JP5937315B2 - 発光ダイオード - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードに係り、特に、基板の前面に発光素子を備え、基板の側面を介してマザーボード上に実装する側面実装型の発光ダイオードに関するものである。
従来、導光板等の照射対象物の受光面となる側面に向けて光を照射するための光源として、特許文献１，２に開示されているような側面実装型の発光ダイオードが用いられている。このような発光ダイオードは、マザーボード上に下側面が載置される四角形状の基板と、この基板の前面に実装される発光素子と、この発光素子を囲うように前面側に設けられる反射枠とを備えて構成されている。
前記基板には、マザーボード上に載置される下側面の両端部に一対のスルーホールが設けられ、このスルーホールを介して前面側に一対の前面電極、背面側に一対の背面電極が回り込むように形成されている。一方、マザーボード上には、前記一対のスルーホールに対応した位置に電極パターンが設けられ、この電極パターン上に前記一対のスルーホール及び一対の背面電極が対応するように下側面を下にして基板が載置される。そして、前記スルーホールから背面電極にかけてハンダを塗布することでマザーボードとの電気的接続を図っている。
特開２０１１−９１３４４号公報 特開２０００−１２７７３号公報
上記発光ダイオードは、マザーボードと接する面が基板の一側面のみで、この側面の端部に設けられているスルーホール等の端子電極を介して外部から発光素子に電圧が印加されるようになっている。しかしながら、前記基板の側面は幅が狭く、また、基板の傾きを防止するため、発光素子が実装されている基板の背面側のハンダ塗布量が制限されることがある。このため、マザーボードに接する端子電極の露出面が狭くなり、端子電極を介した放熱性が十分得られないといった問題があった。
特に、上記従来の基板は一枚の板材で形成されているため、発光素子を実装する部分と端子電極となる部分以外に電極パターンの露出する部分が少なく、放熱効率が低いものとなっていた。また、前記電極パターンを放熱用としてのみ露出させるためには、端子電極との絶縁を図らなければならず、これによって電極パターン形成が複雑になるといった問題もあった。
そこで、本発明の目的は、スルーホール等のハンダ接続用の端子電極とは別に、発光素子が実装される実装部を大きく開口することのできる放熱用の開口部を基板に設けることによって、マザーボードに載置した際の放熱性を向上させた発光ダイオードを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、マザーボードに実装される一側面の両角部に一対の端子開口部及びこの一対の端子開口部の間に前記一対の端子開口部より大きく円弧状に切り欠いた放熱開口部が形成される矩形状のベース部と、前記放熱開口部から裏面の一部が露出するようにして前記ベース部に重ねて配置され、表面及び前記裏面に絶縁部を介して一対の電極がそれぞれ形成され、少なくとも裏面に形成される一対の電極が該裏面の縁部に至るまで形成される実装部と、前記実装部の表面上に配置される発光素子と、前記実装部を貫通して表面及び裏面に形成されている一対の電極をそれぞれ熱的に接続する金属材料からなる熱伝導体とを備え、前記実装部の裏面に形成されている前記一対の電極が前記一対の端子開口部からそれぞれ露出すると共に、前記放熱開口部からは前記実装部の裏面に形成されている前記一対の電極の少なくともいずれかが露出し、前記一対の端子開口部及び前記放熱開口部に露出する電極の下端が前記マザーボードに接するように配置されることを特徴とする。
本発明に係る発光ダイオードによれば、基板がベース部と実装部とを組み合わせて構成されているため、前記ベース部に放熱用の開口部を設けることによって、実装部に形成されている電極パターンを必要なサイズや形状に露出させることができる。また、前記実装部に形成される電極パターンが表面と裏面とで熱伝導部によって繋がっていることで、発光素子が実装されている前面側の熱を背面側に伝導して、前記放熱用の開口部から効率よく外部に放熱させることができる。
また、前記放熱用の開口部を有したベース部に、表裏面で導通する電極パターンが形成された樹脂基板や全体が導電性を有する金属基板、あるいは、フレキシブル基板等の実装部を選択して組み合わせることができる。これによって、発光素子の実装形態や放熱効率に合わせた発光ダイオードを形成することができる。
第１実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記発光ダイオードを側面実装した状態の断面図である。 上記発光ダイオードの基板構成を実装部側から見た組立図（ａ）及びその完成図（ｂ）である。 上記発光ダイオードの基板構成をベース部側から見た組立図（ａ）及びその完成図（ｂ）である。 上記発光ダイオードの基板の内部構成を示す斜視図である。 第２実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記発光ダイオードを側面実装した状態の断面図である。 上記発光ダイオードの基板構成を実装部側から見た組立図（ａ）及びその完成図（ｂ）である。 上記発光ダイオードの基板構成をベース部側から見た組立図（ａ）及びその完成図（ｂ）である。 第３実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記発光ダイオードを側面実装した状態の断面図である。 上記発光ダイオードの基板構成を実装部側から見た斜視図である。 上記発光ダイオードの基板構成をベース部側から見た斜視図である。
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態では側面実装型の発光ダイオードを例にとって説明する。図１乃至図５には、本発明の第１実施形態に係る側面実装型の発光ダイオード１１の構成が示されている。この発光ダイオード１１は、ベース部１３及びこのベース部１３上に載置される実装部１４とからなる基板１２と、前記実装部１４上に実装される発光素子１５と、この発光素子１５を封止する透光性の樹脂体１６とを備えている。
図３は前記基板１２を実装部１４側から見た組立図（ａ）及び完成図（ｂ）であり、図４は前記基板１２をベース部１３側から見た組立図（ａ）及び完成図（ｂ）である。図３（ａ）及び図４（ａ）に示したように、前記実装部１４は、エポキシ樹脂やＢＴレジン等によって長方形状に形成された絶縁性の基板で形成され、その表面１４ａ及び裏面１４ｂに一対の電極パターン（第１電極１７及び第２電極１８）が形成される。前記第１電極１７と第２電極１８は、図５に示したように、実装部１４内を貫通する一対の熱伝導部（熱伝導体）１９ａ，１９ｂを介してそれぞれ表面１４ａ及び裏面１４ｂが導通している。
前記実装部１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂには、前記第１電極１７と第２電極１８を電気的に分離する表面絶縁部２１及び裏面絶縁部２２が設けられる。前記表面絶縁部２１は、実装部１４の外周に沿った外周部２１ａと、第１電極１７と第２電極１８とを仕切る仕切部２１ｂとからなっている。本実施形態では、後述するように、第１電極１７が放熱面に設定されるため、この第１電極１７が第２電極１８よりも広くなるように前記仕切部２１ｂの位置が設定される。また、図４に示したように、実装部１４の裏面１４ｂ側の第１電極１７及び第２電極１８も表面１４ａ側と同様な広さに設定するが、マザーボード２０上に側面実装した際に第１電極１７及び第２電極１８が接触するように、裏面１４ｂの縁面まで形成される。
前記熱伝導体１９ａ，１９ｂは、第１電極１７と第２電極が形成されている部分をそれぞれ表面から裏面に通じる貫通孔２５と、この貫通孔２５内を満たす金属材料２６とで構成される。前記金属材料２６は第１電極１７及び第２電極１８と同様に熱伝導性の高い銅やアルミニウム等が使用される。なお、前記貫通孔２５はスルーホールとして形成することもできる。この一対の熱伝導体１９ａ，１９ｂを介して表面と裏面の第１電極１７と第２電極１８が導通すると共に、表面に載置されている発光素子１５から発せられる熱を裏面に効率よく伝導させることができる。
前記ベース部１３は、エポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料によって前記実装部１４と略同じ平面サイズの長方形状に形成されるが、一側面を介して自立可能とするため、一定の厚みを有して形成される。このベース部１３は、図３及び図４に示したように、下側面１３ｃの両角部に一対の端子開口部２３が設けられ、この一対の端子開口部２３の間に円弧状の放熱開口部２４が設けられる。
前記実装部１４は、裏面１４ｂ側をベース部１３の表面１３ａに接着剤等を介して貼り合わせることによって、側面実装型の基板１２が形成される。このようにして形成された基板１２は、図３（ｂ）に示したように、前面側が発光素子１５が実装される発光面となる。一方、基板１２の背面側は、図４（ｂ）に示したように、一対の端子開口部２３から前記各熱伝導体１９を介して表面と導通した第１電極１７及び第２電極１８がそれぞれ露出すると共に、放熱開口部２４からは前記第１電極１７が円弧状に大きく露出する。
前記基板１２は、実装部１４の表面１４ａ側の第１電極１７上に発光素子１５が実装されると共に、この第１電極１７に発光素子１５の一方の素子電極から延びるボンディングワイヤ２７が接続され、第２電極１８に前記発光素子１５の他方の素子電極から延びるボンディングワイヤ２７が接続される。最後に、透光性の樹脂体１６によって前記発光素子１５を封止することによって側面実装型の発光ダイオードが完成する。
このようにして形成された発光ダイオード１１は、図２に示したように、発光素子が実装されている前面側をマザーボード２０と平行となるように、放熱開口部２４が設けられている下側面１３ｃをマザーボード２０上に載置する。そして、端子開口部２３を通して露出する第１電極１７と第２電極１８にハンダ２８を塗布することによって、マザーボード２０との電気的接合が図られる。このとき、放熱開口部２４を通して露出する第１電極１７は、マザーボード２０に直接接することができるため、表面側の発光素子１５の発光によって生じた熱が熱伝導体１９ａ，１９ｂを介して裏面側の第１電極１７に伝達され、そのままマザーボード２０に効率よく放熱させることができる。
このように、側面実装型の基板１２が実装部１４とベース部１３とからなり、両者を貼り合わせて一体化させることによって、発光素子１５が実装される第１電極１７を放熱面として利用することができる。これによって、別途放熱部材を基板に設ける必要がないので、製造工数やコストが掛からず製品のコンパクト化も図られる。
なお、本実施形態では、前記ベース部１３に設けられる放熱開口部２４を切削加工や刳り貫き加工が容易な円弧状に形成したが、マザーボード２０に接する面が広く確保できれば四角形状や三角形状であってもよい。
図６乃至図９には、本発明の第２実施形態に係る側面実装型の発光ダイオード３１が示されている。この発光ダイオード３１は、基板３２が絶縁性のベース部３３と、このベース部３３の上に接合される導電性基板からなる実装部３４とで構成される。なお、この実装部３４は、全体が上記第１実施形態の熱伝導体１９ａ，１９ｂに相当する熱伝導部となっている。前記ベース部３３は、第１実施形態と同様に下側面の角部に一対の端子開口部４３と、中央部に放熱開口部４４が設けられる。
図８は前記基板３２を実装部３４側から見た組立図（ａ）及び完成図（ｂ）であり、図９は前記基板３２をベース部３３側から見た組立図（ａ）及び完成図（ｂ）である。前記実装部３４は、熱伝導性の高い銅やアルミニウム等の金属材料で形成された金属板が用いられる。この実装部３４は、前記ベース部３３よりも長手方向の幅が短く形成され、裏面側をベース部３３の略中央部に合わせて接着剤等を介して接合される。
前記ベース部３３は、前記実装部３４が載置されている表面３３ａが露出する絶縁部分を隔てて第１電極３７及び第２電極３８がパターン形成される。また、前記一対の端子開口部４３はスルーホール４９になっており、各スルーホール４９は前記第１電極３７と第２電極３８にそれぞれ導通している。そして、各スルーホール４９は、ベース部３３の下側面３３ｃの角部を覆う導電性の遮蔽部材４５，４６によって前面側が塞がれる。この遮蔽部材４５，４６を設けることによって、発光素子３５が載置されている実装部３４の前面側を隙間なく長方形状に封止することができる。
前記実装部３４上には発光素子３５が実装されるだけであり、この発光素子３５の一対の素子電極とは前記第１電極３７と第２電極３８にボンディングワイヤ４７を介して電気的接続が図られる。最後に、前記実装部３４を含むベース部３３の上を第１実施形態と同様の透光性の樹脂体３６（図７参照）によって封止する。
この実施形態の発光ダイオード３１は、図７に示したように、一対の端子開口部４３及び放熱開口部４４が設けられているベース部３３の下側面３３ｃをマザーボード２０に載置し、前記一対のスルーホール４９にハンダ４８を塗布することによって電気的接続が図られる。また、発光素子３５が載置されている実装部３４が金属板となっているため、全体が熱伝導部となっている。これによって、ベース部３３に設けられている放熱開口部４４に露出する部分と直接接するマザーボード２０に熱を効率よく逃がすことができる。
図１０乃至図１３は、本発明の第３実施形態に係る側面実装型の発光ダイオード５１が示されている。この発光ダイオード５１は、基板５２が絶縁性のベース部５３と、このベース部５３の上に接合されるシート状の実装部５４とで構成される。前記ベース部５３には、第１及び第２実施形態と同様に、下側面の角部に一対の端子開口部６３と、中央部に放熱開口部６４が設けられる。
図１２は前記基板５２を実装部５４側から見た斜視図であり、図１３は前記基板５２をベース部５３側から見た斜視図である。前記実装部５４は、広い電極面を有するシート状のフレキシブル基板によって形成されている。この実装部５４には、中央部に第１電極５７、この第１電極５７を挟んで第２電極５８及び第３電極５９が設けられ、外周部の一部と各電極間を仕切る部分が樹脂による絶縁部６６となっている。前記第１電極５７は放熱開口部６４を覆うようにして設けられ、第２電極５８及び第３電極５９は各端子開口部６３を覆うようにして設けられる。前記一対の端子開口部６３から露出する第２電極５８及び第３電極５９は薄いシート面となっているため、各放熱開口部６４をスルーホール６９によって形成することで、電気抵抗の低減とハンダ６８との接合強度を図ることができる。なお、本実施形態では、前記第１電極５７、第２電極５８及び第３電極５９が第１及び第２実施形態における熱伝導部と同じように作用する。
発光素子５５は、前記第１電極５７上に載置され、一対のボンディングワイヤ６７を介して第２電極５８と第３電極５９に導通接続され、その上を透光性の樹脂体５６によって封止される。本実施形態では、前記一対の端子開口部６３が第２電極５８及び第３電極５９で塞がれるため、第２実施形態で示したような遮蔽部材４５，４６が不要となる。
本実施形態の発光ダイオード５１は、放熱開口部６４が設けられているベース部５３の下側面５３ｃに向けて前記第１電極５７、第２電極５８及び第３電極５９が延びている。このため、図１１に示したように、前記下側面５３ｃをマザーボード２０上に載置することで、このマザーボード２０と実装部５４との接触が図られる。この実装部５４は薄いフレキシブル基板で形成され、特に第１電極５７については、発光素子５５が載置されている裏面側が放熱開口部６４から大きく露出しているため、放熱効果が大きいものとなる。
上記第１乃至第３実施形態における各発光ダイオードは、発光素子が実装されている前面がマザーボードと平行となるように、ベース部の下側面をマザーボード上の所定位置に載置し、一対の端子開口部を満たすようにしてハンダを塗布した後、マザーボード全体をリフロー処理する。このリフロー処理によって、塗布されたハンダが前記一対の端子開口部から露出する実装部の電極面に溶融接合することで、発光素子との電気的接続が図られると共に、マザーボードに安定した状態で側面実装することができる。
以上、説明したように、本発明の発光ダイオードは、基板が放熱開口部を設けたベース部と発光素子が実装される実装部とを組み合わせて形成されているため、特別な放熱部材を付加することなく、マザーボード上に側面実装した際の高い放熱性を得ることが可能となった。また、前記実装部については、電極パターンを形成した樹脂基板、熱伝導性の高い金属基板、あるいは、シート状の電極面を有するフレキシブル基板など、用途に応じた実装基板を選択して使用することができるようになった。なお、本実施形態では、側面実装型の発光ダイオードについて示したが、それ以外の実装形態にも適用可能である。
１１ 発光ダイオード
１２ 基板
１３ ベース部
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
１３ｃ 下側面
１４ 実装部
１４ａ 表面
１４ｂ 裏面
１５ 発光素子
１６ 樹脂体
１７ 第１電極
１８ 第２電極
１９ａ，１９ｂ 熱伝導体
２０ マザーボード
２１ 表面絶縁部
２１ａ 縁部
２１ｂ 仕切部
２２ 裏面絶縁部
２２ａ 縁部
２２ｂ 仕切部
２３ 端子開口部
２４ 放熱開口部
２５ 貫通孔
２６ 金属材料
２７ ボンディングワイヤ
２８ ハンダ
３１ 発光ダイオード
３２ 基板
３３ ベース部
３３ａ 表面
３３ｃ 下側面
３４ 実装部
３５ 発光素子
３６ 樹脂体
３７ 第１電極
３８ 第２電極
４３ 端子開口部
４４ 放熱開口部
４５ 遮蔽部材
４６ 遮蔽部材
４７ ボンディングワイヤ
４８ ハンダ
４９ スルーホール
５１ 発光ダイオード
５２ 基板
５３ ベース部
５３ｃ 下側面
５４ 実装部
５５ 発光素子
５６ 樹脂体
５７ 第１電極
５８ 第２電極
５９ 第３電極
６３ 端子開口部
６４ 放熱開口部
６６ 絶縁部
６７ ボンディングワイヤ
６８ ハンダ
６９ スルーホール

Claims (1)

  1. マザーボードに実装される一側面の両角部に一対の端子開口部及びこの一対の端子開口部の間に前記一対の端子開口部より大きく円弧状に切り欠いた放熱開口部が形成される矩形状のベース部と、
    前記放熱開口部から裏面の一部が露出するようにして前記ベース部に重ねて配置され、表面及び前記裏面に絶縁部を介して一対の電極がそれぞれ形成され、少なくとも裏面に形成される一対の電極が該裏面の縁部に至るまで形成される実装部と、
    前記実装部の表面上に配置される発光素子と、
    前記実装部を貫通して表面及び裏面に形成されている一対の電極をそれぞれ熱的に接続する金属材料からなる熱伝導体とを備え、
    前記実装部の裏面に形成されている前記一対の電極が前記一対の端子開口部からそれぞれ露出すると共に、前記放熱開口部からは前記実装部の裏面に形成されている前記一対の電極の少なくともいずれかが露出し、前記一対の端子開口部及び前記放熱開口部に露出する電極の下端が前記マザーボードに接するように配置されることを特徴とする発光ダイオード。
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