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JP5279225B2 - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

発光モジュールおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、発光モジュールおよびその製造方法に関し、特に、高輝度の発光素子が実装される発光モジュールおよびその製造方法に関する。
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に代表される半導体発光素子は、寿命が長く且つ視認性が高いので、交通信号機等や自動車のランプ等に使用されてきている。また、ＬＥＤは、照明機器としても採用されつつある。
ＬＥＤを照明機器に使用するときは、一つのＬＥＤのみでは明るさが不十分であるため、１つの照明機器に多数個のＬＥＤが実装される。しかしながら、ＬＥＤは発光時に多量の熱を放出するので、放熱性に劣る樹脂材料から成る実装基板にＬＥＤを実装したり、個々のＬＥＤを個別に樹脂パッケージすると、ＬＥＤから放出された熱が外部に良好に放出されずに、ＬＥＤの性能が早期に低下してしまう問題があった。
下記特許文献１を参照すると、パッケージ化されたＬＥＤが実装される金属ベース回路基板を折り曲げる光源ユニットに関する技術が開示されている。具体的には、この文献の図１を参照すると、パッケージ化されたＬＥＤ６を、表面が絶縁処理された金属箔１に実装し、金属箔１を所定箇所にて曲折させている。この様にすることで、放熱性を有する筐体８に、金属箔１を密着させて、ＬＥＤ６から放出される熱を、金属箔１および筐体８を経由して、良好に外部に放出させている。
下記特許文献２では、ＬＥＤから発生する熱を良好に外部に放出させるために、アルミニウムから成る金属基板の上面にＬＥＤを実装する技術が開示されている。特に、特許文献２の図２を参照すると、金属基板１１の上面を絶縁性樹脂１３により被覆し、この絶縁性樹脂１３の上面に形成された導電パターン１４の上面に発光素子１５（ＬＥＤ）を実装している。この構成により、発光素子１６から発生した熱は、導電パターン１４、絶縁性樹脂１３および金属基板１１を経由して外部に放出される。
特開２００７−１９４１５５号公報 特開２００６−１００７５３号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、光源ユニットに内蔵されるものは１つのパッケージ化されたＬＥＤのみであり、複数のＬＥＤを実装することを前提としてない。従って、この文献記載の光源ユニットでは、照明用等に用いるには光量が不足している。更に、複数個のＬＥＤを実装すると、ユニット全体の光量を増加させることが可能となるが、実装されるＬＥＤの個数が増加するとその分放出される熱量も多くなる。従って、ＬＥＤから放出される熱が良好に放出されなければ、ユニット全体が高温となり、ＬＥＤの変換効率が低下したり、ＬＥＤが熱により破壊されてしまう恐れがある。
更に、特許文献２に記載された技術では、ＬＥＤである発光素子１５が固着される導電パターン１４と金属基板１１との間に絶縁性樹脂１３が介在している。ここで、絶縁性樹脂１３は放熱性向上の為にフィラーが高充填されているものであるが、金属と比較すると熱抵抗が高い。従って、例えば２００ｍＡ以上の大電流が流れる高輝度のＬＥＤを発光素子１６として採用すると、特許文献２に記載された構成は、放熱が不十分である虞があった。
更に、特許文献２に記載された技術では、金属基板１１は平坦な板の状態である。従って、例えば、複雑な形状をしたセットの内部（例えば自動車の角部や、遊戯具の内部）に、このＬＥＤが実装された金属基板１１を内蔵させることが困難であった。
本発明は、上述した問題を鑑みてなされ、本発明の主な目的は、高い放熱性が確保されると共に、様々な形状のセットに内蔵されることが可能となる発光モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の発光モジュールは、一方の主面が絶縁層により被覆された金属基板と、前記絶縁層の上面に形成された第１の導電パターンおよび第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと一方の電極が接続され、前記第２の導電パターンの第１の接続領域と他方の電極が電気的に接続された第１の発光素子と、前記第２の導電パターンの第２の接続領域と一方の電極が接続された第２の発光素子と、を備え、前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間に位置し、記金属基板の他方の主面から前記第２の導電パターンが跨って成る様に溝が設けられ、前記溝が設けられた曲折部にて、前記発光素子が実装される側とは反対側に前記金属基板が曲折され、前記曲折部では、前記溝が閉じるように前記金属基板が曲折されることを特徴とする。
本発明の発光モジュールの製造方法は、一方の主面の絶縁層の上面に設けられた導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続され、前記一方の主面に設けられた発光素子と、他方の主面に対向する２つの側辺に渡り設けられた溝と、を有する金属基板を用意し、前記溝が設けられた箇所にて、前記溝が閉じるように、前記発光素子が実装される側とは反対側に前記金属基板を曲折させる工程と、を具備し、前記曲折させる工程は、前記金属基板、前記絶縁層および前記導電パターンを加熱した状態で行うことを特徴とする。
本発明の発光モジュールの製造方法は、一方の主面の絶縁層の上面に設けられて複数のユニットを構成する導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続されて前記一方の主面に設けられた発光素子と、他方の主面の前記ユニット同士の境界に設けられた分離溝と、曲折される箇所に対応する前記他方の主面に設けられた溝と、を有する金属基板を用意し、前記分離溝が設けられた箇所にて前記金属基板を前記各ユニットに分離する工程と、前記各ユニットの前記金属基板を、前記溝が設けられた箇所にて、前記溝が閉じるように、前記発光素子が実装される側とは反対側に曲折させる工程と、を具備し、前記曲折させる工程は、前記金属基板、前記絶縁層および前記導電パターンを加熱した状態で行うことを特徴とする。
本発明の発光モジュールによれば、発光素子が実装される金属基板に裏面から溝を設け、この溝が設けられた箇所にて金属基板を曲折させている。このことにより、金属基板を所定の角度に容易に曲折されることが可能となるので、発光モジュールが組み込まれるセットの形状に応じて、所定の角度に金属基板が曲折された発光モジュールを構成することが可能となる。
更に、裏面から溝が設けられた箇所にて金属基板を曲折させるので、金属基板を曲折させることにより発生する曲げ応力を低減させることができる。従って、金属基板の上面に設けられる絶縁層および導電パターンが、この曲げ応力により損傷されることが防止される。
更にまた、金属基板を被覆する絶縁層を部分的に除去して開口部を設け、この開口部の底面に露出する金属基板の上面に発光素子を固着している。従って、発光素子から発生した熱は直に金属基板に伝導して外部に放出されるので、発光素子の温度上昇を抑制することができる。また、絶縁層の上面に発光素子が固着されないので、熱抵抗を低減させるために絶縁層に多量のフィラーを混入させる必要が無い。従って、樹脂材料を主体として絶縁層を構成することが可能となり、この様な構成の絶縁層は柔軟性に優れるので、上記した曲げ応力により絶縁層や導電パターンが破損してしまうことが防止される。
製法上に於いては、溝が形成された箇所にて金属基板を折り曲げるので、溝の形状を変化させることにより、金属基板が曲折される角度を容易に調節できる。
更に、１枚の基板から多数個のユニット（発光モジュール）を形成する場合に於いては、各ユニット同士の間に形成される分離用の分離溝と、金属基板を曲折させるために設けられる溝とを同一の工程にて加工することができる。従って、金属基板に対して折り曲げ加工を施すことによる工数の増加が抑制される。
更に、基板を加熱した後に曲折加工を施せば、金属基板を被覆する絶縁層が軟化した状態で曲折加工が行われるので、曲折加工に伴い発生する曲げ応力が絶縁層により緩和される。従って、金属基板が曲折される箇所に形成された導電パターンおよび絶縁層が、金属基板の曲折加工により損傷することが防止される。
＜第１の実施の形態：発光モジュールの構成＞
本形態では、図１から図３を参照して、発光モジュール１０の構成を説明する。
図１（Ａ）は発光モジュール１０の断面図であり、図１（Ｂ）は発光モジュール１０を上方から見た平面図である。
図１（Ａ）を参照して、発光モジュール１０は、金属基板１２と、金属基板１２の上面を被覆する絶縁層２４と、絶縁層２４の上面に形成された導電パターン１４と、金属基板１２の上面に固着されて導電パターン１４と電気的に接続された発光素子２０とを主要に備えた構成となっている。
発光モジュール１０は、一枚の板状の金属基板１２の上面に複数の発光素子２０が実装されている。そして、導電パターン１４および金属細線１６を経由して、これらの発光素子２０が直列に接続されている。この様な構成の発光モジュール１０に直流の電流を供給することにより、発光素子２０から所定の色の光が発光され、発光モジュール１０は、例えば蛍光灯の如き照明器具として機能する。
金属基板１２は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属から成る基板であり、例えば、厚さは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であり、幅は５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、長さは、１０ｃｍ〜５０ｃｍ程度である。金属基板１２は、所定の光量を確保するために、多数の発光素子２０が列状に配置されるので、非常に細長い形状を呈している。そして、金属基板１２の長手方向の両端には、外部の電源と接続される外部接続端子が形成されている。この端子は、差込型のコネクタでも良いし、配線を導電パターン１４に半田付けするものでも良い。
金属基板１２の上面は、樹脂を主体とする材料から成る絶縁層２４により被覆されており、この絶縁層２４の上面に所定形状の導電パターン１４が形成されている。そして、金属基板１２の上面に固着された発光素子２０は、金属細線１６を経由して導電パターン１４と接続されている。
導電パターン１４は、絶縁層２４の上面に形成されており、各発光素子２０を導通させる経路の一部として機能している。この導電パターン１４は、絶縁層２４の上面に設けられた銅等から成る導電箔をエッチングすることにより形成される。更に、金属基板１２の両端に設けられた導電パターン１４は、外部との接続に寄与する外部接続端子として機能する場合もある。
本形態の発光モジュールでは、金属基板１２を厚み方向に曲折させた曲折部１３が設けられている。ここでは、２つの曲折部１３を境界として、発光モジュール１０を、モジュール部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに区分けしている。各モジュール部には、所定の個数の発光素子２０が互いに接続されて配置されており、各モジュール部の金属基板１２は平坦に形成されている。
曲折部１３は、金属基板１２に裏面から溝を設け、この溝に沿って金属基板１２を曲折させた部位である。ここでは、断面がＶ字型の溝を金属基板１２に裏面から設け、この溝が閉じるように金属基板１２が曲折されている。即ち、曲折部１３にて金属基板１２が曲折される方向は、金属基板１２に発光素子２０が実装される方向とは逆方向である。紙面上では、発光素子２０は金属基板１２の上面に固着され、曲折部１３において金属基板１２は下方向に向かって曲折されている。
また、曲折部１３により区画された各モジュール部は、曲折部１３を跨って延在する導電パターンにより電気的に接続されている。具体的には、左端のモジュール部１１Ａと中央のモジュール部１１Ｂとの間には、導電パターン１４Ａが延在している。この導電パターン１４Ａは、曲折部１３の上方を跨ってモジュール部１１Ａからモジュール部１１Ｂまで延在している。より具体的には、モジュール部１１Ａの右端に位置する発光素子２０は、金属細線１６および導電パターン１４Ａを経由して、モジュール部１１Ｂの左端に位置する発光素子２０と電気的に接続される。
同様に、中央部のモジュール部１１Ｂと右端のモジュール部１１Ｃとは、両者の間に位置する曲折部１３の上方を跨って延在する導電パターン１４Ｂにより接続される。
上記のように、曲折部１３の上方に渡って導電パターン１４Ａ、１４Ｂを設けることにより、曲折部１３にて区画された各モジュール部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに含まれる発光素子２０の全てを電気的に接続することが可能となる。
ここで、導電パターン１４Ａ、１４Ｂに替えて金属細線等の接続手段を用いることも可能である。この場合は、モジュール部１１Ａの右端の導電パターン１４と、モジュール部１１Ｂの左端の導電パターン１４とが、金属細線を経由して接続される。
図１（Ｂ）を参照して、金属基板１２は、長手方向の側面である第１側面１２Ａおよび第２側面１２Ｂと、短手方向の側面である第３側面１２Ｃおよび第４側面１２Ｄを有する。上記したように、本形態の金属基板１２は、例えば、幅が２ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、長さが５ｃｍ〜５０ｃｍ程度の細長い形状であり、長手方向に列状態で発光素子２０、および導電パターン１４が配置されている。
紙面上では、曲折部１３は点線で示されており、第１側面１２Ａから第２側面１２Ｂに到るまで連続して形成されている。換言すると、曲折部１３にて金属基板１２の裏面に設けられる溝は、第１側面１２Ａから第２側面１２Ｂに到るまで連続して形成されている。この様にすることで、曲折部１３に於ける金属基板１２の折り曲げ加工が容易になる利点がある。
以上の説明では、金属基板１２に２つの曲折部１３を設けたが、更に多数の曲折部１３を金属基板１２に設けることも可能である。更に、図１（Ａ）を参照すると、曲折部１３の角度θ１は鈍角（例えば１５０度）となっているが、この角度θ１は直角でも良いし鋭角でも良い。
更にまた、図１（Ａ）を参照して、曲折部１３に於いて、金属基板１２に上面から溝を設けて、金属基板１２全体が紙面上にて下に凸となるように、折り曲げ加工を行っても良い。更には、曲折部１３に於いて、金属基板１２の上面および下面の両方から溝を形成して、この箇所で折り曲げ加工を行うことも可能である。
次に、図２および図３を参照して、金属基板１２に実装される発光素子２０等の詳細な構成を説明する。
図２（Ａ）は図１（Ｂ）に示したＡ−Ａ’線に於ける断面図であり、図２（Ｂ）は図１（Ｂ）に示したＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、本形態では、絶縁層２４を部分的に除去して開口部４８を設け、この開口部４８から露出する金属基板１２の上面に発光素子２０を実装している。更に本形態では、金属基板１２の上面を部分的に凹状にすることで設けられた凹部１８を形成し、この凹部１８に発光素子２０を収納させている。
この様な構成の発光モジュール１０を以下にて詳述する。
先ず、金属基板１２がアルミニウムから成る場合、金属基板１２の上面および下面は、アルミニウムを陽極酸化させた酸化膜２２（アルマイト膜：Ａｌ２（ＳＯ４）３）により被覆される。図２（Ａ）を参照して、金属基板１２を被覆する酸化膜２２の厚みは、例えば１μｍ〜１０μｍ程度である。
図２（Ｂ）を参照して、金属基板１２の側面は、外側に突出する形状となっている。具体的には、金属基板１２の上面から連続して外側に向かって傾斜する第１傾斜部３６と、金属基板１２の下面から連続して外側に向かって傾斜する第２傾斜部３８とから、金属基板１２の側面は構成されている。この構成により、金属基板１２の側面の面積を、平坦な状態と比較すると大きくすることが可能となり、金属基板１２の側面から外部に放出される熱量が増大される。特に、金属基板１２の側面は、熱抵抗が大きい酸化膜２２により被覆されずに、放熱性に優れる金属材料が露出する面であるので、この構成によりモジュール全体の放熱性が向上される。
図２（Ａ）を参照して、金属基板１２の上面は、Ａｌ２Ｏ３等のフィラーが混入された樹脂（熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂）から成る絶縁層２４により被覆されている。絶縁層２４の厚みは、例えば５０μｍ程度である。絶縁層２４は、金属基板１２と導電パターン１４とを絶縁させる機能を有する。また、絶縁層２４には多量のフィラーが混入されており、このことにより、絶縁層２４の熱膨張係数を金属基板１２に近似させることができると共に、絶縁層２４の熱抵抗が低減される。例えば、絶縁層２４には、フィラーが７０体積％〜８０体積％程度含まれる。更に、含まれるフィラーの平均粒径は例えば、４μｍ程度または１０μｍ程度である。
ここで、本形態では、発光素子２０は絶縁層２４の上面に載置されないので、絶縁層２４に含まれるフィラーの量を低減させることができる。または、フィラーを含まない樹脂のみにより絶縁層２４を構成することも可能である。具体的には、絶縁層２４に含まれるフィラーの量は、例えば５０体積％以下にすることができる。この様にすることで、絶縁層２４の柔軟性を向上させることができる。従って、図１（Ａ）に示したような曲折部１３を形成するための曲折加工を金属基板１２に対して行っても、絶縁層２４により曲折加工に伴う曲げ応力が緩和されるので、曲折加工による絶縁層２４および導電パターン１４の破損が防止される。
発光素子２０は、上面に２つの電極（アノード電極、カソード電極）を有し、所定の色の光を発光させる素子である。発光素子２０の構成は、ＧａＡｓ、ＧａＮ等なら成る半導体基板の上面にＮ型の半導体層と、Ｐ型の半導体層が積層された構成と成っている。また、発光素子２０の具体的な大きさは、例えば、縦×横×厚み＝０．３〜１．０ｍｍ×０．３〜１．０ｍｍ×０．１ｍｍ程度である。更に、発光素子２０の厚みは、発光する光の色により異なり、例えば、赤色の光を発光する発光素子２０の厚みは１００〜３０００μｍ程度であり、緑色の光を発光する発光素子２０の厚みは１００μｍ程度であり、青色の光を発光する発光素子２０の厚みは１００μｍ程度である。発光素子２０に電圧を印加すると、上面および側面の上部から光が発光される。ここで、本発明の発光モジュール１０の構成は、放熱性に優れているので、例えば１００ｍＡ以上の電流が通過する発光素子２０（パワーＬＥＤ）に対して特に有効である。
図２（Ａ）では、発光素子２０から発光される光を白抜きの矢印で示している。発光素子２０の上面から発光された光は、そのまま上方に照射される。一方、発光素子２０の側面から側方に発光した光は、凹部１８の側面３０にて上方に反射される。更に、発光素子２０は、蛍光体が混入された封止樹脂３２により被覆されているので、発光素子２０から発生した光は、封止樹脂３２を透過して外部に発光される。
発光素子２０の上面には、２つの電極（アノード電極、カソード電極）が設けられ、これらの電極は金属細線１６を経由して、導電パターン１４と接続される。ここで、発光素子２０の電極と金属細線１６との接続部は、封止樹脂３２により被覆されている。
図２（Ａ）を参照して、ＬＥＤである発光素子２０が実装される箇所の形状を説明する。先ず、絶縁層２４を部分的に円形の除去することにより開口部４８が設けられている。そして、開口部４８の内側から露出する金属基板１２の上面を凹状に窪ませることで、凹部１８が形成され、この凹部１８の底面２８に発光素子２０が固着されている。更に、凹部１８および開口部４８に充填された封止樹脂３２により、発光素子２０が被覆されている。
凹部１８は、金属基板１２を上面から凹状に形成することにより設けられ、底面２８は円形を呈している。また、凹部１８の側面は、発光素子２０の側面から側方に発光された光を上方に反射するためのリフレクタとして機能しており、側面３０の外側と底面２８とが成す角度θ２の角度は、例えば４０度〜６０度程度である。また、凹部１８の深さは、発光素子２０の厚みよりも長くても良いし短くても良い。例えば、凹部１８の厚みを、発光素子２０と接合材２６の厚みを加算した長さよりも長くすると、発光素子２０が凹部１８に収納され、発光素子２０の上面を金属基板１２の上面よりも下方に位置させることができる。このことが、モジュール全体の薄型化に寄与する。
凹部１８の底面２８、側面３０およびその周辺部の金属基板１２の上面は、被覆層３４により被覆されている。被覆層３４の材料としては、メッキ処理により形成された金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）が採用される。また、被覆層３４の材料として金属基板１２の材料よりも反射率が大きい材料（例えば金や銀）を採用すると、発光素子２０から側方に発光された光をより効率的に、上方に反射させることができる。また、被覆層３４は、発光モジュール１０の製造工程に於いて、金属が露出する凹部１８の内壁が酸化することを防止する機能を有する。
更に凹部の底面２８では、金属基板１２の表面を被覆する酸化膜２２が除去されている。酸化膜２２は、金属基板１２を構成する金属よりも熱抵抗が大きい。従って、発光素子２０が実装される凹部１８の底面から酸化膜２２を除去することで、金属基板１２全体の熱抵抗が低減される。
封止樹脂３２は、凹部１８および開口部４８に充填されて、発光素子２０を封止している。封止樹脂３２は、耐熱性に優れたシリコン樹脂に蛍光体が混入された構成となっている。例えば、発光素子２０から青色の光が発光されて、封止樹脂３２に黄色の蛍光体が混入されると、封止樹脂３２を透過した光は白色となる。従って、発光モジュール１０を、白色の光を発光させる照明器具として利用することが可能となる。また、開口部４８に面する絶縁層２４の側面は、フィラーが露出する粗面となっている。このことから、粗面である絶縁層２４の側面と封止樹脂３２との間にアンカー効果が発生して、封止樹脂３２の剥離を防止できる利点がある。
更にここで、図２（Ａ）を参照して、金属細線１６が全面的に被覆されるように封止樹脂３２が形成されても良い。この場合は、金属細線と発光素子２０との接続部および金属細線１６と導電パターン１４との接続部も封止樹脂３２により被覆される。
接合材２６は、発光素子２０の下面と凹部１８とを接着させる機能を有する。発光素子２０は下面に電極を有さないので、接合材２６としては、絶縁性の樹脂から成るものでも良いし、放熱性向上のために半田等の金属から成るものでも良い。また、凹部１８の底面は、半田の濡れ性に優れる銀等から成るメッキ膜（被覆層３４）により被覆されているので、接合材２６として、容易に半田を採用できる。
本発明では、金属基板１２の上面にベアの発光素子２０を実装することにより、発光素子２０から発生する熱を極めて効率的に外部に放出できる利点がある。具体的には、上記した従来例では、絶縁層の上面に形成された導電パターンに発光素子を実装していたので、絶縁層により熱の伝導が阻害されて、発光素子２０から放出された熱を効率的に外部に放出させることが困難であった。一方、本発明では、発光素子２０が実装される領域では、絶縁層２４および酸化膜２２を除去して開口部４８を形成し、この開口部４８から露出する金属基板１２の表面に発光素子２０を固着している。このことにより、発光素子２０から発生した熱は、直ちに金属基板１２に伝わり外部に放出されるので、発光素子２０の温度上昇が抑制される。また、温度上昇が抑制されることにより、封止樹脂３２の劣化も抑制される。
更に、本発明によれば、金属基板１２の上面に設けた凹部１８の側面をリフレクタとして利用できる。具体的には、図２（Ａ）を参照して、凹部１８の側面は、金属基板１２の上面に近づくに従って幅が広くなる傾斜面となっている。従って、この側面３０により、発光素子２０の側面から側方に向かって発光された光が反射して、上方に向かって照射される。即ち、発光素子２０を収納させる凹部１８の側面３０が、リフレクタとしての機能を兼用している。従って、一般的な発光モジュールのようにリフレクタを別途用意する必要がないので、部品点数を削減してコストを安くすることができる。更に、上記したように、凹部の側面３０を反射率が大きい材料により被覆することで、側面３０のリフレクタとしての機能を高めることもできる。
図３（Ａ）を参照して、発光素子２０が金属基板１２に実装される他の構成を説明する。この図に示す構成では、上述したような凹部１８は設けられず、開口部４８から露出する金属基板１２の上面に直に発光素子２０が接合材２６を介して実装されている。そして、発光素子２０の側面および上面が被覆されると共に、開口部４８に充填されるように、封止樹脂３２が形成されている。
以上説明したように、本形態では、金属基板１２の上面に直に発光素子２０が固着されている。従って、絶縁層２４に含まれるフィラーの量を低減させて、絶縁層２４を柔軟性に優れたものとすることができる。このことにより、図１（Ａ）に示した曲折部１３に於いて金属基板１２を曲折しても、この曲折に伴う絶縁層２４および導電パターン１４の破損が防止される。
図３（Ｂ）を参照して、次に、半導体装置１５としてパッケージ化された発光素子２０が金属基板１２に実装された構造を説明する。
半導体装置１５は、実装基板１９と、実装基板１９の上面に実装された発光素子２０と、発光素子２０を取り囲むように実装基板１９の上面に固着された反射枠１７と、発光素子２０を封止する封止樹脂３２と、発光素子２０と電気的に接続される導電路２１とを備えた構成と成っている。
実装基板１９は、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料やセラミック等の無機物から成り、発光素子２０を機械的に支持する機能を有する。実装基板１９の上面に発光素子２０および反射枠１７が配置される。具体的には、発光素子２０は実装基板１９の上面の中央部付近に配置され、この発光素子２０を取り囲むように反射枠１７が実装基板の１９の上面に固着されている。
反射枠１７は、アルミニウム等の金属を額縁状に形成したものであり、内側の側面は上部よりも下部が内側に位置する傾斜面と成っている。従って、発光素子２０の側面から側方に発光された光は、反射枠１７の内側の側面で上方に反射される。また、反射枠１７に囲まれる領域には、発光素子２０を封止する封止樹脂３２が充填されている。
導電路２１は、実装基板１９の上面から下面まで引き回されている。実装基板１９の上面において導電路２１は金属細線１６を経由して発光素子２０と電気的に接続される。そして、実装基板１９の下面に形成された導電路２１は、接合材２６を介して、金属基板１２の上面に形成された導電パターン１４と接続されている。
＜第２の実施の形態：発光モジュールの製造方法＞
次に、図４から図１３を参照して、上記した構成の発光モジュール１０の製造方法を説明する。
第１工程：図４参照
図４を参照して、先ず、発光モジュール１０の基材となる基板４０を用意して、導電パターンを形成する。
図４（Ａ）を参照して、先ず、基板４０としては、例えば銅またはアルミニウムを主材料とする金属から成り、厚みは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。基板４０の平面的な大きさは、例えば、１ｍ×１ｍ程度であり、多数個の発光モジュールが一枚の基板４０から製造される。基板４０がアルミニウムから成る基板である場合、基板４０の上面および下面は、上述した陽極酸化膜により被覆されている。
基板４０の上面は、厚みが５０μｍ程度の絶縁層４２により全面的に被覆されている。この絶縁層４２の組成は、上述した絶縁層２４と同様であり、フィラーが高充填された樹脂材料（熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂）から成る。ここで、絶縁層２４は、後の工程に於ける基板の曲折による導電パターンの損傷を防止するために、少量のフィラー（例えば充填率が５０体積％以下）を含む樹脂により構成されても良いし、樹脂材料のみから構成されても良い。また、絶縁層４２の上面には、厚みが５０μｍ程度の銅から成る導電箔４４が全面的に形成されている。
図４（Ｂ）を参照して、次に、選択的なウェットエッチングを行うことにより、導電箔４４をパターニングして、導電パターン１４を形成する。この導電パターン１４は、基板４０に設けられるユニット４６毎に同一の形状を有する。ここで、ユニット４６とは、１つの発光モジュールを構成する部位のことである。
図４（Ｃ）に、本工程が終了した基板４０の平面図を示す。ここでは、ユニット４６同士の境界が点線により示されている。ユニット４６の形状は、例えば縦×横が＝３０ｃｍ×０．５ｃｍ程度であり、極めて細長い形状を有する。
第２工程：図５参照
図５を参照して、次に、基板４０の各ユニット４６に関して、絶縁層を部分的に除去して開口部４８を設ける。
図５（Ａ）を参照して、上方から絶縁層４２にレーザを照射する。ここでは、照射されるレーザは矢印により示されており、発光素子が載置される部分に対応した絶縁層４２に対して、レーザが照射される。ここで、使用されるレーザは、ＹＡＧレーザが好適である。
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）を参照して、上記したレーザ照射により、絶縁層４２が部分的に円形または長方形に除去されて開口部４８が形成されている。特に、図５（Ｃ）を参照すると、レーザ照射により、絶縁層４２だけでなく、基板４０の上面を被覆する酸化膜２２も除去されている。従って、開口部４８の底面からは、基板４０を構成する金属材料（例えばアルミニウム）が露出する。
図５（Ｄ）を参照して、上述した開口部４８は円形または長方形であり、各ユニット４６の発光素子が固着される領域に対応して設けられている。ここで、開口部４８の平面的な大きさは、後の工程にて開口部４８の内部に形成される凹部よりも大きく形成されている。即ち、開口部４８の外周端部は、形成予定の凹部の外周端部から離間されている。このことにより、凹部を形成するために行われるプレスによる衝撃により、脆い絶縁層４２が破壊されることを抑止することができる。
第３工程：図６参照
図６を参照して、次に、開口部４８から露出する基板４０の上面から凹部１８を形成する。凹部１８の形成は、選択的なエッチング、ドリル加工、プレス加工等により可能であるが、本工程ではプレス加工を採用した。
図６（Ａ）に形成された凹部１８の形状を示す。プレス加工により、底面２８が円形であり側面３０が傾斜面である凹部１８が形成される。また、形成される凹部１８の深さは、後の工程にて実装される発光素子が完全に収納される程度でも良いし、発光素子が部分的に収納される程度でも良い。具体的には、凹部１８の深さは、例えば１００μｍ〜３００μｍ程度である。
図６（Ｂ）を参照して、各ユニット４６の発光素子が載置される予定の領域に、上述した方法で、凹部１８が形成される。
第４工程：図７及び図８参照
本工程では、各ユニット４６同士の間に分離用の分離溝（第１溝５４および第２溝５６）を設けると共に、各ユニット４６に、曲折のための溝５８を設ける。本工程では、高速で回転するカットソーにより、これらの溝を一括して形成することができる。
図７（Ａ）はこれらの溝を形成した後の基板４０の斜視図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図であり、図７（Ｃ）は図７（Ａ）に示した基板４０を下方から見た平面図である。
図７（Ａ）では、基板４０に形成される溝５８を示すために、絶縁層４２が形成される基板４０の主面を下面にした状態の基板４０を示している。ここで、第１溝５４および第２溝５６と溝５８とは、基板４０の一側辺に対して平行に形成される。そして、溝５８は、第１溝５４および第２溝５６に対して直角方向に形成される。
溝５８は、後の工程にて各ユニット４６を曲折するために設けられる溝であり、ここでは、Ｖ字型の断面形状を呈している。溝５８の深さは基板４０の厚みよりも浅く設定され、基板４０の厚みが例えば１．５ｍｍの場合は、溝５８の深さは１．０ｍｍ程度である。
図７（Ｂ）および図７（Ｃ）を参照して、各ユニット４６同士の間には、絶縁層４２が形成された主面から第１溝５４が形成され、反対面からは第２溝５６が形成されている。両溝の断面は、Ｖ字型の形状を呈する。第１溝５４と第２溝５６の深さを加算した長さは、基板４０の厚みよりも短く設定されているので、両溝を形成した後も、基板４０は全体として一枚の板の状態である。ここで、第１溝５４および第２溝５６は、両方とも同じ大きさ（深さ）でも良いし、一方が他方よりも大きく形成されても良い。更には、第１溝５４および第２溝５６のどちらか一方のみが設けられても良い。
図８を参照して、本工程で形成される溝５８の断面の形状を説明する。図８の各図は、基板の曲折のために設けられる溝５８の各形状を示す断面図である。
本形態では、図１に示したように、１つの金属基板１２（上記したユニット４６）に複数のモジュール部１１Ａ、１１Ｂ等が設けられ、モジュール部同士の境界に、曲折加工を容易にするための溝５８が形成される。従って、金属基板の曲折を容易とする形状であれば、溝５８の断面形状は様々な形状を採用することができる。
図８（Ａ）では、Ｖ字型の断面形状を有する溝５８が、モジュール部１１Ａとモジュール部１１Ｂとの境界に形成されている。ここで、Ｖ字型を形成する溝５８の角度θ３は、例えば３０度〜９０度程度であり、基板４０が曲折される角度に合わせて変更される。
図８（Ｂ）を参照して、ここでは、モジュール部１１Ａとモジュール部１１Ｂとの境界に、断面が四角形形状の溝５８が形成されている。この様な形状の溝５８によっても、溝５８が形成された領域の基板４０の厚みが薄くなるので、この領域にて基板４０を容易に曲折することができる。ここで、溝５８の上面を曲面形状にして、溝５８の形状をＵ字状にしても良い。
図８（Ｃ）を参照して、ここでは、モジュール部１１Ａとモジュール部１１Ｂとの境界に、複数の溝５８が形成されている。この様に複数の溝５８を設けることにより、基板４０の曲折を容易にできると共に、基板４０の曲折が絶縁層４２および導電パターン１４に与えるダメージが小さくなる。ここで、複数個設けられる溝５８の断面形状は四角形形状以外でも良く、例えば、上記したように、Ｖ字型、Ｕ字型等の断面形状でも良い。
第５工程：図９参照
本工程では、開口部４８から露出する基板４０の表面を被覆層３４により被覆する。
具体的には、金属から成る基板４０を電極として用いて通電させることにより、開口部４８から露出する基板４０の表面に、メッキ膜である被覆層３４を被着させる。即ち、電解メッキ処理により被覆層３４は形成される。被覆層３４の材料としては、金または銀等が採用される。また、第１溝５４、第２溝５６及び溝５８（図７参照）の表面にメッキ膜が付着することを防止するためには、これらの部位の表面をレジストにより被覆すればよい。また、基板４０の裏面に関しては、絶縁物である酸化膜により被覆されているので、メッキ膜は付着されない。
本工程にて、凹部１８が被覆層３４により被覆されることにより、例えばアルミニウムから成る金属面が酸化することを防止することができる。更に、凹部１８の底面２８が被覆層３４により被覆されることで、被覆層３４が銀等の半田の濡れ性に優れる材料であれば、後の工程にて、半田を介して発光素子を容易に実装できる。更にまた、凹部１８の側面３０が、反射率が高い材料から成る被覆層３４により被覆されることで、側面３０のリフレクタとしての機能を向上させることができる。
第６工程：図１０参照
次に、各ユニット４６の凹部１８に発光素子２０（ＬＥＤチップ）を実装して、電気的に接続する。
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）を参照して、発光素子２０の下面は、接合材２６を介して凹部１８の底面２８に実装される。発光素子２０は下面に電極を有さないので、接合材２６としては、樹脂から成る絶縁性接着剤または導電性接着材の両方が採用可能である。また、導電性接着材としては、半田または導電性ペーストの両方が採用可能である。更に、凹部１８の底面２８は、半田の濡れ性に優れる銀等のメッキ膜から成るので、絶縁性材料よりも熱伝導性に優れた半田を接合材２６として採用できる。
発光素子２０の固着が終了した後に、発光素子２０の上面に設けた各電極と導電パターン１４とを金属細線１６を経由して接続する。
第７工程：図１１参照
次に、基板４０に設けた各ユニット４６の凹部に封止樹脂３２を充填させて、発光素子２０を封止する。封止樹脂３２は、蛍光体が混入されたシリコン樹脂からなり、液状または半固形状の状態で、封止樹脂３２を凹部１８および開口部４８に充填されて固化される。このことにより、発光素子２０の側面および上面と、発光素子２０と金属細線１６との接続部が、封止樹脂３２により被覆される。
各凹部１８に対して、個別に封止樹脂３２を供給して封止することにより、基板４０の上面に全体的に封止樹脂３２を形成した場合と比較して、封止樹脂３２に含まれる蛍光体の隔たりが抑止される。従って、発光モジュールから発光される色が均一化される。
第８工程：図１２参照
次に、第１溝５４および第２溝５６が形成された箇所で、基板４０を各ユニット４６に分離する。
各ユニット４６同士の間には、両溝が形成されているので、基板４０の分離は容易に行うことができる。この分離方法としては、プレスによる打ち抜き、ダイシング、両溝が形成された箇所に於ける基板４０の折り曲げ等が採用できる。
第９工程：図１３参照
本工程では、前工程にて分離された各ユニットの金属基板１２に対して、折り曲げ加工を行う。図１３（Ａ）は折り曲げ加工を施す前の金属基板１２の断面図であり、図１３（Ｂ）は折り曲げ加工を行った後の金属基板１２の断面図である。
本工程の曲折は、例えば、金属基板１２の側面を固定して行われる。具体的には、図１３（Ｂ）に示すように、モジュール部１１Ｂとモジュール部１１Ｃとの境界（溝５８が設けられた部分）にて金属基板１２を曲折する場合は、先ず、モジュール部１１Ａおよびモジュール部１１Ｂの金属基板１２を側面から固定する。そして、モジュール部１１Ｃを上方から押圧することにより、溝５８が設けられた箇所にて金属基板１２が折れ曲がり、図１３（Ｂ）に示す曲折部１３が形成される。
ここで、上記した金属基板１２の曲折は金型を使用して行っても良い。この場合は、先ず、図１（Ａ）に示した様な形状に上部が加工された金型を用意して、この金型の上面に図１３（Ａ）に示す状態の金属基板１２を載置する。次に、モジュール部１１Ａおよびモジュール部１１Ｃに上方から押圧力を加えると、両溝５８の箇所にて金属基板１２が曲折される。
更に、モジュール部１１Ａとモジュール部１１Ｂとの境界（溝５８が設けられた部分）にて、金属基板１２を折り曲げる。この場合は、モジュール部１１Ｂおよびモジュール部１１Ｃを固定して、モジュール部１１Ａを上方から押圧することで、モジュール部１１Ａとモジュール部１１Ｂとの境界にて金属基板１２が曲折される。
上記した本工程の曲折は、金属基板１２、絶縁層２４および導電パターン１４が加熱された状態で行った方が好適である。この様にすることで、高温下での導電パターンの弾性領域が広がり、金属基板１２を曲折した際の曲げ応力が緩和されるので、導電パターン１４および絶縁層２４の破損が防止される。具体的には、加熱される際の温度は、８０℃以上が好適である。この事項に関する実験結果は後述する。
以上の工程により、図１に示した構成の発光モジュールが製造される。
ここで、上記した工程は、順序を入れ替えることも可能である。例えば、図７に示した溝を加工する工程を行った直後に、基板４０を個別のユニット４６に分離して、各ユニット４６の曲折加工を行い、発光素子２０を各ユニットに実装しても良い。
＜第３の実施の形態：実験結果の説明＞
本形態では、図１４を参照して、金属基板を曲折させて、この曲折が導電パターンに示す影響を確認した実験結果を説明する。図１４（Ａ）は曲折された金属基板を側方から撮影した写真であり、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）および図１４（Ｅ）は金属基板が加熱される温度を変化させて金属基板を曲折させた後に、曲折部の導電パターンを撮影したＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像である。
図１４（Ａ）を参照して、ここでは、第２の実施の形態にて上記した方法にて、金属基板を曲折している。金属基板の上面は、ポリイミド系絶縁樹脂から成る絶縁層により被覆され、この絶縁層の上面に導電パターンが形成されている。ここで、金属基板が曲折される角度θ４は、実測値で１４８度である。
図１４（Ｂ）は、金属基板を６０℃に加熱した状態で、上記した金属基板の折り曲げを行った後の、導電パターンを撮影したＳＥＭ画像である。この図から明らかなように、導電パターンの曲折部では、クラックが発生している。この様にクラックが発生する原因は、金属基板を折り曲げる際に曲げ応力が導電パターンに作用するからである。また、この温度で導電パターンにクラックが発生することを考慮すると、常温（例えば３０℃）で上記した金属基板の折曲げを行っても、このケースと同様に導電パターンにクラックが発生することが予測される。
図１４（Ｃ）は、加熱温度を７０℃にして金属基板の曲折を行った導電パターンを示すＳＥＭ画像である。図１４（Ｄ）は図１４（Ｃ）の部分的な拡大図である。図１４（Ｃ）を参照すると、導電パターンにクラックは発生していないように見受けられるが、その拡大図である図１４（Ｄ）を参照すると、導電パターンに縦方向に微細なクラックが発生していることが確認される。
図１４（Ｅ）は、加熱温度を８０℃に上昇させて金属基板を曲折した場合の導電パターンを示すＳＥＭ画像である。この図を参照すると、導電パターンには全くクラックは発生していない。加熱温度が８０℃の状態でクラックが発生していない原因は、金属基板が加熱されることにより、高温とされた導電パターンの弾性領域が広がるからである。また、加熱温度が８０℃以上となると、更に弾性領域が広がるため、上記した導電パターンにクラックが発生する問題は８０℃以上では発生しないと予測される。
以上の実験により、金属基板を加熱した後に曲折することで、曲折加工が導電パターンに与えるダメージが小さくなることが明らかとなった。特に、金属基板が加熱される温度を８０℃以上にすると、金属基板の曲折が絶縁層および導電パターンに与えるダメージを非常に小さくできることが明らかになった。
本発明の発光モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の発光モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は断面図であり、（Ｄ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は断面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の発光モジュールの製造方法に於いて、金属基板を曲折した実験結果を示す図であり、（Ａ）は実験の状態を示す写真であり、（Ｂ）〜（Ｅ）はＳＥＭ画像である。
符号の説明
１０ 発光モジュール
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ モジュール部
１２ 金属基板
１２Ａ 第１側面
１２Ｂ 第２側面
１２Ｃ 第３側面
１２Ｄ 第４側面
１３ 曲折部
１４、１４Ａ、１４Ｂ 導電パターン
１５ 半導体装置
１６ 金属細線
１７ 反射枠
１８ 凹部
１９ 実装基板
２０ 発光素子
２１ 導電路
２２ 酸化膜
２４ 絶縁層
２６ 接合材
２８ 底面
３０ 側面
３２ 封止樹脂
３４ 被覆層
３６ 第１傾斜部
３８ 第２傾斜部
４０ 基板
４２ 絶縁層
４４ 導電箔
４６ ユニット
４８ 開口部
５４ 第１溝
５６ 第２溝
５８ 溝

Claims (9)

  1. 一方の主面が絶縁層により被覆された金属基板と、
    前記絶縁層の上面に形成された第１の導電パターンおよび第２の導電パターンと、
    前記第１の導電パターンと一方の電極が接続され、前記第２の導電パターンの第１の接続領域と他方の電極が電気的に接続された第１の発光素子と、
    前記第２の導電パターンの第２の接続領域と一方の電極が接続された第２の発光素子と、を備え、
    前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間に位置し、前記金属基板の他方の主面から前記第２の導電パターンが跨って成る様に溝が設けられ、前記溝が設けられた曲折部にて、前記発光素子が実装される側とは反対側に前記金属基板が曲折され、
    前記曲折部では、前記溝が閉じるように前記金属基板が曲折されることを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記曲折部では、Ｖ字型の断面形状を有する前記溝が閉じるように前記金属基板が曲折されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記金属基板は、長手方向に対向する第１側辺および第２側辺と、短手方向に対向する第３側辺および第４側辺とを有し、
    前記溝は、前記第１側辺から第２側辺まで連続して形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光モジュール。
  4. 前記発光素子は、前記金属基板の長手方向に沿って複数個が設けられ、
    前記金属基板が曲折される箇所を跨って設けられた導電パターンを介して、前記発光素子同士が電気的に接続されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の発光モジュール。
  5. 前記絶縁層を除去した開口部が設けられ、
    前記発光素子は、前記開口部に露出する前記金属基板の主面に固着されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の発光モジュール。
  6. 前記開口部から露出する前記金属基板を凹状にすることにより凹部が設けられ、
    前記発光素子は、前記凹部に収納されることを特徴とする請求項５に記載の発光モジュール。
  7. 前記凹部は、底面と、前記底面と前記金属基板の主面とを連続させる側面とを具備し、
    前記側面は、前記金属基板の主面に接近するほど幅が広くなる傾斜面であることを特徴とする請求項６に記載の発光モジュール。
  8. 一方の主面の絶縁層の上面に設けられた導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続され、前記一方の主面に設けられた発光素子と、他方の主面に対向する２つの側辺に渡り設けられた溝と、を有する金属基板を用意し、
    前記溝が設けられた箇所にて、前記溝が閉じるように、前記発光素子が実装される側とは反対側に前記金属基板を曲折させる工程と、を具備し、
    前記曲折させる工程は、前記金属基板、前記絶縁層および前記導電パターンを加熱した状態で行うことを特徴とする発光モジュールの製造方法。
  9. 一方の主面の絶縁層の上面に設けられて複数のユニットを構成する導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続されて前記一方の主面に設けられた発光素子と、他方の主面の前記ユニット同士の境界に設けられた分離溝と、曲折される箇所に対応する前記他方の主面に設けられた溝と、を有する金属基板を用意し、
    前記分離溝が設けられた箇所にて前記金属基板を前記各ユニットに分離する工程と、
    前記各ユニットの前記金属基板を、前記溝が設けられた箇所にて、前記溝が閉じるように、前記発光素子が実装される側とは反対側に曲折させる工程と、を具備し、
    前記曲折させる工程は、前記金属基板、前記絶縁層および前記導電パターンを加熱した状態で行うことを特徴とする発光モジュールの製造方法。
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