JP4451859B2 - 高出力ｌｅｄパッケージ - Google Patents
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Description
本発明は高出力ＬＥＤパッケージおよびこれを製造する方法に関することとして、より詳細にはリード部と放熱体を一つの部品に単一化しパッケージを構成する部品数を減らし、組立構造および工程をより単純化して製造原価を低減することができるように改善した高出力ＬＥＤパッケージおよびこれを製造する方法に関する。
一般的な発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、電流が流れる時に光を出す半導体発光素子であり、ＧａＡｓ、ＧａＮ光半導体からなるＰＮ接合ダイオード（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉｏｄｅ）で電気エネルギーを光エネルギーへと変換する。
このようなＬＥＤから出る光は、レッド（６３０ｎｍ〜７００ｎｍ）からブルー−バイオレット（４００ｎｍ）まででブルー、グリーンおよびホワイトまでの波長領域の光を含んでおり、上記ＬＥＤは白熱電球および蛍光灯などのような既存の光源に比べて低電力消費、高効率、長時間動作寿命などの長所を有しており、その需要は増えている。
近年、ＬＥＤは、モバイル端末機の小型照明から室内外の一般照明、自動車照明、大型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用のバックライトまでその適用範囲が漸次拡大されつつある。
ところで、電流が印加されたときにＬＥＤから発生する光の強さに比例して、発光源の半導体素子に印加される電力は増加する。したがって、電力消耗が多い高出力ＬＥＤでは、発光時に発生する熱により半導体素子およびパッケージ自体が損傷することを防ぐために、一般的に放熱構造が採用される。
図１ａは従来の出力ＬＥＤパッケージの胴体中央を縦断面した斜視図で、図１ｂは従来の高出力ＬＥＤパッケージが基板上に組立てられた縦断面図として、従来ＬＥＤパッケージ１０は図示した通り、発光源の半導体素子１１と、これを上部面中央に搭載する放熱体１２を具備する。
上記半導体素子１１は、外部電源と連結され電流が印加されるよう複数個の金属製ワイヤ１３を媒介にして複数個のリードフレーム１４と電気的に連結される。
上記放熱体１２は、上記半導体素子１１の発光時発生される熱を外部に放出して冷却する手段で、熱伝導性が優秀な素材からなる接着手段１２ａを媒介にして基板１９上に装着される。
上記リードフレーム１４は、胴体中央に上記放熱体１２を挿入して組立てることができるように、貫通した組立孔１５ａがモールド部１５に一体で形成される。また、上記モールド部１５には上記ワイヤ１３とワイヤボンディングされるように、リードフレーム１４の一端が露出され、上記リードフレーム１４の他端はパッド１４ａを介して基板１９上に印刷されたパターン回路１９ａと電気的に連結される。
上記モールド部１５の上部面には上記半導体素子１１の発光時発生された光を外部に広く発散させるレンズ１６を具備し、上記モールド部１５とレンズ１６との間の空間には上記半導体素子１１とワイヤ１３は保護しながら発光された光をそのまま透写させるよう透明なシリコン樹脂からなる充填剤１７が充填される。
しかし、このような構造を有するＬＥＤパッケージ１０は、上記モールド部１５を成形するときに、その胴体中央に上記放熱体１２を挿入して組立てるための組立孔１５ａを形成した後、これに別途の組立部品である放熱体１２を挿入して組立てる工程が必要となる。このため、組立構造および工程が非常に複雑で完全自動化が困難であり、作業生産性を低下させ、また、パッケージの体積が大きくなり、構成部品の数が多くなる問題点がある。
そこで、発光源の半導体素子が搭載される放熱体と、これに電気的に連結されるリードフレーム、および、上記放熱体とリードフレームを一体に固定するように射出成形されるモールド部を含み、上記半導体素子から発生された光を反射させる反射部を下部に凹んでいるコップ型に具備するＬＥＤパッケージの構造が開示されている（例えば、特許文献１）。
米国特許出願公開第２００４／００７５１００号明細書
しかし、このような従来のパッケージ構造は、モールド部の射出成形時に放熱体とリードフレームを上記モールド部に同時に具備することで、放熱体を挿入する工程を省略することはできる。しかしながら、成形前に上記放熱体とリードフレームを相互に仮組立する工程が別途必要となり、複雑な形状の上記放熱体を別途製作しなければならない。また、仮組立のための公差管理が難しく、放熱体の製造にかかる費用も高く、さらには、半導体素子が搭載される部品を平坦に機械加工する必要があるので、製造原価が高くなる。
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、電源印加時光を発生する発光部と、上記発光部が上部面に搭載される放熱部と、上記発光部と基板との間を電気的に連結するリード部および上記放熱部とリード部を一体に固定するモールド部を含むＬＥＤパッケージにおいて、上記放熱部は少なくとも２つ以上の金属層が高さ方向に積層され、上記リード部は上記放熱部の外部面から延長される少なくとも一つの第１リードと上記放熱部と分離される少なくとも一つの第２リードを含むことを特徴に高出力ＬＥＤパッケージが提供される。
好ましくは上記発光部は少なくとも一つの半導体素子である。
好ましくは上記放熱部とリード部は熱伝導性金属素材で具備される。
好ましくは上記放熱部は上部金属層、下部金属層および中間金属層を具備するよう折られて重なる一つの金属板材で構成される。
より好ましくは上記上部金属層および上記下部金属層は上記中間金属層の上部面積と略同一な大きさで具備される。
より好ましくは上記上部金属層は上記中間金属層の上部面積よりは小さく上記発光部の搭載面積よりは大きい大きさで具備される。
より好ましくは上記上部金属層および上記下部金属層と中間金属層は層間が一体に接合される。
好ましくは上記放熱部は上記基板の上部面と伝導性接着剤を媒介に接着される。
より好ましくは上記放熱部の下部面は上記モールド部の下部面と同一な水平線上に位置されるよう具備される。
より好ましくは上記放熱部の下部面は上記モールド部の下部面に陥没形成された露出部を通じ外部露出されるよう具備される。
より好ましくは上記放熱部の下部面は上記モールド部の下部面から突出されるよう具備される。
好ましくは上記放熱部は上記金属層の積層数によって形成高さを調節する。
好ましくは上記第１リードおよび上記第２リードは上記発光部を中心に互いに対向して配置される。
好ましくは上記第１リードおよび上記第２リードは上記発光部の搭載面に近接する上端と上記基板の上部面に接続される下端に相互異なる高さを有するよう具備される。
好ましくは上記第１リードは上記モールド部の外部面に露出される外側端に少なくとも２つの補助電極を一体に具備する。
好ましくは上記第２リードは上記モールド部の外部面から露出される少なくとも２つの分割電極で構成される。
好ましくは上記リード部は上記基板のパターン回路と電気的に連結される最小限の接続面積を具備するよう上記モールド部の外部面に露出される。
好ましくは上記モールド部は上記発光部を取り囲む傾斜面に反射膜を有するメイン開口部を具備する。
好ましくは上記モールド部は上記発光部と一端が電気的に連結されるワイヤの他端と接続される第２リードを外部露出させる補助開口部を具備する。
好ましくは上記モールド部は熱伝導性樹脂で具備される。
好ましくは上記モールド部は上記放熱部の平面状と略同一な形状に具備される。
好ましくは上記モールド部の最上部面は上記発光部が搭載される放熱部の上部面より低く具備される。
好ましくは上記モールド部の上部面には上記発光部の上部を取り囲むレンズを追加で含む。
より好ましくは上記モールド部と上記レンズとの間にはこれら間の空間に埋められる充填剤を含む。
より好ましくは上記モールド部の上部面には上記レンズの結合時上記レンズとモールド部との間に埋められた後残った充填剤が外部に溢れ出すことを防止する凹部を具備する。
より好ましくは上記凹部は上記レンズの下部端外側の縁を沿って具備される。
また、本発明の第２の形態においては、
ａ）板状のフレーム部に広がった放熱部と、上記放熱部から延長される第１リードと上記放熱部と分離された第２リードからなるリード部を形成する段階と、
ｂ）上記広がった放熱部を折れ加工し少なくとも２層以上の金属層を有する放熱部を形成する段階と、
ｃ）上記放熱部と上記リード部を一体に固定するようモールド部を成形する段階と、
ｄ）上記放熱部の上部面に発光部を搭載する段階と、
ｅ）上記発光部と上記リード部を電気的に連結する段階と、
ｆ）上記モールド部の上部面にレンズを結合する段階と、
ｇ）上記リード部を切断して上記モールド部をフレーム部から分離する段階と、
を含む高出力ＬＥＤパッケージの製造方法が提供される。
ａ）板状のフレーム部に広がった放熱部と、上記放熱部から延長される第１リードと上記放熱部と分離された第２リードからなるリード部を形成する段階と、
ｂ）上記広がった放熱部を折れ加工し少なくとも２層以上の金属層を有する放熱部を形成する段階と、
ｃ）上記放熱部と上記リード部を一体に固定するようモールド部を成形する段階と、
ｄ）上記放熱部の上部面に発光部を搭載する段階と、
ｅ）上記発光部と上記リード部を電気的に連結する段階と、
ｆ）上記モールド部の上部面にレンズを結合する段階と、
ｇ）上記リード部を切断して上記モールド部をフレーム部から分離する段階と、
を含む高出力ＬＥＤパッケージの製造方法が提供される。
好ましくは上記ｂ）段階は金属層の下部面に凹部を形成し上記凹部は他の金属層を挿入し上下重ねられた複数の金属層を一体に接合する。
好ましくは上記ｂ）段階は金属層に複数個のリベット溝を貫通形成し、他の金属層にリベット突起を突出形成して上記リベット溝に挿入されるリベット突起の上端を加圧して上下重ねられた複数の金属層を一体に接合する。
好ましくは上記ｂ）段階は上記金属層に印加される一定温度以上の熱により金属層間の境界面を直接溶かして貼り付ける熱融着方式で複数の金属層を一体に接合する。
より好ましくは上記金属層間に印加される熱は抵抗溶接、ホットプレス溶接、超音波溶接中いずれか一つの方法によって提供される。
好ましくは上記ｂ）段階は上記金属層間に提供される金属製媒介物によって複数の金属層を一体に接合する。
より好ましくは上記金属製の媒介物は上記金属層の表面にコーティングされるコーティング剤である。
より好ましくは上記金属製の媒介物は上記金属層間に介在されるペーストまたは金属シートである。
好ましくは上記ｂ）段階は上記第１リードおよび上記第２リードが上、下端が相互異なる高さを有するよう切曲加工される。
好ましくは上記ｂ）段階は上記第１リードに上記モールド部の外部面に露出される外側端に少なくとも２つの補助電極を切断加工する。
好ましくは上記ｂ）段階は上記第２リードに上記モールド部の外部面から露出される少なくとも２つの分割電極を切断加工する。
好ましくは上記ｃ）段階は上記モールド部の成形時上記放熱部の上部面に搭載される発光部を取り囲むメイン開口部を形成する。
より好ましくは上記メイン開口部の内部面には反射膜を有する傾斜面に形成される。
好ましくは上記ｃ）段階は上記モールド部の成形時上記発光部とワイヤを媒介に連結される第２リードを外部露出する補助開口部を形成する。
好ましくは上記ｃ）段階は上記モールド部の最上部面は上記発光部が搭載される放熱部の上部面より低く具備されるよう成形される。
好ましくは上記ｃ）段階は上記モールド部の上部面に上記レンズの結合時上記レンズとモールド部との間の空間に埋められた後残った充填剤が外部に溢れ出すことを防止する凹部を形成する。
好ましくは上記ｇ）段階は上記第１リードおよび上記第２リードは上記モールド部の外部面に最大限近接するように切断される。
本発明によれば、発光部が搭載される放熱部と発光部に電気的に連結されるリード部のうち一つを一つの部品に単一化することにより、放熱部を別途製作してモールド部に組立てる必要がなく、また、全体の構成部品数を減らすことができるので、パッケージの組立工程を単純化して作業生産性を向上させることが可能で、製造原価を低減することができる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
本発明のＬＥＤパッケージ１００は図２ａ、図２ｂおよび図３に図示した通り、２つの部品を一つの部品に単一化し構成部品数を減らし組立工程を単純化することが可能なものとして、発光部１１０、放熱部１２０、リード部１３０およびモールド部１４０を含んで構成される。
すなわち、上記発光部１１０は電源印加時一定強さの光を発生させると同時に印加される電流の強さに比例して熱を発生させる少なくとも一つの半導体素子である。
このような半導体素子は活性層とこれを取り囲むクラッド層からなるＧａＡｌＡｓ系、高密度光ディスクの赤色半導体レーザー素子に使用されるＡｌＧａIｎ系、ＡｌＧａIｎＰ系、ＡｌＧａIｎＰＡｓ系、トランジスタ等の電子ディバイスに使用されるＧａＮ系等のような材料を用いて構成されるがこれに限定されることではなく、他の半導体材料から多様に構成され得る。
ここで、上記発光部の半導体素子は上記放熱部１２０の上部面に直接搭載されることもできるがＡｕ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ等のようなハンダ材またはＡｇペーストのような接着手段を媒介にしてサブマウント（不図示）の上部面に接着固定された状態で上記放熱部１２０の上部面に搭載されることもできる。
上記放熱部１２０は図２ａ、図２ｂおよび図３に図示した通り、最上部面に上記発光部１１０が搭載され、上記発光部１１０の発光時発生される熱を基板Ｍ側に容易に伝達して過熱を防止する放熱手段であり、これはヒートシンクスラグ（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ ｓｌｕｇ）と呼ばれることもある。
ここで、上記放熱部１２０は熱伝導性が優秀な金属素材で具備されることが好ましく、より具体的には銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケルおよびタングステン中いずれか一つの金属材またはこれらを少なくとも一つ以上含む合金材で構成されることが可能で、その外部面はニッケル、銀、金中いずれか一つの金属材またはこれらを少なくとも一つ以上含む合金材でメッキ処理されることもできる。
このような放熱部１２０は上記発光部が搭載される胴体が高さ方向に積層される少なくとも２つ以上の金属層で構成され、このような金属層は相互重なるよう一つの金属板材を事前に設定された折れ線を沿って折り対応面が面接するよう構成する。
図４ａおよび図４ｂに図示した通り、上記放熱部１２０が上部金属層１２１、下部金属層１２３および中間金属層１２２で構成される場合、上記上部金属層１２１は中間金属層１２２の上部面に下部面が重なるよう折れ線Ｆを沿って折られ、上記下部金属層１２３は中間金属層１２２の下部面に上部面が重なるよう他の折れ線Ｆを沿って折られる連続される一つの金属板材で構成される。
ここで、上記上部金属層１２１および上記下部金属層１２３は、上記中間金属層１２２の上部面積と略同一な大きさで具備されることもできるが、上記上部金属層１２１は上記発光部１１０が搭載される最小限の搭載面積のみを形成することができるように、上記中間金属層１２２の上部面積よりは小さく上記発光部１１０の搭載面積よりは大きい大きさで具備されることもできる。
また、上記上部金属層１２１および上記下部金属層１２３と中間金属層１２２は上記発光部１１０から発生された熱が基板Ｍまで伝達される経路を最短距離で形成することができるように、相互重なる層の間を様々な方法で一体で接合することが好ましい。
そして、上記放熱部１２０の下部面は上記基板Ｍと伝導性接着剤Ｂを媒介にして接着されるよう上記モールド部１４０の下部面を通して外部に露出されることが好ましい。
このとき、上記モールド部１４０の下部面を通じ外部露出される放熱部１２０の下部面は図３に図示した通り上記モールド部１４０の下部面を基準としてこれと同一な平面上に位置されることもできるがこれに限定されず、図５ａに図示した通り上記放熱部１２０の下部面は上記モールド部１４０の下部面に陥没形成された露出部１４１を通して外部露出されることも可能であり、図５ｂに図示した通り、上記モールド部１４０の下部面から基板側に一定高さ突出して具備されることもできる。
また、上記放熱部１２０の形成高さは一つの板材を折れ線を沿って折り重なる回数によって決定される金属層の積層数により調節されることができる。
一方、上記発光部１１０と基板Ｍとの間を電気的に連結するリード部１３０は図２ａおよび図２ｂないし図４ａおよび図４ｂに図示した通り、上記放熱部１２０と同一な素材からなる第１リード１３３および第２リード１３６で構成されるところ、上記第１リード１３３は上記放熱部１２０の外部面である複数個の金属層中いずれか一つから側方に延長され基板Ｍのパターン回路と接続される少なくとも一つの金属電極部材で、上記第２リード１３６は上記放熱部１２０と完全分離され、ワイヤ１１５を媒介に上記発光部１１０と電気的に連結され基板Ｍのパターン回路と接続される少なくとも一つの金属電極部材である。
上記第１リード１３３および上記第２リード１３６は上記発光部１１０を中心に互いに対向して配置されることが好ましく、上記発光部１１０の搭載面に近接する上端１３１、１３４と上記基板Ｍの上部面に接続される下端１３２、１３５が相互異なる高さを備え一定大きさの高さの差を有するよう切曲される。
そして、上記第１リード１３３は図６に図示した通り上記モールド部１４０の外部面から露出される外側端に少なくとも２つの補助電極１３３ａ、１３３ｂを一体に具備することも可能で、上記第２リード１３６は上記モールド部１４０の外部面から露出される少なくとも２つの分割電極１３６ａ、１３６ｂで構成され、これに一端がボンディング連結されるワイヤ１１５の他端を上記発光部１１０にボンディング連結する。
ここで、上記リード部１３０は上記基板Ｍのパターン回路Ｐと電気的に連結される最小限の接続面積を具備するよう上記モールド部１４０の外部面に露出されることが好ましい。
一方、上記モールド部１４０は図２ａ、図２ｂおよび図３に図示した通り、上記発光部１１０が搭載される放熱部１２０とリード部１３０を一体化するよう射出成形される樹脂材である。
このようなモールド部１４０は射出工程が容易なポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）系樹脂を利用しパッケージボディーを構成することが好ましいがこれに限定されることではなく様々な樹脂材が素材として利用され得る。
上記モールド部１４０の上部面には上記放熱部１２０上に搭載された発光部１１０を外部に露出させるメイン開口部１４５を具備し、上記発光部１１０を取り囲む上記メイン開口部１４５の傾斜面には上記発光部１１０から発生される光を反射することができるように反射膜１４５ａを具備する。
また、上記メイン開口部１４５には上記発光部１１０と一端が電気的に連結されるワイヤ１１５の他端と接続される第２リード１３６の上端１３４を外部露出させる補助開口部１４６を具備することが好ましい。
このようなメイン開口部１４５と補助開口部１４６は熱伝導性樹脂からなるモールド部１４０の射出成形時形成される。
そして、上記モールド部１４０の上部面には図２ａ、図２ｂおよび図３に図示した通り、上記発光部１１０から発光された光を外部に広い志向角で透写することができるように少なくとも一つのレンズ１５０を結合することが可能で、上記モールド部１４０と上記レンズ１５０との間の空間は上記発光部１１０とワイヤを保護することができるように充填剤１５５が埋められることとなる。
ここで、上記レンズ１５０はリフロー（ｒｅｆｌｏｗ）組立ができるようにエポキシ、ガラス材質で構成されることが好ましいがこれに限定されない。例えば、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ、光ナイロン（ｏｐｔｉｃａｌ ｎｙｌｏｎ）、ＣＯＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＡＴＯＮ、ＺＥＯＮＩＸ等のような一般的な透明なレジン（ｒｅｓｉｎ）材質であれば全て可能である。
上記充填剤１５５は上記モールド部１４０とレンズ１５０との間の空間に満遍なく広がるよう流動性があり、透明なレジン材質のシリコン、エポキシ等が選択的に使用され得る。
このような充填剤はゼル形態の弾性樹脂で、黄変（ｙｅｌｌｏｗｉｎｇ）のような短波長の光による変化が非常に少なく屈折率も高い優秀な光学的特性を有しているものが好ましく、充填剤としてシリコンを採用する場合、エポキシとは異なり硬化作業以後にもゼルまたは弾性（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）状態を維持するので、熱によるストレス、振動および外部衝撃などから上記発光部１１０をより安定的に保護することができる。
また、上記モールド部１４０の上部面には上記レンズ１５０の結合時その下部端が挿入され機械的に組立てられるか接着剤による接着が容易であるよう別途の溝を具備しても良い。
図７ａおよび図７ｂは本発明の第２実施例に係る高出力ＬＥＤパッケージを図示した斜視図で、図８は本発明の第２実施例に係る高出力ＬＥＤパッケージを図示した縦断面図である。
本発明のＬＥＤパッケージ１００ａは第１実施例のＬＥＤパッケージと同一な部材に対しては同一な参照符号を使用しこれに対する詳細な説明は省略することとする。
上記発光部１１０が搭載される放熱部１２０ａは上、下部金属層１２１ａ、１２２ａからなり、リード部１３０ａは上記下部金属層１２２ａから延長される第１リード１３３'と、上記放熱部１２０ａから完全分離され上記発光部１１０とワイヤ１１５を媒介にして接続される第２リード１３６'で構成される。
ここで、上記第１リード１３３'および上記第２リード１３６'は上記放熱部１２０ａとリード部１３０ａを一体に固定するよう射出成形されるモールド部１４０ａの底面と外部面に露出されるようにする。
そして、上記モールド部１４０ａは上記放熱部１２０ａの外側縁を均一に取り囲むよう上記放熱部１２０ａの平面状と略同一な形態に成形されることが好ましい。
図９ａおよび図９ｂは本発明の第３実施例に係る高出力ＬＥＤパッケージを図示した斜視図で、図１０は本発明の第３実施例に係る高出力ＬＥＤパッケージを図示した縦断面図で、図１１は本発明の第３実施例に係る高出力ＬＥＤパッケージに採用される放熱部の斜視図である。
本発明のＬＥＤパッケージ１００ｂは第１、２実施例のＬＥＤパッケージと同一な部材に対しては同一な参照符号を使用しこれに対する詳細な説明は省略する。
上記発光部１１０が搭載される放熱部１２０は中間金属層１２２とその上、下部面に接合される上部金属層１２１および下部金属層１２３からなり、上部金属層１２１、中間金属層１２２および下部金属層１２３は、上部金属層１２１から下部金属層１２３に行くほど面積が漸次に広く構成される。
そして、上記放熱部１２０とリード部１３０との間を一体に固定するよう射出成形されるモールド部１４０ｂは上部面が、上記発光部１１０が搭載される放熱部１２０の上部面より低く具備されることができる。
このような場合、上記モールド部１４０ｂの最上部面は上記発光部１１０が搭載される放熱部１２０の上部面との間に一定大きさの高さ差を有するよう上記放熱部１２０の上端が上記モールド部１４０ｂの上部面から一定高さに突出される。これにより、上記発光部１１０から発生される光の志向角が１８０度以上となり照明効率をより高めることができる。
また、上記モールド部１４０ｂの上部面には上記発光部１１０にボンディング連結されたワイヤ１１５の他端がボンディング連結される第２リード１３６を外部に露出させることができるように補助開口部１４６を具備する。
これと共に、上記モールド部１４０ｂは上部面に上記レンズ１５０の結合時上記レンズの下部端の内側縁と組立てられる組立段差１４２を突出形成することが可能で、上記組立段差１４２の外側には上記レンズ１５０の結合時上記レンズ１５０とモールド部１４０ｂとの間の空間に埋められた後残った充填剤が外部に溢れ出すことを防止することができるように凹部１４３を一定深さに形成する。
ここで、上記凹部１４３は上記レンズ１５０の下部端の外側縁を沿って連続的または非連続的に具備されることが好ましい。
図１２ａ、図１２ｂ、図１２ｃ、図１２ｄ、図１２ｅは、本発明に係る高出力ＬＥＤパッケージを製造する工程を順番に示した図である。本発明の高出力ＬＥＤパッケージ１００は、下記のａないしｇ段階を経て製造される。
ａ．板状のフレーム部に広がった放熱部と、上記広がった放熱部から延長される第１リードと上記広がった放熱部から分離された第２リードを含むリード部を形成する段階
金属板材からなる板状のフレーム部１０１は図１２ａに図示した通り、パンチング／打ち抜き加工によって上部面に折れ加工時多層構造の金属層を構成することができるように広がった放熱部１２０'を具備すると同時に上記広がった放熱部１２０'から延長される第１リード１３３と上記広がった放熱部１２０'から完全分離された第２リード１３６からなるリード部１３０を複数の個所に同時に具備する。
金属板材からなる板状のフレーム部１０１は図１２ａに図示した通り、パンチング／打ち抜き加工によって上部面に折れ加工時多層構造の金属層を構成することができるように広がった放熱部１２０'を具備すると同時に上記広がった放熱部１２０'から延長される第１リード１３３と上記広がった放熱部１２０'から完全分離された第２リード１３６からなるリード部１３０を複数の個所に同時に具備する。
このとき、上記広がった放熱部１２０'と上記リード部１３０は相互分離されるが上記フレーム部１０１から延長される一つの金属板材である。
ｂ．上記広がった放熱部を折れ線に沿って折れ加工し少なくとも２層以上の金属層を有する放熱部を形成する段階
上記フレーム部１０１に加工された広がった放熱部１２０'は図１２ｂに図示した通り、金属胴体に描かれる仮象の折れ線を沿って上部金属層１２１に該当する一側端を上部に１８０度切曲して中間金属層１２２に該当する中央上部面に折って重なるようにし、他の折れ線を沿って下部金属層１２３に該当する他側端を上記中央下部面に折って重なるようにする。これにより、上記放熱部１２０は一つの金属板材から延長される上部金属層１２１、中間金属層１２２および下部金属層１２３のうちの少なくとも２層以上が高さ方向に積層される多層構造の放熱手段で具備される。
上記フレーム部１０１に加工された広がった放熱部１２０'は図１２ｂに図示した通り、金属胴体に描かれる仮象の折れ線を沿って上部金属層１２１に該当する一側端を上部に１８０度切曲して中間金属層１２２に該当する中央上部面に折って重なるようにし、他の折れ線を沿って下部金属層１２３に該当する他側端を上記中央下部面に折って重なるようにする。これにより、上記放熱部１２０は一つの金属板材から延長される上部金属層１２１、中間金属層１２２および下部金属層１２３のうちの少なくとも２層以上が高さ方向に積層される多層構造の放熱手段で具備される。
ここで、上記発光部１１０の発光時発生される熱を上記放熱部１２０が搭載される基板Ｍ側へより容易に伝達することができるように上記放熱部１２０の金属層間を一体化する方法としては、図１３ａに図示した通り、上部金属層１２１の下部面に凹部１２５を形成しこれに中間金属層１２２または下部金属層１２３を挿入して上下重なる複数の金属層を一体に接合するか、または図１３ｂに図示した通り上部金属層１２１に複数個のリベット溝１２５ａを貫通形成し、中間金属層１２２または下部金属層１２３にリベット突起１２５ｂを突出形成し、上記リベット溝１２５ａに挿入されたリベット突起１２５ｂの上端を加圧して上下重ねられた複数の金属層を一体に接合する物理的方法を選択的に採用する。
また、上記上部金属層１２１、中間金属層１２２および下部金属層１２３に一定温度以上の熱を印加して金属層間の境界面を直接溶かして貼り付ける熱融着方式によって複数の金属層を一体に接合することもできる。
ここで、上記複数の金属層を一体に接合するため上記金属層間に印加される熱は、抵抗溶接、ホットプレス溶接、超音波溶接、高周波溶接のいずれか一つの方法によって与えられる。
また、上記放熱部１２０の複数の金属層は層間に提供される別途の金属製媒介物により一体に接合されることが可能で、このような金属製媒介物としては上記金属層の表面にコーティングされるコーティング剤でもよく、上記金属層間に介在されるペーストまたは金属シートでもよい。
一方、上記放熱部１２０から延長される第１リード１３３と上記放熱部１２０から分離された第２リード１３６は上記発光部１１０の搭載面に近接する上端１３１、１３４と上記基板Ｍの上部面に接続される下端１３２、１３５を備えこれらの間に一定大きさの高さ差を有するよう不図示のプレス装置により切曲加工される。
このとき、上記第１リード１３３および上記第２リード１３６の切曲加工時図６に図示した通り、上記第１リード１３３は上記モールド部１４０の外部面から露出される外側端に少なくとも２つの補助電極１３３ａ、１３３ｂを具備し、上記第２リード１３６には上記モールド部１４０の外部面に露出される少なくとも２つの分割電極１３６ａ、１３６ｂを具備するように不図示の切断装置によって切断加工されてもよい。
ｃ．上記放熱部と上記リード部を一体に固定するようモールド部を成形する段階
上記放熱部１２０が多層構造を有するよう折れ工程が完了され、上記リード部１３０の切曲工程が完了されると、図１２ｃに図示した通り、上記放熱部１２０とリード部１３０が加工されたフレーム部１０１を不図示の金型内に配置した状態で上記金型内に樹脂を注入することにより、上記放熱部１２０とリード部１３０を一体に固定するモールド部１４０を成形する。
上記放熱部１２０が多層構造を有するよう折れ工程が完了され、上記リード部１３０の切曲工程が完了されると、図１２ｃに図示した通り、上記放熱部１２０とリード部１３０が加工されたフレーム部１０１を不図示の金型内に配置した状態で上記金型内に樹脂を注入することにより、上記放熱部１２０とリード部１３０を一体に固定するモールド部１４０を成形する。
このようなモールド部１４０には成形時上記放熱部１２０の上部面に搭載される発光部１１０を取り囲みながら外部露出させるメイン開口部１４５を形成すると同時に上記発光部１１０とワイヤ１１５を媒介に連結される第２リード１３６を外部露出するよう補助開口部１４６を形成する。
また、上記メイン開口部１４５の内部面は反射膜１４５ａを有する傾斜面に形成する。これにより、上記放熱部１２０に搭載される発光部１１０から発せられる光は前方に集中して照射される。
一方、上記モールド部は、図９ａに図示した通り、最上部面が上記発光部１１０が搭載される放熱部１２０の上部面より低く具備されるよう成形されてもよい。これにより、上記発光部１１０から発生される光は１８０度以上の広い志向角で照射され照明効率をより高めることができる。
そして、上記モールド部１４０の成形時上部面には上記レンズ１５０の結合時上記レンズ１５０とモールド部１４０との間の空間に埋められた後残った充填剤１５５が外部に溢れ出すことを防止することができるように凹部１４３を一定深さに形成する。
これにより、上記レンズ１５０の下部端の外側縁と対応する上記モールド部１４０の上部面に丸リング型の凹部１４３が形成されると、上記レンズ１５０の結合時上記レンズ１５０とモールド部１４０との間の境界面を通して漏出される充填剤１５５が上記モールド部１４０に露出されるフレーム部１０１へと流れる前に上記凹部１４３に埋められるため上記フレーム部１０１の汚染を予防することができる。
ｄ．上記放熱部の上部面に発光部を搭載する段階
次いで、上記放熱部１２０の上部面は上記モールド部１４０に形成されたメイン開口部１４５を通して外部露出されるところ、図１２ｄに図示した通り上記メイン開口部１４５の正中央に半導体素子の発光部１１０を直接的に搭載するか上記発光部１１０が装着されたサブマウント（不図示）を上記放熱部１２０の上部面に搭載することもできる。
次いで、上記放熱部１２０の上部面は上記モールド部１４０に形成されたメイン開口部１４５を通して外部露出されるところ、図１２ｄに図示した通り上記メイン開口部１４５の正中央に半導体素子の発光部１１０を直接的に搭載するか上記発光部１１０が装着されたサブマウント（不図示）を上記放熱部１２０の上部面に搭載することもできる。
ｅ．上記発光部と上記リード部を電気的に連結する段階
また、上記発光部１１０の搭載が完了されると、図１２ｄに図示した通り、上記発光部１１０にワイヤ１１５の一端をボンディング連結し、上記ワイヤ１１５の他端は上記モールド部１４０の補助開口部１４６を通して外部露出される第２リード１３６の上端１３４とボンディング連結される。
また、上記発光部１１０の搭載が完了されると、図１２ｄに図示した通り、上記発光部１１０にワイヤ１１５の一端をボンディング連結し、上記ワイヤ１１５の他端は上記モールド部１４０の補助開口部１４６を通して外部露出される第２リード１３６の上端１３４とボンディング連結される。
上記第１リード１３３は上記放熱部１２０から延長されるため上記放熱部１２０上に搭載される発光部１１０は上記第１リード１３３と電気的に連結される。
ｆ．上記モールド部と上部面にレンズを結合する段階
連続して、上記放熱部１２０の発光部１１０と上記リード部１３０間の電気的な連結作業が終了されると、図１２ｅに図示した通り、上記発光部１１０から発生される光を外部に集中するか広く透写することができるように事前に設計されたレンズ１５０を上記発光部１１０の直上部に配置した状態で、上記レンズ１５０の下部端を上記モールド部１４０の上部面に接着剤を用いて接着し結合する。
連続して、上記放熱部１２０の発光部１１０と上記リード部１３０間の電気的な連結作業が終了されると、図１２ｅに図示した通り、上記発光部１１０から発生される光を外部に集中するか広く透写することができるように事前に設計されたレンズ１５０を上記発光部１１０の直上部に配置した状態で、上記レンズ１５０の下部端を上記モールド部１４０の上部面に接着剤を用いて接着し結合する。
このとき、上記モールド部１４０と上記レンズ１５０との間の空間には上記発光部１１０を保護することができるように充填剤１５５が埋められることとなり、上記レンズ１５０の結合時上記レンズ１５０とモールド部１４０との間の境界面から漏出される充填剤１５５は上記モールド部１４０の上部面に形成された凹部１４３へと自然に流入され充填剤１５５がフレーム部１０１を汚染させることを防止する。
ｇ．上記リード部を切断し上記モールド部をフレーム部から分離する段階
そして、上記モールド部１４０とレンズ１５０間の結合が完了されると、不図示の切断機を利用し上記モールド部１４０の外部面に突出された第１リード１３３および第２リード１３６を切断する。
そして、上記モールド部１４０とレンズ１５０間の結合が完了されると、不図示の切断機を利用し上記モールド部１４０の外部面に突出された第１リード１３３および第２リード１３６を切断する。
このとき、上記第１リード１３３および上記第２リード１３６はパッケージの体積を最小化することができるように、上記モールド部１４０の外部面に最大限近接するよう切断することが好ましい。
そして、上記第１リード１３３および上記第２リード１３６の切断作業が完了すると、上記発光部１１０が搭載された放熱部１２０と共に成形されたモールド部１４０をフレーム部１０１から分離して上記モールド部１４０上にレンズ１５０が結合完了されたＬＥＤパッケージ１００を製造完成することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１１０ 発光部
１１５ ワイヤ
１２０ 放熱部
１２１ 上部金属層
１２２ 中間金属層
１２３ 下部金属層
１２５、１４３ 凹部
１３０ リード部
１３１、１３４ 上端
１３２、１３５ 下端
１３３ 第１リード
１３６ 第２リード
１４０ モールド部
１４１ 露出部
１４２ 組立段差
１５０ レンズ
１１５ ワイヤ
１２０ 放熱部
１２１ 上部金属層
１２２ 中間金属層
１２３ 下部金属層
１２５、１４３ 凹部
１３０ リード部
１３１、１３４ 上端
１３２、１３５ 下端
１３３ 第１リード
１３６ 第２リード
１４０ モールド部
１４１ 露出部
１４２ 組立段差
１５０ レンズ
Claims (26)
- 電源印加時光を発生する発光部と、上記発光部が上部面に搭載される放熱部と、上記発光部と基板との間を電気的に連結するリード部および上記放熱部とリード部を一体に固定するモールド部を含むＬＥＤパッケージにおいて、
上記放熱部は、１つの金属板材を折って対応面が互いに面接して重なるように積層し、少なくとも２つ以上の金属層が高さ方向に積層される連続する１つの金属板材で構成され、
上記リード部は、上記放熱部の複数個の金属層のうち何れか１つから延長され、上記放熱部と一体をなす少なくとも一つの第１リードと、上記放熱部と分離される少なくとも一つの第２リードとを含み、
上記放熱部の下部面は上記モールド部を貫通して外部に露出されることを特徴とする高出力ＬＥＤパッケージ。 - 上記発光部は少なくとも一つの半導体素子であることを特徴とする請求項１に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部とリード部は熱伝導性金属素材で具備されることを特徴とする請求項１または２に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部は上部金属層、下部金属層および中間金属層を具備するよう折られて重なる一つの金属板材で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記上部金属層および上記下部金属層は上記中間金属層の上部面積と略同一な大きさに具備されることを特徴とする請求項４に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記上部金属層は上記中間金属層の上部面積よりは小さく上記発光部の搭載面積よりは大きい大きさに具備されることを特徴とする請求項４に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記上部金属層および上記下部金属層と中間金属層とは層の間が一体に接合されることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部は上記基板の上部面と伝導性接着剤を媒介に接着されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部の下部面は上記モールド部の下部面と同一な水平線上に位置するよう具備されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部の下部面は上記モールド部の下部面に陥没形成された露出部を通して外部露出されるよう具備されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部の下部面は上記モールド部の下部面から突出されるよう具備されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記放熱部は上記金属層の積層数によって形成高さを調節することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記第１リードおよび上記第２リードは上記発光部を中心に互いに対向して配置されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記第１リードおよび上記第２リードは上記発光部の搭載面に近接する上端と上記基板の上部面に接続される下端が相互異なる高さを有するよう具備されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記第１リードは上記モールド部の外部面から露出される外側端に少なくとも２つの補助電極を一体に具備することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記第２リードは上記モールド部の外部面から露出される少なくとも２つの分割電極で構成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記リード部は上記基板のパターン回路と電気的に連結される最小限の接続面積を具備するよう上記モールド部の外部面に露出されることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部は上記発光部を取り囲む傾斜面に反射膜を有するメイン開口部を具備することを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部は上記発光部と一端が電気的に連結されるワイヤの他端と接続される第２リードを外部露出させる補助開口部を具備することを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部は熱伝導性樹脂で具備されることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部は上記放熱部の平面状と略同一な形状で具備されることを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部の最上部面は上記発光部が搭載される放熱部の上部面より低く具備されることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部の上部面には上記発光部の上部を取り囲むレンズを追加で含むことを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部と上記レンズとの間にはこれら間の空間に埋められる充填剤を含むことを特徴とする請求項２３に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記モールド部の上部面には上記レンズの結合時上記レンズとモールド部との間に埋められた後残った充填剤が外部に溢れ出すことを防止する凹部を具備することを特徴とする請求項２３または２４に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
- 上記凹部は上記レンズの下部端の外側縁を沿って具備されることを特徴とする請求項２５に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
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