(57)【要約】【課題】熱放散性に優れ、分割が容易な発光素子用連結基板並びに発光装置連結を提供する。【解決手段】複数の発光素子用配線基板１が縦横の並びに整列した発光素子用連結基板３において、前記発光素子用配線基板１が、焼結金属からなる平板状の金属基体５と、該金属基体５の上面に形成された搭載部７と、前記金属基体５を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体９と、前記金属基体５と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体９の内側を厚み方向に貫通する貫通導体１１と、前記貫通導体１１と電気的に接続されるとともに前記金属基体５と絶縁され発光素子３７を搭載する搭載部７の周囲に設けられた配線１３とを備え、前記発光素子用配線基板１同士の間に、前記金属基体５と略同一厚みのセラミックスからなる分割部１９が形成され、該分割部１９の表面に分割溝２１が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008135526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子用配線基板が縦横の並びに整列した発光素子用連結基板において、前記発光素子用配線基板が、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の上面に形成された搭載部と、前記金属基体を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を厚み方向に貫通する貫通導体と、前記貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され発光素子を搭載する搭載部の周囲に設けられた配線とを備え、前記発光素子用配線基板同士の間に、前記金属基体と略同一厚みのセラミックスからなる分割部が形成され、該分割部の表面に分割溝が形成されていることを特徴とする発光素子用連結基板。
【請求項２】
前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用連結基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光素子用連結基板の前記搭載部に発光素子が搭載されたことを特徴とする発光装置連結基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用連結基板おならびに発光装置連結基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを用いた発光装置は非常に発光効率が高く、白熱電球などと比較すると発光に伴い発生する熱量が小さいために様々な用途に用いられてきたが、近年では、ＬＥＤ発光装置の高輝度化に伴い、大型液晶ディスプレイのバックライトや、各種インテリア照明など、より広い分野に展開されている。
【０００３】
しかしながら、発光素子の輝度が向上するとともに、発光装置から発生する熱も増加している。発光素子の輝度低下を防止するためには、ＬＥＤ素子から熱を速やかに放散することが可能な高放熱性の発光素子用配線基板が必要となっている（例えば特許文献１、２を参照。）。
【０００４】
このような要求に対し、本出願人は、焼結金属を主体とした発光素子用配線基板を提案した。このように焼結金属を主体とした発光素子用配線基板は放熱性を向上することができるとともに、立体的な配線回路を形成することができるため、放熱性に優れ、しかも小型の発光素子用配線基板を容易に提供することができる。
【０００５】
ところで、従来、小型の基板を作製する場合には取扱い性を向上させるために、複数の基板が集合した集合基板に分割溝を設け、めっき処理や素子を実装するなどした後で、個片に分割することが行われている（例えば、特許文献３、４を参照。）。
【特許文献１】特許第３２５３２６５号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７６００号公報
【特許文献３】特許第００３３３０１０４号公報
【特許文献４】特公平７−７７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した金属を主体とする発光素子用配線基板は、特許文献３に記載されたセラミックスを主体とする発光素子用配線基板に比べ、延性が高いため、分割溝を形成しても容易に分割しにくく、分割性の改善が望まれている。
【０００７】
従って本発明は、焼結金属を主体とし、熱放散性に優れた発光素子用配線基板を容易に提供できる分割性に優れた発光素子用連結基板ならびに、この発光素子用連結基板に発光素子を搭載した発光装置連結基板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】
【０００８】
本発明の発光素子用連結基板は、複数の発光素子用配線基板が縦横の並びに整列した発光素子用連結基板において、前記発光素子用配線基板が、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の上面に形成された搭載部と、前記金属基体を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を厚み方向に貫通する貫通導体と、前記貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され発光素子を搭載する搭載部の周囲に設けられた配線とを備え、前記発光素子用配線基板同士の間に、前記金属基体と略同一厚みのセラミックスからなる分割部が形成され、該分割部の表面に分割溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の発光素子用連結基板は、前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部が形成されていることが望ましい。
【００１０】
本発明の発光装置連結基板は、以上説明した発光素子用連結基板の前記搭載部に発光素子が搭載されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光素子用配線基板は、基体を焼結金属で形成することにより、樹脂モールド基板やセラミック基板などよりも高い熱伝導率を有し、発光素子から発生する熱を基体全体から効率良く、速やかに系外へ放散することができ、発光素子が過剰に加熱されることを防止できる。そのため輝度低下防止あるいは、さらなる高輝度化が可能となる。しかも金属基体に、絶縁体を介して電気的に絶縁された配線を表面に形成し、更に前記金属基体に貫通して設ける事で、多層化が可能となり複雑な配線設計への対応や基板の小型化が可能となる。
【００１２】
また、前記発光素子用配線基板同士の間に、前記金属基体と略同一厚みのセラミックスからなる分割部が形成され、前記分割部の表面に分割溝が形成することで、分割部のセラミックは破壊靱性が金属よりも低いので、分割溝を起点に亀裂の進展が容易であるため、本発明のようなセラミックに比べ延性の高い金属を用いた場合でも、特殊な装置を使うことなく容易に分割することができる。
【００１３】
さらに、前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部を形成することで、発光素子搭載部と前記配線とを取り囲むように金属からなる反射部を形成することになり、金属基体からだけでなく反射部からも発光素子が生じる熱を放散することができる。そして反射部によって発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。また、反射部により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、高輝度化を実現することができる。さらに、金属基体および反射部が焼結金属から成ることにより、金属基体と貫通絶縁体と貫通導体と配線と反射部とを同時焼成にて作製することができ、これによりコストを低減することができる。
【００１４】
以上説明した本発明の発光素子用連結基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置連結基板によれば、発光素子からの発熱を速やかに装置外に放出することができ、かつ分割歩留まりの良好な発光装置連結基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１（ａ）に示すように、本発明の発光素子用連結基板１は、複数個の発光素子用配線基板３が縦横の並びに整列したものである。この発光素子用配線基板３は、例えば、図１（ｂ）に示すように、焼結金属からなる平板状の金属基体５と、この金属基体５の上面５ａに形成された、発光素子を搭載する搭載部７と、セラミックスからなり金属基体５を厚み方向に貫通する貫通絶縁体９と、金属基体５と電気的に絶縁されるとともに貫通絶縁体９を厚み方向に貫通する貫通導体１１と、貫通導体１１と電気的に接続されるとともに金属基体５と絶縁され搭載部７の周囲に設けられた配線１３とを備える。また、発光素子用配線基板３の下面には、発光素子用配線基板３を外部配線基板に接続するための外部接続端子１５が設けられている。さらに、発光素子用配線基板３同士の間に、金属基体５と略同一厚みのセラミックスからなる分割部１９が形成されており、分割部１９の表面に分割溝２１が形成されている。
【００１６】
そして、本発明の発光素子用連結基板１においては、発光素子用配線基板３を構成する金属基体５、貫通絶縁体９、貫通導体１１、配線１３、分割部１９および外部接続端子１５が同時焼成されていることが望ましい。
【００１７】
本発明の発光素子用連結基板１によれば、金属基体５の材料として焼結金属を用いるとともに、金属基体５を貫通するように貫通絶縁体９および貫通導体１１を設けることが重要である。すなわち、金属基体１の材料として焼結金属を用いることにより、樹脂モールド基板やセラミック基板よりも高い放熱性を確保し、発光素子から発生する熱を発光素子用配線基板３全体から効率よく放出することができる。
【００１８】
また、発光素子用配線基板３同士の間に、金属基体５と略同一厚みのセラミックスからなる分割部１９が形成されており、分割部１９の表面に分割溝２１を形成することが重要である。分割部１９を設けることにより、特殊な装置を使うことなくチョコレートブレイクによって発光素子用連結基板１から個々の発光素子用配線基板３へと容易に分割することができる。
【００１９】
すなわち、本発明の発光素子用連結基板１は、金属に比べ、脆性の材料であり、破壊しやすいセラミックスによって分割部１９を形成し、この破壊しやすい分割部１９に分割溝２１を設けることで、焼結金属を主体とする発光素子用配線基板３であっても、セラミックスを主体とする連結基板のように容易に分割することを可能とするものである。
【００２０】
そしてまた、金属基体５と、貫通絶縁体９および貫通導体１１を同時焼成することが重要である。これらを同時焼成することにより、発光素子用配線基板３の多層化、配線設計の多様化、小型化を低コストで実現することができる。
【００２１】
ここで、分割溝２１の断面形状は三角形であることが望ましい。これにより、分割部に応力が集中し、より分割が容易となる。
【００２２】
さらに、分割部１９において分割溝２１は片面側のみ、あるいは両側いずれに形成されていてもよく、片側に形成されている方が工程数が少なくなるので、コストを低減することができる。
【００２３】
そして、金属基体５に有底穴２３を設け、この有底穴２３の底面に発光素子搭載部７が形成されていることが望ましい。有底穴２３の底面に前記搭載部７を形成することで、発光素子搭載部７と配線１３とを取り囲むように反射部２５を形成することになり、金属基体５からだけでなく反射部２５からも発光素子が生じる熱を放散することができる。また、反射部２５によって発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。そして、反射部２５により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、より輝度を高めることができる。さらに、反射部２５は金属基体５、貫通絶縁体９、貫通導体１１、および配線１３と同時焼成にて作製することができるため、別途作製した金属反射部を接着剤等で金属基体に接続する場合よりも工程数を減らし、コストを低減することができる。
【００２４】
また、図１（ｂ）に示すように、金属基体５と貫通絶縁体９との境界は、クラックの発生や隙間の発生が起こりやすいことから、被覆絶縁層２９で覆うことが望ましい。なお、この被覆絶縁層２９は貫通導体１１を露出させて配線１３と接続させるため、例えばリング状に形成されている。この被覆絶縁層２９は貫通絶縁体９との接合性を考慮すれば、貫通絶縁体９と同様の組成物で作製することが望ましい。
【００２５】
また、前記金属基体５の発光素子搭載部７が形成された側の主面５ａに金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。また、反射部２５にも金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。これにより、発光素子から出た光が金属めっきによく反射され、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。本発明では、金属めっきを施す面が焼結金属で形成されているため、樹脂モールド基板やセラミック基板のようにめっき形成部位への金属層の転写や印刷等を行う必要がなく、工程を簡略化することができる。
【００２６】
この金属めっきは、反射率の点からＡｇめっきとすることが望ましく、安価である点ではＮｉメッキが望ましい。
【００２７】
また、金属基体５は多層であってもよく、反射部２５には傾斜が設けられていても良い。
【００２８】
そして、例えば図２に示すように、以上説明した本発明の発光素子用連結基板１を構成する個々の発光素子用配線基板３の発光素子搭載部７に、金属や樹脂からなる接続層（図示せず）を介して発光素子３７を搭載し、この発光素子３７の端子（図示せず）と、配線１３とをボンディングワイヤ３９で接続し、発光素子３７、配線１３、およびボンディングワイヤ３９をモールド材などの透光性の樹脂４１で覆うことで、本発明の発光装置連結基板４３となる。
【００２９】
次いで、この発光装置連結基板４３を分割部２１にて分割することにより個々の発光装置が得られ、発光素子３７に給電することにより光を生じる。このとき、金属基体５の熱伝導率が高いため、発光素子３７からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。また、発光素子３７を有底穴２３内に搭載することにより、発光素子３７を保護することができ、かつ、発光素子３７の放射する光を金属基体５や反射部２５に反射させて光の取り出し効率を高めることができるため、高効率の発光装置を実現することができる。
【００３０】
なお、図２に示した例では、発光素子３７は、接続層により発光素子用配線基板３に固定され、電力の供給はボンディングワイヤ３９によりなされているが、発光素子用配線基板３との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。
【００３１】
また、発光素子３７は、モールド材４１により被覆されているが、モールド材４１を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、モールド材４１と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子３７を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。
【００３２】
また、発光素子３７を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材４１に発光素子３７が放射する光を波長変換するための蛍光体（図示せず）を添加してもよい。
【００３３】
また、発光素子３７の熱を金属基体５に効率よく伝達するという観点から、接続層として半田、インジウム、ＡｕＳｎ合金などの金属を用いることが望ましい。
【００３４】
なお、本発明においてもヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。
【００３５】
次に、本発明における発光素子用連結基板１の製造方法について、図３〜図５を用いて具体的に説明する。
【００３６】
まず以下に説明するように、焼成することによって金属基体５となる金属シートと貫通絶縁体９となるセラミックグリーンシートおよび貫通導体１１となる導体ペーストを作製する。また、必要に応じセラミックペーストを作製する。
【００３７】
金属シートは、金属粉末と樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整した金属スラリーから、従来周知のドクターブレード法などによりシート上に形成される。なお、金属スラリーには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
【００３８】
また、セラミックグリーンシートも、セラミック粉末、樹脂および溶剤などから形成されるセラミックスラリーからドクターブレード法などによりシート状に形成される。
【００３９】
金属シート並びにセラミックグリーンシートに用いるセラミック粉末、金属粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
【００４０】
また、望ましくはＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とする導体ペーストを作製する。金属粉末、樹脂および溶剤を所定の割合で混合し、溶剤を減圧過熱等によって除くことにより作製される。また、導体ペーストは必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
【００４１】
そして、セラミックペーストは導体ペーストと同様にセラミック粉末、樹脂および溶剤を混合し、溶剤を除くことによって作製される。
【００４２】
導体ペーストおよびセラミックペーストに用いる金属粉末、セラミック粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
【００４３】
まず、図３に示すように、セラミックグリーンシート４４にマイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホール４５を形成し、このビアホール４５に導体ペーストを印刷等により埋め込んで焼成後に貫通導体１１となる貫通導体成形体４７を形成し、導体埋め込みシート４９を作製する。
【００４４】
次に、打ち抜き穴を具備する金型の上面に、この導体埋め込みシート４９の上に金属シート５０を重ねて配置し、押し金型で金属シート５０を打ち抜くと同時に、金属シート５０の一部を導体埋め込みシート４９に挿入する。そして、金属シート５０と導体埋め込みシート４９の不要な部分を除去することにより、図４に示すような焼成後に貫通導体１１や貫通絶縁体９、金属基体５および分割部１９となる複合成形体５１を作製することができる。なお、金属シート５０とセラミックグリーンシート４４は略同一厚みであることが望ましい。
【００４５】
そして、例えば、図５（ａ）に示すように、この複合成形体５１の表面に配線用導体ペーストを印刷等により形成することで、焼成後に配線１３となる配線成形体５３を形成することができる。また、導体ペーストによって形成された配線成形体５３は、例えば焼成後に外部接続端子１５や内部配線３１とすることもできることはいうまでもない。ここで、配線用導体ペーストは、導体ペーストと同じペーストを用いることもできるし、導体ペーストと同様の方法で違う組成のペーストを別途作製してもよい。
【００４６】
次に、分割溝２１の形成方法について説明する。以上のようにして作製した複数の複合成形体５１を積層し、さらに、焼成後に分割部１９となる領域の片側あるいは両側に、金属刃によって分割溝２１を形成する。このとき、例えば、鋭角の金属刃を用いた場合は、Ｖ字形状の分割溝２１を形成することができ、回転刃を用いた場合は、矩形や底部に曲率を持った分割溝２１を形成することができる。
【００４７】
また、この配線成形体５３は貫通絶縁体９と貫通導体１１との境界にクラックや隙間が発生することを抑制するために、セラミックグリーンシート４４と貫通導体成形体４７との境界を覆うように形成することが望ましい。
【００４８】
その場合には、例えば、図５（ｂ）に示すように配線成形体５３を形成する前に、複合成形体５１の表面にセラミックペーストを塗布して、焼成後に被覆絶縁層２９となる被覆絶縁層成形体５５を、貫通導体成形体４７を露出させるとともに金属シート５０とセラミックグリーンシート４４との境界を覆うように形成することが望ましい。
【００４９】
これにより、金属基体５と貫通絶縁体９との境界にクラックや隙間が発生することを抑制することができる。なお、貫通導体成形体４７を露出させるためには、被覆絶縁層成形体５５をリング状あるいはドーナツ状に形成すればよい。
【００５０】
そしてさらに、図５（ｂ）に示すように、貫通導体成形体４７と接続させ、金属シート５０と接続しないように配線成形体５３を形成することで、被覆絶縁層成形体５５と配線成形体５３とを備えた複合成形体５１を作製することができる。
【００５１】
なお、例えば配線成形体５３や被覆絶縁層成形体５５を備えた複数の複合成形体５１を積層した場合には配線成形体５３は焼成後に内部配線となる場合があり、また、被覆絶縁層成形体５５は焼成後に内部絶縁層となる場合がある。
【００５２】
次に有底穴２３の形成方法について説明する。まず、焼成後に有底穴２３となるように、貫通孔を設け金属シート５０を作製し、この金属シートを図４で作製した複合成形体５１と積層すればよい。そして、焼成することで有底穴２３を有する発光素子用配線基板３が複数連結してなる発光素子用連結基板１を作製することができる。
【００５３】
なお、反射部２５は、図１（ａ）に示すように金属基体に対して垂直に配設されていてもよいし、図２のように傾斜を有するように配設されてもよい。反射部２５が垂直な場合は、通常の金型で打ち抜いて作製すればよく、また、反射部２５が傾斜を有する場合は、例えばパンチの外径よりもダイスの内径が０．０５〜１ｍｍ程度大きな打ち抜き金型を用いて金属シート５０を打ち抜き加工して作製することができる。
【００５４】
そして、貫通絶縁体９や貫通導体１１の形状は、四角や角柱形状でも良いし、その他円形あるいは円柱形状など所望の形状にすることが可能である。
【００５５】
また、配線成形体５３は、薄膜法により形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の断面図である。
【図２】本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図３】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための導体埋め込みシートの平面図である。
【図４】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための複合成形体の平面図である。
【図５】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・発光素子用連結基板
３・・・発光素子用配線基板
５・・・金属基体
７・・・搭載部
９・・・貫通絶縁体
１１・・・貫通導体
１３・・・配線
１５・・・外部接続端子
１９・・・分割部
２１・・・分割溝
２３・・・有底穴
２５・・・反射部
３７・・・発光素子
４３・・・発光装置連結基板
４５・・・発光装置
【図１】
2008135526.tif 000003
【図２】
2008135526.tif 000004
【図３】
2008135526.tif 000005
【図４】
2008135526.tif 000006
【図５】
2008135526.tif 000007