JP2007227728A - Ｌｅｄ部品およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤチップの発熱を効率的に放熱させることができる生産性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品とその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】金属製の放熱板７と、この放熱板７の上に実装されたＬＥＤチップ４と、このＬＥＤチップ４と電気的に接合されたセラミック製の配線基板１とからなり、前記配線基板１は任意の位置に貫通孔１２が設けられ、前記貫通孔１２の内部に前記ＬＥＤチップ４を実装した放熱板７が設けられ、前記放熱板７は前記配線基板１に接合され、前記ＬＥＤチップ４と前記配線基板１上の配線パターン１３が、接続手段を介して電気的に接続されるとともに透明樹脂６によって埋設されたＬＥＤ部品において、前記放熱板７と前記配線基板１の接合手段に、金属材料を用いたＬＥＤ部品である。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品（発光ダイオード）およびその製造方法に関するものである。
従来、この種のＬＥＤ部品としては、ＬＥＤチップを各種基板の上に実装し、そのＬＥＤチップを各種基板の上に形成した電極パターンにワイヤボンディングあるいはバンプ実装によって接続し、ＬＥＤチップの表面にレンズを兼ねた透明な絶縁体を形成した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図２１は特許文献１に記載されている従来の表面実装型のＬＥＤ部品の断面図を示すものである。
図２１に示すように、表面実装型のＬＥＤ部品は、導体配線部２００が形成された配線基板１００と、一方の導体配線部２００に接着剤３００を用いて搭載されたＬＥＤチップ４００と、ＬＥＤチップ４００と導体配線部２００と配線接続するための金などからなるワイヤ５００をワイヤボンディング工法で接続し、このワイヤ５００とＬＥＤチップ４００の表面を覆うように形成された保護層６００とから構成されている。
また、配線基板１００には平坦な銅張りプリント基板が用いられており、ＬＥＤチップ４００は配線基板１００の上に接着剤３００としてＡｇペーストを用いてダイボンディングされている。さらに、配線基板１００の両端の導体配線部２００はプリント基板などに表面実装した時の半田接続部となっている。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−２０７３６９号公報
しかしながら、前記従来の構成では、ＬＥＤ部品が長時間連続発光したときにＬＥＤチップ４００の発熱による温度上昇で発光効率が低下するという問題があった。そのため、長時間安定して高輝度化を実現するために銅張り基板からなる配線基板１００に代えて、熱伝導性の良好なアルミナ基板も使用されるようになってきている。さらに、最近ではＬＥＤチップ４００を照明設備及び車載用ヘッドライト等に搭載することが考えられてきており、そのためには駆動電流を数十ｍＡ程度から１Ａ程度の大電流を供給する必要性が生じてきている。これらの要求に応えるために窒化アルミニウム基板やメタルコア基板を用いたものが検討されている。しかし、窒化アルミニウム基板は高価であり、メタルコア基板では、ＬＥＤチップを駆動させる配線基板との接合が、樹脂製接着材が主流で、ＬＥＤチップ駆動時の熱と発光により、接着性や絶縁性が劣化する問題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＬＥＤチップの発熱を効率的に放熱させることができる生産性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品とその製造方法を実現することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明は、樹脂材料より熱伝導性の良好なセラミック材料を配線基板として、その配線基板の任意の位置に貫通孔を設け、この貫通孔の内部にＬＥＤチップを搭載した熱伝導性に優れた金属製放熱板と配線基板を接合し、前記ＬＥＤチップと配線基板はワイヤ実装やフェイスダウン実装により電気的に接合し、透明樹脂によってＬＥＤチップを埋設した構成であり、前記放熱板と前記配線基板との接合に金属材料を使用するものである。
本発明のＬＥＤ部品およびその製造方法は、ＬＥＤチップの発熱を放熱性の良好な放熱板で効率的に放熱させることでＬＥＤチップの温度上昇を抑制する構造において、放熱板と配線基板との接合を金属材料にて行うことで、ＬＥＤチップの発熱や発光による負荷に対して、放熱板と配線基板との密着性の劣化が少ない高信頼性で且つ高熱伝導性に優れたＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ部品およびその製造方法について、本発明の特に請求項１、２、５〜１３、１７、１８の発明について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１では、放熱板と配線基板との接着材料として、銀ロウ材料を用いた場合について説明する。
図１は本発明の実施の形態１における表面実装型のＬＥＤ部品の構造を説明するための断面図であり、図２〜図７は製造工程を説明する断面図である。
図１において、配線基板１はアルミナ基板、ガラスセラミック、フォルステライト、窒化珪素、窒化アルミなどの耐熱性を有するセラミック基板を用いる。また、この配線基板１には配線と表面実装部品としての端子電極の役割を有する配線パターン１３を形成している。この配線パターン１３には銅、銀パラジウム、銀白金などの電極材料を用いる。
そして、図２に示すように、この配線基板１には貫通孔１２を設けており、この貫通孔１２の内部に配線基板１よりも熱伝導性に優れた放熱板７を配置した構成としている。さらに、この放熱板７の一面にはＬＥＤチップ４が接着剤３によって接合され、さらに配線パターン１３の一部に設けた端子パッドとＬＥＤチップ４とは金などのワイヤ５を用いてワイヤボンディングすることによって、電気的に接続した構成としている。このような構成において、放熱板７の熱伝導率を配線基板１の熱伝導率よりも高くしておくことが重要である。
また、放熱板７には熱伝導性に優れる金属材料がより好ましく、特に熱伝導性に優れた金属材料としては、銅（４００（Ｗ／ｍ・Ｋ））、銀（４３０（Ｗ／ｍ・Ｋ））などを用いる。
また、図１に示したような構成とすることにより、ＬＥＤ部品を実装する回路基板の上に放熱用の銅板を配置形成しておき、この銅板の上に熱伝導性に優れる接着剤などで本実施の形態の放熱板７を固着することによって、放熱板７から放熱される熱を回路基板の上に形成した銅板に直接放熱することができる。
さらに、放熱板７に金属材料を用いることにより、ＬＥＤ部品を回路基板などに実装する際、放熱板７を介して回路基板に接地接続したり、放熱板７と回路基板とを熱伝導性に優れた接着剤あるいは半田によって固着することによって、実装強度を高めることも可能である。
また、ＬＥＤチップ４と放熱板７との絶縁性が必要になるときには、ＬＥＤチップ４を実装する金属からなる放熱板７の一面に薄く絶縁膜を形成すれば良い。このとき、前記絶縁膜は放熱性を阻害することから、絶縁膜の厚みは薄くすることが望ましい。
また、配線パターン１３は、配線基板１のセラミック基板の表面に形成した銅電極をフォトエッチング法、めっき法を用いて形成したり、導体ペーストを印刷することによって形成することが可能である。導体ペーストは、配線基板１にアルミナ基板などのセラミック材料に密着強度の良好な５００℃以上、１４００℃以下で焼成する高温焼成用の導体ペーストを用いる。この高温焼成用の導体ペーストは、銀、金、白金およびこれらの合金などの貴金属材料、あるいは銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびこれらの合金などの卑金属材料を用いることも可能である。
また、ＬＥＤ部品を回路基板の上に半田材料で接合する場合、電極材料の相互拡散によって配線パターン１３の材料が変化しないように半田接合部にニッケルめっき膜を設け、更にニッケル膜上に銅めっき、スズめっき、銀めっき、金めっきなどを積層することで、半田耐熱性及び半田付け性を向上させることが望ましい。
また、配線基板１と放熱板７とを銀ロウ付けによる接合を行う場合において、銀ロウ材が直接セラミック材料である配線基板１に直接接合ができない為に、配線基板１側に、銀ロウ付けが可能な導体材料をメタライズする必要がある。メタライズ材料として、導体ペーストによって配線基板１側に下地電極８を形成する。下地電極８は、上記配線パターン１３に使用されている導体材料である銅、銀パラジウム、銀白金などの電極材料を用いる。ここで、下地電極８に銅、銀パラジウム、銀白金を用いて、直接に接着層１０である銀ロウを用いた場合加熱工程で、銀ロウ材料と下地電極８との相互拡散反応が起こり、下地電極８が銀ロウ側に拡散するために、下地電極８と配線基板１の密着性が劣化するので、ニッケルめっき層９を中間層に用いる必要がある。
前記接着層１０の材料とした銀ロウペーストは、主成分が銀と銅であり、実施例１では銀ベースで銅の含有量２８ｗｔ％の共晶タイプをペースト化したものである。また、主成分の銀と銅に、亜鉛やインジウムや錫などを添加することで、ロウ付け温度を５００℃以上８００℃以下に低温化できる。
次に、ＬＥＤチップ４およびワイヤ５の絶縁保護とレンズとしての役割を果たす透明樹脂６は、熱硬化型のアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂等又はシリコン樹脂を使用することが望ましい。
次に、本発明のＬＥＤ部品の製造方法について図２〜図７を用いて説明する。
まず、第一の工程として、図２に示すように個片に分割するための分割溝と個片化されたＬＥＤ部品の端子電極となるためのスルホール孔１１と、放熱板７を挿入するための貫通孔１２を予め孔開け加工したアルミナ基板を配線基板１として作製する。
次に、図３に示すように、銀白金ペーストを用いてスクリーン印刷法によって、配線基板１の両面とスルホール孔１１の内壁に配線パターン１３を形成した。更に銀白金ペーストを用いて、貫通孔１２の内周部にも下地電極８を形成する。
下地電極８の厚みは、２０μｍ程度で形成したが、厚み範囲を８μｍ〜３０μｍの厚みで、使用可能な密着性を示した。次に、第二の工程として、図４に示すように、めっき工法により、貫通孔１２の内周部の下地電極８の表面にニッケルめっき層９を形成する。ニッケルめっき層９の厚みは、３μｍ程度で形成したが、厚み範囲を１μｍ〜２０μｍの厚みで、使用可能な密着性を示した。
次に、図５に示すように、前記ニッケルめっき層９上に銀ロウペーストを塗布して、接着層１０を形成する。また、ニッケルめっき層に更に、金めっきや銀めっきなどを行うことによって、ニッケルめっきの表面酸化を抑え、ロウ付け性を向上できる。
次に、第三の工程として、図６に示すように、熱伝導性に優れた銅や銀等の金属材料を所定の形状を有する放熱板７に加工した後、この放熱板７を貫通孔１２の間に挿入し、前記放熱板７と貫通孔１２の内周部のニッケルめっき層９の間に接合材として形成した接着層１０を加熱硬化させて接着する。硬化条件は、真空中（１０-5Ｐａ以上１０-3Ｐａ以下）又は窒素雰囲気にて、３５０℃〜４５０℃にて脱バインダーを３０分〜６０分程度、さらに焼成温度を７６０℃〜８６０℃にて１０分〜３０分程度の加熱を行う。また、放熱板７や配線パターン１３が銀のように加熱で酸化しにくいまたはしない材料では、大気中にて、脱バインダーや焼成が可能である。更に放熱板７上に、銀めっきを行うことによって、ＬＥＤチップの発光の反射板として、発光量の低下を防止する効果が得られる。
次に、第四の工程として、図７に示すように接着剤３を用いてＬＥＤチップ４を放熱板７の一面に固着する。
その後、第五の工程として、ワイヤボンディング装置を用いてＬＥＤチップ４と配線基板１の配線パターン１３に設けた電極パッド部とをワイヤボンド実装することによって金のワイヤ５で電気的に接続する。
次に、第六の工程として、絶縁保護とＬＥＤチップ４より発光した光を集束させるレンズの役目をする透過性に優れたアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの透明樹脂６でコーティングする。このとき、透明樹脂６の形状は所定のレンズの形状となるように粘度あるいは塗布方法を適宜選択して形成することができる。また、この透明樹脂６によって配線基板１と放熱板７との接合の補強を果たす役割を持たせることも可能である。
次に、配線基板１をスルホール孔１１の部分で半分に切断あるいは分割ブレークすることによって、図１に示すような、個片化して個別の表面実装用のＬＥＤ部品を製造することができる。
以上説明してきたように、本実施の形態１のようなＬＥＤチップ４を搭載する配線基板１の一部に形成した貫通孔１２の内部に熱伝導性に優れた放熱板７を配置し、接着剤１０として、銀ロウ材料を用いることで、放熱性及び耐熱性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
本実施の形態において、ＬＥＤチップ４をワイヤボンド実装にて接続する方法について説明したが、フェイスダウン実装にて接続する方法を用いてもよい。これについて図８を用いて説明する。
図８において、金属製の放熱板７上にポリイミドなどの樹脂絶縁材料を放熱性が劣化しないように薄く膜形成して、絶縁層２を形成する。次に、更にこの絶縁層２上に、樹脂系導体ペースト（低温硬化型導電性接着剤）を用いて、フェイスダウンタイプのＬＥＤチップ４ｂを実装するボンディングパターン１４を形成する。この低温硬化型導電性接着剤は、絶縁層２の耐熱温度以下で加熱硬化される。
また、フェイスダウン用ＬＥＤチップ４ｂは、ボンディング用バンプ５ｂを有している。ＬＥＤチップ４ｂと配線基板１は、ボンディングパターン１４と配線パターン１３を介して、バンプ５ｂでフェイスダウン実装により接続される。低温硬化型導電性接着剤は、硬化温度が３００℃以下の銀あるいは銅を含んだ樹脂系導体ペースト（低温硬化型導電性接着剤）を用いることができ、特に数ナノメートル〜数十ナノメートルオーダーの金属粉体や酸化銀粉体や有機金属を含有した、金属含有率９０ｗｔ％以上（加熱硬化後の膜中の含有率）の良好な導体膜を形成できる導体ペーストを用いることで、ＬＥＤチップ４ｂとボンディングパターン１４との接続性及び接続信頼性が向上できる。
この様な低温硬化型導電性接着剤を配線に用いることで、絶縁層２上に低温硬化型導電性樹脂の配線やフェイスダウンタイプのＬＥＤチップを形成するためのボンディングパッドを形成することが可能となるので、前記ＬＥＤチップ４と配線基板１との電気的接続をワイヤーボンド実装のほか、フェイスダウン実装を可能とする。
以上のように、放熱板７上に絶縁層２を形成して、更にその上にボンディングパターン１４を形成することで、ＬＥＤチップ４のフェイスダウン実装を可能とし、また、接着剤１０として、銀ロウ材料を用いることで、放熱性及び耐熱性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
なお、上記実施の形態１では、放熱板７として、銅や銀などの金属材料に、接着層１０とした銀ロウ付け材料について述べたが、放熱板７をアルミニウムにして、接着層１０として、主成分亜鉛を９０ｗｔ％程度にアルミニウムや銅を添加したロウ付け材を用いると、大気雰囲気にて加熱条件３８０℃程度の低温で接合が可能であり、加熱硬化工程で発生する放熱板７と配線基板１の熱膨張係数の差で生じる応力を低減できる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるＬＥＤ部品およびその製造方法について、本発明の特に請求項３、１４の発明について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態２では、放熱板と配線基板との接着材料として、活性銀ロウ付け材料を用いた場合について説明する。活性銀ロウ付け材料は、銀ロウにチタン系材料を添加し、セラミックと反応層を形成することで銀ロウ材とセラミックを直接密着できる材料である。
図９は本発明の実施の形態２における表面実装型のＬＥＤ部品の構造を説明するための断面図であり、図１０〜１４は製造工程を説明する断面図である。
図９において、配線基板１はアルミナ基板、ガラスセラミック、フォルステライト、窒化珪素、窒化アルミなどの耐熱性を有するセラミック基板を用いる。また、この配線基板１には配線と表面実装部品としての端子電極の役割を有する配線パターン１３を形成している。この配線パターン１３には銅、銀パラジウム、銀白金などの電極材料を用いる。
そして、図１０に示すように、この配線基板１に貫通孔１２を設けており、この貫通孔１２の内部に配線基板１よりも熱伝導性に優れた放熱板７を配置した構成としている。さらに、この放熱板７の一面にはＬＥＤチップ４を接着剤３によって接合し、さらに配線パターン１３の一部に設けた端子パッドとＬＥＤチップ４とは金などのワイヤ５を用いてワイヤボンディングすることによって、電気的に接続した構成としている。このような構成において、放熱板７の熱伝導率を配線基板１の熱伝導率よりも高くしておくことが重要である。
また、放熱板７には熱伝導性に優れる金属材料がより好ましく、特に熱伝導性に優れた金属材料としては、銅（４００（Ｗ／ｍ・Ｋ））、銀（４３０（Ｗ／ｍ・Ｋ））などを用いる。
また、図９に示したような構成とすることにより、ＬＥＤ部品を実装する回路基板の上に放熱用の銅板を配置形成しておき、この銅板の上に熱伝導性に優れる接着剤などで本実施の形態の放熱板７を固着することによって、放熱板７から放熱される熱を回路基板の上に形成した銅板に直接放熱することができる。
さらに、放熱板７に金属材料を用いることにより、ＬＥＤ部品を回路基板などに実装する際、放熱板７を介して回路基板に接地接続したり、放熱板７と回路基板とを熱伝導性に優れた接着剤あるいは半田によって固着することによって、実装強度を高めることも可能である。
また、ＬＥＤチップ４と放熱板７との絶縁性が必要になるときには、ＬＥＤチップ４を実装する金属からなる放熱板７の一面に薄く絶縁膜を形成すれば良い。このとき、前記絶縁膜は放熱性を阻害することから、絶縁膜の厚みは薄くすることが望ましい。
また、配線パターン１３は、配線基板１のセラミック基板の表面に形成した銅電極をフォトエッチング法、めっき法を用いて形成したり、導体ペーストを印刷することによって形成することが可能である。本実施例では、配線基板１にアルミナ基板などのセラミック材料を用いるときに５００℃以上、１４００℃以下で焼成する高温焼成用の導体ペーストを用いた。この高温焼成用の導体ペーストは、銀、金、白金およびこれらの合金などの貴金属材料、あるいは銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびこれらの合金などの卑金属材料を用いることも可能であるが、本実施の形態では、配線基板１として用いたセラミック基板と配線パターン１３の密着性において、高信頼性を有する銀白金ペーストを用いた。前記銀白金ペーストはペースト成分として、ガラスフリットの無機バインダーとセラミック基板とケミカル的に反応層を形成する無機材料を有したミックスボンドタイプの銀白金ペーストを使用した。
また、ＬＥＤ部品を回路基板の上に半田材料で接合する場合、電極材料の相互拡散によって配線パターン１３の材料が変化しないように半田接合部にニッケルめっき膜を設け、更にニッケル膜上に銅めっき、スズめっき膜、銀めっき、金めっきなどを積層することで、半田耐熱性及び半田付け性を向上させることが望ましい。
本実施の形態で、配線基板１と放熱板７との接合に用いる接着層１５の材料は、活性銀ロウペーストで、主成分が銀−銅−インジウムチタン系材料である。
また、ＬＥＤチップ４およびワイヤ５の絶縁保護とレンズとしての役割を果たす透明樹脂６は、熱硬化型のアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂等又はシリコン樹脂を使用することが望ましい。
次に、本発明のＬＥＤ部品の製造方法について図１０〜図１４を用いて説明する。
まず、第一の工程として、図１０に示すように個片に分割するための分割溝と個片化されたＬＥＤ部品の端子電極となるためのスルホール孔１１と、放熱板７を挿入するための貫通孔１２を予め孔開け加工したアルミナ基板を配線基板１として作製する。
次に、図１１に示すように、銀白金ペーストを用いてスクリーン印刷法によって配線基板１の両面とスルホール孔１１の内壁に配線パターン１３を形成する。
その後、第二の工程として、図１２に示すように、貫通孔１２の内周部に活性銀ロウ付け材料を塗布して、接着層１５を形成する。
次に、第三の工程として、図１３に示すように、熱伝導性に優れた銅や銀等の金属材料を所定の形状を有する放熱板７に加工した後、この放熱板７を貫通孔１２の間に挿入し、前記放熱板７と貫通孔１２の内周部の間に接着層１５を配置し、加熱硬化させて前記放熱板７を配線基板１に接着する。加熱硬化条件は、真空中（１０-5Ｐａ以上１０-3Ｐａ以下）、３５０℃〜４５０℃にて脱バインダーを３０分〜６０分程度、次に真空中（１０-6Ｐａ以上１０-5Ｐａ以下）にて、焼成温度を７６０℃〜８００℃にて１０分〜３０分程度の加熱を行う。ここで、前記真空度が１０-5Ｐａ以下に向上できないと、活性ロウ材が酸化して、密着性も低下する。
次に、第四の工程として、図１４に示すように接着剤３を用いてＬＥＤチップ４を放熱板７の一面に固着する。
その後、第五の工程として、ワイヤボンディング装置を用いてＬＥＤチップ４と配線基板１の配線パターン２に設けた電極パッド部とをワイヤボンド実装することによって金のワイヤ５で電気的に接続する。
次に、第六の工程として、絶縁保護とＬＥＤチップ４より発光した光を集束させるレンズの役目をする透過性に優れたアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの透明樹脂６でコーティングする。このとき、透明樹脂６の形状は所定のレンズの形状となるように粘度あるいは塗布方法を適宜選択して形成することができる。また、この透明樹脂６によって配線基板１と放熱板７との接合の補強を果たす役割を持たせることも可能である。
次に、配線基板１をスルホール孔１１の部分で半分に切断あるいは分割ブレークすることによって、図９に示すような、個片化して個別の表面実装用のＬＥＤ部品を製造することができる。
以上説明してきたように、本実施の形態２のようなＬＥＤチップ４を搭載する配線基板１の一部に形成した貫通孔１２の内部に熱伝導性に優れた放熱板７を接合する為の接着層１５として、活性銀ロウ付け材料を用いることで、実施例１に示すような従来の銀ロウ付け工法で必要であった配線基板１の貫通孔１２の内周部に下地電極８及びニッケルめっき層９を用いずに、導体放熱性及び耐熱性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３におけるＬＥＤ部品およびその製造方法について、本発明の特に請求項４、１５、１６の発明について図面を参照しながら説明する。
実施の形態３では、放熱板と配線基板との接着材料として、低融点金属材料を用いた場合について説明する。この低融点金属材料とは、３００℃を超える融点であるスズと銅を主成分とする高融点合金粉体と２３０℃以下の低融点である低融点合金粉との混合材料をペースト化した材料であり、低融点合金粉が溶融する熱処理温度（１８０℃以上３００℃以下）の熱処理で、金属接続ができ、更に高融点合金粉と反応して、再熱処理では溶融温度が３００℃を越える特徴を有する材料である。
図１５は本発明の実施の形態３における表面実装型のＬＥＤ部品の構造を説明するための断面図であり、図１６〜２０は製造工程を説明する断面図である。
図１５において、配線基板１はアルミナ基板、ガラスセラミック、フォルステライト、窒化珪素、窒化アルミなどの耐熱性を有するセラミック基板を用いる。また、この配線基板１には配線と表面実装部品としての端子電極の役割を有する配線パターン１３を形成している。この配線パターン１３には銅、銀パラジウム、銀白金などの電極材料を用いる。
そして、この配線基板１には貫通孔１２を設けており、この貫通孔１２の内部に配線基板１よりも熱伝導性に優れた放熱板７を配置した構成としている。さらに、この放熱板７の一面にはＬＥＤチップ４を接着剤３によって接合し、さらに配線パターン１３の一部に設けた端子パッドとＬＥＤチップ４とは金などのワイヤ５を用いてワイヤボンディングすることによって、電気的に接続した構成としている。このような構成において、放熱板７の熱伝導率を配線基板１の熱伝導率よりも高くしておくことが重要である。
また、放熱板７には熱伝導性に優れる金属材料がより好ましく、特に熱伝導性に優れた金属材料としては、銅（４００（Ｗ／ｍ・Ｋ））、銀（４３０（Ｗ／ｍ・Ｋ））などを用いる。
また、図１５に示したような構成とすることにより、ＬＥＤ部品を実装する回路基板の上に放熱用の銅板を配置形成しておき、この銅板の上に熱伝導性に優れる接着剤などで本実施の形態の放熱板７を固着することによって、放熱板７から放熱される熱を回路基板の上に形成した銅板に直接放熱することができる。
さらに、放熱板７に金属材料を用いることにより、ＬＥＤ部品を回路基板などに実装する際、放熱板７を介して回路基板に接地接続したり、放熱板７と回路基板とを熱伝導性に優れた接着剤あるいは半田によって固着することによって、実装強度を高めることも可能である。
また、ＬＥＤチップ４と放熱板７との絶縁性が必要になるときには、ＬＥＤチップ４を実装する金属からなる放熱板７の一面に薄く絶縁膜を形成すれば良い。このとき、前記絶縁膜は放熱性を阻害することから、絶縁膜の厚みは薄くすることが望ましい。
また、配線パターン１３は、配線基板１のセラミック基板の表面に形成した銅電極をフォトエッチング法、めっき法を用いて形成したり、導体ペーストを印刷することによって形成することが可能である。また、配線基板１にアルミナ基板などのセラミック材料に密着強度の良好な５００℃以上、１４００℃以下で焼成する高温焼成用の導体ペーストを用いる。この高温焼成用の導体ペーストは、銀、金、白金およびこれらの合金などの貴金属材料、あるいは銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびこれらの合金などの卑金属材料を用いることも可能である。
また、ＬＥＤ部品を回路基板の上に半田材料で接合する場合、電極材料の相互拡散によって配線パターン１３の材料が変化しないように半田接合部にニッケルめっき膜を設け、更にニッケル膜上に銅めっき、スズめっき、銀めっき、金めっきなどを積層することで、半田耐熱性及び半田付け性を向上させることが望ましい。
本実施の形態において、配線基板１と放熱板７との接合に用いる接着層１６の材料は、低融点金属材料ペーストを用いている。
また、配線基板１と放熱板７と銀ロウ付けによる接合を行う場合において、銀ロウ材が直接セラミック材料である配線基板１に直接接合ができない為に、配線基板１側に、銀ロウ付けが可能な導体材料をメタライズする必要がある。メタライズ材料は、実施の形態１と同様に、導体ペーストによって配線基板１側に下地電極８を形成する。
また、ＬＥＤチップ４およびワイヤ５の絶縁保護とレンズとしての役割を果たす透明樹脂６は、熱硬化型のアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂等又はシリコン樹脂を使用することが望ましい。
次に、本発明のＬＥＤ部品の製造方法について図１６〜２０を用いて説明する。
まず、第一の工程として、図１６に示すように個片に分割するための分割溝と個片化されたＬＥＤ部品の端子電極となるためのスルホール孔１１と、放熱板７を挿入するための貫通孔１２を予め孔開け加工したアルミナ基板を配線基板１として作製する。
次に、図１７に示すように、銀白金ペーストを用いてスクリーン印刷法によって配線基板１の両面とスルホール孔１１の内壁に配線パターン１３を形成する。更に銀白金ペーストを用いて、貫通孔の内周部にも下地電極８を形成する。
次に、第二の工程として、図１８に示すように、前記下地電極８上に低融点金属材料をペースト化したものを塗布して、接着層１６を形成する。
その後、第三の工程として、図１９に示すように、熱伝導性に優れた銅や銀等の金属材料を所定の形状を有する放熱板７に加工した後、この放熱板７を貫通孔１２の間に挿入し、前記放熱板７と貫通孔１２の内周部の下地電極８の間に接合材として接着層１６を配置し、加熱硬化させて接着する。放熱板７や配線パターン１３が銅のように加熱で酸化し易い材料を用いた場合の硬化条件は、真空または窒素雰囲気などの酸化されにくい雰囲気にて、１８０℃以上２３０℃以下の低融点金属材料の低融点金属が溶融する温度及び時間で行う。また、放熱板７や配線パターン１３が銀のように加熱で酸化しにくい、またはしない材料では、大気中にて、１８０℃以上３００℃以下の加熱温度範囲内で、低融点金属材料の低融点金属が溶融する温度及び時間で行う。
次に、第四の工程として、図２０に示すように接着剤３を用いてＬＥＤチップ４を放熱板７の一面に固着する。
その後、第五の工程として、ワイヤボンディング装置を用いてＬＥＤチップ４とアルミナ基板１の配線パターン２に設けた電極パッド部とをワイヤボンド実装することによって金のワイヤ５で電気的に接続する。
次に、第六の工程として、絶縁保護とＬＥＤチップ４より発光した光を集束させるレンズの役目をする透過性に優れたアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの透明樹脂６でコーティングする。このとき、透明樹脂６の形状は所定のレンズの形状となるように粘度あるいは塗布方法を適宜選択して形成することができる。また、この透明樹脂６によってアルミナ基板１と放熱板７との接合の補強を果たす役割を持たせることも可能である。
次に、図１５に示すように、アルミナ基板１をスルホール孔１１の部分で半分に切断あるいは分割ブレークすることによって、個片化して個別の表面実装用のＬＥＤ部品を製造することができる。
なお、上記実施例３の配線パターン１３として、加熱硬化条件が５００℃以上の高温用導体ペースト材料について述べてきたが、硬化温度が３００℃以下の導体ペーストや、銀あるいは銅を含んだ樹脂系導体ペースト（低温硬化型導電性接着剤）を用いることが可能であり、数ナノメートル〜数十ナノメートルオーダーの金属粉体や酸化銀粉体や有機金属を含有した硬化温度３００℃以下の導電性の良好な導体ペーストを使用してもよい。この場合、樹脂系導体ペーストは、後工程の低融点金属材料の加熱温度以上の耐熱性を有することが必要である。また、半田材料により外部回路との接続が必要な部分には、半田付け性の可能な銅粉に銀コートをした導電性接着剤（加熱硬化温度１５０〜２００℃）の材料を配線パターン１３、１４の半田付け必要部分に使用すれば半田付けは可能となる。
以上説明してきたように、本実施の形態３のようなＬＥＤチップ４を搭載する配線基板１と放熱板７の接合において、接着剤１６のような低融点金属材料を用いることで、接合時の加熱温度を３００℃以下にすることが可能となり、配線基板１のセラミック材料に対して、熱膨張係数の大きな金属を用いた放熱板７の熱膨張係数差による加熱工程で応力を軽減できると同時に、接着層１６は熱伝導性の良好な低融点金属材料を使用することで、放熱性及び耐熱性に優れた表面実装型のＬＥＤ部品およびその製造方法を実現することができる。
本発明は、表面実装型のＬＥＤ部品において、配線基板に設けた貫通孔の内部にＬＥＤチップを搭載する熱伝導性に優れた放熱板を接合した構造であり、この接合材料として、熱伝導の良好な金属材料を用いることにより、ＬＥＤチップの発光する時に発生する熱を効率的に放熱することを可能とした高輝度のＬＥＤ部品およびその製造方法として有用である。
本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ部品の断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ部品の断面図 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤ部品の断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態３におけるＬＥＤ部品の断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態のＬＥＤ部品の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態の製造方法を示す工程断面図 従来のＬＥＤ部品の断面図
符号の説明
１ 配線基板
２ 絶縁層
３ 接着剤
４ ＬＥＤチップ（ワイヤボンディング実装用）
４ｂ ＬＥＤチップ（フェイスダウン実装用）
５ ワイヤ
５ｂ バンプ（フェイスダウン実装用）
６ 透明樹脂
７ 放熱板
８ 下地電極
９ ニッケルめっき層
１０ 接着層
１１ スルホール孔
１２ 貫通孔
１３ 配線パターン
１４ ボンディングパターン
１５、１６ 接着層

Claims (18)

  1. 金属製の放熱板と、この放熱板の上に実装されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップと電気的に接合されたセラミック製の配線基板とからなり、前記配線基板は任意の位置に貫通孔が設けられ、前記貫通孔の内部に前記ＬＥＤチップを実装した放熱板が設けられ、前記放熱板は前記配線基板に接合され、前記ＬＥＤチップと前記配線基板上の配線パターンが、接続手段を介して電気的に接続されるとともに透明樹脂によって埋設されたＬＥＤ部品において、前記放熱板と前記配線基板の接合手段に、金属材料を用いたＬＥＤ部品。
  2. 放熱板と配線基板の接合手段の金属材料に、銀ロウペーストを用いた、請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  3. 放熱板と配線基板の接合手段の金属材料に、活性銀ロウペーストを用いた、請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  4. 放熱板と配線基板の接合手段の金属材料に、低融点金属ペーストを用いた、請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  5. ＬＥＤチップと配線基板上の配線パターン間の接続手段に、ワイヤボンディングを用いた請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  6. ＬＥＤチップと配線基板上の配線パターン間の接続手段に、フェイスダウン実装用ＬＥＤチップのバンプ接合パターンを用いた請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  7. 放熱板の金属材料として、良好な熱伝導性を有するものを用いた請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  8. 放熱板の金属材料として、銅、銀、または合金材料を用いた請求項７に記載のＬＥＤ部品。
  9. 放熱板の金属材料として、アルミニウムを接合材料とし、亜鉛９０ｗｔ％でアルミニウムと銅を添加した合金材料を用いた請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  10. 放熱板の金属材料として、銀ロウ付け材を用いた請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  11. 放熱板上に銀めっきが形成された請求項１に記載のＬＥＤ部品。
  12. 配線基板の任意の位置に貫通孔を設け、次に前記貫通孔の内部に前記ＬＥＤチップを実装した放熱板を設け、その後前記ＬＥＤチップと前記配線基板上の配線パターンを、接合手段を介して電気的に接続するとともに、透明樹脂によって埋設し、次に前記放熱板と前記配線基板とを金属材料を用いて接合するＬＥＤ部品の製造方法。
  13. 貫通孔の内部に予め配線基板の放熱板接合部を導体材料でメタライズし、更にニッケルめっきを行い、次に配線板のニッケルめっき部と放熱板の接合部との間に銀ロウ材を塗布して接着層を形成し、その後前記放熱板の材料が酸化されにくい雰囲気で前記接着層を加熱処理して接合する請求項１２に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
  14. 放熱板と配線基板との接合方法として、前記放熱板と前記配線板との接合部との間に活性銀ロウ材を塗布して接着層を形成し、その後高真空雰囲気にて前記接着層を加熱処理して接合する請求項１２に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
  15. 放熱板と配線基板との接合方法として、前記放熱板と前記配線板との接合部との間に低融点金属ペーストを塗布して接着層を形成し、その後前記放熱板の材料が酸化されにくい雰囲気にて前記接着層を加熱処理して接合する請求項１２に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
  16. 放熱板と配線基板との接合方法として、前記放熱板と前記配線板との接合部との間に低融点金属ペーストを塗布して接着層を形成し、その後大気中雰囲気にて前記接着層を加熱処理して接合する請求項１２に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
  17. 放熱板と配線基板との接合方法として、予め前記配線基板の放熱板接合部に導体材料でメタライズし、前記配線基板の導体メタライズ部と前記放熱板の接合部との間に、融点３００℃を超えるスズと、銅を主成分とする合金粉と、融点が２３０℃以下の低融点合金とを混合した金属材料を塗布して接着層を形成し、その後放熱板の材質が酸化されにくい雰囲気にて、低融点合金の融点以上で且つ３００℃以下で前記接着層を加熱処理して前記金属材料で前記配線基板と前記放熱板とを接合する請求項１２に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
  18. 放熱板と配線基板との接合方法として、予め前記配線基板の放熱板接合部を導体材料でメタライズし、更にニッケルめっきと銅めっきと金めっきを行った後に、放熱板として銀ロウ付け材を挿入形状に形成したものを挿入して接着層を形成し、その後放熱板の材質が酸化されにくい雰囲気中で、前記接着層を加熱処理して銀ロウ材で接合させた請求項１２に記載のＬＥＤ部品の製造方法。
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