WO2006132148A1 - 発光素子実装用ホーロー基板、発光素子モジュール、照明装置、表示装置及び交通信号機 - Google Patents

発光素子実装用ホーロー基板、発光素子モジュール、照明装置、表示装置及び交通信号機 Download PDF

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Ryuji Suzuki
Kyosuke Takemoto
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Fujikura Ltd.
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    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink

Definitions

  • Light-emitting element enamel substrate Light-emitting element module, lighting device, display device and traffic signal
  • the present invention relates to a light-emitting element mounting substrate for mounting a plurality of light-emitting elements such as light-emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”).
  • the present invention relates to a light-emitting element mounting enamel substrate that can ensure sufficient heat dissipation even when mounted, a light-emitting element module having a light-emitting element mounted on the substrate, a lighting device having the light-emitting element module, a display device, and a traffic signal device.
  • LEDs have begun to be used as illumination light sources.
  • Conventional LED modules have an electrode pattern formed on an insulating circuit board made of glass epoxy resin, etc., and have a reflective cup that reflects light emitted from the LED force and efficiently reflects it forward.
  • the LED element is mounted on the bottom surface of the cup and sealed with a resin with a high refractive index.
  • Patent Document 1 has been proposed as a circuit board structure with good heat dissipation. This has a structure in which a metal plate for heat dissipation is connected to the exposed surface of the substrate core in order to improve the heat dissipation of the substrate.
  • this Patent Document 1 is intended to prevent the influence of heat when trying to mount circuit components such as ICs at high density. Is not allowed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-28886
  • a hollow substrate is an example of a substrate with high heat dissipation.
  • a hollow substrate with high heat dissipation By using a hollow substrate with high heat dissipation as the LED substrate for lighting, a large number of LEDs can be mounted.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a light emitting element mounting enamel substrate excellent in heat dissipation, a light emitting element module in which the light emitting element is mounted on the substrate, an illumination device having the light emitting element module, a display device, and The purpose is to provide traffic signals.
  • the present invention provides a hollow substrate for mounting a light emitting element, comprising a core metal, a hollow layer coated on a surface of the core metal, one or more through holes, There is provided a single-chip board for mounting a light emitting device, wherein the core metal is exposed on the inner surface of the through hole.
  • the light emitting element mounting enamel substrate of the present invention preferably further includes a heat dissipation structure having a protrusion, and the protrusion is fitted into the heat dissipation through hole.
  • the enamel substrate for mounting a light emitting element of the present invention it is preferable that a high thermal conductive bonding agent is provided at a connection portion with the heat dissipation structure.
  • the present invention also provides a light emitting device module in which a light emitting device is mounted on the light emitting device mounting enamel substrate according to the present invention.
  • the present invention also provides a lighting device, a display device, and a traffic signal having the light emitting element module according to the present invention.
  • the enamel substrate for mounting a light emitting element according to the present invention has a structure in which one or more heat radiating through holes are provided in the enamel substrate, and the core metal is exposed on the inner surface of the heat radiating through hole. Heat generated during lighting is transferred to the core metal and quickly conducted to the entire core metal. In addition, heat from the core metal exposed surface inside the heat dissipation through hole is transferred to the outside air or to the heat dissipation structure, improving the heat dissipation of the substrate. For this reason, even when a large number of light emitting elements are mounted and lit, the temperature rise of the substrate is reduced, the light emission efficiency of the light emitting elements can be maintained at a high level, and the long term reliability of the light emitting elements can be improved.
  • the light-emitting element module of the present invention has the light-emitting element mounted on the light-emitting element mounting enamel substrate according to the present invention.
  • the light emitting efficiency of the element can be maintained at a high level, and the long-term reliability of the light emitting element can be improved.
  • the light emitting element module of the present invention is suitable as, for example, an illumination device, a display device, and a traffic signal device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a light emitting element module according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the light-emitting element module of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the light-emitting element module of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a light emitting element module manufactured in a comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.
  • the light emitting element module 11 of the present embodiment includes a hollow substrate in which the surface of the core metal 12 is covered with the enamel layer 13, and one or more heat dissipation through holes 19 are provided, and a reflective cup portion for mounting the light emitting element.
  • the light emitting element 16 is mounted on the light emitting element mounting enamel substrate 10 provided with 15.
  • the core metal 12 is exposed on the inner surface of the heat dissipation through hole 19.
  • the reflection cup portion 15 provided on the light emitting element mounting enamel substrate 10 is formed in a mortar shape or a groove shape having a flat bottom surface and a slope surface.
  • the slope angle of the slope surface (the angle between the bottom surface and the slope surface) is about 10 ° to 90 °, preferably about 40 ° to 90 °.
  • the heat radiating through hole 19 is formed at an intermediate position between the plurality of reflecting cup portions 15.
  • a circuit pattern such as an energizing electrode 14 for driving the light emitting element 16 and a control circuit is formed. ing.
  • the circuit pattern includes a resistance element that adjusts the light emission intensity of the light emitting element 16, it is desirable that the resistance element be disposed around the heat dissipation through hole 19 in order to efficiently dissipate heat generated from the resistance element.
  • the material of the core metal 12 that constitutes the light-emitting element mounting enamel substrate 10 is not particularly limited as long as it is a metal that can firmly form the enamel layer 13 on the surface.
  • a low carbon steel plate or the like is used.
  • the enamel layer 13 is formed by baking glass powder on the surface of the core metal 12.
  • the electrode 14 and the circuit pattern are preferably formed by, for example, a method of printing and baking a conductive paste such as a silver paste or a copper paste along a predetermined pattern by a method such as a screen printing method.
  • the light emitting element 16 mounted on the light emitting element mounting hollow substrate 11 an LED is preferable. Good.
  • the light emitting element 16 is preferably a white LED.
  • a white LED for example, a blue LED made of a gallium nitride (GaN) -based semiconductor and one or more phosphors emitting visible light other than blue such as yellow when excited by blue light are used. It is desirable to use a combination of white LEDs.
  • the phosphor is desirably mixed and dispersed in a transparent resin 18 for sealing the light emitting element 16 mounted on the substrate.
  • the light emitting element 16 is mounted on the bottom surface of the reflection cup portion 15.
  • One electrode terminal of the light emitting element 16 is electrically connected to one electrode 14, and the other electrode terminal of the light emitting element 16 is electrically connected to the other electrode 14 adjacent by a gold wire 17 (bonding wire).
  • the reflecting cup portion 15 is sealed with a resin by injecting and effecting a transparent resin 18 such as an epoxy resin mixed with a phosphor as required and a silicone resin.
  • a metal plate for preparing the core metal is prepared, cut into a desired shape, and further machined to form a desired number of reflecting cup portions 15 and heat dissipation through holes 19 that serve as light emitting element mounting positions.
  • the core metal 12 is produced.
  • the core metal 12 is immersed in a liquid in which glass powder is dispersed in an appropriate solvent, a counter electrode is disposed in the vicinity, and a voltage is applied between the core metal 12 and the counter electrode. Glass powder is electrodeposited on the surface of the core metal 12. After electrodeposition, the core metal 12 is also pulled up and dried, put in a heating furnace and heated in a predetermined temperature range, and glass powder is baked on the surface of the core metal 12 to form a hollow layer 13 to produce a hollow substrate To do.
  • the enamel layer adhering to the inner surface of the heat radiating through hole 19 is removed by a method such as a sandblasting method to expose the core metal 12.
  • the removal of the enamel layer on the inner surface of the heat dissipating through hole 19 can be achieved by blocking the heat dissipating through hole 19 at the time of electrodeposition to prevent local electrodeposition, It can be replaced by a method of removing the glass powder.
  • the electrode 14 and the circuit formation pattern are aligned by a method such as screen printing. Then, a conductive paste such as silver paste is printed and then baked to form the electrode 14 and necessary circuits. By performing the above steps, a light-emitting element mounting enamel substrate 10 is obtained.
  • the light emitting element 16 is mounted on a predetermined position of the light emitting element mounting hollow substrate 10 manufactured as described above by die bonding, and wire bonding is performed to electrically connect the light emitting element 16 and the electrode 14 by the gold wire 17. Connect. Thereafter, a protective resin or a resin mixed and dispersed with phosphor is filled and cured in the reflective cup portion 15, and the light emitting element 16 is sealed with the transparent resin 18. Thereby, the light emitting element module 11 shown in FIG. 1 is manufactured.
  • the enamel substrate 10 for mounting light emitting elements of the present embodiment has a configuration in which one or more heat dissipation through holes 19 are provided in the enamel substrate, and the core metal 12 is exposed on the inner surface of the heat dissipation through hole 19.
  • the heat generated when the light-emitting element 16 is turned on is transmitted to the core metal 12 and is quickly conducted to the entire core metal 12, and the heat is conducted from the exposed surface of the core metal to the outside air through the heat dissipation through hole 19.
  • the heat dissipation of the board is improved, and even when a large number of light emitting elements 16 are mounted and lit, the temperature rise of the board is reduced, and the luminous efficiency of the light emitting elements 16 can be maintained at a high level.
  • the long-term reliability of the element 16 can be improved.
  • the light emitting element 16 is mounted on the light emitting element mounting enamel substrate 10, even when a large number of light emitting elements 16 are mounted and turned on, the temperature rise of the substrate is reduced.
  • the light emission efficiency of the light emitting element 16 can be maintained at a high level, and the long-term reliability of the light emitting element 16 can be improved.
  • the light emitting element 16 is suitable as a lighting device, a display device, and a traffic signal device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
  • the light-emitting element module 11 of the present embodiment includes the same components as the light-emitting element module of the first embodiment, and further, the heat dissipation structure 20 having protrusions is connected to the heat-dissipating through holes.
  • the heat dissipating structure 20 is also a metal having a high thermal conductivity such as aluminum, and is provided with the protrusion on one side and a number of fins 21 on the other side.
  • the present invention is not limited to this example as long as it can improve the heat dissipation of the substrate while connected to the heat dissipation through hole 19.
  • the light emitting element module 11 of the present embodiment has a configuration in which the heat dissipation structure 20 is connected, heat is efficiently transmitted from the heat dissipation through hole 19 through the heat dissipation structure 20, thereby further improving the heat dissipation property of the substrate. Can be improved.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention.
  • the light emitting element module 11 of this embodiment includes the same components as those of the light emitting element module of the second embodiment, and further, between the protrusions of the heat dissipation structure 20, such as silicone grease and solder.
  • a high thermal conductive bonding agent 22 is provided.
  • heat can be more efficiently transmitted from the heat dissipation through hole 19 through the heat dissipation structure 20, and the heat dissipation of the substrate can be further improved.
  • a low-carbon steel plate with a length of 100 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 1.5 mm was used as the core metal, and a reflective cup was formed by drilling. Seven reflecting cups were formed along the longitudinal direction of the steel sheet, with 7 pieces at 14 mm intervals per row, for a total of 14 rows.
  • the slope of the bottom face of the reflector cup was 2 mm in diameter, 0.5 mm in depth, and 45 degrees in angle.
  • a liquid in which glass powder was mixed with a dispersion medium was applied to the surface of the steel plate (core metal) on which the reflective cup portion and the heat dissipation through hole were formed, and baked at 850 ° C. to form a hollow layer.
  • the thickness of the enamel layer was adjusted to 200 m, and the inner surface of the through hole for heat dissipation was subjected to sand plast treatment to remove the enamel layer and expose the core metal.
  • Example 1 As shown in Fig. 1, a blue LED element with an output of 20 mW was mounted in the reflective cup part of the enamel substrate with a through hole for heat dissipation. A total of 14 LED elements were mounted on a hollow substrate, and the electrodes and the LEDs were electrically connected by wire bonding with gold wires. Next, a silicone resin mixed with a yellow light-emitting phosphor was poured into the reflective cup portion, cured and sealed to obtain a white LED. In addition, a resistance element for current adjustment was mounted near the through-hole for heat dissipation.
  • the temperature at the center was 140 ° C.
  • Example 2 As in Example 1, a blue LED element with an output of 20 mW was mounted in the reflective cup portion of the enamel substrate having a heat dissipation through hole. A total of 14 LED elements were mounted on a hollow substrate, wire bonded, and then a silicone resin mixed with a yellow light-emitting phosphor was injected into the reflective cup, cured, and sealed to obtain a white LED. In addition, a resistor element for current adjustment was mounted near the through hole for heat dissipation.
  • connecting projections with a height of 2 mm and a diameter of 3 mm are connected at intervals of 14 mm per row to the heat dissipation structure with fins with a length of 10 mm made of aluminum. A total of 18 pieces in 3 rows were formed, and these connection protrusions were inserted into the heat dissipation through holes and connected to the enamel substrate.
  • Example 2 The same LED element as in Example 1 was allowed to emit light by passing a current of 60 mA, and the center temperature of the substrate was measured. The temperature at the center was 100 ° C.
  • Example 2 As in Example 1, a blue LED element with an output of 20 mW was mounted in the reflective cup portion of the enamel substrate having a heat dissipation through hole. A total of 14 LED elements were mounted on a hollow substrate, wire bonded, and then a silicone resin mixed with a yellow light-emitting phosphor was injected into the reflective cup, cured, and sealed to obtain a white LED. In addition, a resistor element for current adjustment was mounted near the through hole for heat dissipation.
  • a connecting structure with a height of 2 mm and a diameter of 3 mm is connected to a heat dissipation structure with aluminum fins 10 mm long as a connection with the heat dissipation through hole.
  • a total of 18 pieces in 3 rows were formed at intervals of mm, and these connection protrusions were inserted into through holes for heat dissipation and connected to enamel substrates.
  • High thermal conductivity silicone grease was applied to the connection between the heat dissipation structure and the enamel substrate, and the connection was made.
  • Example 2 The same LED element as in Example 1 was allowed to emit light by passing a current of 60 mA, and the center temperature of the substrate was measured. The temperature at the center was 90 ° C.
  • silicone grease with high thermal conductivity as the bonding agent, the heat dissipation structure and enamel substrate can be connected easily and reliably, so heat dissipation is improved.
  • FIG. 4 reference numeral 1 is an enamel substrate, 2 is a light emitting element module, 3 is a core metal, 4 is an enamel layer, 5 is an electrode, 6 is a reflective cup, 7 is a blue LED element, 8 is a gold wire, 9 is Transparent rosin.
  • a total of 14 LED elements were mounted on this hollow substrate, and after wire bonding, a silicone resin mixed with a yellow light emitting phosphor was injected into the reflective cup portion, cured, and sealed to obtain a white LED. Furthermore, a resistance element for current adjustment was mounted. The LED element was caused to emit light by passing a current of 60 mA, and the center temperature of the substrate was measured. The temperature at the center was 150 ° C, which was higher than that of the hollow substrate of Example 1 provided with through holes. It was.
  • the present invention is applicable to a light emitting element mounting substrate for mounting a plurality of light emitting elements such as LEDs.
  • a light-emitting element mounting enamel substrate that can secure sufficient heat dissipation even when light-emitting elements are mounted at high density for lighting applications, etc.
  • a light-emitting element module having a light-emitting element mounted on the substrate and the light-emitting element module It can be applied to lighting devices, display devices, and traffic lights having

Abstract

　発光素子実装用ホーロー基板は、コア金属と、前記コア金属の表面に被覆されたホーロー層と、１つ以上のスルーホールと、を有し、該スルーホール内面で前記コア金属が露出している。

Description

明 細 書
発光素子実装用ホーロー基板、発光素子モジュール、照明装置、表示装 置及び交通信号機
技術分野
[0001] 本発明は、発光ダイオード (以下、 LEDと記す。）などの発光素子を複数個実装す るための発光素子実装用基板に関し、特に、照明などの用途で、高密度に発光素子 を実装した場合でも十分な放熱性を確保し得る発光素子実装用ホーロー基板及び 該基板に発光素子を実装した発光素子モジュール及び該発光素子モジュールを有 する照明装置、表示装置及び交通信号機に関する。
本願は、 2005年 6月 7日に出願された特願 2005— 167498号に対し優先権を主 張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 近年、 LEDは、照明用光源として使用され始めている。従来の LEDモジュールは、 ガラスエポキシ榭脂などよりなる絶縁回路基板に電極をパターン形成し、 LED力ゝら発 する光を反射して前方へ効率よく反射するための反射カップ部を備え、この反射カツ プ部の底面上に LED素子を実装し、屈折率の高い透明樹脂で榭脂封止した構造を 有する。
[0003] LEDを点灯する際、発光に寄与しない電力は熱に変換される。 LEDを照明用とし て使用するには、多数の LEDを基板に実装し、多くの電力を投入する必要があるた め、放熱性の高い実装用基板が必要である。し力しながら、照明用の LED実装用基 板として、従来より一般に使用されているガラスエポキシ榭脂など力もなる回路基板 を使用した場合、基板の放熱性が悪いために、発生した熱により LEDの温度が上昇 し、 LEDの発光効率が低下してしまう問題がある。
[0004] 従来、放熱性のよい回路基板構造として、特許文献 1が提案されている。これは、 基板の放熱性を向上させるために、基板芯材の露出面に放熱用金属板を接続した 構造を有する。しかし、この特許文献 1は IC等の回路部品を高密度実装しょうとした 際の熱の影響を防ぐためのものであり、照明装置としての使用や LEDを用いた使用 の記載は認められない。
特許文献 1：特開昭 64— 28886号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 前述したように、多数の LEDを基板に実装した場合、 LEDからの発熱量は非常に 多くなり、基板からの放熱性を向上させる必要がある。放熱性の高い基板としてホー ロー基板が挙げられる。放熱性の高いホーロー基板を照明用 LED基板として用いる ことで、多数の LEDを実装することができる。
[0006] しかし、高輝度の照明用 LEDモジュールを作製する場合、さらに多くの LEDを基 板上に密集状態で実装することが必要となり、もしくは高輝度 LED素子を用いること が必要となり、これを達成するには、基板の放熱特性をさらに向上させる必要がある。 また、照明用光源の場合、輝度ばらつきを少なくする必要があり、輝度ばらつきを 低減するためには、 LEDの電流を調整し、均一に発光させる必要がある。電流調整 には電気回路に抵抗を実装することなどで行われるが、その場合、発熱体が基板に 実装されることになるので、 LED実装用基板の放熱特性をさらに向上させる必要が ある。
[0007] 本発明は前記事情に鑑みてなされ、放熱性に優れた発光素子実装用ホーロー基 板と該基板に発光素子を実装した発光素子モジュール及び該発光素子モジュール を有する照明装置、表示装置及び交通信号機の提供を目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 前記目的を達成するため、本発明は、発光素子実装用ホーロー基板であって、コ ァ金属と、前記コア金属の表面に被覆されたホーロー層と、 1つ以上のスルーホール と、を有し、該スルーホール内面で前記コア金属が露出している発光素子実装用ホ 一口一基板を提供する。
[0009] 本発明の発光素子実装用ホーロー基板において、突起部を有する放熱構造体を さらに有し、該突起部は前記放熱用スルーホールに嵌入されていることが好ましい。
[0010] 本発明の発光素子実装用ホーロー基板において、前記放熱構造体との接続部に 高熱伝導性接合剤が設けられて ヽることが好ま 、。 [0011] また本発明は、本発明に係る前記発光素子実装用ホーロー基板に発光素子が実 装された発光素子モジュールを提供する。
[0012] また本発明は、本発明に係る前記発光素子モジュールを有する照明装置、表示装 置、及び交通信号機を提供する。
発明の効果
[0013] 本発明の発光素子実装用ホーロー基板は、ホーロー基板に 1つ以上の放熱用スル 一ホールを設け、該放熱用スルーホール内面でコア金属を露出させた構成としたこと で、発光素子の点灯時に発生した熱がコア金属に伝わり、コア金属全体に速やかに 伝導する。また、放熱用スルーホール内面のコア金属露出面力 熱が外気に、ある いは放熱構造体に伝導されることで基板の放熱性が向上する。このため、多数の発 光素子を実装して点灯した場合でも基板の昇温が少なくなり、発光素子の発光効率 を高レベルに維持することができ、発光素子の長期信頼性を向上させることができる 本発明の発光素子モジュールは、本発明に係る前記発光素子実装用ホーロー基 板に発光素子を実装したので、多数の発光素子を実装して点灯した場合でも基板の 昇温が少なくなり、発光素子の発光効率を高レベルに維持することができ、発光素子 の長期信頼性を向上することができる。本発明の発光素子モジュールは、例えば、照 明装置、表示装置、及び交通信号機として好適である。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の発光素子モジュールの第 1実施形態を示す断面図である。
[図 2]本発明の発光素子モジュールの第 2実施形態を示す断面図である。
[図 3]本発明の発光素子モジュールの第 3実施形態を示す断面図である。
[図 4]比較例で作製した発光素子モジュールを示す断面図である。
符号の説明
[0015] 10· ··発光素子実装用基板、 11· ··発光素子モジュール、 12· ··コア金属、 13· ··ホー ロー層、 14…電極、 15· ··反射カップ部、 16· ··発光素子、 17· ··金線、 18…透明榭脂 、 19· ··放熱用スルーホール、 20· ··放熱構造体、 21· ··フィン、 22· ··高熱伝導性接合 剤。 発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の各 実施例に限定されるものではなぐ例えばこれら実施例の構成要素同士を適宜組み 合わせてもよい。
図 1は、本発明の第 1実施形態を示す断面図である。本実施形態の発光素子モジ ユール 11は、コア金属 12の表面にホーロー層 13が被覆されたホーロー基板に、 1つ 以上の放熱用スルーホール 19が設けられ、且つ発光素子実装用の反射カップ部 15 が設けられた発光素子実装用ホーロー基板 10に発光素子 16を実装して構成されて いる。本実施形態において、放熱用スルーホール 19の内面は、コア金属 12が露出 している。
[0017] 発光素子実装用ホーロー基板 10に設けられた反射カップ部 15は、平坦な底面とス ロープ面とからなるすり鉢形状又は溝状に形成されて!、る。このスロープ面の傾斜角 度 (底面とスロープ面のなす角度）は 10° 〜90° 程度、好ましくは 40° 〜90° 程度 とされる。本実施形態において、放熱用スルーホール 19は、複数の反射カップ部 15 同士の中間の位置に穿設されて!/、る。
[0018] 発光素子実装用ホーロー基板 10の反射カップ部 15が設けられている発光素子実 装面には、発光素子 16を駆動させる通電用の電極 14や制御回路などの回路パター ンが形成されている。この回路パターンに発光素子 16の発光強度を調整する抵抗 素子を含む場合、抵抗素子から発せられる熱を効率よく放熱するため、抵抗素子は 放熱用スルーホール 19の周辺に配置することが望ましい。
[0019] 本実施形態において、発光素子実装用ホーロー基板 10を構成しているコア金属 1 2の材料としては、表面にホーロー層 13を強固に形成可能な金属であればよぐ特 に限定されず、例えば低炭素鋼板などが用いられる。また、ホーロー層 13は、ガラス 粉末をコア金属 12の表面に焼き付けて形成されている。また電極 14及び回路バタ ーンは、例えば、スクリーン印刷法などの方法によって所定のパターンに沿って銀ぺ 一ストや銅ペーストなどの導電ペーストを印刷し焼き付ける方法などによって形成す ることが望ましい。
[0020] この発光素子実装用ホーロー基板 11に実装される発光素子 16としては LEDが好 ましい。発光素子モジュール 10を照明装置に適用する場合、発光素子 16としては白 色 LEDが好ましい。この白色 LEDとしては、例えば、窒化ガリウム（GaN)系半導体 から作られた青色 LEDと、青色光により励起されて黄色など青色以外の可視光を発 する 1種又は 2種以上の蛍光体とを組み合わせた白色 LEDなどを用いることが望まし い。なお、前記蛍光体は、基板に実装した発光素子 16を封止するための透明榭脂 1 8中に混合、分散させて用いることが望ましい。
[0021] 本実施形態の発光素子モジュール 11において、発光素子 16は、反射カップ部 15 底面上に実装されて!、る。発光素子 16の一方の電極端子は一方の電極 14と電気 的に接続され、また発光素子 16の他方の電極端子は、金線 17 (ボンディングワイヤ） によって隣り合う他方の電極 14と電気的に接続されている。反射カップ部 15には、 必要に応じて蛍光体を混合させたエポキシ榭脂ゃシリコーン榭脂などの透明榭脂 18 を注入、効果させることによって榭脂封止されている。
[0022] 次に、前述した発光素子実装用ホーロー基板 10及びそれを用いた発光素子モジ ユール 11の製造方法を説明する。
まず、コア金属作製用の金属板を用意し、これを所望形状に切り出し、さらに機械 加工を施して、発光素子実装位置となる反射カップ部 15と放熱用スルーホール 19を それぞれ所望の個数形成し、コア金属 12を作製する。
[0023] 次に、前記コア金属 12を、ガラス粉末を適当な溶媒に分散した液中に浸漬し、近 傍に対向電極を配置し、コア金属 12と該対向電極間に電圧を印加し、ガラス粉末を コア金属 12の表面に電着させる。電着後、液中力もコア金属 12を引き上げて乾燥し 、加熱炉に入れて所定温度域で加熱し、コア金属 12の表面にガラス粉末を焼き付け 、ホーロー層 13を形成してホーロー基板を作製する。
[0024] 次に、放熱用スルーホール 19の内面に付着したホーロー層をサンドブラスト法など の方法によって除去し、コア金属 12を露出させる。なお、この放熱用スルーホール 1 9内面に対するホーロー層除去は、前記電着時に放熱用スルーホール 19を塞いで 局部的に電着を防ぐ方法や、ホーロー層焼き付け前に放熱用スルーホール 19内面 のガラス粉末を除去しておく方法などにより代替可能である。
[0025] その後、スクリーン印刷などの方法によって、電極 14及び回路の形成パターンに沿 つて銀ペーストなどの導電ペーストを印刷し、その後焼き付けして電極 14及び必要 な回路を形成する。以上の各工程を行うことで、発光素子実装用ホーロー基板 10が 得られる。
[0026] 次に、前記のように作製した発光素子実装用ホーロー基板 10の所定位置にダイボ ンデイングによって発光素子 16を実装し、ワイヤボンディングを行い金線 17によって 発光素子 16と電極 14とを電気的に接続する。この後、反射カップ部 15内に保護用 の榭脂、あるいは、蛍光体を混合、分散させた榭脂を充填、硬化させ、透明榭脂 18 によって発光素子 16を封止する。これによつて、図 1に示す発光素子モジュール 11 が作製される。
[0027] 本実施形態の発光素子実装用ホーロー基板 10は、ホーロー基板に 1つ以上の放 熱用スルーホール 19を設け、該放熱用スルーホール 19内面でコア金属 12を露出さ せた構成としたことで、発光素子 16の点灯時に発生した熱がコア金属 12に伝わり、 コア金属 12全体に速やかに伝導するとともに、放熱用スルーホール 19内面のコア金 属露出面から熱が外気に伝導されることで基板の放熱性が向上し、多数の発光素子 16を実装して点灯した場合でも基板の昇温が少なくなり、発光素子 16の発光効率を 高レベルに維持することができ、また発光素子 16の長期信頼性を向上することがで きる。
[0028] 本実施形態の発光素子モジュール 11は、前記発光素子実装用ホーロー基板 10に 発光素子 16を実装したので、多数の発光素子 16を実装して点灯した場合でも基板 の昇温が少なくなり、発光素子 16の発光効率を高レベルに維持することができ、発 光素子 16の長期信頼性を向上することができ、例えば、照明装置、表示装置、及び 交通信号機として好適である。
また、放熱用スルーホール 19の周辺に電流調整用の抵抗素子を配置することで、 抵抗素子の発熱による昇温を抑えることもできる。
[0029] 図 2は、本発明の第 2実施形態を示す断面図である。本実施形態の発光素子モジ ユール 11は、前記第 1実施形態の発光素子モジュールと同様の構成要素を備え、さ らに、突起部を有する放熱構造体 20が、該突起部を前記放熱用スルーホール 19に 嵌入した状態で接続されて!、ることを特徴として 、る。 [0030] この放熱構造体 20としては、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属力もな り、一方の側に前記突起部が設けられ、他方の側に多数のフィン 21が設けられたも のが例示されるが、前記放熱用スルーホール 19に接続した状態で基板の放熱性を 向上させ得るものであればよぐ本例示に限定されな!、。
[0031] 本実施形態の発光素子モジュール 11は、放熱構造体 20を接続した構成としたの で、放熱用スルーホール 19から放熱構造体 20を通して熱が効率よく伝わり、基板の 放熱'性をより向上させることができる。
[0032] 図 3は、本発明の第 3実施形態を示す断面図である。本実施形態の発光素子モジ ユール 11は、前記第 2実施形態の発光素子モジュールと同様の構成要素を備え、さ らに、放熱構造体 20の突起部との間に、シリコーングリス、半田などの高熱伝導性接 合剤 22が設けられて 、ることを特徴として 、る。
[0033] 本実施形態の発光素子モジュール 11は、放熱用スルーホール 19から放熱構造体 20を通して熱がさらに効率よく伝わり、基板の放熱性をより向上させることができる。 実施例
[0034] [発光素子実装用基板]
コア金属として、長さ 100mm、幅 30mm、厚さ 1. 5mmの低炭素鋼板を用い、ドリ ル加工により反射カップ部を形成した。反射カップ部は、鋼板の長手方向に沿って一 列当たり 14mm間隔で 7個、合計 2列 14個形成した。反射カップ部底面の寸法は直 径 2mm、深さ 0. 5mm、角度 45度でスロープ部を作製した。
また、反射カップの間に直径 3mmの放熱用スルーホールを、一列当たり 14mm間 隔で 6個、合計 3列 18個穿設した。
次に、反射カップ部及び放熱用スルーホールを形成した鋼板 (コア金属）の表面に 、ガラス粉体を分散媒に混ぜた液を塗布し、 850°Cで焼成し、ホーロー層を形成した 。ホーロー層の厚みは 200 mとなるように調整し、放熱用スルーホール内面はサン ドプラスト処理を行ってホーロー層を除去し、コア金属を露出させた。
次に、反射カップが形成されている面に、電極パターンに沿って銅ペーストを印刷 し、その後焼成して厚み 0. 1mmの電極を形成した。
[0035] [実施例 1] 放熱用スルーホールを有する前記ホーロー基板の反射カップ部内に、図 1に示す ように出力 20mWの青色 LED素子を実装した。ホーロー基板上に合計 14個の LED 素子を実装し、金線でワイヤボンドして電極と LEDを電気的に接続した。次に、黄色 発光蛍光体を混合したシリコーン榭脂を反射カップ部に注入し、硬化させて封止し、 白色 LEDとした。さらに電流調整用の抵抗素子を放熱用スルーホールの近くに実装 した。
得られたモジュールの LED素子に 60mAの電流を流して発光させ、基板の中心温 度を測定したところ、中心部の温度は 140°Cであった。
[0036] [実施例 2]
実施例 1と同様に、放熱用スルーホールを有する前記ホーロー基板の反射カップ 部内に出力 20mWの青色 LED素子を実装した。ホーロー基板上に合計 14個の LE D素子を実装し、ワイヤボンドした後、黄色発光蛍光体を混合したシリコーン榭脂を 反射カップ部に注入し、硬化させて封止し、白色 LEDとした。さらに電流調整用の抵 抗素子を放熱用スルーホールの近くに実装した。
図 2に示すように、アルミ製の長さ 10mmのフィンを持つ放熱構造体に、放熱用ス ルーホールとの接続部として、高さ 2mm、直径 3mmの接続突起物を一列当たり 14 mm間隔で 6個、合計 3列 18個形成し、この接続突起物を放熱用スルーホールに差 し込み、ホーロー基板と接続した。
実施例 1と同じぐ LED素子に 60mAの電流を流して発光させ、基板の中心温度を 測定したところ、中心部の温度は 100°Cであった。
[0037] [実施例 3]
実施例 1と同様に、放熱用スルーホールを有する前記ホーロー基板の反射カップ 部内に出力 20mWの青色 LED素子を実装した。ホーロー基板上に合計 14個の LE D素子を実装し、ワイヤボンドした後、黄色発光蛍光体を混合したシリコーン榭脂を 反射カップ部に注入し、硬化させて封止し、白色 LEDとした。さらに電流調整用の抵 抗素子を放熱用スルーホールの近くに実装した。
図 3に示すように、アルミ製の長さ 10mmのフィンを持つ放熱構造体に、放熱用ス ルーホールとの接続部として、高さ 2mm、直径 3mmの接続突起物を一列当たり 14 mm間隔で 6個、合計 3列 18個形成し、この接続突起物を放熱用スルーホールに差 し込み、ホーロー基板と接続した。放熱構造体とホーロー基板の接続部には、熱伝 導性の高!、シリコーングリスを塗布し、接続を行った。
実施例 1と同じぐ LED素子に 60mAの電流を流して発光させ、基板の中心温度を 測定したところ、中心部の温度は 90°Cであった。熱伝導の高いシリコーングリスを接 合剤に使用することで、放熱構造体とホーロー基板の接続が容易になり、また接続も 確実にできるため、放熱性も向上した。
[0038] [比較例]
実施例 1〜3で用いたものと同じサイズのホーロー基板である力 図 4に示すように 放熱用スルーホールを形成して ヽな 、ホーロー基板を用い、その反射カップ部内に 出力 20mWの青色 LED素子を実装した。図 4中、符号 1はホーロー基板、 2は発光 素子モジュール、 3はコア金属、 4はホーロー層、 5は電極、 6は反射カップ部、 7は青 色 LED素子、 8は金線、 9は透明榭脂である。
このホーロー基板上に合計 14個の LED素子を実装し、ワイヤボンドした後、黄色 発光蛍光体を混合したシリコーン榭脂を反射カップ部に注入し、硬化させて封止し、 白色 LEDとした。さらに電流調整用の抵抗素子を実装した。 LED素子に 60mAの電 流を流して発光させ、基板の中心温度を測定したところ、中心部の温度は 150°Cで あり、スルーホールを設けた実施例 1のホーロー基板よりも温度が高くなつた。
産業上の利用可能性
[0039] 本発明は、 LEDなどの発光素子を複数個実装するための発光素子実装用基板な どに適用可能である。特に、照明などの用途で、高密度に発光素子を実装した場合 でも十分な放熱性を確保し得る発光素子実装用ホーロー基板及び該基板に発光素 子を実装した発光素子モジュール及び該発光素子モジュールを有する照明装置、 表示装置及び交通信号機に適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 発光素子実装用ホーロー基板であって、
コア金属と、
前記コア金属の表面に被覆されたホーロー層と、
1つ以上のスルーホールと、を有し、
該スルーホール内面で前記コア金属が露出している発光素子実装用ホーロー基 板。
[2] 突起部を有する放熱構造体をさらに有し、
該突起部は前記放熱用スルーホールに嵌入されて 、る請求項 1に記載の発光素 子実装用ホーロー基板。
[3] 前記放熱構造体との接続部に高熱伝導性接合剤が設けられている請求項 2に記 載の発光素子実装用ホーロー基板。
[4] 請求項 1に記載の発光素子実装用ホーロー基板に発光素子が実装された発光素 子モジユーノレ。
[5] 請求項 4に記載の発光素子モジュールを有する照明装置。
[6] 請求項 4に記載の発光素子モジュールを有する表示装置。
[7] 請求項 4に記載の発光素子モジュールを有する交通信号機。
PCT/JP2006/311096 2005-06-07 2006-06-02 発光素子実装用ホーロー基板、発光素子モジュール、照明装置、表示装置及び交通信号機 WO2006132148A1 (ja)

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