JP2010003956A

JP2010003956A - 発光装置及び発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP2010003956A
Application number: JP2008163128A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ogawa; 雅弘小川; Mitsuhiro Murayama; 光弘村山; Teruo Kamei; 照夫亀井
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの放熱効率を向上するとともに、ＬＥＤチップから発せられる光を効率的に取り出すことができる発光装置及び発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】アルミ板１上には、ＬＥＤチップ２を配置するための開口部１０を有する熱可塑性樹脂フィルム基板３を熱プレスにより装着してある。熱可塑性樹脂フィルム基板３は、絶縁フィルム３ａの表面に銅箔３ｂを形成したものである。なお、銅箔３ｂは、不要な部分を削除することにより、熱可塑性樹脂フィルム基板３を熱プレスによりアルミ板１に装着する前に予め回路パターンを形成してある。熱可塑性樹脂フィルム基板３の開口部１０内に配置するようにしてＬＥＤチップ２をアルミ板１上に装着してある。ＬＥＤチップ２の電極と銅箔３ｂとの間は、金線５によりワイヤボンディングしてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップを備えた発光装置及び該発光装置の製造方法に関する。

従来、光源として用いられてきた蛍光灯又は白熱灯などに比べて、省電力かつ長寿命であるという理由で、発光ダイオードが光源として注目を集めている。そして、道路灯等の照明器具、バックライト光源、イルミネーション光源、アミューズメント機器の装飾など、広い分野で発光ダイオードが使用されるようになった。

このような発光ダイオードの構造は、例えば、アルミ基板又は銅基板上に絶縁層を形成し、絶縁層の表面には銅箔による回路パターンを形成してある。そして、ＬＥＤチップを絶縁層上に配置し、ＬＥＤチップの電極と回路パターンとがワイヤにより電気的に接続されている（特許文献１参照）。
特開２００６−６６７８６号公報

しかしながら、特許文献１の発光ダイオードにあっては、アルミ基板又は銅基板とＬＥＤチップとの間に絶縁層が存在し、絶縁層の熱伝導率は金属に比べて小さいため、ＬＥＤチップで発生する熱を十分に放熱することができない。このため、温度上昇によるＬＥＤチップの発光効率の低下が生じる恐れがある。また、ＬＥＤチップが反射率の小さい絶縁層上に配置されているため、ＬＥＤチップから発せられた光が絶縁層で十分に反射せず、光を効率的に取り出すことができない。また、ＬＥＤチップで発生する熱の放熱が十分でないため、絶縁層が変色し一層反射率が低下するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤチップの放熱効率を向上するとともに、ＬＥＤチップから発せられる光を効率的に取り出すことができる発光装置及び該発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明に係る発光装置は、ＬＥＤチップを備えた発光装置において、金属板と、該金属板上に熱プレスにより装着され、開口部を有する熱可塑性樹脂フィルム基板とを備え、前記ＬＥＤチップを前記開口部内に配置して前記金属板上に装着してあることを特徴とする。

第２発明に係る発光装置は、第１発明において、前記金属板は、アルミニウム製であり、前記ＬＥＤチップを装着する面が光沢を有することを特徴とする。

第３発明に係る発光装置は、第１発明又は第２発明において、前記熱可塑性樹脂フィルム基板の厚みは、５０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする。

第４発明に係る発光装置は、第１発明乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記熱可塑性樹脂フィルム基板の線膨張係数は、３０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

第５発明に係る発光装置の製造方法は、ＬＥＤチップを備えた発光装置の製造方法において、熱可塑性樹脂フィルム基板の所定位置に開口部を形成し、開口部が形成された熱可塑性樹脂フィルム基板を熱プレスにより金属板上に装着し、前記ＬＥＤチップを前記開口部内に配置して前記金属板上に装着することを特徴とする。

第１発明及び第５発明にあっては、開口部を有する熱可塑性樹脂フィルム基板を熱プレスにより金属板上に装着し、ＬＥＤチップを開口部内に配置して金属板上に装着してある。ＬＥＤチップを金属板上に装着するには、例えば、透明ペーストを用いることができる。熱可塑性樹脂フィルム基板は、絶縁フィルムの片面に銅箔を形成したものであり、銅箔には回路パターンを形成してある。ＬＥＤチップを金属板上に直接装着することにより、金属板を通じてＬＥＤチップで発生する熱を効率的に放熱することができる。また、絶縁層に比べて金属板の反射率が大きいため、ＬＥＤチップで発せられる光を金属板で反射させて、従来よりも光の取り出し効率を向上させることができる。また、熱可塑性樹脂フィルム基板を熱プレスにより金属板上に装着するので、基板を金属板に貼り付けるための接着剤が不要となる。

第２発明にあっては、金属板は、アルミニウム製であり、ＬＥＤチップを装着する面が光沢を有する。金属板はアルミニウム又はアルミニウム合金でもよい。また、表面は素地でもよく、アルマイト処理を施してあってもよい。また、金属板の表面の光沢は、例えば、表面の粗さを０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度とすることにより実現することができる。これにより、一層反射率を大きくすることができ、光の取り出し効率を向上させることができる。

第３発明にあっては、熱可塑性樹脂フィルム基板の厚みは、５０μｍ〜２００μｍである。例えば、絶縁フィルムの厚さを１００μｍ、銅箔の厚みを３５μｍとすることができる。熱可塑性樹脂フィルム基板の絶縁フィルムの厚みを１００μｍ程度と薄くすることにより、ＬＥＤチップから発せられる光が絶縁フィルムの膜厚部分（断面部分）で吸収されることを抑制することができ、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。

第４発明にあっては、熱可塑性樹脂フィルム基板の線膨張係数は、３０ｐｐｍ以下である。これにより、熱可塑性樹脂フィルム基板と金属板との熱膨張を同程度にすることができ、熱膨張率の差により生ずる変形や剥離等の発生を抑制することができる。

本発明によれば、金属板を通じてＬＥＤチップで発生する熱を効率的に放熱することができる。また、従来よりも光の取り出し効率を向上させることができる。また、基板を金属板に貼り付けるための接着剤が不要となる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る発光装置１００の構造の一例を示す断面図である。図１において、１はアルミ板である。アルミ板１は、アルミニウム合金でもよい。また、アルミ板１は、素地でもよく、あるいはアルマイト処理を施したものでもよい。アルミ板１の少なくともＬＥＤチップ（ベアチップ）２が装着される面（装着後のＬＥＤチップ２の周辺）は光沢を有する。アルミ板１の光沢を有する表面の程度は、例えば、表面粗さが０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度、正反射率（縦横方向含む）が６４％〜８６％程度、拡散反射率（縦横方向含む）が１．０％〜３０％程度とすることができる。なお、アルミ板１の表面を高光沢にするには、表面粗さが０．０１μｍ〜０．０２μｍ程度、正反射率（縦横方向含む）が８２％〜８６％程度、拡散反射率（縦横方向含む）が１．０％〜１５％程度が好ましい。

アルミ板１上には、ＬＥＤチップ２を配置するための開口部１０を有する熱可塑性樹脂フィルム基板３を熱プレスにより装着してある。熱プレスは、例えば、２００℃程度の比較的低い温度で行うことができる。また、熱プレスにより熱可塑性樹脂フィルム基板３をアルミ板１に装着することができるので、基板をアルミ板１に貼り付けるための接着剤が不要となる。

熱可塑性樹脂フィルム基板３は、絶縁フィルム３ａの表面に銅箔３ｂを形成したものである。なお、銅箔３ｂは、不要な部分を削除することにより、熱可塑性樹脂フィルム基板３を熱プレスによりアルミ板１に装着する前に予め回路パターンを形成してある。

熱可塑性樹脂フィルム基板３の厚みは、５０μｍ〜２００μｍ程度であり、例えば、絶縁フィルム３ａの厚みを１００μｍ、７５μｍ、４０μｍ程度、そして銅箔３ｂの厚みを３５μｍ、１８μｍ、１０μｍ程度とすることができる。熱可塑性樹脂フィルム基板３の厚みが５０μｍより薄い場合、基板としての強度が不足する可能性が生じる。また、熱可塑性樹脂フィルム基板３の厚みが２００μｍより厚い場合、絶縁フィルム３ａの断面部分（厚み部分）での光吸収が増加し、ＬＥＤチップ２で発せられる光の取り出し効率が低下する。熱可塑性樹脂フィルム基板３の厚みを５０μｍ〜２００μｍ程度とすることにより、機械的強度を維持しつつ、断面部分での光吸収を抑制して光の取り出し効率を向上させることができる。

熱可塑性樹脂フィルム基板３の線膨張係数は、１℃当たり３０ｐｐｍ以下である。なお、線膨張係数は、例えば、ＴＭＡ（Thermal Mechanical Analysis）法により評価することができる。線膨張係数を３０ｐｐｍ以下にすることにより、熱可塑性樹脂フィルム基板３とアルミ板１との熱による膨張率を同程度とすることができる。従来、アルミニウム板とエポキシ樹脂基板とを張り合わせた場合に、熱膨張率の違い（例えば、アルミニウム板が３０ｐｐｍ程度、エポキシ樹脂基板が１５０ｐｐｍ）により、反りや剥がれ等の問題が生じる恐れがあったのに対し、熱可塑性樹脂フィルム基板３の線膨張係数を３０ｐｐｍ以下にすることにより、反り、剥がれ又は変形等の問題が発生することを防止できる。

熱可塑性樹脂フィルム基板３の開口部１０内に配置するようにしてＬＥＤチップ２をアルミ板１上に装着してある。ＬＥＤチップ２の装着には、例えば、透明ペーストを用いることができる。ＬＥＤチップ２の電極と銅箔３ｂとの間は、金線５によりワイヤボンディングしてある。なお、銅箔３ｂの金線５によりワイヤボンディングされる箇所には、予め金メッキを施してある。また、ＬＥＤチップ２の高さ寸法は、例えば、０．１ｍｍ程度である。

従来は、ＬＥＤチップとアルミ基板との間に絶縁層（例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂など）が存在し、絶縁層の熱伝導率はアルミ基板に比べて小さいため、ＬＥＤチップで発生する熱を十分に放熱することができなかった。本実施の形態では、アルミ板１の上にＬＥＤチップ２を装着し、両者の間に絶縁層が存在しないため、アルミ板１を通じてＬＥＤチップ２で発生する熱を効率的に放熱することができる。また、絶縁層に比べてアルミ板１の反射率が大きいため、ＬＥＤチップ２で発せられる光をアルミ板１で反射させて、従来よりも光の取り出し効率を向上させることができる。

また、従来、アルミ基板に絶縁層（例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂など）を貼り付けるには、接着剤を使用する必要があったが、部分的に接着剤がはみ出る箇所があった。このため、ＬＥＤチップによる熱で接着剤が変色する場合（例えば、黒っぽくなる）、ＬＥＤチップから発せられる光の反射率が低下してしまう。本実施の形態では、熱可塑性樹脂フィルム基板３を熱プレスによりアルミ板１上に装着するので、接着剤が不要となり、接着剤の変色が生じることもなく光の反射率の低下を防止することができる。

銅箔３ｂの金メッキを施した箇所を除いて銅箔３ｂの表面にレジスト４を形成してある。熱可塑性樹脂フィルム基板３の開口部１０の周囲には半透明シリコン等のシリコンエンキャプ材６を周設してあり、シリコンエンキャプ材６で囲まれる領域には、透明シリコン等のシリコンポッティング材８を充填してある。また、シリコンエンキャプ材６の上部には、蛍光体シート７を接着してある。蛍光体シート７により、例えば、白色光を発生する白色発光ダイオードとしての機能を実現することができる。

次に本発明に係る発光装置１００の製造方法について説明する。図２及び図３は本発明に係る発光装置１００の製造方法の一例を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、所要の寸法の熱可塑性樹脂フィルム基板３を用意する。

次に、図２（ｂ）に示すように、穴あけ工程により、１又は複数のＬＥＤチップ２を配置することができる程度の寸法を有する開口部１０を形成する。例えば、開口部１０内にＬＥＤチップ２を３個直線状に並べて配置するような場合には、開口部１０の平面視は長方形状にすることができる。なお、図２（ｂ）では、開口部１０を１つ形成する例を示すが、複数の開口部１０を同時に形成することもできる。

次に、図２（ｃ）に示すように、銅箔３ｂの所定の箇所を除去することにより、回路パターン（銅パターン）を形成する。その後、銅箔３ｂの金線５をワイヤボンディングする箇所には金メッキを施す。金メッキを施す箇所は、例えば、平面視が長方形状の開口部１０に外接する円形状にすることができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、金メッキを施した箇所以外の銅箔３ｂ表面にレジスト４を形成する。

次に、図３（ｅ）に示すように、アルミ板１の一面に熱可塑性樹脂フィルム基板３の絶縁フィルム３ａを密着させ、熱プレス（例えば、２００℃程度）を施すことにより、熱可塑性樹脂フィルム基板３をアルミ板１に装着する。

次に、図３（ｆ）に示すように、１又は複数のＬＥＤチップ２を開口部１０内に配置し、透明ペーストによりアルミ板１上に装着する。そして、ＬＥＤチップ２の電極と銅箔３ｂとの間を金線５でワイヤボンディングする。

その後、図示していないが、熱可塑性樹脂フィルム基板３の開口部１０の周囲に半透明シリコン等のシリコンエンキャプ材６を周設し、シリコンエンキャプ材６で囲まれる領域に、透明シリコン等のシリコンポッティング材８を充填する。そして、シリコンエンキャプ材６の上部に、蛍光体シート７を接着する。

以上説明したように、本発明によれば、ＬＥＤチップをアルミ板上に直接装着することにより、アルミ板を通じてＬＥＤチップで発生する熱を効率的に放熱することができる。また、ＬＥＤチップで発せられる光をアルミ板で反射させることができ、従来よりも光の取り出し効率を向上させることができる。また、熱可塑性樹脂フィルム基板を熱プレスによりアルミ板上に装着するので、基板を金属板に貼り付けるための接着剤が不要となり、接着剤の変色による反射率の低下及び光の取り出し効率の低下を防止することができる。

また、本発明によれば、アルミ板１は、ＬＥＤチップ２が装着された表面が光沢を有するので、一層反射率を大きくすることができ、光の取り出し効率を向上させることができる。

また、本発明によれば、熱可塑性樹脂フィルム基板の厚みを５０μｍ〜２００μｍとすることにより、ＬＥＤチップから発せられる光が絶縁フィルムの膜厚部分（断面部分）で吸収されることを抑制することができ、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。

また、本発明によれば、熱可塑性樹脂フィルム基板の線膨張係数を３０ｐｐｍ以下とすることにより、熱可塑性樹脂フィルム基板とアルミ板との熱膨張を同程度にすることができ、熱膨張率の差により生ずる変形や剥離等の発生を抑制することができる。

本発明に係る発光装置の構造の一例を示す断面図である。本発明に係る発光装置の製造方法の一例を示す説明図である。本発明に係る発光装置の製造方法の一例を示す説明図である。

符号の説明

１アルミ板
２ＬＥＤチップ
３熱可塑性樹脂フィルム基板
３ａ絶縁フィルム
３ｂ銅箔
４レジスト
５金線
６シリコンエンキャプ材
７蛍光体シート
８シリコンポッティング材
１０開口部

Claims

ＬＥＤチップを備えた発光装置において、
金属板と、
該金属板上に熱プレスにより装着され、開口部を有する熱可塑性樹脂フィルム基板と
を備え、
前記ＬＥＤチップを前記開口部内に配置して前記金属板上に装着してあることを特徴とする発光装置。
前記金属板は、
アルミニウム製であり、前記ＬＥＤチップを装着する面が光沢を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記熱可塑性樹脂フィルム基板の厚みは、５０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
前記熱可塑性樹脂フィルム基板の線膨張係数は、３０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の発光装置。
ＬＥＤチップを備えた発光装置の製造方法において、
熱可塑性樹脂フィルム基板の所定位置に開口部を形成し、
開口部が形成された熱可塑性樹脂フィルム基板を熱プレスにより金属板上に装着し、
前記ＬＥＤチップを前記開口部内に配置して前記金属板上に装着することを特徴とする発光装置の製造方法。