TWI365011B - - Google Patents

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TWI365011B
TWI365011B TW094110792A TW94110792A TWI365011B TW I365011 B TWI365011 B TW I365011B TW 094110792 A TW094110792 A TW 094110792A TW 94110792 A TW94110792 A TW 94110792A TW I365011 B TWI365011 B TW I365011B
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1365011 Λ ，二 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用來裝載發光二極體（LED)等的發光元 件之發光元件用配線基板。 【先前技術】 以往’在配線基板上裝載led而構成之發光裝置，因 發光效率非常高’且相較於白熾燈泡等其發光伴生之熱量 小’故逐漸使用於各種用途。另一方面，這種發光裝置， • 由於其發光量比白熾燈泡或螢光燈等為小，以往並非於照 明’而是當作顯示用的光源，其通電量不過是30mA左右。 這種發光裝置，由於通電量小且發熱量小，故主要採用的 ·» - 構造為將發光元件（LED)埋設於樹脂製絕緣基板之所謂砲 - 彈型構裝構造（參照專利文獻1)。 近年來’伴隨高亮度、白色化之發光元件之開發，在 行動電話及大型液晶電視等的背光單元大量採用發光裝 置。然而’隨著發光元件之高亮度化，發光裝置產生的熱 •也增多’為了防止發光元件之亮度降低，必須使用具有高 政熱性（散熱性比發光元件佳）之發光元件用配線基板（參照 . 專利文獻2、3)。 . 專利文獻1 :日本特開2002-124790號公報 專利文獻2 :曰本特開平n _丨丨2〇25號公報 專利文獻3 :日本特開2003-347600號公報 【發明内容】 發光元件用配線基板，係在平板狀絕緣基板的表面或 ⑧ 5 1365011 内部具有導體層，在該絕緣基板之一面裝載發光元件而構 成。這種配線基板所使用之絕緣基板，大多為氧化銘製， 該氧化鋁製絕緣基板之熱膨脹係數為7.〇xl〇-6/(>c左右，由 於與印刷基板之熱膨脹係數差小到不致產生實用上問題的 程度’故兩者的連接可靠性優異。然而，由於氧化鋁之熱 傳導率只有約15W/m.K，因此其替代品之具有高熱傳導 率的氮化紹開始受到注意。然而，氮化銘的缺點包含：原 料成本高，難燒結而必須進行高溫燒結，製造成本高等等。 又’由於熱膨脹係數只有4〜5xl〇-V°C，當採用氮化鋁製絕 緣基板之配線基板構裝在汎用的印刷基板（熱膨脹係數i 〇χ l〇-6/°C以上）時，因熱膨脹係數差會有連接可靠性變差的問 題。 另一方面，樹脂製之絕緣基板，由於熱膨脹係數接近 印刷基板’並不會產生印刷基板之構裝可靠性上的問題， 但因熱傳導率只有0 05w/m . κ，其完全無法對應於散熱 上的問題，且在近紫外波段長期間使用時，絕緣基板會持 續黑色化，而產生發光元件之亮度減低之問題。 如此般，目前的現狀，尚無法提供出低成本、熱傳導 眭優異且構裝可靠性優異之發光元件用配線基板。 本發明之目的係提供出低成本、熱傳導性優異且構裝 可靠性優異之發光元件用配線基板。 本發明之另一目的，係提供在上述配線基板裝載發光 元件而構成之發光裝置。 依據本發明之發光元件用配線基板，係具備：陶瓷製
6 1365011 絕緣基板、及形成於該絕緣基板之表面或内部之導體層， 在S玄絕緣基板之一面具有發光元件裝載用之裝載區域；其 特徵在於，在該絕緣基板，設置熱傳導率比絕緣基板高之 傳熱性柱狀導體；該傳熱性柱狀導體，係從該絕緣基板之 發光元件裝載區域朝貫穿絕緣基板之厚度方向延伸，且與 該絕緣基板同時燒結而形成出。 本發明之發光元件用配線基板’由於貫穿該絕緣基板 而置熱傳導率比絕緣基板高之傳熱性柱狀導體，故可使 發光元件產生的熱迅速逸散至配線基板外。因此，能有效 抑制發光元件之過加熱’能防止發光元件之亮度降低，進 而提昇發光元件之亮度。 由於絕緣基板是陶瓷製，其熱傳導率比樹脂製模塑基 板向，故絕緣基板本身的散熱性優異，且歷長期間也不會 發生因光源發熱或光源發光所致之分子構造改變，幾乎不 會產生色調變化（黑色化等）、特性劣化等，而具有高可靠 性。 本發明中，該絕緣基板能藉任意溫度的燒結來形成出， 當使用燒結溫度高於105(TC之高溫燒結絕緣基板時，有助 於提高熱傳導率；當使用燒結溫纟⑼吖以下之低溫燒結 絕緣基板時’能與金、纟、銅等的低電阻導體製配線層藉 由同時燒結來形成出。 又’前述絕緣基板之發光元件裝載區域側表面，較佳 為具有 70%以上的令及射座，益& 耵生夂射旱藉此，可防止發光元件之發 光穿透絕緣基板或被絕緣基板吸收，故能提昇發光效率。 7 ⑧ 1365011 月，J述傳熱性柱狀導體，為了使發光元件產生的熱迅速 逸散’係從發光元件裝載區域朝貫穿絕緣基板的方向延 伸’該傳熱性柱狀導體較佳為，其俯視截面積比該發光元 件之裝載面(相當於發光元件底面)為大。藉此可增加散 熱部分，而使發光元件之熱更迅速的逸散。
又，在該傳熱性柱狀導體之端面與該絕緣基板表面之 邊界部及其附近，較佳為用邊界保護層（由擇自金屬、陶究 及樹脂所構成群甲之至少i種所形成）覆蓋。藉由設置這種 邊界保護層’可緩和該柱狀導體與絕緣基板間之熱膨脹 差’而抑制邊界間之裂痕產生。 "亥傳熱丨生柱狀導體之裝載區域側的端面（上部側的 端，）及其周緣部’較佳為藉由含有金屬或樹脂之被覆層所 覆蓋1¾傳熱性柱狀導體之裝載區域側相反側之端面（下部 側的端面）及其周緣部’較佳為藉由含有擇自金屬、陶究及 樹脂所構成群中至少、！種之被覆層所覆蓋。藉由將這種被 覆層叹於傳熱性柱狀導體之上部側端面或下部側端面，亦 可緩和5亥柱狀導體與絕緣基板間之熱膨脹差，而抑制柱狀 導體端面與絕緣基板的邊界間之裂痕產生。 又，该傳熱性柱狀導體較佳為具有80w/m . κ以上之 熱傳導帛，匕可使發光元件i生的熱迅速逸散。 又°亥傳熱性柱狀導體，較佳為金屬材料與陶瓷材料 所形成。藉由使用這種金屬_陶瓷製之柱狀導體，例如熱膨 脹係數之控制變容易，藉由使其熱膨脹係數與絕緣基板接 近，即可抑制因熱膨脹之失配所致之裂痕產生。又，藉此 8 ⑧ 1365011 也能提昇該柱狀導體與絕緣基板之接合強度，且其能與絕 緣基板進行同時燒結。 本發明中，可將該傳熱性柱狀導體編入電路之一部分， 這牯，導通端子變得不需要，而有助於發光元件用配線基 板之小型化。 又，該傳熱性柱狀導體，可由熱膨脹率或熱傳導率不 同之複數層所形成。以這種積層構造來形成傳熱性柱狀導 體時，可改變各層之熱膨脹率、熱傳導率，例如只要使裝 載區域側層與所裝載之發光元件的熱膨脹差變小，其下側 層不梵熱膨脹係數之限制而能作成高熱傳導率，如此可確 保可靠性並提昇散熱性。 上述般在本發明之發光元件用配線基板上裝載發光元 件而成之發光裝置，由於能使發光元件之發熱迅速逸散至 裝置外，故能抑制發光元件之發熱所致之亮度減低。 【實施方式】 璧1光元件用配飨篡始 圖1(a)、（b)顯示本發明的發光元件用配線基板之代表 構造，配線基板η係具備：陶莞製絕緣基板i，形成於絕 緣基板1之—面13之導體層（連接端子）3a、3b，形成於絕 緣基板1之另—面1b之導體層（外部電極端子）5,以及貫 穿絕緣純1而設之導通導體用來使導體層3a、3b# 導體層5形成電氣連接）。 在絕緣基板1之面la上’在一導體層3a與另一導體 層3b之間，形成有供裝载發光元件之裝載區域9。亦即， L/丄丄 i=、l、3a、3b，係分別與裝載區域9所裝載之發光元件(圖 巾未圖示）形成電氣連接，而具備連接端子的作用。 體層5係與印刷基板等的外部電路基板形成電氣連 二具備外部電極端子的作用。因&，如後述般，裝載 …戶斤裝載之發光元件’係透過導體層3a、3b、導通導 體7~及導體層5而與外部電路基板形成電氣連接。因此， ，下4明中’將導體層3a、3b稱為連接端子，將導體層$ 稱為外部連接端子。 上述連接端子3a、3b及外部連接端子5，能以各種金 屬來形成，通常是以擇自w、M〇、Cu、Ag中之至少i種 為主成分。以這種金屬材料來形成連接端子3a、补及外部 連接端子5時，除能與絕緣基板1進行同時燒成外，亦能 低成本且迅速地製作出發光元件用配線基板11。 本發明中，如圖1(b)所示，能以包圍裝載區域9及導 體層3a、3b之方式設置框體13(用來收納所裝載之發光元 件）。藉由框體13,可保護裝載區域9所裝載之發光元件， 而容易在發光元件周邊配置螢光體等。又，發光元件的發 光能被框體13反射而朝既定方向誘導。該框體13,為了 抑制發光元件之發光穿透或被吸收以確保高亮度，其内壁 面之反射率範圍在70%以上，較佳為8〇%以上，更佳為85% 以}" 〇 jl熱性柱狀導體1 〇 本發明之重點為，在該裝載區域9上，設有貫穿絕緣 基板1而延伸之傳熱性柱狀導體10。該傳熱性柱狀導體 1365011 1〇,係用比絕緣基板1形成材料之㈣更高熱傳導率的材 料、具體而言為w、Mo、Cu、Ag等金屬來形成(也能以後 述之金屬與陶瓷的複合體來形成）。 D如圖1(a) ' (b)所示般， 從裝載區域9至絕緣基板丨之相 久例的面1 b，係沿厚度方 向貫穿絕緣基板1。該傳熱性柱狀導 住狀等體1 0，係和絕緣基板 1同時經由燒結而形成出。亦即，本發明之配線基板，由 於柱狀導體ΠΚ熱傳導率比絕緣基板從裝載區域9貫 穿絕緣基板1而延伸，能以該柱狀導體10為傳熱路徑而 使發光元件發生的熱迅速地逸散，其結果，可防止發光元 件之過度加熱’而能防止發光元件之亮度減低。 這種柱狀導體1〇,如圖1⑷、⑻所示，係直徑500 " …之塊狀者，將其1個或複數個以上方端面位於裝載 &域9的方式配置。該社壯道麒 罝項往狀導體10之俯視截面形狀，可 為圓形、槽圓形、方形、多角形等等。 ，該塊狀的柱狀導體10’係將柱狀導體1〇用導體糊所 製成之導體月，以貫穿陶㈣片的方式塵嵌於陶㈣片 内’將該複合成形體藉由同時燒結而形成出（該方法容後詳 述）&種塊狀之柱狀導體10，相較於所謂熱導通型者（其 ，小與所裝載之發光元件相同，例如直徑超過卿㈣， 能實現更高的散熱性。特別是’為獲得高散熱性，較佳為， 塊狀柱狀導體H)之俯視截面積（裝載區域9側的端面面積） 比配線基板η上所裝載之發光元件裝載面積(相當於底面 積）為大I佳為1.2倍以上。藉由將塊狀柱狀導體之俯視 截面積加大’可增加散熱部分，而使發光元件產生的熱更 11 ⑧ 1365011 迅速地逸散。 上述圖1(a)、（b)所示之柱狀導體1〇，由於具導電性， 可编入電路之一部分。例如，藉由將所裝載的發光元件與 柱狀導體ίο直接作電氣連接，連接端子3a、3b&導通導 體7均變得不需要，而能謀求發光元件用配線基板u之 小型化。又，當該傳熱性柱狀導體丨〇與電路分別獨立設 置時，由於該傳熱性柱狀導體丨〇與印刷基板等的外部電 路基板未形成電氣連接，故其構裝可靠性提高。 本發明中，上述柱狀導體1〇之熱傳導率比絕緣基板1 呵，其熱傳導率範圍在8〇W/m . K以上，較佳為1〇〇 w/m · K以上，更佳為120 W/m . K以上，最佳為16〇 w/m · κ 乂上。藉由设置傳熱性良好的柱狀導體1〇，可使發光元件 產生的熱直接且迅速地逸散，故能更安定地維持發光元件 之穩定發光，而能防止發光元件之亮度減低。柱狀導體1〇 之熱傳導率，可藉由適當選擇構成金屬的種類來作控制。 例如，使用具有高熱傳導率的Cu或Cu_w來形成柱狀導 體10時，可提高柱狀導體的熱傳導率，而為了確保上述 般之高熱傳導率，柱狀導體10中之Cu含量宜為40體積％ 以上，較佳為50體積％以上，更佳為6〇體積％以上。 為了 昇柱狀導體1 〇與絕緣基板1間之接合可靠性， 枉狀導體10之熱膨脹係數（40〜4〇〇°c )以接近絕緣基板】的 熱膨脹係數為佳，例如可調整柱狀導體10之熱膨脹係數， 而使絕緣基板1與柱狀導體丨〇之熱膨脹係數差Δα在4.Οχ 10 6/°c以下，較佳為2 0xl0-6/〇c以下，更佳為丨〇xi〇-6/〇c 12 13()5011 '藉由防止兩者之熱膨脹不-致，可獲得高可靠性之 =元件用配線基板u。柱狀導體10之熱膨脹係數，可 ^選擇金屬種類等來作調整，例如1 cu(高熱傳 =二金屬中熱膨膜係數較低者）組合使料，所形成的杜 狀導體H)具有高熱傳導率，且能控制其與絕緣基板 之熱膨脹係數差。又，丨、，人s ^ 又以金屬與陶瓷之複合體來形成柱狀 10 %，也能調整兩者的熱膨脹係數差。 本發明中上述的柱狀導體1〇,係將既定的金屬粉末（例 如Cu、W的粉末）與適量的有機結合劑及有機溶劑混合而 調製出’只要能碟保比絕緣基板i高的熱傳導率，將上述 金屬粉末加陶竞粉末（例如絕緣基板1形成用的陶曼粉末） 而、-且成的混合粉末、與有機結合劑及有機溶劑混合，藉此 周製出亦可使用這種混合粉末構成的導體糊時，藉由 與陶究述片進行同時燒結，可在柱狀導體ig與絕緣基板1 开/成良好的接合強度’且該柱狀導體1〇係由金屬與陶瓷 之複合體所構成。這時，藉由調整金屬粉末與陶究粉末之 混合比’㉟簡單地㈣熱膨脹餘’而使柱狀導體ι〇之 熱膨脹係數接近絕緣基& i，故能抑制絕緣基板ι與柱狀 導體10之熱膨脹不-致所造成之裂痕產生。混合粉末中 之陶瓷粉末含量（相當於柱狀導體10中之陶瓷含量），為了 確保向熱傳導率’一般是在5體積％以下，較佳為4體積 %以下’更佳^ 3體積％以下。這種陶瓷，當然以使用絕 緣基板1形成用的陶曼為最佳。 本發明中，如圖2所示，可設置邊界保護層丨5，以覆
13 1365011 蓋該傳熱性柱狀導體之端面與該絕緣基板表面之邊界部及 其附近。該邊界保護層15，係由擇自金屬、陶莞及樹脂所 構成群令之至少1種所形成。藉由設置這種邊界保護層15, 可缓和柱狀導冑H)與絕緣基&丨fa1之熱膨㈣，而抑制 邊界之裂痕產生。 邊界保護層15，可考慮柱狀導體1〇與絕緣基板1之 熱膨腸差來適當地改變其組成，例如用金屬或陶究來形成 邊界保護層15時，可藉由與絕緣基板丨及柱狀導體ι〇進 行同時燒結來設置邊界保護層15。關於陶瓷，基於燒結性、 與邊界保護層15及絕緣練丨之接合性的觀點;0以使用 與絕緣基1形成用的陶究具有同樣組成者為佳。關於金 屬，藉由使用與柱狀導體1〇相同組成的金屬，雖可提昇 燒結性、與邊界保護層15及柱狀導體ig之接合性，作基 =保熱循環時的可靠性之觀點，以㈣熱膨脹係數比^ ，，土板1小的金屬為佳。例如，當絕緣基板 的金屬…或Μ。為佳。使心 ::成邊界保護層15日夺，較佳為併用陶竞，如此即可， 制燒結狀態及熱膨脹係數。 二 炉成:形成邊界保護層15時’係、藉由同時燒結來 柱柱狀導體10後，以填塞絕緣基板丨與 即可形成邊界保㈣15。又，使用樹脂來 15時，除樹脂成分外，若進…右1〇〗/邊界保邊層 古日, 步含有10〜15體積％之陶瓷 也末，則可提昇邊界保護層15之耐水性及散熱性。
14 UCOUii 上述邊界保護層15，也能採 展馗造。“ - b採用不同材質層所構成之積
增構政 例如，在金屬式输签M L i屬或陶瓷層上積層樹脂層而構成邊界 保護….就算在絕緣基板，與柱狀導㈣=產界 π能防止裂痕進展至表層，因此這種積層構 又，圖3(a)、⑻顯示本發明的發光元件用 之另一例。 本發明中，例如像圖3⑷所示，可設置被覆層心， 以完全覆蓋住柱狀導體10之裝載…形成側的端面及 緣：。：於ί側端面之該被覆層係含有樹脂或 ’-日由叹置這種被覆層16a，亦可緩和柱狀導體盥 絕緣基板Ws1之熱膨脹差，而抑制柱狀導體U)端面盘絕 緣基板1的邊界間之裂痕產生。又，藉由這種被覆層旧， 也能將後述之發光元件21固定於裝載區域9。特別是用金 ，來形成該被覆^ 16aa夺，由於被覆層…之熱傳導率比 邑、彖基板1同’因此能使發光元件21的熱迅速逸散。使 用樹脂來形成被覆層16a時，可防止柱狀導體10與連接端 子3a、3b間之短路。 “又，如3(b)所示，也能設置被覆層⑽，以完全覆 蓋住柱狀導體1G之與裝載區域9形成側相反側的端面及 其周緣部。設於下側端面之該被覆層⑹，係含有擇自金 屬、陶曼及樹脂所構成群中之任一種，藉由設置這種被覆 層16b’亦可緩和枉狀導體1Q與絕緣基板1間之熱膨服差， 抑制柱狀導體10端面與絕緣基板1的邊界間之裂痕產
15 1365011 生。用金屬來形成該被覆層16b時，由於被覆層wb之熱 傳導率比絕緣基板1高，因此能使發光元件21的熱迅速 逸散。使用陶瓷或樹脂來形成被覆層丨6b時，可防止柱狀 導體10與外部端子5間之短路。特別是以陶瓷來形成被 覆層16b時，由於能與絕緣基板1及柱狀導體1〇進行同 時燒結，基於生產性的觀點相當有利。 根據上述說明可知，在上面設置樹脂所形成的被覆層 16a，且在下面設陶瓷或樹脂所形成的被覆層16b的情形， 將該配線基板11上裝載有發光元件21而成之發光裝置構 裝於印刷基板等時，可在柱狀導體1〇的正下方配置配線， 而有利於機器的小型化。 上述被覆層16a、16b，係將含金屬或陶瓷之糊劑、或 含樹脂之塗布液塗布於該當部分，再進行燒結或燒附，藉 此即可容易地形成出。又，被覆層16a、16b形成用之金屬 或陶瓷，可使用與前述邊界保護層15形成用相同者。 又，本發明中，藉由使上述柱狀導體1〇之側面形成傾 斜面、或在該側面形成段差，能提昇柱狀導體1〇(特別是 大口徑塊狀之柱狀導體10)與絕緣基板丨之接合強度，而 能牢固地將柱狀導體10編入絕緣基板1内。 例如像圖4⑷所示，藉由使柱狀導體1〇之側面形成傾 =面10a，可增大柱狀導體1〇與絕緣基板i之接觸面積， 藉此，絕緣基板1與柱狀導體1〇之接合強度提高。又， 圖示之例中’柱狀導體10之裝載區$ 9側端面比另一端 面為小，藉此使其側面形成傾斜面，但將柱狀導體1 〇之 1365011 裝載區域9侧端面作成比另一端面大，藉此來形成傾斜面 虽然也可以。但基於散熱性的觀點，以柱狀導體丨〇之裝 載區域9側端面比另一側面為小較佳。 又，如圖4(b)所示，可在柱狀導體1〇之側面形成段差 10b。亦即，延時也是，相較於柱狀導體1〇的側面呈筆直 的情形，由於柱狀導體10與絕緣基板丨之接觸面積增大， 故柱狀導體10與絕緣基板丨之接合強度提昇。又，本圖 之例子，雖柱狀導體10之裝載區域9側端面比另一端面 •為小，但相反地，將柱狀導體10之裝載區域9側端面作 成比另一端面大來形成段差亦可。然而，基於散熱性的觀 •點，以柱狀導體10之裝載區域9側端面比另一側面小來 . 形成段差10b較佳。 又，在圖4(b)的例子，雖在柱狀導體1〇b之側面形成 1個段差10b，但像圖4(c)所示形成複數個段差1〇b亦可。 亦即，在圖4(c)，係在柱狀導體1〇b之側面形成兩個段差 1〇b，藉此在柱狀導體1之側面形成凸部1〇c。因此，不 僅柱狀導體l〇b與絕緣基板1之接觸面積增大，且柱狀導 體l〇b之側面與絕緣基板丨會牢固地嚙合，因此能顯著提 _ 昇兩者的接合強度。又圖4(e)中，雖是以兩個段差10b來 • 在側面形成凸部l〇c，但藉由兩個段差10b來在側面形成 凹部當然也可以。然而，基於散熱性之觀點，以形成凸部 10c為佳。 上述圖4(b)及（c)之例中，基於提昇接合強度之觀點， 段差10b長度L 一般為1〇〇 μ m，以2〇〇 # m以上為佳。 17 ⑧ 1365011 又，在圖4(a)〜(c)之例中，基於確保高散熱性之觀點， 柱狀導體10之俯視截面積（特別是裝載區域9側端面的面 積）較佳為大於所裝載之發光元件之裝載面積。 又，如圖4(b)及（c)所示，在柱狀導體1〇側面形成段 差10b時，例如像圖5所示，以從段差引出導體層丨4為 佳。亦即，當柱狀導體1〇側面形成段差1〇b時因絕緣 基板1與柱狀導體10間之熱膨脹差所產生之應力，將集 中於段差10b附近，結果，當裝載發光元件並使發光元件 反覆作動時，基於發光所伴生之發熱容易在段差10b附近 產生裂痕。因此，藉由形成導體層14，可減少應力集中在 段差1 〇b附近部位的情形，而有效抑制住裂痕的產生。又， 該導體層14係用和柱狀導體1〇相同的材料形成藉此可 進一步提昇散熱性。 又’圖5中’當柱狀導體1〇側面形成段差i〇b時，一 般的情形，絕緣基板丨具有複數個絕緣層所積層而成之積 層構造（圖5係絕緣層la、lb所構成之2層構造”段差 則形成於該絕緣層la、lb之積層界面（參照後述之柱狀導 體ίο形成方法卜因此，導體層14係從段差1〇b端緣順沿 絕緣層la、lb之積層界面延伸。這時導體層14從段差⑺匕 端緣突出的長度W，為了確保充分的應力緩和，可為5〇# m以上，較佳為2〇〇 # m以上’更佳為4〇〇 " m以上。又， 導體層14由於是用和柱狀導體1〇同樣的材料來形成，如 圖5所示，能以穿過柱狀導體1〇的方式貫穿柱狀導體1〇 來設置。 18 ⑧ Ι3(65〇1ΐ . 在圖5中，雖針對圖4(b)所示之在柱狀導體1〇側面形 成1個段差l〇b的情形顯示形成導體層14的狀態，但針 • 對像圖4(c)所示之形成複數段差l〇b的情形，較佳為從複 • 數個段差1 Ob分別引出導體層14。 邀緣基板1及配線某；te 11之製造 本發明中，如前述般絕緣基板1係陶瓷製，這種絕緣 基板1之熱傳導率為30w/m . κ以上，較佳為35w/m · κ 以上，更佳為40W/m · K以上，特佳為45W/m . K以上。 ® 熱傳導率越高，絕緣基板1之散熱性越佳，其抑制發光元 件之亮度降低效果越大。例如，陶瓷材料使用純度99%以 - 上之高純度氧化鋁時’可製作出熱傳導率為30w/m . K以 • 上之絕緣基板，藉由使用MgO，則可製作出熱傳導率 40W/m . K以上之絕緣基板！。 絕緣基板1之熱膨脹係數（室溫〜4〇0°c)為8·5χ1〇-6/Χ： 以上，較佳為9.0x10-6/1以上，更佳為1〇 〇χ1〇-6/χ：以上。 φ亦即，陶瓷製絕緣基板1之熱膨脹係數越高，絕緣基板1 與柱狀導體10或構裝於外部之印刷基板間之熱膨脹差越 卜’而能顯著地提昇絕緣基板1與柱狀導體1 〇或印刷基 • 板間之接合可靠性，且能提昇其與封裝樹脂（用來封裝所裝 • 载的發光元件）之接合可靠性。例如，陶瓷材料使用鎂橄欖 石時’可製作出熱膨脹係數8·5X 1 〇-6/。〇以上之絕緣基板1， 又藉由使用MgO ’可製作出熱膨脹係數以上 之絕緣基板1。 又’絕緣基板1之全反射率為7〇%以上，較佳為72〇/〇 ^65011 以上，更佳為80%以上，特佳為83%以上。藉由提高反射 率’可防止發光元件之發光穿透絕緣基板1或被絕緣基板 1吸收’而能獲得發光效率良好的發光元件用配線基板u。 例如’反射率高達83%以上之絕緣基板1，可藉由使用純 度99%之高純度氧化鋁、或添加燒結助劑Y203之MgO來 製作出。 絕緣基板1之3點彎曲強度為350MPa OOMPa以上，更佳為450MPa以上。藉由使用高強度的絕 緣基板1 ’可防止將發光裝置（在該絕緣基板1 1上裝載發 光元件而成）構裝於印刷基板等外部電路基板時之應力所致 之基板裂痕。這種高強度的絕緣基板丨，可使用氧化鋁或 MgO作為陶瓷材料而製得。 根據上述說明可知，用來形成絕緣基板丨之陶瓷材料， 必須考慮冑述之熱料率、熱膨服係數、纟等斗勿性等來加 以選擇。例如，Mg〇製絕緣基板丨，係由主結晶相為Mg〇 之Mg^)質燒結體所構成，其熱膨脹係數（室溫〜彻。〇高達 ιοχΐο-6/t： ’不僅可提昇構裝於汎用印刷基板(熱膨脹係數 ^―外以幻時之構裝可靠^且熱傳導率高達卿^· K以上，又全反射率及3點彎曲強度均夠高。 又，主結晶相為Mg〇之Mg〇質燒結體，係在X射線 :射：所檢測出的主峰為Mg〇蜂者，其邮結晶之體積 比例較佳含量為50體積％以上。 :種Mg0製絕緣基板卜例如在平均粒徑ο "” 度以上之Mg〇粉末中添加燒結助劑（擇自稀土類 20 1365011 氧化物（γ2〇3、Yb2〇3 等）、Ai2o3、si〇2、Ca0、Sr〇、Ba〇、 B2〇3、Zr〇2群t之至少】種）或填料粉末（平均粒徑〇i〜8“ m)，使用該混合粉末而成形出陶竞述片，將該陶究趣片以 高於测。C之溫度、較佳為！！雇。c的溫度範圍進行 燒結而製得。在上述混合粉末中，亦可添加含有Mg〇之 MgAl〇4、Mg〇 . Si〇2系之複合氧化物。 y為獲得主結晶為Mg0之緻密燒結體，燒結助劑等添加 成分之量，基於降低燒結溫度之觀點，較佳為佔混合粉末口 中3質量％以上’更佳為5質量％以上；而基於大量析出 Mg〇結晶之觀點，較佳為佔混合粉末中3〇質量。乂以下， 更佳為20質量％以下。特別是，當添加劑量為1〇質量。: 以下時，能獲得大部分均由MgQ結晶形成之絕緣基板i。 又’氧化銘製之絕緣基板卜係主結晶相為Al2〇之 體結體所構成。主結晶相為A03之A12〇3質燒結 體’係在X射線繞射下所檢測出的主峰為Ai2〇3峰者，其 Al2〇3結晶之體積比例較佳含量為5〇體積％以上。 、 這種氧化銘製絕緣基板i，例如在平均粒徑 m之純度99%以上之Al2〇3粉末 .·认 2 3物禾中添加燒結助劑（擇自 二、S1〇2、Mg0 ' Ca〇、Sr〇群中之至少i種)的粉末(平 均粒徑1 ·〇〜2.〇 # ，使用該混合 份末而成形出陶瓷坯片， 將違陶竞达片以1〇5(rc以上之
的、、®卉r 又較佳為1300〜1500°C 的，皿度圍進行燒結而製得。 如此般製造氧化鋁製絕緣基板 之混人私士 极1時，陶瓷坯片成形用 口-中之燒結助劑等添加劑的量’基於降低燒結溫 21 13:65011 又之觀點，較佳為佔混合粉末中5質量％以上，更佳為7 、里乂上，而基於獲得主結晶為Al2〇3之緻密燒結體之 觀點較佳為佔混合粉末中【5質量0/。以下，更佳為⑺質 量％以下。藉此，能獲得大部分均由八丨2〇3結晶所形成之 絕緣基板1。 又，上述雖是針對Mg0製及氧化鋁製絕緣基板丨作說 明/旦適用於本發明之絕緣基板i並不限於此，關於陶究， 也能採用主結晶為模來石、尖晶石、鎂撖欖石等之燒結體。 以也能以所謂的玻璃㈣來形成絕緣基板！。這種玻璃陶 究製絕緣基板i，能以⑻代以下之低溫燒結來製作，特 別當連接端子3a、3b、外部電極端子5、導通導體7等是 用Ag'Cu等的低電阻導體來形成時，由於藉由同時燒結 能獲得緻密且具有平滑面之絕緣基板i，故其特別適用。 該玻璃陶究製絕緣基板丨，例如使用在玻璃粉末中混 合粉末等填料粉末而構成混合粉末，和上述同樣地形 成陶究坦片，以1050。(：以上、較佳為85〇〜1〇5〇〇c之溫产 範圍燒結而製作出。又，混合粉末中填料的含量，雖依； 璃組成等會有不同’但為了製作出高強度的絕緣基板】， 一般佔30〜60質量％，較佳為35〜55質量％。 又’製作上述各種絕緣基板i時，使用原料混合粉末 來形成陶竟达片之方法’能以公知的方法來進行例如在 含有或⑽等的陶竞材之混合粉末中，添加結合劑、 溶劑等而製作出成形用毅料，使用該漿料，藉由刮刀法等 手段而製得片狀成形體之陶瓷坯片。 ⑧ 22 二因此，在製造配線基板n時，係藉由雷射加工等而在 陶瓷坯片之既定位置形成對應於導通導體7之貫穿孔，將 導體糊(使金屬粉末分散於適當的結合劑或溶劑中而構成) 貫穿孔’並在表面之以位置印刷圖案狀 t對應於連接端子3a、3b、外部電極端子5)之導體糊，接 著將對應於柱狀導體10之導體圖案編入陶究坯片，以此 狀態進行燒結（同時燒結），而製得配線基板u(在絕緣基板 ί表面、内部形成連接端子3a、3b、導通導體7,且具備 柱狀導體10)。又，連接端子3a、3b、外部電極端子5， 可將金屬箱轉印於陶瓷述片而形成出’或藉由蒸鍍等的薄 膜形成法而直接形成於絕緣基板1表面。 又，依照以下的方式’將對應於柱狀導體1 〇之導體圖 案編入陶瓷坯片。 例如，當柱狀導體10呈圖1(a)所示的形狀時，和形成 導通導體7的情形相同’在坯片之既定位置形成貫穿孔， 在該貫穿孔内充填導體糊（含柱狀導體10用的金屬粉末）， 即可將柱狀導體10用的導體圖案編入陶瓷坯片。 又’當柱狀導體10呈圖1(b)所示的塊狀時，將對應於 柱狀導體10之導體片壓嵌入陶瓷坯片之既定位置，即可 編入柱狀導體10用的導體圖案。圖6顯示這種導體圖案 的形成方法之一例。 亦即，如圖6(a)所示，在具備衝孔37之模具39上面， 配置陶瓷坯片40。 然後’如圖6(b)所示，將柱狀導體10用的導體片43 23 ⑤ 1365011 宜在陶瓷场片40上。該導體片43，較佳為厚度與陶瓷坯 片4〇大致相同。該導體片43，係將前述柱狀導體1〇形成 用的金屬粉末（或該金屬粉末與陶瓷粉末之混合粉末）與有 機結合劑及溶劑混合’使用所調製成之導體漿料，藉由刮 刀法等的板片成形法而製作出。 然後’如圖6(c)所示，用模塞35，將導體片43壓入 陶竞培片40。藉此，導體片43的一部分被壓入陶瓷坯片 4〇内而形成嵌入狀態。 接著’將未被壓入陶莞堪片40内之局部導體片43除 去，同時將被導體片43擠出之局部陶瓷坯片4〇除去，藉 此’如圖6(d)所示’即形成以貫穿陶瓷坯片4〇的方式嵌 入導體片43之複合片50。亦即，圖6(d)之嵌入複合片5〇 的導體片43,係構成對應於柱狀導體1〇之導體圖案，在 該複合片（坯片）50上，如前所述，可形成對應於連接端子 3a' 3b'外部電極端子5或導通導體7之導體圖案，而以 該狀態進行燒結。 又，要形成圖4(a)所示之側面具有傾斜面丨〇a之柱狀 導體1〇時，如圖7所示，係依前述方法製作出嵌有小徑 導體片43之複合片5〇a、及嵌有大徑導體片43之複合片 50b，將該複合片5〇a、5〇b實施壓接而製作出積層體。該 積層體中，在複合片5〇a之小徑導體片43、與複合片5〇b 之大徑導體片43之對向部分的端部形成段差i〇b，藉由燒 …玄積層體’即可在絕緣基& 1中形成圖4(b)所示之柱狀 導體 這寺，絕緣基板1係2層絕緣層所積層而成之積 24 ⑧ 1365011 3 層構造。又，要形成圖5所示之導體層14時，只要在複 合片50a或複合片50b之積層界面，以對應導體層14的方 式用網版印刷法塗布導體糊即可。 又’要形成圖4(c)所示在側面具有複數個段差1 〇b之 柱狀導體10時，準備出嵌有大徑導體片43之複合片50b， 用2片複合片50a(嵌有小徑導體片43者）夾住而製作出3 層構造積層體，再進行燒結即可。這時，所製作出之絕緣 基板1 ’係3層絕緣層所構成之積層構造。 圖7之例子，係為了形成具有段差10b之柱狀導體1〇 ’ 而製作出複合片50的積層體，但為了形成不具段差1〇b 之柱狀導體10，當然也能製作出複合片50的積層體再將 其燒結。這時，藉由使各複合片5〇中導體片43的組成互 不相同可形成由不@熱膨脹率及熱傳導率之複數層所構 成的柱狀導體10。例如，將埋設有導體片(Cu : 40體積。/〇， 。60體積％)之第i複合片、與埋設有導體片: 體 積。W 50體積％)之第2複合片積層，以第1複合片妒 載區域9、第2複合片在相反側的方式來形成柱狀導體ι〇: =匕般’第1複合片之導體片層(裝載區域9側)，其熱膨 Ί ’與裝载之發光元件間之熱膨脹率差變小，另一方 复s片之導體片層（裝載區域9側之相反側），其 高，熱傳導率大。如此可知，只要裝載區域9側 膨脹率小者，則不須考慮裝載區@ 9相反側之執 二丰*而能配置高熱傳導率的層，藉此 兀件之連接可靠性，並顯著提昇散熱性。 發先
25 又在上述複合片50中（或複合片50的積層體中）之 導體片43露出面（相當於柱狀導體1〇端面）、及坯片與 導體片43的界面上，能以網版印刷等塗布含金屬之糊、 例如M〇糊，之後實施燒結，即可在柱狀導體10的上側端 面或下側端面形成圖3(a)、（b)所示之被覆層丨6a、丨6b。又， 將組成與坯片40相同之糊，和上述金屬糊同樣地塗布於 歿合片之既定位置並燒結，即可形成圖2所示之邊界 思 1C 〇叉 B 又’使用樹脂來形成被覆層16a、16b、邊界保護層 日守八要在複合片之燒結後，將含樹脂之塗布液塗布於 既定位置並進行乾燥及硬化即可。 上述陶竟述片（或複合片）之燒結，係在脫結合劑後， 於氧化氣氛、還原氣氛或非活性氣氛下以既定燒結溫度加 ^來進行。特別是使用Cu等易氧化的材料作為金屬粉末 犄，須在還原氣氛或非活性氣氛下進行燒結。 上述燒結後，視需要，可在連接端子3a、3b、外部電 極知子5及柱狀導體1〇的表面實施鍍A1或等，如此 可提高這些構件的反射率而使亮度提昇。特別是，若在接 端子3a、3b、柱狀導體1〇及框體内壁面13a所形成之金 屬化（metalizing)層上，依序形成鍍鎳、鍍金、鍍銀層，則 可使咼反射率的鍍銀層強固地結合。特別是，若在框體内 壁面13a上形成這種鍍銀層，則發光元件的光在框體内壁 面13a能以高反射率反射而向外射出。 又，§形成鍍鎳層作為底層時，若在鍍鎳層上直接鍍 銀，因鍍鎳層之鎳會在鍍銀浴中析出，而被覆於配線導體 ⑧ 26 1365011 « 或裝載區域之鑛銀層上，或在鑛銀處理前因搬送之振動等 而使錄粒子脫離鍵錄層後附著於配線導體或裝載區域，作 只要在鍍鎳層上被覆鐘金層，即可避免上述問肖，而防止 發光70件之構裝性及接合性變差。. 、本發明中’用來保護所裝載的發光元件之框^ 13，係 以陶莞材料或金屬材料來形成，以陶㈣料來形成框體U 時，藉由同時燒結，能與上述絕緣基板i、連接端子〜外、 外部電極端子5及柱狀導體i"一起來形成框體η，故 有助於生產性的提昇。又，這種陶究製的框體13，由於耐 熱性、耐濕性優異，就算長期間使用或在惡劣條件下使用， 仍具有優異的耐久性。X，在這種陶£製框體13之内壁 面！3a上，使用前述形成連接端子3a、3b等所用之導體糊， 藉由進打同時燒結來形成金屬化層（未圖示），如此可更加 提昇耐久性並提昇反射率。在這種金屬化層上，可形成Ni、 Au、Ag等所構成的鍍敷層（未圖示），藉由形成這種金屬化 層及鍍敷層，可將框體12内壁面13a之反射率調整成7〇% 以上、較佳為80以上、更佳為85%以上，以抑制發光元 件之發光穿透或被吸收以確保高亮度。特別是反射率 以上之框體13内壁面13a，可藉由實施鍍光澤銀來實現。 又，金屬製之框體13,其本身具有高反射率，若使用 A1或Fe-Nl-Co合金等的金屬，則可降低成本且加工性優 異。在該金屬製框體"之内壁面13a，和前述相同地可形 成Ni、Au、Ag等所構成的鍍敷層（未圖示 種錢敷層，可進-步提高内壁面13a之全反射率 27 1365011 出例如85%以上之全反射率。這種金屬製框體〗3，例如可 在別述燒結所得之絕緣基板丨的面la上事先形成導體層 1 Μ ’透過共晶Ag-CU焊料等構成之焊料，而將導體層17 與框體13焊接在一起。 又’在圖1(b)等的例子中，框體Η之内壁面13a雖為 直立面，但並不限於這種直立面，内壁面13a也能形成喇 叭狀的曲率面，或上部直徑較大之傾斜面。藉由將内壁面 ^作成曲率面或傾斜面，有助於將發光元件之發光向外部 誘導。 〔發光裝置〕 在上述製作出之本發明的發光元件用配線基板n上， 在其裝載區域9構裝發光元件，即可製得發光裝置。 圖8(a)及圖8(b)顯示這種發光裝置之截面構造，發光 裝置25，係在配線基板丨丨之裝載區域9上構裝led晶片 等的發光το件21而構成。圖8(a)所示的發光裝置25，係 在圖1(a)的配線基板丨丨上構裝發光元件以而構成；圖 所不的發光裝置25，係在圖丨的配線基板丨丨上構裝發 光元件21而構成。 發光裝置25，係透過適當的黏著材29將發光元件21 黏著固定在配線基板U之裝載區域9,並藉由接合線U 連接於配線基板11之連接端子3a、3b。從連接端子以、补 透過接合線23供電給發光元件21，而使發光元件2ι作動。 發光7G件21，也能不使用黏著材29 ,而藉由所謂覆晶連 接來連接固定於裝載區域9。這時，不須經由接合線， ⑧ ^.6501! 例如能從連接端子3a、3b直接供給給發光元件2 i。 配線基板11上裝載的發光元件21，係用透明樹脂材 料等構成的模塑材31來密封，可取代這種模塑材31，而 • 使用透光性材料（例如玻璃）構成的蓋體來密封發光元件 21。該模塑材31中，也能添加螢光體，其可使發光元件21 之發光產生波長改變。 這種發光裝置25,由於發光元件21之發熱能從傳熱 性柱狀導體10迅速地逸散’可有效防止發熱所致之亮度 降低’而3b長期間維持穩定的面亮度發光。又可省略散熱 器（heat sink)等的散熱構件，而有助於構裝有這種發光裝 - 置25之電氣機器的小型化。 • 又，發光裝置25之發光，經由絕緣基板1表面或框體 13内面之反射能朝既定方向誘導，因此能提昇發光效率。 又，該發光裝置25，一般是透過外部連接端子5構裝 於印刷基板等的外部電路基板（未圖示），藉由使絕緣基板 1之熱膨脹係數接近印刷基板，可抑制其與印刷基板或模 塑材31之熱膨脹係數不一致，因此能構成接合可靠性良 好的發光裝置25。 - 【圖式簡單說明】 • 圖1 (a)、（b)分別顯示本發明的發光元件用配線基板之 代表構造一例之截面圖。 圖2係顯示本發明的發光元件用配線基板之另一例之 截面圖。 圖3(a)、（b)係顯示本發明的發光元件用配線基板之另 ⑧ 29 1365011 • 一例之截面圖。 圖4(a)〜(c)係顯示本發明的發光元件用配線基板上形 " 成的傳熱性柱狀導體侧面形狀之例。 • 圖5係顯示在傳熱性柱狀導體側面形成段差時所設的 導體層。 圖6係用來說明在本發明的發光元件用配線基板之絕 緣基板編入柱狀導體的方法之一例。 圖7係用來說明在本發明的發光元件用配線基板之絕 _ 緣基板編入柱狀導體的方法之另一例。 圖8係顯示在圖1的發光元件用配線基板上裝載發光 • 元件而成之發光裝置截面構造。 . 【主要元件符號說明】 - 1…絕緣基板 la…絕緣基板之一面 lb…絕緣基板之另一面 3a ' 3b…連接端子 ® 5…外部電極端子 7…導通導體 - 9…裝載區域 - 1〇…傳熱性柱狀導體 10a…傾斜面 10b…段差 10 c…凸部 11…配線基板 ⑧ 1365011 - 13…框體 13a···框體内壁面 14…導體層 15…邊界保護層 1 6a ' 16b…被覆層 17..·導體層 21…發光元件 23…接合線 Φ 25...發光裝置 29…黏著材 _ 31..·模塑材 35···模塞 3 7 · · ·衝孔 39…模具 40…陶瓷坯片 43···導體片 ® 50、50a、50b..·複合片 L…段差10b長度 - W…導體層14從段差10b端緣突出的長度 31 ⑧

Claims (1)

1365011 第094110792號專利申請案， 申請專利範圍修正/替換本_ 十、申請專利範園： 卜-種發光元件用配線基板，係具備：陶㈣絕緣基 板、及形成於㈣緣基板之表面或内部之導體層在該絕 緣基板之-面具有發光元件裝載用之裝載區域；其特徵在 於： 在該絕緣基板，設置熱傳導率比絕緣基板高之傳熱性 柱狀導體； 該傳熱性柱狀導體，係從該絕緣基板之形成有發光元 籲件裝載區域之側之面朝貫穿絕緣基板之厚度方向延伸， 該傳熱性柱狀導體之裝載區域側端面的面積，比裝載 區域的面積為大， 該傳熱！·生柱狀導體的裝載區域側端面具有由金屬所構 成之鑛敷廣，該金屬對於來自該發光元件之放射光之反射 率咼於該傳熱性柱狀導體， 且省裝載區域位於該傳熱性柱狀導體之裝載區域側的 端面上，a亥傳熱性柱狀導體與該絕緣基板同時燒結而形成 • 出。 2、 如申請專利範圍第1項之發光元件用配線基板，其 中°玄絕緣基板，係用高於l〇50°C的溫度燒結來形成。 3、 如申請專利範圍第1項之發光元件用配線基板，其 中該絕緣基板’係用1 〇5〇t以下的溫度燒結來形成。 4、 如申睛專利範圍第1項之發光元件用配線基板，其 中’該絕緣基板之發光元件裝載區域側的表面，係具有70% 以上的全反射率。 1365011 5、 如申明專利範圍第1項之發光元件用配線基板，其 中，在該傳熱性枉狀導體之端面與該絕緣基 部及其附近，係用由擇自金屬、陶究及樹脂所== 至少1種所形成之邊界保護層覆蓋。 6、 -種發光X件用配線基板，係、具備：陶究製絕緣基 板、及形成於該絕緣基板之表面或内部之導體層，在該絕 緣基板之一面具有發光元件裝載用之裝載區域；其特徵在 於： 鲁 在該絕緣基板，設置熱傳導率比絕緣基板高之傳熱性 柱狀導體； 該傳熱性柱狀導體，係從該絕緣基板之形成有發光元 - 件裝載區域之側之面朝貫穿絕緣基板之厚度方向延伸， — 該傳熱性柱狀導體之裴載區域側端面的面積，比裝載 區域的面積為大， ^ °玄傳熱性柱狀導體之裝載區域側的端面及其周緣部， _ 係藉由含有樹脂之被覆層所覆蓋， 且該裝載區域位於該傳熱性柱狀導體之裝載區域側的 端面上，該傳熱性柱狀導體與該絕緣基板同時燒結而形成 出。 中 如申凊專利範圍第1項之發光元件用配線基板，其 緣 傳熱丨生柱狀導體之裝載區域側相反側之端面及其周 ’係藉由含有擇自金屬、陶瓷及樹脂所構成群中至少1 種之被覆層所覆蓋。 8、如申請專利範圍第丨項之發光元件用配線基板，其 33 1365011 中該傳熱性柱狀導體，係具有80W/m .K以上之熱傳導率。 9、 如申諳專利範圍第1項之發光元件用配線基板，其 中5亥傳熱性柱狀導體之裝載區域側的端面之直徑為1 〇〇〇以 m以上。 10、 如申請專利範圍第丨項之發光元件用配線基板， 其中該傳熱性柱狀導體，係編入電路的一部分。 11、 如申請專利範圍第1項之發光元件用配線基板， 其中該傳熱性柱狀導體，係熱膨脹率或熱傳導率不同之複 •數層所構成。 12、 如申請專利範圍第1項之發光元件用配線基板， ”中’该傳熱性柱狀導體的側面係形成傾斜面。 13、 如申請專利範圍第1項之發光元件用配線基板， 其中’在該傳熱性柱狀導體的側面形成段差。 14、 如申請專利範圍第13項之發光元件用配線基板， 其中’該絕緣基板具有複數個絕緣層所構成之積層構造， • °亥傳熱〖生柱狀導體侧面所形成的段差，係位於相鄰絕緣層 間之界面；從段差端緣順沿絕緣層間之界面形成導體層。 15、 如申請專利範圍第14項之發光元件用配線基板， 其中該導體層，係從段差端緣以50 // m以上的長度延伸。 16、 如申請專利範圍第1項之發光元件用配線基板， 其中在該絕緣基板上，以包圍發光元件裝載區域的方式形 成用來保護所裝载的發光元件之框體。 17、 如申請專利範圍第16項之發光元件用配線基板， 其中該框體的内壁面，係具有7〇%以上的全反射率。 34 8 如申請專利範圍第〗6項之發光元件用配線基板， /、中該框體Μ + 狀 的内壁面，係呈上端内徑比下端内徑大的形 有朝3载區域侧鼓起的曲率面β 19、 如申請專利範圍第16項之發光元件用配線基板， ^中，在該框體内壁面上，係設置由鍍金層、及其上方之 鍵銀層所構成的光反射層。 20、 一種發光裝置，其特徵在於：係在申請專利範圍 第1項之發光元件用配線基板之裝載區域上裝載發光元件 而構成。 十一、圖式： 如次頁
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