Led芯片接合体、led封装体、及led封装体的制造方法

专利名称：Led芯片接合体、led封装体、及led封装体的制造方法
技术领域：
本发明涉及LED芯片接合体、LED封装体及LED封装体的制造方法。
背景技术：
LED发光元件是半导体的PN结流过顺向电流时发光的元件，可使用GaAs、GaN等 III-V族半导体晶体来制造。近年来，由于半导体的外延生长技术和发光元件工艺技术的进步，转换效率优异的LED发光元件被开发出来，广泛应用于各种领域。LED芯片由在生长基板上使III-V族半导体晶体外延生长而得到的ρ型层、N型层及被两者所夹持的光活性层构成。通常来讲，在单晶蓝宝石等生长基板上使III-V族半导体晶体外延生长后，形成电极等，从而制成LED芯片。由于单晶蓝宝石的热导率为40W/(m*K)左右，所以无法将III_V族半导体元件产生的热充分地散去。特别是对于流过大电流的高输出的LED，会导致元件的温度上升，发光效率的降低，元件寿命的降低。为了解决这个问题，有人提出有以下方案(专利文献1)即， 了在生长基板上使III-V族半导体晶体外延生长后，隔着金属层接合封装体基板(保持基板)，之后，去除生长基板，但该方法也未能完全解决上述问题。即，金属类封装体基板(保持基板)具有导电性，所以在安装时，必须制成非绝缘结构。例如，在电路基板等安装基板上进行焊接接合时，需要在接合部正下方配置树脂等热导率低的绝缘层，但该绝缘层会阻碍充分的散热。另一方面，为尽可能地减少高输出LED发光装置中因LED芯片的发热所引起的损害，提出有隔着散热板例如铜(Cu)板来将LED芯片安装在电路基板等上的方法(专利文献 2)。然而，Cu的线膨胀系数为17X 10_6/K左右，LED芯片的线膨胀系数为5X 10_6/K左右， 两者差别很大，所以使用中会在接合部产生裂纹等，导致散热特性降低。专利文献1 日本专利特开2006-U8710号公报专利文献2 日本专利特表2008-544488号刊物

发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的在于提供散热性得到显著改善的可靠性高的LED封装体，LED封装体的制造方法，以及在该LED封装体中使用的LED芯片接合体。本发明的LED芯片接合体是利用接合材料直接在复合基板上安装一个或两个以上的LED芯片而构成的LED芯片接合体，其特征在于，上述复合基板是使无机成形体浸渗铝、硅或包含铝、硅为成分的合金而制成的，板厚为0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)为0. 5 μ m以下、温度25°C的热导率为100-600W/(m*K)、温度25°C _150°C的线膨胀系数为3-12X 10_6/ K、三点弯曲强度为50-500MPa，而且复合基板的LED芯片安装面的面积是与LED芯片接触的面积的2-100倍。此外，本发明的LED芯片接合体是利用接合材料直接在复合基板上安装一个或两个以上的LED芯片而构成的LED芯片接合体，其特征在于，上述复合基板是使气孔率为
410-40体积％的无机成形体浸渗铝含有率为80-97质量％的铝-硅合金而制成的，板厚为 0. 1-lmm、表面粗糙度(Ra)为0. 5μπι以下、温度25°C的热导率为100-300W/(m · K)、温度 250C _150°C的线膨胀系数为4-9X 10—7K、三点弯曲强度为50_400MPa，而且复合基板的LED 芯片安装面的面积是与LED芯片接触的面积的2-25倍。本发明的LED芯片接合体，优选(a)-(d)中的至少一个实施方式，(a)复合基板的表面具有由选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及SN中的至少一种金属形成的厚度0. 5-20 μ m 的金属层，(b)接合所用的材料是软钎焊、硬钎焊或高导热性粘接剂，(c)无机成形体的材质是选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石及石墨中的至少一种，(d)LED芯片是输出为0. 5W 以上的非绝缘结构。此外，本发明的LED封装体的特征在于，本发明的LED芯片接合体与在金属基板上隔着绝缘层形成有金属电路而构成的电路基板接合，另一方面，上述LED芯片接合体的LED 芯片与上述电路基板的金属电路由电连接构件连接，至少将上述LED芯片接合体和上述电连接构件由含有荧光物质的树脂密封材料密封。本发明的LED封装体优选下述(e)和(f)中的任一者或两者的实施方式(e)荧光物质是选自α型SiAlON、β型SiAlON、CASIN (Ca · Al · Si · N3)、铭 招·石榴石及硫化物中的至少一种，而且树脂密封材料含有比折射率为2. 2以上、平均粒径为I-IOOnm的除上述荧光物质以外的填料，(f)绝缘层的热导率为0. 5-20W/(m· K)、厚度为0.03-0. 2mm，金属电路的材质是铝或铜，其厚度为0. 005-0. 4mm。此外，本发明的LED封装体的制造方法，其特征在于，包括以下工序，即(i)制造无机成形体的工序，该制造无机成形体的工序是使用选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石及石墨中的至少一种，来制造由气孔率为10-50体积％的烧结体或粉末成形体形成的无机成形体；(ii)制造复合体的工序，该制造复合体的工序是利用液态模锻法使上述无机成形体中浸渗铝或铝合金，或者利用熔体浸渗法使上述无机成形体中浸渗硅或硅合金，来制造复合体；(iii)制造预制复合基板的工序，该制造预制复合基板的工序是对上述复合体进行加工，制造板厚为0. l-2mm、表面粗糙度(Ra)为0.5μπι以下且温度25°C的热导率为100-600W/(m*K)、温度25°C _150°C的线膨胀系数为3-12X 10_6/K且三点弯曲强度为 50-400MPa的预制复合基板；(iv)制造LED芯片接合体的工序，该制造LED芯片接合体的工序是在上述预制复合基板上，根据需要形成由选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中至少一种金属形成的金属层，之后，切割成面积为所要安装的LED芯片的接触面积的2-100倍，来制造复合基板，之后，利用接合材料安装一个或两个以上的LED芯片，来制造LED芯片接合体；(ν)接合工序，该接合工序是将上述LED芯片接合体与电路基板接合的工序，上述电路基板在金属基板上隔着绝缘层形成有金属电路；以及(vi)制造LED封装体的工序，该制造LED封装体的工序将上述LED芯片接合体的 LED芯片和上述电路基板的金属电路通过电连接构件连接后，至少将上述LED芯片接合体和上述电连接构件由含有荧光物质的树脂密封材料密封，来制造LED封装体。按照本发明，可提供散热性得到显著改善的可靠性高的LED封装体、LED封装体的制造方法、以及在该LED封装体中使用的LED芯片接合体。本发明的LED封装体使用LED 芯片接合体且在该LED芯片接合体中LED芯片被直接安装在复合基板上，所以能够降低LED 芯片的点亮温度，能够实现LED的更高亮度化。


图1是表示本发明的LED封装体的一例的说明图。图2是表示本发明的LED封装体的另一例的说明图。图3是表示本发明的LED封装体的另一例的说明图。标号说明1 LED 芯片2复合基板3金属电路4绝缘层5金属基板6 抗蚀齐[J层(resist layer)7围堰材料8树脂密封材料9电连接构件10 LED芯片接合体11电路基板
具体实施例方式(LED芯片接合体)关于本发明的LED芯片接合体的结构，使用接合材料将LED芯片直接安装在复合基板上，而且复合基板的LED芯片安装面的面积是与LED芯片接触的面积的2-100倍，优选为2-25倍。如果该面积比(倍数)小于2倍，则无法将来自LED芯片的热充分地扩散到复合基板，因而LED芯片的点亮温度增高。另一方面，如果面积比(倍数)大于100倍，则用于向LED芯片通电的电接合部件(例如，Au引线键合)变得极长，可能会导致可靠性降低。在本说明书中，所谓“LED芯片”是指由LED元件和保持基板构成的结构体，该LED 元件由III-V族半导体晶体构成。作为LED元件，可使用发出紫外-蓝色的波长范围的光的 III-V族半导体晶体，具体来讲，是hGalAKiaAs、AlfeInP等。所谓保持基板，是指III-V 族半导体晶体外延生长时使用的生长基板，或是指在生长基板上使III-V族半导体晶体外延生长后，隔着金属层来接合高导热性基板，之后，去除生长基板后所得到的上述高导热性基板。可举出一下例子即，为蓝宝石、碳化硅、硅、Cu/W、Cu/M0等。其中，对于要求输出为 0. 5W以上的LED芯片，从热导率的角度考虑，可使用上述保持基板中的后者，LED芯片是非绝缘结构。非绝缘结构LED芯片的优点在于能以较小的面积获得高亮度。对于LED芯片，可使用接合材料将其直接安装在复合基板上。接合例如是通过软钎焊(soldering)、硬钎焊(brazing)、高导热性粘接剂等而进行的，但优选软钎焊或硬钎焊。软钎焊可以使用焊膏、共晶焊料、无铅焊料等。硬钎焊优选为利用了 LED芯片背面的共晶金属层的硬钎焊法，由此可以将由接合材料构成的层、即接合层的厚度变薄为1_5μπι。所谓“高导热性粘接剂”是指，热导率为10W/(m· 以上的粘接剂，例如可以举出Ag糊料、高导热有机硅粘接剂、Ag类导电性粘接剂。在本说明书中，所谓“接合”是指将LED芯片与复合基板粘接，与安装等是等同的概念。接合层的厚度优选0. Imm以下，特别优选0. 05mm以下。接合层的厚度如果大于 0. 1mm，则热阻增大。对于粘接率，即，接合层的面积相对于LED芯片的底面积的比例越接近 1越好，但只要是0. 5以上，优选为0. 8以上，就能够将LED芯片产生的热顺利地传递到复合基板。如果复合基板的表面粗糙度(Ra)大于0. 5 μ m，则可能会产生粘接率降低等不理想情况。表面粗糙度(Ra)越小越好，但由于加工费增高，所以优选的下限值为0.01 μ m。所谓“复合基板”，是指利用液态模锻法使无机成形体，优选气孔率为10-50体积％的无机成形体，特别优选气孔率为20-35体积％的无机成形体中浸渗铝、硅或包含铝、 硅为成分的合金，优选利用日本专利特许第3468358号的方法来浸渗铝含有率为80-97质量％的铝-硅合金而制成的基板，或者，利用熔体浸渗法(例如日本专利特开平5-32485 号公报的方法)使上述无机成形体中浸渗硅或硅合金而制成的基板，板厚为0. l-2mm，优选0. 1-lmm，表面粗糙度(Ra)为0. 5 μ m以下，优选0. 05-0. 5 μ m，温度25°C的热导率为 100-600W/(m.K)，优选 100-300W/(m · K)，温度 25°C _150°C 的线膨胀系数为 3-12X10_6/K， 优选4-9Χ 1(Γ6/Κ，三点弯曲强度为50-500MPa、优选50_400MPa。作为无机成形体的材质，优选碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石及石墨中的至少一种。无机成形体中空隙的比例(气孔率)优选10-50体积％，特别优选20-35体积％。如果气孔率大于50体积％，则复合基板的线性热膨胀系数会过大，如果低于10体积％，则无法充分地浸渗铝、硅或包含铝、硅为成分的合金，热导率可能会减小。能够根据碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨等无机成分的粒度调整、成形压力、烧结条件等来调整气孔率。对于本发明中使用的复合基板，由于具有作为将LED芯片所产生的热向面方向扩散的散热器的功能，所以，可以制造用于高输出LED的可靠性高的LED封装体。复合基板在温度25°C时的热导率为100-600W/(m ·Κ)。如果热导率小于IOOW/(m ·Κ)，则无法将LED芯片产生的热充分地散去，尤其是对于高输出LED，若元件的温度上升，则发光效率降低，随之元件寿命可能会缩短。从特性的角度进行考虑，尽管热导率的上限没有限制，但随着热导率的上升，复合基板的成本会升高，所以将上限设为600W/(m · K)。能够改变无机成形体的原料种类、掺入量等来增减热导率。优选构成LED芯片的III-V族半导体晶体与保持基板之间的热膨胀系数差较小的情况。另外，对于与LED芯片相接合的复合基板，由于要与电路基板的金属电路接合，所以， 优选复合基板具有能够缓解由LED芯片与电路基板的热膨胀系数之差所产生的应力的功能。基于上述考虑，将复合基板在温度为25°C -150°C时的线性热膨胀系数设为3-12 X 10_6/ K。如果是上述范围以外的热膨胀系数，则与LED芯片的线性热膨胀系数之差可能会导致在安装后产生翘曲，或者导致安装部分剥离，最差的情况是LED芯片可能会断裂。对于复合基板的线性热膨胀系数，能够通过调整铝、硅或包含铝、硅为成分的合金与无机成形体无机成形体的构成比来进行增减。对复合基板所要求的其他特性是(i)其强度能耐受以接合材料安装LED芯片； ( )在接合面不存在孔隙、异物等的夹杂物，接合面平坦。为了满足(i)，而将复合基板的三点弯曲强度设为50MPa以上。为了制造大于500MPa的复合基板，就需要将无机成形体制成致密的烧结体，但会导致难以与铝、硅或以铝、硅为成分的合金进行复合化，所以优选上限为500MPa。为了满足(ii)，则只需将复合基板的表面粗糙度(Ra)设为0.5μπι以下即可。三点弯曲强度能够通过调整无机成形体的材质、无机成分的粒子尺寸、气孔率等来进行增减，表面粗糙度(Ra)能够根据加工时使用的磨石的研磨颗粒的粒度等来进行增减。从改良LED芯片接合体的散热性、安装LED芯片时等的处理性的观点出发，将复合基板的厚度设为0. l-2mm。优选0. 1-lmm。优选复合基板在表面具有由选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中的至少一种金属形成的，特别优选由Ni或Au形成的，厚度0. 5-20 μ m的金属层。特别优选金属层的厚度为2-10 μ m。由此，上述粘接率上升。如果金属层的厚度小于0.5 μ m，则粘接率上升的效果减小，如果大于20 μ m，则可能会因金属层和散热器之间的热膨胀差而导致剥离。对于金属层，能够在清洗复合基板后，根据上述金属种类实施非电解镀敷或电解镀敷来形成。除了镀敷法以外，还能够利用金属蒸镀法、金属覆盖法来形成。(LED 封装体)图1-3是表示LED封装体的例子的说明图。本发明的LED封装体的基本结构为，本发明的LED芯片接合体10安装在电路基板 11上，通过电连接构件9来连接，用树脂密封材料8密封(图1-图幻。图1、图2是使用了一个LED芯片接合体的实施方式的例子，图3是使用了两个以上的LED芯片接合体的实施方式的例子。图1、图3是使用了围堰材料7的例子，图2是未使用围堰材料7的例子。以下，进一步进行详细说明。(LED封装体-电路基板)在本发明的LED封装体中，本发明的LED芯片接合体10安装在电路基板11上。电路基板11由层叠体构成，上述层叠体采用以下结构即，绝缘层4存在于金属电路3和金属基板5之间。作为金属电路3及金属基板5，优选铝、铁、铜、或以这些金属为成分的合金。 对于金属电路的安装有LED芯片接合体的面，为了提高接合性和防止表面氧化，另外，对于金属电路的与绝缘层粘接的面，为了提高与绝缘层之间的粘接性，另外，对于金属基板的与绝缘层粘接的面，为了改善与绝缘层之间的密合性，分别实施喷砂、蚀刻、各种镀敷处理、偶联剂处理等表面处理。优选金属电路的厚度为0. 005-0. 4mm。如果小于0. 005mm,则不能确保LED封装体具有足够的导通电路，如果大于0. 40mm，则在形成电路时的限制增多。优选金属基板的厚度为0. l_4mm，如果太薄，则处理性降低，如果太厚，则作为照明用LED封装体就缺乏实用性优
点ο绝缘层4是含有耐热树脂、固化剂和无机填料的固化性树脂组合物的固化物，优选其热导率为0. 5W/(m*K)以上。如果热导率小于0. 5W/(m*K)，则不能将LED芯片产生的热充分地扩散，因此，LED芯片的结温增高，可能会导致LED芯片亮度降低、寿命缩短。若热导率的上限为20W/(m· 则就已足够。作为绝缘层的厚度，优选30-200 μ m。如果小于 30 μ m，则电绝缘性变得不充分，如果大于200 μ m，则散热性可能会受损。作为耐热树脂，能够使用例如环氧树脂、有机硅树脂、酚醛树脂、酰亚胺树脂等。作为固化剂，可以使用后述物质。作为无机填料，可以使用例如氧化铝(Al2O3)、氧化硅、氧化镁等的氧化物陶瓷、例如氮化铝、氮化硅、氮化硼等的氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。无机填料优选最大粒径100 μ m以下、最小粒径0.05 μ m以上的球状粉末。其中，更优选含有粒径 5-50 μ m的粒子50-75质量％、粒径0. 2-1. 5 μ m的粒子25-50质量％。对于绝缘层中的无机填料的含有比例，优选相对于耐热树脂和固化剂的总计量 100质量份为70-95质量份，特别优选80-90质量份。如果相对于耐热树脂和固化剂的总计量100质量份，无机填料的比例大于95质量份，则固化性树脂组合物的粘度上升而作业性降低。另一方面，如果小于70质量份，则绝缘层的导热性可能会降低。在用于形成绝缘层的固化性树脂组合物中，可以根据需要使用硅烷类偶联剂、钛酸脂类偶联剂、稳定剂、固化促进剂等。接着，对优选的绝缘层进行说明。在LED芯片接合体与电路基板的热膨胀系数之差较大的情况下，为了缓解由此产生的接合部分的应力，优选绝缘层的储能模量在300K时为15000MPa以下。上述绝缘层可以通过配制成在每100质量份环氧树脂中掺入了 5_50质量份的具有聚醚骨架且在主链的末端具有伯氨基的固化剂、70-95质量份的上述无机填料的固化性树脂组合物来实现。作为环氧树脂，可以使用双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂等通用的环氧树月旨，如果在环氧树脂中含有10质量％以上的选自具有二环戊二烯骨架的环氧树脂、具有萘骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂及具有酚醛清漆(Novolac)骨架的环氧树脂中的一种以上，则应力缓解性和耐湿性的平衡进一步提高。具有酚醛清漆骨架的代表性环氧树脂中有线型酚醛型环氧树脂、甲酚线型酚醛型环氧树脂，但也可以使用一并具有二环戊二烯骨架、萘骨架或联苯骨架和酚醛清漆骨架的环氧树脂。作为环氧树脂，即使单独使用具有上述骨架的环氧树脂也没关系。此外，作为以环氧树脂为主体的其它树脂，还可以掺入酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂、苯氧树脂、丙烯酸橡胶、丙烯腈-丁二烯等高分子量树脂，如果考虑应力缓解性、电绝缘性、耐热性、耐湿性的平衡性，则上述高分子量树脂的掺入量优选相对于环氧树脂的总计量为30质量％以下。为了减小固化后的树脂组合物的储能模量而使用固化剂，该固化剂具有聚醚骨架且主链的末端具有伯氨基。也可以与其他的固化剂合用。如果与芳香胺系固化剂合用，则可以进一步使应力缓解性、电绝缘性、耐湿性等的平衡变得更为理想。作为芳香胺系固化剂， 可以使用二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、间苯二胺等。也可以进一步与线型酚醛树脂等的固化剂合用。为了在金属基板5上隔着绝缘层4接合金属电路3而形成电路基板11，例如可通过下述方法来进行。即，将用于形成绝缘层的固化性树脂组合物浆料在金属基板5(例如铝基板)上利用丝网印刷等方法进行图案印刷，加热后形成半固化状态后，粘贴用于形成金属电路3的金属箔(例如铜箔)，之后，进行加热，形成基本上完全固化的状态的方法；预先将绝缘层加工成半固化状态的片状，利用热压装置使其与用于形成金属电路3的金属箔 (例如铜箔)一体化的方法等。作为金属电路的图案形成方法，例如可使用预先在金属箔上的规定部位涂布抗蚀剂层使其固化后，利用氯化铜、过氧化氢与硫酸的混合物等的腐蚀剂进行腐蚀的方法。(LED封装体-电路基板与LED芯片接合体的连接)在本发明的LED封装体中，LED芯片接合体的LED芯片1与电路基板的金属电路3通过电连接构件9来连接。作为电连接构件9，可以采用例如使用了 Ag、Au等的引线键合、 隆起物、桥接物等。LED芯片接合体10与金属电路3接合，该接合可以使用上述的软钎焊、 硬钎焊、高导热性粘接剂等来进行，优选软钎焊。(LED封装体-树脂密封材料)在本发明的LED封装体中，至少上述LED芯片接合体10和上述电连接构件9是由含有荧光物质的树脂密封材料8密封。在进行树脂密封时，如图1、图3所示那样，为了抑制树脂密封材料的扩展，能够以包围LED芯片接合体的外周的方式来设置围堰材料7。围堰材料例如可以使用有机硅类树脂、环氧类树脂等，通过丝网印刷、分配器等来形成。作为树脂密封材料的树脂，可使用有机硅树脂、环氧树脂、具有环氧基的聚二甲基硅氧烷衍生物、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸树脂、环烯烃树脂等热固化树脂等，从获得更高的折射率和耐热性的角度出发，优选有机硅树脂。树脂密封材料中含有荧光物质，其含有率优选为1-50质量％。荧光物质只要是接受来自LED芯片的光并发出可见光的物质即可，对其材质没有特别的限制。例如，可以是 α 型 SiA10N、3 SSiA10N、CASIN(Ca*Al*Si*N3)、@*$*S 榴石、硫化物等，可使用它们中的至少一种。其中，优选α型SiAlON、β型SiAlON。作为α型SiAlON，不需要特殊的物质，使用能普通获得的物质。优选氧含有率为1.2质量％以下。此外，在利用激光衍射散射法(例如CILAS社制商品名“CILAS GRANULOMETER MODEL 920”)测得的累积粒度分布中，累积值10体积％的粒径(DlO)为 2-15 μ m、累积值50体积％的粒径(D50)为5_20 μ m、累积值90体积％的粒径(D90)为 6-50 μ m，能够进一步实现高亮度化，因而是优选的。对于β型SiAlON也不需要特殊的物质，使用能普通获得的物质。其中，优选含有 Eu，与电子自旋共振谱的25°C下g = 2. 00 士0. 02吸收对应的自旋密度为2. OX IO17个/g以下。此外，更优选D50为6-30 μ m、DlO为4 μ m以上、BET比表面积为0. 5m2/g以下。为了提高来自LED芯片的光的取出效率，优选在树脂密封材料中含有比折射率 (specific refractive index)为2. 2以上的填料。例如，氧化钛、氧化锆、钛酸钾等。优选填料的平均粒径为IOOnm以下。如果大于lOOnm，则光的散射损失量可能会增加。(LED封装体-抗蚀剂层)通过在本发明的LED封装体中配置抗蚀剂层6，能够更高效地将来自LED芯片的光照射到前表面。为了不阻碍LED芯片的发光，优选不在LED芯片的发光部和电连接构件之间配置抗蚀剂层。优选抗蚀剂层的反射率相对于波长400-800nm的光为70%以上，更优选对波长450-470nm、520-570nm及620_660nm范围的光的反射率的最大值均为80%以上，更优选85%以上。具有上述特性的抗蚀剂层能够通过使含有紫外线固化树脂、热固树脂中的任一者或两者的固化性树脂中含有白色颜料来制造。作为固化性树脂，适合使用环氧树脂、丙烯酸树脂及它们的混合物。作为白色颜料，可使用选自氧化锌、碳酸钙、二氧化钛、氧化铝、蒙脱石中至少一种。其中，由于金红石型二氧化钛的光催化作用较弱，因而优选。对于白色颜料，也可例如利用二氧化硅、氢氧化铝等进行表面处理，来弱化光催化作用。若白色颜料的含有率过低，则无法获得充分的反射效果，如果过多，则膜形成时的流动性降低，而无法形成均勻的膜，所以优选白色颜料在抗蚀剂层中的含有率为30-70体积％，更优选30-60体积％。在本发明的LED封装体中，为了将来自LED芯片的光进一步更高效地照射到前表面，能够设置反射器(未图示)。对于反射器，不仅能够使用单独的反射器，也能够例如将 LED芯片接合体正下方的金属基板形成圆锥状、圆球顶状等的凹陷而将绝缘层自身制成反射器。作为单独的反射器，能够使用在玻璃、陶瓷、金属、树脂等具有倾斜度的筒状体的内表面形成有例如Ag、Al、Ni、Au、Cu等金属、Si02/Zr02、SiO2AiO2等的金属氧化膜的反射层而制成的反射器等。(LED封装体的制造方法)本发明的LED封装体的制造方法包括上述的工序(i)-(vi)。以下，对其进行说明并尽量避免与上述说明重复。(LED封装体的制造方法-工序(i))在该工序中，制造用于浸渗铝或铝合金、硅或硅合金的无机成形体。无机成形体 (以下也称为“预成形体”)有气孔率为10-50体积％的烧结体(以下，也称为“无机多孔体”)和气孔率为10-50体积％的粉末成形体。使预成形体的空隙一部分或全部浸渗铝或铝合金、或者是硅或硅合金，制成具有上述特性的复合基板。能够利用原料粉末的粒度调整、 成形压力、热处理条件等来调整预成形体的气孔率。对于预成形体的粉末成形体，可以单独用上述原料粉末来成形，或者与例如硅溶胶、铝溶胶(Aluminasol)等无机粘合剂并用而成形。成形可采用冲压成形、压铸成形等通常的陶瓷粉末成形方法。另一方面，预成形体的无机多孔体例如能够通过对上述粉末成形体进行烧结处理来制造。预成形体的形状没有特殊限制，是平板状、圆柱状等。(LED封装体的制造方法-工序(ii))在该工序中，利用液态模锻法使预成形体中浸渗铝或铝合金，或者利用熔体浸渗法浸渗硅或硅合金来制造复合体。在液态模锻法中，将铝或铝合金加热到熔点以上，将其加压浸渗于预成形体。液态模锻法的具体条件的一例记载于上述专利文献中，本发明也可以采用上述例子，但更为详细的叙述如下。利用液态模锻法，可得到热导率较大的、散热性更为优异的复合基板。对于液态模锻法中使用的铝或铝合金的组成，优选含有70质量％以上的铝。对于铝含有率小于70质量％的铝合金，复合基板的热导率可能降低。作为铝合金，能够举例示出铝-硅、铝-硅-镁等。其中，优选熔点低的、含有硅3-20质量％的铝合金，以使得在预成形体的空隙内进行充分浸渗。而且，在镁含有率为3质量％以下的铝-硅-镁合金中，由于使得陶瓷与金属部分的结合更为牢固，因而更为优选。此外，关于铝合金中的铝、硅、镁以外的金属成分，若是在不会导致特性发生极端变化的范围内，则没有特殊限制，例如还可以含有铜等。优选将多个预成形体连结，并在制成层叠体后进行浸渗处理。为了连结多个预成形体，优选夹持涂布了脱模剂的脱模板(例如，不锈钢板、陶瓷板等)，为了固定预成形体， 优选使用铁制、石墨制的螺钉螺母等夹具。作为脱模剂，可使用含有石墨、氮化硼、氧化铝等脱模剂粉末的喷雾等。优选在温度600-800 V左右将层叠体加热后，在容器内配置1个或2个以上，之后， 迅速向其供给已加热到熔点以上的铝或铝合金的熔液，以30MPa以上、特别是50MPa以上的压力进行加压。由此，在预成形体的空隙中容易地浸渗铝或铝合金。如果层叠体的加热温度大于800°C，则在预成形体成形时所使用的原料粉末可能被氧化从而导致热导率等降低。 之后，可根据需要对浸渗品进行退火处理以去除浸渗时的应力。另一方面，在熔体浸渗法中，将硅或硅合金与预成形体放入例如石墨制、BN制等坩埚中，利用在非氧化性气氛中或减压中在硅或硅合金的熔点以上进行热处理的非加压浸渗法，使预成形体中浸渗硅或硅合金。在将预成形体与硅或硅合金复合化时也能够采用粉末冶金法，但从特性的角度进行考虑，优选非加压浸渗法。熔体浸渗法的具体条件的一例记载于上述专利文献中，本发明也可以采用上述例子。利用熔体浸渗法，可以容易地浸渗像硅或硅合金这类熔液的粘性较低的金属。作为浸渗的硅合金，由于熔液的粘性低而易于在预成形体中渗透，因此，优选含有70质量％以上的硅的硅合金。(LED封装体的制造方法-工序(iii))在该工序中，将复合体加工成板厚为0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)为0. 5 μ m以下的预制复合基板。由此，可制造含有10-50体积％的铝或铝合金、或者硅或硅合金、温度25°C 的热导率为100-600W/(m ·Κ)、温度25°C _150°C的线膨胀系数为3-12 X 10_6/K、三点弯曲强度为50-400MPa的预制复合基板。可利用预成形体的气孔率、浸渗条件来调整铝或铝合金、 或者硅或硅合金的含有率，并控制热导率和线膨胀系数。在本发明中，优选预制复合基板的铝或铝合金、或者硅或硅合金的含有率为20-35体积％。优选利用下述方法来进行复合体的加工。在复合体的形状为圆柱形的情况下，使用圆筒磨床等借助金刚石磨石将外形加工成规定尺寸，之后，利用例如固定研磨颗粒方式的多线切割机、外圆磨刀、内圆磨刀、金刚石线锯等或者利用松散研磨颗粒方式的多线切割机等切割成厚度为0.1-0. 5mm左右的板厚。多线切割机的量产性优异。之后，用诸如双面磨床、旋转磨床、平面磨床、研磨抛光机等的加工机，来加工成板厚0. l_2mm、表面粗糙度 (Ra) 0. 5 μ m 以下。另一方面，在复合体的形状为板状的情况下，用双面磨床、旋转磨床、平面磨床、研磨抛光机等的加工机，来加工成板厚0. l_2mm、表面粗糙度(Ra) 0. 5 μ m以下。(LED封装体的制造方法-工序(iv))在该工序中，通过切割上述预制复合基板来制造复合基板2并使该复合基板2的面积为与LED芯片接触的面积(即，LED芯片的底面积)的2-100倍。之后，利用接合材料安装一个或两个以上的LED芯片1，制造LED芯片接合体10。在该工序中，切割成2-100倍的面积、以及根据需要形成由选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中的至少一种金属形成的金属层，详细内容如上所述。预制复合基板的外周加工能够通过切割、激光加工、喷水加工、及放电加工来进行。从加工精度及加工速度的角度进行考虑，切割是最佳的，从加工速度的角度进行考虑， 激光加工最为优异。关于复合基板上安装的LED芯片的个数，如果复合基板的面积是在LED芯片的粘接面积的2-100倍的范围内，且不会给每个LED芯片的安装、散热带来障碍，则并没有限制。 因此，也能够制成在一个复合基板上安装二个以上的LED芯片的LED芯片接合体。安装多个LED芯片的优点在于能够减少安装工序中的工作量。(LED封装体的制造方法-工序(ν))
在该工序中，LED芯片接合体10与电路基板11接合，其中，电路基板11的结构为在金属基板5上隔着绝缘层4形成有金属电路3。该工序的详细内容如上述。(LED封装体的制造方法-工序(vi))在该工序中，LED芯片1与金属电路3由电连接构件9连接，至少该LED芯片接合体与电连接构件是由含有荧光物质的树脂密封材料8密封，从而制造本发明的LED封装体。 该工序的详细内容如上述。实施例下面，通过实施例详细地说明本发明，但本发明不限于这些实施例。实施例1(使用无机多孔体的预制复合基板A、B)称取碳化硅粉末A (市售品平均粒径200 μ m) 1800g、碳化硅粉末B (市售品平均粒径20ym)900g、碳化硅粉末C(市售品平均粒径2 μ m) 300g、及成形粘合剂(甲基纤维素、信越化学工业社制商品名“Metolose”)150g，用搅拌混合机混合30分钟。对其以面压IOMI^a进行冲压成形，之后，以压力lOOMI^a进行CIP成形，从而制造圆柱状成形体(直径 55mmX高IlOmm)，之后，在大气气氛中、温度600°C进行2小时的脱脂处理，之后，在氩气氛下、温度2100°C烧成2小时。在加工中心用金刚石制的磨石对获得的烧结体进行加工，加工成外形尺寸为直径52mmX高100mm，从而制造无机多孔体(气孔率20% )。对所得到的无机多孔体涂布氮化硼的脱模剂，之后，插入筒状石墨夹具(外尺寸70mmX70mmX100mm、内尺寸直径52. 5mmX高100mm)，来制成结构体。以夹持着由涂布了石墨脱模材料的不锈钢板构成的脱模板(70mmX 100mm X0. 8mm)的方式来将4个上述结构体组装在一起 (140. 8mmX140. 8mmX 100mm)，之后，在两侧配置铁板(厚度12mm)，以8颗螺钉连结，从而制成一个层叠体。将该层叠体在电炉中预加热到温度700°C后，收入预先加热的冲压模具 (内径400mmX高300mm)内，注入含有12质量％的硅及1质量％的镁的铝合金熔液(温度800°C )，以IOOMPa的压力加压25分钟，以进行铝合金浸渗。冷却至室温后，用湿式带锯沿着脱模板的形状切割并剥离脱模板，以车床去除石墨夹具部分，来制造4个复合体(直径 52mmX高100mm)。将其在530°C的温度进行退火处理3小时，来去除浸渗时的应力。对于获得的复合体，利用研磨加工切出线膨胀系数测定用试验体(直径3mm 长10mm)、热导率测定用试验体(25mmX25mmXlmm)，用热膨胀计(精工电子工业社制； TMA300)来测定温度25°C_150°C下的线膨胀系数，用激光脉冲法(ULVAC社制；T C3000)来测定温度25°C下的热导率，用弯曲强度试验机来测定三点弯曲强度。其结果，线膨胀系数为 5. OX 1(Γ6/Κ、热导率为 250W/(m · K)、强度为 350MPa。接着，对复合体使用圆筒磨床借助金刚石磨石进行外周加工，加工成直径 50. SmmX高IOOmm的圆柱形状，之后，使用多线切割机借助金刚石磨石，以进给速度0. 2mm/ min切割加工成板厚0. 3mm的圆板状，之后，使用双面磨床借助#600金刚石磨石研磨加工成板厚0. 22mm。之后，使用研磨抛光机借助金刚石磨石研磨加工成板厚0. 2mm，之后，在纯水中、接着在异丙醇中进行超声波清洗并干燥，制造预制复合基板A。其表面粗糙度(Ra)为 0. 05 μ m0对预制复合基板A进行无电解镀Ni-P及电镀Au，形成了(Ni-P :4ym+Au :1μ m)的
13金属层(厚度5μπι)。其表面粗糙度(Ra)为0. Ιμπι。接着，在预制复合基板的形成有上述金属层的单面上，用丝网印刷机涂布市售的紫外线固化型阻焊层(solder resist layer) 后，进行紫外线固化，之后，以4mm间隔形成阻焊层(15μπι)(未图示)，从而制成预制复合基板B。(使用无机粉末成形体的预制复合基板a、b)称取352g碳化硅粉末A、176g碳化硅粉末B、59g碳化硅粉末C，用搅拌混合机混合 30分钟。将其填充到筒状石墨夹具(外尺寸70mmX 70mmX 110mm、内尺寸直径55mmX高 110mm)中，以面压IOMPa进行冲压成形制造粉末成形体(直径55mmX高IlOmm的圆柱体、 气孔率30% )。接着，将此处制成的每个筒状石墨夹具与4个粉末成形体一起组装，以取代上述预制复合基板A的制造中组装4个结构体，除此之外，与上述同样地制造复合体(温度 250C -150°C的线膨胀系数6.0Χ10_7Κ、温度25°C下的热导率220W/(m · K))，对其进行加工制造预制复合基板a，并且，对预制复合基板a施以金属层和阻焊层(未图示)从而制造预制复合基板b。(复合基板 A、B、a、b)之后，利用切割装置(DISCO社制DAD3350)，使用刃宽0. Imm的树脂粘合型金刚石刀片(R07-SD400)，以送给速度8mm/s将得到的预制复合基板A、B、a、b切割加工成 3. 9mmX 3. 9mmX0. 2mm的形状，在纯水中进行超音波清洗，进行干燥制造复合基板A、B、a、b 各120个。得到的复合基板的LED芯片安装面的面积均为LED芯片底面积的15. 2倍。(LED 封装体)使用以下的构成材料，制造图1中示出的LED封装体。即，在金属基板5上层叠 80 μ m厚度的绝缘层4，之后，层叠金属箔，通过化学蚀刻形成金属电路3，之后，在其表面涂布抗蚀剂层6，来制造电路基板11。另一方面，在复合基板2上粘接LED芯片1。在进行粘接时，复合基板A、a使用Ag糊料类高导热粘接剂(KYOCERA Chemical Corporation制 CT284R)，对于复合基板B、b，在抗蚀剂层间的金属层使用焊膏的粘接材料。分别制造了 120 个LED芯片接合体10。接着，通过引线键合方式将LED芯片接合体安装在电路基板11上， 其中，引线键合方式是通过焊膏和电连接构件9来实现的。所得到的LED芯片接合体的LED 芯片安装面的面积均为LED芯片底面积的15. 2倍。之后，设置围堰材料7并填充树脂密封材料8，制造本发明的LED封装体。(构成材料)LED 芯片 1 (Cree 社制EZ1000，形状ImmX lmmXO. 1mm，功率3W)复合基板2 上述制造的复合基板A、B、a或b金属电路3 厚度35 μ m的铜绝缘层4 含有双酚 A 型环氧树脂(Japan Epoxy Resins Co.，Ltd 制、“EP_拟8，，)、 固化剂的线性酚酸(Dainippon ink and chemicals，incorporated 制、“Τ D-2131”)、以及无机填料(平均粒径为1.2μπι的破碎二氧化硅粉末(龙森社制、“Α-1”)平均粒径ΙΟμπι 的破碎二氧化硅粉末(龙森社制、“5Χ”)的质量比为7 3的混合粉末，其含有率在绝缘层中为56体积％ )，热导率为2ff/ (m. K)金属基板5 厚度1. 5mm的铝抗蚀剂层6 (TAIYO INK MFG. CO.，LTD 制、“PSR4000L Effl")
围堰材料7 有机硅类树脂(信越化学社制、“KER-2000-DAM” )树脂密封材料8 有机硅类树脂(Dow Corning Toray制、“ JCR6125”) 80质量％和 α 型 SiAlON (D10 为 4. 8 μ m、D50 为 9. 1 μ m、D90 为 18. 9 μ m) 20 质量 ％ 的混合物。电连接构件9 金引线。(LED封装体的散热特性的评价)将LED封装体中央部的树脂密封材料去除，之后，以夹着市售的有机硅橡胶制的双面粘接的散热片(热导率2W/(m· )的方式粘接在铝制的散热风扇(热电阻5.2°C/ W,50mmX50mmX17mm)上。对LED芯片施加输出为3W的电压，利用红外热成像法测定LED 芯片的上表面温度。其结果，用复合基板A、复合基板B、复合基板a、复合基板b制造的LED 封装体的LED芯片的上表面温度的5个平均值分别是69°C、60°C、70°C、61°C。比较例1在使用了复合基板B的实施例1的LED封装体中，未制造LED芯片接合体而直接用焊膏将LED芯片安装在电路基板上，LED芯片的上表面温度为105°C。实施例2-4比较例2、3除了以下情况以外，都与实施例1中使用复合基板B时相同地制造LED封装体， 艮口，改变多线切割机加工时的切割宽度来制造板厚不同的复合基板；将LED芯片的粘接剂由焊膏变为硬钎焊材料(Au/Sn = 80/20)；及将LED芯片的间隔设为表1所示。测定LED芯片的上表面温度。将结果示于表1。实施例5-7比较例4除了以下情况以外，都与实施例1中使用复合基板B时相同地制造LED封装体， 艮口，改变研磨抛光机加工时的金刚石研磨颗粒的粒度来制造表面粗糙度不同的复合基板； 将LED芯片的粘接剂由焊膏变更为硬钎焊材料(Au/Sn = 80/20)。测定LED芯片的上表面温度。将结果示于表1。实施例8-10比较例5除了以下情况以外，都与实施例1中使用复合基板B时相同地制造LED封装体， 艮口，将LED芯片的粘接剂由焊膏变更为硬钎焊材料(Au/Sn = 80/20)；改变切割装置的切割加工时的间隔，来制造复合基板面积相对于LED芯片底面积的面积比不同的复合基板。测定LED芯片的上表面温度。将结果示于表1。表 权利要求
1.一种LED芯片接合体，是利用接合材料(未图示)直接在复合基板( 上安装一个或两个以上的LED芯片 (1)而制成的LED芯片接合体(10)，其特征在于，所述复合基板是使无机成形体中浸渗铝、硅或包含铝、硅为成分的合金而制成的，板厚为0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)为0. 5μπι以下、温度25°C的热导率为100_600W/(m · K)、温度25°C -150°C的线膨胀系数为3-12X 10—7K、且三点弯曲强度为50_500MPa，且复合基板的 LED芯片安装面的面积是与LED芯片接触的面积的2-100倍。
2.—种LED芯片接合体，是利用接合材料(未图示)直接在复合基板( 上安装一个或两个以上的LED芯片 (1)而制成的LED芯片接合体(10)，其特征在于，所述复合基板是使气孔率为10-40体积％的无机成形体中浸渗铝含有率为80-97质量％的铝-硅合金而制成的，板厚为0. 1-lmm、表面粗糙度(Ra)为0. 05-0. 5 μ m、温度25°C 的热导率为100-300W/(m · K)、温度25V _150°C的线膨胀系数为4-9X 10_6/K、且三点弯曲强度为50-400MPa，且复合基板的LED芯片安装面的面积是与LED芯片接触的面积的2_25 倍。
3.如权利要求1或2所述的LED芯片接合体，其特征在于，复合基板在表面具有由选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中的至少一种金属形成的厚度为0. 5-20 μ m的金属层。
4.如权利要求1至3中任一项所述的LED芯片接合体，其特征在于，利用接合材料的接合是利用软钎焊、硬钎焊或用高导热性粘接剂进行粘接而实现的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的LED芯片接合体，其特征在于，无机成形体的材质是选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石及石墨中的至少一种。
6.如权利要求1至5中任一项所述的LED芯片接合体，其特征在于，LED芯片是输出为0. 5W以上的非绝缘结构。
7.—种LED封装体，其特征在于，权利要求1至6中任一项所述的LED芯片接合体(10)与电路基板(11)接合，该电路基板(11)在金属基板( 上隔着绝缘层(4)形成有金属电路(3)，另一方面，所述LED芯片接合体的LED芯片(1)和所述电路基板的金属电路(3)通过电连接构件(9)连接，至少所述LED芯片接合体和所述电连接构件是由含有荧光物质的树脂密封材料( 密封。
8.如权利要求7所述的LED封装体，其特征在于，荧光物质是选自α型SiAlON、^型31々1(^丄431则03^16143)、钇*铝*石榴石及硫化物中的至少一种，而且树脂密封材料含有比折射率为2. 2以上且平均粒径为I-IOOnm 的除所述荧光物质以外的填料。
9.如权利要求7或8所述的LED封装体，其特征在于，绝缘层的热导率为0. 5-20W/ (m · K)，厚度为0. 03-0. 2mm,金属电路(3)的材质为铝或铜且其厚度为0. 005-0. 4mm。
10.一种LED封装体的制造方法，是用于权利要求7至9中任一项所述的LED封装体的制造方法，其特征在于，包括以下工序(i)制造无机成形体的工序，该制造无机成形体的工序是使用选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石及石墨中的至少一种，来制造由气孔率为10-50体积％的烧结体或粉末成形体形成的无机成形体；( )制造复合体的工序，该制造复合体的工序是利用液态模锻法在压力30MPa以上使所述无机成形体中浸渗铝或铝合金，或者利用熔体浸渗法浸渗硅或硅合金而制造复合体；(iii)制造预制复合基板的工序，该制造预制复合基板的工序是对所述复合体进行加工，制造板厚为0. l_2mm、表面粗糙度(Ra)为0. 5 μ m以下且温度25°C的热导率为 100-600W/ (m · K)、温度25 V _150°C的线膨胀系数为3-12 X 10_6/K且三点弯曲强度为 50-400MPa的预制复合基板；(iv)制造LED芯片接合体(10)的工序，该制造LED芯片接合体(10)的工序是在所述预制复合基板上，根据需要形成由选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt及Sn中至少一种的金属形成的金属层，之后，切割成面积为所要安装的LED芯片的接触面积的2-100倍，来制造复合基板O)，之后，利用接合材料安装一个或两个以上的LED芯片(1)，来制造LED芯片接合体 (10)；(ν)接合工序，该接合工序是将所述LED芯片接合体(10)与电路基板(11)接合，所述电路基板(11)在金属基板(5)上隔着绝缘层⑷形成有金属电路(3)；以及(vi)制造LED封装体的工序，该制造LED封装体的工序是将所述LED芯片接合体的LED 芯片(1)和所述电路基板的金属电路(3)通过电连接构件(9)连接后，至少将所述LED芯片接合体和所述电连接构件由含有荧光物质的树脂密封材料(8)密封，来制造LED封装体。
全文摘要
本发明提供散热性得到显著改善的可靠性高的LED封装体、LED封装体的制造方法、以及在该LED封装体中使用的LED芯片接合体。LED封装体的特征在于，LED芯片接合体(10)与电路基板(11)接合，所述电路基板(11)是通过在金属基板(5)上隔着绝缘层(4)形成金属电路(3)而制成，上述LED芯片接合体的LED芯片(1)与上述电路基板的金属电路(3)通过电连接构件(9)连接，至少上述LED芯片接合体和上述电连接构件是由含有荧光物质的树脂密封材料(8)密封。
文档编号H01L33/64GK102473829SQ201080033749
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年7月17日
发明者广津留秀树, 成田真也, 日隈智志 申请人:电气化学工业株式会社