JP2006066409A - Wiring board for light emitting element, manufacturing method thereof and light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用配線基板および発光装置ならびに発光素子用配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting element wiring board and a light emitting device for mounting a light emitting element such as a light emitting diode, and a method of manufacturing the light emitting element wiring board.
従来、LEDを用いた発光装置は、非常に発光効率が高く、しかも、白熱電球などと比較すると発光に伴い発生する熱量が小さいために様々な用途に用いられてきた。しかしながら、白熱電球や蛍光灯などと比較すると発光量が小さいために、照明用ではなく、表示用の光源として用いられ、通電量も30mA程度と非常に小さいものであった。そして、その実装形態は通電量が小さく、発熱が小さいことから発光素子を樹脂に埋め込んだ、いわゆる砲弾型が主流を占めている(特許文献1参照)。 Conventionally, light emitting devices using LEDs have been used for various applications because of their extremely high luminous efficiency and the small amount of heat generated with light emission compared to incandescent bulbs. However, since the amount of emitted light is small compared to incandescent bulbs, fluorescent lamps, etc., it is used not for illumination but as a display light source, and the energization amount is very small at about 30 mA. And since the mounting form has a small energization amount and a small amount of heat generation, a so-called shell type in which a light emitting element is embedded in a resin dominates (see Patent Document 1).
そして、近年では、発光素子を用いた発光装置の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶TV等のバックライトに発光装置が多く用いられてきている。しかしながら、発光素子の高輝度化に伴い、発光装置から発生する熱も増加しており、発光素子の輝度の低下をなくす為には、このような熱を素子より速やかに放散する高い熱放散性を有する発光素子用配線基板が必要となっている(特許文献2、3参照)。
しかしながら、従来から配線基板の絶縁基体に用いられてきたアルミナ材料では、熱伝導率が約15W/m・Kと低いことからそれに代わるものとして高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムが注目され始めた。しかし、窒化アルミニウムは原料コスト高や、難焼結性のため高温での焼成が必要であり、プロセスコストが高く、また、熱膨張係数が4〜5×10−6/℃と小さいため、汎用品である10×10−6/℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板へ実装した際に、熱膨張差により接続信頼性が損なわれるという問題があった。 However, the alumina material conventionally used for the insulating substrate of the wiring board has a low thermal conductivity of about 15 W / m · K, so aluminum nitride having a high thermal conductivity has begun to attract attention as an alternative. However, since aluminum nitride has high raw material costs and is difficult to sinter, it needs to be fired at a high temperature, has a high process cost, and has a low coefficient of thermal expansion of 4 to 5 × 10 −6 / ° C. When mounted on a printed circuit board having a thermal expansion coefficient of 10 × 10 −6 / ° C. or higher, which is a product, there is a problem that connection reliability is impaired due to a difference in thermal expansion.
一方、樹脂系の配線基板を用いた場合には、熱膨張係数はプリント基板に近づくため、樹脂系の配線基板とプリント基板の実装信頼性の問題は発生しないが、樹脂系の配線基板は、熱伝導率が0.05W/m・Kと非常に低く、熱に対する問題に全く対処することができず、且つ近紫外波長帯で長期間使用した場合、基板の黒色化が進み輝度が低下するという問題があり、安価で、熱伝導に優れ、実装信頼性に優れた配線基板は未だ提供されていないのである。 On the other hand, when a resin-based wiring board is used, the thermal expansion coefficient approaches that of the printed circuit board, so there is no problem of mounting reliability between the resin-based wiring board and the printed circuit board. Thermal conductivity is very low at 0.05 W / m · K, it cannot deal with the problem of heat at all, and when used for a long time in the near-ultraviolet wavelength band, the substrate becomes blackened and the luminance decreases. However, a wiring board that is inexpensive, excellent in heat conduction, and excellent in mounting reliability has not yet been provided.
従って本発明は、安価で、熱放散性及び実装信頼性に優れた発光素子用配線基板および発光装置ならびに発光素子用配線基板の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting element wiring board and a light-emitting device that are inexpensive and excellent in heat dissipation and mounting reliability, and a method for manufacturing the light-emitting element wiring board.
本発明の発光素子用配線基板は、少なくとも、平板状の1050℃を越える温度で焼成されたセラミックスからなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面又は内部のうち少なくとも一方に形成された導体層と、前記絶縁基体の一方の主面に発光素子を搭載する搭載部とを具備してなる発光素子用配線基板において、前記絶縁基体よりも高い熱伝導率を有し、前記絶縁基体と同時焼成された貫通金属体が、前記絶縁基体を貫通して設けられてなることを特徴とする。 The wiring substrate for a light-emitting element of the present invention includes at least a flat insulating substrate made of ceramic fired at a temperature exceeding 1050 ° C., and a conductor layer formed on at least one of the surface or the inside of the insulating substrate, A wiring board for a light-emitting element comprising a mounting portion for mounting a light-emitting element on one main surface of the insulating base, having a thermal conductivity higher than that of the insulating base and co-fired with the insulating base A through metal body is provided so as to penetrate the insulating base.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体が、該発光素子用配線基板に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きな断面積を有することが望ましい。 In the light emitting element wiring board of the present invention, it is preferable that the through metal body has a cross-sectional area larger than a mounting area of the light emitting element mounted on the light emitting element wiring board.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体が、少なくとも金属材料とセラミック材料とを含有する複合体であることが望ましい。 In the wiring board for a light emitting element of the present invention, it is preferable that the through metal body is a composite containing at least a metal material and a ceramic material.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体が、電気回路を形成していることが望ましい。 In the wiring board for a light emitting device of the present invention, it is desirable that the through metal body forms an electric circuit.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体の少なくとも一方の端面が絶縁膜で覆われていることが望ましい。 In the light-emitting element wiring board of the present invention, it is desirable that at least one end face of the through metal body is covered with an insulating film.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体の熱伝導率が30W/m・K以上、且つ熱膨張係数が8.5×10−6/℃以上であることが望ましい。 In the light emitting element wiring board of the present invention, it is desirable that the insulating base has a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and a thermal expansion coefficient of 8.5 × 10 −6 / ° C. or more.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体の3点曲げ強度が350MPa以上、且つ全反射率が70%以上であることが望ましい。 In the light-emitting element wiring board of the present invention, it is desirable that the three-point bending strength of the insulating base is 350 MPa or more and the total reflectance is 70% or more.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体が、MgOを主結晶相とするMgO質焼結体からなることが望ましい。 In the wiring board for a light emitting device of the present invention, it is preferable that the insulating base is made of a MgO-based sintered body having MgO as a main crystal phase.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体が、Al2O3を主結晶相とするAl2O3質焼結体からなることが望ましい。 The wiring substrate for light-emitting element of the present invention, the insulating substrate, Al 2 O 3 that is desirable of Al 2 O 3 quality sintered body composed mainly crystalline phase.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記導体層および貫通金属体がW、Mo、Cu、Agのうち少なくとも1種を主成分とすることが望ましい。 In the light-emitting element wiring board of the present invention, it is desirable that the conductor layer and the penetrating metal body have at least one of W, Mo, Cu, and Ag as a main component.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体の熱伝導率が、80W/m・K以上、且つ絶縁基体との熱膨張差Δαが4×10−6/℃以下であることが望ましい。 In the wiring board for a light emitting device of the present invention, the thermal conductivity of the penetrating metal body is 80 W / m · K or more, and the thermal expansion difference Δα with the insulating substrate is 4 × 10 −6 / ° C. or less. Is desirable.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記発光素子用配線基板の主面に形成された、前記絶縁基板と前記貫通金属体との境界を、金属、セラミックス、樹脂のうち少なくとも1種を主成分とする被覆層により被覆することが望ましい。 The wiring board for a light emitting element of the present invention may be formed by using at least one of metal, ceramics, and resin as a boundary between the insulating substrate and the penetrating metal body formed on the main surface of the wiring board for the light emitting element. It is desirable to coat with a coating layer as a main component.
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記発光素子用配線基板の搭載部が形成された側の主面に、発光素子を収容するための枠体が形成されてなることが望ましい。 In the light-emitting element wiring board according to the present invention, it is preferable that a frame for housing the light-emitting element is formed on the main surface on the side where the mounting portion of the light-emitting element wiring board is formed.
また、以上説明した本発明の発光素子用配線基板に発光素子を搭載した発光装置が望ましい。上記発光素子用配線基板に発光素子を搭載することにより、発光素子からの発熱を速やかに装置外に放出することができるため、発熱による輝度低下が少ない発光装置を得ることができる。 In addition, a light emitting device in which a light emitting element is mounted on the wiring board for a light emitting element of the present invention described above is desirable. By mounting the light-emitting element on the light-emitting element wiring substrate, heat generated from the light-emitting element can be quickly released outside the apparatus, so that a light-emitting device with less luminance reduction due to heat generation can be obtained.
本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、セラミックグリーンシートを貫通するように形成して複合成形体を作製する工程と、前記複合成形体を同時焼成して、絶縁基体と略同一厚みの貫通金属体が、前記絶縁基体を貫通して形成された絶縁基板を作製する工程と、を具備することを特徴とする。 The method for manufacturing a wiring board for a light-emitting element according to the present invention includes a step of forming a metal sheet having substantially the same thickness as a ceramic green sheet so as to penetrate the ceramic green sheet, and producing the composite molded body, And a step of producing an insulating substrate in which a through metal body having substantially the same thickness as that of the insulating base is formed so as to penetrate the insulating base.
また、本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、セラミックグリーンシートを貫通するように形成して複合成形体を作製する工程と、前記複合成形体と、他の複合成形体または他のセラミックグリーンシートのうち少なくともいずれかとを積層して、複合積層体を作製する複合積層体作製工程と、前記複合積層体を同時焼成する工程と、を具備することを特徴とする。 The method for manufacturing a wiring board for a light-emitting element according to the present invention includes a step of forming a metal sheet having substantially the same thickness as the ceramic green sheet so as to penetrate the ceramic green sheet, and producing the composite molded body, A laminated body and at least one of another composite molded body or another ceramic green sheet to produce a composite laminated body, and a step of simultaneously firing the composite laminated body It is characterized by doing.
本発明の発光素子用配線基板は、絶縁基体を1050℃を越える温度で焼成されたセラミックスにより形成することにより、樹脂モールド基板より高い熱伝導率を有し、且つ長期間にわたって光源によって分子構造が変化することがないため、色調変化(黒色化など)や、特性の劣化がほとんど起こらず、高い信頼性を有している。しかも、絶縁基体よりも、さらに高い熱伝導率を有する貫通金属体を、前記絶縁基体を貫通して設けることで、発光素子から発生する熱を更に速やかに発光素子用配線基板外へ放散することができ、発光素子が過剰に加熱されることを防止できるため、輝度低下を防ぐ、あるいは、また、さらに高輝度にすることが可能となる。なお、1050℃を越えると焼成温度としているのは、熱伝導率の低い、いわゆる低温焼成基板と区別するためである。 The wiring substrate for a light-emitting element of the present invention has a higher thermal conductivity than a resin mold substrate by forming an insulating base with ceramics fired at a temperature exceeding 1050 ° C., and has a molecular structure by a light source over a long period of time. Since there is no change, there is almost no change in color tone (blackening or the like) or deterioration of characteristics, and high reliability is achieved. In addition, by providing a penetrating metal body having a higher thermal conductivity than the insulating base so as to penetrate the insulating base, heat generated from the light emitting element can be dissipated more quickly to the outside of the wiring board for the light emitting element. In addition, since the light emitting element can be prevented from being heated excessively, it is possible to prevent a decrease in luminance or to further increase the luminance. The reason why the firing temperature exceeds 1050 ° C. is to distinguish it from a so-called low-temperature fired substrate having a low thermal conductivity.
また、前記貫通金属体を、該発光素子用配線基板に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きな断面積とすることにより、放熱部分が増加し、更に発光素子から発生する熱を速やかに放散することができる。 Further, by setting the penetrating metal body to a cross-sectional area larger than the mounting area of the light-emitting element mounted on the light-emitting element wiring board, the heat dissipating portion is increased, and the heat generated from the light-emitting element is quickly dissipated. can do.
また、前記貫通金属体を、少なくとも金属材料とセラミック材料とを含有する複合体とすることにより、貫通金属体に所望の特性を制御することが容易となり、例えば、金属体との熱膨張係数を近づけた場合には、熱膨張のミスマッチによる金属体―発光素子用配線基板間でのクラック発生を抑制でき、且つセラミック材料が絶縁基体との接着強度を高めることができる。また、貫通金属体と絶縁基体とを同時焼成することが可能となり、工程を簡略化することもできる。 Further, by making the through metal body a composite containing at least a metal material and a ceramic material, it becomes easy to control desired characteristics of the through metal body. For example, the coefficient of thermal expansion with the metal body is increased. When approached, cracking between the metal body and the light emitting element wiring board due to mismatch of thermal expansion can be suppressed, and the adhesive strength of the ceramic material to the insulating substrate can be increased. In addition, the through metal body and the insulating base can be fired simultaneously, and the process can be simplified.
また、前記貫通金属体に、電気回路としての機能を付与することにより、導通端子が不要となり、発光素子用配線基板の小型化が可能となる。 Further, by providing the penetrating metal body with a function as an electric circuit, no conduction terminal is required, and the wiring board for the light emitting element can be reduced in size.
また、前記貫通金属体の少なくとも一方の端面を絶縁膜で覆うことにより、外部端子との短絡が防止でき、また、発光装置をプリント板などに実装する際に貫通金属体直下に配線を配すことが可能となるため機器を小型化することができる。また、絶縁膜を発光素子搭載側に形成した場合には、発光素子電極間の短絡を防止でき、発光素子のフリップチップ実装を簡便にすることができる。 Further, by covering at least one end face of the through metal body with an insulating film, a short circuit with an external terminal can be prevented, and wiring is arranged directly under the through metal body when the light emitting device is mounted on a printed board or the like. This makes it possible to reduce the size of the device. In addition, when the insulating film is formed on the light emitting element mounting side, a short circuit between the light emitting element electrodes can be prevented, and flip chip mounting of the light emitting element can be simplified.
また、絶縁基体の熱伝導率を30W/m・K以上とし、且つ熱膨張係数を8.5×10−6/℃以上とすることで、絶縁基体自体の放熱性を向上させることができ、貫通金属体との熱膨張差を小さくすることができるため、貫通金属体と絶縁基体との接合信頼性を向上させることができる。また、絶縁基体の熱膨張係数が大きくなっているため、貫通金属体の金属含有量も増加させることができ、貫通金属体の熱伝導率も高くすることができる。 Further, by setting the thermal conductivity of the insulating base to 30 W / m · K or higher and the thermal expansion coefficient to 8.5 × 10 −6 / ° C. or higher, the heat dissipation of the insulating base itself can be improved. Since the difference in thermal expansion from the penetrating metal body can be reduced, the bonding reliability between the penetrating metal body and the insulating substrate can be improved. Further, since the thermal expansion coefficient of the insulating base is increased, the metal content of the through metal body can be increased, and the thermal conductivity of the through metal body can be increased.
また、絶縁基体の3点曲げ強度を350MPa以上とすることで、絶縁基体の強度を十分に高くでき、発光装置をプリント板などに実装する際の応力による基板割れを防止でき、
且つ全反射率を70%以上とすることで、発光素子からの放射光が絶縁基体を透過する、または、絶縁基体に吸収されることを防ぐことができ、発光効率の良い発光素子用配線基板を得ることができる。
Further, by setting the three-point bending strength of the insulating base to 350 MPa or more, the strength of the insulating base can be sufficiently increased, and substrate cracking due to stress when mounting the light emitting device on a printed board or the like can be prevented.
Further, by setting the total reflectance to 70% or more, it is possible to prevent the radiated light from the light emitting element from being transmitted through or absorbed by the insulating base, and the light emitting element wiring board having high light emission efficiency. Can be obtained.
また、絶縁基体を、MgOを主結晶相とするMgO質焼結体により形成することで、絶縁基体の熱膨張係数を10×10−6/℃程度に制御できるため、汎用品である10×10−6/℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板への実装信頼性が向上できる。 Moreover, since the thermal expansion coefficient of the insulating substrate can be controlled to about 10 × 10 −6 / ° C. by forming the insulating substrate with an MgO-based sintered body having MgO as the main crystal phase, the general-purpose product 10 × Mounting reliability on a printed circuit board having a thermal expansion coefficient of 10 −6 / ° C. or higher can be improved.
また、前記絶縁基体を、Al2O3を主結晶相とするAl2O3質焼結体により形成することで、安価な原料を使用できるため、安価な発光素子用配線基板を得ることができる。 Further, the insulating substrate, the Al 2 O 3 that is formed by Al 2 O 3 quality sintered body composed mainly crystalline phase, it is possible to use inexpensive raw materials, to obtain an inexpensive light emitting element wiring board it can.
また、W、Mo、Cu、Agのうち少なくとも1種を主成分として導体層および金属体を形成することで、絶縁基体との同時焼成による表面および内部配線形成が可能となり、且つ熱放散性に優れた安価な発光素子用配線基板を得ることができる。 In addition, by forming a conductor layer and a metal body mainly composed of at least one of W, Mo, Cu, and Ag, it is possible to form a surface and an internal wiring by simultaneous firing with an insulating substrate, and heat dissipation is achieved. An excellent and inexpensive wiring board for a light emitting element can be obtained.
また、前記貫通金属体の熱伝導率を80W/m・K以上とすることで、更に発光素子から発生する熱を速やかに放散することができ、且つ絶縁基体との熱膨張差Δαを4×10−6/℃以下とすることにより、絶縁基体との熱膨張差を小さくすることができるため、貫通金属体と絶縁基体との接合信頼性を向上させることができる。 Further, by setting the thermal conductivity of the penetrating metal body to 80 W / m · K or more, the heat generated from the light emitting element can be further dissipated quickly, and the thermal expansion difference Δα with respect to the insulating substrate can be reduced to 4 ×. By setting the temperature to 10 −6 / ° C. or less, the difference in thermal expansion from the insulating base can be reduced, so that the bonding reliability between the through metal body and the insulating base can be improved.
また、前記発光素子用配線基板の主面に形成された、前記絶縁基板と前記貫通金属体との境界を、金属、セラミックス、樹脂のうち少なくとも1種を主成分とする被覆層により被覆することで金属体と絶縁基体との熱膨張差を緩衝し、境界間でのクラックの発生を抑制できる。 Further, the boundary between the insulating substrate and the penetrating metal body formed on the main surface of the wiring board for the light emitting element is covered with a coating layer mainly composed of at least one of metal, ceramics, and resin. Thus, the difference in thermal expansion between the metal body and the insulating substrate can be buffered, and the occurrence of cracks between the boundaries can be suppressed.
また、発光素子用配線基板の搭載部の主面に、発光素子を収納するための枠体を設けることで、発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。また、枠体により発光素子の発する光を反射させて所定の方向に誘導することもできる。 In addition, by providing a frame for housing the light emitting element on the main surface of the mounting portion of the wiring board for the light emitting element, the light emitting element can be protected and a phosphor or the like can be easily disposed around the light emitting element. Can do. In addition, the light emitted from the light emitting element can be reflected by the frame and guided in a predetermined direction.
以上説明した本発明の発光素子用配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置によれば、発光素子からの発熱を速やかに装置外に放出することができるため、発光素子の発熱による輝度低下を抑制できる。 According to the light-emitting device of the present invention in which the light-emitting element is mounted on the light-emitting element wiring substrate of the present invention described above, the heat generated from the light-emitting element can be quickly discharged out of the device. Reduction can be suppressed.
本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、セラミックグリーンシートを貫通するように形成して複合成形体を作製する工程と、前記複合成形体を同時焼成して、絶縁基体と略同一厚みの貫通金属体が、前記絶縁基体を貫通して形成された絶縁基板を作製する工程と、を具備する工程を用いることを特徴とする。 The method for manufacturing a wiring board for a light-emitting element according to the present invention includes a step of forming a metal sheet having substantially the same thickness as a ceramic green sheet so as to penetrate the ceramic green sheet, and producing the composite molded body, And a step of forming an insulating substrate in which a through metal body having substantially the same thickness as the insulating base is formed so as to penetrate through the insulating base.
また、本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、セラミックグリーンシートを貫通するように形成して複合成形体を作製する工程と、前記複合成形体と、他の複合成形体または他のセラミックグリーンシートのうち少なくともいずれかとを積層して、複合積層体を作製する複合積層体作製工程と、前記複合積層体を同時焼成する工程と、を具備する工程を用いることを特徴とする。 The method for manufacturing a wiring board for a light-emitting element according to the present invention includes a step of forming a metal sheet having substantially the same thickness as the ceramic green sheet so as to penetrate the ceramic green sheet, and producing the composite molded body, A laminated body and at least one of another composite molded body or another ceramic green sheet to produce a composite laminated body, and a step of simultaneously firing the composite laminated body It is characterized by using the process to do.
本発明の発光素子用配線基板は、例えば、図1(a)に示すように、セラミックスにより形成された絶縁基体1と、絶縁基体1の主面1aに形成された発光素子との接続端子3、絶縁基体1の他方の主面1bに形成された外部電極端子5、接続端子5と外部電極端子5とを電気的に接続するように、絶縁基体1を貫通して設けられた貫通導体7と、絶縁基体1を貫通して設けられた絶縁基体1よりも熱伝導率が高く、絶縁基体1と同時焼成されて形成された貫通金属体8から構成されている。
As shown in FIG. 1A, for example, the wiring substrate for a light emitting element of the present invention has a connection terminal 3 between an
そして、一方の接続端子3aと他方の接続端子3bとの間には、発光素子を搭載するための搭載部9が形成されている。
A mounting
また、例えば、本発明の発光素子用配線基板11は、図1(b)に示すように、搭載部9側に、搭載される発光素子を収納するための枠体13が形成されて構成されている。
Further, for example, as shown in FIG. 1B, the light emitting
本発明の発光素子用配線基板11によれば、絶縁基体1よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体8が、絶縁基体1と同時焼成され、絶縁基体1を貫通して設けられてなることが重要である。
According to the light emitting
即ち、絶縁基体1より高い熱伝導率を有する貫通金属体8を設けることにより、貫通金属体8を伝熱経路として発光素子から発生する熱を速やかに放散することができるため、発光素子が過度に加熱されることを防止でき、発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となる。そして、図1(a)に示すように、貫通金属体8には、その側部に凸部8a複数の円柱の集合体や、あるいは、図1(b)に示すように塊状等の種々の形態であってもよい。
That is, by providing the penetrating
また、貫通金属体8の形態を、図1(b)に示すように、発光素子用配線基板11に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きな断面積を有するものとすることが好ましい。貫通金属体8の断面積を大きくすることにより、放熱部分が増加し、更に発光素子から発生する熱を速やかに放散することができる。特に、貫通金属体8の断面積は、発光素子の搭載面積に対して1.1倍以上が良く、更に好適には1.2倍以上とすることが望ましい。
Moreover, it is preferable that the form of the through
ここで、図1(a)に示すような複数の円柱の集合体である貫通金属体8は、一般的にサーマルビアと呼ばれ、セラミックグリーンシートにレーザー加工等で形成された貫通孔に導体ペーストをスクリーン印刷法等により埋め込み、同時焼成することにより得られるものであり、図1(b)に示すような塊状の貫通金属体8は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、セラミックグリーンシートを貫通するように形成して複合成形体50を作製し、同時焼成することにより得られるものである。
Here, the through
この図1(a)に示すようなサーマルビアは、通常、200μm前後の直径の円柱形状を呈するものである。一方、図1(b)に示すような塊状の貫通金属体8は、例えば、搭載される発光素子と同じような大きさを有するものであって、例えば、1000μmを越える直径を有するものである。従って、サーマルビアを用いる場合よりも、高い放熱性を実現することができる。
The thermal via as shown in FIG. 1A normally has a cylindrical shape with a diameter of about 200 μm. On the other hand, the massive penetrating
また、貫通金属体8となる導体ペーストとして、金属粉末と無機粉末との混合体を用いることで、例えば、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、金属粉末と無機粉末との混合体を充填して同時焼成することができ、絶縁基体1と貫通金属体8とが強固に接合された発光素子用配線基板11を容易に作製することができる。
In addition, by using a mixture of metal powder and inorganic powder as the conductive paste that becomes the through
また、この貫通金属体8には、電気回路としての機能を付与することもでき、小型で、しかも放熱性に優れた発光素子用配線基板11となる。
Further, the through
また、図2(a)、(b)に示すように、貫通金属体8の少なくとも一方の端面を絶縁膜6で覆うことにより、貫通金属体8と、接続端子3、外部端子5との短絡が防止できる。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, at least one end face of the through
例えば、図2(a)に示すように、絶縁膜6を発光素子搭載側の主面1aに形成することにより、搭載される発光素子の電極間の短絡を防止でき、発光素子のフリップチップ実装を簡便にすることができる。また、例えば、図2(b)に示すように、絶縁膜6を搭載部9とは逆側の主面1bに形成した場合には、発光装置をプリント板などに実装する際に貫通金属体8直下に配線を配すことが可能となるため機器の小型化を実現することができる。
For example, as shown in FIG. 2A, by forming the insulating
この絶縁膜6は、絶縁性を有する素材により形成され、例えば、絶縁基体1と同じ素材で絶縁基体1や貫通金属体8と同時焼成して形成する場合には、工程を増加させる必要がない。また、絶縁膜6は、樹脂により形成してもよく、その場合には、絶縁基体1と貫通金属体8とを同時焼成した後で、スラリー状の樹脂を所定の部分に塗布、硬化することで容易に形成することができる。
The insulating
また、図3に示すように、絶縁基体1の主面に形成された、絶縁基体1と貫通金属体8との境界を、金属、セラミックス、樹脂のうち少なくとも1種を主成分とする被覆層12により被覆することが望ましい。これらの被覆層12で貫通金属体8と絶縁基体1との境界を被覆することにより、両者の熱膨張差を緩衝し、境界でのクラックの発生を抑制することができる。
As shown in FIG. 3, the boundary between the insulating
この被覆層12を金属またはセラミックスで形成する場合には、絶縁基体1と同時焼成することが工程数の削減の点で望ましい。また、被覆層12として樹脂を用いる場合には、絶縁基体1の焼成工程の後で絶縁基体1と貫通金属体8との境界を塞ぐように樹脂を印刷し、硬化処理などを行って、被覆層12を形成することができる。なお、被覆層12として樹脂を用いる場合には、樹脂成分に加えて、10〜50体積%のセラミック粉末を含有させることで、被覆層12の耐水性及び熱放散性を向上させることができる。
When this
この被覆層12は、異なる材質の被覆層12を複数、積層して形成してもよく、仮に、絶縁基体1と貫通金属体8との境界にクラックが発生したとしても、クラックが表層に進展することを防止することができることから、樹脂を含有する被覆層12を最外層に形成することが最も望ましい。
The
この被覆層12としてセラミックスを用いる場合には、絶縁基体1に用いた組成と同様の組成のセラミックスを用いることが、焼結性、被覆層12と絶縁基体1との接着性という観点から望ましい。
In the case of using ceramics as the
また、この被覆層12として金属を用いる場合には、貫通金属体8に用いた組成と同様の組成の金属を用いることが、焼結性、被覆層12と貫通金属体8との接着性という観点から望ましい。
When a metal is used as the
また、被覆層12として、金属を用いる場合には、セラミックス粉末を含有させることが、焼結挙動の制御や熱膨張係数の制御が可能となるため望ましい。
Further, when a metal is used as the
また、発光素子用配線基板11に用いる絶縁基体1の熱伝導率を30W/m・K以上とすることで、絶縁基体自体からの熱放散性が向上し、発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となる。特に、絶縁基体1の熱伝導率は、35W/m・K以上とすることが好ましく、更には40W/m・K以上とすることが好ましく、最も好適には、45W/m・K以上が良い。30W/m・K以上の絶縁基体は、例えば、純度99%以上の高純度アルミナやMgOを用いることにより作製することができる。また、40W/m・K以上の絶縁基体1は、MgOを用いることにより作製できる。
In addition, by setting the thermal conductivity of the insulating
また、絶縁基体1の熱膨張係数は、8.5×10−6/℃以上とすることが望ましく、このような絶縁基体1を用いた場合には、絶縁基体1と、貫通金属体8および外部のプリント基板との熱膨張差を小さくすることができるために、絶縁基体1と、貫通金属体8および外部のプリント基板との接続信頼性を格段に高くすることができる。また、搭載される発光素子を被覆するために設けられる樹脂との接合信頼性も改善されることはいうまでもない。
The thermal expansion coefficient of the insulating
そして、この絶縁基体1の熱膨張係数は、特に、9.0×10−6/℃以上が好ましく、好適には、10.0×10−6/℃以上が良く、例えば、8.5×10−6/℃以上の絶縁基体1は、フォルステライトやMgOを用いることにより作製することができる。また、10.0×10−6/℃以上の絶縁基体1は、MgOを用いることにより作製することができる。
The thermal expansion coefficient of the insulating
また、発光素子用配線基板11に用いる絶縁基体1の3点曲げ強度を350MPa以上、且つ全反射率を70%以上とすることが望ましく、このような絶縁基体を用いた場合には、絶縁基体自体の強度が高いため、発光装置をプリント板などに実装する際の応力による基板割れを防止できる。特に、絶縁基体1の3点曲げ強度は400MPa以上が良く、好適には450MPa以上が良く、例えば、絶縁基体1にアルミナやMgOを用いることにより、上記の条件を満たす絶縁基体1を作製することができる。
In addition, it is desirable that the three-point bending strength of the insulating
また、絶縁基体1の反射率を高くすることにより、発光素子からの放射光が、絶縁基体1を透過することを、または、絶縁基体1に吸収されることを防ぐことができ、発光効率の良い発光素子用配線基板11を得ることができる。特に、絶縁基体1の全反射率は、72%以上が良く、好適には80%以上が良く、もっとも好適には83%以上が良く、このような絶縁基体1は、例えば、白色系のアルミナやMgOを用いることにより作製することができる。
Further, by increasing the reflectance of the insulating
そして、例えば、この絶縁基体1として、MgOを主結晶相とするMgO質焼結体を用いることで、絶縁基体の熱膨張係数を10×10−6/℃程度に制御できるため、汎用品である10×10−6/℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板への実装信頼性を向上させることができる。また、熱伝導係数についても、30W/m・K以上を達成することができる。
For example, since the thermal expansion coefficient of the insulating base can be controlled to about 10 × 10 −6 / ° C. by using an MgO-based sintered body having MgO as the main crystal phase as the insulating
なお、MgOを主結晶相とするMgO質焼結体とは、例えば、X線回折によって、MgOのピークが主ピークとして検出されるようなもので、MgOの結晶を体積比率として、50体積%以上含有していることが望ましい。 The MgO-based sintered body having MgO as the main crystal phase is such that, for example, the peak of MgO is detected as the main peak by X-ray diffraction, and the volume ratio of MgO crystals is 50% by volume. It is desirable to contain above.
また、このような焼結体は、例えば、平均粒径0.1〜8μmの純度99%以上のMgO粉末に、平均粒径0.1〜8μmのY2O3やYb2O3などの希土類元素酸化物、Al2O3、SiO2、CaO、SrO、BaO、B2O3、ZrO2の群から選ばれる少なくとも1種の焼結助剤を添加した成形体を1300〜1700℃の温度範囲で焼成することによって得られるものである。また、あるいは、MgOを含有するMgAl2O4やMgO・SiO2系の複合酸化物を添加してもよい。 Moreover, such a sintered body is made of, for example, MgO powder having an average particle diameter of 0.1 to 8 μm and a purity of 99% or more, such as Y 2 O 3 or Yb 2 O 3 having an average particle diameter of 0.1 to 8 μm. A molded body to which at least one kind of sintering aid selected from the group consisting of rare earth element oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, SrO, BaO, B 2 O 3 and ZrO 2 was added is 1300 to 1700 ° C. It is obtained by firing in the temperature range. Alternatively, MgAl 2 O 4 containing MgO or MgO · SiO 2 based composite oxide may be added.
そして、MgOを主結晶とする緻密体を得るために、焼結助剤などのMgO以外の組成物の添加量については、望ましくは30質量%以下、更に望ましくは、20質量%以下とすることが望ましい。特に、焼結助剤などのMgO以外の組成物の添加量を10質量%以下とした場合には、得られる絶縁基体1の大部分をMgO結晶により形成することができる。また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために3質量%以上、さらには5質量%以上添加することが望ましい。
Then, in order to obtain a dense body having MgO as a main crystal, the amount of the composition other than MgO such as a sintering aid is desirably 30% by mass or less, and more desirably 20% by mass or less. Is desirable. In particular, when the addition amount of a composition other than MgO, such as a sintering aid, is 10% by mass or less, most of the obtained insulating
また、この絶縁基体1として、Al2O3を主結晶相とするAl2O3質焼結体を用いた場合には、安価な原料を使用でき、安価な発光素子用配線基板11を得ることができる。
Further, when an Al 2 O 3 sintered body having Al 2 O 3 as a main crystal phase is used as the insulating
なお、Al2O3を主結晶相とするAl2O3質焼結体とは、例えば、X線回折によって、Al2O3のピークが主ピークとして検出されるようなもので、Al2O3の結晶を体積比率として、50体積%以上含有していることが望ましい。 Note that the Al 2 O 3 and Al 2 O 3 quality sintered body composed mainly crystalline phase, for example, by X-ray diffraction, is like the peak of Al 2 O 3 is detected as the main peak, Al 2 It is desirable to contain 50% or more by volume of O 3 crystals.
また、このような焼結体は、例えば、平均粒径1.0〜2.0μmの純度99%以上のAl2O3粉末に、平均粒径1.0〜2.0μmのMn2O3、SiO2、MgO、SrO、CaOの群から選ばれる少なくとも1種の焼結助剤を添加した成形体を1300〜1500℃の温度範囲で焼成することによって得られるものである。 Moreover, such a sintered compact is made of, for example, Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1.0 to 2.0 μm and a purity of 99% or more, and Mn 2 O 3 having an average particle diameter of 1.0 to 2.0 μm. , SiO 2 , MgO, SrO, CaO. A molded body to which at least one sintering aid selected from the group consisting of CaO is added is fired in a temperature range of 1300 to 1500 ° C.
そして、焼結助剤などのAl2O3以外の組成物の添加量については、Al2O3を主結晶とする緻密体を得るために、望ましくは15質量%以下、更に望ましくは、10質量%以下とすることが望ましい。特に、焼結助剤などのAl2O3以外の組成物の添加量が15質量%以下とした場合には、得られる絶縁基体1の大部分をAl2O3結晶により形成することができる。また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために5質量%以上、さらには7質量%以上添加することが望ましい。なお、絶縁基体1に用いるセラミックスとして、AlNやSi3N4などを主結晶とする焼結体を用いても良い。
And, for the addition amount of Al 2 O 3 other than the compositions, such as sintering aids, in order to obtain a dense body of the Al 2 O 3 as a main crystal, preferably 15 wt% or less, more desirably, 10 It is desirable to set it as mass% or less. In particular, when the amount of a composition other than Al 2 O 3 such as a sintering aid is set to 15% by mass or less, most of the obtained insulating
このようなMgOやAl2O3を主成分とする組成物に、さらに、バインダー、溶剤を添加して、スラリーを作製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体であるセラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、さらに、セラミックグリーンシートの表面や、セラミックグリーンシートに設けた貫通孔などに、少なくとも金属粉末を含有する導体ペーストを印刷、充填したのち、このセラミックグリーンシートを積層し、酸化雰囲気、還元雰囲気、あるいは不活性雰囲気で焼成することで、表面や内部に接続端子3や外部電極端子5や貫通導体7などの配線層が形成された発光素子用配線基板11を作製することができる。また、配線層は、薄膜法により絶縁基板1の表面に形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成できることはいうまでもない。
A ceramic green sheet which is a sheet-like formed body by, for example, a doctor blade method by adding a binder and a solvent to such a composition containing MgO or Al 2 O 3 as a main component. Is made. Next, through holes are formed in the ceramic green sheet, and further, a conductive paste containing at least a metal powder is printed and filled on the surface of the ceramic green sheet or the through holes provided in the ceramic green sheet. For light emitting devices in which ceramic green sheets are laminated and fired in an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, or an inert atmosphere to form wiring layers such as connection terminals 3,
そして、このようにして絶縁基体1の表面あるいは内部に、接続端子3、外部電極端子5、貫通導体7、貫通金属体8を形成することで、発光素子用配線基板11に配線回路を形成することができる。
Then, by forming the connection terminal 3, the
そして、貫通金属体8およびこれらの配線回路を形成する配線層3、5を、W、Mo、Cu、Agのうち少なくとも1種を主成分として形成することで、絶縁基体1と同時焼成して、接続端子5、外部電極端子5、貫通導体7、貫通金属体8を形成することが可能となり、安価な発光素子用配線基板11を迅速に作製することができる。
Then, the through
なお、貫通金属体8には、上記の金属に加えて、貫通金属体8の熱伝導率、熱膨張係数、焼結挙動を制御するためにセラミックス粉末を含有させることが望ましい。その含有量は、0〜5重量%の割合が望ましく、高熱伝導率を得るためには、0〜4重量%がより望ましく、好適には0〜3重量%が良い。
In addition to the above metal, the through
また、接続端子5および貫通金属体8の表面にAlやAgめっきを施すことにより、接続端子5および貫通金属体8の反射率を向上させることができる。
Moreover, the reflectance of the
また、貫通金属体8の熱伝導率を80W/m・K以上とすることで、発光素子から発生する熱を直接、速やかに放散することができるため、発光素子の安定した発光を維持でき、発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となる。この貫通金属体8の熱伝導率は、例えば、貫通金属体8に用いる金属の種類を適宜、選択することで制御することができる。また、例えば、金属とセラミック粉末との比率を適宜、選択することで制御することができる。用いるセラミック粉末としては、絶縁基体1を構成する成分を含有するものが好ましい。また、例えば、複数種の金属粉末を用いて、それらの比率を変化させることにより、制御することができる。
Moreover, since the heat conductivity of the penetrating
この貫通金属体8の熱伝導率は、特に、100W/m・K以上が良く、更に好適には、120W/m・K以上が良く、最も好適には、160W/m・K以上が良い。
The thermal conductivity of the through
そして、このような高熱伝導率を有する貫通金属体8は、高熱伝導率を有するCuの含有量を高くすることで、形成することができる。具体的には、Cuの含有率は、50体積%以上が好ましく、さらに、60体積%以上とすることが望ましい。
And the
また、貫通金属体8と絶縁基体1との間の接着信頼性を向上させる上で、貫通金属体8の熱膨張係数は、絶縁基体1の熱膨張係数に近くすることが望ましく、両者の熱膨張ミスマッチを防ぐことで、高信頼性の発光素子用配線基板11とすることができる。ここで、貫通金属体8の熱膨張係数は、貫通金属体8に用いる金属の種類を適宜、選択することで貫通金属体8の熱膨張係数を制御することができる。また、例えば、金属とセラミック粉末との比率を適宜、選択することによっても制御することができる。また、例えば、複数種の金属粉末を用いて、それらの比率を変化させることによっても、制御することができる。特に、絶縁基体1と貫通金属体8との熱膨張差Δαは4.0×10−6/℃以下が良く、更に好適には2.0×10−6/℃以下が良く、最も好適には1.0×10−6/℃以下が良い。
Further, in order to improve the adhesion reliability between the penetrating
そして、高熱伝導率を有するCuと、金属の中では比較的熱膨張係数の低いWとを組み合わせることで、高熱伝導率を有し、しかも、絶縁基体1との熱膨張係数差を制御された貫通金属体8を形成することができる。
Then, by combining Cu having a high thermal conductivity and W having a relatively low thermal expansion coefficient among metals, it has a high thermal conductivity and the difference in thermal expansion coefficient from the insulating
また、枠体13を、セラミックスにより形成することで、絶縁基体1と枠体13とを同時焼成することができ、工程が簡略化されるため、安価な発光素子用配線基板11を容易に作製することができる。また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する発光素子用配線基板11となる。
Moreover, since the
なお、更に耐久性、反射率を向上させるために、セラミックスで形成された枠体13の表面に同時焼成で形成されるメタライズ層を形成し、表面にNi、Au、Agなどからなるめっき層(図示せず)を形成してもよい。
In order to further improve durability and reflectivity, a metallized layer formed by simultaneous firing is formed on the surface of the
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体13を形成することで、複雑な形状の枠体13であっても、容易に安価に製造することができ、安価な発光素子用配線基板11を供給することができる。この金属製の枠体13は、例えば、AlやFe−Ni−Co合金等などにより好適に形成することができる。また、枠体13の表面には、Ni、Au、Agなどからなるめっき層(図示せず)を形成してもよい。
In addition, by forming the
なお、このように枠体13を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体1の主面1aに金属層17を形成し、この金属層17と枠体13とを、例えば、共晶Ag−Cuろう材等からなるろう材(図示せず)を介して、ろう付けすることができる。
When the
そして、以上説明した本発明の発光素子用配線基板11に、例えば、図4(a)に示すように発光素子21として、LEDチップ21などを搭載し、ボンディングワイヤ23により発光素子21に給電することにより、発光素子21を機能させることができ、発光素子21からの発熱を貫通金属体から速やかに放出するためことができるため、ヒートシンク等の放熱部材が不要となり、実装される電気機器の小型化に寄与できるとともに、熱膨張係数をプリント基板に近いものとすることにより、プリント基板やモールド材との熱膨張係数のミスマッチを抑制できるため、接合信頼性の高い発光装置25ができる。なお、ヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。
Then, for example, as shown in FIG. 4A, an
また、発光素子用配線基板11に形成された搭載部9に、例えば発光素子21として、LEDチップ21などを搭載し、ボンディングワイヤ23により、LEDチップ21と接続端子3と電気的に接続して、給電することにより、発光素子21の放射する光を絶縁基体1や枠体13に反射させ、所定の方向へと誘導することができるため、高効率の発光装置25となる。また、絶縁基体1並びに枠体13の熱伝導率が高いため、発光素子21からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。
Further, an
また、図4(b)に示すように、発光素子21を搭載した側の発光素子用配線基板11の主面1aに、枠体13を配設した発光装置25では、枠体13の内側に発光素子21を収納することで、容易に発光素子21を保護することができる。
4B, in the
なお、図4(a)、(b)に示した例では、発光素子21は、接着剤29により発光素子用配線基板11に固定され、電力の供給はワイヤボンド23によりなされているが、発光素子用配線基板11との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。
In the example shown in FIGS. 4A and 4B, the
また、発光素子21は、モールド材31により被覆されているが、モールド材31を用いずに、蓋体(図示せず)を用いて封止してもよく、また、モールド材31と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子21を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。
Moreover, although the
なお、発光素子21を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材31に発光素子21が放射する光を波長変換するための蛍光体(図示せず)を添加してもよい。
In addition, when mounting the
また、以上説明した例では、貫通導体7を設けた例について説明したが、貫通導体7を設けない場合であってもよく、また、絶縁基体1が多層に積層されている形態であってもよいことは勿論である。
In the example described above, the example in which the through
次に、本発明の発光素子用配線基板11の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
まず、焼成することで絶縁基体1となるセラミックグリーンシート40と、貫通金属体8となる金属シート43を作製する。
First, the ceramic
セラミックグリーンシート40は、従来周知のドクターブレード法などにより、セラミック粉末と樹脂、溶剤などから形成されるセラミックスラリーからシート状に形成される。
The ceramic
また、金属シート43も同様に、金属粉末と、樹脂と、溶剤とを所定の割合で混合して調製した金属スラリーから、従来周知のドクターブレード法などにより、シート状に形成される。なお、金属スラリーには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
Similarly, the
セラミックグリーンシート40並びに金属シート43に用いるセラミック粉末、金属粉末の粒径は平均粒径で0.01〜10μm程度のものが好適に用いられ、特に、1〜5μmの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
The ceramic powder used for the ceramic
次に、例えば、図5(a)に示すように、打ち抜き穴37を具備する金型39の上面に、セラミックグリーンシート40を配置する。
Next, for example, as shown in FIG. 5A, the ceramic
次に、図5(b)に示すように、以上説明したセラミックグリーンシート40に、金属シート43を重ねる。なお、この金属シート43は、セラミックグリーンシート40と略同一厚みであることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 5B, a
次に、図5(c)に示すように、押し金型35で、金属シート43をセラミックグリーンシート40に挿入するようにする。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、不要な部分の金属シート43とセラミックグリーンシート40とを除去することで、図5(d)に示すようなセラミックグリーンシート40の一部を貫通するように金属シート43が形成された複合成形体50を形成することができる。
Next, unnecessary portions of the
また、必要に応じて、図6(a)に示すように、複合成形体50は他の複合成形体50や、他のセラミックグリーンシートと積層することで、多層の発光素子用配線基板11を作製することができる。
If necessary, as shown in FIG. 6A, the composite molded
また、絶縁基体1と同様なセラミックス成分を含有するセラミックスラリーを用いて、スクリーン印刷により、複合成形体50の貫通グリーン金属体43aの主面側または対向面側の面を覆うように絶縁膜6となる成形体を形成し、同時焼成することにより、図2(a)、(b)に示すような貫通金属体8の端面を覆うような絶縁膜6を形成することができる。
Also, the insulating
なお、絶縁膜6は、複合成形体50を焼成した後で、例えば、樹脂などにより形成してもよい。
The insulating
また、さらに、図6(b)に示すようにセラミックグリーンシート40と貫通グリーン金属体43aとの露出した境界を被覆するように、セラミックスを主成分とする被覆層12となる被覆層成形体44を形成し、同時焼成することで、図3に示すような発光素子用配線基板11となる。
Further, as shown in FIG. 6B, a covering layer molded
また、図6(c)に示すように複合成形体50は、例えば、貫通金属体と同様な金属成分を含有する被覆層12となる被覆層成形体45を形成し、同時焼成して形成することもできる。
Moreover, as shown in FIG.6 (c), the composite molded
また、図6(d)に示すように複合成形体50を焼成した後、絶縁基体1と貫通金属体8との露出した界面を被覆するように、樹脂を含有する被覆層46を形成することもできる。
Further, as shown in FIG. 6D, after the composite molded
なお、被覆層46の形成にあたっては、被覆層46をスクリーン印刷により形成し、熱或いは光により発光素子用配線基板11の表面に形成した被覆層46を硬化させることで、所望の形状の被覆層46を形成することができる。
In forming the
また、貫通金属体8の形成は上記方法に限られるものではなく、例えば、セラミックグリーンシート40に所定形状の貫通孔を形成し、この貫通孔に金属粉末を含有する導体ペーストを充填した複合成形体50を焼成することによっても作製可能である。
In addition, the formation of the through
なお、セラミックスを含有する被覆層44、貫通金属体8と同様な金属成分を含有する被覆層45を形成する為のペーストをスクリーン印刷等で被覆することで、絶縁体層1と貫通金属体8の界面における微細な隙間を埋めることが出来、界面組織の緻密化をより確実に達成できるのである。
The
発光素子用配線基板の絶縁基体の原料粉末として純度99%以上、平均粒径が1μmのMgO粉末、純度99%以上、平均粒子径1μmのY2O3粉末、純度99%以上、平均粒径1.5μmのAl2O3粉末、純度99%以上を用いて、表1に示す割合で原料粉末を混合し、成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、スラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてグリーンシートを作製した。 MgO powder having a purity of 99% or more and an average particle diameter of 1 μm, Y 2 O 3 powder having a purity of 99% or more and an average particle diameter of 1 μm, a purity of 99% or more and an average particle diameter as a raw material powder for an insulating substrate of a wiring board for a light emitting device Using 1.5 μm Al 2 O 3 powder with a purity of 99% or more, the raw material powder is mixed in the ratio shown in Table 1, an acrylic binder as a molding organic resin (binder), and toluene as a solvent, The slurry was adjusted. Thereafter, a green sheet was prepared by a doctor blade method.
さらに、一部の発光素子用配線基板には、搭載部が形成された側に10mm×10mm×2mmの外形寸法を有し、絶縁基体と接する側の内径が4mm、逆側の内径が8mmのテーパー状の貫通穴を有する絶縁基体と同様の材質からなる枠体を形成した。なお、枠体を絶縁基体と同じ材質で形成した発光素子用配線基板については、絶縁基体と枠体とをグリーンシートにて一体物として形成し、同時焼成を行って作製した。 Further, some of the wiring boards for light emitting elements have an outer dimension of 10 mm × 10 mm × 2 mm on the side where the mounting portion is formed, an inner diameter on the side in contact with the insulating base is 4 mm, and an inner diameter on the opposite side is 8 mm. A frame body made of the same material as the insulating substrate having a tapered through hole was formed. The light-emitting element wiring board in which the frame body was formed of the same material as the insulating base body was manufactured by forming the insulating base body and the frame body as a single body with a green sheet and performing simultaneous firing.
また、平均粒子径2μmのW、Mo、Cu、Ag粉末およびセラミック材料として平均粒子径1.5μmのアルミナを用いて、表1に示す割合で金属粉末と無機粉末とアクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、導体ペーストを調製した。 Further, using W, Mo, Cu, Ag powder having an average particle diameter of 2 μm and alumina having an average particle diameter of 1.5 μm as a ceramic material, metal powder, inorganic powder, acrylic binder, and acetone are mixed at a ratio shown in Table 1. A conductor paste was prepared by mixing as a solvent.
また、金属シートは、導体ペーストと同様の割合で、表1に示す金属粉末と無機粉末と成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、金属シートとなるスラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてセラミックグリーンシートと実質的に同一厚みの金属シートを作製した。 In addition, the metal sheet is mixed with the metal powder and inorganic powder shown in Table 1, an acrylic binder as a molding organic resin (binder), and toluene as a solvent at a ratio similar to that of the conductor paste, and a slurry that becomes a metal sheet is mixed. It was adjusted. Thereafter, a metal sheet having substantially the same thickness as the ceramic green sheet was produced by a doctor blade method.
そして、上記のセラミックグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が100μmの貫通孔を形成し、この貫通孔内に、導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、配線パターン状に印刷塗布した。 Then, the ceramic green sheet is punched to form a through hole having a diameter of 100 μm. The through hole is filled with a conductive paste by a screen printing method and printed and applied in a wiring pattern. .
そして、セラミックグリーンシートの所定箇所に貫通孔を形成し、セラミックグリーンシートにおける貫通孔形成部分を金属シートから押圧することによって、金属シートの一部を貫通孔内に埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートと一体化し、表3に示す形状となるように、貫通金属体となる金属シートを形成した。なお、表3において、貫通金属体の形状が塊と記載されているものは、四角形状の一体化した貫通金属体を表し、集合体と記載されたものは、複数の円柱が間隔を置いて形成された貫通金属体を表している。 Then, a through hole is formed at a predetermined position of the ceramic green sheet, and a part of the metal sheet is embedded in the through hole by pressing a through hole forming portion of the ceramic green sheet from the metal sheet. The ceramic green sheet and the metal sheet And a metal sheet to be a through metal body was formed so as to have the shape shown in Table 3. In Table 3, what the shape of the through metal body is described as a lump represents a square-shaped integrated through metal body, and what is described as an aggregate is a plurality of cylinders spaced apart. The formed through metal body is shown.
このようにして作製したグリーンシートを組み合わせ、位置合わせし、積層圧着し、外形10mm×10mm×厚み0.6mmの積層体を作製した。 The green sheets thus produced were combined, aligned, and laminated and pressure bonded to produce a laminate having an outer shape of 10 mm × 10 mm × thickness of 0.6 mm.
そして、露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて1300〜1700℃の最高温度で2時間焼成した。そして、絶縁基体の一方の主面に接続端子を形成し、他方の主面に外部電極端子を形成し、両者を貫通導体で接続した発光素子用配線基板を作製した。 Then, after degreasing in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere at a dew point of + 25 ° C., it was subsequently fired for 2 hours at a maximum temperature of 1300 to 1700 ° C. in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere at a dew point of + 25 ° C. Then, a connection terminal was formed on one main surface of the insulating base, an external electrode terminal was formed on the other main surface, and a light-emitting element wiring board in which both were connected by a through conductor was produced.
その後、接続端子並びに外部電極端子の表面にNi、AuおよびAgめっきを順次施した。なお、MgOの耐薬品性がAl2O3などと比較すると低いため、めっき処理液の濃度を薄くし、めっき処理温度を低くして、発光素子用配線基板の表面状態が劣化しないようにして、本発明の発光素子用配線基板のめっき処理を行った。 Thereafter, Ni, Au and Ag plating were sequentially applied to the surfaces of the connection terminal and the external electrode terminal. Since the chemical resistance of MgO is lower than that of Al 2 O 3 or the like, the concentration of the plating treatment solution is reduced and the plating treatment temperature is lowered so that the surface state of the wiring board for light emitting elements does not deteriorate. Then, the plating treatment of the wiring board for light emitting device of the present invention was performed.
また、原料粉末として純度99%以上、平均粒径が1.5μmのAl2O3粉末、純度99%以上、平均粒子径1.3μmのMn2O3粉末、純度99%以上、平均粒径1.0μmのSiO2粉末を用いて、表2に示す割合で原料粉末を混合し、成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、スラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてセラミックグリーンシートを作製し、さらに、一部の発光素子用配線基板には、搭載部が形成された側に10mm×10mm×2mmの外形寸法を有し、絶縁基体と接する側の内径が4mm、逆側の内径が8mmのテーパー状の貫通穴を有する絶縁基体と同様の材質からなる枠体を形成した。なお、枠体を絶縁基体と同じ材質で形成した発光素子用配線基板については、絶縁基体と枠体とをグリーンシートにて一体物として形成し、同時焼成を行って作製した。 Further, as raw material powder, Al 2 O 3 powder with a purity of 99% or more and an average particle size of 1.5 μm, Mn 2 O 3 powder with a purity of 99% or more and an average particle size of 1.3 μm, purity of 99% or more, average particle size A raw material powder was mixed at a ratio shown in Table 2 using 1.0 μm SiO 2 powder, an acrylic binder as a molding organic resin (binder), and toluene as a solvent were mixed to prepare a slurry. Thereafter, a ceramic green sheet is produced by a doctor blade method, and some of the wiring boards for light emitting elements have an outer dimension of 10 mm × 10 mm × 2 mm on the side where the mounting portion is formed, A frame made of the same material as that of the insulating substrate having a tapered through hole having an inner diameter of 4 mm on the side in contact with the inner surface and an inner diameter of 8 mm on the opposite side was formed. The light-emitting element wiring board in which the frame body was formed of the same material as the insulating base body was manufactured by forming the insulating base body and the frame body as a single body with a green sheet and performing simultaneous firing.
また、導体ペーストと、金属シートは、MgOを主成分とする場合に用いたものと同じ原料を用いて、同じ工程で、表2の割合で調整して作製した。 In addition, the conductor paste and the metal sheet were prepared by using the same raw materials as those used when MgO was the main component and adjusting the ratio in Table 2 in the same process.
そして、MgOを主成分とする場合と同様の工程で、セラミックグリーンシートに導体ペーストを印刷し、貫通金属体となる金属シートを埋め込んだ。続いて、セラミックグリーンシートと貫通グリーン金属体との露出した界面を被覆するように、セラミックスを含有した約20μmの厚みの被覆層を形成した。また、同様な工程で、貫通金属体と同様な金属成分を含有した被覆層を形成し、1300〜1500℃の最高温度で同時焼成を行って発光素子用配線基板を作製した。 Then, in the same process as when MgO was the main component, a conductor paste was printed on the ceramic green sheet, and a metal sheet to be a through metal body was embedded. Subsequently, a coating layer having a thickness of about 20 μm containing ceramic was formed so as to cover the exposed interface between the ceramic green sheet and the penetrating green metal body. Further, in the same process, a coating layer containing the same metal component as that of the through metal body was formed, and co-firing was performed at a maximum temperature of 1300 to 1500 ° C. to produce a wiring board for a light emitting element.
なお、一部の試料については、焼成した後で、絶縁基体1と貫通金属体8との境界にエポキシ樹脂を塗布し、150℃、1時間の条件で硬化させ、約20μmの厚みの被覆層を形成した。
For some samples, after firing, an epoxy resin was applied to the boundary between the insulating
また、金属製の枠体としては、熱膨張係数が23×10−6/℃、熱伝導率が238W/m・KのAl製金属枠体と、熱膨張係数が6×10−6/℃、熱伝導率が17W/m・KのFe−Ni−Co合金製金属枠体とを用いた。また、金属製の枠体を設けた発光素子用配線基板については、接続端子並びに外部電極端子を形成する導体ペーストを用いて、絶縁基体の搭載部側の枠体が搭載される部分に金属層を形成したのち、共晶Ag−Cuのロウ材を用いて、850℃の条件で、枠体を絶縁基体に接合して作製した。 Moreover, as a metal frame, an Al metal frame having a thermal expansion coefficient of 23 × 10 −6 / ° C. and a thermal conductivity of 238 W / m · K, and a thermal expansion coefficient of 6 × 10 −6 / ° C. A metal frame made of Fe—Ni—Co alloy having a thermal conductivity of 17 W / m · K was used. In addition, for a light emitting element wiring board provided with a metal frame, a metal layer is formed on a portion where the frame on the mounting portion side of the insulating substrate is mounted using a conductive paste that forms connection terminals and external electrode terminals. Then, the frame body was bonded to an insulating substrate under the condition of 850 ° C. using a eutectic Ag—Cu brazing material.
これらの発光素子用配線基板に接着剤としてエポキシ樹脂を用いて出力1.5Wの発光素子であるLEDチップを搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりLEDチップと接続端子とを結線し、さらに、LEDチップと接続端子とを熱膨張係数が40×10−6/℃のエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置を得た。 An LED chip, which is a light emitting element with an output of 1.5 W, is mounted on the mounting part using an epoxy resin as an adhesive on these wiring boards for light emitting elements, and the LED chip and the connection terminal are connected by a bonding wire. The chip and the connection terminal were covered with a mold material made of an epoxy resin having a thermal expansion coefficient of 40 × 10 −6 / ° C. to obtain a light emitting device.
得られた発光装置を、−55℃〜125℃の温度サイクル試験を1000サイクル行い、試験後、貫通金属体と絶縁基体間の接着界面の剥離状況を確認した。 The obtained light emitting device was subjected to a temperature cycle test of -55 ° C. to 125 ° C. for 1000 cycles, and after the test, the peeling state of the adhesion interface between the through metal body and the insulating substrate was confirmed.
また、発光装置に0.4Aの電流を通電し、1時間後に全放射束測定を行った。 Further, a current of 0.4 A was passed through the light emitting device, and the total radiant flux was measured after 1 hour.
得られた絶縁基体を粉砕し、X線回折により絶縁基体の主結晶相を同定した。 The obtained insulating substrate was pulverized, and the main crystal phase of the insulating substrate was identified by X-ray diffraction.
また、絶縁基体及び貫通金属体の熱伝導率は、それぞれを個別に形成した試料を用いてレーザーフラッシュ法により測定し、熱膨張係数はTMAにより、25〜400℃の範囲で測定した。 Further, the thermal conductivity of the insulating substrate and the through metal body was measured by a laser flash method using samples formed individually, and the thermal expansion coefficient was measured in the range of 25 to 400 ° C. by TMA.
以上の工程により作製した発光素子用配線基板の特性と、試験結果を表3に示す。
表3に示すように、貫通金属体がない本発明の範囲外の試料No.20、21は、貫通金属体による熱放散がないため、発光装置に通電した際に発生するLEDチップからの熱を十分に放散することができず、LEDチップが所定の温度を超え、LEDチップの発光効率が低下してしまい、十分な発光強度が得られなかった。 As shown in Table 3, a sample No. having no penetrating metal body outside the scope of the present invention was used. 20 and 21, since there is no heat dissipation by the through metal body, the heat from the LED chip generated when the light emitting device is energized cannot be sufficiently dissipated, the LED chip exceeds a predetermined temperature, and the LED chip As a result, the light emission efficiency was lowered, and sufficient light emission intensity could not be obtained.
一方、本発明の試料No.1〜19では、LEDチップの過剰な加熱も発生せず、高い発光効率を実現することができた。また、貫通金属体と絶縁基体との間の接着信頼性も十分なものであった。 On the other hand, sample no. In Nos. 1 to 19, excessive heating of the LED chip did not occur, and high luminous efficiency could be realized. Further, the reliability of adhesion between the penetrating metal body and the insulating substrate was sufficient.
特に、枠体を形成した試料No.1〜12および14〜19では、枠体を設けなかった場合に比べ、光特性が、さらに向上した。 In particular, Sample No. with a frame was formed. In 1-12 and 14-19, the optical characteristic further improved compared with the case where a frame is not provided.
1・・・絶縁基体
3・・・接続端子
5・・・外部電極端子
7・・・貫通導体
8・・・貫通金属体
9・・・搭載部
11・・・発光素子用配線基板
13・・・枠体
13a・・・枠体の内壁面
21・・・発光素子
25・・・発光装置
31・・・モールド材
40・・・セラミックグリーンシート
43・・・金属シート
50・・・複合成形体
DESCRIPTION OF
Claims (16)
Forming a metal sheet having substantially the same thickness as the ceramic green sheet so as to penetrate the ceramic green sheet, and forming the composite molded body and the other composite molded body or other ceramic green sheet. A method of manufacturing a wiring board for a light emitting element, comprising: a composite laminate manufacturing step of stacking at least one of them to prepare a composite laminate, and a step of simultaneously firing the composite laminate.
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