(57)【要約】【課題】  信頼性を高めることができる発光装置を提供する。【解決手段】  リード２９に設けられた枠状部３５を構成する第１細長部３７に発光チップ２５の下面電極が固定される。発光チップ２５の上面電極はワイヤ４５によりリード３１の第３細長部４３に接続されている。つまり、発光チップ２５の周囲に、リードの分岐部が存在しない構造にしている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて平行に配置された第１細長部と第２細長部を含む枠状部が形成された一方のリードと、前記第１細長部に対して前記第２細長部と反対側に間隔を空けて平行に配置された第３細長部を含む他方のリードと、で構成されるリードフレームと、
前記一方のリードの前記第１細長部に固定されると共に前記他方のリードの前記第３細長部とワイヤにより接続される発光チップと、  
前記発光チップを封止する透明樹脂部と、
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第３細長部は前記他方のリードの非分岐部である、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第３細長部は前記他方のリードの分岐部であり、
前記ワイヤは前記第３細長部の自由端から離れた箇所で前記第３細長部と接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記透明樹脂部は光学レンズを含み、
前記発光チップは前記光学レンズの光学軸上に位置する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記枠状部は四角形枠であり、
前記透明樹脂部の面のうち、前記発光チップの光が出射される面の反対側に位置する面に反射膜が設けられている、
ことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１細長部と前記第２細長部との間隔と、前記第１細長部と前記第３細長部との間隔とは略等しい、
ことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記一方及び他方のリードのうち前記透明樹脂部の外部に露出している部分から見て、前記一方のリードと前記他方のリードの間は、前記枠状部を過ぎてから狭くなる、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の前記発光装置を含む光源を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項９】
間隔を空けて平行に配置された第１細長部と第２細長部を含む枠状部が形成された一方のリードと、
前記第１細長部に対して前記第２細長部と反対側に間隔を空けて平行に配置された第３細長部を含む他方のリードと、
を備え、
前記第１細長部は、発光チップの固定領域を有する、
ことを特徴とするリードフレーム。
【請求項１０】
前記第３細長部は前記他方のリードの非分岐部である、
ことを特徴とする請求項９に記載のリードフレーム。
【請求項１１】
前記第３細長部は前記他方のリードの分岐部であり、
前記第３細長部の自由端が前記一方リードの近くまで延びている、
ことを特徴とする請求項９に記載のリードフレーム。
【請求項１２】
前記枠状部は四角形枠である、
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のリードフレーム。
【請求項１３】
前記第１細長部と前記第２細長部との間隔と、前記第１細長部と前記第３細長部との間隔とは略等しい、
ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載のリードフレーム。
【請求項１４】
前記一方及び他方のリードのうち、これらの外部端子から見て、前記一方のリードと前記他方のリードの間は、前記枠状部を過ぎてから狭くなる、
ことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載のリードフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光チップ用のリードフレーム、このリードフレームを備える発光装置及びこの発光装置を利用した光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から直線変位や角度変位などの精密な測定に光電式エンコーダ（以下、「エンコーダ」という場合もある。）が利用されている。エンコーダは三次元測定機や画像測定機などに搭載される。エンコーダは、光源と、光学格子を含むメインスケールと、インデックススケール及び複数の受光素子を含むと共に光源と一緒にメインスケールに対して相対移動可能な検出部と、を備えている。
【０００３】
光源となる発光装置は、リードフレームにＬＥＤ（発光ダイオード）チップをダイボンディングし、このチップを光透過性樹脂で封止した構造を有する（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１−１３２９１３号公報（第３頁右下欄第１行〜第６行、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、信頼性を高めることができる発光装置、これに備えられるリードフレーム及び上記発光装置を利用する光電式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る発光装置は、間隔を空けて平行に配置された第１細長部と第２細長部を含む枠状部が形成された一方のリードと、第１細長部に対して第２細長部と反対側に間隔を空けて平行に配置された第３細長部を含む他方のリードと、で構成されるリードフレームと、一方のリードの第１細長部に固定されると共に他方のリードの第３細長部とワイヤにより接続される発光チップと、発光チップを封止する透明樹脂部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る発光装置によれば、枠状部の第１細長部に発光チップを固定し、かつ発光チップとワイヤで接続される第３細長部が第１細長部に対して間隔を空けて平行に配置されている。このように本発明によれば、発光チップの近くにリードフレームの突起部がないので、発光チップの周囲で透明樹脂部に大きな応力差が生じるのを防ぐことができる。さらに、発光チップが固定される第１細長部が第２細長部と第３細長部の間に位置しているため、発光チップを中心とした対称構造となる。この点からも発光チップの周囲で透明樹脂部に大きな応力差が生じるのを防ぐことができる。
【０００７】
本発明に係る発光装置において、第３細長部を他方のリードの非分岐部にすることができる。これによれば、超音波を利用してワイヤを第３細長部にボンディングする際に、第３細長部が共振しにくいので、ワイヤの接続強度を高めることができる。
【０００８】
本発明に係る発光装置において、第３細長部は他方のリードの分岐部であり、ワイヤは第３細長部の自由端から離れた箇所で第３細長部と接続されている、ようにすることができる。これによれば、他方リードの分岐部である第３細長部の自由端から離れた箇所において、ワイヤを第３細長部に接続している。よって、超音波を利用してワイヤを第３細長部にボンディングする際に、第３細長部が共振しにくいので、ワイヤの接続強度を高めることができる。
【０００９】
本発明に係る発光装置において、透明樹脂部は光学レンズを含み、発光チップは光学レンズの光学軸上に位置する、ようにすることができる。透明樹脂部に光学レンズが含まれると、透明樹脂部の体積が大きくなり、その分だけ透明樹脂部の内部応力が大きくなる。上記の通り本発明によれば、発光チップの周囲で透明樹脂部に大きな応力差が生じるのを防ぐことができるので、透明樹脂部に光学レンズが含まれる態様の場合に有効となる。
【００１０】
本発明に係る発光装置において、枠状部は四角形枠であり、透明樹脂部の面のうち、発光チップの光が出射される面の反対側に位置する面に反射膜が設けられている、ようにすることができる。これによれば、反射膜と光学レンズにより凹面鏡が構成される。この凹面鏡で反射された発光チップの光が、四角形枠を通して受光素子で受光するようにできる。枠状部を四角形枠とすることにより、枠状部が影で受光素子に照射される光量が少なくなるのを防止できる効果を、単純な形で実現している。
【００１１】
本発明に係る発光装置において、第１細長部と第２細長部との間隔と、第１細長部と第３細長部との間隔とは略等しい、ようにすることができる。これによれば、上記凹面鏡で反射された発光チップの光において、第１細長部と第２細長部の間を通る光量と第１細長部と第３細長部の間を通る光量を同じにできる。
【００１２】
本発明に係る発光装置において、一方及び他方のリードのうち透明樹脂部の外部に露出している部分から見て、一方のリードと他方のリードの間は、枠状部を過ぎてから狭くなる、ようにすることができる。これによれば、上記凹面鏡で反射された発光チップの光において、第１細長部と第２細長部の間を通る光量及び第１細長部と第３細長部の間を通る光量を多くすることができる。
【００１３】
本発明に係るエンコーダは、上記発光装置を含む光源を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るリードフレームは、間隔を空けて平行に配置された第１細長部と第２細長部を含む枠状部が形成された一方のリードと、第１細長部に対して第２細長部と反対側に間隔を空けて平行に配置された第３細長部を含む他方のリードと、を備え、第１細長部は、発光チップの固定領域を有する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るリードフレームを用いれば、上記本発明に係る発光装置で説明したように、発光チップの周囲で透明樹脂部に大きな応力差が生じるのを防ぐことができる。
【００１６】
本発明に係るリードフレームは以下のようにすることができる。これによる作用は、上記本発明に係る発光装置で説明したとおりである。（１）第３細長部は他方のリードの非分岐部である。（２）第３細長部は他方のリードの分岐部であり、第３細長部の自由端が一方のリードの近くまで延びている。（３）枠状部は四角形枠である。（４）第１細長部と第２細長部との間隔と、第１細長部と第３細長部との間隔とは略等しい。（５）一方及び他方のリードのうち、これらの外部端子から見て、一方のリードと他方のリードの間は、枠状部を過ぎてから狭くなる。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、発光チップの周囲で透明樹脂部に大きな応力差が生じるのを防ぐことができるので、発光装置の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。このエンコーダ１は透過型で、メインスケール３とインデックススケール５とを対向配置させ、両スケール３，５に所定ピッチの光学格子７，９を形成している。両スケール３，５を挟んで本実施形態に係る発光装置を含む光源１１と、フォトダイオード等の受光素子（四つの受光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）とが向かい合っている。インデックススケール５、光源１１及び受光素子で、メインスケール３に対して相対的に移動する検出部１５が構成されている。検出部１５が移動すると、各スケール３，５の光学格子７，９を透過する光源１１の光Ｌは、格子ピッチと同じ周期で明暗を繰り返す。受光素子１３ａ〜１３ｄは、この変化を電気信号に変換し、９０°位相差の位置検出信号、即ち２相正弦波信号φＡ，φＢを出力する。これを利用して直線などの変位量が算出される。
【００１９】
次に、上記光源１１に備えられる本実施形態に係る発光装置について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る発光装置２１の一例の平面図である。図３は、図２のIIａ-IIｂに沿った断面図である。図４は、発光装置２１に備えられる本実施形態に係るリードフレーム２３の平面図である。発光装置２１は、リードフレーム２３と、これに実装される発光チップ２５（例えばＰＮ接合型のＬＥＤ）と、発光チップ２５を封止する透明樹脂部２７と、を備える。
【００２０】
リードフレーム２３は、平行に延びる一対のリード２９，３１と、これらの間に位置する取付板３３とで構成される。発光装置２１は、取付板３３を用いて光源１１にセットされる。リード２９（一方のリード）の中間には、四角形枠である枠状部３５が設けられている。枠状部３５のうち、リード２９と同じ方向に延びる二辺が第１細長部３７、第２細長部３９であり、これらは長手方向で対向している。言い換えれば、第１細長部３７と第２細長部３９とは所定間隔を空けて平行に配置されている。第１細長部３７の中央は菱形をしており、他の部分よりも面積が広くなっている。この中央が発光チップ２５の固定領域４１となる。
【００２１】
リード３１（他方のリード）は、長手方向が第１細長部３７と対向する第３細長部４３を含む。第３細長部４３は、第１細長部３７に対して第２細長部３９と反対側に所定間隔を空けて平行に配置されている。第３細長部４３は、リード３１から分岐されていない非分岐部である。第３細長部４３の延びる方向は、リード３１のそれと同じである。リード２９，３１のうち透明樹脂部２７の外部に露出している部分から見て、リード２９，３１の間は、枠状部３５の手前で狭くなっている。
【００２２】
発光チップ２５の底面電極が、第１細長部３７の固定領域４１にダイボンディングされている。これにより、発光チップ２５が第１細長部３７に固定されると共に発光チップ２５の底面電極がリード２９（一方のリード）と電気的に接続される。発光チップ２５の上面電極は、ワイヤ４５により第３細長部４３にワイヤボンディングされている。これより、発光チップ２５の上面電極がリード３１（他方のリード）と電気的に接続される。
【００２３】
透明樹脂部２７は、例えば透明エポキシ樹脂からなり、その一部が光学レンズ４７に加工されている。発光チップ２５は光学レンズ４７の光学軸上に位置している。リード２９，３１のうち、透明樹脂部２７から露出している部分が外部端子４９，５１となる。
【００２４】
図５は、発光装置２１から光Ｌが出射されている状態を示す図であり、図３と対応している。図２、図３では省略されているが、発光装置２１において、透明樹脂部２７には光学レンズ４７を覆うようにアルミニウム等からなる反射膜５３が形成されている。言い換えれば、透明樹脂部２７の面のうち、発光チップ２５の光Ｌが出射される面（出射面５７）の反対側に位置する面に反射膜５３が設けられている。光学レンズ４７と反射膜５３により凹面鏡が構成されており、発光チップ２５からの光はこの凹面鏡で反射することによりコリメートされる。
【００２５】
発光チップ２５は、リードフレーム２３の四つの開口領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ（図２）の中心に位置している。領域５５ａと対応する位置に受光素子１３ａ（図１）があり、領域５５ｂと対応する位置に受光素子１３ｂがあり、領域５５ｃと対応する位置に受光素子１３ｃがあり、領域５５ｄと対応する位置に受光素子１３ｄがある。これにより、受光素子１３ａ〜１３ｄに照射される光Ｌがリードフレーム２３の影になることはない。上記反射された光は、これらの領域５５ａ〜５５ｄを通り、光Ｌとして出射面５７から図１のメインスケール３に照射される。
【００２６】
次に、本実施形態の主な効果について、図６に示す発光装置と比較して説明する。図６は、比較例に係る発光装置１０１の平面図であり、図２と対応する。発光装置２１との違いは、発光チップ２５が固定される箇所及びワイヤ４５がリード３１と接続される箇所である。どちらの箇所もリード２９，３１から分岐した分岐部１０３，１０５の先端である。そして、これらの先端は接近している。
【００２７】
比較例の問題は二つある。まず、一つ目の問題について説明する。透明エポキシ樹脂を硬化させた透明樹脂部２７により発光チップ２５を封止すると、透明エポキシ樹脂の硬化特性が原因で透明樹脂部２７に内部応力が不可避的に発生する。特に、透明樹脂部２７に光学レンズ４７が含まれると、透明樹脂部２７の体積が大きくなり、その分だけ透明樹脂部２７の内部応力が大きくなる。
【００２８】
本発明者が光弾性を利用して、透明樹脂部２７の内部応力を観察した結果、図７の点線で示す分岐部１０３，１０５間において、主応力の差が顕著に現れることが分かった。発光チップ２５はＰＮ接合型のＬＥＤなので、応力に対して弱く（特にＰＮ接合部）、発光チップ２５の低温バイアス特性等が劣化する。この結果、発光チップ２５が発光しなかったり、発光しても発光効率が低下したりするので、発光装置の信頼性が低下する。
【００２９】
もう一つの問題を説明する。図８は、図６のリードフレーム２３に固定された発光チップ２５をワイヤ４５により、リード３１に接続している状態を示す図である。発光チップ２５とリード３１の接続には、ワイヤボンディングが利用される。ワイヤボンディングは、金やアルミニウム等からなるワイヤ４５をヒータで加熱しながら、ワイヤ４５をキャピラリと呼ぶ細い円錐状の道具で超音波振動により加振してリード３１に押し当てることにより摩擦熱を発生させて、ワイヤ４５をリード３１に接続する。ワイヤ４５は、分岐部１０５の先端近くに接続されるので、ワイヤボンディングの際に分岐部１０５の先端が超音波振動により共振することになる。このため、ワイヤ４５とリード３１の接続部に作用させる超音波振動のパワーが不十分となり、その結果、十分な接続強度を得られないことがあった。これは、発光装置の不良率を増加させる原因となる。
【００３０】
以上の二つの問題を本実施形態によれば解決できることを説明する。まず、一つ目の問題解決から説明する。図２に示す本実施形態に係る発光装置２１では、発光チップ２５の固定箇所が枠状部３５の第１細長部３７であり、発光チップ２５とワイヤ４５で接続される第３細長部４３が第１細長部３７と間隔を空けて平行に配置されている。したがって、発光チップ２５の近くにリードフレーム２３の突起部がないので、発光チップ２５の周囲で透明樹脂部２７に大きな応力差が生じるのを防ぐことができる。さらに、略平行に延びる第１〜第３細長部のうち、発光チップ２５が固定される第１細長部３７が第２細長部３９と第３細長部４３の間に位置しているため、発光チップ２５を中心とした対称構造となる。この点からも発光チップ２５の周囲で透明樹脂部２７に大きな応力差が生じるのを防ぐことができる。
【００３１】
これらの理由により、発光装置２１によれば、発光チップ２５の周囲で透明樹脂部２７に大きな応力差が生じないので、発光チップ２５の劣化を低減することが可能となる。よって、発光装置２１の信頼性が向上する。本発明者による評価実験によれば、低温バイアス特性における光量の劣化の信頼性が、本実施形態は比較例に比べて３〜５倍向上することが分かった。
【００３２】
次に、二つ目の問題解決を説明する。本実施形態によれば、ワイヤ４３と接続される箇所となる第３細長部４３は、リード３１（他方のリード）の非分岐部である。つまり、第３細長部４３は、図６に示す比較例の分岐部１０５のような片持ちはりではない。したがって、ワイヤボンディングを利用してワイヤ４５を第３細長部４３にボンディングする際に、第３細長部４３が共振しにくいので、ワイヤ４５の接続強度を高めることができる。この結果、発光装置２１の良品率を高めることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る発光装置２１によれば、信頼性及び良品率を向上できるため、エージングやスクリーニングを省略することが可能となる。よって、発光装置２１の製造コストを下げることができる。
【００３４】
また、発光装置２１によれば、枠状部３５を四角形枠という単純な形にしている。このため、枠状部３５が影となり受光素子１３ａ〜１３ｄ（図１）に照射される光量が少なくなるのを低減できる効果を、単純な形で実現できる。
【００３５】
さらに、図２に示すように、第１細長部３７と第２細長部３９との間隔ｄ１と、第１細長部３７と第３細長部４３との間隔ｄ２とは略等しくされている。よって、凹面鏡（光学レンズ４７、反射膜５３）で反射された発光チップ２５の光において、第１細長部３７と第２細長部３９の間を通る光量と第１細長部３７と第３細長部４３の間を通る光量を同じにできる。したがって、受光素子１３ａ〜１３ｄに光Ｌをバランスよく照射できる。
【００３６】
次に、本実施形態に係る発光装置の他の例について説明する。図９は、この発光装置６１の平面図である。発光装置２１との違いは、リード２９，３１のうち透明樹脂部２７の外部に露出している部分（外部端子４９，５１）から見て、リード２９，３１間は、枠状部３５を過ぎてから狭くなるようにされている。したがって、発光装置６１は発光装置２１に比べて距離ｄ１，ｄ２を大きくできる。よって、凹面鏡で反射された発光チップ２５の光において、第１細長部３７と第２細長部３９の間を通る光量及び第１細長部３７と第３細長部４３の間を通る光量を多くすることができる。
【００３７】
最後に、本実施形態に係る発光装置のさらに他の例について説明する。図１０は、この発光装置７１の平面図である。図９の発光装置６１との違いは、第３細長部４３がリード３１（他方のリード）の分岐部という点である。以下、詳細に説明する。
【００３８】
第１細長部３７、第２細長部３９、第３細長部４３は共にリード２９，３１の延びる方向に対して直交する方向に延びている。第３細長部４３の自由端７３がリード２９の近くまで延びている。ワイヤ４５は、第３細長部４３の自由端７３から離れた箇所（この例では第３細長部４３の略中央）で第３細長部４３と接続されている。これまでの例と同様に、第１細長部３７と第２細長部３９との間隔ｄ１と、第１細長部３７と第３細長部４３との間隔ｄ２とは略等しくされている。
【００３９】
発光装置７１のリードフレーム２３によれば、第３細長部４３が片持ちはりなので、ワイヤボンディングする際に、第３細長部４３の自由端７３を固定する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態の光電式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る発光装置の一例の平面図である。
【図３】図２の発光チップをIIa-IIb断面から見た模式図である。
【図４】図２の発光チップに備えられる本実施形態に係るリードフレームの平面図である。
【図５】本実施形態に係る発光装置から光が出射されている状態を示す図である。
【図６】比較例に係る発光装置の平面図である。
【図７】図６に示す発光装置に備えられるリードフレームの分岐部間の拡大平面図である。
【図８】図６のリードフレームに固定された発光チップをワイヤにより、リードに接続している状態を示す図である。
【図９】本実施形態に係る発光装置の他の例の平面図である。
【図１０】本実施形態に係る発光装置のさらに他の例の平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・光電式エンコーダ、３・・・メインスケール、５・・・インデックススケール、７，９・・・光学格子、１１・・・光源、１３ａ〜１３ｄ・・・受光素子、１５・・・検出部、２１・・・発光装置、２３・・・リードフレーム、２５・・・発光チップ、２７・・・透明樹脂部、２９，３１・・・リード、３３・・・取付板、３５・・・枠状部、３７・・・第１細長部、３９・・・第２細長部、４１・・・固定領域、４３・・・第３細長部、４５・・・ワイヤ、４７・・・光学レンズ、４９，５１・・・外部端子、５３・・・反射膜、５５ａ〜５５ｄ・・・開口領域、５７・・・出射面、６１，７１・・・発光装置、７３・・・自由端、１０１・・・発光装置、１０３，１０５・・・分岐部
【図１】
2005085950.tif 000003
【図２】
2005085950.tif 000004
【図３】
2005085950.tif 000005
【図４】
2005085950.tif 000006
【図５】
2005085950.tif 000007
【図６】
2005085950.tif 000008
【図７】
2005085950.tif 000009
【図８】
2005085950.tif 000010
【図９】
2005085950.tif 000011
【図１０】
2005085950.tif 000012