(57)【要約】【課題】放熱性の向上が図れるＬＥＤモジュールを提供する。【解決手段】ＬＥＤモジュールは、フリップチップ実装が可能な電極(7)を有するＬＥＤ素子(14)と、２層以上の金属層(11,12)と金属層(11,12)の層間に高分子樹脂を含む電気的絶縁層(10)を有する配線基板(16)と、ＬＥＤ素子(14)の熱が伝導されるＬＥＤ素子(14)の金属膜層(5)と、配線基板(16)の金属層(11,12)のうち、ＬＥＤ素子搭載面にある第１の金属層(11)は、給電用金属パターン(11a)、および給電用金属パターン(11a)とは電気的に絶縁されて形成された伝熱用金属パターン(11b)を有し、給電用金属パターン(11a)と電極(7)を電気的導通がとれる様にフリップチップ接続し、伝熱用金属パターン(11b)と金属膜層(5)との間を、電気的絶縁部(9)を介してフリップチップ接続し、伝熱用金属パターン(11b)と第１の金属層(11)以外の金属層(11,12)を、伝熱部(13)により結合する。【選択図】図１
2008135694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ実装が可能な電極を有するＬＥＤ素子と、
２層以上の金属層と前記金属層の層間に高分子樹脂を含む電気的絶縁層を有する配線基板と、
前記ＬＥＤ素子の熱が伝導される前記ＬＥＤ素子の金属膜層と、
前記配線基板の前記金属層のうち、前記ＬＥＤ素子搭載面にある第１の金属層は、給電用金属パターン、および前記給電用金属パターンとは電気的に絶縁されて形成された伝熱用金属パターンを有し、
前記給電用金属パターンと前記電極が電気的導通がとれる様にフリップチップ接続され、
前記伝熱用金属パターンと前記金属膜層との間が、電気的絶縁部を介してフリップチップ接続され、
前記伝熱用金属パターンと前記第１の金属層以外の前記金属層が、伝熱部により結合されていることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項２】
前記金属膜層には伝熱用金属部が形成され、前記伝熱用金属部と前記電気的絶縁部を介して前記伝熱用金属パターンにフリップチップ接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３】
前記第１の金属層を覆うレジストに開口が形成され、前記電極及び前記伝熱用金属部が前記開口部で前記給電用金属パターン及び前記伝熱用金属パターンにそれぞれフリップチップ接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項４】
前記配線基板をテープ状あるいはシート状とし、その配線基板の幅方向または長さ方向、あるいはそれら両方向に任意の間隔で、前記ＬＥＤ素子が２個以上配置され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モジュール。
【請求項５】
前記伝熱部は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率の材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
【請求項６】
前記伝熱部は、少なくとも１個以上の充填めっきビアであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
【請求項７】
前記電気的絶縁層は、３μｍ以上１２５μｍ以下の厚さ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モジュール。
【請求項８】
前記高分子樹脂は、−４０℃から＋１２０℃の温度範囲において、線膨張係数が０〜６ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
【請求項９】
前記高分子樹脂は、１００℃における貯蔵弾性率が１００Ｍｐａ(動的粘弾性の測定周
波数：１Ｈｚ）以下で、かつ２４０℃における貯蔵弾性率が１ＭＰａ(動的粘弾性の測定
周波数：１Ｈｚ）以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１０】
前記伝熱用金属パターンに前記伝熱部により結合されている前記第１の金属層の反対側外層の前記金属層に、放熱物体が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１１】
前記放熱物体の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１０に
記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１２】
前記放熱物体が、セラミックであることを特徴とする請求項１０または１１に記載のＬＥＤモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板にＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）素子を実装して形成されるＬＥＤモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ素子やＬＥＤ(ＬＥＤ素子を実装可能な状態にパッケージ
ングしたもの)と、それに給電するための配線や配線基板を組み合わせたものであって、
最も単純なＬＥＤモジュールには、ＬＥＤを汎用電線で結線し、点滅用のコントローラを組み合わせた電飾用のものがある。
【０００３】
近年になってＬＥＤ素子の発光効率が向上し、さらには青色のＬＥＤ素子が開発された事によって、青色ＬＥＤ素子と蛍光物質との組み合わせにより、あるいは赤色、緑色、青色の各色ＬＥＤ素子の光の混合により、白色光を作ることが可能になってきた。このため、携帯電話などの小型ＦＰＤ(Flat Panel Display)のバックライトとして多用されている。さらに、その技術を発展させたものとして、従来、蛍光灯の技術が採用されていた液晶ＴＶのバックライトや照明器具においてもＬＥＤに置き換えたものが市販されるようになってきた。
【０００４】
このような用途にＬＥＤを使用するにあたっては、次のような何点かの重要なポイントがあげられる。（１）光を効率よく取り出すこと、（２）ＬＥＤ素子の発熱を効率よく放熱させてＬＥＤ素子の温度を低く保つこと、（３）ＬＥＤ素子の性能試験ができること、などである。
【０００５】
前記（１）の解決策の一つとして、フリップチップ実装方式のＬＥＤ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記（２）の解決策としては、熱伝導の良い絶縁体をサブマウントとして熱の伝導面積を広げる方法がとられている（例えば、特許文献２参照）。前記（３）の解決策としては、前記サブマウントや、他の配線基板に実装可能な状態にパッケージングされて市販されているＬＥＤがそのまま該当する。また、前記（１）、（２）をあわせた解決策として、フリップチップ実装可能で、かつ放熱用の電気的に絶縁されたバンプをもつＬＥＤ素子が考案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３４０５１４
【特許文献２】特開２００６−８６１３９
【特許文献３】特開２００３−１１０１４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のＬＥＤ素子の実装は、窒化アルミニウムのようなセラミック系の熱伝導の良い絶縁体の表面に、給電のための金属配線パターンを気相法などで形成したサブマウントを採用するものが主流である。しかし、サブマウントは、そこへ給電する配線基板とは独立した部品なので、ＬＥＤモジュールの構成部品の点数を増やしてしまう事になり、かつセラミック系の絶縁体の素材そのものが高価で、また、サブマウントの表面へ配線を形成する気相法の製造コストも高いため、ＬＥＤモジュールの価格低減の障害になっていた。
また、セラミック系の絶縁体を使わないで、配線基板とＬＥＤ素子を直接フリップチップ接続したＬＥＤモジュールを放熱板に接着などして、熱伝導性と電気絶縁性を両立させることは、ほとんどの配線基板の絶縁体は熱伝導率が低いため困難である。例えば、導体
である銅の熱伝導率が３９８Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、絶縁体のポリイミドの熱伝導率は０.２５Ｗ／ｍ・Ｋにすぎない。また、このようにフリップチップ実装したＬＥＤモジ
ュールが、温度サイクルを受ける環境にあっては、高分子樹脂や金属配線の線膨張係数とＬＥＤ素子の線膨張係数の差によって、はんだボールなどの接合部材やその接合面に応力が生じて、ＬＥＤ素子の破壊や接合部材や接合面の破壊などの問題を生じる場合があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決し、放熱性の向上が図れるＬＥＤモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様のＬＥＤモジュールは、フリップチップ実装が可能な電極を有するＬＥＤ素子と、２層以上の金属層と前記金属層の層間に高分子樹脂を含む電気的絶縁層を有する配線基板と、前記ＬＥＤ素子の熱が伝導される前記ＬＥＤ素子の金属膜層と、前記配線基板の前記金属層のうち、前記ＬＥＤ素子搭載面にある第１の金属層は、給電用金属パターン、および前記給電用金属パターンとは電気的に絶縁されて形成された伝熱用金属パターンを有し、前記給電用金属パターンと前記電極が電気的導通がとれる様にフリップチップ接続され、前記伝熱用金属パターンと前記金属膜層との間が、電気的絶縁部を介してフリップチップ接続され、前記伝熱用金属パターンと前記第１の金属層以外の前記金属層が、伝熱部により結合されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様のＬＥＤモジュールにおいて、前記金属膜層には伝熱用金属部が形成され、前記伝熱用金属部と前記電気的絶縁部を介して前記伝熱用金属パターンにフリップチップ接続されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様のＬＥＤモジュールにおいて、前記第１の金属層を覆うレジストに開口が形成され、前記電極及び前記伝熱用金属部が前記開口部で前記給電用金属パターン及び前記伝熱用金属パターンにそれぞれフリップチップ接続されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかのＬＥＤモジュールにおいて、前記配線基板をテープ状あるいはシート状とし、その配線基板の幅方向または長さ方向、あるいはそれら両方向に任意の間隔で、前記ＬＥＤ素子が２個以上配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかのＬＥＤモジュールにおいて、前記伝熱部は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率の材料で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかのＬＥＤモジュールおいて、前記伝熱部は、少なくとも１個以上の充填めっきビアであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第１〜第６の態様のいずれかのＬＥＤモジュールにおいて、前記電気的絶縁層は、３μｍ以上１２５μｍ以下の厚さであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第８の態様は、第１〜第７の態様のいずれかのＬＥＤモジュールにおいて、前記高分子樹脂は、−４０℃から＋１２０℃の温度範囲において、線膨張係数が０〜６ｐｐｍ／℃であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第１〜第７の態様のいずれかのＬＥＤモジュールにおいて、前
記高分子樹脂は、１００℃における貯蔵弾性率が１００Ｍｐａ(動的粘弾性の測定周波数
：１Ｈｚ）以下で、かつ２４０℃における貯蔵弾性率が１ＭＰａ(動的粘弾性の測定周波
数：１Ｈｚ）以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１０の態様は、第１〜第９の態様のいずれかのＬＥＤモジュールにおいて、前記伝熱用金属パターンに前記伝熱部により結合されている前記第１の金属層の反対側外層の前記金属層に、放熱物体が取り付けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様のＬＥＤモジュールにおいて、前記放熱物体の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１２の態様は、第１０または１１の態様のＬＥＤモジュールにおいて、前記放熱物体が、セラミックであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、サブマウントが不要で安価に作製でき、放熱性もよいＬＥＤモジュールが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るＬＥＤモジュールの実施の形態を説明する。
このＬＥＤモジュールは、フリップチップ実装が可能な電極を有するＬＥＤ素子と、２層以上の金属層と前記金属層の層間に高分子樹脂を含む電気的絶縁層を有する配線基板と、前記ＬＥＤ素子の熱が伝導される前記ＬＥＤ素子の金属膜層と、前記配線基板の前記金属層のうち、前記ＬＥＤ素子搭載面にある第１の金属層は、給電用金属パターン、および前記給電用金属パターンとは電気的に絶縁されて形成された伝熱用金属パターンを有し、前記給電用金属パターンと前記電極が電気的導通がとれる様にフリップチップ接続され、前記伝熱用金属パターンと前記金属膜層との間が、電気的絶縁部を介してフリップチップ接続され、前記伝熱用金属パターンと前記第１の金属層以外の前記金属層が、伝熱部により結合されている。
ＬＥＤ素子で発生した熱は、ＬＥＤ素子の金属膜層から、電気的絶縁部を有するフリップチップ接続部を通じて伝熱用金属パターンに伝えられ、更に伝熱部を通じて第１の金属層以外の金属層へと伝えられる。このように、ＬＥＤ素子の熱が、伝熱用金属パターン、金属層へと次々に拡がって伝熱されるので、放熱性が高く、ＬＥＤモジュールに流す電流を増やして輝度を上げることが可能となる。また、ＬＥＤ素子を直接、配線基板にフリップチップ実装しているので、サブマウントを不要にすることができ、安価に作製できる。
【００２３】
また、上記金属膜層には伝熱用金属部を形成し、この伝熱用金属部と上記電気的絶縁部を介して上記伝熱用金属パターンにフリップチップ接続するのが好ましい。伝熱用金属部は、例えば、金属膜層上に電極と同時に形成すればよい。
また、上記第１の金属層を覆うレジストに開口を形成し、上記電極及び上記伝熱用金属部をこれら開口部で上記給電用金属パターン及び上記伝熱用金属パターンにそれぞれフリップチップ接続するのが好ましい。
【００２４】
また、上記配線基板をテープ状あるいはシート状とし、その配線基板の幅方向または長さ方向、あるいはそれら両方向に任意の間隔で、上記ＬＥＤ素子が２個以上配置されているＬＥＤモジュールとしても良い。これによって、製造コストを下げることができ、また、複数のＬＥＤ素子を最適な位置に配置するなど、ＬＥＤモジュールの最適なパターン設計が可能になる。
【００２５】
また、上記配線基板の電気的絶縁層に用いられる高分子樹脂としては、ポリイミド、ポ
リエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドベンゾオキサゾール、エポキシ、アラミドなどの樹脂、あるいはこれらの混合樹脂が挙げられる。また、これら樹脂や混合樹脂に、ゴムやフィラー（充填剤、補強剤、粘度調整剤）を複合させたもので形成してもよい。電気的絶縁層の厚さは、これら樹脂等の電気的絶縁層の電気的絶縁耐力が１００〜２００Ｖ／μｍ程度であることと、製造時の厚み制御の困難さなどから、３μｍ以上の厚さが望ましい。また、給電用金属パターン（給電配線）の接着面積を利用した高分子樹脂の厚み方向への熱伝導量を確保するためには、電気的絶縁層の厚みは１２５μｍ以下で可能な限り薄い方が良い。
【００２６】
また、上記電気的絶縁層の線膨張係数は、−４０℃から＋１２０℃の温度範囲において、０〜６ｐｐｍ／℃であること、理想的にはＬＥＤ素子と同程度であることが、ＬＥＤ素子との線膨張の差により生じる応力を少なくして、温度サイクルを受ける環境での信頼性の向上を期待できる。
【００２７】
また、別な観点から、上記電気的絶縁層に含まれる高分子樹脂は、１００℃における貯蔵弾性率が１００Ｍｐａ(動的粘弾性の測定周波数：１Ｈｚ）以下で、かつ２４０℃にお
ける貯蔵弾性率が１ＭＰａ(動的粘弾性の測定周波数：１Ｈｚ）以上であるのが好ましい
。このように、配線基板の電気的絶縁層に低弾性な高分子樹脂を選択することによって、ＬＥＤ素子と配線基板との線膨張の差によって発生する応力を小さくすることができ、温度サイクルをうける環境での信頼性の向上が期待できる。また、配線基板へのＬＥＤ素子の実装時にはんだを溶融させるリフロー温度である２４０℃近傍においても、１ＭＰａ以上の貯蔵弾性率を確保することによって、高分子樹脂自身や接着界面での破壊を防止することができる。
【００２８】
また、上記伝熱用金属パターンと第１の金属層以外の金属層との間を結合する上記伝熱部は、結合の断面積が小さいことを補うために、例えば銅めっきによる結合で３９８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を確保することが特に好ましいが、Ｐｂフリーはんだと同等の３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば好ましい。３０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率は、ポリイミドの熱伝導率に比べて１００倍程度良好である。
【００２９】
また、上記伝熱部は、少なくとも１個以上の充填めっきビアで構成しても良く、充填めっきビアの直径Φは、１００μｍ以下が好ましい。なかでもΦ６０μｍ以下の小径ビア、特にスルーホールビアは、配線基板の両面にビア半径以上の厚さに銅めっきを積み上げる際に、同時に充填めっきが可能であり、これによって、導通ビアの品質の安定と配線基板製造コストの低減が可能になる。
【００３０】
また、ＬＥＤ素子の金属膜層と伝熱用金属パターンとの間の上記電気的絶縁部は、製造コストの観点から、ＬＥＤ素子側に設けるのが望ましいが、伝熱用金属パターン側に設けても構わないし、両方にあっても良い。電気的絶縁部は、気相法などで形成したＳｉＯ２、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon)などの電気的絶縁膜が望ましい。或いは、窒化アルミニウムなどの熱伝導の良いセラミックを例えば円柱状や角柱状に形成したものを、はんだボールに替えて伝熱用金属パターンと金属膜層との間に挟んで設置するようにしてもよい。この場合は、ＬＥＤ素子や伝熱用金属パターンへの電気的絶縁膜の形成が不要になる。
【００３１】
また、上記伝熱用金属パターンに伝熱部により結合されている第１の金属層の反対側外層の金属層（伝熱用ないし放熱用金属パターンとなる）に、放熱物体が取り付けられた構造としてもよい。上記放熱物体としては、ヒートシンクや機器の金属筐体などがあり、例えば、金属層（伝熱用ないし放熱用金属パターン）に放熱物体を接着剤で接着させて取り付ければよい。第１の金属層以外の金属層（伝熱用ないし放熱用金属パターン）には給電配線が不要なため、金属層の面積を広く取ることができるので、放熱物体の接着に用いる
接着剤は、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上程度の熱伝導率を有する汎用の接着剤でもよい。
また、上記放熱物体の熱伝導率としては、Ｐｂフリーのはんだと同程度以上という意味でも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上あることが好ましい。
また、上記放熱物体として金属など導電性があるものを使用することによって、機器側の事情などの電気的な要因でＬＥＤ素子の破壊が懸念される場合は、上記放熱物体として電気的絶縁体である酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックを用いてもよい。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態について、更に図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、３個のＬＥＤ素子１４を、テープ状ないしシート状の配線基板１６に直列に配置して接続したＬＥＤモジュールの一実施形態を示す俯瞰図である。ＬＥＤ素子１４の封止材（透明樹脂やアンダーフィリング材）や反射板については必要に応じて付加可能であるが、図１には示していない。
【００３３】
図２は、図１のＡ−Ａ断面を示したものである。図２に示すように、ＬＥＤ素子１４は、配線基板１６側にフリップチップ実装が可能な二つの電極７，７と一つ以上の伝熱用金属部６を有する。図示例のＬＥＤ素子１４は、サファイヤ基板１上に、有機金属気相成長法などにより、まず、III族窒化物半導体などから成るｎ型半導体層２、発光層（活性層
）３及びｐ型半導体層４を積層形成し、ｐ型半導体層４、発光層３及びｎ型半導体層２の一部をエッチングにより除去する。次いで、蒸着などによりｎ型半導体層２上に電極（ｎ電極）７を形成すると共に、蒸着などによりｐ型半導体層４上に金属膜層５を形成した後、金属膜層５上に電極（ｐ電極）７及び伝熱用金属部６を形成する。金属膜層５は、電極（ｐ電極）７及び伝熱用金属部６の下地層となると共に、発光層３の熱を受け取る集熱層・受熱層ともなっている。更に、金属膜層５は、発光層３からの光をサファイア基板１側に反射する反射層でもある。
このようにして得られたＬＥＤ用基板をチップ化して、ＬＥＤ素子１４を作製する。
【００３４】
配線基板１６は、電気的絶縁層である高分子樹脂層１０と、高分子樹脂層１０のＬＥＤ素子１４搭載側の面に形成された第１の金属層１１と、高分子樹脂層１０のもう一方の面に形成された第２の金属層１２と、第１の金属層１１側を覆うレジスト１５とを有する。第１の金属層１１は、電極７，７に電気的に接続される給電用金属パターン１１ａと、給電用金属パターン１１ａとは電気的に絶縁されて形成された伝熱用金属パターン１１ｂとからなる。配線基板１６は、フレキシブルなものでもリジッドなものでもよい。
【００３５】
高分子樹脂層１０は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドベンゾオキサゾール、エポキシ、アラミドなどの単独または混合の樹脂、或いは、これら単独または混合の樹脂にゴムやガラスクロスを複合させたものでも良く、テープ状ないしフィルム状に形成されている。
【００３６】
第１の金属層１１と第２の金属層１２の材質は、銅が熱伝導と電気伝導の点で好適であるが、アルミニウムや銅の合金などを使っても構わない。
伝熱用金属パターン１１ｂが銅である場合の層間の接続は、以下の方法が好適である。まず高分子樹脂層１０として、例えばポリイミド系のフィルムを用意し、パターン形成にも使う複数のΦ１〜２ｍｍ程度の認識穴（図示せず）をあけながら、層間接続用のΦ１５〜６０μｍのスルーホール１０ａをレーザー加工機であける。これをスパッタリング装置にかけて腐食防止層と銅スパッタ層をスルーホール１０ａの壁面も含めて全面に加工する。次に、これを銅めっき装置にかけて、全面に銅めっきを行う。この時スルーホール１０ａの半径以上の厚さの銅めっきを行えばスルーホール１０ａが銅めっきで充填（充填めっきビア１３）されるが、余裕をみてさらに５μｍ程度厚くめっきするのもよい。この時、
複数のΦ１〜２ｍｍの認識穴はめっき厚の２倍程度直径が小さくなるが、認識穴の中心座標は変わっていないので、この認識穴を使って、必要なパターンを露光、現像しエッチングして、第１の金属層１１の給電用金属パターン１１ａおよび伝熱用金属パターン１１ｂ、さらには第２の金属層（伝熱ないし放熱用金属パターン）１２を形成する。
セミアディティブ法で形成する場合は、上記銅スパッタのあと必要なセミアディティブ用のパターンを露光・現像して銅めっきでビアの充填とパターンの形成を行う。
いずれの場合にも露光用のレジストを塗るか貼るかし、パターン完成後はレジストを除去する。
【００３７】
次に、感光性のレジスト１５をインクの場合は印刷し、ドライフィルムの場合はラミネートして、露光、現像することによって所望のレジスト１５の外形パターンおよびＬＥＤ素子１４の電極７，７と伝熱用金属部６をフリップチップ接続するための開口１５ａを形成する。特にフリップチップ接続するための開口１５ａは、Φ０.１ｍｍ以下になるケー
スも想定されるので、その場合は、レーザー加工を用いるのも良い。その後、給電用金属パターン１１ａ、伝熱用金属パターン１１ｂ、および第２の金属層１２にめっきを行う。めっきはＰｄ下地のＡｇめっき、Ｎｉ下地の金めっきなどを必要に応じて選択する。マスキングを行えば、それぞれの金属パターン毎にめっきの有無や種類を異なるものとすることもできる。
【００３８】
次に、伝熱用金属パターン１１ｂ上のフリップチップ接続用の開口１５ａに電気的絶縁部９を形成する。電気的絶縁部９は、例えばＳｉＯ２やＤＬＣなどの電気絶縁膜をプラズマＣＶＤ法（化学的蒸着法）などによって、必要な絶縁が得られる厚さ（例えば１〜５μｍ）に形成する。この電気的絶縁部９とＬＥＤ素子１４の伝熱用金属部６との接続に、はんだボールを用いる場合は、金などハンダが濡れる金属を電気的絶縁部９の最表面に形成するのが望ましい。
【００３９】
次に、レジスト１５の開口１５ａを利用して、はんだボールを載せリフローして、はんだボールを配線基板１６に接続させる。その後、ＬＥＤ素子１４の伝熱用金属部６及び電極７を開口１５ａのはんだボールに載せ、再度リフローすることで、フリップチップ接続層８を形成してＬＥＤ素子１４と配線基板１６の電気的、機械的接続を完了させる。その後、ＬＥＤ素子１４を樹脂封止してＬＥＤモジュールが完成する。ＬＥＤ素子用の反射板が必要な場合は、ＬＥＤ素子１４を配線基板１６に搭載する前後で接着などの方法で取り付ける。
【００４０】
ＬＥＤ素子１４の発光層３で発生した熱は、主に、ＬＥＤ素子１４の金属膜層５に伝えられ集められて、金属膜層５から伝熱用金属部６、フリップチップ接続層８および電気的絶縁部９を通じて伝熱用金属パターン１１ｂに伝えられ、更に充填めっきビア１３を通じて第２の金属層１２へと伝えられ、第２の金属層１２等から効率よく放熱される。
【００４１】
（給電用金属パターンおよび伝熱用金属パターン）
配線基板１６の給電用金属パターン１１ａおよび伝熱用金属パターン１１ｂの一例を図３に示す。なお、図３には、配線基板１６の幅方向にＬＥＤ素子１４を３個、長さ方向に複数個配置したＬＥＤモジュールを示す。このＬＥＤモジュールでは、各ＬＥＤ素子１４を２個の電極７と３個の伝熱用金属部６とに対応する５個のフリップチップ接続層８により配線基板１６に接合している。給電用金属パターン１１ａと伝熱用金属パターン１１ｂは、スペースで区切られていて電気的に絶縁されている。伝熱用金属パターン１１ｂは、配線基板１６裏面の第２の金属層１２に接続されている。
また、給電用金属パターン１１ａは、１個のＬＥＤ素子１４ごとにスペースで区切られている。こうすることによってＬＥＤ素子１４のテストが１個ずつ可能になり、テストで合否を確認して、不良品があった場合はリペアを行った後、給電用金属パターン１１ａ同
士を、必要な回路になるようにジャンパ線などで結線していくことも可能になる。もちろん、給電用金属パターン１１ａは最初から結線された状態にパターニングすることも容易である。
【００４２】
図４は、さらに耐温度サイクル性を考慮した給電用金属パターン１１ａおよび伝熱用金属パターン１１ｂの他の例を示す。高分子樹脂層１０としては、−４０℃〜＋１２０℃の実用温度領域において０〜６ｐｐｍ／℃であるポリイミド系の樹脂を用いたり、或いは、硬化後の貯蔵弾性率が１００ＭＰａ（動的粘弾性の測定温度１００℃、測定周波数１Ｈｚ）以下にしたエポキシ樹脂とアクリル系ゴムの混合樹脂を用いたりする。さらにＬＥＤ素子１４に各フリップチップ接続層８により接合される、給電用金属パターン１１ａおよび伝熱用金属パターン１１ｂをすべて独立させている。これによって、第１の金属層１１のもつ線膨張係数の影響を軽減し、高分子樹脂層１０がもつ特性を活かすことが可能になるので、ＬＥＤモジュールが温度サイクルを受けた時に、ＬＥＤ素子１４やＬＥＤ素子１４と配線基板１６との接続部にかかる応力を減らすことができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図５は、ＬＥＤ素子１４の放熱効率を高めるために、図１のＬＥＤモジュールに更に放熱物体としてのヒートシンク１７を設けた第２の実施形態を示す。ヒートシンク１７は、放熱の機能さえあれば、機器側の筐体でもよい。図５に示すように、ヒートシンク１７は、配線基板１６の第２の金属層１２に接着剤層１９により接着されている。ヒートシンクの取付方法には、熱伝導のよい接着材が好適であるが、シリコングリースを介して押さえつける方法も押さえ付け用の治具（図示せず）を用いれば可能である。
【００４４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態のＬＥＤモジュールは、図６に示すように、上記図５の第２の実施形態における配線基板１６が３層構造となったものである。即ち、第２の金属層１２に、更に高分子樹脂層１０を介して第３の金属層１８が設けられている。上記第２の実施形態よりも高分子樹脂層１０が１層増えて厚くなった分、ＬＥＤ素子１４からヒートシンク１７ヘの熱伝導抵抗の増大は避けられないが、高分子樹脂層１０を極力薄くしたり、ヒートシンク１７の放熱量を増大させたりすることにより、その影響を軽減できる。また、第２の金属層１２として、給電とは絶縁された伝熱パターンを形成できる場合は、その伝熱パターンと第３の金属層１８を充填めっきビアなどでつないで放熱効率を高めることもできる。
【００４５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、電気的絶縁部９を配線基板１６側ではなく、ＬＥＤ素子１４側に設けている点で、上記第１の実施形態と相違する。つまり、ＬＥＤ素子１４を製造する工程において金属膜層５の上に電気的絶縁部９を設け、その上に伝熱用金属部６を設ける。電気的絶縁部９と金属膜層５或いは伝熱用金属部６との間に、密着性確保のための下地となる層を設けてもよい。電気的絶縁部９としては、ＳｉＯ２やＤＬＣなどの電気絶縁膜が望ましい。
【００４６】
上述した実施形態のＬＥＤモジュールは、携帯電話などの小型ＦＰＤのバックライトに適用できると共に、照明装置や液晶ＴＶのバックライト、ネオンサインなどの用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態のＬＥＤモジュールを示す俯瞰図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】配線基板の第１の金属層のパターンを示す平面図である。
【図４】配線基板の第１の金属層のパターンの他の例を示す平面図である。
【図５】第２の実施形態のＬＥＤモジュールを示す断面図である。
【図６】第３の実施形態のＬＥＤモジュールを示す断面図である。
【図７】第４の実施形態のＬＥＤモジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  サファイヤ基板
２  ｎ型半導体層
３  発光層
４  ｐ型半導体層
５  金属膜層
６  伝熱用金属部
７  電極
８  フリップチップ接続層
９  電気的絶縁部
１０  高分子樹脂層（電気的絶縁層）
１１  第１の金属層
１１ａ  給電用金属パターン
１１ｂ  伝熱用金属パターン
１２  第２の金属層
１３  充填めっきビア（伝熱部）
１４  ＬＥＤ素子
１５  レジスト
１６  配線基板
１７  ヒートシンク（放熱物体）
１８  第３の金属層
１９  接着剤層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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