JP2010205787A - 発光装置、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装型の素子を備える発光装置において、リフローはんだ付けで表面実装型の素子を実装することが可能である発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】表面実装型のＬＥＤランプと、樹脂製の実装基板と、前記実装基板にインサートされる導電性部材とを備え、前記実装基板の実装面が平面であり、該実装面に前記ＬＥＤランプが実装され、前記導電性部材が、前記実装面に表出して前記ＬＥＤランプと接続される電極パッドと、前記実装基板の外部に引き出される接続端子と、前記実装基板に埋設される回路部と、を有することを特徴とする、発光装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面実装型の発光素子を使用する発光装置の改良に関する。

従来、表面実装型の発光素子、コネクタ及びハウジングを備える発光装置では、発光素子やその他の素子及び端子を基板の回路にはんだ付けして構成される。特許文献１には、発光素子と端子が基板にはんだ付けで実装されており、当該基板がケースに取り付けられた発光装置が開示されている。特許文献２には、金属板で回路と端子を構成し、当該金属板に表面実装型の発光素子をはんだ付けで取り付けた発光装置が開示されている。また、特許文献３には、砲弾型発光素子が、樹脂ケースと一体的に形成された基板に取り付けられる発光装置が開示されている。

特表２００８−５１７８３２号公報 特開２００８−９８３４３号公報 特開２００３−２５８３１４号公報

特許文献１の発光装置では、端子を基板にはんだ付けをする必要があるため、リフローはんだ付けで表面実装部品と端子とを一度に実装することができない。そのため、手はんだや、所謂ロボットはんだ付けにより実装する必要があり、歩留まりの低下を招く。また、基板とハウジングが別体であるため、部品点数削減の余地がある。
特許文献２の発光装置では金属板に発光素子をはんだ付けをするため、リフローはんだ付けでは実装できない。
特許文献３の発光装置では、表面実装型の発光素子を使用することが考慮されていないのでリフローはんだ付けで各種部品を基板に実装することができない。また、基板とハウジングが別体であるため、部品点数削減の余地がある。
そこで、本発明は、表面実装型の素子を備える発光装置において、リフローはんだ付けで表面実装型の素子を実装することが可能である発光装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
表面実装型のＬＥＤランプと、樹脂製の実装基板と、前記実装基板にインサートされる導電性部材とを備え、
前記実装基板の実装面が平面であり、該実装面に前記ＬＥＤランプが実装され、
前記導電性部材が、前記実装面に表出して前記ＬＥＤランプと接続される電極パッドと、前記実装基板の外部に引き出される接続端子と、前記実装基板に埋設される回路部と、を有することを特徴とする、発光装置である。

本発明の発光装置によれば、実装基板の実装面が平面であるとともに、インサートされる導電性部材の一部が端子となるため、リフローはんだ付けにより、ＬＥＤランプ等の表面実装素子を一括して実装面に実装することができる。これにより、歩留まりが向上し、コスト面で有利となる。また、導電性部材の回路部が実装基板にインサートされるため、回路部において導電性部材と実装基板との接触面積が増す。これにより、ＬＥＤランプ等の発熱部材の熱を当該回路部を介して実装基板に伝播して、外部に放出することができ、放熱性が高まる。

発光装置１の分解斜視図である。 ハウジング２の上面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 発光装置１の製造方法を説明する図である。 発光装置１の製造方法を説明する図である。 発光装置１の変形例の上面図である。 図７（ａ）は発光装置１００の正面側分解斜視図であり、図７（ｂ）は背面側分解斜視図である。 パレット１２０の斜視図である。

（ＬＥＤランプ）
本発明の発光装置では、表面実装型のＬＥＤランプが使用される。表面実装型のＬＥＤランプは小型であるため、装置の小型化に寄与する。表面実装型のＬＥＤランプは実装基板の電極パッドと接続するための接続部を有する。当該接続部は当該ＬＥＤランプから引き出されていても良いし、ＬＥＤランプの下面又は側面の一部に形成されていても良い。

（実装基板）
本発明では樹脂製の実装基板を使用する。実装基板の材質は、特に限定されないが、高伝熱樹脂であることが好ましい。装置の放熱性が向上するからである。高伝熱樹脂としては金属フィラー等を添加した液晶ポリマーやＰＢＴやＰＰＳなどが挙げられる。また、実装基板の材質は、膨張係数の小さい材質が好ましい。実装基板に実装された素子の剥離が低減されるからである。実装基板は後述の導電性部材をインサートとする射出成形で形成され、実装基板の実装面が平面に形成される。実装基板は導電性部材が所定の配置でインサート可能な厚さを有する。実装基板は、後述の接続端子を収納する接続端子収納部と一体的に形成することが好ましい。部品点数が削減されて、コスト面で有利となるからである。

（導電性部材）
本発明では導電性部材を樹脂製の実装基板にインサートする。導電性部材の材質は特に限定されないが、銅、鋼、アルミニウム等の金属が好ましい。導電性部材は、実装基板の実装面に表出してＬＥＤランプ等の表面実装素子と接続される電極パッドと、実装基板の外部に引き出される接続端子と、実装基板に埋設される回路部とを備える。電極パッドはＬＥＤランプの他に、抵抗器、ダイオード、ツェナーダイオードなど、実装基板に実装される素子毎に設けられる。電極パッドは出来るだけ広い面積を有するように、形成することが好ましい。素子を実装する際の位置ズレが防止されるからである。また、実装される素子と導電性部材との接触面積が確保されて、導電性部材を介した熱引きが促され、放熱性が向上するからである。導電性部材は金属板の打ち抜き成形と型成形により、実装面に表出する電極パッドとなるように凸部を形成し、実装基板に埋設される回路部となるように凹部を形成して成形することができる。接続端子は実装基板の側面から実装基板に平行に引き出すことができる。実装基板の実装面と反対側に接続端子を収納する接続端子収納部を設けて、引き出された接続端子を実装基板の実装面と反対側に折り曲げて当該接続端子収納部に収納することが好ましい。部品点数の削減、小型化に寄与するからである。
導電性部材は電極パッドの他に実装基板の実装面に表出する放熱部材接続部を備えていても良い。これにより、ＬＥＤランプ等の発熱部材の熱引きを促して放熱性を高めることができる。放熱部材接続部には、公知のヒートシンクなどの熱容量の大きい部材を接続することが好ましい。放熱性が一層向上するからである。

本発明の一態様における発光装置の製造方法は以下の通りである。即ち、表面実装型のＬＥＤランプと、樹脂製の実装基板と、実装基板にインサートされる導電性部材とを備え、実装基板の実装面が平面であり、該実装面に前記ＬＥＤランプが実装され、導電性部材が、前記実装面に表出して前記ＬＥＤランプが実装される電極パッドと、前記実装基板の外部に引き出される接続端子と、前記実装基板に埋設される回路部と、を有する発光装置の製造方法であって、ＬＥＤランプをリフローはんだ付けにより電極パッドに実装する実装工程を含むことを特徴とする、発光装置の製造方法である。当該製造方法によれば、実装基板の実装面が平面であるため、表面実装型のＬＥＤランプをリフローはんだ付けにより実装するとともに、実装基板に接続端子を設けることができる。これにより、接続端子の実装工程を別途設ける必要が無く、製造工程の簡略化、製造コストの低減が図られる。なお、リフローはんだ付けにより実装する部材はリフローはんだ付けが適用可能な部材なら特に限定されず、表面実装型のＬＥＤランプのほか、表面実装型のツェナーダイオード、抵抗素子などの表面実装型の素子やダイオード、トランジスターが挙げられる。
以下、本発明の実施の形態につき、図例を参照しながら説明をする。

本発明の実施例である発光装置１の分解斜視図を図１に示す。発光装置１はハウジング２を備える。ハウジング２は高伝熱性を有する液晶ポリマー製であって、その形状は中空の略直方体である。ハウジング２の上部２１（紙面上側）の上面２１ａは平面であって、ＬＥＤランプ３、ツェナーダイオード４、整流ダイオード５、抵抗素子６が実装されている。ハウジング２の前面は開口しており、ハウジング２の中空部が接続端子収納部２２となり、接続端子７を収納している。ハウジング２の両側面には係合突起８が設けられている。ハウジング２の上部２１側にはカバー９が設けられる。カバー９はレンズ９１と係合孔９２を備える。カバー９はハウジング２の上面２１ａを覆って、係合突起８が係合孔９２に係合することにより、カバー９がハウジング２に取り付けられる。

ハウジング２の上面図を図２に示す。ハウジング２の上面側には金属板１０がインサートされている。金属板１０は銅製の導電性を有する薄板であって、ＬＥＤランプ用電極パッド３１、ツェナーダイオード用電極パッド４１、整流ダイオード用電極パッド５１、抵抗素子用電極パッド６１と、これらとともに所定の回路を形成する回路部１１を備える。図２に示すように、各電極パッドはハウジング２の上面２１ａに表出しており、回路部１１はハウジング２に埋設されている。ＬＥＤランプ用電極パッド３１にはＬＥＤランプ３が実装される。ＬＥＤランプ３は表面実装型のＬＥＤランプであって、下面（発光面と反対側の面）に電極を備える。ツェナーダイオード用電極パッド４１にはツェナーダイオード４が実装され、抵抗素子用電極パッド６１には抵抗素子６が、それぞれ実装されている。ツェナーダイオード４、抵抗素子６はいずれも表面実装型の素子であって、下面に電極を備える。
図２におけるＡ−Ａ線断面図を図３に示し、金属板１０の設置態様と、各素子の実装態様を説明する。図３に示すように、金属板１０において各電極パッド３１、６１（図示しないが４１，５１も同様）は回路部１１よりも凸状に形成されている。これにより、回路部１１がハウジング２の上部２１に埋設されるとともに、各電極パッド３１、４１、５１、６１が上面２１ａに表出している。さらに、回路部１１の一部（符号１１ａで示す）がハウジング２の側部２３に沿って屈曲して埋設されるとともに、ハウジング２の中空部（接続端子収納部２２）側にさらに屈曲して、当該側部２３の内壁から突出して接続端子７が形成されている。上面２１に表出する電極パッド３１にはＬＥＤランプ３ははんだ層１２を介して、はんだ付けにより実装される。このように、ハウジング２の上部２１はＬＥＤランプ３を含む各素子が実装される実装基板として機能している。換言すると、ハウジング２は実装基板（上部２１）と、接続端子収納部２２が一体的に形成されたものである。

次に、発光装置１の製造方法を説明する図を図４及び図５に示す。図４（ａ）に示すように、打ち抜き成形により、金属板１０に各電極パッド３１、４１、５１、６１、回路部１１及び接続端子７のそれぞれに相当する領域を形成する。このとき、連結部１３により、当該各領域が連結されて、所定の配置に維持されている。次に、図４（ｂ）に示すように、次に型成形により、各電極パッド３１、４１、５１、６１を上面側（紙面上側）に凸状に成形する。さらに、接続端子７の第１屈曲部７１で裏面側（各電極パッド３１、４１、５１、６１が突出する側と反対側）に折り曲げ、接続端子７の第１屈曲部７２で金属板１０に平行な方向に折り曲げて、金属板１０の裏面に対向させる。次に、図４（ｃ）に示すように射出成形によりハウジング２を形成する。射出成形時における、射出方向は、抵抗素子用電極パッド６１の一方の電極から他方の電極に向かう方向（図４（ｃ）において符号Ｐで示す方向）である。即ち、当該射出方向は電極パッド６１の配列方向であって、電極パッド６１に実装される抵抗素子６の長手方向に平行な方向である。ハウジング２の形状は、一方が開放した中空の立法体形状であって、ハウジング２の上部２１には金属板１０をインサートされる。上部２１の上面２１ａは平面であって、当該上面２１ａから各電極パッド３１、４１、５１、６１が表出するとともに、上部２１には回路部１１が埋設され、ハウジング２の中空部（接続端子収納部２２）には接続端子７が収納される。
次に図５（ｄ）に示すように、連結部１３を除去し、シルク印刷によりハウジング２の上部２１の上面２１ａにはんだペーストを印刷して所定の厚さのはんだ層を形成する。その後、リフロー炉で加熱して、図５（ｅ）に示すように、ＬＥＤランプ用電極パッド３１にＬＥＤランプ３を、ツェナーダイオード用電極パッド４１にツェナーダイオード４を、抵抗素子用電極パッド６１に抵抗素子６を、それぞれリフローはんだ付けで実装する。このようにしてハウジング２の上面２１ａに各素子が実装される。その後、ハウジング２の上面２１ａ側にカバー９を取り付けて発光装置１が製造される。

本発明の発光装置１によれば、上述のように、ハウジング２の上面２１ａ（実装面）が平面であるため、リフローはんだ付けで各素子を実装することができるとともに、接続端子７がハウジング２にインサートされた金属板により形成されるため、当該接続端子を別途はんだ付けで取り付ける必要がない。これにより、製造工程が簡略化され、コスト面で有利となる。また、ハウジング２は上面２１ａが実装面となるとともに、外部へのコネクタとなる接続端子収納部２２を備える。即ち、ハウジング２は実装基板とコネクタとを一体的に備える。これにより、実装基板とコネクタとを別体で構成する場合に比べて、部品点数が削減され組み立て作業が簡略化する。また、コスト面でも有利となる。さらに、接続端子７は折り曲げられて、実装基板となる上部２１の裏面の接続端子収納部２２に収納されるため、発光装置１がコンパクトに構成されるため、当該発光装置１の設置の自由度が向上する。また、回路部１１がハウジング２の上部２１にインサートされるため、回路部１１とハウジング２の接触面積が増す。これにより、回路部１１を介してＬＥＤランプ３等の発熱部材の熱をハウジング２に伝播して、外部に放出することができ、放熱性が向上する。

通常、実装基板が膨張・収縮すると、これに実装される素子が剥離するおそれがある。特に、素子が実装される電極パッドの配列方向の膨張・収縮量が多いと素子の剥離が生じやすい。素子が素子外部に突出する接続用端子（リード）を有する場合は、実装基板の膨張・収縮の影響は当該リードが変形することで吸収されるので、素子の剥離は生じにくい。本実施例の発光装置１では、抵抗素子６は下面に電極を備える表面実装型の素子であり、突出する接続用端子（リード）を備えていない。しかし、ハウジング２を射出成形する際の射出方向が、抵抗素子用電極パッド６１の配列方向であって、抵抗素子６の長手方向に平行な方向であるため、抵抗素子６の長手方向におけるハウジング２の膨張・収縮量は他の方向に比べて少ない。これにより、ハウジング２の膨張・収縮に起因する抵抗素子６の剥離が防止される。その結果、発光装置１の使用時に各素子の発熱しても抵抗素子６が剥離せず、装置の信頼性が高い。なお、本実施例の発光装置１では、抵抗素子６がＬＥＤランプ３等の他の素子に比べて長尺であるため、抵抗素子用電極パッド６１の配列方向に射出成形して抵抗素子６の剥離を防止したが、これに限定されず、例えば、ＬＥＤランプ用の電極パッド３１の配列方向に射出成形してＬＥＤランプ３の剥離を防止することとしてもよい。

本発明の発光装置１の変形例のハウジング２の上面図を図６に示す。図６に示すようにハウジング２の上面２１ａには放熱部１４を備える。放熱部１４は、連続部１４ａを介して、ＬＥＤランプ用電極パッド３１と連続するように、ハウジング２の上部２１にインサートされている金属板１０から形成される。放熱部１４は各電極パッド３１、４１、５１、６１と同様に上面２１ａに表出している。連続部１４は回路部１１と同様にハウジング２の上部２１に埋設されている。このような放熱部１４により、ＬＥＤランプ３の熱が外部に引き出され、装置の放熱性が向上する。さらに、放熱部１４にヒートシンクなどの熱容量の大きい部材を接続することができる。通常、実装基板にヒートシンクを設ける場合は、実装基板とヒートシンクの間に空気層が形成されないように、実装基板とヒートシンクの間に伝熱シートを設けるが、本実施例の放熱部１４はインサートの金属板１０から形成されているため、空気層が形成することなく直接ヒートシンクと接続することができる。例えば、ＬＥＤランプ３の実装と同時にヒートシンクを放熱部１４にリフローはんだ付けで取り付けることができる。これによれば、別途ヒートシンクの取り付け工程を設ける必要がなく、製造工程が簡略化できる。また、ヒートシンクを取り付ける際に伝熱シートを設ける必要がないため、部品点数が削減でき、製造コストを低減できる。なお、本実施例の放熱部１４は上面２１ａ（実装面）に表出させたが、これに限定されず、金属板１０の一部を実装面と異なる面に表出させて放熱部１４とすることもできる。実装面と異なる面に放熱部１４を設けることにより、ヒートシンクの取り付け態様の自由度が向上する。

発光装置１では、ハウジング２が実装基板とコネクタとを一体的に備える構成としたが、これに限定されず、これらを別体として構成しても良い。実装基板とコネクタと別体として備える、他の実施例である発光装置１００の正面側分解斜視図を図７（ａ）に示し、背面側分解斜視図を図７（ｂ）に示す。なお、発光装置１と同等の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
図７（ａ）に示すように発光装置１００は高伝熱性を有する液晶ポリマー製の実装基板１０１、透明樹脂製のハウング２を備える。実装基板１０１には発光装置１のハウジング２と同様に、金属板１０９がインサートされている。実装基板１０１の上面（実装面）１０１ａは平面であり、ＬＥＤランプ３等の各素子用の電極パッド（図示せず）が形成されている。各素子用の電極パッドには、ＬＥＤランプ３、ツェナーダイオード４、整流ダイオード５、抵抗素子６がそれぞれ接続されている。さらに実装基板１０１の側面から接続端子７は引き出されている。ハウジング１０２は透明樹脂製であって、実装基板保持部１０３と接続端子収納部１１４とを備える。図７（ｂ）に示すように、ハウジング１０２の背面は開口しており、実装基板保持部１０３に実装基板１０１が収納される。実装基板保持部１０３の側面には係合孔１１０が設けられており、実装基板１０１の側方に設けられた係合突起８が係合して、実装基板１０１が固定される。ＬＥＤランプ３の光は実装基板保持部１０３の上面１０３ａから外部に放出される。接続端子７は接続端子収納部１０４に収納される。接続端子収納部１０４は開口部１０４ａを有し、当該開口部１０４ａを介して外部と接続される。即ち、接続端子収納部１０４はコネクタとして機能する。

ＬＥＤランプ３等の各素子は所定形状のパレット１２０を使用してリフローはんだ付けで実装する。図８にパレット１２０の斜視図を示す。パレット１２０には、金属板１０９をインサートした実装基板１０１の外形に沿った溝１２０ａが複数個形成されている。（図８では１５個の溝１２０ａが形成されている。）溝１２０ａの深さは、実装基板１０１の厚みと略同一である。金属板１０９をインサートした実装基板１０１を、実装面１０１ａが表出するように溝１２０ａに設置する。その後、パレット１２０上面にはんだペーストではんだ層を形成する。そしてリフロー炉へ通過させて、リフローはんだ付けにより各素子を実装する。このようなパレット１２０を使用することにより、リフローはんだ付けで多数の実装基板１０１に表面実装型の素子を同時に実装することができる（いわゆる多数個取りできる）ため、製造コストを低減できる。このように製造される発光装置１００においても、発光装置１と同等の効果を奏する。なお、実装基板１０１に各素子を実装する工程の前に、実装基板１０１の実装面１０１ａの各素子用の電極パッド以外の領域にレジスト層を設けて、当該電極パッド領域にのみはんだ層を設けることとしてもよい。

本発明の発光装置は、様々な装置の光源として利用することができる。

１、１００ 発光装置
１０１ 実装基板
１０、１０９ 金属板
１１ 回路部
１２ はんだ層
１３ 連結部
２、１０２ ハウジング
２１ 上部
２１ａ 上面
２２、１０４ 接続端子収納部
３ ＬＥＤランプ
３１ ＬＥＤランプ用電極パッド
４ ツェナーダイオード
４１ ツェナーダイオード用電極パッド
５ 整流ダイオード
５１ 整流ダイオード用電極パッド
６ 抵抗素子
６１ 抵抗素子用電極パッド
７ 接続端子
８ 係合突起
９ カバー
１２０ パレット

Claims (6)

1. 表面実装型のＬＥＤランプと、樹脂製の実装基板と、前記実装基板にインサートされる導電性部材とを備え、
   前記実装基板の実装面が平面であり、該実装面に前記ＬＥＤランプが実装され、
   前記導電性部材が、前記実装面に表出して前記ＬＥＤランプと接続される電極パッドと、前記実装基板の外部に引き出される接続端子と、前記実装基板に埋設される回路部と、を有することを特徴とする、発光装置。
2. 前記実装基板は射出成形で形成され、
   前記電極パッドは前記実装基板の射出方向に沿って配列する、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光装置は、前記接続端子を収納する接続端子収納部を備え、
   前記接続端子収納部は、前記実装基板と一体的に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記接続端子収納部は、前記実装基板の前記実装面と反対側に備えられ、
   前記接続端子は、前記実装基板の側面から引き出されるともに、前記実装基板の前記実装面と反対側の面に折り曲げられて、前記接続端子収納部に収納される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記導電性部材が、前記実装基板の実装面に表出する放熱部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 表面実装型のＬＥＤランプと、樹脂製の実装基板と、前記実装基板にインサートされる導電性部材とを備え、
   前記実装基板の実装面が平面であり、該実装面に前記ＬＥＤランプが実装され、
   前記導電性部材が、前記実装面に表出して前記ＬＥＤランプと接続される電極パッドと、前記実装基板の外部に引き出される接続端子と、前記実装基板に埋設される回路部と、を有する発光装置の製造方法であって、
   前記ＬＥＤランプをリフローはんだ付けにより前記実装面に実装する実装工程を含むことを特徴とする、発光装置の製造方法。

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