(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
マウントに載せられて前記実装基板に実装された発光素子と、
前記発光素子と前記実装基板とを電気的に接続する導線と、
前記発光素子及び前記導線を覆って封止する封止樹脂と、を備え、
前記実装基板が、ベース基板と、該ベース基板に積層され、窓孔が形成された絶縁性基板とを含み、
前記窓孔の内側の前記ベース基板に、前記マウントが前記窓孔の側面から隙間をもって配置されており、
前記導線が前記隙間を跨ぎ、かつコイル状に形成されて伸縮可能であり、
前記隙間に前記封止樹脂よりも線膨張係数の低い樹脂が充填され、該樹脂の上に前記封止樹脂が配されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記隙間のうちの、前記導線の前記実装基板への投影領域に対応する所が他よりも狭くなっ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３】
前記導線に対応する部分の前記窓孔の側壁が、前記マウントの側壁側へ凸状に出っ張るように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記導線に対応する部分の前記マウントの側壁が、前記窓孔の側壁側へ凸状に出っ張るように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記絶縁性基板の前記ベース基板とは反対側の面が、前記マウントの前記ベース基板とは反対側の面よりも前記ベース基板の側に配されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記封止樹脂はシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、LEDチップを使用した発光装置であるLEDデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なLEDデバイスは発光素子であるLEDチップを保護する目的で樹脂を用いて該LEDチップを周囲から封止している。また、照明用途に使用されるハイパワーLEDデバイスは点灯時に発生する自己発熱が大きいことから、これを放熱するために基板やリフレクタ部に金属を用いている（特許文献１参照）。
【０００３】
図８は特許文献１に記載されたLEDデバイスの構成を示す縦断面図である。この図を参照すると、このLEDデバイスは、LEDチップ１と、LEDチップ１が実装された基板２と、基板２上でLEDチップ１の側面を囲む枠体からなるリフレクタ３と、を備える。
【０００４】
そして、基板２に実装されたLEDチップ１と、基板２とLEDチップ１とを電気的に接続するボンディングワイヤ４とが、封止樹脂材料５により覆われている。封止樹脂材料５は、リフレクタ３を形成する枠体の内側に収まっている。リフレクタ３はＡｌやＣｕ等の金属材料からなる。
【０００５】
こうした構成では、封止樹脂とリフレクタとの線膨張係数が大きく異なる。その結果、LEDチップの封止材がエポキシ系樹脂である場合、その硬度が高いため、LED点灯時の各構成部材の熱膨張で封止材にクラックが生じたり、封止樹脂とLEDチップの界面、もしくは封止樹脂とリフレクタ部の界面で剥離が発生したりする可能性が非常に高い。
【０００６】
そこで、この一般的な対策として、弾性のあるシリコーン系の封止樹脂を採用して、各構成部材が熱膨張してもクラックや界面剥離を起こさないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2001−85748号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したとおり、図８の構成においてLEDチップの封止材がシリコーン系樹脂である場合、シリコーン系樹脂はエポキシ系樹脂に比べ線膨張係数が大きいことから、クラックや界面剥離の問題は発生しにくくなる。
【０００９】
しかしながら、この構成の場合、上記問題は解消されても、LEDチップに電気を供給するためのボンディングワイヤが引っ張られ破断するという別の問題が発生した。
【００１０】
この問題発生のメカニズムについて説明する。図９は図８の発光装置の構成を模式化して問題発生メカニズムを説明するための断面図である。この図に示す構成では、リフレクタ３の内側に封止樹脂材料５としてシリコーン系樹脂が収まっており、この樹脂は、LEDチップ１及びボンディングワイヤ４を被覆している。
【００１１】
このような構成であるため、LED点灯時に熱が生じると、リフレクタ３の内側に収まっている封止樹脂材料５が、基板２に対して遠のく方向に大きく膨張し、これに伴い、ボンディングワイヤ４が引っ張られ破断することが予想される（図９参照）。この問題は、発光装置の信頼性を低下する原因となる。
【００１２】
本発明の目的は、このような問題を解決できる発光装置を提供することにある。その目的の一例は、LED点灯時に発生する自己発熱に起因した信頼性低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による発光装置は、実装基板と、マウントに載せられて前記実装基板に実装された発光素子と、前記発光素子と前記実装基板とを電気的に接続する導線と、前記発光素子及び前記導線を覆って封止する封止樹脂と、を備え、前記実装基板が、ベース基板と、該ベース基板に積層され、窓孔が形成された絶縁性基板とを含み、前記窓孔の内側の前記ベース基板に、前記マウントが前記窓孔の側面から隙間をもって配置されており、前記導線が前記隙間を跨ぎ、かつコイル状に形成されて伸縮可能であり、前記隙間に前記封止樹脂よりも線膨張係数の低い樹脂が充填され、該樹脂の上に前記封止樹脂が配されていることを特徴とする。
【００１７】
前記隙間のうちの、前記導線の前記実装基板への投影領域に対応する所が他よりも狭くなっている。
前記導線に対応する部分の前記窓孔の側壁が、前記マウントの側壁側へ凸状に出っ張るように形成されているか、或は前記導線に対応する部分の前記マウントの側壁が、前記窓孔の側壁側へ凸状に出っ張るように形成されている。
前記絶縁性基板の前記ベース基板とは反対側の面が、前記マウントの前記ベース基板とは反対側の面よりも前記ベース基板の側に配されている。
前記封止樹脂はシリコーン系樹脂である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、LED点灯時に発生する自己発熱に起因した信頼性低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施形態による発光装置の上面図、（ｂ）はその発光装置の模式的断面図。
【図２】（ａ）は図１中のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）の断面図。
【図３】本発明の第二の実施形態による発光装置の模式的断面図。
【図４】本発明の第二の実施形態による発光装置の上面図。
【図５】本発明の第三の実施形態による発光装置の模式的断面図。
【図６】本発明の第四の実施形態による発光装置の模式的断面図。
【図７】本発明の第五の実施形態による発光装置の模式的断面図。
【図８】特許文献１に記載されたLEDデバイスの構成を示す縦断面図である。
【図９】図８の発光装置の構成を模式化して問題発生メカニズムを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１の（ａ）は本発明の第一の実施形態による発光装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ'線に沿った断面図を示している。
【００２２】
この図に示すように、本実施形態の発光装置は、LEDチップ１１と、LEDチップ１１が実装された実装基板１２と、実装基板１２上でLEDチップ１１の側面を囲む枠体である金属製のリフレクタ１３と、を備える。
【００２３】
実装基板１２は、金属製のベース基板１４と、ベース基板１４に積層された絶縁性基板１５と、を含む構成である。
【００２４】
リフレクタ１３は光反射面を形成するために内壁面がすり鉢状に傾斜している。
【００２５】
ベース基板１４及びリフレクタ１３の材料としては、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、ＡｌやＣｕなどが採用される。一方、絶縁性基板１５の材料としてはガラスエポキシ基板が採用される。
【００２６】
絶縁性基板１５には、LEDチップ１１の外周より大きい矩形の窓孔１６が貫通しており、窓孔１６の内側のベース基板１４にサブマウント１７を介してLEDチップ１１が実装されている。
【００２７】
さらに、絶縁性基板１５及びサブマウント１７の、ベース基板１４とは反対側の面には、LEDチップ１１と電気的に接続される配線パターン２１が設けられている。そして絶縁性基板１５上の配線パターン２１はレジスト２２で被覆され保護されている。
【００２８】
サブマウント１７の材料としては、熱伝導率の比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮが採用されている。
【００２９】
そして、サブマウント１７に実装されたLEDチップ１１と、絶縁性基板１５上の配線パターン２１とLEDチップ１１及びサブマウント１７の各々とを電気的に接続するＡｕやＡｌ等の導線であるボンディングワイヤ１８とが、シリコーン系樹脂からなる封止樹脂材料１９により覆われている。
【００３０】
封止樹脂材料１９はリフレクタ１３の内側に収まっている。リフレクタ１３はLEDチップ１１から放射された光を反射する。
【００３１】
上述した構成の発光装置では、ベース基板１４やレフレクタ１３に金属材料が使用され、かつ、封止樹脂材料１９にエポキシ系樹脂よりも高い弾性を有するシリコーン系樹脂が使用されている。シリコーン系樹脂は比較的硬いエポキシ系樹脂よりも線膨張係数が大きい為、チップ封止材にエポキシ系樹脂を採用した場合と比べて、実装基板１２やレフレクタ１３と、封止樹脂との線膨張係数の差が大きくなっている。
【００３２】
絶縁性基板１５の窓孔１６の内側のベース基板１４にサブマウント１７を配置するため、窓孔１６は矩形のLEDチップ１１の外周よりも一回り大きく形成されている。その結果、絶縁性基板１５の窓孔１６の側面と、サブマウント１７の側面との間に隙間２３が出来る。したがって、LEDチップ１１やボンディングワイヤ１８をシリコーン系樹脂の封止樹脂材料１９で覆った際、その隙間２３にも封止樹脂材料１９が充填される。
【００３３】
ボンディングワイヤ１８は、絶縁性基板１５上の配線パターンと、LEDチップ１１及びサブマウント１７とを電気的に接続するため、上記隙間２３を跨いでいる。
【００３４】
上記の封止樹脂材料１９はリフレクタ１３の内側に収まっており、LED点灯時に熱が生じると、封止樹脂材料１９は実装基板１２に対して遠のく方向へ膨張する。このとき、ボンディングワイヤ１８が引っ張られる。
【００３５】
以上の要因により、封止樹脂材料１９の膨張量が大きくなるほど、ボンディングワイヤ１８は破断する虞がある。
【００３６】
この問題を本実施形態の発光装置において生じさせないように、以下の対策がとられている。
【００３７】
本実施形態では、図２に示すように、絶縁性基板１５の窓孔１６の側面と、サブマウント１７の側面との隙間２３のうちボンディングワイヤ１８に対応する所の隙間２３ａが他よりも狭くなっている。言い換えれば、上記隙間２３のうち、ボンディングワイヤ１８を実装基板１２側に投影したときの該ワイヤの投影領域近辺における隙間間隔が他より狭められている。図２の（ａ）は、図１（ａ）中の隙間２３の周辺を拡大した上面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ'線に沿った断面模式図である。
【００３８】
図２の例では、ボンディングワイヤ１８に対応する部分の窓孔１６の側壁が、サブマウント１７側へ凸状に出っ張るように形成されている。この形状に代えて、ボンディングワイヤ１８に対応する部分のサブマウント１７の側壁が、窓孔１６の側壁側へ凸状に出っ張っていてもよい。
【００３９】
本実施形態の構成では、ボンディングワイヤ１８の位置における封止樹脂材料１９の膨張量（移動量）は、実装基板１２からボンディングワイヤ１８までの距離と、封止樹脂材料１９の線膨張係数との積で算出される。
【００４０】
図２のような構成の場合、上記凸状の出っ張りが設けられたことで、該出っ張りが無い場合よりも、ボンディングワイヤ１８から実装基板１２の間の距離が短くなる所が増える。
【００４１】
その結果、上記出っ張りが無い場合と比べて、ボンディングワイヤ１８の位置における封止樹脂材料１９の膨張量が小さくなり、ボンディングワイヤ１８が破断され難くなる。
【００４２】
次に、その他の実施形態例を示す。ここでは、図１に示した構成と同じ構成要素には同一符号を用いることで重複説明を避け、異なる構成を主に説明する。
【００４３】
第二の実施形態として、図３に示すように、サブマウント１７と絶縁性基板１５及びLEDチップ１１との間を電気的に接続したボンディングワイヤ１８が、実装基板１２側に近付けられている。
【００４４】
この構成は、ワイヤーボンダーにおけるキャピラリの移動範囲の設定を変えたり、ボンディングワイヤをパッド間に打った後で該ワイヤを押し潰したりすることで得られる。
【００４５】
実装基板１２からボンディングワイヤ１８までの距離を短くするほど、ボンディングワイヤ１８の位置における封止樹脂材料１９の膨張量は小さくなり、ボンディングワイヤ１８が破断され難くなる。
【００４６】
なお、この第二の実施形態の場合、窓孔１６の形状は、図４に示すようにLEDチップ１１の外周形状と同じ形状であればよい。しかし本実施形態は、第一の実施形態の構造と組み合わせることで、発光装置の信頼性を一層向上させることができる。
【００４７】
また、第三の実施形態として、図５に示すように、絶縁性基板１５の窓孔１６の側面と、サブマウント１７の側面との隙間に、封止樹脂材料１９よりも線膨張係数の低い樹脂２０が充填されている。さらに、この上にLEDチップ１１やボンディングワイヤ１８が、シリコーン系樹脂からなる封止樹脂材料１９で覆われている。樹脂２０の線膨張係数は、絶縁性基板１５やサブマウント１７の線膨張係数に出来るだけ近いことが望ましい。
【００４８】
このような構成の場合、上記隙間に樹脂２０が充填されたことで、上記隙間を含めて実装基板１２上にそのまま封止樹脂材料１９が有る場合よりも、ボンディングワイヤ１８から実装基板１２までの封止樹脂材料１９の領域が小さくなる。 その結果、上記実装基板１２上にそのまま封止樹脂材料１９が有る場合と比べて、ボンディングワイヤ１８の位置における封止樹脂材料１９の膨張量が小さくなり、ボンディングワイヤ１８が破断され難くなる。
【００４９】
なお、この実施形態の場合も、窓孔１６の形状は、図４に示すようにLEDチップ１１の外周形状と同じ形状であればよい。しかし、第三の実施形態は、第一の実施形態及び第二の実施形態の少なくとも一方の構造と組み合わせることで、発光装置の信頼性を一層向上させることができる。
【００５０】
また、第四の実施形態として、図６に示すように、サブマウント１７の厚みよりも絶縁性基板１５の厚みが薄くなっている。言い換えれば、絶縁性基板１５のLEDチップ実装側の面は、サブマウント１７のLEDチップ実装側の面よりもベース基板１４の側に設けられている。
【００５１】
本発明の発光装置の構成上、絶縁性基板１５とサブマウント１７との隙間に露出するベース基板１４から垂直方向のボンディングワイヤ１８までの距離ａと、絶縁性基板１５から垂直方向のボンディングワイヤ１８までの距離ｂとは異なる。
【００５２】
LED点灯時の熱で封止樹脂材料１９が実装基板１２に対して遠のく方向へ膨張した場合、距離ａと距離ｂの差が大きいほど、各距離ａ，ｂに対応するワイヤ部分同士の移動量の差が大きくなるため、ボンディングワイヤ１８の破断や剥離の問題が発生しやすい。
【００５３】
そこで図６の例は、距離ａと距離ｂの差を可能な限り小さくするために、絶縁性基板１５の上面がサブマウント１７の上面より低く設けられている。
【００５４】
さらに、サブマウント１７に実装されたLEDチップの側面から発せられる光が絶縁性基板１５の側面で妨げられないように、絶縁性基板１５の上面はサブマウント１７の上面と同等程度又はそれ以下に配置されることが望ましいが、図６の構成例はこうした要求も満たしている。
【００５５】
なお、この実施形態の場合も、窓孔１６の形状は、図４に示すようにLEDチップ１１の外周形状と同じ形状であればよい。しかし第四の実施形態は、第一の実施形態、第二の実施形態及び第三の実施形態の少なくとも一方の構造と組み合わせることで、発光装置の信頼性を一層向上させることができる。
【００５６】
また、第五の実施形態として、図７に示すように、ボンディングワイヤ１８のワイヤ自体がコイル状（ばね）に形成されている。
【００５７】
このような実施形態では、ボンディングワイヤ１８のワイヤ自体が伸縮可能となる。したがって、LED点灯時の熱で封止樹脂材料１９が実装基板１２に対して遠のく方向へ膨張しても、ボンディングワイヤ１８が伸び、破断されない。
【００５８】
以上説明したような各実施形態によれば、LED点灯時の自己発熱に起因して加わるボンディングワイヤへの応力を一層低減することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１１  LEDチップ
１２  実装基板
１３  金属製のリフレクタ
１４  金属製のベース基板
１５  絶縁性基板
１６  窓孔
１７  サブマウント
１８  ボンディングワイヤ
１９  シリコーン系の封止樹脂材料
２０  シリコーン系樹脂よりも線膨張係数の低い樹脂
２１  配線パターン
２２  レジスト
【図１】
0005526214.tif 000002
【図２】
0005526214.tif 000003
【図３】
0005526214.tif 000004
【図４】
0005526214.tif 000005
【図５】
0005526214.tif 000006
【図６】
0005526214.tif 000007
【図７】
0005526214.tif 000008
【図８】
0005526214.tif 000009
【図９】
0005526214.tif 000010