JP2012074474A - 発光素子搭載用基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光素子の金属層に対する電気的接続を確実に行うことができ、かつ金属層とガラス層との界面におけるクラック等を抑制できる発光素子搭載用基板を提供する。
【解決手段】 発光素子７の搭載部１ａを有する絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に被着された金属層２と、金属層２を被覆するガラス層３とを備え、ガラス層３に、金属層２の発光素子７が導電性接続材６を介して電気的に接続される部分を露出させる開口部が設けられており、この開口部において露出する金属層２に、金属層２の開口部において露出している部分は、少なくとも外周部においてガラス層３よりも上側に突出している発光素子搭載用基板９である。開口部において露出する金属層２の突出している部分２ａによって、導電性接続材６の接続時に金属層２とガラス層３の界面に作用する応力を抑制し、ガラス層３と金属層２との間のクラックを抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光素子を搭載するための発光素子搭載用基板に関する。
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザ）等の発光素子の高輝度化や白色化に伴い、照明や携帯電話や大型液晶テレビのバックライト等の多様な分野で発光素子が光源として多く用いられてきている。
このような発光素子を用いた光源には、高信頼，長寿命、高発光効率、低発熱量、高速応答、耐衝撃性、小型化、軽量化、耐環境性等の特性が求められる。特に、長期にわたって高い発光効率を維持できることが要求される。
これらの要求を満たすために、また、外部からの機械的な衝撃や化学的な作用に対する保護や、プリント回路基板等の外部基板への実装性（電気的な接続の信頼性等）の向上等を目的に、発光素子は一般に、発光素子搭載用基板に搭載され、蛍光体の成分を含有する透明な樹脂等で封止された発光装置として用いられている。発光素子搭載用基板として一般的なものは、セラミック焼結体等からなる絶縁基板の上面に発光素子の搭載部を有し、搭載部を含む絶縁基板の上面に金属層（発光素子に電力を供給するための配線導体や光を反射させるための反射層）が被着されたものである。
発光素子搭載用基板においては、光の利用効率を向上させるために、金属層の表面の光の反射率が高いことが望ましい。そのため、光の反射率が高い物質である（可視光において光の反射率が金属材料中最大である）銀または銀を主成分とする金属材料を金属層として被着させた発光素子搭載用基板が用いられるようになってきている。
また、このような銀を金属層として被着させることができるガラスセラミック焼結体で絶縁基板（絶縁層）を形成した発光素子搭載用基板が注目されている。この場合、金属層は、例えば銀（系）の金属ペーストを未焼成の絶縁基板の表面に塗布して同時焼成することによって形成される。
銀を金属層として用いた場合には、銀が硫化や酸化をする物質であるため、硫化反応等により金属層の表面が黄色や黒色等に変色して、光の反射率が低下してしまう可能性がある。また、発光素子を絶縁基板に搭載した後に透明な樹脂で発光素子を封止した場合にも、樹脂が吸湿する性質を有することから、外気中の水分等に対する金属層の保護が不十分であるため、金属層に変色が発生する可能性がある。
このような問題点に対しては、銀（系）の金属層の表面をガラス層で被覆し、このガラス層で、光の透過を可能にしながら銀の硫化等の化学変化を抑制するという手段が考えられる。
特開2006−140360号公報 特開2009−231440号公報 特開2010−34487号公報
しかしながら、金属層をガラス層で被覆した場合には、金属層に対する発光素子の電気的な接続のために、ガラス層の一部に厚み方向に貫通する開口部を設け、この開口部において金属層を露出させる必要があり、この開口部の周辺においてガラス層（端部分）と金属層との界面にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性があるという問題があった。
すなわち、例えば図６に示すように、発光素子（図示せず）を、ボンディングワイヤ（いわゆる金ワイヤやアルミニウムワイヤ）等の導電性接続材16を介して絶縁基板11上の金属層12の露出部分（開口部）に電気的に接続させる場合、超音波エネルギーや荷重，熱エネルギー等を導電性接続材16の金属層12に対する当接界面に印加する。この超音波等のエネルギーで、金属層12および導電性接続材16の金等の金属成分を上記当接界面において部分的に溶融させて、接続させる。そのため、この接続の際に、開口部の周辺において超音波エネルギー等に起因する応力（超音波振動に伴うせん断応力や熱応力等）が、この接続部分とほぼ同じ平面上で近接しているガラス層13と金属層12の界面に作用し、ガラス層13と金属層12との界面にクラック等の破壊が生じる可能性がある。
このようなクラック等が生じると、発光素子を搭載し、樹脂等で気密封止を行った後、外部からクラックを通って水分等が浸入し、絶縁基板に形成した金属層が酸化や硫化等の化学反応を起こし、光の反射率が低下してしまう可能性がある。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、金属層と金属層を被覆するガラス層との界面におけるクラックや、このクラックに起因する金属層の変色を抑制することができる、高反射率，高信頼性の発光素子搭載用基板を提供することにある。
本発明の発光素子搭載用基板は、上面に発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面に被着された金属層と、該金属層を被覆するガラス層とを備える発光素子搭載用基板であって、前記ガラス層に、前記金属層の前記発光素子が導電性接続材を介して電気的に接続される部分を露出させる開口部が設けられており、前記金属層の前記開口部において露出している部分は、少なくとも外周部において、前記ガラス層よりも上側に突出していることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基板は、上記構成において、前記開口部において露出する前記金属層が、少なくとも最表層が金めっき層であるめっき層によって被覆されていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基板は、上記構成において、前記絶縁基板の上面に前記搭載部を取り囲む絶縁枠体が積層されているとともに、該絶縁枠体の内側面に金属層と該金属層を被覆するガラス層とが順次被着されていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基板は、上記構成において、前記金属層の前記開口部において露出している部分の外周部は、前記枠状部に面した部分における高さが、他の部分における高さよりも高いことを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用基板によれば、上面に発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁基板の上面に被着された金属層を被覆するガラス層に、金属層の発光素子が導電性接続材を介して電気的に接続される部分を露出させる開口部が設けられており、金属層の開口
部において露出している部分は、少なくとも外周部においてガラス層よりも上側に突出していることから、発光素子を実装する際に導電性接続材に印加される超音波エネルギーや荷重，温度（熱エネルギー）に起因する応力が開口部の周辺において金属層とガラス層の界面に作用することが効果的に抑制され、この応力に起因して金属層とガラス層との界面にクラック等の機械的な破壊が発生することを抑制することができる。
すなわち、金属層のうち開口部において露出している部分の少なくとも外周部がガラス層よりも上側に突出しているため、導電性接続材と金属層との接続部分と、開口部周辺のガラス層の端部分と金属層との界面との間に、金属層の突出した部分（突出に伴う段差部分）が介在する。そのため、導電性接続材と金属層との接続部分で発生した応力が、突出した部分において分散または減衰し、ガラス層の端部分と金属層との界面に伝播することが抑制される。そのため、金属層とガラス層との界面に作用する応力を低減することができ、金属層とガラス層との界面におけるクラック等が抑制される。この場合、金属層とガラス層の界面から水分等が進入することを防止できるので、金属層が酸化や硫化により変色するのを長期にわたって抑制することができる。
したがって、本発明の発光素子搭載用基板によれば、発光素子の金属層に対する電気的接続を確実に行うことができ、金属層と金属層を被覆するガラス層との界面におけるクラックや、このクラックに起因する金属層の変色を抑制することができる、高反射率，高信頼性の発光素子搭載用基板を提供することができる。
また本発明の発光素子搭載用基板によれば、開口部において露出する金属層が、少なくとも最表層が金めっき層であるめっき層によって被覆されている場合には、露出する銀等の金属層の酸化や硫化を金めっき層によって効果的に抑制することができる。また、金めっき層で被覆しているので、金やアルミニウム等からなるボンディングワイヤ等の導電性接続材と良好な接続を形成することができる。
また本発明の発光素子搭載用基板によれば、絶縁基板の上面に搭載部を取り囲む絶縁枠体が積層されているとともに、絶縁枠体の内側面に金属層と金属層を被覆するガラス層とが順次被着されている場合には、絶縁枠体の内側面の金属層によって、発光素子の光をより効果的に外部（上方）に反射させることができる。したがって、この場合には、高信頼性であるとともに、光の反射効率にも優れた発光素子搭載用基板を提供することができる。
また本発明の発光素子搭載用基板によれば、上記絶縁枠体を備えた構成において、金属層のうちガラス層の開口部において露出している部分の外周部は、絶縁枠体に面した部分における高さが、他の部分における高さよりも高い場合には、例えばガラス層となるガラスペーストが絶縁枠体の内側面から開口部となる部分に向かって、印刷時や焼成時により多く流動したとしても、金属層のうち絶縁枠体に面した部分の高さをより高くしてあるため、効果的に、開口部へのガラスの流れこみを防止することができる。したがって、より確実に、金属層の露出部分を所定の形状および寸法で形成することができ、金属層への導電性接続材を介した発光素子の電気的接続がより容易かつ確実である。この場合には、発光効率を高めた構成において信頼性をより高くする上で有効である。
（ａ）は本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の上面図である。 （ａ）は図１（ａ）に示す発光素子搭載用基板の要部拡大断面図であり、（ｂ）は要部拡大上面図である。 （ａ）は本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の他の例における要部を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は要部拡大上面図である。 （ａ）は本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の他の例における要部拡大断面図であり、（ｂ）は要部拡大上面図である。 （ａ）は本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の他の例における要部拡大断面図であり、（ｂ）は要部拡大上面図である。 （ａ）は従来の発光素子搭載用基板の一例を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は要部拡大上面図である。
本発明の発光素子搭載用基板およびその製造方法について、添付の図面を参照しつつ説明する。発光素子は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザ）等である。なお、以下の説明において、光（可視光）の反射率を単に反射率という場合がある。また、以下に示す図においては、各部位の識別をしやすくするために、上面図においてもハッチングを施している。
図１（ａ）は、本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す発光素子搭載用基板の上面図である。また、図２（ａ）は、図１に示す発光素子搭載用基板の要部における断面を示す要部拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図１に示す発光素子搭載用基板の要部における上面を示す要部拡大上面図である。
図１および図２に示す例において、１は上面に発光素子７が搭載される搭載部１ａを有する絶縁基板，２は絶縁基板１の上面に被着された金属層，３は金属層２を被覆するガラス層である。ガラス層３に開口部が設けられて、この開口部において金属層２の一部が露出している。絶縁基板１と金属層２とガラス層３とによって発光素子搭載用基板９が基本的に構成され、絶縁基板１の搭載部１ａに発光素子７が搭載されるとともにボンディングワイヤ等の導電性接続材６を介して発光素子７が金属層２と電気的に接続される。金属層２を含む導電路によって発光素子７と外部電気回路（図示せず）とが電気的に接続され、発光素子７の発光に必要な電力の供給や発光素子７の制御等が行なわれる。発光素子７で発生した光のうち直接外側に発光されないものは絶縁基板１の上面および金属層２によって反射し、外側に発光される。
絶縁基板１は、発光素子７を実装するための基板であり、ガラスセラミック焼結体等の絶縁材料からなる。絶縁基板１は、必要に応じてガラスセラミック焼結体等の絶縁材料からなる複数の絶縁層が積層されて形成されている。絶縁基板１は、発光素子７を搭載するために、例えば長方形等の四角板状に形成され、上面の中央部等に発光素子７が搭載される搭載部１ａを有している。
絶縁基板１は、例えば、ホウケイ酸系ガラスおよび酸化アルミニウムを主成分として有機溶剤およびバインダとともに成形して作製した複数のガラスセラミックグリーンシートを所定の寸法および形状に切断した後に積層し、焼成することによって作製されている。
なお、図１に示す例においては、絶縁基板１の外周部に、搭載部１ａを取り囲む枠状の絶縁枠体５が積層されている。絶縁枠体５は、搭載部１ａに搭載される発光素子７の気密封止を容易とすることや、発光素子７が発する光を反射すること等のために積層されている。
絶縁枠体５も、絶縁基板１と同様の材料を用い、同様の方法で製作することができる。例えば、ガラスセラミックグリーンシートを枠状に切断加工して絶縁基板１となるガラスセラミックグリーンシートの上面に積層し、この積層体を一体焼成すれば、絶縁枠体５が
積層された絶縁基板１を製作することができる。
絶縁基板１の搭載部１ａを含む上面には、金属層２が被着されている。金属層２は、絶縁基板１に搭載される発光素子７と電気的に接続されて発光素子７に必要な電力を供給するための配線導体（符号なし）や、発光素子７が発する光を外側（上方向）に反射するための反射層（符号なし）等である。金属層２は、配線導体として用いられる場合であっても、発光装置としての発光の効率を高くするために、発光素子７が発する光を効果的に反射するものである必要がある。そのため、金属層２を形成する導体材料としては、金属中で光の反射率が最大である銀または銀を主成分とする導体材料が適している。銀を主成分とする導体材料としては、銀の粉末に炭酸セシウムや炭酸ルビジウム、炭酸ストロンチウム等のアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の炭酸塩の粉末を添加したものを挙げることができる。この場合、金属層２における光の反射率を高くする上で、銀を主成分とする導体材料における銀の含有率を95〜100質量％程度とすることが好ましい。
金属層２は、例えば銀等の金属ペーストを絶縁基板１となるガラスセラミックグリーンシートの表面に所定パターンで印刷し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって被着させることができる。
なお、図１および図２に示す例においては、絶縁基板１を厚み方向に貫通する貫通導体４が形成されている。貫通導体４は、上端が金属層２と直接に接して、金属層２と電気的に接続されている。また、絶縁基板１の下面には、貫通導体４の下端と直接に接するように導体層８が形成されている。導体層８は、例えば外部接続用の接続パッドであり、はんだや導電性接着剤等を介して外部電気回路と電気的に接続される。貫通導体４を介して金属層２が導体層８と電気的に接続され、上記のように金属層２を含む導電路である、金属層２と貫通導体４と導体層８とを介して発光素子７と外部電気回路とが電気的に接続される。
貫通導体４および導体層８は、例えば金属層２と同様の金属材料を用い、同様の方法、つまりガラスセラミックグリーンシートに金属ペーストを印刷して同時焼成する方法で形成することができる。貫通導体４および導体層８は、特に発光素子７からの光の反射には関係しないため、銅や金，パラジウム，白金，ニッケル等の、金属層２と異なる金属材料で形成しても構わない。また、貫通導体４および導体層８は、その露出する表面を金めっき層等のめっき層で被覆して酸化を抑制するようにしてもよい。
ガラス層３は、発光素子７が発した光を金属層２で反射させることを可能としながら、金属層２の酸化や硫化等の化学変化を抑制するためのものである。そのため、ガラス層３は、無色透明なガラス材料によって形成されている。ガラス層３は、金属層２を被覆して化学変化を抑制するものであるため、少なくとも金属層２の全面（上記開口部を除く）を被覆している必要がある。
ガラス層３は、ガラス材料のペースト（ガラスペースト）を、ガラスセラミックグリーンシートの表面に印刷した金属ペーストを被覆するように塗布し、ガラスセラミックグリーンシートおよび金属ペーストと同時焼成することによって形成することができる。
なお、ガラス層３を形成するガラス材料としては、軟化点が、絶縁基板１に含まれるガラス成分の軟化点よりも高く、かつ金属層２を形成する導体材料（例えば銀）の融点よりも低いガラス材料を用いることが好ましい。この場合には、銀等の導体材料およびガラスセラミックセラミックグリーンシートの焼結がほぼ終了した後にガラス層３となるガラス材料の軟化が始まるため、銀等の金属層２の金属成分がガラス層３内に拡散することを抑制することができ、ガラス層３の透光性が良好な発光素子搭載用基板９とすることができ
る。
金属層２が銀からなる場合であれば、軟化点が、ガラスセラミックグリーンシートに含まれるガラス成分の軟化点よりも高く、かつ銀の融点（約961℃）よりも低いガラス材料
の組成としては、例えば、ＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３を含み、かつ、ＣａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯおよびＢａＯの１種以上を含むホウケイ酸系のガラス等を挙げることができる。
ガラス材料の軟化点の調整は、例えばＣａＯやＳｒＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯおよびＢａＯのうち選択した材料のＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３に対する組成比を変えることによって行うことができる。
金属層２を被覆するガラス層３には、金属層２の一部を露出させる開口部（符号なし）が設けられている。この開口部において露出する金属層２は発光素子７を電気的に接続するためのパッド（符号なし）として機能し、このパッドに発光素子７がボンディングワイヤ等の導電性接続材６を介して電気的に接続される。ガラス層３の開口部における金属層２の露出部分（以下、単に金属層２という場合がある）に対する導電性接続材６の接続は、例えば導電性接続材６がボンディングワイヤの場合であれば、アルミニウムワイヤ等のボンディングワイヤの先端部を金属層２にキャピラリを通して一定の圧力で押し付けながら、ボンディングワイヤと金属層２との界面に超音波エネルギーを加えて接合させることによって行なわれる。また、導電性接続材が超音波接合される金属バンプの場合であれば、あらかじめ発光素子７に取り付けておいた金属バンプの先端を金属層２に加圧および加熱しながら押し当て、金属バンプを超音波エネルギーで振動させて接合させることによって行なわれる。
このような開口部は、ガラス層３となるガラスペーストを塗布する際に、開口部を形成する部分にはガラスペーストを塗布しないようにすればよい。例えば、スクリーン印刷用の版面を用いてガラスペーストを塗布するとともに、版面のうち開口部に相当する範囲にはガラスペーストが塗布されないような非印刷部分を設けるようにすればよい。
本発明の発光素子搭載用基板９において、金属層２の露出している部分は、少なくとも外周部において、ガラス層３よりも上側に突出している。このような構成を備えていることから、発光素子７を実装する際に導電性接続材６に印加される超音波エネルギーや荷重，熱エネルギー等に起因する応力が金属層２とガラス層３との界面に作用することが効果的に抑制され、金属層２とガラス層３との界面にクラックが発生することを抑制することができる。
すなわち、金属層２のうち開口部において露出している部分の少なくとも外周部がガラス層３よりも上側に突出しているため、導電性接続材６と金属層２との接続部分と、開口部周辺のガラス層３の端部分と金属層２との界面との間に、金属層２の突出した部分２ａ（突出に伴う段差部分）が介在する。そのため、導電性接続材６と金属層２との接続部分（金属層２の露出部分の中央部）で発生した応力が、突出した部分（以下、単に突出部分という場合がある）２ａにおいて拡散または減衰して、この金属層２とガラス層３との界面（開口部の周辺）に伝播することが抑制される。そのため、金属層２とガラス層３との界面に作用する応力を低減することができる。その結果、金属層２とガラス層３との界面におけるクラック等が抑制される。
この場合、金属層２とガラス層３の界面から水分等が進入することを防止できるので、金属層２が酸化や硫化により変色するのを長期に渡って抑制することが可能となる。したがって、本発明の発光素子搭載用基板９によれば、金属層２の変色を抑制することができ
る、高反射率，高信頼性の発光素子搭載用基板９を提供することができる。
また、金属層２の開口部において露出している部分は、少なくとも外周部がガラス層３よりも上側に突出しているので、ガラス層３がガラスペーストの塗布等で形成されているときにも、ガラス層３（ガラスペースト）が、それよりも高い電極パッド２の外周部よりも内側に入ることが抑制される。そのため、印刷時や焼成時に、流動性を有するガラスペーストが開口部内の金属層２の表面に広がることを抑制することできる。
したがって、本発明の発光素子搭載用基板９によれば、金属層２の露出部分の形状および寸法を所定のものとすることが容易であり、発光素子７の電気的接続をより確実に行うこともできる。
なお、上記構成を備える発光素子搭載用基板９において、ガラス層３の開口部の平面視における大きさは、金属層２の酸化や硫化を抑制するために、この開口部において露出する金属層２に対する導電性接続材６の接続に必要な最低限の大きさに抑えることが好ましい。
例えば、導電性接続材６が金やアルミニウム等の金属材料からなる、直径（太さ）が約10〜30μｍ程度のボンディングワイヤの場合であれば、開口部の大きさは１辺の長さが約0.2〜１ｍｍ程度の四角形状等に設定すればよい。導電性接続材６であるボンディングワ
イヤは、例えば上記のように超音波エネルギーを加える超音波接合によって金属層２に接続される。この場合、開口部の形状は、超音波の振動方向の寸法が、これと直交する方向の寸法よりも長い長方形状にして、開口部の大きさを極力小さく抑えながら、ボンディングワイヤの超音波接合を容易とするようにしてもよい。
図１および図２に示す例においては、金属層２の露出部分のうち外周部のみが平面視で開口部の縁に沿った帯状に、ガラス層３よりも上側に突出している。言い換えれば、導電性接続材６が接続される金属層２の露出部分の中央部と、開口部の周辺におけるガラス層３の端部分と金属層２との界面との間に金属層２の突出した部分２ａが介在している。この場合には、金属層２の中央部で印加された超音波エネルギー等は、金属層２の突出した部分２ａに一部が拡散し、また、金属層２の突出した部分２ａの表面に沿って伝播されて上記ガラス層３と金属層２との界面に達するまでの間に減衰する。そのため、例えば図６に示した従来の発光素子搭載用基板のように、金属層12の導電性接続材16が接続される部分と、金属層12とガラス層13との界面とが同じ平面状で近接する場合に比べて金属層２とガラス層３との界面に作用する応力が効果的に低く抑えられる。したがって、この応力による金属層２とガラス層３との間のクラック等の発生を抑制することができる。
この場合、超音波エネルギー等を効果的に低減して金属層２とガラス層３との間のクラックを抑制するためには、金属層２の露出部分の外周部の突出部分２ａの寸法は、例えば導電性接続材６が超音波ボンディングされるボンディングワイヤの場合であれば、高さが約20〜50μｍで、幅が約50〜100μｍ程度に設定すればよい。
このような突出部分２ａは、例えば、金属層２となる金属ペーストを絶縁基板１となるガラスセラミックグリーンシートの上面に印刷した後、突出部分２ａに相当するパターンで再度金属ペーストを印刷して、金属ペーストの印刷の厚さを部分的に厚くして焼成することによって形成することができる。
また、金属層２の突出した部分２ａは、前述したように、ガラス層３となるガラスペーストが開口部内に入り込むのを防ぐためのもの（いわゆるダム）でもある。このようなダムとしての機能を有効とする上でも、突出部分２ａの高さを上記のように設定すればよい
。なお、前述したように、ガラスペーストは、流動性を有しているため印刷時に開口部内に流れ込む可能性があり、焼成時にも流動性を有して開口部内に流れ込む可能性がある。これに対して上記のように突出部分２ａが形成されていることによって、ガラスペーストの流れ込みを効果的に抑制することができる。
なお、金属層２の突出した部分２ａは、必ずしも開口部の縁の全周にわたって形成する必要はなく、ボンディングワイヤの接続時の作業性や、超音波エネルギー等のエネルギーが作用する方向，ガラス層３となるガラスペーストの流動性，発光素子搭載用基板９としての生産性および経済性等を考慮して、非形成の部分があっても構わない。
また、図１および図２に示した例は、金属層２の突出した部分２ａについて、前述したダムとしての機能を考慮した配置形態にもなっている。これについては、後に詳しく説明する。
なお、金属層２のうちガラス層３の開口部で露出した部分は、例えば図３に示すように、その露出部分の全体がガラス層３よりも上側に突出していてもよい。つまり、露出部において金属層２の全体に突出部分２ａが形成されていてもよい。図３は、本発明の発光素子搭載用基板９の実施の形態の他の例における要部を示す要部拡大断面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。
この場合には、金属層２の導電性接続材６が接続される中央部と、開口部の周辺におけるガラス層３の端部分と金属層２との界面とは、間に段差が生じて互いに高さが異なり、同じ平面上で近接していない。そして、開口部で露出した金属層２の外周部のみがガラス層３よりも上側に突出している場合と同様に、金属層２の中央部で印加された超音波エネルギー等は、金属層２の突出した部分２ａ（この場合は露出している部分の全体）に一部が拡散し、また、金属層２の段差部分の表面に沿って伝播されて上記ガラス層３と金属層２との界面に達するまでの間に減衰する。そのため、図１および図２の例の場合と同様に、金属層２とガラス層３との界面に作用する応力が効果的に低く抑えられ、金属層２とガラス層３との間のクラック等の発生を抑制することができる。
本発明の発光素子搭載用基板９において、ガラス層３の開口部において露出する金属層２が、少なくとも最表層が金めっき層であるめっき層（図示せず）によって被覆されている場合には、露出する銀等の金属層２の酸化や硫化を金めっき層によって効果的に抑制することができる。また、金めっき層で被覆しているので、金やアルミニウム等からなるボンディングワイヤ等の導電性接続材６と良好な接続を形成することができる。
めっき層は、例えば金属層２の表面から順次被着された、厚みが約１〜20μｍ程度のニッケルめっき層、および厚みが約0.3〜２μｍ程度の金めっき層からなる。このようなめ
っき層は、例えば硫酸ニッケルを主成分とするニッケルめっき液と、シアン系の金化合物を主成分とする金めっき液とに金属層２（金属層２が被着された絶縁基板１）を順次浸漬し、所定の電流密度等の条件で電解めっきを施すことによって形成することができる。
最上層の金めっき層以外の他のめっき層は、金めっき層を、銀等を主成分としてなる金属層２に対して金めっき層を強固に被着させたり、金めっき層表面への銀の拡散を抑制したりするために被着されている。このような他のめっき層を形成する金属材料としては、ニッケル以外に、コバルトや銅，パラジウム，白金，ロジウム等の金属材料、またはこれらの金属材料を主成分とする合金材料（ニッケル−コバルトやニッケル−ホウ素等）を挙げることができる。
図１および図２に示す例においては、上記のように、絶縁基板１の上面に搭載部１ａを
取り囲む絶縁枠体５が積層されている。また、絶縁枠体５の内側面に金属層２と金属層２を被覆するガラス層３とが順次被着されている。絶縁枠体５の内側面に被着された金属層２およびガラス層３は、例えば絶縁基板１の上面に被着された金属層２およびガラス層３と同様の材料からなり、同様の方法で形成されている。
絶縁基板１の上面に絶縁枠体５が積層され、絶縁枠体５の内側面に絶縁基板１の上面と同様に金属層２および金属層２を被覆するガラス層３が被着されている場合には、搭載部１ａに発光素子７を搭載して発光させたときに、その光を、絶縁枠体５の内側面の金属層２によって内側（搭載部１ａ側）に反射させることができ、光の外部（水平方向）への発散が抑制される。そのため、発光素子７からの光を絶縁枠体５の内側面の金属層２によって、より効果的に外部（上方）に反射させることができる。したがって、この場合には、高信頼性であるとともに、光の反射効率にも優れた発光素子搭載用基板９を提供することができる。
絶縁枠体５の内側面の金属層２およびガラス層３は、例えば、絶縁基板１の上面に被着させた金属層２およびガラス層３と同様の材料を用い、同様の方法で形成することができる。
すなわち、まず、絶縁枠体５となる枠状に加工したガラスセラミックグリーンシートの内側面に銀等の金属ペーストを塗布し、次に、この塗布した金属ペーストを被覆するようにガラス材料のペーストを塗布した後、この金属ペーストおよびガラスペーストを枠状のガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、絶縁枠体５の内側面に金属層２およびガラス層３を被着させることができる。
なお、この場合、枠状のガラスセラミックグリーンシートを絶縁基板１となるガラスセラミックグリーンシートの上面に積層した後に、これらの（枠状の）ガラスセラミックグリーンシート，金属ペーストおよびガラスペーストを同時焼成するようにして、生産性の向上や絶縁基板１と絶縁枠体５との接合強度の向上を図るようにしてもよい。また、絶縁枠体５の内側面の金属層２が銀からなるときには、この内側面のガラス層３についても前述したような軟化点のガラスを用いることが好ましい。
このような発光素子搭載用基板９は、上記絶縁枠体５を備えた構成において、金属層２のうちガラス層３の開口部において露出している部分の外周部について、絶縁枠体５に面した部分における高さが他の部分における高さよりも高い場合には、より確実に、開口部を所定の形状および寸法で形成することができる。
図４は、例えば図１および図２に示すような絶縁枠体５を備えた発光素子搭載用基板９において、金属層２のうちガラス層３の開口部で露出する部分の全体がガラス層３よりも上側に突出しているとともに、部分的にその高さが異なっている場合の一例である。すなわち、図４は、本発明の発光素子搭載用基板９の実施の形態の他の例における要部を示す要部拡大断面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。
図４に示す例においては、四角形状の開口部において露出している金属層２の全体がガラス層３よりも上側に突出して突出部分２ａとなっている。また、この突出部分２ａのうち、四角形状の開口部の絶縁枠体５に面した３つの辺において、他の部分よりも高くなって、より高い突出部分２ｂとなっている。この場合には、開口部において露出した金属層２の全体がガラス層３よりも上側に突出しているため、上記のように金属層２に導電性接続材６を接続する際の超音波エネルギー等に起因する応力による金属層２とガラス層３との間のクラックを効果的に抑制することができる。
また、図４に示す例においては、全体がガラス層３よりも上側に突出している金属層２の露出部分の中でも、特に絶縁枠体５に面した外周の３つの辺部分において、金属層２の高さが特に高いため、絶縁枠体５の内側面に塗布したガラス層３となるガラスペーストが開口部内に入り込むことがより効果的に抑制されている。そのため、開口部、つまり導電性接続材６を接続させる金属層２の露出部分について、その形状および寸法をより確実に所定のものとして形成することができる。
なお、絶縁枠体５に面した部分というのは、開口部の外周部のうち、絶縁枠体５と開口部との間に発光素子７の搭載部１ａが介在しない部分をいう。このような部分は、絶縁枠体５の内側面に近いため、絶縁枠体５の内側面からガラス層３となるガラスペーストが流れて来やすい。
金属層２のうち、絶縁枠体５に面した外周部の高さを他の部分よりも高くする場合には、例えば、金属層２が上記のように金属ペーストにより形成される場合であれば、その高さの差が0.02〜0.05ｍｍ程度になるように設定すればよい。
すなわち、内側面に金属層２およびガラス層３が被着された絶縁枠体５を備えた発光素子搭載用基板９においては、製作時に、絶縁枠体５となる枠状のガラスセラミックグリーンシートの内側面に塗布したガラスペーストの一部が、絶縁基板１となるガラスセラミックグリーンシートの上面に流れ込んで来る可能性がある。そのため、開口部となるガラスペーストの塗布されない部分のうち絶縁枠体５（枠状のガラスセラミックグリーンシート）に面した部分には、他の部分よりも多くのガラスペーストが流れ込もうとする傾向がある。これに対して、上記構成としておけば、絶縁枠体５の内側面から、この内側面に面した開口部の外周部により多くのガラスが流動したとしても、金属層２の絶縁枠体５に面した外周部の高さを他の部分より高くしてあるため、効果的に、開口部へのガラスの流れこみを防止することができる。したがって、この場合には、発光素子搭載用基板９の発光効率を高めた構成において信頼性をより高くする上で有効である。
また本発明の発光素子搭載用基板９は、導電性接続材６が超音波エネルギーによって金属層２の露出部分に接続されるものであり、金属層２の開口部において露出している部分の外周部の高さが、超音波の振動方向と交差する部分において他の部分よりも高い場合には、超音波エネルギーによる応力がより大きく金属層２とガラス層３の界面に作用する傾向がある、超音波の振動方向と交差する部分において、より効果的に応力の伝播を抑制することができる。そのため、この場合には、超音波ボンディングされるボンディングワイヤや、超音波熱圧着等の方法で接続される金属バンプ等の端子が導電性接続材６として用いられる場合であっても、応力によるガラス層３と金属層２との界面におけるクラック等を効果的に抑制することができる。
例えば図１および図２に示した例のような場合であれば、導電性接続材６であるボンディングワイヤを振動させる超音波は図の左右方向に加えられるので、ボンディングワイヤの先端に対して左右の２辺において、金属層２の露出している部分の外周の突出部分２ａの高さをより高くすればよい。
なお、発光素子搭載用基板９に搭載される発光素子７の金属層２に対する電気的な接続は、例えば図５に示すように、導電性接続材６として金属バンプを用いて行なうこともできる。図５に示す例においては、ガラス層３に円形状の開口部が設けられ、この開口部において露出する金属層２の外周部に環状の突出部分２ａが形成されている。
このような環状の突出部分２ａを形成し、この突出部分２ａの内側に導電性接続材６として金属バンプを超音波エネルギーや熱エネルギー等のエネルギーで溶融接合される。こ
の場合、環状の突出部分２ａについて、その内側に金属バンプ（導電性接続材６）がちょうどはまるような形状および寸法としておけば、超音波を作用させて金属バンプを金属層２の露出部分に接続する際の超音波振動による金属バンプの位置ずれ等を抑制することもできる。
導電性接続材６としての金属バンプは、スズ−銀系はんだやスズ−銀−銅系はんだ等のはんだや、金，銀−銅合金等の金属材料からなり、例えば、はんだ材料を発光素子７の下面に配置された電極（図示せず）に加熱して接合することによって形成されている。この、金属バンプが電極に接続された発光素子７の下面を発光素子搭載用基板９の搭載部１ａに、金属バンプが金属層２の露出部分に接するように位置決めして搭載し、金属バンプに超音波エネルギーを加えれば、金属バンプ（導電性接続材６）と金属層２とが接続される。
また、図５に示す例においては、金属層２の突出部分２ａの内側面が、導電性接続材６である金属バンプの外側面にちょうど接するように緩やかに湾曲した曲面になっている。これによって、金属層２の突出部分２ａの内側面と金属バンプの側面との広い面積での接触をより容易かつ確実として、超音波エネルギーによる両者間の接合をより容易で強固なものとしている。
１・・・絶縁基板
１ａ・・発光素子の搭載部
２・・・金属層
２ａ，２ｂ・・金属層の突出部分
３・・・ガラス層
４・・・貫通導体
５・・・絶縁枠体
６・・・導電性接続材
７・・・発光素子
８・・・導体層
９・・・発光素子搭載用基板

Claims (4)

  1. 上面に発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面に被着された金属層と、該金属層を被覆するガラス層とを備える発光素子搭載用基板であって、
    前記ガラス層に、前記金属層の前記発光素子が導電性接続材を介して電気的に接続される部分を露出させる開口部が設けられており、前記金属層の前記開口部において露出している部分は、少なくとも外周部において、前記ガラス層よりも上側に突出していることを特徴とする発光素子搭載用基板。
  2. 前記ガラス層の開口部において露出する前記金属層が、少なくとも最表層が金めっき層であるめっき層によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
  3. 前記絶縁基板の上面に前記搭載部を取り囲む絶縁枠体が積層されているとともに、該絶縁枠体の内側面に金属層と該金属層を被覆するガラス層とが順次被着されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
  4. 前記金属層のうち前記開口部において露出している部分の外周部は、前記絶縁枠体に面した部分における高さが、他の部分における高さよりも高いことを特徴とする請求項３に記載の発光素子搭載用基板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017069458A (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法
JP2018032689A (ja) * 2016-08-23 2018-03-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置、及び照明装置

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