JP2014149489A - 発光装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子で発生した熱を効率よく放散するとともに、発光素子で発生した熱が発光素子の発光を制御する電子部品に伝わりにくくする仕組みを提供する。
【解決手段】発光装置は、金属層１０３、金属層１０３の両面に設けられる絶縁層１０４、及び絶縁層１０４に設けられる金属箔層１０２を有する基板６と、基板６の一方の面の金属箔層１０２に実装される複数の発光素子１０１，１０１ａと、基板６の他方の面の金属箔層１０２に実装され、複数の発光素子１０１，１０１ａの発光を制御するドライバＩＣ１０６と、を備える。金属層１０３は、ドライバＩＣ１０６の基板６の厚さ方向に対向する領域に穴１０３ａが形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばデジタルカメラ等の電子機器に搭載されるストロボ装置等の発光装置及び発光装置を備える電子機器に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）は、高輝度化が進み、デジタルカメラ等の電子機器のストロボ装置としても使用されている。

ＬＥＤ等が表面に実装される基板において、ＬＥＤ等が実装されるランドの導体パターンにスルーホールを形成し、高熱伝導樹脂を介してスルーホール領域の裏面を放熱板に接触させることで、ＬＥＤ等で発生した熱を放散する技術が提案されている（特許文献１）。

また、 金属製の熱伝導性基板の両面に電気的絶縁性部材が設けたプリント基板の表面にマトリクス状にＬＥＤ等を実装し、プリント基板の裏面にＬＥＤ等の発光を制御するドライバＩＣを実装した技術が提案されている（特許文献２）。

この提案では、プリント基板の筐体への取付側の一部の電気的絶縁性部材を除去して熱伝導性基板を露出させ、これにより、金属を介して基板を筐体に接続してＬＥＤ等から基板に伝導した熱を効率よく筐体に放散している。

特開２００６−３４４４７２号公報 特開平９−２２３８２０号公報

しかし、上記特許文献１では、基板の裏面にＬＥＤの発光を制御するドライバＩＣを実装した場合、ＬＥＤ等で発生した熱がドライバＩＣに伝わる可能性がある。また、ドライバＩＣがＢＧＡ（Ball Grid Array）やＱＦＰ（Quad Flat Package）の場合、基板とドライバＩＣとの熱膨張係数の違いから半田ボール接続部に応力が生じ、半田ボールの接合信頼性への影響が懸念される。

一方、上記特許文献２では、ＬＥＤ等から基板に伝導した熱が効率よく筐体に放散されるので、基板全体の温度を下げることはできるが、上記第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ等で発生した熱が基板裏面のドライバＩＣに伝わる可能性がある。

そこで、本発明は、発光素子で発生した熱を効率よく放散するとともに、発光素子で発生した熱が発光素子の発光を制御する電子部品に伝わりにくくする仕組みを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、一方の面及び他方の面に実装面がそれぞれ形成され、内層に金属層が形成される多層構造の配線基板と、前記配線基板の一方の面に実装される複数の発光素子と、前記配線基板の他方の面に実装され、前記複数の発光素子の発光を制御する電子部品と、を備え、前記基板の前記電子部品が実装される領域に対応する内層領域には前記金属層を形成しないことを特徴とする。

本発明によれば、発光素子で発生した熱を効率よく放散することで、優れた放熱効果を得ることができ、また、発光素子で発生した熱が発光素子の発光を制御する電子部品に伝わりにくくすることで、電子部品を安定して動作させることができる。

本発明の発光装置の第１の実施形態であるストロボ装置が内蔵された電子機器の一例としてのデジタルカメラを正面側（被写体側）から見た斜視図である。 図１に示すデジタルカメラの分解斜視図である。 図２の背面側から見た斜視図である。 （ａ）はＬＥＤ基板を正面側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 ＬＥＤ基板の積層構造を示す分解斜視図である。 ＬＥＤ基板の配線パターンをＬＥＤの実装面（表面）側から見た図である。 ＬＥＤ基板の変形例を示す断面図である。 ＬＥＤ基板の他の変形例を示す断面図である。 本発明の発光装置の第２の実施形態であるストロボ装置において、ＬＥＤ基板の金属層を上面側から見た図である。 本発明の発光装置の第３の実施形態であるストロボ装置において、ＬＥＤ基板の金属層を上面側から見た図である。 本発明の発光装置の第４の実施形態であるストロボ装置において、ＬＥＤ基板の金属層とドライバＩＣとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の発光装置の第１の実施形態であるストロボ装置が内蔵された電子機器の一例としてのデジタルカメラを正面側（被写体側）から見た斜視図である。

図１に示すデジタルカメラは、正面カバー９及び背面カバー１０によりカメラ本体１の外装を形成している。カメラ本体１の正面側には、ズーム式のレンズ鏡筒３、及びストロボ発光窓２等が設けられ、カメラ本体１の上面部には、レリーズボタン４、電源ボタン４ａ、及びモードダイアル４ｂ等が設けられる。

図２は図１に示すデジタルカメラの分解斜視図、図３は図２の背面側から見た斜視図である。

図２及び図３に示すように、デジタルカメラは、正面カバー９と背面カバー１０との間に、レンズ鏡筒３を含む内部構造体１ａが配置され、内部構造体１ａと正面カバー９との間に、ストロボ装置２０が配置されている。

ストロボ装置２０は、シャーシ８と、シャーシ８の上部に貼り付けられたＬＥＤ基板６とを有する。ＬＥＤ基板６の一方の面（表面）には、発光素子の一例としての４つのＬＥＤ１０１がカメラ本体１の幅方向に略等間隔で実装され、４つのＬＥＤ１０１の被写体側にストロボ発光窓２が配置される。

また、ＬＥＤ基板６の他方の面（裏面）には、ＬＥＤ１０１の発光を制御するドライバＩＣ１０６を含む複数の電子部品が実装されている。ＬＥＤ基板６には、ＬＥＤ基板６をシャーシ８に固定するためのビス等の挿通穴１２が形成されている。ＬＥＤ基板６は内層に金属層が形成される多層構造の配線基板である。

シャーシ８には、ＬＥＤ１０１やドライバＩＣ１０６を含む複数の電子部品に電源を供給するキャパシタ７が配置されている。撮影者が暗い被写体を選んでレリーズボタン４を押下すると、カメラ本体１の不図示の制御部の指示に基づきドライバＩＣ１０６がＬＥＤ１０１を駆動して発光させる。また、シャーシ８には、シャーシ８を正面カバー９及び背面カバー１０に固定するためのビス等の挿通穴１３が形成されている。

シャーシ８の下部８ａには、正面カバー９の側に突出する突出片８ａが形成されている。突出片８ａの先端部には、伝熱性を有するゴム等の弾性材１１が貼り付け等で取り付けられており、弾性材１１は、正面カバー９の下部９ａに押圧接触する。

これにより、ＬＥＤ１０１で発生してＬＥＤ基板６に伝導した熱がシャーシ８及び正面カバー９を介して外部に放散される。なお、シャーシ８は、熱伝導性の高い銅やアルミニウム等の材料で形成され、正面カバー９も、熱伝導性の高いアルミニウム等の材料で形成される。

図４（ａ）はＬＥＤ基板６を正面側から見た斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図５は、ＬＥＤ基板６の積層構造（多層構造）を示す分解斜視図である。

図４（ｂ）及び図５に示すように、ＬＥＤ基板６は、内層に熱伝導性に優れた比較的厚い銅板等で形成される金属層１０３を有する。金属層１０３の表裏両面には、それぞれ比較的薄い絶縁層１０４が貼り付けられる。絶縁層１０４は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱性及び絶縁性に優れた材料によって形成される。

表裏の絶縁層１０４には、金属箔層の一例としての銅箔層１０２が貼り付けられる。銅箔層１０２を貼り付けた後、所定のスルーホール形成工程を経て表面の銅箔層１０２と裏面の銅箔層１０２とを電気的及び熱的に接続するスルーホール１１０（図６参照）が形成される。

スルーホールが形成された後、銅箔層１０２に光硬化樹脂層を塗布して光を照射し、パターン部分に光硬化樹脂層を残して硬化しなかった樹脂を洗い流す。その後、銅箔層１０２をエッチングすることで、銅箔層１０２に配線パターンが形成される。

配線パターンが形成された後、不図示のカバーレイ層が貼り付けられ、これにより、表裏両面に配線パターンが形成されたＬＥＤ基板６が形成される。

上述したように、ＬＥＤ基板の表面には、４つのＬＥＤ１０１がカメラ本体１の幅方向に略等間隔で実装され、ＬＥＤ基板の裏面には、ＬＥＤ１０１の発光を制御するドライバＩＣ１０６や各種電子部品１０５が実装されている。ドライバＩＣ１０６は、半田ボール１０７を溶かして配線パターンに半田付けされることで、電気的・機械的に配線パターンに接続される。

ここで、ドライバＩＣ１０６は、４つのＬＥＤ１０１のうちの１つのＬＥＤ１０１（本実施形態では、図４（ｂ）の左から二番目のＬＥＤ１０１（以下、ＬＥＤ１０１ａという））が実装される領域の裏面に実装されている。言い換えると、ＬＥＤ１０１ａはドライバＩＣ１０６が実装される領域の裏面に実装されている。ドライバＩＣ１０６とＬＥＤ１０１ａとの間の金属層１０３には、貫通穴１０３ａが形成されている。すなわち、ドライバＩＣ１０６が実装される領域に対応する内層領域には金属層１０３を形成しない。

貫通穴１０３ａには、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱性に優れた絶縁材料が充填されており、これにより、ドライバＩＣ１０６に対向する金属層１０３に絶縁領域１０４ａが形成されている。また、絶縁領域１０４ａは、ドライバＩＣ１０６が半田付けされる半田接合部である半田ボール１０７が形成される領域よりも大きい面積に設定されている。

そして、ＬＥＤ１０１を発光させると、ＬＥＤ１０１で発生した熱は、裏面の銅箔層１０２やスルーホール１１０等に伝導する。このとき、ＬＥＤ基板６の内層では、金属層１０３が絶縁層１０４より高い熱伝導性を有するため、ＬＥＤ１０１で発生した熱は、表面側の銅箔層１０２から絶縁層１０４を介して金属層１０３に伝導され、金属層１０３で拡散する。

ここで、ドライバＩＣ１０６は、金属層１０３が形成されていない絶縁領域１０４ａの投影面上に配置されているため、ドライバＩＣ１０６に熱が伝わりにくくなり、ドライバＩＣ１０６への熱の影響を軽減することができる。一方、ドライバＩＣ１０６で発生した熱は、裏面の銅箔層１０２から放散される。

図６は、ＬＥＤ基板６の配線パターンをＬＥＤ１０１，１０１ａの実装面（表面）側から見た図である。

図６に示すように、ＬＥＤ１０１，１０１ａは、グランド側（カソード）配線パターン１０８と電源側（アノード）配線パターン１０９との間に配置される。グランド側配線パターン１０８及び電源側配線パターン１０９には、スルーホール１１０が設けられている。各配線パターン１０８，１０９は、スルーホール１１０によってＬＥＤ基板６の裏面に形成される各配線パターンに電気的、熱的に接続される。

ここで、ドライバＩＣ１０６が実装される領域に対応する内層領域に絶縁領域１０４ａが配置されているため、ＬＥＤ１０１ａで発生する熱を銅箔層１０２において効率的に放散させる必要がある。このため、ＬＥＤ１０１ａに接続される配線パターンとＬＥＤ１０１に接続される配線パターンとでは、配線パターンの表面積を異ならせている。

具体的には、ＬＥＤ１０１ａで発生した熱を銅箔層１０２により伝達するために、ＬＥＤ１０１に接続される配線パターンに比べてＬＥＤ１０１ａに接続される配線パターンを太くする、もしくは長くするなどによって配線パターンの表面積を大きくしている。

これにより、絶縁領域１０４ａを形成しても、ＬＥＤ１０１ａにて発生する熱を十分に伝えることができる。また、ＬＥＤ１０１ａに接続される配線パターンに形成されるスルーホール１１０の数量をＬＥＤ１０１に接続される配線パターンよりも増やすことで、ＬＥＤ１０１ａにて発生する熱をＬＥＤ基板６の内層および裏面に伝わりやすくしている。

本実施形態では、ＬＥＤ１０１，１０１ａに接続されるグランド側配線パターン１０８を共通化している。そして、挿通穴１２でビス止めによりＬＥＤ基板６とシャーシ８とを接続することで、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生する熱をＬＥＤ基板６を通してシャーシ８に伝達している。

また、スルーホール１１０は、ＬＥＤ基板６のＬＥＤ１０１，１０１ａの実装面側の銅箔層１０２とドライバＩＣ１０６の実装面側の銅箔層１０２と電気的に接続している。ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生した熱はスルーホール１１０を介してドライバＩＣ１０６の実装面側の銅箔層１０２に伝えられる。本実施形態では、スルーホール１１０の内周面において、金属層１０３と電気的に接続するか否かの選択が可能である。

金属層１０３をスルーホール１１０に電気的に接続する場合、スルーホール１１０の内周面に銅めっきを施す。一方、金属層１０３をスルーホール１１０に電気的に接続しない場合は、金属層１０３とスルーホール１１０の間に絶縁層を設ける。

図７は、ＬＥＤ基板６の変形例を示す断面図である。

図７に示すＬＥＤ基板６ａは、金属層１０３が上下に２層配置され、上下の金属層１０３の間に絶縁層１０４が配置されている。下層側の金属層１０３には、上述した実施形態と同様に、絶縁領域１０４ａが設けられている。

これにより、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生する熱を放散しつつ、ドライバＩＣ１０６には熱が伝わりにくくすることができ、ドライバＩＣ１０６への熱による影響を軽減することができる。

図８（ａ）はＬＥＤ基板６の他の変形例を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図８（ａ）では、要部のみを図示している。

図８に示すＬＥＤ基板６ｂは、図７と同様に、金属層１０３が上下に２層配置され、上下の金属層１０３の間に絶縁層１０４が配置されている。絶縁領域１０４ａは、上層側の金属層１０３のＬＥＤ１０１ａの近傍、及び下層側の金属層１０３のドライバＩＣ１０６及び電子部品１０５が対向する領域に配置されている。

図８に示す例では、ドライバＩＣ１０６は、ＢＧＡとされている。ドライバＩＣ１０６の複数の半田ボール１０７は、それぞれグランド側配線パターン１０８（不図示）に接続されるピン１１３と電源側配線パターン１０９に接続されるピン１１４に分かれている。

また、図８（ｂ）の右側の２つのＬＥＤ１０１の間には、電源側配線パターン１０９に設けられたスルーホール１１０が配置されている。下層側の金属層１０３のスルーホールの右側の領域には、絶縁領域１０４ａが配置されている。

図８においても、グランド側配線パターン１０８が共通化されており、グランド側配線パターン１０８は、効率良く放熱できるが、電源側配線パターン１０９は、相対的に熱が発生しやすい。

そこで、下層側の金属層１０３において、電源側配線パターン１０９と金属層１０３の厚さ方向に重なる領域で、かつスルーホール１１０に接続される部分にグランドのパターン１０３ｂを配線する。

ＬＥＤ１０１で発生した熱は、電源側配線パターン１０９を通ってその直下の金属層１０３へ伝わり、スルーホール１１０を介して裏面のドライバＩＣ１０６の電源側配線パターン１０９へと伝わる。

このとき、内層にグランドパターン１０３ｂが配置されているため、電源側配線パターン１０９の熱をグランド側に送ることができる。内層のグランドパターン１０３ｂの表面積が大きいほど金属層１０３との接触面積が大きくなり、放熱効果が高くなるため、ドライバＩＣ１０６へ熱が伝わりにくくなる。

また、ＬＥＤ１０１のアノード信号がドライバＩＣ１０６に接続される場合には、ドライバＩＣ１０６の直近では、流す電流に必要な最小限のパターン幅に制限し、熱がドライバＩＣ１０６に伝わるのを抑える。これにより、ドライバＩＣ１０６のドライバ側ピン１１３と電源側ピン１１４とで放熱対策が異なり、効率的にＬＥＤ１０１からの熱を放散することができ、ドライバＩＣ１０６への熱による影響を軽減することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生した熱を効率よく放散することができるので、優れた放熱効果を得ることができる。また、本実施形態では、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生した熱をドライバＩＣ１０６に伝わりにくくすることができるので、ドライバＩＣ１０６の安定して動作させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の発光装置の第２の実施形態であるストロボ装置について説明する。図９は、ＬＥＤ基板の金属層１０３を上面側から見た図である。なお、本実施形態では、上記第１の実施形態（図４）に対して相違する部分についてのみ説明する。

上述した第１の実施形態では、絶縁領域１０４ａをドライバＩＣ１０６の面積よりも大きな領域としている。

これに対し、本実施形態では、図９に示すように、金属層１０３に対して複数の半田ボール１０７に応じて半田ボール１０７の面積より大きい断面積の複数の貫通穴１０３ａを形成している。

そして、複数の貫通穴１０３ａに、それぞれエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁材料を充填して、複数の絶縁領域１０４ａを形成している。これにより、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生した熱がドライバＩＣ１０６の複数の半田ボール１０７に伝わりにくくすることができる。その他の構成、及び作用効果は、上述した第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の発光装置の第３の実施形態であるストロボ装置について説明する。図１０は、ＬＥＤ基板の金属層１０３を上面側から見た図である。なお、本実施形態では、上記第１の実施形態（図４）及び上記第２の実施形態（図９）に対して相違する部分についてのみ説明する。

上記第２の実施形態では、複数のすべての半田ボール１０７に対して絶縁領域１０４ａを形成している。これに対し、本実施形態では、ドライバＩＣ１０６として複数の半田ボール１０７のピッチが狭いＢＧＡを用いているため、複数のすべての半田ボール１０７に対して絶縁領域１０４ａを形成するのが難しい。

そこで、本実施形態では、複数の半田ボール１０７のうち、４隅の半田ボール１０７に対してのみ絶縁領域１０４ａを形成している。

これにより、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生した熱がドライバＩＣ１０６の複数の半田ボール１０７に伝わりにくくすることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１及び第２の実施形態と同様である。

（第４の実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明の発光装置の第４の実施形態であるストロボ装置について説明する。図１１は、ＬＥＤ基板の金属層１０３とドライバＩＣ１０６との関係を示す図である。なお、本実施形態では、上記第１の実施形態（図４）に対して相違する部分についてのみ説明する。

本実施形態のＬＥＤ基板は、基板裏面に実装されるドライバＩＣ１０６がＱＦＰとされており、矩形状のドライバＩＣ１０６の４辺には、それぞれ複数の端子部１１５が設けられており、半田接合部は、４辺の複数の端子部１１５の長方形状の領域になる。

本実施形態では、ドライバＩＣ１０６の四辺の半田接合部の長方形状に合わせて金属層１０３に貫通穴１０３ａを形成し、貫通穴１０３ａに、それぞれエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁材料を充填して、絶縁領域１０４ａを形成している。

これにより、ＬＥＤ１０１，１０１ａで発生した熱がドライバＩＣ１０６の半田接合部に伝わりにくくすることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１ カメラ本体
６ ＬＥＤ基板
８ シャーシ
１０１，１０１ａ ＬＥＤ
１０３ 金属層
１０３ａ 貫通穴
１０４ａ 絶縁領域
１０６ ドライバＩＣ
１０７ 半田ボール
１１０ スルーホール

Claims (7)

1. 一方の面及び他方の面に実装面がそれぞれ形成され、内層に金属層が形成される多層構造の配線基板と、
   前記配線基板の一方の面に実装される複数の発光素子と、
   前記配線基板の他方の面に実装され、前記複数の発光素子の発光を制御する電子部品と、を備え、
   前記基板の前記電子部品が実装される領域に対応する内層領域には前記金属層を形成しないことを特徴とする発光装置。
2. 前記内層領域には、絶縁材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記内層領域は、前記電子部品の半田接合部が形成される領域よりも大きい面積に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記複数の発光素子のうち、前記電子部品が実装される領域の裏面に実装される発光素子に接続される配線パターンの表面積を、他の発光素子に接続される配線パターンの表面積より大きくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記複数の発光素子のうち、前記電子部品が実装される領域の裏面に実装される発光素子に接続される配線パターンに形成されるスルーホールの数を、他の発光素子に接続される配線パターンに形成されるスルーホールの数より多くすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記スルーホールは、前記発光素子に接続される配線パターンと前記電子部品に接続される配線パターンとを電気的に接続することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 発光装置を備える電子機器であって、
   前記発光装置として、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置を備えることを特徴とする電子機器。

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