JP6605873B2 - 灯具用光半導体ユニット及び灯具用光半導体ユニットの製造方法 - Google Patents
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Description
また、近時、発光モジュールの高出力化が進んでおり、それに伴い、発光モジュールに対する放熱性能を高める必要があり、その放熱性能を高めることに関し、改善が求められている。
第2の目的は、上記灯具用光半導体ユニットを製造する灯具用光半導体ユニットの製造方法を提供することにある。
基板と、該基板上に配置される発光モジュールとが、備えられ、
前記基板が、板状の金属層と、該金属層の肉厚方向一方側において積層される後面側絶縁層と、該金属層及び該後面側絶縁層を貫通して該基板の肉厚方向両側外方に開口される端子用挿通孔と、を備え、
前記発光モジュールが、内部に光半導体素子を有すると共に基端面を平坦面とする発光モジュール本体と、該発光モジュール本体の基端面から外方に伸びて該発光モジュール本体に対して発光のための給電を行う給電端子と、を備え、
前記発光モジュール本体の基端面が、前記金属層の肉厚方向他方側面に絶縁性接着剤を介して接続され、
前記給電端子の先端部が、前記基板の端子用挿通孔を経て前記後面側絶縁層外面に露出されている、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットとした構成としてある。この請求項1の好ましい態様は、請求項2〜5に記載の通りである。
基板として、板状の金属層と、該金属層の肉厚方向一方側において積層される後面側絶縁層と、該金属層及び該後面側絶縁層を貫通して該基板の肉厚方向両側外方に開口される端子用挿通孔と、を備えるものを用意すると共に、発光モジュールとして、内部に光半導体素子を有すると共に基端面を平坦面とする発光モジュール本体と、該発光モジュール本体の基端面から外方に伸びて該発光モジュール本体に対して発光のための給電を行う給電端子と、を備えるものを用意し、
前記発光モジュール本体の給電端子を前記基板の端子用挿通孔を経て前記後面側絶縁層外面に露出させると共に、該発光モジュール本体の基端面を、前記金属層の肉厚方向他方側面に、絶縁性接着剤を介して接続する、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットの製造方法とした構成としてある。この請求項6の好ましい態様は、請求項7、10の記載の通りである。
発光モジュールとして、内部に光半導体素子を有すると共に基端面を平坦面とする発光モジュール本体と、該発光モジュール本体の基端面から外方に伸びて該発光モジュール本体に対して発光のための給電を行う給電端子と、を備えるものを用意すると共に、基板として、前記発光モジュールの給電端子を挿通させるための端子用挿通孔として仕上がる前段階の初期孔に絶縁性接着剤が硬化状態をもって充填されている金属層と、該金属層の肉厚方向一方側において積層される後面側絶縁層と、該金属層の肉厚方向他方側において積層される前面側絶縁層と、を備えるものを用意し、
先ず、前記初期孔内の絶縁性硬化接着剤、該初期孔に臨む前記後面側絶縁層及び前記前面側絶縁層に対して加工を行うことにより、前記端子用挿通孔を形成すると共に、前記前面側絶縁層のうち、前記初期孔が臨む領域を少なくとも含む範囲を加工することにより、前記金属層を、少なくとも前記発光モジュール本体の基端面が配置可能となる面積をもって露出させ、
次に、前記発光モジュール本体の給電端子を前記端子用挿通孔を経て前記後面側絶縁層外面に露出させると共に、該発光モジュール本体の基端面を、前記前面側絶縁層において露出する前記金属層上に、絶縁性接着剤を介して接続する、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットの製造方法とした構成としてある。この請求項8の好ましい態様は、請求項9、10の記載の通りである。
また、発光モジュールの基端面が、金属層の肉厚方向他方側面に絶縁性接着剤を介して接続されていることから、発光モジュールの高出力化に伴い、その発光モジュールの発熱量が増加するとしても、その熱は、発光モジュール本体の広い基端面から金属層に効果的に伝達されて、その金属層により移動熱量が放熱されることになる。これにより、当該灯具用光半導体ユニットにおいては、発光モジュールに対する放熱性能を高めることができる。
さらには、基板は、発光モジュールよりも広く且つ平坦な面を有し、その面を取付け面として有効に利用できる。このため、当該灯具用光半導体ユニットを用いれば、取付け安定性を高めることができる。
しかも、初期孔に充填された硬化後の絶縁性接着剤を加工することによって所望の小さな径の端子用挿通孔形成できることから、発光モジュール本体の基端面に臨む空間を少なくすることができ(発光モジュール本体基端面の非接触面積の低減)、放熱性能の低下を抑制できる。
図1において、符号1は、第1実施形態に係る車両用灯具としての前照灯を示す。この前照灯1は、前方が横長形状をもって開口されたランプボディ2と、そのランプボディ2の開口周縁部にその横長形状の開口を覆うようにして着脱可能に取付けられる前面カバー3と、を備えており、そのランプボディ2と前面カバー3とは、灯室4を区画している。この灯室4内には、灯具ユニット5が配設されており、その灯具ユニット5により、照射光が前面カバー3を経て外部に出射されることになっている。
ヒートシンク6は、本実施形態においては、金属製の板状の支持板部11と取付け台部12とを一体的に有している。支持板部11は、ランプボディ2の背壁部2aにエイミングスクリュ13等を介して支持されており、その支持板部11の板面は、前後方向を向きつつ、背壁部2aから前方側に離間された状態で配置されている。取付け台部12は、支持板部11の前面に取付けられており、その取付け台部12の上面は平坦面として形成されている。
レンズホルダ7は、その後端部(一端部)がヒートシンク6の取付け台部12の前面に取付けられている。レンズホルダ7は、その前端部(他端部)が前方に延出されており、このレンズホルダ7の上面は、取付け台部12の上面に連続している。
投影レンズ8は、レンズホルダ7の前端部に取付けられており、これにより、投影レンズ8は、車両前後方向に延びる光軸L上に配置されている。
リフレクタ9は、前記取付け台部12上面の上方に配置されて、灯具用光半導体ユニット10を上方側から覆うようにされている。このリフレクタ9は、灯具用光半導体ユニット10からの光を前方(投影レンズ15)へ向けて光軸L寄りに反射する有効反射面を有している。
この後面側絶縁性基板18Aの外面には、接続要素として、配線パターン部20が設けられている。配線パターン部20は、多少の間隔をあけて平行に伸びる一対の導電性ライン部21と、その各導電性ライン部21の一端部に連続するランド部22と、各導電性ライン部21の他端部に連続するランド部23と、各導電性ライン部21及びランド部23を覆う絶縁性塗膜部24と、を有している。
この後面側絶縁性基板18Aは、不必要な部分が、極力、取り除かれている。本実施形態においては、後面側絶縁層18のうち、配線パターン部20、後述のフィレット48等が配置される部分が残され、その他の後面側絶縁層18の大部分が取り除かれる。これに伴い、その取り除かれた部分において、金属層17が露出することになっている(図3参照)。
この前面側絶縁性基板19Aは、図2、図3に示すように、その一部が取り除かれて金属層17が露出されている。この金属層17の露出部分は前記発光モジュール15の配置領域25として設定されており、その発光モジュール15の配置領域25は、基板14の肉厚方向において、配線パターン部20におけるランド部22に対して対向配置されている。
この前面側絶縁性基板19Aの表面には、前記発光モジュール15の配置領域25の近傍において、一対の給電用電極26が設けられている。この各給電用電極としては、金属薄膜、例えばCu箔が用いられており、その各給電用電極26は、前面側絶縁性基板19Aの肉厚方向において、前記配線パターン部20における各ランド部23に対向配置されている。
また、この前面側絶縁性基板19Aの表面には、配線パターンの形成が可能であるため、図2に示すように、コネクタ27やサーミスタ28等の電子部品が実装されている。サーミスタ28は、温度を検出して発光モジュール15に対する電流制御を行うべく、発光モジュール15の近傍に配置される。
一対の各端子用挿通孔29は、その各一端が、前記配線パターン部20の各ランド部22の穴にそれぞれ開口され、その各他端が発光モジュール15の配置領域25に開口されている。この各端子用挿通孔29の内周面は、金属層17においては前記絶縁性接着剤(絶縁性樹脂被膜)32をもって形成され、後面側絶縁層18においては、その後面側絶縁層18の面をもって形成されており、このような各端子用挿通孔29内は金属層17に対して絶縁されている。具体的には、この各端子用挿通孔29を形成するに当たっては、金属層17に予め形成されている端子用初期孔31に絶縁性接着剤32を充填した状態にし、その硬化後に、その充填部分及び後面側絶縁層18に対して機械加工を行うことになる。
このような結果、各スルーホール30の内周面を構成する導電性被膜33は、配線パターン部20における各ランド部23(導電性ライン部21の他端部)と前記各給電用電極26とを接続することになる。
発光モジュール本体36は、円板状のステム38と、そのステム38上に配置される有底円筒形状のキャップ39と、備えている。
ステム38は、その上下のいずれの面38a,38bも平坦面に形成されており、上面38aが部品配置面を構成し、下面38bが発光モジュール本体36の基端面を構成している。このステム38の上面38aには、ヒートシンク40、サブマウント41を介して、光半導体素子としてのレーザダイオード(チップ)42が配置されている。本実施形態においては、レーザダイオード42として、青色レーザ光を発光するものが用いられており、そのレーザダイオード42からのレーザ光は上方側に向けて照射されることになっている。
キャップ39は、その開口端部がステム上面38aに当接するように配置されており、そのキャップ39の内部空間に前記ヒートシンク40、サブマウント41、レーザダイオード42等が収納されている。このキャップ39の底部39aには、レーザダイオード42からのレーザ光の照射領域において、黄色を発生する蛍光体43が設けられており、その蛍光体43を青色レーザ光が経ることにより、白色光が出射されることになっている。
絶縁性接着剤47としては、絶縁性高放熱接着剤47が用いられている。この絶縁性高放熱接着剤47は、絶縁性と熱伝導率を高めるために樹脂中にフィラー(充填材)が混入されており、その熱伝導率は前述の絶縁性接着剤32、後面側絶縁層18、前面側絶縁層19の熱伝導率よりも高いものとなっている。本実施形態においては、この絶縁性高放熱接着剤として、シリコーン系樹脂にアルミナ等のフィラーを含有させたものが、厚みを60μm程度以下の薄い厚みにして使用され、その際、その熱伝導率としては、2W/mK以上のものを用いることが好ましい。これにより、発光モジュール15から金属層17への移動熱量は、広い伝熱面積、絶縁性接着剤47の高い熱伝導率により、極力高められる。
また、発光モジュール本体36が配置領域25に接着されている状態において、各リード37が各端子用挿通孔29にそれぞれ挿入されている。
各リード37の先端部は、各端子用挿通孔29及び配線パターン部20におけるランド部22(の穴)を経て外部に突出しており、その突出した各リード37先端部と各ランド部22とは、その両者37,22の半田付けによりフィレット48が形成されている。これにより、発光モジュール15は、配線パターン部20、スルーホール30を形成する導電性被膜33を介して給電用電極26に接続されることになる。
この場合、取付け台部12の上面に凹所を形成し、その凹所内に後面側絶縁層18及びその上における配線パターン部20、フィレット48等を収納することが好ましい。露出する金属層17における平坦な大部分の外面を取付け台部12の上面に的確に当接させることができ、これに伴い、取付け性を向上できると共に、取付け台部12((ヒートシンク6)への熱伝達性能を高めることができるからである。勿論この場合、別の態様として、金属層17(基板17)に凹所を形成し、その凹所内に、後面側絶縁層18、その上に配置される配線パターン部20等を設けるようにしてもよい。
先ず、図6に示すように、金属板17Aを用意する。この金属板17Aには、端子用初期孔31とスルーホール用初期孔(貫通孔)35とが所定間隔をあけて予め形成されている。本実施形態では、金属板17Aとして、Cu板が用いられる。
この場合、金属板17Aの厚みが厚い場合(例えば3mm)又は初期孔31,35の径が大きい場合には、後面側絶縁性基板18A及び前面側絶縁性基板19Aの接着作業(押圧作業)前に、絶縁性接着剤32を初期孔31,35にある程度、充填しておくことが好ましい。また、この接着作業(押圧作業)に際して、金属板17A,後面側絶縁性基板18A及び前面側絶縁性基板19Aに対して加熱することは、作業性の観点からより好ましい。
また、この場合、後面側絶縁性基板18Aの不要な部分も除去される。その際、その露出する露出部分(金属板17A)に対して腐食防止処理、金メッキ処理等を行うことが好ましい。
(1)基板14として、前面側絶縁層19を設けず、金属層17に後面側絶縁層18だけを積層したものを用いること。
(2)光半導体素子としてLED(Light Emitting Diode)等を用いること。
(3)金属板17AとしてのCu板として、1mm、3mm以外の種々の厚みのものを用いること。
(4)各給電用電極26を、前面側絶縁性基板19A表面の種々の位置に配置すること。
(5)各端子用挿通孔29の内周面を形成するに当たり、その各端子用挿通孔29内に充填すべき絶縁性接着剤32に代えて、接着機能を有しない絶縁性樹脂(インク)を用いること。
(6)後面側絶縁性基板18Aの外面及び前面側絶縁性基板19Aの外面に金属箔49を一体化したものを準備しておき、図7における工程において、それらを用いること。
(7)前面側絶縁性基板19Aとして、予め、給電用電極26が形成されているもの、後面側絶縁性基板18Aとして、予め、ランド部23、導電性ライン部21、ランド部22(配線パターン部20)が形成されているものを準備しておき、この前面側絶縁性基板19A、後面側絶縁性基板18Aを用いることにより、給電用電極26の形成工程、配線パターン部20の形成工程を省くこと。
(8)スルーホール30に代えて、貫通孔51の内周面に導電性物質(Cu等)を電気めっき等により堆積させることにより、該貫通孔51内に導電性物質が充填されたものを用いること。
10 灯具用光半導体ユニット
15 発光モジュール
17 金属層
17A 金属板
18 後面側絶縁層
18A 後面側絶縁性基板
1 前面側絶縁層
19A 前面側絶縁性基板
20 配線パターン部(導電性部材、接続要素)
25 発光モジュール本体の配置領域
26 給電用電極
29 端子用挿通孔
30 スルーホール
31 端子用初期孔
32 絶縁性接着剤
33 導電性被膜(導電性部材)
35 スルーホール用初期孔(貫通孔)
36 発光モジュール本体
37 リード(給電端子)
38b ステム下面(発光モジュール本体の基端面)
42 レーザダイオード(光半導体素子)
47 絶縁性高放熱接着剤
51 貫通孔
Claims (6)
- 基板と、該基板上に配置される発光モジュールとが、備えられ、
前記基板が、板状の金属層と、該金属層の肉厚方向一方側において積層される後面側絶縁層と、該金属層及び該後面側絶縁層を貫通して該基板の肉厚方向両側外方に開口される端子用挿通孔と、を備え、
前記発光モジュールが、内部に光半導体素子を有すると共に基端面を平坦面とする発光モジュール本体と、該発光モジュール本体の基端面から外方に伸びて該発光モジュール本体に対して発光のための給電を行う給電端子と、を備え、
前記発光モジュール本体の基端面が、前記金属層の肉厚方向他方側面に絶縁性接着剤を介して接続され、
前記給電端子の先端部が、前記基板の端子用挿通孔を経て前記後面側絶縁層外面に露出されている、
灯具用光半導体ユニットであって、
前記金属層の肉厚方向他方側面に前面側絶縁層が、前記発光モジュール本体の配置領域を除く領域において積層され、
前記前面側絶縁層上に給電用電極が設けられ、
前記基板に、該基板の肉厚方向両側の絶縁層及び該両絶縁層間の金属層を貫通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔内周面全体が絶縁性被膜により形成され、
前記貫通孔内に導電性部材が貫通するようにして配置され、
前記導電性部材が、前記給電端子と前記給電用電極とを接続している、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニット。 - 請求項1において、
前記貫通孔が、前記前面側絶縁層上において前記給電電極に臨むようにして開口され、
前記導電性部材が、前記後面側絶縁層上に配置されて前記給電端子の先端部と前記貫通孔の開口との間を跨ぐ接続要素と、前記貫通孔内周面全体に被覆されて前記接続要素と前記給電用電極とを接続する導電性被膜と、を備えている、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニット。 - 基板として、板状の金属層と、該金属層の肉厚方向一方側において積層される後面側絶縁層と、該金属層及び該後面側絶縁層を貫通して該基板の肉厚方向両側外方に開口される端子用挿通孔と、を備えるものを用意すると共に、発光モジュールとして、内部に光半導体素子を有すると共に基端面を平坦面とする発光モジュール本体と、該発光モジュール本体の基端面から外方に伸びて該発光モジュール本体に対して発光のための給電を行う給電端子と、を備えるものを用意し、
前記発光モジュール本体の給電端子を前記基板の端子用挿通孔を経て前記後面側絶縁層外面に露出させると共に、該発光モジュール本体の基端面を、前記金属層の肉厚方向他方側面に、絶縁性接着剤を介して接続する、
灯具用光半導体ユニットの製造方法であって、
前記基板を用意するに当たり、前記端子用挿通孔として仕上がる前段階の初期孔を有した状態で前記金属層を構成する金属板と、前記後面側絶縁層を構成する絶縁性基板と、前記金属板と前記絶縁性基板とを接着するための絶縁性接着剤と、を準備し、
その上で、前記金属板の肉厚方向一方側面と前記絶縁性基板とを、その両者間に前記絶縁性接着剤を介在させた状態で互いに近づくように押圧することにより、該金属板の肉厚方向一方側面と該絶縁性基板とを接着すると共に、前記絶縁性接着剤を前記初期孔内に押込み、
前記絶縁性接着剤の硬化後、前記初期孔内の該絶縁性接着剤及び該初期孔に臨む前記絶縁性基板の部分に対して加工を行って、前記端子用挿通孔を形成する、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットの製造方法。 - 発光モジュールとして、内部に光半導体素子を有すると共に基端面を平坦面とする発光モジュール本体と、該発光モジュール本体の基端面から外方に伸びて該発光モジュール本体に対して発光のための給電を行う給電端子と、を備えるものを用意すると共に、基板として、前記発光モジュールの給電端子を挿通させるための端子用挿通孔として仕上がる前段階の初期孔に絶縁性接着剤が硬化状態をもって充填されている金属層と、該金属層の肉厚方向一方側において積層される後面側絶縁層と、該金属層の肉厚方向他方側において積層される前面側絶縁層と、を備えるものを用意し、
先ず、前記初期孔内の絶縁性硬化接着剤、該初期孔に臨む前記後面側絶縁層及び前記前面側絶縁層に対して加工を行うことにより、前記端子用挿通孔を形成すると共に、前記前面側絶縁層のうち、前記初期孔が臨む領域を少なくとも含む範囲を加工することにより、前記金属層を、少なくとも前記発光モジュール本体の基端面が配置可能となる面積をもって露出させ、
次に、前記発光モジュール本体の給電端子を前記端子用挿通孔を経て前記後面側絶縁層外面に露出させると共に、該発光モジュール本体の基端面を、前記前面側絶縁層において露出する前記金属層上に、絶縁性接着剤を介して接続する、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットの製造方法。 - 請求項4において、
前記基板を用意するに当たり、前記初期孔を有した状態で金属層を構成する金属板と、前記後面側絶縁層を構成する後面側絶縁性基板と、前記前面側絶縁層を構成する前面側絶縁性基板と、前記金属板と前記各絶縁性基板とを接着するための絶縁性接着剤と、を準備し、
前記金属板の肉厚方向一方側面と前記後面側絶縁性基板とをその両者間に前記絶縁性接着剤を介在させた状態で重ねると共に、該金属板の肉厚方向他方側面と前記前面側絶縁性基板とをその両者間に前記絶縁性接着剤を介在させた状態で重ねた上で、該後面側絶縁性基板と該前面側絶縁性基板とを互いに近づくように押圧することにより、該金属板に該後面側絶縁性基板と該前面側絶縁性基板とを接着すると共に、前記絶縁性接着剤を前記初期孔内に押込む、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットの製造方法。 - 請求項4において、
前記発光モジュール本体の基端面を前記金属層に接着するための絶縁性接着剤として、前記後面側絶縁層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するものを用いる、
ことを特徴とする灯具用光半導体ユニットの製造方法。
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