JP2011071554A - 発光素子用配線基板ならびに発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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ならびに発光装置を提供する。
【解決手段】 低温焼成セラミックスからなる平板状の絶縁基体１と、該絶縁基体１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３、５、７と、前記絶縁基体１の一方の主面に発光素子２１を搭載する搭載部９とを具備してなることを特徴とする。絶縁基体１よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体１０が、絶縁基体１を貫通して設けられてなることが望ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、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ならびに発光装置に関する。

近年、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１、２参照）。

特開平１０−２１５００１号公報 特開２００３−３４７６００号公報

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が高く、難焼結性による高温焼成のためプロセスコストも高い。また、熱膨張係数が４〜５×１０^−６／℃と小さいため、汎用品である９×１０^−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。

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ない。すなわち、安価で、熱伝導に優れ、実装信頼性に優れた発光素子用配線基板は未だ提供されていない。

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ならびに発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子用配線基板は、低温焼成セラミックスからなる平板状の絶縁基体と、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ことを特徴とする。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体が、前記絶縁基体を貫通して設けられてなることが望ましい。

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。

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の複合体であることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体が、少なくとも電気回路の一部を形成してなることが望ましい。

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。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体の４０〜４００℃における熱膨張係数が９〜１８×１０^−６／℃であることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記導体層又は貫通金属体がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。

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、前記絶縁基体と前記貫通金属体との境界を、金属、セラミック、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したことが望ましい。

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。

本発明の発光装置は、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てなることを特徴とする。

本発明の発光素子用配線基板は、絶縁基体を１０５０℃以下で焼成された低温焼成セラミックスとすることにより、１０５０℃以下の融点を持つ金属と同時焼成することができ、銅や銀を主成分とする低抵抗の配線層を形成することができるため、配線層を電流が流れる際に発生する熱を少なくすることができる。また、有機系の配線基板と比較すると、熱伝導率も優れており、熱放散性にも優れている。また、低温焼成セラミックスには、ガラス層、もしくはガラスに起因して形成された結晶相が多く存在しているため、反射率が高く、発光素子からの光を効率よく反射することができる。そして、これらの特性を同時に発現させることができるため、熱自体の発生が少なく、放熱性に優れ、しかも、光の利用効率に優れた発光素子用配線基板となる。また、絶縁基体を無機酸化物により形成することにより、樹脂基板のように光源による劣化がないため、長期間に渡って色調を安定に保つことができる。

また、本発明の発光素子用配線基板は、絶縁基体よりもさらに熱伝導性に優れた貫通金属体を、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さらに、速やかに基板外へ放出することができるため、発光素子の輝度低下を効果的に防ぐことができる。

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。

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貫通金属体―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。

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。

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。

また、絶縁基体の４０〜４００℃における熱膨張係数を９〜１８×１０^−６／℃とすることで、汎用品である９×１０^−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、かつ９×１０^−６／℃以上の熱膨張係数を持つ貫通金属体との接着信頼性を向上させることができる。また、貫通金属体に含まれる金属の量を多くしても、絶縁基体と貫通金属体との熱膨張差を、両者が剥離しない程度に小さくすることができるので、さらに熱伝導率の高い貫通金属体を形成することができる。

また、前記導体層および貫通金属体がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることで、絶縁基体との同時焼成による表面および内部導体層の形成が可能となり、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。

また、前記発光素子用配線基板の主面に形成された、前記絶縁基体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貫通金属体と絶縁基体との熱膨張差を緩衝し、境界でのクラックの発生を抑制できる。

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可能である。

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、発熱そのものを小さくすることができ、しかも、絶縁基体の熱膨張係数などの特性を任意に変化させることができ、例えば、有機基板等との熱膨張ミスマッチを抑制できるため、発光装置の接合信頼性向上に寄与できる。また、絶縁基体に比較的ガラスを多く含んでいるため、光の反射率が高く、光の利用率を高くすることができる。

また、貫通金属体を設けた発光素子用配線基板を用いた場合には、さらに、熱放散性に優れた発光装置となる。

（ａ）は、本発明の発光素子用配線基板の断面図であり、（ｂ）は、枠体を設けた本発明の発光素子用配線基板の断面図である。 （ａ）は、本発明の発光装置の断面図であり、（ｂ）は、枠体を設けた本発明の発光装置の断面図である。

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、１０５０℃以下で焼成された低温焼成セラミックスからなる絶縁基体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３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とから構成されている。

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。また、絶縁基体１を貫通するように搭載部９の直下には、貫通金属体１０が形成されていることが望ましい。

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が形成されている。

本発明によれば、このような発光素子用配線基板１１において、絶縁基体１を低温焼成セラミックスにより形成することが重要である。このことにより、低抵抗で、しかも高熱伝導な銅や銀、金などの金属との同時焼成が可能となり、低抵抗な配線層を具備する発光素子用配線基板１１を容易に、しかも安価に形成することができる。また、低温焼成セラミックスは、一般的に、ガラス成分を多く含むため、１０５０℃を超える温度で焼成される例えば、アルミナや窒化アルミなどと比較すると、熱伝導率が低く、放熱性を要求される部材には用いられてこなかったが、有機系の部材と比べると数倍以上の熱伝導率を有している。また、アルミナや窒化アルミに用いられるタングステンなどを主成分とする配線層と比べると、約１／３程度の低抵抗を有しているのである。また、低温焼成セラミックスは、一般的にガラスに起因する成分を多く有するため、なめらかな表面状態を容易に形成することができ、発光素子が発する光を効率的に反射することができる。また、反射率以外にも、透明度や色調を制御することも容易であり、さまざまな発光装置に好適に用いられるものである。

そして、以上説明したこれらの効果が相乗され、配線層３、５、７に起因する発熱を抑制し、しかも、熱を比較的迅速に装置外に放出することができるとともに、発光装置の発する光を効率よく利用することができるのである。

また、絶縁基体１よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体１０を、絶縁基体１を貫通して形成することも重要である。このことにより、発光素子用配線基板１１の熱伝導を格段に向上させることができるため、さらに、発光素子から発生する熱を速やかに発光素子用配線基板１１の外へ放射することができ、発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となる。なお、貫通金属体１０は複数の円柱の集合体や塊状等の種々の形態であってもよい。

そして、貫通金属体１０を、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とすることが好ましい。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。特に断面積が１．１倍が良く、更に好適には１．２倍とすることが望ましい。

さらに、貫通金属体１０を、少なくとも金属材料とセラミック材料との複合体として同時焼成することが好ましい。複合体とすることにより、熱膨張係数を制御することが容易となり、例えば、貫通金属体１０と絶縁基体１との熱膨張係数を近くすることが可能となり、貫通金属体１０と絶縁基体１との熱膨張ミスマッチを防ぐことができる。特に、絶縁基体１と貫通金属体１０との熱膨張係数差は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／℃以下が望ましい。

また、同時焼成することにより添加されたセラミック材料が絶縁基体１との接着強度を高めることができる。

そして、貫通金属体１０に、電気回路としての機能を付与することが好ましい。導通端子が不要となり、発光素子用配線基板１１の小型化が可能となる。

そしてまた、貫通金属体１０の少なくとも一方の端面を絶縁膜６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１０直下に配線を配すことが可能となるため機器の小型化に寄与する。

また、絶縁膜を貫通金属体１０の発光素子搭載側の端面を覆うように、形成することにより、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。

また、絶縁基体１の４０〜４００℃における熱膨張係数が９〜１８×１０^−６／℃であることが好ましい。これにより、９×１０^−６／℃以上の熱膨張係数を持つ汎用品のプリント基板への実装信頼性が向上でき、かつ９×１０^−６／℃以上の熱膨張係数を持つ貫通金属体１０との接着信頼性を向上させることができる。特に熱膨張係数としては、１０〜１７×１０^−６／℃であることが好ましく、さらには１２〜１６×１０^−６／℃であることが好ましい。

また、低温焼成セラミックスであっても、高強度を示すものを用いることが望ましい。

このような特性を発現する絶縁基体１としては、低温焼成セラミックスとして、例えば、特開２００２−１６７２６５号公報や、特開２００３−７３１６３号公報に記載されている低温焼成セラミックスが好適に用いられる。

特開２００２−１６７２６５号公報によれば、組成物中にクォーツ結晶を３０〜６０質量％、特に３５〜５５質量％の割合で含有することが重要であり、これによって、低温焼成セラミックスの熱膨張係数を高めることができる。

そして、絶縁基体１を作製するには、上記ガラスセラミック組成物に、適当な成形の有機樹脂バインダを添加した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード、圧延法、金型プレス等によりシート状に任意の形状に成形後、成形のために配合した有機樹脂バインダ成分を７００℃前後の大気雰囲気中で熱処理して除去する。この有機樹脂バインダ成分を効率よく除去するという観点から、成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であることが望ましい。

焼成は、銅などの酸化しやすい金属と同時焼成する場合には８５０℃〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度９５％以上まで緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻密化することができず、１０５０℃を越えるとメタライズ配線層との同時焼成でメタライズ層が溶融してしまう。

なお、配線層として、銀などの酸化しにくい金属を用いた場合には大気中で焼成してもよいことは言うまでもない。

また上記ガラスセラミックスからなる絶縁基体１の表面に、Ｃｕからなるメタライズ配線層３を配設した発光素子用配線基板１１を製造するには、絶縁基体１を構成するための前述したようなガラスとセラミックス材料とからなる原料粉末に適当な有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート（生シート）を作製する。

そして、メタライズ配線層３及び外部電極端子５用として、表面に金属酸化物が被覆されたＣｕ粉末と有機バインダ、可塑剤、溶剤を加えて混合しメタライズペーストを作製する。なお、Ｃｕ粉末表面への被覆層の形成は、メッキ法、スパッタリング法などによって形成することができる。

そして、このメタライズペーストをグリーンシートに周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布する。また、場合によっては、グリーンシートに適当な打ち抜き加工してスルーホールを形成し、このホール内にも貫通導体７となるメタライズペーストを充填する。そしてこれらのグリーンシートを複数枚積層する。

その後、この積層体を５００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で熱処理して有機樹脂バインダを除去した後に、８５０℃〜１０５０℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で焼成して、絶縁基体１が相対密度９５％以上まで緻密化されるまで焼成する。

その後、発光素子用配線基板１１の表面のメタライズ配線層３の表面に、電解めっき法や無電解めっき法によってＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉなどのめっき層を形成することによって、本発明の発光素子用配線基板１１を完成することができる。

そして、このような絶縁基体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１０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。かかる貫通金属体１０は、セラミックグリーンシートと、金属材料とセラミック材料からなり、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する工程と、セラミックグリーンシートの所定箇所に貫通孔を形成する工程と、貫通孔を形成したセラミックグリーンシートに金属シートを積層する工程と、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側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を一体化した。

そして、これらの配線回路に用いる導体および貫通金属体を、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ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３、外部電極端子５、貫通導体７、貫通金属体１０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を得ることができる。

また、接続端子３および貫通金属体１０の表面にＡｌやＡｇめっきを施すことにより、反射率を向上させることができる。

また、発光素子用配線基板１１の主面に形成された、絶縁基体１と貫通金属体１０との境界を、金属、セラミック、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。これらの被覆層で金属体と絶縁基体との間を被覆することにより熱膨張差を緩衝し、絶縁基体１と貫通金属体１０との境界でのクラックの発生を抑制できる。

また、発光素子用配線基板１１の搭載部９の主面に、発光素子を収納するための枠体１３を設けることが好ましい。これによって、発光素子を保護できるとともに、発光素子２１の周辺に蛍光体などを容易に配置することができ、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可能である。

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。

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。

なお、このように枠体１３を金属により形成する場合には、この金属層１７と枠体１３とを、例えば、エポキシ樹脂などからなる接着剤を介して、接合することができる。

そして、以上説明した本発明の発光素子用配線基板１に、例えば、図２（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１０から速やかに放出することができるため、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。

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。

また、図２（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１の主面１ａに、枠体１３を搭載した発光装置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。

なお、図２（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１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１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言うまでもない。

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。

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。

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。

発光素子用配線基板の原料粉末として、純度９９％以上、平均粒径５μｍのクォーツ粉末３０質量％、純度９９％以上、平均粒系３μｍのＳｉＯ_２ ２９質量％−ＢａＯ ６４質量％−Ｂ_２Ｏ_３ ３％−Ａｌ_２Ｏ_３ ３質量％−ＣａＯ １質量％の組成を有するガラス粉末７０質量％、を混合し、有機バインダを添加して、十分に混合した後、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組成１の絶縁基体用グリーンシートを作製した。

また、純度９９％以上、平均粒系３μｍのＳｉＯ_２ ５０質量％−Ａｌ_２Ｏ_３ ５質量％−ＭｇＯ ２０質量％−ＣａＯ ２５質量％の組成を有する結晶性のガラス粉末６０質量％と、無機フィラーとして、純度９９％以上、平均粒径２μｍのアルミナ４０質量％を混合し、上記と同様の方法で組成２のセラミックグリーンシートを作製した。

一方、平均粒径が５μｍのＣｕ、Ａｇ、Ａｕ粉末、およびセラミック材料として平均粒子径５μｍのガラス粉末を表１のように混合し、アクリル系バインダと混錬し、導体ペーストを調整した。

そして、また、導体ペーストと同様の金属とセラミック材料とを導体ペーストと同様の割合で混合し、さらに、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と略同一厚みの金属シートを作製した。

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のビアホールを形成し、このビアホール内に、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。

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を一体化して、貫通金属体となる金属シートをセラミックグリーンシートに埋め込んだ。

このようにして作製した金属シートや導体ペーストを具備するセラミック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。そして、窒素水蒸気混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、９００℃の最高温度で１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。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、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。

さらに、一部の発光素子用配線基板について、搭載部が形成された側には、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、あるいは金属製の枠体を形成した。

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。

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、絶縁基体の搭載部側にガラスにて、枠体を接合して作製した。

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。

得られた発光装置を、−５５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を３０００サイクルまで行い、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。

また、発光装置に０．４Ａの電流を通電し、全放射束測定を行った。

また、絶縁基体及び貫通金属体の熱伝導率は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。

金属製枠体付きは、Ａｌ並びにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金をエポキシ樹脂を用いて、１５０℃、１時間の条件で接合した。

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１に示す。

表１に示すように、貫通金属体がない試料Ｎｏ．５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、他の試料と比較すると特性は劣るものの、配線層に起因する発熱が小さく、しかも反射率が高いため、十分実用に耐えるものであった。

一方、試料Ｎｏ．１〜４、６〜１３は、ＬＥＤチップの過剰な加熱がなく、非常に高い発光効率を実現することができた。

特に、枠体を形成した試料Ｎｏ．１〜４、６〜９、１２および１３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。

なお、全ての試料において貫通金属体と絶縁基体との間には、クラックが全くなく、優れた信頼性を有することがわかる。

１・・・絶縁基体
３・・・接続端子
５・・・外部電極端子
７・・・貫通導体
１０・・・貫通金属体
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

Claims (11)

1. 低温焼成セラミックスからなる平板状の絶縁基体と、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ことを特徴とする発光素子用配線基板。
2. 前記絶縁基体よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体が、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請求項１に記載の発光素子用配線基板。
3. 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を特徴とする請求項２に記載の発光素子用配線基板。
4. 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の複合体であることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光素子用配線基板。
5. 前記貫通金属体が、少なくとも電気回路の一部を形成してなることを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
6. 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を特徴とする請求項２乃至５のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
7. 前記絶縁基体の４０〜４００℃における熱膨張係数が９〜１８×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
8. 前記導体層又は貫通金属体がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
9. 前記発光素子用配線基板の主面に形成された、前記絶縁基体と前記貫通金属体との境界を、金属、セラミック、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したことを特徴とする請求項２乃至８のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
10. 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を特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板の搭載部に発光素子を搭載してなることを特徴とする発光装置。

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