发光装置以及照明器具的制作方法

专利名称：发光装置以及照明器具的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及一种具备半导体发光元件的发光装置以及具备发光装置 的照明器具。
背景技术：
有一种在光源中使用发光二极管(light emitting diode,LED)芯片(chip)来作 为半导体发光元件的发光装置。LED提高了发光效率，因此作为办公室(office)或一般照 明用等的相对较大的照明器具的光源而得到采用。并且，为了扩展作为光源的用途，要求转 换效率高且高输出的LED。为了实现高输出的LED，如何使LED发光时产生的热效率良好地 散热成为重要课题。有一种以IW以上的电力来使LED芯片点灯的发光装置。由第1金属层、绝缘芯 (core)及第2金属层形成层的基板被用作安装LED芯片的基板。绝缘芯是平坦的陶瓷 (ceramics)制成。第1金属层为了对LED芯片进行配线而为导电性优异的铜制或铝制成， 在绝缘芯的一个面上形成着图案(pattern)。多个LED芯片安装在设计(design)成图案的 第1金属层上。第2金属层为导热性优异的铜制成或铝制成且大致一体并平坦地形成在与 第1金属层为相反侧的绝缘芯的面上，以与散热构件接合并发挥散热功能而非承担电性连 接功能。该发光装置对于第2金属层使用了导热性优异的材料，因此LED所产生的热将效 率良好地扩散至基板内。因此，该发光装置与不具有散热功能的情况相比，能以大电流来使 LED工作。而且，有一种发光装置，其使用导热率高的陶瓷来作为用于安装LED的电路基板。 通过利用该电路基板来传导LED所产生的热，可抑制基板发生形变。该发光装置在与LED所 安装的一侧为相反侧形成着金属制的接合图案。发光装置的接合图案利用无铅焊锡而与相 向配置的散热基板接合。为了避免在接合图案与散热基板焊接时产生裂缝(crack)，散热基 板是由与接合图案相同的材料或热膨胀率大致相同的材料形成。发光装置在与LED所配置 的部位对应的接合图案与散热基板之间形成的主(main)接合部的周围具有开放区域。开 放区域使得裂缝不会达到主接合部。[先行技术文献][专利文献][专利文献1]日本专利特开2005-79593号公报[专利文献2]日本专利特开2009-212367号公报然而，在采用相对于绝缘芯而接合有第1金属层以及第2金属层的基板的发光装 置中，第1金属层以及第2金属层分别直接接合或封接在一起。将使第1金属层以及第2金 属层直接接合于绝缘芯而构成的基板称作直接敷铜(Direct Copper Bonding, DCB)基板， 将利用无铅焊锡来使第1金属层以及第2金属层接合于绝缘芯而构成的基板称作活性金属 封接(ActiveMetal Bonding, AMB)基板。构成这些DCB基板以及AMB基板的绝缘芯与第1 金属层或第2金属层的材质不同，因此热膨胀率以及导热速度当然也不同。第1金属层为了形成配线图案而局部形成有金属层。第2金属层为了发挥散热作用，遍及大致整个面而 形成有金属层。如此，由于第1金属层与第2金属层的图案形状不同，因此如果在制造阶段 遭受高温环境或急遽的温度变化，基板整体将会产生明显的翘曲。另外，对基板采用导热率 高的陶瓷的发光装置并未考虑防止基板的整体性翘曲。如果基板发生整体性翘曲，则在制造发光装置的工序中，操作性将变差。而且，保 持翘曲已产生的状态而完成的发光装置在组装至照明设备中时，无法充分获得与用于散热 的壳体(case)构件或散热片(heat sink)等散热构件的接触面积。即，无法将LED芯片产 生的热传递至壳体构件或散热构件。由此，发光效率降低，从而无法获得符合设计值的光 束。而且，如果基板发生翘曲，会在基板与壳体构件或散热构件之间形成间隙。如果为了消 除间隙而使用螺丝等的紧固件来过度地紧固基板，则基板可能会产生裂缝而破损。 DCB基板为了提高耐热性而加大第1金属层的厚度。DCB基板的第2金属层比绝 缘芯薄，且经由焊锡、热润滑油(grease)、相变胶带(tape)或热胶布等连接材料而接合于 散热片。或者，DCB基板将比第2金属层厚且宽的底座(base)连接于第2金属层。底座通 过将螺栓(bolt)或铆钉(rivet)穿过设于周部的2个切口而固定至散热片等。但是，如果 在DCB基板之外另行设置底座，零件个数将会增加而成本(cost)将变高。如果是无铅焊锡，则焊锡的熔融温度为230°C左右，低于将LED芯片安装至第1金 属层的粘结材料的耐热温度。当使用焊锡作为连接材料来将第2金属层安装至散热片时， 如果发光装置在高温环境下使用，或者因点灯熄灯而反复施加温度变化，则有可能会因为 高温蠕变(ere印)或热应力疲劳而导致焊锡发生劣化或裂缝。为了使焊锡部分保持良好的 状态，必须抑制对LED芯片供给的电力，以避免DCB基板的温度过高。但是，此做法违背了 提高LED芯片的亮度的要求。作为在DCB基板上直接固定散热片的方法，考虑利用DCB基板的绝缘芯上形成的 螺丝孔来固定散热片。但是，在以下的两点上不佳。第一，当紧固螺丝用的扭矩(torque) 过强时，由于绝缘芯为陶瓷制，因此可能会发生破损。第二，DCB基板的第2金属层与散热片 的线膨胀系数较DCB基板的线膨胀系数大，因此如果DCB基板与散热片的温度上升，则DCB 基板有时也会发生翘曲。此时，应力可能会集中于螺丝孔而导致绝缘芯发生破损。因此，要 求一种不使用发光装置以外的零件底座而将DCB基板固定于散热片等散热器的技术。

发明内容
因此，提供一种陶瓷制的基板难以因热而发生翘曲的发光装置以及具备该发光装 置的照明器具。一实施方式的发光装置具有绝缘基体、正面金属构件、半导体发光元件及背面金 属构件。绝缘基体为陶瓷制。正面金属构件分割且配置于绝缘基体的表面。半导体发光元 件安装于正面金属构件上。背面金属构件以与正面金属构件相同或更薄的厚度而形成于绝 缘基体的背面。背面金属构件的体积与正面金属构件的体积相比为50%以上。并且，一个 实施方式的照明器具具备该发光装置。(发明的效果)相对于正面金属构件的体积而使背面金属构件的体积为50%以上的发光装置可 使包含绝缘基体的基板因热而发生的翘曲受到抑制。而且，具备可抑制基板发生翘曲的该发光装置的照明器具，通过使基板的热效率良好地散发，而使半导体发光元件的寿命稳定， 以提供品质稳定的照明。


图IA是从光放射侧观察第1实施方式的发光装置的平面图。图IB是沿着图IA中的Ib-Ib线的发光装置的剖面图。图IC是图IA所示的发光装置的背面图。图2A是具有图IA所示的发光装置的照明器具的剖面图。图2B是从光放射侧观察图2A所示的照明器具的正面图。图3A是从光放射侧观察第2实施方式的发光装置的平面图。图;3B是沿着图3A中的北-北线的发光装置的剖面图。图3C是图3A所示的发光装置的背面图。图4A是从光放射侧观察第3实施方式的发光装置的平面图。图4B是沿着图4A中的4b_4b线的发光装置的剖面图。图5A是将图4B所示的发光装置的一部分切开的剖面图。图5B是相当于图5A的以往的发光装置的剖面图。图6A是从光放射侧观察第4实施方式的发光装置的平面图。图6B是沿着图6A中的6b_6b线的发光装置的剖面图。图6C是图6A所示的发光装置的背面图。图7是表示具备第5实施方式的发光装置来作为光源的照明器具的立体图。图8是从光放射侧观察图7所示的照明器具的正面图。图9是图7所示的照明器具的剖面图。图10是图7所示的照明器具的分解立体图。图11是从光放射侧观察图7所示的发光装置的正面图。图12是图11所示的发光装置的背面图。图13是在图11所示的发光装置上安装LED芯片之前的状态的正面图。图14是沿着图11中的F8-F8线的发光装置的剖面图。图15是图11所示的发光装置的LED芯片的排列的平面图。图16是表示图15的发光装置的正面金属构件相对于背面金属构件的体积比与绝 缘基体所产生的变形量的关系的图。3 被安装构件4 凹面反射镜
5 镜支撑构件5a 基部
5b 支承部5c 开口缘
5d 电缆孔10 发光装置
11 绝缘基体IlA 绝缘基体的表
IlB 绝缘基体的背面IlC 安装孔
IlD 凹部12 正面金属构件
12a、12b、12c、12g、12p焊垫12d 带状部分
12e 加强部12f、12q 供电部
12gl 角落12g2 顶部
12g3 底部12g4 锥形部
12r 供电端子13 半导体发光元件
14 背面金属构件14a、14b、14c 区块
14C:固定部14D 螺丝穿通孔
15 密封构件16 框构件
17 芯片焊接材料18 密封构件
20、100 照明器具21 壳体
21a 分隔板22 点灯装置
23 反射体23a 光导入口
23b 反射面24:电源端子台
25 装饰框25a 外罩构件
26 支撑件31 散热片
32 底座32a 连结孔
32c 固定孔33 散热鳍片
34 连结件35 受热部
3 :隐藏槽35b 受热面
36 导热片材41 凹面镜构件
41a 缘41b 座部
41c 切口42 螺丝
45 压镜件45a 安装片部
45b 塞片部45c 前端缘
111 基板120 区域
131 =LED 芯片131a 元件基板
131b 半导体发光层131c 元件电极
A:发光部C:边缘部
H:设置孔P 中心部
S 间隔W:接合线
X 天花板
具体实施例方式一实施方式的发光装置具有绝缘基体、正面金属构件、半导体发光元件及背面金 属构件。绝缘基体为陶瓷制。正面金属构件分割且配置于绝缘基体的表面。半导体发光元 件安装于正面金属构件上。背面金属构件以与正面金属构件相同或更薄的厚度而形成于绝 缘基体的背面。背面金属构件的体积与正面金属构件的体积相比为50%以上。绝缘基体、正面金属构件及背面金属构件构成基板。作为基板，有DCB(Direct Copper Bonding)基板、直接焊铝(Direct Brazing Aluminum, DBA)基板、活性金属焊铜 (Active Metal Brazed Copper, AMC)基板等。DCB基板是将成为背面金属构件的铜板直接 接合于陶瓷制的绝缘基体而形成。DBA基板是在陶瓷制的绝缘基体上封接成为背面金属构件的铝板而形成。AMC基板是在陶瓷制的绝缘基体上封接作为背面金属构件的铜板而形成。绝缘基体是用于配置发光二极管(LED)芯片等作为光源的半导体发光元件的构 件，允许使用由氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)以及以氧化铝(Al2O3)或氧化锆 (ZrO2)为主成分的化合物而制造的烧结材料等。绝缘基体的形状是采用满足所要求的配光 特性的所有形状，例如正方形或长方形、六边形、将四边形的四角切除(cut)而制作的八边 形等的多边形状、或者圆形或椭圆形的、使多个LED芯片以固定间隔排列而形成的面模块 (module)或者使LED芯片在长条的线(line)上排列而形成的线模块。本说明书中，将安装LED芯片且光所放射的一侧的绝缘基体的面称作“表”，将该 “表”的相反侧称作“背”。绝缘基体的表面上形成的正面金属构件形成配线图案。作为半导体发光元件的 LED芯片被配设于该配线图案上。绝缘基体的制造方法以及LED芯片的安装方法并无特别 限定。当在绝缘基体上形成所设定的图案的正面金属构件时，利用金属模具，从一片金属构 件冲压出残留有对所设定的图案以及各个零件(parts)进行连结的电桥(bridge)的一次 构件，藉此来首先准备该一次构件。在将该一次构件接合于陶瓷制的绝缘基体之后，通过将 电桥等的不需要部分予以切除而获得正面金属构件。或者，将一片金属构件接合于陶瓷制 的绝缘基体之后，蚀刻(etching)成所设定的图案。正面金属构件的材质只要是导电性优异的材料，则允许使用铜、铜合金、铝、铝合 金等所有材料。正面金属构件的排列不受限定，可通过这些金属而在绝缘基体上局部地或 整体排列成具有固定间隔的矩阵(matrix)状，或者有规则地具备固定顺序而局部地或整 体配置成锯齿状、放射状、螺旋状等，或者随机(random)配置。除了由LED芯片构成以外，将半导体激光(Iaser)、有机电致发光 (Electroluminescence, EL)等作为光源的发光元件也被用作半导体发光元件。半导体发 光元件是根据照明的用途而选择必要个数，即，既可以将多个半导体发光元件安装在1个 正面金属构件上，也可以只将1个半导体发光元件安装在1个正面金属构件上。半导体发 光元件是根据照明器具的用途来设定成为光源的颜色，即，当构成为放射白色光时，则由单 色构成，或者由红色、蓝色、绿色、黄色等多种颜色组合而成的合成色构成。绝缘基体的背面上所形成的背面金属构件是以与正面金属构件相同或更薄的厚 度而形成，用于在壳体或散热片等的散热构件上固定发光装置。背面金属构件通常不具备 电性连接功能，而是为了发挥散热功能而构成。因此，可利用银、铜、铜合金、铝、铝合金等导 热性优异的所有金属来作为背面金属构件。由这些金属形成的背面金属构件考虑到散热性 而一体连续地构成为平板。背面金属构件未必需要全部一体连续地形成，也可以局部切开 或者分割成多块。正面金属构件以及背面金属构件是形成为薄的片材(sheet)状的金属，并通过封 接而接合于陶瓷制的绝缘基体。也可以取代封接，而通过扩散接合或共晶接合而直接使金 属的片材界面接合于陶瓷制的绝缘基体。当将铜箔扩散接合于陶瓷时，是通过将氧化后的 铜箔配置于陶瓷制的绝缘基体上并以约1050°C左右进行加热加压而接合。而且，正面金属 构件以及背面金属构件也可以是通过电镀以及蚀刻而形成的薄的金属层。背面金属构件相对于正面金属构件的体积比，既可以将正面金属构件的体积作为 基准来调整背面金属构件的厚度尺寸而使体积比为50%以上，也可以将背面金属构件的体积作为基准来调整正面金属构件的厚度尺寸，以使背面金属构件相对于正面金属构件的体 积比为50%以上。而且，正面金属构件以及背面金属构件的体积比的调整，既可以使厚度 尺寸相同而通过改变表面积来设定体积比，也可以使表面积相同而通过改变厚度尺寸来设 定体积比。进而，正面金属构件以及背面金属构件的体积比的调整，也可以通过组合(正面 金属构件与背面金属构件)这两者的厚度尺寸或表面积来设定。而且，将背面金属构件相 对于正面金属构件的体积比设为50%以上，且背面金属构件的面积大于正面金属构件的面 积。正面金属构件的体积既可以只通过安装有半导体发光元件的正面金属构件来设 定，也可以将构成未安装半导体发光元件的端子部或对绝缘基体进行加强的框架(frame) 的构件包括在内来进行设定。同样地，背面金属构件的体积既可以通过与正面金属构件对 应的范围的构件来设定，也可以将构成端子部的构件或构成绝缘基体加强用框架的构件包 括在内来进行设定。构成未安装半导体发光元件的端子部的构件或构成绝缘基体加强用框 架的构件，既可以由与正面金属构件或背面金属构件相同的材料构成，也可以由不同的材 质构成。 背面金属构件相对于正面金属构件的体积比优选在50%至120%的范围内接近 100%。如果体积比小于50%，则因体积引起的正面金属构件与背面金属构件的热容量之 差将变大，从而难以防止绝缘基体的翘曲。如果体积比超过120%，则将正面金属构件以及 背面金属构件接合于绝缘基体时的温度高(约1050°C )，因此在缓冷至常温之后会以中央 部向表侧凸出的方式而产生翘曲。背面金属构件相对于发光装置所固定的部位是难以紧贴 的。正面金属构件是以遵照半导体发光元件的配置的图案所设置。背面金属构件的面 积大于正面金属构件的面积，因此背面金属构件的厚度薄于正面金属构件的厚度。通过使 正面金属构件的厚度大于背面金属构件的厚度，而使正面金属构件的体积成为与背面金属 构件的体积相同的程度。通过减小伴随温度变化而产生的正面金属构件与背面金属构件的 膨胀以及收缩之差，以抑制绝缘基体产生的翘曲。正面金属构件的一部分包括沿着绝缘基体的外周部的长条的带状部分。正面金 属构件的带状部分作为绝缘基体的外周部的加强框架而发挥作用，因此防止基板的整体翘 曲，并且防止在外周部产生裂缝。该带状部分是避开基板的外周部上所设的端子部分而设 置。即，当基板为长方形且端子沿着基板的短边而配置时，带状部分是配置成，沿着避开端 子的长边而分别对称。并未扩大基板，而是有效利用基板的表侧的死空间(dead space)，以 加强基板。带状部分既可以在基板的整个周围连续地形成，也可以使局部断续地形成。正 面金属构件的带状部分只要作为加强框架来发挥功能即可。因此，该带状部分既可以与用 于安装半导体发光元件的正面金属构件同时，由相同的金属材料来形成，也可以在其他工 序中由其他材质的金属来形成。而且，在发光装置中，绝缘基板具有螺丝固定用的孔，且在表面的孔的周围具有包 含在正面金属构件的一部分中的加强部。正面金属构件的一部分作为加强部而配置在孔的 周围，因此该加强部发挥了孔的加强框架的作用，即，在紧固螺丝时防止裂缝产生。加强部 既可以在孔的周围无接缝地连续形成，也可以局部断续地形成。而且，加强部是在形成用于 作为电极部来安装半导体发光元件的正面金属构件或作为带状部分而构成外周部的加强框架的正面金属构件的同时，由相同的金属材料所形成，或者在其他工序中由其他构件所 形成。另一实施方式的发光装置包括陶瓷制的绝缘基体、正面金属构件、背面金属构件 及半导体发光元件。绝缘基体对安装半导体发光元件的表面以及与该表面为相反侧的背面 进行定义。正面金属构件以所设定的图案而直接接合或封接于绝缘基体的表面。正面金属 构件包含焊垫(pad)以及供电部。焊垫支撑至少1个半导体发光元件。供电部具备端子部， 该端子部配置于绝缘基体的外周部，对半导体发光元件供给所分配的电力。背面金属构件 一体地具备比绝缘基体的外周缘更沿着绝缘基体的背面延伸的固定部，且直接接合或封接 于绝缘基体的背面。固定部形成有螺丝穿通部。绝缘基体、正面金属构件及背面金属构件 构成基板。半导体发光元件被安装于正面金属构件的焊垫上，并且电性连接于供电部。供电部形成为从陶瓷等的绝缘基体的周缘部朝向外侧突出的突片(tab)。或者，在 绝缘基体的一部分上设置由孔或槽所作成的开放部，并以堵塞该开放部的方式而形成供电 部。当背面金属构件的缘部从陶瓷制的绝缘基体的周部突出时，于该缘部形成用作固 定部的螺丝穿通部。背面金属构件的缘部将除了固定部以外的区域形成为与绝缘基体大致 相同的大小，即，只有固定部从绝缘基体的周部突出。将露出于切开绝缘基体的周部而制作 的凹部的背面金属构件的缘部用作固定部。背面金属构件并不限定于厚度为固定的平板。 背面金属构件对应于正面金属构件的图案而形成有孔或狭缝(Slit)。S卩，对应于正面金属 构件的图案的密度分布而形成有孔或切口。该发光装置将背面金属构件直接接合或封接于绝缘基体的背面，因此可以使用不 厚的板状的背面金属构件。与背面金属构件为一体且形成有螺丝穿通部的固定部具有将基 板螺固于散热片等的被安装构件所需的充分的强度。固定部从陶瓷制的绝缘基体的周部凸 出，因此无须使螺丝穿过绝缘基体便可将基板固定于被安装构件。固定部是与背面金属构 件为一体，因此不需要用于固定部的其他零件。因此，不会增加零件个数而可将基板螺固于 被安装构件，并且不会因螺丝的紧固而导致绝缘基体发生破损。以上的发光装置不仅适用作从天花板进行全盘照明的办公室之类的设施用或业 务用的相对较大的照明器具的光源，而且也适用作普通住宅用的照明器具等的小型照明器 具、带有灯头的灯(lamp)形态的照明器具的光源。办公室或设施等业务用的照明器具可将 多个发光装置组合起来制作成长条状或者大的平板(panel)形状。与业务用照明器具相 比，小型的普通住宅用的照明器具可用1个发光装置来制作。照明器具具备成为光源的发光装置、具有散热功能的壳体、以及用于使发光装置 的LED芯片点灯的点灯电路或电源电路。发光装置使背面金属构件接触并固定于壳体上所 准备的热传递面。在背面金属构件与热传递面之间，填充用于促进热传递的糊膏(paste) 或硅酮润滑油。壳体是由导热性优异的材料制造，即，由钢板、不锈钢(stainless steel)、 铝等的金属或者具有耐热性、耐光性及电绝缘性的合成树脂即聚对苯二甲酸丁二醇酯 (polybutylene terephthalate,PBT)等制造。点灯电路以及电源电路将交流电压100V转 换成直流电压24V并供给至LED芯片。点灯电路以及电源电路是配置于壳体内，或与壳体 分离而设置。而且，点灯电路亦可具有使亮度或发光色发生变化的调光功能。发光装置使背面金属构件的厚度比正面金属构件的厚度更薄，且将正面金属构件
9相对于背面金属构件的体积比设为50%以上。由此，发光装置抑制因正面金属构件与背面 金属构件的面积差而导致在制造过程中绝缘基体上产生的翘曲。而且，如果该发光装置使 背面金属构件的敷设面积大于正面金属构件的面积，则能进一步减小在制造过程中绝缘基 体上产生的翘曲。绝缘基体的外周部上形成的带状部分包含在正面金属构件的一部分中，带状部分 作为绝缘基体的外周部的加强框架而发挥功能，因此防止绝缘基体的翘曲，并且防止在外 周部产生裂缝。螺丝紧固用的安装孔的周围所设的加强部包含在正面金属构件中，加强部 作为安装孔的加强框架而发挥功能，因此防止从安装孔产生裂缝。另一形态的发光装置使螺丝穿过与直接接合或通过封接而接合于绝缘基体背面 的背面金属构件一体地形成的固定部的螺丝穿通部，从而将基板固定于被安装构件。发光 装置获得不会增加零件个数而可将基板螺固于被安装构件的结构。即使螺丝的紧固较强， 陶瓷制的绝缘基体也不会发生破损。而且，该发光装置具有作为背面金属构件的一部分而 形成的固定部。从而不会增加零件个数，在螺固于被安装构件时，无须担心使陶瓷制的绝缘 基体发生破损。以下，对第1至第5实施方式的发光装置以及照明器具进行说明。对第1实施方式的发光装置10的结构进行说明。图IA所示的发光装置10是在 DCB基板上安装作为半导体发光元件13的发光二极管(LED)而构成。发光装置10如图IB 所示，包括陶瓷制的绝缘基体11、形成于绝缘基体11的表面IlA上的铜制的正面金属构 件12、由LED所构成且安装于正面金属构件12上的半导体发光元件13、以及形成于绝缘基 体11的背面IlB上的铜制的背面金属构件14。基板111由绝缘基体11、正面金属构件12 及背面金属构件14构成。绝缘基体11为了对半导体发光元件13进行排列而为陶瓷制，本实例中为氮化铝 制的长方形的平板。正面金属构件12为了构成配线图案而形成于绝缘基体11的表面。在 图IA中，在绝缘基体11的四角，形成有用于在图2A所示的照明器具20的壳体21上固定 发光装置10的螺丝紧固用的安装孔11C。正面金属构件12在陶瓷制的绝缘基体11的表面分成3部分而配置着，并沿着绝 缘基体11的长度方向而排列。在图IA中，构成正面金属构件12的图案的焊垫12a、12b、 12c在绝缘基体11的中央区域具有用于电性绝缘的间隔S而配置着，并通过焊锡而以图IB 所示的方式接合于绝缘基体11的表面。该各焊垫12a、12b、12c的表面镀敷有用于抗氧化 的镍(Ni)。也可以取代镍而镀敷金(Au)或银(Ag)等。这些金属是覆盖焊垫12a、12b、12c 的表面而实施镀敷，因此有效地反射从半导体发光元件13放射的光。由于放射出的光的损 失得以减少，因此发光装置10的发光效率提高。未镀敷的铜的反射率为约60%，与此相对， 镀银的反射率为约95%。在正面金属构件12的表面安装半导体发光元件13。半导体发光元件13由LED芯 片构成。准备多个具有相同性能的半导体发光元件13。在本实施方式中，各半导体发光元 件13是由高亮度、高输出的蓝色LED芯片构成。多个蓝色的半导体发光元件13在各焊垫 12a、12b上，以具有大致均等的间隔的矩阵排列而各安装有2个。在本实例中，基板为DCB 基板，因此半导体发光元件13是采用一边约Imm左右且1. Iff 1. 5W的大容量的LED芯片。正面金属构件12上安装的各个半导体发光元件13如图IB所示，由在透明的硅酮树脂中混合有黄色荧光体的密封构件15所覆盖。通过蓝色的半导体发光元件13来激发黄 色荧光体，以发出黄色光。该发光装置10使黄色荧光体发出的黄色光与半导体发光元件13 发出的蓝色光混合，以发出白色光。半导体发光元件13通过金线的接合线(bonding wire) W而连接于各焊垫12a、12b，4个各半导体发光元件13各2个地串联连接。而且，陶瓷制的绝缘基体11的背面IlB上形成的铜制的背面金属构件14比绝缘 基体11的表面上形成的铜制的正面金属构件12的板厚更薄。该背面金属构件14如图IC 所示是一体连续的平板，并利用焊锡而接合于绝缘基体11的背面11B。在具有DCB基板的发光装置10中，相对于正面金属构件12的体积，将背面金属构 件14的体积制作成50%以上。在本实施方式中，绝缘基体11、正面金属构件12、背面金属 构件14构成为下述尺寸以及体积。在图IA中，左侧所示的焊垫1 使板厚构成为约0. 25mm、面积为约40mm2，中央的 焊垫12b使板厚与左侧同样地设为约0. 25mm、面积构成为约60mm2，右侧的焊垫12c使板厚 设为约0. 25mm、面积构成为约20mm2，即，正面金属构件12的板厚为约0. 25mm,使总面积构 成为约120mm2。而且，背面金属构件14的板厚是设为比正面金属构件12的板厚更薄的约 0. 2mm，使面积构成为约140mm2。绝缘基体11是由板厚为约0. 25mm、面积为比背面金属构件 14的铜板更大的约322mm2的氮化铝构成，并如图IC所示，以在外周残留空白(blank)区域 的方式而接合有背面金属构件14。基于上述尺寸的正面金属构件12的体积为约30mm3，背面金属构件14的体积为约 观讓3。背面金属构件14相对于正面金属构件12的体积比为约93%，构成为作为目标的 50%以上且接近100%。在本实施方式中，将正面金属构件12的板厚予以固定，并使背面金属构件14的 板厚形成为薄于正面金属构件12的板厚，即，通过调整背面金属构件14的板厚以及表面 积，以背面金属构件14相对于正面金属构件12的体积比接近100%的方式而形成，以控制 (control)绝缘基体11的翘曲。如此，以下述方式来构成发光装置10，即，通过将正面金属构件12与背面金属构 件14设为相同的材料即铜板，从而消除陶瓷制的绝缘基体11的两面的热膨胀率之差，且通 过将背面金属构件14相对于正面金属构件12的体积比设为约93%，从而极力消除绝缘基 体11的两面的热容量之差。其结果，发光装置10抑制绝缘基体11因热所产生的翘曲。根据该发光装置10，在制造过程中，通过芯片接合(die bonding)来将半导体发 光元件13安装于正面金属构件12时，即使曝露于约300°C左右的高温环境下，基板也难以 发生翘曲。而且，在制造过程中操作性变差的问题也得以改善。具有DCB基板且外形为长方形并呈薄板状的发光装置10如图2所示，被装入照 明器具20的壳体21内。该照明器具20是将发光装置10作为光源的小形的筒灯(down light)，由上述的发光装置10、固定发光装置10的壳体21、及使发光装置10点灯的点灯装 置22构成。壳体21如图2A所示，为铝压铸件(aluminum die cast)制成，是在两端部具有开 口的圆筒形。壳体21在图2A中的主体部的更下方的内部一体地具有用于安装发光装置10 的分隔板21a。分隔板21a是用于将发光装置10固定于壳体21的支撑部，且在图2A中，在 下表面具有成为热传递面的平坦面。
发光装置10利用穿过绝缘基体11的周围的四处所设的安装孔IlC的螺丝而紧固 于分隔板21a，从而在使铜制的背面金属构件14确实地紧贴于铝制的分隔板21a的平坦面 上的状态下得以固定。由于发光装置10的基板未发生翘曲，即，在绝缘基体11与分隔板 21a之间未产生间隙，因此在螺固时绝缘基体11不会产生裂缝。由于背面金属构件14紧贴 于分隔板21a，因此半导体发光元件13所产生的热将通过背面金属构件14而效率良好地散 发至分隔板21a。该发光装置10中，正面金属构件12沿长度方向被分割。因此，即使分隔板21a的 平坦度差，而绝缘基体11变形地固定的情况下，由于会柔软地追随，因此难以产生裂缝，并 且可紧贴地固定。反射体23如图2A所示，安装在分隔板21a上所固定的发光装置10的表面侧，并 如图2B所示包围各半导体发光元件13。反射体23是由具有耐光性、耐热性以及电绝缘性 的白色的合成树脂构成，例如由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等构成。反射体23 —体地具 有圆形的光导入口 23a以及反射面23b，所述光导入口 23a具有包围发光装置10的各焊垫 12a、12b上安装的4个半导体发光元件13的直径，所述反射面23b由包围这些半导体发光 元件13的旋转抛物面形成为所谓的“陶钵状”。照明器具20的发光部A以发光装置10的 光轴x-x与反射体23的光轴y-y大致一致的方式而构成。点灯装置22包含为了使发光装置10的4个半导体发光元件13点灯而构成所需 的点灯电路以及电源电路的电路零件，将从商用电源获得的100V的交流电压转换成24V的 直流电压，并将固定的直流电流供给至各半导体发光元件13。该点灯装置22被收纳至壳体 21的内部。在与光放出侧为相反侧的壳体21的端部，准备用于对点灯装置22供给来自商 用电源的电力的电源端子台对。如图2A以及图2B中所示，装饰框25邻接于壳体21的发 光部A，并由透明的外罩(cover)构件2 所覆盖。用于将壳体21保持于天花板X的支撑 件26由板簧构成。在成为被设置面的天花板X上，设置1个该筒灯形的照明器具20，或者，通过进给 用电缆(cable)来使多个该照明器具20彼此连接并设置。将图2A中以一点链线所示的在 天花板X上形成为圆形的设置孔H内配布的电源线连接于电源端子台M。用手使支撑件 26朝内方弯曲，将其前端与壳体21 —同插入设置孔H之后，从支撑件26放开手。支撑件 26通过自身的弹性而复原并压接于设置孔H的内面，因此壳体21保持为使装饰框25抵接 于天花板X的状态。在此状态下，设置孔H的切口由装饰框25所覆盖。当对照明器具20进行点灯时，从各半导体发光元件13出射的光被反射体23的反 射面2 所反射，呈大致圆锥形而朝向下方扩散放射，以进行点状(spot)照明。此时，从半 导体发光元件13放射的光被镍、银、金等镀敷在正面金属构件12的各焊垫12a、12b、12c的 表面上的金属所反射。而且，绝缘基体11由白色的陶瓷构成，由此，绝缘基体11的表面也 会对光进行反射，因此照明器具20可进行光损失少的照明。而且，正面金属构件12以及背面金属构件14是导热性优异的铜制成，绝缘基体11 也是具有导热性的陶瓷制成，进而，壳体21也是由导热性优异的铝所形成。各半导体发光 元件13所产生的热从正面金属构件12通过绝缘基体11而传递至背面金属构件14，再经由 分隔板21a的热传递面而传递至壳体21，并朝向照明器具20的外部散发。即，热从表面积 大的壳体21的侧壁有效地散发至外部。
而且，安装有半导体发光元件13的正面金属构件12的焊垫12a、12b、12c是沿着 绝缘基体11的长度方向而配置。半导体发光元件13所产生的热沿着热容量大的基板的长 度方向而传递，由此，更有效地进行散热。而且，发光装置10是构成为无翘曲的状态，因此 在使背面金属构件14确实地紧贴于壳体21的分隔板21a的状态下得以固定。由于从背面 金属构件14朝向分隔板21a的热传递损失少，因此可有效地进行散热。照明器具20通过上述散热作用，抑制各半导体发光元件13的光转换效率的下降， 而进行照度亮的照明。而且，半导体发光元件13的寿命也得以延长。第1实施方式的发光装置10构成为，使背面金属构件14相对于正面金属构件12 的体积比为约93%，并极力消除绝缘基体11的两面的热容量之差，因此确实地防止陶瓷制 的绝缘基体11因热而发生翘曲。此时，通过使正面金属构件12与背面金属构件14为相同 材料即铜制成，消除了绝缘基体11的两面的热膨胀率之差，因此发光装置10的绝缘基体11 难以因热而发生翘曲。进而，使背面金属构件14的厚度形成为薄于正面金属构件12的厚度，S卩，以正面 金属构件12的厚度为基准来调整背面金属构件14的厚度与表面积，并使背面金属构件14 的体积相对于正面金属构件12的体积之比接近100%，以此来控制绝缘基体11的翘曲。由 于无复杂的配线图案，且只利用构成散热用平板的单纯的背面金属构件14的尺寸变化来 进行控制，因此易于进行体积比的调整，容易接近所要求的体积比，即，该发光装置10的制 造性优异。发光装置10即使在制造过程中曝露于高温环境，绝缘基体11也难以发生翘曲，确 实地防止绝缘基体11因热而发生翘曲。而且，发光装置10得以改善，从而在制造过程中易 于操作。由于发光装置10的基板不会发生翘曲，因此不会在基板的背面金属构件14与分 隔板21a之间形成间隙。在螺固时，绝缘基体11难以产生裂缝。而且，由于背面金属构件 14是与分隔板21a紧贴，因此半导体发光元件13的热得以有效散发。其结果，照明器具20 的照度变亮。参照图3A、图;3B、图3C来说明第2实施方式的发光装置10。对于具有与第1实施 方式的发光装置10相同的功能的结构，在各图中标注与第1实施方式相同的符号，并参考 第1实施方式中的记载。该发光装置10中，背面金属构件14如图;3B以及图3C所示般被 分割。即，如图3B以及图3C所示，背面金属构件14在陶瓷制的绝缘基体11的背面分割成 3处而配置，且沿着基板的长度方向而排列配置。如图:3B以及图3C所示，背面金属构件14 对应于配置在绝缘基体11的表面的正面金属构件12的图案，构成背面金属构件14的各区 块(block) Ha、14b、Hc在绝缘基体11的中央区域沿着长度方向而以间隔S相邻接，并通 过焊锡而接合于绝缘基体11。各区块14a、14b、14c的间隔S是避开与半导体发光元件13对应的位置而配置。 由此，从半导体发光元件13产生的热以短的导热路径而传递至位于绝缘基体11的相反侧 的背面金属构件14a、14b、14c。即使对背面金属构件14进行分割，散热效率也不会发生变 化。另外，当间隔S位于半导体发光元件13的正背面时，会在半导体发光元件13的背侧形 成空间，因此热阻变大而散热效率变差。尤其，如果与导热性低的绝缘基体11相组合，则半 导体发光元件13的热将难以在绝缘基体11中扩散，因此散热效率会变得极差。发光装置10在焊垫12a、12b上各安装有2个半导体发光元件13，由合计4个半导体发光元件13构成发光部A。也可以针对1个正面金属构件而安装1个半导体发光元件， 通过配置更多的半导体发光元件来构成实现高输出化的发光部A。参照图4A、图4B以及图5来说明第3实施方式的发光装置10。对于具有与第1 实施方式的发光装置10相同的功能的结构，在各图中标注相同的符号并参考第1实施方式 中的说明，而省略此处的说明。在第3实施方式中，如图4A所示，成为正面金属构件的多个 焊垫12g排列于陶瓷制的长方形的绝缘基体11的表面。该焊垫12g沿着绝缘基体11的长 度方向而配置有5列，并在与该长度方向交叉的方向上配置有4列，从而呈大致等间隔的矩 阵状而配置有总数20个焊垫12g，这些焊垫12g通过焊锡而接合于绝缘基体11的表面。在 各焊垫12g上，与上述同样地为了防止氧化而镀敷镍(Ni)。也可以取代镍而镀敷金(Au)或 银(Ag)等。呈矩阵排列的各焊垫12g如图4A所示形成为，作为俯视呈正方形的边缘(edge) 部分的角落(corner) 12gl成为圆滑的倒角(chamfer)，从而整体形成为大致八边形。如图 4B以及图5A所示，焊垫12g在绝缘基体11的厚度方向上具有大致梯形，即，从顶部12g2朝 向底部12g3扩展的锥形部(taper) 12g4，并利用焊锡来使底部12g3接合于陶瓷制的绝缘基 体11的表面。1个半导体发光元件13被安装在各焊垫12g的顶部12g2的大致中央部分。该实 施方式的发光装置10具备在绝缘基体11的表面呈矩阵状排列有合计20个半导体发光元 件13的长方形的DCB基板。DCB基板可形成为比形成配线图案的铜制的焊垫12g更厚。因 此，在图5A中未配置焊垫12g的区域120成为相对较深的槽。如图5B所示，如果区域120 为矩形剖面的槽，则从半导体发光元件13放射的光的一部分将被导入该槽内。与此相对，第3实施方式的发光装置10的焊垫12g如图5A所示般在整周形成有 锥形部12g4，因此，光的一部分如图5A中箭头所示，被锥形部12g4反射至图5A中朝上的 光放射方向中。从半导体发光元件13朝向绝缘基体11侧放射的光不会被导入槽内而被放 出。发光装置10的发光效率得以提高。而且，焊垫12g使角落12gl形成为圆滑的倒角，因此无锐角，难以电解集中。当为 了抗氧化而对焊垫12g的表面进行镀敷时，由于无角，因此，由镍或银等的金属所造成的迁 移(migration)现象的发生得以防止。焊垫12g间的绝缘电阻的下降得以抑制，从而提供 安全的发光装置10。而且，由于使角落12gl形成为圆滑的倒角，因此邻接的焊垫12g间的 距离变长，可确实地实现电性绝缘。在第3实施方式的发光装置10中，铜制的焊垫12g利用焊锡而接合于绝缘基体 11。焊垫12g也可以通过蚀刻而构成。此时，只要对DCB基板的特征即厚的铜层进行蚀刻， 蚀刻面便可成为图5A所示的山形，从而自动地在焊垫12g的整周形成锥形部12g4。通过该 锥形部12g4来对光的一部分进行反射。参照图6A、图6B以及图6C来说明第4实施方式的发光装置10。对于具有与第1 实施方式的发光装置10相同的功能的结构，在各图中标注相同的符号，并参考第1实施方 式中的对应的记载，而省略此处的说明。第4实施方式的发光装置10与第1实施方式的发光装置10的不同之处在于正面 金属构件12的结构。正面金属构件12包括焊垫12a、12b、12c、带状部分12d、加强部1 及供电部12f。通过设置带状部分12d以及加强部12e，使发光装置10的强度得以提高，从
14而防止基板的翘曲。第4实施方式的发光装置10如图6A所示，铜制的正面金属构件12的一部分作为 带状部分12d而设于绝缘基体11的外周部。带状部分12d是位于焊垫12a、12b、12c各自 共同相向的边上，即，位于图6A中的绝缘基体11的靠上缘以及靠下缘，其长度跨及各正面 金属构件12a、12b、12c，且沿着绝缘基体11的长度方向。带状部分12d是以具有与各焊垫 12a、12b彼此之间所设的电性绝缘用的间隔S相同的间隔而配置，并通过焊锡而接合于绝 缘基体11的表面。在该各带状部分12d的表面，也为了抗氧化而镀敷镍(Ni)等。该带状部分12d通过设于绝缘基体11的外周部而发挥下述作用。带状部分12d 是沿着绝缘基体11的长度方向而设置，因此将减轻基板自身的翘曲。而且，当通过螺固而 将陶瓷制的绝缘基体11固定于壳体21等时，由于壳体侧的翘曲或表面的平坦度等的影响， 应力易集中于正面金属构件12的焊垫12a、12b的边缘部分，S卩，图6A、图6B中箭头C所示 的边缘部分而产生裂缝。根据本实例，通过设置成为加强框架的带状部分12d，使集中于图6A以及图6B中 的边缘部C的局部应力得以分散。从而在焊垫12a、12b的边缘部C难以产生裂缝。而且，在强度相对较弱的基板周围，尤其是基板的外周，发挥加强框架的作用，也 可以防止外周部的裂缝的产生。而且，带状部分12d是利用绝缘基体11上的死空间而配置。 无须为了设置加强框架而加大基板。而且，在本实例中，在螺固用的安装孔IlC的周围形成有包含在正面金属构件12 的一部分中的加强部12e。即，相对于绝缘基体11的四角所形成的4个螺固用的安装孔 11C，分别以包围孔的周围的方式，而将加强部1 配置成在邻接的其他正面金属构件12a、 12b、12c、12d之间具有电性绝缘用的间隔，并通过焊锡而将该加强部1 接合于绝缘基体 11的表面。在该各加强部12e的表面，同样也镀敷有用于抗氧化的镍(Ni)等。该加强部1 以包围安装孔IlC的周围的方式而设，由此发挥下述作用。即，加强 部1 在利用螺丝来将绝缘基体11固定于壳体等时，使应力得到分散以避免其集中于螺固 部位。安装孔Iic的周围所设的加强部1 发挥加强框架的作用，使局部施加至安装孔IlC 的应力得到分散，因此防止在螺固部及其周边产生裂缝。第4实施方式的发光装置10在绝缘基体11的表面具有构成一对端子部的供电部 12f。在长方形的陶瓷制的绝缘基体11的短边上，将构成大致正方形的端子部的供电部12f 空开电性绝缘用的间隔而配置于邻接的焊垫12a、12b、带状部分12d、加强部12e之间，并通 过焊锡而将该供电部12f接合于绝缘基体11的表面。在该各供电部12f的表面，也与正面 金属构件12的其他部分同样地镀敷有用于抗氧化的镍(Ni)等。构成基板的外周部的加强框架的带状部分12d、构成安装孔IlC的加强框架的加 强部12e以及构成端子部的供电部12f是与用于安装半导体发光元件13的焊垫12a、12b 同样地，由板厚为约0. 25mm的铜所构成。而且，供电部12f是与焊垫12a、12b同时通过焊 锡而接合于绝缘基体11的表面。在这些正面金属构件12上，与焊垫12a、12b同样地，覆盖其表面而镀敷镍、银、金 等的金属。通过使从半导体发光元件13朝向绝缘基体11侧放射的光反射向光放射侧，发光 效率得以提高。绝缘基体11由包含在正面金属构件12中的带状部分12d以及加强部1 得以加强，因此可减薄绝缘基体11的板厚。半导体发光元件13的热得以效率良好地传递至背面金属构件14。第4实施方式的发光装置10中，构成包含成为加强框架的带状部分12d以及加强 部1 的正面金属构件12，因此绝缘基体11的外周部或安装孔的周围得以加强。防止绝缘 基体11产生裂缝，并且通过有效利用这些加强框架，易将背面金属构件14相对于正面金属 构件12的体积比调整为50%以上。发光装置10利用简单的结构以及方法来防止基板自身 的翘曲。通过增加正面金属构件12的面积，使背面金属构件14相对于正面金属构件12的 体积比接近1，因此易防止因体积之差引起的绝缘基体11的翘曲。当构成未设置加强框架 等的结构，且正面金属构件12的体积小于背面金属构件14时，有效的是追加地设置带状部 分12d或加强部12e。当构成未设置加强框架等的结构，且正面金属构件12的体积大于背 面金属构件14时，如果追加带状部分12d或加强部12e，正面金属构件12的总体积将变得 过大。此时，只要加大背面金属构件14的厚度或敷设区域即可。如果加大背面金属构件14 的敷设区域，则绝缘基体的散热效果将提高。第4实施方式的发光装置10具有构成端子部的供电部12f，且如图6C所示，也加 大了背面金属构件14的面积。背面金属构件14的板厚是与第1实施方式同样为约0. 2mm。 背面金属构件14相对于正面金属构件12的体积比为约95%，接近100%。由于绝缘基体 11的两面的热容量之差变少，因此发光装置10易防止绝缘基体11因热而发生的翘曲。第 4实施方式的发光装置10沿着绝缘基体11的长度方向而设有带状部分12d，因此基板的翘 曲变小。第2实施方式至第4实施方式的发光装置10被采用作图2A以及图2B所示的照 明器具20的发光装置10。参照图7至图16来说明具备第5实施方式的发光装置10的照明器具100。图 7 图10所示的照明器具100是具有2个发光装置10的聚光灯(spotlight)。该照明器 具100包括2个发光装置10、被安装构件3、凹面反射镜4及镜支撑构件5。发光装置10为 板上芯片(chip on board, COB)型，且如图11 图14所示，具有基板111、成为多个半导 体发光元件的LED芯片131、框构件16及透光性的密封构件18等。基板111为DCB基板，且如图14所示，具备绝缘基体11、正面金属构件12及背面 金属构件14。绝缘基体11是A1203、AlN、SiN等的陶瓷制的平板。如图11以及图13所示， 板状的绝缘基体11在其周部，例如在四角中的二个角部具有凹部11D。一对凹部IlD是将 绝缘基体11的对角位置切开而形成，且分别朝向绝缘基体11的周面以及厚度方向而开放。 如图11所示，将安装LED芯片131的安装面IlA定义为绝缘基体11的表面，将安装面IlA 的相反侧的面定义为绝缘基体11的背面11B。绝缘基体11的安装面IlA与背面IlB为平 行。正面金属构件12形成在绝缘基体11的表面侧。正面金属构件12包括焊垫12p 及供电部12q。焊垫12p以及供电部12q通过DCB法而直接接合于绝缘基体11的安装面 IlA0正面金属构件12使LED芯片131的热得以散发，并且对该LED芯片131发出的光进行 反射。背面金属构件14配置于绝缘基体11的背面IlB侧，并通过DCB法而直接接合。正 面金属构件12以及背面金属构件14均为铜。在利用DCB法的直接接合中，在铜制的正面金属构件12以及背面金属构件14的一面形成氧化铜被膜，并将该氧化铜被膜朝向陶瓷制的绝缘基体11而配置。利用加热炉， 以比铜的熔融温度低且比氧化铜被膜的熔融温度高的温度来进行加热，由此在铜制的正面 金属构件12以及背面金属构件14与陶瓷制的绝缘基体11的接合界面上形成共晶熔融物。 通过该共晶熔融物，正面金属构件12以及背面金属构件14接合于绝缘基体11的安装面 IlA或背面11B。直接接合于安装面IlA的正面金属构件12由分割成矩阵状的多个焊垫12p构成。 如图15所示，各焊垫12p对应于多个LED芯片131的排列，而配置成正方排列的等间隔地 排列的矩阵状。供电部12q空开固定的间隙(gap)而配置于图15中排列的焊垫12p的区 域的两侧部。重合于安装面IlA的范围的供电部12q直接接合于安装面IlA0从绝缘基体11的 安装面IlA朝向外侧笔直地凸出的各供电部12q的自由端部被用作供电端子12r。供电端 子12r如图14所示，并未朝向绝缘基体11的厚度方向改变位置，而是与安装面IlA平行地 延伸。供电端子12r也可以朝向绝缘基体11的厚度方向而向远离安装面IlA的方向弯折， 进而在其前端，形成为朝向与安装面IlA平行的方向弯折的曲柄(crank)形。供电部12q相对于绝缘基体11的中心而成点对称地形成，该供电端子12r相对于 图11以及图13所示的绝缘基体11的凹部IlD而偏移地配置。供电部12q连接于未图示 的供电用的绝缘包覆电线。第5实施方式的发光装置10并列设置有多列串联连接有LED芯片131的LED串 联电路。图15所示的发光装置10将5个串联连接有7个LED芯片131的LED串联电路并 联连接于供电部12q。为了对各LED串联电路进行供电，在焊垫12p的区域的两外侧配置着 一对供电部12q。所有LED芯片131也可以串联连接并受到供电。此时，供电部12q邻接于 串联电路的两端的焊垫12p而配置。正面金属构件12即焊垫12p以及供电部12q的表面层叠有远薄于这些正面金属 构件12的金属层。该金属层由在正面金属构件12的表面以约3μπι的厚度镀敷而成的基 础镀敷层及在其外侧以约0. 3μπι的厚度镀敷而成的表面镀敷层构成。基础镀敷层为镍镀 敷层，表面镀敷层为铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)的任一种的镀敷层。如果表面镀敷层由镀银 层形成，则与无镀敷层的情况相比，可加大构成正面金属构件12的各焊垫12ρ的光反射量。正面金属构件12的焊垫12ρ以及供电部12q是以下述顺序而在绝缘基体11的安 装面IlA的表面形成为所决定的图案。首先，利用压制机的金属模具，将具有均质的厚度的 一片金属片材，在第5实施方式中是将铜片材(sheet)冲压成预先决定的图案。将冲压出 的铜片材通过共晶接合或扩散接合等界面接合而直接接合于安装面IlA0实施镀敷处理之 后，切除对接合于安装面IlA的铜片材的焊垫12p以及供电部12q之间进行连接的电桥部。 由此，形成独立的焊垫12p以及供电部12q。焊垫12p以及供电部12q也可以利用其他方法而形成。即，将形成为固定的厚度 以及大小的一片铜片材直接接合于绝缘基体11的安装面IlA之后，蚀刻成所期望的图案， 以去除不需要的部位。剩余的必要部分，即，正面金属构件12的焊垫12p以及供电部12q 随后实施镀敷处理。背面金属构件14通过DCB法而直接接合于绝缘基体11的背面11B。背面金属构 件14是为了防止基板111在制造工序中的翘曲且为了散热而设。背面金属构件14如图12所示覆盖绝缘基体11的背面IlB的大致整个区域。该背面金属构件14成平坦状，且如图 11 图13所示，在多处，第5实施方式中是在两处一体地具有固定部14C。固定部14C从绝缘基体11的周部朝向绝缘基体11的凹部IlD而沿着背面IlB突 出。该固定部14C具有螺丝穿通孔14D。也可以取代螺丝穿通孔14D而为切开作为固定部 的狭槽(slot)。作为片材状的金属材料而直接接合于绝缘基体11的正面金属构件12的焊垫12p、 供电部12q与背面金属构件14的厚度是在200 μ m 500 μ m的范围内进行选择，以便通过 将它们直接接合于绝缘基体11而达到目标厚度。正面金属构件12以及背面金属构件14 远厚于金属镀敷层，因此具有机械强度。背面金属构件14的厚度比正面金属构件12的供电部12q的厚度更薄。当通过 DCB法来制造基板111时，一旦基板111的温度因直接接合而上升后，下降至常温为止，则存 在正面金属构件12侧变凸而背面金属构件14侧变凹的倾向。背面金属构件14的厚度是 对应于正面金属构件12的图案来决定，以抑制基板111发生翘曲。各LED芯片131可使用各种发光色的半导体发光元件。第5实施方式中，采用发 出蓝色光的LED芯片。LED芯片131是半导体裸芯片(bare chip)，如图14所示，将元件基 板131a、半导体发光层131b及元件电极131c予以层叠而构成。元件基板131a是由蓝宝石 (sapphire)等的绝缘物质所制作。半导体发光层131b被层叠于元件基板131a上，发出单 色的蓝色光。元件电极131c由一对正极以及负极构成，并形成于半导体发光层131b上。为了在绝缘基体11的安装面IlA侧安装LED芯片131，层叠有半导体发光层131b 的相反侧的元件基板131a的面通过芯片焊接材料17而分别固定于各焊垫12p。芯片焊接 材料17是银膏或者透明硅酮树脂等的树脂粘合剂。各LED芯片131是在加热至约300°C的环境内进行安装。此时，通过对正面金属构 件12的焊垫12p以及供电部12q相对于绝缘基体11的安装面IlA所占的面积、与背面金 属构件14相对于绝缘基体11的背面IlB所占的面积之差进行调整，以控制基板111的翘 曲。即，根据以接合于绝缘基体11的表面的正面金属构件12以及接合于背面IlB的背面 金属构件14各自的面积与厚度为基础而换算的体积(volume)差，来抑制绝缘基体11的翘 曲。正面金属构件12形成为由焊垫12p及供电部12q所构成的图案，因此面积小于背面金 属构件14。如果正面金属构件12与背面金属构件14的厚度相同，则可预测基板111将以 绝缘基体11的安装面IlA侧变凸而背面IlB侧变凹的方式发生翘曲。因此，使背面金属构 件14的厚度薄于正面金属构件12的厚度。当未相对于正面金属构件12而调整背面金属构件14的厚度时，基板111有可能 会发生无法允许的翘曲，直至安装LED芯片131的工序为止。一旦基板111发生翘曲，将难 以适当管理芯片焊接材料17的厚度。如果芯片焊接材料17的厚度为非均质，则LED芯片 131可能会安装不良。安装不够充分的LED芯片131使LED芯片131点灯的期间产生的热 经由芯片焊接材料17而散发至焊垫12p的能力将下降。于是，LED芯片131的发光性能下 降，寿命也缩短。如果在LED芯片131点灯的期间发生翘曲，应紧贴散热构件的基板111的中央部 可能会远离散热构件。从散热构件剥离的部分的热传递作用降低，形成所谓的过热点(heat spot)。形成有过热点的部分的LED芯片131的发光性能将下降，且寿命缩短。第5实施方式的发光装置10通过使背面金属构件14的厚度薄于正面金属构件12的焊垫12p以及供 电部12q的厚度，从而将在基板111上安装LED芯片131之前以及使LED芯片131点灯的 期间的基板111的翘曲抑制为较小。发光装置10的基板111发生超过允许量的翘曲的故 障得以削减，因此发光装置10的品质提高。照明器具100具备背面金属构件14的厚度比正面金属构件12的焊垫12p以及供 电部12q的厚度更薄的发光装置10，因此在照明器具100点灯的期间，因形成于绝缘基体 11的表面与背面的金属构件的体积比而导致绝缘基体11的安装面IlA侧变凸而背面IlB 侧变凹的翘曲发生的情况得以抑制。而且，通过抑制基板111发生翘曲，基板111的中央部 将难以从散热构件剥离，因此不会在基板111上形成过热点。如图14以及图15所示，各LED芯片131的元件电极131c与焊垫12p以及供电部 12q是通过接合线W而电性连接。此时，其中一极的元件电极131c通过接合线W而连接于 安装有该LED芯片131的焊垫12p，另一极的元件电极131c通过接合线W而连接于与安装 有LED芯片131的焊垫12p邻接的另一焊垫12p。经由接合线W及焊垫12p而连接的LED 芯片131彼此串联连接。位于串联连接的LED芯片列的一端的LED芯片131的元件电极131c通过接合线 W而连接于与安装有该LED芯片131的焊垫12p邻接的供电部12q，安装有位于LED芯片列 的另一端的LED芯片131的焊垫12p通过接合线W而连接于另一个供电部12q。多个LED 芯片列在位于该列所延伸的方向的两侧的供电部12q之间并联连接着。如图11以及图14所示，发光装置10具有包围焊垫12p以及供电部12q的一部分 而配置的框构件16。框构件16具有在其内侧容纳安装于焊垫12p的各LED芯片131以及 对各LED芯片131进行连接的接合线W的高度，且该框构件16粘合于基板111的安装面 IlA 上。LED芯片131以及接合线W利用填充至由框构件16所围成的内侧的密封构件18 而进行埋设。密封构件18是透明树脂制，在第5实施方式中是透明的硅酮树脂制，且在内 部含有荧光体。荧光体在受到LED芯片131所放射的蓝色光的一部分的激发时放射出特定 颜色的光。第5实施方式的情况下，在密封构件18中，以预先设定的添加比而揉入有相对 于LED芯片131放射的蓝色光而激发放射黄色光的黄色荧光体、激发放射红色光的红色荧 光体或者激发放射绿色光的绿色荧光体。以上结构的发光装置10如图9所示被安装于照明器具100的被安装构件3。如图 9以及图10所示，被安装构件3具备构成壳体的散热片31及受热部35。当适用于图7所 示的照明器具100以外时，被安装构件3也可以是金属制的壳体。在照明器具100中，将照 明用的光所放射的一侧定义为“正面”或“前”，将其相反侧定义为“背面”或“后”。散热片31是铝制的压铸件，且如图9以及图10所示，一体地具有多个垂直安装在 大致圆板状的底座32的背面的散热鳍片(fin)33。各散热鳍片33彼此平行。受热部35是具有与底座32的厚度为同程度的厚度的长方体。该受热部35是与 散热片31为不同体，且相对于底座32而安装在与散热鳍片33为相反侧的正面。受热部35 如图9所示接触底座32的正面，并通过从散热鳍片33侧插入至底座32的多个螺丝等的连 结件34而连结于散热片31。受热部35也可以与底座32 —体成形。固定在底座32上的受热部35通过底座32的中心而沿该底座32的径向延伸，且
19与散热鳍片33平行地设置。如图10所示，对应于安装受热部35的位置而具有连结件34 所穿通的连结孔32a。发光装置10被固定在相对于底座32的正面而垂直地配置受热面3 的受热部35 上。这些发光装置10将背面金属构件14朝向受热面35b，并如图10所示，将导热片材36 插入背面金属构件14与受热面3 之间而固定。各发光装置10利用穿过固定部14C的螺 丝穿通孔14D而安装在受热部35上的螺丝来固定。如图10所示，受热部35在各个受热面3 上具有隐藏槽35a。供电端子12r配 置在与该隐藏槽3 吻合的位置上。连接于供电端子12r的绝缘包覆电线被配设于隐藏槽 35a内。导热片材36是导热性优异的软质的硅酮树脂制。即使基板111因温度变化而稍许 翘曲，由于导热片材36扁平，因而该导热片材36将无间隙地接触受热面3 与基板111的 背面金属构件14这两者。由于插入有导热片材36，因此发光装置10所产生的热将在传递 损失较少的情况下从背面金属构件14传递至受热面35b。螺固于被安装构件3的受热部35上的发光装置10的基板111是DCB基板，其具 备直接接合于陶瓷制的绝缘基体11的背面IlB的背面金属构件14。该金属构件14使用 200 μ m 500 μ m的厚度的铜片材。与背面金属构件14 一体地形成的固定部14C具有将 基板111螺固于受热部35时所需的充分的强度。固定部14C是在绝缘基体11的周部更外 侧延伸的背面金属构件14的一部分。即，并不使螺丝穿过陶瓷制的绝缘基体11，而将螺丝 安装于固定部14C的螺丝穿通孔14D，由此能够将发光装置10的基板111安装于受热部35 上。形成有螺丝穿通孔14D来作为螺丝穿通部的固定部14C是与成为DCB基板的基板 111的背面金属构件14为一体。因此，不增加零件个数便能够螺固基板111。而且，用于将 发光装置10的基板111固定于受热部35的螺丝并不穿过陶瓷制的绝缘基体11，因此即使 螺丝的紧固扭矩稍许过剩，绝缘基体11也不容易发生破损。如图7 图10所示，凹面反射镜4是由以铝制作的一对凹面镜构件41构成。各 凹面镜构件41的反射面如图9所示形成为抛物面，并且对镜面进行了精加工。凹面镜构件 41如图10所示，具有位于光出射侧的半圆弧状的缘41a及位于散热片31的底座32侧的 座部41b。座部41b形成为沿着底座32的平坦状，且具有切口 41c。凹面镜构件41如图9 所示，使座部41b接触散热片31的底座32的正面，并通过以覆盖切口 41c的方式而安装在 底座32的固定孔32c内的螺丝42，而固定于底座32。用于将凹面镜构件41固定于底座32 的螺丝42是在底座32上安装受热部35之前，安装于固定孔32c内。固定于散热片31的正面侧的一对凹面镜构件41在受热部35的两侧面向发光装 置10，并以该受热部35为边界而呈面对称地配置着。成为发光装置10的发光部的、加入有 荧光体的密封构件18是与由凹面镜构件41的抛物面所构成的反射面相向。发光装置10 如图15所示，以发光装置10的发光部的中心部P位于凹面镜构件41的焦点处的方式而配 置着。从照明器具100所放射的光束的中心沿半径方向远离的受热部35的端部，从正面 侧利用螺钉而固定有压镜件45。压镜件45 —体地具有抵接于受热部35的安装片部45a以 及沿着反射面而弯折的塞片部45b。一对凹面镜构件41由于之间插入有受热部35而使反 射面相应地隔开。当安装片部4 螺固于受热部35时，塞片部45b以堵塞凹面镜构件41之间的间隙的方式而配置着。由此，如图7以及图8所示，凹面镜构件41的缘41a与塞片 部45b的前端缘45c形成近似为圆形的形状。兼作凹面反射镜4的外罩的镜支撑构件5如图9以及图10所示，由圆筒形的基部 5a及从其一端呈喇叭(horn)状扩展的支承部恥构成。支承部恥是直径大于基部fe的 锥形状，且如图8所示，从正面侧观察时呈圆形。镜支撑构件5使基部如碰抵底座32的正 面，且使支承部恥接触凹面反射镜4的外周部背面，从而被保持在底座32与凹面反射镜4 的周部之间。镜支撑构件5从背侧来支撑凹面反射镜4。镜支撑构件5预先配置于底座32的正面侧之后，由固定在底座32上的凹面镜构 件41来予以保持。镜支撑构件5的支承部恥上形成的开口缘5c位于凹面镜构件41的缘 41a以及压镜件45的前端缘45c更前侧，即，位于光出射侧。如图9所示，凹面反射镜4以 及压镜件45被收纳在镜支撑构件5内。图7以及图10所示的电缆孔5d是为了使连接于 供电端子12r的绝缘包覆电线穿过而设置。当对该照明器具100进行点灯时，发光装置10的各LED芯片131发光。加入有荧 光体的密封构件18受到LED芯片131的光的激发而发出白色光。密封构件18所放射的光 被与该发光部相向的凹面镜构件41所反射，朝向照明器具100的光放射方向而出射。被该 一对凹面镜构件41所反射的光的投射图案为大致圆形，且这些图案在相对于成为聚光灯 的照明器具100而足够远的照射对象上大致吻合。发光装置10的基板111的温度随着照明器具100的点灯与熄灯而变化。照明器 具100点灯的期间，由于各LED芯片131所产生的热，基板111以及受热部35的温度上升。 此时，受热部35的热膨胀较基板111的陶瓷制的绝缘基体11的热膨胀更大。基板111因 该热膨胀差而按压至受热部35的受热面35b，朝向远离受热面35b的方向而发生凸变形。 而且，直接接合于绝缘基体11的背面IlB的铜制的背面金属构件14的热膨胀较陶瓷制的 绝缘基体11的热膨胀更大。因此，基板111因该热膨胀差而朝向远离受热部35的受热面 35b的方向发生凸变形。第5实施方式的照明器具100的发光装置10并不使螺丝穿过绝缘基体11，而是使 螺丝穿过背面金属构件14上所设的固定部14C的螺丝穿通孔14D，从而将基板111固定于 受热部35。由于陶瓷制的绝缘基体11上未承受负载，因此绝缘基体11不会因螺固部而发 生破损。以图15所示的第5实施方式的发光装置10的1/4部分作为模型(model)，对制 造DCB基板时产生的翘曲量进行模拟(simulation)。陶瓷制的绝缘基体11的物性值是 设为，杨氏模量354000 [MPa]、泊松比(Poissonratio) 0. 26、线膨胀系数7. 09 X 10-6、导热 率0. 024[ff/mm · °C ]。而且，均为铜制的正面金属构件12以及背面金属构件14的物性值 是设为，杨氏模量130000 [Mpa]、泊松比0. 343、线膨胀系数17. 7父10_6、导热率0. 398 [W/ mm · °C ] ο而且，对绝缘基体11的厚度设为固定的0. 25mm，而使正面金属构件12以及背面金 属构件14的厚度分别变化的6个模型进行测试。作为制造工序的温度条件，假定温度从室 温25°C变化至模拟共晶接合工艺(process)的300°C为止的情况，相对于基板111的中心， 对基板111整体的变形量进行数值分析。根据分析结果，将正面金属构件12的体积相对于背面金属构件14的体积的比率与基板111的总变形量之间的关系示于图16。根据该图16可知的是，在体积比为0. 7以上 且1.07以下的范围内，体积比越接近1.00，基板111的翘曲越小。如果将该体积比换算成 背面金属构件14相对于正面金属构件12的体积，则体积比为93% 140%的范围，可将基 板的翘曲量控制在允许范围内。在第1实施方式的发光装置10的基板的翘曲量相对于正面金属构件12与背面金 属构件14的体积比的关系中，已知的是，只要在背面金属构件相对于正面金属构件12的体 积比为50%至100%的范围内来调整背面金属构件14的厚度与表面积，便可将基板的翘曲 量控制在允许范围内。此时，体积比越接近100%，基板的翘曲越少。立足于第1实施方式的结果以及第5实施方式的模拟的结果，可以这么说即使正 面金属构件的焊垫或供电部的图案有所不同，基板翘曲的量也几乎无变化。在背面金属构 件相对于正面金属构件的体积比为50% 140%的范围内，可将基板的翘曲量控制在允许 范围内。此时，如果体积比处于100%附近，则基板的翘曲量少。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更 动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明 的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方 案的范围内。
权利要求
1.一种发光装置，其特征在于包括 陶瓷制的绝缘基体；正面金属构件，分割且配置于所述绝缘基体的表面； 半导体发光元件，安装于所述正面金属构件上；以及背面金属构件，设于所述绝缘基体的背面，薄于所述正面金属构件的厚度，且相对于所 述正面金属构件的体积比为50%以上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述背面金属构件的面积大于所述正面金属构件的面积。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述正面金属构件包括有在所述绝缘基体的外周部呈长条状设置的带状部分。
4.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述正面金属构件具备以所设定的图案而排列的焊垫以及电性连接于所述半导体发 光元件以供给电力的供电部，所述背面金属构件具备从所述绝缘基体的周部突出的固定部以及形成于所述固定部 的螺丝穿通部。
5.一种照明器具，其特征在于包括至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的发光 装置来作为光源。
全文摘要
本发明提供一种陶瓷制的基板难以因热而发生翘曲的发光装置。发光装置(10)具备绝缘基体(11)、正面金属构件(12)、半导体发光元件(13)以及背面金属构件(14)。绝缘基体为陶瓷制。正面金属构件(12)分割且配置于绝缘基体(11)的表面(安装面(11A))。半导体发光元件(13)安装于正面金属构件(12)上。背面金属构件(14)设于绝缘基体(11)的背面(11B)并薄于正面金属构件(12)的厚度，且相对于正面金属构件(14)的体积比为50％以上。
文档编号F21Y101/02GK102074558SQ20101051880
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月21日
发明者别田惣彦, 小川光三, 松田周平, 柴野信雄, 西村洁 申请人:东芝照明技术株式会社