JP5179875B2 - ヒートパイプを備える発光素子及び発光素子用のヒートパイプリードの製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、発光素子用のヒートパイプリードフレーム及びその製造方法を提供するところにある。
さらに、前記ヒートパイプリードは、前記モールド部の外部に突出する少なくとも2つの外部リード部と、前記外部リード部同士を接続する中心リード部とを備えてもよい。望ましくは、前記中心リード部には、前記発光チップを実装するためのホールカップが設けられている。
加えて、前記ヒートパイプリードに接続される放熱部材をさらに備えてもよい。
加えて、前記ヒートパイプ電極に接続される放熱部材をさらに備えてもよい。
また、前記流動体を注入する段階前に、前記内部空間の内側壁にウィックを形成する段階をさらに含んでもよい。
また、ヒートパイプをリードフレーム、リード端子または電極として形成することにより、既存の発光素子に取り込んでいた場合に比べて数倍ほど高い発熱効果を得ることができることから、照明用の素子の熱的ストレスを低減させることができ、外部の不純物が発光素子の内部に浸透するといった現象を防ぐことができる。
さらに、リードフレームの側壁または下部領域に穿設された開口部を介してリードフレームの内部空間に流動体を容易に注入することができる。
図2を参照すると、本発明によるヒートパイプリードフレーム10は、内部空間を持つパイプに流動体30を封入してなるものである。
また、内壁にウィック(wick)20を形成し、気体と液体との間の界面における毛細管圧の違いにより流動体30が蒸発部に戻れる能力を高めることができる。
これまでは、流動体として主として水が用いられてきている。水は、高温であるほど表面張力が落ちるという特性があり、熱交換の効率を高めるには限界がある。このような水に代えて、アルコールまたはアンモニアを用いる方法と、ナノワイヤー入りナノ流動体などが実験中にある。
図3を参照すると、本実施形態による発光素子は、ヒートパイプ一体型のヒートパイプリードフレーム100と、ヒートパイプリードフレーム100から所定の間隔だけ離れて位置するリードフレーム120と、ヒートパイプリードフレーム100の上に実装されている発光チップ130と、発光チップ130とリードフレーム120とを互いに接続するためのワイヤー140とを備える。
また、ヒートパイプリードフレーム100の上部に実装されている発光チップ130とその下部の内部空間との間の間隔を最大限に縮めて吸熱効果を一層高めることができる。これにより、ヒートパイプリードフレーム100は、発光素子に所定の電流を供給するための電極及び発光素子の熱を冷却するための冷却手段(ヒートパイプ)として用いられる。
放熱部材170は、ヒートパイプリードフレーム100の下部領域の対流による冷却面積を増大させて、気化した流動体が再び液体として還元させながら放出する熱を効率よく放出可能にする。このような放熱部材170としては、放熱板または熱電素子を用いる。上述の発光チップ130は、ヒートパイプリードフレーム100に電気的に接続される。
図6及び図7中、「a」はアルミニウムリードフレームを持つ発光素子のジャンクション温度と熱抵抗を示すグラフであり、「b」はヒートパイプリードフレームを持つ発光素子のジャンクション温度と熱抵抗を示すグラフである。
本実施形態によるヒートパイプリードフレームは、熱的負荷なしに、アルミニウムリードフレームに比べて約3倍以上の電力を用いることができる。
このように、同じ温度の発熱である場合、アルミニウムリードフレームに比べて、ヒートパイプリードフレームに印加可能な電力量が3倍以上になることが分かる。
これより、印加される電圧が上がるほど、熱抵抗は既存のリードフレームに比べて線形的に増えることが分かる。
図8及び図9を参照すると、本実施形態による発光素子は、所定の電源を印加するためのリード端子220と、ヒートパイプ一体型のヒートパイプリード端子200と、ヒートパイプリード端子200の上に実装されている発光チップ230と、リード端子220と発光チップ230が実装されているヒートパイプリード端子200との上部を封止するモールド部240とを備える。ヒートパイプリード端子200に発光チップ230が電気的に実装され、ワイヤー(図示せず)を介して発光チップ230とリード端子220とが電気的に接続される。
これにより、ヒートパイプリード端子200は、発光素子に所定の電流を供給するための電極としての役割と、発光素子の熱を冷却するための冷却手段(ヒートパイプ)としての役割を同時に果たす。
図10及び図11中、「a」は、アルミニウムリード端子を持つ発光素子のジャンクション温度と熱抵抗を示すグラフであり、「b」は、ヒートパイプリード端子を持つ発光素子のジャンクション温度と熱抵抗を示すグラフである。
すなわち、図10より、従来のアルミニウムリーフ端子の場合に、約0.7ワットの電力を印加した場合にジャンクション温度が約125℃になったのに対し、ヒートパイプリード端子の場合に、約1.45ワットの電力を印加したときにジャンクション温度が約125℃になったことが分かる。
このように、同じ温度の発熱である場合、アルミニウムリード端子に比べて、ヒートパイプリード端子に印加可能な電力量が2倍以上になることが分かる。
本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形態の発光素子に適用可能である。
図12を参照すると、本実施形態による発光素子は、基板300と、基板300の上部に設けられたヒートパイプ電極310と、ヒートパイプ電極310と所定の間隔だけ離れて設けられた電極320と、ヒートパイプ電極310の一端部の上に実装されている発光チップ330と、発光チップ330と電極320との間を接続するためのワイヤー360とを備える。
図12に示すように、発光チップ330から発する熱を発光チップ330の下部に設けられたヒートパイプ電極310が吸収して放熱部材350に伝えることにより、冷却効率を高めることができる。
図13及び図14は、本実施形態の変形例による発光素子の断面図である。
一方、電極420は“[ ”状に形成して、下部の電極部を外部の電源端子と接続させる。この後、ヒートパイプ電極410の上に発光チップ430を実装した後、発光チップ430と電極420とをワイヤー460により接続させ、モールド工程を行うことにより、ヒートパイプ電極410及び電極420を固定するとともに、ヒートパイプ電極410及び電極420と発光チップ430を封止するモールド部470を形成する。
図15〜図18は、この変形例によるヒートパイプ電極の形状を説明するための概略断面図である。
実装部を介して入り込んだ熱は、これと接続されているパイプ部内の流動体の蒸発潜熱により放熱部の放熱部材450を介して外部に放出される。このような構造は、図13に示す発光素子の電極構造に用いることが有効である。
図19及び図20は、本発明の一実施形態によるヒートパイプリードフレームの製造方法を説明するための概略断面図である。
以下、上記の支持板500とヒートパイプリードフレーム510及びリードフレーム520の詳細を説明する。
図21を参照すると、上述の図19及び図20の方法と同様にして得られたヒートパイプリードフレーム510の上部に発光チップ530を実装する。このとき、ヒートパイプリードフレーム510の上端部に発光チップ530を実装するが、もし、発光チップ530の実装のための所定のホールカップ領域が形成されている場合、ホールカップ内に発光チップ530を実装する。
その後、ワイヤリング工程によりヒートパイプリードフレーム510の上部に実装された発光チップ530とリードフレーム520とをワイヤー535により接続する。
図24を参照すると、支持板600は、下部601、上部602、及び下部601と上部602を支持する支持部603と、これら各部によって定義される空洞を形成する。複数のヒートパイプリードフレーム610は、支持板600の上部602に突出してそれぞれの内部に形成される内部空間と、支持板600内部の空洞とヒートパイプリードフレーム610の内部空間とを連通する所定の開口部612と、ヒートパイプリードフレーム610と対をなすリードフレーム620とが形成してなる。
110、340、440、514、614 流動体
112 注入口
120、520、620 リードフレーム
130、230、330、430、530 発光チップ
132 ホールカップ
140、360、460、535 ワイヤー
150 蛍光体
160、240、370、470、550 モールド部
200 ヒートパイプリード端子
220 リード端子
300、400 基板
310、410 ヒートパイプ電極
320、420 電極
350、450 放熱部材
480 分離板
490 格納器
500、600 支持板
512、612 開口部
514 閉塞
540 モールド金型
Claims (12)
- リードと、
前記リードと所定の間隔だけ離れて位置するヒートパイプリードと、
前記ヒートパイプリードの上に実装される発光チップと、
前記発光チップと前記リードとを互いに接続するワイヤーと、
前記リード、前記ヒートパイプリード、及び前記発光チップを封止するモールド部とを備え、
前記リード及び前記ヒートパイプリードの一部は前記モールド部より突出し、
前記ヒートパイプリードは内部に設けられた1つ以上の空間である1つ以上の空間部と、
前記空間部の内側壁に形成されるウィック(wick)と、
前記空間部内に存在する流動体とを備え、
前記リード及び前記ヒートパイプリードは前記リード及び前記ヒートパイプリードと一体に形成された支持板より分離されて互いに離隔し、
前記流動体は、メタノール、アセトン、蒸溜水、水銀、He、N 2 、CHClF 2 、NH 3 、CCl 2 F 2 、CClF 2 −CClF 2 、CCl 3 F、CCl 2 F−CClF 2 からなる群より選択されるいずれか1種を含み、前記空間部の10〜70%が前記流動体により充填され、
前記空間部に分離板が取付けられる
ことを特徴とする発光素子。 - 前記ヒートパイプリードの上部には前記発光チップを実装するためのホールカップ(hole cup)が形成されることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記ヒートパイプリードは、前記モールド部の外部に突出する少なくとも2つの外部リード部と、
前記外部リード部同士を接続する中心リード部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。 - 前記中心リード部には、前記発光チップを実装するためのホールカップが形成されることを特徴とする請求項3に記載の発光素子。
- 前記ヒートパイプリードに接続される放熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 基板と、
前記基板に形成されるヒートパイプ電極と、
前記ヒートパイプ電極と所定の間隔だけ離れて形成される電極と、
前記ヒートパイプ電極の上に実装される発光チップと、
前記発光チップと前記電極とを互いに接続するワイヤーと、
前記発光チップを封止するモールド部とを備え、
前記電極及び前記ヒートパイプ電極の一部は前記モールド部より突出し、
前記ヒートパイプ電極は内部に設けられた1つ以上の空間である1つ以上の空間部と、
前記空間部の内側壁に形成されるウィックと、
前記空間部内に存在する流動体とを備え、
前記電極及び前記ヒートパイプ電極は前記電極及び前記ヒートパイプ電極と一体に形成された支持板より分離されて互いに離隔し、
前記流動体は、メタノール、アセトン、蒸溜水、水銀、He、N 2 、CHClF 2 、NH 3 、CCl 2 F 2 、CClF 2 −CClF 2 、CCl 3 F、CCl 2 F−CClF 2 からなる群より選択されるいずれか1種を含み、前記空間部の10〜70%が前記流動体により充填され、
前記空間部の内側に分離板がさらに取り付けられる
ことを特徴とする発光素子。 - 前記ヒートパイプ電極は、前記基板の上部領域、或いは、前記基板の上部領域及び側面領域の両方に形成されることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。
- 前記ヒートパイプ電極は、前記基板を貫通して形成されることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。
- 前記ヒートパイプ電極に接続される放熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。
- (a)内部空間と連通する開口部が第2のリードと対向するのとは反対の領域の一側部に穿設される第1のリードと、該第1のリードと対応する前記第2のリードとを有する所定の支持板を用意する段階と、
(b)前記第1のリードの前記内部空間内に流動体を注入する段階とを有し、
前記第1のリード及び前記第2のリードは、発光素子のモールド部を形成する際に、モールド部から突出する長さで切断され、前記支持板と分離されて互いに離隔される
ことを特徴とする発光素子用のヒートパイプリードの製造方法。 - 前記第1のリードの前記内部空間内に流動体を注入する段階(b)は、前記開口部を介して前記内部空間を真空引きする段階と、
前記開口部を介して流動体を注入する段階と、
前記開口部を封止する段階とを含むことを特徴とする請求項10に記載の発光素子用のヒートパイプリードの製造方法。 - 前記流動体を注入する段階(b)の前に、前記内部空間の内側壁にウィックを形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の発光素子用のヒートパイプリードの製造方法。
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