JP5495495B2 - 表面実装型発光ダイオード - Google Patents

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Description

本発明は、表面実装型発光ダイオードに関するものであり、特に側面方向が発光する側面発光型の発光ダイオードにおける表面実装用電極の構造に関するものである。
一般に、発光ダイオードにおいては、基板に発光ダイオード素子が実装され、その発光ダイオード素子が実装されている面と導通がとれている電極を、各種装置の回路基板等に半田付けする際に使用する半田付け用端子としている。この発光ダイオードにおいて、半田付けする回路基板等の表面に平行な方向に発光する側面発光型の発光ダイオードでも、半田付け用端子としてスルーホールが用いられることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１３は従来の側面発光型の発光ダイオードを用いたモジュールを示す断面図である。このモジュールにおいて、基板２には発光素子４が搭載され、回路基板６上の配線パターン８に実装するために用いるスルーホール１０が設けられている。このスルーホール１０は、内周面にメッキにより形成された導体層１２が設けられており、切断時に導体層１２にバリが発生することを防ぐため内部に半田１４が充填されている。
このモジュールにおけるスルーホール１０は、集合基板に貫通孔を設け、その内周面にメッキを施し、レジストで開口を閉塞した後、透光性樹脂１６をモールド成形し、貫通孔内部に半田を充填してから軸方向に切断することにより略半円柱状をなすように形成されている。
特開２００１−７７４０８号公報
通常、上記従来のモジュールのような側面発光型におけるスルーホール１０は、発光素子４をダイボンド及びワイヤーボンドする基板２上の一対の電極にそれぞれ導通するように少なくとも２つ実装面に形成されている。このように、同一面上に少なくとも２つの半円柱状のスルーホール１０を形成するには、基板２の実装面をスルーホール１０が複数形成可能な大きさに設定することが必要となり、小型化を阻害することになっていた。
そこで、スルーホール１０の径を小さくすることを試みたが、製造上、困難であることが確認された。即ち、上記従来のモジュールにおいては、発光素子の樹脂封止時にスルーホール１０内に透光性樹脂１６が流れ込むことを防ぐため、レジストやドライフィルムで開口を塞ぐ必要があった。このレジスト等はスルーホール１０の開口を塞ぐという目的から、その外形寸法をスルーホール１０の径よりも大きくしなければならず、また、レジスト等を基板２上に形成する時にスルーホール１０に対するズレが大きいという問題もあった。このようなレジスト等の径とズレを考慮すると、レジスト等をスルーホール１０の径よりもかなり大きくしなければ確実にスルーホール１０を塞ぐことができなかった。このようにレジスト等を形成するスペースを確保すると、例えスルーホール１０の径を小さくしたとしても、基板２上のデッドスペースが多くなり、小型化を大きく阻害することになった。
また、光の反射効率を高めるために、基板２の導電部分に銀メッキを使用する場合には、レジスト等と銀との密着性が悪くレジスト等が剥れることを防ぐため、先にレジスト等でスルーホールを塞いでから銀メッキを施す必要があった。しかし、このように先にレジスト等でスルーホールを塞いでしまうと、その内部にメッキ液が入り難くなってしまう。そこで、スルーホール内に充分にメッキを施すためには、スルーホールの径を大きくしなければならず、前述したレジスト等を形成するスペースと相まってデッドスペースが更に多くなり小型化が難しくなるという問題があった。
そこで、スルーホールを基板２の実装面の角部に形成し、その断面形状が円を略４分の１に分割した扇形をなすように設定することを試みたが、断面が略半円形をなすスルーホールに比べて基板と内周面を覆う導電層との接触面積が小さくなり、充填した半田等と共に内周面を覆う導電層が基板から剥れてしまうことがあった。
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術等の問題点を解決し、スルーホールをより小さく形成することを可能にして小型化を容易にした表面実装型発光ダイオードを提供することにある。
本発明の表面実装型発光ダイオードは、基板の発光側面上に設けられた素子実装用電極に発光ダイオード素子を実装し、前記発光側面と一端辺を共にする実装面が前記基板に設けられた表面実装型発光ダイオードであって、前記基板の実装面の一辺の両端の角部位置に前記発光側面からその反対側の背面に至るように形成され、円を４分の１に分割した扇形の断面形状を有し且つ内周面に基板がむき出しになった溝状の４分の１スルーホールと、該４分の１スルーホール内に直接充填されて接合され且つ円を４分の１に分割した扇形の断面形状を有する導電性樹脂ペーストと、から構成される円柱を軸方向に４分割した断面形状が扇形をなすフラットスルーホールからなるスルーホールを設け、前記スルーホールにおける前記導電性樹脂ペーストの軸方向の分割面が実装されて側面実装されるものとなっている。
また、本発明の一実施例では、前記基板の発光側面及び背面方向のスルーホールの端部の少なくとも一方の表面にメッキ等により発光側面及び背面上に形成される電極が乗り上げて塞ぐ構造となっている。また、この表面実装型発光ダイオードでは、前記４分の１スルーホールの両端部に段部を設けて、開口径が広がるように構成し、該段部内にも前記導電性樹脂ペーストが充填されたものとなっている。
さらに、本発明の表面実装型発光ダイオードは、基板の発光側面上に、発光ダイオード素子を囲んで照射方向に光を反射するリフレクタが設けられている。
本発明の表面実装型発光ダイオードにおけるスルーホールは、貫通孔に直接導電性樹脂ペーストを充填して軸方向に分割したものとなっている。このように貫通孔に直接導電性樹脂ペーストを充填することでスルーホールを形成すると、導電性樹脂ペーストに含まれる樹脂製の接着剤が樹脂製の基板に良好に接着した状態となる。これにより、基板に導電性樹脂ペーストを強固に固着することができ、スルーホールの径や断面形状を小さくしても、導電性樹脂ペーストが基板の貫通孔から剥れ落ちることがない。このため、基板を小型化して、発光ダイオードを容易に小型化することができる。
また、基板の貫通孔に直接導電性樹脂ペーストを充填してスルーホールを形成しているので、レジストやドライフィルムを用いて貫通孔を塞ぐ必要がない。このため、従来技術のようにレジスト等を形成するスペースを基板に設ける必要がなくなり、小型化をより容易にすることができる。
本発明の表面実装型発光ダイオードにおける基板は、発光ダイオード素子が実装される素子実装用電極が設けられた発光側面と、この発光側面と一端辺を共にする実装面を有している。この基板の実装面の角部位置には、発光側面からその反対側の面に至るスルーホールが設けられている。このスルーホールは、基板に形成された貫通孔に導電性樹脂ペーストを直接充填し、軸方向に分割することにより形成されたフラットスルーホールからなる。これにより、基板に導電性樹脂ペーストを強固に固着することができ、スルーホールの径や断面形状を小さくしても、導電性樹脂ペーストが基板の貫通孔から剥れ落ちることがない。このため、基板を小型化して、発光ダイオードを容易に小型化することができる。
図１は本発明の一実施例に係る表面実装型発光ダイオードの前面側斜視図、図２は図１に示す表面実装型発光ダイオードの背面側斜視図、図３は図１に示す表面実装型発光ダイオードのＡ−Ａ断面図である。２０は側面方向に発光する表面実装型の発光ダイオードである。２２はガラスエポキシ等の絶縁材からなる基板であり、図３中の左側面となる発光側面２２ａ上に発光ダイオード素子２４を実装する素子実装用電極２６が設けられている。この基板２２の図２における下面は、回路基板等に載置して実装する実装面２２ｂとなっている。この実装面２２ｂの角部位置には、発光側面２２ａからその反対側の背面２２ｃに至るフラットスルーホールからなるスルーホール２８が設けられている。
このスルーホール２８は、基板２２の実装面２２ｂの角部位置に形成した円を略４分の１に分割した扇形の断面形状を有する溝状の４分の１スルーホール２２ｄに、銀ペースト等の導電性樹脂ペースト３０を充填したものとなっている。このスルーホール２８における４分の１スルーホール２２ｄは、その内周面に基板２２がむき出しになっており、基板２２がむき出しになった４分の１スルーホール２２ｄ内に導電性樹脂ペースト３０が直接充填されている。
また、この発光ダイオード２０は、基板２２の素子実装用電極２６上に発光ダイオード素子２４が実装され、これを封止樹脂３２で封止したものとなっている。また、本実施例における発光ダイオード２０には、封止樹脂３２の周囲に、光の反射効率を高めるリフレクタ３４が設けられている。
上記構成からなる発光ダイオード２０において、スルーホール２８は、円を略４分の１に分割した扇形の断面形状を有するものとなっており、極めて小さいものとなっている。このため、導電性樹脂ペースト３０と４分の１スルーホール２２ｄの内周面との接触面積が比較的小さくなるが、本実施例においては、導電性樹脂ペースト３０を基板２２がむき出しとなっている４分の１スルーホール２２ｄ内に充填することでそれらの接合力を高めている。即ち、基板２２と導電性樹脂ペースト３０は、共に樹脂を含むものであり、同質の材料を含むことで接着力が高まり、強固に接合することができる。仮に、４分の１スルーホール２２ｄの内周面にメッキを施すことで金属層を形成し、そこに導電性樹脂ペースト３０を充填すると、基板２２と導電性樹脂ペースト３０との間に樹脂を含まない金属層が介在し、この金属層が基板２２及び導電性樹脂ペースト３０との接着力が弱いため、接触面積が小さい４分の１スルーホール２２ｄから剥れてしまうことがある。本実施例では、同質の材料（樹脂）を含む基板２２と導電性樹脂ペースト３０とを直接接触させて強固に接合しているので、互いの接触面積が小さくても剥れることがない。
図４乃至図７はスルーホール２８、リフレクタ３４等の形成工程の概要を示す集合基板の平面図と断面図である。はじめに、図１等に示す発光ダイオード２０の多数個取りが可能な集合基板３６には、各基板２２の角部位置に内部に金属層等が形成されていない円筒形状の貫通孔３８が形成されている。
次に、この集合基板３６の表面に発光ダイオード素子２４を実装する素子実装用電極２６を導電性樹脂ペーストの印刷等により形成すると共に貫通孔３８内に導電性樹脂ペースト３０を充填する。その後、図５に示すように、発光ダイオード素子２４を素子実装用電極２６にダイボンド及びワイヤーボンドすることにより実装し、封止樹脂３２でまとめて封止する。このときに、貫通孔３８内には既に導電性樹脂ペースト３０が充填されて塞がれているので、レジストやドライフィルムで塞がなくても封止樹脂３２が流れ込むことはない。
次に、貫通孔３８の中央にダイシングを施すことで個々の発光ダイオード２０に分割する。このときに貫通孔３８はその軸方向に４分割され、円柱を４分割した断面が扇形をなすフラットスルーホールからなるスルーホール２８になる。尚、必要に応じてリフレクタ３４を設けてから分割することもできる。
本実施例のように導電性樹脂ペースト３０が充填されたスルーホール２８を、半田を用いて回路基板等に固着すると、導電性樹脂ペースト３０に半田が付き難いため、銀ペースト等の導電性樹脂ペーストを用いて固着することが好ましい。また、スルーホール２８の表面に金、スズ等の金属メッキを施して導電性樹脂ペースト３０を金属層で覆うことにより、半田で固着することも可能となる。
図６乃至図１２はスルーホール２８をその軸方向に切断した部分拡大断面図であり、基板２２の発光側面２２ａ及び背面２２ｃ上に形成される電極４０，４２と、導電性樹脂ペースト３０との位置関係を示す構造例と、発光側面２２ａ及び背面２２ｃ方向のスルーホール端部の形状を示す構造例を図示している。本実施例においては、図６に示す構造を基本構造として、より強固に導電性樹脂ペースト３０を４分の１スルーホール２２ｄの内周面に接合することが可能な構造を図７乃至図１２に例示している。
即ち、図６に示す構造は、基板２２の発光側面２２ａ及び背面２２ｃ方向のスルーホール２８の端部に、メッキ等により発光側面２２ａ及び背面２２ｃ上に形成される電極４０，４２が乗り上げて塞がない構造となっている。この構造においては、４分の１スルーホール２２ｄの内周面と導電性樹脂ペースト３０との接触による接着力で強固に接合される。
一方、図７に示す構造は、スルーホール２８の端部に、電極４０，４２が乗り上げて塞ぐ構造となっている。この構造においては、上記のような４分の１スルーホール２２ｄの内周面と導電性樹脂ペースト３０との接触による接着力に、電極４０，４２によって導電性樹脂ペースト３０の端部を押さえる固定力を付加することができ、導電性樹脂ペースト３０の接着力を増強することができる。また、図８に示す構造は、電極４０，４２の何れか一方（図８においては電極４０）だけがスルーホール２８の端部に乗り上げて塞ぐ構造となっている。この構造においても、導電性樹脂ペースト３０の片側の端部を押さえる固定力を付加して接着力を増強することができる。
また、図９に示す構造は、４分の１スルーホール２２ｄの両端部に段部２２ｅ，２２ｆを設けて、開口径が広がるように構成し、この段部２２ｅ，２２ｆ内にも導電性樹脂ペースト３０を充填する構造となっている。この構造の場合、導電性樹脂ペースト３０は、段部２２ｅ，２２ｆによって軸方向に位置決め固定されることになり、４分の１スルーホール２２ｄの内周面に、より強固に接合されることになる。また、この構造の場合、図１２に示すように、段部２２ｅ，２２ｆ内に電極４０，４２を形成しても、段部２２ｅ，２２ｆ内に充填された導電性樹脂ペースト３０が段部２２ｅ，２２ｆに係止する構造は維持されるので、強固に接合されることに変わりはない。
また、図１１に示す構造は、４分の１スルーホール２２ｄの一方の端部に段部２２ｅを設けてそこに導電性樹脂ペースト３０を充填し、この導電性樹脂ペースト３０に電極４０を乗り上げさせることで他方の端部側を塞いだ構造となっている。この構造の場合にも、導電性樹脂ペースト３０の両端部を段部２２ｅと電極４０によって係止又は押さえることができ、強固に接合することができる。また、この構造において、図１２に示すように、段部２２ｅ内に電極４２を形成しても、図１１に示す構造と同様に、強固に接合することが可能である。
尚、本実施例における構造は、実装面に略平行に発光するように実装する側面実装で、４分の１スルーホールを形成する場合に最適であるが、側面実装でない通常の面実装や２分の１スルーホールの場合に用いても、導電性樹脂ペーストの接着力を増すことが可能である。
本発明の表面実装型発光ダイオードにおける表面実装用電極の構造は、発光ダイオードだけでなく、発光素子と受光素子を搭載したモジュール等にも利用することが可能である。
本発明の一実施例に係る表面実装型発光ダイオードの前面側斜視図である。 図１に示す表面実装型発光ダイオードの背面側斜視図である。 図１に示す表面実装型発光ダイオードのＡ−Ａ断面図である。 スルーホール等の形成工程の概要を示す集合基板の平面図である。 封止樹脂で封止した状態を示す集合基板の断面図である。 図１に示すスルーホールをその軸方向に切断した部分拡大断面図である。 図６に示すスルーホールにおける電極と導電性樹脂ペーストとの位置関係を変更した例を示す部分拡大断面図である。 図６に示すスルーホールにおける電極と導電性樹脂ペーストとの位置関係を更に変更した例を示す部分拡大断面図である。 図６に示すスルーホールにおける端部の形状を変更した例を示す部分拡大断面図である。 図９に示すスルーホールにおける段部に電極を形成した変更例を示す部分拡大断面図である。 図６に示すスルーホールにおける電極と導電性樹脂ペーストとの位置関係を変更すると共に端部の形状を変更した例を示す部分拡大断面図である。 図１１に示すスルーホールにおける段部に電極を形成した変更例を示す部分拡大断面図である。 従来の側面発光型のモジュールを示す断面図である。
符号の説明
２０ 発光ダイオード
２２ 基板
２２ａ 発光側面
２２ｂ 実装面
２２ｃ 背面
２２ｄ ４分の１スルーホール
２２ｅ 段部
２２ｆ 段部
２４ 発光ダイオード素子
２６ 素子実装用電極
２８ スルーホール
３０ 導電性樹脂ペースト
３２ 封止樹脂
３４ リフレクタ
３６ 集合基板
３８ 貫通孔
４０ 電極
４２ 電極

Claims (4)

  1. 基板の発光側面上に設けられた素子実装用電極に発光ダイオード素子を実装し、前記発光側面と一端辺を共にする実装面が前記基板に設けられた表面実装型発光ダイオードであって、
    前記基板の実装面の一辺の両端の角部位置に前記発光側面からその反対側の背面に至るように形成され、円を４分の１に分割した扇形の断面形状を有し且つ内周面に基板がむき出しになった溝状の４分の１スルーホールと、該４分の１スルーホール内に直接充填されて接合され且つ円を４分の１に分割した扇形の断面形状を有する導電性樹脂ペーストと、から構成される円柱を軸方向に４分割した断面形状が扇形をなすフラットスルーホールからなるスルーホールを設け、
    前記スルーホールにおける前記導電性樹脂ペーストの軸方向の分割面が実装されて側面実装されることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
  2. 前記基板の発光側面及び背面方向のスルーホールの端部の少なくとも一方の表面にメッキ等により発光側面及び背面上に形成される電極が乗り上げて塞ぐ構造となっていることを特徴とする請求項１記載の表面実装型発光ダイオード。
  3. 前記４分の１スルーホールの両端部に段部を設けて、開口径が広がるように構成し、該段部内にも前記導電性樹脂ペーストが充填されることを特徴とする請求項１及び２記載の表面実装型発光ダイオード。
  4. 前記基板の発光側面上に、前記発光ダイオード素子を囲んで照射方向に光を反射するリフレクタを設けてなることを特徴とする請求項１乃至３記載の表面実装型発光ダイオード。
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