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LEDパッケージとは?LEDを形作る材料と構造



LED(発光ダイオード)とは、様々な元素を組み合わせて作られた「化合物半導体」なわけですが、 まだこの素子の状態ままでは、電気を流して使うことができません。

このLED素子に、ワイヤーで電極をつないでパッケージングしてはじめて、「LED」として機能するようになります。

LEDパッケージとは?

光る半導体であるLED素子(発光ダイオード)は、実際に電気を流して使えるようにするために、 リードフレームにワイヤーで電極をつないでから、樹脂で包むようにして成型されます。

このように「LEDパッケージ」となって、ようやくLEDは私たちにも使える「電子部品」になります。
つまり、これがLEDとして機能する最小の部品単位となります。

※リードフレーム:電極をつなぐための薄い金属端子。 ※なお、製造メーカーでは、これらの出来上がった電子部品を「LEDパッケージ」と呼んでラインナップしていることが多いですが、 この工程で使われる材料や構造のことを「LEDパッケージ」、出来上がって電子部品となったものは「LEDデバイス」と呼んで区別している場合もあります。 身の回りにある様々なLED製品の中には、こういった小さなLEDパッケージが組み込まれていて、それが光っているわけです。 また、これらの小さなLEDは、私たちがそのままLED電子工作に利用することもできます。

秋葉原の電子パーツ屋さんなどで、こういった部品単位のLEDを購入する事ができます。
これらは、ある程度の電気知識があれば、導線をつないで抵抗をハンダ付けし、 電池などの電源につなげば、一般の方でも点灯させることができるので、自動車や模型への組込みなど、様々なLED工作にも利用されています。

LEDパッケージには、大きく分けて、「表面実装型(SMD)」 「砲弾型(リードフレーム型)」 の2種類の形態があります。 一般的にこれらは、「チップLED」、「砲弾型LED」などと呼ばれます。

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チップLED 【表面実装型(SMD)】

LEDパッケージ(表面実装型SMD)の構造図

チップLED 【表面実装型(SMD)】の構造の一例です。
電気を流すための金属端子(電極)が付いた基板の上に、LED素子を載せて、ボンディングワイヤーで素子と電極をつないでいます。 さらに、蛍光体の入った樹脂(エポキシやシリコーン)で封入して成型されます。
この封止樹脂や蛍光体の品質は、LEDの寿命も左右する重要な部材です。

※表面実装(ひょうめんじっそう)とは
電子部品をプリント基板上に半田付けして取り付ける方法の一つで、SMT (Surface mount technology) とも呼ばれます。 また、表面実装用の部品のことをSMD (Surface Mount Device) と呼びます。

※パワーLED
照明用途のために大光量を得られるように、通常よりサイズの大きい素子を使ったものや、1つのパッケージ内部に多数個のLED素子を使ったものもあります。 特に、放熱器(ヒートシンク)を取り付けて、大電力を投入する形態のパッケージは、一般的に「パワーLED」と呼ばれています。 (※放熱器が取り付けてあるタイプもあります)
また、アルミやセラミックの基板上に直接、多数個のLED素子を並べた形状になっているものは 「COB(Chip On Board チップオンボード)」と呼ばれています。(COB形タイプの構造については下記参照)

※「チップLED」と「LEDチップ」の違い
一般的には、「チップLED」と呼ぶ場合、パッケージされた表面実装型LEDのことを指しますが、 「LEDチップ」と言うと、パッケージ内部の発光部である「LED素子(半導体)」のことを指すのが普通です。

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砲弾型LED(丸型LED) 【リードフレーム型】

LEDパッケージ(砲弾型LED)の構造図
リードフレーム(端子)のカップ状に成型された部分にLED素子が取り付けられ、金ワイヤー(ボンディングワイヤー)で素子とリードフレームの電極が接続されています。

エポキシ樹脂で砲弾型に成型され、レンズとして作用する(光が一定方向に集光される)ため、指向性が強く、懐中電灯のように前方の角度に強く光るようになっています。
レンズ部の直径が3mmや5mmの2種類が多いですが、8mm・10mmというのも存在します。

砲弾型LEDは、その形状から「リードフレーム型」や、プリント基板の穴に端子を挿してハンダ付けされることから「スルーホール実装型」などとも呼ばれます。
※弊社では「丸型LED」と呼んでいます。レンズ部の直径が3mm・5mmの2種類で各色取り扱い。

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COB 【Chip On Board チップオンボード】

LEDパッケージ(COB LED チップオンボード)の構造図
図のように、多数のLED素子を一つのパッケージに並べて、アルミ基板などに直接実装したものをCOB(Chip On Board チップオンボード)といいます。
SMD(表面実装型)の発展形といった感じで、一つのパッケージで大光量を得られる方法として、様々な照明用途に使われます。

数十個以上という大量のLED素子を使用して、大出力を投入するため、基板にヒートシンク(放熱器)を取り付けるなど、 十分な放熱対策が必須となります。

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