JP2011066419A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に連結のための高温でのウェーブはんだ付けにおいて、金ワイヤの破損によるＬＥＤの故障を防止する構造の提供。
【解決手段】ＬＥＤ１は、発光チップ１１と、封入部１２と、リード１３と、断熱部１４とを備える。封入部１２は、発光チップ１１を内部に封入している。リード１３は、発光チップ１１および回路基板３に結合されている。リード１３と封入部１２との間では、第１の接続箇所Ａが形成されている。リード１３と回路基板３との間では、第２の接続箇所Ｂが形成されている。断熱部１４は、第１の接続箇所と第２の接続箇所との間に配設されている。
【選択図】図１

Description

関連出願

この非仮出願は、米国特許法第１１９条（ａ）に基づき、中華民国台湾特許出願第０９８１３１１２９号（出願日：２００９年９月１５日）による優先権を主張する。当該出願の内容は全て、参照により本願に組み込まれる。

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。特に、故障を予防することができるＬＥＤに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、発光デバイスの一種であり、電気エネルギーを可視光および可視放射エネルギーに直接変換することができる。ＬＥＤは、動作電圧が低く、消費電力が低く、発光効率が高く、容量が小さい等の特性を持つので、日常生活において人気の製品となっている。

ＬＥＤ産業での流れを見てみると、ＬＥＤ基板およびＬＥＤチップが上流で製造され、ＬＥＤチップの設計および製造が中流で行われ、ＬＥＤの封入および試験は下流で実施される。ＬＥＤが普及するにつれて、ＬＥＤ産業の上流分野および中流分野はこれまでなかったほどの注目を集め、その結果として下流分野における封入技術の発展がさらに進んでいる。

ＬＥＤ封入技術は主に、リード型封入および表面実装型封入に分けられる。ＬＥＤのリード型封入の場合、さまざまな種類の封入形状を持つリードとしてリードフレームが用いられる。上述の封入構造は、開発が成功しており、早期に市販されるようになる。封入構造は多岐にわたり、封入技術は成熟度が高い。リード型封入は、大半の消費者の間で、現在のＬＥＤ封入技術において最も便利で低コストな方法であると見なされている。

リード型封入の場合、ＬＥＤのリードは、ウェーブはんだ付け方式によって回路基板に連結される。ＬＥＤを摂氏２７０度という高温でウェーブはんだ付けすると、リードを介して封入部に熱の一部が伝えられ、封入部とリードとの間の接続箇所の温度が摂氏１５５度になってしまう。封入部の主材料はエポキシであり、耐熱範囲の上限は摂氏１３０＋１０度であるので、この時点において、封入部の温度は既に耐熱範囲を超えており、封入部の特性が変化すると共に封入部が熱膨張するので、ＬＥＤの内部金ワイヤの耐引張力を上回る大きな内部応力が発生する。このため、金ワイヤが破損して、ＬＥＤが故障してしまう。

本発明は、先行技術を改善する発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供することを目的の１つとする。

本発明に係るＬＥＤは、回路基板に電気的に接続されている。当該ＬＥＤは、発光チップと、封入部と、リードと、断熱部とを備える。封入部は、発光チップを内部に封入している。リードは、発光チップおよび回路基板に結合されている。リードと封入部との間では、第１の接続箇所が形成されている。リードと回路基板との間では、第２の接続箇所が形成されている。断熱部は、第１の接続箇所と第２の接続箇所との間に配設されている。

本発明に係る断熱部によれば、封入部の温度を耐熱範囲内に収まるように低減することができる。封入部の本来の特性は変化せず、ウェーブはんだ付けの温度は低減させられないので、封入プロセスは、当該プロセスの実行中にＬＥＤの故障が発生することを防ぎつつ、満足に行うことができる。

本発明の上述およびその他の特徴、側面、および利点は、以下に記載する説明、請求項、および添付図面を参照することによってより明らかとなる。

本発明の第１の好ましい実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）を示す概略図である。

本発明の第２の好ましい実施形態に係るＬＥＤを示す概略図である。

図１は、本発明の第１の好ましい実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）を示す概略図である。当該実施形態に係るＬＥＤ１は、回路基板３に電気的に接続されている。ＬＥＤ１は、発光チップ１１、封入部１２、リード１３、および断熱部１４を備える。本発明では、リード１３および断熱部１４の数は限定されない。断熱部１４の数は、リード１３の数と対応するとしてよい。

本実施形態によると、封入部１２は、発光チップ１１を封入している。リード１３は、発光チップ１１および回路基板３に結合されている。リード１３および封入部１２は、第１の接続箇所Ａを形成している。リード１３および回路基板３は、第２の接続箇所Ｂを形成している。断熱部１４は、第１の接続箇所Ａと第２の接続箇所Ｂとの間の任意の位置に配設されている。尚、この任意の位置は、第１の接続箇所Ａおよび第２の接続箇所Ｂではない。

本実施形態によると、封入部１２は、主材料がエポキシである。エポキシの力学的特性によると、アモルファス高分子材料としてのエポキシは、３つの状態、つまり、ガラス状態、ゴム状態、および、粘性流状態を取る。ガラス転移とは、アモルファス高分子材料のゴム状態とガラス状態との間の変化を意味する。ガラス転移に対応する転移温度は、ガラス転移温度（Ｔｇ）と呼ばれる。

ガラス状態の高分子がＴｇで変化すると、当該高分子の係数は１０００分の１に低減して、当該高分子材料は突然に硬性の固体から軟性のゴムへと変化する。このため、当該高分子材料の利用目的が全く変わってしまう。高分子材料のさまざまな物理的特性、例えば、体積（比体積）、熱力学特性（比熱容量、エンタルピー）、および電磁特性（誘電率、誘電損失、核磁気共鳴スペクトルの幅等）が明らかに変化する。

エポキシの特性が変化しないようにするべく、封入部の耐熱範囲の上限は、摂氏Ｔｇ＋１０度と設定される。エポキシは、温度が耐熱範囲の上限を超えると、熱容量、熱膨張係数等が急速に変化するために熱膨張して、大きな内部応力が発生して内部金ワイヤ（不図示）が破損してしまう。

本実施形態によると、ＬＥＤ１がリード型封入プロセスで封入される場合、リード１３がまず、回路基板３の貫通孔（不図示）を通って回路基板３に挿入される。リード１３はその後、ウェーブはんだ付けによって回路基板３に連結される。

本実施形態によると、ＬＥＤ１がウェーブはんだ付けされると、熱の一部はリード１３を介して第２の接続箇所Ｂから上向きに伝わっていく。この熱は、断熱部１４に伝わると、断熱部１４によって遮断されるので、第１の接続箇所Ａに伝わる熱を低減することができる。このため、第１の接続箇所Ａの温度がエポキシの耐熱範囲の上限よりも低くなる。

本実施形態によると、断熱部１４は、赤色接着剤または紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤から形成されている。しかし、本発明はこれに限定されない。断熱部は、断熱機能を有する材料であればどのような材料から形成されるとしてもよい。赤色接着剤は主に、エポキシ、硬化剤、染料、および充填材を含む。ＵＶ硬化性接着剤は主に、オリゴマー、モノマー、光開始剤、および、さまざまな種類の助剤を含む。

本実施形態によると、断熱部１４は、第１の接続箇所Ａおよび第２の接続箇所Ｂには配置されない。断熱部１４が第１の接続箇所Ａに配置されると、第１の接続箇所Ａの温度をエポキシの耐熱範囲内に確実に納めるという効果を得ることができない。断熱部１４が第２の接続箇所Ｂに配置されると、はんだ付けの際に回路基板３の貫通孔とスズから成る壁部分とを接触させることができない場合があるので、リード１３と回路基板３とがしっかりと連結されなくなってしまう。

図２は、本発明の第２の好ましい実施形態に係るＬＥＤを示す概略図である。当該実施形態に係るＬＥＤ２は、回路基板４に電気的に接続されている。ＬＥＤ２は、発光チップ２１、封入部２２、リード２３、断熱部２４、金ワイヤ２５、および被覆部２６を備える。当該実施形態によると、リード２３および断熱部２４はそれぞれ、２つ設けられる。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明では、金ワイヤ２５および被覆部２６の数もまた、限定されない。

本実施形態に係る発光チップ２１、封入部２２、および、断熱部２４は、第１の実施形態で説明したものと同じである。このため、説明を簡潔にするべくこれらの説明は省略する。以下では相違点についてのみ言及する。

本実施形態によると、リード２３は、発光チップ２１を支持すると共に発光チップ２１および回路基板４に結合されているＬ字形のリードフレームである。リード２３にはそれぞれ、屈曲箇所Ｃが形成されている。配設を容易にするべく、本実施形態に係る断熱部２４は屈曲箇所Ｃに配設することができる。しかし、本発明はこれに限定されない。

本実施形態によると、金ワイヤ２５は、発光チップ２１およびリード２３に結合されている。被覆部２６は、リード２３の一部分を被覆している。被覆部２６は、リード２３を保護すると共に封入部２２を固定するために用いられる。同時に、被覆部２６は外観を美しく整える役目も持つ。

本実施形態では、本発明の利点を説明するべく、はんだ付けが実行されている間の、ＬＥＤ２のリード２３が露出した状態の第１の接続箇所の温度と、リード２３が断熱部２４で被覆された状態の第１の接続箇所の温度とを比較する。

第１の状態（はんだ付け中にＬＥＤ２のリード２３が露出している状態）の場合、ＬＥＤ２に対して実験を行う。最初に、被覆部２６をＬＥＤ２から取り去る。同時に、温度検出ワイヤを第１の接続箇所Ａにはんだ付けする。続いて、ＬＥＤ２および回路基板４に対して、５秒間にわたって、摂氏２７０度でウェーブはんだ付けを行う。その後、第１の接続箇所Ａの温度を温度検出ワイヤで検出する。

この実験においてウェーブはんだ付けの温度は摂氏２７０度である。しかし、本発明はこれに限定されない。当業者であれば、本実施形態に係るＬＥＤ２に対して、これより高い任意の温度で処理を行うことも可能である。

この実験におけるＬＥＤ２の封入部２２の温度Ｔｇは、摂氏１３０度である。つまり、封入部２２の耐熱範囲の上限は、摂氏１４０度である。しかし、本発明はこれに限定されない。

この実験で用いられる断熱部２４は、赤色接着剤である。しかし、本発明はこれに限定されない。断熱機能を有する材料であれば、例えばＵＶ硬化性接着剤などの任意の材料を、断熱部として用いることができる。

実験結果によると、リード２３がウェーブはんだ付けにおいて露出している場合、温度検出ワイヤが検出した第１の接続箇所Ａの温度は、摂氏１５５度である。

これに対して、リード２３の屈曲箇所Ｃに断熱部２４が配設された後では、温度検出ワイヤが検出する第１の接続箇所Ａの温度は、摂氏１３１度である。

明らかに、リード２３の屈曲箇所Ｃに断熱部２４が配設された後では、第１の接続箇所Ａの温度が摂氏１５５度から摂氏１３１度に低くなっている。言い換えると、第１の接続箇所Ａの温度が、耐熱範囲の上限よりも高い値から、耐熱範囲の上限よりも低い値まで低減されている。このため、当該ＬＥＤは、封入プロセスにおける高温に起因して金ワイヤが破損することによって故障しないように保護され得る。

要約すると、本実施形態に係るＬＥＤは、断熱部を設けることによって、封入部の温度を耐熱範囲内に納めることができる。エポキシおよび金ワイヤの本来の特性が変化することなく、且つ、ウェーブはんだ付けの温度が低減されないので、封入プロセスは満足に実行することができる。このため、封入プロセス中におけるＬＥＤの故障を防ぐ。

本発明を特定の好ましい実施形態を参照しつつ非常に詳細に説明してきたが、本開示内容は本発明の範囲を限定するために記載したものではない。当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、さまざまな点で本開示内容を変形および変更し得る。このため、本願特許請求の範囲は、上述した好ましい実施形態の説明に限定されるべきではない。

Claims (6)

1. 回路基板に電気的に接続されている発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
   発光チップと、
   前記発光チップを内部に封入している封入部と、
   前記発光チップおよび前記回路基板に結合されており、前記封入部との間で第１の接続箇所を形成しており、前記回路基板との間で第２の接続箇所を形成しているリードと、
   前記第１の接続箇所と前記第２の接続箇所との間に配設されている断熱部と
   を備えるＬＥＤ。
2. 前記リードはＬ字形である請求項１に記載のＬＥＤ。
3. 前記断熱部は、前記Ｌ字形の前記リードの屈曲箇所に配設されている請求項２に記載のＬＥＤ。
4. 金ワイヤおよび被覆部
   をさらに備え、
   前記金ワイヤは、前記発光チップおよび前記リードと結合されており、前記被覆部は前記リードの一部分を被覆している請求項１から３の何れか１項に記載のＬＥＤ。
5. 前記断熱部は、赤色接着剤または紫外線硬化性接着剤から形成されている請求項１から４の何れか１項に記載のＬＥＤ。
6. 前記封入部は、エポキシから形成されており、前記封入部のガラス転移温度は摂氏１３０度である請求項１から５の何れか１項に記載のＬＥＤ。

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