(57)【要約】ヒートスプレッダーをＬＥＤチップ直下に実装することで、放熱性を飛躍的に改善させたＬＥＤチップ接合体の製造方法を提供する。ＬＥＤチップ接合体の製造方法は、板厚が０．１〜２ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下である金属含浸セラミックス基板又は金属基板に、ＬＥＤチップの一個又は二個以上を装着した後、ＬＥＤチップを含みＬＥＤチップの底面積の２〜１００倍の広さに、上記金属含浸セラミックス基板又は金属基板を切断することを特徴とする。
2011007872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚が０．１〜２ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下である金属含浸セラミックス基板又は金属基板に、ＬＥＤチップの一個又は二個以上を装着した後、ＬＥＤチップを含みＬＥＤチップの底面積の２倍以上の広さに、上記金属含浸セラミックス基板又は金属基板を切断することを特徴とするＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【請求項２】
金属含浸セラミックス基板が、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド及び黒鉛から選ばれた少なくとも１種からなる、気孔率が１０〜５０体積％の多孔体又は粉末成形体に、溶湯鍛造法にてアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させるか、又は溶融含浸法にてシリコン又はシリコン合金を含浸させたものであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【請求項３】
金属基板が、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）から選ばれた金属板、上記金属成分の少なくとも１種を含む合金板、又は上記金属板及び上記合金板から選ばれた２種以上で構成された積層板であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【請求項４】
金属含浸セラミックス基板又は金属基板が、その表面に０．５〜２０μｍの厚みのＣｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＳｎから選ばれた少なくとも１種の金属層を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【請求項５】
ＬＥＤチップが、出力０．５Ｗ以上の非絶縁構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【請求項６】
切断が、ダイシング、レーザー加工、ウォータージェット加工及び放電加工から選ばれた少なくとも１種により行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【請求項７】
ＬＥＤチップを有する金属含浸セラミックス基板面又は金属基板面のＬＥＤチップ装着面の面積が、ＬＥＤチップとの接着面積の２倍〜１００倍であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＬＥＤチップ接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−V族半導体結晶を用いて製造される。近年、半導体のエピタキシャル成長技術と発光素子プロセス技術の進歩により、変換効率の優れるＬＥＤ素子が開発され、様々な分野において幅広く使用されている。【０００３】
ＬＥＤチップは、成長基板上にＩＩＩ−V族半導体結晶をエピタキシャル成長させたｐ型層とｎ型層及び両者に挟まれる光活性層から構成される。一般的には、例えば単結晶サファイア等の成長基板上に、ＩＩＩ−V族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後、電極等を形成しＬＥＤ発光素子を形成する。【０００４】
しかし、成長基板、例えば単結晶サファイアの熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であるので、ＩＩＩ−V族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができない。とくに、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して、発光効率の低下や素子寿命の低下を起こしてしまう。これを解決するため、成長基板上にＩＩＩ−V族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介してパッケージ基板（保持基板）を接合し、その後、成長基板を除去する方法が提案されているが（特許文献１）、十分に満足できるものではなかった。すなわち、パッケージ基板（保持基板）は導電性でもあるため、実装に際しては非絶縁構造としなければならない。たとえば、回路基板等の実装基板に半田接合する際、接合部直下に樹脂等の熱伝導率の低い絶縁層を配置する必要があったが、この絶縁層が十分な放熱を阻害してしまう。【０００５】
一方、ＬＥＤチップの発熱による障害を少しでも軽減させるべく高出力ＬＥＤ発光装置では、放熱板、例えば銅（Ｃｕ）板を介して、ＬＥＤチップを回路基板等に実装する方法が提案されている（特許文献２）。しかし、Ｃｕの線膨張係数が１７×１０−６／Ｋ程度であり、ＬＥＤチップの５×１０−６／Ｋ程度と大きく相違しているので、使用中に接合部にクラック等が発生し放熱特性が低下してしまう。
【特許文献１】特開２００６−１２８７１０号公報
【特許文献２】特表２００８−５４４４８８号パンフレット
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、上記に鑑み、放熱性を著しく改善したＬＥＤチップ接合体の製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明は、板厚が０．１〜２ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下である金属含浸セラミックス基板又は金属基板に、ＬＥＤチップの一個又は二個以上を装着した後、ＬＥＤチップを含みＬＥＤチップの底面積（すなわちＬＥＤチップと金属含浸セラミックス基板又は金属基板との接着面積）の２倍以上の広さに、上記金属含浸セラミックス基板又は金属基板を切断することを特徴とするＬＥＤチップ接合体の製造方法である。
【０００８】
本発明においては、（１）金属含浸セラミックス基板が、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド及び黒鉛から選ばれた少なくとも１種からなる、気孔率が１０〜５０体積％の多孔体又は粉末成形体に、溶湯鍛造法にてアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させるか、又は溶融含浸法にてシリコン又はシリコン合金を含浸させたものであること、（２）金属基板が、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）から選ばれた金属板、上記金属成分の少なくとも１種を含む合金板、又は上記金属板及び上記合金板から選ばれた２種以上で構成された積層板であること、（３）金属含浸セラミックス基板又は金属基板が、表面に０．５〜２０μｍの厚みのＣｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＳｎから選ばれた少なくとも１種の金属層を有していること、（４）ＬＥＤチップが、出力０．５Ｗ以上の非絶縁構造であること、（５）切断が、ダイシング、レーザー加工、ウォータージェット加工及び放電加工から選ばれた少なくとも１つの方法で行うこと、から選ばれた少なくとも１つの実施態様を有していること、（６）ＬＥＤチップを有する金属含浸セラミックス基板面又は金属基板面のＬＥＤチップ装着面の面積が、ＬＥＤチップとの接着面積の２倍〜１００倍であることが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、ＬＥＤチップ直下の金属含浸セラミックス基板又は金属基板（以下、これらを「ヒートスプレッダー」という。）が、導電性かつ高熱伝導性であり、しかもＬＥＤチップとの線熱膨張係数差が小さいので、放熱性を飛躍的に改善したＬＥＤチップ接合体を製造することができる。その結果、放熱性、信頼性に優れ、更なる高輝度化も期待できる、高出力のＬＥＤパッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の製造方法の一例を示す説明図
【図２】本発明の製造方法の他の一例を示す説明図
【符号の説明】
【００１１】
１  ヒートスプレッダー
２  金属層
３  レジスト層
４  ＬＥＤチップ
５  接着層
６  ＬＥＤチップ接合体
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明によって製造されるＬＥＤ接合体は、板厚が０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、好ましくは０．０１〜０．２μｍであり、しかもＬＥＤチップの底面積の２倍以上、好ましくは２〜１００倍、特に好ましくは２〜２５倍の面積のヒートスプレッダーに、ＬＥＤチップが直接装着された構造であるので、ＬＥＤチップで発生した熱を効率的に面方向に広げることができ、たとい絶縁層を介して回路基板に実装しても、十分な放熱特性を確保することができる。その結果、ＬＥＤチップの点灯温度を低減することでき、ＬＥＤの更なる高輝度化が実現できる。
【００１３】
ヒートスプレッダーの面積がＬＥＤチップの底面積の２倍未満であるか、又はヒートスプレッダーの板厚が０．１ｍｍ未満であると、ＬＥＤチップからの熱をヒートスプレッダーで十分に広げることができずに、ＬＥＤチップの点灯温度が高くなる。一方、底面積の１００倍をこえると、ＬＥＤチップ接合体の構造自体が大きくなり好ましくない。また、板厚が２ｍｍをこえると、ヒートスプレッダーの熱抵抗が大きくなる。ヒートスプレッダーの表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍをこえると、ＬＥＤチップとの接着率が低下するなどの不具合が生じる恐れがある。表面粗さは小さいほどよいが、加工費が増大するので下限値は０．０１μｍが好ましい。
【００１４】
本明細書において「接着率」とは、ＬＥＤチップの底面積に対する接着層の面積の比のことである。接着率が１であることが最も好ましく、放熱特性の面より０．５以上が好ましく、特に０．８以上が好ましい。接着率が０．５未満では、ＬＥＤチップで発生した熱を十分にヒートスプレッダーに伝達することができず、ＬＥＤチップの点灯温度が高くなる。
【００１５】
金属含浸セラミックス基板からなるヒートスプレッダーは、気孔率が１０〜５０体積％の無機多孔体又は無機粉末成形体に、溶湯鍛造法にてアルミニウム又はアルミニウム合金、好ましくはアルミニウム含有率が８０〜９７質量％のアルミニウム−シリコン合金を、例えば特許３４６８３５８号の方法によって含浸させて製造されたものであることが好ましい。また、金属含浸セラミックス基板は、温度２５℃の熱伝導率が１００〜６００Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００〜３００Ｗ／ｍＫであり、また温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数が３〜１２×１０−６／Ｋ、好ましくは４〜９×１０−６／Ｋであることが好ましい。熱伝導率と線膨張係数は、含浸金属種、含浸率、無機多孔体又は無機粉末成形体の材質によって増減させることができる。
【００１６】
また、上記溶湯鍛造法のかわりに溶融含浸法によって、気孔率が１０〜５０体積％の無機多孔体又は無機粉末成形体に、シリコン又はシリコン合金を、例えば特開平５−３２４５８号公報の方法によって含浸させて製造されたものでも使用できる。
【００１７】
無機多孔体又は無機粉末成形体の材質は、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド及び黒鉛から選ばれた無機成分の少なくとも１種であることが好ましい。無機多孔体又は無機粉末成形体中の無機成分の割合が５０〜９０体積％、特に６５〜８０体積％であり、空隙の割合（気孔率）が１０〜５０体積％、特に２０〜３５体積％であることが好ましい。無機成分の割合が５０体積％未満であると、金属含浸セラミックス基板の線熱膨張係数が大きくなり過ぎる。一方、９０体積％をこえると、金属を十分に含浸させることができず、熱伝導率が小さくなりすぎる恐れがある。気孔率の調整は、無機成分の粒度調整、成形圧力、焼結条件などによって行うことができる。
【００１８】
無機粉末成形体は、無機成分の粉末のみを成形して製造することもできるし、例えばシリカゾル、アルミナゾル等の無機バインダーと共に用いて製造することもできる。成形には、プレス成形、鋳込み成形等の一般的なセラミックス粉末の成形方法が採用される。また、無機多孔体は、例えば上記無機粉末成形体を焼結処理することによって製造することができる。無機多孔体と無機粉末成形体の形状には制約はなく、平板状、円柱状などで用いられる。
【００１９】
金属を含浸した無機多孔体又は無機粉末成形体から金属含浸セラミックス基板にするには、通常、切断加工と面加工が施される。金属を含浸した無機多孔体又は無機粉末成形体の形状が円柱状である場合、円筒研削盤等によりダイヤモンド砥石を用いて所定寸法に外形加工した後、マルチワイヤソー、内周刃切断機等で最終形状より０．１〜０．５ｍｍ程度厚い板厚に切断加工するのがよい。切断方法には限定はないが、切断代が少なく量産性に適したマルチワイヤソーが好適である。マルチワイヤソーの切断では、遊離砥粒タイプ及びダイヤモンド等の研削材を付着したワイヤーが用いられる。面加工では、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機を用い、板厚が０．１〜２ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下に加工される。
【００２０】
金属を含浸した無機多孔体又は無機粉末成形体の形状が板状である場合は、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機を用い、板厚が０．１〜２ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下に面加工をし、次いでウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン、円筒研削盤等で所定形状に外周加工を行う。この場合、外周加工をさきに行ってから面加工をしてもよい。
【００２１】
一方、金属基板からなるヒートスプレッダーは、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）から選ばれた金属板、上記金属成分の少なくとも１種を含む合金板、又は上記金属板及び上記合金板から選ばれた２種以上で構成された積層板から構成されていることが好ましい。その形状は、平板状、円柱状などが用いられる。
【００２２】
金属含浸セラミックス基板又は金属基板のいずれのヒートスプレッダーにあっても、その表面に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＳｎから選ばれた少なくとも１種の金属による、特に好ましくはＮｉ又はＡｕによる、厚みが０．５〜２０μｍの金属層を有していることが好ましい。特に好ましい金属層の厚みは２〜１０μｍである。これによって、ＬＥＤチップの接着率が向上する。金属層の厚みが０．５μｍ未満であると、接着率の向上効果が小さく、２０μｍをこえると、金属層とヒートスプレッダーとの熱膨張差による剥離が生じる恐れがある。金属層は、ヒートスプレッダーを洗浄後、上記金属種による無電解めっき又は電解めっきを施すことによって形成させることができる。また、金属蒸着法や金属被覆法によっても形成させることができる。
【００２３】
本明細書において「ＬＥＤチップ」とは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶からなるＬＥＤ素子と保持基板からなる構造体のことである。ＬＥＤ素子としては紫外〜青色の波長域の光を発するＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶が使用され、具体的にはＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどである。保持基板とは、（イ）ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長する際に用いた成長基板、又は（ロ）単結晶成長基板上にＩＩＩ−V族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介して高熱伝導性基板を接合し、その後、単結晶成長基板を除去される高熱伝導性基板、のことである。それらを例示すれば、サファイア、炭化珪素、シリコン、Ｃｕ／Ｗ、Ｃｕ／Ｍｏなどである。これらの中、０．５Ｗ以上の出力が要求されるＬＥＤチップでは、熱伝導率の点から、上記（ロ）に属する保持基板が使用され、ＬＥＤチップは非絶縁構造となる。非絶縁構造ＬＥＤチップの利点は、狭い面積で高輝度が得られることである。
【００２４】
ＬＥＤチップとヒートスプレッダーの装着は、ロウ付け、はんだ付け、又は高熱伝導接着剤を用いて行われる。好ましくは、はんだ付け又はロウ付けである。はんだとしては、クリームはんだ、共晶はんだ、鉛フリーはんだなどが使用される。ロウ付けは、ＬＥＤチップ裏面の共晶金属層を利用したロウ付け法が好ましく、これによって接合層の厚みを１〜５μｍに薄くすることができる。また、「高熱伝導性接着剤」とは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の接着剤のことであり、例えばＡｇペースト、高熱伝導シリコーン接着剤、Ａｇ系導電性接着剤などをあげることができる。接着層（装着層）の厚みは０．１ｍｍ以下が好ましく、特に０．０５ｍｍ以下が好ましい。接着層の厚みが０．１ｍｍをこえると熱抵抗が大きくなる。なお、本明細書においては、「装着」とは、ＬＥＤチップとヒートスプレッダーを接着するという意味であり、接合などと同等概念で用いている。
【００２５】
本発明では、ヒートスプレッダーに装着されるＬＥＤチップの個数は、ヒートスプレッダーの面積が、ＬＥＤチップの底面積の２倍以上の範囲であり、個々のＬＥＤチップの実装、放熱に支障をきたさない配置であれば個数には制約はない。このため、１つのヒートスプレッダーに二個以上のＬＥＤチップを装着したＬＥＤチップ接合体とすることもできる。二個以上のＬＥＤチップを搭載することの利点は、実装工程での工数を低減できることである。
【００２６】
ついで、ＬＥＤチップの装着されたヒートスプレッダーは、ヒートスプレッダーの面積が、ＬＥＤチップの底面積の２倍以上の範囲に切断される。このような面積比で切断する理由は上記した。
【００２７】
本発明のように、ヒートスプレッダーに一個又は二個以上のＬＥＤチップを装着してから切断する方法の利点は、ＬＥＤチップを装着する際の装着面の清浄度が、酸化層等で汚染されていないので、酸処理等の洗浄処理が不要であること、またＬＥＤチップを位置精度良くヒートスプレッダーに配置することができるので、切断及び実装の際の不具合が激減できること、などである。すなわち、一般に、切断や実装は自動機で行われるが、位置精度が悪いと、自動機での対応が難しく、別途、手動にて位置合わせを行う必要があるが、本発明によればそれが不要となることである。しかし、本発明においては、更なる位置精度を高めるため、自動機に加え、治具でＬＥＤチップの位置精度を確保する、ヒートスプレッダー基板にはんだレジストを塗布するなどの処置を否定するものではない。
【００２８】
ヒートスプレッダーの切断は、ダイシング、レーザー加工、ウォータージェット加工及び放電加工により行うことができる。加工精度及び加工速度の点から、ダイシング及びレーザー加工が最適である。
【実施例】
【００２９】
以下、適宜図面を引用して、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
実施例１
＜無機多孔体を用いたヒートスプレッダーＡ、Ｂ＞
炭化珪素粉末Ａ（市販品：平均粒子径２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（市販品：平均粒子径２０μｍ）９００ｇ、炭化珪素粉末Ｃ（市販品：平均粒子径２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース、信越化学工業社製商品名「メトローズ」）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した。これを、面圧１０ＭＰａでプレス成形し、続いて圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形をして円柱状成形体（直径５５ｍｍ×高さ１１０ｍｍ）を製造した後、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度２１００℃で２時間焼成した。得られた焼結体をマシニングセンターでダイヤモンド製の砥石を用い、外形寸法が直径５２ｍｍ×高さ１００ｍｍに加工して無機多孔体（気孔率２０％）を製造した。得られた無機多孔体に窒化硼素の離型剤を塗布してから、筒状黒鉛治具（外寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍ、内寸法：直径５２．５ｍｍ×高さ１００ｍｍ）に挿入して構造体とした。【００３０】
黒鉛離型材の塗布されたステンレス板からなる離型板（７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍ）を挟んで上記構造体の４個を組み立て（１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍ）、両側に鉄板（厚み１２ｍｍ）を配置し、ボルト８本で連結して一つの積層体とした。この積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいたプレス金型（内径４００ｍｍ×高さ３００ｍｍ）内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断して離型板を剥がし、旋盤で黒鉛治具部分を除去して金属含浸セラミックス材料（直径５２ｍｍ×高さ１００ｍｍ）の４個を製造した。これを５３０℃の温度で３時間アニール処理して含浸時の歪み除去した。【００３１】
得られた金属含浸セラミックス材料から、研削加工により線膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）と熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）を切り出し、温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、温度２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（アルバック社製；ＴＣ３０００）で測定した。その結果、線膨張係数は５．０×１０-6／Ｋ、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍＫであった。【００３２】
ついで、金属含浸セラミックス材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、直径５０．８ｍｍ×高さ１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行ってから、マルチワイヤソーでダイヤモンド砥粒を用い、切り込み速度０．２ｍｍ／ｍｉｎで、円板状（板厚０．３ｍｍ）に切断加工し、更に両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２２ｍｍに研削加工した。その後、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて、板厚０．２ｍｍまで研磨加工をしてから、純水中、次いでイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い乾燥し、金属含浸セラミックス基板からなるヒートスプレッダーＡを製造した。この表面粗さ（Ｒａ）は０．０５μｍであった。【００３３】
ヒートスプレッダーＡに、無電解Ｎｉ―Ｐめっき及び電気Ａｕめっきを行い、（Ｎｉ−Ｐ：４μｍ＋Ａｕ：１μｍ）のめっき層（５μｍ厚）を形成した。この表面粗さ（Ｒａ）は０．１μｍであった。ついで、このめっき層の施されたヒートスプレッダーの片面に、市販の紫外線硬化型のはんだレジストをスクリーン印刷機で塗布した後、紫外線硬化させてレジスト層（１５μｍ厚）を４ｍｍ間隔で形成しヒートスプレッダーＢとした。【００３４】
＜無機粉末成形体を用いたヒートスプレッダーａ、ｂ＞
炭化珪素粉末Ａを３５２ｇ、炭化珪素粉末Ｂを１７６ｇ、炭化珪素粉末Ｃを５９ｇ秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した。これを、筒状黒鉛治具（外寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１１０ｍｍ、内寸法：直径５５ｍｍ×高さ１１０ｍｍ）に充填し、面圧１０ＭＰａでプレス成形して無機粉末成形体（直径５５ｍｍ×高さ１１０ｍｍの円柱体、気孔率３０％）を製造した。ついで、上記ヒートスプレッダーＡの製造において構造体の４個を組み立てたことのかわりに、ここで製造された筒状黒鉛治具ごと無機粉末成形体の４個を組み立てたこと以外は、同様にして金属含浸セラミックス材料（温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数：６．０×１０-6／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率：２２０Ｗ／ｍＫ）を製造し、それを加工してヒートスプレッダーａと、ヒートスプレッダーａにめっき層とレジスト層を施ししてヒートスプレッダーｂを製造した。【００３５】
＜ヒートスプレッダーＡ、Ｂ、ａ又はｂによるＬＥＤチップ接合体＞
図１に示すように、上記で製造された４種（Ａ、Ｂ、ａ、ｂ）のヒートスプレッダー１のそれぞれに、出力３ＷのＬＥＤチップ（Ｃｒｅｅ社製：ＥＺ１０００／１ｍｍ×１ｍｍ×０．１ｍｍ）４の１２０個をヒートスプレッダー１上に、位置決め治具を使用して４．０ｍｍ間隔で接着した。接着は、Ａ、ａのヒートスプレッダーでは高熱伝導接着剤（京セラケミカル社製：ＣＴ２８４Ｒ  Ａｇペースト系）を用いて行い、Ｂ、ｂのヒートスプレッダーではレジスト層３の間にクリームはんだの接着層５により行った（図１の工程２参照）。その後、ダイシング装置（ディスコ社製：ＤＡＤ３３５０）にて、刃幅０．１ｍｍのレジンボンドタイプのダイヤモンドブレード（Ｒ０７−ＳＤ４００）にて、送り速度８ｍｍ／ｓで、３．９ｍｍ×３．９ｍｍの形状に切断加工をし、純水中で超音波洗浄を行い、乾燥して１２０個のＬＥＤチップ接合体６を製造した（図１の工程３参照）。得られたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの装着面の面積は、いずれもＬＥＤチップの底面積の１５．２倍であった。【００３６】
＜ＬＥＤチップ接合体の放熱特性＞
ＬＥＤチップ接合体を、クリームはんだと金ワイヤーによるワイヤーボンディングにより、金属アルミニウムベースの回路基板（２０ｍｍ×２０ｍｍ×１．５ｍｍ）に実装し、これをシリコーンゴム製両面粘着の市販放熱シート（熱伝導率２Ｗ／ｍＫ）を挟んで、アルミニウム製の放熱フィン（熱抵抗：５．２℃／Ｗ  寸法：５０ｍｍ×５０ｍｍ×１７ｍｍ）に接着した。ＬＥＤチップに出力が３Ｗとなる電圧を印可し、ＬＥＤチップの上面温度を赤外線サーモグラフィーにより測定した。その結果、ヒートスプレッダーＡ、ヒートスプレッダーＢ、ヒートスプレッダーａ、ヒートスプレッダーｂを用いて製造されたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの上面温度は、５個の平均値で、それぞれ６９℃、６０℃、７０℃、６１℃であった。【００３７】
比較例１
ヒートスプレッダーＢを用いた実施例１のＬＥＤチップ接合体において、ＬＥＤチップ接合体を作製せずにＬＥＤチップを、直接、クリームはんだを用いて回路基板に実装したところ、ＬＥＤチップの上面温度は１０５℃であった。【００３８】
実施例２〜４  比較例２、３
マルチワイヤソー加工時の切断幅をかえ、板厚の異なるヒートスプレッダーを製造したこと、及びクリームはんだの接着層５をロウ材（Ａｕ／Ｓｎ＝８０／２０（質量比））の接着層５に変更したこと以外は、実施例１のヒートスプレッダーＢの場合と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造し、ＬＥＤチップの上面温度を測定した。それらの結果を表１に示す。【００３９】
実施例５〜７  比較例４
ラップ盤加工時のダイヤモンドの砥粒の粒度をかえ、表面粗さの異なるヒートスプレッダーを製造したこと、及びクリームはんだの接着層５をロウ材（Ａｕ／Ｓｎ＝８０／２０（質量比））の接着層５に変更したこと以外は、実施例１のヒートスプレッダーＢの場合と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造し、ＬＥＤチップの上面温度を測定した。それらの結果を表１に示す。【００４０】
実施例８〜１０  比較例５
クリームはんだの接着層５をロウ材（Ａｕ／Ｓｎ＝８０／２０（質量比））の接着層５に変更したこと、及びダイシング装置での切断加工時の間隔を表１のように変えて、ＬＥＤチップの底面積に対するヒートスプレッダーの面積の比率が異なるヒートスプレッダーを製造したこと以外は、実施例１のヒートスプレッダーＢの場合と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造し、ＬＥＤチップの上面温度を測定した。それらの結果を表１に示す。【００４１】
【表１】
2011007872.tif 000003
【００４２】
実施例１１〜１５
（Ｎｉ−Ｐ：４μｍ＋Ａｕ：１μｍ）のめっき層（５μｍ厚）のかわりに、表２に示す金属種及び金属層厚みのめっき層を形成させたこと以外は、実施例１のヒートスプレッダーＢの場合と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造し、ＬＥＤチップの上面温度を測定した。それらの結果を表２に示す。【００４３】
【表２】
2011007872.tif 000004
【００４４】
実施例１６〜２２  比較例６〜８
＜金属基板からなるヒートスプレッダーＣ、ＤによるＬＥＤチップ接合体＞
形状が直径５０．８ｍｍ×１０ｍｍで、温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数が６．５×１０-6／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率が１６０Ｗ／ｍＫである、銅−タングステン（Ｃｕ／Ｗ）からなる金属板の板厚と表面粗さを表３のように変更した金属基板からなるヒートスプレッダーＣを種々用意した。これらのヒートスプレッダーＣを用いたこと以外は、実施例１のヒートスプレッダーＢの場合と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造した。ＬＥＤチップの上面温度の測定結果を表３に示す。【００４５】
実施例２３〜２５
ヒートスプレッダーＣのＬＥＤチップ接合後のダイシング装置での切断加工時の間隔を表３のように変えて、ＬＥＤチップの底面積に対するヒートスプレッダーの面積の比率が異なるヒートスプレッダーを製造したこと以外は、実施例１６と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造し、ＬＥＤチップの上面温度を測定した。それらの結果を表３に示す。【００４６】
【表３】
2011007872.tif 000005
【００４７】
実施例２６
銅−タングステン（Ｃｕ／Ｗ）からなる金属基板のかわりに、直径が５０．８ｍｍ、板厚が０．３ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０８μｍ、温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数が７．５×１０-6／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫである、銅−モリブデン−銅（Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ）の３層積層板（各層の厚みは、０．１ｍｍ）からなる金属基板をヒートスプレッダーＤとして用いたこと以外は、実施例１６と同様にしてＬＥＤチップ接合体を製造した。このＬＥＤチップの上面温度は６４℃であった。【００４８】
実施例２７
＜金属基板からなるヒートスプレッダーｃによるＬＥＤチップ接合体＞
板厚が０．２ｍｍ、Ｒａが０．１μｍの銅／タングステン（Ｃｕ／Ｗ）合金板に、ヒートスプレッダーＡと同様にして、ＬＥＤチップを高熱伝導接着剤を用いて接着を行い、ＬＥＤチップ接合体を製造した。このＬＥＤチップの上面温度は７１℃であった。【００４９】
実施例２８
＜無機多孔体を用いたヒートスプレッダーＥ、ＦによるＬＥＤチップ接合体＞
炭化珪素粉末Ｄ（市販品：平均粒子径１５０μｍ）１３００ｇ、炭化珪素粉末Ｅ（市販品：平均粒子径１０μｍ）７００ｇ、シリカゾル（日産化学社製：スノーテックス）３００ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、１６０ｍｍ×１６０ｍｍ×５ｍｍの寸法の板状に面圧３０ＭＰａでプレス成形して成形体を製造した。得られた成形体を、温度１２０℃で１時間乾燥後、窒素雰囲気下、温度１４００℃で２時間焼成して、気孔率が３５％の焼結体を製造し、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、外形寸法が１５５ｍｍ×１５５ｍｍ×３ｍｍの形状に加工して無機多孔体を製造した。【００５０】
無機多孔体の１０枚を一枚ごとに黒鉛離型剤が塗布された離型板（１６０ｍｍ×１６０ｍｍ×０．８ｍｍ）を挟んで構造体（１７０ｍｍ×１７０ｍｍ×４０ｍｍ）となし、両側に鉄板（板厚１２ｍｍ）を配置してボルト８本で連結して一つの積層体とした。以下、実施例１のヒートスプレッダーＡと同様にして金属含浸セラミックス材料（１５５ｍｍ×１５５ｍｍ×３ｍｍ）を製造し、温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数と温度２５℃での熱伝導率を測定したところ、それぞれ７．５×１０-6／Ｋ、２００Ｗ／ｍＫであった。【００５１】
この金属含浸セラミックス材料を、平面研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、板厚０．４ｍｍの板状に面加工した後、ウォータージェット加工機（スギノマシン製アブレッシブ・ジェットカッタＮＣ）により、圧力２５０ＭＰａ、加工速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で、研磨砥粒として粒度１００μｍのガーネットを使用して、直径５０．８ｍｍ×０．４ｍｍの形状に切断加工した。その後、両面研削盤で＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．３ｍｍに研削加工を行い、純水中、次いでイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い乾燥し、金属含浸セラミックス基板からなるヒートスプレッダーＥを製造した。この表面粗さ（Ｒａ）は０．１μｍであった。また、ヒートスプレッダーＥに、上記ヒートスプレッダーＢと同様なめっき層を施してヒートスプレッダーＦとした。【００５２】
ヒートスプレッダーＥを用いて製造されたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの上面温度と、ヒートスプレッダーＦを用いて製造されたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの上面温度を測定したところ、それぞれ、７０℃、６２℃、であった。【００５３】
実施例２９
＜無機多孔体を用いたヒートスプレッダーＧ、ＨによるＬＥＤチップ接合体＞
無機多孔体として等方性黒鉛成形体（東海カーボン社製：Ｇ４５８、気孔率：１３体積％、寸法：１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ）を用い、また離型板として黒鉛離型材の塗布されたステンレス板（１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍ）を用いたこと以外は、ヒートスプレッダーＡの製造に準じて金属含浸セラミックス材料を製造した。【００５４】
この金属含浸セラミックス材料を、ダイヤモンドソーで切断加工した後、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、直径５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行い、更にマルチワイヤソーでダイヤモンド砥粒を用いて、切り込み速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで板厚０．４ｍｍの円板に切断加工した。得られた円板を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．３ｍｍに研削加工を行い、水中、次いでイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い乾燥し、金属含浸セラミックス基板からなるヒートスプレッダーＧを製造した。この表面粗さ（Ｒａ）は０．１５μｍであった。また、ヒートスプレッダーＧに、上記ヒートスプレッダーＢと同様なめっき層を施してヒートスプレッダーＨとした。【００５５】
ヒートスプレッダーＨに、出力３ＷのＬＥＤチップ（Ｃｒｅｅ社製：ＥＺ１０００／１ｍｍ×１ｍｍ×０．１ｍｍ）を４ｍｍ間隔でクリームはんだで接合した後、放電加工機にて、切断速度０．５ｍｍ／ｓで３．９ｍｍ×３．９ｍｍの形状に切断加工を行い、純水中で超音波洗浄を行い、乾燥してＬＥＤチップ接合体を製造し、ＬＥＤチップの上面温度を測定したところ、６６℃であった。【００５６】
実施例３０
＜無機多孔体を用いたヒートスプレッダーＩ、ＪによるＬＥＤチップ接合体＞
窒化アルミニウム粉末（平均粒子径２μｍ）２８８０ｇ、イットリア粉末（平均粒子径１μｍ）１２０ｇ、成形バインダー（メチルセルロース）１５０ｇ、及び純水１５０ｇの混合粉末を、面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、更に成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して円柱体（直径５５ｍｍ×１１０ｍｍ）を製造した。これを、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、窒素雰囲気下、温度１７８０℃で４時間焼成して焼結体を製造した後、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、気孔率が２２％の無機多孔体（直径５２ｍｍ×１００ｍｍ）を製造した。【００５７】
この無機多孔体を用いたこと、及びアルミニウム合金のかわりに純アルミニウムを用いたこと以外は、実施例１のヒートスプレッダーＡと同様にしてヒートスプレッダーＩ（直径５０．８ｍｍ×０．２ｍｍ）を製造した。この表面粗さ（Ｒａ）は０．０６μｍであった。また、ヒートスプレッダーＩに、上記ヒートスプレッダーＢと同様なめっき層を施してヒートスプレッダーＪとした。【００５８】
図２に示すように、ヒートスプレッダーＪに、出力１ＷのＬＥＤチップ（Ｃｒｅｅ社製：ＥＺ７００／０．７ｍｍ×０．７ｍｍ×０．１ｍｍ）４の２個をヒートスプレッダー１上に２ｍｍ間隔で、クリームはんだの接着層５により接合した（図２の工程２参照）。その後、レーザー加工機にて、切断速度８ｍｍ／ｓで３．９ｍｍ×３．９ｍｍの形状に切断加工をし、純水中で超音波洗浄を行い、乾燥して１２０個のＬＥＤチップ接合体６を製造した（図２の工程３参照）。【００５９】
得られたＬＥＤチップ接合体は、１つのヒートスプレッダーの上面に４個のＬＥＤチップが実装された構造となり、ＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの装着面の面積は、いずれもＬＥＤチップの底面積の７．８倍であった。また、出力が４ＷとなるようにＬＥＤチップに電圧を印可し、ＬＥＤチップの上面温度を測定したところ、７０℃であった。【００６０】
実施例３１
＜無機多孔体を用いたヒートスプレッダーＫ、ＬによるＬＥＤチップ接合体＞
窒化珪素粉末（平均粒子径１μｍ）２７９０ｇ、イットリア粉末（平均粒子径１μｍ）１５０ｇ、及び酸化マグネシウム粉末（平均粒子径１μｍ）６０ｇの混合物を用いたこと以外は、実施例３０と同様にして円柱体（直径５５ｍｍ×１１０ｍｍ）を製造した。これを、０．９ＭＰａの窒素加圧雰囲気下、温度１８８０℃で４時間焼成して焼結体を製造した後、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、気孔率が１３％の無機多孔体（直径５２ｍｍ×１００ｍｍ）を製造した。以下、ヒートスプレッダーＩと同様な処理を行ってヒートスプレッダーＫを、またヒートスプレッダーＪと同様な処理を行ってヒートスプレッダーＬを製造した。その結果、ヒートスプレッダーＫの表面粗さ（Ｒａ）は０．０５μｍであった。また、ヒートスプレッダーＫを用いて製造されたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの上面温度は７２℃であり、ヒートスプレッダーＬを用いて製造されたそれは６６℃であった。【００６１】
実施例３２
＜無機粉末成形体を用いたヒートスプレッダーｃ、dによるＬＥＤチップ接合体＞
ダイヤモンド粉末Ａ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社製、ＭＢＧ−６００、平均粒子径：１２０μｍ）７ｇと、ダイヤモンド粉末Ｂ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社製、ＭＢＧ−６００、平均粒子径：１５μｍ）３ｇを、アルミナ製の乳鉢で１０分間混合した後、外形寸法７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍ（内径寸法：直径５２．５ｍｍ×２０ｍｍ）の筒状の黒鉛治具Ｘに、外形寸法が直径５２．４ｍｍ×９ｍｍの黒鉛治具Ｙを挿入した後、ダイヤモンドの混合粉末１０ｇを充填し、更にダイヤモンドの混合粉末の上面に黒鉛治具Ｙを挿入して、気孔率が３５％の無機粉末成形体を製造した。【００６２】
この無機粉末成形体をヒートスプレッダーａの製造に準じて積層体となし含浸処理を施して金属含浸セラミックス材料（７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍ）が筒状黒鉛治具で囲まれた複合体を製造した。これを、金属含浸セラミックス材料が露出するまで、両主面側（７０ｍｍ×７０ｍｍ）より、平面研削盤でダイヤモンド砥石を用いて研削加工を行い、板状体（７０ｍｍ×７０ｍｍ×１ｍｍ）に加工した。その後、ウォータージェット加工機で、円板（直径５０．８ｍｍ×１ｍｍ）形状に外周加工を行い、ヒートスプレッダーｃを製造した。この表面粗さ（Ｒａ）は０．４μｍであった。また、ヒートスプレッダーｂと同様にしてめっき層とレジスト層を施してヒートスプレッダーｄを製造した。【００６３】
その結果、ヒートスプレッダーｃの温度２５℃の熱伝導率は５００Ｗ／ｍＫであった。また、ヒートスプレッダーｃを用いて製造されたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの上面温度は６６℃であり、ヒートスプレッダーｄを用いて製造されたそれは５８℃であった。【００６４】
＜無機多孔体にシリコンを含浸させたヒートスプレッダーＭ、ＮによるＬＥＤチップ接合体＞
（実施例３３）
実施例１のヒートスプレッダーＡの製造過程で製造された無機多孔体（外形寸法：直径５２ｍｍ×高さ１００ｍｍ  気孔率２０％）を、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用い、外形寸法が直径５２ｍｍ×２０ｍｍの円盤に加工した。この円盤と塊状のシリコンを、ＢＮ粉を塗布した黒鉛坩堝に入れ、電気炉内にセットした。炉内を真空引きし、１６５０℃で８時間保持して円盤にシリコンを含浸させた。室温まで冷却した後、円筒研削盤で余分なシリコンを除去して金属含浸セラミックス材料を製造し、実施例１と同様にして、温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数と温度２５℃での熱伝導率を測定したところ、線膨張係数は４．３×１０-6／Ｋ、熱伝導率は２１０Ｗ／ｍＫであった。【００６５】
以下、ヒートスプレッダーＡと同様な処理を行ってヒートスプレッダーＭを、またヒートスプレッダーＢと同様な処理を行ってヒートスプレッダーＮを製造した。その結果、ヒートスプレッダーＭの表面粗さ（Ｒａ）は０．０８μｍであった。また、ヒートスプレッダーＭを用いて製造されたＬＥＤチップ接合体のＬＥＤチップの上面温度は６９℃であり、ヒートスプレッダーＮを用いて製造されたそれは６１℃であった。【００６６】
最後に実施例・比較例の条件の要点を表４にまとめて示す。【００６７】
【表４】
2011007872.tif 000006
【図１】
2011007872.tif 000007
【図２】
2011007872.tif 000008
【国際調査報告】
2011007872.tif 000009
2011007872.tif 000010
2011007872.tif 000011
2011007872.tif 000012