(57)【要約】【課題】  放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールを提供する。【解決手段】  放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールは、凸形熱伝達装置１０及び回路基板２０を備える。凸形熱伝達装置１０は、底部部材１１と、底部部材１１の中間に位置する柱状突起部１２とを有し、柱状突起部１２両側に位置する底部部材１１の上表面には、凸形熱伝達装置１０の２つの肩部１１１が形成される。回路基板２０は、凸形熱伝達装置１０の２つの肩部１１１とそれぞれはんだ接合され、孔径が柱状突起部１２の直径と等しい開口部２１を有し、柱状突起部１２は、開口部２１を貫通し、柱状突起部１２の上端は、回路基板２０の上表面より高く、柱状突起部１２上端には、放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤの放熱ボンディングパッドを接合するはんだ１２１が塗布され、柱状突起部１２両側に位置する回路基板２０の上表面には、回路がそれぞれ設けられる。【選択図】  図４
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
凸形熱伝達装置及び回路基板を備えた放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールであって、
前記凸形熱伝達装置は、底部部材と、前記底部部材の中間に位置する柱状突起部とを有し、前記柱状突起部両側に位置する前記底部部材の上表面には、前記凸形熱伝達装置の２つの肩部が形成され、
前記回路基板は、前記凸形熱伝達装置の２つの肩部とそれぞれはんだ接合され、孔径が前記柱状突起部の直径と等しい開口部を有し、前記柱状突起部は、前記開口部を貫通し、前記柱状突起部の上端は、前記回路基板の上表面より高く、前記柱状突起部上端には、放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤの放熱ボンディングパッドを接合するはんだが塗布され、前記柱状突起部両側に位置する前記回路基板の上表面には、回路がそれぞれ設けられ、前記回路上には、前記ＬＥＤの導電ボンディングパッドを接合するはんだがそれぞれ塗布されることを特徴とする放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュール。
【請求項２】
前記凸形熱伝達装置は熱伝導性金属であることを特徴とする請求項１に記載の放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュール。
【請求項３】
前記凸形熱伝達装置の熱伝導金属は銅基材であることを特徴とする請求項２に記載の放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュール。
【請求項４】
前記凸形熱伝達装置の底部部材と前記柱状突起部とは一体成形されてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュール。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ＬＥＤ照明モジュールに関するものであり、さらに詳しくは、放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に熱流動は、熱伝導、熱対流及び熱輻射の３種類により行われる。熱エネルギーは、高温から低温に伝達される。熱伝導は、媒質中において行われ、真空では、熱伝導が行われない。例えば、魔法瓶においては、真空断熱層によって熱エネルギーが放散するのを防止している。また、密閉空間は、熱伝導効果の低い媒質である。反対に、開放空間においては、熱対流が発生するため、熱の放散速度が加速される。通常、固体の放熱器においては、自然対流によって放熱が行われ、熱エネルギーを伝達する媒質の違いによって熱伝達効率が異なる。一般に、媒質の熱伝達効率は熱伝達係数で表わされている。熱伝達係数の逆数は、対応する条件下において熱抵抗を示す。かかる条件のもので放熱設計を行う際、発熱源と熱伝達装置との間の総熱抵抗を出来る限り小さくする必要がある。
【０００３】
図１を参照する。図１に示すように、ＬＥＤ１００の封止樹脂１０１内部には、チップ１０２及び共晶１０３が配置される。共晶１０３の下方には、放熱ボンディングパッド１０４が設けられる。放熱ボンディングパッド１０４の両側には、導電ボンディングパッド１０５が設けられる。
【０００４】
図２を参照する。図２に示すように、ＬＥＤ照明モジュール２００中の熱伝達装置には、金属基板２０１が用いられる。金属基板２０１には、高熱伝導性の銅、アルミニウムなどの基材により、熱エネルギーを伝達する構造が構成される。金属基板２０１上には、絶縁被膜２０２が形成される。また、絶縁被膜２０２上には、回路２０３が形成される。ＬＥＤ１００は、放熱ボンディングパッド１０４及び導電ボンディングパッド１０５を介し、回路２０３上の所定のはんだ接合部にはんだ接合される。
【０００５】
しかし、上述の構造には、多くの問題が存在する。例えば、ＬＥＤ１００から発生した熱エネルギーが、放熱ボンディングパッド１０４からはんだ２０４、回路２０３及び絶縁被膜２０２を経由し、高熱伝導性の金属基板２０１に達するため熱抵抗が高くなる。仮に、錫合金はんだの熱伝達係数＝５０Ｗ／ｍ・ｋ，厚さ＝１００μｍ；銅回路の熱伝達係数＝４００Ｗ／ｍ・ｋ，厚さ＝３６μｍ；絶縁被膜の熱伝達係数＝１．８Ｗ／ｍ・ｋ，厚さ＝６０μｍ；アルミニウム（銅）基材の熱伝達係数＝２３５（４００）Ｗ／ｍ・ｋ，厚さ＝１．５ｍｍ；熱伝導面積＝１ｃｍ２；の条件である場合、総熱抵抗は、以下の数式（１）により表される。
【０００６】
数式（１）  熱抵抗（℃／Ｗ）＝Ｌ（経路距離）／Ｋ（熱伝達係数）×Ａ（熱伝導断面積）＝０．４１８（０．３９２）℃／Ｗ    数式（１）
しかも、上述の従来技術は少数のメーカしか有していないため、ＬＥＤ照明モジュール製品の価格が高いという状況にある。また、上述の従来のＬＥＤ照明モジュール２００の製造に用いられる絶縁被膜２０２は、重要な部材であるが、加工成形過程において、僅かな不注意から損壊することがある。絶縁被膜２０２が損壊した場合、劣悪な操作環境においては、電気特性が劣化して危険な状況が発生する可能性が大幅に高まることがある。また絶縁被膜２０２は、加工性に劣るという問題もある。また、金属基板２０１は、複雑な幾何学形状に設計することができない。即ち、上述の従来のＬＥＤ照明モジュール２００は、加工の難度が高いため、設計が制限されることが指摘されている。
【０００７】
図３を参照する。図３に示すように、従来のＬＥＤ照明モジュール２００中の熱伝達装置には、セラミック基板２０１’を用いてもよい。高熱伝導性のセラミック基板２０１’により、熱エネルギーを伝達する構造を構成する場合、セラミック基板２０１’上に回路２０３を設けて回路２０３上の所定のはんだ接合部にＬＥＤ１００がはんだ接合される。しかし、図３に示す構造は、単価が高くて潜在的な危険が存在し、加工においても難度が高いという問題がある。
【０００８】
かかる背景技術の状況のもとで、放熱構造については、さらに、各種の提案がある。例えば、特開２０１１−１１３８８号公報（以下、「特許文献１」という。）には、電球形ＬＥＤランプ用の放熱部材として、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｕ等多種の金属が記載されており、電球形に成形して使用することが開示されている。
【０００９】
また、特開２０１０−１４０６７７号公報（以下、「特許文献２」という。）には、ＬＥＤランプ用のアルミニウム製ヒートシンクからなる放熱支持体が記載されている。
【００１０】
さらに、特開２００８−２７６９９９号公報（以下、「特許文献３」という。）には、中空状の放熱台、アルミニウム基板と複数のＬＥＤランプを組み合せた、ＬＥＤランプの放熱構造が記載されている。
【００１１】
しかし、これらの提案によれば、特定の放熱用材を必要とし、または複雑な構造であることから、構造の簡素化と効率の点から改良の余地の残されていた。
【特許文献１】特開２０１１−１１３８８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４０６７７号公報
【特許文献３】特開２００８−２７６９９９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本考案の課題は、熱エネルギーを効果的に伝達して総熱抵抗を低減させ、熱エネルギーの伝達効率を向上させることにより、開放空間及び密閉空間において、長時間、間欠照明が十分な放熱効果を奏することが可能なＬＥＤ照明モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本考案者は、前記の本考案の課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ＬＥＤの放熱ボンディングパッドと熱伝達装置とを直接はんだ接合させることにより、また、放熱経路と導電経路とを分離することにより、前記課題を解決できることに着目し、かかる知見に基いて、本考案を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本考案の目的は、ＬＥＤの放熱ボンディングパッドと熱伝達装置とを直接はんだ接合させることにより、熱エネルギーを効果的に伝達して総熱抵抗を低減させ、熱エネルギーの伝達効率を向上させることにより、開放空間及び密閉空間において、長時間、間欠照明が十分な放熱効果を得ることが可能な放熱経路と、導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールを提供することにある。
【００１５】
かくして、本考案によれば、
凸形熱伝達装置及び回路基板を備えた放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールであって、
前記凸形熱伝達装置は、底部部材と、前記底部部材の中間に位置する柱状突起部と、を有し、前記柱状突起部両側に位置する前記底部部材の上表面には、前記凸形熱伝達装置の２つの肩部が形成され、  前記回路基板は、前記凸形熱伝達装置の２つの肩部とそれぞれはんだ接合され、孔径が前記柱状突起部の直径と等しい開口部を有し、前記柱状突起部は、前記開口部を貫通し、前記柱状突起部の上端は、前記回路基板の上表面より高く、前記柱状突起部上端には、放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤの放熱ボンディングパッドを接合するはんだが塗布され、前記柱状突起部両側に位置する前記回路基板の上表面には、回路がそれぞれ設けられ、前記回路上には、前記ＬＥＤの導電ボンディングパッドを接合するはんだがそれぞれ塗布されることを特徴とする放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュール
が提供される。
【００１６】
前記凸形熱伝達装置は熱伝導性金属であることが好ましい。
【００１７】
前記凸形熱伝達装置は銅基材であることが好ましい。
【００１８】
前記凸形熱伝達装置の底部部材と前記柱状突起部とは一体成形されることが好ましい。
【考案の効果】
【００１９】
本考案によれば、前記の構成からなる構造を有し、以下に記載の通り、著しく顕著な放熱効果を奏するＬＥＤ照明モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤパッケージを示す断面図である。
【図２】従来の放熱経路と導電経路とが分離された他のＬＥＤ照明モジュールを示す断面図である。
【図３】従来の放熱経路と導電経路とが分離された他のＬＥＤ照明モジュールを示す断面図である。
【図４】本考案の一実施形態による放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールの凸形熱伝達装置及び回路基板を示す断面図である。
【図５】本考案の一実施形態による放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールを示す断面図である。
【図６】本考案の一実施形態による放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールを示す断面図である。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本考案の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、これによって本考案が限定されるものではない。
【００２２】
図４及び図５を参照する。図４及び図５に示すように、本考案の一実施形態による放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールは、凸形熱伝達装置１０及び回路基板２０を含む。凸形熱伝達装置１０は、底部部材１１と、底部部材１１中間に位置する柱状突起部１２と、から構成される。底部部材１１の柱状突起部１２両側の上表面には、凸形熱伝達装置１０の２つの肩部１１１が形成される。２つの肩部１１１のそれぞれは、回路基板２０底部とはんだ接合される。回路基板２０には、孔径が柱状突起部１２の直径と等しい開口部２１が設けられる。柱状突起部１２は、開口部２１を貫通する。柱状突起部１２上端は、回路基板２０の上表面より高い。柱状突起部１２上端には、放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ３０の放熱ボンディングパッド３１と接合するために用いられるはんだ１２１が塗布される。柱状突起部１２両側に位置する回路基板２０の上表面には、回路２２がそれぞれ設けられる。回路２２上には、ＬＥＤ３０の導電ボンディングパッド３２と接合するために用いられるはんだ２３がそれぞれ塗布される。
【００２３】
図５を参照する。図５に示すように、回路基板２０の開口部２１には、凸形熱伝達装置１０上の対応する柱状突起部１２が位置合わせされ、回路基板２０と凸形熱伝達装置１０とが嵌合される。ＬＥＤ３０は、放熱ボンディングパッド３１及び導電ボンディングパッド３２を介し、柱状突起部１２上端のはんだ１２１及び回路２２上のはんだ２３と接合される。
【００２４】
ＬＥＤ３０の熱エネルギーは、放熱ボンディングパッド３１から、はんだ１２１及び対応するはんだ部材を経由して凸形熱伝達装置１０に到達する。仮に、従来の回路基板に高熱伝導性金属を組み合わせた場合、熱抵抗値は以下のように低減させることができる。
【００２５】
本考案の一実施形態による放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールの熱抵抗は、図２に示す従来の金属基板を有するＬＥＤ照明モジュールと比べ、同一の条件下において、７．２７分の１（６．８１分の１）に低減される。また、図３中の従来のセラミック基板を有するＬＥＤ照明モジュールと比べ、３．２７分の１に低減される。また、従来の回路基板は、コストが安く、高熱伝導性金属は、加工が容易であるため、全体のコストを大幅に低減させることができる。また、従来の回路基板は、すでに数十年にわたって工業分野に応用されているため、安全性が高い。また、従来の回路基板の各種加工技術は、すでに成熟しているため、設計が制限されることがなく、加工も簡単である。
【００２６】
本考案の一実施形態による放熱経路と導電経路とが分離されたＬＥＤ照明モジュールは、ＬＥＤ３０の放熱ボンディングパッド３１が凸形熱伝達装置１０と直接はんだ接合されることにより、熱エネルギーを効果的に伝達し、総熱抵抗を低減させ、熱エネルギーの伝達効率を高めることができる。これにより、開放空間及び密閉空間において、長時間、間欠照明が十分な放熱効果を得ることができる。
【００２７】
図６を参照する。図６に示すように、ＬＥＤ３０に回路基板２０に対応する放熱ボンディングパッド３１がはんだ接合された後、凸形熱伝達装置１０上の対応する柱状突起部１２が回路基板２０の開口部２１に挿入される。続いて、様々な物理的方法又は化学的方法により、ＬＥＤ３０の放熱ボンディングパッド３１と凸形熱伝達装置１０とを結合させる。
【００２８】
放熱ボンディングパッド３１と凸形熱伝達装置１０との間は、はんだ接合、様々な物理的方法又は化学的方法によって結合させることができる。また、ＬＥＤ３０は、各種の従来技術によって従来の回路基板と電気的に接続される。各実施形態において、底部部材１１と柱状突起部１２とは一体成形されるのが好ましい。
【００２９】
以上、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００３０】
１０  凸形熱伝達装置
１１  底部部材
１２  柱状突起部
２０  回路基板
２１  開口部
２２  回路
２３  はんだ
３０  ＬＥＤ
３１  放熱ボンディングパッド
３２  導電ボンディングパッド
１００  ＬＥＤ
１０１  封止樹脂
１０２  チップ
１０３  共晶
１０４  放熱ボンディングパッド
１０５  導電ボンディングパッド
１１１  肩部
１２１  はんだ
２００  ＬＥＤ照明モジュール
２０１  金属基板
２０１’  セラミック基板
２０２  絶縁被膜
２０３  回路
２０４  はんだ
【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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