(57)【要約】【課題】発光ダイオードの高輝度化のための反射部がより容易に形成され、また発熱対策も可能な発光ダイオード基板、その製造方法及びそれに用いられるペースト材料を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂と硬化剤と熱伝導性フィラーとを含有してなる熱伝導性導電ペーストを基板に印刷し、この基板上で硬化させて光線反射部となる突出部を形成させ、この硬化したペーストの表面に、好ましくはＡｇメッキ又はＮｉメッキを電解メッキで施すことにより、反射部を形成する。【選択図】図１
2008187053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂と硬化剤と熱伝導性フィラーとを含有してなる熱伝導性導電ペーストであって、
基板に印刷され、前記基板上で硬化して、この硬化物が光線反射部となる突出部をなすことを特徴とする熱伝導性導電ペースト。
【請求項２】
前記熱伝導性フィラーが、銀粉、銅粉、及び銀コート銅粉からなる群から選択された１種又は２種以上の金属粉であることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝導性導電ペースト。
【請求項３】
硬化後の熱伝導率が５〜５０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱伝導性導電ペースト。
【請求項４】
硬化後の体積抵抗率が５×１０−３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱伝導性導電ペースト。
【請求項５】
ＢＨ型粘度計のＮｏ．７ローターを用い、１０ｒｐｍで測定した粘度が１０００〜８０００ｄＰａ・ｓの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱伝導性導電ペースト。
【請求項６】
ＢＨ型粘度計のＮｏ．７ローターを用い、２ｒｐｍで測定した粘度と２０ｒｐｍで測定した粘度との比（２ｒｐｍでの粘度／２０ｒｐｍでの粘度）であるチクソ比が３〜７の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝導性導電ペースト。
【請求項７】
硬化物の表面にＡｇメッキ又はＮｉメッキを電解メッキで施すことが可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱伝導性導電ペースト。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱伝導性導電ペーストを樹脂基板若しくはセラミック基板にスクリーン印刷法を用いて印刷し、印刷された熱伝導性導電ペーストを加熱により硬化させ、その硬化物により光線反射部を形成することを特徴とする、発光ダイオード基板の製造方法。
【請求項９】
硬化した熱伝導性導電ペーストの表面に、Ａｇメッキ又はＮｉメッキを電解メッキで施すことにより前記光線反射部を形成することを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
【請求項１０】
前記スクリーン印刷法を用いて印刷した熱伝導性導電ペーストにより、スルーホールの導通接続をも行うことを特徴とする、請求項８又は９に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
【請求項１１】
前記スクリーン印刷法を用いて印刷した熱伝導性導電ペーストにより、熱伝導路の形成をも行うことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の製造方法により製造された発光ダイオード基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードの高輝度化を目的とする光線反射部（以下、単に反射部ともいう）の形成に用いられる熱伝導性導電ペーストに関するものであり、それを用いた発光ダイオード基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
より詳細には、熱伝導性、電気伝導性を有し、スクリーン印刷可能なペーストを用いて、発光ダイオードの高輝度化を目的に用いられる反射部を形成し、さらには、このペーストを用いて、発熱対策や導通接続をも行うことが可能な発光ダイオード基板、その製造方法、及びこの工法を可能とする熱伝導性導電ペーストに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、発光ダイオードの高輝度化を目的に反射板を用いる場合に、その反射部を形成するには、特開平９−８１０５５号公報に記載のように、例えばポリカーボネートのような耐熱性のエンジニアリングプラスチック樹脂を材料として、射出成形、溶融成形、押出成形等で所定の形状の反射部材を形成し、無電解Ｎｉ（ニッケル）メッキを施した後にＡｇ（銀）メッキ処理を行い、更にはこれを接着剤で所定の発光ダイオード基板に接着することで反射部を形成するのが一般的であった。
【０００４】
しかし、上記のような方法は、反射部の形成までに数段の工程が必要であり、相当な時間とコストを要するという問題を有していた。
【０００５】
また、発光ダイオードの輝度を向上させるには、投入電力を増大させる必要があるが、その際の発熱が問題となっていた。
【特許文献１】特開平９−８１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、発光ダイオードの高輝度化のために用いる反射部を低コストで且つ容易に形成可能な発光ダイオード基板及びその製造方法、及びそれに使用可能な熱伝導性導電ペーストを提供することを目的とする。また、投入電力を上げた際の発熱対策をも提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱伝導性導電ペーストは、熱硬化性樹脂と硬化剤と熱伝導性フィラーとを含有してなる熱伝導性導電ペースト（以下、単にペーストとも言う）であって、上記の課題を解決するために、基板に印刷され、この基板上で硬化して光線反射部となる突出部をなすものとする。
【０００８】
上記において、熱伝導性フィラーとしては、銀粉、銅粉、及び銀コート銅粉からなる群から選択された１種又は２種以上の金属粉が使用できる。
【０００９】
ペーストの硬化後の熱伝導率は、５〜５０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内であることが好ましい。
【００１０】
また、硬化後の体積抵抗率は、５×１０−３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
ペーストの粘度は、ＢＨ型粘度計のＮｏ．７ローターを用い、１０ｒｐｍで測定した粘度が１０００〜８０００ｄＰａ・ｓの範囲内であることが好ましい。
【００１２】
また、ＢＨ型粘度計のＮｏ．７ローターを用い、２ｒｐｍで測定した粘度と２０ｒｐｍで測定した粘度との比であるチクソ比（２ｒｐｍでの粘度／２０ｒｐｍでの粘度）が３〜７の範囲内であることが好ましい。
【００１３】
本発明のペーストは、硬化物の表面にＡｇメッキ又はＮｉメッキを電解メッキで施すことが可能なものとすることが好ましい。
【００１４】
本発明の発光ダイオード基板の製造方法は、上記本発明の熱伝導性導電ペーストを樹脂基板若しくはセラミック基板にスクリーン印刷法を用いて印刷し、印刷された熱伝導性導電ペーストを加熱により硬化させ、その硬化物により光線反射部を形成するものとする。
【００１５】
上記製造方法においては、硬化した熱伝導性導電ペーストの表面に、Ａｇメッキ又はＮｉメッキを電解メッキで施すことにより光線反射部を形成することが好ましい。
【００１６】
上記スクリーン印刷法を用いて印刷した熱伝導性導電ペーストにより、スルーホールの導通接続をも行うことができる。
【００１７】
また、スクリーン印刷法を用いて印刷した熱伝導性導電ペーストにより、熱伝導路の形成をも行うこともできる。
【００１８】
本発明の発光ダイオード基板は、上記いずれかの製造方法により製造されたものとする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発光ダイオード基板にスクリーン印刷工法で熱伝導性導電ペーストを印刷することにより、低コストで容易に反射部を形成することが可能となり、かつ放熱性及び導通接続にも優れた発光ダイオード基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明においては、導電性及び熱伝導性を有するペースト材料を用いて、スクリーン印刷法にて基材に直接印刷して加熱硬化を行い、得られた硬化物をＡｇメッキ処理等することにより反射部を形成することができる。
【００２１】
その際、必要に応じて、基板のスルーホールに上記ペーストを充填することで、導通接続及び熱伝導路を形成することもできる。
【００２２】
なお、本発明でいう光線反射部とは、基板の表面から突出した突部（バンプ）であり、基板に設けられる発光ダイオードの光を反射しうるものであればどのようなものでもよい。しかし、反射効率を向上させるためには発光ダイオードに対向する面が広い形状が好ましく、例えば後述するような発光ダイオードを取り囲むリング状が好適に用いられる。また、その表面形状は、平面でも、曲面でも、凹凸があってもよいものとする。
【００２３】
本発明の熱伝導性導電ペーストは、少なくとも熱硬化性樹脂と硬化剤と熱伝導性フィラーとを必須成分として含有する。
【００２４】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、アクリレート樹脂、シリコーン樹脂のうちから選択される１種又は２種以上をブレンドして好適に用いられる。この中でも、耐熱性、密着性の点からエポキシ樹脂が好ましい。
【００２５】
金属フィラーとしては、銀粉、銅粉、銀コート銅粉、ニッケル粉等の金属粉が用いられる。中でも、銀粉、銅粉、銀コート銅粉が好ましい。
【００２６】
金属フィラーの形状には特に制限がないが、樹枝状、球状、りん片状等が例示される。また粒径は１〜５０μｍが好ましく、２〜１５μｍがより好ましい。金属フィラーは１種のみ用いても、２種以上混合して用いても良い。
【００２７】
上記金属フィラーは、熱硬化性樹脂１００部に対して、４００〜１３００部、より好ましくは５００〜１０００部配合する。４００部未満の場合、熱伝導率が低くなり、１３００部を超えると増粘により作業性が低下する場合がある。
【００２８】
本発明で用いるエポキシ樹脂の硬化剤としては、イミダゾール系硬化剤が好ましい。
【００２９】
イミダゾール系硬化剤の例としては、イミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチル−イミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−[２’−メチルイミダゾリル−（１’）]−エチル−ｓ−トリアジンが挙げられる。
【００３０】
イミダゾール系硬化剤は、エポキシ系樹脂１００重量部に対して、好ましくは１．５〜４０重量部、より好ましくは３〜２０重量部配合する。添加部数が１．５重量部より少ない場合は、硬化が不十分となり、４０重量部を超えると経時による増粘の程度が大きく、印刷性の低下を生じる。また、保管中にペーストが増粘して作業性が悪化するようになる。
【００３１】
本発明の熱伝導性導電ペーストの粘度は、１０００〜８０００ｄＰａ・ｓの範囲が好ましい。粘度が１０００ｄＰａ・ｓより低いと、印刷後にペーストの滲み、ダレといった問題が起こる。また、粘度が８０００ｄＰａ・ｓを超えるとスクリーン印刷が困難となる。なお、本明細書におけるペーストの粘度は、ＢＨ型粘度計による、Ｎｏ．７ローター使用時の、２５℃、１０ｒｐｍでの測定値をいうものとする。
【００３２】
本発明の熱伝導性導電ペーストのチクソ比は３〜８の範囲が好ましい。チクソ比が３より低いと、印刷後ペーストの滲み、ダレといった問題が起こる。また、チクソ比が８より高いと印刷が困難となる。なお、本明細書におけるペーストのチクソ比は、ＢＨ型粘度計による、Ｎｏ．７ローター使用時の、２５℃における２ｒｐｍでの測定値を２０ｒｐｍでの測定値で割って得られる値である。
【００３３】
次に、発光ダイオード基板における、反射部、熱伝導路及び導通接続の形成方法について示す。
【００３４】
本発明では、上記で示した熱伝導性導電ペーストを用いて、スクリーン印刷で、セラミックス若しくは有機基板上に、例えば図１又は図２のような形状にペーストを印刷し、硬化させて、発光ダイオード用の反射部を作製する。印刷には、これらの形状に印刷されるように作製したスクリーン版を使用する。
【００３５】
すなわち、図１は、熱伝導性導電ペーストによる反射部形成の一例を示す拡大模式図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示す。符号１は熱伝導性導電ペーストによる反射部を示し、符号２は発光ダイオードを示し、符号３は有機若しくはセラミック基板を示す。これらの図に示されたように、熱伝導性導電ペーストを発光ダイオード２の回りにリング状に印刷し、発光ダイオード２を取り囲む壁面を形成することにより、反射効率の極めて高い反射部１を容易に得ることができる。
【００３６】
図２は、反射部形成の他の例を示す平面図である。符号４は熱伝導性導電ペースト（反射部）を示し、符号５は発光ダイオードを示し、符号６は有機若しくはセラミック基板を示す。本図は対向壁状にペーストを印刷した例を示し、反射面が連続していないので図１のものと比較すると反射効率は劣るが、このような形状でも実用上充分な反射を得ることができる。
【００３７】
印刷されたペーストはエアオーブン等を用いて加熱硬化し、ペースト硬化物を得る。硬化条件は、使用する樹脂や硬化剤によって異なるが、通常は１２０〜２００℃で３０分〜１２０分程度が好ましい。
【００３８】
ペースト硬化後は、反射効率を上げるため、直接、電解メッキを用いてＡｇメッキ又はＮｉメッキを行うのが好ましい。すなわち、本発明のペーストは電気伝導性を高くすることが可能であり、電気伝導性を高くすることによって、直接、電解メッキでＡｇメッキを施すことが可能となる。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、熱伝導性導電ペーストにより反射部形成を行った発光ダイオード基板をより具体的に示した断面図である。これらの図は、図１と同様に熱伝導性導電ペーストによりリング状の反射部を形成した例を示している。
【００４０】
これらの図において、符号１０，２０，３０はペーストにより形成された反射部（バンプ）を示し、符号１１，２１はペーストが充填されて形成された熱伝導路を示し、符号１２，２２，３２は発光ダイオードチップを示し、符号１３，２３，３３は導線を示し、符号１４，２４は、Ａｌ又はＣｕ基板を示し、符号１５，２５はガラスエポキシ基板を示し、符号１６，２６，３６は銅箔層（銅メッキ）を示し、符号１７，２７は蓋メッキ（銅メッキ）を示し、符号１８，２８，３８はＡｇ又はＮｉメッキを示し、符号１９，２９，３９は凹凸を埋めるためのエポキシ樹脂系等のレジストを示し、符号３４はセラミック基板を示す。
【００４１】
いずれの図に示した例においても、発光ダイオードチップの回りには熱伝導性導電ペーストによるリング状反射部が形成されている。図は左右対称であり、符号を省略している部分は対称部分と同じものを指す。
【００４２】
図３（ａ）に示した例においては、発光ダイオードチップ１２の下に放熱のための熱伝導路（サーマルビア）１１が形成され、図３（ｂ）に示した例においては、発光ダイオードチップ２２の下及び反射部２８の下に熱伝導路２１が形成され、また、図３（ｃ）に示した例においては、反射部形成と同時にスルーホール形成が行われているのが示されている。すなわち、発光ダイオード基板の必要に応じて、反射部を形成すると共に、これらのような熱伝導路形成及び／又はスルーホールの導通接続を適宜行うことができる。
【００４３】
発光ダイオード基板の製造方法は特に限定されるわけではないが、図３（ｃ）のものを例にとれば、以下の方法により製造することができる。
【００４４】
まず、アルミナ等のセラミック基板３４の両面に銅メッキにより銅箔層３６を設けたものの所定の位置に貫通孔及びパターンの形成を行う。次にエポキシ樹脂系等のレジスト３９を塗布し、所定の条件で硬化させる。次にメッシュスクリーン又はメタルスクリーンを使用してペーストを印刷して、このペーストにより貫通孔の充填と所定の形状の反射部（バンプ）３０の形成を同時に行う。次にエアーオーブン等にて例えば１６０℃で６０分程度加熱処理し、印刷したペーストを硬化させる。
【００４５】
次に、研磨機等を用いて、裏面（反射部を形成していない面）の余分なペースト表層を銅箔３６面まで研磨・製面する。さらに銅箔３６表層及び反射部３０表層に電解又は無電解メッキによりＡｇ又はＮｉメッキ３８を施し、基板表裏の電気的接続と、Ａｇ又はＮｉメッキされた反射部の形成を同時に行い、発光ダイオードチップ３２を取り付け、導線３３を配線することで、図３（ｃ）に示された発光ダイオード基板が得られる。
【００４６】
図３（ａ）及び（ｂ）のものも、これに準じて製造することができる。
【００４７】
すなわち、図３（ａ）のものでは、片面に銅箔層１６を設けたガラスエポキシ基板１５に、発光ダイオードチップ１２の下の熱伝導路１１となる開口部を予め形成し、これをＡｌ又はＣｕ基板１４と貼り合わせ、上記開口部にペーストを充填し、硬化させ、研磨して整面する。次にこのペーストを充填した熱伝導路１１に蓋メッキ１７を施した後、パターン形成し、レジスト１９を形成する。その後、上記と同様に、反射部１０を印刷形成し、硬化させ、この反射部１０に電解又は無電解メッキによりＡｇ又はＮｉメッキ１８を施し、発光ダイオードチップ１２を取り付ける。
【００４８】
また、図３（ｂ）のものは、片面に銅箔層２６を設けたガラスエポキシ基板２５に、発光ダイオードチップ２２の下及び反射部２０の下の熱伝導路２１となる開口部を予めそれぞれ形成し、これをＡｌ又はＣｕ基板２４と貼り合わせ、上記開口部にペーストを充填し、硬化させ、研磨して整面する。このペースト充填した熱伝導路２１に蓋メッキ２７を施した後、パターン形成し、レジスト２９を形成する。その後、蓋メッキ２７を施した熱伝導路２１を覆うように反射部２０を印刷形成し、硬化させ、この反射部２０に電解又は無電解メッキによりＡｇ又はＮｉメッキ２８を施し、発光ダイオードチップ２２を取り付ければよい。
【実施例】
【００４９】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
【００５０】
［実施例・比較例］
表１に示したエポキシ樹脂、硬化剤、銀コート銅粉をそれぞれ同表に示した比率（重量比）で混合し、熱伝導性導電ペーストを調製した。なお、各成分の詳細は以下の通りである。
【００５１】
エポキシ樹脂：エポキシ樹脂ＥＰ−４９０１Ｅ（旭電化工業株式会社製）８０重量％、ＥＤ−５２９（旭電化工業株式会社製）２０重量％
硬化剤：２−エチルイミダゾール（四国化成工業株式会社）
銀コート銅粉Ａ：平均粒径１５μｍ、球状粉、Ａｇコート量１０ｗｔ％
銀コート銅粉Ｂ：平均粒径１０μｍ、球状粉、Ａｇコート量１０ｗｔ％
銀コート銅粉Ｃ：平均粒径３μｍ、球状粉、Ａｇコート量１０ｗｔ％
【００５２】
上記熱伝導性導電ペーストにつき、粘度、チクソ比、体積変化率、熱伝導率、印刷性及び反射部形成性を調べた。結果を表１に併記する。試験方法及び測定方法は、以下の通りである。
【００５３】
粘度は、２５℃でＢＨ型粘度計ローターＮｏ．７（１０ｒｐｍ）を用いて測定した。
【００５４】
チクソ比は、２５℃でＢＨ型粘度計による、ローターＮｏ．７を用いた場合の、２ｒｐｍでの測定値、及び２０ｒｐｍでの測定値を求め、前者を後者で割って求めた。
【００５５】
体積抵抗率は、縦６ｃｍ、幅１ｍｍ、厚さ１ｍｍのパターンのメタル版を用いて、厚さ１．０ｍｍのガラスエポキシ樹脂上にペーストをスクリーン印刷を行い、１６０℃で６０分間加熱硬化したもので求めた。
【００５６】
熱伝導率は、１６０℃で６０分間硬化させたペースト硬化物を、１ｃｍφ、厚み１ｍｍに加工し、レーザーフラッシュ法にて求めた。
【００５７】
印刷性は、板厚１ｍｍの基材に設けられた孔径３００μｍのホールにメタル版を用いて孔埋め印刷を行い、ペーストの充填性を調べて、ペーストがホールを完全充填されたものを○、されなかったものを×とした。
【００５８】
反射部形成性は、板厚１ｍｍの基板にメタル版を用いてバンプ印刷を行い、加熱硬化後、バンプ高さが４０μｍ以上、かつ傾斜角が４５°±１５°のバンプが形成できるものを○、形成できなかったものを×とした。
【００５９】
【表１】
2008187053.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】熱伝導性導電ペーストにより形成された発光ダイオード基板の反射部の例を示す拡大模式図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示す。
【図２】他の形状の反射部形成の例を示す平面図である。
【図３】熱伝導性導電ペーストにより反射部等を形成した発光ダイオード基板の例をより具体的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，４……反射部（ペースト）
２，５……発光ダイオードチップ
３，６……有機若しくはセラミック基板
１０，２０，３０……反射部（ペースト）
１１，２１……熱伝導路（ペースト）
１２，２２，３２……発光ダイオードチップ
１３，２３，３３……導線
１４，２４……Ａｌ又はＣｕ基板
１５，２５……ガラスエポキシ基板
１６，２６，３６……銅箔層（銅メッキ）
１７，２７……蓋メッキ（銅メッキ）
１８，２８，３８……Ａｇ又はＮｉメッキ
１９，２９，３９……レジスト
３４……セラミック基板
【図１】
2008187053.tif 000004
【図２】
2008187053.tif 000005
【図３】
2008187053.tif 000006