JP2014026993A

JP2014026993A - セラミック基板と発光ダイオードモジュール

Info

Publication number: JP2014026993A
Application number: JP2010249301A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Morita; 敏文森田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2012063459A1

Abstract

【課題】より小型化された発光ダイオードモジュールを提供する。
【解決手段】セラミック基板部２と、セラミック基板部２上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３と、セラミック基板部２上の発光ダイオード３を覆うように配置される光学系素子４とを有する発光ダイオードモジュールにおいて、発光ダイオード３とセラミック基板部２の間に配置され、セラミック基板部２に接続された定電圧ダイオード５を有する発光ダイオードモジュール１とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードモジュールに関するもので、特に、セラミック基板を用いた発光ダイオードモジュールに関するものである。

セラミック基板上にＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、発光ダイオード）を搭載した発光ダイオードモジュールは、そのセラミック基板部の優位点である耐熱性・耐湿性に優れ、また、素材自体が良好な反射率を有することから、高パワーＬＥＤモジュール、また、液晶のバックライト向けのＬＥＤモジュールとして用いられている。従来のＬＥＤモジュールは、以下特許文献１に示すようになっていた。

特開２００７−０４９１７２号公報

前記従来例における課題は、セラミック基板部の同一面上に発光ダイオードと定電圧ダイオードを接続し、その両者を覆うように光学系素子を配置した上で、光学系素子の光軸中心と、発光ダイオードの発光部からの光軸中心とを一致させる必要があったため、光学系素子のサイズが大きくなってしまい、それに伴い、発光ダイオードモジュールのサイズが大きくなってしまうという点であった。

そこで、本発明はこの課題を解決し、発光ダイオードモジュールの小型化を行う事を目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、セラミック基板部と、前記セラミック基板部上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）と、光学レンズを有し、前記セラミック基板部上の前記発光ダイオードを覆うように配置される光学系素子と、有する発光ダイオードモジュールにおいて、前記発光ダイオードと前記セラミック基板部の間に配置され、前記セラミック基板部に接続された定電圧ダイオードを有すること、を特徴とする発光ダイオードモジュール、とした。

これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、セラミック基板部と、前記セラミック基板部上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）と、前記セラミック基板部上の前記発光ダイオードを覆うように配置された光学系素子と、有する発光ダイオードモジュールにおいて、前記発光ダイオードと前記セラミック基板部の間に配置され、前記セラミック基板部に接続された定電圧ダイオードを有すること、を特徴とする発光ダイオードモジュール、としたので、発光ダイオードモジュールの小型化を行う事ができる。

すなわち、本発明においては、定電圧ダイオードを、発光ダイオードとセラミック基板部の間に配置することによって、発光ダイオードのみを覆うような小型の光学系素子を用いることができるようになるため、その結果として、発光ダイオードモジュールの小型化を行う事ができるのである。

本発明の実施の形態１における発光ダイオードモジュールの断面図を示し、図１（ａ）は、発光ダイオードモジュール全体の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の点線Ａ部の拡大した断面図本発明の実施の形態１における発光ダイオードモジュールの放熱を説明するための断面図であり、図２（ａ）は、本発明の発光ダイオードモジュールの断面図、図２（ｂ）は、従来例の発光ダイオードモジュールの断面図本発明の実施の形態２における発光ダイオードモジュールの断面図を示し、図２（ａ）は、発光ダイオードモジュール全体の断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の点線Ａ部の拡大した断面図

以下に、本発明の発行ダイオードモジュールの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず、はじめに、本発明の実施の形態１における発光ダイオードモジュールの構成に関して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における発光ダイオードモジュールの断面図を示し、図１（ａ）は、発光ダイオードモジュール全体の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の点線Ａ部の拡大した断面図を示すものである。図１（ａ）に示すように、発光ダイオードモジュール１は、セラミック基板部２と、そのセラミック基板部２上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３と、同じくセラミック基板部２上の発光ダイオード３を覆うように配置された光学系素子４を有している。
また、発光ダイオード３から発光される光の光軸と、光学系素子から外部へ出力される光の光軸は一致するように接続（図１（ａ）中のＢに相当）してある。更に、発光ダイオード３とセラミック基板部２の間には、セラミック基板部に電気的に接続された定電圧ダイオード５を有している。

ここで、この発光ダイオードモジュール１において、発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３の近傍に定電圧ダイオード５を配置したのは、この発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３が、その製造工程における静電気に起因する静電放電（ＥＳＤ、ＥｌｅｃｔｏｒｉｃａｌＳｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）によって、その発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３が破壊されやすい（以下、この現象をＥＳＤダメージと略記する）。このＥＳＤダメージを防止するために、発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３の電気的な保護を行う必要があるため、発光ダイオード（ＬＥＤ素子）３の近傍に定電圧ダイオード５を配置するのである。

なお、この定電圧ダイオード５を、セラミック基板部２の発光ダイオード３を配置した反対面（（図１（ａ）では下面）に配置することは、物理的には可能であるが、セラミック基板部２の発光ダイオード３を配置した反対面（（図１（ａ）では下面）に配置した場合、発光ダイオード３の近傍で発生したＥＳＤに対しては、ＥＳＤダメージを防止することができない。さらに、反対面（（図１（ａ）では下面）に配置した場合、発光ダイオードモジュール１を実装する際に定電圧ダイオード５が障害となり実装性が著しく低下する。よって、この定電圧ダイオード５は、できるだけ、発光ダイオード３の近傍に配置する必要があり、かつ、セラミック基板部２の発光ダイオード３を配置した同一面に配置するのである。

また、本実施形態において、セラミック基板部２は、アルミナ粉末を５５［ｗｔ％］、ガラス粉末を４５［ｗｔ％］の割合で配合したガラス・セラミックの組成物で、シート状の形状のグリーンシートと呼ばれるものを複数枚積層し、その後、９００［℃］にて焼成することによって形成した、セラミック製の基板である。本実施形態においては、３枚のグリーンシートを積層、焼成したものを用いた。
また、図１（ｂ）に示すように、セラミック基板部２上には、定電圧ダイオード５を接続するための第１の接続端子６と、発光ダイオード３を接続するための第２の接続端子７と、を有している。

ここで、第１の接続端子６の高さは、第２の接続端子７の高さより低くなるようにしてある。更に具体的には、第２の接続端子７の高さは、セラミック基板部２上に定電圧ダイオード５が接続された状態において、セラミック基板部２表面からの前記定電圧ダイオードの高さより高くなるようにしてある。本実施形態においては、第１の接続端子６は厚さ７ｕｍの銅箔、第２の接続端子７は厚さ７５ｕｍの銅箔を、導電性樹脂（図１（ａ）、図１（ｂ）には図示なし）を用いて接着することによって構成している。

また、第１の接続端子６と、第２の接続端子７は、セラミック基板部２中のビア８と接続されている。更に、セラミック基板部２内部には、ビア８、内部配線部９を有しており、さらに、セラミック基板部２の発光ダイオード３を配置していない反対の面（図１（ａ）では下面）には、それら、ビア８、内部配線部９と接続された外部配線回路パターン１５を有しており、すなわち、このセラミック基板部２は多層構造を有するものを用いている。セラミック基板部２に多層構造を有するもの用いたのは、発光ダイオードモジュール１の電気回路を、より小型にすることができるためである。
また、第１の接続端子６上と、第２の接続端子７上には、金バンプ１０（Ａｕバンプ）によって、それぞれ、定電圧ダイオード５と、発光ダイオード３と接続されている。第１の接続端子６と定電圧ダイオード５との接続、および、第１の接続端子６と、発光ダイオード３との接続に、金バンプ１０を用いたのは、それら両者を電気的に低抵抗で接続できるためである。

［実施の形態１の効果］
以上のように本実施形態においては、セラミック基板部と、前記セラミック基板部上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）と、前記セラミック基板部上の前記発光ダイオードを覆うように配置された光学系素子とを有する発光ダイオードモジュールにおいて、前記発光ダイオードと前記セラミック基板部の間に配置され、前記セラミック基板部に接続された定電圧ダイオードを有すること、を特徴とする発光ダイオードモジュール、としたので、発光ダイオードモジュールの小型化を行う事ができる。
すなわち、本発明においては、定電圧ダイオードを、発光ダイオードとセラミック基板部の間に配置することによって、発光ダイオードのみを覆うような小型の光学系素子を用いることができるようになるため、その結果として、発光ダイオードモジュールの小型化を行う事ができる。

更に、本実施形態においては、発光ダイオードからの光を遮蔽することがないため、発光ダイオードモジュールの効率を向上させることができる。
なお、本実施形態においては、定電圧ダイオード５を用いたが、前述のように、発光ダイオード３のＥＳＤダメージからの保護を目的とする電子部品であれば、何を用いてもよい。例えば、定電圧ダイオード５の代わりにバリスタを用いてもよい。このバリスタを、ＥＳＤダメージ保護を目的として発光ダイオードモジュール１に用いた場合も、定電圧ダイオード５を用いた場合のＥＳＤダメージ保護ができる。

また、このバリスタはセラミックを材料として構成することができるため、発光ダイオード３から発生した熱を、このバリスタを熱バイパスとして用いることができる。図２は、実施の形態１における発光ダイオードモジュールの放熱を説明するための断面図であり、図２（ａ）は、本発明の発光ダイオードモジュールの断面図、図２（ｂ）は、従来例の発光ダイオードモジュールの断面図を示すものである。図２（ａ）、図２（ｂ）中に示す線Ｂは、発光ダイオード３にて発生した熱の放熱する経路を示す。
図２（ａ）に示すように、本実施形態における発光ダイオードモジュール１は、発光ダイオード３から発生した熱を、バリスタ１６とセラミック基板部２（ビア８含む）を介して、セラミック基板部２の裏側に放熱することができる。

一方、図２（ｂ）に示すように、従来の発光ダイオードモジュール１７は、発光ダイオード３から発生した熱を、セラミック基板部２（ビア８含む）のみを介して、セラミック基板部２の裏側に放熱する。

以上のように、発光ダイオード３から発生した熱を、このバリスタを熱バイパスとして用いることができるので、その結果として、発光ダイオード３の放熱の効果を向上することができる。
（実施の形態２）
それでは、本発明の実施の形態２に関して説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における発光ダイオードモジュールの断面図を示し、図３（ａ）は、発光ダイオードモジュール全体の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中の点線Ａ部の拡大した断面図を示すものである。

この発光ダイオードモジュール１１において、本発明の実施の形態１と異なるのは、セラミック基板部２の、第１の接続端子１２、第２の接続端子１３、外部配線回路パターン１４が、湿式めっき法（電界めっき法や無電界めっき法）を用いて形成されている点である。

また、本実施形態においては、第１の接続端子１２、第２の接続端子１３、外部配線回路パターン１４の厚さは、第１の接続端子１２、外部配線回路パターン１４、第２の接続端子１３の順に、厚さが厚くなっている例を、実施の形態２として例示する。
まずはじめに、セラミック基板部２を作成する。この準備に関しては、実施の形態１と同じであるので説明は省略する。

次に、ビア８、内部配線部９を形成したセラミック基板部２の表裏面前面に、薄い導電性のシード層（例えばニッケルリンや銅）を無電解めっき法にて形成し（厚さ約数十ｎｍ）、その後、その導電性のシード上に電解めっき法にて、銅薄膜を形成する。ここでの銅薄膜の厚さは、第１の接続端子１２の厚さと同じである。その後、フォトレジスト法／エッチング／レジスト除去を行うことによって、所望の形状になるように第１の接続端子１２を形成する。

次に、第２の接続端子１３と外部配線回路パターン１４以外の銅薄膜部分にマスキングを行い、その後、第２の接続端子１３と外部配線回路パターン１４を形成する場所に、電解めっき法にて銅薄膜を、外部配線回路パターン１４の厚さに形成する。

次に、第２の接続端子１３以外の銅薄膜部分にマスキングを行い、その後、第２の接続端子１３形成する場所に、電解めっき法にて銅薄膜を、第２の接続端子１３の厚さに形成する。

次に、実施の形態１と同様に、金バンプ１０にてそれぞれ、定電圧ダイオード５、発光ダイオード３の順序で、それらを接続する。その後、光学系素子４を、この発光ダイオード３から発光される光の光軸と、光学系素子から外部へ出力される光の光軸は一致するように接続（図２（ａ）中のＢに相当）してある。

以上のようにして、本実施形態の発光ダイオードモジュール１１を作成することができる。

［実施の形態２の効果］
本実施形態においては、湿式めっき法にて所望の場所に銅を成長させることができるので、その結果として、実施の形態１より容易に、かつ、より小型で高密度化された（配線間隔の狭い）電子回路パターンを有する発光ダイオードモジュールを作成することが可能であるので、より小型化／高密度化が要求される発光ダイオードモジュールや、発光ダイオードモジュール用のセラミック基板を提供することができる。

本発明にかかる発光ダイオードモジュール、および、発光ダイオードモジュール用のセラミック基板は、発光ダイオードモジュールの小型化を行う事ができるので、特に、最近普及の進んでいる液晶テレビや携帯電話の液晶画面用のバックライト向けＬＥＤ用の基板として有用である。

１、１１発光ダイオードモジュール
２セラミック基板部
３発光ダイオード（ＬＥＤ素子）
４光学系素子
５定電圧ダイオード
６、１２第１の接続端子
７、１３第２の接続端子
８ビア
９内部配線部
１０金バンプ
１４、１５外部配線回路パターン
１６バリスタ
１７従来の発光ダイオードモジュール

Claims

セラミック基板部と、
前記セラミック基板部上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）と、
前記セラミック基板部上の前記発光ダイオードを覆うように配置される光学系素子と、
有する発光ダイオードモジュール、
において、
前記発光ダイオードと前記セラミック基板部の間に配置され、前記セラミック基板部に接続された定電圧ダイオードを有すること、
を特徴とする発光ダイオードモジュール。
前記セラミック基板部上に前記定電圧ダイオードを接続するための第１の接続端子と、
前記セラミック基板部上に前記発光ダイオードを接続するための第２の接続端子と、
を有し、
前記第１の接続端子の高さが、前記第２の接続端子の高さより低く、
かつ、
前記第２の接続端子の高さは、前記セラミック基板部上に前記定電圧ダイオードが接続された状態での、前記セラミック基板部表面からの前記定電圧ダイオードの高さより高いこと、
を特徴とする請求項１記載の発光ダイオードモジュール。
前記第１の接続端子と、前記第２の接続端子が、銅にて形成され、その形成方法が、湿式めっき法にて形成されること、
を特徴とする発光ダイオードモジュール。
セラミック基板部と、
前記セラミック基板部上に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ素子）と、
前記セラミック基板部上の前記発光ダイオードを覆うように配置される光学系素子と、
前記セラミック基板部上に設けられた低電圧ダイオードと、
を有する発光ダイオードモジュールに用いられるセラミック基板部において、
前記セラミック基板部上に設けられた第１の接続端子と、
前記セラミック基板部上に設けられた第２の接続端子と、
を有し、
前記第１の接続端子の厚さが、前記第２の接続端子の厚さより低い事、
を特徴とするセラミック基板。
前記第２の接続端子の厚さは、前記セラミック基板部上に前記定電圧ダイオードが接続された状態での、前記セラミック基板部表面からの前記定電圧ダイオードの高さより高いこと、
を特徴とする請求項４記載のセラミック基板。
前記第１の接続端子と、前記第２の接続端子が、銅にて形成され、その形成方法が、湿式めっき法にて形成されること、
を特徴とする請求項４乃至請求項５に記載のセラミック基板。