JP2009094322A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置100は、発光素子が配設された発光部10と、発光部10が上面に載置されて発光素子と電気的に接続される導電性部材が配設された絶縁性基板20と、絶縁性基板20の直下に配置されたヒートシンク(放熱部材)30と、導電性部材に接続された少なくとも一対のリード端子40a,40bとを備え、リード端子40a,40bは、ヒートシンク(放熱部材)30の直上に配置され、導電性部材に接合される接合端子部と、外部配線回路と接続されるリード先端部と接合端子部との間を折曲して連絡する折曲部とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
特許文献4に記載された発光装置は、LEDと、LEDの支持機能、電気的接続機能および放熱機能を有した部分的に厚みが異なる一対のリードフレームと、これらリードフレームの一部を包み込むように形成された熱可塑性樹脂等の埋込樹脂とを主要な構成として備えている。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光装置100の構成を示す斜視図、図2は、その発光装置100の側面図、図3は、発光装置100の平面図、図4は、発光装置100におけるリード端子の機能を説明する概念図である。
絶縁性基板20は、平面視で略矩形形状をしており、主面側および裏面側にそれぞれ配線パターン(図示せず)が形成されている。そして、絶縁性基板20は、図3に示すように、主面側に、素子載置面(上面)21と、端子接続面22a,22bと、隔壁23と、キャビティ24とを備えている。素子載置面(上面)21は、絶縁性基板20の最上面であり、この素子載置面(上面)21には、発光素子11と電気的に接続される導電性部材がパターン形成されている。端子接続面22a,22bは、絶縁性基板20の一端側(図3において左側)に、素子載置面(上面)21より低い位置に形成された段差部の上面であり、この端子接続面22a,22bには、リード端子40a,40bの接合端子部41a,41bと電気的に接続される導電性部材(電極を含む)がパターン形成されている。端子接続面22a,22bと素子載置面(上面)21との段差は、端子接続面22a,22bに接続されたリード端子40a,40bの上面が素子載置面(上面)21よりも低くなるかまたは同程度となるように形成されている。2つの端子接続面22a,22bは、隔壁23によって仕切られており、それぞれの配線パターンは互いに絶縁されている。
この導電性部材は、カソード電極とアノード電極とされ、絶縁性基板の上面から下面まで連続的に形成されている。この導電性部材の配線パターンは、発光素子11の個数、種類、大きさなどにより、適宜変更することができる。導電性部材の材料は、導電性を有していれば特に限定されず、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、タングステン、クロム、チタン、コバルト、モリブデンやこれらの合金などが挙げられる。また、導電性部材の最表面は、搭載する発光素子11からの光に対して高い反射率を有する部材にて被覆されていることが好ましい。絶縁性基板20の上面に形成された導電性部材の大部分は、透光性部材にて被覆されていることが好ましく、これにより発光装置の劣化を抑制することができる。また、表面に露出している導電性部材には、酸化防止膜が形成されていることが好ましい。
絶縁性基板20にセラミック基板を用いる場合、耐熱性に優れることから、高強度の接着が可能な硬ロウ接合や共晶接合にて、絶縁性基板20とヒートシンク30とを固着することができる。例えば、銀と銅の合金を主原料とする銀ロウや、銅と亜鉛の合金が主材料である真鍮ロウ、アルミニウムが主原料であるアルミニウムロウ、ニッケルロウなどを用いることができる。これによりヒートシンク30と絶縁性基板20との熱膨張係数差による残留応力を緩和することができる。
絶縁性基板20は、その表面に配線パターンの上から金属膜を有することが好ましく、金属膜を設けることによりさらに信頼性を高めることができる。発光側に形成される金属膜は、少なくとも最表面がクロムや銀などの高光反射性金属で構成されていることが好ましく、これにより、発光素子11の発光した光の取り出し効率を高めることができるという効果を奏することができる。また、金属膜の表面を、銀色または白色にする表面処理等によって鏡面状態に仕上げることによっても同様の効果を得ることができる。さらに、実装側に形成される金属膜は、少なくとも最表面が金やステンレスなどの酸化防止性金属で構成されていることが好ましい。
図1および図3に示すように、ヒートシンク(放熱部材)30は、用いられる材料が、熱伝導性に優れた金属を主原料とする金属材であれば特に限定されず、銅やアルミニウム、銀、金などを好適に用いることができる。また、例えば、無酸素Cu、CuMo、CuW、Mg、Mg合金等を材料として構成されることが特に好ましい。ヒートシンク30は、図2に示すように、大別して、絶縁性基板20の下面より僅かに狭い大きさの上面を有する上段のブロック30aと、絶縁性基板20よりも幅広な下段のブロック30bとから形成されている。ヒートシンク30は、下段のブロック30bにおいて、絶縁性基板20から離間した位置に固定部31を備えると共に、上段のブロック30aにおいて、絶縁性基板20と接合する基板接合面を備えている。
リード端子40a,40bは、ヒートシンク(放熱部材)30の上段のブロック30aの直上に配置され前記導電性部材(電極)に接合される接合端子部41a,41bと、外部配線回路(図示せず)と接続されるリード先端部42a,42bと、接合端子部41a,41bとリード先端部42a,42bとの間を折曲して連絡する折曲部43a,43bとで構成されている。
図1および図3に示すように、発光部10は、絶縁性基板20の上面に形成された配線パターン(図示せず)にダイボンド部材(図示せず)にて固定された発光素子11と、主発光面を上向きにして固定された発光素子11を被覆する封止部材12とを備えている。
発光素子11は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体から成るLED等から構成される。LEDの場合にLEDチップ(ダイス)は、絶縁性基板20に対して例えばFD(Face Down)共晶で載置することができる。
封止部材12は、例えば、蛍光物質を含有した熱硬化性樹脂ベースの複合材料で構成されており、発光装置100の色調調整を行うものである。また、封止部材12は、発光素子11を、外力や埃、水分などから保護すると共に、発光素子11の耐熱性、耐候性、耐光性を良好なものとする。また、封止部材12には、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させたり、配光や色ムラを制御する目的で拡散材やフィラーを含有させたりすることができる。
発光素子11は、基板上に、例えば、GaAlN、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlN、InN、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、例えば、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としてもよい。
ダイボンド部材は、発光素子11と、絶縁性基板20の表面に設けられた配線パターンとを固定させるための部材であり、これらを接着可能な部材であれば特に限定されない。特に、熱引きを考慮すると、ダイボンド部材は、Agペースト、カーボンペースト、ITO(indium tin oxide)ペーストあるいは金属バンプ等を用いることが好ましい。特に、発熱量の多いパワー系発光装置の場合、融点が高いことから高温下にて組織的構造が変化することが少なく力学特性の低下が少ないAu−Sn系の共晶はんだを用いることが好ましい。
封止部材12に用いられる透光性部材を構成する具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。高密度に発光素子11を配置させた場合は、熱衝撃による各部材間の接合破壊を抑制するために、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらを組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。また、透光性部材中には、視野角をさらに増やすために拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。さらに、発光素子11からの光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光物質を含有させることもできる。
発光装置100は、図2に示すように、リード端子40の下面47bとヒートシンク30の下面30cとがほぼ同一平面上となるように形成されていることから、接着部材を介さずに回路基板等の平面200へ直接実装しても、リード端子40の下面47bと回路基板等の平面200とを容易に接触させることができる。また、ネジ穴を有する回路基板上に発光装置100を直接載置し、ヒートシンク30の固定部31からネジを締めることにより、発光装置100を回路基板上に固定することができる。これにより、発光装置100を外部に固定する際に、必ずしもはんだを利用する必要がない。はんだを利用しないで、ヒートシンク30の固定部31によって、ネジまたはリベットで外部に固定する場合には、高温で加熱するリフロー工程を省略することができる。そのため、高温で加熱されることに起因した絶縁性基板20の割れを防止できると共に、発光素子11や蛍光体を含んだ封止部材12等の他の構成部材が高温により劣化することを防止できる。その結果、信頼性に優れて歩留まりを向上させることのできる高品質の発光装置が得られる。なお、発光装置100は、はんだ等の接着部材を介して回路基板等の平面200へ実装してもよいことはもちろんである。
この第1実施形態に係る発光装置100においては、リード端子40a,40bの接合端子部41a,41bが、ヒートシンク(放熱部材)30の上段のブロック30aの直上に配置されている。これによって、発光時の発熱や製造時の加熱に伴って、放熱部材と基板との熱膨張率の差に起因して生じる応力をヒートシンク(放熱体)30に逃がすことができる。このため、絶縁性基板20の強度を向上(クラックを防止)させることができる。さらに、リード端子40a,40bにおいて、接合端子部41a,41bと、リード先端部42a,42bとの間が、折曲部43a,43bによって折曲して連絡されている。この折曲部43a,43bによって、リード端子40a,40bは、外部から加わる応力に対して柔軟性および弾性を持つ。そのため、図4に示すように、発光装置100を実装基板等に実装する際に、リード端子40a,40bに外部から機械的応力が加わった場合、その外部からの応力を折曲部43a,43bが折曲することによって緩和し、リード端子40a,40bから応力が、直接、絶縁性基板20に伝わることを抑制し、絶縁性基板20にクラックが発生するのを防止することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る発光装置について説明する。
図5は、本発明の第2実施形態に係る発光装置101の構成を示す斜視図である。
図5に示す発光装置101は、リード端子40a、40bの折曲部50a,50bが、横折曲部45a,45bから上方に折曲した縦折曲部48a,48bを有する以外は、前記の第1実施形態の発光装置100と同様の構成を有するものである。したがって、以下、主として折曲部50a,50bについて説明し、発光部10、絶縁性基板20、ヒートシンク(放熱部材)30、その他の部材等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態に係る発光装置について説明する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る発光装置102の構成を示す斜視図である。
図6に示す発光装置102は、リード端子40a、40bが、接合端子部41a,41bと、リード先端部42a,42bと、接合端子部41a,41bとリード先端部42a,42bとの間を折曲して連絡する折曲部60a,60bとで構成されている。また、折曲部60a,60bは、引出し部44a,44bと、引出し部44a,44bから下方に折曲した縦折曲部49a,49bで構成されている。すなわち、折曲部60a,60bには、横折曲部は存在していない。ここで、リード先端部42a,42bは、折曲部60a,60bの縦折曲部49a,49bから伸びた部分を指している。そして、発光装置102は、折曲部60a,60bおよびリード先端部42a,42b以外は、前記の第1実施形態の発光装置100と同様の構成を有するものである。したがって、以下、主として折曲部60a,60bについて説明し、発光部10、絶縁性基板20、ヒートシンク(放熱部材)30、その他の部材等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図7は図1に示した発光装置と実装用基板とを接続するコネクタの一例を示す斜視図、図8は図7に示したa−a線の断面矢視図である。図8に示すように、コネクタ300は、実装用基板210に接触する板状の金属部材310と、この金属部材310の上に載置される発光装置100の周囲を覆うように設けられる非金属部材320とを備えている。金属部材310は、例えば、発光装置100のヒートシンク30と同様な部材から構成される。この金属部材310は、発光装置100のヒートシンク30の固定部31に対応して板面の中心軸上に設けられたねじ穴311と、このねじ穴311を通る中心軸の両側の対称な位置に設けられた溝状のねじ穴312とを備えている。
例えば、リード端子の個数、リード端子40a,40bの接合端子部41a,41b、リード先端部42a,42b、絶縁性基板20の素子載置面(上面)21と、端子接続面22a,22bと、隔壁23と、キャビティ24の形状、配置場所、さらには、絶縁性基板20への発光部10の載置箇所、発光部10に配置される発光素子11の個数、配置形状、ヒートシンク(放熱部材)30の上段のブロックおよび下段のブロックの形状などを、発光装置を実装するコネクタ等に応じて、種々変形した構成とすることができる。また、ヒートシンク(放熱部材)30の基板接合面は、全体が1つの接合領域であるものとしたが、横方向やマトリックス状に複数の接合領域に分割されていてもよいし、接合領域の形状も限定されない。また、この基板接合面の接合領域の外周の一部は、絶縁性基板20の底面の外周と一致していてもよい。
10 発光部
11 発光素子
12 封止部材
20 絶縁性基板
21 素子載置面
22a,22b 端子接続面
23 隔壁
24 キャビティ
30 ヒートシンク(放熱部材)
31,31A 固定部
40a,40b リード端子
41a,41b 接合端子部
42a,42b リード先端部
43a,43b 折曲部
44a,44b 引出し部
45a,45b 横折曲部
46a,46b 縦折曲部
47a,47b 下面
48a,48b 縦折曲部
49a,49b 縦折曲部
50a,50b 折曲部
60a,60b 折曲部
51 保護素子
52 モールド樹脂
200 平面
210 実装用基板
211 ねじ穴
300 コネクタ
310 金属部材
311,312 ねじ穴
320 非金属部材
321 本体用ホルダ
322 端子用ホルダ
400 コネクタ
410 差込口
Claims (7)
- 発光素子が配設された発光部と、前記発光部が上面に載置され、前記発光素子と電気的に接続される少なくとも一対の電極が配設された絶縁性基板と、前記絶縁性基板の直下に配置された放熱部材と、前記少なくとも一対の電極に接続された少なくとも一対のリード端子とを備える発光装置であって、
前記リード端子は、前記放熱部材の直上に配置され前記電極に接合される接合端子部と、外部配線回路と接続されるリード先端部とを有し、前記リード先端部と前記接合端子部との間を折曲して連絡する折曲部を有することを特徴とする発光装置。 - 前記折曲部が、前記接合端子部から前記絶縁性基板の外側に向けて前記上面と平行に延設された引出し部と、前記引出し部から上方または下方に折曲して前記リード先端部に連絡する縦折曲部とを有することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記折曲部が、前記接合端子部から前記絶縁性基板の外側に向けて前記上面と平行に延設された引出し部と、前記引出し部から折曲して前記上面の面方向と平行に延設された横折曲部と、前記横折曲部から上方または下方に折曲して前記リード先端部に連絡する縦折曲部とを有することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 少なくとも一対の前記リード端子は、一方のリード端子の横折曲部と、他方のリード端子の横折曲部とが、相互に反対方向に離間するように延設されていることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 前記放熱部材は、前記絶縁性基板の水平方向における一端側から延設された位置にネジまたはリベットが挿通して外部との固定が可能な固定部を有し、
前記リード端子は、前記絶縁性基板の水平方向における他端側に配列されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記放熱部材の固定部は、前記放熱部材の下に配設される外部部材に対してネジまたはリベットで固定可能なU字形状の溝であることを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
- 前記リード先端部の下面が、前記放熱部材の下面とほぼ同一平面上になるように形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
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