JP2009048915A - Ｌｅｄランプおよび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は、配線基板１５０に形成された凹部１５１に設置されている。ＬＥＤランプ１００のセラミック基板１０１は、上層１０４と下層１０５の２層構造で、上層１０４の側面１０４ａには外部接続端子１１２が形成されている。またセラミック基板１０１を貫通するスルーホール１１１が形成され、下層１０５裏面の全面には放熱板１１３が形成されている。配線基板１５０の凹部１５１近傍には板バネ状端子１５３が形成されている。板バネ状端子１５３は外部接続端子１１２を押圧して接触している。
【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基板の裏面に放熱板を設けることが考えられる。しかし、ＬＥＤランプの基板裏面に電極を形成する場合、ＬＥＤランプの基板裏面に電極パターンと放熱板のパターンの両方を配置することになり、複雑なパターン設計が必要となる。一方、ＬＥＤランプの基板上面に電極を形成する場合は、基板裏面全体に放熱板を設けることができ、放熱性を高めることができる。しかし、電極用マスクを基板上面に設けて封止材が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、放熱性、および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、およびそのＬＥＤランプモジュールに使用するＬＥＤランプを実現することにある。

第１の発明は、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、基板の側面に形成され、ＬＥＤチップと接続する外部接続端子と、基板を貫通する放熱用の貫通孔と、基板の裏面全体に形成された放熱板と、により構成されていることを特徴とするＬＥＤランプである。

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、熱伝導性の高いＡｌＮなどを用いるとよい。また、基板は多層構造であってもよい。ＬＥＤチップと基板側面に形成された外部接続端子との間の配線は、基板上面に形成して外部接続端子と連続するようにしてもよいし、基板上面と多層基板の中間に配線を形成し、スルーホールによって基板上面の配線と中間の配線を接続し、中間の配線に連続して外部接続端子を設けるようにしてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、基板は側面に段差を有し、その段差により生じる内側側面に外部接続端子が形成されていることを特徴とするＬＥＤランプである。

段差の形状は、上段側面が下段側面の内側、または下段側面が上段側面の内側である階段形状や、中段側面が上段側面および下段側面よりも内側である凹型形状などの形状である。上段側面が下段側面の内側である階段形状であれば、外部接続端子は上段側面に形成され、下段側面が上段側面の内側である階段形状であれば、外部接続端子は下段側面に形成され、凹型形状であれば、外部接続端子は中段側面に形成される。これらの段差は多層基板を用いることで容易に実現することができる。

第３の発明は、第１の発明において、基板は、上面側の上層と裏面側の下層とからなる２層構造であり、上層の側面は下層の側面よりも内側に形成され、外部接続端子は、上層の側面に形成されていることを特徴とするＬＥＤランプである。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明によるＬＥＤランプと、ＬＥＤランプを設置する凹部と、弾性材からなるバネ状端子とを有し、ＬＥＤランプと電気的に接続する配線基板と、で構成され、配線基板の凹部にＬＥＤランプを設置時に、バネ状端子がＬＥＤランプの外部接続端子を押圧して接触することで、ＬＥＤランプと配線基板とが電気的に接続する、ことを特徴とするＬＥＤランプモジュールである。

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５の発明は、第４の発明において、放熱板と配線基板の凹部底面との間には、放熱グリスを介在させていることを特徴とするＬＥＤランプモジュールである。

第１の発明のＬＥＤランプは、貫通孔と放熱板による放熱経路と、ＬＥＤチップから外部接続端子に至る導通経路が分離された構造である。また、外部接続端子を基板側面に形成しているので、基板裏面の全面に放熱板を形成することができる。また、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。したがって、第１の発明のＬＥＤランプは、高い放熱性を有し、製造工程を増やすことなく製造することができるものである。

また、第２の発明のように、基板は側面に段差を設けることで、配線基板のバネ状端子と容易に接触することができる。

また、第３の発明のように、基板を多層構造とすることで段差を容易に設けることができる。

また、第４の発明のように、ＬＥＤランプ側面の外部接続端子バネ状端子が押圧することで、ＬＥＤランプと配線基板を接続している。そのため、ＬＥＤランプと配線基板との熱膨張差をバネ状端子で吸収することができ、実装信頼性が向上する。さらに、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、第５の発明のように、放熱グリスを放熱板と配線基板の凹部底面との間に介在させることで、放熱性をより改善することができる。

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の構造を示す平面図であり、図２は、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３は、ＬＥＤランプ１００の構造を示す平面図であり、図４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３、４を参照に説明する。

ＬＥＤランプ１００は、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１６個の青色発光のＬＥＤチップ１０２、ＬＥＤチップ１０２を覆う封止材１０３により構成されている。

セラミック基板１０１は、放熱性の高いＡｌＮからなる長方形状であり、上層１０４と下層１０５の２層構造である。上層１０４の向かい合う１対の側面１０４ａは、下層１０５の向かい合う１対の側面１０５ａよりも内側であり、セラミック基板１０１の側面に段差が生じている。また、他の向かい合う１対の側面は上層１０４と下層１０５で同一の面であり、段差はない。

１６個のＬＥＤチップ１０２は、正方形状に配列された４個のＬＥＤチップ１０２を１単位とし、さらに正方形状に４単位が配列されている。１単位を構成する４個のＬＥＤチップ１０２は、互いのＬＥＤチップのｎ電極が隣接するようにして配列されていて、正方形の中央部に４つのｎ電極が配置されている。

図５は、上層１０４の上面にＡｕメッキによって形成された配線パターンの平面図である。１単位４個のＬＥＤチップ１０２の４つのｎ電極を並列に接続するカソード電極パターン１０６が４つ形成され、それを囲むように、１６個のＬＥＤチップ１０２の１６個のｐ電極を並列に接続するアノード電極パターン１０７が形成されている。

図６は、下層１０５の上面にＡｕメッキによって形成された配線パターンの平面図である。櫛歯状のカソード電極パターン１０８とアノード電極パターン１０９がかみ合うように形成されている。４つのカソード電極パターン１０６とカソード電極パターン１０８は、４つのスルーホール１１０によって接続していて、これにより１６個のＬＥＤチップ１０２の１６個のｎ電極が並列に接続している。また、アノード電極パターン１０７とアノード電極パターン１０９は、１６個のスルーホール１１１によって接続している。このスルーホール１１１は、上層１０４だけでなく下層１０５も貫通していて、下層１０５の裏面側への熱の伝導性を高めている。

上層１０４の側面１０４ａにはＡｕメッキによって外部接続端子１１２が形成されていて、カソード電極パターン１０８、アノード電極パターン１０９と連続している。

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。封止材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。この封止材１０３は、上層１０４の上面を覆うように形成されているが、外部接続端子１１２は覆わないように形成されている。

また、放熱性を高めるために、セラミック基板１０１の下層１０５裏面にはＡｇメッキによる放熱板１１３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１１３を形成してもよい。

このＬＥＤランプ１００は、ＬＥＤチップ１０２から外部接続端子１０７に至る導通経路と、スルーホール１１１、放熱板１１３による放熱経路が分離された構成となっている。したがって、放熱板１１３を裏面全体に形成することができ、高い放熱性を得ることができる。また、配線や外部接続端子のパターン設計も容易となる。また、このＬＥＤランプ１００では、外部接続端子１１２はセラミック基板１０１の側面に形成されている。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、２を用いて説明する。なお、図１、２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からなるベース基板１５５と、ベース基板１５５上面に絶縁層１５６を介してＡｕメッキによって形成された配線１５２と、で構成されている。ベース基板１５５にＡｌ、Ｃｕを用いるのは、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からである。また、配線基板１５０には、ＬＥＤランプ１００を設置する凹部１５１が形成されている。凹部１５１近傍には板バネ状端子１５３が形成され、その板バネ状端子１５３の一端は配線と接続し固定されている。他端は固定されておらず、配線基板１５０の面方向に可動で応力を加えることができる。

凹部１５１には、ＬＥＤランプ１００が設置されている。凹部１５１はセラミック基板１０１の下層１０５の形状にほぼ一致しているため、ＬＥＤランプ１００の上層１０４よりも上側は配線基板１５０より突出している。これにより突出した外部接続端子１１２を板バネ状端子１５３が押圧し、接触している。また、ＬＥＤランプ１００裏面の放熱板１１３と、凹部１５１の底面の間には、放熱グリス１５４を介在させている。このとき、放熱板１１３と凹部１５１の底面は固定されない方が、熱応力が生じないため好ましい。放熱グリス１５４には、たとえば、シリコーン樹脂を母材として、母材に熱伝導性の高い金属もしくは酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（ＡｌＮ）など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、はんだを用いずにバネによる接触によってＬＥＤランプと配線基板を接続しているため、ＬＥＤランプと配線基板の熱膨張差を吸収することができ、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放熱性が確保される。

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１では、基板を上層と下層の２層構造とし、上層側面を下層側面よりも内側とすることで段差を設けているが、他の手段により段差を設けてもよい。たとえば、基板を上層、中間層、下層の３層構造とし、中間層の側面を上層および下層側面よりも内側とすることで、基板側面に凹型の段差を設けるようにしてもよい。

また、バネ状端子の構造は実施例１で示したものに限るものではなく、ＬＥＤランプ側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、板状の端子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。

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の構造を示す平面図。 実施例１のＬＥＤランプモジュール１０の構造を示す断面図。 ＬＥＤランプ１００の構造を示す平面図。 ＬＥＤランプ１００の構造を示す断面図。 配線パターンを示す平面図。 配線パターンを示す平面図。

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：セラミック基板の上層
１０５：セラミック基板の下層
１０６、１０８：カソード電極パターン
１０７、１０９：アノード電極パターン
１１０、１１１：スルーホール
１１２：外部接続端子
１１３：放熱板
１５０：配線基板
１５１：凹部
１５２：配線
１５３：板バネ状端子
１５４：放熱グリス
１５５：ベース基板
１５６：絶縁層

Claims (5)

1. 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、
   前記基板の側面に形成され、前記ＬＥＤチップと接続する外部接続端子と、
   前記基板を貫通する放熱用の貫通孔と、
   前記基板の裏面全体に形成された放熱板と、
   により構成されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 前記基板は側面に段差を有し、その段差により生じる内側側面に外部接続端子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記基板は、その基板上面側の上層と裏面側の下層とからなる２層構造であり、
   前記上層の側面は前記下層の側面よりも内側に形成され、
   前記外部接続端子は、前記上層の側面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤランプと、
   前記ＬＥＤランプを設置する凹部と、弾性材からなるバネ状端子とを有し、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、
   前記配線基板の前記凹部に前記ＬＥＤランプを設置時に、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することで、前記ＬＥＤランプと前記配線基板とが電気的に接続する、
   ことを特徴とするＬＥＤランプモジュール。
5. 前記放熱板と前記配線基板の前記凹部底面との間には、放熱グリスを介在させていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤランプモジュール。

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