(57)【要約】【課題】  基板に搭載されたＬＥＤの発光量の向上が困難であった。【解決手段】  本発明に係る混成集積回路装置は、少なくとも表面が絶縁処理された金属基板と、前記金属基板の表面に形成された電極と、前記電極の表面に形成された光沢のある金属皮膜と、を含んで構成され、前記電極は、絶縁領域を介して電気的に分離された複数の領域を有し、前記領域は、発光素子の裏面電極が固着された第１領域と、前記発光素子の表面電極と接続手段を介して電気的に接続される第２領域と、を有し、前記金属皮膜は、前記絶縁領域上には形成されないこと、を特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が絶縁処理された金属基板と、
前記金属基板の表面に形成された電極と、
前記電極の表面に形成された光沢のある金属皮膜と、を含んで構成され、
前記電極は、絶縁領域を介して電気的に分離された複数の領域を有し、
前記領域は、発光素子の裏面電極が固着された第１領域と、前記発光素子の表面電極と接続手段を介して電気的に接続される第２領域と、を有し、
前記金属皮膜は、前記絶縁領域上には形成されないこと、を特徴とする混成集積回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の混成集積回路装置であって、
前記金属皮膜は、Ｎｉ又はＡｕを含んで構成されること、を特徴とする混成集積回路装置。
【請求項３】
請求項２に記載の混成集積回路装置であって、
前記電極は、Ｃｕを主成分とすること、を特徴とする請求項２に記載の混成集積回路装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の混成集積回路装置であって、
前記金属基板は、Ａｌを主成分とすること、を特徴とする混成集積回路装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の混成集積回路装置であって、
前記金属基板は、光反射性を有する絶縁皮膜によって、前記第１領域及び前記第２領域及びその近傍を除く全面が覆われていること、を特徴とする混成集積回路装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の混成集積回路装置であって、
前絶縁皮膜は、半田レジストからなること、を特徴とする混成集積回路装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の混成集積回路装置であって、
前記絶縁領域は、スリットによって形成されていること、を特徴とする混成集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混成集積回路装置であり、特に発光素子を複数個実装させた光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず光を大量に照射する必要がある場合、一般には電灯等が用いられている。しかし、軽薄短小および省電力を目的として、図４の様にプリント基板１に発光素子２を実装させる場合がある。
【０００３】
この発光素子は、半導体で形成された発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が主ではあるが、他に半導体レーザ等も考えられる。
【０００４】
この発光ダイオード２は、２本のリード３，４が用意され、一方のリード３には、発光ダイオードチップ５の裏面（カソード電極またはアノード電極）が半田等で固着され、他方のリード４は、前記チップ表面の電極（アノード電極またはカソード電極）と金属細線６を介して電気的に接続されている。また前記リード３，４、チップ５および金属細線６を封止する透明な樹脂封止体７がレンズも兼ねて形成されている。
【０００５】
一方、プリント基板１には、前記発光ダイオード２に電源を供給するために、電極８，９が設けられ、ここに設けられたスルーホールに前記リードが挿入され、半田等を介して前記発光ダイオード２が電気的に接続されている。
【０００６】
例えば、特開平９−２５２６５１号公報には、この発光ダイオードを用いた光照射装置が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２５２６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した発光素子２は、樹脂封止体７、リード３，４等が組み込まれたパッケージで成るため、実装された基板１のサイズ、重量が大きくなり、また基板自身の放熱性が劣るため、全体として温度上昇を来す問題があった。そのため、半導体チップ自身も温度上昇し、駆動能力が低下する問題があった。
【０００９】
また発光ダイオード５は、チップの側面からも光が発光し、基板１側にも向かう光が存在する。しかし基板１がプリント基板でなるため、全ての光を上方に発射させる効率の高い発射ができない問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これに鑑み、本発明に係る混成集積回路装置は、少なくとも表面が絶縁処理された金属基板と、前記金属基板の表面に形成された電極と、前記電極の表面に形成された光沢のある金属皮膜と、を含んで構成され、前記電極は、絶縁領域を介して電気的に分離された複数の領域を有し、前記領域は、発光素子の裏面電極が固着された第１領域と、前記発光素子の表面電極と接続手段を介して電気的に接続される第２領域と、を有し、前記金属皮膜は、前記絶縁領域上には形成されないこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上の説明から明らかなように、金属基板を採用することで光照射装置の照射量を大幅に増大させることができる。しかもレンズを採用すれば更に照射量を増大できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態である混成集積回路装置の図である。
【図２】図１のレンズを二段にした時の図である。
【図３】図１の発光素子の実装形態を説明する図である。
【図４】従来の混成集積回路装置を説明する断面図である。
【図５】図１の発光ダイオードを直列接続にした図である。
【図６】図５の混成集積回路装置を採用した回路を説明する図である。
【図７】図６の定電流回路を金属基板に実装した図である。
【図８】レンズの有無による光量を説明する図である。
【図９】金属基板による光量増大を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態について、その概略を図１を参照しながら説明する。
【００１４】
まずプレスにより打ち抜かれた金属から成る混成集積回路基板１１がある。この混成集積回路基板１１は、Ａｌ、ＣｕやＦｅ等の導電材料が用いられる。
【００１５】
ここで混成集積回路基板として金属基板を用いた理由は、以下の点からである。第１の点は、発光素子から発生する熱を効率良く外部に放出できることである。この点により、発光素子の温度上昇を防止でき、駆動能力を向上させることができる。詳しくは図８にて説明する。第２の点は、基板の平坦性から、上方に向かって発光される光以外の光を効率よく反射させて上方へ向かわせることができることである。また第３の点は、実装上のビス止め孔加工、放物面等の湾曲加工性等に優れるからである。
【００１６】
本発明では、加工性、軽量性が考慮されてＡｌが採用される。この場合、その表面は、絶縁性向上から、陽極酸化により酸化物が形成され、この上に絶縁性樹脂１２が形成される。また前記酸化膜は省略されても良い。
【００１７】
また電極１３、１４は、例えばＣｕを主材料とした箔より成り、配線、ランド、ボンデイング用のパッド、外部リード用の固着パッド等として機能し、第１の電極１３にはベアチップ状の発光ダイオード１５が設けられる。ここで発光ダイオードチップ１５の裏面は、カソード電極タイプとアノード電極タイプの２種類があり、図１では、カソード電極タイプである。これは直流電源の向きを変えるだけで、アノード電極タイプも実現できる。
【００１８】
そして金属基板を照射装置として機能させるため、発光ダイオード１５を複数個点在させている。この発光ダイオード１５の駆動回路は、別の基板で実現しているが、これら駆動回路を金属基板１１に実装させても良い。この場合、基板の周辺、特に角部およびその近傍に配線、ランド、ボンデイング用のパッド、外部との電気的接続パッド等がパターニングされ、配線間はチップコンデンサ、チップ抵抗および印刷抵抗等の部品、トランジスタ、ダイオード、ＩＣ等が設けられる。ここでは、パッケージされた素子が実装されても良いが、ベアチップの方が、実装面積を少なくでき、反射面の面積をより広く取ることができる。これらは、全てを総称して回路素子と呼ぶ。
【００１９】
この回路素子はロウ材や導電ペースト等を介して電気的に固着され、印刷抵抗は、スクリーン印刷等で形成されても良い。また中には、前記半導体チップと配線を電気的に接続するため、チップ上の電極とボンディング用パッドとの間には金属細線が電気的に接続され、パッドには、必要があれば、半田を介して外部リードが電気的に接続されている。また実装上の問題から、基板の両側に少なくとも２個のビス止め孔が設けられる場合もある。
【００２０】
また金属基板１１上のＣｕのパターンは、絶縁性のフレキシブルシートに貼り合わされ、このフレキシブルシートが混成集積回路基板に貼り合わされても良い。
【００２１】
前述したとおり、金属基板１１の全面には絶縁性樹脂１２の膜が被着され、図では、前述した駆動回路が実装されない為、金属基板１１を二分するように二つの電極１３、１４が設けられている。もちろんショートが考慮され、スリットＳＬが設けられてお互いを離間している。
【００２２】
またこの第１の電極１３、第２の電極１４の表面にはＮｉが被着されている。Ｃｕの酸化防止、および酸化により光反射効率が低下するため、比較的酸化されにくく、光反射性に優れ、また金属細線とのボンディング性が良いためである。またＮｉの他には、Ａｕが考えられる。従って、金属基板１１全域は、実質光沢性のある前記金属が被着され、酸化性雰囲気にさらさせれも光反射板として機能する優れた基板となる。
【００２３】
一方、発光ダイオード１５は、第１の電極１３とのコンタクト抵抗が考慮され、図３の様に固着領域のＮｉ１８が取り除かれ、銀ペースト等の導電ペーストや半田等のロウ材１６を介してＣｕと電気的に固着される。また発光ダイオード１５表面の電極と第２の電極１４は、金属細線１７を介して接続される。一般に、金属細線としてＡｌが採用される場合は、超音波ボンディングによりＮｉと接続することができる。
【００２４】
更には、少なくとも発光ダイオード１５を封止するように光透過性の樹脂が設けられる。これはレンズ１９として機能するものであり、光の集光効率を高めるため凸状に形成されている。レンズ１９の材料は、透明樹脂であれば良く、ここではシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が採用される。どちらも加熱硬化型で、加熱硬化時の粘度が小さいため、好ましい半球形状に安定して形成できない問題がある。シリコーン樹脂は、元々液状で、加熱硬化時もその粘度は、あまり変わらない。またエポキシ樹脂は、加熱硬化時にその粘度が低下する。どちらにしても安定したレンズ形状が難しいため、図１のように、発光ダイオード１５を囲むように、流れ防止手段２０を形成している。
【００２５】
エポキシ樹脂は、熱により徐々に黄変するが、シリコーン樹脂は、この変色が少ない。またエポキシ樹脂は、濡れ性が良く、逆にシリコーン樹脂は、はじきやすい。また硬化後のシリコーン樹脂は、ゴム状またはゲル状であり、エポキシ樹脂に比べて回路素子の接続手段である金属細線へのストレスが少ない。
【００２６】
例えば、流れ防止手段としてシリコーン樹脂を使うと、ここに貯められた樹脂（シリコーン樹脂やエポキシ樹脂）は、はじきやすく表面張力によりレンズ状に形成される。逆にエポキシ樹脂を流れ防止手段として使用すると濡れ性が良いため、レンズ形状になりにくい。よってここでは、流れ防止手段としてシリコーン樹脂を採用し、この中に更にシリコーン樹脂を塗布し、約１００度〜１５０度で仮硬化し、再度１５０度１時間で完全硬化させてレンズを形成している。
【００２７】
図１では、レンズのサイズが小さいために、金属細線１７の途中から第２の電極１４まで前記樹脂で覆わず構成しているが、図２、図３の様に完全に覆っても良い。完全に覆えば、金属細線の接続部の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
更には、図２のように、レンズを２段に形成しても良い。これはレンズの指向性を高めるために形成されている。ここでは、二段に形成するため、第１のレンズ２１、第２のレンズ２２は、ともに濡れ性の少ないシリコーン樹脂が採用されている。特に第２のレンズ２２は、第１のレンズ２１と濡れ性が悪くないとレンズ形状が実現できないからである。
【００２９】
この場合、シリコーン樹脂から成る流れ防止手段２０にシリコーン樹脂を凸状に塗布し、レンズ形状を維持しながら、約１００度〜１５０度、３０秒程度で仮硬化し、更にこの上に第２のレンズとしてシリコーン樹脂を塗布する。この際も、仮硬化を行い、条件は前回と同じである。そして最後に約１５０度、１時間で完全硬化を行う。
【００３０】
このように二段のレンズにすると、発射される光の指向性が優れ、光の発射効率が向上する。また両者共に、光が通過するため、フィラーは、混入されない方がよい。
【００３１】
一方、通称半田レジストと呼ばれる樹脂膜を電極１３、１４を含み全面に形成することがある。この場合、できるだけ光沢性のある膜を選択すれば、Ｎｉと同様に反射膜として活用できる。ただし、発光ダイオードの固着領域、金属細線の接続部は、取り除かれる。透明であれば、Ｎｉが主たる反射剤として機能し、色が付いているようならば、できるだけ反射効率の優れた白から成る膜が好ましい。
【００３２】
以上、図１は、第２の電極１４の表面がＮｉを採用しているため、金属細線１７のコンタクト抵抗がばらつく。従って、数ある発光ダイオード１５の内、コンタクト抵抗の少ない発光ダイオードに電流が集中し、特定の発光ダイオードが異常に明るかったり、また破壊に至ったりする問題があった。
【００３３】
そのため図５のように、電極３０と電極３１との間に発光ダイオード１５…を直列接続させ、発光ダイオード１５…に通過する電流値を一定にさせた。
【００３４】
電極３０、電極３１との間には、１０枚の電極が形成され、電極３２に発光ダイオードのカソード電極（またはアノード電極）と成るチップ裏面を固着し、アノード電極（またはカソード電極）と電極３０を金属細線１７で接続している。また電極３３に二番目の発光ダイオードのチップ裏面を固着し、チップ表面の電極と電極３２を金属細線３４で接続している。つまりカソード電極（またはアノード電極）となるチップ裏面が固着された金属基板上の電極は、次の発光ダイオードのアノード電極（またはカソード電極）から延在された金属細線と接続されている。この接続形態を繰り返して直列接続が実現されている。この場合も、銅箔から成る電極を反射板とするため、表面にはＮｉが被覆され、基板全域を実質反射板とするために、右の電極３０から左の電極３１までの１２個の電極で完全に覆われるようにパターニングされている。もちろん印加される電圧が考慮され、それぞれが電気的に分離される最小幅のスリットＳＬが形成される。
【００３５】
この構造によれば、直列接続された発光ダイオードのそれぞれに流れる電流は、同じ値を取るので、全ての発光ダイオードは、同じように光る。
【００３６】
ところが、途中のどれかが破壊され、電流が流れなくなると、全ての発光ダイオードは、発光を停止してしまう。
【００３７】
そのため、図６の様に、整流回路４０から延在されたＶcライン４１とＧＮＤライン４２との間に図５の基板を並列接続させている。しかも発光ダイオードが直列接続されて実装された基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２…を別途金属基板や他の実装基板に複数枚実装し、それぞれの基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２…に定電流回路Ｃ１、Ｃ２が設けられている。
【００３８】
この定電流回路は、一例であり、他の回路でも良い。図では、Ｔｒ１のコレクタが電極３１と接続され、エミッタは、抵抗Ｒ２を介してＧＮＤライン４２と接続されている。またＴｒ１のコレクタとベースの間には、抵抗Ｒ１が接続されている。そしてベースとＧＮＤライン４２との間には、ツェナーダイオード４３が接続されている。
【００３９】
Ｖcラインから基板ＳＵＢ１を通過する電流Ｉは、Ｖz＝ＶBE+Ｉ＊Ｒ２の関係式からＩ＝（Ｖz−ＶBE）／Ｒ２と導き出される。またこの定電流回路は、Ｖcライン４１と電極３０との間に形成しても良い。更には定電流回路Ｃ１、Ｃ２…は、外付けでも、基板に実装されても良い。
【００４０】
以上、発光ダイオードが直列接続された金属基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２は、前記定電流回路により、電流値が決められるため、ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の全ての発光ダイオードの明るさは、統一される。またＳＵＢ１の発光ダイオードの内、どれかが破壊しても、残りの基板ＳＵＢ２…が並列接続されているので、照射装置としてその機能を維持することができる。
【００４１】
図７は、概略図であるが、金属基板に前記定電流回路が実装された例を示すものである。図６の電極３１を二つの電極５０、５１に分け、その間に定電流回路に必要な配線パターンを形成し、必要な素子が実装されている。Ｔｒ１、ツェナーダイオード４３は、実装効率、放熱性が考慮され、ベアチップで実装される方がよい。また抵抗は、チップ抵抗や印刷抵抗で実現できる。もちろん、電極３０側に定電流回路を実装しても良い。
【００４２】
尚、定電流回路を図１の並列回路に組み込んでも良い。しかしこの場合、各発光ダイオードそれぞれに形成する必要があるため、金属基板のサイズの拡大、及びコストの面で不利である。
【００４３】
次に、流動性の透明樹脂が固化されて形成されたレンズの特性を、図８を参照しながら説明する。
【００４４】
図８は、左からレンズを形成しないもの、レンズを一段〜三段で形成したものの光量（ｍＷ）を調べたものである。レンズを構成する透明樹脂は、シリコーンで、塗布する際のエアー圧は、１．５Ｋｇｆ／ｃｍで、一段目は、１．３秒、二段目は、０．３秒、三段目は０．１秒吐出して形成されている。また光量の測定条件は、以下の様である。測定器は、アンリツのｏｐｉｃａｌ  ｓｅｎｓｅｒ  ＭＡ９４２２Ａで、測定波長は、６３３ｎｍ、測定電流は、５０ｍＡである。
【００４５】
レンズが付いていない状態で、平均２．２２ｍＷの光量あった。またレンズが一段から三段へと形成されると、その上昇率は、１８０％、１８５％、２０５％となった。従ってレンズを少なくとも１段設けることで、光量が増加することが判る。続いて、金属基板を使う理由について、図９を参照しながら説明する。左のＹ軸は光量を示し、発光ダイオードに５０ｍＡを流した時の光量を１００とし、算出したものである。右のＹ軸は、発光ダイオードの表面温度（度Ｃ）を示す。またＸ軸は、発光ダイオードに流れる電流（ｍＡ）を示す。三角の点で示されたカーブは、プリント基板上に実装された発光ダイオードの表面温度を示し、×印で示したカーブは、金属基板上に実装された発光ダイオードの表面温度を示す。また菱形で示すカーブは、金属基板上に実装された発光ダイオードの光量を示すものである。
【００４６】
これらのカーブから、発光ダイオードの表面温度が、約８０〜１００度Ｃを越えると、駆動電流を大きくしても、その光量は増加せず、逆に減少することが判る。つまりこの表面温度に成る駆動電流よりも多く流すと、増加した分損失が増えてしまい、効率が悪くなるため、この温度にならない駆動電流で発光ダイオードを駆動する必要がある。更に前記約８０〜１００度Ｃの表面温度における駆動電流で最高の輝度を実現できことも判る。
【００４７】
特に約２５０ｍＡの電流を流すと、プリント基板上の発光ダイオードの表面温度は、２３６度程度になるが、金属基板上の発光ダイオードの表面温度は、８５．８度Ｃと非常に低いことが判る。従って、金属基板を採用すれば、発光ダイオードの表面温度を大幅に低くすることができ、その分発光ダイオードの駆動電流を流せると同時に、発光ダイオードから発射される光量も増大できる事が判る。よって、金属基板を採用し、更にレンズを採用することにより更に光量を増大できる特徴を有する。
【符号の説明】
【００４８】
１１  金属基板、１３  第１の電極、１４  第２の電極、１５  発光ダイオード、１９  レンズ。
【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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【図８】
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【図９】
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