JP5347877B2

JP5347877B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5347877B2
Application number: JP2009225360A
Authority: JP
Inventors: 幸弘出向井; 稔真林; 英樹國分
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP2011077189A

Description

本発明は発光装置の改良に関する。

発光装置に搭載されるＬＥＤチップには高輝度化の要請がある。ＬＥＤチップが高輝度化されるとＬＥＤチップの発熱が問題となる。そこで、従来より、発光装置には放熱を促進するための各種の改良がなされている。
例えば特許文献１や特許文献２に記載の発光装置ではＬＥＤチップをマウントするリードの露出面積を稼ぐことで放熱性を高めている。これらの照明装置では、ＬＥＤチップをその表面側にマウントする第１のリードと該ＬＥＤチップからのワイヤをボンディングするボンディング領域をその表面に備える第２のリードとが用いられる。そして、各リードはパッケージ樹脂で囲繞されて一体化されており、第１のリードと第２のリードの対向面間にはパッケージ樹脂の材料により絶縁領域が形成されている。

特許文献１及び特許文献２に記載の発光装置では、ＬＥＤチップをマウントする第１のリードはその裏面を露出させている（即ち何らパッケージ樹脂の材料で被覆されていない）ので、この裏面を使ってＬＥＤチップの熱を効率よく排熱できる。同様に、第２のチップもその裏面が露出しているので、ワイヤを介して伝えられるＬＥＤチップの熱を外部へ効率よく排熱できる。
なお、本件発明に関連する先行文献として、特許文献３〜５を参照されたい。

特開２００８−２５１９３７号公報特開２００５−３５３９１４号公報特開２００８−９８２１８号公報特許第２９９１１７４号公報特許第２７５７８３９号公報

本発明者らは、上記タイプの発光装置につきその改良を鋭意検討してきた。その結果、製造容易性と高い放熱効果の観点から、第１のリードと第２のリードを比較的厚板製とすることに気がついた。これにより、各リードを何ら折り曲げることなく、各リードの上面（マウント領域、ボンディング領域）及び裏面をそれぞれパッケージ樹脂部から露出させられる。厚板で各リードを構成することにより各リードの熱容量が増大してＬＥＤチップからの熱引き効果が増大する。
かかる第１のリードと第２のリードはパッケージ樹脂部で包まれた後、当該パッケージ樹脂部から突出した部分でリードフレームから切断される。厚板製のリードは何ら折り曲げられることはないので、リードフレームから切断された部分がそのまま端子（アウターリード）として使用される。
他方、発光装置はその応用が広く、そのため複数のＬＥＤチップの搭載を許容できるようにすることがその汎用性の見地から好ましい。従って、第１のリードと第２のリードからはそれぞれ複数の端子を突出させることが好ましい。

複数の端子においても、各端子にリードフレームからの切断面が形成されることとなる。リードフレームには予めメッキ等の表面処理が施されて他の要素との電気的接続の安定性が図られているが、当該切断面はリードフレームの地金が現れる。従って、端子を他の電気回路へ半田付けしようとしても、当該切断面には半田のフィレットが充分に形成されないおそれがある。
一つのリードに対して複数の端子を突出させる場合、各端子に切断面、即ち半田フィレットが不十分な部分が存在することとなるので、半田による接合強度が不安定になりやすい。複数の端子を用いることにより端子の幅が制限されることと、半田付けの箇所が分離されることにより、一方の端子に応力が集中するおそれがあるからである。

そこで本発明者らは、第１のリードから第１及び第２の端子が突出し、かつ第２のリードから第３及び第４の端子が突出する発光装置において、各端子における切断面の最適化を図るべく検討を重ね、本発明に想到するに至った。
この発明の第１の局面は次のように規定される。即ち、
ＬＥＤチップをマウントするマウント領域をその表面に有するとともにその裏面を露出させる第１のリードと、
前記ＬＥＤチップからのワイヤをボンディングするボンディング領域をその表面に有するとともに、その裏面を露出させる第２のリードと、
前記第１のリードと前記第２のリードを囲繞するとともに前記第１のリードと前記第２のリードの間に絶縁領域を形成するパッケージ樹脂部と、を備え、
前記第１のリードはその裏面を表出させつつ前記パッケージ樹脂部から突出する第１の端子と第２の端子を有し、
前記第２のリードはその裏面を表出させつつ前記パッケージ樹脂部から突出する第３の端子と第４の端子を有し、
前記第１〜第４の端子には切断面が突出方向側面に形成されている、ことを特徴とする発光装置。

このように規定される第１の局面の発光装置によれば、第１〜第４の端子の切断面を端子の突出方向側面としたので、端子の端面（突出方向正面、端子の幅方向の面）から切断面が排除される。
発光装置どうしの干渉を避けるため、端子の突出量は極力抑えられているので、端子においてその端面が最も幅広となる。上記のように、切断面を端子の側面に限定すれば、幅広の端面へ半田のフィレットを効果的に形成可能になるので、その半田付けが安定する。

この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、第１の局面に規定の発光装置において、前記切断面は前記第１の端子と前記第２の端子において各端子の対向面、及び前記第３の端子と前記第４の端子において各端子の対向面にそれぞれ形成されている。
このように規定される第２の局面の発光装置によれば、メッキ等の皮膜で保護されていない切断面が第１の端子と第２の端子の対向面に配置されるので、当該切断面に対する外部からの干渉が予防される。

第１の端子と第２の端子の各対向面に切断面を配置することにより、第１の端子及び第２の端子とリードフレームとを繋ぎ、第１の端子及び第２の端子との間で切断される連結部材として、１つの連結部材をリードフレームから伸ばして当該第１の端子と第２の端子との間に配置すればよい。
これに対し、第１の端子と第２の端子の外側側面に切断面を配置すると、第１の端子及び第２の端子へそれぞれ連結部材を繋ぐこととなる。第１の端子や第２の端子を発光素子の縁部に形成したとき、その外側に連結部材を繋ぐ構成を採用すると、この連結部材を配設するための余計なスペースがリードフレームに要求されることとなる。

図１はこの発明の実施の形態の発光装置の構成を示し、図１（Ｉ）は平面図、図１（ＩＩ）は図１（Ｉ）におけるＡ−Ａ線断面図、図１（ＩＩＩ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。図２は同じく発光装置の斜視図である。図３はＬＥＤチップを搭載する前のパッケージ部の上面斜視図である。図４は同じく下面斜視図である。図５は他の態様の発光装置の構成を示す上面斜視図である。図６は同じく下面斜視図である。図７は発光装置の製造過程で使用するリードフレームの一形態を示す平面図である。図８は発光装置の製造過程で使用するリードフレームの望ましい形態を示す平面図である。図９は図８の切断構造の詳細を示す模式図である。図１０は他の切断構造を示す模式図である。図１１は他の切断構造を示す模式図である。図１２は他の切断構造を示す模式図である。

次に、この発明を実施の形態に基づき更に詳細に説明する。
図１は実施の形態の発光装置１を示し、（Ｉ）は平面図、（ＩＩ）はＡ−Ａ線断面図、（ＩＩＩ）はＢ−Ｂ線断面図である。
この発光装置１はＬＥＤチップ３及びパッケージ部１０を備えている。
ＬＥＤチップ３にはＧａＮ系の発光ダイオードを採用した。ＧａＮ系の発光ダイオードはチップの一面にｎ電極とｐ電極が形成されるので、図１（１）に示すように、２本のボンディングワイヤＷ１、Ｗ２が懸架される。
なお、図１の例ではＬＥＤチップ３の中心が発光面の中心と完全に一致するものではない。しかし、両者の中心がほぼ一致しておれば、発光装置の使用上、何ら問題はない。

パッケージ部１０は第１のリード１１、第２のリード２１、２２及びパッケージ樹脂部３１を備える。
第１のリード１１はその端縁、即ち第２のリード２１、２２との対向部に薄肉部１３が形成される。この薄肉部１３の上面は第１のリードの基体部１４と実質的に面一であり、表面に露出する。ＬＥＤチップ３はこの薄肉部１３にその一部又は全部がかかるようにしてマウントされる。これは、薄肉部１３が発光装置１の発光面の中央を占めているためである。即ち、第１のリード１１においてＬＥＤチップ３がマウントされるマウント領域の一部又は全部が薄肉部１３の上面に存在する。
この例では、第１のリード１１において基体部１４の両端には薄肉部１３が形成されていない。換言すれば、第１のリード１１の第２のリード対向端の中央部分から薄肉部１３が第２のリード２１側へ延出されているといえる。中央部分を選択的に延出させたのは、両端部へパッケージ樹脂部３１の材料を回り込ませて第１のリード１１と第２のリードとの結合強度を確保するためである。

薄肉部１３はその上面が基体部１４と面一であればその裏面側の形状は特に限定されない。図１の例では薄肉部１３の裏面も平面としているが、裏面を傾斜面とすることができる。基体部１４側へ近付くにつれて薄肉部１３の厚さが減少するように傾斜面を形成すると、パッケージ樹脂部３１の材料が薄肉部１３に対してアンダーカットに作用し、第１のリード１１と第２のリード２１との結合強度が向上する。同様の観点から薄肉部１３の裏面を凹凸形状としてもよい。

図４に示すように、第１のリード１１の裏面はパッケージ樹脂部３１から表出している。
ＬＥＤチップ３の熱は第１のリード１１に伝わり、更にこの裏面から他の部材へ伝わり、排熱される。
第１のリード１１は二股に分かれてパッケージ樹脂部３１から外へ突出している。パッケージ樹脂部３１から突出した部分が端子１６、１７となる。
端子１６、１７を二股にしたのは、端子１６、１７の間にパッケージ樹脂部３１を型成形するときのゲート４０を設けるためである（図４参照）。

第２のリード２１、２２は第１のリード１１に対向して配置される。第２のリードの上面がボンディング領域となる。
この例では、１つのＬＥＤチップ３を第１のリード１１へマウントする構成であるので、第２のリード２１として図１（Ｉ）において上側に位置する部分へボンディングワイヤＷ２が引き渡されている。勿論、他のＬＥＤチップが第１のリード１１へマウントされたときには、当該他のＬＥＤチップからのボンディングワイヤは図１（Ｉ）において下側に位置する第２のリード２２へ引き渡される。上下の第２のリード２１、２２は、図１（Ｉ）において横方向中心線に対して対称形状である。
第１のリード１１に１つのＬＥＤチップのみがマウントされる場合は、下側の第２のリード２２は電気回路として機能していない。しかしながら、第１のリード１１の端子１６，１７が二股にわかれているので、装置における端子のバランス上の観点から、たとえダミーの端子となっても、第２のリード２２を設けることが好ましい。
勿論、第１のリード１１にマウントされた１つのＬＥＤチップ３から下側の第２のリード２２へワイヤをかけ渡すことができる。
図中符号２３、２４は端子を示す。

第２のリード２１、２２においても、第１のリード１１に対向する部分を薄肉部２５とし、その裏面側へパッケージ樹脂を回り込ませることが好ましい。これにより、第１のリード１１と第２のリード２１、２２との間に充分な結合強度が確保される。
この薄肉部２５も、第１のリード１１の薄肉部１３と同様に、その裏面を傾斜面とすることができる。端子２３、２４側へ近付くにつれて薄肉部２５の厚さが減少するように傾斜面を形成すると、パッケージ樹脂部３１の材料が薄肉部２５に対してアンダーカットに作用し、第１のリード１１と第２のリード２１との結合強度が向上する。同様の観点から薄肉部２５の裏面を凹凸形状としてもよい。
この例では、第２のリード２１の薄肉部２５の上面がボンディング領域となる。
ＬＥＤチップ３の熱は専ら第１のリード１１へ伝わり、ワイヤＷ２を介して第２のリード２１へ伝わる熱量は比較的小さい。従って、第２のリード２１においては薄肉部２５を幅広にとって、パッケージ樹脂３１の回り込み量を多くとり、第１のリード１１と第２のリード２１との結合強度を安定化させることが好ましい。

従って、第１のリード１１の薄肉部１３と第２のリード２１の薄肉部２５とを比較すると、後者を幅広とすることが好ましい。また、ＬＥＤチップ３からの高い排熱効率を確保するには、第１のリード１１においてマウント領域は比較的幅狭の薄肉部１３のみではなくその基体部１４にも及ぶものとし、マウントされたＬＥＤチップ３が第１のリード１１の基体部１４にもかかるようにする。これにより、熱源であるＬＥＤチップ３から主排熱面である第１のリード１１の裏面までの距離が短くなり、高い排熱効率が確保される。

パッケージ樹脂部３１は第１のリード１１、第２のリード２１及び２２を囲繞する。パッケージ樹脂部３１において発光装置の上面に存在する部分は反射面３３（傾斜面）を有する。
パッケージ樹脂３１において第１のリード１１と第２のリード２１及び２２との間に存在する部分は絶縁領域３５となる。
パッケージ樹脂３１としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂若しくはナイロン樹脂等の汎用的な高分子材料を用いることができる。第１のリード１１、第２のリード２１及び２２をインサートとして型成形により付形される。

このように構成された実施の形態の発光装置１によれば、発光面のほぼ中央に位置する第１のリード１１の薄肉部１３へＬＥＤチップ３がマウントされるので、発光面の発光バランスが良好に保たれる。
また、ＬＥＤチップ３の熱は薄肉部１３から基体部１４へ直接伝達するので、良好な排熱効率も維持される。

図５、図６には長方形のパッケージ部６０を備えた他の例の発光装置５０を示す。なお、図２の例と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この発光装置５０は、前の例の発光装置１と比べて、第１のリード５１が長尺に形成され、その基体部５４に発光面の中心が位置することとなるので、当該中心位置へＬＥＤチップ３をマウントしている。
第１のリード５１において絶縁領域３５に対向する部分及び第２のリード２１、２２の構成は前の例と同一である。

発光装置１及び発光装置５０の製造過程を図７に示す。
銀メッキされた表面を持つ金属（銅合金）薄板製のリードフレーム７０は、フレーム部７１、連結部７３及びリード部本体とを備える。リード部本体は発光装置１や発光装置５０にインサートされる第１のリード１１、５１及び第２のリード２１、２２である。このリード本体は連結部７３を介してフレーム部７１に連結されている。
リード部本体をリードフレーム７０から切り離す前に、即ち、リード部本体が連結部７３を介してフレーム部７１に連結された状態で、パッケージ樹脂部３１を射出成型する。
その後、図に点線で示す部分において連結部７３を切断し、図２に示す発光装置１及び図５，６に示す発光装置５０を得る。切断後、発光装置１、５０側に残されて、パッケージ樹脂部３１から突出した部分が端子１６，１７，２３，２４となる。

図７の点線位置で連結部７３を切断すると、各端子１６，１７，２３，２４の端面にはメッキが施されず、リードフレーム７０の地金が露出する。地金が露出した部分には半田のフィレットが形成され難い。
そこで、図８に示すように、フレーム部７１から延設された一本の連結部８３の自由端の両側面からアーム部８４，８５を伸ばし、アーム部８４、８５が端子１６，１７の対向面に連結させることができる。
端子２３、２４もアーム部８６，８７を介して連結部８９の自由端の両側面につながれている。
詳細を図９に示す。図９においてメッキで被覆されている面、即ち半田のフィレットが確実に形成される部位にｘｘｘを付してある。

図８において切断位置を点線で示した。図９では切断後にリードフレーム７１側に残される領域を斜線で示している。かかる切断構造を採用することにより、端子２３及び２４において相対向する面（突出方向側面）に切断面が形成される。同様に端子１６及び１７においても相対向する面に切断面が形成される。
連結部８３、８９の各アーム８４，８５，８６，８７を細くすることにより、切断面の面積を可久的に小さくすることができる。これにより、半田有効領域（ｘｘｘで示す領域）が最大化される。

図１０には他の態様の切断構造を示す。なお、図１０において図９と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０の例では、フレーム部７１から伸びる連結部９１の自由端の両肩部が端子２３の端縁と端子２４の端縁の相対向する角部に連結されており、切断面を当該角部（連結部９１の自由端の両肩部）とした。
かかる構成を採用すれば、図９の例に比べて細幅部（アーム部）が省略されるので、リードフレーム７０自体の機械的強度が安定する。即ち、パッケージ樹脂部３１を射出成型するときにおいても、リード本体がインサートとして安定する。

図１１には他の態様の切断構造を示す。なお図９と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。
図１１の例では、端子２３の外方側面とフレーム部７１との間、及び端子２４の外方側面とフレーム部７１との間にそれぞれ連結部１０１及び１０２を配設した。これにより、端子２３の外方側面（突出方向外側側面）に切断面が形成される。同様に、端子２４においてもその外方側面に切断面が形成される。
連結部１０１と端子２３との結合部分及び連結部１０２と端子２４との結合部分を細く形成することにより、切断面の面積の最小化、即ち半田有効領域の最大化が図れる。
なお、図１２に示すように、端子２３と端子２４との間に第２の連結部１０５を設けることが好ましい。これにより、連結部１０１、１０２に対するリード本体の機械的安定性が向上する。即ち、パッケージ樹脂部３１を射出成型するときにおいても、リード本体がインサートとして安定する。

この発明の実施形態の発光装置１、５０では比較的厚い金属板で第１のリード１１、５１及び第２のリード２１、２２を形成し、もってその裏面をパッケージ樹脂部１０から露出させて排熱効率の向上を図っている。換言すれば発光装置においてリード形成板の占める容積が大きく、パッケージ樹脂部１０が比較的に薄肉となる。従って、パッケージ樹脂部１０を射出成型するときにはその材料流れに注意を要する。そこで実施形態の発光装置１、５０では、第１のリード１１、５１の端子側を二股に形成し、二股に分かれた部分の間にゲートを設けることとした。
パッケージ樹脂部１０において発光装置の周面（反射面３３）に該当する部分はゲートを設けるには肉厚が不十分であり、絶縁領域３５にゲートを設けるとゲートから注入された材料が各リード１１，５１、２１，２４へ直接干渉するので好ましくない。
よって、第１のリード１１、５１において端子側で二股に分かれた部分の中央にゲートを設けることが好ましい。そのため、第１のリード１１には２つの端子１６、１７が形成されることとなった。その結果、発光装置における端子配置のバランス上、相手側のリード（第２のリード２１、２２）にも２つの端子を設けることが好ましい。

この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

１発光装置
３ＬＥＤチップ
１０パッケージ部
１１、５１第１のリード
２１、２２第２のリード
３１パッケージ樹脂部
１６，１７，２３，２４端子
７０リードフレーム
７１フレーム部
７３，８３，８９，９１，１０１，１０２，１０５連結部

Claims

ＬＥＤチップをマウントするマウント領域をその表面に有するとともにその裏面を露出させる第１のリードと、
前記ＬＥＤチップからのワイヤをボンディングするボンディング領域をその表面に有するとともに、その裏面を露出させる第２のリードと、
前記第１のリードと前記第２のリードを囲繞するとともに前記第１のリードと前記第２のリードの間に絶縁領域を形成するパッケージ樹脂部と、を備え、
前記第１のリードはその裏面を表出させつつ前記パッケージ樹脂部から突出する第１の端子と第２の端子を有し、
前記第２のリードはその裏面を表出させつつ前記パッケージ樹脂部から突出する第３の端子と第４の端子を有し、
前記第１の端子と前記第２の端子には、突出方向の内側面または外側面のいずれか一方のみに切断面が形成され、
前記第３の端子と前記第４の端子には、突出方向の内側面または外側面のいずれか一方のみに切断面が形成されている発光装置。
前記切断面は、前記第１〜第４の端子の角部分にそれぞれ形成されている、請求項１に記載の発光装置。