WO2011083703A1 - Ｌｅｄモジュール装置及びその製造方法 - Google Patents

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WO2011083703A1
WO2011083703A1 PCT/JP2010/073319 JP2010073319W WO2011083703A1 WO 2011083703 A1 WO2011083703 A1 WO 2011083703A1 JP 2010073319 W JP2010073319 W JP 2010073319W WO 2011083703 A1 WO2011083703 A1 WO 2011083703A1
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led
main body
lead frame
pair
led chip
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政道 石原
勉 豊嶋
靖之 竹原
和輝 楢崎
達郎 刀禰館
輝雄 竹内
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国立大学法人九州工業大学
株式会社 東芝
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    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • the present invention relates to an LED module device in which an LED package having an LED chip mounted on a lead frame is mounted on a mounting substrate, and a manufacturing method thereof.
  • LED Light Emitting Diode
  • LED Light Emitting Diode
  • Such an LED is mounted on a mounting substrate to form an LED package, and is used for backlighting of electronic devices such as mobile phones, digital video cameras, and PDAs, large displays, road displays, and the like.
  • the LED package basically includes a heat dissipation device for cooling.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an LED module including a heat dissipating device according to the prior art (see Non-Patent Document 1).
  • the illustrated LED module has an LED package that is mounted on a dedicated unit substrate, which includes a copper plate and a printed wiring board.
  • a dedicated unit substrate which includes a copper plate and a printed wiring board.
  • an LED chip, an optical component, and a phosphor sheet are mounted on a ceramic substrate.
  • the LED chip is flip-chip bonded directly to the ceramic substrate with gold bumps, and the optical component and the phosphor sheet are fixed with silicon resin.
  • the heat conduction of the ceramic substrate is worse than that of metals such as copper, so that heat cannot be radiated well, it is expensive, and the CTE (thermal expansion coefficient) with the secondary mounting substrate (printed wiring board) Due to the large difference, there are problems such as poor bonding and difficulty in processing.
  • the metal core substrate has better heat dissipation than the ceramic substrate
  • the secondary mounting substrate made of glass epoxy or the like has a poor thermal conductivity, so a multilayer substrate is used to increase the thermal conductivity.
  • the current situation is that the output is reduced to be insufficient.
  • FIG. 16 is a diagram showing an LED module provided with a heat dissipation device according to another conventional technique (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a hole is formed in a printed wiring board and an LED package is attached thereto. The LED package provided with the heat sink is attached to the heat sink via a thermal binder.
  • This Patent Document 1 uses metal leads extending from the side surface of the LED package body to attach the LED package.
  • this metal lead needs to be integrally formed with a ceramic that is usually used for the LED package body, and its configuration is complicated.
  • the side opposite to the light emitting surface of the LED chip is mounted on the LED package substrate, and heat is radiated through the package substrate, but the package substrate and the mounting substrate (printed wiring board) on which the package substrate is mounted are mounted. Chip heat is not easily transmitted due to high thermal resistance.
  • the present invention solves such problems, and separates the lead frame main body portion on which the LED chip is mounted from the mounting substrate (printed wiring board) for electrical connection, and optimizes the respective cost performance. Overall, it aims to realize low-cost and high-efficiency exhaust heat.
  • the LED module device and the manufacturing method thereof according to the present invention include a configuration for mounting an LED chip and using light emitted from the LED chip and dissipating heat released from the LED chip.
  • the LED module device has a flat plate-like main body formed by processing a metal plate-like member, and extends in a direction in which the main body is bent and rises from at least two opposite sides of the main body, and A lead frame having a pair of electrode portions electrically separated from each other by an opening provided in the main body, an LED chip mounted on the front surface of the main body of the lead frame, and the pair of electric An LED package configured by electrically connecting each terminal to a pair of electrode portions, and a mounting substrate in which an opening for mounting the LED package is formed and wiring is formed.
  • the LED package is sealed with a transparent resin.
  • the main body part of the lead frame is divided into two parts, an LED chip is mounted on one of the main body parts, and one of the pair of electrode parts is integrally formed.
  • the main body portion of the lead frame is divided into three parts, LED chips are mounted on the central main body portion, and the main body portions on both the left and right sides are formed integrally with each of the pair of electrode portions.
  • At least one back surface of the pair of electrode portions is thinned to a predetermined thickness by half-etching to insulate the heat sink or the housing attached to the main body portion.
  • a lens can be disposed in the opening formed in the mounting substrate so as to oppose the light emitting surface of the LED chip.
  • the lead frame main body portion on which the LED chip is mounted is separated from the mounting substrate (printed wiring board) for electrical connection, and each of them can optimize cost performance, and is comprehensive, inexpensive and highly efficient. Waste heat can be realized.
  • a heat sink can be provided on the back surface of the lead frame main body portion, if the housing is brought into direct contact with the back surface of the main body portion, the housing can be used as a heat sink, so that an inexpensive configuration can be achieved.
  • the output can be higher than before (it can be brightened). Or, it is possible to extend the life with the same output as the conventional one. Furthermore, since a general metal material is used, it can be manufactured at low cost.
  • FIG. 2A and 2B show a plate-like member before processing the lead frame.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of the lead frame
  • FIG. 2B shows a top view thereof.
  • the plate-like member after the formation of the cavity and the dicing line is shown.
  • (A) is a cross-sectional view taken along the line XX ′ showing only one left block shown in (B), and
  • (B) is a top view. Show.
  • the plate-shaped member after opening formation is shown
  • (A) is a cross-sectional view taken along line XX ′ showing only one left block shown in (B)
  • (B) is a top view. .
  • (A) is a cross-sectional view taken along the line XX ′ showing only the left one block shown in (B), and (B) is a top view.
  • They are sectional drawing (A) and top view (B) which show one lead frame for one LED package. It is sectional drawing shown in the state which mounted the LED chip. It is sectional drawing shown in the state which connected the LED chip to the lead frame. It is a figure which shows in the state sealed with resin, (A) shows side surface sectional drawing, (B) is a top view in the case of 1 chip / package, (C) is a top view in the case of multiple chips / package Show.
  • FIG. 1 shows side surface sectional drawing
  • B is a top view in the case of 1 chip / package
  • C is an upper surface in the case of multiple chips / package
  • Sectional drawing of the LED module device when a plurality of LED packages of the second example are mounted is illustrated as two
  • B is a schematic bottom view seen from the X direction shown in (A)
  • C are the schematic top views seen from the Y direction in the heat sink unmounted state.
  • FIG. 6A is a view showing a LED package of a fourth example
  • FIG. 5A is a top view
  • FIG. 5B is a cross-sectional view cut along the line XX ′
  • FIG. Cross-sectional views are shown respectively.
  • (A) is a figure which shows the LED module comprised based on this invention (same as above-mentioned FIG. 11)
  • (B) is a figure which shows a conventional structure. It is a figure which shows the LED module provided with the thermal radiation apparatus by a prior art. It is a figure which shows the LED module provided with the thermal radiation apparatus by another prior art.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED module device embodying the present invention.
  • an external electrode see FIG. 6 of the lead frame of the assembled LED package is connected to the wiring on the lower surface of the mounting board (printed wiring board), and a lens and a heat sink (or a housing) are attached.
  • an LED chip is mounted on one of the main parts of the lead frame which is electrically divided into left and right, and the pair of electric terminals is divided into two.
  • the lead frame is connected to each of the lead frames and further sealed with resin. Each upper end side of the lead frame divided into two becomes a pair of external electrodes.
  • the LED package is mounted on the mounting board by mounting the LED package in an opening provided in the mounting board and connecting a pair of external electrodes of the lead frame to the wiring on the lower surface of the mounting board by soldering or the like. .
  • Light emitted from the LED chip passes through the opening.
  • the LED chip is arranged so that its light emitting surface faces the lens. Although it is desirable to mount the lens for collecting light, the lens is not always necessary.
  • FIGS. 2A and 2B show a plate-like member before processing the lead frame.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of the lead frame
  • FIG. 2B shows a top view thereof.
  • the size per LED package is, for example, about 3.2 ⁇ 2.8 ⁇ 0.5 mm.
  • description will be made assuming that 3 ⁇ 9 lead frames are simultaneously formed on the plate-like member shown in FIG.
  • the lead frame material a conventionally used material, for example, copper, a copper alloy, or an iron alloy is used.
  • FIG. 3 shows a plate-like member after forming cavities and dicing lines.
  • (A) is a cross-sectional view taken along line XX ′ showing only the left one block shown in (B). Shows a top view.
  • the lead frame is manufactured by pressing or etching.
  • etching the case of etching will be described as an example.
  • the illustrated cavity (recess) and dicing line are formed by etching.
  • the cavity is a recess for mounting the LED chip.
  • the dicing line is a half cut that is formed in advance for separation into individual packages to be cut into later packages.
  • FIG. 4A and 4B show the plate-like member after the opening is formed.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line XX ′ showing only one left block shown in FIG. 4B, and FIG. Is shown.
  • the formation of the opening is for electrically separating the pair of left and right external electrodes, and is performed by, for example, etching. Alternatively, this opening may be performed before forming the cavity of FIG. In this case, the opening may be formed by forming a hole halfway from the back surface of the lead frame, and then penetrating by forming a cavity from the subsequent surface.
  • FIG. 5 shows a plate-like member after half-etching of the back surface.
  • (A) is a cross-sectional view taken along line XX ′ showing only one left block shown in (B). A top view is shown.
  • the formation of the back half-etch is for securing an insulating layer between the heat sink (see FIG. 1) to be attached to the back and is performed by etching.
  • this half-etching one back surface of a lead frame portion divided on both sides by an opening is cut to a predetermined thickness. Through the above steps, 3 ⁇ 9 connected lead frames are formed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view (A) and a top view (B) showing one lead frame for one LED package.
  • A cross-sectional view
  • B top view
  • the lead frame is bent from the main body portion located on both sides of the main body portion, that is, at least two opposite ends, on which the LED chip is mounted.
  • a pair of electrode portions extending in a direction rising on the same side as the light emitting direction of the LED chip is provided.
  • the tip surfaces of the pair of electrode portions function as external electrodes to be connected to the wiring of the mounting substrate.
  • what functions as an external electrode is not necessarily limited to the front end surface of an electrode part, What is necessary is just the upper part side of an electrode part.
  • the wiring of the mounting substrate arranged away from the lead frame main body can be soldered from the outer surface on the front end side of the electrode portion.
  • the electrode portion is illustrated as rising from the flat plate portion in a direction orthogonal to the flat plate portion.
  • the electrode portion is not necessarily orthogonal, for example, obliquely so that the external electrode is positioned above the flat plate-shaped main body portion. It may be raised linearly or curved upward.
  • At least a pair of external electrodes are separated from each other by an opening.
  • the pair of external electrodes are separated from each other by dividing the flat plate-like main body portion into two by openings.
  • an LED chip is mounted on one of the two main parts divided to make one wire bond connection, while the other wire bond connection is made to the other main part.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the LED chip is mounted.
  • the LED chip is fixed to one front surface of the main body portion of the lead frame using an adhesive.
  • This LED chip has an LED light emitting surface on the upper surface, and a bonding wire connection electrode is formed around the LED light emitting surface. Note that although only one LED chip is illustrated in the drawing, a plurality of chips can be mounted (see FIG. 9C).
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the LED chip connected to the lead frame. After the LED chip is fixed on one of the main parts of the lead frame, each of the two divided lead frames and the connection electrodes of the LED chip are wire-bonded with bonding wires.
  • FIGS. 9A and 9B are views showing a resin-sealed state, in which FIG. 9A shows a side cross-sectional view, FIG. 9B shows a top view in the case of one chip / package, and FIG. FIG.
  • the top surface of the lead frame on which the LED chip is mounted is transparent liquid resin (the material is, for example, epoxy) up to the same plane as the lead frame tip surface that functions as an external electrode. System) is used for resin sealing (transfer molding or potting).
  • the LED package of the first example is completed by dividing into individual packages.
  • the LED package divided into individual packages is attached to a mounting substrate as shown in FIG. 1 described above to constitute an LED module device.
  • a mounting substrate As this mounting substrate, a printed wiring board (printed circuit board) having a lens mounting portion perforated in advance is produced.
  • One (see FIG. 1) or a plurality of (see FIG. 11 described later) LED packages are attached to the mounting substrate to constitute an LED module device.
  • the lens is attached to the perforated position of the printed wiring board using an adhesive.
  • the light emitting surface of the LED chip faces the lens direction.
  • the mounting of the LED package is performed by connecting the lead frame external electrode (see FIG. 6) to the wiring (the electrode connection pad portion) provided on the mounting substrate (printed wiring board) by soldering or the like.
  • the LED package not only the LED package but also electric circuit elements such as control ICs and passive components are mounted and connected to the wiring provided on the printed wiring board (see FIG. 11 described later).
  • a plate-shaped heat sink is attached to the back surface of the lead frame of the LED package mounted on the mounting board. Thereby, the LED module device is completed.
  • the half-etch formed on the back surface of the lead frame (and the sealing resin injected therein) ensures insulation between one of the divided lead frames and the heat sink.
  • the heat sink for example, a heat radiating plate such as a copper plate, an aluminum plate, or a mixed material of aluminum and carbon is bonded. Alternatively, it can be directly attached to the housing without attaching a heat sink. Thereby, the heat generated from the LED chip is radiated through the lead frame and further through the heat sink.
  • heat can be radiated not only from the lower surface in the figure of the heat sink but also from the upper surface thereof. However, it can replace with a heat sink and can utilize the housing
  • FIG. 10A and 10B are diagrams showing an LED package of a second example, where FIG. 10A is a side sectional view, FIG. 10B is a top view in the case of one chip / package, and FIG. 10C is a plurality of chips / package. The top view in the case of is shown.
  • the LED package of the second example is different from the LED package of the first example shown in FIG. 9 only in that the main body portion of one lead frame is divided into three by two openings. Yes.
  • An LED chip is mounted on the main body part at the center of the lead frame divided into three, and the front end surface of the electrode part that is bent and rises from the left and right flat plate body end parts located at the opposite two side edges. Functions as an external electrode.
  • half-etches for securing an insulating layer are formed on the back surfaces of the flat plate-like main body portion and the electrode portion on both the left and right sides.
  • the heat generated from the LED chip is dissipated through the lead frame main body and further through the heat sink.
  • the left and right electrode portions can be completely insulated from each other and from the heat sink.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the LED module device when a plurality of LED packages of the second example are mounted (illustrated as two), and FIG. 11B is a schematic bottom view of the LED module device viewed from the bottom surface.
  • C) is a schematic top view of the LED module device in a state where the heat sink is not mounted as viewed from above. As shown, a heat sink is bonded to the back surface of the lead frame on which the LED chip is mounted. Thereby, the LED module device is completed. Thereby, the heat generated from the LED chip is radiated through the lead frame and further through the heat sink. Since a space is also formed between the heat sink and the printed wiring board, heat can be radiated not only from the upper surface in the figure of the heat sink but also from the lower surface thereof.
  • a mounting board As a mounting board, a printed circuit board having a lens mounting portion perforated in advance is produced. As shown in the figure, a plurality of LED packages are attached to the mounting substrate to constitute an LED module device.
  • the printed wiring board is a single-layer wiring on one side, and the perforations are formed by punching a mold or the like in the state of a prepreg (resin-impregnated base material) or drilling.
  • This mounting board comprises printed wiring of a circuit pattern with a conductor such as copper foil on an insulating board. In the printed wiring, a conductor pattern is formed by printing on the surface or surface of an insulating substrate and the inside thereof in order to connect components.
  • the LED package is mounted by connecting a pair of external electrodes to a wiring (its electrode connection pad portion) provided on a mounting substrate (printed wiring board) by soldering or the like.
  • a wiring its electrode connection pad portion
  • a mounting substrate printed wiring board
  • electric circuit elements such as a control IC and a passive component are mounted and connected to the wiring provided on the printed wiring board.
  • a lens is attached to the perforated position of the printed wiring board using an adhesive.
  • the light emitting surface of the LED chip faces the lens direction. Or you may attach to a printed wiring board in the state which mounted
  • FIG. 12A and 12B are diagrams showing an LED package of a third example.
  • FIG. 12A is a side sectional view
  • FIG. 12B is a top view in the case of one chip / package
  • FIG. 12C is a plurality of chips / package.
  • the top view in the case of is shown.
  • the LED package of this third example is shown in FIG. 9 only in that a half etch for securing an insulating layer is not formed on any of the back surfaces of the lead frame portion divided into two by one opening. This is different from the LED package of the first example.
  • half-etching for securing an insulating layer is not necessarily required.
  • FIG. 13A and 13B are diagrams showing an LED package of a fourth example, where FIG. 13A is a top view, FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line XX ′, and FIG. 13C is YY ′. Cross-sectional views cut along lines are shown.
  • a pair of anchors in a direction orthogonal to the pair of external electrodes are provided on both sides of the LED chip to be mounted. This makes it possible to increase the bite to the resin and increase the reliability. Further, it is possible to prevent resin leakage to the package bottom side. For example, at the time of resin sealing, the lead frame is pressed and brought into close contact with the bottom surface of the mold through the anchor in the upper mold of the mold to prevent resin leakage to the package bottom surface side.
  • FIG. 14A is a diagram showing an LED module configured in accordance with the present invention (same as FIG. 11 described above), and FIG. 14B is a diagram showing a conventional structure.
  • heat generated from the LED chip passes through the LED mounting board and is discharged to the heat sink through the printed wiring board.
  • the LED mounting substrate and the printed wiring board are integrated together or combined so that the heat exhaust is limited, or the combined structure is a high cost substrate.
  • the LED module device configured according to the present invention separates the lead frame main body portion on which the LED chip is mounted from the substrate (printed wiring board) for electrical connection. Therefore, waste heat can be selected as the most cost-effective means. For example, a cheap aluminum or copper veneer can be used as the heat sink, and the housing can also be used as the heat sink. Further, when the lead frame main body is separated from the printed wiring board, the surface area of the heat sink increases nearly twice as much as that of the conventional structure, so that the exhaust heat (heat dissipation) effect is increased.

Abstract

　本発明は、ＬＥＤチップを搭載したリードフレーム本体部を、電気接続のための実装基板から離して、それぞれのコストパフォーマンスの最適化を図って、総合して安価で高効率な排熱を実現する。ＬＥＤパッケージは、リードフレーム本体部のおもて面にＬＥＤチップを搭載して、その一対の電気端子を分割したリードフレームのそれぞれに接続することにより構成する。実装基板には、ＬＥＤパッケージを装着するための開口部が開けられ、かつ配線を形成する。ＬＥＤパッケージの実装基板への装着は、リードフレームの一対の電極部の上部側を、実装基板の配線に接続することにより行い、かつ、リードフレーム本体部の裏面にヒートシンク或いは筐体を取り付ける。

Description

ＬＥＤモジュール装置及びその製造方法
　本発明は、リードフレーム上にＬＥＤチップを搭載したＬＥＤパッケージを、実装基板上に装着したＬＥＤモジュール装置及びその製造方法に関する。
　ＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）は、消費電力が低く二酸化炭素削減、高耐久性という環境と省エネを兼ね備えた素子として普及している。このようなＬＥＤは、実装基板上に装着してＬＥＤパッケージにして、携帯電話やデジタルビデオカメラ、PDAなどの電子機器のバックライト、大型ディスプレイ、道路表示器などの表示用等に用いられている。ＬＥＤはそれ自体が発光素子であり、熱を放出するので、ＬＥＤパッケージは基本的に冷却のための放熱装置を含んでいる。
　現行のＬＥＤモジュールでは一次実装基板としてセラミック基板やメタルコア（銅、アルミ）基板を用い、かつ、この一次実装基板を、発光面を上にして二次実装基板に実装し、二次実装基板へ熱を伝導させ放熱している。図１５は、従来技術による放熱装置を備えたＬＥＤモジュールを示す図である（非特許文献１参照）。図示のＬＥＤモジュールは銅板とプリント配線板からなる、専用のユニット基板に実装されるＬＥＤパッケージを有している。ＬＥＤパッケージは、セラミック基板上にＬＥＤチップ、光学部品および蛍光体シートを装着している。ＬＥＤチップはセラミック基板に直接金バンプでフリップチップ接合され、光学部品と蛍光体シートはシリコン樹脂で固定されている。
　従来のセラミック基板を使用した方法では、セラミック基板の熱伝導が銅などの金属よりも悪いためうまく放熱できないこと、高価なこと、二次実装基板（プリント配線板）とのＣＴＥ（熱膨張係数）の差が大きいために接合不良が発生する、加工が困難などの問題がある。またメタルコア基板ではセラミック基板よりも放熱性はよいものの、ガラスエポキシなどからなる二次実装基板の熱伝導率が悪いために多層基板にして熱伝導率を上げるなどの方法を採っているが、放熱が不十分なために出力を小さくして使用しているのが現状である。
　また、図１６は、別の従来技術による放熱装置を備えたＬＥＤモジュールを示す図である（特許文献１参照）。特許文献１は、プリント配線板に穴を開けて、そこにＬＥＤパッケージを取り付ける構成を開示する。ヒートシンクを備えたＬＥＤパッケージは、熱結合剤を介して放熱板に取り付けられている。この特許文献１は、ＬＥＤパッケージの取付けのために、ＬＥＤパッケージボディ側面から外部に伸びる金属リードを利用する。しかし、この金属リードは、ＬＥＤパッケージボディに通常用いられるセラミックと一体成形する必要があり、その構成は複雑となる。
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ＵＳ　６，４２８，１８９　Ｂ１
　従来のＬＥＤモジュールでは、ＬＥＤチップの発光面と反対側をＬＥＤパッケージ基板に実装し、このパッケージ基板を介して放熱しようとしているが、このパッケージ基板やそれを装着する実装基板（プリント配線板）の熱抵抗が大きいためにチップの熱が伝わりにくい。
　本発明は、係る問題点を解決して、ＬＥＤチップを搭載したリードフレーム本体部を、電気接続のための実装基板（プリント配線板）から離して、それぞれのコストパフォーマンスの最適化を図って、総合して安価で高効率な排熱を実現することを目的としている。
　本発明のＬＥＤモジュール装置及びその製造方法は、ＬＥＤチップを搭載して該ＬＥＤチップからの発光を利用すると共に、該ＬＥＤチップから放出される熱を放熱するための構成を備える。ＬＥＤモジュール装置は、金属板状部材を加工することにより形成した平板状の本体部と、この本体部の相対する少なくとも２辺端に位置して本体部から折曲して立ち上がる方向に伸び、かつ本体部に設けた開口により互いに電気的に分離された一対の電極部を有するリードフレームと、該リードフレームの本体部のおもて面にＬＥＤチップを搭載し、かつ、ＬＥＤチップの一対の電気端子をそれぞれ一対の電極部に電気的に接続することにより構成したＬＥＤパッケージと、ＬＥＤパッケージを装着するための開口部が開けられ、かつ配線を形成した実装基板とを備える。外部電極として機能するリードフレームの一対の電極部の上部側を、実装基板の配線に接続することにより、ＬＥＤパッケージを実装基板の開口部に装着し、かつ、リードフレーム本体部の裏面にヒートシンク或いは筐体を取り付ける。
　ＬＥＤパッケージは、透明樹脂により樹脂封止する。リードフレームの本体部は２分割されて、本体部の一方に、ＬＥＤチップが搭載され、かつ一対の電極部の内の一方が一体に形成される。或いは、リードフレームの本体部は３分割されて、中央の本体部にはＬＥＤチップが搭載され、左右両側の本体部は一対の電極部のそれぞれと一体に形成される。一対の電極部の少なくとも一方の裏面が、ハーフエッチングにより所定厚さに薄化することにより、本体部に取り付けられるヒートシンク或いは筐体との間を絶縁する。実装基板に開けられた開口部には、ＬＥＤチップの発光面に対抗するようにレンズを配置することができる。
　本発明によれば、ＬＥＤチップを搭載したリードフレーム本体部を、電気接続のための実装基板（プリント配線板）から離して、それぞれがコストパフォーマンスの最適化を図れ、総合で安価で高効率な排熱を実現することができる。リードフレーム本体部の裏面にヒートシンクを備えることもできるが、本体部裏面に直接筐体を接触させれば、筐体をヒートシンクとすることもできるので、安価な構成とすることができる。
　本発明は、放熱性が促進されるために、従来よりも高出力とすることができる（明るくすることができる）。または従来と同出力で長寿命化を図ることができる。さらには一般的な金属材料を使用するために安価に作製することができる。
本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の断面図である。 図２は、リードフレーム加工前の板状部材を示しており、（Ａ）はリードフレームの断面図を、（Ｂ）はその上面図を示している。 キャビティ及びダイシングライン形成後の板状部材を示しており、（Ａ）は、（Ｂ）に示す左１ブロックのみを示すＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｂ）は上面図を示している。 開口形成後の板状部材を示しており、（Ａ）は、（Ｂ）に示す左１ブロックのみを示すＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｂ）は上面図を示している。 裏面ハーフエッチ形成後の板状部材を示しており、（Ａ）は、（Ｂ）に示す左１ブロックのみを示すＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｂ）は上面図を示している。 一個のＬＥＤパッケージのための１個のリードフレームを示す断面図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。 ＬＥＤチップを搭載した状態で示す断面図である。 ＬＥＤチップをリードフレームに接続した状態で示す断面図である。 樹脂封止した状態で示す図であり、（Ａ）は側面断面図を示し、（Ｂ）は１チップ／パッケージの場合の上面図を、（Ｃ）は複数チップ／パッケージの場合の上面図を示している。 第２の例のＬＥＤパッケージを示す図であり、（Ａ）は側面断面図を示し、（Ｂ）は１チップ／パッケージの場合の上面図を、（Ｃ）は複数チップ／パッケージの場合の上面図を示している。 第２の例のＬＥＤパッケージを複数個（２個として例示）搭載した場合のＬＥＤモジュール装置の断面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＸ方向から見た概略の下面図、（Ｃ）は、ヒートシンク未実装状態で、Ｙ方向から見た概略の上面図である。 第３の例のＬＥＤパッケージを示す図であり、（Ａ）は側面断面図を示し、（Ｂ）は１チップ／パッケージの場合の上面図を、（Ｃ）は複数チップ／パッケージの場合の上面図を示している。 第４の例のＬＥＤパッケージを示す図であり、（Ａ）は上面図を示し、（Ｂ）はＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｃ）はＹ－Ｙ’ラインで切断した断面図をそれぞれ示している。 （Ａ）は、本発明に基づき構成したＬＥＤモジュールを示す図であり（上述の図１１と同じ）、（Ｂ）は、従来構造を示す図である。 従来技術による放熱装置を備えたＬＥＤモジュールを示す図である。 別の従来技術による放熱装置を備えたＬＥＤモジュールを示す図である。
　以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化するＬＥＤモジュール装置の断面図である。例示のＬＥＤモジュール装置は、実装基板（プリント配線板)下面の配線に、組み立てたＬＥＤパッケージのリードフレームの外部電極（図６参照）を接続すると共に、レンズ及びヒートシンク（或いは筐体）を取り付けて構成する。図示の例のＬＥＤパッケージ（第１の例）は、電気的には左右に２分割したリードフレームの本体部の一方の上に、ＬＥＤチップを搭載して、その一対の電気端子をそれぞれ２分割したリードフレームのそれぞれに接続し、さらに樹脂封止することにより構成される。２分割したリードフレームのそれぞれの上端側が一対の外部電極となる。実装基板上へのＬＥＤパッケージの実装は、実装基板に設けた開口部にＬＥＤパッケージを装着して、リードフレームの一対の外部電極を、実装基板下面の配線に半田付け等により接続することにより行う。この開口部を通して、ＬＥＤチップから発光した光が通過する。ＬＥＤチップは、その発光面がレンズに対抗するように配置されている。なお、レンズは、集光のために装着することが望ましいが、レンズは必ずしも必要ではない。
　次に、図２～図５を参照して、リードフレームの製造について説明する。図２は、リードフレーム加工前の板状部材を示しており、（Ａ）はリードフレームの断面図を、（Ｂ）はその上面図を示している。LEDパッケージ１個当たりのサイズは、例えば3.2x2.8x0.5mm程度であり、以下、3×9個のリードフレームを、図２に示す板状部材の上に同時作成するものとして説明する。リードフレーム材質としては、従来より通常に用いられている材質、例えば、銅又は銅合金あるいは鉄合金を用いる。
　図３は、キャビティ及びダイシングライン形成後の板状部材を示しており、（Ａ）は、（Ｂ）に示す左１ブロックのみを示すＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｂ）は上面図を示している。リードフレームは、周知のように、プレス加工とかエッチング加工により製造されるが、以下、エッチング加工による場合を例として説明する。図示のキャビティ（凹所）及びダイシングラインの形成を、エッチングにより行う。キャビティは、ＬＥＤチップを搭載するための凹所である。ダイシングラインは、後の工程で個々のパッケージに切り分ける個片化のために、予め形成するハーフカットである。
　図４は、開口形成後の板状部材を示しており、（Ａ）は、（Ｂ）に示す左１ブロックのみを示すＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｂ）は上面図を示している。開口の形成は、左右一対の外部電極を電気的に分離するためのものであり、例えば、エッチングにより行う。あるいはこの開口は図３のキャビティ形成前に行っても良い。この場合開口部はリードフレームの裏面から途中まで穴を形成し、その後の表面からのキャビティ形成で貫通させ開口を完成させても良い。
　図５は、裏面ハーフエッチ形成後の板状部材を示しており、（Ａ）は、（Ｂ）に示す左１ブロックのみを示すＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｂ）は上面図を示している。裏面ハーフエッチの形成は、裏面に取り付けられることになるヒートシンク（図１参照）との間に絶縁層を確保するためのものであり、エッチングにより行う。このハーフエッチは、開口によって両側に分けられたリードフレーム部分の内の一方の裏面を所定厚さ切除するものである。以上の工程によって、3×9個の連結したリードフレームが形成される。
　次に、図１に示す第１の例のＬＥＤパッケージの製造工程を、図６～図９を参照しつつ説明する。図６は、一個のＬＥＤパッケージのための１個のリードフレームを示す断面図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。ここでは、１個のみのリードフレームを示しているが、実際の製造においては、図５に例示したように複数個連結した状態にある。個々のモジュール装置に分離する個片化は、後の工程で行われる。図示のように、リードフレームは、ＬＥＤチップが搭載されることになる平板状の本体部と、この本体部の両側に、即ち相対する少なくとも２辺端に位置して本体部から折曲してＬＥＤチップの発光方向と同じ側に立ち上がる方向に伸びる一対の電極部を備えている。この一対の電極部の先端面が、実装基板の配線に接続されることになる外部電極として機能する。また、外部電極として機能するのは、必ずしも電極部の先端面に限定されず、電極部の上部側であれば良い。リードフレーム本体部から離して配置される実装基板の配線に対して、例えば、電極部の先端側外面から半田接続することもできる。図示の例では、平板部から電極部が直交する方向に立ち上がるものとして例示しているが、必ずしも直交する必要はなく、外部電極が平板状の本体部より上方に位置するように、例えば、斜め上方に直線的に、或いは湾曲させて立ち上がらせても良い。少なくとも一対の外部電極は、開口により、互いに分離される。図示の例では、平板状の本体部を開口により２分割することにより、一対の外部電極を互いに分離している。後述するように（図８参照）、２分割した本体部の一方の上にＬＥＤチップを装着して一方のワイヤボンド接続をする一方、本体部の他方には他方のワイヤボンド接続をする。
　図７は、ＬＥＤチップを搭載した状態で示す断面図である。リードフレームの本体部の一方のおもて面に、ＬＥＤチップが接着剤を用いて固定される。このＬＥＤチップは、ＬＥＤ発光面を上面に有し、かつ、その周辺に、ボンディングワイヤ接続電極が形成されている。なお、図中に、１個のみのＬＥＤチップを図示しているが、複数チップを搭載することができる（図９（Ｃ）参照）。
　図８は、ＬＥＤチップをリードフレームに接続した状態で示す断面図である。ＬＥＤチップをリードフレームの本体部の一方の上に固着した後、２分割リードフレームのそれぞれと、ＬＥＤチップの接続電極間を、ボンディングワイヤによりワイヤボンド接続する。
　図９は、樹脂封止した状態で示す図であり、（Ａ）は側面断面図を示し、（Ｂ）は１チップ／パッケージの場合の上面図を、（Ｃ）は複数チップ／パッケージの場合の上面図を示している。ＬＥＤチップを搭載して電気的接続をした後、この状態で、ＬＥＤチップを搭載したリードフレームの上面は、外部電極として機能するリードフレーム先端面と同平面まで透明液状樹脂（材質は、例えばエポキシ系）を用いて樹脂封止（トランスファーモールドあるいはポッティング）される。この後、個々のパッケージに個片化することによって、第１の例のＬＥＤパッケージが完成する。
　個別パッケージに分割したＬＥＤパッケージは、前述した図１に示すように、実装基板に取り付けられて、ＬＥＤモジュール装置が構成される。この実装基板として、あらかじめレンズ取付部を穿孔したプリント配線板(printed circuit board)を作製する。この実装基板には、１個（図１参照）或いは複数個（後述の図１１参照）のＬＥＤパッケージが取り付けられて、ＬＥＤモジュール装置が構成される。プリント配線板の穿孔位置にレンズを接着剤を用いて装着する。ＬＥＤチップの発光面は、レンズ方向に向いている。
　ＬＥＤパッケージの装着は、リードフレーム外部電極（図６参照）を、実装基板（プリント配線板）上に設けた配線（その電極接続パッド部）に、半田付けなどにより接続することにより行う。また、この段階で、プリント配線板上に設けた配線には、ＬＥＤパッケージだけでなく、制御IC、受動部品などの電気回路素子を搭載して、接続する（後述の図１１参照）。
　実装基板に装着したＬＥＤパッケージのリードフレーム裏面には、板状のヒートシンクを取り付ける。これによって、ＬＥＤモジュール装置が完成する。リードフレーム裏面に形成されたハーフエッチ（及びそこに注入された封止樹脂）により、分割リードフレームの一方と、ヒートシンクの間の絶縁が確保される。ヒートシンクとしては、例えば、銅板、アルミ板、あるいはアルミと炭素の混合材などの放熱板を接着する。或いは、ヒートシンクを取り付けること無く、直接筐体に取り付けることもできる。これによって、ＬＥＤチップから発生した熱は、リードフレームを介し、さらに、ヒートシンクを介して放熱される。ヒートシンクとプリント配線板との間には、空間も形成されるので、ヒートシンクの図中の下面からだけでなく、その上面からも放熱することができる。但し、ヒートシンクに代えて、ＬＥＤモジュール装置を装着する筐体を、放熱板として利用することができる。
　図１０は、第２の例のＬＥＤパッケージを示す図であり、（Ａ）は側面断面図を示し、（Ｂ）は１チップ／パッケージの場合の上面図を、（Ｃ）は複数チップ／パッケージの場合の上面図を示している。この第２の例のＬＥＤパッケージは、１個のリードフレームの本体部が２つの開口により、３分割されている点でのみ、図９に示した第１の例のＬＥＤパッケージとは相違している。３分割されたリードフレームの中央の本体部にＬＥＤチップが搭載され、かつ、相対する少なくとも２辺端に位置する左右両側の平板状の本体部端から折曲して立ち上がる電極部の先端面が外部電極として機能する。また、左右両側の平板状の本体部及び電極部の裏面には、それぞれ絶縁層確保のためのハーフエッチが形成されている。ＬＥＤチップから発生した熱は、リードフレーム本体部を介し、さらに、ヒートシンクを介して放熱される。一方、左右両側の電極部は相互に、かつヒートシンクから完全に絶縁することが可能になる。
　図１１は、第２の例のＬＥＤパッケージを複数個（２個として例示）搭載した場合のＬＥＤモジュール装置の断面図、（Ｂ）は、ＬＥＤモジュール装置を下面から見た概略の下面図、（Ｃ）は、ヒートシンク未実装状態のＬＥＤモジュール装置を上面から見た概略の上面図である。図示のように、ＬＥＤチップを搭載したリードフレームの裏面には、ヒートシンクを接着する。これによって、ＬＥＤモジュール装置が完成する。これによって、ＬＥＤチップから発生した熱は、リードフレームを介し、さらに、ヒートシンクを介して放熱される。ヒートシンクとプリント配線板との間には、空間も形成されるので、ヒートシンクの図中の上面だけからでなく、その下面からも放熱することができる。
　実装基板として、あらかじめレンズ取付部を穿孔したプリント配線板(printed circuit board)を作製する。この実装基板には、図示のように、複数個のＬＥＤパッケージが取り付けられて、ＬＥＤモジュール装置が構成される。プリント配線板は片面１層配線で、穿孔はプリプレグ（樹脂含浸基材）の状態で金型等の打抜き、あるいはドリルで形成する。この実装基板は、絶縁体製基板上に、銅箔など導電体で回路パターンのプリント配線を構成する。プリント配線は、部品間を接続するために導体パターンを絶縁基板の表面又は表面とその内部に、プリントによって形成する。
　このプリント配線板に、ＬＥＤパッケージを装着する。ＬＥＤパッケージの装着は、一対の外部電極を、実装基板（プリント配線板）上に設けた配線（その電極接続パッド部）に、半田付けなどにより接続することにより行う。また、この段階で、プリント配線板上に設けた配線には、ＬＥＤパッケージだけでなく、制御IC、受動部品などの電気回路素子を搭載して、接続する。さらに、プリント配線板の穿孔位置にレンズを接着剤を用いて装着する。ＬＥＤチップの発光面は、レンズ方向に向いている。あるいはパッケージにあらかじめレンズを装着した状態でプリント配線板に取り付けても良い。
　図１２は、第３の例のＬＥＤパッケージを示す図であり、（Ａ）は側面断面図を示し、（Ｂ）は１チップ／パッケージの場合の上面図を、（Ｃ）は複数チップ／パッケージの場合の上面図を示している。この第３の例のＬＥＤパッケージは、１つの開口により２分割されたリードフレーム部分の裏面のいずれにも、絶縁層確保のためのハーフエッチが形成されていない点でのみ、図９に示した第１の例のＬＥＤパッケージとは相違している。リードフレーム裏面に配置されるヒートシンク側で絶縁を確保できる場合は、図１２に例示のように、ＬＥＤパッケージ側に絶縁層確保のためのハーフエッチを備える必要は無い。例えば、開口により分割されたリードフレーム部分のＬＥＤチップ搭載側のみにヒートシンクを装着する際には、絶縁層確保のためのハーフエッチは必ずしも必要としない。
　図１３は、第４の例のＬＥＤパッケージを示す図であり、（Ａ）は上面図を示し、（Ｂ）はＸ－Ｘ’ラインで切断した断面図を、（Ｃ）はＹ－Ｙ’ラインで切断した断面図をそれぞれ示している。図示のように、一対の外部電極とは直交する方向の一対のアンカーを、搭載されるＬＥＤチップの両側に設ける。これによって、樹脂への食いつきを強め信頼性を高めることが可能になる。また、パッケージ底面側への樹脂漏れ防止を図ることができる。例えば、樹脂封止時に、金型の上型でアンカーを通してリードフレームを金型底面に押さえつけて密着させ、パッケージ底面側への樹脂漏れを防止する。
　次に、図１４を参照しつつ、本発明の放熱作用について説明する。図１４（Ａ）は、本発明に基づき構成したＬＥＤモジュールを示す図であり（上述の図１１と同じ）、（Ｂ）は、従来構造を示す図である。図１４（Ｂ）に示す従来構造において、ＬＥＤチップから発生した熱は、ＬＥＤ実装基板を通り、かつプリント配線板を通ってヒートシンクに排熱される。このように、従来構造は、ＬＥＤ実装基板とプリント配線板が一緒或いは複合的に一体となっているため排熱が限られる、あるいは複合のためコストの高い基板となっている。
　これに対して、図１４（Ａ）に示すように、本発明に基づき構成したＬＥＤモジュール装置は、ＬＥＤチップを搭載したリードフレーム本体部を、電気接続のための基板（プリント配線板）から離したために、排熱は一番コストパフォーマンスの良い手段を選べる。例えば、ヒートシンクとして、安いアルミあるいは銅の単板を使用することもできるし、筐体をヒートシンクとしても使うことができる。またリードフレーム本体部を、プリント配線板から離すことによりヒートシンクの表面積が従来構造に比べ２倍近く増加することにより、排熱（放熱）効果が増大する。
　以上、本開示にて幾つかの実施の形態を単に例示として詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び有利な効果から実質的に逸脱せずに、その実施の形態には多くの改変例が可能である。
 

Claims (13)

  1. ＬＥＤチップを搭載して該ＬＥＤチップからの発光を利用すると共に、該ＬＥＤチップから放出される熱を放熱するための構成を備えたＬＥＤモジュール装置において、
    　金属板状部材を加工することにより形成した平板状の本体部と、この本体部の相対する少なくとも２辺端に位置して本体部から折曲して立ち上がる方向に伸び、かつ本体部に設けた開口により互いに電気的に分離された一対の電極部を有するリードフレームと、
    　該リードフレームの本体部のおもて面にＬＥＤチップを搭載し、かつ、前記ＬＥＤチップの一対の電気端子をそれぞれ前記一対の電極部に電気的に接続することにより構成したＬＥＤパッケージと、
    　前記ＬＥＤパッケージを装着するための開口部が開けられ、かつ配線を形成した実装基板とを備え、
    　外部電極として機能する前記リードフレームの前記一対の電極部の上部側を、前記実装基板の配線に接続することにより、前記ＬＥＤパッケージを前記実装基板の開口部に装着し、かつ、前記リードフレーム本体部の裏面にヒートシンク或いは筐体を取り付けたことから成るＬＥＤモジュール装置。
  2. 前記ＬＥＤパッケージは、透明樹脂により樹脂封止されている請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
  3. 前記リードフレームの前記本体部は２分割されて、本体部の一方には、ＬＥＤチップが搭載され、かつ前記一対の電極部の内の一方が一体に形成された請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
  4. 前記リードフレームの前記本体部は３分割されて、中央の本体部には、ＬＥＤチップが搭載され、かつ左右両側の本体部は、前記一対の電極部のそれぞれが一体に形成された請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
  5. 前記一対の電極部の少なくとも一方の裏面が、ハーフエッチングにより所定厚さに切除されて、そこに取り付けられる前記ヒートシンク或いは筐体との間を絶縁した請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
  6. 前記実装基板に開けられた前記開口部には、前記ＬＥＤチップの発光面に対抗するようにレンズが配置されている請求項１に記載のＬＥＤモジュール装置。
  7. ＬＥＤチップを搭載して該ＬＥＤチップからの発光を利用すると共に、該ＬＥＤチップから放出される熱を放熱するための構成を備えたＬＥＤモジュール装置の製造方法において、
    　平板状の本体部と、この本体部の相対する少なくとも２辺端に位置して本体部から折曲して立ち上がる方向に伸び、かつ本体部に設けた開口により互いに電気的に分離された一対の電極部を有するリードフレームを、金属板状部材をプレス加工又はエッチング加工することにより形成し、
    　該リードフレームの本体部のおもて面にＬＥＤチップを搭載し、かつ、前記ＬＥＤチップの一対の電気端子をそれぞれ前記一対の電極部に電気的に接続して、該一対の電極部の上部側を外部電極として構成したＬＥＤパッケージを構成し、
    　前記リードフレーム本体部の裏面にヒートシンク或いは筐体を取り付けたことから成るＬＥＤモジュール装置の製造方法。
  8. 前記ＬＥＤパッケージを装着するための開口部が開けられ、かつ配線を形成した実装基板を備え、前記一対の電極部の上部側を前記実装基板の配線に接続することにより、前記ＬＥＤパッケージを前記実装基板の開口部に装着した請求項７に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
  9. 前記ＬＥＤパッケージは、透明樹脂により樹脂封止する請求項７に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
  10. 前記リードフレームの前記本体部は２分割して、本体部の一方には、ＬＥＤチップを搭載し、かつ前記一対の電極部の内の一方を一体に形成した請求項７に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
  11. 前記リードフレームの前記本体部は３分割して、中央の本体部には、ＬＥＤチップを搭載し、かつ左右両側の本体部は、前記一対の電極部のそれぞれと一体に形成した請求項７に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
  12. 前記一対の電極部の少なくとも一方の裏面を、ハーフエッチングにより所定厚さに切除して、そこに取り付けられる前記ヒートシンク或いは筐体との間を絶縁した請求項７に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
  13. 前記実装基板に開けられた前記開口部には、前記ＬＥＤチップの発光面に対抗するようにレンズを配置した請求項８に記載のＬＥＤモジュール装置の製造方法。
     
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