JP2009289441A - Ｌｅｄランプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を効率よく高めてＬＥＤの劣化を防止することができるＬＥＤランプおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１と、この基板１上に設けられた金属配線３と、この金属配線３上に実装されるＬＥＤチップ４３と、を備えるＬＥＤランプＡ１であって、金属配線３と異なる金属を主成分とし、金属配線３と部分的に重なるように形成された金属放熱膜２をさらに備え、金属放熱膜２の表面部分は、インプランテーションを施すことにより凹凸状とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とし、蛍光ランプの代替として利用するのに適したＬＥＤランプ、およびその製造方法に関する。

図５は、従来のＬＥＤランプの一例を断面図で示している（たとえば特許文献１参照）。同図に示されたＬＥＤランプＸは、長矩形状の基板９１と、基板９１上に搭載された複数のＬＥＤ９２と、基板９１を収容する管９３と、端子９４と、ＬＥＤ９２を点灯させるための回路９５を備えている。基板９１上には複数のＬＥＤ９２および端子９４に接続される図示しない配線パターンが形成されている。このＬＥＤランプＸは、端子９４を一般用蛍光灯照明器具のソケットの差込口に嵌合させることにより、複数のＬＥＤ９２を発光させることができるように構成されている。ＬＥＤ９２は、低消費電力であるとともに長寿命であることから、ＬＥＤランプＸを蛍光ランプの代替として利用すれば、コスト面および環境面において改善が期待できる。なお、一般用蛍光灯照明器具とは、主に屋内の一般照明に広く用いられる照明器具であり、たとえば日本国内においては、商用１００Ｖ電源を用い、ＪＩＳ Ｃ７６１７に定められた直管形蛍光ランプまたはＪＩＳ Ｃ７６１８に定められた環形蛍光ランプが取り付けられる照明器具をいう。

しかしながら、上記従来のＬＥＤランプＸにおいては、複数のＬＥＤ９２が長時間点灯状態にあると、ＬＥＤ９２で発せられた熱によって当該ＬＥＤ９２の劣化を招くおそれがあり、好ましくない。

実開平６−５４１０３号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、放熱性を効率よく高めてＬＥＤの劣化を防止することができるＬＥＤランプおよびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤランプは、基板と、この基板上に設けられた金属配線と、この金属配線上に実装されるＬＥＤと、を備えるＬＥＤランプであって、上記金属配線と異なる金属を主成分とし、上記金属配線と部分的に重なるように形成された金属放熱膜をさらに備え、上記金属放熱膜の表面部分は、凹凸状とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、ＬＥＤの点灯時に発生する熱については、ＬＥＤが実装される金属配線を介して金属放熱膜に伝わり、外部に逃がすことができる。ここで、金属放熱膜の表面部分は凹凸状とされていることから、金属放熱膜の形成領域面積に比して表面積を大きく確保することが可能であり、放熱効果を効率よく高めることができる。したがって、本発明のＬＥＤランプにおいては、長時間連続点灯してもＬＥＤの劣化を抑制することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記金属放熱膜は、上記金属配線よりも軟質な金属を主成分とする。このような構成によれば、金属放熱膜の表面を比較的容易に凹凸状とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記金属配線は、Ｃｕを主成分とする。好ましくは、上記金属放熱膜の上記表面部分は、アルミニウム膜に不純物をインプランテーションにより添加することにより、凹凸状に形成されている。好ましくは、上記不純物は、Ａｒ、Ｐ、Ｂからなる群より選択される。このような構成によれば、金属放熱膜が薄膜であっても、その表面に凹凸を適切に形成することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記金属放熱膜は、上記基板と上記金属配線との間に介在しており、上記金属配線との接触部は凹凸状とされている。

本発明の第２の側面によって提供されるＬＥＤランプの製造方法は、基板と、この基板上に設けられた金属配線と、この金属配線に実装されるＬＥＤと、上記金属配線に部分的に重なり、その表面部分が凹凸状とされた金属放熱膜と、を備えるＬＥＤランプの製造方法であって、上記金属放熱膜の形成は、上記金属配線を構成する金属とは異なる金属によって形成された金属膜にインプランテーションを施すことによって行うことを特徴としている。このような製造方法によれば、本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤランプを効率よく、かつ適切に製造することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係るＬＥＤランプの一例を示している。本実施形態のＬＥＤランプＡ１は、基板１、金属放熱膜２、金属配線３、複数のＬＥＤモジュール４、キャップ５、および端子６を備えている。このＬＥＤランプＡ１は、図示しない円筒形のケースに収容され、たとえば蛍光ランプの代替として一般用蛍光灯照明器具に取り付けられて用いられる。なお、図１においては、金属放熱膜２および金属配線３の記載を省略している。

基板１は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなり、平板状のプリント配線基板である。図２に示すように、基板１上には、金属放熱膜２および金属配線３が部分的に重なるように形成されている。なお、基板１には、ＬＥＤモジュール４を点灯させるための回路（図示せず）が設けられている。

金属放熱膜２は、たとえばＡｌなどの金属配線３よりも軟質な金属を主成分とする金属薄膜であり、図２の左右一対において紙面に垂直な方向に延びている。金属放熱膜２の厚さは、たとえば５００〜５，０００Åである。金属放熱膜２の表面部分は、凹凸状とされており、その表面粗さは、たとえば１０〜１００Å程度である。金属放熱膜２の形成は、たとえば以下の手順によって行う。まず、基板１上に、Ａｌをスパッタリング法によって成膜する。次いで、Ａｌ膜にインプランテーション法によって、たとえばＡｒ、Ｐ、Ｂなどのイオンソースを３０〜２００ＫｅＶ程度の加速電圧で打ち込む。これにより、Ａｌ膜の表面が凹凸状にされる。Ａｌ膜の表面粗さは、イオンビームの加速電圧を変化させることにより調整可能である。次いで、マスクを利用したエッチングによって不要部分を除去する。このようにして、表面部分が凹凸状とされた金属放熱膜２を形成することができる。

金属配線３は、各ＬＥＤモジュール４に電流を流すためのものであり、図２の左右一対において紙面に垂直な方向に延びている。金属配線３は、金属放熱膜２に部分的に重なるように形成されている。金属配線３は、たとえばＣｕを主成分とする金属をスパッタリング法によって成膜し、マスクを利用したエッチングによって不要部分を除去して形成されたものである。一対の金属配線３は、後述するＬＥＤモジュール４の一対の電極４２Ａ，４２Ｂと接続される部分である。

ＬＥＤモジュール４は、基板４１、１対の電極４２Ａ，４２Ｂ、ＬＥＤチップ４３、ボンディングワイヤ４４、および樹脂パッケージ４５を備え、表面実装用のパッケージ型に構成されたものである。基板４１は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板である。１対の電極４２Ａ，４２Ｂは、基板４１の両端縁に離間配置されており、それぞれが基板４１の表面から側面を経て裏面にわたる領域を覆っている。電極４２Ａ，４２Ｂは、たとえば複数のメッキ層が所望領域に順次積層されて形成されたものであり、電極４２Ａ，４２Ｂのうち基板４１の裏面を覆う部分は、ＬＥＤモジュール４を面実装するための実装端子として用いられる。

ＬＥＤチップ４３は、ＬＥＤランプＡ１の光源であり、たとえば青色光などの可視光を発光可能に構成されている。ＬＥＤチップ４３は、たとえばｐｎ型の半導体素子であり、底面に形成されたｎ側電極が図示しない銀ペーストを介して電極４２Ａに導通している。また、ＬＥＤチップ４３の上面に形成されたｐ側電極は、ボンディングワイヤ４４を介して電極４２Ｂに導通している。樹脂パッケージ４５は、ＬＥＤチップ４３およびボンディングワイヤ４４を保護するためのものである。樹脂パッケージ４５は、ＬＥＤチップ４３からの光に対して透光性を有するたとえばエポキシ樹脂を用いてモールド成形されている。なお、ＬＥＤチップ４３が青色光を発する場合、樹脂パッケージ４５に青色光によって励起される黄色光を発する蛍光材料を混入すれば、ＬＥＤモジュール４から白色光を出射させることができる。

このような構成のＬＥＤモジュール４は、たとえば図２における紙面の垂直方向に延びるバー状のＬＥＤモジュール集合体を分割することにより、得ることができる。ＬＥＤモジュール４は、一対の金属配線３に対して、電極４２Ａ，４２Ｂを位置合わせしてハンダ付けすることによって接合固定されている。本実施形態においては、複数のＬＥＤモジュール４が紙面の垂直方向にライン状に配列されている。

キャップ５は、基板１の長手方向の両端に接続されており、端子６を保持している。各キャップ５に保持される端子６は、それぞれ一対の金属配線３のいずれかと導通している。各端子６を蛍光灯照明器具のソケットの差込口に嵌合させることにより、複数のＬＥＤモジュール４に電力を供給し、ＬＥＤチップ４３を発光させることができる。

次に、ＬＥＤランプＡ１の作用について説明する。

本実施形態のＬＥＤランプＡ１によれば、金属配線３に部分的に重なるように金属放熱膜２が設けられているため、ＬＥＤチップ４３の点灯時に発生する熱は、金属配線３を介して金属放熱膜２に伝わり、外部に逃げることになる。ここで、金属放熱膜２の表面部分は凹凸状とされていることから、金属放熱膜２の形成領域面積に比して表面積を大きく確保することが可能であり、放熱効果を効率よく高めることができる。その結果、ＬＥＤランプＡ１においては、長時間連続点灯してもＬＥＤモジュール４の劣化を抑制することが可能となり、蛍光ランプの代替照明として利用するのに適している。

本実施形態においては、金属放熱膜２は、金属配線３を構成するＣｕよりも軟質なＡｌを主成分としているため、金属放熱膜２の表面を比較的容易に凹凸状とすることができる。また、本実施形態では、金属放熱膜２の表面の凹凸は、インプランテーションを施すことによって形成されたものであるため、金属放熱膜２が薄膜であっても、その表面に凹凸を適切に形成することができる。

金属放熱膜２は、基板１と金属配線３との間に介在しており、金属配線３との接触部も凹凸状とされている。このため、金属放熱膜２と金属配線３とは、比較的に広い面積で接触しており、当該接触部にオーミックコンタクトを適切に形成することができる。これにより、配線抵抗の低抵抗化が期待できる。

図３および図４は、本発明に係るＬＥＤランプの他の例を示している。なお、図３および図４において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。

図３に示されたＬＥＤランプＡ２は、金属放熱膜２が部分的に金属配線３上に重なるように形成されている点において、金属放熱膜２が基板１と金属配線３との間に介在する構成とされていた上記実施形態と異なる。

ＬＥＤランプ２の製造においては、基板１上に金属配線３および金属放熱膜２を順次形成する。金属配線３の形成は、上記実施形態と同様に、たとえばＣｕを主成分とする金属をスパッタリング法によって成膜し、マスクを利用したエッチングによって不要部分を除去することにより行う。金属放熱膜２の形成は、たとえば、Ａｌをスパッタリング法によって成膜し、Ａｌ膜表面にインプランテーションを施した後に、マスクを利用したエッチングによって不要部分を除去することにより行う。そして、金属配線３上にＬＥＤモジュール４を実装する。

本実施形態のＬＥＤランプＡ２によれば、金属配線３に部分的に重なるように金属放熱膜２が設けられているため、ＬＥＤチップ４３の点灯時に発生する熱は、金属配線３を介して金属放熱膜２に伝わり、外部に逃げることになる。ここで、金属放熱膜２の表面部分は凹凸状とされていることから、金属放熱膜２の形成領域面積に比して表面積を大きく確保することが可能であり、放熱効果を効率よく高めることができる。その結果、ＬＥＤランプＡ２においては、長時間連続点灯してもＬＥＤモジュール４の劣化を抑制することが可能となり、蛍光ランプの代替照明として利用するのに適している。

図４に示されたＬＥＤランプＡ３は、基板１の裏面側において放熱部材７が追加的に設けられている点、およびこれにともなって種々の設計変更が施されている点において、上記実施形態のＬＥＤランプＡ１と異なる。

ＬＥＤランプＡ３においては、基板１の適所に、金属配線３とともに厚さ方向に貫通するスルーホール１１が形成されており、各スルーホール１１の内面は、金属膜１２で覆われている。基板１の裏面には、金属膜１３が形成されている。金属膜１２は、金属配線３と金属膜１３とを導通させるように形成されている。金属膜１２，１３は、たとえばＣｕによって形成されている。

放熱部材７は、たとえばＡｌからなり、基板１の長手方向に沿って延びる細長ブロック状とされている。放熱部材７の表面には複数の凹部７１が形成されており、凹凸を有する形状となっている。凹部７１は、基板１の長手方向に沿って放熱部材７の全長にわたって形成されている。これらの凹部７１は、放熱部材７を形成する際に用いる金型に凸部を設けることによって形成することができる。放熱部材７は、基板１の裏面にたとえばネジなどを用いて取り付けられている。放熱部材７の上面７２は、金属膜１３に接している。

さらに、放熱部材７には、基板１の長手方向に沿って貫通する複数の通気孔７３が形成されている。複数の通気孔７３は、基板１から遠ざかるにつれて数が増えるように配置されている。このため、放熱部材７の通気孔７３による開孔率は、基板１に近いほど小さく、基板１から遠いほど大きくなっている。

本実施形態のＬＥＤランプＡ３によれば、ＬＥＤチップ４３の点灯時に発生する熱は、金属配線３、金属膜１２，１３を介して放熱部材７にも伝わり、外部に逃げることになる。放熱部材７は、凹部７１および複数の通気孔７３によって外気との接触面積が広くなっているため、放熱効率をより一層高めることができる。

本発明に係るＬＥＤランプは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るＬＥＤランプの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

金属放熱膜を構成する材料としては、上記実施形態で挙げたＡｌに限定されるものではなく、たとえばＭｏあるいはＩＴＯ（酸化インジウム錫）などの他の材料を用いてもよい。ＬＥＤとしては、上記実施形態で説明したパッケージ型のものに限定されるものではなく、たとえばベアチップを金属配線上に搭載する構成としてしてもよい。この場合、たとえば一方の金属配線３にべアッチップをボンディングし、このベアチップの上面電極と他方の金属配線３とをボンディングワイヤによって接続するとともに、複数ずつのべアチップおよびボンディングワイヤを一括して透光性樹脂によってモールド成形すればよい。

本発明に係るＬＥＤランプの一例を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係るＬＥＤランプの他の例を示す断面図である。 本発明に係るＬＥＤランプの他の例を示す断面図である。 従来のＬＥＤランプの一例を示す断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３ ＬＥＤランプ
１ 基板
２ 金属放熱膜
３ 金属配線
４ ＬＥＤモジュール
５ キャップ
６ 端子
７ 放熱部材
１１ スルーホール
１２ 金属膜
１３ 金属膜
４１ 基板
４２Ａ，４２Ｂ 電極
４３ ＬＥＤチップ（ＬＥＤ）
４４ ボンディングワイヤ
４５ 樹脂パッケージ
７１ 凹部
７２ 上面
７３ 通気孔

Claims (3)

1. 基板と、
   この基板上に設けられた金属配線と、
   この金属配線上に実装されるＬＥＤと、を備えるＬＥＤランプであって、
   上記金属配線と異なる金属を主成分とし、上記金属配線と部分的に重なるように形成された金属放熱膜をさらに備え、
   上記金属放熱膜の表面部分は、凹凸状とされていることを特徴とする、ＬＥＤランプ。
2. 上記金属放熱膜は、上記金属配線よりも軟質な金属を主成分とする、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 基板と、この基板上に設けられた金属配線と、この金属配線に実装されるＬＥＤと、上記金属配線に部分的に重なり、その表面部分が凹凸状とされた金属放熱膜と、を備えるＬＥＤランプの製造方法であって、
   上記金属放熱膜の形成は、上記金属配線を構成する金属とは異なる金属によって形成された金属膜にインプランテーションを施すことによって行うことを特徴とする、ＬＥＤランプの製造方法。

Images