JP4571105B2 - 半田付け構造を改善した発光ダイオード、及びこの発光ダイオードを半田付けによって基板に組み立てる方法並びにこの組立方法によって製造した発光ダイオードアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものであり、さらに具体的にはリードの外部端子に半田付けのための穴／溝を形成することによって半田付け作業条件を改善し、ソルダー材料を節減かつ半田付け後の強度が向上されるよう半田付け構造を改善したＬＥＤ、及びこのＬＥＤを半田付けによって基板に組み立てる方法並びにこの組立方法によって製造したＬＥＤアセンブリに関する。

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、電流が加わると多様な色相の光を発生させるための半導体装置であり、ＬＥＤから発した光の色相は主にＬＥＤの半導体チップを構成する化学成分によって決まる。このようなＬＥＤは他の発光装置に比べて長い寿命、低い電源、優れた初期駆動特性、高い震動抵抗及び反復的な電源断続に対する高い空差などの諸長所を有しているため、その需要が持続的に増加している。

図１に、かかる従来技術によるＬＥＤの一例を示した。示しているＬＥＤ１において、パッケージ本体１０の内部にはＬＥＤチップ（図示せず）が装着され、一対のリード３０の一部がパッケージ本体１０に封止されて外部電源を供給するようＬＥＤチップと電気的に連結される。また、パッケージ本体１０の上部には透明な材料から成るカバーまたはレンズ２０が被せられＬＥＤチップを外部環境から保護しながらＬＥＤチップから発した光を側面に放出する。そのため、このような形態のＬＥＤ１を側面放出型ＬＥＤとも呼ぶ。

このようなＬＥＤは、金属基板（ＭＣＰＣＢ: Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ ＰＣＢ）のような基板に主に装着されＬＥＤアセンブリ形態で用いられる。そのために、多数のＬＥＤの外部端子を基板表面の配線または回路パターンに電気的に連結して固定させなければならない。このような装着作業は、主にリフロー（ｒｅｆｌｏｗ）または半田付けによって行われる。

これらの中でリフロー作業は、ＬＥＤの材料、具体的にはレンズまたはカバーの材料によって制約される。特に、図１に示すような側面放出型ＬＥＤ１の場合にはレンズ２０が熱に敏感な材料で製造される。これはレンズ２０の形状が複雑なため熱に強い材料は成形性が悪く、このように精巧な形状に成形できないからである。従って、図１に示した形態の側面放出型ＬＥＤ１は、リフローのような高温環境において基板に装着しにくい。

以下、図２及び図３を参照して上述した形態のＬＥＤ１を金属基板４０に装着する半田付け作業の一例を説明する。

このような半田付け作業において、ＬＥＤ１のリード３０を連結する回路パターン４２の上にペースト状の半田またはソルダー５０を予め定められた量で吐出（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）した後、その上にリード３０が載せられるようＬＥＤ１を金属基板４０に装着させる。その後、ホットバー（ｈｏｔ ｂａｒ）とも言われる棒状の半田ごて６０の先端６２をリード３０の上面に接触させて半田ごて６０の熱によってソルダー５０が溶けてリード３０を下部の回路パターン４２に結合させるようになる。

このような半田付け作業によって、ＬＥＤ１は図４に示すように基板４０に装着される。このようにＬＥＤ１が基板４０に装着された構造をＬＥＤアセンブリとも呼ぶ。

このような従来技術のＬＥＤ１及びこれを利用した半田付け作業は次のような問題を有する。

即ち、下から回路パターン４２、ソルダー５０及びリード３０形態で積層されるので、半田ごて６０の先端６２はリード３０のみと接触し、ソルダー５０とは直接接触しないため、熱は半田ごて６０からリード３０を通してソルダー５０に伝達される。

したがって、ソルダー５０を溶かすのに必要な熱を得るためには半田ごて６０の温度を高くしなければならない。一般的に半田ごて６０は、約３００℃以上の温度で熱される。しかしながら、このようにすると、半田ごて６０の熱がＬＥＤ１に伝達されてＬＥＤ１、特にレンズ２０が高温環境に露出される恐れがあるので望ましくない。

また、半田付け作業後にもソルダー５０は回路パターン４２とリード３０の間にのみ存在するか、或は図４でのようにリード３０の周縁の下部を取り囲む形態を有するためソルダー５０によるリード３０と回路パターン４２の間の結合力は弱い。

特に、リード３０が上側へ曲がっている場合には半田ごて６０でリード３０を下に押しながら半田付け作業を行ってもソルダー５０が固まる前にリード３０が再び上に浮く恐れがある。こうなると、リード３０と回路パターン４２の間の結合力が大きく減るばかりでなく電気的連結も切れる恐れがある。

したがって、本発明は上述した従来技術の問題を解決するために案出されたものであり、本発明の目的はリードの外部端子に半田付けのための穴／溝を形成することによって半田付け作業条件を改善し、ソルダー材料が節減できるよう半田付け構造を改善したＬＥＤ、及びこのＬＥＤを半田付けによって基板に組み立てる方法並びにこの組立方法によって製造したＬＥＤアセンブリを提供することである。

本発明の他の目的は、リードの外部端子に半田付けのための穴／溝を形成することにより半田付け作業後の結合強度が向上されるよう半田付け構造を改善したＬＥＤ、及びこのＬＥＤを半田付けによって基板に組み立てる方法並びにこの半田付け方法によって製造したＬＥＤアセンブリを提供することである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明は、ＬＥＤチップと、一端が上記ＬＥＤチップと電気的に連結され、外部電源と連結される他端には溝または穴があいた一対のリードと、上記ＬＥＤチップ側の上記リードの一部を封止するパッケージ本体と、上記ＬＥＤチップ側の上記パッケージ本体の一面に被せられ、上記ＬＥＤチップから発した光を側傍へ放出するよう構成された透明レンズとを含む側面放出型ＬＥＤを提供することを特徴とする。

本発明のＬＥＤにおいて、上記溝または穴は、上記ＬＥＤを基板に装着するための半田付け作業を行う半田ごての先端を収容する程度の大きさであることを特徴とする。

また、上述した本発明の目的を達成するために本発明は、側面型ＬＥＤを基板に組み立てる方法を提供する。上記組立方法は、
（イ）基板の回路パターンにペースト状のソルダーを予め定められた量で吐出する段階と、
（ロ）請求項１記載のＬＥＤを上記リードの他端が上記ソルダー上に載せられるよう上記基板に装着する段階と、
（ハ）予め定められた温度で加熱した半田ごての先端を上記リードの溝または穴に位置させる段階と、
（ニ）予め定められた時間が経過した後、上記半田ごてを引き離して溶けたソルダーを固める段階と、を含むことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ組立方法において、上記（ロ）段階は、ソルダーの一部が上記溝または穴を通して上記リードの上面上に上がってくる程度の力で上記リードを下に押す込むことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ組立方法において、上記（ハ）段階は、上記半田ごての先端を上記リード溝または穴の内側に位置させることを特徴とする。

本発明のＬＥＤ組立方法において、上記（ハ）段階は、上記リード溝または穴をガイドに使用することを特徴とする。

本発明のＬＥＤ組立方法において、上記（ニ）段階は、ソルダーが上記半田ごての先端に沿って上記リード溝または穴の間から上がってくるようゆっくり行うことを特徴とする。

また、上述した本発明の目的を達成するために、本発明は一面に回路パターンが形成された基板と、上述したＬＥＤ組立方法によって上記基板に組み立てられたＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを提供することを特徴とする。

本発明のＬＥＤアセンブリにおいて、上記固まったソルダーは、一部が上記リード溝または穴に存在することを特徴とする。また、上記固まったソルダーは、一部が上記リードの上面に存在して上記リード溝または穴に存在する部分とともにリベット形態で上記リードを捕まえるよう構成されると好ましい。

本発明によれば、リードの外部端子に半田付けのための穴／溝を形成することによって半田付け作業条件を改善し、かつソルダー材料を節減することができる。また、ソルダーがリードの穴／溝を満たすことによって、半田付け作業後の結合強度を向上させることができる。

以下、本発明の好ましき実施例を添付の図面を参照してより詳しく説明する。

図５を参照すると、本実施例による側面放出型ＬＥＤ１００は内部にＬＥＤチップ１１２（図１１参照）が装着されたパッケージ本体１１０、このパッケージ本体１１０に封止されて外部電源を供給するようＬＥＤチップと電気的に連結された一対のリード１３０及びＬＥＤチップを外部環境から保護しながらＬＥＤチップから発した光を側面に放出するようパッケージ本体１１０の上部に被せられた透明なカバーまたはレンズ１２０を含む。また、リード１３０の外側端子部分には穴１３２があいている。

以下、本実施例によるＬＥＤ１００を金属基板のような基板１４０に装着する装着作業を図６乃至図１１を参照して説明する。

先ず、図６乃至図８に示すように、基板１４０の回路パターン１４２にペースト状のソルダー１５０を予め定められた量で吐出（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）し、その上にリード１３０が載せられるようＬＥＤ１００を基板１４０に装着する。こうすると、流動性の有するソルダー１５０はリード１３０の穴を通して若干上がってくる。特に、ＬＥＤ１００を装着する際に上から軽く押す込むと図７及び図８のようにソルダー隆起部１５２が形成される。

続いて、図９及び図１０に示すようにホットバー（ｈｏｔ ｂａｒ）とも呼ばれる一対の棒状の半田ごて１６０を利用してソルダー１５０を加熱する。特に、図１０に示すように、ソルダー隆起部１５２に半田ごて１６０の先端１６２をあてるとソルダー１５０は半田ごて１６０から直接熱を受けるようになって速やかに溶けるようになる。

したがって、半田付け時間が短くなり、それによってリード１３０を通してＬＥＤ１００、特にレンズ１２０に熱が伝達される可能性が減少する。また、従来技術と異なって、半田ごて１６０の温度を下げても容易にソルダー１５０を溶かすことができる。

また、溶けたソルダー１５０がリード１３０の穴１３２を通してリード１３０の上面に上ってくるようになり、これは半田付け作業されたリード１３０と回路パターン１４２の間の結合強度を改善する効果がある。

加えて、リードの穴１３２は半田ごての先端１６２をリード１３０と接触させるためのガイドの役目も果たすことができる。即ち、リードの穴１３２で半田付けのために半田ごての先端１６２を適用する位置を正確に表示することができる。

図１１は、上述した半田付け作業によって得たＬＥＤアセンブリを示す。図１１に示すように、ソルダー１５０の一部１５３はリード１３０の穴１３２を通してリード１３０の上面にまで上ってきて固まっている。その結果、ソルダー１５０は全体的にリベット形態の締結部を形成してリード１３０を捕まえるようになり、リード１３０との接触面積が大きくなってこれらの間の結合力が増大される。

このような構造によってリード１３０と回路パターン１４２の間には安定的な結合が成される。

図１２は、本実施例のさらに他の長所を示す。ソルダー隆起部１５２がリード１３０の穴１３２の外に出ていない場合、半田ごて１６０の先端１６２の直径をリードの穴１３２の直径より小さくすることによって、半田付け作業時に半田ごて１６０の先端１６２をリードの穴１３２に挿入して作業効率を改善することができる。

この場合、作業中に半田ごて１６０をゆっくり引き上げて溶けたソルダーが半田ごての先端１６２に沿って穴１３２の間から上ってくることを促進することができる。

加えて、たとえリードの穴１３２が半田ごての先端１６２より小さくても半田付け作業のためのガイドの役目は十分に行うことができる。

図１３の平面図には、本発明による半田付け構造を改善したＬＥＤの多様な変形例を示す。

即ち、図１３（ａ）は一つのリードに一対の丸い穴１３２ａを形成したＬＥＤ１００Ａを示し、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）はリードの両側部に溝１３２ｂ、１３２ｃを形成したＬＥＤ１００Ｂ、１００Ｃを示す。図１３（ｄ）にはリードにスリット、即ち長い穴１３２ｄを形成したＬＥＤ１００Ｄが示されており、図１３（ｅ）はリードの端部から長い溝１３２ｅを形成したＬＥＤ１００Ｅを示す。また、図１３（ｆ）はリードの両側部に半円形の溝１３２ｆを形成したＬＥＤ１００Ｆを示す。

このように本発明によるＬＥＤは、リードの外部端子部に多様な形態の穴または溝を形成して半田付け作業を改善して、作業後の結合状態を改善することができる。

上記では本発明の好ましき実施例を参照して説明したが、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、下記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。

従来技術によるＬＥＤの斜視図である。 従来技術によるＬＥＤの半田付け作業を示す斜視図である。 図２の一部を示す正面図である。 従来技術による半田付け作業によって製造したＬＥＤアセンブリの正面図である。 本発明の実施例による半田付け構造を改善したＬＥＤの斜視図である。 本実施例によるＬＥＤの半田付け作業の初期段階を示す平面図である。 図６の７−７線に沿って切った断面図である。 図６の８−８線に沿って切った断面図である。 本実施例によるＬＥＤの半田付け作業において図６の初期段階に後続する本段階を示す斜視図である。 図９の正面図である。 本実施例により半田付け作業で製造したＬＥＤアセンブリの正面図である。 図１０の作業段階の変形を示す正面図である。 本発明による半田付け構造を改善したＬＥＤの多様な変形例を示す平面図である。

符号の説明

１００ ＬＥＤ
１３０ リード
１３２ リードの穴
１４０ 金属基板
１４２ 回路パターン
１５０ ソルダー
１６０ 半田ごて

Claims (11)

1. ＬＥＤチップと、
   一端が前記ＬＥＤチップと電気的に連結され、外部電源と連結される他端には半田付けのためのソルダーが満たされた溝または穴があいた一対のリードと、
   前記ＬＥＤチップ側の前記リードの一部を封止するパッケージ本体と、
   前記ＬＥＤチップ側の前記パッケージ本体の一面に被せられ、前記ＬＥＤチップから発した光を側傍へ放出するよう構成された透明レンズと、
   を含むことを特徴とする側面放出型ＬＥＤ。
2. 前記溝または穴に満たされる前記半田付けのためのソルダーは、前記ＬＥＤを基板に装着するための半田付け作業を行う半田ごての先端から直接熱を受けることを特徴とする請求項１に記載の側面放出型ＬＥＤ。
3. 側面型ＬＥＤを基板に組み立てる方法において、
   （イ）基板の回路パターンにペースト状のソルダーを予め定められた量で吐出する段階と、
   （ロ）ＬＥＤチップと、
   一端が前記ＬＥＤチップと電気的に連結され、外部電源と連結される他端には半田付けのためのソルダーで満たされるべき溝または穴があいた一対のリードと、
   前記ＬＥＤチップ側の前記リードの一部を封止するパッケージ本体と、
   前記ＬＥＤチップ側の前記パッケージ本体の一面に被せられ、前記ＬＥＤチップから発した光を側傍へ放出するよう構成された透明レンズと、
   を含むＬＥＤを、前記溝または穴が貫通して形成された前記リードの他端が前記ソルダー上に載せられるよう前記基板に装着する段階と、
   （ハ）予め定められた温度で加熱した半田ごての先端を前記リードの溝または穴に位置させ、前記リードの溝または穴を満たす前記ソルダーと接触させることで前記ソルダーを加熱して溶かす段階と、
   （ニ）予め定められた時間が経過した後、前記半田ごてを引き離して溶けたソルダーを固める段階と、
   を含むことを特徴とするＬＥＤ組立方法。
4. 前記（ロ）段階は、ソルダーの一部が前記溝または穴を通して前記リードの上面上に上がってくる程度の力で前記リードを下に押す込むことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ組立方法。
5. 前記（ハ）段階は、前記半田ごての先端を前記リードの溝または穴の内側に位置させることを特徴とする請求項３または４に記載のＬＥＤ組立方法。
6. 前記（ハ）段階は、前記ＬＥＤを基板に装着するための半田付け作業を行う半田ごての先端を、前記溝または穴に挿入して半田付けをすることを特徴とする請求項３または４に記載のＬＥＤ組立方法。
7. 前記（ハ）段階は、前記リードの溝または穴をガイドに使用することを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のＬＥＤ組立方法。
8. 前記（ニ）段階は、ソルダーが前記半田ごての先端に沿って前記リードの溝または穴の間から上がってくるようゆっくり行うことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載のＬＥＤ組立方法。
9. 一面に回路パターンが形成された基板と、
   請求項３から８のいずれか１項に記載の方法によって前記基板に組み立てられたＬＥＤと、を含むことを特徴とするＬＥＤアセンブリ。
10. 前記固まったソルダーは、一部が前記リードの溝または穴に存在することを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤアセンブリ。
11. 前記固まったソルダーは、一部が前記リードの上面に存在して前記リードの溝または穴に存在する部分とともにリベット形態で前記リードを捕まえるよう構成されたことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤアセンブリ。

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