JP5989388B2 - パッケージ及びパッケージの製造方法 - Google Patents

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Description

発光素子が搭載されるパッケージとパッケージの製造方法に関する。
従来、発光素子(例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode))のパッケージは、例えば、樹脂製のハウジングと、発光素子に接続されるリード電極を有している(例えば、特許文献1,2参照)。パッケージの概要を説明する。ハウジングには凹部(キャビティ)が形成されている。凹部は、互いに一端が対向するように配置された2つのリード電極を露出する。一方のリード電極には発光素子が搭載され、他方のリード電極は、ワイヤにより発光素子と接続されている。リード電極は、パッケージの搭載方法に応じて屈曲形成されている。例えば、基板等に表面実装されるパッケージのリード電極の先端は、凹部と反対側の面において互いに対向するように折り曲げられている。このようなパッケージは、リード電極が形成されたリードフレームを金型内に配置し、その金型内に溶融した樹脂を注入し、樹脂を硬化して形成される。
特開2002−280616号公報 特開2005−197329号公報
ところで、近年、高輝度の発光素子が用いられる。発光素子は、供給する電流量に応じて発熱量が大きくなる。しかしながら、上記のようなリード電極では、発光素子の熱を外部へ効率よく導くことは困難であった。このため、放熱性のよいパッケージが求められている。
本発明の一観点によれば、発光素子が搭載されるパッケージであって、上面と下面を有するハウジングと、下面が前記ハウジングの下面から露出し、上面に前記発光素子を搭載する搭載部を有する平板状の電極と、前記電極の周縁部上面に設けられた絶縁部材と、前記絶縁部材の上面に接続された環状の素子接続部と、前記素子接続部から前記ハウジングの上面まで延出する筒状の反射部と、前記ハウジングの上面に配置され前記反射部と接続された環状の基部と、前記ハウジングの側面に配置され、前記基部に接続された端子部と、前記電極上面、前記素子接続部、及び前記反射部により、前記ハウジングの上部に形成された前記発光素子を搭載する凹部とを有し、前記電極の側面と前記反射部の外側側面は前記ハウジングにより覆われており、前記端子部は、上端が前記基部と接続され、前記ハウジングの下面まで延びる側壁部と、前記側壁部と接続され、前記ハウジングの下面から露出する接続端子とを有する
本発明によれば、放熱性のよいパッケージを提供することができる。
(a)はパッケージの平面図、(b)はパッケージの断面図。 (a)はパッケージの上方斜視図、(b)はパッケージの下方斜視図。 パッケージの分解斜視図。 発光素子を搭載したパッケージの(a)斜視図、(b)断面図。 基板及びパッケージの斜視図。 基板への搭載状態を示す斜視図。 (a)〜(d)はパッケージの製造工程を示す説明図。 (a)(b)はパッケージの製造工程を示す斜視図。 (a)(b)はパッケージの製造工程を示す説明図。 (a)〜(d)はパッケージの製造工程を示す説明図。 複数の素子を搭載したパッケージの斜視図。 別のパッケージの断面図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を添付図面に従って説明する。尚、添付図面は、構造の概略を説明するためのものであり、実際の大きさ、比率を表していない。
図1(a)及び図1(b)に示すように、パッケージ10は、概略矩形板状に形成されている。図3に示すように、パッケージ10は、ハウジング20、第1電極30、絶縁シート40、第2電極50、レジスト膜60を有している。図1(b)に示すように、第1電極30、絶縁シート40、第2電極50、レジスト膜60が積層されている。第1電極30の側面、絶縁シート40の側面、第2電極50(基部51,反射部53,素子接続部54)の外側側面は、ハウジング20により覆われている。
ハウジング20は、矩形枠状に形成されている。なお、ハウジング20は、第1電極30、絶縁シート40及び第2電極50をモールドし、個片化により矩形状に形成される。ハウジング20の材料は、例えばポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂やシリコーン樹脂などの絶縁性樹脂、又はこれら樹脂にシリカやアルミナ等のフィラーを混入した樹脂材を用いることができる。また、ハウジング20の材料としては、例えば白色の絶縁性樹脂を用いることもできる。白色の絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ系樹脂やオルガノポリシロキサン系樹脂にTiO2又はBaSO4などの白色フィラーや白色顔料を含有した樹脂材を用いることができる。
第1電極30は、略矩形板状に形成されている。また、第1電極30は、矩形の角部が所定半径の円弧状に面取りされている。第1電極30の厚みは、例えば0.2〜0.3mm(ミリメートル)である。図4(a)に示すように、この第1電極30の上面31には、発光素子70が搭載される。従って、第1電極30の上面31は、発光素子70を搭載する搭載部として機能する。発光素子70は、例えば高輝度発光ダイオード(LED)であり、上面と下面とにそれぞれ電極を有している。図4(b)に示すように、発光素子70は、例えばはんだ72により第1電極30の上面31に接続される。このため、この第1電極30は、導電性を有する材料により形成されている。第1電極30の大きさ,厚みは、搭載される発光素子70の形状や特性(入力電流等)に応じて設定される。
図1(b)及び図2(b)に示すように、第1電極30の下面32は、ハウジング20の下面21と略面一となるように形成されている。つまり、第1電極30の下面32は、パッケージ10の下面において露出している。この露出した第1電極30から、発光素子70に対して給電される。また、この露出した第1電極は、搭載される発光素子70の熱を放熱する。このため、第1電極30は、熱伝導性の良い材料により形成されている。このような第1電極30の材料は、例えば、銅(Cu)、Cuをベースにした合金、鉄−ニッケル(Fe−Ni)又はFe−Niをベースにした合金である。この第1電極30は、例えば金属板をエッチング加工又はプレス加工することにより得られる。また、この第1電極30は、全体または部分的にめっきされている。めっきされる部分は、例えば、発光素子70が搭載される領域、電気的に接続される下面32、等である。
第1電極30の周縁部上面は、矩形枠状に形成された絶縁シート40を介して第2電極50に接続されている。絶縁シート40の材料は、例えばポリイミド等の樹脂からなる高絶縁素材が好ましい。
第2電極50は、矩形枠状に形成された基部51を有している。基部51の中心側に形成された略矩形状の開口52は、角部が所定半径の円弧状に形成されている。第2電極50は、開口52の端部から第1電極30に向って延びる反射部53を有している。反射部53は、開口52の形状に対応する略矩形筒状に形成されている。図1(b)に示すように、反射部53は、その上端(開口52の端部)から下方に向うほど内側寸法が短くなるテーパ状に形成されている。従って、反射部53の内側側面は、基部51の開口に向って傾いている。
反射部53の下端には、素子接続部54が形成されている。素子接続部54は、基部51と平行に延びる略矩形枠状に形成されている。また、この素子接続部54は、第1電極30の上面31と平行に延びるように形成されている。そして、この素子接続部54は、絶縁シート40を介して第1電極30の周縁部上面に接続されている。このように、反射部53,素子接続部54、及び素子接続部54に接続された第1電極30は、パッケージ10の上面に凹部11を形成する。この凹部11は、図4(a)に示すように、発光素子70を搭載するキャビティである。
図4(a)に示すように、素子接続部54の上面には、ワイヤ71の一端が接続され、ワイヤ71の他端は発光素子70上面の電極に接続される。つまり、素子接続部54は、ワイヤ71を介して発光素子70と電気的に接続される。
また、第2電極50は、端子部55を有している。この端子部55は、図1(a)及び図2(a)に示すように、パッケージ10の1つの辺において略中央に形成されている。
端子部55は、半円状に形成された側壁部56と、側壁部56の下端に接続された略半円状の接続端子57を有している。図1(b)に示すように、側壁部56は、パッケージ10の上面から下面まで延びるように形成されている。図1(b)及び図2(b)に示すように、接続端子57の下面58は、第1電極30と同様に、ハウジング20の下面21と略面一となるように形成されている。つまり、接続端子57の下面58は、パッケージ10の下面において露出している。この露出した接続端子57から、第2電極50とワイヤ71(図4(a)参照)を介して発光素子70に対して給電される。
なお、第2電極50の基部51には、複数のスリット59a〜59eが形成されている。第2電極50は、例えば、所定の板厚(例えば、0.1mm)の金属板をプレス加工(絞り加工)することにより得られる。従って、基部51、反射部53、素子接続部54及び端子部55は、一体の金属板からなる。
第2電極50は、導電性を有し、加工性のよい材料により形成されている。このような第2電極50の材料は、例えば、銅(Cu)、Cuをベースにした合金、鉄−ニッケル(Fe−Ni)又はFe−Niをベースにした合金である。また、この第2電極50は、全体または部分的にめっきされている。めっきされる部分は、例えば、反射部53の内側側面、素子接続部54の上面、接続端子57の下面58、等である。めっきは、銀めっき、ニッケルめっきと銀めっきを金属板上にこの順で積層しためっき、ニッケルめっきとパラジウムめっきと銀メッキを金属板上にこの順で積層しためっき、等の各種のめっきである。銀めっき、積層した複数のめっきの最上層に銀めっきを形成することは、発光素子70から出射される光に対する反射率を高くするうえで有効である。
スリット59a〜59dは、第2電極50の加工において、反射部53や素子接続部54に歪み等が生じないように形成されている。同様に、スリット59eは、加工において端子部55に歪み等が生じないように形成されている。なお、各スリット59a〜59e内には、ハウジングを形成する樹脂が充填されている。このように、各スリット59a〜59e内の樹脂部22は、ハウジング20と第2電極50の密着性を向上する。
レジスト膜60は、ハウジング20の上面及び第2電極50の上面を略覆うように形成されている。レジスト膜60は、例えば白色の絶縁性樹脂である。白色のレジスト膜60は、反射膜として機能する。白色の絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ系樹脂やオルガノポリシロキサン系樹脂にTiO2又はBaSO4などの白色フィラーや白色顔料を含有した樹脂材を用いることができる。
このパッケージ10の作用を説明する。
図4(b)に示すように、パッケージ10には、発光素子70が搭載される。発光素子70は、例えば高輝度発光ダイオード(LED)である。発光素子70は、第1電極30の上面31に搭載され、第1電極30と例えばはんだ72により電気的に接続される。はんだの材料として、例えば、鉛(Pb)を含む合金、錫(Sn)とAuの合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。なお、発光素子70を第1電極30に接続する材料には、銀ペースト等の導電性ペースト、導電性樹脂、等を用いることができる。
第1電極30は、発光素子70の面積よりも大きく露出した上面31を有する板状に形成されている。従って、第1電極30の上面31と発光素子70の下面を低抵抗により接続することができる。また、発光素子70の下面全体が第1電極30の上面に接続される。従って、発光素子70の熱は、発光素子70の下面全体から第1電極30へと伝達される。そして、第1電極30は、所定厚さの板状に形成されている。従って、第1電極30は、発光素子70の熱を、上面から下面に向って効率的に伝達する。従って、第1電極30は、上面に搭載される発光素子70による熱の放熱性が良い。
発光素子70の上面にはワイヤ71の一端が接続され、ワイヤ71の他端は第2電極50の素子接続部54の上面に接続される。ワイヤ71は、例えば金(Au)線である。素子接続部54は、枠状に形成されている。従って、ワイヤ71は、発光素子70に対して任意の方向に延びるように形成することができる。つまり、ワイヤ71の接続方向に制限を受けることがない。このことは、ワイヤ71を接続するボンディング装置における制約(パッケージ10や発光素子70の方向、等)を低減する。
パッケージ10の凹部11(キャビティ)に搭載された発光素子70は、キャビティに充填された透光性を有する樹脂73により被覆される。この樹脂73には、例えば蛍光体が含まれる。なお、図4(a),図5,図6,図11では、樹脂73が省略されている。なお、パッケージ10上にレンズ等が搭載されてもよい。
上記のように、発光素子70が搭載されたパッケージ10は、図5に示すように、基板80に実装される。基板80には、給電用パッド81,82と、それら給電用パッド81,82に接続された配線パターン83が形成されている。図6に示すように、基板80にはパッケージ10の第1電極30が接続される略矩形状の接続パッド84と、パッケージ10の端子部55(接続端子57)が接続される接続パッド85が、形成されている。図5に示すパッケージ10には、給電用パッド81,82と配線パターン83を介して、駆動のための電流が供給される。
上記のように接続された発光素子70は、供給される電流により発光する。発光素子70の出射光の一部は、反射部53により反射される。従って、傾斜して形成された反射部53は、発光素子70の出射光の一部を、パッケージ10の上方に向って反射する。また、パッケージ10の上面に形成された白色のレジスト膜60は、光をパッケージの上方に向って反射する。これにより、発光素子70の出射光を効率よく利用することができる。
次に、上記のパッケージ10の製造工程を説明する。
先ず、図7(a)に示すように、所定厚さの金属板100を用意する。この金属板100の板厚は、例えば0.1mmである。
次いで、図7(b)に示すように、金属板100に、例えばエッチングやプレス加工により、金属板100の表裏を貫通する貫通孔101を形成する。この貫通孔101の大きさは、図1(a)に示すように、素子接続部54の内側開口54aの大きさに対応する。そして、この貫通孔101の大きさは、図4(a)に示すように、搭載する発光素子70の大きさに対応する。なお、図示しないが、図1(a)に示すスリット59a〜59eは、貫通孔101と同時に形成することができる。
次いで、図7(c)に示すように、金属板100の表面全体にめっき102を形成する。次いで、金属板100をプレス加工(絞り加工)し、図7(d)に示す第2電極50を形成する。なお、プレス加工(絞り加工)の後にめっき102を形成してもよい。
なお、図7(a)〜(d)は、1つの第2電極50について示した。上記の工程において、複数の第2電極50を同時に形成する。即ち、図8(a)に示すように、1枚の金属板に対して複数の貫通孔101及びスリット59a〜59eを形成する。次いで、図8(b)に示すように、プレス加工(絞り加工)により反射部53,素子接続部54,端子部55を有する複数の第2電極50が接続されたリードフレーム105を形成する。
また、図9(a)に示すように、所定厚さの金属板110を用意する。この金属板110の板厚は、例えば0.2mmである。
次いで、図9(b)に示すように、金属板110の表面全体にめっき111を形成し、第1電極30を形成する。
次いで、図10(a)に示すように、接着剤等が塗布された絶縁シート40を用意し、絶縁シート40を介して第1電極30の上面31に、第2電極50を接続する。第1電極30を、図8(a)に示すリードフレーム105に含まれる第2電極50に接続する。
次いで、図10(b)に示すように、図8(b)に示すリードフレーム105(第2電極50)の上面にモールドテープ120を貼付する。このモールドテープ120は、第2電極50の開口52、つまり反射部53の内側面、素子接続部54、第1電極30の上面31の中央部を被覆する。なお、図10(b)では、端子部55の側方(図面右側)が覆われていないが、第2電極50は、図8(b)に示すように、連続的に形成されているため、図10(b)に示すモールドテープ120により、端子部55を形成するための円錐台状の凹部は覆われている。
次いで、図10(c)に示すように、金型130に第1電極30等をセットし、金型130内に樹脂140を注入する。尚、図10(c)では、金型130は、1組の第1電極30及び第2電極50を収容するように示しているが、図8(b)に示すリードフレーム105と、このリードフレーム105の第2電極50に絶縁シート40を介して接続された第1電極30を収容可能に形成されている。
金型130は、直方体状に形成されている。また、金型130の内側高さは、第1電極30の下面32から第2電極50の上面までの高さにほぼ等しい。従って、第1電極30の下面32は、型閉めによって金型130の内面と密着するため、樹脂140により覆われない。また、第2電極50の素子接続部54と第1電極30の上面31は、環状に形成された絶縁シート40を介して接続されている。第2電極50の上面はモールドテープ120により被覆されている。従って、第2電極50と第1電極30により形成される凹部11(キャビティ)や、端子部55の凹部には樹脂140が入り込まない。
金型130内に注入した樹脂140を硬化させた後、金型130を離型し、モールドテープ120を剥がす。そして、スクリーン印刷等により第2電極50の上面に樹脂材を塗布してレジスト膜60を形成する。その後、リードフレームを切断し個片化することにより、図10(d)に示すパッケージ10が形成される。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)パッケージ10は、平板状に形成された第1電極30を有している。第1電極30の下面32はハウジング20の下面21と略面一に形成され、ハウジング20の下面21から露出している。第1電極30の上面31には発光素子70が接続される。発光素子70の熱は、発光素子70の下面全体から第1電極30へと伝達される。そして、第1電極30は、所定厚さの板状に形成されている。従って、第1電極30は、発光素子70の熱を、上面から下面に向って効率的に伝達する。従って、発光素子70による熱の放熱性が良いパッケージ10を提供することができる。
(2)第1電極30の周縁部上面に絶縁シート40を介して第2電極50の素子接続部54を接続した。素子接続部54は、矩形枠状に形成されている。この素子接続部54には、発光素子70に一端が接続されたワイヤ71の他端が接続される。素子接続部54は枠状に形成されているため、ワイヤ71の接続方向を容易に変更することが可能である。このため、ワイヤ71を接続するボンディング装置における制約(パッケージ10や発光素子70の方向、等)を低減することができる。
(3)反射部53は、第2電極50を形成する金属板を折り曲げ、パッケージ10の上端にむかって傾いて形成されている。従って、発光素子70から出射される光をパッケージ10の上方に向って効率良く反射することができる。また、この金属板は、加工性を考慮した厚さである。従って、反射部53を容易に形成することができる。また、金属板により反射部53を形成することにより、反射部53をめっきすることができる。このため、発光素子70から出射される光を効率よく反射することができる。
(4)板状の第1電極30の周縁部上面に、環状の絶縁シート40を介して第2電極50の素子接続部54が接続されている。素子接続部54は矩形枠状に形成されている。素子接続部54の外周端部から上方に向って略矩形筒状の反射部53が形成されている。反射部53と素子接続部54と第1電極30により囲まれた凹部11は、発光素子70を搭載するキャビティを形成する。
従って、樹脂等によりモールド金型にてキャビティを形成する場合と比べ、金型を複雑な形状(キャビティを形成するための凸部等)にする必要が無い。即ち、略直方体状のように単純な形状の金型130により、キャビティを有するパッケージ10を形成することができる。従って、キャビティを金型で形成する場合と比べ、金型に係るコストを低減することができる。
(5)キャビティをモールドのための金型により形成する必要が無いため、キャビティ等を形成するモールド金型と比べ、金型130から製品の離型性が良い。従って、樹脂モールドのための装置(トランスファモールド)を停止する期間が短くなり、製造性の向上を図ることができる。また、製造に係るコストの低減を図ることができる。
(6)キャビティをモールドのための金型により形成する必要が無いため、キャビティの形状を容易に変更することが可能である。そして、キャビティの変更に応じた金型を作成する必要が無いため、パッケージ10の製造コストを低減することが可能になる。
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・樹脂にてモールド後にパッケージ10を個片化するとしたが、個々のパッケージ10を金型のキャビティ内に形成するようにしてもよい。
・端子部55は、接続端子57の下面58がハウジング20の下面21と略面一となればよく、側壁部56が樹脂にて覆われていてもよい。
・発光素子として、面発光型半導体レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)を用いることができる。また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。
・例えば、図11に示すように、パッケージ10に発光素子70とツェナーダイオード75を搭載するようにしてもよい。ツェナーダイオード75は、発光素子70と同様に、上面と下面とにそれぞれ接続のための電極を有している。したがって、ツェナーダイオード75は、発光素子70と同様に、はんだ又は導電性ペーストにより第1電極30と電気的に接続され、ワイヤ76により素子接続部54と電気的に接続される。なお、図11では、発光素子70とツェナーダイオード75を被覆する樹脂が省略されている。
パッケージ10に搭載する素子はツェナーダイオードに限らず、受光素子、及びそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子(例えば、ツェナーダイオードやコンデンサ)、あるいはそれらを組み合わせたものを搭載してもよい。また、搭載した素子が接続される素子接続部54は枠状に形成されている。従って、搭載する素子を、発光素子70に影響しない任意の位置に配置し、配線(ワイヤ)を素子接続部54に接続することが可能となる。
・第1電極30の形状を適宜変更してもよい。例えば、図12に示すように、鍔部33を有する形状としてもよい。鍔部33は、例えばプレス加工又はエッチング加工により形成される。鍔部33を有することで、第1電極30とハウジング20を形成する樹脂との密着性を向上させることができる。なお、第1電極30を、上面31の面積に対して下面32の面積が大きな形状、例えば断面台形状に形成してもよい。
10 パッケージ
11 凹部(キャビティ)
20 ハウジング
30 第1電極(電極)
31 上面
32 下面
40 絶縁シート(絶縁部材)
50 第2電極
51 基部
53 反射部
54 素子接続部
55 端子部
56 側壁部
57 接続端子
58 下面
70 発光素子
71 ワイヤ

Claims (10)

  1. 発光素子が搭載されるパッケージであって、
    上面と下面を有するハウジングと、
    下面が前記ハウジングの下面から露出し、上面に前記発光素子を搭載する搭載部を有する平板状の電極と、
    前記電極の周縁部上面に設けられた絶縁部材と、
    前記絶縁部材の上面に接続された環状の素子接続部と、
    前記素子接続部から前記ハウジングの上面まで延出する筒状の反射部と、
    前記ハウジングの上面に配置され前記反射部と接続された環状の基部と、
    前記ハウジングの側面に配置され、前記基部に接続された端子部と、
    前記電極上面、前記素子接続部、及び前記反射部により、前記ハウジングの上部に形成された前記発光素子を搭載する凹部と、
    を有し、
    前記電極の側面と前記反射部の外側側面は前記ハウジングにより覆われており、
    前記端子部は、上端が前記基部と接続され、前記ハウジングの下面まで延びる側壁部と、前記側壁部と接続され、前記ハウジングの下面から露出する接続端子とを有すること
    を特徴とするパッケージ。
  2. 前記電極の上面と前記素子接続部は、前記発光素子の電極との接続部であることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ。
  3. 前記側壁部は、上端側ほど径が大きくなる円弧状に形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のパッケージ。
  4. 前記素子接続部、前記端子部、前記反射部及び前記基部は、一体の金属板からなることを特徴とする請求項1〜3のうちの何れか一項に記載のパッケージ。
  5. 前記電極は、前記素子接続部及び前記反射部より厚い金属板からなる、
    ことを特徴とする請求項1〜4のうちの何れか一項に記載のパッケージ。
  6. 前記反射部は、前記素子接続部から前記ハウジングの上面にかけて開口径が拡大する筒状であることを特徴とする請求項1〜のうちの何れか一項に記載のパッケージ。
  7. 前記ハウジングが平板状であり、絶縁樹脂からなることを特徴とする請求項1〜のうちの何れか一項に記載のパッケージ。
  8. 発光素子が搭載されるパッケージの製造方法であって、
    第1の金属板から平板状の電極を形成する工程と、
    第2の金属板に開口と、前記開口の端部に環状の素子接続部と、前記素子接続部と接続された筒状の反射部と、前記反射部の上端と接続された環状の基部と、前記基部に接続された端子部であって、上端が前記基部と接続された側壁部と、前記側壁部と接続された接続端子とを有する前記端子部と、を形成する工程と、
    環状の絶縁シートを介して前記電極の周縁部上面に前記素子接続部を接続する工程と、
    前記電極と前記素子接続部と前記反射部とに囲まれた凹部を閉塞するように金型内に前記第2の金属板及び前記電極を挿入し、前記金型内に樹脂を注入し、前記反射部の外側側面と前記電極の側面を覆い、側面に前記端子部が位置し、下面から前記電極と前記接続端子が露出するハウジングを形成する工程と、
    を含む、パッケージの製造方法。
  9. 前記第2の金属板の上面にモールドテープを被覆する工程を含み、
    前記モールドテープにて被覆した前記第2の金属板及び前記電極が挿入される前記金型におけるキャビティの高さは前記電極の下面から前記モールドテープ上面までの高さと等しいこと
    を特徴とする請求項に記載のパッケージの製造方法。
  10. 前記側壁部を、上端側ほど径が大きくなる円弧状に形成したことを特徴とする請求項8又は9に記載のパッケージの製造方法。
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