ＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体
【課題】はんだ疲労寿命の向上を実現し、低コストで信頼性の高いＬＥＤパッケージ実装構造体を提供する。
【解決手段】ＬＥＤパッケージ１０は、回路基板２０との実装面に対して垂直な方向に発光面１１を持ち、パッケージの側面あるいは側面と底面に接続用端子部１２１、１２２、１３１，１３２を備え、該接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続される。さらに、ＬＥＤパッケージ中心側におけるＬＥＤパッケージ本体底面の電極端と回路基板の部品搭載用パッド端の相対位置関係を規定することによりはんだの形状を適正化する。
【解決手段】ＬＥＤパッケージ１０は、回路基板２０との実装面に対して垂直な方向に発光面１１を持ち、パッケージの側面あるいは側面と底面に接続用端子部１２１、１２２、１３１，１３２を備え、該接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続される。さらに、ＬＥＤパッケージ中心側におけるＬＥＤパッケージ本体底面の電極端と回路基板の部品搭載用パッド端の相対位置関係を規定することによりはんだの形状を適正化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤパッケージをプリント配線基板等の回路基板に搭載したＬＥＤパッケージ実装構造体および、ＬＥＤパッケージ実装構造体を備える液晶表示装置に関する
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、モニタ等の液晶表示装置用バックライトユニットの光源として、ＬＥＤの使用が急速に進んでいる。これは、液晶表示装置の性能向上への要求に対応した流れであり、ＬＥＤ光源を使用することにより、従来の冷陰極蛍光管に比較してテレビの低消費電力化、薄型化が可能となる。特に、バックライトを構成するＬＥＤを複数のグループに分割し、映像の内容に応じてグループ単位でＬＥＤの輝度制御を行うエリア制御を実現することで、さらなる低消費電力化と高画質化が可能となる。
【０００３】
エリア制御を可能とする液晶表示装置のバックライト方式には、大きく分けて直下型方式とスリムブロック型方式の２つがある。直下型方式では、多数のＬＥＤ光源を、液晶パネルに対して光軸が垂直になるように面内に分散して配置し、光源からある程度距離を置いたところに配置される拡散板で光を混合して輝度を均一化する。一方、スリムブロック型方式では、複数個のＬＥＤと一連の導光板の組合せを面内に複数組平面的に配列した構成を取り、ＬＥＤは、液晶パネルに対して光軸が平行になるよう導光板脇に配置される。光源から出た光は、導光板の側面から入射すると、導光板内を全反射して伝播し、導光板の下面に形成された反射ドットなどにより散乱して、導光板の上面に取り出される。スリムブロック方式は、直下型方式に対して、面内輝度分布の均一化を得るための空間を必要としないため、より薄型化できるのが特徴である。
【０００４】
スリムブロック方式を採用した場合、ＬＥＤパッケージの実装面に対し光軸が垂直となる一般的な上面発光タイプの表面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、トップビュー型ＬＥＤパッケージと称す）を使用するためには、中継基板にＬＥＤを実装した後、中継基板を回路基板に垂直にはんだ接続するか、中継基板をシャーシに垂直に固定した後コネクタ等で配線を行う必要が生じ、部品点数および組み立て工数が増大してコスト高になる。
【０００５】
一方で、特許文献１には、ＬＥＤパッケージの実装面に対し光軸が平行となる側面発光タイプの表面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、サイドビュー型ＬＥＤパッケージと称す）が開示されている。サイドビュー型ＬＥＤパッケージを使用した場合には、ＬＥＤをプリント配線基板等の回路基板に直接搭載するため、コストを抑えられるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１１５２２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のサイドビュー型ＬＥＤパッケージを回路基板にはんだ搭載した場合、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差があるため、ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う温度変化によりＬＥＤパッケージ電極下のはんだ接続部に亀裂が入って進展していき、最終的にははんだ疲労破壊による導通不良を起こすという問題があった。
【０００８】
上述の問題の一解決策として、はんだ供給量を増やして接続部のはんだ厚みを大きくすることが考えられるが、はんだ厚みを大きくした場合には、ＬＥＤパッケージの回路基板に対する搭載精度が低下する。すなわち、ＬＥＤパッケージの前後・左右方向への位置ずれが大きくなることにより、または、発光面が前後に傾斜あるいは回転することにより、導光板との光結合効率が悪くなる。また、はんだの代替として、はんだ入り熱効果樹脂で接続する等、他の接続手段を採ることも考えられるが、部材費等のコストアップに繋がるため現実的ではない。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合でも、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することを可能とするＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体を、低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、ＬＥＤ素子をパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、発光面が実装面に対して交差するように回路基板上に実装され、該パッケージの側面に回路基板との第１の接続用端子部を備えていることを特徴とするＬＥＤパッケージにより達成することができる。
【００１１】
また、上記目的は、ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体において、前記ＬＥＤパッケージが、回路基板との実装面に対して交差する方向に発光面を持ち、パッケージの側面に第１の接続用端子部を備え、該接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【００１２】
さらに、上記目的は、ＬＥＤパッケージと、該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体において、該実装構造体におけるＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【００１３】
さらに、上記目的は、ＬＥＤパッケージと、該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体において、ＬＥＤパッケージ実装構造体におけるＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、はんだ外縁部を曲線近似した際の前記電極端（Ｐ）においてはんだ外縁部の接線の傾きが連続していることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合でも、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することを可能とするＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体を、低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図である。
【図３】本発明の比較例１に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における概略正面断面図である。
【図４】本発明の比較例２に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図である。
【図５】本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図である（基板パッド：ＮＳＭＤ構造）。
【図６】本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図である（基板パッド：ＳＭＤ構造）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
特許文献１のようにサイドビュー型ＬＥＤパッケージを回路基板にはんだ搭載した場合、ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う温度変化によりＬＥＤパッケージ電極下のはんだ接続部に亀裂が入って進展していき、最終的にははんだ疲労破壊による導通不良を起こすという問題があった。これは、ＬＥＤパッケージの線膨張率が回路基板の線膨張率に比較して小さいため、熱変形に伴う応力がはんだ部に生じることに起因する。特に、テレビ用途向けには、ＬＥＤパッケージの信頼性確保の観点から、ＬＥＤパッケージ本体としてセラミック材料を、また、部材費削減の観点から、回路基板として安価な有機樹脂材料を用いたプリント配線基板を使用することが多く、両材料の線膨張率差が大きいために、はんだ疲労破壊の問題はより深刻となる。さらに、サイドビュー型パッケージでは、トップビュー型パッケージのようにパッケージの電極面積を大きくとることが難しく、はんだとの接続面積が小さいこと、また、ＬＥＤパッケージの集合基板を個片分割化するためのダイシング工程時にパッケージ電極部に発生するバリに起因して、はんだ中にボイドが発生することなども、導通不良に至るまでの時間を短くする要因となっている。
【００１７】
以下、上記課題を鑑みなされた本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に、本発明の実施例１に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図を示す。
【００１９】
ＬＥＤパッケージ実装構造体は、表面実装型のＬＥＤパッケージ１０を回路基板２０にはんだを介して電気的に接続したものである。ここで、ＬＥＤパッケージ１０は、アルミナを主成分とする複数のグリーンシートを積層して焼成したセラミック焼結体からなるケースを有し、ケース内部にＬＥＤ素子（図示せず）が実装されている。セラミック材としては、アルミナの他、窒化アルミ、炭化珪素、酸化ベリリウムなどが用いられる。尚、上記セラミックパッケージの代わりにポリアミド等の樹脂パッケージを使用しても良い。
【００２０】
ＬＥＤパッケージを実装する回路基板の材質は、比較的安価なガラスエポキシ基板のような有機樹脂基板が用いられる他、信頼性に優れるセラミック系基板や熱伝導性に優れる金属ベース基板の使用も可能であり、特に限定されるものではない。
【００２１】
ＬＥＤパッケージは、回路基板との実装面（紙面と垂直）に対して発光面１１（紙面と平行）が垂直になる（交差する）ように実装され、実装された状態に置いて、発光面及び実装面に対し垂直となる（交差する）パッケージの側面に接続用端子部１２１、１２２を有する。接続用端子部１２１、１２２は、例えばＷまたはＭｏからなるメタライズ層がＮｉめっきとＡｕめっきあるいはＮｉめっきとＡｇめっきで被覆されている。接続用端子部には、ＬＥＤ素子のｐ側電極およびｎ側電極に対応したアノード電極、カソード電極の２つのパッドがある。側面アノード電極パッド１２１および側面カソード電極パッド１２２は、パッケージ側面内にレイアウトできる限り、任意の大きさで設置可能である。
【００２２】
接続用端子部は、回路基板上の部品搭載用パッド２１にはんだ３０を介して接続される。ここで、ＬＥＤパッケージの接続用端子部１２１、１２２と接続される回路基板２０側の部品搭載用パッド（あるいはソルダレジスト開口部）において、パッケージ１０の発光面１１に対して平行となる辺の径（以下、Ａ寸法と称す）は、パッケージ接続用端子部１２１、１２２の高さ方向のパッド径（以下、Ｂ寸法と称す）の０．５倍から２倍が望ましい。Ａ寸法が、Ｂ寸法の０．５倍より小さい場合や２倍よりも大きい場合には、はんだフィレットが適正な形状にならず、はんだ疲労寿命の向上化に繋がらないためである。
【００２３】
尚、適正なはんだフィレット形状が形成される範囲で、パッケージの接続用端子部と接続される回路基板側の部品搭載用パッド面積（あるいはソルダレジスト開口面積）は可能な限り大きい方が好ましい。パッド面積が大きいことにより、はんだの接続面積も大きくなり、その結果、放熱特性が向上してＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う熱ストレスを軽減でき、かつ、はんだが全破断に至るまでの有効経路長が長くなるからである。
【００２４】
ＬＥＤパッケージと回路基板を接続するために使用するはんだ３０の材質としては、熱疲労特性に優れる錫銀二元系共晶はんだ、錫銀銅三元系共晶はんだあるいは錫亜鉛系はんだが好ましい。具体的には、Ｓｎ−３．５Ａｇ（融点約２２１℃）、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点約２１７℃）、Ｓｎ−９Ｚｎ（融点約１９９℃）などがあげられる。また、従来多く使われ、接合性や疲労寿命特性に優れた錫鉛共晶合金も使用可能なことは言うまでもない。
【００２５】
次に、ＬＥＤパッケージ構造体を作製する方法について述べる。ＬＥＤパッケージを回路基板に接続する場合、予め回路基板上の部品搭載用パッドにはんだをペースト印刷、ディスペンサ塗布またはめっきなどの手段により供給する。
【００２６】
ＬＥＤパッケージ１０は、部品装着機等により、接続用端子部１２１、１２２を下方に向けた状態で搬送し、はんだが塗布された部品搭載用のアノードおよびカソードパッド間に収まるように、回路基板上に載置する。ＬＥＤパーケージ１０を載置した回路基板２０は、リフロー炉内にベルト搬送する。リフロー炉内で、回路基板をはんだの融点以上の温度で一定時間加熱させてはんだを一旦溶融させた後、回路基板をリフロー炉内からベルト搬送で取り出す。リフロー炉内には、設定温度の異なるいくつかの加熱ゾーンがあり、最高温度に設定された加熱ゾーンを通過以降、回路基板は徐々に冷却されて、はんだが再凝固する。
【００２７】
尚、上述した本実施例に係るはんだのフィレット形状適正化およびＬＥＤパッケージ１０の立ち上がり不良抑制は、使用するはんだの供給量、ソルダレジスト開口径、回路基板パッド径などを最適化することにより実現できる。
【００２８】
本実施例に係るＬＥＤパッケージの実装構造体によれば、ＬＥＤパッケージの側面に接続用端子部を備え、ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板とのはんだ接続面積を大きくとることができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図２に、本発明の実施例２に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図を示す。本実施例は、上記実施例１の一部を変形したもので、上記実施例と同様な機能を有する部分については同じ符号をつけ、同一部分については詳細な説明を省略する。
【００３０】
実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体におけるＬＥＤパッケージの材質およびＬＥＤパッケージを実装する回路基板の材質は、実施例１のＬＥＤパッケージ実装構造体と同様である。しかしながら、実施例１に係るＬＥＤパッケージ実装構造体とは構造的な差異を有しており、実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、ＬＥＤパッケージの側面に加え、底面にも接続用端子部を備えていることを特徴とする。
【００３１】
すなわち、実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体におけるＬＥＤパッケージは、回路基板との実装面に対して発光面１１が垂直になる（交差する）ように実装され、実装された状態に置いて、パッケージの底面に回路基板との第２の接続用端子部１３１、１３２を、また、実施例１と同様に発光面及び実装面に対し垂直となる（交差する）パッケージの側面に回路基板との第１の接続用端子部１２１、１２２を有する。接続用端子部は、例えばＷまたはＭｏからなるメタライズ層がＮｉめっきとＡｕめっきあるいはＮｉめっきとＡｇめっきで被覆されている。第１および第２の接続用端子部には、各々ＬＥＤ素子のｐ側電極およびｎ側電極に対応したアノード電極、カソード電極の２つのパッドがある。この場合、第１の接続用端子部と第２接続用端子部の同極同士（図２の１２１と図３の１３１、図２の１２２と図３の１３２）は、パッケージの表面で分離されずに連続して繋がっていても、あるいは、パッケージの表面では分離独立し、パッケージの内部配線により電気的に接続されていても構わない。
【００３２】
ＬＥＤパッケージと回路基板を接続する為に使用するはんだ材質やＬＥＤパッケージ構造体の作成方法は、実施例１の記載内容と同様である。
【００３３】
以下、本発明の第１および第２の実施例に係るＬＥＤパッケージ実装構造体の効果を確認すべく、シミュレーション解析を実施した結果を説明する。はんだ接続部における疲労寿命は、はんだ接続端部に微小な亀裂が発生する寿命（亀裂発生寿命）と、亀裂発生寿命後に亀裂が進展して破断するまでの寿命（亀裂進展寿命）の和で表される。はんだ接続部の疲労寿命を明らかにするため温度サイクル試験を模擬した亀裂進展解析を実施した。解析にははんだの累積損傷を考慮した評価手法を用いた。本手法は、亀裂の発生や進展時に累積するダメージに基づいてはんだ各位置の寿命を評価することで、亀裂進展経路や速度を自動的に算出するものである。解析対象のＬＥＤパッケージ構造体には、０．９６ｍｍ（縦）ｘ１３．０４ｍｍ（横）ｘ０．４ｍｍ（厚み）の回路基板上に、０．８ｍｍ（縦）ｘ３ｍｍ（横）ｘ１．４ｍｍ（高さ）のＬＥＤパッケージが片面実装されている。ＬＥＤパッケージとしては、側面に０．９２ｍｍ（縦）ｘ０．８ｍｍ（横）の接続端子部を配置したモデル（実施例１）と、比較として底面に０．８ｍｍ（縦）ｘ０．９２ｍｍ（横）の接続端子部を配置したモデル（比較例１）を検討した。解析は、対称性を考慮して実装構造体の１／２形状をモデル化して実施した。
【００３４】
解析モデルに使用した各部材の材質および物性値を表１に示す。ＬＥＤパッケージ本体の材質はアルミナとし、ＬＥＤパッケージを搭載する回路基板は、エポキシ樹脂を使用したプリント回路基板とした。尚、はんだは温度依存弾塑性体、その他の材料は、温度非依存弾性体と仮定した。温度サイクル条件は、１２５℃／−５５℃である。解析結果に基づく、はんだの破断寿命を表２に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２から明らかなように、実施例１，２のサンプルでは、比較例１のサンプルに比較してはんだが破断するまでのサイクル数が長く、本発明に係るＬＥＤパッケージ実装構造体によってはんだ疲労寿命の向上効果が得られることが分かる。
【００３８】
以上のように本実施例によれば、第１および第２接続用端子部を介して回路基板にはんだ接続することで、パッケージと回路基板とのはんだ接続面積を実施例１と比較してさらに大きくとることができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を実施例１と比較してさらに向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【実施例３】
【００３９】
図５に、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図を示す。実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、図２に示す本発明の実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体のように、ＬＥＤパッケージの底面と側面にそれぞれ接続用端子部を備えていても、あるいは、図３に示す比較例１に係るＬＥＤパッケージ実装構造体のように、ＬＥＤパッケージの底面のみに接続用端子部を備えていても構わない。いずれにせよ、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体では、ＬＥＤパッケージの少なくとも底面に回路基板との接続用端子部を備えており、該接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して垂直になるように回路基板上へ実装されている。
【００４０】
本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極と回路基板の部品搭載用パッドの相対位置関係を規定してはんだの形状を適正化していることに特徴がある。すなわち、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、該実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面（ＬＥＤ発光面の方向の断面）において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置している。ＬＥＤパッケージ本体底面の電極端と回路基板の部品搭載用パッド端の相対位置関係を本発明のごとく規定することにより、はんだ部において応力集中が起きやすい特異点をなくすことができるため、はんだ疲労寿命の向上化に繋がる。
【００４１】
本発明とは異なって、パッド端（Ｒ）が（Ｑ）点よりもパッケージ中心寄り（図５においては、（Ｑ）点の右側）に位置する場合には、図４に示した比較例２のごとく、ＬＥＤパッケージ実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面（ＬＥＤ発光面の方向の断面）において、はんだ外縁部を曲線近似した際のパッケージ電極端（Ｐ）における片側微分係数に関して、左側微分係数と右側微分係数（図４の接線Ａと接線Ｂの傾きに相当）が一致しない（即ち、接線の傾きが変化する）特異点ができ、該特異点に応力集中が起きやすくなるため、はんだの疲労寿命は短くなる。また、パッド端（Ｒ）が（Ｑ）点よりもパッケージ中心側に位置する場合には、図４に示した比較例２のごとく、はんだの中にボイドが残りやすい結果となる。これは、以下の理由による。パッケージ電極部には、ＬＥＤパッケージの集合基板を個片分割化するためのダイシング工程時にバリ４０が発生し、めっき膜が被覆されていないＷ等からなるメタライズ層の表面が露出する。このＷ等からなるメタライズ層の表面ははんだとの濡れ性が悪い結果、該露出面ではボイド４１が発生しやすい。特に、図４に示した比較例２の場合、接続用端子部１３１、１３２のばり４０近傍のＬＥＤパッケージ本体１０とはんだ３０との隙間がない、あるいは隙間が狭いために、はんだ３０のリフロー中に発生したボイド４１が抜けずに残存し、はんだ３０の疲労寿命が短くなる。言い換えれば、本発明のごとくＬＥＤパッケージ本体１０底面の電極と回路基板２０の部品搭載用パッドの相対位置関係を規定してはんだの形状を適正化している場合には、ボイド４１が抜けやすいためにはんだ疲労寿命の向上化に繋がる。
【００４２】
パッド端（Ｒ）が（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置する場合（図５においては、（Ｑ）点の左側）は、パッケージの底面電極長をＬとして、（Ｒ）はパッケージ側面側から（０．９ｘＬ）の位置よりもパッケージ中心寄りに設置することが好ましい。この場合、パッケージ側面側から（０．９ｘＬ）の位置よりもパッケージ側面寄りに設置した場合よりも、パッケージ電極とのはんだ接続面積が大きくなる為、全破断に至るまでの有効経路長が長くなるからである。
【００４３】
尚、回路基板側部品搭載用のパッド構造は、図５に示すように、ソルダレジストがパッド端を被覆してないＮＳＭＤ（Ｎｏｎ Sｏｌｄｅｒ Ｍａｓｋ Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造でも、図６に示すように、ソルダレジストがパッド端の表面を被覆しているＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ Ｍａｓｋ Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造でも構わない。この場合、ＮＳＭＤ構造ではパッド端を、また、ＳＭＤ構造ではソルダレジストの開口端を、（Ｒ）点として採用することとなる。
【００４４】
以下、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体の効果を確認すべく、実機試験によってはんだの疲労寿命評価を行った結果を説明する。
【００４５】
試験に使用したＬＥＤパッケージ、回路基板およびはんだの材質は、第１および実施例２のシミュレーション解析に使用したものと同じである（表１参照）。
【００４６】
ＬＥＤパッケージサイズは、１ｍｍ（縦）ｘ３ｍｍ（横）ｘ１．４ｍｍ（高さ）であり、パーケージの底面に０．８ｍｍ（縦）ｘ０．９ｍｍ（横）のアノードおよびカソード電極が１．２ｍｍの間隔をあけて配置されている。
【００４７】
該ＬＥＤパーケージを前述の方法によって回路基板上にはんだ実装した。回路基板のパッド径は、アノード側およびカソード側ともに０．９ｍｍ（縦）ｘ１．０ｍｍ（横）であり、両パッド間隔は１．１ｍｍとした（実施例３）。また、比較の為、回路基板のパッド径を０．９ｍｍ（縦）ｘ１．１ｍｍ（横）として両パッド間隔を０．９ｍｍとしたサンプルも用意した（比較例２）。実装後のはんだ厚は５０ｕｍであり、実施例３のサンプルでは、前述した回路基板のパッド端（Ｒ）が、（Ｑ）点よりもパッケージの側面側寄りに、また、比較例２のサンプルでは、回路基板のパッド端（Ｒ）が、（Ｑ）点よりもパッケージの中心側寄りに位置していた。さらに、実施例３のサンプルでは、はんだ断面における外縁部が一様な曲線を描いているのに対し、比較例２のサンプルでは、パッケージ電極端（Ｐ）における片側微分係数に関して、左側微分係数と右側微分係数が一致しない特異点ができていた。即ち、実施例３のサンプルでは、はんだ断面における外縁部を曲線近似した場合に、パッケージ電極端（Ｐ）において、接線の傾きは連続（滑らかに変化）している。一方で、比較例２のサンプルでは、はんだ断面における外縁部を曲線近似した場合に、パッケージ電極端（Ｐ）において、接線の傾きが不連続（急激に変化）である特異点が形成される。
【００４８】
試験サンプルは、ΔＴ＝１８０℃の温度サイクル試験槽（１２５℃／−５５℃）に投入し、一定サイクル毎に取り出した。取り出したサンプルは、樹脂埋め後、ダイアモンドカッターにて切断して断面研磨を行った。研磨面を走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)にて写真撮影することにより求めたはんだの亀裂進展率（ｎ数＝４の平均値）を表３に示す。なお、亀裂進展率は、観察断面においてＬＥＤパッケージ電極とはんだとの接触長さに対する亀裂長さの比を表している。
【００４９】
【表３】
※全破断サンプル有り
【００５０】
表３から明らかなように、実施例３のサンプルでは、比較例２のサンプルに比較して亀裂進展速度が遅く、本発明に係るＬＥＤパッケージ実装構造体によってはんだ疲労寿命の向上効果が得られることが分かる。
【００５１】
以上のように本発明に係る第３の実施例によれば、ＬＥＤパッケージ実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面（ＬＥＤ発光面の方向の断面）において、ＬＥＤパッケージ中心側におけるＬＥＤパッケージ本体底面の電極端と回路基板の部品搭載用パッド端の相対位置関係を規定してはんだの形状を適正化することにより、応力集中が起きやすい特異点をなくすことができ、さらには、パッケージ電極部に発生するバリに起因したはんだ中のボイドをなくすことができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【００５２】
実施例１乃至３では、本発明に係るＬＥＤパッケージ及びＬＥＤパッケージ実装構造体について説明してきたが、本発明は実施例１乃至３で説明したＬＥＤパッケージ及びＬＥＤパッケージ実装構造体を備える液晶表示装置について適用することができる。
【００５３】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 表面実装型ＬＥＤパッケージ
１１ ＬＥＤ発光面
１２１ 接続用端子部（側面アノード電極パッド）
１２２ 接続用端子部（側面カソード電極パッド）
１３１ 接続用端子部（底面アノード電極パッド）
１３２ 接続用端子部（底面カソード電極パッド）
２０ 回路基板
２１ 回路基板の部品搭載用パッド
２２ ソルダーレジスト
３０ はんだ
４０ 接続用端子部のバリ
４１ はんだ中のボイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤパッケージをプリント配線基板等の回路基板に搭載したＬＥＤパッケージ実装構造体および、ＬＥＤパッケージ実装構造体を備える液晶表示装置に関する
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、モニタ等の液晶表示装置用バックライトユニットの光源として、ＬＥＤの使用が急速に進んでいる。これは、液晶表示装置の性能向上への要求に対応した流れであり、ＬＥＤ光源を使用することにより、従来の冷陰極蛍光管に比較してテレビの低消費電力化、薄型化が可能となる。特に、バックライトを構成するＬＥＤを複数のグループに分割し、映像の内容に応じてグループ単位でＬＥＤの輝度制御を行うエリア制御を実現することで、さらなる低消費電力化と高画質化が可能となる。
【０００３】
エリア制御を可能とする液晶表示装置のバックライト方式には、大きく分けて直下型方式とスリムブロック型方式の２つがある。直下型方式では、多数のＬＥＤ光源を、液晶パネルに対して光軸が垂直になるように面内に分散して配置し、光源からある程度距離を置いたところに配置される拡散板で光を混合して輝度を均一化する。一方、スリムブロック型方式では、複数個のＬＥＤと一連の導光板の組合せを面内に複数組平面的に配列した構成を取り、ＬＥＤは、液晶パネルに対して光軸が平行になるよう導光板脇に配置される。光源から出た光は、導光板の側面から入射すると、導光板内を全反射して伝播し、導光板の下面に形成された反射ドットなどにより散乱して、導光板の上面に取り出される。スリムブロック方式は、直下型方式に対して、面内輝度分布の均一化を得るための空間を必要としないため、より薄型化できるのが特徴である。
【０００４】
スリムブロック方式を採用した場合、ＬＥＤパッケージの実装面に対し光軸が垂直となる一般的な上面発光タイプの表面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、トップビュー型ＬＥＤパッケージと称す）を使用するためには、中継基板にＬＥＤを実装した後、中継基板を回路基板に垂直にはんだ接続するか、中継基板をシャーシに垂直に固定した後コネクタ等で配線を行う必要が生じ、部品点数および組み立て工数が増大してコスト高になる。
【０００５】
一方で、特許文献１には、ＬＥＤパッケージの実装面に対し光軸が平行となる側面発光タイプの表面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、サイドビュー型ＬＥＤパッケージと称す）が開示されている。サイドビュー型ＬＥＤパッケージを使用した場合には、ＬＥＤをプリント配線基板等の回路基板に直接搭載するため、コストを抑えられるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１１５２２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のサイドビュー型ＬＥＤパッケージを回路基板にはんだ搭載した場合、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差があるため、ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う温度変化によりＬＥＤパッケージ電極下のはんだ接続部に亀裂が入って進展していき、最終的にははんだ疲労破壊による導通不良を起こすという問題があった。
【０００８】
上述の問題の一解決策として、はんだ供給量を増やして接続部のはんだ厚みを大きくすることが考えられるが、はんだ厚みを大きくした場合には、ＬＥＤパッケージの回路基板に対する搭載精度が低下する。すなわち、ＬＥＤパッケージの前後・左右方向への位置ずれが大きくなることにより、または、発光面が前後に傾斜あるいは回転することにより、導光板との光結合効率が悪くなる。また、はんだの代替として、はんだ入り熱効果樹脂で接続する等、他の接続手段を採ることも考えられるが、部材費等のコストアップに繋がるため現実的ではない。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合でも、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することを可能とするＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体を、低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、ＬＥＤ素子をパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、発光面が実装面に対して交差するように回路基板上に実装され、該パッケージの側面に回路基板との第１の接続用端子部を備えていることを特徴とするＬＥＤパッケージにより達成することができる。
【００１１】
また、上記目的は、ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体において、前記ＬＥＤパッケージが、回路基板との実装面に対して交差する方向に発光面を持ち、パッケージの側面に第１の接続用端子部を備え、該接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【００１２】
さらに、上記目的は、ＬＥＤパッケージと、該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体において、該実装構造体におけるＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【００１３】
さらに、上記目的は、ＬＥＤパッケージと、該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体において、ＬＥＤパッケージ実装構造体におけるＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、はんだ外縁部を曲線近似した際の前記電極端（Ｐ）においてはんだ外縁部の接線の傾きが連続していることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体により達成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合でも、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することを可能とするＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体を、低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図である。
【図３】本発明の比較例１に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における概略正面断面図である。
【図４】本発明の比較例２に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図である。
【図５】本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図である（基板パッド：ＮＳＭＤ構造）。
【図６】本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図である（基板パッド：ＳＭＤ構造）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
特許文献１のようにサイドビュー型ＬＥＤパッケージを回路基板にはんだ搭載した場合、ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う温度変化によりＬＥＤパッケージ電極下のはんだ接続部に亀裂が入って進展していき、最終的にははんだ疲労破壊による導通不良を起こすという問題があった。これは、ＬＥＤパッケージの線膨張率が回路基板の線膨張率に比較して小さいため、熱変形に伴う応力がはんだ部に生じることに起因する。特に、テレビ用途向けには、ＬＥＤパッケージの信頼性確保の観点から、ＬＥＤパッケージ本体としてセラミック材料を、また、部材費削減の観点から、回路基板として安価な有機樹脂材料を用いたプリント配線基板を使用することが多く、両材料の線膨張率差が大きいために、はんだ疲労破壊の問題はより深刻となる。さらに、サイドビュー型パッケージでは、トップビュー型パッケージのようにパッケージの電極面積を大きくとることが難しく、はんだとの接続面積が小さいこと、また、ＬＥＤパッケージの集合基板を個片分割化するためのダイシング工程時にパッケージ電極部に発生するバリに起因して、はんだ中にボイドが発生することなども、導通不良に至るまでの時間を短くする要因となっている。
【００１７】
以下、上記課題を鑑みなされた本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に、本発明の実施例１に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図を示す。
【００１９】
ＬＥＤパッケージ実装構造体は、表面実装型のＬＥＤパッケージ１０を回路基板２０にはんだを介して電気的に接続したものである。ここで、ＬＥＤパッケージ１０は、アルミナを主成分とする複数のグリーンシートを積層して焼成したセラミック焼結体からなるケースを有し、ケース内部にＬＥＤ素子（図示せず）が実装されている。セラミック材としては、アルミナの他、窒化アルミ、炭化珪素、酸化ベリリウムなどが用いられる。尚、上記セラミックパッケージの代わりにポリアミド等の樹脂パッケージを使用しても良い。
【００２０】
ＬＥＤパッケージを実装する回路基板の材質は、比較的安価なガラスエポキシ基板のような有機樹脂基板が用いられる他、信頼性に優れるセラミック系基板や熱伝導性に優れる金属ベース基板の使用も可能であり、特に限定されるものではない。
【００２１】
ＬＥＤパッケージは、回路基板との実装面（紙面と垂直）に対して発光面１１（紙面と平行）が垂直になる（交差する）ように実装され、実装された状態に置いて、発光面及び実装面に対し垂直となる（交差する）パッケージの側面に接続用端子部１２１、１２２を有する。接続用端子部１２１、１２２は、例えばＷまたはＭｏからなるメタライズ層がＮｉめっきとＡｕめっきあるいはＮｉめっきとＡｇめっきで被覆されている。接続用端子部には、ＬＥＤ素子のｐ側電極およびｎ側電極に対応したアノード電極、カソード電極の２つのパッドがある。側面アノード電極パッド１２１および側面カソード電極パッド１２２は、パッケージ側面内にレイアウトできる限り、任意の大きさで設置可能である。
【００２２】
接続用端子部は、回路基板上の部品搭載用パッド２１にはんだ３０を介して接続される。ここで、ＬＥＤパッケージの接続用端子部１２１、１２２と接続される回路基板２０側の部品搭載用パッド（あるいはソルダレジスト開口部）において、パッケージ１０の発光面１１に対して平行となる辺の径（以下、Ａ寸法と称す）は、パッケージ接続用端子部１２１、１２２の高さ方向のパッド径（以下、Ｂ寸法と称す）の０．５倍から２倍が望ましい。Ａ寸法が、Ｂ寸法の０．５倍より小さい場合や２倍よりも大きい場合には、はんだフィレットが適正な形状にならず、はんだ疲労寿命の向上化に繋がらないためである。
【００２３】
尚、適正なはんだフィレット形状が形成される範囲で、パッケージの接続用端子部と接続される回路基板側の部品搭載用パッド面積（あるいはソルダレジスト開口面積）は可能な限り大きい方が好ましい。パッド面積が大きいことにより、はんだの接続面積も大きくなり、その結果、放熱特性が向上してＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦに伴う熱ストレスを軽減でき、かつ、はんだが全破断に至るまでの有効経路長が長くなるからである。
【００２４】
ＬＥＤパッケージと回路基板を接続するために使用するはんだ３０の材質としては、熱疲労特性に優れる錫銀二元系共晶はんだ、錫銀銅三元系共晶はんだあるいは錫亜鉛系はんだが好ましい。具体的には、Ｓｎ−３．５Ａｇ（融点約２２１℃）、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点約２１７℃）、Ｓｎ−９Ｚｎ（融点約１９９℃）などがあげられる。また、従来多く使われ、接合性や疲労寿命特性に優れた錫鉛共晶合金も使用可能なことは言うまでもない。
【００２５】
次に、ＬＥＤパッケージ構造体を作製する方法について述べる。ＬＥＤパッケージを回路基板に接続する場合、予め回路基板上の部品搭載用パッドにはんだをペースト印刷、ディスペンサ塗布またはめっきなどの手段により供給する。
【００２６】
ＬＥＤパッケージ１０は、部品装着機等により、接続用端子部１２１、１２２を下方に向けた状態で搬送し、はんだが塗布された部品搭載用のアノードおよびカソードパッド間に収まるように、回路基板上に載置する。ＬＥＤパーケージ１０を載置した回路基板２０は、リフロー炉内にベルト搬送する。リフロー炉内で、回路基板をはんだの融点以上の温度で一定時間加熱させてはんだを一旦溶融させた後、回路基板をリフロー炉内からベルト搬送で取り出す。リフロー炉内には、設定温度の異なるいくつかの加熱ゾーンがあり、最高温度に設定された加熱ゾーンを通過以降、回路基板は徐々に冷却されて、はんだが再凝固する。
【００２７】
尚、上述した本実施例に係るはんだのフィレット形状適正化およびＬＥＤパッケージ１０の立ち上がり不良抑制は、使用するはんだの供給量、ソルダレジスト開口径、回路基板パッド径などを最適化することにより実現できる。
【００２８】
本実施例に係るＬＥＤパッケージの実装構造体によれば、ＬＥＤパッケージの側面に接続用端子部を備え、ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板とのはんだ接続面積を大きくとることができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図２に、本発明の実施例２に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体の概略正面断面図を示す。本実施例は、上記実施例１の一部を変形したもので、上記実施例と同様な機能を有する部分については同じ符号をつけ、同一部分については詳細な説明を省略する。
【００３０】
実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体におけるＬＥＤパッケージの材質およびＬＥＤパッケージを実装する回路基板の材質は、実施例１のＬＥＤパッケージ実装構造体と同様である。しかしながら、実施例１に係るＬＥＤパッケージ実装構造体とは構造的な差異を有しており、実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、ＬＥＤパッケージの側面に加え、底面にも接続用端子部を備えていることを特徴とする。
【００３１】
すなわち、実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体におけるＬＥＤパッケージは、回路基板との実装面に対して発光面１１が垂直になる（交差する）ように実装され、実装された状態に置いて、パッケージの底面に回路基板との第２の接続用端子部１３１、１３２を、また、実施例１と同様に発光面及び実装面に対し垂直となる（交差する）パッケージの側面に回路基板との第１の接続用端子部１２１、１２２を有する。接続用端子部は、例えばＷまたはＭｏからなるメタライズ層がＮｉめっきとＡｕめっきあるいはＮｉめっきとＡｇめっきで被覆されている。第１および第２の接続用端子部には、各々ＬＥＤ素子のｐ側電極およびｎ側電極に対応したアノード電極、カソード電極の２つのパッドがある。この場合、第１の接続用端子部と第２接続用端子部の同極同士（図２の１２１と図３の１３１、図２の１２２と図３の１３２）は、パッケージの表面で分離されずに連続して繋がっていても、あるいは、パッケージの表面では分離独立し、パッケージの内部配線により電気的に接続されていても構わない。
【００３２】
ＬＥＤパッケージと回路基板を接続する為に使用するはんだ材質やＬＥＤパッケージ構造体の作成方法は、実施例１の記載内容と同様である。
【００３３】
以下、本発明の第１および第２の実施例に係るＬＥＤパッケージ実装構造体の効果を確認すべく、シミュレーション解析を実施した結果を説明する。はんだ接続部における疲労寿命は、はんだ接続端部に微小な亀裂が発生する寿命（亀裂発生寿命）と、亀裂発生寿命後に亀裂が進展して破断するまでの寿命（亀裂進展寿命）の和で表される。はんだ接続部の疲労寿命を明らかにするため温度サイクル試験を模擬した亀裂進展解析を実施した。解析にははんだの累積損傷を考慮した評価手法を用いた。本手法は、亀裂の発生や進展時に累積するダメージに基づいてはんだ各位置の寿命を評価することで、亀裂進展経路や速度を自動的に算出するものである。解析対象のＬＥＤパッケージ構造体には、０．９６ｍｍ（縦）ｘ１３．０４ｍｍ（横）ｘ０．４ｍｍ（厚み）の回路基板上に、０．８ｍｍ（縦）ｘ３ｍｍ（横）ｘ１．４ｍｍ（高さ）のＬＥＤパッケージが片面実装されている。ＬＥＤパッケージとしては、側面に０．９２ｍｍ（縦）ｘ０．８ｍｍ（横）の接続端子部を配置したモデル（実施例１）と、比較として底面に０．８ｍｍ（縦）ｘ０．９２ｍｍ（横）の接続端子部を配置したモデル（比較例１）を検討した。解析は、対称性を考慮して実装構造体の１／２形状をモデル化して実施した。
【００３４】
解析モデルに使用した各部材の材質および物性値を表１に示す。ＬＥＤパッケージ本体の材質はアルミナとし、ＬＥＤパッケージを搭載する回路基板は、エポキシ樹脂を使用したプリント回路基板とした。尚、はんだは温度依存弾塑性体、その他の材料は、温度非依存弾性体と仮定した。温度サイクル条件は、１２５℃／−５５℃である。解析結果に基づく、はんだの破断寿命を表２に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２から明らかなように、実施例１，２のサンプルでは、比較例１のサンプルに比較してはんだが破断するまでのサイクル数が長く、本発明に係るＬＥＤパッケージ実装構造体によってはんだ疲労寿命の向上効果が得られることが分かる。
【００３８】
以上のように本実施例によれば、第１および第２接続用端子部を介して回路基板にはんだ接続することで、パッケージと回路基板とのはんだ接続面積を実施例１と比較してさらに大きくとることができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を実施例１と比較してさらに向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【実施例３】
【００３９】
図５に、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体における、パッケージ底面電極部の断面拡大図を示す。実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、図２に示す本発明の実施例２に係るＬＥＤパッケージ実装構造体のように、ＬＥＤパッケージの底面と側面にそれぞれ接続用端子部を備えていても、あるいは、図３に示す比較例１に係るＬＥＤパッケージ実装構造体のように、ＬＥＤパッケージの底面のみに接続用端子部を備えていても構わない。いずれにせよ、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージおよびＬＥＤパッケージ実装構造体では、ＬＥＤパッケージの少なくとも底面に回路基板との接続用端子部を備えており、該接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して垂直になるように回路基板上へ実装されている。
【００４０】
本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極と回路基板の部品搭載用パッドの相対位置関係を規定してはんだの形状を適正化していることに特徴がある。すなわち、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体では、該実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面（ＬＥＤ発光面の方向の断面）において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置している。ＬＥＤパッケージ本体底面の電極端と回路基板の部品搭載用パッド端の相対位置関係を本発明のごとく規定することにより、はんだ部において応力集中が起きやすい特異点をなくすことができるため、はんだ疲労寿命の向上化に繋がる。
【００４１】
本発明とは異なって、パッド端（Ｒ）が（Ｑ）点よりもパッケージ中心寄り（図５においては、（Ｑ）点の右側）に位置する場合には、図４に示した比較例２のごとく、ＬＥＤパッケージ実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面（ＬＥＤ発光面の方向の断面）において、はんだ外縁部を曲線近似した際のパッケージ電極端（Ｐ）における片側微分係数に関して、左側微分係数と右側微分係数（図４の接線Ａと接線Ｂの傾きに相当）が一致しない（即ち、接線の傾きが変化する）特異点ができ、該特異点に応力集中が起きやすくなるため、はんだの疲労寿命は短くなる。また、パッド端（Ｒ）が（Ｑ）点よりもパッケージ中心側に位置する場合には、図４に示した比較例２のごとく、はんだの中にボイドが残りやすい結果となる。これは、以下の理由による。パッケージ電極部には、ＬＥＤパッケージの集合基板を個片分割化するためのダイシング工程時にバリ４０が発生し、めっき膜が被覆されていないＷ等からなるメタライズ層の表面が露出する。このＷ等からなるメタライズ層の表面ははんだとの濡れ性が悪い結果、該露出面ではボイド４１が発生しやすい。特に、図４に示した比較例２の場合、接続用端子部１３１、１３２のばり４０近傍のＬＥＤパッケージ本体１０とはんだ３０との隙間がない、あるいは隙間が狭いために、はんだ３０のリフロー中に発生したボイド４１が抜けずに残存し、はんだ３０の疲労寿命が短くなる。言い換えれば、本発明のごとくＬＥＤパッケージ本体１０底面の電極と回路基板２０の部品搭載用パッドの相対位置関係を規定してはんだの形状を適正化している場合には、ボイド４１が抜けやすいためにはんだ疲労寿命の向上化に繋がる。
【００４２】
パッド端（Ｒ）が（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置する場合（図５においては、（Ｑ）点の左側）は、パッケージの底面電極長をＬとして、（Ｒ）はパッケージ側面側から（０．９ｘＬ）の位置よりもパッケージ中心寄りに設置することが好ましい。この場合、パッケージ側面側から（０．９ｘＬ）の位置よりもパッケージ側面寄りに設置した場合よりも、パッケージ電極とのはんだ接続面積が大きくなる為、全破断に至るまでの有効経路長が長くなるからである。
【００４３】
尚、回路基板側部品搭載用のパッド構造は、図５に示すように、ソルダレジストがパッド端を被覆してないＮＳＭＤ（Ｎｏｎ Sｏｌｄｅｒ Ｍａｓｋ Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造でも、図６に示すように、ソルダレジストがパッド端の表面を被覆しているＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ Ｍａｓｋ Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造でも構わない。この場合、ＮＳＭＤ構造ではパッド端を、また、ＳＭＤ構造ではソルダレジストの開口端を、（Ｒ）点として採用することとなる。
【００４４】
以下、本発明の実施例３に係るＬＥＤパッケージ実装構造体の効果を確認すべく、実機試験によってはんだの疲労寿命評価を行った結果を説明する。
【００４５】
試験に使用したＬＥＤパッケージ、回路基板およびはんだの材質は、第１および実施例２のシミュレーション解析に使用したものと同じである（表１参照）。
【００４６】
ＬＥＤパッケージサイズは、１ｍｍ（縦）ｘ３ｍｍ（横）ｘ１．４ｍｍ（高さ）であり、パーケージの底面に０．８ｍｍ（縦）ｘ０．９ｍｍ（横）のアノードおよびカソード電極が１．２ｍｍの間隔をあけて配置されている。
【００４７】
該ＬＥＤパーケージを前述の方法によって回路基板上にはんだ実装した。回路基板のパッド径は、アノード側およびカソード側ともに０．９ｍｍ（縦）ｘ１．０ｍｍ（横）であり、両パッド間隔は１．１ｍｍとした（実施例３）。また、比較の為、回路基板のパッド径を０．９ｍｍ（縦）ｘ１．１ｍｍ（横）として両パッド間隔を０．９ｍｍとしたサンプルも用意した（比較例２）。実装後のはんだ厚は５０ｕｍであり、実施例３のサンプルでは、前述した回路基板のパッド端（Ｒ）が、（Ｑ）点よりもパッケージの側面側寄りに、また、比較例２のサンプルでは、回路基板のパッド端（Ｒ）が、（Ｑ）点よりもパッケージの中心側寄りに位置していた。さらに、実施例３のサンプルでは、はんだ断面における外縁部が一様な曲線を描いているのに対し、比較例２のサンプルでは、パッケージ電極端（Ｐ）における片側微分係数に関して、左側微分係数と右側微分係数が一致しない特異点ができていた。即ち、実施例３のサンプルでは、はんだ断面における外縁部を曲線近似した場合に、パッケージ電極端（Ｐ）において、接線の傾きは連続（滑らかに変化）している。一方で、比較例２のサンプルでは、はんだ断面における外縁部を曲線近似した場合に、パッケージ電極端（Ｐ）において、接線の傾きが不連続（急激に変化）である特異点が形成される。
【００４８】
試験サンプルは、ΔＴ＝１８０℃の温度サイクル試験槽（１２５℃／−５５℃）に投入し、一定サイクル毎に取り出した。取り出したサンプルは、樹脂埋め後、ダイアモンドカッターにて切断して断面研磨を行った。研磨面を走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)にて写真撮影することにより求めたはんだの亀裂進展率（ｎ数＝４の平均値）を表３に示す。なお、亀裂進展率は、観察断面においてＬＥＤパッケージ電極とはんだとの接触長さに対する亀裂長さの比を表している。
【００４９】
【表３】
※全破断サンプル有り
【００５０】
表３から明らかなように、実施例３のサンプルでは、比較例２のサンプルに比較して亀裂進展速度が遅く、本発明に係るＬＥＤパッケージ実装構造体によってはんだ疲労寿命の向上効果が得られることが分かる。
【００５１】
以上のように本発明に係る第３の実施例によれば、ＬＥＤパッケージ実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面（ＬＥＤ発光面の方向の断面）において、ＬＥＤパッケージ中心側におけるＬＥＤパッケージ本体底面の電極端と回路基板の部品搭載用パッド端の相対位置関係を規定してはんだの形状を適正化することにより、応力集中が起きやすい特異点をなくすことができ、さらには、パッケージ電極部に発生するバリに起因したはんだ中のボイドをなくすことができるため、ＬＥＤパッケージと回路基板との間に線膨張率差がある場合においても、ＬＥＤパッケージと回路基板とを電気的に接続するはんだの疲労寿命を向上させ、導通不良を防止することが可能となる。
【００５２】
実施例１乃至３では、本発明に係るＬＥＤパッケージ及びＬＥＤパッケージ実装構造体について説明してきたが、本発明は実施例１乃至３で説明したＬＥＤパッケージ及びＬＥＤパッケージ実装構造体を備える液晶表示装置について適用することができる。
【００５３】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 表面実装型ＬＥＤパッケージ
１１ ＬＥＤ発光面
１２１ 接続用端子部（側面アノード電極パッド）
１２２ 接続用端子部（側面カソード電極パッド）
１３１ 接続用端子部（底面アノード電極パッド）
１３２ 接続用端子部（底面カソード電極パッド）
２０ 回路基板
２１ 回路基板の部品搭載用パッド
２２ ソルダーレジスト
３０ はんだ
４０ 接続用端子部のバリ
４１ はんだ中のボイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子をパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、発光面が実装面に対して交差するように回路基板上に実装され、該パッケージの側面に回路基板との第１の接続用端子部を備えていることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、該パッケージの底面に回路基板との第２の接続用端子部を備えることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体において、前記ＬＥＤパッケージが、回路基板との実装面に対して交差する発光面を持ち、パッケージの側面に第１の接続用端子部を備え、該接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の実装構造体において、前記ＬＥＤパッケージが、回路基板との実装面に対して交差する方向に発光面を持ち、パッケージの底面に第２の接続用端子部を備え、前記第１および前記第２の接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤパッケージ実装構造体のＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項６】
請求項４に記載のＬＥＤパッケージ実装構造体のＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、はんだ外縁部を曲線近似した際の前記電極端（Ｐ）における片側微分係数に関して、左側微分係数と右側微分係数が同一であることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項７】
ＬＥＤパッケージと該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体の該実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項８】
ＬＥＤパッケージと該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体のＬＥＤパッケージ実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、はんだ外縁部を曲線近似した際の前記電極端（Ｐ）においてはんだ外縁部の接線の傾きが連続していることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項９】
請求項３乃至８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ実装構造体を備える液晶表示装置。
【請求項１】
ＬＥＤ素子をパッケージ本体に実装したＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、発光面が実装面に対して交差するように回路基板上に実装され、該パッケージの側面に回路基板との第１の接続用端子部を備えていることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージにおいて、前記パッケージ本体は、該パッケージの底面に回路基板との第２の接続用端子部を備えることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
ＬＥＤパッケージと該ＬＥＤパッケージを実装する回路基板がはんだにより電気的に接続された実装構造体において、前記ＬＥＤパッケージが、回路基板との実装面に対して交差する発光面を持ち、パッケージの側面に第１の接続用端子部を備え、該接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の実装構造体において、前記ＬＥＤパッケージが、回路基板との実装面に対して交差する方向に発光面を持ち、パッケージの底面に第２の接続用端子部を備え、前記第１および前記第２の接続用端子部を介して回路基板とはんだ接続されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤパッケージ実装構造体のＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項６】
請求項４に記載のＬＥＤパッケージ実装構造体のＬＥＤ発光面の方向の断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、はんだ外縁部を曲線近似した際の前記電極端（Ｐ）における片側微分係数に関して、左側微分係数と右側微分係数が同一であることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項７】
ＬＥＤパッケージと該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体の該実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、該湾曲部を曲線近似した際の電極端（Ｐ）における接線と回路基板との交点を（Ｑ）とした場合、回路基板のＬＥＤパッケージ中心側における部品搭載用パッド端（Ｒ）が、前記（Ｑ）点または、（Ｑ）点よりも（Ｐ）点寄りに位置することを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項８】
ＬＥＤパッケージと該パッケージ底面に回路基板との接続用端子部とを備え、前記接続用端子部を介して、発光面が実装面に対して交差するよう回路基板上に実装されたＬＥＤパッケージ実装構造体のＬＥＤパッケージ実装構造体をＬＥＤ発光面に対して平行に切断した断面において、ＬＥＤパッケージ本体底面の電極が、ＬＥＤパッケージ中心側の電極端部で湾曲状に形成されており、はんだ外縁部を曲線近似した際の前記電極端（Ｐ）においてはんだ外縁部の接線の傾きが連続していることを特徴とするＬＥＤパッケージ実装構造体。
【請求項９】
請求項３乃至８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ実装構造体を備える液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１６５０６（Ｐ２０１１−２１６５０６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０１０４（Ｐ２０１０−８０１０４）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
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