KR20110094298A - 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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KR20110094298A
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모토히로 스즈키
나오미 요네무라
요시히코 오카지마
데쓰로 마에다
에이지 요시무라
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덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은, 발광 소자의 패키지화를 위한 기판으로서, 발광 소자로부터 충분한 방열 효과가 얻어지고, 대량 생산, 저비용화나 소형화가 가능한 발광 소자 패키지용 기판, 그 제조 방법, 및 이들에 따른 발광 소자 패키지용 기판을 사용한 발광 소자 패키지를 제공하는 것에 있다. 발광 소자(4)의 실장 위치의 하측에 형성되는 금속 육후부(肉厚部)(2)를 구비하는 발광 소자 패키지용 기판으로서, 발광 소자의 실장 위치의 하측에, 열전도성 필러를 포함하는 수지로 구성된 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는 절연층(1)과, 절연층(1)의 내부에 배치되는 상기 금속 육후부(2)를 가지는 금속층(21)을 구비하고, 금속 육후부(2)의 꼭대기부(top portion)에 열전도성 마스크부(22)가 설치되어 있다.

Description

발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법 및 발광 소자 패키지{METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE FOR LIGHT EMITTING ELEMENT PACKAGE, AND LIGHT EMITTING ELEMENT PACKAGE}
본 발명은, LED 칩 등의 발광 소자를 패키지화할 때 사용하는 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법, 및 이 제조 방법으로 제조된 발광 소자 패키지용 기판을 사용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
최근, 경량·박형화 및 전력 절약화가 가능한 조명·발광 수단으로서, 발광 다이오드가 주목받고 있다. 발광 다이오드의 실장 형태로서는, 발광 다이오드의 베어칩(bare chip)(LED 칩)을 배선 기판에 직접 실장하는 방법과, LED 칩을 배선 기판에 실장하기 쉽게 LED 칩을 소형 기판에 본딩하여 패키지화하고, 이 LED 패키지를 배선 기판에 실장하는 방법이 알려져 있다.
종래의 LED 패키지는, LED 칩을 소형 기판에 다이본딩(die bonding)하고, LED 칩의 전극 부분과 리드의 전극 부분과의 사이를 와이어 본딩 등으로 접속하고, 투광성을 가지는 밀봉 수지로 밀봉한 구조였다.
한편, LED 칩은, 조명기구로서의 통상적인 사용 온도 영역에 있어서, 저온이 될수록 발광 효율이 높고, 고온이 될수록 발광 효율이 저하되는 성질을 가진다. 그러므로, 발광 다이오드를 사용하는 광원 장치에서는, LED 칩에서 발생한 열을 신속하게 외부로 방열하고, LED 칩의 온도를 저하시키는 것이, LED 칩의 발광 효율을 향상시키는 데 있어서 매우 중요한 과제로 된다. 또한, 방열 특성을 높이는 것에 의해, LED 칩에 큰 전류를 통전(通電)하여 사용할 수 있어서, LED 칩의 광출력을 증대시킬 수 있다.
그래서, 종래의 발광 다이오드 대신, LED 칩의 방열 특성을 개선하기 위하여, LED 칩을 열전도성 기판에 직접 다이본딩한 광원 장치도 몇 가지 제안되었다. 예를 들면, 하기 특허 문헌 1에는, 알루미늄 박판으로 이루어지는 기판에 프레스 가공을 행함으로써 오목부를 형성하고, 그 표면에 절연체 박막을 형성한 후, 오목부의 바닥면에 절연체 박막을 통하여 LED 칩을 다이본딩하여, 절연체막층 상에 형성된 배선 패턴과 LED 칩 표면의 전극과의 사이를 본딩 와이어를 통하여 전기적으로 접속하고, 오목부 내에 투광성을 가지는 밀봉 수지를 충전(充塡)한 것이 알려져 있다. 그러나, 이 기판에서는, 구조가 복잡해지고, 가공 비용이 높아지는 등의 문제점이 있다.
또한, 하기 특허 문헌 2에는, 발광 소자 탑재용 기판으로서, 금속 기판과, 이 금속 기판의 발광 소자의 탑재 위치에 에칭(etching)에 의해 형성된 금속 기둥형상체(금속 볼록부)와, 그 금속 기둥형상체의 주위에 형성된 절연층과, 상기 금속 기둥형상체의 근방에 형성된 전극부를 구비하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허출원 공개번호 2002-94122호 공보 일본 특허출원 공개번호 2005-167086호 공보
그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, LED 칩을 배선 기판에 실장하는 경우에는, 그 탑재 위치에 금속 기둥형상체를 설치하는 것이 중요하지만, LED 패키지를 실장하는 경우에는, 배선 기판에는 반드시 금속 기둥형상체를 설치할 필요는 없다는 것이 판명되었다. 즉, LED 패키지를 실장하는 경우에는, LED 패키지를 탑재하는 기판의 절연층의 재료로서, 고열 전도성의 무기 필러(filler)를 함유하는 수지를 사용함으로써, 충분한 방열성을 얻을 수 있다는 것이 판명되었다.
이러한 관점에서, 특허 문헌 2를 참조하면, 이 문헌에 기재된 발광 소자 탑재용 기판에서는, LED 칩을 패키지화할 때, 금속 기둥형상체의 관통 구조, 급전(給電)을 위한 배선, 절연층 등에 대하여, 더 개선할 여지가 있었다. 또한, 금속 기둥형상체의 형성 방법으로서, 제조 비용 저감의 관점에서 제조 공정수의 재검토도 요구되었다.
또한, LED 칩의 패키지화를 위한 소형 기판으로서, 절연층이 세라믹스로 이루어진 것이 알려져 있지만, 제조 시에 세라믹스의 소성(燒成) 등이 필요하기 때문에, 제조 비용 등의 면에서 유리하다고는 할 수 없으며, 대량 생산에는 적합하지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은, 발광 소자의 패키지화를 위한 기판으로서, 발광 소자로부터 충분한 방열 효과가 얻어지고, 대량 생산, 저비용화나 소형화가 가능한 발광 소자 패키지용 기판, 그 제조 방법, 및 이들에 따른 발광 소자 패키지용 기판을 사용한 발광 소자 패키지를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 하기와 같은 본 발명에 의해 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자 패키지용 기판은, 발광 소자의 실장 위치의 하측에 형성되는 금속 육후부(肉厚部)를 구비하는 발광 소자 패키지용 기판으로서,
상기 발광 소자의 실장 위치의 하측에, 열전도성 필러를 포함하는 수지로 구성된 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는 절연층과,
상기 절연층의 내부에 배치되는 상기 금속 육후부를 가지는 금속층을 구비하고,
상기 금속 육후부의 꼭대기부(top portion)에 열전도성 마스크부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 열전도성이 양호한 절연층의 내부에 금속 육후부가 세워져서 설치되도록 배치되고, 또한 열전도성 마스크부가 금속 육후부의 꼭대기부에 탑코팅(top-coating)되어(설치되어) 있으므로, 예를 들면, 절연층의 한쪽면측의 실장면에 발광 소자를 실장한 경우, 발광 소자에서 발생하는 열이, 고열 전도율의 절연층, 열전도성 마스크부 및 금속 육후부에 의해 효율적으로 전열(傳熱)된다. 또한, 금속 육후부과 대향하는 금속층 표면 측에 발광 소자를 실장한 경우, 발광 소자에서 발생하는 열이, 열전도성 마스크부 및 금속 육후부에 의해 효율적으로 전열되고, 그 열이 고열 전도율의 절연층에 의해 더욱 효율적으로 전열된다. 이와 같이, 패키지화를 위한 기판으로서 충분한 방열 효과가 얻어진다.
열전도성 마스크부는, 예를 들면, 금속 육후부의 형성 공정에서의 에칭용 레지스트를 그대로 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 레지스트 제거 공정을 생략할 수 있고, 작업 효율, 제조 비용 등의 면에서 개선 효과가 크기 때문이다.
또한, 다른 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법은, 발광 소자의 실장 위치의 하측에 형성되는 금속 육후부를 구비하는 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법으로서,
열전도성 필러를 포함하는 수지로 구성된 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는 절연 접착제 및 금속층 부재를 가지는 적층체와, 열전도성 마스크부가 설치된 금속 육후부를 가지는 금속층 부재를, 적층하여 일체화하는 적층 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 열전도성이 양호한 절연 접착제 및 금속층 부재를 가지는 적층체와, 열전도성 마스크부가 설치된 금속 육후부를 가지는 금속층 부재를 적층하여 일체화할 수 있다. 적층체를 미리 제조하여 둠으로써, 발광 소자 패키지용 기판의 제조를 용이하게 행할 수 있고, 대량 생산성이 우수하여, 저비용화, 패키지의 소형화가 가능하게 된다. 그리고, 예를 들면, 절연층의 일측면의 실장면에 발광 소자를 실장한 경우, 발광 소자에서 발생하는 열이, 고열 전도율의 절연층, 열전도성 마스크부 및 금속 육후부에 의해 효율적으로 전열된다. 또한, 금속 육후부과 대향하는 금속층 표면측에 발광 소자를 실장한 경우, 발광 소자에서 발생하는 열이 열전도성 마스크부 및 금속 육후부에 의해 효율적으로 전열되고, 그 열이 고열 전도율의 절연층에 의해 더욱 효율적으로 전열된다. 이와 같이, 패키지화를 위한 기판으로서 충분한 방열 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예의 일례로서, 절연 접착제 및 금속층 부재를 가지는 적층체, 및/또는, 열전도성 마스크부가 설치된 금속 육후부를 가지는 금속층 부재가, 미리 롤 형상으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 매엽(sheet-fed) 단위의 생산과 비교하여, 연속 생산성이나 대량 생산성이 우수하여 수율도 양호하다.
또한, 다른 본 발명의 발광 소자 패키지는, 상기 발광 소자 패키지용 기판, 또는 상기 제조 방법으로 제조된 발광 소자 패키지용 기판을 사용하여 구성되어 있다. 따라서, 발광 소자 패키지를 저비용으로, 또한 소형으로 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 및 도 2는, 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판의 일례 및 다른 예를 나타낸 단면도로서, 발광 소자를 실장하여 패키지화한 상태를 나타내고 있다.
본 발명의 일례의 발광 소자 패키지용 기판은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 열전도성 필러(1b, 1c)를 포함하는 수지(1a)로 구성된 절연층(1)과, 절연층(1)의 내부에 배치되는 상기 금속 육후부(2)를 가지는 금속층(21)을 구비하고, 금속 육후부(2)의 꼭대기부에 열전도성 마스크부(22)가 설치되어 있다. 그리고, 절연층(1)의 실장측면에 발광 소자(4)가 설치되고, 또한, 절연층(1)의 실장측면에 표면 전극부(3)가 설치되어 있다.
또한, 다른 발광 소자 패키지용 기판은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 열전도성 필러(1b, 1c)를 포함하는 수지(1a)로 구성된 절연층(1)과, 발광 소자(4)의 실장 위치의 하측에는, 그 꼭대기부에 열전도성 마스크부(22)가 설치된 금속 육후부(2)를 가지는 금속층(21)과, 절연층(1)의 실장측면에 형성된 표면 전극부(3)를 구비하고 있다. 그리고, 금속층(21)의 실장면(2a)에 발광 소자(4)가 직접 실장되어 있다. 금속 육후부(2)는, 실장면(2a)으로부터 절연층(1)의 배면측을 향해 두껍게 형성되고, 그 꼭대기부측이 절연층(1)의 내부에 포함되어 있다(매립된 상태).
이와 같이, 금속 육후부(2)의 꼭대기부측이 절연층(1)을 관통하고 있지 않은 구조의 경우, 후술하는 롤 등을 사용한 프레스, 또는 간헐식 프레스에 의해 제조가 가능하므로, 대량 생산, 저비용화나 소형화가 가능하게 된다.
절연층(1)은, 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지며, 1.2W/mK 이상의 열전도율을 가지는 것이 바람직하고, 1.5W/mK 이상의 열전도율을 가지는 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 금속 육후부(2) 및 열전도성 마스크부(22)로부터의 열을 양호한 효율로 패키지 전체에 방열할 수 있다. 여기서, 절연층(1)의 열전도율은, 열전도성 필러의 배합량 및 입도(粒度) 분포를 고려한 배합을 적절하게 선택함으로써 결정되지만, 경화 전의 절연성 접착제(예를 들면, 하기 열강화성 수지 등)의 도공성(塗工性)을 고려하면, 일반적으로는 10W/mK 정도가 상한으로서 바람직하다.
절연층(1)은 금속 산화물 및/또는 금속 질화물인 열전도성 필러(1b, 1c)와 수지(1a)로 구성되는 것이 바람직하다. 금속 산화물 및 금속 질화물은, 열전도성이 우수하며, 또한 전기 절연성을 가진 것이 바람직하다. 금속 산화물로서는 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 베릴륨, 산화 마그네슘이 선택되며, 금속 질화물로서는 질화 붕소, 질화 규소, 질화 알루미늄이 선택되고, 이들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 상기 금속 산화물 중, 산화 알루미늄은 전기 절연성, 열전도성 모두 양호한 절연 접착제층을 용이하게 얻을 수 있고, 또한 염가로 입수 가능한 이유로 바람직하며, 또한, 상기 금속 질화물 중 질화 붕소는 전기 절연성, 열전도성이 우수하고, 나아가서는 유전율(誘電率)이 작은 이유로 바람직하다.
열전도성 필러(1b, 1c)는, 소경(小徑) 필러(1b)와 대경(大徑) 필러(1c)를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 2종 이상의 크기가 상이한 입자(입도 분포가 상이한 입자)를 사용함으로써, 대경 필러(1c) 자체에 의한 전열 기능과, 소경 필러(1b)에 의해 대경 필러(1c)와의 사이의 수지의 전열성을 높이는 기능에 의해, 절연층(1)의 열전도율을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같은 관점에서 보면, 소경 필러(1b)의 메디안(median) 직경은, 0.5∼2 ㎛가 바람직하고 0.5∼1 ㎛가 더욱 바람직하다. 또한, 대경 필러(1c)의 메디안 직경은, 10∼40 ㎛가 바람직하고 15∼20 ㎛가 더욱 바람직하다.
또한, 금속 육후부(2) 및 열전도성 마스크부(22)가 절연층(1)의 내부에 들어가 있고, 열전도성 마스크부(22)와 절연층(1)의 필러(1b, 1c)가 접촉됨으로써, 발광 소자로부터 생기는 열의 방열성이 향상된다.
절연층(1)을 구성하는 수지(1a)로서는, 전술한 금속 산화물 및/또는 금속 질화물을 포함하면서도, 경화 상태에서, 표면 전극부(3) 및 금속 패턴(5)과의 접합력이 우수하고, 또한 내전압(耐電壓) 특성 등을 손상시키지 않는 것이 선택된다.
이와 같은 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 외에, 각종 고성능 플라스틱을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있지만, 이 중에서 에폭시 수지가 금속끼리의 접합력이 우수하므로 바람직하다. 특히, 에폭시 수지 중에서는, 유동성이 높고, 전술한 금속 산화물 및 금속 질화물과의 혼합성이 뛰어난 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 수첨(水添) 비스페놀 A형 에폭시 수지, 수첨 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지 구조를 양측 말단에 가지는 트리 블록 폴리머, 비스페놀 F형 에폭시 수지 구조를 양측 말단에 가지는 트리 블록 폴리머가 더욱 바람직한 수지이다.
본 발명에서의 금속 육후부(2)를 가지는 금속층(21), 표면 전극부(3) 및 금속 패턴(5)은, 각종 금속을 사용할 수 있지만, 통상적으로, 동, 알루미늄, 니켈, 철, 주석, 은, 티타늄 중 어느 하나, 또는 이들 금속을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있고, 특히 열전도성이나 전기 전도성 면에서, 동이 바람직하다.
금속 육후부(2)는 금속층(21)에 설치되어 있다. 금속층(21)의 두께보다 금속 육후부(2)의 두께가 크다. 또한, 금속층(21)의 두께(h1: 도 3 참조), 금속 육후부(2) 및 열전도성 마스크부(22)의 두께(h2: 도 3 참조)는, 발광 소자(4)로부터의 열을 충분히 절연층(1)에 전열하는 관점에서 보면, 31∼275 ㎛가 바람직하고, 35∼275 ㎛가 더욱 바람직하다. 또한, 동일한 이유로, 금속 육후부(2) 및 열전도성 마스크부(22) 중 절연층(1) 내부에 포함되어 있는 부분의 두께는, 절연층(1)의 두께의 30%∼100%인 것이 바람직하고, 50%∼100%인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 발광 소자(4)로부터의 열을 충분히 절연층(1)에 전열하는 관점에서 보면, 금속 육후부(2)의 평면에서 볼 때의 형상은, 적절하게 선택되지만, 삼각형이나 사각형 등의 다각형이나, 펜타그램(pentagram)이나 헥사그램(hexagram) 등의 별모양 다각형, 이들의 모서리부를 적절한 원호로 라운딩한 것, 나아가서는 금속 육후부(2)의 2a면으로부터 표면 전극부(3)를 향해 축차적으로 변화된 형상인 것이 바람직하다. 또한, 동일한 이유로, 금속 육후부(2)의 평면에서 볼 때의 최대 폭은, 1∼10 mm가 바람직하고, 1∼5 mm가 더욱 바람직하다.
금속 육후부(2)를 금속층(21)에 형성하는 방법은, 공지의 형성 방법이 채용될 수 있고, 예를 들면, 포토리소그래피법에 따른 에칭, 프레스, 인쇄, 접착, 공지의 범프(bump) 형성법에 따라 형성할 수 있다. 또한, 에칭에 의해 금속 육후부(2)를 형성하는 경우, 보호 금속층이 개재하는 것일 수도 있다. 보호 금속층으로서는, 예를 들면, 금, 은, 아연, 팔라듐, 루테늄, 니켈, 로듐, 납-주석계 땜납 합금, 또는 니켈-금 합금 등이 사용될 수 있다.
금속 육후부(2)의 꼭대기부에 설치된 열전도성 마스크부(22)는, 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지며, 1.2W/mK 이상의 열전도율을 가지는 것이 바람직하고, 1.5W/mK 이상의 열전도율을 가지는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 절연층(1)과 동등 이상의 열전도율을 가지고 또한 열용량이 작은 것이 바람직하다.
또한, 열전도성 마스크부(22)를 금속 육후부(2)의 꼭대기부에 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 인쇄, 접착 등이 예시된다. 또한, 금속 육후부(2)를 포토리소그래피법에 따른 에칭에 의해 형성하는 경우, 에칭용 레지스트로서 열전도성 마스크부를 사용하는 것이 바람직하고, 이 열전도성 마스크부를 제거하는 공정을 생략할 수 있다.
열전도성 마스크부(22)의 두께는, 1㎛ 이상이며, 예를 들면 10∼100 ㎛가 예시된다. 지나치게 두꺼우면, 절연층(1)과 적층 시에, 단부(端部)의 형상 변화가 커져서 바람직하지 않고, 지나치게 얇으면, 열전도성이 저하되므로 바람직하지 않다.
열전도성 마스크부(22)의 재료로서는, 예를 들면, 절연층(1) 이외의 층간 절연재, 에칭용 레지스트, 드라이 필름 레지스트, 땜납, 땜납 페이스트, 도전성 접착제, 열전도성 접착제, 또는 솔더용 레지스트, 플럭스(flux) 등이 예시된다. 그 중에서도, 절연층(1) 이외의 층간 절연재, 에칭용 레지스트가 바람직하게 사용된다.
표면 전극부(3)의 두께는, 예를 들면 25∼70 ㎛ 정도가 바람직하다. 또한, 금속 패턴(5a)을 설치하는 경우, 금속 패턴(5a)의 두께는, 예를 들면 25∼70 ㎛ 정도가 바람직하다. 그리고, 금속 패턴(5a)은, 절연층(1)의 배면 전체를 덮는 것일 수도 있고, 또한, 금속층(21)과 동일하게 금속 육후부(2)를 가지고 있어도 된다. 금속 패턴(5a)은, 표면 전극부(3)의 단락(短絡)을 회피하고, 또한 적어도 양쪽의 표면 전극부(3)의 배면의 금속 패턴(5a)이 도통하지 않는 것이 바람직하다. 특히, 금속 패턴(5a)에도 금속 육후부(2)를 가질 때는, 하기의 적층 일체화의 공정에서, 위치 어긋남이 생기지 않도록 주의할 필요가 있다. 또한, 금속 패턴(5a)은, 절연 접착제의 B 스테이지 상태에서 미리 형성되어 있는 것이 바람직하다.
금속 육후부(2), 금속층(21), 표면 전극부(3)에는, 반사 효율을 높이기 위해, 은, 금, 니켈 등의 귀금속에 의한 도금을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 종래의 배선 기판과 마찬가지로 솔더 레지스트를 형성하거나, 부분적으로 땜납 도금을 행해도 된다.
(제조 방법)
다음으로, 이상과 같은 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판의 바람직한 제조 방법에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 열전도성 마스크부(22)가 꼭대기부에 설치된 금속 육후부(2)가 형성된 장척형(長尺形)의 금속층(21)이 권취된 금속층 롤체(211)를 준비한다. 폭 방향의 사이즈, 금속 육후부(2)의 배치 등은, 적절하게 설정된다. 금속 육후부(2)를 포토리소그래피법에 따른 에칭에 의해 형성하고, 열전도성 마스크부(22)는, 그 에칭용 레지스트로서 사용된 것 그 자체이다.
또한, 장척형의 B 스테이지 상태의 절연층(1)과 장척형의 금속층(5)의 적층체(24)가 권취된 절연층 롤체(241)를 준비한다. 폭 방향의 사이즈는, 적절하게 설정되지만, 금속층 롤체(211)의 폭 방향의 사이즈와 같은 정도인 것이 바람직하다. 장척형의 절연층(1)의 표면에는, 박리 보호층이 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 금속층(21)과 적층할 때 박리 보호층이 박리된다.
적층시키기 위한 롤은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 롤(30a, 30b)로 구성된다. 또한, 롤 쌍(30a, 30b)은, 복수의 롤 쌍으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 롤 쌍(30a, 30b)은, 판형체(일측 또는 양측: 도시하지 않음)를 개재하여 금속층(21) 및 적층체(24)를 프레스하도록 구성할 수 있다. 또한, 롤 쌍과 판형체 개재 롤 쌍을 조합하여 구성할 수도 있다. 롤 재료나 롤의 사이즈 등은, 금속층(21)과 적층체(24)가 적층되어 일체화된 적층체(25)(기판 부재)의 사양에 의해 적절하게 설정된다. 판형체는, 평면성이 양호하며, 경질 금속판, 경질 수지판을 예시할 수 있다. 또한, 벨트 프레스를 사용할 수도 있다. 또한, 금속층(21) 및 적층체(24)를 풀어 내보내는 것을 스테핑(stepping)적으로 행함으로써, 간헐식 프레스기를 사용하는 것도 가능하다.
롤 쌍(30a, 30b)간의 거리는, 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 금속층(21) 및 적층체(24)가 적층된 적층체(25)의 두께, 금속 육후부(2) 중에서 절연층(1)의 내부에 포함되는 부분의 두께, 적층 공정 운전 조건(반송 속도 등) 등의 조건에 따라 이 거리는 설정된다. 롤 쌍(30a, 30b)의 프레스력은, 금속층(21), 적층체(24)를 구성하는 절연층(1), 이들이 적층된 적층체(25)의 각각의 사양에 따라 설정된다. 또한, 롤 쌍(30a, 30b)간의 거리는, 적층체(25)를 형성할 때, 고정되어 있어도 되고, 적층체(25)에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하도록 구성해도 된다. 수직 방향으로 이동 가능하게 구성하는 경우, 공지의 수단이 적용될 수 있으며, 예를 들면, 스프링, 유압 실린더, 탄성 부재 등이 예시될 수 있다.
이하, 도 3에 나타내는 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 금속층 롤체(211)로부터 장척형의 금속층(21)이 풀어 내보내져 롤 쌍(30a, 30b) 측으로 송출된다. 이와 동기하도록, B 스테이지 상태의 절연층(1)과 금속층(5)과의 적층체(24)의 롤체(241)로부터 장척형의 적층체(24)가 풀어 내보내져 롤 쌍(30a, 30b) 측으로 송출된다. 이어서, 롤 쌍(30a, 30b) 사이에 반송되고, 금속층(21)과 적층체(24)에 대하여 롤 쌍(30a, 30b)에 의한 프레스 작용이 행해지고, 금속층(21)과 적층체(24)가 적층되고 일체화되어 적층체(25)가 형성된다. 도 3에서, 열전도성 마스크부(22) 및 금속 육후부(2)는, 적층체(24)의 절연층(1)의 내부에 매립된 상태로 되어 적층체(25)가 형성된다.
또한, 롤 자체를 가열하고, 그 열을 작용시키면서 프레스(동시 가열 프레스)하도록 구성할 수 있다. 절연층(1)이 가열된 경우에, 금속층(21)과의 접합성이 향상되는 경우에 효과적이다. 또한, 롤 쌍(30a, 30b)의 상류측 및/또는 하류측에, 가열 장치를 설치하도록 구성할 수 있고, 이로써, 절연층(1)과 금속층(21)과의 접합을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 금속층(21) 및/또는 절연층(1)의 적층면 측에, 접착제를 도포하도록 구성할 수 있고, 이로써, 접합력을 강화할 수 있다.
또한, 롤 쌍(30a, 30b)의 하류측에, 두께 유지·안정화를 목적으로 하여, 복수의 롤러 쌍(가압 롤러쌍) 및/또는 평면판부 쌍을 설치하도록 구성할 수 있고, 이로써, 적층체(25)의 두께 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 롤 쌍(30a, 30b)의 하류측에, 냉각 목적으로 냉각 롤러, 냉각 장치 등도 구비할 수 있다.
롤을 사용하여 금속층(21)과 적층체(24)가 적층된 적층체(25)는, 적절한 조건의 가열 장치의 내부에 도입하여 통과시킴으로써, B 스테이지 상태의 절연층(1)을, C 스테이지 상태로 경화시킨다. 이어서, 이것을, 다이서(dicer), 루터(router), 라인 커터, 슬리터(slitter) 등의 절단 장치를 사용하여, 소정의 사이즈로 절단한다. 그리고, 적층체(25)의 경화는, 절단한 후에 행할 수도 있으며, 또한, 절단 전에 경화 반응을 진행시킨 후, 절단 후에 애프터큐어(after cure)를 행할 수도 있다. 이 경우, 절단 전에 인라인 가열 장치를 설치할 수도 있고, 롤 형상으로 권취한 후 오프라인에서 가열 장치에 의해 경화 반응시킬 수도 있다.
이어서, 적층체(25)는, 포토리소그래피법에 따른 에칭 등에 의해, 양면을 패턴 형성하여, 표면 전극부(3) 및 금속 패턴(5a)을 형성함으로써, 본 발명의 발광 소자 패키지용 기판을 얻을 수 있다. 또한, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속층(21)의 일부가 제거되고, 잔부(殘部)가 금속 패턴(5a)을 형성하고, 금속층(5)의 일부가 제거되고, 잔부가 표면 전극부(3)를 형성하도록 구성해도 된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속층(21)의 일부가 제거되고, 잔부가 표면 전극부(3)를 형성하고, 금속층(5)의 일부가 제거되고, 잔부가 금속 패턴(5a)을 형성하도록 구성해도 된다.
본 발명의 발광 소자 패키지용 기판은, 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 하나의 발광 소자를 실장하는 타입일 수도 있고, 또는 복수의 발광 소자를 실장하는 타입일 수도 있다. 특히 후자의 경우, 표면 전극부(3)의 사이를 배선하는 배선 패턴을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자 패키지용 기판은, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 패키지용 기판의 금속 육후부(2)의 상측의 금속층(21)에 발광 소자(4)를 실장하고, 밀봉 수지(7)에 의해 발광 소자(4)가 밀봉되어 사용된다.
즉, 발광 소자 패키지는, 열전도성 필러(1b, 1c)를 포함하는 수지(1a)로 구성된 절연층(1)과, 발광 소자(4)의 실장 위치의 하측에 형성된 금속 육후부(2)가 설치된 금속층(21)과, 절연층(1)의 실장측면에 형성된 표면 전극부(3)를 구비하는 발광 소자 패키지용 기판과, 금속 육후부(2)의 상측에 실장된 발광 소자(4)와, 이 발광 소자(4)를 밀봉하는 밀봉 수지(7)를 구비하고 있다.
실장하는 발광 소자(4)로서는, LED 칩, 반도체 레이저 칩 등을 예로 들 수 있다. LED 칩에는, 상면에 양(兩) 전극이 존재하는 페이스업형(face-up type) 외에, 배면의 전극에 의해, 캐소드 타입, 애노드 타입, 페이스다운형(face-down type)(플립 칩 타입) 등이 있다. 본 발명에서는, 페이스업형을 사용하는 것이, 방열성 면에서 우수하다.
금속층(21)의 실장면으로의 발광 소자(4)의 탑재 방법은, 도전성 페이스트, 양면 테이프, 땜납에 의한 접합, 방열 시트(바람직하게는 실리콘계 방열 시트), 실리콘계 또는 에폭시계 수지 재료를 사용하는 방법 등 어떠한 본딩 방법일 수도 있지만, 방열성 면을 고려하면 금속에 의한 접합이 바람직하다.
또한, 발광 소자(4)는, 양쪽의 표면 전극부(3)과 도전 접속되어 있다. 이 도전 접속은, 발광 소자(4)의 상부 전극과 각각의 표면 전극부(3)를, 금속 세선(細線)에 의한 와이어 본딩 등으로 결선(結線)함으로서 행할 수 있다. 와이어 본딩은, 초음파나, 이것과 가열을 병용하는 등에 의해 행할 수 있다.
본 실시예의 발광 소자 패키지는, 밀봉 수지(7)를 폿팅(potting)할 때의 뱅크부(bank portion)(6)를 설치한 예를 나타내지만, 뱅크부(6)를 생략할 수도 있다. 뱅크부(6)를 형성하는 방법으로서는, 환형 부재를 접착하는 방법, 디스펜서(dispenser)로 자외선 경화 수지 등을 입체적으로 환형으로 도포하여 경화시키는 방법 등을 예로 들 수 있다.
폿팅에 사용하는 수지는, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 밀봉 수지(7)의 폿팅은, 볼록 렌즈의 기능을 부여하는 관점에서 상면을 볼록형으로 형성하는 것이 바람직하지만, 상면을 평면형이나 오목형으로 형성해도 된다. 폿팅한 밀봉 수지(7)의 상면 형상은, 사용하는 재료의 점도, 도포 방법, 도포 표면과의 친화성 등에 의해 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 밀봉 수지(7)의 상측에, 철면의 투명 수지 렌즈를 포함하고 있어도 된다. 투명 수지 렌즈가 볼록면을 가짐으로써, 양호한 효율로 기판으로부터 상측으로 광을 발사시킬 수 있는 경우가 있다. 볼록면을 가지는 렌즈로서는, 평면에서 볼 때 형상이 원형, 타원형인 것 등을 예로 들 수 있다. 그리고, 투명 수지나 투명 수지 렌즈는, 착색되거나 또는 형광 물질을 포함할 수도 있다. 특히, 옐로우계 형광 물질을 포함하는 경우, 청색 발광 다이오드를 사용하여, 백색광을 발생시킬 수 있다.
[다른 실시예]
(1) 전술한 실시예에서는, 페이스업형의 발광 소자를 탑재하는 예를 나타냈으나, 본 발명에서는, 한쌍의 전극을 바닥면에 구비하는 페이스다운형의 발광 소자를 탑재해도 된다. 이럴 경우, 솔더 접합을 행하는 것 등에 의해, 와이어 본딩이 불필요하게 될 수도 있다. 또한, 발광 소자의 표면과 배면에 전극을 가지는 경우에는, 와이어 본딩 등을 하나의 와이어 등으로 행할 수 있다.
(2) 전술한 실시예에서는, 배선층이 단층인 배선 기판에 대하여 발광 소자를 탑재하는 예를 나타냈으나, 본 발명에서는, 배선층이 2층 이상의 다층 배선 기판에 대하여 발광 소자를 탑재해도 된다. 이럴 경우의 도전 접속 구조의 형성 방법의 자세한 것에 대해서는, 국제공개공보 WO00/52977호에 기재되어 있고, 이들을 모두 적용할 수 있다.
(3) 또한, 다른 실시예로서 적층체(24)가 롤 형상으로 구성되어 있지 않은 경우가 있다. 이 경우, 롤 형상의 금속층(5)을 풀어 내보내면서, 절연 접착제를 표면에 연속적으로 도포함으로써, 적층체(24)를 구성한다. 이 적층체(24)에 대하여, 전술한 프로세스를 사용하여, 금속층(21)을 연속적으로 적층하여, 적층체(25)를 얻는다. 이 때, 금속층(21)과의 적층 전에, 적층체(24)의 절연 접착제를 B 스테이지 상태에서 반 경화시킬 수도 있다.
(4) 다른 실시예로서, 금속층(21)의 베이스 금속을 풀어 내보내면서, 전술한 프로세스를 사용하여 금속 육후부를 연속적으로 형성하여, 금속층(21)을 얻는다. 이 금속층(21)에 대하여, 전술한 프로세스를 사용하여, 적층체(24)를 연속적으로 적층하여, 적층체(25)를 얻는다.
1: 절연층 2: 금속 육후부
3: 표면 전극부 4: 발광 소자
7: 밀봉 수지 21: 금속층
22: 열전도성 마스크부 24: 적층체
25: 적층체(기판 부재) 30a, 30b: 롤

Claims (15)

  1. 발광 소자의 실장 위치의 하측에 형성되는 금속 육후부(肉厚部)를 구비하는 발광 소자 패키지용 기판으로서,
    상기 발광 소자의 실장 위치의 하측에, 열전도성 필러(filler)를 포함하는 수지로 구성된 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는 절연층; 및
    상기 절연층의 내부에 배치되는 상기 금속 육후부를 가지는 금속층
    을 포함하고,
    상기 금속 육후부의 꼭대기부(top portion)에 열전도성 마스크부가 설치되어 있는, 발광 소자 패키지용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는, 2종 이상의 크기의 상이한 입자로 구성되는, 발광 소자 패키지용 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는, 메디안(median) 직경 0.5∼2 ㎛의 소경(小徑)의 열전도성 필러 및 메디안 직경 10∼40 ㎛의 대경(大徑)의 열전도성 필러로 구성되는, 발광 소자 패키지용 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 마스크부는, 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는, 발광 소자 패키지용 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 마스크부는, 상기 절연층과 동등 이상의 열전도율을 가지는, 발광 소자 패키지용 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 마스크부는, 상기 금속 육후부의 형성에 이용된 에칭용 레지스트로 구성되어 있는, 발광 소자 패키지용 기판.
  7. 발광 소자의 실장 위치의 하측에 형성되는 금속 육후부를 구비하는 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법으로서,
    열전도성 필러를 포함하는 수지로 구성된 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는 절연 접착제 및 금속층 부재를 가지는 적층체와, 열전도성 마스크부가 설치된 금속 육후부를 가지는 금속층 부재를, 적층하여 일체화하는 적층 공정을 포함하는 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는, 2종 이상의 크기의 상이한 입자로 구성되는, 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는, 메디안 직경 0.5∼2 ㎛의 소경의 열전도성 필러 및 메디안 직경 10∼40 ㎛의 대경의 열전도성 필러로 구성되는, 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 마스크부는, 1.0W/mK 이상의 열전도율을 가지는, 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 마스크부는, 상기 절연층과 동등 이상의 열전도율을 가지는, 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 마스크부는, 상기 금속 육후부의 형성에 사용된 에칭용 레지스트로 구성되어 있는, 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 절연 접착제 및 금속층 부재를 가지는 적층체, 및/또는, 열전도성 마스크부가 설치된 금속 육후부를 가지는 금속층 부재는, 미리 롤 형상으로 형성된 것인, 발광 소자 패키지용 기판의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자 패키지용 기판을 사용한, 발광 소자 패키지.
  15. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에서 제조된 발광 소자 패키지용 기판을 사용한, 발광 소자 패키지.
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