実装基板および発光モジュール
【課題】放熱性を向上させることが可能な実装基板および発光モジュールを提供する。
【解決手段】実装基板2は、金属板により形成され電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられ伝熱板21の他面側に配置された配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きく、配線基板22の配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。発光モジュールは、実装基板2に電子部品として固体発光素子を実装して構成する。
【解決手段】実装基板2は、金属板により形成され電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられ伝熱板21の他面側に配置された配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きく、配線基板22の配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。発光モジュールは、実装基板2に電子部品として固体発光素子を実装して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、実装基板および発光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、図11に示すように、LED素子108を搭載するための基板であるLED基板101を備えたLEDパッケージ102が提案されている(特許文献1)。
【0003】
ここにおいて、LED基板101は、配線板105と反射板103とを接着剤104を介して貼り合わせたものである。
【0004】
配線板105は、反射板103側となる一方の面に、ボンディングパッド106を含む導体回路115を備え、他方の面に、ボンディングパッド106に層間接続120により電気的に接続された下面電極111を含む導体回路を備えている。ここにおいて、配線板105は、両面配線板または多層配線板である。
【0005】
配線板105は、ボンディングパッド106を除く所定の位置にソルダーレジスト124が形成されている。
【0006】
反射板103は、配線板105のボンディングパッド106を露出させる接続用開口112を有している。また、反射板103は、LED素子108からの光を反射する機能と、LED素子108で生じた熱を放熱する機能とを有している。
【0007】
また、接着剤104としては、例えば、エポキシ系接着剤に無機系フィラーを充填した接着剤などの高熱伝導性接着剤が用いられている。これにより、LEDパッケージ102では、LED素子108から反射板103を介して接着剤104に伝わる熱を、より効率よく放熱することができる。
【0008】
LED素子108としては、青色LEDが用いられている。また、LED素子108は、反射板103のLED搭載部107に、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂との混合タイプのダイボンドペーストを用いて実装してある。
【0009】
LEDパッケージ102は、反射板103上に形成されてLED素子108およびボンディングワイヤ109を覆うモールド用の樹脂として、青色光を白色光に変換するための蛍光材を含むモールド樹脂114aと、透明なモールド樹脂114bとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2011−44593号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献1には、LED基板101は、LED素子108を搭載してLEDパッケージ102を形成するための部材であって、ボンディングパッド106を除いて反射板103で被覆されているので、LED素子108から出る熱・紫外線から配線板105を保護できる旨が記載されている。また、特許文献1には、接続用開口112からボンディングパッド106のみが露出するようにすると、配線板105の樹脂により形成される部分が反射板103の表面側に露出しないため、LED素子108からの光による配線板105の劣化を抑制できる点で望ましい旨が記載されている。ここにおいて、このLED基板101では、LED素子108で発生した熱が反射板103を介して接着剤104に伝わり、更に配線板105に伝わりやすくなるものと推考される。
【0012】
しかしながら、配線板105として両面配線板を用いている場合、配線板105の厚み方向の熱抵抗が大きいので、LED素子108の光出力の高出力化を図った場合に、LED素子108の温度上昇を十分に抑制できなくなる懸念がある。このため、上述のLED基板101を用いたLEDパッケージ102では、光出力の高出力化が制限されてしまう懸念がある。また、LEDパッケージ102を照明器具の光源として用いる場合には、LEDパッケージ102を別途の回路基板に表面実装して用いる必要があり、LED素子108から器具本体までの熱抵抗が高くなってしまう。
【0013】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放熱性を向上させることが可能な実装基板および発光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の実装基板は、電子部品を実装可能な実装基板であって、金属板により形成され前記電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板と、前記電子部品を電気的に接続可能な配線パターンが有機系絶縁基板の片面に設けられ前記伝熱板の他面側に配置された配線基板と、前記伝熱板と前記配線基板との間に介在する絶縁層とを備え、前記伝熱板は、前記配線パターンにおける、前記電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔が形成されてなり、前記配線基板の平面サイズが前記伝熱板の平面サイズよりも大きく、前記配線基板は、前記配線パターンが、前記伝熱板に重ならない領域まで広がっていることを特徴とする。
【0015】
この実装基板において、前記配線基板は、前記有機系絶縁基板の前記片面において前記伝熱板に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層を備え、前記保護層に、前記配線パターンの一部を端子部として露出させる露出部が形成されてなることが好ましい。
【0016】
この実装基板において、前記保護層の色が白色であることが好ましい。
【0017】
この実装基板において、前記配線基板は、前記配線パターンにおいて前記保護層により覆われた領域以外に、めっき層が形成されてなり、前記配線パターンの材料がCuであり、前記めっき層は、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることが好ましい。
【0018】
この実装基板において、前記絶縁層は、熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることが好ましい。
【0019】
この実装基板において、前記伝熱板は、前記第1金属板がアルミニウム板であり、前記アルミニウム板における前記絶縁層側とは反対側に前記アルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、前記アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されてなることが好ましい。
【0020】
この実装基板において、前記伝熱板は、長尺状の形状であって、複数の前記電子部品を前記伝熱板の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、前記有機系樹脂基板は、前記伝熱板よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、前記配線パターンよりも前記金属板との線膨張率差が小さいことが好ましい。
【0021】
本発明の発光モジュールは、前記実装基板と、前記実装基板に実装された前記電子部品とを備え、前記電子部品が固体発光素子からなることを特徴とする。
【0022】
この発光モジュールにおいて、前記固体発光素子は、LEDチップであることが好ましい。
【0023】
この発光モジュールにおいて、前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料を含む色変換部を備え、前記色変換部は、前記伝熱板に接していることが好ましい。
【0024】
この発光モジュールにおいて、前記各LEDチップは、厚み方向の一面側に第1電極と第2電極とが設けられたものであり、前記第1電極および前記第2電極の各々が前記貫通孔を通るワイヤを介して前記配線パターンと電気的に接続されてなることが好ましい。
【発明の効果】
【0025】
本発明の実装基板においては、放熱性を向上させることが可能となる。
【0026】
本発明の発光モジュールにおいては、放熱性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】(a)は実施形態における実装基板の概略分解斜視図であり、(b)は(a)の要部拡大図である。
【図2】実施形態における実装基板の概略斜視図である。
【図3】実施形態における実装基板の他の構成例の概略分解斜視図である。
【図4】実施形態における実装基板の他の構成の概略斜視図である。
【図5】(a)は実施形態における発光モジュールの要部概略斜視図、(b)は実施形態における発光モジュールの一部破断した要部概略斜視図である。
【図6】実施形態における発光モジュールの要部概略断面図である。
【図7】実施形態における発光モジュールの他の構成例の要部概略断面図である。
【図8】実施形態における発光モジュールの更に他の構成例の要部概略断面図である。
【図9】実施形態における発光モジュールの別の構成例の要部概略断面図である。
【図10】実施形態における発光モジュールの更に別の構成例の要部概略断面図である。
【図11】従来のLEDパッケージの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下では、まず、図1〜図4に基づいて、電子部品を実装可能な実装基板2について説明し、その後、図5〜図10に基づいて、実装基板2を備えた発光モジュールについて説明する。
【0029】
実装基板2は、電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、伝熱板21の他面側に配置され電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bを有する配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。ここで、伝熱板21は、金属板により形成されている。また、配線基板22は、配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられている。この配線基板22としては、片面プリント配線板を用いることができる。
【0030】
伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。
【0031】
実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きい。また、配線基板22は、配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。
【0032】
実装基板2は、全体として長尺状に形成されており、伝熱板21の上記一面側において、複数個(図1の例では、12×6=72個)の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って配置可能となっている。
【0033】
伝熱板21は、長尺状(ここでは、細長の矩形板状)の形状に形成されており、複数の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って並べて搭載可能となっている。伝熱板21の基礎となる金属板の材料としては、アルミニウム、銅などの熱伝導率の高い金属が好ましい。ただし、金属板の材料は、これらに限らず、例えば、ステンレスやスチールなどでもよい。
【0034】
伝熱板21には、電子部品と配線パターン22bとを電気的に接続する配線(例えば、ワイヤなど)の各々を通す貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向において電子部品の搭載領域の両側に形成してある。
【0035】
貫通孔21bは、開口形状を円形状としてある。貫通孔21bの内径は、0.5mmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。貫通孔21bの形状は、円形状に限らず、例えば、矩形状、楕円形状などでもよい。
【0036】
配線基板22は、長尺状(ここでは、細長の矩形板状)に形成されている。配線基板22は、有機系絶縁基板22aが長尺状の形状に形成されている。実装基板2は、配線基板22の長手方向の寸法と伝熱板21の長手方向の寸法とを同じ値に設定し、また、配線基板22の幅寸法を伝熱板21の幅寸法よりも大きく設定してある。これにより、実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きくなっている。ただし、これらの寸法の関係は、特に限定するものではない。また、配線基板22は、有機系絶縁基板22aの片面の大部分を覆うように当該片面の全体に配線パターン22bが形成されている。有機系絶縁基板22aは、樹脂に当該樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板により構成してある。樹脂基板の樹脂としては、配線パターン22bよりも上述の金属板との線膨張率が小さいことが好ましい。
【0037】
これにより、実装基板2は、金属板および配線パターン22bそれぞれの材料が、アルミニウム、銅であって、有機系絶縁基板22aの樹脂が例えばガラスエポキシ樹脂であり、フィラーが混合されていない場合に比べて、有機系絶縁基板22aの熱抵抗を低減することが可能となり、また、長尺状の伝熱板21の反りを抑制することが可能となる。
【0038】
例えば、金属板の材料がアルミニウム、配線パターン22bの材料が銅である場合、樹脂基板の樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いることが好ましい。また、フィラーとしては、例えば、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、ガラス繊維などを用いることが好ましい。また、フィラーの充填率は、60体積パーセント〜75体積パーセント程度が好ましく、これにより、樹脂基板の熱伝導率を4W/mK〜10W/mK程度とすることが可能となる。一例として、樹脂基板は、樹脂としてビニルエステル樹脂を、フィラーの材料として酸化マグネシウムを、それぞれ採用し、フィラーの充填率を67体積パーセントとすれば、熱伝導率を5W/mK、線膨張率を18〜22ppm/K程度とすることが可能となる。アルミニウムおよび銅の熱伝導率は、それぞれ、23ppm/K程度、17ppm/K程度である。
【0039】
配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの片面上で、組をなす第1パターン22b1と第2パターン22b2とが、有機系絶縁基板22aの幅方向において離間して並設されている。また、配線パターン22bは、第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々を規定数(例えば、12個)ずつ備えており、第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々が、有機系絶縁基板22aの片面上で、有機系絶縁基板22aの長手方向に並んで配置されている。第1パターン22b1および第2パターン22b2は、矩形状(ここでは、長方形状)に形成されており、有機系絶縁基板22aと長手方向が一致するように配置されている。ここで、配線パターン22bは、組をなす1個の第1パターン22b1と1個の第2パターン22b2とで、1つの単位パターン22uを構成している。したがって、配線パターン22bは、複数の単位パターン22uが有機系絶縁基板22aの長手方向に沿って並設されている。また、配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの長手方向において隣り合う単位パターン22u,22u同士において、一方の単位パターン22uの第1パターン22b1と他方の単位パターン22uの第2パターン22b2とが、有機系絶縁基板22aの幅方向に沿った接続部22b3(図1(b)参照)により電気的に接続されている。
【0040】
絶縁層23の平面サイズは、伝熱板21の平面サイズと略同じ平面サイズに設定することが好ましい。絶縁層23は、伝熱板21の各貫通孔21bの各々に連通する貫通孔23bが形成されている。したがって、実装基板2に電子部品を実装する場合には、例えば、伝熱板21の貫通孔21bと絶縁層23の貫通孔23bとを通して、電子部品と配線パターン22bとを電気的に接続することができる。
【0041】
絶縁層23は、熱硬化型のシート状接着剤のエポキシ樹脂層を熱硬化させることにより形成されている。絶縁層23は、電気絶縁性を有するだけでなく、熱伝導性を有することが好ましい。要するに、絶縁層23は、伝熱板21と配線基板22とを電気的に絶縁する機能および熱結合する機能を有していることが好ましい。
【0042】
ここで、絶縁層23は、上述のシート状接着剤として、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有するBステージのエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂)とプラスチックフィルム(PETフィルム)とが積層されたシート状接着剤を用いることが好ましい。このようなシート状接着剤としては、例えば、東レ株式会社製の接着剤シートTSAなどがある。フィラーとしては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂よりも熱伝導率の高い電気絶縁性材料を用いればよい。上述のエポキシ樹脂層の厚みは、100μmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではなく、例えば、50μm〜150μm程度の範囲で適宜設定すればよい。上述のエポキシ樹脂層の熱伝導率は、4W/mK以上であることが好ましい。また、シート状接着剤のプラスチックフィルムは、配線基板22と伝熱板21とを重ね合わせる前に、エポキシ樹脂層から剥離する。要するに、エポキシ樹脂層におけるプラスチックフィルム側とは反対側の一面を対象物に固着した後、プラスチックフィルムを剥離する。ここで、絶縁層23の形成にあたっては、伝熱板21とエポキシ樹脂層と配線パターン22bを有する配線基板22とを重ね合わせた状態で適宜加圧するようにしてもよい。
【0043】
上述のシート状接着剤のエポキシ樹脂層は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いという性質を有している。これにより、実装基板2は、絶縁層23と伝熱板21および配線基板22との間に空隙が発生するのを防止することができて密着信頼性が向上するとともに、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を抑制することが可能となる。したがって、実装基板2では、伝熱板21と配線基板22の配線パターン22bとの間にゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、電子部品から配線基板22までの熱抵抗を低減できるとともに、熱抵抗のばらつきを低減できて、放熱性が向上し、電子部品の温度上昇を抑制できる。
【0044】
本実施形態の実装基板2では、配線基板22の配線パターン22bにおいて伝熱板21に重なる領域の全体が、絶縁層23と接している。これにより、実装基板2は、図11に示した従来のLED基板101のように接着剤104と導体回路115との間にソルダーレジスト124などがある場合に比べて、伝熱板21から配線パターン22bに伝熱された熱を配線パターン22bの厚み方向および横方向(面内方向)へ効率よく放熱させることが可能となり、放熱性を向上させることが可能となる。
【0045】
ところで、伝熱板21の熱容量の大きさによっては、上述のエポキシ樹脂層の加熱温度を170℃程度まで上げて硬化させると、伝熱板21と配線基板22との固着性能が低下し、加熱温度を150℃程度まで下げて硬化させると伝熱板21と配線基板22との間の電気絶縁性が低下する懸念がある。すなわち、絶縁層23は、固着性能と電気絶縁性とがトレードオフの関係を有している。そこで、本実施形態における実装基板2の製造にあたっては、第1のシート状接着剤のエポキシ樹脂層(以下、第1エポキシ樹脂層と称する)と第2のシート状接着剤のエポキシ樹脂層(以下、第2エポキシ樹脂層と称する)とを重ね合わせるようにし、第1エポキシ樹脂層を170℃で硬化させることにより電気絶縁性および熱伝導性を確保し、第2エポキシ樹脂層を150℃で硬化させることにより固着性能および熱伝導性を確保するようにしている。さらに説明すれば、実装基板2の製造にあたっては、第1エポキシ樹脂層を対象物である伝熱板21に170℃で固着させた後、第2エポキシ樹脂層および配線基板22を重ね合わせて当該第2エポキシ樹脂層を150℃で硬化させることが好ましい。これにより、本実施形態の実装基板2の製造にあたっては、伝熱板21の熱容量に関わらず、絶縁層23の固着性能と電気絶縁性との両方の要求を満足させることが可能となる。
【0046】
また、配線基板22は、図3および図4に示すように、有機系絶縁基板22aの片面において伝熱板21に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層22cを備えることが好ましい。また、保護層22cは、配線パターン22bの一部を端子部22ba,22baとして露出させる露出部22d,22dが形成されてなることが好ましい。ここで、配線基板22は、配線基板22の長手方向の一端部(図3、図4における右端部)の第1パターン22b1、他端部(図3、図4における左端部)の第2パターン22b2それぞれを端子部22ba,22baとして露出させてある。要するに、実装基板2は、長手方向の両端部の各々に端子部22ba,22baを備えている。これにより、実装基板2は、端子部22ba,22baを通して外部から通電することが可能となる。また、実装基板2は、保護層22cを設けてあることにより、耐候性を高めることが可能となるとともに、配線パターン22bへの異物の付着による短絡などを防止することが可能となる。
【0047】
ここで、実装基板2は、伝熱板21に搭載する電子部品が、後述の固体発光素子3(図5〜図10参照)などの場合、保護層22cの色が白色であることが好ましい。白色の保護層22cの材料としては、例えば、白色系のレジスト(樹脂)などを用いることができる。保護層22cの色が白色であることにより、実装基板2は、電子部品が固体発光素子3である場合に、固体発光素子3などからの光を保護層22cの表面で効率よく反射することが可能となる。したがって、実装基板2は、配線基板22の平面サイズを伝熱板21の平面サイズよりも大きくした構成でありながら、固体発光素子3からの光が配線基板22に吸収されるのを抑制することが可能となり、有機系絶縁基板22aの劣化を抑制することが可能となる。
【0048】
また、配線基板22は、配線パターン22bにおいて保護層22cにより覆われた領域以外に、最表層がAu膜からなるめっき層(図示せず)が形成されていることが好ましい。このめっき層は、配線パターン22bに比べて、耐酸化性および耐腐食性が高く、絶縁層23との密着性の高いことが好ましい。ここにおいて、めっき層は、配線パターン22bの材料がCuである場合、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることが好ましい。これにより、めっき層は、耐酸化性および耐腐食性が高く、絶縁層23との密着性の高いだけでなく、金ワイヤとの接合強度を高めることができ、また、配線パターン22bの材料であるCuがAu膜中へ拡散するのを抑制することが可能となる。
【0049】
配線基板22の製造にあたっては、めっき層を電解めっき法により形成する前に、保護層22cを形成しておけば、保護層22cがない場合に比べて、配線パターン22bに施すめっきの量を低減することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
【0050】
また、電子部品が固体発光素子3である場合、伝熱板21は、反射板としての機能を有することが好ましく、金属板の材料としてアルミニウムを採用することが、より好ましい。また、伝熱板21は、金属板がアルミニウム板であり、アルミニウム板における絶縁層23側とは反対側にアルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されていることが好ましい。ここで、2種類の誘電体膜としては、例えば、SiO2膜とTiO2膜とを採用することが好ましい。実装基板2は、このような伝熱板21を用いることにより、可視光に対する反射率を95%以上とすることが可能となる。要するに、実装基板2は、このような電熱板21を用いることにより、電子部品である固体発光素子3などからの可視光を効率よく反射することが可能となる。このような伝熱板21としては、例えば、アラノッド(alanod)社のMIRO2、MIRO(登録商標)を用いることができる。上述のアルミニウム板としては、表面が陽極酸化処理されたものを用いてもよい。なお、伝熱板21の厚みは、例えば、0.2〜3mm程度の範囲で適宜設定すればよい。
【0051】
以上説明した本実施形態の実装基板2は、上述のように、金属板により形成され電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられ伝熱板21の他面側に配置された配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。そして、伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。また、実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きく、配線基板22の配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。しかして、本実施形態の実装基板2では、放熱性を向上させることが可能となる。すなわち、実装基板2は、電子部品で発生した熱を、伝熱板21により横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となり、また、実装基板2は、電子部品で発生した熱を、伝熱板21の厚み方向へも伝熱させ、配線基板22の配線パターン22bの厚み方向および横方向に効率よく放熱させることが可能となる。配線基板22の配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの平面視における外周線の位置まで広げてもよいが、実装基板2を搭載する部材(例えば、照明器具の器具本体など)が導電性材料により形成されているような場合には、上述の外周線よりも内側の位置まで広げるにとどめて、この部材との所望の沿面距離を確保できるようにしてもよい。
【0052】
また、実装基板2は、絶縁層23が、熱硬化性樹脂からなり、この熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることにより、放熱性を、より向上させることが可能となる。
【0053】
また、実装基板2は、伝熱板21が、長尺状の形状であって、複数の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、有機系樹脂基板22aが、伝熱板21よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に当該樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、配線パターン22bよりも金属板との線膨張率差が小さいので、実装基板2の反りを抑制することが可能となる。
【0054】
実装基板2は、長尺状の形状に限らず、矩形状、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。同様に、伝熱板21および配線基板22の形状も長尺状の形状に限らず、矩形状、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。また、実装基板2に実装可能とする電子部品の個数も複数個に限らず、1個でもよい。また、電子部品は、固体発光素子に限らず、発熱を伴う電子部品(いわゆる発熱部品)であればよい。いずれにしても、実装基板2は、電子部品の電極(端子)の数や配置に基づいて、貫通孔21bの配置や個数を適宜設定すればよい。また、実装基板2は、複数個の電子部品を実装して用いる場合、必ずしも、全ての電子部品が同じ機能を有する電子部品である必要はなく、また、必ずしも、全ての電子部品が発熱部品である必要もない。
【0055】
次に、図3および図4に示した実装基板2を備えた発光モジュール1について図5〜図10に基づいて説明するが、これに代えて図1および図2に示した実装基板2を備えたものでもよい。
【0056】
発光モジュール1は、実装基板2と、実装基板2に実装された複数の固体発光素子3とを備えている。ここで、固体発光素子3が、上述の電子部品を構成している。
【0057】
固体発光素子3としては、LEDチップを用いているが、これに限らず、例えば、LEDチップがパッケージに収納されたものでもよい。また、固体発光素子3としては、例えば、レーザダイオード(半導体レーザ)や、有機EL素子などを用いてもよい。
【0058】
固体発光素子3は、図6に示すように、厚み方向の一面側に第1電極(アノード電極)31と第2電極(カソード電極)32とが設けられており、厚み方向の他面側が接合部35を介して伝熱板21に接合されている。そして、固体発光素子3は、第1電極31および第2電極32の各々がワイヤ(ボンディングワイヤ)26を介して配線パターン22bと電気的に接続されている。ここにおいて、伝熱板21は、各ワイヤ26の各々を通すことが可能な上述の貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向において各固体発光素子3ごとの搭載領域の両側に形成してある。固体発光素子3がLEDチップの場合、接合部35は、ダイボンド材により形成すればよい。
【0059】
LEDチップは、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、基板としてサファイア基板を備えたものを用いている。ただし、LEDチップの基板は、サファイア基板に限らず、例えば、GaN基板、SiC基板、Si基板などでもよい。なお、LEDチップの構造は特に限定するものではない。
【0060】
LEDチップのチップサイズは、特に限定するものではなく、例えば、チップサイズが0.3mm□や0.45mm□や1mm□のものなどを用いることができる。
【0061】
また、LEDチップの発光層の材料や発光色は特に限定するものではない。すなわち、LEDチップとしては、青色LEDチップに限らず、例えば、紫色光LEDチップ、紫外光LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップなどを用いてもよい。
【0062】
ダイボンド材としては、例えば、シリコーン系のダイボンド材、エポキシ系のダイボンド材、銀ペーストなどを用いることができる。
【0063】
また、ワイヤ26としては、例えば、金ワイヤ、アルミニウムワイヤなどを用いることができる。ここで、発光モジュール1は、固体発光素子3の第1電極31が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第2パターン22b2と電気的に接続され、第2電極32が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第1パターン22b1と電気的に接続されている。なお、発光モジュール1は、固体発光素子3の第1電極31が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第1パターン22b1と電気的に接続され、第2電極32が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第2パターン22b2と電気的に接続されているようにしてもよい。
【0064】
配線パターン22bは、単位パターン22uごとに、伝熱板21の長手方向に並んで配置される所定数(例えば、12個)の固体発光素子3を並列接続して並列回路を構成できるようになっており、隣り合う単位パターン22uごとに形成される並列回路を直列接続できるようになっている。したがって、配線基板22の長手方向の一端部(図4における左端部)の端子部22baと他端部(図4における右端部)の端子部22baとの間に給電することにより、全ての固体発光素子3に対して給電することができる。
【0065】
ところで、発光モジュール1は、固体発光素子3としてLEDチップを用いている場合、例えば図6に示すように、伝熱板21の上記一面側において固体発光素子3およびワイヤ26を封止した封止部36を備えることが好ましい。図6では、封止部36の材料として、第1透光性材料であるシリコーン樹脂を用いている。第1透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ガラスなどを用いてもよい。
【0066】
また、発光モジュール1は、固体発光素子3としてLEDチップを用いている場合、高出力の白色光を得るためには、LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する波長変換材料を有する色変換部37を備えていることが好ましい。このような色変換部37としては、例えば、LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を波長変換材料として用い、蛍光体および第2透光性材料を含むものが好ましい。
【0067】
発光モジュール1は、例えば、LEDチップとして青色LEDチップを用い、色変換部37の蛍光体として黄色蛍光体を用いれば、白色光を得ることが可能となる。すなわち、発光モジュール1は、LEDチップから放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部37の表面を通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。色変換部37の材料として用いる第2透光性材料として、シリコーン樹脂を用いているが、これに限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがnmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部37の材料として用いる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、黄色蛍光体と赤色蛍光体とを用いたり、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることにより、演色性を高めることが可能となる。また、色変換部37の材料として用いる蛍光体は、1種類の黄色蛍光体に限らず、発光ピーク波長の異なる2種類の黄色蛍光体を用いてもよい。
【0068】
また、LEDチップ単体で白色光を放射できる場合や、封止部36に蛍光体を分散させている場合や、発光モジュール1で得たい光の色がLEDチップの発光色と同じである場合には、色変換部37を備えていない構造を採用することができる。
【0069】
発光モジュール1は、色変換部37が、伝熱板21に接していることが好ましい。これにより、発光モジュール1は、LEDチップで発生した熱だけでなく、色変換部37で発生した熱も伝熱板21を通して放熱させることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。図6に示した例では、色変換部37が、ドーム状の形状に形成されており、伝熱板21の上記一面側において伝熱板21との間にLEDチップおよび封止部36などを囲む形で配設されている。更に説明すれば、色変換部37は、伝熱板21の上記一面側において封止部36との間に気体層(例えば、空気層)38が形成されるように配設されている。また、図6に示した発光モジュール1では、固体発光素子3であるLEDチップの下方への一投影面において、配線パターン22bにおける第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々の一部と、これらの間に入り込んだ絶縁層23の一部とがあるが、これに限らず、発光モジュール1は、図7に示すように、固体発光素子3であるLEDチップの下方への一投影面に、第1パターン22b1のみがあるようにしてもよく、これにより、LEDチップで発生した熱をより、効率よく放熱させることが可能となる。
【0070】
ところで、実装基板2の絶縁層23には、上述のように、伝熱板21の各貫通孔21bの各々に連通する貫通孔23bが形成されている。したがって、発光モジュール1の製造時には、ワイヤ26を伝熱板21の貫通孔21bと絶縁層23の貫通孔23bとを通して配線パターン22にボンディングすることができる。ここで、発光モジュール1の製造時には、固体発光素子3の第1電極31および第2電極32それぞれと第2パターン22b2および第1パターン22b1とをワイヤ26を介して接続した後に、例えば、ディスペンサなどにより、貫通孔21bおよび貫通孔23bに封止部36(図6参照)の材料を充填してワイヤ26が伝熱板21に接触しないようにし、その後、封止部36を形成すればよい。
【0071】
また、発光モジュール1は、図8に示すように、色変換部37を半球状の形状として、色変換部37により固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。また、発光モジュール1は、図9に示すように、色変換部37をドーム状の形状として、色変換部37により、固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。また、発光モジュール1は、図10に示すように、色変換部37を、層状の形状として、色変換部37により、固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。なお、図6や図7や図9のような色変換部37は、成形したものを用い、伝熱板21側の端縁(開口部の周縁)を伝熱板21に対して、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)を用いて固着すればよい。また、図8に示すような色変換部37は、例えば、成形法により形成することができる。また、図10に示すような色変換部37は、例えば、ディスペンサを用いた塗布法や、スクリーン印刷法などにより形成することが可能である。
【0072】
発光モジュール1の製造にあたっては、まず、実装基板2における伝熱板21の上記一面側に固体発光素子3を接合することで搭載してから、各固体発光素子3の第1電極31および第2電極32それぞれと第2パターン22b2および第1パターン22b2とをワイヤ26を介して電気的に接続する。その後、必要に応じて封止部36、色変換部37を伝熱板21の上記一面側に設ければよい。
【0073】
以上説明した本実施形態の発光モジュール1は、上述の実装基板2と、実装基板2に実装された電子部品とを備え、電子部品が固体発光素子3からなるので、放熱性を向上させることが可能となる。
【0074】
また、本実施形態の発光モジュール1では、各固体発光素子3および各色変換部37で発生した熱を、伝熱板21により横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となり、また、伝熱板21の厚み方向へも伝熱させて放熱させることが可能となる。したがって、発光モジュール1は、放熱性を向上させることが可能で各固体発光素子3の温度上昇を抑制でき、且つ、光出力の高出力化を図ることが可能となる。要するに、本実施形態の発光モジュール1は、各固体発光素子3および各色変換部37で発生した熱が、金属板を用いて形成された伝熱板21を通して放熱されるので、例えば、個々の固体発光素子3の光出力の増加などによって発光モジュール1全体の光出力の高出力化を図った場合でも、各固体発光素子3および色変換部37の温度上昇を抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
【0075】
また、本実施形態の発光モジュール1は、絶縁層23が、熱硬化性樹脂に当該熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有しているので、固体発光素子3で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。
【0076】
また、本実施形態の発光モジュール1では、固体発光素子3をLEDチップとすることにより、LEDチップで発生した熱を伝熱板21により横方向へ伝熱させて効率良く放熱させることが可能となる。
【0077】
また、本実施形態の発光モジュール1は、実装基板2に電子部品として固体発光素子3を実装してあるが、実装基板2が伝熱板21と配線基板22との間に上述の絶縁層23を備えており、絶縁層23と配線パターン22bとが接合されている。これにより、本実施形態の発光モジュールでは、図11に示したLED基板101のようにソルダーレジスト124が設けられている場合に比べて、熱抵抗を低減できるとともに、熱抵抗のばらつきを低減することが可能となる。これにより、発光モジュール1は、放熱性が向上し、固体発光素子3のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくすることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。また、本実施形態の発光モジュール1は、実装基板2における配線基板22として片面プリント配線板を用いており、配線基板22において伝熱板21が配置される片面側に端子部22ba,22baを設けている。これにより、発光モジュール1は、図11に示したLEDパッケージ102のように配線板105として両面配線板を用いる場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、照明器具の光源として用いる場合でも、別途の回路基板に表面実装して用いる必要もないから、固体発光素子3から器具本体までの熱抵抗を低減でき、光出力の高出力化を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、配線基板22において有機系絶縁基板22aの片面上にのみしか配線パターン22bが形成されていないので、金属製の部材(例えば、照明器具における金属製の器具本体や放熱部材など)に対して設置して用いるような場合に、耐雷サージ性を高めることが可能となる。
【0078】
また、本実施形態の発光モジュール1では、伝熱板21として、反射板としての機能を有するものを用いることにより、伝熱板21での光損失を低減することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。したがって、本実施形態の発光モジュール1は、低消費電力化を図ることも可能となる。ここで、発光モジュール1は、伝熱板21の基礎となる金属板がアルミニウム板であり、アルミニウム板における絶縁層23側とは反対側にアルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されている。これにより、発光モジュール1は、LEDチップから放射され伝熱板21の上記一面に入射した光を効率良く反射することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。特に、発光モジュール1は、固体発光素子3として、LEDチップを用いている場合に、LEDチップで発生した熱を効率よく放熱させることが可能となって光出力の高出力化を図れ、そのうえ、LEDチップから放射された光の利用効率の向上を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、色変換部37(図6〜図10など参照)を備えている場合、色変換部37の波長変換材料である蛍光体から伝熱板21側へ放射された光や、LEDチップから放射され蛍光体で伝熱板21側へ散乱された光などを反射させることが可能なので、光の利用効率の向上を図ることが可能となる。
【0079】
また、発光モジュール1は、上述のように実装基板2の反りが抑制されるとともに放熱性が向上するから、固体発光素子3の配列ピッチを短くすることにより、個々の固体発光素子3が点光源として粒々に光っているように見えるのを抑制することが可能となり、線状光源に見えるようにすることが可能となる。
【0080】
また、本実施形態の発光モジュール1では、固体発光素子3がLEDチップであり、厚み方向の一面側に第1電極31と第2電極32とが設けられており、第1電極31および第2電極32の各々が各貫通孔21bを通るワイヤ26を介して配線パターン22bと電気的に接続されているので、LEDチップを伝熱板21にダイボンドすることができ、LEDチップで発生した熱が伝熱板21の横方向へ伝熱されやすくなり、放熱性を向上させることが可能となる。
【0081】
固体発光素子3としてLEDチップを用いる場合、固体発光素子3と伝熱板21との線膨張率の差に起因してLEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を介して伝熱板21にダイボンドするようにしてもよい。ここで、サブマウント部材は、LEDチップのチップサイズよりも大きな平面サイズに形成したものを用いることが好ましい。LEDチップがGaN系青色LEDチップであり、金属板がアルミニウム板の場合、サブマウント部材の材料としては、例えば、AlN、複合SiC、Si、CuWなどを採用することができる。また、サブマウント部材は、LEDチップが接合される側の表面におけるLEDチップとの接合部位(つまり、LEDチップに重なる部位)の周囲に、LEDチップから放射された光を反射する反射膜が形成されていることが好ましい。また、LEDチップとして厚み方向の両面に電極が設けられたものを用いる場合には、サブマウント部材に、LEDチップにおいてサブマウント部材側に配置される第1電極31あるいは第2電極32に電気的に接続される導体パターンを設けておき、当該導体パターンと第2パターン22b2あるいは第1パターン22aとをワイヤ26を介して電気的に接続するようにすればよい。
【0082】
本実施形態の発光モジュール1は、種々の照明装置の光源として用いることが可能である。本実施形態の発光モジュール1を備えた照明装置の一例としては、例えば、発光モジュール1を光源として器具本体に配置した照明器具がある。ここにおいて、発光モジュール1は、器具本体が金属製で導電性を有しているような場合でも、配線基板22の幅寸法および配線パターン22を広げる範囲を適宜設定することによって、伝熱板21や配線パターン22と器具本体との間の所望の沿面距離を確保することが可能となる。照明器具では、器具本体を金属製とすれば、発光モジュール1で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。
【0083】
また、本実施形態の発光モジュール1を備えた照明装置の一例として、直管形LEDランプを構成することができる。なお、直管形LEDランプについては、例えば、社団法人日本電球工業会により、「L型ピン口金GX16t−5付直管形LEDランプシステム(一般照明用)」(JEL 801)が規格化されている。
【0084】
このような直管形LEDランプを構成する場合には、例えば、透光性材料(例えば、乳白色のガラス、乳白色の樹脂など)により形成された直管状の管本体と、管本体の長手方向の一端部および他端部それぞれに設けられた第1口金、第2口金とを備え、管本体内に発光モジュール1が収納された構成とすればよい。
【符号の説明】
【0085】
1 発光モジュール
2 実装基板
21b 貫通孔
3 固体発光素子(電子部品、LEDチップ)
21 伝熱板
22 配線基板
22a 有機系絶縁基板
22b 配線パターン
22ba 端子部
22c 保護層
23 絶縁層
26 ワイヤ
31 第1電極
32 第2電極
37 色変換部
【技術分野】
【0001】
本発明は、実装基板および発光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、図11に示すように、LED素子108を搭載するための基板であるLED基板101を備えたLEDパッケージ102が提案されている(特許文献1)。
【0003】
ここにおいて、LED基板101は、配線板105と反射板103とを接着剤104を介して貼り合わせたものである。
【0004】
配線板105は、反射板103側となる一方の面に、ボンディングパッド106を含む導体回路115を備え、他方の面に、ボンディングパッド106に層間接続120により電気的に接続された下面電極111を含む導体回路を備えている。ここにおいて、配線板105は、両面配線板または多層配線板である。
【0005】
配線板105は、ボンディングパッド106を除く所定の位置にソルダーレジスト124が形成されている。
【0006】
反射板103は、配線板105のボンディングパッド106を露出させる接続用開口112を有している。また、反射板103は、LED素子108からの光を反射する機能と、LED素子108で生じた熱を放熱する機能とを有している。
【0007】
また、接着剤104としては、例えば、エポキシ系接着剤に無機系フィラーを充填した接着剤などの高熱伝導性接着剤が用いられている。これにより、LEDパッケージ102では、LED素子108から反射板103を介して接着剤104に伝わる熱を、より効率よく放熱することができる。
【0008】
LED素子108としては、青色LEDが用いられている。また、LED素子108は、反射板103のLED搭載部107に、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂との混合タイプのダイボンドペーストを用いて実装してある。
【0009】
LEDパッケージ102は、反射板103上に形成されてLED素子108およびボンディングワイヤ109を覆うモールド用の樹脂として、青色光を白色光に変換するための蛍光材を含むモールド樹脂114aと、透明なモールド樹脂114bとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2011−44593号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献1には、LED基板101は、LED素子108を搭載してLEDパッケージ102を形成するための部材であって、ボンディングパッド106を除いて反射板103で被覆されているので、LED素子108から出る熱・紫外線から配線板105を保護できる旨が記載されている。また、特許文献1には、接続用開口112からボンディングパッド106のみが露出するようにすると、配線板105の樹脂により形成される部分が反射板103の表面側に露出しないため、LED素子108からの光による配線板105の劣化を抑制できる点で望ましい旨が記載されている。ここにおいて、このLED基板101では、LED素子108で発生した熱が反射板103を介して接着剤104に伝わり、更に配線板105に伝わりやすくなるものと推考される。
【0012】
しかしながら、配線板105として両面配線板を用いている場合、配線板105の厚み方向の熱抵抗が大きいので、LED素子108の光出力の高出力化を図った場合に、LED素子108の温度上昇を十分に抑制できなくなる懸念がある。このため、上述のLED基板101を用いたLEDパッケージ102では、光出力の高出力化が制限されてしまう懸念がある。また、LEDパッケージ102を照明器具の光源として用いる場合には、LEDパッケージ102を別途の回路基板に表面実装して用いる必要があり、LED素子108から器具本体までの熱抵抗が高くなってしまう。
【0013】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放熱性を向上させることが可能な実装基板および発光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の実装基板は、電子部品を実装可能な実装基板であって、金属板により形成され前記電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板と、前記電子部品を電気的に接続可能な配線パターンが有機系絶縁基板の片面に設けられ前記伝熱板の他面側に配置された配線基板と、前記伝熱板と前記配線基板との間に介在する絶縁層とを備え、前記伝熱板は、前記配線パターンにおける、前記電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔が形成されてなり、前記配線基板の平面サイズが前記伝熱板の平面サイズよりも大きく、前記配線基板は、前記配線パターンが、前記伝熱板に重ならない領域まで広がっていることを特徴とする。
【0015】
この実装基板において、前記配線基板は、前記有機系絶縁基板の前記片面において前記伝熱板に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層を備え、前記保護層に、前記配線パターンの一部を端子部として露出させる露出部が形成されてなることが好ましい。
【0016】
この実装基板において、前記保護層の色が白色であることが好ましい。
【0017】
この実装基板において、前記配線基板は、前記配線パターンにおいて前記保護層により覆われた領域以外に、めっき層が形成されてなり、前記配線パターンの材料がCuであり、前記めっき層は、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることが好ましい。
【0018】
この実装基板において、前記絶縁層は、熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることが好ましい。
【0019】
この実装基板において、前記伝熱板は、前記第1金属板がアルミニウム板であり、前記アルミニウム板における前記絶縁層側とは反対側に前記アルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、前記アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されてなることが好ましい。
【0020】
この実装基板において、前記伝熱板は、長尺状の形状であって、複数の前記電子部品を前記伝熱板の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、前記有機系樹脂基板は、前記伝熱板よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、前記配線パターンよりも前記金属板との線膨張率差が小さいことが好ましい。
【0021】
本発明の発光モジュールは、前記実装基板と、前記実装基板に実装された前記電子部品とを備え、前記電子部品が固体発光素子からなることを特徴とする。
【0022】
この発光モジュールにおいて、前記固体発光素子は、LEDチップであることが好ましい。
【0023】
この発光モジュールにおいて、前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料を含む色変換部を備え、前記色変換部は、前記伝熱板に接していることが好ましい。
【0024】
この発光モジュールにおいて、前記各LEDチップは、厚み方向の一面側に第1電極と第2電極とが設けられたものであり、前記第1電極および前記第2電極の各々が前記貫通孔を通るワイヤを介して前記配線パターンと電気的に接続されてなることが好ましい。
【発明の効果】
【0025】
本発明の実装基板においては、放熱性を向上させることが可能となる。
【0026】
本発明の発光モジュールにおいては、放熱性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】(a)は実施形態における実装基板の概略分解斜視図であり、(b)は(a)の要部拡大図である。
【図2】実施形態における実装基板の概略斜視図である。
【図3】実施形態における実装基板の他の構成例の概略分解斜視図である。
【図4】実施形態における実装基板の他の構成の概略斜視図である。
【図5】(a)は実施形態における発光モジュールの要部概略斜視図、(b)は実施形態における発光モジュールの一部破断した要部概略斜視図である。
【図6】実施形態における発光モジュールの要部概略断面図である。
【図7】実施形態における発光モジュールの他の構成例の要部概略断面図である。
【図8】実施形態における発光モジュールの更に他の構成例の要部概略断面図である。
【図9】実施形態における発光モジュールの別の構成例の要部概略断面図である。
【図10】実施形態における発光モジュールの更に別の構成例の要部概略断面図である。
【図11】従来のLEDパッケージの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下では、まず、図1〜図4に基づいて、電子部品を実装可能な実装基板2について説明し、その後、図5〜図10に基づいて、実装基板2を備えた発光モジュールについて説明する。
【0029】
実装基板2は、電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、伝熱板21の他面側に配置され電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bを有する配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。ここで、伝熱板21は、金属板により形成されている。また、配線基板22は、配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられている。この配線基板22としては、片面プリント配線板を用いることができる。
【0030】
伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。
【0031】
実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きい。また、配線基板22は、配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。
【0032】
実装基板2は、全体として長尺状に形成されており、伝熱板21の上記一面側において、複数個(図1の例では、12×6=72個)の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って配置可能となっている。
【0033】
伝熱板21は、長尺状(ここでは、細長の矩形板状)の形状に形成されており、複数の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って並べて搭載可能となっている。伝熱板21の基礎となる金属板の材料としては、アルミニウム、銅などの熱伝導率の高い金属が好ましい。ただし、金属板の材料は、これらに限らず、例えば、ステンレスやスチールなどでもよい。
【0034】
伝熱板21には、電子部品と配線パターン22bとを電気的に接続する配線(例えば、ワイヤなど)の各々を通す貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向において電子部品の搭載領域の両側に形成してある。
【0035】
貫通孔21bは、開口形状を円形状としてある。貫通孔21bの内径は、0.5mmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。貫通孔21bの形状は、円形状に限らず、例えば、矩形状、楕円形状などでもよい。
【0036】
配線基板22は、長尺状(ここでは、細長の矩形板状)に形成されている。配線基板22は、有機系絶縁基板22aが長尺状の形状に形成されている。実装基板2は、配線基板22の長手方向の寸法と伝熱板21の長手方向の寸法とを同じ値に設定し、また、配線基板22の幅寸法を伝熱板21の幅寸法よりも大きく設定してある。これにより、実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きくなっている。ただし、これらの寸法の関係は、特に限定するものではない。また、配線基板22は、有機系絶縁基板22aの片面の大部分を覆うように当該片面の全体に配線パターン22bが形成されている。有機系絶縁基板22aは、樹脂に当該樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板により構成してある。樹脂基板の樹脂としては、配線パターン22bよりも上述の金属板との線膨張率が小さいことが好ましい。
【0037】
これにより、実装基板2は、金属板および配線パターン22bそれぞれの材料が、アルミニウム、銅であって、有機系絶縁基板22aの樹脂が例えばガラスエポキシ樹脂であり、フィラーが混合されていない場合に比べて、有機系絶縁基板22aの熱抵抗を低減することが可能となり、また、長尺状の伝熱板21の反りを抑制することが可能となる。
【0038】
例えば、金属板の材料がアルミニウム、配線パターン22bの材料が銅である場合、樹脂基板の樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いることが好ましい。また、フィラーとしては、例えば、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、ガラス繊維などを用いることが好ましい。また、フィラーの充填率は、60体積パーセント〜75体積パーセント程度が好ましく、これにより、樹脂基板の熱伝導率を4W/mK〜10W/mK程度とすることが可能となる。一例として、樹脂基板は、樹脂としてビニルエステル樹脂を、フィラーの材料として酸化マグネシウムを、それぞれ採用し、フィラーの充填率を67体積パーセントとすれば、熱伝導率を5W/mK、線膨張率を18〜22ppm/K程度とすることが可能となる。アルミニウムおよび銅の熱伝導率は、それぞれ、23ppm/K程度、17ppm/K程度である。
【0039】
配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの片面上で、組をなす第1パターン22b1と第2パターン22b2とが、有機系絶縁基板22aの幅方向において離間して並設されている。また、配線パターン22bは、第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々を規定数(例えば、12個)ずつ備えており、第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々が、有機系絶縁基板22aの片面上で、有機系絶縁基板22aの長手方向に並んで配置されている。第1パターン22b1および第2パターン22b2は、矩形状(ここでは、長方形状)に形成されており、有機系絶縁基板22aと長手方向が一致するように配置されている。ここで、配線パターン22bは、組をなす1個の第1パターン22b1と1個の第2パターン22b2とで、1つの単位パターン22uを構成している。したがって、配線パターン22bは、複数の単位パターン22uが有機系絶縁基板22aの長手方向に沿って並設されている。また、配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの長手方向において隣り合う単位パターン22u,22u同士において、一方の単位パターン22uの第1パターン22b1と他方の単位パターン22uの第2パターン22b2とが、有機系絶縁基板22aの幅方向に沿った接続部22b3(図1(b)参照)により電気的に接続されている。
【0040】
絶縁層23の平面サイズは、伝熱板21の平面サイズと略同じ平面サイズに設定することが好ましい。絶縁層23は、伝熱板21の各貫通孔21bの各々に連通する貫通孔23bが形成されている。したがって、実装基板2に電子部品を実装する場合には、例えば、伝熱板21の貫通孔21bと絶縁層23の貫通孔23bとを通して、電子部品と配線パターン22bとを電気的に接続することができる。
【0041】
絶縁層23は、熱硬化型のシート状接着剤のエポキシ樹脂層を熱硬化させることにより形成されている。絶縁層23は、電気絶縁性を有するだけでなく、熱伝導性を有することが好ましい。要するに、絶縁層23は、伝熱板21と配線基板22とを電気的に絶縁する機能および熱結合する機能を有していることが好ましい。
【0042】
ここで、絶縁層23は、上述のシート状接着剤として、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有するBステージのエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂)とプラスチックフィルム(PETフィルム)とが積層されたシート状接着剤を用いることが好ましい。このようなシート状接着剤としては、例えば、東レ株式会社製の接着剤シートTSAなどがある。フィラーとしては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂よりも熱伝導率の高い電気絶縁性材料を用いればよい。上述のエポキシ樹脂層の厚みは、100μmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではなく、例えば、50μm〜150μm程度の範囲で適宜設定すればよい。上述のエポキシ樹脂層の熱伝導率は、4W/mK以上であることが好ましい。また、シート状接着剤のプラスチックフィルムは、配線基板22と伝熱板21とを重ね合わせる前に、エポキシ樹脂層から剥離する。要するに、エポキシ樹脂層におけるプラスチックフィルム側とは反対側の一面を対象物に固着した後、プラスチックフィルムを剥離する。ここで、絶縁層23の形成にあたっては、伝熱板21とエポキシ樹脂層と配線パターン22bを有する配線基板22とを重ね合わせた状態で適宜加圧するようにしてもよい。
【0043】
上述のシート状接着剤のエポキシ樹脂層は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いという性質を有している。これにより、実装基板2は、絶縁層23と伝熱板21および配線基板22との間に空隙が発生するのを防止することができて密着信頼性が向上するとともに、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を抑制することが可能となる。したがって、実装基板2では、伝熱板21と配線基板22の配線パターン22bとの間にゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、電子部品から配線基板22までの熱抵抗を低減できるとともに、熱抵抗のばらつきを低減できて、放熱性が向上し、電子部品の温度上昇を抑制できる。
【0044】
本実施形態の実装基板2では、配線基板22の配線パターン22bにおいて伝熱板21に重なる領域の全体が、絶縁層23と接している。これにより、実装基板2は、図11に示した従来のLED基板101のように接着剤104と導体回路115との間にソルダーレジスト124などがある場合に比べて、伝熱板21から配線パターン22bに伝熱された熱を配線パターン22bの厚み方向および横方向(面内方向)へ効率よく放熱させることが可能となり、放熱性を向上させることが可能となる。
【0045】
ところで、伝熱板21の熱容量の大きさによっては、上述のエポキシ樹脂層の加熱温度を170℃程度まで上げて硬化させると、伝熱板21と配線基板22との固着性能が低下し、加熱温度を150℃程度まで下げて硬化させると伝熱板21と配線基板22との間の電気絶縁性が低下する懸念がある。すなわち、絶縁層23は、固着性能と電気絶縁性とがトレードオフの関係を有している。そこで、本実施形態における実装基板2の製造にあたっては、第1のシート状接着剤のエポキシ樹脂層(以下、第1エポキシ樹脂層と称する)と第2のシート状接着剤のエポキシ樹脂層(以下、第2エポキシ樹脂層と称する)とを重ね合わせるようにし、第1エポキシ樹脂層を170℃で硬化させることにより電気絶縁性および熱伝導性を確保し、第2エポキシ樹脂層を150℃で硬化させることにより固着性能および熱伝導性を確保するようにしている。さらに説明すれば、実装基板2の製造にあたっては、第1エポキシ樹脂層を対象物である伝熱板21に170℃で固着させた後、第2エポキシ樹脂層および配線基板22を重ね合わせて当該第2エポキシ樹脂層を150℃で硬化させることが好ましい。これにより、本実施形態の実装基板2の製造にあたっては、伝熱板21の熱容量に関わらず、絶縁層23の固着性能と電気絶縁性との両方の要求を満足させることが可能となる。
【0046】
また、配線基板22は、図3および図4に示すように、有機系絶縁基板22aの片面において伝熱板21に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層22cを備えることが好ましい。また、保護層22cは、配線パターン22bの一部を端子部22ba,22baとして露出させる露出部22d,22dが形成されてなることが好ましい。ここで、配線基板22は、配線基板22の長手方向の一端部(図3、図4における右端部)の第1パターン22b1、他端部(図3、図4における左端部)の第2パターン22b2それぞれを端子部22ba,22baとして露出させてある。要するに、実装基板2は、長手方向の両端部の各々に端子部22ba,22baを備えている。これにより、実装基板2は、端子部22ba,22baを通して外部から通電することが可能となる。また、実装基板2は、保護層22cを設けてあることにより、耐候性を高めることが可能となるとともに、配線パターン22bへの異物の付着による短絡などを防止することが可能となる。
【0047】
ここで、実装基板2は、伝熱板21に搭載する電子部品が、後述の固体発光素子3(図5〜図10参照)などの場合、保護層22cの色が白色であることが好ましい。白色の保護層22cの材料としては、例えば、白色系のレジスト(樹脂)などを用いることができる。保護層22cの色が白色であることにより、実装基板2は、電子部品が固体発光素子3である場合に、固体発光素子3などからの光を保護層22cの表面で効率よく反射することが可能となる。したがって、実装基板2は、配線基板22の平面サイズを伝熱板21の平面サイズよりも大きくした構成でありながら、固体発光素子3からの光が配線基板22に吸収されるのを抑制することが可能となり、有機系絶縁基板22aの劣化を抑制することが可能となる。
【0048】
また、配線基板22は、配線パターン22bにおいて保護層22cにより覆われた領域以外に、最表層がAu膜からなるめっき層(図示せず)が形成されていることが好ましい。このめっき層は、配線パターン22bに比べて、耐酸化性および耐腐食性が高く、絶縁層23との密着性の高いことが好ましい。ここにおいて、めっき層は、配線パターン22bの材料がCuである場合、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることが好ましい。これにより、めっき層は、耐酸化性および耐腐食性が高く、絶縁層23との密着性の高いだけでなく、金ワイヤとの接合強度を高めることができ、また、配線パターン22bの材料であるCuがAu膜中へ拡散するのを抑制することが可能となる。
【0049】
配線基板22の製造にあたっては、めっき層を電解めっき法により形成する前に、保護層22cを形成しておけば、保護層22cがない場合に比べて、配線パターン22bに施すめっきの量を低減することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
【0050】
また、電子部品が固体発光素子3である場合、伝熱板21は、反射板としての機能を有することが好ましく、金属板の材料としてアルミニウムを採用することが、より好ましい。また、伝熱板21は、金属板がアルミニウム板であり、アルミニウム板における絶縁層23側とは反対側にアルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されていることが好ましい。ここで、2種類の誘電体膜としては、例えば、SiO2膜とTiO2膜とを採用することが好ましい。実装基板2は、このような伝熱板21を用いることにより、可視光に対する反射率を95%以上とすることが可能となる。要するに、実装基板2は、このような電熱板21を用いることにより、電子部品である固体発光素子3などからの可視光を効率よく反射することが可能となる。このような伝熱板21としては、例えば、アラノッド(alanod)社のMIRO2、MIRO(登録商標)を用いることができる。上述のアルミニウム板としては、表面が陽極酸化処理されたものを用いてもよい。なお、伝熱板21の厚みは、例えば、0.2〜3mm程度の範囲で適宜設定すればよい。
【0051】
以上説明した本実施形態の実装基板2は、上述のように、金属板により形成され電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられ伝熱板21の他面側に配置された配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。そして、伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。また、実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きく、配線基板22の配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。しかして、本実施形態の実装基板2では、放熱性を向上させることが可能となる。すなわち、実装基板2は、電子部品で発生した熱を、伝熱板21により横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となり、また、実装基板2は、電子部品で発生した熱を、伝熱板21の厚み方向へも伝熱させ、配線基板22の配線パターン22bの厚み方向および横方向に効率よく放熱させることが可能となる。配線基板22の配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの平面視における外周線の位置まで広げてもよいが、実装基板2を搭載する部材(例えば、照明器具の器具本体など)が導電性材料により形成されているような場合には、上述の外周線よりも内側の位置まで広げるにとどめて、この部材との所望の沿面距離を確保できるようにしてもよい。
【0052】
また、実装基板2は、絶縁層23が、熱硬化性樹脂からなり、この熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることにより、放熱性を、より向上させることが可能となる。
【0053】
また、実装基板2は、伝熱板21が、長尺状の形状であって、複数の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、有機系樹脂基板22aが、伝熱板21よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に当該樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、配線パターン22bよりも金属板との線膨張率差が小さいので、実装基板2の反りを抑制することが可能となる。
【0054】
実装基板2は、長尺状の形状に限らず、矩形状、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。同様に、伝熱板21および配線基板22の形状も長尺状の形状に限らず、矩形状、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。また、実装基板2に実装可能とする電子部品の個数も複数個に限らず、1個でもよい。また、電子部品は、固体発光素子に限らず、発熱を伴う電子部品(いわゆる発熱部品)であればよい。いずれにしても、実装基板2は、電子部品の電極(端子)の数や配置に基づいて、貫通孔21bの配置や個数を適宜設定すればよい。また、実装基板2は、複数個の電子部品を実装して用いる場合、必ずしも、全ての電子部品が同じ機能を有する電子部品である必要はなく、また、必ずしも、全ての電子部品が発熱部品である必要もない。
【0055】
次に、図3および図4に示した実装基板2を備えた発光モジュール1について図5〜図10に基づいて説明するが、これに代えて図1および図2に示した実装基板2を備えたものでもよい。
【0056】
発光モジュール1は、実装基板2と、実装基板2に実装された複数の固体発光素子3とを備えている。ここで、固体発光素子3が、上述の電子部品を構成している。
【0057】
固体発光素子3としては、LEDチップを用いているが、これに限らず、例えば、LEDチップがパッケージに収納されたものでもよい。また、固体発光素子3としては、例えば、レーザダイオード(半導体レーザ)や、有機EL素子などを用いてもよい。
【0058】
固体発光素子3は、図6に示すように、厚み方向の一面側に第1電極(アノード電極)31と第2電極(カソード電極)32とが設けられており、厚み方向の他面側が接合部35を介して伝熱板21に接合されている。そして、固体発光素子3は、第1電極31および第2電極32の各々がワイヤ(ボンディングワイヤ)26を介して配線パターン22bと電気的に接続されている。ここにおいて、伝熱板21は、各ワイヤ26の各々を通すことが可能な上述の貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向において各固体発光素子3ごとの搭載領域の両側に形成してある。固体発光素子3がLEDチップの場合、接合部35は、ダイボンド材により形成すればよい。
【0059】
LEDチップは、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、基板としてサファイア基板を備えたものを用いている。ただし、LEDチップの基板は、サファイア基板に限らず、例えば、GaN基板、SiC基板、Si基板などでもよい。なお、LEDチップの構造は特に限定するものではない。
【0060】
LEDチップのチップサイズは、特に限定するものではなく、例えば、チップサイズが0.3mm□や0.45mm□や1mm□のものなどを用いることができる。
【0061】
また、LEDチップの発光層の材料や発光色は特に限定するものではない。すなわち、LEDチップとしては、青色LEDチップに限らず、例えば、紫色光LEDチップ、紫外光LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップなどを用いてもよい。
【0062】
ダイボンド材としては、例えば、シリコーン系のダイボンド材、エポキシ系のダイボンド材、銀ペーストなどを用いることができる。
【0063】
また、ワイヤ26としては、例えば、金ワイヤ、アルミニウムワイヤなどを用いることができる。ここで、発光モジュール1は、固体発光素子3の第1電極31が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第2パターン22b2と電気的に接続され、第2電極32が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第1パターン22b1と電気的に接続されている。なお、発光モジュール1は、固体発光素子3の第1電極31が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第1パターン22b1と電気的に接続され、第2電極32が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第2パターン22b2と電気的に接続されているようにしてもよい。
【0064】
配線パターン22bは、単位パターン22uごとに、伝熱板21の長手方向に並んで配置される所定数(例えば、12個)の固体発光素子3を並列接続して並列回路を構成できるようになっており、隣り合う単位パターン22uごとに形成される並列回路を直列接続できるようになっている。したがって、配線基板22の長手方向の一端部(図4における左端部)の端子部22baと他端部(図4における右端部)の端子部22baとの間に給電することにより、全ての固体発光素子3に対して給電することができる。
【0065】
ところで、発光モジュール1は、固体発光素子3としてLEDチップを用いている場合、例えば図6に示すように、伝熱板21の上記一面側において固体発光素子3およびワイヤ26を封止した封止部36を備えることが好ましい。図6では、封止部36の材料として、第1透光性材料であるシリコーン樹脂を用いている。第1透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ガラスなどを用いてもよい。
【0066】
また、発光モジュール1は、固体発光素子3としてLEDチップを用いている場合、高出力の白色光を得るためには、LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する波長変換材料を有する色変換部37を備えていることが好ましい。このような色変換部37としては、例えば、LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を波長変換材料として用い、蛍光体および第2透光性材料を含むものが好ましい。
【0067】
発光モジュール1は、例えば、LEDチップとして青色LEDチップを用い、色変換部37の蛍光体として黄色蛍光体を用いれば、白色光を得ることが可能となる。すなわち、発光モジュール1は、LEDチップから放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部37の表面を通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。色変換部37の材料として用いる第2透光性材料として、シリコーン樹脂を用いているが、これに限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがnmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部37の材料として用いる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、黄色蛍光体と赤色蛍光体とを用いたり、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることにより、演色性を高めることが可能となる。また、色変換部37の材料として用いる蛍光体は、1種類の黄色蛍光体に限らず、発光ピーク波長の異なる2種類の黄色蛍光体を用いてもよい。
【0068】
また、LEDチップ単体で白色光を放射できる場合や、封止部36に蛍光体を分散させている場合や、発光モジュール1で得たい光の色がLEDチップの発光色と同じである場合には、色変換部37を備えていない構造を採用することができる。
【0069】
発光モジュール1は、色変換部37が、伝熱板21に接していることが好ましい。これにより、発光モジュール1は、LEDチップで発生した熱だけでなく、色変換部37で発生した熱も伝熱板21を通して放熱させることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。図6に示した例では、色変換部37が、ドーム状の形状に形成されており、伝熱板21の上記一面側において伝熱板21との間にLEDチップおよび封止部36などを囲む形で配設されている。更に説明すれば、色変換部37は、伝熱板21の上記一面側において封止部36との間に気体層(例えば、空気層)38が形成されるように配設されている。また、図6に示した発光モジュール1では、固体発光素子3であるLEDチップの下方への一投影面において、配線パターン22bにおける第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々の一部と、これらの間に入り込んだ絶縁層23の一部とがあるが、これに限らず、発光モジュール1は、図7に示すように、固体発光素子3であるLEDチップの下方への一投影面に、第1パターン22b1のみがあるようにしてもよく、これにより、LEDチップで発生した熱をより、効率よく放熱させることが可能となる。
【0070】
ところで、実装基板2の絶縁層23には、上述のように、伝熱板21の各貫通孔21bの各々に連通する貫通孔23bが形成されている。したがって、発光モジュール1の製造時には、ワイヤ26を伝熱板21の貫通孔21bと絶縁層23の貫通孔23bとを通して配線パターン22にボンディングすることができる。ここで、発光モジュール1の製造時には、固体発光素子3の第1電極31および第2電極32それぞれと第2パターン22b2および第1パターン22b1とをワイヤ26を介して接続した後に、例えば、ディスペンサなどにより、貫通孔21bおよび貫通孔23bに封止部36(図6参照)の材料を充填してワイヤ26が伝熱板21に接触しないようにし、その後、封止部36を形成すればよい。
【0071】
また、発光モジュール1は、図8に示すように、色変換部37を半球状の形状として、色変換部37により固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。また、発光モジュール1は、図9に示すように、色変換部37をドーム状の形状として、色変換部37により、固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。また、発光モジュール1は、図10に示すように、色変換部37を、層状の形状として、色変換部37により、固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。なお、図6や図7や図9のような色変換部37は、成形したものを用い、伝熱板21側の端縁(開口部の周縁)を伝熱板21に対して、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)を用いて固着すればよい。また、図8に示すような色変換部37は、例えば、成形法により形成することができる。また、図10に示すような色変換部37は、例えば、ディスペンサを用いた塗布法や、スクリーン印刷法などにより形成することが可能である。
【0072】
発光モジュール1の製造にあたっては、まず、実装基板2における伝熱板21の上記一面側に固体発光素子3を接合することで搭載してから、各固体発光素子3の第1電極31および第2電極32それぞれと第2パターン22b2および第1パターン22b2とをワイヤ26を介して電気的に接続する。その後、必要に応じて封止部36、色変換部37を伝熱板21の上記一面側に設ければよい。
【0073】
以上説明した本実施形態の発光モジュール1は、上述の実装基板2と、実装基板2に実装された電子部品とを備え、電子部品が固体発光素子3からなるので、放熱性を向上させることが可能となる。
【0074】
また、本実施形態の発光モジュール1では、各固体発光素子3および各色変換部37で発生した熱を、伝熱板21により横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となり、また、伝熱板21の厚み方向へも伝熱させて放熱させることが可能となる。したがって、発光モジュール1は、放熱性を向上させることが可能で各固体発光素子3の温度上昇を抑制でき、且つ、光出力の高出力化を図ることが可能となる。要するに、本実施形態の発光モジュール1は、各固体発光素子3および各色変換部37で発生した熱が、金属板を用いて形成された伝熱板21を通して放熱されるので、例えば、個々の固体発光素子3の光出力の増加などによって発光モジュール1全体の光出力の高出力化を図った場合でも、各固体発光素子3および色変換部37の温度上昇を抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
【0075】
また、本実施形態の発光モジュール1は、絶縁層23が、熱硬化性樹脂に当該熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有しているので、固体発光素子3で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。
【0076】
また、本実施形態の発光モジュール1では、固体発光素子3をLEDチップとすることにより、LEDチップで発生した熱を伝熱板21により横方向へ伝熱させて効率良く放熱させることが可能となる。
【0077】
また、本実施形態の発光モジュール1は、実装基板2に電子部品として固体発光素子3を実装してあるが、実装基板2が伝熱板21と配線基板22との間に上述の絶縁層23を備えており、絶縁層23と配線パターン22bとが接合されている。これにより、本実施形態の発光モジュールでは、図11に示したLED基板101のようにソルダーレジスト124が設けられている場合に比べて、熱抵抗を低減できるとともに、熱抵抗のばらつきを低減することが可能となる。これにより、発光モジュール1は、放熱性が向上し、固体発光素子3のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくすることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。また、本実施形態の発光モジュール1は、実装基板2における配線基板22として片面プリント配線板を用いており、配線基板22において伝熱板21が配置される片面側に端子部22ba,22baを設けている。これにより、発光モジュール1は、図11に示したLEDパッケージ102のように配線板105として両面配線板を用いる場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、照明器具の光源として用いる場合でも、別途の回路基板に表面実装して用いる必要もないから、固体発光素子3から器具本体までの熱抵抗を低減でき、光出力の高出力化を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、配線基板22において有機系絶縁基板22aの片面上にのみしか配線パターン22bが形成されていないので、金属製の部材(例えば、照明器具における金属製の器具本体や放熱部材など)に対して設置して用いるような場合に、耐雷サージ性を高めることが可能となる。
【0078】
また、本実施形態の発光モジュール1では、伝熱板21として、反射板としての機能を有するものを用いることにより、伝熱板21での光損失を低減することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。したがって、本実施形態の発光モジュール1は、低消費電力化を図ることも可能となる。ここで、発光モジュール1は、伝熱板21の基礎となる金属板がアルミニウム板であり、アルミニウム板における絶縁層23側とは反対側にアルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されている。これにより、発光モジュール1は、LEDチップから放射され伝熱板21の上記一面に入射した光を効率良く反射することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。特に、発光モジュール1は、固体発光素子3として、LEDチップを用いている場合に、LEDチップで発生した熱を効率よく放熱させることが可能となって光出力の高出力化を図れ、そのうえ、LEDチップから放射された光の利用効率の向上を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、色変換部37(図6〜図10など参照)を備えている場合、色変換部37の波長変換材料である蛍光体から伝熱板21側へ放射された光や、LEDチップから放射され蛍光体で伝熱板21側へ散乱された光などを反射させることが可能なので、光の利用効率の向上を図ることが可能となる。
【0079】
また、発光モジュール1は、上述のように実装基板2の反りが抑制されるとともに放熱性が向上するから、固体発光素子3の配列ピッチを短くすることにより、個々の固体発光素子3が点光源として粒々に光っているように見えるのを抑制することが可能となり、線状光源に見えるようにすることが可能となる。
【0080】
また、本実施形態の発光モジュール1では、固体発光素子3がLEDチップであり、厚み方向の一面側に第1電極31と第2電極32とが設けられており、第1電極31および第2電極32の各々が各貫通孔21bを通るワイヤ26を介して配線パターン22bと電気的に接続されているので、LEDチップを伝熱板21にダイボンドすることができ、LEDチップで発生した熱が伝熱板21の横方向へ伝熱されやすくなり、放熱性を向上させることが可能となる。
【0081】
固体発光素子3としてLEDチップを用いる場合、固体発光素子3と伝熱板21との線膨張率の差に起因してLEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を介して伝熱板21にダイボンドするようにしてもよい。ここで、サブマウント部材は、LEDチップのチップサイズよりも大きな平面サイズに形成したものを用いることが好ましい。LEDチップがGaN系青色LEDチップであり、金属板がアルミニウム板の場合、サブマウント部材の材料としては、例えば、AlN、複合SiC、Si、CuWなどを採用することができる。また、サブマウント部材は、LEDチップが接合される側の表面におけるLEDチップとの接合部位(つまり、LEDチップに重なる部位)の周囲に、LEDチップから放射された光を反射する反射膜が形成されていることが好ましい。また、LEDチップとして厚み方向の両面に電極が設けられたものを用いる場合には、サブマウント部材に、LEDチップにおいてサブマウント部材側に配置される第1電極31あるいは第2電極32に電気的に接続される導体パターンを設けておき、当該導体パターンと第2パターン22b2あるいは第1パターン22aとをワイヤ26を介して電気的に接続するようにすればよい。
【0082】
本実施形態の発光モジュール1は、種々の照明装置の光源として用いることが可能である。本実施形態の発光モジュール1を備えた照明装置の一例としては、例えば、発光モジュール1を光源として器具本体に配置した照明器具がある。ここにおいて、発光モジュール1は、器具本体が金属製で導電性を有しているような場合でも、配線基板22の幅寸法および配線パターン22を広げる範囲を適宜設定することによって、伝熱板21や配線パターン22と器具本体との間の所望の沿面距離を確保することが可能となる。照明器具では、器具本体を金属製とすれば、発光モジュール1で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。
【0083】
また、本実施形態の発光モジュール1を備えた照明装置の一例として、直管形LEDランプを構成することができる。なお、直管形LEDランプについては、例えば、社団法人日本電球工業会により、「L型ピン口金GX16t−5付直管形LEDランプシステム(一般照明用)」(JEL 801)が規格化されている。
【0084】
このような直管形LEDランプを構成する場合には、例えば、透光性材料(例えば、乳白色のガラス、乳白色の樹脂など)により形成された直管状の管本体と、管本体の長手方向の一端部および他端部それぞれに設けられた第1口金、第2口金とを備え、管本体内に発光モジュール1が収納された構成とすればよい。
【符号の説明】
【0085】
1 発光モジュール
2 実装基板
21b 貫通孔
3 固体発光素子(電子部品、LEDチップ)
21 伝熱板
22 配線基板
22a 有機系絶縁基板
22b 配線パターン
22ba 端子部
22c 保護層
23 絶縁層
26 ワイヤ
31 第1電極
32 第2電極
37 色変換部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子部品を実装可能な実装基板であって、金属板により形成され前記電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板と、前記電子部品を電気的に接続可能な配線パターンが有機系絶縁基板の片面に設けられ前記伝熱板の他面側に配置された配線基板と、前記伝熱板と前記配線基板との間に介在する絶縁層とを備え、前記伝熱板は、前記配線パターンにおける、前記電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔が形成されてなり、前記配線基板の平面サイズが前記伝熱板の平面サイズよりも大きく、前記配線基板は、前記配線パターンが、前記伝熱板に重ならない領域まで広がっていることを特徴とする実装基板。
【請求項2】
前記配線基板は、前記有機系絶縁基板の前記片面において前記伝熱板に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層を備え、前記保護層に、前記配線パターンの一部を端子部として露出させる露出部が形成されてなることを特徴とする請求項1記載の実装基板。
【請求項3】
前記保護層の色が白色であることを特徴とする請求項2記載の実装基板。
【請求項4】
前記配線基板は、前記配線パターンにおいて前記保護層により覆われた領域以外に、めっき層が形成されてなり、前記配線パターンの材料がCuであり、前記めっき層は、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることを特徴とする請求項2または請求項3記載の実装基板。
【請求項5】
前記絶縁層は、熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の実装基板。
【請求項6】
前記伝熱板は、前記金属板がアルミニウム板であり、前記アルミニウム板における前記絶縁層側とは反対側に前記アルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、前記アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の実装基板。
【請求項7】
前記伝熱板は、長尺状の形状であって、複数の前記電子部品を前記伝熱板の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、前記有機系樹脂基板は、前記伝熱板よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、前記配線パターンよりも前記金属板との線膨張率差が小さいことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の実装基板。
【請求項8】
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の実装基板と、前記実装基板に実装された前記電子部品とを備え、前記電子部品が固体発光素子からなることを特徴とする発光モジュール。
【請求項9】
前記固体発光素子は、LEDチップであることを特徴とする請求項8記載の発光モジュール。
【請求項10】
前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料を含む色変換部を備え、前記色変換部は、前記伝熱板に接していることを特徴とする請求項8または請求項9記載の発光モジュール。
【請求項11】
前記各LEDチップは、厚み方向の一面側に第1電極と第2電極とが設けられたものであり、前記第1電極および前記第2電極の各々が前記貫通孔を通るワイヤを介して前記配線パターンと電気的に接続されてなることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の発光モジュール。
【請求項1】
電子部品を実装可能な実装基板であって、金属板により形成され前記電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板と、前記電子部品を電気的に接続可能な配線パターンが有機系絶縁基板の片面に設けられ前記伝熱板の他面側に配置された配線基板と、前記伝熱板と前記配線基板との間に介在する絶縁層とを備え、前記伝熱板は、前記配線パターンにおける、前記電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔が形成されてなり、前記配線基板の平面サイズが前記伝熱板の平面サイズよりも大きく、前記配線基板は、前記配線パターンが、前記伝熱板に重ならない領域まで広がっていることを特徴とする実装基板。
【請求項2】
前記配線基板は、前記有機系絶縁基板の前記片面において前記伝熱板に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層を備え、前記保護層に、前記配線パターンの一部を端子部として露出させる露出部が形成されてなることを特徴とする請求項1記載の実装基板。
【請求項3】
前記保護層の色が白色であることを特徴とする請求項2記載の実装基板。
【請求項4】
前記配線基板は、前記配線パターンにおいて前記保護層により覆われた領域以外に、めっき層が形成されてなり、前記配線パターンの材料がCuであり、前記めっき層は、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることを特徴とする請求項2または請求項3記載の実装基板。
【請求項5】
前記絶縁層は、熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の実装基板。
【請求項6】
前記伝熱板は、前記金属板がアルミニウム板であり、前記アルミニウム板における前記絶縁層側とは反対側に前記アルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、前記アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の実装基板。
【請求項7】
前記伝熱板は、長尺状の形状であって、複数の前記電子部品を前記伝熱板の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、前記有機系樹脂基板は、前記伝熱板よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、前記配線パターンよりも前記金属板との線膨張率差が小さいことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の実装基板。
【請求項8】
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の実装基板と、前記実装基板に実装された前記電子部品とを備え、前記電子部品が固体発光素子からなることを特徴とする発光モジュール。
【請求項9】
前記固体発光素子は、LEDチップであることを特徴とする請求項8記載の発光モジュール。
【請求項10】
前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料を含む色変換部を備え、前記色変換部は、前記伝熱板に接していることを特徴とする請求項8または請求項9記載の発光モジュール。
【請求項11】
前記各LEDチップは、厚み方向の一面側に第1電極と第2電極とが設けられたものであり、前記第1電極および前記第2電極の各々が前記貫通孔を通るワイヤを介して前記配線パターンと電気的に接続されてなることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の発光モジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−30621(P2013−30621A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−165688(P2011−165688)
【出願日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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