JP2003309292A - 表面実装型発光ダイオードのメタルコア基板及びその製造方法 - Google Patents

表面実装型発光ダイオードのメタルコア基板及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱性、信頼性に優れたＳＭＤ型ＬＥＤ。 【解決手段】 １０はＳＭＤ型ＬＥＤの両面実装用メタ
ルコア基板である。略直方体のブロックである二つのＣ
ｕコア１を中央で第一絶縁層２を挟んで接合して平板状
に形成している。両Ｃｕコア１のブロック上には第二絶
縁層３が圧着されている。第二絶縁層３の上にはＣｕ箔
から成る配線パターン層４が圧着されている。第二絶縁
層３を貫通して配線パターン４からＣｕコア１まで導通
するスルーホール５が形成されており、Ｃｕコア１及び
パターン層４の上にはＡｕメッキ層６が施されている。
フリップチップタイプのＬＥＤ素子４０が、そのバンプ
がＡｕメッキされた両配線パターン層４にまたがって接
合されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型発光ダ
イオード（以下ＬＥＤと略記する）に関し、更に詳しく
は、特に放熱性・信頼性を重視する表面実装型（以下Ｓ
ＭＤ型と略記する）ＬＥＤのメタルコア基板及びその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤはＡｌＩｎＧａＰやＧａＮ等の化
合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向
電流を通じて可視光又は近赤外光の発光を得るものであ
り、近年、表示をはじめ、通信、計測、制御等に広く応
用されている。一方、近年の電子機器は、高性能化・多
機能化と共に、小型化・軽量化を追求している。更に、
特に放熱性・信頼性が重視される分野にも適用範囲が拡
大している。そのために電子部品は、プリント基板上に
表面実装できるＳＭＤ型としたものが多い。そしてこの
ような電子部品の多くは略立方体形状をしており、プリ
ント基板上の配線パターンにリフロー半田付け等の固着
手段で接続される。ＬＥＤにもこうした要求に応えるも
のが開発されている。
【０００３】なお、高放熱性、耐熱性、高機械強度の特
性を有する様々なメタルコア配線基板が市販されてい
る。このようなメタルコア基板について、図面に基づい
てその概要を説明する。図１５は、従来のメタルコア基
板の斜視図である。図１５において、５０は片面実装用
のメタルコア基板である。５１はＣｕ又はＡｌ等のメタ
ルコア基板５０のベース金属である。５２はベース金属
５１上に貼着された樹脂基材のプリプレグであり、５
３、５４はプリプレグ５２を介してベース金属５１上に
圧着されたＡｕメッキされたＣｕ箔から成る配線パター
ンである。７０はＬＥＤを構成する発光素子であり、一
方のＣｕ箔パターン５３に発光素子７０の一方の電極が
接合されて、他方のＣｕ箔パターン５４上に他方の電極
からワイヤボンディングされている。こうしたメタルコ
ア基板５０は、Ｃｕ箔パターン５３、５４に圧接する端
子電極である一対のＣｕの接点バネが埋設された箱形の
樹脂ソケットに収納されてＬＥＤ製品となる。メタルコ
ア基板５０は、放熱性を有するのでＬＥＤの他車載用Ｃ
ＰＵのマザーボード等にも用いられている。
【０００４】図１６は、従来の他のメタルコア基板の斜
視図であり、図１６において、６０はメタルコア基板５
０の考えを応用した両面実装用のメタルコア基板であ
り、６１はベース金属のＣｕコアである。６２は樹脂基
材としてのプリプレグであり、Ｃｕコア６１を上下から
挟んでいる。６３は樹脂基材６２と両Ｃｕコア１に挟ま
れた空間に充填されているエポキシ樹脂である。
【０００５】６４はＣｕ箔から成る下面の端子電極とし
ての配線パターンであり、６５はＣｕ箔から成る上面電
極としての配線パターンである。配線パターン６４と６
５とはメタルコア基板６０側面を介して導通されている
無電界Ｃｕ＋Ａｕのメッキ層で被覆されている。６６は
配線パターン６４及び６５を電気的に接続しているスル
ーホールであり、前記メッキ層と同じ機能を有するので
必ずしも必要としない。発光素子７０はＡｕメッキされ
た両配線パターン６５の突出部６５ａに実装される。な
お、以上説明した何れの発光素子７０も、図示しないが
樹脂封止されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
メタルコア基板５０においては、下面側に配線パターン
が作れず、ＳＭＤ型のＬＥＤの基板としては使えないも
のである。また、従来のメタルコア基板６０において
は、Ｃｕコア６１の下に樹脂基材６２があって、放熱性
が不十分である。更に、ＬＥＤ素子７０にはワイヤボン
ディング、樹脂封止を採用しているので、車載用などの
耐環境性（温度や振動など）の厳しい条件のもとでは、
信頼性が不十分であった。
【０００７】上記発明は、このような従来の問題を解決
するためになされたものであり、その目的は、放熱性、
信頼性に優れたＳＭＤ型ＬＥＤのメタルコア基板及びそ
の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の手段は、上面には発光素子を接続する電
極を有し、下面には該電極と導通する端子電極を有する
表面実装型発光ダイオードのメタルコア基板において、
前記メタルコア基板は、二つのＣｕコアブロックを第一
絶縁層を介して接合して形成した平板をベースとして、
該ベース上面には第二絶縁層が接合してあり、前記Ｃｕ
コアブロックが前記発光素子を回路基板へ接続する電極
となっていることを特徴とする。
【０００９】また、前記第二絶縁層には中央に貫通穴が
形成されており、該貫通穴内に前記発光素子を接続する
前記電極が露出していることを特徴とする。
【００１０】また、前記第二絶縁層の上に前記発光素子
を接続する電極となる二つの配線パターン層を接合し、
該配線パターン層から各々の前記Ｃｕコアブロックに導
通するスルーホールを形成したことを特徴とする。
【００１１】また、前記第一絶縁層は前記二つの配線パ
ターン層間の隙間から何れか一方にずれた位置にあるこ
とを特徴とする。
【００１２】また、前述した目的を達成するための本発
明の他の手段は、請求項１記載の表面実装型発光ダイオ
ードのメタルコア基板を製造する方法において、２枚の
Ｃｕ板を第一絶縁板を挟んで熱圧着してＣｕ合板を形成
する工程と、前記Ｃｕ合板の両側面をガイド板で狭持し
つつ複数の前記Ｃｕ合板を互いに隙間を開けて積層する
工程と、該積層したＣｕ合板を厚み方向にスライスして
メタルコア基板ブロックを形成する工程と、該メタルコ
ア基板ブロックのスライス面に第二絶縁板を貼着する工
程とを有することを特徴とする。
【００１３】また、前記メタルコア基板ブロックの第二
絶縁板上にＣｕ箔を貼着する工程と、該メタルコア基板
ブロック全体に電解金メッキを施す工程と、前記第一絶
縁板に沿って、前記第一絶縁板の幅と略等しい幅の溝加
工をＣｕ箔に施す工程と、前記Ｃｕ合板間の前記隙間に
達するまでの溝加工を前記第二絶縁板に施す工程と、前
記メタルコア基板ブロックから単個のメタルコア基板を
分離する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施の形態
を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第一
の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤのメタルコア基板の
斜視図、図２乃至図９はこのメタルコア基板の製造方法
を説明する斜視図である。
【００１５】図１において、１０はＳＭＤ型ＬＥＤの両
面実装用メタルコア基板である。１はベース金属である
略直方体のブロックであるＣｕコアであり、２は二つの
Ｃｕコア１を中央で接合している第一絶縁層である。３
は接合されて平板状を成す両Ｃｕコア１の上に圧着され
た第二絶縁層であり、４は第二絶縁層３の上に圧着され
たＣｕ箔から成る配線パターン層である。
【００１６】ここで、第一、第二絶縁層としてはプリプ
レグが用いられるが、一般に多層プリント配線基板の樹
脂基材として用いられるガラスクロス入り接着シートで
ある。５は第二絶縁層３を貫通して配線パターン４から
Ｃｕコア１まで導通するスルーホールである。６はＣｕ
コア１及びパターン層４の上に施されたＡｕメッキによ
るメッキ層である。因みにメタルコア基板１０の各部寸
法は、例えば幅３．１ｍｍ、高さ１．０ｍｍ、奥行き
３．０ｍｍであり、両Ｃｕコア１で挟まれた第一絶縁層
２の幅は０．１ｍｍ以下である。４０はフリップチップ
タイプのＬＥＤ素子であり、そのバンプがＡｕメッキさ
れた両配線パターン層４にまたがって接合される。ＬＥ
Ｄ素子４０は図示しないが樹脂封止される。
【００１７】次に、第一の実施の形態であるメタルコア
基板１０の効果について説明する。熱伝導性の高いＣｕ
のメタルコア材料で構成されているので、従来のＬＥＤ
と比べて遙かに放熱性に優れており、大電流が必要で、
発熱量の大きいＬＥＤには特に有効な構成である。更
に、多数個取りのできる集合基板方式を用いて、集合状
態で同時多数個の製造が可能になるので、生産性が高
く、高品質な製品とすることができ、製造コストの削減
ができる。
【００１８】次に、メタルコア基板１０の製造方法を図
２乃至図９を用いて、詳細に説明する。この方法はメタ
ルコア基板１０を多数個取りできる集合基板を用いて行
う生産方式である。図２において、１０１は、厚み１．
５ｍｍで、多数個のメタルコア基板１０が取れる面積を
有する平板のＣｕ板である。１０２はＣｕ板１１と同じ
平面形状の厚み０．１ｍｍの完成後には第一絶縁層２と
なる第一絶縁板である。まず、矢印方向に２枚のＣｕ板
１０１でプリプレグ１０２を挟み、熱圧着することによ
り図３に示す集合基板である合板１０５を得る。
【００１９】次に、図４に示すように、合板１０５を複
数枚互いに所定の隙間１０５ａをとって積層し、両側面
にはＣｕのガイド板１０６を接合する。次に、積層した
ガイド板１０６付きの合板１０５を切断線１０７（２点
鎖線）で示すように、Ｃｕ板１０１の厚み方向に１ｍｍ
幅でスライスして、図５に示すメタルコア集合体１０８
を得る。
【００２０】次に、図６に示すように、集合体１０８の
上に完成後に第二絶縁層３となる第二絶縁板１０３を載
置し、更にその上に同平面サイズのＣｕ箔である配線パ
タ−ン層１０４を載置して熱圧着することによって、集
合体１０９を形成する。その後、図７に示すように、集
合体１０９に２種類のエッチングによる溝加工を施す。
一つ目は第一絶縁板１０２上部に相当する位置の配線パ
ターン層１０４に対して行う溝Ｓ１０４ａの溝加工（破
線の矢印）であり、二つ目は隙間１０５ａの上部に相当
する位置の配線パターン層１０４に対する行う溝Ｄ１０
４ｂの溝加工（実線の矢印）である。なお、溝Ｄ１０４
ｂの溝加工の結果露出した第二絶縁板１０３の厚み分を
溝Ｄ１０４ｂと同幅のハーフダイシングにより切り込む
ことによって、溝Ｄ１０４ｂと隙間１０５ａとをつなげ
る。
【００２１】次に、図８に示すように、このＣｕ箔張り
集合体１０９全体にＡｕメッキ層６を形成して集合体１
１０とする。但し電気メッキを施すために、第一絶縁板
１０２、第二絶縁板１０３の樹脂が露出している部分は
メッキされない。従って、集合体１０１の上下面の導通
は別途形成されるスルーホール５によって取るようにす
る。これは溝加工後に、レーザーによる穴明けを行い、
内部にＣｕやＡｇの導電ペーストを充填する方法等によ
って行うことができる。次に、図９に示すように、ガイ
ド板１０６を含む端部を取り除いて、集合体１１０を所
定の幅（この場合３．０ｍｍ）をもって切断する。これ
により、図１に示す完成体であるメタルコア基板１０が
分割されて取り出される。
【００２２】次に、本発明の第二の実施の形態を、図面
に基づいて詳細に説明する。図１０は本発明の第二の実
施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤのメタルコア基板の斜視
図である。図１０において、２０はＳＭＤ型ＬＥＤの片
面実装用メタルコア基板である。１１はベース金属であ
る略直方体のブロックであるＣｕコアであり、１２は二
つのＣｕコア１１を中央で接合している第一絶縁層であ
る。１３は接合されて平板状を成す両Ｃｕコア１１の上
に圧着された第二絶縁層である。
【００２３】ここで、第一、第二絶縁層としてはプリプ
レグが用いられる。因みにメタルコア基板２０の各部寸
法は、例えば幅３．１ｍｍ、高さ１．０ｍｍ、奥行き
３．０ｍｍであり、両Ｃｕコア１で挟まれたプリプレグ
２の幅は０．１ｍｍである。２１はフリップチップタイ
プのＬＥＤ素子であり、そのバンプが第二絶縁層１３の
中央穴１３ａの中でＡｕメッキされた両Ｃｕコア１１に
またがって接合される。ＬＥＤ素子２１は図示しないが
樹脂封止される。
【００２４】本発明の第二の実施の形態の効果について
説明する。第一絶縁層１２を構成するプリプレグは厚み
方向の熱膨張係数（２０〜３０ｐｐｍ／℃）が大きいの
で、ＬＥＤ素子２１に応力の発生が懸念されるが、Ｃｕ
コア１１上に第二絶縁層１３が広い面積で貼着されてい
るので、第二絶縁層１３のプリプレグの面方向の熱膨張
係数（１０〜１２ｐｐｍ／℃）が小さいので、第一絶縁
層の膨張を抑制する効果がある。なお、ＬＥＤ素子２１
の面方向の熱膨張係数は５．３ｐｐｍ／℃である。ま
た、ＬＥＤ素子２１をＣｕコアに直接実装してあるの
で、放熱性も良好である。
【００２５】次に、メタルコア基板２０の製造方法を説
明する。図１１及び図１３は、本発明の第二の実施の形
態のメタルコア基板の製造方法を説明する斜視図であ
る。この方法はメタルコア基板１０の場合と同様に集合
基板を用いて行う生産方式であり、前半の工程は、図２
乃至図５までで、メタルコア基板１０について説明した
ものと同じである。図５に示す集合体１０８が形成され
たのに引き続いて、図１１に示すように、集合体１０８
の上に完成後に第二絶縁層１３となる第二絶縁板２０３
を載置して熱圧着することによって、集合体２０９を形
成する。第二絶縁板２０３には予め、所定の配列に従っ
て複数の中央穴１３ａを加工しておく。
【００２６】その後、図１２に示すように、集合体１０
８の隙間１０５ａに対応する位置の第二絶縁板２０３の
上面から、隙間１０５ａと略等しい幅で、ガイド板１０
６に達する深さの溝２０９ａを加工する。次に、図１３
に示すように、ガイド板１０６を含む端部を取り除い
て、集合体２０９を所定の幅（この場合３．０ｍｍ）を
もって溝１０５ａを横切るように切断する。これによ
り、図１０に示す完成体であるメタルコア基板２０が分
割されて取り出される。
【００２７】次に、本発明の第三の実施の形態を、図面
に基づいて詳細に説明する。図１４は本発明の第三の実
施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤのメタルコア基板の斜視
図である。図１４において、３０はＳＭＤ型ＬＥＤの両
面実装用メタルコア基板である。２１はベース金属であ
る略直方体のＣｕコアブロックであり、幅の広いＣｕコ
ア２１ａと狭いＣｕコア２１ｂとから成る。Ｃｕコアブ
ロックの表面にはＡｕメッキが施されている。２２は二
つのＣｕコア２１ａ、２１ｂを接合している第一絶縁層
である。２３は接合されて平板状を成すＣｕコアブロッ
ク２１の上に圧着された第二絶縁層である。２４は第二
絶縁層２３の上面に隙間を開けて接合されたＣｕ箔から
成る配線パターン層である。
【００２８】ここで、第一、第二絶縁層としてはプリプ
レグが用いられる。因みにメタルコア基板３０の各部寸
法は、例えば幅３．１ｍｍ、高さ１．０ｍｍ、奥行き
３．０ｍｍであり、両Ｃｕコア２１ａ、２１ｂで挟まれ
た第一絶縁層２２の幅は０．１ｍｍである。第一絶縁層
２２は配線パターン層２４の隙間の位置から幅方向に偏
心して設けられている。４０はフリップチップタイプの
ＬＥＤ素子であり、そのバンプが配線パターン層２４に
またがって接合される。ＬＥＤ素子２１は図示しないが
樹脂封止される。
【００２９】本発明の第三の実施の形態の効果について
説明する。第一絶縁層２２を構成するプリプレグは厚み
方向の熱膨張係数（２０〜３０ｐｐｍ／℃）が大きいの
で、ＬＥＤ素子４０に応力の発生が懸念されるが、Ｃｕ
コア２１上に第二絶縁層２３が広い面積で貼着されてい
るので、第二絶縁層２３のプリプレグの面方向の熱膨張
係数（１０〜１２ｐｐｍ／℃）が小さいので、第一絶縁
層の膨張を抑制する効果があるのと、第一絶縁層２２が
偏心しているために、ＬＥＤ素子４０の実装部に与える
幅方向の熱膨張の影響が緩和される。
【００３０】次に、メタルコア基板３０の製造方法を説
明する。この方法はメタルコア基板１０の場合とほぼ同
様に集合基板を用いて行うことができる生産方式である
から、図面と詳細な説明は省略する。但し、第一絶縁層
２２の位置がメタルコア基板１０の場合とは異なるの
で、材料であるＣｕ板１０１の寸法を変更する必要があ
る。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上面には発光素子を接続する電極を有し、下面には該電
極と導通する端子電極を有する表面実装型発光ダイオー
ドのメタルコア基板において、前記メタルコア基板は、
二つのＣｕコアブロックを第一絶縁層を介して接合して
形成した平板をベースとして、該ベース上面に第二絶縁
層が接合してあり、前記Ｃｕコアブロックを前記発光素
子を回路基板へ接続する端子電極としたので、放熱性、
信頼性、耐熱性に優れたメタルコア基板及びその製造方
法を実現することができた。
【００３２】また、集合基板方式によって、同時多数個
の製造が可能になるので、生産効率の高いメタルコア基
板の製造方法を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態であるメタルコア基
板の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態であるメタルコア基板の製
造方法を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第二の実施の形態であるＳＭＤ型Ｌ
ＥＤのメタルコア基板を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第二の実施の形態であるＳＭＤ型Ｌ
ＥＤのメタルコア基板の製造方法を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第二の実施の形態であるＳＭＤ型Ｌ
ＥＤのメタルコア基板の製造方法を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第二の実施の形態であるＳＭＤ型Ｌ
ＥＤのメタルコア基板の製造方法を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第三の実施の形態であるＳＭＤ型Ｌ
ＥＤのメタルコア基板を示す斜視図である。
【図１５】従来のＳＭＤ型ＬＥＤのメタルコア基板を示
す斜視図である。
【図１６】従来の他のＳＭＤ型ＬＥＤのメタルコア基板
を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ Ｃｕコア ２、１２、２２ 第一絶縁層 ３、１３、２３ 第二絶縁層 ４、１４ａ、１４ｂ 配線パターン層 ５ スルーホール ６ メッキ層 １０、２０、３０ メタルコア基板 １０１ Ｃｕ板 １０２ 第一絶縁板 １０３ 第二絶縁板 １０４ 配線パターン層 １０５ 合板 １０５ａ 隙間 １０６ ガイド板 １０８、１０９、１１０ 集合体

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上面には発光素子を接続する電極を有
    し、下面には該電極と導通する端子電極を有する表面実
    装型発光ダイオードのメタルコア基板において、前記メ
    タルコア基板は、二つのＣｕコアブロックを第一絶縁層
    を介して接合して形成した平板をベースとして、該ベー
    ス上面には第二絶縁層が接合してあり、前記Ｃｕコアブ
    ロックが前記発光素子を回路基板へ接続する電極となっ
    ていることを特徴とする請求項１記載の表面実装型発光
    ダイオードのメタルコア基板。
  2. 【請求項２】 前記第二絶縁層には中央に貫通穴が形成
    されており、該貫通穴内に前記発光素子を接続する前記
    電極が露出していることを特徴とする請求項１記載の表
    面実装型発光ダイオードのメタルコア基板。
  3. 【請求項３】 前記第二絶縁層の上に前記発光素子を接
    続する電極となる二つの配線パターン層を接合し、該配
    線パターン層から各々の前記Ｃｕコアブロックに導通す
    るスルーホールを形成したことを特徴とする請求項１記
    載の表面実装型発光ダイオードのメタルコア基板。
  4. 【請求項４】 前記第一絶縁層は前記二つの配線パター
    ン層間の隙間から何れか一方にずれた位置にあることを
    特徴とする請求項３記載の表面実装型発光ダイオードの
    メタルコア基板。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の表面実装型発光ダイオー
    ドのメタルコア基板を製造する方法において、２枚のＣ
    ｕ板を第一絶縁板を挟んで熱圧着してＣｕ合板を形成す
    る工程と、前記Ｃｕ合板の両側面をガイド板で狭持しつ
    つ複数の前記Ｃｕ合板を互いに隙間を開けて積層する工
    程と、該積層したＣｕ合板を厚み方向にスライスしてメ
    タルコア基板ブロックを形成する工程と、該メタルコア
    基板ブロックのスライス面に第二絶縁板を貼着する工程
    とを有することを特徴とする表面実装型発光ダイオード
    のメタルコア基板の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記メタルコア基板ブロックの第二絶縁
    板上にＣｕ箔を貼着する工程と、該メタルコア基板ブロ
    ック全体に電解金メッキを施す工程と、前記第一絶縁板
    に沿って、前記第一絶縁板の幅と略等しい幅の溝加工を
    Ｃｕ箔に施す工程と、前記Ｃｕ合板間の前記隙間に達す
    るまでの溝加工を前記第二絶縁板に施す工程と、前記メ
    タルコア基板ブロックから単個のメタルコア基板を分離
    する工程とを有することを特徴とする請求項５記載の表
    面実装型発光ダイオードのメタルコア基板の製造方法。
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