(57)【要約】【課題】高信頼性の発光装置を提供する。【解決手段】実施形態の発光装置１はセラミック基板１０と筺体５０と接合層６０を備える。セラミック基板１０は第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂに金属層１１，１２が形成されかつ第１金属層１１に半導体発光素子２０が実装される。筺体５０は金属で構成されかつ第２主面１０ｂ側に取り付けられる。接合層６０は第２主面１０ｂ側の第２金属層１２と筺体５０とを接合する。接合層６０は第１合金接合層６１と第２合金接合層６２と異種金属層６３とを備える。第１合金接合層６１は第２金属層１２に接合される。第２合金接合層６２は筺体５０に接合される。合金接合層６１，６２は錫を主成分とする合金で構成される。異種金属層６３は合金接合層６１，６２間に設けられかつセラミック基板１０と筺体５０との双方と異なる金属で構成される。【選択図】図１
2015185611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び第２主面に金属層が形成され、かつ第１主面の金属層に半導体発光素子が実装されたセラミック基板と；
金属で構成されかつ前記セラミック基板の第２主面側に取り付けられる金属部材と；
前記セラミック基板の前記第２主面側の前記金属層と、前記金属部材とを接合する接合層と；を備えた発光装置において、
前記接合層は、
錫を主成分とする合金で構成されかつ前記第２主面側の前記金属層に接合された第１合金接合層と；
前記合金で構成されかつ前記金属部材に接合された第２合金接合層と；
前記第１合金接合層と前記第２合金接合層との間に設けられかつ前記セラミック基板と前記金属部材との双方と異なる金属で構成された異種金属層と；
を備える発光装置。
【請求項２】
前記異種金属層の熱膨張係数は、前記セラミック基板の熱膨張係数と前記金属部材の熱膨張係数との間の値で、かつ熱伝導率は、前記合金の熱伝導率以上である
請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記異種金属層はニッケルを含み、前記第１合金接合層および前記第２合金接合層は錫を含み、前記異種金属層と前記第１合金接合層の間、および前記異種金属層と前記第２合金接合層の間には、ニッケル錫を含む化合物層が形成されている
請求項１又は請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記異種金属層は、前記第１合金接合層と前記第２合金接合層とに埋設され、外縁が前記第１合金接合層と前記第２合金接合層とにより覆われている
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記異種金属層の厚みは、前記接合層の厚みの１／２以下である
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記異種金属層と、前記第１合金接合層及び前記第２合金接合層それぞれとの間に、前記異種金属層を構成する金属と前記合金との化合物で構成された化合物層が形成され、
前記化合物層の厚みは、前記接合層の厚みの１／１０以下である
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記金属部材は、前記セラミック基板の前記第２主面側が取り付けられるベース部と、前記ベース部に複数取り付けられる放熱用のフィンとを備える筺体である
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記ベース部には、平面視において、前記セラミック基板の前記半導体発光素子が実装された実装領域の中央を通り、かつ揮発性の液体を封入したヒートパイプを収容する収容用空間が設けている
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】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、セラミック基板上に半導体発光素子が実装され、半導体発光素子が樹脂で封止された発光装置（Chip  On  Board）がある。このような発光装置において、信頼性を高めることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８４７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高信頼性の発光装置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】
【０００５】
実施形態の発光装置は、セラミック基板と金属部材と接合層を備える。セラミック基板は、第１主面及び第２主面に金属層が形成され、かつ第１主面の金属層に半導体発光素子が実装される。金属部材は、金属で構成されかつ第２主面側に取り付けられる。接合層は、第２主面側の金属層と金属部材とを接合する。接合層は、第１合金接合層と第２合金接合層と異種金属層とを備える。第１合金接合層は、第２主面側の金属層に接合される。第２合金接合層は、金属部材に接合される。第１及び第２合金接合層は、錫を主成分とする合金で構成される。異種金属層は、第１及び第２合金接合層間に設けられかつセラミック基板と金属部材との双方と異なる金属で構成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、高信頼性の発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態１に係る発光装置の模式平面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る発光装置のセラミック基板の模式背面図である。
【図３】図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。
【図４】図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る発光装置の接合層の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る発光装置の接合層などの構成を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る発光装置の筺体の一部を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、実施形態２に係る発光装置の模式平面図である。
【図９】図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。
【図１０】図１０は、図８中のＸ−Ｘ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態の変形例１に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態の変形例２に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。
【図１３】図１３は、実施形態の変形例３に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。
【図１４】図１４は、実施形態の変形例４に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。
【図１５】図１５は、実施形態の変形例５に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１は、セラミック基板１０と金属部材５０と接合層６０を備える。セラミック基板１０は、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂに金属層１１，１２が形成されかつ第１金属層１１に半導体発光素子２０が実装される。金属部材５０は、金属で構成されかつ第２主面１０ｂ側に取り付けられる。接合層６０は、第２主面１０ｂ側の第２金属層１２と筺体５０とを接合する。接合層６０は、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２と異種金属層６３とを備える。第１合金接合層６１は、第２金属層１２に接合される。第２合金接合層６２は、金属部材５０に接合される。合金接合層６１，６２は、錫を主成分とする合金で構成される。異種金属層６３は、合金接合層６１，６２間に設けられかつセラミック基板１０と金属部材５０との双方と異なる金属で構成される。
【０００９】
また、以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１において、異種金属層６３の熱膨張係数は、セラミック基板１０の熱膨張係数と金属部材５０の熱膨張係数との間の値で、かつ熱伝達率は、前記合金の熱伝導率以上である。
【００１０】
また、以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１において、異種金属層６３はニッケルを含み、第１合金接合層６１および第２合金接合層６２は錫を含み、異種金属層６３と第１合金接合層６１の間、および異種金属層６３と第２合金接合層６２の間には、ニッケル錫を含む化合物層６４，６５が形成されている。
【００１１】
また、以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１において、異種金属層６３は、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２とに埋設され、外縁が第１合金接合層６１と第２合金接合層６２とにより覆われている。
【００１２】
また、以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１において、異種金属層６３の厚みＴＤは、接合層６０の厚みＴの１／２以下である。
【００１３】
また、以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１において、異種金属層６３と、第１合金接合層６１及び第２合金接合層６２それぞれとの間に、異種金属層６３を構成する金属と前記合金との化合物で構成された化合物層６４，６５が形成され、化合物層６４，６５の厚みＴＣは、接合層６０の厚みＴの１／１０以下である。
【００１４】
また、以下で説明する実施形態１、実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１において、金属部材５０は、セラミック基板１０の第２主面１０ｂ側が取り付けられるベース部５１と、ベース部５１に複数取り付けられる放熱用のフィン５２とを備える筺体である。
【００１５】
また、以下で説明する実施形態２及び変形例１〜変形例５に係る発光装置１は、上記発光装置１において、ベース部５１には、平面視において、セラミック基板１０の半導体発光素子２０が実装された実装領域１６の中央を通り、かつ揮発性の液体を封入したヒートパイプ５５，５５−１，５５−２，５５−３，５５−４，５５−５を収容する収容用空間５６，５６−１，５６−２，５６−３，５６−４，５６−５が設けている。
【００１６】
［実施形態１］
次に、本発明の実施形態１に係る発光装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る発光装置の模式平面図である。図２は、実施形態１に係る発光装置のセラミック基板の模式背面図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。
【００１７】
実施形態１に係る発光装置１は、例えば、投光器などの照明装置２１０に用いられ、図３に示すように、セラミック基板１０と、複数の半導体発光素子２０と、筺体５０（金属部材に相当）と、接合層６０とを備えている。なお、以下、筺体５０からセラミック基板１０に向かう方向を積層方向（Ｚ軸方向）とし、Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。発光装置１は、筺体５０の上に、接合層６０、セラミック基板１０及び複数の半導体発光素子２０が順にＺ軸方向に配置されている。
【００１８】
セラミック基板１０は、例えば、セラミック、または、セラミックと樹脂の複合セラミックなどから構成される。セラミックとしては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが用いられる。セラミック基板１０には、例えば、アルミナを主成分とするセラミックが用いられ、高い熱伝導性と、高い絶縁性と、高い信頼性が得られる。セラミック基板１０の熱膨張係数は、６〜７（ｐｐｍ／Ｋ）である。セラミック基板１０は、筺体５０と複数の半導体発光素子２０との間に設けられる。なお、「主成分」とは、大部分、例えば全ての成分のうちの５０％以上、望ましくは８０％以上を占める状態を意味する。
【００１９】
セラミック基板１０は、図３中上側、すなわち半導体発光素子２０を設ける側の第１主面１０ａと図３中下側、すなわち筺体５０を設ける側の第２主面１０ｂとを有する。第１主面１０ａは、実装領域１６（図１に示す）を含む。例えば、実装領域１６は、第１主面１０ａの外縁１０ｘから離間している。実施形態１では、実装領域１６は、第１主面１０ａの中央部分に設けられる。第１主面１０ａは、周辺領域１７をさらに含む。周辺領域１７は、実装領域１６の周りに設けられる。
【００２０】
第１主面１０ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。セラミック基板１０の平面形状は、例えば、矩形である。第１主面１０ａは、例えば、第１〜第４辺１０ｃ〜１０ｆを有する。第２辺１０ｄは、第１辺１０ｃと離間する。第３辺１０ｅは、第１辺１０ｃの一端と、第２辺１０ｄの一端と、を接続する。第３辺１０ｅは、第１辺１０ｃと第２辺１０ｄとの間に設けられる。第４辺１０ｆは、第３辺１０ｅと離間し、第１辺１０ｃの他端と、第２辺１０ｄの他端と、を接続する。第４辺１０ｆは、第１辺１０ｃと第２辺１０ｄとの間に設けられる。
【００２１】
第１主面１０ａは、第１〜第４コーナ部１０ｇ〜１０ｊを含む。第１コーナ部１０ｇは、第１辺１０ｃと第３辺１０ｅとを接続する。第２コーナ部１０ｈは、第２辺１０ｄと第３辺１０ｅとを接続する。第３コーナ部１０ｉは、第２辺１０ｄと第４辺１０ｆとを接続する。第４コーナ部１０ｊは、第４辺１０ｆと第１辺１０ｃとを接続する。
【００２２】
第１主面１０ａは、第１〜第４コネクタ領域１０ｋ〜１０ｎを含む。第１コネクタ領域１０ｋは、実装領域１６と第１コーナ部１０ｇとの間に設けられる。第２コネクタ領域１０ｌは、実装領域１６と第２コーナ部１０ｈとの間に設けられる。第３コネクタ領域１０ｍは、実装領域１６と第３コーナ部１０ｉとの間に設けられる。第４コネクタ領域１０ｎは、実装領域１６と第４コーナ部１０ｊとの間に設けられる。
【００２３】
第１主面１０ａは、第５〜第８コネクタ領域１０ｏ〜１０ｒをさらに含む。第５コネクタ領域１０ｏは、第１コーナ部１０ｇと第１コネクタ領域１０ｋとの間に設けられる。第６コネクタ領域１０ｐは、第２コーナ部１０ｈと第２コネクタ領域１０ｌとの間に設けられる。第７コネクタ領域１０ｑは、第３コーナ部１０ｉと第３コネクタ領域１０ｍとの間に設けられる。第８コネクタ領域１０ｒは、第４コーナ部１０ｊと第４コネクタ領域１０ｎとの間に設けられる。
【００２４】
第２主面１０ｂは、第１主面１０ａとは反対側の面である。換言すると、第２主面１０ｂは、筺体５０側の面である。すなわち、第２主面１０ｂは、接合層６０の側の面である。
【００２５】
セラミック基板１０は、第１主面１０ａに第１金属層１１が形成され、第２主面１０ｂに第２金属層１２が形成されている。第１金属層１１は、第１主面１０ａ上に設けられる。例えば、第１金属層１１は、セラミック基板１０と、複数の半導体発光素子２０との間に設けられる。
【００２６】
第１金属層１１は、例えば、実装領域１６に設けられた実装パターン部を含んでいる。実装パターン部のそれぞれは、半導体発光素子２０が実装される複数の実装パターン１１ｐ（図３に示す）を含む。複数の実装パターン１１ｐの少なくともいずれか２つ以上は、互いに離間している。例えば、複数の実装パターン１１ｐの少なくともいずれかは、島状である。複数の実装パターン１１ｐの２つは、互いに独立している。複数の実装パターン１１ｐは、例えば、第１実装パターン１１ｐａ及び第２実装パターン１１ｐｂなどを含む。
【００２７】
複数の実装パターン１１ｐのそれぞれは、例えば、第１実装部分１１ａと、第２実装部分１１ｂと、を含む。この例では、実装パターン１１ｐは、第３実装部分１１ｃをさらに含む。第３実装部分１１ｃは、第１実装部分１１ａと第２実装部分１１ｂとの間に設けられ、第１実装部分１１ａと第２実装部分１１ｂとを繋ぐ。
【００２８】
第１金属層１１は、複数の実装パターン１１ｐを互いに接続する接続部４４（図１に示す）をさらに含んでも良い。第１金属層１１は、第１〜第８コネクタ領域１０ｋ〜１０ｒに設けられた電極を有し、これらの電極が第１〜第８コネクタ４８ａ〜４８ｈのそれぞれと電気的に接続される。第１金属層１１は、半導体発光素子２０に電力を供給する。
【００２９】
第２金属層１２は、第２主面１０ｂ上に設けられる。第２金属層１２は、第１金属層１１と電気的に絶縁されている。第２金属層１２の少なくとも一部は、Ｘ−Ｙ平面（第１主面１０ａに対して平行な第１平面）に投影したときに、図２に示すように、実装領域１６と重なる。
【００３０】
第２金属層１２は、外縁１０ｘから離れている。第２金属層１２の平面形状は、例えば矩形である。第２金属層１２は、第１〜第４金属辺１２ｉ〜１２ｌを有する。第２金属辺１２ｊは、第１金属辺１２ｉから離間する。第３金属辺１２ｋは、第１金属辺１２ｉの一端と、第２金属辺１２ｊの一端と、を接続する。第４金属辺１２ｌは、第３金属辺１２ｋと離間し、第１金属辺１２ｉの他端と、第２金属辺１２ｊの他端と、を接続する。各辺の交点、すなわちコーナ部は、曲線状（アール形状）でも良い。第２金属層１２の平面形状は、矩形でなくても良く、任意である。
【００３１】
実施形態１では、複数の半導体発光素子２０は、実装領域１６においてアレイ状に配置されて、セラミック基板１０の第１主面１０ａの第１金属層１１に実装される。半導体発光素子２０は、例えば、略円形状に配置される。例えば、半導体発光素子２０は、略等ピッチで配置される。これにより、例えば、光源がひとつにまとまり、光源の小型化をすることができる。複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、光を放出する。半導体発光素子２０は、例えば窒化物半導体を含む。半導体発光素子２０は、例えば、ＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）を含む。ただし、実施形態１において、半導体発光素子２０は任意である。
【００３２】
複数の半導体発光素子２０は、例えば、第１半導体発光素子２０ａ及び第２半導体発光素子２０ｂなどを含む。複数の半導体発光素子２０は、第１金属層１１の上に設けられる。複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、複数の実装パターン１１ｐのうちのいずれかの実装パターン１１ｐと、複数の実装パターン１１ｐのうちの上記のいずれかの隣の別の実装パターン１１ｐと、電気的に接続されている。
【００３３】
例えば、第１半導体発光素子２０ａは、複数の実装パターン１１ｐのうちの第１実装パターン１１ｐａと、第２実装パターン１１ｐｂと、電気的に接続されている。第２実装パターン１１ｐｂは、第１実装パターン１１ｐａの隣の別の実装パターン１１ｐに相当する。
【００３４】
例えば、複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、第１導電形の第１半導体層２１と、第２導電形の第２半導体層２２と、発光層２３と、を含む。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。
【００３５】
第１半導体層２１は、第１の部分（第１半導体部分２１ａ）と、第２の部分（第２半導体部分２１ｂ）と、を含む。第２半導体部分２１ｂは、積層方向（Ｚ軸方向）に対して交差する方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第１半導体部分２１ａと並ぶ。
【００３６】
第２半導体層２２は、第２半導体部分２１ｂとセラミック基板１０との間に設けられる。発光層２３は、第２半導体部分２１ｂと第２半導体層２２との間に設けられる。半導体発光素子２０は、例えば、フリップチップ型のＬＥＤである。
【００３７】
例えば、第１半導体層２１の第１半導体部分２１ａが、実装パターン１１ｐの第１実装部分１１ａと対向している。第２半導体層２２が、実装パターン１１ｐの第２実装部分１１ｂと対向している。第１半導体層２１の第１半導体部分２１ａは、実装パターン１１ｐと電気的に接続される。第２半導体層２２は、別の実装パターン１１ｐと電気的に接続される。この接続には、例えば、電気伝導率及び熱伝導率が高いはんだや金バンプなどが用いられる。この接続は、例えば、金属溶融はんだ接合により行われる。または、この接続は、例えば、金バンプを用いた超音波熱圧着法により行われる。
【００３８】
すなわち、例えば、第１半導体部分２１ａと、いずれかの実装パターン１１ｐ（例えば第１実装部分１１ａ）との間に第１接合金属部材２１ｅが設けられる。第２半導体層２２と、別の実装パターン１１ｐ（例えば、第２実装パターン１１ｐｂ）と、の間に第２接合金属部材２２ｅが設けられる。第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅの少なくともいずれかは、はんだ、または、金バンプを含む。これにより、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅのそれぞれの断面積（Ｘ−Ｙ平面で切断したときの断面積）を大きくできる。これにより、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅを介して、熱を効率良く、セラミック基板１０に伝えることができ、放熱性が高まる。
【００３９】
例えば、半導体発光素子２０とセラミック基板１０との間に、別の金属層を設けても良い。これにより、第１金属層１１の酸化を抑制したり、はんだとの濡れ性を高めたりすることができる。
【００４０】
複数の半導体発光素子２０の少なくとも一部は、波長変換層３１により覆われる。波長変換層３１は、複数の半導体発光素子２０から放出される光（例えば第１光）の少なくとも一部を吸収し、第２光を放出する。第２光の波長（例えばピーク波長）は、第１光の波長（例えばピーク波長）とは、異なる。波長変換層３１には、例えば、蛍光体などの複数の波長変換粒子と、複数の波長変換粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。第１光は、例えば青色光を含む。第２光は、第１光よりも波長が長い光を含む。第２光は、例えば、黄色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む。
【００４１】
実施形態１では、Ｘ−Ｙ平面内で波長変換層３１を囲む反射層３２が設けられている。反射層３２には、例えば、金属酸化物などの複数の粒子と、その粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。金属酸化物などの粒子は、光反射性を有する。この金属酸化物などの粒子として、例えば、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか用いることができる。反射層３２を設けることで、半導体発光素子２０から放出された光が、積層方向に沿った方向（例えば上方向）に沿って効率良く出射できる。
【００４２】
セラミック基板１０と複数の半導体発光素子２０と波長変換層３１と反射層３２とで、発光部４０を構成する。発光部４０は、光を放出する。それと同時に、発光部４０は、熱を発生する。発光部４０は、例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）型のＬＥＤモジュールである。
【００４３】
実施形態１においては、発光部４０（複数の半導体発光素子２０）から放出される光の光束発散度は、１０ｌｍ／ｍｍ２（ルーメン/平方ミリメートル）以上、１００ｌｍ／ｍｍ２以下である。望ましくは、２０ｌｍ／ｍｍ２以上である。すなわち、実施形態１においては、発光部４０から放出される光の発光面積に対する比（光束発散度）が、非常に高い。本願明細書においては、発光面積は、実質的に実装領域１６の面積に対応する。
【００４４】
筺体５０は、銅、銅合金、アルミニウム合金などの金属で構成され、セラミック基板１０の第２主面１０ｂ側に取り付けられる。筺体５０の熱膨張係数は、１７〜２３（ｐｐｍ／Ｋ）である。図７は、実施形態１に係る発光装置の筺体の一部を模式的に示す断面図である。筺体５０は、図３及び図７に示すように、厚手の平板状に形成されかつ第２主面１０ｂ側に取り付けられるベース部５１と、ベース部５１に取り付けられる複数の放熱用のフィン５２とを備える。ベース部５１の図３中上側の主面５１ａ上には、接合層６０を介してセラミック基板１０が配置される。ベース部５１の主面５１ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。ベース部５１の平面形状は、例えば、矩形である。
【００４５】
ベース部５１の主面５１ａの反対側の面には、フィン５２を固定するための溝５３が複数形成されている。溝５３は、直線状に形成されている。溝５３は、平行でかつ等間隔に配置されている。
【００４６】
フィン５２は、一部が溝５３内に挿入されて、溝５３の内面に充填される半田５４（固定材料に相当）により、溝５３即ちベース部５１に固定される。固定材料に相当する半田５４は、錫を主成分とし、金、銀、銅、ビスマス、ニッケル、インジウム、亜鉛、アンチモン、ゲルマニウム及びシリコンのいずれかを少なくとも１種類以上含む合金を用いることができる。例えば、ＳｎＡｇＣｕ合金などを用いることができる。
【００４７】
フィン５２は、揮発性の液体を封入した空間５２ａが内部に形成されている。すなわち、フィン５２は、空間５２ａ内に封入した揮発性の液体の蒸発、凝縮のサイクルを発生させて、熱を移動する、所謂ヒートパイプとなっている。
【００４８】
接合層６０は、図３に示すように、セラミック基板１０と筺体５０の主面５１ａとの間に設けられる。接合層６０は、セラミック基板１０の第２主面１０ｂ側の第２金属層１２と筺体５０の主面５１ａとを接合する。接合層６０は、発光部４０で発生した熱を筺体５０に効率よく伝導する。図５は、実施形態１にかかる発光装置の接合層の構成を模式的に示す平面図である。図６は、実施形態１に係る発光装置の接合層などの構成を模式的に示す断面図である。
【００４９】
接合層６０は、図３及び図４に示すように、錫を主成分とする合金で構成されかつ第２金属層１２に接合された第１合金接合層６１と、第１合金接合層６１と同様に錫を主成分とする合金で構成されかつ筺体５０の主面５１ａに接合された第２合金接合層６２と、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２との間に設けられた異種金属層６３とを備えている。
【００５０】
第１合金接合層６１と第２合金接合層６２を構成する合金は、前述した半田５４と同様に、錫を主成分とし、金、銀、銅、ビスマス、ニッケル、インジウム、亜鉛、アンチモン、ゲルマニウム及びシリコンのいずれかを少なくとも１種類以上含んで構成されている。例えば、ＳｎＡｇＣｕ合金などを用いることができる。また、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２とを構成する合金の融点は、合金接合層６１，６２と半田５４の含有する金属の成分が適宜変更されることで、半田５４の融点よりも高く設定されている。第１合金接合層６１と第２合金接合層６２を構成する合金の熱伝導率は、５０〜７０（Ｗ／（ｍＫ））に設定されている。
【００５１】
異種金属層６３は、セラミック基板１０と筺体５０との双方と異なる金属で構成され、箔状に形成されている。さらに、異種金属層６３は、第２金属層１２と異なる金属で構成されている。異種金属層６３の熱膨張係数は、セラミック基板１０の熱膨張係数と筺体５０を構成する金属の熱膨張係数との間の値に設定されている。異種金属層６３は、鉄、ニッケル、コバルト、パラジウム、ベリリウムの何れかの金属を主成分として構成されるのが望ましく、コスト面、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２を構成する合金との反応性を考慮すると、ニッケル又は鉄を主成分として構成されるのが望ましい。例えば、ニッケルを主成分として構成された異種金属層６３の熱膨張係数は、１３．３（ｐｐｍ／Ｋ）となり、鉄を主成分として構成された異種金属層６３の熱膨張係数は、１１．８（ｐｐｍ／Ｋ）となる。
【００５２】
また、異種金属層６３の熱伝導率は、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２を構成する合金の熱伝導率以上の値に設定されるのが望ましく、例えば、４５０（Ｗ／（ｍＫ））以下であるのが望ましい。第１合金接合層６１と第２合金接合層６２を構成する合金の熱伝導率よりも大きな値に設定されるのが望ましい。例えば、ニッケルを主成分として構成された異種金属層６３の熱伝導率は、９０．９（Ｗ／（ｍＫ））となり、鉄を主成分として構成された異種金属層６３の熱伝導率は、８４（Ｗ／（ｍＫ））となる。
【００５３】
異種金属層６３は、第１合金接合層６１と第２合金接合層６２とに埋設され、図３及び図４に示すように、その外縁６３ａが第１合金接合層６１と第２合金接合層６２とにより覆われている。異種金属層６３の全ての外縁６３ａは、図５に示すように、平面視において、接合層６０の外縁よりも内側に配置されている。
【００５４】
また、異種金属層６３の厚みＴＤ（図６に示す）は、接合層６０の厚みＴ（図６に示す）の１／２以下に設定されている。さらに、異種金属層６３の厚みＴＤは、接合層６０の厚みＴの１／１０以上に設定されている。また、異種金属層６３の融点は、第１合金接合層６１及び第２合金接合層６２を構成する合金の融点よりも高いことが望ましい。
【００５５】
接合層６０は、筺体５０の主面５１ａに第２合金接合層６２を構成する合金で構成された合金シートと、箔状の異種金属層６３と、第１合金接合層６１を構成する合金で構成された合金シートと、セラミック基板１０の第２金属層１２とが順に積層される。そして、接合層６０は、合金シートが一旦溶融した後に凝固させて、筺体５０の主面５１ａとセラミック基板１０とを接合する。接合層６０には、合金シートを一旦溶融させる際に異種金属層６３と合金接合層６１，６２それぞれとの間に、図６に示すように、化合物層６４，６５が形成される。化合物層６４，６５は、異種金属層６３を構成する金属と、合金接合層６１，６２を構成する合金との化合物で構成されている。例えば、合金接合層６１，６２が錫を主体とし、異種金属層６３がニッケルを主体とするものであれば、ニッケル錫を含む化合物層６４，６５が形成される。ニッケル錫の化合物層６４，６５は、成長しにくいため、その厚みＴＣを小さくし、合金接合層６１，６２を起点とするクラックの発生を抑制できる。化合物層６４，６５の厚みＴＣは、接合層６０の厚みＴの１／１０以下であり、接合層６０の厚みＴの１／５０以上である。
【００５６】
前述した構成により、接合層６０は、筺体５０の主面５１ａ側から順に第２合金接合層６２、化合物層６５、異種金属層６３、化合物層６４、第１合金接合層６１が順に積層されて構成されている。また、実施形態１では、第１及び第２合金接合層６１，６２の厚みＴＡを５０〜２００μｍとし、化合物層６４，６５の厚みＴＣを１〜１０μｍとし、異種金属層６３の厚みＴＤを１０〜１００μｍとするのが望ましい。
【００５７】
前述した構成の発光装置１は、以下のように組み立てられる。まず、セラミック基板１０の第１主面１０ａに形成された第１金属層１１に半導体発光素子２０を実装し、半導体発光素子２０を波長変換層３１で覆う。そして、筺体５０のベース部５１の主面５１ａの中央に第２合金接合層６２を構成する合金で構成された合金シートと、箔状の異種金属層６３と、第１合金接合層６１を構成する合金で構成された合金シートと、セラミック基板１０の第２金属層１２とを順に積層する。そして、合金シートを一旦溶融した後に凝固させて、筺体５０の主面５１ａとセラミック基板１０とを接合層６０で接合する。そして、ベース部５１の溝５３に半田５４を用いた蝋付けによりフィン５２を固定する。
【００５８】
実施形態１に係る発光装置１によれば、半導体発光素子２０を実装するセラミック基板１０を接合層６０により金属部材としての筺体５０に直接接合するので、部品点数の削減、組み立てに係る工数を削減でき、低コスト化を図ることができる。また、ベース部５１にセラミック基板１０を接合した後に、フィン５２とヒートパイプ５５をベース部５１に取り付けるので、ベース部５１にセラミック基板１０を取り付ける際に、フィン５２やヒートパイプ５５が妨げになることを抑制でき、ベース部５１にセラミック基板１０を容易に取り付けることができる。さらに、半田５４の融点よりも合金の融点が高いので、フィン５２やヒートパイプ５５を取り付ける際に接合層６０が溶融することを抑制できる。
【００５９】
また、実施形態１に係る発光装置１によれば、接合層６０内にセラミック基板１０、第２金属層１２と筺体５０と異なる金属で構成された異種金属層６３を設け、異種金属層６３の熱膨張係数が、セラミック基板１０の熱膨張係数と筺体５０の熱膨張係数との間の値である。このために、セラミック基板１０と筺体５０との間に、これらの温度変化に伴う伸縮量の中間の伸縮量の異種金属層６３を設けることとなる。したがって、半導体発光素子２０の点灯、消灯などに伴う温度変化により、接合層６０の第１及び第２合金接合層６１，６２に作用する応力を抑制することができ、接合層６０にクラックが発生することを抑制できる。したがって、実施形態１は、高信頼性の発光装置１を提供することができる。
【００６０】
さらに、実施形態１に係る発光装置１によれば、異種金属層６３の熱伝導率が第１及び第２合金接合層６１，６２を構成する合金の熱伝導率以上であるために、異種金属層６３がセラミック基板１０の放熱の妨げになることを抑制できる。さらに、接合層６０の異種金属層６３がセラミック基板１０に生じる熱を筺体５０に確実に伝えることができ、半導体発光素子２０などが生じる熱を確実に放熱することができる。
【００６１】
また、実施形態１に係る発光装置１によれば、異種金属層６３の端面が第１及び第２合金接合層６１，６２により覆われているので、各合金接合層６１，６２と異種金属層６３との間に生じる化合物層６４，６５も第１及び第２合金接合層６１，６２により覆われることとなる。したがって、比較的脆い化合物で構成される化合物層６４，６５が外部に露出しないので、化合物層６４，６５を起点に接合層６０内にクラックが生じることを抑制できる。よって、実施形態１は、高信頼性の発光装置１を提供することができる。
【００６２】
さらに、実施形態１に係る発光装置１にとれば、異種金属層６３の厚みＴＤが接合層６０の厚みＴの１／２以下であるので、接合層６０の放熱性能が低下することを抑制することができる。
【００６３】
また、実施形態１に係る発光装置１によれば、化合物層６４，６５の厚みＴＣが接合層６０の厚みＴの１／１０以下であるので、化合物層６４，６５を起点としてクラックが生じることを抑制することができる。
【００６４】
また、実施形態１に係る発光装置１によれば、筺体５０のフィン５２が揮発性の液体を封入した所謂ヒートパイプであるために、半導体発光素子２０が発生した熱をスムーズに放熱することができ、高信頼性の発光装置１を提供することができる。
【００６５】
［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２に係る発光装置１を図面に基づいて説明する。図８は、実施形態２に係る発光装置の模式平面図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。図１０は、図８中のＸ−Ｘ線に沿う断面の一部を例示する断面図である。図８〜図１０において、前述した実施形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
実施形態２に係る発光装置１のベース部５１の主面５１ａには、平面視において、図８に示すように、実装領域１６の中心（中央に相当）を通り揮発性の液体を封入したヒートパイプ５５を収容する収容溝５６（収容用空間に相当）が形成されている。収容溝５６は、直線状に形成されている。ヒートパイプ５５は、図９に示すように、断面丸型で両端が塞がれたパイプ状に形成され、収容溝５６内にフィン５２をベース部５１に固定するものと同様の半田５４により固定される。ヒートパイプ５５は、平面視における中心線Ｐが実装領域１６の中心を通るように収容溝５６内に固定されるのが望ましい。なお、ヒートパイプ５５の外周面は、接合層６０に接するのが望ましい。ヒートパイプ５５の両端は、図１０に示すように、ベース部５１の外縁から突出した後、フィン５２に向けて曲げられて、フィン５２に取り付けられる。
【００６７】
実施形態２に係る発光装置１は、以下のように組み立てられる。実施形態１と同様に、ベース部５１の溝５３に半田５４を用いた蝋付けによりフィン５２を固定した後に、収容溝５６に半田５４を用いた蝋付けによりヒートパイプ５５を固定する。ヒートパイプ５５の両端は、例えば半田５４を用いた蝋付けによりフィン５２に固定する。なお、半田５４を用いて収容溝５６内にヒートパイプ５５を固定する際には、ヒートパイプ５５がセラミック基板１０の第２金属層１２に接触し、半田５４の表面がベース部５１の主面５１ａと面一となるように半田５４を収容溝５６内に充填する。
【００６８】
実施形態２に係る発光装置１によれば、実施形態１の効果にくわえ、半導体発光素子２０が発光した際に最も熱密度の高い実装領域１６の中心にヒートパイプ５５を通しているので、ヒートパイプ５５により放熱性能を向上でき、半導体発光素子２０の生じる熱をスムーズに放熱することができる。なお、本発明では、ヒートパイプ５５の中心線Ｐを実装領域１６の中心に通すことに限定されない。要するに、本発明では、ヒートパイプ５５の少なくとも一部を熱密度の高い実装領域１６の中央に通せばよい。
【００６９】
［変形例１］
次に、本発明の実施形態の変形例１に係る発光装置１−１を図面に基づいて説明する。図１１は、実施形態の変形例１に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。図１１において、前述した実施形態１及び実施形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
実施形態の変形例１に係る発光装置１−１は、図１１に示すように、収容溝５６−１（収容用空間に相当）を平行に二つ設けて、収容溝５６−１それぞれにヒートパイプ５５−１を通すことで、平面視において、ヒートパイプ５５−１を実装領域１６の中央に通している。
【００７１】
変形例１に係る発光装置１−１によれば、ヒートパイプ５５−１を二つ設けているので、半導体発光素子２０の生じる熱をスムーズに放熱することができる。
【００７２】
［変形例２］
次に、本発明の実施形態の変形例２に係る発光装置１−２を図面に基づいて説明する。図１２は、実施形態の変形例２に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。図１２において、前述した実施形態１及び実施形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
実施形態の変形例２に係る発光装置１−２は、図１２に示すように、収容溝５６−２（収容用空間に相当）を一つ設けて、収容溝５６−２にヒートパイプ５５−２を通すことで、平面視において、ヒートパイプ５５−２を実装領域１６の中央に通している。また、変形例２に係る発光装置１−２は、ヒートパイプ５５−２の断面形状が小判型に形成されて、ヒートパイプ５５−２の外周面にベース部５１の主面５１ａと面一に配置される平面部５５−２ａが形成されている。
【００７４】
変形例２に係る発光装置１−２によれば、ヒートパイプ５５に平坦部５２−２ａを設けて、ヒートパイプ５５と接合層６０との接触面積を増加させているので、半導体発光素子２０の生じる熱をスムーズに放熱することができる。また、変形例２においても、ヒートパイプ５５を二つ（複数）設けてもよい。
【００７５】
［変形例３］
次に、本発明の実施形態の変形例３に係る発光装置１−３を図面に基づいて説明する。図１３は、実施形態の変形例３に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。図１３において、前述した実施形態１及び実施形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
実施形態の変形例３に係る発光装置１−３は、図１３に示すように、収容溝５６−３を平行に複数（三つ）設け、収容溝５６−３それぞれにヒートパイプ５５−３を通すことで、平面視において、ヒートパイプ５５−３を実装領域１６の中央に通している。また、変形例３に係る発光装置１−３は、ヒートパイプ５５−３として、大径ヒートパイプ５５−３ａと、二つの小径ヒートパイプ５５−３ｂとを備えている。大径ヒートパイプ５５−３ａを中央の収容溝５６に通し、小径ヒートパイプ５５−３ｂを端側の収容溝５６に通している。大径ヒートパイプ５５−３ａの内外径は、小径ヒートパイプ５５−３ｂの内外径よりも大きく形成されている。
【００７７】
変形例３に係る発光装置１−３によれば、複数のヒートパイプ５５−３ａ，５５−３ｂを設ける際に、実装領域１６のうち熱密度の高い中央に大径ヒートパイプ５５−３ａを通し、端側に小径ヒートパイプ５５−３ｂを通して、実装領域１６の熱密度に対応して適切な径のヒートパイプ５５−３ａ，５５−３ｂを配置する。こうすることで、変形例３に係る発光装置１−３は、半導体発光素子２０の生じる熱をスムーズに放熱することができるとともに、実装領域１６の温度変化を抑制することができる。
【００７８】
［変形例４］
次に、本発明の実施形態の変形例４に係る発光装置１−４を図面に基づいて説明する。図１４は、実施形態の変形例４に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。図１４において、前述した実施形態１及び実施形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７９】
実施形態の変形例４に係る発光装置１−４は、図１４に示すように、収容用空間として、収容溝５６−４に加えて、ベース部５１内に設けられてベース部５１を貫通した収容孔５６−４ａを備えて、収容溝５６−４と収容孔５６−４ａをＺ軸方向に間隔をあけて、収容用空間を複数層（図１４に示す例では、二層）設けている。収容溝５６−４と収容孔５６−４ａは、平行に配置され、収容溝５６−４が二つ配置され、収容孔５６−４ａが三つ配置されている。また、ベース部５１の平面視において、収容孔５６−４ａ間に収容溝５６−４が配置されている。
【００８０】
また、変形例４に係る発光装置１−４は、収容溝５６−４と収容孔５６−４ａそれぞれにヒートパイプ５５−４を通して、ヒートパイプ５５−４を複数層（図１４に示す例では、二層）設けている。なお、図１４では、ヒートパイプ５５−４は、全て断面丸型に形成され、内外径が等しくされている。さらに、ヒートパイプ５５−４は、材質と封入する揮発性液体の種類を変更することで、作動する温度帯を変更することができる。変形例４に係る発光装置１−４は、収容溝５６−４に収容されるヒートパイプ５５−４の作動する温度帯よりも収容孔５６−４ａに収容されるヒートパイプ５５−４の作動する温度帯が低く設定されている。このように、変形例４に係る発光装置１−４は、Ｚ軸方向即ち積層方向にヒートパイプ５５−４を複数層配置し、セラミック基板１０から離れるのにしたがって、ヒートパイプ５５−４の作動する温度帯を低く設定している。
【００８１】
変形例４に係る発光装置１−４によれば、ヒートパイプ５５−４を複数層配置しているので、放熱性能を向上することができる。また、セラミック基板１０から離れるのにしたがって、ヒートパイプ５５−４の作動する温度帯を低く設定しているので、高効率で放熱することができる。また、収容溝５６−４及び収容孔５６−４ａを平行にし、平面視において、収容孔５６−４ａ間に収容溝５６−４を配置しているので、ヒートパイプ５５−４の実装密度の高密度化を図ることができ、大型化を抑制することができる。
【００８２】
［変形例５］
次に、本発明の実施形態の変形例５に係る発光装置１−５を図面に基づいて説明する。図１５は、実施形態の変形例５に係る発光装置の断面の一部を例示する断面図である。図１５において、前述した実施形態１及び実施形態２等と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００８３】
実施形態の変形例５に係る発光装置１−５は、図１５に示すように、収容用空間としての収容溝５６−５を平行に複数（五つ）設けて、収容溝５６−５それぞれにヒートパイプ５５−５を通している。また、ヒートパイプとしての小径ヒートパイプ５５−５ａと大径ヒートパイプ５５−５ｂとを交互に配置して、ヒートパイプ５５−５ａ，５５−５ｂの実装密度を向上している。なお、図１５では、大径ヒートパイプ５５−５ｂを二つ設け、小径ヒートパイプ５５−５ａを三つ設けている。
【００８４】
変形例５に係る発光装置１−５によれば、複数並べられたヒートパイプ５５−５ａ，５５−５ｂのうち隣り合うヒートパイプ５５−５ａ，５５−５ｂの内外径を異ならせているので、放熱性を向上できる。
【００８５】
また、本発明では、実装領域１６の中心を通ったヒートパイプ５５，５５−１，５５−２，５５−３，５５−４，５５−５が、筺体５０に取り付けられる他の図示しない実装部品の下に通らない位置に配置されるのが望ましい。この場合、他の実装部品を加熱してしまうことを抑制できる。さらに、本発明では、ヒートパイプ５５，５５−１，５５−２，５５−３，５５−４，５５−５の外表面がニッケルなどの金属で被覆されるのが望ましい。この場合、半田５４によるヒートパイプ５５，５５−１，５５−２，５５−３，５５−４，５５−５の固定を容易にすることができる。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１，１−１，１−２，１−３，１−４，１−５  発光装置
１０  セラミック基板
１０ａ  第１主面
１０ｂ  第２主面
１１  第１金属層（金属層）
１２  第２金属層（金属層）
２０  半導体発光素子
５０  筺体（金属部材）
５１  ベース部
５２  フィン
５２ａ  空間
５３  溝
５５，５５−１，５５−２，５５−３，５５−３ａ，５５−３ｂ，５５−４，５５−５，５５−５ａ，５５−５ｂ  ヒートパイプ
５６，５６−１，５６−２，５６−３，５６−４，５６−５  収容溝（収容用空間）
５６−４ａ  収容孔（収容用空間）
６０  接合層
６１  第１合金接合層
６２  第２合金接合層
６３  異種金属層
６３ａ  外縁
６４，６５  化合物層
Ｔ  接合層の厚み
ＴＣ  化合物層の厚み
ＴＤ  異種金属層の厚み
【図１】
2015185611.tif 000003
【図２】
2015185611.tif 000004
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015185611.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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