WO2013014978A1 - 実装基板および発光モジュール - Google Patents

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wiring
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浦野 洋二
畠 一志
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パナソニック株式会社
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    • H05K3/0061Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink

Definitions

  • the present invention relates to a mounting substrate and a light emitting module.
  • Patent Document Japanese Patent Publication No. 2011-44593, hereinafter referred to as Patent Document.
  • the LED substrate 101 is obtained by bonding the wiring board 105 and the reflection plate 103 with an adhesive 104 interposed therebetween.
  • the wiring board 105 includes a conductor circuit 115 including a bonding pad 106 on one surface on the reflective plate 103 side, and a lower surface electrode 111 electrically connected to the bonding pad 106 by an interlayer connection 120 on the other surface. Including a conductor circuit.
  • the wiring board 105 is a double-sided wiring board or a multilayer wiring board.
  • the wiring board 105 has a solder resist 124 formed at a predetermined position excluding the bonding pad 106.
  • the reflection plate 103 has a connection opening 112 through which the bonding pad 106 of the wiring board 105 is exposed.
  • the reflector 103 has a function of reflecting light from the LED element 108 and a function of radiating heat generated by the LED element 108.
  • the adhesive 104 for example, a high thermal conductive adhesive such as an adhesive in which an epoxy-based adhesive is filled with an inorganic filler is used.
  • a high thermal conductive adhesive such as an adhesive in which an epoxy-based adhesive is filled with an inorganic filler is used.
  • the LED element 108 As the LED element 108, a blue LED is used. Further, the LED element 108 is mounted on the LED mounting portion 107 of the reflection plate 103 using a die bond paste of a mixed type of silicone resin and epoxy resin.
  • the LED package 102 includes a mold resin 114a including a fluorescent material for converting blue light into white light as a mold resin that is formed on the reflection plate 103 and covers the LED elements 108 and the bonding wires 109, and a transparent mold. Resin 114b.
  • the LED substrate 101 is a member for mounting the LED element 108 to form the LED package 102 and is covered with the reflector 103 except for the bonding pad 106. It is described that the wiring board 105 can be protected from heat and ultraviolet rays emitted from it. Further, in Patent Document 1, when only the bonding pad 106 is exposed from the connection opening 112, a portion formed of the resin of the wiring board 105 is not exposed on the surface side of the reflecting plate 103. It describes that it is desirable in that it can suppress the deterioration of the wiring board 105 due to the light.
  • this LED substrate 101 it is assumed that heat generated in the LED element 108 is transmitted to the adhesive 104 through the reflection plate 103, and more easily transmitted to the wiring board 105.
  • the thermal resistance in the thickness direction of the wiring board 105 is large. Therefore, when the light output of the LED element 108 is increased, the temperature of the LED element 108 increases. There is a concern that it will not be possible to sufficiently suppress the above. For this reason, in the LED package 102 using the above-mentioned LED substrate 101, there is a concern that the increase in the light output is limited. Further, when the LED package 102 is used as a light source of a lighting fixture, the LED package 102 needs to be mounted on the surface of a separate circuit board, and the thermal resistance from the LED element 108 to the fixture main body is increased.
  • the present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a mounting substrate and a light emitting module capable of improving heat dissipation.
  • the mounting board of the present invention is a mounting board on which an electronic component can be mounted, and is formed of a metal plate and can mount the electronic component on one side, and a wiring that can electrically connect the electronic component.
  • a wiring board provided with a pattern on one side of the organic insulating substrate and disposed on the other side of the heat transfer plate, and an insulating layer interposed between the heat transfer plate and the wiring substrate, the heat transfer
  • the board is formed with a through hole that exposes the connection part of the electronic component in the wiring pattern, the plane size of the wiring board is larger than the plane size of the heat transfer plate,
  • the wiring pattern extends to a region that does not overlap the heat transfer plate.
  • the wiring board includes a protective layer made of a resist that covers a portion of the one side of the organic insulating substrate that does not overlap the heat transfer plate, and a part of the wiring pattern is connected to the protective layer as a terminal. It is preferable that an exposed portion to be exposed as a portion is formed.
  • the color of the protective layer is preferably white.
  • the wiring substrate is formed by forming a plating layer in a region other than the region covered with the protective layer in the wiring pattern, and the material of the wiring pattern is Cu, and the plating layer is a Ni film. It is preferably made of a laminated film of Ni and Pd film and Au film or a laminated film of Ni film and Au film.
  • the insulating layer is preferably made of a thermosetting resin and contains a filler having a higher thermal conductivity than the thermosetting resin.
  • the heat transfer plate is such that the metal plate is an aluminum plate, and an aluminum film having a higher purity than the aluminum plate is laminated on the opposite side of the aluminum plate to the insulating layer side, Further, it is preferable that a reflection enhancing film made of two kinds of dielectric films having different refractive indexes is laminated.
  • the heat transfer plate has an elongated shape, and a plurality of the electronic components can be mounted side by side along the longitudinal direction of the heat transfer plate. It has a long shape with a width larger than that of the heat transfer plate, and is made of a resin substrate in which a filler having a higher thermal conductivity than that of the resin is mixed with resin, and linear expansion with the metal plate rather than the wiring pattern. It is preferable that the rate difference is small.
  • the light emitting module of the present invention includes the mounting substrate and the electronic component mounted on the mounting substrate, and the electronic component includes a solid light emitting element.
  • the solid light emitting element is preferably an LED chip.
  • the light emitting module includes a color conversion unit including a phosphor and a translucent material that is excited by light emitted from the LED chip and emits light of a color different from the emission color of the LED chip, and the color conversion The part is preferably in contact with the heat transfer plate.
  • each LED chip is provided with a first electrode and a second electrode on one surface side in the thickness direction, and each of the first electrode and the second electrode passes through the through hole. It is preferable to be electrically connected to the wiring pattern via a wire.
  • FIG. 1A is a schematic exploded perspective view of a mounting substrate in the embodiment
  • FIG. 1B is an enlarged view of a main part of FIG. 1A.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view of a main part of a light emitting module in the embodiment, and FIG.
  • 5B is a schematic perspective view of a main part of the light emitting module in the embodiment, partly broken. It is a principal part schematic sectional drawing of the light emitting module in embodiment. It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of the light emitting module in embodiment. It is a principal part schematic sectional drawing of the further another structural example of the light emitting module in embodiment. It is a principal part schematic sectional drawing of another structural example of the light emitting module in embodiment. It is a principal part schematic sectional drawing of another structural example of the light emitting module in embodiment. It is a schematic sectional drawing of the conventional LED package.
  • FIGS. 1 to 4 the mounting board 2 on which electronic components can be mounted will be described based on FIGS. 1 to 4, and then the light emitting module including the mounting board 2 will be described based on FIGS. 5 to 10.
  • the mounting board 2 includes a heat transfer plate 21 on which electronic components can be mounted on one surface side (first surface side of the heat transfer plate 21), and the other surface side of the heat transfer plate 21 (second surface side of the heat transfer plate 21). And a wiring board 22 having a wiring pattern 22b that can be electrically connected to the electronic component, and an insulating layer 23 interposed between the heat transfer plate 21 and the wiring board 22.
  • the heat transfer plate 21 is formed of a metal plate.
  • the wiring substrate 22 has a wiring pattern 22b provided on one side of the organic insulating substrate 22a (the first surface of the organic insulating substrate 22a; the upper surface in FIG. 1).
  • the wiring pattern 22b includes a plurality of first patterns 22b1 and a plurality of second patterns 22b2 having substantially the same shape.
  • Each of the first pattern 22b1 and the second pattern 22b2 is formed as a metal pattern (solid pattern) extending in a substantially rectangular shape on the one surface of the organic insulating substrate 22a.
  • a single-sided printed wiring board can be used. That is, in the wiring board 22 of the present embodiment, the wiring pattern 22b is provided only on one surface (the surface on the insulating layer 23 side) of the organic insulating substrate 22a.
  • the heat transfer plate 21 is formed with a plurality of through holes 21b that expose portions for connecting electronic components in the wiring pattern 22b.
  • the mounting substrate 2 has a wiring substrate 22 having a larger planar size than the heat transfer plate 21. Further, the wiring board 22 extends to a region where the wiring pattern 22 b does not overlap the heat transfer plate 21.
  • the heat transfer plate 21 is formed in a long shape (here, an elongated rectangular plate shape), and a plurality of electronic components can be mounted side by side along the longitudinal direction of the heat transfer plate 21.
  • a metal having high thermal conductivity such as aluminum and copper is preferable.
  • the material of the metal plate is not limited to these, and may be stainless steel or steel, for example.
  • the heat transfer plate 21 is formed with a through hole 21b through which each of wirings (for example, wires) electrically connecting the electronic component and the wiring pattern 22b is passed.
  • the through holes 21 b are formed on both sides of the electronic component mounting region in the width direction of the heat transfer plate 21.
  • the through hole 21b includes a first through hole 21b1 formed on one side in the width direction of the heat transfer plate 21 (right side in FIG. 1) and the other side in the width direction of the heat transfer plate 21 (see FIG. 1) and a second through hole 21b2.
  • the through holes 21b are formed in pairs of a first through hole 21b1 and a second through hole 21b2.
  • the pair of through holes 21b1 and 21b2 are formed with a predetermined interval (an interval larger than the width of the electronic component to be mounted) in the width direction of the heat transfer plate 21.
  • a plurality of through-hole pairs (21 b 1, 21 b 2) are formed side by side along the longitudinal direction of the heat transfer plate 21.
  • the through hole 21b has a circular opening shape.
  • the inner diameter of the through hole 21b is set to 0.5 mm, but this value is an example and is not particularly limited. However, it is preferable that the inner diameter of the through hole 21b has such an inner diameter that the wiring does not contact the heat transfer plate 21 when the electronic component and the wiring pattern 22b are connected by wiring such as a wire.
  • the shape of the through hole 21b is not limited to a circular shape, and may be, for example, a rectangular shape or an elliptical shape.
  • the wiring board 22 is formed in a long shape (here, an elongated rectangular plate shape).
  • the wiring substrate 22 has an organic insulating substrate 22a formed in a long shape.
  • the longitudinal dimension of the wiring substrate 22 and the longitudinal dimension of the heat transfer plate 21 are set to the same value, and the width dimension of the wiring substrate 22 is larger than the width dimension of the heat transfer plate 21. It is set.
  • the mounting substrate 2 has a planar size of the wiring substrate 22 larger than that of the heat transfer plate 21.
  • the wiring substrate 22 has a wiring pattern 22b formed on the entire surface of one side of the organic insulating substrate 22a so as to cover most of the surface.
  • the material of the wiring pattern 22b is preferably a metal having high thermal conductivity such as copper.
  • the organic insulating substrate 22a is composed of a resin substrate obtained by mixing a filler having a higher thermal conductivity than that of the resin.
  • the resin of the resin substrate (organic insulating substrate 22a) preferably has a smaller linear expansion coefficient difference from the above metal plate than the wiring pattern 22b.
  • the mounting substrate 2 is made of a metal plate and a wiring pattern 22b made of aluminum or copper, and the resin of the organic insulating substrate 22a is, for example, a glass epoxy resin and is not mixed with a filler.
  • the thermal resistance of the organic insulating substrate 22a can be reduced.
  • the difference in linear expansion coefficient between the resin substrate and the metal plate (heat transfer plate 21) is smaller than the difference in linear expansion coefficient between the wiring pattern 22b and the metal plate (heat transfer plate 21), the long heat transfer is performed. It is possible to suppress warping of the plate 21.
  • the material of the metal plate is aluminum and the material of the wiring pattern 22b is copper
  • a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin, or the like as the resin of the resin substrate.
  • a filler it is preferable to use magnesium oxide, boron nitride, aluminum hydroxide, glass fiber etc., for example.
  • the filling rate of the filler is preferably about 60 volume percent to 75 volume percent, so that the thermal conductivity of the resin substrate can be about 4 W / mK to 10 W / mK.
  • the thermal conductivity is 5 W / mK and the linear expansion coefficient is It becomes possible to set it to about 18-22 ppm / K.
  • the linear expansion coefficients of aluminum and copper are about 23 ppm / K and about 17 ppm / K, respectively.
  • a first pattern 22b1 and a second pattern 22b2 forming a set are arranged in parallel on one side of the organic insulating substrate 22a so as to be separated from each other in the width direction of the organic insulating substrate 22a.
  • the wiring pattern 22b includes a specified number (for example, 12 in the example of FIG. 1) of each of the first pattern 22b1 and the second pattern 22b2, and each of the first pattern 22b1 and the second pattern 22b2 On one side of the organic insulating substrate 22a, the organic insulating substrate 22a is formed side by side in the longitudinal direction.
  • Each of the first pattern 22b1 and the second pattern 22b2 is formed in a rectangular shape (in this case, a rectangular shape), and is formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the organic insulating substrate 22a.
  • one unit pattern 22u is constituted by one first pattern 22b1 and one second pattern 22b2 forming a set. Therefore, the wiring pattern 22b has a plurality of unit patterns 22u arranged in parallel along the longitudinal direction of the organic insulating substrate 22a. Further, the wiring pattern 22b includes unit patterns 22u and 22u adjacent to each other in the longitudinal direction of the organic insulating substrate 22a.
  • the first pattern 22b1 of one unit pattern 22u and the second pattern 22b2 of the other unit pattern 22u are They are electrically connected by a connecting portion 22b3 (see FIG. 1B) along the width direction of the organic insulating substrate 22a.
  • the wiring substrate 22 has a long shape, and the wiring pattern 22b is formed on one surface of the organic insulating substrate 22a.
  • the wiring pattern 22b has a plurality of unit patterns 22u formed side by side in the longitudinal direction of the organic insulating substrate 22a.
  • Each unit pattern 22u is composed of a first pattern 22b1 and a second pattern 22b2 that are arranged side by side in the width direction of the organic insulating substrate 22a.
  • the plurality of first patterns 22b1 are formed side by side in the longitudinal direction of the organic insulating substrate 22a
  • the plurality of second patterns 22b2 are formed side by side in the longitudinal direction of the organic insulating substrate 22a.
  • the second pattern 22b2 of the unit pattern 22u on the other end side (second end side; right side in FIG. 1A) is electrically connected by the connecting portion 22b3.
  • the first pattern 22b1 and the second pattern 22b2 constituting one unit pattern 22u that is, the first pattern 22b1 and the second pattern 22b2 arranged in parallel in the width direction of the organic insulating substrate 22a).
  • a part of each of the plurality of first patterns 22b1 is exposed through at least one through hole 21b, and a part of each of the plurality of second patterns 22b2 is at least one through. It arrange
  • a part of each of the plurality of first patterns 22b1 is exposed through at least one first through hole 21b1, and a part of each of the plurality of second patterns 22b2 is exposed. And exposed through at least one second through hole 21b2.
  • the number (6) of through holes 21b for exposing the first patterns 22b1 and the second patterns 22b2 are exposed. Therefore, the number (6) of through holes 21b for the same is equal.
  • the wiring pattern 22b includes a plurality of metal patterns each having a first pattern 22b1, a second pattern 22b2, and a connection portion 22b3 and insulated from each other.
  • a part of each of the plurality of first patterns 22b1 is exposed through at least one (six) through holes 21b, and one part of each of the plurality of second patterns 22b2.
  • the part is arranged with respect to the wiring board 22 so as to be exposed through at least one (six) through holes 21b.
  • the planar size of the insulating layer 23 is preferably set to be approximately the same as the planar size of the heat transfer plate 21.
  • the planar shape of the insulating layer 23 is formed substantially the same as the planar shape of the heat transfer plate 21.
  • the insulating layer 23 is formed with through holes 23 b communicating with the respective through holes 21 b of the heat transfer plate 21.
  • the insulating layer 23 is formed with a first through hole 23b1 communicating with each first through hole 21b1 and a second through hole 23b2 communicating with each second through hole 21b2. Therefore, when an electronic component is mounted on the mounting substrate 2, for example, the electronic component and the wiring pattern 22b are electrically connected through the through hole 21b of the heat transfer plate 21 and the through hole 23b of the insulating layer 23. Can do.
  • the insulating layer 23 is formed by thermosetting an epoxy resin layer of a thermosetting sheet-like adhesive.
  • the insulating layer 23 preferably has not only electrical insulation but also thermal conductivity.
  • the insulating layer 23 preferably has a function of electrically insulating the heat transfer plate 21 and the wiring board 22 and a function of thermally coupling them.
  • the insulating layer 23 contains a filler made of a filler such as silica or alumina as the above-mentioned sheet-like adhesive, and has a property of lowering viscosity and increasing fluidity when heated. It is preferable to use a sheet-like adhesive in which a layer (thermosetting resin) and a plastic film (PET film) are laminated.
  • a sheet-like adhesive is an adhesive sheet TSA manufactured by Toray Industries, Inc.
  • an electrically insulating material having higher thermal conductivity than the epoxy resin that is a thermosetting resin may be used.
  • the thickness of the epoxy resin layer described above is set to 100 ⁇ m, but this value is merely an example, and is not particularly limited.
  • the thickness may be appropriately set in the range of about 50 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the thermal conductivity of the above-described epoxy resin layer is preferably 4 W / mK or more.
  • the plastic film of the sheet adhesive is peeled off from the epoxy resin layer before the wiring board 22 and the heat transfer plate 21 are overlapped. In short, after fixing one surface of the epoxy resin layer opposite to the plastic film side to the object, the plastic film is peeled off (therefore, the insulating layer 23 is formed only by the epoxy resin layer (thermosetting resin layer)). )
  • the heat transfer plate 21, the epoxy resin layer, and the wiring substrate 22 having the wiring pattern 22b may be appropriately pressed.
  • the epoxy resin layer of the above-mentioned sheet-like adhesive has properties of being electrically insulating and having high thermal conductivity, high fluidity during heating, and high adhesion to the uneven surface.
  • the mounting substrate 2 can prevent a gap from being generated between the insulating layer 23 and the heat transfer plate 21 and the wiring substrate 22, thereby improving adhesion reliability and reducing thermal resistance due to insufficient adhesion. It is possible to suppress the increase and the occurrence of variation. Therefore, in the mounting board 2, the thermal resistance from the electronic component to the wiring board 22 can be reduced as compared with a case where a rubber sheet-like heat radiation sheet is sandwiched between the heat transfer plate 21 and the wiring pattern 22 b of the wiring board 22. At the same time, variations in thermal resistance can be reduced, heat dissipation can be improved, and temperature rise of electronic components can be suppressed.
  • the entire region overlapping the heat transfer plate 21 in the wiring pattern 22b of the wiring substrate 22 is in contact with the insulating layer 23.
  • the mounting substrate 2 can be connected to the wiring pattern from the heat transfer plate 21 as compared to the case where the solder resist 124 is provided between the adhesive 104 and the conductor circuit 115 as in the conventional LED substrate 101 shown in FIG.
  • the heat transferred to 22b can be efficiently dissipated in the thickness direction and the lateral direction (in-plane direction) of the wiring pattern 22b, and the heat dissipation can be improved.
  • the epoxy resin layer (hereinafter referred to as the first epoxy resin layer) of the first sheet adhesive and the epoxy resin layer (hereinafter referred to as the first epoxy resin layer) of the second sheet adhesive.
  • the second epoxy resin layer), and the first epoxy resin layer is cured at 170 ° C. to ensure electrical insulation and thermal conductivity, and the second epoxy resin layer is cured at 150 ° C. By doing so, securing performance and thermal conductivity are ensured. More specifically, in manufacturing the mounting substrate 2, the first epoxy resin layer is fixed to the heat transfer plate 21 as an object at 170 ° C., and then the second epoxy resin layer and the wiring substrate 22 are overlapped. The second epoxy resin layer is preferably cured at 150 ° C.
  • the insulating layer 23 (epoxy resin layer) of the present embodiment is fixed to the first insulating layer (first epoxy resin layer) fixed to the heat transfer plate 21, the first insulating layer, and the wiring board 22.
  • the first insulating layer is cured at the first heating temperature (170 ° C. in the present embodiment) and fixed to the heat transfer plate 21.
  • the second insulating layer is cured at a second heating temperature (150 ° C. in this embodiment) lower than the first heating temperature, so that the first insulating layer and the wiring substrate 22 are formed. It is fixed. Thereby, in manufacturing the mounting substrate 2 of the present embodiment, it is possible to satisfy both the requirements for the fixing performance and the electrical insulation of the insulating layer 23 regardless of the heat capacity of the heat transfer plate 21.
  • the wiring board 22 preferably includes a protective layer 22 c made of a resist that covers a portion of the organic insulating substrate 22 a that does not overlap the heat transfer plate 21.
  • the protective layer 22c is preferably formed with exposed portions (exposed openings) 22d and 22d that expose portions of the wiring pattern 22b as terminal portions 22ba and 22ba.
  • the wiring board 22 includes a first pattern 22b1 at one end (first end; right end in FIGS. 3 and 4) in the longitudinal direction of the wiring board 22, and the other end (second end; FIG. 3). A part of each of the second patterns 22b2 at the left end in FIG. 4 is exposed as terminal portions 22ba (22ba1) and 22ba (22ba2).
  • the wiring board 22 includes a first terminal portion 22ba1 at one end (first end) in the longitudinal direction and a second terminal portion 22ba2 at the other end (second end) in the longitudinal direction.
  • the mounting board 2 includes terminal portions 22ba and 22ba at both ends in the longitudinal direction.
  • the mounting substrate 2 can be energized from the outside through the terminal portions 22ba and 22ba.
  • the mounting substrate 2 is provided with the protective layer 22c, it is possible to improve the weather resistance, and it is possible to prevent a short circuit due to adhesion of foreign matters to the wiring pattern 22b.
  • the color of the protective layer 22c is preferably white.
  • a white protective layer 22c for example, a white resist (resin) can be used. Since the color of the protective layer 22c is white, when the electronic component is the solid light emitting element 3, the mounting substrate 2 can efficiently reflect light from the solid light emitting element 3 or the like on the surface of the protective layer 22c. It becomes possible.
  • the mounting substrate 2 has a configuration in which the planar size of the wiring substrate 22 is larger than the planar size of the heat transfer plate 21, and suppresses light from the solid light emitting element 3 from being absorbed by the wiring substrate 22. It becomes possible to suppress deterioration of the organic insulating substrate 22a.
  • the wiring board 22 is preferably formed with a plating layer (not shown) whose outermost layer is made of an Au film in addition to the region covered with the protective layer 22c in the wiring pattern 22b.
  • the plating layer preferably has higher oxidation resistance and corrosion resistance than the wiring pattern 22b, and preferably has high adhesion to the insulating layer 23.
  • the plating layer is preferably formed of a laminated film of a Ni film, a Pd film, and an Au film or a laminated film of a Ni film and an Au film.
  • the plating layer has high oxidation resistance and corrosion resistance, and not only high adhesion to the insulating layer 23, but also can increase the bonding strength with the gold wire. It becomes possible to suppress diffusion of certain Cu into the Au film.
  • the protective layer 22c is formed before the plating layer is formed by the electrolytic plating method, the amount of plating applied to the wiring pattern 22b is reduced as compared with the case where the protective layer 22c is not provided. It becomes possible to reduce the cost.
  • the heat exchanger plate 21 has a function as a reflecting plate, and it is more preferable to employ
  • the heat transfer plate 21 is a metal plate made of an aluminum plate, and an aluminum film having a higher purity than that of the aluminum plate is laminated on the side opposite to the insulating layer 23 side of the aluminum plate. It is preferable that an increasing reflection film made of a kind of dielectric film is laminated.
  • the two types of dielectric films for example, an SiO 2 film and a TiO 2 film are preferably employed.
  • the mounting substrate 2 can have a reflectance with respect to visible light of 95% or more.
  • the mounting substrate 2 can efficiently reflect visible light from the solid state light emitting device 3 or the like that is an electronic component by using such a heat transfer plate 21.
  • a heat transfer plate 21 for example, MIRO2 and MIRO (registered trademark) manufactured by alanod can be used.
  • MIRO2 and MIRO registered trademark
  • an anodized surface may be used.
  • the thickness of the heat transfer plate 21 may be set as appropriate within a range of about 0.2 to 3 mm, for example.
  • the mounting board 2 of the present embodiment described above includes the heat transfer plate 21 formed of a metal plate and capable of mounting electronic components on one side, and the wiring pattern 22b capable of electrically connecting the electronic components.
  • the wiring board 22 is provided on one surface of the organic insulating substrate 22 a and disposed on the other surface side of the heat transfer plate 21, and the insulating layer 23 is interposed between the heat transfer plate 21 and the wiring substrate 22.
  • the heat transfer plate 21 is formed with a through hole 21b that exposes a connection part for an electronic component in the wiring pattern 22b.
  • the mounting substrate 2 has a planar size of the wiring substrate 22 larger than that of the heat transfer plate 21, and the wiring pattern 22 b of the wiring substrate 22 extends to a region that does not overlap the heat transfer plate 21.
  • the mounting board 2 can efficiently transfer the heat generated in the electronic component in the lateral direction by the heat transfer plate 21 to dissipate the heat, and the mounting board 2 can transfer the heat generated in the electronic component.
  • Heat can also be transferred in the thickness direction of the heat transfer plate 21 to efficiently transfer heat in the thickness direction and lateral direction of the wiring pattern 22b of the wiring board 22 to dissipate heat.
  • the wiring pattern 22b preferably covers 90% or more of one side of the organic insulating substrate 22a.
  • the wiring pattern 22b of the wiring board 22 may be extended to the position of the outer peripheral line in plan view of the organic insulating substrate 22a, but a member (for example, a fixture main body of a lighting fixture) on which the mounting board 2 is mounted is conductive. In the case where it is formed of a material, it may be possible to ensure a desired creepage distance with this member by expanding only to a position inside the above-described outer circumferential line.
  • the heat transfer plate 21 made of a metal plate is interposed between the organic insulating substrate 22a and the electronic component, the organic insulating substrate 22a is affected by light or heat of the electronic component. Deterioration can be suppressed.
  • the mounting substrate 2 can further improve heat dissipation by including the insulating layer 23 made of a thermosetting resin and containing a filler having a higher thermal conductivity than the thermosetting resin. It becomes possible.
  • the mounting substrate 2 has a heat transfer plate 21 having a long shape, and a plurality of electronic components can be mounted side by side along the longitudinal direction of the heat transfer plate 21, and the organic resin substrate 22 a It has a long shape with a width larger than that of the heat transfer plate 21 and is made of a resin substrate in which a filler having a higher thermal conductivity than the resin is mixed with the resin, and linear expansion with the metal plate rather than the wiring pattern 22b. Since the rate difference is small, it is possible to suppress warping of the mounting substrate 2.
  • the wiring pattern 22b is formed only on one side of the organic insulating substrate 22a. Therefore, the mounting board 2 is directly installed on a member made of a conductive material such as metal. Can be used.
  • the mounting substrate 2 is not limited to a long shape, but may be a rectangular shape, a polygonal shape other than a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like.
  • the shape of the heat transfer plate 21 and the wiring board 22 is not limited to a long shape, and may be a rectangular shape, a polygonal shape other than a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like.
  • the number of electronic components that can be mounted on the mounting substrate 2 is not limited to a plurality, and may be one.
  • the electronic component is not limited to a solid light emitting element, and may be an electronic component that generates heat (so-called heat generating component).
  • the mounting substrate 2 may set the arrangement and number of the through holes 21b as appropriate based on the number and arrangement of the electrodes (terminals) of the electronic component. Further, when a plurality of electronic components are mounted and used, the mounting substrate 2 does not necessarily have to be electronic components having the same function, and all the electronic components are not necessarily heat generating components. There is no need.
  • the light emitting module 1 provided with the mounting substrate 2 shown in FIGS. 3 and 4 will be described with reference to FIGS. 5 to 10. Instead, the mounting substrate 2 shown in FIGS. 1 and 2 is provided. May be good.
  • the light emitting module 1 includes a mounting substrate 2 and a plurality of solid state light emitting elements 3 mounted on the mounting substrate 2.
  • the solid state light emitting device 3 constitutes the electronic component described above.
  • the LED chip is used as the solid-state light emitting element 3, but the LED chip is not limited to this.
  • the LED chip may be housed in a package.
  • a laser diode semiconductor laser
  • an organic EL element or the like may be used as the solid light emitting element 3.
  • the solid state light emitting device 3 is provided with a first electrode (anode electrode) 31 and a second electrode (cathode electrode) 32 on one surface side in the thickness direction (upper surface side in FIG. 6).
  • the other surface side in the thickness direction (the lower surface side in FIG. 6) is joined to the heat transfer plate 21 via the joint portion 35.
  • each of the first electrode 31 and the second electrode 32 is electrically connected to the wiring pattern 22 b through a wire (bonding wire) 26.
  • the heat transfer plate 21 is formed with the above-described through-holes 21 b through which the wires 26 can pass.
  • the through holes 21 b are formed on both sides of the mounting region for each solid state light emitting element 3 in the width direction of the heat transfer plate 21.
  • the bonding portion 35 may be formed of a die bond material.
  • the LED chip is a GaN-based blue LED chip that emits blue light, and uses a sapphire substrate as a substrate.
  • the substrate of the LED chip is not limited to the sapphire substrate, and may be a GaN substrate, a SiC substrate, a Si substrate, or the like.
  • the structure of the LED chip is not particularly limited.
  • the chip size of the LED chip is not particularly limited.
  • the chip size is 0.3 mm ⁇ (0.3 mm ⁇ 0.3 mm), 0.45 mm ⁇ (0.45 mm ⁇ 0.45 mm), 1 mm ⁇ ( 1 mm ⁇ 1 mm) or the like can be used.
  • the material and light emission color of the light emitting layer of the LED chip are not particularly limited. That is, the LED chip is not limited to the blue LED chip, and for example, a violet light LED chip, an ultraviolet light LED chip, a red LED chip, a green LED chip, or the like may be used.
  • the die bond material for example, a silicone-based die bond material, an epoxy-based die bond material, a silver paste, or the like can be used.
  • the wire 26 for example, a gold wire, an aluminum wire, or the like can be used.
  • the first electrode 31 of the solid state light emitting device 3 is electrically connected to the second pattern 22 b 2 of the wiring pattern 22 b through the wire 26, and the second electrode 32 is connected through the wire 26.
  • the wiring pattern 22b is electrically connected to the first pattern 22b1.
  • the first electrode 31 of the solid state light emitting device 3 is electrically connected to the first pattern 22 b 1 of the wiring pattern 22 b via the wire 26, and the second electrode 32 is wired via the wire 26.
  • the pattern 22b may be electrically connected to the second pattern 22b2.
  • the wiring pattern 22b is formed by connecting in parallel a predetermined number (for example, six in the example of FIGS. 3 and 4) of the solid light emitting elements 3 arranged in the longitudinal direction of the heat transfer plate 21 for each unit pattern 22u.
  • a parallel circuit can be configured, and parallel circuits formed for each adjacent unit pattern 22u can be connected in series.
  • each of the six solid-state light emitting elements 3 arranged on the right end side of the mounting substrate 2 has the first electrode 31 connected to the second pattern 22b2 on the right end, and the second electrode 32 is connected to the first pattern 22b1 at the right end.
  • the first electrode 31 is connected to the second pattern 22b2 second from the right, and the second electrode 32 is provided.
  • the second pattern from the right is connected to the first pattern 22b1.
  • the second pattern 22b2 at the right end and the second first pattern 22b1 from the right are electrically connected by the connecting portion 22b3 (see FIG. 1B).
  • the six rightmost solid light emitting elements 3 are connected in series with the seventh to twelfth solid light emitting elements 3 from the right. Accordingly, power is supplied between the terminal portion 22ba (22ba1) at one end portion (right end portion in FIG. 4) of the wiring board 22 and the terminal portion 22ba (22ba2) at the other end portion (left end portion in FIG. 4).
  • power can be supplied to all the solid state light emitting devices 3.
  • the solid light emitting element 3 and the wire 26 are sealed on the one surface side of the heat transfer plate 21.
  • a portion 36 is preferably provided.
  • a silicone resin that is a light-transmitting material (first light-transmitting material) is used as the material of the sealing portion 36.
  • the first light transmissive material is not limited to a silicone resin, and for example, an epoxy resin, an acrylic resin, glass, or the like may be used.
  • the light emitting module 1 has a wavelength conversion material that emits light of a color different from the emission color of the LED chip in order to obtain high output white light.
  • a color conversion unit 37 is preferably provided.
  • a color conversion unit 37 for example, a phosphor that is excited by light emitted from the LED chip and emits light of a color different from the emission color of the LED chip is used as the wavelength conversion material. What contains the material (2nd translucent material) which has optical property is preferable.
  • the light emitting module 1 uses, for example, a blue LED chip as the LED chip and a yellow phosphor as the phosphor of the color conversion unit 37, white light can be obtained. That is, the light emitting module 1 emits the blue light emitted from the LED chip and the light emitted from the yellow phosphor through the surface of the color conversion unit 37, so that white light can be obtained.
  • a silicone resin is used as the second translucent material used as the material of the color conversion unit 37.
  • the present invention is not limited to this, and for example, acrylic resin, glass, organic components and inorganic components are on the nm level. Alternatively, an organic / inorganic hybrid material mixed and bonded at the molecular level may be employed.
  • the phosphor used as the material of the color conversion unit 37 is not limited to the yellow phosphor.
  • the color rendering can be achieved by using a yellow phosphor and a red phosphor, or using a red phosphor and a green phosphor. It becomes possible to raise.
  • the phosphor used as the material of the color conversion unit 37 is not limited to one type of yellow phosphor, and two types of yellow phosphors having different emission peak wavelengths may be used.
  • the LED chip can emit white light alone, when the phosphor is dispersed in the sealing portion 36, or when the light color desired to be obtained by the light emitting module 1 is the same as the light emission color of the LED chip Can adopt a structure that does not include the color conversion unit 37.
  • the color conversion unit 37 is preferably in contact with the heat transfer plate 21. Thereby, the light emitting module 1 can dissipate not only the heat generated in the LED chip but also the heat generated in the color conversion unit 37 through the heat transfer plate 21, and can increase the light output. It becomes.
  • the color conversion part 37 is formed in a dome shape, and the LED chip and the sealing part 36 are disposed between the heat transfer plate 21 and the heat transfer plate 21 on the one surface side. It is arranged in a surrounding form. More specifically, the color conversion unit 37 is disposed such that a gas layer (for example, an air layer) 38 is formed between the heat transfer plate 21 and the sealing unit 36 on the one surface side.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 7, the light emitting module 1 is formed on one projection surface below the LED chip that is the solid light emitting element 3. Only the first pattern 22b1 may be provided, whereby heat generated in the LED chip is easily transmitted to the wiring pattern 22b, and heat can be radiated more efficiently.
  • the wire 26 can be bonded to the wiring pattern 22 through the through hole 21 b of the heat transfer plate 21 and the through hole 23 b of the insulating layer 23.
  • the through hole 21b and the through hole 23b are filled with the material of the sealing portion 36 (see FIG. 6) so that the wire 26 does not contact the heat transfer plate 21, and then the sealing portion 36 is formed.
  • the color conversion unit 37 may have a hemispherical shape, and the LED chip and the wire 26 that are the solid light emitting elements 3 may be sealed by the color conversion unit 37. .
  • the light emitting module 1 is configured such that the color conversion unit 37 has a dome shape and the color conversion unit 37 seals the LED chip and the wire 26 that are the solid light emitting elements 3. Good.
  • the light emitting module 1 is configured such that the color conversion unit 37 has a layered shape, and the LED chip and the wire 26 that are the solid light emitting elements 3 are sealed by the color conversion unit 37. Good.
  • a molded color conversion unit 37 is used, and the edge (periphery of the opening) on the heat transfer plate 21 side is bonded to the heat transfer plate 21, for example. What is necessary is just to adhere using an agent (for example, a silicone resin, an epoxy resin, etc.).
  • the color conversion part 37 as shown in FIG. 8 can be formed by a shaping
  • the color conversion unit 37 as shown in FIG. 10 can be formed by, for example, a coating method using a dispenser, a screen printing method, or the like.
  • the solid light emitting element 3 is mounted on the mounting substrate 2 by bonding the solid light emitting element 3 to the one surface side, and then the first electrode 31 and the second electrode 2 of each solid light emitting element 3 are mounted.
  • Each of the electrodes 32 is electrically connected to the second pattern 22b2 and the first pattern 22b1 through a wire 26. Then, the sealing part 36 and the color conversion part 37 should just be provided in the said one surface side of the heat exchanger plate 21 as needed.
  • the light emitting module 1 includes the mounting substrate 2 and the electronic component mounted on the mounting substrate 2, and the electronic component includes the solid light emitting element 3. Therefore, heat dissipation can be improved. It becomes possible.
  • the heat generated in each solid light emitting element 3 and each color conversion unit 37 can be efficiently transferred in the lateral direction by the heat transfer plate 21 to be dissipated. Heat can be transferred in the thickness direction of the heat transfer plate 21 to dissipate heat. Therefore, the light emitting module 1 can improve heat dissipation, can suppress the temperature rise of each solid light emitting element 3, and can achieve high output of light output. In short, in the light emitting module 1 of the present embodiment, the heat generated in each solid light emitting element 3 and each color conversion unit 37 is radiated through the heat transfer plate 21 formed using a metal plate.
  • the light output of the entire light emitting module 1 is increased by increasing the light output of the light emitting element 3 or the like, it is possible to suppress the temperature rise of each solid state light emitting element 3 and the color conversion unit 37, and the light output.
  • the output can be increased.
  • the insulating layer 23 contains a filler having a higher thermal conductivity than the thermosetting resin in the thermosetting resin, the heat generated in the solid light emitting element 3. Can be radiated more efficiently.
  • the solid light emitting element 3 as an LED chip, it is possible to efficiently dissipate heat generated by the LED chip in the lateral direction by the heat transfer plate 21. Become.
  • the solid light emitting element 3 is mounted as an electronic component on the mounting board 2, but the mounting substrate 2 is between the heat transfer plate 21 and the wiring board 22, and the insulating layer 23 described above.
  • the insulating layer 23 and the wiring pattern 22b are joined.
  • the light emitting module 1 of the present embodiment uses a single-sided printed wiring board as the wiring board 22 in the mounting board 2, and the terminal portions 22 ba and 22 ba are provided on one side of the wiring board 22 where the heat transfer plate 21 is arranged. ing.
  • the light emitting module 1 can achieve cost reduction compared with the case where a double-sided wiring board is used as the wiring board 105 like the LED package 102 shown in FIG.
  • the light emitting module 1 is used as a light source of a lighting fixture, it is not necessary to use it by being mounted on a separate circuit board, so that the thermal resistance from the solid light emitting element 3 to the fixture body can be reduced, and the light output is high. It is possible to achieve output.
  • the wiring pattern 22 b is formed only on one side of the organic insulating substrate 22 a in the wiring board 22, so that a metal member (for example, a metal tool body or a heat dissipation member in a lighting fixture) is used. Etc.), it is possible to improve the lightning surge resistance.
  • the light emitting module 1 of this embodiment it becomes possible by using what has a function as a reflecting plate as the heat exchanger plate 21, and it becomes possible to reduce the light loss in the heat exchanger plate 21, and high light output is high. It is possible to achieve output. Therefore, the light emitting module 1 of this embodiment can also achieve low power consumption.
  • the metal plate serving as the basis of the heat transfer plate 21 is an aluminum plate, and an aluminum film having a purity higher than that of the aluminum plate is laminated on the side opposite to the insulating layer 23 side of the aluminum plate. A reflection-enhancing film made of two types of dielectric films having different refractive indexes is laminated on the film.
  • the light emitting module 1 can efficiently reflect the light emitted from the LED chip and incident on the one surface of the heat transfer plate 21, and the light output can be increased.
  • the light emitting module 1 can efficiently dissipate the heat generated in the LED chip, and the light output can be increased. It becomes possible to improve the utilization efficiency of the light emitted from the LED chip.
  • the light emitting module 1 includes the color conversion unit 37 (see FIGS.
  • the light emitted from the phosphor that is the wavelength conversion material of the color conversion unit 37 to the heat transfer plate 21 side Since the light emitted from the LED chip and scattered by the phosphor to the heat transfer plate 21 side can be reflected, it is possible to improve the light utilization efficiency.
  • the light emitting module 1 suppresses the warping of the mounting substrate 2 and improves the heat dissipation as described above, the arrangement pitch of the solid light emitting elements 3 can be shortened, and the individual solid light emitting elements 3 can be turned on. As a light source, it can be suppressed that it looks like it is shining and it can be seen as a linear light source.
  • the solid light emitting element 3 is an LED chip
  • the first electrode 31 and the second electrode 32 are provided on one surface side in the thickness direction (the first surface side of the solid light emitting element 3). Since each of the first electrode 31 and the second electrode 32 is electrically connected to the wiring pattern 22b via the wire 26 passing through each through hole 21b, the LED chip is die-bonded to the heat transfer plate 21. Therefore, the heat generated in the LED chip is easily transferred in the lateral direction (in-plane direction) of the heat transfer plate 21, and the heat dissipation can be improved.
  • the LED chip When an LED chip is used as the solid light emitting element 3, the LED chip is transmitted through a submount member that relieves stress acting on the LED chip due to a difference in linear expansion coefficient between the solid light emitting element 3 and the heat transfer plate 21. You may make it die-bond to the hot platen 21.
  • FIG. it is preferable to use the submount member formed in a planar size larger than the chip size of the LED chip.
  • the LED chip is a GaN-based blue LED chip and the metal plate is an aluminum plate, for example, AlN, composite SiC, Si, CuW, or the like can be adopted as the material of the submount member.
  • the submount member is formed with a reflective film that reflects light emitted from the LED chip around the bonding portion with the LED chip on the surface to which the LED chip is bonded (that is, the portion overlapping the LED chip). It is preferable that Further, when an LED chip having electrodes provided on both surfaces in the thickness direction is used (that is, when either the first electrode 31 or the second electrode is provided on the surface of the LED chip on the submount member side).
  • the submount member is provided with a conductor pattern electrically connected to the first electrode 31 or the second electrode 32 disposed on the submount member side in the LED chip, and the conductor pattern and the second pattern 22b2 are provided. Alternatively, the first pattern 22a may be electrically connected via the wire 26.
  • the light emitting module 1 of the present embodiment can be used as a light source for various lighting devices.
  • the illuminating device provided with the light emitting module 1 of the present embodiment for example, there is an illuminating device in which the light emitting module 1 is used as a light source and disposed on the fixture body.
  • the heat transfer plate 21 is appropriately set by appropriately setting the width dimension of the wiring board 22 and the range in which the wiring pattern 22b is widened.
  • a desired creepage distance between the wiring pattern 22b and the instrument body can be ensured.
  • the fixture body if the fixture body is made of metal, the heat generated in the light emitting module 1 can be radiated more efficiently.
  • a straight tube LED lamp can be configured as an example of a lighting device including the light emitting module 1 of the present embodiment.
  • straight tube LED lamps for example, in Japan, the Japan Light Bulb Industry Association has standardized “Straight tube LED lamp system with L-type pin cap GX16t-5 (for general lighting)” (JEL 801). Has been.
  • a straight tubular tube body formed of a translucent material (for example, milky white glass, milky white resin, etc.) and a longitudinal direction of the tube body. What is necessary is just to set it as the structure provided with the 1st nozzle
  • a translucent material for example, milky white glass, milky white resin, etc.

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Abstract

 放熱性を向上させることが可能な実装基板および発光モジュールを提供する。実装基板2は、金属板により形成され電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられ伝熱板21の他面側に配置された配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きく、配線基板22の配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。発光モジュールは、実装基板2に電子部品として固体発光素子3を実装して構成する。

Description

実装基板および発光モジュール
 本発明は、実装基板および発光モジュールに関するものである。
 従来から、図11に示すように、LED素子108を搭載するための基板であるLED基板101を備えたLEDパッケージ102が提案されている(日本国特許公開2011-44593号公報参照、以下特許文献1と呼ぶ)。
 ここにおいて、LED基板101は、配線板105と反射板103とを接着剤104を介して貼り合わせたものである。
 配線板105は、反射板103側となる一方の面に、ボンディングパッド106を含む導体回路115を備え、他方の面に、ボンディングパッド106に層間接続120により電気的に接続された下面電極111を含む導体回路を備えている。ここにおいて、配線板105は、両面配線板または多層配線板である。
 配線板105は、ボンディングパッド106を除く所定の位置にソルダーレジスト124が形成されている。
 反射板103は、配線板105のボンディングパッド106を露出させる接続用開口112を有している。また、反射板103は、LED素子108からの光を反射する機能と、LED素子108で生じた熱を放熱する機能とを有している。
 また、接着剤104としては、例えば、エポキシ系接着剤に無機系フィラーを充填した接着剤などの高熱伝導性接着剤が用いられている。これにより、LEDパッケージ102では、LED素子108から反射板103を介して接着剤104に伝わる熱を、より効率よく放熱することができる。
 LED素子108としては、青色LEDが用いられている。また、LED素子108は、反射板103のLED搭載部107に、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂との混合タイプのダイボンドペーストを用いて実装してある。
 LEDパッケージ102は、反射板103上に形成されてLED素子108およびボンディングワイヤ109を覆うモールド用の樹脂として、青色光を白色光に変換するための蛍光材を含むモールド樹脂114aと、透明なモールド樹脂114bとを備えている。
 特許文献1には、LED基板101は、LED素子108を搭載してLEDパッケージ102を形成するための部材であって、ボンディングパッド106を除いて反射板103で被覆されているので、LED素子108から出る熱・紫外線から配線板105を保護できる旨が記載されている。また、特許文献1には、接続用開口112からボンディングパッド106のみが露出するようにすると、配線板105の樹脂により形成される部分が反射板103の表面側に露出しないため、LED素子108からの光による配線板105の劣化を抑制できる点で望ましい旨が記載されている。ここにおいて、このLED基板101では、LED素子108で発生した熱が反射板103を介して接着剤104に伝わり、更に配線板105に伝わりやすくなるものと推考される。
 しかしながら、配線板105として両面配線板を用いている場合、配線板105の厚み方向の熱抵抗が大きいので、LED素子108の光出力の高出力化を図った場合に、LED素子108の温度上昇を十分に抑制できなくなる懸念がある。このため、上述のLED基板101を用いたLEDパッケージ102では、光出力の高出力化が制限されてしまう懸念がある。また、LEDパッケージ102を照明器具の光源として用いる場合には、LEDパッケージ102を別途の回路基板に表面実装して用いる必要があり、LED素子108から器具本体までの熱抵抗が高くなってしまう。
 本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放熱性を向上させることが可能な実装基板および発光モジュールを提供することにある。
 本発明の実装基板は、電子部品を実装可能な実装基板であって、金属板により形成され前記電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板と、前記電子部品を電気的に接続可能な配線パターンが有機系絶縁基板の片面に設けられ前記伝熱板の他面側に配置された配線基板と、前記伝熱板と前記配線基板との間に介在する絶縁層とを備え、前記伝熱板は、前記配線パターンにおける、前記電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔が形成されてなり、前記配線基板の平面サイズが前記伝熱板の平面サイズよりも大きく、前記配線基板は、前記配線パターンが、前記伝熱板に重ならない領域まで広がっていることを特徴とする。
 この実装基板において、前記配線基板は、前記有機系絶縁基板の前記片面において前記伝熱板に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層を備え、前記保護層に、前記配線パターンの一部を端子部として露出させる露出部が形成されてなることが好ましい。
 この実装基板において、前記保護層の色が白色であることが好ましい。
 この実装基板において、前記配線基板は、前記配線パターンにおいて前記保護層により覆われた領域以外に、めっき層が形成されてなり、前記配線パターンの材料がCuであり、前記めっき層は、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることが好ましい。
 この実装基板において、前記絶縁層は、熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることが好ましい。
 この実装基板において、前記伝熱板は、前記金属板がアルミニウム板であり、前記アルミニウム板における前記絶縁層側とは反対側に前記アルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、前記アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されてなることが好ましい。
 この実装基板において、前記伝熱板は、長尺状の形状であって、複数の前記電子部品を前記伝熱板の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、前記有機系樹脂基板は、前記伝熱板よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、前記配線パターンよりも前記金属板との線膨張率差が小さいことが好ましい。
 本発明の発光モジュールは、前記実装基板と、前記実装基板に実装された前記電子部品とを備え、前記電子部品が固体発光素子からなることを特徴とする。
 この発光モジュールにおいて、前記固体発光素子は、LEDチップであることが好ましい。
 この発光モジュールにおいて、前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料を含む色変換部を備え、前記色変換部は、前記伝熱板に接していることが好ましい。
 この発光モジュールにおいて、前記各LEDチップは、厚み方向の一面側に第1電極と第2電極とが設けられたものであり、前記第1電極および前記第2電極の各々が前記貫通孔を通るワイヤを介して前記配線パターンと電気的に接続されてなることが好ましい。
 本発明の実装基板においては、放熱性を向上させることが可能となる。
 本発明の発光モジュールにおいては、放熱性を向上させることが可能となる。
 本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
図1Aは実施形態における実装基板の概略分解斜視図であり、図1Bは図1Aの要部拡大図である。 実施形態における実装基板の概略斜視図である。 実施形態における実装基板の他の構成例の概略分解斜視図である。 実施形態における実装基板の他の構成の概略斜視図である。 図5Aは実施形態における発光モジュールの要部概略斜視図、図5Bは実施形態における発光モジュールの一部破断した要部概略斜視図である。 実施形態における発光モジュールの要部概略断面図である。 実施形態における発光モジュールの他の構成例の要部概略断面図である。 実施形態における発光モジュールの更に他の構成例の要部概略断面図である。 実施形態における発光モジュールの別の構成例の要部概略断面図である。 実施形態における発光モジュールの更に別の構成例の要部概略断面図である。 従来のLEDパッケージの概略断面図である。
 以下では、まず、図1~図4に基づいて、電子部品を実装可能な実装基板2について説明し、その後、図5~図10に基づいて、実装基板2を備えた発光モジュールについて説明する。
 実装基板2は、電子部品を一面側(伝熱板21の第1面側)に搭載可能な伝熱板21と、伝熱板21の他面側(伝熱板21の第2面側)に配置され電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bを有する配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。本実施形態の実装基板2では、伝熱板21と配線基板22との間には、絶縁層23のみが介在している。ここで、伝熱板21は、金属板により形成されている。また、配線基板22は、配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面(有機系絶縁基板22aの第1面;図1の上側の面)に設けられている。本実施形態の実装基板2では、配線パターン22bは、互いに略同一の形状を有する複数の第1パターン22b1および複数の第2パターン22b2を含む。第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々は、有機系絶縁基板22aの上記片面上に略矩形状に広がった金属パターン(ベタパターン)として形成されている。この配線基板22としては、片面プリント配線板を用いることができる。つまり本実施形態の配線基板22では、配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの片面(絶縁層23側の面)のみに設けられている。
 伝熱板21は、配線パターン22bにおける電子部品の接続用部位を露出させる、複数の貫通孔21bが形成されている。
 実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きい。また、配線基板22は、配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。
 実装基板2は、全体として長尺状に形成されており、伝熱板21の上記一面側において、複数個(図1の例では、12×6=72個)の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って配置可能となっている。
 伝熱板21は、長尺状(ここでは、細長の矩形板状)の形状に形成されており、複数の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って並べて搭載可能となっている。伝熱板21の基礎となる金属板の材料としては、アルミニウム、銅などの熱伝導率の高い金属が好ましい。ただし、金属板の材料は、これらに限らず、例えば、ステンレスやスチールなどでもよい。
 伝熱板21には、電子部品と配線パターン22bとを電気的に接続する配線(例えば、ワイヤなど)の各々を通す貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向において電子部品の搭載領域の両側に形成してある。すなわち本実施形態では、貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向における一方側(図1の右側)に形成された第1貫通孔21b1と、伝熱板21の幅方向における他方側(図1の左側)に形成された第2貫通孔21b2とを含む。貫通孔21bは、第1貫通孔21b1と第2貫通孔21b2とで、2つ1組に形成されている。対となる貫通孔21b1,21b2は、伝熱板21の幅方向において、所定の間隔(搭載される電子部品の幅よりも大きな間隔)を空けて形成されている。そして、複数の貫通孔の対(21b1,21b2)が、伝熱板21の長手方向に沿って並んで形成されている。
 貫通孔21bは、開口形状を円形状としてある。貫通孔21bの内径は、0.5mmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、貫通孔21bの内径は、例えばワイヤなどの配線によって電子部品と配線パターン22bと接続するときに、配線が伝熱板21に接触しない程度の内径を有していることが好ましい。貫通孔21bの形状は、円形状に限らず、例えば、矩形状、楕円形状などでもよい。
 配線基板22は、長尺状(ここでは、細長の矩形板状)に形成されている。配線基板22は、有機系絶縁基板22aが長尺状の形状に形成されている。実装基板2は、配線基板22の長手方向の寸法と伝熱板21の長手方向の寸法とを同じ値に設定し、また、配線基板22の幅寸法を伝熱板21の幅寸法よりも大きく設定してある。これにより、実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きくなっている。ただし、これらの寸法の関係は、特に限定するものではない。また、配線基板22は、有機系絶縁基板22aの片面の大部分を覆うように当該片面の全体に配線パターン22bが形成されている。配線パターン22bの材料は、銅などの熱伝導率の高い金属が好ましい。有機系絶縁基板22aは、樹脂に当該樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板により構成してある。樹脂基板(有機系絶縁基板22a)の樹脂としては、配線パターン22bよりも上述の金属板との線膨張率差が小さいことが好ましい。
 これにより、実装基板2は、金属板および配線パターン22bそれぞれの材料が、アルミニウム、銅であって、有機系絶縁基板22aの樹脂が例えばガラスエポキシ樹脂であり、フィラーが混合されていない場合に比べて、有機系絶縁基板22aの熱抵抗を低減することが可能となる。また、樹脂基板と金属板(伝熱板21)との線膨張率差が、配線パターン22bと金属板(伝熱板21)との線膨張率差よりも小さいので、長尺状の伝熱板21の反りを抑制することが可能となる。
 例えば、金属板の材料がアルミニウム、配線パターン22bの材料が銅である場合、樹脂基板の樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いることが好ましい。また、フィラーとしては、例えば、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、ガラス繊維などを用いることが好ましい。また、フィラーの充填率は、60体積パーセント~75体積パーセント程度が好ましく、これにより、樹脂基板の熱伝導率を4W/mK~10W/mK程度とすることが可能となる。一例として、樹脂基板は、樹脂としてビニルエステル樹脂を、フィラーの材料として酸化マグネシウムを、それぞれ採用し、フィラーの充填率を67体積パーセントとすれば、熱伝導率を5W/mK、線膨張率を18~22ppm/K程度とすることが可能となる。アルミニウムおよび銅の線膨張率は、それぞれ、23ppm/K程度、17ppm/K程度である。
 配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの片面上で、組をなす第1パターン22b1と第2パターン22b2とが、有機系絶縁基板22aの幅方向において離間して並設されている。また、配線パターン22bは、第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々を規定数(例えば、図1の例では12個)ずつ備えており、第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々が、有機系絶縁基板22aの片面上で、有機系絶縁基板22aの長手方向に並んで形成されている。第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々は、矩形状(ここでは、長方形状)に形成されており、有機系絶縁基板22aと長手方向が一致するように形成されている。ここで、配線パターン22bは、組をなす1個の第1パターン22b1と1個の第2パターン22b2とで、1つの単位パターン22uを構成している。したがって、配線パターン22bは、複数の単位パターン22uが有機系絶縁基板22aの長手方向に沿って並設されている。また、配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの長手方向において隣り合う単位パターン22u,22u同士において、一方の単位パターン22uの第1パターン22b1と他方の単位パターン22uの第2パターン22b2とが、有機系絶縁基板22aの幅方向に沿った接続部22b3(図1B参照)により電気的に接続されている。
 すなわち本実施形態の実装基板2では、配線基板22は、長尺状の形状であって、有機系絶縁基板22aの片面に配線パターン22bが形成されてなる。配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの長手方向に並んで形成された複数の単位パターン22uを有する。各々の単位パターン22uは、有機系絶縁基板22aの幅方向において離間して並設された第1パターン22b1と第2パターン22b2とからなる。ここで、複数の第1パターン22b1は、有機系絶縁基板22aの長手方向に並んで形成され、複数の第2パターン22b2は、有機系絶縁基板22aの長手方向に並んで形成されている。そして、隣り合う単位パターン22u,22uの組において、配線基板22の長手方向の一端側(第1端側;図1Aの左側)の単位パターン22uの第1パターン22b1と、配線基板22の長手方向の他端側(第2端側;図1Aの右側)の単位パターン22uの第2パターン22b2とが、接続部22b3により電気的に接続されている。なお、実装基板2においては、1つの単位パターン22uを構成する第1パターン22b1と第2パターン22b2(つまり、有機系絶縁基板22aの幅方向において並設された第1パターン22b1と第2パターン22b2)は、接続されていない(図1参照)。
 伝熱板21は、複数の第1パターン22b1の各々の一部が、少なくとも一つの貫通孔21bを介して露出し、且つ、複数の第2パターン22b2の各々の一部が、少なくとも一つの貫通孔21bを介して露出する形で、配線基板22に対して配置される。
 本実施形態の実装基板2では、複数の第1パターン22b1の各々の一部が、少なくとも一つの第1貫通孔21b1を介して露出し、且つ、複数の第2パターン22b2の各々の一部が、少なくとも一つの第2貫通孔21b2を介して露出している。また、本実施形態の実装基板2では、図1,図2に示すように、各第1パターン22b1を露出させるための貫通孔21bの数(6個)と、各第2パターン22b2を露出させるための貫通孔21bの数(6個)が、等しくなっている。
 言い換えて説明すると、本実施形態の実装基板2では、配線パターン22bは、各々が第1パターン22b1と第2パターン22b2と接続部22b3とを有し互いに絶縁された、複数の金属パターンを含む。そして、伝熱板21は、複数の第1パターン22b1の各々の一部が、少なくとも一つ(6個)の貫通孔21bを介して露出し、且つ、複数の第2パターン22b2の各々の一部が、少なくとも一つ(6個)の貫通孔21bを介して露出する形で、配線基板22に対して配置されている。
 絶縁層23の平面サイズは、伝熱板21の平面サイズと略同じ平面サイズに設定することが好ましい。なお本実施形態では、絶縁層23の平面形状を、伝熱板21の平面形状と略同じに形成している。絶縁層23は、伝熱板21の各貫通孔21bの各々に連通する貫通孔23bが形成されている。詳しくは、絶縁層23には、各第1貫通孔21b1に連通する第1貫通孔23b1と、各第2貫通孔21b2に連通する第2貫通孔23b2とが形成されている。したがって、実装基板2に電子部品を実装する場合には、例えば、伝熱板21の貫通孔21bと絶縁層23の貫通孔23bとを通して、電子部品と配線パターン22bとを電気的に接続することができる。
 絶縁層23は、熱硬化型のシート状接着剤のエポキシ樹脂層を熱硬化させることにより形成されている。絶縁層23は、電気絶縁性を有するだけでなく、熱伝導性を有することが好ましい。要するに、絶縁層23は、伝熱板21と配線基板22とを電気的に絶縁する機能および熱結合する機能を有していることが好ましい。
 ここで、絶縁層23は、上述のシート状接着剤として、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなる性質を有するBステージのエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂)とプラスチックフィルム(PETフィルム)とが積層されたシート状接着剤を用いて形成することが好ましい。このようなシート状接着剤としては、例えば、東レ株式会社製の接着剤シートTSAなどがある。フィラーとしては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂よりも熱伝導率の高い電気絶縁性材料を用いればよい。上述のエポキシ樹脂層の厚みは、100μmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではなく、例えば、50μm~150μm程度の範囲で適宜設定すればよい。上述のエポキシ樹脂層の熱伝導率は、4W/mK以上であることが好ましい。また、シート状接着剤のプラスチックフィルムは、配線基板22と伝熱板21とを重ね合わせる前に、エポキシ樹脂層から剥離する。要するに、エポキシ樹脂層におけるプラスチックフィルム側とは反対側の一面を対象物に固着した後、プラスチックフィルムを剥離する(従って絶縁層23は、エポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)のみで形成されている)。ここで、絶縁層23の形成にあたっては、伝熱板21とエポキシ樹脂層と配線パターン22bを有する配線基板22とを重ね合わせた状態で適宜加圧するようにしてもよい。
 上述のシート状接着剤のエポキシ樹脂層は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いという性質を有している。これにより、実装基板2は、絶縁層23と伝熱板21および配線基板22との間に空隙が発生するのを防止することができて密着信頼性が向上するとともに、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を抑制することが可能となる。したがって、実装基板2では、伝熱板21と配線基板22の配線パターン22bとの間にゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、電子部品から配線基板22までの熱抵抗を低減できるとともに、熱抵抗のばらつきを低減できて、放熱性が向上し、電子部品の温度上昇を抑制できる。
 本実施形態の実装基板2では、配線基板22の配線パターン22bにおいて伝熱板21に重なる領域の全体が、絶縁層23と接している。これにより、実装基板2は、図11に示した従来のLED基板101のように接着剤104と導体回路115との間にソルダーレジスト124などがある場合に比べて、伝熱板21から配線パターン22bに伝熱された熱を配線パターン22bの厚み方向および横方向(面内方向)へ効率よく放熱させることが可能となり、放熱性を向上させることが可能となる。
 ところで、伝熱板21の熱容量の大きさによっては、上述のエポキシ樹脂層の加熱温度を170℃程度まで上げて硬化させると、伝熱板21と配線基板22との固着性能が低下し、加熱温度を150℃程度まで下げて硬化させると伝熱板21と配線基板22との間の電気絶縁性が低下する懸念がある。すなわち、絶縁層23は、固着性能と電気絶縁性とがトレードオフの関係を有している。そこで、本実施形態における実装基板2の製造にあたっては、第1のシート状接着剤のエポキシ樹脂層(以下、第1エポキシ樹脂層と称する)と第2のシート状接着剤のエポキシ樹脂層(以下、第2エポキシ樹脂層と称する)とを重ね合わせるようにし、第1エポキシ樹脂層を170℃で硬化させることにより電気絶縁性および熱伝導性を確保し、第2エポキシ樹脂層を150℃で硬化させることにより固着性能および熱伝導性を確保するようにしている。さらに説明すれば、実装基板2の製造にあたっては、第1エポキシ樹脂層を対象物である伝熱板21に170℃で固着させた後、第2エポキシ樹脂層および配線基板22を重ね合わせて当該第2エポキシ樹脂層を150℃で硬化させることが好ましい。言い換えれば、本実施形態の絶縁層23(エポキシ樹脂層)は、伝熱板21に固着される第1絶縁層(第1エポキシ樹脂層)と、第1絶縁層および配線基板22に固着される第2絶縁層(第2エポキシ樹脂層)とを備えている。そして、第1絶縁層は第1加熱温度(本実施形態では170℃)で硬化されて伝熱板21に固着される。また第2絶縁層は、第1絶縁層を硬化させた後に、第1加熱温度よりも低い第2加熱温度(本実施形態では150℃)で硬化されて、第1絶縁層および配線基板22に固着される。これにより、本実施形態の実装基板2の製造にあたっては、伝熱板21の熱容量に関わらず、絶縁層23の固着性能と電気絶縁性との両方の要求を満足させることが可能となる。
 また、配線基板22は、図3および図4に示すように、有機系絶縁基板22aの片面において伝熱板21に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層22cを備えることが好ましい。また、保護層22cは、配線パターン22bの一部を端子部22ba,22baとして露出させる露出部(露出開口)22d,22dが形成されてなることが好ましい。ここで、配線基板22は、配線基板22の長手方向の一端部(第1端部;図3、図4における右端部)の第1パターン22b1、他端部(第2端部;図3、図4における左端部)の第2パターン22b2それぞれの一部を端子部22ba(22ba1),22ba(22ba2)として露出させてある。すなわち、配線基板22は、長手方向の一端部(第1端部)に第1端子部22ba1を備え、長手方向の他端部(第2端部)に第2端子部22ba2を備えている。要するに、実装基板2は、長手方向の両端部の各々に端子部22ba,22baを備えている。これにより、実装基板2は、端子部22ba,22baを通して外部から通電することが可能となる。また、実装基板2は、保護層22cを設けてあることにより、耐候性を高めることが可能となるとともに、配線パターン22bへの異物の付着による短絡などを防止することが可能となる。
 ここで、実装基板2は、伝熱板21に搭載する電子部品が、後述の固体発光素子3(図5~図10参照)などの場合、保護層22cの色が白色であることが好ましい。白色の保護層22cの材料としては、例えば、白色系のレジスト(樹脂)などを用いることができる。保護層22cの色が白色であることにより、実装基板2は、電子部品が固体発光素子3である場合に、固体発光素子3などからの光を保護層22cの表面で効率よく反射することが可能となる。したがって、実装基板2は、配線基板22の平面サイズを伝熱板21の平面サイズよりも大きくした構成でありながら、固体発光素子3からの光が配線基板22に吸収されるのを抑制することが可能となり、有機系絶縁基板22aの劣化を抑制することが可能となる。
 また、配線基板22は、配線パターン22bにおいて保護層22cにより覆われた領域以外に、最表層がAu膜からなるめっき層(図示せず)が形成されていることが好ましい。このめっき層は、配線パターン22bに比べて、耐酸化性および耐腐食性が高く、絶縁層23との密着性の高いことが好ましい。ここにおいて、めっき層は、配線パターン22bの材料がCuである場合、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることが好ましい。これにより、めっき層は、耐酸化性および耐腐食性が高く、絶縁層23との密着性の高いだけでなく、金ワイヤとの接合強度を高めることができ、また、配線パターン22bの材料であるCuがAu膜中へ拡散するのを抑制することが可能となる。
 配線基板22の製造にあたっては、めっき層を電解めっき法により形成する前に、保護層22cを形成しておけば、保護層22cがない場合に比べて、配線パターン22bに施すめっきの量を低減することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
 また、電子部品が固体発光素子3である場合、伝熱板21は、反射板としての機能を有することが好ましく、金属板の材料としてアルミニウムを採用することが、より好ましい。また、伝熱板21は、金属板がアルミニウム板であり、アルミニウム板における絶縁層23側とは反対側にアルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、アルミニウム膜上に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されていることが好ましい。ここで、2種類の誘電体膜としては、例えば、SiO2膜とTiO2膜とを採用することが好ましい。実装基板2は、このような伝熱板21を用いることにより、可視光に対する反射率を95%以上とすることが可能となる。要するに、実装基板2は、このような伝熱板21を用いることにより、電子部品である固体発光素子3などからの可視光を効率よく反射することが可能となる。このような伝熱板21としては、例えば、アラノッド(alanod)社のMIRO2、MIRO(登録商標)を用いることができる。上述のアルミニウム板としては、表面が陽極酸化処理されたものを用いてもよい。なお、伝熱板21の厚みは、例えば、0.2~3mm程度の範囲で適宜設定すればよい。
 以上説明した本実施形態の実装基板2は、上述のように、金属板により形成され電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板21と、電子部品を電気的に接続可能な配線パターン22bが有機系絶縁基板22aの片面に設けられ伝熱板21の他面側に配置された配線基板22と、伝熱板21と配線基板22との間に介在する絶縁層23とを備えている。そして、伝熱板21は、配線パターン22bにおける、電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔21bが形成されている。また、実装基板2は、配線基板22の平面サイズが伝熱板21の平面サイズよりも大きく、配線基板22の配線パターン22bが、伝熱板21に重ならない領域まで広がっている。しかして、本実施形態の実装基板2では、放熱性を向上させることが可能となる。すなわち、実装基板2は、電子部品で発生した熱を、伝熱板21により横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となり、また、実装基板2は、電子部品で発生した熱を、伝熱板21の厚み方向へも伝熱させ、配線基板22の配線パターン22bの厚み方向および横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となる。配線パターン22bによる放熱の効果を高める観点から、配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの片面の90%以上を覆うことが好ましい。なお、配線基板22の配線パターン22bは、有機系絶縁基板22aの平面視における外周線の位置まで広げてもよいが、実装基板2を搭載する部材(例えば、照明器具の器具本体など)が導電性材料により形成されているような場合には、上述の外周線よりも内側の位置まで広げるにとどめて、この部材との所望の沿面距離を確保できるようにしてもよい。また本実施形態の実装基板2では、有機系絶縁基板22aと電子部品との間に金属板からなる伝熱板21が介在するので、電子部品の光や熱の影響による有機系絶縁基板22aの劣化を抑制することができる。
 また、実装基板2は、絶縁層23が、熱硬化性樹脂からなり、この熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることにより、放熱性を、より向上させることが可能となる。
 また、実装基板2は、伝熱板21が、長尺状の形状であって、複数の電子部品を伝熱板21の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、有機系樹脂基板22aが、伝熱板21よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に当該樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、配線パターン22bよりも金属板との線膨張率差が小さいので、実装基板2の反りを抑制することが可能となる。
 また、配線基板22では、有機系絶縁基板22aの片面のみに配線パターン22bを形成しているので、実装基板2を、例えば金属などの導電性を有する材料から形成された部材に、直接設置して用いることが可能となる。
 実装基板2は、長尺状の形状に限らず、矩形状、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。同様に、伝熱板21および配線基板22の形状も長尺状の形状に限らず、矩形状、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。また、実装基板2に実装可能とする電子部品の個数も複数個に限らず、1個でもよい。また、電子部品は、固体発光素子に限らず、発熱を伴う電子部品(いわゆる発熱部品)であればよい。いずれにしても、実装基板2は、電子部品の電極(端子)の数や配置に基づいて、貫通孔21bの配置や個数を適宜設定すればよい。また、実装基板2は、複数個の電子部品を実装して用いる場合、必ずしも、全ての電子部品が同じ機能を有する電子部品である必要はなく、また、必ずしも、全ての電子部品が発熱部品である必要もない。
 次に、図3および図4に示した実装基板2を備えた発光モジュール1について図5~図10に基づいて説明するが、これに代えて図1および図2に示した実装基板2を備えたものでもよい。
 発光モジュール1は、実装基板2と、実装基板2に実装された複数の固体発光素子3とを備えている。ここで、固体発光素子3が、上述の電子部品を構成している。
 固体発光素子3としては、LEDチップを用いているが、これに限らず、例えば、LEDチップがパッケージに収納されたものでもよい。また、固体発光素子3としては、例えば、レーザダイオード(半導体レーザ)や、有機EL素子などを用いてもよい。
 固体発光素子3は、図6に示すように、厚み方向の一面側(図6の上面側)に第1電極(アノード電極)31と第2電極(カソード電極)32とが設けられており、厚み方向の他面側(図6の下面側)が接合部35を介して伝熱板21に接合されている。そして、固体発光素子3は、第1電極31および第2電極32の各々がワイヤ(ボンディングワイヤ)26を介して配線パターン22bと電気的に接続されている。ここにおいて、伝熱板21は、各ワイヤ26の各々を通すことが可能な上述の貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、伝熱板21の幅方向において各固体発光素子3ごとの搭載領域の両側に形成してある。固体発光素子3がLEDチップの場合、接合部35は、ダイボンド材により形成すればよい。
 LEDチップは、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、基板としてサファイア基板を備えたものを用いている。ただし、LEDチップの基板は、サファイア基板に限らず、例えば、GaN基板、SiC基板、Si基板などでもよい。なお、LEDチップの構造は特に限定するものではない。
 LEDチップのチップサイズは、特に限定するものではなく、例えば、チップサイズが0.3mm□(0.3mm×0.3mm)や0.45mm□(0.45mm×0.45mm)や1mm□(1mm×1mm)のものなどを用いることができる。
 また、LEDチップの発光層の材料や発光色は特に限定するものではない。すなわち、LEDチップとしては、青色LEDチップに限らず、例えば、紫色光LEDチップ、紫外光LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップなどを用いてもよい。
 ダイボンド材としては、例えば、シリコーン系のダイボンド材、エポキシ系のダイボンド材、銀ペーストなどを用いることができる。
 また、ワイヤ26としては、例えば、金ワイヤ、アルミニウムワイヤなどを用いることができる。ここで、発光モジュール1は、固体発光素子3の第1電極31が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第2パターン22b2と電気的に接続され、第2電極32が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第1パターン22b1と電気的に接続されている。なお、発光モジュール1は、固体発光素子3の第1電極31が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第1パターン22b1と電気的に接続され、第2電極32が、ワイヤ26を介して配線パターン22bの第2パターン22b2と電気的に接続されているようにしてもよい。
 配線パターン22bは、単位パターン22uごとに、伝熱板21の長手方向に並んで配置される所定数(例えば図3,図4の例では、6個)の固体発光素子3を並列接続して並列回路を構成できるようになっており、隣り合う単位パターン22uごとに形成される並列回路を直列接続できるようになっている。例えば、図3,図4の例では、実装基板2の右端側に配置される6個の固体発光素子3の各々は、第1電極31が右端の第2パターン22b2に接続され、第2電極32が右端の第1パターン22b1に接続される。また、実装基板2の右から7~12番目に配置される6個の固体発光素子3の各々は、第1電極31が右から2番目の第2パターン22b2に接続され、第2電極32が右から2番目の第1パターン22b1に接続される。ここで、右端の第2パターン22b2と右から2番目の第1パターン22b1とは、接続部22b3により電気的に接続されている(図1B参照)。結果的に、右端の6個の固体発光素子3は、右から7~12番目の固体発光素子3と直列に接続されることになる。したがって、配線基板22の長手方向の一端部(図4における右端部)の端子部22ba(22ba1)と他端部(図4における左端部)の端子部22ba(22ba2)との間に給電することにより、全ての固体発光素子3に対して給電することができる。
 ところで、発光モジュール1は、固体発光素子3としてLEDチップを用いている場合、例えば図6に示すように、伝熱板21の上記一面側において固体発光素子3およびワイヤ26を封止した封止部36を備えることが好ましい。図6では、封止部36の材料として、透光性を有する材料(第1透光性材料)であるシリコーン樹脂を用いている。第1透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ガラスなどを用いてもよい。
 また、発光モジュール1は、固体発光素子3としてLEDチップを用いている場合、高出力の白色光を得るためには、LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する波長変換材料を有する色変換部37を備えていることが好ましい。このような色変換部37としては、例えば、LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を波長変換材料として用い、蛍光体および透光性を有する材料(第2透光性材料)を含むものが好ましい。
 発光モジュール1は、例えば、LEDチップとして青色LEDチップを用い、色変換部37の蛍光体として黄色蛍光体を用いれば、白色光を得ることが可能となる。すなわち、発光モジュール1は、LEDチップから放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部37の表面を通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。本実施形態では、色変換部37の材料として用いる第2透光性材料として、シリコーン樹脂を用いているが、これに限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがnmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部37の材料として用いる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、黄色蛍光体と赤色蛍光体とを用いたり、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることにより、演色性を高めることが可能となる。また、色変換部37の材料として用いる蛍光体は、1種類の黄色蛍光体に限らず、発光ピーク波長の異なる2種類の黄色蛍光体を用いてもよい。
 また、LEDチップ単体で白色光を放射できる場合や、封止部36に蛍光体を分散させている場合や、発光モジュール1で得たい光の色がLEDチップの発光色と同じである場合には、色変換部37を備えていない構造を採用することができる。
 発光モジュール1は、色変換部37が、伝熱板21に接していることが好ましい。これにより、発光モジュール1は、LEDチップで発生した熱だけでなく、色変換部37で発生した熱も伝熱板21を通して放熱させることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。図6に示した例では、色変換部37が、ドーム状の形状に形成されており、伝熱板21の上記一面側において伝熱板21との間にLEDチップおよび封止部36などを囲む形で配設されている。更に説明すれば、色変換部37は、伝熱板21の上記一面側において封止部36との間に気体層(例えば、空気層)38が形成されるように配設されている。また、図6に示した発光モジュール1では、固体発光素子3であるLEDチップの下方への一投影面において、配線パターン22bにおける第1パターン22b1および第2パターン22b2の各々の一部と、これらの間に入り込んだ絶縁層23の一部とがあるが、これに限らず、発光モジュール1は、図7に示すように、固体発光素子3であるLEDチップの下方への一投影面に、第1パターン22b1のみがあるようにしてもよく、これにより、LEDチップで発生した熱が配線パターン22bに伝わりやすくなり、より効率よく放熱させることが可能となる。
 ところで、実装基板2の絶縁層23には、上述のように、伝熱板21の各貫通孔21bの各々に連通する貫通孔23bが形成されている。したがって、発光モジュール1の製造時には、ワイヤ26を伝熱板21の貫通孔21bと絶縁層23の貫通孔23bとを通して配線パターン22にボンディングすることができる。ここで、発光モジュール1の製造時には、固体発光素子3の第1電極31および第2電極32それぞれと第2パターン22b2および第1パターン22b1とをワイヤ26を介して接続した後に、例えば、ディスペンサなどにより、貫通孔21bおよび貫通孔23bに封止部36(図6参照)の材料を充填してワイヤ26が伝熱板21に接触しないようにし、その後、封止部36を形成すればよい。
 また、発光モジュール1は、図8に示すように、色変換部37を半球状の形状として、色変換部37により固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。また、発光モジュール1は、図9に示すように、色変換部37をドーム状の形状として、色変換部37により、固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。また、発光モジュール1は、図10に示すように、色変換部37を、層状の形状として、色変換部37により、固体発光素子3であるLEDチップおよびワイヤ26を封止するようにしてもよい。なお、図6や図7や図9のような色変換部37は、成形したものを用い、伝熱板21側の端縁(開口部の周縁)を伝熱板21に対して、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)を用いて固着すればよい。また、図8に示すような色変換部37は、例えば、成形法により形成することができる。また、図10に示すような色変換部37は、例えば、ディスペンサを用いた塗布法や、スクリーン印刷法などにより形成することが可能である。
 発光モジュール1の製造にあたっては、まず、実装基板2における伝熱板21の上記一面側に固体発光素子3を接合することで搭載してから、各固体発光素子3の第1電極31および第2電極32それぞれと第2パターン22b2および第1パターン22b1とをワイヤ26を介して電気的に接続する。その後、必要に応じて封止部36、色変換部37を伝熱板21の上記一面側に設ければよい。
 以上説明した本実施形態の発光モジュール1は、上述の実装基板2と、実装基板2に実装された電子部品とを備え、電子部品が固体発光素子3からなるので、放熱性を向上させることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1では、各固体発光素子3および各色変換部37で発生した熱を、伝熱板21により横方向に効率よく伝熱させて放熱させることが可能となり、また、伝熱板21の厚み方向へも伝熱させて放熱させることが可能となる。したがって、発光モジュール1は、放熱性を向上させることが可能で各固体発光素子3の温度上昇を抑制でき、且つ、光出力の高出力化を図ることが可能となる。要するに、本実施形態の発光モジュール1は、各固体発光素子3および各色変換部37で発生した熱が、金属板を用いて形成された伝熱板21を通して放熱されるので、例えば、個々の固体発光素子3の光出力の増加などによって発光モジュール1全体の光出力の高出力化を図った場合でも、各固体発光素子3および色変換部37の温度上昇を抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1は、絶縁層23が、熱硬化性樹脂に当該熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有しているので、固体発光素子3で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1では、固体発光素子3をLEDチップとすることにより、LEDチップで発生した熱を伝熱板21により横方向へ伝熱させて効率良く放熱させることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1は、実装基板2に電子部品として固体発光素子3を実装してあるが、実装基板2が伝熱板21と配線基板22との間に上述の絶縁層23を備えており、絶縁層23と配線パターン22bとが接合されている。これにより、本実施形態の発光モジュールでは、図11に示したLED基板101のようにソルダーレジスト124が設けられている場合に比べて、熱抵抗を低減できるとともに、熱抵抗のばらつきを低減することが可能となる。これにより、発光モジュール1は、放熱性が向上し、固体発光素子3のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくすることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1は、実装基板2における配線基板22として片面プリント配線板を用いており、配線基板22において伝熱板21が配置される片面側に端子部22ba,22baを設けている。これにより、発光モジュール1は、図11に示したLEDパッケージ102のように配線板105として両面配線板を用いる場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、照明器具の光源として用いる場合でも、別途の回路基板に表面実装して用いる必要もないから、固体発光素子3から器具本体までの熱抵抗を低減でき、光出力の高出力化を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、配線基板22において有機系絶縁基板22aの片面上にのみしか配線パターン22bが形成されていないので、金属製の部材(例えば、照明器具における金属製の器具本体や放熱部材など)に対して設置して用いるような場合に、耐雷サージ性を高めることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1では、伝熱板21として、反射板としての機能を有するものを用いることにより、伝熱板21での光損失を低減することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。したがって、本実施形態の発光モジュール1は、低消費電力化を図ることも可能となる。ここで、発光モジュール1は、伝熱板21の基礎となる金属板がアルミニウム板であり、アルミニウム板における絶縁層23側とは反対側にアルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されている。これにより、発光モジュール1は、LEDチップから放射され伝熱板21の上記一面に入射した光を効率良く反射することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。特に、発光モジュール1は、固体発光素子3として、LEDチップを用いている場合に、LEDチップで発生した熱を効率よく放熱させることが可能となって光出力の高出力化を図れ、そのうえ、LEDチップから放射された光の利用効率の向上を図ることが可能となる。また、発光モジュール1は、色変換部37(図6~図10など参照)を備えている場合、色変換部37の波長変換材料である蛍光体から伝熱板21側へ放射された光や、LEDチップから放射され蛍光体で伝熱板21側へ散乱された光などを反射させることが可能なので、光の利用効率の向上を図ることが可能となる。
 また、発光モジュール1は、上述のように実装基板2の反りが抑制されるとともに放熱性が向上するから、固体発光素子3の配列ピッチを短くすることができ、個々の固体発光素子3が点光源として粒々に光っているように見えるのを抑制することが可能となり、線状光源に見えるようにすることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1では、固体発光素子3がLEDチップであり、厚み方向の一面側(固体発光素子3の第1面側)に第1電極31と第2電極32とが設けられており、第1電極31および第2電極32の各々が各貫通孔21bを通るワイヤ26を介して配線パターン22bと電気的に接続されているので、LEDチップを伝熱板21にダイボンドすることができ、LEDチップで発生した熱が伝熱板21の横方向(面内方向)へ伝熱されやすくなり、放熱性を向上させることが可能となる。
 固体発光素子3としてLEDチップを用いる場合、固体発光素子3と伝熱板21との線膨張率の差に起因してLEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を介して、LEDチップを伝熱板21にダイボンドするようにしてもよい。ここで、サブマウント部材は、LEDチップのチップサイズよりも大きな平面サイズに形成したものを用いることが好ましい。LEDチップがGaN系青色LEDチップであり、金属板がアルミニウム板の場合、サブマウント部材の材料としては、例えば、AlN、複合SiC、Si、CuWなどを採用することができる。また、サブマウント部材は、LEDチップが接合される側の表面におけるLEDチップとの接合部位(つまり、LEDチップに重なる部位)の周囲に、LEDチップから放射された光を反射する反射膜が形成されていることが好ましい。また、LEDチップとして厚み方向の両面に電極が設けられたものを用いる場合(つまり、LEDチップにおけるサブマウント部材側の面に、第1電極31あるいは第2電極の一方が設けられている場合)には、サブマウント部材に、LEDチップにおいてサブマウント部材側に配置される第1電極31あるいは第2電極32に電気的に接続される導体パターンを設けておき、当該導体パターンと第2パターン22b2あるいは第1パターン22aとをワイヤ26を介して電気的に接続するようにすればよい。
 本実施形態の発光モジュール1は、種々の照明装置の光源として用いることが可能である。本実施形態の発光モジュール1を備えた照明装置の一例としては、例えば、発光モジュール1を光源として器具本体に配置した照明器具がある。ここにおいて、発光モジュール1は、器具本体が金属製で導電性を有しているような場合でも、配線基板22の幅寸法および配線パターン22bを広げる範囲を適宜設定することによって、伝熱板21や配線パターン22bと器具本体との間の所望の沿面距離を確保することが可能となる。照明器具では、器具本体を金属製とすれば、発光モジュール1で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。
 また、本実施形態の発光モジュール1を備えた照明装置の一例として、直管形LEDランプを構成することができる。なお、直管形LEDランプについては、例えば日本では、社団法人日本電球工業会により、「L型ピン口金GX16t-5付直管形LEDランプシステム(一般照明用)」(JEL 801)が規格化されている。
 このような直管形LEDランプを構成する場合には、例えば、透光性材料(例えば、乳白色のガラス、乳白色の樹脂など)により形成された直管状の管本体と、管本体の長手方向の一端部および他端部それぞれに設けられた第1口金、第2口金とを備え、管本体内に発光モジュール1が収納された構成とすればよい。
 本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (11)

  1.  電子部品を実装可能な実装基板であって、
     金属板により形成され前記電子部品を一面側に搭載可能な伝熱板と、前記電子部品を電気的に接続可能な配線パターンが有機系絶縁基板の片面に設けられ前記伝熱板の他面側に配置された配線基板と、前記伝熱板と前記配線基板との間に介在する絶縁層とを備え、
     前記伝熱板は、前記配線パターンにおける、前記電子部品の接続用部位を露出させる貫通孔が形成されてなり、
     前記配線基板の平面サイズが前記伝熱板の平面サイズよりも大きく、前記配線基板は、前記配線パターンが、前記伝熱板に重ならない領域まで広がっていることを特徴とする実装基板。
  2.  前記配線基板は、前記有機系絶縁基板の前記片面において前記伝熱板に重ならない部位を覆うレジストからなる保護層を備え、
     前記保護層に、前記配線パターンの一部を端子部として露出させる露出部が形成されてなることを特徴とする請求項1記載の実装基板。
  3.  前記保護層の色が白色であることを特徴とする請求項2記載の実装基板。
  4.  前記配線基板は、前記配線パターンにおいて前記保護層により覆われた領域以外に、めっき層が形成されてなり、
     前記配線パターンの材料がCuであり、前記めっき層は、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜もしくはNi膜とAu膜との積層膜からなることを特徴とする請求項2または請求項3記載の実装基板。
  5.  前記絶縁層は、熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂に比べて熱伝導率の高いフィラーを含有していることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の実装基板。
  6.  前記伝熱板は、前記金属板がアルミニウム板であり、前記アルミニウム板における前記絶縁層側とは反対側に前記アルミニウム板よりも高純度のアルミニウム膜が積層され、前記アルミニウム膜に屈折率の異なる2種類の誘電体膜からなる増反射膜が積層されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の実装基板。
  7.  前記伝熱板は、長尺状の形状であって、複数の前記電子部品を前記伝熱板の長手方向に沿って並べて搭載可能であり、
     前記有機系樹脂基板は、前記伝熱板よりも幅寸法の大きな長尺状の形状であって、樹脂に前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーを混合した樹脂基板からなり、前記配線パターンよりも前記金属板との線膨張率差が小さいことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の実装基板。
  8.  請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の実装基板と、前記実装基板に実装された前記電子部品とを備え、前記電子部品が固体発光素子からなることを特徴とする発光モジュール。
  9.  前記固体発光素子は、LEDチップであることを特徴とする請求項8記載の発光モジュール。
  10.  前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記LEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料を含む色変換部を備え、
     前記色変換部は、前記伝熱板に接していることを特徴とする請求項8または請求項9記載の発光モジュール。
  11.  前記各LEDチップは、厚み方向の一面側に第1電極と第2電極とが設けられたものであり、
     前記第1電極および前記第2電極の各々が前記貫通孔を通るワイヤを介して前記配線パターンと電気的に接続されてなることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の発光モジュール。
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