JPWO2014073039A1 - 発光ダイオード用基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる発光ダイオード用基板を提供する。【解決手段】所定値以上の厚みを有する金属基体を備える発光ダイオード用基板において、発光ダイオード（ＬＥＤ）との電気的接続のための表面導体の厚みを所定の範囲に収め、且つ金属基体と表面導体とを電気的に絶縁する絶縁層の厚み及び表面導体の厚みとが所定の関係を満たすように構成する。

Description

本発明は、発光ダイオード用基板に関する。より詳細には、本発明は、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる発光ダイオード用基板に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、省エネルギー等の観点から、近年益々広く使用されているが、ＬＥＤの温度が上昇するとエネルギー効率が低下するため、発光に伴って発生する熱を効率良く放出して、ＬＥＤの温度上昇を防ぐことが重要である。そこで、当該技術分野においては、ＬＥＤが実装されるパッケージ及び配線基板における放熱性を向上させるための様々な技術が提案されている。
かかる技術の具体例としては、例えば、高い熱伝導率を有する金属（例えば、アルミニウム、銅、銀、及びタングステン等の金属、並びにこれらの金属の合金等）を含んでなる金属基体の表面に絶縁層が形成され、当該絶縁層の表面にＬＥＤとの電気的接続のための導体パターンが形成された構造体（ヒートスラグタイプ）を配線基板として使用したり、ＬＥＤとの電気的接続のための導体パターンが表面に形成された絶縁材料の中に金属基体が埋設された構造体（ヒートスプレッダータイプ）を配線基板として使用したりすることによって、基板全体としての熱抵抗を低減しようとする技術が挙げられる（例えば、特許文献１及び２を参照）。
上記のように高い熱伝導率を有する金属基体を備える基板は、かかる金属基体を備えない基板と比較して、基板全体として、より低い熱抵抗を有するので、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を、より効率的に放熱することができる。しかしながら、金属基体の表面に形成される絶縁層は、例えば、樹脂、セラミック等の誘電体材料を主たる材料とすることが一般的であり、これらの誘電体材料は、金属基体と比較して、より低い熱伝導率を有する。かかる絶縁層が有する相対的に低い熱伝導率は、導体パターンと金属基体との間での熱伝導におけるボトルネックとなる。即ち、基板全体としての熱抵抗を更に低減することにより基板の放熱性を更に向上させようとする際には、絶縁層が有する相対的に低い熱伝導率が障害となる虞がある。
上記のような絶縁層が有する相対的に低い熱伝導率に起因する基板の放熱性の更なる向上における障害は、例えば、絶縁層の厚みを低減することにより、軽減することができる（例えば、特許文献２を参照）。しかしながら、従来技術に係る基板においては、絶縁層の厚みを低減することにより基板全体としての熱抵抗を低減しようとすると、当該基板における絶縁信頼性の低下を招く虞がある。具体的には、絶縁層の厚みの低減に伴い、導体パターンと金属基体との電気的絶縁を確保することが困難となり、例えば、金属基体を介する導体パターン同士の電気的短絡（ショート）を招く虞がある。
一方、基板の絶縁信頼性を確保する観点からは、絶縁層の厚みは大きいことが望ましいが、絶縁層の厚みが増大するほど、絶縁層が有する相対的に低い熱伝導率に起因して、基板全体としての熱抵抗が増大し、基板全体としての放熱性が低下する。加えて、絶縁層を構成する誘電体材料（例えば、樹脂、セラミック等）と金属基体及び導体パターンを構成する材料（例えば、金属等）とでは、温度変化に伴う寸法変化の仕方（以降、「熱膨張収縮挙動」と称する場合がある）が異なる。従って、例えば、基板の製造工程、ＬＥＤを含むパッケージの実装工程、及びＬＥＤを含むパッケージの完成後の稼働期間等における基板の温度変化に伴い、上記熱膨張収縮挙動の相違に起因して絶縁層に亀裂（クラック）が発生する等して、例えば、高湿環境下における基板の信頼性（高湿信頼性）の低下等の問題を招く虞がある。また、かかる懸念は金属基体の厚みが大きいほど顕著となる。更に、絶縁層を構成する誘電体材料としてセラミックを採用し、かかる絶縁層を金属基体及び導体パターンと共に同時焼成することによって基板を製造する際には、かかる懸念がより顕著となる。
上記のように、当該技術分野においては、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる発光ダイオード用基板に対する要求が存在する。
特開２０００−３５３８２６号公報 特開２００６−５２５６７９号公報 特開２００９−２０８４５９号公報 特開２００９−０２９１３４号公報
前述のように、当該技術分野においては、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる発光ダイオード用基板に対する要求が存在する。本発明は、かかる要求に応えるために為されたものである。即ち、本発明は、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる発光ダイオード用基板を提供することを１つの目的とする。
上記目的は、
金属基体と、
前記金属基体の少なくとも１つの表面上に配設された、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面において、前記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出している表面導体と、
を備える、
発光ダイオード用基板であって、
前記金属基体の前記少なくとも１つの表面に直交する方向として定義される厚み方向における厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上であり、
前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下であり、
前記絶縁層の前記厚み方向における厚み（Ｔｉ）と、前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）とが、以下に示す（１）式によって表される関係を満足する、発光ダイオード用基板によって達成される。
Figure 2014073039
本発明に係る発光ダイオード用基板によれば、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる。その結果、ＬＥＤを含むパッケージの絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、ＬＥＤの発光に伴う発熱によりＬＥＤの温度が上昇してＬＥＤのエネルギー効率が低下することを抑制することができる。
本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の製造方法の一例を示す模式図である。 本発明のもう１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の製造方法の一例を示す模式図である。 本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成の一例を示す模式図である。 本発明のもう１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成の一例を示す模式図である。 本発明の更にもう１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成の一例を示す模式図である。 本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板を含むＬＥＤパッケージの構成の一例を示す模式図である。
前述のように、本発明は、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる発光ダイオード用基板を提供することを１つの目的とする。本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、所定値以上の厚みを有する金属基体を備える発光ダイオード用基板において、発光ダイオード（ＬＥＤ）との電気的接続のための表面導体の厚みを所定の範囲に収め、且つ金属基体と表面導体とを電気的に絶縁する絶縁層の厚み及び表面導体の厚みとが所定の関係を満たすように構成することにより、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。
即ち、本発明の第１の実施態様は、
金属基体と、
前記金属基体の少なくとも１つの表面上に配設された、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面において、前記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出している表面導体と、
を備える、
発光ダイオード用基板であって、
前記金属基体の前記少なくとも１つの表面に直交する方向として定義される厚み方向における厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上であり、
前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下であり、
前記絶縁層の前記厚み方向における厚み（Ｔｉ）と、前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）とが、以下に示す（１）式によって表される関係を満足する、発光ダイオード用基板である。
Figure 2014073039
上記のように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板は、
金属基体と、
前記金属基体の少なくとも１つの表面上に配設された、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面において、前記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出している表面導体と、
を備える、
発光ダイオード用基板である。
上記金属基体は、上記絶縁層と比較して、より高い熱伝導率を有する材料である限り、如何なる材料によって構成されていてもよい。かかる金属基体の具体例としては、例えば、高い熱伝導率を有する金属（例えば、アルミニウム、銅、銀、及びタングステン等の金属、並びにこれらの金属の合金等）を含んでなる金属基体を挙げることができる。また、上記金属基体は、例えば、ヒートスラグ又はヒートスプレッダーを構成する材料として、当該技術分野において広く使用されている材料によって構成されていてもよい。更に、上記金属基体の材料に、高い熱伝導率を有するセラミックの粉末を混合してもよい。これにより、金属基体材料、絶縁材料、及び表面導体を同時焼成する際に、それらの焼結に伴う挙動（例えば、熱膨張収縮挙動等）をできる限り一致させて、基板の製造を容易なものとし且つ製造される基板の品質を向上させることができる。かかるセラミックの粉末としては、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化銅（ＣｕＯ）、及びスピネル系化合物等を挙げることができる。
また、上記絶縁層は、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料によって構成される。かかるセラミックは、例えば、配線基板の基材を構成する誘電体材料として、当該技術分野において広く使用されている種々のセラミックの中から適宜選択することができる。尚、上記絶縁層は、上記のように、上記金属基体の少なくとも１つの表面上に配設される。即ち、上記絶縁層は、上記金属基体の１つ以上の特定の表面の少なくとも一部を覆うように積層されていてもよい。あるいは、上記金属基体が上記絶縁層の内部に埋設されていてもよい。換言すれば、上記絶縁層は、上記金属基体と上記表面導体との間に介在して、上記金属基体と上記表面導体とを電気的に絶縁するように配設されている。かかる要件を満足する限りにおいて、上記金属基体の何れかの表面又はその一部が、上記基板の何れかの表面において露出していてもよい。
更に、上記表面導体は、小さい電気抵抗を有する良導体からなることが望ましい。かかる良導体もまた、かかる回路基板の電気回路を構成する導体材料として、当該技術分野において広く使用されている種々の導体材料の中から適宜選択することができる。加えて、上記表面導体は、上記絶縁層の上記金属基体とは反対側の表面において、上記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出するように配設される。これにより、上記表面電極は、上記基板にＬＥＤを実装する際に、例えば、半田付け等の手法によって、ＬＥＤの電極（アノード電極又はカソード電極）と電気的に接続することができる。加えて、上記表面電極は、上記絶縁層に少なくとも部分的には埋設されるので、例えば、ＬＥＤを含むパッケージの実装工程、及びＬＥＤを含むパッケージの完成後の稼働期間等における基板の温度変化に伴い、当該基板とＬＥＤ素子との熱膨張収縮挙動の相違に起因してこれらを接続する表面導体に応力が作用する場合においても、例えば、表面導体が基板から脱離する等の問題が生ずる虞を低減することができる。
尚、当然のことながら、上記表面電極は、ＬＥＤが実装された上記基板と当該ＬＥＤを含むパッケージを構成する他の配線基板等とを電気的に接続するための他の導体パターンと電気的に接続されていてもよい。具体的には、上記表面電極は、例えば、上記基板を貫くように配設されたビア電極を介して、上記基板の当該表面電極とは反対側の表面に配設された電極と電気的に接続されていてもよい。
上記基板は、上記のような構造を構成することが可能である限り、如何なる手法によって製造されてもよい。例えば、上記のような構造を有する基板を製造するための具体的な方法は、例えば、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料からなる基材を採用する配線基板の製造方法として、当該技術分野において広く使用されている種々の方法の中から適宜選択することができる。かかる方法の一般的な具体例としては、例えば、所謂「ドクターブレード法」及び「ゲルキャスト法」等を挙げることができる。
前者の「ドクターブレード法」を採用する場合は、例えば、誘電体材料及びガラス等の焼結助剤を含んでなる原料粉末、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を混合してなるスラリーを調製し、斯くして得られたスラリーを、ドクターブレード成形機を用いて、所望の厚みを有するシート状の成形体（グリーンシート）に成形し、当該グリーンシートを所望の大きさに打ち抜き、必要に応じてビア（貫通孔）を開け、例えばスクリーン印刷法等の手法により、銀等の導体材料を含んでなるペーストをグリーンシートの表面（及びビアの中）に印刷して導体パターンを配設し、斯くして得られた複数のグリーンシートを正確に積み重ねて、加熱加圧により積層して一体化することによって得られる成形体を焼成することによって、上記基板を製造することができる。
一方、上記「ゲルキャスト法」を採用する場合は、例えば、フィルム状または薄板状の保護基材の表面に、例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって導体パターンを配設し、導体パターンが配設されなかった部分には誘電体材料のスラリーを注入し、当該スラリーを固化させて得られる導体パターンが埋設された誘電体材料のシートを必要な枚数だけ積層して、導体パターンを表面電極及び／又は内層電極として構成することによって得られる成形体を焼成することによって、上記基板を製造することができる。
尚、上記保護基材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム等の樹脂フィルムを用いることが望ましく、また樹脂フィルム以外にも、ガラス板や紙、金属等のフィルム状または板状の種々の材料を用いることができる。但し、保護基材としては、剥離操作の容易性の観点から、可撓性を備えるものを用いることが好ましい。
また、例えば、上記誘電体材料のシートを保護基材から容易に剥離することができるようにすること等を目的として、例えば、剥離剤等が上記保護基材の表面に塗布されていてもよい。かかる剥離剤には、例えば、当該技術分野において離型剤として知られている各種薬剤が含まれる。より具体的には、かかる剥離剤としては、公知のシリコーン系剥離剤、フッ素系剥離剤等を使用することができる。
上記導体パターンは、主成分として、例えば、金、銀、銅等から選ばれる少なくとも１種類以上の金属と熱硬化性樹脂前駆体を含んでなる導体ペーストを、例えば、スクリーン印刷等の方法により上記保護基材の表面上に形成することによって配設されることが望ましい。かかる熱硬化性樹脂前駆体としては、フェノール樹脂、レゾール樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等を使用することができる。これらの中では、フェノール樹脂、レゾール樹脂であることが特に好ましい。かかる導体ペーストを上記保護基材の表面上に印刷した後、この導体ペーストに含まれるバインダーを硬化させることによって、導体パターンを得ることができる。
上記誘電体材料のスラリーとしては、例えば、樹脂、セラミックの粉末、ガラスの粉末、及び溶剤を含んでなるスラリーを挙げることができる。ここで、樹脂は所謂「バインダー」として機能するものであり、例えば、フェノール樹脂、レゾール樹脂、若しくはポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、又はポリオール及びポリイソシアネートを含んでなるポリウレタン前駆体等を使用することができる。これらの中では、ポリオール及びポリイソシアネートを含んでなる熱硬化性樹脂前駆体が特に好ましい。
セラミックの粉末としては、酸化物系セラミック又は非酸化物系セラミックの何れを使用してもよい。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）等を使用することができる。ガラスの粉末としては、各種酸化物からなるものを使用することができる。具体的には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、及びアルカリ金属の酸化物等から適宜選択される複数種の成分からなるガラスが使用される。また、これらの材料は、１種類単独で、または２種以上を組み合わせて使用してもよい。更に、スラリーを調製可能な限りにおいて、セラミックの粉末及びガラスの粉末の粒子径は特に限定されない。
また、上記溶剤としては、上記バインダーとしての樹脂（及び、使用する場合には分散剤）を溶解するものであれば特に限定されない。溶剤の具体例としては、例えば、多塩基酸エステル（例えば、グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（例えば、トリアセチン（グリセリルトリアセテート）等）等、分子内に２つ以上のエステル結合を有する溶剤を挙げることができる。
更に、上記誘電体材料のスラリーは、上述の樹脂、セラミックの粉末、及び溶剤以外に、分散剤を含んでいてもよい。分散剤の具体例としては、例えば、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩等を挙げることができる。かかる分散剤を添加することにより、成形前のスラリーを低粘度とし、且つ高い流動性を有するものとすることができる。
斯くして得られた成形体は、予め定められた温度において、予め定められた期間に亘って、予め定められた環境下において焼成（同時焼成）され、当該成形体の焼成体が得られる。尚、上述したような「ゲルキャスト法」は、「ゲルスラリー鋳込み法」等と称される場合もある（例えば、特許文献３を参照。尚、当該先行技術文献における開示内容は、引用により、本明細書に取り入れられる）。
尚、上述のように導体パターンが表面上に配設された保護基材の導体パターンが配設されなかった部分に誘電体材料のスラリーを注入し、当該スラリーを固化させて得られる導体パターンが埋設された誘電体材料のシートを形成する方法としては、上記の他に、例えば、ディスペンサー法や、スピンコート法等を採用することもできる。更には、かかる方法として、所謂「ゲルペースト法」を採用することもできる。
具体的には、一対のガイド板の間に基体（表面上に導体パターンが形成された基体）を設置し、当該基体上にセラミックスラリーを塗布してセラミックスラリーで導体パターンを被覆した後、例えばブレード状の治具を上記一対のガイド板の上面にて摺動させ（摺り切って）、余剰のセラミックスラリーを取り除く方法を採用してもよい。当該方法においては、一対のガイド板の高さを調整することにより、セラミックスラリーの厚みを容易に調整することができる（例えば、特許文献４を参照。尚、当該先行技術文献における開示内容は、引用により、本明細書に取り入れられる）
ところで、冒頭において述べたように、発光ダイオード（ＬＥＤ）が実装される基板（発光ダイオード用基板）においては、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効率良く放出して、ＬＥＤの温度上昇を防ぐことにより、ＬＥＤの温度上昇に起因するエネルギー効率の低下を抑制することが望ましい。上記金属基体は、かかる目的のために、本実施態様に係る発光ダイオード用基板を構成する構成要素の１つとして含まれる。
尚、上述のように、上記金属基体は、例えば、高い熱伝導率を有する金属（例えば、アルミニウム、銅、銀、及びタングステン等の金属、並びにこれらの金属の合金等）を含んでなる。これにより、上記金属基体は、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を効率良く伝達して、基板の外部へと放出することができる。かかる効果を十分に発揮させるためには、上記金属基体の厚み（基板の主面に直交する方向における寸法）が大きいことが望ましい。従って、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える金属基体もまた、金属基体の厚み（基板の主面に直交する方向における寸法）が大きいことが望ましい。具体的には、上記金属基体の厚み（基板の主面に直交する方向における寸法）は、１００μｍ以上であることが望ましい。
従って、前述のように、本実施態様にかかる発光ダイオード用基板においては、前記金属基体の前記少なくとも１つの表面に直交する方向として定義される厚み方向における厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上である。これにより、本実施態様にかかる発光ダイオード用基板においては、厚い金属基体を備えることにより、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を、当該基板のＬＥＤが配設された側とは反対側の主面に向かって、より効率良く伝導することができると共に、当該主面と平行な方向（面内方向）においても、効率の良い熱伝導を行うことができる。その結果、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱を、効率良く基板内に伝達及び拡散して、例えば、当該基板のＬＥＤが配設された側とは反対側の主面等を介して、基板の外部に効率良く放熱することができる。尚、より好ましくは、前記金属基体の厚み（Ｔｍ）は１５０μｍ以上であることが望ましい。
ところで、前述のように、基板の絶縁信頼性を確保する観点からは、上記のようにＬＥＤの発光に伴って発生する熱を基板内で効率良く伝導させる金属基体と当該基板とＬＥＤとの電気的接続を確立する表面導体とを電気的に絶縁するための絶縁層の厚みは大きいことが望ましい。しかしながら、絶縁層の厚みが増大するほど、絶縁層が有する相対的に低い熱伝導率に起因して、基板全体としての熱抵抗が増大し、基板全体としての放熱性が低下する。加えて、絶縁層を構成する誘電体材料（本実施態様においては、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料）と金属基体及び表面導体を構成する材料（例えば、金属等）との熱膨張収縮挙動が異なることに起因する種々の問題（例えば、基板の製造工程、ＬＥＤを含むパッケージの実装工程及びＬＥＤを含むパッケージの完成後の稼働期間等における基板の温度変化に伴う絶縁層に亀裂（クラック）の発生等）して、例えば、高湿環境下における基板の信頼性（高湿信頼性）の低下等の問題を招く虞もある。また、かかる懸念は金属基体の厚みが大きいほど顕著となる。特に、絶縁層を構成する誘電体材料としてセラミックを採用する本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、かかる絶縁層を金属基体及び表面導体と共に同時焼成することによって基板を製造する際には、上記のような懸念がより顕著となる。
従って、前述のように厚い金属基体を備える本実施態様に係る発光ダイオード用基板において基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮するためには、上記のような懸念を低減することが重要である。そこで、前述のように、本発明者は、鋭意研究の結果、所定値以上の厚みを有する金属基体を備える発光ダイオード用基板において、発光ダイオード（ＬＥＤ）との電気的接続のための表面導体の厚みを所定の範囲に収め、且つ金属基体と表面導体とを電気的に絶縁する絶縁層の厚み及び表面導体の厚みとが所定の関係を満たすように構成することにより、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができることを見出した。
具体的には、１００μｍ以上の厚みを有する金属基体を備える、本実施態様に係る発光ダイオード用基板における表面導体の厚み（Ｔｃ）は、例えば、ＬＥＤとの半田付け性、基板との接着強度等の観点から、自ずと下限値（例えば、５μｍ）が存在する。しかしながら、本発明者は、基板全体としての熱抵抗を低減する効果は、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上である場合に、より顕著に現れることを見出した。より好ましくは、本実施態様に係る発光ダイオード用基板における表面導体の厚み（Ｔｃ）は、３０μｍ以上であることが望ましい。
一方、前述のように、絶縁層を構成する誘電体材料（主としてセラミック）と金属基体及び表面導体を構成する材料との熱膨張収縮挙動が異なることに起因して発生する種々の問題（例えば、基板の温度変化に伴う絶縁層に亀裂（クラック）の発生等）を低減する観点からは、本実施態様に係る発光ダイオード用基板における表面導体の厚み（Ｔｃ）には上限値も存在する。具体的には、本実施態様に係る発光ダイオード用基板における表面導体の厚み（Ｔｃ）は、１００μｍ以下である。これにより、上記のような懸念の増大を押さえることができる。より好ましくは、本実施態様に係る発光ダイオード用基板における表面導体の厚み（Ｔｃ）は、７５μｍ以下であることが望ましい。
即ち、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、前述のように、前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下である。
また、前述のように、絶縁層が有する相対的に低い熱伝導率に起因する基板の放熱性の更なる向上における障害は、絶縁層の厚み（Ｔｉ）を低減することによって軽減することができる（例えば、特許文献２を参照）。しかしながら、絶縁層の厚み（Ｔｉ）を低減することにより基板全体としての熱抵抗を低減しようとすると、当該基板における絶縁信頼性の低下を招く虞がある。具体的には、絶縁層の厚み（Ｔｉ）の低減に伴い、表面導体と金属基体との電気的絶縁を確保することが困難となり、例えば、金属基体を介する表面導体同士の電気的短絡（ショート）（表面導体以外の導体パターンを基板が備える場合は、他の導体パターン同士若しくは表面導体と他の導体パターンとの電気的短絡）を招く虞がある。このように、基板における絶縁信頼性の確保という観点から、絶縁層の厚み（Ｔｉ）にも自ずと下限値が存在する。逆に、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が大きいほど基板全体としての熱抵抗も増大することから、絶縁層の厚み（Ｔｉ）には上限値も存在する。
しかしながら、本発明者は、鋭意研究の結果、上記のような絶縁層の厚み（Ｔｉ）の下限値及び上限値は、他の構成要素とは無関係に独立して定まるのではなく、これらの下限値及び上限値が表面導体の厚み（Ｔｃ）との間に特定の関係を有することを見出した。具体的には、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、前述のように、前記絶縁層の前記厚み方向における厚み（Ｔｉ）と、前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）とが、以下に示す（１）式によって表される関係を満足する。
Figure 2014073039
本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、絶縁層の厚み（Ｔｉ）及び表面導体の厚み（Ｔｃ）を上記関係式が成立するように構成することにより、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる。その結果、本実施態様に係る発光ダイオード用基板によれば、ＬＥＤを含むパッケージの絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、ＬＥＤの発光に伴う発熱によりＬＥＤの温度が上昇してＬＥＤのエネルギー効率が低下することを抑制することができる。
ところで、前述のように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える表面導体は、前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面において、前記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出している。このように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、表面導体が絶縁層に少なくとも部分的には埋設されるので、例えば、ＬＥＤを含むパッケージの実装工程、及びＬＥＤを含むパッケージの完成後の稼働期間等における基板の温度変化に伴い、当該基板とＬＥＤ素子との熱膨張収縮挙動の相違に起因してこれらを接続する表面導体に応力が作用する場合においても、例えば、表面導体が基板から脱離する等の問題が生ずる虞を低減することができる。
かかる効果を発揮させるためには、表面導体が絶縁層に十分に深く埋設されていることが望ましい。換言すれば、表面導体の絶縁層に埋設されている部分の厚みが十分に大きいことが望ましい。具体的には、本実施態様に係る発光ダイオード用基板において、表面導体の絶縁層に埋設されている部分の厚みの最大値が１０μｍ以上であることが望ましい。
従って、本発明の第２の実施態様は、
本発明の前記第１の実施態様に係る発光ダイオード用基板であって、
前記表面導体の前記絶縁層に埋設されている部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｂ）の最大値（Ｔｂｍａｘ）が１０μｍ以上である、
発光ダイオード用基板である。
上記のように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、前記表面導体の前記絶縁層に埋設されている部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｂ）の最大値（Ｔｂｍａｘ）が１０μｍ以上である。換言すれば、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える表面導体は、１０μｍ以上の深さで、絶縁層に埋没している。これにより、本実施態様に係る発光ダイオード用基板によれば、例えば、前述したような基板の温度変化に伴い、当該基板とＬＥＤ素子との熱膨張収縮挙動の相違に起因して、これらを接続する表面導体に応力が作用する場合においても、例えば、表面導体が基板から脱離する等の問題が生ずる虞をより確実に低減することができる。
より好ましくは、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える表面導体の半分以上が絶縁層に埋没していることが望ましい。換言すれば、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える表面導体は、当該表面導体の厚み（Ｔｃ）の半分（１／２）以上の深さで、絶縁層に埋没していることがより望ましい。
従って、本発明の第３の実施態様は、
本発明の前記第２の実施態様に係る発光ダイオード用基板であって、
前記表面導体の前記絶縁層に埋設されている部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｂ）の最大値（Ｔｂｍａｘ）が前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）の１／２以上である、
発光ダイオード用基板である。
上記のように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、前記表面導体の前記絶縁層に埋設されている部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｂ）の最大値（Ｔｂｍａｘ）が前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）の１／２以上である。換言すれば、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える表面導体は、その厚み方向において半分以上が絶縁層に埋没している。これにより、本実施態様に係る発光ダイオード用基板によれば、例えば、前述したような基板の温度変化に伴い、当該基板とＬＥＤ素子との熱膨張収縮挙動の相違に起因して、これらを接続する表面導体に応力が作用する場合においても、例えば、表面導体が基板から脱離する等の問題が生ずる虞を更により確実に低減することができる。
ところで、ＬＥＤの２つの電極（アノード電極又はカソード電極）は、ＬＥＤ素子の異なる表面（例えば、互いに反対側に向いている表面）のそれぞれに１つずつ配設されている場合がある一方、ＬＥＤ素子の同一の表面の２つの電極の両方が配設されている場合がある。後者の場合、本実施態様に係る発光ダイオード基板が備える表面導体は、ＬＥＤの２つの電極（アノード電極又はカソード電極）のそれぞれと別個に電気的接続を確立することができるように構成される必要がある。そのため、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える表面導体は、少なくとも２つ以上の領域に分割されていてもよい。
従って、本発明の第４の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第３の実施態様の何れか１つに係る発光ダイオード用基板であって、
前記表面導体が、少なくとも２つ以上の領域に分割されている、
発光ダイオード用基板である。
上記のように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、前記表面導体が、少なくとも２つ以上の領域に分割されている。これにより、例えば、上述のようにＬＥＤの２つの電極（アノード電極又はカソード電極）の両方がＬＥＤ素子の同一の表面に配設されている場合においても、これら２つの電極のそれぞれと別個に電気的接続を確立することができる。尚、上記説明においては、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える少なくとも２つ以上の領域に分割された表面導体が、ＬＥＤの２つの電極のそれぞれと別個に電気的接続を確立する態様を例示したが、本実施態様は、例えば、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える少なくとも２つ以上の領域に分割された表面導体の２つ以上の領域が、ＬＥＤの２つの電極の何れか一方と電気的に接続されるような使用形態を排除するものではないことを念のため申し添えておく。
ところで、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、上記のように、前記表面導体が、少なくとも２つ以上の領域に分割されている。従って、例えば、これら２つ以上の領域の間での絶縁信頼性を向上すること等を目的として、これら２つ以上の領域の間の空隙に絶縁材料（誘電体材料）を充填してもよい。
即ち、本発明の第５の実施態様は、
本発明の前記第４の実施態様に係る発光ダイオード用基板であって、
前記表面導体の前記少なくとも２つ以上の領域の間が誘電体材料によって充填されている、
発光ダイオード用基板である。
上記のように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、前記表面導体の前記少なくとも２つ以上の領域の間が誘電体材料によって充填されている。これにより、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、例えば、少なくとも２つ以上の領域に分割された表面導体の２つ以上の領域の間での絶縁信頼性を向上させることができる。尚、これら２つ以上の領域の間に充填される誘電体材料は特に限定されるものではなく、当該基板の使用環境等に応じて、充填材料等として当該技術分野において広く使用されている各種材料の中から適宜選択することができる。あるいは、当該誘電体材料は、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える絶縁層を構成する誘電体材料と同一の材料であってもよい。
以上説明してきた種々の実施態様を始めとする本発明に係る発光ダイオード用基板によれば、これまで説明してきた種々の実施態様を始めとする本発明に係る発光ダイオード用基板によれば、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる。その結果、ＬＥＤを含むパッケージの絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、ＬＥＤの発光に伴う発熱によりＬＥＤの温度が上昇してＬＥＤのエネルギー効率が低下することを抑制することができる。
以下、本発明の幾つかの実施態様に係る発光ダイオード用基板につき更に詳しく説明する。但し、以下に述べる説明はあくまでも例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。
１．発光ダイオード用基板の製造方法
（１）ゲルペースト法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法
先ず、本発明に係る発光ダイオード用基板の製造方法の１つの例として、前述したようなゲルペースト法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法につき、添付図面を参照しながら以下に説明する。図１は、前述のように、本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の製造方法の一例を示す模式図である。図１に示すように、本実施例に係る製造方法においては、ゲルペースト法により、所定の厚みを有する表面導体が埋設されたゲルシートを調製した。具体的には、先ず、ステップＳ１１において、表面上に導体パターンが形成された保護基材を一対のガイド板（図示せず）の間に設置し、当該保護基材上にセラミックペースト（ペースト状スラリー）を塗布してセラミックペーストで導体パターンを被覆した後、例えばブレード状の治具を上記一対のガイド板の上面にて摺動させ（摺り切って）、余剰のセラミックペーストを取り除くことにより、導体パターンが埋設されたゲルシートを調製した。尚、本実施例においては、表面導体の一方の主面が、ゲルシートの一方の主面において、表面導体の面とゲルシートの面とが同一平面に存在して露出しているように（つまり、「面一（つらいち）」になるように）構成した。
次に、ステップＳ１２において、後に表面導体と裏面導体とを電気的に接続するために使用されるビア導体を配設するためのビアホールをパンチ加工によって形成した。更に、ステップＳ１３において、上記のようにして形成されたビアホール内に導体ペーストを印刷法によって充填した。本実施例においては、斯くして得られたゲルシートを「表面側ゲルシート」と称することとする。
一方、ステップＳ２１において、誘電体材料のグリーンシートを打ち抜いて、金属基体及びビア導体を配設するための貫通孔及びビアホールを形成した。次に、ステップＳ２２において、上記貫通孔及びビアホールをそれぞれ金属基体用材料（例えば、銅粉と窒化アルミニウム粉との混合物、銀等）及び導体ペーストによって充填した。加えて、本実施例においては、ステップＳ２３において、当該基板をプリント基板等に接続するための裏面導体を、当該グリーンシートの一方の主面（裏面）に、上記ビア導体と接続するように、印刷法（例えば、スクリーン印刷法等）によって配設した。本実施例においては、斯くして得られたグリーンシートを「裏面側グリーンシート」と称することとする。
最後に、ステップＳ３１において、上記表面側ゲルシートの表面導体が露出していない側の主面と上記裏面側グリーンシートの裏面導体が形成されていない側の主面とが接触するように、上記表面側ゲルシートと上記裏面側グリーンシートとを積層した。尚、この積層時に上記表面側ゲルシート及び上記裏面側グリーンシートのそれぞれ対向する主面上で露出しているビア導体同士が電気的に導通可能な状態で互いに接触することが必要である。従って、上記ステップＳ２１及びＳ２２において形成されるビア導体と、上記ステップＳ１２及びＳ１３において形成される表面導体から延在するビア導体とは、上記表面側ゲルシートと上記裏面側グリーンシートとを積層する際に互いに電気的に導通可能な状態となることが可能な位置に配設した（具体的には、これらのビア導体は、基板の主面に平行な投影面において同じ位置に配設した）。
以上のようにして得られた上記表面側ゲルシートと上記裏面側グリーンシートとの積層体を、その後、一体として焼成（同時焼成）することにより、表面導体の露出面と基板の主面とが同一平面に存在するように（つまり、「面一（つらいち）」になるように）構成された、本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板を製造することができる。このように表面導体の露出面と基板の主面とが同一平面に存在するよう構成された、本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構造の一例としては、例えば、図３及び図４に示す構造を挙げることができる。但し、当業者には容易に理解されるように、ゲルペースト法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法によって製造される基板は、上記のように表面導体の露出面と基板の主面とが同一平面に存在するように構成された基板に限定されるものではなく、後述するような基板の主面から表面導体が突き出るように構成された基板をゲルペースト法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法によって製造することも可能であることは言うまでも無い。
（２）ゲルスラリー鋳込み法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法
先ず、本発明に係る発光ダイオード用基板の製造方法のもう１つの例として、ゲルスラリー鋳込み法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法につき、添付図面を参照しながら以下に説明する。図２は、前述のように、本発明のもう１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の製造方法の一例を示す模式図である。図２に示すように、本実施例に係る製造方法においては、ゲルスラリー鋳込み法によって形成されたゲルシートを利用して、表面導体が部分的に埋設されたゲルシートを調製した。
具体的には、先ず、ステップＳ４１において、ゲルスラリー鋳込み法によってゲルシートを作製し、次にステップＳ４２において、上記ゲルシートにパンチ加工を施して、後に表面導体と裏面導体とを電気的に接続するために使用されるビア導体を配設するためのビアホールを形成した。次いで、ステップＳ４３において、上記のようにして形成されたビアホール内に導体ペーストを印刷法によって充填した。更に、ステップＳ４４において、上記のようにしてビア導体となるべき導体ペーストによって充填されたビアホールを有するゲルシートの一方の主面上に、当該ビア導体と接続するように、表面導体となるべき導体ペーストを印刷した。本実施例においては、斯くして得られたゲルシートを「表面側ゲルシート」と称することとする。
一方、ステップＳ５１において、ゲルスラリー鋳込み法によって作製した誘電体材料のゲルシートを打ち抜いて、金属基体及びビア導体を配設するための貫通孔及びビアホールを形成した。次に、ステップＳ５２において、上記貫通孔及びビアホールをそれぞれ金属基体用材料（例えば、銅粉と窒化アルミニウム粉との混合物、銀等）及び導体ペーストによって充填した。加えて、本実施例においては、ステップＳ５３において、当該基板をプリント基板等に接続するための裏面導体を、当該ゲルシートの一方の主面（裏面）に、上記ビア導体と接続するように、印刷法（例えば、スクリーン印刷法等）によって配設した。本実施例においては、斯くして得られたゲルシートを「裏面側ゲルシート」と称することとする。
最後に、ステップＳ６１において、上記表面側ゲルシートの表面導体が露出していない側の主面と上記裏面側ゲルシートの裏面導体が形成されていない側の主面とが接触するように、上記表面側ゲルシートと上記裏面側ゲルシートとを積層した。尚、ステップＳ６１における積層時の圧力により、上記ステップＳ４４において形成された表面導体がゲルシート内部に埋没すると共に、その形状が崩れて、形成当初の形状（矩形）ではなくなる。その後、積層圧力が解除されると、ゲルシート内部に埋没していた表面導体の一部がゲルシートの表面から突き出て、ステップＳ６１に示すような形状となった。
尚、上記積層時に上記表面側ゲルシート及び上記裏面側ゲルシートのそれぞれ対向する主面上で露出しているビア導体同士が電気的に導通可能な状態で互いに接触することが必要である。従って、上記ステップＳ５１乃至Ｓ５２において形成されるビア導体と、上記ステップＳ４２及びＳ４３において形成される表面導体から延在するビア導体とは、上記表面側ゲルシートと上記裏面側ゲルシートとを積層する際に、互いに電気的に導通可能な状態となることが可能な位置に配設した（具体的には、これらのビア導体は、基板の主面に平行な投影面において同じ位置に配設した）。
以上のようにして得られた上記表面側ゲルシートと上記裏面側ゲルシートとの積層体を、その後、一体として焼成（同時焼成）することにより、絶縁層の金属基体とは反対側の表面において、表面導体が絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出しているように（つまり、基板の主面から表面導体が突き出るように）構成された、本発明のもう１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板を製造することができる。このように表面導体が絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出しているように構成された、本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構造の一例としては、例えば、図５に示す構造を挙げることができる。但し、当業者には容易に理解されるように、ゲルスラリー鋳込み法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法によって製造される基板は、上記のように表面導体が絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出しているように構成された基板に限定されるものではなく、前述したような表面導体の露出面と基板の主面とが同一平面に存在するように（つまり、「面一（つらいち）」になるように）構成された基板をゲルスラリー鋳込み法を利用する発光ダイオード用基板の製造方法によって製造することも可能であることは言うまでも無い。
尚、本実施例に係る発光ダイオード用基板においては、表面導体は２つの領域に分割されており、個々の領域が、基板の表面において、部分的に埋設され且つ部分的に露出している。従って、基板の表面から露出している部分においては、表面導体の２つの領域の間には空隙（ギャップ）が生ずることとなる。当該ギャップを誘電体材料で充填して、表面導体の２つの領域の間での絶縁信頼性を向上させることができる。尚、これら２の領域の間に充填される誘電体材料は特に限定されるものではなく、当該基板の使用環境等に応じて、充填材料等として当該技術分野において広く使用されている各種材料の中から適宜選択することができる。あるいは、当該誘電体材料は、本実施態様に係る発光ダイオード用基板が備える絶縁層を構成する誘電体材料と同一の材料であってもよい。
尚、ステップＳ３１及びステップＳ６１の何れにおいて製造される基板についても、焼成過程の後にメッキ工程を実行して、表面導体及び裏面導体の表面にメッキ処理を施してもよい。また、上記はあくまでも例示に過ぎず、本発明に係る発光ダイオード用基板の製造方法が上記に限定されるものと解釈されるべきものではない。
２．各種評価用サンプル基板の評価（１）
上述した製造方法により、表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との種々の組み合わせを有する発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルを製造した。ここで、添付図面を参照しながら、本実施例に係る発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルについて説明する。図３は、前述のように、本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成の一例を示す模式図である。図３に示すように、本実施例に係る発光ダイオード用基板を構成する各構成部材の「厚み」とは、金属基体、絶縁層、及び表面導体が積層される方向（即ち、これらの構成部材の界面に垂直な方向）における各構成部材の寸法を指す用語である。換言すれば、本実施例に係る発光ダイオード用基板における「厚み方向」とは、表面導体が積層される絶縁層と金属基体との界面となる金属基体の表面に直交する方向として定義される。
尚、本実施例においては、種々の表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせを有する発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルを評価したが、図３に示すように、何れのサンプルにおいても、金属基体は銀（Ａｇ）を主成分とする材料によって構成し、その厚みは２００μｍで一定とし、その寸法は、ＬＥＤの寸法（１．２ｍｍ四方）に合わせて、１．５ｍｍ四方とした。また、基板の寸法は３．５ｍｍ四方とし、表面導体の２つの領域の間隔は５０μｍとした。更に、本発明の要件を満たす厚みを有する表面導体としては、基板の厚み方向において上記金属基体と対向する位置に、１．７ｍｍ四方の寸法を有する表面導体を配設した。尚、本実施例においては、表面導体の面積が金属基体の面積とほぼ一致しているので、表面導体と裏面導体とを電気的に接続するためのビア導体を（基板の主面委平行な平面への投影図において）金属基体が存在しない位置に配設し、かかるビア導体と上記表面導体とを電気的に接続する面内導体を更に配設した。
上記のような条件の下で、表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）とを、以下の表１及び表２に示すように種々に変更して、発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルを製造し、基板全体としての電気的絶縁性（電気的短絡の有無）、ヒートサイクル後の絶縁層におけるクラックの発生状況、及び熱抵抗の大きさに対する、表面導体の厚み（Ｔｃ）及び絶縁層の厚み（Ｔｉ）の影響を調べた。かかる評価の結果につき、以下に詳しく説明する。
尚、基板全体としての電気的絶縁性については、発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルを製造後、個々のサンプルにおける表面導体と金属基体との間での電気的短絡の有無を検査し、電気的短絡が認められたものは「不良」、認められなかったものは「良」と判定した。また、ヒートサイクル後の絶縁層におけるクラックの発生状況については、上述のようにして製造された発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルの各々につき、−４０℃にて３０分間保持した後、−４０℃から１５０℃まで５分間かけて昇温し、１５０℃にて３０分間保持した後、１５０℃から−４０℃まで５分間かけて降温するサイクルにそれぞれ５００回暴露した後に、溶融したハンダに基板を浸漬して、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含んでなる表面導体を溶解させ、表面導体を取り除いた後に、レッドチェック検査によって絶縁層におけるクラックの発生の有無を調べた。更に、熱抵抗の大きさについては、ＪＰＣＡ（社団法人日本電子回路工業会）の高輝度ＬＥＤ用電子回路基板試験方法に準拠して測定した。
（ａ）表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との関係
本実施例においては、先ず、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生に対する表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせの影響を調べた。各種評価用サンプルにおける表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせ、及び電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生についての評価結果を以下の表１に列挙する。
Figure 2014073039
表１の結果からも明らかであるように、表面導体の厚み（Ｔｃ）が本発明における好適な範囲（２０μｍ以上、１００μｍ以下）に入っていても、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生状況が共に良好であるためには、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が特定の範囲内に入っている必要があることが判る。しかしながら、単純に絶縁層の厚み（Ｔｉ）が特定の範囲内に入っていれば良好な評価結果が得られるのではなく、絶縁層の厚み（Ｔｉ）の好適な範囲の上限値及び下限値は、表面導体の厚み（Ｔｃ）に対応して変化することが認められた。
具体的には、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が同じ５μｍであっても、表面導体の厚み（Ｔｃ）が６０μｍである場合（実施例１Ｐ−２）は電気的絶縁性及びクラックの発生状況が何れも問題無く、「良」と判定されるのに対し、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍである場合（比較例１Ｐ−１）は電気的絶縁性が「不良」となっている。また、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が同じ４２μｍであっても、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍである場合（実施例１Ｐ−５）は「良」と判定されるのに対し、表面導体の厚み（Ｔｃ）が１００μｍである場合（比較例１Ｐ−８）はヒートサイクルに伴うクラックの発生が認められた。
そこで、種々の表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせと対応する評価用サンプルについての評価結果との関係から、金属基体の厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上である基板においては、絶縁層の厚み（Ｔｉ）と表面導体の厚み（Ｔｃ）とが以下に示す（１）式によって表される関係を満足する場合に、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生状況の何れについても良好な結果が得られることを見出した。
Figure 2014073039
（ｂ）表面導体の厚み（Ｔｃ）の好適な範囲
上記（ａ）においては、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生状況について良好な結果を得るためには、絶縁層の厚み（Ｔｉ）と表面導体の厚み（Ｔｃ）とが上述した（１）式によって表される関係を満足する必要があることが確認された。次に、本実施例においては、基板全体としての熱抵抗に対する表面導体の厚み（Ｔｃ）の影響を調べた。各種評価用サンプルにおける表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせ、及び基板全体としての熱抵抗についての評価結果を以下の表２に列挙する。
尚、基板全体としての熱抵抗の絶対値は、基板が備える絶縁層の厚み（Ｔｉ）によって大きく影響されるため、本実施例においては、絶縁層の厚み（Ｔｉ）を６μｍで一定としたグループ（以降、「１Ｑグループ」と称する）と、絶縁層の厚み（Ｔｉ）を３８μｍで一定としたグループ（以降、「１Ｒグループ」と称する）とのぞれぞれのグループについて、様々な表面導体の厚み（Ｔｃ）における熱抵抗を調べた。尚、何れのグループにおいても、例えば、ＬＥＤとの半田付け性、基板との接着強度等の観点から、表面導体の厚み（Ｔｃ）の下限は５μｍとし、それぞれのグループにおける表面導体の厚み（Ｔｃ）が５μｍであるサンプル（比較例１Ｑ−１及び比較例１Ｒ−１）を基準とした熱抵抗の相対値（百分率）を比較した。
Figure 2014073039
表２の結果からも明らかであるように、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が６μｍ及び４０μｍの何れの場合においても（即ち、１Ｑグループ及び１Ｒグループの何れにおいても）、表面導体の厚み（Ｔｃ）の増大に伴って基板全体としての熱抵抗が低下する傾向が認められた。これは、ＬＥＤとの電気的接続部分（即ち、表面導体の外部表面）を介して表面導体の内部に伝えられた熱が、表面導体の内部を通過して、金属基体との間に介在する絶縁層に伝導する際に、表面導体の厚み（Ｔｃ）が大きいほど、基板の厚み方向において、より深く伝導し易くなるためであると考えられる。
更に、表２の結果からも明らかであるように、表面導体の厚み（Ｔｃ）の増大に伴って基板全体としての熱抵抗が低下する傾向は、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上になるサンプル（実施例１Ｑ−１乃至１Ｑ−５及び実施例１Ｒ−１及び１Ｒ−５）において、より顕著となった。一方、表面導体の厚み（Ｔｃ）が１１０μｍを超えるサンプル（比較例１Ｑ−４及び比較例１Ｒ−４）においては、ヒートサイクル（Ｈ／Ｃ）に伴うクラックの発生が認められた。即ち、本実施例に係る発光ダイオード用基板において、基板の信頼性を低下させること無く、基板全体としての熱抵抗を有効に低減するためには、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下であることが望ましいことが確認された。
３．各種評価用サンプル基板の評価（２）
上述した製造方法により、表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との種々の組み合わせを有する発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルを製造した。ここで、添付図面を参照しながら、本実施例に係る発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルについて説明する。図４は、前述のように、本発明のもう１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成の一例を示す模式図である。図４に示す実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成は、金属基体の材質を銅（Ｃｕ）粉末と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末との混合物とし、その寸法をＬＥＤの寸法（１．２ｍｍ四方）よりも大幅に大きい２．０ｍｍ四方とし、本発明の要件を満たす厚みを有する表面導体の寸法もまた、ＬＥＤの寸法（１．２ｍｍ四方）よりも大幅に大きい２．５ｍｍ四方とし、（基板の主面委平行な平面への投影図において）金属基体が存在しない位置にビア導体を配設し、当該ビア導体を表面導体及び裏面導体と電気的に直接的に接続したことを除き、図３に示す実施態様に係る発光ダイオード用基板の構成と同様である。
上記のような条件の下で、表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）とを、以下の表３及び表４に示すように種々に変更して、発光ダイオード用基板の各種評価用サンプルを製造し、基板全体としての電気的絶縁性（電気的短絡の有無）、ヒートサイクル後の絶縁層におけるクラックの発生状況、及び熱抵抗の大きさに対する、表面導体の厚み（Ｔｃ）及び絶縁層の厚み（Ｔｉ）の影響を調べた。かかる評価の結果につき、以下に詳しく説明する。但し、各種評価項目の測定方法及び評価基準、ヒートサイクルの条件等は、上述した「２．各種評価用サンプル基板の評価（１）」と同様である。
（ａ）表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との関係
本実施例においては、先ず、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生に対する表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせの影響を調べた。各種評価用サンプルにおける表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせ、及び電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生についての評価結果を以下の表３に列挙する。
Figure 2014073039
表３の結果からも明らかであるように、表面導体の厚み（Ｔｃ）が本発明における好適な範囲（２０μｍ以上、１００μｍ以下）に入っていても、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生状況が共に良好であるためには、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が特定の範囲内に入っている必要があることが判る。しかしながら、単純に絶縁層の厚み（Ｔｉ）が特定の範囲内に入っていれば良好な評価結果が得られるのではなく、絶縁層の厚み（Ｔｉ）の好適な範囲の上限値及び下限値は、表面導体の厚み（Ｔｃ）に対応して変化することが認められた。
具体的には、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が同じ５μｍであっても、表面導体の厚み（Ｔｃ）が６０μｍである場合（実施例２Ｐ−２）は電気的絶縁性及びクラックの発生状況が何れも問題無く、「良」と判定されるのに対し、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍである場合（比較例２Ｐ−１）は電気的絶縁性が「不良」となっている。また、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が同じ４２μｍであっても、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍである場合（実施例２Ｐ−５）は「良」と判定されるのに対し、表面導体の厚み（Ｔｃ）が１００μｍである場合（比較例２Ｐ−８）はヒートサイクルに伴うクラックの発生が認められた。
そこで、種々の表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせと対応する評価用サンプルについての評価結果との関係から、金属基体の厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上である基板においては、絶縁層の厚み（Ｔｉ）と表面導体の厚み（Ｔｃ）とが、上述した（１）式によって表される関係を満足する場合に、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生状況の何れについても良好な結果が得られることが改めて確認された。
（ｂ）表面導体の厚み（Ｔｃ）の好適な範囲
上記（ａ）においては、電気的絶縁性及びヒートサイクルに伴うクラックの発生状況について良好な結果を得るためには、絶縁層の厚み（Ｔｉ）と表面導体の厚み（Ｔｃ）とが上述した（１）式によって表される関係を満足する必要があることが改めて確認された。次に、本実施例においては、基板全体としての熱抵抗に対する表面導体の厚み（Ｔｃ）の影響を調べた。各種評価用サンプルにおける表面導体の厚み（Ｔｃ）と絶縁層の厚み（Ｔｉ）との組み合わせ、及び基板全体としての熱抵抗についての評価結果を以下の表４に列挙する。尚、熱抵抗の相対値（百分率）の評価における基準の設定方法については、上述した「２．各種評価用サンプル基板の評価（１）」と同様である。
尚、本実施例においても、基板全体としての熱抵抗の絶対値は、基板が備える絶縁層の厚み（Ｔｉ）によって大きく影響されるため、上述した「２．各種評価用サンプル基板の評価（１）」と同様に、絶縁層の厚み（Ｔｉ）を６μｍで一定としたグループ（以降、「２Ｑグループ」と称する）と、絶縁層の厚み（Ｔｉ）を３８μｍで一定としたグループ（以降、「２Ｒグループ」と称する）とのぞれぞれのグループについて、様々な表面導体の厚み（Ｔｃ）における熱抵抗を調べた。
Figure 2014073039
表４の結果からも明らかであるように、絶縁層の厚み（Ｔｉ）が６μｍ及び４０μｍの何れの場合においても（即ち、２Ｑグループ及び２Ｒグループの何れにおいても）、表面導体の厚み（Ｔｃ）の増大に伴って基板全体としての熱抵抗が低下する傾向が認められた。これは、ＬＥＤとの電気的接続部分（即ち、表面導体の外部表面）を介して表面導体の内部に伝えられた熱が、表面導体の内部を通過して、金属基体との間に介在する絶縁層に伝導する際に、表面導体の厚み（Ｔｃ）が大きいほど、基板の厚み方向において、より深く伝導し易くなることに加えて、表面導体の面積が大きいことに起因して、ＬＥＤとの電気的接続部分（即ち、表面導体の外部表面）を介して表面導体の内部に伝えられた熱が、基板の主面に平行な面内において、より大きな面積へと拡散しているため、絶縁層を介して当該熱を金属基体に伝導する際に絶縁層の相対的に高い熱抵抗が基板全体としての熱抵抗に及ぼす影響が低減されるためであると考えられる。
更に、表４の結果からも明らかであるように、表面導体の厚み（Ｔｃ）の増大に伴って基板全体としての熱抵抗が低下する傾向は、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上になるサンプル（実施例２Ｑ−１乃至２Ｑ−５及び実施例２Ｒ−１及び２Ｒ−５）において、より顕著となった。一方、表面導体の厚み（Ｔｃ）が１１０μｍを超えるサンプル（比較例２Ｑ−４及び比較例２Ｒ−４）においては、ヒートサイクル（Ｈ／Ｃ）に伴うクラックの発生が認められた。即ち、本実施例に係る発光ダイオード用基板において、基板の信頼性を低下させること無く、基板全体としての熱抵抗を有効に低減するためには、表面導体の厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下であることが望ましいことが改めて確認された。
４．結論
以上のように、所定値（具体的には、１００μｍ）以上の厚みを有する金属基体を備える場合であっても、発光ダイオード（ＬＥＤ）との電気的接続のための表面導体の厚みを所定の範囲（具体的には、２０μｍ以上、１００μｍ以下）に収め、且つ金属基体と表面導体とを電気的に絶縁する絶縁層の厚み及び表面導体の厚みとが所定の関係（具体的には、式（１）によって表される関係）を満たすように構成された、本発明に係る発光ダイオード用基板によれば、基板の絶縁信頼性及び高湿信頼性を低下させること無く、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができることが確認された。
尚、ここで、本発明に係る発光ダイオード用基板の適用例につき、添付図面を参照しながら説明する。図６は、前述のように、本発明の１つの実施態様に係る発光ダイオード用基板を含むＬＥＤパッケージの構成の一例を示す模式図である。図６に示すように、本実施態様に係る発光ダイオード用基板を含むＬＥＤパッケージにおいては、ＬＥＤの発光に伴って発生する熱が当該発光ダイオード用基板を介してプリント基板へと伝導される。この際、本実施態様に係る発光ダイオード用基板においては、上述したように、本発明の規定を満足する構成を有していることから、従来技術と比較して、より低い熱抵抗及びより高い信頼性（温度変化の繰り返しへの暴露に伴うクラック発生の低減）を呈することができる。その結果、図６に示すＬＥＤパッケージにおいては、優れたエネルギー効率及び信頼性を発揮することができる。
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施態様及び対応する実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様及び実施例に限定されるものと解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
上記目的は、
金属基体と、
前記金属基体の第１の表面上に配設されてなる部分を有する、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層、前記第１の表面とは反対側の表面において、前記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出してなり、表面に発光ダイオードが配置される表面導体と、
を備える、
発光ダイオード用基板であって、
前記金属基体の前記第１の表面に直交する方向として定義される厚み方向における厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上であり、
前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下であり、
前記絶縁層の、前記第１の表面と前記表面導体の間の部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｉ）と、前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）とが、以下に示す（１）式によって表される関係を満足する、発光ダイオード用基板によって達成される。
−４０×Ｔｉ＋２６０≦Ｔｃ≦−４０×Ｔｉ＋１７００ ・・・（１）
−４０×Ｔｉ＋２６０≦Ｔｃ≦−４０×Ｔｉ＋１７００ ・・・（１）
更に、上記表面導体は、小さい電気抵抗を有する良導体からなることが望ましい。かかる良導体もまた、かかる回路基板の電気回路を構成する導体材料として、当該技術分野において広く使用されている種々の導体材料の中から適宜選択することができる。加えて、上記表面導体は、上記絶縁層の上記金属基体とは反対側の表面において、上記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出するように配設される。これにより、上記表面導体は、上記基板にＬＥＤを実装する際に、例えば、半田付け等の手法によって、ＬＥＤの電極（アノード電極又はカソード電極）と電気的に接続することができる。加えて、上記表面導体は、上記絶縁層に少なくとも部分的には埋設されるので、例えば、ＬＥＤを含むパッケージの実装工程、及びＬＥＤを含むパッケージの完成後の稼働期間等における基板の温度変化に伴い、当該基板とＬＥＤ素子との熱膨張収縮挙動の相違に起因してこれらを接続する表面導体に応力が作用する場合においても、例えば、表面導体が基板から脱離する等の問題が生ずる虞を低減することができる。
尚、当然のことながら、上記表面導体は、ＬＥＤが実装された上記基板と当該ＬＥＤを含むパッケージを構成する他の配線基板等とを電気的に接続するための他の導体パターンと電気的に接続されていてもよい。具体的には、上記表面導体は、例えば、上記基板を貫くように配設されたビア電極を介して、上記基板の当該表面導体とは反対側の表面に配設された電極と電気的に接続されていてもよい。
−４０×Ｔｉ＋２６０≦Ｔｃ≦−４０×Ｔｉ＋１７００ ・・・（１）
−４０×Ｔｉ＋２６０≦Ｔｃ≦−４０×Ｔｉ＋１７００ ・・・（１）

Claims (5)

  1. 金属基体と、
    前記金属基体の少なくとも１つの表面上に配設された、主としてセラミックを含んでなる誘電体材料からなる絶縁層と、
    前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面において、前記絶縁層に少なくとも部分的には埋設され且つ少なくとも部分的には露出している表面導体と、
    を備える、
    発光ダイオード用基板であって、
    前記金属基体の前記少なくとも１つの表面に直交する方向として定義される厚み方向における厚み（Ｔｍ）が１００μｍ以上であり、
    前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）が２０μｍ以上であり、且つ１００μｍ以下であり、
    前記絶縁層の前記厚み方向における厚み（Ｔｉ）と、前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）とが、以下に示す（１）式によって表される関係を満足する、発光ダイオード用基板。
    Figure 2014073039
  2. 請求項１に記載の発光ダイオード用基板であって、
    前記表面導体の前記絶縁層に埋設されている部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｂ）の最大値（Ｔｂｍａｘ）が１０μｍ以上である、
    発光ダイオード用基板。
  3. 請求項２に記載の発光ダイオード用基板であって、
    前記表面導体の前記絶縁層に埋設されている部分の前記厚み方向における厚み（Ｔｂ）の最大値（Ｔｂｍａｘ）が前記表面導体の前記厚み方向における厚み（Ｔｃ）の１／２以上である、
    発光ダイオード用基板。
  4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光ダイオード用基板であって、
    前記表面導体が、少なくとも２つ以上の領域に分割されている、
    発光ダイオード用基板。
  5. 請求項４に記載の発光ダイオード用基板であって、
    前記表面導体の前記少なくとも２つ以上の領域の間が誘電体材料によって充填されている、
    発光ダイオード用基板。
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