JP2012190970A - 発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフレクターを挟持するサポートバーによる樹脂のバリの発生を防止し、発光装置の破損を防止することができる発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】リードフレーム５に形成された一対のリード１１、１２と、一対のリード１１、１２の少なくとも一方の面に孔を備えて設けられ、樹脂を含むリフレクター２と、リードフレーム５に形成され、一対のリード１１、１２が対向する方向に垂直な方向においてリフレクター２を挟持するサポートバー３１、３２と、を備え、一対のリード１１、１２が対向する方向における、サポートバー３１、３２の幅がリフレクター２の幅よりも広いことを特徴とする発光素子用パッケージ。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を搭載するためのリードフレームを用いた発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置に関する。

近年、発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率な上、鮮やかに発光することができる。発光装置は、発光素子（たとえばＬＥＤ、ＬＤ）をリードフレーム上に搭載し、リフレクターとして、熱可塑性樹脂だけでなく熱硬化性樹脂を含んで成型するものが製造されるようになった。

リードフレームは、金属板１枚に対し、多数の発光装置のための端子、台座などが並んで打ち抜かれることで形成される。すなわち、発光装置は非常に小さいものであり、１つ１つを個別に形成するのではなく、１枚の金属板に並べて多数が形成される。そして、多数の発光装置がお互いにリードフレームで連結された状態で完成される。

このとき、発光装置がお互いに絶縁された後もリードフレーム（金属板）から発光装置が簡単に離脱しないよう、発光装置及びリードフレームは次のような構成をしていた。すなわち、発光素子を載置するための第１のリードと発光素子と電気的に接続される第２のリードと、発光素子を取り囲むリフレクターと、リードフレームの一部であって第１のリード、第２のリード及びリフレクターとは離間しているがリフレクターに先端が接触しているサポートバーを備えていた（例えば特許文献１）。このような構成とすることによって、サポートバーが両サイドから発光装置を抑え、第１のリード及び第２のリードがリードフレームから離間されたとしても、発光装置はリードフレームに支持される。

特開２００８−３００８２７号公報

しかしながら、（特許文献１）のようなリードフレーム及びそれを用いた発光装置では、サポートバーの周りに樹脂のバリが形成されてしまう。すなわち、発光装置は、打ち抜きされたリードフレームを金型に収納し、樹脂が成型されて完成する。このとき、金型とリードフレームの位置関係が多少ずれたとしても、サポートバーがきちんと金型に収納されるように、金型に余裕を設ける。この余裕の部分に樹脂が入り込み、バリが形成される。

このようなバリの問題は、熱可塑性樹脂であっても発生したが、熱硬化性樹脂を用いるようになって更に深刻化した。すなわち、熱可塑性樹脂は、一般的に成型時間が短くバリの発生が少ないのに対し、熱硬化性樹脂は、一般的に成型時間が長いためバリが発生しやすい。

更に、このバリはリードフレームと同程度の厚みに形成されるため、発光装置全体の厚みに対してバリの厚みが厚くなってしまう。その結果、バリを除去する際に発光装置を破損してしまう可能性がある。

そこで、本願発明は、上記の問題に鑑み、サポートバーによるバリの発生を防止し、発光装置の破損を防止することができる発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、リードフレームに形成された一対のリードと、一対のリードの少なくとも一方の面に孔を備えて設けられ、樹脂を含むリフレクターと、リードフレームに形成され、一対のリードが対向する方向に垂直な方向においてリフレクターを挟持するサポートバーと、を備え、一対のリードが対向する方向における、サポートバーの幅がリフレクターの幅よりも広いことを特徴とする発光素子用パッケージとした。

サポートバーによるバリの発生を防止し、発光装置の破損を防止することができる発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置を提供することができる。

本発明の実施の形態における発光装置の上面図 本発明の実施の形態におけるサポートバーに貫通孔を備えた場合の発光装置の上面図 本発明の実施の形態におけるリードフレームの上面図 バリの形成を説明する概念図 従来例における発光装置の上面図 従来例における発光装置にバリが形成された概念図

請求項１に記載の発明は、リードフレームに形成された一対のリードと、前記一対のリードの少なくとも一方の面に孔を備えて設けられ、樹脂を含むリフレクターと、前記リードフレームに形成され、前記一対のリードが対向する方向に垂直な方向において前記リフレクターを挟持するサポートバーと、を備え、前記一対のリードが対向する方向における、前記サポートバーの幅が前記リフレクターの幅よりも広いことを特徴とする発光素子用パッケージであって、サポートバーによるバリの発生を防止し、発光装置の破損を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記サポートバーに貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子用パッケージであって、サポートバーがリフレクターを挟持する力を調整しつつ、サポートバーによるバリの発生を防止し、発光装置の破損を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか一方に記載された発光素子用パッケージと、発光素子と、を備え、前記発光素子を、前記リフレクターの孔内であって前記一対のリードのうち一方に載置したことを特徴とする発光装置であって、サポートバーによるバリの発生を防止し、発光装置の破損を防止することができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、下記に記載した実施の形態に限定されるわけではない。

図１は、本発明の実施の形態における発光装置の上面図、図２は、本発明の実施の形態におけるサポートバーに貫通孔を備えた場合の発光装置の上面図、図３は、本発明の実施の形態におけるリードフレームの上面図である。

本実施の形態における発光素子用パッケージは、発光素子１と、発光素子１を載置する第１のリード１１と、発光素子１からワイヤ４によって接続された第２のリード１２と、リフレクター２と、サポートバー３１、３２を備える。リフレクター２は貫通孔を備え、貫通孔内に発光素子１が配置される。発光素子１と第２のリード１２とは、ワイヤ４によって電気的に接続される。第１のリード１１及び第２のリード１２と、サポートバー３１、３２は、１枚の金属板を打ち抜いてリードフレーム５として形成され、リードフレーム５上には、第１のリード１１と、第２のリード１２と、サポートバー３１、３２とが、それぞれ複数並んでいる。図３に示すように、サポートバー３１、３２の先端は、第１のリード１１及び第２のリード１２とは離れており、リフレクター２に接触している。すなわち、サポートバー３１、３２の先端は、第１のリード１１、第２のリード１２及びリフレクター２とは直接連結していない。ここで、サポートバー３１、３２の先端とは、第１のリード１１及び第２のリード１２と対向する先端であり、先端とは反対の側では１枚のリードフレーム５として連結している。また、本実施の形態における発光装置は、発光素子１を発光素子用パッケージに搭載したものをいい、リードフレーム５から、発光素子１を載置する第１のリード１１と、発光素子１からワイヤ４によって接続された第２のリード１２と、リフレクター２とを離間する前でも後でも構わない。

発光素子１は、例えばＬＥＤやＬＤであり、ひとつの発光装置に１つだけ備えられることもあれば、複数の場合もある。発光素子１は、第１のリード１１上に置かれ、電気的に連結される。第２のリード１２に対してはワイヤ４を介して電気的に伝導される。リフレクター２は、発光素子１の光を反射させ、発光素子１の光が効率的に照射されるようにする。また、発光素子１は一般的に接着封止部材（樹脂）で封止されるため、リフレクター２がその接着封止部材（樹脂）をせき止める役割を果たす。また、リフレクター２に形成される貫通孔内に発光素子１が位置し、さらに第１のリード１１の一部及び第２のリード１２の一部が貫通孔内に位置するように配置される。また、発光素子用パッケージは発光素子１を搭載するためのパッケージであり、実装基板（図示せず）と電気的、機械的に接続する。つまり、発光素子１は発光素子用パッケージを介して実装基板より給電され、動作可能となる。また、発光素子１を第１のリード１１に接着固定するダイボンド材として樹脂も可能であるが、熱伝導性に優れる金属系接着材を用いることが望ましい。例えば、Ｓｎ／Ｇｅ合金（９８ｗｔ％／２ｗｔ％、融点３６０℃）を使用してダイボンドする場合、接着温度３８０℃で数分間保持される。さらに、リフレクター２内の封止樹脂としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが用いられる。

以下、発光素子用パッケージを詳細に説明するために、まず、図１を用いて発光素子用パッケージの構成について説明する。第１のリード１１及び第２のリード１２は金属製の電極であり、発光素子１と電気的、機械的に接続すると共に、発光装置が実装される実装基板と電気的、機械的に接続する。これにより、発光素子１は第１のリード１１及び第２のリード１２を介して実装基板より給電される。第１のリード１１と第２のリード１２との間を熱硬化絶縁材である封止部材によって接続及び密封する。絶縁部材であるリフレクター２は貫通孔を有すると共に、接着封止部材によって第１のリード１１及び第２のリード１２と接着する。以上のように発光素子用パッケージは構成され、給電されることで発光可能な発光素子を第１のリード１１上かつリフレクター２の貫通孔内に設置し、貫通孔に樹脂を注入することによって発光素子は封入される。

第１のリード１１及び第２のリード１２の材質は、無酸素銅、脱酸素銅、銅合金、またはＦｅ系の材質（例えばＦｅ−４２％Ｎｉ）などの金属材料が使用できる。特に、配線抵抗による熱の発生を抑えるために電気伝導性に優れ、また、熱の拡散をよくするために熱伝導性に優れた材料を使用するのが望ましく、無酸素銅、脱酸素銅を主材とした銅合金が好適であり、本実施例では無酸素銅を主材とした銅合金を用いた。

また、第１のリード１１及び第２のリード１２の表面には、光の反射率が高く、ワイヤボンディング性に優れ、発光素子１を固定するためのダイボンド材や実装基板との固定のためのハンダとの濡れ性がよく、酸化しにくい銀や金であることが望ましく、メッキなどにより形成することができる。

なお本実施例では、無電解メッキよりもメッキ液の化学的安定性やコスト性に優れる電解メッキを用いて銀メッキを行った。また、下地の金属がメッキ表面に拡散してハンダ濡れ性などの機能が低下するのを防止するため、本実施例では、銀メッキ厚を２μｍ以上とした。さらに、第１のリード１１及び第２のリード１２の一部の表面において、薬剤により酸化膜を形成したり、溶射などによりセラミック層を形成したりすることで輻射率を向上させることにより、発光素子用パッケージ全体としての放熱性を向上することができる。

なお、第１のリード１１及び第２のリード１２間を接続及び密封する封止部材は反射性のよい白色の熱硬化性絶縁材料を用いた。発光素子用パッケージは発光素子１を搭載する際や、発光素子１の発光に伴う発熱など、高温の状況で用いられる場合がある。この高温下により封止部材が変色してしまうと、封止部材の反射率は低下するため、光取り出し効率は悪化し得る。このため、封止部材は高温への耐久性の高い樹脂が好ましい。

リフレクター２は主に光の指向性を制御すると共に、発光素子１から発生する熱を上部方向に効率よく電熱する役割を有する。リフレクター２の貫通孔の形状は、リフレクター２の強度を確保すれば、正円でも楕円でも多角形でもよいし、内壁面に勾配を付けてすり鉢上の形状にすることで、光の指向性を変えることもできる。

リフレクター２には樹脂が用いられ、熱硬化樹脂及び熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂であってもバリは発生するが、熱硬化性樹脂の方がより発生しやすい。リフレクター２の貫通孔は、開口方向に広口となるように傾斜を設けると良い。これにより前方方向への光の取り出しを向上することができる。ただし、傾斜を設けず、筒形状の凹部とすることもできる。貫通孔の傾斜角度は、底面から測定して９５°以上１５０°以下が好ましいが、１００°以上１２０°以下が特に好ましい。なお、リードフレーム５は１枚の金属板が例えば図３のような所定の形状に打ち抜かれて形成される。そのリードフレーム５を、リフレクター２を形成するための金型内にセットし、金型内に樹脂が挿入される。樹脂は金型内で所定の形状に成型され、発光素子用パッケージが形成される。

リフレクター２の外形は矩形であるが、楕円、円形、五角形、六角形等とすることもできる。貫通孔の形状は、略円であるが、略楕円形、矩形、五角形、六角形等とすることも可能である。リフレクター２の材質は熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂のうち、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂からなる群から選択される少なくとも１種により形成することが好ましく、特にエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂が好ましい。

次に、サポートバー３１、３２について詳細に説明する。

第１のリード１１及び第２のリード１２は最終的に直線Ｘ及び直線Ｙ付近にてリードフレーム５全体から切断される。それによって、発光装置は１枚のリードフレーム５から絶縁される。例えば、発光素子１が正確に第１のリード１１及び第２のリード１２に接続されているかどうかを検査する際、上記のように発光装置がリードフレーム５より絶縁されていなくてはならない。そうしなければ、第１のリード１１及び第２のリード１２は、リードフレーム５を介して導通しているからである。

しかしながら、前述した通り、１枚のリードフレーム５には多数の発光素子用パッケージが形成され、発光装置として整列して並んでいる。従って、多数が整列したまま導通検査などを行ったほうが非常に効率的である。従って、発光装置を直線Ｘ及び直線Ｙ付近にてリードフレーム５全体から切り離した後であっても、発光素子がリードフレーム５から支持される必要がある。そこで、発光装置とは導通しないサポートバー３１、３２によって発光装置を支持し、リードフレーム５から発光装置が離間しないようにする。

サポートバー３１、３２を形成する目的として、発光素子１を第１のリード１１に載置する前に、第１のリード１１及び第２のリード１２とリフレクター２を、リードフレーム５から絶縁するために直線Ｘ及び直線Ｙ付近にてリードフレーム５全体から切り離すことができる。すなわち、Ｘ及び直線Ｙ付近にてリードフレーム５全体から切り離した後であっても、第１のリード１１及び第２のリード１２とリフレクター２がサポートバー３１、３２によってリードフレーム５に支持されているので、整列したまま発光素子１を順に載置することができる。従って、発光装置の製造工程における自由度が増す。

図３に示すようにリードフレーム５は形成される。直線Ｘ及び直線Ｙ付近にて第１のリード１１及び第２のリード１２をリードフレーム５から切り離した場合、サポートバー３１、３２は第１のリード１１及び第２のリード１２と絶縁することが分かる。また、第１のリード１１及び第２のリード１２と、サポートバー３１、３２との間のギャップの距離は、図２に示すようにリフレクター２の側面が成型される。従って、リフレクター２を成型することで、サポートバー３１、３２はリフレクター２に接し、発光装置を支持する。

次に、説明のため、従来のサポートバーの形状と本願発明のサポートバーの形状とを比較して説明する。

図４は、バリの形成を説明する概念図であり、図５は、従来例における発光装置の上面図であり、図６は、従来例における発光装置にバリが形成された概念図である。

樹脂を成型してリフレクター２を形成する際、上金型と下金型とでリフレクター２の形状を形成し、その形状の中に樹脂を流し込んでリフレクター２が形成される。その際、上金型及び下金型とで、リードフレーム５をつぶしてしまわないよう、実際のリードフレーム５のサイズよりも余裕をもって上金型及び下金型の形状が決定される。このとき、例えば図５のようなサポートバー１３１、１３２を形成すると、図４に示すように金型にα領域だけ余裕を設けているので、α領域にリフレクター２を形成する樹脂が流れ込む。この流れ込んだ樹脂がバリとなる。すなわち、上金型と下金型とで形成されるリフレクター２を形成するための空間に連結するような金型の余裕α領域には、全てバリが形成される可能性がある。従って、図６の斜線部全てにバリが形成される可能性がある。同様に、前述した（特許文献１）のサポートバーに関しても、同様のバリが形成される。

また、図４に示すとおり、バリの厚みは、サポートバー１３１の厚み、すなわちリードフレーム５の厚みと等しい。従って、発光素子用パッケージに対してバリの厚みが非常に厚くなってしまうので（例えば、発光素子用パッケージの厚みに対して、リードフレーム５の厚みが１／５〜２／３程度）バリを発光装置から除去するのが非常に難しくなる。

しかも、サポートバー１３１、１３２は実際には発光装置と連結していないので、バリのみが発光装置に連結して残る。バリは発光装置から突出しているため折れやすく、その結果発光素子用パッケージが破損してしまう可能性がある。また、バリを除去する際にも、発光装置が破損する可能性がある。

しかしながら、本願発明は、図１〜３に示すようにサポートバー３１、３２を形成しているため、バリの発生を抑えることができる。図１に示すように、サポートバーの幅Ａを、リフレクターの幅ａと同一か、幅ａよりも大きく形成する。従って、上金型と下金型とで形成されるリフレクター２を形成するための空間に連結するような金型の余裕α領域が、四隅の領域γ内であって、第１のリード１１及び第２のリード１２の両端部分のみにしか存在しない。しかしながら、図１の発光装置の四隅にバリが形成されたとしても、直線Ｘ及び直線Ｙを切断するさいにバリも同時に切断できる。その場合、サポートバー３１、３２側にバリができるよりも、非常に簡単にバリを除去することができる。また、サポートバー３１、３２側に形成されたバリは、そのためのバリ除去作業が必要であるが、直線Ｘ及び直線Ｙを切断するさいにバリも同時に切断できるため、発光素子用パッケージの工程を短縮することができる。また、サポートバー３１、３２が存在する側のリフレクター２の側面にバリができると、バリを除去したとしても除去した跡が必ず残るが、本願発明の発光装置においては跡も残らない。

また、図２、３に示すように、サポートバー３１、３２には貫通孔３１ａ、３２ａなどを設けても良い。貫通孔３１ａ、３２ａを設けることで、サポートバー３１、３２が第１のリード１１及び第２のリード１２とリフレクター２を挟む力を調節できる。すなわち、サポートバー３１、３２によって発光装置を支持することが必要であるが、挟む力が大きすぎるとリードフレーム５から発光装置を抜くときに大きな力が必要となる。また、貫通孔３１ａ、３２ａは、上金型と下金型とで形成されるリフレクター２を形成するための空間とは完全に離れているため、どんなに金型に余裕を設けても樹脂が流れ込まず、バリが形成されない。

本発明によれば、長寿命化でき、熱放出性に優れる半導体素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置に利用可能である。

１ 発光素子
１１ 第１のリード
１２ 第２のリード
２ リフレクター
３１、３２ サポートバー
４ ワイヤ
５ リードフレーム
Ａ サポートバーの幅
ａ リフレクターの幅

Claims (3)

1. リードフレームに形成された一対のリードと、
   前記一対のリードの少なくとも一方の面に孔を備えて設けられ、樹脂を含むリフレクターと、
   前記リードフレームに形成され、前記一対のリードが対向する方向に垂直な方向において前記リフレクターを挟持するサポートバーと、を備え、
   前記一対のリードが対向する方向における、前記サポートバーの幅が前記リフレクターの幅よりも広いことを特徴とする発光素子用パッケージ。
2. 前記サポートバーに貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子用パッケージ。
3. 請求項１または２のいずれか一方に記載された発光素子用パッケージと、発光素子と、を備え、
   前記発光素子を、前記リフレクターの孔内であって前記一対のリードのうち一方に載置したことを特徴とする発光装置。