JP4934352B2 - 高出力ｌｅｄパッケージおよび高出力ｌｅｄパッケージ製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高出力ＬＥＤパッケージおよび高出力ＬＥＤパッケージ製造方法に関する。より詳しくはフレーム部と放熱部とを一体にした構造でありながら、発光源の位置をモールド部の上面より高く配置して光源の固有指向角を最大限に活用し、光効率を向上させた高出力ＬＥＤパッケージとそれを製造する方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の光半導体から成るＰＮ接合ダイオード（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉｏｄｅ）であり、電流が流された場合に、電気エネルギーを光エネルギーに変換して光を発する半導体素子である。
このようなＬＥＤから出射される光の領域はレッド（６３０ｎｍ〜７００ｎｍ）からブルーＶｉｏｌｅｔ（４００ｎｍ）まであり、ブルー、グリーン及びホワイトまでが含まれる。また、ＬＥＤは白熱電球と蛍光灯のような既存の光源に比べて低電力消費、高効率、長期間動作寿命等の長所を有しており、その需要は持続的に増加している。
近年、ＬＥＤはモバイル端末機の小型照明から室内外の一般照明、自動車照明、大型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用バックライト（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）まで、その適用範囲が漸次に拡大されている。
電流印加時に発する光の強さに比例して発光源である半導体素子に印加される電力は増加するが、電力消費の大きい高出力ＬＥＤは、発光時に発生する熱によって半導体素子及びパッケージ自体が劣化することを防止する目的で、放熱構造を有する場合が多い。
図６ａは、従来の高出力ＬＥＤパッケージの本体中央の縦断面を示す斜視図である。また、図６ｂは、従来の高出力ＬＥＤパッケージが基板上に組み立てられた様子を示す縦断面図である。これらの図に示すように、ＬＥＤパッケージ１０は、発光源である半導体素子１１と、これを上面の中央に搭載する放熱体１２とを備える。
半導体素子１１は、外部電源に連結して電流を流すことができるように複数本の金属製のワイヤ１３を介して、複数のリードフレーム１４に電気的に接続される。
放熱体１２は、半導体素子１１の発光時に発生する熱を外部へ放出して半導体素子１１を冷却する。このため、熱伝導性に優れた素材から成る接着手段１２ａを介して基板１９上に装着される。
リードフレーム１４は、成形時に組立孔１５ａを貫通形成するモールド部１５に一体で具備され、本体中央に放熱体１２を挿入して組み立てることができる。また、ワイヤ１３とワイヤボンディングできるように、リードフレーム１４の一端はモールド部１５から露出する。更に、リードフレーム１４の他端はパッド１４ａを介して、基板１９上に印刷されたパターン回路１９ａと電気的に連結される。
モールド部１５の上面には、半導体素子１１の発光時に発生した光を外部へ広く拡散させるレンズ１６が装着される。また、モールド部１５とレンズ１６との間の空間には、半導体素子１１およびワイヤ１３を保護しながら、発光された光をそのまま投射させるよう透明なシリコン樹脂から成る充填剤１７が満たされる。
このような構造を持つ従来のＬＥＤパッケージ１０は、リードフレーム１４をモールド部に位置付け射出成形工程において、モールド部１５の本体中央に放熱体１２を挿入して組立てるための組立孔１５ａを形成しなければならない。また組立工程上、組立孔１５ａに放熱体１２を挿入して組み立てる工程が伴う。このため、工程が複雑で完全自動化が困難であり、作業生産性を低下させ、パッケージの体積が大きくなるという問題点があった。
また、半導体素子１１が搭載される放熱体１２の上面には、発光された光を前方に集中して照射できるように反射物質が表面に塗布され、また、下方へ陥没した凹形でコップ状の反射部１８が形成される。
上記のような構造では、半導体素子１１が発光した場合に、光が反射部１８に一次的に反射されて前方側に集中する長所はあるが、反射されずに直接に出射される光と反射部１８に反射された後に出射される光との両方を同時に考慮しなければならないので、レンズ１６の設計時に制約が生じて設計自由度を低下させるという問題点があった。
また、半導体素子１１の配置構造上、発光された光はモールド部１５の上端、放熱体１２の上端に遮られ、光が拡散される角度である指向角（Ｖｉｅｗ ａｎｇｌｅ）が制限されて狭くなるので、半導体素子１１の固有指向角を最大限に利用して広い範囲を均一に照らす照明用として用いるのに限界があった。
さらに、モールド部１５とレンズ１６との間に充填剤を介在させてレンズ１６を組み立てる作業時、充填剤１７がレンズ１６の外側へこぼれながらリードフレーム１４及びその周辺部品を汚染させる問題点があった。
下記特許文献１には、発光源である半導体素子が搭載する放熱体と、これに電気的に連結されるリードフレーム及び放熱体とリードフレームを一体で固定するよう射出成形されるモールド部とを含み、放熱体と対応するモールド部に半導体素子が搭載され光が反射する反射部を下部に凹形のコップ状で具備するＬＥＤパッケージの構造が開示されている。
しかし、このような構造は、モールド部の射出成形時、放熱体とリードフレームをモールド部に同時に具備することで放熱体を挿入する組立工程は省略できるが、成形工程前に放熱体とリードフレームとを連結する工程が別に必要になる。また、外部から衝撃を受けたときに、リードフレームの電極部が短絡される等の不具合が生じやすい。
更に、半導体素子の配置構造上、発光された光はモールド部の上端に遮られ光の指向角（Ｖｉｅｗ ａｎｇｌｅ）が制限されるので、半導体素子の固有指向角を最大限に利用して広い範囲を均一に照らす照明用として使用するには限界があった。
このように、リードフレームの構造上、下端が基板と平行して折曲され、長さの中間部は上方に傾斜し、あるいは、直角に屈曲され、上端が半導体素子に平行になるように折曲される形状を有するアップセットリードフレーム型（ｕｐ−ｓｅｔ ｌｅａｄ ｆｒａｍｅ ｔｙｐｅ）のＬＥＤパッケージは、リードフレームの長さの中間部および下端がモールド部の外側に大きく伸びるので、応用器機の基板上に搭載した時に占める占有面積が広くなり、これにより製品の小型化が妨げられるという問題もあった。
また更に、上記のような構造では、リードフレームを折曲する工程がモールド成形後に行われる。このため、折曲工程時に発生する外力によって電極が短絡される場合、折曲バラツキが発生する場合等が生じる。
米国特許出願公開第２００４／００７５１００号
そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消し、発光源の固有指向角を最大限に活用して光効率及び照明性能を向上させることのできる高出力ＬＥＤパッケージを提供することを目的としている。
また、レンズ結合時に充填剤が外部へこぼれてしまい、隣接する部品が汚染されることを防止できる高出力ＬＥＤパッケージを提供することも本発明の目的のひとつである。
また、光の反射を考慮する必要がなく、レンズ設計の自由度を高めて多様な形態のレンズを採用できる高出力ＬＥＤパッケージを提供することも本発明の目的のひとつである。
更に、リードフレームの外部に露出される部位を最小化して体積を減らし、基板上に実装した場合の占有空間を縮小し、かつ、製品を小型化できる高出力ＬＥＤパッケージを提供することも本発明の目的のひとつである。
また更に、フレーム部および放熱部を一体に射出成形して製造工程を単純化し、大量生産により製造原価を節減することのできる高出力ＬＥＤパッケージ製造方法を提供することも本発明の目的のひとつである。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の形態として、電源印加時に光を発生させる発光部を上面に搭載する放熱部と、発光部と電気的に連結しながら放熱部を固定するフレーム部と、放熱部とフレーム部を固定するモールド部を具備し、放熱部の上面がモールド部の上面より高い位置にあるように放熱部の上端がモールド部の上面から一定高さ突出されていることを特徴とする高出力ＬＥＤパッケージが提供される。発光部は、好ましくは、少なくとも一つの発光ダイオードである。
好ましくは、放熱部は放熱部上の発光部から発生された光の指向角が１８０度より大きくなるようにモールド部の上面から一定高さ突出される。好ましくは、放熱部は発光部の発光時に発生される熱を基板側に伝達することができるよう熱伝導性金属素材で形成される。
より好ましくは、熱伝導性金属素材は銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケル及びタングステンから成る群より選択された少なくとも一種の金属またはこれらの物質を少なくとも一つ以上含む合金から成る。
好ましくは、放熱部は上、下部面が扁平であり、本体外部面にフレーム部の先端と接して固定力を発生させる固定部を有する。
より好ましくは、固定部は放熱部の本体外部面を円周方向に連続する凹溝で具備される。
好ましくは、放熱部はモールド部を貫通して放熱部の下部面がモールド部の下部面を通して外部に露出される。好ましくは、放熱部は発光部が搭載する上面に傾斜した反射面を有するように一定深さで陥没された反射部を具備する。
好ましくは、フレーム部は発光部とワイヤを介して電気的に連結される一対の電極フレームと、電極フレームと電気的に分離され放熱部に先端が接して固定される少なくとも一つの固定フレームで具備される。
好ましくは、一対の電極フレームは、放熱部を中心に互いに向かい合うように形成され、固定フレームは電極フレームの間に設けられる。
より好ましくは、固定フレームは一対から成り、各々一対の電極フレームの間に設けられる。
より好ましくは、電極フレームはモールド部の上面を通して露出される上端と、モールド部の外側へ露出される下端及び上、下端の間に段差を有するように折曲されてモールド部内に埋め込まれる本体で具備される。
より好ましくは、電極フレームと固定フレームは、放熱部を中心にして円周方向に同じ間隔を隔てて配置される。
より好ましくは、固定フレームは放熱部の外部面に接して固定力を発生させる上端と、モールド部の外側に露出される下端及び上、下端の間に段差を有するように折曲されモールド部内に埋め込まれる本体で具備される。
より好ましくは、固定フレームの上端は放熱部の外部面と線接触されるよう直線型で具備される。より好ましくは、固定フレームの上端は放熱部の外部面と面接触されるよう弧形で具備される。
より好ましくは、モールド部は外部面にフレーム部の下端を外部へ露出させることができるよう切開部を具備する。
より好ましくは、切開部はフレーム部の下端と対応するモールド部の外部面に放熱部側に一定深さで陥没され、フレーム部の幅より広い大きさで具備される。
好ましくは、発光部から発された光を外部へ広い指向角で投射するようモールド部の上部に装着される少なくとも一つのレンズと、モールド部とレンズとの間の空間に満たされる充填剤をさらに含む。
より好ましくは、モールド部の上面にはレンズの下部端の内側枠に挿入される組立段差が形成される。好ましくは、モールド部の上面にはレンズの結合時にレンズとモールド部の間に満たされたのち残った充填剤が外部へこぼれることを防止する凹溝を具備する。
より好ましくは、凹溝はレンズの下部端の外側枠に沿って連続して具備される。
さらに本発明の第２の形態として、ａ）互いに向い合う一対の電極フレームと少なくとも一つの固定フレームが加工されたフレーム母材を提供する段階と、ｂ）少なくとも一つの固定フレームの先端と接触するよう放熱部を挿入して固定する段階と、ｃ）電極フレーム及び固定フレーム、並びに放熱部を一体で固定するようにモールド部を射出成形する段階と、ｄ）放熱部の上部に発光部を搭載する段階と、ｅ）発光部と電極フレームとの間を電気的に連結する段階と、ｆ）モールド部の上部にレンズを結合する段階と、ｇ）電極フレーム及び固定フレームの一部を切断してフレーム母材からモールド部を分離する段階とを含む高出力ＬＥＤパッケージの製造方法が提供される。
好ましくは、ａ段階はフレーム母材の上面に互いに向い合う一対の電極フレームと少なくとも一つの固定フレームをパンチングまたはエッチング加工する段階と、電極フレームにモールド部の上面に露出する上端とモールド部の下面に露出する下端との間に段差を有する本体を具備するよう電極フレームを折曲し、固定フレームに放熱部の固定部に弾力的に接する上端とモールド部の外側へ露出される下端との間に段差を有する本体を具備するよう固定フレームを折曲加工する段階とをさらに含む。
好ましくは、ｂ段階は放熱部の本体外部面に形成された固定部に固定フレームの先端が弾力的に嵌め込まれて固定される。
好ましくは、ｃ段階は放熱部の上端がモールド部の上面から一定高さで突出され発光部が搭載される搭載面とモールド部の最上面の間に一定大きさの段差を有するようモールド部が射出成形される。
好ましくは、レンズの下部の内側枠に挿入される組立段差が、ｃ段階はモールド部の上部に形成される。
好ましくは、ｃ段階はモールド部の上面にレンズの結合時、レンズとモールド部との間空間に満たされたのち残った充填剤が外部へこぼれることを防止する凹溝を形成する。
好ましくは、ｃ段階はモールド部の上面に電極フレームの上端がモールド部の上面に露出される。
好ましくは、ｆ段階はレンズとモールド部との結合前にこれらの間の空間に充填剤を満たす段階をさらに含む。
より好ましくは、レンズとモールド部との結合時にこれらの間の境界面を介して外部漏出される充填剤がモールド部の凹溝に流し込まれる。
なお、上記した発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
本発明によれば、発光部を上面に搭載する放熱部の上端がモールド部の最上面から一定高さ突出されて発光部が搭載される搭載面とモールド部の最上面の間に一定大きさの段差を形成することにより、発光源の固有指向角を最大限に活用することができるので、光効率及び照明性能を向上させることができ、光の反射を考慮する必要がなく、もってレンズの設計自由度を上げることができ、これにより様々な形態のレンズを採用することができる。
また、モールド部の成形時、その上面に凹溝を形成することでレンズ装着時に、充填剤が外部へこぼれ出すことを防止できるので、漏出した充填剤による隣接部品の汚染を防止できる。
また、電極、固定フレームの下端をモールド部の直近で切断できるので、外側に延在するフレーム部を最小化できる。従って、体積を減らして基板上における搭載時の占有空間を縮小し、かつ製品の小型化を図ることができる。
さらに、フレーム部と放熱部を一体で射出成形することにより製造工程を単純化して作業生産性を上げて、大量生産が可能である。従って、製造原価を節減できる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが課題の解決に必須であるとは限らない。
図１および図２は、ひとつの実施形態に係るＬＥＤパッケージ１００の構造を示す斜視図および断面図である。これらの図に示すように、このＬＥＤパッケージ１００は、発光部１１０、放熱部１２０、フレーム部１３０及びモールド部１４０を備え、電源印加時に光を発生させる発光部１１０が有する固有指向角を最大化して照明効率を極大化できるように、発光部１１０がモールド部１４０の最上面より高く配置されている。発光部１１０は、例えば半導体素子である発光ダイオードであり得る。
発光ダイオードは、活性層とこれを包むクラッド層から成るＧａＡｌＡｓ系、高密度光ディスクの赤色半導体レーザ素子に用いられるＡｌＧａＩｎ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系と、トランジスタ等の電子デバイスに用いられるＧａＮ系等のような材料を利用して形成されるが、これに限定されず、他の半導体材料で多様に形成され得る。
放熱部１２０は、図１および図２に示すように、上面に発光部１１０が搭載されて、電源印加時に発光する発光部１１０で発生した熱を、基板１９０側に伝達する放熱手段である。これはヒートシンクスラグ（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ ｓｌｕｇ）と呼ばれる場合もある。
また、放熱部１２０は、発光部１１０の発光時に発生される熱を基板１９０側に効率よく伝達できるように、熱伝導性に優れた金属素材で形成することが好ましい。具体的には、銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケル及びタングステンのいずれか１種の金属材またはこれらを少なくとも一つ以上含む合金材で形成され得る。また、その表面は、ニッケル、銀、金のいずれかの金属材またはこれらを少なくとも１種以上含む合金材でメッキ処理してもよい。
また、放熱部１２０の上面には、発光部１１０を直接に搭載することもできるが、Ａｕ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎなどのような半田付け材、Ａｇペーストのような接着手段を介して、サブマウント１１５の上面に接着固定した状態で放熱部１２０に搭載しても良い。
更に、放熱部１２０は、図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄに示すように、上面および下面が扁平な円筒形である。また、フレーム部１３０の一部である固定フレーム１３３の先端と接して固定力を発生させる固定部１２３が、放熱部１２０の側周面に形成される。
固定部１２３は、弾性を有して付勢された状態で当接する固定フレーム１３３の先端が離脱しないように、放熱部１２０の側周面において周方向に連続する環状の凹溝として形成される。
また、この高出力パッケージは基板１９０の上面に実装される。放熱部１２０の下面は、発光部１１０が搭載される上面よりも広い面積を有する。また、発光部１２０の下面はモールド部１４０の下面に露出し、放熱効率を上げる目的で基板１９０の上面に形成された放熱層１９２に接着される。
フレーム部１３０は、図１、図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄに示すように、フレーム部１３０は、他端が発光部１１０にボンディング連結されたワイヤ１３５の一端が電気的に接続される一対の電極フレーム１３１と、放熱部１２０の固定部１２３に先端が弾力的に接してこれを固定する少なくとも一つの固定フレーム１３３とを含む。
フレーム部１３０は、銅、ニッケル、金のいずれか１種の金属材、またはこれらを一種以上含む合金材により形成でき、その表面をニッケル、銀、金のいずれか一種の金属材、またはこれらを少なくとも一種以上含む合金材でメッキ処理してもよい。
一対の電極フレーム１３１は、放熱部１２０を中心にしてこれに接しないように互いに向い合う電極部材であり、モールド部１４０の上面に露出する上端１３１ａと、モールド部１４０の側方外側に露出する下端１３１ｃと、上端１３１ａおよび下端１３１ｃの間に段差を有するように折曲されてモールド部１４０の内部に埋め込まれた本体１３１ｂとを有する。
また、下端１３１ｃは、基板１９０の上面にパターン印刷されたパターン回路１９１と電気的に連結できる最小限の長さで延在し、モールド部１４０の下面において、側方に露出される。
更に、電極フレーム１３１の互いに向い合う上端１３１ａの間で最短距離は、放熱部１２０の最上端の外径および固定部１２３の外径より大きく、放熱部１２０の最下部端の外径よりは小さいことが好ましい。
固定フレーム１３３は、放熱部１２０を中心としてこれに接するように、一対の電極フレーム１３１の間に配置された少なくとも一つの固定部材である。また、放熱部１２０の外部面に形成された固定部１２３に弾力的に接して固定力を発生させる上端１３３ａと、モールド部１４０の外側に露出する下端１３３ｃと、上端１３３ａおよび下端１３３ｃの間に段差を有するように折曲されてモールド部１４０内に埋め込まれる本体１３３ｂとを有する。
また、固定フレーム１３３の上端１３３ａは放熱部１２０の固定部１２３に対して点接触するように直線型に形成されるが、これに限定されるわけではなく、接触面積をより大きくするように、固定部１２３と線接触する弧形または面接触する円筒面形としてもよい。
固定フレーム１３３は、放熱部１２０を位置決めする最小限の固定力を発生させることができるよう、一対の電極フレーム１３１間に形成された一つのフレームとすることができる。しかしながら、これに限定されるわけではなく、固定フレーム１３３は、放熱部１２０を位置決めする固定力をより安定的に確保できるように、一対の電極フレーム１３１の間に配置される一対のフレームでも良い。
上記のような場合、一対の固定フレーム１３３の互いに向い合う上端１３３ａ間の最短距離は、放熱部１２０の側周面に凹溝として形成される固定部１２３の外径よりも大きいことが好ましい。
これにより、放熱部１２０およびフレーム部１３０が結合した場合、電極フレーム１３１および固定フレーム１３３の間の空間に挿入される放熱部１２０が、少なくとも一つ、または一対で形成された固定フレーム１３３の端部に弾力的にかかるようにできる。これにより、固定フレーム１３３が固定部１２３にかかっていなくても、放熱部１２０の下部端が電極フレーム１３１にかかり、放熱部１２０がフレーム部１３０をそのまま通過する組立不良を防止できる。
また、モールド部１４０の下面に露出される固定フレーム１３３の下端１３３ｃは、固定フレーム１３３および放熱部１２０の接触部位を通して伝達される熱を基板１９０に伝達できるように、基板１９０の上面と熱伝導性の高い金属材を介にして接合されることが好ましい。
このような一対の互いに向い合う電極フレーム１３１および固定フレーム１３３は、放熱部１２０を中心にして円周方向に同一な間隔を隔てて配置できる。
モールド部１４０は、樹脂材を射出成形して形成され、図１、図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄに示すように、フレーム部１３０の電極フレーム１３１および固定フレーム１３３に仮組立てされた放熱部１２０とフレーム部１３０を一体化する。
このモールド部１４０は、射出成形が容易なポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）系樹脂を用いてパッケージボディーを構成することが好ましいが、これに限定されるのではなく、種々の樹脂材が素材として用いられる。
また、モールド部１４０の射出成形時に、放熱部１２０の上端は、モールド部１４０の上面から一定高さ（Ｈ）で突出する。これにより、モールド部１４０の最上面は、発光部１１０が搭載される放熱部１２０の搭載面に対して一定高さの段差を形成する。
この段差は、発光部１１０から発生される光の指向角が１８０度以上となり得るように形成することが好ましい。
また、モールド部１４０の側部外面では、電極フレーム１３１および固定フレーム１３３に対応した位置に切開部１４５が形成され、その内側において電極フレーム１３１および固定フレーム１３３の下端が外部に露出する。これにより、フレーム母材Ｆの切断加工時に、モールド部１４０に最大限に近接して切断できる。
切開部１４５は、電極フレーム１３１および固定フレーム１３３の下端と対応するモールド部１４０の側面に、放熱部１２０側に向かって一定深さまで陥没して形成される。また、切開部１４５の幅は、電極フレーム１３１および固定フレーム１３３の幅より広いことが好ましい。
モールド部１４０の上面において、図１および図２に示すように、発光部１１０で発光された光を外部に広い指向角で投射できるように、少なくとも一つのレンズ１５０が結合される。また、モールド部１４０およびレンズ１５０の間の空間は、発光部１１０を保護する充填剤１５５で充填される。
レンズ１５０は、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）組み立てができるように、エポキシ、硝子等により形成されることが好ましい。しかしながら、これらに限定されるわけではなく、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ、光ナイロン（ｏｐｔｉｃａｌ ｎｙｌｏｎ）、ＣＯＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＡＴＯＮ、ＺＥＯＮＩＸのような透明レジン（ｒｅｓｉｎ）を広く利用できる。
充填剤１５５は、モールド部１４０およびレンズ１５０の間の空間に均一に広がることができるよう、流動性があって透明なレジン材質を用いることが好ましい。具体的にはシリコン、エポキシ等を例示できるが、これらに限定されるわけではない。
また、充填剤１５５は、ゲル状の弾性樹脂であり、黄変（ｙｅｌｌｏｗｉｎｇ）のような短波長の光による変化が極めて少なく、かつ屈折率も高く、優れた光学的特性を有する素材が好ましい。充填剤１５５としてシリコンを用いる場合、エポキシと異なって硬化作業以後でもゲル状態あるいは弾性（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）状態を保持する。従って、熱によるストレス、震動及び外部衝撃などから発光部１１０をより安定的に保護できる。
一方、レンズ１５０を結合する場合、その下部端の内側が挿入され機械的に組み立てられ、接着剤により固定できるように、モールド部１４０の上面に組立段差１４１を設けることが好ましい。
また、レンズ１５０の結合時にレンズ１５０とモールド部１４０間の空間に満たされたのち残った充填剤が外部へこぼれることを防止するようにモールド部１４０の上面に凹溝１４３を一定深さで形成することも好ましい。凹溝１４３は、レンズ１５０の下部端の外側枠に沿って連続した環状に形成することが好ましい。
図４は、本発明による高出力ＬＥＤパッケージの別の実施形態を示す断面図である。同図に示すように、このＬＥＤパッケージ１００ａは、発光部１１０を搭載する放熱部１２０の上面に、一定深さで陥没した反射部１２９が形成される。これにより、傾斜した反射面が形成される。反射部１２９は、放熱部１２０の加工時に形成することもできる。
図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄおよび図５ｅは、上記のような高出力ＬＥＤパッケージ１００を製造する工程を、段階ａ〜ｇを追って示す図である。高出力ＬＥＤパッケージ１００を製造する段階ａ〜ｇの各々について、以下に説明する。
ａ．互いに向い合う一対の電極フレームと少なくとも一つの固定フレームとを有するフレーム母材を提供する段階
図５ａに示すように、金属の板材の表面をパンチング加工またはエッチング加工することにより、フレーム母材Ｆが形成される。フレーム母材Ｆには、互いに向い合う一対の電極フレーム１３１と、少なくとも一つの固定フレーム１３３とをそれぞれが有するフレーム部１３０が複数形成される。
図５ａに示すように、金属の板材の表面をパンチング加工またはエッチング加工することにより、フレーム母材Ｆが形成される。フレーム母材Ｆには、互いに向い合う一対の電極フレーム１３１と、少なくとも一つの固定フレーム１３３とをそれぞれが有するフレーム部１３０が複数形成される。
フレーム部１３０において、固定フレーム１３３は、互いに向い合う一対のフレームとすることもできる。この場合、それぞれ１対の電極フレーム１３１および固定フレーム１３３は、９０度の間隔を隔てて十文字形に配置される。
続いて、電極フレーム１３１は不図示のプレス装置によってプレス加工され、モールド部１４０の上面に露出される上端１３１ａと、モールド部１４０の側方外側に露出される下端１３１ｃと、上端１３１ａおよび下端１３１ｃの間に段差を有するように折曲されてモールド部１４０内に埋め込まれる本体１３１ｂとを形成される。
同時に、固定フレーム１３３も同様に不図示のプレス装置によってプレス加工され、放熱部１２０の固定部１２３に弾力的に接して固定力を発生させる上端１３３ａと、モールド部１４０の外側に露出される下端１３３ｃと、上端１３３ａおよび下端１３３ｃの間に段差を有するように折曲されてモールド部１４０内に埋め込まれる本体１３３ｂとを形成される。
ｂ．少なくとも一つの固定フレーム１３３の先端と接触するように放熱部１２０を挿入して固定する段階
図５ｂに示すように、熱伝導性金属材を素材にして円筒状に加工された放熱部１２０は、フレーム部１３０の電極フレーム１３１の上端１３１ａおよび固定フレーム１３３の上端１３３ａの間に形成される空間に対して、その上面から押し込まれる。放熱部１２０の上面は電極フレーム１３１の上端１３１ａおよび固定フレーム１３３の上端１３３ａの間にそのまま挿通されるが、放熱部１２０の本体側周面に環状に凹溝として形成された固定部１２３は、固定フレーム１３３の上端１３３ａに当接した後外力により押し込まれ、弾力的に接しつつ嵌め込まれる。
図５ｂに示すように、熱伝導性金属材を素材にして円筒状に加工された放熱部１２０は、フレーム部１３０の電極フレーム１３１の上端１３１ａおよび固定フレーム１３３の上端１３３ａの間に形成される空間に対して、その上面から押し込まれる。放熱部１２０の上面は電極フレーム１３１の上端１３１ａおよび固定フレーム１３３の上端１３３ａの間にそのまま挿通されるが、放熱部１２０の本体側周面に環状に凹溝として形成された固定部１２３は、固定フレーム１３３の上端１３３ａに当接した後外力により押し込まれ、弾力的に接しつつ嵌め込まれる。
これにより、放熱部１２０は、一対の電極フレーム１３１と少なくとも一つ、または一対の固定フレーム１３３が互いに交差する交差点に位置決めされる。この場合、電極フレーム１３１の上端１３１ａと対応する放熱部１２０の外径は、互いに向い合う電極フレーム１３１の上端１３１ａの間の最短距離より小さい。従って、電極フレーム１３１と放熱部１２０は、ギャップを置いて互いに離隔される。
ｃ．モールド部１４０を射出成形して、電極フレーム１３１及び固定フレーム１３３並びに放熱部１２０を一体に固定する段階
図５ｃに示すように、フレーム部１３０の固定フレーム１３３により放熱部１２０が位置決めされた後、放熱部１２０を含むフレーム部１３０は、不図示の上部金型および下部金型の間に配置され、上下合型された金型内に強制的に樹脂が注入される。これにより、フレーム部１３０および放熱部１２０を一体に固定するモールド部１４０が、を射出成形により形成される。
モールド部１４０の射出成形時に、放熱部１２０の上端は、モールド部１４０の上面から一定高さ（Ｈ）突出される。従って、放熱部１２０において発光部１１０が搭載される上面と、モールド部１４０の最上面の間には、一定大きさの段差が形成される。
この場合の段差は、発光部１１０で発生された光の指向角が１８０度以上になるように形成されることが好ましい。このような段差は、放熱部１２０の形成高さを変化させ、あるいは、モールド部１４０の金型形状を変更することにより調節できる。
また、レンズ１５０の結合が容易になるように、モールド部１４０の上面には、レンズ１５０下端の内側枠に挿入される組立段差１４１が形成される。一方、モールド部１４０の側周面において、電極フレーム１３１および固定フレーム１３３の下端１３１ｃ、１３３ｃが外部に露出する領域に切開部１４５が形成される。これにより、電極フレーム１３１および固定フレーム１３３の下端１３１ｃ、１３３ｃを、モールド部１４０の直近において切断できる。なお、電極フレーム１３１の上端１３１ａは、発光部１１０に対して電気的に連結できるように、モールド部１４０の上面に露出する。
更に、レンズ１５０の結合時にレンズ１５０とモールド部１４０の間の空間に満たされたのち残った充填剤１５５が外部にこぼれることを防止する目的で、モールド部１４０の上面に凹溝１４３が一定深さで形成される。
これにより、レンズ１５０の下部端の外側枠と対応するモールド部１４０の上面に環状の凹溝１４３が形成されると、レンズ１５０の結合時にレンズ１５０とモールド部１４０の間の境界面に沿って漏出する充填剤１５５が、モールド部１４０に露出されるフレーム部１３０に流れる前に凹溝１４３に流れ込み、充填剤１５５がフレーム１３０を汚染することを予防できる。
ｄ．放熱部１２０の上部に発光部１１０を搭載する段階
図５ｄに示すように、放熱部１２０の上面はモールド部１４０の上面から一定高さ突出され、その上に発光部１１０が装荷される。発光部１１０は、例えば半導体素子であり、電源印加時に光を発生する。発光部１１０はサブマウント１１５を介して実装してもよい。
図５ｄに示すように、放熱部１２０の上面はモールド部１４０の上面から一定高さ突出され、その上に発光部１１０が装荷される。発光部１１０は、例えば半導体素子であり、電源印加時に光を発生する。発光部１１０はサブマウント１１５を介して実装してもよい。
ｅ．発光部１１０と電極フレーム１３１の間を電気的に連結する段階
続いて、図５ｄに示すように、放熱部１２０上に搭載された発光部１１０に、ワイヤ１３５の一端がボンディング連結される。ワイヤ１３５の他端は、モールド部１４０の上面に露出した電極フレーム１３１の上端１３１ａとボンディング連結される。
続いて、図５ｄに示すように、放熱部１２０上に搭載された発光部１１０に、ワイヤ１３５の一端がボンディング連結される。ワイヤ１３５の他端は、モールド部１４０の上面に露出した電極フレーム１３１の上端１３１ａとボンディング連結される。
ｆ．モールド部１４０の上面にレンズ１５０を結合する段階
図５ｅに示すように、発光部１１０および電極フレーム１３１の間の電気的な連結作業が終了したら、発光部１１０で発生される光が広い指向角で投射されるように予め設計されたレンズ１５０を装着する。まず、レンズ１５０を、発光部１１０の直上に配置し、次に、レンズ１５０の下部内側枠をモールド部１４０の上面に形成された組立段差１４１に嵌め込んだ後、接着剤を利用したりして接着固定する。これにより、モールド部１４０の上にレンズ１５０を光学的に結合して配置できる。
図５ｅに示すように、発光部１１０および電極フレーム１３１の間の電気的な連結作業が終了したら、発光部１１０で発生される光が広い指向角で投射されるように予め設計されたレンズ１５０を装着する。まず、レンズ１５０を、発光部１１０の直上に配置し、次に、レンズ１５０の下部内側枠をモールド部１４０の上面に形成された組立段差１４１に嵌め込んだ後、接着剤を利用したりして接着固定する。これにより、モールド部１４０の上にレンズ１５０を光学的に結合して配置できる。
また、モールド部１４０にレンズ１５０を結合する前に、レンズ１５０の開放された下部を通してレンズ１５０内部に充填剤１５５を充填し、その状態でレンズ１５０をモールド部１４０上に結合させることが好ましい。充填剤１５５は、流動性が良くかつ透明な材質からなり、モールド部１４０およびレンズ１５０の間の空間に均一に広がって、発光部１１０を保護できる。
上記の作業において、モールド部１４０とレンズ１５０間の空間に満たされた充填剤１５５の一部は、レンズ１５０を結合する場合に、レンズ１５０およびモールド部１４０の間の境界面に一部漏出する。漏出した充填剤１５５は、モールド部１４０の凹溝１４３に自然に流れ込むので、充填剤１５５によるフレーム部１３０の汚染は防止される。
ｇ．電極フレーム１３１及び固定フレーム１３３の一部を切断しフレーム母材Ｆからモールド部１４０を分離する段階
モールド部１４０およびレンズ１５０の結合が完了すると、図示されていない切断機を利用して、モールド部１４０の外部面に突出された電極フレーム１３１および固定フレーム１３３のそれぞれの下端１３１ａ、１３３ａが切断される。これにより、発光部１１０が搭載された放熱部１２０と共に射出成形されたモールド部１４０を、フレーム母材Ｆから完全分離して、モールド部１４０上にレンズ１５０が結合完了されたＬＥＤパッケージ１００が完成する。
モールド部１４０およびレンズ１５０の結合が完了すると、図示されていない切断機を利用して、モールド部１４０の外部面に突出された電極フレーム１３１および固定フレーム１３３のそれぞれの下端１３１ａ、１３３ａが切断される。これにより、発光部１１０が搭載された放熱部１２０と共に射出成形されたモールド部１４０を、フレーム母材Ｆから完全分離して、モールド部１４０上にレンズ１５０が結合完了されたＬＥＤパッケージ１００が完成する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者に明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１００、１００ａ ＬＥＤパッケージ、
１１０ 発光部、
１２０ 放熱部、
１２３ 固定部、
１２９ 反射部、
１３０ フレーム部、
１３１ 電極フレーム、
１３１ａ、１３３ａ 上端、
１３１ｂ、１３３ｂ 本体、
１３１ｃ、１３３ｃ 下端、
１３３ 固定フレーム、
１３５ ワイヤ、
１４０ モールド部、
１４１ 組立段差、
１４３ 凹溝、
１４５ 切開部、
１５０ レンズ、
１５５ 充填剤、
１９０ 基板、
１９１ パターン回路
１１０ 発光部、
１２０ 放熱部、
１２３ 固定部、
１２９ 反射部、
１３０ フレーム部、
１３１ 電極フレーム、
１３１ａ、１３３ａ 上端、
１３１ｂ、１３３ｂ 本体、
１３１ｃ、１３３ｃ 下端、
１３３ 固定フレーム、
１３５ ワイヤ、
１４０ モールド部、
１４１ 組立段差、
１４３ 凹溝、
１４５ 切開部、
１５０ レンズ、
１５５ 充填剤、
１９０ 基板、
１９１ パターン回路
Claims (26)
- 電源印加時に光を発生する発光部と、
前記発光部を上面に搭載する放熱部と、
前記放熱部を固定し、且つ、前記発光部に対して電気的に接続されるフレーム部と、
射出成形により形成され、前記放熱部および前記フレーム部を相互に結合するモールド部と、
前記モールド部の上部に装着されて、前記発光部から発された光を外部へ放射する少なくとも一つのレンズと、
前記モールド部および前記レンズの間の空間に満たされた充填剤と、
を具備し、
前記放熱部の上面が前記モールド部の上面から突出して、前記放熱部の上面が前記モールド部の上面よりも高い位置にあり、
前記モールド部の上面には、前記レンズおよび前記モールド部の間から漏出した充填剤が外部へ流れ落ちることを阻止する凹溝が前記レンズの下部端の外側枠に沿って連続して形成され、
前記モールド部は、内部に固定された前記フレーム部が外部に突出する位置と対応する外側面に陥没して形成された複数の切開部を有し、それぞれの切開部の側面方向における幅は前記フレーム部の幅よりも広く形成され、
前記フレーム部は、下端が前記モールド部の下面において対応する切開部から側方に露出され、前記モールド部の外側面に沿った位置において切断された高出力ＬＥＤパッケージ。 - 前記発光部は、少なくとも一つの発光ダイオードである請求項１に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記放熱部は、前記発光部から発生した光の指向角が１８０度より大きくなるように、前記モールド部から突出する請求項１または２に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記放熱部は、金属素材により形成されて高い熱伝導性を有し、前記発光部が発光した場合に発生した熱を、前記発光部、放熱部フレーム部および前記モールド部を装荷された基板に伝達する請求項１から３のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記金属素材は、銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケル及びタングステンからなる群より選択された少なくとも一種の金属または金属を含む合金により形成される請求項４に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記放熱部は、扁平な上面および下面と、前記フレーム部の先端と接して固定力を発生させる固定部を含む側面とを有する請求項１から５のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記固定部は、前記放熱部の側面に、周方向に連続して形成された凹溝を有する請求項６に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記放熱部は、前記モールド部を貫通し、前記放熱部の下面が前記モールド部の下面に露出する請求項１から７のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記放熱部は、一定深さで陥没して傾斜した反射面を形成する反射部を、前記放熱部の上面に有する請求項１から８のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記フレーム部は、ワイヤを介して前記発光部に電気的に接続される一対の電極フレームと、前記放熱部に先端を接して前記放熱部を固定する、前記電極フレームから電気的に分離された固定フレームとを含む請求項１から９のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記電極フレームは前記放熱部を中心に互いに向かい合うように形成され、前記固定フレームは前記電極フレームの間に設けられる請求項１０に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記電極フレームは、前記モールド部の上面に露出する上端と、前記モールド部の下面に露出する下端と、前記上端および前記下端の間で段差を形成するように折曲されて前記モールド部内に埋め込まれた本体とを有する請求項１０または１１に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記固定フレームは、前記一対の電極フレームの間にそれぞれ設けられた一対の固定部を含む請求項１０から１２のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記電極フレームおよび前記固定フレームは、前記放熱部を中心にして、円周方向に同じ間隔を隔てて配置される請求項１０から１３のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記固定フレームは、前記放熱部の側面に接して固定力を発生させる上端と、前記モールド部の下面の外側に露出する下端と、前記上端および下端の間に段差を形成するように折曲されて前記モールド部の内部に埋め込まれた本体とを有する請求項１０から１４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記固定フレームの上端は、前記放熱部に対して線接触するように線型に形成される請求項１０から１５のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記固定フレームの上端は、前記放熱部に対して面接触するよう円筒面状に形成される請求項１０から１６のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記切開部は、前記フレーム部の下端が位置する領域において、前記モールド部の側面から前記放熱部に向かって一定の深さで陥没して形成され、且つ、前記フレーム部の幅より大きい幅を有する請求項１に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 前記レンズの下端の内側枠に挿入される組立段差が前記モールド部の上面に形成される請求項１８に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- ａ）互いに向い合う一対の電極フレームと少なくとも一つの固定フレームとが加工されたフレーム母材を提供する段階と、
ｂ）少なくとも一つの前記固定フレームの先端と接触するよう放熱部を挿入して固定する段階と、
ｃ）モールド部を射出成形して、前記電極フレームおよび固定フレーム並びに前記放熱部を一体に固定する段階と、
ｄ）前記放熱部の上面に発光部を搭載する段階と、
ｅ）前記発光部および前記電極フレームを電気的に接続する段階と、
ｆ）レンズおよび前記モールド部の間の空間に充填剤を満たし、前記モールド部の上部に前記レンズを装着する段階と、
ｇ）前記電極フレームおよび前記固定フレームの一部を切断して、前記フレーム母材から前記モールド部を分離する段階と
を含み、
前記モールド部の上面には、前記レンズおよび前記モールド部の間から漏出した充填剤が外部へ流れ落ちることを阻止する凹溝が前記レンズの下部端の外側枠に沿って連続して形成され、
前記モールド部は、内部に固定された前記電極フレームおよび前記固定フレームが外部に突出する位置と対応する外側面に陥没して形成された複数の切開部を有し、それぞれの切開部の側面方向における幅は前記電極フレームおよび前記固定フレームの幅よりも広く形成され、
前記電極フレームおよび前記固定フレームは、下端が前記モールド部の下面において対応する切開部から側方に露出され、
前記ｇ）段階は、前記電極フレームおよび前記固定フレームを前記モールド部の外側面に沿った位置において切断する高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。 - 前記ａ段階は、
パンチングまたはエッチング加工により、前記フレーム母材に互いに向い合う一対の電極フレームおよび少なくとも一つの固定フレームを形成する段階と、
前記電極フレームを折曲加工して、前記モールド部の上面から露出する上端と、前記モールド部の外側に露出する下端と、前記上端および前記下端の間に段差を形成する本体とを前記電極フレームに形成する段階と、
前記固定フレームを折曲加工して、前記放熱部の固定部に弾力的に接する上端と、前記モールド部の外側に露出する下端と、前記上端および前記下端の間に段差を形成する本体とを前記固定フレームに形成する段階と
をさらに含む請求項２０に記載の高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。 - 前記ｂ段階は、前記放熱部の側面に形成された固定部に、前記固定フレームの先端を弾力的に嵌め込んで固定する段階を含む請求項２０または２１に記載の高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。
- 前記ｃ段階は、モールド部を射出成形して、前記放熱部の上端が前記モールド部の上面から一定高さで突出して、前記発光部が搭載される前記放熱部の搭載面と前記モールド部の最上面の間に段差を形成する段階を含む請求項２０から２２のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。
- 前記ｃ段階は、前記電極フレームの上端をモールド部の前記上面に露出させる段階を含む請求項２０から２３のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。
- 前記ｃ段階は、前記レンズの下部の内側枠を装着する組立段差を、前記モールド部の部に形成する段階を含む請求項２０から２４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。
- 前記レンズを前記モールド部に装着する場合に、前記レンズおよび前記モールド部の間から流れ出た前記充填剤を、前記凹溝に流し込む請求項２０から２５のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ製造方法。
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