(57)【要約】【課題】温度上昇を抑制することができる発光装置及び発光装置用基板を提供する。【解決手段】セラミックスにより形成された基板１と、基板１の表面に実装された発光ダイオード３と、基板１の表面に形成され、発光ダイオード３に電気的に接続された表面多層配線パターン２ａと、基板１の裏面に形成された裏面多層配線パターン２ｂと、基板１を通して形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを電気的に接続する複数の電気伝導用ビア４ａと、基板１を通して形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを熱的に接続する複数の熱伝導用ビア４ｂとを備える。【選択図】図１
2010283253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスにより形成された基板と、
前記基板の表面に実装された発光ダイオードと、
前記基板の表面に形成され、前記発光ダイオードに電気的に接続された表面金属配線と、
前記基板の裏面に形成された裏面金属配線と、
前記基板を通して形成され、前記表面金属配線と前記裏面金属配線とを電気的に接続する複数の電気伝導用ビアと、
前記基板を通して形成され、前記表面金属配線と前記裏面金属配線とを熱的に接続する１つ以上の熱伝導用ビアと
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１記載の発光装置において、
前記複数の熱伝導用ビアは、前記発光ダイオードに関して点対称に配置されたことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１記載の発光装置において、
前記発光ダイオードは、前記表面金属配線の互いに絶縁された領域を跨いで実装され、前記熱伝導用ビアは、前記発光ダイオードから各熱伝導ビアまでの距離の合計が前記表面金属配線の各領域において同じとなるように配置されたことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１記載の発光装置において、
前記基板の裏面に、前記裏面金属配線と熱的に接合された放熱フィンを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項記載の発光装置において、
前記放熱フィンは、炭化ケイ素により形成されたことを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１記載の発光装置において、
前記基板を形成したセラミックスは、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウムの何れかであることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１記載の発光装置において、
前記ビアは、電解銅メッキ法を用いて形成されたことを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１記載の発光装置において、
前記基板、前記表面金属配線、前記裏面金属配線、前記電気伝導用ビア、及び、前記熱伝導用ビアが無機材料で形成されたことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
発光ダイオードを実装するためのセラミックスにより形成された基板と、
前記基板の表面に形成され、前記発光ダイオードに電気的に接続された表面金属配線と、
前記基板の裏面に形成された裏面金属配線と、
前記基板を通して形成され、前記表面金属配線と前記裏面金属配線とを電気的に接続する複数の電気伝導用ビアと、
前記基板を通して形成され、前記表面金属配線と前記裏面金属配線とを熱的に接続する複数の熱伝導用ビアと
を備えたことを特徴とする発光装置用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた発光装置及び発光装置用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光効率や寿命などの観点から発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた発光装置が注目されており、さらなる効率化や大出力化が進められている。しかし、そのような発光装置におけるＬＥＤは、発光時の発熱による温度上昇により発光効率が悪くなることが知られており、ＬＥＤの発する熱を効率良く放出して発光装置の温度上昇を抑制することが求められている。
【０００３】
そのような発光装置の温度上昇を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、前面に開口する収納凹所が表面に形成されたセラミックス製の基板と、収納凹所の底面に実装される発光ダイオードチップと、基板の裏面に接合され配線部を兼ねる複数の金属部材と、収納凹所の底面から基板の裏面に貫通してメッキが施され、発光ダイオードチップと金属部材とを電気的に接続するスルーホールとを備え、発光ダイオードチップの発する熱をスルーホールを介して裏面の金属部材に伝導し、発光ダイオードが発する熱の放熱効果を高めて発光装置の温度上昇を抑制する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ヒートシンクと、ヒートシンクの上に重なる基板と、基板の上に重なるトレース層と、基板を通って延びるビアとを備え、基板上に配置された発光ダイオードからの熱をビアを介してヒートシンクに伝導することにより、発光ダイオードが発する熱の放熱効果を高めて発光装置の温度上昇を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４３７１８号公報
【特許文献２】特開２００７−５１６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の技術においては、基板の裏面に設けられた金属部材から発光ダイオードチップに電力を供給するための２つのスルーホールが設けられるのみであり、基板表面の収納凹部に配置された発光ダイオードチップから発せられる熱の金属部材への伝達能力が必ずしも十分であるとは言えない。従って、このような場合には、発光装置における放熱効果が十分に発揮されず、発光ダイオードチップ周辺における温度上昇の抑制が不十分となり、発光効率が低下してしまうことが懸念される。
【０００７】
また、特許文献２記載の技術においては、発光ダイオードが結合されたパッドからヒートシンクまで熱が流れる熱伝達経路としてビアを設けているが、ビアは発光ダイオードの下方に設けられたパッドの近くに配置されるのみであり、発光ダイオードからコネクタ、及び基板の表面に設けられた複数のトレース層を介して伝達される熱は発光装置に蓄積され、発光ダイオードから発せられる熱が十分にヒートシンクへ伝達されないことが考えられる。従って、発光装置における放熱効果が十分に発揮されず、発光ダイオードチップ周辺における温度上昇の抑制が不十分となり、発光効率が低下してしまうことが懸念される。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、発光装置における温度上昇を抑制することができる発光装置及び発光装置用基板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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、セラミックスにより形成された基板と、前記基板の表面に実装された発光ダイオードと、前記基板の表面に形成され、前記発光ダイオードに電気的に接続された表面金属配線と、前記基板の裏面に形成された裏面金属配線と、前記基板を通して形成され、前記表面金属配線と前記裏面金属配線とを電気的に接続する複数の電気伝導用ビアと、前記基板を通して形成され、前記表面金属配線と前記裏面金属配線とを熱的に接続する複数の熱伝導用ビアとを備えたものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、発光装置における温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置における熱伝達の様子を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるビアの配置を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるビアの配置を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるビアの配置を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態におけるビアの配置を示す平面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態におけるビアの形状を示す断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態におけるビアの形状を示す断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係る発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係る発光装置における熱伝達の様子を示す図である。
【図１１】本発明の第８の実施の形態における放熱フィンを示す平面図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態における放熱フィンを示す断面図である。
【図１３】本発明の第９の実施の形態における放熱フィンを示す断面図である。
【図１４】本発明の第１０の実施の形態に係る発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明の第１１の実施の形態に係る発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１において発光装置１００は、絶縁性の部材で形成された基板１と、基板１の表面（図１中上側の面）に形成された表面多層配線パターン２ａと、基板１の裏面（図１中下側の面）に形成された裏面多層配線パターン２ｂと、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを電気的に接続する複数（例えば２つ：後の図３参照）の電気伝導用ビア４ａと、基板１の表面に表面多層配線パターン２ｂと電気的に接続されるように実装された発光ダイオード３と、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを熱的に接続する複数（例えば６つ：後の図３参照）の熱伝導用ビア４ｂとを備えている。表面多層配線パターン２ａは、互いに絶縁された複数（例えば２つ）の領域を有しており、発光ダイオード３はこれらの領域に跨るように実装されている。発光装置１００に実装された発光ダイオード３は、表面多層配線パターン２ａ、電気伝導用ビア４ａ、及び裏面多層配線パターン２ｂを介して図示しない電源と電気的に接続されており、電源から電力を供給されることにより発光する。なお、熱伝導用ビア４ｂも電気伝導用ビア４ａと同様に電源から発光ダイオード３に電力を供給する経路として働く。
【００１５】
基板１に用いる材料は、例えば、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、或いは、二酸化珪素を主成分とするガラスなどのセラミックスである。基板１の材料として二酸化珪素を主成分とするガラスを用いる場合には、副成分として酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、或いは、酸化リンなどを用いることが好ましく、基板１の熱的な変形を抑制することができ、信頼性を向上することができる。
【００１６】
このように形成した基板１に対して、マイクロブラスト加工に対応したマスクを形成し、基板１の両面からマイクロブラスト加工法によって電気伝導用ビア４ａ、及び熱伝導用ビア４ｂを構成する貫通穴を形成する。このマイクロブラスト加工法は、基板の一面を一度に加工することができるので量産性に優れ、また、貫通穴等の位置を±１ｕｍ程度の精度で形成することができる。貫通穴の形成後、レジスト等を用いて各ビア４ａ，４ｂ用の貫通穴を含むように多層配線パターン２ａ，２ｂを金属膜により形成することにより貫通穴内にも金属膜が形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂが電気的及び熱的に接続される。
【００１７】
表面多層配線パターン２ａ及び裏面多層配線パターン２ｂは、多層膜から構成されており、例えば、チタン又はクロムを下地膜として形成した上にニッケル及び金の膜を形成し、さらにその後、電解銅めっきによって銅の膜を形成されている。下地膜は基板１の材料と金との密着性を向上させるために形成されるものである。なお、多層配線パターン２ａ，２ｂの形成後に基板に熱的な負荷がかかる場合は、下地膜とその上に形成する金の膜の間に白金の膜を形成しても良い。
【００１８】
電気伝導用ビア４ａ及び熱伝導用ビア４ｂは、多層配線パターン２ａ，２ｂの形成時に同様に形成される。すなわち、各ビア４ａ，４ｂは、例えば、チタン又はクロムを下地膜として貫通穴の内面に形成した上にニッケル及び金の膜を形成し、電解銅めっきによって貫通穴が埋め込まれる。その後、基板１の表面から突出して成長した部分の銅を研削加工、もしくは研磨加工によって平滑化する。
【００１９】
この多層配線パターン２ａ，２ｂにおける銅の膜厚は、その伝熱効果と内部応力の状態を考慮し、例えば、１ｕｍ〜１００ｕｍ程度に形成する。これは、銅の膜厚がその伝熱効果と内部応力に関係することによる。例えば、ある物体中を伝達される熱量Ｑは、その物体の熱伝導率をｈ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、伝熱面積をＡ（ｍ２）、伝達時間をｔ（ｈ）、測定点間の温度差をΔＴ（Ｋ）、測定点間の距離をＬ（ｍ）とすると次式で表される。
【００２０】
Ｑ＝（ｈ×Ａ×ｔ×ΔＴ）／Ｌ  ・・・（式１）
上記式１より、伝達面積Ａ（ｍ２）が大きいほど伝達される熱量が多いことがわかる。すなわち、多層配線パターン２ａ，２ｂは、銅の膜厚が厚くなるに従って伝熱効果が高くなる。しかしながら、銅の膜厚が厚くなるに従って内部応力も増加し、基板１の形状への影響が大きくなる。したがって、電熱効果がより高く、かつ内部応力の基板１の形状への影響が少ない膜厚で形成する。なお、多層配線パターン２ａ，２ｂは、基板１の両面において同程度の厚さとなるように形成することで、内部応力を打ち消すことができる。
【００２１】
次に、本実施の形態に係る発光装置１００における電気伝導用ビア４ａ及び熱伝導用ビア４ｂのそれぞれの位置関係を図面を参照しつつ説明する。図３は、基板１における各ビアの配置を示す平面図である。
【００２２】
図３において、基板１の表面には表面多層配線パターン２ａが形成されている。表面多層配線パターン２ａは互いに電気的に絶縁された複数（例えば２つ）の領域に分けられており、それぞれの領域に１つの電気伝導用ビア４ａと１つ以上（例えば３つ）の熱伝導用ビア４ｂとが配置されている。発光ダイオード３は、表面多層配線パターン２ａの互いに電気的に絶縁された領域に跨るように実装されており、多層配線パターン２ａにおける各領域の電気伝導用ビア４ａは、発光ダイオード３の下方に配置されている。つまり、発光装置１００においては、多層配線パターン２ａにおける各領域の電気伝導用ビア４ａに跨るように発光ダイオード３（図１等参照）が実装される。多層配線パターン２ａにおける各領域に１つ以上設けられた熱伝導用ビア４ｂは、発光装置１００において基板１に実装される発光ダイオード３を中心とする円周１１に沿って配置されている。言い換えると、熱伝導用ビア４ｂは発光ダイオード３から等距離に、発光ダイオード３を囲むように配置されている。
【００２３】
このような発光装置１００において、電源（図示せず）から発光ダイオード３に電力が供給され、光と熱を放出する。このときに発光ダイオード３から放出される熱の伝達の様子を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図２は、図１に示した発光装置１００における発光ダイオード３から発生した熱の伝達の様子を模式的に示す図である。
【００２５】
図２に示すように、発光ダイオード３で発生した熱のうち、一部は矢印５ａ，５ｂで示すように発光ダイオード３の雰囲気中に放出され、一部は矢印５ｃで示すように基板１の表面多層配線パターン２ａに伝達される。また、雰囲気中に放出された熱の一部は矢印５ｂで示すように基板１の表面多層基板パターン２ａに伝達される。表面多層配線パターン２ａに伝達された熱は矢印５ｄで示すように表面多層配線パターン２ａを介して基板１の表面を伝達され、そのうちの一部は矢印５ｆに示すように電気伝導用ビア４ａを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達され、一部は矢印５ｅに示すように基板１に伝達され、一部は矢印５ｇに示すように熱伝導用ビア４ｂを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達される。また、基板１に伝導された熱の一部は矢印５ｈで示すように裏面多層配線パターン２ｂに伝達される。このように、発光ダイオード３で発生した熱は、発光装置１００の各部に伝達され、雰囲気中に放出される。
【００２６】
以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。
【００２７】
発光装置１００において、図示しない電源から、裏面多層配線パターン２ｂ、電気伝導用ビア４ａ、及び表面多層配線パターン２ａを介して発光ダイオード３に電力が供給されると、発光ダイオード３は発光および発熱する。発光ダイオード３で発生した熱の一部は、電気伝導用ビア４ａを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達されて発光装置１００の雰囲気中に放出され、また、他の一部は表面多層配線パターン２ａおよび熱伝導用ビア４ｂを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達されて発光装置１００の雰囲気中に放出される。
【００２８】
以上のように構成した本実施の形態における作用・効果を従来技術と比較しつつ詳細に説明する。
【００２９】
上記特許文献１記載の従来技術においては、基板の裏面に設けられた金属部材から発光ダイオードチップに電力を供給するための２つのスルーホールが設けられるのみであり、基板表面の収納凹部に配置された発光ダイオードチップから発せられる熱の金属部材への伝達能力が必ずしも十分であるとは言えない。従って、このような場合には、発光装置における放熱効果が十分に発揮されず、発光ダイオードチップ周辺における温度上昇の抑制が不十分となり、発光効率が低下してしまうことが懸念される。また、特許文献２記載の技術においては、発光ダイオードが結合されたパッドからヒートシンクまで熱が流れる熱伝達経路としてビアを設けているが、ビアは発光ダイオードの下方に設けられたパッドの近くに配置されるのみであり、発光ダイオードからコネクタ、及び基板の表面に設けられた複数のトレース層を介して伝達される熱は発光装置に蓄積され、発光ダイオードから発せられる熱が十分にヒートシンクへ伝達されないことが考えられる。従って、発光装置における放熱効果が十分に発揮されず、発光ダイオードチップ周辺における温度上昇の抑制が不十分となり、発光効率が低下してしまうことが懸念される。
【００３０】
これに対し、本実施の形態においては、基板１をセラミックスにより形成し、基板１の表面に形成され、発光ダイオード３に電気的に接続された表面多層配線パターン２ａと、基板１の裏面に形成された裏面多層配線パターン２ｂと、基板１を通して形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを電気的に接続する複数の電気伝導用ビア４ａと、基板１を通して形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを熱的に接続する複数の熱伝導用ビア４ｂとを備え、発光ダイオード３からの熱を電気伝導用ビア４ａ、表面多層配線パターン２ａ、及び熱伝導用ビア４ｂを介して伝達するように構成したので、発光装置１００における温度上昇を抑制することができる。したがって、発光ダイオード３の発光効率の低下を抑制することができる。
【００３１】
また、特許文献２記載の従来技術においては、基板素材としてエポキシ樹脂を用いたガラスエポキシ基板を示しているが、樹脂材料は熱伝導率が低く、熱を溜め込み易いので、基板全体が熱により変形してしまうことが懸念される。これに対し、本実施の形態においては、樹脂材料よりも熱伝導率の高いセラミックスを用いて基板を形成したので、発光ダイオード３からの熱を溜め込みにくく、基板の熱による変形を抑制することができる。
【００３２】
また、複数の熱伝導用ビア４ｂを発光ダイオード３からそれぞれ略等距離となるように配置したので、発光ダイオード３で発生した熱が各熱伝導用ビア４ｂを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達されるまでの伝達距離が略等しくなり、各熱伝導用ビア４ｂにおける熱の伝達量にむらが生じにくく、より効率よく熱を伝達することができる。
【００３３】
さらに、本実施の形態においては、基板１に形成する電気伝導用ビア４ａおよび熱伝導用埋ビア４ｂは、同一のプロセスで形成することができるので、製造コストの増加を抑制することができる。
【００３４】
なお、複数の熱伝導用ビア４ｂを発光ダイオード３からそれぞれ略等距離となるように配置することに加え、さらに、熱伝導用ビア４ｂが発光ダイオード３を回転中心とする回転対称となるように配置することにより、さらに、熱の伝達量のむらの発生を抑制することができる。
【００３５】
また、多層配線パターン２ａ，２ｂに用いる材料は上記の材料に限られず、例えば、銅（熱伝導率：約４００Ｗ／ｍＫ）を含む構成とすることにより、比較的安価で熱伝導率の高い多層配線を形成することができる。
【００３６】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図４は、本実施の形態に係る基板１における各ビアの配置を示す平面図である。本実施の形態は、上記第１の実施の形態の発光装置１００において、表面多層配線パターン２ａを配置する範囲を縮小し、熱伝導用ビア４ｂを集中して配置したものである。なお、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
図４において、表面多層配線パターン２ａは互いに絶縁された２つの領域に分かれており、表面多層配線パターン２ａの２つの領域に跨るように発光ダイオード３が実装される。表面多層配線パターン２ａは、発光ダイオード３が配置される位置を中心として互いに反対方向に延びるように配置されており、発光ダイオード３を中心とする回転対称となっている。表面多層配線パターン２ａの２つの領域において、発光ダイオード３が実装された位置と反対側の端部に熱伝導用ビア４ｂが配置されている。
【００３９】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４０】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、熱エネルギーは、熱伝導率がより低い材料に伝達し易いので、発光ダイオード３で発生した熱は、基板１よりも表面多層配線パターン２ｂにより多く伝達される。したがって、表面多層配線パターン２ｂを効率的に配置することにより、表面多層配線パターン２ａの配置されない位置に、例えば、温度センサなど他の素子を搭載することができる。
【００４２】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００４３】
図５は、本実施の形態に係る基板１における各ビアの配置を示す平面図である。本実施の形態は、上記第１の実施の形態の発光装置１００において、熱伝導用ビア４ｂをライン形状の熱伝導用ビア４ｃとしたものである。なお、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図５において、表面多層配線パターン２ａは互いに絶縁された２つの領域に分かれており、表面多層配線パターン２ａの２つの領域に跨るように発光ダイオード３が実装される。表面多層配線パターン２ａは、発光ダイオード３が配置される位置を中心とする回転対称となっている。また、表面多層配線パターン２ａの２つの領域において、熱伝導用ビア４ｃは、発光ダイオード３が配置される位置を中心とする回転対称となるよう配置されている。
【００４５】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態において、熱伝導用ビア４ｃを形成する方法としては、例えば、コファイア法がある。コファイア法は、セラミックグリーンシートと呼ばれる焼結前のセラミック前駆体に貫通孔を穿孔した後にこの貫通孔に金属粉末（例えばタングステン）を充填して焼成する方法である。
【００４８】
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００４９】
図６は、本実施の形態に係る基板１における各ビアの配置を示す平面図である。本実施の形態は、上記第１の実施の形態の発光装置１００において、表面多層配線パターン２ａの２つの領域において、電気伝導用ビア４ａから各熱伝導用ビア４ｂまでの距離の合計が同じとなるように、それら熱伝導用ビア４ｂを配置したものである。なお、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図６において、表面多層配線パターン２ａは互いに絶縁された２つの領域に分かれており、表面多層配線パターン２ａの２つの領域に跨るように発光ダイオード３が実装される。また、表面多層配線パターン２ａの２つの領域のそれぞれにおいて、電気伝導用ビア４ａから各熱伝導用ビア４ｂまでの距離の和が同じになるように熱伝導用ビア４ｂが配置されている。
【００５１】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、図６に示したように発光ダイオード３の配置が基板１の片側に偏って配置される場合において、電気伝導用ビア４ａに対する各熱伝導用ビア４ｂまでの長さの和を同等にすることによって、基板１での熱の流れを均一にすることができる。これにより、基板１の裏面（裏面多層配線パターン２ｂ）において熱を均一に拡散させることができる。
【００５４】
＜第５及び第６の実施の形態＞
本発明の第５及び第６の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００５５】
第５及び第６の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態における電気伝導用ビア４ａ及び熱伝導用ビア４ｂに対して異なる構成のビア４ｃ又は４ｄを適用した場合の実施の形態である。
【００５６】
図７及び図８は、本発明の第５及び第６の実施の形態に係る基板１における各ビアを拡大して示す断面図である。図７及び図８において、図１に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
すなわち、図７に示す本発明の第５の実施の形態におけるビア４ｃは以下の手順によって形成される。まず、セラミックスにより形成した基板１に対して、マイクロブラスト加工に対応したマスクを形成し、基板１の片面からマイクロブラスト加工法によってビア４ｃを構成する貫通穴を形成する。貫通穴の形成後、レジスト等を用いてビア４ｃ用の貫通穴を含むように多層配線パターン２ａ，２ｂを金属膜により形成することにより貫通穴内にも金属膜が形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂが電気的及び熱的に接続される。ビア４ｃは、例えば、貫通穴の内面にチタン又はクロムを下地膜として形成した上にニッケル及び金の膜を形成し、電解銅めっきによって貫通穴を埋め込むことにより形成される。このとき、ビア４ｃ用の貫通穴を電解銅メッキによって全体に埋め込むのではなく、空気層１３を形成した状態でメッキを停止する。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
同様に、図８に示す本発明の第６の実施の形態におけるビア４ｄは以下の手順によって形成される。まず、セラミックスにより形成した基板１に対して、マイクロブラスト加工に対応したマスクを形成し、基板１の両面からマイクロブラスト加工法によってビア４ｄを構成する貫通穴を形成する。貫通穴の形成後、レジスト等を用いてビア４ｄ用の貫通穴を含むように多層配線パターン２ａ，２ｂを金属膜により形成することにより貫通穴内にも金属膜が形成され、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂが電気的及び熱的に接続される。ビア４ｄは、例えば、貫通穴の内面にチタン又はクロムを下地膜として形成した上にニッケル及び金の膜を形成し、電解銅めっきによって貫通穴を埋め込むことにより形成される。このとき、ビア４ｄ用の貫通穴を電解銅メッキによって全体に埋め込むのではなく、空気層１３を形成した状態でメッキを停止する。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
以上のように構成した第５及び第６の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
また、ビア用の貫通穴を電解銅メッキによって全体に埋め込まずにビア４ｃ，４ｄを形成するので、電解銅メッキを行う工程を短縮することができ、貫通穴を電解銅メッキによって完全に埋め込むことにより、表面から突出して成長した部分の銅を研削加工、もしくは研磨加工によって平滑化する工程を短縮することができるので、生産性を向上することができる。
【００６１】
＜第７の実施の形態＞
本発明の第７の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００６２】
本実施の形態は、図１及び図２に示した第１の実施の形態において、リフレクタ８、樹脂レンズ９、及び冷却フィン１０を設けたものである。
【００６３】
図９は本発明の第７の実施の形態に係る発光装置２００の全体構成を模式的に示す断面図であり、図１０は発光ダイオード３から発生した熱の伝達の様子を模式的に示す図である。図９及び図１０において、図１及び図２に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６４】
図９において発光装置２００は、絶縁性の部材で形成された基板１と、基板１の表面（図９中上側の面）に形成された表面多層配線パターン２ａと、基板１の裏面（図９中下側の面）に形成された裏面多層配線パターン２ｂと、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを電気的に接続する複数（例えば２つ：後の図３参照）の電気伝導用ビア４ａと、基板１の表面に表面多層配線パターン２ｂと電気的に接続されるように実装された発光ダイオード３と、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを熱的に接続する複数（例えば６つ：後の図３参照）の熱伝導用ビア４ｂと、発光ダイオード３からの光１４（後の図１０参照）を上側に反射するリフレクタ８と、発光ダイオード９を覆うように設けられた樹脂レンズ９と、基板１の裏面に接合層６を介して接合された冷却フィン１０とを備えている。表面多層配線パターン２ａは、互いに絶縁された複数（例えば２つ）の領域を有しており、発光ダイオード３はこれらの領域に跨るように実装されている。発光装置２００に実装された発光ダイオード３は、表面多層配線パターン２ａ、電気伝導用ビア４ａ、及び裏面多層配線パターン２ｂを介して図示しない電源と電気的に接続されており、電源から電力を供給されることにより発光する。
【００６５】
リフレクタ８の表面には反射膜（図示せず）が設けられており、発光ダイオード３からの光を前方（図９中上側）に反射する。
【００６６】
冷却フィン１０は、基板１から結合層６を介して伝達された熱を雰囲気中に放射するものである。この冷却フィン１０は、例えは、ベリリウムを含んだ窒化ケイ素により形成されている。窒化ケイ素は絶縁性であり、熱伝達率は約３００Ｗ／ｍＫである。
【００６７】
接合層６は、例えば、金−錫はんだにより形成されている。金−錫はんだは融点が約２８０℃であり、一般的な熱伝導シート（耐熱温度が約１２０℃）と比較して、より高い耐熱性を有している。また、冷却フィン１０が絶縁性の材料で形成されている場合、接合層６は、基１板の裏面に形成した裏面多層配線パターン２ｂと同様のパターンで構成することができる。これにより、絶縁シートなどを介して接合する必要が無く、接合層６において基板１から冷却フィン１０への熱の伝達効率の低下を抑制することができる。
【００６８】
ここで、発光装置２００における発光ダイオード３から発生した熱の伝達について説明する。
【００６９】
図１０に示すように、発光ダイオード３で発生した熱のうち、一部は矢印５ｃで示すように基板１の表面多層配線パターン２ａに伝達される。表面多層配線パターン２ａに伝達された熱は矢印５ｄで示すように表面多層配線パターン２ａを介して基板１の表面を伝達され、そのうちの一部は矢印５ｉに示すようにリフレクタ８に伝達されて発光装置２００の雰囲気中に放出され、一部は矢印５ｆに示すように電気伝導用ビア４ａを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達され、一部は矢印５ｅに示すように基板１に伝達され、一部は矢印５ｇに示すように熱伝導用ビア４ｂを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達される。また、基板１に伝導された熱の一部は矢印５ｈで示すように裏面多層配線パターン２ｂに伝達される。裏面多層配線パターン２ｂに伝達された熱は、さらに、接合層６を介して冷却フィン１０に伝達され、この冷却フィン１０から雰囲気中に放出される
以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。
【００７０】
発光装置２００において、図示しない電源から、裏面多層配線パターン２ｂ、電気伝導用ビア４ａ、及び表面多層配線パターン２ａを介して発光ダイオード３に電力が供給されると、発光ダイオード３は発光および発熱する。発光ダイオード３で発生した光は直接、又はリフレクタ８の反射膜に反射されて、発光装置２００の前方（図９中上側）に放出される。発光ダイオード３で発生した熱の一部は、電気伝導用ビア４ａを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達されて発光装置２００の雰囲気中に放出され、また、他の一部は表面多層配線パターン２ａおよび熱伝導用ビア４ｂを介して裏面多層配線パターン２ｂに伝達され、さらに、接合層６を介して冷却フィン１０に伝達されて発光装置２００の雰囲気中に放出される。
【００７１】
その他の構成は本実施の形態の第１の実施の形態と同様である。
【００７２】
ここで、発光装置２００において、熱伝達に関するシミュレーションを行った結果、発光ダイオード３の温度と冷却フィン１０の下面の温度差は約１０度程度であった。この結果より、本実施の形態における発光装置２００の発光ダイオード３から冷却フィン１０への熱伝達の効率が高く、冷却効果が高いことが確認できる。
【００７３】
以上のように構成した本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、裏面多層配線パターン２ｂに放熱面積の広い冷却フィン１０を接合し、発光装置２００の裏面からの放熱効果を高めるように構成したので、発光装置２００における温度上昇をさらに抑制することができる。したがって、発光ダイオード３の発光効率の低下を抑制することができる。
【００７５】
なお、冷却フィン１０の材料として窒化ケイ素を用いた場合を例に説明したが、これに限られず、例えば、炭化ケイ素を用いて冷却フィン１０を形成しても良い。この場合は、セラミックスにより形成した基板１と冷却フィン１０との線膨張率を同等とすることができるので、これらを接合する接合層６周辺の温度が変化した場合においても、両者の間にかかる力が抑制され、発光装置２００の変形や基板１と冷却フィン１０の剥離などを抑制することができる。
【００７６】
また、基板１と冷却フィン１０を接合する接合層６として金−錫はんだを用いたが、これに限られず、例えば、真空中で表面をプラズマ或いはイオンビームで活性化した後、低温で接合する表面活性接合を用いて両者を接合しても良い。
【００７７】
さらに、冷却フィン１０の周囲に意図的に空気の流れを作ったり、冷却フィン１０を水冷したりしても良く、これによって、冷却効果をさらに向上させることができる。
【００７８】
また、基板１と冷却フィン１０の絶縁性を適当な方法によって確保した場合に、金属から構成された冷却フィンを用いても良い。この場合においても、発光ダイオード３から裏面多層配線パターン２ｂまでの熱伝達の性能は確保されるので、発光装置２００の冷却効果を得ることができる。
【００７９】
＜第８の実施の形態＞
本発明の第８の実施の形態を図１１及び図１２を参照しつつ説明する。本実施の形態は、図９及び図１０に示した第７の実施の形態における発光装置２００の冷却フィン１０に換えて、図１１及び図１２に示した冷却フィン５０を用いた場合の実施の形態である。
【００８０】
図１１は本実施の形態に係る冷却フィン５０を裏面側から見た図であり、図１２は冷却フィン５０の断面の一部を拡大して示す縦断面図である。以下、図１１において手前側を冷却フィン５０の裏側、奥側を表側とする。また、図１２において、上側を冷却フィン５０の裏側、下側を表側とする。
【００８１】
図１１において、冷却フィン５０は、その裏側の面に厚さ方向に格子状に溝５０ｂを設けて形成されており、表側の面を基板１に接合層６（前出の図９，１０等参照）を介して接合される。また、図１２において冷却フィン５０の溝５０ｂの裏側の端部５０ａが複数の面を有するように構成されている。
【００８２】
また、冷却フィン５０は、絶縁性の部材で形成されており、例えば、ベリリウムを含有する炭化ケイ素で形成されている。冷却フィン５０の厚さは、例えば２ｍｍ程度であるが、厚さを厚く形成すると絶縁性から導電性の特性を有するようになる。そこで、絶縁性を示す厚さの炭化ケイ素（ベリリウム含有）にダイシングマシンなどによって溝５０ｂを形成する。
【００８３】
また、冷却フィン５０において、冷却効率を向上されるためには、表面積を増加させることで効果が高められるが、表面積を増加させようとすると冷却フィン５０における溝５０ｂの間隔が狭くなり、破損しやすくなる。そこで、溝５０ｂの端部５０ａの形状を応力が集中しにくい形状にすることによって冷却フィン５０の破損を抑制する。端部５０ａの形状は、ダイシング用ブレードの先端形状を所望の形状とすることによって達成できる。
【００８４】
その他の構成は本実施の形態の第７の実施の形態と同様である。
【００８５】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１及び第７の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
＜第９の実施の形態＞
本発明の第９の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００８７】
本実施の形態は、図９及び図１０に示した第７の実施の形態における発光装置２００の冷却フィン１０を厚さ方向に複数（例えば２層）に重ねた場合のものである。図１３は、本実施の形態に係る冷却フィン１０の構成を示す断面図である。図中、図９及び図１０に示したものと同等の部材には同じ符号を付し説明を省略する。図１３において、上側を冷却フィン１０の表側、下側を裏側とする。
【００８８】
図１３に示すように、本実施の形態においては、複数（例えば、２つ）の冷却フィン１０を用いており、一方の冷却フィン１０の裏側と他方の冷却フィン１０の表面を接合層６を介して接合している。その他の構成は、本実施の形態の第７の実施の形態と同様である。
【００８９】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１及び第７の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
なお、基板１に接合層６を介して接合される冷却フィン１０を炭化ケイ素を用いて形成すれば、その他の冷却フィン１０の材質は他の材料を用いてもよい。
【００９１】
＜第１０及び第１１の実施の形態＞
本発明の第１０及び第１１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００９２】
図９及び図１０に示した第７の実施の形態における発光装置２００では１つの発光ダイオード３を搭載したのに対し、本実施の形態は、発光装置３００に複数（例えば２個）の発光ダイオード３を搭載したものである。図１４は第１０の実施の形態に係る発光装置３００の構成を示す断面図であり、図１５は第１１の実施の形態に係る発光装置４００の構成を示す断面図である。図中、図９及び図１０に示す部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
図１４に示す第１０の実施の形態に係る発光装置３００は、絶縁性の部材で形成された基板１と、基板１の表面（図１４中上側の面）に形成された表面多層配線パターン２ａと、基板１の裏面（図１４中下側の面）に形成された裏面多層配線パターン２ｂと、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを電気的に接続する複数（例えば４つ）の電気伝導用ビア４ａと、基板１の表面に表面多層配線パターン２ｂと電気的に接続されるように実装された複数（例えば２つ）の発光ダイオード３と、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを熱的に接続する複数（例えば６つ）の熱伝導用ビア４ｂと、基板１の裏面に接合層６を介して接合された冷却フィン１０とを備えている。表面多層配線パターン２ａ及び裏面多層配線パターン２ｂは、複数の発光ダイオード３のそれぞれに対応して別々に設けられており、各発光ダイオード３に対応する多層配線パターン２ａ，２ｂは互いに絶縁された複数の領域を有している。それぞれの発光ダイオード３はこれらの領域に跨るように実装されている。発光装置２００に実装された発光ダイオード３は、それぞれ対応する表面多層配線パターン２ａ、電気伝導用ビア４ａ、及び裏面多層配線パターン２ｂを介して図示しない電源と電気的に接続されており、電源から電力を供給されることにより発光する。その他の構成は、本発明の第７の実施の形態と同様である。
【００９４】
同様に、図１５に示す第１１の実施の形態に係る発光装置４００は、絶縁性の部材で形成された基板１と、基板１の表面（図１５中上側の面）に形成された表面多層配線パターン２ａと、基板１の裏面（図１５中下側の面）に形成された裏面多層配線パターン２ｂと、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを電気的に接続する複数（例えば４つ）の電気伝導用ビア４ａと、基板１の表面に表面多層配線パターン２ｂと電気的に接続されるように実装された複数（例えば２つ）の発光ダイオード３と、基板１を貫通して設けられ、表面多層配線パターン２ａと裏面多層配線パターン２ｂとを熱的に接続する複数（例えば６つ）の熱伝導用ビア４ｂと、基板１の裏面に接合層６を介して接合された冷却フィン１０と、裏面多層配線パターン２ｂに接続された配線１２とを備えている。表面多層配線パターン２ａ及び裏面多層配線パターン２ｂは、複数の発光ダイオード３のそれぞれに対応して別々に設けられており、各発光ダイオード３に対応する多層配線パターン２ａ，２ｂは互いに絶縁された複数の領域を有している。それぞれの発光ダイオード３はこれらの領域に跨るように実装されており、例えば、電気的に直列に配置されている。発光装置４００に実装された発光ダイオード３は、表面多層配線パターン２ａ、電気伝導用ビア４ａ、及び裏面多層配線パターン２ｂを介して図示しない電源と電気的に接続されており、電源から電力を供給されることにより発光する。その他の構成は、本発明の第７の実施の形態と同様である。
【００９５】
以上のように構成した第１０及び第１１の実施の形態においても、第１及び第７の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
＜その他の実施の形態＞
以上に本発明の幾つかの実施の形態を説明したが、これら実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変形および組み合わせが可能である。例えば、第１〜第４の実施の形態では、図３〜図５に示したビア４ａ，４ｂの配置を適用したが、同様に、第５〜第１１の実施の形態においても図３〜図５に示したビア４ａ，４ｂの配置を適用しても良い。また、第５及び第６の実施の形態では、図７及び図８に示したビア４ｃ，４ｄを適用したが、他の実施の形態においても、同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  絶縁基板
２ａ，２ｂ  多層配線パターン
３  発光ダイオード
４ａ  電気伝導用埋め込みビア
４ｂ，４ｃ  熱伝導用埋め込みビア
６  接合層
８  ＬＥＤリフレクタ
９  樹脂レンズ
１０，５０  冷却フィン
１１  円周
５０ｂ  溝構造
１２  配線
１３  空間
１４  光
１００，２００，３００，４００  発光装置
【図１】
2010283253.tif 000003
【図２】
2010283253.tif 000004
【図３】
2010283253.tif 000005
【図４】
2010283253.tif 000006
【図５】
2010283253.tif 000007
【図６】
2010283253.tif 000008
【図７】
2010283253.tif 000009
【図８】
2010283253.tif 000010
【図９】
2010283253.tif 000011
【図１０】
2010283253.tif 000012
【図１１】
2010283253.tif 000013
【図１２】
2010283253.tif 000014
【図１３】
2010283253.tif 000015
【図１４】
2010283253.tif 000016
【図１５】
2010283253.tif 000017