JP2005311314A - Led実装用モジュール、ledモジュール、led実装用モジュールの製造方法及びledモジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 LEDモジュール100は、複数のLED素子110と、これらのLED素子110を表面に実装するためのLED実装用モジュール120と、LED実装用モジュール120の表面に装着されるレンズ板130とを備える。LED実装用モジュール120は、絶縁板122の表面にLED素子110を実装するための配線パターン124が成形されたプリント基板123と、このプリント基板123の表面のLED素子実装予定位置に対応して開設された反射孔126aを有する樹脂製の反射板126とを備える。この反射板126とプリント基板123とは、対向する面同士が直接接合されている。
【選択図】 図3
Description
照明器具への利用形態としては、例えば、ベアチップ状のLED(以下、「LED素子」という。)を基板上に複数個実装してモジュール化する方法が採られている。
他方、特許文献2のモジュールの場合、基板が反射面を有しているため上記のように接着層に光が奪われることはなかったが、基板に反射面を形成すると、凹凸のある基板に配線パターンを形成しなければならないため、汎用的な工法で配線パターンを形成することができず、コストが高くなるという問題があった。
ここでいう「直接接触した状態」とは、基板と反射体との間に何もない(厳密に言うと、微小な空気溜まり等が介在する場合がある。)状態をいい、「直接接触した状態で接合されている」とは、例えば、接着層等を介さずに、反射体の樹脂を利用して両者が直接結合していることをいう。
さらに、前記反射体は、エポキシ樹脂を主体とする熱硬化性樹脂材料で形成されていることを特徴とし、また、前記反射体は、ポリフタルアミド、液晶ポリマ、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレートの何れかの樹脂を主体とする熱可塑性樹脂材料で形成されていることを特徴とし、さらに、前記反射体は、反射効率を高めるためのフィラーを含有していることを特徴としている。
一方、前記基板の他方の主面に金属板が積層され、当該絶縁板が、無機フィラー及び熱硬化性樹脂材料とを含むコンポジット材料からなることを特徴とし、また、前記基板の他方の主面に金属板が積層され、当該絶縁板が、ガラス繊維及び熱硬化性樹脂材料からなることを特徴としている。
また、本発明に係るLEDモジュールは、上記構成のLED実装用モジュールにLED素子が実装されてなることを特徴としている。ここでいう「LED素子が実装されて」とは、LED素子が直接的にLED実装用モジュールに実装される場合のほか、LED素子が間接的にLED実装用モジュールに実装される場合(変形例における「サブマウント」である。)も含む概念である。
また、前記反射体は、熱硬化性樹脂製であって、前記接合工程において、加熱をともなう圧着により前記基板と反射体との対向する主面同士を密着させることを特徴としている。
を特徴としている。
前記突出部の頂部に、前記配線パターンに対応する凹みを備え、当該凹みの幅が、前記配線パターンの幅よりも、1μm〜20μmの範囲で大きく、且つ、当該凹みにおける前記配線パターンの前記LED素子の実装領域に対応する部分の深さが、前記配線パターンの厚みより大きいことを特徴としている。
前記突出部の頂部に、前記配線パターンに対応する凹みを備え、当該凹みの幅が、前記配線パターンの幅よりも、1μm〜20μmの範囲で大きく、且つ、当該凹みにおける前記配線パターンの前記LED素子の実装領域に対応する部分の深さが、前記配線パターンの厚みより大きいことを特徴としている。
また、反射体を熱硬化性樹脂材料、特にエポキシ樹脂を用いているので、他の材料との相性も良く、しかも、その取り扱いが容易である。
一方、本発明に係るLEDモジュールは、反射体と基板とが直接接合されているので、このLED実装用モジュールに実装されたLED素子からの光束の取り出し効率を高めることができる。
さらに、本発明に係るLEDモジュールの製造方法では、Bステージ状態の反射体の成形により、反射体と基板とを直接接合しているため、従来のように反射体と基板とを接合する工程を設ける必要がなく、安価に製造できると共に、LED素子からの光束の取り出し効率を高めることができる。
以下、本発明の第1の実施の形態に係る照明装置、そして当該照明装置に用いられているLEDモジュール及びLED実装用モジュールについて、そして、LED実装用モジュールの製造方法について、それぞれ図面を参照しながら説明する。
(1)照明装置について
1.全体構造
図1は、本実施の形態に係る照明装置の全体図である。
点灯ユニットは、商業電源を利用してLED素子を発光させる公知の回路が用いられており、例えば、商業電源から供給された交流電力を直流電力に整流する整流回路、この整流回路により整流された直流電力の電圧値を調整する電圧調整回路等を備える。
図2は、本実施の形態におけるLEDモジュールの斜視図であり、図3の(a)はLEDモジュールのLED素子が実装されている部分の拡大断面図であり、(b)はレンズ板を装着していない状態の拡大平面図である。
LEDモジュール100は、複数のLED素子110と、これらのLED素子110を表面に実装するためのLED実装用モジュール120と、LED実装用モジュール120の表面に設けられたレンズ板130とを備える。このLEDモジュール100は、LED素子110が直交する方向に規則正しく(ここでは、図2に示すように、直交する2方向に等間隔をおいて4行4列状態に)配された多点光源であり、これらのLED素子110を発光させることで面状光源として用いられる。
図4は、本実施の形態におけるLED実装用モジュールの斜視図であり、図5の(a)はLED実装用モジュールのLED素子が実装されている部分の拡大断面図であり、(b)はLED実装用モジュールのLED素子が実装されている部分の拡大平面図である。
なお、Al2O3、AlN、SiO2、SiCの一種以上を含むことにより、絶縁板122の熱伝導率が向上するという効果が得られる。特に、LED素子は、発光時に熱も発生するので、絶縁板に熱伝導率の高い材料を使用することは、放熱特性の観点からも好ましい。
また、配線パターン124を絶縁板122の表面と内部とに分けて形成すると、例えば、絶縁板122の表面において表面パターン124aを形成する面積を少なくできるので、それだけ高密度でLED素子を実装できる。また、配線パターンの設計自由度が増すなどの効果も得られる。
LED素子110には、図3に示すように、ここでは、裏面に両電極を有する裏面両電極型が用いられており、両電極が金バンプ111,112を介して配線パターン124aに接続されることで、LED素子110がプリント基板123に実装(フリップチップ実装)される。
レンズ板130は、例えば、透光性を有するエポキシ樹脂により形成されており、図3に示すように、反射板126の反射孔126a、つまりLED素子110の実装位置に対応した部分が半球状に突出する凸レンズ130aとなっている。なお、反射板126の反射孔126a内にはレンズ板130を構成する樹脂材料が充填されており、凸レンズ130aと一体となっている。
3.LEDモジュールの製造方法
上記構成のLEDモジュールの製造方法は、プリント基板を形成するプリント基板形成工程と、反射板を予め半硬化状態(本発明のBステージ状態に相当する。)に形成しておく(この状態のものを、「半硬化反射板」という。)半硬化反射板成形工程と、成形された半硬化反射板をプリント基板の表面に接合してLED実装用モジュールを形成するLED実装用モジュール形成工程と、LED実装用モジュールにLED素子を実装するLED実装工程と、実装されたLED素子を内包する蛍光体を成形する蛍光体成形工程と、レンズ板を成形するレンズ板成形工程とを含んでいる。
図6は、プリント基板形成工程を説明するための図である。
ここでは、プリント基板123を構成する絶縁板122として、Al2O3を含むセラミック材料を用いて形成する場合について説明する。
先ず、Al2O3を含むセラミック材料からなるグリーンシート151を準備(図6の(a))し、このグリーンシート151の表面に、例えば、タングステン、銅等の導電性ペーストを用いて内部パターン124b用のパターン153を、例えば、スクリーン印刷により形成する。
そして、このビアホール152a,152aを備えるグリーンシート152を、もう一方のグリーンシート151の表面(パターン153が形成されている面)に積層して圧着する(図6の(d))。このようにして積層された表側のグリーンシート152の表面に表面パターン124a用のパターン154,154を、例えば、タングステン、銅等の導電性ペーストを用いてスクリーン印刷する(図6の(e))。
なお、本工程において表面パターン124aは、パターン154,154を印刷によって行っているが、例えば、スパッタリング、蒸着、メッキ等により形成しても良い。また、セラミック材料の焼成温度に合わせて、導電性ペーストとして、銀等を用いて良い。
図7は、半硬化反射板の成形に用いる成形金型を示し、(a)は平面図であり、(b)は図7の(a)のAA線における断面を矢印方向から見た図である。
成形金型160は、上面が開口する箱状をしており、平面視形状は反射板126に対応してほぼ正方形をしている。この成形金型160は、底壁161と、この底壁161の各端縁から立設する側壁162,163,164,165とを備えると共に、底壁161の内面から截頭円錐状に突出する突出部166が4行4列のマトリックス状に形成されている。なお、この成形金型160で成形すると、突出部166の部分が、反射板126の反射孔126aに相当する。
まず、上記構成の成形金型160の開口が上となるように、且つ底壁161が略水平となるように成形金型160を設置する。そして、液体状の、例えば、エポキシ樹脂167を成形金型160内に充填させた(図8の(a))後、充填させたエポキシ樹脂167の内、余分なエポキシ樹脂167を除去する。
上記余分なエポキシ樹脂167の除去は、例えば、スキージ168を用い、その一辺を成形金型160の上縁に当てて、例えば、図8の(b)に示すように、矢印方向に移動させることで行う。
C.LED実装用モジュール形成工程
図9は、LED実装用モジュール形成工程を説明する図である。
次に、プリント基板123上に載置した半硬化反射板167aに対して加圧部材169を用いて加圧し、この状態を保持しつつ加熱して半硬化反射板167aを硬化させる。このとき、半硬化反射板167aは、Bステージ状態であるため、加熱により半硬化反射板167aを構成している樹脂材料の粘度が低下し、半硬化反射板167aがプリント基板123に密着した状態で半硬化反射板167aの樹脂材料が硬化する。これにより、プリント基板123と反射板126とが、対向する面同士で直接接合されたことになると共に、LED実装用モジュール120が完成する(図9の(c))。
図10は、LED実装工程を説明するための図である。
まず、LED実装用モジュール120のLED素子の実装位置に、例えば、金バンプ111,112を形成する(図10の(a))。なお、LED素子の実装位置は、配線パターン124上にあるのは言うまでもない。
E.蛍光体成形工程
図11は、蛍光体成形工程を説明するための図である。
全ての成形冶具171の貫通孔171aに、樹脂材料172の滴下が完了すると(図11の(b))、樹脂材料を加熱して硬化させる。なお、樹脂材料の硬化条件は、例えば、150℃、30分であるが、これに限定するものではなく、種々の硬化条件を採用することもできる。
F.レンズ板成形工程
図12は、レンズ板成形工程を説明するための図である。
上記蛍光体成形工程で蛍光体140が成形されたLED実装モジュールに対して、レンズ板130を成形する成形冶具173をセットする。この成形冶具173は、略板状をしており、反射板126の反射孔126aに対応する部分が、内方に凹入する凹入部174が設けられている。また、隣接する凹入部174間は、反射板126の表面と所定寸法(レンズ板130の厚さに相当する)離れている。
成形冶具173内に樹脂材料の注入が完了すると、注入した樹脂材料を加熱して硬化させる。なお、樹脂材料の成形条件は、例えば、150℃、10分であるが、これに限定するものではなく、種々の硬化条件を採用することもできる。
4.その他
本発明は、上記2.LEDモジュールの欄で説明した構成に限定するものではない。
つまり、上記説明は、LED素子のタイプ(接続方法)、絶縁板の構造、蛍光体の有無、蛍光体の形状及び成形方法、反射板の成形方法等を示す一例であり、以下のような変形例を実施できる。以下、第1の実施の形態を基にした変形例1から変形例4について、図13及び図14を用いて説明する。
図13の(a)に示す変形例1は、LED素子110を内包する蛍光体を備えていないLEDモジュール200を示している。
なお、このようなLEDモジュール200でも、上述したLEDモジュール100の製造方法を基本的に利用すれば、実現できると共に、反射板126とプリント基板123との主面同士を直接接合できる。
LED素子222は、表面両電極型を用いたため、絶縁板122の表面に成形されている配線パターン226に金線228,230を用いて接続されている。次に、蛍光体224は、所定の蛍光粉末を含んだ液状の樹脂材料を滴下して成形している。つまり、硬化前の粘度の高い樹脂材料を用いることで、滴下した状態を略保持することを利用して、そのまま硬化したものである。
図14の(a)は、変形例3のLEDモジュールの断面図であり、図14の(b)は、変形例4のLEDモジュールの断面図である。なお、図14の(a)及び(b)でも、第1の実施の形態と同じ構成のものは、そのまま同じ符号を用いて表している。
上記実施の形態では、絶縁板122は、図6に示したように、2層のグリーンシート151,152を用い、両グリーンシート151,152の間にパターン153を備え、ビアホール152bを介して表面パターン124aに接続する構造を採用しているが、この構造に限定するものでなく、図14の(a)の変形例3のような、絶縁板252と、この絶縁板252の表面にのみ形成された配線パターン254とからプリント基板256を構成しても良し、図14の(b)の変形例4のような、絶縁板272と、この絶縁板272の表面にのみ形成された配線パターン274とからプリント基板276を構成しても良い。
以下、本発明の第2の実施の形態に係るLEDモジュールについて図面を参照しながら説明する。
第2の実施の形態は、基板の裏面に金属板が積層され、絶縁板が無機フィラーと熱硬化性樹脂材料とを含むコンポジット材料で成形している点で、第1の実施の形態と異なる。
図15は、第2の実施の形態におけるLEDモジュールの断面概略図である。
まず、第2の実施の形態におけるLEDモジュール300は、LED素子310と、このLED素子310を実装するためのLED実装用モジュール320と、実装されているLED素子310を内包する蛍光体340と、LED実装用モジュール320の表面に設けられたレンズ板330とを備える。
また、各絶縁層321,322のパターンを区別するために、下部絶縁層322に形成されているパターンを内部パターン325と、上部絶縁層321に形成されているパターンを表面パターン324とそれぞれする。
本実施の形態においても、反射板326は、半硬化状態でプリント基板320aの表面に載置され、加熱圧縮される。これにより、反射板326及びプリント基板320aとが直接接合されることになる。
次に、本実施の形態におけるプリント基板320aの成形方法について説明する。
図16は、金属板350が貼着されたプリント基板320aの形成工程を説明する図である。
まず、一の主面(表面)に銅箔366を有するプリプレグと、アルミニウム製の金属板362とを準備する。前記プリプレグは、アルミナフィラーとエポキシ樹脂(未硬化)とからなり、基板形成後は下部絶縁層322に相当する。このプリプレグの裏面が金属板362側となるようにプリプレグを前記金属板362に貼り付け、加熱・加圧を行い、プリプレグの(完全)硬化を行うと共に金属板362と接合する(図16の(a))。
次に、プリント基板320aにおけるビアホール327の位置にある銅箔369bの一部を、例えば、上記フォトリソグラフィ法を利用してエッチングにより除去し、その部分にスルーホール371を形成する(図16の(d))。スルーホール371の形成には、例えば、CO2レーザを用いている。
なお、表面パターン324は、銅層379をパターンニングした後に、例えば、ニッケル、金メッキを施している。これは、最後にめっき加工した方が、バンプの材料である金との接合、配線パターンの耐食性の向上が図れるからである。
本発明に係るLED実装用モジュール、LEDモジュールは、上記構成に限定するものではない。
つまり、上記説明は、LED素子のタイプ(接続方法)、絶縁板の構造、蛍光体の有無、蛍光体の形状及び成形方法、反射板の成形方法等を示す一例であり、第1の実施の形態の(4)その他の欄で説明したような構成でも実施できる。
図17の(a)は、変形例5のLEDモジュールの断面図であり、図17の(b)は、変形例6のLEDモジュールの断面図である。なお、図17の(a)及び(b)では、第2の実施の形態と同じ構成のものは、そのまま同じ符号を用いて表している。
なお、このような変形例6におけるLEDモジュール380も、変形例5で説明した方法でプリント基板384を成形した後、第1の実施の形態のLEDモジュール100の製造方法における蛍光体成形工程を変形例2で説明した方法を用いることにより実現できる。
なお、第2の実施の形態における絶縁板323は2層の絶縁層321,322から、また、変形例5及び6におけるプリント基板376,384は1層の絶縁板372からそれぞれ構成されているが、言うまでも無く、絶縁板は、3層以上の絶縁層から構成しても良い。
以上、本発明を上記の第1及び第2の実施の形態及び変形例1〜6に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記各実施の形態及び各変形例に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。なお、以下で説明する「第1及び第2の実施の形態等」には、第1及び第2の実施の形態の他、これらについての変形例である変形例1〜6も含んだ概念として使用する。
1.成形方法
上記第1及び第2の実施の形態等における半硬化反射板は、成形金型に樹脂材料を充填させて硬化させているが、例えば、射出成形により半硬化状態に成形しても良く、以下、変形例7として説明する。
成形金型400は、射出成形用であり、図18に示すように、例えば、第1の実施の形態で説明した成形金型160を下型420とし、この下型420の開口を塞ぐ上型410とを備え、反射板を形成するときに、上型410と下型420とを組合わせると、その内部に反射板を形成すべき成形空間ができる。なお、上型410と下型420とが組合された状態では、内部に注入された樹脂材料が外部に漏洩しないようになっている。
半硬化反射板を成形するには、液体状の樹脂材料を、上型410及び下型420を組合わせた状態で注入口427から注入し、注出口428から樹脂材料が注出するまで樹脂材料の注入を行い、この成形金型400内に樹脂材料が充填されると加熱して半硬化状態に成形すれば良い。
上記第1及び第2の実施の形態等では、反射板は、LED素子の実装位置に対応して、独立した16個の反射孔を有した1枚の板状をしているが、この構成に限定されるものではない。つまり、LED素子に対応して別個独立に反射体を準備し、各反射体を独立形態でプリント基板に接合しても良い。
図20は、変形例8におけるLED実装用モジュールの斜視図である。
変形例8におけるLED実装用モジュール510は、図20に示すように、配線パターンを備える(図示省略)プリント基板512と、このプリント基板512の表面に設けられた複数(16)個の反射体514とからなる。
成形金型520は、図21に示すように、第1の実施の形態における反射板126用の成形金型160と同様に、底壁521と、4つの側壁522,523,524,525とを備える箱状をしている。
図22は、変形例9におけるLED実装用モジュールの斜視図である。
変形例9におけるLED実装用モジュール530も、変形例8と同様に、配線パターンを備える(図示省略)プリント基板532と、このプリント基板532の表面に設けられた複数(16)個の反射体534とからなる。
図23の(a)は、変形例9における反射体を成形するための成形金型の平面図であり、図23の(b)は、図23の(a)のC−C線における断面を矢印方向から見た図である。
第1及び第2の実施の形態等では、エポキシ樹脂を用いて反射板を成形しているが、他の樹脂材料、例えば、不飽和エステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフタルアミド樹脂等を用いても良い。
(2)最後に
第1及び第2の実施の形態等では、半硬化状態の反射体をプリント基板に貼り付けて完全硬化させているが、基板と反射体とを直接接触した状態で接合するという思想から見れば、例えば、プリント基板を樹脂材料で構成し、その樹脂材料が半硬化の状態で反射体(このときの反射板は半硬化・完全硬化を問わない)をプリント基板に重ねて、その後加熱・加圧により両者を接合させることも可能である。
なお、上記第2の実施の形態では、プリント基板を構成するプリプレグの成形段階では、その樹脂材料を完全硬化させているが、例えば、プリント基板用の樹脂材料を、完全硬化の手前で加熱を止め、反射体との接合時にまとめて完全硬化(ポストキュア)させても良い。このようにプリント基板を形成すると、プリント基板形成時の時間短縮が可能となり、生産性の向上を図ることができる。
図24は、LED素子を間接的に実装させた変形例10におけるLEDモジュールの断面図である。
なお、Si基板612の下面には、LED素子610の一方の電極に電気的に接続された第1の端子が、Si基板612の上面には、LED素子610の他方の電極に電気的に接続された第2の端子がそれぞれ形成されている。
第1及び第2の実施の形態では、予めBステージ状に形成された固体状の樹脂体(例えば、第1の実施の形態での半硬化反射板)をプリント基板の主面に載置した後、当該樹脂体を完全硬化させて、プリント基板への接合と反射板の成形とを同時に行ったが、プリント基板の主面に成形金型(本発明に「成形型」に相当する。)を被せて液体状の樹脂材料を金型内に注入して反射体(反射板を含む)を成形しても良い。
なお、プリント基板、LED素子、レンズ板等の仕様は、第1の実施の形態におけるこれらと同じであるため、第1の実施の形態と同じ符号を利用すると共に、反射板701の成形について説明する。
図25は、第3の実施の形態における反射板の成形に用いる成形金型の斜視図であり、図26の(a)は、第3の実施の形態における成形金型の平面図であり、(b)は、(a)のDD線における断面を矢印方向から見た図である。
成形金型710は、図25及び図26に示すように、上面が開口する箱状をしており、平面視形状は反射板701(図3の(a)における126の反射板と同じ形状)に対応してほぼ正方形をしている。この成形金型710は、底壁711と、この底壁711の各端縁から立設する側壁712,713,714,715とを備えると共に、底壁711の内面から截頭円錐状に突出する突出部716が4行4列のマトリックス状に形成されている。
まず、プリント基板123を、所定の姿勢、例えば、図27の(a)に示すように水平状に設置する。なお、配線パターンは、符号124で示し、プリント基板123は、絶縁板122と当該絶縁板122に形成された配線パターン124とからなる(絶縁板122の内部の配線パターンの図示は省略している。)。
そして、液体状の熱可塑性樹脂材料を、図27の(b)に示すように、注入孔717aから成形金型710の内部へと注入すると共に、注出孔717bから吸引する。これにより、成形金型710とプリント基板123とによりできた成形空間718に熱可塑性樹脂材料が充填され、やがて、前記成形空間718が熱可塑性樹脂材料で満たされると、注出孔717bから熱可塑性樹脂材料が注出し始める。
図28は、成形金型をプリント基板に載置した状態における成形金型の突出部の凹み部分での断面図である。
先ず、配線パターン124の幅L1及び凹み719a,719bの幅L2について代表的な寸法で説明すると、電極のある(LED素子が実装される)箇所の幅L1が、350(μm)であり、凹み719aにおける電極のある前記箇所に対応する幅L2が、360(μm)となっている。
(2)成形金型について
上記説明では、成形金型710の突出部716の頂部716aに2つの凹み719a,719bを形成していたが、この凹みは1つでも良いし、凹み形状を変えても良い。以下、凹みを1つにした成形金型の例を変形例11として、また、凹み形状を変形させた例を変形例12として説明する。
成形金型750における突出部752の頂部754の凹み756は、同図に示すように、2つの配線パターン124,124の両方に対応して形成されている。このように凹み756を1つとしても、LED素子の実装部分を含む領域への樹脂材料の流入を抑制することができる。なお、この場合も、凹み756と配線パターン124との間隔は、第3の実施の形態で説明した間隔が基準となる。
る。
成形金型760におけるの突出部762の頂部762aの凹み766は、図30に示すように、2つの配線パターン124,124の両方に対応して形成されていると共に、突出部762の周縁部768を残して凹み766が形成されているため、成形金型760をプリント基板に載置したときに、突出部762の頂部762aの周縁部768が配線パターン124に当接するようになっている。
また、変形例11及び変形例12における成形金型750,760の基本構成は、第3の実施の形態で説明した成形金型710と同様に、底壁と、この底壁の各端縁から立設する側壁とを備えると共に、底壁の内面から截頭円錐状に突出する突出部752,762が4行4列のマトリックス状に形成されている。
第3の実施の形態では、プリント基板123とで内部を密閉状にできる成形金型710を用いて、成形金型710とプリント基板123との間に熱可塑性樹脂材料を注入して反射板を成形していたが、他の方法でもプリント基板の表面に直接反射板701を成形できる。以下、第4の実施の形態として、プリント基板の表面に直接反射板をプリント方式で成形する方法について説明する。
本実施の形態に係る成形金型810は、図31に示すように、底壁811と、この底壁811の各端縁から立設する側壁812,813,814,815とを備えると共に、底壁811の内面から截頭円錐状に突出する突出部816が4行4列のマトリックス状に形成されている。
図32は、第4の実施の形態における反射板成形工程を説明するための図である。
第3の実施の形態では、プリント基板123にLED素子が実装されていないものを使用したが、第4の実施の形態では、第1の実施の形態で説明したプリント基板123にLED素子110が実装されたものを使用している。
次に、上記構成の成形金型810を、その開口がプリント基板123の表面側となるように、プリント基板123の表面(上面)に載置する。これにより、プリント基板123と成形金型810との間に、反射板を形成するために成形空間822ができる。
成形金型810の内部の成形空間822に熱硬化性樹脂材料830がある程度充填さると、(c)に示すように、スキージ835を用いて、成形金型810の上面にある熱硬化性樹脂材料8300を貫通孔820から成形金型810の内部に入れて、成形空間822の内部に熱硬化性樹脂材料830を充填させる。
成形金型の各突出部816の頂部816aには、図33に示すように、LED素子110を格納できる大きさの凹み818が形成されている。また、突出部816の頂部816aの凹み818は、頂部の816aの中央部にあり、つまり、突出部816の頂部816aには周縁部(当該周縁部が頂部でもある。)が残っており、成形金型810をプリント基板123に載置したときに、突出部816の周縁部が配線パターン124と当接するようになっている。これによって、反射板を成形する熱可塑性樹脂材料830が凹み818の内部に流入するのを抑制することができる。
しかしながら、成形金型の突出部における頂部の形状等は、第4の実施の形態に限定するものではなく、他の形状等のものであっても良い。以下、他の形状のものを変形例13として説明する。
本変形例13における成形金型850も、反射板の反射孔に対応する部分に突出部852を有し、その頂部852aに、LED素子110を格納することのできる大きさの凹み854を有している。
この第2の凹み854aの深さH5は、配線パターン124における絶縁板122の表面からの高さH4よりも小さくなっている。このため、頂部852aの平坦な部分(凹み854、第2の凹み854aを除く部分)の位置が、配線パターン124の表面位置と、絶縁板122の表面位置との間にある。
これにより、成形金型850の頂部852aにおけるプリント基板123(配線パターン124)との当接面が、LED素子110を実装する部分を除いて、プリント基板123の表面の凹凸形状に沿うことになり、反射板の成形時に、熱硬化性樹脂材料の凹み854の内部への流入を抑制することができる。
なお、ここでは、配線パターン124のある領域における第2の凹み854aの凹入量H5は、配線パターンにおける絶縁板122の表面からの高さH4よりも小さく構成して、絶縁板122と突出部852とが当接しないようにしていたが、配線パターン124に対応して形成された第2の凹み854aの深さH5を、配線パターン124における絶縁板122の表面からの高さH4と略同じにして、突出部852の頂部852aをプリント基板123に当接させても良い。このようにしても、凹み854内に熱硬化性樹脂材料の流入を抑制することができる。
以上、本発明を上記の第3及び第4の実施の形態では、反射板をプリント基板に直接成形する場合について説明したが、本発明の内容が、上記第3及び第4の実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。なお、以下で説明する「第3及び第4の実施の形態等」には、第3及び第4の実施の形態の他、これらについての変形例である変形例11〜13も含んだ概念として使用する。
第3の実施の形態では、PPA(ポリフタルアミド)樹脂を用いて反射板を成形しているが、他の樹脂材料、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマー)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の熱可塑性樹脂材料を用いても良い。さらには、第3実施の形態等では、反射板に熱可塑性樹脂材料を用いて成形したが、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いて成形しても良い。また、第4の実施の形態では、エポキシ樹脂を用いて反射板を成形しているが、他の樹脂材料、例えば、不飽和エステル樹脂、フェノール樹脂等を用いても良い。さらには、第3の実施の形態と同様、熱可塑性樹脂を用いても反射板(反射体)を良い。
等と同様に成形できる。
第3及び第4の実施の形態等では、LED素子をプリント基板に直接的に実装しているが、第3及び第4の実施の形態等においても、LED素子をプリント基板に間接的に実装しても良い。つまり、第3及び第4の実施の形態等においても、変形例10で説明した、LED素子610がサブマウント605として間接的に実装しても良い。この場合、当然、突出部の頂部に形成する凹みの大きさをサブマウントが入る大きさにしておく必要がある。
1.大きさ
第4の実施の形態では、プリント基板123にLED素子110が実装された後に反射板が形成されていたが、例えば、プリント基板に実装されたLED素子を樹脂材料で覆うことで樹脂体(例えば、第1の実施に形態における蛍光体140に相当する。)を形成した後に、反射板を形成しても良い。この場合、凹みの大きさは、樹脂体を格納できる大きさにする必要がある。
第3及び第4の実施の形態等では、成形金型の突出部の凹みは、突出部の頂部から凹入し、底を有する構造をしていたが、例えば、凹みは、突出部の頂部から凹入して貫通するような構造であっても良い。つまり、本発明における「凹み」は、底を有する構造に凹入する場合と、底を有さない貫通状の構造に凹入する場合との両方を含む概念である。
(4)反射体について
1.構成について
上記第3及び第4の実施の形態等では、反射板は、LED素子の実装位置に対応して、独立した16個の反射孔を有した1枚の板状をしているが、この構成に限定されるものではない。つまり、第1および第2の実施の形態における変形例8及び9の反射体514,534と同様に、LED素子に対応して別個独立に反射体を設けても良い。
図35は、変形例14におけるLED実装用モジュールの斜視図である。
変形例14におけるLED実装用モジュール900は、図35に示すように、配線パターンを備える(図示省略)プリント基板910と、このプリント基板910の表面に設けられた複数(16)個の反射体914とからなる。
図36の(a)は、変形例14における反射体を成形するための成形金型の斜視図であり、(b)は(a)のI面における断面を矢印方向から見た図である。
箱状の成形金型920の内部は、側壁922,923,924,925と、縦横方向(図中のXY方向、図21参照)の縦壁及び横壁により縦横計16個に区画されている。区画されている部分の各底壁921は、その略中央部に反射体914の反射孔916を成形するための突出部928を備え、突出部928のない部分が、反射体914を形成する成形空間929となっている。なお、突出部928は、反射孔916の形状に合せて、基部側から先端側に移るに従って細くなっている。
変形例14で使用するプリント基板910は、図37の(a)に示すように、絶縁板912と配線パターン913とを備え、第3の実施の形態と同様に、プリント基板910にLED素子が実装されていない。
このプリント基板910は、反射体914と接合力を高めるための凹部911を反射体914が接合される部分に備えている。これは、反射体914を構成する樹脂材料が、反射体914の一部として前記凹部911に入り込むために、結果的にプリント基板910と反射体914との接合面積を増やすことができるのである。
成形金型920の載置が完了すると、液体状の熱硬化性樹脂材料を成形金型920の上面に滴下して、貫通孔930から成形金型920の内部へ注入する。この熱硬化性樹脂材料の滴下・注入は、第4の実施の形態と同じようにして行う。なお、ここで使用する熱硬化性樹脂材料も、第4の実施に形態と同様である。
充填された熱硬化性樹脂材料を加熱し硬化後、成形金型920を外すと、図37の(b)に示すように、プリント基板910の表面に反射体914となるべき反射予備体914aが形成される。当然、当該反射予備体914aは、成形と同時にプリント基板910の表面に接合される。
反射予備体914aは、図38に示すように、その頂部(プリント基板910と接合している側と反対側の端面)には、成形金型920の貫通孔930に充填した部分が凸部914bとして残っている。
次に、反射予備体914aの凸部914bの除去する工程が行われる。
この工程では、例えば、研磨により前記凸部914bを除去して、高さを一定にしている。研磨については、砥石等を用いて行われる。
ここで、変形例14では、プリント基板910にLED素子がまだ実装されていないものに対して、反射体914を形成したが、第4の実施の形態のように、LED素子110を実装したプリント基板123に対して反射板を形成することができる。
図39は、変形例15における成形金型をプリント基板に載置した状態における成形金型及びプリント基板の断面図である。
プリント基板960は、同図に示すように、絶縁板962と配線パターン963とを備え、プリント基板960にLED素子110が実装されている場合には、第4の実施の形態における成形金型810の突出部816と同じように、本変形例15における成形金型950は、その突出部978に、LED素子110が格納できる大きさの凹み981が形成されている。なお、成形金型950をプリント基板960に載置したときに、成形金型950とプリント基板960との間に、反射体用の成形空間979ができる。
なお、プリント基板960の絶縁板962は、変形例14と同様に、凹部961を備えているが、この凹部961は無くても良いが、凹部961があった方が、反射体とプリント基板との接合力は高められるのは言うまでもない。
上記の第3及び第4の実施の形態及び変形例11〜15では、反射板或いは反射体の成形条件について特に説明しなかったが、これらの形成は、真空条件下で行った方が、反射体を形成するための液体状の樹脂材料内に残存するエアを抜くことができ、成形後の反射板或いは反射体内の空隙を少なくすることができる。真空条件は、液体状の樹脂材料の粘度、反射板或いは反射体の形状、さらには、反射孔の形状によって変わり、適宜試験等により確認する必要があるが、概ね、100(Pa)以下であれば、良好な成形品が得られる。
上記第3及び第4の実施の形態及び変形例11〜15では、反射板或いは反射体の成形時に成形金型とプリント基板との隙間から流出したバリの除去について、特に説明しなかったが、例えば、粒子を吹き付けるグリッドブラスト法で前記バリの除去を行うことができる。
<全体について>
以上、本発明を上記の第1〜第4の実施の形態、さらには、これらについての変形例1〜15に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記の実施の形態等(変形例1〜15も含む)に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。
上記各実施の形態では、プリント基板を構成する絶縁板には、セラミック材料、アルミナフィラーとエポキシ樹脂からなるコンポジット材料が用いられているが、他の材料を用いても良い。例えば、無機質フィラーとしてはアルミナの他に、SiO2、AlN(窒化アルミ)等があり、熱硬化性樹脂材料としては、エポキシ樹脂、BT樹脂等がある。
また、本明細書で、説明している樹脂材料は、その主成分が、例えば、エポキシ樹脂やBT樹脂であり、他の成分と合成してなる組成物も含んでいる。
(2)配線パターン
第1の実施の形態における配線パターンは、導電性ペーストを印刷・焼成により形成されている。また、第2の実施の形態における配線パターンはフォトリソグラフィ法により形成されている。
(3)LED素子等の数について
上記各実施の形態では、LED素子を4行4列のマトリックス状に配置したものについて説明したが、LED素子の数、配列の仕方は、第1の実施の形態に限定するものではない。同じように、反射体を各LED素子に対して独立して設ける場合も、当然、LED素子の数、配置によっては、反射体の数、配置等も変わる。
上記各実施の形態における変形例(8、9、14)として、LED素子110の実装位置に対応して別個独立に反射体514,534,914を設けたものについて説明した。
しかしながら、上記の変形例(8、9、14)以外に、複数個の内の所定数のLED素子に対応する、つまり所定数の反射孔を備えた反射体を複数用いて、各反射体を独立形態でプリント基板に設けても良い。このような例としては、一列分の反射孔を有する反射体を4個用いる場合である。
よりも小さくすることができる。
(5)その他
上記各実施の形態では、反射板の横断面をその面と直交する方向から見たときに、反射孔を成形する壁面の形状が略直線になっているが、壁面の形状は直線に限定するものではない。例えば、放物線等の曲線形状、或いは、楕円(円を含む)の一部を構成する曲線形状であっても良い。壁面を曲線形状にするには、反射板を成形する成形金型の突出部の側壁形状を曲線形状にすることで容易に実施できる。但し、金型から半硬化反射板を取り出すことを考慮すると、突出部の壁面を、その基部側よりも先端側の方が細いことが好ましい。
また、実施の形態のように、プリント基板を複数層からなる構造とした場合に、前記複数層の内、少なくとも表層、つまり、反射体と接合する層は、反射体と同種の樹脂材料を用いることが好ましい。
また、実施の形態等では、発光素子としてLED素子を用いているが、例えば、レーザダイオードなどの他の半導体発光素子でも良い。
100 LEDモジュール
110 LED素子
120 LED実装用モジュール
122 絶縁板
123 プリント基板
124 配線パターン
126 反射板
126a 反射孔
130 レンズ板
160 成形金型
166 突出部
700 LED実装用モジュール
701 反射板
710 成形金型
716 突出部
718 成形空間
Claims (25)
- 一方の主面にLED素子が実装される基板と、前記LED素子の実装位置に対応して開設された反射孔を有する樹脂製の反射体とを備え、
前記基板と前記反射体とが、対向する面同士が直接接触した状態で接合されていることを特徴とするLED実装用モジュール。 - 前記基板は、絶縁材料からなる絶縁板と、前記絶縁板の一方の主面に形成されたLED素子実装用の配線パターンとを備え、
前記絶縁板は、前記反射体を形成する樹脂材料を含んだ樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のLED実装用モジュール。 - 前記反射体は、エポキシ樹脂を主体とする熱硬化性樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のLED実装用モジュール。
- 前記反射体は、ポリフタルアミド、液晶ポリマ、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレートの何れかの樹脂を主体とする熱可塑性樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のLED実装用モジュール。
- 前記反射体は、反射効率を高めるためのフィラーを含有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のLED実装用モジュール。
- 前記フィラーは、TiO2、SiO2、Al2O3、BaSO4の一種以上を含んでいることを特徴とする請求項5に記載のLED実装用モジュール。
- 前記絶縁板は、少なくともAl2O3、AlN、SiO2、SiCの一種以上を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のLED実装用モジュール。
- 前記基板の他方の主面に金属板が積層され、
当該絶縁板が、無機フィラー及び熱硬化性樹脂材料とを含むコンポジット材料からなることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のLED実装用モジュール。 - 前記基板の他方の主面に金属板が積層され、
当該絶縁板が、ガラス繊維及び熱硬化性樹脂材料からなることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のLED実装用モジュール。 - 前記基板の反射体が接合される部分に凹部が形成され、当該凹部に前記反射体を構成する樹脂材料が入り込んでいることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載のLED実装用モジュール。
- 前記LED素子は複数あり、少なくとも1以上のLED素子に対応して1以上の反射孔を有する反射体が前記基板に接合されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のLED実装用モジュール。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のLED実装用モジュールにLED素子が実装されてなることを特徴とするLEDモジュール。
- 一方の主面にLED素子が実装される基板と、前記LED素子の実装位置に対応して開設された反射孔を有する樹脂製の反射体とを備えたLED実装用モジュールの製造方法であって、
半硬化状態であるBステージ状態の反射体を成形する成形工程と、
Bステージ状態の反射体を基板の主面上に載置し、前記基板と反射体の対向する主面同士を密着させた状態で前記反射体を完全硬化させて、前記基板と反射体とを直接接合する接合工程と
を含むことを特徴とするLED実装用モジュールの製造方法。 - 前記反射体は、熱硬化性樹脂製であって、前記接合工程において、加熱をともなう圧着により前記基板と反射体との対向する主面同士を密着させることを特徴とする請求項13記載のLED実装用モジュールの製造方法。
- 請求項13又は14に記載のLED実装用モジュールの製造方法によりLED実装用モジュールを製造するLED実装用モジュール製造工程と、
製造されたLED実装用モジュールのLED素子の実装位置にLED素子を実装するLED実装工程と、
実装されたLED素子を蛍光粉末の混入する樹脂材料で被覆するLED素子被覆工程と
を含むことを特徴とするLEDモジュールの製造方法。 - 一方の主面にLED素子が実装される基板を形成する基板形成工程と、前記LED素子の実装位置に対応する部分に厚み方向に貫通した反射孔を備える樹脂製の反射体を前記基板の前記主面側に形成する反射体形成工程とを含むLED実装用モジュールの製造方法であって、
前記反射体形成工程では、
前記基板の主面に成形型をつき合わせて、その内部にできる前記反射体形成用の空間に液体状の樹脂材料を注入した後、当該注入した樹脂材料を硬化させることにより、前記反射体を形成すること
を特徴とするLED実装用モジュールの製造方法。 - 前記基板は、LED素子実装用の配線パターンを主面に備え、
前記成形型は、底壁を備えた箱状をし、前記底壁における前記反射孔が形成される箇所に対応する部分に、当該底壁から突出して、当該成形型を前記基板につき合わせたときに、前記突出した部分の頂部が前記基板上の配線パターンの表面よりも基板の主面側に位置する突出部を備え、
前記突出部の頂部に、前記配線パターンに対応する凹みを備え、
当該凹みの幅が、前記配線パターンの幅よりも、1μm〜20μmの範囲で大きく、且つ、当該凹みにおける前記配線パターンの前記LED素子の実装領域に対応する部分の深さが、前記配線パターンの厚みより大きいことを特徴とする請求項16に記載のLED実装用モジュールの製造方法。 - 基板の主面と成形型とをつき合わせて、その内部にできる前記反射体の形成用の空間に液体状の樹脂材料を注入する際に、減圧状態で前記樹脂材料を注入することを特徴とする請求項16又は17に記載のLED実装用モジュールの製造方法。
- 前記反射体形成工程では
前記反射体形成用の空間に注入した樹脂材料を硬化した後に、当該硬化した樹脂材料における基板と反対側の端部を平坦に加工する加工工程を含むことを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載のLED実装用モジュールの製造方法。 - 前記反射体形成工程では
前記反射体形成用の空間に注入した樹脂材料を硬化した後に、粒子を吹き付けてバリを除去するバリ除去工程を含むことを特徴とする請求項16〜19のいずれか1項に記載のLED実装用モジュールの製造方法。 - 基板の一方の主面にLED素子を実装する実装工程と、前記LED素子の実装位置に対応する部分に厚み方向に貫通した反射孔を備える樹脂製の反射体を前記LED素子が実装された基板の前記主面側に形成する反射体形成工程とを含むLEDモジュールの製造方法であって、
前記反射体形成工程では、
前記LED素子が実装された基板の主面に成形型をつき合わせて、その内部にできる前記反射体形成用の空間に液体状の樹脂材料を注入した後、当該注入した樹脂材料を硬化させることにより、前記反射体を形成すること
を特徴とするLEDモジュールの製造方法。 - 前記基板は、LED素子実装用の配線パターンを主面に備え、
前記成形型は、底壁を備えた箱状をし、前記底壁における前記反射孔が形成される箇所に対応する部分に、当該底壁から突出して、当該成形型を前記基板につき合わせたときに、前記突出した部分の頂部が前記基板上の配線パターンの表面よりも基板の主面側に位置する突出部を備え、
前記突出部の頂部に、前記配線パターンに対応する凹みを備え、
当該凹みの幅が、前記配線パターンの幅よりも、1μm〜20μmの範囲で大きく、且つ、当該凹みにおける前記配線パターンの前記LED素子の実装領域に対応する部分の深さが、前記配線パターンの厚みより大きいことを特徴とする請求項21に記載のLEDモジュールの製造方法。 - 基板の主面と成形型とをつき合わせて、その内部にできる前記反射体の形成用の空間に液体状の樹脂材料を注入する際に、減圧状態で前記樹脂材料を注入することを特徴とする請求項21又は22に記載のLEDモジュールの製造方法。
- 前記反射体形成工程では
前記反射体形成用の空間に注入した樹脂材料を硬化した後に、当該硬化した樹脂材料における基板と反対側の端部を平坦に加工する加工工程を含むことを特徴とする請求項21〜23のいずれか1項に記載のLEDモジュールの製造方法。 - 前記反射体形成工程では
前記反射体形成用の空間に注入した樹脂材料を硬化した後に、粒子を吹き付けてバリを除去するバリ除去工程を含むことを特徴とする請求項21〜24のいずれか1項に記載のLEDモジュールの製造方法。
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