JP2011241131A - Ceramic sintered body, light-reflecting article, and package for storing light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミナを主成分とし、発光装置用基板に適し、かつ、高反射性を有して、紫外光〜赤外光（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する光、以下、この波長にピークを有する光を単に「光線」と呼ぶ）を反射させるリフレクターとしても利用可能なセラミック焼結体および光反射体および発光素子収納用パッケージに関する。 The present invention is mainly composed of alumina, is suitable for a substrate for a light emitting device, has high reflectivity, and has ultraviolet light to infrared light (light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm, hereinafter, peaking at this wavelength). The present invention relates to a ceramic sintered body, a light reflector, and a light emitting element storage package that can also be used as a reflector for reflecting light having a light beam.
発光装置用基板に用いられる基板は、高い機械的強度を備えかつ熱伝導性や光の反射特性に優れている必要があり、このような条件を満たす絶縁体としてセラミック基板が用いられている。
セラミックスは、合成樹脂とは異なり紫外線に長期間晒された場合でも劣化による変色が生じにくく、かつ、従来、高反射金属材料として知られる銀のように空気中の硫化物と化学反応を起こして変色することもないので高反射材料として有望ではあるものの、銀薄膜と同程度の高反射性を発揮させることが難しいという課題があった。
また、発光素子収納用パッケージを製造する場合、絶縁体として使用されるセラミック焼結体の熱膨張係数と、そのリフレクター材の熱膨張係数を整合させることは、製品の信頼性を向上させるために不可欠であり、絶縁基板を構成するセラミック焼結体と、リフレクターを構成するセラミック焼結体は同じ材質により構成されることが望ましかった。
本願発明と同一の「解決すべき課題」を有する発明は現時点では発見されていないが、関連する先行技術としては以下に示すような文献が開示されている。
A substrate used for a substrate for a light-emitting device needs to have high mechanical strength and excellent thermal conductivity and light reflection characteristics, and a ceramic substrate is used as an insulator that satisfies such a condition.
Unlike synthetic resins, ceramics are unlikely to discolor due to deterioration even when exposed to ultraviolet rays for a long period of time, and cause chemical reactions with sulfides in the air like silver, which is conventionally known as a highly reflective metal material. Although it does not change color, it is promising as a highly reflective material, but there is a problem that it is difficult to exhibit the same high reflectivity as a silver thin film.
In addition, when manufacturing a light emitting element storage package, matching the thermal expansion coefficient of the ceramic sintered body used as an insulator with the thermal expansion coefficient of the reflector material is to improve the reliability of the product. It is indispensable, and it was desired that the ceramic sintered body constituting the insulating substrate and the ceramic sintered body constituting the reflector be made of the same material.
Although an invention having the same “problem to be solved” as the present invention has not been found at present, the following literatures are disclosed as related prior art.
特許文献１には「半導体装置用基板」という名称で、パワートランジスタモジュールなどに適用する半導体装置用基板に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示される発明は、セラミック基板に銅板を直接接合した半導体装置用基板において、セラミック基板が、アルミナを主成分としてこれにジルコニアを添加した焼結体よりなることを特徴とするものである。
上記構成の特許文献１に開示される発明によれば、ＤＢＯＣ（Direct Bonding of Copper Substrate）基板のセラミック基板として、アルミナにジルコニアを添加して高温焼成したセラミックスを用いることにより、従来のアルミナ単体のセラミック基板と比べて機械的強度を大幅に増強できる。したがって、実用上でセラミック基板の薄形化が可能となり、これにより半導体装置用の基板として放熱性の高いＤＢＯＣ基板が得られ、特にパワートランジスタモジュールなどの基板に適用することで、半導体装置の小形化，並びに電流容量の増大化に大きく寄与できるという効果を有する。
Patent Document 1 discloses an invention related to a semiconductor device substrate applied to a power transistor module or the like under the name “semiconductor device substrate”.
The invention disclosed in Patent Document 1 is a substrate for a semiconductor device in which a copper plate is directly bonded to a ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is made of a sintered body containing alumina as a main component and zirconia added thereto. It is.
According to the invention disclosed in Patent Document 1 having the above structure, a ceramic substrate of a DBOC (Direct Bonding of Copper Substrate) substrate is made of a ceramic obtained by adding zirconia to alumina and firing at a high temperature, thereby making it possible to use conventional alumina alone. The mechanical strength can be greatly increased compared to the ceramic substrate. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the ceramic substrate in practical use, thereby obtaining a DBOC substrate having high heat dissipation as a substrate for a semiconductor device, and particularly by applying it to a substrate such as a power transistor module, the small size of the semiconductor device. And has the effect of greatly contributing to the increase in current capacity.
特許文献２には「発光ダイオード用パッケージ及び発光ダイオード」という名称でアルミナセラミックスを用いた発光ダイオード用パッケージ及び発光ダイオードに関する発明が開示されている。
特許文献２に開示される発明である発光ダイオード用パッケージは、発光ダイオード素子を実装するためのベース体の上部に、反射面を有する開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、ベース体及びカバー体を気孔直径が０．１０〜１．２５μｍのアルミナセラミックスを用いて形成したことを特徴とするものである。
このような特許文献２に開示される発明によれば、アルミナセラミックスの反射率を大幅に向上させることができる。
Patent Document 2 discloses an invention related to a light-emitting diode package and a light-emitting diode using alumina ceramics under the name of “light-emitting diode package and light-emitting diode”.
The light emitting diode package which is the invention disclosed in Patent Document 2 is a light emitting diode package in which a cover body having an opening having a reflective surface is attached to an upper part of a base body for mounting a light emitting diode element. The base body and the cover body are formed using alumina ceramics having a pore diameter of 0.10 to 1.25 μm.
According to the invention disclosed in Patent Document 2, the reflectance of alumina ceramics can be greatly improved.
特許文献３には「セラミックス焼結体およびそれを用いた反射体およびそれを用いた発光素子搭載用パッケージおよびそれを用いた発光装置」という名称で、表面における可視光領域の光の反射率が高く、アルミナのみから成るセラミックス焼結体の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、しかも、金属を主成分とする接合材とともに還元雰囲気中において焼成することで絶縁性を有する基体の上面に接合することができる白色系セラミックス焼結体、及びそれを用いた反射体及びそれを用いた発光素子搭載用パッケージ及びそれを用いた発光装置に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示される発明であるセラミックス焼結体は、本願発明と同じ発明者によるものであり、セラミックス原料と、このセラミックス原料に添加されセラミックス焼結体の内部において可視光領域の光の散乱を促進する散乱体と、焼結助剤と、有機質バインダーとを混合したものを加圧成形した後、焼成して成るセラミックス焼結体において、セラミックス原料は、ムライト、アルミナを含有し、散乱体はジルコニアであり、焼結助剤は、マグネシア、又は、マグネシア及びイットリアであり、セラミックス原料及び前記焼結助剤の総重量を１００wt％とした場合に、前記アルミナの含有量は５０wt％以下であることを特徴とするものである。
特許文献３に開示される発明によれば、表層部において可視光領域の光の拡散反射を促進することができるという効果を有する。
Patent Document 3 has the name “ceramic sintered body, reflector using the same, light emitting element mounting package using the same, and light emitting device using the same”, and the reflectance of light in the visible light region on the surface is The upper surface of a substrate having a high thermal expansion coefficient smaller than that of a ceramic sintered body made only of alumina and having an insulating property when fired in a reducing atmosphere together with a bonding material mainly composed of metal. The invention relates to a white ceramic sintered body that can be bonded to the substrate, a reflector using the same, a light emitting element mounting package using the same, and a light emitting device using the same.
The ceramic sintered body, which is the invention disclosed in Patent Document 3, is the same as that of the present invention. The ceramic raw material is added to the ceramic raw material and the light in the visible light region is added to the ceramic raw material. The ceramic raw material contains mullite and alumina in the ceramic sintered body, which is formed by pressing and then firing a mixture of a scatterer that promotes scattering, a sintering aid, and an organic binder. The body is zirconia, the sintering aid is magnesia, or magnesia and yttria, and when the total weight of the ceramic raw material and the sintering aid is 100 wt%, the content of alumina is 50 wt% or less It is characterized by being.
According to the invention disclosed in Patent Document 3, there is an effect that diffuse reflection of light in the visible light region can be promoted in the surface layer portion.
特許文献４には「反射材およびそれを用いた反射体」という名称で、紫外光から赤外光（２００〜２５００ｎｍにピーク波長を有する光）を高効率で反射することのできる光反射体に関する発明が開示されている。
特許文献４に開示される発明も、本願発明と同じ発明者によるものであり、ホウ珪酸ガラス原料と、アルミナ,五酸化ニオビウム,酸化ジルコニウム（ジルコニア）,五酸化タンタル,酸化亜鉛の少なくとも１種類からなる散乱体と、からなる原料粉体を焼成してなるセラミック焼結体である。
特許文献４に開示される発明は、アルミナセラミックスではなくガラスセラミックスであり、ガラスセラミックスの表面における反射性を大幅に向上できるという効果を有する。
Patent Document 4 relates to a light reflector that can reflect infrared light (light having a peak wavelength at 200 to 2500 nm) from ultraviolet light with high efficiency under the name “reflecting material and reflector using the same”. The invention is disclosed.
The invention disclosed in Patent Document 4 is also the same as that of the present invention, and includes at least one of borosilicate glass raw material and alumina, niobium pentoxide, zirconium oxide (zirconia), tantalum pentoxide, and zinc oxide. And a sintered body obtained by firing a raw material powder comprising the scatterer.
The invention disclosed in Patent Document 4 is glass ceramics instead of alumina ceramics, and has an effect that the reflectivity on the surface of the glass ceramics can be greatly improved.
特許文献１に開示される発明によれば、セラミック基板の機械的強度，撓み性を高め、基板自身の薄形化と併せて放熱性の改善が期待できるものの、この基板を構成するセラミックスを、例えば、発光素子収納用パッケージにおいて光線を反射させる光反射体として使用することについては示唆や言及はなく、そのための必須な構成についても何ら開示されていない。従って、特許文献１に開示される発明は、その機械的強度や撓み性等の向上と、その表面における光線の反射率の向上とを同時に実現するものではなかった。 According to the invention disclosed in Patent Document 1, although the mechanical strength and flexibility of the ceramic substrate are enhanced and the improvement of heat dissipation can be expected in combination with the thinning of the substrate itself, the ceramics constituting this substrate are For example, there is no suggestion or reference regarding use as a light reflector that reflects light in a light emitting element storage package, and no essential configuration is disclosed. Therefore, the invention disclosed in Patent Document 1 does not simultaneously improve the mechanical strength, the flexibility, and the like, and improve the reflectance of light rays on the surface.
特許文献２に開示される発明によれば、アルミナセラミックスの表面における光線の反射率を大幅に向上することができると考えられるものの、セラミック焼結体中の気孔率を高めると、その強度や熱伝導性が低下し、実用上の問題が生じる恐れがあった。また、気孔率の高い焼成前のセラミック成形体は、成形する際の押圧力が変動すると、内部における粒子同士の空隙の大きさや絶対数が変動し易いため、出来上がったセラミック焼結体の表面における光線の反射率が一定にならないという課題もあった。従って、高品質で均質な高反射性セラミックスを提供することは困難であった。 According to the invention disclosed in Patent Document 2, it is considered that the reflectance of light rays on the surface of alumina ceramics can be greatly improved. However, when the porosity in the ceramic sintered body is increased, the strength and heat There was a possibility that the conductivity was lowered and a practical problem occurred. In addition, when the pressing force at the time of molding of the ceramic compact before firing with a high porosity fluctuates, the size and absolute number of voids between the particles are likely to fluctuate. There was also a problem that the reflectance of light rays was not constant. Therefore, it has been difficult to provide a high-quality and homogeneous highly reflective ceramic.
特許文献３に開示されるセラミック焼結体は、その主成分がムライトであるため強度が低く、しかも、熱伝導率も低い。このため、発光素子収納用パッケージ等のリフレクターとしては問題なく利用することができるものの、発光素子を搭載するための基板としての利用には適さないという課題があった。 The ceramic sintered body disclosed in Patent Document 3 is low in strength because its main component is mullite, and has low thermal conductivity. For this reason, although it can be used without any problem as a reflector such as a light emitting element storage package, there is a problem that it is not suitable for use as a substrate for mounting a light emitting element.
特許文献４に開示される発明の場合、散乱体である、五酸化ニオビウム、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、酸化亜鉛は、酸化雰囲気中において１０００℃程度まで加熱した場合でも白色が維持されるものの、これらを一般的なアルミナセラミックスの焼結温度と同程度にまで、すなわち、１５００℃を超えて加熱した場合、散乱体自体が変色してしまい、出来上がった光反射体の白色度が低下して、高反射性が失われてしまうおそれがあった。その反面、原料粉体の主成分をホウ珪酸ガラス原料とすることで、１０００℃以下の温度で焼成できるので、特許文献４に開示される発明においては光反射体の白色度を維持することができる。
しかしながら、特許文献４に開示される,ホウ珪酸ガラスとアルミナからなる低温焼成セラミック焼結体は、アルミナを主成分とするアルミナセラミックスに比べて熱伝導率が低いので（アルミナの熱伝導率≒１７Ｗ／ｍ・ｋ、低温焼成セラミックスの熱伝導率≒２Ｗ／ｍ・ｋ）、発光素子の発する熱を効率よく放散することができないという課題があった。つまり、発光素子を搭載するための基板には適さないという課題があった。
In the case of the invention disclosed in Patent Literature 4, niobium pentoxide, zirconium oxide, tantalum pentoxide, and zinc oxide, which are scatterers, remain white even when heated to about 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere. When these are heated to the same level as the sintering temperature of general alumina ceramics, that is, when heated above 1500 ° C., the scatterer itself is discolored, and the whiteness of the finished light reflector is reduced. There was a risk that high reflectivity would be lost. On the other hand, since the main component of the raw material powder is a borosilicate glass raw material, it can be fired at a temperature of 1000 ° C. or lower, so that the whiteness of the light reflector can be maintained in the invention disclosed in Patent Document 4. it can.
However, the low-temperature fired ceramic sintered body made of borosilicate glass and alumina disclosed in Patent Document 4 has a lower thermal conductivity than alumina ceramics mainly composed of alumina (thermal conductivity of alumina≈17 W). / M · k, thermal conductivity of low-temperature fired ceramics≈2 W / m · k), and heat generated by the light-emitting element cannot be efficiently dissipated. That is, there is a problem that it is not suitable for a substrate for mounting a light emitting element.
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、機械的強度が高く放熱性に優れて発光装置用基板に適し、しかも、高反射性を有し、劣化などによる変色が生じることがなく、光反射体としても使用することができるセラミック焼結体及び光反射体及び発光素子収納用パッケージを提供することにある。 The present invention has been made in response to such a conventional situation, has high mechanical strength and excellent heat dissipation, is suitable for a substrate for a light emitting device, has high reflectivity, and causes discoloration due to deterioration or the like. There is provided a ceramic sintered body that can be used as a light reflector, a light reflector, and a light-emitting element storage package.
上記目的を達成するため請求項１記載の発明であるセラミック焼結体は、粉体材料を混合したものを成形した後焼成して成るセラミック焼結体であって、セラミック焼結体を製造する際に用いる粉体材料は、主成分のアルミナと、ジルコニアと、マグネシア粉末とを含有し、ジルコニアの含有量の上限は、粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％であり、マグネシアの含有量は、粉体材料の全重量に対して０.０５〜１.００ｗｔ％の範囲内であり、ジルコニア中の不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量は，ジルコニアの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下であり、ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径は、１.５μｍ以下であることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、粉体材料の主成分をアルミナとすることで、請求項１記載のセラミック焼結体の機械的強度を向上させるという作用を有する。
また、副成分であるジルコニア（酸化ジルコニウム）は、請求項１記載のセラミック焼結体中において散乱体として作用する。つまり、請求項１記載のセラミック焼結体中においてジルコニア粒子はアルミナ粒子と比較して屈折率が非常に高いため、光線を散乱させて請求項１記載のセラミック焼結体表面における反射性を向上させるという作用を有する。
また、ジルコニアの含有量を、粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％を上限とすることで、請求項１記載のセラミック焼結体の熱伝導性の低下が生じるのを妨げるという作用を有する。
なお、粉体材料として用いるジルコニアは、実用上１００％とみなせる純度のものであっても良いが、イットリア等の安定化剤を固溶させたいわゆる安定化ジルコニア（Fully Stabilized Zirconia）や、部分安定化ジルコニア（Partially Stabilized Zirconia）であってもよい。安定化剤を固溶させてもジルコニアは高屈折率を保持するためである。特にイットリアを３ｍｏｌ％程度（より具体的には、部分安定化ジルコニアにおけるイットリアのモル分率は０.０１５〜０.０３５の範囲内）固溶させた部分安定化ジルコニアを用いた場合、セラミック焼結体の強度や鞭性が著しく向上するという作用を有する。
さらに、粉体材料中に含有されるマグネシアは、請求項１記載の発明の焼成温度を低温化するという作用を有する。より具体的には、請求項１記載の発明の焼成温度を１６５０℃よりも低くするという作用を有する。
他方、セラミック焼結体中におけるマグネシアの含有量が多いと、その熱伝導性が損なわれてしまう。従って、粉体材料中におけるマグネシアの含有量を０.０５〜１.００wt％の範囲内とすることで、請求項１記載のセラミック焼結体の熱伝導率が大幅に低下するのを抑制している。
また、ジルコニア及びマグネシアの添加により請求項１記載のセラミック焼結体の焼成温度が低温化するので、請求項１記載のセラミック焼結体を緻密にするという作用を有する。これにより、請求項１記載のセラミック焼結体の熱伝導率を高めるという作用を有する。
さらに、請求項１記載のセラミック焼結体の焼成温度が低温化することで、焼成済みセラミック焼結体中のジルコニア結晶粒子の肥大成長が抑制される。この結果、ジルコニア粒子の粒子径を光の波長に近づけることができるため、光線の散乱が促進される。
加えて、ジルコニア中の不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量をジルコニアの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下と規定することで、請求項１記載のセラミック焼結体がこれらの不純物（着色物質）により着色されて、その内部及び表面における光線の拡散反射が抑制されるのを妨げるという作用を有する。
さらに、ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径を、１.５μｍ以下とすることで、請求項１記載のセラミック焼結体中におけるジルコニア粒子の粒径を、光線の波長に近づけて、ジルコニア粒子表面における光線の散乱効率を向上させるという作用を有する。
In order to achieve the above object, the ceramic sintered body according to the first aspect of the present invention is a ceramic sintered body obtained by molding and firing a mixture of powder materials, and manufacturing the ceramic sintered body. The powder material used at this time contains main components of alumina, zirconia, and magnesia powder, and the upper limit of the content of zirconia is 30 wt% with respect to the total weight of the powder material, and the content of magnesia Is in the range of 0.05 to 1.00 wt% with respect to the total weight of the powder material, and the contents of Fe and Ti, which are impurities in zirconia, are changed to Fe as Fe 2 O 3 and Ti as TiO 2. When converted to 2 respectively, the contents of Fe 2 O 3 and TiO 2 are not more than 0.05 wt% with respect to the total weight of zirconia, and the 97% particle size determined from the particle size distribution of zirconia Is 1.5μm It is characterized in that it is lower.
In the invention having the above-described configuration, the main component of the powder material is alumina, so that the mechanical strength of the ceramic sintered body according to claim 1 is improved.
Further, zirconia (zirconium oxide), which is an accessory component, acts as a scatterer in the ceramic sintered body according to claim 1. That is, in the ceramic sintered body according to claim 1, since the zirconia particles have a very high refractive index as compared with the alumina particles, the reflection on the surface of the ceramic sintered body according to claim 1 is improved by scattering light rays. Has the effect of causing
Moreover, it has the effect | action of preventing that the heat conductivity fall of the ceramic sintered compact of Claim 1 arises by making content of zirconia into 30 wt% with respect to the total weight of powder material. .
The zirconia used as a powder material may be of a purity that can be regarded as 100% practically. However, so-called stabilized zirconia (Fully Stabilized Zirconia) in which a stabilizer such as yttria is dissolved or partially stabilized Zirconia (Partially Stabilized Zirconia) may be used. This is because zirconia maintains a high refractive index even when a stabilizer is dissolved. In particular, when partially stabilized zirconia in which about 3 mol% of yttria is dissolved (more specifically, the molar fraction of yttria in the partially stabilized zirconia is in the range of 0.015 to 0.035) is used. It has the effect of significantly improving the strength and whipability of the knot.
Further, magnesia contained in the powder material has the effect of lowering the firing temperature of the invention of claim 1. More specifically, it has the effect of lowering the firing temperature of the invention of claim 1 below 1650 ° C.
On the other hand, when there is much content of magnesia in a ceramic sintered compact, the heat conductivity will be impaired. Therefore, by making the content of magnesia in the powder material within the range of 0.05 to 1.00 wt%, the thermal conductivity of the ceramic sintered body according to claim 1 can be suppressed from significantly decreasing. ing.
Moreover, since the firing temperature of the ceramic sintered body according to claim 1 is lowered by the addition of zirconia and magnesia, the ceramic sintered body according to claim 1 is made dense. Thereby, it has the effect | action of raising the heat conductivity of the ceramic sintered compact of Claim 1.
Furthermore, when the firing temperature of the ceramic sintered body according to claim 1 is lowered, enlargement growth of zirconia crystal particles in the fired ceramic sintered body is suppressed. As a result, the particle diameter of the zirconia particles can be made close to the wavelength of the light, so that light scattering is promoted.
In addition, when the contents of Fe and Ti, which are impurities in zirconia, are shown by converting Fe to Fe 2 O 3 and Ti to TiO 2 , the contents of Fe 2 O 3 and TiO 2 , respectively. Is defined as 0.05 wt% or less with respect to the total weight of zirconia, the ceramic sintered body according to claim 1 is colored with these impurities (coloring substances), and diffuse reflection of light rays in the inside and on the surface thereof Has the effect of preventing the suppression.
Furthermore, by setting the 97% particle size obtained from the particle size distribution of zirconia to 1.5 μm or less, the particle size of the zirconia particles in the ceramic sintered body according to claim 1 is made close to the wavelength of the light beam. It has the effect of improving the light scattering efficiency on the particle surface.
請求項２記載の発明であるセラミック焼結体は、請求項１記載のセラミック焼結体であって、焼成済みセラミック焼結体中において、不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量は，セラミック焼結体の全重量に対して０.０５ｗｔ％以下であることを特徴とするものである。
上記請求項１記載の発明では、セラミック焼結体を製造する際に用いる粉体材料中の不純物（着色物質）の含有量を規定しているのに対して、請求項２記載の発明では、製造されたセラミック焼結体中に含有される不純物の含有量を規定したものである。
このような請求項２記載の発明は、焼成済みセラミック焼結体中に不純物（着色物質）がほとんどない状態にするという作用を有する。これにより、セラミック焼結体が不純物（着色物質）により着色されてその内部及び表面における光線の拡散反射が抑制されるのを妨げるという作用を有する。
The ceramic sintered body according to claim 2 is the ceramic sintered body according to claim 1, wherein the content of Fe and Ti as impurities in the sintered ceramic sintered body is changed from Fe to Fe. the 2 O 3 that, when shown in terms respectively of Ti to TiO 2, the content of each of Fe 2 O 3, TiO 2 is less 0.05 wt% relative to the total weight of the sintered ceramic body It is characterized by.
In the first aspect of the invention, the content of impurities (colored substances) in the powder material used when producing the ceramic sintered body is defined, whereas in the second aspect of the invention, It defines the content of impurities contained in the produced ceramic sintered body.
The invention according to claim 2 has the effect of making the sintered ceramic sintered body substantially free of impurities (colored substances). Thereby, it has the effect | action that the ceramic sintered compact is colored with an impurity (colored substance) and prevents that the diffuse reflection of the light ray in the inside and the surface is suppressed.
請求項３記載の発明であるセラミック焼結体は、請求項１又は請求項２に記載のセラミック焼結体であって、セラミック焼結体は、その製造時に粉体材料に加えてシリカが添加され、このシリカの添加量の上限値は、粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明と同じ作用を有する。
加えて、シリカを添加することで、請求項３記載のセラミック焼結体中において、結晶粒子同士の境界である粒界にシリカを主成分とする粒界層が形成される。
一般に、屈折率の異なる２種類の物質の境界面は、光線の反射面として機能する。つまり、請求項３記載のセラミック焼結体を製造する際に、粉体材料に別途シリカを添加した場合、結晶粒子と粒界層の界面による光線の反射が生じるため、請求項３記載のセラミック焼結体内部における光線の拡散反射を促進するという作用を有する。そして、この作用により、請求項３記載のセラミック焼結体表面における光線の反射率が向上される。
また、シリカは、粉体材料の全重量に対して１ｗｔ％添加するだけでも、請求項３記載のセラミック焼結体の表面における光線の反射率を確実に向上させるという作用を有する。なお、シリカの添加量が、粉体材料の全重量に対して２〜６ｗｔ％の範囲内の場合、請求項３に記載のセラミック焼結体の表面における光線の反射率は最も高くなる。他方、シリカの添加量が、粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％を超えると、請求項３記載のセラミック焼結体の熱伝導率が低下して発光素子を搭載するための基板として適さなくなってしまう。このため、シリカの添加量を粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下としている。
さらに、シリカは、ジルコニアを含有する粉体材料を焼成してなるセラミック焼結体の絶縁抵抗を高めるという作用を有する。ジルコニアは、ジルコニア結晶格子中に酸素欠陥が存在し、酸素イオンがこうした欠陥を介して移動することで電気伝導が生ずる。このため、ジルコニアを含有する粉体材料から製造されるセラミック焼結体は、この酸素欠陥による電気伝導性のために、絶縁抵抗が小さくなってしまうという課題があるが、シリカは酸素イオンの移動を阻害する性質を有しているので、粉体材料とは別にシリカを添加することで、請求項３記載のセラミック焼結体の絶縁性を向上させるという作用を有する。
The ceramic sintered body according to claim 3 is the ceramic sintered body according to claim 1 or 2, wherein the ceramic sintered body is added with silica in addition to the powder material during the production thereof. The upper limit of the amount of silica added is 10 wt% or less with respect to the total weight of the powder material.
The invention with the above configuration has the same action as the invention according to claim 1 or claim 2.
In addition, by adding silica, in the ceramic sintered body according to claim 3, a grain boundary layer mainly composed of silica is formed at the grain boundary that is a boundary between crystal grains.
In general, a boundary surface between two kinds of substances having different refractive indexes functions as a light reflecting surface. That is, when the ceramic sintered body according to claim 3 is manufactured, if silica is added to the powder material, light reflection occurs at the interface between the crystal grains and the grain boundary layer, and therefore the ceramic according to claim 3 is produced. It has the effect of promoting diffuse reflection of light rays inside the sintered body. And by this effect | action, the reflectance of the light ray in the ceramic sintered compact surface of Claim 3 is improved.
Silica has the effect of reliably improving the reflectance of the light beam on the surface of the ceramic sintered body according to claim 3 even if only 1 wt% is added to the total weight of the powder material. In addition, when the addition amount of silica exists in the range of 2-6 wt% with respect to the total weight of a powder material, the reflectance of the light ray in the surface of the ceramic sintered compact of Claim 3 becomes the highest. On the other hand, when the addition amount of silica exceeds 10 wt% with respect to the total weight of the powder material, the thermal conductivity of the ceramic sintered body according to claim 3 is lowered and suitable as a substrate for mounting a light emitting element. It will disappear. For this reason, the addition amount of silica is 10 wt% or less with respect to the total weight of the powder material.
Furthermore, silica has an effect of increasing the insulation resistance of a ceramic sintered body obtained by firing a powder material containing zirconia. In zirconia, oxygen defects exist in the zirconia crystal lattice, and electric conduction occurs when oxygen ions move through these defects. For this reason, a ceramic sintered body manufactured from a powder material containing zirconia has a problem that the insulation resistance is reduced due to the electrical conductivity due to the oxygen defect, but silica is a migration of oxygen ions. Therefore, the addition of silica separately from the powder material has the effect of improving the insulating properties of the ceramic sintered body according to claim 3.
請求項４記載の発明である光反射体は、波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する光線を拡散反射させるための光反射体であって、この光反射体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体からなることを特徴とするものである。
上記構成の光反射体は、波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する光線を高効率で拡散反射させるという作用を有する。また、請求項４記載の発明は、上述の請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体からなるものであり、その作用及び、請求項４記載の光反射体の表層部において光線が効率良く散乱される仕組みについては、上述の請求項１乃至請求項３記載の発明の場合と同じである。
また、請求項４記載の光反射体がリフレクターとして、アルミナを主成分とするセラミック製の基板上に接合される場合、アルミナを主成分とするセラミック製の基板と請求項４に係る光反射体の熱膨張係数が近似するので、熱サイクルが繰り返された際に、これらの熱膨張係数差に起因する熱応力により、基板から光反射体が剥離するのを抑制するという作用を有する。
The light reflector which is the invention according to claim 4 is a light reflector for diffusively reflecting a light beam having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm, and the light reflector is any one of claims 1 to 3. It comprises the ceramic sintered body according to item 1.
The light reflector having the above-described structure has an effect of diffusing and reflecting a light beam having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm with high efficiency. The invention according to claim 4 is composed of the ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 3, and the action thereof and the light reflector according to claim 4 are provided. The mechanism by which light rays are efficiently scattered in the surface layer portion is the same as in the case of the above-described inventions.
Further, when the light reflector according to claim 4 is bonded as a reflector onto a ceramic substrate mainly composed of alumina, the light reflector according to claim 4 and the ceramic reflector mainly composed of alumina. Therefore, when the thermal cycle is repeated, there is an effect that the light reflector is prevented from peeling from the substrate due to the thermal stress caused by the difference between these thermal expansion coefficients.
請求項５記載の発明である発光素子収納用パッケージは、紫外光又は近紫外光又は可視光又は赤外光を発する発光素子と、この発光素子を支持固定する基板と、を有する発光素子収納用パッケージにおいて、基板は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成されることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、発光素子は紫外光又は近紫外光又は可視光又は赤外光を発するという作用を有する。また、基板は、発光素子を支持固定するという作用を有する。
そして、特に請求項５記載の発明において、基板を請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成することで、基板を構成するセラミック焼結体は、請求項１乃至請求項３に記載のそれぞれの発明と同じ作用を有する。つまり、請求項５記載の発明においては、発光素子から発せられる波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する光線（紫外光から赤外光）、あるいは, 発光素子から発せられた紫外光又は近紫外光が波長変換材により波長変換されて生じる光線を、この基板の表面において高効率で反射するという作用を有する。
また、請求項５記載の発明である基板を、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成することで、基板の機械的強度と熱伝導性を向上するという作用も同時に発揮される。
The light-emitting element storage package according to claim 5 is a light-emitting element storage package including a light-emitting element that emits ultraviolet light, near-ultraviolet light, visible light, or infrared light, and a substrate that supports and fixes the light-emitting element. In the package, the substrate is constituted by the ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 3.
In the invention having the above structure, the light-emitting element has an effect of emitting ultraviolet light, near-ultraviolet light, visible light, or infrared light. Further, the substrate has an effect of supporting and fixing the light emitting element.
And especially in invention of Claim 5, the ceramic sintered compact which comprises a board | substrate by comprising a board | substrate with the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3 is Claimed. It has the same action as each invention of claims 1 to 3. That is, in the invention according to claim 5, light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm emitted from the light emitting element (ultraviolet light to infrared light), or ultraviolet light or near ultraviolet light emitted from the light emitting element has a wavelength. It has the effect of reflecting light generated by wavelength conversion by the conversion material with high efficiency on the surface of the substrate.
Moreover, the mechanical strength and thermal conductivity of a board | substrate are improved by comprising the board | substrate which is invention of Claim 5 by the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3. The effect is also demonstrated at the same time.
請求項６記載の発明である発光素子収納用パッケージは、紫外光又は近紫外光又は可視光又は赤外光を発する発光素子と、この発光素子を支持固定する基板と、この基板上に直接又は間接的に取設され発光素子を囲繞する光反射体（リフレクター）と、を有する発光素子収納用パッケージにおいて、基板と光反射体のうちの少なくとも一方は請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成されることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、基板及び発光素子は請求項５記載の発明における基板及び発光素子と同じ作用を有する。また、光反射体は、発光素子から発せられる光線（紫外光又は近紫外光又は可視光又は赤外光）,あるいは, 発光素子から発せられた紫外光又は近紫外光が波長変換材により波長変換されて生じる光線が、光反射体の中空部と基板の表面により形成されるキャビティから周囲に拡散して減衰するのを妨げるという作用を有する。
（１）請求項６記載の発明において、基板のみを請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成した場合、請求項５記載の発明と同じ作用を有する。
（２）請求項６記載の発明において、光反射体を請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体で構成した場合、光反射体が長期間にわたって紫外線に晒された場合であっても、光反射体が劣化し、変色して表面における光線の反射率が低下したり、大気中の硫化物と化学反応を起こして表面が変色して光線の反射率が低下するようなことは起こらない。このため、長期間に亘り光反射体の表面における高反射性を維持させるという作用を有する。そして、この場合、光反射体を支持する基板として、特にアルミナセラミックスを用いた場合、基板と光反射体を構成する材料の熱膨張係数を整合（近似）させることができるので、熱サイクルが繰り返された場合でも、基板から光反射体が剥離するなどの現象を起こり難くするという作用を有する。
（３）請求項６記載の発明において、光反射体と基板の両方を、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結により構成した場合（基板を請求項１記載のセラミック焼結体で構成し, 光反射体を請求項２又は請求項３記載のセラミック焼結体で構成した場合、又は、基板を請求項２記載のセラミック焼結体で構成し, 光反射体を請求項１又は請求項３記載のセラミック焼結体で構成した場合、又は、基板を請求項３記載のセラミック焼結体で構成し, 光反射体を請求項１又は請求項２記載のセラミック焼結体で構成した場合、も含む概念である）、これらはいずれも高反射材であり,かつ,機械的強度や熱伝導性に優れた発光装置に適した材料であるため、発光出力が高く、十分な機械的強度と放熱性を有する発光素子収納用パッケージを提供するという作用を有する。加えて、光反射体と基板の熱膨張係数が整合することから、基板上に金属ろう材、ガラス材、樹脂などを介して光反射体を接合した際に、熱サイクルが繰り返された場合でも光反射体の剥離が生じにくくなる。
The light emitting element storage package according to claim 6 is a light emitting element that emits ultraviolet light, near ultraviolet light, visible light, or infrared light, a substrate that supports and fixes the light emitting element, and the substrate directly or on the substrate. A light-emitting element storage package having a light reflector (reflector) indirectly attached and surrounding the light-emitting element, wherein at least one of the substrate and the light reflector is any one of claims 1 to 3. It is comprised by the ceramic sintered compact of description.
In the invention with the above configuration, the substrate and the light emitting element have the same action as the substrate and the light emitting element in the invention according to claim 5. In addition, the light reflector converts the wavelength of light emitted from the light emitting element (ultraviolet light, near ultraviolet light, visible light, or infrared light), or ultraviolet light or near ultraviolet light emitted from the light emitting element by a wavelength conversion material. The generated light beam has an action of preventing diffusion and attenuation from the cavity formed by the hollow portion of the light reflector and the surface of the substrate.
(1) In invention of Claim 6, when only a board | substrate is comprised with the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3, it has the same effect | action as the invention of Claim 5.
(2) In the invention according to claim 6, when the light reflector is composed of the ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 3, the light reflector is exposed to ultraviolet rays for a long period of time. Even in the case of light reflection, the light reflector deteriorates and discolors, and the reflectance of light rays on the surface decreases, or the surface undergoes chemical reaction with sulfides in the atmosphere, discoloring the surface and the reflectance of light rays decreases. Things like that do n’t happen. For this reason, it has the effect | action of maintaining the high reflectivity in the surface of a light reflector over a long period of time. In this case, particularly when alumina ceramic is used as the substrate for supporting the light reflector, the thermal expansion coefficients of the materials constituting the substrate and the light reflector can be matched (approximated), so that the thermal cycle is repeated. Even in such a case, there is an effect that the phenomenon that the light reflector is peeled off from the substrate hardly occurs.
(3) In invention of Claim 6, when both a light reflector and a board | substrate are comprised by the ceramic sintering of any one of Claim 1 thru | or 3, a board | substrate is described in Claim 1. When the light reflector is composed of the ceramic sintered body according to claim 2 or 3, or the substrate is composed of the ceramic sintered body according to claim 2, and the light reflector Or the substrate of the ceramic sintered body according to claim 3, and the light reflector is the ceramic according to claim 1 or 2. This is a concept that includes a sintered body.) These are both highly reflective materials and materials suitable for light-emitting devices with excellent mechanical strength and thermal conductivity. A light-emitting element storage panel that has high mechanical strength and heat dissipation. It has the effect of providing a cage. In addition, since the thermal expansion coefficients of the light reflector and the substrate are matched, even when the light reflector is joined to the substrate via a metal brazing material, glass material, resin, etc., even if the thermal cycle is repeated The light reflector is hardly peeled off.
このような請求項１記載の発明によれば、緻密で熱伝導性に優れ、かつ、発光装置に適した絶縁性や機械的強度を有し、しかも、それのみで高反射材としても使用可能な光線（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光）の反射率の高いセラミック焼結体を提供することができるという効果を有する。
つまり、発光装置用基板に適し、かつ、高反射材としても使用可能な汎用性の高いアルミナセラミックスを提供することができるという効果を有する。
すなわち、発光装置基板として特に好ましい特性と、高反射材として特に好ましい特性を同時に備えたセラミック焼結体を提供することができる。
According to the invention described in claim 1, it is dense and excellent in thermal conductivity, has insulation and mechanical strength suitable for a light emitting device, and can be used as a high reflection material by itself. It has the effect that it can provide a ceramic sintered body having a high reflectivity of light rays (ultraviolet light to infrared light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm).
That is, there is an effect that it is possible to provide a highly versatile alumina ceramic that is suitable for a substrate for a light emitting device and can be used as a highly reflective material.
That is, it is possible to provide a ceramic sintered body that has particularly preferable characteristics as a light-emitting device substrate and particularly preferable characteristics as a highly reflective material.
請求項２記載の発明は、焼成済みのセラミック焼結体中の不純物（着色物質）の含有量を規定したものである。このような請求項２記載の発明によれば、着色物質（不純物）の含有量が極めて少なくて完全な白色に近いセラミック焼結体を提供することができる。そして、その当然の結果として、その表面及び内部における光線の拡散反射を促進することができ、高反射性のセラミック焼結体を提供することができるという効果を有する。
この結果、請求項１に記載のセラミック焼結体と同等以上の光線の反射率を有するセラミック焼結体を提供することができる。
The invention according to claim 2 defines the content of impurities (colored substances) in the sintered ceramic sintered body. According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a ceramic sintered body that has a very small content of colored substances (impurities) and is almost completely white. And as a natural result, it has the effect that the diffuse reflection of the light ray in the surface and the inside can be accelerated | stimulated, and a highly reflective ceramic sintered compact can be provided.
As a result, it is possible to provide a ceramic sintered body having a light beam reflectance equal to or higher than that of the ceramic sintered body according to claim 1.
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は請求項２記載の発明よりも、光線（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光）の反射率が高く、かつ、絶縁性に優れたセラミック焼結体を提供することができる。 According to the invention described in claim 3, the reflectance of light (from ultraviolet light to infrared light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm) is higher than that of the invention described in claim 1 or claim 2, and the insulating property is improved. An excellent ceramic sintered body can be provided.
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３記載のそれぞれに記載のセラミック焼結体からなる光反射体であり、その効果は、請求項１乃至請求項３記載のそれぞれに記載の発明と同じである。 Invention of Claim 4 is a light reflector which consists of a ceramic sintered compact as described in each of Claim 1 thru | or 3, The effect is as described in each of Claim 1 thru | or 3. Same as invention.
請求項５記載の発明は、熱伝導性に優れ,発光装置に適した絶縁性や機械的強度を有し、その表面において光線（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光）を高効率で拡散反射させることができる発光素子収納用パッケージを提供することができる。
つまり、請求項５記載の発明によれば、基板の表面における光線の減衰が生じにくいので、基板の表面における光線の反射率を高めるための構成を何ら備える必要がない。このため、基板の表面における光線の反射率を高めるための特殊な製造工程や、製造装置が何ら必要ないので、高性能でかつ信頼性の高い製品を廉価に提供することができるという効果を有する。
The invention according to claim 5 is excellent in thermal conductivity, has insulation and mechanical strength suitable for a light emitting device, and emits light rays (ultraviolet light to infrared light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm) on the surface thereof. It is possible to provide a light emitting element storage package that can be diffusely reflected with high efficiency.
That is, according to the fifth aspect of the present invention, since the attenuation of the light beam on the surface of the substrate is difficult to occur, it is not necessary to provide any configuration for increasing the reflectance of the light beam on the surface of the substrate. For this reason, there is no need for a special manufacturing process or manufacturing apparatus for increasing the reflectance of the light beam on the surface of the substrate, so that it is possible to provide a high-performance and highly reliable product at low cost. .
請求項６記載の発明は、以下に記載するような効果を奏する。
（１）請求項６記載の発明において、基板のみを請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成した場合、請求項５記載の発明と同じ効果を有する。
（２）請求項６記載の発明において、光反射体（リフレクター）のみを請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成した場合、機械的強度及び熱伝導率が高く、紫外線により劣化して変色することなく、大気中の硫化物と反応して変色することもなく、しかも、その表面における光線（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光）の反射率が高い光反射体を備えた発光素子収納用パッケージを提供することができる。このような請求項６記載の発明によれば、発光装置とした場合に経年変化による発光出力の低下が生じにくい高品質な発光素子収納用パッケージを提供することができる。
そして、上述のような光反射体を支持固定するための基板としてアルミナを主成分とするアルミナセラミックスを用いた場合、光反射体と基板とを構成するセラミック焼結体の熱膨張係数が整合するので、熱サイクルが繰り返された場合でも、基板から光反射体の剥離が生じ難い高い信頼性を有する発光素子収納用パッケージを提供することができる。
（３）請求項６記載の発明において、光反射体及び基板の両者を請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体で構成した場合、上述の（１）に記載した効果と、（２）に記載した効果を併せた効果を期待できる。
しかも、この場合、基板と光反射体の熱膨張係数が整合するので、熱サイクルが繰り返された場合でも、これらの接合境界において熱膨張係数差に起因して生じる熱応力は極めて小さくなるので、製品としての信頼性を大幅に向上できる。加えて、基板も光反射体も共に高反射材料であるため、請求項６記載の発光素子収納用パッケージを発光装置に用いた場合に、その発光出力を容易に高めることができる。そして、基板も光反射体も、紫外線による劣化や、大気中の硫化物との化学反応による変色が生じないので、高い発光出力を長期間に亘り持続させることができる。
The invention described in claim 6 has the following effects.
(1) In invention of Claim 6, when only a board | substrate is comprised with the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3, it has the same effect as invention of Claim 5.
(2) In the invention according to claim 6, when only the light reflector (reflector) is constituted by the ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 3, mechanical strength and thermal conductivity are obtained. Is high, does not deteriorate due to ultraviolet rays, does not discolor, reacts with sulfides in the atmosphere, does not discolor, and has light rays on its surface (ultraviolet to infrared light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm). The light emitting element storage package provided with the light reflector with high reflectance can be provided. According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to provide a high-quality light-emitting element storage package that is less likely to cause a decrease in light-emission output due to secular change when used as a light-emitting device.
When alumina ceramics mainly composed of alumina are used as a substrate for supporting and fixing the light reflector as described above, the thermal expansion coefficients of the ceramic sintered bodies constituting the light reflector and the substrate are matched. Therefore, even when the heat cycle is repeated, it is possible to provide a light emitting element storage package having high reliability in which the light reflector is hardly peeled off from the substrate.
(3) In invention of Claim 6, when both a light reflector and a board | substrate are comprised with the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3, it is as described in said (1). The effect which combined the effect described and the effect described in (2) can be expected.
In addition, in this case, since the thermal expansion coefficients of the substrate and the light reflector are matched, even when the thermal cycle is repeated, the thermal stress caused by the thermal expansion coefficient difference at these joint boundaries is extremely small. Product reliability can be greatly improved. In addition, since both the substrate and the light reflector are highly reflective materials, when the light emitting element storage package according to claim 6 is used in a light emitting device, the light emission output can be easily increased. Since neither the substrate nor the light reflector is deteriorated by ultraviolet rays or discolored due to a chemical reaction with sulfides in the atmosphere, a high light emission output can be sustained for a long period of time.
以下に、本発明の実施の形態に係るセラミック焼結体およびそれを用いた発光装置用基板及び発光素子収納用パッケージについて実施例１乃至４を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a ceramic sintered body according to an embodiment of the present invention, a substrate for a light emitting device and a light emitting element storage package using the ceramic sintered body will be described in detail with reference to Examples 1 to 4.
本発明に係るセラミック焼結体は、アルミナを主成分するアルミナセラミックスであり、具体的には、粉体材料とバインダーとを混合したものを成形した後焼成して成るセラミック焼結体である。より具体的には、このセラミック焼結体を製造する際に用いる粉体材料として、アルミナ、ジルコニア、マグネシア粉末を用い、ジルコニアの含有量の上限を、粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％とし、マグネシアの含有量を、粉体材料の全重量に対して０.０５〜１.００ｗｔ％の範囲内としたものである。
上記構成の本発明に係るセラミック焼結体は、機械的強度と,熱伝導性と,絶縁性が高いことから、発光装置用基板として特に適している。
また、上記構成のセラミック焼結体は、白色度が極めて高く、発光装置用基板としてだけではなく、高反射材としても使用可能である。
そこで、本実施の形態では、本発明に係るセラミック焼結体の製造方法を、実施例１を参照しながら説明し、その後に、今度は、上述のような本発明に係るセラミック焼結体を、主に高反射材料として使用するにあたり、より好ましい特性が発揮されるよう構成した発明について実施例２乃至実施例４として説明することにする。
The ceramic sintered body according to the present invention is an alumina ceramic containing alumina as a main component. Specifically, the ceramic sintered body is a ceramic sintered body formed by molding and firing a mixture of a powder material and a binder. More specifically, alumina, zirconia, and magnesia powder are used as the powder material used when manufacturing this ceramic sintered body, and the upper limit of the content of zirconia is set to 30 wt% with respect to the total weight of the powder material. The magnesia content is in the range of 0.05 to 1.00 wt% with respect to the total weight of the powder material.
The ceramic sintered body according to the present invention having the above configuration is particularly suitable as a substrate for a light emitting device because of its high mechanical strength, thermal conductivity, and insulation.
Moreover, the ceramic sintered body having the above-described configuration has extremely high whiteness, and can be used not only as a substrate for a light emitting device but also as a highly reflective material.
Therefore, in the present embodiment, a method for manufacturing a ceramic sintered body according to the present invention will be described with reference to Example 1, and then, the ceramic sintered body according to the present invention as described above will be described. The invention configured to exhibit more preferable characteristics when used mainly as a highly reflective material will be described as Example 2 to Example 4.
以下に、本発明の実施例１に係るセラミック焼結体について説明する。
まず、図１を参照しながら実施例１に係るセラミック焼結体の製造方法について詳細に説明する。
図１は実施例１に係るセラミック焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
図１に示すように、実施例１に係るセラミック焼結体１を製造するには、まず、粉体材料としてアルミナ、部分安定化ジルコニア（もちろん、部分安定化されていないジルコニアも使用可能である）、マグネシアを、例えば、以下の表１に示すような割合で調合してから（ステップＳ１）、例えば、ボールミル等によりステップＳ１において調合された粉体材料を粉砕混合し（ステップＳ２）、次に、この混合物に、有機質バインダー（バインダー）として、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等を、また、溶剤として、例えば、トルエンやエタノールなどを添加してスラリー状物質を形成させる（ステップＳ３）。
The ceramic sintered body according to Example 1 of the present invention will be described below.
First, a method for manufacturing a ceramic sintered body according to Example 1 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a ceramic sintered body according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, in order to manufacture the ceramic sintered body 1 according to Example 1, first, alumina and partially stabilized zirconia (of course, partially unstabilized zirconia can be used as a powder material. ) Magnesia, for example, in a proportion as shown in Table 1 below (step S1), for example, the powder material prepared in step S1 is pulverized and mixed by a ball mill or the like (step S2), and then Furthermore, for example, polyvinyl butyral (PVB) or the like is added as an organic binder (binder) to the mixture, and toluene or ethanol or the like is added as a solvent to form a slurry-like substance (step S3).
図２は実施例１に係るセラミック焼結体製造時の部分安定化ジルコニアの添加量を変化させた際の抗折強度及び熱伝導率の変化を示すグラフである。図中、黒四角の印は抗折強度の変化を示し、白丸の印は熱伝導率の変化を示している。
図２に示すように、実施例１に係るセラミック焼結体１を製造する場合、部分安定化ジルコニアの含有量を増加させると、焼成済みセラミック焼結体１の抗折強度（機械的強度）が向上するものの、発光素子収納用基板として用いた際の放熱性の指標となる熱伝導率が低下する。このため、実施例１に係るセラミック焼結体１を製造する際には、部分安定化ジルコニアの含有量の上限値を粉体材料の全重量に対して３０wt％としている。また、部分安定化ジルコニアの含有量を粉体材料の全重量に対して５wt％より少なくすると、十分な機械的強度の向上効果が発揮されないため、部分安定化ジルコニアは粉体材料の全重量に対して５wt％以上添加することが望ましい。
FIG. 2 is a graph showing changes in bending strength and thermal conductivity when the amount of partially stabilized zirconia added during production of the ceramic sintered body according to Example 1 is changed. In the figure, black square marks indicate changes in bending strength, and white circle marks indicate changes in thermal conductivity.
As shown in FIG. 2, when the ceramic sintered body 1 according to Example 1 is manufactured, when the content of the partially stabilized zirconia is increased, the bending strength (mechanical strength) of the fired ceramic sintered body 1 is increased. However, the thermal conductivity, which is an index of heat dissipation when used as a light emitting element storage substrate, is reduced. For this reason, when manufacturing the ceramic sintered compact 1 which concerns on Example 1, the upper limit of content of partially stabilized zirconia is 30 wt% with respect to the total weight of powder material. Further, if the content of partially stabilized zirconia is less than 5 wt% with respect to the total weight of the powder material, sufficient mechanical strength cannot be improved. On the other hand, it is desirable to add 5 wt% or more.
図３は実施例１に係るセラミック焼結体の製造時の部分安定化ジルコニアの含有量を変化させた際の焼成温度と焼結密度の関係を示すグラフである。なお、ここではアルキメデス法により焼結密度（見掛け密度：apparent density）の測定を行った。
図３に示すように、焼成温度の高温化に伴い焼結密度は一旦大幅に低下して再度上昇するという傾向を示す。すなわち、焼結密度が大幅に低下している温度領域は、セラミック焼結体の焼結が活性化している状態であり、その後、焼結密度の大きな変化が生じない温度領域が、焼結が安定する適性焼成温度である。
また、図３から明らかなように、粉体材料に含有させる部分安定化ジルコニアの含有量を増加させることで、適性焼成温度を低温化することができる。
なお、実施例１に係るセラミック焼結体１の製造時に粉体材料として用いる部分安定化ジルコニアは、中和共沈法、加水分解法、アルコキシド法などにより作製された均質性の高く、かつ、粉体の平均粒径の小さい粉体を用いることが望ましい。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the firing temperature and the sintered density when the content of partially stabilized zirconia during production of the ceramic sintered body according to Example 1 is changed. Here, the sintered density (apparent density) was measured by the Archimedes method.
As shown in FIG. 3, the sintering density tends to decrease once and then increase again as the firing temperature increases. That is, the temperature region where the sintered density is greatly reduced is a state where the sintering of the ceramic sintered body is activated, and thereafter, the temperature region where no significant change in the sintered density occurs is It is an appropriate firing temperature that is stable.
Further, as apparent from FIG. 3, the appropriate firing temperature can be lowered by increasing the content of the partially stabilized zirconia contained in the powder material.
In addition, the partially stabilized zirconia used as a powder material at the time of manufacturing the ceramic sintered body 1 according to Example 1 has high homogeneity produced by a neutralization coprecipitation method, a hydrolysis method, an alkoxide method, and the like. It is desirable to use a powder having a small average particle diameter.
図４は実施例１に係るセラミック焼結体製造時のマグネシアの添加量を変化させた際の焼成温度と焼結密度の関係を示すグラフである。なお、ここでも焼結密度（見掛け密度）の測定にはアルキメデス法を用いた。
図４に示すように、粉体材料にマグネシアを添加しない場合、焼結密度の増大が停滞して焼結密度が安定化する温度領域は１６００℃以上であるのに対して、粉体材料にマグネシアを含有させた場合にはいずれも１５６０℃程度で焼結密度が安定化している。
従って、粉体材料にマグネシアを含有させることで、セラミック焼結体１の焼成温度を低温化することができる。より具体的には、実施例１に係るセラミック焼結体１の焼成温度を１６５０℃よりも低くすることができる。また、マグネシアは粉体材料の全重量に対して０.０５wt％含有させるだけでも焼成温度を低温化させるという効果が発揮される。
その一方で、粉体材料の全重量に対するマグネシアの添加量が１.００wt％を超えると、焼成温度に関わらず焼結密度が低下する傾向が認められた。この焼結密度の低下は、比重の小さいスピネル結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の割合の増加によるものと考えられる（比重の参考値：アルミナ４．０、ジルコニア６．１、スピネル結晶３．６）。スピネル結晶が過剰に生成されるとセラミック焼結体の放熱性が低下して好ましくないので、実施例１に係るセラミック焼結体１の製造時における、マグネシアの含有量を粉体材料の全重量に対して０.０５〜１.００wt％の範囲内としている。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the firing temperature and the sintered density when the amount of magnesia added during the production of the ceramic sintered body according to Example 1 is changed. Here again, the Archimedes method was used to measure the sintered density (apparent density).
As shown in FIG. 4, when magnesia is not added to the powder material, the temperature range in which the increase in the sintered density is stagnant and the sintered density is stabilized is 1600 ° C. or higher, whereas the powder material has In the case of containing magnesia, the sintered density is stabilized at about 1560 ° C. in all cases.
Therefore, by including magnesia in the powder material, the firing temperature of the ceramic sintered body 1 can be lowered. More specifically, the firing temperature of the ceramic sintered body 1 according to Example 1 can be made lower than 1650 ° C. Further, the effect of lowering the firing temperature can be achieved by simply adding 0.05 wt% of magnesia to the total weight of the powder material.
On the other hand, when the added amount of magnesia with respect to the total weight of the powder material exceeds 1.00 wt%, a tendency for the sintered density to decrease was observed regardless of the firing temperature. This decrease in the sintered density is thought to be due to an increase in the proportion of spinel crystals (MgAl 2 O 4 ) having a small specific gravity (specific gravity reference values: alumina 4.0, zirconia 6.1, spinel crystal 3.6). . When spinel crystals are produced excessively, the heat dissipation of the ceramic sintered body is lowered, which is not preferable. Therefore, the magnesia content in the production of the ceramic sintered body 1 according to Example 1 is set to the total weight of the powder material. In the range of 0.05 to 1.00 wt%.
再び図１の説明に戻るが、ステップＳ３において調整されたスラリー状物質を、所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、ドクターブレード法、押し出し成型法等により所望の形状に成形する（ステップＳ４）。なお、実施例１に係るセラミック焼結体１の製造には、特にドクターブレード法を用いた。
この工程の後に、上述のような工程を経て作製したセラミック成形体を、例えば、大気中において、１６５０℃よりも低い温度条件下において焼成する（ステップＳ５）。
Returning to the description of FIG. 1 again, the slurry-like substance adjusted in step S3 is desired by a desired molding means such as a die press, cold isostatic press, injection molding, doctor blade method, extrusion molding method, etc. (Step S4). In addition, especially the doctor blade method was used for manufacture of the ceramic sintered compact 1 which concerns on Example 1. FIG.
After this step, the ceramic molded body produced through the above-described steps is fired under a temperature condition lower than 1650 ° C., for example, in the atmosphere (step S5).
続いて、本発明に係るセラミック焼結体を光反射体（リフレクター）、又は、高反射性基板として使用する場合について実施例２乃至実施例４を参照しながら詳細に説明する。
ここでは、高反射性を有するセラミック焼結体について、実施例２及び実施例３を参照しながら説明し、このような高反射性を有するセラミック焼結体を用いた発光素子収納用パッケージを、実施例４を参照しながら説明する。
Next, the case where the ceramic sintered body according to the present invention is used as a light reflector (reflector) or a highly reflective substrate will be described in detail with reference to Examples 2 to 4.
Here, a ceramic sintered body having high reflectivity will be described with reference to Example 2 and Example 3, and a light emitting element storage package using such a ceramic sintered body having high reflectivity will be described. This will be described with reference to Example 4.
実施例２又は実施例３に係るセラミック焼結体は、その製造時に使用する粉体材料であるジルコニアを、不純物の少ない高純度なものとし,かつ,その粒度を細かくすることで高反射性を実現している。
より具体的には、実施例２又は実施例３に係るセラミック焼結体はともに、その粉体材料を構成するジルコニア中に含有される不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合に，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量を、ジルコニアの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下と規定し、かつ、ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径を１.５μｍ以下とした点に特徴を有するものである。
上記構成を有することで、本願発明に係るセラミック焼結体中において、光線（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光）の拡散反射を妨げる着色物質（Ｆｅ２Ｏ３や、ＴｉＯ２）を可能な限り排除し、かつ、セラミック焼結体中において光線の散乱体として作用するジルコニア粒子の焼成後の粒子径を光線の波長に近づけることで、セラミック焼結体の内部における光線の散乱を促進して、その表面における光線の反射率を向上させたものである。
The ceramic sintered body according to Example 2 or Example 3 has high reflectivity by making zirconia, which is a powder material used at the time of production thereof, high purity with less impurities and by reducing the particle size. Realized.
More specifically, both of the ceramic sintered bodies according to Example 2 or Example 3 contain the contents of Fe and Ti, which are impurities contained in zirconia constituting the powder material, and Fe is Fe 2. the O 3, in the case shown in terms respectively of Ti to TiO 2, the respective contents of Fe 2 O 3, TiO 2, defined as 0.05 wt% or less based on the total weight of zirconia, and, This is characterized in that the 97% particle size obtained from the particle size distribution of zirconia is 1.5 μm or less.
By having the above configuration, in the ceramic sintered body according to the present invention, colored substances (Fe 2 O 3 and TiO, which prevent diffuse reflection of light rays (ultraviolet light to infrared light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm)). 2 ) is eliminated as much as possible, and the particle diameter after firing of the zirconia particles acting as a light scattering body in the ceramic sintered body is made close to the wavelength of the light beam, It promotes scattering and improves the reflectance of light rays on the surface.
以下に、本発明の実施例２に係るセラミック焼結体について説明する。
実施例２に係るセラミック焼結体は、例えば、発光素子収納用パッケージに用いられる光反射体（リフレクター）、又は、発光素子収納用パッケージにおいて絶縁体又は高反射材としても機能する基板として用いられるものである。
このような実施例２に係るセラミック焼結体は、主成分のアルミナと、副成分のジルコニアと、焼結助剤であるマグネシアからなる粉体材料を、先の実施例１に係るセラミック焼結体１の製造方法と同じ手順（ステップＳ１〜Ｓ５）に従って、混合、成形、焼成して製造したものである。
より具体的には、実施例２に係るセラミック焼結体の作製に使用する粉体材料におけるジルコニアの含有量の上限を、粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％とし、かつ、粉体材料中におけるマグネシアの含有量を粉体材料の全重量に対して０.０５〜１.００ｗｔ％の範囲内とし、さらに、ジルコニア中の不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量を、ジルコニアの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下と規定し、加えて、ジルコニアについてその粒度分布から求めた９７％粒径を１.５μｍ以下のものを用いると規定したものである。なお、実施例２に係るセラミック焼結体の焼成温度は１５６０〜１６００℃の範囲内である。
The ceramic sintered body according to Example 2 of the present invention will be described below.
The ceramic sintered body according to Example 2 is used as, for example, a light reflector (reflector) used in a light emitting element storage package, or a substrate that also functions as an insulator or a high reflection material in the light emitting element storage package. Is.
Such a ceramic sintered body according to Example 2 is obtained by using a powder material made of alumina as a main component, zirconia as a subsidiary component, and magnesia as a sintering aid, as the ceramic sintered body according to Example 1 above. According to the same procedure as the manufacturing method of the body 1 (steps S1 to S5), it is manufactured by mixing, molding and firing.
More specifically, the upper limit of the content of zirconia in the powder material used for producing the ceramic sintered body according to Example 2 is set to 30 wt% with respect to the total weight of the powder material, and the powder material The content of magnesia is 0.05 to 1.00 wt% with respect to the total weight of the powder material, and the contents of Fe and Ti, which are impurities in zirconia, are changed to Fe 2 O. 3, the case illustrated in terms respectively of Ti to TiO 2, the respective contents of Fe 2 O 3, TiO 2, defined as less 0.05 wt% relative to the total weight of the zirconia, in addition, the zirconia The 97% particle size obtained from the particle size distribution is defined as 1.5 μm or less. The firing temperature of the ceramic sintered body according to Example 2 is in the range of 1560 to 1600 ° C.
また、実施例２に係るセラミック焼結体の製造時に、粉体材料中におけるジルコニアの含有量の上限値を粉体材料に対して３０％とするのは、実施例１に係るセラミック焼結体１の製造方法において、粉体材料中における部分安定化ジルコニアの含有量の上限値を粉体材料に対して３０％と規定しているのと同じ理由によるものである（図２を参照）。
つまり、実施例２に係るセラミック焼結体を発光装置用基板やそれに実装される部品として用いた際に、十分な熱伝導率を得るためである。
また、実施例２に係るセラミック焼結体の製造時に、粉体材料中におけるマグネシアの添加量を粉体材料に対して０.０５〜１.００ｗｔ％とするのは、実施例１においても説明したように、アルミナやジルコニアの焼結反応を活性化させて焼成温度を低下させながら、セラミック焼結体の熱伝導性の低下を抑制するためである。
In addition, when the ceramic sintered body according to Example 2 is manufactured, the upper limit of the content of zirconia in the powder material is set to 30% with respect to the powder material. This is because the upper limit of the content of partially stabilized zirconia in the powder material is defined as 30% with respect to the powder material in the manufacturing method 1 (see FIG. 2).
That is, when the ceramic sintered body according to Example 2 is used as a light emitting device substrate or a component mounted thereon, sufficient thermal conductivity is obtained.
Also, in the manufacture of the ceramic sintered body according to Example 2, the amount of magnesia added in the powder material is set to 0.05 to 1.00 wt% with respect to the powder material as described in Example 1. As described above, this is because the sintering reaction of alumina and zirconia is activated to lower the firing temperature and suppress the decrease in thermal conductivity of the ceramic sintered body.
ここで、実施例２に係るセラミック焼結体の表面において光線（波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光）の反射率が向上する仕組みについて、図５及び図６を参照しながら説明する。
図５は実施例２に係るセラミック焼結体の断面の概念図である。
図５に示すように、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａは、その主成分を構成するアルミナ粒子（図示せず）中に、光線を散乱させる散乱体３５であるジルコニア粒子１８が分散した状態で内包されるものである。
このような実施例２に係るセラミック焼結体１２ａでは、セラミック焼結体１２ａに照射された光線の一部が、その表面において反射光１４として反射される一方、他の光線はセラミック焼結体１２ａの内部に透過光１５として侵入する。
続いて、セラミック焼結体１２ａの内部において、透過光１５が散乱体３５であるジルコニア粒子１８に到達すると、その粒界において散乱光１６が散乱し、この現象がセラミック焼結体１２ａの内部のいたるところで起こって、セラミック焼結体１２ａ内において光線の拡散反射が生じる。
そして、入射光１３の大部分が、セラミック焼結体１２ａの表面（図５における上面）から外部に散乱光１６として放射されることで、セラミック焼結体１２ａの表面における光線の反射率が高くなるのである。
従って、図５において、セラミック焼結体１２ａの下面から外部に放出される透過光１５の量が多いほど、また、セラミック焼結体１２ａの内部に透過光１５を吸収して減衰させる有色物質である不純物（ＦｅやＴｉ）の量が多いほど、セラミック焼結体１２ａの表面における光線の反射性は低下することになる。
Here, referring to FIG. 5 and FIG. 6, a mechanism for improving the reflectance of light rays (from ultraviolet light to infrared light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm) on the surface of the ceramic sintered body according to Example 2 is described. explain.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a cross section of the ceramic sintered body according to the second embodiment.
As shown in FIG. 5, in the ceramic sintered body 12a according to Example 2, zirconia particles 18 that are scatterers 35 that scatter light rays are dispersed in alumina particles (not shown) constituting the main component. It is included in the state.
In the ceramic sintered body 12a according to the second embodiment, a part of the light beam applied to the ceramic sintered body 12a is reflected as reflected light 14 on the surface, while the other light beams are ceramic sintered body. It penetrates into the inside of 12a as transmitted light 15.
Subsequently, when the transmitted light 15 reaches the zirconia particles 18 that are the scatterers 35 inside the ceramic sintered body 12a, the scattered light 16 is scattered at the grain boundaries, and this phenomenon occurs inside the ceramic sintered body 12a. It occurs everywhere and diffuse reflection of light occurs in the ceramic sintered body 12a.
And most of the incident light 13 is radiated as scattered light 16 from the surface of the ceramic sintered body 12a (the upper surface in FIG. 5), so that the reflectance of the light beam on the surface of the ceramic sintered body 12a is high. It becomes.
Therefore, in FIG. 5, as the amount of the transmitted light 15 emitted from the lower surface of the ceramic sintered body 12a to the outside increases, the colored material absorbs and attenuates the transmitted light 15 inside the ceramic sintered body 12a. The greater the amount of certain impurities (Fe and Ti), the lower the light reflectivity at the surface of the ceramic sintered body 12a.
このような事情に鑑み、発明者らは鋭意研究の結果、セラミックを構成する主成分である骨材粒子中に散乱体３５として機能する高屈折率を有する物質を分散させた状態で内包するとともに、この散乱体３５となる粉体材料中の有色物質である不純物を可能な限り排除することで、セラミック焼結体１２ａに高反射性を付与できることを見出した。
しかも、セラミック焼結体１２ａを構成する骨材の主成分としてアルミナを用いることで、セラミック焼結体１２ａを高反射材料として特に適した純白色に近づけるとともに、セラミック焼結体１２ａを発光装置用基板として使用する際に十分な機械的強度や熱伝導性も発揮させることができる（効果Ａ）。
しかも、一般的なアルミナセラミックスを焼成するのに必要な、１５００〜１６００℃の温度に晒した場合でもその高反射性を維持することができる（効果Ｂ）。
In view of such circumstances, as a result of diligent research, the inventors have included a substance having a high refractive index that functions as the scatterer 35 in a state of being dispersed in the aggregate particles that are the main components constituting the ceramic. The present inventors have found that high reflectivity can be imparted to the ceramic sintered body 12a by eliminating impurities that are colored substances in the powder material to be the scatterer 35 as much as possible.
Moreover, by using alumina as a main component of the aggregate constituting the ceramic sintered body 12a, the ceramic sintered body 12a is brought close to pure white particularly suitable as a highly reflective material, and the ceramic sintered body 12a is used for a light emitting device. When used as a substrate, sufficient mechanical strength and thermal conductivity can be exhibited (effect A).
Moreover, even when exposed to a temperature of 1500 to 1600 ° C. necessary for firing general alumina ceramics, the high reflectivity can be maintained (effect B).
また、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａを構成する粉体材料の副成分としてジルコニアを用いることで、セラミック焼結体１２ａの内部における光線の散乱をジルコニア粒子により促進してセラミック焼結体１２ａの表面における光線の拡散反射率を向上させることができる（効果Ｃ）。これはジルコニアの屈折率がアルミナの屈折率よりも非常に大きいために（Ａｌ２Ｏ３の屈折率；１.８、ＺｒＯ２の屈折率；２.２）、光線の散乱効果が非常に大きくなるためである。
そして、特に、セラミック焼結体１２ａの製造時に使用するジルコニアについて、ジルコニア中の不純物（着色物質）であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合に，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量を、粉体材料として添加するジルコニアの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下と規定することで、実施例２に係る高反射性のセラミック焼結体１２ａを工業的に生産可能なものにすることができる。つまり、高反射材料であるセラミック焼結体１２ａを作製するにあたり、従来法と著しく異なるような製造方法を採用したり、特殊な材料を調達する必要がないので、高品質な高反射材料を廉価に提供できるという効果を有する（効果Ｄ）。
なお、粉体材料として添加するジルコニアとして特に部分安定化ジルコニア（Partially Stabilized Zirconia）を用いた場合には、セラミック焼結体の強度や鞭性を著しく向上することができる（効果Ｅ）。
In addition, by using zirconia as a subcomponent of the powder material constituting the ceramic sintered body 12a according to the second embodiment, the scattering of light rays inside the ceramic sintered body 12a is promoted by the zirconia particles, and the ceramic sintered body. The diffuse reflectance of light rays on the surface of 12a can be improved (effect C). This is because the refractive index of zirconia is much higher than that of alumina (refractive index of Al 2 O 3 ; 1.8, refractive index of ZrO 2 ; 2.2), so that the light scattering effect is very large. It is to become.
In particular, with regard to zirconia used at the time of manufacturing the ceramic sintered body 12a, the contents of Fe and Ti, which are impurities (colored substances) in zirconia, are converted into Fe for Fe 2 O 3 and Ti for TiO 2 respectively. In this case, the respective contents of Fe 2 O 3 and TiO 2 are defined as 0.05 wt% or less with respect to the total weight of zirconia added as a powder material. The highly reflective ceramic sintered body 12a can be industrially produced. In other words, it is not necessary to adopt a manufacturing method that is significantly different from the conventional method or to procure a special material in producing the ceramic sintered body 12a that is a highly reflective material. (Effect D).
In particular, when partially stabilized zirconia is used as the zirconia added as the powder material, the strength and whipability of the ceramic sintered body can be significantly improved (effect E).
さらに、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａの製造時に粉体原料として添加されるマグネシアは、焼結助剤としてジルコニアやアルミナの焼結反応を促進して、焼成温度の低温化させる（効果Ｆ）。また、このような焼成温度の低温化に伴って、セラミック焼結体１２ａの焼成時に、アルミナ粒子やジルコニア粒子の過剰な肥大成長が抑制されて、セラミック焼結体１２ａの表面における光線の反射率向上効果を促進することができる（効果Ｇ）。この理由については後段において詳細に説明する。 Further, magnesia added as a powder raw material during the production of the ceramic sintered body 12a according to Example 2 promotes the sintering reaction of zirconia and alumina as a sintering aid, and lowers the firing temperature (effect F). In addition, with such a lowering of the firing temperature, excessive enlargement growth of alumina particles and zirconia particles is suppressed during firing of the ceramic sintered body 12a, and the reflectance of light rays on the surface of the ceramic sintered body 12a. The improvement effect can be promoted (effect G). The reason for this will be described in detail later.
ここで、図６を参照しながら、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａの表面における光線の拡散反射率が向上される仕組みについて詳細に説明する。
図６は実施例２に係るセラミック焼結体の内部断面の概念図である。なお、図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
実施例２に係る焼成済みセラミック焼結体１２ａは、図６に示すように、主成分であるアルミナ粒子１７の中にジルコニア粒子１８が分散した状態で内包されるものである。
Here, the mechanism by which the diffuse reflectance of light rays on the surface of the ceramic sintered body 12a according to Example 2 is improved will be described in detail with reference to FIG.
6 is a conceptual diagram of an internal cross section of a ceramic sintered body according to Example 2. FIG. The same parts as those described in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description of the configuration is omitted.
As shown in FIG. 6, the sintered ceramic sintered body 12a according to the second embodiment is encapsulated in a state where zirconia particles 18 are dispersed in alumina particles 17 which are main components.
このような実施例２に係るセラミック焼結体１２ａ中において、異なる屈折率を有する２種類の物質の境界面は全て光線の反射面として作用する。つまり、セラミック焼結体１２ａの内部において、空気と,アルミナ粒子１７又はジルコニア粒子１８の境界である気孔１９の表面２０、及び、アルミナ粒子とジルコニア粒子１８の境界である粒界２１は、いずれも光線の反射面として作用する。
すなわち、セラミック焼結体１２ａ中における光線の反射面の表面積の積算値が増加することで、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａの表面における光線の反射率が向上する。
In such a ceramic sintered body 12a according to Example 2, the boundary surfaces of two kinds of substances having different refractive indexes all act as light reflecting surfaces. That is, inside the ceramic sintered body 12a, the air, the surface 20 of the pores 19 that is the boundary between the alumina particles 17 or the zirconia particles 18, and the grain boundary 21 that is the boundary between the alumina particles and the zirconia particles 18 are all. Acts as a light reflecting surface.
That is, the integrated value of the surface area of the light reflecting surface in the ceramic sintered body 12a is increased, so that the reflectance of light on the surface of the ceramic sintered body 12a according to the second embodiment is improved.
そして、セラミック焼結体１２ａ中における光線の反射面の表面積の積算値を上昇させる方法としては、（i）セラミック焼結体１２ａ中における気孔１９の数を増加させる、（ii）セラミック焼結体１２ａ中に分散混合される散乱体３５（ジルコニア粒子１８）の数を増加させる、（iii）セラミック焼結体１２ａを構成する結晶粒子である,アルミナ粒子１７及びジルコニア粒子１８の粒径を小さくする等が考えられる。
方法（i）の場合、セラミック焼結体１２ａの反射性の向上効果が期待できるものの、気孔１９の増加はセラミック焼結体１２ａの焼結密度の低下を招いて機械的強度の低下や、熱伝導性の低下の原因となり好ましくない。さらに、焼成済みセラミック焼結体１２ａの外形寸法を調整することが極めて困難になる。また、セラミック焼結体１２ａの表面における反射率が一定しないので、製品とした場合の品質のばらつきになってしまい、この点からも好ましくない。
また、方法（ii）の場合、ジルコニアはアルミナよりも熱伝導率が低いため、セラミック焼結体の熱伝導率が下がってしまい好ましくない。さらに、ジルコニアはアルミナより高価な原料であるため、製造コストの上昇が否めず、この点からも好ましくない。
これに対して、方法（iii）は、焼成温度を低くすること、及び、粉体材料を構成するアルミナとジルコニアの粒子径を小さくすることは工業的に十分実現可能である。しかも、方法（iii）の場合、マグネシアの添加により焼結温度の低温化が可能になり、これによりセラミック焼結体１２ａを構成する結晶粒子の肥大成長が抑制されて相対的に結晶粒子径が小さくなる。この結果、セラミック焼結体１２ａの表面における光線の反射率向上効果が発揮されるだけでなく、セラミック焼結体１２ａが緻密化するので、その機械的強度及び熱伝導性が向上する（効果Ｈ、効果Ｉ）という２つの利点を同時に得ることができる。
And as a method of raising the integrated value of the surface area of the light reflecting surface in the ceramic sintered body 12a, (i) increasing the number of pores 19 in the ceramic sintered body 12a, (ii) ceramic sintered body Increase the number of scatterers 35 (zirconia particles 18) dispersed and mixed in 12a. (Iii) Decrease the particle size of alumina particles 17 and zirconia particles 18, which are crystal particles constituting ceramic sintered body 12a. Etc. are considered.
In the case of the method (i), although the effect of improving the reflectivity of the ceramic sintered body 12a can be expected, the increase in the pores 19 causes a decrease in the sintered density of the ceramic sintered body 12a, resulting in a decrease in mechanical strength, This is not preferable because it causes a decrease in conductivity. Furthermore, it is extremely difficult to adjust the external dimensions of the sintered ceramic sintered body 12a. In addition, since the reflectance on the surface of the ceramic sintered body 12a is not constant, the quality of the product is not uniform, which is not preferable.
In the case of method (ii), since zirconia has a lower thermal conductivity than alumina, the thermal conductivity of the ceramic sintered body is lowered, which is not preferable. Furthermore, since zirconia is a raw material more expensive than alumina, the increase in production cost cannot be denied, and this is not preferable.
On the other hand, in the method (iii), it is industrially sufficient to lower the firing temperature and to reduce the particle diameters of alumina and zirconia constituting the powder material. In addition, in the case of the method (iii), it is possible to lower the sintering temperature by adding magnesia, thereby suppressing the enlargement growth of the crystal particles constituting the ceramic sintered body 12a and relatively increasing the crystal particle diameter. Get smaller. As a result, not only the light reflectance improvement effect on the surface of the ceramic sintered body 12a is exhibited, but also the ceramic sintered body 12a is densified, so that its mechanical strength and thermal conductivity are improved (effect H , Effect I) can be obtained at the same time.
なお、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａにおいては、アルミナ粒子１７同士の境界における粒界では光線の反射効果が非常に弱いので、粉体材料の主成分であるアルミナの平均粒径の肥大成長を抑制することによる、セラミック焼結体１２ａの反射率の向上効果はあまり期待できない。このため、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａにおいては、焼成済のセラミック焼結体１２ａ中におけるジルコニア粒子１８の粒子径を小さくすることで、セラミック焼結体１２ａ中で光線の反射体として作用するアルミナ粒子１７とジルコニア粒子１８の粒界２１の表面積の積算値を増大させることが可能となり、その結果として、セラミック焼結体１２ａの表面における光線の反射率を向上させることができると考えられる。
従って、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａにおいては、粉体材料を構成するジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径を１.５μｍ以下としている。
In addition, in the ceramic sintered body 12a according to Example 2, since the light reflection effect is very weak at the grain boundary at the boundary between the alumina particles 17, the average particle diameter of alumina, which is the main component of the powder material, is enlarged. The improvement effect of the reflectance of the ceramic sintered body 12a by suppressing the growth cannot be expected so much. For this reason, in the ceramic sintered body 12a according to Example 2, by reducing the particle diameter of the zirconia particles 18 in the fired ceramic sintered body 12a, the ceramic sintered body 12a serves as a light reflector in the ceramic sintered body 12a. It is possible to increase the integrated value of the surface areas of the grain boundaries 21 of the alumina particles 17 and zirconia particles 18 that act, and as a result, it is considered that the reflectance of light rays on the surface of the ceramic sintered body 12a can be improved. It is done.
Therefore, in the ceramic sintered body 12a according to Example 2, the 97% particle size obtained from the particle size distribution of zirconia constituting the powder material is 1.5 μm or less.
また、特開２００９−４６３２６号公報や特開２００９−１６２９５０号公報（いずれも本願発明と同じ発明者による）にも記載されるように、セラミック焼結体１２ａ内において散乱体３５として作用する結晶粒子の径が、光線の波長に近いほどセラミック焼結体１２ａ中における光線の拡散反射は促進される。
このため、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａにおいては、粉体材料を構成するジルコニアの、粒度分布から求めた９７％粒径を１.５μｍ以下と規定し、かつ、セラミック焼結体１２ａの焼成温度を１６５０℃以下にすることで、より具体的にはセラミック焼結体１２ａの焼成温度を１５６０〜１６００℃とすることで、焼成済みセラミック焼結体１２ａ中のジルコニア粒子１８の粒径を０.１〜１.０μｍ程度（可視光線の波長程度）に近づけることができ、この点からもセラミック焼結体１２ａの表面における、特に可視光線の反射率を向上することができる（効果Ｊ）。
従って、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａによれば、上述のような効果Ａ〜Ｄ及びＦ〜Ｊを全て有する、高反射材料としても発光装置用基板にも適したセラミック焼結体を提供することができる。
また、特に粉体材料として使用するジルコニアとして、部分安定化ジルコニアを用いた場合には、上述の効果Ａ〜Ｊの全てを有するセラミック焼結体を提供することができる。
Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-46326 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-162950 (both by the same inventor as the present invention), a crystal that acts as the scatterer 35 in the ceramic sintered body 12a. The closer the particle diameter is to the wavelength of the light beam, the more the diffuse reflection of the light beam in the ceramic sintered body 12a is promoted.
For this reason, in the ceramic sintered body 12a according to Example 2, the 97% particle size obtained from the particle size distribution of zirconia constituting the powder material is defined as 1.5 μm or less, and the ceramic sintered body 12a By making the firing temperature of 1650 ° C. or lower, more specifically, by setting the firing temperature of the ceramic sintered body 12a to 1560-1600 ° C., the particle diameter of the zirconia particles 18 in the fired ceramic sintered body 12a Can be brought closer to about 0.1 to 1.0 μm (about the wavelength of visible light), and in this respect also, the reflectance of visible light on the surface of the ceramic sintered body 12a can be improved (Effect J). ).
Therefore, according to the ceramic sintered body 12a according to Example 2, the ceramic sintered body having all of the effects A to D and F to J described above and suitable for both the highly reflective material and the substrate for the light emitting device. Can be provided.
In particular, when partially stabilized zirconia is used as the zirconia used as the powder material, a ceramic sintered body having all the effects A to J described above can be provided.
以下に実施例３に係るセラミック焼結体について図７を参照しながら説明する。図７は実施例３に係るセラミック焼結体の内部断面の概念図である。
実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂは、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａを作製する際に、アルミナとジルコニアとマグネシアからなる粉体材料に、別途シリカを添加したものであり、このシリカの添加量の上限値を粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下としたものである。
このような実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂの製造方法及び焼成温度は、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａと同じであるためその詳細な説明は省略する。
そして、実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂの内部断面の様子は、図７に示すように、アルミナ粒子１７とジルコニア粒子１８に加えて、シリカを主成分する粒界層２２により構成される。
この場合、粒界層２２とアルミナ粒子１７の境界２１ｂ、及び、ジルコニア粒子１８と粒界層２２の境界２１ｃはともに新たな反射面として作用する。これは、アルミナとシリカ、および、ジルコニアとシリカの屈折率が異なるためである（アルミナの屈折率；１.８、ジルコニアの屈折率；２.２、シリカガラスの屈折率１.５）。
このため、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａよりも、実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂの表面における光線の反射率を高くすることができる。
The ceramic sintered body according to Example 3 will be described below with reference to FIG. FIG. 7 is a conceptual diagram of an internal cross section of the ceramic sintered body according to Example 3. FIG.
The ceramic sintered body 12b according to Example 3 is obtained by separately adding silica to a powder material made of alumina, zirconia, and magnesia when the ceramic sintered body 12a according to Example 2 is manufactured. The upper limit of the amount of silica added is 10 wt% or less with respect to the total weight of the powder material.
Since the manufacturing method and firing temperature of the ceramic sintered body 12b according to Example 3 are the same as those of the ceramic sintered body 12a according to Example 2, detailed description thereof is omitted.
And the state of the internal cross section of the ceramic sintered compact 12b which concerns on Example 3 is comprised by the grain boundary layer 22 which has a silica as a main component in addition to the alumina particle 17 and the zirconia particle 18, as shown in FIG. .
In this case, the boundary 21b between the grain boundary layer 22 and the alumina particle 17 and the boundary 21c between the zirconia particle 18 and the grain boundary layer 22 both act as new reflecting surfaces. This is because the refractive indexes of alumina and silica, and zirconia and silica are different (refractive index of alumina: 1.8, refractive index of zirconia; 2.2, refractive index of silica glass 1.5).
For this reason, the reflectance of the light ray in the surface of the ceramic sintered compact 12b which concerns on Example 3 can be made higher than the ceramic sintered compact 12a which concerns on Example 2. FIG.
また、後述するように、セラミック焼結体１２ｂを作製する際に用いるアルミナとジルコニアとマグネシアからなる粉体材料に、別途シリカを添加することで、高温条件下においても高い絶縁性を発揮させることが可能となり、発光装置用基板により適したセラミック焼結体を提供することが可能となる（効果Ｋ）。
このように、実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂによれば、実施例２において述べたような効果Ａ〜Ｊに加えて、効果Ｋを有し、かつ、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａよりも表面における光線の反射率が高いセラミック焼結体１２ｂを提供することができる。
つまり、実施例２に係るセラミック焼結体１２ａよりも、より高反射材料に適した、また、より発光装置用基板に適したセラミック焼結体１２ｂを提供することができる。
In addition, as will be described later, by adding silica to the powder material made of alumina, zirconia, and magnesia used when producing the ceramic sintered body 12b, high insulation can be exhibited even under high temperature conditions. Therefore, it becomes possible to provide a ceramic sintered body more suitable for the substrate for the light emitting device (effect K).
Thus, according to the ceramic sintered body 12b according to the third embodiment, in addition to the effects A to J as described in the second embodiment, the ceramic sintered body according to the second embodiment has the effect K. It is possible to provide the ceramic sintered body 12b having a higher light beam reflectance on the surface than the body 12a.
That is, it is possible to provide a ceramic sintered body 12b that is more suitable for a highly reflective material and more suitable for a light emitting device substrate than the ceramic sintered body 12a according to the second embodiment.
なお、上述のような実施例２,３に係るセラミック焼結体１２を製造する際に、粉体材料を構成するジルコニア以外の全ての材料について、不純物（着色物質）の含有量の少ない高純度のものを使用した場合、実施例２,３に係る焼成済みのセラミック焼結体１２ａ，１２ｂ中における不純物（着色物質）であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合に，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２のそれぞれの含有量は、セラミック焼結体１２ａ，１２ｂの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下となる。
この場合、実施例２,３に係る焼成済みのセラミック焼結体１２ａ，１２ｂは、完全な白色に限りなく近づくので、その当然の結果として、その表面における光線の反射率を高めることができる。
従って、セラミックス焼結体からなり、銀薄膜に匹敵するほどの高反射性を有する高反射材を提供することができるという効果を有する。
しかも、本発明に係る高反射性のセラミック焼結体は、発光素子を搭載するための基板に適した特性も備えているので、絶縁基板としても好適に利用することができる。このため、高反射性の基板を提供することができるという効果も有する。
In addition, when manufacturing the ceramic sintered body 12 according to Examples 2 and 3 as described above, all materials other than zirconia constituting the powder material have a high purity with a small content of impurities (colored substances). In the sintered ceramic sintered bodies 12a and 12b according to Examples 2 and 3, the contents of Fe and Ti as impurities (coloring substances) in Fe and Ti, Fe in Fe 2 O 3 and Ti when the indicated in terms respectively TiO 2, the content of each of Fe 2 O 3, TiO 2 is equal to or less than 0.05 wt% relative to the total weight of the ceramic sintered body 12a, 12b.
In this case, the fired ceramic sintered bodies 12a and 12b according to Examples 2 and 3 are almost completely white, and as a result, the reflectance of light rays on the surface can be increased.
Therefore, it has an effect that it is possible to provide a highly reflective material made of a ceramic sintered body and having high reflectivity comparable to a silver thin film.
In addition, since the highly reflective ceramic sintered body according to the present invention has characteristics suitable for a substrate on which a light emitting element is mounted, it can be suitably used as an insulating substrate. For this reason, it has the effect that a highly reflective board | substrate can be provided.
また、上述のような本発明に係る高反射性を有するセラミック焼結体を、例えば、プレス成形法により所望の形状に成形することで、波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する紫外光から赤外光を光効率で拡散反射させることのできる光反射体（リフレクター）を提供することができる（図示せず）。
上述のような光反射体によれば、例えば、アルミナを主成分とするセラミックス焼結体上に搭載した際に十分な機械的強度を備え、かつ、長期間紫外光に晒された場合でも劣化して変色することがなく、また、大気中の硫化物に長期間晒された場合でも化学変化を起こして変色することがなく、しかも、絶縁性と熱伝導性に優れた光反射体を提供することができる。
つまり、銀薄膜を有する従来の光反射体に匹敵するほどの高反射性を有しながら、経時変化に伴う変色が生じないセラミック製の光反射体を提供することができるという効果を有する。
Further, the above-described ceramic sintered body having high reflectivity according to the present invention is formed into a desired shape by, for example, a press molding method, so that ultraviolet light having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm is converted into infrared light. It is possible to provide a light reflector (reflector) that can diffusely reflect the light with a light efficiency (not shown).
According to the light reflector as described above, for example, it has sufficient mechanical strength when mounted on a ceramic sintered body mainly composed of alumina, and deteriorates even when exposed to ultraviolet light for a long time. Provides a light reflector that does not discolor due to chemical changes even when exposed to sulfides in the atmosphere for a long period of time, and has excellent insulation and thermal conductivity. can do.
In other words, there is an effect that it is possible to provide a ceramic light reflector that has a high reflectivity comparable to a conventional light reflector having a silver thin film and does not cause discoloration with time.
以下に、実施例４に係る発光素子収納用パッケージについて図８を参照しながら詳細に説明する。
実施例４に係る発光素子収納用パッケージは、本発明に係るセラミック焼結体を、絶縁性基板として又は、光反射体（リフレクター）として、あるいはこれらの両方に用いた発光素子収納用パッケージである。なお、実施例４に係る発光素子収納用パッケージにおいて、上述の本発明に係るセラミック焼結体（例えば、実施例２,３に係るセラミック焼結体等）のいずれをも区別なく使用できる場合は、単にセラミック焼結体１２と記載している。
図８（ａ）〜（ｄ）はいずれも実施例４に係る発光素子収納用パッケージの一例を示す断面図である。なお、図５乃至図７に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図８（ａ）に示すように、実施例４に係る発光素子収納用パッケージ２３ａは、例えば、セラミック焼結体１２の間に、図示しない導体配線を収容しながら積層された積層基板２４ａ上に、接合用バンプ２５を介して、光線を発光する発光素子２６を搭載したものである。
この場合、積層基板２４ａの下面に設けられる図示しない電極から、積層基板２４ａ内に収容される図示しない導体配線,及び,接合用バンプ２５を通じて発光素子２６に電力が供給されるよう構成するとよい。
このような発光素子収納用パッケージ２３ａによれば、発光素子２６から発光される光線を、積層基板２４ａの表面において高効率で拡散反射することができるので、発光素子２６から発せられる光線の減衰が少ない高出力の発光装置を提供することができる。
The light emitting element storage package according to Example 4 will be described below in detail with reference to FIG.
The light-emitting element storage package according to Example 4 is a light-emitting element storage package using the ceramic sintered body according to the present invention as an insulating substrate, a light reflector (reflector), or both. . In addition, in the light emitting element storage package according to Example 4, when any of the above-described ceramic sintered bodies according to the present invention (for example, ceramic sintered bodies according to Examples 2 and 3) can be used without distinction. The ceramic sintered body 12 is simply described.
8A to 8D are cross-sectional views showing examples of the light emitting element storage package according to the fourth embodiment. The same parts as those described in FIGS. 5 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description of the configuration is omitted.
As shown in FIG. 8A, the light emitting element storage package 23a according to the fourth embodiment is, for example, formed on a multilayer substrate 24a that is stacked while accommodating a conductor wiring (not shown) between the ceramic sintered bodies 12. A light emitting element 26 that emits a light beam is mounted via a bonding bump 25.
In this case, it is preferable that power is supplied to the light emitting element 26 from an electrode (not shown) provided on the lower surface of the multilayer substrate 24 a through a conductor wiring (not shown) accommodated in the multilayer substrate 24 a and the bonding bump 25.
According to such a light emitting element storage package 23a, the light emitted from the light emitting element 26 can be diffused and reflected with high efficiency on the surface of the laminated substrate 24a, so that the light emitted from the light emitting element 26 is attenuated. A light-emitting device with few high outputs can be provided.
また、積層基板２４ａは、高反射性を有しながらも機械的強度及び熱伝導性が高く、熱サイクルが作用した場合でも絶縁性が維持されるので、実施例４に係る発光素子収納用パッケージ２３ａを用いた製品の信頼性を高めることができる。
さらに、上述のような発光素子収納用パッケージ２３ａを製造する際に、積層基板２４ａの表面に高反射性を付与したり、あるいは、積層基板２４ａを構成するセラミック焼結体１２の機械的強度及び熱伝導性を高めるために、特殊な製造工程を実施したり、特殊な設備を設ける必要が何らないので、高品質な製品を廉価に提供することができる。
また、上記発光素子収納用パッケージ２３ａにおいては、積層基板２４ａに代えて、セラミック焼結体１２からなりその内部に導体配線を有さない平板状の基板２４ｃ（図８（ｃ））を参照）を使用してもよい。この場合、基板２４ｃの表面に発光素子２６に電力を供給するための導体配線を形成する必要がある。
In addition, since the multilayer substrate 24a has high reflectivity and high mechanical strength and thermal conductivity and maintains insulation even when a thermal cycle is applied, the light emitting element storage package according to the fourth embodiment. The reliability of the product using 23a can be improved.
Furthermore, when manufacturing the light emitting element storage package 23a as described above, the surface of the multilayer substrate 24a is given high reflectivity, or the mechanical strength of the ceramic sintered body 12 constituting the multilayer substrate 24a and In order to increase the thermal conductivity, it is not necessary to carry out a special manufacturing process or to provide special equipment, so that a high-quality product can be provided at a low price.
In the light emitting element storage package 23a, instead of the laminated substrate 24a, a flat substrate 24c made of the ceramic sintered body 12 and having no conductor wiring therein (see FIG. 8C)) May be used. In this case, it is necessary to form a conductor wiring for supplying power to the light emitting element 26 on the surface of the substrate 24c.
表示用途や照明用途として使用できる可視光の発光装置に上記発光素子収納用パッケージ２３ａを採用する場合、発光素子２６として直接可視光線を発光するもののほかに、紫外光又は近紫外光又は青色光を発光するものを用いてもよい。この場合、発光素子２６を,波長変換材を包含した封止用樹脂で封止してもよいし（図示せず）、波長変換材を包含した,又は,波長変換材が塗布されたレンズを発光素子２６上に覆設してもよい（図示せず）。
この場合、発光素子２６から発せられた紫外光や近紫外光や青色光が波長変換材により波長変換されてなる可視光線を、積層基板２４ａや基板２４ｃの表面において高効率に反射することができるので、図８（ａ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ａと同じ効果が発揮される。しかも、この場合、積層基板２４ａや基板２４ｃを構成するセラミック焼結体１２は、長期間、紫外光や近紫外光に晒されても変色しないので、発光装置として用いた場合の発光出力の低下が生じない。このため、高品質で耐久性のある製品を廉価に提供できるという効果も有する。
なお、以下に示す実施例４に係る発光素子収納用パッケージ２３ｂ〜２３ｄにおいても発光素子２６として、直接可視光線を発光するもののほかに紫外光又は近紫外光又は青色光を発光するものを使用することができる。この場合、発光素子２６を,波長変換材を包含した封止用樹脂で封止するか、波長変換材を包含した,又は,波長変換材が塗布されたレンズを発光素子２６上に覆設する必要があり、その際の、作用・効果は上述のものと同じである。
また、殺菌や樹脂硬化などの用途として使用できる紫外光の発光装置や、赤外通信などの用途に使用できる赤外光の発光装置に、実施例４に係る発光素子収納用パッケージ２３ａ〜２３ｄを採用した場合でも、上述の可視光の発光装置に適用した場合と全く同様の効果が得られる。
When the light-emitting element storage package 23a is employed in a visible light-emitting device that can be used for display or illumination, the light-emitting element 26 emits ultraviolet light, near-ultraviolet light, or blue light in addition to directly emitting visible light. You may use what emits light. In this case, the light emitting element 26 may be sealed with a sealing resin including a wavelength conversion material (not shown), or a lens including the wavelength conversion material or a lens coated with the wavelength conversion material may be used. You may cover on the light emitting element 26 (not shown).
In this case, visible light obtained by converting the wavelength of ultraviolet light, near ultraviolet light, or blue light emitted from the light emitting element 26 by the wavelength conversion material can be reflected with high efficiency on the surface of the laminated substrate 24a or the substrate 24c. Therefore, the same effect as the light emitting element storage package 23a shown in FIG. In addition, in this case, the ceramic sintered body 12 constituting the laminated substrate 24a and the substrate 24c does not change color even when exposed to ultraviolet light or near ultraviolet light for a long period of time, so that the light emission output is reduced when used as a light emitting device. Does not occur. For this reason, it also has an effect that a high-quality and durable product can be provided at a low price.
In addition, in the light emitting element storage packages 23b to 23d according to Example 4 shown below, as the light emitting element 26, a light emitting element that emits ultraviolet light, near ultraviolet light, or blue light is used in addition to the light emitting element that directly emits visible light. be able to. In this case, the light emitting element 26 is sealed with a sealing resin including a wavelength converting material, or a lens including the wavelength converting material or a lens coated with the wavelength converting material is provided on the light emitting element 26. In this case, the actions and effects are the same as those described above.
Moreover, the light emitting element storage packages 23a to 23d according to the fourth embodiment are applied to an ultraviolet light emitting device that can be used for applications such as sterilization and resin curing, and an infrared light emitting device that can be used for applications such as infrared communication. Even when it is adopted, the same effect as that obtained when applied to the above-described visible light emitting device can be obtained.
また、図８（ａ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ａにおける、積層基板２４ａに代えて、その上面に発光素子２６を収容するための凹部２７を有する積層基板２４ｂを用いて、この凹部２７に発光素子２６を搭載した、図８（ｂ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｂとしてもよい。この場合、発光素子２６の周囲が、セラミック焼結体１２により囲まれるので、発光素子２６から発光される可視光線又は紫外光又は近紫外光又は赤外光,又は,発光素子２６から発光された紫外光又は近紫外光又は青色光が波長変換材により波長変換されてなる可視光線が、積層基板２４ｂの平面方向に拡散して減衰するのを抑制することができる。従って、図８（ａ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ａよりも、より高い発光出力を有する発光装置を提供することができる。
また、図８（ａ）に示す積層基板２４ａに代えて、本発明に係るセラミック焼結体１２製のプレス基板（図示せず）を用いてもよい。この場合、積層基板よりも簡単な工程で基板を製造することができるので、廉価に製品を提供することができるという効果を有する。
Further, in the light emitting element storage package 23a shown in FIG. 8A, instead of the multilayer substrate 24a, a laminated substrate 24b having a concave portion 27 for accommodating the light emitting element 26 on the upper surface thereof is used. A light emitting element storage package 23b shown in FIG. 8B on which the light emitting element 26 is mounted may be used. In this case, since the periphery of the light emitting element 26 is surrounded by the ceramic sintered body 12, visible light, ultraviolet light, near ultraviolet light, infrared light emitted from the light emitting element 26, or light emitted from the light emitting element 26. Visible light obtained by converting the wavelength of ultraviolet light, near-ultraviolet light, or blue light by the wavelength conversion material can be prevented from diffusing and attenuating in the planar direction of the laminated substrate 24b. Accordingly, it is possible to provide a light emitting device having a higher light emission output than the light emitting element storage package 23a shown in FIG.
Moreover, it may replace with the laminated substrate 24a shown to Fig.8 (a), and may use the press board | substrate (not shown) made from the ceramic sintered compact 12 which concerns on this invention. In this case, since the substrate can be manufactured by a simpler process than the laminated substrate, the product can be provided at a low cost.
さらに、図８（ａ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ａにおける積層基板２４ａを、内部に導体配線を収容しない平板状の基板２４ｃとし、さらに、この基板２４ｃ上に搭載される発光素子２６を囲繞するセラミック焼結体１２から成る光反射体３０ａを設けて、図８（ｃ）に示すような発光素子収納用パッケージ２３ｃとしてもよい。
この場合、図８（ｂ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｂの場合のように、発光素子２６から発光される可視光線又は紫外光又は近紫外光又は赤外光,又は,発光素子２６から発光された紫外光又は近紫外光又は青色光が波長変換材により波長変換されてなる可視光線が、積層基板２４ｂの平面方向に拡散して減衰するのを防止することができる。従って、図８（ａ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ａよりも、より発光出力の高い発光装置を提供することができる。
また、図８（ｃ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｃにおいては、基板２４ｃをセラミック焼結体１２からなる平板材とし、かつ、基板２４ｃとは別に構成される光反射体３０ａを、接合材３１を介して接合することで、発光素子収納用パッケージ２３ｃの製造コストを下げることができる。このような、発光素子収納用パッケージ２３ｃにおいては、例えば、基板２４ｃの表面に発光素子２６に電力を供給するための配線２８を形成しておき、この配線２８と,接合用バンプ２５上に搭載される発光素子２６とをボンディングワイヤ２９により接続してもよい。
Further, the laminated substrate 24a in the light emitting element storage package 23a shown in FIG. 8A is a flat substrate 24c that does not accommodate conductor wiring therein, and further surrounds the light emitting element 26 mounted on the substrate 24c. A light reflector 30a made of the ceramic sintered body 12 may be provided to form a light emitting element storage package 23c as shown in FIG.
In this case, visible light, ultraviolet light, near ultraviolet light, infrared light emitted from the light emitting element 26, or light emission from the light emitting element 26 as in the case of the light emitting element housing package 23b shown in FIG. Visible light obtained by converting the wavelength of the ultraviolet light, near-ultraviolet light, or blue light by the wavelength conversion material can be prevented from diffusing and attenuating in the plane direction of the laminated substrate 24b. Accordingly, it is possible to provide a light emitting device having a higher light emission output than the light emitting element housing package 23a shown in FIG.
In the light emitting element storage package 23c shown in FIG. 8C, the substrate 24c is a flat plate made of the ceramic sintered body 12, and the light reflector 30a configured separately from the substrate 24c is used as a bonding material. By joining via 31, the manufacturing cost of the light emitting element storage package 23 c can be reduced. In such a light emitting element storage package 23c, for example, a wiring 28 for supplying power to the light emitting element 26 is formed on the surface of the substrate 24c, and is mounted on the wiring 28 and the bonding bump 25. The light emitting element 26 to be connected may be connected by a bonding wire 29.
さらに、図８（ｃ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｃでは、基板２４ｃと光反射体３０ａを構成するセラミック焼結体１２を、本発明に係るセラミック焼結体１２ａ又はセラミック焼結体１２ｂ等のいずれかに統一してもよいし、互いに異なる本発明に係るセラミック焼結体１２を用いてもよい。いずれの場合も、基板２４ｃと光反射体３０ａを構成するセラミック焼結体１２の熱膨張係数はほぼ整合するので、熱サイクルがかかった場合に、基板２４ｃから光反射体３０ａが剥離する等の不具合の発生を防止することができる。
つまり、図８（ｃ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｃによれば、発光出力が高く,かつ,信頼性の高い発光装置を廉価に提供できる。
Further, in the light emitting element storage package 23c shown in FIG. 8C, the ceramic sintered body 12 constituting the substrate 24c and the light reflector 30a is replaced with the ceramic sintered body 12a or the ceramic sintered body 12b according to the present invention. The ceramic sintered bodies 12 according to the present invention which are different from each other may be used. In either case, since the thermal expansion coefficients of the substrate 24c and the ceramic sintered body 12 constituting the light reflector 30a are substantially matched, the light reflector 30a is peeled off from the substrate 24c when a thermal cycle is applied. The occurrence of defects can be prevented.
That is, according to the light emitting element storage package 23c shown in FIG. 8C, a light emitting device having high light emission output and high reliability can be provided at low cost.
なお、図８（ｃ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｃにおいて、基板２４ｃに代えて図８（ａ）に示す積層基板２４ａを用いてもよい。この場合、基板２４ｃ上に形成される配線２８を積層基板２４ａ内に収容することができ、しかも、ボンディングワイヤ２９を設ける必要がないので、発光素子収納用パッケージ２３ｃの構成をより簡素化することができ、同一面積内において基板２４ｃよりも多数の発光素子２６を搭載することができる。この結果、発光装置の発光出力を大きくすることができる。 In the light emitting element storage package 23c shown in FIG. 8C, a laminated substrate 24a shown in FIG. 8A may be used instead of the substrate 24c. In this case, the wiring 28 formed on the substrate 24c can be accommodated in the laminated substrate 24a, and since it is not necessary to provide the bonding wire 29, the configuration of the light emitting element accommodating package 23c is further simplified. More light emitting elements 26 than the substrate 24c can be mounted within the same area. As a result, the light emission output of the light emitting device can be increased.
先の図８（ｃ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｃにおける、配線２８を、例えば、銅、鉄−ニッケル−コバルト合金や、鉄−ニッケル合金などの金属部材で構成される配線板３２とし、それを介して基板２４ｃ上に光反射体３０ｂを接合したものが、図８（ｄ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｄである。なお、図８（ｃ）において、光反射体３０ｂと配線板３２、および、配線板３２と基板２４ｃはいずれも接合材３１により接合されている。この発光素子収納用パッケージ２３ｄでは、配線板３２と発光素子２６とをボンディングワイヤ２９により電気的に接続している。
このような発光素子収納用パッケージ２３ｄは、上述の発光素子収納用パッケージ２３ｃとほぼ同じ作用・効果を有しながらも、その構成は一層シンプルになっている。従って、発光素子収納用パッケージ２３ｄによれば、上述の発光素子収納用パッケージ２３ｃと同程度の機能を有するものをより廉価に供給することができる。
なお、図８（ｄ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｄでは、基板２４ｃと光反射体３０ｂを構成するセラミック焼結体１２を、本発明に係るセラミック焼結体１２ａ又はセラミック焼結体１２ｂ等のいずれかに統一してもよいし、互いに異なる本発明に係るセラミック焼結体１２を用いてもよい。いずれの場合も、基板２４ｃと光反射体３０ｂを構成するセラミック焼結体１２の熱膨張係数がほぼ整合するので、熱サイクルがかかった場合に基板２４ｃから光反射体３０ｂが剥離する等の不具合の発生を防止することができる。
The wiring 28 in the light emitting element housing package 23c shown in FIG. 8C is a wiring board 32 made of a metal member such as copper, iron-nickel-cobalt alloy, or iron-nickel alloy, for example. A light-emitting element storage package 23d shown in FIG. 8D is obtained by joining the light reflector 30b on the substrate 24c through this. In FIG. 8C, the light reflector 30 b and the wiring board 32, and the wiring board 32 and the substrate 24 c are all bonded by the bonding material 31. In the light emitting element storage package 23 d, the wiring board 32 and the light emitting element 26 are electrically connected by bonding wires 29.
Such a light emitting element storage package 23d has substantially the same function and effect as the above-described light emitting element storage package 23c, but has a simpler configuration. Therefore, according to the light emitting element storage package 23d, a light emitting element storage package having the same function as the light emitting element storage package 23c can be supplied at a lower cost.
8D, the ceramic sintered body 12 constituting the substrate 24c and the light reflector 30b is replaced with the ceramic sintered body 12a or the ceramic sintered body 12b according to the present invention. The ceramic sintered bodies 12 according to the present invention which are different from each other may be used. In any case, since the thermal expansion coefficients of the substrate 24c and the ceramic sintered body 12 constituting the light reflector 30b are substantially matched, the light reflector 30b is peeled off from the substrate 24c when a thermal cycle is applied. Can be prevented.
なお、上述のような実施例４に係る発光素子収納用パッケージ２３ａ〜２３ｄにおいて、発光素子２６を囲繞する光反射体３０ａ,３０ｂは、必ずしも切れ目のない環状体により構成する必要はなく、複数のパーツにより発光素子２６を囲繞するよう構成してもよい。なお、ここでいう「環状」とは、必ずしも「円形」のみを意味しているのではなく、多角形などの角を有するものでもよく、端部を備えることなく連続してつながっている状態を示すものである。
また、図８においては、積層基板２４ａ,２４ｂ又は基板２４ｃ上に１つの発光素子２６を搭載する場合を例に挙げて説明しているが、積層基板２４ａ,２４ｂ又は基板２４ｃ上に搭載される発光素子２６の数は必ずしも１つである必要はなく複数でもよい。また、光反射体３０ａ,光反射体３０ｂをセラミック焼結体１２に少なくとも１つの貫通孔を備えた形態とする場合、この貫通孔内に収容される発光素子２６の数は、１つでもよいし複数でもよい。さらに、積層基板２４ａ,２４ｂ又は基板２４ｃ上に１つ以上の発光素子２６を搭載する場合、発光素子２６を個別に光反射体３０ａ,３０ｂで囲繞してもよいし、複数の発光素子２６を１つの光反射体３０ａ,３０ｂで囲繞してもよい。
In the light emitting element storage packages 23a to 23d according to the fourth embodiment as described above, the light reflectors 30a and 30b surrounding the light emitting element 26 do not necessarily need to be formed of a continuous annular body. You may comprise so that the light emitting element 26 may be surrounded by parts. The term “annular” as used herein does not necessarily mean only “circular”, but may have a corner such as a polygon, and is a continuous state without having an end. It is shown.
In FIG. 8, the case where one light emitting element 26 is mounted on the multilayer substrates 24a, 24b or the substrate 24c is described as an example. However, the light emitting element 26 is mounted on the multilayer substrates 24a, 24b or the substrate 24c. The number of the light emitting elements 26 is not necessarily one, and may be plural. Further, when the light reflector 30a and the light reflector 30b are provided with at least one through hole in the ceramic sintered body 12, the number of light emitting elements 26 accommodated in the through hole may be one. There may be more than one. Further, when one or more light emitting elements 26 are mounted on the laminated substrates 24a, 24b or the substrate 24c, the light emitting elements 26 may be individually surrounded by the light reflectors 30a, 30b, or a plurality of light emitting elements 26 may be provided. You may surround with one light reflector 30a, 30b.
なお、図８（ｃ）,（ｄ）に示す発光素子収納用パッケージ２３ｃ,２３ｄにおける光反射体３０ａ,３０ｂと、基板２４ｃのうちのいずれか一方のみを本発明に係るセラミック焼結体１２により構成し、他方を,例えば,アルミナのみからなるアルミナセラミックスにより構成してもよい。この場合、光反射体３０ａ,３０ｂと、基板２４ｃを構成するそれぞれのセラミック焼結体の熱膨張係数が近似するので、熱サイクルが作用した際に、光反射体３０ａ,３０ｂの基板２４ｃからの剥離を生じ難くすることができる。また、実施例２,３に係るセラミック焼結体１２にと比較して、アルミナのみからなるアルミナセラミックスは本発明に係るセラミック焼結体１２よりも安価に供給できるので、発光装置として必要かつ十分な機能を有する製品を廉価に供給できるという効果を有する。 Note that only one of the light reflectors 30a and 30b and the substrate 24c in the light emitting element storage packages 23c and 23d shown in FIGS. 8C and 8D is formed by the ceramic sintered body 12 according to the present invention. For example, the other may be made of alumina ceramics made of only alumina. In this case, since the thermal expansion coefficients of the respective ceramic sintered bodies constituting the light reflectors 30a and 30b and the substrate 24c are approximate, when the thermal cycle is applied, the light reflectors 30a and 30b are separated from the substrate 24c. Peeling can be made difficult to occur. In addition, compared with the ceramic sintered body 12 according to Examples 2 and 3, alumina ceramics made of only alumina can be supplied at a lower cost than the ceramic sintered body 12 according to the present invention. It has an effect that a product having a special function can be supplied at a low price.
以上述べたような実施例４に係る発光素子収納用パッケージ２３ａ〜２３ｄによれば、発光出力が高く,かつ,発光装置用基板として用いた場合に、アルミナのみからなるセラミックスよりも高い信頼性を有する発光装置を提供することができる。 According to the light emitting element storage packages 23a to 23d according to Example 4 as described above, the light emission output is high, and when used as a light emitting device substrate, the reliability is higher than that of ceramics made of only alumina. A light emitting device having the same can be provided.
以下に、実施例２及び実施例３に係るセラミック焼結体１２ａ,１２ｂの効果を立証する目的で行った試験結果について図９乃至図１２、及び、表２乃至表５を参照しながら説明する。
まず、本試験に使用した供試サンプルの作製方法について表２及び表３を参照しながら説明する。
本試験に用いる供試サンプルとして、実施例２に係るセラミック焼結体、シリカを添加した実施例３（：シリカの添加量を変えてそれぞれ実施例３Ａ〜３Ｃとした）に係るセラミック焼結体、純度が低く（不純物の含有量が多く）粒度の粗いジルコニアを粉体材料として使用した比較例１に係るセラミック焼結体、アルミナのみからなる比較例２に係るセラミック焼結体の６種類をそれぞれ準備した。
なお、実施例２、実施例３Ａ〜３Ｃ、比較例１,２に係るセラミック焼結体の作製に使用した材料粉体等の各成分の配合割合は下表２に示すとおりである。
Hereinafter, test results conducted for the purpose of verifying the effects of the ceramic sintered bodies 12a and 12b according to Example 2 and Example 3 will be described with reference to FIGS. 9 to 12 and Tables 2 to 5. .
First, the preparation method of the sample used for this test will be described with reference to Tables 2 and 3.
As a test sample used in this test, the ceramic sintered body according to Example 2 and the ceramic sintered body according to Example 3 to which silica was added (: Example 3A to 3C were changed by changing the addition amount of silica, respectively) 6 types of ceramic sintered body according to Comparative Example 1 using low-purity (high impurity content) and coarse zirconia as a powder material, and ceramic sintered body according to Comparative Example 2 made only of alumina. Prepared each.
In addition, the compounding ratio of each component, such as material powder used for preparation of the ceramic sintered body according to Example 2, Examples 3A to 3C, and Comparative Examples 1 and 2, is as shown in Table 2 below.
また、上表２中におけるジルコニアＡ,Ｂのそれぞれの組成は、下表３に示すとおりである。下表３おいて、ジルコニア（ＺｒＯ２）Ａは、不純物が少なく粒度の細かいジルコニア粉末であり、ジルコニア（ＺｒＯ２）Ｂは、不純物が多く粒度の粗いジルコニア粉末である。 The compositions of zirconia A and B in Table 2 are as shown in Table 3 below. In Table 3 below, zirconia (ZrO 2 ) A is a fine zirconia powder with few impurities, and zirconia (ZrO 2 ) B is a coarse zirconia powder with many impurities.
さらに、上表２に示すような割合で配合された粉体材料,又は,粉体材料及びシリカを、先の実施例１に係るセラミック焼結体１の製造方法と同じ手順（ステップＳ１〜Ｓ５）に従って、混合、成形、焼成して供試サンプルを製造した。また、上記供試サンプルはいずれもプレス成形法により焼成後の厚さが１.０〜１.２ｍｍになるように調整して成形した後、１５６０〜１６００℃の温度条件下において焼成した。 Furthermore, the same procedure as the method for manufacturing the ceramic sintered body 1 according to Example 1 (steps S1 to S5) is performed by mixing the powder material, or the powder material and silica, blended in the proportions shown in Table 2 above. ) To prepare test samples by mixing, molding and firing. In addition, each of the test samples was molded by adjusting the thickness after firing to 1.0 to 1.2 mm by a press molding method, and then fired under a temperature condition of 1560 to 1600 ° C.
また、本願発明に係るセラミック焼結体の他の実施例（請求項２に対応）として、先に述べた実施例２に係るセラミック焼結体の粉体材料を構成するジルコニア以外の材料についても高純度なものを使用したサンプルを作製し、このサンプルの焼結体成分をＩＣＰ発光分析により分析した際の分析結果を示したものが以下に示す表４である。
下表４から明らかなように、他の実施例に係るサンプル中に含有される不純物（着色物質）であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合、この他の実施例に係るサンプル中に含有されるＦｅ２Ｏ３及びＴｉＯ２の量は、いずれも０.０５ｗｔ％以下であった。
Further, as another example of the ceramic sintered body according to the present invention (corresponding to claim 2), materials other than zirconia constituting the powder material of the ceramic sintered body according to Example 2 described above are also used. Table 4 shown below shows the analysis results when a sample using a high-purity sample was prepared and the sintered body components of this sample were analyzed by ICP emission analysis.
As apparent from Table 4 below, the contents of Fe and Ti, which are impurities (coloring substances) contained in the samples according to the other examples, Fe is Fe 2 O 3 and Ti is TiO 2 respectively. When converted and shown, the amounts of Fe 2 O 3 and TiO 2 contained in the samples according to the other examples were both 0.05 wt% or less.
図９を参照しながら実施例２及び実施例３に係るセラミック焼結体の内部構造の違いについて説明する。
図９（ａ）は実施例２に係るセラミック焼結体の内部断面の走査電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は実施例３Ｂに係るセラミック焼結体（シリカ５.０ｗｔ％添加）の内部断面の走査電子顕微鏡写真である。
図９（ａ）,（ｂ）中において、白い粒子はジルコニア粒子１８である。特に図示していないが、粉体材料の全重量に対するシリカの添加量が増加するにつれジルコニア粒子１８の粒子径が大きくなる傾向が認められた。図９（ｂ）においては、先の図７中に示す粒界層２２の存在を確認することができた。
The difference in the internal structure of the ceramic sintered bodies according to Example 2 and Example 3 will be described with reference to FIG.
FIG. 9A is a scanning electron micrograph of the internal cross section of the ceramic sintered body according to Example 2, and FIG. 9B is the internal cross section of the ceramic sintered body according to Example 3B (added with 5.0 wt% silica). It is a scanning electron micrograph of this.
9A and 9B, the white particles are zirconia particles 18. Although not shown in particular, it was recognized that the particle diameter of the zirconia particles 18 increased as the amount of silica added relative to the total weight of the powder material increased. In FIG. 9B, the presence of the grain boundary layer 22 shown in FIG. 7 was confirmed.
図１０乃至図１２を参照しながら実施例２及び実施例３に係るセラミック焼結体の表面における可視光線の反射率の測定結果について説明する。
図１０は実施例２及び実施例３に係る供試サンプルに可視光線の波長を１０ｎｍずつ変えながら照射した際の表面における反射率の測定結果を示したグラフである。また、比較対象として上表２に示す比較例１，２に係るサンプルと、銀めっき被膜（銀薄膜）を有する比較例３に係るサンプルの表面における可視光線の反射率についても測定して併せて図１０に示した。
図１０から明らかなように、散乱体３５として作用するジルコニアを含有する実施例２及び３Ａでは、全ての波長において、また、不純物の含有量が大きいが同じくジルコニアを含有する比較例１では、波長４７０ｎｍ以上において、アルミナのみからなる比較例２よりも反射率が高くなっている。不純物の含有量が低く（純度が高く）粒度の細かいジルコニアＡ（上表３を参照）を使用した実施例２に係る供試サンプルは、不純物の含有量が高く（純度が低く）粒度の粗いジルコニアＢ（上表３を参照）を使用した比較例１に係る供試サンプルよりも、その表面における可視光線の反射率が高いことが確認された。
また、シリカを添加しなかった実施例２に係る供試サンプルと、シリカを添加した実施例３に係る供試サンプルでは、実施例３に係る供試サンプルの表面における可視光線の反射率の方が高かった。これは、シリカを添加した場合、セラミック焼結体中に反射面として作用する、シリカを主成分とする粒界層２２が新たに形成されることにより、セラミック焼結体中の反射面の面積の積算値が増大するためであると考えられる。
そして、図１０より、本発明に係るセラミック焼結体（実施例２，３Ａ）が、銀めっき被膜に相当する程の高い反射率を有していることが確認された。
Measurement results of the reflectance of visible light on the surfaces of the ceramic sintered bodies according to Example 2 and Example 3 will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
FIG. 10 is a graph showing the measurement results of the reflectance on the surface when the sample samples according to Example 2 and Example 3 are irradiated while changing the wavelength of visible light by 10 nm. In addition, the reflectance of visible light on the surface of the sample according to Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 2 above as a comparison target and the sample according to Comparative Example 3 having a silver plating film (silver thin film) is also measured. This is shown in FIG.
As is clear from FIG. 10, in Examples 2 and 3A containing zirconia acting as the scatterer 35, in all wavelengths, and in Comparative Example 1 containing a large amount of impurities but also containing zirconia, the wavelength At 470 nm or more, the reflectance is higher than that of Comparative Example 2 made of only alumina. The test sample according to Example 2 using zirconia A having a low impurity content (high purity) and a fine particle size (see Table 3 above) has a high impurity content (low purity) and a coarse particle size. It was confirmed that the reflectance of visible light on the surface was higher than that of the test sample according to Comparative Example 1 using zirconia B (see Table 3 above).
Further, in the test sample according to Example 2 to which silica was not added and the test sample according to Example 3 to which silica was added, the visible light reflectance on the surface of the test sample according to Example 3 Was expensive. This is because, when silica is added, the area of the reflective surface in the ceramic sintered body is newly formed by forming a grain boundary layer 22 mainly composed of silica that acts as a reflective surface in the ceramic sintered body. This is thought to be because the integrated value increases.
And from FIG. 10, it was confirmed that the ceramic sintered compact (Example 2, 3A) which concerns on this invention has a reflectance so high that it is equivalent to a silver plating film.
図１１は実施例３Ａ〜３Ｃに係る供試サンプルに可視光線の波長を１０ｎｍずつ変えながら照射した際の表面における反射率の測定結果を示したグラフである。なお、上表２にも示すように、実施例３Ａ〜３Ｃのそれぞれの供試サンプルにおけるシリカの添加量は、粉体材料の全重量に対してそれぞれ１.５ｗｔ％, ５.００ｗｔ％, １０.００ｗｔ％である。また、図１１のグラフ中には比較対象として、実施例２に係る供試サンプルの反射率の測定結果も併せて記載した。
図１１から明らかなように、シリカを添加した実施例３Ａ〜３Ｃ（実施例３）に係る供試サンプルでは、可視光線の波長が短い場合に反射率が高くなる傾向が認められ、可視光線の波長が長い場合は、実施例２に係る供試サンプルと同程度の反射性を有することが確認された。
よって、セラミック焼結体１２の製造時に、粉体材料にシリカを添加することで、その表面における可視光線の反射率を、シリカを加えない場合と比較して同等以上にすることができることが確認できた。
FIG. 11 is a graph showing the measurement results of the reflectance on the surface when the test samples according to Examples 3A to 3C are irradiated while changing the wavelength of visible light by 10 nm. As shown in Table 2 above, the addition amount of silica in each test sample of Examples 3A to 3C was 1.5 wt%, 5.00 wt%, and 10 wt%, respectively, with respect to the total weight of the powder material. 0.000 wt%. In addition, in the graph of FIG. 11, the measurement result of the reflectance of the test sample according to Example 2 is also described as a comparison object.
As is clear from FIG. 11, in the test samples according to Examples 3A to 3C (Example 3) to which silica was added, when the wavelength of visible light is short, a tendency for the reflectance to increase is recognized, and the visible light When the wavelength was long, it was confirmed that the sample had the same degree of reflectivity as the test sample according to Example 2.
Therefore, it is confirmed that the reflectance of visible light on the surface can be made equal to or higher than that when silica is not added by adding silica to the powder material during the production of the ceramic sintered body 12. did it.
図１２は実施例３Ａ〜３Ｃに係る供試サンプルにおける波長４５０ｎｍにおける反射率をシリカの添加量に対してプロットしたグラフである。なお、基準となる波長を４５０ｎｍとしたのは、実施例２及び実施例３に係るセラミック焼結体１２が、青色光（発光波長４５０ｎｍ程度）を発光する発光素子と、青色光を黄色光に変換する波長変換材とを用いた白色光源として利用される可能性が高いからである。
図１２から明らかなように、実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂを製造する際に、粉体材料の全重量に対してシリカを約３ｗｔ％の添加したときにその表面における可視光線の反射率が最大となり、その後、シリカの添加量が増加するにつれ可視光線の反射率は低下する傾向が認められた。
先の図９（ｂ）からも明らかなように、シリカの添加量の増加に伴いジルコニア粒子１８の粒子径が肥大して可視光の波長（０.１〜１.０μｍ程度）よりも大きくなる方向にずれてしまう傾向が認められた。そして、シリカの添加量に伴うジルコニア粒子１８の肥大化は、ジルコニア粒子１８による可視光線の散乱効果を低下させるため不利に働くものの、シリカを添加することによってセラミック焼結体１２ｂ中に粒界層２２が生成され、この粒界層２２の形成に伴って反射面として作用する境界２１ｂ，２１ｃが新たに生成されるという効果が発揮され、この効果により先の不利な要因が相殺されて、さらに反射性の向上に一層有利に働いたと考えられる。
よって、これらの試験結果から、セラミック焼結体１２ｂの作製時に、シリカを添加することで、セラミック焼結体１２ｂの表面における可視光線の反射率を向上させることができることが確認された。なお、本試験においては可視光線の反射率の測定にコニカミノルタ社製分光測色計（型番；ＣＭ−３６００ｄ）を使用した。
FIG. 12 is a graph in which the reflectance at a wavelength of 450 nm in the test samples according to Examples 3A to 3C is plotted with respect to the addition amount of silica. The reference wavelength was set to 450 nm because the ceramic sintered body 12 according to Example 2 and Example 3 emitted blue light (emission wavelength of about 450 nm) and blue light into yellow light. This is because the possibility of being used as a white light source using a wavelength conversion material to be converted is high.
As is apparent from FIG. 12, when the ceramic sintered body 12b according to Example 3 is manufactured, when about 3 wt% of silica is added to the total weight of the powder material, the reflection of visible light on the surface thereof. It was observed that the reflectance of visible light tended to decrease as the addition rate of silica increased and the amount of silica added increased thereafter.
As is clear from FIG. 9B, the particle diameter of the zirconia particles 18 is enlarged with an increase in the amount of silica added and becomes larger than the wavelength of visible light (about 0.1 to 1.0 μm). There was a tendency to shift in the direction. The enlargement of the zirconia particles 18 due to the added amount of silica works disadvantageously to reduce the visible light scattering effect by the zirconia particles 18, but the grain boundary layer is added to the ceramic sintered body 12b by adding silica. 22 is generated, and the boundary 21b, 21c acting as a reflecting surface is newly generated along with the formation of the grain boundary layer 22, and this disadvantage cancels the disadvantageous factor, It is thought that it worked more favorably in improving the reflectivity.
Therefore, from these test results, it was confirmed that the reflectance of visible light on the surface of the ceramic sintered body 12b can be improved by adding silica during the production of the ceramic sintered body 12b. In this test, a spectrocolorimeter manufactured by Konica Minolta (model number: CM-3600d) was used for measuring the reflectance of visible light.
最後に、実施例３に係るセラミック焼結体の絶縁性の向上効果を確認するために行った試験結果について説明する。
実施例２及び実施例３Ａに係るそれぞれの供試サンプルにおける体積抵抗の測定値を下表５に示した。なお、体積抵抗の測定には、ＪＩＳ Ｃ２１４１ 電気絶縁用セラミック材料試験方法を採用した。
Finally, the results of tests conducted to confirm the insulating effect of the ceramic sintered body according to Example 3 will be described.
The measured values of the volume resistance in the respective test samples according to Example 2 and Example 3A are shown in Table 5 below. For measuring the volume resistance, the JIS C2141 electrical insulating ceramic material test method was adopted.
上表５から明らかなように、粉体材料の全重量に対してシリカを１.５ｗｔ％添加した実施例３Ａに係る供試サンプルでは、実施例２に係る供試サンプルに比べて、絶縁性が向上する傾向が認められた。従って、シリカを添加することで実施例３に係るセラミック焼結体１２ｂを、発光装置用基板としての利用に特に適したものにすることができることが確認された。 As is apparent from Table 5 above, the test sample according to Example 3A in which 1.5 wt% of silica was added to the total weight of the powder material was more insulative than the test sample according to Example 2. Tended to improve. Therefore, it was confirmed that the ceramic sintered body 12b according to Example 3 can be made particularly suitable for use as a substrate for a light emitting device by adding silica.
以上説明したように、本発明は従来品に比べて機械的強度が高くかつ放熱性に優れ、さらに、高反射性を有し、経時変化に伴う劣化などによる反射性の低下が生じないセラミック焼結体及び光反射体及び発光素子収納用パッケージに関するものであり発光装置等の電子機器の分野において利用可能である。 As described above, the present invention has a ceramic strength higher than that of the conventional product, excellent in heat dissipation, high reflectivity, and no deterioration in reflectivity due to deterioration with time. The present invention relates to a combined body, a light reflector, and a light emitting element storage package, and can be used in the field of electronic devices such as light emitting devices.
１…セラミック焼結体 １２,１２ａ,１２ｂ…セラミック焼結体 １３…入射光 １４…反射光 １５…透過光 １６…散乱光 １７…アルミナ粒子 １８…ジルコニア粒子 １９…気孔 ２０…境界面（反射面） ２１…粒界（反射面） ２１ｂ，２１ｃ…境界 ２２…粒界層 ２３ａ〜２３ｄ…発光素子収納用パッケージ ２４ａ,２４ｂ…積層基板 ２４ｃ…基板 ２５…接合用バンプ ２６…発光素子 ２７…凹部 ２８…配線 ２９…ボンディングワイヤ ３０ａ,３０ｂ…光反射体 ３１…接合材 ３２…配線板 ３５…散乱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic sintered compact 12,12a, 12b ... Ceramic sintered compact 13 ... Incident light 14 ... Reflected light 15 ... Transmitted light 16 ... Scattered light 17 ... Alumina particle 18 ... Zirconia particle 19 ... Pore 20 ... Interface (reflective surface) 21 ... Grain boundary (reflection surface) 21b, 21c ... Boundary 22 ... Grain boundary layer 23a-23d ... Light emitting element storage package 24a, 24b ... Laminated substrate 24c ... Substrate 25 ... Bonding bump 26 ... Light emitting element 27 ... Recess 28 ... Wiring 29 ... Bonding wires 30a, 30b ... Light reflector 31 ... Bonding material 32 ... Wiring board 35 ... Scattering body
Claims (6)
前記セラミック焼結体を製造する際に用いる粉体材料は、主成分のアルミナと、ジルコニアと、マグネシア粉末とを含有し、
前記ジルコニアの含有量の上限は、前記粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％であり、
前記マグネシアの含有量は、前記粉体材料の全重量に対して０.０５〜１.００ｗｔ％の範囲内であり、
前記ジルコニア中の不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、前記ＦｅをＦｅ２Ｏ３に，前記ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合，前記Ｆｅ２Ｏ３，前記ＴｉＯ２のそれぞれの含有量は，前記ジルコニアの全重量に対して０.０５ｗｔ％以下であり、
前記ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径は、１.５μｍ以下であることを特徴とするセラミック焼結体。 A ceramic sintered body formed by molding and then firing a mixture of powder materials,
The powder material used when manufacturing the ceramic sintered body contains main components of alumina, zirconia, and magnesia powder,
The upper limit of the content of the zirconia is 30 wt% with respect to the total weight of the powder material,
The content of magnesia is in the range of 0.05 to 1.00 wt% with respect to the total weight of the powder material,
When the contents of Fe and Ti, which are impurities in the zirconia, are expressed by converting the Fe to Fe 2 O 3 and the Ti to TiO 2 , respectively, the Fe 2 O 3 and the TiO 2 respectively. The content is 0.05 wt% or less with respect to the total weight of the zirconia,
A 97% particle size determined from the particle size distribution of the zirconia is 1.5 μm or less.
このシリカの添加量の上限値は、前記粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセラミック焼結体。 In the ceramic sintered body, silica is added in addition to the powder material at the time of production,
3. The ceramic sintered body according to claim 1, wherein an upper limit value of the addition amount of silica is 10 wt% or less with respect to a total weight of the powder material.
この光反射体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体からなることを特徴とする光反射体。 A light reflector for diffusively reflecting a light beam having a peak at a wavelength of 200 to 2500 nm,
This light reflector consists of the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3. The light reflector characterized by the above-mentioned.
前記基板は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成されることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。 In a light emitting element storage package having a light emitting element that emits ultraviolet light, near ultraviolet light, visible light, or infrared light, and a substrate that supports and fixes the light emitting element,
The said board | substrate is comprised with the ceramic sintered compact of any one of Claim 1 thru | or 3, The package for light emitting element accommodation characterized by the above-mentioned.
前記基板と前記光反射体のうちの少なくとも一方は請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック焼結体により構成されることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。 A light emitting element that emits ultraviolet light, near ultraviolet light, visible light, or infrared light, a substrate that supports and fixes the light emitting element, and a light reflector that is directly or indirectly mounted on the substrate and surrounds the light emitting element. In a light emitting element storage package having,
A package for housing a light emitting element, wherein at least one of the substrate and the light reflector is constituted by the ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 3.
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