JP2008118107A - 発光ダイオードパッケージ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱分散効率を高めることができる発光ダイオードパッケージ構造を提供する。
【解決手段】本発明は発光ダイオードパッケージ構造に係わり、リードフレームと、発光ダイオードチップ及び回路基板を備える。リードフレームは、第一リード及び第二リードを備え、発光ダイオードチップは、第一リードの上に配置されており、且つ第一リード及び第二リードに電気的に接続する。回路基板は、リードフレームの上に配置されており、且つ第一リード及び第二リードに電気的に接続する。回路基板と発光ダイオードチップは、リードフレームの同一の片側に位置する。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明はパッケージ構造に係り、特に発光ダイオードパッケージ構造に関する。

図１を参照する。従来の発光ダイオードパッケージ構造１００は、金属塊１２０と、リードフレーム１３０と、発光ダイオードチップ１４０及びレンズ１５０を備える。発光ダイオードチップ１４０は、導電グルー１７０により、金属塊１２０の上に粘着されており、且つ発光ダイオードチップ１４０は、導電グルー１７０、金属塊１２０及びボンディングワイヤー１８０ａにより、リードフレーム１３０の第一リード１３２に電気的に接続し、且つボンディングワイヤー１８０ｂにより、リードフレーム１３０の第二リード１３４に電気的に接続される。レンズ１５０は、発光ダイオードチップ１４０を覆う。しかし、実際の応用状態において、前記パッケージ構造１００は、回路基板１１０を組み合わせて使わなければならなく、回路基板１１０は、回路層１１２を有し、金属塊１２０は、熱伝導軟膏１６０により、回路層１１２の上に貼り付けられるとともに、リードフレーム１３０は、回路層１１２の上に溶接される。

発光ダイオードチップ１４０が生ずる熱は、主に導電グルー１７０、金属塊１２０、熱伝導軟膏１６０を介して回路基板１１０に伝えられることになる。そして、さらに回路基板１１０を介して外界に熱が伝えられる。しかし、熱分散経路が長すぎ、且つ各素子の間の密着度が優れじゃないため、熱分散の効果がわりに劣る。もし熱伝導軟膏によって各素子の間の密着度を昇格すると、熱抵抗をさらに増加する。しかも、コストがわりに低いＦＲ４印刷回路基板を回路基板１１０とする時、其の自身の熱抵抗が大きく、熱分散の需要を満たすことができないから、熱分散の効率を高めるため、金属コア印刷回路基板（ＭＣＰＣＢ）を採用しなければならない。しかし、前記金属コア印刷回路基板のコストがわりに高いため、生産コストを増加する。又、金属コアの印刷回路基板は、アルミニウムなどの熱伝導金属を採用して製作するが、アルミニウム層と金属塊１２０との間にまた銅層（導電層）と誘電体層が有する。誘電体層の熱伝導係数がとても小さいため、少なくない熱抵抗を生成することができ、したがって熱分散の効率に影響を及ぼす。

発光ダイオードパッケージ構造１００を光源モジュールに用いる時、一般的に複数の異なる色を有する発光ダイオードパッケージ構造を条状の回路基板の上に溶接し、且つ前記回路基板の背面に熱伝導パッドを貼り、それから熱伝導パッドを熱分散パッド又は熱分散板と結合することにより、発光ダイオードパッケージ構造の温度を下げる目的に達する。

図２を参照する。従来の他の発光ダイオードパッケージ構造２００は、回路基板２１０と発光ダイオードチップ２２０とレンズ２３０とを備える。回路基板２１０は、回路層２１２を有し、発光ダイオードチップ２２０は、導電グルー２４０により、回路層２１２の上に粘着される。発光ダイオードチップ２２０は、導電グルー２４０により、回路層２１２の正極回路に電気的に接続し、且つボンディングワイヤー２５０により、回路層２１２の負極回路に電気的に接続する。レンズ２３０は、発光ダイオードチップ２２０を覆う。

発光ダイオードチップ２２０が生む熱は、導電グルー２４０を介して回路基板２１０に伝えられることになる。そして、さらに回路基板２１０を介して外界に熱が伝えられる。しかし、発光ダイオードチップ２２０は、直接に回路層２１２の上に粘着され、図１に示すように、金属塊１２０により、熱源を拡散しないため、熱分散の効率が悪くなる。又、コストがわりに低いＦＲ４印刷回路基板を回路基板２１０とする時、其の自身の熱抵抗が大きく、熱分散の需要を満たすことができないから、熱分散の効率を高めるため、金属コアの印刷回路基板を採用しなければならない。しかし、金属コアの印刷回路基板のコストがわりに高いため、パッケージ構造２００の生産コストを増加する。同様に、発光ダイオードパッケージ構造２００を光源モジュールに用いる時も、熱伝導パッドを熱分散パッド又は熱分散板と結合することにより、発光ダイオードパッケージ構造の温度を下げる目的に達することを必要とする。

本発明の目的は、前記課題を解決し、熱分散効率を高めることができる発光ダイオードパッケージ構造を提供することである。

上述の目的または他の目的を達成するため、本発明に係る発光ダイオードパッケージ構造は、リードフレームと発光ダイオードチップと回路基板とを備える。リードフレームは、第一リード及び第二リードを備え、発光ダイオードチップは、第一リードの上に配置されており、且つ第一リード及び第二リードに電気的に接続する。回路基板は、リードフレームの上に配置されており、且つ第一リード及び第二リードに電気的に接続する。回路基板と発光ダイオードチップは、リードフレームの同一の片側に位置する。前記回路基板は、リードフレームに向いた回路層を備える。

前記パッケージ構造は、ボンディングワイヤー及び導電粘着層をさらに備え、ボンディングワイヤーの両端は、別々に発光ダイオードチップ及び第二リードに接続し、導電粘着層は、発光ダイオードチップと第一リードの間に設置する。

前記回路基板は、開口を有し、且つ発光ダイオードチップは、該開口の内部に位置する。

前記第一リードの表面面積は、第二リードの表面面積より大きい。

前記回路基板は、開口を有し、第一リードと第二リードは、回路基板の片側から開口を経て、回路基板の他の片側に向かって伸びる。発光ダイオードチップは、回路基板の他の片側の部分の上に位置するように第一リードに配置する。

前記パッケージ構造は、回路基板の開口及び第一リードと第二リードとの間の隙間を全て充填し、且つ発光ダイオードチップを覆うコロイド（ｃｏｌｌｏｉｄ）をさらに備える。

前記発光ダイオードチップの上方に位置するコロイドの外表面にレンズ表面を形成する。

前記パッケージ構造は、コロイドの上に配置するレンズをさらに備える。前記パッケージ構造は、リードフレームと回路基板との間に設置する半田層をさらに備える。前記パッケージ構造は、発光ダイオードチップと第一リードとの間に設置する導電粘着層をさらに備える。

前記パッケージ構造は、熱分散器及び熱伝導パッドをさらに備え、熱分散器は、発光ダイオードが設置されていないリードフレームの表面に設置し、熱伝道パッドは、熱分散器とリードフレームとの間に設置する。

本発明は、第一リードの上に発光ダイオードチップを配置することにより、第一リードを介して発光ダイオードチップが生む熱が外界に分散され、熱分散経路が簡単になるので、熱抵抗を大幅に下げることができることになる。そのため、本発明のパッケージ構造は、高い熱分散効率を有する。

以下、図面を参照しながら、具体的な実施例を詳しく説明し、これにより、本発明の上述の目的と他の目的、特徴及び長所が、より容易に理解できる。

図３Ａと図３Ｂを参照する。本実施形態の発光ダイオードパッケージ構造３００は、リードフレーム３１０と発光ダイオードチップ３２０と回路基板３３０とを備える。リードフレーム３１０は、第一リード３１２及び第二リード３１４を備え、第一リード３１２の表面面積は、第二リード３１４の表面面積より大きい。発光ダイオードチップ３２０は、第一リード３１２の上に配置されており、且つ第一リード３１２及び第二リード３１４に電気的に接続する。発光ダイオードチップ３２０と第一リード３１２との間に導電粘着層３５０を設置することにより、発光ダイオードチップ３２０が第一リード３１２に電気的に接続する。導電粘着層３５０は、例えば、導電グルーである。ボンディングワイヤー３６０の両端は、別々に発光ダイオードチップ３２０及び第二リード３１４に接続することにより、発光ダイオードチップ３２０が第二リード３１４に電気的に接続する。ボンディングワイヤーは、例えば、金線である。

回路基板３３０は、リードフレーム３１０の上に配置されており、且つ第一リード３１２及び第二リード３１４に電気的に接続する。回路基板３３０と発光ダイオードチップ３２０は、リードフレーム３１０の同一の片側に位置する。回路基板３３０とリードフレーム３１０との間に半田層３４０を設置することにより、回路基板３３０がリードフレーム３１０に接続することになる。又、回路基板３３０は、リードフレーム３１０に向いた回路層３３２を備え、回路層３３２は、正極回路及び負極回路を含む。

発光ダイオードチップ３２０は、導電粘着層３５０、第一リード３１２及び第一リード３１２と回路基板３３０との間に位置する半田層３４０により、回路層３３２の正極回路に電気的に接続し、且つボンディングワイヤー３６０、第二リード３１４及び第二リード３１４と回路基板３３０との間に位置する半田層３４０により、回路層３３２の負極回路に電気的に接続する。

回路基板３３０は、一つの開口３３４を有して、発光ダイオードチップ３２０は、開口３３４の内部に位置する。又、発光ダイオードパッケージ構造３００は、さらにコロイド３７０を備え、コロイド３７０は、回路基板３３０の開口及び第一リード３１２と第二リード３１４との間の隙間を全て充填し、且つ発光ダイオードチップ３２０を覆うことにより、発光ダイオードチップ３２０を保護することができ、コロイド３７０は、例えば、透明なコロイドであって、発光ダイオードチップ３２０からの光線を透過させる。又、本実施形態において、発光ダイオードチップ３２０の上方に位置するコロイド３７０の外表面にレンズ表面を形成することができ、或いは、コロイド３７０の上にレンズ３８０を配置することにより、発光ダイオードパッケージ構造３００の発光の形を調整し、且つ出光効率を高める。

本実施形態において、発光ダイオードチップ３２０は、直接に導電粘着層３５０により、第一リード３１２の上に固着されており、且つ第一リード３１２は、直接に外界と接触するため、発光ダイオードチップ３２０が生む熱は、導電粘着層３５０を介して第一リード３１２に伝えられてから、直接に第一リード３１２を介して外界に熱が伝えられることができる。換言すると、発光ダイオードパッケージ構造３００の熱分散経路が短いから、熱分散の効率が優れる。又、発光ダイオードパッケージ構造３００の第一リード３１２は、発光ダイオードチップ３２０が生む熱を拡散することができ、金属塊１２０（図１に示すようだ）を要らなくて、生産コストを節約することができ、且つ発光ダイオードパッケージ構造３００の厚さも、さらに薄くなることができる。又、本実施形態において、熱伝導軟膏を使って各素子の間の密着度を下げる必要がなく、したがって各素子の間の熱抵抗を下げるため、熱伝導軟膏を塗布する時間コスト及び材料コストを省くことができる。且つ、熱分散経路が回路基板３３０を経過しないため、回路基板３３０は、熱伝導性が低い材料で作製した印刷回路基板（例えば、ＦＲ４印刷回路基板）選択して使用することができ、これにより、生産コストを下げることができ、且つ発光ダイオードパッケージ構造３００の熱分散の効率に影響を及ぼさない。

発光ダイオードパッケージ構造３００は、従来の金属塊１２０を設計しないため、回路基板３３０の開口３３４の寸法は、金属塊１２０の寸法に随って改変する必要がなく、開口３３４の寸法は、発光ダイオードチップ３２０からの光線が遮蔽を受けない程度ならよいである。

従来の長い条状のリードフレームと異なって、本実施形態の発光ダイオードパッケージ構造３００のリードフレームの形状は、いろいろな需要によって設計することができることを述べておくべきである。例えば、リードフレーム３１０ａ（図４に示すように）において、熱分散機能を有する第一リード３１２ａは、大きい熱分散面積を有するパッド状に設計することができ、且つキャップ３１３を有するが、熱分散機能を有しない第二リード３１４ａは、条状に設計することができ、且つキャップ３１３の中に位置する。第一リード３１２ａがより大きい熱分散面積を有するため、パッケージ構造全体の熱分散効率を高めることに役立つ。

又、発光ダイオードチップ３２０が設置されていないリードフレーム３１０の表面に熱分散器９１０（図８に示すようだ）を設置することができ、熱分散器とリードフレーム３１０との間に熱伝導パッド９００を設置し、熱伝導パッド及び熱分散器により、発光ダイオードチップ３２０の熱量を発光ダイオードパッケージ構造３００から導出する。

図５を参考してください、発光ダイオードチップ３２０からの光線が開口３３４の側壁に遮蔽されて出光することができないことを免れるように、リードフレーム３１０ｂの第一リード３１２ｂと第二リード３１４ｂを、回路基板３３０の片側から開口３３４を経て回路基板３３０の他の片側に向かって伸びさせ、且つ発光ダイオードチップ３２０は、回路基板３３０の前記他の片側の部分の上に位置するように第一リード３１２ｂに配置する。本実施形態において、発光ダイオードチップ３２０は、開口３３４の上方に位置するため、発光ダイオードチップ３２０からの光線は、開口３３４の側壁に遮蔽されない。

水気が直接に第一リードと第二リードとの間の隙間からパッケージ構造に入ってパッケージ構造の信頼性を影響することを免れるように、図６に示すようなリードフレーム３１０ｃにおいて、第二リード３１４ｃは、部分的の第一リード３１２ｃの上方まで伸びる。これにより、水気は第一リード３１２ｃと第二リード３１４ｃとの間の隙間からパッケージ構造に入る時、先ず第二リード３１４ｃの第一リード３１２ｃの上方に伸びた部分により阻止されるため、パッケージ構造の信頼性を高めることができる。

上文で説明したパッケージ構造は全て単一の発光ダイオードチップパッケージ構造であるが、本発明のパッケージ構造は、複数の発光ダイオードチップパッケージ構造でも良い。其の中、複数の発光ダイオードチップパッケージ構造は、複数の上述の単一の発光ダイオードチップパッケージ構造から構成することができるが、各発光ダイオードチップは、皆同一の回路基板に電気的に接続する。又、回路基板の形は、要求に応じて調整することができる。例えば、回路基板は、四角形の回路基板（図７Ａに示すように、発光ダイオードパッケージ構造３００’の回路基板３３０’である）であることができ、発光ダイオードパッケージ構造３００’において、発光ダイオードチップ３２０は、アレイを形成するように配列される。又、回路基板は、条状の回路基板（図７Ｂに示すように、発光ダイオードパッケージ構造３００”の回路基板３３０”である）であることができ、発光ダイオードパッケージ構造３００”において、発光ダイオードチップ３２０は、回路基板３３０”の長手方向に沿って配列される。又、図７Ａと図７Ｂにおいて、各発光ダイオードチップ３２０の発光色は、全部同じでもよく、部分的に同じでもよく、全部異なってもよいことになる。各発光ダイオードチップ３２０の発光色が異なる時、各リードフレーム３１２は、互いに分離しなければならない。

上述したように、本発明のパッケージ構造は、少なくとも以下の長所を有する。

１. 本発明において、発光ダイオードチップが生む熱は、直接に第一リードにより、外界に伝えられることができるため、熱分散の効率が優れる。且つ、第一リードの大きさは、回路基板の開口の大きさによって制限されず、発光ダイオードチップの発熱量によって調整することができる。

２. 本発明は、従来の技術の金属塊を必要としないため、生産コストを節約することができ、且つパッケージ構造の厚さもさらに薄くことができる。

３. 熱分散経路が回路基板を経過しないため、コストがより低い回路基板を採用しても、パッケージ構造の熱分散の効率に影響を及ぼさない。

以上説明した実施例は、ただ本発明の技術思想や特徴を説明するためのものであり、本発明の特許請求の範囲は、前記実施例によって制限されず、本発明にかかる精神による等価な変更や修正は、本発明の特許請求の範囲に含まれ、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

従来の発光ダイオードパッケージ構造を示す略図である。 従来の発光ダイオードパッケージ構造を示す略図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造の平面図である。 図３ＡのＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造を示す略図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造を示す略図である。 本発明の他の二つの実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造の平面図である。 本発明の他の二つの実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造の断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００、３００’、３００” 発光ダイオードパッケージ構造
１１０、２１０、３３０、３３０’、３３０” 回路基板
１１２、２１２、３３２ 回路層
１２０ 金属塊
１３０、３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ リードフレーム
１３２、３１２、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ 第一リード
１３４、３１４、３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ 第二リード
１４０、２２０、３２０ 発光ダイオードチップ
１５０、２３０、３８０ レンズ
１６０ 熱伝導軟膏
１７０、２４０ 導電グルー
１８０ａ、１８０ｂ、２５０、３６０ ボンディングワイヤー
３１３ キャップ
３３４ 開口
３４０ 半田層
３５０ 導電粘着層
３７０ コロイド
９００ 熱伝導パッド
９１０ 熱分散器

Claims (11)

1. 第一リード及び第二リードを備えるリードフレームと、
   前記第一リードの上に配置されており、且つ前記第一リード及び前記第二リードに電気的に接続する発光ダイオードチップと、
   前記リードフレームの上に配置されており、且つ前記第一リード及び前記第二リードに電気的に接続する回路基板と、
   を備え、前記回路基板と前記発光ダイオードチップは、前記リードフレームの同一の片側に位置することを特徴とする発光ダイオードパッケージ構造。
2. 前記回路基板は、前記リードフレームに向いた回路層を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
3. ボンディングワイヤー及び導電粘着層をさらに備え、前記ボンディングワイヤーの両端は、別々に前記発光ダイオードチップ及び前記第二リードに接続し、前記導電粘着層は、前記発光ダイオードチップと前記第一リードの間に設置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
4. 前記回路基板は、開口を有し、前記第一リードと前記第二リードは、前記回路基板の片側から前記開口を経て、前記回路基板の他の片側に向かって伸び、且つ、前記発光ダイオードチップは、前記回路基板の前記他の片側の部分の上に位置するように前記第一リードに配置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
5. 前記第一リードの表面面積は、前記第二リードの表面面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
6. 前記回路基板は、開口を有し、且つ前記発光ダイオードチップは、前記開口の内部に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
7. 前記回路基板の前記開口及び前記第一リードと前記第二リードとの間の隙間を全て充填し、且つ前記発光ダイオードチップを覆うコロイドをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
8. 前記発光ダイオードチップの上方に位置するコロイドの外表面にレンズ表面を形成することを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
9. 前記コロイドの上に配置するレンズをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
10. 前記リードフレームと回路基板との間に設置する半田層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
11. 熱分散器及び熱伝導パッドをさらに備え、前記熱分散器は、前記発光ダイオードが設置されていない前記リードフレームの表面に設置し、前記熱伝道パッドは、前記熱分散器と前記リードフレームとの間に設置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。

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