JP2009152227A - 反射型発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】高出力で製造歩留まりも良くできる反射型発光ダイオードを実現する。
【解決手段】本発明の反射型発光ダイオード１は、素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８それぞれの上片７ａ，８ａの側縁部分に側方に延出する翼片７ｄ，８ｄを形成することでリード７，８それぞれの曲げ加工の際にリードの上片７ａ，８ａの部分に応力が働いても位置ずれを起こしにくくして透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂のような硬化した透明樹脂１３を損傷させたり発光素子１０にダメージを与えたりすることがないようし、同時に翼片７ｄ，８ｄを形成することで上片７，８の表面積を広くして熱抵抗を低減させることで発光素子９に大電流が通電でき、高出力化が図れることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント回路基板などの表面に実装される表面実装型反射型発光ダイオードに関するものである。

従来、特許第３９８２６３５号公報（特許文献１）に記載されたような表面実装型発光ダイオードが知られている。この従来の表面実装型発光ダイオードは、内部に凹面形状の反射面を有し、周囲の壁部の上部に溝を有する凹状ケースと、凹状ケースの外部に位置する広幅リード部とその先端側の狭幅リード部とから成る１対のリードと、一方のリードの狭幅リード部の先端のマウント部に搭載された発光素子とから成り、リードそれぞれは、狭幅リード部が凹状ケースの溝に嵌合され、凹状ケースの溝の外部でリード構造の狭幅リード部が折り曲げられて、広幅リード部が凹状ケースの外側面に沿い、さらに、凹状ケースの外側面に沿って折り曲げられた広幅リード部の下端部が凹状ケースの底面に沿って内側に向かって折り曲げられ、その折り曲げ部分によって実装用端子を構成するようにした構成である。そして、凹状ケースの凹部には透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂の透明樹脂を充填し、狭幅リード部を固定し、また発光素子を固定している。

このような反射型発光ダイオードの製造方法は次の通りである。エッチングまたは金型によって抜かれた１対のリードの一方の先端のマウント部に発光素子を導電性接着剤を用いて接着し、次に、発光素子の他端を他方のリードの狭幅リード部の先端に金線をワイヤボンディングし、さらに発光素子を搭載した１対のリードを、その発光素子を下向きにして凹部中心に位置するようにして凹状ケースに溝を利用して嵌合させて位置決めし、その状態で凹状ケースの凹部に透明樹脂を充填して硬化させ、発光素子とリードの狭幅リード部を凹状ケースと一体化する。そしてこの後に、両側のリードそれぞれの所定の部分を曲げ加工して凹状ケースの側面と底面に沿うようにコの字状にする。

このような従来の反射型発光ダイオードは、発光素子で発生した熱は凹状ケースの外側に位置する広幅リード部を通じて外部に逃がせるので反射型発光ダイオードの熱抵抗を低減させることができ、結果的に大電流の通電を可能にして反射型発光ダイオードの高出力化が可能な利点がある。

ところが、従来の反射型発光ダイオードでは、上述したように発光素子を搭載した１対のリードを、その発光素子を下向きにして凹部中心に位置するようにして凹状ケースの溝に嵌合させて位置決めし、その状態で透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂を凹状ケースの凹部に充填して硬化させることで発光素子とリードの狭幅リード部を固定し、その後に、両側のリードそれぞれを曲げ加工して凹状ケースの外側面に沿うようにコの字状にしていたので、この曲げ加工の際にリードの狭幅リード部に上下方向にも左右方向にも力が働くことが避けられず、その力によって狭幅リード部が位置ずれし透明樹脂を損傷させたり発光素子にダメージを与えたりすることがあり、不良品を発生させてしまうことがある問題点があった。
特許第３９８２６３５号公報 特許第４００１３４７号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、リードの上片部分に翼片を形成することで曲げ加工の際にリードの上片部分に力が働いても位置ずれを起こしにくくして透明樹脂を損傷させたり発光素子にダメージを与えたりすることがないようし、信頼性の高い製品を歩留まり良く製造できる反射型発光ダイオードを提供することを目的とする。

本発明はまた、リードの上片に翼片を形成することでその放熱面積を広くでき、熱抵抗を低減することで発光素子に大電流を通電でき、高出力化が可能な反射型発光ダイオードを提供することを目的とする。

本発明の特徴は、内部に凹面形状の反射面を有し、周囲の壁部の上部に溝が形成された凹状ケースと、前記凹状ケースの前記反射面上方を横切り、当該凹状ケースの側面及び底面に沿うように上片・垂直片・下片とコの字状に折り曲げられた１対のリードと、前記１対のリードのうちの一方のリードの上片の先端部に搭載された発光素子とを備え、前記発光素子と１対のリードのうちの他方のリードの上片先端部との間にワイヤがボンディングされ、前記１対のリードそれぞれの上片の折り曲げ基部が前記凹状ケースの溝に嵌合され、前記凹状ケースの溝の外部で前記１対のリードそれぞれの垂直片が前記凹状ケースの側面に沿い、かつ前記１対のリードそれぞれの下片が前記凹状ケースの底面に接しており、前記１対のリードのうちの少なくとも一方のリードの上片にその側縁から側方に延出する翼片が形成され、前記凹状ケースの凹部内に透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂の透明樹脂が充填され、当該凹部内に位置する前記リードの上片及び翼片が前記発光素子及びワイヤと共に当該透明樹脂にて固定されている反射型発光ダイオードである。

上記発明の反射型発光ダイオードにおいては、前記１対のリードのうち、前記発光素子が上片の先端部に搭載されている方のリードの上片に翼片が形成されているものとすることができる。

また、上記発明の反射型発光ダイオードにおいては、前記１対のリードのうち、前記発光素子が上片の先端部に搭載されていない方のリードの上片に翼片が形成されているものとすることができる。

また、上記発明の反射型発光ダイオードにおいては、前記１対のリードそれぞれの上片に翼片が形成されているものとすることができる。

さらに、上記発明の反射型発光ダイオードにおいては、前記１対のリードそれぞれの垂直片及び下片は上片よりも幅広にしたものとすることができる。

本発明によれば、リードの上片部分に翼片を形成することで曲げ加工の際にリードの上片部分に力が働いても位置ずれを起こしにくくして透明樹脂を損傷させたり発光素子にダメージを与えたりしないようにでき、信頼性の高い製品を歩留まり良く製造できる反射型発光ダイオードが実現できる。

また、本発明によれば、リードの上片に翼片を形成することでその放熱面積を広くでき、当該放熱効果を高めることにより熱抵抗を低減することができる。この点、ＬＥＤのＰＮジャンクション部の温度（Ｔｊ）は、熱抵抗値Ｒｔｈと投入電力の積に室温（例えば２５℃）を加えたものであることを想起し、また、当該Ｔｊをある一定温度（例えば８５℃）以下に保つことが寿命やＬＥＤランプの信頼性を決める上で重要であることを考え合わせると、Ｒｔｈの低減化は、すなわち投入電力、順方向電流を高めることが可能であることを意味する。当該効果により、発光素子に大電流を通電でき、高出力化が可能な反射型発光ダイオードが実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態の反射型発光ダイオード１を示している。この反射型発光ダイオード１は、上面側の凹部の底面に放物曲面形状の反射面２を有し、周囲の壁部３の一辺の上部に溝４が形成され、対向辺の上部に溝５が形成された直方体の凹状ケース６と、この凹状ケース６の反射面２の上方を横切り、さらに当該凹状ケース６の外側面及び底面に沿うように狭幅の上片７ａ、広幅の垂直片７ｂ、広幅の下片７ｃがコの字状に折り曲げられて形成されている素子マウント側リード７と、この素子マウント側リード７と対をなし、同様に狭幅の上片８ａ、広幅の垂直片８ｂ、広幅の下片８ｃがコの字状に折り曲げられて形成されているワイヤ接続側リード８と、素子マウント側リード７の上片７ａの先端部に搭載された発光素子９から構成されている。発光素子９には金線のような良導電製のワイヤ１０の一端が接続され、ワイヤ１０の他端はワイヤ接続側リード８の上片８ａの先端部に接続されている。

そして、１対のリード７，８それぞれの狭幅の上片７ａ，８ａの折り曲げ基部が凹状ケース６の溝４，５それぞれに嵌合され、凹状ケース６の溝４，５の外部で１対のリード７，８それぞれの広幅の垂直片７ｂ，８ｂが凹状ケース６の側面に沿い、かつ１対のリード７，８それぞれの広幅の下片７ｃ，８ｃが凹状ケース６の底面に接している。また、１対のリード７，８のうちの少なくとも一方又は両方のリード、本実施の形態では両方のリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａにその両側縁それぞれから側方に延出する翼片７ｄ，８ｄが形成されている。

凹状ケース６の溝４，５それぞれにおいて、１対のリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａの嵌合部分の上面側から凹状ケース６の上縁面までの段差を塞ぐようにその段差部分に小さなＵＶ硬化性樹脂を詰めて硬化させて堰止め１１，１２とし、同時にリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａの折り曲げ基部を固定している。そして、凹状ケース６の凹部内に、例えば、特許第４００１３４７号公報（特許文献２）に記載されているカチオン重合型透明エポキシ樹脂のような透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂の透明樹脂１３を凹状ケース６の上縁面に達する深さに充填して硬化させることで、１対のリード７，８の上片７ａ，８ａと翼片７ｄ，８ｄｄの部分や発光素子９、ワイヤ１０を透明樹脂１３の中に埋没させた状態で固定している。

図２に示すように、上記構成の反射型発光ダイオード１は、図示していない基板上にこの反射型ダイオード１を載置し、底部両側のリード７，８の下片７ｃ，８ｃそれぞれを半田にてプラス端子、マイナス端子に接続して固定する。このマウント状態で、それらのプラス端子、マイナス端子に通電することで発光素子９に両側のリード７，８を通じて通電して発光させる。発光素子９からの光は、図２において矢印線で示すように大部分が下方に出て放物曲面の反射面２にて反射され、ほぼ平行光線となって凹状ケース６の上面からそれに垂直な方向に出光する。このため、この反射型発光ダイオード１では、光の向きが揃い指向性が強い光、したがって光が当たるところでは輝度の高い光を得ることができる。

次に、上記の構造を有する反射型発光ダイオード１の製造方法について、図３〜図６を用いて説明する。大量生産においては、図３に示すような良導電性の材料、例えば、銅（Ｃｕ）を主成分として９８％〜９９％含み、若干の鉄（Ｆｅ）、硫黄（Ｓ）を含み、さらに２〜６μｍ厚に銀メッキが施された薄板を材料とし、これにエッチングあるいは打ち抜き加工にて図３に示すように１対の素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８が両側に対向して多数横並びになるように形成されたリードフレーム２０を使用する。

素子マウント側リード７の形状は、狭幅の上片７ａ、広幅の垂直片７ｂ、広幅の下片７ｃそれぞれになる部分が形成されていて、さらに、上片７ａの素直片７ｂに近い部位の両側縁それぞれにそこから側方に延出するように翼片７ｄが形成されている。同様に、ワイヤ接続側リード８の形状は、狭幅の上片８ａ、広幅の垂直片８ｂ、広幅の下片８ｃそれぞれになる部分が形成されていて、さらに、上片８ａの素直片８ｂに近い部位の両側縁それぞれにそこから側方に延出するように翼片８ｄが形成されている。

リードフレーム２０において、素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８それぞれの垂直片７ｂ，８ｂとなる部分と下片７ｃ，８ｃとなる部分との境目に相当する部分には曲げ応力を緩和するための応力逃がし穴７ｅ，８ｅが形成してある。尚、図３において、素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８それぞれの下片７ｃ，８ｃとなる部分の端部に相当する位置に形成されている扁平楕円形の穴２１，２２は、破断線２３，２４にて切断加工する時の切断抵抗を小さくするためのものである。

このようなリードフレーム２０において、各１対のリード７，８に対して発光素子９をマウントし、ワイヤボンディングを行う。すなわち、図４に示したように素子マウント側リード７の上片７ａの先端部分に発光素子９を銀ペーストにて固着し、続いてこの固着された発光素子９とワイヤ接続側リード８の上片８ａの先端部とにワイヤボンディングを行って例えば金線のようなワイヤ１０を接続する。

他方、図５に示すように、凹状ケース６は、その上面側に放物凹曲面状の凹部が形成されていて、この凹部にアルミニウム若しくは銀蒸着することで反射面２が形成されている。また凹状ケース６の周囲の壁部３の一辺の上部に溝４が形成され、対向辺の上部に溝５が形成されている。

これらリードフレーム２０の各１対のリード７，８を凹状ケース６に取り付ける手順は、図６に示してある。すなわち、図６（ａ）に示すように、発光素子９を搭載し、ワイヤボンディングにてワイヤ１０が接続された１対のリード７，８は、上下を逆さまにして狭幅の上片７ａ，８ａに相当する部分それぞれを凹状ケース６の溝４，５に嵌合させる。これにより、凹状ケース６の内部においては狭幅の上片７ａ，８ｂに相当する部分が反射面２の上方に位置し、凹状ケース６の外部に広幅の垂直片７ｂ，８ｂ、下片７ｃ，８ｃそれぞれに相当する部分が位置することになる。

次に、図６（ｂ）に示すように、凹状ケース６の溝４，５それぞれにおいて、１対のリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａの嵌合部分の上面側から凹状ケース６の上面までの段差を塞ぐようにその段差部分に少量のＵＶ硬化性樹脂を詰めて硬化させて堰止め１１，１２を形成する。

続いて、図６（ｃ）に示すように、硬化触媒を含む高粘度の透明エポキシ樹脂、透明シリコン樹脂のような透明樹脂１３を凹状ケース６の凹部にその上縁面まで充填し、８０〜１０５℃での雰囲気炉で硬化させて狭幅の上片７ａ，８ａに相当する部分と発光素子９、ワイヤ１０を凹状ケース６と一体化する。

このようにして凹状ケース６と１対のリード７，８の上片７ａ，８ａに相当する部分を透明樹脂１３にて固定した後、図６（ｄ）に示すように、１対のリード７，８の凹状ケース６より外側に出ている部分に曲げ加工を施す。この曲げ加工では、広幅の垂直片７ｂ，８ｂに相当する部分を、それに繋がる上片７ａ，８ｂの基部を凹状ケース６の側面に沿うように図において下側に折り曲げて垂直にし、さらに、応力逃がし穴７ｅ，８ｅの部分で凹状ケース６の底面に下片７ｃ，８ｃに相当する部分が接するようにさらに内側に折り曲げる。こうして、１対のリード７，８それぞれが上片７ａ，８ａと垂直片７ｂ，８ｂと下片７ｃ，８ｃとでコの字状をなすように折り曲げられて曲げ加工が完了する。この曲げ加工が完了すると、図１、図２に示した反射型発光ダイオード１が完成する。尚、この後、必要に応じて、１対のリード７，８それぞれの下片７ｃ，８ｃは凹状ケース６の底面に対して半田にて固定することがある。

このように本実施の形態の反射型発光ダイオード１では、１対の素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８のどちらの狭幅の上片７ａ，８ａにもその広幅の垂直片７ｂ，８ｂに近い部位に側方に延出する翼片７ｄ，８ｄを設けているので、次のような効果がある。すなわち、本実施の形態の反射型発光ダイオード１の製造において透明樹脂１３を硬化させて１対のリード７，８それぞれの狭幅の上片７ａ，８ａを凹状ケース６の凹部内に固定した後に、凹状ケース６の外側にて上片７ａ，８ａそれぞれの垂直片７ｂ，８ｂに相当する部分との接続部分を折り曲げ、さらに垂直片７ｃ，８ｃから下片７ｃ，８ｃに相当する部分を応力逃がし穴７ｅ，８ｅの部分から折り曲げる加工をする際に発生する応力に対して翼片７ｄ，８ｄが大きな抵抗として働き、硬化している透明樹脂１３の中で上片７ａ，８ａがずれ動くのを抑止することができ、この上片７ａ，８ａのずれによって従来は発生しやすかった透明樹脂１３のひび割れの発生やワイヤ１０の断線が効果的に防止でき、結果的に製造歩留まりが向上する。

また、１対のリード７，８それぞれの狭幅の上片７ａ，８ａの側縁に側方に延出する翼片７ｄ，８ｄによりこの狭幅の上片７ａ，８ａの表面積が拡大し、従来よりも上片７ａ，８ａの部分での放熱性能が高まり、それだけ熱抵抗を小さくでき、従来同様の温度状態で使用する場合にはより大電流を発光素子９に通電することができて高出力化が図れ、逆に従来同様の電流を発光素子９に通電する場合には温度条件が緩和できる。

本発明の発明者らの実験によれば、従来構造の反射型発光ダイオードの場合、素子周囲の温度が６０℃を超えないようにするためには４０ｍＡの直流電流しか発光素子９に対して流せなかったのに対して、本実施の形態の反射型発光ダイオード１の場合、１６０ｍＡまで大きな直流電流が流せるようになり、高出力化が可能なことが確認されている。

尚、上記実施の形態の反射型発光ダイオード１では、１対の素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８のどちらにも狭幅の上片７ａ，８ａ、広幅の垂直片７ｂ，８ｂ、同じく広幅の下片７ｃ，８ｃを設けて、コの字状に折り曲げて広幅の垂直片７ｂ，８ｂと広幅の下片７ｃ，８ｃが凹状ケース６の側面及び底面に接する構造にしているので、発光素子９の放射光の妨げになる上片７ａ，８ａの幅を極力小さくでき、かつ凹状ケース６の外部の垂直片７ｂ，８ｂ及び下片７ｃ，８ｃの幅を広くすることによって熱抵抗を低くでき、従来同様の温度状態で使用する場合には発光素子９により大電流を通電することができて高出力化が図れ、逆に従来同様の電流を発光素子９に通電する場合には温度条件を緩和できる。

しかしながら、本発明はこれに限らず、１対のリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａに翼片７ｄ，８ｄを設ける限り、これら上片７ａ，８ｂ、垂直片７ｂ，８ｂ、下片７ｃ，８ｃのすべてを等幅に形成することもできる。そしてその場合にも、同様の等幅のリード７，８を用いた場合よりも熱抵抗を低くできて高出力化が図れ、また、製品製造時の歩留まりの向上が図れる。

また、上記の実施の形態の反射型発光ダイオード１では、１対の素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８のどちらの上片７ａ，８ａにも共に翼片７ｄ，８ｄを設けているが、上片７ａ，８ａのいずれか一方だけに設けることもできる。そして、素子マウント側リード７の上片７ａだけに翼片７ｄを設けた場合には、そのような翼片を設けない場合よりも素子マウント側リード７の上片７ａの移動を抑制して透明樹脂１３のひび割れの発生やワイヤ１０の断線の発生を効果的に抑制でき、さらには発光素子９の位置ずれも抑制できて歩留まり良く製品が製造できる。同時に、翼片７ｄによって放熱面積が拡大して熱抵抗が低減でき、高出力化が図れる。他方、１対の素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８のうちのワイヤ接続側リード８の上片８ａ側だけに翼片８ｄを設けた場合には、そのような翼片を設けない場合よりも曲げ加工時にワイヤ接続側リード８の上片８ａの移動を抑制してワイヤ１０の断線の発生を効果的に抑制できて歩留まり良く製品を製造できる。同時に、翼片８ｄによって放熱面積が拡大して熱抵抗が低減でき、高出力化が図れる。

また尚、上記実施の形態では１対のリード７，８の垂直片７ｂ，８ｂと下片７ｃ，８ｃとの境目相当部分に応力逃がし穴７ｅ，８ｅを形成することで広幅の垂直片７ｂ，８ｂから下片７ｃ，８ｃをさらに直角に曲げ加工する際に容易に曲げ加工できるようにしたが、この曲げ抵抗を小さくするには、該当部分に切り込みを入れるなどによって薄肉にすることでも同様の目的が達成できる。

本発明の１つの実施の形態の反射型発光ダイオードの斜視図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの断面図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において使用するリードフレームの一部破断した平面図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造過程において１対のリードに発光素子を取り付け、ワイヤをボンディングした状態の斜視図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において使用する凹状ケースの斜視図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において１対のリードの凹状ケースへの組み付け工程から透明樹脂の充填・硬化工程、リードの折り曲げ工程に至るまでの製造工程図。

符号の説明

１ 反射型発光ダイオード
２ 反射面
３ 壁部
４，５ 溝
６ 凹状ケース
７ 素子マウント側リード
８ ワイヤ接続側リード
７ａ，８ａ 上片
７ｂ，８ｂ 垂直片
７ｃ，８ｃ 下片
７ｄ，８ｄ 翼片
７ｅ，８ｅ 応力逃がし穴
９ 発光素子
１０ ワイヤ

Claims (5)

1. 内部に凹面形状の反射面を有し、周囲の壁部の上部に溝が形成された凹状ケースと、
   前記凹状ケースの前記反射面上方を横切り、当該凹状ケースの側面及び底面に沿うように上片・垂直片・下片とコの字状に折り曲げられた１対のリードと、
   前記１対のリードのうちの一方のリードの上片の先端部に搭載された発光素子とを備え、
   前記発光素子と１対のリードのうちの他方のリードの上片先端部との間にワイヤがボンディングされ、
   前記１対のリードそれぞれの上片の折り曲げ基部が前記凹状ケースの溝に嵌合され、
   前記凹状ケースの溝の外部で前記１対のリードそれぞれの垂直片が前記凹状ケースの側面に沿い、かつ前記１対のリードそれぞれの下片が前記凹状ケースの底面に接しており、
   前記１対のリードのうちの少なくとも一方のリードの上片にその側縁から側方に延出する翼片が形成され、
   前記凹状ケースの凹部内に透明樹脂が充填され、当該凹部内に位置する前記リードの上片及び翼片が前記発光素子及びワイヤと共に当該透明樹脂にて固定されていることを特徴とする反射型発光ダイオード。
2. 前記１対のリードのうち、前記発光素子が上片の先端部に搭載されている方のリードの上片に翼片が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。
3. 前記１対のリードのうち、前記発光素子が上片の先端部に搭載されていない方のリードの上片に翼片が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。
4. 前記１対のリードの両方の上片それぞれに翼片が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。
5. 前記１対のリードそれぞれの垂直片及び下片は上片よりも幅広にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。

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