JP2009224469A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device.
従来、多層配線基板として、例えば特許文献1,2,3に示されているようなポリイミド基板、あるいは、例えば特許文献4,5,6に示されているようなガラスエポキシ基板がよく利用されている。
ところで、複数の発光素子(例えばLED)が実装されている素子実装基板に、前記複数の発光素子の各電極部に対応した電極配線が形成されている配線基板を接合して照明装置として構成する場合、複数の発光素子を高密度に実装すると相当の発熱が見込まれ、発熱によって発光素子の輝度劣化などが生じてしまう。このような事態を防止するためには、照明装置に放熱性の良い部材を用いる必要があるが、従来では、照明装置の配線基板には、一般に、ポリイミドやガラスエポキシが用いられているので、照明装置の放熱性を十分に向上させることができないという問題があった。 By the way, a wiring board on which electrode wiring corresponding to each electrode portion of the plurality of light emitting elements is bonded to an element mounting board on which a plurality of light emitting elements (for example, LEDs) are mounted is configured as an illumination device. In this case, if a plurality of light emitting elements are mounted at a high density, considerable heat generation is expected, and the heat generation causes luminance degradation of the light emitting elements. In order to prevent such a situation, it is necessary to use a member with good heat dissipation in the lighting device, but conventionally, since a wiring board of the lighting device is generally made of polyimide or glass epoxy, There was a problem that the heat dissipation of the lighting device could not be sufficiently improved.
本発明は、放熱性を著しく向上させて、発光素子の輝度劣化などを防止することの可能な照明装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an illuminating device capable of remarkably improving heat dissipation and preventing luminance deterioration of a light emitting element.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、複数の発光素子が実装されている素子実装基板と、前記複数の発光素子の各電極部に対応した電極配線が基板本体に形成されている配線基板とを有し、素子実装基板の素子実装面とは反対側の面と配線基板の電極配線取り出し側の面とが対向して配置され、素子実装基板に実装されている複数の発光素子の各電極部と該複数の発光素子の各電極部に対応した配線基板の電極配線とが接合されている照明装置であって、
前記配線基板の基板本体の材料には、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an element mounting substrate on which a plurality of light emitting elements are mounted, and electrode wiring corresponding to each electrode portion of the plurality of light emitting elements are formed on a substrate body. A plurality of wiring boards mounted on the element mounting board, wherein the surface opposite to the element mounting surface of the element mounting board and the surface on the electrode wiring extraction side of the wiring board are arranged to face each other. A lighting device in which each electrode portion of a light emitting element and an electrode wiring of a wiring board corresponding to each electrode portion of the plurality of light emitting elements are joined,
As a material of the substrate body of the wiring substrate, a material having insulating properties and higher heat dissipation than polyimide or glass epoxy is used.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の照明装置において、前記配線基板の基板本体の材料には、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高いSiC,AlN,セラミックスのいずれかが用いられることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the illuminating device according to the first aspect of the present invention, the substrate body material of the wiring board is any one of SiC, AlN, and ceramics that have higher heat dissipation than polyimide or glass epoxy. It is characterized by being able to.
また、請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の照明装置において、前記素子実装基板には、放熱ビアが形成され、また、前記配線基板には、前記素子実装基板の放熱ビアの形成位置に対応した位置に、放熱ビアが形成されており、前記素子実装基板の放熱ビアは、前記配線基板の放熱ビアと接続されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the illumination device according to the first or second aspect, a heat dissipation via is formed in the element mounting board, and a heat dissipation of the element mounting board is formed in the wiring board. A heat dissipation via is formed at a position corresponding to the via formation position, and the heat dissipation via of the element mounting board is connected to the heat dissipation via of the wiring board.
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の照明装置において、前記素子実装基板に実装されている複数の発光素子の各電極部と該複数の発光素子の各電極部に対応した配線基板の電極配線とは、ハンダで接合されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the illumination device according to any one of the first to third aspects, the electrode portions of the plurality of light emitting elements mounted on the element mounting substrate and the plurality of the plurality of light emitting elements are mounted. The electrode wiring of the wiring board corresponding to each electrode portion of the light emitting element is characterized by being joined by solder.
また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の照明装置において、前記素子実装基板には、さらに、前記複数の発光素子の各々に対応する貫通孔が形成された型枠と、前記各発光素子の上方であって、前記型枠の貫通孔に配置された蛍光体フィルター板とが設けられていることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the illumination device according to any one of the first to fourth aspects, the element mounting substrate further includes a through hole corresponding to each of the plurality of light emitting elements. And a phosphor filter plate disposed above the light emitting elements and in the through hole of the mold.
また、請求項6記載の発明は、請求項5記載の照明装置において、前記素子実装基板には、Si,SiC,AlN,セラミックスのいずれかが用いられ、前記型枠には、Siが用いられることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the illumination device according to the fifth aspect, any one of Si, SiC, AlN, and ceramics is used for the element mounting substrate, and Si is used for the mold. It is characterized by that.
また、請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の照明装置において、前記複数の発光素子は、ドットマトリクス光源として構成されることを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the illumination device according to any one of the first to sixth aspects, the plurality of light emitting elements are configured as a dot matrix light source.
請求項1乃至請求項7記載の発明によれば、複数の発光素子が実装されている素子実装基板と、前記複数の発光素子の各電極部に対応した電極配線が形成されている配線基板とを有し、素子実装基板の素子実装面とは反対側の面と配線基板の電極配線取り出し側の面とが対向して配置され、素子実装基板に実装されている複数の発光素子の各電極部と該複数の発光素子の各電極部に対応した配線基板の電極配線とが接合されている照明装置であって、
前記配線基板の基板材料には、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられるので、照明装置の放熱性を著しく向上させることができ、これにより、発光素子の輝度劣化などを防止することができる。
According to invention of
As the substrate material of the wiring board, a material having insulating properties and higher heat dissipation than polyimide or glass epoxy is used, so that the heat dissipation of the lighting device can be remarkably improved. Luminance deterioration can be prevented.
特に、請求項3記載の発明によれば、請求項1または請求項2記載の照明装置において、前記素子実装基板には、放熱ビアが形成され、また、前記配線基板には、前記素子実装基板の放熱ビアの形成位置に対応した位置に、放熱ビアが形成されており、前記素子実装基板の放熱ビアは、前記配線基板の放熱ビアと接続されているので、照明装置の放熱性をより一層向上させることができる。
Particularly, according to the invention described in claim 3, in the lighting device according to
また、請求項5記載の発明によれば、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の照明装置において、前記素子実装基板には、さらに、前記複数の発光素子の各々に対応する貫通孔が形成された型枠と、前記各発光素子の上方であって、前記型枠の貫通孔に配置された蛍光体フィルター板とが設けられているので、色むら及びクロストークを防止することができ、また、発光素子間の間隔を小さくして複数の発光素子を高密度に実装することができ、さらに、耐熱性や放熱効果をより一層改善することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the illumination device according to any one of the first to fourth aspects, the element mounting substrate further corresponds to each of the plurality of light emitting elements. A mold having a through-hole formed therein and a phosphor filter plate disposed above the light-emitting elements and in the through-hole of the mold are provided to prevent uneven color and crosstalk. In addition, a plurality of light emitting elements can be mounted at a high density by reducing the interval between the light emitting elements, and the heat resistance and the heat dissipation effect can be further improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に係る照明装置の構成例を示す図(平面図)、図2は図1のA−A線における断面図である。また、図3,図4は図2の各構成要素を説明するための図である。なお、図1,図2,図3,図4において、12は素子実装基板、13は複数の発光素子、14a,14bは複数の発光素子13の各電極部、15は金(Au)、16は素子実装基板12の発光素子13側から発光素子13とは反対の側の電極部14a,14bに導通をとるための導通部(例えば銅(Cu)ビア)、17は素子実装基板12の発光素子13側から発光素子13とは反対の側に貫通する放熱のための放熱ビア、18は型枠、19は蛍光体フィルター板であり、また、43は配線基板、44は配線基板43の基板本体、45a,45bは発光素子13の各電極部14a,14bに対応した電極配線、46は放熱のための放熱ビアであり、また、50はハンダである。
FIG. 1 is a diagram (plan view) illustrating a configuration example of a lighting device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 and 4 are diagrams for explaining each component of FIG. 1, 2, 3, and 4, 12 is an element mounting substrate, 13 is a plurality of light emitting elements, 14 a and 14 b are electrode portions of the plurality of
先ず、図3を参照すると、この照明装置は、複数の発光素子13が実装されている素子実装基板12と、前記複数の発光素子13の各電極部14a,14bに対応した電極配線45a,45bが基板本体44に形成されている配線基板43とを有し、素子実装基板12の素子実装面とは反対の側の面と配線基板43の電極配線取り出し側の面とが対向して配置されている。
First, referring to FIG. 3, the lighting device includes an
そして、図4を参照すると、素子実装基板12に実装されている複数の発光素子13の各電極部14a,14bと該複数の発光素子13の各電極部14a,14bに対応した配線基板43の電極配線45a,45bとが例えばハンダ50などで接合されるようになっている。図2には、素子実装基板12に実装されている複数の発光素子13の各電極部14a,14bと該複数の発光素子13の各電極部14a,14bに対応した配線基板43の電極配線45a,45bとが例えばハンダ50などで接合された状態が示されている。
Then, referring to FIG. 4, the
より詳細に、図1を参照すると、複数の発光素子13は、図1の例では、2次元にマトリクス状(2×4)に配置されている。そして、図2,図3,図4の例からもわかるように、各発光素子13は、Auバンプ15でボンディングパッド(図示せず)を介し導通部(例えば銅(Cu)ビア)16にフリップチップ接続されている。フリップチップ接続は、ワイヤー接続に比較して、実装に占める面積を小さくでき、高密度の実装が可能となる。また、各発光素子13としては、例えば、GaN系材料からなる発光層を持つ発光素子が使用され、紫外光、青色光、緑色光を発光する。あるいは、各発光素子13は例えば白色LEDなどである。図1の例では発光素子の数は2×4であるが、照明装置に要求される明るさに応じて適宜その個数は選択される。
In more detail, referring to FIG. 1, the plurality of
より具体的に、図1乃至図4の例では、複数の発光素子13は、各発光素子13毎にそれぞれ独立にかつ自由に配光を制御可能なドットマトリクス光源(各発光素子13に例えば白色LEDを用いたドットマトリクスLED光源)として構成可能な構造となっている。
More specifically, in the example of FIGS. 1 to 4, the plurality of
また、素子実装基板12は、例えばシリコン(Si)基板であり、素子実装基板12の発光素子13側から発光素子13とは反対の側に貫通する0.1mmφのスルーホールが電極部14a,14bに対応する位置に形成され、このスルーホール内に銅メッキ等により導通部(例えば銅(Cu)がスルーホール内に充填された銅(Cu)ビア)16が形成されている。なお、素子実装基板12の材料としては、上述の無機材料であるシリコン(Si)に加えて、SiC基板、AlN基板や、アルミナ等のセラミックスを使用することもできる。
The
また、素子実装基板12には、素子実装基板12の発光素子13側から発光素子13とは反対の側に貫通する放熱のための放熱ビア(例えば銅(Cu)ビア)17が形成されている。
The
また、配線基板43には、前記複数の発光素子13の各電極部14a,14bに対応した電極配線(例えば、銅(Cu)やアルミニウムなどの配線)45a,45b(以下、45a,45bを総称して45とする)が基板本体44に形成されている。ここで、素子実装基板12に実装されている複数の発光素子13の各電極部14a,14bと該複数の発光素子13の各電極部14a,14bに対応した配線基板43の電極配線45a,45bとは例えばハンダ50などで接合されて、電気的に接続される。より詳細に、複数の発光素子13がドットマトリクス光源として構成される場合、配線45は、例えば、行方向と列方向に配列され、各発光素子13を選択的に駆動できるよう、発光素子13毎に電気的に接続される。すなわち、この場合、配線45は、図2,図3,図4に示すようにドットマトリクス配線として、階層構造で各々の発光素子13に接続される。
In addition, the
また、配線基板43には、放熱のための放熱ビア(例えば銅(Cu)ビア)46が、素子実装基板12の放熱ビア17の形成位置に対応した位置に形成されており、素子実装基板12の放熱ビア17と配線基板43の放熱ビア46とは、例えばハンダ50によって接続される。
In addition, a heat dissipation via (for example, copper (Cu) via) 46 for heat dissipation is formed in the
ところで、本発明では、配線基板43の基板本体44の材料には、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられる。絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料として、具体的には、例えば、SiC,AlN,セラミックスのいずれかが用いられる。ここで、セラミックスとしては、例えば低温焼成積層セラミックス(LTCC)などが用いられる。
By the way, in this invention, the material of the board | substrate
本発明では、配線基板43の基板本体44の材料に、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられることにより、例えば、素子実装基板12に複数の発光素子13が高密度に実装されて、相当の発熱が生じる場合にも、放熱性の高い配線基板43の基板本体44によって放熱がなされることにより、温度上昇を抑え、発光素子の輝度劣化などを防止することができる。このように、本発明では、配線基板43の基板本体44の材料に、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられることにより、照明装置の放熱性を著しく向上させることができる。
In the present invention, the material of the substrate
さらに、本発明では、素子実装基板12には、素子実装基板12の発光素子13側から発光素子13とは反対の側に貫通する放熱のための放熱ビア(例えば銅(Cu)ビア)17が形成され、また、配線基板43には、放熱のための放熱ビア(例えば銅(Cu)ビア)46が、素子実装基板12の放熱ビア17の形成位置に対応した位置に形成されており、素子実装基板12の放熱ビア17と配線基板43の放熱ビア46とは、例えばハンダ50によって接続されているので、複数の発光素子13からの発熱は、素子実装基板12の放熱ビア17,配線基板43の放熱ビア46からも放熱され(さらには、放熱ビア46を介し放熱性の高い配線基板43からも放熱され)、照明装置の放熱性をより一層向上させることができる。
Furthermore, in the present invention, the
このように、本発明は、素子実装基板12に複数の発光素子13が高密度に実装されて相当の発熱が予想されるような場合に、特に有用である。具体的には、素子実装基板12に複数の発光素子13が高密度に実装されるドットマトリクス光源(各発光素子13に例えば白色LEDを用いたドットマトリクスLED光源)として複数の発光素子13が構成される場合などに、本発明は特に有用である。
As described above, the present invention is particularly useful when a plurality of
以下に、素子実装基板12に複数の発光素子13を高密度に実装可能な(具体的には、例えばドットマトリクス光源として構成可能な)本発明の新規な構成(本願出願人による本願の先願である特願2007−309482に記載の構成)について、説明する。
Hereinafter, a novel configuration of the present invention (which can be configured as a dot matrix light source, for example) capable of mounting a plurality of
再び図1,図2,図3,図4を参照すると、素子実装基板12には、さらに、複数の発光素子13の各々に対応する貫通孔が形成された型枠18と、各発光素子13の上方であって、型枠18の貫通孔に配置された蛍光体フィルター板19とが設けられている。
Referring to FIGS. 1, 2, 3, and 4 again, the
より詳細に、型枠18には、例えば、厚さ0.3mmのシリコン(Si)基板にホトリソ技術を用いて各発光素子13に対応する位置に複数の貫通孔(開口)20が形成されている。シリコン基板全体で見れば、格子状の型枠18が形成されたものになる。隣接する貫通孔(開口20)同士は隔壁として機能する型枠18により分離されている。型枠18と基板12とは、例えば型枠18と基板12が対向する位置にAu層15を設け、熱と温度と圧力をかけることで、型枠18は基板12に接合される。各発光素子13は、型枠18の貫通孔(開口)20内に収納され、隔壁として機能する型枠18により確実に分離される。型枠18は、Si等の無機材料や永久レジストなどで形成される。
More specifically, a plurality of through holes (openings) 20 are formed in the
この型枠18を、半導体プロセスを利用して製造することにより、貫通孔(開口)20が非常に高精度で、高密度に型枠18に形成される。例えば、貫通孔(開口)20のピッチを100μm以下で製造することもできる。この結果、各発光素子13間の間隔を短くでき、高精細な照明装置を実現できる。
By manufacturing the
このような型枠18を別に用意するのは、素子実装基板12へのスルーホールの形成や導通部(例えば銅(Cu)がスルーホール内に充填された銅(Cu)ビア)16の形成、さらには、銅(Cu)ビア16形成後の(銅メッキした後の)基板12の研磨や洗浄を容易にするためである。更に、発光素子13を接合するためのバンプの形成をより容易にするためである。
Such a
また、蛍光体フィルター板19が、各発光素子13の上面であって、貫通孔(開口)20に配置される。蛍光体フィルター板19は、YAG:Ceの多結晶基板でも、YAG:Ce粒子を分散させたガラス焼結体を用い無機材料で構成することができる。発光素子13の上面である限り、蛍光体フィルター板19は発光素子13と接触しても、離間して配置されても良い。
Further, the
蛍光体フィルター板19は、貫通孔(開口)20の大きさに合わせて予め作製されるので、各発光素子13に供給される蛍光体の量を精度良くコントロールすることが可能となる。例えば、マトリクス状に配列された発光素子13全てを同じような発光(例えば白色光)にする場合、蛍光体フィルター板19は全て同じ厚さ、同じ大きさで作製される。一方、照明装置に求められる発光特性に応じて、各発光素子13に供給される蛍光体フィルター板19の大きさ、厚さを変えることもできる。
Since the
このような構成によれば、発光素子13と蛍光体フィルター板19は、型枠18に形成された各貫通孔(開口)20に配置されるので、隣接する発光素子13と蛍光体フィルター板19は、隔壁として機能する型枠18により確実に区分けされ、発光素子13間のクロストークを防止することができる。これにより、発光素子13と蛍光体フィルター板19で構成される各ドットは独立した光源として形成される。
According to such a configuration, the
また、蛍光体フィルター板19は、所定の厚さで作成され、各貫通孔20に個々に配置されるので、各発光素子13に供給される蛍光体の量を精度よくコントロールでき、発光時の色むらを防止することができる。
In addition, the
また、基板12と型枠18の両方を半導体プロセスで製造することで、本発明に係る照明装置は従来に比して高精細なものとすることができる。また、シリコンウエハーの状態で全てのプロセスが行われるので、製造工程は非常に生産性が良く、精度が高いプロセスとなる。例えば、照明装置の基板をウエハーの状態で製造し、発光素子をその基板上に搭載する。次いで、基板と同形状のウエハーに貫通孔を形成して型枠を作成し、型枠と基板をウエハー状態で貼り合わせる。型枠の各貫通孔に蛍光体フィルター板を配置し、ウエハー状態で貼り合わされた型枠と基板を任意の大きさにダイシングすることで、全てを半導体プロセスにより照明装置を製造することができる。
In addition, by manufacturing both the
また、型枠をシリコン等の放熱性の良い材料で製造することで、蛍光体フィルター板に含有される蛍光体粒子の熱を型枠から効率よく放熱することができる。それにより、蛍光体粒子の温度消光の問題も解決することができる。 Moreover, the heat of the phosphor particles contained in the phosphor filter plate can be efficiently radiated from the mold by manufacturing the mold with a material having good heat dissipation such as silicon. Thereby, the problem of temperature quenching of the phosphor particles can also be solved.
本発明に係る照明装置は、各発光素子13を選択的に駆動できるので、例えば、照明装置を車両用の照明として利用したとき、高度なドットで精度良く配光を電子的に制御できるヘッドランプ用光源やリヤランプ用光源を実現することができる。
Since the illuminating device according to the present invention can selectively drive each light emitting
ヘッドランプ用光源としてはAFSや走行/すれ違いビームが二値的な配光制御以上に制御された配光特性を得ることが可能となる。また、リヤランプ用光源として、例えば、人間の目には通常の光と認識されるが、特定の発光素子を特定の周波数で点灯させることで、車両間での通信可能な照明装置として利用することも可能となる。 As a light source for a headlamp, it is possible to obtain light distribution characteristics in which AFS and traveling / passing beam are controlled more than binary light distribution control. Also, as a light source for a rear lamp, for example, it is recognized as normal light by human eyes, but it can be used as a lighting device that can communicate between vehicles by lighting a specific light emitting element at a specific frequency. Is also possible.
図5は、図1に示す照明装置のB−B線に沿う正面輝度分布を示す図である。図5において、縦軸は輝度(cd/m2)、横軸は照明装置の中心から各発光素子までの相対距離(mm)を示している。図5に示すように、隣接する各発光素子間の輝度は、発光素子上の輝度と比較して著しく低くなっている。これは発光素子間での発光がないこと、つまりクロストークが無いことを示しており、型枠の隔壁により隣接する発光素子と蛍光体フィルター体が確実に分離されていることが理解できる。 FIG. 5 is a diagram showing a front luminance distribution along the line BB of the lighting device shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents luminance (cd / m 2 ), and the horizontal axis represents the relative distance (mm) from the center of the lighting device to each light emitting element. As shown in FIG. 5, the luminance between adjacent light emitting elements is significantly lower than the luminance on the light emitting elements. This indicates that there is no light emission between the light emitting elements, that is, no crosstalk, and it can be understood that the adjacent light emitting elements and the phosphor filter body are reliably separated by the partition walls of the mold.
このように、図1,図2,図3,図4の構成によれば、複数の発光素子を光源とする照明装置において、色むら及びクロストークを防止することができ、また、発光素子間の間隔を小さくして高密度に実装することができ、さらに、耐熱性や放熱効果を改善することができる。具体的には、各発光素子13を、白色LED、更には、配光を自由に制御できるようにするドットマトリクスLED光源として構成する場合に、色むらのない白色LEDにすることが可能となり、また、お互いのドットを高密度で且つクロストークの無い状態で構成することが可能となる。また、発光素子を多数配置すると、電流投入が多くなり、相当の発熱が生じるが、多数の発光素子によって相当の発熱が生じる場合にも、前述したように、配線基板43の基板本体44の材料に、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられることにより、さらには、放熱ビア17,46が設けられることにより、照明装置の放熱性を著しく向上させて、発熱による蛍光体の温度消光やLEDの輝度劣化などを防止することができる。
As described above, according to the configurations of FIGS. 1, 2, 3, and 4, in an illumination device using a plurality of light emitting elements as light sources, it is possible to prevent color unevenness and crosstalk, and between the light emitting elements. Can be mounted at a high density, and the heat resistance and heat dissipation effect can be improved. Specifically, when each light emitting
次に、本発明の照明装置(例えば白色LEDを用いたLED光源)の具体的な製造方法について説明する。 Next, the specific manufacturing method of the illuminating device (for example, LED light source using white LED) of this invention is demonstrated.
具体的には、先ず、素子実装基板12にSi基板を用いる場合、Si基板12にいわゆるCu配線の埋め込み技術を用いてスルーホールを形成し、Si基板12の裏側までCu配線(銅(Cu)ビア)16を通す。また、この基板12において、Cu配線(銅(Cu)ビア)16の外側部分に放熱を目的とする放熱ビア17を形成する。一方、これとは別に、Si基板12に対し微細加工技術でSiをエッチングしてドット毎の型枠18を作り、この型枠18を熱と温度をかけてスルーホールが形成された基板12に接合する。このような型枠18を別に用意するのは、上述したように、スルーホールの形成やCuビア16の形成、更にはCuメッキした後の基板12の研磨や洗浄を容易にして、この後のLED接合用のバンプの形成をより容易にする為である。
Specifically, when a Si substrate is used as the
一方、配線基板43の基板本体44にLTCCを用いる場合、つまり配線基板43をLTCC基板とする場合、LTCC基板43には、上記LEDの電極部分に対応した部分にはんだパッドが形成されており、且つこのパッドの下にはドットマトリクス配線が図2,図3,図4に示すように、階層構造でそれぞれのLEDチップに接続されている。また、上記LEDチップを搭載するSi基板12の周辺部には、LTCC基板43の上面に達する放熱ビア17が形成されている。この上面から見た図が図1である。LTCC基板43には、LED搭載基板12が接合される。また、LTCC基板43の外周部には、Si基板12の放熱ビア17と接続される放熱ビア46が形成されている。これらのそれぞれの基板12,43を用いてLED光源を実現するのは以下のような手順で行う。
On the other hand, when LTCC is used for the
まず、Siの型枠18とビア16,17が形成されたSi基板12とをAu―Au接合15を用いて接合する。次に、フリップチップLED13をAuバンプでSi基板12に接合する。さらに、各チップ13の上面にYAG:Ce蛍光体フィルター板19を置く。この蛍光体フィルター板19は、YAG:Ceの多結晶基板でも、YAG:Ce粒子を分散させたガラス焼結体でも良い。
First, the
このような構成にする事で、発光素子(LEDチップ)13間はSiで隔壁18が形成されているので、各ドットは独立した白色光源として形成できる。このドット間隔は半導体プロセスを用いる事で、100μm程度まで高密度に形成できる。隔壁18をSiで形成し、且つ蛍光体フィルター板19を個々のLEDチップ13上に形成して独立の白色光源にする事で、ワイヤーボンデイングの為の空間が必要であるために高密度にできないという課題、また、隣のドットとの光のクロストークという課題を解決でき、高密度なドットで精度良く配光を電子的に制御するヘッドランプ用光源が実現できる。同時に全てのプロセスをSiウエハーの状態で流せるので、非常に生産性が良く、精度が高くできる。このようにして形成されたLED光源基板12をLTCC基板43にはんだバンプ50を用いて接合する。こうする事で放熱性に優れた、LEDドットマトリクス光源を実現する事ができる。
With such a configuration, since the
次に、実施例を示す。 Next, an example is shown.
この実施例では、厚み0.3mmのSi基板にホトリソ技術を用いて、各ドットに対応する位置に穴部を形成する。Siウエハー全体で見れば、格子状にドットの型枠18が形成されたものになる。これは、ケミカルエッチングでも良いし、RIE(リアクテイブイオンエッチング)を用いても良い。今回はRIEで1.1mm角の穴部を形成した。図1のB−B方向におけるピッチは1.2mmで深さは300μmである。
In this embodiment, a hole is formed at a position corresponding to each dot by using a photolithography technique on a Si substrate having a thickness of 0.3 mm. When viewed from the whole Si wafer, the
次に、別のSi基板12に0.1mmφのスルーホールを2個ずつ形成した。そして、この基板12の周辺には適当な間隔で、放熱ビア用の穴を形成する。放熱ビア用の穴の径も0.1mmφである。このスルーホールにCu埋め込み技術でCuのビア17を形成した。プロセスとしては、放熱ビア用の穴を形成した後、Si基板12全体を水熱酸化して、基板表面にSiO2膜51を200nm程度形成し、ここにCuメッキを行ってスルーホールを埋め、その後、裏面研磨を行った。次いで、これらスルーホールの下面にはんだバンプ用のパッドの形成を無電界メッキで形成した。一方、表面には、これらスルーホールの上面の部分にボンデイングパットと型枠に対応する部分にAuを形成する為にレジストを使いホトリソで抜いた後でAuを蒸着し、その後、リフトオフを行いフリップチップLEDのボンデイングパットと型枠接合部を形成した。次に、先に述べた型枠18が形成されたウエハーの背面にAuを蒸着し、型枠部分を重ね合わせ、200℃で超音波をかけてAu−Au接合をした。このような基板にフリップチップLED13をAu−Au接合で実装した。こうして構成したLEDチップ13上に各ドットサイズに合わせて形成された、YAG:Ce蛍光体粒子を6%程度分散させた厚み0.3μmのガラス板(蛍光体フィルター板)19を低融点ガラス52を介して載せた(図6を参照)。LEDチップと蛍光体フィルター板19との間には、必要に応じて、シリコン樹脂等を入れても良い。また、この時、蛍光体フィルター19の表面には凹凸が形成されても良い。凹凸の荒さは1μm−10μm程度である。こうする事で、非常に簡便にしかも配光意図どおりの正確な光学特性を有する白色の自動車用LED光源が実現できる。なお、蛍光体フィルター板19としては、YAG:Ceが分散させたガラスのかわりに、YAG:Ce多結晶板でも良い。この場合も同様に片面には凹凸が形成されても良い。こうして形成したLED搭載基板をLTCC基板に接合するには、LTCC基板の表面は必ずしも平坦ではなく微小な凹凸があるので、はんだバンプを用いて接合した。
Next, two through holes each having a diameter of 0.1 mm were formed in another
こうして作製されたドットマトリクスのLED光源において、LED配列方向(図1のB−B方向)に輝度分布を取ったのが、前述の図5であり、図5から、Si型枠18と蛍光体フィルター19を用いたことで、各ドット毎の発光がきれいに分離されている事が分かる。
In the LED light source of the dot matrix thus produced, the luminance distribution was taken in the LED array direction (the BB direction in FIG. 1) as shown in FIG. 5, and from FIG. 5, the
図7は樹脂中に蛍光体を分散してLEDに塗布した場合と、蛍光体をガラスに分散して形成した蛍光体フィルター板19を発光素子(LED)の上に配置した場合の、投入電流に対する輝度(光束)の変化を調べた結果を示す図である。図7からも分かるように、蛍光体をガラスに分散し板状にした場合の方が放熱性に優れる為に、高電流領域で輝度の劣化が改善されている事が分かる。本発明では、この蛍光体フィルター板19を熱伝導性に優れたSi型枠18に固定し且つこのSi基板12には放熱ビア17を形成しているので、発光素子(LED)13からの熱を非常に効率的に放熱できると共に、蛍光体フィルター板19もこれに接続されたSiの型枠18に接合されているので、従来の蛍光体を樹脂分散してLEDに塗布した場合に比較して、温度特性が大幅に改善される。
FIG. 7 shows the input current when the phosphor is dispersed in the resin and applied to the LED, and when the
本発明は、自動車用白色LED光源,自動車用多機能白色LED光源などに利用可能である。
The present invention can be used for a white LED light source for automobiles, a multifunctional white LED light source for automobiles, and the like.
12 素子実装基板
14a,14b 発光素子の電極部
15 金(Au)
16 導通部(例えば銅(Cu)ビア)
17 放熱ビア
18 型枠
19 蛍光体フィルター板
43 配線基板
44 配線基板の基板本体
45a,45b 電極配線
46 放熱ビア
50 ハンダ
51 シリコン熱酸化膜(SiO2膜)
52 低融点ガラス
12
16 Conducting part (for example, copper (Cu) via)
17 Heat Dissipation Via 18
52 Low melting point glass
Claims (7)
前記配線基板の基板本体の材料には、絶縁性を有し、ポリイミドまたはガラスエポキシよりも放熱性の高い材料が用いられることを特徴とする照明装置。 An element mounting surface of the element mounting board, comprising: an element mounting board on which a plurality of light emitting elements are mounted; and a wiring board on which an electrode wiring corresponding to each electrode portion of the plurality of light emitting elements is formed on the board body. The surface on the opposite side and the surface on the electrode wiring take-out side of the wiring board are arranged facing each other, and each electrode portion of the plurality of light emitting elements mounted on the element mounting substrate and each electrode portion of the plurality of light emitting elements A lighting device joined to the electrode wiring of the wiring board corresponding to
The lighting device according to claim 1, wherein a material of the substrate body of the wiring board is made of an insulating material having higher heat dissipation than polyimide or glass epoxy.
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