JP2004200253A

JP2004200253A - 発光装置

Info

Publication number: JP2004200253A
Application number: JP2002364516A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hori; 和宇堀; Naoji Yokota; 直司横田; Hiroshi Aoki; 博司青木
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】発光ダイオード素子を用いた発光装置において、金属板と絶縁基材との接合により生じる反りを軽減できる。
【解決手段】発光装置１００は、金属板１と、金属板１に接合された絶縁基材２と、金属板１に搭載された発光ダイオード素子３とを備えている。絶縁基材２は、縦横比が異なる形状を有しており、複数の発光ダイオード素子３が絶縁基材２の長手方向に沿って配列されている。金属板１は、３つの金属板１１，１２，１３に分割されており、これらの金属板１１，１２，１３は、絶縁基材２の長手方向に並んで絶縁基材２に接合されている。金属板１と絶縁基材２の接合時に生じる反りは、各金属板１１，１２，１３と絶縁基材２との接合箇所での部分的なものとなり、しかも、各金属板１１，１２，１３と絶縁基材２との接合箇所での反りも小さくなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード素子を用いた発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、発光ダイオード素子の放熱性を高めるため、金属板上に発光ダイオード素子を実装し、その金属板上に導体パターンを有する絶縁基材を貼り合せて、発光ダイオード素子と導体パターンとをワイヤボンディングした構成の発光装置が提案されている（特願２００１−２５８６８０号参照）。
【０００３】
この発光装置の構成を図９に示す。発光装置９０は、アルミ製の金属板１と、一方の面が金属板１に接合材（不図示）を用いて接合されたガラスエポキシ製の絶縁基材２と、絶縁基材２の他方の面に形成された導体パターン６と、金属板１に搭載されて熱的に結合され、導体パターン６にボンディングワイヤ７を介して接続された発光ダイオード素子３と、発光ダイオード素子３を封止する封止樹脂９と、封止樹脂９の周囲を囲む封止樹脂枠１０とを備えている。金属板１と絶縁基材２とを接合する接合材には、一般に作業時間短縮のため熱硬化性の接着剤を使用している。この発光装置９０では、発光ダイオード素子３が金属板１に直接実装されて金属板１と熱的に結合されているため、発光ダイオード素子３の放熱性が高められる。
【０００４】
また、この発光装置９０は、図１０に示すように、細長い形状の金属板１と絶縁基材２を接合し、その長手方向に複数の発光ダイオード素子３を配列した構成のものも提案されている。なお、図１０では、導体パターン及びボンディングワイヤを図示省略している。
【０００５】
また、発光ダイオード素子を用いた光源装置に関し、絶縁部材に銅のような導電性材料から成る互いに電気的に絶縁された複数の金属板を接合し、各金属板に発光ダイオード素子を１個ずつ、発光ダイオード素子の一方の電極を配線パターンに接触させると共に他方の電極を金属板に接触させるようにフェースダウン実装したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この光源装置は、金属板を発光ダイオード素子への給電部の一部として利用し、配線パターンと金属板との間に電源を接続して発光ダイオード素子に給電することにより配線パターンの簡略化を図るものであり、複数の発光ダイオード素子を直列接続するために金属板を互いに電気的に絶縁した複数の領域に分割したものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９４１２２号公報
（図１０、段落００８４〜段落００８６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アルミの熱膨張率はガラスエポキシ樹脂の熱膨張率よりも大きい。従って、アルミ製の金属板１とガラスエポキシ製の絶縁基材２とを熱硬化性の接着剤を塗布して貼り合わせ、加熱して接着剤を硬化させて両者を接合した後に常温に戻すと、金属板１と絶縁基材２とが接合された状態で金属板１の方が絶縁基材２よりも大きく縮んでしまう。
【０００８】
このため、上述した従来の絶縁基材２の長手方向に複数の発光ダイオード素子３を配列した発光装置９０では、金属板１と絶縁基材２とを加熱して接合した後に常温に戻すと、図１１に示すように、長手方向に沿って反りを生じるという問題がある。なお、上述の特許文献１に記載の光源装置は、金属板を発光ダイオード素子への給電部の一部として利用するために金属板を銅のような導電性材料とし、また、複数の発光ダイオード素子を直列接続するために金属板を互いに電気的に絶縁した複数の領域に分割したものである。すなわち、特許文献１に記載の光源装置は、金属板と絶縁部材の接合により生じる反りを防止するために金属板を複数の領域に分割したものではなく、また、特許文献１には、金属板を絶縁部材の長手方向に分割することについての記載がない。従って、この特許文献１に記載の内容を適用したとしても、上述の課題を解決することはできない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、金属板と絶縁基材との接合により生じる反りを軽減できる発光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、金属板と、一方の面が金属板に重ねた形で金属板に接合材を用いて接合された絶縁基材と、絶縁基材の他方の面に形成された導体パターンと、金属板に搭載されて熱的に結合され、導体パターンに接続された発光ダイオード素子と、を備えた発光装置であって、絶縁基材は、縦横比が異なる形状を有しており、発光ダイオード素子は、複数のものが絶縁基材の長手方向に沿って金属板に搭載されており、金属板は、複数に分割されており、分割された金属板の並び方向が絶縁基材の長手方向であるものである。
【００１１】
この構成においては、発光ダイオード素子は金属板に搭載されて金属板と熱的に結合されているため、発光ダイオード素子で発生した熱は、速やかに金属板に熱伝導され金属板から放熱される。また、分割された複数の金属板を絶縁基材の長手方向に並んで絶縁基材に接合することで、各金属板は、互いに分離され、しかも、絶縁基材の長手方向に対する長さが短くなる。これにより、金属板と絶縁基材とを接合したときに生じる反りは、各金属板と絶縁基材との接合箇所での部分的なものとなり、しかも各接合箇所での反りも小さくなる。その結果、分割された複数の金属板の並び方向である絶縁基材の長手方向に沿った発光装置全体としての反りが軽減される。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発光装置において、金属板の分割部分の形状は、傾きの異なる複数の直線から成るものである。この構成においては、金属板の分割部分の形状を傾きの異なる複数の直線とすることで、隣り合う金属板は、その一部が絶縁基材の長手方向に垂直な方向に互いに重なり合うことになる。これにより、絶縁基材の長手方向と垂直な方向に見て、金属板が絶縁基材に接合されていない箇所がなくなり、金属板が絶縁基材の長手方向に沿った撓みに対する補強材の役割を果たす。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１に記載の発光装置において、金属板の分割部分の形状は、曲線から成るものである。この構成においては、金属板の分割部分の形状を曲線とすることで、隣り合う金属板は、その一部が絶縁基材の長手方向に互いに重なり合うことになる。これにより、請求項２の発明と同様の作用が得られる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１に記載の発光装置において、金属板の分割部分の形状は、曲線と直線から成るものである。この構成においては、金属板の分割部分の形状を曲線と直線から構成することで、隣り合う金属板は、その一部が絶縁基材の長手方向に互いに重なり合うことになる。これにより、請求項２の発明と同様の作用が得られる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１に記載の発光装置において、金属板の分割部分の形状は、絶縁基材の長手方向に対して斜めに傾いた直線から成るものである。この構成においては、金属板の分割部分の形状を絶縁基材の長手方向に対して斜めに傾いた直線とすることで、隣り合う金属板は、その一部が絶縁基材の長手方向に互いに重なり合うことになる。これにより、請求項２の発明と同様の作用が得られる。
【００１６】
請求項６の発明は、１枚の絶縁基材シート上に、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置の複数個が、各発光装置における分割された金属板の並び方向が互いに異なる方向になるように配置されているものである。この構成においては、金属板と絶縁基材シートとの接合時の反りを生じさせる応力は、複数の発光装置の金属板を各発光装置における金属板の並び方向を同じ方向にして１枚の絶縁基材シートに接合した場合よりも小さくなる。従って、１枚の絶縁基材シート上に形成される各発光装置の反りが軽減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。発光装置１００は、アルミ製の金属板１とガラスエポキシ製の絶縁基材２とが接合されて構成されている。絶縁基材２は、縦横比が異なる細長い形状をしており、その長手方向（図中、Ｘ方向）に並んで複数の発光ダイオード素子３が配列されている。
【００１８】
金属板１は、３つの金属板１１，１２，１３に分割されており、これらの金属板１１，１２，１３は、絶縁基材２の長手方向に並んで絶縁基材２の裏面に重ねた形で接合されている。分割部分Ｌの形状は、絶縁基材２の長手方向に垂直な方向（図中、Ｙ方向）に沿った直線状となっている。また、各金属板１１，１２，１３は、各々前方に突出した２つの突出部１ａを有しており、これらの突出部１ａは、絶縁基材２の長手方向に並んで設けられた複数の納入孔２ａに各々挿入されている。各突出部１ａの前面には、発光ダイオードチップ３を搭載するための収納凹所１ｂが形成されている。
【００１９】
発光ダイオード素子３は、金属板１１，１２，１３の突出部１ａに形成された各収納凹所１ｂの底面に直接実装されており、これにより、複数の発光ダイオード素子３が絶縁基材２の長手方向に並んで配列された構成となっている。また、発光ダイオード素子３は、収納凹所１ｂの底面に直接実装されているため、突出部１ａ（すなわち金属板１１，１２，１３）と熱的に結合している。
【００２０】
絶縁基材２は、表面（金属板１が接合されていない側の面）に、銅箔から成る導体パターン６（図１では図示を省略している）と封止樹脂枠１０を有している。発光ダイオード素子３と導体パターン６は、ボンディングワイヤ７により接続されている。封止樹脂９は、納入孔２ａ及び封止樹脂枠１０内に充填されており、発光ダイオード素子３とボンディングワイヤ７を封止している。この封止樹脂９は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等から成り、透光性を有している。
【００２１】
上記構成の発光装置１００は、以下の工程で作成される。まず、絶縁基材２に納入孔２ａを形成し、絶縁基材２の表面に導体パターン６、及び封止樹脂枠１０を形成する。一方、別工程により、突出部１ａを有し突出部１ａに収納凹所１ｂが形成された３つの金属板１１，１２，１３を形成しておく。
【００２２】
次に、金属板１１，１２，１３の突出部１ａが設けられている側の面、又は絶縁基材２の裏面（導体パターン６が形成されていない側の面）に、熱硬化性の接着剤（接合材）を塗布する。そして、金属板１１，１２，１３の突出部１ａを絶縁基材２の裏面側から納入孔２ａに挿入して、金属板１１，１２，１３と絶縁基材２とを貼り合わせ、加熱して接着剤を硬化させて金属板１１，１２，１３と絶縁基材２とを接合し、その後、常温に戻す。
【００２３】
このとき、金属板１１，１２，１３の材料であるアルミは絶縁基材２の材料であるガラスエポキシ樹脂よりも熱膨張率が大きいため、常温に戻すときに金属板１１，１２，１３の方が絶縁基材２よりも大きく縮んでしまう。その結果、接合された金属板１１，１２，１３と絶縁基材２は、常温に戻すときに反りを生じてしまう。しかし、その反りは、図３に示すように、各金属板１１，１２，１３が互いに分離しているため、各金属板１１，１２，１３と絶縁基材２との接合箇所における部分的なものとなる。しかも、その部分的な反りは、絶縁基材２の長手方向に対する各金属板１１，１２，１３の長さが短いため、小さなものとなる。その結果、接合された金属板１１，１２，１３と絶縁基材２は、全体としての反りが小さく抑えられる。
【００２４】
その後、発光ダイオード素子３を金属板１の収納凹所１ｂの底部に直接実装し、発光ダイオード素子３と導体パターン６をボンディングワイヤ７で接続する。最後に、封止樹脂９を封止樹脂枠１０及び納入孔２ａ内に流し込んで硬化させ、発光ダイオード素子３とボンディングワイヤ７を封止する。
【００２５】
上記構成の発光装置１００によれば、発光ダイオード素子３を金属板１の突出部１ａに形成された収納凹所１ｂに直接実装しているため、発光ダイオード素子３は金属板１と熱的に結合されている。これにより、発光ダイオード素子３で発生した熱は、速やかに金属板１の突出部１ａに熱伝導され、突出部１ａを通じて金属板１全体に広がり、金属板１全体から放熱される。また、金属板１は、３つの金属板１１，１２，１３に分割されて、絶縁基材２の長手方向に並んで絶縁基材２に接合されている。このため、各金属板１１，１２，１３は、互いに分離され、しかも、絶縁基材２の長手方向に対する長さが短くなる。これにより、金属板１と絶縁基材２とを接合したときに生じる反りは、部分的かつ小さなものとなり、全体としての反りが小さく抑えられる。なお、金属板１は、３つに限らず、２つ又は４つ以上に分割してもよい。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態では、発光装置１００は、金属板１の分割部分Ｌの形状が傾きの異なる複数の直線から成っている。図示の例では、金属板１の分割部分Ｌの形状は、絶縁基材２の長手方向（図中、Ｘ方向）に沿った直線と長手方向に垂直な方向（図中、Ｙ方向）に沿った直線から成っており、隣り合う金属板１１と金属板１２、及び金属板１２と金属板１３が、絶縁基材２の長手方向と垂直な方向に互いに重なり合う部分Ｐ１、Ｐ２を有している。本実施形態における他の構成については、第１の実施形態の構成と同様である。
【００２７】
本実施形態の発光装置１００によれば、隣り合う金属板１１と金属板１２、及び金属板１２と金属板１３が絶縁基材２の長手方向に垂直な方向に互いに重なり合う部分Ｐ１、Ｐ２を有することで、絶縁基材２の長手方向と垂直な方向に見て、金属板１が絶縁基材２に接合されていない箇所がなくなる。その結果、金属板１が絶縁基材２の長手方向に沿った撓みに対する補強材の役割を果たすため、上記第１の実施形態と同様に反りが小さく抑えられることに加え、絶縁基材２の長手方向に沿った撓みに対して強くなる。
【００２８】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態では、発光装置１００は、金属板１の分割部分Ｌの形状が曲線から成っている。図示の例では、金属板１の分割部分Ｌの形状は、波形状の曲線から成っており、隣り合う金属板１１と金属板１２、及び金属板１２と金属板１３が、絶縁基材２の長手方向と垂直な方向に互いに重なり合う部分Ｐ１、Ｐ２を有している。本実施形態における他の構成については、第１の実施形態の構成と同様である。
【００２９】
本実施形態の発光装置１００によれば、第１の実施形態と同様に反りが小さく抑えられることに加え、第２の実施形態と同様に絶縁基材２の長手方向に沿った撓みに対して強くなる。
【００３０】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態では、発光装置１００は、金属板１の分割部分Ｌの形状が曲線と直線から成っている。図示の例では、金属板１の分割部分Ｌの形状は、半円形状の曲線と絶縁基材２の長手方向に垂直な方向（図中、Ｙ方向）に沿った直線から成っており、隣り合う金属板１１と金属板１２、及び金属板１２と金属板１３が、絶縁基材２の長手方向と垂直な方向に互いに重なり合う部分Ｐ１、Ｐ２を有している。本実施形態における他の構成については、第１の実施形態の構成と同様である。
【００３１】
本実施形態の発光装置１００によれば、第１の実施形態と同様に反りが小さく抑えられることに加え、第２の実施形態と同様に絶縁基材２の長手方向に沿った撓みに対して強くなる。
【００３２】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図７を参照して説明する。本実施形態では、発光装置１００は、金属板１の分割部分Ｌの形状が絶縁基材２の長手方向（図中、Ｘ方向）に対して斜めに傾いた直線から成っている。図示の例では、金属板１の分割部分Ｌの形状は、絶縁基材２の長手方向に対して略４５°斜めに傾いた直線から成っており、隣り合う金属板１１と金属板１２、及び金属板１２と金属板１３が、絶縁基材２の長手方向と垂直な方向に互いに重なり合う部分Ｐ１、Ｐ２を有している。本実施形態における他の構成については、第１の実施形態の構成と同様である。
【００３３】
本実施形態の発光装置１００によれば、第１の実施形態と同様に反りが小さく抑えられることに加え、第２の実施形態と同様に絶縁基材２の長手方向に沿った撓みに対して強くなる。
【００３４】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態では、複数の発光装置１００が、１枚のガラスエポキシ製の絶縁基材シート２０に作成されている。複数の発光装置１００は、各発光装置１００における金属板１１，１２，１３の並び方向が互いに異なる方向になるように、絶縁基材シート２０に配置されている。図示の例では、４つの発光装置１００がロの字を形成するように絶縁基材シート２０に配置されて、各発光装置１００における金属板１１，１２，１３の並び方向が互いに異なった方向になっている。各発光装置１００の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００３５】
４つの発光装置１００を１枚の絶縁基材シート２０に作成するにあたって、４つの発光装置１００の金属基板１１，１２，１３は、熱硬化性の樹脂（接合材）を介して絶縁基材シート２０に貼り合わせ、一度の加熱工程により絶縁基材シート２０に接合する。このとき、隣り合う発光装置１００の金属板１１，１２，１３の並び方向が互いに異なるため、隣り合う発光装置１００間では、金属板１１，１２，１３が大きく膨張する方向は、互いに異なった方向となる。その結果、加熱後に常温に戻すときに発生する金属板１１，１２，１３と絶縁基材シート２０を反らせる応力は、４つの発光装置１００の金属板１１，１２，１３を全て同じ方向に並べて絶縁基材シート２０に接合した場合よりも小さくなり、絶縁基材シート２０に作成される各発光装置１００の反りが軽減される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、金属板は複数に分割されて絶縁基材に接合され、その分割された金属板の並び方向が絶縁基材の長手方向であるため、金属板と絶縁基材とを接合したときに生じる反りは、部分的かつ小さなものとなり、これにより、発光装置全体としての反りを少なくできる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、金属板の分割部分の形状が傾きの異なる複数の直線から成るため、隣り合う金属板の一部が絶縁基材の長手方向に垂直な方向に互いに重なり合い、これにより、金属板が補強の役割を果たし、撓みに対する強度を高めることができる。
【００３８】
請求項３の発明によれば、金属板の分割部分の形状が曲線から成るため、隣り合う金属板の一部が絶縁基材の長手方向に垂直な方向に互いに重なり合い、請求項２と同様の効果が得られる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、金属板の分割部分の形状が曲線と直線から成るため、隣り合う金属板の一部が絶縁基材の長手方向に垂直な方向に互いに重なり合い、請求項２と同様の効果が得られる。
【００４０】
請求項５の発明によれば、金属板の分割部分の形状が絶縁基材の長手方向に対して斜めに傾いた直線から成るため、隣り合う金属板の一部が絶縁基材の長手方向に垂直な方向に互いに重なり合い、請求項２と同様の効果が得られる。
【００４１】
請求項６の発明によれば、複数の発光装置の金属板が、各発光装置における金属板の並び方向が互いに異なる方向になるように１枚の絶縁基材シート上に配置されているため、金属板と絶縁基材シートの反りを生じさせる応力が小さくなり、１枚の絶縁基材シートに形成される各発光装置の反りが軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による発光装置の構成を示す上面図。
【図２】同発光装置の断面図。
【図３】同発光装置の反りを生じた状態を示す側面図。
【図４】本発明の第２の実施形態による発光装置の構成を示す上面図。
【図５】本発明の第３の実施形態による発光装置の構成を示す上面図。
【図６】本発明の第４の実施形態による発光装置の構成を示す上面図。
【図７】本発明の第５の実施形態による発光装置の構成を示す上面図。
【図８】本発明の第６の実施形態による発光装置の構成を示す上面図。
【図９】従来の発光装置の構成を示す断面図。
【図１０】別の従来の発光装置の構成を示す上面図。
【図１１】従来の発光装置の反りを生じた状態を示す側面図。
【符号の説明】
１金属板
１ａ突出部
１ｂ収納凹所
２絶縁基材
２ａ納入孔
３発光ダイオード素子
６導体パターン
７ボンディングワイヤ
９封止樹脂
１０封止樹脂枠
１１，１２，１３金属板
１００発光装置

Claims

金属板と、一方の面が前記金属板に重ねた形で前記金属板に接合材を用いて接合された絶縁基材と、前記絶縁基材の他方の面に形成された導体パターンと、前記金属板に搭載されて熱的に結合され、前記導体パターンに接続された発光ダイオード素子と、を備えた発光装置であって、
前記絶縁基材は、縦横比が異なる形状を有しており、
前記発光ダイオード素子は、複数のものが前記絶縁基材の長手方向に沿って前記金属板に搭載されており、
前記金属板は、複数に分割されており、分割された金属板の並び方向が前記絶縁基材の長手方向であることを特徴とする発光装置。
前記金属板の分割部分の形状は、傾きの異なる複数の直線から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記金属板の分割部分の形状は、曲線から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記金属板の分割部分の形状は、曲線と直線から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記金属板の分割部分の形状は、前記絶縁基材の長手方向に対して斜めに傾いた直線から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
１枚の絶縁基材シート上に、前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置の複数個が、各発光装置における分割された金属板の並び方向が互いに異なる方向になるように配置されていることを特徴とする発光装置。