(57)【要約】【課題】ＬＥＤの熱を効果的に外部に放散することができるＬＥＤ実装基板、及び、上記ＬＥＤ実装基板を安価かつ容易に製作することができる製造方法、並びに、ＬＥＤ実装基板に底面が略平坦な凹部を確実に形成することができるドリルの提供。【解決手段】基板材料をプリプレーグシートなどの有機層３とアルミニウムや圧延銅などの放熱用金属層４とを積層した構造とすることにより、加工性や作業性を向上させると共に放熱用金属層４によって熱伝導性を高めて熱を効率的に外部に放散できるようにする。また、放熱用金属層４の凹部５に対応する位置に穴を設けて、放熱用金属層４が凹部５の壁面に露出しないようにして電極のショートを防止する。また、先端に平坦部を有するドリルビットを用いることにより、放熱用金属層４と有機層３とが積層された基板部材２に対して底面が略平坦な凹部を直接形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部材に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板において、
前記基板部材の内部かつ前記基板部材の面方向に、金属材料からなる金属層を１層以上備え、
前記金属層により、前記ＬＥＤの発光に伴って発生した熱が前記基板部材の面方向に放散されることを特徴とするＬＥＤ実装基板。
【請求項２】
基板部材に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板において、
前記基板部材は、金属材料からなる１層以上の金属層と有機材料からなる１層以上の有機層とが前記基板部材の法線方向に交互に積層されて構成され、
前記金属層により、前記ＬＥＤの発光に伴って発生した熱が前記基板部材の面方向に放散されることを特徴とするＬＥＤ実装基板。
【請求項３】
前記金属層の前記凹部に対応する位置に、前記金属層の配設位置における前記凹部の内径よりも大きい径の穴が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ実装基板。
【請求項４】
前記有機層はプリプレーグシートからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のＬＥＤ実装基板。
【請求項５】
基板材料に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板の製造方法であって、
金属材料からなる１層以上の金属層と有機材料からなる１層以上の有機層とを交互に積層し、接合して前記基板部材を形成する積層工程と、
所定のドリルビットが装着されたドリルを用いて、前記基板部材に前記凹部を形成する凹部形成工程と、を少なくとも有することを特徴とするＬＥＤ実装基板の製造方法。
【請求項６】
基板材料に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板の製造方法であって、
金属材料からなる金属層の前記凹部に対応する位置に、所定の径の穴を形成する穴形成工程と、
１層以上の前記金属層と有機材料からなる１層以上の有機層とを交互に積層し、接合して前記基板部材を形成する積層工程と、
所定のドリルビットが装着されたドリルを用いて、前記基板部材に前記凹部を形成する凹部形成工程と、を少なくとも有することを特徴とするＬＥＤ実装基板の製造方法。
【請求項７】
前記穴形成工程では、各々の前記金属層の配設位置における前記凹部の内径よりも大きい径の穴を形成し、
前記凹部形成工程において、前記金属層が前記凹部の壁面に露出しないようにすることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ実装基板の製造方法。
【請求項８】
前記所定のドリルビットは、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部を備え、
前記凹部形成工程では、前記ドリルビットを用いて、前記凹部の底面を略平坦に加工することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載のＬＥＤ実装基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板及びその製造方法に関し、特に、ＬＥＤなどの発光素子を実装するための基板の構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置や照明装置の光源として、消費電力が小さく寿命が長いＬＥＤ（Light Emitting Diode）が広く使用されている。このＬＥＤは、アノードとカソードの間に電流を流すことによって、ＰＮ接合の伝導帯と荷電子帯との間のバンドギャップに応じた波長の光を発光させる半導体素子である。
【０００３】
上記ＬＥＤを実装する基板の一般的な構造について図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は、ＬＥＤ実装基板の構造を示す上面図であり、図１８は、そのＤ−Ｄ’線における断面図である。図に示すように、ＬＥＤ実装基板１は、貫通穴が形成された枠体２ａと平板状の基体２ｂとが接合された基板部材２で構成され、枠体２ａの貫通穴と基体２ｂとでＬＥＤを実装するための凹部５が形成されている。また、この凹部５は、ＬＥＤから発する光を表面側に効率的に反射できるように、その底面及び壁面にはメッキ層７が形成されている。
【０００４】
このようなＬＥＤ実装基板の例として、例えば、下記特許文献１には、発光素子の搭載部を有する四角平板状の基体と、搭載部を取り囲むように取着された枠体などからなるＬＥＤ実装基板が開示されており、上記枠体の材料としてセラミックス粉末を含むグリーンシートを用い、上記基体の材料としてグリーンシートを積層し焼成したセラミックス板を用いる構成が記載されている。
【０００５】
上記構造のＬＥＤ実装基板は、例えば、図１９（ａ）に示すように、グリーンシートの所定部分を金型などで打ち抜いて貫通穴１３を形成し、図１９（ｂ）に示すように、接着剤などを用いて枠体２ａの裏面にセラミックス材料からなる略平坦な基体２ｂを接合し、その後、図１９（ｃ）に示すように、凹部５の内面にメッキ層７を形成することによって製造することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９１２０３号公報（第５−９頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、ＬＥＤでは発光に伴って熱を発生し、また、ＬＥＤの周囲の部材もＬＥＤの光を吸収して熱を発生するため、ＬＥＤの温度は徐々に上昇する。一方、ＬＥＤは温度が低い方が発光効率が高いという性質があるため、発光に伴ってＬＥＤの性能が劣化してしまう。従って、ＬＥＤ実装基板ではＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効率的に外部に放散させるための工夫が必要であり、上記特許文献１では、セラミックス材料を用いて枠体や基体を製作し、熱伝導性の向上を図っている。
【０００８】
このように、セラミックス材料を用いることによって枠体２ａや基体２ｂ内の熱伝導性をある程度は向上させることができるが、枠体２ａと基体２ｂとを貼り合わせる構造では、その接合面で熱の伝導が抑制されてしまうため、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効率的に放散することができず、ＬＥＤの性能劣化を抑制することができないという問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献１の構造では、枠体２ａと基体２ｂとを別々に製造し、それらを接合しなければならないため、工程が複雑であり、また、セラミックス材料は硬くかつ脆いという性質があるため、有機材料や金属材料に比べて加工性が悪く、貫通穴１３を形成した枠体２ａや薄い基体２ｂの取り扱いが困難で作業性も悪いため、ＬＥＤ実装基板を安価かつ容易に製造することができないという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効果的に外部に放散することができるＬＥＤ実装基板を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第２の目的は、上記ＬＥＤ実装基板を安価かつ容易に製作することができるＬＥＤ実装基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、基板部材に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板において、前記基板部材の内部かつ前記基板部材の面方向に、金属材料からなる金属層を１層以上備え、前記金属層により、前記ＬＥＤの発光に伴って発生した熱が前記基板部材の面方向に放散されるものである。
【００１３】
また、本発明は、基板部材に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板において、前記基板部材は、金属材料からなる１層以上の金属層と有機材料からなる１層以上の有機層とが前記基板部材の法線方向に交互に積層されて構成され、前記金属層により、前記ＬＥＤの発光に伴って発生した熱が前記基板部材の面方向に放散されるものである。
【００１４】
本発明においては、前記金属層の前記凹部に対応する位置に、前記金属層の配設位置における前記凹部の内径よりも大きい径の穴が形成されている構成とすることができ、前記有機層としてプリプレーグシートを用いることもできる。
【００１５】
また、本発明の方法は、基板材料に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板の製造方法であって、金属材料からなる１層以上の金属層と有機材料からなる１層以上の有機層とを交互に積層し、接合して前記基板部材を形成する積層工程と、所定のドリルビットが装着されたドリルを用いて、前記基板部材に前記凹部を形成する凹部形成工程と、を少なくとも有するものである。
【００１６】
また、本発明の方法は、基板材料に、ＬＥＤを実装するための１以上の凹部が形成されてなるＬＥＤ実装基板の製造方法であって、金属材料からなる金属層の前記凹部に対応する位置に、所定の径の穴を形成する穴形成工程と、１層以上の前記金属層と有機材料からなる１層以上の有機層とを交互に積層し、接合して前記基板部材を形成する積層工程と、所定のドリルビットが装着されたドリルを用いて、前記基板部材に前記凹部を形成する凹部形成工程と、を少なくとも有するものである。
【００１７】
本発明においては、前記穴形成工程では、各々の前記金属層の配設位置における前記凹部の内径よりも大きい径の穴を形成し、前記凹部形成工程において、前記金属層が前記凹部の壁面に露出しないようにすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明においては、前記所定のドリルビットは、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部を備え、前記凹部形成工程では、前記ドリルビットを用いて、前記凹部の底面を略平坦に加工することが好ましい。
【００１９】
このように、本発明のＬＥＤ実装基板によれば、放熱用金属層によって基板の面方向の熱伝導性を高めることができるため、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効果的に外部に放散することができる。また、放熱用金属層の凹部に対応する位置に、予め凹部の内径よりも大きい径の穴を形成することによって、放熱用金属層が凹部の壁面に露出しないようにして電極のショートなどの不具合を未然に防止することができる。
【００２０】
また、上記ＬＥＤ実装基板の製造に際して、加工が容易な有機材料と金属材料を用いているため、加工性や作業性を向上させることができる。また、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部を有するドリルビットを用いて、放熱用金属層と有機層とが積層された基板部材に対して直接、凹部を形成することにより製造工程を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＬＥＤ実装基板及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００２２】
本発明の第１の効果は、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効果的に外部に放散することができるということである。その理由は、本発明のＬＥＤ実装基板は、プリプレーグシートなどの有機材料からなる有機層と、アルミニウムや圧延銅などの金属材料からなる放熱用金属層とが交互に積層された基板部材を用いて製作しているため、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を金属層によって基板部材の面方向に効率的に逃がすことができるからである。また、放熱用金属層の凹部に対応する位置に、予め、凹部の内径よりも大きい径の穴を形成することによって、放熱用金属層が凹部の壁面に露出しないようにすることができるため、ＬＥＤの電極と外部回路とを接続するための電極パターンを凹部の壁面を経由して引き回す構造であっても、放熱用金属層によって電極がショートするという不具合を未然に防止することができる。
【００２３】
また、本発明の第２の効果は、上記構造のＬＥＤ実装基板を安価かつ容易に製造することができるということである。その理由は、硬くかつ脆いセラミックス材料を用いるのではなく、加工が容易な有機材料や金属材料を用いているため、加工性や作業性を向上させることができるからである。また、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部を有するドリルビットを用いることにより、放熱用金属層と有機層とが積層された基板部材に対して直接、凹部を形成することができるため、貫通穴を形成した枠体に基体を接合する構造に比べて、製造工程を簡略化することができるからである。
【００２４】
また、本発明の第３の効果は、本発明のＬＥＤ実装基板を用いた表示装置や照明装置の性能を向上させることができるということである。その理由は、その先端に上記平坦部を有するドリルビットを用いて凹部を形成することにより、凹部の底面を略平坦な形状に加工することができ、これにより、底面での反射特性を良好にすることができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
従来技術で示したように、ＬＥＤの温度上昇を抑えて性能劣化を防ぐため、ＬＥＤ実装基板にはＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効率的に外部に逃がすための工夫が必要であり、そのための構造として、特許文献１では、有機材料よりも熱伝導率の大きいセラミックス材料を用いて基板部材を構成している。しかしながら、セラミックス材料は金属材料に比べると熱伝導率が小さく、また、枠体と基体とを接合する構造では、枠体や基体の熱伝導性を高めたとしても、その接合面で熱の伝導が抑制されてしまうため、熱を効率的に放散することができないという問題があった。また、この構造では、枠体と基体とを別々に製造して接合しなければならないために工程が複雑であり、硬くかつ脆いセラミックス材料を用いるために加工性や作業性が悪く、ＬＥＤ実装基板を安価かつ容易に製造することができないという問題もあった。
【００２６】
一方、基板部材として有機材料を用いた場合、加工性や作業性を向上させることができるが、有機材料は一般的に熱伝導率が低いため、熱を効率的に放散することができない。また、熱伝導率の高い金属材料を用いれば放熱効率を高めることができるが、その場合は、ＬＥＤの電極と外部回路とを繋ぐ電極パターンがショートしないように配慮しなければならない。また、貫通穴を形成した枠体と基体とを接合して凹部を形成するのではなく、基板部材に直接凹部を形成することができれば製造工程を簡略化することができるが、一般的に使用されているドリルビットを用いて凹部を形成すると底面が平坦にならず、ＬＥＤの光を底面で均一に反射することができないため、表示装置や照明装置の性能が劣化してしまう。
【００２７】
そこで、本発明では、基板材料を、プリプレーグシートなどの有機材料からなる有機層とアルミニウムや圧延銅などの金属材料からなる放熱用金属層とを積層した積層体を用いることによって、加工性や作業性を向上させると共に、放熱用金属層によって熱伝導性を高めてＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効率的に外部に放散できるようにする。また、放熱用金属層の凹部に対応する位置に、予め、凹部の内径よりも大きい径の穴を設けて、放熱用金属層が凹部の壁面に露出しないようにして、ＬＥＤの電極のショートを防止する。また、基板部材を加工するためのドリルビットとして、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部を有するドリルビットを用い、放熱用金属層と有機層とが積層された基板部材に対して、底面が略平坦な凹部を直接形成できるようにする。このような構成により、ＬＥＤの温度上昇に伴うＬＥＤの性能劣化や寿命の低下を防止することができ、また、ＬＥＤ実装基板を安価かつ容易に製造することができ、更に、ＬＥＤ実装基板を用いる表示装置や照明装置の性能を向上させることができる。
【実施例１】
【００２８】
上記した本発明の一実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板及びその製造方法について、図１乃至図１０を参照して説明する。図１は、本実施例のＬＥＤ実装基板の外観形状を模式的に示す上面図、図２は、本実施例のＬＥＤ実装基板にＬＥＤを実装した状態を模式的に示す斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ’線における凹部の構造を模式的に示す断面図である。また、図４及び図５は、ＬＥＤ実装基板の構造の他の例を示す図であり、図６は、本実施例のＬＥＤ実装基板の製造方法を示す工程断面図である。また、図７は、本実施例のドリルビットの形状を模式的に示す図であり、図８乃至図１０は、ドリルビット及びＬＥＤ実装基板の実際の構造を示す写真である。
【００２９】
図１に示すように、本実施例のＬＥＤ実装基板１は、基板部材２の表面側に、ＬＥＤなどの発光素子を実装するための１以上の凹部５を備え、凹部５の底面及び壁面にはＬＥＤの光を基板の表面方向に反射するためのメッキ層７が形成され、基板部材２表面の凹部５の周囲にはＬＥＤの電極と外部に設けられた点灯回路などの外部回路とを接続するための電極パターン８が形成されている。そして、図２に示すように、凹部５の底面にＬＥＤなどの発光素子９が固定され、発光素子９の所定の位置に設けられた電極（ここではアノードとカソードの２つの電極）と基板部材２表面の電極パターン８とがボンディングワイヤ１０などによって接続される。
【００３０】
なお、図１では、ＬＥＤ実装基板１に３×６個の凹部５を設けているが、凹部５の数や配列、間隔などはＬＥＤ実装基板１を用いる表示装置や照明装置などの仕様に応じて適宜変更することができる。また、電極パターン８の形状や引き回し方法などもＬＥＤ実装基板１を実装する装置の仕様に応じて適宜変更することができる。また、図２では、発光素子９の電極と電極パターン８とをボンディングワイヤ１０で接続しているが、接続方法は任意であり、例えば、凹部５の底面に電極パターンを形成し、半田付けやボールボンディングなどを用いて発光素子９の電極と底面の電極パターンとを接続するようにしてもよい。
【００３１】
ここで、従来のＬＥＤ実装基板１は、図１８に示すように、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を外部に逃がすことができるように、セラミックス材料を用いて枠体２ａや基体２ｂを形成していたが、枠体２ａと基体２ｂとを接合する構造では接合面で熱の伝導が抑制されてしまう。また、この構造では工程が複雑になると共に加工性や作業性が悪くなってしまう。一方、セラミックス材料の代わりに有機材料を用いた場合は、加工性や作業性を向上させることはできるが、有機材料は熱伝導率が小さいために放熱効率が低下してしまう。
【００３２】
そこで、本実施例では、図３に示すように、基板部材２を、有機材料からなる有機層３と金属材料からなる放熱用金属層４とを交互に積層した積層構造（少なくとも１層以上の放熱用金属層４を備える積層構造）として、放熱用金属層４によって放熱効率を高めると共に、有機材料及び金属材料を用いることによって加工性や作業性を向上させている。
【００３３】
上記有機層３の材料は特に限定されないが、積層が容易であり、かつ、凹部５の加工が容易な材料を用いることが好ましく、例えば、ガラス転移点以上の所定の温度に昇温した状態で加圧することによって容易に積層することができる、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などを主成分とするプリプレーグシートを用いることができる。また、有機層３の厚みは、基板部材２に求められる厚みや積層数、強度、重量などに応じて適宜設定することができる。
【００３４】
また、放熱用金属層４の材料も特に限定されないが、熱伝導率が高く、安価で加工性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウムや圧延銅などを用いることができる。また、図３では、放熱用金属層４を等間隔に３層形成しているが、放熱用金属層４は少なくとも１層備えていればよく、ＬＥＤ実装基板１に求められる放熱効率に応じてその層数や厚さは適宜設定することができる。また、放熱用金属層４の形成位置（深さ方向の位置）も特に限定されないが、基板部材２の表面と凹部５の底面との間（すなわち、凹部５の壁面に対応する深さ位置）に、１層以上の放熱用金属層４が形成されていることが好ましい。
【００３５】
図１乃至図３は、本実施例のＬＥＤ実装基板１の基本的な構造であるが、基板部材２が有機層３と１層以上の放熱用金属層４とで構成されている限りにおいて、その構造を変更することができる。例えば、凹部５の形状に関して、図１では凹部５を円形状としているが、図４（ａ）に示すような矩形形状などの他の形状としてもよい。また、図１では各々の凹部５に１つのＬＥＤを配置する場合を示しているが、図４（ｂ）に示すように、凹部５を楕円形状として、青色光を発するＬＥＤを凹部５の中央に配設すると共に、青色光を励起して赤色光を発する赤色蛍光体と青色光を励起して緑色光を発する緑色蛍光体とをＬＥＤの両側に塗設して白色光を発光させるようにしてもよい。
【００３６】
また、凹部５の底面のサイズや壁面の傾斜角（基板部材２の面方向と壁面とのなす角）は図３の構成に限定されず、底面のサイズは、ＬＥＤのサイズやＬＥＤの実装構造などに応じて適宜設定することができ、例えば、０．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度とすることができる。また、壁面の傾斜角は、ＬＥＤの形状やＬＥＤの放射特性などに応じて適宜設定することができ、例えば、５０°〜９０°程度とすると良好な反射特性が得られることを確認している。また、図３では、凹部５の壁面の傾斜角を略一定にしているが、例えば、図５（ａ）に示すように、傾斜角が壁面の途中で変わるようにしてもよいし、図５（ｂ）に示すように、傾斜角が徐々に変化するように壁面に丸みを持たせてもよい。また、メッキ層７は、凹部５から基板部材２の表面に迫り出すように形成してもよいし、壁面の途中まで形成してもよいし、凹部５の底面に電極パターン８を形成する場合には、底面と壁面とでメッキ層７を分離してもよい。また、放熱用金属層４は、凹部５の壁面に対応する深さ位置のみならず、図５（ｃ）に示すように、基板部材２の裏面から凹部５の底面までの深さ位置に形成してもよい。
【００３７】
次に、図３の構造のＬＥＤ実装基板１を製造する方法について、図６の工程断面図を参照して説明する。
【００３８】
まず、厚さが１２０μｍ程度のプリプレーグシートなどからなる有機層３（厚さが６０μｍ程度の２枚のプリプレーグシートを積層するなど、各々の有機層３を複数の部材で構成してもよい。）と、厚さが７０μｍ程度のアルミニウムや圧延銅、４２アロイ、リン青銅などからなる平板状の放熱用金属層４とを用意し、図６（ａ）に示すように、これらを交互に配置する。その際、基板部材２の表面に電極パターン８を形成できるようにするために、少なくとも最上面には有機層３が配置されるようにする。
【００３９】
次に、これらをガラス転移点以上の温度（例えば、１８０℃〜２００℃程度）で加熱し、所定の圧力（例えば、３０kg/cm2〜４０kg/cm2程度）で加圧して、図６（ｂ）に示すように、有機層３と放熱用金属層４とが交互に積層された積層構造の基板部材２を形成する。なお、ここでは、有機層３としてプリプレーグシートを用いているが、板状に加工したベークライト、エポキシ樹脂などの有機部材を用い、接着剤などで有機部材と放熱用金属層４とを接合する構成としてもよい。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、ドリルの先端が所定の形状のドリルビット１１を装着し、このドリルビット１１を用いて基板部材２を切削し、傾斜角が５０°〜９０°程度の凹部５を形成する。
【００４１】
ここで、ＬＥＤ実装基板１に凹部５を形成するためのドリルビットとして、従来は図２０に示すようにその先端が尖ったドリルビット１４を用いていたため、凹部５の壁面を所定の傾斜角で加工することはできても、凹部５の底面を平坦にすることができず、ＬＥＤの光を均一に反射することができなかった。そのため、従来は、図１９に示すように、枠体２ａに貫通穴１３を形成し、貫通穴１３を形成した枠体２ａに略平坦な基体２ｂを接合する手法を用いなければならず、製造工程が複雑になってしまうという問題があった。
【００４２】
そこで、本実施例では、基板部材２に直接凹部５を形成できるようにするために、先端形状に特徴を有するドリルビットを用いる。このドリルビットについて、図７及び図８を参照して説明する。図７は、本実施例のドリルビットの構造を模式的に示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）の破線部分を図８（ａ）のＡ方向から見た図である。また、図８は、２つのタイプのドリルビットを先端側から見た写真である。図７に示すように、本実施例のドリルビット１１は、その先端部に、回転軸に略直交する面に沿って平らに加工された平坦部１１ａを備えている。この平坦部１１ａは、例えば、図８の白く見える部分のように、ドリルビット１１の回転軸方向から見て、ドリルビット１１の中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びるように形成されており、この平坦部１１ａにより切削面を平坦に加工することが可能となる。なお、ドリルビット１１の形状は図７の構成に限定されず、切削した基板部材２を効果的に掻き出すことができるように、平坦部１１ａの形状やウェブ厚、ねじれ角などは適宜変更することができる。
【００４３】
このような形状のドリルビット１１を用いることにより、凹部５を形成する際に、壁面を所定の傾斜角で形成することができるのみならず、底面を略平坦にすることができるため、従来のように基板部材２を枠体２ａと基体２ｂとに分離する必要がなくなり、工程を簡略化することができる。また、枠体２ａに貫通穴１３を形成する場合、枠体２ａが割れたり、貫通穴１３の周縁が欠けるなどの不具合が生じやすいが、本実施例の製造方法では、有機層３と放熱用金属層４とが積層された基板部材２に対して凹部５を形成しているため、加工性や作業性を格段に向上させることができる。
【００４４】
次に、基板部材２を電解液に浸して、無電界メッキ法により基板部材２の表層に薄い金属膜（例えば、無電解銅の薄膜など）を形成し、続いて、電解液に浸した状態で基板部材２に電流を流して、薄い金属膜の表面に厚いメッキ層７を形成する。その後、電極パターン８を形成するためのマスク剤を塗布し、エッチングなどによって余分な金属膜及びメッキ層７を除去した後、金などの貴金属メッキを行って、ＬＥＤの電極に接続するための電極パターン８を形成する。また、基板部材１の裏面には、アルミニウムや圧延銅、４２アロイ、リン青銅などからなる平板状の金属シート層６を貼り合わせ、図６（ｄ）に示すような構造のＬＥＤ実装基板１が完成する。
【００４５】
上記方法で実際に製造したＬＥＤ実装基板１を図９及び図１０に示す。図９及び図１０に示すように、先端に上記平坦部１１ａを有するドリルビット１１を用いて加工することにより、底面が平坦な凹部５が形成できることが分かる。
【００４６】
このように、本実施例のＬＥＤ実装基板及びその製造方法によれば、プリプレーグシートなどの有機層３とアルミニウムや圧延銅などの金属材料からなる放熱用金属層４とを積層した基板部材２を用いてＬＥＤ実装基板１を製作しているため、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を放熱用金属層４で効率的に基板の面方向に放散することができ、ＬＥＤの温度上昇に起因する性能劣化や寿命の低下を抑制することができる。また、有機層３と放熱用金属層４とが積層された基板部材２に直接凹部５を形成しているため、枠体２ａと基体２ｂとを接合する構造に比べて製造工程を簡略化することができると共に加工性や作業性を向上させることができ、製造コストを低減することができる。更に、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部１１ａを有するドリルビット１１を用いて凹部５を形成することにより、凹部５の底面を略平坦にすることができるため、ＬＥＤで発する光を均一に反射することができ、表示装置や照明装置の性能を向上させることもできる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ実装基板及びその製造方法について、図１１乃至図１６を参照して説明する。図１１は、本実施例のＬＥＤ実装基板の外観形状を模式的に示す上面図であり、図１２は、そのＢ−Ｂ’線における断面図、図１３及び図１４は、ＬＥＤ実装基板の他の例を示す図である。また、図１５は、ＬＥＤ実装基板を構成する放熱用金属層の形状を模式的に示す平面図であり、図１６は、本実施例のＬＥＤ実装基板の製造方法を示す工程断面図である。
【００４８】
前記した第１の実施例では、基板部材２の放熱用金属層４を凹部５の壁面に露出させたが、本実施例では、予め穴を設けた放熱用金属層４を用いて基板部材２を形成し、放熱用金属層４が凹部５の壁面に露出しないようにする。以下、図面を用いて具体的に説明する。
【００４９】
図１１に示すように、本実施例のＬＥＤ実装基板１は、基板部材２の表面側に、ＬＥＤなどの発光素子を実装するための１以上の凹部５を備え、凹部５の底面及び壁面にはメッキ層７が形成され、基板部材２表面の凹部５の周囲には電極パターン８が形成されている。
【００５０】
ここで、放熱用金属層４が凹部５の壁面に露出すると、この放熱用金属層４と凹部５の壁面に形成したメッキ層７とが接触し、ＬＥＤ実装基板１に複数の凹部５を備える構造の場合には、全ての凹部５のメッキ層７が電気的に接続されることになる。そのため、前記した第１の実施例では、電極パターン８をメッキ層７と切り離すことによってＬＥＤの電極のショートを防止していたが、この構造では、ＬＥＤの実装形態が制限される。
【００５１】
そこで、本実施例では、ＬＥＤの実装形態の自由度を向上させるために、放熱用金属層４とメッキ層７とが接触しないようにＬＥＤ実装基板１を形成する。具体的には、図１２に示すように、放熱用金属層４に予め凹部５の内径よりも大きい径の穴を形成しておき、有機層３と放熱用金属層４とを積層した状態で凹部５を形成しても、凹部５の壁面と放熱用金属層４との間に所定の間隔が保持されるようにする。
【００５２】
この所定の間隔は特に限定されないが、間隔が狭すぎると、基板部材２の積層時の位置ずれや凹部５の加工誤差、メッキ層７形成時のメッキ液のしみ込みなどによって放熱用金属層４とメッキ層７とが接触してしまう恐れがあることから、７０μｍ程度以上とすることが好ましい。また、図１２では、放熱用金属層４と凹部５の壁面との間隔が略一定になるようにしている（すなわち、放熱用金属層４の位置に応じてその放熱用金属層４に形成する穴径を変更している）が、例えば、図１３に示すように、穴径が略等しい放熱用金属層４を積層してもよい。この場合、下層の放熱用金属層４ほど凹部５の壁面との間隔が広くなり、熱が伝達効率が低下するが、この構造では１種類の放熱用金属層４を形成すればよいため、放熱用金属層４の製造コストを下げることができる。
【００５３】
なお、図１１乃至図１３は本実施例のＬＥＤ実装基板１の基本的な構造であるが、基板部材２が有機層３と１層以上の放熱用金属層４とで構成され、かつ、放熱用金属層４が凹部５の壁面に露出しない限りにおいて、その構造を変更することができる。例えば、第１の実施例と同様に、凹部５の形状を楕円や矩形などの他の形状としてもよいし、凹部５の壁面の傾斜角を変化させてもよい。
【００５４】
また、本実施例の構造では、放熱用金属層４とメッキ層７とが接触しないことからメッキ層７を電極パターン８として利用することできるため、ＬＥＤの実装形態を変更することも可能であり、ＬＥＤの実装形態に応じて電極パターン８の引き回しを変更することも可能である。例えば、図１４（ａ）に示すように、凹部５の底面及び壁面のメッキ層７を分離して形成し、各々の部分を電極パターン８に接続する構造とすることもできる。この構造の場合、Ｃ−Ｃ’断面を表す図１４（ｂ）に示すように、ＬＥＤの電極と凹部５の底面の放熱用金属層７とをボンディングワイヤ１０などで接続したり、ＬＥＤの電極と凹部５の底面の放熱用金属層７とを半田付けやボールボンディングなどによって接続することもでき、ボンディングワイヤ１０を基板部材２の表面から突出させないことによって配線の接続信頼性を向上させることができる。
【００５５】
次に、図２の構造のＬＥＤ実装基板１を製造する方法について、図１５及び図１６を参照して説明する。
【００５６】
まず、例えば、厚さ７０μｍ程度のアルミニウムや圧延銅、４２アロイ、リン青銅などからなる平板状の放熱用金属層４を用意し、打ち抜きやエッチング、レーザ加工等により、後の工程で形成される凹部５に対応する位置に、所定の径の穴を形成する。
【００５７】
その際、放熱用金属層４とメッキ層７とがショートしないように、穴の径は凹部５の径よりもやや大きく、具体的には、凹部５の壁面から各々の放熱用金属層４の端部までの距離が７０μｍ程度（すなわち、凹部５の直径をφとした場合に、穴の直径をφ＋１４０μｍ程度）となるように形成する。例えば、３層の放熱用金属層４を用いる場合は、図１５に示すように、最も上層に配置される放熱用金属層４（第１放熱用金属層４ａ）には大きい径の第１の穴１２ａを形成し、その下層に配置される放熱用金属層４（第２放熱用金属層４ｂ）には第１の穴１２ａの径よりも小さい径の第２の穴１２ｂを形成し、最も下層に配置される放熱用金属層４（第３放熱用金属層４ｃ）には小さい径の第３の穴１２ｃを形成する。なお、図１３に示す構造の場合は、複数の放熱用金属層４に対して同じ径の穴を形成すればよい。
【００５８】
そして、図１６（ａ）に示すように、厚さ１２０μｍ程度のプリプレーグシートなどからなる有機層３（第１の実施例と同様に各々の有機層３を複数の部材で構成してもよい。）と、深さ位置に応じて穴の径を変更した、厚さ７０μｍ程度のアルミニウムや圧延銅、４２アロイ、リン青銅などからなる複数の放熱用金属層４とを交互に配置する。その際、複数の放熱用金属層４の穴の中心が略一致するように位置合わせする。また、基板部材２の表面に電極パターン８を形成できるようにするために、少なくとも最上面には有機層３が配置されるようにする。
【００５９】
次に、これらをガラス転移点以上の温度で加熱し、所定の圧力で加圧して、図１６（ｂ）に示すように、有機層３と放熱用金属層４とが交互に積層された積層構造の基板部材２を形成する。なお、第１の実施例と同様に、有機層３としてプリプレーグシートに代えて、板状に加工したベークライト、エポキシ樹脂などの部材を用いてもよい。
【００６０】
次に、図１６（ｃ）に示すように、ドリルの先端にドリルビット１１を装着し、このドリルビット１１を用いて、放熱用金属層４に予め形成した穴の内側を切削し、傾斜角が５０°〜９０°程度の凹部５を形成する。
【００６１】
その際、前記した第１の実施例で示したように、先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部１１ａが形成されたドリルビット１１を用いることにより、壁面を所定の傾斜角で傾斜させることができるのみならず、底面を略平坦にすることができるため、従来構造のように基板部材２を枠体２ａと基体２ｂとに分離する必要がなくなり、工程を簡略化することができる。また、枠体２ａに貫通穴１３を形成する場合、枠体２ａが割れたり、貫通穴１３の周縁が欠けるなどの不具合が生じやすいが、本実施例の製造方法では、有機層３と放熱用金属層４とが積層された基板部材２に対して有機層３のみを切削して凹部５を形成しているため、加工性や作業性を第１の実施例よりも向上させることができる。
【００６２】
次に、基板部材２を電解液に浸して、無電界メッキ法により基板部材２の表層に薄い金属膜を形成し、続いて、電解液に浸した状態で基板部材２に電流を流して、薄い金属膜の表面に厚いメッキ層７を形成する。その後、電極パターン８を形成するためのマスク剤を塗布し、エッチングなどによって余分な金属膜及びメッキ層７を除去した後、金などの貴金属メッキを行って、ＬＥＤの電極に接続するための電極パターン８を形成する。また、基板部材１の裏面には、アルミニウムや圧延銅、４２アロイ、リン青銅などからなる平板状の金属シート層６を貼り合わせ、図１６（ｄ）に示すような構造のＬＥＤ実装基板１が完成する。
【００６３】
このように、本実施例のＬＥＤ実装基板及びその製造方法によれば、プリプレーグシートなどの有機層３とアルミニウムや圧延銅などの金属材料からなる金属層４とを積層し、かつ、金属層４には、凹部５を形成する位置に、金属層４の深さ位置における凹部５の内径よりも大きい径の穴を形成しているため、ＬＥＤの電極のショートを防止しつつ、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を放熱用金属層４で効率的に基板の面方向に放散することができ、ＬＥＤの温度上昇に起因する性能劣化や寿命の低下を抑制することができる。また、有機層３と放熱用金属層４とが積層された基板部材２に直接凹部５を形成しているため、枠体２ａと基体２ｂとを接合する構造に比べて製造工程を簡略化することができると共に、有機層３のみを切削すればよいため第１の実施例よりも加工性や作業性を向上させることができる。更に、その先端に、回転軸に略直交する面に沿って、中心から外周に向かって所定の幅で点対称に延びる平坦部１１ａを有するドリルビット１１を用いて凹部５を形成することにより、凹部５の底面を略平坦にすることができるため、ＬＥＤで発する光を均一に反射することができ、表示装置や照明装置の性能を向上させることもできる。
【００６４】
なお、第１の実施例ではメッキ層７と電極パターン８とを分離し、第２の実施例では放熱用金属層４とメッキ層７とを分離したが、例えば、ＬＥＤ実装基板１に１つのＬＥＤを実装する場合において、放熱用金属層４を凹部５の壁面に露出させてメッキ層７に接続すると共に、メッキ層７と電極パターン８とを接続し（すなわち、放熱用金属層４と電極パターン８とをメッキ層７を介して接続し）、ＬＥＤ実装基板１の端部において放熱用金属層４と外部回路とを接続するなど、放熱用金属層４を配線として利用する構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の構造及びその製造方法はＬＥＤ実装基板及びその製造方法に限らず、任意の光源や素子などを実装するための基板の構造及びその製造方法に適用することができる。また、本発明のドリルビットは、ＬＥＤを実装するための凹部の加工用途に限らず、所望の形状の凹部を形成するための加工治具として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板の構造を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板の凹部の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板に発光素子を実装した状態を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板の構造の他の例を示す上面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板の凹部の構造の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ実装基板の凹部を形成するためのドリルビットの構造を模式的に示す図である。
【図８】ドリルビットを先端側から見た写真である。
【図９】ＬＥＤ実装基板の上面から見た写真である。
【図１０】ＬＥＤ実装基板の凹部を側面から見た写真である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ実装基板の構造を模式的に示す上面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ実装基板の凹部の構造を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ実装基板の凹部の構造の他の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ実装基板の他の例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例に係る３層の放熱用金属層の各々の形状を模式的に示す上面図である。
【図１６】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ実装基板の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図１７】従来のＬＥＤ実装基板の構造を模式的に示す上面面図である。
【図１８】従来のＬＥＤ実装基板の凹部の構造を模式的に示す断面図である。
【図１９】従来のＬＥＤ実装基板の製造手順を模式的に示す工程断面図である。
【図２０】従来のドリルビットの構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  ＬＥＤ実装基板
２  基板部材
２ａ  枠体
２ｂ  基体
３  有機層
４  放熱用金属層
４ａ  第１放熱用金属層
４ｂ  第２放熱用金属層
４ｃ  第３放熱用金属層
５  凹部
６  金属シート層
７  メッキ層
８  電極パターン
９  発光素子
１０  ボンディングワイヤ
１１  ドリルビット
１２ａ  第１の穴
１２ｂ  第２の穴
１２ｃ  第３の穴
１３  貫通穴
１４  ドリルビット
【図１】
2007165735.tif 000003
【図２】
2007165735.tif 000004
【図３】
2007165735.tif 000005
【図４】
2007165735.tif 000006
【図５】
2007165735.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007165735.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2007165735.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2007165735.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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