JP2015176703A - 発光モジュール用基板、発光モジュール、および照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、熱伝導率の高い材料を用いた基体とすれば、発光ダイオードの温度上昇を抑制することができるので、光量を増加させることが可能となる。そのため、セラミックスを用いた基体が提案されている。
セラミックスを用いた基体の表面には、スクリーン印刷法などを用いて配線パターンが形成される。
ところが、スクリーン印刷法などを用いて配線パターンを形成すると、配線パターンと基体との界面にまで達するピンホールが配線パターンに形成される場合がある。
配線パターンと基体との界面にまで達するピンホールが配線パターンに形成されると、配線パターンと基体との固着強度の低下、ひいては信頼性が低下するおそれがある。
また、半田濡れ性の向上や、マイグレーションの抑制のために、無電解めっき法を用いて配線パターンを覆う金属層を形成すると、ピンホールの内部に酸性の薬液が浸入する場合がある。ピンホールの内部に酸性の薬液が浸入すると、ピンホールが大きくなり、配線パターンと基体との固着強度のさらなる低下、ひいては信頼性がさらに低下するおそれがある。
そのため、信頼性の向上を図ることができる発光モジュール用基板、発光モジュール、および照明装置の開発が望まれていた。
この発光モジュール用基板とすれば、配線パターンと基体との固着強度を高めることができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
この様にすれば、配線パターンと基体との固着強度を高めることができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
この様にすれば、半田の濡れ性の向上や、マイグレーションの抑制を図ることができる。
この発光モジュールとすれば、配線パターンと基体との固着強度を高めることができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
この照明装置とすれば、配線パターンと基体との固着強度を高めることができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
車両用の照明装置は、例えば、環境温度が85℃、湿度が85%という高温高湿の環境でも使用できる様にする必要がある。
また、車両用の照明装置は、高温環境(例えば、85℃)における点灯と、低温環境(例えば、−30℃)における点灯とが繰り返される熱サイクル試験に合格する必要もある。
そのため、後述するマイグレーションや、配線パターン24の剥がれが生じやすくなる。
また、車両用の照明装置に用いられる発光モジュール用基板2は、小型化の要求から、基体21の小型化、ひいては、配線パターン24の幅寸法が短くなる傾向にある。そのため、配線パターン24と基体21との固着強度が小さくなりやすい。
以下においては、本実施の形態に係る照明装置1が、車両用の照明装置である場合について例示する。
ただし、本実施の形態に係る発光モジュール用基板および発光モジュールは、車両用とするのが好適ではあるが、例えば、室内用などの他の照明装置にも適用が可能である。
図1および図2は、本実施の形態に係る照明装置1を例示するための模式斜視図である。 なお、図1は照明装置1の模式斜視図、図2は照明装置1の模式斜視分解図である。
図3は、発光モジュール20の模式平面図である。
図1および図2に示すように、照明装置1には、本体部10、発光モジュール20、給電部30、およびソケット40が設けられている。
フィン13は、フランジ部12の面から突出して複数設けられている。複数のフィン13は、板状を呈し、放熱フィンとして機能する。
そのため、熱を外部に放出することを考慮して、本体部10を熱伝導率の高い材料から形成することができる。例えば、本体部10は、アルミニウム、アルミニウム合金、高熱伝導性樹脂などから形成することができる。高熱伝導性樹脂は、例えば、PETやナイロン等の樹脂に、熱伝導率の高い炭素や酸化アルミニウム等の繊維や粒子を混合させたものである。
この場合、フィン13などの熱を外部に放出する部分を熱伝導率の高い材料から形成し、その他の部分を樹脂などから形成することもできる。
また、発光モジュール用基板2には、基体21および配線パターン24が設けられている。
基体21は、板状を呈し、表面に配線パターン24が設けられている。
基体21は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックスから形成されている。
また、基体21は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
配線パターン24は、基体21の両方の面に設けることもできるが、製造コストを低減させるためには、基体21の一方の面に設けるようにすることが好ましい。
配線パターン24には、入力端子24aが設けられている。
入力端子24aは、複数設けられている。入力端子24aには、給電部30の給電端子31が電気的に接続されている。そのため、発光素子22は、配線パターン24を介して、給電部30と電気的に接続されている。
配線パターン24は、銀を主成分とする材料から形成されている。配線パターン24は、例えば、銀や銀合金から形成されている。
配線パターン24は、例えば、スクリーン印刷法を用いて形成することができる。
なお、配線パターン24の形態に関する詳細は後述する。
発光素子22は、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)に図示しない電極を有したものとすることができる。なお、図示しない電極は、配線パターン24に設けられる側の面(下面)と、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)とに設けられていてもよいし、どちらかの面のみに設けられていてもよい。
発光素子22の光の出射面である上面は、照明装置1の正面側に向けられており、主に、照明装置1の正面側に向けて光を出射する。
発光素子22の数、大きさ、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の大きさや用途などに応じて適宜変更することができる。
制御素子23は、発光素子22に流れる電流を制御する。
発光素子22の順方向電圧特性には、ばらつきがあるので、アノード端子と、グランド端子と、の間の印加電圧を一定にすると、発光素子22の明るさ(光束、輝度、光度、照度)にばらつきが生じる。そのため、発光素子22の明るさが所定の範囲内に収まるように、制御素子23により、発光素子22に流れる電流の値が所定の範囲内となるようにしている。
制御素子23は、例えば、抵抗器とすることができる。制御素子23は、例えば、表面実装型の抵抗器、リード線を有する抵抗器(酸化金属皮膜抵抗器)、スクリーン印刷法などを用いて形成された膜状の抵抗器などとすることができる。
なお、図3に例示をした制御素子23は、膜状の抵抗器である。
例えば、制御素子23が膜状の抵抗器の場合には、制御素子23の一部を除去して図示しない除去部をそれぞれ形成することで、それぞれの抵抗値を変化させることができる。この場合、制御素子23の一部を除去すれば、それぞれの抵抗値は増加することになる。 制御素子23の一部の除去は、例えば、制御素子23にレーザ光を照射することで行うことができる。
制御素子23の数、大きさ、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく、発光素子22の数や仕様などに応じて適宜変更することができる。
配線25は、例えば、金を主成分とする線とすることができる。ただし、配線25の材料は、金を主成分とするものに限定されるわけではなく、例えば、銅を主成分とするものや、アルミニウムを主成分とするものなどであってもよい。
包囲壁部材26は、例えば、PBT(polybutylene terephthalate)やPC(polycarbonate)などの樹脂や、セラミックスなどから形成することができる。
なお、酸化チタンの粒子に限定されるわけではなく、発光素子22から出射した光に対する反射率が高い材料からなる粒子を混合させるようにすればよい。
また、包囲壁部材26は、例えば、白色の樹脂から形成することもできる。
また、発光素子22から照明装置1の正面側に向けて出射された光の一部であって封止部27の上面(封止部27と外気との界面)で全反射した光は、包囲壁部材26の中央部26a側の側壁面26bで反射して、再び照明装置1の正面側に向けて出射される。
封止部27は、透光性を有する材料から形成されている。封止部27は、例えば、シリコーン樹脂などから形成することができる。
封止部27は、例えば、包囲壁部材26の中央部26aに樹脂を充填することで形成することができる。樹脂の充填は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。
例えば、発光素子22が青色発光ダイオード、蛍光体がYAG系蛍光体である場合には、発光素子22から出射した青色の光によりYAG系蛍光体が励起され、YAG系蛍光体から黄色の蛍光が放射される。そして、青色の光と黄色の光が混ざり合うことで、白色の光が照明装置1から出射される。なお、蛍光体の種類や発光素子22の種類は例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の用途などに応じて所望の発光色が得られるように適宜変更することができる。
接合部28は、膜状を呈し、包囲壁部材26と、基体21と、の間に設けられている。 接合部28は、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤を硬化させることで形成されたものとすることができる。
制御素子29は、逆方向電圧が発光素子22に印加されないようにするため、および、逆方向からのパルスノイズが発光素子22に印加されないようにするために設けられている。
制御素子29は、例えば、ダイオードとすることができる。制御素子29は、例えば、表面実装型のダイオードや、リード線を有するダイオードなどとすることができる。
図3に例示をした制御素子29は、表面実装型のダイオードである。
制御素子52は、発光ダイオードの断線の検出や、誤点灯防止などのために設けられている。制御素子52は、プルダウン抵抗である。
制御素子52は、スクリーン印刷法などを用いて形成された膜状の抵抗器とすることができる。
制御素子52は、例えば、酸化ルテニウムを用いて形成された膜状の抵抗器とすることができる。
なお、制御素子29および発光素子22が設けられる部分、配線25が接続される部分、および給電端子31が接続される部分には被覆部51が設けられていない。
例えば、被覆部51は、制御素子29が半田付けされる領域35は覆っていない。
被覆部51は、水分やガスなどが配線パターン24、制御素子23、および制御素子52に接触するのを抑制するため、および、電気絶縁性を確保するために設けられている。 被覆部51は、ガラス材料を含むものとすることができる。
そのため、マイグレーションの抑制や、半田の濡れ性の向上のために、配線パターン124を覆う金属膜34が設けられている。
金属膜34は、半田付けされる領域35に設けられ、配線パターン24を覆っている。 金属膜34は、例えば、ニッケルからなる膜と金からなる膜とを少なくとも有する積層膜とすることができる。金属膜34は、例えば、ニッケルからなる膜と金からなる膜がこの順で積層された積層膜、ニッケルからなる膜とパラジウムからなる膜と金からなる膜がこの順で積層された積層膜などとすることができる。
金属膜34は、例えば、無電解めっき法を用いて、半田付けがされる領域35に形成されている。
複数の給電端子31は、収納部11およびフランジ部12の内側を延びている。複数の給電端子31の一方の端部は、収納部11の底面から突出し、配線パターン24の入力端子24aと電気的に接続されている。複数の給電端子31の他方の端部は、本体部10の基体21が設けられる側とは反対の側から露出している。
また、給電部30は、図示しない基板や、コンデンサや抵抗などの回路部品を備えたものとすることもできる。なお、図示しない基板や回路部品は、例えば、収納部11またはフランジ部12の内部に設けることができる。
ソケット40には、図示しない電源などが電気的に接続されている。
そのため、ソケット40を給電端子31の端部に嵌め合わせることで、図示しない電源などと、発光素子22とが電気的に接続される。
ソケット40は、例えば、接着剤などを用いて本体部10側の要素に接合することができる。
図4(a)〜(c)は、比較例に係る配線パターン124の形態を例示するための模式図である。
図4(a)は、制御素子29が実装された配線パターン124の模式正面図である。
図4(b)は、制御素子29が実装された配線パターン124の模式断面図である。
図4(c)は、図4(b)におけるA部の模式拡大図である。
配線パターン124は、銀を主成分とする材料から形成されている。配線パターン124は、スクリーン印刷法を用いて形成されている。
制御素子29は、配線パターン124の上に、半田部33を介して設けられている。すなわち、制御素子29は、配線パターン124の上に半田付けされている。
被覆部51は、配線パターン24を覆うように設けられている。この場合、被覆部51は、制御素子29が半田付けされる領域35は覆っていない。
ところが、スクリーン印刷法などを用いて配線パターン124を形成すると、図4(c)に示すように、配線パターン124と基体21との界面にまで達するピンホール124aが形成される場合がある。この様なピンホール124aが形成されると、ピンホール124aを起点とした配線パターン124の剥離が生じやすくなる。
図5(a)は、制御素子29が実装された配線パターン24の模式正面図である。
図5(b)は、制御素子29が実装された配線パターン24の模式断面図である。
図5(c)は、図5(b)におけるB部の模式拡大図である。
そして、半田付けされる領域35における配線パターン24の厚みは、半田付けされる領域35以外の領域における配線パターン24の厚みよりも厚くなっている。
図5(c)に示すように、半田付けされる領域35において、配線パターン44a(第1の層の一例に相当する)の上にさらに配線パターン44b(第2の層の一例に相当する)を形成することで、半田付けされる領域35における配線パターン24の厚みが厚くなるようにすることができる。
すなわち、配線パターン24は、配線パターン44aと、配線パターン44aの上に設けられた配線パターン44bとを有している。そして、配線パターン44bは、半田付けされる領域35に設けられている。
スクリーン印刷法を用いて、配線パターン44aの上に配線パターン44bを形成すると、配線パターン44bを貫通するピンホール44cbが形成される場合がある。
そのため、配線パターン44bの表面から、配線パターン44aと基体21との界面にまで達するピンホールが形成されるのを抑制することができる。
また、ピンホール44caの内部は、配線パターン44bにより埋められる。また、配線パターン44aと配線パターン44bは焼成されるので、配線パターン44aと配線パターン44bとが一体化される。
この場合、ピンホール44cbは残ることになるが、配線パターン44a(配線パターン24)と基体21との界面にまで達するピンホールとはならない。
そのため、ピンホールを起点とした配線パターン24の剥離が生じ難くなる。
また、金属膜34を形成する際に、ピンホール44cbの内部に酸性の薬液が浸入したとしても、配線パターン44a(配線パターン24)と基体21との界面にまで薬液が到達することがない。そのため、配線パターン24と基体21との固着強度の低下を抑制することができる。
なお、一例として、制御素子29が半田付けされる場合を例示したが、他の部材が半田付けされる場合も同様である。
他の部材は、例えば、発光ダイオード、抵抗器、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサなどである。
図6(a)〜(e)は、配線パターン44aと配線パターン44bの他の配設態様を例示するための模式図である。
なお、図6(c)〜(e)は、図6(a)におけるC−C線断面図、または、図6(b)におけるD−D線断面図である。
ここで、図6(b)、図6(d)及び図6(e)のように、配線パターン44bの端部が、配線パターン44aの端部よりも外側に位置するようにスクリーン印刷した場合は、配線パターン44bはペースト状であるため、スクリーン印刷後は、重力で基体21側に垂れる構成となる。その結果、最終的には、図6(a)や図6(c)のように、配線パターン44bの端部が、配線パターン44aの端部よりも内側に位置するような構成となる。
この様にすれば、配線パターン44a、44bと金属膜34との接触面積を大きくすることができる。また、金属膜34に対するアンカー効果を生じさせることができる。
そのため、金属膜34が剥がれにくくなる。
なお、以上は、半田付けされる領域35において、2層の配線パターン24(配線パターン44a、44b)を設ける場合であるが、積層数は2層に限定されるわけではない。 積層数は複数であればよく、例えば、3層以上とすることもできる。
まず、発光モジュール用基板2を形成する。
セラミックスを用いた基体21の表面に、所定の形態を有する配線パターン24を形成する。
例えば、スクリーン印刷法を用いて、基体21の表面にペースト状の材料を塗布して、所定の形態を有する配線パターン44aを形成する。
ペースト状の材料は、例えば、銀や銀合金の粉末と、有機溶剤を含むものとすることができる。
有機溶剤は、例えば、トルエン、キシレンなどとすることができる。
続いて、配線パターン44aを乾燥させる。
続いて、スクリーン印刷法を用いて、半田付けされる領域35における配線パターン44aの上にペースト状の材料を塗布して配線パターン44bを形成する。
続いて、配線パターン44bを乾燥させる。
続いて、配線パターン44aと配線パターン44bを焼成して、配線パターン24を形成する。
以上の様にして、発光モジュール用基板2を形成することができる。
例えば、スクリーン印刷法を用いて、基体21の表面にペースト状の材料を塗布する。 ペースト状の材料は、例えば、酸化ルテニウムの粉末と、有機溶剤を含むものとすることができる。
有機溶剤は、例えば、トルエン、キシレンなどとすることができる。
続いて、塗布されたペースト状の材料を乾燥し、これを焼成することで、所定の形態を有する制御素子23および制御素子52を形成する。
なお、制御素子23および制御素子52の形成は、発光モジュール用基板2を形成する際に行うこともできる。
続いて、レーザトリミング法などを用いて、制御素子23の抵抗値を調整する。
まず、ガラスペーストを作成する。
ガラスペーストは、例えば、ガラス粉末、フィラー、および有機溶剤を含むものとすることができる。
ガラス粉末は、例えば、珪素、バリウム、カルシウム、およびビスマスなどを含むものとすることができる。
フィラーは、例えば、酸化アルミニウムを含むものとすることができる。
有機溶剤は、例えば、トルエン、キシレンなどとすることができる。
続いて、ガラスペーストを焼成して被覆部51を形成する。
次に、発光素子22、制御素子29などを実装し、包囲壁部材26を接着する。
発光素子22は、例えば、ダイマウント法を用いて配線パターン24の上に接合する。また、ワイヤーボンディング法を用いて、発光素子22の電極と配線パターン24との間を配線25により接続する。
制御素子29は、配線パターン24の上に半田付けする。
続いて、包囲壁部材26の中央部26aに樹脂を充填して、封止部27を形成する。
樹脂の充填は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。
樹脂には、所望の蛍光体を含めることもできる。
以上の様にして、発光モジュール20を製造することができる。
次に、発光モジュール20を本体部10に取り付け、発光モジュール20に設けられた配線パターン24と給電端子31とを電気的に接続する。
以上の様にして、照明装置1を製造することができる。
Claims (5)
- セラミックスを用いた基体と;
前記基体の表面に設けられ、半田付けされる領域における厚みが、前記半田付けされる領域以外の領域における厚みよりも厚い配線パターンと;
を具備した発光モジュール用基板。 - 前記配線パターンは、第1の層と、前記第1の層の上に設けられた第2の層と、を有し、
前記第2の層は、前記半田付けされる領域に設けられている請求項1記載の発光モジュール用基板。 - 前記半田付けされる領域に設けられ、前記配線パターンを覆い、ニッケルからなる膜と金からなる膜とを有する金属膜をさらに具備した請求項1または2に記載の発光モジュール用基板。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光モジュール用基板と;
前記発光モジュール用基板に設けられた配線パターンと電気的に接続された発光素子と;
を具備した発光モジュール。 - 請求項4に記載の発光モジュールと;
前記発光モジュールに設けられた配線パターンと電気的に接続された給電端子と;
前記給電端子と嵌め合わされるソケットと;
を具備した照明装置。
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