JP2010098224A

JP2010098224A - 半導体発光装置

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Publication number: JP2010098224A
Application number: JP2008269529A
Authority: JP
Inventors: Naoko Tamoto; 尚子田元; Kazuhisa Ui; 和久宇井
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた照明装置において、大型化せずに、放熱特性を高め、かつ、剥離等の損傷を低減し、長寿命化を実現する技術を提供する。
【解決手段】ＬＥＤがマウントされる回路モジュールをアルミニウム（Ａｌ）で形成し、回路モジュールと液冷ジャケットとの間に配される拡散層を、１のＡｌＮ基板のみで構成されている構造に比べ、熱伝達効率の高い構成にする。具体的には、ＡｌＮ層とＡｌ層とを交互に積層する。また、ＡｌＮ層またはＡｌ層の液冷ジャケット側に凹凸を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤチップを用いた照明装置の熱管理技術に関する。特に、液冷システムを用いて放熱する際の熱密度を低減する技術に関する。

白色ＬＥＤは、高出力高輝度化が進み、表示灯から照明へと利用範囲が拡大している。照明に必要な光量、光度を実現するためには、１つのＬＥＤチップあたり１Ｗ〜６Ｗの電力を供給する必要がある。ところが、供給された電力のうち、８０％〜９０％が熱に変換されるため、照明装置内のＬＥＤチップは高温になる。

ＬＥＤチップは、温度上昇に伴い、効率が低下し、寿命が短縮する。従ってＬＥＤチップが発生する熱を効率よく放散し、温度上昇を抑えることが重要である。ＬＥＤチップが発生した熱を空気中に効率よく放熱するためにヒートシンクを取り付けることが一般に行われている。この時、ＬＥＤチップからヒートシンクまでの間の熱拡散部には、銅ベース板、絶縁層、銅パターン、セラミック基板（窒化アルミニウム：ＡｌＮなど）がこの順に積層された多層基板が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

ところが、ヒートシンクを用いる場合、ヒートシンクの放熱性能を上げると、筐体内に散熱される熱流量が増加するため、高い放熱効率が得られない。そこで、ＬＥＤチップから発生した熱量を冷却液に熱伝達し、配管を経由して、外部空気に放熱する液冷システムが使用される。

液冷システムの場合、ヒートシンクを用いる空冷に比べ、高い冷却能力を有するが、効率よく熱を外部に放出するためには、ＬＥＤチップの熱を効率よく冷却液に伝達する必要がある。そのためには、ＬＥＤチップから冷却液まで熱を伝達する熱拡散部である程度熱を拡散させ、熱密度を大きく低減させることが望ましい。

特許文献１に記載の多層基板をそのまま熱拡散部に用いる場合、液冷システムを効率よく稼動させる程度に熱密度を低減させるためには、放熱面積を大きく取る必要がある。このため、照明装置全体の容積や重量が増大し、大型化が避けられない。また、多層構造であるため、各層の接合界面での熱抵抗が大きく、熱密度の大幅な低減は難しい。

層を低減しつつ熱的および電気的性質を満足させるものとして、熱伝導率が高い絶縁部材であるＡｌＮ基板のみで熱伝達部の回路部以外を構成するものがある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

特開２０００−３２３６３０号公報特開２００２−３２９９３８号公報特開２００５−０１１９２２号公報

特許文献２および特許文献３に開示の構成の場合、構造が簡易になるため、層間の熱抵抗は低減する。しかし、液冷システムで好ましいとされる熱密度まで低減するためには、所定以上の板厚のＡｌＮ基板が必要とされる。しかし、板厚の厚いＡｌＮ基板は基板自体の製造が難しい。さらに、ＡｌＮ基板の板厚が厚いと、接合される回路部を構成する金属とに生じる熱応力の差が大きくなり、回路部が剥離しやすくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、照明装置に用いる半導体発光装置において、大型化させずに、放熱特性を高め、かつ、剥離等の損傷を低減し、長寿命化を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明は、ＬＥＤチップがマウントされる回路パターンをアルミニウム（Ａｌ）で形成するとともに、回路パターンと液冷ジャケットとの間に配される層の構成を、より熱伝達効率の高いものとする。例えば、ＡｌＮ層とＡｌ層とを交互に積層する。また、液冷ジャケット側に凹凸を設ける。

具体的には、発光素子と、液冷部と、前記発光素子と前記液冷部との間に配される熱拡散部と、を備え、前記熱拡散部は、前記発光素子側に配置され、前記発光素子を搭載するアルミニウム層からなる回路パターン層と、前記回路パターン層から前記液冷部側に向かって交互に積層された窒化アルミニウム層およびアルミニウム層と、を備えることを特徴とする半導体発光装置を提供する。

また、発光素子と、液冷部と、前記発光素子と前記液冷部との間に配される熱拡散部と、を備え、前記熱拡散部は、前記発光素子側に配置され、前記発光素子を搭載するアルミニウム層からなる回路パターン層と、前記回路パターン層から前記液冷部側に向かって交互に積層された窒化アルミニウム層およびアルミニウム層とを備え、前記熱拡散部の前記液冷部側の層は、凹凸を有することを特徴とする半導体発光装置を提供する。

本発明によれば、照明装置に用いる半導体発光装置において、大型化させずに、放熱特性を高め、かつ、剥離等の損傷を低減し、長寿命化ことができる。

＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明の第一の実施の形態を図面を参照して説明する。以下、本発明の各実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１に本実施形態のＬＥＤを用いた半導体発光装置の発光素子およびその放熱構造部の全体斜視図を示す。また、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。

本図に示すように、本実施形態の半導体発光装置１０は、発光素子であるＬＥＤチップ１００と、所定の回路形状にパターニングされＬＥＤチップ１００がマウントされる回路パターン２００と、液冷システムの液冷ジャケット４００と、回路パターン２００と液冷ジャケット４００との間に配される拡散層３００とを備える。回路パターン２００と拡散層３００とは、ＬＥＤチップ１００で発生した熱を液冷ジャケット４００内の冷却液に伝達する熱拡散部５００を構成する。また、本実施形態では、熱拡散層５００の底面が、液冷ジャケット４００内の冷却液に直接接するよう構成される。

回路パターン２００は、アルミニウム（Ａｌ）で形成される。図３に、本実施形態の回路パターン２００の一例を示す。ここでは、４つのＬＥＤチップ１００を直線に搭載する例を示す。白色部が金属部で、黒色部は金めっき部である。本例は、各ＬＥＤチップ１００に対する金属の占有率が高くなるようにパターンを形成したもので、熱的にも電気的にも最も性能の高いパターン形状の例である。

液冷ジャケット４００は、熱伝導率の高いアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属で構成された筐体の内部に、熱伝導を向上させるためのコルゲートやプレートなどのフィンを備える。ＬＥＤチップ１００で発生した熱は、熱拡散部５００を介して液冷ジャケット４００内で循環している水やグリコール系のＬＬＣ（ロングライフクーラント）などの冷却液に伝達され、配管を経由してラジエータ（不図示）に輸送され、外部空気に強制的に放熱される。

一般に、液冷システムの強制熱伝達率は５００〜５０００Ｗ／ｍ^２Ｋ程度である。十分な受熱効率を得るため、冷却液伝達時点の熱密度は２００Ｗ/ｍ^２程度とすることが好ましい。本実施形態の熱拡散部５００は、ＬＥＤチップ１００、回路パターン２００との絶縁性を保ちながら上記の熱密度の低減を実現するため、上述のように回路パターン２００をＡｌで構成し、拡散層３００にＡｌＮ層を含む。さらに、拡散層３００のＡｌＮ層の一部を、ＡｌＮよりさらに熱伝導率の高いＡｌで置換する。Ａｌを用いるのは、ＡｌＮとの接合界面において伸縮性が高く熱応力がかかりにくいためである。

図４は、本実施形態の熱拡散部５００の積層構造を説明するための概略構成図である。本実施形態の熱拡散部５００は、図４（ａ）に示すように、回路パターン２００と、回路パターン２００にロウ材（不図示）を用いて接合されるＡｌＮ層３１０と、Ａｌ層３２０とを備える。Ａｌ層３２０は、ＡｌＮ層３１０の、回路パターン２００接合側とは反対側にロウ材（不図示）を用いて接合されるＡｌ層３２０とを備える。接合するロウ材には、例えば、アルミロウが用いられる。

次に、この熱拡散部５００を含む本実施形態の半導体発光装置の製造方法について説明する。

まず、所定の厚みのＣｕまたはＡｌ製の金属板を用意する。この金属板を機械加工して、複数のプレート、フィン、コルゲートフィンなどの形状のフィンを備えた液冷ジャケット４００を形成する。次に、所定の厚みのＡｌＮ板、Ａｌ板および回路形状にパターニングされたＡｌ板（回路パターン２００）をそれぞれ用意する。ＡｌＮ板の両面にアルミニウムを含むロウ材を置き、ロウ材の溶融温度に達するまで加熱し、Ａｌ板および回路パターン２００をそれぞれ接合する。次に、回路パターン２００に少なくとも１個以上のＬＥＤチップ１００を接着剤や共晶接合などで接合して載置する。搭載後、ＬＥＤチップ１００と回路パターン２００をワイヤボンディングして電気的に接合する。ワイヤボンディング後、ＬＥＤチップ１００の上に蛍光体を塗布する。さらに、ＬＥＤチップ１００を搭載した熱拡散部５００を液冷ジャケット４００に接合する。このとき、熱拡散部５００と液冷ジャケット４００との間からの冷却液漏れを防止するため、熱拡散部５００と液冷ジャケット４００との間にＯリングを挟んで両部材をネジ止めするか、もしくは、ロウ付けが可能であれば、アルミロウ材でロウ付けして固定する。

以上の工程で、本実施形態の熱拡散部５００を備える半導体発光装置が完成する。

なお、上記実施形態では、熱拡散部５００は、回路パターン２００の側から、Ａｌによる回路パターン２００、ＡｌＮ層３１０、Ａｌ層３２０の順に積層された構成であるが、熱拡散部５００の構成はこれに限られない。上述のように、従来ＡｌＮのみで構成されていた熱輸送部３００の一部がＡｌ層３２０に置き換えられていればよい。例えば、図４（ｂ）に示すように、液冷ジャケット４００側ではなく、ＡｌＮ層３１０の中間がＡｌ層３２０に置き換えられていてもよい。この場合、回路パターン２００の側から、ＡｌＮ層３１０、Ａｌ層３２０、ＡｌＮ層３１０と積層された構成となる。

なお、ＡｌＮ層３１０を挟む回路パターン２００とＡｌ層３２０との厚みが極端に異なると、温度差が大きくなると材料ごとの熱応力の差により、板厚が厚い方に基板が反る可能性があるので、回路パターン２００とＡｌ層３２０とは、同等の厚さであることが望ましい。

ここで、比較例として拡散層をＡｌＮ基板のみで構成した半導体発光装置を用い、本実施形態の熱拡散部５００を用いた半導体発光装置１０と、温度低減効果を比較した。その結果を図５に示す。図５（ａ）は、それぞれの熱拡散部５００の積層構造を示す図であり、図５（ｂ）は、算出結果の表、図５（ｃ）は、算出結果をグラフで示したものである。

ここでは、図５（ａ）に示すように、拡散層をＡｌＮ基板のみで構成した比較例１（条件１）と、一部をＡｌに置き換えて熱拡散部５００を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す構成とした本実施形態の構成（条件２、３）とにおいて、２０Ｗの電力を供給した際のＬＥＤチップ１００の温度を算出した。各条件におけるそれぞれの層の厚さは以下のとおりである。
条件１（比較例１）：回路パターン（Ａｌ層）：０．６ｍｍ、ＡｌＮ層：２ｍｍ
条件２（本実施形態）：回路パターン（Ａｌ層）：０．６ｍｍ、ＡｌＮ層：１．４ｍｍ、Ａｌ層：０．６ｍｍ
条件３（本実施形態）：回路パターン（Ａｌ層）：０．６ｍｍ、ＡｌＮ層：０．６ｍｍ、Ａｌ層：０．８ｍｍ、ＡｌＮ層：０．６ｍｍ
いずれも、熱拡散部５００全体の厚みは２６ｍｍである。なお、ＡｌＮ層上面のサイズを５０ｍｍ角、Ａｌの熱伝導率を２２２Ｗ/ｍＫ、ＡｌＮの熱伝導率を１７０Ｗ／ｍＫ、強制液冷の熱伝達率と液温度とを固定とした。

図５（ｂ）および（ｃ）に示されるように、本実施形態の半導体発光装置１０によれば、同じ厚みであっても、条件２の場合０．１℃、条件３の場合０．６℃、それぞれ比較例１の半導体発光装置に比べＬＥＤチップ１００の温度が低減した。その理由は、本実施形態の半導体発光装置１０は、比較例１に比べ、接合面数は増えるものの、その熱拡散、熱密度低減といった熱特性がＡｌＮ層のみの構造に比べ優れているためであると考察される。

以上のように、本実施形態の半導体発光装置では、熱拡散部５００の拡散層の一部をＡｌＮよりも熱伝導率の高いＡｌで置き換えるため、熱拡散部５００の低熱抵抗化を図ることができる。従って、本実施形態の半導体発光装置１０によれば、製造の難しい厚みの大きなＡｌＮ基板を用いることなく、ＡｌＮ基板のみの構成による半導体発光装置に比べ、熱特性を向上させることができる。特に、照明装置といった非常に熱密度が高い条件下で用いられる半導体発光装置として厚みを増大することなく厚さ方向の熱拡散を確保でき、有用である。また、本実施形態によれば、置き換える金属にＡｌＮとの接合界面での熱応力がかかりにくいＡｌを用いているため、反り、剥離など損傷の少ない半導体発光装置を実現することができる。

＜＜第二の実施形態＞＞
本発明の第二の実施形態について説明する。第一の実施形態では、熱拡散部５００の拡散層の一部をＡｌ層に置き換え、熱拡散部５００の熱伝導率を上げ、半導体発光装置全体の熱特性を向上させている。本実施形態では、ＡｌＮ層とＡｌ層とを交互に複数積層することにより、熱拡散部の厚みを増し、熱特性を向上させる。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。

本実施形態の半導体発光装置の全体構成は基本的に第一の実施形態と同様である。ただし、本実施形態の熱拡散部の構成が第一の実施形態と異なる。図６（ａ）は、本実施形態の熱拡散部５００’の積層構造を説明するための図である。本図に示すように、本実施形態の熱拡散部５００’は、回路モジュール２００と、拡散層３００’とを備える。拡散層３００’では、回路モジュール２００側から第一のＡｌＮ層３１１と、第一のＡｌ層３２１と、第二のＡｌＮ層３１２と、第二のＡｌ層３２２とがこの順に積層されている。

なお、図６（ａ）では一例として、熱拡散部５００’において回路モジュール２００以外に、ＡｌＮ層およびＡｌ層が、それぞれ２層積層されている場合を例にあげて説明しているが、積層数はこれに限られず、それぞれ３層以上であってもよい。また、図６（ａ）では、ＡｌＮ層およびＡｌ層はそれぞれ同数積層されているが、これに限られない。例えば、図６（ｂ）に示すように、ＡｌＮ層（３１１、３１２、３１３）の積層数がＡｌ層（３２１、３２２）の積層数より１層多くてもよい。

また、本実施形態の半導体発光装置の製造方法は、基本的に第一の実施形態と同様であり、回路パターン２００と拡散層３００’との間および拡散層３００’内の各層間は、ロウ材（不図示）を用いて接合される。

また、本実施形態の熱拡散部５００’の多層構造は、以下の手順で形成してもよい。所定の厚みのＡｌＮ板および所定の厚みのＡｌ板をそれぞれ複数用意し、第一の実施形態と同様の手法で、ＡｌＮ板の両面にＡｌ板を接合し、Ａｌ層、ＡｌＮ層、Ａｌ層からなる基板（Ａｌ／ＡｌＮ／Ａｌ基板）を必要数製造する。そして、Ａｌ板とＡｌＮ板とを接合した場合に用いたロウ材より融点の低いロウ材を用い、Ａｌ／ＡｌＮ／Ａｌ基板間を接合する。

以上の手順で、層構造全体の厚み方向の中心に対して面対称となる熱拡散部５００’を得る。このように製造することで、製造時の熱応力による反りや剥がれの問題が発生しにくい。また、各Ａｌ／ＡｌＮ／Ａｌ基板の厚みも略同一となり、さらに、反りや剥がれに強い熱拡散部５００’を得ることができる。

ここで、比較例として拡散層をＡｌＮ基板のみで構成した半導体発光装置を用い、本実施形態の熱拡散部５００’を用いた半導体発光装置１０との、温度低減効果を比較した。その結果を図７に示す。図７（ａ）は、それぞれの熱拡散部の積層構造を示す図であり、図７（ｂ）は、算出結果の表、図７（ｃ）は、横軸を熱拡散部の回路モジュール以外の層の厚みとし、縦軸をＬＥＤチップ１００の温度としたグラフに示したものである。

ここでは、回路モジュール２００もＡｌ層に含め、それぞれ一定の厚みを有するＡｌ層およびＡｌＮ層を積層したものを１組として、これを１組のみ用いるもの（比較例２：条件４）、２組積層したもの（本実施形態：条件５）、３組積層したもの（本実施形態：条件６）について、ＬＥＤチップ１００の温度を算出した。なお、Ａｌ層の厚さは０．６ｍｍ、ＡｌＮ層の厚さは０．６３５ｍｍとし、熱量や他の条件は第一の実施形態の図５の算出方法と同じとした。

図７（ｂ）および（ｃ）に示されるように、本実施形態の半導体発光装置１０によれば、条件５の場合で７．５℃、条件６の場合で９．６℃、それぞれ条件４の半導体発光装置に比べ、ＬＥＤチップ１００の温度が低減した。その理由は、本実施形態の半導体発光装置１０は、比較例２に比べ、接合面数は増えるものの、熱特性が優れているためである。従って、本実施形態の半導体発光装置は、第一の実施形態と同様、剥離などの損傷も少ないため、照明装置といった熱密度が高い条件下で用いられる半導体発光装置として有用である。

なお、照明装置に用いられるＬＥＤチップは、主として、１ｍｍ角サイズのラージチップと呼ばれるものが多い。ラージチップはスモールチップに対して大きな電流を投入でき、より明るいという特徴がある。反面、大きな電流を投入するため、１チップあたりの熱密度は５×１０^４Ｗ／ｍ^２程度となる。特に、図３に示すように、このようなＬＥＤチップが４個直線状に搭載されている半導体発光装置の場合、その熱密度は、単純に積算すると、２×１０^５Ｗ／ｍ^２となる。従って、の熱拡散部５００’において、熱密度を、２×１０^５Ｗ／ｍ^２から２００Ｗ/ｍ^２まで低減させることが望ましい。ＬＥＤチップ１００で発生した熱を拡散させ、熱密度をここまで低減させるためには、熱拡散部５００’にはある程度の厚さが必要とされる。例えば、拡散層の上面が５０ｍｍ角の場合、その厚さは、２〜３ｍｍ以上が好ましいとされる。但し、熱拡散部５００’の厚さには最適値が存在し、上限（例えば、５ｍｍ）を超えると徐々に熱抵抗が上昇し、上述のような熱拡散、熱密度低減の効果は得られない。

ところが、回路パターン２００は、一般に０．６ｍｍ厚程度が好ましいとされている。これは、０．６ｍｍを超えると、回路パターンのエッチングが難しくなり、また、０．６ｍｍより薄いと、熱伝導率が下がってしまうためである。さらに、上述したようにＡｌＮ層の両側のＡｌ層の厚みが極端に異なると剥離が起こりやすいといった理由で、ＡｌＮ層の回路パターン２００の反対側にロウ付けされるＡｌ層の厚みは、回路パターン２００と同程度の厚みが望ましい。さらに、ＡｌＮ層３１０を構成するＡｌＮ板は、その厚みが１〜２ｍｍを超えると製造が難しく、コストが急増する。一般に流通しているＡｌＮ板の厚みは０．６３５ｍｍである。以上より、回路パターン２００も含むＡｌ層およびＡｌＮ層を形成する各Ａｌ板およびＡｌＮ板の、製造において理想的な厚みは、それぞれ、０．６ｍｍおよび０．６３５ｍｍである。

これらのＡｌ板およびＡｌＮ板をそれぞれ用い、順にロウ付けして熱拡散部の厚みを増加させた場合、例えば、図７（ｂ）に示すように、条件４に示す比較例２では、熱拡散部全体の厚みが１．２３５ｍｍであるが、同条件２および条件３の本実施形態の半導体発光装置１０では、熱拡散部５００’の厚みがそれぞれ、２．４７ｍｍおよび４．３０５ｍｍとなる。これらは、それぞれ、上記熱拡散部５００’として好ましい厚さの範囲（２〜３ｍｍ）を満たす。

以上のように、本実施形態の半導体発光装置１０では、ＡｌＮ層およびＡｌ層を積層することにより熱拡散部５００’を構成する。このため、熱拡散部５００’において所望の熱拡散を実現する厚みを、容易に製造可能なＡｌＮ板および最適な厚みのＡｌ板を用いて得ることができる。従って、本実施形態によれば、照明装置に適した優れた熱特性を有する導体発光装置を、容易かつ低コストで製造することができる。

＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明の第三の実施形態を説明する。第一の実施形態では、熱拡散部５００のＡｌＮ層の一部をＡｌ層に置換え、熱伝導率を向上させて半導体発光装置全体の熱特性を向上させている。また、第二の実施形態では、積層数を増やして熱拡散部５００’の厚みを増して、熱特性を向上させている。本実施形態では、熱拡散部の形状を工夫し、熱特性を向上させる。以下、本実施形態について、上記各実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。

本実施形態の熱拡散部５００’’は、基本的に上記各実施形態と同様の構成を有し、回路モジュール２００と拡散層３００’’とを備える。また、本実施形態の熱拡散部５００’’は、回路モジュール２００以外にＡｌ層を含まなくてもよい。そして、液冷ジャケット４００’’との熱伝達面となるＡｌＮ層またはＡｌ層に凹凸を設け、拡散層によりフィンを構成する。従って、本実施形態では、液冷ジャケット４００’’として、筐体の内部にフィンを有しないものを用いる。

図８（ａ）は、本実施形態の熱拡散部５００’’の積層構造の一例を説明するための図である。本図に示すように、本実施形態の熱拡散部５００’’は、回路モジュール２００と、回路モジュール２００に接合されるＡｌＮ層３１０’’とを備える。

なお、本実施形態においても、第一の実施形態と同様、熱拡散部５００’’の各層間は、ロウ材（不図示）を用いて接合される。使用するロウ材は、第一の実施形態と同様である。なお、本実施形態の、熱拡散部５００’’は、拡散層に積層されるＡｌＮ層３１０、Ａｌ層３２０の数は問わない。例えば、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の構成にさらにＡｌ層３２０およびＡｌＮ層３１０が積層されていてもよい。また、液冷ジャケット４００’’側をＡｌ層とし、Ａｌ層に凹凸を設ける構成であってもよい。

本実施形態のＬＥＤモジュールの製造方法は、熱拡散部５００’’の積層構造については、基本的に第一および第二の実施形態と同様である。

ただし、ＡｌＮ層の凹凸部は、ＡｌＮ層作成時に、分割されたＡｌＮ板を所定の間隔でロウ付けしたり、ＡｌＮ板を削るなどにより形成する。また、Ａｌ層の凹凸部は、例えば、回路パターンを形成するアルミニウムを溶かす薬剤にＡｌ板を浸し、不要な部分を溶かすエッチングや削り出しによる方法で形成される。また、Ａｌ板を所定の間隔でアルミロウ付けすることでＡｌ板の表面に凹凸を形成してもよい。

本実施形態では、熱伝達面となるＡｌＮ層３１０またはＡｌ層３２０に凹凸が設けられているため、ＡｌＮ層３１０またはＡｌ層３２０と冷却液との熱伝達表面積が広くなる。従って、熱拡散部５００’’から冷却液への熱伝達効率が高まり、半導体発光装置全体の熱低減効果をさらに高めることができる。従って、より高性能で長寿命の照明装置を、大型化させることなく低コストで実現することができる。

ここで、比較例として拡散層を上記のような凹凸加工を行わないＡｌＮ基板のみで構成した半導体発光装置と、本実施形態の半導体発光装置１０との温度低減効果を比較した。その結果を図９に示す。図９（ａ）は、それぞれの熱っ拡散部の積層構造を示す図であり、図５（ｂ）は、算出結果の表である。ここでは、回路パターン２００の厚みを０．６ｍｍ、ＡｌＮ層３１０の厚みを０．６３５ｍｍとし、ＡｌＮ層３１０の下部に凹凸加工を施さない構造（比較例３：条件７）と、深さ０．６ｍｍで２ｍｍピッチの溝を形成し凹凸加工した構造（本実施形態：条件８）との、ＬＥＤチップ１００の温度を算出した。供給熱量等他の条件は、第一および第二の実施形態の図５および図７の算出方法と同じとした。

図９に示すとおり、本実施形態の半導体発光装置１０によれば、条件８の場合、比較例３の半導体発光装置に比べ、１８．１℃、ＬＥＤチップ１００の温度が低減した。その理由は、本実施形態の半導体発光装置１０の熱特性が比較例３の構造に比べて優れているためであると考察される。

なお、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、ＡｌＮ層３１０により冷却液の流路を形成するよう構成してもよい。図示はしないが、Ａｌ層３２０により同様に流路を形成するよう構成してもよい。このように構成することにより、流路のマイクロチャネル化を実現することができ、半導体発光装置全体の熱抵抗をさらに低減することができ、より熱拡散効果を高めることができる。従って、より高性能で長寿命の照明装置を、大型化させることなく実現することができる。

また、上記各実施形態において、例えば、熱拡散部と液冷ジャケット４００との間に、グラファイトシートなどの、拡散方向の熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫ以上を示す部材を設けるよう構成してもよい。なお、グラファイトシートは、他の層の間に設けてもよい。このような部材を設けることにより、ＬＥＤモジュール全体の熱抵抗をさらに低減することができ、ＬＥＤチップ１００の温度をさらに低減することができる。

第一の実施形態のＬＥＤモジュールの全体斜視図である。第一の実施形態のＬＥＤモジュールの断面図である。第一の実施形態の回路パターンの一例を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、第一の実施形態の熱伝達部の積層構造を説明するための図である。第一の実施形態のＬＥＤモジュールの温度低減効果を熱輸送部をＡｌＮ層のみで構成したものと比較した結果を示す図であり、（ａ）は、各条件における積層構造を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は結果の表およびグラフである。（ａ）および（ｂ）は、第二の実施形態の熱伝達部の積層構造を説明するための図である。第二の実施形態のＬＥＤモジュールの温度低減効果を熱輸送部をＡｌＮ層のみで構成したものと比較した結果を示す図であり、（ａ）は、各条件における積層構造を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は結果の表およびグラフである。（ａ）および（ｂ）は、第三の実施形態の熱伝導部の積層構造を説明するための図である。第三の実施形態のＬＥＤモジュールの温度低減効果を熱輸送部のＡｌＮ基板に凹凸を形成しないものと比較した結果を示す図であり、（ａ）は、各条件における積層構造を示す図であり、（ｂ）は結果を示す表である。（ａ）および（ｂ）は、第三の実施形態の熱伝導部の他の積層構造を説明するための図である。

符号の説明

１０：ＬＥＤモジュール、１００：ＬＥＤチップ、２００：回路モジュール、３００：拡散層、３００’：拡散層、３００’’：拡散層、３１０：ＡｌＮ層、３１１：ＡｌＮ層、３１２：ＡｌＮ層、３１３：ＡｌＮ層、３２０：Ａｌ層、３２１：Ａｌ層、３２２：ＡｌＮ層、４００：液冷ジャケット、５００：熱拡散層、５００’：熱拡散層、５００’’：熱拡散層

Claims

発光素子と、
液冷部と、
前記発光素子と前記液冷部との間に配される熱拡散部と、を備え、
前記熱拡散部は、
前記発光素子側に配置され、前記発光素子を搭載するアルミニウム層からなる回路パターン層と、
前記回路パターン層から前記液冷部側に向かって交互に積層された窒化アルミニウム層およびアルミニウム層と、を備えること
を特徴とする半導体発光装置。
請求項１に記載の半導体発光装置であって、
前記窒化アルミニウム層とアルミニウム層とは、繰り返し積層されていること
を特徴とする半導体発光装置。
請求項１または２記載の半導体発光装置であって、
前記熱拡散部の前記液冷部側の層は、凹凸を有すること
を特徴とする半導体発光装置。
請求項１から３いずれか１項記載の半導体発光装置であって、
前記熱拡散部は、前記液冷部側にアルミニウム層を備えること
を特徴とする半導体発光装置。
請求項１から４いずれか１項記載の半導体発光装置であって、
前記アルミニウム層の厚さは、全て等しいこと
を特徴とする半導体発光装置。
請求項１から５いずれか１項記載の半導体発光装置であって、
前記窒化アルミニウム層と前記アルミニウム層とは、ロウ付けにより積層されること
を特徴とする半導体発光装置。