JPWO2009051178A1 - Ｌｅｄパッケージ基板およびそれを用いたｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

放熱性に優れ、さらには信頼性、量産性、コストの問題を同時に解決できるＬＥＤパッケージ基板を提供する。ＬＥＤ素子１０５のｎ極１０５ａに接続されるｎ電極１０１とＬＥＤ素子１０５のｐ極１０５ｂに接続されるｐ電極１０２との間隔を、その最狭部において２０〜５００μｍの範囲内とし、少なくとも前記最狭部の一部または全部にセラミックス１０３を充填した。

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を搭載したＬＥＤパッケージの基板およびそれを用いたＬＥＤパッケージに関する。

近年、省エネルギーの観点から、各方面で様々な省電力関連製品の開発が行われている。低消費電力である発光ダイオード、すなわちＬＥＤ（Light Emitting Diode）もそのような製品の一つであり、とくに青色ＬＥＤ素子の開発成功により白色ＬＥＤの生産が可能になったことから、これを液晶バックライトや一般照明に採用しようという動きが起こり、一部製品では既に採用が始まっている。

このような白色ＬＥＤとしては、例えば特許文献１の図１に、砲弾型のＬＥＤパッケージに青色ＬＥＤ素子を搭載した後蛍光体を含有した樹脂にて封止し、ＬＥＤ素子の青色光と、蛍光体を透過し励起された光とを合成して白色を得るものが示されている。

このようなＬＥＤパッケージは既に世界標準的なパッケージ形状として確立されており、量産性・コストにも優れるため市場に大量に流通している。しかしながら、近年のＬＥＤ素子の出力増大に伴い、ＬＥＤ素子から発生する熱量が大幅に大きくなった結果、上述のような砲弾型パッケージでは放熱が追いつかなくなり、温度上昇により生じるＬＥＤ素子の発光効率の低下が大きな問題となっている。

この放熱問題をクリアするため、これまで様々に改良されたＬＥＤパッケージが提案されている。

例えば特許文献２においては、パッケージ材質に高熱伝導性の窒化アルミニウムを用い、窒化アルミニウム基板上に電極パターンを印刷し、ＬＥＤ素子のフリップチップ実装により高い放熱性を得るＬＥＤパッケージが示されている。

しかしながら上記ＬＥＤパッケージでは、電極パターンを印刷する工程が入ることから大量生産性に難が生じ、コストも増大する上、原材料として高価な窒化アルミニウムを用いることから、パッケージ価格がさらに上昇してしまう欠点を有している。加えて昨今のＬＥＤ素子の更なる高出力化のため、窒化アルミニウムの熱伝導率をもってしてもその放熱能力に不足が生じ始めているなど、改善すべき課題は多い。

また、特許文献３においては、基板に形成したスルーホールを金属にて充填し放熱ビアとし、ＬＥＤ素子をその上にフリップチップ実装するというＬＥＤパッケージが提案されている。

このようなＬＥＤパッケージでは、特許文献３中には金属の具体名は記載されていないが、充填金属として銀や銅を用いることで高い放熱性を得ることができる。しかしながら実際には、スルーホール中に銀や銅を溶浸させると、凝固収縮によりスルーホールとこれら充填金属が剥離してしまい、最悪の場合は充填金属が脱落し、断線してしまう欠点がある。この欠点を解消するためには、充填金属の粉末とガラス粉末を混合した金属ペーストを用い、スルーホールに充填後、金属成分の融点以下で焼結固化する必要がある。しかしこれでは、金属成分に対してガラス成分を混入させてしまうため、金属成分の持つ本来の熱伝導性を発揮できない。また、スルーホール充填に際してはスクリーン印刷を用いるのが一般的であるが、その場合量産性や製造コストに難が生じてしまう問題がある。

また、特許文献４においては、銅を主体とするリードフレームと放熱用の金属板とを白色の放熱樹脂を介して一体化したＬＥＤパッケージが示されている。このようなＬＥＤパッケージは原料に安価な銅を用い、かつ複雑な工程を経ずに製造可能であるためコストに優れる他、放熱樹脂の熱伝導率が十分であれば良好な放熱性も期待できる。しかしながら、放熱樹脂の熱伝導率は特許文献４中にもあるようにせいぜい１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、リードフレームと放熱金属板の熱伝導率と比較して著しく低く、その結果、リードフレームから放熱金属板への熱移動に対する抵抗となり、実際には良好な放熱性を発揮することは困難である。さらには樹脂の低耐熱性から、ＬＥＤを長時間連続点灯状態で使用した場合、上記放熱性の問題からパッケージ温度が上昇し樹脂が熱変形あるいは劣化を起こすことも考えられる。したがって、放熱効率は良いが狭い電極ギャップが必要であり、かつその間隔に精度が必要なフリップチップ実装はこのパッケージ構造には適さない。

すなわち、図６（ａ）に示すようにフリップチップ実装では、ＬＥＤ素子２０１のｎ極２０１ａおよびｐ極２０１ｂを、ＬＥＤパッケージ基板２０２のｎ電極２０２ａおよびｐ電極２０２ｂに直接接合するため、図６（ｂ）に示すワイヤーＷによるワイヤー実装に比べ、ＬＥＤ素子２０１の発光部２０１ｃからの熱をＬＥＤパッケージ基板２０２を介して逃がしやすく放熱性に優れる。しかし、フリップチップ実装では、ＬＥＤ素子２０１のｎ極２０１ａおよびｐ極２０１ｂに合わせてｎ電極２０２ａ、ｐ電極２０２ｂ間のギャップ２０２ｃを狭くする必要があり、しかもその精度が厳しく要求されるので、ＬＥＤパッケージ基板が熱変形などにより変形、劣化しやすい場合にはフリップチップ実装は適さない。

また、特許文献４中に挙げられた樹脂はいずれも短波長光に弱く、ＬＥＤ素子からの光や太陽光により黄変や劣化などを引き起こし、その結果、パッケージとしての寿命を低下させるなど欠点も多い。

ＬＥＤを一般照明として普及させるためには、放熱性に加えて信頼性（耐ＵＶ性、耐湿性などの耐候性や、耐熱性、機械的強度など）、量産性、コストを同時に満足する必要がある。しかしながら上述のように放熱性を重視して改良を施した結果、信頼性や量産性、コストが悪化するなど、前記４要素全てに着目し改善したＬＥＤパッケージは見当たらない。
特許第２９２７２７９号公報 特開２００４−２０７３６７号公報 特開２００２−２８９９２３号公報 特開２００７−１７３４４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、放熱性に優れ、さらには信頼性、量産性、コストの問題を同時に解決できるＬＥＤパッケージ基板およびそれを用いたＬＥＤパッケージを提供することにある。

上記課題を解決のため、本願の発明者は、電極用材料としては良好な熱伝導性を有し、比較的安価な銅を主体とする金属を基本とし、構造用材料としては樹脂ではなく強度および耐候性に優れるセラミックスを用い、ＬＥＤ素子の実装方式としては放熱に有利なフリップチップ実装方式を前提条件に、そのパッケージ構造について検討を行った。その結果、フリップチップ実装可能な狭い電極間隔を有する電極対（ｎ電極およびｐ電極）において、その電極対の間にセラミックスを充填することで様々な課題が解決できることを見出し、さらに応用展開を加えた結果、最終的に放熱性に優れ、さらには信頼性、量産性、コストの問題を同時に解決したＬＥＤパッケージ基板を発明するに至った。

すなわち本発明のＬＥＤパッケージ基板は、ＬＥＤ素子を搭載したＬＥＤパッケージの基板であって、ＬＥＤ素子のｎ極に接続されるｎ電極とＬＥＤ素子のｐ極に接続されるｐ電極との間隔が、その最狭部において２０〜５００μｍの範囲内にあり、少なくとも前記最狭部の一部または全部にセラミックスが充填されていることを特徴とするものである。

このように、ｎ電極とｐ電極の間隔を２０〜５００μｍに制限することにより、ＬＥＤ素子を直接電極上にフリップチップ実装することができるようになり、ＬＥＤ発熱部と電極との距離を最大限に短くできるため、効率の良い放熱を行うことが可能となる。そして、そのｎ／ｐ電極間にセラミックスを充填することで、充填したセラミックスの熱的・機械的安定性によりｎ／ｐ電極間が強固に保持される。その結果、電極間隔の寸法が精度良く維持され、ＬＥＤ素子の超音波接合などを行ってもｎ電極やｐ電極にひずみや変形を生じない安定したフリップチップ実装が可能になるとともに、熱変形、光劣化、吸湿劣化のない信頼性の高いＬＥＤパッケージが得られる。

なお、ｎ／ｐ電極間隔を２０μｍ未満とした場合、セラミックスの充填が困難となる。一方、ｎ／ｐ電極間隔を５００μｍ超とした場合、従来の３５０μｍ角サイズのＬＥＤ素子のフリップチップ実装が不可能となり、大型の１ｍｍ角サイズのＬＥＤ素子を使用した場合であっても、ＬＥＤ素子と電極とを接合する半田バンプのＬＥＤ素子との接触面積あるいは電極との接触面積が小さくなる結果、ＬＥＤ素子から電極への伝熱量が低下し、良好な放熱が行えなくなる。

本発明において、ｎ電極およびｐ電極はリードフレームによって形成することが好ましい。これによりｎ／ｐ電極間隔の製品間ばらつきが抑えられるので、セラミックスの充填不良が低減されるとともに、ＬＥＤ素子の自動実装が容易になる。さらに、その製法に連続プレス加工などの量産性に優れた工程を採用することが可能となり、量産性、コストにも優れたＬＥＤパッケージ基板の提供が可能となる。

本発明のＬＥＤパッケージ基板は放熱性に優れ、さらには信頼性、量産性、コストの問題を同時に解決でき、ハイパワーＬＥＤや照明向けＬＥＤ用パッケージとして有用である。

本発明のＬＥＤパッケージ基板において、ｎ／ｐ電極間へのセラミックスの充填方法はその手段を問わず充填できれば良く、例えば熱可塑性を有するセラミックスグリーン体を用いたインサート成形やアウトサート成形、溶融あるいは半溶融状態のセラミックス原料を用いた射出成形などにより充填することができる。

また、ｎ電極およびｐ電極をリードフレームによって形成する場合、そのリードフレームは、プレス加工、放電加工、エッチング等により作製できるが、量産性や寸法精度を考慮した場合、プレス加工が最も好ましい。

電極材質は、熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅または銅合金とすることが好ましい。具体的には、熱伝導性および信頼性を十分に考慮した場合、銅含有率９９．９％以上の無酸素銅系合金が好ましく、中でも純度９９．９％以上の無酸素銅に対し、Ｚｒを０．０１５〜０．１５質量％添加した合金や、純度９９．９％以上の無酸素銅に対し、Ｓｎを０．１０〜０．１５質量％添加した合金が最も好ましい。このように電極を熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅または銅合金から構成することで、ガラス成分を混入した金属ペーストや、窒化アルミニウムと比べ、大きな熱伝導率が得られ、高い放熱効果を得ることができる。さらには金属ペーストや窒化アルミニウムよりも安価であることから、そのコストを低く抑えたＬＥＤパッケージ基板の提供が可能となる。

また、本発明のＬＥＤパッケージ基板のＬＥＤ素子搭載面には、ｎ／ｐ電極間に充填するセラミックスと同一材質によって、ＬＥＤ素子の搭載部を取り囲むように開口反射部、いわゆるリフレクタを形成することが好ましい。このリフレクタの形成はセラミックス充填とは別工程で行うこともできるが、その生産リードタイムを考慮した場合、セラミックスを充填する際に同時に形成することが最も好ましい。なお、ＬＥＤパッケージ基板の強度を向上させる目的で、ＬＥＤパッケージ基板のリフレクタ形成面（ＬＥＤ素子搭載面）とは反対の面に絶縁体からなる基台を形成しても良い。この基台の材質は絶縁体であれば何でも良いが、好ましくはｎ／ｐ電極間に充填するセラミックスと同一材質が良く、とくにｎ／ｐ電極間へのセラミックス充填、リフレクタ形成、基台形成をインサート成形によって同時に行うと生産リードタイムを削減することができ、量産性向上・コスト削減の両面において極めて有効である。また、前記リフレクタの上部に、前記リフレクタとは別の材質からなる追加リフレクタを取り付けても良い。この追加リフレクタの材質は問わないが、例えばアルミニウムや、表面をアルミニウムメッキ処理あるいは銀メッキ処理されたステンレス、白色度値の高いセラミックスなどで作ることができる。

さらに本発明においては、セラミックスとして焼成温度１０５０℃以下で焼成可能なセラミックスを用い、ｎ／ｐ電極とセラミックスとを直接接合し一体化することが好ましい。これにより、ｎ／ｐ電極間がより強固に保持されるとともに、製造工程が簡略化され、低コストで信頼性の高いＬＥＤパッケージ基板を提供することができる。焼成温度１０５０℃以下で焼成可能なセラミックスとしては、焼成温度６００〜９６０℃程度のホウケイ酸系ガラスあるいはホウケイ酸系ガラスにアルミナ、マグネシア、硫酸バリウムのいずれかを４０体積％以下混合した材料が最も好ましい。なお、セラミックス材質については、その目的や電極材質の熱膨張係数に応じて適切な熱膨張係数を有するものを選択することができる。なお、直接接合の方法に関しては手段を問わないが、例えばバインダーを添加し熱可塑性を付与したセラミックスグリーン体を用いてインサート成形やアウトサート成形を行った後、脱脂、一体焼成を行う方法、セラミックス原料を溶融あるいは半溶融化させて射出成形を行い、一体化を行う方法などがある。

さらに、そのセラミックスは、焼成後の白色度がＪＩＳ Ｐ８１４８（ＪＩＳ２００１年度版）において定める白色度値で７０％以上であることが好ましく、白色度値が８５％以上であることがより好ましい。これにより、光反射率を高めることができ、光取り出し効率の高いＬＥＤパッケージ基板を提供することができる。

また、本発明では、ｎ／ｐ電極とセラミックスとの一体化後に少なくとも大気中に露出しているｎ／ｐ電極の表面に対し、銀あるいはアルミニウムを基とする金属によりメッキ処理を施すことが好ましい。これにより、光反射率を高めることができ、光取り出し効率の高いＬＥＤパッケージ基板の提供が可能になるとともに、ｎ／ｐ電極の表面酸化が抑制されるため、信頼性の高いＬＥＤパッケージ基板を提供することができる。なお、ｎ／ｐ電極とセラミックスとの一体化前に上述のメッキ処理を行った場合、一体化の際の加熱時にメッキ材質と銅あるいは銅合金からなるｎ／ｐ電極との化学反応が発生し、光反射率の低下、さらには電極形状の変化が発生し、ＬＥＤパッケージ基板としての実用性が低下してしまうため、一体化後にメッキ処理を行うことが好ましい。

さらに、本発明では、放熱性向上のためにｎ／ｐ電極にヒートシンクを熱の伝達を行えるように結合、いわゆる熱的に結合することが好ましい。その結合形態としては、（１）ｎ／ｐ電極の少なくとも一方にヒートシンクを熱的に結合する形態、（２）ｎ／ｐ電極にそれぞれ別個のヒートシンクを熱的に結合する形態、（３）ｎ／ｐ電極に絶縁層を介して一つのヒートシンクを熱的に結合する形態、のいずれかとすることができる。上記（３）で用いる絶縁層の熱伝導率は放熱効率を高めるため３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、このような絶縁層用材料としては、例えば絶縁処理を行ったグラファイトシートや、カーボンナノチューブ複合プラスチックなどがある。また、ヒートシンクの取り付け位置は、熱的に結合されていればその制限はなく、例えば電極アウターリード部や、電極背面（ＬＥＤ素子搭載面と反対の面）などに取り付けることができる。

そして、上述した本発明のＬＥＤパッケージ基板を基板として用いることにより、放熱性に優れ、さらには信頼性、量産性、コストの問題を同時に解決できるＬＥＤパッケージを提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

［実施例１］
図１は本発明に係るＬＥＤパッケージ基板の第１実施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図１（ｂ）にはＬＥＤパッケージに搭載されたＬＥＤ素子を拡大して示している。

図１に示すＬＥＤパッケージ基板１００は本発明の基本形であり、ｎ電極１０１とｐ電極１０２の電極対を備え、その最狭部にセラミックス１０３を充填した構造を有する。

このようなＬＥＤパッケージ基板１００は、図２に示すように、リードフレーム１０４を利用して作製できる。

具体的には、まず銅あるいは３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する銅合金からなる金属板をプレス加工等により加工し、ｎ電極１０１およびｐ電極１０２を備えるリードフレーム１０４を得る。この際、ｎ電極１０１およびｐ電極１０２の最狭部の間隔が２０〜５００μｍの範囲内となるように形成するが、最終的に最狭部の間隔が２０〜５００μｍの範囲内となるのであれば、例えばその間隔を５００μｍ以上にて形成した後、２０〜５００μｍの範囲内となるようにリードフレーム１０４を変形させるなどの手法を用いても良い。また、本実施例においてはｎ／ｐ電極対の最狭部が１箇所の場合の例のみ図示しているが、最狭部を２箇所以上形成し、複数のＬＥＤ素子を搭載できるようにしても良い。さらに、このリードフレーム１０４のｎ／ｐ電極最狭部に対し、セラミックス１０３を充填し、個片化してＬＥＤパッケージ基板とする。なお、セラミックスの充填方法についてはその手段を問わないが、例えばアウトサート成形などにより充填することができる。

このＬＥＤパッケージ基板１００には、図１（ｂ）に示すようにＬＥＤ素子１０５がフリップチップ実装される。具体的には、ＬＥＤパッケージ基板１００のｎ極１０１にＬＥＤ素子１０５のｎ極１０５ａが半田バンプ１０６を介して接続され、ｐ電極１０２にＬＥＤ素子１０５のｐ極１０５ｂが半田バンプ１０６を介して接続される。ＬＥＤ素子１０５を搭載したＬＥＤパッケージの全体像は図示していないが、通常どおり、ＬＥＤ素子１０５を樹脂封止した構造を有する。

なお、図１（ｂ）においてセラミックス１０３は、ｎ／ｐ電極最狭部の中央部に充填されているが、充填位置はこれに限定されず、ｎ／ｐ電極最狭部の上部、下部あるいは全部に充填しても良い。また、ｎ／ｐ電極最狭部の一部あるいは全部にセラミックス１０３が充填され、かつＬＥＤ素子１０５の搭載を阻害しない状態であれば、このｎ／ｐ電極最狭部をはみ出して充填しても良いし、ｎ／ｐ電極最狭部以外のｎ／ｐ電極の隙間に充填しても良い。

［実施例２］
図３は本発明に係るＬＥＤパッケージ基板の第２実施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図３（ｂ）にはＬＥＤパッケージに搭載されたＬＥＤ素子を併せて示している。

この実施例は、ＬＥＤパッケージ基板１００のＬＥＤ素子１０５の搭載部を取り囲むように、開口反射部すなわちリフレクタ１０７をｎ／ｐ電極間に充填したセラミックス１０３と同一材質によって形成し、さらにＬＥＤ素子１０５搭載面と反対の面にセラミックス１０３と同一材質によって基台１１０を形成したものである。

具体的には、まず銅あるいは３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する銅合金からなる金属板をプレス加工等により加工し、ｎ／ｐ電極の最狭部を２０〜５００μｍの範囲内に形成した電極対を得る。その後、この電極対間に１０５０℃以下で焼成可能かつ焼成後の白色度がＪＩＳ Ｐ８１４８（ＪＩＳ２００１年度版）により定められた白色度値で７０％以上であるセラミックス１０３のグリーン体を充填し、さらにセラミックス１０３と同一材質からなるセラミックスのグリーン体を用い、ＬＥＤ搭載部を取り囲むように、反射面１０７ａを有するリフレクタ１０７を形成する。このリフレクタ１０７の反射面１０７ａは、その目的に応じて任意の傾斜角および形状に形成することができる。さらに、ＬＥＤ素子１０５搭載面とは反対の面にセラミックス１０３と同一材質からなる基台１１０を形成する。なお、この基台には必要に応じてｎ／ｐ電極とヒートシンクを接合するための開口部１１１を形成することができる。

このようにして得られたＬＥＤパッケージ基板前駆体を脱脂・焼結後、露出しているｎ電極１０１およびｐ電極１０２の表面に対し、銀あるいはアルミニウムのメッキ処理を施し、ＬＥＤパッケージ基板１００とする。なお、焼結を行う際は、セラミックスの収縮割れを防止する目的で、荷重を加えながら焼結を行う無収縮焼結法を採用しても良い。またメッキ処理に際しては、光沢性や硬度などを高める目的で最適な下地メッキを行った後に仕上げの銀メッキあるいはアルミニウムメッキを行っても良い。

［実施例３］
図４は本発明に係るＬＥＤパッケージ基板の第３実施例を示す断面図である。

この実施例は、放熱性のさらなる向上のために、ＬＥＤパッケージ基板のｎ／ｐ電極にヒートシンクを熱的に結合したものである。

図４（ａ）の例は、ヒートシンク１０８ａをｐ電極１０２の下面（ＬＥＤ素子搭載面と反対の面）に直接接合したものである。その接合方法は電極とヒートシンクが熱的に結合される形態であればいかなる方法であっても良く、例えばレーザー溶接や半田付けなどの溶接法や、高熱伝導性の接着剤を用いた接着法などがある。

図４（ｂ）の例は、ヒートシンク１０８ｂをｎ電極１０１の下面に、ヒートシンク１０８ｃをｐ電極１０２の下面にそれぞれ直接接合したものである。その接合方法としては上述と同様に溶接法や接着法などを用いることができる。

図４（ｃ）の例は、ヒートシンク１０８ｄをｎ電極１０１およびｐ電極１０２の下面に対し、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する絶縁層１０９を介して接合したものである。ｎ／ｐ電極、絶縁層およびヒートシンクの接合は、熱的に結合される形態であればいかなる方法であっても良く、例えば超音波溶接法や高熱伝導性接着剤を用いた接着法などがある。

このようにして得られたＬＥＤパッケージ基板１００は、図５に示すようにＬＥＤ素子１０５がフリップチップ実装されたときに最大の効果を発揮し、発生した熱は図中の矢印の経路を辿り、効率良くヒートシンク１０８ｂ，１０８ｃへ伝達される。なお、フリップチップ実装の具体的な形態は図１（ｂ）で説明したとおりである。

また、ＬＥＤ素子１０５から発生した光はメッキ処理されたｎ／ｐ電極１０１，１０２の表面、白色度７０％以上を有するセラミックス１０３の表面およびリフレクタ１０７の反射面１０７ａにより効率良く反射され、光取り出し効率の良いＬＥＤパッケージ基板となる。さらにはＬＥＤパッケージ基板１００を金属およびセラミックスから構成したことにより、ＬＥＤ素子１０５の実装時におけるｎ／ｐ電極１０１，１０２のゆがみや変形が抑制され、さらにはＬＥＤ素子１０５から発生する熱による変形、短波長光による劣化や、大気中湿度による劣化の無い、信頼性の極めて高いＬＥＤパッケージ基板とすることができる。また、図２で説明したようにリードフレーム方式を採用できることから、連続プレス加工など量産性に優れた製法の採用が可能となり、コスト上も極めて有用である。

図には示していないが、このようにして得られたＬＥＤパッケージ基板１００に対し、ＬＥＤ素子１０５をフリップチップ実装し、蛍光体を混ぜたシリコン樹脂によりＬＥＤ素子１０５を封止し、ＬＥＤパッケージとした。

［実施例４］
本発明のＬＥＤパッケージ基板と従来のＬＥＤパッケージ基板の比較として、（Ｘ）図５に示されたＬＥＤパッケージ基板であって、電極１０１および１０２が熱伝導率３９４Ｗ／ｍ・Ｋを有する銅からなり、かつセラミックス１０３が８５％の白色度を有するもの、（Ｙ）図６（ａ）に示されたＬＥＤパッケージ基板であって、基板２０２の材質が熱伝導率１７０Ｗ／ｍ・Ｋかつ３５％の白色度を有する窒化アルミニウム、電極２０２ａおよび２０２ｂがガラス成分３０質量％を含有する銀からなるもの、（Ｚ）図６（ｂ）に示されたＬＥＤパッケージ基板であって、基板２０２の材質が熱伝導率１７０Ｗ／ｍ・Ｋかつ３５％の白色度を有する窒化アルミニウムからなるもの、の３種類についてサイズ１０ｍｍ角、銅電極厚み０．３ｍｍ、銀電極厚み１０μｍ、窒化アルミニウム基板厚み０．３ｍｍにて試作した。ただし（Ｘ）、（Ｙ）、（Ｚ）の比較が公平になるようにするため、図には示していないが（Ｙ）および（Ｚ）の下部に（Ｘ）のヒートシンク１０８ｂおよび１０８ｃと同一形状かつ同一材質からなるヒートシンクを取り付けた。また、図５に示されたリフレクタ１０７は、これを取り付けなかった。また、ＬＥＤ素子表面の温度を測定するため、樹脂によるＬＥＤ素子の封止は行わなかった。さらに（Ｘ）および（Ｙ）はフリップチップ実装、（Ｚ）はワイヤー実装にて同一種類・同一サイズのＬＥＤ素子を搭載し、２０ｍＡの電流を投入し発光試験を行い、サーモグラフィーによりＬＥＤ素子の表面温度測定を行った。ＬＥＤ素子の表面温度が一定となった時のそれぞれのＬＥＤ素子表面温度を測定した結果、（Ｘ）３８℃、（Ｙ）５２℃、（Ｚ）１２１℃であった。この結果は、アレニウスの法則から（Ｘ）は（Ｙ）に対して２．６倍、また（Ｚ）に対して３１５倍長寿命であることを示し、あるいはそのため同一寿命にて設計する場合、（Ｘ）の方がＬＥＤ素子をより高密度に実装できることを示しており、本発明の優位性が確認された。また、それぞれの光取り出し効率について、積分球による放射束測定により比較してみたところ、放射束はそれぞれ（Ｘ）１４．８８ｍＷ、（Ｙ）１２．７８ｍＷ、（Ｚ）１０．８９ｍＷとなり、（Ｘ）が最も高かった。

以上のように、本発明にかかるＬＥＤパッケージ基板を用いることで、ＬＥＤパッケージの高放熱性化、高信頼性化、易量産化、低コスト化が進むことから、ＬＥＤ素子を高密度に搭載したＬＥＤ照明装置の他、３色のＬＥＤ素子を画素として利用したＬＥＤカラーＴＶ、ＵＳＢポートに接続して使用可能な小型プロジェクタ等に好適に使用でき、さらにはそれら製品の市場普及に大きく寄与することができるため、その産業上の利用価値は極めて大きい。

本発明に係るＬＥＤパッケージ基板の第１実施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１に示すＬＥＤパッケージ基板をリードフレームにより形成した例を示す。 本発明に係るＬＥＤパッケージ基板の第２実施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係るＬＥＤパッケージ基板の第３実施例を示す断面図である。 本発明に係るＬＥＤパッケージ基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 ＬＥＤ素子の基板への実装形態を示し、（ａ）はフリップチップ実装、（ｂ）はワイヤー実装を示す。

符号の説明

１００ ＬＥＤパッケージ基板
１０１ ｎ電極
１０２ ｐ電極
１０３ セラミックス
１０４ リードフレーム
１０５ ＬＥＤ素子
１０５ａ ｎ極
１０５ｂ ｐ極
１０６ 半田バンプ
１０７ リフレクタ（開口反射部）
１０７ａ 反射面
１０８ａ〜１０８ｄ ヒートシンク
１０９ 絶縁層
１１０ 基台
１１１ 開口部
２０１ ＬＥＤ素子
２０１ａ ｎ極
２０１ｂ ｐ極
２０１ｃ 発光部
２０２ ＬＥＤパッケージ基板
２０２ａ ｎ電極
２０２ｂ ｐ電極
２０２ｃ 電極ギャップ

Claims (12)

1. ＬＥＤ素子を搭載したＬＥＤパッケージの基板であって、ＬＥＤ素子のｎ極に接続されるｎ電極とＬＥＤ素子のｐ極に接続されるｐ電極との間隔が、その最狭部において２０〜５００μｍの範囲内にあり、少なくとも前記最狭部の一部または全部にセラミックスが充填されているＬＥＤパッケージ基板。
2. 前記ｎ電極およびｐ電極がリードフレームによって形成されたものである請求項１に記載のＬＥＤパッケージ基板。
3. 前記ｎ電極およびｐ電極が、熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅または銅合金からなる請求項１または請求項２に記載のＬＥＤパッケージ基板。
4. ＬＥＤ素子の搭載部を取り囲むように開口反射部が形成されており、前記開口反射部が前記セラミックスと同一材質によって形成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
5. 前記セラミックスが焼成温度１０５０℃以下で焼成可能なセラミックスである請求項１から４のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
6. 前記セラミックスが、ＪＩＳ Ｐ８１４８（ＪＩＳ２００１年度版）で定められた白色度が７０％以上のものである請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
7. 前記ｎ電極およびｐ電極と前記セラミックスとが、直接接合され一体となっている請求項１から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
8. 前記ｎ電極およびｐ電極の表面の少なくとも一部が、銀あるいはアルミニウムを基とする金属によりメッキ処理されている請求項１から請求項７のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
9. 前記ｎ電極およびｐ電極の少なくとも一方に対し、伝熱が行われるようにヒートシンクが結合されている請求項１から請求項８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
10. 前記ｎ電極およびｐ電極に対し、それぞれ別個のヒートシンクが伝熱が行われるように結合されている請求項１から請求項８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
11. 前記ｎ電極およびｐ電極が、熱伝導率３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である絶縁層を介して一つのヒートシンクと伝熱が行われるに結合している請求項１から請求項８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板。
12. 基板として請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ基板を用いたＬＥＤパッケージ。

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