JP2004207655A - 金属ベース基板および発光ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＥＤチップをより精度良く実装することができる金属ベース基板を提供すること。
【解決手段】金属ベース基板は、絶縁層１２と、絶縁層１２表面に形成された配線パターン２４，２８と、絶縁層１２表面に形成された一対の認識マーク３４，３６とを有する。認識マーク３４，３６は、円形をしており、両方の円中心３４，４０を結んだ線分４２の中点にＬＥＤチップの実装位置３２がくるように位置に形成されている。また、認識マーク３４，３６と配線パターン３４，３６とは、同一の銅箔からエッチングによって形成されたものである。
【選択図】 図２
【解決手段】金属ベース基板は、絶縁層１２と、絶縁層１２表面に形成された配線パターン２４，２８と、絶縁層１２表面に形成された一対の認識マーク３４，３６とを有する。認識マーク３４，３６は、円形をしており、両方の円中心３４，４０を結んだ線分４２の中点にＬＥＤチップの実装位置３２がくるように位置に形成されている。また、認識マーク３４，３６と配線パターン３４，３６とは、同一の銅箔からエッチングによって形成されたものである。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ベース基板および発光ユニットに関し、特に、ＬＥＤベアチップを実装する際の位置決め用認識マークを有する金属ベース基板および当該金属ベース基板を備えた発光ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、照明光源の分野において、数百μｍ角の大きさのＬＥＤベアチップ（以下、本願明細書において、単に「ＬＥＤチップ」と言う。）をフリップチップ方式で金属ベース基板上に多数個高密度に実装して照明基板とし、それを照明器具に収めて、照明装置として用いることが検討されている。
【０００３】
このような照明装置では、実装された個々のＬＥＤチップの周囲に反射板を配したり、あるいは、個々のＬＥＤチップの前方にレンズを設けたりして当該照明基板からできるだけ多くの光束を得る工夫がなされている。したがって、ＬＥＤチップが前記反射板や前記レンズの光軸からずれると、その分、得られる光束が低下してしまう。そのため、ＬＥＤチップは、高精度に位置決めされた状態で実装する必要がある。当然、反射板およびレンズも高精度に位置決めする必要がある。従来、ＬＥＤチップの金属ベース基板上の配線パターンへの実装方法は、ＬＥＤチップの実装位置周辺の画像を撮像して、得られた画像情報によりＬＥＤチップの実装位置を検出していた。しかしこの場合は、主に配線パターンの直線部の情報から位置を検出する必要があり、エッチング精度より高い解像度で検出する画像処理光学系においては検出精度が低下する課題があった。
【０００４】
ＬＥＤチップの位置きめ方法として、従来、当該ＬＥＤチップの大きさに比して点とみなせる認識マークを各実装位置毎に２個ずつ金属ベース基板に印刷し、これを利用するものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。すなわち、実装位置を挟んで認識マークを２個印刷し、これらの認識マークの位置を画像認識装置によって認識し、個々のＬＥＤチップの設計上の搭載点における位置ずれ量を検出して、実際の搭載位置を求めるものである。
【０００５】
また、ＬＥＤチップの実装位置近傍の金属ベース基板に、エッチングによって十字の認識マークを形成し、当該認識マークの交点を求め、当該交点を基準点として当該ＬＥＤチップを実装する方法も考案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実開平１−１４６１０５号公報（第２頁、第２図）
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−６３３９０号公報（段落３、図４）
【０００８】
【特許文献３】
特開平７−１３４８２９号公報（段落１１〜１３、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の技術では、ＬＥＤチップの配線パターンとは別個に、印刷によって形成される認識マークに基づいて位置決めをしている関係上、当該配線パターンと認識マークとの間に製作上生じる位置ずれが発生し、これが原因でＬＥＤチップの実装精度が低下するといった問題がある。
【００１０】
一方、後者の技術によれば、配線パターンと認識パターンとを同時に形成することができるので、両者の間の位置ずれは防止できるものの、十字マークは、直線情報に基づく検出のため当初の課題同様に直線部のエッチング時のムラや銅箔面の粗化処理後のメッキ成分の残留物などが検出精度を低下させてしまうことはいうまでもない。また、十字マークは縦の直線と横の直線が交差する部分でのなまりが発生するので、さらに検出精度を悪化させる要因となり検出精度を低下させることになる。一般的に十字マークは粗検出用に多く用いられている。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑み、ＬＥＤチップをより精度良く実装することができる金属ベース基板および、当該金属ベース基板を有する発光ユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る金属ベース基板は、絶縁層と、前記絶縁層表面に形成された配線パターンと、前記絶縁層表面の、前記配線パターンの所定位置に実装されるＬＥＤベアチップの当該実装位置に対し予め定められた位置に配された、円形の認識マーク一対とを有し、前記認識マークと前記配線パターンとが同一の金属箔からエッチングによって形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、前記一対の認識マークは、当該両認識マークの円中心を結んだ線分上に前記実装位置がくるような位置に配されていることを特徴とする。
さらに、前記金属ベース基板における前記実装位置は、前記認識マークを撮像カメラで撮像し画像認識によって特定されるものであり、前記一対の認識マークは、両認識マークを前記撮像カメラの視野内に入れた際に、当該撮像カメラの解像度において円形であると認識できる大きさに形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、さらに、前記絶縁層はその表面の色が白色系をしていることを特徴とする。
また、前記絶縁層は少なくとも無機フィラーおよび樹脂組成物を含み、かつ、ビルトアップ工法により作成されてなることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る発光ユニットは、上記いずれかの金属ベース基板と、前記金属ベース基板の前記所定位置に実装されたＬＥＤベアチップと、前記ＬＥＤベアチップに対応して設けられたレンズとを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態に係る金属ベース基板１０の平面図である。金属ベース基板１０は、無機質フィラー入り熱硬化性樹脂から成る絶縁層１２，１４の表面に金属から成る配線パターン１６，１８が形成されてなる基板２０，２２が複数層（本例では、２層）に積層された構成をしている（図３参照）。図１では、上部基板２０のみが現われている。なお、本実施の形態では、上記絶縁層１２，１４には、無機質フィラーとしてアルミナを、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用したものが用いられている。また、配線パターン１６，１８には、銅（Ｃｕ）が用いられている。
【００１６】
金属ベース基板１０には、６４個のＬＥＤチップ（不図示）が８行８列のマトリックス状に整然と実装される。各ＬＥＤチップの実装位置を符号Ｄｎｍ（ｎは行数をｍは列数を示し、いずれも１〜８の整数である。）で示す。
上部基板２０に設けられた配線パターン１６は、主に、各行における奇数列目のＬＥＤチップと偶数列目のＬＥＤチップの各々同士を直列に接続する目的で形成されてなるものである。
【００１７】
図２は、図１におけるＡ部、すなわち１行４列目のＬＥＤチップ実装位置（Ｄ14）およびその付近の詳細図である。実装されるＬＥＤチップは、平面視で縦横ともに３００μｍの寸法をしている。ＬＥＤチップは、フリップチップ方式で実装され、実装された状態で、ＬＥＤチップのＮ電極（不図示）は第１の配線２４の一方端部分２６と接続され、Ｐ電極（不図示）は第２の配線２８の一方端部分３０と接続されることとなる。なお、言うまでもなく、上記各配線２４，２８の他方端部分は、別のＬＥＤチップの対応する電極と接続される。なお、フリップチップ実装に用いるＬＥＤチップでは、その片面に上記Ｐ、Ｎの両電極が設けられており、発光層が存在する側のＰ電極の面積をＮ電極の面積よりも広く設定することで、当該ＬＥＤチップから発生する熱を効果的に発散させることができる。
【００１８】
位置ずれすることなく実装された場合のＬＥＤチップの平面視における輪郭を２点鎖線で示す。ここで、位置ずれすることなく実装された場合における、ＬＥＤチップの縦、横をそれぞれ２等分する直線の交点（すなわち、２点鎖線で表された正方形の対角線の交点）に対応する金属ベース基板１０表面における位置３２、すなわち、設計上の実装点を当該ＬＥＤの目標実装位置と言うこととする。
【００１９】
第１の配線２４と第２の配線２８の近傍には、上記目標実装位置を特定するための認識パターン３４，３６が形成されている。認識パターン３４、３６はいずれも、円形をしている。その直径は本実施の形態では３００μｍであるが、より好ましくは２０〜１００μｍと小さくしてもよい。ただし、エッチングによる構成においては配線ルールと同じだけの距離をもった位置に認識マークを挿入する必要がある。
【００２０】
なお、フェースアップボンディングの場合ダイボンド用のパターンは他の給電パターンと接続されてなくてもよい。さらに、認識マークの中心にダイボンドされていればダイボンド直下にパターンが形成されていなくてもよい。
２個の認識パターンは、目標実装位置３２を挟み、各認識パターンの円中心３８、４０同士を結んだ線分４２の中点が当該目標実装位置３２と一致するような関係となる位置に設けられている。なお、言うまでもなく、認識パターン３４，３６は、配線と重ならないように設けられる。
【００２１】
また、他の目標実装位置の各々すべてに対応して、上記と同様な一対の認識マークが形成されている（図１参照）。
図３は、図２における線分４２に沿って金属ベース基板１０を切断した断面図である。なお、下部基板２２に形成されている配線パターンは、参考のために図示したものであり、上部基板１０の配線パターンとの位置関係については、不正確なものである。
【００２２】
前述したように、金属ベース基板１０は、絶縁層１４に配線パターン１８が形成されてなる下部基板２２と絶縁層１２に配線パターン１６および認識マーク３４，３６が形成されてなる上部基板２０とが２層に積層された構成をしている。また、金属ベース基板１０は、絶縁層１４に貼着された金属板４４を有する。金属板４４は、アルミニウム、鉄、または銅などで形成され、ＬＥＤチップが発生する熱の放熱性を向上させるためのものである。さらに、前記したように絶縁層には無機フィラーが含まれているので、ＬＥＤチップの発生熱を金属板４４にまで効果的に伝達するでき、これによっても放熱性が向上される。なお、２枚の絶縁層１２，１４の内、少なくともＬＥＤチップが実装される側の絶縁層１２には、白色系のものを用いる。ＬＥＤチップからの光を効率的に前面に取り出すためである。
【００２３】
以上の構成からなる金属ベース基板１０は、サブトラクティブ法を用いたビルドアップ工法によって製造される。
図４は、金属ベース基板１０の製造方法を説明するための図である。図４を参照しながら、金属ベース基板１０の製造方法について、簡単に説明する。なお図４は、当該製造方法を概念的に説明するための図であり、その形状や寸法関係は、実際のものとは異なっている。
【００２４】
先ず、絶縁層１２の両面に厚さ５〜３０μｍ（好ましくは、９μｍ）の銅箔４６，４８を加熱プレスによって貼着する。なお、ビアホールは、上記銅箔４６，４８を貼着する前に、必要に応じて絶縁層１２に形成される。
続いて、銅箔４６における配線パターン１６となる部分および認識マーク３４，３６となる部分、銅箔４８における配線パターン１８となる部分を残して、他の銅箔部分をエッチングにより除去する。これにより、配線パターン１６と認識マーク３４，３６および配線パターン１８がその表面に形成された絶縁層１２が作成される。上記エッチング工程では、２０〜１００ミクロンパターンプロセスと称されるプロセスが用いられ、２０〜１００μｍの精度でエッチングがなされる。なお、１０μｍ程度のプロセスが用いられてもエッチングのよるムラによるエッジのムラが直線認識の誤差として残る。また、曲線認識においてもエッチングを使用しているかぎり残ることはいうまでもない。
【００２５】
一方、絶縁層１４と金属板４４とが貼り合わされる（不図示）。
そして、金属板４４と一体となった半硬化状態の絶縁層１４を絶縁層１２に重ね合わせて加熱および加圧して金属ベース基板１０が完成する。
ここで、配線パターン１６と認識マーク３４，３６とは、エッチング工程において同時に（同一の工程で）形成され、形成された配線パターン１６と認識マーク３４，３６とがそのまま絶縁層１２に転写されることとなるので、両者の間に相対的な位置ずれがほとんど生じない。
【００２６】
図１および図２に戻り、上記のようにして製造された金属ベース基板１０への、ＬＥＤチップの実装方法について説明する。
ＬＥＤチップの実装には、フリップチップボンダ装置（不図示）が用いられる。
当該フリップチップボンダ装置は、金属ベース基板１０が載置されるステージをＸ方向およびＹ方向に移動制御し、別の場所からＬＥＤチップを１個ずつ吸引・搬送して位置決めされる吸着ヘッドの当該位置決め位置（以下、「吸着ヘッド停止位置」と言う。）に目標実装位置３２を合わせた上で、吸着ヘッドを降下させ、その先端に吸引されたＬＥＤチップを金属ベース基板１０に押圧した状態で超音波振動を加えて、当該ＬＥＤチップを金属ベース基板１０に接合する装置である。
【００２７】
以下、フリップチップボンダ装置の上述した動作について、もう少し詳細に説明する。
先ず、フリップチップボンダ装置のステージに金属ベース基板１０（図１）がセットされる。ステージが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動制御され、先ず、１行１列目の実装位置Ｄ11が、おおよそ、吸着ヘッド停止位置にくるように移動される。
【００２８】
次に、金属ベース基板１０の実装位置Ｄ11上方に、実装位置Ｄ11およびその近傍を四方から照らす照明装置とＣＣＤカメラとがせり出す。なお、ＣＣＤカメラは、吸着ヘッド停止位置と対応付けられ位置に位置決めされる。
この状態で、ＣＣＤカメラによる撮像が行われる。当該撮像状態は図２に示した通りである。すなわち、ＣＣＤカメラの視野の中に一対の認識マーク３４，３６が同時に入り、両認識マーク３４，３６が円形であることが認識できる解像度で撮像が行われる。なお、実施の形態におけるＣＣＤカメラの解像度は、μｍオーダである。
【００２９】
そして、撮像結果から論理フィルターにより画像を強調しロバストな画像処理法を用いた画像認識によって、円形をした２個の認識マーク３４，３６を検出した後、フリップチップボンダ装置の制御部内に予め登録してある基準円とのパターンマッチングを行なって、当該検出円（認識パターン）の位置（円中心のＸ，Ｙ座標）を特定する。ここで、認識マークのエッジにエッチングむらがあったとしても、当該エッチングむらは、円中心に対してほぼ一様に生じるので、当該円中心の座標の検出精度にあまり悪影響を及ぼさない。すなわち、認識マークを円にすることで、直線情報を含まない曲線情報のみで形成されることからエッチング精度のばらつきによるムラを緩和できる効果がある。また、エッチング精度が検出精度より低い場合でも安定した高検出精度が可能となる。
【００３０】
なお、特に、より高密度実装になった場合には、当然のことながら配線パターンの間隔も密になり、認識マークを形成するスペース（面積）が非常に限られたものとなってしまう。この場合に、百ミクロン四方程度のスペースに認識マークを形成することが余儀なくされることがある。このような狭小なスペースに十字の認識マーク、すなわち直線部分を検出する認識マークをエッチングで形成したところで、上記画像処理法による画像認識では、交差する各直線の長さ情報が不足することと縦線と横線の交差する部分でのなまりの発生が原因で、精度よく当該十字マークの位置（２本の直線の交点）を検出することができない。これに対し、本実施の形態では、上述したようにして、円形の認識マークを前記画像処理法による画像認識で認識した後、フリップチップボンダーの制御部内に予め登録してある基準円とのパターンマッチングを行なって、最も相関値の高いところで円（認識マーク）の重心を推定することとしているので、十字その他の形状のマークよりも高精度に位置検出が行なえるのである。
【００３１】
そして、二つの円（認識マーク３４，３６）の検出された中心のＸ，Ｙ座標をそれぞれ、（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ2，Ｙ2）とすると、目標実装位置３２のＸ，Ｙ座標（Ｘ3，Ｙ3）は次式▲１▼によって求められ、上記吸着ヘッド停止位置（正規の位置）との位置ずれ量が演算される。
（Ｘ3，Ｙ3）＝（（Ｘ1＋Ｘ2）／２，（Ｙ1＋Ｙ2）／２） … ▲１▼
当該位置ずれ量分だけステージが移動されて位置補正がなされ、目標実装位置３２と吸着ヘッド停止位置との位置合わせが行われる。
【００３２】
ＣＣＤカメラと照明装置とが退避位置に退いた後に、上述したようにしてＬＥＤチップの接合が行われる。
以後、上記の動作が繰り返されて、実装位置Ｄ12以降に対するＬＥＤチップの実装が順次行なわれる。
なお、金属ベース基板１０が正規位置よりもＸＹ平面内で傾いていた場合（回転していた場合）、当該回転角θｈは、Ｘ軸（またはＹ軸）に対する線分４２（図２参照）の検出された傾き角θｄと正規の傾き角θｎとの差（θｈ＝θｎ−θｄ）として検出することができる。そして、ＬＥＤチップを吸着した吸着ヘッドを当該回転角θｈ分補正する向きに回転（自転）させることによって、金属ベース基板１０における上記傾き（回転）の影響を排除することができる。
【００３３】
６４個のＬＥＤチップの実装がすべて終了した後の製造工程について図５を参照しながら説明する。
先ず、金属ベース基板１０には、反射板５０が貼着され、蛍光体５２が塗布される。反射板５０は、金属ベース基板１０とほぼ同じ大きさの面積を有し、各ＬＥＤチップに対応した各位置に、上方（金属ベース基板１０との貼着面側とは反対方向）に向かって広がったテーパー状の孔が開設されているものであり、少なくとも各孔のテーパー面には、光を良く反射する材料がコーティングされてなるものである。反射板５０の貼着に先立って、各認識マーク３４，３６には、バンプ５４，５６が形成される。認識マーク３４，３６は他の配線パターンと異なり給電されない絶縁状態であり、それぞれ６４個の一対の認識マーク３４，３６上にバンプ５４，５６が形成され、その上に反射板５０を置く。
【００３４】
そして、反射板５０を金属ベース基板１０に重ねた際に、バンプ５４，５６の存在によって形成される間隙に接着剤を注入して、反射板５０の貼着がなされる。認識パターン３４，３６上に均等に配列されたバンプ５４，５６上に反射板があるため応力緩和にも効果がある。
反射板５０が貼着されると、次に、透光性材料からなるレンズシート５８の貼着が行われる。当該レンズシート５８は、金属ベース基板１０とほぼ同じ大きさの面積を有し、各ＬＥＤチップに対応した各位置部分が凸レンズ状に形成されてなるものである。したがって、レンズシート５８の貼着により、各ＬＥＤチップに対応して凸レンズが設けられることとなる。
【００３５】
上記レンズシート５８の貼着によって、複数個のＬＥＤを光源としたカード型の発光ユニットがほぼ完成する。
当該発光ユニットにおいて、上記レンズとＬＥＤチップの位置関係は、レンズの光軸にＬＥＤチップの発光点があって初めて、所望の配光特性が得られるように設計されている。したがって、前記光軸に対してＬＥＤチップがずれてしまうと配光もずれてしまい所望の配光特性が得られない。本実施の形態では、上記したようにしてＬＥＤチップが高精度に位置決めされた状態で実装されることから、ＬＥＤチップの実装位置ずれに起因する上記配光ずれは可能な限り防止することができる。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることも可能である。
（１）上記実施の形態では、一対の認識マークを、両認識マークの中心を結ぶ線分の中点が目標実装位置と一致するような位置に形成したが、認識マークの形成位置はこれに限らない。一対の認識マークは、両認識マークの中心を結ぶ線分を予め定められた比率で内分または外分する点が目標実装位置と一致するような位置に形成することとしても構わない。
（２）また、一対の認識マークは、両認識マークの中心を結ぶ直線上以外の位置に実装目標位置がくるような位置に形成することとしても構わない。この場合であっても、目標実装位置に対し予め定められた位置に、両認識マークが配されることは言うまでもない。なお、目標実装位置が両認識マークの中心を結ぶ直線上にない場合には、両認識マークの中心位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出した後、両中心位置を結ぶ線分のＸ軸（またはＹ軸）に対する正規の傾きからのずれを考慮して、目標実装位置を特定することとなる。
（３）上記実施の形態の金属ベース基板は２層であったが、金属ベース基板の積層数は２層に限らない。１層であってもよいし、３層以上であってもよい。
（４）金属ベース基板は、上記したサブトラクティブ法に限らず転写法によって製造してもよい。要は、配線パターンと認識マークとが同時に形成される（同一の工程で形成される）ような製造方法であれば良いのである。
（５）上記実施の形態では、配線パターンと認識パターンとを銅（Ｃｕ）で形成することとした。すなわち、同一の銅箔からエッチングによって両者を形成することとしたが、配線パターンと認識パターンとは、他の材質の金属箔、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはアルミ（Ａｌ）から成る金属箔をエッチングすることによって形成することとしても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る金属ベース基板によれば、一対の認識マークとＬＥＤベアチップが実装される配線パターンとは、同一の金属箔からエッチングによって形成されている、すなわち、認識マークと配線パターンとを同時に形成することが可能となり、その結果、当該認識マークと配線パターンとの間に製造工程上生じる相対的な位置ずれを防止することができる。また、認識マークは円形をしているので、たとえ、当該認識マークのエッジにむら（エッチングむら）が生じても、当該認識マーク（円）の中心は、精度よく検出すること可能である。
【００３８】
よって、以上のように構成された認識マークに基づいて行われる、ＬＥＤベアチップの実装位置の検出精度は向上し、ＬＥＤベアチップをより精度良く実装することが可能となる。
また、本発明に係る発光ユニットによれば、上記のような金属ベース基板にＬＥＤベアチップが実装されてなるので、ＬＥＤベアチップの実装位置ずれに伴って生じるレンズの光軸と当該ＬＥＤベアチップの発光点とのずれに起因する配光特性の劣化を可能な限り防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る金属ベース基板の平面図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大図であると共に、ＣＣＤカメラによる撮像状態を示す図である。
【図３】図２において、破線に沿って切断した断面図である。
【図４】上記金属ベース基板の製造方法を説明するための図である。
【図５】発光ユニットの断面図の一部である。
【符号の説明】
１２，１４ 絶縁層
１６，２４，２８ 配線パターン
３２ 実装位置
３４，３６ 認識マーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ベース基板および発光ユニットに関し、特に、ＬＥＤベアチップを実装する際の位置決め用認識マークを有する金属ベース基板および当該金属ベース基板を備えた発光ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、照明光源の分野において、数百μｍ角の大きさのＬＥＤベアチップ（以下、本願明細書において、単に「ＬＥＤチップ」と言う。）をフリップチップ方式で金属ベース基板上に多数個高密度に実装して照明基板とし、それを照明器具に収めて、照明装置として用いることが検討されている。
【０００３】
このような照明装置では、実装された個々のＬＥＤチップの周囲に反射板を配したり、あるいは、個々のＬＥＤチップの前方にレンズを設けたりして当該照明基板からできるだけ多くの光束を得る工夫がなされている。したがって、ＬＥＤチップが前記反射板や前記レンズの光軸からずれると、その分、得られる光束が低下してしまう。そのため、ＬＥＤチップは、高精度に位置決めされた状態で実装する必要がある。当然、反射板およびレンズも高精度に位置決めする必要がある。従来、ＬＥＤチップの金属ベース基板上の配線パターンへの実装方法は、ＬＥＤチップの実装位置周辺の画像を撮像して、得られた画像情報によりＬＥＤチップの実装位置を検出していた。しかしこの場合は、主に配線パターンの直線部の情報から位置を検出する必要があり、エッチング精度より高い解像度で検出する画像処理光学系においては検出精度が低下する課題があった。
【０００４】
ＬＥＤチップの位置きめ方法として、従来、当該ＬＥＤチップの大きさに比して点とみなせる認識マークを各実装位置毎に２個ずつ金属ベース基板に印刷し、これを利用するものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。すなわち、実装位置を挟んで認識マークを２個印刷し、これらの認識マークの位置を画像認識装置によって認識し、個々のＬＥＤチップの設計上の搭載点における位置ずれ量を検出して、実際の搭載位置を求めるものである。
【０００５】
また、ＬＥＤチップの実装位置近傍の金属ベース基板に、エッチングによって十字の認識マークを形成し、当該認識マークの交点を求め、当該交点を基準点として当該ＬＥＤチップを実装する方法も考案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実開平１−１４６１０５号公報（第２頁、第２図）
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−６３３９０号公報（段落３、図４）
【０００８】
【特許文献３】
特開平７−１３４８２９号公報（段落１１〜１３、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の技術では、ＬＥＤチップの配線パターンとは別個に、印刷によって形成される認識マークに基づいて位置決めをしている関係上、当該配線パターンと認識マークとの間に製作上生じる位置ずれが発生し、これが原因でＬＥＤチップの実装精度が低下するといった問題がある。
【００１０】
一方、後者の技術によれば、配線パターンと認識パターンとを同時に形成することができるので、両者の間の位置ずれは防止できるものの、十字マークは、直線情報に基づく検出のため当初の課題同様に直線部のエッチング時のムラや銅箔面の粗化処理後のメッキ成分の残留物などが検出精度を低下させてしまうことはいうまでもない。また、十字マークは縦の直線と横の直線が交差する部分でのなまりが発生するので、さらに検出精度を悪化させる要因となり検出精度を低下させることになる。一般的に十字マークは粗検出用に多く用いられている。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑み、ＬＥＤチップをより精度良く実装することができる金属ベース基板および、当該金属ベース基板を有する発光ユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る金属ベース基板は、絶縁層と、前記絶縁層表面に形成された配線パターンと、前記絶縁層表面の、前記配線パターンの所定位置に実装されるＬＥＤベアチップの当該実装位置に対し予め定められた位置に配された、円形の認識マーク一対とを有し、前記認識マークと前記配線パターンとが同一の金属箔からエッチングによって形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、前記一対の認識マークは、当該両認識マークの円中心を結んだ線分上に前記実装位置がくるような位置に配されていることを特徴とする。
さらに、前記金属ベース基板における前記実装位置は、前記認識マークを撮像カメラで撮像し画像認識によって特定されるものであり、前記一対の認識マークは、両認識マークを前記撮像カメラの視野内に入れた際に、当該撮像カメラの解像度において円形であると認識できる大きさに形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、さらに、前記絶縁層はその表面の色が白色系をしていることを特徴とする。
また、前記絶縁層は少なくとも無機フィラーおよび樹脂組成物を含み、かつ、ビルトアップ工法により作成されてなることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る発光ユニットは、上記いずれかの金属ベース基板と、前記金属ベース基板の前記所定位置に実装されたＬＥＤベアチップと、前記ＬＥＤベアチップに対応して設けられたレンズとを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態に係る金属ベース基板１０の平面図である。金属ベース基板１０は、無機質フィラー入り熱硬化性樹脂から成る絶縁層１２，１４の表面に金属から成る配線パターン１６，１８が形成されてなる基板２０，２２が複数層（本例では、２層）に積層された構成をしている（図３参照）。図１では、上部基板２０のみが現われている。なお、本実施の形態では、上記絶縁層１２，１４には、無機質フィラーとしてアルミナを、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用したものが用いられている。また、配線パターン１６，１８には、銅（Ｃｕ）が用いられている。
【００１６】
金属ベース基板１０には、６４個のＬＥＤチップ（不図示）が８行８列のマトリックス状に整然と実装される。各ＬＥＤチップの実装位置を符号Ｄｎｍ（ｎは行数をｍは列数を示し、いずれも１〜８の整数である。）で示す。
上部基板２０に設けられた配線パターン１６は、主に、各行における奇数列目のＬＥＤチップと偶数列目のＬＥＤチップの各々同士を直列に接続する目的で形成されてなるものである。
【００１７】
図２は、図１におけるＡ部、すなわち１行４列目のＬＥＤチップ実装位置（Ｄ14）およびその付近の詳細図である。実装されるＬＥＤチップは、平面視で縦横ともに３００μｍの寸法をしている。ＬＥＤチップは、フリップチップ方式で実装され、実装された状態で、ＬＥＤチップのＮ電極（不図示）は第１の配線２４の一方端部分２６と接続され、Ｐ電極（不図示）は第２の配線２８の一方端部分３０と接続されることとなる。なお、言うまでもなく、上記各配線２４，２８の他方端部分は、別のＬＥＤチップの対応する電極と接続される。なお、フリップチップ実装に用いるＬＥＤチップでは、その片面に上記Ｐ、Ｎの両電極が設けられており、発光層が存在する側のＰ電極の面積をＮ電極の面積よりも広く設定することで、当該ＬＥＤチップから発生する熱を効果的に発散させることができる。
【００１８】
位置ずれすることなく実装された場合のＬＥＤチップの平面視における輪郭を２点鎖線で示す。ここで、位置ずれすることなく実装された場合における、ＬＥＤチップの縦、横をそれぞれ２等分する直線の交点（すなわち、２点鎖線で表された正方形の対角線の交点）に対応する金属ベース基板１０表面における位置３２、すなわち、設計上の実装点を当該ＬＥＤの目標実装位置と言うこととする。
【００１９】
第１の配線２４と第２の配線２８の近傍には、上記目標実装位置を特定するための認識パターン３４，３６が形成されている。認識パターン３４、３６はいずれも、円形をしている。その直径は本実施の形態では３００μｍであるが、より好ましくは２０〜１００μｍと小さくしてもよい。ただし、エッチングによる構成においては配線ルールと同じだけの距離をもった位置に認識マークを挿入する必要がある。
【００２０】
なお、フェースアップボンディングの場合ダイボンド用のパターンは他の給電パターンと接続されてなくてもよい。さらに、認識マークの中心にダイボンドされていればダイボンド直下にパターンが形成されていなくてもよい。
２個の認識パターンは、目標実装位置３２を挟み、各認識パターンの円中心３８、４０同士を結んだ線分４２の中点が当該目標実装位置３２と一致するような関係となる位置に設けられている。なお、言うまでもなく、認識パターン３４，３６は、配線と重ならないように設けられる。
【００２１】
また、他の目標実装位置の各々すべてに対応して、上記と同様な一対の認識マークが形成されている（図１参照）。
図３は、図２における線分４２に沿って金属ベース基板１０を切断した断面図である。なお、下部基板２２に形成されている配線パターンは、参考のために図示したものであり、上部基板１０の配線パターンとの位置関係については、不正確なものである。
【００２２】
前述したように、金属ベース基板１０は、絶縁層１４に配線パターン１８が形成されてなる下部基板２２と絶縁層１２に配線パターン１６および認識マーク３４，３６が形成されてなる上部基板２０とが２層に積層された構成をしている。また、金属ベース基板１０は、絶縁層１４に貼着された金属板４４を有する。金属板４４は、アルミニウム、鉄、または銅などで形成され、ＬＥＤチップが発生する熱の放熱性を向上させるためのものである。さらに、前記したように絶縁層には無機フィラーが含まれているので、ＬＥＤチップの発生熱を金属板４４にまで効果的に伝達するでき、これによっても放熱性が向上される。なお、２枚の絶縁層１２，１４の内、少なくともＬＥＤチップが実装される側の絶縁層１２には、白色系のものを用いる。ＬＥＤチップからの光を効率的に前面に取り出すためである。
【００２３】
以上の構成からなる金属ベース基板１０は、サブトラクティブ法を用いたビルドアップ工法によって製造される。
図４は、金属ベース基板１０の製造方法を説明するための図である。図４を参照しながら、金属ベース基板１０の製造方法について、簡単に説明する。なお図４は、当該製造方法を概念的に説明するための図であり、その形状や寸法関係は、実際のものとは異なっている。
【００２４】
先ず、絶縁層１２の両面に厚さ５〜３０μｍ（好ましくは、９μｍ）の銅箔４６，４８を加熱プレスによって貼着する。なお、ビアホールは、上記銅箔４６，４８を貼着する前に、必要に応じて絶縁層１２に形成される。
続いて、銅箔４６における配線パターン１６となる部分および認識マーク３４，３６となる部分、銅箔４８における配線パターン１８となる部分を残して、他の銅箔部分をエッチングにより除去する。これにより、配線パターン１６と認識マーク３４，３６および配線パターン１８がその表面に形成された絶縁層１２が作成される。上記エッチング工程では、２０〜１００ミクロンパターンプロセスと称されるプロセスが用いられ、２０〜１００μｍの精度でエッチングがなされる。なお、１０μｍ程度のプロセスが用いられてもエッチングのよるムラによるエッジのムラが直線認識の誤差として残る。また、曲線認識においてもエッチングを使用しているかぎり残ることはいうまでもない。
【００２５】
一方、絶縁層１４と金属板４４とが貼り合わされる（不図示）。
そして、金属板４４と一体となった半硬化状態の絶縁層１４を絶縁層１２に重ね合わせて加熱および加圧して金属ベース基板１０が完成する。
ここで、配線パターン１６と認識マーク３４，３６とは、エッチング工程において同時に（同一の工程で）形成され、形成された配線パターン１６と認識マーク３４，３６とがそのまま絶縁層１２に転写されることとなるので、両者の間に相対的な位置ずれがほとんど生じない。
【００２６】
図１および図２に戻り、上記のようにして製造された金属ベース基板１０への、ＬＥＤチップの実装方法について説明する。
ＬＥＤチップの実装には、フリップチップボンダ装置（不図示）が用いられる。
当該フリップチップボンダ装置は、金属ベース基板１０が載置されるステージをＸ方向およびＹ方向に移動制御し、別の場所からＬＥＤチップを１個ずつ吸引・搬送して位置決めされる吸着ヘッドの当該位置決め位置（以下、「吸着ヘッド停止位置」と言う。）に目標実装位置３２を合わせた上で、吸着ヘッドを降下させ、その先端に吸引されたＬＥＤチップを金属ベース基板１０に押圧した状態で超音波振動を加えて、当該ＬＥＤチップを金属ベース基板１０に接合する装置である。
【００２７】
以下、フリップチップボンダ装置の上述した動作について、もう少し詳細に説明する。
先ず、フリップチップボンダ装置のステージに金属ベース基板１０（図１）がセットされる。ステージが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動制御され、先ず、１行１列目の実装位置Ｄ11が、おおよそ、吸着ヘッド停止位置にくるように移動される。
【００２８】
次に、金属ベース基板１０の実装位置Ｄ11上方に、実装位置Ｄ11およびその近傍を四方から照らす照明装置とＣＣＤカメラとがせり出す。なお、ＣＣＤカメラは、吸着ヘッド停止位置と対応付けられ位置に位置決めされる。
この状態で、ＣＣＤカメラによる撮像が行われる。当該撮像状態は図２に示した通りである。すなわち、ＣＣＤカメラの視野の中に一対の認識マーク３４，３６が同時に入り、両認識マーク３４，３６が円形であることが認識できる解像度で撮像が行われる。なお、実施の形態におけるＣＣＤカメラの解像度は、μｍオーダである。
【００２９】
そして、撮像結果から論理フィルターにより画像を強調しロバストな画像処理法を用いた画像認識によって、円形をした２個の認識マーク３４，３６を検出した後、フリップチップボンダ装置の制御部内に予め登録してある基準円とのパターンマッチングを行なって、当該検出円（認識パターン）の位置（円中心のＸ，Ｙ座標）を特定する。ここで、認識マークのエッジにエッチングむらがあったとしても、当該エッチングむらは、円中心に対してほぼ一様に生じるので、当該円中心の座標の検出精度にあまり悪影響を及ぼさない。すなわち、認識マークを円にすることで、直線情報を含まない曲線情報のみで形成されることからエッチング精度のばらつきによるムラを緩和できる効果がある。また、エッチング精度が検出精度より低い場合でも安定した高検出精度が可能となる。
【００３０】
なお、特に、より高密度実装になった場合には、当然のことながら配線パターンの間隔も密になり、認識マークを形成するスペース（面積）が非常に限られたものとなってしまう。この場合に、百ミクロン四方程度のスペースに認識マークを形成することが余儀なくされることがある。このような狭小なスペースに十字の認識マーク、すなわち直線部分を検出する認識マークをエッチングで形成したところで、上記画像処理法による画像認識では、交差する各直線の長さ情報が不足することと縦線と横線の交差する部分でのなまりの発生が原因で、精度よく当該十字マークの位置（２本の直線の交点）を検出することができない。これに対し、本実施の形態では、上述したようにして、円形の認識マークを前記画像処理法による画像認識で認識した後、フリップチップボンダーの制御部内に予め登録してある基準円とのパターンマッチングを行なって、最も相関値の高いところで円（認識マーク）の重心を推定することとしているので、十字その他の形状のマークよりも高精度に位置検出が行なえるのである。
【００３１】
そして、二つの円（認識マーク３４，３６）の検出された中心のＸ，Ｙ座標をそれぞれ、（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ2，Ｙ2）とすると、目標実装位置３２のＸ，Ｙ座標（Ｘ3，Ｙ3）は次式▲１▼によって求められ、上記吸着ヘッド停止位置（正規の位置）との位置ずれ量が演算される。
（Ｘ3，Ｙ3）＝（（Ｘ1＋Ｘ2）／２，（Ｙ1＋Ｙ2）／２） … ▲１▼
当該位置ずれ量分だけステージが移動されて位置補正がなされ、目標実装位置３２と吸着ヘッド停止位置との位置合わせが行われる。
【００３２】
ＣＣＤカメラと照明装置とが退避位置に退いた後に、上述したようにしてＬＥＤチップの接合が行われる。
以後、上記の動作が繰り返されて、実装位置Ｄ12以降に対するＬＥＤチップの実装が順次行なわれる。
なお、金属ベース基板１０が正規位置よりもＸＹ平面内で傾いていた場合（回転していた場合）、当該回転角θｈは、Ｘ軸（またはＹ軸）に対する線分４２（図２参照）の検出された傾き角θｄと正規の傾き角θｎとの差（θｈ＝θｎ−θｄ）として検出することができる。そして、ＬＥＤチップを吸着した吸着ヘッドを当該回転角θｈ分補正する向きに回転（自転）させることによって、金属ベース基板１０における上記傾き（回転）の影響を排除することができる。
【００３３】
６４個のＬＥＤチップの実装がすべて終了した後の製造工程について図５を参照しながら説明する。
先ず、金属ベース基板１０には、反射板５０が貼着され、蛍光体５２が塗布される。反射板５０は、金属ベース基板１０とほぼ同じ大きさの面積を有し、各ＬＥＤチップに対応した各位置に、上方（金属ベース基板１０との貼着面側とは反対方向）に向かって広がったテーパー状の孔が開設されているものであり、少なくとも各孔のテーパー面には、光を良く反射する材料がコーティングされてなるものである。反射板５０の貼着に先立って、各認識マーク３４，３６には、バンプ５４，５６が形成される。認識マーク３４，３６は他の配線パターンと異なり給電されない絶縁状態であり、それぞれ６４個の一対の認識マーク３４，３６上にバンプ５４，５６が形成され、その上に反射板５０を置く。
【００３４】
そして、反射板５０を金属ベース基板１０に重ねた際に、バンプ５４，５６の存在によって形成される間隙に接着剤を注入して、反射板５０の貼着がなされる。認識パターン３４，３６上に均等に配列されたバンプ５４，５６上に反射板があるため応力緩和にも効果がある。
反射板５０が貼着されると、次に、透光性材料からなるレンズシート５８の貼着が行われる。当該レンズシート５８は、金属ベース基板１０とほぼ同じ大きさの面積を有し、各ＬＥＤチップに対応した各位置部分が凸レンズ状に形成されてなるものである。したがって、レンズシート５８の貼着により、各ＬＥＤチップに対応して凸レンズが設けられることとなる。
【００３５】
上記レンズシート５８の貼着によって、複数個のＬＥＤを光源としたカード型の発光ユニットがほぼ完成する。
当該発光ユニットにおいて、上記レンズとＬＥＤチップの位置関係は、レンズの光軸にＬＥＤチップの発光点があって初めて、所望の配光特性が得られるように設計されている。したがって、前記光軸に対してＬＥＤチップがずれてしまうと配光もずれてしまい所望の配光特性が得られない。本実施の形態では、上記したようにしてＬＥＤチップが高精度に位置決めされた状態で実装されることから、ＬＥＤチップの実装位置ずれに起因する上記配光ずれは可能な限り防止することができる。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることも可能である。
（１）上記実施の形態では、一対の認識マークを、両認識マークの中心を結ぶ線分の中点が目標実装位置と一致するような位置に形成したが、認識マークの形成位置はこれに限らない。一対の認識マークは、両認識マークの中心を結ぶ線分を予め定められた比率で内分または外分する点が目標実装位置と一致するような位置に形成することとしても構わない。
（２）また、一対の認識マークは、両認識マークの中心を結ぶ直線上以外の位置に実装目標位置がくるような位置に形成することとしても構わない。この場合であっても、目標実装位置に対し予め定められた位置に、両認識マークが配されることは言うまでもない。なお、目標実装位置が両認識マークの中心を結ぶ直線上にない場合には、両認識マークの中心位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出した後、両中心位置を結ぶ線分のＸ軸（またはＹ軸）に対する正規の傾きからのずれを考慮して、目標実装位置を特定することとなる。
（３）上記実施の形態の金属ベース基板は２層であったが、金属ベース基板の積層数は２層に限らない。１層であってもよいし、３層以上であってもよい。
（４）金属ベース基板は、上記したサブトラクティブ法に限らず転写法によって製造してもよい。要は、配線パターンと認識マークとが同時に形成される（同一の工程で形成される）ような製造方法であれば良いのである。
（５）上記実施の形態では、配線パターンと認識パターンとを銅（Ｃｕ）で形成することとした。すなわち、同一の銅箔からエッチングによって両者を形成することとしたが、配線パターンと認識パターンとは、他の材質の金属箔、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはアルミ（Ａｌ）から成る金属箔をエッチングすることによって形成することとしても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る金属ベース基板によれば、一対の認識マークとＬＥＤベアチップが実装される配線パターンとは、同一の金属箔からエッチングによって形成されている、すなわち、認識マークと配線パターンとを同時に形成することが可能となり、その結果、当該認識マークと配線パターンとの間に製造工程上生じる相対的な位置ずれを防止することができる。また、認識マークは円形をしているので、たとえ、当該認識マークのエッジにむら（エッチングむら）が生じても、当該認識マーク（円）の中心は、精度よく検出すること可能である。
【００３８】
よって、以上のように構成された認識マークに基づいて行われる、ＬＥＤベアチップの実装位置の検出精度は向上し、ＬＥＤベアチップをより精度良く実装することが可能となる。
また、本発明に係る発光ユニットによれば、上記のような金属ベース基板にＬＥＤベアチップが実装されてなるので、ＬＥＤベアチップの実装位置ずれに伴って生じるレンズの光軸と当該ＬＥＤベアチップの発光点とのずれに起因する配光特性の劣化を可能な限り防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る金属ベース基板の平面図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大図であると共に、ＣＣＤカメラによる撮像状態を示す図である。
【図３】図２において、破線に沿って切断した断面図である。
【図４】上記金属ベース基板の製造方法を説明するための図である。
【図５】発光ユニットの断面図の一部である。
【符号の説明】
１２，１４ 絶縁層
１６，２４，２８ 配線パターン
３２ 実装位置
３４，３６ 認識マーク
Claims (6)
- 絶縁層と、
前記絶縁層表面に形成された配線パターンと、
前記絶縁層表面の、前記配線パターンの所定位置に実装されるＬＥＤベアチップの当該実装位置に対し予め定められた位置に配された、円形の認識マーク一対とを有し、
前記認識マークと前記配線パターンとが同一の金属箔からエッチングによって形成されたものであることを特徴とする金属ベース基板。 - 前記一対の認識マークは、当該両認識マークの円中心を結んだ線分上に前記実装位置がくるような位置に配されていることを特徴とする請求項１記載の金属ベース基板。
- 前記金属ベース基板における前記実装位置は、前記認識マークを撮像カメラで撮像し画像認識によって特定されるものであり、
前記一対の認識マークは、両認識マークを前記撮像カメラの視野内に入れた際に、当該撮像カメラの解像度において円形であると認識できる大きさに形成されていることを特徴とする請求項２記載の金属ベース基板。 - 前記絶縁層はその表面の色が白色系をしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の金属ベース基板。
- 前記絶縁層は少なくとも無機フィラーおよび樹脂組成物を含み、かつ、ビルトアップ工法により作成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属ベース基板。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属ベース基板と、
前記金属ベース基板の前記所定位置に実装されたＬＥＤベアチップと、
前記ＬＥＤベアチップに対応して設けられたレンズと、
を有することを特徴とする発光ユニット。
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