CN101006031B - 用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板及其制造方法，其可以可靠而高效率地反射发光元件所发出的光，提高发光元件的亮度，并具有高散热性。该用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板由具有放置面和电极的陶瓷基板构成，该放置面用于放置具有电极的发光元件，该电极与该发光元件的电极电连接，其中，陶瓷基板包括由氮化物陶瓷构成的基板主体、和覆盖该基板主体的至少一部分表面、并由与形成基板主体的氮化物陶瓷异种的陶瓷构成的覆盖层，覆盖层的表面的对300～800nm的波长区域的光的反射率为50％以上。

Description

用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及为了安装发光二极管等发光元件而使用的副安装件用陶瓷基板及其制造方法。
背景技术
发光元件由于其消耗电力小而应用于各种各样的领域。例如，发光二极管(以下有时简称“LED”)不仅可做成分别发红、绿、蓝等颜色光的单色LED，而且通过对蓝色LED施加荧光体而可使其发白色光，与其亮度的提高相结合，可以应用于电光显示板用的光源、便携式电话、个人计算机等的背光光源等各种各样的领域。
发蓝色光的LED通常是通过以绝缘性的蓝宝石为基板，在叠层于该基板上的GaN类化合物半导体的表面侧形成p侧和n侧的电极而制造出的。此外，这种发蓝色光的LED，多用作表面安装于这些电极面上的倒装片型的发光元件。这种倒装片型的发光元件，由于基板的蓝宝石为光透过性，所以把蓝宝石基板朝向发光方向侧安装于基板上，可以把该蓝宝石基板的表面取为主光取出面。而且，近来，一种复合发光元件被用作有效的发光源，该复合发光元件除了将发光元件的芯片安装在设备的基板上，还将发光元件的芯片安装在例如以借助齐纳二极管的静电保护为目的的副安装(sub mount)件上。
这种复合发光元件是在副安装件上以导通状态安装发蓝色光的倒装片型的发光元件的结构，而该副安装件以导通状态安装于内置于电子设备等内的安装基板上。虽然以往，作为副安装件使用硅基板，但是由于硅基板吸收从LED发出的波长450nm(蓝)～560nm(绿)的光，所以存在着复合发光元件的亮度降低这样的问题。
因此，作为没有这种问题的复合发光元件，提出了用氧化铝等白色系绝缘体来构成发光元件的安装面的技术方案(参照专利文献1)。
可是，专利文献1的构成绝缘基板的白色的氧化铝质烧结体，在反射率上，在350～650nm的范围内也具有反射率为50％以上的物性，相反热传导率比较小为20W/m·K，来自发光元件的热量难以散热到外部，存在着发光元件因热而受到损伤的危险。
专利文献1：日本特开2003-60243号公报
发明内容
虽然认为上述问题可以通过使用热传导率高的氮化物陶瓷，而且用光反射率大的绝缘材料构成副安装件而予以解决，但迄今还不知道满足这种要求的绝缘材料。例如，作为热传导性高的绝缘材料公知有氮化铝烧结体，但以往所公知的氮化铝烧结体其色调为有透光感的灰色，在光的反射率方面存在问题。
因此，本发明目的在于为了得到没有上述这种问题的复合发光元件而提供一种表面的光反射率与热传导率这双方都高的发光元件安装用陶瓷基板。
本发明人为了解决上述课题进行了精心研究。其结果，构思在氮化铝烧结体这样的热传导率高的氮化物陶瓷基板的表面上设置反射率高的陶瓷层，并且成功发现在氮化物陶瓷基板的表面上形成良好的紧密接合的高光反射率陶瓷层的方法，以至完成本发明。
下面，对本发明进行说明。另外，为了容易理解本发明而在括号中写进附图中的附图标记，但本发明不限于由此图示的形态。
即，本发明的第1技术方案，一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)，由具有放置面和电极(113)的陶瓷基板(110)构成，该放置面用于放置具有电极的发光元件(200)，该电极(113)与该发光元件的电极(210)电连接，其中，上述陶瓷基板(110)包括由氮化物陶瓷构成的基板主体(111)、和覆盖该基板主体的至少一部分表面、并由与形成基板主体的氮化物陶瓷异种的陶瓷构成的覆盖层(112)，上述覆盖层(112)的表面的对300～800nm的波长区域的光的反射率为50％以上。
在上述本发明的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)中，由于基板主体(111)由氮化物陶瓷构成，所以通过该基板有效地进行散热，可以更可靠地抑制发光元件的热引起的损伤。进而，由于元件放置面一侧的露出表面的表层部由对300～800nm的波长区域的光的反射率成为50％以上的、由陶瓷(这种陶瓷，通常在具有足够的厚度、例如5μm以上的厚度时为白色，所以以下有时简称为“白色陶瓷”)构成的覆盖层(112)构成，所以可以提高发光元件(200)的亮度。
特别是，上述覆盖层(112)的表面的对400nm的波长的光的反射率为70％以上，作为发光元件(200)，即使在使用白色LED用发光元件(白色LED通常发出蓝色或近紫外区的光，用各种荧光体将其变换为各种波长。)时也可以得到较高的亮度。
作为上述本发明的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)中的覆盖层(112)的形态，可以举出：
(第1形态)由氧化物层构成的覆盖层(112)，该氧化物层是这样形成的：准备由所期望的形状(由覆盖层(112)和基板主体(111)构成的陶瓷基板(110)的形状)的氮化物陶瓷构成的烧结体，通过对在该烧结体中成为覆盖层(112)的部分进行氧化处理，使该部位的氮化物陶瓷转化成氧化物而形成氧化物层；
(第2形态)设在由氮化物陶瓷构成的基板主体(111)的表面上的、由与该氮化物陶瓷异种的白色陶瓷层构成的覆盖层(112)，以及
(第3形态)上述(第1形态)与(第2形态)的复合型，即，在由像(第1形态)那样形成的氧化物构成的基底层之上形成异种的白色陶瓷层而成的复层结构的覆盖层等。
另外，在(第2形态)中，即使是与基底的氮化物陶瓷组成相同的氮化物陶瓷，因微结构的不同等，光反射率较高而成为白色的不同氮化物陶瓷，也属于在此所说的异种的白色陶瓷。
本发明的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)中的、覆盖层(112)为(第1形态)的覆盖层，具有基板主体(111)与覆盖层(112)的紧密接合强度特别高这样的特征。此外，覆盖层(112)为(第2形态)或(第3形态)的，具有构成覆盖层(112)的陶瓷材料的选择的自由度大，可以使用光反射率更高的材料这样的特征。
另外，在(第2形态)中，形成覆盖层(112)的白色陶瓷、和与构成其基底的基板主体(111)的氮化物陶瓷由同一组成的氮化物构成的发光元件安装用陶瓷基板，也兼有覆盖层(112)与基板主体(111)的紧密接合强度高这样的特征。
在上述用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)中，陶瓷基板(110)的放置面侧的露出表面的表层部，优选是由上述覆盖层(112)形成。由此，可以有效地提高发光元此外，上述覆盖层(112)的厚度，优选是5～500μm。由此，不会影响整个陶瓷基板(110)的热传导率，就可以得到较高的光反射率。
此外，本发明提供制造本发明的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的方法。即，一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的制造方法，作为高效率地制造具有(第1形态)的覆盖层(112)的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的制造方法，包括：将含有化合物的组合物成形为片状的工序，该化合物包含氮化物陶瓷；在所得到的片状成形体上形成导电部(113、114、115)的工序；烧制所得到的片状成形体，制作原料基板的工序；以及通过在氧气氛下对由烧制得到的原料基板进行氧化处理，得到具有由氧化物陶瓷构成的覆盖层(112)的陶瓷基板(110)的工序。
还提供一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的制造方法，作为高效率地制造具有(第2形态)的覆盖层(112)的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的制造方法，包括：把含有化合物的组合物成形为实质上与基板主体(111)相同形状的工序，该化合物包含氮化物陶瓷；在所得到的成形体的表面上涂敷含有白色陶瓷的组合物的工序；以及，通过对涂敷有含有白色陶瓷的组合物的成形体进行烧制，得到具有由白色陶瓷构成的覆盖层(112)的陶瓷基板(100)的工序。
还提供一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的制造方法，作为高效率地制造具有(第2形态)的覆盖层(112)的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)的另一制造方法，包括：把含有化合物的组合物成形为实质上与基板主体(111)相同形状的工序，该化合物包含氮化物陶瓷；对得到的成形体进行烧制，得到基板主体烧结体的工序；在该基板主体烧结体的表面上涂敷氮化物陶瓷泥的工序；以及，在含有还原性气体的气氛中对涂敷有氮化物陶瓷泥的基板主体烧结体进行烧制的工序；上述在含有还原性气体的气氛中的烧制是在这样的条件下进行的，该条件为烧结了上述氮化物陶瓷泥而得到的烧结体中残存口径为0.1μm以上的空隙。
此外，本发明提供具有上述用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板(100)、和接合于基板的发光元件(200)的复合发光元件(300)。本发明的复合发光元件，是具有上述具有优良性能的发光元件安装用陶瓷基板的、高性能的复合发光元件。
本发明的发光元件安装用陶瓷基板，不仅由于散热性优良而可以可靠地抑制发光元件的热引起的损伤，而且由于可以高效率地反射从发光元件的侧面、背面发出的光，所以可以提高发光元件的亮度。
附图说明
图1是示意地表示本发明的发光元件安装用陶瓷基板100a的剖视图。
图2是示意地表示本发明的发光元件安装用陶瓷基板100b的剖视图。
图3是示意地表示本发明的发光元件安装用陶瓷基板100c的剖视图。
图4是在实施例4中所得到的基板的覆盖层剖切面的SEM照片。
图5是在比较例3中所得到的基板的覆盖层剖切面的SEM照片。
附图标记的说明
100a～100c：发光元件安装用陶瓷基板；110：陶瓷基板；
111：基板主体；112a、112b：覆盖层；113、113′：发光元件连接用电极；114、114′：通路孔；115、115′：电力供给用电极；200：发光元件；210a、210b：发光元件的电极；300：接合线。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明。图1～图3是示意地表示各种形态的本发明的发光元件安装用陶瓷基板100a～100c的剖视图。首先进行所有的附图共同的总括性说明。
本发明的发光元件安装用陶瓷基板100是用于安装LED或激光器等发光元件200的陶瓷制基板，可以适用作副安装件。本发明的发光元件安装用陶瓷基板100与以往的用于安装发光元件的陶瓷制基板(例如，以往的安装发光元件用陶瓷制副安装件)同样由陶瓷制基板110构成，该陶瓷制基板110具有用于放置具有电极的发光元件200的放置面、和与该发光元件的电极电连接的电极113。基板的形状和大小、电极的形状、大小和配置、其他附带的布线图案的形状、大小和配置等与以往的基板没有特别变化之处，根据用途适当确定。
本发明的发光元件安装用陶瓷基板100中的陶瓷基板110包括由氮化物陶瓷构成的基板主体111、和覆盖该基板主体的至少一部分表面、并由与形成基板主体的氮化物陶瓷异种的陶瓷构成的覆盖层112而成，在覆盖层112的表面处对300～800nm的波长区域的光的反射率为50％以上。而且，由此在安装发光元件200而进行使用时，不仅可以更可靠地抑制发光元件200的热引起的损伤，而且可以提高发光元件200的亮度。另外，陶瓷的反射率可以由使用积分球的分光光度计来测定。
基板主体111为了通过它高效率地进行散热而由氮化物陶瓷形成。作为构成基板主体111的氮化物陶瓷可以使用氮化铝、氮化硅等公知的氮化物陶瓷，但是从热传导率方面考虑优选使用氮化铝，从廉价且容易成形的方面考虑，尤其优选使用用烧结助剂来烧结氮化铝粉末而成的氮化铝烧结体。作为烧结助剂没有特别限定，可以使用通常所使用的烧结助剂。若举例可优选使用的烧结助剂，可以举出氧化钇、氧化铒等稀土类元素氧化物；氧化钙、氟化钙、硝酸钙、碳酸钙、磷酸钙、以及3CaO·Al2O3等碱土类金属的盐或(复合)氧化物。在本发明的发光元件安装用陶瓷基板100中，基板主体111的热传导率优选是170W/m·K以上，更优选是200W/m·K以上。另外，热传导率可以容易通过激光闪火法测定。
覆盖层112高效率地反射从发光元件200的侧面、背面发出的光，具有提高亮度这样的功能。作为构成该覆盖层112的白色陶瓷，是与构成基板主体111的陶瓷异种的陶瓷，只要是具有至少5μm的厚度时对300～800nm的波长区域的光的反射率为50％以上、更优选为60％以上的陶瓷即可，可以使用公知的陶瓷材料。其中特别是，出于提高使用白色LED时的亮度这样的理由，优选使用对400nm的波长的光的反射率为70％以上、特别是80％以上的白色陶瓷。
另外，所谓“异种的陶瓷”意味着作为异种的陶瓷也包括即使是与基板主体111的氮化物陶瓷组成相同的氮化物陶瓷，因微结构的不同等而光反射率较高成为白色的陶瓷。
作为可以优选使用的白色陶瓷，可以举出氮化硼、氧化铝、(白色)氮化铝、(白色)氮化硅、氧化镁、氧化钛等。在这些之中，出于光反射率高的理由，特别优选使用氧化铝或氮化硼类陶瓷，最优选使用氮化硼。此外，从光反射率高、且与基板主体111的紧密接合性高这样的方面考虑，覆盖层112优选是由含有与基板主体111同种氮化物的白色氮化物陶瓷构成。例如，基板主体111由氮化铝烧结体构成时，优选是覆盖层112由白色氮化铝构成，此外，基板主体111由氮化硅烧结体构成时，优选是覆盖层112由白色氮化硅构成。
虽然覆盖层112只要是覆盖基板主体111的至少一部分表面即可，并未特别限定，但是从提高发光元件200的亮度的效果方面考虑，优选是至少陶瓷基板110的用于放置发光元件200的放置面侧的露出表面的表层部由覆盖层112构成。此外，覆盖层112的厚度，虽然取决于构成覆盖层的陶瓷的种类和整个基板的厚度，但是从不影响整个陶瓷基板110的热传导率就得到高光反射率这方面考虑，优选将覆盖层112的厚度取为5～500μm，特别是10～300μm。在构成覆盖层的陶瓷是像氧化铝那样热传导率低的陶瓷时，覆盖层的厚度优选是下限为5μm、特别是10μm，上限为整个基板厚度的10％、特别是5％。
在覆盖层112的厚度不足5μm时，因白色陶瓷的种类不同而受基底的影响，有时对300～800nm的波长区域的光的反射率成为不足50％。此外，从高效率地反射光的方面考虑，优选是覆盖层112的算术平均表面粗糙度(Ra)为3μm以下、特别是0.8μm以下。
下面，沿着各附图，对各种形态的本发明的发光元件安装用陶瓷基板100a～100c分别进行说明。
图1是示意地表示本发明的发光元件安装用陶瓷基板100a的剖视图。发光元件安装用陶瓷基板100a是用于安装具有电极210a、210b的发光元件200的发光元件安装用陶瓷基板，由导电部113、114、115、大致方形平板状的陶瓷基板110构成。在陶瓷基板110上的用于放置发光元件200的放置面的表面上形成分别与发光元件200的电极210a、210b电连接的发光元件连接用电极113、113′。
此外，在陶瓷基板110的背面上覆盖形成有用于与未图示的电路板等电连接的电力供给用电极115、115′。而且，发光元件连接用电极113、113′、与电力供给用电极115、115′分别通过填充有导电性物质的通路孔114、114′而电连接。由此，形成从电力供给用电极115、115′通过通路孔114、114′直到发光元件连接用电极113、113′的导电部。
而且，LED等发光元件200，例如通过超声波焊接，通过电极210a、210b与发光元件连接用电极113、113′电连接(安装)。此外，像这样安装了发光元件200后，可以使用环氧树脂、硅树脂等透明的树脂气密地封闭发光元件200(这一点在后述的图2和图3示出的基板中也是同样的)。在进行了这种封闭的情况下，由于可以有效地防止使用时或处理时的覆盖层的剥离或脱落，所以是优选的。
陶瓷基板110由由氮化物陶瓷构成的基板主体111、和覆盖该基板主体111的一部分表面、并由与形成基板主体111的氮化物陶瓷异种的白色陶瓷构成的覆盖层112a构成。图1所示的发光元件安装用陶瓷基板100a，示出覆盖层112a为通过对构成基板主体111的氮化物陶瓷进行氧化处理而得到的氧化物(例如，在氮化物陶瓷为氮化铝时是氧化铝，在氮化物陶瓷为氮化硅时是氧化硅)的形态。
在发光元件安装用陶瓷基板100a中，由于放置发光元件200侧的表面的露出面(未被发光元件连接用电极113、113′覆盖的部分)的表层部完全由覆盖层112a构成，所以从发光元件200的下面、侧面发出的光被有效地反射，提高了发光元件200的亮度。另外，在覆盖层112a由通过对构成基板主体111的氮化物陶瓷进行氧化处理而得到的氧化物构成时，具有基板主体111与覆盖层112a的紧密接合性极高这样的特征。
图1所示的发光元件安装用陶瓷基板100a可以通过以下这种方法高效率地制造。即，更优选地可以通过包括如下工序的方法进行制造：(1)准备具有导电部(发光元件连接用电极113、113′、通路孔114、114′、和电力供给用电极115、115′)的由氮化物陶瓷构成的烧结体(以下有时简称“原料基板”)的工序；(2)在氧气或含氧气氛中对原料基板进行加热处理(氧化处理)，将原料基板的露出面的表层部氧化而转化成氧化物的工序。以下，以使用氮化铝烧结体作为氮化物陶瓷的情况为例，对上述方法进行详细说明。
首先，为了制造原料基板，按照常规方法，在可以含有上述那种烧结助剂的氮化铝原料粉末中，添加混合乙醇类、甲苯等有机溶剂、适当的有机粘合剂、以及甘油化合物等增塑剂、分散剂等形成泥浆状，并且通过刮板法等片材成形技术把它作成具有适当所需厚度的片状成形体(以下有时把该片材简称为“生坯片”)。此时，作为有机粘合剂可以使用聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素类、丙烯酸树脂类等调制生坯片时通常所使用的公知的有机粘合剂。其中，从使生坯片的成形性良好方面考虑，优选使用聚n-丁基甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩丁醛等作为有机粘合剂。
接着，进行导电部的形成，但在使用同时烧制法(共烧(co-fire)法)进行导电部的形成时，首先用金属冲模冲出从上述生坯片的上表面到下表面的通路孔114、114′用的通孔，接着例如通过印刷、压入等把例如含有钨、钼等金属粉末的金属泥填充于所形成的通孔内。然后，通过丝网印刷等把与上述同样的金属泥形成成为发光元件连接用电极113、113′和电力供给用电极115、115′的图案。然后，通过对生坯片(和金属泥)进行脱脂、烧制，烧结陶瓷粒子和金属粒子，准备原料基板。
为了不使钨等金属氧化，脱脂是通过在氢气等还原性气体、氩、氮气等惰性气体、二氧化碳以及这些的混合气体、或者混合了水蒸气的加湿气体气氛中对生坯片进行热处理来进行的。此外，根据生坯片中所含有的有机成分的种类或数量，可以从温度：250～1200℃、保持时间：1～1000分钟的范围适当选择地进行脱脂。
继这种脱脂后所进行的烧制，在1600～2000℃优选是1750～1850℃的温度，进行1～20小时优选是2～10小时。作为该烧制时的气氛，在氮气等非氧化性气体的气氛下、在常压下进行即可。通过像这样进行烧制，可以使得到的烧结体的热传导率为170W/m·K以上，进而若限定条件则可以作成200W/m·K以上。
烧制后，通过用金等贵金属覆盖烧结金属泥而得到的金属层的露出端面，形成导电部。用贵金属覆盖露出端面，是因为不仅防止钨等高熔点金属在后述的氧化处理中被氧化，或者防止使用时的氧化腐蚀，而且还提高钎焊元件、配线时的焊接性(焊锡濡湿性、接合后的紧密接合强度)的缘故。这种用贵金属的覆盖可通过电镀法、或溅镀法、真空蒸镀法的薄膜形成法来进行。例如，采用电镀法时，在后述的氧化处理前仅施行镀金，然后进行氧化处理，然后通过电解电镀法、无电解电镀法依次覆盖镀镍层与镀金层。或者，也有时在氧化处理后，用氰基等蚀刻液除去镀金后，通过电解电镀法、无电解电镀法依次覆盖镀镍层与镀金层。此外，采用薄膜形成法时，仅覆盖金，与电镀法同样在氧化处理后蚀刻金，然后用溅镀法或蒸镀法依次覆盖钛/铂/金或钛/镍/金。此外，也可以在氧化处理前不覆盖金等贵金属，在氧化处理后，通过对被氧化的高熔点金属部进行蚀刻处理或用还原气氛下的加热处理来进行还原处理后，通过电镀法或溅镀法、蒸镀法等形成膜。
此外，导电部的形成也可以通过后烧制法(后烧(post-fire)法)来进行。采用后烧法时，仅对生坯片进行脱脂·烧制而制作原料基板(此时，在原料基板上尚未形成导电部)，接着，在该原料基板上进行穿孔加工后，与上述同样进行填充金属泥·图案形成，进而进行烧制来烧结金属泥(更准确地说是烧结金属泥中所含有的金属粒子)即可。此外，也可以用共烧法或后烧法仅形成通路孔，用使用真空装置的溅镀法或蒸镀法这样的所谓薄膜金属化法进行元件连接用电极和电力供给用电极的形成。
然后，通过对这样作成的原料基板在氧气氛下进行氧化处理，从而在作为氮化铝烧结体的原料基板的表面上形成由氧化物构成的覆盖层112。在该情况下，作为在氧气氛下的氧化处理，在含有10～100容量％大气等的氧气的气氛中进行即可。此外，作为氧化处理条件，在800～1500℃、优选是1200～1400℃的温度，进行1～100小时、优选是5～20小时烧制即可。在使烧制温度恒定时，可以通过改变气氛的氧浓度和烧制时间来控制覆盖层112a的厚度(氧浓度越高、烧制时间越长，则覆盖层112a越厚)。另外，进行氧化处理时，若在惰性气体中加热到1100℃以上，然后把气氛切换成氧气氛，则可得到致密的氧化物层，因此优选。
另外，作为导电部的形成方法采用后烧法、或者后烧法与薄膜金属化法的组合时，当然也可以在形成金属化层之前进行氧化处理。由于在图1所示的发光元件安装用陶瓷基板100a中采用共烧法，所以在各电极的内侧不形成覆盖层(氧化物层)112a。此外，通过用掩模进行氧化处理可以在想要的部位形成覆盖层112a。
图2是示意地表示本发明的发光元件安装用陶瓷基板100b的剖视图。在发光元件安装用陶瓷基板100b中，导电部仅由发光元件连接用电极113、113′构成(来自外部的电力直接供给到这些电极)，发光元件200的电极210b与发光元件连接用电极113′用由金属线构成的接合线300来连接。
在基板100b中，覆盖层112b由对构成原料基板的氮化铝进行氧化处理而得到的氧化铝(氧化铝)构成。但是，在基板100b中，由于进行氧化处理后形成导电部113、113′，所以在作为导电部的发光元件连接用电极113、113′的基底上也形成覆盖层(氧化物层)112b。这些导电部的形成可以通过厚膜法、或薄膜法来进行。在像这样金属层的基底由氧化物构成时，与因金属层的种类或金属层的形成方法的不同而在氮化物陶瓷上直接形成金属层的情况相比，具有紧密接合强度高这样的优点。
图3是示意地表示本发明的发光元件安装用陶瓷基板100c的剖视图。图3所示的发光元件安装用陶瓷基板100c，除了覆盖层112c是涂敷设置的白色陶瓷层之外，其余与图1所示的发光元件安装用陶瓷基板100a的结构相同。在基板100c中，具有构成覆盖层112c的陶瓷材料的选择的自由度大、可以使用光反射率更高的材料这样的特征。
图3所示的发光元件安装用陶瓷基板100c可以通过以下这种方法高效率地制造。即，优选可通过包括如下工序的方法进行制造：(1)将含有化合物的组合物成形为实质上与基板主体111相同的形状的工序，该化合物包含氮化物陶瓷；(2)在所得到的成形体的表面上，涂敷含有白色陶瓷的组合物的工序；(3)通过对涂敷有含白色陶瓷的组合物的成形体进行烧制，得到具有由白色陶瓷构成的覆盖层112c的陶瓷基板110的工序。另外，在(1)中所谓“实质上与基板主体111相同的形状”意味着除了烧制时的收缩、随之的变形、或由后述的穿孔加工等加工引起的微小变形，成为基板主体111原形的形状。
用上述方法，并采用共烧法作为导电部的形成方法时的具体操作顺序，例如如下。
首先，与制造图1所示的基板100a的情况同样，进行生坯片成形、穿孔加工、向通孔填充金属泥、以及用印刷法等形成导体图案(对应于发光元件连接用电极和电力供给用电极)。另外，在本方法中，在将生坯片形成为实质上与基板主体111相同形状这点上，与制造图1所示的基板100a的情况不同。
接着，在生坯片的成为元件安装面一侧的表面，在未形成导体图案的部位上通过印刷法等涂敷含有白色陶瓷的组合物。然后，进行脱脂和烧制。另外，脱脂和烧制的条件，与制造基板100a时是同样的。如此，可以高效率地制造基板100c。
另外，所谓含有白色陶瓷的组合物，意味着含有白色陶瓷或含有通过烧制可以转化为白色陶瓷的陶瓷粉末的组合物，优选使用对优选从由氮化硼、氧化铝、(白色)氮化铝、氧化镁、氧化钛、以及氧化硼(氧化硼在氮气气氛中进行烧制时一部分或全部转化成氮化硼)组成的群中所选择的至少一种陶瓷粉末100质量份，添加混合10～200质量份的乙醇类、甲苯等有机溶剂、10～50质量份的有机粘合剂、以及0～10质量份的甘油化合物等增塑剂、分散剂等添加剂，做成泥浆状(以下有时简称“白色陶瓷泥”)的组合物。
另外，出于提高覆盖层112c与基板主体111的紧密接合性这样的理由，作为有机粘合剂，优选是使用与形成成为基板主体111的生坯片时使用的有机粘合剂相同的有机粘合剂。此外，出于同样的理由，优选是在上述白色陶瓷泥中，对100质量份的白色陶瓷粉末添加1～50质量份的在成为基板主体111的生坯片中使用的氮化物陶瓷的原料粉末者，进而根据需要对100质量份的白色陶瓷粉末添加1～50质量份的调制成为基板主体111的生坯片时使用的烧结助剂粉末。另外，上述白色陶瓷泥的涂敷，可以仅用一种泥来进行，也可以重复涂敷不同种类的泥。作为涂敷方法未特别限定，可以采用印刷法或喷涂等公知的方法。
以上，对采用共烧法作为导电部形成法的例子进行了说明，但导电部也可以通过后烧法来形成。采用后烧法时，在成为基板主体111的生坯片的表面上进行白色陶瓷泥的图案形成后，进行脱脂·烧制而制作具有覆盖层112c的陶瓷基板110，接着在该基板110上进行穿孔加工后，与上述同样地进行填充金属泥·图案形成，进而烧制金属泥即可。也可以用共烧法或后烧法仅形成通路孔，用使用真空装置的溅镀法或蒸镀法这样的所谓薄膜金属化法进行元件连接用电极和电力供给用电极的形成。
此外，覆盖层112(白色陶瓷层)也可以这样形成：把含有化合物的组合物成形为实质上与基板主体111相同的形状，该化合物包含氮化物陶瓷，在对所得到的成形体进行烧制而成的基板主体烧结体的表面上涂敷氮化物陶瓷泥，根据需要进行脱脂处理后，在烧结氮化物陶瓷泥(更准确地说，氮化物陶瓷泥中所含有的氮化物陶瓷粒子)而得到的烧结体中残存口径为0.1μm以上的空隙的条件下，在含有还原性气体的气氛中进行烧制来形成覆盖层112。
即，在上述方法中，是把白色陶瓷泥涂敷在成为基板主体111的生坯片的表面上，同时烧制白色陶瓷泥和生坯片，与此相对，在本方法中，是在已经烧结的基板主体烧结体上涂敷氮化物陶瓷泥，以规定的条件进行后烧制而进行烧接，形成覆盖层(白色陶瓷层)。
另外，所谓“基板主体烧结体”是通过在与制造上述基板100a时同样的条件下对成为基板主体111的生坯片进行脱脂、烧制而制造的，该生坯片是把含有化合物的组合物成形为实质上与基板主体111相同形状而成的，该化合物包含氮化物陶瓷。
在本方法中，作为涂敷于基板主体烧结体上的氮化物陶瓷泥，可以使用与制造成为基板主体111的生坯片时使用的泥(根据需要在含有烧结助剂的氮化物陶瓷粉体中混合有机溶剂、有机粘合剂等而调制成的)同样的陶瓷泥。
通常，在基板主体烧结体上不涂敷氮化物陶瓷泥而直接成形为片状、烧制成所谓生坯片时，由于进行烧制时生坯片可以三维地收缩，所以氮化物陶瓷粒子一边收入附近的粒子一边进行晶粒成长，成为较大的晶粒相互紧密接触的致密的烧结体。与此相对，在本方法中，认为由于是在将氮化物陶瓷泥涂敷于已经烧结的基板主体烧结体的表面上的状态下进行烧制，所以限制基板主体烧结体的表面向水平方向的收缩，无法进行充分的晶粒成长而在晶界上残存空隙。因此，在用该方法得到的烧结体上，容易引起光的漫反射，表现出较高的反射率。
根据这种白色化原理，认为若把空隙导入到晶界，则不管泥中所含有的氮化物陶瓷的种类如何，都可以白色化。但是，从基板主体与覆盖层的紧密接合性方面考虑，构成两者的氮化物最好是同一种类。在已经说明的、同时烧制白色陶瓷泥与成为基板主体111的原料的生坯片的方法中，通常，构成基板主体111的氮化物陶瓷与白色陶瓷因为种类不同，所以难以提高两者的紧密接合强度。与此相对，在本方法中因为可以把两者做成同样组成的氮化物陶瓷(但是，由于烧结体的微结构不同，所以两者是异质的陶瓷)，所以可以提高覆盖层的紧密接合强度。
在本方法中，根据需要所进行的脱脂，是通过在氧气、空气等氧化性气体、或者氢气等还原性气体、氩或氮等惰性气体、二氧化碳和它们的混合气体或者混合了水蒸气的加湿气体气氛中对涂敷有氮化物陶瓷泥的基板主体烧结体进行热处理来进行脱脂的。此外，热处理条件，根据泥中所含有的有机成分的种类、数量，从温度：250～1200℃、保持时间：1～1000分钟的范围适当选择即可。
继脱脂处理所进行的烧制，需要在所得到的烧结体(覆盖层)中残存口径为0.1μm以上的空隙这种条件下进行。为了在烧结体中残存空隙(气孔)，只要在含有还原性气体的气氛中进行烧制，并且使当时的烧制温度低于为了得到致密的烧结体而进行的烧制时的烧制温度即可。在本制造方法中，由于二维方向的收缩受到限制，所以在生坯片的烧制中，即使在消除空隙(气孔)的那种温度下进行烧制也会残存空隙。例如，在氮化物陶瓷泥中所含有的氮化物陶瓷为氮化铝时，把烧制温度设为1600～1780℃、优选设为1650～1780℃、更优选设为1700～1750℃即可。烧制时间未特别限定，但烧制1～20小时、优选是2～10小时的时间即可。若烧制温度过低，则氮化铝粒子的烧结不充分，烧结体的强度低。此外，若烧制温度过高，则消除了晶界的空隙，无法得到高光反射率。
上述烧制，需要在含有还原性气体的气氛、优选是在含有作为还原性气体的碳蒸气的惰性气体气氛中进行。在不合有还原性气体的气氛中进行烧制时，有时会得到光反射率低的烧结体。气氛中的还原性气体的浓度也取决于氮化铝泥中所含有的烧结助剂的种类，但在烧结助剂是含有碱土类金属的化合物时，优选烧制气氛是以下所定义的特定弱还原性气氛。此外，在烧结助剂是氧化钇等稀土类元素氧化物时，优选烧制气氛是特定弱还原性气氛或者碳蒸气浓度比较低的气氛。在使用氧化钇等稀土类元素氧化物作为烧结助剂时，虽然也取决于烧结温度，但是在完全不含还原性气体的气氛中进行烧制时，有时会减少晶界的空隙，光反射率降低。
在此，所谓特定弱还原性气氛，是由“在具有可取下的盖的容器中，至少其内壁由氮化硼构成，在具有用于在关闭该盖的状态下把容器内部的压力与容器外部的压力保持成实质上相同的措施的容器的内部，容纳对应于每1cm3该容器的容积具有0.024～24mm2的表面积的碳板，把容器内的气氛置换成惰性气体和/或氢气，在关闭上述盖的状态下使该容器的外部气氛为与上述相同的惰性气体和/或氢气气氛，把该容器和该容器内的碳板加热到1650～1950℃、优选加热到1700～1900℃的状态(但是，是即使碳从碳板挥发，碳板本身也残留的状态)下的该容器内的气氛”来定义的，意味着含有少许特定量的碳蒸气的惰性气体和/或氢气。此外，在晶界上有空隙的烧结体的空隙的口径，对烧结体剖面的SEM照片上可辨认的空隙测定其口径即可。另外，在此所说的口径意味着最大口径。
上述中说明的、在基板主体烧结体上涂敷氮化物陶瓷泥，在特定条件下对其进行后烧制来制造发光元件安装用陶瓷基板的方法，可以适用于制造图2所示的发光元件安装用陶瓷基板100b、除了在与元件安装面相反一侧的表面上没有白色陶瓷层112b之外其余与发光元件安装用陶瓷基板100b同样的发光元件安装用陶瓷基板(未图示。称为“基板100b′”)、以及图3所示的发光元件安装用陶瓷基板100c。
例如，在制造基板100b或100b′时，只要在基板主体烧结体的两面或单面上涂敷氮化物陶瓷泥并进行烧制，形成覆盖层112b后进行金属化，从而形成电极113、113′即可。
此外，在制造基板100c时，通过后烧法或共烧法制造具有通路孔114、114′、由W等高熔点金属构成的电力供给用电极115、115′、以及由W等高熔点金属构成的元件连接用电极113、113′的基板主体烧结体，接着在元件安装面的露出了陶瓷的部分涂敷氮化物陶瓷泥后进行烧制，形成覆盖层112c，根据需要在电极表面上形成贵金属层即可。另外，在该情况下，也可以是电力供给用电极115、115′、和由W等高熔点金属构成的元件连接用电极113、113′的某一方或两方，不是预先形成的，而是在涂敷氮化物陶瓷泥时涂敷高熔点金属泥，与氮化物陶瓷泥同时烧制来形成的。
下面，举出实施例更详细地说明本发明，但是本发明不限于这些实施例。另外，虽然本发明涉及具有发光元件连接用电极等导电部的发光元件安装用陶瓷基板，但是其效果可以由陶瓷基板的物性来确认，所以在以下所示的实施例和比较例中做成不形成导电部的陶瓷基板，进行其物性的对比。
实施例1
(使用通过充分的氧化处理而形成了覆盖层的氮化铝基板的例子，该覆盖层由赋予光反射率高的表面的氧化物构成。)
用球磨机混合100质量份氮化铝粉末、5.0质量份氧化钇、1.0质量份的作为表面活化剂的单油酸四甘油酯、40质量份的作为溶剂的甲苯、13质量份的作为粘合剂的聚n-丁基甲基丙烯酸酯、4.2质量份的作为增塑剂的邻苯二甲酸二丁酯、10质量份的甲苯、5质量份的乙酸丁酯而得到白色的泥浆。接着，用所得到的泥浆通过刮板法进行片成形，制作厚度0.6mm的绝缘基板用生坯片。对所得到的生坯片，一边使含有水分的氢气以10(升/分钟)流通一边在850℃进行2小时加热脱脂。另外，使脱脂时的升温速度为2.5℃/分钟。脱脂后，把脱脂体放入氮化铝制的容器，在氮气气氛中，在1800℃加热5小时而得到烧结体。该烧结体的色调是有透光感的灰色。
对所得到的烧结体，通过在大气中在1200℃下加热处理5小时使烧结体的表面氧化。在该烧结体的表面上，以膜厚20μm形成作为氧化覆膜的由氧化铝(Al2O3)构成的覆盖层，该层的色调为白色。对所得到的烧结体，用日立制作所制分光光度计U-3210由积分球法测定覆盖层表面对300～800nm的波长区域的光的反射率。进而，研磨覆盖层后，通过阿基米德法求出密度，用真空理工制热常数测定装置TC-7000求出热传导率。这些结果示于表1。另外，在进行用纯水的超声波清洗后，同样地测定了光反射率，但是测定结果与清洗前没有变化。
比较例1
(使用氧化处理不充分而形成了不具有所期望的光反射率的覆盖层的氮化铝基板的例子)
对与实施例1同样地得到的烧结体，在氧气氛中，与实施例1同样地进行氧化处理。但是，把氧化处理时间缩短到1小时来进行。在该烧结体的表面上以膜厚2μm形成由氧化铝(Al2O3)构成的覆盖层，但是该覆盖层的色调为淡灰色。对所得到的烧结体，与实施例1同样地进行覆盖层表面对300～800nm的波长区域的光的反射率、密度和热传导率的评价。其结果一并示于表1。
实施例2
(使用在表面上涂敷设有由白色陶瓷构成的覆盖层的氮化铝基板的例子)
加入68质量份氮化硼粉末、9质量份氧化硼粉末、23质量份氮化铝粉末、26质量份乙基纤维素、110质量份作为溶剂的萜品醇而调制出白色陶瓷泥。接着，通过印刷法把所得到的泥涂敷在与实施例1同样调整过的氮化铝生坯片的一面的表面上，形成厚度15μm的泥层。然后，与实施例1同样地进行脱脂和烧制，在烧结体的表面上形成由氮化硼构成的覆盖层(厚度10μm)。另外，该覆盖层的表面色调为白色。对所得到的烧结体，与实施例1同样地进行覆盖层表面对300～800nm的波长区域的光的反射率、密度和热传导率的评价。其结果一并示于表1。另外，进行用纯水的超声波清洗后，同样地测定光反射率，但是测定结果与清洗前没有变化。
实施例3
(使用在表面上涂敷设有由白色陶瓷(氮化硼)构成的覆盖层的氮化铝基板的例子)
除了将在实施例2中使用的白色陶瓷泥的组成的氮化硼粉末取为68质量份、氮化铝粉末为23质量份、氧化钇粉末为18质量份、乙基纤维素为28质量份、以及萜品醇(溶剂)为120质量份之外，其余同样地调制白色陶瓷泥，与实施例2同样地将其涂敷于氮化铝生坯片上进行脱脂·烧制。所得到的烧结体基板具有由氮化硼构成的覆盖层(厚度10μm)，覆盖层的色调为白色。对所得到的烧结体，与实施例1同样地进行覆盖层表面对300～800nm的波长区域的光的反射率、密度和热传导率的评价。其结果一并示于表1。另外，进行用纯水的超声波清洗后，同样地测定光反射率，但是测定结果与清洗前没有变化。
比较例2
(直接使用氮化铝基板的例子)
与实施例1同样地调制氮化铝生坯片，与实施例同样地直接烧制该生坯片，得到氮化铝烧结体基板。烧结体的表面的色调为灰色。对所得到的烧结体，与实施例1同样地进行表面对300～800nm的波长区域的光的反射率、密度和热传导率的评价。其结果一并示于表1。
[表1]
Figure GSB00000524138600231
实施例4
(在基板表面上涂敷氮化物陶瓷泥，通过后烧制来进行烧接，形成了白色氮化物陶瓷层的例子)
与实施例1同样地作成由氮化铝烧结体构成的基板。接着，混炼平均粒径1.5μm的氮化铝粉末(氧浓度为0.8质量％)100质量份、平均粒径0.5μm的氧化钇(Y2O3)粉末5质量份、乙基纤维素9质量份、萜品醇40质量份，调制出将25℃下的粘度调整成3500P的氮化铝泥。然后，在上述氮化铝烧结体基板的表面上丝网印刷上述氮化铝泥以成为厚度300μm，在80℃进行干燥5分钟。把像这样涂敷了泥的基板在空气中氧化气氛下进行脱脂。接着，使所得到的脱脂体与表面积为320mm2的碳板{该碳板是把40mm(是指40mm×40mm的正方形)、厚度3mm、重量18g的标准碳板切成1/4的大小的10mm×10mm×3mm的碳板}不接触地把该两者放入内容积为84cm3的、内壁由氮化硼构成的碳制的有盖容器。另外，在该容器中通过加热使容器内成为加压状态时，在该压力作用下，盖稍微抬起而在容器主体与盖之间出现间隙，容器内的压力与外界气体压力被保持为大致同等。然后，把该容器搬入碳炉内，在氮气气氛中，以1740℃烧制4小时，得到表面上具有由白色氮化铝构成的覆盖层的基板。
与实施例1同样地对所得到的基板测定热传导率时，结果为181(W/m·K)。此外，与实施例1同样地对该基板的覆盖层表面测定其对350～800nm的波长范围的光的反射率。其结果示于表2。
进而，进行该基板的剖切面的显微镜(SEM)照片拍摄。所得到的SEM照片示于图4。如图4所示，在构成覆盖层的(白色)氮化铝烧结体层中确认到存在许多口径0.1μm以上的空隙。
比较例3
(在基板表面上涂敷氮化物陶瓷泥并进行后烧制而烧接的情况下，以在烧结体上不残存空隙的条件下进行烧制的例子)
除了把脱脂体的烧制温度取为1800℃之外，其余与实施例4同样地得到基板。对所得到的基板的覆盖层，与实施例1同样地测定其对350～800nm的波长区域的光的反射率。其结果示于表2。此外，基板的剖切面的显微镜(SEM)示于图5。如图5所示，在晶界不能确认到空隙。
[表2]
Figure GSB00000524138600241
工业实用性
本发明的发光元件安装用陶瓷基板，是用于安装LED、激光器等发光元件的陶瓷制基板，可适合用作副安装件。

Claims (6)

1.一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板，由具有放置面和电极的陶瓷基板构成，该放置面用于放置具有电极的发光元件，该电极与该发光元件的电极电连接，其中，
上述陶瓷基板包括：基板主体，其由使用氧化钇、氧化钙、氟化钙、硝酸钙、碳酸钙、磷酸钙、或3CaO·Al2O3作为烧结助剂来烧结氮化铝粉末而得到的氮化铝烧结体构成；覆盖层，其构成该基板主体的载置发光元件一侧的面的露出表面的整个表层部，层厚为5～500μm，该覆盖层由与形成基板主体的氮化物陶瓷异种的陶瓷构成，
上述覆盖层的表面的对300～800nm的波长区域的光的反射率为50％以上。
2.根据权利要求1所述的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板，其中，上述覆盖层的表面的对400nm的波长的光的反射率为70％以上。
3.一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板的制造方法，制造权利要求1或2所述的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板，该制造方法包括：
将含有氮化铝粉末的组合物成形为片状的工序，该氮化铝粉末包含由氧化钇、氧化钙、氟化钙、硝酸钙、碳酸钙、磷酸钙、或3CaO·Al2O3构成的烧结助剂；
在所得到的片状成形体上形成导电部的工序；
烧制所得到的片状成形体，制作原料基板的工序；以及
通过在氧气氛下对由烧制得到的原料基板进行氧化处理，得到具有由氧化物陶瓷构成的覆盖层的陶瓷基板的工序。
4.一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板的制造方法，制造权利要求1或2所述的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板，该制造方法包括：
把含有氮化铝粉末的组合物成形为实质上与基板主体相同形状的工序，该氮化铝粉末包含由氧化钇、氧化钙、氟化钙、硝酸钙、碳酸钙、磷酸钙、或3CaO·Al2O3构成的烧结助剂；
在所得到的成形体的表面上涂敷含有白色陶瓷的组合物的工序；以及，
通过对涂敷有含有白色陶瓷的组合物的成形体进行烧制，得到具有由白色陶瓷构成的覆盖层的陶瓷基板的工序。
5.一种用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板的制造方法，制造权利要求1或2所述的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板，该制造方法包括：
把含有氮化铝粉末的组合物成形为实质上与基板主体相同形状的工序，该氮化铝粉末包含由氧化钇、氧化钙、氟化钙、硝酸钙、碳酸钙、磷酸钙、或3CaO·Al2O3构成的烧结助剂；
对得到的成形体进行烧制，得到基板主体烧结体的工序；
在该基板主体烧结体的表面上涂敷氮化物陶瓷泥的工序；以及，
在含有还原性气体的气氛中对涂敷有氮化物陶瓷泥的基板主体烧结体进行烧制的工序；
上述在含有还原性气体的气氛中的烧制是在这样的条件下进行的，该条件是在烧结上述氮化物陶瓷泥而得到的烧结体中残存口径为0.1μm以上的空隙。
6.一种复合发光元件，具有权利要求1或2所述的用于安装发光元件的副安装件用陶瓷基板、和接合于该陶瓷基板上的发光元件。
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