JP2008211019A - 発光素子搭載用基板および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子により放射された熱を発光装置外部に効率よく放熱することができる発光装置を提供する。
【解決手段】発光素子３は基体２の第１の面２ａ側表面に配されたビア導体４ａ上に搭載され、上部電極はワイヤ８を介して基体上の配線パターン７と接続されている。ビア導体は基体２の第１の面２ａと第２の面２ｂとの間を貫通して、段差を有する基体の第２の面２ｂ側に導出部４ｂを有する。発光素子３により発生された熱は露出したビア導体の導出部４ｂの表面から外部へ効率よく放熱される。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば照明の分野などにおいて用いられる発光素子搭載用基板と発光装置に関するものである。

従来の発光装置は、基体と、基体に搭載された発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子とを有する。このような発光素子の電極は、基体の内部に形成された配線パターンと電気的に接続されて基体の表面に形成された配線パターンと接続されている。
特開２００４−３４９７２６号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、発光素子により発生した熱を効率よく発光装置の外部に放射できず、放熱性が低いという問題があった。このように、発光素子により発生した熱の放熱性が悪いと、発光素子の温度が著しく上昇し、発光効率が低下するという問題が生じる。

本発明は上記従来の問題に鑑みて案出されたものであり、発光素子により放射された熱の放熱効率を向上させた発光装置を提供することである。

本発明の発光装置は、第１の面と第２の面とを有しており、前記第２の面側に段差を有する基体と、前記基体の前記第１の面に設けられた第１導出部と、前記基体の前記段差の表面に設けられた第２導出部とを有しており、前記基体の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通するビア導体と、前記ビア導体の前記第１導出部に電気的に接続されており、前記基体の前記第１の面に搭載された発光素子と、を有する。

本発明の発光装置は、発光素子が搭載された第１の面と第２の面とを有する基体と、基体の段差部分の表面に導出された一端を有する配線導体とを備えていることにより、発光素子により発生された熱を、発光装置の外部へ高効率に放出でき、発光装置の発光強度が向上する。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態における発光装置１の構成を示す平面図であり、図２は図１に示す発光装置１のＡ−Ａ’線における斜視断面図である。本実施の形態における発光装置１は、基体２と、基体２に搭載された発光素子３と、基体２の内部に形成されたビア導体とを備えている。

基体２は、発光素子３を支持する機能を有している。本実施の形態において、基体２は、発光素子３が搭載される第１の面２ａと、段差を有する第２の面２ｂとを有している。本実施の形態における基体２の内部には、基体２の第１の面２ａと第２の面２ｂとの間を貫通しており、段差の表面に露出されるビア導体を有する。このような構成により、段差部において露出したビア導体４の表面から外部基板１００側へ効率よく放熱することができる。

図２に示す発光装置において、基体１は、第１の部分２１と第２の部分２２とからなる。図２において、ビア導体４は、第１の面２ａに設けられた第１導出部４ａと、基体２の第１の部分２１の第３の面２ｃおよび第２の部分２２の側面２２ｓに露出された第２導出部４ｂとを有する。このような構成により、発光素子３により発生された熱を配線導体４の第２導出部２２ｓから効率よく外部基板１００に放熱することができる。

図２において、基体２の内部に形成された第１のビア導体４は、基体２の第１の部分２１と第２の部分２２とを貫通し、発光素子３の第１導電型の電極３１と電気的に接続されている。また、図２に示す第１のビア導体４は、第１の部分２１の第３の面（図２において外部基板１００側に対向して配置された面）２ｃと、第２の部分２２の側面２２ｓと、からなる段差の表面に露出されている。すなわち、図２において、第１のビア導体４は、一部が切りかかれた構造を有している。このような構成により、発光素子３により発生された熱は、第１のビア導体４を伝わり、基体２の第１の部分の第３の面２ｃおよび第２の部分２２の側面２２ｓ（段差の表面）において露出された第１のビア導体の表面（第２の導出部４ｂ）から、外部基板１００側へ効率よく放熱される。

発光素子３は、第１導電型の電極３１と第２導電型の電極３２とを有する発光ダイオード素子（ＬＥＤ）であり、第１の光を発生する。本実施の形態において、発光素子３は、配線導体４の第１導出部４ａに電気的に接続されており、基体２の第１の面２ａに搭載されている。

図２において、第１導電型の電極３１は、基体２上の第１の配線パターン６に電気的に接続されており、第２導電型の電極３２は、ワイヤ８を介して、基体２上の第２の配線パターン７と電気的に接続されている。図２に示した発光装置１において、発光素子３は、基体２の中央部に搭載されている。

ここで、図２に示す発光装置１において用いられる発光素子３について、図３を用いて説明する。なお、図３は、外部基板１００の配線パターン１０６、１０７に、導電性接合材１０９を介して搭載された図１に示す発光装置１のＡ−Ａ’線における断面図を示す。

図３において、発光素子３は、ベース３３上に、ｎ形半導体層３４、ｐ形半導体層３５が積層されてなり、発光素子３の第２の面３ｂに形成されたｐ型電極（第２導電型の電極）３２と、第１の面３ａに形成されたｎ型電極（第１導電型の電極）３１とを有する。ｎ型半導体層３４とｐ型半導体層３５との間には、発光層３６が配置されており、発光素子３に電圧を印加することにより、発光層３６より光を放射する。

図３に示す発光装置１において、発光素子３のｐ型電極３２は、発光素子３の上面３ｂ側に配置されており、ｎ型電極３１は、発光素子３の下面３ａ側（基体２と対向する側）に配置されている。図３において、ｐ型電極３２の面積は、光取り出し性を考慮して、ｎ型電極３１の面積よりも小さく形成されている。

図２に示す発光装置１において、基体２の内部には、第１の面２ａに設けられた第１導出部５ａと、基体２の第２の面２ｂ側の段差の表面（第３の面２ｃと側面２２ｓ）に露出された第２導出部５ｂとを有する第２のビア導体５が設けられている。図２において、第２のビア導体５は、基体２の第１の面２ａと第２の面２ｂとの間を貫通している。このような第２のビア導体５は、基体２の第１の面２ａに配置された第２の配線パターン７と接続され、発光素子３の第２導電型の電極３２にワイヤ８を介して接続される。このような構成により、図２に示す発光装置１は、発光素子３の第２導電型の電極３２に伝達された熱を、ボンディングワイヤ８を介して、第２のビア導体５から外部基板１００へ効率よく放散することができる。従って、発光装置の発光効率を向上させることができる。

また、図２に示す構成において、ｐ型電極３２の面積２２ｓは、ｎ型電極３１の面積２１ｓよりも小さく形成されている。このため、ｐ型電極３２とｎ型電極３１とに伝達される熱を比較した場合、ｎ型電極３１に伝達される熱の方が多い傾向がある。図２において、発光素子３のｎ型電極３１は、第１の配線パターン６を介して、基体２の第２の部分２２の側面に露出された第１のビア導体４と接続されている。このような構成により、発光素子３の複数の電極のうち、発熱量が大きい側の電極（第１導電型の電極、図２においてはｎ型電極３１）に伝達された熱の放熱効率が向上され、発光装置の発光効率が向上される。

また、図２，３に示す発光装置１の基体２は、段差の表面（第３の面２ｃから側面２２ｓにかけて）に、ニッケル等からなる導体層２０を有する。このような構成により、第２の導出部における電気的信頼性を向上することができる。

図１〜３に示す発光装置１は、基体２の上に発光素子３を覆う透光性部材９を有する。このような透光性部材９は例えばシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明ガラス等からなる。特に、透光性部材９がシリコーン樹脂から成る場合、シリコーン樹脂は発光素子３から発せられる紫外光などの光に対して劣化しにくいため封止信頼性に優れた発光装置を提供することができる。

発光素子３により発生される第１の光が、３７０ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する紫外光や、４２０ｎｍ〜４４０ｎｍの青色光である場合、図４に示すように、透光性部材９上に波長変換部材１０を配置し、所望の色の光を出射できる発光装置とする。このような波長変換部材１０は、発光素子３により発生された第１の光により励起されて第２の光を放射する蛍光体と、透光性樹脂からなり、蛍光体を固定するベース材料とからなる。図４に示す構成において、波長変換部材１０は、透光性部材９を覆うように設けられており、発光素子３を中心として、発光素子３より多方向に放射された第１の光を第２の光に変換する。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態の発光装置１２を示す平面図であり、図６は、図５に示す発光装置１２のＢ−Ｂ´線における斜視断面図である。図７は、外部基板１００に実装された図５に示す発光装置１２のＢ−Ｂ’線における断面図である。図１〜３に示した第１の実施の形態における発光装置１と同様の構成には同一の記号を付している。

本実施の形態において、基体２の第１の面２ａは、中央領域２ｉと外周領域２ｕとからなる。ここで、基体２の中央とは、発光装置１２の光出射領域の中心を表し、図５〜７において軸ａで表される位置を言う。図５〜７において、発光素子３は、基体２の第１の面２ａの軸ａを中心とする中央領域２ｉを取り囲む外周領域２ｒに配置されており、基体２の中心ａから偏った位置にずらして配置されている。

本実施の形態における発光装置１２において、基体２は、第２の面２ｂ側の段差面に露出された第１のビア導体４および第２のビア導体５を有する。発光素子３は、図６，７に示すように第１のビア導体４の第１の導出部４ａ上に配置されている。また、ボンディングワイヤ８を介して、発光素子３の第２導電型の電極３２に接続された第２の配線パターン６は、図６、７に示すように第２のビア導体５の第１の導出部５ａ上に配置されている。このような構成により、発光素子３から放出された熱は、第１、第２のビア導体４，５へ効率よく伝わり、外部基板１００側への熱引きが向上する。

また、図５〜７に示す発光装置１２において、基体２は、四角形状を有しており、基体２の下面２ｂの2辺に沿う段差を有している。また段差の表面には導体層２０が配置されている。このような構造により、発光装置１２は、段差に導電性接合材１０９を十分に保持でき外部基板１００に対する安定性が向上する。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態を示す平面図であり、図９は、図８に示す発光装置１３のＣ−Ｃ´線における断面図である。図１０は、外部基板１００に実装された図８に示す発光装置１３のＣ−Ｃ’線における断面図である。図１〜３に示した第１の実施の形態における発光装置１と同様の構成には同一の記号を付している。

本実施の形態において、発光素子３は、基体２の上面２ａに配置されており、発光素子３の複数の電極は、第１の配線パターン６および第２の配線パターン７と、ワイヤ８を介して電気的に接続されている。

本実施の形態において用いられる発光素子３０の構造を図１０を用いて説明する。発光素子３０は、発光ダイオード素子であり、ベース３０３と、ベース３０３上に積層されたｎ型半導体層３０４、発光層３０６およびｐ型半導体層３０５と、ｎ型半導体層３０４上に設けられたｎ型電極（第１導電型の電極）３０１と、ｐ型半導体層３０５上に設けられておりｐ型電極（第２導電型の電極）３０２とを有する。このようなｎ型電極３０１は、例えば、Ｔｉ/Ａｌなどからなり、ｐ型電極３０２は、例えばＡｕなどからなる。

図１０において、発光素子３０の下面３０ｂは、導電性接合剤１９を介して、基体２の上面２ａに接合されている。また、発光素子３０の第１導電型の電極（ｎ）３０１は、ワイヤ８を介して第１の配線パターン６と接続されており、第２導電型の電極（ｐ）３０２は、ワイヤ８を介して、基体２に形成された第２の配線パターン７と接続されている。

本実施の形態の発光装置１は、このような構成により、発光素子３により放射された熱をワイヤ８を介して第１のビア導体４、第２のビア導体５とに伝達し、外部基板１００に放射できる。図１０において、第１のビア導体４と第２のビア導体５とは、それぞれ基体２の第２の面２ｂの段差の表面において露出されており、その表面積が大きいため、発光装置１３の放熱特性が向上し、発光装置１３により放射される光のムラを低減することができる。

（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態を示す平面図であり、図１２は、外部基板１００に実装された図１１に示す発光装置１４のＤ−Ｄ’線における断面図である。他の実施の形態における発光装置と同様の構成には同一の記号を付している。

本実施の形態において、発光素子３０は、基体２の上面２ａの第１の配線パターン６および第２の配線パターン７にフリップチップ接続されている。図１２において、発光素子３の第１導電型の電極３０１と第２導電型の電極３０２とは、発光素子３０の基体２と対向する側の面（図１２における下面）３０ｂに形成されており、第１の配線パターン６と第２の配線パターン７と導電性接合剤１９を介して、電気的に接続されている。

本実施の形態の発光装置１４は、基体２の下面２ｂにおいて部分的に厚みが薄くなされている。すなわち、図１２において、基体２の下面２ｂの発光素子３０直下の部分に溝Ｈを有している。

本実施の形態において、第１のビア導体４と第２のビア導体５とは、発光素子２の第１導電型の電極３０１と第２導電型の電極３０２と電気的に接続されており、溝Ｈの側面２２ｓｔに露出されている。このような構成により、発光素子３０が基体２にフリップチップ接続された場合にも、発光素子３０により放射された熱を、実装基板１００側に良好に伝えることができる。

また、図１２に示す発光装置１４において、基体２の下面２ｂは、溝Ｈの側面２２ｓｔと、基体２の第２の部分２２の下面との間に、導体層２０が配置されている。このような構造により、発光装置１４と外部基板１００との電気的接続信頼性を向上することができる。

（第５の実施の形態）
図１３は、本発明の第５の実施の形態の発光装置１５を示す断面図である。他の実施の形態における発光装置と同様の構成には同一の記号を付している。

図１３において、第１の配線導体４０と第２の配線導体５０とは、基体２の上面２ａの第１の導出部４０ａ（５０ａ）から、段差表面に露出された第２の導出部４０ｂ（５０ｂ）に向かうに従って、横断面積が次第に大きくなるビア導体の構造を有する。

このような構造により、例えば、発光素子３より下方に出射され、基体２の内部に進む光がある場合、第１の配線導体４や第２の配線導体５の側面で発光素子３の光を反射して、発光装置１５の上方に光を向かわせることができる。このため、発光装置１５の光放射強度を向上することができる。

（第６の実施の形態）
図１４は、本発明の第６の実施の形態の発光装置１６を示す断面図である。他の実施の形態における発光装置と同様の構成には同一の記号を付している。

図１４において、第１のビア導体４００は、基体２の上面２ａに設けられた第１の導出部４００ａと、基体２の第２の部分２２の側面２２ｓに設けられた第２の導出部４００ｂとを有している。

このような第１のビア導体４００は、基体２の上面２ａから基体２の外部基板１００と対向する面２ｂに向かうに従って、横断面積が次第に狭くなる第１の側面４００ｃと、第１の側面４００ｃよりも外部基板１００側に位置しており、基体２の上面２ａからｋ地愛２の外部基板１００と対向する面２ｂに向かうに従って、横断面積が次第に狭くなる第２の側面４００ｄとを有する。

また、図１４において、第２のビア導体５００は、基体２の上面２ａに設けられた第１の導出部５００ａと、基体２の第２の面２ｂの段差の表面２２ｓ、２ｃに設けられた第２の導出部５００ｂとを有している。

このような第２のビア導体５００は、基体２の上面２ａから下面２ｂに向かうに従って、次第に狭くなる第１の側面５００ｃと、第１の側面５００ａよりも基体２の上下２ｂ側に位置しており、基体２の上面２ａから基体２の下面２ｂに向かうに従って、次第に広がる第２の側面５００ｄとを有する。

このような構造により、発光素子３より放射された熱が、第１の配線導体６と第２の配線導体７とを介して、効率よく基体２側に伝達される。また、発光素子３より基体２の内部に進む光を、発光装置１５の上方に効率よく反射することができる。

（第７の実施の形態）
図１５は、第７の実施形態の発光装置５１を示す平面図であり、図１６は、図１５に示す発光装置５１のＥ−Ｅ’線における断面図である。本実施形態の発光装置５１は、複数の発光装置が並べて配置されてなる。他の実施の形態における発光装置と同様の構成には同一の記号を付している。

図１６において、発光装置５１は第１の発光装置５１ａ、第２の発光装置５１ｂ、第３の発光装置５１ｃとからなる。図１６において発光装置５１ａ〜５１ｃは、第1のビア導体４と、導体層２０と、第2のビア導体５とを介してそれぞれ直列に接続されている。

本実施の形態における発光装置５１は、複数の発光装置の間において（たとえば、第1の発光装置５１ａと第２の発光装置５１ｂとの間、第２の発光装置５１ｂと第３の発光装置５１ｃとの間）厚みが薄い部分Ｈを有しており、このような段差Ｈの側面２２ｓｔに、第１のビア導体４が露出されている。また、図１６に示す発光装置５１においては、第２のビア導体５も段差Ｈの側面２２ｓｔに露出されている。このような構成により、複数の発光装置を並べて配置する場合でも、発光素子３により放射された熱を効率よく外部基板１００側に放射できる。

また、図１６において、発光装置５１の下面の中央領域（たとえば、第1の発光装置５１ａと第２の発光装置５１ｂとの間、第２の発光装置５１ｂと第３の発光装置５１ｃとの間）に段差Ｈが配置されており、発光装置５１と外部基板１００との間における放熱特性を向上することができる。

複数の発光装置が並べられてなる発光装置の別の例として、図１７に、基体２の中心軸ａ１〜ａ３から外周側に偏った位置に配置された発光素子３を有する第１〜第３の発光装置５２ａ〜５２ｂが配列されてなる発光装置５２を示す。図１７において、発光素子３は、基体２の第２の部分２２の側面に露出された第１のビア導体４上に配置されており、発光装置５２の放熱特性は向上する。

第７の実施形態の発光装置５１の別の例を図１８に示す。図１８において、発光装置５３は、第１の発光装置５３ａ、第２の発光装置５３ｂ、第３の発光装置５３ｃとからなる。

図１８において、複数の発光装置５３ａ〜５３ｃは、金属からなり、基体２の内部に配置されているとともに、発光素子３が搭載された放熱部材７０ａ〜７０ｃを有する。このような構成により、発光装置５２の放熱特性はさらに向上する。

（第８の実施の形態）
図１９は、第８の実施形態の発光装置５４を示す断面図である。

本実施形態の発光装置５４は、第１の発光装置５４ａ、第２の発光装置５４ｂ、第３の発光装置５４ｃとからなる。本実施の形態において、それぞれの発光装置に搭載された発光素子は、透光性部材９に覆われてなる。

図１９における発光装置５４に搭載された第１、第２、第３の発光素子３ａ、３ｂ、３ｃは、紫外光または青色光を発する。図１９において、発光装置５４は、透光性部材９を覆う波長変換部材１０を有しており、第１、第２、第３の発光素子３ａ、３ｂ、３ｃにより放射された光は、波長変換部材１０によって波長が変換されて発光装置５４の外部に放射される。このように、複数の発光素子を共通で覆う透光性部材９、波長変換部材１０を有することにより、発光装置５４の照射面における光のむらを低減できる。

（第９の実施の形態）
図２０は、第９の実施形態の発光装置５５を示す平面図であり、図２１は、図２０に示す発光装置５５のＦ−Ｆ’線における断面図である。

本実施形態の発光装置５５は、第１、第２、第３の発光素子３ａ、３ｂ、３ｃを共通い搭載する基体２を有する。

図２１に示すように、本実施の形態の発光装置５５は、基体２上に、第１の配線導体６と第２の配線導体７とを有しており、これら配線導体間は、透光性部材９の外部においてワイヤ８を介して電気的に接続される。ワイヤ８を、透光性部材９と外部との間に跨って形成しないことにより、ワイヤ８にかかる応力を低減し、発光装置５５の信頼性を向上することができる。

本発明の第１実施形態による発光装置の平面図である。 図１に示す発光装置のＡーＡ’線における斜視断面図である。 図１に示す発光装置のＡーＡ’線における断面図である。 本発明の第１実施形態による発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による発光装置を示す平面図である。 図５に示す発光装置のＢーＢ’線における斜視断面図である。 図５に示す発光装置のＢーＢ’線における断面図である。 本発明の第３実施形態による発光装置を示す平面図である。 図８に示す発光装置のＣ−Ｃ’線における斜視断面図である。 図８に示す発光装置のＣ−Ｃ’線における断面図である。 本発明の第４実施形態による発光装置を示す平面図である。 図１１の発光装置のＤ−Ｄ’線における断面図である。 本発明の第５実施形態による発光装置を示す断面図である。 本発明の第６実施形態による発光装置を示す断面図である。 本発明の第７実施形態による発光装置を示す平面図である。 図１５に示す発光装置のＥ−Ｅ’線における断面図である。 本発明の第７実施形態による発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第７実施形態による発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第８実施形態による発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第９実施形態による発光装置を示す平面図である。 図２０に示す発光装置のＦ−Ｆ’線における断面図である。

符号の説明

１：発光装置
２：基体
２ａ：基体２の第１の面
２ｂ：基体２の第２の面
３：発光素子
４：（第１の）ビア導体
４ａ：第１導出部
４ｂ：第２導出部

Claims (13)

1. 発光素子が搭載される第１の面と、段差を有する第２の面とを備えた基体と、
   前記基体の前記段差の表面に導出されており、前記基体の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通するビア導体と、を有する発光素子搭載用基板。
2. 前記ビア導体の側面が、前記第１の面から前記第２の面に向かって広がることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
3. 前記ビア導体の側面が、前記第１の面から前記第２の面に向かって狭まる第１の側面と、前記第１の側面より前記第２の面側に位置しており、前記第１の面から前記第２の面に向かって広がる第２の側面とを有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
4. 前記基体の前記段差の表面に形成された導体層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子搭載用基板。
5. 前記基体は、窒化アルミニウムからなり、前記ビア導体は、銅からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子搭載用基板。
6. 第１の面と第２の面とを有しており、前記第２の面側に段差を有する基体と、
   前記基体の前記第１の面に設けられた第１導出部と、前記基体の前記段差の表面に設けられた第２導出部とを有しており、前記基体の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通するビア導体と、
   前記ビア導体の前記第１導出部に電気的に接続されており、前記基体の前記第１の面に搭載された発光素子と、を有する発光装置。
7. 前記発光素子を覆い、前記基体の前記第１の面上に設けられた透光性部材を有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記発光素子が、紫外または青色の第１の光を発生する発光ダイオードであり、前記発光素子の上方に、前記第１の光の波長を変換する蛍光体を有することを特徴とする請求項６または７に記載の発光装置。
9. 前記発光素子が、前記基体の前記第１の面と対向した第１導電型の電極と、ボンディングワイヤが接続された第２導電型の電極と、を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の発光装置。
10. 前記発光素子が、前記配線導体の前記第１の導出部上に配置されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の発光装置。
11. 前記発光素子が、前記基体の前記第１の面の外周領域に設けられていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の発光装置。
12. 前記発光素子が、第１のボンディングワイヤが接続された第１導電型の電極と、第２のボンディングワイヤが接続された第２導電型の電極とを有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の発光装置。
13. 前記発光素子は、前記基体の前記第１の面上にフリップチップ実装された第１導電型の電極および第２導電型の電極を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の発光装置。

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