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JP5535750B2 - 発光素子モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子を内蔵する発光素子モジュールに関する。
図７には、従来の発光素子モジュールの一例を示している（たとえば特許文献１参照）。図７に示す発光素子モジュールＸは、リード９１，９２と、ＬＥＤチップ９３と、支持部材９４と、透光部材９５とを備えている。ＬＥＤチップ９３は、リード９１に図示しないボンディング材を用いて固定されている。ＬＥＤチップ９３は、図中上面に１対の電極が設けられており、各電極がワイヤ９６，９７を介してリード９１，９２と接続されている。支持部材９４は、たとえば樹脂製であり、金型を用いたいわゆるインサート成形の手法によってリード９１，９２の一部を覆うように形成される。透光部材９５は、ＬＥＤチップ９３からの光を透過させる樹脂で形成されており、ＬＥＤチップ９３およびワイヤ９６，９７を保護している。さらに、透光部材９５に各種の添加物を加えることで、発光素子モジュールＸから出射される光の色や明るさなどの特性は調整されている。支持部材９４は、図７に示すようにＬＥＤチップ９３の図中側方に出射した光を上方へ反射する反射面９４ａを備えている。
このような発光素子モジュールＸにおいては、リード９１，９２の熱伝導性や電気伝導性を高めるために、その表面にたとえば銀メッキが施される場合がある。しかしながら、銀メッキを設けた場合、経年変化によって表面が暗黒色に変色することがあった。このようにリード９１，９２の表面が変色すると、発光素子モジュールＸから出射される光の特性が劣化してしまうため、発光素子モジュールＸを良好な状態で使用できる期間が短くなることがあった。
一方で上述したような変色による弊害を防ぐために、たとえば図７に仮想線で示すように、リード９１，９２を覆うように保護部９４ｂを設けた場合、ワイヤ９６，９７を設ける際に保護部９４ｂとの接触によりワイヤ９６，９７が断線してしまうことがあった。
特開２００４−１２７９８８号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、信頼性を損なうことなく長寿命化を図ることが可能な発光素子モジュールを提供することをその課題とする。
本発明によって提供される発光素子モジュールは、厚み方向における一方側に搭載面を具備するダイボンディング部を有する第１のリードと、ボンディング部を有し、上記第１のリードから離間し、かつ、上記第１のリードと同じ厚み方向となるように配置された第２のリードと、上記搭載面に搭載されており、上記第１のリードと導通する第１の電極端子および上記第２のリードと導通する第２の電極端子を有する発光素子と、上記第１のリードと上記第２のリードとを支持する支持部材と、を備えており、上記第２の電極端子は、上記厚み方向における上記発光素子の一方側の端面に形成されており、かつ、上記ボンディング部とワイヤにより接続されている発光素子モジュールであって、上記支持部材は、上記第１のリードの厚み方向における一方側の面を覆うとともに、上記搭載面を露出させるように形成された保護部を有しており、上記保護部は、上記ワイヤが延びる方向において、上記ダイボンディング部から遠ざかるにつれて厚みが薄くなる傾斜部を有していることを特徴とする。
好ましい実施の形態においては、上記傾斜部が、上記厚み方向視において上記第２のリードの一部と重なるように形成されている。
より好ましい実施の形態においては、上記ボンディング部の上記厚み方向における一方側に金属メッキが施されている。
より好ましい実施の形態においては、上記第１の電極端子が上記ダイボンディング部に接合されている。
別の好ましい実施の形態においては、上記第１の電極端子が上記厚み方向における上記発光素子の一方側に形成されており、上記第１のリードは、上記第１の電極端子と追加のワイヤを介してワイヤボンディングされるワイヤボンディング部を有しており、上記保護部は、上記ワイヤボンディング部を露出させるように形成されている。
より好ましくは、上記保護部は、上記追加のワイヤが延びる方向において、上記ダイボンディング部から遠ざかるにつれて厚みが薄くなる追加の傾斜部を有している。
さらにより好ましくは、上記ワイヤボンディング部の上記厚み方向における一方側に金属メッキが施されている。
好ましい実施の形態においては、上記支持部材は、上記発光素子が発光する光を反射する樹脂により形成されており、かつ、上記厚み方向と直交する方向において上記発光素子から遠ざかるにつれて上記厚み方向において上記発光素子から遠ざかるように傾斜する反射面を備えている。
より好ましい実施の形態においては、上記反射面は、上記厚み方向視において上記発光素子を囲む枠状に形成されており、上記保護部は、上記反射面と繋がるように形成されている。
より好ましい実施の形態においては、上記厚み方向視における上記反射面の内周は長矩形状であり、その短手方向における中央に上記ダイボンディング部が配置されている。
より好ましい実施の形態においては、上記厚み方向視における上記反射面の内周は長矩形状であり、その長手方向における中央に上記ダイボンディング部が配置されている。
好ましい実施の形態においては、上記ダイボンディング部が、上記厚み方向において、上記第１のリードの上記保護部に覆われている部分よりも一方側に膨出している。
このような構成によれば、上記第１のリードおよび上記第２のリードが上記保護部に覆われているため、上記第１のリードおよび上記第２のリードの変色が出射される光の性質に与える影響を抑えることができる。さらに、上記ワイヤが接着される上記ボンディング部の近くにおいて上記保護部の厚みが薄くなるように上記傾斜部が設けられているため、上記ワイヤを上記ボンディング部に接着する際に上記保護部が上記ワイヤに接触しにくくなっている。したがって、本発明の発光素子モジュールは、信頼性を損なうことなく長寿命化を図ることが可能である。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第１実施形態における発光素子モジュールを示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態における発光素子モジュールを示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態における発光素子モジュールを示す平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 従来の発光素子モジュールの一例を示す断面図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態における発光素子モジュールを示している。本実施形態の発光素子モジュールＡ１は、互いに電気的に絶縁されたリード１，２と、ＬＥＤチップ３と、リード１，２を支持する支持部材４と、ＬＥＤチップ３を覆う透光部材５と、ワイヤ６１とを備えている。発光素子モジュールＡ１は、リード１，２を外部の電気回路と接続させることでＬＥＤチップ３が発光するように構成されている。なお、図１では透光部材５を省略している。発光素子モジュールＡ１は、ｚ方向視において、ｘ方向を長辺方向とし、ｙ方向を短辺方向とする長矩形状に形成されている。
リード１は、図１および図２に示すように、支持部材４のｘ方向左側から外部に露出する端子部１１と、ＬＥＤチップ３を搭載するためのダイボンディング部１２とを備えている。リード１は、たとえば厚さが０．１５〜０．２０ｍｍの銅板の表面に銀メッキを施すことにより形成される。端子部１１は、リード１を外部の電気回路と接続させるのに用いられる。この端子部１１は、リード１の支持部材４から突出する部分を折り曲げることにより形成される。ダイボンディング部１２は、リード１のｘ方向右端付近に設けられており、ｚ方向上面が搭載面１２ａとなっている。
リード２は、図１および図２に示すように、支持部材４のｘ方向右側から外部に露出する端子部２１と、ｘ方向においてダイボンディング部１２から離間するボンディング部２２とを備えている。リード２は、たとえば厚さが０．１５〜０．２０ｍｍの銅板の表面に銀メッキを施すことにより形成される。端子部２１は、リード２を外部の電気回路と接続させるのに用いられる。この端子部２１は、リード２の支持部材４から突出する部分を折り曲げることにより形成される。ボンディング部２２は、リード２のｘ方向左端部分に設けられたワイヤ６１をボンディングするための部分である。
ＬＥＤチップ３は、本発明における発光素子であり、チッ化ガリウムなどの半導体材料を積層することで形成されている。ＬＥＤチップ３は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とに挟まれた活性層において電子と正孔とが再結合することにより青色光、緑色光、赤色光などを発する。ＬＥＤチップ３は、ｎ型半導体層と導通する電極端子３１と、ｐ型半導体層と導通する電極端子３２とを備えている。図２に示すように、電極端子３１はＬＥＤチップ３のｚ方向下端面に設けられており、電極端子３２は上端面に設けられている。ＬＥＤチップ３は、たとえば、ｘ方向寸法が０．３ｍｍ、ｙ方向寸法が０．３ｍｍ、ｚ方向寸法が０．１５ｍｍである略直方体状に形成されている。このようなＬＥＤチップ３は、ｚ方向下方を除くほぼ全方位に向けて光を出射する。
ＬＥＤチップ３は、電極端子３１がダイボンディング部１２と導通するように図示しない導電性のボンディング材を用いて搭載面１２ａに固定されている。電極端子３２はワイヤ６１を介してボンディング部２２と接続されている。より具体的には、ワイヤ６１は、たとえば金線であり、ｘ方向に沿って延び、ｘ方向左端が電極端子３２に接着され、右端がボンディング部２２に接着されている。
支持部材４は、たとえば酸化チタンが添加された白色のエポキシ樹脂からなり、図１に示すように平面視略矩形状に形成されている。支持部材４は、リード１，２の一部を覆って両者を固定させている。支持部材４は中央部が凹むように形成されており、図２に示すようにｚ方向上方ほどｘ方向にＬＥＤチップ３から遠ざかる方向に傾斜する反射面４１を有している。反射面４１は、ＬＥＤチップ３を囲むｚ方向視枠状に形成されている。この反射面４１が成す枠はｘ方向を長手方向とする長矩形状となっており、その中央にダイボンディング部１２が配置されている。この反射面４１は、ＬＥＤチップ３がｚ方向と直交する方向に出射した光をｚ方向上方に向けて反射するためのものである。
さらに支持部材４は、反射面４１が成す枠の内周から延出し、リード１のｚ方向上面を覆う厚さ０．０５ｍｍ程度の保護部４２を備えている。この保護部４２には、ダイボンディング部１２の搭載面１２ａを露出させるための開口部４２Ａが形成されている。この開口部４２Ａは、たとえばｚ方向視矩形状であり、ｘ方向寸法が０．４ｍｍ程度であり、ｙ方向寸法は０．４ｍｍ程度である。図２に示すように、保護部４２のｚ方向上面は、ＬＥＤチップ３のｚ方向上端部よりも下方に位置にしている。さらに、保護部４２は、開口部４２Ａのｘ方向右側に、ｘ方向右方ほどｚ方向における厚みが薄くなる傾斜部４２ａを有している。傾斜部４２ａは、ｙ方向においては反射面４１が成す枠の内周の全幅に渡って設けられており、ｘ方向においては、たとえば１．０ｍｍ程度の長さに渡って設けられている。この傾斜部４２ａのｘ方向右端部分は、リード２のｘ方向左端部分を覆っている。保護部４２は、傾斜部４２ａのｘ方向右端で途切れており、ワイヤ６１のｘ方向右端を接着するのに必要なボンディング部２２の上面が露出するようになっている。
このような支持部材４は、金型を用いたいわゆるインサート成形の手法によって形成される。具体的には、リード１，２を金型に設置して液状化した状態のエポキシ樹脂を金型に流し込んで硬化させることにより支持部材４は形成される。
透光部材５は、反射面４１に囲まれた領域を埋めるように形成されており、ダイボンディング部１２、ボンディング部２２、ＬＥＤチップ３、および、ワイヤ６１を覆い保護している。この透光部材５は、たとえば透明なエポキシ樹脂製である。
次に、発光素子モジュールＡ１の作用について説明する。
本実施形態によれば、ＬＥＤチップ３を設置するために不可避な領域を除いてリード１，２が白色の保護部４２に覆われているため、リード１，２に施された銀メッキの表面が暗黒色に変化してもその影響が出にくくなっている。このため、より長い期間、使用開始時と同様の色調の光を出射可能となっており、長寿命化を図ることができる。さらに、傾斜部４２ａが形成されていることにより、ボンディング部２２の間近において保護部４２の厚みは薄くなっている。このため、ワイヤ６１が保護部４２と接触する可能性が小さくなっている。従って、発光素子モジュールＡ１は、ワイヤ６１が保護部４２に接触して断線する事態が生じにくくなっており、信頼性を損ないにくくなっている。
さらに、ＬＥＤチップ３のｚ方向上端部が保護部４２のｚ方向上面よりも上側にくるようになっているため、ＬＥＤチップ３の上端部から側方に出る光が保護部４２に遮られることなく反射面４１によってｚ方向上方へ出射される。このため、発光素子モジュールＡ１は、光量の増加を図ることができる。
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
図３および図４には、本発明の第２実施形態における発光素子モジュールＡ２を示している。発光素子モジュールＡ２では、ＬＥＤチップ３がｚ方向上端面に２つの電極端子３１，３２を備えた構成となっており、それに伴ってリード１にワイヤボンディング部１３が設けられている。さらに、保護部４２には傾斜部４２ｂが設けられており、ワイヤボンディング部１３を露出させるようになっている。発光素子モジュールＡ２のその他の構成は発光素子モジュールＡ１と同様である。
ＬＥＤチップ３の主たる構成は発光素子モジュールＡ１のものと同様であるが、ｎ型半導体層と導通する電極端子３１がｚ方向上端面のｘ方向左寄りに、ｐ型半導体層と導通する電極端子３２がｚ方向上端面のｘ方向右寄りに配置されている。電極端子３１は、ワイヤ６２によってワイヤボンディング部１３と接続されている。
傾斜部４２ｂは、ｘ方向におけるダイボンディング部１２とワイヤボンディング部１３との間に設けられており、ｘ方向左方ほど薄くなるように形成されている。傾斜部４２ｂはｘ方向に１．０ｍｍ程度の長さに渡って設けられている。このような傾斜部４２ｂが設けられていることにより、保護部４２がワイヤ６２に接触するのを防ぐことができる。
このような発光素子モジュールＡ２においても、ＬＥＤチップ３を設置するために不可避な領域を除いてリード１，２が保護部４２に覆われた構成となっており、リード１，２に施された銀メッキの変色による影響を受けにくくなっている。このため、より長い期間、使用開始時と同様の色調の光を出射可能となっており、長寿命化を図ることができる。さらに、保護部４２に傾斜部４２ａ，４２ｂが設けられているため、ワイヤ６１，６２が断線するのを防ぐことができ、信頼性を損ないにくくなっている。
また、このような発光素子モジュールＡ２では、ＬＥＤチップ３を搭載面１２ａに固定するためのボンディング材として非導電性の樹脂を用いることができる。
図５および図６には、本発明の第３実施形態における発光素子モジュールＡ３を示している。発光素子モジュールＡ３においては、ダイボンディング部１２の形状が発光素子モジュールＡ１のものと異なっており、その他の構成は発光素子モジュールＡ１と同様となっている。
本実施形態では、リード１のｘ方向右端付近がｚ方向上方に向けて屈曲されていることにより、ダイボンディング部１２の搭載面１２ａが保護部４２の上側に突出している。リード１の屈曲されていない部分の上面と搭載面１２ａとの段差はたとえば０．１ｍｍ程度である。
このような構成によれば、ＬＥＤチップ３はその全体が保護部４２よりもｚ方向上側に位置することになり、ワイヤ６１を設置する際に保護部４２にワイヤ６１が接触する可能性をより低くすることができる。このため、さらに信頼性を高めることが可能である。
さらに、このような発光素子モジュールＡ３では、ＬＥＤチップ３からｚ方向と直交する側方に出射された光が保護部４２によって遮られることがなくなる。このため、発光素子モジュールＡ３ではより一層の光量増加を図ることが可能である。
本発明に係る発光素子モジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る発光素子モジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、上述した実施形態では、傾斜部４２ａ，４２ｂは、保護部４２のｙ方向全幅に渡って設けられているが、ワイヤ６１，６２を回避するために必要な領域のみに傾斜部４２ａ，４２ｂを設けても構わない。
上記実施形態では、ｘ方向に延びる長板状のリード１に設けられたダイボンディング部１２にＬＥＤチップ３が搭載されているが、リード１の形状は適宜選択可能である。また、支持部材４の外形も選択可能であり、併せて反射面４１のｚ方向視の形状も変更可能である。たとえば、反射面４１をｚ方向視において環状となるような構成としても構わない。その場合には、反射面４１が成す環の中心にダイボンディング部１２を配置するのが望ましい。
またさらに、上記実施形態では、反射面４１は平坦な面であるが、曲面であっても構わない。反射面４１を曲面とする場合には、反射面４１をＬＥＤチップ３の位置を焦点とする凹面鏡の一部を成すように形成するのが望ましい。
またさらに、上記実施形態では、支持部材４は白色樹脂であるが、ＬＥＤチップ３が出射する光を反射する樹脂であれば特に白色に限定されない。
また、さらに発光素子モジュールＡ１，Ａ２では、ｎ型半導体層と導通する電極端子３１がリード１に、ｐ型半導体層と導通する電極端子３２がリード２と接続されているが、逆に接続される構成としても構わない。
なお、上述した実施形態では、リード１，２の表面に銀メッキを施しているが、このときｚ方向上下面の両方に銀メッキを施してもよく、リード１，２のｚ方向上面のみに銀メッキを施しても構わない。
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 発光素子モジュール
１，２ リード
１１，２１ 端子部
１２ ダイボンディング部
１２ａ 搭載面
１３ ワイヤボンディング部
２２ ボンディング部
３ ＬＥＤチップ（発光素子）
３１，３２ 電極端子
４ 支持部材
４１ 反射面
４２ 保護部
４２Ａ 開口部
４２ａ，４２ｂ 傾斜部
５ 透光部材
６１，６２ ワイヤ

Claims (11)

  1. 厚み方向における一方側に搭載面を具備するダイボンディング部を有する第１のリードと、
    ボンディング部を有し、上記第１のリードから離間し、かつ、上記第１のリードと同じ厚み方向となるように配置された第２のリードと、
    上記搭載面に搭載されており、上記第１のリードと導通する第１の電極端子および上記第２のリードと導通する第２の電極端子を有する発光素子と、
    上記第１のリードと上記第２のリードとを支持する支持部材と、
    を備えており、
    上記第２の電極端子は、上記厚み方向における上記発光素子の一方側の端面に形成されており、かつ、上記ボンディング部とワイヤにより接続されている発光素子モジュールであって、
    上記支持部材は、上記第１のリードの厚み方向における一方側の面を覆うとともに、上記搭載面を露出させるように形成された保護部を有しており、
    上記保護部は、上記ワイヤが延びる方向において、上記ダイボンディング部から遠ざかるにつれて厚みが薄くなる傾斜部を有しているとともに、
    上記ダイボンディング部が、上記厚み方向において、上記第１のリードの上記保護部に覆われている部分よりも一方側に膨出しており、
    上記第２リードの上記ボンディング部の表面は上記厚み方向において上記第１リードの上記ダイボンディング部の表面よりも他方側に位置しており、
    上記傾斜部は、上記ダイボンディング部の表面よりも上記厚み方向において他方側に位置していることを特徴とする、発光素子モジュール。
  2. 上記傾斜部が、上記厚み方向視において上記第２のリードの一部と重なるように形成されている、請求項１に記載の発光素子モジュール。
  3. 上記ボンディング部の上記厚み方向における一方側に金属メッキが施されている、請求項１または２に記載の発光素子モジュール。
  4. 上記第１の電極端子が上記ダイボンディング部に接合されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の発光素子モジュール。
  5. 上記第１の電極端子が上記厚み方向における上記発光素子の一方側に形成されており、
    上記第１のリードは、上記第１の電極端子と追加のワイヤを介してワイヤボンディングされるワイヤボンディング部を有しており、
    上記保護部は、上記ワイヤボンディング部を露出させるように形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の発光素子モジュール。
  6. 上記保護部は、上記追加のワイヤが延びる方向において、上記ダイボンディング部から遠ざかるにつれて厚みが薄くなる追加の傾斜部を有している、請求項５に記載の発光素子モジュール。
  7. 上記ワイヤボンディング部の上記厚み方向における一方側に金属メッキが施されている、請求項５または６に記載の発光素子モジュール。
  8. 上記支持部材は、上記発光素子が発光する光を反射する樹脂により形成されており、かつ、上記厚み方向と直交する方向において上記発光素子から遠ざかるにつれて上記厚み方向において上記発光素子から遠ざかるように傾斜する反射面を備えている、請求項１ないし７のいずれかに記載の発光素子モジュール。
  9. 上記反射面は、上記厚み方向視において上記発光素子を囲む枠状に形成されており、
    上記保護部は、上記反射面と繋がるように形成されている、請求項８に記載の発光素子モジュール。
  10. 上記厚み方向視における上記反射面の内周は長矩形状であり、その短手方向における中央に上記ダイボンディング部が配置されている、請求項９に記載の発光素子モジュール。
  11. 上記厚み方向視における上記反射面の内周は長矩形状であり、その長手方向における中央に上記ダイボンディング部が配置されている、請求項９または１０に記載の発光素子モジュール。
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