(57)【要約】      （修正有）【課題】発光効率、放熱効率を向上させることができる発光ダイオードランプを提供する。【解決手段】アルミ基板、緩衝基板、少なくとも一つの発光ダイオードチップ、金属層構造及び放熱板を有する発光ダイオードランプ。その中で、アルミ基板上に凹カップが設けられている。緩衝基板はこの凹カップの底面に設置される。発光ダイオードチップは緩衝基板の上に設置される。金属層構造はアルミ基板の下の表面に形成される。この金属層構造ははんだ付け可能な材料によって構成される。放熱板ははんだ材料層を介してこの金属層構造に接続される。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
アルミ基板と、
当該アルミ基板の上に設置され、熱膨張係数（ＣＴＥ）が２０×１０−６／Ｋより小さい緩衝基板と、
当該緩衝基板の上に設置される少なくとも一つの発光ダイオードチップと、
当該発光ダイオードチップを被覆する透明封止材構造と、
当該アルミ基板の下の表面に形成され、はんだ付け可能な材料によって構成される金属層構造と、
はんだ材料層を通して当該金属層構造に接続される放熱板と、
を有する発光ダイオードランプ。
【請求項２】
当該金属層構造は、電気めっきによって当該アルミ基板の下の表面に形成される、請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【請求項３】
当該金属層構造は、複数の金属層を堆積してなる、請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４】
当該金属層構造の厚さは０．０８マイクロメートルより大きい、請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５】
当該アルミ基板の下の表面はサンドブラスト処理を施された粗面である、請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【請求項６】
当該放熱板が接続される当該金属層構造の表面は、サンドブラスト処理を施された粗面である、請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【請求項７】
当該はんだ付け可能な材料は、金、すず、ニッケル、チタン、銀または銅から構成される、請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ構造及びこのパッケージ構造を有する発光ダイオードランプに関し、特にアルミ基板を用いた発光ダイオードパッケージ構造及びこのパッケージ構造を有する発光ダイオードランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギを効率的に光エネルギに変換する発光素子であり、小型の固体光源（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒ）でもある。発光ダイオードの主な構成部分は、半導体ｐｎ接合構造である。このｐｎ接合面の両端に電圧を印加すると、ｐｎ接合面への電子と正孔の流れが発生して、電子と正孔が結合して光を放出する。
【０００３】
図１は、従来の銅基板を用いた発光ダイオードランプの断面を示す図である。図に示すように、この発光ダイオードランプ１０は、発光ダイオードチップ１４、銅基板１２及び放熱板２０を有する。銅基板１２にはカップ状凹部１２ａが設けられている。このカップ状凹部１２ａの底面に発光ダイオードチップ１４は設置されている。このカップ状凹部１２ａ内には、外部の微粒子または水分から発光ダイオードチップ１４を守るために、全体を被覆するように透明封止材構造１６が充填されている。また、発光ダイオードチップ１４の発光によって生じた熱を放出するために、放熱板２０ははんだ材料層３０を介して銅基板１２の下の表面にはんだ付けされる。
【０００４】
この発光ダイオードランプ１０について、以下の欠点が挙げられる。まず、この発光ダイオードランプ１０の発光ダイオードチップ１４は直接銅基板１２の上に設置されており、銅金属と発光ダイオードチップ１４との熱膨張係数が明らかに異なるため（一般では、銅金属の熱膨張係数は発光ダイオードチップ材料の熱膨張係数よりも大きい）、発光ダイオードチップ１４の発光によって発光ダイオードチップ１４と銅基板１２の温度が上がる過程において、銅金属の膨張で発光ダイオードチップ１４に引張力が作用することがあり、さらに発光ダイオードチップ１４の破損をもたらすこともある。
【０００５】
次に、銅金属は理想的な熱伝導材ではあるが、銅金属の光反射係数が低い。銅基板１２上に形成されたカップ状凹部１２ａは発光ダイオードチップ１４が発生した光を有効に反射することができないため、全体の発光効率が制限される。一方、アルミ金属はよい反射係数を有するため、基板の製作に適していると考えられる。しかし、アルミ金属でははんだ材料層と理想の界面反応物を形成することができないため、はんだ付けでは効率よくアルミ基板に放熱板を接続することができない。ほかに採用できる接合方法として、例えばネジ締め（ｓｃｒｅｗ‐ｆｉｘｉｎｇ）や糊付け（ｇｌｕｉｎｇ）が考えられるが、いずれも基板と放熱板との間の界面熱抵抗を有効に下げることができず、また、安定した接合面を提供することもできない。
【０００６】
現在の高輝度を強調した発光ダイオードランプの発展傾向では、マルチチップや大電流を用いた設計がすでに主流となっている。しかしながら、マルチチップと大電流が用いられることで、さらに大量の熱が生じることになる。熱を有効に放出することができなければ、回路の破損をもたらすこととなり、さらに発光ダイオードランプの正常動作にも影響を及ぼす。
【０００７】
このように、基板の光反射率と放熱との両方の需要を同時に満たすことが、発光ダイオードランプ産業が追い求める目標である。
【考案の開示】
【０００８】
本考案の目的は、発光効率を向上させるためにアルミ基板を用いるとともに、はんだ付けでアルミ基板と放熱板を接続することにより放熱効果を向上させることができる発光ダイオードランプを提供することである。
【０００９】
本考案は発光ダイオードランプを提供する。この発光ダイオードランプは、アルミ基板、緩衝基板（ｂｕｆｆｅｒ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、少なくとも一つの発光ダイオードチップ、金属層構造及び放熱板を有する。その中で、緩衝基板はアルミ基板の上に設置され、発光ダイオードチップは緩衝基板の上に設置される。金属層構造はアルミ基板の下の表面に形成される。この金属層構造ははんだ付け可能な材料（ｓｏｌｄｅｒａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）によって構成される。放熱板ははんだ材料（ｓｏｌｄｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）層を介してこの金属層構造に接続される。
【００１０】
本考案の一実施の形態において、アルミ基板上に凹カップを有し、緩衝基板はこの凹カップの底面に設置されている。
【００１１】
本考案の一実施の形態において、アルミ基板の下の表面はサンドブラスト処理を施した粗面である。
【００１２】
本考案の一実施の形態において、放熱板が接続される金属層構造の表面はサンドブラスト処理を施した粗面である。
【００１３】
以下の考案の詳細な説明と添付された図面によって、本考案の長所や精神をさらに理解することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１４】
本考案の発光ダイオードランプ４０の第１の好適な実施の形態の断面を示す図である図２を参照する。図に示すように、この発光ダイオードランプ４０は、アルミ基板４２、緩衝基板４３、少なくとも一つの発光ダイオードチップ４４（図では、二つの発光ダイオードチップ４４）、金属層構造４８及び放熱板２０を有する。その中で、緩衝基板４３はアルミ基板４２の上に設置されている。この緩衝基板４３の熱膨張係数（ＣＴＥ）は２０×１０−６／Ｋより小さい。二つの発光ダイオードチップ４４は緩衝基板４３の上に設置されている。この二つの発光ダイオードチップ４４は導線またはフリップチップ方式（図示せず）によって、アルミ基板４２の上に設置された電極に電気的に接続される。外部の微粒子や水分から発光ダイオードチップ４４を守るために、緩衝基板４３と発光ダイオードチップ４４の外部に透明封止材構造４６が被覆されている。
【００１５】
金属層構造４８は、電気めっき（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）の方法でアルミ基板４２の下の表面に形成されている。この金属層構造４８ははんだ付け可能な材料、例えば、金、すず、ニッケル、チタン、銀または銅から構成される。前記アルミ基板４２、緩衝基板４３、発光ダイオードチップ４４及び金属層構造４８によって完全な発光ダイオードパッケージ構造が構成される。この発光ダイオードパッケージ構造はさらに放熱板２０と接続することで、放熱効率を向上させることができる。
【００１６】
図に示すように、放熱板２０ははんだ付けで金属層構造４８の下の表面に接続される。従って、放熱板２０と金属層構造４８との間にはんだ接合部（ｓｏｌｄｅｒ  ｊｏｉｎｔ）、例えば、はんだ材料層３０が形成され、また、放熱板２０のアルミ基板４２への安定した接続を確保するために、この金属層構造４８の厚さを０．０８マイクロメートルより大きくする必要があり、０．２〜１０マイクロメートルの間であることがより好ましい。
【００１７】
図２の金属層構造４８の好適な実施の形態を示す図である図３を参照する。製作の便宜上、この金属層構造４８は複数の金属層（図では、二つの金属層）が順に電気めっきでアルミ基板４２の下の表面に形成されることにより構成される。この二つの金属層はＮｉ、ＮｉＡｇ、ＮｉＣｕ、ＡｕまたはＳｎなどの材料から構成される。図の中では、ニッケルめっき層４８１と金めっき層４８２を例に挙げている。
【００１８】
本考案の発光ダイオードランプの第２の好適な実施の形態の断面を示す図である図４を参照する。図２の実施の形態と較べると、本実施の形態では、アルミ基板５２の下の表面にサンドブラスト処理を施して、粗面５２ａを形成する。この粗面５２ａは、アルミ基板５２と金属層構造５８、金属層構造５８とはんだ材料層３０の接合面積を大きくすることができ、アルミ基板５２と放熱板２０との間の接合の安定度を向上させることができる。同時に、接合面積の増加は界面熱抵抗を下げることにも寄与する。
【００１９】
本考案の発光ダイオードランプの第３の好適な実施の形態の断面を示す図である図５を参照する。図４に示す実施の形態でアルミ基板５２の下の表面において粗面５２ａを形成するのに対して、本実施の形態では、放熱板２０’が接続される金属層構造の表面に対してサンドブラスト処理を施し、粗面２０ａを形成する。この粗面の存在も、アルミ基板と放熱板との間の接合の安定度に寄与する。
【００２０】
本考案の発光ダイオードランプの第４の好適な実施の形態の断面を示す図である図６を参照する。本実施の形態では、アルミ基板６２の上に開口が上を向く凹カップ６２ａが形成されている。緩衝基板６３はこの凹カップ６２ａの底面に設置され、緩衝基板６３の上には少なくとも一つの発光ダイオードチップ６４（図では、一つの発光ダイオードチップ６４）を設置することができる。この凹カップ６２ａの内部には、外部の微粒子または水分から発光ダイオードチップ６４を守るために、透明封止材構造６６が充填され、発光ダイオードチップ６４を完全に被覆している。
【００２１】
本考案の発光ダイオードランプの第５の好適な実施の形態の断面を示す図である図７を参照する。図２の実施の形態では一つの緩衝基板４３のみがアルミ基板４２の上に設置されているのに対して、本実施の形態では、三つの緩衝基板７３がアルミ基板７２の上に設置されており、各緩衝基板７３の上には少なくとも一つの発光ダイオードチップ７４（図では、一つの発光ダイオードチップ７４）を設置することができる。透明封止材構造７６は各緩衝基板７３と発光ダイオードチップ７４を完全に被覆している。
【００２２】
図１の従来の発光ダイオードランプ１０が銅基板１２を使用して光反射率が低いという問題に直面してしまうのに対して、本考案ではアルミ基板を使用するため、よりよい光反射率を提供し、全体の発光効率を向上させることができる。次に、アルミ基板でははんだ付けによって効率よく放熱板を接続することができない問題に関しては、本考案ではアルミ基板の下の表面に金属層構造を形成し、はんだ付けによってこの金属層構造と放熱板を接合することで、放熱板は安定してアルミ基板の下の表面にはんだ付けされ接合することができるとともに、発光ダイオードチップの発光によって生じる熱が順調に放熱板に伝導し、外部に放出される。
【００２３】
この金属めっき層構造とアルミ基板との接合強度の問題については、本考案の実施の形態では、アルミ基板の下の表面にサンドブラストによって粗面を形成し、金属めっき層構造とアルミ基板との接合面積を大きくする。この粗面は同時に金属めっき層とはんだ材料層との接合面積を大きくし、アルミ基板と放熱板との接合強度を向上させる目的に達する。
【００２４】
以上のように、好適な実施の形態を示して本考案について説明したが、上述の実施の形態によって本考案の範囲が制限されるわけではない。当業者であれば明確に理解でき、必要に応じて変更や調整を行うことで、本考案の精神が損なわれることはなく、また、本考案の精神及び範囲を超えることもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の発光ダイオードランプの断面を示す図
【図２】本考案の発光ダイオードランプの第１の好適な実施の形態の断面を示す図
【図３】図２の金属層構造の好適な実施の形態の断面を示す図
【図４】本考案の発光ダイオードランプの第２の好適な実施の形態の断面を示す図
【図５】本考案の発光ダイオードランプの第３の好適な実施の形態の断面を示す図
【図６】本考案の発光ダイオードランプの第４の好適な実施の形態の断面を示す図
【図７】本考案の発光ダイオードランプの第５の好適な実施の形態の断面を示す図
【符号の説明】
【００２６】
１０  発光ダイオードランプ
１２  銅基板
１２ａ  カップ状凹部
１４  発光ダイオードチップ
１６  透明封止材構造
２０，２０’  放熱板
２０ａ，５２ａ  粗面
３０  はんだ材料層
４０  発光ダイオードランプ
４２，５２，６２，７２  アルミ基板
４３，６３，７３  緩衝基板
４４，６４，７４  発光ダイオードチップ
４６，６６，７６  透明封止材構造
４８，５８  金属層構造
６２ａ  凹カップ
４８１  ニッケルめっき層
４８２  金めっき層
【図１】
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【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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