發光元件安裝用琺瑯基板、發光元件模塊、照明裝置、顯示裝置及交通信號機的制作方法

專利名稱：發光元件安裝用琺瑯基板、發光元件模塊、照明裝置、顯示裝置及交通信號機的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來安裝多個發光二極管(以下記做LED )等的發光元 件安裝用基板，特別涉及在照明等用途中，即使在高密度地安裝了發光 元件的情況下也能確保充分的散熱性的發光元件安裝用琺瑯基板及在 該基板上安裝了發光元件的發光元件模塊、以及具有該發光元件模塊的 照明裝置、顯示裝置和交通信號機。
本申請對2005年6月7日提出申請的日本特愿2005 - 167498號主 張優先權，并在此引用其內容。
背景技術：
近年來，LED作為照明用光源開始祐:使用。以往的LED模塊具有 如下的構造在由玻璃環氧樹脂等構成的絕緣電路基板上形成有電極圖 案，并具有用來向前方高效地反射從LED發出的光的反射罩部，在該 反射罩部的底面上安裝有LED元件，并用高折射率的透明樹脂進行了 樹脂封裝。
在點亮LED時，對發光沒有貢獻的能量變換成熱量。將LED作為 照明用光源而使用時，要在基板上安裝多個LED，需要投入很多的能 量，因此，需要散熱性高的安裝用基板。但是，作為照明用的LED安 裝用基板，在使用以往通常使用的由玻璃環氧樹脂等構成的電路基板 時，存在如下問題因為基板的散熱性不好，所以產生的熱量使得LED 的溫度上升，而導致LED的發光效率降低。
到目前為止，專利文獻l提出了散熱性好的電路基板。其具有如下構 造為了提高^1的散熱性，在M芯材的露出面上連接散熱用的金屬板。 但是，該專利文獻1是為了防止高密度安裝IC等電路部件時的熱量的影 響，而不能認為是記載了作為照明裝置的使用和應用了 LED的使用。
專利文獻l:日本特開昭64-28886號7>才艮如上所述，當在基板上安裝多個LED時，來自LED的發熱量非常 大，需要提高基板的散熱性。作為散熱性高的基板可列舉出琺瑯基板。 通過將散熱性高的琺瑯基板作為照明用LED基板來使用，可以安裝多 個LED。
但是，在制作高亮度的照明用LED模塊時，需要在基板上以密集 狀態來安裝更多的LED，或者需要使用高亮度LED元件，為實現它， 需要進一步提高基板的散熱性。
另外，在照明用光源的情況下，需要減少亮度波動，而為了降低亮 度波動，需要調整LED的電流以使之均勻地發光。在調整電流時,可以 通過在電路上安裝電阻等來進行，不過，在此情況下，因為發熱體安裝 在基板上，所以需要進一步提高LED安裝用基板的散熱特性。

發明內容
本發明就是鑒于上述情況而做出的，目的在于提供一種散熱性優良
模塊以及具有該發光元件模塊的照明裝置、顯示裝置和交通信號機。
為實現上述目的，本發明提供如下的發光元件安裝用琺瑯基板具 有內核金屬、覆蓋于上述內核金屬的表面的琺瑯層、以及一個以上的通 孔，在該通孔的內表面上露出上述內核金屬。
在本發明的發光元件安裝用琺瑯基板上，最好是，還設置有具有突 起部的散熱構造體，并且該突起部嵌入上述散熱用通孔內。
在本發明的發光元件安裝用琺瑯基板上，最好是，在其與上述散熱 構造體的連接部上設置有高熱傳導性接合劑。
另外，本發明提供一種在本發明所涉及的上述發光元件安裝用琺瑯 基板上安裝了發光元件的發光元件模塊。
而且，本發明還提供一種具有本發明所涉及的上述發光元件模塊的 照明裝置、顯示裝置以及交通信號機。
本發明的發光元件安裝用琺瑯基板，由于釆用了以下結構在琺瑯 基板上設置有一個以上的散熱用通孔，并使內核金屬在該散熱用通孔的
內表面上露出來，因此，點亮發光元件時所產生的熱量，傳遞到內核金 屬，并迅速地傳導到整個內核金屬。另外，熱量從散熱用通孔的內表面 的內核金屬露出面傳導到外面或者傳導到散熱構造體，因此可提高基板 的散熱性。因此，即使安裝多個發光元件并點亮時，基板升溫也較少， 從而可以將發光元件的發光效率維持在高水平，并可以提高發光元件的 長期可靠性。
本發明的發光元件模塊，將發光元件安裝在本發明所涉及的上述發 光元件安裝用琺瑯基板上，因此，即使在安裝多個發光元件并點亮時， 基板升溫也較少，從而可以將發光元件的發光效率維持在高水平，并可 以提高發光元件的長期可靠性。本發明的發光元件模塊，例如，適于用 作照明裝置、顯示裝置及交通信號機。


圖l是表示本發明的發光元件模塊的第一實施方式的剖面圖。
圖2是表示本發明的發光元件模塊的第二實施方式的剖面圖。 圖3是表示本發明的發光元件模塊的第三實施方式的剖面圖。 圖4是表示在對比例中制作的發光元件模塊的剖面圖。 符號說明
IO...發光元件安裝用基板，ll...發光元件模塊，12...內核金屬，13... 琺瑯層，14…電極，15…反射軍部，16…發光元件，17…金線，18…透 明樹脂，19...散熱用通孔，20...散熱構造體，21...散熱片，22...高熱傳
導性接合劑
具體實施例方式
以下，參考附圖，對本發明的實施方式進行說明。不過，本發明并 不限于以下的各實施例，例如，也可以將這些實施例的構成要素彼此進 行適當組合。
圖l是表示本發明的第一實施方式的剖面圖。本實施方式的發光元 件模塊11構成為在內核金屬12的表面覆蓋了琺瑯層13的琺瑯基板上，設置一個以上的散熱用通孔19,并且，在設置了發光元件安裝用的 反射軍部15的發光元件安裝用琺瑯基板10上，安裝發光元件16。在本 實施方式中，在散熱用通孔19的內表面露出內核金屬12。
設置在發光元件安裝用琺瑯基板10上的反射軍部15，被形成為由 平坦的底面和斜面構成的研磨缽狀或槽狀。該斜面的傾斜角度(底面和 斜面所成的角度)為10。~卯。左右，最好為40°~90°。在本實施方式中， 散熱用通孔19，貫穿設置在多個反射軍部15彼此之間的中間位置。
在發光元件安裝用琺瑯基板10的設置有反射罩部15的發光元件安 裝面上，形成有驅動發光元件16的通電用的電極14和控制電路等的電 路圖案。在該電路圖案上包括調整發光元件16的發光強度的電阻元件 時，為了高效散發由電阻元件所發出的熱量，電阻元件最好配置在散熱 用通孔19的周圍。
在本實施方式中，作為構成發光元件安裝用琺瑯基板10的內核金 屬12的材料，只要是表面上可以牢固地形成琺瑯層13的金屬即可，并 不特殊限定。例如，可以使用低碳鋼板等。此外，琺瑯層13是將玻璃 粉燒接在內核金屬12的表面上而形成的。另外，電極14和電路圖案， 例如，最好是通過利用絲網印刷法等，沿著規定的圖案，印刷并燒接銀 糊或銅糊等導電糊的方法等來形成。
作為安裝在該發光元件安裝用琺瑯基板11上的發光元件16，最好 是LED。在將發光元件模塊10應用于照明裝置時，作為發光元件16 最好是白色LED。作為該白色LED，例如，最好是組合由氮化鎵(GaN) 類半導體制作的藍色LED、和由藍色光激發而發出黃色等一種或兩種 以上的除藍色以外的可見光的熒光體而成的白色LED等。并且，最好 是，使上述熒光體混合并分散在用來封裝安裝在基板上的發光元件16 的透明樹脂18中來使用。
在本實施方式的發光元件模塊11中，發光元件16安裝在反射罩部 15的底面上。發光元件16的一個電極端子與一個電極14電連接，此外， 發光元件16的另一個電極端子，通過金線17(鍵合引線)與相鄰的另 一個電極14進行電連接。根據需要，向反射罩部15中注入混合了熒光 體的環氧樹脂或硅樹脂等透明樹脂18,并使其固化而進行樹脂封裝。
然后，對上述的發光元件安裝用琺瑯基板10以及使用了該基板的
發光元件模塊11的制造方法進行說明。
首先，準備制作內核金屬用的金屬板，并將其切割成希望的形狀， 再實施機械加工，分別形成希望個數的成為發光元件安裝位置的反射軍
部15和散熱用通孔19，由此制作出內核金屬12。
然后，將上述內核金屬12浸漬到在適當的溶劑中分散了玻璃粉而 得到的液體中，在附近配置相對電極，并在內核金屬12與該相對電極 之間施加電壓，使玻璃粉末電沉積在內核金屬12的表面上。在進行了 電沉積后，從液體中提出內核金屬12進行干燥，并將其放入加熱爐中， 在規定溫度區域內進行加熱，將玻璃粉末燒接在內核金屬12的表面上， 形成琺瑯層13，由此制作出琺瑯基板。
接下來，利用噴砂法等方法去除附著在散熱用通孔19的內表面上 的琺瑯層，露出內核金屬12。另外，對該散熱用通孔19的內表面去除 琺瑯層，可以用如下方法等來替代在進行上述電沉積時，堵住散熱用 通孔19來局部防止電沉積的方法；在進行琺瑯層燒接之前預先去除散 熱用通孔19的內表面的玻璃粉的方法等。
之后，利用絲網印刷等方法，沿著電極14和電路的形成圖案來印 刷銀糊等導電糊，之后進行燒接，從而形成電極14和所需要的電路。 通過進行以上的各工序，可得到發光元件安裝用琺瑯基板IO。
接下來，在如上述那樣制作的發光元件安裝用琺瑯基板10的規定 位置上，通過貼片(diebonding)來安裝發光元件16，并進行引線鍵合 (wirebonding )，用金線17電連接發光元件16和電極14。之后，向反 射罩部15填充保護用的樹脂或混合并分散了熒光體的樹脂，并使之固 化，而利用透明樹脂18來封裝發光元件16。由此，制作出圖l所示的 發光元件模塊11。
本實施方式的發光元件安裝用琺瑯基板IO，釆用了以下結構在琺 瑯基板上設置一個以上的散熱用通孔19，并使金屬12在該散熱用通孔 19的內表面上露出，因此，點亮發光元件16時產生的熱量傳遞到內核 金屬12，并迅速地傳導到整個內核金屬12,并且，熱量從散熱用通孔 19的內表面的內核金屬露出面傳導到外部，由此提高了基板的散熱性，
即使在安裝了多個發光元件16并點亮時，基板升溫也較少，可將發光 元件16的發光效率維持在高水平上，此外還能提高發光元件16的長期 可靠性。
本實施方式的發光元件模塊11,因為在上述發光元件安裝用琺瑯基 板10上安裝了發光元件16,所以，即使在安裝了多個發光元件16并點 亮時，基板升溫也較少，能將發光元件16的發光效率維持在高水平上， 此外還能提高發光元件16的長期可靠性，例如，適于用作照明裝置、 顯示裝置和交通信號機。
此外，通過在散熱用通孔19的周圍配置電流調整用的電阻元件， 也能抑制因電阻元件的發熱而引起的升溫。
圖2是表示本發明的第二實施方式的剖面圖。本實施方式的發光元 件模塊11具有和上述第一實施方式的發光元件模塊相同的構成要素， 其特征在于，進一步地，具有突起部的散熱構造體20，以將該突起部嵌 入上述散熱用通孔19中的狀態進行連接。
作為該散熱構造體20，示出了如下構造體其由例如鋁等熱傳導系 數高的金屬構成，并在一側設置了上述突起部，在另一側設置了多個散 熱片21,但是，只要是在連接到上述散熱用通孔19的狀態下能夠提高 基板的散熱性的構造即可，而不限于本例。
本實施方式的發光元件模塊11，由于釆用了連接了散熱構造體20 的結構，所以，熱量通過散熱構造體20從散熱用通孔19高效地傳遞， 從而可以進一步提高基板的散熱性。
圖3是表示本發明的第三實施方式的剖面圖。本實施方式的發光元 件模塊ll,具有和上述第二實施方式的發光元件相同的構成要素，其特 征在于，進一步地，在散熱構造體20的突起部之間，設置了硅脂、釬 料等高熱傳導性接合劑22。
本實施方式的發光元件模塊11，熱量通過散熱構造體20從散熱用 通孔19更加高效地傳導出去，能夠進一步提高基板的散熱性。
實施例
(發光元件安裝用基板)
作為內核金屬，采用長100mm、寬30mm、厚1.5mm的低碳鋼板， 并利用鉆孔加工形成了反射罩部。反射罩部沿鋼板的長邊方向以14mm 的間隔一列形成7個，總計形成2列14個。反射罩部底面的尺寸，以 直徑2mm、深度0.5mm、并以45度角度制作成斜面部。
此外，在反射罩部之間，以14mm的間隔一列貫穿設置6個、總計 貫穿設置3列18個直徑3mm的散熱用通孔。
然后，在形成了反射罩部和散熱用通孔的鋼板(內核金屬)的表面 上，涂敷將玻璃粉末混合于分散劑中而得到的液體，并在850。C下進行 燒制，形成琺瑯層。琺瑯層的厚度調整為200nm，對散熱用通孔的內表 面進行噴砂處理去除琺瑯層，而使內核金屬露出。
接下來，在形成有反射罩部的表面上，沿著電極圖案印刷銅糊，之 后進行燒制形成厚度O.lmm的電極。
(實施例1)
在具有散熱用通孔的上述琺瑯基板的反射罩部內，如圖l所示，安 裝了輸出功率為20mW的藍色LED元件。在琺瑯基板上總計安裝了 14 個LED元件，并用金線進行了引線鍵合，使電極和LED進行電連接。 然后，將混合了黃色發光熒光體的硅樹脂注入反射罩部，并使之固化進 行封裝，從而做成白色LED。進一步地，將電流調整用的電阻元件安 裝在散熱用通孔的附近。
使60mA的電流流過所得到的模塊的LED元件而使之發光，測量 基板的中心溫度，結果是，中心部的溫度為140°C。
(實施例2 )
和實施例1 一樣，在具有散熱用通孔的上述琺瑯基板的反射罩部內， 安裝了輸出功率為20mW的藍色LED元件。在琺瑯基板上總計安裝了 14個LED元件，在進行了引線鍵合后，將混合了黃色發光熒光體的硅 樹脂注入反射罩部，并使之固化進行封裝，從而做成白色LED。進一 步地，將電流調整用的電阻元件安裝在散熱用通孔的附近。
如圖2所示，在具有鋁制的長度為10mm的散熱片的散熱構造體上， 作為與散熱用通孔的連接部，以14mm的間隔，每列6個，總計形成3 列18個高2mm、直徑3mm的連接突起物，將這些連接突起物插入散 熱用通孔中，與琺瑯基板連接。
和實施例l一樣，使60mA的電流流過LED元件而使之發光，測 量基板的中心溫度，結果是，中心部的溫度是1001C。
(實施例3 )
和實施例1 一樣，在具有散熱用通孔的上述琺瑯基板的反射罩部內， 安裝了功率為20mW的藍色LED元件。在琺瑯基板上總計安裝了 14 個LED元件，在進行了引線鍵合之后，將混合有黃色發光熒光體的硅 樹脂注入反射罩部，并使之固化進行封裝，從而制成白色LED。進一 步地，在散熱用通孔的附近安裝電流調整用的電阻元件。
如圖3所示，在具有鋁制的長度為10mm的散熱片的散熱構造體上， 作為與散熱用通孔的連接部，以14mm的間隔，每列6個，總計形成3 列18個高2mm、直徑3mm的連接突起物，將這些連接突起物插入散 熱用通孔中，與琺瑯基板連接。在散熱構造體與琺瑯基板的連接部，涂 敷熱傳導性高的硅脂，并進行接續。
和實施例l一樣，4吏60mA的電流流過LED元件而4吏之發光，測 量基板的中心溫度，結果是，中心部的溫度是卯"C。將熱傳導高的硅脂 用作接合劑，使得散熱構造體與琺瑯基板的連接變得容易，此外，能可 靠地進行接續，所以也提高了散熱性。
(比較例)
釆用和實施例l-3使用的基板相同尺寸的琺瑯基板，但是，如圖4 所示，使用未形成散熱用通孔的琺瑯基板，并在其反射罩部內安裝了功 率為20mW的藍色LED元件。在圖4中，符號1是琺瑯基板，2是發 光元件模塊，3是內核金屬，4是琺瑯層，5是電極，6是反射罩部，7 是藍色LED元件，8是金線，9是透明樹脂。
在該琺瑯基板上總計安裝了 14個LED元件，在進行了引線鍵合后， 將混合有黃色發光熒光體的硅樹脂注入反射罩部，并使之固化進行封
裝，從而制成白色LED。進一步地，安裝電流調整用的電阻元件。使 60mA的電流流過LED元件而使之發光，測量基板的中心溫度，結果 是，中心部的溫度是150'C，溫度比設置了通孔的實施例1的琺瑯基板 高。
產業可利用性
本發明可適用于安裝多個LED等發光元件的發光元件安裝用基板 等。特別是可適用于在照明等用途中，即使在高密度地安裝了發光元 件的情況下也能確保充分的散熱性的發光元件安裝用琺瑯基板以及在 該基板上安裝了發光元件的發光元件模塊，以及具有該發光元件模塊的 照明裝置、顯示裝置和交通信號機。
權利要求
1.一種發光元件安裝用琺瑯基板，其特征在于，具有內核金屬、覆蓋于上述內核金屬的表面的琺瑯層、以及一個以上的通孔；上述內核金屬在上述通孔的內表面上露出。
2. 根據權利要求l所述的發光元件安裝用琺瑯基板，其特征在于， 還設置有具有突起部的散熱構造體；該突起部嵌入上述散熱用通孔中。
3. 根據權利要求2所述的發光元件安裝用琺瑯基板，其特征在于， 在其與上述散熱構造體的連接部上，設置有高熱傳導性接合劑。
4. 一種在權利要求1所述的發光元件安裝用琺瑯基板上安裝了發 光元件的發光元件模塊。
5. —種具有權利要求4所述的發光元件模塊的照明裝置。
6. —種具有權利要求4所述的發光元件模塊的顯示裝置。
7. —種具有權利要求4所述的發光元件模塊的交通信號機。
全文摘要
發光元件安裝用琺瑯基板具有內核金屬、覆蓋于上述內核金屬的表面的琺瑯層、以及一個以上的通孔，上述內核金屬在該通孔的內表面上露出。
文檔編號H01L33/00GK101176216SQ20068001689
公開日2008年5月7日 申請日期2006年6月2日 優先權日2005年6月7日
發明者武本恭介, 鈴木龍次 申請人:株式會社藤倉