JP4633333B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明や、車載用、アミューズメント用および白色LEDなどの光源に適用される発光装置に関し、特に、高輝度や大電流のLED光源に対応可能な発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は、従来の半導体装置の断面図を示す。この半導体装置10は、アイランド14上に載置されたICチップ15と、一端がICチップ15とボンディングワイヤ16,17により接続され、他端がはんだ19によりプリント基板20と接続されるリードフレーム12,13と、ICチップ15およびボンディングワイヤ16,17で接続されたリードフレーム12,13の一部を封止するモールド樹脂(例えば、耐熱性を有する液晶ポリマー)によるパッケージ18とを備えている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
図7に示すように、リードフレーム12,13は、プリント基板20上に半導体装置10を安定して実装するために折り曲げ加工される。パッケージ18の外側に突き出たリードフレーム12は屈曲点12a、12bで、リードフレーム13は屈曲点13a、13bでそれぞれ曲げられ、クランク状を呈している。先端部は、端子部12c、13cを形成し、プリント基板20にはんだ19により接続している。
【0004】
半導体装置10において、ICチップ15からの発熱は、図7に示すようにパッケージ18中の熱伝導によりリードフレーム12,13に伝導し、このリードフレーム12,13からプリント基板20に矢印21で示すように伝わる。また、ICチップ15からの発熱は、パッケージ18の表面から矢印22で示すように大気中に放熱され、またアイランド14を介してパッケージ18中を伝達し大気中に放熱される。同様に、リードフレーム12,13およびプリント基板20の表面から大気中に放熱される。
【0005】
また、このようなリードフレームを用いるものとしてLED等の発光装置がある。このような発光装置によると、上記した半導体装置技術を応用できることから、高精度で小型化を図れる。
【0006】
図8は、従来の発光装置のリードフレームの断面図を示し、(a)は薄型のリードフレーム、(b)は厚型のリードフレームを示す。リードフレーム12A,13Aは、打ち抜きまたはエッチング加工によって形成される。一般に、双方のリードフレーム12A,13Aの間隙幅t4は、打ち抜き対象である金属板の厚み、即ちリードフレーム12A,13Aの厚みt5以上の寸法が必要である。
【0007】
また、図8(b)に示すように、リードフレーム12A,13Aの厚みをt6で示すように厚くすることによって、リードフレーム12A,13Aが大電流タイプのものに対応可能とすると共に、その表面積の増加により放熱性を向上させている。この厚みt6のリードフレーム12A,13Aを打ち抜き加工で形成する場合、上記同様にリードフレーム12A,13Aの厚みt6以上の間隙幅t7が必要である。
【0008】
【非特許文献1】
菊池正典著、「やさしくわかる半導体」、初版、株式会社日本実業出版社、2000年6月30日、p.246−247
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の発光装置によると、以下の問題がある。
(1)リードフレーム12A,13Aは、ICチップの発熱を逃がす役目を有しているが、近年の高輝度化、大電流化に対して、放熱が不十分であるという問題がある。
(2)リードフレーム12A,13Aは、打ち抜き後の曲げ加工により得られ、放熱を良くしようとするとリードフレームの厚みを厚くするのが好ましいが、厚くすると曲げ加工が困難となり、実装性が劣るという問題がある。
【0010】
従って、本発明の目的は、高輝度タイプや大電流タイプの発光装置であっても、十分な放熱性を確保でき、加工性を損なうことなく、実装性に優れる発光装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、電圧の印加に基づいて発光する発光素子と、前記発光素子を一対のインナーリードのうち一方のインナーリードに搭載し、前記一対のインナーリードのそれぞれに連続して設けられて前記一対のインナーリードより放熱性を大にした一対のアウターリードを有する一対のリードフレームと、前記一対のアウターリードを露出させた状態で前記発光素子と前記一対のインナーリードとを樹脂材料で一体的に封止する封止部とを有し、前記一対のリードフレームの間隙幅をt1とし、前記インナーリードの厚みをt2とし、前記アウターリードの厚みをt3としたとき、t1≧t2、t2<t3の関係を有することを特徴とする発光装置を提供する。
【0012】
上記した構成によれば、一対のリードフレームの間隙幅をt1とし、インナーリードの厚みをt2とし、アウターリードの厚みをt3としたとき、t1≧t2、t2<t3の関係によりアウターリードの放熱性をインナーリードの放熱性よりも大としたので、発光素子が搭載されたインナーリードの熱はアウターリードに向かって伝導され、アウターリードにおいて放熱される。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の平面図を示し、図1(b)は、(a)のA−A断面図を示す。この発光装置1は、3対のリードフレーム2A,2B,2C,3A,3B,3C(以下、「2A〜3C」という。)と、リードフレーム2A,2B,2Cの先端部分(インナーリード)の上に載置されたLED素子4A,4B,4Cと、LED素子4Aとリードフレーム3Aとを電気的に接続するボンディングワイヤ5Aと、LED素子4Bとリードフレーム3Bとを電気的に接続するボンディングワイヤ5Bと、LED素子4Cとリードフレーム3Cとを電気的に接続するボンディングワイヤ5Cと、各リードフレーム2A〜3Cを支持するモールド樹脂によるパッケージ6と、パッケージ6の内面に形成される反射面6Aと、パッケージ6に注入されて反射面6A、LED素子4A,4B,4Cを封止するモールド樹脂7とを備えている。
【0014】
リードフレーム2A〜3Cは、銅合金製で、パッケージ6から外部へ水平に所定の長さで突き出た部分(アウターリード)が基板実装用の端子部2a,3aとなっている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、電圧の印加に基づいて発光する発光素子と、前記発光素子を一対のインナーリードのうち一方のインナーリードに搭載し、前記一対のインナーリードのそれぞれに連続して設けられた一対のアウターリードを有する一対のリードフレームと、前記一対のアウターリードを露出させた状態で前記発光素子と前記一対のインナーリードとを樹脂材料で一体的に封止する封止部とを有し、前記アウターリードは、前記封子部から外部へ水平に、かつ、前記インナーリードに連続して一線状に伸びた部分が基板実装面と面接合可能な厚さを有する基板実装用の端子部となり、前記一対のリードフレームの間隙幅をt1とし、前記インナーリードの厚みをt2とし、前記アウターリードの前記端子部の厚みをt3としたとき、t1≧t2、t2<t3の関係を有することを特徴とする発光装置を提供する。
【0016】
パッケージ6は、耐熱樹脂で矩形板状に成形して前述のようにリードフレーム2A〜3Cを支持する。パッケージ6の内面には、LED素子4A,4B,4Cとボンディングワイヤ5A,5B,5Cそしてリードフレーム2A,2B,2Cの先端部分が配置されており、パッケージ6の内面の周辺に反射壁6Aが形成されている。
【0017】
反射壁6Aは、蒸着法によりアルミニウム膜で製膜する場合もあり、LED素子4A,4B,4Cにより発光した光を前面側に集光するようになっている。
【0018】
モールド樹脂7は、透光性を有するシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を用いる。
【0019】
端子部2aの下面P1、および端子部3aの下面P3は、図1(b)に示すように、パッケージ6の下面P2の延長平面に一致する厚さに形成されている。つまり、プリント基板20に双方の下面P1,P3が当接するようになされている。また、双方のリードフレーム2A,3Aの間隙幅t1は、従来例で説明したように打ち抜き加工時の制限によって、パッケージ6に収容される薄い部分の厚みt2以上の寸法となっている。
【0020】
上記した第1の実施の形態の発光装置1によれば、各リードフレーム2A〜3Cにおけるパッケージ6の外部へ突き出た端子部2a,3aの厚みt3を、パッケージ6に収容される部分の厚みt2よりも厚くしたので、リードフレームの表面積を増やすことができ、放熱性を良くすることができる。
【0021】
また、端子部2a,3aは、発光素子4A,4B,4Cを搭載した部位より厚みが大であるので、端子部2a,3aの熱容量は、発光素子4A,4B,4Cを搭載した部位の熱容量より大となる。そのため、端子部2a,3aは、発光素子4A,4B,4Cなどを搭載した部位より温まり難くなるため、発光素子4A,4B,4Cを搭載した部位より温度上昇が緩慢となって温度勾配が生じ、発光素子4A,4B,4Cを搭載した部位から端子部2a,3aに向かって熱伝導が行われる。そして、端子部2a,3aにおいて放熱することができる。
【0022】
また、端子部2a,3aは、従来のように曲げ加工を不要にできるので、LED素子4A〜4Cやボンディングワイヤ5A〜5Cに曲げ加工に伴う負荷がかかってLED素子4A〜4Cやボンディングワイヤ5A〜5Cがリードフレーム2A〜3Cから外れるということがなくなり、実装性を向上させることができる。
【0023】
また、曲げ加工を必要としないので、SMD(Surface Mounted Device)タイプのパッケージ6とすることが容易であり、生産性を向上させることができる。
【0024】
また、各リードフレーム2A〜3Cにおけるパッケージ6に収容される部分の厚みt2を薄くすることができるので、打ち抜き加工時に、その厚みt2に応じて制限される1対毎のリードフレーム間隙幅t1を狭くすることができる。これによって、その間隙幅t1に応じたサイズとなるパッケージ6の小型化を維持することができる。
【0025】
また、従来のように間隙幅が広くならないので、ボンディング装置の配線スペック等を超え、ワイヤボンディングが不可能となることが無くなる。
【0026】
従って、発光装置1が高輝度タイプや大電流タイプのものであっても、パッケージ6の小型化を維持することができ、製造時にLED素子4A〜4Cやボンディングワイヤ5A〜5Cのリードフレーム2A〜3Cからの外れが生じないようにすることができる。また、放熱性を向上させることができる。
【0027】
(第2の実施の形態)
図2(a)は、本発明の第2の実施の形態に係る発光装置1の平面図を示し、図2(b)は、(a)のB−B断面図を示す。この発光装置1が、第1の実施の形態に係る発光装置1と異なるところは、銅合金製のリードフレーム2A〜3Cの端子部2b,3bである。端子部2b,3bは、パッケージ6に収容される部分の厚みt2よりも厚くし、プリント基板20に実装される面(基板実装面)に対向する上面に複数の溝2g、3gを等間隔で形成し、ヒートシンク構造としてある。
【0028】
上記した第2の実施の形態に係る発光装置1によれば、複数の溝2g、3gを上面に設けることによって、リードフレーム2A〜3Cの表面積がより増加するので、より放熱性を向上させることができる。なお、溝2g,3gの本数、間隔については発光装置に応じて最適な値に設定することが好ましい。また、溝2g,3gを不等間隔としてもよい。他の効果は、第1の実施の形態の項に記載した効果と同様であるので、記載を省略する。
【0029】
(第3の実施の形態)
図3(a)は、本発明の第3の実施の形態に係る発光装置の平面図を示し、図3(b)は、(a)のC−C断面図を示す。この発光装置1が、第1の実施の形態の発光装置1と異なるところは、銅合金製のリードフレーム2A〜3Cの端子部2c,3cである。端子部2c,3cは、パッケージ6の外部へ突き出た端子部2c,3cの厚みt3を、パッケージ6に収容される部分の厚みt2よりも厚くしてある。厚みt3は、ここでは、厚みt2の約3倍の厚さであり、厚みt2分、上下方向に厚くなっている。
【0030】
上記した第3の実施の形態の発光装置1によれば、各リードフレーム2A〜3Cにおけるパッケージ6の外部へ突き出た端子部2c,3cの厚みt3を、パッケージ6に収容される部分の厚みt2よりも3倍程度厚くしたので、フレーム面積を増やすことができ、放熱性を向上させることができる。なお、図3(b)に示すように端子部2c,3cを基板実装面側およびその反対側に厚くする他に、基板実装面側に3倍程度厚くするようにしてもよい。他の効果は、第1の実施の形態の項に記載した効果と同様であるので、記載を省略する。
【0031】
(第4の実施の形態)
図4(a)は、本発明の第4の実施の形態に係る発光装置の平面図を示し、図4(b)は、(a)のD−D断面図を示す。この発光装置1が、第1の実施の形態の発光装置1と異なるところは、銅合金製のリードフレーム2A〜3Cの端子部2d,3dである。端子部2d,3dは、パッケージ6の外部へ突き出た端子部2d,3dの厚みt3を、パッケージ6に収容される部分の厚みt2よりも厚くしてある。端子部2d,3dは、基板実装面およびその面に対向する上面に複数の溝2g、3gを形成し、ヒートシンク構造としたことにある。厚みt3は、ここでは、厚みt2の約3倍の厚さであり、厚みt2分、上下方向に厚くなっている。
【0032】
上記した第4の実施の形態の発光装置1によれば、各リードフレーム2A〜3Cにおけるパッケージ6の外部へ突き出た端子部2d,3dの厚みt3を、パッケージ6に収容される部分の厚みt2よりも3倍程度厚くし、かつ溝2g、3gを形成したので、リードフレーム面積を大きく増やすことができ、放熱性をさらに向上させることができる。なお、溝2g,3gの本数、間隔については発光装置に応じて最適な値に設定することが好ましい。また、溝2g,3gを不等間隔としてもよい。他の効果は、第1の実施の形態の項に記載した効果と同様であるので、記載を省略する。
【0033】
(第5の実施の形態)
図5は、本発明の第5の実施の形態に係る発光装置の断面図を示す。この発光装置1が、第4の実施の形態の発光装置1と異なるところは、銅合金製のリードフレーム2A〜3Cの端子部2e,3eである。端子部2e,3eは、基板実装面およびその面に対向する上面に複数の溝2h、3hを形成し、ヒートシンク構造としてある。複数の溝2h、3hおよび外周面2i、3iは、ブラスト処理を施して表面を粗くしてある。
【0034】
上記した第5の実施の形態の発光装置1によれば、端子部2e,3eに形成した溝部をブラスト処理によって粗面化したので表面積を飛躍的に増やすことができ、放熱性を向上させることができる。なお、ブラスト処理以外の他の粗面化処理によって表面積を拡大させるようにしてもよい。また、溝2h,3hの本数、間隔については発光装置に応じて最適な値に設定することが好ましい。また、溝2h,3hを不等間隔としてもよい。他の効果は、第1の実施の形態の項に記載した効果と同様であるので、記載を省略する。
【0035】
(第6の実施の形態)
図6(a)は、本発明の第6の実施の形態に係る発光装置の平面図を示し、図6(b)は、(a)のE−E断面図を示す。この発光装置1が、第3の実施の形態の発光装置1と異なるところは、銅合金製のリードフレーム2A〜3Cの端子部2f,3fである。端子部2f,3fの大きさは、第3の実施の形態の発光装置1の端子部2c,3cと同じであるが、端子部2f,3fは、基板実装面に向かう穴2j、3jおよび端子部の表面に縦溝2k,3kを形成し、ヒートシンク構造としたことにある。
【0036】
上記した第6の実施の形態の発光装置1によれば、端子部2f,3fに基板実装面に向かう穴2j、3jおよび端子部の表面に縦溝2k,3kを形成したため、リードフレーム2A〜3Cの面積を増やすことができ、放熱性を向上させることができる。なお、端子部2f,3fの表面にブラスト処理等の粗面化処理を施してもよい。他の効果は、第1の実施の形態の項に記載した効果と同様であるので、記載を省略する。
【0037】
なお、本発明は、発光装置について説明したが、発光装置に限定されることなく、リードフレームを有する種々の半導体装置に適用することが可能である。また、端子部の厚さt3は、パッケージ6に収容される部分の厚みt2の2倍または3倍の厚さとして説明しているが、厚さに関してそれらの値に限定されない。さらに、リードフレームの材質は、銅合金に限らず、電気および熱を伝えやすい材質のものであれば、アルミニウム合金等の他の材質のものでよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一対のリードフレームの間隙幅をt1とし、インナーリードの厚みをt2とし、アウターリードの厚みをt3としたとき、t1≧t2、t2<t3の関係によりアウターリードの放熱性をインナーリードの放熱性よりも大としたので、発光素子が搭載されたインナーリードの熱はアウターリードに向かって伝導され、アウターリードにおいて放熱されるため、高輝度タイプや大電流タイプの発光装置であっても、十分な放熱を確保できる、また、加工性を損なうことなく、実装性に優れる発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示す発光装置のA−A断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る発光装置の構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示す発光装置のB−B断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る発光装置の構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示す発光装置のC−C断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る発光装置の構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示す発光装置のD−D断面図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係る発光装置の構成を示す発光装置の断面図である。
【図6】本発明の第6の実施の形態に係る発光装置の構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示す発光装置のE−E断面図である。
【図7】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図8】従来の発光装置のリードフレームの断面図を示し、(a)は薄型のリードフレーム、(b)は厚型のリードフレームを示す。
【符号の説明】
1 発光装置
2A,2B,2C,3A,3B,3C リードフレーム
2a,2b,2c,2d,2e,2f 端子部
3a,3b,3c,3d,3e,3f 端子部
2g,2h 溝
2i,3i 外周面
2j,3j 穴
2k,3k 縦溝
4A,4B,4C LED素子
5A,5B,5C ボンディングワイヤ
6 パッケージ
6A 反射壁
7 モールド樹脂
10 半導体装置
12,13,12A,13A リードフレーム
12c 端子部
14 アイランド
15 ICチップ
16,17 ボンディングワイヤ
18 パッケージ
20 プリント基板
Claims (4)
- 電圧の印加に基づいて発光する発光素子と、
前記発光素子を一対のインナーリードのうち一方のインナーリードに搭載し、前記一対のインナーリードのそれぞれに連続して設けられた一対のアウターリードを有する一対のリードフレームと、
前記一対のアウターリードを露出させた状態で前記発光素子と前記一対のインナーリードとを樹脂材料で一体的に封止する封止部とを有し、
前記アウターリードは、前記封子部から外部へ水平に、かつ、前記インナーリードに連続して一線状に伸びた部分が基板実装面と面接合可能な厚さを有する基板実装用の端子部となり、
前記一対のリードフレームの間隙幅をt1とし、前記インナーリードの厚みをt2とし、前記アウターリードの前記端子部の厚みをt3としたとき、t1≧t2、t2<t3の関係を有することを特徴とする発光装置。 - 前記端子部の熱容量は、前記発光素子を搭載した部位の熱容量より大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記端子部は、上面に放熱面積を拡大させる溝を有することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記端子部は、上面および基板実装面に放熱面積を拡大させる溝を有することを特徴とする請求項1記載の発光装置。
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