JP2007109701A - 発光素子搭載用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流高輝度発光が可能な発光素子を搭載する基板において、白色系の発光が要求される発光装置では、発光素子を搭載する支持部材に銀メッキを施すことが一般的であった。
銀メッキは経時変化によりマイグレーションによる絶縁劣化と、発光素子の発熱・紫外線などの高輝度発光により銀メッキが変色し発光効率が低下するため長寿命化対応に問題があった。
【解決手段】 上記の課題を解決するため、発光素子を搭載する基板において、発光素子から発する発光と金属板からの反射光を透光させる貫通孔を有する配線板と、この貫通孔直下に発光素子を搭載する金属板とを張り合わせた構造で、前記金属板は放熱機能と光反射機能とを兼ね備えメッキ処理されていない発光素子搭載用基板を提供するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明用光源とするＬＥＤ等の発光素子を搭載する基板に関するものである。

白色系の発光が要求される発光装置において、高輝度化、長寿命化、小型化、低消費電力化が要求され、照明用光源として需要拡大している。
特に、電気スタンドや室内照明、各種ディスプレイ、交通信号機、自動車のヘッドライトなどの照明用光源として使用される。

従来、プリント配線板に放熱板を接着して、この放熱板に半導体チップを実装することは、特開平４−１２４８６３号公報に従来例として開示された半導体パッケージがある。
また、特開平４−１２４８６３号公報の発明は、従来の金属製の放熱板、つまり放熱体を樹脂積層板外面に金属メッキ層を施した放熱体とする半導体パッケージである。
この金属メッキ層の金属として、銅、ニッケル、銀、金とするものである。
しかし、この放熱体の体積容量は樹脂積層材が主体であるため熱伝導率、放熱効率が悪く大電流高輝度発光の発光装置には適さない。

また、特開２００２−３３５０１９号公報の発明は、大電流高輝度発光が可能な発光装置に係り、基板の貫通孔と勘合する支持部材上に発光素子を配置する発光装置であり、この発光素子を簡単に個別に取り外しでき補修が容易である発光装置である。
特に、この発明の支持部材は基板より熱伝導率が高く、銅板を支持部材（支持体）としの表面は発光素子からの光を効率よく反射させるため、キャビティを設けリフレクター構造としたり、また、支持部材（支持体）の表面を金、銀、銅、ニッケルや各種合金でメッキするものである。
特開平４−１２４８６３号公報。 特開２００２−３３５０１９号公報。

本願発明が解決しようとする課題は、大電流高輝度発光が可能な発光素子を搭載する基板において、特に白色系の発光が要求される発光装置の長寿命化、輝度安定化が要求される発光素子を搭載する基板として、高信頼性で光束低下率の少ない長寿命化対応できる配線基板を提供するものである。

白色系の発光が要求される発光装置では、発光素子からの光を反射効率よく反射させるため、基板の反射表面やリフレクター表面いわゆる反射体に銀メッキやニッケルメッキを施すことが一般的である。
特に、銀メッキは経時変化によりマイグレーションによる絶縁劣化で電気的信頼性に不安があった。
また、銀メッキやニッケルメッキは、発光素子の発熱・紫外線などの高輝度発光により銀メッキやニッケルメッキが変色し反射光束低下が大きくなり発光効率（ｌｍ／Ｗ）が低下する。従って、発光装置の輝度の安定化と長寿命化対応に問題があった。

上記の課題を解決するため、請求項１、請求項２の発明は、発光素子を搭載する基板において、発光素子から発する発光と発光素子を搭載する支持体（金属板）からの反射光を通過（通光）させる貫通孔を有する配線板と、この貫通孔直下に発光素子を搭載する支持体（金属板）とを張り合わせた構造で、この支持体（金属板）は放熱機能と光反射機能とを兼ね備え、かつメッキ処理されていない支持体（金属板）であることを特徴とする発光素子搭載用基板である。
つまり、発光素子を搭載する支持体は金属板に限るものではなく成形した金属体、金属粉末成形物などであり放熱機能と光反射機能とを兼ね備えた支持体であれば良い。

請求項３の発明は、前記金属板を白色系の高い光反射機能を有するアルミ板、アルミ成形品、特に、反射面を鏡面処理をした高反射アルミ板を発光素子を搭載する支持体（金属板）とする発光素子搭載用基板である。

本願の発明は、発光素子支持体に搭載した発光素子から発する発光と反射光を通過（通光）させる貫通孔を有する配線板と、この配線板の下に発光素子を搭載する金属板（支持体）とを張り合わせた簡単な構造であり、熱伝導率の良い放熱機能と反射率の高い光反射機能とを兼ね備えた金属板（支持体）に発光素子を搭載するものである。

つまり、この金属板（支持体）はメッキ処理されていないから発光素子の発熱・紫外線の高輝度発光と長時間使用によるメッキ膜の経時変化がなく、マイグレーションによる絶縁劣化の品質低下もない。
さらに、メッキ処理をしていない熱伝導率の良い放熱機能を有する金属板（支持体）ならば発光素子の発熱・紫外線の高輝度発光と長時間使用によってもメッキ膜の変色が生じないから初期から光反射機能が高く、かつ輝度低下がほとんどない発光装置の輝度の安定化と長寿命化対応ができる。（発光装置の高輝度発光を維持できる。）

本願の実施形態では、熱伝導率の良い放熱機能と反射率の高い光反射機能とを兼ね備えた金属板（支持体）と、光を通過（通光）させる貫通孔を有する配線板とを張り合わせた図１に示すような簡単な断面構造である。
図１の符号１は配線板であり、片面配線板、両面配線板、多層配線板のいづれでもよい。これら配線板の上面に発光素子を電気的に接続するランド６と電気回路接続をする配線パターンを設ける。符号３は放熱機能と光反射機能とを兼ね備えた金属板３である。符号２は配線板１と金属板３とを張り合わせる接着シートである。

この配線板１には貫通孔７が設けられ、この貫通孔７の底面は金属板３で封鎖して非貫通穴を形成できる構造とする。
上記貫通孔７は円形（丸孔）の他に長円形、角形、多角形、異形などでもよい。
前記非貫通穴の底面にある金属板３に発光素子を搭載し、配線板１の絶縁樹脂を貫通した貫通孔７内部に発光素子を収容できるようにする。
発光素子に接続された上面ランド６を外部に電気的に接続する電極を配線板１の端面に設ける場合は両面配線板、または多層配線板に貫通導通穴（スルーホール）、又は非貫通導通穴とし、この穴の中央部を分割切断して端面電極とする。（本例は図示なし）

上記配線板１は、発光素子から発する発光と反射光を通過（通光）させる貫通孔７を有する配線板であり、前記貫通孔の壁面にメツキ膜を形成しても良いが銀メッキはマイグレーションによる絶縁劣化の危険性があるから避ける方がよい。また、発光装置の小型化、低背化に伴い配線板は極力薄厚にする。

また、ワイヤーボンデング接続する配線板のランド６、および配線パターンは必要に応じてＮｉめっき−金めっき（Ａｕ）などの追加めっき処理をする。（図示なし）

図２は本願発明の発光素子搭載用基板に発光素子を搭載した状態の発光装置を示す。
配線板１の貫通孔７の底面は金属板３で封鎖して非貫通穴を形成した構造となり、発光素子１４を配線板１の貫通孔７直下にある金属板３に搭載し、この発光素子１４と配線板１の上面にあるランド６とを金属線１５でワイヤーボンデング接続する。

貫通孔７の底面を金属板３で封鎖した１ケの非貫通穴の底面に複数の発光素子１４を連設して配置するモジュール基板に最適となる。
発光素子１４から発する発光と金属板３からの反射光を配線板１の貫通孔７内部を通過（通光）させ、全反射率（正反射＋拡散反射）が８０％以上になるような金属板３を使用する。
なお、配線板１の貫通孔７内部を通過（通光）させて発光効率（ｌｍ／Ｗ）を高くして発光装置の輝度の安定化を図る構造であるから配線板１の厚み（ｔ）は薄いほうが良い。また、金属板の反射面は正反射率が高いほうが発光効率（ｌｍ／Ｗ）が良好である。

前記金属板３の光反射機能において、メッキ処理を行わず全反射率を８０％以上とするには、熱伝導率の良い放熱機能と、高反射率を有する金属板３の選択が必要である。銅板、黄銅板、鋼板などは発光素子の高輝度発光による発熱・紫外線での経時変化によって金属板表面が変色して輝度低下する。
特に、配線板１の貫通孔７を通過（通光）させて白色系の光反射機能が高い金属板３として熱伝導率が高く、かつ反射表面が発光素子の発熱・紫外線などの高輝度発光と長時間使用により変色しないアルミ板、アルミ成形品、特に、反射面を鏡面処理をした高反射アルミ板が良好である。

例えば、アルミ純度９９．８０％以上のアルミ板（反射体）で表面を成形加工、アルマイト処理、蒸着処理などによる鏡面処理がされた材料なら、全反射率（正反射＋拡散反射）が８５％以上となる。なお、配線板の貫通孔の内部を反射光を通過（通光）させて発光効率を高くする方式であるから正反射率＝７０％以上の反射体が望ましい。

図３は発光素子の発熱・紫外線などの高輝度発光による輝度低下を示すグラフである。
つまり、従来は配線板１の貫通孔７直下の厚膜銅箔に銀メッキを施した配線板を使用していたため発光素子の発熱・紫外線などの高輝度発光と長時間使用により銀メッキが変色し発光効率（ｌｍ／Ｗ）が低下する。
グラフでは、縦軸に初期の全光束を１００％として点灯処理時間経過による光束低下率（％）、横軸に１２０℃の雰囲気中での点灯処理時間（hr）を示すものである。
参考として、発光装置の製品規格は40,000hrで初期の全光束の５０％以上を維持できることが目標である。

上記のグラフから解るように１２０℃の雰囲気中での点灯試験結果では、配線板の貫通孔下部を厚膜銅箔で閉孔した非貫通穴内部に銀メッキを施した配線板（点線表示）は光束低下率（％）が40,000hrで約４０％に低下する。
本願発明のメッキ処理のされていない高反射アルミ板で閉孔した配線板（実線表示）は光束低下率（％）が40,000hrで２％〜３％未満である。（発光装置の輝度低下がほとんどない高輝度発光を維持できる。）
つまり、メッキ処理のされていない熱伝導率（放熱機能）の良い反射機能を有する金属板（反射体）なら発光装置の輝度の安定化と長寿命化対応ができる。

本発明の配線板と金属板とを張り合わせた基板の断面図である。 本願発明の発光素子搭載用基板に発光素子を搭載した状態の発光装置を示す断面図である。 発光素子の発熱・紫外線による輝度低下を示すグラフである。

符号の説明

１…配線板、２…接着シート、３…金属板、６…ランド、７…貫通孔、
１４…発光素子、１５…金属線。

Claims (3)

1. 発光素子を搭載する基板において、発光素子を搭載する支持体からの反射光を通過させる貫通孔を有する配線板と、この貫通孔直下に発光素子を搭載する支持体を張り合わせた構造で、前記発光素子を搭載する支持体は放熱機能と光反射機能とを兼ね備えていることを特徴とする発光素子搭載用基板。
2. 発光素子を搭載する基板において、発光素子を搭載する金属板からの反射光を通過させる貫通孔を有する配線板と、この貫通孔直下に発光素子を搭載する金属板を張り合わせた構造で、該金属板は放熱機能と光反射機能とを兼ね備え、かつメッキ処理されていない金属板であることを特徴とする発光素子搭載用基板。
3. 前記請求項２に記載の金属板を白色系の光反射機能を有する高反射アルミ板とする発光素子搭載用基板。

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