JP6516212B2 - 基板装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、基板装置、および、当該基板装置を用いた電子機器に関するものである。

従来、発熱量の比較的多い電子部品を搭載する基板装置は、一般的に、表面に電子部品を搭載する基板であって、表面に導電パターンと放熱パターンとを有する基板を備えている。導電パターンは、電子部品に電源あるいは任意の信号を供給するパターンである。放熱パターンは、電子部品において生じた熱を放熱するためのパターンである。これらのパターンは、例えば、銅箔等、熱伝導性のよい材料により形成される。さらに、当該基板装置では、電子部品において生じた熱を放熱するために、サーマルパッドが設けられているものがある。放熱パターンは、サーマルパッドに熱的に接続された構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

当該基板装置では、電子部品において発生した熱は、サーマルパッドを介して放熱パターンに移動させることができるので、電子部品が高温化するのを抑制することができる。

特開２０１３−２５１３３７号公報

しかしながら、従来の基板装置では、放熱性が十分ではないという問題がある。

そこで、本発明は、放熱性を向上させることができる基板装置および電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板装置は、表面に電子部品を実装するための基板であって、前記電子部品に電気的に接続される導電パターンおよび前記電子部品の熱を放熱させる放熱パターンを前記表面に有する基板を備え、前記導電パターンは、前記電子部品から放射状に延びる形状を有する。

本発明の基板装置および電子機器は、放熱性を向上させることができる。

比較例における投光器の外観の一例を示す斜視図である。 比較例におけるモジュールの一例を示す斜視図である。 比較例における基板装置の構成の一例を示す上面視図である。 比較例における基板装置の構成の一例を示す断面図である。 比較例における基板装置の導電パターンおよび放熱パターンの構成の一例を示す上面視図である。 比較例における基板装置の温度を測定した結果を示す図である。 比較例における基板装置の温度を測定した結果を示す図である。 実施の形態１における基板装置の構成の一例を示す上面視図である。 実施の形態１における基板装置の導電パターンおよび放熱パターン構成の一例を示す上面視図である。 図２に示す楕円Ａの部分の拡大図である。 温度測定を行った導電パターンおよび放熱パターンの拡開角度別の形状を示す図である。 ガラエポ基板の一例を示す外観図である。 ガラエポ基板における拡開角度別の温度の測定結果を示すグラフである。 ガラエポ基板における拡開角度別の温度の測定結果を模式的に示す模式図である。 Ａｌ基板の一例を示す外観図である。 Ａｌ基板における拡開角度別の温度の測定結果を示すグラフである。 Ａｌ基板における拡開角度別の温度の測定結果を模式的に示す模式図である。 実施の形態２における導電パターンおよび放熱パターンの構成の一例を示す上面視図である。 実施の形態２における基板装置の構成の一例を示す上面視図である。 実施の形態２における電子部品の構成の一例を示す図である。

＜本発明の基礎となった知見＞
［基板装置を備える照明装置の構成］
上述した発熱量の比較的多い電子部品（熱源）を搭載する基板装置は、例えば、照明装置あるいは半導体素子に用いられる。照明装置は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を用いた投光器、車両用灯具あるいはシーリングライト等である。

ここでは、比較例として、基板装置が投光器に用いられている場合について説明する。

図１は、比較例における投光器の外観の一例を示す斜視図である。図１に示すように、投光器１００は、６個のＬＥＤモジュール１０と、６個のＬＥＤモジュール１０を支持するフレーム１１０と、アーム部１２０とを備えている。

アーム部１２０は、フレーム１１０に取り付けられ、天井あるいは床面等にフレーム１１０を固定するための部材である。アーム部１２０は、フレーム１１０に固定される第一アーム部１２１と、天井あるいは床面等に固定される第二アーム部１２２とが一体に形成されている。第一アーム部１２１の先端（第二アーム部１２２とは反対側の先端）には、フレーム１１０にビス等を用いて接続される固定部１２３が設けられている。フレーム１１０とアーム部１２０とは、固定部１２３により固定的に接続されても構わないし、ある程度回動可能に接続されても構わない。第二アーム部１２２には、ビス等を通すための孔１２４と、孔１２４を中心とする円弧状のスリット１２５とが形成されている。ある程度回動可能な状態で孔１２４を用いて投光器１００をビス留めした場合、スリット１２５にビス等を通すことで投光器１００の回動範囲を制限できる。

［ＬＥＤモジュール（電子機器）の構成］
ＬＥＤモジュール１０は、基板装置１を備える電子機器の一例である。

図２は、比較例におけるモジュールの一例を示す斜視図である。図２に示すように、ＬＥＤモジュール１０は、比較例における基板装置１と、ヒートシンク２０と、透明カバー３０とを備えている。基板装置１については後述する。ヒートシンク２０は、図２に示すように、ベース２１と、複数の放熱フィン２２とを備えている。

ベース２１は、表面の形状が長方形状の板状部材である。なお、図１および図２では、説明のため、ベース２１の表面に垂直な軸をＺ軸とし、ベース２１の表面に平行な軸をＸ軸およびＹ軸としている。Ｘ軸は長方形の対向する２辺に平行としており、Ｙ軸は長方形の他の対向する２辺に平行としている。ベース２１の表面には、複数の基板装置１が取り付けられている。

複数の放熱フィン２２は、ここでは板状部材であり、表面がＹＺ平面に平行となる状態で、ベース２１の裏面に取り付けられている。言い換えると、放熱フィン２２は、ベース２１からＺ軸の負側に延びている。

透明カバー３０は、基板装置１を覆う部材であり、ベース２１の表面に取り付けられている。

［基板装置の構成］
基板装置１は、電子部品の一例としてのＬＥＤチップが搭載される装置である。

図３は、比較例における基板装置１の構成の一例を示す上面視図である。図４は、比較例における基板装置１の構成の一例を示す断面図である。

基板装置１は、図３および図４に示すように、ＬＥＤチップ１２およびサーマルパッド１３が搭載された基板１１を備えている。

ＬＥＤチップ１２は、電子部品の一例であり、ここでは、発光素子である。より詳細には、ＬＥＤチップ１２は、裏面に電極１２ａおよび１２ｂを備えるフリップチップである。ＬＥＤチップ１２の筐体は、表面の形状が長方形状となっている。ＬＥＤチップ１２は、高熱伝導性セラミックス１７の表面に固定されている。

高熱伝導性セラミックス１７は、表面にＬＥＤチップ１２を搭載する基板であり、基板１１上に実装される。高熱伝導性セラミックス１７は、表面の形状が長方形状の基板であり、図３では、長辺がＹ軸に平行となるように、短辺がＸ軸に平行になるように配置されている。高熱伝導性セラミックス１７には、スルーホール１７ａおよび１７ｂと、配線１８ａおよび１８ｂとが形成されている。

スルーホール１７ａは、高熱伝導性セラミックス１７に形成された貫通孔に導電材料を充填させた構造となっており、配線１８ａと通電端子１６ａとを電気的に接続する。同様に、スルーホール１７ｂは、高熱伝導性セラミックス１７に形成された貫通孔に導電材料を充填させた構造となっており、配線１８ｂと通電端子１６ｂとを電気的に接続する。

配線１８ａは、ＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ａとスルーホール１７ａとを電気的に接続する配線である。配線１８ａは、ＡｌあるいはＣｕ等の導電性材料により形成された長尺状の膜であり、一端がＬＥＤチップ１２の電極１２ａと高熱伝導性セラミックス１７との間に位置し、他端がスルーホール１７ａに接するように配置されている。配線１８ａは、ＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ａとは、バンプ１９ａにより接続されている。

同様に、配線１８ｂは、ＬＥＤチップ１２のカソード側の電極１２ｂとスルーホール１７ｂとを電気的に接続する配線である。配線１８ｂは、ＡｌあるいはＣｕ等の導電性材料により形成された長尺状の膜であり、一端がＬＥＤチップ１２の電極１２ｂと高熱伝導性セラミックス１７との間に位置し、他端がスルーホール１７ｂに接するように配置されている。配線１８ｂは、ＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ｂとは、バンプ１９ｂにより接続されている。

高熱伝導性セラミックス１７の裏面には、２つの通電端子１６ａおよび１６ｂが形成されている。

通電端子１６ａは、ＬＥＤチップ１２の電極１２ａと電気的に接続される端子であり、通電端子１６ｂは、ＬＥＤチップ１２の電極１２ｂと電気的に接続される端子である。通電端子１６ａおよび１６ｂは、ここでは、ＡｌあるいはＣｕ等の導電性材料により形成された、表面の形状が長方形状の端子である。通電端子１６ａおよび１６ｂは、長辺が高熱伝導性セラミックス１７の長辺（Ｙ軸に平行な辺）の各々に沿って配置されている。

通電端子１６ａは、スルーホール１７ａおよび配線１８ａを介してＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ａに電気的に接続されている。通電端子１６ｂは、スルーホール１７ｂおよび配線１８ｂを介してＬＥＤチップ１２のカソード側の電極１２ｂに電気的に接続されている。

サーマルパッド１３は、ＬＥＤチップ１２において発生した熱を放熱パターン１５に移動させるための部材であり、表面の形状が長方形状のシートである。サーマルパッド１３は、表面が高熱伝導性セラミックス１７の裏面に、裏面が基板１１上に形成された放熱パターン１５の表面に接するように配置されている。さらに、サーマルパッド１３は、通電端子１６ａと通電端子１６ｂとの間に、通電端子１６ａおよび１６ｂとは電気的に絶縁された状態に配置されている。

基板１１は、表面にＬＥＤチップ１２を搭載した高熱伝導性セラミックス１７が実装される基板である。基板１１は、表面の形状が矩形状の板状部材である。基板１１の表面には、導電パターン１４ａ、１４ｂおよび放熱パターン１５が形成されている。

導電パターン１４ａおよび１４ｂは、通電端子１６ａおよび通電端子１６ｂに対して、ＬＥＤチップ１２に搭載されたＬＥＤを点灯させるための電圧を供給するパターンである。また、導電パターン１４ａおよび１４ｂにより、通電端子１６ａおよび１６ｂを介してＬＥＤチップ１２において生じた熱が放熱される。導電パターン１４ａおよび１４ｂは、例えば、熱伝導性および導電性の比較的高い材料、例えば、銅箔により形成されている。

比較例において、導電パターン１４ａおよび１４ｂは、長方形状のパターンである。導電パターン１４ａは、一端が通電端子１６ａに接続され、他端が当該通電端子１６ａよりも外側に配置される。導電パターン１４ｂは、一端が通電端子１６ｂに接続され、他端が当該通電端子１６ｂよりも外側に配置される。

放熱パターン１５は、ＬＥＤチップ１２からサーマルパッド１３に伝達された熱を放熱するためのパターンである。放熱パターン１５は、上面視において、長方形状のパターンから、上述した導電パターン１４ａおよび１４ｂ部分を切り欠いた形状となっており、導電パターン１４ａおよび１４ｂとは、電気的に絶縁された状態で配置されている。言い換えると、導電パターン１４ａおよび１４ｂと放熱パターン１５とは独立して設けられ、一定の間隔を置いて配置されている。

図５は、比較例における基板装置１の導電パターン１４ａおよび１４ｂ、および、放熱パターン１５の構成の一例を示す上面視図である。

図５に示すように、比較例における基板１１は、１辺が２０ｍｍの正方形状に形成されている。また、図５において、導電パターン１４ａおよび１４ｂと、放熱パターン１５との間の間隔は、０．４ｍｍである。また、図５において、サーマルパッド１３が配置される部分の放熱パターン１５のＸ軸方向の幅は、１．８６ｍｍである。図５において、導電パターン１４ａおよび１４ｂは、Ｙ軸方向の長さが５．１８（２．５９×２）ｍｍ、Ｘ軸方向の長さが８．７６（（２０−１．８６−０．４×２）／２）ｍｍとなっている。

（課題の詳細）
ここで、上述したＬＥＤチップ１２のような発光素子、あるいは、半導体素子のような極めて発熱量の多い電子部品を搭載した場合、上述した基板１１では、放熱効果が十分ではないという問題がある。さらに、発熱量の多い電子部品を搭載した基板１１では、放熱効果が十分でないために、電子部品が熱劣化するという問題がある。

そこで、本発明者らは、比較例における基板装置１について、実際に電子部品を発熱させて基板装置１の温度を測定した。

図６および図７は、比較例における基板装置１の温度を測定した結果を示す図である。図６は、ＬＥＤモジュール１０の基板１１の表面全体についての測定結果であり、図７は、図６の測定結果の一部を拡大した図となっている。

なお、図６および図７では、ＬＥＤチップ１２およびその近傍の領域において、輝度の低い部分（色の濃い部分）が温度の高い部分であり、輝度の高い（色の薄い）部分が温度の低い部分となっている。

図６および図７から分かるように、温度が高い部分の範囲は、ＬＥＤチップ１２の放熱パターン１５側よりも導電パターン１４ａおよび１４ｂ側（通電端子側）で大きくなっていることが分かる。従来は、ＬＥＤチップ１２において生じた熱は、サーマルパッドを介して放熱パターン１５により放熱されると考えられることから、放熱パターン１５の面積を大きくするように、放熱パターン１５、導電パターン１４ａおよび１４ｂの形状が決定されていた。これに対し、本発明者らは、上記温度測定の結果より、導電パターン１４ａおよび１４ｂ側における放熱性が十分ではないという知見を得た。

なお、図６より、複数のＬＥＤチップ１２の間では、温度差の分布に違いが見られないことから、放熱パターン１５側よりも導電パターン１４ａおよび１４ｂ側の温度が高くなる要因は、例えば、放熱パターン１５を形成する銅箔の接着あるいはグリースの塗布の状態等の製造上の要因に起因するものではないと考えられる。

以下では、本発明の実施の形態に係る基板装置および電子機器について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

（実施の形態１）
実施の形態１の基板装置の構成について、図１、図２、図４、図８〜図１７を用いて説明する。本実施の形態では、基板装置が投光器に用いられる場合を例に説明する。また、基板装置には、電子部品の一例としてのＬＥＤチップが搭載されている場合を例に説明する。

本発明者らは、上述した知見に基づき、導電パターン１４ａおよび１４ｂの放熱性を改善するために、熱が放射状に広がる性質を有することを考慮して、導電パターン１４ａおよび１４ｂの形状を、ＬＥＤチップ１２から外側に向うにつれて放射状に広がる形状（つまり、放射状に延びる部分を有する形状）とした。

［１−１．装置構成］
本実施の形態における基板装置を用いた電子機器を搭載した照明装置（投光器）の構成について説明する。

投光器の構成は、基本的には、図１に示す比較例の投光器と同じである。投光器１００は、図１に示すように、６個のＬＥＤモジュール１０と、６個のＬＥＤモジュール１０を支持するフレーム１１０と、アーム部１２０とを備えている。フレーム１１０およびアーム部１２０の構成は、比較例と同じである。

ＬＥＤモジュール１０は、基板装置１を備える電子機器の一例である。図２に示すように、ＬＥＤモジュール１０は、本実施の形態における基板装置１と、ヒートシンク２０と、透明カバー３０とを備えている。ヒートシンク２０および透明カバー３０の構成は、比較例と同じである。

［基板装置の構成］
基板装置１は、電子部品の一例としてのＬＥＤチップが搭載される装置である。

図８は、本実施の形態における基板装置１の構成の一例を示す上面視図である。図９は、本実施の形態における基板装置１の導電パターンおよび放熱パターン構成の一例を示す上面視図である。図１０は、図２に示す楕円Ａの部分の拡大図である。

図８および図９に示すように、基板装置１は、ＬＥＤチップ１２とサーマルパッド１３とが搭載された基板１１を備えている。

基板１１は、比較例と同様に、表面にＬＥＤチップ１２を搭載するための基板であり、表面に導電パターン１４ａ、１４ｂおよび放熱パターン１５が形成されている。基板１１は、表面の形状が矩形状の板状部材である。本実施の形態では、ＬＥＤチップ１２は、高熱伝導性セラミックス１７に搭載された状態で、基板１１上に搭載される。

導電パターン１４ａおよび１４ｂは、ＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ａに電気的に接続される通電端子１６ａ、および、ＬＥＤチップ１２のカソード側の電極１２ｂに電気的に接続される通電端子１６ｂに対し、ＬＥＤチップ１２を点灯させるための電圧を供給するパターンである。また、導電パターン１４ａおよび１４ｂにより、通電端子１６ａおよび１６ｂを介してＬＥＤチップ１２において生じた熱が放熱される。導電パターン１４ａおよび１４ｂは、例えば、熱伝導性および導電性の比較的高い材料、例えば、銅箔により形成されている。

導電パターン１４ａおよび１４ｂは、ＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有している。本実施の形態では、導電パターン１４ａおよび１４ｂは、等脚台形状の形状を有するパターンである。等脚台形の脚が、放射状に伸びる部分となっている。

導電パターン１４ａは、等脚台形の上辺および下辺が通電端子１６ａの長辺に平行になるように、かつ、等脚台形の上辺が通電端子１６ａの下側に、下辺が基板１１の外周側に位置するように配置されている。導電パターン１４ａは、上辺の近傍で通電端子１６ａに接続されている。

同様に、導電パターン１４ｂは、等脚台形の上辺および下辺が通電端子１６ｂの長辺に平行になるように、かつ、等脚台形の上辺が通電端子１６ｂの下側に、下辺が基板１１の外周側に位置するように配置されている。導電パターン１４ｂは、上辺の近傍で通電端子１６ｂに接続されている。導電パターン１４ａおよび１４ｂは、ＬＥＤチップ１２の中心を通るＹ軸に平行な軸（図示せず）に対し、線対称となる位置に配置されている。

放熱パターン１５は、ＬＥＤチップ１２からサーマルパッド１３に伝達された熱を放熱するためのパターンである。放熱パターン１５は、上面視において、長方形状のパターンから、上述した導電パターン１４ａおよび１４ｂに対応する部分と、絶縁するための領域とを切り欠いた形状となっている。言い換えると、放熱パターン１５は、２つの等脚台形を、ＬＥＤチップ１２の中心を通るＸ軸に平行な軸（図示せず）に対して対称に配置し、長方形で２つの等脚台形の上辺を繋いだ形状となっている。長方形の２つの等脚台形の上辺に繋がる辺（Ｘ軸に平行な辺）の長さは上辺の長さと同じであり、長方形のＸ軸に平行な辺と上辺とが重なるように配置される。

放熱パターン１５は、導電パターン１４ａおよび１４ｂとは、電気的に絶縁された状態で配置されている。つまり、導電パターン１４ａおよび１４ｂと放熱パターン１５とは独立して設けられ、一定の間隔（例えば、０．４ｍｍ等）を置いて配置されている。

このように構成したことで、放熱パターン１５は、導電パターン１４ａおよび１４ｂと同様に、ＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有している。放熱パターン１５における放射状に延びる形状と、導電パターン１４ａおよび１４ｂにおける放射状に延びる形状とは、同じであり、平行となるように配置されている。なお、放熱パターン１５における放射状に延びる形状と、導電パターン１４ａおよび１４ｂにおける放射状に延びる形状とが同じ形状となるように形成すれば、放熱パターン１５、導電パターン１４ａおよび１４ｂの面積を大きくとることが可能になる。また、基板１１の表面の領域をより効率的に利用することができる。

また、本実施の形態では、放熱パターン１５は、導電パターン１４ａおよび１４ｂと同じ材料で形成されている。例えば、導電パターン１４ａおよび１４ｂと放熱パターン１５とを銅箔で形成すれば、基板１１一面に銅箔を形成し、不要な領域（各パターンを分離させるための領域）を剥離させるという簡単な工程で２種類のパターンを同時に形成することができる。

ＬＥＤチップ１２は、電子部品の一例であり、ここでは、発光素子である。ＬＥＤチップ１２は、裏面に電極１２ａおよび１２ｂを備えるフリップチップである。ＬＥＤチップ１２の筐体は、表面の形状が長方形状（矩形状の一例）となっている。なお、ＬＥＤチップ１２の筐体の形状は、長方形状ではなく、正方形あるいは菱形等、他の形状であっても構わない。ＬＥＤチップ１２は、高熱伝導性セラミックス１７の表面に固定されている。より詳細には、図３に示す比較例と同様に、高熱伝導性セラミックス１７の表面に形成された配線１８ａとＬＥＤチップ１２の電極１２ａとが、バンプ１９ａを介して接続されている。高熱伝導性セラミックス１７の表面に形成された配線１８ｂとＬＥＤチップ１２の電極１２ｂとが、バンプ１９ｂを介して接続されている。

高熱伝導性セラミックス１７は、表面にＬＥＤチップ１２を搭載する基板である。本実施の形態では、高熱伝導性セラミックス１７の厚さは、１５０ｍｍである。高熱伝導性セラミックス１７には、表面に形成された配線１８ａと通電端子１６ａとを電気的に接続するためのスルーホール１７ａと、表面に形成された配線１８ｂと通電端子１６ｂとを電気的に接続するためのスルーホール１７ｂとが形成されている。スルーホール１７ａおよびスルーホール１７ｂの構成は比較例と同じである。高熱伝導性セラミックス１７の裏面には、スルーホール１７ａおよび１７ｂの下部に、長尺状の２つの通電端子１６ａおよび１６ｂが形成されている。

通電端子１６ａは、ＬＥＤチップ１２の電極１２ａと電気的に接続される端子であり、通電端子１６ｂは、ＬＥＤチップ１２の電極１２ｂと電気的に接続される端子である。通電端子１６ａおよび１６ｂは、ここでは、ＡｌあるいはＣｕ等の導電性材料により形成された、表面の形状が長方形状の端子である。通電端子１６ａおよび１６ｂは、長手方向がＹ軸に平行となるように、かつ、高熱伝導性セラミックス１７のＹ軸に平行な辺の各々に沿って配置されている。上述したように、通電端子１６ａは、ＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ａに電気的に接続され、通電端子１６ｂはＬＥＤチップ１２のカソード側の電極１２ｂに電気的に接続されている。

なお、本実施の形態では、通電端子１６ａおよび１６ｂは、表面の形状、つまり、ＸＹ平面に平行な面の形状が長方形状（長尺状の一例）である場合を例に説明したが、楕円形あるいは角丸長方形等、他の形状であっても構わない。

サーマルパッド１３は、ＬＥＤチップ１２において発生した熱を放熱パターン１５に移動させるための部材であり、表面の形状が長方形状のシートである。サーマルパッド１３は、表面が高熱伝導性セラミックス１７の裏面に、裏面が放熱パターン１５の表面に接するように配置されている。さらに、サーマルパッド１３は、通電端子１６ａと通電端子１６ｂとの間に、通電端子１６ａおよび１６ｂとは電気的に絶縁された状態に配置されている。

なお、図８および図９では、１つのＬＥＤチップ１２に対応する部分を図示しているが、図１０では、複数のＬＥＤチップ１２に対応する部分を示している。図８および図９では、ＬＥＤチップ１２が独立して配置されている場合を示しているが、実際には、複数のＬＥＤチップ１２が直列に接続される場合も考えられる。

図１０は、ＬＥＤチップＣ１およびＣ２が直列に接続されている場合を示している。図１０では、ＬＥＤチップＣ１のカソード側の電極１２ｂに接続されている導電パターン１４ｂと、ＬＥＤチップＣ２のアノード側の電極１２ａに接続されている導電パターン１４ａとが一体に形成されている。このように構成することにより、ＬＥＤチップＣ１のカソードとＬＥＤチップＣ２のアノードとが接続される。

このように、導電パターンは、他のＬＥＤチップの電極に接続された他の導電パターンと一体に形成されていても構わない。

［１−２．導電パターンおよび放熱パターンの詳細］
上述したように、本発明者らは、熱が放射状に広がる性質を有することから、導電パターン１４ａおよび１４ｂの形状を、ＬＥＤチップ１２から外側に向うにつれて放射状に広がる形状とした。さらに、本発明者らは、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度を順次変更して、基板装置１の温度の計測を行った。

（測定条件）
図１１は、温度測定を行った導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度別の形状を示す図である。

ここで、拡開角度とは、電極１２ａおよび１２ｂの上端付近を通るＸ軸に平行な軸Ｘ１と、当該軸Ｘ１を通る導電パターン１４ａおよび１４ｂの等脚台形の脚との間の角度である。本実施の形態では、導電パターン１４ａおよび１４ｂが等脚台形状の形状であるため、軸Ｘ１と台形の一方の脚との間の角度と、軸Ｘ２と台形の他方の脚との間の角度とは同じになっている。軸Ｘ２は、電極１２ａおよび１２ｂの下端付近を通るＸ軸に平行な軸である。

図１１では、拡開角度が３０度、４５度、６０度および９０度の場合について示している。本実施の形態では、図１１に示す４つの場合に、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（比較例よりも導電パターン１４ａおよび１４ｂの幅が広い場合）と、比較例の場合（０ｄｅｇ）とを加えて温度の測定を行った。

また、本実施の形態では、ガラエポ基板を用いた場合と、金属基板（Ａｌ基板）を用いた場合とについて温度の測定を行った。

さらに、本実施の形態において、周囲温度は３０．０℃であった。

（測定結果）
図１２は、ガラエポ基板の一例を示す外観図である。図１３は、ガラエポ基板における拡開角度別の温度の測定結果を示すグラフである。図１４は、ガラエポ基板における拡開角度別の温度の測定結果を模式的に示す模式図である。図１４では、輝度の高い領域（明るい領域）ほど、温度が高い領域となっている。

図１２に示すガラエポ基板は、樹脂基板であり、厚さ０．９ｍｍ、熱伝導率λ＝１．０Ｗ／ｍＫである。また、銅箔（導電パターンおよび放熱パターン）の厚さ７０μｍ、ＬＥＤチップ１２の熱を放熱するためのグリース（サーマルパッド１３に相当）の厚さは５０μｍ相当、熱伝導率λは１．３Ｗ／ｍＫである。発熱量Ｑは、１．４５Ｗ（４１８ｍＡ相当）とした。

図１５は、Ａｌ基板の一例を示す外観図である。図１６は、Ａｌ基板における拡開角度別の温度の測定結果を示す図である。図１７は、Ａｌ基板における拡開角度別の温度の測定結果を模式的に示す模式図である。図１７では、図１４と同様に、輝度の高い領域（明るい領域）ほど、温度が高い領域となっている。

図１５に示すＡｌ基板は、Ａｌ基板と導電パターンおよび放熱パターンとを電気的に絶縁する絶縁層を備えている。絶縁層の厚さは０．１ｍｍ、銅箔（導電パターンおよび放熱パターン）の厚さ１２０μｍ、熱伝導シート（サーマルパッド１３）の厚さは１．５ｍｍ、熱伝導率λは４．５Ｗである。発熱量Ｑは、２．４９Ｗ（７００ｍＡ相当）とした。

また、本測定に使用したＬＥＤチップ１２は、放熱パターン１５が接続される側の辺（Ｘ軸に平行な辺）よりも、導電パターンが接続される側の辺（Ｙ軸に平行な辺）の方が長くなっている。

図１３および図１６において、Ｔｊは導電パターンと通電端子との接続部分の温度を、Ｔｓは高熱伝導性セラミックスの部分の温度をそれぞれ示している。

図１３に示すガラエポ基板の場合、周囲温度３０．０℃からのＴｊの温度上昇量は、比較例（０ｄｅｇ）が１９．９℃（４９．９−３０．０）であるのに対し、６０ｄｅｇでは１７．２℃（４７．２−３０．０）である。つまり、図１３に示すガラエポ基板の場合、温度上昇量が１．５割程度抑制されていることが分かる。

同様に、図１６に示すＡｌ基板の場合、周囲温度３０．０℃からのＴｊの温度上昇量は、比較例（０ｄｅｇ）が１８．７℃であるのに対し、６０ｄｅｇでは１７．９℃である。つまり、図１６に示すＡｌ基板の場合、温度上昇量が０．５割程度抑制されていることが分かる。

なお、図１３に示すガラエポ基板の場合、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅと０ｄｅｇでは、周囲温度３０．０℃からのＴｊの温度上昇量は１９．５℃と１９．９℃であり、放熱性はほとんど改善されていない。同様に、図１６に示すＡｌ基板の場合、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅと０ｄｅｇでは、周囲温度３０．０℃からのＴｊの温度上昇量は１８．５℃と１８．７℃であり、放熱性はほとんど改善されていない。つまり、２種類のいずれの基板においても、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅと０ｄｅｇでは、放熱性の改善はほとんどみられない。導電パターン１４ａおよび１４ｂの幅を変更しても温度上昇量にはあまり変化が無いことから、単に導電パターン１４ａおよび１４ｂにおける熱の出口を広げるのみでは十分な放熱性の改善効果は得られないことが分かる。

さらに、図１３および図１６に示すように、２種類のいずれの基板においても、拡開角度が３０度、４５度、６０度の場合に、温度上昇量が抑制されるという結果を得た。特に、６０度の場合に最も温度上昇量が抑制されている。６０度の場合、比較例の場合よりも温度上昇量が０．５割〜１．５割程度抑制されていることが分かる。当該温度測定の結果より、導電パターンを介した放熱の寄与度がある程度高いことが分かる。

つまり、図１３および図１６に示す温度測定の結果から、放射状に延びる部分を形成することにより、放熱性を向上させることができることが分かる。これは、熱は放射状に伝達されるため、導電パターン１４ａおよび１４ｂに放射状に延びる部分を持たせることで、熱の移動をスムーズに行うことができるためであると考えられる。

また、６０度の場合に放熱性が最も改善されているが、これは、通電端子の長手方向の長さ（Ｙ軸に平行な辺の長さ）が、サーマルパッド１３の幅（長手方向に交差する方向の幅、例えば、Ｘ軸に平行な辺の長さ）よりも長いためであると考えられる。つまり、通電端子の長手方向の長さがサーマルパッド１３の幅よりも長い場合は、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度を４５度以上９０度よりも小さい角度に決定することで、放熱性の改善効果がさらに高まると考えられる。言い換えると、通電端子の長手方向の長さがサーマルパッド１３の幅よりも長い場合は、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度を放熱パターン１５の拡開角度よりも大きい角度に決定することで、放熱性の改善効果がさらに高まると考えられる。

逆に、通電端子の長手方向の長さがサーマルパッド１３の幅よりも短い場合は、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度を０度より大きく４５度以下の角度に決定することで、放熱性の改善効果がさらに高まると考えられる。言い換えると、通電端子の長手方向の長さがサーマルパッド１３の幅よりも短い場合は、サーマルパッド１３に接続される放熱パターン１５の拡開角度を導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度よりも大きい角度に決定することで、放熱性の改善効果がさらに高まると考えられる。

なお、通電端子の長手方向の長さとサーマルパッド１３の幅とが同じである場合あるいは差が小さい場合には、拡開角度は同程度に設計しても放熱性を十分に向上させることができると考えられる。

最適な拡開角度は、通電端子の長手方向の長さとサーマルパッド１３の幅との大小関係およびその差、サーマルパッド１３の放熱性等により変化すると考えられるため、これらの条件を考慮して決定する。なお、最適な拡開角度は、これらの条件だけでなく、他の条件をさらに考慮して決定しても構わない。

上記では、通電端子の長手方向（Ｙ軸方向）の長さとサーマルパッドの幅（Ｘ軸方向の長さ）とを比較しているが、これは、導電パターン１４ａおよび１４ｂに続く熱の出口の大きさ（長さあるいは面積）と、放熱パターン１５に続く熱の出口の大きさとを比較することに相当する。このため、通電端子の長手方向とサーマルパッドの幅方向とは、必ずしも直交している必要はなく、交差していればよい。熱の出口の大きさが大きい側のパターンの拡開角度が、熱の出口の大きさが小さい側のパターンの拡開角度よりも大きくなるように、各パターンの拡開角度を決定する。

なお、図１３および図１６に示すように、拡開角度が９０度の場合（導電パターン１４ａおよび１４ｂが放射状に延びる形状を有しない場合）は、放熱パターン側の温度が導電パターン側の温度よりも高くなっており、放熱パターン側の放熱性を損なっていることが分かる。このため、拡開角度は、９０度よりも小さい角度であることが好ましい。

［１−３．効果等］
本実施の形態では、導電パターン１４ａおよび１４ｂがＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有するように構成することにより、導電パターン１４ａおよび１４ｂにおける放熱性が改善されている。

熱は放射状に拡散すると考えられることから、導電パターンおよび放熱パターンを、電子部品から放射状に延びる形状を有するように構成することで、熱の移動をスムーズに行わせることができると考えられる。これにより、導電パターンの放熱性を向上させることが可能になる。

なお、上述した温度測定は、実際に使用される場合よりもＬＥＤチップ１２に搭載されるＬＥＤの輝度が低い状態で測定しており、発熱量が実際の使用状態における発熱量の半分程度となっている。このため、実際の使用態様では、図１３および図１６に示す測定結果の２倍の効果が得られると考えられる。実際に、実際の使用状態における発熱量において、ガラエポ基板の温度上昇量について測定したところ、比較例における基板装置を用いた場合に比べ、本実施の形態の基板装置１は４．４℃程度温度上昇量が抑制された。

拡開角度は、熱の状態が平衡状態（図１４および図１７において、同じ温度の領域が円形になる状態）になるように決めることが好ましい。各パターンにおける放熱性は、上述したように、サーマルパッド１３の伝熱性、通電端子の長手方向の長さとサーマルパッド１３の幅との比率等に応じて変化すると考えられる。このため、導電パターン１４ａ、１４ｂおよび放熱パターン１５の拡開角度は、これらの条件を考慮して設定しても構わない。

図１４および図１７の場合では、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度が６０度のときに、同じ温度の領域が円弧形に（ドーナッツ状に）なっており（図１４および図１７の（ｅ）参照）、導電パターンの拡開角度を６０度に決定することが好ましいと言える。これに対し、例えば、サーマルパッドの幅に対する通電端子の長さの比率がより大きい場合には、導電パターンの拡開角度はより大きな角度に決定しても構わないし、サーマルパッドの幅に対する通電端子の長さの比率がより小さい場合は、導電パターンの拡開角度はより小さい角度に決定しても構わない。

また、図１４および図１７の（ｆ）に示すように、導電パターンの拡開角度が９０度になると（放射状の形状を有しない場合）、放熱パターン側の放熱性を損なう可能性がある。このため、拡開角度は９０度よりも小さい角度に決定することが好ましい。

本実施の形態では、比較例に対し、導電パターン１４ａおよび１４ｂの形状を変更するという簡単な変更で導電パターン１４ａおよび１４ｂの放熱性を改善することができる。本実施の形態の基板装置１は、放熱性を向上させるための別部材、あるいは、他の複雑な工程を必要としないため、製造コストが増大するのを防止できる。

さらに、本実施の形態では、放熱パターン１５がＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有するように構成している。放熱パターン１５は、ＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有するので、熱の移動がスムーズに行われる。このため、本実施の形態の放熱パターン１５は比較例と比べて面積が減少しているが、放熱性が損なわれるのを防止することができる。

なお、通電端子１６ａおよび１６ｂの長手方向の長さがサーマルパッド１３の幅よりも大きい場合は、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度は放熱パターン１５の拡開角度よりも大きい角度に決定する。また、通電端子１６ａおよび１６ｂの長手方向の長さがサーマルパッド１３の幅よりも小さい場合は、導電パターン１４ａおよび１４ｂの拡開角度は放熱パターン１５の拡開角度よりも小さい角度に決定する。つまり、熱の出口の大きい側の拡開角度を大きくすれば、熱の移動をスムーズにすることができ、熱の状態を平衡状態に近づけることが可能になる。

本実施の形態では、複数の導電パターン１４ａおよび１４ｂを有するので、電子部品に、本実施の形態ではＬＥＤチップ１２に搭載されたＬＥＤに所望の電圧を供給することができる。

基板１１は、放熱性が向上しているため、特に、発熱量の多い電子部品、例えば、半導体素子あるいは発光素子に有用である。放熱性の向上により、半導体素子あるいは発光素子の劣化を低減することができる。

ＬＥＤモジュール１０は、サーマルパッド１３を有するため、電子部品から放熱パターン１５への熱の移動をスムーズに行わせることが可能になる。

本実施の形態のＬＥＤモジュール１０は、上述した基板１１とヒートシンク（放熱フィン）とを備える。これにより、ＬＥＤモジュール１０の放熱性を高めることができ、電子部品の劣化を低減することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の基板装置の構成について、図１、図２、図１８〜図２０を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１とは、導電パターン１４ｂおよび放熱パターン１５の形状が異なる場合について説明する。

より詳細には、本実施の形態の導電パターン１４ｂおよび放熱パターン１５は、一体に形成されている。

［２−１．装置構成］
本実施の形態の基板装置１は、実施の形態１と同様に、図１に示す投光器１００に適用されている。投光器１００は、図１に示すように、６個のＬＥＤモジュール１０と、６個のＬＥＤモジュール１０を支持するフレーム１１０と、アーム部１２０とを備えている。フレーム１１０およびアーム部１２０の構成は、実施の形態１と同じである。

ＬＥＤモジュール１０は、基板装置１を備える電子機器の一例である。図２に示すように、ＬＥＤモジュール１０は、本実施の形態における基板装置１と、ヒートシンク２０と、透明カバー３０とを備えている。ヒートシンク２０および透明カバー３０の構成は、実施の形態１と同じである。

基板装置１は、電子部品の一例としてのＬＥＤチップが搭載される装置である。

図１８は、本実施の形態における導電パターン１４ａおよび１４ｂ、および、放熱パターン１５の構成の一例を示す上面視図である。図１９は、本実施の形態における基板装置の構成の一例を示す上面視図である。図２０は、本実施の形態におけるＬＥＤチップ１２の構成の一例を示す図である。図２０の（ａ）は上面視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢＢ線部分におけるＸＺ平面に平行な面の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣＣ線部分におけるＸＹ平面に平行な断面をＺ軸負側から見た断面図である。

図１８〜図２０に示すように、基板装置１は、基板１１と、ＬＥＤチップ１２とを備えている。

基板１１は、実施の形態１と同様に、表面にＬＥＤチップ１２を搭載するための基板であり、表面に導電パターン１４ａ、１４ｂおよび放熱パターン１５が形成されている。基板１１は、表面の形状が矩形状の板状部材である。

導電パターン１４ａは、実施の形態１と同様に、ＬＥＤチップ１２のアノード側の電極１２ａに電気的に接続される通電端子１６ａに対しＬＥＤチップ１２を点灯させるための電圧を供給するパターンである。また、導電パターン１４ａにより、通電端子１６ａを介してＬＥＤチップ１２において生じた熱が放熱される。導電パターン１４ａは、実施の形態１と同様に、熱伝導性および導電性の比較的高い材料、例えば、銅箔により形成されている。

導電パターン１４ａは、ＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有している。導電パターン１４ａは、実施の形態１と同様に、等脚台形状の形状を有するパターンである。等脚台形の脚が、放射状に伸びる部分となっている。導電パターン１４ａは、等脚台形の上辺および下辺が通電端子１６ａの長辺に平行になるように、かつ、等脚台形の上辺が通電端子１６ａの下側に、下辺が基板１１の外周側に位置するように配置されている。導電パターン１４ａは、上辺の近傍で通電端子１６ａに接続されている。

導電パターン１４ｂおよび放熱パターン１５は、本実施の形態では一体に形成されている。なお、導電パターン１４ｂおよび放熱パターン１５からなる複合パターンは、導電パターン１４ａとは電気的に分離して形成されている。具体的には、導電パターン１４ａと、複合パターンとは、絶縁可能な間隔を空けて配置されている。複合パターンは、長方形から導電パターン１４ａに対応する部分と、絶縁するための領域とを切り欠いた形状となっている。複合パターンは、ＬＥＤチップ１２において生じた熱を、ＬＥＤチップ１２のカソード側の電極１２ｂに接続された通電端子１６ｂとサーマルパッド１３とを介して受け取り、放熱する。さらに、複合パターンは、通電端子１６ｂに、ＬＥＤチップ１２を点灯させるための電圧を供給する。複合パターンは、熱伝導性および導電性の比較的高い材料、例えば、銅箔により形成されている。

また、本実施の形態においても、導電パターン１４ａおよび複合パターンは、同じ材料で形成されている。

ＬＥＤチップ１２は、本実施の形態では、図２０に示すように、電極１２ａおよび電極１２ｂと、２つのＬＥＤ１２ｃと、リードフレーム１２ｄと、封止部１２ｅと、樹脂基板１２ｆとを備えている。

電極１２ａおよび電極１２ｂは、金属等、導電性の材料で形成されている。電極１２ａは導電パターン１４ａに、電極１２ｂは導電パターン１４ｂ（放熱パターン１５）に接続されている。２つのＬＥＤ１２ｃは、樹脂基板１２ｆの略中央に形成された凹部の内底部に配置され、透明の材料で構成される封止部１２ｅにより封止されている。

リードフレーム１２ｄは、サーマルパッドとして機能する。なお、リードフレーム１２ｄは、カソード電極である電極１２ｂとサーマルパッドとが一体に形成されたリードフレームであるため、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５との間に絶縁部を設ける必要がない。言い換えると、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５とを一体に形成することができる。

図２０の（ｂ）において、リードフレーム１２ｄから放熱パターン１５に伝達される熱量は、ＬＥＤチップ１２の電極１２ａから導電パターン１４ａに伝達される熱量および電極１２ｂから導電パターン１４ｂに伝達される熱量よりも大きい。また、電極１２ｂから導電パターン１４ｂに伝達される熱量は、電極１２ａから導電パターン１４ａに伝達される熱量よりも大きい。このため、本実施の形態では、アノード電極である電極１２ａに接続される導電パターン１４ａではなく、ＬＥＤチップ１２の電極１２ｂに接続される導電パターン１４ｂを放熱パターン１５と一体に形成している。

言い換えると、放熱源（ＬＥＤチップ１２）からの放熱量が多い側に接続される導電パターンを放熱パターン１５と一体に形成する。本実施の形態では、カソード側の放熱量がアノード側の放熱量よりも大きいことから、カソード側の導電パターンと放熱パターンとを一体に形成している。

［２−２．効果等］
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、導電パターン１４ａがＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有するように構成することにより、導電パターン１４ａにおける放熱性が改善されている。

さらに、本実施の形態では、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５とが一体に形成された複合パターンについても、ＬＥＤチップ１２から放射状に延びる形状を有するように構成されているので、複合パターンの放熱性が改善されている。また、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５とを一体に形成した場合、導電パターン１４ｂの形成が簡易になる。詳細には、基板１１の一面に形成する銅箔から不要な領域を剥離させて各パターンを形成する場合、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５との間の絶縁するための領域を剥離させる工程が必要無くなる。また、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５とが一体に形成されるため、導電パターン１４ｂと放熱パターン１５とが、常時、いわゆる熱的に平衡状態となる。これにより、導電パターン１４ｂおよび放熱パターン１５の放熱性を向上させることができる。

なお、拡開角度の設定方法は、実施の形態１と同様の方法を用いることができる。

（他の実施の形態）
上記実施の形態１および２では、電子部品が発光素子（ＬＥＤチップ１２）である場合を例に説明したが、半導体素子等、他の発熱する電子部品（放熱源）であっても構わない。

上記実施の形態１および２では、導電パターン１４ａが等脚台形状の形状を有している場合について説明したが、これに限るものではない。図１１において、軸Ｘ１と台形の一方の脚との間の角度と、軸Ｘ２と台形の他方の脚との間の角度とは、異なっていても構わない。

上記実施の形態１および２では、導電パターン１４ａおよび１４ｂと放熱パターン１５とが銅箔である場合を例に説明したが、他の材料を用いて構成されていても構わない。また、放熱パターン１５と導電パターン１４ａおよび１４ｂとは、同じ材料で構成されている必要はなく、異なる材料で構成されていても構わない。

上記実施の形態１および２では、拡開角度が軸Ｘ１と放射状に延びる部分との間の角度である場合を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、放射状に延びる２つの線の間の角度であっても構わない。この場合、図１１の（ａ）は拡開角度が６０度、（ｂ）は拡開角度が９０度、（ｃ）は拡開角度が１２０度、（ｄ）は拡開角度が１８０度となる。

上記実施の形態１および２では、電子機器が投光器である場合について説明したが、上述した車両用灯具あるいはシーリングライト、トンネル灯あるいは道路灯のような照明器具であっても構わない。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 基板装置
１１ 基板
１２、Ｃ１、Ｃ２ ＬＥＤチップ（電子部品）
１３ サーマルパッド
１４ａ、１４ｂ 導電パターン
１５ 放熱パターン
１６ａ、１６ｂ 通電端子
２２ 放熱フィン

Claims (8)

1. 基板装置であって、
   表面に電子部品を実装するための基板であって、前記電子部品に電気的に接続される導電パターンおよび前記電子部品の熱を放熱させる放熱パターンを前記表面に有する基板と、
   前記導電パターンに接続される長尺状の通電端子と、を備え、
   前記導電パターンは、前記電子部品から放射状に延びる形状を有し、
   前記放熱パターンは、前記電子部品から放射状に延びる形状を有し、
   前記通電端子の長手方向の長さが、前記電子部品の裏面側に配置されたサーマルパッドの前記長手方向に交差する方向の幅よりも大きい場合は、前記導電パターンの拡開角度は４５度以上９０度よりも小さい角度であり、前記通電端子の長手方向の長さが前記サーマルパッドの前記幅よりも小さい場合は、前記導電パターンの拡開角度は０度より大きく４５度以下であり、
   前記放熱パターンは、前記導電パターンと独立して設けられ、かつ、前記導電パターンから一定の間隔を置いて配置される、
   基板装置。
2. 前記基板は、複数の前記導電パターンを有する、
   請求項１に記載の基板装置。
3. 前記基板は、２つの前記導電パターンを有し、
   前記放熱パターンは、２つの前記導電パターンの間に電気的に分離して配置されている、
   請求項１に記載の基板装置。
4. 前記基板は、さらに、前記電子部品を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板装置。
5. 前記基板装置は、２つの前記通電端子を備え、
   前記基板は、さらに、２つの前記通電端子の間に配置され、前記放熱パターンに接続されたサーマルパッドを有する、
   請求項４に記載の基板装置。
6. 前記電子部品は、半導体素子である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板装置。
7. 前記電子部品は、発光素子である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板装置と、
   前記基板の裏面側に配置された放熱フィンとを備える、
   電子機器。