JP6410083B2 - Ｌｅｄ実装用基板、ｌｅｄ - Google Patents

Description

本発明は、実装型ＬＥＤが実装されるＬＥＤ実装用基板及びＬＥＤに関するものである。

表面実装型電子部品は、予めクリーム半田等が塗布されたパッド上に載置され、例えばリフローによって半田付けされることにより基板に実装される。ところで、パッドと電子部品の端子接合面とは一般的にわずかに大きさが異なり（仕様書ではパッドを電子部品の端子接合面より大きめに設計することが推奨されている。）、その結果、リフロー工程において、半田が溶けたときに電子部品がパッド上を動いて不測の位置ずれが生じるときがある。もちろん、パッド形状を電子部品の端子接合面形状と精度よく一致させれば、このような位置ずれは生じないとも考えられるが、実際には、個々の電子部品の端子形状にバラつきがあり、パッド形状を全ての電子部品の端子接合面形状と一致させることは不可能だから、結局位置ずれを解消することはできない。

この問題を解決すべく、例えば特許文献１では、パッド（メタライズ層）の形状を端子形状とは敢えて異ならせ、パッドの一部と電子部品の端子接合面との一部同士のみが重合するように構成することによって、半田の表面張力を利用して電子部品の位置ずれを防止するようにしている。

しかしながら、このような位置ずれ防止機構は、例えば電子部品がＬＥＤの場合、光軸を精度よく揃えられるといった利点が生じる一方、放熱の点で不具合が生じ得る。すなわち、放熱が特に重要視されるＬＥＤの場合、前述したようなパッドと端子接合面とが一部しか重合しない構造であると、パッドの放熱機能が十分発揮されないという不具合が生じ得る。

特開２０１０−５６３９９号公報

本発明は、かかる不具合に鑑みてなされたものであって、放熱機能を損なうことなく、表面実装型ＬＥＤの半田付け時における位置ずれ防止を容易に行えるようにすべく図ったものである。

すなわち、本発明に係るＬＥＤ実装用基板は、複数の端子を有する表面実装型ＬＥＤが実装されるものであって、前記各端子がそれぞれ半田付けされる複数のパッドを具備するとともに、放熱機能の最も高いパッド（以下「放熱性パッド」という。）を除く少なくとも１のパッド（以下「異形状パッド」という。）が、それに対応する端子の形状とは異なる形状をなし、前記ＬＥＤが実装される正規位置において、前記異形状パッドに対応する端子と前記異形状パッドとが重ならない非重合部分を有し、前記非重合部分は、前記ＬＥＤが実装される正規位置においてのみ、溶融した半田の表面張力によって、前記パッドと前記端子とが重合する部分の境界に働く力の合力が釣り合うように設けられていることを特徴とする。

このようなものであれば、正規位置から、例えばある程度ずれた状態でＬＥＤが基板に載置された場合、リフロー工程において半田が溶けると、溶融した半田の表面張力によって、パッドと端子とが重合する部分の境界、すなわち、複数のパッドとこれらパッドに１対１対応する複数の端子とがそれぞれ重合する部分の境界に力が働き、これらの力の合力によってＬＥＤが移動する。そして、ＬＥＤが実装される正規位置において、異形状パッドに対応する端子と異形状パッドとが重ならない非重合部分が上記合力を釣り合わせるので正規位置でＬＥＤの移動が止まる。そのため、ＬＥＤは半田付け工程を経ることによって確実に正規位置に配置することができ、位置ずれを防止することができる。
また、放熱性パッド以外のパッドを異形状に設けたので、放熱性パッドとこれに対応する端子との間に非重合部分が形成されることを防ぎ、放熱性が損なわれることを防ぐことができる。
なお、本発明における「異形状パッド」とは、端子と形状そのものが異なるものや、端子と形状は同じであるがその大きさが異なる相似形のものも含む。

また、前記ＬＥＤを所定の正規位置に実装した場合に、前記放熱性パッドに対応する端子接合面の略全面が当該放熱性パッド上に載るように構成してあれば、正規位置において、放熱用端子の接合面略全面が放熱性パッドに重合するので、ＬＥＤを搭載する場合に重要な放熱機能を担保できる。

ところで、この種の表面実装型ＬＥＤには、そのパッケージの側端面に裏面から切れ上がる有底溝が設けられたものがある。この有底溝には、パッケージの裏面に貼着させた端子の一部が延伸するように構成してあり、半田がその延伸部を伝ってパッケージの側周面まで上がるようにしてある。この構造によって、いわゆるフィレットが形成され、ＬＥＤの保持力が高まるとともに、余分の半田がこの有底溝で吸収され、はんだ付け性が向上する。

このようなＬＥＤを実装する場合、前記正規位置において、異形状パッドとそれに対応する端子の接合面との非重合部分のうち、異形状パッドからその隣のパッド側に向かって、対応する端子の接合面がはみ出すように該異形状パッドの形状が設定してあると、前記はみ出し部分、すなわち半田が接触しない部分が、有底溝乃至延伸部とは別の場所に設けられることとなり、有底溝乃至延伸部の機能を損なうことなく、良好な半田付け性を維持できる。

より具体的な実施態様としては、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを搭載したパッケージと、該パッケージの裏面に形成された複数の矩形状端子とを具備したＬＥＤに適用されるものであって、前記パッドが、前記端子に対応して並び設けられた概略矩形状をなすものであり、そのうちの異形状パッドが、その隣のパッド側の隅部または辺に切欠を設けた形状にしてあるものを挙げることができる。

良好な半田付け性を維持できる具体的態様としては、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを搭載したパッケージと、該パッケージの裏面に形成された複数の矩形状端子とを具備し、前記端子の一部がパッケージの側端面にまで延伸した延伸部を形成するようにしたＬＥＤに適用されるものであって、前記パッドが、前記端子に対応して並び設けられた概略矩形状をなすものであり、そのうちの異形状パッドが、１つの隅部または辺に切欠を設けた形状にしてあり、該切欠が前記延伸部を避けるように設けてあるものを挙げることができる。

パッドに鋭角部分があると、そこに溶融半田が溜まり易く、そこから半田が溢れてショートなどの原因ともなり得るが、かかる不具合を未然に回避するためには、前記異形状パッドのコーナの角度が全て９０度以上に設定してあるものが望ましい。

また、本発明に係るＬＥＤは、放熱機能の最も高いパッド（以下「放熱性パッド」という。）を含む複数のパッドを具備するＬＥＤ実装用基板に実装される表面実装型ＬＥＤにおいて、前記各パッドにそれぞれ半田付けされる複数の端子を具備するとともに、前記放熱性パッドと対応する端子を除く少なくとも１の端子（以下「異形状端子」という。）が、それに対応するパッドの形状とは異なる形状をなし、前記ＬＥＤが実装される正規位置において、前記異形状端子に対応するパッドと前記異形状端子とが重ならない非重合部分を有し、前記非重合部分は、前記ＬＥＤが実装される正規位置においてのみ、溶融した半田の表面張力によって前記パッドと前記端子とが重合する部分の境界に働く力の合力が釣り合うように設けられていることを特徴とする。

このようにパッド側ではなく端子側を異形状に構成した場合であっても、正規位置から、例えばある程度ずれた状態でＬＥＤが基板に載置された場合、正規位置においてのみ合力を釣り合わせる異形状端子を設けたので、リフロー工程において半田が溶けると、溶融した半田の表面張力によって、ＬＥＤが正規位置に向かって移動するとともに、合力が釣り合う正規位置でＬＥＤの移動が止まる。そのため、ＬＥＤを確実に正規位置に配置することができ、位置ずれを防止できる。
また、放熱性パッドに対応する端子以外の端子を異形状に設けたので、放熱性パッドとこれに対応する端子との間に非重合部分が形成されることを防ぎ、放熱性が損なわれることを防ぐことができる。

本発明によれば、放熱機能を損なうことなく、表面実装型ＬＥＤの半田付け時における位置決めを容易に行える。

本発明の一実施形態におけるＬＥＤの上方から視た斜視図。 同実施形態におけるＬＥＤの下方から視た斜視図。 同実施形態における基板のパッドを示す平面図。 同実施形態におけるＬＥＤが位置決めされるまでの動きを示すＬＥＤの位置決め過程図。 図４における端子及びパッドを拡大した拡大図。 図４における位置決めされたときの力の釣り合いを示す平面図。 本発明の他の実施形態におけるパッドを示す平面図。 本発明のさらに他の実施形態におけるパッドを示す平面図。 本発明のさらに他の実施形態におけるＬＥＤが位置決めされるまでの動きを示すＬＥＤの位置決め過程図。

本実施形態に係るＬＥＤ実装用基板１００（以下「基板１００」ともいう。）は、表面実装型ＬＥＤ１（以下「ＬＥＤ１」ともいう。）の端子１３、１４、１５を半田付けするためのパッド２、３、４がその表面に形成されたプリント配線基板である。
この基板１００の説明に先立って、まずは本基板１００に実装されるＬＥＤ１の概要を説明する。

このＬＥＤ１は、図１、図２に示すように、平板矩形状（ここでは正方形状）をなす表面実装型のものであり、平板正方形状をなすパッケージ１１と、該パッケージ１１の表面側に開口する有底円形穴の中央にボンディングされたＬＥＤチップ１２と、前記パッケージ１１の裏面に金メッキによって形成された複数（ここでは３つ）の端子１３、１４、１５とを具備するものである。

端子１３、１４、１５は、一定幅のギャップをあけて横一列に並び設けられた、縦寸法が等しく、横寸法の異なる概略矩形状をなすものである。なお、以下、端子１３、１４、１５の並び方向を横方向といい、それと直交する方向を縦方向という。

これら端子１３、１４、１５のうち、幅（横方向寸法）が狭い両端の端子１３、１５は、それぞれ電極（アノード及びカソード）端子であり、幅が広く最も面積の大きい中央の端子１４は放熱用端子である。これら各端子１３、１４、１５は、裏面だけでなくパッケージ１１の各側端面にまで延伸させてある。このように側端面にまで端子１３、１４、１５を延伸させた延伸部Ａを設けているのは、半田がその延伸部Ａを伝ってパッケージ１１の側端面まで上がり、いわゆるフィレットが形成されるようにして、保持力を高めるためである。

この実施形態では、パッケージ１１の各側端面に裏面から表面に向かって延びる有底溝Ｂがそれぞれ設けてあり、この有底溝Ｂの底面に、金メッキによる前記延伸部Ａが形成してある。有底溝Ｂにしているのは、余分の半田をこの有底溝Ｂに逃がす目的でもある。有底溝Ｂは、パッケージ１１の縦方向に平行な各側端面にそれぞれ２つずつが設けられ、そこには電極端子１３、１５の延伸部Ａが形成されている。また、パッケージ１１の横方向に平行な各側端面には有底溝Ｂが１つずつ設けられ、放熱用端子１４の延伸部Ａが形成されている。

一方、前記基板１００には、上述したように、前記ＬＥＤ１の各端子１３、１４、１５に対応する位置にパッド２、３、４が設けてある（図３参照）。

両側の電極端子１３、１５に対応するパッド２、４（以下、電極用パッド２、４ともいう。）は、それぞれ狭幅矩形状をなし、その横方向寸法Ｘ１は、電極端子１３、１５の最大許容横方向寸法と略同一又は大きめ、その縦方向寸法Ｙ１は、電極端子１３、１５の最大許容縦方向寸法と略同一又は大きめに形成してある。
一方、中央の放熱用端子１４に対応するパッド３（以下、放熱性パッド３ともいう。）は広幅矩形状をなし、横方向寸法Ｘ３及び縦方向寸法Ｙ３のいずれも放熱用端子１４の最大許容寸法と略同一又それよりも大きめに形成してある。
このようにして、ＬＥＤ１ごとの端子１３、１４、１５の寸法誤差のばらつきを吸収できるようにした電極用パッド２、４及び放熱性パッド３に例えばクリーム半田を塗布し、その上に前記ＬＥＤ１の各端子１３、１４、１５を載置してリフローすることによって、ＬＥＤ１は基板１００に半田付けされる。

しかして、この実施形態では、一方の電極用パッド２（以下、異形状パッド２ともいう。）について、その内側の２つの隅部のうち、一方の隅部を斜めに切り欠いて切欠Ｃを形成し、この異形状パッド２を五角形状にしている。
次に、このように構成した基板１００にＬＥＤ１を載置してリフローによる半田付けを行ったときのＬＥＤ１の挙動について、図４を参照して説明する。

最初、所定の正規位置からある程度ずれてＬＥＤ１が基板１００に載置された場合（図４（ａ）参照）、リフロー工程において半田が溶けると、溶融半田の表面張力は、溶融半田の表面積が小さくなるように作用するので、端子１３、１４、１５のそれぞれ異形状パッド２、放熱性パッド３、電極用パッド４と重なり合う部分（図中斜線で示す部分）の境界に表面張力による力が働く。このとき、パッド２、３、４はそれぞれ固定されて移動しないので、表面張力によって働く力は端子１３、１４、１５側に作用する。

そして、図４（ｂ）に示すように、これらの力の合力によって、ＬＥＤ１が切欠Ｃに対向する隅部方向（紙面左下方向）に移動し、これらの力の合力が釣り合う位置でＬＥＤ１の移動が止まる。この合力が釣り合う位置が正規位置となる。

ここで、端子１３を例に挙げて、表面張力によって働く力について図５を用いて説明する。図５は、図４に示す異形状パッド２と端子１３を拡大した拡大図である。なお、説明のため、図５に示すように、異形状パッド２の切欠Ｃが設けられた横方向の辺と対応する端子１３の辺をＺ１、辺Ｚ１と対向する横方向の辺をＺ２、パッド２の切欠Ｃが設けられた縦方向の辺と対応する端子１３の辺をＺ３、辺Ｚ３と対向する縦方向の辺をＺ４とし、異形状パッド２の切欠Ｃが設けられた縦方向の辺と重なり合う端子１３の部分をＺ１１とする。

図５に示すように、異形状パッド２と端子１３とが正規位置からずれた位置で載置されると、異形状パッド２と端子１３とが重合する部分の境界に位置する端子１３の辺Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４及び部分Ｚ１１には、溶融半田の表面張力によってそれぞれ力が働く。辺Ｚ１には辺Ｚ２から辺Ｚ１に向かう縦方向の力、辺Ｚ２には辺Ｚ１から辺Ｚ２に向かう縦方向の力が働き、辺Ｚ４及び部分Ｚ１１と対応する部分には、辺Ｚ３から辺Ｚ４に向かう横方向の力が働く。
これら上述した力は、全て異形状パッド２と端子１３とが重合する部分の境界の辺に対して垂直な方向に働くとともに、この辺の長さに比例するものである。
なお、図示しないが、放熱性パッド３と端子１４との間、及び、電極用パッド４と端子１５との間でも、溶融半田の表面張力によって、同様の力が働いている。

ここで、端子１３の異形状パッド２の切欠Ｃをなす斜めの辺と重なり合う部分にも、溶融半田の表面張力による力が働いており、この力は、切欠Ｃをなす辺に対して垂直方向をなす。

そして、図６に示すように、上述した力が釣り合う位置、つまり正規位置に向かってＬＥＤ１が移動する。この正規位置において、切欠Ｃをなす部分は端子１３と異形状パッド２とが重ならない非重合部分１６となり、端子１３が異形状パッド２からはみ出た状態となる。

しかして、この非重合部分は正規位置においてのみ、溶融半田の表面張力によって働く力の合力が釣り合うように設けられているので、ＬＥＤ１が正規位置で位置決めされる。本実施形態における正規位置とは、端子１３の辺Ｚ２及びＺ４と、異形状パッド２の対応する辺とが、ぴったり重なるか又はわずかにはみ出た位置のことである。なお、この位置では、表面張力は弱まるため、辺に作用する力も弱くなる。

このように、正規位置で端子１３と異形状パッド２とが重ならず、溶融半田の表面張力によって働く力の合力が釣り合うように設けられた非重合部分１６を設ける機構によって、ＬＥＤ１を正規位置に移動させてＬＥＤ１を位置決めすることができるとともに、正規位置で合力が釣り合うので、ＬＥＤ１の位置ずれを防止できる。

また、位置ずれ防止乃至位置決めのための切欠Ｃは、電極用パッド２にのみ設けられており、放熱性パッド３には設けられていないので、放熱性パッド３が放熱用端子１４の接合面略全面と半田を介して接触することになり、放熱性能をも確実に担保できる。

さらに切欠Ｃが異形状パッド２の内側隅部、すなわち、隣の放熱性パッド３側に設けられているので、有底溝Ｂと干渉することなく、該有底溝Ｂに設けられた延伸部Ａによるフィレットの形成や余分な半田の吸い取り機能を阻害することも無い。

加えて、異形状パッド２に鋭角部分があるとそこに半田溜りができやすく、溶融半田がそこから溢れて例えば隣の放熱性パッド３に至り、ショートなどの原因になる場合もあるところ、前記異形状パッド２のコーナ角度は全て９０度以上にしてあり、鋭角部分が存在しないので、半田溢れによるショートなどの不具合も未然に防止できる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、図７に示すように、切欠Ｃを電極用パッド２の外側隅部に設けてもよい。この場合は、切欠Ｃが有底溝Ｂの延伸部Ａに至らないようにすればなおよい。切欠Ｃの形状は三角形に限られず、部分円弧状や部分楕円状、その他、複数の曲線、直線からなる不定形状であってもよい。

また、前記実施形態では、異形状パッド２のコーナと端子１３のコーナとが合致するように位置決めしていたが、パッド２と端子１３の中心線同士が合致して位置決めされるように構成してもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、切欠Ｃをパッド２の内側隅部の両方に対称に設け、かつ、その切欠Ｃの形状を部分円状にすれば、縦方向中央を基準に位置決めすることが可能である。

また、異形状パッドは１つに限られず、２つでもよい。例えば、図８（ｂ）に示すように、各電極用パッド２、４にそれぞれ対称に切欠Ｃを設けてこれらを異形状パッドとしてもよい。このようにすれば、横方向中央を基準に位置決めすることが可能である。

また、異形状パッドを複数設ける別の構成としては、例えば図９に示すように、
放熱性パッド３の両端に配置するパッド２、４をともに異形状パッドとするものが挙げられる。

この実施形態では、異形状パッド２、４は放熱性パッド３に対して対称となるように配置された略三角形状をなすものであり、具体的には、３つの頂点のうちの１つの内角が９０度以上の鈍角をなすとともに、鈍角をなす頂点を挟む２辺が同じ長さとなる鈍角二等辺三角形をなすものである。この異形状パッド２、４の鈍角をなす頂点は、共に放熱性パッド３が配置される方向を向いている。

このように構成すれば、図９（ａ）に示すように、異形状パッド２、４及び放熱性パッド３と、端子１３、１４、１５とが重合する部分の境界に、溶融半田の表面張力によって力が働き、この合力によってＬＥＤ１が紙面右下方向に移動する。

そして、図９（ｂ）に示すように、合力が釣り合う正規位置では、異形状パッド２、４と端子１３、１５とがそれぞれ重ならない非重合部分１６Ａが、ＬＥＤ１の横方向の移動を固定するとともに、半円形状の有底溝Ｂ部分（非重合部分１６Ｂ）がＬＥＤ１の縦方向の移動を固定するので、ＬＥＤ１の縦方向中央及び横方向中央を基準に位置決めすることが可能となる。

さらに、本発明は、電極端子だけを有する２端子のＬＥＤにも適用可能である。このようなＬＥＤの場合、いずれかの端子の接合面が大きく設定してあって、該端子が放熱機能を主として担うことになるため、切欠は、放熱機能の低い方の端子、すなわち接合面の小さい端子に設けておくことが好ましい。
また、延伸部を避けた位置に切欠を設けることを再優先課題とするならば、切欠を放熱性パッドに設けても構わない。

異形状パッドは、いわゆる切欠を設けた形状とは一般的に呼べないような形状でもよく、要は、正規位置において端子とパッドとが重ならない非重合部分を設けて、正規位置でＬＥＤを固定させるように構成されていればよい。このことによって、半田溶融時にＬＥＤの位置が一意的に定まり、不測の位置ずれを防止することができる。

また、上述した実施形態では、パッド側を異形状に設けたものであったが、端子側を異形状に設けたものであっても構わない。
この場合は、複数のパッドを有する表面実装用基板に実装される表面実装型ＬＥＤにおいて、各パッドにそれぞれ半田付けされる複数の端子を具備するとともに、放熱機能の最も高いパッド（以下「放熱性パッド」という。）に対応する端子を除く少なくとも１の端子（以下「異形状端子」という。）が、それに対応するパッドの形状とは異なる形状をなすものを挙げることができる。

その他、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能なのはいうまでもない。

１・・・ＬＥＤ
２・・・異形状パッド
３・・・放熱性パッド
４・・・電極用パッド
１６・・・非重合部分

Claims (6)

1. 複数の端子を有する表面実装型ＬＥＤが実装されるＬＥＤ実装用基板において、
   前記各端子がそれぞれ半田付けされる複数のパッドを具備するとともに、前記複数のパッドのうち実装されるＬＥＤに対して最も高い放熱機能を有するパッド（以下「放熱性パッド」という。）を除く少なくとも１のパッド（以下「異形状パッド」という。）が、それに対応する端子の形状とは異なる形状をなし、
   前記ＬＥＤが実装される正規位置において、前記異形状パッドに対応する端子と前記異形状パッドとが重ならず、かつ前記異形状パッドに対応する端子の接合面が前記異形状パッドからはみ出す非重合部分を有し、
   前記非重合部分は、前記正規位置においてのみ、溶融した半田の表面張力によって前記パッドと前記端子とが重合する部分の境界に働く力の合力が釣り合うように設けられていることを特徴とするＬＥＤ実装用基板。
2. 前記ＬＥＤを所定の正規位置に実装した場合に、前記放熱性パッドに対応する端子接合面の略全面が当該放熱性パッド上に載ることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ実装用基板。
3. 前記正規位置において、異形状パッドとそれに対応する端子の接合面との非重合部分のうち、異形状パッドからその隣のパッド側に向かって、対応する端子の接合面がはみ出すように該異形状パッドの形状を設定してある請求項１乃至２記載のＬＥＤ実装用基板。
4. ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを搭載したパッケージと、該パッケージの裏面に形成された複数の矩形状端子とを具備したＬＥＤに適用されるものであって、
   前記パッドが、前記端子に対応して並び設けられた概略矩形状をなすものであり、そのうちの異形状パッドが、その隣のパッド側の隅部または辺に切欠を設けた形状にしてある請求項１乃至３記載のＬＥＤ実装用基板。
5. ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを搭載したパッケージと、該パッケージの裏面に形成された複数の矩形状端子とを具備し、前記端子の一部がパッケージの側端面にまで延伸した延伸部を形成するようにしたＬＥＤに適用されるものであって、
   前記パッドが、前記端子に対応して並び設けられた概略矩形状をなすものであり、そのうちの異形状パッドが、１つの隅部または辺に切欠を設けた形状にしてあり、該切欠が前記延伸部を避けるように設けてある請求項１乃至４記載のＬＥＤ実装用基板。
6. 前記異形状パッドのコーナ角度が全て９０度以上に設定してある請求項１乃至５いずれか記載のＬＥＤ実装用基板。