JP2009267274A - 発光素子実装用配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が実装されるキャビティの底面やその側面に形成される導体からなる光反射層によって、上記発光素子が発する光を高い反射率で反射可能とした発光素子実装用配線基板を提供する。
【解決手段】複数のセラミック層(絶縁材)ｓ１〜ｓ６を積層してなり、表面３および裏面４を有する基板本体２ａと、該基板本体２ａの表面３に開口し、発光ダイオード(発光素子)Ｄが実装される底面６および側面７からなるキャビティ５ａと、該キャビティ５ａの底面６および側面７に形成された発光素子実装用パッド（光反射層）１０、その対となる電極（光反射層）１１、および光反射層９ａと、を備え、これらの光反射層９ａ，９ｂ，１０，１１は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ以上である、発光素子実装用配線基板１ａ。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光素子が底面に実装されるキャビティ内において、該発光素子から発する光を高い反射率で反射し得る発光素子実装用配線基板に関する。

発光ダイオード（発光素子）の光を反射し且つ加熱による変色を抑制するため、少なくともキャビティの底面に形成され、上記発光ダイオードが実装される導体層の表面に被覆されたＡｇメッキ層の厚みを５μｍとし、且つ該Ａｇメッキ層の表面粗さ（Ｒａ）を０．１〜３．０μｍとした発光素子実装用配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６５９３号公報（第１〜１１頁、図１〜１１）

しかしながら、前記特許文献１の発光素子実装用配線基板のように、発光素子が実装されるキャビティの底面や該キャビティの側面に形成される導体層の表面における表面粗さ（Ｒａ）のみを規定するだけでは、必ずしも上記発光素子が発する光を高い反射率で反射させることは、不十分であった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、発光素子が実装されるキャビティの底面やその側面に形成される導体からなる光反射層によって、上記発光素子が発する光を高い反射率で反射可能とした発光素子実装用配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、発光素子が実装されるキャビティの底面や側面に形成される導体からなる光反射層の表面における表面粗さと共に、該表面の平均頂部間隔を規定する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の発光素子実装用配線基板（請求項１）は、絶縁材からなり、表面および裏面を有する基板本体と、該基板本体の表面に開口し、発光素子が実装される底面および側面からなるキャビティと、該キャビティの底面および側面のうち、少なくとも該底面に形成された光反射層と、を備え、該光反射層は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ以上である、ことを特徴とする。

また、本発明の発光素子実装用配線基板（請求項２）は、絶縁材からなり、表面および裏面を有する基板本体と、該基板本体の表面に開口し、底面および側面からなるキャビティと、該キャビティの底面および側面のうち、少なくとも該底面に形成された光反射層と、を備え、該光反射層は、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓが０．０１６７以下である、ことも特徴とする。
尚、前記平均頂部間隔Ｓは、ＪＩＳには規定がないが、ＩＳＯなどで定められており、前記光反射層の表面に沿った単位距離（本例では）０．８０ｍｍにおいて、カットオフ値（本例では）０．２５ｍｍで最高の頂部を複数カ所抽出し、かかる頂部間（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎ）の平均距離（Ｓ＝１／ｎ（Ｓ１＋Ｓ２＋…＋Ｓｎ））である。

これらによれば、前記キャビティの底面および側面のうち、少なくとも該底面に形成された前記光反射層は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ以上であるか、あるいは、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓが０．０１６７以下である。即ち、光反射層の表面は、頂部・谷部の高低差が一定以下に小さく且つ頂部間の距離が一定以上であり、全体に起伏がなだらかなほぼ平面である。従って、前記キャビティの底面に実装される発光素子が発する光を高い反射率により外部に放射できるので、所要の明るさの照明を確実に提供することが可能となる。
前記表面粗さＲａが０．５μｍ超であったり、平均頂部間隔Ｓが３０μｍ未満である場合、あるいは、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓ（比）が０．０１６７を越える場合には、前記光反射層の表面は、頂部・谷部の高低差が大きく且つ頂部間の距離が短くなり、反射率が低下するおそれがあるので、これらの範囲を除外した。

尚、前記絶縁材は、セラミックあるいは樹脂からなる。該セラミックには、例えば、アルミナのような高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ）や、ガラス−セラミックのように低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）が含まれ、上記樹脂には、例えば、エポキシ系樹脂が挙げられる。
また、前記光反射層は、キャビティ内において、該キャビティの底面に追って実装される発光素子が発した光が当たる導体層である。具体的には、キャビティの底面に形成される発光素子実装用パッド、その対極の電極、あるいは、キャビティの側面に形成される導体からなる光反射層である。
更に、前記光反射層は、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、あるいはＣｕからなるメタライズ層（導体層）の表面に、例えば、ＮｉおよびＡｕメッキ層を介して、最表層に形成したＡｇメッキ層が被覆されたものである。
また、前記発光素子には、発光ダイオードのほか、半導体レーザも含まれる。
加えて、前記キャビティには、平面視が円形の底面およびその周辺から垂直に立設する円柱形の側面からなる形態、平面視が円形の底面およびその周辺から傾斜して立ち上がるほぼ逆円錐形の側面からなる形態、平面視が長円形の底面およびその周辺から垂直に立設する長円柱形の側面からなる形態、あるいは、平面視が長円形の底面およびその周辺から傾斜して立ち上がるほぼ逆長円錐形の側面からなる形態などが含まれる。

更に、本発明には、前記光反射層は、表面粗さＲａが０．４μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３５μｍ以上である、発光素子実装用配線基板（請求項３）も含まれる。
加えて、本発明には、前記光反射層は、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓが０．０１１４以下である、発光素子実装用配線基板（請求項４）も含まれる。

これらによれば、前記光反射層の表面が、全体に一層滑らかなほぼ平面となるので、前記キャビティの底面に実装される発光素子が発する光を、より高い反射率によって外部に放射することが可能となる。
前記表面粗さＲａが０．４μｍ超となったり、平均頂部間隔Ｓが３５μｍ未満である場合、あるいは、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓ（比）が０．０１１４を越える場合には、前記光反射層の表面は、前記のように、反射率が低下し得るので、これらの範囲を推奨しないこととした。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による一形態の発光素子実装用配線基板（以下、単に、配線基板と称する）１ａを示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図である。
配線基板１ａは、図１，図２に示すように、複数のセラミック層（絶縁材）ｓ１〜ｓ６を積層してなり、平面視がほぼ正方形（矩形）の表面３および裏面４を有する基板本体２ａと、該基板本体２ａの表面３に開口し、平面視が円形の底面６、およびその周辺から垂直に立設し全体が円柱形を呈する側面７を有するキャビティ５ａと、を備えている。
上記セラミック層ｓ１〜ｓ６は、アルミナを主成分とする高温焼成セラミックからなる。

また、前記キャビティ５ａの底面６には、その中心部を含む部分に発光素子実装用パッド（光反射層）１０が形成され、該実装用パッド１０の直線辺側に隣接して前記パッド１０よりも比較的小面積である対極の電極（光反射層）１１が形成されている。図２中の一点鎖線部分Ｙを拡大した図３で例示するように、前記実装用パッド１０および電極１１は、ＷまたはＭｏからなるメタライズ層１５、その表面に順次被覆されたＮｉメッキ層１６、Ａｕメッキ層１７、およびＡｇメッキ層１８を有している。
尚、上記実装用パッド１０の電極１１側には、発光ダイオード（発光素子）Ｄが追って実装され、上記電極１１には、該発光ダイオードＤと導通する図示しないボンディングワイヤが接合される。

更に、図２に示すように、前記キャビティ５ａの側面７には、前記同様のメタライズ層、Ｎｉメッキ層、Ａｕメッキ層、およびＡｇメッキ層からなり、全体がほぼ円筒形を呈する光反射層９ａが形成されている。
図２に示すように、セラミック層ｓ１〜ｓ３間には、所定パターンの配線層１２，１３が形成され、基板本体２ａの裏面４には、複数の接続端子１４が形成されている。前記発光素子実装用パッド１０、電極１１、上記配線層１２，１３、および接続端子１４は、セラミック層ｓ１〜ｓ３を貫通するビア導体ｖを介して、相互に導通可能とされている。尚、上記配線層１２，１３は、ＷまたはＭｏからなり、上記接続端子１４は、ＷまたはＭｏからなるメタライズ層の表面にＮｉおよびＡｕメッキ層を被覆したものである。
尚、前記光反射層９ａは、前記実装用パッド１０、あるいは電極１１と、導通可能に接続しても良い。

図４は、本発明による異なる形態の配線基板１ｂを示す前記同様の垂直断面図である。
配線基板１ｂは、図４に示すように、複数のセラミック層ｓ１〜ｓ３，ｓ７〜ｓ９を積層してなり、平面視がほぼ正方形の表面３および裏面４を有する基板本体２ｂと、該基板本体２ｂの表面３に開口し、平面視が円形の底面７、およびその周辺から斜め上向きに立設して全体がほぼ逆円錐形を呈する側面８を有するキャビティ５ｂと、を備えている。

前記セラミック層ｓ１〜ｓ３，ｓ７〜ｓ９も、アルミナを主成分とする高温焼成セラミックからなる。また、キャビティ５ｂの側面８には、前記同様の光反射層９ｂが形成されている。
更に、図４に示すように、キャビティ６ｂの底面７には、前記同様の実装用パッド１０、および電極１１が形成され、前記セラミック層ｓ１〜ｓ３間には、前記同様の配線層１２，１３が形成されると共に、基板本体２ａの裏面４には、複数の接続端子１４が形成されている。尚、前記光反射層９ｂは、前記実装用パッド１０、あるいは電極１１と、導通可能に接続していても良い。
尚、以上のような配線基板１ａ，１ｂは、前記接続端子１４と図示しないプリント基板（マザーボード）の表面電極とをハンダを介して接合され、該プリント基板に実装される。

前記配線基板１ａ，１ｂにおけるキャビティ５ａ，５ｂ内の光反射層である光反射層９ａ，９ｂ、発光素子実装用パッド１０、および電極１１は、最表層のＡｇメッキ層１８の表面において、表面粗さＲａが０．５μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ以上であると共に、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓの比が０．０１６７以下となるように設定されている。上記表面粗さＲａおよび平均頂部間隔Ｓ、あるいは、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓの比を満たすには、少なくとも、前記メタライズ層１５の金属粒の細粒化、および均粒化、Ｎｉメッキ条件およびその厚みの調整、前記Ａｇメッキ層１８の電解Ａｇメッキ条件（電流密度、メッキ浴温度など）を調整することで可能となる。

尚、前記平均頂部間隔Ｓは、例えば、発光素子実装用パッド１０の表面に沿って、表面粗さ計を走査し、図５に示すように、基準長さＬ内において測定された抽出折れ線ｆ（ｘ）のうち、単位距離：０．８０ｍｍごとに、カットオフ値：０．２５ｍｍで最高の頂部を複数カ所抽出し、該頂部間（Ｓ１，Ｓ２，Ｓｉ，…，Ｓｎ）の平均距離（Ｓ＝１／ｎ（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓｉ＋…＋Ｓｎ））である。また、図５中で矢印の水平線ｘは、抽出折れ線ｆ（ｘ）の垂直方向ｚにおける中心線（２ＲＣ）である。

以上のように、配線基板１ａ，１ｂは、それらのキャビティ５ａ，５ｂ内の光反射層である光反射層９ａ，９ｂ、発光素子実装用パッド１０、および電極１１を、最表層のＡｇメッキ層１８の表面において、表面粗さＲａが０．５μｍ以下とし且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ以上にすると共に、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓの比が０．０１６７以下とされている。そのため、光反射層９ａ，９ｂなどの表面は、頂部・谷部間の高低差が小さく、且つ頂部間の平均距離Ｓが一定値以上であるので、全体に起伏がなだらかなほぼ平面である。従って、前記キャビティ５ａ，５ｂの底面における前記実装用パッド１０に実装される発光ダイオードＤが発する光を高い反射率によって外部に放射できるので、所要の明るさの照明を確実に提供することができる。

以下において、本発明の具体的な実施例を、比較例と併せて説明する。
予め、光反射層における光の反射率と表面粗さとの関係を、予備的な実験によって調査した。即ち、アルミナを主成分とするセラミック層の表面に、同じ厚みのＷからなるメタライズ層、およびＮｉ−Ｃｏ系合金のＮｉメッキ層を形成した試料を３個作成し、これらの表面ごとに表面粗さＲａを替えたＡｇメッキ層を同じ厚みで形成した。該３個の試料に対し、同じ発光ダイオードＤを実装し、これに同じ電圧の電流を通電して発光させ、個別に反射率測定計によって、発光した光に対する反射した光の割合である反射率を測定した。それらの結果を図６のグラフに示した。
図６のグラフによれば、表面粗さＲａが大きくなるに連れて、反射率が低下する傾向となる関係が確認された。

一方、光反射層における光の反射率と平均頂部間隔Ｓとの関係を、予備的な実験によって調査した。前記同様のセラミック層の表面に、同じ厚みのＷからなるメタライズ層、およびＮｉ−Ｃｏ系合金のＮｉメッキ層を形成した試料を３個作成し、これらの表面ごとにおける平均頂部間隔Ｓを替えたＡｇメッキ層を同じ厚みで形成した。この際、単位距離は、０．８０ｍｍとし、カットオフ値は、０．２５ｍｍとした。上記３個の試料に対し、前記同様にして反射率を測定した。それらの結果を図７のグラフに示した。
図７のグラフによれば、平均頂部間隔Ｓが大きくなるに連れて、反射率が向上する傾向となる関係が確認された。
以上の２つの予備的な実験により、光反射層は、表面粗さＲａが小さくなり、且つ平均頂部間隔Ｓが大きくなるほど、反射率が高くなることが確認できた。

次いで、前記同様のセラミック層の表面に、同じ厚みのＷからなるメタライズ層、およびＮｉ−Ｃｏ系合金のＮｉメッキ層を形成した試料を複数個作成し、これらの表面ごとの表面粗さＲａおよび平均頂部間隔Ｓを替えたＡｇメッキ層を同じ厚みで形成した。これらの試料に対し、同じ発光ダイオードＤを実装し、これに同じ電圧の電流を通電して発光させ、個別に反射率測定計によって、前記同様に反射率を測定した。それらの結果を図８のグラフに示した。
図８のグラフによれば、実施例の光反射層は、反射率が約９６％以上であった。これは、実施例の光反射層における表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓの比が０．０１６７以下であって、表面粗さＲａが０．４μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３５μｍ以上であったため、頂部・谷部の高低差が小さく、且つ起伏がなだらかなほぼ平面であったことによる、ものと推定される。

一方、比較例の光反射層は、反射率が約９５％以下であった。これは、比較例の光反射層における表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓの比が０．０２２以上であって、表面粗さＲａが０．５μｍ超で且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ未満であったので、頂部・谷部の高低差が大きく、且つ起伏に富んだほぼ波面状であったことによる、ものと推定される。
以上のような実施例によって、本発明による効果が裏付けられ、その結果、本発明の配線基板の有用性が確認された。

本発明は、以上において説明した各形態や実施例に限定されない。
例えば、前記配線基板の基板本体は、約４０〜６０質量％のガラス成分を含むガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックからなる複数のセラミック層を積層したものにより構成しても良い。該形態の場合、前記光反射層９ａ，９ｂ、実装用パッド１０，電極１１などのメタライズ層には、ＣｕまたはＡｇ、あるいはこれらの合金が用いられる。
また、前記配線基板の基板本体は、例えば、ＢＴ樹脂からなるコア基板と、その表面および裏面に順次積層したエポキシ系樹脂からなる複数の絶縁層とから構成される形態としても良い。該形態の場合、前記光反射層９ａ，９ｂ、実装用パッド１０などのメタライズ層には、フォトリソグラフィ技術により形成されるＣｕメッキ層が用いられる。

更に、前記平均頂部間隔Ｓを算出する際用いる単位距離やカットオフ値は、光反射層の種類などに応じて、適宜変更することができる。
また、前記キャビティは、平面視が長円形の底面およびその周辺から垂直に立設する長円柱形の側面からなる形態や、平面視が長円形の底面およびその周辺から斜めに傾斜して立ち上がるほぼ逆長円錐形の側面からなる形態としても良い。
加えて、同じキャビティの底面に複数組の実装用パッドおよび電極を併設した形態としても良い。

本発明による一形態の配線基板を示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図。 図２中の一点鎖線部分Ｙの部分拡大図。 異なる形態の配線基板を示す図２と同様な垂直断面図。 光反射層の表面における表面粗さや平均頂部間隔などを示す概略図。 光反射層の表面における表面粗さと反射率との関係を示すグラフ。 上記表面における平均頂部間隔と反射率との関係を示すグラフ。 本発明の実施例および比較例の反射率を示すグラフ。

符号の説明

１ａ，１ｂ…配線基板（発光素子実装用配線基板）
２ａ，２ｂ…基板本体
３……………表面
４……………裏面
５ａ，５ｂ…キャビティ
６……………底面
７，８………側面
９ａ，９ｂ…光反射層
１０…………発光素子実装用パッド（光反射層）
１１…………電極（光反射層）
ｓ１〜ｓ９…セラミック層（絶縁材）
Ｓ……………平均頂部間隔
Ｄ……………発光ダイオード（発光素子）

Claims (4)

1. 絶縁材からなり、表面および裏面を有する基板本体と、
   上記基板本体の表面に開口し、発光素子が実装される底面および側面からなるキャビティと、
   上記キャビティの底面および側面のうち、少なくとも該底面に形成された光反射層と、を備え、
   上記光反射層は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３０μｍ以上である、
   ことを特徴とする発光素子実装用配線基板。
2. 絶縁材からなり、表面および裏面を有する基板本体と、
   上記基板本体の表面に開口し、底面および側面からなるキャビティと、
   上記キャビティの底面および側面のうち、少なくとも該底面に形成された光反射層と、を備え、
   上記光反射層は、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓが０．０１６７以下である、
   ことを特徴とする発光素子実装用配線基板。
3. 前記光反射層は、表面粗さＲａが０．４μｍ以下で且つ平均頂部間隔Ｓが３５μｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子実装用配線基板。
4. 前記光反射層は、表面粗さＲａ／平均頂部間隔Ｓが０．０１１４以下である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の発光素子実装用配線基板。

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