KR20110001889A - Ｌｅｄ 광원 및 그 제조 방법 및 ｌｅｄ 광원을 사용한 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

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Abstract

간단한 구성으로, 복수의 발광 소자 탑재 기판 사이의 온도 편차를 억제하고, 동시에 발광 소자 탑재 기판의 방열 특성도 향상시킨다.
세라믹 기체 상에 형성한 전극에 발광 다이오드(LED) 칩을 접속한 LED 소자체와, LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판과, LED 소자 탑재 기판에서 발생한 열을 방열하는 방열 소자를 구비한 LED 광원에 있어서, LED 소자 탑재 기판과 방열 소자 사이에 열전도 수지를 개재시키고, 이 열전도 수지의 일부는 LED 소자 탑재 기판에 형성된 관통 구멍을 통해 LED 소자 탑재 기판의 LED 소자체가 탑재되어 있는 면의 측으로 비어져 나와 복수의 LED 소자체와 접합되어 있는 구성으로 하였다.

Description

ＬＥＤ 광원 및 그 제조 방법 및 ＬＥＤ 광원을 사용한 노광 장치 및 노광 방법{LED LIGHT SOURCE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LED-BASED PHOTOLITHOGRAPHY DEVICE AND METHOD}
일반적인 종래의 LED(발광 다이오드) 소자 기판에 있어서의 구성예로서, 특허 문헌 1에는 도 5에 도시하는 LED 소자 기판이 개시되어 있다.
도 5에 있어서, 이 LED 소자 기판(10)은, 세라믹 기판(11)의 표면에 오목부(11a)가 형성되어 있다. 그 오목부(11a) 내에는 배선 패턴(12)이 설치되고, 그 배선 패턴(12)에, 1개 또는 다른 발광색을 갖는 복수의 LED 칩(13)이 접착제(도시하지 않음) 등에 의해 다이본드되어 있다. 이때, LED 칩(13)은, 발광면과 반대측의 면을 세라믹 기판 오목부(11a)측을 향하게 하여 접착되어 있다. 그 LED 칩(13)의 전극(발광면측의 전극)과 세라믹 기판 오목부(11a) 상의 배선 패턴(12)의 소정 위치는, 금 등으로 이루어지는 접속용 와이어(14)에 의해 와이어본드되고, 오목부(11a)의 내부는 실리콘 수지 등의 몰드 수지(15)에 의해 덮여 밀봉되어 있거나, 질소 등의 불활성 가스가 봉입되어 있다. 또한, 세라믹 기판(11)의 일부 측면으로부터 일부 이면에 걸쳐, 이 LED 소자 기판(10)을 외부와 전기적으로 접속하기 위한 전극 배선용 단자(16)가 형성되어 있다.
또한 특허 문헌 1에는, 상기 도 5에 도시하는 바와 같은 LED 소자 기판(10)을 사용하여 조명용 광원 등의 LED 광원을 구성하는 경우에, 복수의 LED 소자 기판(10)을, 도 6에 도시하는 바와 같이, 글래스 에폭시 수지 등으로 이루어지는 접속 기판(17)에 땜납(17a) 등에 의해, 예를 들어 1열 또는 복수열로 배열되도록 각각 장착하는 구성이 개시되어 있다. 이때, LED 칩(13a 내지 13c)은, 발광면과 반대측의 면을 세라믹 기판 오목부(11a 내지 11c)측을 향하게 하여 설치되어 있다.
또한, 특허 문헌 1에는, 예를 들어 노광 장치나 각종 조명 장치 등에 LED 광원을 사용하는 경우에는, LED 광원이 대전류로 구동되므로, 충분한 방열이 필요해진다. 이러한 경우에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 복수의 LED 소자 기판(10)이 장착된 접속 기판(17)의 LED 소자 기판 장착면과는 반대측의 면(이면)에, 히트 싱크 등과 같은 방열 소자(18)가 장착되어 있다. 이들 LED 광원은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 백라이트 장치의 도광판(19)의 측면(광 입사 단부면)을 따라, 도광판(19) 내에 광이 입사되도록 설치된다.
그 밖에도, 특허 문헌 1에는, LED 광원에 있어서의 방열 구조로서 도 8에 도시하는 바와 같은 구조가 제안되어 있다. 발광 소자 탑재 기판(11)으로서 표면에 오목부(11a)가 형성된 세라믹 기판(11) 상의 배선 패턴에 LED 칩(13)이 발광면과는 반대측을 세라믹 기판 오목부(11a)를 향하게 하여 다이본드되어 있고, 세라믹 기판의 발광면과는 반대측의 면에 히트 싱크 등의 방열 소자(18)가 직접 접합되어 있다. 접속 기판(17)은 그 하방에 배치되어 있는 복수의 세라믹 기판(11)에 대응하여 LED 소자 기판(10)으로부터 광을 통과시키기 위한 광 투과부로서의 창부(窓部)(21)가 각각 설치되어 있다. 또한, 접속 기판(17)에는 LED 칩(13)에 전류를 공급하기 위한 배선 패턴(도시하지 않음)과 세라믹 기판(11)의 상면에 설치된 배선 패턴(도시하지 않음)이 땜납(20) 등에 의해 접속되어 있는 구조가 제안되어 있다.
이 특허 문헌 1의 LED 표시 장치에 따르면, 전류가 흐름으로써 LED 칩(13)으로부터 발생된 열은, LED 칩(13)을 세라믹 기판(11)에 다이본드하는 접착제 및 세라믹 기판(11)만을 거쳐서 방열 소자(18)에 전달되므로, LED 칩(13)으로부터 방열을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 도 9에서 도시하는 바와 같이 도 5의 LED 소자 기판(10)의 변형예로서, LED 칩(13)의 발광면과는 반대측에, 내부에 액상 기상 방열 장치(23)를 갖는 금속 하우징(22)과 접속된 방열 구조가 개시되어 있다.
특허 문헌 2에서의 방열 구조에 있어서는, LED 칩(13)에서의 발열은 금속 하우징(22)으로 전도되고, 고열전도성을 가진 액상 기상 방열 장치(23)를 통해 빠르게 LED 칩(13)으로부터 열을 이동시키는 것이 가능해지므로, LED 칩의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 특허 문헌 3에는, 마스크리스 노광 장치에 대해 기재되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2004-311791호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-172177호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-250982호 공보
그러나 상기 도 5에 도시한 바와 같은 특허 문헌 1에 개시되어 있는 LED 광원에서는, 복수의 LED 소자 기판(11)이 장착된 접속 기판(17)의 LED 소자 기판 장착면과는 반대측의 면(이면)에, 히트 싱크 등과 같은 방열 소자(18)가 장착되어 있다. 이로 인해, LED 칩(13)에서 발생한 열은, LED 소자 기판(10)을 구성하는 세라믹 기판(11)과 접속 기판(17)을 거쳐서 방열 소자(18)에 전달된다.
여기서, 도 10에 도시하는 바와 같이 복수의 LED 소자 기판(10)이 고밀도로 접속 기판(17) 상에 실장되어 있는 경우, LED 소자 기판(10b)을 둘러싸는 복수의 LED 소자 기판(10a) 내의 LED 소자로부터 발생한 열은, LED 소자 기판(10a)으로부터 땜납(17a)과 접속 기판(17)을 경유하여 방열 소자(18)로 전도된다. 방열 소자(18) 내에서는, LED 소자 기판(10a)의 바로 아래에 닿는 방열 소자(18)의 온도를 상승시켜, 면 내주변 방향으로 감에 따라서 온도가 낮아지는 온도 분포를 형성한다.
LED 소자 기판(10b)으로부터, 땜납(17a)과 접속 기판(17)을 경유하여 방열 소자(18)로 전달된 열은, 이미 온도가 상승되어 있는 방열 소자(18) 내에서는, 전술한 LED 소자 기판(10a)으로부터 발생한 열과 동일하게 확산할 수 없으므로, LED 소자 기판(10b)의 바로 아래에 위치하는 접속 기판 주변 영역(17b)과 방열 소자의 주변 영역(18b)은 국소적으로 온도가 상승한다. 그것에 수반하여, LED 소자 기판(10b)에서 발생한 열은, 접속 기판(17)에 충분히 전달할 수 없으므로, LED 소자 기판(10b)의 온도는 상승한다. 따라서, LED 소자 기판(10b)의 온도는, LED 소자 기판(40a)의 온도와 다른 상태가 된다. 따라서, 접속 기판(17) 상에 실장되어 있는 LED 소자 기판(10)에 있어서 편차가 발생하는 문제가 발생한다.
그 결과, 대전류로 구동되는 노광기용 광원이나 조명용 광원 등과 같이, 소비 전류량이 많아져 LED 칩(13)으로부터의 발열량이 증가하면, 온도 편차는 확대된다.
또한, LED 소자 기판의 실장 간격 폭이 좁아짐으로써도, 온도 편차는 확대된다. 고온이 된 LED 소자 기판(10a)에서는, LED 칩(13a)도 고온이 된다. LED 칩은, 온도 상승과 함께 발광 효율이 나빠지므로, 발광 출력은 작아진다. 또한 고온 환경에 놓인 LED 칩의 열화는 빨라지므로 LED의 수명은 짧아진다. 이것으로부터, 온도 편차의 확대는, 광도의 저하나 광도의 편차, LED의 수명 저하 등의 문제가 발생한다.
한편, 상기 특허 문헌 1의 LED 표시 장치에서는, 발광 소자 탑재 기판과 방열 소자까지의 방열성은 향상되어 있지만, 발광 소자 탑재 기판 사이의 온도 편차의 문제는 고려되어 있지 않아, 전술한 바와 같이 상기 종래의 구성에 의한 문제와 동일한 문제가 발생한다.
특허 문헌 2에 대해서도 마찬가지로, 상기 종래의 구성에 의한 문제와 동일한 문제가 발생한다.
특허 문헌 3은 마스크리스 노광 장치에 관한 발명으로, 광원으로서 반도체 레이저 또는 수은 램프나 크세논 램프 등의 방전 램프를 사용하는 것이 기재되어 있지만, LED를 광원으로서 사용하는 것에 대해서는 언급되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 상기한 종래의 문제를 해결하여, 간단한 구성으로, 또한 간단한 제조 방법에 의해 LED 발광 소자를 고밀도로 실장한 발광 소자 탑재 기판 사이의 온도 편차를 저감시켜 보다 균일한 조명을 실현할 수 있는 LED 광원 및 이 광원을 사용한 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 세라믹 기체 상에 형성한 전극에 발광 다이오드(LED) 칩을 접속한 LED 소자체와, LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판과, LED 소자 탑재 기판에서 발생한 열을 방열하는 방열 소자를 구비한 LED 광원에 있어서, LED 소자 탑재 기판과 방열 소자 사이에 열전도 수지를 개재시키고, 이 열전도 수지의 일부는 LED 소자 탑재 기판에 형성된 관통 구멍을 통해 LED 소자 탑재 기판의 LED 소자체가 탑재되어 있는 면의 측으로 연장되어 복수의 LED 소자체와 접합되어 있는 구성으로 하였다.
또한, 본 발명에서는, LED 광원의 제조 방법에 있어서, 방열 소자 상에 열전도 수지를 공급하고, 표면에 LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판의 이면측을 열전도 수지가 공급된 방열 소자에 소정의 간격이 될 때까지 압박하여 열전도 수지를 방열 소자와 LED 소자 탑재 기판 사이로 확산시키고, LED 소자 탑재 기판에 형성한 관통 구멍을 통해 방열 소자와 LED 소자 탑재 기판 사이에 있는 열전도 수지의 일부를 LED 소자 탑재 기판의 표면으로 밀어내어 표면에 탑재된 복수의 LED 소자체의 사이에 충전하고, 열전도 수지를 방열 소자와 LED 소자 탑재 기판 사이로 확산시켜 일부를 관통 구멍을 통해 방열 소자와 LED 소자 탑재 기판 사이에 충전시킨 상태에서 가열하여 경화시키도록 하였다.
또한, 본 발명에서는, 노광 광원 수단과, 노광 패턴을 형성하는 노광 패턴 형성부와, 기판을 적재하여 적어도 일방향으로 이동 가능한 테이블 수단과, 노광 광원 수단과 노광 패턴 형성부와 테이블 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 노광 장치에 있어서, 노광 광원 수단은 LED 광원을 구비하고, LED 광원은, 세라믹 기체 상에 형성한 전극에 발광 다이오드(LED) 칩을 접속한 LED 소자체와, LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판과, LED 소자 탑재 기판과 접하여 LED 소자체에서 발생한 열을 방열하는 방열 소자를 갖고, LED 소자 탑재 기판과 방열 소자는 열전도 수지를 통해 접속되어 있고, 이 열전도 수지의 일부는 LED 소자 탑재 기판에 형성된 관통 구멍을 통해 LED 소자 탑재 기판의 LED 소자체가 탑재되어 있는 면의 측으로 연장되어 복수의 LED 소자체와 접합하도록 하였다.
또한, 본 발명에서는, 노광 광원 수단으로부터 발사된 노광광을 노광 패턴 형성부에 조사하고, 노광광이 조사된 노광 패턴 형성부에 의해 성형된 광 패턴을 표면에 레지스트가 도포된 기판 상에 결상시키고, 결상시킨 광 패턴에 의해 레지스트를 노광하는 방법에 있어서, 노광광은 노광 광원 수단의 LED 광원으로부터 발사된 광이며, 이 노광광은 수냉 재킷에 의해 냉각된 LED 소자 탑재 기판에 탑재되어 사이에 열전도 수지가 충전된 복수의 LED 소자체로부터 발사된 광인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판에 탑재된 복수의 발광 소자는 열전도 수지에 의해 열적으로 접속되어 있으므로 발광 소자(LED) 탑재 기판 사이의 온도 편차는 경감된다. 이것에 부가하여, 열전도성 수지는, 발광 소자 탑재 기판과 방열 소자 사이에는 열전도 수지를 통과시켜 접속하고 있으므로 종래 기술과 비교하면 발광 소자 탑재 기판으로부터 방열 소자로의 방열을 보다 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.
또한 발광 소자 탑재 기판으로서 종래의 수지 기판 대신에 열전도성이 좋은 세라믹 기판이나 금속 베이스 기판을 이용하면, 온도 편차는 한층 저감시킬 수 있다.
이에 의해, 고온이 되는 발광 소자로의 열스트레스를 저감시킬 수 있어, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 LED 광원 구조에 있어서는, 종래의 제조 공정과 동일 공정으로 제조할 수 있으므로, 새로운 공정을 신설할 필요도 없고, 제조 장치의 도입도 필요 없다. 이로 인해 제조 비용을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 광원을 노광 장치에 적용함으로써, 보다 적은 소비 전력으로 패턴의 노광을 행하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 LED 광원의 제1 실시 형태에 있어서의 구성예를 도시하는 단면도.
도 2a는 제1 실시예에 있어서의 접속 기판과 방열 소자의 접합 공정을 도시한 도면으로, 방열 소자(4)에 열전도 수지(5)가 소정의 양 공급된 상태를 도시하는 도면.
도 2b는 제1 실시예에 있어서의 접속 기판과 방열 소자의 접합 공정을 도시한 도면으로, 접속 기판(3)을 밀어내려 방열 소자(4)와의 사이에 열전도 수지(5)를 끼운 상태를 도시하는 도면.
도 2c는 제1 실시예에 있어서의 접속 기판과 방열 소자의 접합 공정을 도시한 도면으로, 접속 기판(3)을 소정의 위치까지 밀어내려 방열 소자(4)와의 사이에 끼운 열전도 수지(5)의 일부를 관통 구멍(30)으로 통과시켜 접속 기판(3)의 상면에서 LED 소자 기판의 간극으로 돌아 들어간 상태를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 LED 광원의 제2 실시 형태에 있어서의 구성예를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 노광기용 LED 광원의 단면도.
도 5는 종래의 LED 광원 소자 기판에 있어서의 구성을 도시하는 사시도.
도 6은 종래의 LED 광원의 구성을 도시하는 단면도.
도 7은 종래의 LED 백라이트 모듈의 구성을 도시하는 단면도.
도 8은 종래의 LED 광원에 있어서의 다른 구성을 도시하는 단면도.
도 9는 종래의 LED 광원에 있어서의 다른 구성을 도시하는 단면도.
도 10은 종래의 LED 광원에 있어서 열의 흐름을 도시하는 단면도.
도 11a는 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 노광기 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 11b는 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 노광기 장치의 노광 조건을 나타내는 그래프.
이하에, 본 발명의 LED 광원, 이것을 사용한 백라이트 장치 및 이것을 사용한 노광 장치의 제1 내지 제4 실시 형태로서, LED 광원, 이것을 사용한 LED 백라이트 장치 및 이것을 사용한 노광 장치에 적용한 경우에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시예]
도 1은, 본 발명의 LED 광원의 제1 실시예에 있어서의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 1에 있어서, 이 LED 광원(1)은 접속 기판(3)과 이 접속 기판(3) 상에 1열 또는 복수열로 소정 간격으로 배열된 복수의 발광 소자 탑재 기판으로서의 복수의 LED 소자 기판(2)과, 접속 기판(3)의 하면에 설치된 히트 싱크 등의 방열 부재인 방열 소자(4)와, LED 소자 기판(2) 사이와 접속 기판(3)과 방열 소자(4)의 간극에는 실리콘 접착제 등의 열전도 수지(5)가 구비되어 있다.
LED 소자 기판(2a 내지 2c)은, 도 5에 도시하는 LED 소자 기판(10)과 동일한 구성을 갖고 있고, 발광 소자 탑재용 기판으로서의 한 변이 2㎜ 내지 7㎜이며 두께가 1.5 내지 3㎜인 세라믹 기판(201a 내지 201c)과, 세라믹 기판(201)에 설치된 발광원의 발광 소자로서의 한 변이 0.2㎜ 내지 2㎜인 발광 다이오드 칩인 LED 칩(202)과, 세라믹 기판(201) 상의 최표면이 0.3㎛ 이상인 Au 또는 Ag 또는 Al 등 반사율의 높은 금속으로 덮인 배선 패턴(도시하지 않음)의 소정 위치와 LED 칩(202)의 전극을 접속하기 위한 접속용 와이어(203)(또는 배선 와이어)를 갖고 있다.
세라믹 기판(201)은 알루미나나 질화알루미늄에 의해 구성되어 있으므로 열전도성이 좋고, 세라믹 기판(201)에는 한편, 표면 중앙부에 오목부가 형성되어 있다. 오목부 내에는 1개 또는, 다른 발광색의 복수개의 LED 칩(202)이, 발광면과는 반대측의 면(이면)을 세라믹 기판(201)을 향해 배치되어, 오목부(201a) 내에 설치된 배선 패턴(도 5 참조)의 소정 위치 상에 다이본드되어 있다. LED 칩(202)의 발광면측의 전극은, 오목부 상에 설치된 배선 패턴(도시하지 않음)의 소정 위치와 접속용 와이어(203)에 의해 와이어본드되어 있다.
접속 기판(3)은, 그 상면에 복수의 세라믹 기판(201)이 배열되어 있다. 접속 기판(3)은, LED 칩(202)에 전류를 공급하기 위한 배선 패턴(도시하지 않음)과, 세라믹 기판(201)의 이면에 설치된 배선 패턴(도시하지 않음)이 땜납(32)이나 도전성 페이스트에 의해 접속되어 있다.
두께 0.5㎜ 내지 5㎜의 접속 기판(3)에는, 그 표리를 관통하도록 직경이 0.5㎜ 내지 2㎜인 복수의 관통 구멍(30)이 형성되어 있다. 관통 구멍(30)의 형성 위치는, 세라믹 기판(201)을 적재하는 위치의 근방에 놓임으로써, 열전도 수지(5)를 효율적으로 세라믹 기판(201)의 측면에 공급할 수 있다.
알루미늄 또는, 구리제의 열전도성이 우수한 금속에 의해 구성된 방열 소자(4)는, 그 상면에 배치한 접속 기판(3)과 열전도 수지(5)를 통해 접합되어 있다.
열전도 수지(5)는 실리콘 수지 또는 에폭시계 수지에 열전도를 위해 알루미나, 카본, 산화티탄, 실리카 등의 절연체 필러제를 혼합한 것으로, 열전도율이 0.5 내지 10W/mK이고, 열팽창률 2 내지 100ppm의 점도 10 내지 100㎩ s로 한 열소성 수지 또는 광 소성 수지이다. 열전도 수지(5)는, 복수의 세라믹 기판(201a 내지 201c)의 이면 또는 측면에 접촉하고 있고, 또한 접속 기판(3)의 관통 구멍(30)을 메우도록 배치되어 있다. 또한, 열전도 수지(5)는, 접속 기판(3)의 이면과 방열 소자(4)를 접합하고 있다.
도 1의 LED 광원의 구성에 따르면, 복수의 세라믹 기판(201a 내지 201c)의 측면 또는 이면이 열전도 수지(5)에 접속되어 있으므로 고온의 세라믹 기판(201B)의 열은, 열전도 수지(5)를 통해 저온의 세라믹 기판(201a 및 201c)으로 전도되어, 세라믹 기판(201b)과 세라믹 기판(201a 및 201c)의 온도차는 작아진다. 이로 인해, 복수의 세라믹 기판(201a 내지 201c)에서의 온도의 편차는 감소한다. LED 1개당 2W의 투입 전력에 대해 도 6에 도시한 종래의 구성에서는 세라믹 기판(201b)과 세라믹 기판(201a, 201c) 사이의 온도차가 7℃였던 것이, 도 1의 구성에 있어서, 충전 높이(h)[열전도 수지(5)가 접속 기판(3)의 표면으로부터 위로 나온 부분의 높이]를 1㎜ 정도로 하면, 세라믹 기판(201b)과 세라믹 기판(201a)의 온도차는 3℃ 이내로 되었다.
또한, 열전도 수지(5)의 충전 높이(h)를 높임으로써, 열전도 수지(5)와 세라믹 기판(201a 내지 201c)의 접속 면적을 확대할 수 있으므로, 세라믹 기판(201a 내지 201c)으로부터 열전도 수지(5)로의 열전도성은 향상된다. 그 결과로서, 세라믹 기판(201a)과 세라믹 기판(201b)의 온도차를 보다 작게 할 수 있다.
다음에, LED 광원의 제조 공정에 대해 설명한다.
도 2a 내지 도 2c에는, 접속 기판과 방열 소자의 접착 공정을 도시하였다.
도 2a에 도시한 공정에서는, 접속 기판(3)에는 리플로우에 의한 땜납에 의한 셀프 얼라인먼트에 의해 위치 결정된 복수의 LED 소자 기판(2a 내지 2c)이 탑재되어 있다.
또한, 열전도 수지(5)는, 예를 들어 디스펜서(도시하지 않음)를 사용하여 도포량이 조절된 상태에서 방열 소자(4)에 도포되어 있다.
도 2b에 도시한 공정에서는, 방열 기판(4)과 접속 기판(3)은, 맞댐시에 위치 어긋남되지 않도록, 예를 들어 위치 정렬 가이드(도시하지 않음) 등을 통해 위치 정렬을 행한 후에, 방열 기판(4)과 접속 기판(3)의 이면이, 열전도 수지(5)에 의해 접합되도록 상방으로부터 압력을 가한다. 압력에 의해 방열 기판(4)과 접속 기판(3) 사이에 끼워진 열전도 수지(5)는 두께가 얇아지면서, 수평 면내 방향으로 확산된다. 방열 기판(4)과 접속 기판(3)의 간격이 소정의 값이 된 시점에서 가압을 멈춘다.
접속 기판(3) 상에는, LED 소자(2a 내지 2c)의 세라믹 기판(211a 내지 211c)의 부근에 관통 구멍(30)이 형성되어 있으므로, 압력 인가와 함께, 열전도 수지(5)가, 관통 구멍(30)을 통해 접속 기판(3)의 표면으로 밀려 나온다.
도 2c에서는, 더욱 압력을 가하여 접속 기판(3)의 표면으로 밀려 나온 열전도 수지(5)가, 세라믹 기판(211a 내지 211c)의 이면 또는, 복수의 세라믹 기판(211a 내지 211c) 사이의 간극으로 돌아 들어가, 복수의 세라믹 기판(211a 내지 211c) 사이에 열전도 수지(5)로 충전된 상태로 되어, 세라믹 기판(211a 내지 211c)의 측면 또는 이면을 열전도성 수지(5)에 의해 접합할 수 있다. 여기서, 접속 기판(3)의 표면으로 밀려 나오는 열전도 수지(5)의 양은, 복수의 세라믹 기판(211a 내지 211c) 사이에 충전된 열전도 수지(5)의 표면의 높이가 세라믹 기판(211a 내지 211c)의 높이보다도 높아지지 않는 양으로 설정한다.
그 후, 열전도성 수지(5)를, 예를 들어 150℃ 정도의 고온에 1시간 방치하는 열처리에 의해 고화시킨다. 고화에 의해 열전도성 수지(5)의 체적 변화는 거의 없으므로, 고화에 의한 열전도성 수지(5)의 박리나 균열은 일어나지 않는다. 여기서는, 열경화 수지에 대해 서술하였지만, 고화 방법은 열전도성 수지(5)의 재료에 의존하는 것이므로, 열전도성 수지(5)의 재료에 따라서 열경화 이외의 광 경화나 상방치에 의한 경화 방법이 적용된다. 여기서 서술한 제조 공정은, 종래의 공정과 동일 공정에 의해 제조할 수 있으므로, 새롭게 접착 공정을 신설할 필요도 없고, 제조 장치의 도입도 필요 없다. 이로 인해 제조 비용을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 제조 방법에 따르면, 열전도 수지(5)를 세라믹 기판(211a 내지 211c)의 이면으로부터 상면(표면)을 향해 공급할 수 있으므로, LED 소자 기판(2a 내지 2c)의 발광면을 열전도성 수지(5)에 의해 오염시키는 일이 없이, 열전도성 수지(5)를 공급할 수 있다. 이에 의해, 광원 장치로서의 광 조사량의 저감을 방지할 수 있다.
나아가서는, 복수의 LED 소자 기판(2a 내지 2c)이, 좁은 간격으로 실장된 접속 기판에 있어서도, 열전도 수지(5)는 액체이므로 좁은 간극으로도 들어갈 수 있어, 세라믹 기판의 측면에 간극 없이 접착할 수 있다. 이로 인해, 접속 기판(3)으로의 실장 밀도를 높여도 세라믹 기판과 열전도 수지의 접촉 면적이 넓어짐으로써 열전도성이 향상되어, 세라믹 기판(211)의 온도 편차는 축소한다.
[제2 실시예]
도 3은, 본 발명의 LED 광원의 제2 실시예에 있어서의 구성예를 도시하는 단면도이다.
제2 실시예에서는, 방열 소자(304)의 상면에 돌기(307)가 설치되어 있고, 접속 기판(303)에는 전술한 돌기(307)에 합치하는 위치에 위치 정렬 구멍(308)이 형성되어 있다. 돌기(307)와 위치 정렬 구멍(308)을 합치시킴으로써 방열 소자(304)와 접속 기판(303)의 상대 위치를 정할 수 있다.
돌기(307)의 높이는, 접속 기판(303)의 두께보다도 높게 함으로써, 돌기의 선단부(307a)는 접속 기판에 있어서 세라믹 기판(301a 및 301b)이 실장된 면(표면)으로부터 돌출된 구조로 되어 있다.
이러한 구성에 있어서도 제1 실시 형태에서 도 2a 내지 도 2c를 이용하여 설명한 것과 동일한 공정을 거침으로써, 도 3에 도시한 바와 같이 방열 소자(304)와 접속 기판(303) 사이에 공급된 열전도 수지(305)는, 접속 기판(303)의 관통 구멍(309)을 통해 접속 기판(303)의 표면[LED 소자 기판(300a , 300b)이 탑재되어 있는 면]으로 밀려 나와, 복수의 LED 소자 기판(300a, 300b)의 세라믹 기판(301)의 이면 또는 측면 나아가서는 방열 소자(304)의 돌기(307a)에도 돌아 들어가 접촉하고 있다.
이 구조에 따르면, 세라믹 기판(301a 및 301b)과 방열 소자(304) 사이를 열전도 수지(305)를 통해 접속하고 있으므로, LED 소자 기판(300a, 300b)에서 발생한 열은 제1 실시 형태에서 설명한 방열 경로에 더하여, 세라믹 기판(301a 및 301b)의 측면으로부터 돌기(70)를 통해 방열 소자(304)로 전도되는 열전도 경로를 경유함으로써 방열할 수 있으므로 LED 광원의 방열성을 높일 수 있다. 따라서, 복수의 LED 소자 기판(300a, 300b)의 세라믹 기판(301a 및 301b)의 온도 편차가 감소하는 것에 더하여 세라믹 기판(301a 및 301b)의 온도를 저감시키는 것이 가능해진다.
[제3 실시예]
도 4는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 노광기용 LED 광원의 단면도이다.
도 4에 있어서, 이 LED 광원(1A)은, LED 소자 기판(410)의 세라믹 기판(401)의 상면에 렌즈 기판(402)이 설치되고, 이 렌즈 기판(402)에 창부(411)가 설치되어 광분산 방지용 렌즈 기능 소자(412)가 끼워 넣어져 있는 점에서 제1 및 제2 실시 형태와 다르다. 렌즈 기능 소자(412)는 LED 소자 기판(410)으로부터 발사되고 방사상으로 확산되어 입사한 광을 평행한 광으로 변환한다.
렌즈 기능 소자(412)는, LED 소자로부터 발해진 광의 파장에 있어서 투과율 50％ 이상을 갖고 있고, 석영 등의 무기 글래스재 외에도, 실리콘 수지, 아크릴, 에폭시 수지 등 유기 수지를 사용하여 렌즈 형상으로 성형한 것을 사용한다. 렌즈 기능 소자(412)로서는, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 프레넬 렌즈 등을 사용할 수 있다.
본 실시예에 있어서도 제1 실시예에서 도 2a 내지 도 2c를 이용하여 설명한 것과 동일한 공정을 거침으로써, 도 4에 도시한 바와 같은 구성으로 할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 우선 미리 렌즈 기능 소자(412)가 끼워 넣어진 렌즈 기판(402)과 복수의 LED 소자 기판(410)이 리플로우 납땜된 접속 기판(403)을 접합한 상태에서, 열전도 수지(405)가 공급된 방열 소자(404)에 접속 기판(403)을 도시하지 않은 가이드를 사용하여 위치 정렬을 행한 후에 압박하여 압력을 가한다. 이 압력을 계속 가함으로써, 방열 소자(404)와 접속 기판(403) 사이에 공급된 열전도 수지(405)는 접속 기판(403)의 관통 구멍(409)을 통해 접속 기판(403)의 표면[복수의 LED 소자 기판(410)이 탑재되어 있는 면]으로 밀려 나온다. 이 접속 기판(403)의 표면으로 밀려 나온 열전도 수지(405)는 복수의 LED 소자 기판(410) 세라믹 기판(401)의 이면 또는 측면으로 돌아 들어간다.
이와 같이 하여 열전도 수지(405)가 복수의 LED 소자 기판(410)의 세라믹 기판(401)의 이면 또는 측면으로 돌아 들어가게 한 상태에서 150℃ 정도의 고온에 1시간 방치하는 가열 처리를 실시함으로써 열전도 수지(405)는 고화된다. 열전도 수지(405)는 고화되는 것에 의한 체적의 변화가 거의 없으므로, 고화에 의해 열전도 수지(405)가 방열 소자(404)나 접속 기판(403), LED 소자 기판(410)과 박리나 균열이 발생하지 않아, 방열 소자(404)나 접속 기판(403), LED 소자 기판(410) 사이의 열전달을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 공정에 있어서, 렌즈 기능 소자(412)가 끼워 넣어진 렌즈 기판(402)과 LED 소자 기판(410)이 리플로우 납땜된 접속 기판(403)을 접합하는 것을, LED 소자 기판(410)이 리플로우 납땜된 접속 기판(403)과 방열 소자(404) 사이에서 열전도 수지(405)를 가열 고화한 후 행해도 좋다.
이 구조에 따르면, LED 소자 기판(410)의 세라믹 기판(401)과 방열 소자(404) 사이를 열전도 수지(305)를 통해 접속하고 있으므로, LED 소자 기판(410)에서 발생한 열은 제1 실시 형태에서 설명한 방열 경로를 경유함으로써 방열할 수 있으므로 LED 광원의 방열성을 높일 수 있다. 따라서, 복수의 LED 소자 기판(410) 세라믹 기판(401)의 온도 편차가 감소하는 것에 더하여 세라믹 기판(301)의 온도를 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 제3 실시예에 있어서 이 경우의 렌즈 기능 소자(412)는, 예를 들어 콜리메이트 렌즈가 창부(411)에 끼워 넣어져 있어도 좋다. 또한, 본 제3 실시예에 따르면, LED 소자 기판(410)으로부터 발사된 광이 상방 조사면에 대해 방사상으로 확산되어 버리는 것을, 도 4에 도시하는 바와 같이, 접속 기판(403)의 창부(411) 내에 렌즈 기능 소자(412)를 설치함으로써, LED 소자 기판(410)으로부터의 광의 방향을 변화시켜 상방 조사면에 대해 확산되지 않고 수직으로 조사시키는 것이 가능해져, LED 광원에 대향한 광 조사 평면(도시하지 않음)에 대해 조사 강도 편차가 없는 면내 균일한 조사광을 얻을 수 있다.
[제4 실시예]
도 11은 본 발명에 따른 LED 광원을 마스크리스의 노광기 장치에 적용한 제4 실시예를 나타내는 노광 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
본 실시예에 있어서의 노광 장치는, 광원부(500), 인테그레이터(503), 콜리메이터 미러(504), 패턴 생성부(505), 패턴 생성부(505)를 구동하는 패턴 생성 구동부(5050), 피노광 기판인 작업물(506)을 적재하는 작업용 테이블(5060), 패턴 생성 구동부(5050) 및 작업용 테이블(5060), 광원부(500)를 제어하는 제어부(510)를 구비하여 구성되어 있다.
노광광을 방사하는 광원부(500)는, 복수의 광원 장치(5001, 5002, 5003)로 구성되어 있고, 각 광원 장치(5001, 5002, 5003)는 발열을 효율적으로 방열하기 위해 수냉 재킷(501)에 장착되어 있다. 각 광원 장치(5001, 5002, 5003)의 접속 기판 상에 설치된 배선은 하네스(5021, 5022, 5023)를 통해, 전력을 공급하는 점등 전원(5024, 5025, 5026)에 접속되어 있다.
광원 장치(5001, 5002, 5003)의 배치 또는 경사 각도는, 광원 장치(5001, 5002, 5003)로부터 발해진 광이, 효율적으로 인테그레이터(503)에 입사할 수 있도록 설계되어 있다. 광원 장치(5001, 5002, 5003) 및 인테그레이터(503)의 각 소자는 도 11의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 2차원 형상으로 배치되어 있다.
본 실시예에 있어서는, 노광용 광원부(500)에 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 바와 같은 LED 광원을 채용한다. 이러한 LED 광원을 채용함으로써, 비교적 큰 영역을 균일하게 조명하는 것이 가능해져, 대면적을 균일하게 노광할 수 있다.
또한, 조명의 폭에 방향에 걸쳐 거의 동일한 출사광량으로 할 수 있고, 각 LED 광원의 수명도 거의 동일하게 할 수 있어, 광원부(500)를 장수명화할 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 광원부(500)로부터 발사되어 인테그레이터(503)를 투과한 노광광은, 콜리메이터 미러(504)에 의해 마스크(505)에 형성된 노광 패턴면을 따라 선 형상으로 집광(도면에 수직인 노광 패턴면의 길이 방향으로 선 형상)되고, 패턴 생성부(505)를 통해 레지스트 등의 감광제가 도포된 작업물(506)에 조사됨으로써 패턴 생성부(505)에 형성된 패턴에 의한 광상이 작업물(506) 상에 도포된 감광제(레지스트)에 결상되어 감광제가 노광된다(또한, 도 11에 도시한 노광 장치의 구성에 있어서는, 설명을 간략화하기 위해 결상 광학계의 기재를 생략하고 있음).
여기서 패턴 생성부(505)는 패턴 생성 구동부(5050)에 의해 구동되어 작업용 테이블(5060)에 의해 일방향으로 일정한 속도로 이동하는 작업물(506)의 위치에 따라서 노광용 패턴을 형성한다. 마스크리스 노광 장치의 구체적인 구성에 대해서는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2006-250982호 공보에 기재되어 있는 구성을 이용하면 좋다.
본 실시예에 있어서는 집광 광학계에 광투과형 렌즈가 아니라 콜리메이터 미러(504)를 사용하고 있으므로 노광광의 색수차의 문제를 발생하는 일이 없어, LED 광원으로서 다파장광을 사용하는 경우에, 보다 미세한 패턴, 보다 샤프한 패턴을 노광하는 것이 가능해진다.
노광시의 광원 장치에의 노광 조건을 도 11b에 도시한다. 노광기에 있어서의 노광 공정에는, 작업물의 반입, 소정 위치로의 작업물의 고정, 마스크와 작업물의 위치 정렬, 노광, 작업물의 고정 해제, 작업물의 반출 공정이 있다. 노광 공정은, 10 내지 120초가 필요해지지만, 실제로 작업물에 광이 노광되는 시간은, 약 5 내지 60초이다.
종래의 수은 램프 광원을 사용한 노광기에 있어서는, 수은 램프에의 통전 직후에 있어서는, 램프의 온도의 변동에 의해 출사광도가 안정되지 않는다. 그로 인해, 안정될 때까지 30분 정도 기다려야 한다. 따라서, 종래의 수은 램프 광원의 노광기를 사용하는 경우, 노광 공정에서는 출사광도를 안정시키기 위해 수은 램프는 항상 통전하여 점등시켜 둘 필요가 있다. 그러나 본 발명에 따른 LED 광원을 이용하면, 통전 직후라도 수 밀리초 이내에 출사광도가 안정되기 때문에, 노광 공정에 있어서는 노광 시간에만 LED 광원에 통전하면 되므로, 노광기의 소비 전력의 대폭적인 저감이 가능해진다.
1, 1A : LED 광원
2 : LED 소자 기판
3 : 발광 소자 탑재 기판
4 : 방열 소자
5 : 열전도성 수지
10, 10a, 10b : LED 소자 기판
11 : 세라믹 기판
11a : 오목부
12 : 기판 배선
13 : LED 소자
14 : 접속용 와이어
15 : 몰드 수지
16 : 전기 배선용 단자
17 : 발광 소자 탑재용 기판
17a : 땜납
18 : 방열 소자
19 : 도광판
20 : 창부
21 : 땜납
22 : 금속 하우징
23 : 액상 기상 방열 장치
30 : 관통 구멍
32 : 땜납
201, 201A, 201B, 211 : 세라믹 기판
201a : 오목부
202 : LED 칩
301 : 세라믹 기판
303 : 접속 기판
304 : 방열 소자
305 : 열전도 수지
307 : 돌기
307a : 돌기의 선단부
308 : 위치 정렬 구멍
401 : 세라믹 기판
402 : 렌즈 기판
403 : 접속 기판
404 : 방열 소자
405 : 열전도 수지
410 : LED 소자 기판
411 : 창부
412 : 렌즈 기능 소자
500, 501 : 냉각 재킷
502 : 점등 전원
503 : 인테그레이터
504 : 콜리메이터 미러
505 : 마스크
506 : 작업물
507 : 노광 시간
508 : 노광하고 있지 않은 시간
509 : 노광 공정 시간

Claims (13)

  1. 세라믹 기체 상에 형성한 전극에 발광 다이오드(LED) 칩을 접속한 LED 소자체와, 상기 LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판과, 상기 LED 소자 탑재 기판에서 발생한 열을 방열하는 방열 소자를 갖는 LED 광원이며, 상기 LED 소자 탑재 기판과 상기 방열 소자 사이에는 열전도 수지가 개재되고, 상기 열전도 수지의 일부는 상기 LED 소자 탑재 기판에 형성된 관통 구멍을 통해 상기 LED 소자 탑재 기판의 상기 LED 소자체가 탑재되어 있는 면의 측으로 연장되어 상기 복수의 LED 소자체와 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, LED 광원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 다이오드(LED) 칩을, 상기 세라믹 기체에 형성한 오목부의 내부에서 상기 세라믹 기체 상에 형성한 전극에 와이어본딩에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, LED 광원.
  3. 제1항에 있어서, 상기 LED 소자 탑재 기판에 형성된 관통 구멍을 통해 상기 LED 소자 탑재 기판의 상기 LED 소자체가 탑재되어 있는 면의 측으로 연장된 상기 열전도 수지는 상기 복수의 LED 소자체 사이에 상기 LED 소자체보다도 낮은 높이로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는, LED 광원.
  4. 제1항에 있어서, 상기 LED 소자체로부터 발광된 광의 광분산 방지용 렌즈 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, LED 광원.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 수지의 열전도율은, 상기 LED 소자 탑재 기판의 열전도율보다도 큰 것을 특징으로 하는, LED 광원.
  6. 노광 광원 수단과, 노광 패턴을 형성하는 노광 패턴 형성부와, 기판을 적재하여 적어도 일방향으로 이동 가능한 테이블 수단과, 상기 노광 광원 수단과 상기 노광 패턴 형성부와 상기 테이블 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 노광 장치이며, 상기 노광 광원 수단은 LED 광원을 구비하고, 상기 LED 광원은, 세라믹 기체 상에 형성한 전극에 발광 다이오드(LED) 칩을 접속한 LED 소자체와, 상기 LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판과, 상기 LED 소자 탑재 기판과 접하여 상기 LED 소자체에서 발생한 열을 방열하는 방열 소자를 갖고, 상기 LED 소자 탑재 기판과 상기 방열 소자는 열전도 수지를 통해 접속되어 있고, 상기 열전도 수지의 일부는 상기 LED 소자 탑재 기판에 형성된 관통 구멍을 통해 상기 LED 소자 탑재 기판의 상기 LED 소자체가 탑재되어 있는 면의 측으로 연장되어 상기 복수의 LED 소자체와 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, LED 광원을 구비한 노광 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노광 패턴 형성부는, 상기 테이블 수단에 의해 구동되는 기판의 위치에 따라서 상기 기판을 노광하는 패턴의 형상을 바꾸는 것을 특징으로 하는, LED 광원을 구비한 노광 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 노광 광원 수단은 수냉 재킷을 구비하고, 상기 수냉 재킷에 의해 상기 LED 광원을 냉각하는 것을 특징으로 하는, LED 광원을 구비한 노광 장치.
  9. 방열 소자 상에 열전도 수지를 공급하고, 표면에 LED 소자체를 복수 탑재한 LED 소자 탑재 기판의 이면측을 상기 열전도 수지가 공급된 방열 소자에 소정의 간격이 될 때까지 압박하여 상기 열전도 수지를 상기 방열 소자와 상기 LED 소자 탑재 기판 사이로 확산시키고, 상기 LED 소자 탑재 기판에 형성한 관통 구멍을 통해 상기 방열 소자와 상기 LED 소자 탑재 기판 사이에 있는 상기 열전도 수지의 일부를 상기 LED 소자 탑재 기판의 표면으로 밀어내어 상기 표면에 탑재된 복수의 LED 소자체의 사이에 충전하고, 상기 열전도 수지를 상기 방열 소자와 상기 LED 소자 탑재 기판 사이로 확산시켜 그 일부를 상기 관통 구멍을 통해 상기 방열 소자와 상기 LED 소자 탑재 기판 사이에 충전시킨 상태에서 가열하여 경화시키는 것을 특징으로 하는, LED 광원의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 LED 소자체는, 세라믹 기체 상에 형성한 전극에 발광 다이오드(LED) 칩을 와이어본딩에 의해 접속하여 형성된 것을 특징으로 하는, LED 광원의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 열전도성 수지의 열전도율은, 상기 LED 소자 탑재 기판의 열전도율보다도 큰 것을 특징으로 하는, LED 광원의 제조 방법.
  12. 노광 광원 수단으로부터 발사된 노광광을 노광 패턴 형성부에 조사하고, 상기 노광광이 조사된 노광 패턴 형성부에 의해 성형된 광 패턴을 표면에 레지스트가 도포된 기판 상에 결상시키고, 상기 결상시킨 광 패턴에 의해 상기 레지스트를 노광하는 방법이며,
    상기 노광광은 상기 노광 광원 수단의 LED 광원으로부터 발사된 광이며, 상기 LED 광원은 수냉 재킷에 의해 냉각된 LED 소자 탑재 기판에 탑재되어 사이에 열전도 수지가 충전된 복수의 LED 소자체로부터 발사된 광인 것을 특징으로 하는, LED 광원을 사용한 노광 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기판은 적어도 일방향으로 이동 가능한 테이블에 적재되고, 상기 노광 패턴 형성부는, 상기 테이블에 의해 일방향으로 이동하는 기판의 위치에 따라서 상기 기판을 노광하는 패턴의 형상을 바꾸는 것을 특징으로 하는, LED 광원을 사용한 노광 방법.
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