JP2020096102A - 電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電子モジュール内の温度分布の偏りを抑制する。【解決手段】電子モジュールの一例であるＬＥＤパッケージは、基板１と、第１ＬＥＤ素子１０と、第２ＬＥＤ素子２０と、第３ＬＥＤ素子３０と、を備える。第１ＬＥＤ素子１０から第２ＬＥＤ素子２０までの距離は、距離ａ１である。第２ＬＥＤ素子２０から第３ＬＥＤ素子３０までの距離は、距離ａ２である。第３ＬＥＤ素子３０から第１ＬＥＤ素子１０までの距離は、距離ａ３である。第１ＬＥＤ素子１０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量との和は、発熱量Ｈ１である。第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との和は、発熱量Ｈ２である。第３ＬＥＤ素子３０の発熱量と第１ＬＥＤ素子１０の発熱量との和は、発熱量Ｈ３である。距離ａ１と距離ａ２と距離ａ３との大小関係は、発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２と発熱量Ｈ３との大小関係と同じである。【選択図】図１

Description

本発明は、電子モジュールに関するものである。

特許文献１に半導体素子を備えた電子モジュールの一例として、ＬＥＤデバイスが記載されている。このＬＥＤデバイスは、複数のＬＥＤチップを備えている。特許文献１においては、輝度むらを少なくするため、複数のＬＥＤチップが線対称に配置されている。

特開２０１２−１１９４７６号公報

特許文献１のＬＥＤデバイスの設計は、ＬＥＤデバイス内に生じる温度差の低減および、温度差によって生じる熱応力の集中の抑制を考慮したものではない。例えば、電子モジュールを構成する複数の半導体素子のうち、発熱量の大きいＬＥＤチップ等の半導体素子が特定の箇所に集中して配置された場合には、電子モジュール内の温度分布に大きな偏りが生じてしまう。これにより、電子モジュール内には大きな熱応力の集中が発生する。熱応力の集中の発生は、電子モジュールの信頼性を低下させる要因になる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、発熱する半導体素子を備えた電子モジュール内の温度分布の偏りを抑制することである。

本発明に係る電子モジュールは、基板と、基板に設けられた第１の半導体素子と、基板に設けられた第２の半導体素子と、基板に設けられた第３の半導体素子と、を備える。第１の半導体素子から第２の半導体素子までの距離は、第１距離である。第２の半導体素子から第３の半導体素子までの距離は、第２距離である。第３の半導体素子から第１の半導体素子までの距離は、第３距離である。第１の半導体素子の発熱量と第２の半導体素子の発熱量との和は、第１発熱量である。第２の半導体素子の発熱量と第３の半導体素子の発熱量との和は、第２発熱量である。第３の半導体素子の発熱量と第１の半導体素子の発熱量との和は、第３発熱量である。第１の半導体素子の発熱量は、第２の半導体素子の発熱量と異なる。第１距離と第２距離と第３距離との大小関係は、第１発熱量と第２発熱量と第３発熱量との大小関係と同じである。

本発明によれば、電子モジュール内の温度分布の偏りを抑制することができる。

実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。 比較例１に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。 実施の形態１と比較例１との比較結果を示す図である。 実施の形態１の変形例に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。 比較例２に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。 実施の形態１の変形例と比較例２との比較結果を示す図である。 実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。 実施の形態３に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す断面図である。 実施の形態３に係るＬＥＤパッケージの温度分布図である。 実施の形態３の変形例に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す上面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。各図における同一の符号は、同一の部分または相当する部分を示す。また、本開示では、重複する説明については、適宜に簡略化または省略する。なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、以下の各実施の形態によって開示される構成のあらゆる変形およびあらゆる組み合わせを含み得るものである。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。ＬＥＤパッケージは、電子モジュールの一例である。図１（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの上面図である。図１（ｂ）は、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、基板１と、第１ＬＥＤ素子１０と、第２ＬＥＤ素子２０と、第３ＬＥＤ素子３０と、を備えている。

基板１は、板状の部材である。基板１には、例えば、プリント基板およびアルミニウム基板等が該当する。本開示では、原則として、板状の基板１が水平面に沿うように設置された状態を基準として、各方向を定義する。

第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、この基板１に設けられている。一例として、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、基板１の表面に実装されている。また、基板１には、例えば、図示しない電極が設けられている。この電極は、図示しないワイヤー等によって、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０に接続されている。

基板１に設けられた第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、透明の封止樹脂２に覆われている。封止樹脂２は、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０を湿気等から保護する機能を有するものである。封止樹脂２には、例えば、シリコーンまたはエポキシ樹脂等が用いられる。また、封止樹脂２の中には、蛍光体等が分散して封入されていてもよい。なお、図１（ａ）においては、図示の都合上、この封止樹脂２の図示を省略している。

本実施の形態において、第１ＬＥＤ素子１０の発熱量は、第３ＬＥＤ素子３０の発熱量と同程度である。また、第２ＬＥＤ素子２０の発熱量は、第１ＬＥＤ素子１０の発熱量および第３ＬＥＤ素子３０の発熱量よりも小さい。第１ＬＥＤ素子１０は、例えば、緑色ＬＥＤ素子である。第２ＬＥＤ素子２０は、例えば、赤色ＬＥＤ素子である。第３ＬＥＤ素子３０は、例えば、青色ＬＥＤ素子である。緑色ＬＥＤ素子の発熱量は、青色ＬＥＤ素子の発熱量と同程度である。赤色ＬＥＤ素子の発熱量は、緑色ＬＥＤ素子の発熱量および青色ＬＥＤ素子の発熱量よりも小さい。

本実施の形態において、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、図１に示すように、順に並んでいる。一例として、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、直線状に配置されている。図１に示す実施例において、第１ＬＥＤ素子１０は、基板１の表面の左側部分に設けられている。図１に示す実施例において、第２ＬＥＤ素子２０は、基板１の表面の中央部分に設けられている。図１に示す実施例において、第３ＬＥＤ素子３０は、基板１の表面の右側部分に設けられている。

ここで、第１ＬＥＤ素子１０から第２ＬＥＤ素子２０までの距離を、距離ａ１とする。また、第２ＬＥＤ素子２０から第３ＬＥＤ素子３０までの距離を、距離ａ２とする。第３ＬＥＤ素子３０から第１ＬＥＤ素子１０までの距離を、距離ａ３とする。

また、ＬＥＤパッケージの動作時における第１ＬＥＤ素子１０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量との和を、発熱量Ｈ１とする。ＬＥＤパッケージの動作時における第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との和を、発熱量Ｈ２とする。ＬＥＤパッケージの動作時における第３ＬＥＤ素子３０の発熱量と第１ＬＥＤ素子１０の発熱量との和を、発熱量Ｈ３とする。

本実施の形態において、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、距離ａ１と距離ａ２と距離ａ３との大小関係が発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２と発熱量Ｈ３との大小関係と同じになるように配置されている。発熱量Ｈ３は、発熱量Ｈ１および発熱量Ｈ２よりも大きい。距離ａ３は、距離ａ１および距離ａ２よりも長い。また、一例として、発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２とは同程度である。距離ａ１と距離ａ２とは同程度である。発熱量が大きい第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０とは、間に第２ＬＥＤ素子２０を介して離れるように設けられている。

なお、本開示において、ＬＥＤ素子間の距離とは、ＬＥＤ素子における発熱の中心間の距離を意味する。本実施の形態における距離ａ１とは、第１ＬＥＤ素子１０における発熱の中心から第２ＬＥＤ素子２０における発熱の中心までの距離を意味している。同様に、距離ａ２とは、第２ＬＥＤ素子２０における発熱の中心から第３ＬＥＤ素子３０における発熱の中心までの距離を意味している。距離ａ３は、第３ＬＥＤ素子３０における発熱の中心から第１ＬＥＤ素子１０における発熱の中心までの距離を意味している。

第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、一例として、縁部以外の全体が均一に発熱する。また、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、一例として、平面視における形状が長方形状である。上記のような場合において、距離ａ１は、平面視における第１ＬＥＤ素子１０の幾何学的中心から第２ＬＥＤ素子２０の幾何学的中心までの距離を意味する。また、距離ａ２は、平面視における第２ＬＥＤ素子２０の幾何学的中心から第３ＬＥＤ素子３０の幾何学的中心までの距離を意味する。距離ａ３は、平面視における第３ＬＥＤ素子３０の幾何学的中心から第１ＬＥＤ素子１０の幾何学的中心までの距離を意味する。

図２は、比較例１に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。図２（ａ）は、比較例１に係るＬＥＤパッケージの上面図である。図２（ｂ）は、比較例１に係るＬＥＤパッケージの断面図である。図２に示すように、比較例１に係るＬＥＤパッケージは、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージと同様、基板１と、第１ＬＥＤ素子１０と、第２ＬＥＤ素子２０と、第３ＬＥＤ素子３０と、封止樹脂２と、を備えている。図２（ａ）においては、封止樹脂２の図示を省略している。

比較例１においては、図２に示すように、第２ＬＥＤ素子２０、第１ＬＥＤ素子１０および第３ＬＥＤ素子３０が順に並んでいる。比較例１において、第２ＬＥＤ素子２０は、基板１の表面の左側部分に設けられている。比較例１において、第１ＬＥＤ素子１０は、基板１の表面の中央部分に設けられている。比較例１において、第３ＬＥＤ素子３０は、基板１の表面の右側部分に設けられている。

図２に示すように、比較例１においては、距離ａ１と距離ａ２と距離ａ３との大小関係は、発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２と発熱量Ｈ３との大小関係と一致していない。上記したように、発熱量Ｈ３は、発熱量Ｈ２よりも大きい。発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２とは同程度である。しかしながら、比較例１においては、距離ａ３は、距離ａ２よりも短い。また、比較例１においては、距離ａ１は距離ａ２よりも大幅に短い。

上記したように、図１に示す実施例においては、発熱量が大きい第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０との間に発熱量が小さい第２ＬＥＤ素子２０が設けられている。一方、比較例１においては、第２ＬＥＤ素子２０は、第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０との間には設けられていない。比較例１においては、発熱量が大きい第１ＬＥＤ素子１０の隣に発熱量が大きい第３ＬＥＤ素子３０が設けられている。

図３は、実施の形態１と比較例１との比較結果を示す図である。ＬＥＤパッケージの動作時には、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とが発熱することによって基板１が昇温する。図３（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの動作時における基板１の温度分布図である。図３（ｂ）は、比較例１に係るＬＥＤパッケージの動作時における基板１の温度分布図である。

図３は、温度測定位置Ｐ１での温度と温度測定位置Ｐ２での温度と温度測定位置Ｐ３での温度とを示している。温度測定位置Ｐ１は、第１ＬＥＤ素子１０の直下の地点である。温度測定位置Ｐ２は、第２ＬＥＤ素子２０の直下の地点である。温度測定位置Ｐ３は、第３ＬＥＤ素子３０の直下の地点である。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、本実施の形態における温度測定位置Ｐ１と温度測定位置Ｐ２との間の温度差は、比較例１における温度測定位置Ｐ１と温度測定位置Ｐ２との間の温度差よりも小さい。また、本実施の形態における温度測定位置Ｐ３と温度測定位置Ｐ２との間の温度差は、比較例１における温度測定位置Ｐ３と温度測定位置Ｐ２との間の温度差よりも小さい。本実施の形態における基板１の温度分布は、比較例１における基板１の温度分布に比べて、偏りが小さいものになっている。

比較例１においては、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とのうち、発熱量が大きい第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０とが集中して配置されてしまっている。このため、図３（ｂ）に示すように、基板１の温度分布の偏りが大きくなってしまっている。

一方、本実施の形態においては、第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０とが分散するように配置されている。発熱量が大きい第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０との間に、発熱量が小さい第２ＬＥＤ素子２０が設けられている。このため、図３（ａ）に示すように、基板１の温度分布の偏りを小さくすることができる。

上記したように、本実施の形態では、発熱量が大きい第１ＬＥＤ素子１０と第３ＬＥＤ素子３０とが、比較例１に比べて離れて配置されている。具体的には、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０が、距離ａ１と距離ａ２と距離ａ３との大小関係が発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２と発熱量Ｈ３との大小関係と同じになるように配置されている。本実施の形態によれば、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０との配置を比較例１のような従来技術とは異なる上記の配置にすることで、基板１および当該基板１を備えたＬＥＤパッケージ内の温度分布の偏りを抑制することができる。

本実施の形態によれば、基板１の温度分布の偏りが小さくなることで、ＬＥＤパッケージ内に生じる温度差が小さくなる。これにより、ＬＥＤパッケージ内に生じる熱応力の集中が抑制される。熱応力の集中が抑制されることで、例えば、ＬＥＤパッケージ内にボンディングされたワイヤーの剥離およびはんだへのクラックの発生および進展等が抑制される。本実施の形態によれば、長期使用における信頼性の高いＬＥＤパッケージが得られる。

なお、基板１の温度分布の偏りをより小さくするためには、当該基板１に設けられたＬＥＤ素子間の距離は、より長いことが望ましい。図１に示す実施例における距離ａ１は、図２に示す比較例１における距離ａ１よりも長くなっている。また、図１に示す実施例における距離ａ２は、図２に示す比較例１における距離ａ３よりも長くなっている。図１に示す実施例における距離ａ３は、図２に示す比較例１における距離ａ３よりも長くなっている。これにより、図３に示すように、基板１の温度分布の偏りがより小さくなる。

また、基板１の端部における熱応力の集中を抑制するためには、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とは、基板１の端部からできるだけ離れていることが望ましい。本実施の形態において、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とは、基板１の端部から予め設定された一定距離以上離れた位置に設けられている。

次に、実施の形態１の変形例について説明する。図４は、実施の形態１の変形例に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。図４（ａ）は、実施の形態１の変形例に係るＬＥＤパッケージの上面図である。図４（ｂ）は、実施の形態１の変形例に係るＬＥＤパッケージの断面図である。本変形例に係るＬＥＤパッケージは、図４に示すように、基板１と、第２ＬＥＤ素子２０と、第３ＬＥＤ素子３０と、封止樹脂２と、を備えている。図４（ａ）においては、封止樹脂２の図示を省略している。

本変形例に係るＬＥＤパッケージは、図１に示す実施例における第１ＬＥＤ素子１０に代えて、第４ＬＥＤ素子４０を備えている。この第４ＬＥＤ素子４０の発熱量は、第２ＬＥＤ素子２０の発熱量よりも大きい。また、第４ＬＥＤ素子４０の発熱量は、第３ＬＥＤ素子３０の発熱量よりも小さい。本変形例において、第４ＬＥＤ素子４０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、図４に示すように、順に並んでいる。

ＬＥＤパッケージの動作時における第４ＬＥＤ素子４０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量との和を、発熱量Ｈ４とする。また、本変形例においては、第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との和を、発熱量Ｈ５とする。第３ＬＥＤ素子３０の発熱量と第４ＬＥＤ素子４０の発熱量との和を、発熱量Ｈ６とする。発熱量Ｈ４は、発熱量Ｈ５および発熱量Ｈ６よりも小さい。発熱量Ｈ６は、発熱量Ｈ４および発熱量Ｈ５よりも大きい。発熱量Ｈ５は、発熱量Ｈ４よりも大きく、発熱量Ｈ６よりも小さい。

第４ＬＥＤ素子４０から第２ＬＥＤ素子２０までの距離を、距離ａ４とする。また、本変形例において、第２ＬＥＤ素子２０から第３ＬＥＤ素子３０までの距離を、距離ａ５とする。第３ＬＥＤ素子３０から第４ＬＥＤ素子４０までの距離を、距離ａ６とする。

本変形例において、距離ａ４は、距離ａ５および距離ａ６よりも短い。また、距離ａ６は、距離ａ４および距離ａ５よりも長い。距離ａ５は、距離ａ４よりも長く、距離ａ６よりも短い。すなわち、本変形例において、第４ＬＥＤ素子４０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、距離ａ４と距離ａ５と距離ａ６との大小関係が発熱量Ｈ４と発熱量Ｈ５と発熱量Ｈ６との大小関係と同じになるように配置されている。

図５は、比較例２に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。図５（ａ）は、比較例２に係るＬＥＤパッケージの上面図である。図５（ｂ）は、比較例２に係るＬＥＤパッケージの断面図である。図５に示すように、比較例２に係るＬＥＤパッケージは、基板１と、第４ＬＥＤ素子４０と、第２ＬＥＤ素子２０と、第３ＬＥＤ素子３０と、封止樹脂２と、を備えている。図５（ａ）においては、封止樹脂２の図示を省略している。

比較例２においては、図５に示すように、第２ＬＥＤ素子２０、第４ＬＥＤ素子４０および第３ＬＥＤ素子３０が順に並んでいる。比較例２においては、距離ａ５が、距離ａ４および距離ａ６よりも長くなっている。比較例２においては、距離ａ４と距離ａ５と距離ａ６との大小関係は、発熱量Ｈ４と発熱量Ｈ５と発熱量Ｈ６との大小関係と一致していない。

また、一例として、比較例２においては、距離ａ４と距離ａ６とが同程度の長さになっている。図４に示す変形例における距離ａ４は、比較例２における距離ａ４よりも短い。また、図４に示す変形例における距離ａ５は、比較例２における距離ａ６よりも長い。

図６は、実施の形態１の変形例と比較例２との比較結果を示す図である。図６（ａ）は、実施の形態１の変形例に係るＬＥＤパッケージの動作時における基板１の温度分布図である。図６（ｂ）は、比較例２に係るＬＥＤパッケージの動作時における基板１の温度分布図である。図６は、温度測定位置Ｐ４での温度と温度測定位置Ｐ２での温度と温度測定位置Ｐ３での温度とを示している。温度測定位置Ｐ４は、第４ＬＥＤ素子４０の直下の地点である。温度測定位置Ｐ２は、第２ＬＥＤ素子２０の直下の地点である。温度測定位置Ｐ３は、第３ＬＥＤ素子３０の直下の地点である。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、本変形例における温度測定位置Ｐ３と温度測定位置Ｐ２との間の温度差は、比較例２における温度測定位置Ｐ３と温度測定位置Ｐ２との間の温度差よりも小さい。本変形例における基板１の温度分布は、比較例２における基板１の温度分布に比べて、偏りが小さいものになっている。

比較例２においては、第４ＬＥＤ素子４０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とのうち、最も発熱量が大きい第３ＬＥＤ素子３０と２番目に発熱量が大きい第４ＬＥＤ素子４０とが隣り合うように配置されている。このため、図６（ｂ）に示すように、基板１の温度分布の偏りが大きくなってしまっている。

一方、本変形例においては、第３ＬＥＤ素子３０と第４ＬＥＤ素子４０とが分散するように配置されている。最も発熱量が大きい第３ＬＥＤ素子３０と２番目に発熱量が大きい第４ＬＥＤ素子４０との間に、発熱量が小さい第２ＬＥＤ素子２０が設けられている。本変形例においては、第３ＬＥＤ素子３０と第４ＬＥＤ素子４０とが、比較例２に比べて離れて配置されている。このため、図６（ａ）に示すように、基板１の温度分布の偏りが小さくなる。

上記したように、図４に示す変形例においては、第４ＬＥＤ素子４０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０が、距離ａ４と距離ａ５と距離ａ６との大小関係が発熱量Ｈ４と発熱量Ｈ５と発熱量Ｈ６との大小関係と同じになるように配置されている。本変形例であれば、図１に示す実施例と同様、基板１の温度分布の偏りが小さくなる。本変形例に係るＬＥＤパッケージ内に生じる温度差は、比較例２等の従来技術に比べて大幅に小さくなり、熱応力の集中が抑制される。

実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図７は、実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す図である。図７（ａ）は、実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの上面図である。図７（ｂ）は、実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの断面図である。実施の形態１と同一または相当する部分については、同じ符号を付し、説明を簡略化および省略する。

本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージと同様、基板１、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０、第３ＬＥＤ素子３０および封止樹脂２を備えている。図７（ａ）においては、封止樹脂２の図示を省略している。

本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、更に、放熱用金属層３を備えている。放熱用金属層３は、ＬＥＤパッケージを構成するＬＥＤ素子が発した熱を効率よく放出するためのものである。放熱用金属層３は、本開示に係る放熱部の一例である。なお、放熱部は、金属製のものに限られず、例えば、樹脂製のものであってもよい。

放熱用金属層３は、基板１と第１ＬＥＤ素子１０との間に設けられている。また、放熱用金属層３は、基板１と第２ＬＥＤ素子２０との間に設けられている。放熱用金属層３は、基板１と第３ＬＥＤ素子３０との間に設けられている。基板１と第１ＬＥＤ素子１０との間に設けられた放熱用金属層３は、第１の放熱部の一例である。基板１と第２ＬＥＤ素子２０との間に設けられた放熱用金属層３は、第２の放熱部の一例である。基板１と第３ＬＥＤ素子３０との間に設けられた放熱用金属層３は、第２の放熱部の一例である。上記の３つの放熱用金属層３の仕様は、一例として、同一である。放熱用金属層３の仕様とは、材質、形状、大きさ等を意味する。

上記のように、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、放熱用金属層３を備えている。放熱用金属層３は、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とから発せられた熱を効率よく放出する。放熱用金属層３によって、第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とから基板１へ伝達する熱の量が抑制される。これにより、基板１の温度分布の偏りが、より小さくなる。

また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、距離ａ１と距離ａ２と距離ａ３との大小関係が発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２と発熱量Ｈ３との大小関係と同じになるように配置される。第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０が上記のように配置されることで、例えば、３つの放熱用金属層３の仕様をそれぞれ異なるものにしなくても、基板１の温度分布の偏りを十分に抑制することが可能である。

なお、平面視における放熱用金属層３の中心と第１ＬＥＤ素子１０の中心とは、一致していなくてもよい。すなわち、放熱用金属層３は、平面視において第１ＬＥＤ素子１０に対して偏った位置に設けられていてもよい。同様に、放熱用金属層３は、平面視において第２ＬＥＤ素子２０に対して偏った位置に設けられていてもよい。放熱用金属層３は、平面視において第３ＬＥＤ素子３０に対して偏った位置に設けられていてもよい。放熱用金属層３は、ＬＥＤ素子間の距離に応じた任意の位置に設置可能である。

また、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、実施の形態１の変形例のように、発熱量がそれぞれ異なる３つのＬＥＤ素子を有するものであってもよい。本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、例えば、第４ＬＥＤ素子４０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とを備えていてもよい。この場合、第４ＬＥＤ素子４０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とは、距離ａ４と距離ａ５と距離ａ６との大小関係が発熱量Ｈ４と発熱量Ｈ５と発熱量Ｈ６の大小関係と同じになるように配置される。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図８は、実施の形態３に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す断面図である。図９は、実施の形態３に係るＬＥＤパッケージの温度分布図である。実施の形態１および実施の形態２と同一または相当する部分については、同じ符号を付し、説明を簡略化および省略する。

本実施の形態に係るＬＥＤパッケージの基本的な構成は、実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの構成と同様である。本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、図８に示すように、基板１、第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０、第３ＬＥＤ素子３０および封止樹脂２を備えている。第１ＬＥＤ素子１０、第２ＬＥＤ素子２０および第３ＬＥＤ素子３０は、距離ａ１と距離ａ２と距離ａ３との大小関係が発熱量Ｈ１と発熱量Ｈ２と発熱量Ｈ３との大小関係と同じになるように配置される。

本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、更に、第１放熱用金属層３ａ、第２放熱用金属層３ｂおよび第３放熱用金属層３ｃを備えている。第１放熱用金属層３ａは、基板１と第１ＬＥＤ素子１０との間に設けられている。第１放熱用金属層３ａは、第１の放熱部の一例である。第２放熱用金属層３ｂは、基板１と第２ＬＥＤ素子２０との間に設けられている。第２放熱用金属層３ｂは、第２の放熱部の一例である。第３放熱用金属層３ｃは、基板１と第３ＬＥＤ素子３０との間に設けられている。第３放熱用金属層３ｃは、第３の放熱部の一例である。

上記した第１放熱用金属層３ａの表面積と第２放熱用金属層３ｂの表面積と第３放熱用金属層３ｃの表面積との大小関係は、第１ＬＥＤ素子１０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との大小関係と同じである。図８に示す実施例において、第２放熱用金属層３ｂの表面積は、第１放熱用金属層３ａの表面積および第３放熱用金属層３ｃの表面積よりも小さい。また、図８に示す実施例において、第１放熱用金属層３ａの表面積は、第３放熱用金属層３ｃの表面積と同程度である。

より具体的には、図８に示すように、第１放熱用金属層３ａの厚みと第２放熱用金属層３ｂの厚みと第３放熱用金属層３ｃの厚みとの大小関係は、第１ＬＥＤ素子１０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との大小関係と同じになっている。図８に示す実施例において、第２放熱用金属層３ｂは、第１放熱用金属層３ａおよび第３放熱用金属層３ｃよりも薄い。また、図８に示す実施例において、第１放熱用金属層３ａの厚みは、第３放熱用金属層３ｃの厚みと同程度である。

第１放熱用金属層３ａ、第２放熱用金属層３ｂおよび第３放熱用金属層３ｃ等の放熱部が放出する熱量は、その表面積の大きさに依る。本実施の形態において、第１放熱用金属層３ａおよび第３放熱用金属層３ｃは、第２放熱用金属層３ｂに比べて、より多くの熱を放出することができる。

第２放熱用金属層３ｂに比べて多くの熱を放出可能な第１放熱用金属層３ａは、第２ＬＥＤ素子２０に比べて発熱量の多い第１ＬＥＤ素子１０に設けられている。これにより、図９に示すように、温度測定位置Ｐ１での温度と温度測定位置Ｐ２での温度との差が抑えられる。また、第２放熱用金属層３ｂに比べて多くの熱を放出可能な第３放熱用金属層３ｃは、第２ＬＥＤ素子２０に比べて発熱量の多い第３ＬＥＤ素子３０に設けられている。これにより、図９に示すように、温度測定位置Ｐ２での温度と温度測定位置Ｐ３での温度との差が抑えられる。

以上に示したように、第１放熱用金属層３ａの表面積と第２放熱用金属層３ｂの表面積と第３放熱用金属層３ｃの表面積との大小関係が第１ＬＥＤ素子１０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との大小関係と同じになることで、基板１の温度分布の偏りが、より小さくなる。本実施の形態によれば、ＬＥＤパッケージ内に生じる温度差を、実施の形態１および実施の形態２に比べて、より小さくすることができる。

また、図１０は、実施の形態３の変形例に係るＬＥＤパッケージの構造を模式的に示す上面図である。本実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、実施の形態１の変形例のように、発熱量がそれぞれ異なる３つのＬＥＤ素子を有するものであってもよい。図１０に示すように、本変形例に係るＬＥＤパッケージは、第４ＬＥＤ素子４０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とを備えている。

本変形例において、第１放熱用金属層３ａは、基板１と第４ＬＥＤ素子４０との間に設けられる。そして、第１放熱用金属層３ａの表面積と第２放熱用金属層３ｂの表面積と第３放熱用金属層３ｃの表面積との大小関係は、第４ＬＥＤ素子４０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との大小関係と同じになっている。基板１と第４ＬＥＤ素子４０との間に設けられた第１放熱用金属層３ａの表面積は、第２放熱用金属層３ｂの表面積より大きく、第３放熱用金属層３ｃの表面積より小さい。

より具体的には、図１０に示すように、本変形例においては、平面視における第１放熱用金属層３ａの面積と第２放熱用金属層３ｂの面積と第３放熱用金属層３ｃの面積との大小関係は、第４ＬＥＤ素子４０の発熱量と第２ＬＥＤ素子２０の発熱量と第３ＬＥＤ素子３０の発熱量との大小関係と同じになっている。図１０に示す変形例において、平面視における第１放熱用金属層３ａの面積は、第２放熱用金属層３ｂの面積よりも大きく、第３放熱用金属層３ｃの面積よりも小さい。図１０に示す変形例においても、図８に示す実施例と同様に、ＬＥＤパッケージ内に生じる温度差を、実施の形態１および実施の形態２に比べて、より小さくすることができる。

また、図１０に示す変形例においては、例えば、第１放熱用金属層３ａの厚みと第２放熱用金属層３ｂの厚みと第３放熱用金属層３ｃの厚みとを同じに揃えることができる。すなわち、第１放熱用金属層３ａの厚みおよび第３放熱用金属層３ｃの厚みを第２放熱用金属層３ｂの厚みより大きくする必要がない。図１０に示す変形例は、ＬＥＤパッケージの厚み方向の寸法に制限がある場合において有効である。

一方、図８に示す実施例においては、平面視における第１放熱用金属層３ａの面積および第３放熱用金属層３ｃの面積を第２放熱用金属層３ｂの面積より大きくする必要がない。図８に示す変形例は、基板１の前後左右方向の寸法に制限がある場合において有効である。なお、図８に示す実施例と図１０に示す変形例とは、組み合わせることが可能である。第１放熱用金属層３ａの寸法と第２放熱用金属層３ｂの寸法と第３放熱用金属層３ｃの寸法とは、ＬＥＤパッケージの設計条件に応じて任意に設定され得る。

また、図１０に示すように、平面視における第１放熱用金属層３ａの中心と第４ＬＥＤ素子４０の中心とは、一致していなくてもよい。すなわち、第１放熱用金属層３ａは、平面視において第４ＬＥＤ素子４０に対して偏った位置に設けられていてもよい。同様に、図８に示す実施例における第１放熱用金属層３ａは、平面視において第１ＬＥＤ素子１０に対して偏った位置に設けられていてもよい。また、第２放熱用金属層３ｂは、平面視において第２ＬＥＤ素子２０に対して偏った位置に設けられていてもよい。第３放熱用金属層３ｃは、平面視において第３ＬＥＤ素子３０に対して偏った位置に設けられていてもよい。第１放熱用金属層３ａ、第２放熱用金属層３ｂおよび第３放熱用金属層３ｃは、ＬＥＤ素子間の距離に応じた任意の位置に設置される。

以上の各実施の形態においては、本開示に係るＬＥＤパッケージのいくつかの実施例を示した。本開示に係るＬＥＤパッケージは、以上に示した各実施の形態およびその変形例に限られるものではない。本開示に係るＬＥＤパッケージは、例えば、白色ＬＥＤ素子を備えていてもよい。本開示に係るＬＥＤパッケージは、例えば、第２ＬＥＤ素子２０のような発熱量の小さいＬＥＤ素子を２つ以上備えていてもよい。また、本開示に係るＬＥＤパッケージには、ＬＥＤ素子を４つ以上備えるものも含まれる。本開示に係るＬＥＤパッケージには、３つ以上のＬＥＤ素子を備えている各種のものが含まれ得る。

また、本開示に係るＬＥＤパッケージを構成する各ＬＥＤ素子の大きさは、一定でなくてもよい。各ＬＥＤ素子の形状は、長方形等の対称な形状に限られない。また、本開示に係るＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ素子と同様に放熱用金属層３等の放熱部を４つ以上備えていてもよい。放熱部の形状は、長方形等の対称な形状に限られない。

本開示に係るＬＥＤパッケージを構成する 各ＬＥＤ素子は、直線状に並んでいなくてもよい。本開示に係るＬＥＤパッケージを構成する各ＬＥＤ素子は、ジグザグに配置されていてもよい。例えば、実施の形態１における第１ＬＥＤ素子１０と第２ＬＥＤ素子２０と第３ＬＥＤ素子３０とは、平面視において三角形の頂点に位置するように配置されていてもよい。

また、本開示に係る電子モジュールは、ＬＥＤパッケージに限られない。上記の各実施の形態に係るＬＥＤパッケージは、あくまで、本開示に係る電子モジュールの一例である。第１ＬＥＤ素子１０および第４ＬＥＤ素子４０は、第１の半導体素子の一例である。第２ＬＥＤ素子２０は、第２の半導体素子の一例である。第３ＬＥＤ素子３０は、第３の半導体素子の一例である。本開示に係る第１の半導体素子の発熱量は、第２の半導体素子の発熱量と異なる。電子モジュールが備える各半導体素子には、例えば、抵抗、トランジスタ、コンデンサ、各種のダイオード等が該当する。

上記した各実施の形態における距離ａ１および距離ａ４は、第１距離の一例である。第１距離とは、第１の半導体素子から第２の半導体素子までの距離である。距離ａ２および距離ａ５は、第２距離の一例である。第２距離とは、第２の半導体素子から第３の半導体素子までの距離である。距離ａ３および距離ａ６は、第３距離の一例である。第３距離とは、第３の半導体素子から第１の半導体素子までの距離である。

本開示において、半導体素子間の距離とは、半導体素子における発熱の中心間の距離を意味する。第１距離は、第１の半導体素子における発熱の中心から第２の半導体素子における発熱の中心までの距離を意味している。第２距離は、第２の半導体素子における発熱の中心から第３の半導体素子における発熱の中心までの距離を意味している。第３距離は、第３の半導体素子における発熱の中心から第１の半導体素子における発熱の中心までの距離を意味している。

各半導体素子がＬＥＤ素子のように均一に発熱する素子である場合には、半導体素子間の距離とは、各半導体素子の幾何学的中心間の距離を意味する。また、本開示に係る電子モジュールが備える半導体素子は、上記したように、ＬＥＤ素子のように均一に発熱する素子に限られない。例えば、本開示に係る電子モジュールが備える半導体素子には、端部を中心に発熱するものも含まれる。また、本開示に係る電子モジュールが備える半導体素子には、非対称の形状のものも含まれる。

また、上記の各実施の形態における発熱量Ｈ１および発熱量Ｈ４は、第１発熱量の一例である。第１発熱量とは、第１の半導体素子の発熱量と第２の半導体素子の発熱量との和である。発熱量Ｈ２および発熱量Ｈ５は、第２発熱量の一例である。第２発熱量とは、第２の半導体素子の発熱量と第３の半導体素子の発熱量との和である。発熱量Ｈ３および発熱量Ｈ６は、第３発熱量の一例である。第３発熱量とは、第３の半導体素子の発熱量と第１の半導体素子の発熱量との和である。

本開示に係る電子モジュールが備える第１の半導体素子と第２の半導体素子と第３の半導体素子とは、上記の第１距離と第２距離と第３距離との大小関係が第１発熱量と第２発熱量と第３発熱量との大小関係と同じになるように配置されている。このような構成により、本開示に係る電子モジュール内の温度分布は、上記の各実施の形態に係るＬＥＤパッケージと同様に、偏りが小さいものとなる。動作時に発熱する各種の半導体素子を備える電子モジュールにおいても、上記の実施の形態に係るＬＥＤパッケージと同様の構成により、電子モジュール内の温度分布の偏りを抑制するという効果が得られる。

なお、本開示に係る電子モジュールには、本開示に係るＬＥＤパッケージと同様、４つ以上の半導体素子を備えるものが含まれる。

また、動作時に発光するという特性をもつＬＥＤ素子の発熱量は、各種の半導体素子の発熱量の中でも特に大きい。発熱量が大きいＬＥＤ素子によって構成されるＬＥＤパッケージは、各種の電子モジュールの中でも、特に温度分布の偏りが生じやすい。本開示によって得られる電子モジュールにおける温度分布の偏りの抑制という効果は、当該電子モジュールがＬＥＤパッケージである場合に、特に有効な効果である。

１ 基板、 ２ 封止樹脂、 ３ 放熱用金属層、 ３ａ 第１放熱用金属層、 ３ｂ 第２放熱用金属層、 ３ｃ 第３放熱用金属層、 １０ 第１ＬＥＤ素子、 ２０ 第２ＬＥＤ素子、 ３０ 第３ＬＥＤ素子、 ４０ 第４ＬＥＤ素子

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板に設けられた第１の半導体素子と、
   前記基板に設けられた第２の半導体素子と、
   前記基板に設けられた第３の半導体素子と、
   を備え、
   前記第１の半導体素子から前記第２の半導体素子までの距離は、第１距離であり、
   前記第２の半導体素子から前記第３の半導体素子までの距離は、第２距離であり、
   前記第３の半導体素子から前記第１の半導体素子までの距離は、第３距離であり、
   前記第１の半導体素子の発熱量と前記第２の半導体素子の発熱量との和は、第１発熱量であり、
   前記第２の半導体素子の発熱量と前記第３の半導体素子の発熱量との和は、第２発熱量であり、
   前記第３の半導体素子の発熱量と前記第１の半導体素子の発熱量との和は、第３発熱量であり、
   前記第１の半導体素子の発熱量は、前記第２の半導体素子の発熱量と異なり、
   前記第１距離と前記第２距離と前記第３距離との大小関係は、前記第１発熱量と前記第２発熱量と前記第３発熱量との大小関係と同じであることを特徴とする電子モジュール。
2. 前記基板と前記第１の半導体素子との間には、第１の放熱部が設けられ、
   前記基板と前記第２の半導体素子との間には、第２の放熱部が設けられ、
   前記基板と前記第３の半導体素子との間には、第３の放熱部が設けられている請求項１に記載の電子モジュール。
3. 前記第１の放熱部の表面積と前記第２の放熱部の表面積と前記第３の放熱部の表面積との大小関係は、前記第１の半導体素子の発熱量と前記第２の半導体素子の発熱量と前記第３の半導体素子の発熱量との大小関係と同じであることを特徴とする請求項２に記載の電子モジュール。
4. 前記第１の放熱部の厚みと前記第２の放熱部の厚みと前記第３の放熱部の厚みとの大小関係は、前記第１の半導体素子の発熱量と前記第２の半導体素子の発熱量と前記第３の半導体素子の発熱量との大小関係と同じであることを特徴とする請求項３に記載の電子モジュール。
5. 平面視における前記第１の放熱部の面積と前記第２の放熱部の面積と前記第３の放熱部の面積との大小関係は、前記第１の半導体素子の発熱量と前記第２の半導体素子の発熱量と前記第３の半導体素子の発熱量との大小関係と同じであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電子モジュール。
6. 前記第１の半導体素子、前記第２の半導体素子および前記第３の半導体素子は、それぞれ、ＬＥＤ素子である請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電子モジュール。
7. 前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子と前記第３の半導体素子とは、順に並んで配置され、
   前記第１の半導体素子は、緑色ＬＥＤ素子であり、
   前記第２の半導体素子は、赤色ＬＥＤ素子であり、
   前記第３の半導体素子は、青色ＬＥＤ素子である請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電子モジュール。

Images