JP5209881B2 - リードフレーム及びこれを用いた発光素子パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、リードフレーム及びこれを用いた発光素子パッケージに関するもので、特に、製作が容易でかつ、マルチチップの適用が可能な発光素子パッケージを製作するためのリードフレーム及びこれを用いた発光素子パッケージに関するものである。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させるものとして知られた半導体発光素子であり、１９６２年にＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが商品化されて以来、ＧａＰ：Ｎ系列の緑色ＬＥＤと共に、情報通信機器を始めとする電子装置の表示画像用光源として用いられてきた。

上記のようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤの製造に用いられる半導体材料に依存する。これは、放出された光の波長が、価電子帯の電子と伝導帯の電子との間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップ（ｂａｎｄ-ｇａｐ）に依存するためである。

窒化ガリウム化合物半導体（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ：以下、ＧａＮという）は、高い熱安定性及び幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を有しており、高出力電子素子の開発分野で大いに注目を浴びてきた。これに対する理由の一つは、ＧａＮが他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）など）と組み合わされ、緑色、青色及び白色の光を放出する半導体層を製造できるためである。

上記のように放出波長を調節できるため、特定の装置特性に合わせて材料を用いることができる。例えば、ＧａＮを用いて、光記録に有益な青色ＬＥＤ及び白熱灯に代わる白色ＬＥＤを作ることができる。

また、従来の緑色ＬＥＤの場合、最初はＧａＰで具現された。しかし、このＧａＰは、間接遷移型材料として効率が低いため、実用的な純緑色発光を得られなかったが、ＩｎＧａＮ薄膜の成長が成功するにつれて、高輝度の緑色ＬＥＤを具現可能になった。

上記のようなＧａＮ系列物質の利点のため、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急速に成長している。したがって、１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系列の光電子装置技術も急激に発達した。

ＧａＮ発光ダイオードの効率は、白熱灯の効率を凌駕しており、現在では、蛍光灯の効率に匹敵するため、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急速に成長し続けることが予想される。

上記のようなＬＥＤ素子は、個々の素子が製造された後、パッケージングされて用いられる。図１は、ＬＥＤパッケージ１０の一例を示している。

ＬＥＤパッケージ１０は、ヒートシンク１２を含むプラスチックパッケージボディ１１にＬＥＤチップ２０がマウントされて構成される。

ＬＥＤチップ２０は、ワイヤ１４を通してリード１３と電気的に連結され、ＬＥＤチップ２０の上側には、樹脂１５及びシリコン１７などの封止材が充填され、この封止材の上側にはレンズ１６が備わる。

しかしながら、上記のような構造のＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ駆動時に発生する熱が熱伝達速度の遅いプラスチックパッケージボディ１１を通じて伝達されるので、放熱効果が低下するだけでなく、ＬＥＤの光特性も低下する。

また、プラスチックパッケージボディ１１の間にヒートシンク１２を挿入して行うパッケージ工程においては、迅速な工程速度を期待しにくく、プラスチックパッケージボディ１１の間の幅とヒートシンク１２の幅とが一致しない場合は、ヒートシンクの挿入が円滑でなくなる。

特に、ＬＥＤを配列してバックライトなどの照明装置として用いる場合、その大きさ、光均一性、費用問題などによって具現が難しいのみならず、赤色、緑色及び青色を一つのパッケージに構成するマルチチップパッケージの適用が容易でない。

したがって、本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、製作が容易でかつ、マルチチップの適用が可能であり、白色を含む多様な色を発光する発光素子パッケージを製作するための発光素子用リードフレーム及び発光素子パッケージを提供することにある。

上記目的を達成するための第１観点として、本発明は、ヒートシンクを含む第１フレームと、前記第１フレームの上側に結合され、ホールが形成された装着部と、少なくとも一対のリードと、を含む第２フレームと、前記第１フレームと第２フレームとを結合する成形部と、を含んで構成される。

上記目的を達成するための第２観点として、本発明は、ヒートシンクを含む第１フレームと、前記第１フレームに結合され、少なくとも一対のリードと、ホールが形成された装着部と、を含む第２フレームと、を含んで構成される。

上記目的を達成するための第３観点として、本発明は、ヒートシンクと、前記ヒートシンクに結合され、ホールが形成された装着部と、少なくとも一対のリードと、を含むフレームと、前記ヒートシンクとフレームとを結合する成形部と、を含んで構成される。

本発明に係る発光素子用リードフレーム及び発光素子パッケージにおいては、製作が容易でかつ、マルチチップの適用が可能であり、白色を含む多様な色を発光する発光素子パッケージを容易に製作できるという効果がある。

本発明は、多様な修正及び変形が可能であり、以下、その特定の実施例が添付の図面に基づいて詳細に説明される。しかし、本発明は、開示された特別な形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義された本発明の思想と合致する全ての修正、均等及び代用を含んでいる。

図中、同一の図面符号は、同一の要素を示している。各図面において、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張されている。また、ここで説明される各実施例は、相補的な導電型の実施例を含む。

層、領域または基板などの要素が他の構成要素「上（ｏｎ）」に存在すると表現される場合、層、領域または基板などの要素が直接的に他の要素上に存在する、または、その間に中間要素が存在するものとして理解できる。また、表面などの構成要素の一部が「内部（ｉｎｎｅｒ）」と表現される場合、表面などの構成要素の一部が、その要素の他の部分よりも素子の外側から一層遠くに存在することを意味するものと理解することができる。

さらに、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」または「重畳（ｏｖｅｒｌｉｅｓ）」などの相対的な用語は、図面に示すように、基板または基準層と関連した一つの層または領域と、他の層または領域に対する一つの層または領域の関係を説明するために用いられる。

上記のような用語は、図面によって描写された方向に加えて、素子の他の方向も含むものとして理解できる。最後に、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」という用語は、中間に介在する要素が全くないことを意味する。ここで用いられる「及び／または」という用語は、記載された関連項目の一つまたはそれ以上の何れかの組み合わせ、及び全ての組み合わせを含んでいる。

「第１」及び「第２」などの用語は、多様な要素、成分、領域、層及び／または部分を説明するために用いられるが、これら要素、成分、領域、層及び／または部分は、これら用語によって限定されてはならない。

これら用語は、他の領域、層または部分と何れか一つの要素、成分、領域、層または部分を区別するために用いられるものに過ぎない。したがって、以下で論議する第１の領域、層または部分は、第２の領域、層または部分という名称にもなり得る。

以下、本発明の好適な実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図２に示すように、第１フレーム１００と第２フレーム２００とを互いに結合することで、発光素子チップが設置されるリードフレームを構成する。

すなわち、第１フレーム１００において、第１縁部１２０の内側には、ヒートシンク１１０が第１連結部１２１によって連結される。また、第２フレーム２００において、第２縁部２３０の内側には、装着部２１０が第２連結部２３１によって連結され、リード２２０は、第２縁部２３０から装着部２１０に向かって内側方向に延長する。

このとき、発光素子チップはヒートシンク１１０に結合されて駆動する。ヒートシンク１１０は、発光素子チップの駆動時に発生する熱を放出させるもので、特に、優れた熱伝導性を有する金属からなる。

装着部２１０の内側には、発光素子チップを装着するためのホール２１１が形成される。装着部２１０は、円状に形成され、第２フレーム２００の中央側に傾斜するように形成される。

また、装着部２１０の傾斜部分には、金属などの高反射率を有する物質を用いて膜を形成することで、反射面が形成される。

図２に示すように、装着部２１０は、二つの第２連結部２３１によって第２縁部２３０に連結され、ヒートシンク１１０は、二つの第１連結部１２１によって第１縁部１２０に連結される。

連結部１２１，２３１及び第１及び第２縁部１２０、２３０は、後に実行される発光素子のパッケージ過程で除去される。

一方、第１フレーム１００と第２フレーム２００との結合時に、ヒートシンク１１０とリード２２０との重畳部分に第１溝１１１を形成することで、リード２２０とヒートシンク１１０との間の短絡を防止することができる。

第１フレーム１００と第２フレーム２００との結合状態は、図３に示されている。

図４は、第１フレーム１００と第２フレーム２００との結合状態の断面を示している。

上記のように、結合された第１フレーム１００と第２フレーム２００の縁部側に、図５に示すように、成形部２４０を形成することで、第１フレーム１００と第２フレーム２００を固定することができる。

成形部２４０の形成時には、トランスファー成形（Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）または射出成形（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）など全ての成形方法を適用可能である。

上記のような過程の後、第１、第２連結部１２１、２３１及び第１、第２縁部１２０、２３０が除去され、成形部２４０に覆われていないリード２２０が折り曲げられる。その結果、図６に示した状態になる。

ここで、リード２２０を折り曲げる理由は、発光素子パッケージをサブマウント基板などの他の基板へのボンディングを円滑にするためである。

このとき、図示したように、ヒートシンク１１０とリード２２０との間に空間部３００が形成される。この場合、空間部３００は、ヒートシンク１１０に形成された第１溝１１１によって定義される。

一方、図７に示すように、空間部３００を定義するために、ヒートシンク１１０に溝１１１を形成する代りに、リード２２０の下側一部に第２溝２２１を形成することもできる。その他の構成は、図２の場合と同一である。

上述した図３〜図５の過程と同一過程を実行することによって、図７に示す構成は図８に示すリードフレームを形成する。

図示したように、空間部３００は、ヒートシンク１１０とリード２２０とが重畳する部分のリード２２０の下側に形成される第２溝２２１によって定義される。

場合によっては、上述したように、リード２２０に第２溝２２１を形成することで空間部３００を定義する場合が、ヒートシンク１１０に第１溝１１１を形成することで空間部３００を定義する場合より有利である。

リードフレームに多数の発光素子チップを結合する場合、すなわち、マルチチップパッケージを適用する場合、適用するチップの数だけリード２２０の数も増加する。その結果、短絡防止のための空間部３００も、増加したリード２２０の数だけ増加するようになる。

しかしながら、ヒートシンク１１０を含む下部の第１フレーム１００は、厚い材料を用いるが、第１溝１１１は比較的複雑な形状を有しているので、第１フレーム１００に第１溝１１１をパターニングするのは困難な場合がある。

また、上部に位置する第２フレーム２００は、下部の第１フレーム１００よりも相対的に厚さが薄いので、エッチング工程またはスタンピング工程を用いて第２溝２２１を容易に形成して空間部３００を定義することができる。

図９〜図１４は、リードフレームをマルチチップに適用した実施例を示している。

すなわち、多数の発光素子チップを用いてパッケージを構成するためには、図９に示すように、複数対のリード２２０を備える。

図９には、３個の発光素子チップを適用するために、第２フレーム２００に３対のリード２２０を備えた状態を示している。

図１０に示すように、各リード２２０の下側には、上述したように、空間部３００（図１２を参照）を定義するために第２溝２２１が形成される。

したがって、全てのリード２２０とヒートシンク１１０との接触が起きないので、リード２２０とヒートシンク１１０との間の短絡を防止することができる。

また、装着部２１０は、発光素子チップの装着空間を考慮して、ホール２２１を有するように長手方向に形成される。このとき、ホール２２１を矩形状または楕円状に形成することが好ましい。

装着部２１０は、第２連結部２３１によって第２縁部２３０に連結される。

このとき、図１１に示すように、第１フレーム１００はヒートシンク１１０を含み、上述したように、第１連結部１２１によって第１縁部１２０に連結される。

上記のように、図９〜図１１に示した第１フレーム１００及び第２フレーム２００は、上述した製造工程によってリードフレームとして完成され、このリードフレームに発光素子チップをパッケージングすると、図１２及び図１３に示した状態になる。

すなわち、ヒートシンク１１０の上側に装着部２１０とリード２２０とを成形部２４０によって結合することで、リードフレームを形成する。そして、この装着部２１０に発光素子チップ４００を装着する。

発光素子チップ４００は、熱伝導性物質によってヒートシンク１１０に取り付けられ、ワイヤ４１０によってリード２２０に電気的に連結される。

その後、発光素子チップ４００の上側に封止材５００を充填し、封止材５００の上側にレンズ６００を装着する。

封止材５００として、シリコン封止材またはエポキシなどの樹脂を用いる。

一方、場合によっては、封止材５００には、発光素子チップ４００が発光する光の色相を変化させる蛍光体が含まれる。

図１３は、３色の光を発光する発光素子チップ４００を結合した発光素子パッケージを示している。これら３色は、赤色、緑色及び青色であり、これら３色の光を互いに混合することで白色光を形成する。

もちろん、その他の色相の光を発光する発光素子チップ４００を用いてもよい。

一方、図１４に示すように、４個の発光素子チップ４００を備えてパッケージを構成することもできる。

すなわち、赤色、緑色及び青色発光素子チップのうち、補強が必要な光を発光する発光素子チップをさらに備えてパッケージを形成することができる。

図１４には、４個の発光素子チップ４００とリード２２０を放射状に配置した状態を示しているが、図１３に示すように一直線上に配置してもよい。

また、上記のように、４個の発光素子チップ４００のみならず、それ以上の発光素子チップ４００とリード２２０を配置して構成することもできる。

もちろん、白色以外の多様な色相の光を発光する発光素子パッケージを形成することもできる。

また、白色発光素子チップまたはその他の単色を発光する発光素子チップをマルチチップとして構成し、その輝度を増加させることもできる。したがって、上記のように輝度の増加したパッケージを、照明用、その他の装飾用パッケージとして用いることもできる。

上記の実施例は、本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例であり、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、多様な形態に変形可能である。このような技術的思想の多様な実施例は、全て本発明の保護範囲に属するものである。

従来の発光素子パッケージの一例を示す断面図である。 本発明に係るリードフレームの第１実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係るリードフレームの結合状態を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係るリードフレームに成形部を形成した状態を示す断面図である。 本発明に係るリードフレームの第１実施例を示す断面図である。 本発明に係るリードフレームの第２実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係るリードフレームの第２実施例を示す断面図である。 本発明に係るリードフレームのマルチチップ構成のための第２フレームの一例を示す平面図である。 図９のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係るリードフレームのマルチチップ構成のための第１フレームの一例を示す平面図である。 本発明に係る発光素子パッケージの一例を示す断面図である。 本発明に係る発光素子パッケージの一例を示す平面図である。 本発明に係る発光素子パッケージの他の例を示す平面図である。

符号の説明

１００ 第１フレーム
１１０ ヒートシンク
１１１ 第１溝
１２０ 第１縁部
１２１ 第１連結部
２００ 第２フレーム
２１０ 装着部
２１１ ホール
２２０ リード
２３０ 第２縁部
２３１ 第２連結部
２４０ 成形部

Claims (21)

1. ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの上側に結合され、ホールが形成された装着部と、少なくとも一対のリードと、を含むフレームと、
   前記ヒートシンクと前記フレームとを結合する成形部と、を備え、
   前記ヒートシンクと前記リードとの間には、前記ヒートシンクと前記リードとの間の間隙となる空間部が形成され、
   前記空間部は、前記リードと重畳する前記ヒートシンクの部分に形成される第１溝、または、前記ヒートシンクと重畳する前記リードに形成される第２溝であることを特徴とする発光素子パッケージ。
2. 前記空間部には、前記成形部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
3. 前記装着部は、円状、矩形状または楕円状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
4. 前記装着部には、内側に傾斜した傾斜部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
5. 前記傾斜部には、反射面が形成されることを特徴とする請求項４に記載の発光素子パッケージ。
6. 前記フレームは、３対以上のリードを備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
7. 前記装着部の内側に位置する発光素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
8. 前記発光素子は、前記ヒートシンクに取り付けられ、前記リードに電気的に連結されることを特徴とする請求項７に記載の発光素子パッケージ。
9. 前記発光素子は、ワイヤによって前記リードに連結されることを特徴とする請求項８に記載の発光素子パッケージ。
10. 前記装着部の内側には、複数の発光素子が結合されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
11. 前記装着部の上側には、
    封止材と、
    レンズと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
12. 前記封止材は、シリコンまたはエポキシを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子パッケージ。
13. 前記リードの厚さと前記装着部の厚さは、実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
14. 前記第１溝は、前記ヒートシンクの上側の表面から窪んだ部分であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
15. 前記第２溝は、前記リードの下側の表面から窪んだ部分であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
16. 第１縁部と、前記第１縁部に連結されるヒートシンクとを含む第１フレームと、
    第２縁部と、少なくとも一対のリードと、ホールが形成された装着部と、を含み、前記
    第１フレームに結合される第２フレームと、を含み、
    前記装着部は、前記第２フレームの第２縁部に連結されるとともに、前記ヒートシンクの上に位置し、
    前記第１縁部は前記ヒートシンクの周囲に位置し、前記第２縁部は前記装着部の周囲に
    位置し、
    前記第１縁部と前記第２縁部とは互いに接触し、
    前記ヒートシンクと前記リードとの間には、前記ヒートシンクと前記リードとの間の間
    隙となる空間部が形成され、
    前記空間部は、前記リードと重畳する前記ヒートシンクの部分に形成される第１溝、ま
    たは、前記ヒートシンクと重畳する前記リードに形成される第２溝であることを特徴とす
    るリードフレーム。
    
17. 前記ヒートシンクの厚さは、前記リードの厚さより厚いことを特徴とする請求項１６に記載のリードフレーム。
18. 前記第１縁部の大きさと前記第２縁部の大きさは同じであることを特徴とする請求項１６に記載のリードフレーム。
19. 前記リードは、前記第２縁部から前記装着部に向かって延びることを特徴とする請求項１６に記載のリードフレーム。
20. 前記第１溝は、前記ヒートシンクの上側の表面から窪んだ部分であることを特徴とする請求項１６に記載のリードフレーム。
21. 前記第２溝は、前記リードの下側の表面から窪んだ部分であることを特徴とする請求項１６に記載のリードフレーム。