JP4739842B2 - 表面実装型led - Google Patents

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Description

本発明は表面実装型LED及びその製造方法に関するものであり、詳しくは、光軸が実装面に対して略平行になるような側面発光の実装方法が可能な表面実装型LEDに関する。
従来の表面実装型LEDのうち、特に光軸が実装面に対して平行な方向になるような実装方法(側面発光)が可能なものには、例えば以下のような構成のものがある。それは、図10に示すように、絶縁部材からなる基板50の表面側の対向する両端部に分離・独立した一対の導体パターン51a、51bが形成され、各回路パターン51a、51bは基板50の縁部から側面側を経て裏面側に回り込んだ状態に形成されている。また、基板50の表面側の回路パターン51a、51bは夫々互いに対向するように内側に向かって延びている。
そして、上記構成の回路基板52の内側に延びた導体パターン51a、51bのうち、一方の導体パターン51aの先端部には、はんだ或いは導電性接着剤等の導電部材(図示せず)を介してLEDチップ53が搭載され、LEDチップ53の下側電極と導体パターン51aとの電気的導通が図られている。また、他方の導体パターン51bの先端部には、一方の端部がLEDチップ53の上側電極に接続されたボンディングワイヤ54の他方の端部が接続され、LEDチップ53の上側電極と導体パターン51bとの電気的導通が図られている。
更に、LEDチップ53及びボンディングワイヤ54は透光性樹脂55によって樹脂封止され、LEDチップ53を水分、塵埃及びガス等の外部環境から保護し、且つボンディングワイヤ54を振動及び衝撃等の外力から保護している。また、透光性樹脂55はLEDチップ53の光出射面とによって界面を形成しており、両部材の屈折率差によってLEDチップの光出射面から透光性樹脂55内に導入されるLED光の光取出し効率を向上させる役割も担っている。
上記構成の表面実装型LEDは、実装基板56上に該表面実装型LEDの光軸が実装基板56に対して平行な方向になるように載置され、実装基板56の回路パターン57a、57bの夫々と表面実装型LEDの導体パターン51a、51bの夫々とが、はんだ58接合されて両パターン間の電気的導通が図られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、側面発光が可能な他の構成の表面実装型LEDの例として、以下のようなものも提案されている。それは、リードフレームを光反射性樹脂(例えば、白色樹脂)でインサート成形してパッケージを形成すると共に、パッケージには平坦な内底面と該内底面から立上がって上方開口に向かって外側に開いた内周面とからなる擂鉢状のカップが設けられている。カップの内底面には一対のリードフレームの夫々の一方の端部が露出し、他方の端部がパッケージの対向する側面の夫々から外部に突出している。
そして、パッケージの内底面に露出した一対のリードフレームの一方には導電性部材を介してLEDチップが搭載され、LEDチップの下側電極との電気的導通が図られている。また、他方のリードフレームには一方の端部をLEDチップの上側電極に接続したボンディングワイヤの他方の端部が接続され、LEDチップの上側電極との電気的導通が図られている。
更に、カップ内には透光性樹脂が充填され、LEDチップ及びボンディングワイヤが透光性樹脂によって樹脂封止されている。LEDチップ及びボンディングワイヤを封止する透光性樹脂の役割は上記同様である。
特開2003−188424号公報
ところで、上記側面発光が可能な異なる構成の表面実装型LEDについて光学性能を比較した場合、一般的にはリードフレームを光反射性樹脂でインサート成形して形成したパッケージにLEDチップを搭載した構成の表面実装型LEDの方がLEDチップから発せられた光の利用効率が高く、外部に対する光取出し効率も優れている。
但し、この構成の表面実装型LEDは、主に光学系に係わる樹脂封止の部分と主に実装に係わるパッケージの部分とからなっており、小型化に際してはパッケージの部分で制約が加えられることになる。
また、表面実装型LEDの小型化のためにカップの径を小さくするとカップ内の容積が少なくなり、カップ内に充填する透光性樹脂の充填精度が劣化して透光性樹脂の光出射面の形状にバラツキが生じ、配光特性の再現性が損なわれることになる。
また、LEDチップから発せられた光が透光性樹脂内を導光されて外部に放出される光出射面となるのは、カップ内に充填された透光性樹脂がLEDチップの上方の大気と界面を形成する部分のみであり、外部に対するLED光の放出が比較的狭範囲に限定されるために光学性能としては不十分なものとなってしまう。
更に、カップ内に充填された透光性樹脂がLEDチップの点灯・消灯によって熱膨張・収縮を繰返すと、それによって生じた樹脂の熱応力がカップ内周面でカップ内に閉じ込められてLEDチップ及びボンディングワイヤに向かい、LEDチップの損傷や破壊、ボンディングワイヤの亀裂や切断などの不具合を生じさせる。
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、リードフレームを光反射性樹脂でインサート成形して形成したパッケージにLEDチップを搭載する構成の側面発光が可能な表面実装型LEDに於いて、輝度、配光特性などの光学性能が良好で、封止樹脂の熱応力による不具合の発生が抑制されて信頼性に優れ、且つ小型化が可能な表面実装型LEDを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項に記載された発明は、略平坦な内底面と該内底面から立上がって上方に開口を有する内周面とからなる凹形状のカップを形成した樹脂パッケージの前記カップ内に透光性樹脂が充填された構造体を、前記透光性樹脂を通り前記内底面に略垂直な面で切断した形状の本体を有し、前記本体のカップ内底面に露出した一対のリードフレームの一方に少なくとも1個以上のLEDチップが搭載され、前記本体の切断面に対向する前記樹脂パッケージの背面から外部に突出した前記一対のリードフレームが前記パッケージの背面側から底面側を経て前記本体の切断面側まで回り込んでいることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項に記載された発明は、請求項において、前記本体の切断面側に回り込んだ前記一対のリードフレームが更に延びて前記パッケージの側面側まで回り込んでいることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項に記載された発明は、請求項又はの何れか1項において、前記パッケージを形成する樹脂は、反射性を有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項に記載された発明は、請求項の何れか1項において、前記リードフレームは、少なくとも表面が光反射性を有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項に記載された発明は、請求項何れか1項において、前記カップ内に充填する透光性樹脂は、エポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂であることを特徴とするものある。
また、本発明の請求項に記載された発明は、請求項において、前記透光性樹脂には、LED チップからの光を波長変換する蛍光物質が少なくとも1種類以上混入されていることを特徴とするものである。
本発明の表面実装型LEDでは、リードフレームを介して所定の間隔で連綴された複数の反射性樹脂からなるパッケージの凹形状のカップ内に複数のLEDチップを搭載し、カップ内に透光性樹脂を充填してLEDチップを樹脂封止した。そして、夫々LDチップを包含するように各パッケージの略中央部及び各パッケージを連綴するリードフレームの略中央部でダイシングを施して個々の中間製品を作成し、中間製品から突出したリードフレームにフォーミング加工を施して最終製品を完成させるようにした。
その結果最終製品は、パッケージを2つに分割することによって小型化が実現でき、実装設計及びデザインの自由度を高めることができる。そのうえ、側面発光の実装方向が可能となるために、LEDの利用分野を広げることができる。
また、LEDチップは周囲の半分が光反射性樹脂によるカップの内周面によって囲まれており、LEDチップから発せられた光の一部がパッケージのカップ内周面で反射されて外部に照射されることになり、光取出し効率が高まってLEDの高輝度化が可能となる。
また、パッケージが分割されることによってカップ内に充填された透光性樹脂を囲む障壁の半分が取り除かれ、封止樹脂の熱応力を緩和する部分が存在するために樹脂封止されたLEDチップ及びボンディングワイヤに加わる応力が減少し、製品の信頼性を向上させることができる。
また、LEDチップから発せられる光をLEDチップの上方と側方の2方向から外部に照射することができる。そのため、視認性、配向特性など光学的に優れた性能を発揮するものである。
更に、パッケージを分割する前のカップは比較的大きな開口を有しており、容積も大きいため封止樹脂の充填精度も高くできる。そのため、分割されたLEDのカップ内充填精度も高く、充填量に係わる配光特性もバラツキが少なく、優れた光学性能を有するものである。
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図9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は本発明に係わる第一の実施形態の表面実装型LED(以下、LEDと略称する)の製造工程図である。まず(a)の工程に於いて、少なくとも表面が光反射性を有する多面取りリードフレーム1a、1bを非透光性で光反射性を有する樹脂(例えば、白色樹脂)でインサート成形し、所定の間隔を保った複数のパッケージ2をリードフレーム1a、1bを介して連綴させる。
各パッケージ2には開口を有する凹形状のカップ3が形成されており、カップ3の内底面にはリードフレーム1a、1bの夫々が互いに並設された状態で露出している。カップ3の形状は図1に於いては、カップ3の内底面から略垂直に立上がる内周面4を有する略筒形状としているが、必ずしもこの形状に限られるものではなく、例えば、カップの内底面から立上がって開口に向かって外側に開いた内周面を有する擂鉢状とすることも可能である。
リードフレーム1a、1bは後述するように、実装基板に形成された回路パターンとはんだ接合することによって実装基板上にLEDを固定すると共に、LEDに搭載されたLEDチップに駆動電力を供給する役割を担う電極となるものである。従って、このような機能が効果的に発揮できるようにエッチングやプレスによって最適な形状に形成されている。また、
次に(b)の工程において、各パッケージ2のカップ3内底面に露出したリードフレーム1a、1bの夫々に、はんだ、導電性接着剤などの導電性接合部材(図示せず)を介してLEDチップ5a、5bを搭載(ダイボンディング)し、LEDチップ5a、5bの下側電極とリードフレーム1a、1bとの電気的導通を図る。
この場合、各リードフレーム1a、1bからは夫々内側に向かって伸びるダイボンディングパッドが形成されており、LEDチップ5a、5bをダイボンディングパッド上に搭載することによってLEDチップ5a、5bの位置決め精度を高めるようにしている。
次に(c)の工程に於いて、各LEDチップ5a、5bの上側電極とリードフレーム1b、1aとをボンディングワイヤ6を介して接続(ワイヤボンディング)し、LEDチップ5a、5bの上側電極とリードフレーム1b、1aとの電気的導通を図る。
この場合も、各リードフレーム1a、1bからは夫々内側に向かって伸びるワイヤボンディングパッドが形成されており、ボンディングワイヤ6をワイヤボンディングパッドに接続することによってボンディングワイヤ6の接続(接合)強度を高めるようにしている。
なお、本実施形態のLEDに於いては、各ボンディングパッドに載置するLEDチップの数は何れも1個であるが、必ずしも1個に限定されるものではなく、電流−電圧特性が同一或いは近似したLEDチップ(一般的には同一種類のLEDチップ)であれば2個以上搭載することも可能である。それによってLEDチップの搭載数に応じた高輝度或いは高出力のLEDを実現することができる。
当然、LEDチップの発光光に対する限定はなく、紫外線〜可視光〜赤外線の波長領域内の光を発する全てのLEDチップが対象となる。
次に、(d)の工程に於いて、カップ3内にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂7を充填して硬化し、LEDチップ5a、5b及びボンディングワイヤ6を樹脂封止する。
LEDチップ及びボンディングワイヤを透光性樹脂で樹脂封止するのは、[背景技術]のなかで述べたように、LEDチップを水分、塵埃及びガス等の外部環境から保護し、且つボンディングワイヤを振動及び衝撃等の外力から保護するためである。また、透光性樹脂はLEDチップの光出射面とによって界面を形成しており、両部材の屈折率差によってLEDチップの光出射面から透光性樹脂内に導入されるLED光の光取出し効率を向上させる役割も担っている。
また、透光性樹脂のなかに蛍光物質などの波長変換部材を混入させ、LEDチップから発せられる光の波長と蛍光物質とを適宜に組み合わせることによってLEDチップの光源色以外の種々な色調の光を作り出すことができる。
例えば、LEDチップから発せられる光が青色光の場合、青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する蛍光物質を混入したものを用いることにより、LEDチップから発せられた青色光が蛍光物質を励起することによって波長変換された黄色光と、LEDチップから発せられた青色光との加法混色によって白色光を作り出すことができる。同様に、LEDチップから発せられる光が青色光の場合、青色光に励起されて緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する2種類の蛍光物質を混入したものを用いることにより、LEDチップから発せられた青色光が蛍光物質を励起することによって波長変換された緑色光及び赤色光と、LEDチップから発せられた青色光との加法混色によって白色光を作り出すこともできる。
また、LEDチップから発せられる光が紫外線の場合、紫外線に励起されて青色光、緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する3種類の蛍光物質を混入したものを用いることにより、LEDチップから発せられた紫外線が蛍光物質を励起することによって波長変換された青色光、緑色光及び赤色光の加法混色によって白色光を作り出すこともできる。
更に、LEDチップから発せられる光の波長と蛍光物質とを適宜に組み合わせることによって白色光以外の種々な色調の光を作り出すことができる。
次に、(e)の工程に於いて、並設されたLEDチップ5a、5bを分離するように各パッケージ2の略中央部及び各パッケージ2を連綴するリードフレーム1a、1bの略中央部でダイシングを施し、個々のLEDの中間製品に分割する。
個々に分割されたLEDの中間製品は図2に示すように、1/2に分割された夫々のハウジング2に形成された、同様に1/2に分割されたカップ3内にLEDチップ5a、5bが搭載されて透光性樹脂7で樹脂封止され、リードフレーム1a、1bの夫々の端部側がダイシング面8に対向するハウジング2の背面9から後方に突出している。
図3は、図2に示すLEDの中間製品のリードフレームにフォーミング加工を施し、実装に即するようなLEDの完成品の形状を示したものである。フォーミング加工の形態は、ハウジング2の背面9から後方に突出したリードフレーム1a、1bを背面9に沿って略直角に折り曲げ、背面9側を経て再度略直角に折り曲げて底面10側に回り込ませ、底面10側を経て更に略直角に折り曲げて前面11(ダイシング面8)側に回り込ませている。前面11に回り込んだリードフレーム1a、1bの一部は更に略直角に折り曲げて側面12側に回り込ませている。
図4は本発明に係わる第二の実施形態のLEDを示すものである。本実施形態のLEDは第一の実施形態に対してリードフレーム1a、1bの側面12側に折り曲げる部分を削除し、ハウジング2の背面9から後方に突出したリードフレーム1a、1bを底面10側を経て前面11側にのみ回り込むようにしたものであり、リードフレームの配置以外の構成及び製造工程は第一の実施形態と同様である。
図5及び図6は第一の実施形態のLEDを実装基板に実装したときの状態を示したものであり、図7は第二の実施形態のLEDを実装基板に実装したときの状態を示したものである。
図5に於いては、LEDを、該LEDに搭載されたLEDチップ5の上側光出射面13が実装基板14と平行になるように実装基板14上に配置して、実装基板14に形成された回路パターン15a、15b上にLEDの前面11側及び側面12側に回り込んだリードフレーム1a、1bの夫々が位置するように位置決めを行い、リードフレーム1a、1bと回路パターン15a、15bとをはんだ接合して固定及び電気的導通を図っている。
この場合、実装基板14の回路パターン15a、15bに対するLEDのリードフレーム1a、1bのはんだ接合面はLEDの前面11側及び側面12側に回り込んだ2つの面となり、回路パターン15a、15bの夫々とこれら2つの面によってはんだ接合が行なわれ、はんだフィレット16が形成される。
従って、実装基板上にLEDが強力な接合強度によって実装されることになり、振動或いは衝撃などの外力が加わっても実装上の不具合を生じない高い信頼性を確保することができる。
また、実装基板14上に実装されたLEDは、LEDチップ5の上面光出射面13から出射した光をカップ3内に充填された透光性樹脂7のLEDチップ5の上方の大気との界面17を介して実装基板14に垂直な方向に、LEDチップ5の端面光出射面18から出射した光をカップ3内に充填された透光性樹脂7のダイシング面8を介して実装基板14に平行な方向に外部照射するようにしている。従って、2つの光出射面から異なる方向に外部照射することができるために、視認性、配向特性など光学的に優れた性能を発揮するものである。
但し、LEDチップ5の端面光出射面18から出射される光量は上面光出射面13から出射する光量に比べて少ないため、LEDの主光照射方向は実装基板14に対して垂直な方向となる。
図6はLEDを図5とは異なる方向で実装した状態を示したものであり、LEDチップ5の上面光出射面13から出射した光のみを実装基板14に水平な方向に外部照射するようにしている。実装基板14の回路パターン15a、15bに対するLEDのリードフレーム1a、1bのはんだ接合面は主に側面12側に回り込んだ面となり、回路パターン15a、15bとリードフレーム1a、1bの側面12側に回り込んだ面によってはんだ接合が行なわれ、はんだフィレット16が形成される。
このような実装方法は、側面発光として用いられた場合を示しており、例えば、液晶パネルの下方に配置して液晶パネルを照明するバックライトユニットに於いて、バックライトユニットを構成する導光板の端面から導光板内にLED光を入射させる場合などの用途に用いられる。
このとき、LEDの高さが導光板の厚みよりも高くなるとバックライトユニットの厚みも厚くなり、液晶表示装置の薄型の特徴が損なわれることになる。それに対し、本発明のLEDはLEDチップを実装したパッケージを2分割しているため、このような実装方法でも高さを低く抑制することができ、バックライトユニットの厚みの自由度に影響を与えることがない。
図7に示すLEDの実装状態は、図5で示した実装状態に対して、リードフレーム1a、1bの側面12側に回り込む部分が削除されて、はんだ接合部が少なくなっていること以外は光学的性能を含めて同じである。
なお、上述した本発明の表面実装型LEDの製造方法において、パッケージに形成されたカップの内底面に搭載する2つのLEDチップ5a、5bは、図8に示すように、内底面に露出したリードフレーム1a、1bの夫々のリードフレーム1a、1b上に1個づつ搭載した。そうすることにより、ダイシング、フォーミングなどのその後の工程を経た完成品は、リードフレーム1a,1bの夫々とLEDチップ5a、5bの上側電極及び下側電極との接続関係が全て一致する。そこで、LEDチップの上側電極と下側電極の電極構成(アノード、カソード)が同一のLEDチップを搭載すると、完成品はリードフレームとLEDの極性が全て一致することになる。従って、色調が同一のLEDチップ(一般的には同一種類のLEDチップ)或いは色調が異なっても上側電極と下側電極の電極構成が同一のLEDチップを搭載したLEDを製造する場合に有効な方法である。
一方、図9に示すようなリードフレーム1a、1bのうち、例えば一方のリードフレーム1a上に2つのLEDチップ5a、5bを搭載する方法も可能である。この場合、LEDチップの上側電極と下側電極の電極構成が異なるLEDチップを搭載することにより、完成品はリードフレームとLEDの極性が全て一致することになる。従って、夫々電極構成の異なるLEDチップを搭載した2種類のLEDを同時に製造する場合に有効な方法である。
但し、上記LEDチップの配置は、全てのLEDに関してリードフレームとLEDの極性を統一することを前提にしている。もし、この前提を考慮する必要がないとすれば、必要に応じて適宜LEDチップの種類とその配置との関係を決定すればよい。
ここで、本発明の表面実装型LED及びその製造方法の効果について説明する。本発明はリードフレームを樹脂でインサート成形してリードフレームを介して連綴された複数のパッケージを形成した。そして、各パッケージに形成されたカップの内底面に露出したリードフレーム上に複数のLEDチップを搭載し、カップ内に透光性樹脂を充填してLEDチップ等を樹脂封止した。その後、夫々少なくとも1個以上のLEDチップを包含するように各パッケージの略中央部及び各パッケージを連綴するリードフレームの略中央部でダイシングを施し、分割された中間製品のリードフレームにフォーミング加工を施して表面実装型LEDを完成させるようにした。
その結果、パッケージを2つに分割することによって小型化が実現でき、実装設計及びデザインの自由度を高めることができる。そのうえ、側面発光の実装方向が可能となるために、LEDの利用分野を広げることができる。
また、LEDチップは周囲の半分が光反射性樹脂によるカップの内周面によって囲まれており、LEDチップから発せられた光の一部がパッケージのカップ内周面で反射されて外部に照射されることになり、光取出し効率が高まってLEDの高輝度化が可能となる。
また、LEDチップが実装されるリードフレームの表面も光反射性を有しており、パッケージ同様、光取出し効率の向上に寄与するものである。
また、パッケージが分割されることによってカップ内に充填された透光性樹脂を囲む障壁の半分が取り除かれ、封止樹脂の熱応力を緩和する部分が存在するために樹脂封止されたLEDチップ及びボンディングワイヤに加わる応力が減少し、製品の信頼性を向上させることができる。
また、LEDチップから発せられる光をLEDチップの上方と側方の2方向から外部に照射することができる。そのため、視認性、配向特性など光学的に優れた性能を発揮するものである。
更に、パッケージを分割する前のカップは比較的大きな開口を有しており、容積も大きいため封止樹脂の充填精度も高くできる。そのため、分割されたLEDのカップ内充填精度も高く、充填量に係わる配光特性もバラツキが少なく、優れた光学性能を有するものである。
本発明に係わる第一の実施形態の表面実装型LEDの製造工程図である。 本発明に係わる第一の実施形態の表面実装型LEDの製造工程に於ける中間製品の斜視図である。 本発明に係わる第一の実施形態の表面実装型LEDの斜視図である。 本発明に係わる第二の実施形態の表面実装型LEDの斜視図である。 本発明に係わる第一の実施形態の表面実装型LEDの実装方法を示す斜視図である。 本発明に係わる第一の実施形態の表面実装型LEDの他の実装方法を示す斜視図である。 本発明に係わる第二の実施形態の表面実装型LEDの実装方法を示す斜視図である。 本発明に係わる表面実装型LEDの製造工程に於けるLEDチップの搭載状態を示す平面図である。 本発明に係わる表面実装型LEDの製造工程に於けるLEDチップの他の搭載状態を示す平面図である。 従来の表面実装型LEDの実装方法を示す斜視図である。
符号の説明
1a、1b リードフレーム
2 パッケージ
3 カップ
4 内周面
5、5a、5b LEDチップ
6 ボンディングワイヤ
7 透光性樹脂
8 ダイシング面
9 背面
10 底面
11 前面
12 側面
13 上面光出射面
14 実装基板
15a、15b 回路パターン
16 はんだフィレット
17 界面
18 端面光出射面

Claims (6)

  1. 略平坦な内底面と該内底面から立上がって上方に開口を有する内周面とからなる凹形状のカップを形成した樹脂パッケージの前記カップ内に透光性樹脂が充填された構造体を、前記透光性樹脂を通り前記内底面に略垂直な面で切断した形状の本体を有し、前記本体のカップ内底面に露出した一対のリードフレームの一方に少なくとも1個以上のLEDチップが搭載され、前記本体の切断面に対向する前記樹脂パッケージの背面から外部に突出した前記一対のリードフレームが前記パッケージの背面側から底面側を経て前記本体の切断面側まで回り込んでいることを特徴とする表面実装型LED。
  2. 請求項において、前記本体の切断面側に回り込んだ前記一対のリードフレームが更に延びて前記パッケージの側面側まで回り込んでいることを特徴とする請求項に記載の表面実装型LED。
  3. 前記パッケージを形成する樹脂は、反射性を有することを特徴とする請求項又はの何れか1項に記載の表面実装型LED。
  4. 前記リードフレームは、少なくとも表面が光反射性を有することを特徴とする請求項の何れか1項に記載の表面実装型LED。
  5. 前記カップ内に充填する透光性樹脂は、エポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項何れか1項に記載の表面実装型LED。
  6. 前記透光性樹脂には、LED チップからの光を波長変換する蛍光物質が少なくとも1種類以上混入されていることを特徴とする請求項に記載の表面実装型LED。
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