(57)【要約】【課題】  簡素な構成により、フリップチップ実装のＬＥＤチップの電極間の短絡を抑制可能なＬＥＤモジュールおよびこのＬＥＤモジュールを配設する照明装置を提供する。【解決手段】  ＬＥＤモジュール１は、一面２ａ側に凹部８を有する基板２と、凹部８の底面に設けられた導電体３と、導電体３に凹部８内で電気接続される電極部１１，１１を有するフリップチップ型のＬＥＤ４と、を具備している。【選択図】図２
2017135301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に凹部を有する基板と；
前記凹部の底面に設けられた導電体と；
この導電体に前記凹部内で電気接続される電極部を有するフリップチップ型のＬＥＤと；
を具備していることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項２】
前記基板は、セラミクスからなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３】
請求項１または２記載のＬＥＤモジュールと；
このＬＥＤモジュールを配設している装置本体と；
前記ＬＥＤに電力を供給する点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フリップチップ型のＬＥＤを用いたＬＥＤモジュールおよびこのＬＥＤモジュールを配設している照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置に搭載されるＬＥＤモジュールは、近年、照明装置の小型化や高出力化により、ＬＥＤ素子の基板上への実装密度向上が要求されている。このため、ＬＥＤモジュールは、基板にＬＥＤチップを直接実装するフリップチップ実装が用いられている。すなわち、ＬＥＤモジュールは、基板の一面側に多数個のＬＥＤチップがフリップチップ実装され、これらのＬＥＤチップを蛍光体が混じられた透光性樹脂で封止して形成されている。そして、ＬＥＤチップは、その電極に被着されたバンプ（金属突起）が基板に設けられたパッド（配線パターン）に導電性の接着材やはんだにより接続されている。
【０００３】
しかしながら、ＬＥＤチップのバンプとパッドとの間から接着材やはんだがバンプ間に流れ出すことがある。これにより、ＬＥＤチップの基板面に沿うバンプ間の絶縁距離が確保されず、バンプ間の短絡やパッド（配線パターン）間の短絡が発生し、ＬＥＤモジュールの製造歩留りが低下する。このため、ＬＥＤチップのバンプ間やＬＥＤチップおよび基板間に絶縁樹脂などの絶縁材を介在させるものが提案されている（例えば特許文献１または２参照。）。また、ＬＥＤチップのバンプ間の基板上に溝を設けて、この溝に流れ出した接着材を受け入れて拡散を阻止するものが提案されている（例えば特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９２８７６号公報（第４頁、第５図）
【特許文献２】特開２００９−９９５９７号公報（第５頁、第２図）
【特許文献３】特開２００３−４６１４２号公報（第３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤチップのバンプ間に絶縁樹脂などの絶縁材を介在させるものは、フリップチップ実装における手間を要するとともに、ＬＥＤモジュールが絶縁材を設ける分高価になるという欠点を有する。また、バンプ間の基板上に溝を設けて流れ出した接着材を受け入れて拡散を阻止するものは、基板が相応の厚さとなることにより、ＬＥＤモジュールを薄形化しにくいという欠点を有する。
【０００６】
本発明の実施形態は、簡素な構成により、フリップチップ実装のＬＥＤチップの電極間の短絡を抑制可能なＬＥＤモジュールおよびこのＬＥＤモジュールを配設する照明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】
【０００７】
本実施形態のＬＥＤモジュールは、基板、導電体およびＬＥＤを有して形成される。基板は、一面側に凹部が形成されている。導電体は、凹部の底面に設けられている。ＬＥＤは、フリップチップ型であり、その電極部が基板の凹部内で導電体に電気接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態のＬＥＤモジュールによれば、ＬＥＤの電極部が基板の凹部内で導電体に電気接続されるので、ＬＥＤの電極部と導電体とを電気接続するはんだや導電性の接着材が凹部から基板の一面側に流出しにくくなり、これにより、電極部間の基板の一面に沿う絶縁距離が確保されて、ＬＥＤの電極部間の短絡を抑制できることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤモジュールの概略上面図である。
【図２】同じく、ＬＥＤモジュールを示し、（ａ）は一部概略横断面図、（ｂ）は一部概略縦断面図である。
【図３】同じく、電極部と導電体とを電気接続するときのＬＥＤモジュールを示し、（ａ）は一部概略横断面図、（ｂ）は一部概略縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す照明装置の概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１１】
本実施形態のＬＥＤモジュール１は、ＬＥＤランプなどの照明装置に光源として用いられるものであり、発光モジュールや発光体とも称されており、図１ないし図３に示すようにＣＯＢ（Chip On Board）型のモジュールに構成されている。図１において、ＬＥＤモジュール１は、基板２、導電体３、ＬＥＤとしてのＬＥＤチップ４および透光性樹脂５を有して形成されている。そして、ＬＥＤモジュール１は、ＬＥＤチップ４が導電体３にはんだ６（図２に示す。）により電気接続されて固定されている。
【００１２】
基板２は、本実施形態では、略正方形に形成された厚さ０．６４ｍｍのアルミナセラミクスからなり、その一面２ａ側に略コ字状に一対の配線パターン７，７が設けられ、この一対の配線パターン７，７間に複数の凹部８が直列状にかつ複数列に設けられている。凹部８は、その幅がＬＥＤチップ４の短手方向の幅よりも若干大きい長方形に形成され、かつ凹部８，８間にＬＥＤチップ４が跨るように形成されている。また、各列の両端の凹部８，８がそれぞれ配線パターン７，７に至るように形成され、各列の間が所定の間隔となるように形成されている。また、凹部８は、基板２の一面２ａからの深さが１００〜２００μｍとなるように形成されている。  
【００１３】
凹部８は、アルミナセラミクスにより基板２を形成する製造工程において、例えば型材を用いて形成される。これにより、所定の形状および深さを有する複数の凹部８が基板２の一面２ａに上述した直列状および複数列のパターンで容易に形成される。なお、凹部８は、基板２の一面２ａを所定の形状および深さに切削して形成してもよい。  
【００１４】
一対の配線パターン７，７は、全長に亘って所定の幅を有して形成され、銅（Ｃｕ）およびこの銅の表面に順にメッキにより積層されたニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）からなっている。銅の厚さは、例えば５０μｍであり、ニッケル、パラジウムおよび金の積層の厚さは、例えば２μｍである。一対の配線パターン７，７は、基板２の一端部に設けられたコネクタ９に電気接続されている。  
【００１５】
導電体３は、凹部８の底面のほぼ全域に亘って設けられている。そして、各列の両端の導電体３，３は、それぞれ凹部８，８の壁部に延長して形成され、一対の配線パターン７，７に電気接続されている。導電体３は、配線パターン７と同様の金属材料であり、配線パターン７の厚さに形成されている。すなわち、導電体３は、基板２の一面２ａから突出しないように凹部８内に設けられている。一対の配線パターン７，７および各導電体３は、同時に印刷、エッチングやメッキ成長法などにより形成されている。  
【００１６】
ＬＥＤチップ４は、図２に示すように、例えばサファイアからなり直方体に形成された本体部１０の下面側に正負の電極部１１，１１が設けられたフリップチップ型のＬＥＤである。本実施形態では、電極部１１，１１は、電極１２ａ，１２ｂとバンプ１３，１３により構成されている。電極１２ａ，１２ｂは、一方が正極、他方が負極であり、本体部１０の下面側に設けられた不図示の発光層に電気接続されている。発光層は、通電により例えば青色光を発光する。すなわち、ＬＥＤチップ４は、例えば青色光を放射するものである。青色光は、透光性の本体部１０から全方位に放射される。  
【００１７】
バンプ１３，１３は、導電性の金属材料、例えば銅（Ｃｕ）からなり、突起状に形成されており、電極１２ａ，１２ｂと電気接続されるように電極１２ａ，１２ｂに被着されている。バンプ１３，１３は、電極１２ａ，１２ｂと導電体３，３とを電気接続するものであり、バンプ１３，１３間の絶縁距離が確保できるとともに凹部８内に挿入できるように、その大きさや形状が設定されており、本実施形態では、凸形の有底の四角筒状または四角柱状に形成されている。なお、電極部１１，１１は、電極１２ａ，１２ｂおよびバンプ１３，１３を一体に形成して、ＬＥＤチップ４の電極としてもよい。  
【００１８】
ＬＥＤチップ４は、本体部１０が各列の凹部８，８間を跨ぐようにして、バンプ１３，１３が凹部８，８に挿入されて導電体３，３に電気接続されている。ここで、バンプ１３は、例えばはんだ６により導電体３に電気接続されている。はんだ６は、バンプ１３と導電体３とを電気接続したときに、図２（ａ）に示すように、バンプ１３，１３間の基板２の一面２ａに流れ出すことがなく、図２（ｂ）に示すように、本体部１０の短手方向の両側の基板２の一面２ａに流れ出すことがないように、その所定量が設けられている。  
【００１９】
はんだ６は、溶融して固化することにより、バンプ１３を導電体３に固着して、電極部１１と導電体３を電気接続する。はんだ６は、図３（ａ）に示すように、所定量の塊が凹部８，８間の両側の導電体３，３上に載置される。また、溶融前の塊状のはんだ６は、図３（ｂ）に示すように、導電体３の幅方向の中央に載置される。そして、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ４のバンプ１３，１３をはんだ６，６上に載置した後、例えば基板２を加熱炉に入れて、はんだ６を所定の温度で溶融させ、基板２を加熱炉から取り出してはんだ６を固化させる。  
【００２０】
溶融したはんだ６は、導電体３上に広がり、凹部８内に留まり、図２に示すように、基板２の一面２ａ側に溢れて流れ出ない。そして、固化したはんだ６により、バンプ１３，１３が導電体３，３に固定された状態で電気接続される。ＬＥＤチップ４は、導電体３，３間に固定される。こうして、複数個のＬＥＤチップ４は、基板２の一面２ａ側にフリップチップが実装されて、導電体３を介して一対の配線パターン７，７に電気接続されている。  
【００２１】
そして、図１に示すように、導電体３、ＬＥＤチップ４およびコネクタ９側を除く一対の配線パターン７，７は、所定の幅および高さを有する枠部１４で包囲されている。枠部１４は、土手やバンクなどとも称されており、例えばシリコーン樹脂からなり、本実施形態では、基板２の一面２ａに上面視略正四角形に形成されている。そして、透光性樹脂５が枠部１４内に充填されている。透光性樹脂５は、枠部１４の頂部１４ａまで充填され、導電体３、ＬＥＤチップ４および配線パターン７．７を封止している。透光性樹脂５の表面５ａは、図２に示すように、平坦状となっている。  
【００２２】
透光性樹脂５は、例えば電気絶縁性のシリコーン樹脂からなり、不図示の蛍光体を所定の濃度で含有している。例えば、ＬＥＤモジュール１が白色光を放射するときは、ＬＥＤチップ４の青色光の一部を黄色光に波長変換するＹＡＧ蛍光体が含有されている。なお、ＬＥＤモジュール１が青色光を放射するときは、蛍光体を含有していない。また、透光性樹脂５は、必要に応じて光拡散材が含有されている。  
【００２３】
図１において、コネクタ９には、不図示の点灯装置の出力線１５に接続されたコネクタ１６が装着される。  
【００２４】
次に、本発明の第１の実施形態の作用について述べる。
【００２５】
ＬＥＤモジュール１は、そのコネクタ９に点灯装置から電力が供給されると、一対の配線パターン７，７に導電体３を介して接続された各列の複数個のＬＥＤチップ４にそれぞれ所定の電流が流れる。ＬＥＤチップ４は、発熱し、青色光を放射する。青色光の一部は、透光性樹脂５に含有されたＹＡＧ蛍光体により黄色光に波長変換される。そして、青色光と黄色光が混合（混色）した白色光が透光性樹脂５の表面５ａから放射される。白色光は、ＬＥＤモジュール１の前方側に出射される。
【００２６】
そして、ＬＥＤチップ４の発熱は、透光性樹脂５に直接的に熱伝導されるとともに、導電体３を介して基板２に熱伝導される。そして、主として、透光性樹脂５の表面５ａから外部空間に放出されるとともに、基板２の一面２ａと反対側の他面から放出される。
【００２７】
ＬＥＤモジュール１は、ＬＥＤチップ４のバンプ１３，１３が導電体３，３にはんだ６により凹部８，８内で電気接続され、はんだ６が凹部８から基板２の一面２ａに流れ出していないものである。これにより、バンプ１３，１３間の絶縁距離がはんだ６によって狭まることが防止され、基板２の一面２ａに沿う電極部１１，１１間の絶縁距離が確保される。ＬＥＤチップ４は、通電時の電極１２ａ，１２ｂ間の短絡が抑制される。ＬＥＤモジュール１は、製造歩留りが向上する。
【００２８】
また、本実施形態のＬＥＤモジュール１は、その基板２がアルミナセラミクスにより形成されている。基板２の一面２ａは、白色面であり、高反射面となっている。基板２の一面２ａにはんだ６が流れ出さないので、ＬＥＤチップ４から放射された青色光およびＹＡＧ蛍光体の波長変換により生成された黄色光のそれぞれの光が基板２の一面２ａで良好に反射される。これにより、ＬＥＤモジュール１の光取出し効率の低下が抑制される。
【００２９】
また、アルミナセラミクスは、基板２の製造時に、型材により基板２の一面２ａ側に凹部８を形成可能である。これにより、凹部８の形成による基板２の製造費の上昇が抑制されて、ＬＥＤモジュール１を安価に製造可能である。
【００３０】
仮に、はんだ６が凹部８から基板２の一面２ａに流れ出していると、電極部１１，１１（バンプ１３，１３）間は、バンプ１３に電気接続されたはんだ６によって狭まり、通電時に短絡が生じやすくなる。ここで、バンプ１３，１３間には、電気絶縁性を有する透光性樹脂５が介在している。しかしながら、透光性樹脂５は、必ずしも基板２の一面２ａに密着していないので、基板２の一面２ａに沿うバンプ１３，１３間は、流れ出したはんだ６により絶縁距離が確保されにくくなり、通電時に短絡が生じやすくなる。ＬＥＤチップ４の短絡は、ＬＥＤモジュール１の不良品となって製造歩留りを低下させる。
【００３１】
また、透光性樹脂５内の光のうち、はんだ６に入射した光は、反射率が低下するとともに乱反射される。これにより、はんだ６の流れ出した形状や漏れ量によっては、透光性樹脂５の表面５ａから出射する白色光に出射むらが生じやすくなり、光取出し効率が低下することがある。
【００３２】
本実施形態のＬＥＤモジュール１は、基板２の凹部８の底面に導電体３を設けて、ＬＥＤチップ４の電極部１１，１１（バンプ１３，１３）を凹部８内で導電体３に電気接続し、その電気接続するはんだ６が凹部８から基板２の一面２ａ側に流出しにくいので、電極部１１，１１（バンプ１３，１３）間の基板２の一面２ａに沿う絶縁距離が確保されて、ＬＥＤチップ４の電極１２ａ，１２ｂ間の短絡を抑制することができ、これにより、製造歩留りを向上できるという効果を有する。
【００３３】
また、基板２は、セラミクスからなるので、基板２の製造時に、型材を用いて基板２の一面２ａに凹部８を容易に形成することができ、これにより、凹部８を有する基板２を安価に製造できるという効果を有する。  
【００３４】
なお、基板２は、合成樹脂板や高熱伝導率を有する金属板で形成されてもよい。金属板の場合には、凹部８を含む基板２の一面２ａ側に絶縁層が形成される。そして、光取出し効率の向上のために、凹部８を除く絶縁層上に金属反射層が形成される。合成樹脂板の場合にも、同様に金属反射層を形成するとよい。また、凹部８は、基板２となる平面状の基材に絶縁層を厚く形成し、この絶縁層に形成してもよい。  
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。  
【００３６】
本実施形態の照明装置２１は、図４に示すように、ランプ装置に構成されている。照明装置２１は、図１に示すＬＥＤモジュール１、点灯装置２２および装置本体２３を有して形成されている。ＬＥＤモジュール１および点灯装置２２は、装置本体２３内に配設されている。  
【００３７】
点灯装置２２は、平板状の回路基板２４およびこの回路基板２４の両面にそれぞれ実装された点灯回路部品２５〜２７などを有してなり、ＬＥＤモジュール１のＬＥＤチップ４に電力を供給する点灯回路を形成している。回路基板２４は、例えばガラスエポキシ材からなり、略円形状に形成されているとともに、その中央部に開口としての円形状の中央孔２８が設けられている。  
【００３８】
回路基板２４は、その一面２４ａ側に複数個のスペーサ２９を介してＬＥＤモジュール１を実装している。ＬＥＤモジュール１の発光部は、中央孔２８に対向し、コネクタ９は、回路基板２４から導出された出力線１５のコネクタ１６に接続されている。点灯装置２２の入力端子３０は、回路基板２４の一面２４ａ側の端部に設けられている。  
【００３９】
装置本体２３は、合成樹脂例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂により、一端側２３ａに開口部３１、他端側２３ｂに平板部３２およびこの平板部３２の中央部に形成された円形状の挿通部３３を有する略円筒状に形成されている。そして、平板部３２の上面３２ａには、その中央部に外方に突出する円筒状の突出部３３と、この突出部３３に隣接する一対のランプピン３４，３４（図４中、一方のみを示す。）が配設されている。そして、突出部３３に放熱部材３５が設けられている。一対のランプピン３４，３４は、入力線３６により点灯装置２２の入力端子３０に接続されている。  
【００４０】
放熱部材３５は、例えばアルミダイキャストによって成型され、突出部３３の上面に挿通部３３に対向するようにして取り付けられている。そして、放熱部材３５は、熱伝導部材３７を取り付けている。この熱伝導部材３７は、熱伝導性の金属例えばアルミニウム（Ａｌ）により円柱状に形成されており、一端側３７ａの端面をＬＥＤモジュール１の基板２の他面２ｂに密着させるようにして、基板６を接着材等により取り付けている。  
【００４１】
そして、装置本体２３の開口部３１には、保護カバー３８が取り付けられている。保護カバー３８は、透光性を有する例えばポリカーボネート（ＰＣ）樹脂にて成型され、その外面３８ａが平面であって円形状に形成されている。保護カバー３８は、その内面３８ｂに断続的に複数設けられた突出体３９の係止爪４０が開口部３１の係止溝４１に係止することにより、装置本体２３内をほぼ閉塞するように取り付けられている。そして、保護カバー３８の外面３８ａの周縁側には、直方体状の指掛け部４２，４２が突出形成されている。  
【００４２】
また、装置本体２３は、反射鏡４３を収納している。反射鏡４３は、略楕円形に形成され、頂部側開口４４が回路基板２４の中央孔２８に対向するようにして、回路基板２４および保護カバー３８に挟まれるように設けられている。反射鏡４３は、例えばアルミニウムにより成型され、その内面４３ａが反射面に形成されている。  
【００４３】
ランプ装置としての照明装置２１は、照明器具に装着される。照明器具に外部電源が投入されると、この交流電源が一対のランプピン３４，３４を介して点灯装置２２に供給される。点灯装置２２が動作して、ＬＥＤモジュール１のＬＥＤチップ４に所定の電流が供給されることにより、ＬＥＤモジュール１から例えば白色光が放射される。白色光は、回路基板２４の中央孔２８、反射鏡４３の頂部側開口４４を通って保護カバー３８を透過し、照明器具の外部空間を照明する。照明装置２１は、ＬＥＤチップ４の電極部１１，１１間の短絡が抑制されるＬＥＤモジュール１を具備するので、長期間に亘って安定した照明光を放射することができる。これにより、照明器具は、照明装置２１の交換作業等のメンテナンスを低減可能である。  
【００４４】
本実施形態の照明装置２１によれば、ＬＥＤモジュール１でのＬＥＤチップ４の電極部１１，１１間の短絡等が抑制されるので、所定の寿命時間が確保されて、品質が向上するという効果を有する。  
【００４５】
なお、本実施形態において、照明装置２１は、ランプ装置に構成したが、これに限られるものではなく、器具本体や筐体としての装置本体に本実施形態のＬＥＤモジュール１を配設するとともに、ＬＥＤチップ４に電力を供給する点灯装置を具備する照明装置としての照明器具であってもよい。  
【００４６】
また、本発明の上述した実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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】
【００４７】
１…ＬＥＤモジュール、  ２…基板、  ３…導電体、  ４…ＬＥＤとしてのＬＥＤチップ、  ８…凹部、  １１…電極部、  ２１…照明装置、  ２２…点灯装置、  ２３…装置本体
【図１】
2017135301.tif 000003
【図２】
2017135301.tif 000004
【図３】
2017135301.tif 000005
【図４】
2017135301.tif 000006