CN101431140A - 导热性导电糊剂、用其形成的发光二极管基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够更容易地形成用于发光二极管的高辉度化的反射部，另外还可以解决发热问题的发光二极管基板、其制造方法及能够用于该方法的糊剂材料。解决手段是在基板上印刷含有热固性树脂、固化剂和导热性填料而成的导热性导电糊剂，使其在该基板上固化而形成作为光线反射部的突出部，优选在该固化了的糊剂表面上通过电解镀敷实施Ag镀敷或Ni镀敷，从而形成反射部。
Description
技术领域
本发明涉及用于形成以发光二极管的高辉度化为目的的光线反射部(以下也简称为反射部)的导热性导电糊剂，涉及用其形成的发光二极管基板及其制造方法。
更具体来说，涉及能够使用具有导热性、导电性、可进行丝网印刷的糊剂，形成以发光二极管的高辉度化的反射部，而且还可使用该糊剂解决发热、导电连接的发光二极管基板、其制造方法及能够实现该工艺的导热性导电糊剂。
背景技术
以往在以发光二极管的高辉度化作为目的而使用反射板时，为了形成该反射部，通常如日本特开平9-81055号公报中所述使用例如聚碳酸酯之类的耐热性工程塑料作为材料，通过注射成型、熔融成型、挤出成型等形成具有规定形状的反射构件，实施非电解镀Ni(镍)，然后进行镀敷Ag(银)处理，再用粘结剂将其粘接在规定的发光二极管基板上，从而形成反射部。
但是，上述那样的方法，形成反射部之前需要多个步骤的工序，存在着费时和成本高的问题。
另外，为了提高发光二极光的辉度，需要提高输入的电能，此时的发热成为问题。
[专利文献1]特开平9-81055号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况做出的，目的在于提供能够以低成本及容易地形成用于发光二极管的高辉度化的反射部的发光二极管基板及其制造方法，以及可用于该方法的导热性导电糊剂。另外还以提供提高输入电能时的发热解决方案。
本发明的导热性导电糊剂是含有热固性树脂和固化剂和导热性填料的导热性导电糊剂(以下也简称为糊剂)，为了解决上述课题，将其印刷在基板上，在该基板上固化，形成作为光线反射部的突出部的材料。
在上述中，作为导热性填料，可以使用选自银粉、铜粉及包敷银的铜粉中的一种或两种以上的金属粉。
糊剂固化后的导热系数优选为5～50W/m·K的范围内。
另外，固化后的体积电阻率优选为5×10-3Ω·cm以下。
糊剂的粘度，使用BH型粘度计的No.7转子，在10rpm下测定的粘度优选为1000～8000dPa·s的范围内。
另外，使用BH型粘度计的No.7转子，作为在2rpm下测定的粘度和在20rpm下测定的粘度之比的触变比(2rpm下的粘度/20rpm下的粘度)优选为3～7的范围内。
优选本发明的糊剂可以通过电解镀敷在固化物的表面上实施Ag镀敷或Ni镀敷。
本发明的发光二极管基板的制造方法是使用丝网印刷法在树脂基板或陶瓷基板上印刷上述本发明的导热性导电糊剂，通过加热使印刷了的导热性导电糊剂固化，利用该固化物形成光线反射部。
在上述制造方法中，优选通过电解镀敷在固化的导热性导电糊剂表面上实施Ag镀敷或Ni镀敷，从而形成光线反射部。
通过使用上述丝网印刷法而印刷了的导热性导电糊剂，还可以进行通孔的导电连接。
另外，通过使用上述丝网印刷法而印刷了的导热性导电糊剂，还可以进行导热通路的形成。
本发明的发光二极管基板通过上述的任一制造方法进行制造。
根据本发明，通过丝网印刷工艺在发光二极管基板上印刷导热性导电糊剂，可以以低成本和容易地形成反射部，并且可以提供还具有优异的放热性及导电连接的发光二极管基板。
附图说明
图1是表示用导热性导电糊剂形成的发光二极管基板的反射部的例子的放大模式图，(a)表示平面图，(b)表示(a)的A-A线处的断面图。
图2表示形成其它反射部的例子的平面图。
图3是更具体地显示用导热性导电糊剂形成了反射部的发光二极管基板的例子的断面图。
符号说明
1、4......反射部(糊剂)
2、5......发光二极管芯片
3、6......有机或陶瓷基板
10、20、30......反射部(糊剂)
11、21......导热通路(糊剂)
12、22、32......发光二极管芯片
13、23、33......导线
14、24......Al或Cu基板
15、25......玻璃环氧基板
16、26、36......铜箔敷(铜镀敷)
17、27......盖镀敷(铜镀敷)
18、28、38......Ag或Ni镀敷
19、29、39......抗蚀剂
34......陶瓷基板
具体实施方式
在本发明中，使用具有导电性和导热性的糊剂材料，通过丝网印刷法在基材上进行直接印刷、进行加热固化，对得到的固化物进行银镀敷处理等从而形成反射部。
此时，也可以根据需要在基板的通孔中填充上述糊剂，由此形成导电连接及导热通路。
予以说明的是，本发明中所述的光线反射部是指突出于基板表面的突起部(凸起)，只要能够反射设置于基板上的发光二极管的光即可。但是，为了提高反射效率，优选朝向发光二极管的面具有大面积的形状，例如适宜使用后述那种包围发光二极管的环状。另外，其表面形状可以是平面、曲面，也可以是具有凹凸的形状。
本发明的导热性导电糊剂至少含有热固性树脂、固化剂和导热性填料作为必须成分。
作为热固性树脂，可混合选自环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、三聚氰胺树脂、丙烯酸酯树脂、有机硅树脂中的1种树脂或2种以上树脂来适当地使用。其中，从耐热性、密合性的方面考虑，优选环氧树脂。
作为金属填料，可以使用银粉、铜粉、包敷银的铜粉、镍粉等的金属粉。其中优选银粉、铜粉、包敷银的铜粉。
金属填料的形状没有特别限制，可例示树枝状、球状、鳞片状等。另外，粒径优选为1～50μm，更优选为2～15μm。金属填料可以仅使用1种，也可以混合使用2种以上。
上述金属填料，相对于热固性树脂100份配混400～1300份，更优选配混500～1000份。不足400份时，导热系数低，如果超过1300份，则有时因增粘而导致作业性降低。
作为本发明中使用的环氧树脂的固化剂，优选使用咪唑类固化剂。
作为咪唑类固化剂的例子，可以列举咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、2-苯基咪唑、2，4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪。
咪唑类固化剂，相对于环氧类树脂100重量份，优选配混1.5～40重量份，更优选配混3～20重量份。添加份数少于1.5重量份时，固化变得不充分，如果超过40重量份，则随时间变化的增粘的程度变大，导致印刷性降低。另外，糊剂在贮存中增粘，作业性恶化。
本发明的导热性导电糊剂的粘度优选为1000～8000dPa·s的范围。如果粘度低于1000dPa·s，则发生印刷后糊剂渗出、流挂问题。另外，如果粘度超过8000dPa·s，则丝网印刷变得困难。予以说明的是，本说明书中的糊剂粘度是指利用BH型粘度计，使用No.7转子的在25℃，10rpm下的测定值。
本发明的导热性导电糊剂的触变比优选为3～8的范围。如果触变比小于3，则发生印刷后糊剂渗出、流挂问题。另外，触变比高于8时，印刷变得困难。予以说明的是，本说明书中的糊剂的触变比是利用BH型粘度计，使用No.7转子在25℃，2rpm下的测定值除以20rpm下的测定值后得到的值。
以下，对于在发光二极管基板上的反射部、导热通路及导电连接的形成方法进行说明。
在本发明中，使用上述所示的导热性导电糊剂，通过丝网印刷在陶瓷或有机基板上将糊剂印刷成例如图1或图2那样的形状，使其固化，制成发光二极管用的反射部。印刷时使用被制成能够印刷出这些形状的丝网版。
即，图1是表示用导热性导电糊剂形成反射部的一个例子的放大模式图，(a)表示平面图，(b)表示(a)中A-A线处的断面图。符号1表示用导热性导电糊剂形成的反射部，符号2表示发光二极管，符号3表示有机或陶瓷基板。如这些图中所示，通过将导热性导电糊剂围绕发光二极管2印刷成环形、形成包围发光二极管2的壁面，可以容易地得到反射效率极高的反射部1。
图2是表示形成反射部的其它例子的平面图。符号4表示导热性导电糊剂(反射部)，符号5表示发光二极管，符号6表示有机或陶瓷基板。本图表示了将糊剂印刷成对向壁状的例子，由于反射面不连续，因此与图1的情况相比，反射效率差，但即使这种形状在实用上也能得到充分地反射。
将印刷了的糊剂用烘箱等进行加热固化，得到糊剂固化物。固化条件因使用的树脂、固化剂而不同，但通常优选在120～200℃下30分钟～120分钟左右。
糊剂固化后，为了提高反射效率，优选直接、采用电解镀敷进行镀敷银或镍镀敷。即，本发明的糊剂可以提高导电性，通过提高导电性，可以直接、采用电解镀敷实施银镀敷。
图3(a)～(c)是更具体地表示用导热性导电糊剂进行反射部形成的发光二极管基板的断面图。这些图与图1同样显示用导热性导电糊剂形成环状反射部分的例子。
在这些图中，符号10、20、30表示用糊剂形成的反射部(凸起)，符号11、21表示填充糊剂而形成的导热通路，符号12、22、32表示发光二极管芯片，符号13、23、33表示导线，符号14、24表示Al或Cu基板，15、25表示玻璃环氧基板，符号16、26、36表示铜箔层(铜镀敷)，符号17、27表示盖镀敷(铜镀敷)，符号18、28、38表示Ag或Ni镀敷，符号19、29、39表示用于包埋凹凸的环氧树脂类等的抗蚀剂，符号34表示陶瓷基板。
在任一图所示的例子中，均在发光二极管芯片的周围，形成导热性导电糊剂的环状反射部。图是左右对称的，省略符号部分是指与对称部分相同的部分。
在图3(a)所示的例子中，发光二极管芯片12的下面形成了用于放热的导热通路(通热孔)11，在图3(b)所示的例子中，发光二极管芯片22的下面及反射部28的下面形成了导热通路21，另外，在图3(c)所示的例子中，表示在形成反射部的同时形成通孔的情况。即，根据发光二极管基板的需要，在形成反射部的同时，可适宜进行这种导热通路形成和/或通孔的导电连接。
发光二极管基板的制造方法没有特别限制，以图3(c)的情况为例，可以通过以下方法进行制造。
首先，在氧化铝等的陶瓷基板34的两面上通过铜镀敷而设置了铜箔层36规定位置上进行贯通孔及图案的形成。然后涂布环氧树脂类等的抗蚀剂39，在规定条件下使其固化。接着，使用筛网或金属丝网印刷糊剂，利用该糊剂同时进行贯通孔的填充和规定形状的反射部(凸起)30的形成。然后用烘箱等例如在160℃下进行60分钟左右的加热处理，使印刷了的糊剂固化。
然后，使用研磨机等，对背面(未形成反射部的面)的其余部分的糊剂表层进行研磨制成铜箔36。再通过电解或非电解镀在铜箔36表层及反射部30表层实施Ag或Ni镀敷38，同时进行基板表面背面的电连接和Ag或Ni镀敷了的反射部的形成，安装发光二极管芯片32，配置导线33，由此得到图3(c)所示的发光二极管基板。
图3(a)及(b)的基板也可以按这种方式进行制造。
即，对于图3(a)的基板，在一面上设置了铜箔层16的玻璃环氧基板15上，预先形成作为发光二极管芯片12下的导热通路11的开口部，将其与Al或Cu基板14贴合，在上述开口部中填充糊剂，使之固化，进行研磨而进行表面修整。接着在填充了该糊剂的导热通路11上施加盖镀敷17后，进行图案形成，形成抗蚀剂19。然后与上述一样，印刷形成反射部10，使其固化，通过电解或非电解镀在该反射部10上实施Ag或Ni镀敷18，安装发光二极管芯片12。
另外，对于图3(b)的基板，在一面上设置了铜箔层26的玻璃环氧基板25上，分别预先形成作为发光二极管芯片22下及反射部20下的导热通路21的开口部，将其与Al或Cu基板24贴合，在上述开口部中填充糊剂，使之固化，进行研磨而进行表面修整。接着在填充了该糊剂的导热通路21上施加盖镀敷27，进行图案形成，形成抗蚀剂29。然后，印刷形成反射部20从而覆盖实施了盖镀敷27的导热通路21，使其固化，通过电解或非电解镀在该反射部20上实施Ag或Ni镀敷28，安装发光二极管芯片22。
实施例
以下示出本发明的实施例，但本发明并不受以下实施例的限定。
[实施例、比较例]
将表1所示环氧树脂、固化剂、包敷银的铜粉分别按该表中所示比率(重量比)进行混合，制备导热性导电糊剂。予以说明的是，各成分的详情如下。
环氧树脂：环氧树脂EP-4901E(旭电化工业株式会社制)80重量％、ED
-529(旭电化工业株式会社制)20重量％
固化剂：2-乙基咪唑(四国化成工业株式会社)
包敷银的铜粉A：平均粒径15μm，球状粉末，包敷银量10wt％
包敷银的铜粉B：平均粒径10μm，球状粉末，包敷银量10wt％
包敷银的铜粉C：平均粒径3μm，球状粉末，包敷银量10wt％
对于上述导热性导电糊剂，研究粘度、触变比、体积变化率、导热系数、印刷性及反射部形成性。结果一并记于表1中。试验方法及测定方法如下。
粘度使用BH型粘度计，No.7转子(10rpm)，在25℃下进行测定。
触变比是在25℃下利用BH型粘度计，使用No.7转子，求出2rpm下的测定值及20rpm下的测定值，用后者除前者得到。
体积电阻率：使用长6cm，宽1mm，厚1mm的图案的金属版，在厚度为1.0mm的玻璃环氧树脂上对糊剂进行丝网印刷，在160℃下加热固化60分钟而求出。
导热系数：将在160℃下固化60分钟而形成的糊剂固化物加工成1cmΦ、厚度1mm，用激光闪光法求出。
印刷性是使用金属版对设置于1mm板厚的基材上的孔径为300μm的孔进行填埋孔印刷，研究糊剂的填充性，以糊剂完全填充了孔时为○，以不能完全填充时为×。
反射部形成性是用金属版在板厚为1mm的基板上进行凹凸印刷(bumpprint)，加热固化后以能够形成凹凸高为40μm以上且倾角为45°±15°的凹凸起时为○，以不能形成时为×。
表1
| No. | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 比较例 |
| 环氧树脂 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 固化剂 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 包敷银的铜粉A | - | - | - | 800 | - | - |
| 包敷银的铜粉B | 400 | 800 | 1300 | - | - | - |
| 包敷银的铜粉C | - | - | - | - | 800 | - |
| 糊剂粘度(dPa·s) | 400 | 1000 | 4000 | 800 | 1500 | 20 |
| 触变比 | 4 | 5 | 7 | 3 | 8 | 2 |
| 体积电阻率(Ω·cm) | 3.0E-03 | 5.0E-05 | 3.0E-05 | 7.0E-05 | 3.0E-05 | 1.0E+13 |
| 导热系数(W/m·K) | 5 | 11 | 24 | 10 | 14 | 0.1 |
| 印刷性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × |
| 反射板形成性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × |
Claims (12)
1、导热性导电糊剂，其特征在于，含有热固性树脂、固化剂和导热性填料，其被印刷于基板上，在上述基板上固化，该固化物形成作为光线反射部的突出部。
2、权利要求1所述的导热性导电糊剂，其特征在于，上述导热性填料是选自银粉、铜粉及包敷银的铜粉中的一种或两种以上的金属粉。
3、权利要求1或2所述的导热性导电糊剂，其特征在于，固化后的导热系数为5～50W/m·K的范围内。
4、权利要求1～3中任一项所述的导热性导电糊剂，其特征在于，固化后的体积电阻率为5×10-3Ω·cm以下。
5、权利要求1～4中任一项所述的导热性导电糊剂，其特征在于，使用BH型粘度计的No.7转子，在10rpm下测定的粘度为1000～8000dPa·s的范围内。
6、权利要求1～5中任一项所述的导热性导电糊剂，其特征在于，使用BH型粘度计的No.7转子，作为在2rpm下测定的粘度和在20rpm下测定的粘度之比(2rpm下的粘度/20rpm下的粘度)的触变比为3～7的范围内。
7、权利要求1～6中任一项所述的导热性导电糊剂，其特征在于，可以通过电解镀敷在固化物的表面上实施Ag镀敷或Ni镀敷。
8、发光二极管基板的制造方法，其特征在于，用丝网印刷法在树脂基板或陶瓷基板上印刷权利要求1～7中任一项所述的导热性导电糊剂，通过加热使印刷了的导热性导电糊剂固化，由该固化物形成光线反射部。
9、权利要求8所述的发光二极管基板的制造方法，其特征在于，通过电解镀敷在固化了的导热性导电糊剂的表面上实施Ag镀敷或Ni镀敷，由此形成上述光线反射部。
10、权利要求8或9所述的发光二极管基板的制造方法，其特征在于，还通过使用上述丝网印刷法而印刷了的导热性导电糊剂，进行通孔的导电连接。
11、权利要求8～10中任一项所述的发光二极管基板的制造方法，其特征在于，还通过使用上述丝网印刷法而印刷了的导热性导电糊剂进行导热通路的形成。
12、通过权利要求8～11中任一项所述的制造方法制造的发光二极管基板。
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