JP4687877B2 - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤランプに関するものであり、詳しくは、照明用光源、表示用光源あるいは光通信用光源等の各種光源に使用されるＬＥＤランプに関する。

ＬＥＤランプの発光源となるＬＥＤチップは、一辺の長さが０．５ｍｍ程度の６面体（サイコロ状）の形状をしており、小さくて発光光量が少なく、点光源に近い光学特性を有している。したがって、このような特性のＬＥＤチップを光源にしたＬＥＤランプを設計・製作するにあたっては、ＬＥＤチップの活性層で発光された光の量に対するＬＥＤチップから出射される光の量の割合（光取り出し効率）を高め、且つＬＥＤチップから出射されてＬＥＤランプの外部（大気中）に放出される光を一方向に集めてＬＥＤの軸上光度を高めるような手法が施されている。

具体的には、リードフレームやプリント基板等の基材に実装されたＬＥＤチップを透光性樹脂によって封止するものである。その場合、ＬＥＤチップの光出射面と透光性樹脂とが界面を形成することになるため、ＬＥＤチップの光出射面を形成する半導体材料の屈折率に近い屈折率の透光性樹脂を採用することによってＬＥＤチップの発光光を透光性樹脂内に効率良く導入することができる。

また、ＬＥＤチップの発光光の出射方向に於いて、透光性樹脂を球面または非球面等のレンズ形状に成形することによってＬＥＤチップから出射されてＬＥＤランプの外部に放出される光の集光及び／又は配光制御を行なうことができる。

ところで、図５に示すように、リードフレーム５０の一方の端面にＬＥＤチップ５１を実装し、該ＬＥＤチップ５１を砲弾形に成形した透光性樹脂５２で封止したタイプのＬＥＤランプ５３に於いて、砲弾形の先端レンズ面５４の光軸と端面にＬＥＤチップ５１を実装したリードフレーム５０とが同一線上にない場合（通常、軸ずれと称する現象）、つまり砲弾形の先端レンズ面５４の光軸と端面にＬＥＤチップ５１を実装したリードフレーム５０とが平行、交差またはねじれの位置関係にある場合、先端レンズ面５４の光軸とＬＥＤチップ５１の光軸とが一致しないためにＬＥＤランプ５３から放出される光の指向特性や光度等の光学特性に不具合が生じ、品質の低下を招くと共に不良の原因ともなるものである。

リードフレームに実装されたＬＥＤチップを透光性樹脂で樹脂封止する一般的な方法は、端面にＬＥＤチップが実装されたリードフームをリードフレーム固定治具に取り付けると共に、注型ブロックに設けられた注型に透光性樹脂を注入する。そして、リードフレーム固定治具を注型ブロックの上方から徐々に下降させてリードフレームのＬＥＤチップが実装された部分を注型に挿入して透光性樹脂内に埋設させる。注型とリードフレームは注型ブロックにリードフレーム固定治具を固定することによって所定の位置関係を保持することになる。そして、その状態で透光性樹脂を加熱硬化させ、注型から取り出すとＬＥＤランプが完成する（例えば、特許文献１参照。）。

また、砲弾形に樹脂封止されたＬＥＤランプを基板に搭載する場合は、プリント基板のリード孔にリードフレー部を挿入し、砲弾形に成形された透光性樹脂の底面がプリント基板の表面に当接した状態にＬＥＤランプをプリント基板上に載置する。そして、プリント基板のＬＥＤランプが載置された面（部品面）の反対面（ハンダ面）にフラックスを塗布し、ハンダ面を噴流ハンダ槽等に浸漬してリードフレームをプリント基板にハンダ付け接続する。

このとき、図６に示すように、リードフレーム５０には封止樹脂５２がリードフレーム５０の表面に沿って這い上がってできた樹脂フィレット５５が形成されており、プリント基板５６のリード孔５７の部品面５８側の開口部５９を樹脂フィレット５５が塞いだ状態でリードフレーム５０がプリント基板５６にハンダ付け６０される。

ところが、ハンダ付けを行なう前に塗布されたフラックスが一方の開口部を樹脂フィレットで塞がれたリード孔内に残留しており、他方のリード孔開口部がハンダ付けによって塞がれるときの熱によってリード孔内に閉じ込められたフラックスが気化してリード孔内の気圧が上昇し、高圧フラックスガスはリード孔を塞ぐ溶融したハンダ付け部から外部に噴出することになる。その結果、ハンダ付け部にブローホールを生じることになり、ハンダ付けの信頼性を損なう要因となるものである。

そこで、上記ブローホールの問題に対応するために、ブローホール発生防止手段を施したＬＥＤランプや、ブローホールを発生させないハンダ付け方法が提案されている。

前者の例として、砲弾形の封止樹脂の底面部周縁の一部に凹形状の切り欠き部を設け、ハンダ付け時に前記切り欠き部からフラックスガスを外部に放出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
また、後者の例としては、プリント基板と該プリント基板に搭載する回路部品との間に、プリント基板のリード孔に連通する溝を設けたスペーサを配置し、ハンダ付け時に前記溝からフラックスガスを外部に放出するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００２−９３４８号公報 特許第３１２６２１０号 特開昭６３−２２９８９６号公報

しかしながら、上記リードフレームに実装されたＬＥＤチップを樹脂封止する方法に於いては、注型とＬＥＤチップとの位置関係が注型を設けた注型ブロックとＬＥＤチップが実装されたリードフレーム固定治具の位置関係のみによって間接的に保持されるものであり、注型とリードフレームとが直接支持関係にあるわけではない。従って、リードフレームがリードフレーム固定治具の取り付け位置からＬＥＤチップが実装された先端方向に向かって歪み、撓み、屈曲等が生じている場合、いわゆる軸ずれを起こすことになる。

また、ブローホール発生問題の対策として、砲弾形の封止樹脂の底面部周縁の一部に凹形状の切り欠き部を設ける方法は、依然としてリードフレームに形成された樹脂フィレットによるブローホールの問題か解決されておらず、不十分な対策といわざるを得ない。

更に、プリント基板と該プリント基板に搭載する回路部品との間にスペーサを配置する方法は、プリント基板に回路部品を搭載する前にプリント基板上にスペーサを載置する工程が必要となる。そのため、組立工数が増大して生産効率が低下し、製造コストの上昇を招くことになる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤチップの光軸と該ＬＥＤチップの封止樹脂で形成されたレンズの光軸との軸ずれが少なく、且つハンダ付け時にハンダ付け部分でのブローホールを発生させないＬＥＤランプを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、一列に、且つ平行に配置された複数本のリードフレームのうちの少なくとも１本以上の前記リードフレームの先端部にＬＥＤチップが実装され、前記ＬＥＤチップを含む前記リードフレームの先端部を封止する透光性樹脂と略筒形状のリングとが一体化されたＬＥＤランプであって、前記複数本のリードフレームのうちの該リードフレームの最外側に位置する一対のリードフレームの夫々の外側面のＬＥＤチップが実装された近傍には突出部が設けられ、前記リングの側壁の対向する位置には一端が開放されて該リングの円周方向に直交する方向に延びる一対のスリットが前記側壁を貫通するように設けられ、前記スリットに前記リードフレームの突出部が挿入されて、該スリットの底面と前記突出部とが接触し、前記透光性樹脂は前記スリット内にも充填されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記リング内には透光性樹脂が充填されており、前記リングの前記スリットが開放された端部と前記リング内に充填された透光性樹脂の表面との間に隙間が形成されていること特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２の何れか１項において、前記スリットの開放された端部の幅が前記突出部の厚みよりも広いことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項において、前記一対のスリット底面の外周の一部を構成するリング外側辺間の距離が前記一対の突出部の先端部間の距離よりも長いことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４の何れか１項において、前記リングが、高反射率を有する材料および前記透光性樹脂よりも低屈折率を有する材料のうちのどちらか１つからなることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤランプは、透光性樹脂に一体化されたリングに設けられたスリットに、リードフレームのＬＥＤチップが実装された近傍に設けられた突出部を嵌め込んでＬＥＤチップの位置合わせを行なっている。そのため、リードフレームに歪み、撓み、屈曲等が生じている場合でも、従来のＬＥＤランプに比べて透光性樹脂のレンズ面に対するＬＥＤチップの位置精度が向上（軸ずれが減少）し、その結果、良好な指向特性、光度等の光学特性を実現することができる。

また、リング内に充填した透光性樹脂の表面とリングの一方の端部との間に隙間が形成されている。そのため、ＬＥＤランプをプリント基板に実装するときに、リードフレームの樹脂フィレットの頂点とプリント基板の表面との間には距離が確保されていために樹脂フィレットがリード孔の開口部を塞ぐことがなく、リード孔に残留したフラックスが気化したフラックスガスがリード孔の開口部からリングのスリットを介して外部（大気中）に放出される。その結果、ハンダ内にハンダブローホールが生じることがなくなり、ハンダ不良が減少して信頼性が向上することになる。

また、リングを高反射率を有する樹脂あるいは透光性樹脂よりも低い屈折率を有する樹脂で形成することによってリングの反射効率が向上し、光取り出し効率が高まることによってＬＥＤランプの高輝度化を実現することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明のＬＥＤランプに係わる実施形態の分解図である。この分解図を使用して製造工程を説明すると、製造工程は主に、樹脂型１、透光性樹脂２、リング３、リードフレーム４及びリードフレーム支持体５によって構成されている。

以下に夫々の構成部材について詳細に説明する。まず、樹脂型１は、ポッティングモールド用の型であり、キャビティ６を有する筒体７が複数個所定の間隔で直線上に配置されており、それらは連結体８を介して一体に形成されている。キャビティ６は上下２つのキャビティで構成されており、下側キャビティ６ａは球面あるいは非球面を底面とする円柱状である。一方、上側キャビティ６ｂは下側キャビティ６ａに連設されており、キャビティ６の長手方向に対する垂直断面が下側キャビティ６ａよりも大きい円の一部を直線で切断した形状（切断部１５を有する）の柱状である。

透光性樹脂２は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エラストマー系樹脂、及びこれら樹脂の誘導体から選ばれた１種類からなっている。また、透光性樹脂に１種類以上の蛍光体を混入してＬＥＤチップの光源色とは異なる色調の光を放出するようなＬＥＤランプを実現することも可能である。

リング３は、下側キャビティ６ａと上側キャビティ６ｂの円の略半径差を肉厚とし、上側キャビティ６ｂよりも長さが長い筒状であり、リング３の長手方向に対する垂直断面は円の一部を直線で切断した形状（切断部１６を有する）をしている。また、筒状リング３の円の中心を挟んで対向する位置の側壁には、リング３の一方の端部９が開放されてリング３の長手方向（円周方向に直交する方向）に伸びる一対のスリット１０が側壁を貫通するように形成されている。そして、リング３の外側面の長手方向に対する垂直断面と上側キャビティ６ｂの内側面の長手方向に対する垂直断面とは形状は同一であるが、寸法はリング３の方が小さく作製されている。

リードフレーム４は、ＬＥＤチップ（図示せず）が導電部材を介して第一のリードフレーム４ａに載置され、ＬＥＤチップの下側電極と第一のリードフレーム４ａとの電気的導通が図られている。一方、ＬＥＤチップの上側電極はボンディングワイヤ１１を介して第二のリードフレーム４ｂに接続され、ＬＥＤチップの上側電極と第二のリードフレーム４ｂとの電気的導通が図られている。そして、このようにＬＥＤチップを実装した一対のリードフレーム４ａ、４ｂは、複数個所定の間隔で同一直線上に配置されており、それらは連結バー１２を介して一体に形成されている。また、第一のリードフレーム４ａ及び第二のリードフレーム４ｂの夫々には、ＬＥＤチップが実装された近傍の互いに対向する面の反対面にリードフレーム４ａ、４ｂからなる突出部１３が形成されている。

リードフレーム支持体５は、中央部に断面Ｙ字状の貫通するスリット１４が直線状に形成され、スリット１４内にリードフレーム４の位置合わせと固定を行なう手段（図示せず）が施されている。

次に、製造工程について説明する。まず、樹脂型１のキャビティ６内にリング３をスリット１０の開放部を上側に向け、夫々の切断部１５、１６が一致する方向で挿入する。すると、リング３の下端面１７が下側キャビティ６ａと上側キャビティ６ｂとの境の段差１８に当接して止まる。このとき、上側キャビティ６ｂの深さよりも筒状のリング３の長さが長いために、リング３の一部が上側キャビティ６ｂの開口面１９から上方に飛び出した状態でセットされることになる。

次に、透光性樹脂２をキャビティ６内に注入し、下側キャビティ６ａ及び上側キャビティ６ｂを透光性樹脂で満たす。このとき、リング３の上側キャビティ６ｂから飛び出した部分は透光性樹脂２に浸されることはない。

次に、ＬＥＤチップが実装されたリードフレーム４を取り付けたリードフレーム支持体５を樹脂型１の上方から徐々に下降させてリードフレーム４のＬＥＤチップが実装された部分を透光性樹脂２で満たされたキャビティ６内に挿入して透光性樹脂２内に埋設させる。
すると、リードフレーム４ａ、４ｂの夫々に設けられた突出部１３がリング３に設けられたスリット１０の底面２０に当接して止まり、ＬＥＤチップがキャビティ６の深さ方向の予め設定された位置にセットされることになり、ＬＥＤチップのキャビティ６の深さ方向に対する高い位置決め精度を確保することができる。

また、リードフレーム４ａ、４ｂの厚み方向はリードフレーム支持体５とリング３に設けられたスリット１０の２箇所によって固定される。特に、ＬＥＤチップ近傍のリードフレーム４ａ、４ｂに設けられた突出部１３と樹脂型１のキャビティ６に挿入されたリング３のスリット１０とで位置決めが行なわれるため、ＬＥＤチップのリードフレーム４の厚み方向に対する高い位置決め精度を確保することができる。

そして、この状態を樹脂型１とリードフレーム支持体５とを直接的あるいは間接的に固定することによって保持する。なお、リードフレーム４の列方向は樹脂型１とリードフレーム支持体５とを直接的あるいは間接的に固定することによって自動的に位置決めが行なわれるように設定せれており、樹脂型１とリードフレーム支持体５とを直接的あるいは間接的に固定した時点でＬＥＤチップのリードフレーム４の列方向に対する高い位置決め精度を確保することができる。

次に、リードフレーム４がセットされた状態で恒温槽等の加熱装置に入れて透光性樹脂を加熱硬化し、硬化後加熱装置から取り出してリードフレーム４をキャビティ６から引き上げ、リードフレーム４の不要な部分を切断除去してリードフレーム４ａ、４ｂを分離し、ＬＥＤランプが完成する。

なお、キャビティ内に透光性樹脂を注入するタイミングは、キャビティ内にリングを挿入した後でも良いし、キャビティ内にリングを挿入する前に透光性樹脂を注入してその後にリングをキャビティ内に挿入しても良い。

図２はキャビティに透光性樹脂を注入し、リードフレームを樹脂型にセットした状態を示す断面図である。透光性樹脂２が満たされたキャビティ６の深さ方向に対するＬＥＤチップ２１の位置決めは、リードフレーム４ａ、４ｂの夫々に設けられた突出部１３がリング３に設けられたスリット１０の底面２０に当接することによって行なわれている。

また、ＬＥＤチップ２１のリードフレーム４ａ、４ｂの厚み方向に対する位置決めは、リードフレーム支持体５とリング３に設けられたスリット１０の２箇所によって行なわれている。リング３のスリット１０による位置決めは、ＬＥＤチップ２１近傍のリードフレーム４ａ、４ｂに設けられた突出部１３が樹脂型１のキャビティ６に挿入されたリング３のスリット１０に嵌め込まれることによっておこなわれている。

図３は、上記製造工程を経て完成したＬＥＤランプの斜視図である。樹脂型の下側キャビティで成形された透光性樹脂２は、上方に凸状の球面または非球面のレンズ面２２を有する砲弾形に形成されており、下方にはリング３が砲弾形に形成せれた透光性樹脂２と一体化されている。透光性樹脂２はリング３内の途中まで充填されており、リードフレーム４ａ、４ｂの樹脂フィレットの頂点とリング３の端部９との間には距離が確保されている。

図４は本実施形態のＬＥＤランプをプリント基板に実装したときの断面図である。リードフレーム４ａ、４ｂがプリント基板２３のリード孔２４に挿入され、透光性樹脂２と一体となったリング３の端部９がプリント基板２３の部品面２５に接している。この状態でプリント基板２３のハンダ面２７にリードフレーム４ａ、４ｂをハンダ付けすると、リードフレーム４ａ、４ｂの夫々の樹脂フィレットの頂点２６とプリント基板２３の部品面２５との間には距離が確保されていために樹脂フィレットがリード孔２４の開口部を塞ぐことがなく、リード孔２４に残留したフラックスが気化したフラックスガスはリード孔２４の開口部からリング３のスリット１０を介して外部（大気中）に放出される。よって、ハンダ内にブローホールを生じることなくハンダ付けを行なうことができる。

なお、本実施形態では２本のリードフレームで構成されるＬＥＤランプについて説明してきたが、必ずしも２本のリードフレームに限られるものではなく、３本以上のリードフレームで構成されるＬＥＤランプにおいても実施可能である。その場合、一直線上に配置された３本以上のリードフレームのうち、最外側に位置する一対のリードフレームの夫々の外側面のＬＥＤチップが実装された近傍に突出部を設けることによって実現できる。

また、透光性樹脂と一体化するリングは樹脂で形成するのが望ましいが、高反射率を有する樹脂（例えば白色の樹脂）あるいは透光性樹脂よりも低い屈折率を有する樹脂が更に望ましい。それによって、ＬＥＤチップから横方向あるいは斜め横方向に発せられてリングの内側面に至った光が内側面で反射して透光性樹脂のレンズ面に向かうようになり、光の取り出し効率が向上して明るいＬＥＤランプを実現することができる。

以上説明したように、本発明のＬＥＤランプは、透光性樹脂に一体化されたリングに設けられたスリットに、リードフレームのＬＥＤチップが実装された近傍に設けられた突出部を嵌め込んでＬＥＤチップの位置合わせを行なっている。そのため、リードフレームに歪み、撓み、屈曲等が生じている場合でも、従来のＬＥＤランプに比べて透光性樹脂のレンズ面の光軸に対するＬＥＤチップの位置精度が向上（軸ずれが減少）し、その結果、良好な指向特性、光度等の光学特性を実現することができる。

また、ＬＥＤランプをプリント基板に実装するときに、リードフレームの樹脂フィレットの頂点とプリント基板の表面との間には距離が確保されていために樹脂フィレットがリード孔の開口部を塞ぐことがなく、リード孔に残留したフラックスが気化したフラックスガスがリード孔の開口部からリングのスリットを介して外部（大気中）に放出される。その結果、ハンダ内にハンダブローホールが生じることがなくなり、ハンダ不良が減少して信頼性が向上することになる。

また、リングを高反射率を有する樹脂あるいは透光性樹脂よりも低い屈折率を有する樹脂で形成することによってリングの反射効率が向上し、光取り出し効率が高まることによってＬＥＤランプの高輝度化を実現することができる。

更に、ＬＥＤランプを製造するにあたり、従来の製造工程がそのまま使用できるために特別な設備投資が不要であり、大幅なコストアップを伴なわないで優れた効果を奏するＬＥＤランプを実現することができる。

本発明のＬＥＤランプに係わる実施形態の分解図である。 本発明のＬＥＤランプに係わる実施形態の製造工程に於いて、リードレームを樹脂型にセットしたときの断面図である。 本発明のＬＥＤ装置に係わる実施形態を示す斜視図である。 本発明のＬＥＤ装置に係わる実施形態をプリント基板にハンダ付けしたときの断面図である。 従来のＬＥＤランプの断面図である。 従来のＬＥＤランプをプリント基板にハンダ付けしたときの断面図である。

符号の説明

１ 樹脂型
２ 透光性樹脂
３ リング
４ リードフレーム
４ａ 第一のリードフレーム
４ｂ 第二のリードフレーム
５ リードフレーム支持体
６ キャビティ
６ａ 下側キャビティ
６ｂ 上側キャビティ
７ 筒体
８ 連結体
９ 端部
１０ スリット
１１ ボンディングワイヤ
１２ 連結バー
１３ 突出部
１４ スリット
１５ 切断部
１６ 切断部
１７ 下端面
１８ 段差
１９ 開口部
２０ 底面
２１ ＬＥＤチップ
２２ レンズ面
２３ プリント基板
２４ リード孔
２５ 部品面
２６ 樹脂フィレットの頂点
２７ ハンダ面

Claims (5)

1. 一列に、且つ平行に配置された複数本のリードフレームのうちの少なくとも１本以上の前記リードフレームの先端部にＬＥＤチップが実装され、前記ＬＥＤチップを含む前記リードフレームの先端部を封止する透光性樹脂と略筒形状のリングとが一体化されたＬＥＤランプであって、前記複数本のリードフレームのうちの該リードフレームの最外側に位置する一対のリードフレームの夫々の外側面のＬＥＤチップが実装された近傍には突出部が設けられ、前記リングの側壁の対向する位置には一端が開放されて該リングの円周方向に直交する方向に延びる一対のスリットが前記側壁を貫通するように設けられ、前記スリットに前記リードフレームの突出部が挿入されて、該スリットの底面と前記突出部とが接触し、前記透光性樹脂は前記スリット内にも充填されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 前記リング内には透光性樹脂が充填されており、前記リングの前記スリットが開放された端部と前記リング内に充填された透光性樹脂の表面との間に隙間が形成されていること特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記スリットの開放された端部の幅が前記突出部の厚みよりも広いことを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記一対のスリット底面の外周の一部を構成するリング外側辺間の距離が前記一対の突出部の先端部間の距離よりも長いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記リングが、高反射率を有する材料および前記透光性樹脂よりも低屈折率を有する材料のうちのどちらか１つからなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。

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