JP2013062338A

JP2013062338A - 発光装置

Info

Publication number: JP2013062338A
Application number: JP2011199048A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takeshita; 篤史竹下; Yuichi Ikedo; 裕一池堂; Tetsuya Muranaka; 哲也村中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04
Also published as: US20130062613A1; US8610166B2

Abstract

【課題】実施形態は、リードフレームと封止樹脂と間の剥離を抑制し、信頼性を向上させた発光装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る発光装置は、第１のリードと、発光素子と、第２のリードと、成型体と、を備える。前記第１のリードには、前記発光素子が固着される。前記第２のリードは、前記第１のリードから離間して設けられ、前記発光素子の電極に金属ワイヤを介して電気的に接続される。そして、前記成型体は、前記発光素子と、前記第１のリードの前記発光素子が固着された端部と、前記第２のリードの前記金属ワイヤがボンディングされた端部と、を覆う封止樹脂からなる。さらに、前記第２のリードの表面において、前記成型体の外縁に接する第１の部分と、前記金属ワイヤがボンディングされた第２の部分と、の間に、前記第１の部分から前記第２の部分に向かう方向に交差し、前記封止樹脂が充填された第１の溝が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、発光装置に関する。

車載エクステリアや信号機などの用途には、信頼性が高く高出力の発光装置が求められる。例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を搭載した発光装置は、小型化で高出力、低消費電力の光源であり、これらの用途に適する。

しかしながら、その信頼性を向上させるために解決すべき課題も抱えている。たとえば、リードフレーム型の発光装置では、発光素子を封じた透明樹脂と、リードフレームと、の間に剥離が発生することがある。そこで、リードフレームと封止樹脂との密着強度を高め、信頼性を向上させた発光装置が必要とされている。

特開平６−３３８５８３号公報

実施形態は、リードフレームと封止樹脂との密着強度を高め、信頼性を向上させた発光装置を提供する。

実施形態に係る発光装置は、第１のリードと、発光素子と、第２のリードと、成型体と、を備える。前記第１のリードには、前記発光素子が固着される。前記第２のリードは、前記第１のリードから離間して設けられ、前記発光素子の電極に金属ワイヤを介して電気的に接続される。そして、前記成型体は、前記発光素子と、前記第１のリードの前記発光素子が固着された端部と、前記第２のリードの前記金属ワイヤがボンディングされた端部と、を覆う封止樹脂からなる。さらに、前記第２のリードの表面において、前記成型体の外縁に接する第１の部分と、前記金属ワイヤのボンディングされた第２の部分と、の間に、前記第１の部分から前記第２の部分に向かう方向に交差し、前記封止樹脂が充填された第１の溝が設けられる。

一実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図である。一実施形態に係る発光装置の構造を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。一実施形態に係る溝の断面を示す模式図である。一実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図である。一実施形態の別の変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図である。比較例に係る発光装置を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。また、図中に示したＸＹ直交座標を参照して説明する場合がある。

図１は、本実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、発光装置１００は、第１のリード１０、第２のリード２０、発光素子３０、封止樹脂からなる成型体４０、を備える。

発光素子３０は、例えば、ＬＥＤであり、第１のリード１０の端部１０Ａに固着される。第２のリード２０は、第１のリード１０から離間して設けられる。そして、第２のリード２０の端部２０Ａが、発光素子３０が固着された第１のリード１０の端部１０Ａと向き合うように配置される。

成型体４０は、発光素子３０と、発光素子３０が固着された側の第１のリード１０の端部１０Ａと、第２のリード２０の端部２０Ａと、を覆う封止樹脂であり、例えば、トランスファーモールドを用いて成形される。成型体４０には、シリコーン、エポキシ、アクリルなどの透明樹脂を用いることができる。

ここで、透明とは、発光素子３０が放射する光を透過することを意味する。例えば、発光素子３０の放射光を１００％透過する場合に限らず、少なくともその一部を透過させれば良い。

発光素子３０は、例えば、Ｉｎ_ｘ（Ｇａ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、または、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１））からなる積層体を含み、緑色〜赤色光を放射する。また、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなる積層体を含み、紫外光〜青色光〜緑色光を放射するものを用いても良い。

第１のリード１０および第２のリード２０の成型体４０に覆われない部分（以下、外部リード１０Ｂおよび２０Ｂ）は、回路基板への実装が容易となるように曲げ加工される。例えば、発光素子３０および第１のリード１０、第２のリード２０を覆う成型体４０を形成した後、成型体４０から突出した外部リード１０Ｂおよび２０Ｂは、所謂ガルウィングの形状にプレス加工される。成型体４０に近い折り曲げ部には、折り目に沿った開口１０ａおよび２０ａが設けられる。これにより、折り目に沿った曲げ加工が容易となる。

第１のリード１０および第２のリード２０には、例えば、厚さが０．２５ｍｍの銅系合金を用いることができる。そして、各リードの表面に、発光素子３０の放射光を反射する金属をコーティングし、発光装置１００の光出力を向上させる。例えば、各リードの表面にＡｇメッキを施しても良いし、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕをこの順に積層した金属層をコーティングしても良い。Ａｇの厚さは、例えば、１０μｍとする。また、金属層の場合、例えば、Ｎｉを１μｍ、Ｐｄを０．０３μｍ、Ａｕを０．０１μｍとする。これらの金属は、少なくとも、発光素子３０が固着された側の各リードの表面に設けられる。

次に、図２を参照して、発光装置１００を詳細に説明する。図２（ａ）は、発光装置１００を模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は、ＩＩｂ−ＩＩｂに沿った断面図である。

第１のリード１０は、成型体４０に封じられる端部１０Ａと、外部リード１０Ｂと、を含む。端部１０Ａは、発光素子３０が固着されるダイパッドであり、その一部が第２のリード２０の方向に突出するように設けられる。そして、発光素子３０が固着される部分を囲んで、アンカーホール１０ｆが設けられる。

一方、第２のリード２０も、成型体４０に封止られる端部２０Ａと、外部リード２０Ｂと、を含む。第２のリード２０の端部２０Ａは、第１のリード１０の端部１０Ａから離間して設けられ、発光素子３０の電極に金属ワイヤ３１を介して電気的に接続される。

また、第１のリード１０の端部１０Ａには、アンカーホール１０ｂおよび１０ｃが設けられ、第２のリード２０の端部２０Ａに、アンカーホール２０ｂおよび２０ｃが設けられる。これらのアンカーホールは、発光素子３０を中心として、アンカーホール１０ｆの外側に設けられ、成型体４０に各リードを固定する。

本実施形態では、金属ワイヤ３１がボンディングされた第２のリード２０の表面において、成型体４０の外縁に接する第１の部分４０ｂと、金属ワイヤ３１がボンディングされた第２の部分３３と、の間に、第１の溝２１が設けられる。第１の溝２１は、第１の部分４０ｂから第２の部分３３に向かう方向に交差するように設けられ、その内部に封止樹脂が充填される。

さらに、発光素子３０が固着された第１のリード１０の表面において、成型体の外縁が接する第３の部分４０ａと、発光素子３０が固着された第４の部分３０ａと、の間に、第２の溝１３が設けられる。第２の溝１３は、第３の部分４０ａから第４の部分３０ａに向かう方向に交差するように設けられ、その内部に封止樹脂が充填される。

ここで、成型体４０の外縁に接する第１の部分４０ｂとは、成型体４０の外縁と第２のリードとが接する線状の部分である。そして、第１の部分４０ｂから第２の部分３３に向かう方向とは、第１の部分４０ｂの任意の点から、第２の部分３３に向かう方向を言う。第３の部分４０ａから第４の部分４０ａに向かう方向についても同じである。また、便宜上、以下の説明では、第１の部分４０ｂを成型体の外縁４０ｂ、第２の部分３３をボンディング部３３、第３の部分を成型体の外縁４０ａ、第４の部分３０ａを発光素子３０として説明する。

図２（ａ）に示す第１の溝２１は、アンカーホール２０ｂと２０ｃとの間、および、アンカーホール２０ｂから第２のリード２０の外縁に達するように設けられる。一方、第２の溝１３は、アンカーホール１０ｂと１０ｃとの間、および、アンカーホール１０ｂから第１のリード１０の外縁に達するように設けられる。これにより、第２のリードの端部２０Ａにおいて、成型体４０の外縁４０ｂと、ボンディング部３３と、の間が、第１の溝２１により区切られる。そして、第１のリードの端部１０Ａにおいて、成型体の外縁４０ａと、発光素子３０と、の間が、第２の溝１３により区切られる。

上記の例では、第１の溝２１および第２の溝１３のそれぞれが発光素子３０を囲む円弧状に設けられるが、これに限定される訳ではない。成型体４０の外縁４０ｂと、ボンディング部３３との間、または、成型体の外縁４０ａと発光素子３０と、の間に境界を画する溝であれば、任意の形状および位置に設けることができる。また、第１の溝２１および第２の溝１３は、アンカーホールにつながった態様に限られる訳ではなく、両端がリードの外縁に至る単純な１本の溝であっても良い。

図２（ｂ）は、発光装置１００の断面を示す模式図である。成型体４０は、第１のリード１０の発光素子３０が固着された表面、および、第２のリード２０の金属ワイヤ３１がボンディングされた表面の側を覆うベース部４０ｃと、それらの裏面を覆うベース部４０ｄと、を含む。ベース部４０ｃとベース部４０ｄとは、第１のリード１０および第２のリード２０のそれぞれの表面から裏面に貫通する複数の貫通孔（アンカーホール）を介してつながった状態に成型される。また、第１のリード１０と第２のリード２０との間の間隙においてもつながって成型される。

これにより、ベース部４０ｃとベース部４０ｄとが、第１のリードの端部１０Ａおよび第２のリードの端部２０Ａを挟んで一体に成型され、各リードを固定する。すなわち、成型体４０を構成する封止樹脂と、各リードと、の間の接着力に加えて、アンカーホールが各リードの端部を固定する。例えば、アンカーホール１０ｂ、１０ｃおよび１０ｆは、第１のリードの端部１０Ａに対する成型体４０の密着、所謂、食いつきを強化し、第１のリードの端部１０Ａの表面に平行な方向のずれを防ぐ。一方、アンカーホール２０ｂおよび２０ｃは、第２のリードの端部２０Ａに対する成型体４０の食いつきを強化し、第２のリードの端部２０Ａの表面に平行な方向のずれを防ぐ。

なお、発光素子３０を覆うベース部４０ｃの上には、発光素子３０の放射光を集光するレンズ部４０ｆが設けられる。

次に、図６を参照して、第１の溝２１および第２の溝１３の機能について説明する。図６は、比較例に係る発光装置５００を模式的に示す平面図である。同図に示すように、発光装置５００では、第１の溝２１および第２の溝１３が設けられていない。

前述したように、成型体４０を構成する樹脂と、各リードと、の間の接着力に加えて、第１のリードの端部１０Ａは、アンカーホール１０ｂ、１０ｃおよび１０ｆにより成型体４０に固定される。また、第２のリードの端部２０Ａは、アンカーホール２０ｂおよび２０ｃにより成型体４０に固定される。

しかしながら、金属からなる各リードと、封止樹脂からなる成型体４０と、の間の線膨張係数の差が大きいため、成型体４０と各リードとの間に応力が生じ、各リードから成型体４０が剥がれる場合がある。例えば、成型体４０をインジェクションモールドした後の冷却過程において、成型体の外縁４０ｂから第２のリードの端部２０Ａの表面に沿って剥がれ領域Ｄ_１が形成される場合がある。そして、その後の動作状態において昇温降温が繰り返されることにより、例えば、剥がれ領域が図中の矢印の方向（Ｄ_１からＤ_２）へ進行する。その結果、剥がれ領域がボンディング部３３に達すると、第２のリード２０の表面から金属ワイヤ３１が剥がれ、発光素子３０に電流が流れないオープン故障を生じる。

一方、第１のリード１０の側においても、成型体の外縁４０ａから発光素子３０の方向に剥がれが広がると、例えば、外部の水分が発光素子３０に到達し、その特性を劣化させる場合がある。

そこで、本実施形態に係る発光装置１００では、成型体の外縁４０ｂとボンディング部３３との間に境界を画する第１の溝２１を設ける。これにより、剥がれ領域の進行を抑制し、発光素子３０のオープン故障を防止する。また、成型体の外縁４０ａと発光素子３０との間の境界を画する第２の溝１３を設けることにより、剥がれ領域の進行を抑制し発光素子３０の特性劣化を防止する。

図３（ａ）〜図３（ｆ）は、第２の溝１３のIII−III断面を例示する模式図である。第２の溝１３は、それぞれ、図３（ａ）に示すように、第１のリード１０の表面から深さ方向に矩形に設けられた溝１３ａであっても良いし、図３（ｂ）に示す三角形の溝１３ｂであっても良い。また、図３（ｃ）に示すように、底面が狭い逆台形の溝１３ｃであっても良い。これらの形状の溝は、例えば、第１のリード１０をプレス加工する際に、同時に形成することができる。第１の溝２１も同時に形成できることは言うまでもない。

また、図３（ｄ）に示すように、第１のリード１０の表面から深さ方向に溝幅が拡がる形状の溝１３ｄを形成することもできる。例えば、同図に示す浅い溝１３ｆを形成した後、第１のリード１０の表面にエッチングマスクを形成し、リードを構成する金属を選択的にエッチングすることにより溝１３ｄを形成する。このような形状の溝は、リードの表面と、成型体４０と、の間の密着力（食いつき）を向上させる。

さらに、図３（ｅ）に示す三角形の溝が並んだ２重の溝１３ｇ、または、図３（ｆ）に示す逆台形の溝が並んだ２重の溝１３ｈを形成することもできる。このように、溝を２重に形成することにより、剥がれ領域Ｄの広がりをより効果的に抑制することができる。

図４は、本実施形態の変形例に係る発光装置２００および３００を模式的に示す平面図である。

図４（ａ）に示す発光装置２００では、第１のリード１０と第２のリード２０とがＸ方向に向き合い、それに直交するＹ方向に延在する第１の溝２１と第２の溝１３とが設けられている。溝の形状は、図３に示す例のいずれであっても良いし、他の形状であっても良い。

成型体４０のＹ方向の幅は、第１のリード１０および第２のリード２０の幅よりも広く、第１のリード１０のＸ方向に平行な側面に設けられた吊りピン１０ｅの突出方向、および、第２のリード２０のＸ方向に平行な側面に設けられた吊りピン２０ｅの突出方向にはみ出して設けられる。このため、成型体４０のＸ方向に平行な側面では、各リードの表面に設けられたベース部４０ｃと、裏面に設けられたベース部４０ｃと、が直接つながっている（図２（ｂ）参照）。

成型体４０の剥がれは、その外縁における各リード表面と樹脂との界面から生じる。このため、成型体４０のＸ方向に平行な側面から剥がれが生じることはなく、外部リード１０Ｂおよび２０Ｂの側のＹ方向に平行な側面から剥がれが生じ進行し易い。

したがって、第２のリード２０において、金属ワイヤ３１のボンディング部３３と、成型体の外縁４０ｂとの間に、Ｙ方向に延在する第１の溝２１を設けることにより、ボンディング部３３の方向に進行する剥がれを抑制することができる。一方、第１のリード１０においても、発光素子３０と、成型体の外縁４０ａとの間に、Ｙ方向に延在する第２の溝１３を設けることにより、発光素子３０の方向に進行する剥がれを抑制することができる。

本変形例では、第１の溝２１は、アンカーホール２０ｂに接続され、第２の溝１３は、アンカーホール１０ｂに接続されているが、アンカーホールに接続された態様に限定される訳ではなく、両端がリードの外縁に至る単純な溝であっても良い。また、第１の溝２１および第２の溝１３をＹ方向に延在する直線的な形状とすることにより、プレス加工による溝の形成が容易になる。

図４（ｂ）に示す発光装置３００では、第１のリード１０において、成型体の外縁４０ａと、第２の溝１３と、の間に、もう一つの第２の溝１５が設けられる。また、第２のリード２０において、成型体の外縁４０ｂと、第１の溝２１と、の間に、もう一つの第１の溝２３が設けられる。それぞれの溝の形状は、図３に示す例のいずれであっても良いし、他の形状であっても良い。

本変形例では、第２のリード２０において、金属ワイヤ３１のボンディング部３３と、成型体の外縁４０ｂとの間に、Ｙ方向に延在する２つの溝が設けられる。そして、第１のリード１０においても、発光素子３０と、成型体の外縁４０ａとの間に、Ｙ方向に延在する２つの溝が設けられる。これにより、成型体の外縁４０ｂからボンディング部３３、もしくは、成型体の外縁４０ａから発光素子３０に進行する剥がれをより効果的に抑制することができる。また、成型体の外縁４０ｂと、ボンディング部３３、もしくは、成型体の外縁４０ａと発光素子３０と、の間に設けられる溝の数は、それぞれ３本以上であっても良い。

図５は、本実施形態の別の変形例に係る発光装置４００を模式的に示す平面図である。発光装置４００では、アンカーホール２０ｂと２０ｃとの間に、第１の溝２１が設けられ、アンカーホール１０ｂと１０ｃとの間に、第２の溝１３が設けられる。

第１の溝２１および第２の溝１３は、前述した例のように、各リードの外縁に至る状態に延在し、ボンディング部３３もしくは発光素子３０を含む部分と、それ以外のリードの部分と、の間を画する境界でなくても良い。

本変形例のように、第２のリード２０において、アンカーホール２０ｂとアンカーホール２０ｃとの間からボンディング部３３に向けて進行する剥がれを抑制するように設けても良い。また、第１のリード１０において、アンカーホール１０ｂとアンカーホール１０ｃとの間から発光素子３０に向けて進行する剥がれを抑制するように設けても良い。

すなわち、第２のリード２０に設けられた複数のアンカーホール（貫通孔）の内の２つに、第１の溝２１の両端がつながり、さらに、第１のリード１０に設けられた複数のアンカーホールの内の２つに、第２の溝１３の両端がつながることにより、成型体の外縁４０ｂから進行する剥がれを抑制し、発光素子３０のオープン故障や特性劣化を防止することができる。これにより、信頼性の高い発光装置を実現することができる。

上記の実施形態では、第１のリード１０および第２のリードの両方に、それぞれ、第２の溝および第１の溝が設けられた例のみを示したが、これに限定される訳ではなく、例えば、第１の溝もしくは第２の溝のいずれかのみを有する形態であっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・第１のリード、１０Ａ、２０Ａ・・・リード端部、１０Ｂ、２０Ｂ・・・外部リード、１０ａ、２０ａ・・・開口、１０ｂ、１０ｃ、１０ｆ、２０ｂ、２０ｃ・・・アンカーホール、１０ｅ、２０ｅ・・・吊りピン、１３、１３ａ〜１３ｈ、１５・・・第１の溝、２０・・・第２のリード、２１、２３・・・第２の溝、３０・・・発光素子、３０ａ・・・第４の部分、３１・・・金属ワイヤ、３３・・・ボンディング部（第２の部分）、４０・・・成型体、４０ａ・・・成型体の外縁（第３の部分）、４０ｂ・・・成型体の外縁（第１の部分）、４０ｃ、４０ｄ・・・ベース部、４０ｆ・・・レンズ部、１００〜５００・・・発光装置

Claims

第１のリードと、
前記第１のリードに固着された発光素子と、
前記第１のリードから離間して設けられ、前記発光素子の電極に金属ワイヤを介して電気的に接続された第２のリードと、
前記発光素子と、前記第１のリードの前記発光素子が固着された端部と、前記第２のリードの前記金属ワイヤがボンディングされた端部と、を覆う封止樹脂からなる成型体と、
を備え、
前記第２のリードの表面において、前記成型体の外縁に接する第１の部分と、前記金属ワイヤがボンディングされた第２の部分と、の間に、前記第１の部分から前記第２の部分に向かう方向に交差し、前記封止樹脂が充填された第１の溝が設けられたことを特徴とする発光装置。
前記第１のリードの表面において、前記成型体の外縁に接する第３の部分と、前記発光素子が固着された第４の部分と、の間に、前記第３の部分から前記第４の部分に向かう方向に交差し、前記封止樹脂が充填された第２の溝が設けられたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記第１のリードは、前記発光素子が固着された表面から裏面へ貫通する複数の貫通孔を有し、
前記第２のリードは、前記金属ワイヤがボンディングされた表面から裏面へ貫通する複数の貫通孔を有し、
前記第１の溝および前記第２の溝の少なくともいずれかの両端は、それぞれ前記複数の貫通孔のうちの２つにつながったことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
前記第１の部分と、前記第２の部分と、の間において、前記第１の部分から前記第２の部分に向かう方向に並んだ複数の前記第１の溝が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
前記第３の部分と、前記第４の部分と、の間において、前記第３の部分から前記第４の部分に向かう方向に並んだ複数の前記第２の溝が設けられたことを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。