专利名称：Led安装用基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED安装用基板。
背景技术：
发光二极管(LED)具有小型、寿命长及省电的优点。因此，LED作为下一代的主要光源而受到期待，预测今后LED的发光强度会更高。然而，随着LED的发光强度的增大，LED的发热会增强。LED的发热增强时，有时不能充分发挥LED的优点。因此，需要对LED的发热高效地进行散热。另外，为了高效地利用LED的发光，提高用于安装LED的基板的反射率是很重要的。另外，基板不会因LED放射的光和热而显著劣化、变色是很重要的。而且，当LED在室外使用的情况下，即使长时间暴露于太阳光下基板也不会显著劣化、变色这一点是很重要的。作为用于安装LED等元件的基板，以往提出了各种基板(例如专利文献f 4)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2008-270709号公报专利文献2 日本特开2006-270002号公报专利文献3 :日本特开2008-277817号公报专利文献4 日本特开2003-152295号公报
发明内容
发明所要解决的问题然而，以往的基板不具有足以使LED的优点充分发挥的特性。在这种情况下，本发明的目的在于提供适于LED安装的新型基板。用于解决问题的方法为了达到上述目的，本发明的LED安装用基板包含由含有氮化硼粉末和氟树脂的组合物形成的层，所述氟树脂含有聚四氟乙烯，所述层的导热率为2W/(m · K)以上，并且所述层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率为O. 80以上。发明效果根据本发明，能够得到适于LED安装的基板。本发明的基板的导热率高，因此能够对LED的发热高效地进行散热。另外，本发明的基板的反射率高，因此能够高效地利用LED的发光。另外，本发明的基板具有优良的耐候性，因此，即使在室外使用，也能够维持高反射率。因此，能够在室外长时间使用。
图I是示意性地表示使用本发明的基板的LED组件的剖面图。图2是表示实施例2和比较例I的导热片在加热试验中的反射率变化的图表。
具体实施例方式下面，对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的说明中列举示例对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限于这些示例。以下的说明中，有时例示出特定的数值或特定的材料，但只要能够获得本发明的效果，则可以应用其他数值或其他材料。(本发明的LED安装用基板)本发明的基板是用于安装发光二极管(LED)的基板。该基板包含由含有氮化硼(BN)粉末和氟树脂的组合物形成的层。以下有时将该层称为“导热层”。另外，有时将形成导热层的组合物称为“组合物(A) ”。组合物㈧中所含的氟树脂含有聚四氟乙烯(以下有时称为“PTFE”)。在典型的一例中，导热层为片状。本发明的基板可以仅由片状的导热层构成。或者，本发明的基板除了包含导热层以外，还可以包含其他层或构件。通常，LED配置在导热层上。在导热层与LED之间可以配置有布线图案等其他层。导热层的导热率为2W/ (m · K)以上，优选为3W/ (m · K)以上，更优选为5W/ (m · K)以上。导热率的上限没有限定，导热率可以为300W/(m*K)以下。在导热层的导热率为2W/(m-K)以上的情况下，能够对LED的发热高效地进行散热。导热层的导热率可以通过改变组合物(A)中所含的氮化硼粉末的含量来进行调节。例如，通过增大{组合物(A)中所含的氮化硼粉末的质量}/{组合物(A)中所含的树脂的质量}的比，能够提高导热率。另外，导热率还可以通过改变氮化硼粉末以外的无机填料的种类和含量以及组合物(A)中所含的树脂的种类和含量来进行调节。导热层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率为O. 80以上(O. 8(Tl的范围)，优选为O. 85以上、O. 90以上。在优选的一例中，导热层在380nnT650nm的波长范围内的反射率为O. 80以上(O. 8(Tl的范围)，优选为O. 85以上、O. 90以上。通过使导热层在LED的发光波长下的反射率为O. 80以上，能够高效地利用LED的发光。在较宽的波长范围内的反射率为O. 80以上的情况下，本发明的基板能够优选用作发光波长不同的各种LED的安装用基板。导热层的反射率可以通过例如改变导热层的厚度及孔隙率中的至少一项来进行调节。需要说明的是，PTFE及氮化硼因紫外线引起的劣化小，并且具有优良的耐候性。因此，即使在LED放射出紫外线的情况下或LED在室外使用的情况下，导热层也不易劣化，从而能够维持高导热率和高反射率。结果，能够实现LED的长寿命化。通常，导热层具有绝缘性。导热层的电阻率(体积电阻率)可以为IOkiQ ·_以上(例如1015Ω在导热层具有绝缘性的情况下，可以在其上形成布线图案。本发明的一例中，导热层的厚度可以在O. 05mnT3mm的范围内，且可以在O. Imm^lmm的范围内。
只要能获得本发明的效果，组合物㈧中所含的氟树脂可以含有PTFE以外的氟树月旨。例如，组合物(A)可以含有熔点为320°C以下(优选为260°C以下)、不是PTFE的氟树月旨(以下有时称为“熔融性氟树脂”)。熔融性氟树脂的例子包括全氟烷氧基氟树脂(以下有时称为“PFA”)和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(以下有时称为“FEP”)。但是，PFA和FEP中存在熔点不同的各种产品，其中也存在熔点高的产品。另外，组合物(A)中所含的氟树脂可以含有聚偏二氟乙烯(PVDF)。组合物(A)中所含的氟树脂可以含有选自由全氟烷氧基氟树脂(以下有时称为“PFA”)和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(以下有时称为“FEP”)组成的组中的至少一种。熔融性氟树脂(例如PFA、FEP)在氟树脂中所占的比例可以为5质量％以上、10质量％以上，且可以为70质量％以下、50质量％以下、30质量％以下。通过在组合物(A)中添加PFA、FEP等熔融性氟树脂，能够减小导热层的孔隙率(空隙率)，结果，能够提高导热层的导热率。需要说明的是，即使在组合物(A)中添加有PFA和FEP的情况下，也能够使孔隙率为10体积％以上(例如20体积％以上)。通过使孔隙率为10体积％以上(例如20体积％以上)，能够对导热层赋予弯曲性和柔软性。导热层的孔隙率在5 30体积％的范围(例如10体积9Γ30体积％或20体积9Γ30体积％的范围)内的情况下，能够容易地使导热率和反射率同时达到良好的值。另外，通过在组合物(A)中 添加熔融性氟树脂，能够提高导热层对金属(例如金属片)的胶粘性。在这种情况下，优选使用具有胶粘性的熔融性氟树脂。另外，组合物(A)中所含的PTFE的至少一部分可以为交联型PTFE。交联型PTFE通过使PTFE进行化学交联而得到。交联型PTFE例如公开于国际申请公开W02006/120882中。通过在组合物(A)中添加交联型PTFE，能够提高导热层对金属(例如金属片)或聚酰亚胺膜的胶粘性。氮化硼粉末在组合物(A)中的含量可以在5(Γ95质量％的范围内、7(Γ90质量％的范围内或8(Γ90质量％的范围内。氟树脂在组合物(A)中的含量(例如PTFE)可以在5 50质量％的范围内、10^30质量％的范围内或1(Γ20质量％的范围内。在组合物(A)的一例中，氮化硼粉末的含量在7(Γ90质量％的范围内，氟树脂的含量在1(Γ30质量％的范围内。在该例中，氮化硼粉末及氟树脂以外的成分的含量可以在(TlO质量％的范围内。只要能获得本发明的效果，则氮化硼粉末中所含的粒子的粒径和形状没有特别限定。在本发明的一例中，氮化硼粉末的平均粒径在O. 2μπΓ350μπι的范围内。氮化硼粒子的形状可以是粒状，可以是磷片状，也可以是具有上述形状的粒子凝聚而成的形状。组合物(A)的一例仅由氮化硼粉末和氟树脂(例如PTFE)构成。只要能获得本发明的效果，则组合物㈧可以含有上述成分以外的成分。例如，组合物㈧可以含有氟树脂以外的树脂。另外，组合物㈧可以含有氮化硼以外的无机填料，例如，可以含有氮化硼以外的绝缘性的无机填料。这种无机填料的例子包括氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)及氮化铝(AlN)。通过使用导热率为30W/(m*K)以上的无机填料，有时能够获得高特性。组合物
(A)中，氮化硼粉末及氟树脂以外的成分的含量通常为20质量％以下，可以为10质量％以下、5质量％以下。氮化硼粉末及除此以外的无机填料分散在构成组合物㈧的树脂中。本发明的基板可进一步具备形成在导热层的表面上的布线图案。布线图案可以利用公知的材料和方法来形成。例如，可以通过利用溅射法或蒸镀法等气相成膜法形成金属薄膜、然后进行抗蚀剂图案的形成和蚀刻来形成布线图案。本发明的基板可以配置在散热器上。导热层可以层叠在该散热器上。导热层可以直接层叠在散热器上，也可以隔着其他层而层叠在散热器上。从另一角度而言，本发明涉及具备散热器和配置在散热器上的导热层的散热组件。另外，从再一角度而言，本发明涉及包含本发明的基板(可包含散热器)和安装在其上的LED的LED组件。
只要能够提高散热性，则对散热器没有限定，可以使用一般的金属制的散热器。导热层可以以与散热器接触的方式配置在散热器上，也可以隔着其他构件配置在散热器上。另外，导热层可配置在包含LED的装置的壳体(例如金属制的壳体)上。通过在导热性高且热容大的物体(散热器或壳体)上配置导热层，能够抑制LED达到高温。本发明的基板因热而引起的劣化小，因而具有耐候性。在本发明的基板的优选的一例中，在200°C下加热72小时后导热层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率以及在120°C下加热360小时后导热层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率分别为O. 80以上(80%以上)。(本发明的基板的制造方法)下面，对本发明的基板中所含的导热层的制造方法的一例进行说明。该制造方法 包括以下的工序α广α )。需要说明的是，对于已对本发明的基板进行过说明的事项，有时省略重复的说明。在工序⑴中，形成多片由含有组合物㈧的成分的混合物(以下有时称为“混合物(B)”)形成的片材。混合物(B)含有氮化硼粉末和PTFE。通过使用粉末PTFE作为混合物(B)中所含的PTFE，有时能够得到特性高的导热层。通常，混合物(B)含有分散介质(成形助剂)。只要能够制造本发明的基板，则对分散介质没有限定。分散介质可为有机溶剂，也可为无极性的有机溶剂(例如饱和烃)。分散介质的例子包括癸烷、十二烷。通常，组合物(A)的各成分以与在组合物(A)中的比率相同的比率含有于混合物(B)中。分散介质在混合物(B)中的含量没有特别限定，例如可以在2(Γ55质量％的范围内。在工序(i)的一例中，首先，将组合物(A)的成分与分散介质混合而制备混合物
(B)。然后，通过对混合物(B)进行轧制来形成片材。在工序(i)中形成多个片材。优选在使混合物(B)不易发生氟树脂的纤维化的条件下进行。在利用搅拌器对材料进行混合的情况下，优选以低转速(例如IOOOrpm以下)进行短时间(例如10分钟以下)的混合。在工序(ii)中，通过将多个片材(工序(i)中形成的片材)重叠并进行轧制而形成层叠的片材。通过工序(ii)，得到多层的片材。对工序(ii)中得到的片材进行切割或重复进行几次工序(ii)，由此得到多个片材。可以使用该多个片材作为在工序(ii)中重叠并进行轧制的片材来重复进行工序(ii)。通过这样重复进行工序(ii)，可以得到层叠数多的片材。例如，通过工序(ii)将两片片材重叠并进行轧制时，可以得到层叠数为2的片材。将两片该片材重叠而进行工序(ii)时，可以得到层叠数为4的片材。这样，在工序(ii)中将两片片材重叠并进行轧制的情况下，通过进行η次工序(ii)，可以得到层叠数为2n的片材。另外，在工序(ii)中将三片片材重叠并进行轧制的情况下，通过进行η次工序(ii)，可以得到层叠数为3"的片材。需要说明的是，层叠数增多时，成分几乎均匀地混合，因而有时无法识别出层结构。片材的层叠数可以在10 5000的范围(例如20(Tl000的范围)内。通过使层叠数为200以上，能够提高片材的强度。在导热层的一例中，厚度在O. lmnT3mm的范围内，层叠数在200 1000的范围内。根据需要，可以进行将分散介质从通过工序(ii)得到的片材中除去的工序(iii)。例如，在比组合物(A)的成分的熔融温度低的温度下对片材进行加热，由此将分散介质除去。
另外，根据需要，在工序(ii)或工序(iii)之后，可以进行对经过上述工序后的片材进行轧制的工序(iv)。通过上述工序，得到本发明的基板中使用的导热层。通过经由上述工序将混合物(B)制成层叠数为200以上的片材，有时能够得到特性特别高的片材(导热层)。利用上述制造方法制造的导热层显示出高特性。包含利用上述制造方法制造的导热层的基板构成本发明的基板的一个侧面。实施例下面，对本发明的实施例进行说明。(实施例I)在实施例I中，利用以下的方法形成导热片(导热层)。首先，将氮化硼粉末(昭和电工株式会社制造，产品编号UHP-1)、PTFE粉末(大金工业株式会社制造，产品编号F104U)和PFA(三井-杜邦株式会社制造，产品编号MP-10)以80:10:10(质量比)的比例进行混合。向100质量份该混合物中进一步加入60质量份癸烷，并进行混炼，由此得到糊状混合物。材料的混合使用V型搅拌器，在转速为lOrpm、温度约为25°C的条件下混合I分钟。需要说明的是，利用扫描电子显微镜(SEM)对氮化硼粉末(UHP-I)进行观察，结果得知，氮化硼粉末是由鳞片状的粒子构成的类型。另外，利用激光衍射-散射法(微跟踪法)对氮化硼粉末(UHP-I)的粒度分布进行测定，求出算术平均粒径。测定使用激光衍射-散射式微跟踪粒度分析仪SRA200(日机装株式会社制造)。如上操作而求得的算术平均粒径为13 ym。利用轧辊对如上操作而得到的糊状混合物进行轧制，由此形成两片厚度为3mm的片材。接着，将两片该片材重叠并进行轧制，由此形成层叠数为2的第一层叠片材。接着，将第一层叠片材切断而分成两片，将它们重叠并进行轧制，由此形成层叠数为4的第二层叠片材。在以90°的间隔改变轧制方向的同时，重复进行5次上述切断、重叠及轧制这一系列工序。通过对该层叠片材进行多次轧制，制成厚度约为0. 8mm的层叠片材。接着，将所得到的层叠片材在约150°C下加热20分钟。通过该加热，将癸烷从层叠片材中除去。接着，将所得到的片材在380°C、IOMPa的条件下进行5分钟的加压成形，由此得到实施例I的导热片(导热层)。对于实施例I的导热片，测定导热率、体积电阻率以及在波长380nm、470nm和650nm下的反射率。导热率利用激光闪光法进行测定。导热率的测定使用氙气闪光分析仪(NETZSCH公司制造的LFA447NanoFlash)。体积电阻率的测定利用株式会社三菱化学飞f')亍、”制造的电阻测定装置(^ ^夕MCP-HT450)来进行，测定使用URS探针。反射率的测定使用日本分光株式会社的紫外可见分光光度计(V_570(使用积分球ISN-470))。在反射率的测定中，将7 々卜9 口 >的积分球用标准白板(Iabsphere公司制造)的反射率设为100%，基于此求出反射率。接着，使用上述导热片(导热层)来制作图I所示的LED组件100。LED组件100具备导热片(导热层)10、布线图案11、LED芯片12、金属丝13、密封树脂14、片材15及散热器16。下面对LED组件100的制作方法进行说明。首先，从利用上述方法形成的实施例I的导热片上切出约50mm见方的导热片10。对该片材的表面实施45秒钟的氧等离子体处理。对于氧等离子体处理而言，将氧气流量设定为50sccm,在2. 5Pa、300W的条件下进行。接着，对片材的表面实施45秒钟的U1等离子体处理。对于氩等离子体处理而言，将氩气流量设定为50sCCm，在2. 5Pa、300W的条件下进行。接着，利用公知的方法在导热片10的单面(实施过等离子体处理的表面)上形成布线图案11。在该布线图案11上对LED芯片12(CREE公司制造，EZ1000)进行芯片接合。接着，利用金属丝13将布线图案11与LED芯片12的电极端子连接。接着，利用密封树脂14 (有机硅弹性体)对LED芯片12进行密封。 接着，将安装有LED芯片12的导热片10隔着片材15配置在铝制的散热器16上。散热器16使用株式会社7 “'、” 7制造的散热器(HM-Ol)。片材15使用含有有机硅类树脂作为基体树脂的片材(日东3 —株式会社制造的HT-100HL)。由此制作LED组件100。使LED组件100的LED芯片12在0. 5A或IA下发光10分钟，然后，使用温度记录仪来测定LED组件100的最高温度。此时，将放射率设定为0. 98来计算出温度。(实施例2)除了使用水岛合金铁株式会社制造的氮化硼粉末(HP-40)来代替氮化硼粉末以夕卜，与实施例I同样地操作，形成实施例2的导热片(导热层)。实施例2中使用的氮化硼(HP-40)具有鳞片状的粒子凝聚而成的形状。对于实施例2的导热片，与实施例I同样地测定导热率、体积电阻率和反射率。需要说明的是，利用扫描电子显微镜(SEM)对氮化硼粉末(HP-40)进行观察，结果得知，氮化硼粉末是鳞片状的粒子凝聚而成的类型。另外，对于氮化硼粉末(HP-40)，利用与实施例I同样的方法求出算术平均粒径，结果，算术平均粒径为 20 u m。另外，除了使用实施例2的导热片来代替实施例I的导热片以外，与实施例I同样地操作，制作实施例2的LED组件。对于实施例2的LED组件，利用与实施例I同样的方法求出LED发光后的最高温度。(比较例I)在比较例I中，使用利昌工业株式会社制造的白色基板(CS-3965)来代替导热片10。该白色基板是主要由填充有二氧化钛粉末及氧化铝粉末的玻璃环氧树脂形成的基板。对于该白色基板，与实施例I同样地测定导热率、体积电阻率和反射率。另外，除了使用该白色基板来代替实施例I的导热片10以外，与实施例I同样地操作，制作比较例I的LED组件。对于比较例I的LED组件，利用与实施例I同样的方法求出LED发光后的最高温度。(比较例2)在比较例2中，使用氮化硼粉末和聚酰亚胺来制作导热片。具体而言，首先，准备作为热固性聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸的N-甲基-2-卩比咯烷酮溶液(聚酰胺酸浓度20质量％)。向该溶液中添加氮化硼粉末(昭和电工株式会社制造，产品编号UHP-1)，由此制备混合液。此时，添加氮化硼粉末，以使氮化硼在最终的导热片中的含量达到45体积％。接着，将上述混合液以IlOmm见方、厚度达到650 iim的方式涂布到玻璃基板上，将该玻璃基板在120°C的加热板上加热30分钟，由此使溶剂蒸发而得到膜。然后，将该膜在320°C下加热12分钟，由此使膜中的聚酰胺酸进行酰亚胺化。这样，得到由氮化硼粉末和聚酰亚胺形成的比较例2的导热片。比较例2的导热片的尺寸为70mm见方，厚度约为130 μ m。对于比较例2的导热片，与实施例I同样地测定导热率、体积电阻率和反射率。另夕卜，除了使用比较例2的导热片来代替实施例I的导热片以外，与实施例I同样地操作，制作比较例2的LED组件。对于比较例2的LED组件，利用与实施例I同样的方法求出LED发光后的最高温度。(比较例3)在比较例3中，使用由PTFE形成的片材(日东电エ株式会社的ニ卜フ ロンNO.900UL，厚度为250 μ m)来代替导热片10。对于该片材，与实施例I同样地测定导热率、体积电阻率和反射率。另外，除了使用该片材来代替实施例I的导热片10以外，与实施例I同样地操作，制作比较例3的LED组件。对于比较例3的LED组件，使LED在与实施例I同样的条件下发光。然而，将LED点亮后，LED立即熄灭。该LED损坏而无法使用。将实施例及比较例的导热片的制作条件及评价结果示于表I中。需要说明的是，在实施例I和2以及比较例广3中，体积电阻率均为1015Ω -cm以上。
[表I]
权利要求
1.一种LED安装用基板， 其包含由含有氮化硼粉末和氟树脂的组合物形成的层， 所述氟树脂含有聚四氟乙烯， 所述层的导热率为2W/(m*K)以上，并且 所述层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率为O. 80以上。
2.如权利要求I所述的LED安装用基板，其中，所述氟树脂还含有选自由全氟烷氧基氟树脂和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物组成的组中的至少一种。
3.如权利要求I所述的LED安装用基板，其中， 所述氮化硼粉末在所述组合物中的含量在7(Γ90质量％的范围内，并且 所述氟树脂在所述组合物中的含量在1(Γ30质量％的范围内。
4.如权利要求I所述的LED安装用基板，其还具备形成在所述层的表面上的布线图案。
5.如权利要求I所述的LED安装用基板，其配置在散热器上。
6.如权利要求I所述的LED安装用基板，其中，所述层的孔隙率在5 30体积％的范围内。
7.如权利要求I所述的LED安装用基板，其中，在200°C下加热72小时后所述层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率以及在120°C下加热360小时后所述层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率分别为O. 80以上。
8.如权利要求I所述的LED安装用基板，其中，所述氮化硼粉末含有鳞片状的氮化硼粒子的凝聚物。
全文摘要
本发明的LED安装用基板包含由含有氮化硼粉末和氟树脂的组合物形成的导热层(导热片(10))，该氟树脂含有聚四氟乙烯。导热层的导热率为2W/(m·K)以上。导热层在波长380nm、470nm和650nm下的反射率为0.80以上。
文档编号H01L33/48GK102640311SQ20108005330
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者北川大辅, 小田高司, 末广一郎, 薄井英之, 高山嘉也 申请人:日东电工株式会社