特開 2022-8707 チップオンボードＬＥＤ基板及び表面実装デバイスＬＥＤ基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022008707

(43)【公開日】2022-01-14

(54)【発明の名称】チップオンボードＬＥＤ基板及び表面実装デバイスＬＥＤ基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/62 20100101AFI20220106BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

H01L33/00 440

H01L33/00 450

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2014237376

(22)【出願日】2014-11-25

(71)【出願人】

【識別番号】514300270

【氏名又は名称】ミレニアム サブストレイツ エスディーエヌ ビーエイチディー

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＬＬＥＮＮＩＵＭ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ ＳＤＮ ＢＨＤ

【住所又は居所原語表記】ＮＯ ２， ＪＡＬＡＮ ＬＩＮＴＡＮＧ ＢＥＲＩＮＧＩＮ ６， ＯＦＦ ＪＡＬＡＮ ＰＥＲＭＡＴＡＮＧ ＤＡＭＡＲ ＬＡＵＴ， ＤＩＡＭＯＮＤ ＶＡＬＬＥＹ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＰＡＲＫ， １１９６０ ＰＥＮＡＮＧ ＭＡＬＡＹＳＩＡ

(71)【出願人】

【識別番号】514300292

【氏名又は名称】バスカラン エイ／エル ゴヴィンダ ナイル

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＫＡＲＡＮ Ａ／Ｌ ＧＯＶＩＮＤＡ ＮＡＩＲ

【住所又は居所原語表記】２０３， ＪＡＬＡＮ ５／４９， ＴＡＭＡＮ ＰＥＴＡＬＩＮＧ， ４６０００ ＰＥＴＡＬＩＮＧ ＪＡＹＡ ＳＥＬＡＮＧＯＲ ＭＡＬＡＹＳＩＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】アール．レマカンタン エイ／エル ラマチャンドラン

(72)【発明者】

【氏名】ヴィヴガナンサン ラジャンガム

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142AA42

5F142BA02

5F142BA32

5F142CA02

5F142CB11

5F142CC04

5F142CC17

5F142CC23

5F142CD02

5F142CD13

5F142CD23

5F142CD32

5F142CD43

5F142CD49

5F142CF02

5F142CF23

5F142CF42

5F142DB44

5F142EA02

5F142EA08

5F142EA10

5F142EA18

5F142FA03

5F142FA30

(57)【要約】

【課題】チップオンボードＬＥＤ基板及び表面実装デバイスＬＥＤ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】チップオンボードＬＥＤ基板（１００）及び表面実装デバイスＬＥＤ基板（１０８）は微細パターン圧膜を含む。上記の製造方法は、金属板（１０１、１０９）の上にガラス系誘電体を塗布してガラス系誘電体層（１０３、１１１）を形成する工程；前記ガラス系誘電体層（１０３、１１１）を焼成する工程；前記ガラス系誘電体層（１０３、１１１）の上に金属系導体を塗布して金属系導体層（１０４、１１３）を形成する工程；前記金属系導体層（１０４、１１３）を乾燥する工程；前記ガラス系誘電体層及び前記金属系導体層（１０３、１０４、１１１、１１３）を焼成して圧膜を形成する工程；及びチップオンボード用途の場合は回路の間のポケットにＬＥＤダイ（１０５）を設置し、回路にパッケージＬＥＤ（１１４）をはんだ付けする工程；を含み、上記の方法により圧膜が硬化し且つ基板に接合する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チップオンボードＬＥＤ基板又は表面実装デバイスパッケージＬＥＤ基板の製造方法であって、
前記ＬＥＤ基板は微細パターン圧膜を含み、
前記方法は：
ｉ）金属板の上にガラス系誘電体を塗布してガラス系誘電体層を形成する工程；
ｉｉ）前記ガラス系誘電体層を焼成する工程；
ｉｉｉ）前記ガラス系誘電体層の上に金属系導体を塗布して金属系導体層を形成する工程；
ｉｖ）前記金属系導体層を乾燥する工程；
ｖ）前記ガラス系誘電体層及び前記金属系導体層を焼成して圧膜を形成する工程；及び
ｖｉ）回路の間のポケットにＬＥＤダイを設置するか又は導電回路上にパッケージＬＥＤを設置する工程；
を含み、
前記方法により圧膜が硬化し且つ基板に接合する、方法。

【請求項2】

前記ガラス系誘電体を塗布する前記工程及び前記金属系導体を塗布する前記工程がシルクスクリーン印刷によって行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

裸基板としてアルミニウム薄板が用いられ、必要な厚さを満たすために、複数回の塗布－乾燥－焼成のサイクルを行って必要な誘電体及び導体のパターンを形成する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記金属系導体層は銀である、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

熱エポキシにより前記ＬＥＤダイを前記基板に固定し、ワイヤボンドにより前記ＬＥＤダイを前記回路に接合する工程又ははんだ付けにより前記パッケージＬＥＤを前記回路及びサーマルビアに取り付ける工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記金属薄板として好ましくはアルミニウムが用いられる、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チップオンボード及び表面実装デバイス双方のためのＬＥＤ基板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固体照明（ＳＳＬ）産業の近年の発展に伴い、ＳＳＬ製品に対して信頼性を付与する上での大きな課題は熱管理である。ＳＳＬの発光ダイオード（ＬＥＤ）が生成する光出力は約２５％であり、その残り（約７５％）は熱である。その熱は、ＬＥＤに不具合が生じる臨界的なジャンクション温度（critical thermal junction）に達することがある。基板レベルでの効率的な熱管理が求められている。

【0003】

基板又は電子基板は、電子部品、集積回路（ＩＣ）又はＳＳＬを含むマイクロチップのための基材としての機能を果たす。電子基板は全ての構成要素への接続を提供し、それにより完全なサブモジュール／モジュール／システムが得られる。

【0004】

従って、熱効率が良好な基板の製造への解決策が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って、チップオンボードＬＥＤ基板及び表面実装デバイスＬＥＤ基板の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の基板の双方は微細パターン（fine-patterned）圧膜基板を含み、上記の方法は、金属板の上にガラス系誘電体を塗布してガラス系誘電体層（glass based dielectric layer）を形成する工程；前記ガラス系誘電体層を焼成する工程；前記ガラス系誘電体層の上に金属系導体（metal based conductor）を塗布して金属系導体層を形成する工程；前記金属系導体層を乾燥する工程；前記ガラス系誘電体層及び前記金属系導体層を焼成して圧膜を形成する工程；及び回路の間のポケットにＬＥＤダイを設置するか又は陽極及び陰極パッド上にＬＥＤパッケージを設置する工程；を含み、上記方法により圧膜が硬化し且つ基板に接合する。

【0007】

本発明は、下記の説明及び添付の図面で十分に図示説明する幾つかの新規な特徴及び部品の組み合わせを含む。本発明の範囲から逸脱することなく又は本発明の利点を何ら犠牲にすることなく、様々な変更が詳細に対して加えられ得ることが分かる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

下記の詳細な説明及び添付の図面から本発明を十分に理解することができる。下記の詳細な説明及び添付の図面は一例として示しているに過ぎず、そのため本発明を限定しない。

【図1】図１は、本発明の一実施形態における圧膜チップオンボードＬＥＤ基板の層の縦断面を示す。

【図2】図２は、本発明の一実施形態における圧膜表面実装デバイスパッケージオンボードＬＥＤ基板の層の縦断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明はチップオンボードＬＥＤ基板の製造方法に関する。以下、本発明の好ましい実施形態に従って本発明を説明する。なお、下記の説明を本発明の好ましい実施形態に限定するのは、本発明の解説を容易にするためであり、添付の請求項の範囲から逸脱することなく様々な変更及び同等物を当業者であれば考案し得るものと想定される。

【0010】

添付の図面を個別に又は組み合わせで参照しながら、好ましい実施形態を以下で詳細に説明する。

【0011】

図１は、チップオンボードＬＥＤ基板（１００）の製造方法を用いて製造した圧膜基板を示す。上記の方法は、金属板（１０１）の上にガラス系誘電体層（１０３）を形成する工程；前記ガラス系誘電体層（１０３）を焼成する工程；前記誘電体層（１０３）の上に金属系導体（１０４）を塗布する工程；前記金属系導体層（１０４）を乾燥する工程；前記ガラス層及び前記金属層（１０３、１０４）を焼成して圧膜を形成する工程；及び回路の間のポケットにＬＥＤダイ（１０５）を設置する工程；を含み、上記の方法により圧膜が硬化し且つ基板（１００）に接合をする。

【0012】

図１から分かるように、一般的な圧膜チップオンボードＬＥＤアルミニウム基板（thick film Chip-On-Board LED aluminum substrate）（１００）の縦断面を示す。アルミニウム板（１０１）が基体（basic substrate）として用いられている。アルミニウムの平面（１０２）は、マイクロ研磨で平滑にしなければならない。好ましい実施形態におけるアルミニウム板（１０１）は、アルミニウム等級（aluminum grade）が３００３系、５０５２系及び６０６１系のアルミニウムである。

【0013】

誘電体層（１０３）は、ガラス系誘電体ペーストをスクリーン印刷することにより得られる。溶媒を取り除くために、印刷した誘電体ペーストを約１５０℃の高温で１５分間乾燥させる。次いで、有機バインダを消散し、ガラス誘電体を硬化させ且つその密度を高めて空隙率（porosity）を最小化するために約５７０℃の高温で焼成工程を行う。空隙率の最小化は、高温又は高電圧時に絶縁破壊が起こる可能性を低減する目的で行われる。また、空隙率が過剰だと、圧膜の導体が誘電体層を貫通して、アルミニウム基板に漏電が生じる場合がある。印刷及び焼成した誘電体の厚さは５０～６０μｍである。

【0014】

誘電体層（１０３）の上に金属系導体（１０４）のパターンをスクリーン印刷で塗布する。導体（１０４）は、誘電体層（１０３）との接合が良好となるように、純銀及び溶融温度が６００℃未満のガラス等の成分で構成されていることが好ましい。溶媒を取り除くために、導体層（１０４）を約１５０℃の高温で１５分間乾燥させる。そして圧膜を硬化させ且つアルミニウム基板（１００）との接合を適切なものにするために、圧膜を約５４５℃の高温で焼成する。適用後の圧膜の厚さは約１８～２２μｍである。

【0015】

回路の間のポケットにＬＥＤダイ（１０５）を設置して、熱エポキシ（１０６）を用いてアルミニウムの裸基板（１００）に接着する。その後、ＬＥＤダイ（１０５）をアルミニウム基板（１００）に確実に接着するために熱エポキシ（１０６）を高温で硬化させる。

【0016】

ワイヤボンド（１０７）法により、ＬＥＤダイ（１０５）を回路に接続する。ワイヤボンド材料は、直径が１２．５μｍ～２００μｍの金又はアルミニウムのワイヤであるべきである。

【0017】

図２は、表面実装デバイスパッケージオンボードＬＥＤ基板（１０８）の製造方法を用いて製造した圧膜基板を示す。上記の方法は、金属板（１０９）の上にガラス系誘電体層（１１１）を形成する工程；前記ガラス系誘電体層（１１１）を焼成する工程；基板の上に直接金属系サーマルビア（１１２）を塗布する工程；前記サーマルビア（１１２）を乾燥する工程；前記金属系ビア（１１２）を焼成する工程；前記誘電体層（１１１）の上に金属系導体層（１１３）を塗布する工程；前記金属系導体層（１１３）を乾燥する工程；前記ガラス層及び前記金属層（１１１、１１３）を焼成して圧膜を形成する工程；及び前記金属系導体（１１３）上に接合部があるＬＥＤパッケージ（１１４）を前記サーマルビア（１１２）に設置する工程；を含み、当該方法により圧膜が硬化し且つ基板（１０８）に接合する。

【0018】

図２から分かるように、一般的な圧膜表面実装デバイスパッケージオンボードＬＥＤ基板（thick film Surface Mount Device Package-On-Board LED substrate）（１０８）の縦断面を示す。アルミニウム板（１０９）が基体として用いられている。アルミニウムの平面（１１０）は、マイクロ研磨で平滑にしなければならない。好ましい実施形態におけるアルミニウム板（１０９）は、アルミニウム等級が３００３系、５０５２系及び６０６１系のアルミニウムである。

【0019】

誘電体層（１１１）は、ガラス系誘電体ペーストをスクリーン印刷することで得られる。溶媒を取り除くために、印刷した誘電体ペーストを約１５０℃の高温で１５分間乾燥させる。次いで、有機バインダを消散し、ガラス誘電体を硬化させ且つその密度を高めて空隙率を最小化するために約５７０℃の高温で焼成工程を行う。空隙率の最小化は、高温又は高電圧時に絶縁破壊が起こる可能性を低減する目的で行われる。また、空隙率が過剰だと、圧膜の導体が誘電体層を貫通して、アルミニウム基板に漏電が生じる場合がある。印刷及び焼成した誘電体の厚さは５０～６０μｍである。

【0020】

アルミニウム基板（１０９）の上に金属系サーマルビア（１１２）のパターンをスクリーン印刷で塗布する。サーマルビア（１１２）は、アルミニウムの表面（１１０）との接合が良好となるように、純銀及び溶融温度が６００℃未満のガラス等の成分で構成されていることが好ましい。溶媒を取り除くために、サーマルビア層（１１２）を約１５０℃の高温で１５分間乾燥させる。そして圧膜を硬化させ且つアルミニウム基板（１０８）との接合を適切なものにするために、圧膜を約５４５℃の高温で焼成する。適用後の圧膜の厚さは約５０～６０μｍである。

【0021】

誘電体層（１１１）の上に金属系導体（１１３）のパターンをスクリーン印刷で塗布する。導体（１１３）は、誘電体層（１１１）との接合が良好となるように、純銀及び溶融温度が６００℃未満のガラス等の成分で構成されることが好ましい。溶媒を取り除くために、導体層（１１３）を約１５０℃の高温で１５分間乾燥させる。そして圧膜を硬化させ且つアルミニウム基板（１０８）との接合を適切なものにするために、圧膜を約５４５℃の高温で焼成する。適用後の圧膜の厚さは約１８～２２μｍである。

【0022】

ＬＥＤパッケージ（１１４）をサーマルビア（１１２）及び金属系導体回路（１１３）にはんだ付けする。はんだ付け（１１５）によりＬＥＤパッケージ（１１４）を回路に接続する。はんだ材料は鉛フリーのはんだ材料であるべきである。

【0023】

本発明は、放熱をより効率的にすることで表面温度分布をより均一なものにするために、ガラス系誘電体と層を成すアルミニウム基板に配置されたワイヤボンド可能な又は表面実装技術ではんだ付け可能な圧膜のＬＥＤ回路を提供することができる。なお、上記の方法は、より効率的な放熱により良好な温度制御を提供でき、ＬＥＤの製造におけるジャンクション温度を最小化する。これは、ＬＥＤの製造におけるジャンクション温度の低下に繋がるＬＥＤの回路設計面での数々の進展を可能にする大きな前進である。ＬＥＤのジャンクション温度が低下することで、この技術を用いる前のものよりも明るいＬＥＤを設計することできる。アルミニウム基板を用いることで、より優れた温度制御及び熱効率を実現できる。

【0024】

当業者であれば、「圧膜」は有機バインダ及び溶媒を含む金属系又はガラス系のペーストを意味し、「熱膨張係数（１０Ｅ^－６／℃）」（ＣＴＥ）は１℃毎の長さ単位に対するμ単位（micro-units of length over units of length per ℃）又は１℃毎のμｍ（parts per million per ℃）を意味し、「Ｗ／ｍ－ｋ」はワット毎メートル毎ケルビン（熱導電率の単位）を意味することが分かる。高膨張金属基板とは、ＣＴＥが１６×１０Ｅ^－６／℃以上の鉄金属又は非鉄金属を意味し得る。

【0025】

圧膜ＬＥＤ回路素子は比較的厚い層からなる金属回路であり、後でＬＥＤ基板として用いられる金属基板上の電気絶縁誘電体層（electrically isolative dielectric layer）に一般的に適用される。

【0026】

一般的に、圧膜導体回路は金属基板の上に既に塗布された誘電体材料の上に塗布される。圧膜技術との組み合わせでガラスの誘電体を用いることが望ましい。何故なら、ガラス系材料は非常に平滑な電気絶縁表層を提供し、ガラス材料は多孔質ではなく、水分を吸収しないからである。ガラス材料のこれらの特徴により、圧膜を容易に適用することが可能になる一方で、トレース幅及び高さが的確な所望のトレースパターンを得ることができる。

【0027】

ＬＥＤ基板の製造に適用される圧膜層により回路設計の自由度が大幅に改善するため、熱分布の均一性が良好になり、表面の熱を基板の底面に正確に導くことができる。また、特定のＬＥＤ設計で必要な様々な平坦な輪郭面に適合するように圧膜回路を形成できる。

【符号の説明】

【0028】

１００ チップオンボードＬＥＤ基板
１０１ 金属板
１０２ アルミニウムの表面
１０３ ガラス系誘電体層
１０４ 金属系導体層
１０５ ＬＥＤダイ
１０６ 熱エポキシ
１０７ ワイヤボンド
１０８ 表面実装デバイスＬＥＤ基板
１０９ 金属板
１１０ アルミニウムの表面
１１１ ガラス系誘電体層
１１２ サーマルビア
１１３ 金属系導体層
１１４ ＬＥＤパッケージ
１１５ はんだ付け

【図1】

【図2】