JP4198233B2 - 発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インサートモールド成型による細長い発光表示装置の製造時に捻れや歪みの少ない発光表示装置の実現を可能とする発光表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の半導体発光素子チップを用いた発光表示装置は、以下に説明する手順で製造されていた。
まず、パンチプレス機等により金属薄板を打ち抜き加工し、電極端子面、外部リード、支持枠部等を１ユニットとして多数ユニットが並設されるようにリードフレームを形成する。次に、リードフレームを挟み込むように表裏面から金型で挟持し、この金型に溶融した樹脂を注入して箱状の反射ケースをインサートモールド成型する。続いて、リードフレームの電極端子面に半導体発光素子である発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップという）を各ユニット毎に載置してワイヤーボンディングで配線接続する。その後、反射ケースの凹部内に透明な樹脂を充填する。そして、成形物からリードフレームの支持枠部を切除する。これにより、発光表示装置が完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の発光表示装置は、上述したようにインサートモールド成型に依るリードフレームの一方の面にＬＥＤチップ等を積載して製造するため、以下のような課題がある。
【０００４】
１つのリードフレームに多数のＬＥＤチップを整列させて使用するタイプでのインサートモールド成型では、樹脂の射出成形後にリードフレームの面（厚さ方向）に対し反りが生じてしまう課題がある。
【０００５】
また、１つのリードフレームに多数のＬＥＤチップを整列載置した後に樹脂を充填させた時、充填樹脂の硬化によりリードフレームの面（厚さ方向）に対し反りが生じてしまう課題がある。
【０００６】
さらに、特に細長く１つのリードフレームに多数のＬＥＤチップを整列載置した場合には、充填樹脂の硬化等によりリードフレーム上に設けた電極端子とＬＥＤチップ間にワイヤーボンディングを施した金線等のワイヤーが切断されていまう課題がある。
【０００７】
また、生産性を上げるために射出樹脂温度や射出圧力等を高めに設定して操業するために、よりリードフレームの面（厚さ方向）に対し反りが生じてしまう課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、成形時における熱応力、機械的応力を吸収でき、部分箇所への集中応力を分散、緩和することができる発光表示装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
請求項１の発明は、金属薄板からなるリードフレーム２の一方の面に複数の半導体発光素子チップ８が所定間隔で載置されて配線接続される電極端子面２ｃが形成され、前記電極端子面２ｃに載置された前記半導体発光素子チップ８のそれぞれが露出するように連続形成された溝部４を有する箱状の反射ケース３が前記リードフレーム２の表裏面からリードフレーム２を挟み込むようにインサートモールド成型され、該反射ケース３の前記溝部４に透明樹脂が充填された細長の発光表示装置１において、
前記反射ケース３は、前記半導体発光素子チップ８の各位置における前記溝部４の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起６（６ａ，６ｂ）を有し、かつ円弧状の突起６の数から１つ減した突起６ａ，６ｂ間の位置に対応するとともに電極端子面２ｃの中央の位置に載置される半導体発光素子チップ８を中心として対称に底面部３ｂに矩形または円弧状からなる切欠部７を設けて成形されることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発光表示装置によれば、半導体発光素子チップ８の各位置における溝部４の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起６（６ａ，６ｂ）を有し、かつ円弧状の突起６の数から１つ減した突起６ａ，６ｂ間の位置に対応するとともに電極端子面２ｃの中央の位置に載置される半導体発光素子チップ８を中心として対称に底面部３ｂに矩形または円弧状からなる切欠部７を設けて反射ケース３が成形されるので、熱応力や機械的応力を吸収できる。
また、切欠部７を反射ケース３の前面部３ａに形成した円弧状の突起６から１つ減した数とするので、切欠き干渉による集中応力の分散ができる。
さらに、樹脂の射出時に於ける熱応力の切欠部７により均等に分散させることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発光表示装置１において、切欠部７が、円弧状の突起６部分の体積の５５〜７０％の体積比となることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発光表示装置によれば、切欠部７が、円弧状の突起６部分の体積の５５〜７０％の体積比となるので、部分箇所への集中応力を緩和することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、金属薄板からなるリードフレーム２の一方の面に複数の半導体発光素子チップ８が所定間隔で載置されて配線接続される電極端子面２ｃを形成し、前記リードフレーム２の表裏面からリードフレーム２を挟み込むように反射性樹脂のインサートモールド成型により前記電極端子面２ｃに載置された前記半導体発光素子チップ８のそれぞれが露出するように連続形成された溝部４を有する箱状の反射ケース３を形成し、該反射ケース３の前記溝部４に透明樹脂を充填する細長の発光表示装置１の製造方法において、
前記半導体素子チップ８の各位置における前記溝部４の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起６（６ａ，６ｂ）が形成され、かつ前記円弧状の突起６の数から１つ減した前記突起６ａ，６ｂ間の位置に対面するとともに前記電極端子面２ｃの中央の位置に載置される半導体発光素子チップ８を中心として対称に底面部３ｂに矩形または円弧状からなる切欠部７が形成されるように前記反射ケース３をインサートモールド成型する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発光表示装置の製造方法によれば、半導体素子チップ８の各位置における溝部４の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起６（６ａ，６ｂ）が形成され、かつ円弧状の突起６の数から１つ減した突起６ａ，６ｂ間の位置に対面するとともに電極端子面２ｃの中央の位置に載置される半導体発光素子チップ８を中心として対称に底面部３ｂに矩形または円弧状からなる切欠部７が形成されるように反射ケース３をインサートモールド成型するので、反射ケースに形成された切欠部により熱応力や機械的応力を吸収でき、インサートモールド成型時や透明樹脂充填時に反りや曲がりを防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明は、複数のＬＥＤチップを用いる発光表示装置に関し、ＬＥＤチップ間の位置に対面する反射ケースの底面部に矩形や円弧状の切欠部を設けることにより、インサートモールド成型時に於ける反りや曲がりを防いでいる。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明に係る発光表示装置の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の側面図、図２（ａ）はリードフレームに多数ユニットが並設された状態を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図、図３は図２（ａ）の底面図である。
【００２１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、発光表示装置１は、金属薄板からなるリードフレーム２を面対称にして、その表裏面から金型を挟持し、金型への溶融した樹脂の注入によるインサートモールド成型で形成された細長箱形状の反射ケース３を有している。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、リードフレーム２は、導電性及び弾性力のある燐青銅やアルミニウム等の金属薄板からなり、外部リード２ａ、支持枠部２ｂ、電極端子面２ｃ等を有し、これらを１ユニットとして、多数ユニットが並設して連結されるようにパンチプレス機等の打ち抜き加工により形成されている。
【００２３】
外部リード２ａは、発光表示装置１への電源の供給や取付等に用いるリードであり、最終的にはこの部分のみが露出する金属部分で、他の部分は切断除去される。
【００２４】
支持枠部２ｂは、反射ケース３のインサートモールド成型、ＬＥＤチップ８のボンディング、ワイヤー９のボンディング及び透明樹脂の充填等の工程を経て発光表示装置１が完成するまで全体のフレームに保持し、最終的には切断除去されるものである。支持枠部２ｂは、特に、電極端子面２ｃに載置されるＬＥＤチップ８が多く、外部リード２ａの間隔が広く細長い場合など機械的変形を起こさないために重要な部材である。
【００２５】
電極端子面２ｃは、予め電気的極性を定め、ＬＥＤチップ８の載置及びＬＥＤチップ８を直列又は並列接続するための配線を具している。電極端子面２ｃには、反射ケース３のインサートモールド成型後に、ＬＥＤチップ８がダイボンダで載置される。そして、フィラを樹脂に分散させた銀ペースト等を恒温槽や炉等で例えば１５０℃で硬化させた後、ＬＥＤチップ８と電極端子面２ｃとの間にワイヤーボンディングし、ＬＥＤチップ８の電気的接続が行われる。
【００２６】
樹脂成形部である反射ケース３は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの絶縁性の有る材料に、光の反射性を良くするとともに遮光性を得るためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、融点よりやや高め例えば３２０℃に加熱し圧力を加え例えば８００Ｋｇ／ｃｍ² で射出して成形される。
【００２７】
反射ケース３は、リードフレーム２を面対称として、電極端子面２ｃの形成された一方の面（表面）側に前面部３ａが形成され、他方の面（裏面）側に底面部３ｂが形成されたものである。
【００２８】
反射ケース３の前面部３ａは、リードフレーム２を挟んで底面部３ｂと一体化成形される。前面部３ａは、光の反射性と遮光性を得る目的のため、例えばチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させた変成ポリアミド等の絶縁性の有る材料を金型に射出した樹脂成形から成形される。
【００２９】
前面部３ａには、ＬＥＤチップ８が載置される電極端子面２ｃが表出するように、細長方形状の溝部４が電極端子面２ｃに向かって開口されている。溝部４内には、ＬＥＤチップ８と電極端子面２ｃ間の電気的接続が行われた状態で、電気的および光学的に優れたエポキシ樹脂等の透明樹脂が充填される。この透明樹脂の充填は、電極端子面２ｃに載置したＬＥＤチップ８、電極端子面２ｃ及びボンディングワイヤー９を保護するとともに、後述する円弧状の突起によりレンズ面を形成するためになされる。
【００３０】
溝部４の縁部分には堰部５が一体形成されている。堰部５は、溝部４内にエポキシ樹脂等の透明樹脂を充填する時や透明樹脂の例えば恒温槽や炉等で１２０℃で硬化させた時に溝部４内から外部への漏れを防ぐ目的で形成される。特に、溝部４内に充填される透明樹脂内部の気泡等の発生を防ぐため、透明樹脂の粘性度を低下させて気泡を追放する際の熱膨張により体積増加したときに、堰部５が効果的に作用する。
【００３１】
前面部３ａの外縁部分には、電極端子面２ｃに載置される各ＬＥＤチップ８を挟んで対向するように、前面部３ａの表面からほぼ垂直に突出して一対の円弧状突起６（６ａ，６ｂ）が一体形成されている。この円弧状の突起６ａ，６ｂは、ＬＥＤチップ（光源）８からの光を遮断するとともに内側での反射により輝度の向上を図っている。
【００３２】
この円弧状の突起６は、ＬＥＤチップ８の発光能力や必要輝度に対応した位置に設けることにより、光束の拡がりにより隣置間隔や曲率半径等の寸法を変化させることができる。そして、前面部３ａは、円弧状によるレンズ効果と遮蔽効果によってＬＥＤチップ８からの光の方向を制御している。また、溝部４へのエポキシ樹脂等の透明樹脂の充填によるレンズ効果で光束の拡大が得られ、ＬＥＤチップ（光源）８からの光制御を行っている。
【００３３】
反射ケース３の底面部３ｂは、リードフレーム２を挟んで前面部３ａの反対面側に金型により前面部３ａと同時に一体成形される。底面部３ｂには、前面部３ａに隣接配置される各突起６間のほぼ中央に対面して切欠部７が形成されている。
【００３４】
更に説明すると、切欠部７は、前面部３ａに形成された円弧状の突起６の数量から１つ減した数量が切欠きされている。図１に示す例では、突起６の数量が４なので、３つの切欠部７が形成されている。そして、この切欠部７を多く設けることにより、切欠き干渉により集中応力を分散させて集中応力の緩和を行っている。
【００３５】
切欠部７は、円弧状の突起６の全体積に対して体積比を５５〜７０（好ましくは６０％程度）にあたる矩形の形状に形成される。この切欠部７の形成時には、３２０℃程度の融点よりやや高めに加熱した変成ポリアミド樹脂が注入部７ａ（ゲート）から８００Ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力で注入される。なお、切欠部７は矩形に限らず、円弧の形状に形成してもよい。
【００３６】
切欠部７は、リードフレーム２の熱伝導率、例えば燐青銅では５２Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃と反射ケース３の前面部３ａや底面部３ｂの熱伝導率、例えば変成ポリアミド樹脂等では０．２０〜０．２５Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃との差により樹脂の射出時に於ける熱応力と、反射ケース３の前面部３ａと底面部３ｂとの蓄熱エネルギーの差を吸収目的に設け、射出時に於ける熱応力を吸収し、リードフレーム２の反りを防いでいる。
【００３７】
切欠部７は、反射ケース３の前面部３ａに形成された円弧状の突起６にＬＥＤチップ８を載置した後に、溝部４ａにエポキシ樹脂等の透明樹脂を充填し、樹脂の硬化時に依る収縮に伴う前面部３ａ側への収縮力等の機械的応力を吸収している。
【００３８】
次に、上記構成による発光表示装置１の製造方法を図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、金属薄板を図２に示すようなパターン形状にパンチプレス機等により打ち抜き加工してリードフレーム２を形成する。続いて、リードフレーム２の表面にＣｕメッキ、Ａｇメッキの順にメッキ処理し導電パターン（電極端子面２ｃ）を形成する（ＳＴ１）。
【００３９】
次に、リードフレーム２を表裏面から金型によって面対称に挟み込み、金型に溶融した樹脂を注入してインサートモールド成型により図１〜図３に示す形状の反射ケース３を成形する（ＳＴ２）。
【００４０】
すなわち、一方の面（表面）にＬＥＤチップ８からの発光方向を制御する円弧状の突起６を有する前面部３ａと、他方の面（裏面）に突起６間の位置に対応した切欠部７を有する底面部３ｂとが一体成形された反射ケース３をインサートモールド成型により成形する（ＳＴ３）。
【００４１】
その際、リードフレーム２を表裏面による面対称に挟み込む金型の一方は、切欠部７に対応した矩形（又は円弧状）の金型と同材からなる駒により、製造に係わる切欠部７の位置及び形状の選択を自由に交換できるようになっている。これにより、設計の自由度が増して互換性等が図れ、コストの低減、作業性の高めることができる。
【００４２】
ここで、上記反射ケース３を成型するための樹脂は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの絶縁性のある材料に、光の反射性を良くするとともに遮光性を得るためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、例えば３２０℃程度の融点よりやや高めで加熱し、注入部７ａから例えば８００Ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力で注入される。
【００４３】
その際、円弧状の突起６の全体積に対して体積比が６０％となるように、各円弧状の突起６間の中央に対面する反射ケース３の底面部３ｂに矩形形状の切欠部７を形成する。これにより、リードフレーム２の熱伝導率と反射ケース３の熱伝導率との差により樹脂の射出時に於ける熱応力と、反射ケース３の前面部３ａと底面部３ｂとの蓄熱エネルギーの差を吸収してリードフレーム２の反りを防ぐことができる。
【００４４】
また、各突起６間の中央に対面する反射ケース３の底面部３ｂに切欠部７を形成することにより、各切欠部７の切欠き干渉によって集中応力を分散させて集中応力を緩和させることができる。
【００４５】
上記のようにしてリードフレーム２に反射ケース３がインサートモールド成型されると、反射ケース３の溝部４内に露出する電極端子面２ｃにＬＥＤチップ８をダイボンダで載置し、フィラを樹脂に分散させた銀ペースト等を恒温槽や炉等で例えば１５０℃で硬化させる（ＳＴ４）。その後、ＬＥＤチップ８と電極端子面２ｃとの間にワイヤーボンディングして電気的接続を行う（ＳＴ５）。
【００４６】
次に、電気的及び光学的に優れたエポキシ樹脂等の透明樹脂を反射ケース３の溝部４内に充填する（ＳＴ６）。その際、反射ケース３の底面部３ｂの切欠部７により、透明樹脂の硬化時に依る収縮に伴う反射ケース３の前面部３ａへの収縮力等の機械的応力が吸収される。
【００４７】
反射ケース３のインサートモールド成型及びＬＥＤチップ８の配線接続が完了すると、成形物からリードフレーム２の外部リード２ａを残して不要部分（支持枠部２ｂ）が切除される（ＳＴ７）。これにより、発光表示装置１が完成する。
【００４８】
このように、本実施の形態では、反射ケースは、電極端子面２ｃに載置されるＬＥＤチップの各位置における反射ケース３の溝部４の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起６を設け、突起６間の位置に対面する底面部３ｂに矩形状の切欠部７を設けて反射ケース３をインサートモールド成型するので、切欠部７により熱応力や機械的応力を吸収でき、リードフレーム２の反りが無い発光表示装置１を製造することが出来る。
【００４９】
ところで、上記実施の形態では、各突起６間の中央に対面する底面部３ｂに切欠部７を形成した構成について説明したが、切欠部７は必ずしも各突起６間の中央に対面して底面部３ｂに形成する必要はなく、集中する応力の度合いに応じて位置を変えるようにしてもよい。また、反射ケース３の溝部４内の中央に位置する電極端子面２ｃに載置されるＬＥＤチップを中心として、左右対称位置に切欠部７を形成する構成としてもよい。この構成によれば、樹脂の射出時に於ける熱応力を切欠部７により均等に分散させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の請求項１に係る発光表示装置は、半導体発光素子チップの各位置における溝部の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起を有し、かつ円弧状の突起の数から１つ減した突起間の位置に対応するとともに電極端子面の中央の位置に載置される半導体発光素子チップを中心として対称に底面部に矩形または円弧状からなる切欠部を設けて反射ケースが成形されるので、熱応力や機械的応力を吸収でき、インサートモールド成型時や透明樹脂充填時に反りや曲がりを防止できる。
また、切欠部を反射ケースの前面部に形成した円弧状の突起から１つ減した数とするので、切欠き干渉による集中応力の分散ができる。これにより、多数の半導体発光素子を使用した細長い発光表示装置でも製造が可能となる。
さらに、樹脂の射出時に於ける熱応力の切欠部により均等に分散させることができる。
【００５１】
請求項２に係る発光表示装置は、切欠部が、円弧状の突起部分の体積の５５〜７０％の体積比となるので、部分箇所への集中応力を緩和することができ、常に反りのない発光表示装置が得られる。
【００５４】
請求項３に係る発光表示装置の製造方法は、半導体素子チップの各位置における溝部の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起が形成され、かつ円弧状の突起の数から１つ減した突起間の位置に対面するとともに電極端子面の中央の位置に載置される半導体発光素子チップを中心として対称に底面部に矩形または円弧状からなる切欠部が形成されるように反射ケースをインサートモールド成型する工程を含むので、反射ケースに形成された切欠部により熱応力や機械的応力を吸収でき、インサートモールド成型時や透明樹脂充填時に反りや曲がりを防止できる。
【００５５】
このように、本発明によれば、インサートモールド成型における射出時間の短縮や完成品の歩留まりの向上が図れ、生産性、信頼性、経済性を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係る発光表示装置の平面図
（ｂ）（ａ）の側面図
【図２】（ａ）リードフレームに多数ユニットが並設された状態を示す平面図
（ｂ）（ａ）の側面図
【図３】図２（ａ）の底面図
【図４】発光表示装置の製造方法の手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１…発光表示装置、２…リードフレーム、２ａ…外部リード、２ｂ…電極端子面、３…反射ケース、３ａ…前面部、３ｂ…底面部、４…溝部、５…堰部、６（６ａ，６ｂ）…突起、７…切欠部、７ａ…注入部（ゲート）。

Claims (3)

1. 金属薄板からなるリードフレームの一方の面に複数の半導体発光素子チップが所定間隔で載置されて配線接続される電極端子面が形成され、前記電極端子面に載置された前記半導体発光素子チップのそれぞれが露出するように連続形成された溝部を有する箱状の反射ケースが前記リードフレームの表裏面からリードフレームを挟み込むようにインサートモールド成型され、該反射ケースの前記溝部に透明樹脂が充填された細長の発光表示装置において、
   前記反射ケースは、前記半導体発光素子チップの各位置における前記溝部の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起を有し、かつ前記円弧状の突起の数から１つ減した前記突起間の位置に対応するとともに前記電極端子面の中央の位置に載置される半導体発光素子チップを中心として対称に底面部に矩形または円弧状からなる切欠部を設けて成形されることを特徴とする発光表示装置。
2. 前記切欠部は、前記円弧状の突起部分の体積の５５〜７０％の体積比となることを特徴とする請求項１記載の発光表示装置。
3. 金属薄板からなるリードフレームの一方の面に複数の半導体発光素子チップが所定間隔で載置されて配線接続される電極端子面を形成し、前記リードフレームの表裏面からリードフレームを挟み込むように反射性樹脂のインサートモールド成型により前記電極端子面に載置された前記半導体発光素子チップのそれぞれが露出するように連続形成された溝部を有する箱状の反射ケースを形成し、該反射ケースの前記溝部に透明樹脂を充填する細長の発光表示装置の製造方法において、
   前記半導体素子チップの各位置における前記溝部の外周縁部分に対向して円弧状に突出した突起が形成され、かつ前記円弧状の突起の数から１つ減した前記突起間の位置に対面するとともに前記電極端子面の中央の位置に載置される半導体発光素子チップを中心として対称に底面部に矩形または円弧状からなる切欠部が形成されるように前記反射ケースをインサートモールド成型する工程を含むことを特徴とする発光表示装置の製造方法。

Images