JP2013030600A - 発熱デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れる発熱デバイスを提供すること。
【解決手段】発熱デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２の一方の面側に設けられ、通電により発熱する発熱体４と、ベース基板２の一方の面側に発熱体４を封止するように設けられ、発熱体４から発生する熱を放熱する第１の放熱体５とを有している。また、第１の放熱体５の表面の少なくとも一部は、凹凸を有する凹凸面で構成されている。また、第１の放熱体５は、樹脂材料を主材料として構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱デバイスに関する。

例えば、半導体装置として、ベース基板に発光ダイオード素子（ＬＥＤチップ）を備える発光体を搭載したものが知られている。このような半導体装置は、ベース基板と、ベース基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された導体パターンとを有しており、さらに、発光体を絶縁層上に設置するとともに、発光体と導体パターンを電気的に接続することにより構成されている（特許文献１参照）。

しかしながら、このような半導体装置では、発光体の駆動により発生する熱を外部に十分に放出することができず、放熱性が低いという問題がある。具体的には、発光体が外部へ露出しているため、発光体からの熱は、直に空気中に放出されるが、このような放出は十分に行われない。特に、半導体装置が比較的小さい気密空間内に設置されている場合には、空気の対流も発生せず（発生しても僅かであり）、その放熱性がより悪化する。

特開２００９−２５９８３９号公報

本発明の目的は、放熱性に優れる発熱デバイスを提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１４）の本発明により達成される。
（１) ベース基板と、
前記ベース基板の一方の面側に設けられ、通電により発熱する発熱体と、
前記ベース基板の前記一方の面側に前記発熱体を封止するように設けられ、前記発熱体から発生する熱を放熱する第１の放熱体と、を有し、
前記第１の放熱体の表面の少なくとも一部は、凹凸を有する凹凸面で構成されていることを特徴とする発熱デバイス。

（２) 前記第１の放熱体は、樹脂材料を主材料として構成されている上記（１）に記載の発熱デバイス。

（３) 前記第１の放熱体は、前記樹脂材料に熱伝導性を有するフィラーを分散させた材料で構成されている上記（２）に記載の発熱デバイス。

（４) 前記第１の放熱体の構成材料の熱伝導率は、空気の熱伝導率よりも高い上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発熱デバイス。

（５) 前記第１の放熱体の表面に開放する複数の凹部を有している上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の発熱デバイス。

（６) 前記複数の凹部は、規則的に形成されている上記（５）に記載の発熱デバイス。

（７) 前記発熱体は、光を発する発光体であり、
前記第１の放熱体は、光透過性を有している上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発熱デバイス。

（８) 前記凹凸面は、前記発光体からの光の光路と重ならないように設けられている上記（７）に記載の発熱デバイス。

（９) 前記第１の放熱体の表面の前記発光体からの光の光路と重なる領域は、平坦面で構成されている上記（７）または（８）に記載の発熱デバイス。

（１０) 前記平坦面は、前記発光体からの光の軸に対して直交している上記（９）に記載の発熱デバイス。

（１１) 前記第１の放熱体の表面の前記発光体からの光の光路と重なる領域には、レンズ加工が施されている上記（７）または（８）に記載の発熱デバイス。

（１２) 前記第１の放熱体は、前記ベース基板の前記一方の面と対向する主面と、前記主面の縁に連結する側面とを有し、前記側面の少なくとも一部が前記凹凸面で構成されている上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の発熱デバイス。

（１３) 前記凹凸面は、エンボス加工により形成される上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の発熱デバイス。

（１４) 前記ベース基板の他方の面側に設けられ、前記発熱体から発生する熱を放熱する第２の放熱体を有する上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の発熱デバイス。

本発明によれば、発熱体が第１の放熱体によって封止されているため、第１の放熱体を介して発熱体からの熱を外部に効率的に放出することができる。そのため、優れた放熱性を有する発熱デバイスが得られる。特に、本発明では、第１の放熱体の表面の一部が凹凸面で構成されているため、第１の放熱体の表面積が増大し、放熱性がより向上する。特に、気密空間等の空気の対流が発生しない（発生しにくい）場所に収納される場合に、その効果がより顕著となる。

また、発熱体が発光体である場合には、放熱体を光透過性のあるものとすることにより、放熱体を介して発光体から発せされた光を外部へ出射することができる。さらには、放熱体の光路上にレンズ加工を施すことにより、発熱体から発生された光の指向性を向上させることができる。

本発明の発熱デバイスの第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示す発熱デバイスの断面図である。 図１に示す発熱デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す発熱デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 本発明の第４実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 本発明の第５実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 図８に示す発熱デバイスの変形例を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 本発明の第７実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 本発明の第８実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。 本発明の発熱デバイスを組み込んだ照明器具を示す断面図である。

以下、本発明の発熱デバイスを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．発熱デバイス
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の発熱デバイスの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す発熱デバイスの断面図、図３および図４は、図１に示す発熱デバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図１および図２中の上側を「上」と言い、下側を「下」と言う。

図１および図２に示す発熱デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２の上面に設けられた絶縁層３と、絶縁層３の上面に形成された導体パターン７と、絶縁層３の上面に設けられた発熱体４と、発熱体４から発生する熱を放熱する第１の放熱体５と、ベース基板２の下面に放熱シート６を介して接着された第２の放熱体８とで構成されている。

発熱体４としては、通電により発熱するものであれば、いかなるものを用いてもよいが、本実施形態では、発熱体４として発光体（以下では、「発光体４」と言う）を用いている。これにより、発熱デバイス１は、例えば、照明器具（後述する照明器具１００）等の光源として好適に用いることができる。

以下、発熱デバイス１の構成する各部の構成について、順次詳細に説明する。
（ベース基板）
ベース基板２は、板状をなしており、その上面（一方の面）に発光体４を搭載することができる。ベース基板２の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．５〜２ｍｍ程度とするのが好ましい。これにより、機械的強度を保ちつつ、ベース基板２の薄型化を図ることができる。なお、ベース基板２の形状は、板状に限定されず、例えば、比較的厚みのあるブロック状であってもよい。

このようなベース基板２の構成材料としては、特に限定されないが、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、銅、真鍮、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の各種金属、またはこれらを含む合金を用いることができ、これらの中でも特にアルミニウムが好ましい。アルミニウムは、比較的熱伝導率が高い材料である。そのため、アルミニウムでベース基板２を構成した場合、放熱性に優れたベース基板２となる。さらに、ベース基板２の外側表面にアルマイト処理等の化学的あるいは物理的処理を行うと熱輻射効率が高くなり、放熱性の観点から好ましい。

このような構成のベース基板２は、熱伝導性に優れている。これにより、発光体４から生じた熱の一部は、ベース基板２を介して第２の放熱体８に効率的に伝達される。

（絶縁層）
絶縁層３は、ベース基板２の上面に形成されている。絶縁層３は、導体パターン７とベース基板２とを絶縁する機能を有する。絶縁層３の厚さは、特に限定されず、例えば、５〜８０μｍ程度とすることができる。

このような絶縁層３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合したものを用いることができる。

さらに、前記樹脂材料で絶縁層３を成形する際、当該樹脂材料中に、例えば、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物、黒鉛に代表される絶縁性を有する高熱伝導性フィラーを充填することもできる。これにより、発光体４から発生する熱を効果的に第２の放熱体８に伝えることができ、発熱デバイス１の放熱性が向上する。

（導体パターン）
導体パターン７は、絶縁層３の上面に形成されており、例えば半田やボンディングワイヤーを介して発光体４と電気的に接続されている。このような導体パターン７は、例えば、絶縁層３の上面全域に積層された金属箔（金属層）をエッチング等により所定のパターンに形成したものである。

導体パターン７の構成材料としては、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、銅、銀、アルミニウム等の各種金属材料を用いることができ、これらの中でも、特に銅が好ましい。銅で構成した導体パターン７は、比較的抵抗値が小さく、優れた電気特性を発揮することができる。

（発光体）
図１に示すように、発光体４は、絶縁層３の上面に設けられている。このような発光体４は、板状の基板４１と、基板４１の上面に設けられた発光ダイオード素子４２と、基板４１の底部に設けられた１対の外部端子４３とを有している。

基板４１は、樹脂材料やセラミックス材料等の絶縁性材料で構成された小片である。また、基板４１には、発光ダイオード素子４２と１対の外部端子４３とを電気的に接続する図示しない配線が設けられている。

発光ダイオード素子４２は、基板４１に、ＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものである。

１対の外部端子４３は、導電性材料を主材料として構成されており、その一方の外部端子４３は、アノード電極（陽極）であり、他方の外部端子４３は、カソード電極（陰極）である。各外部端子４３は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属材料を主材料として構成される。また、各外部端子４３は、前述した半田等を介して、導体パターン７に電気的に接続されている。

このような発光体４においては、１対の外部端子４３を介して発光ダイオード素子４２に電圧を印加すると、発光ダイオード素子４２でエレクトロルミネッセンス効果に基づく発光が起こる。

（第１の放熱体）
図１に示すように、第１の放熱体５は、絶縁層３の上面（ベース基板２の上面側）に設けられ、発光体４を封止している。言い換えれば、第１の放熱体５は、絶縁層３の上面に、発光体４を覆うように設けられている。このような第１の放熱体５は、発光体４から発生する熱を外部に放出する機能を有している。そのため、第１の放熱体５を有する発熱デバイス１は、優れた放熱性を発揮することができる。

また、第１の放熱体５は、発光ダイオード素子４２を外力や埃、水分等から保護する機能を有している。特に、本実施形態の第１の放熱体５は、絶縁層３上に形成された導体パターン７をも封止しているため、さらに、導体パターン７を外力や埃、水分等から保護する機能を有している。

また、第１の放熱体５は、絶縁性を有している。これにより、例えば、導体パターン７の短絡等を防止することができる。

また、第１の放熱体５は、光透過性を有しており、実質的に無色透明であるのが好ましい。これにより、発光体４からの光Ｌを効率的に、かつ、その色を保ったまま発熱デバイス１の外部へ出射することができる。

なお、第１の放熱体５は、光透過性を有していれば、例えば、赤色、青色、黄色、緑等に着色されていてもよい。第１の放熱体５が着色されている場合には、光Ｌの色を変換することができる点で利便性に優れる。

このような第１の放熱体５は、略立方体形状をなし、上面（ベース基板２の上面と対向する主面）５１と、側面（主面の縁に連結する面）５３を有している。なお、第１の放熱体５の厚さは、特に限定されず、例えば、１〜２ｃｍ程度である。これにより、発熱デバイス１の大型化を抑制することができるとともに、第１の放熱体５の表面積を十分に大きく確保することができ、優れた放熱性を発揮することができる。

上面５１は、発光体４からの光Ｌを発熱デバイス１の外部へ出射する光出射面（以下「光出射面５１」と言う。）を構成している。すなわち、発光体Ｌからの光は、光出射面５１を通過して外部へ出射する。

また、光出射面５１は、平坦面で構成されている。これにより、光出射面５１を通過する際の光Ｌの散乱を抑制することができる。

また、光出射面５１は、光Ｌの光軸Ｌ’と直交している。これにより、光Ｌが光出射面５１を透過する前後で光軸Ｌ’が変化しないため、光Ｌをまっすぐに出射することができ、光Ｌの指向性を高めることができる。

一方、第１の放熱体５の側面（上面の縁に連結する面）５３は、凹凸面で構成されている。具体的には、側面５３には、複数の凹部５３１が形成されており、これにより、側面５３が凹凸面となっている。このように、側面５３を凹凸面とすることにより、第１の放熱体５の表面積を大きくすることができるため、優れた放熱特性を発揮することができる。

また、本実施形態のように、側面５３に凹部５３１を形成し、上面５１を平坦面とすることにより、言い換えれば、第１の放熱体５の表面の光Ｌの光路と重なる領域（光出射面５１）に凹部５３１を形成しないことにより、光Ｌの不本意な散乱、屈折等を防止することができる。そのため、発熱デバイス１によれば、所望の光Ｌを光出射面５１から出射することができるとともに、優れた放熱特性を発揮することができる。

また、凹部５３１は、エンボス加工等によって比較的に簡単に形成することができるため、凹部５３１を形成して側面５３を凹凸面とすることにより、第１の放熱体５の形成が容易となる。

また、本実施形態では、図２に示すように、複数の凹部５３１のうちの少なくとも１つの凹部５３１から、導体パターン７の一部（部分７１）が露出している。そのため、発熱デバイス１は、この露出した部分７１を介して図示しない外部装置との電気接続を簡単に行うことができる。

本実施形態では、複数の凹部５３１は、互いに同じ形状であり、具体的には、図１中の上下方向（ベース基板２の厚さ方向）に延在し、両端が上下面に開放する凹条である。このような形状とすることにより、凹部５３１の形成がより容易となるとともに、第１の放熱体５の表面積をより大きくすることができる。

凹部５３１の横断面形状としては、特に限定されず、例えば、三角形、四角形、半円形等とすることができる。

また、凹部５３１の深さとしては、特に限定されないが、０．５〜６μｍ程度であるのが好ましく、幅としては、０．５〜６μｍ程度であるのが好ましい。凹部５３１をこのようなサイズとすることにより、第１の放熱体５の体積の低下を抑えつつ、第１の放熱体５の表面積を十分に大きくすることができる。そのため、優れた放熱特性を発揮することができる。

また、複数の凹部５３１は、側面５３の周方向に沿って、互いに等間隔に離間して形成されている。これにより、凹部５３１を側面５３の全周にわたって、規則的かつ均一に形成することができるため、発光体４からの熱を側面５３からムラなく放出することができる。

このような第１の放熱体５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を用いることができる。これにより、絶縁性および光透過性を有する第１の放熱体５を簡単かつ安価に形成することができる。また、凹部５３１の形成も容易となる。

さらに、前記樹脂材料で第１の放熱体５を成形する際、当該樹脂材料中に、例えば、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物に代表される絶縁性の高熱伝導性フィラーを充填することもできる。これにより、第１の放熱体５の熱伝導性が向上し、より効率的に発光体４から発生する熱を第１の放熱体５から外部へ放出することができる。

樹脂材料中の高熱伝導性フィラーの含有量としては、特に限定されないが、４０〜６０質量％程度であるのが好ましい。このような数値範囲とすることにより、材料の熱伝導率を十分に高めることができ、優れた放熱特性を発揮することができる。また、本実施形態のように、発熱体として発光体４を用いている場合には、高熱伝導性フィラーによる光Ｌの散乱・拡散を抑制することができる。

光熱伝導性フィラーの粒径としては、特に限定されないが、前述したような光Ｌの散乱・拡散を抑制する観点から、例えば、０．０１〜１．０μｍ程度であるのが好ましい。

このような第１の放熱体５の構成材料の熱伝導率としては、特に限定されないが、空気（静止空気）の熱伝導率よりも高いことが好ましく、０．２０Ｗ／ｍ・ｋ以上であるのがより好ましく、１．５Ｗ／ｍ・ｋ以上であるのがさらに好ましい。これにより、第１の放熱体５の放熱性がより優れたものとなる。特に、後述する照明器具１００のように、発熱デバイス１が対流の生じ難い空間に収納されている場合に優れた放熱性を発揮することができる。

また、第１の放熱体５の構成材料の膨張率（線膨張率）としては、特に限定されないが、ベース基板２の構成材料の膨張率とほぼ等しいのが好ましい。具体的には、第１の放熱体５の構成材料の膨張率をα１とし、ベース基板２の構成材料の膨張率をα２としたとき、０．８α２≦α１≦１．４α２の関係を満足するのが好ましい。これにより、熱膨張による歪みを抑制することができ、例えば、ベース基板２からの第１の放熱体５の剥離等を防止することができる。そのため、発熱デバイス１の信頼性が向上する。

（第２の放熱体）
図１に示すように、ベース基板２の下面には、放熱シート６を介して第２の放熱体８が設けられている。第２の放熱体８は、前述した第１の放熱体５と同様に、発光体４から発生する熱を外部に放出する機能を有している。そのため、このような第２の放熱体８を有する発熱デバイス１は、優れた放熱性を発揮することができる。特に、発熱デバイス１は、発光体４の上側に第１の放熱体５が設けられており、下側に第２の放熱体８が設けられている。そのため、発光体４から発生する熱を、その上下両側から効率的に放熱することができる。

本実施形態の第２の放熱体８は、基部８１１の下面から下方へ向けて延出する複数のフィン８１２とで構成されたヒートシンク８１で構成されている。これにより、第２の放熱体８の構成が簡単となるとともに、第２の放熱体８の表面積を大きくすることができるため、第２の放熱体８の放熱性が向上する。

ヒートシンク８１の構成材料としては、特に限定されないが、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、銅、真鍮、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の各種金属、またはこれらを含む合金を用いることができ、これらの中でも特にアルミニウムが好ましい。アルミニウムは、比較的熱伝導率が高い材料である。そのため、アルミニウムでヒートシンク８１を構成した場合、放熱性に優れた第２の放熱体８となる。さらに、ヒートシンク８１の外側表面にアルマイト処理等の化学的あるいは物理的処理を行うと熱輻射効率が高くなり、放熱性の観点から好ましい。

また、ヒートシンク８１とベース基板２とを共にアルミニウムで構成した場合には、これらの熱膨張率が等しいため、昇温時の歪みの発生を効果的に抑制することができる。そのため、例えば、ヒートシンク８１やベース基板２の破損、ヒートシンク８１のベース基板２からの剥離等を防止することができる。これにより、発熱デバイス１の信頼性が向上する。

このようなヒートシンク８１をベース基板２の下面に接着する放熱シート６の構成としては、熱伝導性と接着性とを有していれば、特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂中に、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物などの高熱伝導性フィラーが分散した材料で構成されたシート材を用いることができる。

以上、発熱デバイス１の構成について詳細に説明した。
このような発熱デバイス１は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、図３（ａ）に示すように、例えば、アルミニウムで構成された基板３０１を用意する。この基板３０１は、ベース基板２となるものである。

次に、図３（ｂ）に示すように、樹脂材料で構成された絶縁性の接着層３０２と銅箔等の金属層３０３を積層してなる金属箔付きフィルム３０４を、基板３０１の上面に接着する。接着層３０２は、絶縁層３となるものであり、金属層３０３は、導体パターン７となるものである。

次に、図３（ｃ）に示すように、金属層３０３をパターニングし、導体パターン７を形成する。パターニングの方法としては、特に限定されず、例えば、金属層３０３上にフォトレジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像してマスクを形成し、当該マスクを介して金属層３０３をエッチングする方法が挙げられる。

次に、図３（ｄ）に示すように、基板３０１の下面に、接着シート３０５を介してヒートシンク３０６を接着する。接着シート３０５は、樹脂材料中に高熱伝導性フィラーを分散させた材料で構成されたものであり、放熱シート６となるものである。また、ヒートシンク３０６は、例えばアルミニウムで構成されており、第２の放熱体８となるものである。

次に、図４（ａ）に示すように、絶縁層３上に発光体４を搭載する。
次に、図４（ｂ）に示すように、発光体４を封止するように、樹脂材料を塗布し、必要に応じてスキージ等を用いて平坦化し、樹脂層３０７を形成する。樹脂層３０７は、第１の放熱体５となるものである。

次に、例えば、樹脂層３０７が半硬化の状態で、凸部が形成されたエンボス板（図示せず）を樹脂層３０７の側面に押し当て、エンボス加工することにより、樹脂層３０７の側面に凹部３０７ａを形成する。凹部３０７ａは、凹部５３１となるものである。次に、樹脂層３０７を完全硬化させる。
これにより、図４（ｃ）に示すように、発熱デバイス１が得られる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。

以下、図５を参照して本発明の発熱デバイスの第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、第１の放熱体の側面に形成された凹部の形状が異なる以外は、前記第１実施形態と同様である。

図５に示す発熱デバイス１Ａでは、第１の放熱体５Ａの側面５３に複数の凹部５３１Ａが形成されている。複数の凹部５３１Ａは、互いに同じ形状であり、具体的には、略半球状をなしている。このような形状とすることにより、凹部５３１Ａの形成がより容易となるとともに、第１の放熱体５Ａの表面積をより大きくすることができる。

なお、凹部５３１Ａの形状は、特に限定されず、例えば、三角柱、四角柱、三角錐、四角錐等であってもよい。

また、凹部５３１Ａの深さとしては、特に限定されないが、０．５〜６μｍ程度であるのが好ましい。凹部５３１Ａをこのようなサイズとすることにより、第１の放熱体５Ａの体積の低下を抑えつつ、第１の放熱体５Ａの表面積を十分に大きくすることができる。そのため、優れた放熱特性を発揮することができる。

また、凹部５３１Ａは、側面５３の全域にわたって均一に形成されている。そのため、発光体４からの熱を側面５３からムラなく放出することができる。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。

以下、図６を参照して本発明の発熱デバイスの第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、第１の放熱体の側面に光反射層を備えること以外は、前記第１実施形態と同様である。

図６に示す発熱デバイス１Ｂでは、第１の放熱体５の側面５３に、光反射膜１０が設けられている。これにより、発光体４からの光Ｌが光出射面５１以外から外部へ出射されるのを防止することができる。すなわち、光出射面５１以外から出射される漏れ光を防止または低減することができ、発熱デバイス１Ｂは、光源デバイスとして優れた特性を発揮することができる。

なお、光反射膜１０の構成材料の熱伝導率としては、特に限定されないが、第１の放熱体５の構成材料の熱伝導率以上であることが好ましい。これにより、第１の放熱体５の側面５３を光反射膜１０で覆われてしまうことによる放熱性の低下を防止することができる。

また、光反射膜１０は、側面５３の凹凸に倣って厚さが均一になるように形成されているのが好ましい。これにより、光反射膜１０の表面積が大きくなり、より優れた放熱特性を発揮することができる。

このような光反射膜１０としては、光反射性を有していれば特に限定されないが、例えば、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、銅、真鍮、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の各種金属、またはこれらを含む合金を用いることができ、これらの中でも特にアルミニウムが好ましい。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図７は、本発明の第４実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。

以下、図７を参照して本発明の発熱デバイスの第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、第１の放熱体の側面に光吸収層を備えること以外は、前記第１実施形態と同様である。

図７に示す発熱デバイス１Ｃでは、第１の放熱体５の側面５３に、光Ｌの少なくとも一部を吸収する光吸収膜１１が設けられている。これにより、発光体４からの光Ｌが光出射面５１以外から外部へ出射されるのを防止することができる。すなわち、光出射面５１以外から出射される漏れ光を防止または低減することができ、発熱デバイス１Ｃは、光源デバイスとして優れた特性を発揮することができる。

なお、光吸収膜１１の構成材料の熱伝導率としては、特に限定されないが、第１の放熱体５の構成材料の熱伝導率以上であることが好ましい。これにより、第１の放熱体５の側面５３を光吸収膜１１で覆われてしまうことによる放熱性の低下を防止することができる。また、光Ｌを吸収することにより光吸収膜１１に発生する熱を光吸収膜１１から発熱デバイス１Ｃの外部へ効率的に放出することができる。

また、光吸収膜１１は、側面５３の凹凸に倣って厚さが均一になるように形成されているのが好ましい。これにより、光吸収膜１１の表面積が大きくなり、より優れた放熱特性を発揮することができる。

このような光吸収膜１１としては、光Ｌを吸収することができれば特に限定されないが、例えば、黒色に着色された樹脂層、具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂中に、黒鉛等の高熱伝導性フィラーを混合した材料で構成された樹脂層を用いることができる。

以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図８は、本発明の第５実施形態に係る発熱デバイスの断面図、図９は、図８に示す発熱デバイスの変形例を示す断面図である。

以下、図８を参照して本発明の発熱デバイスの第５実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、第１の放熱体にレンズ加工が施されている以外は、前記第１実施形態と同様である。

図８に示す発熱デバイス１Ｄでは、第１の放熱体５Ｄの光出射面５１にレンズ加工が施されており、レンズ５４Ｄが形成されている。レンズ５４Ｄは、光Ｌの光路上に設けられており、発光体４からの光Ｌを屈折させて集束させることができる。このようなレンズ５４Ｄを有することにより、例えば、光Ｌの指向性を高めることができ、発熱デバイス１Ｄは、光源デバイスとして優れた特性を発揮することができる。この場合、第１の放熱体５を構成する樹脂材料としては、屈折率の高いもの（例えば、屈折率が１．５以上のもの）を好適に用いることができる。

また、レンズ５４Ｄを第１の放熱体５Ｄと一体的に形成することにより、発熱デバイス１Ｄの構成の簡易化を図ることができる。

なお、本実施形態では、レンズ５４Ｄが光出射面５１から下側へ窪んで形成されているが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、レンズ５４Ｄが光出射面５１から突出して形成されていてもよい。

以上のような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
図１０は、本発明の第６実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。

以下、図１０を参照して本発明の発熱デバイスの第６実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、第１の放熱体にレンズ加工が施されている以外は、前記第１実施形態と同様である。

図１０に示す発熱デバイス１Ｅでは、第１の放熱体５Ｅの光出射面５１にレンズ加工が施されており、レンズ５４Ｅが形成されている。レンズ５４Ｅは、光Ｌの光路上に設けられており、発光体４からの光Ｌを屈折させて発散させることができる。このようなレンズ５４Ｅを有することにより、例えば、光Ｌの照射エリアを広げることができ、発熱デバイス１Ｅは、光源デバイスとして優れた特性を発揮することができる。

この場合、第１の放熱体５Ｅを構成する樹脂材料としては、屈折率の高いもの（例えば、屈折率が１．５以上のもの）を好適に用いることができる。

また、レンズ５４Ｅを第１の放熱体５Ｅと一体的に形成することにより、発熱デバイス１Ｅの構成の簡易化を図ることができる。

以上のような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第７実施形態＞
図１１は、本発明の第７実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。

以下、図１１を参照して本発明の発熱デバイスの第７実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、第２の放熱体がベース基板と一体的に形成されている以外は、前記第１実施形態と同様である。

図１１に示す発熱デバイス１Ｆは、第２の放熱体８Ｆ（ヒートシンク８１Ｆ）が一体的に形成されたベース基板２Ｆを有している。これにより、発熱デバイス１Ｆの構成の簡易化および製造の容易化を図ることができる。

また、例えば、第１実施形態のようなベース基板２と第２の放熱体８との間に放熱シート６が介在する構成に比べて、発光体４から発生した熱をより効率的に第２の放熱体８Ｆに伝達することができるため、放熱特性をより高めることができる。

このようなベース基板２Ｆは、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されたブロック体を用意し、このブロック体の下面側をエッチング等によりフィンの形状に加工することにより形成することができる。また、アルミニウム等の金属材料で構成された板状の基板を用意し、この基板の下側側をエッチング等によりフィンの形状に加工したのち、個片化（ダイシング）することにより形成することができる。

以上のような第７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第８実施形態＞
図１２は、本発明の第８実施形態に係る発熱デバイスの断面図である。

以下、図１２を参照して本発明の発熱デバイスの第７実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、第２の放熱体の構成が異なる以外は、前記第１実施形態と同様である。

図１２に示す発熱デバイス１Ｇでは、第２の放熱体８Ｇは、ヒートシンク８１Ｇと、樹脂部８２Ｇとで構成されている。

ヒートシンク８１Ｇは、前述した第１実施形態のヒートシンク８１と同様の構成であり、板状（またはブロック状）の基部８１１Ｇと、基部８１１Ｇから下方に延出する複数のフィン（突起）８１２Ｇとを有している。各フィン８１２Ｇの長さとしては、特に限定されないが、例えば、０．５〜２ｃｍ程度であるのが好ましい。

また、複数のフィン８１２Ｇの形状、配置等は、特に限定されず、例えば、図１２中の紙面奥行き方向に延在し、図１２中の横方向に互いに間隔を隔てて並設されていてもよいし、図１２中の紙面奥行き方向および横方向に互いに間隔を隔てて行列状に設けられていてもよい。

樹脂部８２Ｇは、ヒートシンク８１Ｇのフィン８１２Ｇで形成された凹凸８３Ｇを埋めるように設けられている。具体的には、樹脂部８２Ｇは、ヒートシンク８１Ｇの下側に位置する板状（またはブロック状）の基部８２１Ｇと、基部８２１Ｇの上面から突出するとともに凹凸８３Ｇ内に充填された突出部８２２Ｇとで構成されている。

第２の放熱体８Ｇが樹脂部８２Ｇを有することにより、例えば、前述した第１実施形態のように、第２の放熱体８がヒートシンク８１のみで構成されている構成と比較して、発光体４で発生する熱をより効率的に放熱することができる。

具体的には、樹脂部８２Ｇは、ヒートシンク８１Ｇおよび樹脂部８２Ｇで構成されているため、ヒートシンク８１Ｇが主に発熱体４からの熱を樹脂部８２Ｇに伝達する伝熱部として機能し、樹脂部８２Ｇから熱を放出する。そのため、従来のように、ヒートシンク８１Ｇが熱を放出する放熱体として機能する構成と比較して、より効率的な放熱を行うことができる。

特に、本実施形態では、樹脂部８２Ｇが基部８２１Ｇを有しているため、樹脂部８２Ｇの表面積を大きくすることができる。そのため、第２の放熱体８Ｇは、より優れた放熱特性を発揮することができる。

なお、基部８２１Ｇの厚さとしては、特に限定されないが、０．１〜１ｃｍ程度であるのが好ましい。これにより、発熱デバイス１Ｇの大型化を抑えつつ、優れた放熱特性を発揮することができる。

また、樹脂部８２Ｇの突出部８２２Ｇの体積（突出部８２２Ｇが複数ある場合には、各突出部８２２Ｇの体積の和）をＳ１とし、ヒートシンク８１Ｇのフィン８１２Ｇの体積（各フィン８１２Ｇの体積の和）をＳ２としたとき、Ｓ１≧Ｓ２なる関係を満足するのが好ましく、Ｓ１≧３．５Ｓ２なる関係を満足するのがより好ましい。

このような関係を満足することにより、ヒートシンク８１Ｇの伝熱効果と、樹脂部８２Ｇの放熱効果とをバランスよく発揮することができるため、第２の放熱体８Ｇは、より優れた放熱特性を発揮することができる。

このような樹脂部８２Ｇの構成材料としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を用いることができる。これにより、絶縁性を有する樹脂部８２Ｇを簡単かつ安価に形成することができる。

さらに、前記樹脂材料で樹脂部８２Ｇを成形する際、当該樹脂材料中に、例えば、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物に代表される絶縁性の高熱伝導性フィラーを充填することもできる。これにより、樹脂部８２Ｇの熱伝導性が向上し、より効率的に発光体４から発生する熱を第２の放熱体８Ｇから外部へ放出することができる。

このような樹脂部８２Ｇの構成材料の熱伝導率としては、特に限定されないが、空気（静止空気）の熱伝導率よりも高いことが好ましい。具体的には、０．２０Ｗ／ｍ・ｋ以上であるのが好ましく、１．５Ｗ／ｍ・ｋ以上であるのがより好ましい。これにより、第２の放熱体８の放熱性がより優れたものとなる。

また、樹脂部８２Ｇの構成材料の膨張率（線膨張率）としては、特に限定されないが、ヒートシンク８１Ｇの構成材料の膨張率とほぼ等しいのが好ましい。具体的には、樹脂部８２Ｇの構成材料の膨張率をα１とし、ヒートシンク８１Ｇの構成材料の膨張率をα２としたとき、０．８α２≦α１≦１．４α２の関係を満足するのが好ましい。これにより、第２の放熱体８Ｇの熱による歪みを抑制することができ、樹脂部８２Ｇの剥離やフィン８１２Ｇの破損等が防止される。そのため、発熱デバイス１Ｇの信頼性が向上する。

以上のような第８実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

２．照明器具
次に、本発明の発熱デバイスを組み込んだ照明器具（電球）について簡単に説明する。
図１３は、本発明の発熱デバイスを組み込んだ照明器具を示す断面図である。

図１３に示す照明器具１００は、本体１１０と、口金１２０と、カバー１３０とで構成されている。

本体１１０は、筒状のハウジング（筐体）１１１と、ハウジング１１１内に収納された複数の発熱デバイス（本発明の発熱デバイス）１とを備えている。

ハウジング１１１は、その両端が開口した筒体で構成されている。また、ハウジング１１１は、その中心軸方向の途中の部分にて内径および外径が急峻に変化しており、下側の大径部１１１ａと、上側の小径部１１１ｂとに分けることができる。

ハウジング１１１は、金属材料で構成され、具体的には、例えば、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、銅、真鍮、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の各種金属、またはこれらを含む合金を用いることができ、これらの中でも特にアルミニウムが好ましい。アルミニウムは、比較的熱伝導率が高い材料である。アルミニウムでハウジング１１１を構成した場合、当該ハウジング１１１は、放熱性に優れたものとなる。さらに、ハウジング１１１の外側表面にアルマイト処理等の化学的あるいは物理的処理を行うと熱輻射効率が高くなり、放熱性の観点から好ましい。

このようなハウジング１１１の大径部１１１ａには、複数の発熱デバイス１が収納されており、これら各発熱デバイス１は、カバー１３０側へ光Ｌを発するように固定部１６０を介してハウジング１１１に固定されている。発熱デバイス１の固定部１６０への固定方法は、特に限定されず、例えば、接着剤を用いてもよいし、ねじ止めであってもよい。なお、図示の構成では、発熱デバイス１のベース基板２と固定部１６０とが別体として形成されているが、ベース基板２と固定部１６０とを一体的に形成してもよい。

また、ハウジング１１１には、発熱デバイス１の第２の放熱体８が位置している空間に連通する開口１１２が形成されている。これにより、第２の放熱体８の放熱作用を高めることができる。

また、ハウジング１１１の小径部１１１ｂには、制御手段１５０が収納されている。制御手段１５０は、照明器具１００の駆動を制御する手段である。このような制御手段１５０は、照明器具１００のＯＮ／ＯＦＦや明るさを制御することができる。

口金１２０は、ハウジング１１１の上端部に設置されている。この口金１２０は、ＪＩＳ規格等で規定され、図示しない電球ソケットに装着されるものである。

カバー１３０は、ハウジング１１１の下端部を覆うように設置されている。また、カバー１３０は、例えば嵌合によりハウジング１１１に対し固定されている。このようなカバー１３０は、透明の樹脂材料またはガラス材料等で構成されている。なお、カバー１３０には、発熱デバイス１からの光Ｌを拡散するために、凹凸が形成されていてもよい。また、カバー１３０には、発熱デバイス１からの光Ｌにより励起されて発光する蛍光体が設けられていてもよい。

以上、本発明の発熱デバイスを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の発熱デバイスを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明の発熱デバイスは、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成を組み合わせたものであってもよい。

また、前述した実施形態では、発熱体として、発光体を用いた構成について説明したが、発熱体としては、これに限定されず、例えば、パワー素子等であってもよい。なお、発熱体が発光体でない場合には、放熱体は、光透過性を有していなくてもよい。

また、前述した実施形態では、ベース基板に１つの発熱体が設けられた構成について説明したが、発熱体の数としては、これに限定されず、ベース基板に２つ以上の発熱体が設けられていてもよい。

また、前述した実施形態では、ヒートシンクを有する構成について説明したが、これに限定されず、ヒートシンクを省略してもよい。

１．発熱デバイスの製造
（実施例１）
まず、アルミニウムで構成された略正方形のベース基板を用意した。このベース基板のサイズは、縦×横×厚さが２ｃｍ×２ｃｍ×１ｍｍであった。

次に、ポリイミド樹脂で構成された絶縁層上に銅箔を積層してなる銅箔付き樹脂フィルムをベース基板の一方の面に貼り付け、その後、銅箔を所定のパターン形状にパターニングした。

次に、絶縁層上に発熱体（発光体：星和電機製チップＬＥＤ５４５０）を搭載した。次に、ポリイミド樹脂５５質量％と窒化ホウ素４５質量％を混合してなる樹脂材料Ａを用いて発熱体を封止し、第１の放熱体を形成した。なお、第１の放熱体のサイズは、縦×横×厚さが２ｃｍ×２ｃｍ×１ｃｍであった。また、樹脂材料Ａの熱伝導率は、３．７Ｗ／ｍ・ｋであった。

次に、第１の放熱体の側面に、ベース基板の厚さ方向に延在する凹部（凹条）を形成した。なお、凹部の横断面形状は、三角形であり、凹部のサイズは、幅×長さ×深さが１ｍｍ×１ｃｍ×０．５ｍｍであった。また、凹部は、４つの側面に、それぞれ、１０本ずつ等間隔離間させて形成した。
以上のようにして、実施例１の発熱デバイスを得た。

（実施例２）
ポリイミド樹脂６０質量％とアルミナ４０質量％を混合してなる樹脂材料Ｂを用いて発熱体を封止し、放熱体を形成した以外は、実施例１と同様にして実施例２の発熱デバイスを得た。なお、樹脂材料Ｂの熱伝導率は、１．８Ｗ／ｍ・ｋであった。

（実施例３）
ポリイミド樹脂からなる樹脂材料Ｃを用いて発熱体を封止し、放熱体を形成した以外は、実施例１と同様にして実施例３の発熱デバイスを得た。なお、樹脂材料Ｃの熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍ・ｋであった。

（実施例４）
ポリスチレン樹脂からなる樹脂材料Ｄを用いて発熱体を封止し、放熱体を形成した以外は、実施例１と同様にして実施例４の発熱デバイスを得た。なお、樹脂材料Ｃの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・ｋであった。

（比較例１）
放熱体を形成しない以外は、実施例１と同様にして比較例１の発熱デバイスを得た。

２．測定
各実施例１〜４および比較例１について、それぞれ、発熱体の駆動を介してから２００秒後、４００秒後、６００秒後の発熱体の温度を測定した。また、当該測定は、熱伝導率の低いポリウレタン樹脂で構成された収納体（内側のサイズが５ｃｍ（縦）×５ｃｍ（横）×５ｃｍ（厚さ））内に発熱デバイスを気密的に収納した第２の状態と、前記収納体に収納しない第１の状態とについて行った。その結果を下記の表１に示す。

表１から明らかなように、第１の状態、第２の状態ともに、実施例１〜４の方が比較例１よりも優れた放熱性を発揮している。また、第１の状態と第２の状態の差は、実施例１〜４の方が、比較例１よりも小さい。したがって、実施例１〜４は、特に、空気の対流等が起きにくい気密空間内での放熱性に優れていると言える。

１ 発熱デバイス
１Ａ 発熱デバイス
１Ｂ 発熱デバイス
１Ｃ 発熱デバイス
１Ｄ 発熱デバイス
１Ｅ 発熱デバイス
１Ｆ 発熱デバイス
１Ｇ 発熱デバイス
１０ 光反射膜
１１ 光吸収膜
２ ベース基板
２Ｆ ベース基板
３ 絶縁層
４ 発光体（発熱体）
４１ 基板
４２ 発光ダイオード素子
４３ 外部端子
５ 第１の放熱体
５Ａ 第１の放熱体
５Ｄ 第１の放熱体
５Ｅ 第１の放熱体
５１ 光出射面（上面）
５３ 側面
５３１ 凹部
５３１Ａ 凹部
５４Ｄ レンズ
５４Ｅ レンズ
６ 放熱シート
７ 導体パターン
７１ 部分
８ 第２の放熱体
８Ｆ 第２の放熱体
８Ｇ 第２の放熱体
８１ ヒートシンク
８１Ｆ ヒートシンク
８１Ｇ ヒートシンク
８１１ 基部
８１１Ｇ 基部
８１２ フィン
８１２Ｇ フィン
８２Ｇ 樹脂部
８２１Ｇ 基部
８２２Ｇ 突出部
８３Ｇ 凹凸
１００ 照明器具
１１０ 本体
１１１ ハウジング
１１１ａ 大径部
１１１ｂ 小径部
１１２ 開口
１２０ 口金
１３０ カバー
１５０ 制御手段
１６０ 固定部
３０１ 基板
３０２ 接着層
３０３ 金属層
３０４ 金属箔付きフィルム
３０５ 接着シート
３０６ ヒートシンク
３０７ 樹脂層
３０７ａ 凹部

Claims (14)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板の一方の面側に設けられ、通電により発熱する発熱体と、
   前記ベース基板の前記一方の面側に前記発熱体を封止するように設けられ、前記発熱体から発生する熱を放熱する第１の放熱体と、を有し、
   前記第１の放熱体の表面の少なくとも一部は、凹凸を有する凹凸面で構成されていることを特徴とする発熱デバイス。
2. 前記第１の放熱体は、樹脂材料を主材料として構成されている請求項１に記載の発熱デバイス。
3. 前記第１の放熱体は、前記樹脂材料に熱伝導性を有するフィラーを分散させた材料で構成されている請求項２に記載の発熱デバイス。
4. 前記第１の放熱体の構成材料の熱伝導率は、空気の熱伝導率よりも高い請求項１ないし３のいずれかに記載の発熱デバイス。
5. 前記第１の放熱体の表面に開放する複数の凹部を有している請求項１ないし４のいずれかに記載の発熱デバイス。
6. 前記複数の凹部は、規則的に形成されている請求項５に記載の発熱デバイス。
7. 前記発熱体は、光を発する発光体であり、
   前記第１の放熱体は、光透過性を有している請求項１ないし６のいずれかに記載の発熱デバイス。
8. 前記凹凸面は、前記発光体からの光の光路と重ならないように設けられている請求項７に記載の発熱デバイス。
9. 前記第１の放熱体の表面の前記発光体からの光の光路と重なる領域は、平坦面で構成されている請求項７または８に記載の発熱デバイス。
10. 前記平坦面は、前記発光体からの光の軸に対して直交している請求項９に記載の発熱デバイス。
11. 前記第１の放熱体の表面の前記発光体からの光の光路と重なる領域には、レンズ加工が施されている請求項７または８に記載の発熱デバイス。
12. 前記第１の放熱体は、前記ベース基板の前記一方の面と対向する主面と、前記主面の縁に連結する側面とを有し、前記側面の少なくとも一部が前記凹凸面で構成されている請求項１ないし１１のいずれかに記載の発熱デバイス。
13. 前記凹凸面は、エンボス加工により形成される請求項１ないし１２のいずれかに記載の発熱デバイス。
14. 前記ベース基板の他方の面側に設けられ、前記発熱体から発生する熱を放熱する第２の放熱体を有する請求項１ないし１３のいずれかに記載の発熱デバイス。

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