JP5195678B2 - 発光装置の搭載構造及び搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤチップを搭載した表面実装型のＬＥＤランプを配線基板に搭載する際の構造及びその方法に関する。

青色ＬＥＤチップの実用化により、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体との組み合わせたＬＥＤランプによる白色光源が照明分野等、種々の分野で利用されている。

この照明では、軽薄・短小のため、表面実装型のＬＥＤランプが用いられている。表面実装型のＬＥＤランプとしては、セラミックケースを用いる場合と、樹脂ケースを利用する場合がある。これらの双方について、配線基板への搭載は、ＬＥＤランプの外部端子と配線基板の配線とを半田を介して接合することにより行なう。
しかしながら、半田付けを行う際のリフロー時の熱により、ＬＥＤランプのケースとＬＥＤチップを保護する封止樹脂との熱膨張率差に基づいて、ＬＥＤランプ内部に応力を生じ、ケースと封止樹脂が剥離してしまう問題点があった。
特に、樹脂ケースでは、ＬＥＤチップの光を所望の方向に配光させるために、ケースを白色顔料を含有させた樹脂により形成する。しかしながら、樹脂ケースは耐熱性に劣るため、半田付けの際に行なわれるリフロー時の熱により、樹脂ケースが変色してしまうことがある。
このような問題を解決するために、半田を用いずにＬＥＤランプを配線基板に搭載する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２６６１６８号公報

ここで開示されているＬＥＤランプの搭載方法は、配線基板の側面からＬＥＤランプの挿入して配線基板とＬＥＤランプのケースと配線基板を嵌合させる方法である。嵌合は、凹部と、その上面に凹部内側に張り出せて形成した配線基板により行なわれる。凹部底面は所望の位置にバネ状端子を設けており、配線基板の側面からＬＥＤランプを挿入すると、配線基板の張り出し部によりＬＥＤランプの上面が底面に押圧されて、ＬＥＤランプの外部端子と配線基板のバネ状端子が接触し、電気的に接続するように形成されている。

このような配線基板への搭載方法では、ケースの上面の光取り出し面は配線基板の上面の張り出し部分を遮光しないように配線基板の張り出し部やＬＥＤランプの光取り出し面を設計する必要がある。従って、ＬＥＤランプの端部にまで光取り出し面を形成することができず、ＬＥＤランプの大型化が避けられなくなる。また、ＬＥＤランプの上面と底面との厚さ分の凹部の空間が必要となり、ＬＥＤランプの搭載構造の薄型化が困難となる。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、ＬＥＤランプの大型化を避けつつ、ＬＥＤランプの搭載構造の薄型化を図ること可能な発光装置の搭載構造及び搭載方法を提供することを目的とする。

上記の課題は、配線が設けられた基板と、前記基板の表面と所定の間隔を空けて設けられ、一端が前記配線に止められた板状のバネ状端子と、発光素子を収納し、該発光素子の搭載部が露出したケースの側面より突出し、該ケースより薄いリード状に形成され、該ケースの裏面と略同一面に配置された外部端子を有し、前記基板の前記表面に搭載された発光装置とを備え、前記発光装置は前記バネ状端子の他端から挿入され、前記外部端子の上面のみに押圧されることにより、前記基板の前記配線と電気的に接続し、かつ、前記基板に形成された放熱パターンと前記搭載部が接触していることを特徴とする発光装置の搭載構造により解決する。

前記基板の表面には、発光装置を位置決めするガイド枠が形成されていることが好ましい。

上記の課題は、前記基板の表面と所定の間隔を空けて設けられ、一端が前記配線に止められた板状のバネ状端子と配線を有する基板を準備する工程と、発光素子を収納し、該発光素子の搭載部が露出したケースの側面より突出し、該ケースより薄いリード状に形成され、該ケースの裏面と略同一面に配置された外部端子を有し、前記基板の前記表面に搭載された発光装置の前記外部端子の上面を前記基板と前記バネ状端子間に該バネ状端子の他端から挿入する工程と、前記バネ状端子のみへの押圧により前記配線と接触させ、前記発光装置と前記配線を電気的に接続させ、かつ、前記基板に形成された放熱パターンと前記搭載部を接触させる工程とを有することを特徴とする発光装置の搭載方法により解決される。

前記基板を準備する工程の後に、前記基板の表面に前記発光装置を挿入する際に位置決めするガイド枠が形成する工程を有することが好ましい。

本発明の発光装置の搭載構造及び搭載方法では、発光装置の該ケースより薄いリード状でバネ状端子を介して発光装置と配線基板とを電気的に接続させているため、発光装置の上面ではなく、発光装置の底面と同一面となるように形成した発光装置のリード状の外部端子と電気的に接合させている。従って、配線基板に凹部底面及び上面の張り出し部までの余分な厚みを設けることなく、薄型の発光装置の搭載構造を実現することができる。

また、発光素子の搭載部は前記ケースより露出し、前記バネ状端子の押圧により前記基板に形成された放熱パターンと接触させることにより、ＬＥＤランプの放熱性が向上する。

更に、前記基板の表面に前記発光装置を搭載するための位置決めするガイド枠を設けているため、発光装置搭載が容易となる。

図１は、本発明の実施の形態のＬＥＤランプの一例を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２は、本発明の実施の形態のＬＥＤランプの搭載方法及び搭載構造を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態のＬＥＤランプの搭載方法及び搭載構造を示す側面図である。 図４は、本発明の実施の形態のバックライト及びＬＥＤランプの搭載方法の変形例である。

以下に、添付の図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態のＬＥＤランプに用いるＬＥＤランプを示す模式図である。
本発明に用いるＬＥＤランプ１０は、窪みを有する白色樹脂ケース１と、白色樹脂ケース１に固定されたリードフレームからなる外部端子２ａ，２ｂとを備え、ＬＥＤチップ５は外部接続端子２ｂに搭載されている。そして、ＬＥＤチップの正負の電極（図示せず。）と外部端子２ａ，２ｂとを電気的に接続する金属ワイヤ６ａ，６ｂに接続され、ＬＥＤチップ５及び金属ワイヤを保護するように白色樹脂ケース１の窪みを充填する透明な封止樹脂３を有している。

外部端子２ａ，２ｂは、白色樹脂ケース１の厚みより薄くリードフレームにより形成され、その側面底部から突出し、白色樹脂ケース１の底面と略同一面に配置されている。尚、ＬＥＤチップ発光時の発熱を放熱させるために、外部端子２ｂのＬＥＤチップ５の搭載部の下面は白色樹脂ケース１より露出している。

ＬＥＤチップ５は、サファイア，ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の成長基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ１−Ｙ１}Ｉｎ_Ｘ１Ｇａ_Ｙ１Ｎ、０≦Ｘ１≦１，０≦Ｙ１≦１，０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）層が積層されており、外部端子２ａ，２ｂ及び金属ワイヤ６ａ，６ｂを介してＬＥＤランプの外部より正負の電極に電圧を印加することにより、例えば青色光を発光する。この他に、ガリウム燐系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ２−Ｙ２}Ｉｎ_Ｘ２Ｇａ_Ｙ２Ｐ、０≦Ｘ２≦１，０≦Ｙ２≦１，０≦Ｘ２＋Ｙ２≦１）からなり、緑色光を発光するＬＥＤチップや、ガリウム砒素系化合物半導体（Ａｌ_１−Ｘ３Ｇａ_Ｘ３Ｐ、０≦Ｘ３≦１）からなり、赤色光を発光するＬＥＤチップを用いてもよい。

封止樹脂３には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、又はフッ素樹脂からなる。また、ＬＥＤチップ５の発光光に対して補色となる波長変換光を発する蛍光体を含有させて白色光を発光させてもよいし、ＬＥＤチップが近紫外〜紫を発光する場合は、互いの波長変換光の混色光により白色光を発光するようにしてもよい。また、色むらのない混色光を得るために光拡散剤を含有させたり、封止樹脂内での均一に分散させるために、ナノオーダー粒子からなる沈降防止剤を含有させてもよい。尚、これとは逆に、蛍光体ムラを白色ケースの窪みの底面に沈降させてもよい。

白色樹脂ケース１は、ポリアミドや液晶ポリマーからなり、白色とするためにＴｉＯ_２（酸化チタン），ＢａＳＯ_４（硫酸バリウム），ＢＮ（窒化硼素），等の白色染料を含有させている。これらの反射剤及び充填剤は、破砕状，球状，りんぺん状，棒状，繊維状、等、様々な形状を選択することができる。

次に、図２，３に基づいて、ＬＥＤ１０ランプを搭載する配線基板について説明する。

配線基板１１は、ＬＥＤランプ１０と電気的に接続するための配線１２ａ，１２ｂと、配線１２ａ，１２ｂと電気的に接続するバネ状端子１４ａ，１４ｂと、ＬＥＤランプ１０を搭載する際のガイドとなるガイド枠２２とを備えている。

配線基板１１はガラエポ基板又はセラミック基板等の汎用基板から形成されている。配線基板１１には必要に応じ、ＬＥＤランプからの発熱を効率よく放熱させるための放熱パターン１３を設けてもよい。

バネ状端子１４ａ，１４ｂは、板状の形状を有し、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅやこれらの合金等からなり、ビス等により配線基板１１の表面と間隔をあけて設けられている。バネ状端子１４ａ，１４ｂのビス配置位置での配線基板１１との間隔は、ＬＥＤランプ１０の外部端子２ａ，２ｂの厚みより若干大きくなっており、ビス止め位置より離れる方向では外部端子２ａ，２ｂの厚みより若干小さく形成された後、ビス止め位置との反対側では先端部は大きく形成されている。これにより、ＬＥＤランプ１０の挿入をスムーズに行なうことができる。

ガイド枠２２は、配線基板１１と熱膨張による応力発生を緩和するために、配線基板１１と同様な材料から形成することが好ましい。

このような配線基板１１を用い、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤランプ１０はガイド枠に２２より位置決めされつつ、ガイド枠の奥壁に当接するまで内側の方向に挿入すると、図２（ｂ）に示すように、外部端子２ａ，２ｂがバネ状端子１４ａ，１４ｂに押圧されて、配線１２ａ，１２ｂと接触することにより、ＬＥＤランプ１０と配線基板１１との間の電気的接続が図られる。また、ＬＥＤランプ１０のＬＥＤチップ５の搭載部の裏面を露出させた場合、配線基板１１に形成された放熱パターン１３と接触することにより、ＬＥＤランプ１０と配線基板１１の熱的接続が図られる。

このように、本発明のＬＥＤランプ１０の搭載構造及び搭載方法では、ＬＥＤランプ１０の上面ではなく、ＬＥＤランプ１０の底面と同一面となるように形成したＬＥＤランプ１０の外部端子２ａ，２ｂと電気的に接合させている。従って、配線基板１１に余分な厚みを設けることなく、薄型のＬＥＤランプ１０の搭載構造を実現することができる。
また、ＬＥＤランプ１０の上面を利用せずにＬＥＤランプ１０を搭載するため、搭載後の遮光を排除することができる。更に、ＬＥＤランプに放熱用露出部を設け、配線基板１１に放熱パターン１３を設けた場合、放熱性が向上する。

図４は、本発明の実施の形態の変形例を示す模式図である。
本変形例では、上述のように、配線基板５１のエッジ部分を利用しない点がことなる。この場合、ＬＥＤランプ１０を挿入するのではなく、ＬＥＤランプをガイド枠６１の開口部に嵌入させた後、バネ状端子１５ａ，１５ｂを取り付けることにより、ＬＥＤランプ１０を配線基板５１に接触させる。

これにより、ＬＥＤランプ１０の外部端子２ａ，２ｂと配線基板の配線５２ａ，５２ｂが電気的に接続され、ＬＥＤランプ１０のＬＥＤチップ５の搭載部の裏面と配線基板５１の放熱パターン５３が熱的に接続される。

液晶のバックライトや面状照明等の種々の光源にも適用できる。

１ ・・・ 樹脂ケース
２ａ，２ｂ ・・・ 外部端子
３ ・・・ 封止樹脂
５ ・・・ ＬＥＤチップ（発光素子）
６ａ，６ｂ ・・・ 金属ワイヤ
１０ ・・・ ＬＥＤランプ（発光装置）
１１，５１ ・・・ 配線基板
１２ａ，１２ｂ，５２ａ，５２ｂ ・・・ 配線
１３，５３ ・・・ 放熱パターン
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ ・・・ バネ状端子

Claims (4)

1. 配線が設けられた基板と、
   前記基板の表面と所定の間隔を空けて設けられ、一端が前記配線に止められた板状のバネ状端子と、
   発光素子を収納し、該発光素子の搭載部が露出したケースの側面より突出し、該ケースより薄いリード状に形成され、該ケースの裏面と略同一面に配置された外部端子を有し、前記基板の前記表面に搭載された発光装置とを備え、
   前記発光装置は前記バネ状端子の他端から挿入され、前記外部端子の上面のみに押圧されることにより、前記基板の前記配線と電気的に接続し、かつ、前記基板に形成された放熱パターンと前記搭載部が接触している
   ことを特徴とする発光装置の搭載構造。
2. 前記基板の表面には、発光装置を位置決めするガイド枠が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記基板の表面と所定の間隔を空けて設けられ、一端が前記配線に止められた板状のバネ状端子と配線を有する基板を準備する工程と、
   発光素子を収納し、該発光素子の搭載部が露出したケースの側面より突出し、該ケースより薄いリード状に形成され、該ケースの裏面と略同一面に配置された外部端子を有し、前記基板の前記表面に搭載された発光装置の前記外部端子の上面を前記基板と前記バネ状端子間に該バネ状端子の他端から挿入する工程と、
   前記バネ状端子のみへの押圧により前記配線と接触させ、前記発光装置と前記配線を電気的に接続させ、かつ、前記基板に形成された放熱パターンと前記搭載部を接触させる工程と
   を有することを特徴とする発光装置の搭載方法。
4. 前記基板を準備する工程の後に、前記基板の表面に前記発光装置を挿入する際に位置決めするガイド枠を形成する工程を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置の搭載方法。
   

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