JP6481576B2

JP6481576B2 - 発光装置、投光器及び発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP6481576B2
Application number: JP2015185434A
Authority: JP
Inventors: 惣彦別田; 岬上野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: JP2017059479A

Description

本発明の実施形態は、発光装置、投光器及び発光装置の製造方法に関する。

例えば、セラミック基板上に発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子が実装され、半導体発光素子が樹脂で封止された発光装置がある。ＬＥＤは、例えば、セラミックで形成される絶縁層の上に配電層とともに搭載されＣＯＢ（Chip On Board）モジュールを形成する。

このような発光装置は投光器などに用いられることがあり、その場合、指向性の強い配光特性が要求される。このような配光特性を実現するためには、発光装置の発光面積を小さく抑えることが好ましい。そのため、発光装置における半導体発光素子の高密度化が進んでいる。ここで、高出力かつ高光束発散度を有する半導体発光素子は、発熱量が非常に多く、また発熱密度が高い。さらに、上述したような半導体発光素子の高密度化のため、発光装置には、さらなる発熱量の増大や発熱密度の上昇が懸念される。

このような発熱量の増大や発熱密度の上昇に対応するために、発光装置の放熱性を向上させることが重要となる。例えば、放熱性を向上させる手段として、放熱フィン（ヒートスプレッダ）を用いる従来技術が提案されている。放熱フィンは、放熱筐体（ヒートシンク）へ放熱グリースを介してネジ止めなどで取り付けられる。ただし、放熱グリースを用いた場合、発光装置の発光の際に、放熱グリースの接触熱抵抗が発生する。ＣＯＢモジュールの出力が例えば１００Ｗ以上の場合、放熱グリースによる熱抵抗が大きくなり、放熱グリースの温度上昇が非常に高くなる。そのため、放熱グリースを用いた発光装置では、高出力の場合、放熱性が低下し、その結果十分な光量を得ることができないおそれがある。

そこで、ヒートシンク上に絶縁層を介して直接チップ及び蛍光体などの発光部を形成する方法や、蛍光体を有するＣＯＢモジュールをヒートシンクに直接金属接合する方法などがある。これにより、熱抵抗の大幅な低減を図ることができ、発光素子に投入可能な電力を大幅に増加させ、その結果十分な光量を得ることができる。かかる発光装置は、高い放熱性に加え、高い信頼性が求められる。

特開２０１２−８４７３３号公報

本発明の実施形態は、高い信頼性を有する発光装置、投光器及び発光装置の製造方法を提供する。

本発明の実施形態の一例によれば、発光装置は、半導体発光素子と、配線パターンが形成された実装面を有する絶縁性基板と、前記実装面において、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を接合する第１の接合部と、放熱面と、前記放熱面の反対面と、前記放熱面及び前記放熱面の反対面の間を通過するヒートパイプを収容する収容部とを有する放熱筐体と、前記実装面の反対面及び前記放熱面の反対面において、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を接合する第２の接合部と、放熱フィンと、前記収容部に収容された際に前記放熱筐体から延伸する延伸部分が前記放熱フィンと接合するヒートパイプと、前記放熱面において前記放熱筐体及び前記放熱フィンを接合し、前記収容部において前記放熱筐体及び前記ヒートパイプを接合し、前記延伸部分において前記放熱フィン及び前記ヒートパイプを接合する、前記第１の接合部、前記第２の接合部、前記絶縁性基板及び前記配線パターンよりも融点が高い第３の接合部と、を具備する。

本発明の実施形態の一例によれば、高い信頼性を有する発光装置、投光器及び発光装置の製造方法が提供される。

図１は、実施形態に係る発光装置を例示する上面図である。図２は、実施形態に係る発光装置を例示するＡ１−Ａ２断面図である。図３は、実施形態に係る発光装置を例示するＢ１−Ｂ２断面図である。図４は、実施形態に係る発光装置の製造手順を例示する模式図である。図５は、実施形態に係る発光装置の製造手順を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照して、実施形態に係る発光装置、投光器及び発光装置の製造方法を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明する発光装置、投光器及び発光装置の製造方法は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。以下の実施形態及び変形例は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。

以下の第１の実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子と、配線パターンが形成された実装面を有する絶縁性基板と、前記実装面において、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を接合する第１の接合部と、放熱面と、前記放熱面の反対面と、前記放熱面及び前記放熱面の反対面の間を通過するヒートパイプを収容する収容部とを有する放熱筐体と、前記実装面の反対面及び前記放熱面の反対面において、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を接合する第２の接合部と、放熱フィンと、前記収容部に収容された際に前記放熱筐体から延伸する延伸部分が前記放熱フィンと接合するヒートパイプと、前記放熱面において前記放熱筐体及び前記放熱フィンを接合し、前記収容部において前記放熱筐体及び前記ヒートパイプを接合し、前記延伸部分において前記放熱フィン及び前記ヒートパイプを接合する、前記第１の接合部、前記第２の接合部、前記絶縁性基板及び前記配線パターンよりも融点が高い第３の接合部と、を具備する。

また、以下の第２の実施形態に係る発光装置は、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板が前記第１の接合部により接合され、前記放熱筐体及び前記放熱フィンと、前記放熱筐体及び前記ヒートパイプと、前記放熱フィン及び前記ヒートパイプとのそれぞれが前記第３の接合部により接合された後に、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体が前記第２の接合部により接合される。

また、以下の第３の実施形態に係る投光器は、投光器部材と、前記投光器部材に取り付けられた上記の第１の実施形態又は第２の実施形態に係る発光装置と、を具備する。

また、以下の第４の実施形態に係る発光装置の製造方法は、上記の第１の実施形態又は〜第２の実施形態に係る発光装置の製造方法であって、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を前記第１の接合部により接合する第１の接合工程と、前記放熱筐体及び前記放熱フィンと、前記放熱筐体及び前記ヒートパイプと、前記放熱フィン及び前記ヒートパイプとのそれぞれを前記第３の接合部により接合する第２の接合工程と、前記第１の接合工程及び前記第２の接合工程の後に、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を前記第２の接合部により接合する第３の接合工程と、を具備する。

［発光装置の構成］
図１は、実施形態に係る発光装置を例示する上面図である。また、図２は、図１に示すＡ１−Ａ２ラインに沿って実施形態に係る発光装置を例示するＡ１−Ａ２断面図である。また、図３は、図１に示すＢ１−Ｂ２ラインに沿って実施形態に係る発光装置を例示するＢ１−Ｂ２断面図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態に係る発光装置１１０は、発光部４０と、放熱部材５０と、を含む。放熱部材５０の上に、発光部４０が設けられる。また、図２及び図３
に示すように、放熱部材５０と発光部４０との間に、接合部８０が設けられる。すなわち、放熱部材５０の上に接合部８０が設けられ、接合部８０の上に、発光部４０が設けられる。この例では、放熱部材５０の上に１つの発光部４０が設けられる。後述するように、１つの放熱部材５０の上に、複数の発光部４０が設けられてもよい。

本願明細書において、上に設けられる状態は、直接的に上に設けられる状態の他に、間に別の要素が挿入される状態も含む。

図１〜図３において、放熱部材５０から発光部４０に向かう方向を積層方向とする。本願明細書において、積層される状態は、直接接して重ねられる状態の他に、間に別の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。図１〜図３において、積層方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直で、Ｘ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

放熱部材５０は、例えば直方体状である。放熱部材５０の主面は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。放熱部材５０の平面形状は、例えば矩形である。放熱部材５０は、例えば、第１〜第４辺５５ａ〜５５ｄを有する。第２辺５５ｂは、第１辺５５ａから離間する。第３辺５５ｃは、第１辺５５ａの一端と、第２辺５５ｂの一端と、を接続する。第４辺５５ｄは、第３辺５５ｃと離間し、第１辺５５ａの他端と、第２辺５５ｂの他端と、を接続する。放熱部材５０の平面形状のコーナー部は、曲線状でもよい。放熱筐体５１の平面形状は、矩形でなくても良く、任意である。

なお、放熱筐体５１には、例えば、銅やアルミニウムなどの金属などにニッケルメッキを施したものが用いられる。

図２及び図３に示すように、放熱部材５０は、放熱筐体５１と、ヒートパイプ６０と、複数の放熱フィン７０と、を含む。放熱筐体５１には、発光部４０が設けられる面とは反対側の放熱面に、複数の放熱フィン７０それぞれを取り付けるための複数の凹部５２が設けられる。なお、放熱フィン７０及び凹部５２の数は、放熱部材５０の放熱能力の設計に応じて適宜変更可能である。

放熱フィン７０には、ヒートパイプ６０を貫通させるための貫通孔７２がそれぞれ設けられている。放熱フィン７０それぞれは、その一端辺が放熱筐体５１の各凹部５２に嵌入され、凹部５２に嵌入された部分が接合部７３により放熱筐体５１と接合される。

また、放熱筐体５１には、ヒートパイプ６０を収容するための収容部５３が、Ｘ−Ｙ平面と平行に、放熱筐体５１の厚み方向（Ｚ軸方向）の中心付近かつ発光部４０のＺ軸方向直下の領域を通過するように設けられる。収容部５３は、例えばヒートパイプ６０を、放熱筐体５１の一端面から他端面へ貫通させる貫通孔である。

ヒートパイプ６０は、銅などの熱伝導性が高い材料により形成される。ヒートパイプ６０は、パイプ内部に揮発性の液体が封入されており、パイプ内壁のウィックという毛細管構造により液体の蒸発及び凝縮のサイクルを発生させて熱交換を行う。図２及び図３に示すように、ヒートパイプ６０は、その一部が放熱筐体５１の収容部５３に収容され、収容部５３に収容された部分が接合部６１により放熱筐体５１と接合される。接合部６１は、例えば融点が２１０〜２２０℃程度のＳｎ−Ａｇ（すず−銀）はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材（以下、第３の接合部材と呼ぶ）である。

また、図２及び図３に示すように、ヒートパイプ６０は、その一部が収容部５３に収容された際に放熱筐体５１から外方に延伸する延伸部分が放熱フィン７０側へ取り回され、放熱フィン７０の各貫通孔７２を通過する。そして、ヒートパイプ６０は、貫通孔７２を通過する部分が接合部７１により放熱フィン７０と接合される。接合部７１は、例えば融点が２１０〜２２０℃程度のＳｎ−Ａｇ（すず−銀）はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材（第３の接合部材）である。

このようにヒートパイプ６０を放熱筐体５１及び放熱フィン７０と接合することにより、発光部４０から発せられ接合部８０を介して放熱部材５０へ伝導した熱を、ヒートパイプ６０を介して放熱フィン７０の放熱部材５０からより離れた部分へ移動させる。よって、発光部４０による発熱を効率的に放熱することができる。

なお、図２では、ヒートパイプ６０は、放熱筐体５１及び放熱フィン７０を貫通する円環状で示している。しかし、ヒートパイプ６０は、円環状に限らず、例えば発熱筐体５１の収容部５３の内部において両端点を有する半環状、あるいは、例えばいずれかの放熱フィン７０との接合部分又は接合部分近傍を両端点とする半環状であってもよい。また、図２では、１つのヒートパイプ６０を示すが、同様のヒートパイプ６０が複数あってもよい。また、ヒートパイプ６０の放熱筐体５１から外方に延伸する延伸部分は、複数に枝分かれする形状であってもよい。

発光部４０は、光を出射する。それと同時に、発光部４０は熱を発生する。接合部８０は、発光部４０で発生した熱を、放熱部材５０に効率良く伝導する。接合部８０には、例えば、融点が１３０〜１４０℃程度のＳｎ−Ｂｉ（すず−ビスマス）はんだなどの接合部材（以下、第２の接合部材と呼ぶ）が用いられる。接合部８０は、発光部４０と放熱部材５０とを接合する。

発光部４０は、実装基板部１５と、発光素子部３５と、を含む。実装基板部１５は、絶縁性基板１０と、第１金属層１１と、第２金属層１２と、を含む。

絶縁性基板１０は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂと、を有する。第２主面１０ｂは、第１主面１０ａとは反対側の面である。放熱部材５０は、絶縁性基板１０の第２主面１０ｂと対向している。換言すると、第２主面１０ｂは、放熱部材５０側の面である。

本願明細書において、対向している状態は、直接面している状態に加え、間に別の要素が挿入されている状態も含む。

第１主面１０ａは、実装領域１６を含む。例えば、実装領域１６は、第１主面１０ａの外縁１０ｒから離間している。この例では、実装領域１６は、第１主面１０ａの中央部分に設けられる。第１主面１０ａは、周辺領域１７をさらに含む。周辺領域１７は、実装領域１６の周りに設けられる。

絶縁性基板１０は、絶縁性を有する基板である。絶縁性基板１０には、例えば、セラミック基板などが用いられる。例えば、絶縁性基板１０は、アルミナを含む。絶縁性基板１０には、例えばアルミナを主成分とするセラミック基板などが用いられる。絶縁性基板１０は、表面の被膜の融点が、２１０〜２２０℃程度のＳｎ−Ａｇ（すず−銀）はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材（第３の接合部材）よりも低い。

第１金属層１１は、第１主面１０ａ上に設けられる。第１金属層１１は、銅などの高い伝導性を有する材料で形成される。第１金属層１１は、融点が２１０〜２２０℃程度のＳｎ−Ａｇ（すず−銀）はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材（第３の接合部材）よりも低い融点である。

第１金属層１１は、複数の実装パターン１１ｐを含む。複数の実装パターン１１ｐは、実装領域１６に設けられる。複数の実装パターン１１ｐの少なくともいずれか２つ以上は、互いに離間している。例えば、複数の実装パターン１１ｐの少なくともいずれかは、島状である。複数の実装パターン１１ｐの２つは、互いに独立している。複数の実装パターン１１ｐは、例えば、第１実装パターン１１ｐａ及び第２実装パターン１１ｐｂなどを含む。

複数の実装パターン１１ｐのそれぞれは、例えば、第１実装部分１１ａと、第２実装部分１１ｂと、を含む。この例では、実装パターン１１ｐは、第３実装部分１１ｃをさらに含む。第３実装部分１１ｃは、第１実装部分１１ａと第２実装部分１１ｂとの間に設けられ、第１実装部分１１ａと第２実装部分１１ｂとを繋ぐ。

第１金属層１１は、複数の実装パターン１１ｐを互いに接続する接続部４４をさらに含んでもよい。この例では、第１金属層１１は、第１コネクタ用電極部４５ｅと第２コネクタ用電極部４６ｅとをさらに含む。第１コネクタ用電極部４５ｅは、複数の実装パターン１１ｐの１つと電気的に接続される。第２コネクタ用電極部４６ｅは、複数の実装パターン１１ｐのその１つとは別の１つと電気的に接続される。後述するように、１つの実装パターン１１ｐの一部の上に半導体発光素子が配置される。この半導体発光素子により、第１コネクタ用電極部４５ｅが、実装パターン１１ｐの１つと電気的に接続される。さらに、別の１つの実装パターン１１ｐの一部の上に半導体発光素子が配置される。この半導体発光素子により、第２コネクタ用電極部４６ｅが、別の１つの実装パターン１１ｐの１つと電気的に接続される。

この例では、発光部４０は、第１主面１０ａ上に設けられた第１コネクタ４５と、第２コネクタ４６と、をさらに含む。第１コネクタ４５は、第１コネクタ用電極部４５ｅと電気的に接続される。第２コネクタ４６は、第２コネクタ用電極部４６ｅと電気的に接続される。この例では、第１コネクタ用電極部４５ｅの上に、第１コネクタ４５が設けられている。第２コネクタ用電極部４６ｅの上に、第２コネクタ４６が設けられている。第１コネクタ４５と、第２コネクタ４６と、の間に発光素子部３５が配置される。これらのコネクタを介して、発光部４０に電力が供給される。

第２金属層１２は、第２主面１０ｂ上に設けられる。第２金属層１２は、銅などの高い伝導性を有する材料で形成される。第２金属層１２は、融点が２１０〜２２０℃程度のＳｎ−Ａｇ（すず−銀）はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材（第３の接合部材）よりも低い融点である。第２金属層１２は、第１金属層１１と電気的に絶縁されている。第２金属層１２の少なくとも一部は、Ｘ−Ｙ平面（第１主面１０ａに対して平行な第１平面）に投影したときに、実装領域１６と重なる。

このように、絶縁性基板１０の上面（第１主面１０ａ）に第１金属層１１が設けられ、絶縁性基板１０の下面（第２主面１０ｂ）に第２金属層１２が設けられる。

発光素子部３５は、絶縁性基板１０の第１主面１０ａ上に設けられる。発光素子部３５は、複数の半導体発光素子２０と、波長変換層３１と、を含む。

複数の半導体発光素子２０は、第１主面１０ａ上に設けられる。図２に示すように、各半導体発光素子２０は、第１主面１０ａ上において、絶縁性基板１０に実装される。

複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、光を放出する。半導体発光素子２０は、例えば窒化物半導体を含む。半導体発光素子２０は、例えば、Ｉｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）を含む。ただし、本実施形態において、半導体発光素子は任意である。

複数の半導体発光素子２０は、例えば、第１半導体発光素子２０ａ及び第２半導体発光素子２０ｂなどを含む。複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、複数の実装パターン１１ｐのうちのいずれかの実装パターン１１ｐと、複数の実装パターン１１ｐのうちの上記のいずれかの隣の別の実装パターン１１ｐと、電気的に接続されている。

例えば、第１半導体発光素子２０ａは、複数の実装パターン１１ｐのうちの第１実装パターン１１ｐａと、第２実装パターン１１ｐｂと、電気的に接続されている。第２実装パターン１１ｐｂは、第１実装パターン１１ｐａの隣の別の実装パターン１１ｐに相当する。

例えば、複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、第１導電形の第１半導体層２１と、第２導電形の第２半導体層２２と、発光層２３と、を含む。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でもよい。

第１半導体層２１は、第１の部分（第１半導体部分２１ａ）と、第２の部分（第２半導体部分２１ｂ）と、を含む。第２半導体部分２１ｂは、積層方向（放熱筐体５１から発光部４０に向かうＺ軸方向）に対して交差する方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第１半導体部分２１ａと並ぶ。

第２半導体層２２は、第２半導体部分２１ｂと実装基板部１５との間に設けられる。発光層２３は、第２半導体部分２１ｂと第２半導体層２２との間に設けられる。半導体発光素子２０は、例えばフリップチップ型のＬＥＤである。

例えば、第１半導体層２１の第１半導体部分２１ａが、実装パターン１１ｐの第１実装部分１１ａと対向している。第２半導体層２２が、実装パターン１１ｐの第２実装部分１１ｂと対向している。第１半導体層２１の第１半導体部分２１ａが、第１実装部分１１ａと電気的に接続される。第２半導体層２２が、第２実装部分１１ｂと電気的に接続される。これらの接続には、例えば、はんだや金バンプなどの接合部材（以下、第１の接合部材と呼ぶ）が用いられる。これらの接続は、例えば、金属溶融はんだ接合により行われる。または、これらの接続は、例えば、金バンプを用いた超音波熱圧着法により行われる。

例えば、発光素子部３５は、第１接合金属部材２１ｅと、第２接合金属部材２２ｅと、をさらに含む。第１接合金属部材２１ｅは、第１半導体部分２１ａと、いずれかの実装パターン１１ｐ（例えば第１実装部分１１ａ）と、の間に設けられる。第２接合金属部材２２ｅは、第２半導体層２２と、別の実装パターン１１ｐ（例えば、第２実装パターン１１ｐｂ）と、の間に設けられる。第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅは、はんだ、または、金バンプを含む。これにより、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅのそれぞれの断面積（Ｘ−Ｙ平面で切断したときの断面積）を大きくできる。これにより、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅを介して、熱を効率良く、実装基板部１５に伝えることができ、放熱性が高まる。以下、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅを、第１の接合部材と総称する。第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅ（第１の接合部材）は、融点が２１０〜２２０℃程度のＳｎ−Ａｇ（すず−銀）はんだや銀ナノペーストといった導電性接着剤などの接合部材（第３の接合部材）よりも低い融点を有する。

波長変換層３１は、複数の半導体発光素子２０の少なくとも一部を覆う。波長変換層３１は、複数の半導体発光素子２０から放出される光（例えば第１光）の少なくとも一部を吸収し、第２光を放出する。第２光の波長（例えばピーク波長）は、第１光の波長（例えばピーク波長）とは、異なる。波長変換層３１には、例えば、蛍光体などの複数の波長変換粒子と、複数の波長変換粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。第１光は、例えば青色光を含む。第２光は、第１光よりも波長が長い光を含む。第２光は、例えば、黄色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む。

この例では、発光素子部３５は、反射層３２をさらに含む。反射層３２は、Ｘ−Ｙ平面内で波長変換層３１を囲む。反射層３２には、例えば、金属酸化物などの複数の粒子と、その粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。金属酸化物などの粒子は、光反射性を有する。この金属酸化物などの粒子として、例えば、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを用いることができる。反射層３２を設けることで、半導体発光素子２０から放出された光が、積層方向に沿った方向（例えば上方向）に沿って効率良く出射できる。

発光部４０は、例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）型のＬＥＤモジュールである。

本実施形態においては、発光素子部３５から放出される光の光束発散度は、例えば１０ｌｍ／ｍｍ^２（ルーメン／平方ミリメートル）以上、１００ｌｍ／ｍｍ^２以下である。すなわち、本実施形態においては、発光素子部３５から放出される光の発光面積に対する比（光束発散度）が、非常に高い。本願明細書においては、発光面積は、実質的に実装領域１６の面積に対応する。

なお、本実施形態に係る発光装置１１０は、例えば、投光器などに利用される。発光装置１１０は、例えば、図示しない投光器部材に取り付けられ、投光器部材を介して目的の位置に設置される。投光器部材は、投光器の一部であり、例えば、発光装置１１０を目的の位置に設置するための取り付け部材である。

本実施形態に係る発光装置１１０における放熱部材５０の大きさは、放熱筐体５１をＸ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの縦横長が、例えば１５×１５ｃｍである。また、放熱部材５０の放熱筐体５１のＺ軸方向の厚みは、例えば１ｃｍである。また、放熱フィン７０のＺ軸方向の長さは、例えば２０ｃｍである。また、実装領域１６は、例えば直径１７ｍｍの円形領域である。

本実施形態においては、実装領域１６の面積に対して、放熱部材５０の面積が非常に大きく設定されている。これにより、実装領域１６の上に設けられた発光素子部３５で生じる熱を、面積の大きい放熱部材５０により、面内方向（Ｘ−Ｙ面内方向）に広げる。そして、面内方向に拡がった熱が効率良く放熱される。

実装領域１６、第１金属層１１及び第２金属層１２の例について説明する。第１主面１０ａは、実装領域１６と、周辺領域１７と、を有する。この例では、実装領域１６のパターンは、実質的に円形である。実装領域１６の中心は、絶縁性基板１０の中心に略一致するように設けられている。周辺領域１７は、実装領域１６の周辺の領域である。

周辺領域１７の面積は、実装領域１６の面積よりも大きい。熱が発生する実装領域１６の面積よりも、周辺領域１７の面積を大きくすることで、発生した熱は、面内方向に沿って効率良く広がる。これにより放熱性が高まる。

第１金属層１１の一部である複数の実装パターン１１ｐは、実装領域１６内に設けられる。この例では、複数の実装パターン１１ｐは、円形の領域内に設けられている。換言すると、複数の実装パターン１１ｐが設けられている領域が、実装領域１６となる。実装領域１６は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの複数の実装パターン１１ｐを内包する領域である。複数の実装パターン１１ｐどうしの間の領域は、実装領域１６に含まれる。複数の実装パターン１１ｐのうちの外側に配置される実装パターン１１ｐの外縁を最短距離で繋いだ線の内側が、実装領域１６となる。

光束発散度を高めるために、複数の実装パターン１１ｐは、例えば、略円形の領域内に配置される。この場合には、実用的には、複数の実装パターン１１ｐを内包する略円形の領域を実装領域１６として用いてもよい。

実装領域１６は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの、複数の実装パターン１１ｐが設けられる領域を含む。実装領域１６は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの、接続部４４、第１コネクタ用電極部４５ｅ及び第２コネクタ用電極部４６ｅが設けられる領域を含まない。この領域は、周辺領域１７に含まれる。

既に説明したように、複数の実装パターン１１ｐの一部は、互いに独立している。互いに隣接する独立した２つの実装パターン１１ｐは、それらの上に配置される半導体発光素子２０により電気的に接続される。複数の半導体発光素子２０の一部は、例えば、直列に接続される。直列に接続された複数の半導体発光素子２０は、例えば、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。

さらに、例えば、複数の実装パターン１１ｐの２つは、接続部４４により接続される。これにより、直列に接続された複数の半導体発光素子２０の群が、さらに接続される。Ｘ軸に沿って並び直列に接続された複数の半導体発光素子２０の群が、Ｙ軸方向に沿って並ぶ。直列に接続された複数の半導体発光素子２０の群は、互いに並列に接続される。

さらに、実装パターン１１ｐは、図示しない配線パターンを介して、第１コネクタ用電極部４５ｅまたは第２コネクタ用電極部４６ｅと電気的に接続される。第１コネクタ用電極部４５ｅの上に設けられた第１コネクタ４５と、第２コネクタ用電極部４６ｅの上に設けられた第２コネクタ４６と、を介して、実装パターン１１ｐに電流が供給される。その電流が半導体発光素子２０に供給され、光が生じる。

第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積よりも大きい。例えば、Ｘ−Ｙ平面（積層方向に対して平行な第１平面）に投影した第２金属層１２の面積は、第２主面１０ｂの面積の９５％以上である。第２金属層１２の面積を大きくすることで、熱の放熱の効率が高まる。

接合部８０は、実質的に第２金属層１２のパターンに沿っている。第２金属層１２の面積を大きくすることで、接合部８０の面積を広げることができる。これにより、接合部８０を介した熱伝導の効率が向上できる。

例えば、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の外縁は、実装領域１６の外縁の外側に位置する。つまり、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積より大きい。

なお、例えば、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の外縁は、実装領域１６の外縁の内側に位置してもよい。つまり、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積より小さくてもよい。この場合においても、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積の８０％よりも大きい。これよりも小さいと、放熱の効率が低くなる。

本実施形態においては、絶縁性基板１０の下面に、第１金属層１１と絶縁された第２金属層１２が設けられている。第２金属層１２は、例えば、半導体発光素子２０に供給される電流の経路とはなっていない。第２金属層１２は、高い放熱性を得るために設けられている。

例えば、絶縁性基板１０の上面と下面との両方に電極を設け、下面に設けられた電極を、上面に設けられた電極と、絶縁性基板１０を貫通するスルーホールで電気的に接続する構成がある。例えば、上面に設けられた電極に半導体発光素子２０を接続し、半導体発光素子２０に供給する電流は、下面に設けられた電極を介して供給される。このような構成においては、下面に設けられた電極は、半導体発光素子２０に供給する電流の経路となっている。このため、下面に設けられた電極（の少なくとも１つ）は、その下側に設けられる放熱部材５０と接触させることができない。このため、下面に設けられた電極を介しての放熱は不十分である。

このような構成は、光束発散度が低い発光装置（例えば、光束発散度が１０ｌｍ／ｍｍ^２未満の発光装置）には、用いることができると考えられる。しかしながら、このような構成を、光束発散度が高い発光装置（例えば、光束発散度が１０ｌｍ／ｍｍ^２以上の発光装置）に用いると、放熱が不十分になり、その結果、十分な放熱性が得られない。

このように、絶縁性基板１０の下面に、第１金属層１１と絶縁された第２金属層１２が設けられる構成は、投光器のように、高い光束発散度の発光装置に特別に適用される構成である。これにより、光束発散度が高い場合にも、放熱性を高めることができる。なお、第２金属層１２を省略する構成としてもよい。

本実施形態において、放熱部材５０の放熱能力は、例えば１光源当たり７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）（ワット／（メートル・ケルビン）以上である。ここで、１光源とは、１つの実装領域１６に実装された半導体発光素子２０の群である。例えば、１光源の総消費電力のうち、発光に用いられる電力以外の消費電力が、熱に変換される。放熱部材５０が光源の発熱を十分に放熱するためには、放熱部材５０の放熱能力が光源の発熱の総量以上であればよい。

図示しない投光器部材には、通常、アルミニウムが用いられ、投光器部材の熱伝導率は、放熱部材５０の熱伝導率よりも低い。放熱部材５０の放熱能力を投光器部材よりも高くすることで、投光器部材に至るまでに十分に熱を面内方向（Ｘ−Ｙ面内方向）に広げることができ、放熱性が向上する。

［発光装置の製造手順］
図４は、実施形態に係る発光装置の製造手順を例示する模式図である。図４の（ａ）に示すように、先ず、図示しない製造装置は、接合部８０を介して発光部４０と接合した放熱筐体５１に、接合部６１（図２参照）を介してヒートパイプ６０を、接合部７３（図２参照）を介して放熱フィン７０を、それぞれ接合する。次に、図４の（ｂ）に示すように、製造装置は、放熱筐体５１に接合した放熱フィン７０などの塗装を含む仕上げ処理を行う。次に、図４の（ｃ）に示すように、製造装置は、発光部４０を組立てる。最後に、図４の（ｄ）に示すように、発光部４０と、放熱筐体５１とを第２の接合部８０を介して接合する。

図５は、実施形態に係る発光装置の製造手順を例示するフローチャートである。先ず、図示しない製造装置は、第３の接合部材を用いて、放熱フィン７０を放熱筐体５１に接合する（ステップＳ１１）。次に、製造装置は、ヒートパイプ６０を放熱筐体５１及び放熱フィン７０に取り付け、第３の接合部材を用いて、ヒートパイプ６０を放熱筐体５１に固定する（ステップＳ１２）。次に、製造装置は、放熱フィン７０の塗装などを含む仕上げ処理を行う（ステップＳ１３）。

次に、製造装置は、配線パターンを絶縁性基板１０上に形成する（ステップＳ１４）。配線パターンを絶縁性基板１０上に形成する方法は、各種の既存技術を用いることができる。次に、製造装置は、第１の接合部材を用いて、半導体発光素子２０を絶縁性基板１０に接合する（ステップＳ１５）。製造装置は、半導体発光素子２０を絶縁性基板１０に接合する際に、半導体発光素子２０と、絶縁性基板１０とを、はんだや金バンプなどの第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅにより接合する。

次に、製造装置は、第２の接合部材を用いて、放熱筐体５１を絶縁性基板１０に接合する（ステップＳ１６）。なお、上述のステップＳ１１〜ステップＳ１３と、ステップＳ１４〜ステップＳ１５とは、実行順序を入れ替えてもよい。また、上述のステップＳ１５と、ステップＳ１６とは、実行順序を入れ替えてもよい。

実施形態によれば、例えば、放熱部材５０における接合部６１及び接合部７１の第３の接合部材の融点が、半導体発光素子２０及び絶縁性基板１０の第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅの第１の接合部材の融点、絶縁性基板１０及び放熱部材５０の接合部８０の第２の接合部材の融点よりも高い。このため、放熱部材５０に放熱フィン７０及びヒートパイプ６０を接合した後に、絶縁性基板１０に放熱部材５０を接合する場合であっても、絶縁性基板１０に放熱部材５０を接合する際の第２の接合部材の融解熱により、第３の接合部材が融解することを防止する。あるいは、半導体発光素子２０を絶縁性基板１０に接合し、放熱部材５０に放熱フィン７０及びヒートパイプ６０を接合した後に、絶縁性基板１０に放熱部材５０を接合する場合であっても、半導体発光素子２０を絶縁性基板１０に接合し、絶縁性基板１０に放熱部材５０を接合する際の第１の接合部材又は第２の接合部材の融解熱により、第３の接合部材が融解することを防止する。よって、信頼性が高い発光装置１１０を製造することができる。また、放熱部材５０を塗装したあとに、発光部４０を接合できる。つまり、発光部４０、放熱部材５０をそれぞれ完成させた後に、一体化すればよいため、製造を容易に行うことができる。

なお、実施形態において、第３の接合部材の融点は、第１の接合部材及び第２の接合部材よりも高くした。さらには、第２の接合部材の融点が、第１の接合部材よりも高いものでもよい。すなわち、発光装置１１０において、図２に示すＺ軸方向より下位に位置する程、各材料の融点が高いものでもよい。これにより、さらに信頼性が高い発光装置１１０を製造することができる。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０・・・絶縁性基板
１１・・・第１金属層
１２・・・第２金属層
２０・・・半導体発光素子
２１ｅ・・第１接合金属部材
２２ｅ・・第２接合金属部材
４０・・・発光部
５０・・・放熱部材
５１・・・放熱筐体
５２・・・凹部
５３・・・収容部
６０・・・ヒートパイプ
６１・・・接合部
７０・・・放熱フィン
７１・・・接合部
７２・・・貫通孔
７３・・・接合部
８０・・・接合部
１１０・・発光装置

Claims

半導体発光素子と；
配線パターンが形成された実装面を有する絶縁性基板と；
前記実装面において、前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を接合する第１の接合部と；
放熱面と、前記放熱面の反対面と、前記放熱面及び前記放熱面の反対面の間を通過するヒートパイプを収容する収容部とを有する放熱筐体と；
前記実装面の反対面及び前記放熱面の反対面において、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を接合する第２の接合部と；
放熱フィンと；
前記収容部に収容された際に前記放熱筐体から延伸する延伸部分が前記放熱フィンと接合するヒートパイプと；
前記放熱面において前記放熱筐体及び前記放熱フィンを接合し、前記収容部において前記放熱筐体及び前記ヒートパイプを接合し、前記延伸部分において前記放熱フィン及び前記ヒートパイプを接合する、前記第１の接合部、前記第２の接合部よりも融点が高い第３の接合部と；
を具備する発光装置。
投光器部材と；
前記投光器部材に取り付けられた請求項１に記載の発光装置と；
を具備する投光器。
請求項１に記載の発光装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子及び前記絶縁性基板を前記第１の接合部により接合する第１の接合工程と；
前記放熱筐体及び前記放熱フィンと、前記放熱筐体及び前記ヒートパイプと、前記放熱フィン及び前記ヒートパイプとのそれぞれを前記第３の接合部により接合する第２の接合工程と；
前記第１の接合工程及び前記第２の接合工程の後に、前記絶縁性基板及び前記放熱筐体を前記第２の接合部により接合する第３の接合工程と；
を具備する発光装置の製造方法。