(57)【要約】【課題】脱落し難い樹脂モールドを備えながらも、外部の放熱構造体に対して基板の裏面をより大きな面積にて接触させることが可能な発光装置を提供すること。【解決手段】金属ベース１１を有する基板１のおもて面１ａに、反射用凹所３を設け、該凹所３内にＬＥＤチップ５を実装する。金属ベース１１が露出した該基板１の裏面１ｂには、該反射用凹所３に対応する領域３ｂの周囲近傍に凹部２を設け、この凹部２とおもて面１ａとを結ぶ貫通孔４を設ける。ＬＥＤチップ５を覆う樹脂モールド６は、おもて面１ａの側に形成されたおもて側部分６ａと、上記凹部２の内部に収容された裏側部分６ｂとを有する。これらの部分６ａ、６ｂは、貫通孔４を通じた一体成形によって形成する。以上の構成によって、基板の裏面１ｂが平坦に保たれているので外部放熱構造体と大きな面積で接触させることが可能となっており、しかも、樹脂モールド６が脱落し難い。【選択図】図１
2007027433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースを有する基板の一方の主面であるおもて面には、発光ダイオードチップが実装され、
該基板の他方の主面である裏面には、前記金属ベースが露出しており、該裏面には凹部が設けられ、該凹部内とおもて面とを結ぶ貫通孔が該基板に設けられ、これら凹部と貫通孔とは、それぞれの内部の空間が前記発光ダイオードチップの直下の領域を含まないように設けられ、
前記発光ダイオードチップは樹脂モールドによって封止されており、該樹脂モールドは、基板のおもて面側で発光ダイオードチップを覆うおもて側部分と、前記凹部内に収容されている裏側部分とを有し、該裏側部分は上記貫通孔を通過し得ない大きさを有し、該おもて側部分と裏側部分とが、該貫通孔を通じた一体成形によって形成されていることを特徴とする、発光装置。
【請求項２】
上記凹部内には上記貫通孔が複数開口している、請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
上記基板のおもて面には反射用凹所が形成され、上記発光ダイオードチップは該反射用凹所内に実装されており、上記貫通孔が、上記基板のおもて面において該反射用凹所の外側に開口している、請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
上記凹部と貫通孔とが、それぞれの内部の空間が上記反射用凹所の直下の領域を含まないように設けられている、請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
上記基板のおもて面には、発光ダイオードチップが複数実装され、
各発光ダイオードチップを覆う樹脂モールドのおもて側部分は、それぞれレンズ状に形成されたレンズ部となっており、
前記複数のレンズ部同士は、基板のおもて面上に沿ったモールド樹脂からなるおもて面側連結部によって互いに連結されるとともに、貫通孔を通して基板の裏面側においても、モールド樹脂からなる裏面側連結部によって互いに連結されており、該裏面側連結部は、該連結部を収容し得るように基板の裏面側に形成された上記凹部の内部に収容されている、請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベースを有する基板の上に実装した発光ダイオード（ＬＥＤ）のチップに、さらに樹脂モールドを施した構成を有する発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３に示すように、絶縁金属基板１００の上にＬＥＤチップ５００を実装し、これを樹脂モールド６００で封止した構造を有する発光装置（または発光モジュール）が知られている（例えば、特許文献１など）。樹脂モールド６００のうち、ＬＥＤチップ５００を覆っている部分６００ａはレンズとして機能する。
絶縁金属基板１００は、アルミニウムからなる金属ベース１０１の表面に、絶縁層１０２を介して、銅箔からなる導体層１０３を形成したものであって、この導体層１０３は該絶縁層１０２の上で配線パターンを呈している。太線で描いた図中の５０１は、ＬＥＤチップ５００の電極と導体層１０３とを接続するボンディングワイヤである。
絶縁金属基板１００には貫通孔４００が設けられるとともに、樹脂モールド６００は、ＬＥＤチップ５００を覆う部分６００ａと、該基板１００の裏面側に位置する部分６００ｂとから構成され、これらの部分６００ａ、６００ｂを、該貫通孔４００を通して一体成形することにより、該樹脂モールド６００の基板１００からの脱落防止が図られている。
【０００３】
上記のような絶縁金属基板を用いた発光装置は、金属ベース１０１の良好な熱伝導性によって、ガラスエポキシ基板を用いた発光装置に比べて放熱性が優れている。従って、ＬＥＤの温度上昇を抑えることができるので、同じ電流値でＬＥＤを点灯させたときの発光効率を高くしたり、あるいは、より大きな電流をＬＥＤに加えて出力を高めることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、この発光装置は、基板１００の裏面側に樹脂モールド６００ｂが突き出しているために、金属ベース１０１からなる基板１００の裏面を、ヒートシンクなどの外部の放熱構造体の装着平面に広い面積をもって密着させることができない。そのために、外部の放熱構造体を利用した放熱性の更なる向上を図り難く、金属ベース１０１の持つ利点を十分に活用できないという問題がある。
【特許文献１】特許第２７３９２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、樹脂モールドが脱落し難いモールド構造を確保しながらも、外部の放熱構造体に対して金属ベースからなる基板の裏面をより大きな面積にて接触させることが可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）金属ベースを有する基板の一方の主面であるおもて面には、発光ダイオードチップが実装され、
該基板の他方の主面である裏面には、前記金属ベースが露出しており、該裏面には凹部が設けられ、該凹部内とおもて面とを結ぶ貫通孔が該基板に設けられ、これら凹部と貫通孔とは、それぞれの内部の空間が前記発光ダイオードチップの直下の領域を含まないように設けられ、
前記発光ダイオードチップは樹脂モールドによって封止されており、該樹脂モールドは、基板のおもて面側で発光ダイオードチップを覆うおもて側部分と、前記凹部内に収容さ
れている裏側部分とを有し、該裏側部分は上記貫通孔を通過し得ない大きさを有し、該おもて側部分と裏側部分とが、該貫通孔を通じた一体成形によって形成されていることを特徴とする、発光装置。
（２）上記凹部内には上記貫通孔が複数開口している、上記（１）記載の発光装置。
（３）上記基板のおもて面には反射用凹所が形成され、上記発光ダイオードチップは該反射用凹所内に実装されており、上記貫通孔が、上記基板のおもて面において該反射用凹所の外側に開口している、上記（１）または（２）記載の発光装置。
（４）上記凹部と貫通孔とが、それぞれの内部の空間が上記反射用凹所の直下の領域を含まないように設けられている、上記（３）記載の発光装置。
（５）上記基板のおもて面には、発光ダイオードチップが複数実装され、
各発光ダイオードチップを覆う樹脂モールドのおもて側部分は、それぞれレンズ状に形成されたレンズ部となっており、
前記複数のレンズ部同士は、基板のおもて面上に沿ったモールド樹脂からなるおもて面側連結部によって互いに連結されるとともに、貫通孔を通して基板の裏面側においても、モールド樹脂からなる裏面側連結部によって互いに連結されており、該裏面側連結部は、該連結部を収容し得るように基板の裏面側に形成された上記凹部の内部に収容されている、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の発光装置。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書では、説明の便宜上、金属ベースを有する基板（以下、単に「基板」ともいう）の一方の主面（ＬＥＤチップが実装される側の面）を「おもて面」と呼び、他方の主面（金属ベースが露出した面であり、かつ凹部が形成される側の面）を「裏面」と呼んでいる。
本発明の発光装置では、基板の裏面に凹部を設けるとともに、ＬＥＤチップを封止する樹脂モールドを、該基板のおもて面側に位置するおもて側部分と、凹部内に収容された裏側部分とを有するように構成し、該おもて側部分と裏側部分とを、貫通孔を通じた一体成形によって形成している。樹脂モールドの裏側部分は、上記貫通孔を通過し得ない大きさとされ、それによって、樹脂モールドの基板からの脱落が防止される。
しかも、樹脂モールドの裏側部分は凹部内に収容され、基板の裏面から突き出すことがないので、基板の裏面を、ヒートシンクなどの外部の放熱構造体に対して、広い面積をもって密着させることが可能となっており、外部の放熱構造体を利用した放熱性の更なる向上を容易に達成することができる。
また、凹部および貫通孔は、その内部の空間がＬＥＤチップの直下の領域を含まないように設けられるので、〔基板の裏面に放熱構造体を密着させたときの放熱性が、これら凹部や貫通孔の形成によって著しく低下する〕といった問題が生じることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明による発光装置の構造の一例を示した断面図である。
図１の例では、金属ベースを有する基板１として、金属ベース１１、絶縁層１２、導体層１３が積層されてなる絶縁金属基板が用いられており、該基板のおもて面１ａに、反射用凹所３が設けられ、該反射用凹所内の底部にＬＥＤチップ５が実装されている。
ＬＥＤチップ５は軟質樹脂８により被覆され、更にその外側を覆う樹脂モールド６により封止されている。
基板１の裏面１ｂには、凹部２が設けられている。図１に示す素子では、この凹部２は、裏面１ｂにおいて反射用凹所３に対応する領域３ｂの周囲を包囲する、環状の溝となっている。
さらに、基板１には、凹部２とおもて面１ａとを結ぶ貫通孔４が設けられている。該貫通孔４は、おもて面１ａにおいて反射用凹所３の外側に開口しているので、反射用凹所３の反射効果を損なうことがない。
樹脂モールド６は、基板１のおもて面１ａ側において発光ダイオードチップを覆ってい
るおもて側部分６ａと、凹部２の内部に収容されている裏側部分６ｂとを有し、おもて側部分６ａと裏側部分６ｂとが、貫通孔４を通じた一体成形によって形成されている。
【０００９】
樹脂モールド６は、裏側部分６ｂが貫通孔４を通過し得ない大きさを有しており、それだけでも基板１からの脱落が防止されるのであるが、好ましい態様として、おもて側部分６ａと裏側部分６ｂとを複数の貫通孔４を通して一体成形すれば、複数の貫通孔での樹脂の連絡が全て破壊されない限り、樹脂モールド６が基板１から脱落することがない。
なお、樹脂モールド６は、このようなモールド構造のみにより基板１に保持されていてもよいが、樹脂モールド６と基板１の表面との界面に接着力が働くように、樹脂モールド６の材料を選択したり、基板１の表面処理を行うことがより好ましい。
【００１０】
樹脂モールドの裏面部分６ｂは、凹部２の内部に収まっており、基板の裏面１ｂからは突出していない。そのために、基板の裏面１ｂは、ヒートシンクの装着平面に対してより広い接触面積をもって密着することができる。
ＬＥＤチップ５の直下の領域（図１において、ＬＥＤチップに接触する面から裏面に至るまでの、一点鎖線で挟まれた部分）は、基板の裏面１ｂをヒートシンクの装着平面に密着させたときに、ＬＥＤチップ５と該ヒートシンクとを結ぶ最短経路と重なる。従って、この領域と、凹部２や貫通孔４の内部の空間（この空間には熱伝導性の低い樹脂モールド６の材料樹脂が充填されるかまたは充填に至らない場合には空気が存在する。）とが重ならないようにすることは、金属ベース１１の良好な熱伝導性を有効活用するうえで重要である。図１の例では、ＬＥＤチップ５の直下の領域のみならず、反射用凹所３の直下の領域を避けるように凹部２および貫通孔４が形成されているので、ＬＥＤチップ５で発生する熱を極めて効率良くヒートシンクに逃がすことができる。
【００１１】
当該発光装置の製造方法を、図１、図２を参照して説明する。図１と図２とは、完成図とその加工途上図との関係にあり、同一箇所には同じ符号が対応している。図２（ａ）〜（ｅ）では、図面の煩雑化を避けるために、符号の重複的な記入を省略している。例えば、図２（ａ）に記入した符号は、それ以降の図（ｂ）〜（ｅ）には記入していない。下記の説明では、図１または図２に記載されている符号を図面の順番に関係なく、適宜引用する。
まず、図１、図２（ａ）に示すように、金属ベースを有する基板１として絶縁金属基板を準備する。この例の絶縁金属基板は、金属ベース１１の上に、絶縁層１２、導体層１３が積層されてなるものである。好ましい絶縁金属基板の具体例としては、アルミベースの上に、絶縁性樹脂（組成物）からなる絶縁層、銅箔からなる導体層が順に形成されたアルミベース基板が挙げられる。
金属ベース１１の厚さは、裏面に凹部２を十分な深さに形成することができるように、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ〜６ｍｍであることがより好ましい。６ｍｍを超える厚さの金属ベース１１を用いてもよいが、６ｍｍ程度あれば強度も十分となるので、これより厚くすることは材料の浪費となる。
導体層１３は、反射用凹所３を形成する前に、所定の配線パターンにパターニングしておく。該パターニングは、サブトラクティブな方法（絶縁層の全面に形成された導体層から不要な部分を取り除いて配線パターンを残す方法）であっても、アディティブな方法（導体層が形成されていない絶縁層の上に、導体層を最初からパターニングされた状態に形成する方法）であってもよい。配線パターン自体は、従来の、プリント基板上にＬＥＤチップを実装した発光装置において用いられている、公知の配線パターンを適宜採用することができる。
【００１２】
反射用凹所の形成予定領域３ａには、反射用凹所３を形成したときに、該凹所３の内面（底面、側面）が導体層１３によって覆われた状態（正負の部分を分けるため導体層の無い部分が存在する）となるように、導体層１３をパターニングしておく。これは、金属膜
からなる導体層１３を反射層として用いるためである。反射層として利用する導体層１３の表面には、ＬＥＤチップ５の発光波長に応じて、当該発光波長での反射率が良好な金属を用いた光沢メッキを施すことが好ましい。
また、導体層の中でも、ＬＥＤチップ５を実装する際に、ハンダやボンディングワイヤが接合される部分は、表面に金をメッキしておくことが好ましい。
【００１３】
次に、図１、図２（ａ）に示すように、基板の裏面１ｂにおいて〔絶縁金属基板１のおもて面１ａにおける反射用凹所３の形成予定領域〕３ａに対応する領域３ｂの周囲に、凹部２を加工する。加工方法としては、切削加工やプレス加工などが挙げられる。
凹部の深さは、樹脂モールドのうちの該凹部内に収容される裏側部分を、十分な強度を持つ厚さに成形できるように、０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、１ｍｍ以上とすることがより好ましい。同時に、金属ベースが最も薄くなった部分の厚さ（凹部の内面と、金属ベースのおもて面側の表面との間の距離のうち最短部分の寸法）を０．３ｍｍ以上確保することが好ましい。
特に、凹部を溝として形成する場合には、該溝を形成した後の金属ベースの強度や、溝を横切る方向の熱伝導性が良好に維持されるように、凹部の内面と、金属ベースのおもて面側の表面との距離を、０．５ｍｍ以上確保することが好ましい。
金属ベースの厚さが２ｍｍ以上ある場合には、凹部の深さを金属ベースの厚さの半分以下かつ０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【００１４】
基板の裏面における凹部の開口部の大きさは、特に限定されないが、外部の放熱構造体の装着平面との接触面積をより大きくとるためには、該開口部を過度に大きくすることは好ましくない。
樹脂モールドを基板のおもて面の側に抜け難くするという点からは、樹脂モールドの裏側部分の断面積は、貫通孔の断面積よりも僅かに大きくすれば十分である。
樹脂モールドを基板のおもて面の側に抜こうとしたとき、樹脂モールドに加わる引張応力は、凹部よりも細い貫通孔４内に収容された部分（以下「孔内部分」という。）６ｃに集中する。この引張応力は孔内部分６ｃの中でも、最も断面積の小さな部分に集中し、その結果、該部分に伸びが生じると、それに伴って該部分の断面積が減少するために、該部分への更なる応力集中が生じることになる。このようなことから、樹脂モールドの裏側部分６ｂは殆ど引張応力を受けることがなく、従って、引張応力によって伸び、それに伴い断面が収縮することもない。よって、裏側部分６ｂの断面積を、貫通孔４の断面積に対してそれ程大きくしなくても、該裏側部分６ｂが貫通孔４の内部に引っ張り込まれることはない。
【００１５】
上記より、基板の裏面１ｂにおける凹部２の開口部の大きさを設定するにあたっては、樹脂モールドの裏側部分６ｂが、貫通孔４の断面積の１．１倍以上の断面積を有し得るようにすることが好ましい。なお、ここでいう断面積は、貫通孔４の長手方向に垂直な断面における断面積のことを指している。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１のおもて面１ａに、反射用凹所３をプレス加工にて形成する。このプレス加工は、型と型との間で絶縁金属基板１に圧縮加工を加える方法を用いて、基板の裏面１ｂが膨らまないように行う。
好ましい製造方法の一例として、反射用凹所３を形成する前に、基板の裏面１ｂに凹部２を切削などの方法で形成しておくと、プレス加工によって金属ベースの内部に生じる金属材料の流れ（図２（ｂ）に太い矢印で示唆している）が、凹部２の内壁面が変形することで吸収され、基板の裏面１ｂの膨らみが抑制される。
凹部２と反射用凹所３の形成の順序はこれに限定されるものではなく、凹部２と反射用凹所３とを、プレス加工によって同時に形成してもよい。
【００１７】
反射用凹所３の形状は、該凹所の内側に実装されるＬＥＤからの光を効率良く外界に反射し得るものがよく、従来公知の発光装置を参照してよいが、例えば、内部曲面が放物面反射鏡（parabolic reflector）となっているもの、半球状、円錐台状、角錐台状となっているものなどが挙げられる。また、該凹所３の底は、実装しようとするＬＥＤチップまたは、ＬＥＤチップを固定したサブマウントを、安定した姿勢にて実装し得るよう、平坦面であることが好ましい。
反射用凹所３の深さ、側壁面の傾斜角などは、発光装置の仕様に応じて、設計すればよい。場合によっては、ＬＥＤチップ５を、その一部または全体が反射用凹所の側壁面の上端よりも上方に位置するように、実装してもよい。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、凹部２とおもて面１ａとを結ぶ貫通孔４を形成する。
貫通孔４は、切削加工や、ダイスとパンチを用いた穴あけ加工により、形成することができる。
貫通孔４の形成は、凹部２の形成や反射用凹所３の形成より先に行ってもよい。
【００１９】
図３は、図２（ｃ）の段階にある基板１の裏面１ｂを見たときの図である。
図３（ａ）、（ｂ）において、ハッチングで示した部分は、円環状の溝とされた凹部２の開口部であり、該ハッチング部分の中の白く塗り潰した部分は、凹部の底面にある貫通孔４の開口部を示している。破線の内側は、基板の裏面１ｂにおいて、反射用凹所３に対応する領域である。
貫通孔４の開口形状に限定はなく、例えば、図３（ａ）に示すような円形や、図３（ｂ）に示すような、細長い形状にすることができる。
貫通孔４の数に限定はなく、図３（ａ）の例では貫通孔４の数は４個であるが、図３（ｂ）の例では２個である。貫通孔４を２個以上、より好ましくは３個以上設けると、樹脂モールド６が基板１により安定的に固定される。貫通孔４の開口形状を細長い形状にすることも、同様の効果がある。また、この効果を高めるためには、複数の貫通孔４を、できるだけ間隔を開けて設けることが好ましい。
【００２０】
貫通孔４の太さは、樹脂モールド６の成形時に材料樹脂が容易に流通し得る太さとする必要がある。一方で、貫通孔４を太くし過ぎると、該貫通孔４を通じて基板の裏面１ｂ側に漏れる光の量が多くなる。これらを考慮して、貫通孔４の断面（長手方向に垂直な断面）の大きさは、最も狭い部分で、直径０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の円を包含し得る大きさとすることが好ましく、特に直径１ｍｍ〜１．５ｍｍの円を包含し得る大きさとすることが好ましい。
また、貫通孔４は両端間で太さをできるだけ一定とすることが好ましい。貫通孔４の太さが一定でないと、その内部に収容される樹脂モールドの孔内部分６ｃの太さも一定でなくなるが、その場合、該孔内部分６ｃに引張応力が加わったときに、最も細い部分に応力が集中し、破断し易くなるからである。このことから、貫通孔４のそれぞれは、両端間における断面積（長手方向に垂直な断面の面積）の最大値が最小値の１．１倍以下となるようにすることが好ましい。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示すように、反射用凹所３の内側にＬＥＤチップ５を実装（基板面への接合と電気的な接続とを含む）する。
ＬＥＤチップは、従来公知のものを用いてよく、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料を用いた赤色ＬＥＤ、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた黄色ＬＥＤ、ＧａＰ系半導体材料を用いた緑色ＬＥＤ、ＺｎＳｅ系半導体材料を用いた緑〜青色ＬＥＤ、ＧａＮ系半導体材料を用いた青色〜紫外ＬＥＤなどが例示される。チップのサイズに限定はなく、例えば、０．３ｍｍ角のものから、１ｍｍ角を越えるものまで使用できる。
【００２２】
ＬＥＤチップの実装方法自体は、従来技術を用いてよい。
導電性基板の上に発光素子構造が形成されてなるＬＥＤ（例えば、ＧａＡｓ基板を用いたＡｌＧａＡｓ系ＬＥＤ）では、通常、ｐ側、ｎ側の電極がチップの対向する２つの面上にそれぞれ設けられるため、その一方の電極を、ハンダや導電ペーストなどの導電性接合材料によって、導体層１３をパターニングすることによって形成されたリード電極の一方に接続する（これがチップの接合を兼用する）。ＬＥＤチップの他方の電極は、ワイヤボンディングによって、他方のリード電極に接続する。
【００２３】
絶縁性基板の上に発光素子構造が形成されてなるＬＥＤ（例えば、サファイア基板を用いたＧａＮ系ＬＥＤ）では、ｐ側、ｎ側の電極がチップの一方の面側に設けられる。
このような電極構成を有するＬＥＤチップは、基板側を反射用凹所３の底面に向けて接合し、両方の電極をワイヤボンディングする。
もしくは、ＬＥＤチップをフリップチップボンディング（フェイスダウン実装）することもできる。フリップチップボンディングでは、ＬＥＤチップの電極が設けられた面を反射用凹所３の底面に向けて、２つの電極を、導体層１３のパターニングにより形成された２つのリード電極のそれぞれに、導電性接合材料により接合する。
更に他の方法として、ＬＥＤチップをサブマウントに対してフリップチップボンディングしたうえで、該サブマウントを反射用凹所３の底面に接合してもよい。なお、その場合も、基板に設ける凹部や貫通孔を、サブマウント上に接合されたＬＥＤチップの直下となる領域を避けて設けることが、放熱性の向上にとって有利であることはいうまでもない。これは、ＬＥＤチップの発熱がサブマウントを介して基板に伝達される場合であっても、ＬＥＤチップの直下の領域が、基板の裏面に密着されたヒートシンクへの放熱における主要な伝熱経路と重なることに変わりはないからである。
【００２４】
ひとつの反射用凹所３の内側に、複数のＬＥＤチップを実装することもできる。同じ発光波長のＬＥＤチップを複数実装すれば、高出力の発光装置を得ることができる。また、赤色、緑色、青色のＬＥＤチップを実装することにより、白色発光装置を得ることができる。
複数のＬＥＤチップは、反射用凹所３の底面上に直接接合してもよいし、または、ひとつのサブマウント上に複数のＬＥＤチップを接合したものを、反射用凹所３の底面に接合してもよい。あるいは、一部のＬＥＤチップは直接、他の一部のＬＥＤチップはサブマウントを介して、反射用凹所３の底面上に接合してもよい。
【００２５】
最後に、図２（ｅ）に示すように、ＬＥＤチップ５を樹脂モールド６により封止する。
この例では、ＬＥＤチップ５の実装にワイヤボンディングを用いているために、ポッティングまたはモールドにより、ボンディングワイヤが完全に埋め込まれるように軟質樹脂８で被覆を施した後、硬質樹脂からなる樹脂モールド６が成形されている。
軟質樹脂８による被覆は必須ではないが、硬質樹脂で直接ボンディングワイヤを被覆すると、該硬質樹脂が温度変化に伴い膨張・収縮したときに、ボンディングワイヤの断線が発生し易くなる。そこで、ワイヤボンディングを行う場合には、一旦、軟質樹脂８で被覆した上で、硬質樹脂からなる樹脂モールド６を形成することが好ましい。
【００２６】
樹脂モールド６の成形は、おもて側部分６ａの形状を有するキャビティおよび、該キャビティに連結された注入ゲート（および、必要に応じて該キャビティと該注入ゲートを連結するランナー）を備えた上型と、基板の裏面１ｂに密着する平坦面を備えた下型とで、基板１を挟み、該注入ゲートから該キャビティ内に材料樹脂を注入するとともに、該材料樹脂を貫通孔４を通して凹部２の内部まで導くことによって行うことができる（これら成形金型の各部は図示せず）。
このようなモールドの方法に関しては、特許文献１に開示された技術その他、公知技術を適宜参照することができる。
【００２７】
軟質樹脂８としては、シリコーン樹脂、ポリ−４−メチルペンテン、ウレタン樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン、ゴム系ポリマーなどが挙げられる。
樹脂モールド６の材料とする硬質樹脂は、金型成形が可能かつＬＥＤのモールド材料として十分な透明性を有するものであればよく、エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂（ポリシロキサン系樹脂を含む）、ポリカーボネート、環状オレフィン系重合体などが挙げられる。ＬＥＤチップ５が、青色〜紫外領域の光を発生するものである場合には、脂環式エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、環状オレフィン重合体などの、劣化による黄変が生じ難い樹脂を用いることが好ましい。
【００２８】
ＬＥＤチップ５に、青色〜紫外領域の光を発生するものを用い、軟質樹脂８の中や樹脂モールド６の中に適当な蛍光体を分散させると、白色光を作りだすことができる（白色発光装置）。
軟質樹脂８や樹脂モールド６の中に、高屈折率の無機微粒子（例えば酸化チタンの微粒子）を添加し、実効的な屈折率を高めると、ＬＥＤチップ５からの光取り出し効率を改善することができる。
【００２９】
以上、図１に示す発光装置を例として説明したが、本発明の発光装置は図１に示す構成に限定されるものではない。
【００３０】
金属ベース１１の材料には、アルミニウムの他にも、金、銀、銅、鉄、ニッケル、チタン、白金、ステンレス、その他、各種金属の単体や合金を用いることができる。アルミニウムや銅の単体や合金は、熱伝導性が良好で、加工性も良く、また材料コストも低いことから、特に好ましい材料として挙げられる。金属ベース１１は、表面や内部に、コーティング、表面処理、貼り合わせ等により形成された積層構造を有するものであってもよい。
【００３１】
金属ベース１１の上に形成する絶縁層１２は、特に、絶縁層１２の形成後に反射用凹所３をプレス加工で形成する場合には、該加工時に割れや欠けが発生しないように、柔軟性を有する樹脂材料で形成することが好ましい。使用可能な樹脂材料としては、エポキシ樹脂、（架橋）ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、アクリル系樹脂などが例示される。これらの樹脂材料には、熱伝導性を高めるために、アルミナ粉末やガラス繊維などの無機フィラーを充填してもよい。
プレス加工を用いた反射用凹所３の形成を行わない場合や、金属ベース１１に反射用凹所３を形成した後に絶縁層１２を形成する場合など、製造工程で絶縁層１２を塑性変形させる必要がない場合には、セラミック材料で絶縁層１２を形成することもできる。
【００３２】
導体層１３の材料は、導電性の良好な金属材料であればよく、好ましくは、銅、アルミニウムなどの単体や合金である。導体層１３は多層構造であってもよく、例えば、銅層の表面にニッケルメッキを施したものや、その上に更に金メッキを施したものが挙げられる。
【００３３】
本発明の発光装置にいう〔金属ベースを有する基板〕は、当業界で絶縁金属基板と呼ばれている基板（金属ベースを有するプリント基板）に限定されるものではなく、例えば、凹部２、貫通孔４、反射用凹所３などを有する金属ベース１１をまず形成し、その後で、絶縁層１２や導体層１３を積層したものであってもよい。
凹部２、貫通孔４、反射用凹所３などを有する金属ベース１１は、例えば、金属製の板材を、プレス加工（鍛造加工）、エッチング、切削などの加工方法を用いて成形することにより作製したり、粉末成形法や鋳造法などの、型を用いた成形方法によって作製することができる。これらの加工・成形法は、適宜組み合わせることもできる。
【００３４】
金属ベース１１のおもて面側に形成される絶縁層１２は、金属ベース１１のおもて面側
の全面を覆っている態様に限定されず、例えば、配線パターンに形成された導体層１３と金属ベース１１の間にのみ存在させてもよい。
樹脂やセラミックからなる絶縁層１２は塗布、印刷などの方法により形成することができ、必要に応じて加熱を加え、材料の硬化や焼結処理を行う。
導体層１３は、例えば、金属箔の貼り合わせや、メッキ法（無電解メッキや、蒸着、スパッタリングなどの気相法）、金属微粒子層を焼結させる方法で形成することができる。導体層１３のパターニングは、前述のように、エッチングにより不要な部分を除去するサブトラクティブな方法、または、マスクプロセスや印刷法を用いて、初めから必要なパターンに導体層１３を形成するアディティブな方法で行うことができる。これらを併用することもできる。
【００３５】
基板の裏面１ｂに設ける凹部２と、該凹部２と基板おもて面１ａとを結ぶ貫通孔４の形状、寸法、配置などは、樹脂モールド６の脱落防止の目的を達成し得るものであればよく、樹脂モールドのおもて側部分６ａの大きさ、形状や位置と関係付けて、適宜決定すればよい。
基板の裏面１ｂに設ける凹部２の形状に限定はなく、環状の溝の他、線状（曲線、直線）の溝としてもよいし、開口部の平面形状を円形、楕円形、（正）多角形などとすることもできる。
凹部２は、回転対象性を有する窪み（ドリルのような回転刃を有する切削工具による形成に適した形状である）であってもよいし、或いは、そのような対象性がなく、見る方向によって断面形状が異なっていてもよい。また、凹部２が溝である場合、溝の断面形状は長手方向に沿って一定であってもよいし、変化していてもよい。
【００３６】
図４は、凹部２の断面形状を例示する図である。
該断面形状は、図４（ａ）のような矩形、図４（ｂ）のような台形、図４（ｃ）のような半円形、図４（ｄ）に示すような凸字形、その他、任意の形状とすることができる。図４（ｅ）に示すように、基板の裏面における開口部よりも、内部が広がった形状を有するものであってもよい。
凹部２は、長手方向に直交する断面がこれらの形状を有する溝であってもよいし、どの方向から見ても断面がこれらの形状である、回転対象性を有する窪みであってもよい。
凹部２の内壁には、ネジが切られていてもよい。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、凹部２および貫通孔４の開口形状および平面配置を例示する図であり、それぞれ、基板の裏面１ｂの側から見た図である。凹部２の開口部にはハッチングを施しており、該ハッチングを施した領域中にある白く塗り潰した部分は、該凹部２の内壁に開口した貫通孔４の開口部を示している。中央の黒く塗り潰した方形部分は、おもて面に実装されたＬＥＤチップを裏面に投影したものであり、二点鎖線は樹脂モールドのおもて側部分の輪郭線を示している。
図５（ａ）の例では、開口形状円形の凹部２が、樹脂モールドのおもて側部分６ａの下方に３箇所設けられ、該凹部２のそれぞれの内側に開口形状円形の貫通孔４が１つずつ開口している。
図５（ｂ）の例では、樹脂モールドのおもて側部分６ａは、そのＸ−Ｘ断面を図６に示すとおり、外周形状を定める外側の平坦部分６ａ−ｓと、中央で盛り上がったレンズ状部分６ａ−ｔとからなる。レンズ状部分６ａ−ｔの胴体外周の形状は、図５（ｂ）に輪郭を破線で示すとおり円形であり、平坦部分６ａ−ｓの外周形状は、二点鎖線で示すように角が丸まった方形である。基板の裏面には、平坦部分６ａ−ｓの４つの角部に対応する位置に、開口形状円形の凹部２がそれぞれ形成されている。該凹部２の内部と基板のおもて面１ａとを結ぶ貫通孔４は、各凹部内に１つずつ開口している。
図５（ｃ）の例では、基板の裏面１ｂに、直線的な溝である凹部２が２つ、平行に形成されている。各凹部２の開口部は、樹脂モールドのおもて側部分６ａの輪郭線の外側には
み出している。凹部２のそれぞれの内側には、該凹部２の内部と基板のおもて面１ａとを結ぶ、開口形状円形の貫通孔４が、２つずつ開口している。
【００３８】
貫通孔４は、前記のように、両端部間で太さをできるだけ一定とすることが望ましいが、太さが変化している態様とすることも妨げられない。
貫通孔４の内壁面には、ネジが切られていてもよい。
基板の裏面１ｂに形成される凹部２と、該凹部２の内側に開口する貫通孔４との境界が、滑らかであってもよい。図７（ａ）〜（ｃ）は、そのような場合の、凹部２と貫通孔４が出合う部分の態様を例示する断面図である。凹部２と貫通孔４との間に明確な境界は存在しないが、いずれの場合も、本発明の目的が達成し得ることは明らかである。
【００３９】
本発明の発光装置は、反射用凹所３を必須の構成とするものではないが、発光装置の目的に応じて特定の方向に出射光を集め、エネルギー効率を向上させるためには、反射用凹所３を設けることが好ましい。
反射用凹所３は、基板のおもて面１ａに対して窪んでいることを必須とするものではなく、反射用凹所３と基板のおもて面１ａとの位置関係は、図８（ａ）に示すように、反射用凹所３の側壁面が基板のおもて面１ａに対して突出していてもよいし、図８（ｂ）に示すように、反射用凹所３の底面が、基板のおもて面１ａより上方にあってもよい。
反射用凹所３は、金属ベース１１のおもて面側の表面を加工することなく、絶縁層１２に窪みを設けたり、絶縁層１２および導体層１３を形成した上に、反射枠を接合することにより形成してもよい。
図９（ａ）、（ｂ）は、反射用凹所３をこれらの方法で形成した発光装置の断面図を示す模式図である。
図９（ａ）に示す発光装置における基板１は、例えば、反射用凹所３や必要な貫通孔を有する絶縁層１２を、金型を用いて成形し、その上に導体層１３からなる配線パターンを形成したアセンブリーを作製し、これを、別途準備した金属ベース１１（凹部２や貫通孔４が形成されている）の表面に、貫通孔同士の位置合わせをして、貼り付けることにより、作製することができる。
図９（ｂ）の例では、基板のおもて面側の表面に反射用凹所を加工することなく、導体層１３の上に、反射枠１４を接合することで反射用凹所３としている。
反射用凹所３の内面に設ける反射膜は、導体膜１３とは別途に形成してもよく、無機フィラーを充填した白色の樹脂層や、金属蒸着層などとすることができる。
【００４０】
基板１の上に実装するＬＥＤチップ５またはサブマウントが絶縁性基板を用いたものであり、該絶縁性基板の側を基板１のおもて面１ａに向けて接合する場合（ＬＥＤチップ５またはサブマウントの側の電極と、基板１側のリード電極の接続を全部ワイヤボンディングにより行う場合でもある）、基板１の表面の、ＬＥＤチップ５またはサブマウントを固定する部位の絶縁層１２および導体層１３を除去して、金属ベース１１の表面に、ＬＥＤチップ５またはサブマウントの絶縁性基板を直接接合すると、放熱性を更に向上させることができる。
【００４１】
樹脂モールドの裏側部分６ｂは、図１に示す発光装置のように、凹部２の内側を完全に充たしている必要はなく、図１０（ａ）、（ｂ）に例示するように、凹部２の内部に空間を残して収容されていてもよい。樹脂モールド６の形成に用いる金型の下型の設計により、所望の態様に形成することができる。
【００４２】
以上、樹脂モールドのおもて側部分６ａがレンズ状に形成された、図１に示す発光装置を例に、レンズ状の樹脂モールドの１単位部分を拡大して説明したが、本発明は、基板のおもて面側にレンズ状の樹脂モールドが１単位のみ形成されてなる発光装置から、大面積の基板の上に多数のＬＥＤチップが実装されてなるモジュール型の発光装置まで、種々の
発光装置に適用することができる。
図１１は、本発明に係るモジュール型の発光装置の断面構造例を示す図である。図１１（ａ）の例では、基板１のおもて面側にレンズ状の単発的な樹脂モールド６が複数配列された構成となっており、図１１（ｂ）の例では、多数のＬＥＤチップ５が、ひとつの樹脂モールド６によって一体的に被覆されている。
【００４３】
基板のおもて面上に、樹脂モールドをレンズ状に形成した部分（以下「レンズ部」という。）を複数形成する場合、成形用の金型の構造を簡素化して、ひとつのゲートから注入した材料樹脂が、分岐したランナーによって複数のレンズ部用キャビティに導入される構造とすることができる。このような金型を用いて成形される樹脂モールドのおもて側部分の構造例を、図１２（ａ）に示す。
図１２（ａ）において、６ａ−１はレンズ部である。図１２（ａ）に示す構造では、金型のランナー内で成形された部分が、おもて面上でレンズ部どうしを連結するおもて面側連結部６ａ−２として残っている。
【００４４】
ところで、上記のようにおもて面側連結部６ａ−２を残した場合、樹脂モールド６の成形後の材料樹脂の収縮や膨張によって、基板が反る場合がある。
この基板の反りを抑えるためには、図１２（ｂ）、（ｃ）に例示するように、基板の裏面側にも、モールド樹脂からなる裏面側連結部６ａ−３を形成し、それによって、前記おもて面側連結部に起因する反りを相殺させればよい。また、その場合の裏面側連結部６ａ−３は、基板の裏面から突き出さないように、該樹脂モールドの裏側部分と同様に、基板裏面に凹部（溝状を呈する場合が多い。以下、裏面側連結部のための凹部を、「連結用溝部」とも言う）を形成し、その内部に収容すべきである。連結用溝部によって、樹脂モールドの裏側部分を凹部内に収容した作用効果が損なわれることがない。
【００４５】
裏面側連結部６ａ−３の配置パターンは、おもて面側連結部６ａ−２による反りを相殺し得るものであればよく、おもて面側連結部とは異なるパターンであってもよい。裏面側連結部の配置パターンを、おもて面側連結部の配置パターンに対して裏面側で対応し略一致するようなパターンとしておけば、反りを好ましく相殺し得る。また、その場合、おもて面側連結部と裏面側連結部とを、貫通孔で連結しておけば、おもて面側連結部と裏面側連結部との一体成形も容易になる。
連結用溝部と、樹脂モールドの裏側部分を収容する凹部とを連通することによって、一体成形のための貫通孔を共有することができる。また、図１２（ｂ）に中央部の貫通孔４ｍとして例示するように、おもて面側連結部６ａ−２と裏面側連結部６ａ−３とを直接連通させる専用の貫通孔を設けてもよい。
【００４６】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＹ−Ｙ断面図であって、図１２（ａ）に示すおもて面側連結部６ａ−２に対応して、レンズ部どうしを基板の裏面側で連結する裏面側連結部６ａ−３が設けられている。この裏面側連結部６ａ−３は、基板の裏面から突出しないように、基板の裏面に形成された凹部内に収容されている。
図１２（ｃ）は、図１２（ａ）、（ｂ）に示す装置に用いられる基板の裏面を見た図であって、おもて面側連結部６ａ−２に対応して十字形に形成される裏面側連結部６ａ−３を収容し得るよう、中央部分に、連結用溝部を兼用する凹部２が十字形のパターンに形成されている。図１２（ｃ）において、ハッチング部分は凹部２の開口部であり、該ハッチング部分中の白く塗り潰した部分は、該凹部２の内壁に開口した貫通孔の開口部であり、二点鎖線で示しているのは、おもて側部分におけるレンズ部６ａ−１の輪郭線である。
上記のように、おもて面側連結部６ａ−２に対応して、裏面側でレンズ部どうしを連結する裏面側連結部６ａ−３を設けることにより、おもて面側の連結部６ａ−２の収縮と、裏面側連結部６ａ−３の収縮とが拮抗し、基板の反りが抑えられる。裏面側連結部６ａ−３の断面積を、おもて面側の連結部６ａ−２の断面積と略同じとすると、反り抑制の効果
が高くなる。
【実施例】
【００４７】
図１に示す構造の発光装置を、次の手順により作製した。
基板としては、厚さ３ｍｍのアルミベース上に、エポキシ樹脂からなる厚さ８０μｍの絶縁層、厚さ３５μｍの銅箔の表面に銀メッキが施されてなる導体層が形成された、３ｃｍ×３ｃｍの正方形状のアルミベース基板を用いた。
エッチング法により配線パターンを形成した後、基板の裏面側に直径約１５ｍｍ、開口部の幅約３ｍｍ、深さ約１ｍｍの、上面形状が円環状、断面形状が矩形状の溝を、切削加工により形成した。配線パターンは、後で実装される３個のＬＥＤチップのそれぞれに、個別に通電を行うことのできるパターンとした。
次に、基板のおもて面側に、直径約４ｍｍの反射用凹所を、その中心部が基板の裏面側に形成した円環状の溝の中心の上方に位置するように形成した。該反射用凹所の形成にはプレス加工を用い、裏面が膨らまないように、基板を両側から型で挟んで圧縮した。
次に、基板の裏面側に形成した円環状の溝の底部と基板のおもて面とを結ぶ、１ｍｍ×２ｍｍの長方形状の開口形状を有する貫通孔を、穴あけ加工により形成した。
次に、反射用凹所の底面に、発光波長４６０ｎｍ、チップサイズが０．３ｍｍ角のＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤチップを３個接合し、各ＬＥＤチップの電極に対してワイヤボンディングを行った。青色ＬＥＤチップはサファイア基板を用いたもので、サファイア基板側を反射用凹所の底面に向けて接合し、ｐ電極、ｎ電極の両方に対してワイヤボンディングを行った。
次に、ボンディングワイヤが埋め込まれるように、軟質シリコーン樹脂をポッティングして、青色ＬＥＤチップを被覆した後、エポキシ樹脂によりレンズ状のモールドを形成した。該モールドは、所定のモールド形状に合わせた金型を用いて、エポキシ樹脂が貫通孔を通して基板の裏面側に設けた溝内に充填されるように行った。
以上の工程を経て、本発明による青色発光装置を得た。
【００４８】
得られた青色発光装置のアルミベース基板の裏面を、熱抵抗値１０℃／Ｗのヒートシンクの装着面（４ｃｍ×４ｃｍ）に、放熱用接着剤を用いて接着し、連続通電試験を行った。
連続通電試験は、周囲温度を２５℃とし、アルミベース基板上に実装した青色ＬＥＤチップのそれぞれに、同時に２０ｍＡの電流を流す条件で行った。
通電開始から１時間後の光量を測定したところ、初期値の９８％だった。
【００４９】
比較例として、アルミベース基板の裏面に溝を形成せず、反射用凹所を形成する際の加工を絞り加工として、基板の裏面側を突出させるとともに、基板に形成した貫通孔を通して樹脂モールドを基板の裏面側に回りこませたこと以外は、実施例と同様の青色発光装置（図１３に示す構造の青色発光装置）を作製した。
この比較例の青色発光装置を、装着面にザグリ加工を施したヒートシンクの、該装着面に、実施例で用いたものと同じ放熱用接着剤を用いて接着した。このザグリ加工は、アルミベース基板の裏面側に位置する樹脂モールド６００ｂが、わずかなクリアランスをもってザグリ穴の内部にちょうど収容されるように行った。それによって、アルミベース基板の裏面のうち、樹脂モールド６００ｂにより覆われていない部分と、ヒートシンクの装着面の平坦部（ザグリ加工していない部分）とを密着させることができた。
ヒートシンクに接着した比較例の青色発光装置について、実施例と同様の方法で通電試験を行ったところ、１時間通電したところで光量が初期値と比較して８０％となった。実施例の青色発光装置と比べて放熱性が低いために、ＬＥＤチップの温度が上昇し、発光効率が低くなったものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の発光装置は、脱落し難い樹脂モールドを備えながらも、金属ベースからなる基板の裏面が平坦に維持されているので、外部の放熱構造体に対して基板の裏面を充分に大きな面積で接触させることが可能となっている。
ＬＥＤチップでの発熱を、効率よく効果的に外部の放熱構造体へ逃がすことが可能となるため、該ＬＥＤチップの大電流駆動が可能となり、それに伴ない発光出力を増大させることが可能となる。
また、ＬＥＤチップの温度上昇を抑えることで、発光効率の低下が抑えられる他、発光波長が安定化し、また素子の長寿命化も期待できる。
ＧａＮ系ＬＥＤ（青色〜紫外線発光）のように、発光波長の短いＬＥＤは、原理的に動作電圧が高いことから発熱量が大きいので、本発明の有用性が顕著となる。特に、照明用途では、チップをラージサイズ（例えば、一辺１ｍｍ程度の方形など）として、実装個数を削減することが望ましいとされているが、その場合も、１個のラージチップに流す電流が大きくなり、発熱量が大きくなるので、本発明の有用性が顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の発光装置の構造の一例を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の製造方法の各工程を説明するための図である。
【図３】図２（ｃ）の段階において、基板の裏面を見たときの図である。
【図４】凹部の断面形状を例示する図である。
【図５】本発明の装置における凹部と貫通孔の開口形状およびそれらの配置パターンを例示する図である。図５（ａ）〜（ｂ）のいずれも、基板の裏面を見た図である。
【図６】図５（ｂ）のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【図７】本発明の装置における凹部と貫通孔とが出合う部分の態様を示す断面図である。
【図８】本発明における反射用凹所の態様を例示する断面図である。
【図９】本発明における反射用凹所の態様を例示する断面図である。
【図１０】本発明における樹脂モールドの裏側部分の態様を例示する断面図である。
【図１１】本発明に係るモジュール型の発光装置の断面構造例を示す図である。
【図１２】本発明における樹脂モールドのバリエーションを例示する図である。図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＹ−Ｙ断面図、図１２（ｃ）は下面図である。
【図１３】従来の発光装置の構造を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  凹部
３  反射用凹所
４  貫通孔
５  発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ
６  樹脂モールド
【図１】
2007027433.tif 000003
【図２】
2007027433.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007027433.tif 000006
【図５】
2007027433.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007027433.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007027433.tif 000011
【図１０】
2007027433.tif 000012
【図１１】
2007027433.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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