JP4885191B2 - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関するものであって、より詳細には、熱放出効果を極大化させることのできるＬＥＤパッケージに関するものである。

近年、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体材料を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）素子が開発され、多様な色で発光することのできる発光源の具現が可能となった。このようなＬＥＤを含む製品の特性とは、色、輝度及び光変換効率などの要素によって決定されるものである。このようなＬＥＤ製品の特性は、第一には、ＬＥＤ素子に使われている化合物半導体材料及びその構造によって決定されるが、第２の要素としては、ＬＥＤチップを実装するためのパッケージ等の構造により、大きな影響を受けるものである。

使用者の要求に応じた発光効果を得るためには、ＬＥＤチップの材料または構造などの第一の要素以外にも、ＬＥＤパッケージのパッケージ構造及びそれに使われる材料などを改善する必要がある。

特に、ＬＥＤパッケージの使用範囲が室内及び室外照明装置、自動車ヘッドライト、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライトユニット等、多様な分野へと拡大されていくにつれて、高効率、高熱放出特性を有することが求められるようになった。

ＬＥＤチップから発生する熱がＬＥＤパッケージから効率良く放出されなければ、ＬＥＤチップ自体の温度が高くなってしまい、ＬＥＤチップの特性が劣化して寿命が減るおそれがある。そのため、高出力ＬＥＤパッケージにおいては、ＬＥＤチップから発生する熱を効率良く放出させるための新たな方法が求められていた。

前記ＬＥＤパッケージを照明装置またはバックライトユニットへ適用する場合、ＬＥＤパッケージの出射光の指向角を確保することが重要であり、そのためにはＬＥＤチップを最小化することが求められる。そこで、樹脂材質であるパッケージモールド部にキャビティを設けて、該キャビティ内にＬＥＤチップを実装することとした。

しかしながら、この場合、樹脂材質のパッケージモールド部が長時間にわたって高温及び高出力の光に晒されることによって、パッケージモールド部が変色してしまうという問題があった。そのため、ＬＥＤパッケージの輝度が低下し、ＬＥＤパッケージの寿命が短縮されてしまうという不都合があった。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、本発明は、放熱体の外周面に放射状に突設した多数の放熱フィンを備え、熱放出効果を極大化することのできるＬＥＤパッケージを提供することをその目的の一つとする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の好適な実施の形態によるＬＥＤパッケージは、外周面に放射状に突設した多数の放熱フィンを備え、該放熱フィン間にモールディング材充填空間が設けられた放熱体と、前記放熱体の上面に取り付けられ、キャビティが設けられたパッケージボディと、前記放熱体の上部から両側へ延設された一対のリードフレームと、前記キャビティ内に実装されたＬＥＤチップとを含み、
前記モールディング材充填空間の一部にモールディング材が充填されて前記放熱フィンの端部が露出されることを特徴とする。

前記パッケージボディは、金属材質により形成することができる。また、前記キャビティの内側面は、傾斜状に設けることができる。

前記リードフレームは、前記放熱体の上部に備えられる取り付け部と、該取り付け部の終端から垂直方向へ延びて折り曲げられる外側折曲部と、該外側折曲部の終端から垂直方向へ延びて折り曲げられる下端折曲部とを含むことができる。

前記キャビティ内には、前記ＬＥＤチップを保護するための充填材が塗布されることができる。また、前記充填材は、透光性樹脂から形成されることができる。また、前記充填材上に、さらに蛍光体が塗布されることも可能である。前記モールディング材は、前記放熱体の上面及び下面に形成され、前記放熱体の上面に形成されるモールディング材は、前記リードフレームの一部を包むように形成される。

前記モールディング材は、前記放熱フィンの端部を露出させるように、前記モールディング材充填空間の一部に充填されるものとすることができる。前記リードフレームの上面には、さらに、該リードフレームを固定するモールディング固定部を備えることができる。また、前記ＬＥＤチップと前記リードフレームとの間を電気的に接続するためのワイヤがさらに含まれる。また、前記放熱体の上部に結合するレンズをさらに含むことができる。

以上において説明したように、本発明のＬＥＤパッケージによれば、放熱体の外周面に放射状に突設した多数の放熱フィンを備え、外部空気に接触する面積を増加させることによって、ＬＥＤパッケージの熱放出効果を極大化させることができる。

また、金属材質からなるパッケージボディにキャビティを設け、ＬＥＤチップをキャビティ内に実装することによって、ＬＥＤパッケージの輝度の低下及び寿命の短縮を防止し、照明装置やバックライトユニット等のように高出力を必要とする分野に多岐にわたって適用可能となるＬＥＤパッケージを実現することができる。

本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態から一層明らかにされるであろう。

図１〜図５を参照して、本発明の好適な実施の形態によるＬＥＤパッケージについて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージに対する分解斜視図である。図２ａは、本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージに対する側面図であり、図２ｂは、本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージのパッケージボディに対する概略的な平面図である。図３ａは、本発明の実施の形態による放熱体の上面にパッケージボディが取り付けられる製作過程に対する平面図で、図３ｂは、図３ａの正面図である。図４ａは、本発明の実施の形態によるパッケージボディが取り付けられた放熱体の両側上部にリードフレームが設けられる製作過程に対する平面図で、図４ｂは、図４ａの正面図である。図５ａは、本発明の実施の形態による上面にパッケージボディが取り付けられ、両側上部にリードフレームが設けられた放熱体にモールディング材が注入される製作過程に対する平面図で、図５ｂは、図５ａの正面図である。

本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージ１００は、図１に示すように、放熱フィン１１３が設けられた放熱体１１０と、その放熱体１１０の上面に取り付けられるパッケージボディ１２０と、放熱体１１０の上部から両側へ延設されたリードフレーム１３０と、ＬＥＤチップ１４０と、を含んで形成されるものである。

そして、図２ａ及び図２ｂに示すように、パッケージボディ１２０の一部分にキャビティ１２３が設けられ、キャビティ１２３内には、ＬＥＤチップ１４０が実装され、充填材１４３が充填され蛍光体１４５が塗布されている。また、ＬＥＤチップ１４０とリードフレーム１３０は、ワイヤ１５０によってボンディングされ、互いに電気的に接続されている。これに対する詳細は後述することにする。

まず、図３ａ及び図３ｂに示すように、放熱体１１０の外周面には、放射状に突設した多数の放熱フィン１１３が等間隔で設けられる。ここで、放熱フィン１１３は、化学薬品による腐食作用を応用した表面加工法であるエッチングまたはモールディング加工により設けることができるものである。

また、放熱フィン１１３間には、後の工程においてモールディング材１１７が充填されるモールディング材充填空間１１５が設けられるものであって、モールディング材１１７はモールディング材充填空間１１５の一部に充填される。すなわち、放熱フィン１１３の端部はモールディング材１１７の外部に露出することとなり、それによって、外部空気と接触する面積が増加し、ＬＥＤパッケージ１００の熱放出効果が極大化される。

また、放熱体１１０の上面には、パッケージボディ１２０が取り付けられ、そのパッケージボディ１２０の一部分には、後にＬＥＤチップ１４０が実装されるべきキャビティ１２３がエッチングまたはパンチング加工によって設けられる。

この時、キャビティ１２３の内側面は、ＬＥＤチップ１４０から発せられる光を外部に効率良く放出することができるように傾斜状に設けられることが望ましい。

そして、パッケージボディ１２０は金属材質からなるものであって、これは、パッケージボディ１２０に設けられるキャビティ１２３の内側面がＬＥＤチップ１４０によって高温で長時間露出したとしてもあまり変色を生じさせず、ＬＥＤパッケージ１００の輝度の低下を防止することができる。これによって、ＬＥＤパッケージ１００の寿命を延ばすことができるし、高出力なＬＥＤパッケージ１００へ適用することも可能である。

また、パッケージボディ１２０の下面は基板１２５から構成される。基板１２５は、キャビティ１２３内に実装されるＬＥＤチップ１４０が発光する際に発生する熱を放熱体１１０へ伝達する役割をする。そのため、基板１２５は、熱伝導性に優れた金属であることが望ましく、例えば銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケル及びタングステンからなることが望ましい。

そして、図４ａ及び図４ｂに示すように、パッケージボディ１２０が取り付けられた放熱体の上部両側には、一対のリードフレーム１３０が設けられる。ここでリードフレーム１３０は、放熱体１１０の上部に備えられる取り付け部１３１と、その取り付け部１３１の終端から垂直方向、即ち放熱体１１０の外側長手方向に沿って延びて折り曲げられた外側折曲部１３２と、その外側折曲部１３２の終端から垂直方向へ延びて折り曲げられた下端折曲部１３３とから構成されている。

そして、リードフレーム１３０は、キャビティ１２３内に実装されるＬＥＤチップ１４０から発生した熱を効率良く放出させるために、熱伝導特性に優れた銅（Ｃｕ）等からなることが望ましい。

次に、図５ａ及び図５ｂに示すように、放熱体１１０に備えられた放熱フィン１１３間に設けられたモールディング材充填空間１１５と、放熱体１１０の下面及び上面と、リードフレーム１３０間に、モールディング材１１７が充填される。また、リードフレーム１３０の取り付け部１３１の上面には、リードフレーム１３０を一体に固定させるモールディング固定部１３５がさらに設けられる。

ここで、放熱フィン１１３間に設けられたモールディング材充填空間１１５に充填されるモールディング材１１７は、前述のように、モールディング材充填空間１１５の一部にのみ充填されなければならない。そのため、モールディング材充填空間１１５へのモールディング材１１７の充填する際には、放熱体１１０の外側に、別途作製された外金型（図示せず）を備えてモールディング材１１７を充填することができるようにする。

この場合、前記外金型の内側面には、放熱フィン１１３間に設けられたモールディング材充填空間１１５の一部に収容されることができるように、多数の溝がモールディング材充填空間１１５に対応する位置に設けられている。

従って、前記外金型が放熱体１１０の外側を覆いかぶせるようにすると、前記溝がモールディング材充填空間１１５の一部分に収容され、モールディング材充填空間１１５には前記溝の収容された空間を除いた空きが設けられることになる。

そのようにして設けられた空き部分にモールディング材１１７を充填した後、モールディング材１１７が硬化する前に、放熱体１１０から前記外金型を分離させると、図５ａに示されたように、モールディング材１１７はモールディング材充填空間１１５の一部にのみ充填され、放熱フィン１１３の終端がモールディング材１１７の外側部分に露出するかたちになる。よって、ＬＥＤチップ１４０から発生した熱は、放熱フィン１１３を通じて外部へ効率よく放出されることができる。

前述のように、放熱フィン１１３間に設けられたモールディング材充填空間１１５及び放熱体１１０の下面及び上面、及びリードフレーム１３０間にモールディング材１１７を充填させた後、図１及び図２ａに示すように、キャビティ１２３内にＬＥＤチップ１４０を実装する。この時、ＬＥＤチップ１４０は、通常の方式のＬＥＤチップが適用され、望ましくはＧａＮ系列のＬＥＤチップが用いられる。

そして、ＬＥＤチップ１４０とリードフレーム１３０の取り付け部１３１の上面とをワイヤ１５０でボンディングして、互いに電気的に接続させる。ここで、ワイヤ１５０は取り付け部１３１に備えられたモールディング固定部１３５を除いたリードフレーム１３０の一部分に取り付けられることが望ましく、ワイヤ１５０の材料としては主に金（Ａｕ）から成るものとする。

そして、キャビティ１２３内には、ＬＥＤチップ１４０を保護する充填材１４３が塗布される。充填材１４３の材料としては、透光性に優れた透光性樹脂であって、例えばシリコン樹脂またはエポキシ樹脂などが用いられることが望ましい。

また、充填材１４３上には、バックライトユニットに供される光源が白色光として現れるようにするために、少なくとも一つ以上の蛍光体１４５がさらに塗布されてもよい。この場合、ＬＥＤチップ１４０の発光時、ＬＥＤチップ１４０を構成する半導体素材の違いによって発生する、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長帯による光は、充填材１４３上に塗布された蛍光体１４５によって白色光に転換され、ＬＥＤパッケージ１００から発散されて白色光の光源として提供される。

そして、ＬＥＤチップ１４０とワイヤ１５０によって接続されたリードフレーム１３０の取り付け部１３１を覆う、即ち放熱体１１０の上部にＬＥＤチップ１４０から発生する光を広い指向角に発散するレンズ１６０が密着結合すると、図１に示すようなＬＥＤパッケージ１００が完成する。

このように、本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージ１００は、キャビティ１２３内に実装したＬＥＤチップ１４０に電源が供給されると、ＬＥＤチップ１４０から発生した熱は、リードフレーム１３０を通じて外部に放出されるか、またはその熱がパッケージボディ１２０の下面、即ち基板１２５を通じて放熱体１１０に伝達されて外部に放出されることができるようにしたものである。

また、放熱体１１０の外周面には放射状に突設した多数の放熱フィン１１３を備え、外部空気と接触する面積を増加させることによって、ＬＥＤパッケージ１００の熱放出効果を極大化させることができる。

今回開示された実施の形態は例示に過ぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージに対する分解斜視図である。 本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージを示した側面図である。 本発明の実施の形態によるＬＥＤパッケージのパッケージボディを概略的に示した平面図である。 本発明の実施の形態によるパッケージ製作過程のうち、放熱体の上面へのパッケージボディの取り付けの一工程を示した平面図である。 本発明の実施の形態にかかる図３ａの正面図である。 本発明の実施の形態によるパッケージ製作過程のうち、パッケージボディが取り付けられた放熱体の両側上部にリードフレームが設けられる一工程を示した平面図である。 図４ａの正面図である。 本発明の実施の形態によるパッケージ製作過程のうち、上面にパッケージボディが取り付けられ、両側上部にリードフレームが設けられた放熱体に、モールディング材が注入される一工程を示した平面図である。 図５ａの正面図である。

符号の説明

１００ ＬＥＤパッケージ
１１０ 放熱体
１１３ 放熱フィン
１１７ モールディング材
１２０ パッケージボディ
１２３ キャビティ
１２５ 基板
１３０ リードフレーム
１３１ 取り付け部
１３２ 外側折曲部
１３３ 下面折曲部
１３５ モールディング固定部
１４０ ＬＥＤチップ
１４３ 充填材
１４５ 蛍光体
１５０ ワイヤ
１６０ レンズ

Claims (11)

1. 外周面に放射状に突設した多数の放熱フィンを備え、該放熱フィン間にモールディング材充填空間が設けられた放熱体と、
   前記放熱体の上面に取り付けられ、キャビティが設けられたパッケージボディと、
   前記放熱体の上部から両側へ延設された一対のリードフレームと、
   前記キャビティ内に実装されるＬＥＤチップと、
   を含み、
   前記モールディング材充填空間の一部にモールディング材が充填されて前記放熱フィンの端部が露出されることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記パッケージボディが、金属材質からなることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記キャビティの内側面は、傾斜状に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記リードフレームが、前記放熱体の上部に位置する取り付け部と、該取り付け部の終端から垂直方向へ延びて折り曲げられる外側折曲部と、該外側折曲部の終端から垂直方向へ延びて折り曲げられる下端折曲部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記キャビティ内には、前記ＬＥＤチップを保護するための充填材が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
6. 前記充填材が、透光性樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージ。
7. 前記充填材上に蛍光体がさらに塗布されていることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージ。
8. 前記モールディング材は、前記放熱体の上面及び下面に形成され、前記放熱体の上面に形成されるモールディング材は、前記リードフレームの一部を包むように形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
9. 前記リードフレームの上面には、前記リードフレームを固定するモールディング固定部がさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
10. 前記ＬＥＤチップと前記リードフレームとの電気的接続のためのワイヤをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
11. 前記放熱体の上部に結合するレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。

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