JP6179583B2 - 電子装置 - Google Patents
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Description
一方、このような発光装置を、表面に配線層及びパッド等が形成された実装基板にはんだ等の接合部材を用いて搭載する場合、セラミックと実装基板との線膨張係数差による熱応力によって、接合部材にクラックが生じるという懸念がある。
そこで、実装基板の配線層におけるパッド構造として、いわゆるSMD(Solder Mask Defined)構造ではなく、NSMD(Non Solder Mask Defined)構造を採用し、パッドの側面にも接合部材を入り込ませて、その接合を強化させる手法がある。また、SMD構造とNSMD構造とを兼ね備えた構造が提案されている(特許文献1等)。
しかし、NSMD構造を利用する場合、パッドに繋がる配線層の線幅を部分的に幅狭とせざるを得ず、その幅狭の部位が、熱応力によって破断するおそれがある。また、NSMD構造では配線層及びパッドの平面積が、SMD構造に比較して小さくなるため、放熱性が低下するという懸念もある。
(1)基材及び
該基材上に互いに離間して配置された少なくとも一対の配線パターンを備え、
該配線パターンは、電子部品が載置される載置部と、前記基材の一部を露出させる孔とを有し、
前記載置部は、前記実装基板の平面視において矩形であり、
前記孔は、前記載置部の外縁の少なくとも一部に配置されることを特徴とする。
(2)基材及び
該基材上に互いに離間して配置された少なくとも一対の配線パターンを備え、
該配線パターンは、電子部品が載置される載置部と、前記基材の一部を露出させる孔とを有し、
前記載置部は、前記実装基板の平面視において矩形であり、
前記孔は前記載置部の外縁の角部に配置されることを特徴とする。
(3)本開示の実施形態に係る電子装置は、
上述した実装基板と、
前記載置部に実装された前記電子部品とを有し、
前記配線パターンと前記電子部品の外部電極とがはんだを介して接続されていることを特徴とする。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
実装基板は、主として、基材と、基材上に配置された少なくとも一対の配線パターンとを備える。この実装基板は、電子部品を実装するための基板である。
基材は、その表面に電子部品を搭載するための配線パターンが配置されている。基材の材料としては、例えば、Al、Cu等の金属が挙げられ、なかでもAlが好ましい。基材の材料として金属を用いる場合、金属の表面にエポキシ樹脂等の絶縁膜を設けて、絶縁膜上に配線パターンを形成する。配線パターンと金属基板との間に絶縁膜を形成することにより、配線パターンと金属基材とを離間して配置することができる。
また、基材の材料として、絶縁材料を用いてもよい。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、LTCC等のセラミックス、樹脂、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料(ガラスエポキシ、ガラスシリコーン及びガラス変性シリコーン等、セラミックスに、BTレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料を組み合わせた材料)、あるいはこれら材料と導電材料(例えば、金属、カーボン等)との複合材料等が挙げられる。基材は、単一素材からなる単層構造でもよいし、多層構造でもよい。
配線パターンは、電子部品と電気的に接続され、電子部品に給電するための部材である。
配線パターンは、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等によって形成することができる。配線パターンの表面はメッキ等で被膜が施されていてもよい。配線パターンは、基材の表面に配置されて、電子部品と接続される。電子部品と接続された配線パターンは、給電のために基板内部及び/又は裏面まで延長して配置されていてもよい。
配線パターンは、電子部品が載置される載置部と、基材の一部を露出させる孔とを備える。なお、基材の材料として金属基板を用いる場合、孔は、孔から絶縁膜の一部が露出するように形成される。
電子部品が載置される載置部は、一対の配線パターンの双方の配線パターン上に形成される。載置部は、一対の配線パターンが配置される領域内に、一対の配線パターンが有する所定の間隔を含み、この所定の間隔を跨いで配置される。載置部は後述する孔によってその領域が画定される。言い換えると、載置部の外縁上に孔が配置される。ただし、孔は、載置部の全外縁に配置されておらず、外縁の一部にのみ配置される。
載置部の大きさは、特に限定されるものではなく、電子部品の大きさによって適宜調整することができる。
孔は、配線パターンに形成される。ただし、一対の配線パターンのいずれか一方にのみ形成されていてもよい。
上述したように、孔を有する配線パターンでは、載置部は孔によって、その領域の一部又は全部が画定される。つまり、配線パターンは孔によって載置部と載置部以外の領域とに分けられる。ただし、孔を有さない配線パターンでは、その外縁および上述した窪み部等を利用して、載置部の一部を確定してもよい。
孔は、載置部の外縁に沿って配置される。厳密には、孔は載置部の外縁の一部に配置される。例えば、孔は、載置部の外縁の対向する2辺のそれぞれに配置されていてもよいが、好ましくは外縁の角部である。孔は、一対の配線パターンのいずれか一方又はそれぞれに、1つずつ配置されてもよいし、2つ以上配置されてもよい。
孔の形状は、特に限定されない。例えば、平面視における外形が円形、楕円形、半円形、扇形、三日月形、三角形、四角形、多角形等、載置する電子部品の外形に沿って様々な形状とすることができる。
なかでも、載置部の平面視における外形が矩形状である場合、孔の平面視における外形は四角形が1箇所で屈曲したL字状又は2箇所で屈曲したコの字状(矩形の一辺が開放された形状)が好ましい。屈曲の角度は特に限定されないが、上述したように、載置部を画定するという観点から、90±10°程度が好ましく、直角であることがより好ましい。孔がこのような屈曲部を有することにより、平面視における概形が矩形状の載置部において、屈曲部が載置部の角部に対応するように配置することができるため好ましい。なお、屈曲部の角部は面取りされていてもよい。
なお、平面視で一定の幅を有する孔が載置部の外縁に配置されるため、孔は、厳密には、孔の一部は載置部の領域内に、他の一部は載置部以外の領域に配置されることになる。言い換えると載置部に電子部品が載置された電子装置において、平面視で孔の一部は電子部品とオーバーラップするように配置される。
さらに、載置部に載置される電子部品は、その中央近傍ほど、はんだ及び配線パターンに負荷される応力が小さい。よって、配線層が電子部品の中央近傍に相当する部位で配置されている場合には、電子部品の中央近傍に配置された配線層に付加される応力は、電子部品の端部に配置される配線層と比べると相対的に小さくなる。これにより、配線層の破断によるリスクをより一層低減させることができる。
孔は、上述した配線パターンのパターニング時に同時に形成することができる。あるいは、金型、ロールプレス等を利用した押圧法、ポンチングによる打ち抜き等によって形成することができる。
配線パターンは、その表面がソルダーレジストにより覆われていることが好ましい。
ソルダーレジストは、当該分野で使用されるもののいずれで形成されていてもよい。例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げられる。なかでも、熱硬化性エポキシ樹脂が好ましい。ソルダーレジストの厚みは、用いる材料等によって適宜調整することができる。
電子装置は、上述した実装基板と、実装基板上に、好ましくは載置部に実装された電子部品とを備える。
(電子部品)
電子部品は、発光ダイオード、レーザ等の半導体発光装置、パワー半導体、電源整流用ダイオード、ツェナーダイオード、可変容量ダイオード、PINダイオード、ショットキーバリアダイオード、フォトダイオード、太陽電池、サージ保護用ダイオード、バリスタ、コンデンサ、抵抗等の2端子装置、トランジスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、フォトトランジスタ、CCDイメージセンサ、サイリスタ、光トリガサイリスタ等の3端子装置、DRAM及びSRAM等のメモリ、マイクロプロセッサ等を含む種々のもの、これらを組み合わせたもの等が挙げられる。なかでも、半導体装置が好ましく、半導体発光素子を用いた発光装置がより好ましい。
半導体発光素子は、例えば、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体による発光層を含む積層構造が設けられたものが挙げられる。半導体積層構造には、サファイア等の絶縁性の層が存在していてもよい。
半導体発光素子は、対向する面に正及び負の電極がそれぞれ設けられたものであってもよいが、同一面側に正及び負の電極が設けられているものが好ましい。
発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を搭載するパッケージとを有する。パッケージは、半導体発光素子と電気的に接続される導電部材と、この導電部材を保持する基体とを備える。
基体は絶縁性部材であることが好ましく、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、LTCC等のセラミックス、樹脂、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料(ガラスエポキシ、ガラスシリコーン及びガラス変性シリコーン等、セラミックスに、BTレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料を組み合わせた材料)、あるいはこれら材料と導電材料(例えば、金属、カーボン等)との複合材料等が挙げられる。基材は、単一素材からなる単層構造でもよいし、多層構造でもよい。なかでも、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどのセラミックス材料又はこれにBTレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料を組み合わせた材料が好ましい。
さらに、孔がはんだを収容して、電子部品実装時のセルフアライメントを効果的に行わせることができ、電子部品の実装精度を向上させることができる。
以下に本発明の実装基板及び電子装置の実施形態を、図面に基づいて具体的に説明する。
この実施形態の実装基板10は、図1に示すように、基材11と、基材11の上面に形成された一対の配線パターン12とを備える。
基材11は、アルミニウムベース基板によって形成されている。アルミニウムベース基板は、アルミニウム(厚み:1.5mm)の表面にアルマイト処理が施されており、エポキシ樹脂による薄膜(厚み:70μm)を介して一対の配線パターン12が銅膜(厚み:35〜75μm)によって形成されている。
一対の配線パターン12は互いに離間して配置されており、その一対の配線パターン12が離間する所定の間隔を含んで、電子部品の搭載を意図する載置部12aが配置されている。載置部12aは、その外縁が孔12bによって画定される。載置部12aの概形は、平面視が矩形であり、平面視矩形状の載置部12a上に平面視矩形状の電子部品が搭載される。
孔12bは、平面形状がL字状である。孔の幅は、例えば、1.0mmであり、一方向に延長する長さは1.7mm、他方向に延長する長さは0.65mmである。
この実施形態の実装基板20は、図2に示すように、基材21と、基材21の上面に形成された一対の配線パターン22とを備える。
一対の配線パターン22は互いに離間して配置されており、その一対の配線パターン22に跨って、電子部品の搭載を意図する載置部22aが配置されている。載置部22aは、その外縁が孔22bによって画定されている。
孔22bの平面視における形状は、一辺が開放された矩形状、いわゆるコの字状である。つまり、孔22bは平面視において、略直角に2箇所屈曲している。
2つの配線パターン22は、2つの配線パターン22が配列されている方向をx方向とすると、x方向に直交するy軸に対して対称に配置されている。配線パターン22のy方向の中央を通るx軸に対して、1つの配線パターン22内において、孔22bは対称に配置されている。つまり、2つの略直角に2箇所で屈曲するコの字状の孔22bが、平面視略矩形状の載置部22aの向かい合う2辺及びそれらと接する角部に対応するようにそれぞれ配置されている。
上述した以外の構造は、実施の形態1の実装基板10と同様である。
この実施形態の実装基板30は、図3に示すように、基材31と、基材31の上面に形成された二対の配線パターン32とを備える。
この二対の配線パターン32は、実施の形態1における実装基板10の一対の配線パターン12を、一対の配線パターン12のy方向の中央で、x軸に沿って分離したような形態で配置している。よって、各配線パターン32は、直角に屈曲した平面形状を有する孔32bを1つ備える。そして、二対の配線パターン32の孔32bの4つの外縁は、平面視において、実装しようとする1つの電子部品の外縁に沿うように配置されている。
言い換えると、基材31上に、二対の配線パターン32が配置され、二対の配線パターン32上に1つの電子部品が搭載される。配線パターン32は、1つの配線パターン32内において、屈曲した平面形状を有する孔32bを1つ備え、孔32bは、平面視略矩形状の電子部品の4つの角部に対応するように配置されている。
上述した以外の構造は、実施の形態1の実装基板10と同様である。
この実施形態の電子装置40は、図4A及び4Bに示すように、実施形態1の実装基板10を用い、その配線パターン12の上に、発光装置44を搭載している。図4Aでは、説明の便宜のため、実装基板10の配線パターン12と、その上に搭載された発光装置44及びその外部電極45とのみを表しており、その他の構成要件は省略している。この場合、実装基板10のソルダーレジストの開口13aは、発光装置44の外縁と一致しているか、それもよい若干大きく設定されている。
発光装置44は、窒化物半導体の積層構造によって形成された半導体発光素子を含み、その積層構造の同一面側に電極を有する。また、この半導体発光素子は、パッケージに搭載されており、発光装置44として構成されている。
パッケージは、セラミックス(具体的にはAlN)からなる基体と、基体の上面から側面をわたって下面に配置された一対の導電部材とを備える。基体の上面に配置された一対の導電部材と、半導体発光素子の同一面側に形成された電極とはAu−Snはんだによって接合されている。発光装置の下面に配置された導電部材が、発光装置44の外部電極45として機能する。外部電極45は、発光装置44の下面において、互いに離間して配置されている。
上述した電子装置における性能を評価するために、比較例として、図8A及び8Bに示す従来のNSMD構造及びSMD構造の電子装置A、Bを、それぞれ作成した。図8A及び8Bでは、実装基板における配線パターン12A、12Bの形状を異ならせた以外、これら比較例の電子装置A、Bは、実質的に電子装置40と同様の構成を備える。
以下の表1に示す、放熱性、耐はんだクラック性、耐配線切れ性、LED実装位置精度について評価した。その結果を表1に示す。
この実施形態の実装基板50は、図5に示すように、基材51と、基材51の上面に形成された一対の配線パターン52A、52Bとを備える。 一対の配線パターン52A、52Bは互いに離間して配置されており、その一対の配線パターン52A、52Bが離間する所定の間隔を含んで、電子部品の搭載を意図する載置部52aが配置されている。載置部52aは、その外縁の一部が一方の配線パターン52Aに形成された2つの孔52bによって画定される。載置部52aの概形は、平面視が矩形であり、平面視矩形状の載置部52a上に平面視矩形状の電子部品が搭載される。
なお、他方の配線パターン52Bは、孔を有さず、平面視において、配線パターン52Aと対向する部位に、L字状の窪み部52cが2つ配置されている。他方の配線パターン52Bにおいては、るこれら窪み部52cにより、載置部52aが画定される。
孔52bは、平面形状がL字状であり、配線パターン52A、52Bのそれぞれの外縁のいずれからも離間している。
2つの孔52bは、配線パターン52Aのy方向の中央を通るx軸に対して対称に配置されている。L字状の孔52bが、平面視矩形状の載置部52aの2つの角部に配置されている。
上述した以外の構造は、実装基板10と同様である。
この実施形態の実装基板60は、図6に示すように、基材61と、基材61の上面に形成された二対の配線パターン62A、62Bとを備える。
一対の配線パターン62A、62Bは互いに離間して配置されており、その一対の配線パターン62A、62Bが離間する所定の間隔を含んで、電子部品の搭載を意図する載置部62aが配置されている。一方の配線パターン62Aは、他方の配線パターン62Bよりも大きく、配線パターン62Bの二方向を取り囲んでいる。載置部62aは、その外縁の一部が一方の配線パターン62Aに形成された2つの孔62bによって画定される。載置部62aの概形は、平面視が矩形であり、平面視矩形状の載置部62a上に平面視矩形状の電子部品が搭載される。
なお、他方の配線パターン62Bは、孔を有さず、平面視において、配線パターン62Aと対向し、載置部62aに面する部位に、窪み部62cが1つ配置されており、この窪み部62cが載置部62aの画定に関与している。
孔62bは、平面形状がL字状であり、配線パターン62A、62Bのそれぞれの外縁のいずれからも離間している。
2つの孔62bは、配線パターン62Aのy方向の中央を通るx軸に対して対称に配置されている。L字状の孔62bが、平面視矩形状の載置部12aの2つの角部に配置されている。
上述した以外の構造は、実装基板10と同様である。
この実施形態の実装基板70は、図7に示すように、実装基板60におけるL字状の孔62bに代えて、略四角形の孔72bが配置されている。
配線パターン72A、72Bは、その表面がソルダーレジストにより覆われている。ソルダーレジストは、開口73aを有しており、開口73aの外縁は、孔62b内、窪み部62c内を通り、孔62b及び窪み部62cの一部と、載置部72aとを露出している。ここでの載置部72aは、その外縁の対向する辺の一部が、一方の配線パターン67Aに形成された2つの孔72bによって画定される。つまり、孔72bは、載置部72aの角に配置されておらず、載置部72aの内側に配置されている。
上述した以外の構造は、実装基板10及び実装基板60と同様の構成である。
11、21、31、51、61、71 基材
12、22、32、52A、52B、62A、62B、72A、72B 配線パターン
12a、22a、32a、52a、62a、72a 載置部
12b、22b、32b、52b、62b、72b 孔
52c、62c、72c 窪み部
13A、13B ソルダーレジスト
13a、23a、33a、53a、63a、73a 開口
40 電子装置
44、44A、44B 発光装置
45 外部電極
Claims (9)
- 平面視形状が矩形状の電子部品と、前記電子部品がはんだを介して実装された実装基板とを備える電子装置であって、
前記実装基板は、
基材及び
該基材上に互いに離間して配置された少なくとも一対の配線パターンを備え、
該配線パターンは、前記電子部品が載置される載置部と、前記載置部の外縁の一部にのみ配置され、前記基材の一部を露出させる孔とを有し、
平面視において、前記孔の一部は前記電子部品の外縁と重なり、
前記はんだは、前記載置部の上面および前記孔の側面に配置される電子装置。 - 平面視形状が矩形状の電子部品と、前記電子部品がはんだを介して実装された実装基板とを備える電子装置であって、
前記実装基板は、
基材及び
該基材上に互いに離間して配置された少なくとも一対の配線パターンを備え、
該配線パターンは、前記電子部品が載置される載置部と、前記載置部の外縁の角部に配置され、前記基材の一部を露出させる孔とを有し、
平面視において、前記孔の一部は前記電子部品の外縁と重なり、
前記はんだは、前記載置部の上面及び前記孔の側面に配置される電子装置。 - 前記孔は、前記載置部の外縁の対向する辺のそれぞれに配置される請求項1又は2に記載の電子装置。
- 前記孔は前記実装基板の平面視において屈曲している請求項1〜3のいずれか1つに記載の電子装置。
- 前記孔は、前記実装基板の平面視において2箇所で屈曲している請求項1〜4のいずれか1つに記載の電子装置。
- 前記孔は、前記配線パターンの外縁から離間して、前記配線パターンの内側に配置されている請求項1〜5のいずれか1つに記載の電子装置。
- 前記配線パターンは、ソルダーレジストにより覆われており、
前記ソルダーレジストは、前記載置部より大きな面積の開口を有し、該開口は前記孔の一部及び前記載置部を露出する請求項1〜6のいずれか1つに記載の電子装置。 - 前記配線パターンの厚みは30μm以上150μm以下である請求項1〜7に記載の電子装置。
- 前記電子部品は半導体発光素子を用いた発光装置である請求項1〜8のいずれか1つに記載の電子装置。
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