JP2017073513A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気的に独立した複数の独立ポスト基板を薄板状の銅板部材によって形成することで、前記各独立ポスト基板の裏面を表面実装用の電極面とすることができると共に、放熱性をも高めることが可能な発光装置を提供することである。
【解決手段】 配線基板４と、この配線基板４に設けられる複数の貫通孔５と、この複数の貫通孔５のそれぞれに嵌合する凸状の金属ポスト部３Ａ，３Ｂを有して前記配線基板４の裏面に密接する導電性のポスト基板とを備えた発光装置１において、前記ポスト基板は、前記各金属ポスト部３Ａ，３Ｂを有して電気的に独立した複数の独立ポスト基板２Ａ，２Ｂによって形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】 配線基板４と、この配線基板４に設けられる複数の貫通孔５と、この複数の貫通孔５のそれぞれに嵌合する凸状の金属ポスト部３Ａ，３Ｂを有して前記配線基板４の裏面に密接する導電性のポスト基板とを備えた発光装置１において、前記ポスト基板は、前記各金属ポスト部３Ａ，３Ｂを有して電気的に独立した複数の独立ポスト基板２Ａ，２Ｂによって形成される。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発光素子が実装される基板の裏面側を電極面とした構造の発光装置及びその製造方法に関するものである。
電球や蛍光灯に次ぎ、次世代照明として注目を浴びているＬＥＤ発光装置は、低消費電力、長寿命と環境に優しい明かりとして近年急速な広がりをみせている。このような発光装置にあっては、明るさを追及する余り、ハイワットの発光素子を複数個搭載するパッケージやモジュールが主流となってきており、各発光素子の発する熱を効率良く逃がすことが急務となってきている。そこで、図６に示す発光装置３１のように、銅板をエッチング等によって円柱形状あるいは四角形状に突出させたポスト部３３を形成し、このポスト部３３を絶縁性の配線基板３４に組み込んだ基板３２を用いることによって、放熱対策が実施されてきている。
図７乃至図９は、上記発光装置３１の製造工程を示したものである。最初に発光装置３１のベースとなる基板３２を用意する（図７（ａ））。この基板３２は、２００μｍ以上の厚みを有する銅板によって形成され、ポスト部３３となる部分を感光性フィルム４５によってマスクする（図７（ｂ））。そして、前記感光性フィルム４５を介してマスクした部分を除いて所定の深さにエッチングする（図７（ｃ）、図８（ｄ））。
次に、前記エッチングした基板３２上に配線基板３４を接合させる（図８（ｅ）、（ｆ））。この配線基板３４は、絶縁性の樹脂基板３５上面に銅箔３６、下面に接着シート３５ａが形成されており、前記ポスト部３３上に実装される発光素子やワイヤ等による電気的な接続部となっている。そして、前記配線基板３４の銅箔３６及びポスト部３３の上面が平坦となるように、銅めっき３７を施す（図９（ｇ））。
続いて、前記銅めっき３７上に感光性ドライフィルムを用いて回路を露光・エッチングし、金めっき３８にて被覆する。回路形成部４０となる外周に所定高さのモールドダム４１を形成する（図９（ｈ））。また、前記回路形成部４０内に発光素子４２を複数個載置し、ワイヤ４３で相互接続すると共に、前記配線基板３４に終端接続する（図９（ｉ））。
上記工程を経て形成された発光装置３１は、マザーボード等の所定位置に前記基板３２の裏面に絶縁シートを介して載置し、前記銅めっき３７及び金めっき３８が施された配線基板３４とマザーボードとを手作業で半田付けすることで電気的接続を図っていた。
上記図６乃至図９に示したように、従来の発光装置３１を構成する基板３２は、ポスト部３３をエッチングによって形成するため、また、基板３２自体の強度を確保するために、２００μｍ以上の厚みを必要としており、基板３２の裏面側にアノード及びカソードからなる電極をエッチングによって形成することが容易ではなかった。このため、導電性のポスト基板を用いて発光装置を構成する場合は、リフローによる表面実装ではなく、発光素子の配線が施される配線基板にアノード端子及びカソード端子を設け、ここにボンディング用のワイヤやリード線等を手はんだによって電気接続を図るようになっていた。このような構造の基板３２をベースとして構成される発光装置３１は、基板３２が放熱性を有しているだけで、リフロー等による表面実装ができないため、実装工程における自動化が困難である等の課題があった。
また、前記基板３２が一定の厚みを有するため、実装面の薄型化が制限されていた。
そこで、本発明の目的は、電気的に独立した複数の独立ポスト基板を薄板状の銅板部材によって形成することで、前記各独立ポスト基板の裏面を表面実装用の電極面とすることができると共に、放熱性をも高めることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、配線基板と、この配線基板に設けられる複数の貫通孔と、この複数の貫通孔のそれぞれに嵌合する凸状の金属ポスト部を有して前記配線基板の裏面に密接する導電性のポスト基板とを備えた発光装置において、前記ポスト基板は、前記各金属ポスト部を有して電気的に独立した複数の独立ポスト基板によって形成されていることを特徴とする。
また、本発明の発光装置の製造方法は、薄板状の銅板部材の裏面に離型可能な接着剤を介して補強部材を積層し、前記銅板部材の表面をエッチングして凸状の複数の金属ポスト部を形成し、前記複数の金属ポスト部に対応した位置に貫通孔を有する配線基板を積層し、前記金属ポスト部の上面及び前記配線基板の表面加工を行った後、前記補強部材を前記銅板部材の裏面から剥離し、前記補強部材が剥離された銅板部材を前記各金属ポスト部を有する複数の独立ポスト基板をエッチングによって分離し、前記各独立ポスト基板に発光素子が実装及び配線される回路面を形成することを特徴とする。
本発明に係る発光装置によれば、ポスト部が形成される薄板状の銅板部材に所定厚みの補強部材を剥離可能な状態で積層させ、前記ポスト部のエッチング加工や導電層による表面加工を施した後の工程で前記補強部材を剥離することで、ポスト基板自体を薄く形成することが可能となる。これによって、前記銅板部材から電気的に独立した複数の独立ポスト基板に分離することができ、この独立ポスト基板の裏面をそのまま表面実装用の電極面にすることができる。
また、本発明の係る発光装置の製造方法によれば、最初に薄板状の銅板部材に所定厚みの補強部材を剥離可能な状態で積層しておくため、前記銅板部材が変形したり破損したりすることなくポスト部のエッチング加工や導電層による表面加工を精度よく行うことができる。また、前記補強部材を剥離した銅板部材に対して、エッチングを行うことで、複数の導電領域を有した独立ポスト基板を容易に形成することができる。
以下、本発明に係る発光装置及びその製造方法の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本発明の発光装置１は、一対の貫通孔５を有する配線基板４と、前記一対の貫通孔５に嵌合する金属ポスト部３Ａ，３Ｂを有し、前記配線基板４の裏面に密接する一対の独立ポスト基板２Ａ，２Ｂとを有して構成されている。
前記配線基板４は、絶縁性を有するアルミナ、樹脂等からなる薄板部材あるいはフィルム部材及び接着樹脂層によって形成され、前記一対の貫通孔５を境に３つの絶縁部４ａ，４ｂ，４ｃに分離されている。前記３つの絶縁部４ａ，４ｂ，４ｃには、銅箔層６ａ，６ｂ，６ｃが形成されている。前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂは、それぞれの金属ポスト部３Ａ，３Ｂの上面から前記銅箔層６ａ，６ｂ，６ｃを被覆するようにして銅めっき層７ａ，７ｂが形成されている。前記銅めっき層７ａ，７ｂの表面にはそれぞれ発光素子１２を実装配線するための金めっき層８ａ，８ｂが形成されている。また、前記配線基板４の裏面側に密接する独立ポスト基板２Ａ，２Ｂの裏面及び側面にかけて金めっき層９ａ，９ｂが形成されている。この金めっき層９ａ，９ｂは、マザーボード等の実装基板に表面実装可能な電極面を構成する。
本実施形態では、前記金属ポスト部３Ｂを広く形成し、その上面に複数の発光素子１２がワイヤ１３を介して相互接続されると共に、配線基板４ｂ側に位置している発光素子から延びるワイヤ１３が金めっき層８ｂに電気的に接続されている。また、前記金属ポスト部３Ａは、前記配線基板４ｃ側に位置している発光素子１２から延びるワイヤ１３が金めっき層８ａに電気的に接続されている。
前記複数の発光素子１２及びワイヤ１３は、前記金めっき層８ａ，８ｂの外周部に沿って形成されたモールドダム１１の内側に充填される蛍光体含有の透明性を有する樹脂材によって封止される。
従来構造の発光装置にあっては、ポスト基板が金属ポスト部の加工や表面加工等に耐え得るようにするために厚みを有して形成されていたが、このポスト基板をエッチングによって電気的に分離する等の加工が容易でなかった。このため、前記ポスト基板の裏面を利用した表面実装は実現できず、配線基板の一端に設けたはんだ付け用ランドを介したリード線による手はんだを基本とする接続構造となっていた。これによって、はんだを介した実装の自動化が制限されていた。
本発明の発光装置１は、前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂの前記配線基板４の裏面側からの厚みが２０μｍ〜１２０μｍの薄板状の銅板部材をエッチングすることによって形成されている。また、前記配線基板４の絶縁部４ｃを挟んで対向する前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂの間隔が２００μｍ以下となるように形成される。前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂは、平板状の銅板部材をエッチング加工して金属ポスト部３Ａ，３Ｂを形成すると共に、前記配線基板４に組み込んだ後、銅めっきや金めっき等による表面加工を行う。このため、前記銅板部材の裏面に離型可能な接着剤を介して所定厚みの補強部材を積層した状態で前記表面加工までを行う。そして、この表面加工が終了した後、前記補強部材を剥離した銅板部材に対して分離加工及び発光素子の実装及び配線処理を経て前記一対の独立ポスト基板２Ａ，２Ｂを備えた薄型の発光装置１を形成することができる。
上記構成からなる発光装置１は、独立ポスト基板２Ａ，２Ｂの裏面に形成されている金めっき層９ａ，９ｂのいずれか一方がアノード、他方がカソードに設定され、そのままマザーボード等の実装基板上に表面実装することができる。なお、前記配線基板４の絶縁部４ａ，４ｂにも、前記発光素子１２と導通する前記銅箔層６ａ，６ｂが形成されているため、ボンディングワイヤやリード線等による外部との電気的接続形態を選択することが可能となる。
また、前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂ厚みが２０μｍ〜１２０μｍに設定されているため、複数の発光素子によって生じる熱を効率よくマザーボード側に放熱させることができる。さらに、前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂの間隔が２００μｍ以下に設定されているため、発光装置１の小型化と共に、高密度化も図ることができる。
次に、図２乃至図４に基づいて上記発光装置１の製造方法について説明する。最初に、図１に示した金属ポスト部３Ａ，３Ｂが形成される平板状の銅板部材１０を用意し、この銅板部材１０の裏面に離型可能な接着剤１７を介して補強部材１６を接合する（図２（ａ））。前記銅板部材１０は約２００μｍの厚みに形成され、前記補強部材１６は約２５０μｍの厚みに形成されている。
前記銅板部材１０と補強部材１６との接合に関しては、厚みが２５０μｍの銅板からなる補強部材１６にスクリーン印刷によって前記接着剤１７を塗布し、厚みが２００μｍの銅板部材１０を１００℃の温度で３０分間積層プレスを施して貼り合わせることも可能である。また、厚みが２３０μｍの補強部材１６と厚みが２００μｍの銅板部材１０とを積層することによって、更に形成するポスト基板の厚みを薄くすることも可能になる。このように、前記補強部材１６の厚みについては、用途や加工の程度に応じて選択することも可能である。
次に、感光性ドライフィルム（日立化成製：ダイレクトイメージング用ドライフィルムフォテックＲＤ-１２２５）を使用し、エッチングにより前記銅板部材１０に複数の金属ポスト部３Ａ，３Ｂを形成する（図２（ｂ））。
前記各金属ポスト部３Ａ，３Ｂに嵌合する貫通孔５及び表面に銅箔層６が形成され、裏面に接着シート１４が仮貼りされた配線基板４を前記銅板部材１０に対して、１６０℃の温度で約２時間積層プレスを行う（図２（ｃ））。この積層プレスによって染み出した樹脂等をバフあるいはベルトサンダー等の物理研磨によって、配線基板４の銅箔層６と各金属ポスト部３Ａ，３Ｂの上面とが平滑になるように研磨する（図３（ｄ）、（ｅ））。
次に、平滑化した前記配線基板４の銅箔層６及び金属ポスト部３Ａ，３Ｂの上面全体に銅めっき層７を約１５μｍの厚みに一様に形成する（図３（ｆ））。このとき、銅めっき層７は、裏面にマスキングテープによりマスキングし、表面のみに処理をしてもよい。この段階で銅板部材１０と配線基板４が積層された上で、銅めっき層７が形成されているため、前記銅板部材１０自体の強度は製造工程上十分な強度が確保されている。
続いて、前記銅板部材１０の裏面側に接合されている補強部材１６を剥離する（図４（ｇ））。この補強部材１６の剥離については、人の手によって容易に剥離することができるが、プリント配線板のそり直しに使用する装置(段違いのロールを通過させてそりを強制する装置)を使用して剥離することも可能である。
前記補強部材１６を剥離した後に残る接着剤１７の残渣を除去するため、バフを用いて前記銅板部材１０の裏面及び表面を研磨する（図４（ｈ））。このときのバフの番手は＃３２０と＃５００の上下２連としたが、さらに銅板部材１０の表面を粗面化するため、研磨材を高圧で吹き付けるジェットスクラブ研磨を追加する方がより高精細な表面が得られ、発光素子の実装及び配線に適した表面加工を行うことができる。
次に、先に使用した感光性ドライフィルム（日立化成製：ダイレクトイメージング用ドライフィルムフォテックRD-１２２５）を用いて、前記銅板部材１０の表面及び裏面からエッチングを行うことによって、前記ポスト基板を電気的に分離した２極の独立ポスト基板２Ａ，２Ｂを形成する（図４（ｉ））。この独立ポスト基板２Ａ，２Ｂは、それぞれ電気的に独立した電極端子を構成している。また、エッチングに関しては、前記銅板部材１０の表面の厚みが約３３μｍ、裏面の厚みが約５０μｍとなるため、予め表裏面でエッチングファクターの補正をしておくことが好ましい。なお、この工程において、前記独立ポスト基板２Ａ，２Ｂの上面にモールドダム１１を形成しておく。
前記モールドダム１１が形成された独立ポスト基板２Ａ，２Ｂに対して、所定のソルダーレジストを形成し、表面ニッケル：５μｍ、銀１．０μｍ、裏面ニッケル５μｍ、金０．０３μｍによる貴金属めっきを施し、前記モールドダム１１内に発光素子１２を実装及び配線した後、蛍光体含有の透明性を有する樹脂材で封止する（図４（ｊ））。
図５は、図４（ｊ）に示した独立ポスト基板２Ａ，２Ｂのエッチング断面を示したものである。本実施形態では図４（ｈ）に示した状態の銅板部材１０裏面側の沿面Ｗ１が２００μｍの設計値に対して中心面Ｗ２が１００μｍ、その周面Ｗ３が５０μｍとなるように感光性フィルム４５によるマスクを介してエッチング処理を行った。これによって、厚みＴが１００μｍの銅板部材１０を独立ポスト基板２Ａ，２Ｂに分断することができる。また、表面側に関しては、沿面１５０μｍに対し５０μｍとオーバーエッチして設計値になるよう補正を行った。このように、本実施形態のような厚みの銅板部材１０については、１回のエッチングで分断が可能であるが、複数回に分けてエッチング処理を行ってもよい。
上記図２乃至図５に示したように、本発明では、ポスト基板を薄板状の銅板部材１０から形成する際、前記銅板部材１０に離型可能な接着剤１７を介して補強部材１６を積層させ、金属ポスト部３Ａ，３Ｂのエッチング加工及び銅めっき層等の表面加工が終了した後に前記補強部材１６を剥離することで、前記ポスト基板の裏面側の厚みを１００μｍ以下に抑えることが可能となった。これによって、図１に示したように、前記ポスト基板をエッチング等によって、アノード及びカソードからなる電気的に独立した独立ポスト基板２Ａ，２Ｂに形成することが容易となった。
１ 発光装置
２ ポスト基板
２Ａ，２Ｂ 独立ポスト基板
３Ａ，３Ｂ 金属ポスト部
４ 配線基板
４ａ，４ｂ，４ｃ 絶縁部
５ 貫通孔
６ａ，６ｂ，６ｃ 銅箔層
７ａ，７ｂ 銅めっき層
８ａ，８ｂ 金めっき層
９ａ，９ｂ 金めっき層
１０ 銅板部材
１１ モールドダム
１２ 発光素子
１３ ワイヤ
１４ 接着シート
１６ 補強部材
１７ 接着剤
３１ 発光装置
３２ 基板
３３ ポスト部
３４ 配線基板
３５ 樹脂基板
３５ａ 接着シート
３６ 銅箔
３７ 銅めっき
３８ 金めっき
４０ 回路形成部
４１ モールドダム
４２ 発光素子
４３ ワイヤ
４５ 感光性フィルム
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１２ 発光素子
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３８ 金めっき
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４１ モールドダム
４２ 発光素子
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４５ 感光性フィルム
Claims (4)
- 配線基板と、この配線基板に設けられる複数の貫通孔と、この複数の貫通孔のそれぞれに嵌合する凸状の金属ポスト部を有して前記配線基板の裏面に密接する導電性のポスト基板とを備えた発光装置において、
前記ポスト基板は、前記各金属ポスト部を有して電気的に独立した複数の独立ポスト基板によって形成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記各独立ポスト基板は、２００μｍ以下の間隔を有して絶縁分離されている請求項１に記載の発光装置。
- 前記各独立ポスト基板は、厚みが２０μｍ乃至１２０μｍに形成されている請求項１又は２に記載の発光装置。
- 薄板状の銅板部材の裏面に離型可能な接着剤を介して補強部材を積層し、
前記銅板部材の表面をエッチングして凸状の複数の金属ポスト部を形成し、
前記複数の金属ポスト部に対応した位置に貫通孔を有する配線基板を積層し、
前記金属ポスト部の上面及び前記配線基板の表面加工を行った後、
前記補強部材を前記銅板部材の裏面から剥離し、
前記補強部材が剥離された銅板部材を前記各金属ポスト部を有する複数の独立ポスト基板に分離し、
前記各独立ポスト基板に発光素子が実装及び配線される回路面を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
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2015
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