JP2015095588A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤパッケージから発生する熱の放熱性を高めるようにしたＬＥＤパッケージを提供する。【解決手段】基板と、基板上に実装されたＬＥＤチップと、基板上に設けられてＬＥＤチップを覆うケース部材と、ケース部材内に封入された液体状部材とを備え、基板上の液体状部材に接する部分に、複数の山構造を設けている。これにより、ＬＥＤパッケージ内部の液体状部材の乱流が引き起こされ、高い冷却効果を奏することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関し、特に内部に液体を封止したＬＥＤパッケージに関する。

発光ダイオードは、基板上に搭載された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを樹脂で封止してパッケージ化されていることが一般的である。
また、特許文献１には、ケース内を封止する部材として、樹脂に代えて液状の冷媒を用いた技術が開示されている。図２は、特許文献１のＬＥＤパッケージの構造を示した図であり、全体の構造としては、プリント基板１０にＬＥＤチップ２０を実装し、ＬＥＤチップ２０の周囲をケース部材３０で封止した構造とされている。

ＬＥＤチップ２０は、半導体基板２１とその一面側に形成された発光素子層２２から形成されており、半導体基板２１は例えばサファイア基板、窒化ガリウム基板等から形成されており、発光素子層２２はｎ型、ｐ型の半導体層を複数積層して構成されている。また、発光素子層２２の半導体基板２１の反対側の面には電極２３とチップ側バンプ２４が形成されている。

ＬＥＤチップ２０は、プリント基板１０上にフリップチップ実装されており、チップ側バンプ２４を介して、電極２３とプリント基板１０における表面側ランド１２とが電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２０はチップ側バンプ２４の高さの分だけプリント基板１０から浮いて実装されている。

ケース部材３０は、ダム部３１と窓板部３２とから構成されており、ダム部３１はＬＥＤチップの外周を覆うように、ＬＥＤチップ２０よりも高さが高くなるように形成されており、例えばダム印刷によって形成されている。ダム部３１は例えばシリコーン（登録商標）を用いて形成されている。
ダム部３１の上側を覆う窓板部３２は、ＬＥＤチップ２０からの発光を透過可能なものであることが好ましく、さらに放熱特性を備えるために熱伝導性を有するものが好ましいため、蛍光体膜、ガラス、インジウム、スズ酸化物膜を順番に積層した板状体を使用することが好ましい。

ケース部材３０の内部は液状の冷媒Ｒで充填されている。冷媒Ｒとしては、住友スリーエム（株）製「フロリナート（登録商標）」、ソレベイソレクシス（株）製「ガルデン（登録商標）」等の不燃性のフッ素系不活性液が使用できる。
また、冷媒Ｒ内部には蛍光体Ｐの粒子が分散されている。蛍光体Ｐの材料としては、ＹＡＧ系の蛍光体が用いられている。

特許５０７３９７２号公報（第３−５頁、図１）

近年、発光ダイオードのパワーが向上したことにより単位面積あたりの発熱量が増加している。ここで、従来技術の樹脂で封止されたＬＥＤパッケージは、樹脂の熱伝導性の関係で、発生した熱が放熱されずに蓄積してしまい、チップと基板との接続部分にクラック
等が発生してしまうおそれがある。

特許文献１に開示されている技術は、ケース部材の内部に樹脂に代えて冷媒が封入されているため、ＬＥＤパッケージで発生した熱の外部への放熱性は樹脂の場合と比較して向上しているものの、内部に封入された冷媒の移動性が低いため、所望の放熱が行われないおそれがあった。

本発明の目的は、ＬＥＤパッケージから発生する熱の放熱性を高めるようにしたＬＥＤパッケージを提供することである。

本発明に係るＬＥＤパッケージは、基板と、基板上に実装されたＬＥＤチップと、基板上に設けられてＬＥＤチップを覆うケース部材と、ケース部材内に封入された液体状部材とを備え、基板上の液体状部材に接する部分に、山構造を設けたことを特徴とする。
本発明に係るＬＥＤパッケージは、山構造が基板から離れる方向に、幅が単調減少する形状であることが好ましい。

本発明に係るＬＥＤパッケージは、複数の山構造によってフレネルレンズを形成することが好ましい。

本発明によれば、ＬＥＤパッケージから発生する熱の放熱性を高めるようにしたＬＥＤパッケージを提供することができる。

本発明の実施形態のＬＥＤパッケージの構造を示した図である。 従来技術のＬＥＤパッケージの構造を示した図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態のＬＥＤパッケージの構造を示した図である。本実施形態のＬＥＤパッケージは、実装面６０の上にプリント基板１０が設けられており、プリント基板１０の上にＬＥＤチップ２０がフリップチップ実装されている。ＬＥＤチップ２０は、従来と同様に、半導体基板上に形成された発光素子層から形成されており、半導体基板はサファイア基板、窒化ガリウム基板から形成されており、発光素子層はｎ型、ｐ型の半導体層を複数積層して構成されている。また、図１においては、ＬＥＤチップ２０を基板１０上にフリップチップ実装しているが、フリップチップ実装に代えてワイヤー実装としてもよい。

また、プリント基板１０上にはＬＥＤチップ２０を覆うようにケース部材３０が設けられている。ケース部材３０はガラス等から形成されているが、従来技術と同様に、蛍光体膜、ガラス、インジウム、スズ酸化物膜を順番に積層した板状体を使用することも可能であるし、側面部と上面部とを別部材で形成し、側面部のみシリコン等で形成することも可能である。

ケース部材３０内部には、液状の冷媒Ｒが封入されている。冷媒Ｒとしては、光で劣化しない透光性の物質が好ましく、フッ素系不活性液や、純水が用いられる。また、冷媒Ｒとともに、蛍光体を合わせて封入することもできる。

また、プリント基板１０上の冷媒Ｒと接触する箇所には、複数の山構造５２が形成されている。山構造５２は、図１に示されているように、先端部が尖った断面三角形状の山構造が連続した構造とされている。

山構造５２としては、種々の形状を用いることが可能であるが、断面三角形状以外の形状としては、断面台形形状の山構造が連続していたり、断面半円形形状の山構造が連続していたりといったような形状が挙げられる。山構造とは、基板から離れる方向において山の幅が連続的に減少し、かつ上方から山の底部に山の頂部を投影した時に、山の頂部が山の底部の内側に投影され、山の頂部よりも山の底部の方が面積の広い形状と定義する。なお、山の頂部とは、基板上に形成されたそれぞれの山において最も高い位置にある面、辺、点のいずれかである。また、山の底部とは山の幅が連続的な減少を開始する面である。すなわち、直方体や円錐のような山の頂部と山の底部が同一である凸構造や、水平面に対し１つの面が鋭角を形成するような凸構造は本実施形態における山構造とは異なる。

このような形状にすることにより、基板上の表面積が増えて冷媒Ｒとの熱交換量が増えると共に、冷媒Ｒの乱流が発生するためＬＥＤパッケージの放熱性が向上する。また、基板上に直方体の凸構造や、水平面に対し鋭角となるような面を有する凸構造と比較して、山構造と山構造の間や山構造の近傍で冷媒Ｒが停滞することがなくスムーズに乱流が引き起こされるようになり、ＬＥＤパッケージの放熱性が向上する。なお、山構造５２は、基板から離れる方向に向かうに従って幅が単調減少することが好ましい。こうすることで、山構造を複雑な形にすることに対し、冷媒Ｒと山構造５２の間の摩擦を低く抑えることができるためである。

ここで、プリント基板１０にＬＥＤチップ２０を実装する前に複数の山構造５２を基板全面に形成すると、表面の凹凸によってＬＥＤチップ２０の実装時の固定性が悪くなるおそれがあるため、プリント基板１０上にＬＥＤチップ２０を実装した後に、ＬＥＤチップ２０の実装部以外の箇所に山構造５２を形成するか、予め定めておいたＬＥＤチップ実装面以外に山形構造５２を形成するのが好ましい。つまり、本実施例では、プリント基板１０のＬＥＤチップ実装面には山構造５２が形成されず、他の表面にのみ山構造５２が形成される。このときこの山構造５２は、必ずしもプリント基板１０表面の全面に形成される必要はなく、冷媒Ｒの乱流を起こし得る箇所（例えばＬＥＤチップ２０とケース部材３０の中間位置）に必要な数だけ形成すれば良い。

なお、本実施形態においては、山構造５２は複数として説明してきたが、山構造５２は一つでも良い。また、山構造５２は幅、高さに制限のあるものではなく、山構造５２を環状にしたり、基板上に細長い山構造５２を複数平行に配置して基板上を波状構造としても良い。

この山構造５２は、表面研磨処理することによって形成することができる。表面研磨処理については、従来から行われている一般的な表面研磨処理を用いることが可能である。

また、変形例としては、プリント基板１０上に形成された山構造５２において、表面研磨処理と基板表面への反射率の高い部材による鏡面反射面を形成し、ＬＥＤチップ２０を同心円の中心とする複数の山構造５２であって、ＬＥＤチップからの距離が離れるに従って高さの高くするとともに、各山構造５２の光の当たる角度を制御することによって配光制御を行うフレネルレンズ形状とすることもできる。このような形状にすることによって高い放熱性を維持しながらＬＥＤパッケージの高さを抑えつつ基板方向へ飛んだ光をケース上面方向へ効果的に反射して制御を行うことができるため、ＬＥＤパッケージから取り出せる光の量が向上する。

本実施形態及び変形例においては、プリント基板１０上には１つのＬＥＤチップ２０が実装されるものであったが、２つ以上のＬＥＤチップ２０をケース部材３０内に封入するような構成とすることもできる。

１０ プリント基板
１１ 絶縁層
１２ 表面側ランド
１３ ビアホール
１４ バンプ
２０ ＬＥＤチップ
２１ 半導体基板
２２ 発光素子層
３０ ケース部材
３１ ダム部
３２ 窓板部
５２ 山構造
６０ 実装面
Ｒ 冷媒

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板上に実装されたＬＥＤチップと、
   前記基板上に設けられ、前記ＬＥＤチップを覆うケース部材と、
   前記ケース部材内に封入された液体状部材と、を備えたＬＥＤパッケージであって、
   前記基板上の前記液体状部材に接する部分に、基板表面から離れる頂部の方向に向けて大きさが連続的に減少する山構造を設けたことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記山構造は、山構造が基板から離れる方向に、幅が単調減少する形状であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記山構造は、複数であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記山構造によってフレネルレンズを形成することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤパッケージ。

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