金屬基板和光源裝置的制作方法

專利名稱：金屬基板和光源裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于搭載作為光源的半導體芯片、特別是發光二極管芯片(以下也稱為“LED芯片”)的金屬基板以及使用該金屬基板的光源裝置，更詳細地說，涉及可牢固地固定LED芯片、同時可使LED芯片所產生的熱高效地散熱的金屬基板。
背景技術：
作為二代光源受到關注的發光二極管(以下也稱為“LED”)的用途已經從液晶背光源或汽車用燈確實地發展到照明領域全體。作為使用LED芯片的光源裝置，有在由白色覆銅層合板制作的印刷布線基板上搭載LED芯片、然后用透明的有機硅樹脂或環氧樹脂進行樹脂封裝而制備的芯片型LED。還有通過嵌件成型將引線框埋入白色樹脂反射器中制成復合封裝體、在其用白色樹脂反射器包圍的引線框部上搭載LED芯片、在反射器內部填充封裝樹脂而制備的芯片型LED。這些芯片型LED焊裝在電子儀器的主布線基板上。在常規照明用途的LED光源裝置中，大多是將多個高輸出的LED芯片搭載在一個布線基板上，因此，使LED芯片所產生的熱高效地散熱、抑制表面溫度的升高是很重要的。 這是由于LED芯片的表面溫度升高，則LED芯片的壽命或發光效率降低。對此，作為手段之一，提出了將LED芯片直接固定在主布線基板上的方式。而且，該主布線基板本身的放熱特性也必須良好，因此人們對于絕緣金屬基板的應用進行了廣泛研究。絕緣金屬基板具有以下結構以填充有放熱填料的熱固化性樹脂層作為絕緣層的布線基板層合在金屬板上。但是，LED芯片搭載在絕緣樹脂層上，因此放熱特性不充分。因此，人們要求放熱特性更為優異的LED芯片搭載用基板。與此要求相對應，在專利文獻1和專利文獻2，中提出了在LED芯片的搭載部位(凹腔底面)使金屬板露出的金屬基板。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2006-339224號公報專利文獻2 日本特開2008-235868號公報

發明內容
專利文獻1的LED芯片搭載用基板中，可以將LED芯片直接搭載在金屬板上。但是，在該文獻所公開的LED光源裝置中，LED芯片與金屬板的接合使用導熱性未必能說是良好的銀漿。這是由于LED芯片搭載面是Al (鋁)的表面，因此無法使用導熱性高的焊料作為接合材料。另一方面，專利文獻2中記載了 對Al板的表面進行鍍Au(金)或鍍Ag(銀)的表面處理，在其上直接搭載LED芯片。可以使用焊料將LED芯片牢固地固定在鍍Au層的表面。但是，雖然可以通過蒸鍍法等干式工藝在Al板的表面鍍Au，但是在Al和Au的界面，即
3使在常溫下也發生劇烈的合金化反應，發生著色物質的生成以及物性的降低。著色物質的生成對于光源裝置來講是不優選的。因此，本發明的主要課題是提供一種金屬基板，該金屬基板可使用金屬接合材料將作為光源的半導體芯片牢固接合，并且可以通過金屬板使所搭載的半導體芯片產生的熱高效地散熱。此外，本發明的另一課題是提供一種光源裝置，該光源裝置通過金屬基板將產生的熱高效地散熱，由此來抑制作為光源而搭載的半導體芯片表面溫度的升高。本發明是為解決上述課題而完成的，以以下內容為主旨。根據第一發明，提供一種金屬基板，其具有用于搭載作為光源的半導體芯片的光源搭載面，其特征在于該金屬基板具有由Au以外的金屬形成的放熱金屬板、層合在該放熱金屬板上的一部分上的絕緣樹脂制的白色薄膜、和層合在該放熱金屬板上的其他部分上的光源搭載面形成層，上述光源搭載面形成層是與上述放熱金屬板直接接觸的金屬層，上述光源搭載面是成為上述光源搭載面形成層的最表層的Au層的表面。在第一發明的金屬基板中，優選白色薄膜在波長400nm SOOnm范圍的平均反射率為70%以上。在第一發明的金屬基板中，優選白色薄膜在260°C熱處理5分鐘后、在波長470nm 下的反射率降低率為10%以下。在第一發明的金屬基板中，白色薄膜可以具有MD(薄膜的移動方向)和TD(與移動方向正交的方向)，這種情況下，優選MD的線性膨脹系數和TD的線性膨脹系數的平均值為 35 X ΙΟ—/°C 以下。在第一發明的金屬基板中，優選白色薄膜具有貫通孔，在該貫通孔的位置形成光源搭載面形成層。在第一發明的金屬基板中，優選上述光源搭載面形成層在成為最表層的Au層的正下方含有Ni層。在第一發明的金屬基板中，優選白色薄膜具有多個貫通孔，在該多個貫通孔的各位置上形成光源搭載面形成層。根據第二發明，提供一種光源裝置，其具備作為光源的半導體芯片、具有用于搭載該半導體芯片的光源搭載面的金屬基板，該半導體芯片搭載在該光源搭載面上，其特征在于該金屬基板具有由Au以外的金屬形成的放熱金屬板、層合在該放熱金屬板上的一部分上的絕緣樹脂制的白色薄膜、和層合在該放熱金屬板上的其他部分上的光源搭載面形成層，上述光源搭載面形成層是與上述放熱金屬板直接接觸的金屬層，上述光源搭載面是成為上述光源搭載面形成層的最表層的Au層的上表面。在第二發明的光源裝置中，上述半導體芯片可以是垂直電極型LED芯片或具有導電性基板的水平電極型LED芯片，這種情況下，優選上述半導體芯片固定在基座 (submount)上，該基座固定在上述光源搭載面上。在第二發明的光源裝置中，上述基座優選具備陶瓷板、在該陶瓷板各主面上分別形成的鍍金屬層。第二發明的光源裝置可以具備熒光體，該熒光體吸收上述半導體芯片釋放的一次光、并釋放具有與該一次光的波長不同的波長的二次光。這種情況的優選例子中，熒光體以夾持空隙的方式配置在遠離上述半導體芯片和上述光源搭載面的位置上。第一發明的金屬基板由于光源搭載面是Au層的表面，因此可以使用金屬接合材料(例如AuSn共晶焊料)將作為光源的半導體芯片牢固地接合在該光源搭載面上。這樣搭載的半導體芯片所產生的熱通過放熱金屬基板高效地散熱。因此，該金屬基板可優選用于高輸出的光源裝置。此外，第二發明的光源裝置由于通過金屬基板使產生的熱高效地發散，而可以抑制半導體芯片表面溫度的升高，因此抑制了發光效率的降低或壽命的降低。


圖1是本發明第1實施方式的金屬基板的剖面圖。圖2(a) (d)是用于說明本發明的第1實施方式的金屬基板的制備工序的工序剖面圖。圖3是使用本發明第1實施方式的金屬基板得到的光源裝置的剖面圖。圖4是使用本發明第1實施方式的金屬基板得到的光源裝置的剖面圖。圖5是表示基座的優選結構的剖面圖。圖6是使用本發明第1實施方式的金屬基板得到的光源裝置的剖面圖。圖7是本發明第2實施方式的金屬基板的剖面圖。圖8(a) (d)是用于說明本發明第2實施方式的金屬基板的制備工序的工序剖面圖。圖9是使用本發明第2實施方式的金屬基板得到的光源裝置的剖面圖。圖10是本發明第3實施方式的金屬基板的剖面圖。圖11 (a) (d)是用于說明本發明的第3實施方式的金屬基板的制備工序的工序剖面圖。圖12是使用本發明第3實施方式的金屬基板得到的光源裝置的剖面圖。圖13是本發明的優選實施方式的金屬基板的剖面圖。圖14是本發明的優選實施方式的金屬基板的剖面圖。圖15是本發明的優選實施方式的金屬基板的剖面圖。圖16是本發明的優選實施方式的金屬基板的剖面圖。圖17是使用本發明第1實施方式的金屬基板得到的光源裝置的剖面圖。圖18是使用本發明第1實施方式的金屬基板得到的白色光源裝置的剖面圖。圖19是使用本發明第1實施方式的金屬基板得到的白色光源裝置的剖面圖。圖20是表示實施例2和比較例2的光源裝置(無熒光體圓拱罩)的總輻射通量與輸入功率的相關性的圖表。圖21是表示實施例2和比較例2的光源裝置(無熒光體圓拱罩)的用LED芯片總面積規格化的總輻射通量與輸入功率的相關性的圖表。圖22是表示實施例2和比較例2的光源裝置(無熒光體圓拱罩)的效率(單位輸入功率下的總輻射通量)與輸入功率的相關性的圖表。圖23是表示實施例2和比較例2的光源裝置(無熒光體圓拱罩)的用LED芯片總面積規格化的效率(單位輸入功率下的總輻射通量)與輸入功率的相關性的圖表。
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圖M是表示實施例2和比較例2的光源裝置(無熒光體圓拱罩)的發光峰波長與輸入功率的相關性的圖表。圖25是表示實施例2和比較例2的光源裝置(無熒光體圓拱罩)的輸入功率為 IlW時LED芯片表面溫度的計測結果的圖表。圖沈是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的總光通量與輸入功率的相關性的圖表。圖27是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的用LED 芯片總面積規格化的總光通量與輸入功率的相關性的圖表。圖觀是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的效率(單位輸入功率下的總光通量)與輸入功率的相關性的圖表。圖四是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的用LED 芯片總面積規格化的效率(單位輸入功率下的總光通量)與輸入功率的相關性的圖表。圖30是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的輸入功率為IlW時總光通量與通電時間的相關性的圖表。圖31是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的輸入功率為Iiw時用LED芯片總面積規格化的總光通量與通電時間的相關性的圖表。圖32是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的輸入功率為IlW時熒光圓拱罩的表面溫度與通電時間的相關性的圖表。圖33是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的輸入功率為IlW時基板溫度與通電時間的相關性的圖表。圖34是表示實施例2和比較例2的白色光源裝置(有熒光體圓拱罩)的Ra(平均現色評價數)與輸入功率的相關性的圖表。
具體實施例方式以下，根據具體實施方式
詳細說明本發明，但本發明的范圍并不限于以下說明的實施方式。<第1實施方式>將第1實施方式的金屬基板的剖面圖示于圖1。金屬基板100具有在單側整面層合有Ni層112的Al板111作為放熱金屬板。在Ni層112上的一部分上層合有絕緣樹脂制的白色薄膜120。白色薄膜120上形成有由Cu箔131形成的布線圖案。Cu箔131上依次層合有Ni層132和Au層133。白色薄膜120在其一部分具有貫通孔120a，在該貫通孔位置露出的Ni層112上，介由Ni層113層合有Au層114。Au層114的表面是光源搭載面。使用圖2 (a) (d)對金屬基板100的制備工序進行說明。首先，如圖2(a)所示，在白色薄膜120的單面上層合Cu箔131，形成覆銅層合板。接著，如圖2(b)所示，蝕刻Cu箔131，形成布線圖案，進一步使用尖頭型沖裁模 (· · 型·)等沖裁模，沖裁白色薄膜120的一部分，形成貫通孔120a。接著，如圖2(c)所示，在白色薄膜120的形成了布線圖案(Cu箔131)的面的相反面上，作為放熱金屬板，通過真空加壓，層合預先在單側整面層合了 Ni層112的Al板111。 Al板111的厚度例如可以是0. Imm 5mm。實際上，可考慮要制備的金屬基板100的尺寸，選擇可獲得必要強度的厚度的Al板111。Ni層112通過化學鍍處理來形成。Al板111的化學鍍M中，作為前處理，用堿等蝕刻Al板111表面，進一步用硝酸等進行酸處理，然后用堿性鋅置換液進行鋅置換。Ni層112的厚度可以是0. 1 μ m 10 μ m。另外，Ni層112可通過真空蒸鍍法或濺射法等干式法形成，這種情況下，無需鋅置換處理。但是，濕式鍍敷處理可以一并處理很多張Al板111，因此比干式法更適合大量生產。最后，如圖2(d)所示，使用化學鍍技術，在通過白色薄膜的貫通孔120a露出的Ni 層112的表面依次形成Ni層113和Au層114。此時，同時在構成布線圖案的Cu箔131的表面形成Ni層132和Au層133。該工序中形成的Ni層132的厚度優選2 μ m 8 μ m。Au 層的厚度可以是0. 01 μ m 10 μ m，為了使在Cu箔131上形成的Au層133的引線接合性良好，優選0. 1 μ m以上，更優選0. 3 μ m以上，進一步優選0. 5 μ m以上。不過，即使形成得比這更薄，通過表面等離子體處理也可以改善Au層133的引線接合性。形成厚Au層會導致成本升高，因此該工序中形成的Au層的厚度優選2 μ m以下，更優選1 μ m以下。幾乎全部樹脂均不能牢固地粘合Au，但是在金屬基板100中，不具有白色薄膜120 層合在Au層114上的部分，其下表面整體與Ni層112相接，因此難以發生白色薄膜120的剝離。另外，除了布線圖案上以外，只在搭載LED芯片的區域形成Au層，因此可以將昂貴的 Au的使用量抑制為較少。另外，Au的表面在波長低于550nm下的反射率顯著降低，因此，Au在輸出光中包含短波長可見光成分的光源裝置、例如藍色光源裝置或白色光源裝置中使用時，有時會使發光效率降低。為解決該問題，在金屬基板100中，只將Au的使用限定于光源搭載面，并且用白色薄膜120覆蓋光源搭載面以外的金屬板表面，由此可以提高對可見光的反射率。此外，金屬基板100中，在Au層114形成之前對Al板111進行2次鍍Ni處理，因此在Al板111和Au層114之間用兩個Ni層112、113間隔。因此，可以確實地防止Al和 Au相接時產生的有害的合金化反應。圖3表示使用金屬基板100構成的光源裝置的剖面圖。該光源裝置是使用Au-Sn 焊料等釬料(· · · ·)(·未 圖示)將LED芯片10固定在作為光源搭載面的Au層114 的表面，進一步通過接合線20與布線圖案(Cu箔131)連接而獲得。光源搭載面含有焊料濕潤性良好的Au，因此LED芯片10與光源搭載面的結合很牢固。在金屬基板100上貼裝LED芯片時，如圖4所示，也可以使用基座。基座的使用對于貼裝在半導體或由金屬形成的導電性基板上形成有半導體發光元件結構的垂直電極型 LED芯片特別有效。這種情況下，可優選使用如圖5所示的極簡單結構的基座。圖5所示的基座30是在由AIN、氧化鋁等形成的陶瓷板31的各主面31a、31b上分別具有鍍金屬層32、33而成的。陶瓷板31的厚度優選0. Imm 0. 5mm，鍍金屬層32、33 的厚度優選0. Ιμπι ΙΟμπι。鍍金屬層32、33的最表層均由焊料濕潤性良好的金屬形成。 此外，鍍金屬層32、33中的至少一方優選用焊料濕潤性和引線接合性雙方均優異的金屬例如Au來形成最表層。使最表層為Au層的優選的鍍金屬層例如是自與陶瓷板相接的一側依次具有Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au、Cr/Au、Ti/Au等層合結構的多層膜。為了使引線接合性良好，Au層的厚度優選0. Iym以上，更優選0.3 ym以上，特別優選0.5 ym以上。形成厚Au 層會導致成本提高，因此Au層的膜厚優選2 μ m以下，更優選1 μ m以下。
圖6表示使用上述基座30、將具備導電性基板的垂直電極型LED芯片11搭載在金屬基板100上而成的光源裝置的剖面圖。該光源裝置中，提供光源搭載面的Au層114與基座30 (鍍金屬層3 之間、以及基座30 (鍍金屬層3 與LED芯片11之間分別通過焊料 (未圖示)連接。LED芯片11上表面側的電極通過接合線21與一布線圖案連接。另一方面，LED芯片11的下表面側的電極經由鍍金屬層33和接合線22與另一布線圖案連接。Al 基板111和LED芯片11之間通過基座30所含的陶瓷板31被絕緣。垂直電極型LED芯片11例如是美國專利公開公報2006/0154389號說明書中公開的在芯片中具有金屬基板作為支撐基板的LED芯片、日本特開2006-179511號公報所公開的使用GaN基板制備的LED芯片、Japanese Journal of Applied Physics第49卷022101 頁QOlO年)公開的在芯片中具有半導體基板(Si基板)作為支撐基板的LED芯片等。將使用了導電性基板的水平電極型LED芯片、即從設置有正負電極一側的芯片面獲取光的類型的LED芯片搭載在金屬基板100上時，也可優選使用上述基座30。這樣的LED 芯片例如記載于國際公開第2008/004437號(使用了 GaN基板的LED芯片)。如果使用基座30，則通過陶瓷板31將LED芯片的導電性基板與金屬基板的放熱金屬板絕緣，因此可防止漏電，除此之外在一個金屬基板上搭載多個LED芯片時，芯片之間布線的自由度提高。<第2實施方式>圖7表示第2實施方式的金屬基板的剖面圖。金屬基板200具有在單側整面層合有Ni層212的Al板211作為放熱金屬板。Ni層212上的一部分上層合有絕緣樹脂制的第一白色薄膜221。第一白色薄膜221上形成有由Cu箔231形成的布線圖案，同時以使該布線圖案的一部分露出的方式層合有絕緣樹脂制的第二白色薄膜222。在Cu箔231的一部分露出的表面上依次層合有Ni層232和Au層233。第一白色薄膜221和第二白色薄膜222 在其一部分上分別具有貫通孔221a、222a，在這些貫通孔的位置所露出的Ni層212上介由 Ni層213層合有Au層214。Au層214的表面是光源搭載面。使用圖8(a) (d)說明金屬基板200的制備工序。首先，如圖8(a)所示，在第一白色薄膜221的單面層合Cu箔231，形成覆銅層合板。接著，如圖8(b)所示，蝕刻Cu箔231，形成布線圖案，進一步使用尖頭型沖裁模沖裁第一白色薄膜221的一部分，形成第一貫通孔221a。此外，在另外的工序中，準備由與第一白色薄膜221相同的絕緣樹脂材料形成的第二白色薄膜222。在該第二白色薄膜222上通過使用尖頭型沖載模的沖載加工預先形成第二貫通孔22加。第二白色薄膜222成為用于保護在第一白色薄膜221上形成的布線圖案(Cu箔231)的保護層。如圖所示，第二白色薄膜222的貫通孔22加(50)設定成如下的形狀和尺寸，即，使第一白色薄膜221的貫通孔221a收納在其內側，并且使由Cu箔231形成的布線圖案的一部分(形成引線接合端子的部分)露出。接著，如圖8(c)所示，通過真空加壓，在第一白色薄膜221的形成了布線圖案(Cu 箔231)的面的相反面上層合預先在單側整面層合了 Ni層212的Al板211。該真空加壓工序中，也可同時在第一白色薄膜221上層合第二白色薄膜222。最后，如圖8(d)所示，使用化學鍍技術，在通過第一白色薄膜221的貫通孔221a 和通過第二白色薄膜222的貫通孔22 而露出的Ni層212的表面上依次形成Ni層213和Au層214。此時，同時在布線圖案(Cu箔231)的一部分露出的表面上形成Ni層232和 Au 層 233。金屬基板200中的Al板、Ni層和Au層的優選厚度請參照第1實施方式的金屬基板100中對應結構的優選厚度。圖9表示使用金屬基板200構成的光源裝置的剖面圖。該光源裝置是使用Au-Sn 焊料等釬料(未圖示)將LED芯片10固定在作為光源搭載面的Au層214的表面，并且通過接合線20與布線圖案連接而獲得。光源搭載面含有焊料濕潤性良好的Au，因此LED芯片與光源搭載面的結合很牢固。LED芯片包含導電性基板，在使該導電性基板朝向光源搭載面側地固定該LED芯片時，可優選使用上述基座30。<第3實施方式>圖10表示第3實施方式的金屬基板的剖面圖。金屬基板300具有Cu板311作為放熱金屬板。在Cu板311上的一部分上層合有絕緣樹脂制的第一白色薄膜321。在第一白色薄膜321上形成有由Cu箔331形成的布線圖案，同時以使該布線圖案(Cu箔331)的一部分露出的方式層合有絕緣樹脂制的第二白色薄膜322。在布線圖案(Cu箔331)的一部分露出的表面上依次層合有Ni層332和Au層333。第一白色薄膜321和第二白色薄膜322 在其一部分上分別具有貫通孔321a、322a，在這些貫通孔的位置所露出的Cu板311的表面上介由Ni層313層合有Au層314。Au層314的表面是光源搭載面。使用圖11 (a) (d)說明金屬基板300的制備工序。首先，如圖11(a)所示，在第一白色薄膜321的單面層合Cu箔331，形成覆銅層合板。接著，如圖11 (b)所示，蝕刻Cu箔331，形成布線圖案，進一步使用尖頭型沖裁模沖裁第一白色薄膜的一部分，形成貫通孔321a。此外，在另外的工序中，準備由與第一白色薄膜321相同的絕緣樹脂材料形成的第二白色薄膜322。在該第二白色薄膜322上通過使用尖頭型沖載模的沖載加工形成第二貫通孔32加。第二白色薄膜322成為用于保護在第一白色薄膜321上形成的布線圖案(Cu 箔331)的保護層。如圖所示，第二白色薄膜322的貫通孔32 設定成如下的形狀和尺寸， 艮口，使第一白色薄膜321的貫通孔321a收納在其內側，并且使布線圖案(Cu箔331)的一部分(形成引線接合端子的部分)露出。接著，如圖11 (c)所示，通過真空加壓，在第一白色薄膜321的形成了布線圖案(Cu 箔331)的面的相反面上層合Cu板311。該真空加壓工序中，也可同時在第一白色薄膜321 上層合第二白色薄膜322。最后，如圖11(d)所示，使用化學鍍技術，在通過第一白色薄膜的貫通孔321a和通過第二白色薄膜的貫通孔32 而露出的Cu板311的表面上依次形成Ni層313和Au層 314。此時，同時在布線圖案(Cu箔331)的一部分露出的表面上形成Ni層332和Au層333。金屬基板300中，Ni層313作為防止Cu從Cu板311向Au層314擴散的阻擋層發揮作用。Cu的擴散會使Au層表面的焊料濕潤性降低。金屬基板300中的Cu板、Ni層和Au層的優選厚度請參照第1實施方式的金屬基板100中對應結構的優選厚度。金屬基板300中，也不具有第一白色薄膜321層合在Au層314上的部分，其下表
9面整體與Cu板311相接，因此，難以發生第一白色薄膜321的剝離。在變形例中，除了在Cu 板311的形成有光源搭載面一側的整個面上層合Ni層，還可以將第一白色薄膜321層合在該Ni層上。圖12表示使用第3實施方式的金屬基板300構成的光源裝置的剖面圖。該光源裝置是使用Au-Sn焊料等釬料(未圖示)將LED芯片10固定在作為光源搭載面的Au層 314的表面，并且通過接合線20與布線圖案連接而獲得。光源搭載面含有焊料濕潤性良好的Au，因此LED芯片與光源搭載面的結合很牢固。LED芯片包含導電性基板，以使該導電性基板朝向光源搭載面側地固定該LED芯片時，可優選使用上述基座30。上述各實施方式中，含有白色薄膜和形成圖案的Cu箔的布線基板可以根據需要制成多層構成(多層布線基板)。另外，在白色薄膜上形成貫通孔的方法并不限于上述使用尖頭型沖裁模的方法，例如，可以是采用激光加工或鉆孔加工的方法。上述各實施方式的金屬基板的制造工序說明中使用的附圖(圖2、8和11)中只描述了 1個金屬基板，但這只是為了方便說明。為了進行大量生產，可采用如下方法，即，使用大面積的放熱金屬板同時形成很多金屬基板、然后切分的方法。可在上述各實施方式的金屬基板上搭載的LED芯片沒有限定，可以搭載使用了 AlGaAs系半導體的紅色LED芯片、使用了 AWaInP系半導體的黃色LED芯片、使用了 GaP系半導體的綠色LED芯片、使用了系半導體的綠-藍色LED芯片、使用了 MGaInN系半導體的綠色 紫外LED芯片、使用了 ZnO系半導體的藍色 紫外LED芯片等各種LED芯片。 此外，光源搭載面的尺寸可根據要搭載的LED芯片的尺寸和數量適當設定。使用上述各實施方式的金屬基板制備光源裝置時，光源搭載面與LED芯片的接合所使用的優選的接合材料是焊料(釬料)。LED芯片的表面也可根據需要進行鍍金屬，以使利用焊料的接合牢固地進行。上述各實施方式中，固定在光源搭載面上的LED芯片可以用透明的樹脂或玻璃來封裝。對于優選的封裝材料，參考公知技術即可，最優選的封裝材料之一是有機硅樹脂。其理由是可見波長區域的透明性和耐光性優異。封裝材料的成型方法沒有限定，可以任意采用灌封成型、模具成型等本領域通常采用的方法。〈變形實施方式〉上述各實施方式的金屬基板均在光源搭載面側具有凹腔。即，是以在白色薄膜上設置的貫通孔的表面作為側壁、以光源搭載面作為底面的凹腔。該凹腔的深度可通過改變白色薄膜的膜厚來調節。如圖13示出的金屬基板400所示，可以使凹腔的側壁傾斜，以使得從固定在光源搭載面上的LED芯片向側面射出的光被凹腔的側壁反射，而被導到凹腔的開口方向。為了獲得所述構成，在白色薄膜420上設置貫通孔420a時，可以使其截面積沿薄膜的膜厚方向變化。這里所說的截面積，是用與白色薄膜的的厚度方向正交的平面切斷貫通孔而形成的截面的面積。本發明的金屬基板中，作為基材的放熱金屬板與樹脂板相比，剛性、熱穩定性等優異，此外，與陶瓷板不同，具有不易破碎的性質，因此，例如可形成為超過IOcm見方的大面積。增大面積時，如圖14示出的金屬基板500所示，優選設置多個上述凹腔。本發明的金屬基板的特征、即白色薄膜難以從放熱金屬板上剝離，對于制備大面積產品也發揮有利作用。
本發明的金屬基板可以具備通過加工放熱金屬板而形成的凹腔。圖15是表示這樣的金屬基板的一個例子的剖面圖。金屬基板600具備在單側整面層合有M層612的Al 板611作為放熱金屬板。該放熱金屬板通過壓制加工，形成向Ni層612側突出的凸部。該凸部的平面形狀為環狀。在白色薄膜620上形成的貫通孔成型為具有比該環狀凸部外徑大的直徑的圓形。因此，在層合白色薄膜620和放熱金屬板后，通過化學鍍法形成的Ni層613 和Au層614也覆蓋該環狀凸部的表面。該例子中，向光源搭載面(Au層614的表面)內突出的環狀凸部的內側是凹腔。圖16是表示具備通過加工放熱金屬板而形成的凹腔的金屬基板的另一例子的剖面圖。金屬基板700具備在單側整面層合有Ni層712的Al板711作為放熱金屬板。該放熱金屬板上通過壓制加工，形成向Ni層712側突出的凸部。該凸部的平面形狀為環狀。在白色薄膜720上形成其尺寸可收納在該環狀凸部內側的貫通孔。在層合白色薄膜720和放熱金屬板后，通過化學鍍處理形成Ni層713和Au層714，由此在環狀凸部的內側(凹腔內) 形成光源搭載面(Au層714的表面)。環狀凸部的表面被白色薄膜720覆蓋，因此具有高的光反射性。<白色光源裝置的構成例子>以下對于使用上述第1實施方式的金屬基板100得到的白色光源裝置的構成例子進行說明。需要說明的是，對于本發明的縮寫，例如12Si05:Ce，Tb”是指包含‘％Si05:Ce”、 "Y2SiO5:Tb"和 12Si05:Ce，Tb” 的總稱，此外，“ (La, Y)202S:Eu"是指包含"La2O2S:Eu”、 "LaxY2_x02S:Eu(0 < χ < 2)，，和"Y2O2SiEu"的總稱。圖17中給出了剖面圖的光源裝置是在金屬基板100上貼裝藍色LED芯片10，并通過樹脂模塑件M封裝而成的。對于與第1實施方式同樣的部件，標以相同編號，并省略其說明。該光源裝置可以通過使YAG:Ce等黃色熒光體分散于樹脂模塑件M中來制成白色光源裝置。此外，除黃色熒光體之外還使用(Mg，Ca，Sr，Ba) AlSiN3:Eu等紅色熒光體，則可得到色溫更低的白色光源裝置。為了獲得現色性更高的白色光源裝置，可以將黃色熒光體的一部分或全部置換為(Ba，Ca，Sr，Mg)2Si04:Eu、Eu 激活 β -SiAlON, (Ba, Sr, Ca) 3Si6012N2:Eu 等綠色熒光體。熒光體也可以以有機硅樹脂作為粘合劑而涂布在藍色LED芯片10的表面， 以此來替代分散于樹脂模塑件M中。在圖17所示的光源裝置中，使用近紫外LED芯片或紫色LED芯片代替藍色LED芯片時，如果在封裝材料中添加(Ba, Sr，Ca)MgAlltlO17:Eu、(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3C1 :Eu等藍色熒光體和YAG:Ce等黃色熒光體，則可獲得白色光源裝置。這種情況下，除了黃色熒光體之外還添加紅色熒光體，則可獲得色溫更低的白色光源裝置，另外，通過將黃色熒光體的一部分或全部置換為綠色熒光體，可以改善現色性。紅色熒光體和綠色熒光體可以使用上述所例舉的物質。圖18中給出了剖面圖的光源裝置是在金屬基板100上貼裝藍色LED芯片10，然后使熒光體圓拱罩覆蓋藍色LED芯片而成的白色光源裝置。對于與第1實施方式同樣的部件，標以相同編號，并省略其說明。熒光體圓拱罩Rd是將使熒光體分散在透明樹脂中而成的透光性組合物成型成圓拱罩狀而得到的。添加到熒光體圓拱罩中的熒光體與上述例子中分散于樹脂模塑件中的熒光體相同。
圖19中給出了剖面圖的光源裝置是在金屬基板100上貼裝藍色LED芯片10，然后支撐體使用框體F，并在藍色LED芯片上配置熒光體片&而成的白色光源裝置。對于與第 1實施方式同樣的部件，標以相同編號，并省略其說明。熒光體片&是將使熒光體分散在透明樹脂中而成的透光性組合物成型成片狀而得到的。添加到熒光體片民中的熒光體與上述例子中分散于樹脂模塑件中的熒光體相同。圖18和圖19所示的光源裝置中，將熒光體圓拱罩或熒光體片配置在離藍色LED 芯片有空間距離的位置。即，以夾持空隙的方式配置在與金屬基板的光源搭載面和LED芯片有空間距離的位置上，因此，由于空隙產生的隔熱效果，可以抑制LED芯片發熱所導致的溫度升高。其結果，由于熱導致的熒光體效率的降低和劣化得到抑制。并且，在熒光體含有層形成為圓拱罩狀的圖18的例子中，與熒光體含有層形成為平面片狀的圖19的例子相比， 熒光體所受到的激發光的能量密度低，因此熒光體因波長轉換損耗所帶來的發熱小。因此， 可以說這是對LED芯片輸入數W以上的大功率時特別優選的方案。以下給出可優選用于上述例舉的白色光源裝置中的熒光體的具體例子。作為藍色熒光體，可舉出BaMgAlltlO17:Eu、(Sr，Ba, Ca)5(PO4)3C1 :Eu 等。作為綠色熒光體，可舉出(Ba，Sr,Ca，Mg)2Si04:Eu、Eu 激活 β-SiAlON、(Ba，Sr, Ca) 3Si6012N2 :Eu、Ca3 (ScMg) 5012: Ce、CaSc2O4: Ce、BaMgAl10O17:Eu, Mn 等。作為黃色熒光體，可舉出YAG:Ce、TAG:Ce, La3Si6N11ICe等用Ce激活的熒光體，除此之外，也可以使用用Eu激活的SiAlON型的氮氧化物熒光體Ciix(Si，A1)12(0, N)15:Eu等。作為紅色熒光體，可舉出(Mg，Ca，Sr,Ba)AlSiN3:Eu、(Mg，Ca，Sr, Ba)2(Si， AD5Na:Eu, (Mg, Ca, Sr, Ba)AlSi (N, 0)3:Eu、Eu 激活 α-SiAlON、SrAlSi4N7:Eu, (Sr, Ba, Ca) 3Si05: Eu、K2SiF6:Mn、K2TiF6:Mn 等。〈白色薄膜〉以下，對于上述各實施方式的金屬基板中所使用的白色薄膜，詳細說明其優選的實施方式。上述各實施方式的金屬基板中所使用的、絕緣樹脂制的白色薄膜由以熱塑性樹脂或熱固化性樹脂作為基礎樹脂、混合白色顏料而成的樹脂組合物構成。白色薄膜上形成布線圖案時(以白色薄膜作為布線基板的絕緣板時)，特別是在該布線圖案上形成引線接合用端子時，白色薄膜必須硬到可引線接合的程度。這種情況下的白色薄膜的優選基礎樹脂， 作為熱固化性樹脂，可例舉酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂。此外，作為熱塑性樹脂，可例舉后述的高耐熱性的熱塑性樹脂。將以熱固化性樹脂為基礎的白色薄膜層合在放熱金屬板上時，優選使用粘合劑。不將白色薄膜作為布線基板的絕緣板使用、而只作為反射材料來使用時，可以使用有機硅樹脂作為其基礎樹脂。這種情況下，以熱固化性樹脂為基礎的白色薄膜可通過在放熱金屬板的表面涂布未固化的白色樹脂組合物、并使該涂布膜加熱固化的方法來形成， 以此代替將預先成型為薄膜的材料層合在放熱金屬板上。也作為布線基板的絕緣板發揮作用的白色薄膜所適合的熱塑性樹脂材料，例如有聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚苯醚(PPE)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚苯砜(PPSU)、液晶聚合物(LCP)。其中，由于耐熱性的原因，特別優選使用選自晶體熔解峰溫度為260°C以上的結晶性熱塑性樹脂、玻璃化轉變溫度為260°C以上的非晶性熱塑性樹脂、以及液晶轉變溫度為260°C以上的液晶聚合物中的任意一種以上。更進一步優選使用選自晶體熔解峰溫度(Tm)為^KTC以上的結晶性熱塑性樹脂、以及玻璃化轉變溫度(Tg)為^KTC以上的非晶性熱塑性樹脂中的任意一種以上。通過基礎樹脂使用晶體熔解峰溫度、玻璃化轉變溫度或液晶轉變溫度滿足上述條件的熱塑性樹脂，可得到在無1 焊料的回流焊工序中也幾乎沒有變色的、耐熱性優異的白色薄膜。特別是考慮了使用AuSn漿的LED芯片貼裝工序時，回流焊溫度為300°C以上，因此進一步優選使用選自晶體熔解峰溫度為300°C以上的結晶性熱塑性樹脂、玻璃化轉變溫度為300°C以上的非晶性熱塑性樹脂、以及液晶轉變溫度為300°C以上的液晶聚合物中的任意一種以上。 作為晶體熔解峰溫度為260°C以上的結晶性熱塑性樹脂，可優選使用聚醚醚酮(PEEK =Tg = 145°C,Tm = 335°C )、聚醚酮(PEK =Tg = 165°C,Tm = 355°C )等的聚芳酮(PAr)、聚苯硫醚 (PPS =Tg = 100Tm = 280°C )等。作為玻璃化轉變溫度為260°C以上的非晶性熱塑性樹月旨，可優選使用聚酰胺酰亞胺(PAI =Tg = 280°C )或具有260°C以上的具有高Tg的聚醚酰亞胺(PEI)等。上述例舉的結晶性熱塑性樹脂可以單獨使用一種，或者作為將多種混合而得到的混合樹脂組合物的形式使用。該結晶性熱塑性樹脂可以作為將聚醚酰亞胺(PEI)等非晶性熱塑性樹脂混合而成的混合樹脂組合物的形式使用。其中，關于基礎樹脂使用含有80 20%質量的晶體熔解峰溫度為260°C以上的結晶性聚芳酮樹脂(A)、和20 80%質量的非晶性聚醚酰亞胺樹脂(B)的樹脂組合物而得到的白色薄膜，其與金屬板和金屬箔的密合性、以及制備帶布線圖案保護層的基板或多層布線基板時所必需的薄膜之間的粘合性優異，同時具有在無1 焊料的回流焊工序中幾乎不變色的優異的耐熱性。從提高耐熱性的角度考慮，上述含有結晶性聚芳酮樹脂(A)和非晶性聚醚酰亞胺樹脂(B)的樹脂組合物優選聚芳酮樹脂(A)的含有率為20%質量以上，更優選30%質量以上，進一步優選40%質量以上。另一方面，若聚芳酮樹脂(A)的含有率過高，則組合物的結晶性提高，與金屬板和金屬箔的密合性、以及使用由該組合物制成的白色薄膜制備帶布線圖案保護層的布線基板或多層布線基板時所必需的薄膜之間的密合性有降低傾向。因此， 該樹脂組合物中聚芳酮樹脂(A)的含有率優選80%質量以下，更優選75%質量以下，進一步優選70%質量以下。上述結晶性聚芳酮系樹脂(A)是在其結構單元中含有芳環鍵、醚鍵和酮鍵的熱塑性樹脂。其具體例子可例舉聚醚酮(玻璃化轉變溫度[以下稱為“Tg”] :157°C，晶體熔解峰溫度[以下稱為“Tm”] 3730C )、聚醚醚酮(Tg = 143Tm = 334°C )、聚醚醚酮酮(Tg =153°C,Tm = 370°C)等。其中，從耐熱性的角度考慮，優選的是Tm為^(TC以上、特別是 300 380°C的材料。只要不妨礙本發明的效果，結晶性聚芳酮系樹脂(A)可以含有聯苯結構、磺酰基等或其它的重復單元。上述結晶性聚芳酮系樹脂(A)中，特別優選的是以具有下述結構式(1)所示重復單元的聚醚醚酮為主成分的聚芳酮系樹脂。這里，主成分是指其含量超過50%重量。市售的聚醚醚酮有VICTREX公司制備的商品名“PEEK151G”(Tg = 143°C, Tm = 334°C )> “PEEK381G” (Tg = 143°C，Tm = 334°C )、PEEK450G” (Tg = 143°C，Tm = 334°C )等。另外，
也可以將符合聚芳酮系樹脂(A)的2種以上的聚芳酮系樹脂組合使用。
1權利要求
1.一種金屬基板，其具有用于搭載作為光源的半導體芯片的光源搭載面，其特征在于該金屬基板具有由Au以外的金屬形成的放熱金屬板、層合在該放熱金屬板上的一部分上的絕緣樹脂制的白色薄膜、和層合在該放熱金屬板上的其他部分上的光源搭載面形成層，上述光源搭載面形成層是與上述放熱金屬板直接接觸的金屬層，上述光源搭載面是成為上述光源搭載面形成層的最表層的Au層的表面。
2.權利要求2所述的金屬基板，其中，所述白色薄膜在波長400nm SOOnm范圍內的平均反射率為70%以上。
3.權利要求1或2所述的金屬基板，其中，所述白色薄膜在260°C熱處理5分鐘后、在波長470nm下的反射率降低率為10%以下。
4.權利要求1 3中任一項所述的金屬基板，其中，所述白色薄膜具有薄膜的移動方向MD和與移動方向正交的方向TD，MD的線性膨脹系數和TD的線性膨脹系數的平均值為 ;35X1(T6/°C 以下。
5.權利要求1 4中任一項所述的金屬基板，其中，所述白色薄膜具有貫通孔，在該貫通孔的位置形成所述光源搭載面形成層。
6.一種金屬基板，其中，所述白色薄膜具有多個貫通孔，在該多個貫通孔的各位置形成所述光源搭載面形成層。
7.權利要求1 6中任一項所述的金屬基板，其特征在于所述光源搭載面形成層在所述成為最表層的Au層的正下方含有M層。
8.一種光源裝置，其具備作為光源的半導體芯片、具有用于搭載該半導體芯片的光源搭載面的金屬基板，該半導體芯片搭載在該光源搭載面上，其特征在于該金屬基板具有由Au以外的金屬形成的放熱金屬板、層合在該放熱金屬板上的一部分上的絕緣樹脂制的白色薄膜、和層合在該放熱金屬板上的其他部分上的光源搭載面形成層，所述光源搭載面形成層是與所述放熱金屬板直接接觸的金屬層，所述光源搭載面是成為所述光源搭載面形成層的最表層的Au層的表面。
9.權利要求8所述的光源裝置，其中，所述半導體芯片是垂直電極型LED芯片或具有導電性基板的水平電極型LED芯片，該LED芯片固定在固定于所述光源搭載面上的基座上。
10.權利要求9所述的光源裝置，其中，所述基座具備陶瓷板、和在該陶瓷板各主面上分別形成的鍍金屬層。
11.權利要求8 10中任一項所述的光源裝置，其特征在于，該光源裝置具備熒光體， 該熒光體吸收所述半導體芯片釋放的一次光，并釋放具有與該一次光的波長不同的波長的二次光，該熒光體以夾持空隙的方式配置在遠離所述半導體芯片和所述光源搭載面的位置上。
全文摘要
本發明提供可使用金屬接合材料將作為光源的半導體芯片牢固地接合、且可通過金屬板使所搭載的半導體芯片產生的熱高效地散熱的金屬基板和光源裝置。所述金屬基板是具有用于搭載作為光源的半導體芯片的光源搭載面的金屬基板(100)，其特征在于該金屬基板具有由Au以外的金屬形成的放熱金屬板(111)、層合在該放熱金屬板(11)上的一部分上的絕緣樹脂制的白色薄膜(120)、和層合在該放熱金屬板(111)上的其他部分上的光源搭載面形成層(114)，上述光源搭載面形成層(114)是與上述放熱金屬板直接接觸的金屬層，上述光源搭載面是成為上述光源搭載面形成層的最表層的Au層的表面。
文檔編號H01L23/12GK102460750SQ20108002398
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月2日 優先權日2009年6月2日
發明者佐藤義人, 山田紳月, 新居信廣, 松井純, 鈴木秀次 申請人:三菱化學株式會社