JP2020126930A - Ｌｅｄ及びそれを用いたｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ上でアルミリボンのセカンドボンディングを行っても、電極と発光部とを接続する配線を傷つけることがないＬＥＤ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ１４のボンディング電極１８，１９は、長方形であり、長手方向が隣接するサブマウント基板１４ａの一辺と平行になっている。このとき、ボンディング電極１４ｂと発光部２０との間に隙間１８ｂ、１９ｂが確保される。アルミリボン２１をセカンドボンディングする際、アルミリボン２１を切断する刃の長手方向とボンディング電極１８，１９の長手方向が一致し、刃がサブマウント基板１４ａに触れても、隙間１８ｂ、１９ｂ又は隙間１８ｂ，１９ｂの近傍のボンディング電極１８、１９を傷つけるだけで済むように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、サブマウント基板の上面に電力供給用の電極を有するＬＥＤ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置に関し、さらに詳しくは、この電極にアルミリボン等の帯状の金属片を取り付け、この金属片を介してサブマウント基板上に実装されたＬＥＤダイに電力が供給されるＬＥＤ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置に関する。

ヘッドライトの光源として使用されるＬＥＤは、放熱を効率よく行うため、電力供給用の電極を含めて上面にのみ電極を有するサブマウント基板を採用することが多い。例えば、特許文献１の図７には、サブマウント基板（ＬＥＤ基板４０）の上面に実装されたＬＥＤダイ（発光ダイオード）及び上面の一辺に沿って形成された電極（陽極及び陰極４１）を備えたＬＥＤ（４）を、銅などの高い熱伝導率を有する材料からなる金属基板（ヒートスプレッダ３）上に実装したＬＥＤ発光装置（モジュール式照明組立体）が記載されている。当然ながら、このＬＥＤ（４）は、電極（４１）を介して外部から電力を供給される必要がある。

これに対し、特許文献１に記載されたＬＥＤ発光装置は、さらに、回路基板（ＰＣＢ基板９０）を備え、回路基板（９０）上の電極とＬＥＤ（４）の電極（４１）とを帯状の金属片（ワイヤ結合８）で接続している。すなわち、このＬＥＤ発光装置は、回路基板に取り付けられたコネクタ（電気コネクタ２１）を介して、帯状の金属片（８）からＬＥＤ（４）に電力を供給している。

この帯状の金属片は、一般に、銅やアルミニウムからなる。とくに、アルミニウムからなる金属片（以下「アルミリボン」という）は、金を使ったワイヤボンディングに比べ安価及び低抵抗であるため、ヘッドライト用のＬＥＤ発光装置に採用される前から、パワー半導体などの電気的接続に広く使用されてきた。このアルミリボンによる接続方法は、例えば、特許文献２の図１７〜２１に示されている。

特表２０１４−５２４６４０号公報（図７） 特開２０１２−２０４５２５号公報（図７〜２１）

ＬＥＤ発光装置において、アルミリボンを接続部材とする場合、ＬＥＤを小型化するためには、接続部の面積を小さくできるセカンドボンディングをＬＥＤ上で行うのが好ましい。しかしながら、セカンドボンディングは、アルミリボンをカットする工程が含まれているため、このカット時に、電極と発光部とを接続するサブマウント基板上の配線を傷つけたり切断したりする恐れがある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ＬＥＤ上でアルミリボンのセカンドボンディングを行っても、電極と発光部とを接続するサブマウント基板上の配線を傷つけることがないＬＥＤ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明のＬＥＤは、サブマウント基板と、前記サブマウント基板の上面に設けられた発光部と、前記サブマウント基板の上面周辺部に設けられたボンディング電極とを備えたＬＥＤにおいて、前記ボンディング電極は、前記サブマウント基板の一辺に沿って長手方向に設けられ、長手方向の端部に配線を備え、前記配線は、前記発光部と接続されることを特徴とする。

本発明のＬＥＤでは、略長方形のボンディング電極の長手方向が隣接するサブマウント基板の一辺と略平行になっている。このとき、ボンディング電極と発光部の間に、金属パターンのない隙間が確保される。この電極形状により、アルミリボンをセカンドボンディングする際、アルミリボンを切断する刃の長手方向とボンディング電極の長手方向が一致し、たとえ刃がサブマウント基板に触れても、前記隙間又は前記隙間の近傍のボンディング電極を傷つけるだけで済む。この結果、ボンディング電極の長手方向の端部に設けられ、ボンディング電極と発光部とを接続する配線は切断を免れる。

上記課題を解決するため本発明のＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤと、前記ＬＥＤを実装するとともに前記ＬＥＤに電力を供給する電源配線が形成された回路基板とを備えたＬＥＤ発光装置において、前記ＬＥＤは、サブマウント基板を備え、前記サブマウント基板の上面に発光部が設けられているとともに、前記サブマウント基板の上面周辺部にボンディング電極が設けられ、前記ボンディング電極は、前記サブマウント基板の一辺に沿って長手方向に設けられ、長手方向の端部に配線を備え、前記配線は、前記発光部と接続され、前記電源配線と前記ボンディング電極は、アルミリボンで接続され、前記アルミリボンは、ファーストボンディングで前記電源配線と接続され、セカンドボンディングで前記ボンディング電極と接続されることを特徴とする。

以上のように、本発明のＬＥＤ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置では、サブマウント基板の上面において、アルミリボンの延長方向にはボンディング電極と発光部とを接続する配線が存在しないため、サブマウント基板上でアルミリボンを切断しても、ボンディング電極と発光部とを接続する配線は傷つけられることがない。

本発明の実施形態として示すＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置に含まれるＬＥＤの平面図である。 図４に示すＬＥＤの回路図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置と筐体との関係を示す斜視図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置をヘッドライトに組み込んだ場合の模式図である。

以下、図１〜７を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。説明のため部材の縮尺は適宜変更している。（）には特許請求の範囲に記載した発明特定事項を示す。

図１は、本発明の実施形態として示すＬＥＤ発光装置１０の平面図である。図１に示すように、ＬＥＤ発光装置１０は、樹脂基板１２と放熱基板１３（「インレイ」ともいう）からなる回路基板１１（「インレイ基板」ともいう）、樹脂基板１２上に実装されたコネクタ１５、及び放熱基板１３上に実装されたＬＥＤ１４を備えている。樹脂基板１２には
、電源配線１６とネジ穴１７が形成されている。放熱基板１３は、樹脂基板１２に枠取りされるようにして回路基板１１の一部を占める。ＬＥＤ１４からは、サブマウント基板１４ａと、白色樹脂枠１４ｂ及び白色樹脂枠１４ｂの内側の領域である発光部２０を占める蛍光樹脂１４ｃが観察される。サブマウント基板１４ａ上のボンディング電極１８、１９と樹脂基板１２上の電源配線１６とは、アルミリボン２１で接続されている。

アルミリボン２１とサブマウント基板１４ａとの接続部には、図の横方向に延びた長方形のボンディング電極１８、１９が形成されており、その一部分がアルミリボン２１の両脇（図中、アルミリボン２１の上端部幅方向）から観察される。ボンディング電極１８の右端及びボンディング電極１９の左端には、それぞれ配線１８ａ及び配線１９ａが形成されている。

図２は、図１に示すＡＡ´線に沿うＬＥＤ発光装置１０の断面図である。図２に示すように、放熱基板１３は、樹脂基板１２と同じ厚さで、樹脂基板１２の開口１２ａに嵌め込まれている。ＬＥＤ１４は、図示していない接着剤で放熱基板１３に直接的に実装されている。ＬＥＤ１４に含まれるサブマウント基板１４ａの上面には、白色樹脂枠１４ｂが積層しているとともに、複数のＬＥＤダイ１４ｄが実装されている。発光部２０では、蛍光樹脂１４ｃがサブマウント基板１４ａの表面及びＬＥＤダイ１４ｄを被覆している。

図３は、図１に示すＢＢ´線に沿うＬＥＤ発光装置１０の断面図である。図３では、断面に加えアルミリボン２１及びコネクタ１５のピン１５ａを描き加えている。図３に示すように、ＬＥＤ１４は、サブマウント基板１４ａの端部が、白色樹脂枠１４ｂから延出し、段部を形成している。アルミリボン２１は、サブマウント基板１４ａの段部と樹脂基板１２の表面との間で、ボンディング電極１８（図１参照）と一方の電源配線１６（図１参照）、及びボンディング電極１９（図１参照）と他方の電源配線１６（図１参照）を立体的に接続している。

樹脂基板１２は、厚さが１．１ｍｍであり、ベース材がガラスエポキシ基板である。放熱基板１３は、厚さが１．１ｍｍであり、銅からなる。アルミリボン２１は、厚さが数１００μｍ、幅が０．８ｍｍ程度の帯状材料であり、長さが３〜４ｍｍ程度である。

一般に、ファーストボンディングでは、すでに切断されているため状態が悪くなっているアルミリボンの端部を使って接続をとるため、当該接続部を長くとる（この端部において２か所で接続をとる場合もある）。これに付合するよう、図１では、ファーストボンディングである電源配線１６とアルミリボン２１の接続部（概ね、電源配線１６とアルミリボン２１の重なっている部分）の長さ（図の縦方向）を、ボンディング電極１８、１９とアルミリボン２１との接続部（概ね、ボンディング電極１８、１９とアルミリボン２１の重なっている部分）の長さより長く描いている。なお、セカンドボンディングは、切断されていないため状態が良いアルミリボンの一部分を使って接続をとるため、接続部を短くできる。

図４は、ＬＥＤ発光装置１０に含まれるＬＥＤ１４の平面図である。前述のように、ＬＥＤ１４の上面からは、サブマウント基板１４ａと、白色樹脂枠１４ｂ（及び発光部２０）を占める蛍光樹脂１４ｃが観察される。白色樹脂枠１４ｂ及び発光部２０から露出したサブマウント基板１４ａ(図２では段部と呼んでいた部分)には、ボンディング電極１８、１９と配線１８ａ、１９ａが形成されている。ボンディング電極１８、１９は、長方形であり、長手方向が、隣接するサブマウント基板１４ａの一辺に沿って延びている。ボンディング電極１８、１９の長手方向の端部には、配線１８ａ、１９ａが形成されている。この配線１８ａ、１９ａは白色樹脂枠１４ｂの下を通り、ボンディング電極１８、１９と発光部２０内のＬＥＤダイ１４ｄ（図２参照）とを接続する。ボンディング電極１８、１９
と発光部２０（白色樹脂枠１４ｂと読み替えても良い）の間には、金属パターンのない隙間１８ｂ、１９ｂが存在する。

サブマウント基板１４ａは、ベース材がアルミナからなる白色のセラミクスであり、上面に、Ｃｕ上にＮｉ、Ａｕを積層した金属膜からなる配線が形成されている。白色樹脂枠１４ｂは、サブマウント基板１４ａからの高さが０．５ｍｍ程度であり、酸化チタンの微粒子を混練した白色のシリコーン樹脂からなる。発光部２０においてＬＥＤダイ１４ｄ（図２参照）やサブマウント基板１４ａの表面を被覆する蛍光樹脂１４ｃは、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等の蛍光体を混練したシリコーン樹脂からなる。ＬＥＤダイ１４ｄは、平面サイズが０．６ｍｍ×０．６ｍｍ程度の青色発光ダイオードである。

図５は、ＬＥＤ１４の回路図である。図に示すように、発光部２０（図４参照）には５個のＬＥＤダイ１４ｄが直列接続したＬＥＤ列１４ｅが配置されている。ＬＥＤ列１４ｅに含まれる初段のＬＥＤダイ１４ｄのアノードは、配線１９ａを介してボンディング電極１９に接続する。同様に、ＬＥＤ列１４ｅに含まれる最終段のＬＥＤダイ１４ｄのカソードは、配線１８ａを介してボンディング電極１８に接続する。ボンディング電極１８、１９の間には、ＬＥＤ列１４ｅとは逆方向に保護用のツェナーダイオード１４ｆが接続されている。

次に、図６と図７により、ＬＥＤ発光装置１０を自動車のヘッドライトに使用する場合について説明する。

図６は、ＬＥＤ発光装置１０の斜視図であり、図中、熱伝導シート４３と自動車のヘッドライトを構成する筐体の一部分であるヒートシンク４１を書き添えた。なお、円筒状の貫通穴であるネジ穴１７、４２の曲面を示すため、それぞれ５本の縦線を書き加えている。

図６に示すように、ＬＥＤ発光装置１０は、ネジ穴１７とヒートシンク４１のネジ穴４２を使って、ネジ（図示せず）でヒートシンク４１に固定される。このとき、ＬＥＤ発光装置１０とヒートシンク４１の間に熱伝導シート４３を挟み込み、熱伝導シート４３を介してＬＥＤ発光装置１０とヒートシンク４１を密着させる。

図７は、ＬＥＤ発光装置１０をヘッドライト４０に組み込んだ場合の模式図である。図７に示すように、ヘッドライト４０は、ＬＥＤ発光装置１０を搭載し、筐体の一部分となるヒートシンク４１と、反射鏡４４と、投射レンズ４５とを備えている。なお、反射鏡４４及び投射レンズ４５を支持する筐体は図示していない。ＬＥＤ発光装置１０の発光は、反射鏡４４で図の右方向に反射され、投射レンズ４５で遠方に投射される。

ＬＥＤ発光装置１０では、アルミリボン２１を使用するのにあたり、ＬＥＤ１４を小型化するため、ＬＥＤ１４に含まれるサブマウント基板１４ａ上でセカンドボンディングを行っていた。セカンドボンディングは、小さな接続領域で済む一方、接続後アルミリボンを刃で切断する必要がある。この切断でＬＥＤ１４上の配線１８ａ、１９ａが影響されないよう、ＬＥＤ発光装置１０では、ＬＥＤ１４の接続部分において、ボンディング電極１８、１９を、長方形とし、その長手方向が隣接するサブマウント基板１４ａの一辺と平行にしていた。また、ＬＥＤ発光装置１０は、ボンディング電極１８、１９をこの形状にすることにより、ボンディング電極１８、１９と発光部２０（白色樹脂枠１４ｂと読み替えても良い）との間に、金属パターンのない隙間１８ｂ、１９ｂを確保した。

したがって、アルミリボン２１をセカンドボンディングする際、アルミリボン２１を切
断する刃の長手方向とボンディング電極１８、１９の長手方向が一致するため、たとえ刃がサブマウント基板１４ａに触れても、この隙間１８ｂ、１９ｂ、又はこの隙間１８ｂ、１９ｂの近傍のボンディング電極１８、１９を傷つけるだけで済み、ボンディング電極１８、１９と発光部２０とを接続する配線１８ａ、１９ａは切断を免れる。

１０…ＬＥＤ発光装置、
１１…回路基板、
１２…樹脂基板、
１２ａ…開口、
１３…放熱基板、
１４…ＬＥＤ、
１４ａ…サブマウント基板、
１４ｂ…白色樹脂枠、
１４ｃ…蛍光樹脂、
１４ｄ…ＬＥＤダイ、
１４ｅ…ＬＥＤ列、
１４ｆ…ツェナーダイオード、
１５…コネクタ、
１５ａ…ピン、
１６…電源配線、
１７、４２…ネジ穴、
１８、１９…ボンディング電極、
１８ａ、１９ａ…配線、
１８ｂ、１９ｂ…隙間、
２０…発光部、
２１…アルミリボン、
４０…ヘッドライト、
４１…ヒートシンク、
４３…熱伝導シート、
４４…反射鏡、
４５…投射レンズ。

Claims (2)

1. サブマウント基板と、前記サブマウント基板の上面に設けられた発光部と、前記サブマウント基板の上面周辺部に設けられたボンディング電極とを備えたＬＥＤにおいて、
   前記ボンディング電極は、前記サブマウント基板の一辺に沿って長手方向に設けられ、長手方向の端部に配線を備え、
   前記配線は、前記発光部と接続される
   ことを特徴とするＬＥＤ。
2. ＬＥＤと、前記ＬＥＤを実装するとともに前記ＬＥＤに電力を供給する電源配線が形成された回路基板とを備えたＬＥＤ発光装置において、
   前記ＬＥＤは、サブマウント基板を備え、前記サブマウント基板の上面に発光部が設けられているとともに、前記サブマウント基板の上面周辺部にボンディング電極が設けられ、
   前記ボンディング電極は、前記サブマウント基板の一辺に沿って長手方向に設けられ、長手方向の端部に配線を備え、
   前記配線は、前記発光部と接続され、
   前記電源配線と前記ボンディング電極は、アルミリボンで接続され、
   前記アルミリボンは、ファーストボンディングで前記電源配線と接続され、セカンドボンディングで前記ボンディング電極と接続される
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。