JP6481575B2 - Light emitting device, projector, and method for manufacturing light emitting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、発光装置、投光器及び発光装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a light emitting device, a projector, and a method for manufacturing the light emitting device.
例えば、セラミック基板上に発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などの半導体発光素子が実装され、半導体発光素子が樹脂で封止された発光装置がある。LEDは、例えば、セラミックで形成される絶縁層の上に配電層とともに搭載されCOB(Chip On Board)モジュールを形成する。 For example, there is a light emitting device in which a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) is mounted on a ceramic substrate, and the semiconductor light emitting element is sealed with a resin. The LED is mounted together with a power distribution layer on an insulating layer made of ceramic, for example, to form a COB (Chip On Board) module.
このような発光装置は投光器などに用いられることがあり、その場合、指向性の強い配光特性が要求される。このような配光特性を実現するためには、発光装置の発光面積を小さく抑えることが好ましい。そのため、発光装置における半導体発光素子の高密度化が進んでいる。ここで、高出力かつ高光束発散度を有する半導体発光素子は、発熱量が非常に多く、また発熱密度が高い。さらに、上述したような半導体発光素子の高密度化のため、発光装置には、さらなる発熱量の増大や発熱密度の上昇が懸念される。 Such a light emitting device may be used for a projector or the like. In that case, a light distribution characteristic with strong directivity is required. In order to realize such light distribution characteristics, it is preferable to reduce the light emitting area of the light emitting device. Therefore, the density of the semiconductor light emitting elements in the light emitting device is increasing. Here, a semiconductor light emitting device having a high output and a high luminous flux divergence generates a large amount of heat and has a high heat generation density. Furthermore, due to the higher density of the semiconductor light emitting elements as described above, there is a concern that the light emitting device may further increase the amount of heat generation or increase the heat generation density.
このような発熱量の増大や発熱密度の上昇に対応するために、発光装置の放熱性を向上させることが重要となる。例えば、放熱性を向上させる手段として、放熱フィン(ヒートスプレッダ)を用いる従来技術が提案されている。放熱フィンは、放熱筐体(ヒートシンク)へ放熱グリースを介してネジ止めなどで取り付けられる。ただし、放熱グリースを用いた場合、発光装置の発光の際に、放熱グリースの接触熱抵抗が発生する。COBモジュールの出力が例えば100W以上の場合、放熱グリースによる熱抵抗が大きくなり、放熱グリースの温度上昇が非常に高くなる。そのため、放熱グリースを用いた発光装置では、高出力の場合、放熱性が低下し、その結果十分な光量を得ることができないおそれがある。 In order to cope with such an increase in the amount of heat generation and an increase in heat generation density, it is important to improve the heat dissipation of the light emitting device. For example, as a means for improving heat dissipation, a conventional technique using a heat dissipation fin (heat spreader) has been proposed. The heat radiating fin is attached to the heat radiating housing (heat sink) by screwing or the like via heat radiating grease. However, when heat dissipation grease is used, contact heat resistance of the heat dissipation grease occurs when the light emitting device emits light. When the output of the COB module is, for example, 100 W or more, the thermal resistance due to the heat dissipating grease increases, and the temperature rise of the heat dissipating grease becomes very high. Therefore, in the light emitting device using the heat radiation grease, the heat radiation performance is lowered at a high output, and as a result, there is a possibility that a sufficient amount of light cannot be obtained.
そこで、ヒートシンク上に絶縁層を介して直接チップ及び蛍光体などの発光部を形成する方法や、蛍光体を有するCOBモジュールをヒートシンクに直接金属接合する方法などがある。これにより、熱抵抗の大幅な低減を図ることができ、発光素子に投入可能な電力を大幅に増加させ、その結果十分な光量を得ることができる。かかる発光装置は、高い放熱性に加え、高い信頼性が求められる。 Therefore, there are a method of directly forming a light emitting part such as a chip and a phosphor on the heat sink via an insulating layer, a method of directly bonding a COB module having a phosphor to the heat sink, and the like. As a result, the thermal resistance can be greatly reduced, and the power that can be input to the light emitting element can be greatly increased. As a result, a sufficient amount of light can be obtained. Such a light emitting device is required to have high reliability in addition to high heat dissipation.
本発明の実施形態は、高い信頼性を有する発光装置、投光器及び発光装置の製造方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide a light emitting device, a projector, and a method for manufacturing the light emitting device having high reliability.
本発明の実施形態の一例によれば、発光装置は、半導体発光素子と、配線パターンが形成された実装面を有する絶縁性基板と、前記実装面において、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を接合する第1の接合部と、放熱面と、前記放熱面の反対面と、前記放熱面及び前記放熱面の反対面の間を通過するヒートパイプを収容する収容部とを有する放熱筐体と、前記実装面の反対面及び前記放熱面の反対面において、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を接合する第2の接合部と、放熱フィンと、前記収容部に収容された際に前記放熱筐体から延伸する延伸部分が前記放熱フィンと接合するヒートパイプと、前記放熱面において前記放熱筐体及び前記放熱フィンを接合し、前記収容部において前記放熱筐体及び前記ヒートパイプを接合し、前記延伸部分において前記放熱フィン及び前記ヒートパイプを接合する、前記第1の接合部、前記第2の接合部、前記絶縁性基板及び前記配線パターンよりも融点が低い第3の接合部と、を具備する。 According to an exemplary embodiment of the present invention, a light emitting device includes a semiconductor light emitting element, an insulating substrate having a mounting surface on which a wiring pattern is formed, and the semiconductor light emitting element and the insulating substrate on the mounting surface. A heat-dissipating housing having a first joint to be joined, a heat-dissipating surface, an opposite surface of the heat-dissipating surface, and a housing part that accommodates a heat pipe passing between the heat-dissipating surface and the opposite surface of the heat-dissipating surface; In the opposite surface of the mounting surface and the opposite surface of the heat dissipating surface, the heat dissipating when the insulating substrate and the heat dissipating housing are joined, the heat dissipating fin, and the heat dissipating when the housing unit accommodates the heat dissipating fin. A heat pipe that extends from the housing is joined to the heat radiating fin, and the heat radiating surface joins the heat radiating housing and the heat radiating fin, and the housing portion joins the heat radiating housing and the heat pipe, Above A third joint having a melting point lower than that of the first joint, the second joint, the insulating substrate, and the wiring pattern, which joins the radiating fin and the heat pipe at an extended portion; To do.
本発明の実施形態の一例によれば、高い信頼性を有する発光装置、投光器及び発光装置の製造方法が提供される。 According to an example of an embodiment of the present invention, a highly reliable light emitting device, projector, and method for manufacturing the light emitting device are provided.
以下、図面を参照して、実施形態に係る発光装置、投光器及び発光装置の製造方法を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明する発光装置、投光器及び発光装置の製造方法は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。以下の実施形態及び変形例は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。 Hereinafter, a light emitting device, a projector, and a method for manufacturing the light emitting device according to the embodiment will be described with reference to the drawings. In the embodiment, configurations having the same functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Note that the light-emitting device, the projector, and the method for manufacturing the light-emitting device described in the following embodiments are merely examples, and do not limit the embodiments. The following embodiments and modifications may be combined as appropriate within a consistent range.
以下の第1の実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子と、配線パターンが形成された実装面を有する絶縁性基板と、前記実装面において、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を接合する第1の接合部と、放熱面と、前記放熱面の反対面と、前記放熱面及び前記放熱面の反対面の間を通過するヒートパイプを収容する収容部とを有する放熱筐体と、前記実装面の反対面及び前記放熱面の反対面において、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を接合する第2の接合部と、放熱フィンと、前記収容部に収容された際に前記放熱筐体から延伸する延伸部分が前記放熱フィンと接合するヒートパイプと、前記放熱面において前記放熱筐体及び前記放熱フィンを接合し、前記収容部において前記放熱筐体及び前記ヒートパイプを接合し、前記延伸部分において前記放熱フィン及び前記ヒートパイプを接合する、前記第1の接合部、前記第2の接合部、前記絶縁性基板及び前記配線パターンよりも融点が低い第3の接合部と、を具備する。 A light emitting device according to a first embodiment below includes a semiconductor light emitting element, an insulating substrate having a mounting surface on which a wiring pattern is formed, and the semiconductor light emitting element and the insulating substrate are bonded to each other on the mounting surface. A heat-dissipating housing having a first joint, a heat-dissipating surface, an opposite surface of the heat-dissipating surface, and a housing portion that accommodates a heat pipe passing between the heat-dissipating surface and the opposite surface of the heat-dissipating surface; On the opposite surface of the mounting surface and the opposite surface of the heat radiating surface, the heat sink case when the insulating substrate and the heat radiating case are joined to each other, the second finned portion, the heat radiating fin, and the housing portion. The extending portion extending from the heat pipe that joins the heat radiating fin, the heat radiating case and the heat radiating fin are bonded to the heat radiating surface, the heat radiating case and the heat pipe are bonded to the housing portion, and the drawing Part The joining radiating fins and the heat pipe, the first joint portion, the second joint portion comprises a a low melting point third joint portion than the insulating substrate and the wiring pattern in.
また、以下の第2の実施形態に係る発光装置は、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板が前記第1の接合部により接合され、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体が前記第2の接合部により接合された後に、前記放熱筐体及び前記放熱フィンと、前記放熱筐体及び前記ヒートパイプと、前記放熱フィン及び前記ヒートパイプとのそれぞれが前記第3の接合部により接合される。 Further, in the light emitting device according to the second embodiment below, the semiconductor light emitting element and the insulating substrate are joined by the first joining portion, and the insulating substrate and the heat dissipation housing are joined by the second joining. After being joined by the portion, each of the heat radiating housing and the heat radiating fin, the heat radiating housing and the heat pipe, and the heat radiating fin and the heat pipe is joined by the third joint portion.
また、以下の第3の実施形態に係る投光器は、投光器部材と、前記投光器部材に取り付けられた上記の第1の実施形態又は第2の実施形態に係る発光装置と、を具備する。 A projector according to a third embodiment below includes a projector member and the light emitting device according to the first embodiment or the second embodiment attached to the projector member.
また、以下の第4の実施形態に係る発光装置の製造方法は、上記の第1の実施形態又は〜第2の実施形態に係る発光装置の製造方法であって、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を前記第1の接合部により接合する第1の接合工程と、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を前記第2の接合部により接合する第2の接合工程と、前記第1の接合工程及び前記第2の接合工程の後に、前記放熱筐体及び前記放熱フィンと、前記放熱筐体及び前記ヒートパイプと、前記放熱フィン及び前記ヒートパイプとのそれぞれを前記第3の接合部により接合する第3の接合工程と、を具備する。 Further, a light emitting device manufacturing method according to a fourth embodiment described below is the light emitting device manufacturing method according to the first embodiment or the second embodiment described above, and includes the semiconductor light emitting element and the insulation. A first bonding step of bonding a conductive substrate by the first bonding portion, a second bonding step of bonding the insulating substrate and the heat radiating housing by the second bonding portion, and the first bonding. After the step and the second joining step, the heat radiating housing and the heat radiating fin, the heat radiating housing and the heat pipe, and the heat radiating fin and the heat pipe are joined by the third joint portion. A third joining step.
[発光装置の構成]
図1は、実施形態に係る発光装置を例示する上面図である。また、図2は、図1に示すA1−A2ラインに沿って実施形態に係る発光装置を例示するA1−A2断面図である。また、図3は、図1に示すB1−B2ラインに沿って実施形態に係る発光装置を例示するB1−B2断面図である。
[Configuration of light emitting device]
FIG. 1 is a top view illustrating a light emitting device according to an embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 illustrating the light emitting device according to the embodiment along the line A1-A2 shown in FIG. 3 is a B1-B2 cross-sectional view illustrating the light emitting device according to the embodiment along the line B1-B2 shown in FIG.
図1〜図3に示すように、本実施形態に係る発光装置110は、発光部40と、放熱部材50と、を含む。放熱部材50の上に、発光部40が設けられる。また、図2及び図3
に示すように、放熱部材50と発光部40との間に、接合部80が設けられる。すなわち、放熱部材50の上に接合部80が設けられ、接合部80の上に、発光部40が設けられる。この例では、放熱部材50の上に1つの発光部40が設けられる。後述するように、1つの放熱部材50の上に、複数の発光部40が設けられてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
As shown in FIG. 5, the
本願明細書において、上に設けられる状態は、直接的に上に設けられる状態の他に、間に別の要素が挿入される状態も含む。 In the present specification, the state provided above includes not only the state provided directly above but also the state where another element is inserted therebetween.
図1〜図3において、放熱部材50から発光部40に向かう方向を積層方向とする。本願明細書において、積層される状態は、直接接して重ねられる状態の他に、間に別の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。図1〜図3において、積層方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの軸をX軸方向とする。Z軸方向に対して垂直で、X軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。
In FIG. 1 to FIG. 3, the direction from the
放熱部材50は、例えば直方体状である。放熱部材50の主面は、例えば、X−Y平面に対して実質的に平行である。放熱部材50の平面形状は、例えば矩形である。放熱部材50は、例えば、第1〜第4辺55a〜55dを有する。第2辺55bは、第1辺55aから離間する。第3辺55cは、第1辺55aの一端と、第2辺55bの一端と、を接続する。第4辺55dは、第3辺55cと離間し、第1辺55aの他端と、第2辺55bの他端と、を接続する。放熱部材50の平面形状のコーナー部は、曲線状でもよい。放熱筐体51の平面形状は、矩形でなくても良く、任意である。
The
なお、放熱筐体51には、例えば、銅やアルミニウムなどの金属などにニッケルメッキを施したものが用いられる。
Note that the
図2及び図3に示すように、放熱部材50は、放熱筐体51と、ヒートパイプ60と、複数の放熱フィン70と、を含む。放熱筐体51には、発光部40が設けられる面とは反対側の放熱面に、複数の放熱フィン70それぞれを取り付けるための複数の凹部52が設けられる。なお、放熱フィン70及び凹部52の数は、放熱部材50の放熱能力の設計に応じて適宜変更可能である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
放熱フィン70には、ヒートパイプ60を貫通させるための貫通孔72がそれぞれ設けられている。放熱フィン70それぞれは、その一端辺が放熱筐体51の各凹部52に嵌入され、凹部52に嵌入された部分が接合部73により放熱筐体51と接合される。
The radiating
また、放熱筐体51には、ヒートパイプ60を収容するための収容部53が、X−Y平面と平行に、放熱筐体51の厚み方向(Z軸方向)の中心付近かつ発光部40のZ軸方向直下の領域を通過するように設けられる。収容部53は、例えばヒートパイプ60を、放熱筐体51の一端面から他端面へ貫通させる貫通孔である。
In addition, the
ヒートパイプ60は、銅などの熱伝導性が高い材料により形成される。ヒートパイプ60は、パイプ内部に揮発性の液体が封入されており、パイプ内壁のウィックという毛細管構造により液体の蒸発及び凝縮のサイクルを発生させて熱交換を行う。図2及び図3に示すように、ヒートパイプ60は、その一部が放熱筐体51の収容部53に収容され、収容部53に収容された部分が接合部61により放熱筐体51と接合される。接合部61は、例えば融点が130〜140℃程度のSn−Bi(すず−ビスマス)はんだなどの接合部材(以下、第3の接合部材と呼ぶ)である。
The
また、図2及び図3に示すように、ヒートパイプ60は、その一部が収容部53に収容された際に放熱筐体51から外方に延伸する延伸部分が放熱フィン70側へ取り回され、放熱フィン70の各貫通孔72を通過する。そして、ヒートパイプ60は、貫通孔72を通過する部分が接合部71により放熱フィン70と接合される。接合部71は、例えば融点が130〜140℃程度のSn−Bi(すず−ビスマス)はんだなどの接合部材(第3の接合部材)である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
このようにヒートパイプ60を放熱筐体51及び放熱フィン70と接合することにより、発光部40から発せられ接合部80を介して放熱部材50へ伝導した熱を、ヒートパイプ60を介して放熱フィン70の放熱部材50からより離れた部分へ移動させる。よって、発光部40による発熱を効率的に放熱することができる。
By joining the
なお、図2では、ヒートパイプ60は、放熱筐体51及び放熱フィン70を貫通する円環状で示している。しかし、ヒートパイプ60は、円環状に限らず、例えば発熱筐体51の収容部53の内部において両端点を有する半環状、あるいは、例えばいずれかの放熱フィン70との接合部分又は接合部分近傍を両端点とする半環状であってもよい。また、図2では、1つのヒートパイプ60を示すが、同様のヒートパイプ60が複数あってもよい。また、ヒートパイプ60の放熱筐体51から外方に延伸する延伸部分は、複数に枝分かれする形状であってもよい。
In FIG. 2, the
発光部40は、光を出射する。それと同時に、発光部40は熱を発生する。接合部80は、発光部40で発生した熱を、放熱部材50に効率良く伝導する。接合部80には、例えば、融点が210〜220℃程度のSn−Ag(すず−銀)はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材(以下、第2の接合部材と呼ぶ)が用いられる。接合部80は、発光部40と放熱部材50とを接合する。
The
発光部40は、実装基板部15と、発光素子部35と、を含む。実装基板部15は、絶縁性基板10と、第1金属層11と、第2金属層12と、を含む。
The
絶縁性基板10は、第1主面10aと、第2主面10bと、を有する。第2主面10bは、第1主面10aとは反対側の面である。放熱部材50は、絶縁性基板10の第2主面10bと対向している。換言すると、第2主面10bは、放熱部材50側の面である。
The insulating
本願明細書において、対向している状態は、直接面している状態に加え、間に別の要素が挿入されている状態も含む。 In the present specification, the state of facing each other includes not only the state of directly facing but also the state of inserting another element therebetween.
第1主面10aは、実装領域16を含む。例えば、実装領域16は、第1主面10aの外縁10rから離間している。この例では、実装領域16は、第1主面10aの中央部分に設けられる。第1主面10aは、周辺領域17をさらに含む。周辺領域17は、実装領域16の周りに設けられる。
The first
絶縁性基板10は、絶縁性を有する基板である。絶縁性基板10には、例えば、セラミック基板などが用いられる。例えば、絶縁性基板10は、アルミナを含む。絶縁性基板10には、例えばアルミナを主成分とするセラミック基板などが用いられる。絶縁性基板10は、表面の被膜の融点が、130〜140℃程度のSn−Bi(すず−ビスマス)はんだなどの接合部材(第3の接合部材)よりも高い。
The insulating
第1金属層11は、第1主面10a上に設けられる。第1金属層11は、銅などの高い伝導性を有する材料で形成される。第1金属層11は、融点が130〜140℃程度のSn−Bi(すず−ビスマス)はんだなどの接合部材(第3の接合部材)よりも高い融点である。
The
第1金属層11は、複数の実装パターン11pを含む。複数の実装パターン11pは、実装領域16に設けられる。複数の実装パターン11pの少なくともいずれか2つ以上は、互いに離間している。例えば、複数の実装パターン11pの少なくともいずれかは、島状である。複数の実装パターン11pの2つは、互いに独立している。複数の実装パターン11pは、例えば、第1実装パターン11pa及び第2実装パターン11pbなどを含む。
The
複数の実装パターン11pのそれぞれは、例えば、第1実装部分11aと、第2実装部分11bと、を含む。この例では、実装パターン11pは、第3実装部分11cをさらに含む。第3実装部分11cは、第1実装部分11aと第2実装部分11bとの間に設けられ、第1実装部分11aと第2実装部分11bとを繋ぐ。
Each of the plurality of mounting
第1金属層11は、複数の実装パターン11pを互いに接続する接続部44をさらに含んでもよい。この例では、第1金属層11は、第1コネクタ用電極部45eと第2コネクタ用電極部46eとをさらに含む。第1コネクタ用電極部45eは、複数の実装パターン11pの1つと電気的に接続される。第2コネクタ用電極部46eは、複数の実装パターン11pのその1つとは別の1つと電気的に接続される。後述するように、1つの実装パターン11pの一部の上に半導体発光素子が配置される。この半導体発光素子により、第1コネクタ用電極部45eが、実装パターン11pの1つと電気的に接続される。さらに、別の1つの実装パターン11pの一部の上に半導体発光素子が配置される。この半導体発光素子により、第2コネクタ用電極部46eが、別の1つの実装パターン11pの1つと電気的に接続される。
The
この例では、発光部40は、第1主面10a上に設けられた第1コネクタ45と、第2コネクタ46と、をさらに含む。第1コネクタ45は、第1コネクタ用電極部45eと電気的に接続される。第2コネクタ46は、第2コネクタ用電極部46eと電気的に接続される。この例では、第1コネクタ用電極部45eの上に、第1コネクタ45が設けられている。第2コネクタ用電極部46eの上に、第2コネクタ46が設けられている。第1コネクタ45と、第2コネクタ46と、の間に発光素子部35が配置される。これらのコネクタを介して、発光部40に電力が供給される。
In this example, the
第2金属層12は、第2主面10b上に設けられる。第2金属層12は、銅などの高い伝導性を有する材料で形成される。第2金属層12は、融点が130〜140℃程度のSn−Bi(すず−ビスマス)はんだなどの接合部材(第3の接合部材)よりも高い融点である。例えば、融点が210〜230℃のSnAgCu系の半田を使用できる。第2金属層12は、第1金属層11と電気的に絶縁されている。第2金属層12の少なくとも一部は、X−Y平面(第1主面10aに対して平行な第1平面)に投影したときに、実装領域16と重なる。
The
このように、絶縁性基板10の上面(第1主面10a)に第1金属層11が設けられ、絶縁性基板10の下面(第2主面10b)に第2金属層12が設けられる。
Thus, the
発光素子部35は、絶縁性基板10の第1主面10a上に設けられる。発光素子部35は、複数の半導体発光素子20と、波長変換層31と、を含む。
The light emitting
複数の半導体発光素子20は、第1主面10a上に設けられる。図2に示すように、各半導体発光素子20は、第1主面10a上において、絶縁性基板10に実装される。
The plurality of semiconductor
複数の半導体発光素子20のそれぞれは、光を放出する。半導体発光素子20は、例えば窒化物半導体を含む。半導体発光素子20は、例えば、InyAlzGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)を含む。ただし、本実施形態において、半導体発光素子は任意である。
Each of the plurality of semiconductor
複数の半導体発光素子20は、例えば、第1半導体発光素子20a及び第2半導体発光素子20bなどを含む。複数の半導体発光素子20のそれぞれは、複数の実装パターン11pのうちのいずれかの実装パターン11pと、複数の実装パターン11pのうちの上記のいずれかの隣の別の実装パターン11pと、電気的に接続されている。
The plurality of semiconductor
例えば、第1半導体発光素子20aは、複数の実装パターン11pのうちの第1実装パターン11paと、第2実装パターン11pbと、電気的に接続されている。第2実装パターン11pbは、第1実装パターン11paの隣の別の実装パターン11pに相当する。
For example, the first semiconductor
例えば、複数の半導体発光素子20のそれぞれは、第1導電形の第1半導体層21と、第2導電形の第2半導体層22と、発光層23と、を含む。例えば、第1導電形はn形であり、第2導電形はp形である。第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でもよい。
For example, each of the plurality of semiconductor
第1半導体層21は、第1の部分(第1半導体部分21a)と、第2の部分(第2半導体部分21b)と、を含む。第2半導体部分21bは、積層方向(放熱筐体51から発光部40に向かうZ軸方向)に対して交差する方向(例えば、X軸方向)において、第1半導体部分21aと並ぶ。
The
第2半導体層22は、第2半導体部分21bと実装基板部15との間に設けられる。発光層23は、第2半導体部分21bと第2半導体層22との間に設けられる。半導体発光素子20は、例えばフリップチップ型のLEDである。
The
例えば、第1半導体層21の第1半導体部分21aが、実装パターン11pの第1実装部分11aと対向している。第2半導体層22が、実装パターン11pの第2実装部分11bと対向している。第1半導体層21の第1半導体部分21aが、第1実装部分11aと電気的に接続される。第2半導体層22が、第2実装部分11bと電気的に接続される。これらの接続には、例えば、はんだや金バンプなどの接合部材(以下、第1の接合部材と呼ぶ)が用いられる。これらの接続は、例えば、金属溶融はんだ接合により行われる。または、これらの接続は、例えば、金バンプを用いた超音波熱圧着法により行われる。
For example, the
例えば、発光素子部35は、第1接合金属部材21eと、第2接合金属部材22eと、をさらに含む。第1接合金属部材21eは、第1半導体部分21aと、いずれかの実装パターン11p(例えば第1実装部分11a)と、の間に設けられる。第2接合金属部材22eは、第2半導体層22と、別の実装パターン11p(例えば、第2実装パターン11pb)と、の間に設けられる。第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eは、はんだ、または、金バンプを含む。これにより、第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eのそれぞれの断面積(X−Y平面で切断したときの断面積)を大きくできる。これにより、第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eを介して、熱を効率良く、実装基板部15に伝えることができ、放熱性が高まる。以下、第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eを、第1の接合部材と総称する。第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22e(第1の接合部材)は、融点が130〜140℃程度のSn−Bi(すず−ビスマス)はんだなどの接合部材(第3の接合部材)よりも高い融点を有する。例えば、融点が210〜230℃のSnAgCu系の半田を使用できる。
For example, the light emitting
波長変換層31は、複数の半導体発光素子20の少なくとも一部を覆う。波長変換層31は、複数の半導体発光素子20から放出される光(例えば第1光)の少なくとも一部を吸収し、第2光を放出する。第2光の波長(例えばピーク波長)は、第1光の波長(例えばピーク波長)とは、異なる。波長変換層31には、例えば、蛍光体などの複数の波長変換粒子と、複数の波長変換粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。第1光は、例えば青色光を含む。第2光は、第1光よりも波長が長い光を含む。第2光は、例えば、黄色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む。
The
この例では、発光素子部35は、反射層32をさらに含む。反射層32は、X−Y平面内で波長変換層31を囲む。反射層32には、例えば、金属酸化物などの複数の粒子と、その粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。金属酸化物などの粒子は、光反射性を有する。この金属酸化物などの粒子として、例えば、TiO2及びAl2O3の少なくともいずれかを用いることができる。反射層32を設けることで、半導体発光素子20から放出された光が、積層方向に沿った方向(例えば上方向)に沿って効率良く出射できる。
In this example, the light emitting
発光部40は、例えば、チップオンボード(COB)型のLEDモジュールである。
The
本実施形態においては、発光素子部35から放出される光の光束発散度は、例えば10lm/mm2(ルーメン/平方ミリメートル)以上、100lm/mm2以下である。すなわち、本実施形態においては、発光素子部35から放出される光の発光面積に対する比(光束発散度)が、非常に高い。本願明細書においては、発光面積は、実質的に実装領域16の面積に対応する。
In the present embodiment, the luminous flux divergence of the light emitted from the light emitting
なお、本実施形態に係る発光装置110は、例えば、投光器などに利用される。発光装置110は、例えば、図示しない投光器部材に取り付けられ、投光器部材を介して目的の位置に設置される。投光器部材は、投光器の一部であり、例えば、発光装置110を目的の位置に設置するための取り付け部材である。
Note that the
本実施形態に係る発光装置110における放熱部材50の大きさは、放熱筐体51をX−Y平面(第1平面)に投影したときの縦横長が、例えば15×15cmである。また、放熱部材50の放熱筐体51のZ軸方向の厚みは、例えば1cmである。また、放熱フィン70のZ軸方向の長さは、例えば20cmである。また、実装領域16は、例えば直径17mmの円形領域である。
The size of the
本実施形態においては、実装領域16の面積に対して、放熱部材50の面積が非常に大きく設定されている。これにより、実装領域16の上に設けられた発光素子部35で生じる熱を、面積の大きい放熱部材50により、面内方向(X−Y面内方向)に広げる。そして、面内方向に拡がった熱が効率良く放熱される。
In the present embodiment, the area of the
実装領域16、第1金属層11及び第2金属層12の例について説明する。第1主面10aは、実装領域16と、周辺領域17と、を有する。この例では、実装領域16のパターンは、実質的に円形である。実装領域16の中心は、絶縁性基板10の中心に略一致するように設けられている。周辺領域17は、実装領域16の周辺の領域である。
Examples of the mounting
周辺領域17の面積は、実装領域16の面積よりも大きい。熱が発生する実装領域16の面積よりも、周辺領域17の面積を大きくすることで、発生した熱は、面内方向に沿って効率良く広がる。これにより放熱性が高まる。
The area of the
第1金属層11の一部である複数の実装パターン11pは、実装領域16内に設けられる。この例では、複数の実装パターン11pは、円形の領域内に設けられている。換言すると、複数の実装パターン11pが設けられている領域が、実装領域16となる。実装領域16は、X−Y平面に投影したときの複数の実装パターン11pを内包する領域である。複数の実装パターン11pどうしの間の領域は、実装領域16に含まれる。複数の実装パターン11pのうちの外側に配置される実装パターン11pの外縁を最短距離で繋いだ線の内側が、実装領域16となる。
A plurality of mounting
光束発散度を高めるために、複数の実装パターン11pは、例えば、略円形の領域内に配置される。この場合には、実用的には、複数の実装パターン11pを内包する略円形の領域を実装領域16として用いてもよい。
In order to increase the luminous flux divergence, the plurality of mounting
実装領域16は、X−Y平面に投影したときの、複数の実装パターン11pが設けられる領域を含む。実装領域16は、X−Y平面に投影したときの、接続部44、第1コネクタ用電極部45e及び第2コネクタ用電極部46eが設けられる領域を含まない。この領域は、周辺領域17に含まれる。
The mounting
既に説明したように、複数の実装パターン11pの一部は、互いに独立している。互いに隣接する独立した2つの実装パターン11pは、それらの上に配置される半導体発光素子20により電気的に接続される。複数の半導体発光素子20の一部は、例えば、直列に接続される。直列に接続された複数の半導体発光素子20は、例えば、X軸方向に沿って並ぶ。
As already described, some of the plurality of mounting
さらに、例えば、複数の実装パターン11pの2つは、接続部44により接続される。これにより、直列に接続された複数の半導体発光素子20の群が、さらに接続される。X軸に沿って並び直列に接続された複数の半導体発光素子20の群が、Y軸方向に沿って並ぶ。直列に接続された複数の半導体発光素子20の群は、互いに並列に接続される。
Further, for example, two of the plurality of mounting
さらに、実装パターン11pは、図示しない配線パターンを介して、第1コネクタ用電極部45eまたは第2コネクタ用電極部46eと電気的に接続される。第1コネクタ用電極部45eの上に設けられた第1コネクタ45と、第2コネクタ用電極部46eの上に設けられた第2コネクタ46と、を介して、実装パターン11pに電流が供給される。その電流が半導体発光素子20に供給され、光が生じる。
Further, the mounting
第2金属層12の面積は、実装領域16の面積よりも大きい。例えば、X−Y平面(積層方向に対して平行な第1平面)に投影した第2金属層12の面積は、第2主面10bの面積の95%以上である。第2金属層12の面積を大きくすることで、熱の放熱の効率が高まる。
The area of the
接合部80は、実質的に第2金属層12のパターンに沿っている。第2金属層12の面積を大きくすることで、接合部80の面積を広げることができる。これにより、接合部80を介した熱伝導の効率が向上できる。
The joint 80 substantially follows the pattern of the
例えば、X−Y平面(第1平面)に投影したときの第2金属層12の外縁は、実装領域16の外縁の外側に位置する。つまり、X−Y平面(第1平面)に投影したときの第2金属層12の面積は、実装領域16の面積より大きい。
For example, the outer edge of the
なお、例えば、X−Y平面(第1平面)に投影したときの第2金属層12の外縁は、実装領域16の外縁の内側に位置してもよい。つまり、X−Y平面(第1平面)に投影したときの第2金属層12の面積は、実装領域16の面積より小さくてもよい。この場合においても、X−Y平面(第1平面)に投影したときの第2金属層12の面積は、実装領域16の面積の80%よりも大きい。これよりも小さいと、放熱の効率が低くなる。
For example, the outer edge of the
本実施形態においては、絶縁性基板10の下面に、第1金属層11と絶縁された第2金属層12が設けられている。第2金属層12は、例えば、半導体発光素子20に供給される電流の経路とはなっていない。第2金属層12は、高い放熱性を得るために設けられている。
In the present embodiment, the
例えば、絶縁性基板10の上面と下面との両方に電極を設け、下面に設けられた電極を、上面に設けられた電極と、絶縁性基板10を貫通するスルーホールで電気的に接続する構成がある。例えば、上面に設けられた電極に半導体発光素子20を接続し、半導体発光素子20に供給する電流は、下面に設けられた電極を介して供給される。このような構成においては、下面に設けられた電極は、半導体発光素子20に供給する電流の経路となっている。このため、下面に設けられた電極(の少なくとも1つ)は、その下側に設けられる放熱部材50と接触させることができない。このため、下面に設けられた電極を介しての放熱は不十分である。
For example, the electrode is provided on both the upper surface and the lower surface of the insulating
このような構成は、光束発散度が低い発光装置(例えば、光束発散度が10lm/mm2未満の発光装置)には、用いることができると考えられる。しかしながら、このような構成を、光束発散度が高い発光装置(例えば、光束発散度が10lm/mm2以上の発光装置)に用いると、放熱が不十分になり、その結果、十分な放熱性が得られない。 Such a configuration can be used for a light emitting device having a low luminous flux divergence (for example, a light emitting device having a luminous flux divergence of less than 10 lm / mm 2 ). However, when such a configuration is used for a light-emitting device having a high luminous flux divergence (for example, a light-emitting device having a luminous flux divergence of 10 lm / mm 2 or more), heat dissipation becomes insufficient, and as a result, sufficient heat dissipation is achieved. I can't get it.
このように、絶縁性基板10の下面に、第1金属層11と絶縁された第2金属層12が設けられる構成は、投光器のように、高い光束発散度の発光装置に特別に適用される構成である。これにより、光束発散度が高い場合にも、放熱性を高めることができる。なお、第2金属層12を省略する構成としてもよい。
Thus, the structure in which the
本実施形態において、放熱部材50の放熱能力は、例えば1光源当たり70W/(m・K)(ワット/(メートル・ケルビン)以上である。ここで、1光源とは、1つの実装領域16に実装された半導体発光素子20の群である。例えば、1光源の総消費電力のうち、発光に用いられる電力以外の消費電力が、熱に変換される。放熱部材50が光源の発熱を十分に放熱するためには、放熱部材50の放熱能力が光源の発熱の総量以上であればよい。
In the present embodiment, the heat dissipation capability of the
図示しない投光器部材には、通常、アルミニウムが用いられ、投光器部材の熱伝導率は、放熱部材50の熱伝導率よりも低い。放熱部材50の放熱能力を投光器部材よりも高くすることで、投光器部材に至るまでに十分に熱を面内方向(X−Y面内方向)に広げることができ、放熱性が向上する。
Usually, aluminum is used for a projector member (not shown), and the thermal conductivity of the projector member is lower than the thermal conductivity of the
[発光装置の製造手順]
図4は、実施形態に係る発光装置の製造手順を例示する模式図である。図4の(a)に示すように、先ず、図示しない製造装置は、発光部40を組立て、その後、発光部40と、放熱筐体51とを第2の接合部80を介して接合する。次に、図4の(b)に示すように、製造装置は、接合部80を介して発光部40と接合した放熱筐体51に、接合部61(図2参照)を介してヒートパイプ60を、接合部73(図2参照)を介して放熱フィン70を、それぞれ接合する。最後に、図4の(c)に示すように、製造装置は、放熱筐体51に接合した放熱フィン70などの塗装を含む仕上げ処理を行う。
[Manufacturing procedure of light emitting device]
FIG. 4 is a schematic view illustrating the manufacturing procedure of the light emitting device according to the embodiment. As shown in FIG. 4A, first, a manufacturing apparatus (not shown) assembles the
図5は、実施形態に係る発光装置の製造手順を例示するフローチャートである。先ず、図示しない製造装置は、配線パターンを絶縁性基板10上に形成する(ステップS11)。配線パターンを絶縁性基板10上に形成する方法は、各種の既存技術を用いることができる。
FIG. 5 is a flowchart illustrating the manufacturing procedure of the light emitting device according to the embodiment. First, a manufacturing apparatus (not shown) forms a wiring pattern on the insulating substrate 10 (step S11). Various existing techniques can be used as a method of forming the wiring pattern on the insulating
次に、製造装置は、第1の接合部材を用いて、半導体発光素子20を絶縁性基板10に接合する(ステップS12)。製造装置は、半導体発光素子20を絶縁性基板10に接合する際に、半導体発光素子20と、絶縁性基板10とを、はんだや金バンプなどの第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eにより接合する。
Next, the manufacturing apparatus joins the semiconductor
次に、製造装置は、第2の接合部材を用いて、放熱筐体51を絶縁性基板10に接合する(ステップS13)。次に、製造装置は、第3の接合部材を用いて、放熱フィン70を放熱筐体51及び放熱フィン70に接合する(ステップS14)。次に、製造装置は、ヒートパイプ60を放熱筐体51に取り付け、第3の接合部材を用いて、ヒートパイプ60を放熱筐体51に固定する(ステップS15)。次に、製造装置は、放熱フィン70の塗装などを含む仕上げ処理を行う(ステップS16)。
Next, the manufacturing apparatus joins the
実施形態によれば、例えば、放熱部材50における接合部61及び接合部71の第3の接合部材の融点が、半導体発光素子20及び絶縁性基板10の第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eの第1の接合部材の融点、絶縁性基板10及び放熱部材50の接合部80の第2の接合部材の融点よりも低い。このため、半導体発光素子20を絶縁性基板10に接合し、絶縁性基板10に放熱部材50を接合した後に、放熱部材50に放熱フィン70及びヒートパイプ60を接合する場合であっても、放熱部材50に放熱フィン70及びヒートパイプ60を接合する際の第3の接合部材の融解熱により、第1の接合部材及び第2の接合部材が融解することを防止する。よって、信頼性が高い発光装置110を製造することができる。
According to the embodiment, for example, the melting points of the third joining members of the joining
なお、実施形態において、第3の接合部材の融点は、第1の接合部材及び第2の接合部材よりも低くした。さらには、第2の接合部材の融点が、第1の接合部材よりも低いものでもよい。すなわち、発光装置110において、図2に示すZ軸方向より下位に位置する程、各材料の融点が低いものでもよい。これにより、さらに信頼性が高い発光装置110を製造することができる。
In the embodiment, the melting point of the third bonding member is lower than that of the first bonding member and the second bonding member. Further, the melting point of the second bonding member may be lower than that of the first bonding member. That is, in the
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although embodiments of the present invention have been described, the embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. The embodiments and the modifications are included in the scope of the invention and the gist thereof, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10・・・絶縁性基板
11・・・第1金属層
12・・・第2金属層
20・・・半導体発光素子
21e・・第1接合金属部材
22e・・第2接合金属部材
40・・・発光部
50・・・放熱部材
51・・・放熱筐体
52・・・凹部
53・・・収容部
60・・・ヒートパイプ
61・・・接合部
70・・・放熱フィン
71・・・接合部
72・・・貫通孔
73・・・接合部
80・・・接合部
110・・発光装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
配線パターンが形成された実装面を有する絶縁性基板と;
前記実装面において、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を接合する第1の接合部と;
放熱面と、前記放熱面の反対面と、前記放熱面及び前記放熱面の反対面の間を通過するヒートパイプを収容する収容部とを有する放熱筐体と;
前記実装面の反対面及び前記放熱面の反対面において、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を接合する第2の接合部と;
放熱フィンと;
前記収容部に収容された際に前記放熱筐体から延伸する延伸部分が前記放熱フィンと接合するヒートパイプと;
前記放熱面において前記放熱筐体及び前記放熱フィンを接合し、前記収容部において前記放熱筐体及び前記ヒートパイプを接合し、前記延伸部分において前記放熱フィン及び前記ヒートパイプを接合する、前記第1の接合部、前記第2の接合部よりも融点が低い第3の接合部と;
を具備する発光装置。 A semiconductor light emitting device;
An insulating substrate having a mounting surface on which a wiring pattern is formed;
A first bonding portion for bonding the semiconductor light emitting element and the insulating substrate on the mounting surface;
A heat dissipating housing having a heat dissipating surface, an opposite surface of the heat dissipating surface, and an accommodating portion for accommodating a heat pipe passing between the heat dissipating surface and the opposite surface of the heat dissipating surface;
A second joint for joining the insulating substrate and the heat radiating housing on the opposite surface of the mounting surface and the opposite surface of the heat radiating surface;
With heat dissipation fins;
A heat pipe in which an extending portion extending from the heat radiating casing when joined in the housing portion joins the heat radiating fin;
Joining the heat radiating housing and the heat radiating fin at the heat radiating surface, joining the heat radiating housing and the heat pipe at the accommodating portion, and joining the heat radiating fin and the heat pipe at the extended portion; A third joint having a melting point lower than that of the second joint;
A light emitting device comprising:
前記投光器部材に取り付けられた請求項1に記載の発光装置と;
を具備する投光器。 A projector member;
The light-emitting device according to claim 1 attached to the projector member;
A projector comprising:
前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を前記第1の接合部により接合する第1の接合工程と;
前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を前記第2の接合部により接合する第2の接合工程と;
前記第1の接合工程及び前記第2の接合工程の後に、前記放熱筐体及び前記放熱フィンと、前記放熱筐体及び前記ヒートパイプと、前記放熱フィン及び前記ヒートパイプとのそれぞれを前記第3の接合部により接合する第3の接合工程と;
を具備する発光装置の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device according to claim 1,
A first bonding step of bonding the semiconductor light emitting element and the insulating substrate by the first bonding portion;
A second joining step of joining the insulating substrate and the heat radiating housing by the second joining portion;
After the first joining step and the second joining step, the heat radiating housing and the heat radiating fin, the heat radiating housing and the heat pipe, the heat radiating fin and the heat pipe are respectively connected to the third. A third joining step for joining by the joining portion;
A method for manufacturing a light emitting device comprising:
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