(57)【要約】  【課題】 構成が簡単で廉価に製造でき、ＬＥＤの発熱時における基板-放熱材の反りが効率的に抑制でき、さらに、X-Y-Z軸方向における電気的配線部、熱的配線部が自在に設計変更でき発光装置用基板を提供すること。  【解決手段】特には、電気的配線部３と熱的配線部２の両方を備えた基板１と、前記熱的配線部２と対応する位置に配置された突起７を有する放熱板４と、熱伝導率の高い素材によって形成されておりかつ、前記基板１の裏面側と前記放熱板４の間に介装させた接着層６とを具備しており、前記接着層６により、前記基板１と前記放熱板４とが、前記熱的配線部２に前記突起７を当接させた状態で一体に接合されているところに特徴がある。  【選択図】  図１
2005260102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的配線部と熱的配線部の両方を備えた基板と、該熱的配線部と対応する位置に配置された突起を有する放熱板と、熱伝導率の高い素材によって形成されておりかつ、前記基板の裏面側と前記放熱板の間に介在する接着層とを具備しており、
前記熱的配線部に対して前記突起を当接した状態に備えられ、前記基板と前記放熱板とが前記接着層により接合され一体に形成されていることを特徴とする発光装置用基板。
【請求項２】
前記基板を搭載した発光装置が、前記基板の外周端縁部に連続して表面側に延設する周側壁が設けてあり、該周側壁の内壁面に反射部材を有しかつ、前記周側壁の中に発光ダイオードチップが収容されている発光装置において、
前記反射部材の裏側に前記熱的配線部が配線され、この熱的配線部に対して、放熱板に備えた突起が当接されていることを特徴とする、請求項１記載の発光装置用基板。
【請求項３】
前記基板が、セラミック積層で作製されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置用基板。
【請求項４】
前記接着層は、
ア） 溶媒型接着剤、水性接着剤、ホットメルト接着剤、反応型接着剤に代表される一        液型接着剤、
イ） 溶剤型接着剤、水性接着剤、無溶媒型接着剤に代表される二液混合型接着剤、
ウ） 二液接触型接着剤、
エ） 表面に糊剤を備えたテープやフィルムに代表される接着剤、
からなる接着材の群から選ばれたいずれか又はその複数が備えら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発光装置用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップまたはレーザーダイオードを備えるための発光装置用基板に関し、より詳しくは、従来の製造技術によって安価に製造することができ、優れた放熱性特性を有する発光装置用基板の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード(ＬＥＤ)はパイロットランプなどの各種インジケータに多く用いられていたが、近年、超高輝度ＬＥＤの登場により信号機や自動車のランプなどにも使用されるようになった。また青色ＬＥＤの開発により、フルカラー化、白色化が可能となり、ＬＥＤは次世代の照明デバイスとして注目されている
【０００３】
しかしながら、超高輝度ＬＥＤなどは輝度が上がるにつれ発熱による温度上昇が発生し、輝度低下や、寿命低下を招く為、ＬＥＤに投入できる電力が制限され、最大限の輝度を得ることが出来なかった。また白色光を作るために青色ＬＥＤに蛍光材を組み合わせる方法が用いられていたが、青色成分が抜けないため、一般照明用途では、三原色を組み合わせる方法が検討されている。しかしながら、一つのモジュールに3つのＬＥＤを実装するため、小型化と放熱という点において課題がある。
【０００４】
さらに最近では、UV-ＬＥＤのような紫外線を発生するＬＥＤも登場して来ており、樹脂を基材とした基板ではUVにより劣化を生じるという問題が発生している。
【０００５】
また、青紫色レーザーダイオード（ＬＤ）の発明により、ビームを細く絞ることが出来る為、次世代のDVD高密度記録用光ヘッドなどに使用されつつある。
【０００６】
しかしながらレーザーダイオードでは、温度による特性の変化が著しく、一定電流で駆動すると、温度変化に追従して光出力が変化し不安定となり、波長により異なるが、約０．３ｍｍ／０℃の波長シフトを発生する。その為、光出力の安定化には放熱が重要視されている。
【０００７】
ＬＥＤから放出される熱を放熱する方法の従来技術としては、基板に熱的配線部を設置する方法や、基板に接着層を介して放熱板を接着する方法が一般的である。
【０００８】
放熱板に突起物を形成しその突起物に発光ダイオードを熱的に結合させることによって、放熱性を向上させる方法（特許文献１）が提案されており、また、放熱板に半田などの熱伝達部材を介しＬＥＤチップを接続させることにより、放熱性を向上させる方法（特許文献２）も提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１５２２２５、（図１乃至図１７）
【特許文献２】特開２００３−４６２４０、（図１乃至図１８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、突起部に直接ＬＥＤを設置しているため、フェースアップ実装しか行なえず、ボンディングワイヤの影が形成され光の出力低下を起こし易いという不具合があり、また、放熱板上にチップを直接搭載するように構成されているため熱効率は良いものの、放熱板と基板の熱膨張率が異なるためクラック発生が懸念され、さらに、配線位置の自由度が下がりパッケージの小型化が難しいなどの問題があった。
【００１１】
上記特許文献２に記載の方法は、基板と放熱板の接続方法が記載されていないためその詳細は不明であるが、仮に直接接続されているとすれば、絶縁層と放熱板の熱膨張が互いに相異するため、熱膨張の差に起因してクラックや反りが発生する懸念があり、さらに、放熱板突起を直接チップに当接しまう方法（特許文献２の図１０参照）では、絶縁層の表面しか配線を施すことができないため電気配線を自在に設計変更できない（自由度に劣る）という課題がある。
【００１２】
本発明者らは、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、構成が簡単で廉価に製造でき、ＬＥＤの発熱時における基板-放熱材の反りが効率的に抑制でき、さらに、X-Y-Z軸方向における電気的配線部、熱的配線部が自在に設計変更できる発光装置用基板を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明が採用した手段は、請求項１の発明は、電気的配線部と熱的配線部の両方を備えた基板と、前記熱的配線部と対応する位置に配置された突起を有する放熱板と、熱伝導率の高い素材によって形成されておりかつ、前記基板の裏面側と前記放熱板の間に介装させた接着層とを具備しており、
前記接着層により、前記基板と前記放熱板とが、前記熱的配線部に前記突起を当接させた状態で一体に接合されているところに特徴がある。
【００１４】
基板製造時に電気的配線部と熱的配線部の両方を形成し、熱的配線部に放熱板の突起を直接接触させた状態でありかつ、基板と放熱板の間が熱伝導率の高い接着層を介装して一体形成されているため、簡単に製造できる。また、熱伝導率の高い接着層を介して、基板の熱的配線部に対して、放熱板の突起を直接接触するように構成されているため、放熱性に優れる
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の発光装置用基板において、前記基板を搭載した発光装置が、前記基板の外周端縁部に連続して表面側に延設する周側壁が設けてあり、該周側壁の内壁面に反射部材を有しかつ、前記周側壁の中に発光ダイオードチップが収容されている発光装置において、
前記反射部材の裏側に前記熱的配線部が配線され、この熱的配線部に対して、放熱板に備えた突起が当接されているところに特徴がある。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発光装置用基板において、前記基板が、セラミック積層法で作製されているところに特徴がある。基板をセラミック積層法にて作製するように構成されているので、配線の自由度が向上するとともに、UV-LEDや高輝度ＬＥＤを搭載した基板が、ＵＶ照射によって劣化し難くなる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置用基板において、
前記接着層は
ア）溶媒型接着剤、水性接着剤、ホットメルト接着剤、反応型接着剤に代表される一液型接着剤、
イ）溶剤型接着剤、水性接着剤、無溶媒型接着剤に代表される二液混合型接着剤、
ウ）二液接触型接着剤、
エ）表面に糊剤を備えたテープやフィルムに代表される接着剤、
からなる接着材の群から選ばれたいずれか又はその複数が備えられているところに特徴がある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の発光装置基板によると、
（１）熱伝導率の良い熱的配線部と放熱板が放熱の妨害するものを介さずに直接接合しているために放熱性に優れ、温度上昇によって生じるＬＥＤの輝度低下およびＬＥＤの寿命低下を抑制することができ、また、ＬＥＤに投入できる電力の制限などを軽減できるから、長時間にわたって最大限の輝度を得ることができる。
（２）例えばセラミックス積層法により基板を製造すれば、熱的配線設計を自由自在に行うことができるから（配線設計の自由度に優れるから）、様々な発光装置基板に自由自在に対応できる。
（３）熱的配線部と放熱板の接合部以外を、熱伝導性の高い接着層によって接合させることにより、従来技術と同様に接着層からの放熱が期待でき、また、接着層を介することによって基板と放熱板との熱膨張率の差を緩衝できるから、発光装置基板の反りやクラックなどの不具合が発生し難い。
（４）設計の自由度が向上しているから、反射板から熱的配線部を放熱板に引き込むこともできるので、ＬＥＤチップ周辺の放熱が可能となる。
など、極めて実効性に優れた作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を、図面を参照しながら詳細に説明するが、これらは代表的なものを示したに過ぎず、その要旨を越えない限り、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の発光装置用基板の断面図の1例であり、セラミックス積層基板１に電気的配線部３と熱的配線部２を備え、接着層６を介して、セラミックス積層基板１に接着された突起７を有する放熱板４に熱的配線部２と放熱板４の突起７が直接接続できるように配置してある。
【００２１】
つぎに、この放熱性に優れた発光装置用基板の製造方法を図３に示す。
まず、セラミックス配線基板１としてグリーンシート１１上の各回路基板領域毎に、パンチングすることによって、熱的および電気的なビアホール導体となる所定径の貫通孔を形成する。ついで、貫通孔を形成したグリーンシート１１上の各回路基板領域毎に、スクリーン印刷により、導電性ペーストを充填するとともに、内部配線層となる導体膜を形成し、さらに、最外層に位置するグリーンシート１１上において表面配線層となる導体膜および各種電極パッドとなる導体膜、を形成する。
【００２２】
ついで、各種導体膜を形成した上述のグリーンシートを、積層基板の積層順において載置し、そして加熱しながらプレスする。加熱プレスした未焼結状態の基板を、酸化性雰囲気または大気性雰囲気で焼成処理すると、内部に内部配線層、ビアホール導体、熱的配線部が形成されておりかつ、表面に表面配線層が形成されたセラミックス配線基板1が製造できる。
【００２３】
なお、グリーンシート１１はその種類を制限するものではないが、例えば、アルミナ、ガラスセラミックなどを例示できるが、その使用の目的に応じて適宜設計変更される事項である。また、グリーンシート１１の種類はいずれか１種もしくは複数の異種材料の組み合わせにでき、積層回路基板として使用できるものがある。
【００２４】
スルーホールや層間の配線は、例えば印刷法により形成される。使用するペーストは、Agペースト、Cuペースト、タングステンメタライズペーストなどが例示でき、グリーンシート基材の焼結温度によってペーストの種類を適宜設計変更する。例えば、放熱性を重視するのであれば、熱伝導率の高いAgペーストが好適である。なお、印刷法以外の例えばエッチング法、メッキ法、インクジェット法等の膜成長技術を用いて配線できること無論である。
【００２５】
次に、基板の熱的配線部２の位置と対応する位置に存する突起７を持つ放熱板４を作製する。製造方法としては、接着層の高さと同じ高さの突起を持たせるだけであるので、その製造方法を特に限定するものではないが、より具体的には、エッチング加工、プレス加工、鋳造などを挙げることができる。なお、突起（突起部）７は、放熱板４を作製する時にこの放熱板４と一体形成してもよく、また、放熱板４とは別体として形成して両者を後付加工）しても良いものとする。
【００２６】
放熱板４の原材は、放熱性と加工性を合わせ持つ材料であれば何でもよい、特に限定するものではないが、ダイヤモンド、銀、銅、金、アルミニウムなどであると熱伝導性が高いから好適である。なお、コストの観点からは銅やアルミニウムなどが好ましい。
【００２７】
最後に、シート状の接着材を放熱板４の突起４の位置に穴あけし、放熱板４に仮貼付けを行ない、セラミックス配線基板１の熱的配線部２と放熱板４の導通が確認できる位置で接着すると、接着材が形成できる。なお、接着材をシートのものに限定するものではなく、アンダーフィル樹脂のような液状のものであっても構わない。より具体的には、
ア）溶媒型接着剤、水性接着剤、ホットメルト接着剤、反応型接着剤などに代表される一液型接着剤、
イ）溶剤型接着剤、水性接着剤、無溶媒型接着剤などに代表される二液混合型接着剤、
ウ）二液接触型接着剤、
エ）表面に糊剤を備えたテープやフィルムなどに代表される接着剤、
等、を挙げることができる。
【００２８】
前記接着層６には、フィラーや、例えばゴムや塗料など中に配合される粒子または粉状物質を分散させることができる。フィラーは、金属微粉末や絶縁性セラミックスの微粉末など、熱伝導担体としての効率に優れていることが好ましく、また、熱膨張性の相性、電気伝導性の制御性などを考慮して適宜選択する必要がある。より優れた放熱性を持たせるためは、熱伝導性の高い接着材を使用することが好ましいこと無論である。
【００２９】
図６の断面図に示された接着層６は、フィルム状基材１４の表裏の全面に、例えば上記ア）〜エ）から選択したいずれかの接着剤１３を塗布したものであり、熱プレス法、流し込みによる充填法、高周波接着（または圧着）法などによって貼り合わせされている。
【００３０】
なお、熱的配線部２の表面または突起の表面が荒れて凹凸形状になっていると、熱伝導が均等に伝わらないため（熱の伝わり方にギャップが生じるため）、熱伝導グリスや銀粘土などを介在させ、接触熱抵抗を低減することが好ましい。
【００３１】
つぎに、図５に、本発明に係る発光装置用基板を適用して、放熱性を高めた発光装置の応用例を示す。この発光装置用基板は、上記発光装置用基板の外周端縁部に連続して表面側に延設する周側壁が設けてあり、該周側壁の内壁面に反射部材を有しかつ、前記周側壁の中に発光ダイオードチップが収容された発光装置であり、前記反射部材の裏側に前記熱的配線部が配線され、この熱的配線部に対して、放熱板に備えた突起が当接されているものである。
【００３２】
図５に示したように、反射部材５にも熱的配線2を引くことにより、発熱源で有るＬＥＤチップ１２周辺に熱的配線部２を施すため（全体的に熱を放出する構造になるため）、より効果的な放熱性が期待できるようになる。
【００３３】
また、電気的配線部３をＬＥＤチップ１２下に配設することによって、フェイスダウン実装が可能となる。すなわち、例えばセラミックス基板積層法と、突起７を有する放熱板４とを用いることにより、より自由度の高い設計を行なうことができるようになる。
【実施例】
【００３４】
本発明の効果を確認するため、比較例との放熱性の比較実験を行なった。
【００３５】
まず、セラミックス製で、熱的配線部２を備えた配線基板１を作製した（図1参照）。ついで、基板１に熱的配線部２に突起を持たせた銅の放熱板４を突起７以外に接着材６を貼付けセラミックス配線基板１と接合した。放熱板４が貼付けられた発光装置用基板の熱的配線部２と放熱板４が電気的に良導であることをレジスタンスメーターで確認し、熱的配線部２と放熱板４が直接接触しているものを良品とし、放熱手段として、基板１に熱的配線部２を施し、熱的配線部２に対して放熱板４に備えた突起７を当接させることで放熱可能に構成したものを、本発明となる実施例とした。
【００３６】
次に、セラミックス製で、熱的配線部を持たない配線基板１を作製し（図７参照）、放熱対策を一切施さなかったものを比較例１とした。
【００３７】
また、セラミックス製で、熱的配線部を持たない配線基板１に対して、接着材６にて、突起７を持たない銅製の放熱板４を接合したものを作製し（図８参照）、従来通り、基板に放熱対策として、熱的配線を持たない基板に対して接着剤にて放熱板を貼着したものを比較例２とした。
【００３８】
さらに、セラミックス製で、熱的配線部２を備えた配線基板１に対して、接着材６にて、突起を持たない銅製の放熱板４を接合したものを作製し（図９参照）、従来通り、基板に放熱対策として、熱的配線を施した基板に対して接着剤にて放熱板を貼着したものを比較例３とした。
【００３９】
本発明に係る発光装置用基板および比較例１〜３の発光装置用基板のＬＥＤチップ設置面側に、熱抵抗をそれぞれ配し、ついで、ＬＥＤチップ設置面に配置した熱抵抗に対して、印加電圧8.125Ｖ、電流0.1Ａの条件にて加熱し、非接触温度計RT-50（RAYTEK製）にて、累積温度を経時的に測定した。その結果を、図１０に示す。
【００４０】
図１０から、本発明となる発光基板装置によると、比較例１〜３の場合よりも、温度上昇し難く、放熱という観点において極めて有効に機能していることが解かる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る発光装置用基板は、
ａ）照明用の発光装置に使用するＬＥＤ基板、
ｂ）半導体・液晶業界、食品業界、印刷業界、塗装業界において、ＵＶ照射用の発光装置に搭載されるＵＶ−ＬＥＤ用の基板、
ｃ）レーザーポインター、計測機器、レベルメーター、光通信、および、ＣＤやＤＶＤ等の記録再生装置などに搭載されるＬＤ用の基板、
ｄ)フルカラーディスプレー用の基板および、そのバックライトに用いるＬＥＤ基板（フルカラーLEDチップを搭載することにより、長寿命化や高効率化が図れる）
e)ＬＳＩに代表される半導体分野（特には、半導体の放熱に関する問題が解決できる）
など、多方面的な適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の発光装置用基板の断面図である。
【図２】発光装置用基板を利用した発光装置の断面図である。
【図３】多層回路基板の製造概略図である。
【図４】基板と接着材および放熱板の貼り合わせ概略図である。
【図５】本発明の発光装置用基板を応用した発光装置の断面図である。
【図６】基板と接着材と放熱板とを一体化する一方法を説明するために模式的に示す断面図である。
【図７】比較例１の発光装置用基板の断面図である。
【図８】比較例２の発光装置用基板の断面図である。
【図９】比較例３の発光装置用基板の断面図である。
【図１０】本発明と比較例を比較した実験結果である。
【符号の説明】
【００４３】
１  …  セラミックス積層基板
２  …  熱的配線部
３  …  電気的配線部
４  …  放熱板
５  …  反射板
６  …  接着層
７  …  突起（部）
８  …  ボンディングワイヤ
９  …  カバー
１０  …  半田ボール
１１  …  グリーンシート
１２  …  発光チップ
１３  …  接着剤
１４  …  基材
【図１】
2005260102.tif 000003
【図２】
2005260102.tif 000004
【図３】
2005260102.tif 000005
【図４】
2005260102.tif 000006
【図５】
2005260102.tif 000007
【図６】
2005260102.tif 000008
【図７】
2005260102.tif 000009
【図８】
2005260102.tif 000010
【図９】
2005260102.tif 000011
【図１０】
2005260102.tif 000012