JP2011205009A - 表面実装型発光素子用配線基板および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極の引き回し自由度を向上できるとともに、高い光反射率を有し、熱放熱性に優れた表面実装型発光素子用配線基板および発光装置を提供する。
【解決手段】 金属体１が厚み方向に貫通して設けられたセラミックスからなる絶縁基部３と、該絶縁基部３の上面に積層された、発光素子１３が搭載される搭載部１５を有するセラミックスからなる上側表層絶縁層５と、該上側表層絶縁層５の上面に形成された接続電極７とを具備する表面実装型発光素子用配線基板であって、上側表層絶縁層５が、上側緻密質部５ａと、該上側緻密質部５ａよりも緻密度が低い上側多孔質部５ｂとからなり、搭載部１５が上側緻密質部５ａの上面に位置するとともに、上側緻密質部５ａが金属体１の上面に位置している。
【選択図】 図１

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表面実装型発光素子用配線基板および発光装置に関する。

近年では、発光素子（以下ＬＥＤ素子ということがある）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ディスプレイ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が、発光素子の輝度が向上するにつれて、発光装置から発生する熱も増加しており、高い熱放散性を有する発光素子用配線基板が要求されている。

近年においては、発光素子からの熱をプリント基板等の２次実装基板側に逃がすため、発光素子用配線基板を貫通するように貫通金属が設けられた表面実装型の発光素子用配線基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１では、貫通金属が発光素子用配線基板表面に露出しており、発光素子に接続される接続電極の配線基板表面における引き回しが制限されるという問題があった。

このため、従来では、配線基板内に金属体を埋設し、金属体表面に絶縁層を有する発光素子用配線基板が提供されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２の発光素子用配線基板では、配線基板表面における電極の引き回しの自由度を向上できる。

特開２００６−９３５６５号公報 特開２００８−１０９０７９号公報

特許文献２の発光素子用配線基板では、基板表面における電極の引き回しの自由度が向上するものの、金属体を介しての発光素子からの熱の熱放散性を向上させるべく、発光素子が搭載される基板表面の表面層の緻密度を向上させると、発光素子の周囲の基板表面において発光素子からの光の反射率が低下し、発光装置の発光効率が低下し、逆に、発光素子からの光の反射率を向上すべく、基板表面の表面層の緻密度を低下させると、金属体を介しての熱放散性が低下するという問題があった。

すなわち、基板の緻密度を上げると、発光素子の搭載部分における基板の熱放散性が向上するが、発光素子周囲の基板における光の屈折が少なくなり、発光素子からの光が基板内に透過し易くなり、発光素子からの光の基板表面における反射率が低下する。逆に、基板の緻密度を下げると、基板ではボイドが多く、もしくは大きなボイドが存在するため、発光素子からの光が基板に進入した際に、基板におけるボイド部分で乱反射を生じ、発光素子からの光の基板表面における反射率が向上するが、基板の緻密度が低いため発光素子の搭載部分における基板の熱放散性が低下するという問題があった。

本発明は、電極の引き回し自由度を向上できるとともに、高い光反射率を有し、熱放熱性に優れた表面実装型発光素子用配線基板および発光装置を提供することを目的とする。

本発明の表面実装型発光素子用配線基板は、金属体が厚み方向に貫通して設けられたセ
ラミックスからなる絶縁基部と、該絶縁基部の上面に積層された、発光素子が搭載される搭載部を有するセラミックスからなる上側表層絶縁層と、該上側表層絶縁層の上面に形成された接続電極とを具備する表面実装型発光素子用配線基板であって、前記上側表層絶縁層が、上側緻密質部と、該上側緻密質部の周囲に形成され前記上側緻密質部よりも緻密度が低い上側多孔質部とからなり、前記搭載部が前記上側緻密質部の上面に位置するとともに、前記上側緻密質部が前記金属体の上面に位置していることを特徴とする。

このような表面実装型発光素子用配線基板では、金属体が厚み方向に貫通して設けられた絶縁基部の上面に上側表層絶縁層が積層され、金属体が上側表層絶縁層で覆われているため、上側表層絶縁層の上面に接続電極を自由に形成することができ、接続電極の引き回し自由度を向上できる。

さらに、上側表層絶縁層が、上側緻密質部と、該上側緻密質部の周囲に形成され前記上側緻密質部よりも緻密度が低い上側多孔質部とからなり、搭載部が上側緻密質部上面に位置するとともに、上側緻密質部が金属体の上面に位置しているため、発光素子からの熱が、上側表層絶縁層の上側緻密質部を介して、金属体から十分に熱放散することができ、さらに、上側表層絶縁層の搭載部から離れた部分は上側多孔質部とされているため、搭載部から離れた部分では上側表層絶縁層中のボイド粒界で発光素子からの光が乱反射することにより、基板表面における反射率を向上し、発光装置の発光効率を向上できる。

また、本発明の表面実装型発光素子用配線基板は、前記金属体の上面の一部に前記上側緻密質部が位置し、該上側緻密質部の上面の一部が前記搭載部とされていることを特徴とする。

このような表面実装型発光素子用配線基板では、発光素子からの熱が、発光素子が搭載される搭載部よりも広い上側表層絶縁層の上側緻密質部に伝導し、この上側緻密質部から、上側緻密質部よりも広い上面を有する金属体に伝導し、発光素子からの熱が、搭載部から次第に広がって拡散し、発光素子からの熱放散性を向上できる。

また、本発明の表面実装型発光素子用配線基板は、前記絶縁基部の下面に積層されたセラミックスからなる下側表層絶縁層を具備するとともに、該下側表層絶縁層の表面に、前記接続電極と電気的に接続された外部接続端子が形成されており、前記下側表層絶縁層が、下側緻密質部と、該下側緻密質部の周囲に形成され前記下側緻密質部よりも緻密度が低い下側多孔質部とからなり、前記下側緻密質部が前記金属体の下面に位置していることを特徴とする。

このような表面実装型発光素子用配線基板では、下側表層絶縁層の下面に外部接続端子を自由に形成することができるとともに、金属体を伝導してきた熱は、金属体の下面に位置する下側表層絶縁層の下側緻密質部を介して、十分に熱を放散することができる。

本発明の発光装置は、上記の表面実装型発光素子用配線基板の前記搭載部に前記発光素子を搭載してなることを特徴とする。このような発光装置では、簡単な構造で発光効率を向上できる。

本発明によれば、上側表層絶縁層の上面に接続電極を自由に形成することができ、接続電極の引き回し自由度を向上できるとともに、発光素子からの熱が、上側表層絶縁層の上側緻密質部を介して、金属体から十分に熱放散することができ、さらに、発光素子の搭載部から離れた部分では発光素子からの光を十分に反射し、基板表面における反射率を向上し、発光装置の発光効率を向上できる。

（ａ）は、表面実装型発光素子用配線基板の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 枠体を有する表面実装型発光素子用配線基板の縦断面図である。 金属体を多段に形成した表面実装型発光素子用配線基板の縦断面図である。 下側表層絶縁層を形成していない表面実装型発光素子用配線基板を示す縦断面図である。 導体層を有しない表面実装型発光素子用配線基板を示す縦断面図である。 導体層の形成面積よりも狭い緻密部を有する表面実装型発光素子用配線基板を示す縦断面図である。

表面実装型発光素子用配線基板（以下、配線基板ということがある）は、例えば、図１に示すように、金属体１が厚み方向に貫通して設けられたセラミックスからなる絶縁基部３と、該絶縁基部３の上面に積層された上側表層絶縁層５と、該上側表層絶縁層５の上面に形成された接続電極７と、絶縁基部３の下面に積層された下側表層絶縁層９と、下側表層絶縁層９の下面に形成された外部接続端子１１とを具備して構成されている。

上側表層絶縁層５の上面には発光素子１３が搭載される搭載部１５を有しており、接続電極７と外部接続端子１１とは、ビアホール導体１７により接続されている。

そして、本形態では、上側表層絶縁層５が、上側緻密質部５ａと、上側緻密質部５ａの周囲に形成された上側緻密質部５ａよりも緻密度が低い上側多孔質部５ｂとからなり、発光素子１３の搭載部１５が上側緻密質部５ａ上面の一部に位置するとともに、上側緻密質部５ａが金属体１の上面に位置している。上側緻密質部５ａと金属体１の上面との間には導体層（以下、ランドということがある）１９が形成されている。

言い換えれば、金属体１と上側緻密質部５ａとの間に導体層１９が設けられており、搭載部１５直下の導体層１９と搭載部１５の間に介在する上側表層絶縁層の部分が、他の上側表層絶縁層５の部分より緻密化されている。

この形態では、配線基板を上方から見た場合に、図１（ｂ）に示すように、搭載部１５の形成面積よりも上側緻密質部５ａの形成面積が大きく、上側緻密質部５ａの形成面積よりも金属体１の上面の面積が小さくされている。また、この形態では、図示しないが、配線基板を上方から見た場合に、導体層１９の形成面積よりも上側緻密質部５ａの形成面積が僅かに大きくなっている。これは、後述するように、導体層１９を形成する導体ペースト中に、上側表層絶縁層５の焼結性を向上させる焼結助剤成分を含有させ、焼成時に導体層１９から上側表層絶縁層５に焼結助剤成分を押し出し、この焼結助剤成分が押し出された部分の焼結性が向上し、ボイド率が小さくなるため、導体層１９の形成面積よりも上側緻密質部５ａの形成面積が僅かに大きくなる。

従って、上側緻密質部５ａの形成位置、形成領域は、導体層１９とほぼ同一となり、導体層１９の形成位置、領域を変更することにより、上側緻密質部５ａの形成位置、形成領域を変更できる。また、導体層１９を形成する導体ペースト中の焼結助剤成分の含有量により、焼結性を変化させることができるため、上側緻密質部５ａの緻密度を変更することができる。よって、上側緻密質部５ａと上側多孔質部５ｂとの境界部分は明確に規定できない場合がある。本形態では、発光素子１３からの光が照射される部分が上側多孔質部５ｂであれば良い。

金属体１と導体層１９の形成材料は同一材料からなることが、製法上望ましいが、特に同一材料から形成する必要はない。

上側表層絶縁層５は、上側緻密質部５ａと、該上側緻密質部５ａよりも緻密度が低い上側多孔質部５ｂとを有しているが、上側緻密質部５ａは、上側多孔質部５ｂよりもボイド率が２％以上少なくされている。ボイド率を２％以上小さくすることで、発光素子１３から金属体１への熱を速やかに拡散することができる。特に３．０％以上小さくすることが望ましい。

また、絶縁基部３と、上側表層絶縁層５と、下側表層絶縁層９とを同一材料で形成する場合には、製法上容易となるが、それらは、基板実装時の応力や発光素子の実装時など、実使用に耐えうる基板強度を確保するという観点から、相対密度は９５％以上であることが望ましい。

逆に、上側表層絶縁層５を絶縁基部３とは異なる材料で形成することができ、この場合には、上側緻密質部５ａと上側多孔質部５ｂとのボイド率の差を大きくすることができ、さらに、上側緻密質部５ａからの熱伝導を向上できるとともに、上側表層絶縁層５による光の反射率を向上できる。上側表層絶縁層５を絶縁基部３とは異なる材料で形成する場合には、導体層１９からの焼結助剤成分の拡散によって上側緻密質部５ａを形成する必要はなく、上側緻密質部５ａと上側多孔質部５ｂの形成材料を異ならせて、上側多孔質部５ｂよりも緻密な上側緻密質部５ａを形成することができる。

以上のように構成された表面実装型発光素子用配線基板では、金属体１が厚み方向に貫通して設けられた絶縁基部３の上面に上側表層絶縁層５が積層され、金属体１が上側表層絶縁層５で覆われているため、上側表層絶縁層５の上面に接続電極７を自由に形成することができ、接続電極７の引き回し自由度を向上できる。

さらに、上側表層絶縁層５が、上側緻密質部５ａと、上側緻密質部５ａの周囲に形成された該上側緻密質部５ａよりも緻密度が低い上側多孔質部５ｂとを有しており、搭載部１５が上側緻密質部５ａ上面に位置するとともに、上側緻密質部５ａが金属体１の上面に位置しているため、発光素子１３からの熱が、上側表層絶縁層５の上側緻密質部５ａを介して、金属体１に十分に熱放散することができ、さらに、上側表層絶縁層５の搭載部１５から離れた部分は上側多孔質部５ｂとされているため、搭載部１５から離れた部分では上側表層絶縁層５中のボイド粒界で発光素子１３からの光が乱反射し、基板表面における反射率を向上し、発光装置の発光効率を向上できる。

言い換えれば、一般にセラミックスの焼結体では緻密化することで熱伝導率を向上できる反面、緻密化したことにより光の屈折が少なくなり、光を透過しやすくなるため、発光素子１３の搭載部１５以外の部分においては発光素子１３から発する光を透過し、反射率が低くなり発光効率が下がる要因となる。一方、ボイド径が大きく、またはボイドが多く存在する場合は、セラミックスに進入した光がボイド粒界で乱反射することで光が透過しにくくなり、高い反射率が得られる反面、存在するボイドの影響で熱伝導性が阻害され、その結果、効率よく放熱することができなくなる。

そのため、反射率に影響しない搭載部１５直下の上側表層絶縁層５の部分を、他の領域より緻密化することにより、搭載部１５直下の上側表層絶縁層５の部分における熱伝導が向上し、その他の部分における反射率を低下させることなく、発光素子１３より発せられた熱を効率よく金属体１へ伝えることができる。

すなわち、金属体１が搭載部１５の直下に埋設され、さらに搭載部１５直下の上側表層
絶縁層５の部分が緻密質であることにより、発光素子１３から発生した熱を速やかに金属体１に伝達させることで、発光素子１３の温度が過剰に上昇することを防ぎ、発光素子１３の輝度低下を抑制し、さらには高輝度化を実現することができる。

また、金属体１が埋設されることにより、金属体１と接続電極７や実装部品との間に上側表層絶縁層５が介在するため、金属体１が表面実装型発光素子用配線基板の上面に露出することがなくなり、接続電極７や実装部品の配置を自由に設計することができる。

さらに、発光素子１３の搭載側と反対の下面においては、金属体１と外部接続端子９との間に下側表層絶縁層９が介在するため、金属体１が表面実装型発光素子用配線基板の下面に露出することがなくなり、外部接続端子１１を自由に設計することができる。これらのことは、表面実装型発光素子用配線基板の小型化に寄与し、接続信頼性や実装信頼性を考慮した配線設計を行うこともできる。

また、金属体１と外部接続端子１１とが表面実装型発光素子用配線基板の厚み方向で上下に重なって配置されている、言い換えれば、外部接続端子１１の一部が下から見て金属体１と重なっている場合は、発光素子１３から発生し、熱伝導率の高い金属体１に伝達された熱が熱伝導率の高い外部接続端子１１を通って系外へ放出されるため、発光素子１３の過度な発熱を防止することが可能となる。

さらに、金属体１の発光素子１３側と、上側表層絶縁層５との間に、金属体１の上面の面積よりも広く導体層１９を形成したので、金属体１と上側表層絶縁層５との応力を緩和し、熱膨張差などによるクラックの発生を抑制することができる。

また、金属体１と接続電極７、外部接続端子１１との間の上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９の厚みを５０μｍ以上とすることによって、金属体１と接続電極７、外部接続端子１１との絶縁信頼性を確保することができ、また２００μｍ以下にすることによって金属体１と接続電極７、外部接続端子１１との距離を短くすることができるため、放熱経路を短くすることができる。そのため、金属体１と接続電極７、外部接続端子１１との間の上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９の厚みは特に６０〜１５０μｍ、さらに好適には８０〜１００μｍであることが望ましい。

また、絶縁基部３、上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９として、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料を用いることで、表面実装型発光素子用配線基板の放熱性をさらに高めることができる。

本発明の表面実装型発光素子用配線基板においては、これらの要件を総合的に備えた場合、すなわち、絶縁基部３を形成するセラミックスの熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９の厚みが５０〜２００μｍであり、金属体１の下面の３０％以上が外部接続端子１１と上下に重なって配置されている場合に、優れた放熱効果を発揮する。

絶縁基部３、上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９を形成するセラミック材料として、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶相とするＡｌ_２Ｏ_３質焼結体を用いた場合には、安価な原料を使用でき、安価な表面実装型発光素子用配線基板を得ることができる。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶相とするＡｌ_２Ｏ_３質焼結体とは、例えば、Ｘ線回折によって、Ａｌ_２Ｏ_３のピークが主ピークとして検出されるようなもので、Ａｌ_２Ｏ_３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。

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Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、平均粒径１．０〜２．０μｍのＭｎ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ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１３００〜１６００℃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。

そして、焼結助剤などのＡｌ_２Ｏ_３以外の組成物の添加量については、Ａｌ_２Ｏ_３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Ａｌ_２Ｏ_３以外の組成物の添加量を１５質量％以下とした場合には、得られる配線基板の大部分をＡｌ_２Ｏ_３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、絶縁基部３と、上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９に用いるセラミックスとして、ガラスセラミックス、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、ムライト、コーディエライトなどを主結晶とする焼結体を用いても良い。

また、金属体１として、絶縁基部３と、上側表層絶縁層５、下側表層絶縁層９に用いるセラミックスよりも熱伝導率の高い材料を用いることが望ましく、金属体１の熱伝導率は、特に、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。これにより、金属体１のヒートシンクとしての効果をさらに高め、高い放熱性を得ることができる。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ、Ａｌなどを用いることができる。

そして、金属体１の構造は直方体形状、円柱形状、さらには多段形状であってもよい。金属体１が直方体形状の場合、金属体１の体積を最大限に大きくすることができ、高い放熱性を実現する。円柱形状の場合、応力集中を防ぎ、高信頼性を持たせることができる。図１では円柱状とした。

また、図２に示すように、発光素子１３からの光を誘導するため、あるいは発光素子１３を保護するために、上側表層絶縁層５の上面に枠体２７を設けてもよい。この枠体２７により、発光素子１３を保護できるとともに、発光素子１３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２７により発光素子１３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。枠体２７の内壁面２７ａは、上側表層絶縁層５の上面に対して垂直であっても良いし、傾斜していても良い。枠体２７の内壁面２７ａが外部に向かって傾斜している場合は、光の取り出し効率がさらに上昇する。

枠体２７は、セラミックスでも金属でもよく、絶縁基部３等と同じ材料を用いた場合は、絶縁基部３等との高い信頼性を得られ、高熱伝導材料や高反射率材料のセラミックスまたは金属を用いることにより、より高い放熱性や光取り出し効率を得ることができる。

次に、本形態における表面実装型発光素子用配線基板の製造方法について具体的に説明する。まず、以下に説明するように、セラミックグリーンシート、金属シート、ビアホール導体１７、接続電極７用の導体ペースト、導体層１９用の導体ペーストを作製する。

セラミックグリーンシートは、セラミック粉末と樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整したセラミックスラリーから、従来周知のドクターブレード法などによりシート上に形成する。また、金属シートも、金属粉末、樹脂および溶剤などから形成される金属スラリーからドクターブレード法などによりシート状に形成する。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。セラミックグリーンシート並びに金属シ
ート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。

また、望ましくはＣｕおよびＡｇのうち少なくとも１種を主成分とする導体ペーストを作製する。必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。

また、金属体１と上側表層絶縁層５との間の導体層１９を形成する導体ペーストは、金属体１と同一の金属粉末を主成分として、上側表層絶縁層５の焼結助剤成分を添加して作製する。

焼結助剤成分を添加することで、焼成過程において焼結助剤成分が導体パターン直上の上側表層絶縁層５中に拡散し、この焼結助剤成分が拡散した部分の焼結性が限定的に促進され、緻密化させ、上側緻密質部５ａを形成できる。この現象は助剤成分（ガラス成分）より融点の低いＣｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ、Ａｌが融点以上の温度で焼成する場合に、溶融した金属が助剤成分を上側表層絶縁層５側に押し出すためである。

また、金属体１と下側表層絶縁層９との間にも、図３に示すように、導体層１９を設けても良く、これにより導体層１９から助剤成分が下側表層絶縁層９内に拡散することにより、下側表層絶縁層９の導体層１９に面した部分が緻密化し、下側緻密質部９ａを形成でき、この下側緻密質部９ａを介して外部への熱の放散がより効率よく行える。下側緻密質部９ａの周囲には、下側緻密質部９ａよりも緻密度が低い下側多孔質部９ｂが形成されている。なお、図３は、金属体１を多段形状とした場合であり、この場合には、絶縁基体１との接触面積が大きいため、絶縁基体１との接合信頼性を高くすることができる。

このとき、導体層１９用の導体ペースト中の焼結助剤成分の含有量は２〜２０体積％の範囲とすることが好ましい。

そして、セラミックグリーンシートにマイクロドリルやレーザー等によりビアホールを形成し、印刷等の方法でこのビアホールにビアホール導体用の導体ペーストを充填し、また、セラミックグリーンシート表面に導体ペーストを印刷して接続電極となる配線層を形成する。

また、セラミックグリーンシートの所定箇所に貫通穴を形成した後、貫通穴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し、セラミックグリーンシートにおける貫通穴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穴内に埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートとを一体化する。なお、このときセラミックグリーンシートと金属シートの合計厚みは略同一厚みであることが望ましい。

そして、セラミックグリーンシートと金属シートが一体化した複合体の発光素子搭載側の表面に導体層１９用の導体ペーストを印刷し、導体パターンを形成する。

また、導体層１９用の導体ペーストは複合体の発光素子搭載部とは反対側の面にも形成しても良い。

このシートを複数積層し、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、接続電極９、外部接続端子１１、ビアホール導体１７、導体層１９および金属体１が形成された表面実装型発光素子用配線基板を作製することができる。

そして、図２に示したような枠体２７は、セラミックグリーンシートを打ち抜き加工し、上側表層絶縁層５のセラミックグリーンシートに積層し、同時焼成を行うことによって
形成することができる。

また、切削やエッチングによりＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属を枠状に形成し、焼結した絶縁基体１にロウ剤や樹脂を用いて接着することも可能である。

また、接続電極７、および枠体２７の表面にＮｉ、Ａｕ、ＡｌやＡｇなどからなるめっき層（図示せず）を形成して、反射率を高め、発光素子１３から生じる光の取り出し効率を向上させてもよい。

そして、例えば、表面実装型発光素子用配線基板の搭載部１５に、発光素子１３を金属や樹脂からなる接続層を用いて搭載し、この発光素子１３の端子と、接続電極７とをボンディングワイヤで接続、またはフリップチップにより実装し、発光素子１３をモールド材などの透光性の封止樹脂等で覆うことで、発光装置となる。

また、発光素子１３は、一般に、封止樹脂により被覆されているが、封止樹脂を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、封止樹脂２７と蓋体とを併用してもよい。この場合に用いられる蓋体としては、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、必要に応じて、この封止樹脂に発光素子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、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。さらに、表面実装型発光素子用配線基板における接続電極７と外部接続端子１１との電気的な接続は、ビアホール導体１７による接続のみならず、外部配線による接続であってもよい。

これまで述べた形態では金属体１が基板に埋設されていたが、図４に示すように、金属体１の下面が露出していてもよい。この場合は、金属体１が下面に露出することで金属体１に伝わった熱を直接系外に伝えることができ、発光素子１３から発せられた熱をより効率よく伝達することができる。なお、図３、図４については、接続電極７、外部接続端子１１、ビアホール導体１７については記載を省略した。

図５は他の形態を示すもので、この形態では、図１とは、導体層１９が形成されておらず、上側緻密質部５ａと上側多孔質部５ｂとが異なる材料で形成されている点で相違している。このような形態であっても、上側緻密質部５ａと上側多孔質部５ｂとを異なる材料で形成するという点を除けば、図１の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、金属体１の上面の一部に上側緻密質部５ａが位置し、上側緻密質部５ａの上面の一部が搭載部１５とされているため、発光素子１３からの熱が、発光素子１３が搭載される搭載部１５よりも広い上側表層絶縁層５の上側緻密質部５ａに伝導し、この上側緻密質部５ａから、上側緻密質部５ａよりも広い上面を有する金属体１に伝導し、発光素子１３からの熱が、搭載部１５から次第に広がって拡散し、発光素子１３からの熱放散性を向上できる。

なお、この場合にも、金属体１と上側表層絶縁層５との間に発生する応力を緩和すべく、導体層を形成しても良い。

図６はさらに他の形態を示すもので、この形態では、導体層３９が金属体１の上面よりも広く形成されているものの、上側緻密質部５ａは、導体層３９の形成面積よりも小さく形成されている。これは、導体層３９を形成するための導体ペーストとして、上側緻密質
部５ａを形成するために、上側表層絶縁層５の焼結助剤成分を含有する第１の導体ペーストと、焼結助剤成分を含有しない第２の導体ペーストの２種類を作製し、上側緻密質部５ａを形成する部分には、焼結助剤成分を含有する第１の導体ペーストを塗布し、上側多孔質部５ｂを形成する部分には、焼結助剤成分を含有しない第２の導体ペーストを塗布し、焼成することにより、図６に示すような配線基板を作製することができる。

このような配線基板では、金属体１よりも広い導体層３９により、金属体１と上側表層絶縁層５との間に発生する応力を緩和することができるとともに、上側多孔質部５ｂ部分を増加でき、上側表層絶縁層５表面による光の反射を十分に行うことができる。なお、図６では、理解を容易にするために、導体層３９に、第１の導体ペーストが塗布された部分と第２の導体ペーストを塗布された部分との境界を記載した。

表面実装型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１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ_２粉末、純度９９％以上、平均粒径１．５μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末を用い、Ａｌ_２Ｏ_３粉末９０質量％、ＳｉＯ_２粉末５質量％、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末５質量％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絶縁基部となる厚み２５０μｍと、表層絶縁層となる１２０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。

また、金属シートの原料粉末として、平均粒径２．０μｍのＷおよびＣｕを用い、Ｃｕ粉末３０質量％、Ｗ粉末７０質量％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添加し、セラミックグリーンシートと同様に、金属シートとなるスラリーを調整後、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となる厚み２５０μｍの金属シートを作製した。

また、平均粒径２μｍのＣｕ粉末３０質量％、平均粒径２μｍのＷ粉、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、溶剤を減圧過熱等によって除くことにより、接続電極用、外部接続端子用、ビアホール導体用の導体ペーストを調製した。

また、平均粒径２μｍのＣｕ粉末、平均粒径２μｍのＷ粉、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ_２粉末、純度９９％以上、平均粒径１．５μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末を用い、表１に示す組成比に従い、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、溶剤を減圧過熱等によって除くことにより、導体層（ランド）形成用の導体ペーストを調製した。

そして、上記の表層絶縁層となる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。

次に、絶縁基部となるセラミックグリーンシートの所定箇所に貫通穴を形成し、セラミックグリーンシートにおける貫通穴形成部分に金属シートを押圧することによって、金属シートを貫通穴内に埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートと一体化した。

さらに、セラミックグリーンシートと金属シートとの複合体の表面に金属シートの形状を覆う形状とした導体層のパターンを印刷塗布した。

また、導体層の形成位置は、表１に示すように、複合体の発光素子側、もしくは複合体の表面と裏面の両面に形成した。

このようにして作製したセラミックグリーンシートと金属シートの複合体を２層積層し、その上下面に表層絶縁層を形成するセラミックグリーンシートを積層し、圧着して積層体を作製した。

その後、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℃の最高温度で２時間焼成し、表面実装型発光素子用配線基板を作製した。なお、接続電極、外部接続端子の厚みは２０μｍとした。また、試料Ｎｏ．７については、１４００℃の最高温度で２時間焼成した。

作製した表面実装型発光素子用配線基板は４ｍｍ×４ｍｍの板状であり、直径１．８ｍｍで厚みが０．４ｍｍの金属体を配置したもので、金属体と接続電極および金属体と外部接続端子間には０．１ｍｍの表層絶縁層を設け、配線基板の総厚みを０．６ｍｍとした。

これらの表面実装型発光素子用配線基板の搭載部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チップを実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤチップと接続電極とを結線し発光装置を作製した。

焼成後の導体層の組成を、ＦＩＢ（集束イオンビーム）により切り出し、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置にて確認し、表１に記載した。

このようにして得られた発光装置を有機基板に半田にて実装し、発光装置に０．４Ａの電流を通電し、１分後の素子温度をＶｆ測定法により測定した。結果を表２に示す。

また、配線基板の反射率は、分光側色計により、反射率測定位置に何も設置しない場合を０とし、基板の反射出力との比を反射率の値とした。測定は以下の測定機器および条件にて測定した。

＜測定機器＞ ミノルタ製ＣＭ−３７００ｄ
＜基準光源＞ Ｄ６５
＜波長＞ ４５０ｎｍ
＜視野＞ １０°
＜測定反射率＞ 全反射率
また、ボイド率に関しては、評価対象の試料を樹脂に埋め込み、評価部位の断面が観察できるようにクロスセクションし、ＳＥＭ観察をした。観察部位については、まず緻密化されている部分としては、金属体と搭載部との間の表層絶縁層において、搭載部の直下となる部分の領域をＳＥＭ観察した。一方、その他の領域として表層絶縁層の端の部分をＳＥＭ観察した。そして、それぞれの画像について二値化処理を行い、画像解析装置により、ボイド部分の面積比を求め、ボイド率を比較した。

表１、２によれば、助剤成分を含まない導体層形成用の導体ペーストを用いた試料Ｎｏ．１では、反射率は７０％と高いものの、金属体直上（搭載部直下）の上側表面絶縁層の焼結性が十分ではないため、埋設された金属体へ熱を効率よく伝達できず、発光素子の温度が８２℃まで上昇した。

また、絶縁基体全体を緻密質とした試料Ｎｏ．７では素子温度は７０℃であったが、絶縁基体が光を透過しやすくなり、反射率が６０％と低いものとなった。

これに対して、本発明の試料では、搭載部直下の焼結性が向上し、発光素子から金属体への熱伝導が良好に行われ、素子温度は７６℃以下であり、反射率も６８％以上となった。

１・・・金属体
３・・・絶縁基部
５・・・上側表層絶縁層
５ａ・・・上側緻密質部
５ｂ・・・上側多孔質部
７・・・接続電極
９・・・下側表層絶縁層
９ａ・・・下側緻密質部
９ｂ・・・下側多孔質部
１１・・・外部接続端子
１３・・・発光素子
１５・・・発光素子の搭載部
１９・・・導体層

Claims (4)

1. 金属体が厚み方向に貫通して設けられたセラミックスからなる絶縁基部と、該絶縁基部の上面に積層された、発光素子が搭載される搭載部を有するセラミックスからなる上側表層絶縁層と、該上側表層絶縁層の上面に形成された接続電極とを具備する表面実装型発光素子用配線基板であって、前記上側表層絶縁層が、上側緻密質部と、該上側緻密質部の周囲に形成され前記上側緻密質部よりも緻密度が低い上側多孔質部とからなり、前記搭載部が前記上側緻密質部の上面に位置するとともに、前記上側緻密質部が前記金属体の上面に位置していることを特徴とする表面実装型発光素子用配線基板。
2. 前記金属体の上面の一部に前記上側緻密質部が位置し、該上側緻密質部の上面の一部が前記搭載部とされていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型発光素子用配線基板。
3. 前記絶縁基部の下面に積層されたセラミックスからなる下側表層絶縁層を具備するとともに、該下側表層絶縁層の表面に、前記接続電極と電気的に接続された外部接続端子が形成されており、前記下側表層絶縁層が、下側緻密質部と、該下側緻密質部の周囲に形成され前記下側緻密質部よりも緻密度が低い下側多孔質部とからなり、前記下側緻密質部が前記金属体の下面に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の表面実装型発光素子用配線基板。
4. 請求項１乃至３のうちいずれかに記載の表面実装型発光素子用配線基板の前記搭載部に前記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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