JP4947332B2 - LED heat block and LED device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、実装されるLEDチップの放熱性と反射効率を向上させたLED用放熱板兼反射板からなるLED用ヒートブロックおよびそれを使用したLED装置に関するものである。 The present invention relates to an LED heat block composed of an LED heat sink / reflector plate with improved heat dissipation and reflection efficiency of an LED chip to be mounted, and an LED device using the same.
近年、高輝度化したLEDチップが開発され、これまでの携帯電話機等のテンキー照明やスポット的な照明に使用されるばかりではなく、電気スタンド等の比較的広範囲の照明用として使用され始めてきており、より高い放熱性が要求されるようになっている。
従来のLED装置は、絶縁基板に貫通孔を形成し、貫通孔の一方側の開口を金属板で覆い、貫通孔の壁面および金属板の表面ならびに絶縁基板の表面にめっきによって金属膜を形成し、金属板上にLEDチップを実装し、ワイヤボンディングでLEDチップと絶縁基板上の金属膜との間を電気的に接続したものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、図6に示すように、金属薄板によって形成したリードフレームに樹脂成形を施し、リードフレーム上にLEDチップを実装した構造のLED装置もある。すなわち、成形樹脂100にすり鉢状の凹部101を設け、この凹部101の底部にリードフレーム102を埋設し、このリードフレーム102上にLEDチップ103を搭載し、このLEDチップ103とリードフレーム102の端子部104とを金属細線によってワイヤボンディング接続をしたものである。
なお、上述した従来技術のうち後者については、出願人が出願時点で知る限りにおいて文献公知ではない。また、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
In the conventional LED device, a through hole is formed in an insulating substrate, an opening on one side of the through hole is covered with a metal plate, and a metal film is formed by plating on the wall surface of the through hole, the surface of the metal plate, and the surface of the insulating substrate. In some cases, an LED chip is mounted on a metal plate, and the LED chip and a metal film on an insulating substrate are electrically connected by wire bonding (for example, see Patent Document 1).
In addition, as shown in FIG. 6, there is also an LED device having a structure in which a lead frame formed of a thin metal plate is resin-molded and an LED chip is mounted on the lead frame. That is, a mortar-
Note that the latter of the above-described prior arts is not publicly known as long as the applicant knows at the time of filing. Further, the applicant has not found any prior art documents closely related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
上述した従来のLED装置のうち前者の場合には、貫通穴の壁面の金属膜をめっきによって形成しているため、金属膜の膜厚を厚くするには自ずと限界があり、このため放熱性を向上させることができないという問題があった。
また、後者の場合には、リードフレーム102によって放熱性は向上するが大容量の熱放散が必要となる場合、さらにリードフレーム102を厚くすることになり成形精度が悪くなる。 及び折り曲げ成形で複雑なリードフレーム102を成型するための金型および樹脂を成型するための金型が必要なため費用がかさむというばかりではなく、成型樹脂100の表面に膜厚が均一な金属めっきを施すことが困難であるため反射効率が低下するという問題があった。
In the former case of the conventional LED device described above, the metal film on the wall surface of the through hole is formed by plating, so there is a limit to increasing the film thickness of the metal film, and thus heat dissipation is reduced. There was a problem that it could not be improved.
In the latter case, the heat dissipation is improved by the
本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、新規のヒートブロック状のチップ搭載部を形成し、LED装置の放熱性の向上と反射効率の向上を図るとともに製造コストの低減を図ることにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to form a new heat block-shaped chip mounting portion to improve heat dissipation and reflection efficiency of the LED device. At the same time, the manufacturing cost is to be reduced.
この目的を達成するために、請求項1に係る発明は、LEDチップが搭載されるLEDチップ搭載部と、このLEDチップ搭載部を囲む枠状に形成した反射枠とを有し、プリント配線板に設けられた貫通穴に嵌入させて固定する円柱状のヒートブロックであって、前記反射枠の上端外部または前記ヒートブロックの下端外部に配置され、前記プリント配線板表面の導体パターンと接合する鍔と、前記ヒートブロックの柱状外部に前記鍔の裏面から縦方向に形成される縦状突起とを有し、前記縦状突起が、前記鍔に近接している方を大きくしたテーパー形状であるLED用ヒートブロックである。
To this end, the invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、LEDチップ搭載部と反射枠と鍔と縦状突起とが、金属ブロックや金属板から一体に形成されたLED用ヒートブロックである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1または2のLED用ヒートブロックと、このLED用ヒートブロックが嵌入されためっきスルーホールまたは非めっきスルーホールである貫通穴、前記LED用ヒートブロックのLED搭載部に搭載されたLEDチップ、及びこのLEDチップが電気的に接続された端子部が設けられたプリント配線板と、を備えるLED装置である。また、請求項4に係る発明は、請求項3に係る発明において、プリント配線板の貫通穴に嵌入されたLED用ヒートブロックの下端面が、前記プリント配線板の下面にある導体パターンや回路導体よりも下部表面に高く形成されるLED装置である。また、請求項5に係る発明は、請求項4において、LED用ヒートブロックの下面底部にヒートシンク筐体を取付けたLED装置である。
The invention according to
本発明によれば、金属の塊(金属製ブロック)となっているLED用ヒートブロックによって形成した熱伝導体積(熱伝導容量)の大きい放熱ブロック上のLEDチップ搭載部にLEDチップを搭載するため放熱性が従来技術で公知となっている金属薄板状の配線板や金属板リードフレームに比較し大幅に向上する。 According to the present invention, the LED chip is mounted on the LED chip mounting portion on the heat radiation block having a large heat conduction volume (heat conduction capacity) formed by the LED heat block which is a metal lump (metal block). The heat dissipation is greatly improved compared to a metal thin plate-like wiring board or metal plate lead frame known in the prior art.
また、熱伝導体積の大きい金属ブロックでチップ搭載部と反射枠(反射部)とを一体に形成してあるため、この反射枠(反射板)も発熱や発光による熱放散が良好となりLED部品の輝度劣化を防止できる。さらに、LED用ヒートブロックの表面の粗さも均一に平滑にすることができるから、この反射枠(反射板)内面上に形成する貴金属めっきやアルミ蒸着等の鏡面効果によって反射効率を向上させることができる。
また、ヒートブロックを成形するための金型のみを用意すればよいから、金型にかかるコストを低減することができる。
In addition, since the chip mounting part and the reflection frame (reflection part) are integrally formed with a metal block having a large heat conduction volume, this reflection frame (reflection plate) also has good heat dissipation due to heat generation and light emission, so that LED components Brightness deterioration can be prevented. Furthermore, since the roughness of the surface of the LED heat block can be evenly smoothed, the reflection efficiency can be improved by a mirror effect such as precious metal plating or aluminum deposition formed on the inner surface of the reflecting frame (reflecting plate). it can.
Moreover, since it is only necessary to prepare a mold for molding the heat block, the cost for the mold can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明に係るLED用放熱板兼反射板であるヒートブロックの全体を示す外観斜視図、図2は同じくLED用ヒートブロックの断面図、図3は本発明に係るLED用ヒートブロックを嵌入させる貫通穴が設けられたプリント配線板を説明するための断面図、図4は本発明に係るLED用ヒートブロックを嵌入させた状態を説明するための断面図、図5は本発明に係るLED装置を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view showing an entire heat block which is a heat sink / reflector for LED according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the LED heat block, and FIG. 3 is an LED heat block according to the present invention. Sectional drawing for demonstrating the printed wiring board provided with the through-hole to insert, FIG. 4 is sectional drawing for demonstrating the state which inserted the heat block for LED which concerns on this invention, FIG. 5 concerns on this invention It is sectional drawing which shows an LED apparatus.
図1に全体を符号1で示すものは円柱状のLED用ヒートブロックであって、LEDチップが搭載されるチップ搭載部(ランド)2と、LEDチップ搭載部を囲む枠状に形成した反射枠3と、この反射枠3の上端外部に連結する鍔4と、前記のLED用ヒートブロック1の柱状外部に連結固定する縦状突起5とによって構成されている。
1 is a column-shaped heat block for an LED, and includes a chip mounting portion (land) 2 on which an LED chip is mounted, and a reflection frame formed in a frame shape surrounding the LED chip mounting portion. 3, a
このLED用ヒートブロック1は1枚のアルミ、黄銅、銅、Ni、Fe、ステンレスなどからなる厚板(厚みが0.5〜2.0mm)の金属板を打ち抜き加工や絞り加工によって形成することにより、上記チップ搭載部2と、このLEDチップ搭載部2を囲む枠状に形成した反射枠(反射板)3と、この反射枠3の上端外部に連結する鍔4と、前記柱状ブロックであるヒートブロック1の柱状外部に連結固定する縦状突起5とが1枚の金属板や金属の塊(ブロック)によって一体に形成される。
This
また、LED用ヒートブロック1は円柱や角柱などの金属の塊(ブロック)からプレス等の塑性加工によってLED用ヒートブロック1を成形加工しても良い。
つまり、このLED用ヒートブロック1はチップ搭載部2と反射枠3と鍔4と縦状突起5とを金属ブロックや金属板の金属材料から一体の金属の塊(ブロック)として形成したものである。
Alternatively, the
That is, the
本発明の一例として、Φ5.0の銅円柱から金型で絞り加工して図2の断面図で示すようなLED用ヒートブロック1を成形した。図2の断面図で示すLEDチップが搭載されるチップ搭載部2ランドは、金型によるプレス絞り加工によって凹型に陥没している底面が平らなLEDチップ搭載部2であり、この陥没しているLEDチップ搭載部2から上部表面に向かって拡がって傾斜した(傾斜角度60度)反射枠3と、この反射枠3の上端外部に設けた鍔4とからなる裁頭円錐台状を呈する空間10が陥没して設けられている。
As an example of the present invention, a heat block for
なお、ヒートブロック1の柱状外部に連結固定する縦状突起5は裁頭円錐台状の円錐形とし、上端外部に設けた鍔4に近接している方を大きくしたテーパーの縦状突起物5とし4〜8個の複数個を連結付加させた。さらに、反射枠3はリフレクターとするものであり上部表面に向かって拡がっている傾斜角度は45度〜75度とし、内面に反射効率の良いめっきを施した反射板とする。
The
また、図2の断面図で示すLEDチップ搭載部2から上部外部表面に拡がる陥没空間10を裁頭円錐台状に形成したLED用ヒートブロック1の反射部は、テーパー形状の他に放物線形状や段付きテーパー形状として反射効率の高いLED装置とすることも可能である。
In addition to the tapered shape, the reflecting portion of the
この凹型に陥没している空間10の高さ(鍔4の上面からLED用ヒートブロックのLEDチップ搭載部2までの高さ)T1は0.8mmとした。また、LED用ヒートブロック1の全体厚みT2は1.2mmとし、このT2はプリント配線板の厚みとほぼ同一、又は厚くなるように形成されていることが良い。また、平坦なLEDチップ搭載部2の底面形状は円形、長円形、角形などとし、底面サイズも深さも搭載するLEDチップによって決まる。本例ではΦ1.0の円形とした。
なお、LED用ヒートブロック1の製造方法としては、上述したように打ち抜き加工をした後に絞り加工をするようにしたが、絞り加工をしてから打ち抜き加工をするようにしてもよいし、絞り加工と打ち抜き加工とを同時にするようにしてもよい。
The height T1 of the
In addition, as a manufacturing method of the
このように金属ブロックの表面の粗さも均一に平滑に形成したLED用ヒートブロック1の平坦な反射枠3の内面にニッケルめっきによる下地めっきを行い、その上に金、銀めっきの貴金属めっきを行う。また、アルミ蒸着や白色系めっきで反射面処理をしても良い。
この場合、金属ブロックによって形成された反射枠3の表面にめっきを行うため、この金属ブロック表面に形成された下地めっきとしてのニッケルめっきの膜厚が全体にわたって均一に形成される。このため、このニッケルめっき上に形成される金、銀、またはアルミめっきの表面が全体にわたって粗さ(凹凸)が極めて少ない鏡面状に形成されるため、この反射枠3の表面の反射効率を向上させることができる。
In this way, the inner surface of the flat reflecting
In this case, since plating is performed on the surface of the
また、図7で示す本発明に係る第2のLED用ヒートブロックについて説明する。
つまり、LED用ヒートブロック1の鍔4をLEDチップ搭載部2の下部にあるヒートブロックの下端外周に連結して設け、ヒートブロック1の柱状外部に連結固定する縦状突起5は裁頭円錐台状の円錐形とし、下端外周に設けた鍔4に近接している方を大きくしたテーパー形状となる縦状突起物5を形成したものである。この第2のLED用ヒートブロックはプリント配線板の貫通穴に下方面から嵌入させるものである。
Moreover, the 2nd heat block for LED which concerns on this invention shown in FIG. 7 is demonstrated.
That is, the
次に、図3を用いて本発明に係るLED用ヒートブロックを嵌入させる貫通穴12が設けられたプリント配線板11を説明する。
なお、同図においては、説明の便宜上、1個のLED用ヒートブロックを嵌入させる貫通穴12が設けられたプリント配線板のみを図示しているが、実際はLED用のプリント配線板はマトリックス状に複数個の貫通穴が配置されている。
プリント配線板11の所定箇所にドリルによって、貫通穴12が設けられ、このプリント配線板11の両面に所定の回路導体17,17を形成し、LED用ヒートブロックを嵌入させる貫通穴12の上端周辺には前記LED用ヒートブロック1の反射枠3の表面に設けた鍔4を固定する導体パターン14,14を形成し、所定の回路導体17,17の必要な箇所にはLEDチップと電気的に接続するワイヤーボンディング用端子部16,16を複数設けたプリント配線板11である。
Next, the printed
In the figure, for the sake of convenience of explanation, only the printed wiring board provided with the through
A through
また、電気的に接続するワイヤーボンディング用端子部16,16やはんだ接続用ランド以外の配線用の回路導体17,17はソルダーレジスト18で被覆することが良好である。
次いで、電気的に接続するワイヤーボンディング接続用端子部16,16やはんだ接続用ランド上にニッケルと金または銀による貴金属めっきを行いプリント配線板11を形成する。なお、上記の貫通穴12は穴内壁にめっき膜を形成しためっきスルーホールでもめっき膜のない非めっきスルーホールのどちらでも良い。
Further, it is preferable that the
Next, the printed
次に、図4を用いて、上記のように形成したプリント配線板11と前述したLED用ヒートブロック1とによってLED装置を製造する方法について説明する。
同図において、プリント配線板11のLED用ヒートブロック1を嵌入させる図3で記載説明した貫通穴12の上端周辺に設けた前記LED用ヒートブロック1の鍔4を固定する導体パターン14,14上にクリームはんだを塗布する。
しかる後、プリント配線板11の該貫通穴12にLED用ヒートブロック1の反射枠3の表面に設けた鍔4の下端まで嵌入させた状態で、プリント配線板11の該貫通穴12にLED用ヒートブロック1を載置し固定する。
なお、LED用ヒートブロック1の全体厚みT2をプリント配線板の厚みより厚くなるように形成し、LED用ヒートブロックのチップ搭載部の下部にある放熱ブロックの下端面が配線用の回路導体17,17より高くはみだすようにしても良い。
Next, a method for manufacturing an LED device using the printed
In the same figure, on the
After that, in the state where the lower end of the
The
この状態で、プリント配線板11とLED用ヒートブロック1とを加熱炉内で加熱することにより、クリームはんだを再溶融させ、プリント配線板11の導体パターン14,14上にLED用ヒートブロック1の鍔4を接合し、同図に示すように、LED用ヒートブロック1をプリント配線板11の貫通穴12に嵌入させて接合する。また、LED用ヒートブロック1とプリント配線板11の導体パターン14,14との電気的な接続が必要ない場合はクリームはんだを使用せず、接着剤や超音波溶接、レーザー溶接などで固定することもできる。
In this state, the printed
なお、ヒートブロック1の円柱上端外部に連結固定する縦状突起5は裁頭円錐台状の上端外部に設けた鍔4に近接している方を大きくしたテーパー形状であり、プリント配線板11の貫通穴12にヒートブロック1を嵌入(圧入)する際のガイド(くさびの役目)となり鍔4まで圧入するから嵌入位置が一定となり仮固定状態を安定させる。
The
次に図8で示す本発明に係る第2のLED用ヒートブロックを嵌入した状態を説明する。
前記の図7に示す本発明に係る第2のLED用ヒートブロックをプリント配線板11の該貫通穴12に下方面から嵌入させるものである。つまり、プリント配線板11の貫通穴12周辺の下面にある導体パターン14,14上にLED用ヒートブロック1の鍔4を接合し、同図に示すように、LED用ヒートブロック1をプリント配線板11の貫通穴12に下方面から嵌入させて接合する。従って、LED用ヒートブロックのチップ搭載部の下部にある放熱ブロックの下端面はプリント配線板11の下面にある導体パターン14,14や配線用の回路導体17,17より下部表面に高く形成される。このLED用ヒートブロック下部にある放熱ブロックの下端面に部品ケースの筐体を接触したり接続させることができる。
Next, a state where the second LED heat block according to the present invention shown in FIG. 8 is inserted will be described.
The second LED heat block according to the present invention shown in FIG. 7 is inserted into the through
次いで、図5に示すように、このLED用ヒートブロック1はチップ搭載部2上にLEDチップ22をダイボンディングによって載置し、LEDチップ22の端子と金属細線23をプリント配線板11のワイヤーボンディング用端子部16にワイヤーボンディング接続によって電気的に接続するものである。(本図では+端子.−端子ともワイヤーボンディング接続とした)
同図に示すように、LED用ヒートブロック1のチップ搭載部2とLEDチップ22とプリント配線板11の端子部16とを発光光線を透過させる透明なモールド樹脂や発光色を白色光に変換させる白色変換モールド樹脂などの1次モールド樹脂24によって樹脂封止して1個単位としたLED装置30を形成する。なお、上記の1次モールド樹脂24を硬化させた後、前記1次モールド樹脂24の上面を被覆するように発光光線を集光または分光させるレンズモールド樹脂となる透明な2次モールド樹脂25を凸型曲面状に被せると輝度向上が図られる。
Next, as shown in FIG. 5, the
As shown in the figure, the
このLED装置30のLED用ヒートブロック1の下面底部にLED部品の筐体となる別途ヒートシンク筐体を取り付けることにより、LEDチップ22からの発熱は、LED用ヒートブロック1からヒートシンクを介してLED装置30の外部に放出される。このとき、LEDチップ22が搭載されているLED用ヒートブロック1が金属ブロックによって形成されているため、ヒートブロックの厚みを所定の厚さ以上でかつ均一に形成することができるから放熱性がさらに向上する。
By attaching a separate heat sink casing as an LED component casing to the bottom surface of the
1…ヒートブロック、2…チップ搭載部、3…LED用反射枠、4…鍔、5…縦状突起、
10…空間、11…プリント配線板、12…貫通穴、14…導体パターン、16…端子部、
17…回路導体、18…ソルダーレジスト、22…LEDチップ、23…金属細線、
24…1次モールド樹脂、25…2次モールド樹脂、30…LED装置。
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
17 ... Circuit conductor, 18 ... Solder resist, 22 ... LED chip, 23 ... Metal fine wire,
24 ... primary mold resin, 25 ... secondary mold resin, 30 ... LED device.
Claims (5)
前記反射枠の上端外部または前記ヒートブロックの下端外部に配置され、前記プリント配線板表面の導体パターンと接合する鍔と、前記ヒートブロックの柱状外部に前記鍔の裏面から縦方向に形成される縦状突起とを有し、前記縦状突起が、前記鍔に近接している方を大きくしたテーパー形状であるLED用ヒートブロック。 An LED chip mounting portion LED chip is mounted, possess a reflection frame formed in a frame shape surrounding the LED chip mounting portion, a cylindrical heat of fixing is fitted in a through hole provided on the printed wiring board Block,
Disposed at the lower end outside the upper external or the heat block of the reflective frame, a collar you joined to the conductor pattern of the printed wiring board surface, is formed in the longitudinal direction from the rear surface of the flange to the cylindrical outside of the heat block possess a longitudinal-like projection, the longitudinal shape projections, the LED for heat block is largely a tapered shape towards in close proximity to the flange.
LEDチップ搭載部と反射枠と鍔と縦状突起とが、金属ブロックや金属板から一体に形成されたLED用ヒートブロック。An LED heat block in which an LED chip mounting portion, a reflection frame, a collar, and a vertical protrusion are integrally formed from a metal block or a metal plate.
このLED用ヒートブロックが嵌入されためっきスルーホールまたは非めっきスルーホールである貫通穴、前記LED用ヒートブロックのLED搭載部に搭載されたLEDチップ、及びこのLEDチップが電気的に接続された端子部が設けられたプリント配線板と、A through hole which is a plated through hole or a non-plated through hole in which the LED heat block is inserted, an LED chip mounted on the LED mounting portion of the LED heat block, and a terminal to which the LED chip is electrically connected A printed wiring board provided with a section;
を備えるLED装置。An LED device comprising:
プリント配線板の貫通穴に嵌入されたLED用ヒートブロックの下端面が、前記プリント配線板の下面にある導体パターンや回路導体よりも下部表面に高く形成されるLED装置。An LED device in which a lower end surface of an LED heat block inserted into a through hole of a printed wiring board is formed higher on a lower surface than a conductor pattern or a circuit conductor on a lower surface of the printed wiring board.
LED用ヒートブロックの下面底部にヒートシンク筐体を取付けたLED装置。The LED device which attached the heat sink housing | casing to the lower surface bottom part of the heat block for LED.
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