Led晶片接合體、led封裝體、及led封裝體的製造方法

2023-05-22 15:16:11

專利名稱：Led晶片接合體、led封裝體、及led封裝體的製造方法
技術領域：
本發明涉及LED晶片接合體、LED封裝體及LED封裝體的製造方法。
背景技術：
LED發光元件是半導體的PN結流過順向電流時發光的元件，可使用GaAs、GaN等 III-V族半導體晶體來製造。近年來，由於半導體的外延生長技術和發光元件工藝技術的進步，轉換效率優異的LED發光元件被開發出來，廣泛應用於各種領域。LED晶片由在生長基板上使III-V族半導體晶體外延生長而得到的ρ型層、N型層及被兩者所夾持的光活性層構成。通常來講，在單晶藍寶石等生長基板上使III-V族半導體晶體外延生長後，形成電極等，從而製成LED晶片。由於單晶藍寶石的熱導率為40W/(m*K)左右，所以無法將III_V族半導體元件產生的熱充分地散去。特別是對於流過大電流的高輸出的LED，會導致元件的溫度上升，發光效率的降低，元件壽命的降低。為了解決這個問題，有人提出有以下方案(專利文獻1)即， 了在生長基板上使III-V族半導體晶體外延生長後，隔著金屬層接合封裝體基板(保持基板)，之後，去除生長基板，但該方法也未能完全解決上述問題。即，金屬類封裝體基板(保持基板)具有導電性，所以在安裝時，必須製成非絕緣結構。例如，在電路基板等安裝基板上進行焊接接合時，需要在接合部正下方配置樹脂等熱導率低的絕緣層，但該絕緣層會阻礙充分的散熱。另一方面，為儘可能地減少高輸出LED發光裝置中因LED晶片的發熱所引起的損害，提出有隔著散熱板例如銅(Cu)板來將LED晶片安裝在電路基板等上的方法(專利文獻 2)。然而，Cu的線膨脹係數為17X 10_6/K左右，LED晶片的線膨脹係數為5X 10_6/K左右， 兩者差別很大，所以使用中會在接合部產生裂紋等，導致散熱特性降低。專利文獻1 日本專利特開2006-U8710號公報專利文獻2 日本專利特表2008-544488號刊物

發明內容
鑑於上述內容，本發明的目的在於提供散熱性得到顯著改善的可靠性高的LED封裝體，LED封裝體的製造方法，以及在該LED封裝體中使用的LED晶片接合體。本發明的LED晶片接合體是利用接合材料直接在複合基板上安裝一個或兩個以上的LED晶片而構成的LED晶片接合體，其特徵在於，上述複合基板是使無機成形體浸滲鋁、矽或包含鋁、矽為成分的合金而製成的，板厚為0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)為0. 5 μ m以下、溫度25°C的熱導率為100-600W/(m*K)、溫度25°C _150°C的線膨脹係數為3-12X 10_6/ K、三點彎曲強度為50-500MPa，而且複合基板的LED晶片安裝面的面積是與LED晶片接觸的面積的2-100倍。此外，本發明的LED晶片接合體是利用接合材料直接在複合基板上安裝一個或兩個以上的LED晶片而構成的LED晶片接合體，其特徵在於，上述複合基板是使氣孔率為
410-40體積％的無機成形體浸滲鋁含有率為80-97質量％的鋁-矽合金而製成的，板厚為 0. 1-lmm、表面粗糙度(Ra)為0. 5μπι以下、溫度25°C的熱導率為100-300W/(m · K)、溫度 250C _150°C的線膨脹係數為4-9X 10—7K、三點彎曲強度為50_400MPa，而且複合基板的LED 晶片安裝面的面積是與LED晶片接觸的面積的2-25倍。本發明的LED晶片接合體，優選(a)-(d)中的至少一個實施方式，(a)複合基板的表面具有由選自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及SN中的至少一種金屬形成的厚度0. 5-20 μ m 的金屬層，(b)接合所用的材料是軟釺焊、硬釺焊或高導熱性粘接劑，(c)無機成形體的材質是選自碳化矽、氮化鋁、氮化矽、金剛石及石墨中的至少一種，(d)LED晶片是輸出為0. 5W 以上的非絕緣結構。此外，本發明的LED封裝體的特徵在於，本發明的LED晶片接合體與在金屬基板上隔著絕緣層形成有金屬電路而構成的電路基板接合，另一方面，上述LED晶片接合體的LED 晶片與上述電路基板的金屬電路由電連接構件連接，至少將上述LED晶片接合體和上述電連接構件由含有螢光物質的樹脂密封材料密封。本發明的LED封裝體優選下述(e)和(f)中的任一者或兩者的實施方式(e)螢光物質是選自α型SiAlON、β型SiAlON、CASIN (Ca · Al · Si · N3)、銘 招·石榴石及硫化物中的至少一種，而且樹脂密封材料含有比折射率為2. 2以上、平均粒徑為I-IOOnm的除上述螢光物質以外的填料，(f)絕緣層的熱導率為0. 5-20W/(m· K)、厚度為0.03-0. 2mm，金屬電路的材質是鋁或銅，其厚度為0. 005-0. 4mm。此外，本發明的LED封裝體的製造方法，其特徵在於，包括以下工序，即(i)製造無機成形體的工序，該製造無機成形體的工序是使用選自碳化矽、氮化鋁、氮化矽、金剛石及石墨中的至少一種，來製造由氣孔率為10-50體積％的燒結體或粉末成形體形成的無機成形體；(ii)製造複合體的工序，該製造複合體的工序是利用液態模鍛法使上述無機成形體中浸滲鋁或鋁合金，或者利用熔體浸滲法使上述無機成形體中浸滲矽或矽合金，來製造複合體；(iii)製造預製複合基板的工序，該製造預製複合基板的工序是對上述複合體進行加工，製造板厚為0. l-2mm、表面粗糙度(Ra)為0.5μπι以下且溫度25°C的熱導率為100-600W/(m*K)、溫度25°C _150°C的線膨脹係數為3-12X 10_6/K且三點彎曲強度為 50-400MPa的預製複合基板；(iv)製造LED晶片接合體的工序，該製造LED晶片接合體的工序是在上述預製複合基板上，根據需要形成由選自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中至少一種金屬形成的金屬層，之後，切割成面積為所要安裝的LED晶片的接觸面積的2-100倍，來製造複合基板，之後，利用接合材料安裝一個或兩個以上的LED晶片，來製造LED晶片接合體；(ν)接合工序，該接合工序是將上述LED晶片接合體與電路基板接合的工序，上述電路基板在金屬基板上隔著絕緣層形成有金屬電路；以及(vi)製造LED封裝體的工序，該製造LED封裝體的工序將上述LED晶片接合體的 LED晶片和上述電路基板的金屬電路通過電連接構件連接後，至少將上述LED晶片接合體和上述電連接構件由含有螢光物質的樹脂密封材料密封，來製造LED封裝體。按照本發明，可提供散熱性得到顯著改善的可靠性高的LED封裝體、LED封裝體的製造方法、以及在該LED封裝體中使用的LED晶片接合體。本發明的LED封裝體使用LED 晶片接合體且在該LED晶片接合體中LED晶片被直接安裝在複合基板上，所以能夠降低LED 晶片的點亮溫度，能夠實現LED的更高亮度化。


圖1是表示本發明的LED封裝體的一例的說明圖。圖2是表示本發明的LED封裝體的另一例的說明圖。圖3是表示本發明的LED封裝體的另一例的說明圖。標號說明1 LED 晶片2複合基板3金屬電路4絕緣層5金屬基板6 抗蝕齊[J層(resist layer)7圍堰材料8樹脂密封材料9電連接構件10 LED晶片接合體11電路基板
具體實施例方式(LED晶片接合體)關於本發明的LED晶片接合體的結構，使用接合材料將LED晶片直接安裝在複合基板上，而且複合基板的LED晶片安裝面的面積是與LED晶片接觸的面積的2-100倍，優選為2-25倍。如果該面積比(倍數)小於2倍，則無法將來自LED晶片的熱充分地擴散到複合基板，因而LED晶片的點亮溫度增高。另一方面，如果面積比(倍數)大於100倍，則用於向LED晶片通電的電接合部件(例如，Au引線鍵合)變得極長，可能會導致可靠性降低。在本說明書中，所謂「LED晶片」是指由LED元件和保持基板構成的結構體，該LED 元件由III-V族半導體晶體構成。作為LED元件，可使用發出紫外-藍色的波長範圍的光的 III-V族半導體晶體，具體來講，是hGalAKiaAs、AlfeInP等。所謂保持基板，是指III-V 族半導體晶體外延生長時使用的生長基板，或是指在生長基板上使III-V族半導體晶體外延生長後，隔著金屬層來接合高導熱性基板，之後，去除生長基板後所得到的上述高導熱性基板。可舉出一下例子即，為藍寶石、碳化矽、矽、Cu/W、Cu/M0等。其中，對於要求輸出為 0. 5W以上的LED晶片，從熱導率的角度考慮，可使用上述保持基板中的後者，LED晶片是非絕緣結構。非絕緣結構LED晶片的優點在於能以較小的面積獲得高亮度。對於LED晶片，可使用接合材料將其直接安裝在複合基板上。接合例如是通過軟釺焊(soldering)、硬釺焊(brazing)、高導熱性粘接劑等而進行的，但優選軟釺焊或硬釺焊。軟釺焊可以使用焊膏、共晶焊料、無鉛焊料等。硬釺焊優選為利用了 LED晶片背面的共晶金屬層的硬釺焊法，由此可以將由接合材料構成的層、即接合層的厚度變薄為1_5μπι。所謂「高導熱性粘接劑」是指，熱導率為10W/(m· 以上的粘接劑，例如可以舉出Ag糊料、高導熱有機矽粘接劑、Ag類導電性粘接劑。在本說明書中，所謂「接合」是指將LED晶片與複合基板粘接，與安裝等是等同的概念。接合層的厚度優選0. Imm以下，特別優選0. 05mm以下。接合層的厚度如果大於 0. 1mm，則熱阻增大。對於粘接率，即，接合層的面積相對於LED晶片的底面積的比例越接近 1越好，但只要是0. 5以上，優選為0. 8以上，就能夠將LED晶片產生的熱順利地傳遞到複合基板。如果複合基板的表面粗糙度(Ra)大於0. 5 μ m，則可能會產生粘接率降低等不理想情況。表面粗糙度(Ra)越小越好，但由於加工費增高，所以優選的下限值為0.01 μ m。所謂「複合基板」，是指利用液態模鍛法使無機成形體，優選氣孔率為10-50體積％的無機成形體，特別優選氣孔率為20-35體積％的無機成形體中浸滲鋁、矽或包含鋁、 矽為成分的合金，優選利用日本專利特許第3468358號的方法來浸滲鋁含有率為80-97質量％的鋁-矽合金而製成的基板，或者，利用熔體浸滲法(例如日本專利特開平5-32485 號公報的方法)使上述無機成形體中浸滲矽或矽合金而製成的基板，板厚為0. l-2mm，優選0. 1-lmm，表面粗糙度(Ra)為0. 5 μ m以下，優選0. 05-0. 5 μ m，溫度25°C的熱導率為 100-600W/(m.K)，優選 100-300W/(m · K)，溫度 25°C _150°C 的線膨脹係數為 3-12X10_6/K， 優選4-9Χ 1(Γ6/Κ，三點彎曲強度為50-500MPa、優選50_400MPa。作為無機成形體的材質，優選碳化矽、氮化鋁、氮化矽、金剛石及石墨中的至少一種。無機成形體中空隙的比例(氣孔率)優選10-50體積％，特別優選20-35體積％。如果氣孔率大於50體積％，則複合基板的線性熱膨脹係數會過大，如果低於10體積％，則無法充分地浸滲鋁、矽或包含鋁、矽為成分的合金，熱導率可能會減小。能夠根據碳化矽、氮化鋁、氮化矽、金剛石、石墨等無機成分的粒度調整、成形壓力、燒結條件等來調整氣孔率。對於本發明中使用的複合基板，由於具有作為將LED晶片所產生的熱向面方向擴散的散熱器的功能，所以，可以製造用於高輸出LED的可靠性高的LED封裝體。複合基板在溫度25°C時的熱導率為100-600W/(m ·Κ)。如果熱導率小於IOOW/(m ·Κ)，則無法將LED晶片產生的熱充分地散去，尤其是對於高輸出LED，若元件的溫度上升，則發光效率降低，隨之元件壽命可能會縮短。從特性的角度進行考慮，儘管熱導率的上限沒有限制，但隨著熱導率的上升，複合基板的成本會升高，所以將上限設為600W/(m · K)。能夠改變無機成形體的原料種類、摻入量等來增減熱導率。優選構成LED晶片的III-V族半導體晶體與保持基板之間的熱膨脹係數差較小的情況。另外，對於與LED晶片相接合的複合基板，由於要與電路基板的金屬電路接合，所以， 優選複合基板具有能夠緩解由LED晶片與電路基板的熱膨脹係數之差所產生的應力的功能。基於上述考慮，將複合基板在溫度為25°C -150°C時的線性熱膨脹係數設為3-12 X 10_6/ K。如果是上述範圍以外的熱膨脹係數，則與LED晶片的線性熱膨脹係數之差可能會導致在安裝後產生翹曲，或者導致安裝部分剝離，最差的情況是LED晶片可能會斷裂。對於複合基板的線性熱膨脹係數，能夠通過調整鋁、矽或包含鋁、矽為成分的合金與無機成形體無機成形體的構成比來進行增減。對複合基板所要求的其他特性是(i)其強度能耐受以接合材料安裝LED晶片； ( )在接合面不存在孔隙、異物等的夾雜物，接合面平坦。為了滿足(i)，而將複合基板的三點彎曲強度設為50MPa以上。為了製造大於500MPa的複合基板，就需要將無機成形體製成緻密的燒結體，但會導致難以與鋁、矽或以鋁、矽為成分的合金進行複合化，所以優選上限為500MPa。為了滿足(ii)，則只需將複合基板的表面粗糙度(Ra)設為0.5μπι以下即可。三點彎曲強度能夠通過調整無機成形體的材質、無機成分的粒子尺寸、氣孔率等來進行增減，表面粗糙度(Ra)能夠根據加工時使用的磨石的研磨顆粒的粒度等來進行增減。從改良LED晶片接合體的散熱性、安裝LED晶片時等的處理性的觀點出發，將複合基板的厚度設為0. l-2mm。優選0. 1-lmm。優選複合基板在表面具有由選自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中的至少一種金屬形成的，特別優選由Ni或Au形成的，厚度0. 5-20 μ m的金屬層。特別優選金屬層的厚度為2-10 μ m。由此，上述粘接率上升。如果金屬層的厚度小於0.5 μ m，則粘接率上升的效果減小，如果大於20 μ m，則可能會因金屬層和散熱器之間的熱膨脹差而導致剝離。對於金屬層，能夠在清洗複合基板後，根據上述金屬種類實施非電解鍍敷或電解鍍敷來形成。除了鍍敷法以外，還能夠利用金屬蒸鍍法、金屬覆蓋法來形成。(LED 封裝體)圖1-3是表示LED封裝體的例子的說明圖。本發明的LED封裝體的基本結構為，本發明的LED晶片接合體10安裝在電路基板 11上，通過電連接構件9來連接，用樹脂密封材料8密封(圖1-圖幻。圖1、圖2是使用了一個LED晶片接合體的實施方式的例子，圖3是使用了兩個以上的LED晶片接合體的實施方式的例子。圖1、圖3是使用了圍堰材料7的例子，圖2是未使用圍堰材料7的例子。以下，進一步進行詳細說明。(LED封裝體-電路基板)在本發明的LED封裝體中，本發明的LED晶片接合體10安裝在電路基板11上。電路基板11由層疊體構成，上述層疊體採用以下結構即，絕緣層4存在於金屬電路3和金屬基板5之間。作為金屬電路3及金屬基板5，優選鋁、鐵、銅、或以這些金屬為成分的合金。 對於金屬電路的安裝有LED晶片接合體的面，為了提高接合性和防止表面氧化，另外，對於金屬電路的與絕緣層粘接的面，為了提高與絕緣層之間的粘接性，另外，對於金屬基板的與絕緣層粘接的面，為了改善與絕緣層之間的密合性，分別實施噴砂、蝕刻、各種鍍敷處理、偶聯劑處理等表面處理。優選金屬電路的厚度為0. 005-0. 4mm。如果小於0. 005mm,則不能確保LED封裝體具有足夠的導通電路，如果大於0. 40mm，則在形成電路時的限制增多。優選金屬基板的厚度為0. l_4mm，如果太薄，則處理性降低，如果太厚，則作為照明用LED封裝體就缺乏實用性優
點ο絕緣層4是含有耐熱樹脂、固化劑和無機填料的固化性樹脂組合物的固化物，優選其熱導率為0. 5W/(m*K)以上。如果熱導率小於0. 5W/(m*K)，則不能將LED晶片產生的熱充分地擴散，因此，LED晶片的結溫增高，可能會導致LED晶片亮度降低、壽命縮短。若熱導率的上限為20W/(m· 則就已足夠。作為絕緣層的厚度，優選30-200 μ m。如果小於 30 μ m，則電絕緣性變得不充分，如果大於200 μ m，則散熱性可能會受損。作為耐熱樹脂，能夠使用例如環氧樹脂、有機矽樹脂、酚醛樹脂、醯亞胺樹脂等。作為固化劑，可以使用後述物質。作為無機填料，可以使用例如氧化鋁(Al2O3)、氧化矽、氧化鎂等的氧化物陶瓷、例如氮化鋁、氮化矽、氮化硼等的氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。無機填料優選最大粒徑100 μ m以下、最小粒徑0.05 μ m以上的球狀粉末。其中，更優選含有粒徑 5-50 μ m的粒子50-75質量％、粒徑0. 2-1. 5 μ m的粒子25-50質量％。對於絕緣層中的無機填料的含有比例，優選相對於耐熱樹脂和固化劑的總計量 100質量份為70-95質量份，特別優選80-90質量份。如果相對於耐熱樹脂和固化劑的總計量100質量份，無機填料的比例大於95質量份，則固化性樹脂組合物的粘度上升而作業性降低。另一方面，如果小於70質量份，則絕緣層的導熱性可能會降低。在用於形成絕緣層的固化性樹脂組合物中，可以根據需要使用矽烷類偶聯劑、鈦酸脂類偶聯劑、穩定劑、固化促進劑等。接著，對優選的絕緣層進行說明。在LED晶片接合體與電路基板的熱膨脹係數之差較大的情況下，為了緩解由此產生的接合部分的應力，優選絕緣層的儲能模量在300K時為15000MPa以下。上述絕緣層可以通過配製成在每100質量份環氧樹脂中摻入了 5_50質量份的具有聚醚骨架且在主鏈的末端具有伯氨基的固化劑、70-95質量份的上述無機填料的固化性樹脂組合物來實現。作為環氧樹脂，可以使用雙酚F型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂等通用的環氧樹月旨，如果在環氧樹脂中含有10質量％以上的選自具有二環戊二烯骨架的環氧樹脂、具有萘骨架的環氧樹脂、具有聯苯骨架的環氧樹脂及具有酚醛清漆(Novolac)骨架的環氧樹脂中的一種以上，則應力緩解性和耐溼性的平衡進一步提高。具有酚醛清漆骨架的代表性環氧樹脂中有線型酚醛型環氧樹脂、甲酚線型酚醛型環氧樹脂，但也可以使用一併具有二環戊二烯骨架、萘骨架或聯苯骨架和酚醛清漆骨架的環氧樹脂。作為環氧樹脂，即使單獨使用具有上述骨架的環氧樹脂也沒關係。此外，作為以環氧樹脂為主體的其它樹脂，還可以摻入酚醛樹脂、聚醯亞胺樹脂等熱固性樹脂、苯氧樹脂、丙烯酸橡膠、丙烯腈-丁二烯等高分子量樹脂，如果考慮應力緩解性、電絕緣性、耐熱性、耐溼性的平衡性，則上述高分子量樹脂的摻入量優選相對於環氧樹脂的總計量為30質量％以下。為了減小固化後的樹脂組合物的儲能模量而使用固化劑，該固化劑具有聚醚骨架且主鏈的末端具有伯氨基。也可以與其他的固化劑合用。如果與芳香胺系固化劑合用，則可以進一步使應力緩解性、電絕緣性、耐溼性等的平衡變得更為理想。作為芳香胺系固化劑， 可以使用二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基碸、間苯二胺等。也可以進一步與線型酚醛樹脂等的固化劑合用。為了在金屬基板5上隔著絕緣層4接合金屬電路3而形成電路基板11，例如可通過下述方法來進行。即，將用於形成絕緣層的固化性樹脂組合物漿料在金屬基板5(例如鋁基板)上利用絲網印刷等方法進行圖案印刷，加熱後形成半固化狀態後，粘貼用於形成金屬電路3的金屬箔(例如銅箔)，之後，進行加熱，形成基本上完全固化的狀態的方法；預先將絕緣層加工成半固化狀態的片狀，利用熱壓裝置使其與用於形成金屬電路3的金屬箔 (例如銅箔)一體化的方法等。作為金屬電路的圖案形成方法，例如可使用預先在金屬箔上的規定部位塗布抗蝕劑層使其固化後，利用氯化銅、過氧化氫與硫酸的混合物等的腐蝕劑進行腐蝕的方法。(LED封裝體-電路基板與LED晶片接合體的連接)在本發明的LED封裝體中，LED晶片接合體的LED晶片1與電路基板的金屬電路3通過電連接構件9來連接。作為電連接構件9，可以採用例如使用了 Ag、Au等的引線鍵合、 隆起物、橋接物等。LED晶片接合體10與金屬電路3接合，該接合可以使用上述的軟釺焊、 硬釺焊、高導熱性粘接劑等來進行，優選軟釺焊。(LED封裝體-樹脂密封材料)在本發明的LED封裝體中，至少上述LED晶片接合體10和上述電連接構件9是由含有螢光物質的樹脂密封材料8密封。在進行樹脂密封時，如圖1、圖3所示那樣，為了抑制樹脂密封材料的擴展，能夠以包圍LED晶片接合體的外周的方式來設置圍堰材料7。圍堰材料例如可以使用有機矽類樹脂、環氧類樹脂等，通過絲網印刷、分配器等來形成。作為樹脂密封材料的樹脂，可使用有機矽樹脂、環氧樹脂、具有環氧基的聚二甲基矽氧烷衍生物、氧雜環丁烷樹脂、丙烯酸樹脂、環烯烴樹脂等熱固化樹脂等，從獲得更高的折射率和耐熱性的角度出發，優選有機矽樹脂。樹脂密封材料中含有螢光物質，其含有率優選為1-50質量％。螢光物質只要是接受來自LED晶片的光並發出可見光的物質即可，對其材質沒有特別的限制。例如，可以是 α 型 SiA10N、3 SSiA10N、CASIN(Ca*Al*Si*N3)、@*$*S 榴石、硫化物等，可使用它們中的至少一種。其中，優選α型SiAlON、β型SiAlON。作為α型SiAlON，不需要特殊的物質，使用能普通獲得的物質。優選氧含有率為1.2質量％以下。此外，在利用雷射衍射散射法(例如CILAS社制商品名「CILAS GRANULOMETER MODEL 920」)測得的累積粒度分布中，累積值10體積％的粒徑(DlO)為 2-15 μ m、累積值50體積％的粒徑(D50)為5_20 μ m、累積值90體積％的粒徑(D90)為 6-50 μ m，能夠進一步實現高亮度化，因而是優選的。對於β型SiAlON也不需要特殊的物質，使用能普通獲得的物質。其中，優選含有 Eu，與電子自旋共振譜的25°C下g = 2. 00 士0. 02吸收對應的自旋密度為2. OX IO17個/g以下。此外，更優選D50為6-30 μ m、DlO為4 μ m以上、BET比表面積為0. 5m2/g以下。為了提高來自LED晶片的光的取出效率，優選在樹脂密封材料中含有比折射率 (specific refractive index)為2. 2以上的填料。例如，氧化鈦、氧化鋯、鈦酸鉀等。優選填料的平均粒徑為IOOnm以下。如果大於lOOnm，則光的散射損失量可能會增加。(LED封裝體-抗蝕劑層)通過在本發明的LED封裝體中配置抗蝕劑層6，能夠更高效地將來自LED晶片的光照射到前表面。為了不阻礙LED晶片的發光，優選不在LED晶片的發光部和電連接構件之間配置抗蝕劑層。優選抗蝕劑層的反射率相對于波長400-800nm的光為70%以上，更優選對波長450-470nm、520-570nm及620_660nm範圍的光的反射率的最大值均為80%以上，更優選85%以上。具有上述特性的抗蝕劑層能夠通過使含有紫外線固化樹脂、熱固樹脂中的任一者或兩者的固化性樹脂中含有白色顏料來製造。作為固化性樹脂，適合使用環氧樹脂、丙烯酸樹脂及它們的混合物。作為白色顏料，可使用選自氧化鋅、碳酸鈣、二氧化鈦、氧化鋁、蒙脫石中至少一種。其中，由於金紅石型二氧化鈦的光催化作用較弱，因而優選。對於白色顏料，也可例如利用二氧化矽、氫氧化鋁等進行表面處理，來弱化光催化作用。若白色顏料的含有率過低，則無法獲得充分的反射效果，如果過多，則膜形成時的流動性降低，而無法形成均勻的膜，所以優選白色顏料在抗蝕劑層中的含有率為30-70體積％，更優選30-60體積％。在本發明的LED封裝體中，為了將來自LED晶片的光進一步更高效地照射到前表面，能夠設置反射器(未圖示)。對於反射器，不僅能夠使用單獨的反射器，也能夠例如將 LED晶片接合體正下方的金屬基板形成圓錐狀、圓球頂狀等的凹陷而將絕緣層自身製成反射器。作為單獨的反射器，能夠使用在玻璃、陶瓷、金屬、樹脂等具有傾斜度的筒狀體的內表面形成有例如Ag、Al、Ni、Au、Cu等金屬、Si02/Zr02、SiO2AiO2等的金屬氧化膜的反射層而製成的反射器等。(LED封裝體的製造方法)本發明的LED封裝體的製造方法包括上述的工序(i)-(vi)。以下，對其進行說明並儘量避免與上述說明重複。(LED封裝體的製造方法-工序(i))在該工序中，製造用於浸滲鋁或鋁合金、矽或矽合金的無機成形體。無機成形體 (以下也稱為「預成形體」)有氣孔率為10-50體積％的燒結體(以下，也稱為「無機多孔體」)和氣孔率為10-50體積％的粉末成形體。使預成形體的空隙一部分或全部浸滲鋁或鋁合金、或者是矽或矽合金，製成具有上述特性的複合基板。能夠利用原料粉末的粒度調整、 成形壓力、熱處理條件等來調整預成形體的氣孔率。對於預成形體的粉末成形體，可以單獨用上述原料粉末來成形，或者與例如矽溶膠、鋁溶膠(Aluminasol)等無機粘合劑並用而成形。成形可採用衝壓成形、壓鑄成形等通常的陶瓷粉末成形方法。另一方面，預成形體的無機多孔體例如能夠通過對上述粉末成形體進行燒結處理來製造。預成形體的形狀沒有特殊限制，是平板狀、圓柱狀等。(LED封裝體的製造方法-工序(ii))在該工序中，利用液態模鍛法使預成形體中浸滲鋁或鋁合金，或者利用熔體浸滲法浸滲矽或矽合金來製造複合體。在液態模鍛法中，將鋁或鋁合金加熱到熔點以上，將其加壓浸滲於預成形體。液態模鍛法的具體條件的一例記載於上述專利文獻中，本發明也可以採用上述例子，但更為詳細的敘述如下。利用液態模鍛法，可得到熱導率較大的、散熱性更為優異的複合基板。對於液態模鍛法中使用的鋁或鋁合金的組成，優選含有70質量％以上的鋁。對於鋁含有率小於70質量％的鋁合金，複合基板的熱導率可能降低。作為鋁合金，能夠舉例示出鋁-矽、鋁-矽-鎂等。其中，優選熔點低的、含有矽3-20質量％的鋁合金，以使得在預成形體的空隙內進行充分浸滲。而且，在鎂含有率為3質量％以下的鋁-矽-鎂合金中，由於使得陶瓷與金屬部分的結合更為牢固，因而更為優選。此外，關於鋁合金中的鋁、矽、鎂以外的金屬成分，若是在不會導致特性發生極端變化的範圍內，則沒有特殊限制，例如還可以含有銅等。優選將多個預成形體連結，並在製成層疊體後進行浸滲處理。為了連結多個預成形體，優選夾持塗布了脫模劑的脫模板(例如，不鏽鋼板、陶瓷板等)，為了固定預成形體， 優選使用鐵製、石墨制的螺釘螺母等夾具。作為脫模劑，可使用含有石墨、氮化硼、氧化鋁等脫模劑粉末的噴霧等。優選在溫度600-800 V左右將層疊體加熱後，在容器內配置1個或2個以上，之後， 迅速向其供給已加熱到熔點以上的鋁或鋁合金的熔液，以30MPa以上、特別是50MPa以上的壓力進行加壓。由此，在預成形體的空隙中容易地浸滲鋁或鋁合金。如果層疊體的加熱溫度大於800°C，則在預成形體成形時所使用的原料粉末可能被氧化從而導致熱導率等降低。 之後，可根據需要對浸滲品進行退火處理以去除浸滲時的應力。另一方面，在熔體浸滲法中，將矽或矽合金與預成形體放入例如石墨制、BN制等坩堝中，利用在非氧化性氣氛中或減壓中在矽或矽合金的熔點以上進行熱處理的非加壓浸滲法，使預成形體中浸滲矽或矽合金。在將預成形體與矽或矽合金複合化時也能夠採用粉末冶金法，但從特性的角度進行考慮，優選非加壓浸滲法。熔體浸滲法的具體條件的一例記載於上述專利文獻中，本發明也可以採用上述例子。利用熔體浸滲法，可以容易地浸滲像矽或矽合金這類熔液的粘性較低的金屬。作為浸滲的矽合金，由於熔液的粘性低而易於在預成形體中滲透，因此，優選含有70質量％以上的矽的矽合金。(LED封裝體的製造方法-工序(iii))在該工序中，將複合體加工成板厚為0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)為0. 5 μ m以下的預製複合基板。由此，可製造含有10-50體積％的鋁或鋁合金、或者矽或矽合金、溫度25°C 的熱導率為100-600W/(m ·Κ)、溫度25°C _150°C的線膨脹係數為3-12 X 10_6/K、三點彎曲強度為50-400MPa的預製複合基板。可利用預成形體的氣孔率、浸滲條件來調整鋁或鋁合金、 或者矽或矽合金的含有率，並控制熱導率和線膨脹係數。在本發明中，優選預製複合基板的鋁或鋁合金、或者矽或矽合金的含有率為20-35體積％。優選利用下述方法來進行複合體的加工。在複合體的形狀為圓柱形的情況下，使用圓筒磨床等藉助金剛石磨石將外形加工成規定尺寸，之後，利用例如固定研磨顆粒方式的多線切割機、外圓磨刀、內圓磨刀、金剛石線鋸等或者利用鬆散研磨顆粒方式的多線切割機等切割成厚度為0.1-0. 5mm左右的板厚。多線切割機的量產性優異。之後，用諸如雙面磨床、旋轉磨床、平面磨床、研磨拋光機等的加工機，來加工成板厚0. l_2mm、表面粗糙度 (Ra) 0. 5 μ m 以下。另一方面，在複合體的形狀為板狀的情況下，用雙面磨床、旋轉磨床、平面磨床、研磨拋光機等的加工機，來加工成板厚0. l_2mm、表面粗糙度(Ra) 0. 5 μ m以下。(LED封裝體的製造方法-工序(iv))在該工序中，通過切割上述預製複合基板來製造複合基板2並使該複合基板2的面積為與LED晶片接觸的面積(即，LED晶片的底面積)的2-100倍。之後，利用接合材料安裝一個或兩個以上的LED晶片1，製造LED晶片接合體10。在該工序中，切割成2-100倍的面積、以及根據需要形成由選自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中的至少一種金屬形成的金屬層，詳細內容如上所述。預製複合基板的外周加工能夠通過切割、雷射加工、噴水加工、及放電加工來進行。從加工精度及加工速度的角度進行考慮，切割是最佳的，從加工速度的角度進行考慮， 雷射加工最為優異。關於複合基板上安裝的LED晶片的個數，如果複合基板的面積是在LED晶片的粘接面積的2-100倍的範圍內，且不會給每個LED晶片的安裝、散熱帶來障礙，則並沒有限制。 因此，也能夠製成在一個複合基板上安裝二個以上的LED晶片的LED晶片接合體。安裝多個LED晶片的優點在於能夠減少安裝工序中的工作量。(LED封裝體的製造方法-工序(ν))
在該工序中，LED晶片接合體10與電路基板11接合，其中，電路基板11的結構為在金屬基板5上隔著絕緣層4形成有金屬電路3。該工序的詳細內容如上述。(LED封裝體的製造方法-工序(vi))在該工序中，LED晶片1與金屬電路3由電連接構件9連接，至少該LED晶片接合體與電連接構件是由含有螢光物質的樹脂密封材料8密封，從而製造本發明的LED封裝體。 該工序的詳細內容如上述。實施例下面，通過實施例詳細地說明本發明，但本發明不限於這些實施例。實施例1(使用無機多孔體的預製複合基板A、B)稱取碳化矽粉末A (市售品平均粒徑200 μ m) 1800g、碳化矽粉末B (市售品平均粒徑20ym)900g、碳化矽粉末C(市售品平均粒徑2 μ m) 300g、及成形粘合劑(甲基纖維素、信越化學工業社制商品名「Metolose」)150g，用攪拌混合機混合30分鐘。對其以面壓IOMI^a進行衝壓成形，之後，以壓力lOOMI^a進行CIP成形，從而製造圓柱狀成形體(直徑 55mmX高IlOmm)，之後，在大氣氣氛中、溫度600°C進行2小時的脫脂處理，之後，在氬氣氛下、溫度2100°C燒成2小時。在加工中心用金剛石制的磨石對獲得的燒結體進行加工，加工成外形尺寸為直徑52mmX高100mm，從而製造無機多孔體(氣孔率20% )。對所得到的無機多孔體塗布氮化硼的脫模劑，之後，插入筒狀石墨夾具(外尺寸70mmX70mmX100mm、內尺寸直徑52. 5mmX高100mm)，來製成結構體。以夾持著由塗布了石墨脫模材料的不鏽鋼板構成的脫模板(70mmX 100mm X0. 8mm)的方式來將4個上述結構體組裝在一起 (140. 8mmX140. 8mmX 100mm)，之後，在兩側配置鐵板(厚度12mm)，以8顆螺釘連結，從而製成一個層疊體。將該層疊體在電爐中預加熱到溫度700°C後，收入預先加熱的衝壓模具 (內徑400mmX高300mm)內，注入含有12質量％的矽及1質量％的鎂的鋁合金熔液(溫度800°C )，以IOOMPa的壓力加壓25分鐘，以進行鋁合金浸滲。冷卻至室溫後，用溼式帶鋸沿著脫模板的形狀切割並剝離脫模板，以車床去除石墨夾具部分，來製造4個複合體(直徑 52mmX高100mm)。將其在530°C的溫度進行退火處理3小時，來去除浸滲時的應力。對於獲得的複合體，利用研磨加工切出線膨脹係數測定用試驗體(直徑3mm 長10mm)、熱導率測定用試驗體(25mmX25mmXlmm)，用熱膨脹計(精工電子工業社制； TMA300)來測定溫度25°C_150°C下的線膨脹係數，用雷射脈衝法(ULVAC社制；T C3000)來測定溫度25°C下的熱導率，用彎曲強度試驗機來測定三點彎曲強度。其結果，線膨脹係數為 5. OX 1(Γ6/Κ、熱導率為 250W/(m · K)、強度為 350MPa。接著，對複合體使用圓筒磨床藉助金剛石磨石進行外周加工，加工成直徑 50. SmmX高IOOmm的圓柱形狀，之後，使用多線切割機藉助金剛石磨石，以進給速度0. 2mm/ min切割加工成板厚0. 3mm的圓板狀，之後，使用雙面磨床藉助#600金剛石磨石研磨加工成板厚0. 22mm。之後，使用研磨拋光機藉助金剛石磨石研磨加工成板厚0. 2mm，之後，在純水中、接著在異丙醇中進行超聲波清洗並乾燥，製造預製複合基板A。其表面粗糙度(Ra)為 0. 05 μ m0對預製複合基板A進行無電解鍍Ni-P及電鍍Au，形成了(Ni-P :4ym+Au :1μ m)的
13金屬層(厚度5μπι)。其表面粗糙度(Ra)為0. Ιμπι。接著，在預製複合基板的形成有上述金屬層的單面上，用絲網印刷機塗布市售的紫外線固化型阻焊層(solder resist layer) 後，進行紫外線固化，之後，以4mm間隔形成阻焊層(15μπι)(未圖示)，從而製成預製複合基板B。(使用無機粉末成形體的預製複合基板a、b)稱取352g碳化矽粉末A、176g碳化矽粉末B、59g碳化矽粉末C，用攪拌混合機混合 30分鐘。將其填充到筒狀石墨夾具(外尺寸70mmX 70mmX 110mm、內尺寸直徑55mmX高 110mm)中，以面壓IOMPa進行衝壓成形製造粉末成形體(直徑55mmX高IlOmm的圓柱體、 氣孔率30% )。接著，將此處製成的每個筒狀石墨夾具與4個粉末成形體一起組裝，以取代上述預製複合基板A的製造中組裝4個結構體，除此之外，與上述同樣地製造複合體(溫度 250C -150°C的線膨脹係數6.0Χ10_7Κ、溫度25°C下的熱導率220W/(m · K))，對其進行加工製造預製複合基板a，並且，對預製複合基板a施以金屬層和阻焊層(未圖示)從而製造預製複合基板b。(複合基板 A、B、a、b)之後，利用切割裝置(DISCO社制DAD3350)，使用刃寬0. Imm的樹脂粘合型金剛石刀片(R07-SD400)，以送給速度8mm/s將得到的預製複合基板A、B、a、b切割加工成 3. 9mmX 3. 9mmX0. 2mm的形狀，在純水中進行超音波清洗，進行乾燥製造複合基板A、B、a、b 各120個。得到的複合基板的LED晶片安裝面的面積均為LED晶片底面積的15. 2倍。(LED 封裝體)使用以下的構成材料，製造圖1中示出的LED封裝體。即，在金屬基板5上層疊 80 μ m厚度的絕緣層4，之後，層疊金屬箔，通過化學蝕刻形成金屬電路3，之後，在其表面塗布抗蝕劑層6，來製造電路基板11。另一方面，在複合基板2上粘接LED晶片1。在進行粘接時，複合基板A、a使用Ag糊料類高導熱粘接劑(KYOCERA Chemical Corporation制 CT284R)，對於複合基板B、b，在抗蝕劑層間的金屬層使用焊膏的粘接材料。分別製造了 120 個LED晶片接合體10。接著，通過引線鍵合方式將LED晶片接合體安裝在電路基板11上， 其中，引線鍵合方式是通過焊膏和電連接構件9來實現的。所得到的LED晶片接合體的LED 晶片安裝面的面積均為LED晶片底面積的15. 2倍。之後，設置圍堰材料7並填充樹脂密封材料8，製造本發明的LED封裝體。(構成材料)LED 晶片 1 (Cree 社制EZ1000，形狀ImmX lmmXO. 1mm，功率3W)複合基板2 上述製造的複合基板A、B、a或b金屬電路3 厚度35 μ m的銅絕緣層4 含有雙酚 A 型環氧樹脂(Japan Epoxy Resins Co.，Ltd 制、「EP_擬8，，)、 固化劑的線性酚酸(Dainippon ink and chemicals，incorporated 制、「Τ D-2131」)、以及無機填料(平均粒徑為1.2μπι的破碎二氧化矽粉末(龍森社制、「Α-1」)平均粒徑ΙΟμπι 的破碎二氧化矽粉末(龍森社制、「5Χ」)的質量比為7 3的混合粉末，其含有率在絕緣層中為56體積％ )，熱導率為2ff/ (m. K)金屬基板5 厚度1. 5mm的鋁抗蝕劑層6 (TAIYO INK MFG. CO.，LTD 制、「PSR4000L Effl")
圍堰材料7 有機矽類樹脂(信越化學社制、「KER-2000-DAM」 )樹脂密封材料8 有機矽類樹脂(Dow Corning Toray制、「 JCR6125」) 80質量％和 α 型 SiAlON (D10 為 4. 8 μ m、D50 為 9. 1 μ m、D90 為 18. 9 μ m) 20 質量 ％ 的混合物。電連接構件9 金引線。(LED封裝體的散熱特性的評價)將LED封裝體中央部的樹脂密封材料去除，之後，以夾著市售的有機矽橡膠製的雙面粘接的散熱片(熱導率2W/(m· )的方式粘接在鋁製的散熱風扇(熱電阻5.2°C/ W,50mmX50mmX17mm)上。對LED晶片施加輸出為3W的電壓，利用紅外熱成像法測定LED 晶片的上表面溫度。其結果，用複合基板A、複合基板B、複合基板a、複合基板b製造的LED 封裝體的LED晶片的上表面溫度的5個平均值分別是69°C、60°C、70°C、61°C。比較例1在使用了複合基板B的實施例1的LED封裝體中，未製造LED晶片接合體而直接用焊膏將LED晶片安裝在電路基板上，LED晶片的上表面溫度為105°C。實施例2-4比較例2、3除了以下情況以外，都與實施例1中使用複合基板B時相同地製造LED封裝體， 艮口，改變多線切割機加工時的切割寬度來製造板厚不同的複合基板；將LED晶片的粘接劑由焊膏變為硬釺焊材料(Au/Sn = 80/20)；及將LED晶片的間隔設為表1所示。測定LED晶片的上表面溫度。將結果示於表1。實施例5-7比較例4除了以下情況以外，都與實施例1中使用複合基板B時相同地製造LED封裝體， 艮口，改變研磨拋光機加工時的金剛石研磨顆粒的粒度來製造表面粗糙度不同的複合基板； 將LED晶片的粘接劑由焊膏變更為硬釺焊材料(Au/Sn = 80/20)。測定LED晶片的上表面溫度。將結果示於表1。實施例8-10比較例5除了以下情況以外，都與實施例1中使用複合基板B時相同地製造LED封裝體， 艮口，將LED晶片的粘接劑由焊膏變更為硬釺焊材料(Au/Sn = 80/20)；改變切割裝置的切割加工時的間隔，來製造複合基板面積相對於LED晶片底面積的面積比不同的複合基板。測定LED晶片的上表面溫度。將結果示於表1。表 權利要求
1.一種LED晶片接合體，是利用接合材料(未圖示)直接在複合基板( 上安裝一個或兩個以上的LED晶片 (1)而製成的LED晶片接合體(10)，其特徵在於，所述複合基板是使無機成形體中浸滲鋁、矽或包含鋁、矽為成分的合金而製成的，板厚為0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)為0. 5μπι以下、溫度25°C的熱導率為100_600W/(m · K)、溫度25°C -150°C的線膨脹係數為3-12X 10—7K、且三點彎曲強度為50_500MPa，且複合基板的 LED晶片安裝面的面積是與LED晶片接觸的面積的2-100倍。
2.—種LED晶片接合體，是利用接合材料(未圖示)直接在複合基板( 上安裝一個或兩個以上的LED晶片 (1)而製成的LED晶片接合體(10)，其特徵在於，所述複合基板是使氣孔率為10-40體積％的無機成形體中浸滲鋁含有率為80-97質量％的鋁-矽合金而製成的，板厚為0. 1-lmm、表面粗糙度(Ra)為0. 05-0. 5 μ m、溫度25°C 的熱導率為100-300W/(m · K)、溫度25V _150°C的線膨脹係數為4-9X 10_6/K、且三點彎曲強度為50-400MPa，且複合基板的LED晶片安裝面的面積是與LED晶片接觸的面積的2_25 倍。
3.如權利要求1或2所述的LED晶片接合體，其特徵在於，複合基板在表面具有由選自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中的至少一種金屬形成的厚度為0. 5-20 μ m的金屬層。
4.如權利要求1至3中任一項所述的LED晶片接合體，其特徵在於，利用接合材料的接合是利用軟釺焊、硬釺焊或用高導熱性粘接劑進行粘接而實現的。
5.如權利要求1至4中任一項所述的LED晶片接合體，其特徵在於，無機成形體的材質是選自碳化矽、氮化鋁、氮化矽、金剛石及石墨中的至少一種。
6.如權利要求1至5中任一項所述的LED晶片接合體，其特徵在於，LED晶片是輸出為0. 5W以上的非絕緣結構。
7.—種LED封裝體，其特徵在於，權利要求1至6中任一項所述的LED晶片接合體(10)與電路基板(11)接合，該電路基板(11)在金屬基板( 上隔著絕緣層(4)形成有金屬電路(3)，另一方面，所述LED晶片接合體的LED晶片(1)和所述電路基板的金屬電路(3)通過電連接構件(9)連接，至少所述LED晶片接合體和所述電連接構件是由含有螢光物質的樹脂密封材料( 密封。
8.如權利要求7所述的LED封裝體，其特徵在於，螢光物質是選自α型SiAlON、^型31々1(^丄431則03^16143)、釔*鋁*石榴石及硫化物中的至少一種，而且樹脂密封材料含有比折射率為2. 2以上且平均粒徑為I-IOOnm 的除所述螢光物質以外的填料。
9.如權利要求7或8所述的LED封裝體，其特徵在於，絕緣層的熱導率為0. 5-20W/ (m · K)，厚度為0. 03-0. 2mm,金屬電路(3)的材質為鋁或銅且其厚度為0. 005-0. 4mm。
10.一種LED封裝體的製造方法，是用於權利要求7至9中任一項所述的LED封裝體的製造方法，其特徵在於，包括以下工序(i)製造無機成形體的工序，該製造無機成形體的工序是使用選自碳化矽、氮化鋁、氮化矽、金剛石及石墨中的至少一種，來製造由氣孔率為10-50體積％的燒結體或粉末成形體形成的無機成形體；( )製造複合體的工序，該製造複合體的工序是利用液態模鍛法在壓力30MPa以上使所述無機成形體中浸滲鋁或鋁合金，或者利用熔體浸滲法浸滲矽或矽合金而製造複合體；(iii)製造預製複合基板的工序，該製造預製複合基板的工序是對所述複合體進行加工，製造板厚為0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)為0. 5 μ m以下且溫度25°C的熱導率為 100-600W/ (m · K)、溫度25 V _150°C的線膨脹係數為3-12 X 10_6/K且三點彎曲強度為 50-400MPa的預製複合基板；(iv)製造LED晶片接合體(10)的工序，該製造LED晶片接合體(10)的工序是在所述預製複合基板上，根據需要形成由選自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中至少一種的金屬形成的金屬層，之後，切割成面積為所要安裝的LED晶片的接觸面積的2-100倍，來製造複合基板O)，之後，利用接合材料安裝一個或兩個以上的LED晶片(1)，來製造LED晶片接合體 (10)；(ν)接合工序，該接合工序是將所述LED晶片接合體(10)與電路基板(11)接合，所述電路基板(11)在金屬基板(5)上隔著絕緣層⑷形成有金屬電路(3)；以及(vi)製造LED封裝體的工序，該製造LED封裝體的工序是將所述LED晶片接合體的LED 晶片(1)和所述電路基板的金屬電路(3)通過電連接構件(9)連接後，至少將所述LED晶片接合體和所述電連接構件由含有螢光物質的樹脂密封材料(8)密封，來製造LED封裝體。
全文摘要
本發明提供散熱性得到顯著改善的可靠性高的LED封裝體、LED封裝體的製造方法、以及在該LED封裝體中使用的LED晶片接合體。LED封裝體的特徵在於，LED晶片接合體(10)與電路基板(11)接合，所述電路基板(11)是通過在金屬基板(5)上隔著絕緣層(4)形成金屬電路(3)而製成，上述LED晶片接合體的LED晶片(1)與上述電路基板的金屬電路(3)通過電連接構件(9)連接，至少上述LED晶片接合體和上述電連接構件是由含有螢光物質的樹脂密封材料(8)密封。
文檔編號H01L33/64GK102473829SQ201080033749
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月16日 優先權日2009年7月17日
發明者廣津留秀樹, 成田真也, 日隈智志 申請人:電氣化學工業株式會社