JP4882284B2 - Ｌｅｄ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度発光が可能で放熱性が要求されるＬＥＤ装置およびその製造方法に関するものである。

近年、この種のＬＥＤ装置においては、高輝度化したＬＥＤチップが開発され、これまでの携帯電話機等のテンキー照明やスポット的な照明の使用にとどまらず、屋外や屋内の各種ディスプレイ、交通や鉄道等の信号機、各種インジケータや液晶表示のバックライトやさらには照明自体として利用され始めてきており、より高い放熱性が要求されるようになっている。従来のＬＥＤ装置は、貫通孔が設けられたステンレス基板と、上面にＬＥＤチップを搭載する凹部が設けられ、中央部の外周面に突起が形成された鋼板からなる反射体とを備え、反射体を貫通孔に嵌合させ突起を貫通孔の内壁に喰い込ませることにより反射体を貫通孔に取り付けてＬＥＤ装置を形成するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３５０１９号公報（段落「００１７」、図３）

上述した従来のＬＥＤ装置においては、貫通孔と反射体との間に反射体を貫通孔内に挿入するためのクリアランスが設けられており、このクリアランスの上端が開口しているため、封止樹脂によってＬＥＤチップが搭載された反射体を封止する際に、このクリアランス内に封止樹脂が浸入し易い。クリアランス内に封止樹脂が浸入すると、浸入した封止樹脂が硬化することによって、反射体と貫通孔との間の密着性が悪化したり、内部に亀裂が発生したりして、反射体の取付不良が発生するという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、反射体の取付不良を低減させたＬＥＤ装置およびその製造方法を提供するところにある。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、貫通孔が設けられめっき膜が形成された配線板と、前記貫通孔に嵌合しＬＥＤチップが搭載される凹部を有する金属製の反射体と、この反射体の凹部に搭載されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップと前記配線板とを電気的に接続するワイヤーと、これらＬＥＤチップおよびワイヤーを封止する封止樹脂とを備えたＬＥＤ装置において、前記反射体は、上端部に鍔を有し、下端部の少なくとも一部に前記貫通孔の孔径よりも径方向に膨出した膨出部を有する柱状に形成され、かつ前記鍔の厚みを除いた高さが前記配線板の厚みより大きく形成され、前記反射体の鍔と前記貫通孔の上端縁との間、および前記反射体の膨出部と前記貫通孔の下端縁との間に、前記めっき膜によって形成した金属層が介在している。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記反射体の凹部を前記配線板の上面より低い位置に位置付けたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記反射体をアルミニムまたはアルミニウム合金によって形成し、前記凹部を裁頭錐台状に形成し、表面を鏡面処理したものである。

請求項４に係る発明は、両面銅張積層板に貫通孔を形成しめっき膜を形成する工程と、ＬＥＤチップを搭載する凹部を有し、この凹部の外周縁に鍔が設けられ前記配線板の厚みよりも大きい高さを有する柱状で金属製の反射体を形成する工程と、前記反射体を前記貫通孔に嵌合させ、前記鍔を前記貫通孔の上端縁に押し付けた状態で、前記反射体の下端部を前記貫通孔の下端縁にかしめることにより、前記反射体の鍔と前記貫通孔の上端縁との間、および前記反射体の膨出部と前記貫通孔の下端縁との間に、前記めっき膜によって形成した金属層を介在させる工程と、前記凹部にＬＥＤチップを搭載する工程と、前記凹部にＬＥＤチップを搭載したＬＥＤチップと前記配線板との間をワイヤーによって電気的に接続する工程と、これらＬＥＤチップおよびワイヤーを封止樹脂によって封止する工程とを備えた方法である。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記かしめる工程により、前記反射体の下端部の少なくとも一部を前記貫通孔の孔径よりも大きく膨出させ、前記反射体の中央部の外周面を前記貫通孔の周面に密着させるように膨出させる方法である。

請求項６に係る発明は、請求項４または５に係る発明において、前記配線板に前記貫通孔を格子状に複数形成する工程と、前記配線板の前記貫通孔の周囲に前記ワイヤーが電気的に接続される端子部と導通する複数のスルーホールを形成する工程と、これらスルーホール上で切断することにより単一のＬＥＤ装置を形成する工程とを備えた方法である。

請求項１に係る発明によれば、反射体の上端部に配線板の貫通孔の上端縁を覆う鍔を設けたことにより、この鍔によって封止樹脂の反射体と貫通孔との間のクリアランス内への浸入を阻止する。このため、クリアランス内に浸入した封止樹脂の硬化に起因する反射体の取付不良を防止することができる。また、反射体の下端部に貫通孔の孔径よりも大きい膨出部を設けたことにより、この膨出部と鍔とによって反射体の貫通孔からの抜けを規制することができる。また、反射体を柱状に形成したことにより、板状部材によって形成した場合と比較して熱を伝導させるための体積が増大するから放熱性が向上する。

請求項２に係る発明によれば、凹部に搭載されるＬＥＤチップを配線板の上面から突出させないように実装することができるため、ＬＥＤ装置の薄型化を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、反射効率を高めるために凹部の表面にめっき処理を施す工程を省略することができるから製造コストの低減を図ることができる。

請求項４に係る発明によれば、反射体の鍔を貫通孔の上端縁に押し付けた状態で、反射体の下端部を貫通孔の下端縁にかしめることにより、反射体の上・下端部が貫通孔の上・下端縁に密着した状態で取り付けられる。このため、反射体が貫通孔に強固に取り付けられるから反射体の取付不良を防止することができる。また、反射体に予め設けられた鍔を貫通孔の上端縁に押し付けた状態で、反射体の下端部を貫通孔の下端縁にかしめるから、反射体の上・下端縁を折り返し鍔を形成することにより反射体を貫通孔に取り付ける、いわゆるはとめ加工と比較して、鍔に残留応力が発生しないから歩留まりを向上させることもできる。

請求項５に係る発明によれば、反射体の下端部をかしめることにより、反射体の中央部の外周面を膨出させ貫通孔の周面に密着させるようにしたことにより、反射体の回り止めがなされる。このため、反射体が貫通孔により強固に取り付けられるから、より取付不良を低減することができる。

請求項６に係る発明によれば、大盤の配線板によって一度に多数のＬＥＤ装置を製造することが可能なため量産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係るＬＥＤ装置に使用されるプリント配線板の全体を示す平面図、図２は同じくプリント配線板の製造方法を説明するための断面図、図３は同じくＬＥＤ装置用反射体の製造方法を説明するための断面図、図４は同じくＬＥＤ装置用反射体を示し、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図、図５ないし図７は同じくＬＥＤ装置の製造方法を説明するための断面図、図８は同じくＬＥＤ装置を示し、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は断面図である。

先ず、図１および図２を用いて本発明に係るＬＥＤ装置の中間部材としてのプリント配線板の製造方法について説明する。図２（Ａ）において、１は絶縁基板２の両面に銅箔３，３が張り付けられた大盤の両面銅張積層板である。この両面銅張積層板１にドリルによって、同図（Ｂ）および図１に示すように、径がＲ１に形成され、格子状に配列した２０個の第１の貫通孔４の孔開け加工を行う。

次いで、これら第１の貫通孔４を囲むように、それぞれの貫通孔４の周囲に１２個ずつ配置される小径の第２の貫通孔５の孔開け加工を行い、１枚の両面銅張積層板１全体に２４０個の第２の貫通孔５を形成する。これら２４０個の第２の貫通孔５のうちの半数は、図１に示すように、プリント配線板１２の第１の貫通孔４を挟み互いに平行な直線Ｌ１上に位置付けられ、残りの半数は第１の貫通孔４を挟み直線Ｌ１と直交する直線Ｌ２上に位置付けられている。

次いで、この両面銅張積層板１に、図２（Ｃ）に示すように、電解銅めっきによるパネルめっきを行い、銅箔３，３上ならびに第１および第２の貫通孔４，５の孔壁にめっき膜６を形成する。さらに、同図（Ｄ）に示すように、エッチングによって回路を形成し、第１の貫通孔４の上・下端縁に反射体２２を実装する上側実装部７Ａと下側実装部７Ｂを形成する。同時に、上側実装部７Ａから離間した部位にワイヤーボンディング用の端子部８を形成し、この端子部８と導通するスルーホール９を形成する。

同図（Ｅ）において、不要な回路上にソルダーレジスト１０を塗布する。次いで、同図（Ｆ）に示すように、上側・下側実装部７Ａ，７Ｂ上および端子部８上ならびにスルーホール９上にニッケルと金による貴金属めっき１１を行い、厚みＴ１のプリント配線板１２を形成する。

次に、図３を用いてＬＥＤ装置用反射体の製造方法を説明する。同図（Ａ）に符号１５で示すものは、アルミニウム合金からなる平板状の母材であって、この母材１５の表面に反射面形成用パンチ１６によって押し込み加工を行い、母材１５の表面に後述するＬＥＤチップ３０を搭載する裁頭円錐台状の凹部１７を形成する。このとき、反射面形成用パンチ１６によって凹部１７の表面に鏡面処理を併せて行う。このように、凹部１７を形成するときに同時に凹部１７の反射率を向上させる鏡面処理を行うようにしたことにより、反射率を向上させるためのめっき処理の工程が不要になるため、製造コストを低減することができる。なお、上記鏡面処理は、特別な表面処理を行う必要はなく、反射面形成用パンチ１６の加工面を鏡面仕上げにしておくだけでよい。

次いで、同図（Ｂ）に示すように、抜きパンチ１８によって凹部１７の外径Ｒ２と同じ径、すなわち凹部１７を含む円柱状部材１９を打ち抜く。しかる後、この円柱状部材１９を、同図（Ｃ）に示すように成型用ダイ２０と成型用パンチ２１とによって、成形をすると同時に凹部１７の外周縁に鍔２３を形成する塑性加工を行うことによってＬＥＤ装置用反射体（以下、単に反射体という）２２を形成する。このように、凹部１７の形成工程および母材１５からの円柱状部材１９の打ち抜き工程ならびに鍔２３を形成する工程をいずれもプレス加工によって行うことができるため、安価な金型を使用することができるから製造コストの低減を図ることができ、量産性を向上させることもできる。

このように形成される反射体２２は、図４に示すように、偏平な略円柱状に形成され、鍔２３の厚みを除いた高さＴ２は、上記したプリント配線板１２の厚みＴ１よりもやや大きく形成され、鍔２３の径方向への突出量を除いた径Ｒ３は、上記したプリント配線板１２の第１の貫通孔４の径Ｒ１よりもわずかに小さく形成されている。凹部１７はＬＥＤチップ３０を搭載する底面１７ａと、搭載されたＬＥＤチップ３０から発光した光を反射するテーパー状の側面１７ｂとによって形成されている。

次に、図５ないし図８を用いて、ＬＥＤ装置の製造方法について説明する。図５（Ａ）に示すように、２０個の反射体２２（同図においては１個の反射体２２のみを図示）を、プリント配線板１２の第１の貫通孔４のそれぞれに嵌合する。第１の貫通孔４に嵌合された反射体２２は、同図（Ｂ）に示すように、鍔２３が第１の貫通孔４の上端縁４ｂに載置される。載置された反射体２２の中央部の外周面２２ａと、第１の貫通孔４の内周面４ａとの間にクリアランスδが形成され、下端部２２ｂが第１の貫通孔４から長さＴ３だけ突出している。

図６（Ａ）において、２５はプリント配線板１２を支承する押え部材であって、上下動自在に支持され、かしめパンチ２６が摺動可能な孔２５ａが設けられている。かしめパンチ２６の上端面には、リング状に形成されたかしめ用凸部２６ａが一体に突設されており、このかしめ用凸部２６の内径Ｒ４は、上記した反射体２２の径Ｒ３よりもやや小さく形成されている。２７はかしめ受けパンチであって、下端面には、反射体２２の凹部１７と同じ形状に形成された凸部２７ａと、鍔２３を押え付ける押え部２７ｂとが設けられている。

このような構成において、かしめ受けパンチ２７を下降させ、同図（Ｂ）に示すように、凸部２７ａを反射体２２の凹部１７に当接させ、押え部２７ｂによって鍔２３を第１の貫通孔４の上端縁４ｂに押し付けることにより、プリント配線１２を反射体２２の鍔２３介してかしめ受けパンチ２７と押え部材２７とによって挟持する。さらに、かしめ受けパンチ２７を下降させると、図７（Ａ）に示すように、かしめパンチ２６のかしめ用凸部２６ａが反射体２２の下端部２２ｂに当接する。

したがって、さらにかしめ受けパンチ２７を下降させることにより、押え部２７ｂによって鍔２３を第１の貫通孔４の上端縁４ｂに押し付けた状態で、かしめ用凸部２６ａによって反射体２２の下端部２２ｂが第１の貫通孔４の下端縁４ｃにかしめられる。このかしめ加工によって、同図（Ｂ）に示すように、反射体２２の中央部の外周面２２ａがプリント配線板１２の面方向（矢印Ａ−Ｂ方向）へ膨出され、外周面２２ａが第１の貫通孔４の内周面４ｂに密着する。同時に、反射体２２の下端部２２ｂの外周部が矢印Ａ−Ｂ方向へ膨出し、第１の貫通孔４の径Ｒ１よりも大きく径方向に膨出し、リング状の膨出部２２ｃが形成される。

このように、反射体２２の鍔２３を第１の貫通孔４の上端縁４ｂに押し付けた状態で、反射体２２の下端部２２ｂを第１の貫通孔４の下端縁４ｃにかしめることにより、反射体２２の鍔２３と下端部２２ｂとが第１の貫通孔４の上・下端縁４ｂ，４ｃに密着した状態で取り付けられる。このため、反射体２２が第１の貫通孔４に強固に取り付けられるから反射体２２の取付不良を防止することができる。また、反射体２２に予め設けられた鍔２３を第１の貫通孔４の上端縁４ｂに押し付けた状態で、反射体２２の下端部２２ｂを第１の貫通孔４の下端縁４ｃにかしめるから、反射体２２の上・下端縁を折り返し鍔を形成することにより反射体２２を第１の貫通孔４に取り付ける、いわゆるはとめ加工と比較して、鍔２３に残留応力が発生しないから歩留まりを向上させることもできる。

また、反射体２２の下端部２２ｂをかしめることにより、反射体２２の中央部の外周面２２ａを膨出させ第１の貫通孔４の周面４ａに密着させるようにしたことにより、反射体２２の回り止めがなされる。このため、反射体２２が第１の貫通孔４により強固に取り付けられるから、より取付不良を低減することができる。また、反射体２２の下端部２２ｂに第１の貫通孔４の径Ｒ１よりも大きい膨出部２２ｃを設けたことにより、この膨出部２２ｃと鍔２３とによって反射体２２の第１の貫通孔４からの抜けを規制することができる。また、かしめるときに反射体２２の鍔２３が押し付けられる第１の貫通孔４の上端縁４ｂと鍔２３との間に、めっきによって形成された金属層からなる上側実装部７Ａを介在させ、反射体２２の膨出部２２ｃと第１の貫通孔４の下端縁４ｃとの間に、めっきによって形成された金属層からなる下側実装部７Ｂを介在させている。このように、金属層を介在させていることにより、かしめる際に金属層によって強度的に補強された状態で行えるため、かしめ強度が向上するから反射体２２が第１の貫通孔４に強固に取り付けられる。

このようにプリント配線板１２の第１の貫通孔４に固定された反射体２２の凹部１７の底面１７ａ上に、図８に示すようにＬＥＤチップ３０をダイボンディングによって接合し、ＬＥＤチップ３０の金属細線（ワイヤー）３１をプリント配線板１２の端子部８にワイヤーボンディングによって電気的に接続する。次いで、ＬＥＤチップ３０および金属細線３１ならびにプリント配線板１２の端子部８を透明なモールド樹脂３２によって樹脂封止する。

このとき、反射体２２の上端面に、第１の貫通孔４の上端縁４ｂに密着する鍔２３が設けられているため、封止樹脂３２が反射体２２の中央部の外周面２２ａと第１の貫通孔４の内周面４ａとの間に浸入するのを阻止することができる。このため、クリアランス内に浸入した封止樹脂の硬化に起因する反射体２２の取付不良を防止することができる。

次いで、反射体２２を介してＬＥＤチップ３０が実装されたプリント配線板１２を、図１に示すように、直線Ｌ１，Ｌ２に沿ってダイシング加工によって切断することにより、１個単位としたＬＥＤ装置３３を形成する。このとき、ＬＥＤ装置３３の側面と下面とに、端子部８と導通している側面端子部９Ａと下面端子部９Ｂとが形成される。このように、大盤のプリント配線板１２によって一度に多数のＬＥＤ装置３３を製造することが可能なため量産性を向上させることができる。また、反射体２２を円柱状に形成したことにより、薄板によって形成した場合と比較して熱を伝導させるための体積が増大するから放熱性が向上する。また、反射体２２の凹部１７がプリント配線板１２の上面より低い位置に位置付けられているため、凹部１７に搭載されるＬＥＤチップ３０をプリント配線板１２の上面から突出させないように実装することができるため、ＬＥＤ装置３３の薄型化を図ることができる。

図９は反射体のかしめ方法の変形例を示し、同図（Ａ）は反射体の縦断面図、同図（Ｂ）は底面図である。この変形例においては、反射体２２の下端部２２ｂの表面全体に多数の微細な凹凸を形成するようにしてかしめたものであって、多数の凹凸によって表面積を増やし反射体２２における放熱効率が向上する。

図１０は同じく反射体のかしめ方法の変形例を示し、同図（Ａ）は反射体の縦断面図、同図（Ｂ）は底面図である。この変形例においては、反射体２２の下端部２２ｂの中央部２２ｄをかしめパンチによって押し込むことにより、下端部２２ｂの外周部全体に膨出部２２ｃを形成したものである。

図１１は同じく反射体のかしめ方法の変形例を示し、同図（Ａ）は反射体の縦断面図、同図（Ｂ）は底面図である。この変形例においては、反射体２２の下端部２２ｂの周部の４箇所をかしめパンチによって押し込むことにより、下端部２２ｂの外周部の４箇所に膨出部２２ｃを形成したものである。このように、下端部２２ｂの外周部に部分的に複数の膨出部２２ｃを形成することにより、第１の貫通孔４に対する反射体２２の回り止めの効果がある。

なお、本実施の形態においては、反射体２２を円柱状に形成したが、角柱状に形成してもよく、その場合には反射体２２をプリント配線板１２の第１の貫通孔４に嵌合させるだけで、反射体２２の回り止めがなされる。また、反射体２２の凹部１７の表面に反射率を高めるために鏡面処理を行うようにしたが、鏡面処理を行わずにめっき処理を適宜施すようにしてもよい。また、反射体２２をプリント配線板１２の第１の貫通孔４に取り付けるのに、反射体２２の下端部２２ｂを第１の貫通孔４の下端縁４ｃにかしめることにより取り付けたが、反射体２２の下端部２２ｂを第１の貫通孔４の下端縁４ｃにかしめることなく、鍔２３を第１の貫通孔４の上端縁４ｂに超音波溶接によって取り付けるようにしてもよい。また、凹部１７の側面１７ｂをテーパー状に形成したが、凹面鏡状に形成してもよい。

本発明に係るＬＥＤ装置に使用されるプリント配線板の全体を示す平面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置に使用されるプリント配線板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置用反射体の製造方法を説明するための断面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置用反射体を示し、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置を示し、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は断面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置における反射体のかしめ方法の変形例を示し、同図（Ａ）は反射体の縦断面図、同図（Ｂ）は底面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置における反射体のかしめ方法の変形例を示し、同図（Ａ）は反射体の縦断面図、同図（Ｂ）は底面図である。 本発明に係るＬＥＤ装置における反射体のかしめ方法の変形例を示し、同図（Ａ）は反射体の縦断面図、同図（Ｂ）は底面図である。

符号の説明

４…第１の貫通孔、４ａ…周面、４ｂ…上端縁、４ｃ…下端縁、８…端子部、９…スルーホール、１５…母材、１７…凹部、２２…ＬＥＤ装置用反射体、２２ａ…外周面、２２ｂ…下端部、２２ｃ…膨出部、２３…鍔、３０…ＬＥＤチップ、３１…金属細線（ワイヤー）、３２…封止樹脂、３３…ＬＥＤ装置。

Claims (6)

1. 貫通孔が設けられめっき膜が形成された配線板と、前記貫通孔に嵌合しＬＥＤチップが搭載される凹部を有する金属製の反射体と、この反射体の凹部に搭載されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップと前記配線板とを電気的に接続するワイヤーと、これらＬＥＤチップおよびワイヤーを封止する封止樹脂とを備えたＬＥＤ装置において、
   前記反射体は、上端部に鍔を有し、下端部の少なくとも一部に前記貫通孔の孔径よりも径方向に膨出した膨出部を有する柱状に形成され、かつ前記鍔の厚みを除いた高さが前記配線板の厚みより大きく形成され、
   前記反射体の鍔と前記貫通孔の上端縁との間、および前記反射体の膨出部と前記貫通孔の下端縁との間に、前記めっき膜によって形成した金属層が介在していることを特徴とするＬＥＤ装置。
2. 請求項１記載のＬＥＤ装置において、
   前記反射体の凹部が前記配線板の上面より低い位置に位置付けられていることを特徴とするＬＥＤ装置。
3. 請求項１または２記載のＬＥＤ装置において、
   前記反射体がアルミニムまたはアルミニウム合金によって形成され、前記凹部が裁頭錐台状に形成され、表面が鏡面処理されていることを特徴とするＬＥＤ装置。
4. 両面銅張積層板に貫通孔を形成しめっき膜を形成する工程と、ＬＥＤチップを搭載する凹部を有し、この凹部の外周縁に鍔が設けられ前記配線板の厚みよりも大きい高さを有する柱状で金属製の反射体を形成する工程と、前記反射体を前記貫通孔に嵌合させ、前記鍔を前記貫通孔の上端縁に押し付けた状態で、前記反射体の下端部を前記貫通孔の下端縁にかしめることにより、前記反射体の鍔と前記貫通孔の上端縁との間、および前記反射体の膨出部と前記貫通孔の下端縁との間に、前記めっき膜によって形成した金属層を介在させる工程と、前記凹部にＬＥＤチップを搭載する工程と、前記凹部にＬＥＤチップを搭載したＬＥＤチップと前記配線板との間をワイヤーによって電気的に接続する工程と、これらＬＥＤチップおよびワイヤーを封止樹脂によって封止する工程とを備えていることを特徴とするＬＥＤ装置の製造方法。
5. 請求項４記載のＬＥＤ装置の製造方法において、
   前記かしめる工程により、前記反射体の下端部の少なくとも一部を前記貫通孔の孔径よりも大きく膨出させ、前記反射体の中央部の外周面を前記貫通孔の周面に密着させるように膨出させることを特徴とするＬＥＤ装置の製造方法。
6. 請求項４または５記載のＬＥＤ装置の製造方法において、
   前記配線板に前記貫通孔を格子状に複数形成する工程と、前記配線板の前記貫通孔の周囲に前記ワイヤーが電気的に接続される端子部を有する複数のスルーホールを形成する工程と、これらスルーホール上を切断することにより単一のＬＥＤ装置を形成する工程とを備えたことを特徴とするＬＥＤ装置の製造方法。

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