JP2011096994A - Cooler, wiring board and light emitting body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却器、配線基板、および発光体に関する。 The present invention relates to a cooler, a wiring board, and a light emitter.
従来から、CPUなどの半導体集積回路等から発生する熱を吸収して放熱する冷却器の一例として、例えば下記特許文献1に示すような平板状冷却器が提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of a cooler that absorbs and dissipates heat generated from a semiconductor integrated circuit such as a CPU, a flat plate cooler as shown in
従来の平板状冷却器は、Cu等の熱伝導性の高い材料からなる中空平板構造のコンテナを用い、このコンテナの内部空間に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で、凝縮性の流体を作動流体として封入して構成されている。この種の冷却器では、コンテナ外に配置された発熱体からの熱をコンテナが吸収し、コンテナ壁面からの熱を受けて内部の作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体は、コンテナ内部を拡散した後に凝集し、発熱部分へ再び戻ってくる。このように、冷却器では、蒸発による気化熱による吸熱が、長時間連続して繰り返される構成となっている。 A conventional flat plate cooler uses a container having a hollow flat plate structure made of a material having high thermal conductivity such as Cu, and a non-condensable gas such as air is deaerated in the internal space of the container. The fluid is sealed as a working fluid. In this type of cooler, the container absorbs heat from a heating element arranged outside the container, and the internal working fluid is evaporated by receiving heat from the container wall surface. The evaporated working fluid aggregates after diffusing inside the container and returns to the heat generating portion again. Thus, in the cooler, the heat absorption due to the heat of vaporization caused by evaporation is repeated continuously for a long time.
従来の冷却器では、中空平板構造のコンテナの内部全体に作動流体を分散させるため、コンテナの内面に毛細管作用を生じる分散部を設けている。例えば、下記特許文献1では、このような毛細管作用を生じさせる分散部の一例として、金属網を垂直状態で直方体に束ねた構成のものが例示されている。
In the conventional cooler, in order to disperse the working fluid throughout the inside of the container having a hollow flat plate structure, a dispersing portion that generates a capillary action is provided on the inner surface of the container. For example,
従来の冷却器は、コンテナがCu等の金属から構成されている。かかる従来の冷却器を用いてCPUなどの半導体集積回路を冷却する場合、発熱体であるCPUなどの電子回路は、コンテナ表面に直接形成することができず、非導電性(絶縁性)の回路基板などを介在して載置することが必要であった。このため、発熱体からの熱の一部は、非導電性部材(絶縁性部材)で蓄熱され、冷却効果に限界があった。また、金属からなるコンテナ、および金属からなる分散部は、作動流体によって比較的腐食し易く、耐久性が比較的低いといった問題もあった。本発明は、このような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものである。 As for the conventional cooler, the container is comprised from metals, such as Cu. When a semiconductor integrated circuit such as a CPU is cooled using such a conventional cooler, an electronic circuit such as a CPU that is a heating element cannot be formed directly on the container surface, and is a non-conductive (insulating) circuit. It was necessary to place the substrate through a substrate or the like. For this reason, a part of the heat from the heating element is stored in the non-conductive member (insulating member), and the cooling effect is limited. In addition, the container made of metal and the dispersion part made of metal have a problem that they are relatively easily corroded by the working fluid and have relatively low durability. The present invention has been devised to solve such problems in the prior art.
上記課題を解決するために、本願は、板状の容器内に冷媒が封入された冷却器であって、前記容器は、対向する2つの内側主面を含む少なくとも一部の領域が、緻密質セラミックスを主成分として構成され、前記容器の内部に、前記冷媒が内部を通過する多孔質セラミック体が、前記内側主面の少なくとも一方に接合されて収容されていることを特徴とする冷却器を提供する。また、前記容器と、前記容器の外周面に設けられた導体配線と、を備えることを特徴とする配線基板を提供する。併せて、配線基板表面に、前記配線基板と電気的に接続された発光素子が設けられていることを特徴とする発光体を提供する。 In order to solve the above problems, the present application is a cooler in which a refrigerant is sealed in a plate-like container, and the container has a dense area at least in part including two opposing inner main surfaces. A cooler comprising ceramics as a main component, wherein a porous ceramic body through which the refrigerant passes is bonded and accommodated in at least one of the inner main surfaces. provide. Moreover, the wiring board provided with the said container and the conductor wiring provided in the outer peripheral surface of the said container is provided. In addition, a light-emitting body is provided in which a light-emitting element electrically connected to the wiring board is provided on the surface of the wiring board.
本発明の冷却器は、冷却効率および耐久性が、比較的高い。また、本発明の回路基板は、実装した回路や機能素子から発生する熱を効率的に冷却することができる。また、回路の動作信頼性も高い。本発明の発光体は、例えばLED素子など、比較的大きな熱量を発生する素子を用いた場合も、この素子が効率に冷却され、長期にわたって安定した発光性能を維持できる。 The cooler of the present invention has relatively high cooling efficiency and durability. Further, the circuit board of the present invention can efficiently cool the heat generated from the mounted circuit or functional element. In addition, the operation reliability of the circuit is high. Even when an element that generates a relatively large amount of heat, such as an LED element, is used for the light emitter of the present invention, this element is efficiently cooled, and stable light emission performance can be maintained over a long period of time.
以下、本発明の冷却器について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の冷却器の一実施形態である冷却器10について説明する図である。図1(a)は冷却器10の概略斜視図、図1(b)は冷却器10の概略平面図、図1(c)は冷却器10の概略断面図を、それぞれ示している。
Hereinafter, the cooler of this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a
図1に示す冷却器10は、緻密質セラミックスからなる容器体12と、容器体12の内部空間に封入された多孔質セラミックスからなる分散部14と、を備えて構成されている。容器体12の内部空間には、例えば水(H2O)や有機溶媒を主成分とした冷媒が封入されている。
The
容器体12は、周辺部に壁部16が設けられた第1部材12aと、貫通孔18を備えた板状の蓋体12bと、が接合されて構成されている。貫通孔18は封止部材19によって閉塞されている。第1部材12aおよび12bはいずれも、例えばアルミナ(Al2O3)を主成分とする緻密質セラミックスを主成分としている。ここで、緻密質セラミックスとは、平均気孔径が例えば3.0mm以下、好ましくは0.2mm以下のセラミックスのことをいう。なお、平均気孔径は、例えば測定対象部材の任意の断面の、電子顕微鏡または光学顕微鏡による観察像から求められる。例えば平均気孔径は、測定対象部材の任意の断面を、倍率20〜100倍で観察し、この観察像の0.5〜30mm2の測定面積の範囲に存在する気孔の最長径の値の平均値のことをいう。各値は、観察像を肉眼で確認して求めてもよく、また撮影した観察像を画像処理して求めてもよい。
The
また、分散部14は、例えばアルミナ(Al2O3)やアランダムを主成分とする多孔質セラミックスを主成分としている。分散部14は、容器体12の対向する2つの内側主面に接合した第1分散部14aと、対向する主面間に設けられた第2分散部14bと、を備えて構成されている。第1分散部14aの平均気孔径は、第2分散部14bの平均気孔径に比べて、より大きくされている。このため、第1分散部14aでは、容器体12の内部空間に封入された冷媒は、第2分散部14bに比べて短時間のうちに、比較的広い領域に渡ってスムーズに分散される。また、第2分散部14bでは、第1分散部14aに比べて毛細管力が比較的強い。このため、容器体12の内部空間に封入された冷媒が、容器体12の内部を、図1(c)の上下方向に良好に分散される。例えば、容器体12の配置方向に関わらず、重力に逆らう方向にも、冷媒が良好に分散される。また、一方の内側主面から他方の内側主面にわたって立設した第2分散部14bが設けられているので、冷却器10は、例えば主面に略垂直な方向にかかる外力に対する変形等が少なく、耐久性も比較的高い。
Moreover, the
ここで多孔質セラミックスとは、セラミックス粒子に、例えばガラス成分等が混在したものも含む。例えば多孔質セラミックスとしては、例えばアランダム粗粒からなる第1粒子と、これら第1粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されていてもよい。なお、アランダム粒子とは、アルミナを主成分とし、例えば酸化チタンおよび酸化鉄を含有した粒子である。アランダム粒子は加熱することで粒成長し、加熱条件を調整することで加熱後の粒径を制御することができる。 Here, the porous ceramics includes those in which, for example, glass components are mixed in ceramic particles. For example, the porous ceramics may be composed mainly of, for example, first particles made of alundum coarse particles and a glass component that bonds the first particles to each other. The alundum particles are particles mainly composed of alumina and containing, for example, titanium oxide and iron oxide. The alundum particles grow by heating, and the particle size after heating can be controlled by adjusting the heating conditions.
また分散部14は、アルミナ(Al2O3)を主成分として構成してもよい。アルミナ(Al2O3)の気孔率や気孔径は、焼成温度を低くするにしたがって、大きくなる。容器体12、第1分散部14a、第2分散部14b、をいずれもアルミナ(Al2O3)によって構成した場合でも、各部材を作製する際の焼成温度を相違させ、各部材の気孔率を相違させることができる。
Further, the
例えば、分散部14を、アルミナ(Al2O3)を主成分として構成する場合、アルミナの焼成温度を調整することで、多孔質体の気孔径や気孔率を制御することもできる。例えば、1100℃で焼成した多孔質体を第1分散部14aとして用い、1200℃で焼成した多孔質体を第2分散部14bとして用いれば良い。
For example, when the
また、多孔質セラミック体は、粒径の大きなセラミック粒子と粒径の小さなセラミック粒子を混合し、焼結させた構造としてもよい。典型的には、粒径の大きなセラミック粒子の平均粒径は、0.2〜2.0mmであり、粒径の小さなセラミック粒子の平均粒径は0.1mm以下である。多孔質セラミックス中に存在する、粒径の大きなセラミック粒子の割合は40〜80体積%であることが好ましい。セラミックス粒子の材質はアルミナが好ましい。アルミナは、高温の水などの溶媒に対する耐食性に優れているためである。粒径の異なるセラミックス粒子が混合された構造を選択することにより、平均気孔径を所定の範囲に設定することができる。例えば、多孔質セラミック体の平均気孔径を、0.05〜1mmの範囲に比較的容易に設定することができる。なお、多孔質セラミックス体には、ガラス成分を例えば5〜25質量%含有させることが好ましい。ガラス成分は、セラミック粒子同士を強固に接合する作用があるため、比較的高い強度を有する多孔質セラミック体が得られる。 The porous ceramic body may have a structure in which ceramic particles having a large particle size and ceramic particles having a small particle size are mixed and sintered. Typically, the average particle size of ceramic particles having a large particle size is 0.2 to 2.0 mm, and the average particle size of ceramic particles having a small particle size is 0.1 mm or less. The ratio of the ceramic particles having a large particle size present in the porous ceramic is preferably 40 to 80% by volume. The material of the ceramic particles is preferably alumina. This is because alumina is excellent in corrosion resistance against a solvent such as high-temperature water. By selecting a structure in which ceramic particles having different particle diameters are mixed, the average pore diameter can be set within a predetermined range. For example, the average pore diameter of the porous ceramic body can be set relatively easily in the range of 0.05 to 1 mm. In addition, it is preferable to contain 5-25 mass% of glass components in a porous ceramic body. Since the glass component has an action of firmly bonding the ceramic particles, a porous ceramic body having a relatively high strength can be obtained.
図1に示す冷却器10では、複数の第2分散部14bが、分散して配置されている。本実施形態の冷却器10では、第2分散部14bに挟まれた流動路11が、平面視において、中央部から周辺に向けて放射状に伸びるように形成されている。蒸発した気相の溶媒の一部は、この流動部11も通過して、容器体12の周辺部に速やかに到達して冷却・凝集される。
In the cooler 10 shown in FIG. 1, the plurality of
冷却器10は、例えばLEDなどの発光素子を備えた発光器や、CPUなどの半導体集積回路など、比較的大きな熱を発する回路や機能素子の冷却に用いることができる。 The cooler 10 can be used for cooling a circuit or a functional element that generates relatively large heat, such as a light emitting device including a light emitting device such as an LED or a semiconductor integrated circuit such as a CPU.
冷却器10では、第1分散部14aの毛細管力によって、液相の冷媒が面方向に分散されて保持されている。また、第2分散部14bが、一方の内側主面から他方の内側主面に連なっており、冷却器の配置姿勢に関わらず、毛細管力が比較的強い第2分散部14bを介して、双方の内側主面の第1分散部14aに冷媒が分散されている。
In the cooler 10, the liquid-phase refrigerant is dispersed and held in the surface direction by the capillary force of the
冷却器10における第2分散部14bの形状や配置については、図1(a)に示す形態に限定されず、所望の特性に応じて種々の形状・配置に設定すればよい。また、所望の特性に応じて、第1分散部14aおよび第2分散部14bの気孔径や気孔率を、部分的に変化させてもよい。
The shape and arrangement of the
以下、容器体12の外側主面に、発光素子や半導体集積回路を備える発熱体が配置されている状態で、この発熱体が発熱した場合を例に、冷却器10の機能について説明する。例えば、図1(a)(b)に破線で示す、一方の外側主面に発熱体が載置されている場合を例とする。発熱体が発熱した場合、容器体12の壁面を介して、内側主面に接合されている第1分散部14aの中心部近傍(破線領域内およびその近傍)を中心に、熱が伝達する。第1分散部14aの中心部近傍に保持されている冷媒が、この熱によって気化し、容器体12に伝達された熱は気化熱として奪われる。気化した気相状態の冷媒は、主に流動路11を通過し、中心部近傍から周辺部へと移動(流動)する。この際、気相状態の冷媒の一部は、第1分散部14aや第2分散部12b内も通過する。容器体12の周辺部では、気相状態の冷媒が凝集して液相に戻り、第1分散部14a内を移動して、中心部近傍へと還流する。
Hereinafter, the function of the cooler 10 will be described by taking, as an example, the case where the heat generating element generates heat in a state where the heat generating element including the light emitting element and the semiconductor integrated circuit is disposed on the outer main surface of the
冷却器10では、容器体12および内部の分散部14が、いずれもセラミックスを主成分として構成されている。このため、封入される冷媒等によって生じる、容器体12や分散部14の腐食がほとんどない。また、容器体12もセラミックスで構成されており、容器体12の絶縁性を非常に高くすることができる。このため、半導体集積回路や発光素子等を、容器体12の表面に直接接触させて、効率良く冷却することができる。
In the cooler 10, the
次に、冷却器10の製造方法の一例について説明しておく。まず、緻密質セラミックスからなる容器体12を構成する、第1部材12aおよび蓋体12bを作製しておく。容器体12の第1部材12aおよび蓋体12bは、例えば以下のように作製することができる。まず、酸化アルミニウム粉末96〜99.9質量%と、酸化珪素、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムの各粉末を含む焼結助剤粉末0.1〜4質量%とからなる原料粉末を混合し、ポリエチレングリコールなどの有機結合材をこの原料粉末100質量部に対して3〜8質量部添加、混合し、水を添加してスラリーとする。このスラリーを噴霧乾燥機により噴霧乾燥し、得られた顆粒をゴム型に充填し、静水圧により加圧して成形体を作製する。得られた成形体を加工して、第1部材12aおよび蓋体12b各々の形に近い形状に切削し、いわゆるニアネット成形体を作製する。このニアネット成形体を、焼成炉で1500〜1700℃で焼成し、焼結体を作製する。焼結体を加工して第1部材212aおよび蓋体12bを作製する。
Next, an example of the manufacturing method of the cooler 10 will be described. First, the
また、第2分散部14bを作製しておく。第2分散部14bは、たとえば上記容器体12と同様の工程でニアネット成型体を構成し、このニアネット成型体を1500℃未満の温度、好ましくは1000℃程度の温度で焼成する。例えば、酸化アルミニウム粉末を主成分とするニアネット成型体を、比較的低い温度で焼成することで、比較的大きな気孔径を有するアルミナ焼結体を作製することができる。かかる工程により、ブロック状の複数の第2分散部14bを作製しておく。
Also, the
次に、第1分散部14aを形成すると同時に、第2分散部14bを配置固定する。まず、第1部材12aおよび蓋体12bの内側主面の全体に、ガラスペーストを、スクリーン印刷、刷毛などを用いて厚み0.2mm程度に塗布する。ガラスペーストは、例えば、融点が650〜1000℃の硼珪酸ガラスからなる粉末と、少量の有機結合材と、少量の有機溶剤とを混合、混練することで作製されたものを用いればよい。なお、貫通孔18の部分には、ガラスペーストの塗布工程の後、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、熱硬化させておく。
Next, the
次に、第1部材12aおよび蓋体12bの内側主面全体に、第1分散部14aの原料を配置する。第1分散部14aの原料としては、以下のように作製したものを用いればよい。まず、アランダムを例えば1300℃程度に加熱して粒成長させた後、振動篩いを用いて、例えば粒径0.1〜3.0mm程度の範囲内のアランダムのみを選択的に回収する。回収したアランダム100質量部に対して、上述のガラスペーストを例えば7〜25質量%(有機結合材と有機溶剤を除く)添加・混合し、第1分散部14aの原料を作製する。なお、アランダムに代わって、略球状のガラスまたはセラミックであって、径が例えば0.5〜3.0mmの範囲内のものを選別した原料を混合したものを、第1分散部14aの原料としてもよい。
Next, the raw material of the 1st dispersion |
第1分散部14aが配置された第1部材12aの内側表面に、複数の第2分散部14bを各々所定位置に配置する。この状態で、蓋体12bを、第1部材12aの開口を閉塞するように配置する。この際、第1部材12aと蓋体12bとの接合部には、上述のガラスペーストを塗布しておき、第1部材12aと蓋体12bとが、このガラスペーストを介して接合された状態としておく。次に、ガラスペーストの融点以上の温度(650〜1000℃)で加熱した後に冷却する。この加熱の際、貫通孔18の部分に充填していた熱硬化性樹脂は、溶融・蒸発する。このように、第1部材12a、蓋体12b、分散部14a、分散部14bが溶融ガラスにより一体的に接合された構造物を得る。こののち、容器体12の外側表面を、例えば平面研削盤により平滑研磨する。
A plurality of
なお、第1部材12aと蓋体12bとの接合は、以下のように行ってもよい。まず、第1部材12aおよび蓋体12bそれぞれの接合面を、例えば表面粗さRaで0.05μm以下となるような鏡面研磨加工を行う。鏡面研磨された面は、主成分であるアルミナ粒子がむき出しであり、その周りをSiを主成分とする粒界ガラス層35が取り囲んだ状態になっている。
In addition, you may perform joining of the
この状態の面同士を向き合わせて、接合面同士を機械的に密着させた状態とした後、高温で熱処理を行う。この状態で1000℃〜1800℃の高温で熱処理を行うと、フィックの第二法則により、アルミナセラミックスからなる第1部材12aおよび蓋体12b、のそれぞれの接合面近傍の粒界ガラス層の成分が、第1部材12aおよび蓋体12bの接合面に拡散移動し、第1部材12aと蓋体12bとの接合部近傍に、溶出したSi成分を含むSi化合物を主成分とする中間層が形成され、この中間層26によって接合時の熱応力が緩和され、第1部材12aと蓋体12bとの接合部近傍の、中間層26近傍に発生する割れ、クラックは抑制される。
The surfaces in this state are faced to form a state in which the joint surfaces are in mechanical contact with each other, and then heat treatment is performed at a high temperature. When heat treatment is performed at a high temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C. in this state, the components of the grain boundary glass layers in the vicinity of the joint surfaces of the
次に、この容器体12の内部に、液相の冷媒を封入する。冷媒は、貫通孔18を介して容器体12の内部に封入される。その後、貫通孔18に、金属やその他無機物、有機物などが固着されて、封止部材19によって封止された容器体12が構成される。例えば、貫通孔18に金属部材を配置して、外部から圧力を加えてこの部材を変形させる(いわゆるカシメ)ことで、封止部材19によって封止された容器体12を構成する。なお、冷媒の封入には、加熱追出法、真空ポンプ法、ガス液化法など、従来公知の方法を用いればよい。
Next, a liquid-phase refrigerant is sealed inside the
本実施形態の製造方法では、第1分散部14aをアランダム粒子によって、第2分散部14bをアルミナセラミックス焼結体によって、それぞれ構成している。第1分散部14aおよび第2分散部14bの構成材料は、それぞれ限定されない。例えば第1分散部14aおよび第2分散部14bの双方を、アルミナセラミックスで構成してもよく、また第1分散部14aおよび第2分散部14bの双方を、アランダム粒子によって構成してもよい。アランダム粒子もアルミナセラミックス焼結体も、それぞれの製造工程における温度条件を相違させることで、平均気孔径を変化させることが可能であり、第1分散部14aおよび第2分散部14bの気孔径および気孔率を、それぞれ所望の範囲に調整することができる。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
例えば、第1分散部14aと第2分散部14bに、それぞれ異なる温度条件で加熱されたアランダム粒子を用いることで、同一材料からなり粒径がそれぞれ異なるセラミックス粒子を各々主成分とする、第1分散部14aと第2分散部14bとを作製することができる。この際、図2に断面図で示すように、第1分散部14aに含まれるセラミックス粒子(アランダム粒子)51同士を結合させるガラス成分61と、第2分散部14bに含まれるセラミックス粒子(アランダム粒子)52同士を結合させるガラス成分62と、がそれぞれ溶融して固化して、第1分散部14aと第2分散部14bとが接合される。この場合、第1分散部14aと第2分散部14bとの接合部分では、同一の材質からなり大きさの異なる粒(アランダム粒子)が混合された状態となっている。このため、接合部分において、大きな応力の発生や、異なる物質の接触にともなう化学反応の進行等が抑制されている。
For example, by using alundum particles heated under different temperature conditions for the
本実施形態の冷却器10では、各部材が比較的高い強度で接合されており、外力による歪みや割れの発生等も抑制されており、冷却器10からのパーティクルの発生も抑制されている。 In the cooler 10 of the present embodiment, the members are joined with a relatively high strength, distortion and cracking due to external force are suppressed, and generation of particles from the cooler 10 is also suppressed.
本実施形態の製造方法で作製された冷却器は、接着剤など、有機溶媒等の不純物を含む部材を用いずに、高い気密性を有する冷却器を構成することができる。本実施形態の製造方法で作製された冷却器は、第1部材12a、蓋体12b、第1分散部14a、第2分散部14b、ぞれぞれの接合部分において、大きな応力の発生や、異なる物質の接触にともなう化学反応の進行等が抑制されている。本実施形態の冷却器10では、各部材が比較的高い強度で接合されており、外力による歪みや割れの発生等も抑制されており、冷却器10からのパーティクルの発生も抑制されている。
The cooler manufactured by the manufacturing method of this embodiment can constitute a cooler having high airtightness without using a member containing impurities such as an organic solvent such as an adhesive. In the cooler produced by the manufacturing method of the present embodiment, the
図3(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の冷却器の他の実施形態について説明する概略断面図である。図3(a)に示す例では、第2分散部14bの間隙に、第2分散部14bよりも平均気孔径が大きい、第3分散部14cが充填されている。図3(a)に示す実施形態は、外力が加わった場合の変形の程度が更に小さく、動作信頼性が高い点で、好ましい。
3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating other embodiments of the cooler of the present invention. In the example shown in FIG. 3A, the gap between the
図3(b)に示す例では、容器体12の内側主面の双方に、多孔質セラミックからなる第1分散部14aが接合されているが、図1に示す第2分散部14bは有していない。図3(b)に示す実施形態は、蒸発した冷媒が、第1分散部14a間に形成された空間を良好に流れ、冷却器10の周辺部でより効率的に凝集・液化する点が好ましい。
In the example shown in FIG. 3 (b), the
図3(c)に示す実施形態では、図3(c)中の下側に配置された、容器体12の第1部材12aの内側主面にのみ、第1分散部14aが接合されている。図3(a)に示す実施形態は、図3(c)中の下側を鉛直線に沿った下側方向とし、容器体12の外側主面のうち下側の主面に発光体を載置する状態において、好適に用いられる。この場合、第1分散部14aから蒸発した気相の冷媒は、第1分散部14aの上側空間を良好に流れて、容器体12の上側の内側主面に接触して、容器体12に熱を奪われる。これにより、上側の内側主面において、冷媒が凝集・液化する。液化した冷媒は、重力によって第1分散部14aに滴下し、第1分散部14a内を面方向に分散していく。図3(c)に示す実施形態は、このように、発熱体の載置領域や容器体12の設置姿勢等が明確な場合、良好に用いられる。
In the embodiment shown in FIG. 3 (c), the
図4は、本発明の配線基板の一実施形態である、配線基板30について説明する概略斜視図である。配線基板30は、冷却器10の容器体12の表面に、導電性の配線パターン32が形成された構成とされている。配線パターン32は、例えば公知のメタライズ工程によって作成されている。容器体12は、絶縁性が比較的高い、例えばアルミナ等のセラミックスで構成されており、配線パターン30を設けることで所望の導電経路を形成することができる。
FIG. 4 is a schematic perspective view illustrating a
また、図5は、本発明の配線基板の他の実施形態の概略断面図である。図4に示す実施形態では、容器体12の一方の外側主面から、他方の外側主面にかけて延びる、ビア導体36が設けられている。ビア導体6は、公知の製法を用いて形成されればよい。たとえば、容器体12の第1部材12aを、複数のセラミック層を積層して焼成する、いわゆるグリーンシート積層法を用いて形成し、金属パターンの積層によってなるビア導体36を構成してもよい。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the wiring board of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, a via
図6は、本発明の発光体の一実施形態である、発光装置50について説明する概略斜視図である。発光装置50は、図4に示す配線基板30の表面に、例えばLED発光素子52が配置された構成とされている。LED発光素子52は、配線基板30の表面に設けられた配線パターン32と電気的に接続し、この配線パターン32を介して供給された電力に応じて発光する。図6に示す実施形態では、発光素子52が、配線パターン32とフリップチップ接続されて、配線基板30表面に固定されている。本実施形態の容器体12は、可視光領域を比較的良好に反射する、例えばアルミナを主成分として構成されており、LED発光素子5からの発光は、図6の上側方向に向けて比較的良好に反射される。なお、図7に概略断面図で示す実施形態のように、発光素子52からの発光を上側に向けて良好に反射する、反射面54を有する凸部56備えていてもよい。
FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating a
発光素子52は、発光にともなって比較的大きな熱が発生する。発光装置50では、発光素子52が実装された容器体12(の蓋体12b)が、容器体12の内部に封入された冷媒によって直接冷却される。発光装置50は、発光素子52の温度を比較的低く抑えた状態で、発光素子52からの発光を、図6中の上側方向に向けて高い効率で照射させることができる。発光装置50は、長期にわたって高い安定性をもって、入力電力に対して比較的高い光量の光を照射することができる。
The
図8は、本発明の発光装置の他の実施形態である発光装置150について説明する図であり、図8(a)は概略斜視図、図8(b)は概略断面図を、それぞれ示している。発光装置150は、本発明の配線基板150の他の実施形態である配線基板130と、配線基板130に載置された、例えばLEDからなる発光素子152と、を備えて構成されている。
FIG. 8 is a diagram for explaining a
配線基板130は、上記実施形態の冷却器10と、冷却器10の蓋体12bの表面に配置された素子載置体134と、蓋体12bの表面に設けられた配線パターン142と、配線パターン142と素子載置体134表面の導体層146とを電気的に接続するワイヤ144と、を備えて構成されている。
The
図9は、図8に示す発光装置150が備える配線基板130について説明する図である。図9では配線基板130から配線パターン142、ワイヤ144、導体層146、発光素子152、を除いた状態を示している。図9(a)は概略斜視図、図9(b)は概略平面図、図9(c)は概略断面図を、それぞれ示している。
FIG. 9 is a diagram illustrating the
発光素子152は、セラミック系の絶縁材料で構成された素子載置体134に載置されている。発光素子152が載置された素子載置体134は、配線基板130の、中央部分に配置された第2分散部14bに対応する領域に配置されている。このため、発光素子152の発光にともなう発熱は、効率良く冷却・除去されている。
The
発光素子152は、図14(b)(c)に表されているように、第2分散部14bの配置領域に対応して設けられている。このため、発光素子152の発光にともなう発熱が、効率良く冷却される。
As shown in FIGS. 14B and 14C, the
なお、 配線基板130における第2分散部14bの形状や配置については、図8(a)に示す形態に限定されず、所望の特性に応じて種々の形状・配置に設定すればよい。また、所望の特性に応じて、第1分散部14aおよび第2分散部14bの気孔径や気孔率を、部分的に変化させてもよい。
The shape and arrangement of the
素子載置体134は、表面に導体層146が設けられている。発光素子152は、この導体層146と電気的に接続されており、導体層146から供給された電力に応じて発光するよう構成されている。導体層146は、ワイヤ144を介して、蓋体12bの表面の配線パターン142とも電気的に接続されており、配線パターン132を介して導体層146に電力が供給される。
The
本実施形態の素子載置体134は、可視光領域を比較的良好に反射する、例えばアルミナを主成分として構成されており、LED発光素子152からの発光は、図8(a)の上側方向に向けて比較的良好に反射される。発光装置150では、冷却器130の蓋体12b、および素子載置体134がいずれも、Siを含む、アルミナ(Al2O3)を主成分とするセラミックスからなる。
The
素子載置体134は、蓋体12bおよび素子載置体134よりもSi含有率が高く、蓋体12bの主成分元素と同一の元素(すなわち、Al、およびO)を主成分とする接合層155を介して、比較的強固に接合されている。また、発光素子152は、発光にともなって比較的大きな熱が発生するが、本実施形態では、蓋体12bと素子載置体134とが、いずれの主成分とも同一の成分からなる接合層155を介して、高い密着度で接合されている。このため、素子載置体134から蓋体12bへの熱伝導効率も高く、発光素子152にともなう発熱は、効率的に蓋体12bの側へ放熱される。また、蓋体12bと素子載置体134と接合層155との熱膨張係数の違いも小さく、また接合強度も高く、発光素子の発熱にともなう接合層155の接合強度の劣化が抑制されている。また、図8に示す発光装置150では、発光素子152が実装された冷却体(の蓋体112b)が、冷却体の内部に封入された冷媒によって直接冷却される。発光装置150は、発光素子152の温度を比較的低く抑えた状態で、発光素子152からの発光を、図8中の上側方向に向けて高い効率で照射させることができる。発光装置150は、長期にわたって高い安定性をもって、入力電力に対して比較的高い光量の光を照射することができる。
The
図10は、発光装置150における、素子載置体134と蓋体12bとの接合部近傍を拡大して示す概略断面図である。本実施形態では、Si成分を含むアルミナセラミックスからなる蓋体12bに、蓋体12bに含まれるSi化合物と同じ元素を含むSi化合物を主成分とする接合層155を介して、素子載置体134が接合されている。
FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the joint between the
接合層155は、蓋体12bおよび素子載置体134に含まれるSi成分が素子載置体134との接合面側に溶出して形成されたものである。Si化合物を主成分とする。かかる接合層155で接合された構造体は、接合層として別の材質からなる接着剤を準備することなく、密着性の高い接合を実現することができる。また、蓋体12bから溶出したSi化合物成分を主成分とする接合層155を介して接合するので、接合部が非常に薄く均一な高寸法精度の構造体を得ることができる。また、ガラス成分等のSi成分は粘性が比較的高いので、例えば構造体に応力がかかった場合、セラミック粒子間に存在するこのSi成分により、応力が緩和される。
The
ここで、蓋体12bは、多結晶セラミックスおよび単結晶から選択され、多結晶セラミックスとしては、アルミナ、フォルステライト、ステアタイト、コージライト、ジルコニアなどを主成分とするセラミックスがあげられる。特に多結晶セラミックスの主成分が酸化物であると、接合層55による接合強度を比較的高くすることができる。
Here, the
また、主成分が非酸化物である場合、接合する前に極表面を酸化させた蓋体12bを用いると接合強度を高めることができる。さらに、蓋体12bが単結晶である場合は、サファイア、水晶、ランガサイト(La3Ga5SiO14)、珪酸ビスマス(Bi14Si3O12)、エメラルド(Be3Al2Si6O18)などが挙げられる。蓋体12b中に含まれるSi成分の濃度としては、0.01重量%以上であることが好ましい。
Further, when the main component is a non-oxide, the bonding strength can be increased by using the
また、蓋体12bが多結晶セラミックスの場合、Si成分は多結晶セラミックス中の粒界層に介在することが望ましい。粒界層に介在していることより、接合時の熱処理にSi成分が蓋体12bと素子載置体134の接合界面に溶出しやすく、より接合強度の高い接合層155として作用することができる。また、そのSi成分は、酸化物、炭化物、硼化物、窒化物のいずれかもしくはそれらの複合物であり、蓋体12bには、Si成分が少なくとも一種以上を含まれることが好ましく、さらにガラス質であることが望ましい。
In addition, when the
なお、Si成分以外の成分としては特に限定されないが、Si成分がガラス質である場合、その融点を下げる元素およびその化合物であることが好ましい。ガラス質の融点を下げることにより、接合時の熱処理温度を低く設定することができ、その結果、蓋体12bおよび素子載置体134への残留応力を緩和することができる。また、Si成分の粘性を下げる元素及びその化合物であることも好ましい。Si成分の粘性が下がることにより、熱処理時に蓋体12bと素子載置体134との接合界面にSi成分が溶出し易くなり、接合層155の形成を容易にするとともに、熱処理時間を短縮することができる。したがって、Si成分以外の成分としては、マグネシウム化合物、カルシウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物、硼素化合物、鉛化合物およびこれらの化合物などがあげられる。
In addition, although it does not specifically limit as components other than Si component, When Si component is glassy, it is preferable that it is an element and its compound which lower | hangs the melting | fusing point. By reducing the melting point of the glassy material, the heat treatment temperature at the time of bonding can be set low, and as a result, the residual stress on the
素子載置体134は、多結晶セラミックス、単結晶および金属から選択された材質を主成分とする。素子載置体134にはSi成分が必ずしも含まれる必要はないが、接合強度を高める目的で素子載置体134もSi成分を含むセラミックスからなることが好ましい。これは、接合層155側に蓋体12b、素子載置体134の両者からSi成分が溶出し、Si化合物が接合面に十分な量で介在することとなるため、接合強度をより高くできる。
The
ここで、蓋体12b及び素子載置体134は、緻密質もしくは多孔質であってもよいが緻密質であることが好ましく、また板状、ブロック状などの形状は何でもよい。
Here, the
また、蓋体12bと素子載置体134との間のSi成分は、蓋体12bおよび素子載置体134の双方に対して、含有割合がより高いことが好ましい。Si成分が高い場合、接合部に発生した応力を緩和する効果がより高く、発光装置としての信頼性はより高くなる傾向にある。
Moreover, it is preferable that the Si component between the
図10に示す波線は、蓋体12bおよび素子載置体134中のSi濃度の分布を示しており、蓋体12b中のSi濃度の少ない部分をα、素子載置体134中のSi濃度の少ない部分をβとして示す。本発明の複合セラミック体110は、蓋体12bと素子載置体134および接合層155を積層した構造であるが、Si濃度が接合面に向かって減少することにより、見かけ上、蓋体12bと接合層155および素子載置体134と接合層155との間にさらに別の層(α、β)が形成されており、このα、β層が応力緩和層として作用し、複合セラミック体10の接合強度を向上させるとともに、割れやクラックの抑制に作用していると考えられる。本実施形態では、蓋体12bまたは素子載置体134のSi濃度が接合面に向かって減少していることが好ましい。
The wavy line shown in FIG. 10 shows the distribution of Si concentration in the
図11(a)〜(c)は、それぞれ蓋体12b及び素子載置体134がいずれもアルミナ質セラミックスからなる場合の、図10に示すA、B、C点に相当する位置の組成分析の結果の模式図である。図12(a)(b)は、蓋体12bと素子載置体134の接合状態について説明する概略断面図であり、(a)は蓋体12bと素子載置体134とが当接した状態、(b)は蓋体12bと素子載置体134とが接合した状態を示している。
FIGS. 11A to 11C show composition analysis at positions corresponding to points A, B, and C shown in FIG. 10 when the
組成分析は、接合面を透過電子顕微鏡(TEM)で観察した後、EDS分析により元素の定性分析を行った。図11から明らかなように、蓋体12bの内部であるA点に対して接合面近傍のB点のSi濃度が減少していることがわかる。Si濃度は接合面に向かって連続的に減少しているものであり、図10における波線は便宜上示したものである。Si濃度が接合面に向かって減少するのは、蓋体12bおよび素子載置体134のいずれか一方であっても構わない。
In compositional analysis, the bonded surface was observed with a transmission electron microscope (TEM), and then elemental qualitative analysis was performed by EDS analysis. As is apparent from FIG. 11, it can be seen that the Si concentration at the point B near the joint surface is reduced with respect to the point A inside the
ここで、蓋体12bおよび素子載置体134がアルミナセラミックスからなる場合を例にとってこの現象をより詳しく説明しておく。
Here, this phenomenon will be described in more detail by taking as an example the case where the
図12(a)、(b)において、154はアルミナ粒子、156は粒界ガラス層を示す。 12 (a) and 12 (b), 154 indicates alumina particles and 156 indicates a grain boundary glass layer.
蓋体12bおよび素子載置体134は、接合前に接合面となる面に鏡面研磨加工を行う。鏡面研磨された蓋体12b、素子載置体134の面は、主成分であるアルミナ粒子154がむき出しに成っており、その周りをSiを主成分とする粒界ガラス層136が取り囲んだ状態になっている。
The
この状態の面同士を向き合わせて図11(a)に示すように機械的に密着させる。このようにして、鏡面研磨した面同士を合わせて図11(a)に示すように機械的に密着させた状態とした後、高温で熱処理を行う。熱処理を行う前の機械的に密着させた状態では、接合面近傍に存在するSiの濃度は、蓋体12b及び素子載置体134の内部と比較して低い。この状態で1000℃〜1800℃の高温で熱処理を行うと、アルミナセラミックスからなる、蓋体12b及び素子載置体134のそれぞれの接合面近傍の粒界ガラス層135の成分が、蓋体12b及び素子載置体134の接合面に拡散移動し、図10(b)に示すように接合層155が形成される。この粒界ガラス層136の主成分はSiであり、拡散は接合面近傍で顕著であるため、Si成分が接合面側に移動するため、蓋体12b及び素子載置体134の、接合面近傍のSi濃度は内部に比較して接合層155近傍で減少することになる。このようにして、接合層155の近傍ではSi濃度が減少すると同時に接合層155が形成されるので、接合強度を高めることができるとともに、接合層156によって接合時の熱応力を緩和するので、接合部分に発生する割れ、クラックが抑制されている。
The surfaces in this state face each other and are mechanically brought into close contact as shown in FIG. In this way, the mirror-polished surfaces are put together and brought into mechanical contact as shown in FIG. 11A, and then heat treatment is performed at a high temperature. In the state of being in close mechanical contact before the heat treatment, the concentration of Si present in the vicinity of the bonding surface is lower than that in the
なお、蓋体12b及び素子載置体134の間に位置する接合層155は、その厚みが200nm以下であることが好ましい。
The
これにより、蓋体12bと素子載置体134の接合界面の層が実質的に観察されず、目視的には接合界面のない接合を得ることができる。なお、上述の通り接合層155の厚み、接合界面は透過電子顕微鏡で観察することができ、その観察のための試料は通常の方法で作製することができる。本実施形態では、蓋体12b、素子載置体134に含まれるSi成分の溶出により接合されており、別に準備した接着剤を用いないことから、接合層155は厚みが200nm以下と非常に薄く均一となる。
Thereby, the layer of the bonding interface between the
なお、接合層155は、Si成分の他に酸素原子を含むことが好ましい。酸素原子を含むことによりSi成分の粘性を低くすることができるとともに、接合強度を高めることができる。また、接合層155の厚み精度を高めることができ、蓋体12bと素子載置体134の平行度を良好なものにすることができる。
Note that the
また、接合層155の成分は溶融ガラスであるため、蓋体12bと素子載置体134との隙間(原子レベルでの空間)を無くすことが可能となり、高いレベルの強度を保持している。従って、接合層155の存在により、蓋体12bと素子載置体134の接合部で、高い伝熱性能および高い耐熱性を有することができる。
Further, since the component of the
次に、素子載置134について、図面を参照して説明する。図13は素子載置体134について説明する概略説明図であり、(a)は素子載置体134の概略斜視図、(b)は素子載置体134の概略斜視図である。図14は、素子載置体134に発光素子152が載置された状態を示す図であり、(a)は上面図、(b)は(a)に示すB−B線における概略断面図、(c)は(a)に示すC−C線における概略断面図である。
Next, the element mounting 134 will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a schematic explanatory view for explaining the
素子載置体134は、発光素子152が載置されて用いられる。素子載置体134は、表面に導体層146と、電極体149と、を有して構成されている。素子載置体134は、発光素子152が載置される平面部164を備え、この平面部164の周囲を囲むように、発光素子からの光を反射するための斜面166を備える突部168が設けられている。突部168の頂面169は、平面部164に略平行とされている。
The
素子載置体134では、凸状部161が、平面部164から斜面166にかけて連続して設けられている。凸状部161は頂部に近づくにつれて断面積が小さい略三角形状の断面を有しており、凸状部161の側面167と素子載置体134の平面部164とのなす角αは、90°<αとなっている。また、凸状部161の側面167と素子載置体134の斜面166とのなす角βについても、90°<βとなっている。
In the
図に示すように、凸状部161は、素子載置体134の表面に環状に連続している。連続した凸状部161によって囲まれた2つの凹部121は、隣接配置された構成とされている。
As shown in the figure, the
素子載置体134は、セラミックスを主成分として構成されている。LEDからなる発光素子152を載置するための素子載置体134では、セラミックスは例えばアルミナを主成分とすることが好ましい。アルミナは、発光素子152からの発光に対して良好な反射性を有している。また、数mmから1mm以下の微細な構造も、成型によって比較的容易に形成することができる。また、メタライズ技術を用い、比較的容易に表明に電極を形成することができる。これらの点でアルミナは、素子載置体134を構成する材質として好ましく用いられるが、その他のセラミック材料や樹脂材料なども、用途に応じて用いることができ、素子載置体134の材質は特に限定されない。
The
導電層146は、平面部164から斜面166にかけて連続して設けられ、平面部164から斜面166にかけて外側方向に引き出されている。導電層146は、上記凹部121の内部を満たすように設けられており、図14(b)および(c)に示すように、素子載置体134の平面部164から凸状部161の側面167にかけて被着されている。導電層146は、例えばメタライズ層上にメッキ層が積層された、公知の多層金属膜構造で構成されている。導電層146は、例えば、Mo−Mnメタライズ層上に、Niメッキ層およびAuメッキ層が積層されて構成されている。なお、本実施形態では、凸状部161の高さに対し、導電層146の高さが低く設定されている。逆をいえば、導電層146が凸状部161から溢れ出さない高さに、凸状部161の高さが設定されている。なお、導電層146は、凸状部161の高さに比べて高くてもよい。例えば、表面張力によって凸状部161から盛り上がった形状に、導電層146が形成されていてもよい。
The
電極体149は、突部168の頂面169に形成されており、一部が凸状部161を乗り越える形で導電層146と接続している。
The
平面部164から斜面166にかけて導電層146を形成する際、例えばメタライズ工程を用いると、平面部164と斜面166との境界の角部近傍において、断線等の不良が発生し易い。また、平面部164の周囲を囲むように突部168が設けられており、電極形成用の治具等の動きは制限される。例えば凸状部161がない状態では、素子載置体134のサイズが小さいほど、断線による不良や、電極形状不良による性能バラツキおよび短絡などが生じやすい。
When the
素子載置体134、凸状部161の側面167によって、導電層146の電極幅(図8(c)における横方向長さ)や位置および形状が規定される。これにより、導電層146の形状および位置精度は、比較的高くされている。例えば電極幅が1mm以下と微細な電極であっても、位置および形状が高精度に規定される。
The
発光素子152は公知の発光ダイオード素子であり、図14に示すように、素子載置体134の平面部164上に、導電層146を介して配置されている。本実施形態では、発光素子152が、それぞれ電気的に独立した2箇所の導電層146と、フリップチップ接続されている。発光素子152には、導電層146を介して電力が供給されており、供給された電極に応じて発光素子152が発光する。
The light-emitting
電極体149は、例えばワイヤ144等を介して、蓋体12b表面の配線パターン142と接続され、この外部電源を介して供給される電力によって、発光素子152が発光する。本実施形態では、ワイヤ119と発光素子152とを離間させることができるので、ボンディング処理などの配線工程における、発光素子152の損傷等を抑制することができる。
The
発光素子152は、発光にともなって発熱し、発光素子152の配置領域近傍では、導電層146および素子載置体134が発熱に応じて熱膨張する。例えばセラミックスからなる素子載置体134と、例えば多層金属層からなる導電層146とでは熱膨張係数が異なり、発光にともなう上記熱膨張の程度が異なる。本実施形態では、平面部164のみでなく、素子載置体134の凸状部161の斜面166にも、導電層146が被着されており、素子載置体134と導電層146との被着強度が強い。また、素子載置体134に比べて導電層146がより大きく膨張・収縮した場合も、この凸状部161によって導電層146の幅方向の膨張は抑制されており、幅方向に沿った応力が抑制される。また、発光体120では、凸状部161は頂部に近づくにつれて断面積が小さい略三角形状の断面を有し、機械強度が比較的強い。このため、LED素子152の発光・消光にともなう熱応力がかかっても、この凸状部161に亀裂や割れ等が比較的生じ難い。また、側面167と斜面166とのなす角αは、鈍角すなわち90°<αとなっており、導電層146は平面部164に垂直な方向へは膨張・収縮し易くなっている。発光体120では、素子載置体134と導電層146との接合面における歪が抑制されるとともに、平面部164に垂直な方向に応力が分散される。本実施形態では、導電層146が所定形状および所定位置に高精度に形成されるとともに、発光にともなう、導電層146の剥離等の故障が発生し難い。発光体152は、電気的性能および発光効率が比較的高く、動作信頼性も比較的高い。
The
以下、発光装置501の製造方法の一例について説明しておく。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing the light emitting device 501 will be described.
(1)素子載置体134の作製
まず、素子載置体34を作製する。最初に、アルミナ粉末と、焼結助剤粉末とを混合し、水を添加して湿式粉砕する。粉砕後、有機結合材としてポリビニルアルコールなどを添加、混合することによりスラリーを作製する。スラリーを噴霧乾燥し、顆粒を作製する。金型を用いて顆粒を加圧成形し、生成形体をする。この金型の形状は、焼成後に基体の形状が得られるように設計されている。例えば金型には、焼成後に凸状部となるように凹部が形成されている。生成形体を1500〜1700℃で焼成して、アルミナを主成分とする素子載置体34を作製する。その後、必要に応じて、バリを除去するために基体表面をバレル研磨し、さらに洗浄、乾燥しても良い。凸状部の高さは、例えば0.02〜0.4mmであり、好ましくは0.05〜0.2mmである。凸状部の幅は、例えば0.05〜0.6mmであり、好ましくは0.1〜0.4mmである。
(1) Preparation of
(2)容器体12の準備
また、緻密質セラミックスからなる容器体12を準備しておく。容器体12は、例えば上述の実施形態と同様の工程を経て作製することができる。上述の実施形態と同様、第1部材12a、蓋体12b、分散部14a、分散部14bが溶融ガラスにより一体的に接合された構造物を得た後、容器体12の外側表面を、例えば平面研削盤により平滑研磨しておく。
(2) Preparation of
(3)各部材の接合
次に、作製した素子載置体34と容器体12とを接合する。まず、素子載置体34、容器体12それぞれの接合面について、例えば表面粗さRaで0.05μm以下となるような鏡面研磨加工を行う。鏡面研磨された面は、主成分であるアルミナ粒子がむき出しであり、その周りをSiを主成分とする粒界ガラス層56が取り囲んだ状態になっている。この状態の面同士を向き合わせて、接合面同士を機械的に密着させた状態とした後、高温で熱処理を行う。この状態で1000℃〜1800℃の高温で熱処理を行うと、アルミナセラミックスからなる容器体12および素子載置体34、のそれぞれの接合面近傍の粒界ガラス層の成分が、容器体12および素子載置体34の接合面に拡散移動し、容器体12と素子載置体34との接合部近傍に、溶出したSi成分を含むSi化合物を主成分とする接合層155が形成され、この接合層155によって接合時の熱応力が緩和され、容器体12と素子載置体34との接合部近傍の、接合層155近傍に発生する割れ、クラックは抑制される。
(3) Joining of each member Next, the produced element mounting body 34 and the
(5)導体配線の形成
次に、素子載置体34に導電層46を形成する。作製した素子載置体34の凸状部61で囲まれた凹部領域に、Mo粉末とMn粉末を含有するペーストを塗布する。このペースト塗布では、ペーストが、素子載置体34の凸状部61で囲まれた領域の範囲内に、高精度に規定されて配置される。この後、ペーストが配置された状態で、全体を還元雰囲気で加熱処理する。加熱により、素子載置体34に被着された第1金属層が形成される。この後、第1金属層の上に、第2金属層であるメッキ層を形成する。メッキは、Niメッキ、Auメッキの順に行う。Niメッキの厚みは、例えば1〜10μmとし、Auメッキの厚みは例えば0.1〜3μmとされる。
(5) Formation of Conductor Wiring Next, a conductive layer 46 is formed on the element mounting body 34. A paste containing Mo powder and Mn powder is applied to the concave region surrounded by the
この後、素子載置体34に、電極体49を形成する。また、この際同時に、基体32の表面に配線パターン42を形成する。平坦な頂面69に配置される電極体49、および基体32に配置される配線パターン42は、スクリーン印刷法など、公知の印刷配線技術を用いて作成すればよい。側面67aは、頂面69から平面部64の中央に近づくにつれて鉛直下側に近づくよう傾斜しており、スクリーン印刷等によって電極ペーストを塗布した場合も、この側面67aに沿って凸状部を乗り越える形で、電極ペーストが導電層46と接続する。例えば、スクリーン印刷法を用いて、Mo粉末とMn粉末を含有するペーストを所定形状に塗布して還元雰囲気で加熱処理を行い、所定形状のメタライズ層を形成する。この際、ペーストは凸状部を乗り越えて、導電層46と接続する。その後、このメタライズ層表面に、NiメッキおよびAuメッキを順次積層して電極体49を形成する。
Thereafter, an electrode body 49 is formed on the element mounting body 34. At the same time, the wiring pattern 42 is formed on the surface of the
例えば、予め配線パターンが施された発光素子載置体を用いた場合、1000℃〜1800℃の高温で熱処理を行うと、予め施されていた配線が溶融してしまう虞がある。本実施形態では、素子載置体34と、筐体36、基体32を、高温に加熱して直接接合した後に、印刷によって、導電層46および配線パターン42を形成している。本実施形態の素子載置体34は、凸状部61の側面67によって、導電層46の電極幅(図8(c)における横方向長さ)や位置および形状が規定される。これにより、印刷などの手法を用いた場合も、導電層46の形状および位置精度は、比較的高くされている。
For example, when a light emitting element mounting body on which a wiring pattern has been applied in advance is used, if the heat treatment is performed at a high temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C., the wiring that has been applied in advance may be melted. In the present embodiment, the element mounting body 34, the
(6)冷媒の封入
次に、この冷却体の内部に、液相の冷媒を封入する。冷媒は、貫通孔78を介して冷却体の内部に封入される。その後、貫通孔78に、金属やその他無機物、有機物などが固着されて、封止部材79によって封止された冷却体が構成される。例えば、貫通孔78に金属部材を配置して、外部から圧力を加えてこの部材を変形させる(いわゆるカシメ)ことで、封止部材19によって封止された冷却体を構成する。なお、冷媒の封入には、加熱追出法、真空ポンプ法、ガス液化法など、従来公知の方法を用いればよい。
(6) Encapsulation of refrigerant Next, a liquid-phase refrigerant is encapsulated inside the cooling body. The refrigerant is sealed inside the cooling body through the through hole 78. Thereafter, a metal, other inorganic substance, organic substance, or the like is fixed to the through hole 78 to form a cooling body sealed by the sealing member 79. For example, a cooling member sealed by the sealing
(7)発光素子の配置
次に、発光素子52を配置する。発光素子52は、電極52を介して平面部64上に配置する。発光素子52の図示しない電極は、導電層46と対向するように配置され、発光素子52の電極と導電層46とがフリップチップ接合によって接合される。なお、発光素子52の実装には、発光素子52と導電層46とが電気的に接続できる方法を選択できる。例えば、実装方法は、半田付け方法、金属ワイヤを介して接続するワイヤボンディング等を用いても構わない。
(7) Arrangement of Light Emitting Element Next, the
本実施形態の発光装置150も、発光素子152からの発光を、例えば図8中の上側方向に向けて高い効率で照射させることができる。発光装置150は、長期にわたって高い安定性をもって、入力電力に対して比較的高い光量の光を照射することができる。以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。
The
10 冷却器
12 容器体
14 分散部
14a 第1分散部
14b 第2分散部
16 壁部
18 貫通孔
19 封止部材
30 配線基板
32 配線パターン
50 発光装置
52 発光素子
54 反射面
56 凸部
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記容器は、対向する2つの内側主面の少なくとも一部の領域が、緻密質セラミックスを主成分として構成され、
前記冷媒が内部を通過する多孔質セラミック体が、前記容器の内部に収容されており、
前記多孔質セラック体が、前記内側主面の前記緻密質セラミックスと接合されていることを特徴とする冷却器。 A cooler in which a refrigerant is sealed in a plate-shaped container,
In the container, at least a part of two opposing inner main surfaces is composed mainly of dense ceramics,
A porous ceramic body through which the refrigerant passes is housed inside the container;
The cooler, wherein the porous shellac body is bonded to the dense ceramics on the inner main surface.
前記容器の2つの前記内側主面の双方と接合していることを特徴とする請求項1または2記載の冷却器。 The porous ceramic body is
The cooler according to claim 1, wherein the cooler is joined to both of the two inner main surfaces of the container.
一方の内側主面から他方の内側主面まで連続していることを特徴とする請求項3記載の冷却器。 The porous ceramic body is
The cooler according to claim 3, wherein the cooler is continuous from one inner main surface to the other inner main surface.
前記内側主面と接合する第1の多孔質層と、
前記第1の多孔質層よりも平均開口径が小さい第2の多孔質層と、
を備えて構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の冷却器。 The porous ceramic body is
A first porous layer bonded to the inner main surface;
A second porous layer having an average opening diameter smaller than that of the first porous layer;
The cooler according to claim 1, comprising:
前記第2の多孔質層は、前記第1セラミック粒子に比べて粒径が小さい第2セラミック粒子と、前記第2セラミック粒子同士を結合するガラス成分とを主成分として構成されており、
前記第1セラミックス粒子と前記第2セラミックス粒子とは、同じ材質からなることを特徴とする請求項5記載の冷却器。 The first porous layer is composed mainly of first ceramic particles and a glass component for bonding the first ceramic particles;
The second porous layer is composed mainly of second ceramic particles having a particle size smaller than that of the first ceramic particles and a glass component for bonding the second ceramic particles.
The cooler according to claim 5, wherein the first ceramic particles and the second ceramic particles are made of the same material.
前記冷却体が有する前記容器の表面に設けられた導体配線と、
を備えることを特徴とする配線基板。 The cooler according to any one of claims 1 to 7,
Conductor wiring provided on the surface of the container that the cooling body has,
A wiring board comprising:
前記配線基板に配置された、前記導体配線と電気的に接続された発光素子と、を備えて構成されていることを特徴とする発光体。 A wiring board according to claim 8,
A light emitting device comprising: a light emitting element disposed on the wiring board and electrically connected to the conductor wiring.
前記外側主面の前記一部の領域に配置された、Siを含むセラミックスを主成分とする素子載置体を備え、
前記発光素子が、前記素子載置体に載置されており、
前記容器と前記素子載置体とが、前記容器の前記一部の領域および前記素子載置体の少なくともいずれか一方よりもSi含有率が高く、前記素子載置体の主成分元素と同一の元素を主成分とする接合層を介して接合されていることを特徴とする、発光体。 In the container, at least a part of the outer main surface is mainly composed of ceramics containing Si,
An element mounting body mainly composed of ceramics containing Si, disposed in the partial region of the outer main surface;
The light emitting element is mounted on the element mounting body;
The container and the element mounting body have a higher Si content than at least one of the partial region of the container and the element mounting body, and are the same as the main component elements of the element mounting body A light emitting body which is bonded through a bonding layer containing an element as a main component.
前記導電体層が、前記平面部の表面から前記凸部の側面にかけて被着されていることを特徴とする請求項13記載の発光体。 The element mounting body includes a convex portion in a part of the region including the planar portion,
The light emitter according to claim 13, wherein the conductor layer is deposited from a surface of the flat portion to a side surface of the convex portion.
The light emitter according to claim 14, wherein the side surface of the convex portion is inclined, and an angle formed with the surface of the flat portion is an obtuse angle.
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