JP6171295B2

JP6171295B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP6171295B2
Application number: JP2012213318A
Authority: JP
Inventors: 篤史板東; 岡田　聡; 岡田　　聡
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP2014067933A

Description

本発明は、発光素子が搭載された発光装置に関する。

従来より、発光素子を載置するパッド部とワイヤボンディング部とが凸状とされたリードフレームと、その周囲を高反射性の樹脂で充填することが開示されている。例えば、特許文献１では厚さが一様のリードフレームを折り曲げて凸としており、特許文献２及び特許文献３ではリードフレームの厚さを変化させて凸としている。このような発光装置では、リードフレームの上面のうち、凸状部分以外が樹脂に覆われているため、高い反射率を得ることができる。

特表２００２−５２０８２３号公報特表２０１１−５１７１２５号公報特開２０１０−１３５７１８号公報

リードフレームに設けられた凸部の上面を露出させて、その周囲を樹脂で覆うためには、金型に樹脂を流し込んで成形する際に、金型にリードフレームの凸部の上面を接触させて成形することで形成することができる。しかしながら、このような構成ではリードフレームの凸部の上面のみを金型で押さえるため、この押さえ部分が小さくなり、樹脂充填の際の樹脂バリが生じやすくなり、これにより露出させたい面が安定的に露出されないという問題があった。

そこで本発明は、成形時に樹脂バリの生じにくい発光装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。

本発明は、樹脂を含んでなる成形部材と、前記成形部材の内部に配置された１つ以上のリードフレームとを有する発光装置であって、前記成形部材は凹部を有しており、前記リードフレームの少なくとも１つは上面に凸部を有し、前記凸部は、前記凹部の底面においてその上面が露出され、かつ、その側面が前記成形部材により囲まれた第１凸部と、前記凹部の底面においてその上面の一部が露出され、かつ、その側面の一部が前記成形部材の側面から露出される第２凸部とを有することを特徴とする発光装置である。

また、本発明は、前記第１凸部の上面にワイヤが接続されてなることを特徴とする上記した発光装置である。

また、本発明は、前記第１凸部の上面に発光素子が載置されてなることを特徴とする上記した発光装置である。

また、本発明は、前記第２凸部は、平面視において前記凹部の底面において線対称の位置に少なくとも一対設けられていることを特徴とする上記した発光装置である。

また、本発明は、前記成形部材は熱硬化性樹脂からなることを特徴とする上記した発光装置である。

また、本発明は、前記成形部材の表面と前記凸部の上面とが同一平面上にあることを特徴とする上記した発光装置である。

また、本発明は、前記凸部の上面が、前成形部材の表面から突出していることを特徴とする上記した発光装置である。

また、本発明は、前記第２凸部の上面にワイヤが接続されてなることを特徴とする上記した発光装置である。

本発明によれば、成形時に樹脂バリの生じにくい発光装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る発光装置１００の斜視図である。本発明の実施形態に係る発光装置１００の平面図である。発光装置１００のリードフレームを説明するための透過図である。図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。発光装置１００の成形部材及びリードフレームを示す平面図である。発光装置１００の底面と側面を示す斜視図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）は本発明の実施形態に係るリードフレーム２８を示す平面図である。

以下、本発明に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
なお、以下の説明では必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る発光装置１００の斜視図であり、図２は発光装置１００の平面図であり、図３は発光装置１００のリードフレームを説明するための透過図であり、図４は図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。また、図５は、図２に示す発光装置１００のうち発光素子５０とワイヤ４２、保護素子６０の記載を省略した平面図であり、すなわち発光装置１００の成形部材１０及び一対のリードフレーム２０、２２を示す。図６は、発光装置１００の底面と側面を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る発光装置１００は、図１〜図６に示すように、樹脂を含んでなる成形部材１０と、成形部材１０の内部に配置された１つ以上のリードフレーム２０、２２とを有している。本実施形態ではリードフレーム２０、２２の２つのリードフレームを有しており、図４に示すようにリードフレーム２０の表面（上部）に形成された凸部２０ａ及び２０ｂに、それぞれ発光素子５０が固定部材（図示せず）により固定されており、リードフレーム２２の上面に形成された凸部２２ａに保護素子６０が導電性の固定部材（図示せず）により固定されている。

図３は、リードフレーム２０、２２の形状を説明するために成形部材１０を透過して示した図である。図３に示すように、リードフレーム２０、２２の少なくとも１つは上面に凸部を有し、リードフレーム２０、２２の下面は成形部材１０から外部に露出されている。成形部材１０は、図１及び図５に示すように、底面１４と側面１６とを有する凹部を形成しており、底面１４において凸部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６が露出されている。

ここで、本実施形態においては、凸部は、その側面の全周が成形部材により囲まれ、上面が成形部材から露出された第１凸部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２２ａ、２２ｂと、上面の一部が成形部材から露出され、かつ側面の一部が成形部材１０の側面２１から露出される第２凸部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６と、を有している。

本実施形態における第１凸部は、成形部材１０の底面１４において、凸部の上面が浮島状に露出するように形成されている。つまり、凸部の上面以外、すなわち側面の全周が成形部材により被覆されている。図３で示されるように、第１凸部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、成形部材１０の内部で繋がっており、１つのリードフレーム２０を形成する。第１凸部２０a、２０ｂの上面には、発光素子５０が載置されている。すなわち、第１凸部２０ａ及び２０ｂの上面は、発光素子実装パターンとして機能する。

また、第１凸部２２ａの上面には、保護素子６０が載置されており、第１凸部２２ａの上面は、保護素子実装パターンとして機能する。

さらに、図１及び図２に示されるように、第１凸部２０ｃ、２２ｂの上面は発光素子５０の電極とワイヤ４２によって接続される領域とされており、第１凸部２０ｄの上面は保護素子６０の電極とワイヤ４２とによって接続される領域とされている。すなわち、第１凸部２０ｃ、２２ｄ、２０ｄはワイヤボンド用のパターンとして機能する。このように、本実施形態では、発光素子５０の載置領域の周囲は成形部材により被覆されているため、高い反射率を得ることができる。

第２凸部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６は、第１凸部と同様にその上面が凹部の底面１４において露出されているが、第１凸部のようにその側面の周囲が成形部材により被覆されているのではなく、図１および図３に示されるように、その側面の一部が成形部材１０の側面２１から露出されている。

第２凸部の上面は、凹部の側面１６に接するように配置されることが好ましい。図１および図３に示されるように、第２凸部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６の上面は、その一部が底面１４にて露出されており、その一部が凹部の側面１６から成形部材１０の内部に埋設されている。成形部材１０に埋設された第２凸部は成形部材１０の側面２１まで貫通して露出されている。
このように、第２凸部は成形部材１０内に埋め込まれて成形部材１０の外側面まで貫通して成形部材１０に固定されて配置されているため、金型で第２凸部を押さえる際に安定して押さえることができる。

また、本実施形態において、第２凸部の上面には、発光素子等の半導体素子が配置されておらず、ワイヤも接続されていない。このように、半導体素子が搭載される凸部やワイヤボンディング面となる凸部を島状に独立させて、成形部材１０の側面２１から露出される凸部と切り離すことにより、側面２１に応力がかかったとしても、半導体素子やワイヤに応力がかかりにくくすることができ、信頼性の高い発光装置とすることができる。

第１凸部及び第２凸部の上面は、成形部材１０の表面（底面１４）と略同一平面に配置されている。このため、成形部材１０を成形する際に、金型に第１凸部の上面のみならず、第２凸部の上面の一部を接触させて成形することができる。これにより同一平面上において金型と接する面が多くなるため金型押さえが安定し、露出させたい面を安定的に露出させることができる。なお、第２凸部は、成形部材１０の凹部底面の外周に２箇所以上設けることが好ましく、特に、図１に示すように４箇所以上設けることが好ましい。

本実施形態において、第２凸部２４ａおよび２４ｂは図２に示すように、平面視したときに凹部の底面１４において線対称の位置に少なくとも一対設けられている。これにより、金型で押さえる箇所が凹部の底面１４の領域内で偏ることがないため、安定した成形が可能となる。
本実施形態では、第２凸部２４ｃおよび２６もまた、図２に示すように平面視したときに凹部の底面１４において線対称の位置に配置されている。このように２対設けることで、より成形性を向上させることができる。

第１凸部および第２凸部の上面は、略同一平面上にある。このような凸部は、平板状のリードフレームに、エッチングやプレスにより凸部と凸部の間の隙間（凹部）を形成することで設けることができる。

第１凸部および第２凸部は、好ましくは、高さ（図４、図５のｚ方向）が、リードフレーム２０の厚みの略半分もしくはそれよりも小さい。具体的には、リードフレームから突出されている部分の高さが０．２ｍｍ以下、さらには０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。

第１凸部の縦（図４、図５のｘ方向）及び上面の横（図４、図５のｙ方向）は、上面に載置される発光素子５０、保護素子６０、ワイヤ４２等の接着に十分な面積となるように設定することが好ましい。発光素子５０を載置する場合には、発光素子５０の底面の面積が、第１凸部２０ａ、２０ｂ、２２ａそれぞれの面積に対して５０％〜１５０％であることが好ましい。これによって、良好な放熱性と良好な発光素子実装性とを両立させることができる。ワイヤ４２が接合される第１凸部２０ｃ、２０ｄ、２２ｂの面積は、発光素子５０が載置される第１凸部２０ａ、２０ｂのそれぞれの面積又はリードフレーム２２側に載置される保護素子６０が載置される第１凸部２２ａの面積と略同一か、それよりも小さくてもよい。

底面１４において露出される全ての凸部の上面の面積の和（すなわち、第１凸部及び第２凸部の上面のうち、底面１４において露出されている部分の面積）は、底面１４の面積に対して、１５％〜３０％であることが好ましく、２０〜２５％であることがより好ましい。これによって、樹脂成形の安定性と光反射性とを両立させることができる。なお、第２凸部の上面は、半導体素子の実装パターンとして用いてもよいし、半導体素子の電極とワイヤにより接続されるワイヤボンド用パターンとして用いてもよい。

このような、複数のリードフレーム２０、２２及びこれらの複数のリードフレームを保持する成形部材は、通常、単一の金属板から形成されたリードフレーム２８を用いて形成される。つまり、リードフレーム２０及び２２は、図７（Ａ）に示されるように、１枚の金属板から、エッチング加工やプレス加工（打ち抜き加工）等により形成されるため、形成された当該リードフレーム２８は、後に第２凸部となる部分である２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６により連結されて隣り合うリードフレーム２０、２２と繋がっている。

このリードフレーム２８を金型内に配置して、例えばトランスファーモールド法により樹脂を流し込んで成形部材１０を形成する際に、金型に第１の凸部の上面及び第２凸部の上面を接触させることで形成することができる。金型は、例えば上型と下型とから成る分離可能な金型を用いることが作業性向上のために好ましい。

図７（Ｂ）は、成形部材１０で樹脂成形されたリードフレーム２８（発光装置の集合体）を示す図である。成形部材１０は図７（Ｂ）で図示される点線で示す分離部にて切断されて個片化され、この際に第２凸部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６が個々の成形部材１０の側面から露出され、発光装置１００となる。

以下、発光装置１００の構成部材について詳述する。
（リードフレーム２０、２２）

リードフレーム２０、２２は例えば、鉄、リン青銅、銅合金、クラッド材等の電気良導体を用いて形成される。また、必要に応じて、例えば反射率向上を目的に銀、アルミニウム、銅及び金などの金属メッキをすることができる。

本実施形態では、発光素子５０の載置面とワイヤ４２が接続される部分以外の部分は、極力成形部材１０に埋設されており、リードフレーム２０及び２２の表面が露出されない構成とされている。これにより、成形材料１０よりも発光素子からの光の反射率が低い材料を用いる場合であっても、反射率の高い成形部材を用いることで、発光素子５０からの光を効率よく反射させて外部に取り出すことが可能となり、発光効率の高い発光装置とすることができる。

通電することにより、発光素子５０を発光させた際に生ずる発熱は、凸部２０ａ、２０ｂの上面を介してリードフレーム２０内を伝導する。発光素子５０の直下においてリードフレーム２０の底面（下面）が成形部材１０から露出していることで、効率的に放熱することができる。図４に示すように、発光素子５０が載置された凸部２０ａ及び２０ｂは、発光素子５０の載置面と対向する面（裏面）が、成形部材１０から露出していることが好ましい。

（成形部材１０）
成形部材１０は、リードフレーム２０及び２２をその内部に配置させる部材であり、樹脂を含有して成る。透光性の樹脂に光反射性物質を高充填したものを使用することが好ましい。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂を用いるが熱硬化性樹脂を用いるのが好ましく、そのうち、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、フェノール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い。

熱硬化性樹脂は高温で劣化しにくいため好適に用いられるが、熱可塑性樹脂よりも樹脂の粘度が低いため、金型での成形時に樹脂バリが発生しやすいが、本実施形態によれば樹脂バリの発生を少なくすることができる。

なお、本実施形態において第１凸部および第２凸部の上面は、成形部材の表面と同一面上になるように形成されているが、成形部材の表面（凹部の底面１４）から突出するように形成してもよい。この場合には、金型形状を調整して凸部の上面が底面１４よりも突出するように成形部材を形成してもよいし、同一平面上に露出された凸部の上面にめっき処理をしてめっき層を形成することにより、底面１４よりも突出させてもよい。

めっき層は、例えば、銀、金、ニッケル、パラジウム、銅、錫等より選択される金属めっきまたはこれらを組み合わせた合金めっきより成る。好ましくは反射率の高い銀や、ワイヤと良好な密着性を有する金を選択する。めっき層は成形部材１０を形成後、電解めっきにより形成することで、凸部の上面にのみ選択的に形成することができる。

成形部材１０に形成される凹部は外上面側から見て、略円形形状、略楕円形状、略四角形形状、略多角形形状及びこれらの組み合わせなど種々の形状を採ることができる。凹部は開口方向に拡がる形状となっていることが好ましいが、筒状を含む他の形状であってもよい。

（発光素子５０）
発光素子５０としては、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子が好適に用いられる。例えば、基板上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、発光層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。
発光素子５０は、フェイスアップ構造のものを使用することができる他、フェイスダウン構造のものも使用することができる。発光素子５０の大きさは特に限定されない。また、発光素子５０は、１つであっても良いし、複数個使用してもよい。複数使用する場合には、全て同種類のものでもよく、光の三原色となる赤・緑・青の発光色を示す異種類のものでもよい。

発光素子５０は、Ａｕ−Ｓｎ合金等を用いた共晶接合で固定されることが好ましい。金属材料により発光素子を接合することで、樹脂材料で生じるような熱や光による変色劣化が生じないため、光出力の減少を抑制することができる。また、金属材料であることから発光素子から生じる熱の放熱性にも優れており、高温動作にも耐えうる発光装置とすることができる。
なお、発光素子の固定は共晶接合に限られず、例えば、エポキシ、シリコーン等の樹脂、銀、金、パラジウム等の導電性ペースト、低融点を有する金属等のろう材等の固定部材を用いることができる。樹脂に、金、銀、銅やカーボンなどの導電性材料を含有させることにより電気的接続をとることもできる。

発光素子５０は、リードフレーム２０、２２と電気的に接続されている。好ましい接続形態の１つは、図示するように、第１凸部の上面と発光素子５０とをワイヤで接続することである。なお、ワイヤ４２は、電気伝導性を有する金属等の各種材料であってよい。好ましくは、金、銅、アルミニウム、または金合金、銀合金などからなる。

なお、発光素子５０はリードフレームの第１凸部の上面に載置されていることが好ましいが、リードフレームではなく、成形部材１０に載置されていてもよい。

（保護素子６０）
保護素子６０は、通常、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、発光素子に印加される逆方向の電圧を短絡したり、発光素子の動作電圧より高い所定の電圧以上の順方向電圧を短絡したりさせることができる素子、つまり、過熱、過電圧、過電流、保護回路、静電保護素子等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタのダイオード等が利用できる。

保護素子６０を接合する接合部材（図示しない）は、発光素子５０の固定と同様の部材を用いることができる。

（封止部材１８）
成形部材１０により形成される凹部は、図４で図示されるように、好ましくは封止部材により満たされている。なお、説明をわかり易くするために、図１及び図２では封止部材は省略されている。

封止部材１８の材質は、例えば熱可塑性樹脂、また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。

封止部材１８は、所定の機能を持たせるため、フィラー、拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質からなる群から選択される少なくとも１種を混合することもできる。封止部材１８中には拡散剤を含有させてもよい。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等を好適に用いることができる。また、所望外の波長をカットする目的で、封止部材１８に有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることができる。さらに、封止部材１８は、発光素子５０からの光を吸収し、波長変換する蛍光物質を含有させることもできる。

１００発光装置
１０成形部材
１４凹部の底面
１６凹部の側面
１８封止部材
２０、２２、２８リードフレーム
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２２ａ、２２ｂ第１凸部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６第２凸部
２１成形部材の側面
４２ワイヤ
５０発光素子
６０保護素子

Claims

樹脂を含んでなる成形部材と、前記成形部材の内部に配置された第１リードフレームおよび第２リードフレームと、を有する発光装置であって、
前記発光装置は前記成形部材の内側面と前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームそれぞれの上面の一部とで構成される凹部を有しており、
前記第１リードフレームは、前記凹部の底面において上面が露出され、かつ、側面の全周が前記成形部材により囲まれた少なくとも１つの第１凸部と、前記凹部の底面において上面の一部が露出され、前記上面の他の一部が前記凹部の側面から前記成形部材の内部に埋設され、かつ、側面の一部が前記成形部材の外側面から露出される少なくとも１つの第２凸部とを有し、
前記少なくとも１つの第１凸部のいずれかの第１凸部の上面に発光素子が実装され、
前記凹部の底面において、前記少なくとも１つの第１凸部の上面と前記少なくとも１つの前記第２凸部の上面とは、前記成形部材の一部を介して離間している発光装置。
前記少なくとも１つの第１凸部の１つの第１凸部の上面にワイヤが接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記少なくとも１つの第２凸部は、平面視において前記凹部の底面において線対称の位置に少なくとも一対設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
前記成形部材に含まれる樹脂は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記少なくとも１つの第１凸部の上面と前記少なくとも１つの第２凸部の上面とが、前記成形部材の表面と同一平面上にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記少なくとも１つの第１凸部の上面と前記少なくとも１つの第２凸部の上面とが、前記成形部材の表面から突出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記少なくとも１つの第２凸部の１つの第２凸部の上面にワイヤが接続されてなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。