内部の液状樹脂が、金型とハウジングが分離されて生じた隙間から流出し、不良が発生するという問題点があった。

また、ハウジングを形成してからスラグを装着する場合、スラグが発光ダイオードパッケージから分離されることにより、素子の不良をもたらす可能性がある。このような素子の不良は、ワイヤの断線を引き起こし、発光ダイオードパッケージの再使用を不可能にする。したがって、スラグが発光ダイオードパッケージから分離されることを防止するように、スラグとハウジングが組み立てられる必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、熱放出効果を向上させることができる熱伝達スラグ及びそのスラグを採用した発光ダイオードパッケージを提供することを目的とする。

また、発光ダイオードパッケージの成形部の形成時に発生する不良率を減らすと共に、光学効率の良好な発光ダイオードパッケージを提供することを他の目的とする。

さらに、スラグがハウジングから分離されることを防止することができる発光ダイオードパッケージを提供することをさらに他の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの特徴によると、発光ダイオードパッケージに装着され、発光チップから発生した熱を外部に放出させる多段構造の熱伝達スラグが提供される。

前記多段構造の熱伝達スラグは、第１のスラグと、前記第１のスラグ上に配置された第２のスラグと、前記第２のスラグ上に配置された第３のスラグとを有する。前記第２のスラグ及び第３のスラグは、それぞれ角を有する形状となっており、前記第２及び第３のスラグの角は、互いに交差して配置される。

一実施形態において、前記第２のスラグ及び第３のスラグは、それぞれ矩形リムを有し、前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リム内に位置し、前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リムに対して４５°回転して配置されてもよい。

前記第３のスラグには、前記発光チップが実装される凹部が形成されてもよい。これに加えて、前記第３のスラグは、前記発光チップから発生した光が反射されるように、前記凹部に反射面を有してもよい。

一実施形態において、前記第１、第２及び第３のスラグは、一体で形成されてもよい。

また、前記第３のスラグは、発光チップが実装される凹部を有してもよい。前記凹部は、前記第３のスラグ内に制限的に位置してもよいが、これに限定されない。すなわち、前記凹部は、前記第２のスラグに延在され、前記凹部の底面が前記第２のスラグ内に位置してもよい。

一方、前記第１のスラグは、リード端子が結合されるリード受容段を有してもよい。前記リード受容段は、前記第１のスラグの周縁に沿って連続的に形成されてもよいが、これに限定されず、不連続的に数箇所に形成されてもよい。

本発明の他の特徴によると、ＬＥＤパッケージが提供される。このＬＥＤパッケージは、ハウジングと、前記ハウジング内に装着された多段構造の熱伝達スラグと、前記熱伝達スラグに実装された発光チップと、前記発光チップに電源を供給するためのリード端子と、を備える。また、前記多段構造の熱伝達スラグは、第１のスラグと、前記第１のスラグ上に形成された第２のスラグと、前記第２のスラグ上に形成された第３のスラグとを有する。前記第２のスラグ及び前記第３のスラグは、それぞれ角を有する形状となっており、前記第２及び第３のスラグの角は、互いに交差して配置される。

一実施形態において、前記第２のスラグ及び第３のスラグは、それぞれ矩形リムを有し、前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リム内に位置し、前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２スラグの矩形リムに対して４５°回転して配置されてもよい。

前記第３のスラグには、前記発光チップが実装される凹部が形成されてもよい。これに加えて、前記第３のスラグは、前記発光チップから発生した光が反射されるように、前記凹部に反射面を有してもよい。

一方、前記第１、第２及び第３のスラグは、一体で形成されてもよい。

前記第３のスラグは、発光チップが実装され得る凹部を有するが、前記凹部は、前記第２スラグに延在され、前記凹部の底面が前記第２のスラグ内に位置してもよい。

一実施形態において、前記発光ダイオードパッケージは、支持リードをさらに有してもよい。前記支持リードは、前記熱伝達スラグに結合される。

これに加えて、前記第１のスラグは、リード受容段を有してもよく、前記支持リードは、前記リード受容段に結合されてもよい。

一方、前記リード端子の少なくとも一つは、前記熱伝達スラグに結合されて電気的に接続され、前記リード端子の少なくとも他の一つは、前記熱伝達スラグから離隔されてもよい。

これに加えて、前記リード端子の少なくとも一つは、前記第１のスラグのリード受容段に結合されてもよい。

また、前記支持リードは、互いに延在され、前記第１のスラグの周縁に沿って、前記第１のスラグに結合された半円形の支持リングを形成してもよい。前記半円形の支持リングは、前記リード端子の少なくとも一つに対向して配置されてもよい。

一方、前記ハウジングの上部に、前記成形部の形成時に流出した液状樹脂が充填されるように、溝が少なくとも一つ以上形成されてもよい。

本発明によると、熱放出のための熱伝達スラグが角を有する形状の多段構造となっている。多段構造のスラグは、例えば、４５°で互いに交差する矩形リム構造を有する。このような構造的特性によって、発光チップから発生した熱は、一つのスラグの角に集中して放出され、その一つのスラグと４５°で交差して配置された他のスラグの角に集中する熱放出経路に従って放出される。これにより、全体的には熱放出経路がスラグの特定領域に集中せずに広く分布し、従って、熱伝達スラグの熱放出性能が向上される。

また、支持リードまたはリード端子を熱伝達スラグと結合することにより、熱伝達スラグがハウジングから分離されることを防止すると共に、リード端子と発光チップの電気的接続が容易となる。

また、ハウジングの上部に溝を形成することにより、キャスティングモールド方式で成形部を形成するとき、金型の内部圧力が正常範囲よりも高くなり、液状樹脂が金型の外部に流出しても、流出した液状樹脂がハウジングに形成された溝部に充填されるので、金型の内部圧力を低くし、流出した液状樹脂がハウジングの外部に流れることを防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグを示す斜視図である。 図２は、図１の平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグが採用されたＬＥＤパッケージを示す斜視図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 図６は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグを示す断面図である。 図８は、本発明に係るＬＥＤパッケージを製造するために用いられるリードフレームの一例を示す平面図である。 図９は、図８に示したリードフレームにハウジングを形成した状態を示す平面図である。 図１０は、図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１１は、本発明に係るＬＥＤパッケージを製造するために用いられる他の例のリードフレームを示す。 図１２は、図１１に示したリードフレームにハウジングを形成した状態を示す平面図である。 図１３は、図１２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 図１４は、本発明に係るＬＥＤパッケージを製造するために用いられるリードフレームのさらに他の例を説明するための平面図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の実施形態について詳述する。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されず、相違した様々な形態で具現され、単にこれらの実施形態は、本発明の開示を完全にし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面上の同一の符号は、同一の要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグを示す斜視図であり、図２は、図１の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグは、第１のスラグ１１０と、第１のスラグ１１０上に配置された第２のスラグ１２０と、第２のスラグ１２０上に配置された第３のスラグ１３０とを有する。

第１のスラグ１１０は、一般に円形状を有するＬＥＤパッケージ内に実装されるために円柱状を有する。第２のスラグ１２０及び第３のスラグ１３０は、熱放出効果を極大化するために、互いに４５°交差するように配置された矩形構造を有している。

第３のスラグ１３０内には、発光チップ１０が実装される。

第１のスラグ１１０、第２のスラグ１２０、第３のスラグ１３０は、熱伝導性の高い材料が好ましい。この材料は、導電性を有してもよい。

第１のスラグ１１０、第２のスラグ１２０、第３のスラグ１３０は、一体で形成されてもよく、それぞれ形成された後、熱伝導性が高いペーストによって互いに結合されてもよい。

第１のスラグ１１０は、円形リム（ｒｉｍ）を有する円柱状となっている。第２のスラグ１２０及び第３のスラグ１３０は、それぞれ矩形リムを有してもよい。

この場合、第３のスラグ１３０の矩形リムは、第２のスラグ１２０の矩形リム内に配置されることが好ましい。

ここで、第３のスラグ１３０の矩形リムは、第２のスラグ１２０の矩形リムに対して交差して配置され、例えば、４５°回転して配置されてもよい。第３のスラグ１３０に実装された発光チップ１０から発生した熱が、第３のスラグ１３０から第２のスラグ１２０に放出されるとき、その熱が最も効果的に放出されるためには、第３のスラグ１３０の矩形リムが、第２のスラグ１２０の周縁に対して４５°回転して配置されることが最も好ましい。なお、その角度は４５°に限定されない。

また、第３のスラグ１３０には、その中央に矩形の凹部１３１が形成されている。この凹部１３１には、発光チップ１０が実装される。凹部１３１の形状は、矩形以外にも、円形や六角形や様々な形状に変更してもよい。

また、ここでは、凹部１３１の側壁を垂直として示しているが、凹部１３１の側壁を傾斜して形成して反射面を形成することにより、発光チップ１０から放出された光、または成形部４００の表面で全反射された光を側壁で反射させ、成形部から上方に放出させてもよい。

凹部１３１の側壁が底面に対して傾斜して形成された角度は、例えば、底面の垂直方向に対して側壁の傾きが１０〜５０°となるようにすることが好ましい。しかし、側壁と底面がなす角度は、これに限定されるものではない。

また、凹部１３１における光の反射特性を向上させるためには、凹部の底面と側壁を反射材料で形成してもよい。

図２を参照して、本発明の一実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグにより、発光チップから発生した熱が外部に放出されることについて説明する。

スラグを設計する際に、熱放出効果を改善するためには、熱伝導特性が高い材料を用いてもよい、または、熱放出面積を広く設計してもよい。

一方、スラグの構造を改善して、熱放出効果を改善することもできる。すなわち、スラグの２次元的な形状に応じて、熱放出密度が高い部分と低い部分を設けてもよい。

一般に熱は、角を有するスラグ構造において、角の中央部分へ発散する熱は直進性が強いものの、その他の部分での熱の流れは、角に集中する傾向にある。

この点を考慮して、スラグの構造を、第１のスラグ１１０、第２のスラグ１２０、第３のスラグ１３０から成る構成を多段構造とし、第３のスラグ１３０の角に集中する熱を、第２のスラグ１２０の角に集中させることにより、熱放出効果を改善することができる。

したがって、発光チップ１０から発生した熱は、矩形の第３のスラグ１３０において、図示の矢印のように外部に伝達される。すなわち、熱は、角を有するスラグ構造において、角の中央部分へ発散する熱は直進性が強いものの、中央部分以外の熱の流れは、角に集中するようになる。

したがって、熱を放出するスラグの形状が矩形となっている場合、角部分に優先的に熱が集中する現象が生じる。

このような現象は、第２のスラグ１２０でも発生する。第３のスラグ１３０と第２のスラグ１２０が接する部分において、第２のスラグ１２０の角の中央部分へ発散する熱は直進性が強いものの、中央部分以外では、熱の流れが角に集中するようになる。すなわち、第２のスラグ１２０でも、熱を放出するスラグの形状が矩形状となっていることにより、角部分に優先的に熱が集中して放出される現象が生じる。

この際、第２のスラグ１２０の矩形リムは、第３のスラグ１３０の矩形リムに対して、互いに４５°回転した角度で配置されている。

したがって、第３のスラグ１３０の角に集中して放出される熱は、さらに、第２のスラグ１２０の角に集中する熱放出経路から放出されるようになる。これにより、第２のスラグ１２０及び第３のスラグ１３０では、熱放出面積が広くなり、熱放出効果が大きくなる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグが採用されたＬＥＤパッケージを示す斜視図である。

図４を参照すると、第１のスラグ１１０と第２のスラグ１２０と第３のスラグ１３０とがハウジング２００内に実装されている。ハウジング２００には、リード端子３００が設けられている。

ハウジング２００内には多段構造の熱伝達スラグ１００が実装され、第３のスラグ１３０上には発光チップ１０が実装される。その後、ハウジング２００内に発光チップ１０を封止するように成形部４００が形成される。この際、成形部４００は、レンズを形成するように凸状に形成される。

ハウジング２００は、ＬＥＤパッケージの全体構造を保持及び保護するための本体であり、ポリフタルアミド（Ｐｏｌｙ Ｐｈｔｈａｌ Ａｍｉｄｅ：ＰＰＡ）または液晶高分子樹脂（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）等のような絶縁材料で形成してもよい。

絶縁材料で形成したハウジング２００は、ハウジング２００内に形成されたリード端子３００を支持しながら電気的に短絡させる。

この場合、ハウジング２００には、ハウジング２００の上部に成形部４００を形成する工程において、流出する液状樹脂が充填される溝２１０が数個形成されてもよい。

ハウジング２００の上部に数個形成した溝２１０は、ハウジング２００上に別途の金型（図示せず）を用いて成形部４００を形成するに際に、金型内に注入される液状樹脂が圧力によって外部に流出されるとき、その流出する液状樹脂が溝に充填され、ハウジング２００の外部に流れ出さないようにするものであり、金型とハウジング２００の接触部分であるハウジング２００の上部に形成される。

一方、この実施形態では、ハウジング２００に形成された溝２１０の形状を矩形状としているが、矩形状に限定されない。溝の形状は、三角形形状であってもよく、円形形状であってもよい。すなわち、この実施形態による溝２１０の形状は、半円形状、半楕円形状、または多角形形状であってもよい。また、この実施形態による溝２１０は、２つ以上形成される場合、均等な間隔で互いに離隔して形成されることが好ましい。

リード端子３００は、発光チップ１０に外部電源を供給するためのものであり、ハウジング２００の両側部にそれぞれ形成される。この際、リード端子３００の一部分は、ハウジング２００内に挿入され、残りの一部分は、外部電源を受けるためにハウジング２００の外部に突出される。

発光チップ１０は、ｐ−ｎ接合構造を有する化合物半導体積層構造であり、少数キャリア（電子または正孔）の再結合によって発光する現象を用いる。発光チップ１０は、第１及び第２の半導体層と、第１及び第２の半導体層の間に形成された活性層とを有してもよい。この実施形態では、第１の半導体層をＰ型半導体層とし、第２の半導体層をＮ型半導体層とする。また、発光チップ１０の上部、すなわち、Ｐ型半導体層の一面には、Ｐ型電極が形成され、発光チップ１０の下部、すなわち、Ｎ型半導体層の一面には、Ｎ型電極が形成される。この場合、Ｎ型電極は、リードフレーム３００の一端に接続してもよく、Ｐ型電極は、配線によって、リードフレーム３００の他の一端に電気的に接続されてもよい。しかし、本発明はこれに限定されず、本発明の発光チップ１０は、前述の垂直型発光チップ以外に水平型発光チップを用いてもよく、可視光または紫外線を発光する様々な種類の発光チップを用いてもよい。

一方、本発明のＬＥＤパッケージは、発光チップ１０をリードフレーム３００に電気的に接続するために、配線（図示せず）を用いてもよい。

配線は、ワイヤボンディング工程等によって、発光チップ１０をリードフレーム３００に電気的に接続するためのものであり、金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）で形成されてもよい。

成形部４００は、発光チップ１０を封止し、発光チップ１０と接続された配線を固定させるためのものであり、所定の金型を用いて形成される。また、成形部４００は、発光チップ１０を封止し、配線（図示せず）を固定させるためのものであるのみならず、発光チップ１０から発散される光を集光するレンズの役割をするように形成してもよい。このような成形部４００は、発光チップ１０から放出された光を外部に放射させなければならないので、通常、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂等のような透明樹脂で形成される。

この場合、成形部４００の内部に発光チップ１０から放出された光を、散乱によって拡散させることにより、均一に発光させる拡散剤（図示せず）をさらに含んでもよい。拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素を用いてもよい。また、成形部４００の内部には、蛍光体（図示せず）をさらに含んでもよい。蛍光体は、発光チップ１０から発光された光の一部を吸収し、吸収された光とは異なる波長の光を放出するものであり、ホスト格子と、適切な位置に不純物が混入された活性イオンとで構成される。活性イオンの役割は、発光過程に関与するエネルギー準位を決定することにより、発光色を決定し、その発光色は、結晶構造内において活性イオンが有する基底状態と励起状態のエネルギーギャップによって決定される。

図５及び図６は、本発明の他の実施形態に対応するＬＥＤパッケージの製造方法を説明するための断面図である。

ここでは、ＬＥＤパッケージの製造時、高圧の液状樹脂によって、金型内の一部領域の圧力が異常に高くなった場合を仮定して説明する。

図５を参照すると、先ず、リード端子３００が形成されたハウジング２００を用意する。

ハウジング２００は、ポリフタルアミド（Ｐｏｌｙ Ｐｈｔｈａｌ Ａｍｉｄｅ：ＰＰＡ）または液晶高分子樹脂（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）等の絶縁材料を液体状態として、所定の金型を用いて成形工程で形成してもよい。すなわち、リード端子３００を有するリードフレームを、別途のプレス工程によって形成した後、ハウジング２００内にリード端子３００の一部が挿入可能に、金型にリードフレームを挿入し、液状樹脂を金型に注入し、硬化させてハウジング２００を形成することができる。この場合、所定の金型は、ハウジング２００の中に溝２１０が形成されるように製造される。ハウジング２００の上部に形成された溝２１０は、成形部４００を形成するための金型５００とハウジング２００が接触する領域のハウジング２００上に形成され、または、金型５００の外部領域、すなわち、成形部４００が形成される領域以外のハウジング２００上に形成されてもよい。すなわち、溝２１０は、液状樹脂が充填される金型５００の内部以外の領域である成形部が形成される領域の周辺部に形成されることが好ましく、金型とハウジング２００が接触する領域に形成されることがさらに好ましい。

その後、多段構造のスラグ１００をハウジング２００内に実装する。その後、第３のスラグ１３０の凹部１３１に別途に形成された発光チップ１０を実装し、発光チップ１０とリード端子３００を配線（図示せず）で接続する。

発光チップ１０は、基板上に半導体層を形成するために半導体の蒸着法及び成長法を用いて形成される。このような蒸着法又は成長法としては、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＨＶＰＥ）等を含めた様々な方法があり、これらの方法から選択して用いてもよい。

このように作製された発光チップ１０を、実装装備を用いて、第３のスラグ１３０の凹部１３１に銀ペーストのような接着部材（図示せず）を用いて実装し、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）のように、軟性及び電気伝導度に優れた金属を用いて、ワイヤボンディング工程によって、発光チップ１０とリード端子３００を電気的に接続してもよい。

次に、発光チップ１０と配線を封止して保護するための成形部４００を形成するために、液状樹脂を金型５００の内部に注入する。

成形部４００は、分離金型５００を用いて、キャスティングモールド方式で形成してもよい。金型５００の注入口５１０に液状樹脂を注入すると、注入される液状樹脂４００ａが金型５００の内部に充填され、金型５００の内部が完全に充填されると、液状樹脂４００ａは、金型５００の排出口５２０に排出される。この場合、液状樹脂４００ａが高圧で注入されるとき、金型５００の一部領域の内部圧力が一定の範囲以上に高くなる場合、金型５００のいずれか一方が瞬間的に上部に持ち上げられ、金型５００とハウジング２００の間に隙間が生じるようになる。金型５００の内部に充填された液状樹脂４００ａが、その隙間から漏れると、漏れ液状樹脂４００ａは、ハウジング２００に形成された溝２１０に流れ、金型５００から漏れた液状樹脂４００ａの量だけ金型５００の内部圧力が低くなる。

図６を参照すると、金型５００の内部圧力が低くなると、金型５００がさらに下降し、ハウジング２００と密着して、金型５００の内部の液状樹脂４００ａがこれ以上流出しない。その後、金型５００の内部に注入された液状樹脂４００ａを一定温度、で一定時間放置して硬化させ、金型５００を除去し、成形部４００の不要な部分を研磨し、この実施形態に係る発光素子が完成する。

このような本発明に係るＬＥＤパッケージは、ハウジング２００上に溝２１０を形成し、キャスティングモールド方式で成形部４００を形成するとき、金型５００の内部圧力が正常の範囲よりも高く、液状樹脂４００ａが金型５００の外部に流出しても、溝２１０に流出した液状樹脂４００ａを充填させることにより、金型５００の内部圧力を低くし、成形部４００を正常的に形成させ、流出した液状樹脂４００ａが流れることを防止し、ＬＥＤパッケージの不良率を低くすることができる。

この実施形態において、ハウジング２００が形成された後、スラグ１００がハウジング２００に実装されることを説明しているが、これに限定されるものではない。すなわち、リード端子３００を有するリードフレームにスラグ１００を実装した後、ハウジング２００を形成してもよい。また、リード端子３００を支持し、スラグ１００を収容する溝を有する第１のハウジングを形成し、スラグ１００を第１のハウジングに実装した後、リード端子３００、第１のハウジング、及びスラグ１００を取り囲む第２のハウジングを形成してもよい。この場合、ハウジング２００は、第１のハウジング及び第２のハウジングによって形成される。

図７は、本発明の他の実施形態に係る多段構造の熱伝達スラグ１０００を示す断面図である。

図７を参照すると、熱伝達スラグ１０００は、第１のスラグ１１１０と、第１のスラグ１１１０上に配置された第２のスラグ１１２０と、第２のスラグ１１２０上に配置された第３のスラグ１１３０とを有する。

第１のスラグ１１１０は、図１を参照して説明したように、一般に円形形状を有するＬＥＤパッケージ内に実装されるために、円柱形状を有する。但し、ハウジングから分離されることを防止するために、その側面に突出部１１１０ａを有してもよく、このような突出部は、第１のスラグ１１１０の周縁に沿って連続的または不連続的に形成されてもよい。一方、第２のスラグ１１２０及び第３のスラグ１１３０は、図１に示したように、それぞれ角を有して形成され、例えば、矩形リムを有して形成され、角が熱放出効果を極大化させるために、互いに４５°交差させて配置してもよい。

この実施形態において、第１のスラグ１１１０、第２のスラグ１１２０、第３のスラグ１１３０は、一体で形成されたものを示しているが、それぞれを個別に形成した後、熱伝導性が高いペーストによって互いに結合してもよい。

また、第３のスラグ１１３０には、そのリムの形状に類似して、中央に矩形の凹部１１３１が形成されてもよい。凹部１１３１の形状は、矩形形状以外にも、円形形状や六角形形状や様々な形状に変更してもよい。これに加えて、凹部１１３１は、第３のスラグ１１３０内に限定的に形成してもよいが、図示するように、第２のスラグ１１２０まで延在させ、凹部１１３１の底面が第２のスラグ１１２０内に位置させてもよい。

凹部１１３１は、図１に示したように、反射面を提供するように傾斜させて形成してもよい。

一方、第１のスラグ１１１０の側面には、リード受容段１１１０ｂが形成されてもよい。リード受容段１１１０ｂは、第１のスラグ１１１０の突出部１１１０ａ上に形成され、リード端子と後述する支持リードを受容する。リード受容段１１１０ｂは、第１のスラグ１１１０の周囲に沿って連続的に形成されてもよいが、これに限定されず、不連続的に形成されてもよい。

図８は、本発明に係るＬＥＤパッケージを製造するために用いるリードフレーム２０００の一例を示す平面図である。

図８を参照すると、リードフレーム２０００は、外部フレーム２０１０、リード端子２０３０ａ、２０３０ｂ、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂを有する。

外部フレーム２０１０は、リード端子及び支持リードを取り囲んでこれらを支持する。リード端子２０３０ａ、２０３０ｂは、それぞれ対で対称的に形成されてもよい。リード端子２０３０ａ、２０３０ｂは、それぞれ内部リード２０５０ａ、２０５０ｂ及び外部リード２０３０ａ、２０３０ｂを有する。図８において、内部リード２０５０ａが互いに離隔し、内部リード２０５０ｂが互いに離隔したものと示されているが、これらは、互いに連結されてもよい。内部リード２０５０ａ、２０５０ｂは、図示のように、円形状の中空部を形成するように、それぞれ所定の円に沿って延在させてもよい。

一方、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂのそれぞれは、その一端部が外部フレーム２０１０に接続され、他端部は、外部フレームで取り囲まれた領域の内側に延在される。支持リードの他端部は、内部リード２０５０ａ、２０５０ｂによって形成される中空部の内側に延在される。すなわち、向い合う内部リード２０５０ａ、２０５０ｂ間の距離よりも支持リードの他端部間の距離はさらに短い。

図９は、リードフレーム２０００に熱伝達スラグ１０００を実装し、それにハウジング３０００を形成した状態を示す平面図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図９及び図１０を参照すると、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂの端部が、第１のスラグ１１１０の側面に形成されたリード受容段１１１０ｂ（図７参照）に受容され、熱伝達スラグ１０００に結合される。したがって、熱伝達スラグ１０００は、支持リードによって支持されて配置される。

一方、内部リード２０５０ａ、２０５０ｂは、熱伝達スラグ１０００から離隔して配置される。

ハウジング３０００は、熱伝達スラグ１０００をリードフレーム２０００に実装した後、インサート成形方式を用いて形成してもよい。ハウジング３０００は、熱伝達スラグ１０００及びリード端子２０３０ａ、２０３０ｂを支持し、熱伝達スラグ１０００の上部面及び内部リード２０５０ａ、２０５０ｂの一部分を露出させる開口部を有する。

これとは異なり、第１のハウジングが支持リード２０７０ａ、２０７０ｂ及び内部リード２０５０ａ、２０５０ｂを支持するように形成し、熱伝達スラグ１０００が第１のハウジングに実装されるようにしてもよい。この場合、熱伝達スラグ１０００のリード受容段１１１０ｂに、内部リード２０５０ａが結合されて電気的に接続される。その後、第２のハウジングが第１のハウジング、内部リード２０５０ａ、２０５０ｂ、及び熱伝達スラグ１０００を支持するように形成される。この場合、ハウジング３０００は、第１及び第２のハウジングから成る。

その後、第３のスラグ１１３０の内部に形成された凹部に発光チップ（図示せず）が実装され、ワイヤによって、内部リードに電気的に接続され、成形部が形成される。外部フレーム２０１０は、パッケージ製造工程中に除去され、外部リード２０３０ａ、２０３０ｂは折り曲げられてＬＥＤパッケージが完成される。外部リードのうち不要なリードは除去されてもよい。

この実施形態によると、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂを用いて熱伝達スラグ１０００を支持した後、インサート成形方式によってハウジングを形成する。従って、熱伝達スラグ１０００とリードフレームが容易に配置され、パッケージ製造工程中に配置ずれを防止することが可能である。また、支持リードが熱伝達スラグを支持するので、熱伝達スラグがハウジング３０００から分離されることを防止することが可能である。

図１１は、ＬＥＤパッケージを製造するために用いられる、他の例のリードフレーム２１００を示す。

この実施形態のリードフレーム２１００は、図８に示したリードフレーム２０００とほぼ同様であり、内部リード２１５０ａを変形しただけである。

すなわち、内部リード２１５０ａと内部リード２０５０ｂは非対称に形成され、内部リード２１５０ａは、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂの他端部と共に、内部リード２０５０ｂより中空部の内側にさらに入れられている。また、内部リード２１５０ａは、内部リード２０５０ｂより広い幅であり、その外周縁は、内部リード２０５０ｂの外周縁と対称になるようにしてもよい。

ここで、内部リード２１５０ａが互いに離れているものと示されているが、これに限定されず、互いに連結されていてもよい。また、内部リード２１５０ａは、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂと連結されて半円状のリングを形成してもよい。

図１２は、リードフレーム２１００に熱伝達スラグ１０００を実装し、ハウジング３０００を形成した状態を示す平面図であり、図１３は、図１２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

図１２及び図１３を参照すると、図９及び図１０を参照して説明したように、支持リード２０７０ａ、２０７０ｂの端部が、第１のスラグ１１１０の側面に形成されたリード受容段１１１０ｂ（図９参照）に受容され、熱伝達スラグ１０００に結合される。これに加えて、内部リード２１５０ａがリード受容段に受容され、熱伝達スラグ１０００に結合される。一方、内部リード２０５０ｂは、熱伝達スラグ１０００から離隔して配置される。

また、ハウジング３０００及びパッケージの形成工程が、図９及び図１０を参照して説明したものと同様に行われ、ＬＥＤパッケージが完成される。

この実施形態によると、内部リード２１５０ａがスラグ１０００に結合されて電気的に接続される。従って、垂直型発光チップ（図示せず）を導電性接着剤を用いて熱伝達スラグ１０００に実装する場合、発光チップと内部リード２１５０ａを配線、又は、ワイヤを用いて電気的に接続する必要がない。従って、配線工程が簡便になり、ワイヤを省略することにより、ワイヤの断線等によるパッケージ不良を減少させることができる。

図１４は、本発明に係るＬＥＤパッケージを製造するために用いられるさらに他の例のリードフレーム２２００を示す平面図である。

図１４を参照すると、リードフレーム２２００は、図７を参照して説明したように、外部フレーム２０１０、外部リード２０３０ａ、２０３０ｂを有する。一方、外部リード２０３０ａ、２０３０ｂに内部リード２２５０ａ、２２５０ｂが連結されており、外部フレーム２０１０から支持リード２２７０ａ、２２７０ｂが延在される。

支持リード２２７０ａ、２２７０ｂは、互いに連結されて半円形の支持リング２２９０を形成し、内部リード２２５０ａと共に、円形状の中空部を形成する。すなわち、半円形の支持リング２２９０は、内部リード２２５０ａに対向して配置される。支持リード及び内部リード２２５０ａは、その後、熱伝達スラグ１０００（図７参照）のリード受容段１１１０ｂ（図７参照）に結合され、熱伝達スラグ１０００を支持する。

また、支持リード２２７０ａ、２２７０ｂが延在されて形成された半円形の支持リングは、内部リード２２５０ａと連結されて、円形状のリングを形成してもよい。

一方、内部リード２２５０ｂは、支持リング２２９０の外部に配置され、リードフレーム２２００に熱伝達スラグ１０００が実装されるとき、内部リード２２５０ｂは、熱伝達スラグ１０００から分離される。

この実施形態において、内部リード２２５０ａが互いに連結され、単一の内部リードを形成するものとして示されているが、これに限定されず、図１１の内部リード２１５０ａのように互いに離隔されてもよい。また、内部リード２２５０ｂが互いに連結され、単一の内部リードを形成するものとして示されているが、これに限定されず、図１１の内部リード２０５０ｂのように互いに離隔されてもよい。

この実施形態によると、支持リード２２７０ａ、２２７０ｂを互いに連結して半円形の支持リング２２９０を形成し、半円形の支持リング２２９０と内部リード２２５０ａを熱伝達スラグ１０００に結合させることにより、熱伝達スラグ１０００をさらに強く支持することができる。

一方、ハウジング３０００の外部に残っている支持リード２２７０ａ、２２７０ｂの端部を容易に除去するために、ハウジング３０００内に位置した支持リード２２７０ａ、２２７０ｂの所定の部分に予め部分切断部２２８０を形成してもよい。

以上、図面及び実施形態を参照して説明してきたが、該技術の分野における熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、本発明を様々に修正及び変更できることが理解されるだろう。

１０：発光チップ、１００、１０００：熱伝達スラグ、１１０、１１１０：第１のスラグ、１２０、１１２０：第２のスラグ、１３０、１１３０：第３のスラグ、１３１：凹部、２００、３０００：ハウジング、２１０：溝、３００：リード端子、４００：成形部

Claims (22)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージに装着され、発光チップから発生した熱を外部に放出させる多段構造の熱伝達スラグにおいて、
   第１のスラグと、
   前記第１のスラグ上に配置された第２のスラグと、
   前記第２のスラグ上に配置された第３のスラグとを有し、
   前記第２のスラグ及び第３のスラグは、それぞれ角を有する形状となっており、前記第２及び第３のスラグの角は、互いに交差して配置されたことを特徴とする多段構造の熱伝達スラグ。
2. 前記第２のスラグ及び第３のスラグは、それぞれ矩形リムを有し、
   前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リム内に位置し、前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リムに対して４５°回転して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
3. 前記第３のスラグには、前記発光チップを実装する凹部が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
4. 前記第３のスラグは、前記発光チップから放射した光が反射されるように、前記凹部に反射面を有することを特徴とする請求項３に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
5. 前記第１、第２及び第３のスラグは、一体で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
6. 前記第３のスラグは、発光チップを実装する凹部を有し、前記凹部は、前記第２のスラグに延在され、前記凹部の底面が前記第２のスラグ内に位置することを特徴とする請求項５に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
7. 前記第１のスラグは、リード端子が結合されるリード受容段を有することを特徴とする請求項５に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
8. 前記リード受容段は、前記第１のスラグの外周に沿って連続的に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の多段構造の熱伝達スラグ。
9. ＬＥＤパッケージにおいて、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に実装された多段構造の熱伝達スラグと、
   前記熱伝達スラグに実装された発光チップと、
   前記発光チップに電源を供給するためのリード端子と、を備え、
   前記熱伝達スラグは、
   第１のスラグと、前記第１のスラグ上に形成された第２のスラグと、前記第２のスラグ上に形成された第３のスラグとを有し、
   前記第２のスラグ及び前記第３のスラグは、それぞれ角を有する形状となっており、前記第２及び第３のスラグの角は、互いに交差して配置されたことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
10. 前記第２のスラグ及び第３のスラグは、それぞれ矩形リムを有し、
    前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リム内に位置し、前記第３のスラグの矩形リムは、前記第２のスラグの矩形リムに対して４５°回転して配置されたことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤパッケージ。
11. 前記第３のスラグには、前記発光チップを実装する凹部が形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤパッケージ。
12. 前記第１、第２及び第３のスラグは、一体で形成されたことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤパッケージ。
13. 前記第３のスラグは、発光チップが実装される凹部を有し、前記凹部は、前記第２のスラグに延在され、前記凹部の底面が前記第２のスラグ内に位置することを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤパッケージ。
14. 支持リードをさらに有し、前記支持リードは、前記熱伝達スラグに結合されたことを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤパッケージ。
15. 前記第１のスラグは、リード受容段を有し、前記支持リードは、前記リード受容段に結合されたことを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤパッケージ。
16. 前記リード端子の少なくとも一つは、前記熱伝達スラグに結合されて電気的に接続され、前記リード端子の少なくとも他の一つは、前記熱伝達スラグから離隔されたことを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤパッケージ。
17. 前記リード端子の少なくとも一つは、前記第１スラグの前記リード受容段に結合されたことを特徴とする請求項１６に記載のＬＥＤパッケージ。
18. 前記リード端子の少なくとも一つと前記支持リードの端部は、互いに連結されて半円状のリングを形成することを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオードパッケージ。
19. 前記支持リードは、前記第１のスラグの周縁に沿って、前記第１のスラグに結合された半円形の支持リングを形成するように互いに延在して、前記半円形の支持リングは、前記リード端子の少なくとも一つに対向して配置されたことを特徴とする請求項１６に記載のＬＥＤパッケージ。
20. 前記ハウジングの上部に、少なくとも一つの溝が形成され、成形部の形成時に流出した液状樹脂が前記溝に充填されたことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤパッケージ。
21. ＬＥＤパッケージにおいて、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に実装された熱伝達スラグと、
    前記熱伝達スラグに実装された発光チップと、
    前記発光チップに電源を供給するための少なくとも２つのリード端子と、
    前記ハウジングに結合された支持リードと、を備え、
    前記リード端子の少なくとも一つは、前記熱伝達スラグに結合されて電気的に接続され、前記リード端子の少なくとも他の一つは、前記熱伝達スラグから離隔し、
    前記支持リードは、互いに延在され、前記スラグに結合された半円形の支持リングを形成し、
    前記スラグは、前記半円形の支持リングと前記スラグに結合されたリード端子との間に配置されたことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
22. 前記半円形の支持リングと前記熱伝達スラグに結合されたリード端子は、互いに連結されて円形リングを形成することを特徴とする請求項２１に記載のＬＥＤパッケージ。

Images