JP2024049863A - 発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱性に優れる発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法を提供する。【解決手段】発光装置用基板100は、第1面10aに第1領域10a1と第2領域10a2とを有する放熱材10と、第2領域10a2と直接接触する金属部材20と、金属部材20の上面20aに配置される配線基板30と、を備え、第1領域10a1と第2領域10a2とは同一面であり、金属部材20は第1開口1を有しており、配線基板30は第2開口2を有しており、平面視において、第1開口1及び第2開口2内に前記第1領域10a1がある。【選択図】図1C
Description
本開示は、発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法に関する。
従来、放熱性を向上させるため、発光部品の下方に放熱材を配置した発光装置が知られている。例えば、特許文献1には、貫通孔が形成された金属ベースと、貫通孔に設けられた金属ブロックと、金属ブロックの上面側に設けられた半導体素子と、を備える半導体パッケージが開示されている。また、特許文献2には、金属板と、絶縁層付金属ブロックと、金属ブロックの上面の素子実装領域に固着されたパワー半導体素子と、を備えるパワー半導体モジュールが開示されている。
本開示は、放熱性に優れる発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法を提供することを課題とする。
本開示の実施形態に係る発光装置用基板は、第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、前記第2領域と直接接触する金属部材と、前記金属部材の上面に配置される配線基板と、を備え、前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、前記金属部材は第1開口を有しており、前記配線基板は第2開口を有しており、平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域がある。
本開示の実施形態に係る発光装置は、前記発光装置用基板と、前記第1領域に配置される発光部品と、を含む。
本開示の実施形態に係る発光装置用基板の製造方法は、第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、前記第2領域と直接接触する金属部材と、を有する放熱基板、及び、配線基板を準備することと、前記金属部材の上面に前記配線基板を配置することと、を含み、前記準備することにおいて、前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、前記金属部材は第1開口を有しており、前記配線基板は第2開口を有しており、前記配線基板を配置することにおいて、平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域が配置されるように前記金属部材の上面に前記配線基板を配置する。
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、前記発光装置用基板の製造方法で発光装置用基板を製造することと、前記第1領域に発光部品を配置することと、を含む。
本開示に係る実施形態によれば、放熱性に優れる発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法を提供することができる。
<実施形態>
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張又は簡略化していることがある。また、実施形態について、「覆う」とは直接接する場合に限らず、間接的に、例えば他の部材を介して覆う場合も含む。また、「配置する」とは直接接する場合に限らず、間接的に、例えば他の部材を介して配置する場合も含む。本明細書において「平面視」とは、発光装置の発光面である上面側から観察することを意味する。また、「厚さ」とは、放熱材の第2面(下面)側から放熱材の第1面(上面)側への垂直方向の厚さである。
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張又は簡略化していることがある。また、実施形態について、「覆う」とは直接接する場合に限らず、間接的に、例えば他の部材を介して覆う場合も含む。また、「配置する」とは直接接する場合に限らず、間接的に、例えば他の部材を介して配置する場合も含む。本明細書において「平面視」とは、発光装置の発光面である上面側から観察することを意味する。また、「厚さ」とは、放熱材の第2面(下面)側から放熱材の第1面(上面)側への垂直方向の厚さである。
〈発光装置用基板及び発光装置〉
まず、実施形態に係る発光装置用基板の一例について説明した後、実施形態に係る発光装置の一例について説明する。
まず、実施形態に係る発光装置用基板の一例について説明した後、実施形態に係る発光装置の一例について説明する。
図1Aは、実施形態に係る発光装置の一例を示す模式平面図である。図1Bは、図1Aの一部の一例を示す模式平面図である。図1Cは、図1BのIC-IC線における模式切断部端面図である。図1Dは、実施形態に係る発光装置用基板と発光部品との関係を示す模式斜視図である。図1Eは、実施形態に係る発光部品の一部の一例を示す模式平面図である。図1Fは、図1Cの一部の一例を示す模式切断部端面図である。
[発光装置用基板]
発光装置用基板100は、第1面10aと、第1面10aと反対側の第2面10bと、第1面10aと第2面10bとに連続する側面10cと、を有し、第1面10aに第1領域10a1と第1領域10a1の周囲の少なくとも一部にある第2領域10a2とを有する放熱材10と、第2領域10a2と直接接触する金属部材20と、金属部材20の上面20aに配置される配線基板30と、を備える。そして、第1領域10a1と第2領域10a2とは同一面であり、金属部材20は第1開口1を有しており、配線基板30は第2開口2を有しており、平面視において、第1開口1及び第2開口2内に前記第1領域10a1がある。放熱材10が金属部材20に配置されたものを放熱基板という。
発光装置用基板100は、第1面10aと、第1面10aと反対側の第2面10bと、第1面10aと第2面10bとに連続する側面10cと、を有し、第1面10aに第1領域10a1と第1領域10a1の周囲の少なくとも一部にある第2領域10a2とを有する放熱材10と、第2領域10a2と直接接触する金属部材20と、金属部材20の上面20aに配置される配線基板30と、を備える。そして、第1領域10a1と第2領域10a2とは同一面であり、金属部材20は第1開口1を有しており、配線基板30は第2開口2を有しており、平面視において、第1開口1及び第2開口2内に前記第1領域10a1がある。放熱材10が金属部材20に配置されたものを放熱基板という。
発光装置用基板100は、更に放熱材10と金属部材20とを固定する接合部材40を備えていてもよい。
放熱材10は、発光装置200から出る熱を放出する部材である。放熱材10は、例えば、直方体の形状である。放熱材10は、第1面10aに、第1領域10a1と、第1領域10a1の周囲にある第2領域10a2と、を有する。第1領域10a1は発光部品50が配置される領域である。また、一例として、第1領域10a1は第1開口1及び第2開口2から外部に露出する領域を含む。第2領域10a2は金属部材20が配置される領域であり、一例として、放熱材10の第1面10aにおいて放熱材10と金属部材20とが対面する領域である。第1領域10a1と第2領域10a2とは同一面であることが好ましい。このような構成であれば、放熱材10の第1面10aが平坦となり、放熱材10を製造し易くなる。なお、同一面とは、例えば、放熱材10の厚さ方向における第1領域10a1と第2領域10a2との差が30μm以下であるものとし、好ましくは0.3μm以下、より好ましくは0.03μm以下であるものとする。又は、金属部材20の厚さが、放熱材10の厚さと鍔部21の厚さとの合計の5%以内であってもよい。
放熱材10の材料は、セラミックス、グラファイト、銅とグラファイトとの焼結材、銅とダイヤモンドとの焼結材、又は、銀とダイヤモンドとの焼結材のうちのいずれか一種以上を含むことが好ましい。これらの材料であれば、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。なかでも、金属層70との密着性の観点から、銅を含有する材料 であることがより好ましい。また、金属部材20の材料に銅又は銅やアルミニウムを主成分とする合金を用いることで、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。
放熱材10の熱伝導率は、接合部材40の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これにより、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。例えば、放熱材10の熱伝導率は、接合部材40の熱伝導率よりも、20W/m・K以上高いことが好ましく、50W/m・K以上高いことがより好ましく、80W/m・K以上高いことが更に好ましい。
放熱材10は、熱伝導率が90W/m・K以上1700W/m・K以下であることが好ましい。放熱材10の熱伝導率が90W/m・K以上であれば、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。放熱性の向上の観点から、放熱材10の熱伝導率は、より好ましくは200W/m・K以上、更に好ましくは800W/m・K以上、より一層好ましくは1000W/m・K以上である。一方、放熱材10の熱伝導率が1700W/m・K以下であれば、材料を準備し易く、放熱材10の製造が容易である。放熱材10の製造を容易とする観点から、放熱材10の熱伝導率は、より好ましくは1500W/m・K以下、更に好ましくは1300以下W/m・K以下である。
放熱材10の厚さT1は、例えば、100μm以上1000μm以下である。
金属部材20は、厚さ方向において、第1内径D1と、第1内径D1より内径が小さい第2内径D2と、を備える貫通孔25を有する。そして、金属部材20は、第1内径D1の第1内側面20d1と、第2内径D2の第2内側面20d2と、第1内側面20d1と第2内側面20d2とに連続する内平面20eと、を有している。なお、内径とは、例えば平面視で長方形の場合は、長方形の内側における長辺の長さ及び短辺の長さを意味する。すなわち、金属部材20は、平面視で、第1内側面20d1で囲まれる領域の面積が第2内側面20d2で囲まれる領域の面積よりも大きく、第1内側面20d1で囲まれる領域内に第2内側面20d2で囲まれる領域が収まるように貫通孔25が形成されている。
金属部材20は、水平方向において、放熱材10の第2領域10a2側に延出する鍔部21を有する。金属部材20の第2内径D2は、発光部品50を配置するための第1開口1に相当する。また、金属部材20の内平面20eは、放熱材10の第2領域10a2と直接接触している。金属部材20の内平面20eと、放熱材10の第2領域10a2と、が他の部材を介さずに直接接触することで、発光部品50からの熱が放熱材10に伝わり、放熱材10の熱が鍔部21を介して金属部材20に伝わり易くなる。これにより、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。
金属部材20の材料は、銅又は銅を主成分とする合金であることが好ましい。金属部材20の材料が銅又は銅を主成分とする合金であれば、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。金属部材20に銅を使用する場合、銅の純度は99質量%以上をいう。銅を主成分とする合金とは、銅を70質量%以上若しくは80質量%とし、銀やアルミニウム、マグネシウム等を含む第2金属を30質量%以下若しくは20質量%以下とする合金をいう。また、金属部材20の材料は、アルミニウムを主成分とする合金であってもよい。アルミニウムを主成分とする合金とは、アルミニウムを70質量%以上若しくは80質量%とし、銀や銅、マグネシウム等を含む第2金属を30質量%以下若しくは20質量%以下とする合金をいう。金属部材20としては、例えば、銅板や、銅やアルミニウムを主成分とする合金板を用いることができる。
金属部材20の熱伝導率は、放熱材10の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これにより、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。例えば、金属部材20の熱伝導率は、放熱材10の熱伝導率よりも、100W/m・K以上高いことが好ましく、200W/m・K以上高いことがより好ましく、250W/m・K以上高いことが更に好ましい。金属部材20の熱伝導率は、例えば、180W/m・K以上420W/m・K以下であることが好ましい。
金属部材20の熱伝導率は、放熱材10の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これにより、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。例えば、金属部材20の熱伝導率は、放熱材10の熱伝導率よりも、100W/m・K以上高いことが好ましく、200W/m・K以上高いことがより好ましく、250W/m・K以上高いことが更に好ましい。金属部材20の熱伝導率は、例えば、180W/m・K以上420W/m・K以下であることが好ましい。
金属部材20の厚さT2(つまり、金属部材20の下面20bから金属部材20の上面20aまでの厚さ)は、例えば、200μm以上2000μm以下である。鍔部21の厚さは、100μm以上1500μm以下である。鍔部21の厚さが100μm以上であれば、鍔部21の強度を保持したり、放熱性を高めたりすることができる。また鍔部21の厚さを1500μm以下とすることで、薄型化を実現することができる。金属部材20の厚さは、放熱材10の厚さと鍔部21の厚さとの合計と同一であることが好ましい。
放熱材10の第2面10bと、金属部材20の下面20bと、は同一面であることが好ましい。このような構成であれば、発光装置200の下面が平坦となる。これにより、例えば、発光装置200をヒートシンク等の部材に配置した際に、発光装置200からの熱を効率良く外部に放出することができる。平坦とは、放熱材10の第2面10bと金属部材20の下面20bとの段差が30μm以下であることをいう。
接合部材40は、放熱材10と金属部材20とを固定する部材である。接合部材40は、例えば、導電性ペーストが硬化した部材であり、金属溶融接合型、低温焼結型、金属粉と樹脂混合型の材料等が用いられる。接合部材40は、接合信頼性の観点から、金属溶融接合型の材料であることが好ましい。接合部材40の材料は、銀、銅、錫、ビスマス、及び、樹脂を含むことが好ましい。接合部材40がこのような材料であれば、接合部材40の熱伝導性がより向上し、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。
接合部材40は、放熱材10の側面10cと、金属部材20の第1内側面20d1と、の間の全ての部位に配置されていることが好ましい。これにより、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。
接合部材40は、放熱材10の側面10cと、金属部材20の第1内側面20d1と、の間の全ての部位に配置されていることが好ましい。これにより、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。
接合部材40は、金属を含み、金属部材20と接する第1金属反応層41及び放熱材10と接する第2金属反応層42を備えることが好ましい。第1金属反応層41は、接合部材40に含まれる金属と金属部材20の成分とが反応して生成した層である。発光装置用基板100は、接合部材40が第1金属反応層41を有することで、接合部材40と金属部材20との密着性が向上すると共に、接合部材40の熱が金属部材20に伝わり易くなり、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。第2金属反応層42は、接合部材40に含まれる金属と放熱材10の成分とが反応して生成した層である。発光装置用基板100は、接合部材40が第2金属反応層42を有することで、接合部材40と放熱材10との密着性が向上すると共に、放熱材10の熱が接合部材40に伝わり易くなり、発光装置用基板100の放熱性がより向上する。
配線基板30は、第1面31aと、第1面31aと反対側の第2面31bと、を有する絶縁基材31と、配線32と、を含む。配線基板30は、接続端子37を含むものであってもよい。また、配線基板30は、被覆部材33を含むものであってもよい。
配線32は、絶縁基材31の第1面31aに配置される第1配線321と、絶縁基材31の第2面31bに配置される第2配線322と、を含む。また、絶縁基材31は、第1配線321と、第2配線322と、を電気的に接続する箇所に基板用貫通孔35を有している。基板用貫通孔35の平面視形状は、円が好ましく、楕円や、長方形等の多角形とすることもできる。基板用貫通孔35には、例えば、銅めっきにより銅が配置されており、第1配線321と第2配線322と電気的に接続している。
配線32は、絶縁基材31に埋め込まれている。これにより、配線32と絶縁基材31との密着性が向上する。配線32は、厚さ方向の一部が絶縁基材31に埋め込まれていてもよいし、厚さ方向の全部が絶縁基材31に埋め込まれていてもよい。また、配線32は、絶縁基材31に埋め込まれていなくてもよい。
配線基板30は、ワイヤ60を電気的に接続するための接続端子37を有する。接続端子37は、配線基板30を構成する配線の一部であるものとする。接続端子37は、第1接続端子371と、第2接続端子372と、第3接続端子373と、を含む。第1接続端子371は、平面視で長方形の1枚の端子用金属層であり、第1開口1及び第2開口2の2つの長辺の一側において第1開口1及び第2開口2の長辺に沿って配置されている。第2接続端子372は、複数の端子用金属層からなり、第1開口1及び第2開口2の2つの長辺の他側において第1開口1及び第2開口2の長辺に沿って並んで配置されている。第3接続端子373は、第1開口1及び第2開口2を囲むように配置された端子用金属層であり、グランド配線である。
絶縁基材31としては、ガラスエポキシ、又は、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマーが挙げられる。なお、ガラスエポキシとしては、1枚又は複数枚のガラスクロスにエポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂を含浸させて硬化させた板状のガラスエポキシを用いることができる。ガラスエポキシとしては、例えば、FR-4が挙げられる。絶縁基材31の厚さT3(つまり、配線32が形成されていない部位における絶縁基材31の厚さ)は、例えば、25μm以上1000μm以下である。
配線32及び接続端子37は、金属材料を用いることができ、例えば、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、ロジウム、金、チタン、白金、パラジウム、モリブデン、クロム、タングステン等の単体金属又はこれらの金属を含む合金を好適に用いることができる。第1配線321及び第2配線322の厚さは、それぞれ、例えば、18μm以上35μm以下である。第1接続端子371、第2接続端子372、及び、第3接続端子373の厚さは、それぞれ、例えば、12μm以上150μm以下である。
被覆部材33は、絶縁基材31の第1面31a側に配置される第1被覆部材331と、絶縁基材31の第2面31b側に配置される第2被覆部材332と、を含む。第1被覆部材331は、接続端子37の上面を露出させて、絶縁基材31及び第1配線321を覆うように配置されている。第2被覆部材332は、絶縁基材31及び第2配線322を覆うように配置されている。
被覆部材33は絶縁性であり、例えばソルダーレジスト、ポリイミド樹脂、フェニルシリコーン樹脂、ジメチルシリコーン樹脂等である。ソルダーレジストとしては、例えば、エポキシ等の共重合樹脂に溶剤や消泡剤等を混合したものや、酸化チタン等のフィラーを添加して白色化したものを用いることができる。第1被覆部材331及び第2被覆部材332の厚さは、それぞれ、例えば、5μm以上50μm以下である。
配線基板30は、絶縁性の接着部材43を介して金属部材20の上面20aに配置されている。接着部材43は、例えば、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系、イミド系、シリコーン系の材料からなる少なくとも一種を含む樹脂製シートの両面に接着剤が塗布されたボンディングシートである。接着部材43の厚さは、例えば、20μm以上200μm以下である。接着部材43としてボンディングシートを使用する場合は、第2開口2に相当する径が開口されている。第2開口2に相当する径とは、配線基板30を接着する際に、ボンディングシートの樹脂が第2開口2へ溶出しない程度の開口であることが好ましい。
配線基板30は発光部品50を配置するための第2開口2を有しており、平面視において、金属部材20の第1開口1及び配線基板30の第2開口2内に放熱材10の第1領域10a1がある。これにより、発光装置用基板100に発光部品50を配置し易くなる。
配線基板30は発光部品50を配置するための第2開口2を有しており、平面視において、金属部材20の第1開口1及び配線基板30の第2開口2内に放熱材10の第1領域10a1がある。これにより、発光装置用基板100に発光部品50を配置し易くなる。
[発光装置]
次に、実施形態に係る発光装置の一例について説明する。
発光装置200は、発光装置用基板100と、第1領域10a1に配置される発光部品50と、を含む。
また、配線基板30は、配線32を有し、発光装置200は、更に発光部品50と配線32とを電気的に接続するワイヤ60を有することが好ましい。また、発光装置200は、更に発光部品50と放熱材10とを接合する、銀を含む発光部品用接合部材44を有することが好ましい。また、発光装置200は、第1領域10a1において、放熱材10の表面に金属層70があることが好ましい。
次に、実施形態に係る発光装置の一例について説明する。
発光装置200は、発光装置用基板100と、第1領域10a1に配置される発光部品50と、を含む。
また、配線基板30は、配線32を有し、発光装置200は、更に発光部品50と配線32とを電気的に接続するワイヤ60を有することが好ましい。また、発光装置200は、更に発光部品50と放熱材10とを接合する、銀を含む発光部品用接合部材44を有することが好ましい。また、発光装置200は、第1領域10a1において、放熱材10の表面に金属層70があることが好ましい。
発光装置用基板100は前記説明した通りである。
発光部品50は、金属部材20の第1開口1及び配線基板30の第2開口2の位置において、放熱材10の第1領域10a1に配置されている。発光部品50は、金属層70及び発光部品用接合部材44を介して放熱材10の第1領域10a1に配置されている。発光装置200は、金属層70を有することで、放熱材10の第1領域10a1に発光部品50を配置し易くなる。
発光部品用接合部材44としては、例えば、焼結銀ペーストが硬化した部材が挙げられる。発光部品用接合部材44は、銀を含むことで、低温で接合でき、熱伝導性にも優れたものとなる。
金属層70としては、例えば、ニッケル、パラジウム、金、又は、ニッケル、パラジウム、金、銀をこの順に積層した無電解めっきや、スパッタにより、チタン、ルテニウム、金をこの順に積層したもの等が挙げられる。金属層70の厚さは、無電解めっきの場合、例えば、ニッケルが2.0μm以上10μm以下、パラジウムが0.05μm以上2.0μm以下、金が0.03μm以上2.0μm以下、更に銀が0.05μm以上3.0μm以下である。また、スパッタにより形成した場合は、例えば、チタンが0.01μm以上0.2μm以下、ルテニウムが0.02μm以上0.5μm以下、金が0.01μm以上3.0μm以下である。
金属層70としては、例えば、ニッケル、パラジウム、金、又は、ニッケル、パラジウム、金、銀をこの順に積層した無電解めっきや、スパッタにより、チタン、ルテニウム、金をこの順に積層したもの等が挙げられる。金属層70の厚さは、無電解めっきの場合、例えば、ニッケルが2.0μm以上10μm以下、パラジウムが0.05μm以上2.0μm以下、金が0.03μm以上2.0μm以下、更に銀が0.05μm以上3.0μm以下である。また、スパッタにより形成した場合は、例えば、チタンが0.01μm以上0.2μm以下、ルテニウムが0.02μm以上0.5μm以下、金が0.01μm以上3.0μm以下である。
発光部品50は、基板51と、基板51上に配置された発光素子52と、を含んでもよい。基板51は、例えば、AlN、SiC、Si3N4、Siから選択される少なくとも一種を含むサブマウントや、集積回路が内蔵されたSi基板であり、特定用途向け集積回路基板(Application Specific Integrated Circuit基板:ASIC基板)であってもよい。基板51は、平面視で長方形であり、基板51の上面の中央部は、発光素子52が配置される領域となっている。この領域には、発光素子52の集合体5が配置されている。発光素子52の集合体5は、平面視での形状が長方形である。また、基板51の上面には、発光素子52と電気的に接続される複数の電極53が配置されている。複数の電極53は、発光素子52の集合体5の両側において、発光素子52の集合体5の長辺に沿って配置されている。
複数の発光素子52は、基板51の上面の中央部に配置されている。発光素子52は、平面視での形状が正方形又は長方形である。複数の発光素子52は、例えば行列状に配列されている。一例では、上面が正方形の発光素子52が64行256列に配列されており、発光素子52は合計で16384個配置されている。一例では、発光素子52の配列ピッチは45μm以上55μm以下であり、各発光素子52の一辺の長さは40μm以上50μm以下である。発光素子52の配列ピッチは、例えば、平面視で縦方向及び/又は横方向に隣接する発光素子52の中心間の距離である。したがって、隣り合う発光素子52間の距離は5μm以上15μm以下である。また、一例では、発光素子52の厚さは5μm以上10μm以下である。発光素子52は、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)であり、例えば、青色の光を出射する。
なお、発光素子52は、任意の波長の光を出射する素子を選択することができる。例えば、青色や緑色の光を出射する発光素子52としては、ZnSe、窒化物半導体(InxAlyGa1-x-yN、0≦x、0≦y、x+y<1)、又はGaPを用いたものが選択できる。また、赤色の光を出射する発光素子52としては、GaAlAs又はAlInGaPで表される半導体を好適に用いることができる。更に、これら以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子52の組成や発光色は、目的に応じて適宜選択することができる。
発光素子52としては、発光ダイオードの他、例えば、半導体レーザ素子、有機エレクトロルミネッセンス素子等であってもよい。また、発光部品50は、公知の発光素子自体であってもよい。すなわち、発光装置200は、少なくとも発光素子52を含む発光部品50を発光装置用基板100に配置したものの他、発光素子を放熱材10の第1領域10a1に配置したものであってもよい。
発光部品50はワイヤ60と接続するための電極53を有し、発光部品50の電極53の上面と配線の上面との高さの差は、300μm以下であることが好ましい。なお、配線の上面とは、ここでは、配線基板30を構成する配線の一部である接続端子37の上面を意味する。このような構成であれば、ワイヤ60への応力が軽減され、ワイヤ60の状態をより良好に保つことができる。ワイヤ60の状態を良好に保つ観点から、発光部品50の電極53の上面と配線の上面(つまり、接続端子37の上面)との高さの差は、より好ましくは100μm以下、更に好ましくは50μm以下である。発光部品50の電極53の上面と配線の上面(つまり、接続端子37の上面)との高さは同じであることが好ましい。
ワイヤ60は、発光装置用基板100と発光部品50とを電気的に接続するための部材である。ワイヤ60は、第1ワイヤ61と、第1ワイヤ61よりも短い第2ワイヤ62と、を含む。第1ワイヤ61は、配線基板30の第1接続端子371及び第2接続端子372に接続されており、第2ワイヤ62は、配線基板30の第2接続端子372側における第3接続端子373に接続されている。ワイヤ60の材料としては、例えば、金又は銀、銅等が挙げられ、銅の表面に金や銀を被覆したものを用いてもよい。ワイヤ60の直径は、例えば、15μm以上45μm以下である。
発光部品50の熱膨張係数と放熱材10の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であることが好ましい。
また、発光部品50の熱膨張係数と発光部品用接合部材44の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、発光部品用接合部材44の熱膨張係数と放熱材10の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であることが好ましい。
また、発光部品用接合部材44の熱膨張係数と金属層70の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、金属層70の熱膨張係数と放熱材10の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であることが好ましい。
また、発光部品50の熱膨張係数と発光部品用接合部材44の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、発光部品用接合部材44の熱膨張係数と放熱材10の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であることが好ましい。
また、発光部品用接合部材44の熱膨張係数と金属層70の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、金属層70の熱膨張係数と放熱材10の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であることが好ましい。
各部材における熱膨張係数の差が、それぞれ、20×10-6/℃以下であれば、発光装置用基板100に発光部品50を配置する工程での熱衝撃に対する接続信頼性が向上する。接続信頼性を向上させる観点から、各部材における熱膨張係数の差は、それぞれ、18×10-6/℃以下がより好ましく、15×10-6/℃以下が更に好ましい。なお、各規定の下限については、例えば10×10-6/℃以上である。各部材における熱膨張係数の差は、それぞれ、同じであることが好ましい。
〈発光装置用基板の製造方法及び発光装置の製造方法〉
次に、図2A~図3Fを参照して、まず、発光装置用基板の製造方法の一例について説明した後、発光装置の製造方法の一例について説明する。
次に、図2A~図3Fを参照して、まず、発光装置用基板の製造方法の一例について説明した後、発光装置の製造方法の一例について説明する。
なお、各部材の材質や配置等については、前記した発光装置用基板100及び発光装置200の説明で述べた通りであるので、ここでは適宜、説明を省略する。また、ここでは、発光装置用基板100及び発光装置200の構成に関して、適宜、図1A~図1Fを参照する。
図2Aは、実施形態に係る発光装置用基板の製造方法を示すフローチャートである。図2Bは、実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。図3A乃至図3Eは、実施形態に係る発光装置用基板の製造方法の一例を示す模式切断部端面図である。図3Fは、実施形態に係る発光装置の製造方法の一例を示す模式切断部端面図である。
[発光装置用基板の製造方法]
発光装置用基板100の製造方法は、第1面10aと、第1面10aと反対側の第2面10bと、第1面10aと第2面10bとに連続する側面10cと、を有し、第1面10aに第1領域10a1と第1領域10a1の周囲の少なくとも一部にある第2領域10a2とを有する放熱材10と、第2領域10a2と直接接触する金属部材20と、を有する放熱基板6、及び、配線基板30を準備することと、金属部材20の上面20aに配線基板30を配置することと、を含む。そして、準備することにおいて、第1領域10a1と第2領域10a2とは同一面であり、金属部材20は第1開口1を有しており、配線基板30は第2開口2を有しており、配線基板30を配置することにおいて、平面視において、第1開口1及び第2開口2内に第1領域10a1が配置されるように金属部材20の上面20aに配線基板30を配置する。
発光装置用基板100の製造方法は、第1面10aと、第1面10aと反対側の第2面10bと、第1面10aと第2面10bとに連続する側面10cと、を有し、第1面10aに第1領域10a1と第1領域10a1の周囲の少なくとも一部にある第2領域10a2とを有する放熱材10と、第2領域10a2と直接接触する金属部材20と、を有する放熱基板6、及び、配線基板30を準備することと、金属部材20の上面20aに配線基板30を配置することと、を含む。そして、準備することにおいて、第1領域10a1と第2領域10a2とは同一面であり、金属部材20は第1開口1を有しており、配線基板30は第2開口2を有しており、配線基板30を配置することにおいて、平面視において、第1開口1及び第2開口2内に第1領域10a1が配置されるように金属部材20の上面20aに配線基板30を配置する。
具体的には、発光装置用基板100の製造方法は、放熱基板及び配線基板を準備するS101と、配線基板を配置するS102と、を含む。
(放熱基板及び配線基板を準備する)
放熱基板及び配線基板を準備するS101は、放熱材10と、金属部材20と、を有する放熱基板6を準備すると共に、配線基板30を準備するものである。
放熱基板及び配線基板を準備するS101は、放熱材10と、金属部材20と、を有する放熱基板6を準備すると共に、配線基板30を準備するものである。
放熱基板6を準備することにおいて、金属部材20が貫通孔25を有し、貫通孔25は、第1内径D1と、第1内径D1より内径が小さい第2内径D2と、を備え、第1内径D1の第1内側面20d1と、第2内径D2の第2内側面20d2と、第1内側面20d1と第2内側面20d2とに連続する内平面20eと、を有し、内平面20eと第2領域10a2とが直接接触している放熱基板6を製造する。
具体的には、図3A、図3Bに示すように、まず、金属部材20及び放熱材10を準備する。金属部材20の貫通孔25は、例えば、ドリルによる穴開け加工、或いは、パンチング加工、エッチング等により形成することができる。これにより、金属部材20に第1開口1が形成される。放熱材10は、金属部材20の貫通孔25に配置されるように、所望の形状及び大きさに調整する。
次に、図3Cに示すように、金属部材20の内平面20eと、放熱材10の第2領域10a2とが直接接触するように、貫通孔25の第1内径D1が形成された部位に、放熱材10を配置する。
次に、図3Cに示すように、金属部材20の内平面20eと、放熱材10の第2領域10a2とが直接接触するように、貫通孔25の第1内径D1が形成された部位に、放熱材10を配置する。
放熱材10の側面10cと第1内側面20d1との間に接合部材40を配置することが好ましい。すなわち、金属部材20の貫通孔25に放熱材10を配置する際に、接合部材40を用いて金属部材20と放熱材10とを接合することが好ましい。接合部材40は、例えば、金属部材20の貫通孔25に放熱材10を配置した後、硬化後に接合部材40となる導電性ペーストを放熱材10の第2面10b側からスクリーンマスクを用いて印刷により配置する。このとき、放熱材10の第1面10a側に吸着シートを配置して印刷テーブル上に置き、吸引しながら導電性ペーストを配置してもよい。接合部材40は、放熱材10の側面10cと第1内側面20d1との間に導電性ペーストを配置した後、例えば、140℃以上300℃以下の温度、3分以上120分以下の時間の条件で加熱処理して導電性ペーストを硬化させる。これにより、接合部材40が形成されると共に、金属部材20と接する第1金属反応層41及び放熱材10と接する第2金属反応層42が形成される(図1F参照)。
また、図3Dに示すように、配線基板30を準備する。配線基板30は、絶縁基材31の第1面31a及び第2面31bに配線32を配置する。配線32の配置は、例えば、金属材料を絶縁基材31に配置した後、加熱及び加圧することで配置する。また、第1配線321上の所定の位置に、接続端子37を配置する。次に、例えば、ドリルによる穴開け加工、或いは、パンチング加工、レーザ加工等により基板用貫通孔35を形成し、基板用貫通孔35内に銅めっきにより銅を配置する。次に、絶縁基材31の第1面31a側及び第2面31b側に被覆部材33を配置する。被覆部材33の配置は、例えば、スクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷法で行うことができる。また、より精度が必要な場合は光感光性のレジスト材を用いて露光並びに現像することで配置することができる。次に、例えば、ドリルによる穴開け加工、或いは、パンチング加工により、貫通孔である第2開口2を形成する。ただし、基板用貫通孔35を形成する前に第2開口2を形成してもよく、基板用貫通孔35と第2開口2とを同時に形成してもよい。
(配線基板を配置する)
配線基板を配置するS102は、図3Eに示すように、金属部材20の上面20aに配線基板30を配置するものである。配線基板30は、例えば、絶縁性の接着部材43を用いて金属部材20に接合する。接着部材43は、例えば第2開口2を形成する前の配線基板30に配置し、第2開口2を形成する際に、接着部材43も同時に開口を形成する。或いは、接着部材43は、ドリルによる穴開け加工、或いは、パンチンング加工により、予め所望の大きさの開口を形成した後、第2開口2を形成した後の配線基板30に配置してもよい。
配線基板を配置するS102は、図3Eに示すように、金属部材20の上面20aに配線基板30を配置するものである。配線基板30は、例えば、絶縁性の接着部材43を用いて金属部材20に接合する。接着部材43は、例えば第2開口2を形成する前の配線基板30に配置し、第2開口2を形成する際に、接着部材43も同時に開口を形成する。或いは、接着部材43は、ドリルによる穴開け加工、或いは、パンチンング加工により、予め所望の大きさの開口を形成した後、第2開口2を形成した後の配線基板30に配置してもよい。
[発光装置の製造方法]
発光装置200の製造方法は、発光装置用基板100の製造方法で発光装置用基板100を製造することと、第1領域10a1に発光部品50を配置することと、を含む。
具体的には、発光装置200の製造方法は、発光装置用基板を製造するS11と、発光部品を配置するS12と、を含む。
発光装置200の製造方法は、発光装置用基板100の製造方法で発光装置用基板100を製造することと、第1領域10a1に発光部品50を配置することと、を含む。
具体的には、発光装置200の製造方法は、発光装置用基板を製造するS11と、発光部品を配置するS12と、を含む。
(発光装置用基板を製造する)
発光装置用基板を製造するS11は、前記した発光装置用基板100の製造方法で発光装置用基板100を製造するものである。
発光装置用基板を製造するS11では、前記したS101及びS102を行うことで発光装置用基板100を製造する。
発光装置用基板を製造するS11は、前記した発光装置用基板100の製造方法で発光装置用基板100を製造するものである。
発光装置用基板を製造するS11では、前記したS101及びS102を行うことで発光装置用基板100を製造する。
(発光部品を配置する)
発光部品を配置するS12は、発光装置用基板100上に発光部品50を配置するものである。
発光部品を配置するS12は、発光装置用基板100上に発光部品50を配置するものである。
図3Fに示すように、発光部品を配置するS12では、例えば、金属層70及び発光部品用接合部材44を介して、放熱材10の第1領域10a1に発光部品50を配置する。発光部品用接合部材44は、例えば、焼結銀ペーストを金属層70の上面に配置し、発光部品50を配置した後、例えば、150℃以上350℃以下の温度、10分以上180分以下の時間の条件で加熱処理して焼結銀ペーストを硬化させることで形成する。次に、発光部品50の電極53と、配線基板30の接続端子37と、をワイヤ60により接続する。
以上、発明を実施するための形態をより具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれる。
以下、変形例について説明する。なお、ここでは、適宜、図1A~図1Fを参照し、既に説明した構成は適宜、説明を省略する。また、ここでは、実施形態と主に異なる部分について説明する。なお、以下に説明する変形例に係る発光装置用基板及び発光装置においても、放熱性に優れる発光装置用基板及び発光装置とすることができる。
<変形例1>
図4Aは、変形例1に係る発光装置の一部の一例を示す模式平面図である。図4Bは、図4AのIVB-IVB線における模式切断部端面図である。
図4Aは、変形例1に係る発光装置の一部の一例を示す模式平面図である。図4Bは、図4AのIVB-IVB線における模式切断部端面図である。
発光装置200Aは、実施形態の発光装置200の構成と比較して、発光部品50Aが複数の発光素子52を覆う透光層80を含む点が異なっている。
透光層80は、透光性を有し、発光素子52の上面及び側面を覆っている。透光層80は、隣接する発光素子52間に配置されている(図1E参照)。また、透光層80は、発光素子52の集合体5の周囲において、基板51の上面の一部を覆っている。透光層80は、少なくとも透光性樹脂からなる母材を含み、その母材中に蛍光体を含んでいてもよい。発光素子52の上面に配置される透光層80の厚さ(つまり、発光素子52の上面から透光層80の上面までの距離)は、例えば、25μm以上35μm以下である。透光層80の上面のうち、複数の発光素子52の直上に位置する透光層80の上面が発光装置200Aの発光面を構成する。
透光層80の母材としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、又はアクリル樹脂、また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を用いることができる。なかでも耐熱性、耐光性に優れるシリコーン樹脂を用いることが好ましく、ジメチルシリコーン樹脂を用いることがより好ましい。ジメチルシリコーン樹脂は、より高温耐性等の信頼性に優れるため、車載用途の材料として好適に使用することができる。
蛍光体としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Lu3(Al,Ga)5O12:Ce)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Tb3(Al,Ga)5O12:Ce)、CCA系蛍光体(例えば、Ca10(PO4)6Cl2:Eu)、SAE系蛍光体(例えば、Sr4Al14O25:Eu)、クロロシリケート系蛍光体(例えば、Ca8MgSi4O16Cl2:Eu)、シリケート系蛍光体(例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えば、(Si,Al)3(O,N)4:Eu)若しくはαサイアロン系蛍光体(例えば、Ca(Si,Al)12(O,N)16:Eu)等の酸窒化物系蛍光体、LSN系蛍光体(例えば、(La,Y)3Si6N11:Ce)、BSESN系蛍光体(例えば、(Ba,Sr)2Si5N8:Eu)、SLA系蛍光体(例えば、SrLiAl3N4:Eu)、CASN系蛍光体(例えば、CaAlSiN3:Eu)若しくはSCASN系蛍光体(例えば、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu)等の窒化物系蛍光体、KSF系蛍光体(例えば、K2SiF6:Mn)、KSAF系蛍光体(例えば、K2(Si1-xAlx)F6-x:Mn ここで、xは、0<x<1を満たす。)若しくはMGF系蛍光体(例えば、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn)等のフッ化物系蛍光体、ペロブスカイト構造を有する量子ドット(例えば、(Cs,FA,MA)(Pb,Sn)(F,Cl,Br,I)3 ここで、FAとMAは、それぞれホルムアミジニウムとメチルアンモニウムを表す。)、II-VI族量子ドット(例えば、CdSe)、III-V族量子ドット(例えば、InP)、又はカルコパイライト構造を有する量子ドット(例えば、(Ag,Cu)(In,Ga)(S,Se)2)等を用いることができる。
発光装置200Aは、発光部品50Aが透光層80を有することで、発光素子52を保護することができる。また、透光層80が蛍光体を含むことで、所望の発光色とすることができる。
透光層80は、必要に応じて着色剤や光拡散材、粘度を調整するためのフィラー等が含有されていてもよい。
透光層80は、必要に応じて着色剤や光拡散材、粘度を調整するためのフィラー等が含有されていてもよい。
<変形例2>
図5Aは、変形例2に係る発光装置の一部の一例を示す模式平面図である。図5Bは、図5AのVB-VB線における模式切断部端面図である。
図5Aは、変形例2に係る発光装置の一部の一例を示す模式平面図である。図5Bは、図5AのVB-VB線における模式切断部端面図である。
発光装置200Bは、実施形態の発光装置200の構成と比較して、発光部品50Bがフェイスアップ実装した1つの発光素子である点、及び、これに応じて発光装置用基板100Aの形状や大きさ等が異なっている。
発光部品50Bの大きさは、電極53Aの位置や大きさ、数等を除き、一例として、縦(図5Aの上下方向)が30μm以上3000μm以下、横(図5Aの左右方向)が30μm以上3000μm以下、厚さが5μm以上10000μm以下である。
発光部品50Bの大きさは、電極53Aの位置や大きさ、数等を除き、一例として、縦(図5Aの上下方向)が30μm以上3000μm以下、横(図5Aの左右方向)が30μm以上3000μm以下、厚さが5μm以上10000μm以下である。
発光装置用基板100Aは、例えば、第1開口1及び第2開口2は、発光部品50Bの大きさに合わせて、所望の大きさに形成されている。また、放熱材10A、金属部材20A、配線基板30A、接合部材40A等も、発光部品50Bの大きさに合わせて、所望の形状や大きさ等に形成されている。発光部品50Bの電極53Aと配線基板30Aの接続端子37Aとは、ワイヤ60Aによって電気的に接続されている。
発光装置200Bは、発光部品50Bがフェイスアップ実装した1つの発光素子とすることで、複数の発光素子を配置する必要がなく、発光装置200Bの小型化を図ることができる。また、発光装置200Bの製造が容易となる。
その他の変形例として、例えば、隣接する発光素子間及び外縁に位置する発光素子の側面に配置される光反射性部材を有するものであってもよい。更に、光反射性部材は、発光部品の基板の上面と発光素子の下面との間に配置されていてもよい。つまり、光反射性部材は、発光素子の上面を露出し、発光素子の側面と下面とを覆ってもよい。なお、光反射性部材は、発光素子の側面の全てを覆って配置されていてもよく、発光素子の上面に連なる側面の上方の一部を露出して配置されていてもよい。発光素子の側面が光反射性部材に覆われることにより、発光素子から出射される光のより多くを上面から取り出すことができる。光反射性部材は、透光性樹脂からなる母材と、母材に含有される光反射性物質とを含む。光反射性部材に含まれる光反射性物質の含有量を多くすることで、発光素子からの光取り出し効率を高めることができる。光反射性部材における光反射性物質の濃度は、光取り出し効率の向上および樹脂の流動性の観点から、50質量%以上70質量%以下であることが好ましく、例えば、60質量%程度である。
光反射性部材の母材としては、透光層の母材と同様の材料を用いることができる。光反射性物質としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、硫酸バリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、又はガラスフィラー等を好適に用いることができる。一例として、母材はジメチルシリコーン樹脂であり、光反射性物質は酸化チタンである。光反射性部材の外観色は例えば白色である。
また、例えば、発光装置用基板及び発光装置は、配線基板が基板用貫通孔を有さない形態であってもよい。また、絶縁基材の第1面のみに配線を有する形態であってもよい。また、発光装置は、発光部品に加え、チップ抵抗器、コンデンサ等の電子部品を含むものであってもよい。
また、発光装置用基板及び発光装置の製造方法は、前記各工程(S101及びS102、S11及びS12)に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間、或いは前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、製造途中に混入した異物を除去する、異物を除去すること等を含めてもよい。
次に、実施例及び比較例について説明する。
[実施例1]
図1A~図1Fに示す発光装置200に準じた発光装置を作製した。
なお、放熱材としては銅とグラファイトとの焼結材を用い、金属部材としては銅板を用い、接合部材としては、銀、銅、錫、ビスマス、及び、樹脂を含むものを用いた。また、金属層としては、ニッケル、パラジウム、金をこの順に積層した無電解めっきを用い、発光部品用接合部材としては焼結銀ペーストが硬化した部材を用いた。金属部材は、縦が86mm、横が70mm、厚さが1500μmであり、鍔部の厚さが500μmである。金属部材の第1内径の大きさは、縦が14.8mm、横が32.8mmであり、第2内径の大きさは、縦が6.2mm、横が15.4mmである。放熱材は、縦が14mm、横が32mm、厚さが1000μmの直方体である。また、配線基板は、縦が86mm、横が70mm、厚さが500mであり、第2開口は縦が6.2mm、横が15.4mmの長方形である。
また、発光部品は、一辺の長さが50μm、厚さが10μmの上面が正方形の発光素子を、AlNを含むサブマウントに64行256列で16384個配置したものを用いた。
[実施例1]
図1A~図1Fに示す発光装置200に準じた発光装置を作製した。
なお、放熱材としては銅とグラファイトとの焼結材を用い、金属部材としては銅板を用い、接合部材としては、銀、銅、錫、ビスマス、及び、樹脂を含むものを用いた。また、金属層としては、ニッケル、パラジウム、金をこの順に積層した無電解めっきを用い、発光部品用接合部材としては焼結銀ペーストが硬化した部材を用いた。金属部材は、縦が86mm、横が70mm、厚さが1500μmであり、鍔部の厚さが500μmである。金属部材の第1内径の大きさは、縦が14.8mm、横が32.8mmであり、第2内径の大きさは、縦が6.2mm、横が15.4mmである。放熱材は、縦が14mm、横が32mm、厚さが1000μmの直方体である。また、配線基板は、縦が86mm、横が70mm、厚さが500mであり、第2開口は縦が6.2mm、横が15.4mmの長方形である。
また、発光部品は、一辺の長さが50μm、厚さが10μmの上面が正方形の発光素子を、AlNを含むサブマウントに64行256列で16384個配置したものを用いた。
放熱グリスを用いてこの発光装置を水冷ヒートシンクに接続し、3点をネジで固定した。この発光装置を電圧3.7[V]で動作させ、所定の点灯パターンを発光させた時の、発光部品のジャンクション温度(=Tj)を測定した。
具体的な条件は以下である。
具体的な条件は以下である。
VDDP:3.7V(Typ)
Measuring device:T3Ster(Mentor Graphics社製)
Heat sink:Water cooling
Irradiation pattern:Input Power ≒ 20W
Heating time:15sec
Chiller temperature:25℃
Measuring device:T3Ster(Mentor Graphics社製)
Heat sink:Water cooling
Irradiation pattern:Input Power ≒ 20W
Heating time:15sec
Chiller temperature:25℃
結果、測定値は、53.6Tjであった。なお、ジャンクション温度が低い程、放熱性が高い。
[実施例2]
放熱材と金属部材とを接合する接合部材を、放熱材の側面と金属部材の第1内側面との間の上方の一部にのみ配置した。具体的には、放熱材の側面の上端から下端に向けて放熱材の厚さの1/3程度の部位に接合部材を配置した。その他については実施例1に準じた発光装置とした。
実施例1と同じ条件でジャンクション温度を測定したところ、測定値は、57.6Tjであった。
放熱材と金属部材とを接合する接合部材を、放熱材の側面と金属部材の第1内側面との間の上方の一部にのみ配置した。具体的には、放熱材の側面の上端から下端に向けて放熱材の厚さの1/3程度の部位に接合部材を配置した。その他については実施例1に準じた発光装置とした。
実施例1と同じ条件でジャンクション温度を測定したところ、測定値は、57.6Tjであった。
[比較例1]
金属部材が鍔部を有さず、放熱材の第2領域と金属部材とが直接接触しないものとした。具体的には、金属部材の貫通孔の内径が第1内径のみを有し、第2内側面及び内平面を有さない金属部材を用いた。このときの金属部材は厚さが1000μmであり、放熱材の厚さの1000μmと同じ厚さとしている。その他については実施例1に準じた発光装置とした。
実施例1と同じ条件でジャンクション温度を測定したところ、測定値は、59.8Tjであった。
金属部材が鍔部を有さず、放熱材の第2領域と金属部材とが直接接触しないものとした。具体的には、金属部材の貫通孔の内径が第1内径のみを有し、第2内側面及び内平面を有さない金属部材を用いた。このときの金属部材は厚さが1000μmであり、放熱材の厚さの1000μmと同じ厚さとしている。その他については実施例1に準じた発光装置とした。
実施例1と同じ条件でジャンクション温度を測定したところ、測定値は、59.8Tjであった。
[比較例2]
放熱材と金属部材とを接合する接合部材を、放熱材の側面と金属部材の第1内側面との間の上方の一部にのみ配置した。具体的には、放熱材の側面の上端から下端に向けて放熱材の厚さの1/3程度の部位に接合部材を配置した。その他については比較例1に準じた発光装置とした。
実施例1と同じ条件でジャンクション温度を測定したところ、測定値は、60.4Tjであった。
放熱材と金属部材とを接合する接合部材を、放熱材の側面と金属部材の第1内側面との間の上方の一部にのみ配置した。具体的には、放熱材の側面の上端から下端に向けて放熱材の厚さの1/3程度の部位に接合部材を配置した。その他については比較例1に準じた発光装置とした。
実施例1と同じ条件でジャンクション温度を測定したところ、測定値は、60.4Tjであった。
以上の結果から、金属部材が放熱材の第2領域と直接接触することで、発光装置用基板及び発光装置の放熱性が向上することがわかる。
また、接合部材は、放熱材の側面と金属部材の第1内側面との間の全て部位に配置することで、発光装置用基板及び発光装置の放熱性がより向上することがわかる。
また、接合部材は、放熱材の側面と金属部材の第1内側面との間の全て部位に配置することで、発光装置用基板及び発光装置の放熱性がより向上することがわかる。
本開示の実施形態に係る発光装置用基板及び発光装置並びにそれらの製造方法は、例えば、以下の通りである。
[項1]
第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、
前記第2領域と直接接触する金属部材と、
前記金属部材の上面に配置される配線基板と、を備え、
前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、
前記金属部材は第1開口を有しており、
前記配線基板は第2開口を有しており、
平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域がある、発光装置用基板。
第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、
前記第2領域と直接接触する金属部材と、
前記金属部材の上面に配置される配線基板と、を備え、
前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、
前記金属部材は第1開口を有しており、
前記配線基板は第2開口を有しており、
平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域がある、発光装置用基板。
[項2]
前記金属部材の熱伝導率は、前記放熱材の熱伝導率よりも高い項1に記載の発光装置用基板。
前記金属部材の熱伝導率は、前記放熱材の熱伝導率よりも高い項1に記載の発光装置用基板。
[項3]
前記放熱材の材料は、セラミックス、グラファイト、銅とグラファイトとの焼結材、銅とダイヤモンドとの焼結材、又は、銀とダイヤモンドとの焼結材のうちのいずれか一種以上を含む項1又は項2に記載の発光装置用基板。
前記放熱材の材料は、セラミックス、グラファイト、銅とグラファイトとの焼結材、銅とダイヤモンドとの焼結材、又は、銀とダイヤモンドとの焼結材のうちのいずれか一種以上を含む項1又は項2に記載の発光装置用基板。
[項4]
前記放熱材は、熱伝導率が90W/m・K以上1700W/m・K以下である項1乃至項3のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
前記放熱材は、熱伝導率が90W/m・K以上1700W/m・K以下である項1乃至項3のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
[項5]
前記発光装置用基板は、更に前記放熱材と前記金属部材とを固定する接合部材を備える項1乃至項4のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
前記発光装置用基板は、更に前記放熱材と前記金属部材とを固定する接合部材を備える項1乃至項4のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
[項6]
前記放熱材の熱伝導率は、前記接合部材の熱伝導率よりも高い項5に記載の発光装置用基板。
前記放熱材の熱伝導率は、前記接合部材の熱伝導率よりも高い項5に記載の発光装置用基板。
[項7]
前記接合部材の材料は、銀、銅、錫、ビスマス、及び、樹脂を含む項5又は項6に記載の発光装置用基板。
前記接合部材の材料は、銀、銅、錫、ビスマス、及び、樹脂を含む項5又は項6に記載の発光装置用基板。
[項8]
前記接合部材は、金属を含み、前記金属部材と接する第1金属反応層及び前記放熱材と接する第2金属反応層を備える項5乃至項7のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
前記接合部材は、金属を含み、前記金属部材と接する第1金属反応層及び前記放熱材と接する第2金属反応層を備える項5乃至項7のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
[項9]
前記金属部材の材料は、銅又は銅を主成分とする合金である項1乃至項8のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
前記金属部材の材料は、銅又は銅を主成分とする合金である項1乃至項8のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
[項10]
前記放熱材の前記第2面と、前記金属部材の下面と、は同一面である項1乃至項9のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
前記放熱材の前記第2面と、前記金属部材の下面と、は同一面である項1乃至項9のいずれか一項に記載の発光装置用基板。
[項11]
項1乃至項10のいずれか一項に記載の発光装置用基板と、前記第1領域に配置される発光部品と、を含む発光装置。
項1乃至項10のいずれか一項に記載の発光装置用基板と、前記第1領域に配置される発光部品と、を含む発光装置。
[項12]
前記配線基板は、配線を有し、
前記発光装置は、更に前記発光部品と前記配線とを電気的に接続するワイヤを有する項11に記載の発光装置。
前記配線基板は、配線を有し、
前記発光装置は、更に前記発光部品と前記配線とを電気的に接続するワイヤを有する項11に記載の発光装置。
[項13]
前記発光部品は前記ワイヤと接続するための電極を有し、
前記発光部品の前記電極の上面と前記配線の上面との高さの差は、300μm以下である項12に記載の発光装置。
前記発光部品は前記ワイヤと接続するための電極を有し、
前記発光部品の前記電極の上面と前記配線の上面との高さの差は、300μm以下である項12に記載の発光装置。
[項14]
前記発光部品の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である項11乃至項13のいずれか一項に記載の発光装置。
前記発光部品の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である項11乃至項13のいずれか一項に記載の発光装置。
[項15]
前記発光装置は、更に前記発光部品と前記放熱材とを接合する、銀を含む発光部品用接合部材を有する項11乃至項14のいずれか一項に記載の発光装置。
前記発光装置は、更に前記発光部品と前記放熱材とを接合する、銀を含む発光部品用接合部材を有する項11乃至項14のいずれか一項に記載の発光装置。
[項16]
前記発光部品の熱膨張係数と前記発光部品用接合部材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、
前記発光部品用接合部材の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である項15に記載の発光装置。
前記発光部品の熱膨張係数と前記発光部品用接合部材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、
前記発光部品用接合部材の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である項15に記載の発光装置。
[項17]
前記第1領域において、前記放熱材の表面に金属層がある項11乃至項16のいずれか一項に記載の発光装置。
前記第1領域において、前記放熱材の表面に金属層がある項11乃至項16のいずれか一項に記載の発光装置。
[項18]
前記第1領域において、前記放熱材の表面に金属層があり、
前記発光部品用接合部材の熱膨張係数と前記金属層の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、
前記金属層の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である項15又は項16に記載の発光装置。
前記第1領域において、前記放熱材の表面に金属層があり、
前記発光部品用接合部材の熱膨張係数と前記金属層の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、
前記金属層の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である項15又は項16に記載の発光装置。
[項19]
第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、前記第2領域と直接接触する金属部材と、を有する放熱基板、及び、配線基板を準備することと、
前記金属部材の上面に前記配線基板を配置することと、を含み、
前記準備することにおいて、前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、前記金属部材は第1開口を有しており、前記配線基板は第2開口を有しており、
前記配線基板を配置することにおいて、平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域が配置されるように前記金属部材の上面に前記配線基板を配置する発光装置用基板の製造方法。
第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、前記第2領域と直接接触する金属部材と、を有する放熱基板、及び、配線基板を準備することと、
前記金属部材の上面に前記配線基板を配置することと、を含み、
前記準備することにおいて、前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、前記金属部材は第1開口を有しており、前記配線基板は第2開口を有しており、
前記配線基板を配置することにおいて、平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域が配置されるように前記金属部材の上面に前記配線基板を配置する発光装置用基板の製造方法。
[項20]
前記放熱基板、及び、前記配線基板を準備することにおいて、前記金属部材は、貫通孔を有し、
前記貫通孔は、第1内径と、前記第1内径より内径が小さい第2内径と、を備え、前記第1内径の第1内側面と、前記第2内径の第2内側面と、前記第1内側面と前記第2内側面とに連続する内平面と、を有し、
前記内平面と前記第2領域とが直接接触している、項19に記載の発光装置用基板の製造方法。
前記放熱基板、及び、前記配線基板を準備することにおいて、前記金属部材は、貫通孔を有し、
前記貫通孔は、第1内径と、前記第1内径より内径が小さい第2内径と、を備え、前記第1内径の第1内側面と、前記第2内径の第2内側面と、前記第1内側面と前記第2内側面とに連続する内平面と、を有し、
前記内平面と前記第2領域とが直接接触している、項19に記載の発光装置用基板の製造方法。
[項21]
前記放熱基板、及び、前記配線基板を準備することにおいて、前記放熱材の前記側面と前記第1内側面との間に接合部材を配置する、項20に記載の発光装置用基板の製造方法。
前記放熱基板、及び、前記配線基板を準備することにおいて、前記放熱材の前記側面と前記第1内側面との間に接合部材を配置する、項20に記載の発光装置用基板の製造方法。
[項22]
項19乃至項21のいずれか一項に記載の発光装置用基板の製造方法で発光装置用基板を製造することと、
前記第1領域に発光部品を配置することと、を含む発光装置の製造方法。
項19乃至項21のいずれか一項に記載の発光装置用基板の製造方法で発光装置用基板を製造することと、
前記第1領域に発光部品を配置することと、を含む発光装置の製造方法。
本開示の実施形態に係る発光装置用基板及び発光装置は、各種電子機器に利用することができる。
1 第1開口
2 第2開口
5 集合体
6 放熱基板
10、10A 放熱材
10a 第1面
10a1 第1領域
10a2 第2領域
10b 第2面
10c 側面
20、20A 金属部材
20a 上面
20b 下面
20d1 第1内側面
20d2 第2内側面
20e 内平面
21 鍔部
25 貫通孔
30、30A 配線基板
31 絶縁基材
31a 第1面
31b 第2面
32 配線
321 第1配線
322 第2配線
33 被覆部材
331 第1被覆部材
332 第2被覆部材
35 基板用貫通孔
37、37A 接続端子
371 第1接続端子
372 第2接続端子
373 第3接続端子
40、40A 接合部材
41 第1金属反応層
42 第2金属反応層
43 接着部材
44 発光部品用接合部材
50、50A、50B 発光部品
51 基板
52 発光素子
53、53A 電極
60、60A ワイヤ
61 第1ワイヤ
62 第2ワイヤ
70 金属層
80 透光層
100、100A 発光装置用基板
200、200A、200B 発光装置
T1、T2、T3 厚さ
D1 第1内径
D2 第2内径
2 第2開口
5 集合体
6 放熱基板
10、10A 放熱材
10a 第1面
10a1 第1領域
10a2 第2領域
10b 第2面
10c 側面
20、20A 金属部材
20a 上面
20b 下面
20d1 第1内側面
20d2 第2内側面
20e 内平面
21 鍔部
25 貫通孔
30、30A 配線基板
31 絶縁基材
31a 第1面
31b 第2面
32 配線
321 第1配線
322 第2配線
33 被覆部材
331 第1被覆部材
332 第2被覆部材
35 基板用貫通孔
37、37A 接続端子
371 第1接続端子
372 第2接続端子
373 第3接続端子
40、40A 接合部材
41 第1金属反応層
42 第2金属反応層
43 接着部材
44 発光部品用接合部材
50、50A、50B 発光部品
51 基板
52 発光素子
53、53A 電極
60、60A ワイヤ
61 第1ワイヤ
62 第2ワイヤ
70 金属層
80 透光層
100、100A 発光装置用基板
200、200A、200B 発光装置
T1、T2、T3 厚さ
D1 第1内径
D2 第2内径
Claims (22)
- 第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、
前記第2領域と直接接触する金属部材と、
前記金属部材の上面に配置される配線基板と、を備え、
前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、
前記金属部材は第1開口を有しており、
前記配線基板は第2開口を有しており、
平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域がある、発光装置用基板。 - 前記金属部材の熱伝導率は、前記放熱材の熱伝導率よりも高い請求項1に記載の発光装置用基板。
- 前記放熱材の材料は、セラミックス、グラファイト、銅とグラファイトとの焼結材、銅とダイヤモンドとの焼結材、又は、銀とダイヤモンドとの焼結材のうちのいずれか一種以上を含む請求項1に記載の発光装置用基板。
- 前記放熱材は、熱伝導率が90W/m・K以上1700W/m・K以下である請求項1又は請求項2に記載の発光装置用基板。
- 前記発光装置用基板は、更に前記放熱材と前記金属部材とを固定する接合部材を備える請求項1又は請求項2に記載の発光装置用基板。
- 前記放熱材の熱伝導率は、前記接合部材の熱伝導率よりも高い請求項5に記載の発光装置用基板。
- 前記接合部材の材料は、銀、銅、錫、ビスマス、及び、樹脂を含む請求項5に記載の発光装置用基板。
- 前記接合部材は、金属を含み、前記金属部材と接する第1金属反応層及び前記放熱材と接する第2金属反応層を備える請求項5に記載の発光装置用基板。
- 前記金属部材の材料は、銅又は銅を主成分とする合金である請求項1又は請求項2に記載の発光装置用基板。
- 前記放熱材の前記第2面と、前記金属部材の下面と、は同一面である請求項1又は請求項2に記載の発光装置用基板。
- 請求項1又は請求項2に記載の発光装置用基板と、前記第1領域に配置される発光部品と、を含む発光装置。
- 前記配線基板は、配線を有し、
前記発光装置は、更に前記発光部品と前記配線とを電気的に接続するワイヤを有する請求項11に記載の発光装置。 - 前記発光部品は前記ワイヤと接続するための電極を有し、
前記発光部品の前記電極の上面と前記配線の上面との高さの差は、300μm以下である請求項12に記載の発光装置。 - 前記発光部品の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である請求項11に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、更に前記発光部品と前記放熱材とを接合する、銀を含む発光部品用接合部材を有する請求項11に記載の発光装置。
- 前記発光部品の熱膨張係数と前記発光部品用接合部材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、
前記発光部品用接合部材の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である請求項15に記載の発光装置。 - 前記第1領域において、前記放熱材の表面に金属層がある請求項11に記載の発光装置。
- 前記第1領域において、前記放熱材の表面に金属層があり、
前記発光部品用接合部材の熱膨張係数と前記金属層の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下であり、
前記金属層の熱膨張係数と前記放熱材の熱膨張係数との差は、20×10-6/℃以下である請求項15に記載の発光装置。 - 第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とに連続する側面と、を有し、前記第1面に第1領域と前記第1領域の周囲の少なくとも一部にある第2領域とを有する放熱材と、前記第2領域と直接接触する金属部材と、を有する放熱基板、及び、配線基板を準備することと、
前記金属部材の上面に前記配線基板を配置することと、を含み、
前記準備することにおいて、前記第1領域と前記第2領域とは同一面であり、前記金属部材は第1開口を有しており、前記配線基板は第2開口を有しており、
前記配線基板を配置することにおいて、平面視において、前記第1開口及び前記第2開口内に前記第1領域が配置されるように前記金属部材の上面に前記配線基板を配置する発光装置用基板の製造方法。 - 前記放熱基板、及び、前記配線基板を準備することにおいて、前記金属部材は、貫通孔を有し、
前記貫通孔は、第1内径と、前記第1内径より内径が小さい第2内径と、を備え、前記第1内径の第1内側面と、前記第2内径の第2内側面と、前記第1内側面と前記第2内側面とに連続する内平面と、を有し、
前記内平面と前記第2領域とが直接接触している、請求項19に記載の発光装置用基板の製造方法。 - 前記放熱基板、及び、前記配線基板を準備することにおいて、前記放熱材の前記側面と前記第1内側面との間に接合部材を配置する、請求項20に記載の発光装置用基板の製造方法。
- 請求項19又は請求項20に記載の発光装置用基板の製造方法で発光装置用基板を製造することと、
前記第1領域に発光部品を配置することと、を含む発光装置の製造方法。
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