JP5770006B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤ素子等の半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関し、特に放熱特性の改善に関する。

近年、ＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体発光素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光装置としてＬＥＤ発光装置を実施形態として説明する。

しかし、ＬＥＤ発光装置を強い発光光源とするためには、ＬＥＤ発光装置に含まれるＬＥＤの数を多くし、さらに大きい駆動電流を供給する必要がある。このとき、この大きい駆動電流に伴うＬＥＤからの発熱をＬＥＤ発光装置からいかに効率良く放熱させるかが問題となり各種の提案がなされている。（例えば特許文献１、特許文献２参照）

以下、従来例として特許文献１におけるＬＥＤ発光装置の構造とその放熱過程を説明する。図１０は特許文献１における従来のＬＥＤ発光装置１００の平面図、図１１は図１０のＡ−Ａ断面図であり、発明の趣旨を変えない範囲で、簡略化して記載している。図１０、図１１においてＬＥＤ発光装置１００は回路基板１０２の上面に２個の電源電極１０２ａ、１０２ｂ、２個の導体パターン１０２ｃ、１０２ｄ、接続電極１０２ｅが設けられている。また回路基板２の裏面には放熱用の金属板材１０３が設けられ、回路基板１０２の上面の２個の導体パターン１０２ｃ、１０２ｄと回路基板２の裏面の金属板材１０３とは熱伝導性の高いサーマルビア１０４によって接続されている。

また、導体パターン１０２ｃ、１０２ｄの上面には２個の上面電極構成のＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂがダイボンディングされており、ワイヤー１０５によって各電極１０２ａ，１０２ｅ，１０２ｂに接続している。すなわちＬＥＤ１０１ａのＮ電極は電源電極１０２ａ、ＬＥＤ１０１ａのＰ電極は接続電極１０２ｅにそれぞれワイヤー１０５によって接続し、ＬＥＤ１０１ｂのＮ電極は接続電極１０２ｅ、ＬＥＤ１０１ｂのＰ電極は電源電極１０２ｂにそれぞれワイヤー１０５によって接続している。以上のようにしてＬＥＤ１０１ａと１０１ｂとは接続電極１０２ｅを介して電源電極１０２ａと１０２ｂ間において直列接続している。なお１０６は透明樹脂または蛍光樹脂からなる保護樹脂層である。

次に上記ＬＥＤ発光装置１００の放熱過程を説明する。図１０における電源電極１０２ａと１０２ｂに図示しない電源装置から電流を供給すると、直列接続されたＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂには電源電極１０２ｂから、接続電極１０２ｅを経由して電源電極１０２ａに電流が流れ、ＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂは発光と同時に発熱する。しかしこの熱は、ＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂが導体パターン１０２ｃ、１０２ｄに密着しているため、直接的に導体パターン１０２ｃ、１０２ｄ及びサーマルビア１０４を介して回路基板２の裏面の金属板材１０３に伝わり、金属板材１０３によりＬＥＤ発光装置１００を実装するマザー基板（図示せず）側に強力に放出する。

次に他の従来例として特許文献２におけるＬＥＤ発光装置の構造とその放熱過程を説明する。図１２は特許文献２における従来のＬＥＤ発光装置２００の要部断面図であり、発明の趣旨を変えない範囲で簡略化して記載している。図１２においてＬＥＤ発光装置２００は、回路基板２０２の上面に２個の電源電極２０２ａ、２０２ｂと２個の接続電極２０２ｅ、２０２ｆを備え、回路基板２の裏面に電源電極２０２ａ、２０２ｂと対応する位置に２個の電源端子電極２０３ａ、２０３ｂが設けられている。このとき回路基板２０２の上面の電源電極２０２ａ、２０２ｂと回路基板２０２の裏面の電源端子電極２０３ａ、２０３ｂとは熱伝導性の高いサーマルビア２０４ａ、２０４ｂによって電気的及び熱的に接続されている。

また回路基板２０２の上面側ではＬＥＤ２０１ａがフリップチップ実装され、そのＮ電極が電源電極２０２ａに、Ｐ電極が接続電極２０２ｅに接続している。同様にＬＥＤ２０１ｂのＮ電極が接続電極２０２ｅに、Ｐ電極が接続電極２０２ｆに接続し、さらにＬＥＤ２０１ｃのＮ電極が接続電極２０２ｆに、Ｐ電極が電源電極２０２ｂに接続している。すなわち３個のＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、電源端子電極２０３ａ、２０３ｂの間において電源電極２０２ａ、接続電極２０２ｅ、２０２ｆ、電源電極２０２ｂを介して直列接続している。

次に上記ＬＥＤ発光装置２００の放熱過程を説明する。図１２における電源端子電極２０３ａと２０３ｂに図示しない電源装置から電流を供給すると、直列接続したＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃには電源電極２０２ｂから接続電極２０２ｆ、２０２ｅを経由して電源電極１０２ａに電流が流れ、ＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは発光と同時に発熱する。ＬＥＤ２０１ｃの発する熱は、発熱量の多いＰ電極（より正確にはＰ電極と接する半導体層）からサーマルビア２０４ｂを通して回路基板２０２の裏面に設けられた電源端子電極２０３ｂに伝わり、ＬＥＤ発光装置２００を実装するマザー基板（図失せず）に高い効率で放出する。これに対しＬＥＤ素子２０１ａ、２０１ｂが発する熱は、発熱量の多いＰ電極から接続電極２０２ｅ、２０２ｆを介し回路基板２０２を通じてマザー基板に放出する。またＬＥＤ２０１ａのＮ電極側は、発熱量が少ないのでサーマルビア２０４ａを通して回路基板２０２の裏面に設けられた電源端子電極２０３ａに伝わるとしても放熱としては効果が小さい。

特開２００７−２５０８９９号公報 特開２００７―１０３９１７号公報

上記特許文献１に示すＬＥＤ発光装置１００は、ＬＥＤ１０１ａ，ｂの底面全体を導体パターン１０２ｃ，１０２ｄに密着させ、サーマルビア１０４を介して回路基板１０２の裏面側に設けた金属板材１０３からマザー基板に強力に放熱することができる。しかしながらサファイア基板等の絶縁基板上に半導体層を積層した構造をとるＬＥＤ１０１ａ，ｂは、絶縁基板の熱伝導性が低いことから半導体層が発生する熱を効率良く導体パターン１０２ｃ，１０２ｄに伝えることができない。

これに対し半導体層が突起電極などの接続部材を介して直接的に回路基板上の電極と接続するフリップチップ実装方式は、半導体層の発する熱を効率よく回路基板に伝えられることが知られている。ところが特許文献２に示すＬＥＤ発光装置２００のＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂは発熱量の多いＰ電極（より正確にはＰ電極と接続する半導体層）が接続電極２０２ｅ、２０２ｆ、回路基板２０２を介して放熱することから、回路基板２０２は熱伝導性の高い金属やセラミクスを選ばざるを得ず、基板材料として樹脂等の熱伝導率の低い材料が使えないという課題がある。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、回路基板上でフリップチップ実装したＬＥＤを直列接続しても各ＬＥＤの放熱特性が良好であるため強力な発光が得られながら、回路基板用の材料に対する選択範囲が広いＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明におけるＬＥＤ発光装置は、回路基板上に複数の半導体発光素子をフリプチップ実装し、該複数の半導体発光素子を回路基板上に設けた接続電極により直列接続する半導体発光装置において、前記回路基板は樹脂からなり、前記回路基板の裏面側に放熱用電極を備え、前記接続電極と前記放熱用電極とが導電性を有する複数のビアで接続し、直列接続し隣接する前記半導体発光素子の間に前記ビアが一列で配列され、前記半導体発光素子はＮ電極とＰ電極を有し、前記Ｎ電極の面積が前記Ｐ電極の面積より小さく、前記Ｎ電極と前記ビアが平面的に重ならないことを特徴とする。

上記構成によれば、直列接続用の接続電極に接続するＰ電極から伝わってくる熱が、電気伝導性を有するため熱伝導性も高くなっているビアを介して回路基板裏面の放熱用電極に達する。放熱用電極はマザー基板に準備しておく放熱用ダミー電極と接続するものであり、放熱用電極に達した熱は放熱用ダミー電極を通じてマザー基板に放出される。なおこの放熱用ダミー電極は電気的にはフローティングである。

上記の如く、本発明のＬＥＤ発光装置は、直列接続用の接続電極に接続するＰ電極から伝わってくる熱が、電気伝導性を有するため熱伝導性も高くなっているビアを介して回路基板裏面の放熱用電極に容易に達し、効率よくマザー基板に放出する。すなわち本発明のＬＥＤ発光装置は各ＬＥＤを直列接続させる接続電極に電気的伝導性のあるビア及び放熱用電極を設けることによって放熱特性を改善し強力発光が得られるようにできるとともに、主たる熱伝導経路をビアとしたため回路基板の材料として熱伝導率の低いものが使えるようになるため材料選択幅が広がる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の樹脂封止前の上面側の平面図である。 図１に示す回路基板の裏面図である。 図１に示す平面図に樹脂封止を行った完成ＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。 図３に示すＬＥＤ発光装置をマザー基板に実装した断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の樹脂封止前の上面側の平面図である。 図５に示す回路基板の裏面側の平面図である。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の樹脂封止前の上面側の平面図である。 図７に示す回路基板の裏面図である。 図７に示す平面図に樹脂封止を行った完成ＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。 特許文献１に示す従来のＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１０に示す従来のＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。 特許文献２に示す従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の樹脂封止前の平面図、図２は図１に示す回路基板の裏面図、図３は図１に示す平面図に樹脂封止を行った完成ＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図、図４は図３に示すＬＥＤ発光装置をマザー基板に実装した断面図であり、基本的構成は図１２に示すＬＥＤ発光装置２００と同じであり、ＬＥＤ発光装置２００と同一部材には同一名称を付している。

（第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の説明）
以下図１〜４で本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成及びマザー基板への実装状況を説明する。図１示すようにＬＥＤ発光装置１０に含まれる回路基板２の上面側には、２個の電源電極２ａ、２ｂ、２個の接続電極２ｅ、２ｆ、ビア４ａ〜ｄ、３個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃがある。ビア４ａ〜ｄはそれぞれ電源電極２ａ、２ｂ、接続電極２ｅ，２ｆが占める領域内で且つＬＥＤ１ａ〜ｃとは重ならない領域にある。ＬＥＤ１ａ〜ｃは回路基板２に対しフリップチップ実装されている。ＬＥＤ１ａ〜ｃのＰ電極は、それぞれ電源電極２ａ、接続電極２ｅ，２ｆと接続している。これに対しＬＥＤ１ａ〜ｃのＮ電極は、それぞれ接続電極２ｅ，２ｆ、電源電極２ｂと接続している。

各ＬＥＤ１ａ〜ｃの平面形状は矩形であり、この矩形のひとつの角部にＮ電極が存在し、そのＮ電を囲むように大きなＬ字形状のＰ電極が設けられている。電源電極２ａは、ＬＥＤ１ａのＰ電極を取り囲むようにして広い面積を占めながら、ＬＥＤ１ａのＮ電極と絶縁させるため切り欠いた部分がある。接続電極２ｅは、ＬＥＤ１ｂのＰ電極を取り囲むようにして広い面積を占めながら、ＬＥＤ１ｂのＮ電極と絶縁させるため切り欠いた部分があるのに加え、ＬＥＤ１ａのＮ電極と接続するための凸部がある。接続電極２ｆは接続電極２ｅと同じ形状である。電源電極２ｂは長方形の領域にＬＥＤ１ｃのＮ電極と接続するための凸部がある。なおビア４ａ，４ｃ，４ｄは複数個である一方、ビア４ｂは単個である。

大きな面積をもつＬＥＤ１ａ〜ｃのＰ電極はメッキ法によって形成されるため、平面形状を任意に設計できる。そこでＰ電極は、放熱特性を向上させるため発光層とほぼ重なり合うようしたうえでＮ電極周辺部を避けるようにした。これに呼応してＰ電極と接続する電源電極２ａと２個の接続電極２ｅ、２ｆは放熱特性を向上させるために大きな面積を有している。さらに電源電極２ａ、接続電極２ｅ、２ｆは回路基板２の裏面側に放熱するためのビア４ａ、４ｃ、４ｄを複数個有している。なおビア４ａ〜ｄは電気伝導性があるので熱伝導性も良いが、さらに熱伝導性を向上させるためにはビア中に銅等の金属ペーストを充填すると良い。

図２は図１に示す回路基板２の裏面図であり、回路基板２の上面側の２個の電源電極２ａ、２ｂに対応する位置に電源端子電極３ａ、３ｂ、２個の接続電極２ｅ、２ｆに対応する位置に放熱用電極３ｃ、３ｄがある。各々の電極３ａ〜ｄは大きな面積であるが、マザー基板の実装性以外に、電源端子電極３ａ、放熱用電極３ｃ、３ｄは放熱性にも配慮している。電源電極２ａと電源端子電極３ａ、電源電極２ｂと電源端子電極３ｂ、接続電極２ｅと放熱用電極３ｃ、接続電極２ｆと放熱用電極３ｄはそれぞれビア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄによって接続している。なお参考のためＬＥＤ１ａ〜ｃを点線で示した。

図３は図１のＡ−Ａ断面図である。先ず回路基板２から説明する。図１、図２で説明した如くＬＥＤ発光装置１０の回路基板２の上面側には２個の電源電極２ａ、２ｂと２個の接続電極２ｅ、２ｆがあり、裏面側には電源電極２ａ、２ｂに対応する位置に電源端子電極３ａ、３ｂ、２個の接続電極２ｅ、２ｆに対応する位置に放熱用電極３ｃ、３ｄがある。電源電極２ａと電源端子電極３ａ、電源電極２ｂと電源端子電極３ｂ、接続電極２ｅと放熱用電極３ｃ、接続電極２ｆと放熱用電極３ｄはビア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄによって接続している。

次にＬＥＤ１ａ〜ｃに係わる事項を説明する。回路基板２の上面側においてＬＥＤ１ａは、Ｐ電極が電源電極２ａに、Ｎ電極が接続電極２ｅに接続するようにしてフリップチップ実装されている。同様にＬＥＤ１ｂは、Ｐ電極が接続電極２ｅに、Ｎ電極が接続電極２ｆに接続するようフリップチップ実装され、さらにＬＥＤ１ｃは、Ｐ電極が接続電極２ｆに、Ｎ電極が電源電極２ｂに接続するようフリップチップ実装されている。なお封止樹脂６は透明樹脂または蛍光樹脂からなる保護樹脂層である。以上のように３個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃは電源端子電極３ａ、電源電極２ａ、接続電極２ｅ、２ｆ、電源電極２ｂ、電源端子電極３ｂを通じて直列接続する。

次に図１から図３により上記ＬＥＤ発光装置１０の動作を説明する。基本的な動作は図１２に示すＬＥＤ発光装置２００と同じである。電源端子電極３ａから電源端子電極３ｂに向かって図示しない電源装置から電流を供給すると、直列接続されたＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃは電源電極２ａ、接続電極２ｅ、２ｆ、電源電極２ｂを通して電流が流れ発光と同時に発熱する。

次にＬＥＤ発光装置１０と図１２に示す従来のＬＥＤ発光装置２００との違いを説明する。図１２に対し図３は、ＬＥＤ発光装置１０において回路基板２の上面側に設けた接続電極２ｅ、２ｆに対応するように回路基板２の裏面側に放熱用電極３ｃ、３ｄを設けたことと、接続電極２ｅと放熱用電極３ｃ並びに接続電極２ｆと放熱用電極３ｄとをそれぞれビア４ｃ、４ｄによって接続していることが相違している。この場合、放熱用電極３ｃ、３ｄは電源電極２ａ、２ｂや電源端子電極３ａ、３ｂとは電気的に絶縁されている必要がある。

次に上記構成におけるＬＥＤ発光装置１０の放熱に係わる動作を説明する。
ＬＥＤ１ａはＰ電極側から流出する熱を電源電極２ａ、ビア４ａ、電源端子電極３ａを通して回路基板２の裏面側の電源端子電極３ａに伝え、マザー基板（図４参照）側に放出する。Ｎ電極側から流出する熱はもともと小さいが、接続電極２ｅ、ビア４ｃ、放熱用電極３ｃを通して回路基板２の裏面から放出する。同様にＬＥＤ１ｂはＰ電極側から流出する熱を接続電極２ｅ、ビア４ｃ、放熱用電極３ｃを通して回路基板２の裏面側の放熱用電極３ｃに伝え、マザー基板側に放出する。ＬＥＤ１ｂのＮ電極側から流出する熱は、接続電極２ｆ、ビア４ｄ、放熱用電極３ｄを通してマザー基板に放熱する。さらにＬＥＤ１ｃは、Ｐ電極側から流出する熱を接続電極２ｆ、ビア４ｄ、放熱用電極３ｄを通してマザー基板側に放出する。Ｎ電極側から流出する熱は、電源電極２ｂ、ビア４ｂ、電源端子電極３ｂを通してマザー基板側に放熱する。すなわち、フリップチップ実装したＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃは、Ｐ電極からビア４ａ，４ｃ，４ｄを経て回路基板２の裏面側の電極３ａ、３ｃ、３ｄに至るまで低い熱抵抗で接続しているため、マザー基板に効率的に放熱できる。

図４においてＬＥＤ発光装置１０をマザー基板４０に実装した状況を説明する。図４は図３に示すＬＥＤ発光装置１０をマザー基板４０に実装した状態の断面図である。マザー基板４０の上面には電源供給電極４０ａ（＋電極），４０ｂ（−電極）と放熱用ダミー電極４０ｃ、４０ｄが設けられている。ＬＥＤ発光装置１０の電源端子電極３ａ、３ｂはマザー基板４０の電源供給電極４０ａ、４０ｂに、ＬＥＤ発光装置１０の放熱用電極３ｃ、３ｄはマザー基板４０の放熱用ダミー電極４０ｃ、４０ｄに接続している。ＬＥＤ発光装置１０の動作時には、電源供給電極４０ａからＬＥＤ発光装置１０に電流が流れ込み、ＬＥＤ発光装置１０から電源供給電極４０ｂに電流が流れ出す。放熱用ダミー電極４０ｃ、４０ｄは電気的にはフローティングであり熱伝導のみに寄与する。

次にＬＥＤ発光素子１０とマザー基板４０との間の放熱過程を説明する。ＬＥＤ発光装置１０の電源端子電極３ａに達した熱は電源供給電極４０ａを介してマザー基板４０に伝えられる。放熱用電極３ｃ、３ｄに達した熱も同様に放熱用ダミー電極４０ｃ、４０ｄを通じてマザー基板４０に伝わる。放熱効果は小さいが電源端子電極３ｂに達した熱も電源供給電極４０ｂを通じてマザー基板４０に伝達される。マザー基板４０は大型であるため熱容量が大きく、ヒートシンクとして機能し、ときには放熱部材を備えることもある。また放熱効率を上げるためには、電源供給電極４０ａ、４０ｂや放熱用ダミー電極４０ｃ、４０ｄの面積を大きくすることが好ましい。

（第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の説明）
第１実施形態ではＬＥＤ発光装置１０に含まれる複数のＬＥＤ１ａ〜ｃが単純に直列接続していた。しかしながら本発明のＬＥＤ素子は、複数のＬＥＤの一部が並列接続したＬＥＤ群を構成し、このＬＥＤ群同士又は一個のＬＥＤと他のＬＥＤ群とが接続電極により直列接続してもよい。そこでこの場合に対応するＬＥＤ発光装置として、図５、図６により本発明の第２実施形態を説明する。図５はＬＥＤ発光装置２０を構成する回路基板２２の上面側の平面図、図６は回路基板２２の裏面図であり、図1に示すＬＥＤ発光装置１０と基本的構成は同じなので同一部材には同一名称を付し重複する説明は省略する。なお図５は水平方向の中心線（図示せず）について対称になっており、図の上側が図１にほぼ等しい。

図５のＬＥＤ発光装置２０と図1に示すＬＥＤ発光装置１０との間の注視すべき構成上の差違は、図５において回路基板２２が図１の回路基板２の約2倍の面積を有し、実装するＬＥＤ１ａ〜ｆの数も図１に示すＬＥＤ発光装置１０の２倍（６個）となっているところである。この結果、図１に示す電源電極２ａ、２ｂ、接続電極２ｅ、２ｆに対し、図５では電源電極２２ａ、２２ｂ、接続電極２２ｅ、２２ｆが図の縦方向において２倍の長さとなっている。

同様に図６に示す回路基板２２の裏面側の電源端子電極２３ａ、２３ｂ、放熱用電極２３ｃ、２３ｄのいずれも、図１に示したＬＥＤ発光装置１０における電源端子電極３ａ、３ｂ、放熱用電極３ｃ、３ｄの約２倍の長さになっている。回路基板２２の上面側の電極２２ａ，２２ｂ，２２ｅ，２２ｆと裏面側の電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、それぞれＬＥＤ発光装置１０におけるビア４ａ〜ｄの２倍の個数を有するビア群２４ａ〜ｄで接続している。また各ＬＥＤ１ａ〜ｆの実装構成は、図４のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図が図３に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図と同じになるので図示は省略した。

すなわち、ＬＥＤ発光装置２０は図５に示す如く、ＬＥＤ１ａとＬＥＤ１ｄが並列接続、同様にＬＥＤ１ｂとＬＥＤ１ｅが並列接続、さらにＬＥＤ１ｃとＬＥＤ１ｆが並列接続しており、この３組の並列接続グループ（半導体発光素子群）が直列に接続している。そして各ＬＥＤ１ａ〜ｆのＰ電極およびＮ電極はいずれも個数を多くしたサーマルビア群２４ａから２４ｄを通して回路基板２２の裏面側に設けられた電源端子電極２３ａ、２３ｂ及び放熱用電極２３ｃ、２３ｄと低い熱抵抗で接続する。

また、図５、図６に示すＬＥＤ発光装置２０は並列接続グループに含まれるＬＥＤの個数が２であった。しかしながらこの個数は２に限られず、回路基板を大きくして電源電極および接続電極の長さを長くすれば、ＬＥＤの並列個数を増加させることが出来る。また接続電極の数を多くすれば直列接続される並列接続グループの数を増加させることもできる。つまり必要に応じて並列接続グループに含まれるＬＥＤの数を変えたり、直列段数を調整したりできる。また各並列接続グループに含まれるＬＥＤの数は異なって良く、たとえば一個のＬＥＤと並列接続グループが直列接続しても良い。一個のＬＥＤが赤色ＬＥＤであり、並列接続グループを構成するＬＥＤが青色ＬＥＤであるような場合に有効である。

（第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の説明）
第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０及び第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０においては、図１及び図５に示すようにビア４ａ〜ｄ、ビア群２４ａ〜ｄは平面的にＬＥＤ１ａ〜ｆと重なることがないようにしていた。しかしながらビアの数が多い方が放熱効率が向上するのでビアをＬＥＤ１ａ〜ｆと重なる位置に配置しても良い。そこでこのようなＬＥＤ発光装置として図７から図９により本発明の第３実施形態を説明する。図７は本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０の樹脂封止前の平面図、図８は図７に示す回路基板の裏面図、図９は図７に示す平面図に樹脂封止を行った完成ＬＥＤ発光装置３０のＡ−Ａ断面図である。ＬＥＤ発光装置３０の基本的構成は図１から図３に示す第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであり、図７から図９においてＬＥＤ発光装置１０と同一部材には同一名称を付し、重複する説明を省略する。

図７から図９における第３実施形態のＬＥＤ発光装置３０の回路基板２、電源電極２ａ、２ｂ、接続電極２ｅ、２ｆ、電源端子電極３ａ，３ｂ、及び放熱用電極３ｃ、３ｄは、すべて第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と同じである。一方、ＬＥＤ発光装置３０がＬＥＤ発光装置１０と異なる部分は、ＬＥＤ発光装置３０において電源電極２ａ、接続電極２ｅ、２ｆに設けたビアの数を多くしたことである。

すなわち図７、図８に示す如くＬＥＤ発光装置３０の特徴は、電源電極２ａにはＬＥＤ発光装置１０のビア４ａに対応する第１のビア群４ａ１に加え第２のビア群４ａ２を設け、この第２のビア群４ａ２に含まれるビアの一部をＬＥＤ１ａの下面にも配置したことである。同様に接続電極２ｅにも第１のビア群４ｃ１に加え第２のビア群４ｃ２を設け、さらに接続電極２ｅにも第１のビア群４ｄ１に加え第２のビア群４ｄ２を設けており、図９に示す如く、第２のビア群４ａ２、４ｃ２、４ｄ２に含まれるビアの一部をＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃの下面にも配置している。

ＬＥＤ発光装置３０では、第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０において電源電極２ａと電源端子電極３ａを接続するビア４ａ及び、接続電極２ｅ、２ｆと放熱用電極３ｃ、３ｄとを接続するビア４ｃ、４ｄに対しの数を各々２倍に増加して、ＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃからさらに強力に放熱できるようにしている。

以上の如く、本発明においては回路基板の上面にフリップチップ実装したＬＥＤが接続電極を介して直列接続しているとき、そのＬＥＤの接続電極に対応する回路基板の裏面側に放熱用電極を設け、電気伝導性を有するビアで接続することにより各ＬＥＤの放熱性を良くするものである。すなわち、図１２に示したように従来から初段のＬＥＤ（ＬＥＤ２０１ｃ）はアノード用電極（電源端子電極２０３ｂ）がスルーホール（スルーホール２０４ｂ）を介してのＰ電極と接続していたので放熱効率はよかった。しかしながら次段以降のＬＥＤ（ＬＥＤ２０１ｂ，２０１ａ）は、Ｐ電極が接続する回路基板の電極（接続電極２０２ｆ，２０２ｅ）にスルーホールがなかったため放熱を回路基板の熱伝導に頼らざるを得なかった。これに対し本発明のＬＥＤ発光装置では、直列接続のためＰ電極が接続する回路基板の電極（接続電極２ｅ，２ｆ等）がスルーホール（スルーホール４ｃ、４ｄ等）で回路基板裏面の放熱用金属パターン（放熱用電極３ｃ、３ｄ等）と接続し、熱伝導の主要部をスルーホールとしたことが大きな特徴となっている。この構成はＬＥＤに限定されず発熱を伴う半導体素子には全て適用できるものである。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、 ＬＥＤ（半導体発光素子）
１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ ＬＥＤ
２、２２、１０２、２０２ 回路基板
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ 電源電極
１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ 電源電極
２ｅ、２ｆ、２２ｅ、２２ｆ 接続電極
１０２ｅ、２０２ｅ、２０２ｆ 接続電極
３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ 電源端子電極
３ｃ、３ｄ 放熱用電極
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ ビア
４ａ１，４ａ２、４ｃ１，４ｃ２，４ｄ１，４ｄ２ ビア群
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ ビア群
１０４、２０４ａ、２０４ｂ サーマルビア
６、１０６、２０６ 保護樹脂
１０、２０、３０、１００、２００ ＬＥＤ発光装置
４０ マザー基板
４０ａ、４０ｂ 電源供給用電極
４０ｃ、４０ｄ 放熱用ダミー電極
１０５ ワイヤー
Ｐ Ｐ電極
Ｎ Ｎ電極

Claims (1)

1. 回路基板上に複数の半導体発光素子をフリプチップ実装し、該複数の半導体発光素子を回路基板上に設けた接続電極により直列接続する半導体発光装置において、前記回路基板は樹脂からなり、前記回路基板の裏面側に放熱用電極を備え、前記接続電極と前記放熱用電極とが導電性を有する複数のビアで接続し、直列接続し隣接する前記半導体発光素子の間に前記ビアが一列で配列され、前記半導体発光素子はＮ電極とＰ電極を有し、前記Ｎ電極の面積が前記Ｐ電極の面積より小さく、前記Ｎ電極と前記ビアが平面的に重ならないことを特徴とする半導体発光装置。

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