(57)【要約】【課題】発光装置の放熱性能のばらつきを抑制する。【解決手段】絶縁基板と、絶縁基板の第１面に配設され、発光素子を載置する載置部を備えた電極パターンと、絶縁基板の第１面と反対側の第２面に接合された放熱板と、放熱板の側面に、放熱板を取り囲んで配設される樹脂部とを備え、樹脂部の絶縁基板とは反対側の端部は、放熱板の前記絶縁基板とは反対側の面よりも、絶縁基板から離れる方向に突出している発光素子用基板によって、発光装置の放熱性能のばらつきを低減することができる。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板の第１面に配設され、発光素子を載置する載置部を備えた電極パターンと、
前記絶縁基板の第１面と反対側の第２面に接合された放熱板と、
前記放熱板の側面に、放熱板を取り囲んで配設される樹脂部とを備え、
前記樹脂部の前記絶縁基板とは反対側の端部は、前記放熱板の前記絶縁基板とは反対側の面よりも、前記絶縁基板から離れる方向に突出していることを特徴とする発光素子用基板。
【請求項２】
前記樹脂部は、前記放熱板の前記絶縁基板とは反対側の面の縁部を被覆していることを特徴とする請求項１記載の発光素子用基板。
【請求項３】
前記樹脂部は、黒色樹脂からなる請求項１または請求項２に記載の発光素子用基板。
【請求項４】
前記放熱板は、金属板からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子用基板。
【請求項５】
前記放熱板は、金属板と、該金属板の、前記絶縁基板とは反対側の面上に配設された、前記絶縁基板と同じ材質からなる絶縁板とを含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子用基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子用基板と、
前記発光素子用基板の前記電極パターンの前記載置部に載置されている発光素子とを備えていることを特徴とする発光素子モジュール。
【請求項７】
請求項６記載の発光素子モジュールと、
前記発光素子用基板が載置されているヒートシンクと、
前記ヒートシンクと前記発光素子用基板との間に配置されたグリスとを備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、凹部を有し、該凹部の内面に前記発光素子用基板の前記樹脂部が当接していることを特徴とする請求項７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、発光素子用基板、発光素子モジュールおよび発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を基板上に形成した配線パターン上に複数個載置した発光素子モジュール知られている。このような発光装置に使われる発光素子として、正電極と負電極とを主たる発光方向とは反対側の面に配置したフリップチップ型の発光ダイオードが知られている。このようなフリップチップ型の発光ダイオードは、発光ダイオードへのワイヤーボンディングが不要であり、発光がワイヤーで遮られることがないので、発光装置の発光効率の向上に寄与している。
【０００３】
発光素子用基板に発光ダイオードなどの発光素子を載置した発光素子モジュールは、発光時に発光素子から多量の熱が発生するために、かなりの高温になる。そのため、発光素子からの発熱を放熱するために、ヒートシンクに発光素子モジュールを載置して発光装置を構成することが知られており。このような発光装置は、ヘッドライトなどに用いることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、発光素子モジュールをヒートシンクに接触させて放熱させる発光装置の場合、発光素子モジュールとヒートシンクとの間にグリスを介在させて、ヒートシンクに発光素子モジュールを載置することによって、放熱性能を高めることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５４５５４号公報
【特許文献２】特表２００９−５３０８３２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、発光素子モジュールとヒートシンクの間にグリスが存在しない部分が生じた場合やグリスの厚みがばらついたりした場合には、発光装置に放熱性能のばらつきが生じるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の発光素子用基板は、絶縁基板と、絶縁基板の第１面に配設され、発光素子を載置する載置部を備えた電極パターンと、絶縁基板の第１面と反対側の第２面に接合された放熱板と、放熱板の側面に、放熱板を取り囲んで配設される樹脂部とを備え、樹脂部の絶縁基板とは反対側の端部は、放熱板の前記絶縁基板とは反対側の面よりも、絶縁基板から離れる方向に突出していることを特徴とするものである。
【０００８】
本開示の発光モジュールは、上述の発光素子用基板と、発光素子用基板の電極パターンの載置部に載置されている発光素子とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
本開示の発光装置は、上述の発光素子モジュールと、発光素子用基板が載置されているヒートシンクと、ヒートシンクと前記発光素子用基板との間に配置されたグリスとを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発光素子用基板、発光素子モジュールおよび発光装置によれば、発光素子用基板とヒートシンクの間のグリスの厚みのバラツキを低減して発光装置の放熱性能のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の一例である発光素子用原基板を示す断面図である。
【図２】本実施形態の一例である発光素子用基板を示す平面図である。
【図３】本実施形態の一例である発光素子原モジュールを示す断面図である。
【図４】本実施形態の一例である発光素子モジュールを示す斜視図である。
【図５】本実施形態の一例である発光装置を示す斜視図である。
【図６】本実施形態の一例である発光装置を示す平面図である。
【図７】本実施形態の一例である発光装置を示す断面図である。
【図８】本実施形態の一例である発光装置を示す拡大断面図である。
【図９】本実施形態の一例である発光装置を示す拡大断面図である。
【図１０】本実施形態の他の一例である発光装置を示す拡大断面図である。
【図１１】本実施形態の他の一例である発光装置を示す断面図である。
【図１２】本実施形態の他の一例である発光装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本実施形態の発光素子用基板について説明する。図１は、本実施形態の一例である発光素子用原基板を示す断面図である。また、図２は、本実施形態の一例である発光素子用基板を示す平面図である。図１に示すように、発光素子用基板１０は、発光素子用基板１０が縦横に多数連なった発光素子用原基板１００から製造することができる。図２は、発光素子用原基板１００を分離して得られる１つの発光素子用基板１０を示すものである。絶縁基板１１は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や窒化珪素基板（Ｓｉ３Ｎ４）などの熱伝導性の高い基板を使用することができる。発光素子用基板１０における絶縁基板１１の大きさは、例えば、１０ｍｍ×５ｍｍの矩形であり、また厚さは５０μｍから３００μｍ程度である。
【００１３】
図２に示すように、矩形の絶縁基板１１の第１面１１ａには、電極パターン１２が形成されている。電極パターン１２に用いられる金属は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの金属が用いられる。電極パターン１２の厚さは、０．１μｍ〜１００μｍ程度である。電極パターン１２には、後述する発光素子を載置するための載置部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを備えている。載置部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに発光素子を載置することで、発光素子が直列接続されるようになる。載置部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの両側には、電源に接続するための電極パッド１２ｅ、１２ｆが配置されている。
【００１４】
絶縁基板１１の第１面とは反対側の面である第２面１１ｂには、放熱板１３が接合されている。放熱板は銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属板で構成されている。放熱板の厚さは、例えば、０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度である。絶縁基板１１と放熱板１３とは、ロウ材（例えば銀ロウＢＡｇ−８）などを使用して接合することができる。
【００１５】
図１に示すように、発光素子用原基板１００において、絶縁基板１１と放熱板１３とを接合後、放熱板１３には溝部１３ａが縦横に格子状に形成される。溝部１３ａは、隣り合って形成される発光素子用基板１０の境界に形成されている。溝部１３ａは、絶縁基板１１に放熱板１３が接合された状態で、放熱板１３の金属をエッチングによって取り除いて形成される。また、溝部１３ａは、ダイシング装置によって、放熱板１３を切削して形成することもできる。
【００１６】
放熱板１３に形成された溝部１３ａには樹脂が充填されて樹脂部１４が形成される。発光素子用原基板１００を個々に分離したとき、樹脂部１４が放熱板１３の側面１３ｂを取り囲むように配置されている。放熱板１３の側面が樹脂部１４でとりかこまれているので、電極パターン１２と放熱板１３との短絡する可能性を軽減することができる。
【００１７】
また、ヘッドライトなどの自動車部品として使われる場合には腐食対策が問題となるが、樹脂部１４によって放熱板１３の銅の部分が被覆されるので、耐腐食性を向上させることができる。
【００１８】
樹脂部１４としては、エポキシ系の熱硬化性の樹脂や、シリコーン系、ポリイミド系などのアンダーフィル用樹脂が使用可能である。溝部１３ａに充填される樹脂は溝部１３ａの容量よりも多量の樹脂が流し込まれ、溝部１３ａから少しあふれた状態で充填される。したがって、樹脂部１４の絶縁基板１１とは反対側の端部１４ａは、放熱板１３の絶縁基板１１とは反対側の底面１３ｃよりも、絶縁基板１１から離れる方向に突出している。突出している部分の長さは１０μｍ〜１００μｍである。また、樹脂部１４は、黒色樹脂を用いることができる。放熱性の高い黒色樹脂を用いることによって樹脂部１４から効率よく放熱することができる。
【００１９】
図３は、本実施形態の一例である発光素子原モジュール２００を示す断面図である。また、図４は、本実施形態の一例である発光素子モジュール２０を示す斜視図である。縦横に連なった発光素子用基板１０に、それぞれの発光素子用基板１０の電極パターン１２の載置部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにバンプ２２を配設し、バンプ２２上に発光素子２１をそれぞれ載置し、発光素子２１を電極パターン１２上に固定する。バンプ２２としてはＡｕバンプやＡｕＳｎなどを用いることができる。発光素子２１を載置して、発光素子原モジュール２００が形成される。続いて、溝部１３ａの中央で切断することによって、図４に示されるような発光素子モジュール２０が多数形成される。発光素子モジュール２０の大きさは、例えば、縦１０ｍｍ横５ｍｍ程度である。
【００２０】
電極パターン１２上に載置された発光素子２１は、例えば、一辺１ｍｍ程度のほぼ正方形状のフリップチップ型の発光ダイオードを用いることができる。発光ダイオードは、正方形状のほか、長方形状のなどの矩形状のものを用いることができる。発光ダイオードは、角部が面取りされていたり、円弧状に加工されていたりしてもよい。発光ダイオードの厚さは、例えば０．１５ｍｍ程度である。各発光素子２１は、隣り合う２つの配線パターンを跨ぐように配設され、少なくとも１つの他の発光素子２１と電極パターン１２を介して電気的に直列に接続されている。
【００２１】
図５は、本実施形態の一例である発光装置３０を示す斜視図である。図６は、本実施形態の一例である発光装置３０を示す平面図である。また、図７は、本実施形態の一例である発光装置３０を示す断面図である。ヒートシンク３１は、ブロック状の銅やアルミニウムで構成されている。ヒートシンク３１の載置面３１ａは矩形の平面で、載置面３１ａの中央部の載置部３１ｂに発光素子モジュール２０が載置されている。載置面３１ａと対向する側には、フィン３１ｃが形成されており、フィン３１ｃに冷たい空気を当てることで、発光装置３０を冷却することができる。
【００２２】
ヒートシンク３１の載置面３１ａ上に発光素子モジュール２０が載置されているが、発光素子モジュールの２０の樹脂部１４の端部１４ａは、放熱板１３の底面１３ｃから絶縁基板１１から離れる方向に１０μｍ〜１００μｍ突出しているので、端部１４ａは、載置面３１ａに当接している。載置面３１ａと、底面１３ｃと端部１４ａで囲まれた空間にはグリス３２が満たされている。グリス３２としては、熱伝導性の良いシリコーン樹脂に金属酸化物、炭素等の無機フィラーを混合したものなどを用いることができる。発光素子２１で発生した熱は、バンプ２２、電極パターン１２、絶縁基板１１、放熱板１３を経由して、グリス３２を介してヒートシンク３１に伝導して放熱される。
【００２３】
放熱板１３の底面１３ｃから突出した端部１４ａがない場合には、グリス３２が放熱板１３の各辺から外側に漏出する場合があり、グリス３２の存在しない放熱板１３の領域が生じ、発光素子２１で発生した熱が放熱板１３からヒートシンク３１伝わりにくくなって、発光素子２１が過熱するおそれがある。また、発光素子モジュール２０のヒートシンク３１の載置面３１ａに押し付け方などによって、グリス３２の膜厚がばらつくため、発光素子２１の放熱性能がばらつくおそれがある。
【００２４】
これに対し、本実施例においては、グリスをヒートシンク３１の載置面３１ａまたは放熱板１３の底面１３ｃに適量滴下し、底面１３ｃを載置面３１ａに押し付けてグリスを放熱板１３全体にいきわたらせる際に、放熱板１３の端部１４ａが外側へのグリスの移動を妨げる。放熱板１３の端部１４ａに達したグリスは、放熱板１３の端部１４ａに沿って移動し、底面１３ｃと載置面３１ａとの間全体に充填されてグリス３２の膜を形成する。
【００２５】
このとき、放熱板１３の底面１３ｃをヒートシンク３１の載置面３１ａとの隙間の体積分のグリスを滴下することによって、底面１３ｃを載置面３１ａとの間の空間がグリスで満たされ、樹脂部１４の端部１４ａの突出する長さに相当する厚みのグリス３２の膜を底面１３ｃ全体にわたって形成することができる。グリス３２の膜厚は、端部１４ａの突出する長さによって決定されるので、端部１４ａの突出する長さを管理することで、グリス３２の膜厚のバラツキを軽減することができる。このことによって、発光装置３０の放熱性能のバラツキを軽減することができる。
【００２６】
図８は、本実施形態の一例である発光装置３０を示す拡大断面図であり、ヒートシンク３１に載置されている発光素子モジュール２０の外周部分の断面を拡大したものである。（ａ）は、エッチングによって溝部１３ａを形成し、さらに樹脂部１４を形成したものであり、（ｂ）は、ダイシング装置による切削によって溝部１３ａを形成し、さらに樹脂部１４を形成したものである。エッチング工程を経て形成された樹脂部１４は、傾斜しているが、切削工程を経て形成された樹脂部１４は、絶縁基板１１に対して垂直に形成されている。
【００２７】
樹脂部１４は、放熱板１３の側面１３ｂを取り囲むとともに、放熱板１３の底面１３ｃ側に回りこんで、放熱板１３の絶縁基板１１とは反対側の底面１３ｃの縁部１３ｄを被覆している。このことによって、樹脂部１４と放熱板１３上に確実に固定できるので、樹脂部１４が放熱板１３から剥がれることを抑制することができる。
【００２８】
図９は、本実施形態の一例である発光装置３０を示す拡大断面図である。樹脂部１４は、溝部１３ａに液状の樹脂を流し込んで硬化させることによって形成されるが、樹脂部１４の端部１４ａの形状は、流し込む樹脂の粘度によって異なる。図９（ａ）は、比較的低粘度の樹脂を流し込んで形成した例であり。図９（ｂ）は、中程度の粘度の樹脂を流し込んで形成した例であり、図９（ｃ）は、比較的高粘度樹脂を流し込んで形成した例である。
【００２９】
粘度が高くなるほど放熱板１３の底面１３ｃに回り込む樹脂の長さが短くなることが見て取れる。このように、樹脂部１４の端部１４ａの形状は、流し込む樹脂の粘度によって調整することができる。また、粘度が高くなるほど、端部１４ａの突出量を大きくすることができる。逆に粘度が低いと端部の突出量を小さくすることができる。このように、端部１４ａの突出量によってグリス３２の厚みを調整することができる。
【００３０】
図９（ｄ）、図９（ｅ），図９（ｆ）は、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示される発光装置に、グリス３２が、樹脂部の端部１４ａと、放熱板の底面１３ｃの境界付近に溜まった例をそれぞれ示した図である。端部１４ａと底面１３ｃとヒートシンク３１によって囲まれる空間の容積に対して、グリスの量がやや少ないと、端部１４ａと、底面１３ｃの境界付近に放熱性能に影響しない程度の小さな気泡３３が生じさせることができる。気泡３３によって、樹脂部１４と放熱板１３との間にグリスの侵入を抑制することができるので、樹脂部１４が放熱板１３から剥がれにくくなる。
【００３１】
図１０は、本実施形態の他の一例である発光装置を示す拡大断面図である。図７に示す発光装置に比べてヒートシンク３１の載置面に凹部３１ｄを設けた点が異なる。ヒートシンク３１の載置面３１ａにおいて、発光素子モジュール２０の樹脂部１４の端部１４ａが当接する部分に沿って凹部３１ｄを設ける。発光素子モジュール２０が矩形の場合、ヒートシンク３１を平面視すると、凹部３１ｄは、矩形の枠状に形成されている。凹部３１ｄの深さは５０μｍ程度である。凹部３１ｄの内面に端部１４ａを当接させることによって、端部１４ａが凹部に嵌合するので、発光素子モジュール２０の位置決めが容易になり、さらに、発光素子モジュール２０がヒートシンク３１上で位置ずれを起こすことを抑制することができるので、信頼性の高い発光装置を実現することができる。
【００３２】
図１１は、本実施形態の他の一例である発光装置３０を示す拡大断面図である。また、図１２は、発光装置３０に載置されている発光素子モジュール２０の外周部分の断面を拡大したものである。図１１に示す発光装置３０は、図７に示す発光装置３０に比べて放熱板１３を金属板と配線基板と同じ材質の基板とで構成している点が異なる。放熱板１３は金属板１３ｅと、絶縁基板１１と同じ材質の絶縁板１３ｆとで構成されている。発光素子用基板１０の放熱板１３の金属板１３ｅと絶縁基板１１とが接合されている。また、金属板１３ｅの絶縁基板１１と反対側の面とは、絶縁板１３ｆと接合されている。金属板１３ｅと絶縁基板１１および金属板１３ｅと絶縁板１３ｆとはそれぞれ同じろう材で接合されている。
【００３３】
放熱板１３が金属板のみでできている場合には、放熱板１３と絶縁基板１１との線膨張係数の違いよって、発光素子用基板１０が反ってしまうおそれがある。特に発光装置３０の場合には、発光素子２１から生じる熱によって温度が高くなるため、発光素子用基板１０に加わる熱応力が大きくなる。そこで、放熱板１３を金属板１３ｅと、絶縁基板１１と同じ材質の絶縁板１３ｆで構成することによって、発光素子用基板１０が金属板１３ｅの両側に同じ材質の基板が貼り付けられた構造となるので反りにくくなる。
【００３４】
発光素子用基板１０が反ると、載置された発光素子２１も反りの影響が及び発光効率が低下したりする場合があるが、反りを抑制した発光素子用基板１０を使用することによって信頼性の高い発光素子モジュール２０を実現することができる。さらに、絶縁板１３ｆを絶縁基板１１と同じ厚さにすることによって、さらに反りが抑制された発光素子用基板１０および発光素子モジュール２０を提供することができる。
【００３５】
図１２は、本実施形態の他の一例である発光装置３０を示す断面図である。ヒートシンク３１に載置された発光素子モジュール２０は、ねじ３４によってヒートシンク３１に固定されている。ねじ３４は、発光素子用基板１０を貫通する貫通穴１５を通って、ヒートシンク３１に設けられたねじ穴３１ｅに羅合されている。発光素子モジュール２０をねじ３４でヒートシンク３１に確実に固定することができる。
【００３６】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  発光素子用原基板
１０    発光素子用基板
１１    絶縁基板
１１ａ  第１面
１１ｂ  第２面
１２    電極パターン
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ    載置部
１２ｅ、１２ｆ    電極パッド
１３    放熱板
１３ａ  溝部
１３ｂ  側面
１３ｃ  底面
１３ｄ  縁部
１３ｅ  金属板
１３ｆ  絶縁板
１４    樹脂部
１４ａ  端部
１５    貫通穴
２００  発光素子原モジュール
２０    発光素子モジュール
２１    発光素子
２２    バンプ
３０    発光装置
３１    ヒートシンク
３１ａ  載置面
３１ｂ  （発光素子モジュールの）載置部
３１ｃ  フィン
３１ｄ  凹部
３１ｅ  ねじ穴
３２    グリス
３３    気泡
３４    ねじ
【図１】
2018085495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018085495.tif 000012
【図１１】
2018085495.tif 000013
【図１２】
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