LEDパッケージの製造方法
【課題】LEDパッケージの放熱特性を改善すると共に、低コストで反射性能を発揮できる反射面の形成を行う。
【解決手段】LEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層体とする。金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、これらの間を接続する配線部が一体に形成され、かつ配線部よりもスリット方向の幅を拡大した配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成する。配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施す。LEDチップを装着して、その接続電極をそれぞれ配線拡大部に接続する。少なくともLEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填する。
【解決手段】LEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層体とする。金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、これらの間を接続する配線部が一体に形成され、かつ配線部よりもスリット方向の幅を拡大した配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成する。配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施す。LEDチップを装着して、その接続電極をそれぞれ配線拡大部に接続する。少なくともLEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属プレートと金属箔の間にポリイミド樹脂を挟んで積層した積層体を加工してLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成したLEDパッケージとその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)は、消費電力が低く二酸化炭素削減、高耐久性という環境と省エネを兼ね備えた素子として普及している。このようなLEDチップを搭載したパッケージは、配線基板上に装着して、大型ディスプレイ、携帯電話やデジタルビデオカメラ、PDAなどの電子機器のバックライト、道路照明や一般照明などに用いられている。LEDはそれ自体が発光素子であり、熱を放出するので、LEDパッケージは基本的に冷却のための放熱装置を含んでいる。
【0003】
現行のLEDモジュール装置ではLEDパッケージ基板としてセラミック基板又はシリコン基板、或いは金属基板を用いているが、従来のセラミック基板又はシリコン基板を使用した方法では、セラミックやシリコンの熱伝導が銅などの金属よりも悪いためうまく放熱できないこと、高価なこと、加工が困難などの問題がある。このため、LEDパッケージ基板として絶縁金属基板を用いたLEDモジュール装置が知られている。
【0004】
図13は、特許文献1に開示のLED照明器具を示す図であり、(A)は上面図を示し、(B)は部分断面図を示している。図示のように、絶縁金属基板は、しぼり加工により設けたLEDチップ設置用の凹所を有する。絶縁金属基板は、金属基板層,絶縁材料層からなる電気絶縁層,導電性金属からなる電極パターンと、リードパターンとからなっている。隣接するLEDチップ同士は電極パターンを介してボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
【0005】
特許文献1は、絶縁金属基板を折り曲げることにより形成した窪み底部にLEDチップを装着する一方、そのボンディングによる接続を窪み中段(或いは上段)に設けている。このため、金属基板の底面積はLEDチップ面積より僅かに大きい程度であり、底面を放熱に活かすことは考えられていない。また、一般的な絶縁金属板が使用されているためLEDチップの下面に位置する電気絶縁層は、通常80μm位と厚く熱伝導性が悪いために、良好な放熱特性が得られないという問題がある。放熱性を向上させるために、絶縁層(ポリイミド層)を薄く塗布する製造方法が求められている。
【0006】
また光を効率よく取り出すためには反射材の付加が不可欠であるが、特許文献1には後付けで白色材料の塗布や金属の蒸着しか開示されていない。透明の絶縁層を用い、下地の金属面を反射面として利用することは、透明絶縁層および下地金属面の光沢処理が何れもコストアップになる。白色レジスト塗布は、追加材料費用と塗布工程費用が増えることになる。金属膜の蒸着とは、低圧(真空)高温で金属を蒸発させ、対象物に金属皮膜を形成することであり、装置も大掛かりで高い装置が必要で、真空に引く手間も掛かり、スループットは長くなり、工程費用も増えることになる。またターゲット金属のコストも掛かる。工程の追加無く低コストで反射性能を発揮できる反射面の形成が求められている。
【0007】
図14は、特許文献2に開示の線光源用LEDモジュールの断面図である。このLEDモジュールは、セラミック回路基板、複数のLEDチップ、反射壁、及び放熱板を含んで構成される。回路基板の上面には、LEDチップに電源及び電気的信号を入力する配線パターンが形成されている。また、セラミック回路基板の内部には、LEDチップから放熱板に熱を放出させるための熱放出ビアが形成されている。
【0008】
しかし、このLEDモジュール構造は、絶縁基板としてセラミック基板を使用することや、放熱のためにこのセラミック基板に熱放出ビアを設けることを示しており、何れもコストが高い構造となっている。このように、通常の絶縁基板は厚く、熱放出ビア等の高コストな放熱対策が必要となる。
【0009】
特許文献5ではポリイミド樹脂を用いた金属積層体の製造方法が開示されている。しかし本構造はチップ下のポリイミド樹脂を除去しており、必然的にポリイミド樹脂を薄くする必要も無ければ、その方策についても開示はない。また反射面の開示は無く、追加プロセスが必要に思われる。構図的に金属の掘り込み加工やダム材の追加工程などコストの高い構造となっている。また外部電極端子についての記載はなく、電気的接続が不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平1-309201号公報
【特許文献2】特開2008-27898号公報
【特許文献3】特開2001-131284号公報
【特許文献4】特開2006-88410号公報
【特許文献5】特開2006-319074号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、係る問題点を解決して、LEDパッケージ基板構造を工夫して放熱特性を改善することを目的としている。LEDパッケージ基板を構成する積層体の平板状金属プレートに平面状の大きな面積を確保して、それ自体が放熱体として機能するだけでなく、筐体に装着した際には、LEDチップからの放熱は、平面状金属プレートの下面の全面を介して、効率よく筐体等に伝熱させると共に、高温時の電気特性が良いイミド系高分子樹脂などからなる絶縁層の膜厚を薄く形成することを可能にして放熱性を向上させる。
【0012】
また、本発明は、LEDパッケージ基板として加工性及び熱伝導性の良好な金属プレートを用い、かつ、そこに装着されるLEDチップの接続配線との絶縁性を確保する絶縁層を用いつつも、その絶縁層を通しての熱伝導性を向上させるために、絶縁層(ポリイミド層又はポリアミドイミド層)を薄く塗布する製造方法を提供することを目的としている。
【0013】
また、本発明は、LEDパッケージ基板を構成する積層体の金属箔形状を工夫することにより、その上を金属表面処理の簡単な工程の追加で低コストで、反射性能を発揮できる反射面の形成を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明のLEDパッケージ及びその製造方法は、金属プレートを用いてLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成した。このLEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層体とする。金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、この一対の配線拡大部と一対の外部電極接続部の間をそれぞれ接続する配線部が一体に形成され、かつ、配線部よりもスリット方向の幅を拡大した配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成する。一対の配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施す。平板状金属プレートの上或いは一対の配線拡大部の一方の上にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ一対の配線拡大部に接続する。少なくともLEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填する。
【0015】
金属表面処理は金属メッキを施すことより、又は金属表面処理の必要な箇所に金属インクを用いてインクジェット塗布した後、乾燥及び熱処理を施すことによって形成する。透明樹脂は、一対の外部電極接続部を除いてLEDチップ及びその電極接続部を含むように充填して、露出した外部電極接続部自体を外部電極として用いることができる。或いは、一対の外部電極接続部の上に、それぞれ外部電極を接続して、該先端を露出させるように、透明樹脂を外部電極の先端まで充填することができる。
【0016】
絶縁層は、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層の単層、或いは、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層の2層構成にすることができる。これら樹脂層および接着層の中には球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させることも可能である。
【0017】
ポリイミド樹脂積層体の場合は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の溶液を金属箔又は金属プレートに塗り、乾燥させた後、金属プレート又は金属箔に熱圧着させることにより形成する。あるいは積層体は、金属箔又は金属プレートの上に、熱可塑性ポリイミド系樹脂に変換可能な少なくとも一種のポリイミド前駆体樹脂層を塗布した後、この前駆体樹脂層を熱処理することにより、熱可塑性ポリイミド系樹脂層を形成し、この熱可塑性ポリイミド系樹脂層の上に、金属プレート又は金属箔を加熱加圧下で接合して形成する。または積層体は、金属箔と金属プレートの間に、熱可塑性ポリイミド系フィルムを挟持させたものを、加熱加圧下で接合して形成する。
【0018】
LEDパッケージ基板は、1枚の金属プレートの上に複数個同時作成し、LEDパッケージ基板上にLEDチップを装着して樹脂封止した後、個々のLEDパッケージに切り分ける個片化を行う。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、LEDパッケージ基板に加工性及び熱伝導性の良好な金属プレートを用い、かつ、そこに装着されるLEDチップ接続配線との絶縁性を確保する絶縁層を用いつつも、LEDパッケージ基板構造を工夫して、平板状底部に大きな面積を確保して、それ自体が放熱体として機能するだけでなく、筐体に装着した際には、この大きな面積を介して筐体に伝熱させることによりLEDチップから筐体などの放熱体への熱伝導性を向上させることができる。
【0020】
本発明のLEDパッケージ基板は、金属プレートと金属箔の間に挟まれた絶縁層からなる積層体の製造方法を工夫したことにより、絶縁用の樹脂層(ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂)を非常に薄くして、熱抵抗を低減することができる。
【0021】
また、本発明によれば、複雑なプロセスを用いることなく、金属箔に幅広の配線拡大部を設けて、金属表面処理のみで低コストで反射面を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】(A)は、本発明を具体化するLEDパッケージの第1の例を示す平面図であり、(B)はその断面図である。
【図2】(A)は、LEDパッケージ基板を例示する平面図、(B)はその断面図、(C)は詳細断面図である。
【図3】図2とは異なる別の例のLEDパッケージ基板の詳細断面図である。
【図4】壁状あるいはポスト状外部電極の接続を例示する図である。
【図5】球状外部電極の接続を例示する図である。
【図6】(A)は、複数個のLEDチップを装着したLEDパッケージの上面図であり、(B)は断面図である。
【図7】(A)は、図1とは異なる第2のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。
【図8】第3のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。
【図9】(A)(B)は、それぞれ第4及び第5のLEDパッケージを例示する断面図である。
【図10】複数個のチップを装着したLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。
【図11】球状外部電極を接続したLEDパッケージを例示する図である。
【図12】(A)(B)は、それぞれ本発明のLEDパッケージを用いて構成したLEDモジュール装置の第1の例及び第2の例を示す断面図である。
【図13】特許文献1に開示のLED照明器具を示す図であり、(A)は上面図を示し、(B)は部分断面図を示している。
【図14】特許文献2に開示の線光源用LEDモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図1(A)は、本発明を具体化するLEDパッケージの第1の例を示す平面図であり、(B)はその断面図である。例示のLEDパッケージは、LEDパッケージ基板の上に組み立てられる。LEDパッケージ基板は、その詳細は図2を参照して後述するように、金属プレートの上にポリイミド又はポリアミドイミド樹脂からなる絶縁層を挟んで金属箔(例えば、銅箔)を接合した積層体により構成する。ポリアミドイミドはポリイミドに比べ溶媒に可溶性の性質を持っており、場合によっては使い易い材料である。この積層体の金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、外部電極が接続される一対の外部電極接続部と、配線拡大部と外部電極接続部の間を接続する配線部が一体に形成されている。配線拡大部の上には、反射材として機能する金属(銀)表面処理を施している。スリットは、ボンディングワイヤ接続方向と直交する方向に形成している。配線拡大部の幅Mは、配線部の幅n(スリット方向の配線部の長さ)を拡大したものであり、LEDチップの長辺長さm(スリット方向のLEDチップの長さ)よりも幅広に構成する。このとき配線部nはすべて配線拡大部の幅Mまで拡大しても良い。接続配線として機能する金属箔の両端側に位置する外部電極接続部には、一対の外部電極を接続する。スリットで絶縁分離された一対の配線拡大部(金属箔及び金属表面処理)の一方に位置するチップ装着部に、LEDチップを装着すると共に、絶縁分離された配線拡大部のそれぞれの電極接続部にLEDチップの一対の電極をワイヤボンド接続している。このように、LEDパッケージ基板上に、LEDチップが装着され、電気的に接続配線された後、透明樹脂を充填して、LEDパッケージが構成されている。このように構成されたLEDパッケージは、例えば、実施例1において後述するように、配線基板を用いて、或いは直接筐体に装着して、一対の外部電極を電源回路に接続することによりLEDモジュール装置を構成することができる。
【0024】
このように、本発明のLEDパッケージ基板は、その全面に相当する大きな面積を有する平板状金属プレートと、ポリイミド樹脂を挟んで金属箔を積層した積層体を構成し、かつ、この金属箔は、スリットにより絶縁分離された幅広の配線拡大部を有している。ポリイミド樹脂からなる絶縁層を、金属プレートと金属箔で挟んだ積層構成とすることにより、その絶縁層の膜厚を所定値(5μm〜40μm)に制御できる。その詳細は、図2を参照して後述する。この絶縁層により、LEDチップの一対の接続電極間の絶縁を行うだけでなく、銅箔をLEDチップの接続配線として利用することができる。また、銅箔に限らず、アルミのような高熱伝導性の金属箔(金属層)を用いることができる。
【0025】
幅広の配線拡大部は、LEDチップを装着して、その一対の接続電極を接続する接続部を形成するに十分な面積を備えるだけでなく、その上を金属表面処理したために、LEDチップからの発光の反射材として機能させることが可能になる。大きな面積を有する金属プレートは、それ自体が放熱体として機能するだけでなく、筐体に装着した際には、LEDチップからの放熱は、平面状金属プレートの下面の全面を介して、効率よく筐体等に伝熱されることになる。以上、1個のLEDパッケージに1個のLEDチップを装着した場合を説明したが、本発明は、1個のLEDパッケージに複数個のLEDチップを装着することも可能である。以下、複数個のLEDチップを装着する場合を例として、その製造法について詳述する。
【0026】
図2(A)は、LEDパッケージ基板を例示する平面図、(B)はその断面図、(C)は詳細断面図である。例示のLEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド樹脂からなる絶縁層を挟んで金属箔(例えば、銅箔)を接合した積層体により構成される。積層体構成のために、熱可塑性ポリイミドを含むポリイミド樹脂を溶媒に溶解した溶液をまず金属箔又は金属プレートのいずれか一方に塗り、乾燥させてその他方に熱圧着させる。通常は金属プレートと金属箔の平坦性を考慮し、一定の絶縁耐圧を確保しようとすれば、最低5μmの膜厚のポリイミド樹脂を塗らなければならない。ポリイミド樹脂の厚さは、放熱特性の観点からは、薄いほうが望ましいが、耐電圧と引き裂き強度の観点からは、ある程度の厚さが要求される。ポリイミド樹脂層を絶縁層として使用する場合は、LED搭載に要求される絶縁膜の耐電圧は一般的には2.5〜5kVであり、ポリイミド樹脂の耐電圧は構造によっても異なるが数百〜500V/μmなので、最低5μmの厚さが必要である。一方、放熱効果を上げるためには、ポリイミド樹脂層を厚くすることはできず、その厚さは40μm以下、好ましくは20μm以下が望ましい。
【0027】
積層体を構成する別の方法として、金属箔又は金属プレートのいずれか一方の上に、最初に、熱可塑性ポリイミド系樹脂に変換可能な少なくとも一種のポリイミド前駆体樹脂層を塗布する(実施例2参照)。次に、この前駆体樹脂層を熱処理することにより、熱可塑性ポリイミド系樹脂層を形成する。この熱可塑性ポリイミド系樹脂層の上に、他方(金属プレート又は金属箔)を加熱加圧下で接合して積層体を構成する。
【0028】
上述のように、放熱性を上げるために絶縁層をできるだけ薄くしつつ、その破壊耐圧を確保するために、所定の膜厚が必要となるが、さらに平坦性のバラツキ膜厚をプラスする必要があり、耐圧に必要以上の膜厚を塗らなければならない。そこで、バラツキを低減して一定の膜厚を確保するために、球状のスペーサー粒子(例えば、積水化学の製品名:ミクロパールSI、真球状のプラスチック微粒子(3〜500μm)であり、高い圧縮性を保有している)をポリイミド樹脂に混ぜて塗布しても良い。さらに、このスペーサー粒子とは別に、若しくは両方を混在させて、スペーサー粒子の径より小さい熱伝導の良いフィラーをポリイミド樹脂に混ぜることにより、放熱特性をさらに改善することができる。熱伝導の良いフィラーとしては、窒化アルミ、アルミナコーティングされた金属微粒子(例えば銅)、又はアルミナコーティングされた炭素粒子あるいは繊維を用いることができる。一般に熱伝導性フィラーを充填していくと電気絶縁耐性が下がってくるが、スペーサーと熱伝導の良いフィラーを組合せることにより一定以上の電気絶縁耐性を確保しつつ、熱伝導も両立させる膜厚の制御が容易になる。このようにして、熱可塑性ポリイミドを含むポリイミド樹脂(又は熱可塑性ポリアミドイミドを含むポリアミドイミド樹脂)からなる絶縁層を、金属プレートと金属箔で挟んだ積層構成として、その絶縁層の膜厚を所定値(5μm〜40μm)に制御できる。
【0029】
図3は、図2とは異なる別の例のLEDパッケージ基板の詳細断面図である。図示のように、LEDパッケージ基板を構成する金属プレートと金属箔に挟まれた絶縁層を、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着材層との2層により構成している点でのみ、図2に例示のLEDパッケージ基板とは相違している。この積層体は、金属プレートの上に、樹脂層付き金属箔からなる積層膜(例えば、ポリイミド膜を貼り付けた銅箔)のポリイミド膜側を、接着材を用いて貼り付けることにより構成できる。また、図2に示す積層体の場合と同様に、ポリイミド膜と接着材層のいずれか或いはその両方に、球状のスペーサー粒子又は熱伝導の良いフィラー、若しくは両方を混ぜることにより、放熱特性をさらに改善することができる。
【0030】
ポリイミド樹脂が電気絶縁を受け持ち、接着材が接着力を受け持つので、夫々最適化が可能となり、結果的に熱伝導特性が改善されることになる。例えば、18μの銅箔と125μm前後の銅板(金属プレート)との間の絶縁層として、ポリイミド膜の1層のみを用いる場合、両方の公差を加味して、間の接着力も兼ねるために、ポリイミド膜厚は例えば20〜30μmくらい必要となる。これに対して、絶縁層をポリイミド膜と接着材層に分けた場合、ポリイミド膜厚を極限まで薄くすることができる。これは銅箔の上にポリイミドを薄く塗ることで実現できる。この結果、ポリイミド膜厚5μmが実現されている。この銅箔と薄いポリイミド膜の積層を貼るためにさらに接着材を用いる。125μm程度の比較的に厚い板材(金属プレート)に塗ることを想定しているので、接着材層の厚さは上記と同じ理由で25μm位に設定されている。絶縁層2層の場合は、5μmのポリイミド膜が絶縁耐性を受け持つので、接着材層は熱伝導を簡単に上げることができる。例えば熱伝導性フィラー(窒化アルミなどのセラミックや金属)の充填率を上げることによって簡単に実現できる。
【0031】
上記のようにして、積層体(図2(C)或いは図3参照)を構成した後、図2(A)及び(B)に示すように、積層体の金属箔の加工を行って、スリット開口を有する一対の配線拡大部、外部電極接続部、及び配線拡大部と外部電極接続部を接続する配線部を一体に形成する。例えば、この加工のために、ホトリソグラフィ技術を用いる。金属層(銅箔)の上にレジストを塗布し、パターンを露光、現像してさらにエッチングを行い、レジストを除去して、配線拡大部、外部電極接続部、及び配線部を完成させる。ポリイミド系樹脂層があることで、上面の銅箔のエッチング加工が容易になる。スリット部は、LEDチップからの発光の反射材として機能しないので、狭い方が望ましいが、スリット両側の金属箔を絶縁分離するために20μm〜100μm程度が望ましい。
【0032】
このように、LEDパッケージ基板は、積層体を構成する絶縁層として、図2(C)に示すポリイミド樹脂、或いは図3に示すポリイミド樹脂と接着材の2層構成のいずれも使用できる。金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の接続電極として機能する外部電極接続部と、配線拡大部と外部電極接続部を接続する接続部とからなっている。一対の配線拡大部の上には、銀メッキをする等により、LEDチップからの発光の反射材として機能する金属表面処理が行われている。部分メッキの場合は感光性レジストを用いて必要な箇所だけレジストを除去し、その部分だけメッキを付ける。または、金属メッキに代えて、金属表面処理の必要な箇所に銀インクを用いてインクジェット塗布し、焼成することによって光沢面(反射材)を形成することも可能である。さらに、反射材と外部電極部を除いた全面を、反射のための白色レジスト等で覆っても良い。スリットにより分割されたいずれか一方の配線拡大部の上に、チップ装着部と一方の電極接続部が、また、他方の配線拡大部の上には、他方の電極接続部が形成される。図6を参照して後述するように、チップ装着部にLEDチップを装着して、一対の電極接続部にワイヤボンド接続をする。
【0033】
一対の配線拡大部は、その上面にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ接続する電極接続部を形成するのに必要とする以上の幅を有している。このように、配線拡大部を大きな面積にして、その上を金属表面処理したために、複雑なプロセスを用いることなく、金属表面処理のみで反射面を形成することが可能になる。また、大きな面積を有する金属プレート自体により効率的に放熱するだけでなく、金属プレート全面を平板状にしたために、LEDパッケージを筐体等に装着した際には、LEDチップからの放熱は効率よく筐体等に伝熱されることになる。
【0034】
図4は、壁状あるいはポスト状外部電極の接続を例示する図である。また、図5は、球状外部電極の接続を例示する図である。図5に示す球状外部電極として、樹脂あるいは金属コア入り半田ボールを用いることができる。図2に例示の外部電極接続部には、この状態で、外部配線用ワイヤを半田付けなどにより接続可能であるが、この外部電極接続部に、別途形成した外部電極を半田付けなどにより接続することも可能である。外部電極は、後の工程で樹脂封止した際に、樹脂表面に接続部を露出させることができるものであれば、図4及び図5に例示した以外にも、例えば柱状のような任意の形状の金属片により構成することができる。
【0035】
図6(A)は、複数個のLEDチップを装着したLEDパッケージの上面図であり、(B)は断面図である。図示のLEDパッケージ基板は、図4に例示したような壁状外部電極を有するものとして例示している。スリットにより分離した一対の配線拡大部(反射材として機能する金属表面処理)の一方の上に、LEDチップを接着材を用いて固定する。このLEDチップは、LED発光面を上面に有している。
【0036】
次に、LEDチップと、接続配線として機能する金属箔との間でワイヤボンド接続が行われる。LEDチップを配線拡大部のチップ装着部に固着した後、2分割配線拡大部上のそれぞれの電極接続部と、LEDチップの一対の接続電極間を、ボンディングワイヤによりワイヤボンド接続する。上述したように、金属箔の上には、反射材として金属(銀)表面処理が形成されているので、この表面処理をワイヤボンディング性向上にも機能させることができる。
【0037】
次に、透明樹脂(材質は、例えばエポキシ系やシリコーン系)を用いて樹脂封止(トランスファーモールドあるいはポッティング)する。この際、ダミー金属積層部を外部電極以外の辺に設けることにより、反射機能を持った壁を4辺に形成することができる。この透明樹脂には、蛍光体を混合しても良い。一般的に白色LEDの場合は、青色発光LEDチップを用いてLEDチップ上に黄色の蛍光体を配置し、この蛍光体が青色を受けて白く光っている。通常、この蛍光体は透明樹脂に混入されている場合が多い。樹脂封止はディスペンサーやスクリーン印刷で行なうが、金型を用いても良い。封止樹脂の高さは、接続電極として機能する外部電極先端面と同平面まで注入する。この後、個々のパッケージに個片化することによって、複数個のLEDチップを装着した1個のLEDパッケージが完成する。図示の例において、1個のLEDパッケージ基板に、15個のLEDチップを装着するものとして例示しているが、実際の製造においては、複数個のLEDパッケージ基板が連結した状態で作成された後、個々のパッケージに切り分ける個片化が行われる。
【0038】
図7(A)は、図1とは異なる第2のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。図8は、第3のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。図7及び図8において、一対の配線拡大部の間のスリット開口を広げて、LEDチップを、配線拡大部の上面ではなく、このスリット内において、金属プレートの上に装着している。LEDチップの一対の接続電極は、上述の例と同様に、それぞれ、一対の配線拡大部にワイヤボンド接続している。
【0039】
図8に示す第3のLEDパッケージは、LEDチップのスリット方向の両側において、反射面を追加したものである。例えば、インクジェット方式によって、銀処理を行う。
【0040】
図9(A)(B)は、それぞれ第4及び第5のLEDパッケージを例示する断面図である。(A)に示す第4のLEDパッケージは、第1のLEDパッケージ(図1参照)に相当し、かつ(B)に示す第5のLEDパッケージは、第2のLEDパッケージ(図7参照)及び第3のLEDパッケージ(図8参照)に相当する。図9(A)(B)に示す第4及び第5のLEDパッケージは、外部電極接続部自体を外部電極として利用する点で、上述した第1〜第3のLEDパッケージとは異なっている。このため、第4及び第5のLEDパッケージにおいては、外部電極接続部を露出するように、樹脂封止は、LEDパッケージ基板の全上面ではなく、LEDチップとその電極接続部を含む近辺のみを樹脂封止している。
【0041】
図10は、複数個のチップを装着したLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。このLEDパッケージは、図9(A)に示す第4のLEDパッケージと同様な構成を有するが、複数個のチップを装着した点で相違している。外部電極接続部自体を外部電極として利用し、かつ、樹脂封止は、LEDパッケージ基板の全上面ではなく、個々のLEDチップとその接続部を含む近辺のみを樹脂封止している。
【0042】
図11は、球状外部電極を接続したLEDパッケージを例示する図である。例示のLEDパッケージは、図10と同様な構成を有しているが、球状外部電極を接続した点で相違している。球状外部電極として、樹脂あるいは金属コア入り半田ボールを用いることができる。
【実施例1】
【0043】
図12(A)(B)は、それぞれ本発明のLEDパッケージを用いて構成したLEDモジュール装置の第1の例及び第2の例を示す断面図である。図12(A)に示すように、LEDパッケージ(図10参照)を筐体内に配置して、筐体に備えている電源回路と外部電極接続部を配線する。筐体には、反射板とか、光拡散板を備えても良い。
【0044】
図12(B)に示す第2の例のLEDモジュール装置において、穿孔基板裏面の配線に対して裏側からLEDパッケージ(図11参照)の外部電極を半田付けした後に、これを筐体内に配置する。穿孔基板は、LEDチップからの光を遮ること無く上面に向けて放射する開口部及び電源回路を有している。
【実施例2】
【0045】
(金属プレート/ポリイミド/銅箔積層体の作成)
金属プレート上に熱可塑性ポリイミド系樹脂溶液を塗工する場合、例えば、熱可塑性ポリイミドワニスである「ユピタイトUPA−N221C」(商品名:宇部興産社製)をテトラヒドロフランで固形分15%になるように希釈した溶液を塗布し、加熱して溶媒の乾燥を行うことにより製膜できる。
【0046】
金属プレート上に熱可塑性ポリイミド系樹脂の前駆体であるポリアミック酸溶液を塗工する場合は、テトラカルボン酸2無水物とジアミンを原料に等モルで重合させたポリアミック酸を含む溶液を塗布し、徐々に加熱してイミド閉環温度以下での脱溶剤処理の後、最終的に300〜400℃迄加熱してイミド閉環し、ポリイミドへの変換を行うのが望ましい。
【0047】
特許文献3では、テトラカルボン酸2無水物分として、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ジアミン成分としては、メタキシリレンジアミンと1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンが開示されている。また、特許文献4では、テトラカルボン酸2無水物分として3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ジアミン成分としては1,3−(3−アミノフェノキシ)ベンゼンに1,3−ビス(3−マレイミドフェノキシ)ベンゼンを共重合させたものが開示されている。
【0048】
塗工方法としては、これに限定されるものではないが、バーコーター、ロールコーター、ダイコーターコンマコーター、グラビアコーター、カーテンコーター、スプレーコーター等の公知の方法により行うことができる。
【0049】
或いは、市販の熱可塑性ポリイミドフィルム(クラボウMidfil(ミドフィル))を金属プレートと銅箔で挟み、加熱加圧下で接合して金属プレート/ポリイミド/銅箔の積層体を得ることも可能である。
【0050】
以上、本開示にて幾つかの実施の形態を単に例示として詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び有利な効果から実質的に逸脱せずに、その実施の形態には多くの改変例が可能である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属プレートと金属箔の間にポリイミド樹脂を挟んで積層した積層体を加工してLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成したLEDパッケージとその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)は、消費電力が低く二酸化炭素削減、高耐久性という環境と省エネを兼ね備えた素子として普及している。このようなLEDチップを搭載したパッケージは、配線基板上に装着して、大型ディスプレイ、携帯電話やデジタルビデオカメラ、PDAなどの電子機器のバックライト、道路照明や一般照明などに用いられている。LEDはそれ自体が発光素子であり、熱を放出するので、LEDパッケージは基本的に冷却のための放熱装置を含んでいる。
【0003】
現行のLEDモジュール装置ではLEDパッケージ基板としてセラミック基板又はシリコン基板、或いは金属基板を用いているが、従来のセラミック基板又はシリコン基板を使用した方法では、セラミックやシリコンの熱伝導が銅などの金属よりも悪いためうまく放熱できないこと、高価なこと、加工が困難などの問題がある。このため、LEDパッケージ基板として絶縁金属基板を用いたLEDモジュール装置が知られている。
【0004】
図13は、特許文献1に開示のLED照明器具を示す図であり、(A)は上面図を示し、(B)は部分断面図を示している。図示のように、絶縁金属基板は、しぼり加工により設けたLEDチップ設置用の凹所を有する。絶縁金属基板は、金属基板層,絶縁材料層からなる電気絶縁層,導電性金属からなる電極パターンと、リードパターンとからなっている。隣接するLEDチップ同士は電極パターンを介してボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
【0005】
特許文献1は、絶縁金属基板を折り曲げることにより形成した窪み底部にLEDチップを装着する一方、そのボンディングによる接続を窪み中段(或いは上段)に設けている。このため、金属基板の底面積はLEDチップ面積より僅かに大きい程度であり、底面を放熱に活かすことは考えられていない。また、一般的な絶縁金属板が使用されているためLEDチップの下面に位置する電気絶縁層は、通常80μm位と厚く熱伝導性が悪いために、良好な放熱特性が得られないという問題がある。放熱性を向上させるために、絶縁層(ポリイミド層)を薄く塗布する製造方法が求められている。
【0006】
また光を効率よく取り出すためには反射材の付加が不可欠であるが、特許文献1には後付けで白色材料の塗布や金属の蒸着しか開示されていない。透明の絶縁層を用い、下地の金属面を反射面として利用することは、透明絶縁層および下地金属面の光沢処理が何れもコストアップになる。白色レジスト塗布は、追加材料費用と塗布工程費用が増えることになる。金属膜の蒸着とは、低圧(真空)高温で金属を蒸発させ、対象物に金属皮膜を形成することであり、装置も大掛かりで高い装置が必要で、真空に引く手間も掛かり、スループットは長くなり、工程費用も増えることになる。またターゲット金属のコストも掛かる。工程の追加無く低コストで反射性能を発揮できる反射面の形成が求められている。
【0007】
図14は、特許文献2に開示の線光源用LEDモジュールの断面図である。このLEDモジュールは、セラミック回路基板、複数のLEDチップ、反射壁、及び放熱板を含んで構成される。回路基板の上面には、LEDチップに電源及び電気的信号を入力する配線パターンが形成されている。また、セラミック回路基板の内部には、LEDチップから放熱板に熱を放出させるための熱放出ビアが形成されている。
【0008】
しかし、このLEDモジュール構造は、絶縁基板としてセラミック基板を使用することや、放熱のためにこのセラミック基板に熱放出ビアを設けることを示しており、何れもコストが高い構造となっている。このように、通常の絶縁基板は厚く、熱放出ビア等の高コストな放熱対策が必要となる。
【0009】
特許文献5ではポリイミド樹脂を用いた金属積層体の製造方法が開示されている。しかし本構造はチップ下のポリイミド樹脂を除去しており、必然的にポリイミド樹脂を薄くする必要も無ければ、その方策についても開示はない。また反射面の開示は無く、追加プロセスが必要に思われる。構図的に金属の掘り込み加工やダム材の追加工程などコストの高い構造となっている。また外部電極端子についての記載はなく、電気的接続が不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平1-309201号公報
【特許文献2】特開2008-27898号公報
【特許文献3】特開2001-131284号公報
【特許文献4】特開2006-88410号公報
【特許文献5】特開2006-319074号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、係る問題点を解決して、LEDパッケージ基板構造を工夫して放熱特性を改善することを目的としている。LEDパッケージ基板を構成する積層体の平板状金属プレートに平面状の大きな面積を確保して、それ自体が放熱体として機能するだけでなく、筐体に装着した際には、LEDチップからの放熱は、平面状金属プレートの下面の全面を介して、効率よく筐体等に伝熱させると共に、高温時の電気特性が良いイミド系高分子樹脂などからなる絶縁層の膜厚を薄く形成することを可能にして放熱性を向上させる。
【0012】
また、本発明は、LEDパッケージ基板として加工性及び熱伝導性の良好な金属プレートを用い、かつ、そこに装着されるLEDチップの接続配線との絶縁性を確保する絶縁層を用いつつも、その絶縁層を通しての熱伝導性を向上させるために、絶縁層(ポリイミド層又はポリアミドイミド層)を薄く塗布する製造方法を提供することを目的としている。
【0013】
また、本発明は、LEDパッケージ基板を構成する積層体の金属箔形状を工夫することにより、その上を金属表面処理の簡単な工程の追加で低コストで、反射性能を発揮できる反射面の形成を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明のLEDパッケージ及びその製造方法は、金属プレートを用いてLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成した。このLEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層体とする。金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、この一対の配線拡大部と一対の外部電極接続部の間をそれぞれ接続する配線部が一体に形成され、かつ、配線部よりもスリット方向の幅を拡大した配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成する。一対の配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施す。平板状金属プレートの上或いは一対の配線拡大部の一方の上にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ一対の配線拡大部に接続する。少なくともLEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填する。
【0015】
金属表面処理は金属メッキを施すことより、又は金属表面処理の必要な箇所に金属インクを用いてインクジェット塗布した後、乾燥及び熱処理を施すことによって形成する。透明樹脂は、一対の外部電極接続部を除いてLEDチップ及びその電極接続部を含むように充填して、露出した外部電極接続部自体を外部電極として用いることができる。或いは、一対の外部電極接続部の上に、それぞれ外部電極を接続して、該先端を露出させるように、透明樹脂を外部電極の先端まで充填することができる。
【0016】
絶縁層は、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層の単層、或いは、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層の2層構成にすることができる。これら樹脂層および接着層の中には球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させることも可能である。
【0017】
ポリイミド樹脂積層体の場合は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の溶液を金属箔又は金属プレートに塗り、乾燥させた後、金属プレート又は金属箔に熱圧着させることにより形成する。あるいは積層体は、金属箔又は金属プレートの上に、熱可塑性ポリイミド系樹脂に変換可能な少なくとも一種のポリイミド前駆体樹脂層を塗布した後、この前駆体樹脂層を熱処理することにより、熱可塑性ポリイミド系樹脂層を形成し、この熱可塑性ポリイミド系樹脂層の上に、金属プレート又は金属箔を加熱加圧下で接合して形成する。または積層体は、金属箔と金属プレートの間に、熱可塑性ポリイミド系フィルムを挟持させたものを、加熱加圧下で接合して形成する。
【0018】
LEDパッケージ基板は、1枚の金属プレートの上に複数個同時作成し、LEDパッケージ基板上にLEDチップを装着して樹脂封止した後、個々のLEDパッケージに切り分ける個片化を行う。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、LEDパッケージ基板に加工性及び熱伝導性の良好な金属プレートを用い、かつ、そこに装着されるLEDチップ接続配線との絶縁性を確保する絶縁層を用いつつも、LEDパッケージ基板構造を工夫して、平板状底部に大きな面積を確保して、それ自体が放熱体として機能するだけでなく、筐体に装着した際には、この大きな面積を介して筐体に伝熱させることによりLEDチップから筐体などの放熱体への熱伝導性を向上させることができる。
【0020】
本発明のLEDパッケージ基板は、金属プレートと金属箔の間に挟まれた絶縁層からなる積層体の製造方法を工夫したことにより、絶縁用の樹脂層(ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂)を非常に薄くして、熱抵抗を低減することができる。
【0021】
また、本発明によれば、複雑なプロセスを用いることなく、金属箔に幅広の配線拡大部を設けて、金属表面処理のみで低コストで反射面を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】(A)は、本発明を具体化するLEDパッケージの第1の例を示す平面図であり、(B)はその断面図である。
【図2】(A)は、LEDパッケージ基板を例示する平面図、(B)はその断面図、(C)は詳細断面図である。
【図3】図2とは異なる別の例のLEDパッケージ基板の詳細断面図である。
【図4】壁状あるいはポスト状外部電極の接続を例示する図である。
【図5】球状外部電極の接続を例示する図である。
【図6】(A)は、複数個のLEDチップを装着したLEDパッケージの上面図であり、(B)は断面図である。
【図7】(A)は、図1とは異なる第2のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。
【図8】第3のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。
【図9】(A)(B)は、それぞれ第4及び第5のLEDパッケージを例示する断面図である。
【図10】複数個のチップを装着したLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。
【図11】球状外部電極を接続したLEDパッケージを例示する図である。
【図12】(A)(B)は、それぞれ本発明のLEDパッケージを用いて構成したLEDモジュール装置の第1の例及び第2の例を示す断面図である。
【図13】特許文献1に開示のLED照明器具を示す図であり、(A)は上面図を示し、(B)は部分断面図を示している。
【図14】特許文献2に開示の線光源用LEDモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図1(A)は、本発明を具体化するLEDパッケージの第1の例を示す平面図であり、(B)はその断面図である。例示のLEDパッケージは、LEDパッケージ基板の上に組み立てられる。LEDパッケージ基板は、その詳細は図2を参照して後述するように、金属プレートの上にポリイミド又はポリアミドイミド樹脂からなる絶縁層を挟んで金属箔(例えば、銅箔)を接合した積層体により構成する。ポリアミドイミドはポリイミドに比べ溶媒に可溶性の性質を持っており、場合によっては使い易い材料である。この積層体の金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、外部電極が接続される一対の外部電極接続部と、配線拡大部と外部電極接続部の間を接続する配線部が一体に形成されている。配線拡大部の上には、反射材として機能する金属(銀)表面処理を施している。スリットは、ボンディングワイヤ接続方向と直交する方向に形成している。配線拡大部の幅Mは、配線部の幅n(スリット方向の配線部の長さ)を拡大したものであり、LEDチップの長辺長さm(スリット方向のLEDチップの長さ)よりも幅広に構成する。このとき配線部nはすべて配線拡大部の幅Mまで拡大しても良い。接続配線として機能する金属箔の両端側に位置する外部電極接続部には、一対の外部電極を接続する。スリットで絶縁分離された一対の配線拡大部(金属箔及び金属表面処理)の一方に位置するチップ装着部に、LEDチップを装着すると共に、絶縁分離された配線拡大部のそれぞれの電極接続部にLEDチップの一対の電極をワイヤボンド接続している。このように、LEDパッケージ基板上に、LEDチップが装着され、電気的に接続配線された後、透明樹脂を充填して、LEDパッケージが構成されている。このように構成されたLEDパッケージは、例えば、実施例1において後述するように、配線基板を用いて、或いは直接筐体に装着して、一対の外部電極を電源回路に接続することによりLEDモジュール装置を構成することができる。
【0024】
このように、本発明のLEDパッケージ基板は、その全面に相当する大きな面積を有する平板状金属プレートと、ポリイミド樹脂を挟んで金属箔を積層した積層体を構成し、かつ、この金属箔は、スリットにより絶縁分離された幅広の配線拡大部を有している。ポリイミド樹脂からなる絶縁層を、金属プレートと金属箔で挟んだ積層構成とすることにより、その絶縁層の膜厚を所定値(5μm〜40μm)に制御できる。その詳細は、図2を参照して後述する。この絶縁層により、LEDチップの一対の接続電極間の絶縁を行うだけでなく、銅箔をLEDチップの接続配線として利用することができる。また、銅箔に限らず、アルミのような高熱伝導性の金属箔(金属層)を用いることができる。
【0025】
幅広の配線拡大部は、LEDチップを装着して、その一対の接続電極を接続する接続部を形成するに十分な面積を備えるだけでなく、その上を金属表面処理したために、LEDチップからの発光の反射材として機能させることが可能になる。大きな面積を有する金属プレートは、それ自体が放熱体として機能するだけでなく、筐体に装着した際には、LEDチップからの放熱は、平面状金属プレートの下面の全面を介して、効率よく筐体等に伝熱されることになる。以上、1個のLEDパッケージに1個のLEDチップを装着した場合を説明したが、本発明は、1個のLEDパッケージに複数個のLEDチップを装着することも可能である。以下、複数個のLEDチップを装着する場合を例として、その製造法について詳述する。
【0026】
図2(A)は、LEDパッケージ基板を例示する平面図、(B)はその断面図、(C)は詳細断面図である。例示のLEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド樹脂からなる絶縁層を挟んで金属箔(例えば、銅箔)を接合した積層体により構成される。積層体構成のために、熱可塑性ポリイミドを含むポリイミド樹脂を溶媒に溶解した溶液をまず金属箔又は金属プレートのいずれか一方に塗り、乾燥させてその他方に熱圧着させる。通常は金属プレートと金属箔の平坦性を考慮し、一定の絶縁耐圧を確保しようとすれば、最低5μmの膜厚のポリイミド樹脂を塗らなければならない。ポリイミド樹脂の厚さは、放熱特性の観点からは、薄いほうが望ましいが、耐電圧と引き裂き強度の観点からは、ある程度の厚さが要求される。ポリイミド樹脂層を絶縁層として使用する場合は、LED搭載に要求される絶縁膜の耐電圧は一般的には2.5〜5kVであり、ポリイミド樹脂の耐電圧は構造によっても異なるが数百〜500V/μmなので、最低5μmの厚さが必要である。一方、放熱効果を上げるためには、ポリイミド樹脂層を厚くすることはできず、その厚さは40μm以下、好ましくは20μm以下が望ましい。
【0027】
積層体を構成する別の方法として、金属箔又は金属プレートのいずれか一方の上に、最初に、熱可塑性ポリイミド系樹脂に変換可能な少なくとも一種のポリイミド前駆体樹脂層を塗布する(実施例2参照)。次に、この前駆体樹脂層を熱処理することにより、熱可塑性ポリイミド系樹脂層を形成する。この熱可塑性ポリイミド系樹脂層の上に、他方(金属プレート又は金属箔)を加熱加圧下で接合して積層体を構成する。
【0028】
上述のように、放熱性を上げるために絶縁層をできるだけ薄くしつつ、その破壊耐圧を確保するために、所定の膜厚が必要となるが、さらに平坦性のバラツキ膜厚をプラスする必要があり、耐圧に必要以上の膜厚を塗らなければならない。そこで、バラツキを低減して一定の膜厚を確保するために、球状のスペーサー粒子(例えば、積水化学の製品名:ミクロパールSI、真球状のプラスチック微粒子(3〜500μm)であり、高い圧縮性を保有している)をポリイミド樹脂に混ぜて塗布しても良い。さらに、このスペーサー粒子とは別に、若しくは両方を混在させて、スペーサー粒子の径より小さい熱伝導の良いフィラーをポリイミド樹脂に混ぜることにより、放熱特性をさらに改善することができる。熱伝導の良いフィラーとしては、窒化アルミ、アルミナコーティングされた金属微粒子(例えば銅)、又はアルミナコーティングされた炭素粒子あるいは繊維を用いることができる。一般に熱伝導性フィラーを充填していくと電気絶縁耐性が下がってくるが、スペーサーと熱伝導の良いフィラーを組合せることにより一定以上の電気絶縁耐性を確保しつつ、熱伝導も両立させる膜厚の制御が容易になる。このようにして、熱可塑性ポリイミドを含むポリイミド樹脂(又は熱可塑性ポリアミドイミドを含むポリアミドイミド樹脂)からなる絶縁層を、金属プレートと金属箔で挟んだ積層構成として、その絶縁層の膜厚を所定値(5μm〜40μm)に制御できる。
【0029】
図3は、図2とは異なる別の例のLEDパッケージ基板の詳細断面図である。図示のように、LEDパッケージ基板を構成する金属プレートと金属箔に挟まれた絶縁層を、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着材層との2層により構成している点でのみ、図2に例示のLEDパッケージ基板とは相違している。この積層体は、金属プレートの上に、樹脂層付き金属箔からなる積層膜(例えば、ポリイミド膜を貼り付けた銅箔)のポリイミド膜側を、接着材を用いて貼り付けることにより構成できる。また、図2に示す積層体の場合と同様に、ポリイミド膜と接着材層のいずれか或いはその両方に、球状のスペーサー粒子又は熱伝導の良いフィラー、若しくは両方を混ぜることにより、放熱特性をさらに改善することができる。
【0030】
ポリイミド樹脂が電気絶縁を受け持ち、接着材が接着力を受け持つので、夫々最適化が可能となり、結果的に熱伝導特性が改善されることになる。例えば、18μの銅箔と125μm前後の銅板(金属プレート)との間の絶縁層として、ポリイミド膜の1層のみを用いる場合、両方の公差を加味して、間の接着力も兼ねるために、ポリイミド膜厚は例えば20〜30μmくらい必要となる。これに対して、絶縁層をポリイミド膜と接着材層に分けた場合、ポリイミド膜厚を極限まで薄くすることができる。これは銅箔の上にポリイミドを薄く塗ることで実現できる。この結果、ポリイミド膜厚5μmが実現されている。この銅箔と薄いポリイミド膜の積層を貼るためにさらに接着材を用いる。125μm程度の比較的に厚い板材(金属プレート)に塗ることを想定しているので、接着材層の厚さは上記と同じ理由で25μm位に設定されている。絶縁層2層の場合は、5μmのポリイミド膜が絶縁耐性を受け持つので、接着材層は熱伝導を簡単に上げることができる。例えば熱伝導性フィラー(窒化アルミなどのセラミックや金属)の充填率を上げることによって簡単に実現できる。
【0031】
上記のようにして、積層体(図2(C)或いは図3参照)を構成した後、図2(A)及び(B)に示すように、積層体の金属箔の加工を行って、スリット開口を有する一対の配線拡大部、外部電極接続部、及び配線拡大部と外部電極接続部を接続する配線部を一体に形成する。例えば、この加工のために、ホトリソグラフィ技術を用いる。金属層(銅箔)の上にレジストを塗布し、パターンを露光、現像してさらにエッチングを行い、レジストを除去して、配線拡大部、外部電極接続部、及び配線部を完成させる。ポリイミド系樹脂層があることで、上面の銅箔のエッチング加工が容易になる。スリット部は、LEDチップからの発光の反射材として機能しないので、狭い方が望ましいが、スリット両側の金属箔を絶縁分離するために20μm〜100μm程度が望ましい。
【0032】
このように、LEDパッケージ基板は、積層体を構成する絶縁層として、図2(C)に示すポリイミド樹脂、或いは図3に示すポリイミド樹脂と接着材の2層構成のいずれも使用できる。金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の接続電極として機能する外部電極接続部と、配線拡大部と外部電極接続部を接続する接続部とからなっている。一対の配線拡大部の上には、銀メッキをする等により、LEDチップからの発光の反射材として機能する金属表面処理が行われている。部分メッキの場合は感光性レジストを用いて必要な箇所だけレジストを除去し、その部分だけメッキを付ける。または、金属メッキに代えて、金属表面処理の必要な箇所に銀インクを用いてインクジェット塗布し、焼成することによって光沢面(反射材)を形成することも可能である。さらに、反射材と外部電極部を除いた全面を、反射のための白色レジスト等で覆っても良い。スリットにより分割されたいずれか一方の配線拡大部の上に、チップ装着部と一方の電極接続部が、また、他方の配線拡大部の上には、他方の電極接続部が形成される。図6を参照して後述するように、チップ装着部にLEDチップを装着して、一対の電極接続部にワイヤボンド接続をする。
【0033】
一対の配線拡大部は、その上面にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ接続する電極接続部を形成するのに必要とする以上の幅を有している。このように、配線拡大部を大きな面積にして、その上を金属表面処理したために、複雑なプロセスを用いることなく、金属表面処理のみで反射面を形成することが可能になる。また、大きな面積を有する金属プレート自体により効率的に放熱するだけでなく、金属プレート全面を平板状にしたために、LEDパッケージを筐体等に装着した際には、LEDチップからの放熱は効率よく筐体等に伝熱されることになる。
【0034】
図4は、壁状あるいはポスト状外部電極の接続を例示する図である。また、図5は、球状外部電極の接続を例示する図である。図5に示す球状外部電極として、樹脂あるいは金属コア入り半田ボールを用いることができる。図2に例示の外部電極接続部には、この状態で、外部配線用ワイヤを半田付けなどにより接続可能であるが、この外部電極接続部に、別途形成した外部電極を半田付けなどにより接続することも可能である。外部電極は、後の工程で樹脂封止した際に、樹脂表面に接続部を露出させることができるものであれば、図4及び図5に例示した以外にも、例えば柱状のような任意の形状の金属片により構成することができる。
【0035】
図6(A)は、複数個のLEDチップを装着したLEDパッケージの上面図であり、(B)は断面図である。図示のLEDパッケージ基板は、図4に例示したような壁状外部電極を有するものとして例示している。スリットにより分離した一対の配線拡大部(反射材として機能する金属表面処理)の一方の上に、LEDチップを接着材を用いて固定する。このLEDチップは、LED発光面を上面に有している。
【0036】
次に、LEDチップと、接続配線として機能する金属箔との間でワイヤボンド接続が行われる。LEDチップを配線拡大部のチップ装着部に固着した後、2分割配線拡大部上のそれぞれの電極接続部と、LEDチップの一対の接続電極間を、ボンディングワイヤによりワイヤボンド接続する。上述したように、金属箔の上には、反射材として金属(銀)表面処理が形成されているので、この表面処理をワイヤボンディング性向上にも機能させることができる。
【0037】
次に、透明樹脂(材質は、例えばエポキシ系やシリコーン系)を用いて樹脂封止(トランスファーモールドあるいはポッティング)する。この際、ダミー金属積層部を外部電極以外の辺に設けることにより、反射機能を持った壁を4辺に形成することができる。この透明樹脂には、蛍光体を混合しても良い。一般的に白色LEDの場合は、青色発光LEDチップを用いてLEDチップ上に黄色の蛍光体を配置し、この蛍光体が青色を受けて白く光っている。通常、この蛍光体は透明樹脂に混入されている場合が多い。樹脂封止はディスペンサーやスクリーン印刷で行なうが、金型を用いても良い。封止樹脂の高さは、接続電極として機能する外部電極先端面と同平面まで注入する。この後、個々のパッケージに個片化することによって、複数個のLEDチップを装着した1個のLEDパッケージが完成する。図示の例において、1個のLEDパッケージ基板に、15個のLEDチップを装着するものとして例示しているが、実際の製造においては、複数個のLEDパッケージ基板が連結した状態で作成された後、個々のパッケージに切り分ける個片化が行われる。
【0038】
図7(A)は、図1とは異なる第2のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。図8は、第3のLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。図7及び図8において、一対の配線拡大部の間のスリット開口を広げて、LEDチップを、配線拡大部の上面ではなく、このスリット内において、金属プレートの上に装着している。LEDチップの一対の接続電極は、上述の例と同様に、それぞれ、一対の配線拡大部にワイヤボンド接続している。
【0039】
図8に示す第3のLEDパッケージは、LEDチップのスリット方向の両側において、反射面を追加したものである。例えば、インクジェット方式によって、銀処理を行う。
【0040】
図9(A)(B)は、それぞれ第4及び第5のLEDパッケージを例示する断面図である。(A)に示す第4のLEDパッケージは、第1のLEDパッケージ(図1参照)に相当し、かつ(B)に示す第5のLEDパッケージは、第2のLEDパッケージ(図7参照)及び第3のLEDパッケージ(図8参照)に相当する。図9(A)(B)に示す第4及び第5のLEDパッケージは、外部電極接続部自体を外部電極として利用する点で、上述した第1〜第3のLEDパッケージとは異なっている。このため、第4及び第5のLEDパッケージにおいては、外部電極接続部を露出するように、樹脂封止は、LEDパッケージ基板の全上面ではなく、LEDチップとその電極接続部を含む近辺のみを樹脂封止している。
【0041】
図10は、複数個のチップを装着したLEDパッケージを例示する平面図、及び(B)はその断面図である。このLEDパッケージは、図9(A)に示す第4のLEDパッケージと同様な構成を有するが、複数個のチップを装着した点で相違している。外部電極接続部自体を外部電極として利用し、かつ、樹脂封止は、LEDパッケージ基板の全上面ではなく、個々のLEDチップとその接続部を含む近辺のみを樹脂封止している。
【0042】
図11は、球状外部電極を接続したLEDパッケージを例示する図である。例示のLEDパッケージは、図10と同様な構成を有しているが、球状外部電極を接続した点で相違している。球状外部電極として、樹脂あるいは金属コア入り半田ボールを用いることができる。
【実施例1】
【0043】
図12(A)(B)は、それぞれ本発明のLEDパッケージを用いて構成したLEDモジュール装置の第1の例及び第2の例を示す断面図である。図12(A)に示すように、LEDパッケージ(図10参照)を筐体内に配置して、筐体に備えている電源回路と外部電極接続部を配線する。筐体には、反射板とか、光拡散板を備えても良い。
【0044】
図12(B)に示す第2の例のLEDモジュール装置において、穿孔基板裏面の配線に対して裏側からLEDパッケージ(図11参照)の外部電極を半田付けした後に、これを筐体内に配置する。穿孔基板は、LEDチップからの光を遮ること無く上面に向けて放射する開口部及び電源回路を有している。
【実施例2】
【0045】
(金属プレート/ポリイミド/銅箔積層体の作成)
金属プレート上に熱可塑性ポリイミド系樹脂溶液を塗工する場合、例えば、熱可塑性ポリイミドワニスである「ユピタイトUPA−N221C」(商品名:宇部興産社製)をテトラヒドロフランで固形分15%になるように希釈した溶液を塗布し、加熱して溶媒の乾燥を行うことにより製膜できる。
【0046】
金属プレート上に熱可塑性ポリイミド系樹脂の前駆体であるポリアミック酸溶液を塗工する場合は、テトラカルボン酸2無水物とジアミンを原料に等モルで重合させたポリアミック酸を含む溶液を塗布し、徐々に加熱してイミド閉環温度以下での脱溶剤処理の後、最終的に300〜400℃迄加熱してイミド閉環し、ポリイミドへの変換を行うのが望ましい。
【0047】
特許文献3では、テトラカルボン酸2無水物分として、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ジアミン成分としては、メタキシリレンジアミンと1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンが開示されている。また、特許文献4では、テトラカルボン酸2無水物分として3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ジアミン成分としては1,3−(3−アミノフェノキシ)ベンゼンに1,3−ビス(3−マレイミドフェノキシ)ベンゼンを共重合させたものが開示されている。
【0048】
塗工方法としては、これに限定されるものではないが、バーコーター、ロールコーター、ダイコーターコンマコーター、グラビアコーター、カーテンコーター、スプレーコーター等の公知の方法により行うことができる。
【0049】
或いは、市販の熱可塑性ポリイミドフィルム(クラボウMidfil(ミドフィル))を金属プレートと銅箔で挟み、加熱加圧下で接合して金属プレート/ポリイミド/銅箔の積層体を得ることも可能である。
【0050】
以上、本開示にて幾つかの実施の形態を単に例示として詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び有利な効果から実質的に逸脱せずに、その実施の形態には多くの改変例が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属プレートを用いてLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成したLEDパッケージにおいて、
前記LEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層体とし、
前記金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、前記一対の配線拡大部と前記一対の外部電極接続部の間をそれぞれ接続する配線部が一体に形成され、かつ、前記配線部よりもスリット方向の幅を拡大した前記配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成し、
前記一対の配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施し、
前記平板状金属プレートの上或いは前記一対の配線拡大部の一方の上にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ前記一対の配線拡大部に接続し、
少なくとも前記LEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填したことから成るLEDパッケージ。
【請求項2】
前記金属表面処理は金属メッキを施すことより、又は金属表面処理の必要な箇所に金属インクを用いてインクジェット塗布し、かつ乾燥及び熱処理を施すことによって形成した請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項3】
前記一対の外部電極接続部の上に、それぞれ外部電極を接続して、前記外部電極の先端面を露出するように該先端面高さまで透明樹脂を充填した請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項4】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂は、熱可塑性ポリイミド又は熱可塑性ポリアミドイミドを含む樹脂の中に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項5】
前記積層体を構成する絶縁層は、前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層の2層構成にした請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項6】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層のいずれかの層或いはその両方に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項5に記載のLEDパッケージ。
【請求項7】
金属プレートを用いてLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成したLEDパッケージの製造方法において、
前記LEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合することにより積層体構成とし、
前記金属箔を加工して、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、前記一対の配線拡大部と前記一対の外部電極接続部の間をそれぞれ接続する配線部を一体に形成し、かつ、前記配線部よりもスリット方向の幅を拡大した前記配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成し、
前記一対の配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施し、
前記平板状金属プレートの上或いは前記一対の配線拡大部の一方の上にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ前記一対の配線拡大部に接続し、
少なくとも前記LEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填したことから成るLEDパッケージの製造方法。
【請求項8】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂は、熱可塑性ポリイミド又は熱可塑性ポリアミドイミドを含む樹脂の中に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項9】
前記積層体は、前記ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の溶液を前記金属箔又は前記金属プレートに塗り、乾燥させた後、前記金属プレート又は前記金属箔に熱圧着させることにより形成する請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項10】
前記積層体は、前記金属箔又は前記金属プレートの上に、熱可塑性ポリイミド系樹脂に変換可能な少なくとも一種のポリイミド前駆体樹脂層を塗布した後、この前駆体樹脂層を熱処理することにより、熱可塑性ポリイミド系樹脂層を形成し、この熱可塑性ポリイミド系樹脂層の上に、前記金属プレート又は前記金属箔を加熱加圧下で接合して形成する請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項11】
前記積層体は、前記金属箔と前記金属プレートの間に、熱可塑性ポリイミド系フィルムを挟持させたものを、加熱加圧下で接合して形成する請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項12】
前記LEDパッケージ基板は、1枚の金属プレートの上に複数個同時作成し、前記LEDパッケージ基板上にLEDチップを装着して樹脂封止した後、個々のLEDパッケージに切り分ける個片化を行う請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項13】
前記平板状金属プレートと前記金属箔の間に挟む前記絶縁層は、前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層の2層である請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項14】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層のいずれかの層或いはその両方に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項13に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項1】
金属プレートを用いてLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成したLEDパッケージにおいて、
前記LEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層体とし、
前記金属箔は、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、前記一対の配線拡大部と前記一対の外部電極接続部の間をそれぞれ接続する配線部が一体に形成され、かつ、前記配線部よりもスリット方向の幅を拡大した前記配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成し、
前記一対の配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施し、
前記平板状金属プレートの上或いは前記一対の配線拡大部の一方の上にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ前記一対の配線拡大部に接続し、
少なくとも前記LEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填したことから成るLEDパッケージ。
【請求項2】
前記金属表面処理は金属メッキを施すことより、又は金属表面処理の必要な箇所に金属インクを用いてインクジェット塗布し、かつ乾燥及び熱処理を施すことによって形成した請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項3】
前記一対の外部電極接続部の上に、それぞれ外部電極を接続して、前記外部電極の先端面を露出するように該先端面高さまで透明樹脂を充填した請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項4】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂は、熱可塑性ポリイミド又は熱可塑性ポリアミドイミドを含む樹脂の中に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項5】
前記積層体を構成する絶縁層は、前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層の2層構成にした請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項6】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層のいずれかの層或いはその両方に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項5に記載のLEDパッケージ。
【請求項7】
金属プレートを用いてLEDチップのためのLEDパッケージ基板を構成したLEDパッケージの製造方法において、
前記LEDパッケージ基板は、平板状金属プレートの上に、ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合することにより積層体構成とし、
前記金属箔を加工して、スリットにより絶縁分離された一対の配線拡大部と、一対の外部電極接続部と、前記一対の配線拡大部と前記一対の外部電極接続部の間をそれぞれ接続する配線部を一体に形成し、かつ、前記配線部よりもスリット方向の幅を拡大した前記配線拡大部は、LEDチップの長辺長さよりも幅広に構成し、
前記一対の配線拡大部の上には、反射材として機能する金属表面処理を施し、
前記平板状金属プレートの上或いは前記一対の配線拡大部の一方の上にLEDチップを装着して、その一対の接続電極をそれぞれ前記一対の配線拡大部に接続し、
少なくとも前記LEDチップ及びその電極接続部を含むように透明樹脂を充填したことから成るLEDパッケージの製造方法。
【請求項8】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂は、熱可塑性ポリイミド又は熱可塑性ポリアミドイミドを含む樹脂の中に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項9】
前記積層体は、前記ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の溶液を前記金属箔又は前記金属プレートに塗り、乾燥させた後、前記金属プレート又は前記金属箔に熱圧着させることにより形成する請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項10】
前記積層体は、前記金属箔又は前記金属プレートの上に、熱可塑性ポリイミド系樹脂に変換可能な少なくとも一種のポリイミド前駆体樹脂層を塗布した後、この前駆体樹脂層を熱処理することにより、熱可塑性ポリイミド系樹脂層を形成し、この熱可塑性ポリイミド系樹脂層の上に、前記金属プレート又は前記金属箔を加熱加圧下で接合して形成する請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項11】
前記積層体は、前記金属箔と前記金属プレートの間に、熱可塑性ポリイミド系フィルムを挟持させたものを、加熱加圧下で接合して形成する請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項12】
前記LEDパッケージ基板は、1枚の金属プレートの上に複数個同時作成し、前記LEDパッケージ基板上にLEDチップを装着して樹脂封止した後、個々のLEDパッケージに切り分ける個片化を行う請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項13】
前記平板状金属プレートと前記金属箔の間に挟む前記絶縁層は、前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層の2層である請求項7に記載のLEDパッケージの製造方法。
【請求項14】
前記ポリイミド又はポリアミドイミド樹脂層と接着層のいずれかの層或いはその両方に、球状のスペーサー粒子又は該スペーサー粒子の径より小さい熱伝導性フィラー、若しくはその両方を混在させた請求項13に記載のLEDパッケージの製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2012−134204(P2012−134204A)
【公開日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−282705(P2010−282705)
【出願日】平成22年12月20日(2010.12.20)
【特許番号】特許第4910157号(P4910157)
【特許公報発行日】平成24年4月4日(2012.4.4)
【出願人】(504174135)国立大学法人九州工業大学 (489)
【出願人】(000004455)日立化成工業株式会社 (4,649)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年12月20日(2010.12.20)
【特許番号】特許第4910157号(P4910157)
【特許公報発行日】平成24年4月4日(2012.4.4)
【出願人】(504174135)国立大学法人九州工業大学 (489)
【出願人】(000004455)日立化成工業株式会社 (4,649)
【Fターム(参考)】
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