JP2009260395A

JP2009260395A - 配線基板及びその製造方法

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Publication number: JP2009260395A
Application number: JP2009184512A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Sugiura; 良治杉浦; Masayuki Sakurai; 正幸桜井
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】複数の発光素子を搭載する非貫通穴と端子電極とする非貫通穴を備え、高い光出力をより変換効率よく得ることが可能なチップ部品型発光装置とするための配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁基板に設けた貫通穴の底面を金属薄膜で閉口し上方に開口した非貫通穴と、この非貫通穴の上端周辺部の表面上に銅箔で形成される接続ランドと、この接続ランドを形成する前記銅箔で上端面を閉口し下方に開口した第２の非貫通穴とを有する配線基板であって、前記非貫通穴には内部に発光素子が搭載され、前記第２の非貫通穴には前記接続ランドと電気的に接続される端子電極が形成され、前記発光素子と前記接続ランドとがワイヤボンディングにより接続され、前記発光素子が搭載される非貫通穴は前記接続ランドと電気的に独立とされる配線基板及びその製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の穴内部に発光素子を搭載し、各種の表示パネル、液晶表示装置のバックライト、照明装置などの光源として利用することの可能なチップ部品型発光装置とするための配線基板及びその製造方法に関する。

従来、チップ部品型のＬＥＤに代表されるチップ部品型発光装置は、表示パネル、液晶表示装置のバックライト、照明装置などの光源として利用されている。なお、かかるチップ部品型発光装置は、近年におけるフラットパネルの用途の拡大に伴って、その適用される用途が更に広がってきている。かかる用途の拡大に伴い、チップ部品型発光装置には、素子自体の発光量の増大と共に、消費電力に対する発光量の増大、換言すれば、光への変換効率の向上が求められており、そして、更には、特に、大量生産に適しており、もって、比較的安価に製造することの可能なチップ部品型発光装置とするための配線基板が求められている。

なお、従来におけるかかるチップ部品型発光装置は、例えば、以下の特許文献１に示すように、一般に、絶縁基板の一部に、貫通穴、又は、テーパ面を備えた穴を形成すると共に、その表面に電気的接続を行うための配線パターンを形成した配線基板を利用して製造されていた。即ち、例えば、発光ダイオード等の１個の発光素子を、上記配線基板の貫通穴の底面に取り付けた金属薄板からなる放熱板の上に搭載し、その後、素子の電極を上記配線パターンにワイヤボンディングにより接続してチップ部品型発光装置として完成するものである。

特許第３１３７８２３号公報

しかしながら、上述した従来技術になるチップ部品型発光装置の実装構造は、各配線基板に対して、例えば発光ダイオード等の発光素子を、ただ１個を搭載する構造であり、そのため、上述したように、各素子の発光量の増大に対応し、複数の発光素子をその内部に搭載するに適した構造とはなっていない。

即ち、上記特許文献１により知られる構造では、貫通穴の裏面に取り付けた金属薄板を配線パターンに接続し、もって、その内部に搭載する発光ダイオードの一方の電極を当該金属薄板に接続すると共に、その他方の電極を、例えば、ワイヤボンディングなどにより、やはり配線基板の一部に形成した他の接続配線パターンに接続する。しかしながら、この配線基板の一部に形成した他の接続配線パターンは、複数の発光ダイオードを、貫通穴の裏面に取り付けた金属薄板上に搭載した場合に適した構造とはなっていない。

また、上記特許文献１により知られる構造では、内部に搭載する発光ダイオードの他方の電極をワイヤボンディングなどによって配線基板の上部に形成した接続配線パターンに接続し、この接続配線パターンは表面の金属薄板と裏面の金属薄板とを接続するように延設して形成されている。しかしながら、絶縁基板の側面のメッキ層は個別の配線基板の側面に平坦に形成され、複数の発光ダイオードを上記非貫通穴内に搭載した場合には、外部に電気的な接続をするための電極を多数形成することは困難であり、生産効率も悪い。

そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて成されたものであり、具体的には、特に、その内部に複数の発光素子を搭載するチップ部品型発光装置とする配線基板及びその製造方法であって、更には、大盤版の配線基板に発光素子を繰り返し搭載して、切断線で分割して多対の端子電極を有するチップ部品型発光装置を大量生産することに適していることから比較的安価に製造することの可能な構造の配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明（１）は、絶縁基板に設けた貫通穴の底面を金属薄膜で閉口し上方に開口した非貫通穴と、この非貫通穴の上端周辺部の表面上に銅箔で形成される接続ランドと、この接続ランドを形成する前記銅箔で上端面を閉口し下方に開口した第２の非貫通穴とを有する配線基板であって、前記非貫通穴には内部に発光素子が搭載され、前記第２の非貫通穴には前記接続ランドと電気的に接続される端子電極が形成され、前記発光素子と前記接続ランドとがワイヤボンディングにより接続され、前記発光素子が搭載される非貫通穴は前記接続ランドと電気的に独立とされる配線基板である。

また、本発明（２）は、上記（１）において、非貫通穴は、内周面及び放熱板の表面に反射膜が一体的に形成され、内部の表面上に発光素子が搭載されており、第２の非貫通穴は、銅めっき後に略中心に沿って切断されて、端子電極が形成されている配線基板である。

また、本発明（３）は、上記（１）または（２）において、一つの非貫通穴が底面に複数の発光素子を搭載し、前記非貫通穴の上端周辺部に多対の接続ランドが形成されている配線基板である。

また、本発明（４）は、両面に接着剤を有する絶縁基材に複数の貫通穴を設ける工程と、この絶縁基材の上下両面に、予め穴を開けた放熱板用金属薄膜及び接続ランド用銅箔を付着させて、底面を前記放熱板用金属薄膜で閉口し上方に開口した非貫通穴及び前記接続ランドを形成する銅箔で上端面を閉口し下方に開口した第２の非貫通穴を形成する工程と、上記で形成した非貫通穴及び第２の非貫通穴を含む絶縁基板全体を銅めっきする工程と、前記非貫通穴の上端周辺部の表面上に接続ランドを、前記非貫通穴と電気的に独立となるように形成する工程と、前記非貫通穴の内周面及び放熱板の表面に反射膜を一体的に形成する工程と、を有する配線基板の製造方法である。

また、本発明（５）は、上記（４）において、さらに、前記非貫通穴の内部の表面上に発光素子を配置する工程と、前記発光素子と前記接続ランドとをワイヤボンディングによって接続する工程と、前記第２の貫通穴の略中心に沿って切断し、端子電極を形成する工程と、を有する配線基板の製造方法である。

上述したように、本発明によれば、複数の発光素子を搭載して、高い光出力をより変換効率よく得ることが可能な配線基板及びその製造方法が提供されるという優れた効果を発揮する。

さらに、本発明によれば、大盤版の配線基板の一つの非貫通穴に複数の発光素子を繰り返し搭載して、切断線で分割して多対の端子電極を有するチップ部品型発光装置を大量生産することに適していることから比較的安価に製造することができる。

本発明の一実施の形態になるチップ部品型発光装置、そのための配線基板の構成を示す拡大斜視図である。上記配線基板の製造方法を示すための工程図であり、その製造過程の各段階における断面構造を示す。上記により得られた基板に複数の発光素子を搭載してなるチップ部品型発光装置の構造を示す断面図である。大盤版の配線基板から多数の個々の配線基板を分割する平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。

まず、図１は、本発明の一実施の形態になるチップ部品型発光装置とするための配線基板を示す。このチップ部品型発光装置、及び、そのための配線基板は、図からも明らかなように、外形を略正方形の板状に形成されており、基本的には、配線基板１０と共に、複数の発光素子、例えば、本例では、８個の発光ダイオード３０、３０…とによって構成されている。なお、これら複数の発光素子である、８個の発光ダイオード３０、３０…は、上記配線基板１０の略中央に形成された貫通穴の底面を厚い金属薄膜（放熱板１２）で閉口した非貫通穴１１であり、この非貫通穴１１の裏（底）面に設けられて放熱板１２を形成する厚い金属薄膜の穴内部の表面上に、複数の発光素子（発光ダイオード３０、３０…）が所定の位置に並べられて配置されている。
なお、この配線基板１０に形成された非貫通穴１１の内周面及び上記金属薄膜放熱板１２の表面には、後にも詳細に説明するが、例えば、金、銀などの金属薄膜からなる反射膜１３が、一体に形成されている。

また、この図からも明らかなように、上記配線基板１０の上面には、その製造工程については後に詳細に説明するが、上記複数の発光ダイオード３０、３０…を図示しない外部の駆動回路と電気的に接続するための接続ランド、所謂、配線パターン１４、１４…が、上記非貫通穴１１を取り囲むように、それぞれ、その周辺部に配置されて形成されている。
そして、この図１において、符号１５、１５…は、これら複数の発光ダイオード３０、３０…を上記配線パターン１４、１４…との間で電気的に接続するための、例えば、ワイヤボンディングにより配線されたワイヤ１５を示している。即ち、配線基板１０の非貫通穴１１底面の放熱板１２の上に、複数の発光ダイオード３０、３０…を配置し、その後、上述したように、例えば、ワイヤボンディングなどにより、上記配線基板１０の上面に形成された配線パターン１４、１４…との間で、電気的に接続することが出来る。

更に、上記の図１からも明らかなように、チップ部品型発光装置、及び、そのための配線基板を構成する配線基板１０の各端面には、複数（本例では、８×２＝１６個）の端子電極４０、４０…が形成されている。
即ち、これら端子電極４０、４０…により、当該チップ部品型発光装置を、例えば、マザーボードなどの他の基板上に搭載した際、基板上に形成された配線パターンと間の電気的な接続を図ることが出来る。

続いて、上記にその詳細構造を説明したチップ部品型発光装置とするための配線基板について、特に、配線基板１０の製造方法について、以下、添付の図２を参照しながら説明する。なお、この図２は、上記した配線基板１０の製造方法を示しており、この図では、配線基板１０の製造過程の各段階における断面構造を示す。

まず、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁材からなる、厚さが約０．１５ｍｍの絶縁基材３００を用意し、その両面に、厚さが約２５μｍの接着剤（シート）３１０、３１０を付着する（図２（ａ）を参照）。その後、例えば、ＮＣ（穴明機）により、この基材に貫通穴１１Ａ（例えば、φ５．０ｍｍ程度）、４０Ａ（例えば、φ０．６ｍｍ程度）を開け、更に、その上下の面に、それぞれ、所定の位置に予め穴を開けた銅箔３３０と３４０を付着する（図２（ｂ）を参照）、その後、例えば、これらを加熱して、所謂、本接着を行う（図２（ｃ）を参照）ことにより、発光素子を非貫通穴内部に搭載するための非貫通穴１１と、上端面を銅箔３３０（金属薄膜）で閉口した端子電極４０を形成するための第２の非貫通穴４１を形成する。
なお、上記の銅箔３３０は、例えば、厚さが約１８μｍの銅箔であり、また、銅箔３４０は、その厚さが７０〜１７５μｍ程度の比較的厚い銅箔である。
つまり、この非貫通穴１１の底面から絶縁基板３００の裏面まで、前記非貫通穴１１の上端周辺部の表面上に前記発光素子を接続する接続ランド（配線パターン）を形成する通常の銅箔３３０（金属薄膜）より厚さの厚い銅箔３４０（放熱板）が形成された配線基板である。

次に、上記で用意した絶縁基材３００の全体に、厚さ約２０μｍの銅めっき層３５０を施す（図２（ｄ）を参照）。その後、上記の絶縁基材３００の両面にエッチング等の処理により回路（配線パターン）を形成し（図２（ｅ）を参照）、更に、その上に、厚さ約５μｍのＮｉを下地として、厚さ約０．３μｍの金めっきを施す（図２（ｆ）を参照）。更に、その後、上記で得られた絶縁基材３００の下面にマスキングテープ３７０を貼り（図２（ｇ）を参照）、その全体に、約１μｍの厚さで銀めっき３８０を施す（図２（ｈ）を参照）。最後に、上記で付着したマスキングテープ３７０を剥離し、もって、発光素子等を絶縁基板の非貫通穴１１内部に搭載するための配線基板１０を完成する。

その後、図示しないが、更に、複数の発光ダイオードを上記配線基板１０の非貫通穴１１内に、即ち、非貫通穴１１の底面に設けられた放熱板１２上に配置し、配線を行ってチップ部品型発光装置を得る。なお、以上に述べた工程では、多数の装置を同時に製作するため、その表面積の大きな基板を用い、多数の基板を一体として大盤版の配線基板を作成する。
そして、上記図２（ｉ）における一点鎖線は、非貫通穴１１の近傍に形成する上端面を金属薄膜で閉口した第２の非貫通穴４１と前記配線基板上で互いに電気的に接続され、発光素子を非貫通穴１１内に搭載した後、当該第２の非貫通穴４１の略中心に沿って切断して端子電極４０を形成する配線基板が提供される。上記基板内に複数の発光ダイオードを実装してチップ部品型発光装置を完成した後、個々のチップ部品として分離切断するための切断線を示している。

なお、上述した製造工程により得られたチップ部品型発光装置の配線基板によれば、添付の図３にも示すように、上記基板を構成する配線基板１０の略中央部に形成した非貫通穴１１の裏（底）面に設けられた放熱板（金属薄膜）１２の上に、伝熱性の高いモールド樹脂材を介して、上記複数の発光ダイオード３０、３０…を所定の位置に固定する。
その後、例えば、ワイヤボンディングにより配線が行われる。その際、上記図１からも明らかなように、発光ダイオードとの間で配線を施す配線パターン１４、１４…が、上記配線基板１０に上面が開口された非貫通穴１１の周辺部に、多数配置されており、複数の発光ダイオード３０、３０…の各々の電極は、これら配線パターン（接続ランド）１４、１４…との間でワイヤボンディングによって配線が行われる。なお、この図３においても、配線されたワイヤが符号１５により示されている。

このように、上記配線基板の構成によれば、上記配線基板１０の略中央部に形成した非貫通穴１１内に、複数の発光ダイオード３０、３０…を実装することが可能となり、高発光出力のチップ部品型発光装置として、例えば、表示パネル、液晶表示装置のバックライト、照明装置などの光源として利用することが出来る。

また、上記図３にも示すように、上記配線基板を構成する配線基板１０に上面に開口した非貫通穴１１の底面及びその内周面には、上述したように、その全面に亘って、ニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層とからなる貴金属めっき層が施され（上記図２（ｆ）の符号３６０を参照）、更に、その表面には銀（Ａｇ）層（厚さ約１μｍ）からなる反射膜１３が形成されている（上記図２（ｈ）の符号３８０を参照）。このことから、配線基板１０の非貫通穴１１の内部に設けられた複数の発光ダイオード３０、３０…から出射した光は、これら反射膜１３によって反射され、外部に漏出することなく、配線基板１０に開口した非貫通穴１１の上部から導出される。即ち、複数の発光素子による高い光出力を、変換効率良く得ることが可能となる。

また、上記図４にも示すように、多数のチップ部品型発光装置を同時に製作するため、その表面積の大きな基板を用い、多数の配線基板１０が一体で繋がってる大盤版の配線基板１を作成する。そして、上記図４における一点鎖線ＸとＹは、大盤版の配線基板１から多数の個々の配線基板１０を分割する切断線である。
特に一点鎖線Ｙは、発光素子を非貫通穴１１内に搭載した後、当該第２の非貫通穴４１の略中心に沿って分割切断する切断線である。この非貫通穴１１の近傍に形成する上端面を金属薄膜で閉口した第２の非貫通穴４１の上端面の金属薄膜とワイヤボンディングをする接続ランドは配線パターンにより配線が行われる。そして、当該第２の非貫通穴４１の略中心に沿って切断して端子電極４０を配線基板の各端面に形成する配線基板１０が提供される。
なお、本図では第２の非貫通穴４１は１個の配線基板１０に対して２個だけ表示したが、複数の発光素子を一つの非貫通穴１１内に搭載する場合は複数の第２の非貫通穴４１を多対として配置して、多対の端子電極４０を形成するものである。

加えて、上記図１には、上記チップ部品型発光装置、及び、そのための配線基板において、その個々の配線基板１０の上面に形成された複数の配線パターン１４、１４…の一例が示されている。この図からも明らかなように、この実施例では、互いに隣接する配線パターン（接続ランド）１４、１４が電気的に接続されている。より具体的には、それぞれ、互いに隣接する一対の発光ダイオードの「＋」及び「−」の電極に接続される配線パターンが、「＋」「＋」「−」「−」の順に配列されていることを意味する。なお、かかる配線パターン１４、１４…の配列によれば、基板内に配置した複数の発光ダイオード３０、３０…をワイヤボンディングなどによって配線パターン（接続ランド）１４、１４…との間で電気的に接続した際、その後、配線されたワイヤ１５、１５同士が互いに近接し、又は、接触しても、同極性であることから、短絡の発生から回避することが可能となるという効果を発揮する。

なお、以上に種々述べた実施例においては、上記配線基板１０に開口した非貫通穴１１、又は第２の非貫通穴４１は、円形であるとして説明したが、しかしながら、本発明はそれにのみ限定されるものではなく、これを、例えば、長円形や楕円形や方形に形成することも可能である。なお、その場合にも、上記と同様の効果が得られることは明らかであろう。また、上記の実施例においては、上記配線基板１０の上面に開口した非貫通穴１１は、その内周面を垂直に形成するものとして説明したが、これについても、やはり、本発明はそれにのみ限定されるものではなく、例えば、基材に非貫通穴１１を形成する際（上記図２（ｂ）を参照）、例えば、テーパドリル等を利用することにより、その内周面を傾斜して形成することも可能である。

また、上記の説明では、上記の構成になるチップ部品型発光装置、及び、そのための配線基板において、特に、その配線基板１０の非貫通穴１１の内部に配置される複数の発光素子を、その一例として、８個の発光ダイオード３０、３０…として説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、２個又はそれ以上の個数（例えば、好ましくは、４個、６個、９語、１０個等）でもよく、また、発光そしてしては、上記の発光ダイオードに限らず、その他の半導体発光素子でもよいことは、当業者であれば明らかであろう。

１０…配線基板、１１…非貫通穴、１２…放熱板（厚い金属薄膜）、１３…反射膜、１４…配線パターン、１５…配線用ワイヤ、３０…発光ダイオード、４０…端子電極。

Claims

絶縁基板に設けた貫通穴の底面を金属薄膜で閉口し上方に開口した非貫通穴と、この非貫通穴の上端周辺部の表面上に銅箔で形成される接続ランドと、この接続ランドを形成する前記銅箔で上端面を閉口し下方に開口した第２の非貫通穴とを有する配線基板であって、
前記非貫通穴には内部に発光素子が搭載され、前記第２の非貫通穴には前記接続ランドと電気的に接続される端子電極が形成され、前記発光素子と前記接続ランドとがワイヤボンディングにより接続され、前記発光素子が搭載される非貫通穴は前記接続ランドと電気的に独立とされる配線基板。
請求項１において、
非貫通穴は、内周面及び放熱板の表面に反射膜が一体的に形成され、内部の表面上に発光素子が搭載されており、
第２の非貫通穴は、銅めっき後に略中心に沿って切断されて、端子電極が形成されている配線基板。
請求項１または２において、
一つの非貫通穴が底面に複数の発光素子を搭載し、前記非貫通穴の上端周辺部に多対の接続ランドが形成されている配線基板。
両面に接着剤を有する絶縁基材に複数の貫通穴を設ける工程と、
この絶縁基材の上下両面に、予め穴を開けた放熱板用金属薄膜及び接続ランド用銅箔を付着させて、底面を前記放熱板用金属薄膜で閉口し上方に開口した非貫通穴及び前記接続ランドを形成する銅箔で上端面を閉口し下方に開口した第２の非貫通穴を形成する工程と、
上記で形成した非貫通穴及び第２の非貫通穴を含む絶縁基板全体を銅めっきする工程と、
前記非貫通穴の上端周辺部の表面上に接続ランドを、前記非貫通穴と電気的に独立となるように形成する工程と、
前記非貫通穴の内周面及び放熱板の表面に反射膜を一体的に形成する工程と、
を有する配線基板の製造方法。
請求項４において、
さらに、前記非貫通穴の内部の表面上に発光素子を配置する工程と、
前記発光素子と前記接続ランドとをワイヤボンディングによって接続する工程と、
前記第２の貫通穴の略中心に沿って切断し、端子電極を形成する工程と、
を有する配線基板の製造方法。