CN105874619B - 发光装置用基板、发光装置及发光装置用基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板。发光装置用基板(20)具备:形成在金属基体(2)的一侧的面上且具有导热性的第1绝缘层(11)、形成在第1绝缘层(11)之上的布线图案(3)、以及使布线图案(3)的一部分露出地形成在第1绝缘层(11)之上以及布线图案(3)的一部分之上且具有光反射性的第2绝缘层(12),第1绝缘层(11)是由通过喷镀而形成的陶瓷构成的层。

Description

发光装置用基板、发光装置及发光装置用基板的制造方法
技术领域
本发明涉及发光装置用基板、利用了该发光装置用基板的发光装置、和制造该发光装置用基板的制造方法。尤其是涉及兼备高绝缘耐压性和散热性的发光装置用基板。
背景技术
作为发光装置用基板需要基本具备的性能,能够列举高反射率、高散热性、绝缘耐压和长期可靠性。尤其是,对于用于高亮度照明的发光装置用基板,需要高绝缘耐压性。
以往,作为发光装置用基板,已知有陶瓷基板、或在金属基体上设置了有机抗蚀剂层来作为绝缘层的基板的发光装置等。以下,以陶瓷基板和利用了金属基体的基板的各自的问题点为中心来进行说明。
(陶瓷基板)
例如,陶瓷基板是在板状的陶瓷基板上形成电极图案来制作的。伴随着发光装置的高输出化趋势,排列多个发光元件来追求明亮度的提高,结果陶瓷基板逐年走向大型化。
具体而言,例如在被分类为中型尺寸大小的一个基板上排列尺寸为650μm×650μm程度或其左右的面朝上型(活性层位于远离安装面的位置)蓝色LED元件来实现接通功率为30W时所使用的一般的LED发光装置的情况下,需要100个程度的LED元件。作为排列该数目的LED元件的陶瓷基板,例如有利用了平面尺寸大小为20mm×20mm以上且厚度为1mm程度的陶瓷基板。
此外,在要实现接通功率为100W以上的更加明亮的LED照明用发光装置的情况下,作为这种以基板的大型化为基本的技术开发的结果,需要能够一次性搭载400个以上的LED元件的、至少平面尺寸大小为40mm×40mm以上的更大型的陶瓷基板。
然而,根据上述那样的陶瓷基板的大型化的要求,即便使陶瓷基板大型化并在商业上实现,由于基板的强度、制造精度和制造成本这三个课题,也难以在商业上实现。
陶瓷材料由于基本上是烧制物,因此若进行大型化,则会在基板强度上产生问题。若为了克服该问题而加厚基板,则热阻会变高(散热性变差),同时会产生基板的材料成本也上升的新的问题。此外,若使陶瓷基板大型化,则不仅是基板的外形尺寸,连形成在基板上的电极图案的尺寸也容易出现偏差,其结果存在容易导致制造成品率下降、基板的制造成本上升的问题。
与这种基板的大型化相伴的问题的同时,发光元件的搭载数的增加也是问题。例如,在上述发光装置中,每一基板上安装的发光元件的数目非常多,达400个以上,成为制造成品率下降的一个原因。
此外,在面朝上型发光元件中,由于活性层位于远离发光装置用基板的发光元件安装面的一侧,因此至活性层的热阻高,活性层温度易于上升。在每一基板的发光元件集成数多的高输出发光装置中,成为基底的基板温度也高,发光元件的活性层温度将其包含在内而变得更高,发光元件的寿命下降显著。
(利用了金属基体的基板)
另一方面,在克服这种陶瓷基板中的上述问题点的目的下,作为高输出发光装置用基板,有时会使用导热性高的金属基体。在此,为了在金属基体上搭载发光元件,也为了形成电极图案,必需在金属基体上设置绝缘层。
在发光装置用基板中,对于以往作为绝缘层使用的材料,可列举有机抗蚀剂。
除此之外,为了在高输出发光装置用基板中提高光利用效率,上述绝缘层需要具有高光反射性。
然而,在发光装置用基板中利用以往作为绝缘层使用的有机抗蚀剂的情况下,无法获得充分的导热性、耐热性以及耐光性,此外,无法获得作为高输出发光装置用基板所需的绝缘耐压性。此外,为了提高光的利用效率,需要经由绝缘层来反射泄漏至金属基体侧的光,但在以往的将有机抗蚀剂用作绝缘层的构成中,无法获得充分的光反射性。
为此,提出在利用了金属基体的基板上利用陶瓷系涂料形成了绝缘体层的基板。
在这种金属基体表面上利用陶瓷系涂料而形成了兼作光反射层的绝缘体层的发光装置用基板中,能够实现反射率、耐热性、耐光性良好的发光装置用基板。
进而,在下述专利文献5中公开了如下技术,即,并非利用涂料,而是例如将由氧化铝等陶瓷构成的绝缘层通过等离子喷镀而形成于作为基底的金属基体上来制作光源用基板。如此通过等离子喷镀而形成了氧化铝的绝缘层的光源用基板,能够实现电绝缘耐压性优异的良好的光源用基板。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本公开专利公报“特昭59-149958号公报(1984年8月28日公开)”
专利文献2:日本公开专利公报“特开2012-102007号公报(2012年5月31日公开)”
专利文献3:日本公开专利公报“特开2012-69749号公报(2012年4月5日公开)”
专利文献4:日本公开专利公报“特开2006-332382号公报(2006年12月7日公开)”
专利文献5:日本公开专利公报“特开2007-317701号公报(2007年12月6日公开)”
发明内容
发明要解决的课题
然而,在金属基体表面上利用陶瓷系涂料而形成了兼作光反射层的绝缘体层的发光装置用基板的情况下,虽然反射率以及散热性优异,但却存在绝缘耐压性低的问题。例如,在要以该基板来实现接通功率为100W以上的明亮的LED照明用发光装置的情况下,不同于陶瓷基板,无法确保高亮度照明用途的发光装置用基板所需的高绝缘耐压性能。
这是基于以下所说明的理由而产生的。在需要明亮度的高亮度类型的照明中,一般将发光元件串联连接并使之以高的电压来进行发光。从防止短路以及安全性的观点出发,在这种照明装置中设备整体需要例如4~5kV以上的绝缘耐压性,对于发光装置用基板也需要同等的绝缘耐压性的情形较多。
在上述的具有容易导致制造成品率下降、基板的制造成本上升这一问题的陶瓷基板中,绝缘层较厚,容易获得与之相当的绝缘耐压性。与之相对,在金属基体表面上利用陶瓷系涂料而形成了兼作光反射层的绝缘体层的发光装置用基板的情况下,难以形成上述绝缘层,故难以稳定地重现绝缘性。若要为此而加厚上述兼作光反射层的绝缘耐压层的厚度来稳定地确保所需的高绝缘耐压性能,则这次热阻会变高,产生散热性下降的问题。
此外,上述专利文献5所公开的通过等离子喷镀而形成了氧化铝的绝缘层的光源用基板是电绝缘耐压性优异且散热性也良好的光源用基板,但纵使通过等离子喷镀而获得了最良好的氧化铝膜,其反射率最高也仅为82%-85%程度,难以实现高反射基板。因此,利用上述专利文献5所公开的方法而制造出的光源用基板,不适合作为90%以上进而95%以上的反射率为普遍的高亮度照明领域中所利用的发光装置用基板。
此外,由于通过等离子喷镀而形成的氧化铝的绝缘层的表面成为凹凸面,因此在通过等离子喷镀而形成的氧化铝的绝缘层上搭载了面朝上型的发光元件的情况下,发光元件与氧化铝层的热接触限于发光元件下表面与氧化铝层凸部的点接触,热阻变得非常高。如已经阐述的那样,在面朝上型发光元件中,由于活性层位于远离发光装置用基板的发光元件安装面的一侧,因此活性层温度容易上升。若这样在发光元件与氧化铝层之间存在高的热阻,则温度以与给发光元件的接通功率大致成比例的方式上升。因而,在给每一个发光元件的接通功率高的高输出发光装置中,发光元件的活性层温度迅速上升,发光元件的寿命将下降。这样在金属基体上通过等离子喷镀而形成了氧化铝的绝缘层的光源用基板,散热性较差。
此外,由于通过等离子喷镀而形成的氧化铝的绝缘层的表面为凹凸面,因此难以形成金属电极。例如在通过金属膏的印刷来形成基底电路图案并被镀膜进行覆盖以使得在陶瓷的平板上形成电极的情况下,在膏向凹凸面的印刷中将产生不良状况。在膏印刷中容易产生摩擦,成为镀膜的形成不良的原因。此外,印刷的边界受到凹凸面的影响而变得不鲜明,因此镀膜的成品变得不均匀。
如以上,在以往的将金属用作基体的发光装置用基板中,热阻低、散热性优异、且反射率和绝缘耐压性也优异的基板至少未以适合量产的形式存在。
本发明正是鉴于上述以往的问题点而提出的,其目的在于,提供兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板、利用了该发光装置用基板的发光装置、以及制造该发光装置用基板的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明的发光装置用基板具备由金属材料构成的基体,其特征在于,具备:第1绝缘层,形成在上述基体的一侧的面上,并且具有导热性;布线图案,形成在上述第1绝缘层之上;和第2绝缘层,使上述布线图案的一部分露出地形成在上述第1绝缘层之上以及上述布线图案的一部分之上,并且具有光反射性,上述第1绝缘层是由通过喷镀而形成的陶瓷构成的层。
为了解决上述课题,本发明的发光装置用基板的制造方法是具备由金属材料构成的基体的发光装置用基板的制造方法,其特征在于,包括:第1工序,在上述基体的一侧的面上形成具有导热性的第1绝缘层,在上述第1绝缘层上形成导电层;和第2工序,使上述导电层的一部分露出地在上述第1绝缘层之上以及上述导电层的一部分之上形成具有光反射性的第2绝缘层,在上述第1工序中通过喷镀来形成由陶瓷构成的上述第1绝缘层。
在以往的将一般的金属基体作为基底的发光装置用基板中,需要以比金属基体的熔点低的温度来进行烧结从而在金属基体上形成绝缘体层。因此,在除了钼、钽、钨等特殊的高熔点金属以外的金属中,难以获得高品质且致密的绝缘体层,因此为了确保期望的绝缘耐压性,在金属基体上形成了层厚比较厚的绝缘体层。在这种发光装置用基板上搭载了面朝上型的发光元件的情况下,热按照发光元件、层厚比较厚的绝缘体层、金属基体、进而搭载了发光装置用基板的散热用的散热器的顺序进行逸散,因此产生散热性受到层厚比较厚的绝缘体层阻碍而变差的问题。
在这种发光装置用基板上形成了发光元件搭载用的电极图案之后在电极端子上直接接合了倒装芯片型发光元件的电极焊盘的情况下,由于热按照发光元件、发光元件的电极、布线图案、层厚比较厚的绝缘体层、金属基体的顺序进行逸散,因此仍会产生散热性受到层厚比较厚的绝缘体层阻碍而变差的问题。
进而,一般而言,形成在绝缘体层上的布线图案由电极基底用的金属膏和镀覆层构成。在电极图案上搭载发光元件的倒装芯片型发光元件的情况下,电极图案不单单仅是供给电力的路径,如前所述,也相当于主要的散热路径。电极基底用的金属膏的导热率一般较低,成为热阻变高的一个原因。
此外,在将金属基体作为基底的以往的发光装置用基板中,若使用倒装芯片型的发光元件,则由于金属基体和发光元件的线膨胀系数的差异,将产生发光元件的寿命下降的问题。为了防止该问题的产生,还存在只有线膨胀率小的例如钼这样的昂贵的金属能用作金属基体的问题。
此外,为了制造将除了钼、钽、钨等特殊的高熔点金属之外的一般的金属基体作为基底的发光装置用基板,需要在金属基体上以比成为基体的金属的熔点充分低的温度来形成兼顾电绝缘性的确保和热阻的降低的优质的绝缘层,但在以往的发光装置用基板中,难以满足这些条件,故难以确保量产性。
另一方面,在本发明的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法中,在由金属材料构成的基体的一侧的面上形成了由通过喷镀而形成的陶瓷构成的第1绝缘层。通过陶瓷的喷镀而形成的第1绝缘层具有与由通过烧结而获得的陶瓷构成的绝缘层同等的绝缘性以及导热率。此外,通过陶瓷的喷镀而形成的第1绝缘层是高品质且致密的陶瓷层,因此能够以比较薄的层厚来实现期望的绝缘耐压性。
因此,由于第1绝缘层的层厚的薄厚度和通过喷镀而形成的第1绝缘层的导热率的高低度,在本发明的发光装置用基板中能够进一步降低基板的热阻,能够确保高亮度发光装置用基板所需的良好的散热性。
进而,通过在第1绝缘层上形成布线图案,从而不会使导热率低的高阻层介于上述第1绝缘层与上述布线图案之间,能够实现良好的散热性。
此外,在本发明的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法中,关于由于金属基体和发光元件的线膨胀系数的差异而使得发光元件的寿命下降的问题,作为发光元件与金属基体之间的中间层,使得通过喷镀而形成的高品质且致密的陶瓷所构成的第1绝缘层介于两者之间,从而例如线膨胀系数与由蓝宝石基板形成的发光元件接近的作为上述中间层的第1绝缘层将作为缓冲层来发挥功能,因此能够抑制因金属基体的膨胀收缩所引起的发光元件的寿命下降。此外,能够选择金属基体的种类的范围变宽。
另外,在本发明的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法中,由于通过陶瓷的喷镀而形成了第1绝缘层,因此即便是在由具有比陶瓷的烧结温度低的熔点的金属材料构成的基体上,也能够形成高品质且致密的第1绝缘层。因此,能够实现量产性也优异的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法。
此外,本发明的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法,由于形成了使布线图案的一部分露出地形成在第1绝缘层之上以及布线图案的一部分之上且具有光反射性的第2绝缘层,因此能够实现具有高反射率的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法。
进而,在本发明的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法中,由于第1绝缘层是由陶瓷构成的层,因此能够实现包括耐热/耐光性的长期可靠性高的发光装置用基板。
如以上,根据本发明的上述构成,能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板以及发光装置用基板的制造方法。
为了解决上述课题,本发明的发光装置的特征在于,具备:发光元件,与上述发光装置用基板中的从上述第2绝缘层露出的上述布线图案的端子部分进行电连接,上述布线图案与外部布线或者外部装置连接,上述发光装置形成有:框部,形成为包围上述发光装置用基板中的配置有上述发光元件的区域,并且由具有光反射性的树脂构成;和密封树脂,对被上述框部包围的区域进行密封。
在本发明的发光装置中,由于具备兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板,因此能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置。
发明效果
本发明的发光装置用基板、利用了该发光装置用基板的发光装置、以及制造该发光装置用基板的制造方法,能够提供兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、以及长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板、利用了该发光装置用基板的发光装置、以及制造该发光装置用基板的制造方法。
附图说明
图1是表示发光装置1的简要构成的俯视图。
图2是表示图1所示的发光装置1中所具备的发光装置用基板20的简要构成的剖视图。
图3是用于说明图1所示的发光装置1中所具备的发光装置用基板20的制造工序的图。
图4是用于说明图1所示的发光装置1中所具备的发光装置用基板20的制造工序的图。
图5是表示发光装置用基板20a的简要构成的剖视图。
图6是用于说明图5所示的发光装置用基板20a的制造工序的图。
图7是用于说明图5所示的发光装置用基板20a的制造工序的图。
图8是表示在金属基体2的侧面也形成有第1绝缘层11来作为保护膜的发光装置用基板的简要构成的剖视图。
图9是表示不仅在金属基体2的侧面而且在与形成有第1绝缘层11的面对置的面(金属基体2的背面)也形成有保护膜19的发光装置用基板的简要构成的剖视图。
图10是示意性地表示具备发光装置用基板20′的发光装置的截断面的图。
图11(a)是示意性地表示具备图2所图示的发光装置用基板20的发光装置的截断面的图,图11(b)是表示该发光装置中的热阻的估算结果的图。
图12(a)是示意性地表示比较例1的发光装置的截断面的图,图12(b)是表示该发光装置中的热阻的估算结果的图。
图13(a)是示意性地表示具备图10所图示的发光装置用基板20′的发光装置的截断面的图,图13(b)是表示该发光装置中的热阻的估算结果的图。
图14(a)是示意性地表示比较例2的发光装置的截断面的图,图14(b)是表示该发光装置中的热阻的估算结果的图。
图15(a)是示意性地表示比较例3的发光装置的截断面的图,图15(b)是表示该发光装置中的热阻的估算结果的图。
图16是表示图1所示的发光装置1中所具备的发光装置用基板20的变形例的简要构成的剖视图。
图17是示意性地表示图10所示的发光装置的变形例的截断面的图。
具体实施方式
以下,基于附图来详细说明本发明的实施方式。不过,该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等终究只是一实施方式,不应通过这些内容来解释限定本发明的范围。
若基于图1~图9来说明本发明的实施方式,则如下所述。
〔实施方式1〕
若基于图1~图4来说明本发明的一实施方式,则如下所述。
(发光装置)
图1是表示本实施方式的发光装置1的简要构成的俯视图。
图2是表示图1所示的发光装置1中所具备的发光装置用基板20的简要构成的剖视图。
如图1以及图2所图示的那样,发光装置1具备:金属基体2、第1绝缘层11(图示于图2中)、布线图案3、第2绝缘层12(图示于图2中)、以及LED芯片4。
LED芯片4(发光元件)与布线图案3电连接,在图1中图示出配置为3行3列的9个LED芯片4。9个LED芯片4成为通过布线图案3而并联连接为3列且在该3列的各列中具有3个LED芯片4的串联电路的连接构成(即3串联·3并联)。当然,LED芯片4的个数并不限定于9个,也可以不具有3串联·3并联的连接构成。
进而,发光装置1还具备:光反射树脂框5、含荧光体密封树脂6、阳极电极(阳极连接盘)7、阴极电极(阴极连接盘)8、阳极标记9以及阴极标记10。
光反射树脂框5是设置在布线图案3以及第2绝缘层12之上、且由含氧化铝填料的硅酮树脂构成的圆环状(圆弧状)的框。光反射树脂框5的材质并不限定于此,只要是具有光反射性的绝缘性树脂即可,其形状也并不限定于圆环状(圆弧状),能够设为任意的形状。
含荧光体密封树脂6是由透光性树脂构成的密封树脂层。含荧光体密封树脂6填充至被光反射树脂框5包围的区域,对布线图案3、LED芯片4以及第2绝缘层12进行密封。此外,含荧光体密封树脂6含有荧光体。作为荧光体,可利用被从LED芯片4发出的1次光激励而发出波长比1次光长的光的荧光体。
另外,荧光体的构成并不特别限定,能够根据期望的白色的色度等来适当选择。例如,作为日光白色、白炽灯色的组合,能够利用YAG黄色荧光体和(Sr,Ca)AlSiN3:Eu红色荧光体的组合、YAG黄色荧光体和CaAlSiN3:Eu红色荧光体的组合等。此外,作为高显色的组合,能够利用(Sr,Ca)AlSiN3:Eu红色荧光体和Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce绿色荧光体或Lu3Al5O12:Ce绿色荧光体的组合等。此外,可以利用其他的荧光体的组合,还可以利用作为伪白色而仅包含YAG黄色荧光体的构成。
阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8是将用于驱动LED芯片4的电流供给至LED芯片4的电极,以连接盘的形式来设置。阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8是能够与发光装置1中未图示的外部电源进行连接的电极。并且,阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8经由布线图案3而与LED芯片4连接。
并且,阳极标记9以及阴极标记10分别是成为用于进行相对于阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的定位的基准的校准标记。此外,阳极标记9以及阴极标记10分别具有表示阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极8的极性的功能。
另外,位于阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的正下方的布线图案3的部分的厚度大于位于该正下方以外的位置的布线图案3的部分的厚度。
详细而言,关于布线图案3的厚度,在阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的正下方优选为70μm以上且300μm以下,在该正下方以外的部分优选为35μm以上且250μm以下。布线图案3厚的情况下发光装置1的散热功能变高,即使在布线图案3的厚度超过300μm并进一步加厚了布线图案3的情况下,如果充分地空出LED芯片4的间隔,则热阻也下降,散热性也会提高。例如,相对于布线图案3的厚度300μm,若将LED芯片4的间隔设为2倍以上的600μm以上,则能够降低热阻。若如此地充分设定发光元件间隔,则散热性提高,但每个发光装置用基板的发光元件搭载数会减少。作为实用限度的目标,布线图案3的厚度在阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的正下方成为300μm,在除此之外的部分成为250μm以下,但根据目的、用途而并不限定于此。
另外,优选布线图案3的底面积的总和相对于布线图案3之中搭载LED芯片4的电极端子的面积总和而为至少4倍以上。相对于布线图案3的导热率而图2所示的第1绝缘层11的导热率较低,若布线图案3充分宽地设定与第1绝缘层11相接的部分的面积,则能够降低通过第1绝缘层11的热所承受的热阻。以第1绝缘层11的导热率为15W/(m·℃)作为前提,将上述面积之比设为4倍以上,但在导热率比其低例如为7.5W/(m·℃)的情况下期望设为8倍以上,期望导热率越低则越尽可能宽地设定布线图案的底面积的总和。
(发光装置用基板)
以下,基于图2来说明发光装置用基板20中所具备的各层。
如图2所图示的那样,发光装置用基板20中具备:基体2,由金属材料构成;第1绝缘层11,形成在基体2的一侧的面上,并且具有导热性;布线图案3,形成在第1绝缘层11之上;和第2绝缘层12,使布线图案3的一部分露出地形成在第1绝缘层11之上以及布线图案3的一部分之上,并且具有光反射性。
(由金属材料构成的基体)
在本实施方式中,作为由金属材料构成的基体2而利用了铝基体。作为铝基体,例如能够利用纵长50mm×横长50mm×厚度3mm的铝板。作为铝的优点,可列举轻量、加工性优异、导热率高。此外,在铝基体中可以包含不妨碍阳极氧化处理这种程度的铝以外的成分。另外,详细将后述,在本实施方式中,由于能够以比较低的温度而在基体2上形成第1绝缘层11、布线图案3、以及具有光反射性的第2绝缘层12,因此作为由金属材料构成的基体2,能够利用作为具有660℃的熔点的低熔点金属的铝基体。根据这种理由,并不限定于铝基体,例如有铜基体等能够选择为由金属材料构成的基体2的材质的范围较宽。
(具有导热性的第1绝缘层)
在本实施方式中,如图2所图示的那样,为了向发光装置用基板20稳定地赋予高散热性和高绝缘耐压特性,作为导热性的陶瓷绝缘体的第1绝缘层11形成在由金属材料构成的基体2与布线图案3或者具有光反射性的第2绝缘层12之间。
第1绝缘层11在由金属材料构成的基体2上通过喷镀而形成,是具有良好的导热性的绝缘层。在第1绝缘层11中,由于并未使用如玻璃或树脂那样降低导热性的粘合剂,因此不会有损陶瓷原本具有的导热性的高低度,故此较之于使用上述粘合剂而形成的绝缘层,能够以低的热阻来实现相同的绝缘耐压性。
另外,如上所述,在本实施方式中,作为由金属材料构成的基体2,由于利用了作为具有660℃的熔点的低熔点金属的铝基体,因此无法在铝基体上直接烧结陶瓷的烧结体来形成第1绝缘层11,但能够在铝基体上利用喷镀来形成第1绝缘层11。
即,例如,如果利用高速火焰喷镀、等离子喷镀这样的焊接方法,则能够不使用由玻璃或树脂构成的粘合剂地容易形成仅由陶瓷构成的第1绝缘层。
如以上,能够在发光装置用基板20上形成具有高散热性和高绝缘耐压特性的良好的第1绝缘层11,因此能够向发光装置用基板20稳定地赋予高散热性和高绝缘耐压特性。
另外,作为用于形成第1绝缘层11的陶瓷,从绝缘性和导热率均平衡性良好地高的观点出发,期望是氧化铝,在本实施方式中利用了氧化铝,但并不限定于此,除了氧化铝之外,氮化铝、氮化硅由于导热率以及绝缘耐压性能均良好,因此也优选。
进而,碳化硅的导热率高,氧化锆、氧化钛的绝缘耐压性能高。因此,优选根据第1绝缘层11的目的、用途来适当地灵活运用。
另外,这里提及的陶瓷并不限定于金属氧化物,包括将氮化铝、氮化硅、碳化硅等也包含在内的广义上的陶瓷、即全部无机固体材料。这些无机固体材料之中,如果是耐热性、导热性优异的稳定物质且是绝缘耐压性优异的物质,则可以是任意的物质。
另外,期望第1绝缘层11的导热率高于在后面详细阐述的第2绝缘层12中能够利用的陶瓷粒子的导热率。
在本实施方式中,作为第1绝缘层11,虽然利用了由导热率比氧化锆高的氧化铝构成的绝缘层,但这也是由于在本实施方式中作为第2绝缘层12而利用了包含氧化锆粒子的绝缘层的缘故。此外,为了通过喷镀来形成电绝缘层,喷镀氧化铝来形成由氧化铝构成的绝缘层的情形最为一般,这种由氧化铝构成的绝缘层由于导热率以及绝缘耐压性能均良好,因此也优选。
第1绝缘层11和后述的第2绝缘层12均为绝缘层,但具有光反射性的第2绝缘层12只要具有能确保光反射功能这种所需最低限度的厚度即可。具有光反射性的第2绝缘层12也依赖于混合的陶瓷材料及其量,但在层厚大致为10μm~100μm时反射率饱和。第1绝缘层11的绝缘耐压性也还依赖于绝缘层的形成条件,但第1绝缘层11优选形成为其层厚为50μm~500μm。此外,由于通过喷镀而形成的第1绝缘层11的绝缘耐压性能大致为15kV/mm~30kV/mm,因此例如若第1绝缘层11以100μm的厚度形成,则仅利用第1绝缘层11最低也能够确保1.5kV~3kV以上的绝缘耐压性,若以500μm的厚度来形成,则仅利用第1绝缘层11最低也能够确保7.5kV~15kV的绝缘耐压性。
在此,由于在第1绝缘层11上直接形成了布线图案3,因此要求设计第1绝缘层11的层厚以使得基体2与布线图案3之间的绝缘耐压性成为4kV~5kV程度。如果具有至少300μm的厚度,则能够实现4.5kV的绝缘耐压性。
另外,利用喷镀而形成的陶瓷层的导热率接近通过烧结而形成的陶瓷层的导热率,例如为10-30W/(m·℃)的值。但是,在利用由玻璃或树脂构成的粘合剂来凝固陶瓷粒子而形成的绝缘层中,受到玻璃或树脂的低导热率的影响而通常为1-3W/(m·℃)程度。如以上,利用喷镀而形成的陶瓷层的导热率,若与利用由玻璃或树脂构成的粘合剂来凝固陶瓷粒子而形成的绝缘体层进行比较,则可以说导热率高一个数量级。
因此,在本实施方式中,用作第1绝缘层11的通过喷镀而形成的由氧化铝构成的绝缘层的热阻为利用由玻璃或树脂构成的粘合剂来凝固氧化铝粒子而形成的绝缘层的约十分之一,层厚为500μm的前者和层厚为50μm的后者通过粗略估算而成为相同的热阻。如果每单位厚度的绝缘耐压性能相同,则即便前者相对后者而确保10倍的绝缘耐压,散热性也是相同的。
另外,第1绝缘层11的内部进而也可以适当由多层构成。
(关于喷镀)
所谓喷镀(Thermal Spraying:热喷涂),是指使得从加热成熔融或接近熔融的状态的喷镀材料之中获得的熔融粒子高速地碰撞基体面,并使上述熔融粒子层叠于基体面的方法,喷镀材料以粉末或线材的形态而被供应给喷镀装置。在喷镀中,根据加热喷镀材料的方法而被分类为火焰喷镀、电弧喷镀、等离子喷镀、高速火焰喷镀等。不使材料熔融而与惰性气体一起以超音速流在保持固相状态不变的情况下碰撞基材来形成覆膜的冷喷涂方式也被分类为喷镀的一种。另外,在将陶瓷层形成于金属基体上的目的下,高速火焰喷镀、等离子喷镀以及火焰喷镀是适当的。以下,说明高速火焰喷镀、等离子喷镀以及火焰喷镀。
根据高速火焰喷镀(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel),能够形成具有高密接力的致密的氧化铝层。在如此形成的氧化铝层中,能够将被设为膜的致密度的指标的气孔率(空气孔占所形成的膜的比例)抑制在1%以下,能够实现稳定且高的绝缘耐压性。另外,关于通过该方法所获得的绝缘层的层厚,400μm程度是目前的限度。
并且,在高速火焰喷镀中,使氧气和可燃气体在高压的燃烧室中燃烧。使该燃烧火焰在喷嘴处节流,在因射出到大气中时的气体的迅速膨胀所产生的高速的气流中载有熔化的喷镀材料,使喷镀材料向基体高速入射,并在基体上层叠喷镀材料。其结果,能够实现致密的氧化铝层。
另一方面,在等离子喷镀中,通过电弧放电而使得氩气等工作气体电离从而产生等离子。利用该等离子而使陶瓷等高熔点喷镀材料加热、熔融,载于从喷嘴喷出的等离子流中来使熔融粒子加速,高速地碰撞基体面,由此在基体上层叠陶瓷。另外,层叠陶瓷层时的基体的温度上升最大也仅为200℃程度,气孔率为1%-5%程度,比高速火焰喷镀稍高,因此为了确保绝缘耐压而需要注意使得不在陶瓷层上出现贯通孔。
并且,在火焰喷镀中,利用氧气和可燃气体的燃烧火焰,使材料熔融后的材料以压缩空气向基体喷涂并发生碰撞,由此层叠在基体上。层叠陶瓷层时的基体的温度上升较低,最大也仅为100℃程度,但气孔率变高而为5%-10%。因而,为了确保良好的绝缘耐压性而需要将膜层叠得厚于通过高速火焰喷镀或等离子喷镀而形成的陶瓷层。
根据以上内容,为了实现绝缘耐压性高且致密的陶瓷层,在上述三种方法之中,优选利用高速火焰喷镀或等离子喷镀来形成陶瓷层,在本实施方式中虽然列举利用了高速火焰喷镀的情况为例来进行说明,但并不限定于此,可以利用等离子喷镀来形成陶瓷层,进而通过适当调整陶瓷层的层厚,从而也能够利用火焰喷镀等其他喷镀方法。
(布线图案)
形成在第1绝缘层11上的布线图案3也能够利用以往的布线图案的形成方法来形成,但在利用了以往的布线图案的形成方法的情况下,布线图案由电极基底用的金属膏和镀覆层构成,例如在电极基底用的金属膏中作为粘合剂而使用了树脂等的有机物,因此导热率低,成为热阻变高的一个原因。
此外,通过喷镀而形成的第1绝缘层11的表面,通常保持原样则变得凹凸。若要在该凹凸面上直接印刷金属膏来形成基底的电路图案,则受到凹凸的影响,会在基底的电路图案上产生印刷的摩擦,或者在印刷中产生不清晰的部分。这些原因成为镀覆的析出不良、尤其是发光元件搭载部中的电极端子间的短路的主要原因。
因此,在本实施方式中,在第1绝缘层11上通过高速火焰喷镀来形成铜导电层从而形成了布线图案3。
如图2所图示的那样,在发光装置用基板20中,由于在第1绝缘层11上直接通过高速火焰喷镀形成了铜导电层,因此第1绝缘层11与布线图案3之间的密接性良好,因为不会使导热率低的高阻层介于两者之间,所以能够实现具有良好散热性的发光装置用基板20。此外,由于最终布线图案3在形成导电层之后利用蚀刻而从上述导电层切削,因此也不会产生电极的形成不良、发光元件搭载部中的电极端子间的短路。
另外,在本实施方式中,作为形成布线图案3的导电层,虽然形成了铜导电层,但并不限定于此,也可以形成银等的导电层。
此外,在本实施方式中,虽然利用了广泛普及的高速火焰喷镀,但并不限定于此,也能够利用其他的喷镀方法。在抑制导电层中所利用的金属的氧化的目的下,也可以利用等离子喷镀或冷喷涂方式。尤其将惰性气体用作载气,不使材料熔融而与上述惰性气体一起以超音速流在保持固相状态不变的情况下碰撞基材来形成覆膜的冷喷涂方式,在尽可能抑制导电层的氧化的目的下,是能够选择的有效手段之一。
布线图案3的露出部分是:与发光元件电连接的端子部分、与外部布线或者外部装置连接的阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的部分、和阳极标记9以及阴极标记10的部分。另外,阳极标记9以及阴极标记10也可以形成在第2绝缘膜12之上。
此外,作为发光装置1和外部布线或者外部装置的连接方法,可以通过焊接而将阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8与外部布线或者外部装置进行连接,也可以经由与阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8分别连接的连接器而与外部布线或者外部装置连接。
(具有光反射性的第2绝缘层)
如图2所图示的那样,在发光装置用基板20中,使布线图案3的一部分露出地在第1绝缘层11之上以及布线图案3的一部分之上形成具有光反射性的第2绝缘层12。
第2绝缘层12由反射来自LED芯片4的光的绝缘性的材料构成。在本实施方式中,第2绝缘层12由包含陶瓷的绝缘层来形成,其层厚在考虑发光装置用基板20的反射率的情况下例如能够将层厚设为10μm~500μm程度。该厚度的上限由布线图案3的厚度来限制。若铜的布线图案3露出,则会吸收光,所以为了将布线图案3之中除了需要露出的部分之外全部覆盖而需要足够的厚度。例如,在提高基板中的散热性的目的下将导电层的厚度设为300μm的情况下,第2绝缘层12为了覆盖该部分也应设为300μm以下的最佳厚度,在导电层的厚度为500μm的情况下应设为500μm以下的最佳厚度。
由于第2绝缘层12的导热率比上述的第1绝缘层11的导热率低,因此第2绝缘层12的层厚优选设为获得期望的反射率所需的最小限度的厚度,作为实现该目的的厚度,将上述层厚设为50μm~100μm程度是适当的。在布线图案3的最大厚度较厚、且该厚度下无法充分进行覆盖的情况下,也可以不使第3绝缘层介于第1绝缘层11与第2绝缘层12之间,期望该层的导热率高于第2绝缘层12的导热率。作为第3绝缘层,可以是在玻璃系粘合剂或树脂粘合剂中含有散热性良好的陶瓷粒子而获得的绝缘层,也可以是基于喷镀而获得的陶瓷层,进而可以是与第1绝缘层相同的氧化铝层。
在本实施方式中,具有光反射性的第2绝缘层12由含有作为光反射性陶瓷粒子的氧化锆粒子的绝缘层构成,该绝缘层利用玻璃系粘合剂并通过烧结来形成。
另外,如上所述,在本实施方式中,作为由金属材料构成的基体2而利用铝基体,作为第1绝缘层11而利用由作为陶瓷层的氧化铝构成的绝缘层,因此在利用后级工艺而形成的第2绝缘层12的形成工艺中,能够将烧成温度提升至比由金属材料构成的基体2的熔点低。
基于溶胶/凝胶法的玻璃质的合成通常在200℃~500℃下进行,但为了从在玻璃质的凝胶状态下产生的多孔性的膜之中减少孔来提高绝缘性,优选在400℃~500℃下进行烧成。
因此,在本实施方式中,将基于溶胶/凝胶法的玻璃质的合成中所利用的溶胶用作氧化锆粒子的粘合剂,使布线图案3的一部分露出地在第1绝缘层11之上以及布线图案3的一部分之上通过丝网印刷来涂覆具有光反射性的第2绝缘层12,并且在200℃~300℃下使之干燥,在400℃~500℃下烧成为成品。
关于具有光反射性的第2绝缘层12的形成,也可以利用喷涂来形成。在该方法中,能够在利用喷涂而涂覆原料之后,与上述同样地进行干燥、烧成,然后对第2绝缘层12的一部分进行研磨,以使布线图案3的一部分露出而形成。
另外,在本实施方式中,作为光反射性陶瓷粒子,虽然利用了氧化锆粒子,但并不限定于此,除了氧化锆以外也能够利用氧化钛、氮化铝等。此外,在覆盖布线图案3以减少光吸收的目的下,作为光反射性陶瓷粒子也能够使用氧化铝。
并且,这里提及的陶瓷也并不限定于金属氧化物,包括将氮化铝等也包含在内的广义上的陶瓷、即全部无机固体材料。这些无机固体材料之中,如果是耐热性、导热性优异的稳定物质且是光反射、光散射优异的物质,则可以是任意的物质。不过,发生光吸收的陶瓷粒子是不适当的,具体而言,氮化硅、碳化硅等一般为黑色,不适合作为第2绝缘层12中所使用的陶瓷粒子。
在本实施方式中,作为由金属材料构成的基体2而利用了铝基体,因此利用烧成温度为400℃~500℃的溶胶/凝胶法来烧结玻璃系粘合剂从而形成了第2绝缘层12,但并不限定于此,也能够利用溶胶/凝胶法以外的方法来形成。
例如,有使低熔点玻璃的粒子被有机粘合剂凝固后的物质再熔融来形成玻璃质层的方法。为了再熔融,最低也需要800℃~900℃的温度,但在作为第1绝缘层11而利用了氧化铝所代表的陶瓷层的本实施方式中,如下那样,如果是在使由金属材料构成的基体2高熔点化的基础上,则也能够利用需要这种高温工艺的第2绝缘层12的形成法。
即,这种高温工艺会超过铝基体的熔点660℃,因此在这种情况下,需要将在铝中适当混入杂质来高熔点化的合金材料用作基体材料。此外,在作为基体材料而利用了铜的情况下,由于熔点为1085℃,因此也能够直接进行使用,但也可以在适当混入杂质来提升基体的熔点的基础上再进行使用。
由于玻璃质层的耐光性以及耐热性优异,因此优选用于第2绝缘层12的形成,但作为玻璃质的替代物,也能够利用耐热性以及耐光性优异的树脂。例如,也可以将硅酮树脂、环氧树脂或氟树脂作为相对于陶瓷粒子的粘合剂来形成第2绝缘层12。上述树脂在耐热性以及耐光性的点上虽然劣于玻璃质,但与基于溶胶/凝胶法的玻璃合成相比,上述树脂具有固化温度更低、形成工艺更容易的优点。
另外,第2绝缘层12的内部进而电可以适当由多层构成。
根据这种构成,在第2绝缘层12之中,能够对于靠近第1绝缘层11的层配置导热率高的层、对于相反的一侧的层配置光反射率高的层,因此能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性的发光装置用基板。不过,这里提及的导热率以及光反射率的高低是第2绝缘层12内的相对比较。
(发光元件)
在图2中,LED芯片4搭载于发光装置用基板20而被封装化。在此,LED芯片4通过倒装芯片接合而与布线图案3的端子部分电连接。
另外,在本实施方式中,作为发光元件,虽然利用了LED元件,但并不限定于此,也能够利用EL元件等。
另外,在本实施方式中,在蓝宝石基板上形成发光元件。
(发光装置用基板20的制造工序)
以下,基于图3以及图4来说明发光装置用基板20的制造工序。
首先,在基于喷镀的第1绝缘层11的层叠工序(1)中,如图3(a)所图示的那样,通过喷砂使得用作金属基体2的厚度为3mm的铝基体的一侧(形成第1绝缘层11的一侧)的表面粗糙化之后,利用高速火焰喷镀装置而形成了由氧化铝构成的第1绝缘层11。
然后,如图3(b)所图示的那样,使得厚度为300μm的第1绝缘层11完成(第1绝缘层11层叠完成(2))。
另外,在本实施方式中,虽然说明利用了高速火焰喷镀装置的情况,但也可以取代高速火焰喷镀装置而利用等离子喷镀装置等来形成第1绝缘层11。
此外,在本实施方式中,为了提高金属基体2与第1绝缘层11之间的密接性,虽然通过喷砂来使铝基体的一侧的表面粗糙化,但该工序只要根据需要能适当进行即可,根据金属基体2和第1绝缘层11的材质也能够适当进行省略。
此后,在基于喷镀的金属导电层的形成工序(3)中,如图3(c)所图示的那样,利用高速火焰喷镀装置而在第1绝缘层11上将铜导电层形成为300μm的厚度来作为金属导电层。另外,在该工序中,也可以取代高速火焰喷镀装置而利用等离子喷镀装置等来形成铜导电层。在铜导电层的形成中,冷喷涂方式对于降低铜的氧化而言也是有效的方法。此外,在本实施方式中,虽然通过喷镀来形成金属导电层,但也可以通过喷镀以外的方法来形成金属导电层。
例如,可以相对于通过喷镀而形成的第1绝缘层11,通过喷镀使导电层形成得较薄之后,通过镀覆处理使铜导电层析出得较厚。或者,例如可以如以往所述那样利用金属膏的印刷或镀覆的形成来形成电极层。但是,由于相对于通过喷镀而形成的第1绝缘层11,通过喷镀而形成的导电层的密接性更高,热阻也更低,因此优选至少在与第1绝缘层11相接的部分金属导电层也通过喷镀来形成。
然后,在金属导电层的平滑化工序(4)中,如图3(d)所图示的那样,对以300μm的厚度形成的铜导电层进行研磨后再进行干式蚀刻,对其表面进行平滑化,从而获得了具有平坦表面的铜导电层。并且,该平滑化处理后的铜导电层的层厚成为200μm。另外,在本实施方式中,作为平滑化处理,虽然在研磨后进行了干式蚀刻,但并不限定于此,作为平滑化处理也可以在研磨后进行湿式蚀刻。
然后,在抗蚀剂形成以及保护片贴附工序(5)中,如图4(a)所图示的那样,首先,在金属基体2中,在与形成有第1绝缘层11的面对置的面上形成了背面保护片14。背面保护片14在将抗蚀剂13形成为给定图案时发挥防止金属基体2受到损伤的作用。
另外,在本实施方式中,说明了在金属基体2中仅在与形成有第1绝缘层11的面对置的面上设置了背面保护片14的情况,但优选在金属基体2的侧面也设置保护片。然后,在平滑化处理后的铜导电层上的整个面上形成抗蚀剂13,将抗蚀剂13的图案形成为:在铜导电层中用于与发光元件(LED芯片4)电连接的端子部分(电极柱)残留抗蚀剂13。为了将抗蚀剂13形成为给定图案,至少需要进行涂敷、曝光以及显影工序,因此在这些工序之间由背面保护片14对金属基体2进行了保护。另外,在本实施方式中,虽然利用了背面保护片14,但并不限定于此,也可以取代保护片而例如将铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)形成于铝基体的侧面以及背面。进而,更优选对该铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)还进行封孔处理。
此后,在发光元件(LED芯片4)搭载用端子部分(电极柱)形成工序(6)中,如图4(b)所图示的那样,将抗蚀剂13作为掩模,通过干式蚀刻对作为金属导电层的铜导电层进行半蚀刻,从而在铜导电层上形成了端子部分(电极柱)。
另外,关于发光装置用基板20的制造工序,虽然说明了将抗蚀剂13的图案形成为在铜导电层中用于与发光元件(LED芯片4)电连接的端子部分(电极柱)残留抗蚀剂13,但关于形成阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8、阳极标记9以及阴极标记10的部分,同样期望将抗蚀剂13的图案形成为在这些部分残留抗蚀剂13,将抗蚀剂13作为掩模,通过干式蚀刻对作为金属导电层的铜导电层进行半蚀刻,从而在铜导电层分别形成阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8、阳极标记9以及阴极标记10(在图4(a)中未图示)。
然后,在布线图案形成工序(7)中,首先,将图4(b)所图示的抗蚀剂13剥离/除去之后,如图4(c)所图示的那样,将抗蚀剂15形成为在铜导电层中仅使端子部分(电极柱)间的区域露出。此后,将抗蚀剂15作为掩模,对铜导电层进行干式蚀刻(或者湿式蚀刻),将两个端子部分(电极柱)电分离,从而完成了布线图案3。
然后,在具有光反射性的第2绝缘层12的形成工序(8)中,首先,将图4(c)所图示的抗蚀剂15剥离/除去之后,如图4(d)所图示的那样,通过丝网印刷来涂覆含有氧化锆粒子的玻璃质以使铜导电层中的端子部分(电极柱)露出,在200℃~300℃下进行干燥,在400℃~500℃下进行烧成,从而完成了第2绝缘层12。另外,在本实施方式中,由于利用了丝网印刷,因此无需另行使端子部分(电极柱)露出的工序。
另外,在利用喷涂来形成具有光反射性的第2绝缘层12的情况下,在利用喷涂而涂覆原料之后,与上述同样地进行干燥、烧成,然后对第2绝缘层12的一部分进行研磨,无需另行使端子部分(电极柱)露出的工序。
最后,使作为倒装芯片类型发光元件的LED芯片4与发光装置用基板20中的布线图案3的端子部分倒装芯片接合,进行电连接,从而完成了图2所图示的具备LED芯片4的发光装置用基板20。关于电气接合,适当地进行基于Au凸块方式或焊料的接合等即可。
另外,在本实施方式中,虽然将基体2的基体面方向的外形形状设为六边形,但基体2的外形并不限于此,能够采用任意的闭合图形形状。此外,闭合图形形状可以是闭合图形的周边仅由直线构成或者仅由曲线构成的闭合图形形状,闭合图形形状也可以是闭合图形的周边包括至少一个直线部以及至少一个曲线部的闭合图形形状。此外,闭合图形形状并不限定于凸图形形状,也可以为凹图形形状。例如,作为仅由直线构成的凸多边形形状的例子,可以为三边形、四边形、五边形、八边形等,此外,也可以为任意的凹多边形形状。此外,作为仅由曲线构成的闭合图形形状的例子,可以为圆形形状或者椭圆形形状,也可以为凸曲线形状或者凹曲线形状等的闭合图形形状。进而,作为包括至少一个直线部以及至少一个曲线部的闭合图形形状的例子,可以为赛道形状等。
<实施方式1的变形例1>
基于图16来说明本发明的实施方式1的变形例,则如下所述。图16是说明图2所示的实施方式1的发光装置用基板20的变形例的图。
本变形例与实施方式1的不同点在于,在本变形例中,如图16所示,在金属基体2与第1绝缘层11之间形成了缓冲层250。在实施方式1中,在铝板等金属所构成的基体上形成第1绝缘层11来作为发光装置用基板的情况、尤其是将其用作大输出的发光装置用基板的情况下,会受到载置在基板上的发光元件所产生的热的影响,所述由金属构成的基体反复引起膨胀收缩。因而,形成在所述基体上的第1绝缘层11由于第1绝缘层11和金属基体的线膨胀率系数差等而受到机械负荷,有可能导致剥离或绝缘耐压性下降。此外,载置在所述基体上的发光元件自身也由于发光元件和所述金属基体的线膨胀率系数差等而受到热历史的影响,有可能导致寿命下降。为此,在本变形例中,如图16所示,在金属基体2与第1绝缘层11之间形成了缓冲层250。
金属基体2是由导热性高的材质构成的基板。另外,金属基体2的材质只要是导热性高的材质即可,并不特别限定,例如能够利用由包含铝、铜、不锈钢或铁作为材料的金属构成的基板。
缓冲层250是通过喷镀或气溶胶沉积法(AD法)而形成在金属基体2的一个面(以下称作表面)上的膜,由线膨胀率比金属基体2小的物质构成。进而,优选缓冲层250的线膨胀率比第1绝缘层11的线膨胀率大。缓冲层250的厚度为10μm以上且100μm以下,优选在20μm与30μm之间。
通过隔着线膨胀率比金属基体2小且线膨胀率接近第1绝缘层11的缓冲层250,从而能够显著地降低将因金属基体2的热膨胀收缩所引起的机械负荷传递给发光元件的情形,因此能够使LED芯片4(发光元件)、进而使发光装置1的寿命长寿命化,能够提高可靠性。
此外,期望缓冲层250为金属或合金层,作为缓冲层250中所利用的金属或合金层的材料,为包含Ni、Ti、Co、Fe或Nb、Mo、Ta、W等的线膨胀率小的金属之中的至少任意一种的金属、或合金。
尤其是,在金属基体2为铝材料的情况下,缓冲层250作为材料而包含Ni、Ti、Co之中的至少任意一种,尤其优选的是,期望缓冲层250作为材料而包含Ni。
进而,为了提高缓冲层250与由铝构成的金属基体2的接合性,优选缓冲层250为Ni(镍)和铝的合金。在缓冲层250为Ni(镍)和铝的合金的情况下,为使线膨胀率接近金属基体2与第1绝缘层11的大致中间的值,期望尽量提高Ni的比例,关于缓冲层250中的镍的比例,期望重量比率为90%以上。
如后所述,这是起因于,镍的线膨胀率为13.4×10-6/℃,大致与铝和作为代表性陶瓷材料的氧化铝这两者的线膨胀率的中间的值15×10-6/℃一致。其原因在于,通过以重量比率而将由镍和铝的合金构成的缓冲层250的镍的比例设为90%以上,从而能够使缓冲层250的线膨胀系数收敛在接近所述15×10-6/℃的13~16×10-6/℃之间。
此外,Ni的熔点虽然在这些金属之中是低的类别,但实际上却高达1455℃。若采用Al和Ni的合金,则能够降低熔点,可降低准备熔融状态或半熔融状态所需的温度,例如对于通过喷镀来形成镍层是非常有用的。
进而,在金属基体2的材料为铝、第1绝缘层11的材料为氧化铝的情况下,由于Ni的线膨胀系数在铝和氧化铝的大致中间,因此适合作为缓冲层。
若在常温下比较先前列举的金属的线膨胀率,则铝为23×10-6/℃,相对于此,Ni(镍)、Ti(钛)、Co(钴)比其小,分别为13.4×10-6/℃、8.6×10-6/℃以及13.0×10-6/℃。与之相对,作为代表性陶瓷材料的氧化铝的线膨胀率为6~8×10-6/℃,大致为7×10-6/℃,因此相对于铝以及陶瓷而Ni(镍)以及Co(钴)为大致中间的线膨胀率,更适合作为缓冲层中所利用的金属。
另外,玻璃因组成而线膨胀率大相径庭,但大致为3~9×10-6/℃之间,是比较接近氧化铝的线膨胀率。
缓冲层250通过喷镀或气溶胶沉积法(AD法)来形成。
基于喷镀的形成方法是如前所述的方法。所谓AD法,是指将预先通过其他方法而准备的微粒子、超微粒子原料与气体混合并进行气雾剂化,通过喷嘴而向基板喷射来形成覆膜的技术。
另外,为了进一步提高金属基体2与缓冲层250之间的密接性,可以在形成缓冲层250之前通过喷射处理等使基体表面粗糙化。
<实施方式1的变形例2>
在上述变形例1中,虽然将缓冲层250设为金属或合金层,但本发明并不限定于此,取而代之,也可以利用加工成片状的树脂或膏状的树脂来作为缓冲层250。
在该情况下,为了调整缓冲层250的导热率、线膨胀率等物理特性,可以适当加入添加剂,作为添加剂,可列举陶瓷粒子、玻璃纤维、金属粒子等。
构成缓冲层250的树脂也可以选择耐热性优异的环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂或氟树脂。
更具体而言,作为缓冲层250,利用市场上销售的散热基板用绝缘片即可。所述市场上销售的散热基板用绝缘片的线膨胀率,由于对于陶瓷粒子而将环氧系树脂用作粘合剂,因此为10×10-6~15×10-6/℃,表示铝的线膨胀率23×10-6/℃与作为代表性陶瓷材料的氧化铝的线膨胀率7×10-6/℃的中间的线膨胀率。此外,导热率5W/(m·K)、100μm的厚度下的绝缘耐压性表示5kV以上的优异的导热性、绝缘耐压性。
〔实施方式2〕
接下来,基于图5、图6以及图7来说明本实施方式2。本实施方式中所说明的发光装置用基板20a,在金属基体2与第1绝缘层11之间具备粘接层16这一点上,不同于实施方式1所说明的发光装置用基板20。另外,为了便于说明,对于与上述实施方式1的附图所示的部件具有相同功能的部件,标注相同的符号,并省略其说明。
图5是表示发光装置用基板20a的简要构成的剖视图。
如图示,发光装置用基板20a中具备:基体2,由金属材料构成;基体2,由金属材料构成;粘接层16,形成在基体2的一侧的面上;第1绝缘层11,形成在粘接层16上,并且具有导热性;布线图案3,形成在第1绝缘层11之上;以及第2绝缘层12,使布线图案3的一部分露出地形成在第1绝缘层11之上以及布线图案3的一部分之上,并且具有光反射性。
(发光装置用基板20a的制造工序)
以下,基于图6以及图7来说明发光装置用基板20a的制造工序。
首先,在基于喷镀的第1绝缘层11的层叠工序(1)中,如图6(a)所图示的那样,作为金属导电体薄板而利用了厚度为500μm的铜(Cu)薄板。此后,在铜(Cu)薄板上利用高速火焰喷镀装置而形成了由氧化铝构成的第1绝缘层11。
然后,如图6(b)所图示的那样,使得厚度为400μm的第1绝缘层11完成(第1绝缘层11层叠完成(2))。
另外,在本实施方式中,虽然说明利用了高速火焰喷镀装置的情况,但也可以取代高速火焰喷镀装置而利用等离子喷镀装置等来形成第1绝缘层11。
此外,在本实施方式中,为了提高铜(Cu)薄板与第1绝缘层11之间的密接性,也可以通过喷砂来使铜(Cu)薄板的一侧的表面粗糙化。
此外,在本实施方式中,虽然利用了铜(Cu)薄板,但并不限定于此,也能够利用银薄板等。
此后,在金属基体和第1绝缘层11的粘合工序(3)中,如图6(c)所图示的那样,首先,作为金属基体2而利用厚度为3mm的铝基体,在铝基体上形成了由钎料(AgCuTi系)构成的粘接层16。然后,使图6(b)所图示的形成有第1绝缘层11的铜(Cu)薄板上下翻转,在真空中或者惰性气体中经由粘接层16来接合金属基体2和第1绝缘层11,如图6(d)所图示的那样,获得了金属基体2和第1绝缘层11被粘合在一起的发光装置用基板(金属基体和第1绝缘层的粘合完成(4))。
另外,图7(a)所图示的抗蚀剂形成以及保护片贴附工序(5)与上述实施方式1中说明过的图4(a)所图示的抗蚀剂形成以及保护片贴附工序(5)相同,图7(b)所图示的发光元件搭载用电极柱形成工序(6)与上述实施方式1中说明过的图4(b)所图示的发光元件搭载用电极柱形成工序(6)相同,图7(c)所图示的布线图案形成工序(7)与上述实施方式1中说明过的图4(c)所图示的布线图案形成工序(7)相同,图7(d)所图示的具有光反射性的第2绝缘层的形成工序(8)与上述实施方式1中说明过的图4(d)所图示的具有光反射性的第2绝缘层的形成工序(8)相同,因此在此省略说明。
如以上,在本实施方式中,通过利用铜(Cu)薄板和粘接层16,从而能够节省上述实施方式1中的图3(c)所图示的基于喷镀的金属导电层的形成工序(3)。
另外,在本实施方式中,作为一例,虽然列举将铜(Cu)薄板的厚度设为500μm、将第1绝缘层11的厚度设为400μm、将金属基体2的厚度设为3mm的情况,但例如也可以将各个厚度分别设为200μm~1mm、100μm~500μm、1~5mm,也可以根据需要来选择最佳厚度。
〔实施方式3〕
接下来,基于图8来说明本实施方式3。本实施方式中所说明的发光装置用基板,在金属基体的侧面也形成了第1绝缘层11来作为保护膜(保护层)这一点上,不同于实施方式1以及2中说明过的发光装置用基板。另外,为了便于说明,对于与上述实施方式1以及2的附图所示的部件具有相同功能的部件,标注相同的符号,并省略其说明。
图8是表示在金属基体2的侧面也形成有第1绝缘层11来作为保护膜的发光装置用基板的简要构成的剖视图。
上述的实施方式1中的图3(a)所图示的基于喷镀的第1绝缘层11的层叠工序(1)或者图4(a)所图示的抗蚀剂以及保护片贴附工序(5)中,如图8所图示的那样,能够通过喷镀而在金属基体2的侧面也形成第1绝缘层11来作为保护膜。
此外,在上述的实施方式2中的图6(a)所图示的基于喷镀的第1绝缘层11的层叠工序(1)或者图7(a)所图示的抗蚀剂以及保护片贴附工序(5)中,也如图8所图示的那样,能够通过喷镀而在金属基体2的侧面也形成第1绝缘层11来作为保护膜。
通过采用这种构成,能够抑制在后续工序、产品完成后金属基体2受到损伤,能够提高长期可靠性,并且通过保护膜也能够控制绝缘耐压性。
此外,优选在金属基体2与第1绝缘层11之间形成实施方式1的变形例中说明过的缓冲层250。
缓冲层250与实施方式1的变形例1以及2中说明过的缓冲层相同,关于缓冲层250由于已经在实施方式1的变形例1以及2中进行了说明,因此在此省略。
另外,在金属基体2与第1绝缘层11之间形成缓冲层250的情况下,金属基体2的材质只要是导热性高的材质即可,并不特别限定,例如能够利用由包含铝、铜、不锈钢或铁作为材料的金属构成的基板。
〔实施方式4〕
接下来,基于图9来说明本实施方式4。本实施方式中所说明的发光装置用基板,不仅在金属基体2的侧面而且在与形成有第1绝缘层11的面对置的面(金属基体2的背面)上也形成保护膜19(保护层)、且不使用背面保护片14这些点上,不同于实施方式1~3中说明过的发光装置用基板。另外,为了便于说明,对于与上述实施方式1~3的附图所示的部件具有相同功能的部件,标注相同的符号,并省略其说明。
图9(a)是表示在实施方式1中说明过的发光装置用基板20之中不仅在金属基体2的侧面而且在与形成有第1绝缘层11的面对置的面(金属基体2的背面)上也形成了保护膜19的情况的图,图9(b)是表示在实施方式2中说明过的发光装置用基板20a之中不仅在金属基体2的侧面而且在与形成有第1绝缘层11的面对置的面(金属基体2的背面)上也形成了保护膜19的情况的图。即,在图9(a)以及图9(b)所示的构成中,若包含第1绝缘层11,则金属基体2的所有的面(金属基体2全部)被保护膜(保护层)覆盖。
在上述的实施方式1中的图3(a)所图示的基于喷镀的第1绝缘层11的层叠工序(1)或者图4(a)所图示的抗蚀剂以及保护片贴附工序(5)中,如图9所图示的那样,能够不仅在金属基体2的侧面而且在与形成有第1绝缘层11的面对置的面(金属基体2的背面)上也形成保护膜19。
此外,在上述的实施方式2中的图6(a)所图示的基于喷镀的第1绝缘层11的层叠工序(1)或者图7(a)所图示的抗蚀剂以及保护片贴附工序(5)中,也如图9所图示的那样,能够不仅在金属基体2的侧面而且在与形成有第1绝缘层11的面对置的面(金属基体2的背面)上也形成保护膜19。
另外,保护膜19可以是通过喷镀而形成的第1绝缘层11,在金属基体2为铝基体的情况下,保护膜19也可以是铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)。并且,在作为保护膜19而利用铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)的情况下,更优选对该铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)还进行封孔处理。
如果在为了获得期望的绝缘耐压性而需要加厚第1绝缘层11的层厚的情况下,可认为热阻会上升至假定程度以上的情形。在这种情况下,通过如本实施方式那样在金属基体2的背面也设置由与第1绝缘层11相同的材质构成的保护膜19,从而能够为了避免上述情形而将第1绝缘层11的一部分远离作为热源的发光元件地配置在金属基体2的背面。通过将导热率比金属基体2低的第1绝缘层11的一部分远离发光元件地配设为保护膜19,从而即便是相同的导热率,也能够使得保护膜19的热阻下降。其原因在于,在通过保护层19之前,热在基板水平方向上扩散。
这样,保护膜19所产生的热阻相对于整体的热阻的贡献率,与第1绝缘层11所产生的热阻相对于整体的热阻的贡献率的情况相比而能够变得非常小。因而,可以将保护膜19的厚度选得足够厚来提高绝缘性。此时,保护膜19的热阻对于整体的热阻的影响也仅为一点点,具有高热电耐压,且能够将热阻抑制得较低。
具体而言,在如第1绝缘层11的厚度超过例如500μm的情况下,由于每一个发光元件所观察到的热阻变高,因此尤其期望采用这种构成。此外,在即便第1绝缘层11的厚度为500μm以下但也需要使散热性最优先的情况下,强烈建议由保护膜19而不是由第1绝缘层11来确保基板的绝缘性。
如以上,主要的绝缘性由形成在金属基体2的上表面上的第1绝缘层11来获得、还是由形成在金属基体2的下表面上的保护膜19来获得,还依赖于发光装置的用途,因此仅根据热阻或制法的容易度是无法决定的。
此外,在本实施方式的图9(a)的发光装置用基板中,进一步优选在金属基体2与第1绝缘层11之间形成实施方式1的变形例中说明过的缓冲层250。
此外,在本实施方式的图9(a)以及图9(b)的发光装置用基板中,保护膜19为通过喷镀而形成的第1绝缘层11的情况下,进一步优选在金属基体2与保护膜19之间形成缓冲层250。
缓冲层250与实施方式1的变形例1以及2中说明过的缓冲层相同,关于缓冲层250由于已经在实施方式1的变形例1以及2中进行了说明,因此在此省略。
另外,在金属基体2与第1绝缘层11之间形成缓冲层250的情况下,金属基体2的材质只要是导热性高的材质即可,并不特别限定,例如能够利用由包含铝、铜、不锈钢或铁作为材料的金属构成的基板。
〔实施方式5〕
接下来,基于图10来说明本实施方式5。在本实施方式中所说明的发光装置用基板20′之中,在布线图案3′的形成中利用了作为金属膏的铜膏、以及喷镀氧化铝层(第1绝缘层11)被作为含氧化铝玻璃层的平滑化层21(第3绝缘层)覆盖这些点上,不同于实施方式1~4中说明过的发光装置用基板。另外,为了便于说明,对于与上述实施方式1~4的附图所示的部件具有相同功能的部件,标注相同的符号,并省略其说明。
图10是示意性地表示在发光装置用基板20′上搭载倒装芯片型LED芯片4而成的发光装置的截断面的图。
如图示,与图2所图示的发光装置用基板20的差异在于:在包括电极端子部的布线图案3′的形成中利用了铜膏;以及喷镀氧化铝层(第1绝缘层11)被由含氧化铝玻璃层构成的平滑化层21覆盖。
通过喷镀而形成的氧化铝层(第1绝缘层11)的表面形成为凹凸形状,如此形成为凹凸形状的氧化铝层(第1绝缘层11)的表面被由含氧化铝玻璃层构成的平滑化层21覆盖,填埋氧化铝层(第1绝缘层11)的表面的凹凸而成为平坦面。
如此将形成金属膏的基底面设为平坦面,从而金属膏(在本实施方式中为铜膏)的印刷可稳定且精度良好地进行。
另外,在本实施方式中,虽然说明了包括搭载发光元件的电极端子部的布线图案3′全部由作为金属膏的铜膏而形成的情况,但也可以利用金属膏和镀层这两者来形成。
<实施方式5的变形例>
如果基于图17来说明本发明的实施方式5的变形例,则如下所述。图17是说明本实施方式5的发光装置用基板20′的变形例的图。
本变形例与实施方式5的不同点在于,在本变形例中,如图17所示,在金属基体2与第1绝缘层11之间形成了缓冲层250。在实施方式5中,在铝板等金属所构成的基体上形成第1绝缘层11来作为发光装置用基板的情况、尤其是将其用作大输出的发光装置用基板的情况下,会受到载置在基板上的发光元件所产生的热的影响,所述由金属构成的基体反复引起膨胀收缩。因而,形成在所述基体上的第1绝缘层11由于第1绝缘层11和金属基体的线膨胀率系数差等而受到机械负荷,有可能导致剥离或绝缘耐压性下降。此外,载置在所述基板上的发光元件自身也由于发光元件和所述金属基体的线膨胀率系数差等而受到热历史的影响,有可能导致寿命下降。为此,在实施方式5的变形例中,如图17所示,在金属基体2与第1绝缘层11之间形成了缓冲层250。
金属基体2是由导热性高的材质构成的基板。另外,金属基体2的材质只要是导热性高的材质即可,并不特别限定,例如能够利用由包含铝、铜、不锈钢或铁作为材料的金属构成的基板。
缓冲层250与实施方式1的变形例1以及2中说明过的缓冲层相同,关于缓冲层250由于已经在实施方式1的变形例1以及2中进行了说明,因此在此省略。
〔实施方式6〕
在本实施方式中,为了确认本发明的效果,对发光装置用基板的热阻进行估算,并与比较例进行了比较。
另外,为使发光装置用基板的热阻的估算变得容易,在不失本质的范围内简化了计算模型。
在图11~图15中示出发光装置用基板的热阻的估算中所利用的各发光装置的示意图。
(示意图的概要)
图11(a)是示意性地表示在图2所图示的发光装置用基板20上搭载作为倒装芯片型发光元件的LED芯片4,并且在发光装置用基板20的金属基体2之中在与设置有LED芯片4的面对置的面上形成由防蚀铝构成的保护膜,进一步隔着散热脂膏而与散热器热连接的发光装置的截断面的图。
图11(a)所图示的发光装置用基板在厚度为3mm的铝(金属基体)上具备:通过喷镀而形成的层厚为300μm的氧化铝所构成的喷镀氧化铝层(第1绝缘层);通过喷镀而形成的铜所构成的层厚为100μm的喷镀电极层(布线图案)以及用于搭载LED芯片(发光元件)的通过喷镀而形成的铜所构成的层厚为200μm的喷镀电极层(端子部);以及覆盖上述喷镀氧化铝层(第1绝缘层)以及喷镀电极层(布线图案)的最大层厚为200μm、且布线图案部分处的层厚为100μm的含陶瓷玻璃系反射层(具有光反射性的第2绝缘层)。
并且,在上述喷镀电极层(端子部)上具备成为热源的平面尺寸为纵长1000μm×横长1000μm的LED芯片(发光元件)。
对于上述含陶瓷玻璃系反射层(具有光反射性的第2绝缘层),可利用含有光反射性陶瓷等的玻璃或树脂等,但玻璃或树脂与金属相比而导热率低两个数量级,因此对于散热的贡献较小而能够进行忽略。
进而,图11(a)所图示的发光装置用基板中的铝(金属基体)的背面被膜厚为10μm的防蚀铝所构成的保护膜覆盖。
并且,由于搭载在喷镀电极层(端子部)上的LED芯片(发光元件)为倒装芯片型的发光元件,因此活性层位于图11(a)所图示的LED芯片(发光元件)的下侧、即喷镀电极层(端子部)附近,因此散热性优异,LED芯片内的温度上升几乎能够进行忽略。
原本喷镀电极层(端子部)被分割为正和负的电极。例如,在使用平面尺寸是各边为1000μm的正方形的LED芯片(发光元件)的情况下,作为喷镀电极层(端子部)的典型的一例,相对于发光元件的正和负的电极,分别配置具有纵长1000μm×横长400μm的平面尺寸的正负端子部是适当的,此时正负端子部之间形成宽度为200μm的间隔部。作为结果,正负端子部整体的平面尺寸合计为纵长1000μm×横长800μm。
与之相对,在此将端子部的间隔进行忽略以使热阻的计算简化。即,在与LED芯片(发光元件)相同的平面尺寸的喷镀电极层(端子部)上放置与LED芯片(发光元件)相同的尺寸大小的发热体的情况下,计算出热阻。另外,在此,相对于LED芯片(发光元件)的平面尺寸是各边为1000μm的正方形,喷镀电极层(端子部)的平面尺寸也是各边为1000μm的正方形,使两者一致。
并且,在图11(a)所图示的发光装置中,这种发光装置用基板还经由散热脂膏(厚度为50μm)而与散热器热连接。若空气介于发光装置用基板与散热器之间,则空气成为良好的隔热材料,会阻碍散热,因此通过***散热脂膏来实现向散热器的良好散热。
图13(a)是示意性地表示在图10所图示的发光装置用基板20′上搭载倒装芯片型LED芯片(发光元件)而成的发光装置的截断面的图。
图13(a)所图示的发光装置用基板与图11(a)所图示的发光装置用基板的差异在于:在端子部以及布线图案的形成(电极层的形成)中利用了铜金属膏;以及喷镀氧化铝层(第1绝缘层)被含氧化铝玻璃层(平滑化层)覆盖。
对通过喷镀而形成的喷镀氧化铝层(第1绝缘层)的表面上形成的凹凸进行填埋而成为平坦面,从而金属膏的印刷可稳定且精度良好地进行。在此,虽然以布线图案以及用于搭载发光元件的端子部全部由金属膏形成的情况为例,但也可以利用金属膏和镀层这两者来进行。
图12(a)所图示的构成(比较例1)是作为图11(a)所图示的构成的比较例来列举的,相当于将图11(a)所图示的构成中的通过喷镀而形成的喷镀氧化铝层(第1绝缘层)置换为含氧化铝的玻璃层的情况。另外,在图12(a)所图示的构成中,对于由布线图案以及端子部构成的电极层的形成而利用了铜金属膏。
图14(a)以及图15(a)是示意性地表示在作为比较例的发光装置用基板之上搭载面朝上型LED芯片(发光元件)而成的发光装置的截断面的图。
在图14(a)所示的作为比较例2的发光装置用基板中,厚度为3mm的铝(金属基体)被层厚为300μm的兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层覆盖。
在上述兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层中,作为陶瓷,在将光反射性高的氧化锆用作陶瓷粒子的情况下,导热率较低,大致为1W/(m·℃)。在此,由于不给基板热阻的计算带来影响,因此进行省略,但在兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层上还形成有布线图案。上述布线图案利用金属线等而与面朝上型LED芯片(发光元件)电连接,此外,面朝上型LED芯片(发光元件)经由布线图案而从外部电源接受电力供给来进行发光。铝(金属基体)的背面被厚度为10μm的防蚀铝所构成的保护膜覆盖。
并且,面朝上型LED芯片(发光元件)利用管芯接合膏而搭载在兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层上。管芯接合膏的厚度非常薄,通常为5μm程度,但导热率非常低,大致为0.2W/(m·℃),在使用面朝上型LED芯片(发光元件)的情况下的热设计中无法进行忽略。此外,面朝上型LED芯片(发光元件)的活性层位于图14(a)所示的面朝上型LED芯片(发光元件)的上侧、远离发光装置用基板的一侧,因此LED芯片内的活性层的温度上升无法忽略。
在此,将面朝上型LED芯片(发光元件)的平面尺寸设为各边为1000μm的正方形,将活性层的高度设为100μm。在倒装芯片型LED芯片(发光元件)中,例如,如图11(a)所示,电极层的端子部出现在LED芯片(发光元件)的正下方,但在面朝上型LED芯片(发光元件)的情况下,并非一定形成在电极上(布线图案上),尤其在高输出照明装置、高亮度发光装置中,为了确保绝缘耐压性、或为了确保高反射率,无论是面朝上型LED芯片(发光元件)还是布线图案均形成在兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层上的情形较多。图14(a)为其一例。这种发光装置用基板与图11(a)同样,经由散热脂膏而与散热器热连接。
图15(a)所示的作为比较例3的发光装置用基板将图14(a)所示的比较例2中的兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层分为2层,从而改善了散热性。对于上层而使用光反射性高的含陶瓷玻璃系反射层(低导热率),对于下层而使用导热率高的含陶瓷玻璃系导热层(低导热率改善品),从而在保持高光反射率不变的状态下实现了散热性高的绝缘层。
另外,在本实施方式中,为使发光装置用基板的热阻的估算变得容易,在不失本质的范围内进行了以下的计算模型的简化。
首先是发光元件搭载部中的电极分离的简化,即不考虑正极、负极的图案的分割,作为一体来估算热阻。在图11(a)、图12(a)以及图13(a)所图示的构成中进行这种简化。
并且,在图11(a)所图示的构成中,将铝(金属基体)的喷射处理所形成的凹凸或喷镀氧化铝层(第1绝缘层)的表面的凹凸设为平坦面来简化。
此外,在图13(a)所图示的构成中,将铝(金属基体)的喷射处理所形成的凹凸设为平坦面来简化,并且,关于利用含氧化铝玻璃层(平滑化层)对喷镀氧化铝层(第1绝缘层)的表面的凹凸进行平滑化的部位,也将喷镀氧化铝层(第1绝缘层)和含氧化铝玻璃层(平滑化层)的交界设为平坦面来简化,忽略凹凸形状的影响,考虑含氧化铝玻璃层(平滑化层)的低导热率所带来的影响,作为整体来简化进行估算。
(与示意图对应的热阻的计算)
为了计算图11(a)~图15(a)的示意图所示的具有层构造的发光装置用基板的热阻而利用的、各个层的导热率σth(W/(m·℃))和层厚d(mm),分别示出在图11(b)~图15(b)中。
并且,关于通过计算而求出的各层中的热阻Rth(℃/W)和温度上升△T(℃),也同样示出在图11(b)~图15(b)中。
此外,将各层中的热阻Rth(℃/W)相加,作为小计而求出发光装置用基板的热阻。另一方面,发光装置整体的热阻示出在合计的部分。
另外,在图14(b)以及图15(b)中,由于利用了面朝上型LED芯片(发光元件),因此在发光装置整体的热阻的计算之中,发光元件内的温度上升也包含在计算中。另一方面,在图11(b)~图13(b)中,由于利用了倒装芯片型LED芯片(发光元件),因此活性层位于发光装置用基板附近,LED芯片内的温度上升作为能够忽略的温度上升而进行了省略。
在此求出的发光装置用基板的热阻的计算中,仅考虑各边为1000μm的正方形的尺寸的发光元件中的发热,求出每一个发光元件的热阻。温度上升ΔT的计算结果是假定相对于每一个发光元件的接通功率为1.5W而50%的0.75W作为热被损耗的情形来求出的。
以下,说明发光装置用基板的热阻的估算结果以及估算条件。
(估算条件)
虽然发光装置用基板的热阻的值依赖于热源的位置、尺寸,但在图11(b)、图12(b)、图13(b)、图14(b)以及图15(b)所示的热阻Rth(℃/W)的结果中,将发光元件的活性层假定为唯一的热源,来计算各层的热阻Rth(℃/W)。进而,在图11(b)、图12(b)、图13(b)、图14(b)以及图15(b)中,不仅求出各层的热阻Rth(℃/W)而且还求出了各层的温度上升ΔT(℃),但该温度上升ΔT(℃)是将热源的发热量假定为0.75W的情况下的值。
另外,在各层中的热阻Rth(℃/W)的计算之中,考虑了横向的热扩散。具体而言,如在图11(a)、图12(a)、图13(a)、图14(a)以及图15(a)中虚线所示那样,假定相对于发光装置用基板的垂直方向而在左右45°方向上热均匀扩散来求出。
不过,电极层的端子部的周边被导热率低的含陶瓷玻璃系反射层覆盖,电极层的端子部的导热率比周围高一个数量级到两个数量级,因此这里作为热仅通过电极层的端子部的情形来计算,对于横向的热扩散只要考虑位于该电极层的端子部下方的电极图案以下的层即可。
基于这种假定,在导热率σth(W/(m·℃))以及层厚d(m)分别不同的各层中求出了热阻Rth(℃/W)以及温度上升ΔT(℃)。载置了一边的尺寸大小为a(m)的正方形的热源的情况下的、各层中的热阻以Rth(℃/W)=d/(σth·a·(a+2d))来近似,各层中的温度上升成为ΔT(℃)=Rth·Q。其中,Q(W)为热源中的发热量。
(估算结果)
图11(b)所示的各层的热阻Rth(℃/W)以及温度上升ΔT(℃)通过上述计算方法而估算出。在图12(b)、图13(b)、图14(b)以及图15(b)中也通过同样的计算方法来估算。
发光装置用基板的热阻的估算结果如图11(b)、图12(b)、图13(b)、图14(b)以及图15(b)所示,在图11(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为11℃/W,在图12(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为35℃/W,在图13(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为22℃/W,在图14(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为186℃/W,在图15(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为103℃/W。
根据以上的结果,在图11(a)~图15(a)所示的5个发光装置用基板之中,图11(a)所图示的发光装置用基板的热阻最低,图13(a)所图示的发光装置用基板的热阻次之。
因此,可以说,图11(a)所图示的发光装置用基板的散热性最好,图13(a)所图示的发光装置用基板的散热性次之。
接下来,说明图11(a)~图15(a)所图示的发光装置用基板中的绝缘层、电极层的导热率的差异以及层厚的差异。
在具备用于确认本发明的效果的图11(a)以及图13(a)所图示的发光装置用基板的发光装置、和具备作为比较例1~3的图12(a)、图14(a)以及图15(a)所图示的发光装置用基板的发光装置之中,将至电极层为止的绝缘层的厚度或至LED芯片(发光元件)为止的电绝缘层的厚度以300μm来统一进行比较。
这是将喷镀氧化铝层(第1绝缘层)或者含陶瓷玻璃层(具体而言,含氧化铝玻璃层、兼作含陶瓷玻璃系反射层的绝缘体层、含陶瓷玻璃系反射层+含陶瓷玻璃系导热层)的绝缘耐压作为15kV/mm来实现4.5kV的高绝缘耐压性的厚度,因此使绝缘层的厚度一致于300μm来比较了发光装置用基板的热阻。
在图14(a)所图示的发光装置用基板中,厚度为300μm的绝缘层全部成为反射层。该反射层是对含有氧化锆作为陶瓷材料的溶胶/凝胶玻璃进行烧结而形成的含氧化锆的玻璃系绝缘层,该反射层的导热率σth为1W/(m·℃)。
另一方面,图15(a)所图示的发光装置用基板中的绝缘层具有:具有低导热率的反射层和导热层的层叠构造。这两层之中放置于表层的反射层是厚度为100μm的含氧化锆的玻璃系绝缘层,导热层是厚度为200μm的导热率比上述反射层高的含氧化铝玻璃系绝缘层。上述导热层是在含有氧化铝粒子的状态下对溶胶/凝胶玻璃进行烧结而形成的。另外,上述导热层的导热率σth为5W/(m·℃)。
图11(a)所图示的发光装置用基板的绝缘层(第1绝缘层)是通过高速火焰喷镀(HVOF)或等离子喷镀而形成的喷镀氧化铝层(陶瓷层)。该绝缘层(第1绝缘层)以300μm的厚度形成在由布线图案和端子部构成的喷镀电极层之下。该绝缘层(第1绝缘层)的导热率σth为15W/(m·℃)。含陶瓷玻璃系反射层(具有光反射性的第2绝缘层)形成为覆盖上述绝缘层(第1绝缘层)和布线图案,在图11(a)中用虚线图示。该含陶瓷玻璃系反射层(具有光反射性的第2绝缘层)的导热率与图14(a)以及图15(a)所示的发光装置用基板的反射层的导热率相同,其导热率σth为1W/(m·℃)。虽然导热率低,但根据图11(a)、图12(a)以及图13(a)可直观获知,在主要的散热路径中不包含该具有光反射性的第2绝缘层,因此给热阻带来的影响能够忽略。
图11(a)所图示的发光装置用基板的作为绝缘层(第1绝缘层)的喷镀氧化铝层、和图15(a)所图示的发光装置用基板的作为含陶瓷玻璃系导热层的含氧化铝玻璃,均含有氧化铝作为材料,但图15(a)所图示的含陶瓷玻璃系导热层利用玻璃作为粘合剂,因此受到导热率低的玻璃的影响。因而,认为该导热层的导热率σth成为低至5W/(m·℃)的值。
与之相对,在图11(a)所图示的发光装置用基板中,通过喷镀而形成了绝缘层(第1绝缘层)。为了将氧化铝加热成熔融状态或接近熔融状态的状态而向铝(金属基体)高速射入来形成,在绝缘层(第1绝缘层)中作为陶瓷的氧化铝直接沉积。因而,认为绝缘层(第1绝缘层)的导热率σth成为高达15W/(m·℃)的值。
此外,由布线图案和端子部构成的电极层,是对通过高速火焰喷镀(HVOF)或等离子喷镀使铜导电层层叠后的物质进一步利用化学蚀刻或干式蚀刻进行切削而形成的。电极层之中布线图案的厚度为100μm,为了搭载LED芯片(发光元件)而形成的突状的端子部的厚度为200μm,导热率σth均为200W/(m·℃)。
纯铜的导热率大致为400W/(m·℃),但通过喷镀而形成的铜电极层在形成时部分性氧化从而导热率变得比纯铜低。若氧化的程度高,则导热率变得比200W/(m·℃)低,如果氧化的程度为轻度,则相反会变得比200W/(m·℃)高。为了积极地抑制氧化,也可以通过作为喷镀的一种方式的冷喷涂方式来形成电极层,在该情况下,导热率变得比200W/(m·℃)高,散热性变好。
如此在通过喷镀而形成的铜电极层中,虽然由于一部分发生氧化而导热率劣于纯铜,但能够实现例如100~200W/(m·℃)以及超过100~200W/(m·℃)的足够高的导热率。
另一方面,关于通过金属膏而形成的铜电极层的导热率,大致低一个数量级的导热率,最高只不过表示为10~30W/(m·℃)程度的导热率。这是由于,通过喷镀而形成的电极层仅由金属形成,相对于此,通过金属膏而形成的电极层将树脂等的有机物作为粘合剂来使用,使金属微粒子凝集后的物质干燥、烧成从而作为电极层,因此上述微粒子间的晶界处的接触阻力高,作为结果,降低了电极层整体所观察到的导热率。
图12(a)所图示的发光装置用基板的作为绝缘层的含氧化铝玻璃层的厚度为300μm,在含陶瓷玻璃系绝缘层之中是导热率高的含氧化铝玻璃绝缘层。
这是通过在含有氧化铝粒子的状态下对溶胶/凝胶玻璃进行烧结而形成的。该含氧化铝玻璃层的导热率σth为5W/(m·℃)。另外,该含氧化铝玻璃层利用与图15(a)的导热层中所使用的含氧化铝玻璃层相同的材质来制作。虽然重复,但作为粘合剂而利用了玻璃,因此受到导热率低的玻璃的影响,认为成为比通过喷镀而形成的氧化铝层低的值。
另外,在图12(a)所图示的发光装置用基板中,由布线图案和端子部构成的电极层是对金属膏进行印刷、干燥、烧结而形成的铜电极层。导热率σth为30W/(m·℃)。为了简化计算模型,在此电极层全部由金属膏形成,但实际的情况下,也可以是如将金属膏作为基底电极图案并利用镀层对表面进行覆盖的电极层。该情况下的电极层的热阻由所使用的镀覆材料以及层叠构造来决定。
电极层的厚度与图11(a)所图示的发光装置用基板一致,将布线图案的厚度设为100μm,将为了搭载LED芯片(发光元件)而形成的突状的端子部的厚度设为200μm。
含陶瓷玻璃系反射层与图11(a)同样地形成为覆盖作为绝缘层的含氧化铝玻璃层和布线图案,在图12(a)中也用虚线图示。利用材料也相同的含氧化锆玻璃系绝缘体,导热率σth为1W/(m·℃)。与图11(a)同样,由于该反射层不包含在主要的散热路径中,因此给热阻带来的影响能够忽略。
阐述图13(a)所图示的发光装置用基板与图11(a)所图示的发光装置用基板之间的差异。图13(a)所图示的发光装置用基板的绝缘层与图11(a)同样是通过高速火焰喷镀(HVOF)或等离子喷镀而形成的喷镀氧化铝层(第1绝缘层)。出现在该喷镀氧化铝层(第1绝缘层)的表面上的凹凸被含氧化铝玻璃层(平滑化层)覆盖成为平坦面之后,对金属(铜)膏进行印刷、干燥、烧结从而形成了电极层。含氧化铝玻璃层(平滑化层)是对含有氧化铝粒子的溶胶/凝胶玻璃进行烧结而形成的。作为绝缘层的含氧化铝玻璃层(平滑化层)的导热率σth为5W/(m·℃)。
作为绝缘层的含氧化铝玻璃层(平滑化层)的作用在于,使印刷金属膏的面变得平坦来提高印刷精度。因而,也可以利用不添加陶瓷粒子而仅对溶胶/凝胶玻璃进行烧结而成的玻璃系绝缘体层进行覆盖从而形成平坦面。在该情况下,导热率下降至1W/(m·℃)程度。当然,也可以形成包含氧化铝粒子以外的陶瓷粒子的玻璃系绝缘体层。
图13(a)所图示的电极层与图12(a)相同,将布线图案的厚度设为100μm,将为了搭载LED芯片(发光元件)而形成的突状的端子部的厚度设为200μm。同样利用铜金属膏来形成电极层,因此导热率σth为30W/(m·℃)。与图12(a)同样,在实际的情况下,也可以是如将金属膏作为基底电极图案并利用镀层对表面进行覆盖的电极层。在此,为使计算变得容易,电极层由铜金属膏来形成。
如上所述,在使喷镀氧化铝而层叠的喷镀氧化铝层(第1绝缘层)的表面上出现的凹凸变得平坦化的目的下,上述凹凸面被作为绝缘层的含氧化铝玻璃层(平滑化层)覆盖,但在热阻的计算中,在使计算简化的目的下,喷镀氧化铝层(第1绝缘层)与覆盖该喷镀氧化铝层(第1绝缘层)的含氧化铝玻璃层(平滑化层)的交界面,与其他的交界面同样设为平面。含氧化铝玻璃层(平滑化层)的厚度为50μm且设为固定值。在如此简化的基础上,估算给下述情况下的热阻带来的影响:在导热率σth为15W/(m·℃)的通过喷镀而形成的喷镀氧化铝层(第1绝缘层)、与利用金属膏而形成的导热率σth为30W/(m·℃)的铜电极层之间***了导热率比这两层低的作为平坦化层的含氧化铝玻璃层(导热率σth为5W/(m·℃))的情况。
另外,假定上述以外的反射层等与图11(a)以及图12(a)完全相同。
如以上阐述的前提之下进行的发光装置用基板的热阻的估算结果,如上所述,在图11(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为11℃/W,在图12(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为35℃/W,在图13(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为22℃/W,在图14(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为186℃/W,在图15(a)的示意图所示的发光装置用基板中约为103℃/W。
根据图11(b)、图12(b)、图13(b)、图14(b)以及图15(b)所示的发光装置用基板的各层的热阻可知,决定各发光装置用基板的热阻的主要部分是配置在发光元件与铝(金属基体)之间的绝缘层以及电极层。来自铝(金属基体)或防蚀铝(保护膜)的贡献,在图11(b)、图12(b)、图13(b)中最大也不足10%。
〔附记事项〕
如实施方式1~6那样,作为在金属基体上利用致密且高品质的陶瓷层的优点,除了散热性、绝缘耐压性以外,还可列举长期可靠性的改善。陶瓷层作为埋没发光元件和金属基体的线膨胀率之差的缓冲层来发挥功能,能够改善倒装芯片型发光元件的寿命。
更具体而言,通过使由氧化铝构成的厚膜的陶瓷层介于金属基体与发光元件之间,能够防止发光元件的寿命下降。作为蓝色发光元件、绿色发光元件的基底基板而使用蓝宝石或氮化铝等,作为红色发光元件的基底基板而使用硅酮(Si)等的情形较多。在利用金属与蓝宝石基板、氮化铝、硅酮进行比较的情况下,线膨胀系数之差大,若由于温度历史而产生的金属基体的膨胀收缩传递给搭载在金属基体上的倒装芯片型的发光元件,则会施加负荷,成为发光元件的寿命下降的主要原因。
然而,陶瓷层与作为发光元件的基底基板的蓝宝石、氮化铝、硅酮的线膨胀系数之差小,尤其作为陶瓷层而利用了氧化铝层的情况下,线膨胀系数与作为蓝色发光元件的基底基板的蓝宝石一致。因而,若在金属基体上隔着如通过喷镀而形成的致密且高品质的陶瓷层,则尤其是若形成厚膜,则陶瓷层会吸收金属基体的膨胀收缩,从而因金属基体所引起的膨胀收缩负荷不会传递给倒装芯片型的发光元件。结果,在发光元件中不发生外在的膨胀收缩所引起的寿命下降,能够确保发光装置的长期可靠性。通过喷镀而形成的陶瓷层的导热率比利用了粘合剂的陶瓷层的导热率高,为了实现上述的目的,设为厚膜也不会使得散热性下降。
〔总结〕
本发明的形态1中的发光装置用基板具备由金属材料构成的基体,其特征在于,具备:第1绝缘层,形成在上述基体的一侧的面上,并且具有导热性;布线图案,形成在上述第1绝缘层之上;和第2绝缘层,使上述布线图案的一部分露出地形成在上述第1绝缘层之上以及上述布线图案的一部分之上,并且具有光反射性,上述第1绝缘层是由通过喷镀而形成的陶瓷构成的层。
根据上述构成,能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板。
在本发明的形态2中的发光装置用基板之中,在上述形态1的基础上,优选上述布线图案是对通过喷镀而形成的金属导电层进行图案化来形成的。
根据上述构成,由于上述布线图案是对通过喷镀而形成的金属导电层进行图案化来形成的,因此上述第1绝缘层与布线图案之间的密接性良好,由于不会使得导热率低的高阻层介于两者之间,因此能够实现具有良好散热性的发光装置用基板。此外,最终布线图案在形成导电层之后利用蚀刻从上述导电层切削,因此也不会发生布线图案的形成不良、布线图案之中发光元件搭载部处的电极端子间的短路。
在本发明的形态3中的发光装置用基板之中,在上述形态1或者2的基础上,优选在上述第1绝缘层与上述布线图案之间形成有作为平坦化层的第3绝缘层。
根据上述构成,例如在利用金属膏或者金属膏和镀层这两者来形成上述布线图案的情况下,由于基底面是平坦面,因此也能够稳定且精度良好地形成布线图案。
在本发明的形态4中的发光装置用基板之中,在上述形态1~3的基础上,优选上述第2绝缘层是由玻璃质以及树脂中的至少一种和陶瓷的混合物构成的层。
根据上述构成,由于上述第2绝缘层是由玻璃质以及树脂中的至少一种和陶瓷的混合物构成的层,因此能够以比较低的温度来形成上述第2绝缘层。
在本发明的形态5中的发光装置用基板之中,在上述形态1~4的基础上,优选上述第1绝缘层的导热率比上述第2绝缘层的导热率高。而且,如果上述第2绝缘层的光反射性能比上述第1绝缘层的光反射性能高,则更为优选。
根据上述构成,由于形成在由上述金属材料构成的基体上的上述第1绝缘层的导热率高,因此能够实现散热性优异的发光装置用基板。
在本发明的形态6中的发光装置用基板之中,在上述形态1~5的基础上,优选上述基体由铝以及铜中的任意一种金属材料构成。
根据上述构成,由于上述基体由导热率比较高的铝或铜来形成,因此能够实现散热性优异的发光装置用基板。
本发明的形态7中的发光装置用基板在上述形态1~6的基础上,优选在上述基体中在未形成上述第1绝缘层的区域的至少一部分或者全部区域形成有保护层。
在上述基体包含铝材料的情况下,上述保护层也可以为铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)。并且,在作为上述保护层而利用铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)的情况下,更优选的是对于该铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)还进行封孔处理。
根据上述构成,能够在后续工序或产品完成后通过保护层来抑制上述基体受到损伤,可以实现能够提高长期可靠性的发光装置用基板。
在本发明的形态8中的发光装置用基板之中,在上述形态1~7的基础上,优选上述布线图案由铜或者银构成。
根据上述构成,由于利用了导热性以及导电性高、且比较容易形成的铜或者银,因此能够实现量产性也优异的发光装置用基板。
在本发明的形态9中的发光装置用基板之中,在上述形态1~8的基础上,也可以在上述基体与上述第1绝缘层之间形成有粘接层。
根据上述构成,由于形成了粘接层,因此对于导电层而能够利用金属薄板,能够节省形成导电层的工序。此外,布线图案能够利用蚀刻从由上述金属薄板构成的导电层切削。如果对于金属薄板而利用平板,则能够省去在形成布线图案的蚀刻处理前所进行的金属导电层的平滑化工序。并且,也不会发生布线图案的形成不良、布线图案之中发光元件搭载部处的电极端子间的短路。进而,对于金属薄板能够使用纯度高的金属,因此能够形成导热率以及导电率高的布线图案。
此外,根据上述构成,不在由金属薄板构成的导电层与第1绝缘层之间***粘接层,相对于导电层而能够直接形成第1绝缘层,因此第1绝缘层与由导电层形成的布线图案之间的密接性良好,不会使得导热率低的高阻层介于上述两层之间,能够实现具有良好散热性的发光装置用基板。
在本发明的形态10中的发光装置用基板之中,在上述形态1~9的基础上,优选上述第1绝缘层的厚度形成为50μm以上且500μm以下,上述第2绝缘层的厚度形成为10μm以上且500μm以下。
根据上述构成,能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性的发光装置用基板。
在本发明的形态11中的发光装置用基板之中,在上述形态1~10的基础上,上述第2绝缘层的内部进而也可适当由多层构成。
根据上述构成,在上述第2绝缘层之中,能够对于靠近第1绝缘层的层配置导热率高的层,对于相反的一侧的层配置光反射率高的层,因此能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性的发光装置用基板。不过,这里提及的导热率以及光反射率的高低是第2绝缘层内的相对比较。
在本发明的形态12中的发光装置用基板之中,在上述形态1~11的基础上,也可以为上述第1绝缘层是由氧化铝构成的绝缘层,上述第2绝缘层是由玻璃质对包含氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种的粒子状陶瓷进行了覆盖而成的绝缘层。
根据上述构成,能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板。
在本发明的形态13中的发光装置用基板之中,在上述形态1~12的基础上,也可以为上述第1绝缘层是由氧化铝构成的绝缘层,上述第2绝缘层由含有氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种作为粒子状陶瓷的树脂构成,上述树脂是硅酮树脂、环氧树脂或者氟树脂。
根据上述构成,硅酮树脂、环氧树脂或者氟树脂在耐热性以及耐光性方面虽然劣于玻璃质,但具有固化温度低且形成工艺容易的优点。
在本发明的形态14中的发光装置用基板之中,在上述形态1~13的基础上,也可以为在所述基体与所述第1绝缘层之间形成有由线膨胀率比所述基体小的物质构成的缓冲层。
在铝板等金属所构成的基体上形成第1绝缘层来作为发光装置用基板的情况、尤其是将其用作大输出的发光装置用基板的情况下,会受到载置在基板上的发光元件所产生的热的影响,由金属构成的基体反复引起膨胀收缩。因而,形成在所述基体上的第1绝缘层由于第1绝缘层和该基体的线膨胀率系数差等而受到机械负荷,有可能导致剥离或绝缘耐压性下降。此外,载置在该基体上的发光元件自身也由于发光元件和该基体的线膨胀率系数差等而受到热历史的影响,有可能导致寿命下降。然而,根据上述构成,由于在所述基体与第1绝缘层之间形成了由线膨胀率比基体小的物质构成的缓冲层,因此能够显著降低将因基体的热膨胀收缩所引起的机械负荷传递给发光元件的情形,因此能够使发光元件、进而使发光装置的寿命长寿命化,能够提高可靠性。
进而,也可以形成有由线膨胀率比所述基体小且线膨胀率比所述第1绝缘层大的物质构成的缓冲层250。
本发明的形态15中的发光装置的特征在于,具备与上述形态1~14的发光装置用基板中的从上述第2绝缘层露出的上述布线图案的端子部分电连接的发光元件,上述布线图案与外部布线或者外部装置连接,上述发光装置形成有:框部,形成为包围上述发光装置用基板中的配置有上述发光元件的区域、且由具有光反射性的树脂构成;和密封树脂,对被上述框部包围的区域进行密封。此外,在上述密封树脂中也可以包含荧光体。
根据上述构成,能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置。
在本发明的形态16中的发光装置之中,在上述形态15的基础上,也可以为上述发光元件通过倒装芯片接合而与上述布线图案的端子部分电连接。
根据上述构成,能够实现具备倒装芯片型发光元件的发光装置。
本发明的形态17中的发光装置用基板的制造方法是具备由金属材料构成的基体的发光装置用基板的制造方法,其特征在于,包括:第1工序,在上述基体的一侧的面上形成具有导热性的第1绝缘层、以及在上述第1绝缘层上形成导电层;和第2工序,使上述导电层的一部分露出地在上述第1绝缘层之上以及上述导电层的一部分之上形成具有光反射性的第2绝缘层,在上述第1工序中,通过喷镀来形成由陶瓷构成的上述第1绝缘层。
根据上述制造方法,能够实现兼备高反射率、高散热性、绝缘耐压性、和包括耐热/耐光性的长期可靠性、且量产性也优异的发光装置用基板的制造方法。
在本发明的形态18中的发光装置用基板的制造方法的上述第1工序之中,也可以是作为上述陶瓷而通过喷镀氧化铝来形成上述第1绝缘层。
根据上述制造方法,通过喷镀能够形成由无论是绝缘性还是导热率均平衡性良好地高的氧化铝构成的上述第1绝缘层。
在本发明的形态19中的发光装置用基板的制造方法的上述第2工序之中,也可以形成包含氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种的粒子状陶瓷被通过玻璃原料的溶胶凝胶反应而形成的玻璃质覆盖所得的上述第2绝缘层。
根据上述制造方法,通过溶胶凝胶反应,能够以比较低的温度来形成上述第2绝缘层。
在本发明的形态20中的发光装置用基板的制造方法的上述第2工序之中,也可以形成包含氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种的粒子状陶瓷被通过玻璃粒子的熔融和固化而形成的玻璃质覆盖所得的上述第2绝缘层。
根据上述制造方法,能够形成反射率以及绝缘层高的第2绝缘层。
在本发明的形态21中的发光装置用基板的制造方法的上述第2工序之中,也可以通过形成含有氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种作为粒子状陶瓷的树脂来形成上述第2绝缘层,上述树脂是硅酮树脂、环氧树脂或者氟树脂。
根据上述制造方法,上述第2绝缘层的耐热性以及耐光性虽然劣于玻璃质,但因为其固化温度低,所以能够比较容易地形成上述第2绝缘层。
在本发明的形态22中的发光装置用基板的制造方法的上述第1工序之中,也可以通过喷镀金属来形成上述导电层。
根据上述制造方法,能够以比较低的温度来形成上述导电层。
在本发明的形态23中的发光装置用基板的制造方法之中,优选在上述基体中在未形成上述第1绝缘层的区域的至少一部分或者全部区域形成保护层。
在上述基体包含铝材料的情况下,上述保护层也可以为铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)。并且,在作为上述保护层而利用铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)的情况下,更优选对该铝的阳极氧化覆膜(防蚀铝层)还进行封孔处理。
根据通过上述制造方法而形成的保护层,能够抑制在后续工序或产品完成后上述基体受到损伤,能够提高长期可靠性。
在本发明的形态24中的发光装置用基板的制造方法的上述第1工序之中,也可以是上述基体和上述第1绝缘层通过粘接层而被粘合。
根据上述制造方法,由于形成有粘接层,因此能够利用金属薄板,能够节省形成导电层的工序。
在本发明的形态25中的发光装置用基板的制造方法的上述第2工序之中,关于使上述导电层露出的部分,除了与发光元件电连接的端子部分之外,而且与外部布线或者外部装置连接的阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的部分也可露出。
在本发明的形态26中的发光装置用基板的制造方法的上述第2工序之中,使上述导电层露出的部分,除了与发光元件电连接的端子部分之外,而且与外部布线或者外部装置连接的阳极电极(阳极连接盘)7以及阴极电极(阴极连接盘)8的部分、和阳极标记9以及阴极标记10的部分也可露出。
在本发明的形态27中的发光装置用基板的制造方法的第1工序之中,优选包括在上述第1绝缘层与上述导电层之间形成作为平坦化层的第3绝缘层的工序。
根据上述方法,例如在利用金属膏或者金属膏和镀层这两者来形成上述导电层的情况下,由于基底面是平坦面,因此也能够稳定且精度良好地形成导电层。
另外,本发明并不限定于上述的各实施方式,能在权利要求所示的范围内进行各种变更,将不同实施方式所分别公开的技术手段适当组合而获得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
产业上的可利用性
本发明能够适合利用于发光装置用基板、利用了该发光装置用基板的发光装置、以及制造该发光装置用基板的制造方法。
符号说明
1 发光装置
2 金属基体
3 布线图案
3′ 布线图案(铜膏)
4 LED芯片(发光元件)
5 光反射树脂框
6 含荧光体密封树脂
7 阳极电极(阳极连接盘)
8 阴极电极(阴极连接盘)
9 阳极标记
10 阴极标记
11 具有导热性的第1绝缘层(保护层)
12 具有光反射性的第2绝缘层
13 抗蚀剂
14 背面保护片
15 抗蚀剂
16 粘接层
17 抗蚀剂
18 抗蚀剂
19 保护膜(保护层)
20 发光装置用基板
20′ 发光装置用基板
20a 发光装置用基板
21 平滑化层(第3绝缘层)
250 缓冲层

Claims (12)

1.一种发光装置用基板,具备由金属材料构成的基体,
上述发光装置用基板的特征在于,具备:
第1绝缘层,形成在上述基体的一侧的面上,并且具有导热性;
布线图案,直接形成在上述第1绝缘层之上,并且通过对被喷镀的金属导电层进行图案化而形成;和
第2绝缘层,使上述布线图案的一部分露出地形成在上述第1绝缘层之上以及上述布线图案的一部分之上,并且具有光反射性,
上述第1绝缘层是由被喷镀的陶瓷构成的层,
上述第1绝缘层的表面成为凹凸,在该凹凸的表面上直接形成上述布线图案。
2.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
在所述基体与所述第1绝缘层之间,形成有由线膨胀率比所述基体小的物质构成的缓冲层。
3.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
在上述基体中,在未形成上述第1绝缘层的区域的至少一部分或者全部区域形成有保护层。
4.根据权利要求3所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述保护层是铝的阳极氧化覆膜。
5.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述第1绝缘层的导热率比上述第2绝缘层的导热率高,
上述第2绝缘层的光反射性能比上述第1绝缘层的光反射性能高。
6.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述布线图案是铜或者银。
7.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述第1绝缘层的厚度为50μm以上且500μm以下,
上述第2绝缘层的厚度为10μm以上且500μm以下。
8.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述第2绝缘层的内部由多层构成,
在上述第2绝缘层之中,对于靠近第1绝缘层的层配置导热率高的层,对于相反的一侧的层配置光反射率高的层。
9.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述第1绝缘层是由氧化铝构成的绝缘层,
上述第2绝缘层是由玻璃质对包含氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种的粒子状陶瓷进行了覆盖而成的绝缘层。
10.根据权利要求1所述的发光装置用基板,其特征在于,
上述第1绝缘层是由氧化铝构成的绝缘层,
上述第2绝缘层由含有氧化锆、氧化钛、氧化铝以及氮化铝中的至少一种作为粒子状陶瓷的树脂构成,上述树脂是硅酮树脂、环氧树脂或者氟树脂。
11.一种发光装置,其特征在于,
上述发光装置具备:发光元件,与权利要求1所述的发光装置用基板中的从上述第2绝缘层露出的上述布线图案的端子部分进行电连接,
上述布线图案与外部布线或者外部装置连接,
上述发光装置形成有:
框部,形成为包围上述发光装置用基板中的配置有上述发光元件的区域,并且由具有光反射性的树脂构成;和
密封树脂,对被上述框部包围的区域进行密封。
12.一种发光装置用基板的制造方法,该发光装置用基板具备由金属材料构成的基体,
上述发光装置用基板的制造方法的特征在于,包括:
第1工序,在上述基体的一侧的面上形成具有导热性的第1绝缘层;
在上述第1绝缘层之上直接对通过喷镀而形成的金属导电层进行图案化来形成布线图案的工序;和
第2工序,使上述布线图案的一部分露出地在上述第1绝缘层之上以及上述布线图案的一部分之上形成具有光反射性的第2绝缘层,
在上述第1工序中,通过喷镀来形成由陶瓷构成的上述第1绝缘层,
上述第1绝缘层的表面成为凹凸,在该凹凸的表面上直接形成上述布线图案。
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