ＬＥＤ光源パッケージ
【課題】ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間の熱膨張係数を有する応力緩和板を搭載することによって、熱膨張係数差によって発生する応力を緩和し、信頼性の優れたＬＥＤ光源パッケージを提供する。
【解決手段】絶縁性のセラミックス基板表面にＬＥＤチップが２個以上結線されたＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が７０ＧＰａ以下、２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が５×１０−６〜１２×１０−６/Ｋ、熱伝導率が１５０Ｗ/ｍＫ以上である平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されてなるＬＥＤ光源パッケージ。
【解決手段】絶縁性のセラミックス基板表面にＬＥＤチップが２個以上結線されたＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が７０ＧＰａ以下、２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が５×１０−６〜１２×１０−６/Ｋ、熱伝導率が１５０Ｗ/ｍＫ以上である平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されてなるＬＥＤ光源パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ発光素子（以下、「ＬＥＤチップ」という。）は、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ，ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を用いて製造される。近年、半導体のエピタキシャル成長技術と発光素子プロセス技術の進歩により、変換効率の優れるＬＥＤチップが開発され、様々な分野において幅広く使用されている。
【０００３】
ＬＥＤチップは、成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させたｐ型層とｎ型層及び両者に挟まれる光活性層から構成される。一般的には、単結晶サファイア等の成長基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後、電極等を形成させてＬＥＤチップにされる。
【０００４】
単結晶サファイアの熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であるので、ＩＩＩ−Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができない。とくに、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して、発光効率の低下や素子寿命の低下を起こした。これを解決するため、成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介してパッケージ基板（保持基板）を接合し、その後、成長基板を除去する方法が提案されているが（特許文献１）、十分に満足できるものではなかった。すなわち、金属系のパッケージ基板（保持基板）は導電性でもあるので実装に際しては非絶縁構造としなければならない。たとえば、回路基板等の実装基板に半田接合する際、接合部直下に樹脂等の熱伝導率の低い絶縁層を配置する必要があったが、この絶縁層が十分な放熱を阻害した。
【０００５】
一方、ＬＥＤチップの発熱による障害を少しでも軽減させるべくＬＥＤが２個以上結線された高出力ＬＥＤ発光装置(以下「ＬＥＤ光源モジュール」という。)では、放熱板、例えば銅（Ｃｕ）板を介して、ＬＥＤ光源モジュールを回路基板等に実装する方法が提案されている（特許文献２）。しかし、Ｃｕの熱膨張係数が１７×１０−６／Ｋ程度であり、ＬＥＤ光源モジュールの５×１０−６／Ｋ程度と大きく相違しているので、ＬＥＤ光源モジュールに熱負荷がかかった場合、ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板の熱膨張係数差により熱応力が生じ、金属回路基板に反りが生じるおそれがあった。また、熱応力により接合層にクラックが発生し、その結果放熱が不十分となってＬＥＤチップを誤作動させたり、破損させたりするという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２８７１０号公報
【特許文献２】特表２００８−５４４４８８号公報
【０００７】
そこで、熱膨張係数を金属回路基板のそれに近づけた回路基板として、アルミニウム−炭化珪素質複合体が提案されている。この回路基板用のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製法としては、炭化珪素の多孔体にアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸する溶湯鍛造法、炭化珪素の多孔体にアルミニウム合金の溶湯を非加圧で浸透させる非加圧含浸法が実用化されている。一方、コスト面からは、アルミニウム粉末と炭化珪素粉末を混合して、加熱成形する粉末冶金法が有利であり、同製法によるアルミニウム−炭化珪素質複合体の検討も行われている。しかし、いずれの製法のアルミニウム−炭化珪素質複合体でもコスト面に問題があることから、低コスト化が要求される分野では安価な銅回路基板が使用される場合が多くなり、ＬＥＤチップと銅回路基板間の信頼性に課題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属回路基板に用いられる銅やアルミニウムなどの金属は熱膨張係数が１７×１０−６〜２３×１０−６／Ｋ程度と大きく、熱膨張係数が５×１０−６／Ｋ程度のＬＥＤ
チップとの熱膨張係数差が大きいため、熱応力が生じ、金属回路基板の反りおよび接合層にクラックが発生する。
【０００９】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間の熱膨張係数を有する応力緩和板を搭載することによって、熱膨張係数差によって発生する応力を緩和し信頼性の向上が達成できるＬＥＤ光源パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
絶縁性のセラミックス基板表面にＬＥＤチップが２個以上結線されたＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が７０ＧＰａ以下、２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が５×１０−６〜１２×１０−６/Ｋ、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、厚みが０．５〜３．０ｍｍである平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されていることを特徴とするＬＥＤ光源パッケージである。
【００１１】
本発明のＬＥＤ光源パッケージにあっては、（イ）応力緩和板が、黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体とアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化した板状の金属含浸セラミックス基板であること、（ロ）アルミニウム−黒鉛質複合体に占める黒鉛の体積率が６０〜８５体積％であること、から選ばれた少なくとも１つの実施態様を有していることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は（ハ）めっき層を形成したアルミニウム−黒鉛質複合体とＬＥＤ光源モジュール及び金属回路基板間が半田付けされること、（ニ）ＬＥＤ光源モジュールとアルミニウム−黒鉛質複合体間及びアルミニウム−黒鉛質複合体と金属回路基板間がろう付けされていること、（二）に用いるろう材中に錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれていること、から選ばれた少なくとも１つの実施態様を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、応力緩和板に用いる黒鉛の粒度、種類、含有量を適正化することにより、また、金属成分の適正化により、得られる応力緩和板をＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板の間の熱膨張係数に制御することができるため、ＬＥＤ光源モジュール側及び金属回路基板側の両方に対して良好なマッチングがとれ、信頼性を著しく向上したＬＥＤ光源パッケージを提供できる。
【００１４】
更に、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上なのでＬＥＤ光源モジュールからの熱を金属
回路基板に良好に伝えることができ、ＬＥＤ光源パッケージとして好適に使用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜ＬＥＤ光源モジュール＞
本明細書におけるＬＥＤ光源モジュールは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶からなるＬＥＤ発光素子と保持基板からなるＬＥＤチップが２個以上が回路基板に搭載され、電気的接続部材で接続され、樹脂封止材で封止されていることを基本構造としている。
【００１６】
ＬＥＤ発光素子としては紫外〜青色の波長域の光を発するＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶が使用され、具体的にはＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどである。保持基板とは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピキタル成長する際に用いた成長基板、又は成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介して高熱伝導性基板を接合し、その後、成長基板を除去された上記高熱伝導性基板のことである。それを例示すれば、サファイア、炭化珪素、シリコン、Ｃｕ／Ｗ、Ｃｕ／Ｍｏなどである。これらの中、０．５Ｗ以上の出力が要求されるＬＥＤチップでは、熱伝導率の点から、上記の後者に属する保持基板が使用され、ＬＥＤチップは非絶縁構造となる。非絶縁構造ＬＥＤチップの利点は、狭い面積で高輝度が得られることである。
【００１７】
本発明の、ＬＥＤ光源パッケージに用いる応力緩和板は、板厚が０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５〜２．０ｍｍである。該応力緩和板の表面に金属層を形成した後、ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間にはんだ付け又はロウ付けしたＬＥＤ光源パッケージであるので、ＬＥＤ光源モジュールからの熱を金属回路基板に良好に伝えることができ、かつ高信頼性を有するＬＥＤ光源パッケージが実現できる。
【００１８】
応力緩和板の板厚が０．５ｍｍ未満であると、応力緩和層が薄すぎて応力を緩和できずに信頼性が低下してしまう。一方、３．０ｍｍを超えると応力緩和板の熱抵抗が大きくなる。
【００１９】
応力緩和板のヤング率は７０ＧＰa以下好ましくは５０ＧＰａ以下であることが望ましい。応力緩和板のヤング率が７０ＧＰa以上であるとＬＥＤパッケージの熱膨張差により生じる応力を応力緩和板で緩和できずに信頼性が低下してしまう。また、ヤング率の下限は、特に限定されないが１０ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率は、応力緩和板に用いる黒鉛の粒度、種類、含有量を適正化することによりすることができる。例えば、黒鉛の含量を増大させるとヤング率は低下し、黒鉛の含有量を減少させるとヤング率は増加する。また、金属成分の適正化により制御することができる。
【００２０】
応力緩和板の温度２５℃の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上であり、１５０Ｗ／ｍＫより小さいと、ＬＥＤ光源モジュールからの熱を金属回路板に十分に伝えられずに、半導体が誤作動を起こしたり損傷したりする場合がある。
【００２１】
また、応力緩和板の熱膨張係数がＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板の間の熱膨張係数であることが好ましい。
応力緩和板の熱膨張係数が上記の範囲外の場合、ＬＥＤチップ作動時の熱負荷により、接合層（はんだ層等）やＬＥＤ光源モジュールの破壊が起こり、放熱特性が低下する場合がある。また、複合化する金属の含有率を増減させることで、応力緩和板の熱膨張係数を増減させることができる。
【００２２】
アルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板は、黒鉛質の体積率が５０〜９０体積％、好ましくは６０〜８５体積％であり、残部がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、好ましくはアルミニウム８０〜１００質量％、珪素０〜２０質量％であるアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化したものである。
黒鉛とアルミニウム又はアルミニウム合金の複合化の方法としては、例えば特許３４６８３５８号の実施例等の方法によって含浸される、溶湯鍛造法により製造されたものであることが好ましい。
【００２３】
また、上記溶湯鍛造法の代わりに、黒鉛粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金粉末の混合粉末を離型処理した金型に充填し、アルミニウム又はアルミニウム合金の融点以上の温度に加熱後にプレスして複合化する方法によって製造されたものでも使用できる。
【００２４】
黒鉛粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金の複合化に必要な圧力は、３０ＭＰａ以上が好ましい。加熱プレス成形時の圧力が、３０ＭＰａ未満では、黒鉛粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金の密着性が不足して、熱伝導率、強度等の特性が低下するため好ましくない。また、プレス圧の上限については、特性面からの制約はないが、金型の強度、装置の力量より、２００ＭＰａ以下が適当である。アルミニウム−黒鉛質複合体は、融点以下の温度で減圧した後、室温まで冷却する。なお、複合化時の歪み除去の目的で、アルミニウム−黒鉛質複合体のアニール処理を行うこともある。
【００２５】
黒鉛の体積率は５０〜９０体積％、特に６０〜８５体積％であることが好ましい。
黒鉛の体積率が５０体積％未満であると、アルミニウム−黒鉛質複合体の熱膨張係数が大きくなりすぎる。一方、９０体積％を超えると、金属を十分に含浸させることができずに、熱伝導率が小さくなりすぎる恐れがある。また、黒鉛の充填状態は特に制限はなく、黒鉛質多孔体、又は黒鉛粉末成形体を用いることができる。黒鉛の体積率の調整は黒鉛成分の粒度調整、整形圧力、焼結条件などによって行うことができる。
【００２６】
また、黒鉛と複合化する金属成分は、アルミニウム８０〜１００質量％、珪素０〜２０質量％を含有するアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。珪素成分が２０質量％を超えると合金の融点が高くなり、未含浸部分が発生する場合がある。一方、珪素成分が２０質量％を超えると、得られる合金の熱伝導率が低下し、その結果、得られるアルミニウム−黒鉛質複合体の熱伝導率が低下し好ましくない。珪素成分以外の成分としては特性に影響を与えない範囲であれば、特に制限はないが、マグネシウムは、得られる合金と黒鉛の濡れ性を向上させる効果があり、３質量％以内であれば、強度や熱伝導特性に悪影響を与える炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑制できるため含有してもよい。
【００２７】
黒鉛粉末成形体は、黒鉛成分の粉末のみを成形して製造することもできるし、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等の無機バインダーと共に用いて製造することもできる。黒鉛粉末成形体には、特性に影響しない範囲であれば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素と言った他のセラミックス粉末を添加してもよい。成形には、プレス成形、鋳込み成形等の一般的な黒鉛粉末の成形方法が採用される。また、黒鉛質多孔体は、例えば、上記黒鉛粉末成形体を焼結処理することによって製造することができる。黒鉛質多孔体と黒鉛粉末成形体の形状には制約はなく、平板状、円柱状などで用いられる。
【００２８】
金属を含浸した黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体は、通常、切断加工と面加工が施した後にＬＥＤパッケージに用いられる。金属を含浸した黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体の形状が直方体形状である場合、平面研削板によりダイヤモンド砥石を用いて所定寸法に外形加工した後、マルチワイヤソー、内周刃切断機等で最終形状より０．１〜０．５ｍｍ程度厚い板厚に切断加工するのがよい。切断方法には限定はないが、切断代が少なく量産性に適したマルチワイヤソーが好適である。マルチワイヤソーの切断では、遊離砥粒タイプ及びダイヤモンド等の研削材を付着したワイヤーが用いられる。面加工では、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機を用い、板厚が０．３〜３ｍｍに加工される。
【００２９】
金属を含浸した黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体の形状が板状である場合は、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機を用い、板厚が０．３〜３ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が１．０μｍ以下に面加工をし、次いでウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン、円筒研削盤等で所定形状に外周加工を行う。この場合、外周加工を先に行ってから面加工をしてもよい。
【００３０】
アルミニウム−黒鉛質複合体は、その表面に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＳｎから選ばれた少なくとも１種の金属による、特に好ましくはＮｉ又はＡｕによる、厚みが０．５〜２０μｍのめっき層を有していることが好ましい。特に好ましいめっき層の厚みは２〜１０μｍである。めっき層を形成することによって、ＬＥＤ光源モジュール、応力緩和板及び金属回路基板の接着状態が良好になる。金属層の厚みが０．５μｍ未満であると、接着状態が悪くなり、２０μｍをこえると、めっき層と応力緩和板との熱膨張差による剥離が生じる恐れがある。めっき層は、応力緩和板を洗浄後、上記金属種による無電解めっき又は電解めっきを施すことによって形成させることができる。
【００３１】
ＬＥＤ光源モジュール、応力緩和板及び金属回路基板との接合は、はんだ付けまたはろう付けを用いて行われる。はんだとしてはクリームはんだ、共晶はんだ、鉛フリーはんだなどを用いてもよい。ろう付けには錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれているろう材を用いることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
［実施例１］
黒鉛板（東海炭素株式会社製：Ｇ２５０、体積率：７８％、寸法：１８５ｍｍ×１３５ｍｍ×５．０ｍｍ）を、黒鉛離型材の塗布されたステンレス板からなる離型板に挟んで両側に鉄板（厚み１２ｍｍ）を配置し、ボルト８本で連結して一つの積層体とした。この積層体を電気炉で温度６３０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいたプレス金型（内径４００ｍｍ×高さ３００ｍｍ）内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断して離型板を剥がし、含浸時のひずみ除去の為に５００℃で３時間アニール処理を行いアルミニウム合金−黒鉛質複合体を得た。
【００３３】
上記で得られた評価用の複合体から、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径４ｍｍ長さ２０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、ヤング率測定用試験体（４０ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍ）を切り出し、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、温度２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（アルバック社製；ＴＣ３０００）で、ヤング率を曲げ強度試験機（今田製作所製；ＳＶ３０１）で測定した。
【００３４】
また、上記で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み１ｍｍの板状体を切り出した後、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行い、めっき層（５μｍ厚）を形成した。さらに、この板状のアルミニウム合金−黒鉛質複合体にＬＥＤ光源モジュール及びＡｌ回路基板を鉛フリーはんだで接合した後、ワイヤーボンディングで外部導出用導電パターンと接合して、ＬＥＤ光源パッケージを製作した。
【００３５】
＜ＬＥＤ光源パッケージの信頼性の評価＞
ＬＥＤ光源パッケージを−４０℃と１２５℃の恒温槽に３０分間保持しヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層の剥離等の問題箇所は確認されなかった。
【００３６】
[実施例２]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００３７】
[実施例３]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み３．０ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００３８】
[実施例４]
黒鉛板を東洋炭素株式会社製（ＭＩＣ２５、体積率８３％）としたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００３９】
［実施例５］
黒鉛板を東洋炭素株式会社製（ＩＥ２５２Ｇ、体積率６０％）としたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００４０】
[実施例６]
人造黒鉛粉末（小林商事社製：ＤＳＣ−Ａ、固定炭素分：９９．２５％）１０００ｇと、炭化珪素粉末（大平洋ランダム社製：ＮＣ２０００、平均粒径：７μｍ）１８３ｇ（１０体積％）と混合し、その混合物を、円筒状（内径１００ｍｍ、高さ１５０ｍｍ）の鉄製容器内に充填し、湯口用の穴があいた鉄板で上下を挟み込んだ状態で体積率が８０体積％になるように、圧力８０ＭＰａでプレス成形することにより、円柱状（直径１００ｍｍ、高さ９０ｍｍ）成形体を得た。
【００４１】
なお、成形後に上記鉄製容器と、該容器の上下に配置していた鉄板とを溶接し密封した。得られた成形体を鉄製容器内に保持した状態で、電気炉で温度６３０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいたプレス金型（内径４００ｍｍ×高さ３００ｍｍ）内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してアルミニウム合金を含浸させた。
得られた複合体を実施例１と同様にしてＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００４２】
［実施例７］
炭化珪素粉末の添加量を２０体積％としたこと以外は、実施例５と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００４３】
[比較例１]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、応力緩和板の割れが確認された。
【００４４】
[比較例２]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み５．０ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、半田クラックが確認された。
【００４５】
[比較例３]
黒鉛板を東海炭素株式会社製Ｇ４５８（体積率：８５％）としたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４６】
[比較例４]
黒鉛板を東海炭素株式会社製Ｇ５３５（体積率：８４％）としたこと以外は、実施例１と同様に
してアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４７】
［比較例５］
炭化珪素粉末の添加量を３０体積％としたこと以外は、実施例５と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４８】
［比較例６、７］
黒鉛板のかわりにセラミック多孔体として炭化珪素からなる体積率が６５および８０％である炭化珪素多孔体を用いたこと以外は実施例１と同様にして応力緩和板を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４９】
実施例、比較例の主要条件と結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ発光素子（以下、「ＬＥＤチップ」という。）は、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ，ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を用いて製造される。近年、半導体のエピタキシャル成長技術と発光素子プロセス技術の進歩により、変換効率の優れるＬＥＤチップが開発され、様々な分野において幅広く使用されている。
【０００３】
ＬＥＤチップは、成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させたｐ型層とｎ型層及び両者に挟まれる光活性層から構成される。一般的には、単結晶サファイア等の成長基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後、電極等を形成させてＬＥＤチップにされる。
【０００４】
単結晶サファイアの熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であるので、ＩＩＩ−Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができない。とくに、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して、発光効率の低下や素子寿命の低下を起こした。これを解決するため、成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介してパッケージ基板（保持基板）を接合し、その後、成長基板を除去する方法が提案されているが（特許文献１）、十分に満足できるものではなかった。すなわち、金属系のパッケージ基板（保持基板）は導電性でもあるので実装に際しては非絶縁構造としなければならない。たとえば、回路基板等の実装基板に半田接合する際、接合部直下に樹脂等の熱伝導率の低い絶縁層を配置する必要があったが、この絶縁層が十分な放熱を阻害した。
【０００５】
一方、ＬＥＤチップの発熱による障害を少しでも軽減させるべくＬＥＤが２個以上結線された高出力ＬＥＤ発光装置(以下「ＬＥＤ光源モジュール」という。)では、放熱板、例えば銅（Ｃｕ）板を介して、ＬＥＤ光源モジュールを回路基板等に実装する方法が提案されている（特許文献２）。しかし、Ｃｕの熱膨張係数が１７×１０−６／Ｋ程度であり、ＬＥＤ光源モジュールの５×１０−６／Ｋ程度と大きく相違しているので、ＬＥＤ光源モジュールに熱負荷がかかった場合、ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板の熱膨張係数差により熱応力が生じ、金属回路基板に反りが生じるおそれがあった。また、熱応力により接合層にクラックが発生し、その結果放熱が不十分となってＬＥＤチップを誤作動させたり、破損させたりするという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２８７１０号公報
【特許文献２】特表２００８−５４４４８８号公報
【０００７】
そこで、熱膨張係数を金属回路基板のそれに近づけた回路基板として、アルミニウム−炭化珪素質複合体が提案されている。この回路基板用のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製法としては、炭化珪素の多孔体にアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸する溶湯鍛造法、炭化珪素の多孔体にアルミニウム合金の溶湯を非加圧で浸透させる非加圧含浸法が実用化されている。一方、コスト面からは、アルミニウム粉末と炭化珪素粉末を混合して、加熱成形する粉末冶金法が有利であり、同製法によるアルミニウム−炭化珪素質複合体の検討も行われている。しかし、いずれの製法のアルミニウム−炭化珪素質複合体でもコスト面に問題があることから、低コスト化が要求される分野では安価な銅回路基板が使用される場合が多くなり、ＬＥＤチップと銅回路基板間の信頼性に課題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属回路基板に用いられる銅やアルミニウムなどの金属は熱膨張係数が１７×１０−６〜２３×１０−６／Ｋ程度と大きく、熱膨張係数が５×１０−６／Ｋ程度のＬＥＤ
チップとの熱膨張係数差が大きいため、熱応力が生じ、金属回路基板の反りおよび接合層にクラックが発生する。
【０００９】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間の熱膨張係数を有する応力緩和板を搭載することによって、熱膨張係数差によって発生する応力を緩和し信頼性の向上が達成できるＬＥＤ光源パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
絶縁性のセラミックス基板表面にＬＥＤチップが２個以上結線されたＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が７０ＧＰａ以下、２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が５×１０−６〜１２×１０−６/Ｋ、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、厚みが０．５〜３．０ｍｍである平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されていることを特徴とするＬＥＤ光源パッケージである。
【００１１】
本発明のＬＥＤ光源パッケージにあっては、（イ）応力緩和板が、黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体とアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化した板状の金属含浸セラミックス基板であること、（ロ）アルミニウム−黒鉛質複合体に占める黒鉛の体積率が６０〜８５体積％であること、から選ばれた少なくとも１つの実施態様を有していることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は（ハ）めっき層を形成したアルミニウム−黒鉛質複合体とＬＥＤ光源モジュール及び金属回路基板間が半田付けされること、（ニ）ＬＥＤ光源モジュールとアルミニウム−黒鉛質複合体間及びアルミニウム−黒鉛質複合体と金属回路基板間がろう付けされていること、（二）に用いるろう材中に錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれていること、から選ばれた少なくとも１つの実施態様を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、応力緩和板に用いる黒鉛の粒度、種類、含有量を適正化することにより、また、金属成分の適正化により、得られる応力緩和板をＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板の間の熱膨張係数に制御することができるため、ＬＥＤ光源モジュール側及び金属回路基板側の両方に対して良好なマッチングがとれ、信頼性を著しく向上したＬＥＤ光源パッケージを提供できる。
【００１４】
更に、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上なのでＬＥＤ光源モジュールからの熱を金属
回路基板に良好に伝えることができ、ＬＥＤ光源パッケージとして好適に使用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜ＬＥＤ光源モジュール＞
本明細書におけるＬＥＤ光源モジュールは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶からなるＬＥＤ発光素子と保持基板からなるＬＥＤチップが２個以上が回路基板に搭載され、電気的接続部材で接続され、樹脂封止材で封止されていることを基本構造としている。
【００１６】
ＬＥＤ発光素子としては紫外〜青色の波長域の光を発するＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶が使用され、具体的にはＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどである。保持基板とは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピキタル成長する際に用いた成長基板、又は成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介して高熱伝導性基板を接合し、その後、成長基板を除去された上記高熱伝導性基板のことである。それを例示すれば、サファイア、炭化珪素、シリコン、Ｃｕ／Ｗ、Ｃｕ／Ｍｏなどである。これらの中、０．５Ｗ以上の出力が要求されるＬＥＤチップでは、熱伝導率の点から、上記の後者に属する保持基板が使用され、ＬＥＤチップは非絶縁構造となる。非絶縁構造ＬＥＤチップの利点は、狭い面積で高輝度が得られることである。
【００１７】
本発明の、ＬＥＤ光源パッケージに用いる応力緩和板は、板厚が０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５〜２．０ｍｍである。該応力緩和板の表面に金属層を形成した後、ＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間にはんだ付け又はロウ付けしたＬＥＤ光源パッケージであるので、ＬＥＤ光源モジュールからの熱を金属回路基板に良好に伝えることができ、かつ高信頼性を有するＬＥＤ光源パッケージが実現できる。
【００１８】
応力緩和板の板厚が０．５ｍｍ未満であると、応力緩和層が薄すぎて応力を緩和できずに信頼性が低下してしまう。一方、３．０ｍｍを超えると応力緩和板の熱抵抗が大きくなる。
【００１９】
応力緩和板のヤング率は７０ＧＰa以下好ましくは５０ＧＰａ以下であることが望ましい。応力緩和板のヤング率が７０ＧＰa以上であるとＬＥＤパッケージの熱膨張差により生じる応力を応力緩和板で緩和できずに信頼性が低下してしまう。また、ヤング率の下限は、特に限定されないが１０ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率は、応力緩和板に用いる黒鉛の粒度、種類、含有量を適正化することによりすることができる。例えば、黒鉛の含量を増大させるとヤング率は低下し、黒鉛の含有量を減少させるとヤング率は増加する。また、金属成分の適正化により制御することができる。
【００２０】
応力緩和板の温度２５℃の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上であり、１５０Ｗ／ｍＫより小さいと、ＬＥＤ光源モジュールからの熱を金属回路板に十分に伝えられずに、半導体が誤作動を起こしたり損傷したりする場合がある。
【００２１】
また、応力緩和板の熱膨張係数がＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板の間の熱膨張係数であることが好ましい。
応力緩和板の熱膨張係数が上記の範囲外の場合、ＬＥＤチップ作動時の熱負荷により、接合層（はんだ層等）やＬＥＤ光源モジュールの破壊が起こり、放熱特性が低下する場合がある。また、複合化する金属の含有率を増減させることで、応力緩和板の熱膨張係数を増減させることができる。
【００２２】
アルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板は、黒鉛質の体積率が５０〜９０体積％、好ましくは６０〜８５体積％であり、残部がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、好ましくはアルミニウム８０〜１００質量％、珪素０〜２０質量％であるアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化したものである。
黒鉛とアルミニウム又はアルミニウム合金の複合化の方法としては、例えば特許３４６８３５８号の実施例等の方法によって含浸される、溶湯鍛造法により製造されたものであることが好ましい。
【００２３】
また、上記溶湯鍛造法の代わりに、黒鉛粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金粉末の混合粉末を離型処理した金型に充填し、アルミニウム又はアルミニウム合金の融点以上の温度に加熱後にプレスして複合化する方法によって製造されたものでも使用できる。
【００２４】
黒鉛粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金の複合化に必要な圧力は、３０ＭＰａ以上が好ましい。加熱プレス成形時の圧力が、３０ＭＰａ未満では、黒鉛粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金の密着性が不足して、熱伝導率、強度等の特性が低下するため好ましくない。また、プレス圧の上限については、特性面からの制約はないが、金型の強度、装置の力量より、２００ＭＰａ以下が適当である。アルミニウム−黒鉛質複合体は、融点以下の温度で減圧した後、室温まで冷却する。なお、複合化時の歪み除去の目的で、アルミニウム−黒鉛質複合体のアニール処理を行うこともある。
【００２５】
黒鉛の体積率は５０〜９０体積％、特に６０〜８５体積％であることが好ましい。
黒鉛の体積率が５０体積％未満であると、アルミニウム−黒鉛質複合体の熱膨張係数が大きくなりすぎる。一方、９０体積％を超えると、金属を十分に含浸させることができずに、熱伝導率が小さくなりすぎる恐れがある。また、黒鉛の充填状態は特に制限はなく、黒鉛質多孔体、又は黒鉛粉末成形体を用いることができる。黒鉛の体積率の調整は黒鉛成分の粒度調整、整形圧力、焼結条件などによって行うことができる。
【００２６】
また、黒鉛と複合化する金属成分は、アルミニウム８０〜１００質量％、珪素０〜２０質量％を含有するアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。珪素成分が２０質量％を超えると合金の融点が高くなり、未含浸部分が発生する場合がある。一方、珪素成分が２０質量％を超えると、得られる合金の熱伝導率が低下し、その結果、得られるアルミニウム−黒鉛質複合体の熱伝導率が低下し好ましくない。珪素成分以外の成分としては特性に影響を与えない範囲であれば、特に制限はないが、マグネシウムは、得られる合金と黒鉛の濡れ性を向上させる効果があり、３質量％以内であれば、強度や熱伝導特性に悪影響を与える炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑制できるため含有してもよい。
【００２７】
黒鉛粉末成形体は、黒鉛成分の粉末のみを成形して製造することもできるし、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等の無機バインダーと共に用いて製造することもできる。黒鉛粉末成形体には、特性に影響しない範囲であれば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素と言った他のセラミックス粉末を添加してもよい。成形には、プレス成形、鋳込み成形等の一般的な黒鉛粉末の成形方法が採用される。また、黒鉛質多孔体は、例えば、上記黒鉛粉末成形体を焼結処理することによって製造することができる。黒鉛質多孔体と黒鉛粉末成形体の形状には制約はなく、平板状、円柱状などで用いられる。
【００２８】
金属を含浸した黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体は、通常、切断加工と面加工が施した後にＬＥＤパッケージに用いられる。金属を含浸した黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体の形状が直方体形状である場合、平面研削板によりダイヤモンド砥石を用いて所定寸法に外形加工した後、マルチワイヤソー、内周刃切断機等で最終形状より０．１〜０．５ｍｍ程度厚い板厚に切断加工するのがよい。切断方法には限定はないが、切断代が少なく量産性に適したマルチワイヤソーが好適である。マルチワイヤソーの切断では、遊離砥粒タイプ及びダイヤモンド等の研削材を付着したワイヤーが用いられる。面加工では、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機を用い、板厚が０．３〜３ｍｍに加工される。
【００２９】
金属を含浸した黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体の形状が板状である場合は、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機を用い、板厚が０．３〜３ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）が１．０μｍ以下に面加工をし、次いでウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン、円筒研削盤等で所定形状に外周加工を行う。この場合、外周加工を先に行ってから面加工をしてもよい。
【００３０】
アルミニウム−黒鉛質複合体は、その表面に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＳｎから選ばれた少なくとも１種の金属による、特に好ましくはＮｉ又はＡｕによる、厚みが０．５〜２０μｍのめっき層を有していることが好ましい。特に好ましいめっき層の厚みは２〜１０μｍである。めっき層を形成することによって、ＬＥＤ光源モジュール、応力緩和板及び金属回路基板の接着状態が良好になる。金属層の厚みが０．５μｍ未満であると、接着状態が悪くなり、２０μｍをこえると、めっき層と応力緩和板との熱膨張差による剥離が生じる恐れがある。めっき層は、応力緩和板を洗浄後、上記金属種による無電解めっき又は電解めっきを施すことによって形成させることができる。
【００３１】
ＬＥＤ光源モジュール、応力緩和板及び金属回路基板との接合は、はんだ付けまたはろう付けを用いて行われる。はんだとしてはクリームはんだ、共晶はんだ、鉛フリーはんだなどを用いてもよい。ろう付けには錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれているろう材を用いることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
［実施例１］
黒鉛板（東海炭素株式会社製：Ｇ２５０、体積率：７８％、寸法：１８５ｍｍ×１３５ｍｍ×５．０ｍｍ）を、黒鉛離型材の塗布されたステンレス板からなる離型板に挟んで両側に鉄板（厚み１２ｍｍ）を配置し、ボルト８本で連結して一つの積層体とした。この積層体を電気炉で温度６３０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいたプレス金型（内径４００ｍｍ×高さ３００ｍｍ）内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断して離型板を剥がし、含浸時のひずみ除去の為に５００℃で３時間アニール処理を行いアルミニウム合金−黒鉛質複合体を得た。
【００３３】
上記で得られた評価用の複合体から、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径４ｍｍ長さ２０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、ヤング率測定用試験体（４０ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍ）を切り出し、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、温度２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（アルバック社製；ＴＣ３０００）で、ヤング率を曲げ強度試験機（今田製作所製；ＳＶ３０１）で測定した。
【００３４】
また、上記で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み１ｍｍの板状体を切り出した後、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行い、めっき層（５μｍ厚）を形成した。さらに、この板状のアルミニウム合金−黒鉛質複合体にＬＥＤ光源モジュール及びＡｌ回路基板を鉛フリーはんだで接合した後、ワイヤーボンディングで外部導出用導電パターンと接合して、ＬＥＤ光源パッケージを製作した。
【００３５】
＜ＬＥＤ光源パッケージの信頼性の評価＞
ＬＥＤ光源パッケージを−４０℃と１２５℃の恒温槽に３０分間保持しヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層の剥離等の問題箇所は確認されなかった。
【００３６】
[実施例２]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００３７】
[実施例３]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み３．０ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００３８】
[実施例４]
黒鉛板を東洋炭素株式会社製（ＭＩＣ２５、体積率８３％）としたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００３９】
［実施例５］
黒鉛板を東洋炭素株式会社製（ＩＥ２５２Ｇ、体積率６０％）としたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００４０】
[実施例６]
人造黒鉛粉末（小林商事社製：ＤＳＣ−Ａ、固定炭素分：９９．２５％）１０００ｇと、炭化珪素粉末（大平洋ランダム社製：ＮＣ２０００、平均粒径：７μｍ）１８３ｇ（１０体積％）と混合し、その混合物を、円筒状（内径１００ｍｍ、高さ１５０ｍｍ）の鉄製容器内に充填し、湯口用の穴があいた鉄板で上下を挟み込んだ状態で体積率が８０体積％になるように、圧力８０ＭＰａでプレス成形することにより、円柱状（直径１００ｍｍ、高さ９０ｍｍ）成形体を得た。
【００４１】
なお、成形後に上記鉄製容器と、該容器の上下に配置していた鉄板とを溶接し密封した。得られた成形体を鉄製容器内に保持した状態で、電気炉で温度６３０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいたプレス金型（内径４００ｍｍ×高さ３００ｍｍ）内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してアルミニウム合金を含浸させた。
得られた複合体を実施例１と同様にしてＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００４２】
［実施例７］
炭化珪素粉末の添加量を２０体積％としたこと以外は、実施例５と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行った。
【００４３】
[比較例１]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、応力緩和板の割れが確認された。
【００４４】
[比較例２]
実施例１で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み５．０ｍｍの板状体を切り出したこと以外は、実施例１と同様にして、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、半田クラックが確認された。
【００４５】
[比較例３]
黒鉛板を東海炭素株式会社製Ｇ４５８（体積率：８５％）としたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４６】
[比較例４]
黒鉛板を東海炭素株式会社製Ｇ５３５（体積率：８４％）としたこと以外は、実施例１と同様に
してアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４７】
［比較例５］
炭化珪素粉末の添加量を３０体積％としたこと以外は、実施例５と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４８】
［比較例６、７］
黒鉛板のかわりにセラミック多孔体として炭化珪素からなる体積率が６５および８０％である炭化珪素多孔体を用いたこと以外は実施例１と同様にして応力緩和板を作製し、ＬＥＤ光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理（５００回）を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
【００４９】
実施例、比較例の主要条件と結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性のセラミックス基板表面にＬＥＤチップが２個以上結線されたＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が７０ＧＰａ以下、２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が５×１０−６〜１２×１０−６/Ｋ、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、厚みが０．５〜３．０ｍｍである平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されていることを特徴とするＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項２】
応力緩和板が、黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体とアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化した板状の金属含浸セラミックス基板であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項３】
アルミニウム−黒鉛質複合体に占める黒鉛の体積率が６０〜８５体積％であることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項４】
アルミニウム−黒鉛質複合体の両主面に０．５〜２０μｍの厚みのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる少なくとも１種以上のめっきを形成したアルミニウム−黒鉛質複合体とＬＥＤ光源モジュール及び金属回路基板間が半田付け又はろう付けされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項５】
ろう材中に錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれていることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項１】
絶縁性のセラミックス基板表面にＬＥＤチップが２個以上結線されたＬＥＤ光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が７０ＧＰａ以下、２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が５×１０−６〜１２×１０−６/Ｋ、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、厚みが０．５〜３．０ｍｍである平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されていることを特徴とするＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項２】
応力緩和板が、黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体とアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化した板状の金属含浸セラミックス基板であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項３】
アルミニウム−黒鉛質複合体に占める黒鉛の体積率が６０〜８５体積％であることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項４】
アルミニウム−黒鉛質複合体の両主面に０．５〜２０μｍの厚みのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる少なくとも１種以上のめっきを形成したアルミニウム−黒鉛質複合体とＬＥＤ光源モジュール及び金属回路基板間が半田付け又はろう付けされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【請求項５】
ろう材中に錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれていることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ光源パッケージ。
【公開番号】特開２０１２−２３０９３５（Ｐ２０１２−２３０９３５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６７０６（Ｐ２０１１−９６７０６）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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