(57)【要約】【課題】樹脂基板の開口部に放熱基板が嵌め込まれた回路基板において、絶縁性を保持しながら、放熱性及び発光効率を改善する。【解決手段】放熱基板１２は、金属基板１２ｃと、金属基板１２ｃ上に積層したセラミック層１２ｂ、１２ｄとを含む。セラミック層１２ｂ上の配線１２ａの一部分は、樹脂基板１１上に形成される配線１１ａと接続する。セラミック層１２ｂ、１２ｄにより絶縁耐電圧が高く維持される。放熱基板１２にＬＥＤを実装したとき、ＬＥＤの底面側から発した光を、セラミック層１２ｂ及び金属基板１２ｃの表面で反射し上方に向かわせ、ＬＥＤの発する熱を、金属基板１２ｃを通って下方に向かわせることによって解決した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板の開口部に放熱基板を嵌め込んだ回路基板において、
前記放熱基板は、金属基板及び前記金属基板に積層するセラミック層を含み、
前記セラミック層の上面に形成された配線の一部分は、前記樹脂基板の上面に形成された配線と接続する
ことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記金属基板は、上面と下面にそれぞれ前記セラミック層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記金属基板は、アルミニウム又は銅からなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項４】
樹脂基板の開口部に放熱基板を嵌め込んだ回路基板が用いられた発光装置において、
前記放熱基板は、金属基板及び前記金属基板に積層するセラミック層を含み、
前記セラミック層の上面に複数のＬＥＤが実装されるとともに、
前記セラミック層の上面に形成された配線の一部分は、前記樹脂基板の上面に形成された配線と接続する
ことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂基板の開口部に熱伝導率の高い放熱基板を嵌め込んで構成した回路基板、及びこの回路基板にＬＥＤを実装した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを光源とする高輝度な発光装置は、ＬＥＤの発する熱の処理が継続的な課題となっている。銅など高い熱伝導率を有する基板材料にＬＥＤを実装すれば、熱処理の問題は概ね解決できるが、このような基板材料は、高価であるため使用量の削減が要請されている。
【０００３】
この要請に応えるため、例えば、特許文献１の図７Ａには、樹脂基板（積層ＰＣＢ２２４）に形成された開口部（スルーホール）に、熱伝導率が樹脂基板（２２４）よりも高く且つ絶縁性を有する放熱基板（放熱器１０）が嵌め込まれた回路基板が記載されている。さらに、図７Ｄには、その回路基板に含まれる放熱基板（１０）上にＬＥＤが実装された発光装置（ＬＥＤモジュール）が記載されている。また、図８Ｂには、放熱基板（１０）上に３個のＬＥＤを実装した発光装置が記載されている。なお、（）には、特許文献１における用語又は符号を示す。
【０００４】
特許文献１の図７Ｄに記載された発光装置では、ＬＥＤの発する熱の多くは、ＬＥＤのヒートシンク（９３）、放熱基板（１０）上に形成された熱伝導電極（熱伝導ボンディングパッド７３）、放熱基板（１０）、及び放熱基板（１０）の下面に形成された放熱パターン（８３）を介して、図示していない大型のヒートシンクに移動する。なお、放熱基板（１０）は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる基材の表面に銅からなる配線パターン（正電極ボンディングパッド７１及び負電極ボンディングパッド７２）を備えている。
【０００５】
樹脂基板に放熱基板を嵌め込んだ回路基板は、いわゆる、インレイ（嵌め込み）基板と呼ばれる。前述のように、インレイ基板は、ＬＥＤの発する熱を、放熱基板を介して、放熱基板と熱的に接続した大型のヒートシンクに移動させる。すなわち、インレイ基板は、高価な材料からなる放熱基板が小型であるにも関わらず、ＬＥＤの発する熱を効率良く処理することが可能となり、さらに、樹脂基板上でＬＥＤ駆動回路など様々な回路を構成できるため、使い勝手が良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−６３１７７号公報（図７Ａ、図７Ｄ、図８Ｂ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された回路基板及びその回路基板を用いた発光装置は、放熱基板（１０）がＡｌＮからなるため高い絶縁性が確保されていると言っても、放熱基板（１０）を構成するＡｌＮの反射率及び熱伝導率が金属などの材料に比べ低いことから、発光量の増大や発光効率の向上に対する期待に充分に応えられていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、樹脂基板の開口部に放熱基板が嵌め込まれた回路基板及びその回路基板に含まれる放熱基板の上面に多数のＬＥＤを実装した発光装置において、絶縁性を保持しながら、放熱性及び発光効率を改善できる回路基板及びその回路基板を用いた発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明の回路基板は、樹脂基板の開口部に放熱基板を嵌め込んだ回路基板において、前記放熱基板は、金属基板及び前記金属基板に積層するセラミック層を含み、前記セラミック層の上面に形成された配線の一部分は、前記樹脂基板の上面に形成された配線と接続することを特徴とする。
【００１０】
本発明の回路基板に含まれる放熱基板は、金属基板と、金属基板上に積層したセラミック層とを含む。セラミック層上の配線の一部分は、樹脂基板上に形成される配線と接続する。これらの配線と金属基板との間の絶縁耐電圧は、セラミック層により高く維持される。放熱基板にＬＥＤを実装したとき、ＬＥＤの底面から発した光は、セラミック層及び金属基板表面で反射し上方に向かい、ＬＥＤの発する熱は、金属基板を通って下方に向かう。
【００１１】
前記金属基板は、上面と下面にそれぞれ前記セラミック層を備えていても良い。
【００１２】
前記金属基板は、アルミニウム又は銅からなっていても良い。
【００１３】
また、上記課題を解決するため本発明の発光装置は、樹脂基板の開口部に放熱基板を嵌め込んだ回路基板が用いられた発光装置において、前記放熱基板は、金属基板及び前記金属基板に積層するセラミック層を含み、前記セラミック層の上面に複数のＬＥＤが実装されるとともに、前記セラミック層の上面に形成された配線の一部分は、前記樹脂基板の上面に形成された配線と接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の回路基板及びその回路基板を用いた発光装置では、セラミック層により絶縁耐電圧が確保される。このとき、放熱基板の基材が金属であるため、熱伝導率が改善されるとともに、セラミック層と金属基板表面とによる反射で反射率が改善する。すなわち、本発明の回路基板及びその回路基板を用いた発光装置は、回路基板が、樹脂基板と樹脂基板からなり、樹脂基板の開口部に放熱基板を嵌め込んだ構成であっても、絶縁性を保持しながら、放熱性及び発光効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態として示す発光装置の平面図である。
【図２】図１に示す発光装置の要部断面図である。
【図３】図１に示す発光装置の製造方法の説明図である。
【図４】図１に示す発光装置の製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜４を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態として示す発光装置２０の平面図である。なお、図１では、発光装置２０に含まれる回路基板１０上に形成される配線１４について一部だけ示している。
【００１８】
図１に示すように、回路基板１０は、樹脂基板１１の開口部１３に４個の放熱基板１２が嵌め込まれている。それぞれの放熱基板１２の上面には円形のダム３３が形成され、ダム３３の内側では封止樹脂３４が充填され固化している。また、ダム３３から樹脂基板１
１に向かって延びる配線１４が形成されている。配線１４は、樹脂基板１１上に形成された配線１１ａ、放熱基板１２上に形成された配線１２ａ、及び樹脂基板１１と放熱基板１２の境界上で配線１１ａ、１２ａを接続する配線１３ａからなる。さらに、樹脂基板１１上には、マイクロコンピュータ、コネクタ、定電流ＩＣなどの電子部品３５が実装されている。
【００１９】
図２は、図１のＡ−Ａ´線に沿って描いた回路基板１０の要部断面図である。前述のように、樹脂基板１１の開口部１３には放熱基板１２が嵌め込まれている。樹脂基板１１は、上側樹脂板１１ｂ、下側樹脂板１１ｄ、及びこれらに挟まれたプリプレグ１１ｃからなる３層構造体である。放熱基板１２は、金属基板１２ｃの上下の面にセラミック層１２ｂ、１２ｄを備えた３層構造体である。樹脂基板１１と放熱基板１２とは、樹脂基板１１から浸み出したプリプレグ１１ｃで接続している。
【００２０】
回路基板１０の上面には、前述のように、配線１１ａ、１２ａ及び１３ａが形成され、回路基板１０の下面には、ベタパターンである銅層１５が形成されている。銅層１５は、樹脂基板１１の下面に形成された銅層１１ｅ、放熱基板１２下面に形成された銅層１２ｅ、及び樹脂基板１１と放熱基板１２の境界上で銅層１１ｅ、１２ｅを接続する銅層１３ｅからなる。
【００２１】
放熱基板１２の上面には、複数ＬＥＤダイ３１が実装されている。ＬＥＤダイ３１同士又はＬＥＤダイ３１と配線１２ａとの間は、ワイヤ３２で接続されている。ＬＥＤダイ３１は、ダム３３で囲まれている。ダム３３の内側に充填され固化した封止樹脂３４は、ＬＥＤダイ３１及びワイヤ３２を被覆している。なお、図２では、図１のＡ−Ａ´断面で４個のＬＥＤダイ３１がワイヤ３２で接続しているように簡略化して描いている。しかしながら、実際の発光装置２０では、多数のＬＥＤダイ３１がダム３３内の領域で配列し、一本（又は数本）の直列回路を構成している。ここで、本実施形態において、「ＬＥＤ」という用語は、ＬＥＤダイを意味する。なお、一般的な「ＬＥＤ」という用語は、ＬＥＤダイからＬＥＤダイをパッケージ化した発光素子まで用いられることがある。
【００２２】
樹脂基板１１は、前述の通り、上側樹脂板１１ｂ、プリプレグ１１ｃ及び下側樹脂板１１ｄからなり、層厚が１ｍｍ程度の３層構造体であり、上面に配線１１ａ及び下面に銅層１１ｅを備えている。上側樹脂板１１ｂ及び下側樹脂板１１ｄは、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂を浸み込ませ、熱硬化処理を施し板状にしたものである。プリプレグ１１ｃは、厚さが１００μｍ程度で、繊維状補強材を含む半硬化状態の強化プラスチック成形材料であり、放熱基板１２を樹脂基板１１の開口部１３に嵌め込んだら樹脂基板１１の圧縮加熱処理により硬化する。配線１１ａ及び銅層１１ｅは、もともと樹脂基板１１上に形成されていた銅層１１ａ１、１１ｅ１（図３（ｃ）参照）と、放熱基板１２にもともとあった銅層１２ａ１，１２ｅ１（図３（ｂ）参照）とを接続するときに形成した銅層との積層体である。
【００２３】
放熱基板１２は、前述の通り、金属基板１２ｃの上下の面にセラミック層１２ｂ、１２ｄを備えた３層構造体であり、上面に配線１２ａ及び下面に銅層１２ｅを備えている。放熱基板１２の基材となる金属基板１２ｃは、アルミニウムからなる。セラミック層１２ｂ、１２ｄは、アルミナや酸化チタンなど反射率の高い白色無機微粒子をガラス（２酸化シリコンのネットワーク）中に分散させた白色無機材料であり、金属基板１２ｃとは化学結合により強力に接続している。配線１２ａ及び銅層１２ｅは、配線１１ａ及び銅層１１ｅと同様に、もともとセラミック層１２ｂ、１２ｄに存在し銅層１２ａ１、１２ｅ１（図３（ｂ）参照）と、樹脂基板１１にもともとあった銅層１１ａ１、１１ｅ１（図３（ｃ）参照）を接続するときに形成した銅層との積層体である。
【００２４】
ＬＥＤダイ３１は、平面サイズが約０．４ｍｍ×０．４ｍｍの青色発光ダイオードであり、上面側に発光層及びワイヤボンディング用の電極を備え、下面がセラミック層１２ｂにダイボンドペーストで接着されている。ワイヤ３２は、金線である。ダム３３は、酸化チタンを含有した白色シリコン樹脂からなり、太さが０．７〜１．０ｍｍ、高さが０．５〜０．８ｍｍである。封止樹脂３４は、蛍光体を含有したシリコン樹脂である。
【００２５】
図３及び図４により発光装置２０の製造方法を説明する。図３及び図４は、発光装置２０の製造方法の説明図であり、各工程を象徴する発光装置２０の簡略化した断面を示している。図３において、（ａ）〜（ｃ）は、樹脂基板１１及び放熱基板１２を準備する工程を示している。図４において、（ｄ）は、回路基板１０を形成する工程、（ｅ）は、回路基板１０の上面に配線１４を形成する工程、（ｆ）は、放熱基板１２の上面にＬＥＤダイ３１を実装する工程、（ｇ）は、ワイヤボンディングする工程、（ｈ）は、ダム３３を形成する工程、（ｉ）は、封止樹脂３４を充填する工程、（ｊ）は、回路基板１０に電子部品３５を実装する工程を示している。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、まず、個片化すると放熱基板１２が得られる大判の放熱基板を製造する。大判の放熱基板の製造に際し、最初に、銅箔４２にセラミック層４３が貼り付けられたセラミック銅貼り付けシート４１、銅箔４６にセラミック層４５が貼り付けられたセラミック銅貼り付けシート４７、及びアルミニウム基板４４（金属基板）を準備する。セラミック銅貼り付けシート４７は、層厚が１００μｍ程度で、銅層４２、４６の厚さが３５μｍ程度である。続いて、アルミニウム基板４４の上下の面にセラミック層４３、４５が接触するようにアルミニウム基板４４及びセラミック銅貼り付けシート４１、４７を積層する。最後に、この積層体を真空中で熱プレスすることにより、アルミニウム基板４４の表面とセラミック層４３、４５の表面とを脱水重合反応で強固に接続する。
【００２７】
大判の放熱基板が完成したら、図３（ｂ）に示すように大判の放熱基板を所定の大きさで個片化し、放熱基板１２を得る。このとき、放熱基板１２の上下の面には、ベタパターンである銅層１２ａ１、１２ｅ１が残っている。
【００２８】
放熱基板１２の準備と並行して、図３（ｃ）に示すように、樹脂基板１１を準備する。樹脂基板１１は、開口部１３備え、上下の面にはベタパターンである銅層１１ａ１、１１ｅ１が存在する。なお、本工程では、プリプレグ１１ｃは未硬化である。
【００２９】
次に、図４（ｄ）に示すように、樹脂基板１１の開口部１３に放熱基板１２を嵌め込み回路基板１０を構成する。放熱基板１２を嵌め込んだら、樹脂基板１１を圧縮し、プリプレグ１１ｃを樹脂基板１１と放熱基板１２との境界部に染み出させ、境界部をプリプレグ１１ｃで充填する。このとき、プリプレグ１１ｃは、銅層１２ａ１、１１ａ１（図３（ｂ）、（ｃ）参照）から突き出る（下側も同様）。プリプレグ１１ｃは、加熱により硬化し、上側樹脂板１１ｂと下側樹脂板１１ｄを接合するとともに、放熱基板１２を樹脂基板１１に固定する。
【００３０】
次に、図４（ｅ）に示すように、回路基板１０の上面に配線１４を形成する。まず、前の工程で樹脂基板１１の加圧により境界部から突き出たプリプレグ１１ｃとともに銅層１１ａ１、１２ａ１の上面を研磨する。それぞれの上面が一致したら、プリプレグ１１ｃ及び銅層１１ａ１、１２ａ１の上面全体に銅層を形成する。この銅層により銅層１１ａ１、１２ａ１が接続したら、銅層１１ａ１、１２ａ１を含む回路基板１０上面の銅層を、ホトリソグラフィ法によりパターニングし、配線１１ａ、１２ａ、１３ａを形成する。最後に、配線１１ａ、１２ａ、１３ａを金メッキする。回路基板１０の下面も同様に銅層１１ｅ、１２ｅ、１３ｅを形成する。
【００３１】
次に、図４（ｆ）に示すように、放熱基板１２の上面にＬＥＤダイ３１を実装する。放熱基板１２にＬＥＤダイ３１及びツェナーダイオード（図示していない）をダイボンドペーストで接着する。ＬＥＤダイ３１及びツェナーダイオードを放熱基板１２に搭載するとき、予め各素子を配置する位置にダイボンドペーストを塗っておく。各素子をピッカーで所定の位置に配置したら、回路基板１０を加熱してダイボンドペーストを硬化させる。
【００３２】
次に、図４（ｇ）に示すように、素子間等をワイヤボンディングする。ワイヤ３２は、一のＬＥＤダイ３１のカソードと他のＬＥＤダイ３１のアノードとを接続すると共に、ＬＥＤダイ３１が直列接続したＬＥＤ列の端部のＬＥＤ３１と配線１１ａとを接続する。同様に、ワイヤ３２は、ツェナーダイオードと配線１１ａとを接続する。
【００３３】
次に、図４（ｈ）に示すように、ダム３３を形成する。ダム３３は、ディスペンサのノズルを移動しながら、粘度が高い状態の白色シリコン樹脂を放熱基板１２上に吐出し、ＬＥＤダイ３１の集合を取り囲むように形成する。このとき、ツェナーダイオード、配線１２ａの一部分、及びワイヤ３２の一部分は、ダム３３に埋め込まれる。最後に回路基板１０を加熱し、ダム３３を硬化する。
【００３４】
次に、図４（ｉ）に示すように、ダム３３の内側の領域に封止樹脂３４を充填する。ディスペンサによりダム３３の内側の領域に蛍光樹脂を含有した封止樹脂３４を滴下したら、封止樹脂３４を加熱し硬化する。封止樹脂３４は、放熱基板１２の表面、ＬＥＤダイ３１及びワイヤ３２を被覆する。
【００３５】
最後に、図４（ｊ）に示すように、回路基板１０に電子部品３５を実装する。電子部品３５は、通常のリフロー工程で樹脂基板１１に固定する。
【００３６】
以上のように、発光装置２０では、セラミック層１２ｂ、１２ｄにより絶縁耐電圧が確保される。このとき、放熱基板１２は、ＡｌＮからなる従来の放熱基板に比べ、基材がアルミニウムであるため、熱伝導率が改善されるとともに、セラミック層１２ｂとアルミ表面とによる反射で反射率が改善する。すなわち、回路基板１０及び回路基板１０を用いた発光装置２０は、回路基板１０が、樹脂基板１１と放熱基板１２からなり、樹脂基板１１の開口部１３に放熱基板１２を嵌め込んだ構成であっても、絶縁性を保持しながら、放熱性及び発光効率を改善できる。
【００３７】
発光装置２０は、放熱基板１２の上下の面にセラミック層１２ｂ、１２ｄを備えていた。電気回路を構成する配線１１ａ、１２ａ、１３ａは、回路基板１０の上面だけに存在するので、下面のセラミック層１２ｄ及び銅層１１ｅ、１２ｅ、１３ｅを省くことができる。しかしながら、放熱基板１２が金属基板１２ｃを含むため、放熱基板１２の下面側にセラミック層１２ｄが存在すると、金属基板１２ｃの角部が被膜されるため絶縁耐電圧が向上する。すなわち、放熱基板１２は、金属基板１２ｃの上面と下面にセラミック層１２ｂ、１２ｄを備えていることが好ましい。また、銅層１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは放熱性を改善する。
【００３８】
発光装置２０では、ＬＥＤダイ３１から下方に向かって放射された光は、セラミック層１２ａ又は金属基板１２ｃの上面で反射し、上方に向かう。金属基板１２ｃを構成するアルミニウムは、反射率が高いので、この金属基板１２ｃを備えた発光装置２０は、発光効率が高い。一方、アルミニウムも熱伝導率用の高い銅を金属基板１２ｃの材料としても良い。すなわち、発光効率を重視するときは金属基板１２ｃの材料をアルミニウムとし、放熱を重視するときは金属基板１２ｃの材料を銅とするのが好ましい。高い反射率と熱伝導率を両立させるには、例えば、金属基板１２を構成する銅板の表面を反射率の高い金属層で被膜すれば良い。
【００３９】
発光装置２０では、セラミック層４３、４５と銅層４２、４６の積層体（セラミック銅貼り付けシート４１、４７）を金属基板４４に貼り付け、個片化してセラミック層１２ｂ、１２ｄを形成していた。しかしながら、セラミック層の形成はこの方法に限定されない。例えば、金属基板４４に、無機バインダとして機能するシリカゾル、オルガノポリシロキサン等に白色無機微粒子である酸化チタン等のフィラーを分散又は混合させたインク状の材料を塗布し、金属基板４４を加熱して白色のセラミック層を形成しても良い。
【００４０】
発光装置２０では、ＬＥＤとしてＬＥＤダイ３１を使用し、蛍光樹脂を含む封止樹脂３４で複数のＬＥＤダイ３１を被覆していた。しかしながら、本発明の発光装置では、ＬＥＤがＬＥＤダイだけに限定されることはなく、例えば、放熱基板１２上に複数のチップサイズパッケージを実装しても良い。また、発光装置２０では、樹脂基板１１は上面だけに配線１１ａを備えていたが、例えば、上側樹脂板１１ｂの両面に配線を形成し、配線について樹脂基板１１を多層化しても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１０…回路基板、
１１…樹脂基板、
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４…配線、
１１ａ１、１１ｅ、１１ｅ１、１２ａ１、１２ｅ、１２ｅ１、
１３ｅ、１５、４２、４６…銅層、
１１ｂ…上側樹脂板、
１１ｃ…プリプレグ、
１１ｄ…下側樹脂板、
１２…放熱基板、
１２ｂ、１２ｄ、４３、４５…セラミック層、
１２ｃ、４４…金属基板、
１３…開口部、
２０…発光装置、
３１…ＬＥＤダイ、
３２…ワイヤ、
３３…ダム、
３４…封止樹脂、
３５…電子部品、
４１、４７…セラミック銅貼り付けシート。
【図１】
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【図２】
2020178057.tif 000004
【図３】
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【図４】
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