JP2009088373A - Ｌｅｄランプモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性と、セラミックからなる基板を用いたＬＥＤランプと配線基板との接合性が改善されたＬＥＤランプモジュールを実現すること。
【解決手段】ＬＥＤランプモジュール１０は、ＬＥＤランプ１００と配線基板１５０とにより構成されている。ＬＥＤランプ１００の突出部１１０の内部には、放熱材１０８が埋め込まれている。ＬＥＤランプ１００は、配線基板１５０に形成された凹部１５４に収納されている。ＬＥＤランプ１００の外部接続端子１０４と配線基板１５０のバネ状端子１５５が接触した状態で、ＬＥＤランプ１００の突出部１１０裏面と配線基板１５０の凹部１５４底面が伝熱性接着剤１５７により接着している。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックからなる基板にＬＥＤチップが実装されたＬＥＤランプ、およびそのＬＥＤランプと配線基板とを接続したＬＥＤランプモジュールに関するものである。

従来、セラミックからなる基板の上面にＬＥＤチップが実装されたＬＥＤランプは、はんだを介して配線基板と接合している。たとえば、ＬＥＤランプとして、基板の上面にＬＥＤチップを実装し、基板の裏面に外部接続端子を設け、スルーホールを介してＬＥＤチップと外部接続端子が接続されたものを用いる。そして、配線基板に設けられた配線と、ＬＥＤランプの外部接続端子とをはんだを介して接合することでＬＥＤランプモジュールが構成される。

他方、はんだを用いずにＬＥＤランプと配線基板を接続する技術が特許文献１に示されている。特許文献１では、配線基板にＬＥＤランプを設置する凹部を設け、ＬＥＤランプを凹部に設置したときに、配線基板に設けた板バネ状端子によって、ＬＥＤランプの基板裏面もしくは上面に設けた外部接続端子を押圧して接触させることで、ＬＥＤランプと配線基板とを接続している。
特開２００４−２６６１６８

しかし、セラミック基板を用いたＬＥＤランプと配線基板とをはんだにより接合した場合、配線基板との熱膨張差が大きいため、はんだである接合部にかかる応力が非常に大きくなる。そのため、温度差の激しい環境では短時間ではんだにクラックが生じてしまい、不灯に至る場合が多い。

また、特許文献１のように、バネでＬＥＤランプと配線基板とを接続する場合は、ＬＥＤランプと配線基板の熱膨張差を吸収することができるが、はんだを用いて接続する場合よりも放熱性が低くなってしまう。そこで、放熱性を高めるためにＬＥＤランプの基板の裏面全面に放熱板を設けることが考えられる。この場合、ＬＥＤランプの基板上面に電極を形成し、バネで配線基板とを接続することになる。しかし、バネを電極の上部に配置するために配線基板の形状に工夫が必要で、ＬＥＤランプと配線基板との接続が複雑となってしまう。また、電極用マスクを基板上面に設けて封止材が電極を覆わないようにする必要があり、ＬＥＤランプの製造工程が増してしまう。

そこで本発明の目的は、セラミックからなる基板を用いたＬＥＤランプと配線基板との接合性が改善されたＬＥＤランプモジュールを実現することにある。また他の目的は、放熱性の高いＬＥＤランプモジュールを実現することである。

第１の発明は、ＬＥＤランプと、ＬＥＤランプと電気的に接続する配線基板とで構成され、ＬＥＤランプは、ＬＥＤチップと、セラミックからなり、上面にＬＥＤチップが実装された基板と、基板の上面を覆い、ＬＥＤチップを封止する封止材と、基板の裏面に設けられ、ＬＥＤチップと接続する外部接続端子と、を有し、配線基板は弾性材からなるバネ状端子を有し、バネ状端子がＬＥＤランプの外部接続端子を押圧して接触している状態で、ＬＥＤランプの裏面と配線基板とが、弾性を有した伝熱性接着剤により接着されていることを特徴とするＬＥＤランプモジュールである。

基板上に実装されるＬＥＤチップは１個である必要はなく、複数個であってもよい。また、ＬＥＤチップには、赤、緑、青などさまざまな発光色のものを用いることができる。封止材に透明なものを用いてＬＥＤチップの発光色を変えずともよいし、封止材に蛍光体を配合し、発光色を変化させるようにしてもよい。たとえば、青色や紫外発光のＬＥＤチップを用い、蛍光体を含む封止材によって白色発光させるようにしてもよい。

セラミックには、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や、熱伝導性の高いＡｌＮなどを用いる。また、基板は多層構造であってもよい。

伝熱性接着剤には、シリコーンなどの弾性接着剤に、放熱性の高いＡｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属やＡｌＮ、ＢＮなどの無機化合物の粒子を分散させたものを用いる。

バネ状端子の形状は、金属板の一端を固定した板バネや、金属板を湾曲させて両端を固定した板バネなどの形状を用いることができる。

第２の発明は、第１の発明において、ＬＥＤランプの基板は、基板裏面の内側の一部分から下方に突出した突出部を有し、突出部の内部には放熱材が埋め込まれていて、外部接続端子は、突出部ではない基板の裏面に設けられていて、配線基板は、突出部を収納する凹部を有することを特徴とするＬＥＤランプモジュールである。

放熱材は、多層基板を用いることで容易に埋め込むことができる。放熱材は、少なくとも突出部の内部に位置していればよく、突出部の内部の放熱材と連続して、突出部より上側の基板内に放熱材が埋め込まれていてもよい。放熱材には、Ｃｕ−Ｗなどの放熱性の高いものを用いる。

第３の発明は、第２の発明において、基板の突出部裏面には、放熱板が形成されていることを特徴とするＬＥＤランプモジュールである。

第４の発明は、第２の発明または第３の発明において、基板はアルミナからなり、放熱材はＣｕ−Ｗからなることを特徴とするＬＥＤランプモジュールである。

第１の発明では、ＬＥＤランプの外部接続端子と、配線基板のバネ状端子とを接触させた状態で、ＬＥＤランプ裏面と配線基板とを伝熱性接着剤により接着し、ＬＥＤランプと配線基板とを電気的に接続している。そのため、ＬＥＤランプと配線基板との熱膨張差は、伝熱性接着剤の弾性と、外部接続端子とバネ状端子とが固定されていないことにより吸収することができ、実装信頼性が向上する。また、外部接続端子は、基板の裏面に形成されているので、基板上面に外部接続端子を設ける場合に必要であった、封止材が外部接続端子を覆わないようにするマスクを設ける工程は必要がない。そのため、基板上面全体を封止材で覆うことができ、ＬＥＤチップの樹脂封止工程が簡便である。

また第２の発明におけるＬＥＤランプは、従来のようにスルーホールでＬＥＤランプの放熱性を高めるのではなく、基板の下方に突出部を設け、その突出部に放熱材を埋め込んでいる。そのため、高い放熱性を有している。第２の発明のＬＥＤランプモジュールは、この放熱性の高いＬＥＤランプを用いるので、バネ状端子によって接触することで配線基板と接続する場合でも、高い放熱性を維持することができる。また、突出部ではない基板の裏面に外部接続端子を設け、配線基板に凹部を設けているため、突出部を有するＬＥＤランプであっても、外部接続端子とバネ状端子とを容易に接触させることができる。

また第３の発明のように、突出部の裏面に放熱板を設けることで、さらに放熱性を高めることができる。

また第４の発明のように、ＬＥＤランプの基板としてアルミナを用いる場合は、アルミナと同等の熱膨張率であるＣｕ−Ｗを放熱材として用いるとよい。熱膨張率差によって放熱材と基板の間に隙間ができるなどして放熱性が悪化することがなくなるからである。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１のＬＥＤランプモジュール１０の構造を示す断面図である。ＬＥＤランプモジュール１０は、ＬＥＤランプ１００と、配線基板１５０とにより構成されている。図２は、ＬＥＤランプ１００の構造を示す断面図である。

まず、ＬＥＤランプ１００の構造について、図２を参照に説明する。

ＬＥＤランプ１００は、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）からなるセラミック基板１０１、セラミック基板１０１の上面にフリップチップ実装された青色発光のＬＥＤチップ１０２、ＬＥＤチップ１０２を覆う封止材１０３、外部接続端子１０４により構成されている。

セラミック基板１０１は、４層構造となっており、以下では、セラミック基板１０１上面側から裏面側に向かって順に第１層１０１ａ、第２層１０１ｂ、第３層１０１ｃ、第４層１０１ｄとして説明する。

セラミック基板１０１の第１層１０１ａ上面と裏面には、Ａｕメッキによって配線パターン１０５、１０６が形成されていて、スルーホール１０７によって配線パターン１０５と配線パターン１０６は接続している。ＬＥＤチップ１０２は、バンプを介して配線パターン１０５と接続している。

第２層１０１ｂから第４層１０１ｄは、第１層の裏面から下方に突出するように形成されていて、第２層１０１ｂから第４層１０１ｄ（以下、突出部１１０とする）の側面は第１層１０１ａ側面よりも内側に形成されている。そのため、第１層１０１ａの裏面の一部は、第１層１０１ａの側部において露出していて、その露出した第１層１０１ａの裏面には、Ａｕメッキによって外部接続端子１０４が形成されている。この外部接続端子１０４は、配線パターン１０６に連続している。

第３層１０１ｃは、内側が切り抜かれていて、Ａｌ₂ Ｏ₃ と同等の熱膨張率のＣｕ−Ｗからなる放熱材１０８が埋め込まれている。

また、第４層１０１ｄの裏面全体には、Ａｇメッキによる放熱板１０９が設けられている。Ａｇのほかには、ＡｕやＣｕを用いてもよい。また、メッキではなく、蒸着によって放熱板１０９を形成してもよい。

ＬＥＤチップ１０２は、エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂からなる封止材１０３によって覆われている。また、この封止材１０３は、セラミック基板１０１の上面全体を覆うように形成されている。封止材１０３には蛍光体が配合されていて、ＬＥＤランプ１００を白色発光させるようにしている。

このＬＥＤランプ１００は、セラミック基板１０１に突出部１１０を設け、その突出部１１０の内部に放熱材１０８が埋め込まれている。また、その突出部１１０の裏面（第４層１０１ｄの裏面）全体には放熱板１０９が形成されている。そのため、高い放熱性を有した構造となっている。また、外部接続端子１０４は、第１層１０１ａの側部において露出した第１層１０１ａの裏面に形成されていて、セラミック基板１０１上面（第１層１０１ａの上面）には形成されていない。そのため、外部接続端子をセラミック基板上面に形成する場合のように、マスクを設けて封止材が外部接続端子を覆わないようにする工程が必要ないので、ＬＥＤランプの製造工程が複雑にならない。

次に、配線基板１５０およびＬＥＤランプモジュール１０の構造について、図１を用いて説明する。なお、図１においてＬＥＤランプ１００の構成は簡略化して示している。

配線基板１５０は、ＡｌまたはＣｕからなる基板１５１上に絶縁層１５２を介して配線パターン１５３が形成された構造である。Ａｌは比較的熱伝導性が高く、軽いことに利点があり、ＣｕはＡｌよりさらに熱伝導性が高いことに利点がある。また、配線基板１５０には、ＬＥＤランプ１００の突出部１１０を収納する凹部１５４が形成されている。凹部１５４は、ＬＥＤランプ１００の突出部１１０の形状にほぼ一致している。

凹部１５４近傍には、板バネ状端子１５５が形成されている。この板バネ状端子１５５は、金属板を階段状に２ヶ所屈曲させた形状である。その板バネ状端子１５５の一端は、留めピン１５６を留めピン用の孔１５８に差し込むことにより固定され、配線パターン１５３と接続している。板バネ状端子１５５の固定されていない方の端は、その板バネ状端子１５５の形状により、配線基板１５０上面から離間している。そのため、板バネ状端子１５５の固定されていない方の端は、配線基板１５０の面に垂直な方向に可動であり、応力を加えることができる。

凹部１５４にはＬＥＤランプ１００の突出部１１０が収納されている。この収納時に、板バネ状端子１５５は、ＬＥＤランプ１００の外部接続端子１０４を押圧し、接触している。そしてこの接触した状態で、突出部１１０裏面の放熱板１０９と凹部１５４の底面とを伝熱性接着剤１５７によって接着している。

伝熱性接着剤１５７は、シリコーンなどの弾性接着剤に、放熱性の高いＡｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属やＡｌＮ、ＢＮなどの無機化合物の粒子を分散させたものを用いる。

以上のように、実施例１のＬＥＤランプモジュール１０は、ＬＥＤチップの外部接続端子と配線基板のバネ状端子とを接触させた状態で、ＬＥＤランプの突出部裏面と配線基板の凹部底面を接着して、ＬＥＤランプと配線基板との間の導通をとっている。そのため、伝熱性接着剤の弾性によってＬＥＤランプと配線基板の熱膨張差を緩和することができる。また、外部接続端子とバネ状端子とが固定されていないことによってＬＥＤランプと配線基板の熱膨張差を吸収することができる。その結果、実装信頼性が向上する。さらに、ＬＥＤランプとして放熱性の高いものを用いているので、バネによるＬＥＤランプと配線基板との接続の場合であっても高い放熱性が確保される。

実施例１では、バネ状端子は金属板を階段状に２ヶ所屈曲させた形状であったが、バネ状端子の構造はこれに限るものではなく、ＬＥＤランプを配線基板の凹部に収納したときにＬＥＤランプ裏面の外部接続端子を押圧できる構造のバネであればよい。たとえば、金属板を湾曲して両端を固定した板バネ状の端子であってもよい。

また、実施例１では、封止材に蛍光体を配合し、ＬＥＤチップに青色発光のものを用いることでＬＥＤランプの発光色を白色としているが、赤、緑、青などの各種発光色のＬＥＤチップを用い、封止材に蛍光体を配合しないでＬＥＤチップの発光色をそのまま利用するＬＥＤランプであってもよい。

また、実施例では、ＬＥＤランプの基板としてアルミナからなるセラミック基板を用い、セラミック基板に放熱材を埋め込んでいるが、ＬＥＤランプの基板としてＡｌＮなどの高放熱性のセラミック基板を用いることもできる。この場合には、基板に突出部を設けて放熱材を埋め込まなくても十分な放熱性が得られ、平坦なセラミック基板を使用できる。

また、実施例１では、ＬＥＤランプの基板に突出部を設け、放熱材の埋め込みを容易にしているが、突出部は必ずしも必要ではない。また、実施例１では、配線基板に凹部を設けることで、突出部を有したＬＥＤランプ基板を用いた場合の、外部接続端子とバネ状端子との接触を容易にしている。したがって、突出部を有しない平坦なＬＥＤランプ基板を用いる場合には配線基板に凹部は必要ない。しかし、突出部を有したＬＥＤランプ基板を用いる場合であっても、凹部は必ずしも必要ではない。ＬＥＤランプの外部接続端子と配線基板のバネ状端子を接触し、伝熱性接着剤でＬＥＤランプと配線基板とを接着することで外部接続端子とバネ状端子の接触した状態を維持できるのであれば、配線基板に凹部を設ける必要はない。

本発明は、照明装置などに用いることができる。

実施例１のＬＥＤランプモジュール１０の断面図。 ＬＥＤランプ１００の断面図。

符号の説明

１０：ＬＥＤランプモジュール
１００：ＬＥＤランプ
１０１：セラミック基板
１０２：ＬＥＤチップ
１０３：封止材
１０４：外部接続端子
１０５、１０６、１５３：配線パターン
１０７：スルーホール
１０８：放熱材
１０９：放熱板
１１０：突出部
１５０：配線基板
１５１：基板
１５２：絶縁層
１５４：凹部
１５５：バネ状端子
１５７：伝熱性接着剤

Claims (4)

1. ＬＥＤランプと、前記ＬＥＤランプと電気的に接続する配線基板とで構成され、
   前記ＬＥＤランプは、ＬＥＤチップと、セラミックからなり、上面に前記ＬＥＤチップが実装された基板と、前記基板の上面を覆い、前記ＬＥＤチップを封止する封止材と、前記基板の裏面に設けられ、前記ＬＥＤチップと接続する外部接続端子と、を有し、
   前記配線基板は、弾性材からなるバネ状端子を有し、
   前記バネ状端子が前記ＬＥＤランプの前記外部接続端子を押圧して接触している状態で、前記ＬＥＤランプの裏面と前記配線基板とが、弾性を有した伝熱性接着剤により接着されている、
   ことを特徴とするＬＥＤランプモジュール。
2. 前記ＬＥＤランプの前記基板は、前記基板裏面の内側の一部分から下方に突出した突出部を有し、前記突出部の内部には放熱材が埋め込まれていて、
   前記外部接続端子は、前記突出部ではない基板の裏面に設けられていて、
   前記配線基板は、前記突出部を収納する凹部を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプモジュール。
3. 前記基板の前記突出部裏面には、放熱板が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤランプモジュール。
4. 前記基板はアルミナからなり、前記放熱材はＣｕ−Ｗからなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＬＥＤランプモジュール。

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