(57)【要約】【課題】更なる発光効率の向上と、生産性の向上及びコスト低減に有効に作用し、さらに接着の安定性が得られるサブマウント構造を備えた発光装置を提供する。【解決手段】  チップオンボード（ＣＯＢ）型の発光装置であって、基板と、前記基板上に配置され、一方の主面と他方の主面を備えるサブマウントと、前記一方の主面に配置される発光素子と、前記他方の主面に第1の方向に延伸する第１の凹部とを備え、前記凹部は、前記他方の主面において、前記一方の主面に前記発光素子が配置されない領域に形成され、前記凹部の開口幅は、前記凹部と隣り合う凹部との間によって構成される幅よりも小さく形成される事を特徴とする。【選択図】図２
2015103751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップオンボード（ＣＯＢ）型の発光装置であって、
基板と、
前記基板上に配置され、一方の主面と他方の主面を備えるサブマウントと、
前記一方の主面に配置される発光素子と、
前記他方の主面に第1の方向に延伸する第１の凹部とを備え、
前記凹部は、前記他方の主面において、前記一方の主面に前記発光素子が配置されない領域に形成され、
前記凹部の開口幅は、前記凹部と隣り合う凹部との間によって構成される幅よりも小さく形成される事を特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記基板と前記サブマウントの間に溝状の空間を形成し、
前記溝状の空間により、前記サブマウントの他方の主面を前記基板に接着する際に塗布する接着剤中に形成される気泡及び／または前記接着剤の過剰量が吸収され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】
チップオンボード（ＣＯＢ）型の発光装置であって、
パッケージ基板としての機能を有した一方の主面と他方の主面を備えるサブマウントと、
前記一方の主面に配置される発光素子と、
前記他方の主面に第1の方向に延伸する第１の凹部とを備え、
前記凹部は、前記他方の主面において、前記一方の主面に前記発光素子が配置されない領域に形成され、
前記凹部の開口幅は、前記凹部と隣り合う凹部との間によって構成される幅よりも小さく形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
前記サブマウントの他方の主面には、前記第１の方向と略垂直に交差する第２の方向に延伸して形成される第２の凹部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記凹部は、前記サブマウントの一方の端部から、前記一方の端部と対向する他方の端部まで延伸し、各々の前記凹部は繋がっ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】
前記サブマウントの前記一方の主面に第３の凹部が形成され、
前記第３の凹部の底面に前記発光素子が搭載され、前記発光素子の上面は、前記サブマウントの一方の主面よりも下に位置す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。
【請求項７】
前記サブマウントの他方の主面において、前記一方の主面に前記発光素子が配置される領域と重なるように、その一部が前記他方の主面に露出して前記サブマウントよりも熱伝導率の高い金属が、前記他方の主面から前記一方の主面に向かって充填された金属層を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記金属層は、前記一方の主面から前記他方の主面に向かって、徐々に幅が広くな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、主としてＬＥＤチップを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明装置にはＣＯＢ（chip on board）型の発光装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に係るＣＯＢ型発光装置は、図１に示す通り、基板２、導電体層３、ＬＥＤベアチップ４、パッド５および透光性樹脂６を有して構成されている。基板２は、例えば、厚さ１ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板からなり、その一面２ａの全域に厚さ８０μｍの絶縁層７が形成されている。絶縁層７は、例えばエポキシ材および無機フィラー材からなり、高熱伝導性を有している。  
【０００３】
このように、通常、ＣＯＢ（chip on board）型の発光装置においては、Ａｌなどの金属基板上に直接、またはアルミナなどの絶縁物を配置して、その上にＬＥＤチップを複数個配置される。もしくはアルミナなどの絶縁物を基板として、その上にＬＥＤチップを複数個配置される。
【０００４】
しかし、これらはＬＥＤチップとの熱膨張係数の違いから、大電流駆動時の発熱によりダイボンディング部分に歪みが生じて信頼性を低下させる問題があった。そこで、ＬＥＤチップと熱膨張係数が比較的近いＳｉやＡｌＮなどのサブマウントを使用することにより信頼性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３８９７３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、発光装置を小型化するためには一つのサブマウント上に複数のＬＥＤチップを配置する必要がある。サブマウント上に複数のＬＥＤチップを配置する場合、1つのＬＥＤチップから出射された光は、隣のＬＥＤチップのダイボンド材やボンディングパッド、ボンディングワイヤ、配線パターン等により吸収されてしまう。また、複数のＬＥＤチップを配置するサブマウントではサイズが大きくなり、サブマウント下の放熱基板等と接着される部分の歪や反りが大きくなるため、接着信頼性も低下する。
そこで本発明は、発光装置の更なる発光効率の向上と、生産性の向上及びコスト低減に有効に作用し、さらに接着の安定性が得られるサブマウント構造を備えた発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、チップオンボード（ＣＯＢ）型の発光装置であって、基板と、
前記基板上に配置され、一方の主面と他方の主面を備えるサブマウントと、前記一方の主面に配置される発光素子と、前記他方の主面に第1の方向に延伸する第１の凹部とを備え、前記凹部は、前記他方の主面において、前記一方の主面に前記発光素子が配置されない領域に形成され、前記凹部の開口幅は、前記凹部と隣り合う凹部との間によって構成される幅よりも小さく形成される事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光装置の更なる発光効率の向上と、生産性の向上及びコスト低減に有効に作用し、さらに接着の安定性が得られるサブマウント構造を備えた発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術に係る発光装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第1の実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図３】本発明の第1の実施形態に係る発光装置に用いられるサブマウントの底面（裏面）側から見た図である。
【図４】本発明の第1の実施形態の変形例１に係る発光装置に用いられるサブマウントの底面（裏面）側から見た図である。
【図５】本発明の第1の実施形態の変形例２に係る発光装置に用いられるサブマウントの断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る発光装置に用いられるサブマウントの断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る発光装置に用いられるサブマウントの上面（表面）側から見た図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の変形例１に係る発光装置に用いられるサブマウントの断面図である。
【図９】サブマウントをパッケージ基板として用いた場合の発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各領域の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１１】
（実施形態１）図２に、本発明の第１の実施形態に係るサブマウントを有する発光装置の断面図を示す。本発明に係る発光装置は、基板３１、サブマウント３２、発光素子としてＬＥＤチップ３３、パッド３４、ワイヤ３５、透光性樹脂３６を有して構成されている。
【００１２】
基板３１は、例えばＡｌ板からなり、基板３１上にはサブマウント３２が配置される。サブマウント３２は例えばＡｌＮ,ＧａＮ，Ｓｉ等の半導体材料によって構成することができる。  ＬＥＤチップ３３は、サブマウント３２の表面に図示しない銀ペースト等の接着剤により接着されている。ＬＥＤチップ３３は、例えば青色の光を発するものを用いることができ、パッド３４を介して隣のＬＥＤチップ３３とワイヤ３５により接続されている。ワイヤ３５は図示しない外部からの電源を供給するための配線パターンと接続される。このように、外部から供給される電気とＬＥＤチップ３３が電気的に接続され、ＬＥＤチップ３３は青色の光を発する。  透光性樹脂３６は、例えばシリコーン樹脂からなり、サブマウント３２、ＬＥＤチップ３３、パッド３４、ワイヤ３５を覆って形成され、気密封止されている。また、透光性樹脂３６には、青色光を所定の光例えば黄色光に波長変換する蛍光体が混合されている。  
【００１３】
サブマウント３２は、ＬＥＤチップ３３が接着される一方の主面（表面）と基板３１と接着する他方の主面（裏面）を有しており、基板３１とは半田材等の接着剤により接着されている。  
【００１４】
本発明の特徴的な構造であるサブマウントの裏面から見た構造を図3に示す。図３は、図２に示したサブマウント３２の裏面から見た図である。サブマウント３２の表面に実装されるＬＥＤチップ３３の配置との関係を示すため、ＬＥＤチップ３３を透視した場合として、ＬＥＤチップ３３を点線で示している。ＬＥＤチップ３３は、サブマウント３２の表面に一定の間隔をおいて縦３列、横３列で配置されている。なお、図３では便宜上、ＬＥＤチップを縦３列、横３列の例を示しているが、ＬＥＤチップ３３の数は任意に設定できる。よって、当然ながら、縦５列、横５列などのように、ＬＥＤチップ３３の数を増やすことも可能である。  
【００１５】
サブマウント３２の裏面には、凹部３７が形成されている。この凹部３７は、サブマウント３２の一方の端部３８から対向する他方の端部３９まで延伸している。また、凹部３７は、サブマウント３２の表面に配置されるＬＥＤチップ３３と重ならない位置（ＬＥＤチップ３３が配置されない領域）に配置されている。すなわち、サブマウント３２の表面に配置されるＬＥＤチップ３３の直下の領域には、凹部３７は形成されていない。この凹部３７により、サブマウント３２の裏面と基板３１の間には、溝状の空間が形成される。  この凹部３７の開口幅は、隣り合う凹部３７との間によって構成される幅よりも小さく形成することが好ましい。このように構成することで、基板３１とサブマウント３２の裏面が接する面積が増大し、ＬＥＤチップ３３が発する熱を基板３１へと良好に伝え、発光装置の放熱性が向上するからである。なお、凹部３７は、図３ではＶ字状に形成されているが、コの字や円孤状に形成してもよい。  
【００１６】
サブマウント３２の裏面は、基板３１と半田材などの接着剤によって接着される。このとき、接着剤中に気泡が混入したり、接着剤の量が過剰であったりすると、接着の安定性が阻害されることになる。この点、本発明に係る発光装置が有するサブマウント３２は、凹部３７が設けられているため、サブマウント３２を押圧して基板３１と接着させる際に、この凹部３７によって基板３１とサブマウント３２との間に形成された溝状の空間に、当該気泡や過剰な接着剤が吸収され、基板３１とサブマウント３２は安定して接着される。
【００１７】
なお、図３では、凹部３７はサブマウント３２の一方の端部３８から対向する他方の端部３９まで延伸している。このため、基板３１とサブマウント３２との間に形成された溝状の空間は、外部と繋がる。よって、接着剤中の気泡や過剰な接着剤が、当該空間内に入りきらないほどの量であったとしても、外部へ排出されるため、基板３１とサブマウント３２はより安定して接着される。
【００１８】
そのため、凹部３７は、サブマウント３２の一方の端部３８から対向する他方の端部３９まで延伸させずとも、例えば凹部３７を大きく形成することで、凹部３７によって形成される基板３１とサブマウント３２との間の空間によって、接着剤中の気泡や過剰な接着剤が吸収できれば、凹部３７を当該端部３８，３９まで到達しないように形成したり、部分的に形成することも当然に可能である。
【００１９】
また、凹部３７をＬＥＤチップ３３の直下の領域に形成すると、凹部３７によって、ＬＥＤチップ３３からの放熱が遮断されることになる。よって、ＬＥＤチップ３３から発する熱を効果的にサブマウント３２の下に配置される基板３１へと伝え、放熱性を向上させるためには、凹部３７をＬＥＤチップ３３の直下の領域から外れた位置に形成することが好ましい。
【００２０】
さらに、この凹部３７は、サブマウント３２に応力が加わった際に、サブマウント３２（主にサブマウント３２の裏面側）の歪や反りを緩和する作用も有する。そのため、サブマウント３２の基板３１に対する接着信頼性を向上させることができる。
なお、凹部３７は、ダイシング若しくはドライエッチング、ウェットエッチング等により形成される。
【００２１】
（実施形態１の変形例１）
図４は、本発明に係る発光装置において、図３に示したサブマウント３２の変形例を示す図である。図３と異なる点は、図３に示した凹部３７（図４における凹部３７１）の延伸方向と略垂直に交わる方向に延伸して凹部３７２が形成されている点である。凹部３７２も凹部３７１と同様に、サブマウント３２の裏面にＬＥＤチップ３３の直下の領域から外れた位置に、一方の端部４３から対向する他方の端部４４まで延伸して形成されている。すなわち、凹部３７は、複数配置されたＬＥＤチップ３３の各々の周りを取り囲む部分に形成されている。
【００２２】
このように凹部３７を形成することにより、基板３１とサブマウント３２を接着剤によって接着する際に生じる接着剤中の気泡や過剰な接着剤を効果的に凹部３７によって吸収することが可能となる。
【００２３】
例えばダイシングで凹部３７を図４のように形成する場合、凹部３７は直線上に形成されるので、各ＬＥＤチップ３３の周りに配置されるように凹部３７は格子状に形成される。ただし、必ずしも全てのＬＥＤチップ３３の周りを囲むように凹部３７を形成しなくともよい。数チップごとに凹部３７を配置することも可能である。また、図３及び図４に示したように、ストライプ状に凹部３７を形成するほうが、生産性が向上する点で好ましい。
【００２４】
（実施形態１の変形例２）
実施形態１の変形例２の構造を図５を用いて説明する。実施形態１の変形例２の構造は、実施形態１及びその変形例１の構造と比べ、サブマウント３２の形態のみが異なっている。そのため、変形例２のサブマウント３２を除いた他の構造は、実施形態１又はその変形例１と同じである。
【００２５】
図５は、実施形態１の変形例２で用いられるサブマウント３２の断面図である。図３の実施形態１と比べ、ＬＥＤチップ３３直下の領域（サブマウント３２の裏面において、サブマウント３２の表面にＬＥＤチップ３３が配置される領域と重なる領域）には金属層４０が形成されている。この金属層４０は、サブマウント３２で用いられる材料よりも金属の熱伝導率の高い材料を用いることができる。例えば銅、半田材などである。このように、ＬＥＤチップ３３の直下の領域に金属層４０を形成することで、ＬＥＤチップ３３が発する熱を良好に基板３１へと伝えることができ、発光装置の放熱性を向上させることができる。
さらに、金属層４０に銅や半田材といった、サブマウント３２よりも剛性が小さくやわらかい材料を用いることで、この部分でサブマウント３２（主にサブマウント３２の裏面側）の歪や反りは緩和される。そのため、サブマウント３２の基板３１に対する接着信頼性を向上させることができる。
【００２６】
金属層４０は、例えばサブマウント３２の裏面に凹部３７と同様な方法で凹部を形成し、そこに金属層４０を充填することで形成することができる。また、金属層４０は、図３に示したサブマウント３２に形成する場合は、凹部３７と並行に延伸し、基板の端部３８から端部３９まで連続して形成することができる。一方で、図４に示したサブマウント３２に金属層４０を形成する場合は、ＬＥＤチップ３３個々に対する直下の領域に、それぞれ金属層４０を形成することもできる。なお、金属層４０の形状は特に限定されるものではないが、図５に示すようなコの字状とし、サブマウント３２の表面から裏面に向かって徐々に幅が広くなるように傾きを持たせて形成すると、ＬＥＤチップ３３からの熱をより良好に基板３１へと伝えることができ、発光装置の放熱性をより向上させることができる。
【００２７】
（実施形態２）
次に、本発明に係る発光装置の第２の実施形態について図６を用いて説明する。
第２の実施形態は、図２に示した第１の実施形態と比較して、サブマウント３２の形状のみが異なっている。よって、図５は、第２の実施形態のうち、サブマウント３２、ＬＥＤチップ３３、パッド３４及びワイヤ３５のみを抜き出して示しているが、その他の構成は、図２に示した第１の実施形態又はそれの変形例と同様である。
【００２８】
図６に示したように、サブマウント３２の裏面構造は、図３若しくは図４に示した第１の実施形態と同様に凹部３７が形成されている。一方、サブマウント３２の表面にも凹部４１が形成され、当該凹部４１の底面にＬＥＤチップ３３が配置されている。このとき、ＬＥＤチップ３３の上面は、サブマウント３２の一方の主面よりも下に位置した構造とすることが好ましい。すなわち、凹部４１の深さは、ＬＥＤチップ３３の高さよりも深く形成されている。
そして、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、サブマウント３２に形成される裏面の凹部３７は、ＬＥＤチップ３３の直下の領域には形成されない。そのため、サブマウント３２の断面構造は、図６のように、サブマウント３２の表面の凹部４１と裏面の凹部３７が互い違いに形成された構造となっている。
【００２９】
図７は、図６に示したサブマウント３２を表面から見た図である。実施形態１と同様に、縦３列、横３列にＬＥＤチップ３３が複数配置されている。ＬＥＤチップ３３は凹部４１内に配置されている。図７においては、ＬＥＤチップ３３は、個々に独立した凹部４１内に配置されている（１つの凹部４１に１つのＬＥＤチップ３３が配置されている）。このように形成することで、ＬＥＤチップ３３は、その四方を凹部４１によって形成される側壁に囲まれる。そのため、ＬＥＤチップ３３が発するサブマウント３２の表面と並行方向の光は、当該側壁によって反射され、サブマウント３２の表面に対する略垂直方向に向かって発光装置の外部へと取り出される。このため、発光装置の発光効率は飛躍的に向上する。
また、上述したように、ＬＥＤチップ３３の上面を、サブマウント３２の一方の主面よりも下に位置した構造とすることで、ＬＥＤチップ３３が発するサブマウント３２の表面と並行方向の光のうち、より多くの光を前記側壁に反射させ、発光装置の外部へと取り出すことができる。また、ＬＥＤチップ３３から出射された光が、隣のＬＥＤチップ３３の接着材やパッド３４へ吸収されることを抑制することができる。
さらに、凹部４１の底部にＬＥＤチップ３３を配置した構成としたことで、実施形態１の構造と比較し、ＬＥＤチップ３３の上面とパッド３４の距離を近づけることができる。そのため、ワイヤ３５の長さを短くすることができ、ワイヤ３５に吸収される光の量も低減することができ、発光装置の発光効率が向上する。
【００３０】
ただし、サブマウント３２の表面に形成される凹部４１は、この形状に限られるものではない。例えば、図７において、サブマウント３２表面の縦方向に並んだ個々の凹部４１を一直線上に繋げるように形成することも可能である。この場合、縦方向に延伸して形成される一直線状の１つの凹部４１に３つのＬＥＤチップ３３が配置されることになる。このようにして、凹部４１の形状は任意に設定可能である。
【００３１】
（実施形態２の変形例１）
次に、本発明に係る発光装置の第２の実施形態の変形例について図８を用いて説明する。
第２の実施形態の変形例１は、図６に示した第２の実施形態と比較して、サブマウント３２の裏面に形成される凹部３７の一部に、金属層４０が埋め込まれたものである。この金属層４０は、実施形態１の変形例２と同様の材料及び方法により形成することができる。このような構成により、ＬＥＤチップ３３が発する熱を良好に基板３１へと伝えることができ、発光装置の放熱性を向上させることができる。
なお、金属層４０は、凹部３７の全てに充填されるものではなく、その一部において充填される。例えば、図８に示したように、凹部３７が複数形成されている場合は、隣り合う凹部３７に対して互い違いに金属層４０を充填するようにすることもできる。また、図８に示したような、凹部３７を1つ飛ばして金属層４０を充填する形態の他に、凹部３７を２つ飛ばして金属層を充填する形態など、任意に設定することができる。凹部３７の全てに金属層４０を充填しない限りにおいて、任意に設定可能である。
【００３２】
なお、上述した実施形態１及び実施形態２（これらの変形例を含む）で用いたサブマウント３２を発光装置のパッケージ基板として使用することもできる。例えば図９は、実施形態２に係る発光装置で用いられているサブマウント３２をパッケージ基板として使用した場合の断面図である。この場合には、サブマウント３２自体に外部との接続端子４２を設けることが必要であるが、基板３１を省くことができ、コスト低減、より小型・軽量化した発光装置を提供することができる。
また、サブマウント３２を発光装置のパッケージ基板として使用した場合であっても、例えば図９に示したように、当該発光装置を放熱板等に配置する際には、実施形態１及び実施形態２（これらの変形例を含む）と同様な効果を奏することは明らかである。
【００３３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３４】
３１・・・基板
３２・・・サブマウント
３３・・・ＬＥＤチップ（発光素子）
３４・・・パッド
３５・・・ワイヤ
３６・・・透光性樹脂
３７・・・凹部
３７１・・・第１の凹部
３７２・・・第２の凹部
３８、４３・・・一方の端部
３９、４４・・・他方の端部
４０・・・金属層
４１・・・第３の凹部
４２・・・接続端子
４３・・・放熱板
【図１】
2015103751.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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