(57)【要約】    【課題】    簡単で、且つ、工程的に安価な方法で、熱拡散の良い、耐熱性の良い、発光ダイオード回路基板を提供することを課題とする。    【解決手段】酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に直接、銅導電性ペーストによる電極を印刷し、回路を形成して、更に裏面全面に銅導電性ペースト、或は、無機物質からなる接合剤を厚く印刷して、更に、その面に、金属アルニニュウム板を密着して、これらを同時に焼き付けることで、安価で、作業性の良い方法によって、熱拡散の良い回路基板を提供することができた。更に、一体型支持基板の採用等で課題を解決する。【選択図】  図２
2011151347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で、焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、更に、裏面全面に該ペースト或は４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を厚く印刷して、銅層を形成して、或いは、無機物層等を形成し、それらを、同時に焼き付けることを特徴とする発光ダイオード回路基板の製造方法。
【請求項２】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって電極を印刷して、回路を形成し、裏面には、４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材によって、金属アルミニュウム板を密着接合させ、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法。
【請求項３】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、上蓋の外側の表面に４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、上蓋の内側面に該銅導電性ペースト、或いは、４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を印刷して、銅層を形成し、或いは無機物層を形成して、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを、特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法。
【請求項４】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、上蓋の外側の表面に４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、上蓋の内側面には、該銅導電性ペースト、或いは、４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を印刷して、銅層を形成し、或いは無機物層を形成して、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを、特徴する発光ダイオード回路基板。
【請求項５】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、更に、側面下部の径を上部の径より小さくして、上蓋の外側の表面には電極を印刷して、回路を形成し、下部部分を基板支持体としたことを特徴とする発光ダイオード回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード回路基板とその製作方法に関して詳しくは、発光ダイオード回路基板の電極形成方法、及び回路基板と放熱板の結合方法に於いて放熱性を良くするためと、工程を短縮簡略化する製造方法と、その回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では銅箔を高圧でエポキシガラス繊維基板上に粘着させ、上面、銅箔上に化学エッチングによって回路を形成、更に裏面に放熱用として、金属アルミニュウム等を粘着させている。
（例えば、特許文献１）
又、放熱板として、セラミック基板を使用しているものもあるが、その製作面で複雑、且つ高価な構成になっている。
（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７７８１７号公報
【特許文献２】特開２００８−２７０３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しながら、発光ダイオード素子は小型であるが故に、１個では、発熱量は少ないが照明用として採用される場合は数を多く使用するため、発熱量は大きなものとなりそれらの熱は、回路基板に伝達されて、上記特許文献１では、エポキシガラス繊維基板と銅箔回路が熱の影響で、剥がれ易く又、熱拡散が悪い等の課題がある。
一般に発光ダイオード素子の寿命は長いと考えられているが、照明用途に用いる場合はその常識は通用しなくなる。また、長時間点灯状態を維持する為、発熱量の増加に伴って発光ダイオード素子の温度が高くなり、発光効率も低下するという問題もある。
上記特許文献２においては、静電気対策部品としての作用の為もあって、積層体の構成なので工程は複雑、費用的にも高価なものとなっている。
本発明は、簡単で、且つ、工程的に安価な方法で、耐熱性の良い、長寿命の発光ダイオード回路基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の、上記課題を解決するための第一の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で、焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、更に、裏面全面に該ペースト或は４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を厚く印刷して、銅層を形成して、或いは、無機物層等を形成し、それらを、同時に焼き付けることを特徴とする発光ダイオード回路基板の製造方法によって解決する。
【０００６】
本発明の、上記課題を解決するための第二の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって電極を印刷して、回路を形成し、裏面には、４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物質からなる接合材によって、金属アルミニュウム板を密着接合させ、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法によって解決する。
【０００７】
本発明の、第三の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、上蓋の外側の表面に４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、上蓋の内側面に該銅導電性ペースト、或いは、４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を印刷して、銅層を形成し、或いは無機物層を形成して、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを、特徴する発光ダイオード回路基板によって解決する。
【０００８】
本発明の、第四の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、上蓋の外側の表面に４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、上蓋の内側面には、該銅導電性ペースト、或いは、４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を印刷して、銅層を形成し、或いは無機物層を形成して、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを、特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法によって解決する。
【０００９】
本発明の第5の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、更に、側面下部の径を上部の径より小さくして、上蓋の外側の表面には電極を印刷して、回路を形成し、下部部分を基板支持体としたことを特徴とする発光ダイオード回路基板によって解決する。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、従来の回路基板の欠点であった熱による回路基板の剥がれは無くなり、基板変質、脆化の現象も無く発光ダイオードの寿命も長くなる。
セラミック基板１枚で、表面には電極回路、裏面には、放熱板を形成、同時に焼き付け完成させることで、従来のプリント基板と放熱板の役目を果たし、プリント基板と放熱板との接着工程、接合工程をも、なくすことが出来る。又、底付き円筒形状の基板は、そのまま、ソケットとなり、支持体への装着も可能となり、
更には、支持体と一体化された、支持体一体型基板ともなる。
更に、回路基板の回路形成の電極用ペーストとして、銅を主体とした銅導電性ペーストを使用することで、経費の削減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の発光ダイオード回路基板の概観図
【図２】本発明の発光ダイオード回路基板の概観図
【図３】本発明の発光ダイオード回路基板の電極部の外観写真
【図４】従来の発光ダイオード回路基板の断面図
【図５】本発明の発光ダイオード回路基板の断面図
【図６】本発明の発光ダイオード回路基板に放熱板を同時焼き付けした基板の断面図
【図７】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板
【図８】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板に放熱板を装着            した断面図
【図９】従来の発光ダイオードの回路基板を電球用として、支持体を別付けした場合            の断面図
【図１０】本発明の発光ダイオードの回路基板を電球用として、支持体を取り付けた            場合の断面図
【図１１】本発明の発光ダイオード回路基板の電球用とした上蓋付き円筒状で、支持            体一体型基板の断面図
【図１２】本発明の発光ダイオード回路基板の電球用とした上蓋付き円筒状で、他の支            持体一体型基板の断面図
【図１３】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板の外観写真
【図１４】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板に金属アルミ板            を装着させた状態の外観写真
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、創案されたもので、その意図するところは、熱伝導に関しては、有機物よりも無機物の方が優れていることに着目し、エポキシガラス繊維基板をセラミックに替えること、又、出来るだけ、接合、組合せ等の状態が無く、一体型に近くすることで、熱伝導、放熱の問題を解決することに注目した。酸化アルミニュウム基板の熱伝導率はエポキシガラス繊維基板の約３０倍であり、窒化アルミニュウムは約４００倍である。更に従来のエポキシガラス基板と銅箔との接着に使用される接着剤と本発明に使用される銅ペーストとは、明らかに熱伝導性に関して差がある。
【００１３】
従来は、回路基板と放熱板の接合は、熱処理の温度の関係で、同時には出来ず、２度の工程を必要としていた。即ち、回路の電極形成は、銀電極が使用されていて、焼き付け温度は８００℃近辺で行われている。又、回路基板と放熱板との接合は耐高温の樹脂接着剤が使われてはいるが、８００℃付近の温度には対応できない、従って、回路基板と金属の放熱板を同時に焼き付けることは，難しかった。
そこで、本発明では金属アルミニュウムの融点が、６６０℃であることに着目し、低温焼付け可能な、銅導電性ペースト、無機物質からなる接合剤を使用することで、これ等は４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付けが完了することから、６００℃付近で焼付けを行えば、回路構成、基板と放熱板との同時焼付けが可能となる。その際、焼付けは、窒素雰囲気内で焼付けを行うため金属アルミミュウム板の酸化は無く、作業は一度の焼付けによって完成できる。
【００１４】
焼き付け温度を、４５０℃から６３０℃の間に設定したのは、銅導電性ペースト、無機物からなる接合材は共に、４５０℃から６００℃まで任意の温度で機能するが４５０℃以下では、電極強度、が弱く、６３０℃以上では、金属アルミニュウムの融点に達してしまうので、上記設定となった。
【００１５】
又回路基板と金属放熱板の接合は、導電性は不要なので、無機物の接合剤でも充分役目を果たすことが、できるので、回路基板と金属放熱板の接合には低温ガラスフリット等を使用することもできる。
【００１６】
尚、上記記載の低温で焼き付け可能な銅導電性ペーストは、一般には普及されていない状態であるが、本発明者達の特許出願中のもので、一部は、既にバリスター、PTCサーミスター等の回路部品の電極用に採用されている。
【００１７】
本発明の発光ダイオード回路基板製造方法の１例は下記の通りである。
１  準備段階；
基板と銅導電性ペーストを準備する：該基板は一つの作業表面（表面）及び非          作業表面（裏面）があって該基板の成分は酸化アルミニュウム、窒化アルミ            ニュウムのうちの一種を使用する。又、上記以外にも、酸化亜鉛、等のセラ            ミック基板も使用可能であるが、比熱の点では、窒化アルミニュウムが一番で          あり、次が酸化アルミニユウムである。価格の面では、酸化アルミニュウムが          有利である。
２．印刷段階；
スクリーン印刷によって銅導電性ペーストを上記基板の作業表面の予定位置上に印      刷し回路を形成する。乾燥後、非作業表面にも厚めに、該ペースと、或は無機物か      らなる接合剤を塗布する。印刷、塗布されたそれらのペーストは、２００℃で乾燥      する。
３．焼き付け段階
該銅層或いは無機物からなる接合剤を印刷してある基板を、放熱板としての金属ア      ルミニュウム板の上に、該基板の非作業面を下にして密着させて同時に、焼き付け    装置の中に送り込んで焼付けを行う。焼き付け装置は窒素ガス雰囲気炉で、４５０℃    〜６３０℃の温度範囲内で焼付けを行う。
焼き付け温度上限を６３０℃としたのは、焼き付炉の温度設定と、内部の雰囲気の      温度には、幾分の温度差が有る事を想定して、金属アルミニュウムが溶融するのを    防ぐ為である。市販されている金属アルミニュウムそのものも、不純物などにより、    融点は、６６０℃前後にバラツキがある。
４．完成段階；
この様にして回路用としてスクリーン印刷した銅層は焼き付け後では、該基板の作      業表面上に焼き付けられて回路を形成して、該基板の非作業表面には、金属アルミ      ニュウム放熱板が回路基板と結合し、発光ダイオード回路基板の製作を完成する。こ    の際、小型の基板の場合は、銅ペースト、アルミペースト等だけで放熱板の代わりと    する事もできる。    
【００１８】
次に、電球に応用の場合、従来では、回路基板、基板受け台（主に金属アルミ）、    支持体（主に金属アルミ）と夫々を接合させる為に接着剤を使用し、夫々の接合面      は、熱伝導の妨げとなっている。その対策として、第三の本発明では、上蓋付き円筒    状の基板を採用して、熱伝導の効率、及び製作面での工程短縮を図っている、更に、    第五の本発明によれば、支持体までも、一体化し、上蓋付き円筒状の外部上面に、電    極を形成するだけの簡単にして、熱効率の良い支持体一体型基板として、工程短縮も    可能である。
【００１９】
詳しく、図によって説明する。
図１は従来の回路基板で、銅箔３を高圧でエポキシガラス繊維２の下に粘着させ、      化学エッチングによって回路を形成している。
図２は本発明の回路基板で酸化アルミニュウムの基板４の上に直にスクリーン印刷      によって銅導電性ペースト５で回路を印刷し後、焼き付ける。
銅電極の表面には、基板として完成の後、絶縁性の保護被膜を塗布する。
図３は、銅導電性ペースト５のパターンの状態を示す外観写真である。
図４は従来の回路基板で、放熱板を結合させた断面図で銅箔３を粘着させたエポキ      シガラス繊維基板１と放熱板としてのアルミ板８を接着剤６で結合させている。
【００２０】
図５は本発明の酸化アルミニュウム基板４の表面に銅導電性ペースト５をスクリー      ン印刷で印刷して、裏面には銅導電性ペースト、或いは、無機物からなるペースト      ５-１を印刷して、焼き付けてある。発熱量少ない場合は、これで金属アルミの代      わりの放熱板として役割を果たすことができる。
図６は本発明の酸化アルミニュウム基板４に放熱板９を結合させた断面図で
銅導電ペースト５で基板表面上にスクリーン印刷で回路を形成し、更に、裏面に無      機物からなる接合材５-２を印刷して、放熱板９を密着させた状態で同時に焼き付      け接合させている。この場合、接合材５-２は銅ペースト、アルミペーストの他、      ガラスフリットも使用することも出来る。
【００２１】
図７は、本発明の回路基板の一つで、主に電球用としての上蓋付き円筒状基板１０    の断面図である。上部外面の表面には銅導電性ペースト５による電極回路を印刷し、    上部内側の面には、無機物からなるペースト５-１が塗布され、放熱板として作用し    ている。また、上部外面の電極と、円筒内部に装着される、制御回路等との接続のた    め、基板には、スルーホール１６が形成されている。
図８は、更に、金属アルミニュウム板９が密着接合されている断面図である。アルミ    放熱板の厚みは１〜２ｍｍである。上部内側の接合材５-２は銅導電性ペースト、ア    ルミペースト、ガラスフリット等が使用できる。
【００２２】
図９は、従来の電球に採用されている回路基板、及びその支持体１１の組み立て状    態の断面図である。金属アルミからなる支持体１１に、金属アルミからなる底付き円    筒状のソケット１２、の底の外面に、図１に示す回路基板１が接着剤７にて接着され    ている。支持体１１と回路基板の接合されている円筒状ソケット１２も、お互い、接    着剤で接合されている。
【００２３】
図１０は同様に電球に採用され、酸化アルミニュウムからなる支持体１４に取り付    けられた本発明の上蓋付き円筒状基板１０の状態を示す断面図である。酸化アルミ      ニュウムからなる上蓋付き円筒状基板１０の上部の外面に、該銅導電性ペースト５に    より、電極を印刷し、回路を形成してある。上部の内面には、銅導電性ペースト、無    機物からなる接合剤、金属アルミ板等を、使用状況により、その都度、接合させてい    る。
【００２４】
図１１は、セラミック基板を上蓋付き円筒状とし、更に、側面を長く、側面下部の    径を上部の径より小さくして、回路基板と支持体を一体化したものである。一体型基    板支持体１５は、酸化アルミニユウムを鋳込み成形で成形し焼成後、外部上面１３を    平面研磨にて仕上げて、その面に銅導電性ペースト５によって、電極回路を形成す      る。この場合は、一体型の為、放熱性が優れているので、放熱板の代用をする銅導電    性ペースト、或は無機物からなる接合剤５-２、或は放熱用の金属アルミニュウム板    は、付与しない場合でも有効である。
【００２５】
図１２、は金属アルミ板を使用しない場合は、電極の素材に関しても、温度に関係    なく、一般的電極１７で、銀電極も使用できる。基板の製作には多少の手間がかかる    が、基板に電極を形成するだけで、従来の問題点であった放熱性、基板の劣化等を払    拭して簡単で、信頼性のある回路基板として、発光ダイオード電球用として、大いに    役に立つものである。
図１３は、本発明のセラミック回路基板の上蓋付き円筒状基板の外観写真である。      図１４は、本発明のセラミック回路基板の上蓋付き円筒状基板の上蓋内部に、金属ア    ルミ板を装着させた状態の外観写真である。
【実施例１】
【００２６】
図２に示すような発光ダイオードを使用した照明用ランプの基板として、５０φ、厚  み１．５ｍｍのアルミナ基板の表面に６個の発光ダイオードを装着するための回路を銅  ペーストによって印刷し、窒素雰囲気中５５０℃で焼き付けて、
回路基板を作製し、照明用ランプを作製、従来の、エポキシガラス繊維基板にアルミ    ニュウム基板を粘着した基板を使用した照明用ランプとの比較を行うが、表１のような  結果を得た。表１に示すとおり電気的項目に関しては、略、同じ数値を表しているが、  基板温度、LED温度、LED寿命、に差が生じ長期使用後の構造状態の関しては、従来のも  のは、基板が変質して、脆化の現象が見られるが、本発明品は基板変質、脆化の現象は  見られなかった。
【００２７】
【表１】
2011151347.tif 000003
【符号の説明】
【００２８】
１    エポキシガラス繊維基板
２    エポキシガラス繊維層
３    銅箔
４    酸化アルミニュウム基板
５    銅導電性ペースト
５-１  無機物からなるペースト
５-２  無機物からなる接合剤
６    樹脂接着剤
７    樹脂接着剤
８    金属アルミ板−１（放熱板）
９    金属アルミ板−２（放熱板）
１０    上蓋付き円筒状基板（酸化アルミニュウム）
１１    支持体−１（金属アルミニュウム）
１２    支持体−２（酸化アルミニュウム）
１３    上蓋付き基板外部表面
１４    支持体（アルミナ）
１５    支持体一体型基板
１６    スルーホール
１７    一般的電極
１８    絶縁性の保護皮膜
【図３】
2011151347.tif 000004
【図４】
2011151347.tif 000005
【図５】
2011151347.tif 000006
【図６】
2011151347.tif 000007
【図７】
2011151347.tif 000008
【図８】
2011151347.tif 000009
【図９】
2011151347.tif 000010
【図１０】
2011151347.tif 000011
【図１１】
2011151347.tif 000012
【図１２】
2011151347.tif 000013
【図１】
2011151347.tif 000014
【図２】
2011151347.tif 000015
【図１３】
2011151347.tif 000016
【図１４】
2011151347.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月12日(2011.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード回路基板の製造方法に関して詳しくは、発光ダイオード回路基板の電極形成方法、及び回路基板と放熱板の結合方法に於いて放熱性を良くするためと、工程を短縮簡略化する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では銅箔を高圧でエポキシガラス繊維基板上に粘着させ、上面、銅箔上に化学エッチングによって回路を形成、更に裏面に放熱用として、金属アルミニュウム等を粘着させている。
（例えば、特許文献１）
又、放熱板として、セラミック基板を使用しているものもあるが、その製作面で複雑、且つ高価な構成になっている。
（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７７８１７号公報
【特許文献２】特開２００８−２７０３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しながら、発光ダイオード素子は小型であるが故に、１個では、発熱量は少ないが照明用として採用される場合は数を多く使用するため、発熱量は大きなものとなりそれらの熱は、回路基板に伝達されて、上記特許文献１では、エポキシガラス繊維基板と銅箔回路が熱の影響で、剥がれ易く又、熱拡散が悪い等の課題がある。
一般に発光ダイオード素子の寿命は長いと考えられているが、照明用途に用いる場合はその常識は通用しなくなる。また、長時間点灯状態を維持する為、発熱量の増加に伴って発光ダイオード素子の温度が高くなり、発光効率も低下するという問題もある。
上記特許文献２においては、静電気対策部品としての作用の為もあって、積層体の構成なので工程は複雑、費用的にも高価なものとなっている。
本発明は、簡単で、且つ、工程的に安価な方法で、耐熱性の良い、長寿命の発光ダイオード回路基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の、上記課題を解決するための第一の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で、焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、更に、裏面全面に該ペースト或は４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を厚く印刷して、銅層を形成して、或いは、無機物層を形成し、それらを、同時に焼き付けることを特徴とする発光ダイオード回路基板の製造方法によって解決する。
【０００６】
本発明の、上記課題を解決するための第二の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって電極を印刷して、回路を形成し、裏面には、４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物質からなる接合材によって、金属アルミニュウム板を密着接合させ、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法によって解決する。
【０００７】
本発明の、第三の技術手段は、酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、更に、側面下部の径を上部の径より小さくして、下部部分を基板支持体とし、上蓋の外側の表面に４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、上蓋の内側面に該銅導電性ペースト、或いは、４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を印刷して、銅層を形成し、或いは無機物層を形成して、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを、特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法によって解決する。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように、従来の回路基板の欠点であった熱による回路基板の剥がれは無くなり、基板変質、脆化の現象も無く発光ダイオードの寿命も長くなる。
セラミック基板１枚で、表面には電極回路、裏面には、放熱板を形成、同時に焼き付け完成させることで、従来のプリント基板と放熱板の役目を果たし、プリント基板と放熱板との接着工程、接合工程をも、なくすことが出来る。又、底付き円筒形状の基板は、そのまま、ソケットとなり、支持体への装着も可能となり、
更には、支持体と一体化された、支持体一体型基板ともなる。
更に、回路基板の回路形成の電極用ペーストとして、銅を主体とした銅導電性ペーストを使用することで、経費の削減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の発光ダイオード回路基板の概観図
【図２】本発明の発光ダイオード回路基板の概観図
【図３】本発明の発光ダイオード回路基板の電極部の外観写真
【図４】従来の発光ダイオード回路基板の断面図
【図５】本発明の発光ダイオード回路基板の断面図
【図６】本発明の発光ダイオード回路基板に放熱板を同時焼き付けした基板の断面図
【図７】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板
【図８】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板に放熱板を装着した断面図
【図９】従来の発光ダイオードの回路基板を電球用として、支持体を別付けした場合の断面図
【図１０】本発明の発光ダイオードの回路基板を電球用として、支持体を取り付けた場合の断面図
【図１１】本発明の発光ダイオード回路基板の電球用とした上蓋付き円筒状で、支持体一体型基板の断面図
【図１２】本発明の発光ダイオード回路基板の電球用とした上蓋付き円筒状で、他の支持体一体型基板の断面図
【図１３】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板の外観写真
【図１４】本発明の発光ダイオード回路基板の上蓋付き円筒状回路基板に金属アルミ板を装着させた状態の外観写真
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、創案されたもので、その意図するところは、熱伝導に関しては、有機物よりも無機物の方が優れていることに着目し、エポキシガラス繊維基板をセラミックに替えること、又、出来るだけ、接合、組合せ等の状態が無く、一体型に近くすることで、熱伝導、放熱の問題を解決することに注目した。酸化アルミニュウム基板の熱伝導率はエポキシガラス繊維基板の約３０倍であり、窒化アルミニュウムは約４００倍である。更に従来のエポキシガラス基板と銅箔との接着に使用される接着剤と本発明に使用される銅ペーストとは、明らかに熱伝導性に関して差がある。
【００１１】
従来は、回路基板と放熱板の接合は、熱処理の温度の関係で、同時には出来ず、２度の工程を必要としていた。即ち、回路の電極形成は、銀電極が使用されていて、焼き付け温度は８００℃近辺で行われている。又、回路基板と放熱板との接合は耐高温の樹脂接着剤が使われてはいるが、８００℃付近の温度には対応できない、従って、回路基板と金属の放熱板を同時に焼き付けることは，難しかった。
そこで、本発明では金属アルミニュウムの融点が、６６０℃であることに着目し、低温焼付け可能な、銅導電性ペースト、無機物質からなる接合剤を使用することで、これ等は４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付けが完了することから、６００℃付近で焼付けを行えば、回路構成、基板と放熱板との同時焼付けが可能となる。その際、焼付けは、窒素雰囲気内で焼付けを行うため金属アルミミュウム板の酸化は無く、作業は一度の焼付けによって完成できる。
【００１２】
焼き付け温度を、４５０℃から６３０℃の間に設定したのは、銅導電性ペースト、無機物からなる接合材は共に、４５０℃から６００℃まで任意の温度で機能するが４５０℃以下では、電極強度、が弱く、６３０℃以上では、金属アルミニュウムの融点に達してしまうので、上記設定となった。
【００１３】
又回路基板と金属放熱板の接合は、導電性は不要なので、無機物の接合剤でも充分役目を果たすことが、できるので、回路基板と金属放熱板の接合には低温ガラスフリット等を使用することもできる。
【００１４】
尚、上記記載の低温で焼き付け可能な銅導電性ペーストは、一般には普及されていない状態であるが、本発明者達の特許出願中のもので、一部は、既にバリスター、PTCサーミスター等の回路部品の電極用に採用されている。
【００１５】
本発明の発光ダイオード回路基板製造方法の１例は下記の通りである。
１．    
準備段階；
基板と銅導電性ペーストを準備する：該基板は一つの作業表面（表面）及び非作業表面（裏面）があって該基板の成分は酸化アルミニュウム、窒化アルミニュウムのうちの一種を使用する。又、上記以外にも、酸化亜鉛、等のセラミック基板も使用可能であるが、比熱の点では、窒化アルミニュウムが一番であり、次が酸化アルミニユウムである。価格の面では、酸化アルミニュウムが有利である。
２．印刷段階；
スクリーン印刷によって銅導電性ペーストを上記基板の作業表面の予定位置上に印刷し回路を形成する。乾燥後、非作業表面にも厚めに、該ペースと、或は無機物からなる接合剤を塗布する。印刷、塗布されたそれらのペーストは、２００℃で乾燥する。
３．    
焼き付け段階
該銅層或いは無機物からなる接合剤を印刷してある基板を、放熱板としての金属アルミニュウム板の上に、該基板の非作業面を下にして密着させて同時に、焼き付け装置の中に送り込んで焼付けを行う。焼き付け装置は窒素ガス雰囲気炉で、４５０℃〜６３０℃の温度範囲内で焼付けを行う。
焼き付け温度上限を６３０℃としたのは、焼き付炉の温度設定と、内部の雰囲気の温度には、幾分の温度差が有る事を想定して、金属アルミニュウムが溶融するのを防ぐ為である。市販されている金属アルミニュウムそのものも、不純物などにより、融点は、６６０℃前後にバラツキがある。
４．    
完成段階；
この様にして回路用としてスクリーン印刷した銅層は焼き付け後では、該基板の作業表面上に焼き付けられて回路を形成して、該基板の非作業表面には、金属アルミニュウム放熱板が回路基板と結合し、発光ダイオード回路基板の製作を完成する。この際、小型の基板の場合は、銅ペースト、アルミペースト等だけで放熱板の代わりとする事もできる。
【００１６】
次に、電球に応用の場合、従来では、回路基板、基板受け台（主に金属アルミ）、支持体（主に金属アルミ）と夫々を接合させる為に接着剤を使用し、夫々の接合面は、熱伝導の妨げとなっている。その対策として、第三の本発明では、上蓋付き円筒状の基板を採用して、熱伝導の効率、及び製作面での工程短縮を図っている、更に、第五の本発明によれば、支持体までも、一体化し、上蓋付き円筒状の外部上面に、電極を形成するだけの簡単にして、熱効率の良い支持体一体型基板として、工程短縮も可能である。
【００１７】
詳しく、図によって説明する。
図１は従来の回路基板で、銅箔３を高圧でエポキシガラス繊維２の下に粘着させ、化学エッチングによって回路を形成している。
図２は本発明の回路基板で酸化アルミニュウムの基板４の上に直にスクリーン印刷によって銅導電性ペースト５で回路を印刷し後、焼き付ける。
銅電極の表面には、基板として完成の後、絶縁性の保護被膜を塗布する。
図３は、銅導電性ペースト５のパターンの状態を示す外観写真である。
図４は従来の回路基板で、放熱板を結合させた断面図で銅箔３を粘着させたエポキシガラス繊維基板１と放熱板としてのアルミ板８を接着剤６で結合させている。
【００１８】
図５は本発明の酸化アルミニュウム基板４の表面に銅導電性ペースト５をスクリーン印刷で印刷して、裏面には銅導電性ペースト、或いは、無機物からなるペースト５-１を印刷して、焼き付けてある。発熱量少ない場合は、これで金属アルミの代わりの放熱板として役割を果たすことができる。
図６は本発明の酸化アルミニュウム基板４に放熱板９を結合させた断面図で
銅導電ペースト５で基板表面上にスクリーン印刷で回路を形成し、更に、裏面に無機物からなる接合材５-２を印刷して、放熱板９を密着させた状態で同時に焼き付け接合させている。この場合、接合材５-２は銅ペースト、アルミペーストの他、ガラスフリットも使用することも出来る。
【００１９】
図７は、本発明の回路基板の一つで、主に電球用としての上蓋付き円筒状基板１０の断面図である。上部外面の表面には銅導電性ペースト５による電極回路を印刷し、上部内側の面には、無機物からなるペースト５-１が塗布され、放熱板として作用している。また、上部外面の電極と、円筒内部に装着される、制御回路等との接続のため、基板には、スルーホール１６が形成されている。
図８は、更に、金属アルミニュウム板９が密着接合されている断面図である。アルミ放熱板の厚みは１〜２ｍｍである。上部内側の接合材５-２は銅導電性ペースト、アルミペースト、ガラスフリット等が使用できる。
【００２０】
図９は、従来の電球に採用されている回路基板、及びその支持体１１の組み立て状態の断面図である。金属アルミからなる支持体１１に、金属アルミからなる底付き円筒状のソケット１２、の底の外面に、図１に示す回路基板１が接着剤７にて接着されている。支持体１１と回路基板の接合されている円筒状ソケット１２も、お互い、接着剤で接合されている。
【００２１】
図１０は同様に電球に採用され、酸化アルミニュウムからなる支持体１４に取り付けられた本発明の上蓋付き円筒状基板１０の状態を示す断面図である。酸化アルミニュウムからなる上蓋付き円筒状基板１０の上部の外面に、該銅導電性ペースト５により、電極を印刷し、回路を形成してある。上部の内面には、銅導電性ペースト、無機物からなる接合剤、金属アルミ板等を、使用状況により、その都度、接合させている。
【００２２】
図１１は、セラミック基板を上蓋付き円筒状とし、更に、側面を長く、側面下部の径を上部の径より小さくして、回路基板と支持体を一体化したものである。一体型基板支持体１５は、酸化アルミニユウムを鋳込み成形で成形し焼成後、外部上面１３を平面研磨にて仕上げて、その面に銅導電性ペースト５によって、電極回路を形成する。この場合は、一体型の為、放熱性が優れているので、放熱板の代用をする銅導電性ペースト、或は無機物からなる接合剤５-２、或は放熱用の金属アルミニュウム板は、付与しない場合でも有効である。
【００２３】
図１２、は金属アルミ板を使用しない場合は、電極の素材に関しても、温度に関係なく、一般的電極１７で、銀電極も使用できる。基板の製作には多少の手間がかかるが、基板に電極を形成するだけで、従来の問題点であった放熱性、基板の劣化等を払拭して簡単で、信頼性のある回路基板として、発光ダイオード電球用として、大いに役に立つものである。
図１３は、本発明のセラミック回路基板の上蓋付き円筒状基板の外観写真である。図１４は、本発明のセラミック回路基板の上蓋付き円筒状基板の上蓋内部に、金属アルミ板を装着させた状態の外観写真である。
【実施例１】
【００２４】
図２に示すような発光ダイオードを使用した照明用ランプの基板として、外径５０φ、厚み１．５ｍｍのアルミナ基板の表面に６個の発光ダイオードを装着するための回路を銅ペーストによって印刷し、窒素雰囲気中５５０℃で焼き付けて、
回路基板を作製し、照明用ランプを作製、従来の、エポキシガラス繊維基板にアルミニュウム基板を粘着した基板を使用した照明用ランプとの比較を行うが、表１のような結果を得た。表１に示すとおり電気的項目に関しては、略、同じ数値を表しているが、基板温度、LED温度、LED寿命、に差が生じ長期使用後の構造状態の関しては、従来のものは、基板が変質して、脆化の現象が見られるが、本発明品は基板変質、脆化の現象は見られなかった。
【００２５】
【表１】
2011151347.tif 000018
【符号の説明】
【００２６】
１    エポキシガラス繊維基板
２    エポキシガラス繊維層
３    銅箔
４    酸化アルミニュウム基板
５    銅導電性ペースト
５-１  無機物からなるペースト
５-２  無機物からなる接合剤
６    樹脂接着剤
７    樹脂接着剤
８    金属アルミ板−１（放熱板）
９    金属アルミ板−２（放熱板）
１０    上蓋付き円筒状基板（酸化アルミニュウム）
１１    支持体−１（金属アルミニュウム）
１２    支持体−２（酸化アルミニュウム）
１３    上蓋付き基板外部表面
１４    支持体（アルミナ）
１５    支持体一体型基板
１６    スルーホール
１７    一般的電極
１８    絶縁性の保護皮膜
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月12日(2011.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で、焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、更に、裏面全面に該ペースト或は４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を厚く印刷して、銅層を形成して、或いは、無機物層を形成し、それらを、同時に焼き付けることを特徴とする発光ダイオード回路基板の製造方法。
【請求項２】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板の表面に４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって電極を印刷して、回路を形成し、裏面には、４５０℃以上、６３０℃以下の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材によって、金属アルミニュウム板を密着接合させ、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法。
【請求項３】
酸化アルミニュウム、或いは窒化アルミニュウム等のセラミック基板を上蓋付き円筒状とし、更に側面下部の径を小さくして、下部部分を基板支持体とし、上蓋の外側の表面に４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な銅導電性ペーストによって、電極を印刷して、回路を形成し、上蓋の内側面に該銅導電性ペースト、或いは、４５０℃以上、６３０℃の温度で焼付け可能な無機物からなる接合材を印刷して、銅層を形成し、或いは無機物層を形成して、該セラミック基板の表面に印刷された電極回路と同時に焼き付けることを特徴する発光ダイオード回路基板の製造方法。