特開 2024-37339 発光装置及び発光装置モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024037339

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】発光装置及び発光装置モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/64 20100101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

H01L33/64

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142116

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 大輔

(72)【発明者】

【氏名】田井 浩平

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142AA42

5F142CA11

5F142CA13

5F142CB11

5F142CB15

5F142CD02

5F142CD18

5F142CD44

5F142CD47

5F142CF13

5F142CF23

5F142CF42

5F142CG05

5F142CG24

5F142CG43

5F142DA02

5F142DA14

5F142DA73

5F142DB16

5F142EA02

5F142EA08

(57)【要約】

【課題】発光装置に含まれる半導体発光素子からの熱を効率的に外部に放散することが可能な発光装置及び発光装置モジュールを提供する。
【解決手段】
本発明の発光装置は、上面に金属配線を有しかつ絶縁性のセラミックからなる基板と、前記金属配線を介して前記基板の上面に接合された発光素子と、前記金属配線と電気的に絶縁されておりかつ各々が前記基板の下面に接合されて前記下面から下方に突出している複数の金属体を含む伝熱部と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面に金属配線を有しかつ絶縁性のセラミックからなる基板と、
前記金属配線を介して前記基板の上面に接合された発光素子と、
前記金属配線と電気的に絶縁されておりかつ各々が前記基板の下面に接合されて前記基板の下面から下方に突出している複数の金属体を含む伝熱部と、を有することを特徴とする発光装置。

【請求項2】

前記基板は、下面に前記金属配線と電気的に絶縁されている金属層を有し、
前記複数の金属体の各々は、前記金属層の表面に金属を含むろう材によって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記基板は、下面に前記金属配線と電気的に絶縁されている金属層を有し、
前記複数の金属体の各々は、前記金属層の表面に拡散接合によって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項4】

前記複数の金属体の各々は、前記基板の下面に金属を含む活性ろう材によって前記基板と接合されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項5】

前記複数の金属体の各々は、円柱のピン形状を有するピン状部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項6】

前記基板は前記金属配線と接続されかつ前記基板の下面に形成された電極を有し、
前記複数の金属体は前記電極と離隔していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発光装置。

【請求項7】

上面に金属配線を有しかつ絶縁性のセラミックからなる基板と、前記金属配線を介して前記基板の上面に接合された発光素子と、前記金属配線と電気的に絶縁されておりかつ各々が前記基板の下面に接合されて前記基板の下面から下方に突出している複数の金属体を含む伝熱部と、を有する発光装置と、
上面に前記発光装置の前記金属配線と電気的に接続された一対の回路配線を有する絶縁性の回路基板と、
前記回路基板の下面に配された放熱器と、からなる発光装置モジュールであって、
前記回路基板には、前記発光装置の前記複数の金属体に対応する位置のそれぞれに上面から下面まで貫通する複数の回路基板貫通孔が形成されており、
前記発光装置の前記複数の金属体の各々は、前記回路基板の前記複数の回路基板貫通孔を通り抜けて前記回路基板の下面から突出しており、当該突出した部分において前記放熱器と金属からなる伝熱部接合材によって接合されていることを特徴とする発光装置モジュール。

【請求項8】

前記放熱器の下面には、前記発光装置の前記複数の金属体の下端に対向する位置のそれぞれに複数の凹部を有し、
前記当該複数の凹部のそれぞれの底部には、前記放熱器の上面まで貫通する複数の放熱器貫通孔が形成されており、
前記発光装置の前記複数の金属体の各々は、前記回路基板の前記複数の回路基板貫通孔及び前記複数の放熱器貫通孔をそれぞれ通り前記放熱器の前記複数の凹部内に至るまで挿入されており、
前記放熱器の前記複数の凹部のそれぞれには、前記伝熱部接合材が充填されていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置モジュール。

【請求項9】

前記放熱器の上面には、前記発光装置の前記複数の金属体の先端に対向する位置のそれぞれに複数の凹部が形成されており、
前記発光装置の前記複数の金属体の各々は、前記回路基板の前記複数の回路基板貫通孔をそれぞれ通り前記放熱器の前記複数の凹部内に至るまで挿入されており、
前記放熱器の前記複数の凹部のそれぞれには、前記伝熱部接合材が充填されていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置モジュール。

【請求項10】

前記発光装置の前記複数の金属体は、前記回路基板の前記一対の回路配線と互いに絶縁されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光素子を含む発光装置及び発光装置モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体発光素子を含む発光装置と、当該発光装置の一方の面、特に、発光装置の光出射面と反対の面と取り付けられたヒートシンク等の放熱器を有する発光装置モジュールが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、下面の表面上にネジが設けられた金属ベースと、金属ベースの上面に取付けられた発光ダイオード・チップと、金属ベースの上面に設置されかつ発光ダイオード・チップと電気的に接続された回路基板と、金属ベースの下面の側に金属ベースのネジを介して直接に機械連結されたヒートシンクと、を有する発光ダイオードが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００５－５１３８１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の発光ダイオードにおいては、金属ベースとヒートシンクとを直接機械連結する場合、金属ベースとヒートシンクとの接触面における接触熱抵抗が大きいため、金属ベースとヒートシンクの間の熱抵抗が大きくなってしまう。

【0006】

また、特許文献１に記載の発光ダイオードにおいて、金属ベースとヒートシンクとの間に樹脂からなる母材に無機フィラーを分散させた一般的な熱伝導接着剤を用いる場合も、樹脂を母材とした熱伝導接着剤の熱伝導率が小さいため、金属ベースとヒートシンクの間の熱抵抗が大きくなってしまう。

【0007】

そのため、特許文献１に記載の発光ダイオードにおいては、金属ベースとヒートシンクとの接触面における接触熱抵抗又は熱伝導接着剤の熱抵抗によって、発光ダイオード・チップからヒートシンクへ効率的に熱伝導することができないという問題が挙げられる。

【0008】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発光装置に含まれる半導体発光素子からの熱を効率的に外部に放散することが可能な発光装置及び発光装置モジュールを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る発光装置は、上面に金属配線を有しかつ絶縁性のセラミックからなる基板と、前記金属配線を介して前記基板の上面に接合された発光素子と、前記金属配線と電気的に絶縁されておりかつ各々が前記基板の下面に接合されて前記下面から下方に突出している複数の金属体を含む伝熱部と、を有することを特徴としている。

【0010】

また、本発明に係る発光装置モジュールは、上面に金属配線を有しかつ絶縁性のセラミックからなる基板と、前記金属配線を介して前記基板の上面に接合された発光素子と、前記金属配線と電気的に絶縁されておりかつ各々が前記基板の下面に接合されて前記基板の下面から下方に突出している複数の金属体を含む伝熱部と、を有する発光装置と、上面に前記発光装置の前記金属配線と電気的に接続された一対の回路配線を有する絶縁性の回路基板と、前記回路基板の下面に配された放熱器と、からなる発光装置モジュールであって、前記回路基板には、前記発光装置の前記複数の金属体に対応する位置のそれぞれに上面から下面まで貫通する複数の回路基板貫通孔が形成されており、前記発光装置の前記複数の金属体の各々は、前記回路基板の前記複数の回路基板貫通孔を通り抜けて前記回路基板の下面から突出しており、当該突出した部分において前記放熱器と金属からなる伝熱部接合材によって接合されていることを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例１に係る発光装置の上面図である。

【図2】本発明の実施例１に係る発光装置の断面図である。

【図3】本発明の実施例１に係る発光装置の断面図である。

【図4】本発明の実施例１に係る発光装置モジュールの断面図である。

【図5】本発明の実施例２に係る発光装置モジュールの断面図である。

【図6】本発明の変形例１に係る発光装置の断面図である。

【図7】本発明の変形例２に係る発光装置の断面図である。

【図8】本発明の変形例３に係る発光装置の断面図である。

【図9】本発明の変形例４に係る発光装置の断面図である。

【図10】本発明の変形例５に係る発光装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

【実施例0013】

図１乃至図３を参照しつつ、実施例１に係る発光装置１０の構成について説明する。図１は、実施例１に係る発光装置１０の上面図である。また、図２は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った断面図である。また、図３は、図１に示した発光装置１０の３－３線に沿った断面図である。なお、図１においては、基板１１の上面上の各要素の構造及び位置関係を明確にするために、光反射体５０（図２及び図３参照）の図示を省略している。

【0014】

（発光装置１０）
発光装置１０は、平板上の基板１１と、基板１１の上面から下面へと至る一対の電極である第１の配線電極１３並びに第２の配線電極１５と、基板１１の上面に形成された中間配線１７と、隣り合う第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７の各々の上面上に素子接合層３０を介して接合された複数の発光素子２０と、複数の発光素子２０の上面上に配された波長変換体４０と、基板１１の上面において波長変換体４０の上面を露出するように形成された光反射体５０と、を有する。

【0015】

また、発光装置１０は、基板１１の下面に接合された金属層６１及び金属層６１の基板１１反対の面である下面の表面に接合された伝熱ピン６３を有する放熱構造６０を備える。

【0016】

（基板１１）
基板１１は、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ、熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ）からなる矩形の平面形状を有する平板上の基板である。基板１１は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の高い熱伝導性を有する他の絶縁性のセラミック基板であってもよい。

【0017】

第１の配線電極１３及び第２の配線電極１５は、基板１１に形成されており、互いに離隔しかつ電気的に絶縁されている一対の金属電極である。

【0018】

第１の配線電極１３は、基板１１の上面の長手方向の一端部側に形成された第１の内部配線１３Ｉと、基板１１の下面の長手方向の一端部側に形成された第１の実装電極１３Ｏを有する。また、第１の配線電極１３は、基板１１を貫通しかつ第１の内部配線１３Ｉと第１の実装電極１３Ｏとを電気的に接続する第１の貫通電極１３Ｖを有する。

【0019】

第２の配線電極１５は、上記第１の配線電極１３と同様の構成を有しており、基板１１の上面の長手方向の他端部側に形成された第２の内部配線１５Ｉと、基板１１の下面の長手方向の他端部側に形成された第２の実装電極１５Ｏを有する。また、第２の配線電極１５は、基板１１を貫通しかつ第２の内部配線１５Ｉと第２の実装電極１５Ｏとを電気的に接続する第２の貫通電極１５Ｖを有する。

【0020】

中間配線１７は、基板１１の上面の第１の内部配線１３Ｉと第２の内部配線１５Ｉとの間に、長手方向に配列されかつ互いに離隔して配されている金属配線である。

【0021】

第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７は、それぞれ基板１１の表面に形成された銅（Ｃｕ）層を有し、当該Ｃｕ層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層がこの順に積層されている。

【0022】

第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７は、例えば、蒸着等（高エネルギー金属粒照射による成膜：PVD（Physical Vapor Deposition））の真空成膜によって金属薄膜層が形成された後に、めっき等によって形成される。このように形成することによって、セラミックである基板１１と、金属である第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７とは、密接に接合されている。他の形成方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、メッキ法などがある。このようにして形成した金属層は、その成膜界面において気密性を有する。すなわち、化学的又は／及び物理的に双方が強固に接合している。

【0023】

これにより、基板１１と第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。

【0024】

また、金属である第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７は、高い熱伝導率を有する（Ｃｕ熱伝導率：約３８０Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｎｉ熱伝導率：約９０Ｗ／ｍ・Ｋ、Ａｕ熱伝導率：約３００Ｗ／ｍ・Ｋ）。よって、第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７から基板１１へは、効率的に熱を伝導可能である。

【0025】

（発光素子２０）
発光素子２０は、基板１１の上面に配された発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子である。実施例１においては、発光素子２０として、青色の光を放射するＬＥＤ素子を用いた。

【0026】

発光素子２０は、透光性を有する板状の成長基板２１と、成長基板２１の下面に形成された発光層を含む半導体構造層（図示せず）と、当該半導体構造層の成長基板２１と接する面と反対の面、すなわち下面に形成された一対の電極である素子電極２３及び２５と、を含む構造を有している。

【0027】

発光素子２０は、素子電極２３及び２５が形成されている成長基板２１の下面が基板１１の上面と対向する向きで搭載されている。また、発光素子２０は、素子電極２３及び２５の各々の下面が、第１の内部配線１３Ｉ、第２の内部配線１５Ｉ及び中間配線１７の上面とそれぞれ素子接合層３０を介して接合されている。すなわち、発光素子２０は、能動面である半導体構造層が形成された面を反転して基板１１に接合したフリップチップ態様の発光素子である。

【0028】

発光素子２０は、基板１１の上面の互いに隣り合う配線を跨ぐように配されており、発光素子２０の素子電極２３及び２５が当該互いに隣り合う配線のそれぞれの上面上に素子接合層３０を介して接合されている。すなわち、発光素子２０は、第１の配線電極１３と第２の配線電極１５との間において、中間配線１７を介して電気的に直列に接続されている。

【0029】

素子接合層３０は、例えば、共晶接合によって形成された金錫（ＡｕＳｎ）等の金属合金である。すなわち、各々の配線と発光素子２０とは、接合時の加熱によって溶融状態を経た金属合金によって密接に接合されている。言い換えれば、素子接合層３０によって、各々の配線と発光素子２０の素子電極２３及び２５とが互いに溶着されている。

【0030】

これにより、発光素子２０と第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。

【0031】

また、発光素子２０と第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７とが高い熱伝導率を有する金属合金であるＡｕＳｎ（熱伝導率：約６０Ｗ／ｍ・Ｋ）で接合されているため、発光素子２０から生じた熱は素子接合層３０、第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７を介して効率的に基板１１へと伝導される。

【0032】

（波長変換体４０）
波長変換体４０は、板状の形状を有し、発光素子２０の各々の上面上に配されている。波長変換体４０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂等の透光性の樹脂によって発光素子２０の各々の上面上に接合されている。

【0033】

波長変換体４０は、発光素子２０と対向する面である下面から入光した発光素子２０の放射光の一部を波長変換して上面から出光する。

【0034】

実施例１においては、波長変換体４０として、セリウム（Ｃｅ）をドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）の蛍光体粒子とバインダであるセラミック粒子とを混合して焼成を行った焼結体を用いた。また、実施例１においては、波長変換体４０が発光素子２０より放射された青色光の一部を黄色光に波長変換し、白色光を出光するように蛍光体粒子の含有率が調整されている。

【0035】

（光反射体５０）
光反射体５０は、基板１１の上面上において、第１の内部配線１３Ｉ、第２の内部配線１５Ｉ、中間配線１７並びに発光素子２０の各々の露出面、及び波長変換体４０の側面を覆うように形成されている。

【0036】

光反射体５０は、発光素子２０の側面から出射する光及び波長変換体４０の側面から出射する光を各々の内方方向に反射し、波長変換体４０の上面へと導光する。

【0037】

実施例１においては、光散乱性粒子である酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子を混合した熱硬化性のシリコーン樹脂を用いた。

【0038】

（放熱構造６０）
伝熱部としての放熱構造６０は、基板１１の下面に形成された金属層６１及び金属層６１の下面に配されている伝熱ピン６３から構成され、発光素子２０から生じる熱を基板１１を介して発光装置１０の外部に伝熱または放散する。

【0039】

金属層６１は、基板１１の下面において、第１の実装電極１３Ｏ及び第２の実装電極１５Ｏと互いに離隔する領域に形成された金属からなる層である。すなわち、金属層６１は、第１の配線電極１３及び第２の配線電極１５と互いに絶縁されている。

【0040】

金属層６１は、例えば、基板１１の表面に形成されたＣｕ層を有し、当該Ｃｕ層の表面にＮｉ及びＡｕがこの順に積層されている。

【0041】

金属層６１は、例えば、蒸着等の真空成膜によって金属薄膜層が形成された後に、電解めっき等によって形成される。このように形成することによって、セラミックである基板１１と、金属である金属層６１とは、第１の配線電極１３、第２の配線電極１５及び中間配線１７と同様に、密接に接合されている。

【0042】

これにより、基板１１と金属層６１との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。

【0043】

また、金属である金属層６１は、高い熱伝導率を有する（Ｃｕ熱伝導率：約３８０Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｎｉ熱伝導率：約９０Ｗ／ｍ・Ｋ、Ａｕ熱伝導率：約３００Ｗ／ｍ・Ｋ）。よって、基板１１から金属層６１へは、効率的に熱を伝導可能である。

【0044】

さらに、主材料がＣｕである金属層６１は、基板１１に比べて熱伝導率が大きい。よって、金属層６１は、発光素子２０から基板１１に伝導された熱を集熱する集熱部としても機能する。

【0045】

金属体としての伝熱ピン６３は、例えば、Ｃｕからなる金属であり、表面にＮｉ層及びＡｕ層がこの順に積層されている。実施例１においては、伝熱ピン６３は、金属層６１の下面に３行５列の計１５本がマトリクス状に接合されている。

【0046】

伝熱ピン６３は、例えば、一方の端部に形成された円板状のヘッド部及び円柱のピン形状を有するピン状部からなる。伝熱ピン６３は、当該ヘッド部が銀ろう材等のろう材６５によってと金属層６１の下面の表面にろう付けされることで金属層６１に接合されている。すなわち、伝熱ピン６３と金属層６１とは、接合時の加熱によって溶融状態を経た金属を含む接合材料によって密接に接合されている。言い換えれば、ろう材６５によって、伝熱ピン６３と金属層６１とが互いに接合されている。

【0047】

これにより、金属層６１と伝熱ピン６３との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。

【0048】

また、金属層６１と伝熱ピン６３とは、高い熱伝導率を有する金属を含む銀ろう材（熱伝導率：約１００Ｗ／ｍ・Ｋ）によって接合されているため、基板１１からの熱は金属層６１を介して効率的に伝熱ピン６３へと伝導される。

【0049】

なお、実施例１においては、伝熱ピン６３が円板状のヘッド部及び円柱状のピン状部からなる場合について説明したが、伝熱ピン６３の形状はこれに限定されない。例えば、伝熱ピン６３は、矩形の板状のヘッド部及び四角柱状のピン状部からなっていてもよいし、多角形の板状のヘッド部及び多角柱状のピン状部からなっていてもよい。

【0050】

実施例１の発光装置１０は、上述の通り、発光素子２０から伝熱ピン６３までの間で樹脂材料を母材とする接合材を用いていない。また、金属と金属又は金属とセラミックをネジなどの機械的に密着させた接触熱抵抗の高い構造を有していない。すなわち、本発明の発光素子２０から伝熱ピン６３までの各部材間は、化学的又は／及び物理的に双方が強固に接合した構造となっている。

【0051】

なお、高い放熱効果を得るには、伝熱ピン６３の円柱状のピン状部の断面積の総和（ΣＳｐ）を発光素子２０の素子電極２３及び２５の面積の総和（ΣＳｅ）で除した断面比（Ｒｐｅ＝ΣＳｐ／ΣＳｅ）が０．４～３倍程度とすることが好ましい。断面比（Ｒｐｅ）が０．４以上あれば樹脂材料を母材とする接合部材より放熱性を向上できる。また、断面比（Ｒｐｅ）を３以下とすることで基板１１の面積を小さく抑えることができる。基板１１の面積の拡大が可能なら、この限りではない。

【0052】

例えば、無機フィラーを含む樹脂材料からなる接合材は、熱伝導率が非常に低く（１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満）、発光素子２０から生じる熱を効率的に伝導する十分でない。また、母材が熱硬化性樹脂である場合、ボイドの発生又は加熱による硬化の収縮等により接合面に間隙が生じる可能性があり、接触熱抵抗が大きくなるおそれがある。

【0053】

実施例１の発光装置１０においては、基板１１、第１の配線電極１３、第２の配線電極１５、中間配線１７、金属層６１及び伝熱ピン６３に熱伝導率が高いセラミック及び金属を用いている。また、それぞれの構成部材を接合する接合材においても、熱伝導率が高い接合材を用い、かつ接合部が非常に小さい接触熱抵抗となるように形成されている。

【0054】

よって、発光素子２０から生じる熱を効率的に伝熱ピン６３へと伝導し、外部に放散させることが可能となる。

【0055】

（発光装置モジュール１００）
図４は、実施例１に係る発光装置１０を搭載した発光装置モジュール１００の断面図である。図４は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0056】

発光装置モジュール１００は、発光装置１０と、回路基板７０と、放熱器８０と、を有する。発光装置モジュール１００においては、回路基板７０の上面に発光装置１０が搭載され、回路基板７０の下面に放熱器８０が取り付けられている。

【0057】

（回路基板７０）
回路基板７０は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂等からなる絶縁性の基板であり、発光装置１０の搭載面である上面に発光装置１０の第１の実装電極１３Ｏ及び第２の実装電極１５Ｏと電気的に接続する一対の回路配線７３及び７５を備えている。

【0058】

また、回路基板７０には、回路配線７３と７５との間の領域において発光装置１０の伝熱ピン６３に対向する位置に配されており、回路基板７０の上面から下面まで貫通する複数の回路基板貫通孔７０Ｈが形成されている。回路基板７０に搭載されている発光装置１０の伝熱ピン６３の各々は、回路基板貫通孔７０Ｈを通り抜けて回路基板７０の下面から突出するように挿入されている。回路基板７０と発光装置１０とは、第１の実装電極１３Ｏ及び第２の実装電極１５Ｏと回路基板７０の一対の回路配線７３、７５とがはんだ等の装置接合層７８を介して接合されることで互いに接合されている。

【0059】

また、発光装置１０の伝熱ピン６３は、回路基板７０の一対の回路配線７３及び７５と離隔し、電気的に絶縁されている。

【0060】

（放熱器８０）
放熱器８０は、回路基板７０の下面に配されたヒートシンクである。放熱器８０には、下面に放熱フィン８１が形成されている。放熱器８０は、放熱フィン８１が形成されている下面と反対の面である上面が回路基板７０の下面と対向するように配されている。

【0061】

放熱器８０は、例えば、熱伝導率の高いアルミニウム（Ａｌ、熱伝導率：約２２０Ｗ／ｍ・Ｋ）等の金属からなる。

【0062】

また、放熱器８０の下面には、隣り合う放熱フィン８１の間でありかつ伝熱ピン６３の先端に対向する位置に複数の凹部８０Ｆが形成されている。また、凹部８０Ｆの各々の底部には、放熱器８０の上面まで貫通する放熱器貫通孔８０Ｈが形成されている。発光装置１０の伝熱ピン６３の先端は、放熱器８０の上面から放熱器貫通孔８０Ｈを通り、凹部８０Ｆの内部まで至っている。

【0063】

放熱器８０は、例えば、回路基板７０及び放熱器８０を貫通する絶縁性のプッシュピン等の固定具ＰＰによって固定されている。

【0064】

放熱器８０の凹部８０Ｆには、はんだ等の金属を含む伝熱部接合材としての放熱器接合材８５が充填されており、この放熱器接合材８５によって伝熱ピン６３と放熱器８０とが接合されている。すなわち、伝熱ピン６３と放熱器８０とは、接合時の加熱によって溶融状態を経た金属を含む接合材料によって接合されている。言い換えれば、放熱器接合材８５によって、伝熱ピン６３と放熱器８０とが互いに溶着されている。

【0065】

これにより、伝熱ピン６３と放熱器８０との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。

【0066】

また、伝熱ピン６３と放熱器８０とが高い熱伝導率を有する金属合金であるはんだである放熱器接合材８５（熱伝導率：約６０Ｗ／ｍ・Ｋ）で接合されているため、伝熱ピン６３からの熱が放熱器８０へと効率的に伝導される。

【0067】

以上の構成により、実施例１の発光装置モジュール１００においては、発光装置１０の発光素子２０から放熱器８０までの間に、樹脂材料等を含む熱伝導率の低い部材を用いない放熱経路を形成することができる。さらに、各々の接合部は、接合時に溶融状態を経た金属を含む接合材によって密接に接合されているため、当該接合部の接合界面の接触熱抵抗を実質上において無視できる程度まで低減させることができる。

【0068】

従って、実施例１によれば、発光装置１０の発光素子２０から生じる熱を効率的に放熱器８０に伝導し、放熱器８０から発光装置モジュール１００の外部に放散することが可能となる。

【0069】

なお、放熱器８０は、ヒートシンクに限定されない。例えば、発光装置モジュール１００が灯具として用いられる場合、放熱器８０は、ブラケット、リフレクタ、筐体等であってもよい。言い換えれば、放熱器８０は、放熱器そのものであっても良いし放熱器の機能を兼ねる固定具や筐体等の部材であってもよい。また、放熱器８０は、発光装置１０からの熱の放熱経路となる部材であってもよい。

【0070】

（発光装置モジュール１００の製造方法）
発光装置モジュール１００は、以下の方法で製造可能である。

【0071】

まず、回路基板７０の上面に形成された一対の回路配線７３、７５の上面上に装置接合層７８の原料ペーストであるはんだペーストを塗布する（行程１）。

【0072】

次に、発光装置１０の伝熱ピン６３を挿入しつつ第１の実装電極１３Ｏ及び第２の実装電極１５Ｏと装置接合層７８の原料ペーストとを接触させる（行程２）。

【0073】

この状態の回路基板７０をリフロー炉に投入し、装置接合層７８の原料ペーストを溶融させて回路基板７０と発光装置１０とを接合する（行程３）。

【0074】

次に、回路基板７０を上下反転させ、回路基板７０から突出した伝熱ピン６３を放熱器８０の放熱器貫通孔８０Ｈに挿入しつつ、放熱器８０を固定具ＰＰで固定する（行程４）。

【0075】

次に、放熱器８０の凹部８０Ｆに放熱器接合材８５の原料であるはんだペーストを充填する（行程５）。

【0076】

その後、ヒートガン等の加熱手段によって放熱器接合材８５の原料であるはんだペーストを溶融させ、伝熱ピン６３と放熱器８０とを接合する（行程６）。

【0077】

以上の行程を行うことによって、発光装置モジュール１００が製造可能である。

【実施例0078】

実施例１においては、放熱器８０の下面に凹部８０Ｆ及び放熱器貫通孔８０Ｈが形成された場合について説明した。しかし、放熱器８０の構造はこれに限定されない。

【0079】

（発光装置モジュール１００Ａ）
図５は、実施例２に係る発光装置モジュール１００Ａの断面を示す図である。図５は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0080】

実施例２においては、放熱器９０の凹部９０Ｆが放熱器９０の上面に形成されている点で実施例１と相違する。発光装置１０及び回路基板７０の構成については実施例１と同様である。

【0081】

（放熱器９０）
放熱器９０の上面には、発光装置１０の伝熱ピン６３に対応する位置に凹部９０Ｆが形成されている。

【0082】

発光装置１０の伝熱ピン６３は、回路基板７０の上面から回路基板貫通孔７０Ｈに挿入され、放熱器９０の凹部９０Ｆの内部まで至っている。

【0083】

放熱器９０の凹部９０Ｆには、はんだ等の金属を含む放熱器接合材８５が充填され、伝熱ピン６３と放熱器９０とが放熱器接合材８５を介して接合されている。

【0084】

実施例２の発光装置モジュール１００Ａにおいても、発光装置モジュール１００と同様に、伝熱ピン６３と放熱器９０とは、接合時の加熱によって溶融状態を経た金属を含む接合材料によって密接に接合されている。

【0085】

また、発光装置モジュール１００Ａは、発光装置１０の発光素子２０から放熱器９０までの間において、樹脂材料等を含む熱伝導率の低い部材を用いない放熱経路を形成することができる。

【0086】

従って、実施例２においても、発光装置１０の発光素子２０から生じる熱を効率的に放熱器９０に伝導し、放熱器９０から発光装置モジュール１００Ａの外部に放散することが可能となる。

【0087】

なお、実施例２の発光装置モジュール１００Ａの構成においては、図５に示すように、回路基板７０の下面と放熱器９０の上面とを所定距離離隔させるスペーサＳＰを設けることが好ましい。これにより、放熱器９０の凹部９０Ｆに充填された放熱器接合材８５の原料であるはんだペーストの這い上がり又は漏れ出しを抑制することができる。

【0088】

（発光装置モジュール１００Ａの製造方法）
実施例２の発光装置モジュール１００Ａは、放熱器９０を上記の構造とすることにより、はんだペーストの加熱接合工程の回数を削減することが可能である。

【0089】

具体的には、まず、回路基板７０の上面に形成された一対の回路配線７３、７５の上面上に装置接合層７８の原料ペーストであるはんだペーストを塗布する（行程１）。

【0090】

次に、放熱器９０の凹部９０Ｆに放熱器接合材８５の原料であるはんだペーストを充填する（行程２）。

【0091】

次に、回路基板７０の回路基板貫通孔７０Ｈと放熱器９０の凹部９０Ｆとが対応する位置で固定されるように、放熱器９０を固定具ＰＰで固定する（行程３）。

【0092】

次に、発光装置１０の伝熱ピン６３を回路基板貫通孔７０Ｈに挿入しつつ第１の実装電極１３Ｏ及び第２の実装電極１５Ｏと装置接合層７８の原料ペーストとを接触させ、かつ伝熱ピン６３と放熱器接合材８５の原料であるはんだペーストとを接触させる（行程４）。

【0093】

この状態の回路基板７０をリフロー炉に投入し、装置接合層７８の原料ペースト及び放熱器接合材８５の原料であるはんだペーストを溶融させ、発光装置１０と回路基板７０及び放熱器９０とを接合する（行程５）。

【0094】

以上の行程を行うことによって、より簡易的に発光装置モジュール１００Ａを製造可能である。

【0095】

［変形例１］
実施例１の放熱構造６０においては、基板１１の下面に形成された金属層６１の表面に伝熱ピン６３をろう材６５を用いてろう付けすることによって接合する場合について説明した。しかし、伝熱ピン６３の接合方法はこれに限定されない。

【0096】

図６は、変形例１に係る発光装置１０Ａの断面図である。図６は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0097】

発光装置１０Ａにおいては、基板１１の下面に、金属層６１及び伝熱ピン６３が一体的に形成された放熱構造６０Ａを有する点で実施例１の発光装置１０と相違する。

【0098】

放熱構造６０Ａは、基板１１の下面に形成された金属層６１の表面に伝熱ピン６３が拡散接合によって接合されている。

【0099】

具体的には、放熱構造６０Ａは、基板１１の下面に形成された金属層６１に伝熱ピン６３のヘッド部を押し当て、加熱及び加圧することにより、接触界面で金属層６１の原子と伝熱ピン６３の原子とを相互拡散させて接合を行う。

【0100】

拡散接合を行うことによって、金属層６１と伝熱ピン６３との界面がほぼ消失し、金属層６１と伝熱ピン６３とが一体的となった放熱構造６０Ａを形成することができる。

【0101】

これにより、金属層６１と伝熱ピン６３との界面における接触熱抵抗をほぼゼロとすることができる。よって、例えば、発光装置１０Ａを発光装置モジュール１００に組み込んだ際に、発光素子２０から生じる熱をさらに効率的に放熱器８０に伝導させることができ、放熱器８０から発光装置モジュール１００の外部に放散することが可能となる。

【0102】

［変形例２］
図７は、変形例２に係る発光装置１０Ｂの断面図である。図７は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0103】

発光装置１０Ｂにおいては、放熱構造６０Ｂが金属層６１を有さない点で実施例１の発光装置１０と相違する。

【0104】

放熱構造６０Ｂは、伝熱ピン６３が基板１１の下面に活性ろう材６５Ａを介して直接接合されている。

【0105】

伝熱ピン６３を基板１１の下面に活性ろう材６５Ａを用いて直接ろう付けすることにより、発光素子２０から伝熱ピン６３までの間において部材間の接合箇所を少なくすることができる。

【0106】

これにより、例えば、発光装置１０Ｂを発光装置モジュール１００に組み込んだ際に、発光素子２０から放熱器８０までの間の接合部における合成接触熱抵抗をさらに低減することが可能となる。

【0107】

［変形例３］
実施例１の発光装置１０においては、金属層６１の側の一方の端部にヘッド部を有する伝熱ピン６３を用いる場合について説明した。しかし、伝熱ピン６３の形状はこれに限定されない。

【0108】

図８は、変形例３に係る発光装置１０Ｃの断面図である。図８は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0109】

発光装置１０Ｃにおいては、放熱構造６０Ｃの伝熱ピン６３Ａがヘッド部を有さないストレートピンである点で実施例１の発光装置１０と相違する。

【0110】

放熱構造６０Ｃは、伝熱ピン６３Ａが基板１１の下面に形成された金属層６１の表面に銀ろう材等のろう材６５によってろう付けされている。

【0111】

ストレートピンである伝熱ピン６３Ａを用いることによって、金属層６１の表面に接合する伝熱ピン６３Ａの数量（密度）を増加させることができる。

【0112】

これにより、伝熱ピン６３Ａによって伝導可能な熱の量をさらに増加させることができ、発光素子２０から生じる熱をさらに効率的に放熱器８０に伝導させて、外部に放散させることが可能となる。

【0113】

言い換えれば、例えば、発光装置１０Ｂを発光装置モジュール１００に組み込んだ際に、発光素子２０から放熱器８０までの間の熱経路の最小断面積を大きくすることで、伝熱ピン部分が熱経路のボトルネックとなり、そこに熱溜りが生ずることを防止することが可能である。

【0114】

［変形例４］
図９は、変形例４に係る発光装置１０Ｄの断面図である。図９は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0115】

発光装置１０Ｄにおいては、放熱構造６０Ｄの伝熱ピン６３Ｂの金属層６１の側と反対の側の端部に長球状の先端部６３Ｔを有する点で実施例１の発光装置１０と相違する。

【0116】

先端部６３Ｔは、例えば、発光装置モジュール１００に組み込んだ際に、放熱器８０の凹部８０Ｆ内で放熱器接合材８５に埋設されるように設けられる。

【0117】

先端部６３Ｔを有することにより、先端部６３Ｔが放熱器接合材８５に対してアンカーとなることにより、伝熱ピン６３Ｂ又は放熱器８０に振動等による上下応力が加わった場合に、伝熱ピン６３Ｂが放熱器接合材８５から抜けることを防止することが可能となる。

【0118】

さらに、先端部６３Ｔは、放熱器８０と接合する放熱器接合材８５との接触面積を大きくすることができる。よって、伝熱ピン６３Ｂからの熱をより効率的に放熱器８０に伝導することが可能となる。

【0119】

なお、先端部６３Ｔは、長球状の形状に限定されない。先端部６３Ｔは、例えば、球状形状、潰し形状又は伝熱ピン６３Ｂの径よりも大きい柱状形状であってもよい。先端部６３Ｔは、放熱器接合材８５との接触面積を増加させかつ放熱器接合材８５からの、ひいては放熱器貫通孔８０Ｈからの抜けを防止できる形状であればよい。

【0120】

［変形例５］
図１０は、変形例５に係る発光装置１０Ｅの断面図である。図１０は、図１に示した発光装置１０の２－２線に沿った位置に相当する断面である。

【0121】

発光装置１０Ｅにおいては、放熱構造６０Ｅの伝熱ピン６３Ｃにおける金属層６１の側と反対の側の端部近傍の領域に切り欠き部６３Ｎを有する点で実施例１の発光装置１０と相違する。

【0122】

切り欠き部６３Ｎは、例えば、発光装置モジュール１００に組み込んだ際に、放熱器８０の凹部８０Ｆ内で放熱器接合材８５に埋設されるような位置に設けられる。

【0123】

切り欠き部６３Ｎを有することにより、切り欠き部６３Ｎが放熱器接合材８５に対してアンカーとなることにより、伝熱ピン６３Ｃ又は放熱器８０に振動等による上下応力が加わった場合に、伝熱ピン６３Ｃが放熱器接合材８５から抜けることを防止することが可能となる。

【0124】

さらに、切り欠き部６３Ｎは、放熱器８０と接合する放熱器接合材８５との接触面積を大きくすることができる。よって、伝熱ピン６３Ｃからの熱をより効率的に放熱器８０に伝導することが可能となる。

【0125】

なお、切り欠き部６３Ｎは、伝熱ピン６３Ｃの全周に設けられていてもよいし、外周の一部に設けられていてもよい。

【0126】

また、切り欠き部６３Ｎに代えて、伝熱ピン６３Ｃの金属層６１の側と反対の側の端部を含む領域が複数の凹凸形状となるように伝熱ピン６３Ｃを粗面化してもよい。

【0127】

伝熱ピン６３Ｃは、放熱器接合材８５との接触面積を増加させかつ放熱器接合材８５からの、ひいては放熱器貫通孔８０Ｈからの抜けを防止できる形状であればよい。

【0128】

なお、本説明における実施例及び変形例の各部の構成は適宜組み合わせることが可能である。例えば、実施例２の発光装置モジュール１００Ａにおいて、変形例１乃至５に記載された放熱構造６０Ａ乃至６０Ｅを有する発光装置１０Ａ乃至１０Ｅを組み込むこともできる。

【0129】

以上説明したように、本発明によれば、発光装置に含まれる半導体発光素子からの熱を効率的に外部に放散することが可能な発光装置及び発光装置モジュールを提供することが可能になる。