JP2011181870A - Glass-sealed type light emitting diode device - Google Patents

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陽 大石
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein a light emitting element shifts from an optical axis when a lead frame mounted with the light emitting element is sealed in a glass tube. <P>SOLUTION: A resin-made guide part is formed by insert molding under an element mounting part of the lead frame. The resin-made guide part has a rib in its periphery and comes into contact with an inner wall of a hollow glass part. Thus, the relative position of the lead frame to the hollow glass part is fixed throughout sealing operation to suppress an axis shifting. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は発光ダイオード装置に関する。より詳しくは、ガラスによって発光ダイオード素子を封止する際の好適な技術的改良に関する。   The present invention relates to a light emitting diode device. More specifically, the present invention relates to a suitable technical improvement in sealing a light emitting diode element with glass.

発光ダイオードとは、p型半導体層とn型半導体層との接合間に電流を注入することによって、赤外、可視、紫外光などを放出する光半導体素子の一種である。このような発光ダイオード装置は、一般的には発光ダイオード素子と、これに電気的に接続されたワイヤやリードフレームを樹脂で覆って保護した構造をとっている。   A light-emitting diode is a type of optical semiconductor element that emits infrared, visible, ultraviolet light, and the like by injecting a current between junctions of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. Such a light emitting diode device generally has a structure in which a light emitting diode element and a wire or lead frame electrically connected thereto are covered with a resin and protected.

近年、発光ダイオードの発光波長の短波長化、高出力化や高信頼性への要求が高まるに従って、発光ダイオード素子周辺を封止樹脂で覆う構造には問題がある、との指摘がされるようになってきた。短波長光に長時間晒され続けると、封止樹脂は劣化し、当初透明であった樹脂が黄変又は黒変するのである。この結果、不透明になった樹脂に発光を遮られ、本来期待される寿命よりはるかに短い時間で発光ダイオード装置の発光強度は低下する。   In recent years, it has been pointed out that there is a problem with the structure in which the periphery of the light emitting diode element is covered with a sealing resin as the light emission wavelength of the light emitting diode becomes shorter, the demand for higher output and higher reliability increases. It has become. If the resin is continuously exposed to short wavelength light for a long time, the sealing resin deteriorates and the initially transparent resin turns yellow or black. As a result, light emission is blocked by the opaque resin, and the light emission intensity of the light-emitting diode device decreases in a time much shorter than the originally expected life.

更には、封止樹脂は水分をさほど遮断することができず、湿度の高い条件下で使用された発光ダイオード装置は、封止された発光ダイオード素子自体が劣化することを防止できない。   Furthermore, the sealing resin cannot block moisture so much, and the light emitting diode device used under high humidity conditions cannot prevent the sealed light emitting diode element itself from deteriorating.

これらの問題を解決するため、樹脂をガラスに代えた発光ダイオード装置の封止構造とその製造方法が特許文献1に提案されている。   In order to solve these problems, Patent Document 1 proposes a sealing structure of a light emitting diode device in which resin is replaced with glass and a manufacturing method thereof.

かかる文献の製造方法は、まずガラス管の一端を略半球面状の形状とし、次に他端の開口側からガラスビーズによって結束した一対のリードフレームを挿入し、その後ガラス管とガラスビーズとをバーナで加熱して融着している。この製造方法により、リードフレーム状に固定された発光ダイオード素子は、ガラス管とガラスビーズによって気密に封止される。   In the manufacturing method of such a document, first, one end of a glass tube is formed into a substantially hemispherical shape, and then a pair of lead frames bound by glass beads are inserted from the opening side of the other end, and then the glass tube and the glass beads are joined. It is heated and fused with a burner. By this manufacturing method, the light emitting diode element fixed in the shape of a lead frame is hermetically sealed with a glass tube and glass beads.

特開2004−071771JP 2004-071771 A

前記の製造方法を実際に適用した場合、発光ダイオード素子の光軸がガラス管の軸に対してズレを生じるという問題がある。この問題を図4によって説明する。   When the above manufacturing method is actually applied, there is a problem that the optical axis of the light emitting diode element is shifted from the axis of the glass tube. This problem will be described with reference to FIG.

図4は、発光ダイオード素子をその上部に固定したリードフレームを、一端を封じたガラス管とリードフレームに固定したガラスビードの融着によって封止する工程を示したものである。工程(a)において、リードフレームをガラス管に挿入し、ガラスビード下方のガラス管側壁にバーナを当てて加熱し、仮止めを行う。工程(b)において、仮止めをしたガラスビードの位置にガラス管側壁からバーナを当てて、ガラスビードとガラス管とを加熱し、融着させる。工程(c)において、余ったガラス管下方の部分を除去し、ガラス封止した発光ダイオード装置が完成する。   FIG. 4 shows a process of sealing a lead frame having a light emitting diode element fixed thereon by fusing a glass tube sealed at one end and a glass bead fixed to the lead frame. In the step (a), the lead frame is inserted into a glass tube, heated by applying a burner to the side wall of the glass tube below the glass bead and temporarily fixed. In the step (b), a burner is applied from the side wall of the glass tube to the position of the temporarily fixed glass bead, and the glass bead and the glass tube are heated and fused. In step (c), the remaining portion below the glass tube is removed to complete a glass-sealed light emitting diode device.

ここで、工程(a)の仮止め及び工程(b)の融着のいずれも、工程中に発光ダイオード素子の光軸とガラス管の軸との間にズレが生じやすい。これは、この工程を通じてリードフレームのガラス管に対する相対的な位置を固定する手段をとらないことによる。このため、特に大量生産を行う場合には、製品ごとの指向特性がばらつき、問題であった。   Here, both of the temporary fixing in the step (a) and the fusion in the step (b) tend to cause a deviation between the optical axis of the light emitting diode element and the axis of the glass tube during the step. This is because no measures are taken to fix the relative position of the lead frame to the glass tube throughout this process. For this reason, particularly when mass production is performed, the directional characteristics of each product vary, which is a problem.

本発明は上記課題の解決を意図してなされたものである。即ち、本発明による発光ダイオード装置は、リードフレーム先端の素子設置部に固定された発光ダイオード素子周辺を中空ガラス部で覆ったものであって、特に、素子設置部の下に中空ガラス部内壁に接するように樹脂製ガイド部を形成したものである。更に、中空ガラス部の下部と融着して中空ガラス部内に封止するためのガラスマウントは、リードフレームに接している部分と融着している部分との間に所定の距離をとっている。   The present invention has been made with the intention of solving the above problems. That is, the light-emitting diode device according to the present invention is such that the periphery of the light-emitting diode element fixed to the element installation part at the tip of the lead frame is covered with a hollow glass part, and in particular, on the inner wall of the hollow glass part below the element installation part. A resin guide portion is formed so as to be in contact with each other. Furthermore, the glass mount for fusing with the lower part of the hollow glass part and sealing in the hollow glass part takes a predetermined distance between the part in contact with the lead frame and the fused part. .

樹脂製ガイド部の導入により、リードフレームが中空ガラス部に対して相対的に固定されるため、発光ダイオード素子の中空ガラス部の軸上からのずれが抑制された。結果として、製品ごとの指向特性のばらつきが少なくなり、歩留まりが向上した。また、所定のガラスマウント構造の導入により、樹脂製ガイド部を特にインサート成型法で形成する際の作業性が向上し、量産性が高まった。   Due to the introduction of the resin guide portion, the lead frame is fixed relatively to the hollow glass portion, so that the deviation of the light emitting diode element from the axis of the hollow glass portion is suppressed. As a result, variation in directional characteristics from product to product was reduced, and yield was improved. In addition, the introduction of the predetermined glass mount structure has improved the workability when the resin guide portion is formed by the insert molding method, and has increased the mass productivity.

本発明による発光ダイオード装置の構造の一例である。1 is an example of a structure of a light emitting diode device according to the present invention. 本発明による発光ダイオード装置の構造を上から見た概略図である。It is the schematic which looked at the structure of the light emitting diode apparatus by this invention from the top. 本発明による発光ダイオード装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the light emitting diode apparatus by this invention. 従来例とその問題点を示す図である。It is a figure which shows a prior art example and its problem.

以下、図を参照して本発明を説明する。なお、便宜的に図中の発光ダイオード装置の光軸方向を「上」、その反対側を「下」として説明する。   The present invention will be described below with reference to the drawings. For the sake of convenience, the optical axis direction of the light emitting diode device in the figure will be described as “upper” and the opposite side as “lower”.

図1は、本発明による発光ダイオード装置の概要図である。発光ダイオード素子1は、一対のリードフレーム2の一方の先端の素子戴置部3上に固定され、かつ電気的に接続されている。また、ワイヤ4によって、他方のリードフレームに電気的に接続されている。この素子戴置部3の下には、樹脂製ガイド部5が形成され、一対のリードフレーム2の相対的位置を固定している。また、樹脂製ガイド部5は、後述のリブ11によって中空ガラス部6と接触し、リードフレーム2と中空ガラス部6との相対的位置関係を保持している。   FIG. 1 is a schematic diagram of a light emitting diode device according to the present invention. The light emitting diode element 1 is fixed on and electrically connected to the element mounting portion 3 at one end of the pair of lead frames 2. In addition, the lead 4 is electrically connected to the other lead frame. A resin guide portion 5 is formed below the element placement portion 3 to fix the relative positions of the pair of lead frames 2. Further, the resin guide portion 5 is in contact with the hollow glass portion 6 by a rib 11 described later, and maintains the relative positional relationship between the lead frame 2 and the hollow glass portion 6.

中空ガラス部6は、発光ダイオード素子1を納める部分を中空とした構造をとり、ガラスマウント7と共に発光ダイオード素子1、素子戴置部3、樹脂製ガイド部5を封止している。ガラスマウント7は、融着部8によって中空ガラス部6と密着する一方、樹脂製ガイド部5の下の位置の貫通部9でリードフレーム2に貫通される。リードフレーム2とガラスマウント7との間は気密に封止されている。また、貫通部9と、融着部8との間は、筒状の構造10によってある程度隔てられている。   The hollow glass portion 6 has a structure in which the portion for housing the light emitting diode element 1 is hollow, and seals the light emitting diode element 1, the element placement portion 3, and the resin guide portion 5 together with the glass mount 7. The glass mount 7 is in close contact with the hollow glass portion 6 by the fused portion 8, and is penetrated by the lead frame 2 through the through portion 9 at a position below the resin guide portion 5. A space between the lead frame 2 and the glass mount 7 is hermetically sealed. Further, the penetrating portion 9 and the fused portion 8 are separated to some extent by a cylindrical structure 10.

図2について説明する。図2は、図1の発光ダイオード装置を上から見た図である。便宜上、中空ガラス部6の上方部分とワイヤ4とは記載を省略している。樹脂製ガイド部5から突出しているリブ11が、中空ガラス部6の内壁と接触している。これによって、発光ダイオード素子1を光軸上からずれないようにしている。   With reference to FIG. FIG. 2 is a top view of the light emitting diode device of FIG. For convenience, the upper portion of the hollow glass portion 6 and the wire 4 are not shown. Ribs 11 protruding from the resin guide portion 5 are in contact with the inner wall of the hollow glass portion 6. This prevents the light emitting diode element 1 from being displaced from the optical axis.

次に、本発明による発光ダイオード装置の製造方法について説明する。図3(A)は、リードフレーム2に、ガラスマウント7を取り付けたものである。ガラスマウント7の取り付けは、所定の長さのガラス管の先端をバーナで軟化させてリードフレーム2に取り付ける、周知のガラス加工工程を適用できる。又は、かっとビードをバーナーで軟化させ、リードフレーム2に貫通部9を形成した後、ガラスマウント7の先端をバーナーで軟化させ、貫通部9と溶着させてもよい。   Next, a method for manufacturing a light emitting diode device according to the present invention will be described. FIG. 3A shows the lead frame 2 with a glass mount 7 attached thereto. The glass mount 7 can be attached by a known glass processing step in which the tip of a glass tube having a predetermined length is softened with a burner and attached to the lead frame 2. Alternatively, after the bead is softened with a burner and the through portion 9 is formed in the lead frame 2, the tip of the glass mount 7 may be softened with the burner and welded to the through portion 9.

次に、図3(A)の構造を金型に入れ、図3(B)のようにインサート成型を行う。この工程によって、図3(C)にあるように樹脂製ガイド部5が形成される。この上の素子戴置部3に発光ダイオード素子1を固定し、リードフレーム2と電気的に接続する。   Next, the structure of FIG. 3A is put into a mold, and insert molding is performed as shown in FIG. By this step, the resin guide portion 5 is formed as shown in FIG. The light-emitting diode element 1 is fixed to the element mounting portion 3 on this, and is electrically connected to the lead frame 2.

最後に、中空ガラス部6によって発光ダイオード素子1等を覆い、中空ガラス部6の下部とガラスマウント7の下部をバーナによって加熱し、融着させて融着部8を形成する。これにより、発光ダイオード素子1等は封止される。   Finally, the light emitting diode element 1 and the like are covered with the hollow glass portion 6, and the lower portion of the hollow glass portion 6 and the lower portion of the glass mount 7 are heated and fused by a burner to form the fused portion 8. Thereby, the light emitting diode element 1 and the like are sealed.

樹脂製ガイド部5を、特にインサート成型によって行うこととしたのは、形状ばらつきの小さい、安定した構造を量産できることによる。特に、ガラスマウント7の加工ばらつきは、インサート成型の場合よりも大きくなりがちのため、樹脂製ガイド部5の導入によって形状が安定し、ハンドリングが容易になる効果が大きい。また、使用する金型をランナーでつないだ複数個取りのものとすれば、その後自動機による取り扱いが可能となり、より一層の量産性の向上が期待できる。   The reason why the resin guide portion 5 is performed by insert molding is that it is possible to mass-produce a stable structure with small shape variation. In particular, since the processing variation of the glass mount 7 tends to be larger than that in the case of insert molding, the introduction of the resin guide portion 5 stabilizes the shape and has the effect of facilitating handling. In addition, if a plurality of molds connected by a runner are used, handling by an automatic machine is possible thereafter, and further improvement in mass productivity can be expected.

ガラスマウント7は、融着部8と貫通部9との間に筒状の構造10を含んでいる。このような構成としたのは、インサート成型時の取り回しの容易さと、融着部8形成時の熱がガラスマウント7とリードフレーム2を通して発光ダイオード素子1に影響しないよう考慮したことによる。筒状の構造10の長さは、ガラスマウント7の熱伝導率などによるが、一例を挙げれば軟質ガラスを用いる場合は3mm以上あればよい。   The glass mount 7 includes a cylindrical structure 10 between the fused portion 8 and the through portion 9. The reason for this configuration is that it is easy to handle at the time of insert molding and that heat at the time of forming the fused portion 8 is considered not to affect the light emitting diode element 1 through the glass mount 7 and the lead frame 2. Although the length of the cylindrical structure 10 depends on the thermal conductivity of the glass mount 7, for example, when soft glass is used, it may be 3 mm or more.

1 発光ダイオード素子
2 リードフレーム
3 素子戴置部
4 ワイヤ
5 樹脂製ガイド部
6 中空ガラス部
7 ガラスマウント
8 融着部
9 貫通部
10 筒状の構造
11 リブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting diode element 2 Lead frame 3 Element mounting part 4 Wire 5 Resin guide part 6 Hollow glass part 7 Glass mount 8 Fusing part 9 Through part 10 Cylindrical structure 11 Rib

Claims (2)

リードフレームと、
前記リードフレームの上端に形成された素子設置部と、
前記素子設置部に固定され、かつ、電気的に接続された発光ダイオード素子と、
前記発光ダイオード素子と、前記素子設置部と、これら周辺の前記リードフレームの一部を覆う中空ガラス部と、
前記リードフレームに貫通され、かつ、前記中空ガラス部下部と融着しているガラスマウントと、
前記リードフレームの前記ガラスマウントより上方であって前記素子設置部直下に固定され、かつ、前記中空ガラス部の内壁に接した樹脂製ガイド部とを含み、
前記ガラスマウントは、前記リードフレームが貫通している位置は前記中空ガラス部下部と融着している位置より前記素子設置部に近く、
前記リードフレームが貫通している位置と前記中空ガラス部下部と融着している前記ガラスマウント下部との間は略筒状の構造で繋がっていること、
を特徴とする発光ダイオード装置。
A lead frame;
An element installation portion formed at the upper end of the lead frame;
A light emitting diode element fixed to the element installation portion and electrically connected;
The light emitting diode element, the element installation part, a hollow glass part covering a part of the lead frame around these,
A glass mount that penetrates the lead frame and is fused to the lower part of the hollow glass portion;
A resin guide portion above the glass mount of the lead frame and fixed immediately below the element installation portion, and in contact with the inner wall of the hollow glass portion;
In the glass mount, the position where the lead frame penetrates is closer to the element installation part than the position fused with the lower part of the hollow glass part,
The position where the lead frame penetrates and the lower part of the glass mount fused to the lower part of the hollow glass part are connected by a substantially cylindrical structure,
A light emitting diode device characterized by the above.
リードフレームの上端の素子設置部より下にガラスマウントを形成する第一の工程と、
前記素子設置部より下であって前記ガラスマウントより上に樹脂製ガイド部をインサート成型によって形成する第二の工程と、
前記素子設置部に発光ダイオード素子を固定し、かつ、電気的に接続する第三の工程と、
前記発光ダイオード素子と、前記素子設置部と、これら周辺の前記リードフレームの一部を中空ガラス部内に挿入し、前記中空ガラス部下部と前記ガラスマウント下部とを融着して封止する第四の工程と、
を含み、
前記ガラスマウントの前記リードフレームと接している部分と前記ガラスマウント下部との間は略筒状の構造で繋がっていること、
を特徴とする発光ダイオード装置の製造方法。
A first step of forming a glass mount below the element installation part at the upper end of the lead frame;
A second step of forming a resin guide portion below the element mounting portion and above the glass mount by insert molding;
A third step of fixing and electrically connecting the light emitting diode element to the element installation portion;
The light emitting diode element, the element installation part, and a part of the lead frame in the vicinity thereof are inserted into a hollow glass part, and the lower part of the hollow glass part and the lower part of the glass mount are fused and sealed. And the process of
Including
The portion in contact with the lead frame of the glass mount and the lower portion of the glass mount are connected with a substantially cylindrical structure,
A method for manufacturing a light-emitting diode device.
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