(57)【要約】【課題】発光素子の発熱を効果的に放出できる印刷回路基板を提供する。【解決手段】印刷回路基板１０は、第１金属層１２と、該第１金属層上に位置する絶縁層１４と、該絶縁層上に位置する第２金属層１６と、を含んで構成され、発光素子パッケージ５０を装着するために、少なくとも第１金属層１２の上面まで達する深さをもった装着溝４０が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属層と、
該第１金属層上に位置する絶縁層と、
該絶縁層上に位置する第２金属層と、
発光素子パッケージを装着するために少なくとも前記第１金属層の上面に達する深さで形成された装着溝と、
を含んで構成されることを特徴とする、発光素子パッケージを実装する印刷回路基板。
【請求項２】
前記第１金属層がアルミニウム層であり、前記第２金属層が銅層であることを特徴とする請求項１記載の印刷回路基板。
【請求項３】
前記第２金属層上のソルダレジスト層をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の印刷回路基板。
【請求項４】
前記装着溝の幅が、装着される発光素子パッケージの幅に相応していることを特徴とする請求項１記載の印刷回路基板。
【請求項５】
前記第１金属層の厚さが前記第２金属層よりも厚いことを特徴とする請求項１記載の印刷回路基板。
【請求項６】
第１金属層と、
該第１金属層上に位置する絶縁層と、
該絶縁層上に位置する第２金属層と、
少なくとも前記第１金属層の上面に達する深さで形成された装着溝と、
該装着溝に装着された発光素子パッケージと、
を含んで構成されることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
前記発光素子パッケージは、
実装部を形成したパッケージボディと、
前記実装部に実装された発光素子と、
前記パッケージボディに設けられ、前記発光素子と電気的に接続されたリードと、
前記パッケージボディの下側に接触するヒートシンクと、
を含んで構成されることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記リードは、前記第２金属層上に位置するソルダによって前記第２金属層と接続されることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記第２金属層上に位置する被覆層をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項１０】
前記被覆層がソルダレジスト層であることを特徴とする請求項９記載の発光装置。
【請求項１１】
前記ヒートシンクが前記第１金属層に接触することを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項１２】
前記ヒートシンクがソルダを通して前記第１金属層に接触することを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
【請求項１３】
前記第１金属層がアルミニウム層で、前記第２金属層が銅層であることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項１４】
第１金属層、絶縁層及び第２金属層を順次積層した印刷回路基板を準備する工程と、
該印刷回路基板に、深さが少なくとも前記第１金属層の上面に達する装着溝を形成する工程と、
該印刷回路基板に形成した装着溝に、ヒートシンクを含む発光素子パッケージを装着する工程と、
を含むこと特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記装着溝を形成する工程において、当該装着溝をドリル加工を利用して形成することを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
前記装着溝を形成する工程において、コンピュータ数値制御（Computer Numerical Control ：ＣＮＣ）方式により加工制御することを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１７】
前記発光素子パッケージを装着する工程において、前記発光素子パッケージをソルダによって装着することを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１８】
前記ソルダは、前記発光素子パッケージと第２金属層とを接続し、前記発光素子パッケージのヒートシンクと前記第１金属層とを接続することを特徴とする請求項１７記載の製造方法。
【請求項１９】
前記ソルダが位置している部分以外の前記第２金属層上に、ソルダレジスト層が位置していることを特徴とする請求項１７記載の製造方法。
【請求項２０】
前記装着溝の深さは、前記発光素子パッケージのヒートシンクの厚さ情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年１２月２１日に出願された韓国特許出願１０−２００６−０１３１７４０号の優先権主張を含むものであり、その内容は参照としてここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、印刷回路基板、これを含む発光装置及びその製造方法に関するもので、特に、信頼性を向上させられる印刷回路基板、これを含む発光装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（Light Emitting Diode ：ＬＥＤ）は、化合物半導体薄膜を基板上に蒸着し、電界効果で発光を実現する素子である。最近は、照明や、通信用等の各種電子機器の表示部にも広く使用されている。その多様なＬＣＤの応用分野の中でも、ＬＣＤなどの薄型ＴＶにおけるバックライトユニット（Back Light Unit ：ＢＬＵ）や、蛍光灯に代わる照明用の分野で、非常に活発に研究が進められている。また、これら応用分野に適用するためのＬＥＤの構造、材料、パッケージに関する研究も活発である。
【０００４】
ＬＥＤは、注入された電子と正孔が結合するときにエネルギーが光として放出されることで発光する。このときに、ある程度のエネルギーが熱として放出されるが、この熱は、パッケージングで適切なヒートシンクを適用することにより緩和される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近では、チップサイズが１ｍｍ×１ｍｍ以上の高出力ＬＥＤも開発され、１０ＣＤ以上の明るさのＬＥＤが実現されている。さらに、複数の高出力チップを配列した多様なＬＥＤモジュールも、例えば電光掲示板、バックライトユニット、照明用モジュールなどに使用されている。これら製品においては、ＬＥＤの使用個数が多く、ＬＥＤの発熱によって温度が非常に高くなる。また、ＬＥＤの照度は熱に反比例するので、ＬＥＤを実装した印刷回路基板など、ＬＥＤモジュールにおける熱の問題を解決する必要がある。
【０００６】
本発明は、印刷回路基板、これを含む発光装置及びその製造方法に関し、上記課題を解決する。本発明の目的は、発光素子から出る熱を効果的に放出可能な印刷回路基板、当該印刷回路基板を含んだ発光装置及びその製造方法を提案することにある。本発明のその他の目的、特徴、利点も、以下の説明、実施の形態から明らかとなり、あるいは、本発明の実施を通して理解される。本発明の目的及び利点は、図面と共に明細書及び特許請求の範囲で指摘した構成によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような技術的課題を解決する第１の態様は、発光素子パッケージを実装する印刷回路基板であって、第１金属層と、該第１金属層上に位置した絶縁層と、該絶縁層上に位置した第２金属層と、発光素子パッケージを装着するために少なくとも前記第１金属層の上面に達する深さで形成された装着溝と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
第２の態様は、発光装置であって、第１金属層と、該第１金属層上に位置した絶縁層と、該絶縁層と、該絶縁層上に位置した第２金属層と、少なくとも前記第１金属層の上面に達する深さで形成された装着溝と、該装着溝に装着された発光素子パッケージと、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
第３の態様は、発光装置の製造方法であって、第１金属層、絶縁層及び第２金属層を順次積層した印刷回路基板を準備する工程と、該印刷回路基板に、深さが少なくとも前記第１金属層の上面に達する装着溝を形成する工程と、該装着溝に、ヒートシンクを含む発光素子パッケージを装着する工程と、を含むこと特徴とする。
【００１０】
以上及び以下における本発明の詳細な記述は、例示及び説示であり、特許請求の範囲に記載した発明を説明するために提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を説明する。図中、同様の部分には可能な限り共通の符号を使用する。これ以降、図面を参照して本発明の一例が詳述される。本発明は多様な修正及び変形が可能であり、以下にはそのうちの特定の実施形態が図面に基づいて説明される。しかしながら本発明は、ここに開示する特定の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義される本発明の思想に合致するすべての修正、均等及び代用を含んでいる。
【００１２】
層、領域又は基板などの要素が他の構成要素の“上（ｏｎ）”に存在すると表現されている場合、層、領域又は基板などの要素が直接的に他の要素上に存在する場合、あるいは、それらの間に中間要素が存在している場合を想定することができる。また、表面などの構成要素の一部が“内部（inner）”と表現される場合、その要素の他の部分よりも素子の外側から離れていることを意味すると理解できる。さらに、“下（beneath）”や“重畳（overlies）”などの相対的な用語は、図面に示すように、一つの層又は領域と他の層又は領域との関係、あるいは、基板又は基準層に関連した層又は領域と一つの層又は領域との関係を説明するために用いられる。これらの用語は、図面描写の通りの方向に限られるわけではない。また、“直接（directly）”という用語は、間に介在する要素がないことを意味する。ここで使用する“及び／又は”は、関連項目の一つ以上の組み合わせとすべての組み合わせを含む意味である。“第１”及び“第２”などの用語は、多様な要素、成分、領域、層及び／又は区域を説明するために用いられるが、その要素、成分、領域、層及び／又は区域は、これら用語によって限定されてはならない。
【００１３】
＜第１の例＞
図１を参照して第１の例を説明する。
【００１４】
金属コア印刷回路基板を含む発光装置は、図１に示すように、印刷回路基板５に発光素子パッケージ６を実装して構成されている。
【００１５】
この発光装置の印刷回路基板５としては、多様な形態の回路基板を使用可能であるが、高出力発光素子パッケージを用いた発光モジュールの場合、第１金属層１、絶縁層２、第２金属層３及びソルダレジスト（Solder Resist）層４を順次積層した金属コア印刷回路基板（Metal Core Printed Circuit Board ：ＭＣＰＣＢ）が使用される。金属コア印刷回路基板の構造例では、第１金属層１としてアルミニウム層が用いられ、このアルミニウム層上に、回路を形成する第２金属層３として銅層が用いられる。そして、これら第１金属層１と第２金属層３との間に、エポキシなどの絶縁性物質を用いた絶縁層２が位置する。なお、第１金属層１及び第２金属層３には、アルミニウム、銅の他に、鉄、銀など多様な金属を使用可能である。
【００１６】
第２金属層３上にはソルダレジスト層４が位置するが、第２金属層３と部品との接続のために、ソルダ塗布部位のソルダレジスト層４は、除去されている。そのソルダレジスト層４の除去部分を介して、発光素子チップを搭載した発光素子パッケージ６が、ソルダ７によって金属コア印刷回路基板の第２金属層３に接続される。
【００１７】
このような発光装置の構造において、発光素子パッケージ６から発生する熱は、ソルダ７、第２金属層３、絶縁層２及び第１金属層１を通して空気中へ放出される。このとき、熱の放出は放熱面積に比例し、距離に反比例するので、熱の伝導は、発光素子パッケージ６に対して垂直方向となる。一般に、各物質間の境界が多いほど熱伝導率は低下し、放熱は放熱面積に比例し、距離に反比例する。上記の発光装置の構造では、熱の伝導経路が多くて伝導距離が長くなり、また、発光素子パッケージ６に直接接触するのが銅製の第２金属層３なので、第１金属層１まで熱が円滑に放出されないことがあり得る。
【００１８】
＜第２の例＞
以下、図２〜図４を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図２に示すように、印刷回路基板１０は、第１金属層１２、絶縁層１４、第２金属層１６及びソルダレジスト層１８を順次積層して形成されている。そして、この印刷回路基板１０には、発光素子パッケージを装着するために、少なくとも第１金属層１２の上面まで達する深さをもった装着溝４０が掘られている。図示のように、当該装着溝４０は、第１金属層１２の上面からさらに所定の深さ掘り下げてある。このような装着溝４０は、発光素子パッケージを密接させて装着できるように、発光素子パッケージのサイズと実質的に相応するサイズで形成される。すなわち、装着する発光素子パッケージの種類及びサイズに応じて、装着溝４０の形状及び深さを変えるとよい。
【００２０】
第１金属層１２にはアルミニウム層が使用され、このアルミニウム層上に、回路を構成する第２金属層１６が銅を使用して形成される。そして、これら第１金属層１２と第２金属層１６との間に、エポキシ等の絶縁性物質からなる絶縁層１４が位置する。第１金属層１２及び第２金属層１６としては、アルミニウムや銅の他にも、鉄、銀など多様な金属を使用できる。第１金属層１２は、回路を構成する第２金属層１６よりも厚く形成されるが、これは、装着する発光素子パッケージの高さによって可変である。
【００２１】
以上のような印刷回路基板１０の装着溝４０に、図３に示すように、発光素子パッケージ５０が装着される。発光素子パッケージ５０は、実装部５５が形成されたパッケージボディ５１と、パッケージボディ５１の下側に取り付けられたヒートシンク５２と、実装部５５に実装された発光素子５３と、を含んで構成されている。実装部５５は、内側に陥没した凹部として形成される。また、パッケージボディ５１の側部には、発光素子５３と電気的に接続されているリード５４が設けられている。このリード５４は、ソルダレジスト層１８の開口部分に配設されるソルダ３０を通して第２金属層１６へ電気的に接続される。
【００２２】
図示のように、パッケージボディ５１の下側にヒートシンク５２が設けられて、熱伝導経路が形成されている。そして、ソルダ３０がヒートシンク５２と第１金属層１２との間に塗布されており、発光素子５３から発生する熱が第１金属層１２へ効果的に伝導する。ヒートシンク５２と第１金属層１２との間にソルダ３０が位置することで、発光素子パッケージ５０と印刷回路基板１０との固定が確実になると共に、ソルダ３０を介してヒートシンク５２と第１金属層１２との接触面積が広くなる。
【００２３】
このヒートシンク５２は、図３に示すように、発光素子パッケージ５０を印刷回路基板１０に実装したときに、第１金属層１２と接触するだけの高さを有する。すなわち、ヒートシンク５２は、発光素子パッケージ５０から下側へ突出する形状とするのがよい。印刷回路基板１０の各層の厚さ及び発光素子パッケージ５０の高さを考慮して、リード５４は、印刷回路基板１０に形成された装着溝４０に発光素子パッケージ５０を装着したときに、発光素子パッケージ５０のヒートシンク５２と第１金属層１２とが接触した状態で、ソルダリングに適した位置となるように配設される。
【００２４】
発光素子パッケージ５０を装着するためのソルダ３０としては、クリームソルダを用いることができる。ソルダ３０は、塗布後に熱を加えるなどの適切な過程を通して硬化する。
【００２５】
以下、上記のような印刷回路基板１０及び発光素子パッケージ５０を含んで構成される発光装置の放熱経路を説明する。
【００２６】
上述のように、発光素子パッケージ５０はヒートシンク５２を通して第１金属層１２と密着している。この密着状態の第１金属層１２を通して、発光素子パッケージ５０から発生した熱が放出される。言い換えると、発光素子パッケージ５０の熱は、印刷回路基板１０の第１金属層１２に直接的に伝導するので、熱の伝導距離が短縮され、発光素子パッケージ５０の放熱が効果的となる。
【００２７】
上記第１の例と比較してみると、第１の例の発光装置においては、ソルダ７、第２金属層３、絶縁層２及び第１金属層１を通して熱が伝導している。一方、第２の例による印刷回路基板１０を含んで構成された発光装置においては、第１金属層１２のみを通して熱が伝導し、外へ放出される。したがって、熱伝導に関わる層の数が減少し、熱伝導の距離も短くなり、放熱効果に優れている。
【００２８】
熱の伝導に関する理解を助けるために、熱抵抗値（Ｒｔｈ）の公式Ｒｔｈ＝Ｌ／ｋＡ［℃／Ｗ］で説明する。式中のＬは、熱の流れと垂直な面の厚さを示し、ｋは、熱伝導率（thermal conductivity）を示し、Ａは、熱の流れと垂直な面の面積を示す。
【００２９】
熱抵抗値は、低いほど放熱効果に優れることを意味するが、熱抵抗値を下げるには、Ｌ値を小さく、Ａ値を大きくすればよい。したがって、放熱効果を高めるには、熱の伝導距離、すなわち熱が通過する層の数を少なくするのがよい。
【００３０】
第１の例あるいは一般的なＭＣＰＣＢの場合、熱抵抗値は、Ｒｔｈ＝Ｒ２ｎｄｍｅｔａｌ＋Ｒｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｌａｙｅｒ＋Ｒ１ｓｔｍｅｔａｌで表現される。一方、第２の例による熱抵抗値は、Ｒｔｈ＝Ｒ１ｓｔｍｅｔａｌで表現される。すなわち、本発明に係る第２の例の場合、第１の例や従来のＭＣＰＣＢと比較して、第２金属層１６による抵抗及び絶縁層１４による抵抗が除かれるので、熱伝導が大きく向上する。
【００３１】
次に、図２〜図４を参考にして、第２の例による発光装置の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、第１金属層１２、絶縁層１４、第２金属層１６及びソルダレジスト層１８を積層した印刷回路基板１０を準備する（Ｓ１０）。これは、高出力の発光素子を使用する発光素子モジュールの場合、二つの金属層１２，１６を含む金属コア印刷回路基板１０を使用することが好ましいためである。ソルダレジスト層１８は、第２金属層１６を被覆する被覆層であるが、ソルダレジスト層１８に代えて、例えば塗料、ＰＳＲ層、ポリマーなどの層を、回路配線を構成する第２金属層１６を被覆する層とする場合もある。
【００３３】
続いて、印刷回路基板１０に、少なくとも第１金属層１２の上面まで達する深さの装着溝４０を、発光素子パッケージ装着用に形成する（Ｓ２０）。この装着溝４０は、コンピュータ数値制御（Computer Numerical Control ：ＣＮＣ）方式のドリル加工で形成することができる。装着溝４０は、発光素子パッケージ５０のサイズに応じてドリルサイズを変更することにより、異なったサイズで形成することができる。当該ドリル加工では、印刷回路基板１０の設計に伴って要請されている装着溝４０の情報に基づいて、Ｘ−Ｙ座標を使用したコンピュータ数値制御方式により印刷回路基板１０にホールを形成することができる。装着溝４０の深さについては、発光素子パッケージ５０のヒートシンク５２の厚さを含んだ情報に基づいて、決定する。すなわち、発光素子パッケージ５０の熱が第１金属層１２へ直接的に伝導するように、ヒートシンク５２と第１金属層１２とが密接する装着溝４０の深さが決定される。
【００３４】
継いで、発光素子パッケージ５０を、装着溝４０が形成された印刷回路基板１０に装着する（Ｓ３０）。この装着工程では、発光素子パッケージ５０のヒートシンク５２と、リード５４を位置させる第２金属層１６の部分とに、ソルダクリームを塗布し、そして、発光素子パッケージ５０を装着する。この後、熱硬化などの硬化工程を通してソルダ３０を硬化させ、ヒートシンク５２と第１金属層１２とを接続すると共にリード５４と第２金属層１６とを接続する。
【００３５】
上記の実施形態は、本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例に過ぎず、本発明は上記の例に限定されるわけではなく、多様な形態に変形可能である。このような技術的思想の多様な形態もすべて、本発明の保護範囲に属して当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】発光素子パッケージを実装した印刷回路基板の第１の例を示した断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る印刷回路基板の断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る発光装置の断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る発光装置の製造工程を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１０  印刷回路基板
１２  第１金属層
１４  絶縁層
１６  第２金属層
１８  ソルダレジスト層
３０  ソルダ
４０  装着溝
５０  発光素子パッケージ
【図１】
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【図２】
2008160128.tif 000004
【図３】
2008160128.tif 000005
【図４】
2008160128.tif 000006
【外国語明細書】
2008160128000001.pdf
2008160128000002.pdf
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