JP5681035B2 - Led光源パッケージ - Google Patents
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Description
チップとの熱膨張係数差が大きいため、熱応力が生じ、金属回路基板の反りおよび接合層にクラックが発生する。
回路基板に良好に伝えることができ、LED光源パッケージとして好適に使用できる。
本明細書におけるLED光源モジュールは、III−V族半導体結晶からなるLED発光素子と保持基板からなるLEDチップが2個以上が回路基板に搭載され、電気的接続部材で接続され、樹脂封止材で封止されていることを基本構造としている。
応力緩和板の熱膨張係数が上記の範囲外の場合、LEDチップ作動時の熱負荷により、接合層(はんだ層等)やLED光源モジュールの破壊が起こり、放熱特性が低下する場合がある。また、複合化する金属の含有率を増減させることで、応力緩和板の熱膨張係数を増減させることができる。
黒鉛とアルミニウム又はアルミニウム合金の複合化の方法としては、例えば特許3468358号の実施例等の方法によって含浸される、溶湯鍛造法により製造されたものであることが好ましい。
黒鉛の体積率が50体積%未満であると、アルミニウム−黒鉛質複合体の熱膨張係数が大きくなりすぎる。一方、90体積%を超えると、金属を十分に含浸させることができずに、熱伝導率が小さくなりすぎる恐れがある。また、黒鉛の充填状態は特に制限はなく、黒鉛質多孔体、又は黒鉛粉末成形体を用いることができる。黒鉛の体積率の調整は黒鉛成分の粒度調整、整形圧力、焼結条件などによって行うことができる。
黒鉛板(東海炭素株式会社製:G250、体積率:78%、寸法:185mm×135mm×5.0mm)を、黒鉛離型材の塗布されたステンレス板からなる離型板に挟んで両側に鉄板(厚み12mm)を配置し、ボルト8本で連結して一つの積層体とした。この積層体を電気炉で温度630℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいたプレス金型(内径400mm×高さ300mm)内に収め、シリコンを12質量%及びマグネシウムを1質量%含有するアルミニウム合金の溶湯(温度800℃)を注ぎ、100MPaの圧力で25分間加圧してアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断して離型板を剥がし、含浸時のひずみ除去の為に500℃で3時間アニール処理を行いアルミニウム合金−黒鉛質複合体を得た。
LED光源パッケージを−40℃と125℃の恒温槽に30分間保持しヒートサイクル処理(500回)を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層の剥離等の問題箇所は確認されなかった。
実施例1で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦40mm、横40mm、厚み0.5mmの板状体を切り出したこと以外は、実施例1と同様にして、LED光源パッケージ化を行った。
実施例1で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦40mm、横40mm、厚み3.0mmの板状体を切り出したこと以外は、実施例1と同様にして、LED光源パッケージ化を行った。
黒鉛板を東洋炭素株式会社製(MIC25、体積率83%)としたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、LED光源パッケージ化を行った。
黒鉛板を東洋炭素株式会社製(IE252G、体積率60%)としたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、LED光源パッケージ化を行った。
人造黒鉛粉末(小林商事社製:DSC−A、固定炭素分:99.25%)1000gと、炭化珪素粉末(大平洋ランダム社製:NC2000、平均粒径:7μm)183g(10体積%)と混合し、その混合物を、円筒状(内径100mm、高さ150mm)の鉄製容器内に充填し、湯口用の穴があいた鉄板で上下を挟み込んだ状態で体積率が80体積%になるように、圧力80MPaでプレス成形することにより、円柱状(直径100mm、高さ90mm)成形体を得た。
得られた複合体を実施例1と同様にしてLED光源パッケージ化を行った。
炭化珪素粉末の添加量を20体積%としたこと以外は、実施例5と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、LED光源パッケージ化を行った。
実施例1で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦40mm、横40mm、厚み0.3mmの板状体を切り出したこと以外は、実施例1と同様にして、LED光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理(500回)を行った後に、応力緩和板の割れが確認された。
実施例1で得られたアルミニウム合金−黒鉛質複合体をダイヤモンドカッターで、縦40mm、横40mm、厚み5.0mmの板状体を切り出したこと以外は、実施例1と同様にして、LED光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理(500回)を行った後に、半田クラックが確認された。
黒鉛板を東海炭素株式会社製G458(体積率:85%)としたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、LED光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理(500回)を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
黒鉛板を東海炭素株式会社製G535(体積率:84%)としたこと以外は、実施例1と同様に
してアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、LED光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理(500回)を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
炭化珪素粉末の添加量を30体積%としたこと以外は、実施例5と同様にしてアルミニウム合金-黒鉛質複合体を作製し、LED光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理(500回)を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
黒鉛板のかわりにセラミック多孔体として炭化珪素からなる体積率が65および80%である炭化珪素多孔体を用いたこと以外は実施例1と同様にして応力緩和板を作製し、LED光源パッケージ化を行い、ヒートサイクル処理(500回)を行った後に、外観及び接合状態を超音波探傷により確認したところ、接合層に半田クラックが確認された。
Claims (5)
- 絶縁性のセラミックス基板表面にLEDチップが2個以上結線されたLED光源モジュールと金属回路基板との間に、ヤング率が70GPa以下、25℃〜150℃の熱膨張係数が5×10−6〜12×10−6/K、熱伝導率が150W/mK以上であり、厚みが0.5〜3.0mmである平板状のアルミニウム−黒鉛質複合体からなる応力緩和板が実装されていることを特徴とするLED光源パッケージ。
- 応力緩和板が、黒鉛質多孔体又は黒鉛粉末成形体とアルミニウム又はアルミニウム合金を複合化した板状の金属含浸セラミックス基板であることを特徴とする請求項1記載のLED光源パッケージ。
- アルミニウム−黒鉛質複合体に占める黒鉛の体積率が60〜85体積%であることを特徴とする請求項1又は2記載のLED光源パッケージ。
- アルミニウム−黒鉛質複合体の両主面に0.5〜20μmの厚みのNi、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Snの中から選ばれる少なくとも1種以上のめっきを形成したアルミニウム−黒鉛質複合体とLED光源モジュール及び金属回路基板間が半田付け又はろう付けされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のLED光源パッケージ。
- ろう材中に錫、銅、銀、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも1種類以上含まれていることを特徴とする請求項4記載のLED光源パッケージ。
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