(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が平坦な金属ベースと、
前記金属ベースの表面上に配置され、貫通孔を有する可撓性フレキシブル基板と、
ＬＥＤチップが搭載されたセラミックパッケージの裏面に凸部が形成され、前記凸部が前記フレキシブル基板の前記貫通孔を介して前記金属ベースに熱的に接続され、前記底面の前記凸部以外の部分において、前記フレキシブル基板と導電部材を介して電気的に接続され、表面に光取出面を有する表面実装型のＬＥＤランプと、
前記光取出面を除く前記ＬＥＤランプと前記フレキシブル基板とを覆い、且つ、前記ＬＥＤランプを押圧するカバーと
を有し、
前記金属ベースと前記ＬＥＤランプは、印圧により前記金属ベースと前記ＬＥＤランプの前記凸部を接触させることにより熱的に接続されている
ことを特徴とするＬＥＤランプモジュール。
【請求項２】
前記カバーは、フレキシブル基板をも押圧することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプモジュール。
【請求項３】
前記金属ベースに係止により、前記カバーを前記ＬＥＤランプの前記光取出面以外の部分で押圧することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤランプモジュール。
【請求項４】
前記カバーは、突起を有し、該突起によりフレキシブル基板を押圧することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤランプモジュール。
【請求項５】
前記カバーは、前記フレキシブル基板の外部接続部を露出させるための切欠部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤランプモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックからなるパッケージにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）チップが搭載された表面実装型ＬＥＤランプを放熱板に熱的に接続させたＬＥＤランプモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤチップがパッケージに搭載された表面実装型ＬＥＤランプは、はんだを介してガラスエポキシやＣｕ（銅），Ａｌ（アルミニウム）等の金属からなる配線基板に実装することによりモジュール化し、照明装置等に利用されている（例えば、特許文献１参照。）。パッケージの材料としては、白色樹脂やセラミック等が用いられる。白色樹脂からなるパッケージでは、白色樹脂の経年劣化により変色し、光取出効率が低下する問題があるため、高品質が求められる用途には、経年劣化は生じないセラミックスからなるパッケージが用いられることが多い。
【特許文献１】特表２００４−５０５１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＬＥＤランプを上記の配線基板に実装した場合、セラミックと配線基板との熱膨張差が大きく、はんだにかかる応力が非常に大きくなる。そのため、温度差の激しい環境では短時間ではんだにクラックが生じてしまい、ＬＥＤランプと配線基板との間に断線が生じることがあった。特に、ＬＥＤチップ駆動時の発熱への放熱対策として熱伝導率が大きい金属基板を用いる場合、熱膨張率差が大きくなるため、上記の応力の問題が顕著に表れる。このような理由から、セラミックパッケージの高品質を生かすことが困難であった。
【０００４】
本発明は、以上のような問題点を鑑みてなされたものであって、セラミックパッケージを用いたＬＥＤランプと配線基板との接合性を改善するとともに、ＬＥＤランプの放熱性を向上させるＬＥＤランプモジュールを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は、表面が平坦な金属ベースと、前記金属ベースの表面上に配置され、貫通孔を有する可撓性フレキシブル基板と、ＬＥＤチップが搭載されたセラミックパッケージの裏面に凸部が形成され、前記凸部が前記フレキシブル基板の前記貫通孔を介して前記金属ベースに熱的に接続され、前記底面の前記凸部以外の部分において、前記フレキシブル基板と導電部材を介して電気的に接続され、表面に光取出面を有する表面実装型のＬＥＤランプと、前記光取出面を除く前記ＬＥＤランプと前記フレキシブル基板とを覆い、且つ、前記ＬＥＤランプを押圧するカバーとを有し、前記金属ベースと前記ＬＥＤランプは、印圧により前記金属ベースと前記ＬＥＤランプの前記凸部を接触させることにより熱的に接続されていることを特徴とするＬＥＤランプモジュールにより解決される。
【０００６】
また、前記カバーは、フレキシブル基板をも押圧することが好ましい。
また、前記金属ベースに係止により、前記カバーを前記ＬＥＤランプの前記光取出面以外の部分で押圧することが好ましい。
また、前記カバーは、突起を有し、該突起によりフレキシブル基板を押圧することが好ましい。
また、前記カバーは、前記フレキシブル基板の外部接続部を露出させるための切欠部を有することが好ましい。
【０００７】
上記のＬＥＤランプモジュールでは、可撓性フレキシブル基板にＬＥＤランプが実装されるので、セラミックパッケージと金属ベースとの熱膨張率差をにより生じる応力を吸収される。そのため、導電部材にかかる応力が大幅に低減する。また、ＬＥＤランプが金属ベースに熱的に接続され、さらにカバーにより金属ベースに押圧されているので、ＬＥＤチップからの発熱を十分に放熱することができる。これらにより、信頼性が高く、高品質のＬＥＤランプモジュールを得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の発光装置の製造方法によれば、セラミックパッケージを用いたＬＥＤランプと配線基板との接合性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態のＬＥＤランプモジュールの説明図であり、図１（ａ）は、ＬＥＤランプモジュールの側面透視図であり、図１（ｂ）は、ＬＥＤランプモジュールの上面図である。
【００１０】
図１に示すＬＥＤランプモジュールは、金属ベース１３と、金属ベース１３の表面に配置されたフレキシブル基板１６と、フレキシブル基板１６に導電部材１５を介して電気的に接続されるＬＥＤランプ１１と、フレキシブル基板１６及びＬＥＤランプ１１の光取出面を除く部分を覆い、ネジ１７により金属ベース１３に係止されるカバー１２とを備えている。
【００１１】
ＬＥＤランプ１１は、図２に示すように、裏面に凸部１１１ａを、表面に凹状の中空部１１４を有し、裏面の凸部１１１ａの周辺の段差部と中空部１１４の底面部に露出し、これらを各々電気的に接続した多層配線１１１ｂを備えたセラミックパッケージ１１１と、中空部１１４の底面部の多層配線に搭載されたＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップと各々の多層配線１１１ｂを電気的に接続するワイヤ１１２と、中空部の上方に固定された光取出面となるレンズ１１３を有している。
【００１２】
セラミックスパッケージ１１１は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）等からなり、所定の形状のグリーシートを積層させた後、焼結させることにより得ることができる。また、中空部１１４は、中空部の底面からセラミックスパッケージ１１１の表面に向けて広がる傾斜面が形成されている。多層配線１１１ｂは、下層から順にＷ（タングステン）／Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）又はＡｇ（銀）等からなり、裏面に露出した部分は外部接続端子として供される。
【００１３】
ＬＥＤチップ１は、特に図示しないが、サファイア（Ａｌ２Ｏ３），スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４），窒化ガリウム（ＧａＮ），炭化珪素（ＳｉＣ），酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）等の結晶基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ１−Ｘ−ＹＩｎＸＧａＹＮ、０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなるバッファ層と、ｎ型層と、発光層と、ｐ型層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により結晶基板側から順に積層して形成されており、ｐ型層側の一部の領域よりエッチングを施し、ｎ型層の一部を露出させている。そして、ｐ型層及びｎ型層の表面には、各々、ｐ電極及びｎ電極が形成され、ワイヤを介して多層配線１１１ｂに各々電気的に接続されている。そして、多層配線１１１ｂを介して電力を供給すると、発光層から青色光が発光されるようになっている。尚、図２では、ＬＥＤチップをフェイスアップ搭載しているが、フェイスダウン搭載してもよい。
【００１４】
レンズは、アクリル樹脂等の樹脂材料から形成されている。これに替えて、ガラス材料から形成しても良い。また、レンズの中に蛍光体粒子を含有させて光変換機能を付加させてもよい。蛍光体粒子としては、ＬＥＤチップ１から発光される青色光を励起光とし、波長変換光として黄色光を発光するＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体等の黄色蛍光体を含有させると、青色光と黄色光との混色により白色光を得ることができる。また、顔料を含有させて特定の波長光のみを取り出す光フィルタ機能を付加させてもよい。
【００１５】
中空部１１４は、エポキシ樹脂，シリコーン，フッ素樹脂等の樹脂が充填されている。これらの樹脂に蛍光体粒子を含有させて光変換機能を付加させてもよい。また、樹脂材料に替えて、Ｎ２（窒素）や希ガス等の不活性ガスを充填してもよいし、シリコンオイル等の絶縁性の液体を充填してもよい。この場合、ガス又は液体の漏れを防止する為に、気密封止することが好ましい。
【００１６】
可撓性フレキシブル基板１６は、図３に示すように、Ｃｕ（銅）等の金属箔１６Ｂにポリイミド，液晶ポリマー，結晶性ポリマー等の可撓性フィルム１６Ａを挟み込んだ構造を有している。外部との接続部は可撓性フィルム１６Ａが除去され、はんだ等の導電部材との接合性を向上させるために、金属箔１６Ｂから順にＮｉ／Ａｕ等のメタライズ部が形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、表面に外部接続部１６１ａ，ＬＥＤランプ搭載部１６１ｂ，ツェナダイオード搭載部１６１ｃを備えた配線１６１が形成されている。更に、ＬＥＤランプ搭載部１６１ｂ間には、ＬＥＤランプ１１の凸部１１１ａを金属ベース１３と接触させるための貫通孔１２ｂが形成されている。これにより、ＬＥＤランプ１１の放熱性を向上させることができる。
【００１７】
可撓性フレキシブル基板１６にＬＥＤランプ１１及びツェナダイオード２１を実装する為の導電材料としては、Ａｇ等の金属を樹脂に含有させた金属ペースト、Ａｕ等の軟金属、ＡｕＳｎ，ＡｕＧｅ，ＡｕＳｉ等のはんだが挙げられる。これらの中で、接合工程が簡便であるはんだを用いることが好ましい。
【００１８】
放熱部材１８は、シリコーングリスや金属含有両面シート等からなる。
【００１９】
金属ベース１３は、Ａｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅）等の金属からなる。ＬＥＤランプモジュール１００の軽量化を図る際にはＡｌを用い、熱伝導性の向上を図る際にはＣｕを用いることが好ましい。
【００２０】
カバー１２は、ＴｉＯ２（二酸化チタン），ＢａＳＯ４（硫酸バリウム）等の白色顔料を含有させたＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂，アミド系樹脂，液晶ポリマー等の樹脂材料から形成されている。そして、図１（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、カバー１２の上面の中央部に上面方向に広がる傾斜面が形成された窪みを有し、ＬＥＤランプの光取出面を覆わない為に貫通孔が設けられている。この窪みは、底部においてＬＥＤランプを押圧してＬＥＤランプの放熱性を向上させると共に、傾斜面において、ＬＥＤランプからの発光光を配光制御の役割を果たす。また、カバーの一側方には、ＬＥＤランプモジュール１００を外部と電気的に接続させる為に可撓性フレキシブルの外部接続部を覆わないように２つの切欠部１２ｃが形成されている。更に、図１（ａ）に示すように、可撓性フレキシブル基板の位置ズレを防止する為に、ＬＥＤランプ搭載部の近傍を押圧するための突起１２ｄが形成されている。尚、傾斜面の反射性を向上させるために、メッキによりＡｌ（アルミニウム）等の金属反射膜を傾斜面の外側面に形成することが好ましい。また、金属反射面はカバー１２の外側面の上面全体や外側面の表面全体に形成してもよい。
【００２１】
尚、本ＬＥＤランプモジュール１００は、ネジ１７を用いてカバー１２と金属ベース１３を係止する為、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、カバー１２，可撓性フレキシブル基板１６，金属ベース１３の各々にネジ用貫通穴１２ａ，１６ａ及びネジ穴１３ａが形成されている。
係止の形態は、リベット，ボルトナット等カバー１２と金属ベース１３を係止することができるものであれば、代替することが可能であるが、係止の状態を簡単に調節できるネジを用いることが好ましい。
【００２２】
上記のＬＥＤランプモジュールの製造方法について、図４を参照しながら、以下に説明する。
【００２３】
先ず、図４（ａ）に示す金属ベース１３を用意し、図４（ｂ）に示す可撓性フレキシブル基板１６を放熱部材１８により接着する。次に、可撓性フレキシブル基板１６のＬＥＤランプ実装部１６１ｂ及びツェナダイオード実装部１６１ｃに、はんだを介してＬＥＤランプ１１及びツェナダイオード２１を各々搭載し、リフロー炉に通すことにより、これらを可撓性フレキシブル基板１６に固定する。この際、ＬＥＤランプ１１の凸部１１１ａは放熱部材との熱的接合されつつ、可撓性フレキシブル基板１６と電気的に接続される。最後に、図１（ｂ）に示すように可撓性フレキシブル基板１６の外部接続部１６１ａと図４（ｂ）に示すカバー１２の切欠部１２ｃが対応するように対向させ、ネジ１７にカバー１２と金属ベース１３とをネジ１７により固定してＬＥＤランプモジュール１００が完成する。
【００２４】
尚、可撓性フレキシブル基板１６のＬＥＤランプ実装部１６１ｂ及びツェナダイオード実装部１６１ｃに、ＬＥＤランプ１１及びツェナダイオード２１に固定した後に、金属ベース１３に可撓性フレキシブル基板１６を接着してもよい。また、この場合、金属ベース１３に可撓性フレキシブル基板１６を必ずしも接着しなくてよい。
【００２５】
このような本発明の実施の形態のＬＥＤランプモジュールでは、可撓性フレキシブル基板にＬＥＤランプが実装されるので、セラミックパッケージと金属ベースとの熱膨張率差により生じる応力を吸収される。そのため、導電部材にかかる応力が大幅に低減する。また、ＬＥＤランプが金属ベースに熱的に接続され、さらにカバーにより金属ベースに押圧されているので、ＬＥＤチップからの発熱を十分に放熱することができる。これらにより、信頼性が高く、高品質のＬＥＤランプモジュールを得ることができる。また、ネジを用いて、ＬＥＤランプを押圧するため、押圧度合いを簡単に調整することができるため、モジュール設計の自由度が増す。更に、ＬＥＤランプを押圧すると共に、カバーに形成された突起が可撓性フレキシブル基板を押圧するため、可撓性フレキシブル基板の位置ズレを防止することができる。
【００２６】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
上記の実施の形態では、青色発光ＬＥＤチップと黄色変換蛍光体の組合わせについて説明したが、本発明はこれに限らず、青色発光ＬＥＤと緑色発光蛍光体及び赤色発光蛍光体の組合わせや、紫外発光ＬＥＤと青色発光蛍光体，緑色発光蛍光体及び赤色発光蛍光体の組合わせ等、その他の組合わせのＬＥＤランプについても適用できる。
また、上記の発明では、ＧａＮ系半導体発光素子について説明したが、緑色光，黄色光や赤色光を発光するＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子を用いてもよい。
更に、上記の実施の形態では、１つのＬＥＤランプを実装したＬＥＤランプモジュールを形成したが、複数のＬＥＤランプを実装したＬＥＤランプモジュールに対しても、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態のＬＥＤランプモジュールの説明図であり、図１（ａ）は、ＬＥＤランプモジュールの側面透視図であり、図１（ｂ）は、ＬＥＤランプモジュールの上面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態を用いるＬＥＤランプの断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態のＬＥＤランプとフレキシブル基板の接合部の拡大断面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施形態のＬＥＤランプモジュール用いる構成部材の上面図であり、図４（ａ）は金属ベースの上面図であり、図４（ａ）はフレキシブル基板、フレキシブル基板に搭載するＬＥＤランプ及びツェナダイオードの上面図であり、図４（ｂ）はカバーの上面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    ＬＥＤチップ
１１    ＬＥＤランプ
１２    カバー
１２ａ    ネジ用貫通穴
１２ｂ    貫通孔
１２ｃ    切欠部
１２ｄ    突起
１３    金属ベース
１３ａ    ネジ穴
１５    はんだ
１６    可撓性フレキシブル基板
１６Ａ    可撓性フィルム
１６Ｂ    金属箔
１６Ｃ    メタライズ部
１６ａ    ネジ用貫通穴
１６ｂ    貫通孔
１７    ネジ
１８    放熱部材
２１    ツェナダイオード
１１１    セラミックパッケージ
１１１ａ    凸部
１１１ｂ    多層配線
１６１    配線
１６１ａ    外部接続部
１６１ｂ    ＬＥＤランプ実装部
１６１ｃ    ツェナダイオード実装部
【図１】
0005104385.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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