CN101185174A - Led用基板以及led封装 - Google Patents

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CN101185174A CN 200680018945 CN200680018945A CN101185174A CN 101185174 A CN101185174 A CN 101185174A CN 200680018945 CN200680018945 CN 200680018945 CN 200680018945 A CN200680018945 A CN 200680018945A CN 101185174 A CN101185174 A CN 101185174A
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西泽和由
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Abstract

本发明的目的在于提供一种散热性优异并且制造简单的LED用基板以及使用了该LED用基板的LED封装。LED用基板(1)，其特征在于，在散热部(10)的平坦面上接合穿设有LED安装孔(14)的绝缘层(11)，在所述绝缘层(11)上设置有构成布线图案的布线部(12)。LED封装(2)，其特征在于，在所述LED用基板(1)的LED安装孔(14)内，在散热部(10)上封装LED芯片(20)，LED芯片(20)与布线部(12)电连接。

Description

LED用基板以及LED封装
技术领域
本发明涉及一种LED用基板、尤其是散热性优良的LED用基板，以及使用了该LED用基板的LED封装。
背景技术
以往，作为使用了LED芯片的LED封装，提出了如图3A所示的构成。该LED封装(30)，在金属基板(31)的表面上层叠有绝缘层(32)以及由铜箔构成的布线部(布线图案)(33)而成的基板(34)上安装LED芯片(20)，LED芯片(20)通过焊丝(21)与布线部(33)电连接。作为所述金属基板(32)使用铝等的热传导性金属，作为绝缘层(32)使用玻璃环氧薄片等。另外，作为所述LED芯片(20)，使用例如在蓝宝石基板上形成氮化镓系的发光部的材料。
另外，还提出了在陶瓷基板上以丙烯酸类粘接剂接合LED芯片的LED封装的方案(参照专利文献1)。
另外，在上述的LED封装中，为了使LED芯片的光高效地向前面侧射出，制成在LED芯片的周围设置有反射部或框体的构造。例如，在如图3A所示的LED封装(30)中，在LED芯片(20)的周围粘接有圆锥状开口的放射部件(35)。
另外，图3B表示现有的另一种LED封装(40)。该LED封装(40)是在层叠有金属基板(31)、绝缘层(32)、布线部(33)的基板(34)上通过锪孔加工形成凹部，在凹部(36)的底部安装LED芯片(20)而成的，通过在金属基板(31)直接安装LED芯片(20)来谋求散热性的提高(参照专利文件2)。
进而如图3C所示，提出了如下技术方案，即，在将LED直接安装在金属基板上的类型的LED封装(41)中，在金属基板(42)上设置突出部(43)，而且在该突出部(43)上形成凹部(44)，在该凹部(44)的底部安装LED芯片(20)，并且将突出部(43)用作反射部。在图3C中，(32)是绝缘层，(33)是布线部，(45)是树脂密封部(参照专利文献3)。
专利文献1：特开2004-296792号公报
专利文献2：特开2000-353827号公报
专利文献3：特开2003-152225号公报
发明内容
但是，因为近年来的LED芯片发热量很大，所以要求有更高的散热性。但是，图3A的在绝缘层(32)上安装LED芯片(20)的LED封装(30)或者以丙烯酸类粘接剂在陶瓷基板上结合LED芯片的LED封装，相对于增加的发热量其散热性不充分。
另外，在图3B的LED封装(40)中，虽然通过不使用绝缘层(32)而在金属基板(31)上安装LED芯片(20)改善了散热性，但是存在不能使向侧方出射的光高效地向前面侧出射，反射效率低下这样的问题。
另外，在图3C的LED封装(41)中，为了在金属基板(42)上形成突出部(43)以及凹部(44)，必需复杂的加工，在生产效率方面存在问题。另外，当实施形成凹部(36)(44)的加工时，加工面的表面平滑度恶化，与LED芯片(20)的接合性也恶化。
本发明，鉴于上述的技术背景，目的在于提供一种散热性优异并且能够以简单工序制造的LED用基板以及使用了该LED用基板的LED封装。
即，本发明的LED用基板具有下述(1)～(5)所记载的构成。
(1)一种LED用基板，其特征在于，在散热部的平坦面上接合穿设有LED安装孔的绝缘层，在所述绝缘层上设置有构成布线图案的布线部。
(2)根据所述(1)所记载的LED用基板，其中，所述散热部是金属板或者散热器。
(3)根据所述(1)或(2)所记载的LED用基板，其中，在所述LED安装孔的周围设置有反射部。
(4)根据所述(1)或(2)所记载的LED用基板，其中，所述绝缘层与布线部的合计厚度比LED芯片的高度小。
(5)根据所述(1)或(2)所记载的LED用基板，其中，所述绝缘层是环氧树脂浸渗于玻璃丝棉(glass cross)而成的玻璃环氧薄片。
另外，本发明的LED用基板的制造方法包括下述(6)、(7)的构成。
(6)一种LED用基板的制造方法，其特征在于，包括：布线板制作工序，在薄片状的绝缘层的一面侧接合构成布线图案的布线部而制作布线板；穿孔工序，在所述布线板穿设LED安装孔；接合工序，在散热部的平坦面接合所述布线板的另一面侧。
(7)根据所述(6)所记载的LED用基板的制造方法，其中，在布线板制作工序中，在绝缘层的另一面侧层叠粘接层制作三层的布线板，在所述接合工序中通过热压将所述布线板接合在散热部上。
而且，本发明的LED封装具有下述(8)～(10)的构成。
(8)一种LED封装，其特征在于，在散热部的平坦面上接合穿设有LED安装孔的绝缘层，在所述绝缘层上设置有构成布线图案的布线部而成的LED用基板中，在LED安装孔内在散热部上安装LED芯片，该LED芯片与布线部电连接。
(9)根据所述(8)所记载的LED封装，其中，所述布线板的上表面比LED芯片的上表面低。
(10)根据所述(8)或(9)所记载的LED封装，其中，所述布线板的安装用孔内以及反射部内由树脂密封。
根据(1)的发明所涉及的LED用基板，因为LED芯片直接安装在散热部，所以散热效率高。另外，因为没有必要对散热部进行任何加工，所以制造工序简单、生产效率高。
根据(2)的发明所涉及的LED用基板，散热效率特别高。
根据(3)、(4)各发明的LED用基板，能够将LED芯片射出的光高效地向前方射出。
根据(5)的发明所涉及的LED用基板，LED安装孔的形成比较容易。
根据(6)、(7)各发明所涉及的LED用基板的制造方法，能够制造本发明的LED用基板。
根据(8)、(10)各发明所涉及的LED封装，因为LED芯片直接安装在散热部上，所以散热效率高。
根据(9)的发明所涉及的LED封装，能够使LED芯片射出的光高效地向前方射出。
附图说明
图1是表示本发明的LED用基板的一个实施方式的剖面图。
图2是表示本发明的LED封装的一个实施方式的剖面图。
图3A是表示以往的LED封装的一个例子的剖面图。
图3B是表示以往的LED封装的另一个例子的剖面图。
图3C是表示以往的LED封装的其他例子的剖面图。
图4A是用在散热性能比较试验的本发明构造的LED用基板的剖面图。
图4B是用在散热性能比较试验的以往构造的LED用基板的剖面图。
符号说明
1、3...LED用基板    2...LED封装
10...散热部         11...绝缘层
12...布线层         13...粘接层
14...LED安装孔      15...布线板
18...环(反射部)     19...密封树脂
20...LED芯片
具体实施方式
图1表示本发明的LED用基板(1)的一个实施方式，图2表示使用了所述LED用基板的LED封装(2)的一个实施方式。
LED用基板(1)，是在由铝或铜等的金属平板构成的散热部(10)的表面上通过粘接层(13)层叠绝缘层(11)，在绝缘层(11)上层叠形成布线图案的、由铜箔构成的布线部(12)，进而在布线部(12)上层叠树脂薄片(16)而一体化的部件。在所述绝缘层(11)上穿设LED安装孔(14)，并且在树脂薄片(16)上穿设有比LED安装孔(14)直径大而且开口侧直径更大的圆锥孔(17)。在该圆锥孔(17)，嵌入与孔的内周形状相对应、对内周表面进行了镜面加工的铝制环(18)，从而形成反射部。于是，从LED安装孔(14)以及圆锥孔(17)露出散热部(10)，而且在LED安装孔(14)的周围露出布线部(12)。
所述LED用基板(1)，例如通过如下的工序制造。
(1)布线板制作工序
在薄片状的绝缘层(11)的一面侧接合具有所需的布线图案的布线部(12)，在另一面侧通过热熔粘接剂接合粘接层(13)，从而制作三层构造的布线板(15)。
(2)穿孔工序
在所述布线板(15)的LED安装预定位置穿设LED安装孔(14)。
(3)反射部制作工序
在树脂薄片(16)上穿设圆锥孔(17)。圆锥孔(17)的小径侧(与布线板接合的一侧)的直径形成得比布线板(15)的LED安装孔(14)大。而且，在圆锥孔(17)内嵌入环(18)。
(4)接合工序
在散热部(10)上，使LED安装孔(14)与圆锥孔(17)的位置重合，对布线板(15)和树脂薄片(16)进行热压。通过该热压，散热部(10)与布线板(15)、布线板(15)与树脂薄片(16)接合为一体，并且粘接层(13)与绝缘层(11)、绝缘层(11)与布线部(12)被更加牢固地接合，成为LED用基板(1)。
在上述LED用基板(1)中，散热部(10)使用传热性良好且与布线板(15)相接合的面上没有凹凸的平坦的部件。例如，可以推荐铝、铜等传热性高的金属平板，或者是这些金属制的散热器。散热器，是在平板上梳齿状地立设有多个叶片的装置，可以列举密封有工作流体的冷却导热管、使冷却液在内部流通的冷却器等。它们都具有优异的散热性，能够有效地对LED芯片(20)所产生的热量进行散热。另外，为了提高所述散热部(10)与粘接层(13)的粘接力，优选在散热部(10)的表面形成阳极氧化皮膜。在阳极氧化皮膜的细孔内填入构成粘接层(13)的粘接剂，能够获得由固着效果(anchor effect)带来的高粘接力。优选这种阳极氧化皮膜的厚度是0.1～5μm。
绝缘层(11)的材料不做限定，可以任意选用树脂、陶瓷等公知的材料。特别推荐的材料是使环氧树脂浸渗于玻璃丝棉而成的玻璃环氧薄片。玻璃环氧薄片，电特性以及机械特性优良，并且具有柔软性，在穿设安装用孔(14)时不会发生破裂，能够容易地进行穿设作业。另外，绝缘层(11)没有必要遍布于整个散热部(10)，只要在布线部(12)下方存在、能够将散热部(10)与布线部(12)绝缘即可。
布线部(12)的材料不做限定，可以任意选用铜、铝等公知的材料。
粘接层(13)也同样，只要能够与散热部(10)以及绝缘部(11)两者相接合即可，其材质不限。可以如上所述使用环氧树脂等的热熔粘接剂，也可以通过热压而与散热部(10)接合，还可以使用粘着性的粘接剂粘贴在散热部(10)上。
另外，为了使LED芯片(20)的光向前方(图面的上方)高效地射出，优选所述布线板(15)的厚度比预备安装的LED芯片(20)小。更优选布线板(15)的厚度在LED芯片高度的2/3以下。一般来说，在LED芯片(20)中，主要从上表面射出光，一部分也从侧面上部射出。因此，只要使布线板(15)的厚度比LED芯片(20)的高度低，使布线板(15)的上表面比LED芯片(20)的上表面低，则光就能够高效地从前方射出。另外，如果将布线板(15)的厚度设为LED芯片(20)的高度的2/3以下，则能够使向侧面射出的光也可靠地由反射部反射，向前方射出。
另外，图2所举例表示的反射部是在树脂薄片(16)的圆锥孔(17)上嵌入被镜面加工过的铝制环(18)而成的，但是只要是表面被加工成镜面的即可，不限于铝制。另外，也可以取代环(18)，将圆锥孔(17)的孔壁表面镀银等而形成反射膜。另外，向布线板(15)的接合，除了像上述那样将散热部(10)、布线板(15)、树脂薄片(16)重合并通过热压而整体地接合以外，还可以在将散热部(10)与布线板(15)接合之后，另外再接合树脂薄片(16)。另外，也可以不使用树脂薄片而安装如图3B所例示那样的环状的反射部件(35)。
另外，本发明的LED用基板，其制造方法并不限于上述的工序。例如，可以制作绝缘层与布线部的二层构造的布线板，然后通过粘接剂将该布线板接合于散热部，还可以在一个工序将全部的部件接合。
在图2的LED封装(2)中，在所述LED用基板(1)的LED安装孔(14)的底部，即散热部(10)上安装LED芯片(20)，LED芯片(20)通过焊丝(21)与布线部(13)电连接。另外，所述布线板(15)的LED安装孔(14)内以及树脂薄片(16)的圆锥孔(17)内被填充树脂(19)而被密封。LED芯片(20)的接合使用例如银浆，密封树脂可以使用丙烯酸树脂、环氧树脂、硅树脂等。另外，对所述LED芯片(20)的种类也没有任何限制，可以使用任意的LED芯片。例如，可以列举在蓝宝石基板上形成氮化镓系的发光部的LED芯片。
上述LED封装(2)，因为LED芯片(20)没有通过绝缘层而直接安装在散热部(10)上，所以由LED芯片(20)所产生的热量能够迅速地被散热部(10)所吸收、散热。因为所述LED用基板(1)是对散热部(10)的平坦面不用进行什么加工而接合所述布线板(15)的，所以制造工序简单，生产效率高。另外，因为不需要用于在散热部(10)内形成凹部或突出部的加工，所以能够直接利用现有的各种散热部，LED芯片的接合性也良好。而且，通过将布线板(15)的厚度形成得比LED芯片(20)薄，能够使光高效向前方射出。
实施例
根据上述的(1)～(4)的工序，制作图1所示的LED用基板(1)。
作为散热部(10)，使用由传热性高的6000系合金构成的厚度1mm的铝平板，在表面形成厚度0.1μm的阳极氧化皮膜。另外，作为绝缘层(11)使用厚度0.1mm的玻璃环氧薄片，作为布线部(12)使用厚度0.018mm的铜箔，作为粘接层(13)使用厚度0.04mm的环氧树脂薄片。
(1)布线板制作工序
在所述绝缘层(11)的一面侧接合布线图案的布线部(12)，在另一面侧接合粘接层(13)，制作三层构造的厚度0.158mm的布线板(15)。
(2)穿设工序
在所述布线板(15)的所需位置穿设直径2.5mm的LED安装孔(14)。
(3)反射部制作工序
在树脂薄片(16)上穿设小径侧直径为4m、大径侧直径为6mm的圆锥孔(17)，在圆锥孔(17)中嵌入内周表面进行了镜面加工的铝制环(18)。
(4)接合工序
将布线板(15)和树脂薄片(16)使LED安装孔(14)与圆锥孔(17)的位置重合地重叠在所述散热部(10)上，对它们进行热压而使其一体地接合，制成LED用基板(1)。
进而，利用由上述工序制作的LED用基板(1)，制作如图2所示的LED封装(2)。
在所述LED用基板(1)的LED安装孔(14)内，利用银浆将1mm×1mm×高度0.3mm的矩形LED芯片(20)接合于散热部(10)。所述银浆的厚度为0.1mm，从散热部(10)的上表面到LED芯片(20)上表面的高度为0.4mm。因此，所述布线板(15)的厚度(0.158mm)大体上是LED芯片(20)的大约40％。接着，所述LED芯片(20)与布线部(12)通过焊丝(21)电连接。接着，在所述LED安装孔(14)内以及圆锥孔(17)内，作为密封树脂(19)填充硅树脂，制成LED封装(2)。
进而，使用相同的材料，制作将LED芯片直接安装于散热部的本发明构造的LRD用基板(3)(图4A)，以及安装在绝缘层上的以往构造的LED用基板(4)(图4B)，进行散热性能比较试验。
作为LED芯片(20)，使用1mm×1mm×高度0.3mm、输出功率为1W的矩形LED芯片，作为散热部(10)使用由6000系合金构成的厚度10mm×10mm×厚度1mm的铝平板，作为绝缘层(11)使用厚度0.08mm的玻璃环氧薄片，作为布线部(12)使用厚度0.035mm的铜箔，作为粘接层(13)使用厚度0.04mm的环氧树脂薄片。另外与上述实施例同样，在散热部(10)的表面上形成厚度0.1μm的阳极氧化皮膜。
在图4A所示的LED用基板(3)中，与上述实施例同样地，在穿设于三层构造的布线板(15)上的LED安装孔(14)内，将LED芯片(20)安装在散热部(10)上，并通过焊丝(21)与布线部(12)连接。另一方面，图4B所示的LED用基板(4)，是将绝缘层(11)通过粘接层(13)接合在散热部(10)上而成的，将LED芯片(20)安装在绝缘层(11)上，并通过焊丝(21)与布线部(12)连接。
对这些LED用基板(3)、(4)通电，测定基板的表面温度，图4A的LED用基板(3)是84℃，图4B的LED用基板(4)是117℃。通过该比较，能够确认通过将LED芯片直接安装在散热部上可以提高散热性能。
本申请主张2005年5月31日提出的日本专利申请特愿2005-159041号的优先权，其公开的内容原封不动地构成本申请的一部分。
必须认识到，在此所使用的用语以及表达，是为了进行说明而使用的，并不是为了限定性地解释而使用的，也不能排除在此所示而且说明的特征事项的任何等同替换，也容许在本发明的权利要求范围内的各种变形。
产业上的利用可能性
因为本发明的LED用基板散热性优异，所以良好地能够利用于安装了发热量大的高辉度LED的LED封装。

Claims (10)

1.一种LED用基板，其特征在于，在散热部的平坦面上接合穿设有LED安装孔的绝缘层，在所述绝缘层上设置有构成布线图案的布线部。
2.根据权利要求1所记载的LED用基板，其中，所述散热部是金属板或者散热器。
3.根据权利要求1或2所记载的LED用基板，其中，在所述LED安装孔的周围设置有反射部。
4.根据权利要求1或2所记载的LED用基板，其中，所述绝缘层与布线部的合计厚度比LED芯片的高度小。
5.根据权利要求1或2所记载的LED用基板，其中，所述绝缘层是使环氧树脂浸渗于玻璃丝棉的玻璃环氧薄片。
6.一种LED用基板的制造方法，其特征在于，包括：在薄片状的绝缘层的一面侧接合构成布线图案的布线部、制作布线板的布线板制作工序；在所述布线板上穿设LED安装孔的穿孔工序；以及在散热部的平坦面上接合所述布线板的另一面侧的接合工序。
7.根据权利要求6所记载的LED用基板的制造方法，其中，在布线板制作工序中，在绝缘层的另一面侧层叠粘接层制作三层的布线板，在所述接合工序中通过热压而将所述布线板接合在散热部上。
8.一种LED封装，其特征在于，在散热部的平坦面上接合穿设有LED安装孔的绝缘层，在所述绝缘层上设置有构成布线图案的布线部而成的LED用基板中，在LED安装孔内的散热部上安装LED芯片，该LED芯片与布线部电连接。
9.根据权利要求8所记载的LED封装，其中，所述布线板的上表面比LED芯片的上表面低。
10.根据权利要求8或9所记载的LED封装，其中，所述布线板的安装孔内以及反射部内由树脂密封。
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