JP2012099534A - Element substrate and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子用の素子基板(以下、素子基板という。)および発光装置に係り、特に、実装用の外部回路基板(以下、回路基板という。)とのハンダ接合の際の短絡不良がない素子基板と、これを用いた発光装置に関する。 The present invention relates to an element substrate for a light emitting element (hereinafter referred to as an element substrate) and a light emitting device, and in particular, a short circuit failure at the time of solder bonding to an external circuit board for mounting (hereinafter referred to as a circuit board). The present invention relates to a non-element substrate and a light-emitting device using the element substrate.
近年、発光ダイオード(LED)素子の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶TVのバックライト等としてLED素子を用いた発光装置が使用されている。しかし、LED素子の高輝度化に伴って発熱量が増加しているため、LED素子等の発光素子を搭載するための基板として、樹脂基板に代わり、耐熱性が高くかつ発光素子から発生する熱を速やかに放散して、十分な発光輝度が得られるものが求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, light emitting devices using LED elements have been used as backlights for mobile phones and large liquid crystal TVs as light emitting diode (LED) elements become brighter and whiter. However, since the amount of heat generation increases as the brightness of the LED element increases, the substrate for mounting the light emitting element such as the LED element, instead of the resin substrate, has high heat resistance and heat generated from the light emitting element. There is a need for a material that can quickly dissipate the light and obtain sufficient light emission luminance.
素子基板としては、従来から、アルミナ基板のようなセラミックス基板が用いられている。また、アルミナ基板のようなセラミックス基板に比べて反射率の高い素子基板として、低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co−fired Ceramics。以下、LTCCと示す。)基板が提案されている。LTCC基板は、アルミナ粉末のようなセラミックス粉末とガラスとの焼結体からなり、ガラスとセラミックスとの屈折率差が大きく、光の入射方向に面する両者の界面の占める割合が多く、かつセラミックス粉末の粒径(厚み)が使用波長より大きいことから、高い反射率が得られる。また、発光素子からの光を効率よく利用でき、結果として発熱量を低減できる。 Conventionally, ceramic substrates such as alumina substrates have been used as element substrates. Further, a low temperature co-fired ceramic (hereinafter referred to as LTCC) substrate has been proposed as an element substrate having a higher reflectance than a ceramic substrate such as an alumina substrate. The LTCC substrate is made of a sintered body of ceramic powder such as alumina powder and glass, and has a large refractive index difference between the glass and ceramic, and a large proportion of the interface between the two facing the light incident direction. Since the particle size (thickness) of the powder is larger than the wavelength used, high reflectance can be obtained. Further, the light from the light emitting element can be used efficiently, and as a result, the heat generation amount can be reduced.
このような素子基板は、通常、基板本体の発光素子が搭載される面と反対側の面に、発光素子を外部回路と接続するための複数(例えば、アノード側とカソード側の一対)の外部接続端子を有しており、これらの外部接続端子と外部の回路基板の表面に形成された配線回路とをハンダを介して接合(いわゆるハンダ付け。以下、ハンダ接合という。)して電気的に接続し、回路基板に実装されて使用される。 Such an element substrate usually has a plurality of (for example, a pair of anode side and cathode side) external parts for connecting the light emitting element to an external circuit on the surface opposite to the surface on which the light emitting element is mounted. It has connection terminals, and these external connection terminals and a wiring circuit formed on the surface of an external circuit board are joined via solder (so-called soldering, hereinafter referred to as solder joining) to be electrically connected. Connect and use it mounted on a circuit board.
しかしながら、このような実装構造においては、ハンダ接合の際に流動したハンダが、素子基板の外部接続端子の間に流入し、外部接続端子を短絡させるおそれがあった。そのため、外部接続端子の間の距離つまり間隔(以下、間隔という。)を一定の限度を超えて狭くすることが困難であり、素子基板の設計上の制約が大きいばかりでなく、外部接続端子の電極面積の低減に起因してハンダ接合強度が低下するという問題があった。 However, in such a mounting structure, there is a possibility that the solder that has flowed during solder bonding flows between the external connection terminals of the element substrate and short-circuits the external connection terminals. For this reason, it is difficult to reduce the distance between the external connection terminals, that is, the interval (hereinafter referred to as the interval) beyond a certain limit. There was a problem that the solder joint strength was lowered due to the reduction of the electrode area.
例えば、回路基板として、エポキシ樹脂を絶縁基材とし銅箔のパターニングにより配線回路が形成されたプリント配線基板が用いられる場合、この配線回路と素子基板の外部接続端子とを接合するハンダ層の厚さは50μmとなっており、素子基板のアノード側とカソード側の外部接続端子の間隔は、200〜300μmにする必要があった。外部接続端子の間隔が200μm未満では、外部接続端子間に流入したハンダが橋架けとなって、外部接続端子間を短絡させるおそれがあった。また、外部接続端子間に300μmを超える間隔を設定しようとすると、外部接続端子の電極面積を十分に大きくできないため、実装用の回路基板とのハンダによる接合強度を十分に確保できない場合があった。 For example, when a printed wiring board in which a wiring circuit is formed by patterning copper foil using an epoxy resin as an insulating base material is used as the circuit board, the thickness of the solder layer that joins the wiring circuit and the external connection terminal of the element substrate The distance between the anode-side and cathode-side external connection terminals of the element substrate was required to be 200 to 300 μm. When the interval between the external connection terminals is less than 200 μm, the solder that has flowed in between the external connection terminals becomes a bridge, which may cause a short circuit between the external connection terminals. Also, if an interval exceeding 300 μm is set between the external connection terminals, the electrode area of the external connection terminals cannot be made sufficiently large, and there is a case where sufficient bonding strength by soldering with the circuit board for mounting cannot be secured. .
特に、素子基板において、基板内部に放熱のためのサーマルビアを設ける場合には、アノード側、カソード側一対の外部接続端子は、非搭載面の中心線に対して非対称な平面形状(パターン)で設ける必要があるが、このような構成において外部接続端子の間隔を200μm以上にすると、一方の外部接続端子の電極面積が小さくなりすぎて、回路基板の配線回路との間に十分なハンダ接合強度を確保できなかった。そのため、素子基板の外部接続端子の間隔を従来より大幅に狭くし、例えば100〜150μmとしても、外部接続端子間に短絡を生じない素子基板が求められている。 In particular, in the element substrate, when providing thermal vias for heat dissipation inside the substrate, the pair of external connection terminals on the anode side and the cathode side have a plane shape (pattern) that is asymmetric with respect to the center line of the non-mounting surface. However, if the interval between the external connection terminals is 200 μm or more in such a configuration, the electrode area of one external connection terminal becomes too small, and sufficient solder joint strength between the circuit board and the wiring circuit is obtained. Could not be secured. Therefore, there is a demand for an element substrate that does not cause a short circuit between the external connection terminals even when the interval between the external connection terminals of the element substrate is significantly narrower than before, for example, 100 to 150 μm.
なお、セラミックス回路基板の電極パッドの周りのセラミックスにクラックを生じさせない端子構造として、電極パッドとガラス保護膜の2つの層が重畳するように、電極パッドの周りをガラス保護膜で覆うとともに、電極パッドの外周部をガラス保護膜の裏面に沿って回路基板側に沈み込んだ形状としたモジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照。) In addition, as a terminal structure that does not cause cracks in the ceramic around the electrode pad of the ceramic circuit board, the electrode pad and the glass protective film are covered with a glass protective film so that the two layers of the electrode pad and the glass protective film overlap, and the electrode There has been proposed a module in which the outer peripheral portion of the pad is shaped so as to sink into the circuit board side along the back surface of the glass protective film (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載されているセラミックス回路モジュールにおいては、電極パッドの外周部に重なるようにガラス保護膜が設けられているため、電極パッドの面積を大きくすることが難しい。したがって、電極面積をできるだけ増大するという目的を達成できない。 However, in the ceramic circuit module described in Patent Document 1, since the glass protective film is provided so as to overlap the outer peripheral portion of the electrode pad, it is difficult to increase the area of the electrode pad. Therefore, the object of increasing the electrode area as much as possible cannot be achieved.
本発明は、前記問題を解決するものであって、実装用の回路基板とのハンダ接合の際の短絡不良がなく、実装用基板とのハンダ接合の強度が向上した素子基板と、そのような素子基板を用いた光取り出し効率に優れ信頼性が高い発光装置の提供を目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and there is no short-circuit failure at the time of solder bonding with a circuit board for mounting, and the element substrate with improved strength of solder bonding with the mounting board, and such An object of the present invention is to provide a light-emitting device with excellent light extraction efficiency and high reliability using an element substrate.
本発明の素子基板は、無機絶縁材料からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、前記発光素子の電極を外部回路に電気的に接続するように前記基板本体の表面および内部に形成された導体であり、その一部は前記搭載面の反対側の面である非搭載面に複数の外部接続端子として配設された配線導体を備え、前記外部接続端子が回路基板の配線回路上にハンダ接合される素子基板であって、前記基板本体の非搭載面において、前記外部接続端子の対向する2つの間の領域に、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなり0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層が形成されていることを特徴とする。 The element substrate of the present invention is made of an inorganic insulating material, and a part of the substrate body having a mounting surface serving as a mounting portion on which the light emitting element is mounted, and the electrode of the light emitting element are electrically connected to an external circuit. A conductor formed on the surface and inside of the substrate body, a part of which is provided with a wiring conductor arranged as a plurality of external connection terminals on a non-mounting surface that is a surface opposite to the mounting surface, An element substrate in which a connection terminal is solder-bonded on a wiring circuit of a circuit board, and a non-mounting surface of the substrate body has an inorganic insulation mainly composed of glass in a region between two opposing external connection terminals. A solder adhesion preventing layer made of a material and having a surface roughness Ra of 0.03 μm or less is formed.
本発明の素子基板において、前記各外部接続端子は互いに100〜150μmの距離をおいて配設できる。また、前記基板本体は、第1のガラス粉末と第1のセラミックス粉末とを含む第1のガラスセラミックス組成物の焼結体からなることが好ましい。さらに、前記ハンダ付着防止層は、550〜630℃のガラス転移点を有する第2のガラス粉末と第2のセラミックス粉末とを含む第2のガラスセラミックス組成物の焼結体からなる。そして、前記第2のセラミックス粉末の平均粒径D50は1〜3μmが好ましい。また、前記第2のセラミックス粉末の含有量は、前記第2のガラスセラミックス組成物全体の3〜10質量%が好ましい。 In the element substrate of the present invention, the external connection terminals can be arranged at a distance of 100 to 150 μm. Moreover, it is preferable that the said board | substrate body consists of a sintered compact of the 1st glass ceramic composition containing 1st glass powder and 1st ceramic powder. Furthermore, the solder adhesion preventing layer is made of a sintered body of a second glass ceramic composition containing a second glass powder having a glass transition point of 550 to 630 ° C. and a second ceramic powder. Then, the average particle diameter D 50 of the second ceramic powder is 1~3μm is preferred. In addition, the content of the second ceramic powder is preferably 3 to 10% by mass with respect to the entire second glass ceramic composition.
さらに本発明は、前記本発明の素子基板と、前記素子基板の前記搭載部に搭載された発光素子と、前記素子基板が搭載される、配線回路を有する回路基板と、前記素子基板を前記回路基板に固定するハンダ層であって、前記素子基板の前記外部接続端子と前記配線回路とを接続するハンダ層と、を有することを特徴とする発光装置を提供する。 Furthermore, the present invention provides the element substrate of the present invention, a light emitting element mounted on the mounting portion of the element substrate, a circuit board having a wiring circuit on which the element substrate is mounted, and the element substrate as the circuit. There is provided a light emitting device having a solder layer fixed to a substrate, the solder layer connecting the external connection terminal of the element substrate and the wiring circuit.
なお、本明細書において、素子基板が有する「配線導体」とは、搭載される発光素子の有する電極からこれを介して回路基板の配線回路へと電気的に接続されるように設けられた電気配線に係る全ての導体、例えば、発光素子の電極と接続される素子接続端子、基板内部に設けられる内層配線(基板を貫通する貫通導体を含む)、および回路基板の配線回路に接続される外部接続端子等を総称する用語として用いる。 Note that in this specification, the “wiring conductor” included in the element substrate is an electric circuit provided so as to be electrically connected to the wiring circuit of the circuit board through the electrode included in the light emitting element to be mounted. All conductors related to wiring, for example, element connection terminals connected to electrodes of light emitting elements, inner layer wiring (including through conductors penetrating the board) provided inside the board, and external connected to the wiring circuit of the circuit board It is used as a generic term for connection terminals and the like.
また、各外部接続端子が「互いにaμmの距離をおいて配設」されるとは、各外部接続端子が対向する端縁間の隔たり(間隔)がaμmに配設されることを意味する。すなわち、外部接続端子の間隔の基準は、外部接続端子の幅方向の中心線ではなく端縁とし、各外部接続端子が、それ自体の端縁と、隣接する外部接続端子の対向する端縁との間隔がaμmに配設されることを示す。 Further, “the external connection terminals are disposed at a distance of a μm” means that a distance (interval) between the opposing edges of the external connection terminals is disposed at a μm. That is, the reference of the interval between the external connection terminals is not the center line in the width direction of the external connection terminals but the edge, and each external connection terminal has its own edge and the opposite edge of the adjacent external connection terminal. It is shown that the interval is arranged at a μm.
本発明の素子基板においては、基板本体の非搭載面に形成された複数の外部接続端子の間の領域に、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなり0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層が形成されているので、この素子基板の外部接続端子を回路基板の配線回路とハンダ接合する際に、流動したハンダが外部接続端子の間に流入し付着せず、外部接続端子間の短絡が防止される。そのため、各外部接続端子の間隔を従来より狭く100〜150μmの範囲にでき、外部接続端子の電極面積を十分に確保できる。したがって、信頼性の高い発光装置を得られる。 In the element substrate of the present invention, the region between the plurality of external connection terminals formed on the non-mounting surface of the substrate body is made of an inorganic insulating material mainly composed of glass and has a surface roughness Ra of 0.03 μm or less. Since the solder adhesion prevention layer is formed, when soldering the external connection terminal of this element substrate to the wiring circuit of the circuit board, the flowed solder does not flow into and adhere to the external connection terminal, and the external connection terminal The short circuit between is prevented. Therefore, the interval between the external connection terminals can be made narrower than the conventional range of 100 to 150 μm, and the electrode area of the external connection terminals can be sufficiently secured. Therefore, a highly reliable light emitting device can be obtained.
以下、図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は、下記説明に限定して解釈されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is limited to the following description and is not interpreted.
本発明の素子基板は、一部が発光素子搭載部となる搭載面を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、この基板本体の表面および内部に形成された導体であり、発光素子の電極と外部回路とを電気的に接続し、その一部が非搭載面に複数の外部接続端子として配設された配線導体とを備えており、前記外部接続端子が回路基板の配線回路上にハンダ接合される。そして、基板本体の非搭載面において、外部接続端子とその外部接続端子と対向する外部接続端子との間の領域(以下、「対向する外部接続端子間の領域」ということがある。)に、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなる0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層が形成されている。なお、表面粗さRaは、JIS:B0601(1994年)の3「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されるものであり、サーフコム1400D(機種名、東京精密社製)により測定された値である。 The element substrate of the present invention is a substrate body made of an inorganic insulating material, part of which has a mounting surface serving as a light emitting element mounting portion, and a conductor formed on the surface and inside of the substrate body. A wiring conductor disposed as a plurality of external connection terminals on a non-mounting surface, and the external connection terminals are soldered onto the wiring circuit of the circuit board. The Then, on the non-mounting surface of the substrate body, in a region between the external connection terminal and the external connection terminal facing the external connection terminal (hereinafter, sometimes referred to as “region between the opposed external connection terminals”). A solder adhesion preventing layer having a surface roughness Ra of 0.03 μm or less made of an inorganic insulating material mainly composed of glass is formed. The surface roughness Ra is represented by 3 “Definition and display of defined arithmetic average roughness” of JIS: B0601 (1994), according to Surfcom 1400D (model name, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). It is a measured value.
本発明の素子基板においては、基板本体の非搭載面の対向する外部接続端子間の領域に、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなる表面粗さRaが0.03μm以下のハンダ付着防止層が形成されているので、外部接続端子を回路基板の配線回路とハンダ接合する際に、流動したハンダがハンダ付着防止層の平滑な表面で弾かれて、ハンダ付着防止層の表面に付着することがない。そのため、外部接続端子の間隔を従来より狭く(例えば、100〜150μm)しても、外部接続端子間に短絡がなく、外部接続端子の電極面積を十分に確保し、ハンダ接合強度を向上できる。また、この素子基板は、基板本体がセラミックスやLTCCのような無機絶縁材料から構成されているので、耐候性、光取り出し効率、熱放散性等に優れている。したがって、このような素子基板を回路基板にハンダ接合して実装することで、ハンダ接合の信頼性が高く発光輝度の高い発光装置を得る。 In the element substrate of the present invention, a solder adhesion preventing layer having a surface roughness Ra of 0.03 μm or less made of an inorganic insulating material mainly composed of glass is provided in a region between the opposing external connection terminals of the non-mounting surface of the substrate body. As a result, when soldering the external connection terminal to the wiring circuit of the circuit board, the flowed solder is repelled on the smooth surface of the solder adhesion preventing layer and adheres to the surface of the solder adhesion preventing layer. Absent. Therefore, even if the interval between the external connection terminals is narrower than before (for example, 100 to 150 μm), there is no short circuit between the external connection terminals, and a sufficient electrode area of the external connection terminals can be secured to improve the solder joint strength. In addition, since the substrate body is made of an inorganic insulating material such as ceramics or LTCC, the element substrate is excellent in weather resistance, light extraction efficiency, heat dissipation, and the like. Therefore, by mounting such an element substrate on a circuit board by solder bonding, a light emitting device with high reliability of solder bonding and high luminance can be obtained.
外部接続端子間に形成されたハンダ付着防止層の表面粗さRaが0.03μmを超える場合には、ハンダ付着防止層の表面平滑性が十分でないために、ハンダ付着防止層の表面に流動したハンダが付着しやすく、その付着したハンダが橋架けとなって外部接続端子間に短絡が生じ易くなる。そのため、外部接続端子の間隔を200μm以下とした場合には、短絡不良を生じることになり、信頼性の高い発光装置とならない。 When the surface roughness Ra of the solder adhesion preventing layer formed between the external connection terminals exceeds 0.03 μm, the surface smoothness of the solder adhesion preventing layer is not sufficient, so that the solder adhesion preventing layer flows to the surface of the solder adhesion preventing layer. Solder easily adheres, and the attached solder becomes a bridge, and a short circuit is likely to occur between the external connection terminals. For this reason, when the interval between the external connection terminals is set to 200 μm or less, a short circuit failure occurs, and the light emitting device with high reliability cannot be obtained.
図1は本発明の素子基板1の一実施形態(第1の実施形態)を示し、図1(a)は上面(搭載面)側から見た平面図、図1(b)は下面(非搭載面)側から見た平面図、図1(c)は、図1(a)におけるX−X線断面図である。 FIG. 1 shows one embodiment (first embodiment) of an element substrate 1 of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view seen from the upper surface (mounting surface) side, and FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
この素子基板1は、平面形状が正方形で略平板状の基板本体2を有している。なお、本明細書において、「略平板状」とは、目視レベルで平板状との意味である。以下、「略」は目視レベルを示す。
The element substrate 1 includes a
基板本体2は無機絶縁材料から構成されている。基板本体2を構成する無機絶縁材料としては、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体(LTCC)等が挙げられる。本発明においては、高反射性、製造の容易性、易加工性、経済性等の観点から、LTCCが好ましい。
The
本発明において、基板本体2の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、搭載される発光素子の個数や配置の方法等、発光装置の設計に合わせて変更できる。また、基板本体2を構成するガラスセラミックス組成物の焼結体(LTCC)の原料組成、焼結条件等については、後述する素子基板1の製造方法において説明する。基板本体2は、発光素子の搭載時やその後の使用時における損傷等を抑制する観点から、抗折強度が例えば250MPa以上が好ましい。
In the present invention, the shape, thickness, size and the like of the
素子基板1は、基板本体2の一方の面(上面)の周縁部に枠体3を有する。そして、この枠体3により平面形状が略円形のキャビティが形成されており、キャビティの底面は、発光素子の搭載される搭載面21となっている。また、キャビティ底面の略中央部に発光素子搭載部22が位置する。枠体3を構成する材料は、特に限定されないが、基板本体2を構成する材料と同じものが好ましい。
The element substrate 1 has a
素子基板1には、基板本体2の搭載面21上に、搭載される発光素子が有する一対の電極とそれぞれ電気的に接続される一対の素子接続端子4が、発光素子搭載部22を挟んで両側に対向するように配置されている。各素子接続端子4の一方の端部は搭載面21の周縁方向に延出され、その上を覆うように枠体3が配置・形成されている。なお、素子接続端子4の平面形状と配設位置等は、図示に限定されない。
On the element substrate 1, a pair of
基板本体2の搭載面21と反対側の非搭載面23には、発光装置としたときに、外部回路とハンダ接合されて電気的に接続される一対の外部接続端子5が設けられている。以下に示す理由により、これら一対の外部接続端子5の大きさ(電極面積)は大きく異なっており、非搭載面23の中心線に対して非対称に配置されている。すなわち、後述するように、基板本体2の熱抵抗を低減するために、搭載面21の略中央部に位置する発光素子搭載部22の直下には、基板本体2を貫通してサーマルビア8が設けられており、このサーマルビア8の他端部が非搭載面23側で外部接続端子5の一方に接するように、一対の外部接続端子5が形成されている。したがって、外部接続端子5の一方は、非搭載面23の略中央部に露出されたサーマルビア8の端部を覆うような大面積となり、もう一方の外部接続端子5は小面積となる。そして、これら一対の外部接続端子5は、互いに100〜150μmの間隔Dをおいて配設されている。
A
また、基板本体2の非搭載面23上でこれら一対の外部接続端子5の間の領域には、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなり、0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層6が形成されている。
In addition, in the region between the pair of
以下に示す理由により、ハンダ付着防止層6は、その両側の端縁が対向する一対の外部接続端子5の端縁との間に、隙間(ギャップ)dを有するように形成されることが好ましい。すなわち、外部接続端子5のハンダ接合面(表面)の平坦性の観点から、ハンダ付着防止層6が外部接続端子5の上に重なるのは避ける必要がある。また、ハンダ付着防止層6をガラスペーストの印刷等により形成する際には、位置ずれが生じるおそれがあるので、位置ずれが生じた場合でもハンダ付着防止層6が外部接続端子5上に乗り上げることがないように、ハンダ付着防止層6と外部接続端子5との間には隙間(ギャップ)dを設けることが好ましい。この隙間dの大きさは、例えば外部接続端子5の間隔Dが100μmである場合、20μm程度とする。このような隙間を設けることで、ガラスペーストの印刷等によるハンダ付着防止層6の形成を効率的に行う。
For the following reasons, it is preferable that the solder
また、このようなハンダ付着防止層6の厚さは、外部接続端子5と同じ厚さが好ましい。外部接続端子5の厚さは、後述するように5〜15μmが好ましいので、ハンダ付着防止層6も5〜15μmの範囲で外部接続端子5と同じ厚さにすることが好ましい。
Further, the thickness of the solder
このようなハンダ付着防止層6を構成する無機絶縁材料について、以下に説明する。ハンダ付着防止層6を構成する無機絶縁材料は、少なくともSiO2、B2O3、およびNa2OとK2Oから選ばれる少なくとも1種を構成成分とするガラスを、主成分として含有する。
An inorganic insulating material constituting such a solder
また、この無機絶縁材料は、セラミックス粉末を10質量%以下の割合で含有することが好ましい。セラミックス粉末としては、シリカ粉末、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、チタニア粉末から選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。セラミックス粉末の含有量はより好ましくは3質量%以上である。10質量%を超えてセラミックス粉末を含有させると、無機絶縁材料の流動性が悪化して、0.03μm以下の表面粗さを有するハンダ付着防止層6が得られないばかりでなく、平坦性が十分ではなくなる。
The inorganic insulating material preferably contains ceramic powder in a proportion of 10% by mass or less. The ceramic powder preferably contains at least one selected from silica powder, alumina powder, zirconia powder, and titania powder. The content of the ceramic powder is more preferably 3% by mass or more. If the ceramic powder exceeds 10% by mass, the fluidity of the inorganic insulating material deteriorates, and not only the solder
さらに、前記セラミックス粉末の平均粒径D50(以下、単にD50と記載することもある。)は、1〜3μmが好ましい。セラミックス粉末のD50を前記範囲とした場合、無機絶縁材料の印刷性を高め、かつハンダ付着防止層6端部を平坦化して、層表面のうねりを抑制できる。なお、D50は、レーザ回折・散乱法による粒子径測定装置により測定される値をいう。
Furthermore, the average particle diameter D 50 (hereinafter sometimes simply referred to as D 50 ) of the ceramic powder is preferably 1 to 3 μm. If the D 50 of the ceramic powder was the range, enhance the printability of the inorganic insulating material, and by flattening the solder
次に、ハンダ付着防止層6を構成する無機絶縁材料の主成分であるガラスについて説明する。
Next, glass which is a main component of the inorganic insulating material constituting the solder
前記ガラスとしては、酸化物基準のモル%表示で、SiO2を58〜84%、B2O3を10〜25%、Al2O3を0〜6%、Na2OおよびK2Oから選ばれる少なくとも1種を合計で1〜5%含有し、SiO2とAl2O3の含有量の合計が65〜84%、MgOを0〜10%、CaO、SrOのうちの少なくとも1種を合計で0〜15%含有するホウケイ酸ガラスの粉末を焼成してなるものが好ましい。 As the glass, as represented by mol% based on oxides, the SiO 2 58~84%, B 2 O 3 10 to 25%, the Al 2 O 3 0~6%, the Na 2 O and K 2 O The total content of at least one selected from 1 to 5%, the total content of SiO 2 and Al 2 O 3 is 65 to 84%, MgO is 0 to 10%, at least one of CaO and SrO What baked the powder of the borosilicate glass containing 0 to 15% in total is preferable.
前記ホウケイ酸ガラスのガラス転移点(Tg)は、550〜630℃が好ましい。ガラス転移点(Tg)が550℃未満のガラスを使用した場合には、脱脂が困難となったり、ガラスが流動しすぎてハンダ付着防止層6の面積を保つことができず、配線導体上にガラスが流動・付着し、ハンダ付け性を低下させるおそれがある。また、ガラス転移点(Tg)が630℃を超えるガラスを使用した場合には、収縮開始温度が高くなり、ハンダ付着防止層6の寸法精度が低下するおそれがあるばかりでなく、焼成の際の無機絶縁材料の流動性が十分でなく、0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層6ができない。また、ホウケイ酸ガラスの軟化点(Ts)は900℃以下が好ましい。ガラス軟化点(Ts)が900℃を超える場合には、このガラス粉末を焼成して緻密な焼結体を得るためには900℃を超える焼成温度が必要となるので、例えば銀ペーストを用いて形成された配線導体が変形するおそれがある。ハンダ付着防止層6を形成するためのガラス粉末として、軟化点(Ts)が900℃以下を用いて、銀を主体とする配線導体の変形がなく、これらを同時に焼成できる。
The glass transition point (Tg) of the borosilicate glass is preferably 550 to 630 ° C. When glass having a glass transition point (Tg) of less than 550 ° C. is used, degreasing becomes difficult or the glass flows too much to keep the area of the solder
次に、前記組成を有するホウケイ酸ガラスの各成分について説明する。なお、以下では特に断らない限り、組成は酸化物基準のモル%表示であり、単に%と表記する。 Next, each component of the borosilicate glass having the above composition will be described. In the following description, unless otherwise specified, the composition is expressed in mol% on the basis of oxide, and is simply expressed as%.
SiO2はガラスのネットワークフォーマであり、化学的耐久性、とくに耐酸性を高くする成分であり必須である。58%未満では耐酸性が不十分となるおそれがある。84%超ではガラス軟化点(Ts)が高くなる、またはガラス転移点(Tg)が高くなりすぎるおそれがある。 SiO 2 is a glass network former, a component that increases chemical durability, particularly acid resistance, and is essential. If it is less than 58%, the acid resistance may be insufficient. If it exceeds 84%, the glass softening point (Ts) tends to be high, or the glass transition point (Tg) tends to be too high.
B2O3はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。10%未満ではガラス溶融温度が高くなり、またガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは12%以上である。25%超では、安定なガラスを得にくくなるばかりでなく、化学的耐久性が低下するおそれがある。 B 2 O 3 is a glass network former and is essential. If it is less than 10%, the glass melting temperature tends to be high, and the glass may become unstable. Preferably it is 12% or more. If it exceeds 25%, not only is it difficult to obtain stable glass, but chemical durability may be reduced.
Al2O3は必須ではないが、ガラスの安定性または化学的耐久性を高めるために6%以下の範囲で含有してもよい。6%超ではガラスの透明性が低下するおそれがある。 Al 2 O 3 is not essential, but may be contained in a range of 6% or less in order to enhance the stability or chemical durability of the glass. If it exceeds 6%, the transparency of the glass may decrease.
SiO2とAl2O3の含有量の合計は65〜84%である。65%未満であると化学的耐久性が不十分になるおそれがある。84%超であるとガラス溶融温度が高くなる、またはガラス転移点(Tg)が高くなりすぎる。 The total content of SiO 2 and Al 2 O 3 is 65 to 84%. If it is less than 65%, chemical durability may be insufficient. If it exceeds 84%, the glass melting temperature becomes high, or the glass transition point (Tg) becomes too high.
Na2OおよびK2Oはガラス転移点(Tg)を低下させる成分であり、少なくとも一方は必須である。合計で5%まで含有できる。5%超では化学的耐久性、特に耐酸性が悪化するおそれがある。また、焼結体の電気絶縁性が低下するおそれがある。Na2O、K2Oのいずれか一つ以上を含有し、Na2O、K2Oの含有量の合計は1%以上が好ましい。 Na 2 O and K 2 O are components that lower the glass transition point (Tg), and at least one of them is essential. It can contain up to 5% in total. If it exceeds 5%, chemical durability, particularly acid resistance, may deteriorate. Moreover, there exists a possibility that the electrical insulation of a sintered compact may fall. Na 2 O, containing any one or more of K 2 O, Na 2 O, the total content of K 2 O is at least 1% is preferred.
MgOは必須ではないが、ガラス転移点(Tg)を低下させる、またはガラスを安定化させるために、10%まで含有してもよい。好ましくは8%以下である。 MgO is not essential, but may be contained up to 10% in order to lower the glass transition point (Tg) or stabilize the glass. Preferably it is 8% or less.
CaO、SrOはいずれも必須ではないが、ガラス軟化点(Ts)を低下させる、またはガラスを安定化させるために、合計で15%まで含有してもよい。15%超であると耐酸性が低下するおそれがある。 Neither CaO nor SrO is essential, but in order to lower the glass softening point (Ts) or stabilize the glass, a total of up to 15% may be contained. If it exceeds 15%, the acid resistance may decrease.
ハンダ付着防止層6の主成分であるガラスは、本質的に前記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。その他の成分を含有する場合、それらの成分の含有量の合計は10%以下が好ましい。ただし、鉛酸化物は含有しない。
The glass that is the main component of the solder
本発明のハンダ付着防止層6は、このような各成分からなるホウケイ酸ガラス粉末と、必要に応じて前記セラミックス粉末とを混合してなるガラスセラミックス組成物を焼成してなるものであり、例えば、前記組成を有するホウケイ酸ガラス粉末と前記セラミックス粉末との混合粉末を、ペースト化してスクリーン印刷し、焼成して形成される。しかし、基板本体2の非搭載面23に形成された一対の外部接続端子5の間の領域に、外部接続端子5と同じ5〜15μmの厚さで0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層6を形成できる方法であれば、形成方法は特に限定されない。
The solder
さらに、本発明の素子基板1においては、基板本体2の内部に、前記した一対の素子接続端子4と一対の外部接続端子5とをそれぞれ電気的に接続する一対の接続ビア7が、基板本体2を厚さ方向に貫通している。素子接続端子4、外部接続端子5および接続ビア7の配設位置や形状は、素子接続端子4→接続ビア7→外部接続端子5と電気的に接続される限りは図1に示されるものに限定されず、適宜調整できる。
Furthermore, in the element substrate 1 of the present invention, a pair of
また、配線導体である素子接続端子4、外部接続端子5および接続ビア7の構成材料は、通常、素子基板に用いられる配線導体と同様の構成材料であれば、特に制限なく使用できる。これら配線導体の構成材料は、具体的には、銅、銀、金等の少なくとも一つを主成分とする金属材料である。このような金属材料のなかでも、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が好ましい。
In addition, the constituent materials of the
素子接続端子4および外部接続端子5の膜厚は、これらの形成に通常用いられる金属ペーストの構成粒子である金属粒子の粒径が数μmであり、ペーストを焼結して十分な量の金属粒子を存在させる観点から、5〜15μmが好ましく、7〜12μmの範囲がより好ましい。また、外部接続端子5においては、前記金属材料からなる金属導体層の上に、この層を酸化や硫化から保護しかつ導電性を有する導電性保護層(図示せず)を形成できる。導電性保護層としては、前記金属導体層を保護する機能を有する導電性材料であれば、材料に種類は特に限定されないが、ニッケルメッキ層、ニッケル/金メッキ層、銀メッキ層、ニッケル/銀メッキ層、クロムメッキ層等が好ましく、特に好ましいのはニッケル/金メッキ層である。
The film thickness of the
さらに、後述するボンディングワイヤとの良好な接合が得られる点から、素子接続端子4上には、金メッキ層、あるいはニッケルメッキの上に金メッキを施したニッケル/金メッキ層等の導電性保護層(図示せず)の形成が好ましい。 Further, from the viewpoint of obtaining good bonding with a bonding wire to be described later, a conductive protective layer such as a gold plating layer or a nickel / gold plating layer obtained by performing gold plating on the nickel plating (see FIG. (Not shown) is preferred.
またさらに素子基板1は、基板本体2の内部に埋設された、熱抵抗を低減するためのサーマルビア8を有している。サーマルビア8は、例えば、図1に示すように、発光素子搭載部22の面積と略同じ断面積を有する柱状であり、発光素子搭載部22の直下の位置に、基板本体2を厚さ方向に貫通している。すなわち、サーマルビア8は、上端部が搭載面21に達して露出している。また、サーマルビア8の他端部(下端部)は非搭載面22に達しており、大面積の外部接続端子5に接している。このような構成のサーマルビア8は、発光素子からの熱をサーマルビア8および外部接続端子5を介して効率的に外部に放散できる。
Furthermore, the element substrate 1 has a thermal via 8 embedded in the
本発明の素子基板1において、サーマルビア8の配設される位置や形状、大きさ、個数等は、図1に示されるものに限定されず、適宜調整できる。基板本体2の非搭載面23に、外部接続端子5とは別に外部への放熱のための層を、サーマルビア8に接続するように設けることもできる。
In the element substrate 1 of the present invention, the position, shape, size, number, etc., of the
前記サーマルビア8を構成する材料としては、放熱性を有する材料であれば特に限定されないが、銀を含む金属材料、具体的には、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が好ましい。 The material constituting the thermal via 8 is not particularly limited as long as it is a material having heat dissipation properties. However, a metal material containing silver, specifically, a metal material made of silver, silver and platinum, or silver and palladium is used. preferable.
以上、本発明の素子基板1の第1の実施形態について説明したが、本発明の素子基板1の構造はこれに限定されるものではない。 The first embodiment of the element substrate 1 of the present invention has been described above, but the structure of the element substrate 1 of the present invention is not limited to this.
図2は本発明の素子基板1の第2の実施形態を示し、図2(a)は搭載面側から見た平面図、図2(b)は非搭載面側から見た平面図である。 2A and 2B show a second embodiment of the element substrate 1 of the present invention. FIG. 2A is a plan view seen from the mounting surface side, and FIG. 2B is a plan view seen from the non-mounting surface side. .
この素子基板1は、平面形状が長方形で略平板状の基板本体2を有しており、基板本体2の上面の周縁部に枠体3が配設され、枠体3により略長方形のキャビティが形成されている。そして、キャビティの底面である発光素子の搭載面21上には、一対の素子接続端子4が、略中央部に位置する発光素子搭載部22を挟んで設けられている。また、基板本体2の搭載面21上には、素子接続端子4上および素子接続端子4の外周の所定の領域を除き、銀反射膜9が形成されている。
さらに、基板本体2の非搭載面23には、前記一対の素子接続端子4と接続ビア7を介して接続された一対の外部接続端子5が配設されており、これら外部接続端子5の間の領域に、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなり、0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層6が形成されている。またさらに、発光素子搭載部22の直下の位置には、サーマルビア8が基板本体2を厚さ方向に貫通している。なお、この素子基板1において、基板本体2、素子接続端子4、外部接続端子5、ハンダ付着防止層6、サーマルビア8等の構成材料は、図1に示す第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
The element substrate 1 has a substantially flat plate-
Further, on the
このように構成される素子基板1においては、外部接続端子5間に表面粗さRaが0.03μm以下の表面平滑なハンダ付着防止層6が形成されているので、外部接続端子5をハンダ接合する際に、流動したハンダが外部接続端子5間に付着することがない。そのため、外部接続端子の間隔を従来より狭く100〜150μmとしても、外部接続端子5間に短絡がなく、信頼性の高い素子基板1が得られる。
In the element substrate 1 configured as described above, since the surface-smooth solder
次に、本発明の素子基板1を用いた発光装置10の好ましい実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本発明の発光装置はこれに限定されるものではない。図3は、図1に示す素子基板1を用いた発光装置10の一例を示す断面図である。
Next, a preferred embodiment of a
本発明の発光装置10は、前記した本発明の素子基板1と、前記素子基板1に搭載された発光素子(例えばLED素子)11を備えている。発光素子11は、基板本体2の搭載面21の発光素子搭載部22に、シリコーンダイボンド材等のダイボンド材12によって固定されている。なお、搭載面21の発光素子搭載部22の位置には、基板本体2を貫通して設けられたサーマルビア8が露出しているが、発光素子11はその上にシリコーンダイボンド材や銀などの導電体を含有した導電性ダイボンド材、あるいは金/錫共晶ハンダからなるダイボンド材12を介して接着されている。そして、発光素子11が有する一対の電極(図示せず)が、その外側に位置する一対の素子接続端子4とそれぞれボンディングワイヤ13を介して電気的に接続されている。また、発光素子11やボンディングワイヤ13を覆いキャビティ内を充填するように、樹脂封止層14が設けられている。
A light-emitting
本発明の発光装置10においては、このようにして発光素子11が搭載された素子基板1が、プリント配線基板のような回路基板15に実装された構成を有する。回路基板15は、少なくとも、前記素子基板1の外部接続端子5に対向する面側に配線回路16を有しており、この配線回路16と前記素子基板1の外部接続端子5とが、ハンダ層17を介して接着固定されかつ電気的に接続されることで、実装されている。ここで、回路基板15としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を絶縁基材とし、少なくとも一方の主面に銅箔からなる配線回路16を有するプリント配線基板が使用される。
In the
このように、発光素子11が搭載された素子基板1と回路基板15とは、発光素子11の電極→ボンディングワイヤ13→素子接続端子4→接続ビア7→外部接続端子5→ハンダ層17→配線回路16の導通経路により、電気的に接続されている。一方、熱の経路としては、発光素子11からサーマルビア8を通り、外部接続端子5に至る経路が形成され、ここからさらにハンダ層17および配線回路16を介して熱放散がなされる。
Thus, the element substrate 1 on which the
ハンダ層17を構成するハンダとしては、通常、LTCC材料からなる基板を回路基板に固定するために用いるハンダ材料が使用できる。リフロー方式で使用されるハンダ材料が好ましい。具体的には、(錫+銀)、(錫+銅)、(錫+銀+銅)等からなるハンダ材料が挙げられる。ハンダ層17の厚さは、十分なハンダ接合を確保しつつ接合強度および形成のしやすさの観点から、10〜50μmが好ましく、20〜40μmがより好ましい。
As the solder constituting the
このように構成される本発明の素子基板1および発光装置10の製造には、発光素子用LTCC基板およびそれを用いた発光装置の製造に通常用いられる材料および方法が適用できる。例えば、図1に示す素子基板1および図3に示す発光装置10は、以下の各工程を含む製造方法により製造できる。なお、以下の説明では、製造に用いる部材について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。
For the manufacture of the element substrate 1 and the
(1)グリーンシートの作製
素子基板の基板本体2を形成するためのグリーンシートとして、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物を用いて、平板状の複数枚(例えば上層用と下層用の2枚)の本体用グリーンシート2を作製する。また、枠体3を形成するための枠体用グリーンシート3を作製する。枠体用グリーンシート3は、前記本体用グリーンシート2と同じサイズの複数枚のグリーンシートから、それぞれキャビティとなる部分を円形にくり抜くことで作製される。
(1) Production of Green Sheet As a green sheet for forming the
本体用グリーンシート2および枠体用グリーンシート3は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等により所定の形状のシート状に成形し、乾燥させて製造する。
The
本体用グリーンシートを作製するための本体用ガラス粉末としては、ガラス転移点(Tg)が550℃以上700℃以下が好ましい。ガラス転移点(Tg)が550℃未満の場合には脱脂が困難となるおそれがあり、700℃を超える場合には、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。 As a glass powder for main bodies for producing the green sheet for main bodies, a glass transition point (Tg) is preferably 550 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. When the glass transition point (Tg) is less than 550 ° C., degreasing may be difficult, and when it exceeds 700 ° C., the shrinkage start temperature increases, and the dimensional accuracy may decrease.
また、この本体用ガラス粉末は、800℃以上930℃以下で焼成したときに結晶が析出するものが好ましい。結晶が析出しないものの場合、十分な機械的強度を得られないおそれがある。さらに、DTA(示差熱分析)により測定される結晶化ピーク温度(Tc)が880℃以下が好ましい。Tcが880℃を超える場合、寸法精度が低下するおそれがある。 Further, the glass powder for main body is preferably one in which crystals are precipitated when fired at 800 ° C. or higher and 930 ° C. or lower. In the case where crystals do not precipitate, there is a possibility that sufficient mechanical strength cannot be obtained. Furthermore, the crystallization peak temperature (Tc) measured by DTA (differential thermal analysis) is preferably 880 ° C. or less. When Tc exceeds 880 ° C., the dimensional accuracy may be reduced.
このような本体用ガラス粉末としては、酸化物基準のモル%表示で、SiO2を57〜65%、B2O3を13〜18%、CaOを9〜23%、Al2O3を3〜8%、K2OおよびNa2Oから選ばれる少なくとも一方を合計で0.5〜6%含有するものが好ましい。このような組成を用いることで、基板本体2の表面平坦度の向上が容易となる。
As such a glass powder for a main body, it is 57 to 65% of SiO 2 , 13 to 18% of B 2 O 3 , 9 to 23% of CaO, and 3 of Al 2 O 3 in terms of mol% based on oxide. 8%, those containing from 0.5 to 6% of at least one of them in total selected from K 2 O and Na 2 O are preferred. By using such a composition, the surface flatness of the
ここで、SiO2は、ガラスのネットワークフォーマとなる。SiO2の含有量が57%未満の場合、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。一方、SiO2の含有量が65%を超える場合には、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)が過度に高くなるおそれがある。SiO2の含有量は、好ましくは58%以上、より好ましくは59%以上、特に好ましくは60%以上である。また、SiO2の含有量は、好ましくは64%以下、より好ましくは63%以下である。 Here, SiO 2 becomes a glass network former. When the content of SiO 2 is less than 57%, it is difficult to obtain a stable glass and the chemical durability may be lowered. On the other hand, when the content of SiO 2 exceeds 65%, the glass melting temperature and the glass transition point (Tg) may be excessively high. The content of SiO 2 is preferably 58% or more, more preferably 59% or more, and particularly preferably 60% or more. Further, the content of SiO 2 is preferably 64% or less, more preferably 63% or less.
B2O3は、ガラスのネットワークフォーマとなる。B2O3の含有量が13%未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)が過度に高くなるおそれがある。一方、B2O3の含有量が18%を超える場合、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。B2O3の含有量は、好ましくは14%以上、より好ましくは15%以上である。また、B2O3の含有量は、好ましくは17%以下、より好ましくは16%以下である。 B 2 O 3 is a glass network former. When the content of B 2 O 3 is less than 13%, the glass melting temperature and the glass transition point (Tg) may be excessively high. On the other hand, when the content of B 2 O 3 exceeds 18%, it is difficult to obtain a stable glass, and the chemical durability may be lowered. The content of B 2 O 3 is preferably 14% or more, more preferably 15% or more. Further, the content of B 2 O 3 is preferably 17% or less, more preferably 16% or less.
Al2O3は、ガラスの安定性、化学的耐久性、および強度を高めるために添加される。Al2O3の含有量が3%未満の場合、ガラスが不安定となるおそれがある。一方、Al2O3の含有量が8%を超える場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)が過度に高くなるおそれがある。Al2O3の含有量は、好ましくは4%以上、より好ましくは5%以上である。また、Al2O3の含有量は、好ましくは7%以下、より好ましくは6%以下である。 Al 2 O 3 is added to increase the stability, chemical durability, and strength of the glass. If the content of Al 2 O 3 is less than 3%, the glass may become unstable. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 exceeds 8%, the glass melting temperature and the glass transition point (Tg) may be excessively high. The content of Al 2 O 3 is preferably 4% or more, more preferably 5% or more. Further, the content of Al 2 O 3 is preferably 7% or less, more preferably 6% or less.
CaOは、ガラスの安定性や結晶の析出性を高めるとともに、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)を低下させるために添加される。CaOの含有量が9%未満の場合、ガラス溶融温度が過度に高くなるおそれがある。一方、CaOの含有量が23%を超える場合、ガラスが不安定になるおそれがある。CaOの含有量は、好ましくは12%以上、より好ましくは13%以上、特に好ましくは14%以上である。また、CaOの含有量は、好ましくは22%以下、より好ましくは21%以下、特に好ましくは20%以下である。 CaO is added to increase glass stability and crystal precipitation, and to lower the glass melting temperature and the glass transition point (Tg). When the content of CaO is less than 9%, the glass melting temperature may be excessively high. On the other hand, when the content of CaO exceeds 23%, the glass may become unstable. The content of CaO is preferably 12% or more, more preferably 13% or more, and particularly preferably 14% or more. Further, the content of CaO is preferably 22% or less, more preferably 21% or less, and particularly preferably 20% or less.
K2O、Na2Oは、ガラス転移点(Tg)を低下させるために添加される。K2OおよびNa2Oの合計した含有量が0.5%未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)が過度に高くなるおそれがある。一方、K2OおよびNa2Oの合計した含有量が6%を超える場合、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、電気的絶縁性も低下するおそれがある。K2OおよびNa2Oの合計した含有量は、0.8%以上5%以下が好ましい。 K 2 O and Na 2 O are added to lower the glass transition point (Tg). When the total content of K 2 O and Na 2 O is less than 0.5%, the glass melting temperature and the glass transition point (Tg) may be excessively high. On the other hand, when the total content of K 2 O and Na 2 O exceeds 6%, chemical durability, particularly acid resistance may be lowered, and electrical insulation may be lowered. The total content of K 2 O and Na 2 O is preferably 0.8% or more and 5% or less.
なお、本体用ガラス粉末は、必ずしも前記成分のみからなるものに限定されず、ガラス転移点(Tg)等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有できる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は10%以下が好ましい。 In addition, the glass powder for main bodies is not necessarily limited to what consists only of the said component, Other components can be contained in the range with which various characteristics, such as a glass transition point (Tg), are satisfy | filled. When other components are contained, the total content is preferably 10% or less.
本体用ガラス粉末は、前記したような組成を有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕して得られる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水またはエチルアルコールを用いることが好ましい。粉砕機としては、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。 The glass powder for the main body is obtained by manufacturing glass having the above composition by a melting method and pulverizing it by a dry pulverization method or a wet pulverization method. In the case of the wet pulverization method, it is preferable to use water or ethyl alcohol as a solvent. Examples of the pulverizer include a roll mill, a ball mill, and a jet mill.
本体用ガラス粉末の50%粒径(D50)は0.5μm以上2μm以下が好ましい。ガラス粉末のD50が0.5μm未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく取り扱いが困難になるばかりでなく、均一分散が困難になる。一方、ガラス粉末のD50が2μmを超える場合には、ガラス軟化温度(Ts)の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径は、例えば粉砕後に必要に応じて分級して調整してもよい。 The 50% particle size (D 50 ) of the glass powder for main body is preferably 0.5 μm or more and 2 μm or less. If D 50 of the glass powder is less than 0.5 [mu] m, handling the glass powder is likely to agglomerate are not only difficult, uniform dispersion becomes difficult. On the other hand, if the D 50 of the glass powder exceeds 2μm, there is a possibility that increase and insufficient sintering of the glass softening temperature (Ts) is generated. The particle diameter may be adjusted by classification as necessary after pulverization, for example.
本体用グリーンシートを作製するための本体用セラミックス粉末としては、従来からLTCC基板の製造に用いられるものが使用でき、例えばアルミナ粉末、ジルコニア粉末等を好適に使用できる。また、アルミナ粉末と、アルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスの粉末の混合物も使用できる。 As the ceramic powder for the main body for producing the green sheet for the main body, those conventionally used for manufacturing LTCC substrates can be used. For example, alumina powder, zirconia powder and the like can be preferably used. A mixture of alumina powder and ceramic powder having a higher refractive index than alumina can also be used.
アルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスの粉末は、焼結体である基板の反射率を向上させるための成分であり、例えばチタニア粉末、ジルコニア粉末、安定化ジルコニア粉末等が挙げられる。アルミナの屈折率が1.8程度であるのに対して、チタニアの屈折率は2.7程度、ジルコニアの屈折率は2.2程度であり、アルミナに比べて高い屈折率を有している。これらのセラミックスの粉末のD50は、0.5μm以上4μm以下が好ましい。 Ceramic powder having a refractive index higher than that of alumina is a component for improving the reflectance of a sintered substrate, and examples thereof include titania powder, zirconia powder, and stabilized zirconia powder. While the refractive index of alumina is about 1.8, the refractive index of titania is about 2.7 and the refractive index of zirconia is about 2.2, which is higher than that of alumina. . The D 50 of these ceramic powders is preferably 0.5 μm or more and 4 μm or less.
前記本体用ガラス粉末と本体用セラミックス粉末とを、例えば本体用ガラス粉末が30質量%以上50質量%以下、本体用セラミックス粉末が50質量%以上70質量%以下に配合し、混合して、本体用ガラスセラミックス組成物が得られる。また、この本体用ガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーが得られる。 The main body glass powder and the main body ceramic powder are blended in, for example, 30% by mass to 50% by mass of the main body glass powder, and 50% by mass to 70% by mass of the main body ceramic powder. A glass ceramic composition for use is obtained. In addition, a slurry can be obtained by adding a binder and, if necessary, a plasticizer, a dispersant, a solvent, and the like to the glass ceramic composition for main body.
バインダー樹脂としては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に使用できる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル等を使用できる。溶剤としては、トルエン、キシレン、2−プロパノール、2−ブタノール等の有機溶剤を好適に使用できる。 As the binder resin, for example, polyvinyl butyral, acrylic resin and the like can be suitably used. As the plasticizer, for example, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, butyl benzyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate and the like can be used. As the solvent, organic solvents such as toluene, xylene, 2-propanol and 2-butanol can be suitably used.
(2)配線導体ペースト層および放熱用金属ペースト層の形成
前記工程で得られた各本体用グリーンシート2の略中央部、および両側の2箇所の所定の位置に、これらが積層されたときに基板本体2の搭載面21から非搭載面23に貫通するように形成されるサーマルビア形成用の貫通孔、および接続ビア形成用の貫通孔を、所定の断面形状および大きさで通常の方法により形成する。
(2) Formation of wiring conductor paste layer and metal paste layer for heat dissipation When these are laminated at a predetermined position on the substantially central portion of each main body
次いで、上層と下層の2枚の本体用グリーンシート2の2箇所の接続ビア形成用の貫通孔に、それぞれ接続ビア用導体ペースト層7を形成するとともに、上層の本体用グリーンシート2の搭載面21となる一方の面に、一対の素子接続端子用導体ペースト層4を、それぞれ接続ビア用導体ペースト層7と接続するように所定の大きさおよび形状で形成する。
また、下層の本体用グリーンシート2の非搭載面23となる一方の面に、一対の外部接続端子用導体ペースト層5を、それぞれ接続ビア用導体ペースト層7と接続するように所定の大きさおよび形状で形成する。なお、素子接続端子用導体ペースト層4、接続ビア用導体ペースト層7および外部接続端子用導体ペースト層5を併せて、配線導体ペースト層という。
Next, the conductive via
In addition, a pair of external connection terminal conductor paste layers 5 are connected to the connection via
これらの配線導体ペースト層を構成する配線導体ペーストとしては、例えば銅、銀、金等の少なくとも一つを主成分とする導電性金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いる。なお、前記導電性金属粉末としては、銀からなる金属粉末、銀と白金またはパラジウムからなる金属粉末が好ましい。 As the wiring conductor paste constituting these wiring conductor paste layers, for example, a conductive metal powder containing at least one of copper, silver, gold and the like as a main component, a vehicle such as ethyl cellulose, and a solvent as necessary are added. The paste is used. The conductive metal powder is preferably a metal powder made of silver or a metal powder made of silver and platinum or palladium.
配線導体ペースト層を形成するには、例えば、前記導体ペーストをスクリーン印刷により塗布、充填する。形成される配線導体ペースト層の厚さは、最終的に得られる素子接続端子4および外部接続端子5の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。
In order to form the wiring conductor paste layer, for example, the conductor paste is applied and filled by screen printing. The thickness of the formed wiring conductor paste layer is adjusted so that the film thicknesses of the finally obtained
また、上層と下層の各本体用グリーンシート2のサーマルビア形成用の貫通孔に、サーマルビア用ペースト層8を形成する。サーマルビア用ペースト層8を形成するために放熱用金属ペーストは、放熱性材料として金属粉末を使用し、前記配線導体ペーストと同様に調製できる。放熱性材料である金属粉末としては、銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等が挙げられる。このように、放熱性の金属粉末として、配線導体ペーストに好ましい銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等を用いる場合には、1種類のペーストで、素子接続端子用導体ペースト層4、外部接続端子用導体ペースト層5、接続ビア用導体ペースト層7、サーマルビア用ペースト層8の全てを形成できる。サーマルビア用ペースト層8を形成するには、例えば、スクリーン印刷により放熱用金属ペーストを塗布、充填する。
Further, the thermal via
(3)ハンダ付着防止用ガラスペースト層の形成
下層の本体用グリーンシート2において、前記(2)の工程で形成された一対の外部接続端子用導体ペースト層5の間の領域に、ハンダ付着防止用ガラスペースト層6を形成する。
(3) Formation of glass paste layer for preventing solder adhesion In the lower body
ハンダ付着防止用ガラスペーストは、前記したハンダ付着防止層6用のガラス粉末と、必要に応じてセラミックス粉末とを混合してなるガラスセラミックス組成物に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いる。形成されるハンダ付着防止用ガラスペースト層6の厚さは、最終的に得られるハンダ付着防止層6の厚さが外部接続端子5の厚さと同じとなるように調整される。また、前記ハンダ付着防止層6用ガラス粉末における各成分の組成やガラス転移点(Tg)、セラミックス粉末の粒径や含有量により、最終的に得られるハンダ付着防止層6の表面粗さRaが0.3μm以下に調整される。すなわち、ハンダ付着防止層6用のガラス粉末として、焼成時に十分に溶融する流動性に優れる組成および粒径を使用し、さらにセラミックス粉末との混合物の組成を焼成時の流動性に優れたものとして、表面粗さRaが0.3μm以下のハンダ付着防止層5を形成できる。
The glass paste for preventing solder adhesion is composed of a glass ceramic composition obtained by mixing the glass powder for the solder
ハンダ付着防止用ガラスペースト層を形成するには、例えば、スクリーン印刷により塗布する。 In order to form the solder paste preventing glass paste layer, for example, it is applied by screen printing.
(4)グリーンシートの積層
前記(2)および(3)の工程で得られた、配線導体ペースト層と放熱用金属ペースト層およびハンダ付着防止用ガラスペースト層付きの下層の本体用グリーンシート2の上に、配線導体ペースト層と放熱用金属ペースト層付きの上層の本体用グリーンシート2を積層し、さらに上層の本体用グリーンシート2の搭載面21上に前記(1)の工程で得られた枠体用グリーンシート3を積層する。これにより、搭載面21上にキャビティを有し、かつキャビティの底面が発光素子搭載部22を有する形状のグリーンシート積層体が、未焼成の素子基板1として得られる。
(4) Lamination of Green Sheets of the
(5)焼成
前記(4)の工程で得られた未焼成の素子基板1について、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行った後、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成を行う。
(5) Firing The green ceramic substrate 1 obtained in the step (4) is subjected to degreasing to remove a binder or the like, if necessary, and then a glass ceramic composition or the like is sintered. Firing is performed.
脱脂は、例えば500℃以上600℃以下の温度で1時間以上10時間以下保持する条件で行う。脱脂温度が500℃未満もしくは脱脂時間が1時間未満の場合、バインダー等を十分に除去できないおそれがある。一方、脱脂温度は600℃程度、脱脂時間は10時間程度とすれば、十分にバインダー等を除去でき、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。 Degreasing is performed, for example, under the condition of holding at a temperature of 500 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 10 hours. When the degreasing temperature is less than 500 ° C. or the degreasing time is less than 1 hour, the binder or the like may not be sufficiently removed. On the other hand, if the degreasing temperature is about 600 ° C. and the degreasing time is about 10 hours, the binder and the like can be sufficiently removed, and if it exceeds this, productivity and the like may be lowered.
また、焼成は、基板本体2および枠体3の緻密な構造の獲得と生産性を考慮して、800℃〜930℃の温度範囲で適宜時間を調整することで行える。具体的には、850℃以上900℃以下の温度で20分以上60分以下保持することが好ましく、特に860℃以上880℃以下の温度で行うことが好ましい。焼成温度が800℃未満では、基板本体が緻密な構造として得られないおそれがある。一方、焼成温度は930℃を超えると基板本体2が変形するなど生産性等が低下するおそれがある。また、前記配線導体ペーストや放熱用金属ペーストとして、銀を主成分とする金属粉末を含有する金属ペーストを用いた場合、焼成温度が880℃を超えると、過度に軟化するために所定の形状を維持できなくなるおそれがある。
In addition, the firing can be performed by appropriately adjusting the time in a temperature range of 800 ° C. to 930 ° C. in consideration of obtaining a dense structure of the
このようにして、未焼結の素子基板1が焼成されて素子基板1が得られる。焼成後、素子接続端子4、外部接続端子5の表面を被覆するように、素子接続端子4には金メッキ層、外部接続端子5にはニッケルメッキ層のような、通常の素子基板において導体保護用に用いられる導電性保護層を形成できる。
In this way, the unsintered element substrate 1 is fired to obtain the element substrate 1. After firing, the
以上、素子基板1の製造方法について説明したが、枠体用グリーンシート3は単一のグリーンシートからなる必要はなく、複数枚のグリーンシートを積層したものであってもよい。また、各部の形成順序等についても、素子基板の製造が可能な限度において適宜変更できる。
Although the manufacturing method of the element substrate 1 has been described above, the frame
さらに、基体本体2および枠体3を構成する無機絶縁材料としては、前記した通り、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等を用いてもよいが、これらのセラミックス焼結体を用いる場合も、LTCCと同様に基板本体2等を製造できる。すなわち、セラミックス焼結体の原料組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等により所定の形状のシート状に成形し、乾燥させ、必要に応じて脱脂を行い、用いるセラミックス焼結体に好適な焼成温度、例えば、酸化アルミニウム質焼結体においては、1400〜1700℃、窒化アルミニウム質焼結体においては1700〜1950℃の温度で焼成して、焼結体が得られる。
Furthermore, as described above, the inorganic insulating material constituting the
なお、前記アルミニウムを主要成分として含んでいるセラミックス焼結体の原料として、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ハロゲン化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫化アルミニウム、窒化アルミニウム等の化合物、曹長石(NaAlSi3O8)、明礬(KAl3(OH)6(SO4)2)、ベーマイト(AlO(OH))、コランダム(Al2O3)、カオリナイト(Al2Si2O5(OH)4)、ムライト(Al6Si2O13)、セリサイト(KAl2(AlSi3O10)(OH)2)等の前記化合物を含有する鉱物、もしくは前記化合物を原料とした合成物等が挙げられる。 In addition, as a raw material of the ceramic sintered body containing the aluminum as a main component, for example, a compound such as aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum halide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum sulfide, aluminum nitride, anorthite ( NaAlSi 3 O 8 ), alum (KAl 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2 ), boehmite (AlO (OH)), corundum (Al 2 O 3 ), kaolinite (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ), Mullite (Al 6 Si 2 O 13 ), sericite (KAl 2 (AlSi 3 O 10 ) (OH) 2 ) and other minerals containing the above compounds, or synthetic materials using the above compounds as raw materials. .
スラリーを調製するための、バインダーや任意成分である可塑剤、分散剤、溶剤等については、前記LTCCと同様に構成できる。その他、セラミックス焼結体の製造工程においても、前記焼成条件を除いてLTCCと同様とできる。 The binder and optional plasticizer, dispersant, solvent, and the like for preparing the slurry can be configured in the same manner as the LTCC. In addition, also in the manufacturing process of a ceramic sintered compact, it can carry out similarly to LTCC except the said baking conditions.
(6)発光装置の作製
前記素子基板1を用いて、例えば図3に示す発光装置10を作製する方法については、特に限定されず、発光素子11を素子基板1に搭載する方法、ワイヤボンディング等の電気的接続方法、封止剤を用いて樹脂封止層14を形成する方法、さらに素子基板1をハンダにより回路基板15に接合する方法等において、全て従来公知の方法が適用できる。
(6) Production of Light-Emitting Device The method for producing the light-emitting
以上、本発明の素子基板1およびこれを用いた発光装置10の実施形態を、図1および図3に示される一例を挙げて説明したが、本発明の素子基板および発光装置はこれらに限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更できる。
The embodiment of the element substrate 1 and the
次に、本発明の具体的な実施例を記載する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。 Next, specific examples of the present invention will be described. The present invention is not limited to these examples.
実施例1〜4、比較例1〜11
以下に示す方法で、図1に示す素子基板1を製造した。まず、素子基板1の基板本体2を作製するための本体用グリーンシート(上層の本体用グリーンシートおよび下層の本体用グリーンシート)を作製した。本体用グリーンシートの作製においては、酸化物基準のモル%表示で、SiO2が60.4%、B2O3が15.6%、Al2O3が6%、CaOが15%、K2Oが1%、Na2Oが2%の原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて1600℃で60分間溶融させた後、溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより40時間粉砕して本体用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。
Examples 1-4, Comparative Examples 1-11
The element substrate 1 shown in FIG. 1 was manufactured by the following method. First, main body green sheets (upper main body green sheet and lower main body green sheet) for manufacturing the substrate
次いで、このガラス粉末が38質量%、アルミナ粉末(昭和電工社製、商品名:AL−45H)が38質量%、ジルコニアフィラー(第一稀元素化学工業社製、商品名:HSY−3F−J)が24質量%にて配合し、混合して、本体用のガラスセラミックス組成物を製造した。このガラスセラミックス組成物50gに、有機溶剤(トルエン、キシレン、2−プロパノール、2−ブタノールを質量比4:2:2:1で混合したもの)15g、可塑剤(フタル酸ジ−2−エチルヘキシル)2.5g、バインダーとしてのポリビニルブチラール(デンカ社製、商品名:PVK#3000K)5g、さらに分散剤(ビックケミー社製、商品名:BYK180)を配合し、混合してスラリーを調製した。 Next, 38% by mass of this glass powder, 38% by mass of alumina powder (manufactured by Showa Denko KK, trade name: AL-45H), zirconia filler (manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industries, trade name: HSY-3F-J) ) Was mixed at 24% by mass and mixed to produce a glass ceramic composition for the main body. 50 g of this glass ceramic composition, 15 g of an organic solvent (toluene, xylene, 2-propanol, 2-butanol mixed at a mass ratio of 4: 2: 2: 1), plasticizer (di-2-ethylhexyl phthalate) 2.5 g of polyvinyl butyral (trade name: PVK # 3000K, manufactured by Denka) as a binder and 5 g of a dispersant (trade name: BYK180, manufactured by Big Chemie) were further blended and mixed to prepare a slurry.
このスラリーをPETフィルム上にドクターブレード法により塗布し、乾燥させたグリーンシートを焼成後の厚さが0.5mmになるように積層し、上層および下層の本体用グリーンシートを製造した。また、これらの本体用グリーンシートと同様にして製造されたグリーンシートを、所定の形状に加工して枠体用グリーンシートを作製した。 This slurry was applied onto a PET film by a doctor blade method, and the dried green sheets were laminated so that the thickness after firing was 0.5 mm to produce upper and lower body green sheets. Further, green sheets manufactured in the same manner as these green sheets for main bodies were processed into a predetermined shape to produce green sheets for frames.
一方、導電性金属粉末(大研化学工業社製、商品名:S550)、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比85:15の割合で配合し、固形分は85質量%で溶剤のαテレピネオールに分散後、磁器乳鉢中で1時間混練し、さらに三本ロールにて3回分散して導体ペーストを製造した。 On the other hand, conductive metal powder (manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd., trade name: S550) and ethyl cellulose as a vehicle are blended in a mass ratio of 85:15, and the solid content is 85 mass% after being dispersed in α-terpineol as a solvent. Then, the mixture was kneaded for 1 hour in a porcelain mortar, and further dispersed three times with three rolls to produce a conductor paste.
上層の本体用グリーンシートの上面に、前記導体ペーストをスクリーン印刷して、素子接続端子用導体ペースト層を形成するとともに、接続ビアに相当する部分に孔空け機を用いて直径0.15mmの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを充填して、接続ビア用導体ペースト層を形成した。また、サーマルビアに相当する部分に孔空け機を用いて直径1mmの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを充填して、サーマルビア用導体ペースト層を形成した。 The conductor paste is screen-printed on the upper surface of the upper green sheet for the main body to form a conductor paste layer for element connection terminals, and a hole having a diameter of 0.15 mm is formed in the portion corresponding to the connection via. A hole was formed, and the conductive paste was filled by the screen printing method to form a conductive paste layer for connection via. Further, a through hole having a diameter of 1 mm was formed in a portion corresponding to the thermal via using a hole punch, and the conductive paste was filled by a screen printing method to form a thermal via conductive paste layer.
さらに、下層の本体用グリーンシートの下面に、前記導体ペーストをスクリーン印刷して、外部接続端子用導体ペースト層を形成するとともに、サーマルビア並びに接続ビアに相当する部分に孔空け機を用いて直径1mmおよび直径0.15mmの貫通孔をそれぞれ形成し、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを充填して、サーマルビア用導体ペースト層および接続ビア用導体ペースト層をそれぞれ形成した。なお、一対の外部接続端子用導体ペースト層の間隔は、100μmとした。 Further, the conductor paste is screen-printed on the lower surface of the lower body green sheet to form a conductor paste layer for external connection terminals, and the diameter corresponding to the thermal via and the connection via is formed using a hole punch. A through hole having a diameter of 1 mm and a diameter of 0.15 mm was formed, and the conductive paste was filled by screen printing to form a thermal via conductor paste layer and a connection via conductor paste layer. In addition, the space | interval of a pair of conductor paste layer for external connection terminals was 100 micrometers.
次に、3種類のハンダ付着防止用ガラス粉末A〜Cをそれぞれ製造し、これらのガラス粉末A〜Cを用いて、実施例1〜4および比較例1〜11で使用するハンダ付着防止用ガラスペーストをそれぞれ調製した。すなわちまず、酸化物基準のモル%表示で、表1に示す組成に原料を調合・混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて1600℃で60分間加熱溶融させた後、溶融状態のガラスを流し出し冷却し、次いで、得られたガラスをアルミナ製ボールミルでエタノールを溶媒として40時間粉砕した。こうして、ハンダ付着防止用ガラス粉末A〜Cをそれぞれ製造した。得られたガラス粉末A〜Cの50%粒径(D50)を、島津製作所社製レーザ回折式粒度分布測定装置(SALD2100)を用いて測定したところ、いずれも2.0μmであった。また、ガラス粉末A〜Cのガラス転移点(Tg)およびガラス軟化点(Ts)を島津製作所社製DTA−50により測定したところ、表1に示す結果が得られた。 Next, three types of glass powders A to C for preventing solder adhesion were produced, and using these glass powders A to C, the glass for preventing solder adhesion used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 11 were used. Each paste was prepared. That is, first, raw materials are prepared and mixed in the composition shown in Table 1 in terms of mol% on the basis of oxide, and the raw material mixture is put in a platinum crucible and heated and melted at 1600 ° C. for 60 minutes, and then the molten glass is prepared. The glass thus obtained was poured and cooled, and then the obtained glass was pulverized with an alumina ball mill using ethanol as a solvent for 40 hours. Thus, glass powders A to C for preventing solder adhesion were produced, respectively. The 50% particle size (D 50 ) of the obtained glass powders A to C was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD2100) manufactured by Shimadzu Corporation, and all were 2.0 μm. Moreover, when the glass transition point (Tg) and glass softening point (Ts) of glass powder AC were measured by Shimadzu Corporation DTA-50, the result shown in Table 1 was obtained.
次いで、この3種類のガラス粉末A〜Cのいずれかとアルミナ粉末(昭和電工社製、商品名:AL47H)とを、アルミナ粉末の含有量が表2に示す割合(質量%)で配合し混合した。そして、この混合物が60質量%、樹脂成分(エチルセルロースとαテレピネオールとを質量比で85:15の割合で含有するもの)が40質量%で配合した後、ジルコニア製乳鉢中で3時間混練し、さらにアルミナ製三本ロールにて3回分散を行い、実施例1〜4および比較例1〜11で使用されるハンダ付着防止用ガラスペーストをそれぞれ調製した。 Next, any one of these three types of glass powders A to C and alumina powder (product name: AL47H, manufactured by Showa Denko KK) were blended and mixed at a ratio (mass%) shown in Table 2 for the content of alumina powder. . And after blending 60% by mass of this mixture and 40% by mass of a resin component (containing ethyl cellulose and α-terpineol in a mass ratio of 85:15), the mixture was kneaded in a zirconia mortar for 3 hours, Furthermore, it disperse | distributed 3 times with the triple roll made from an alumina, and prepared the glass paste for solder adhesion prevention used in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-11, respectively.
そして、下層の本体用グリーンシートの下面において、一対の外部接続端子用導体ペースト層の間の幅100μmの領域に、前記したように調製されたハンダ付着防止用ガラスペーストを80μmの幅でスクリーン印刷し、ハンダ付着防止用ガラスペースト層を形成した。 Then, the solder paste preventing glass paste prepared as described above is screen-printed with a width of 80 μm in a region of 100 μm width between the pair of conductor paste layers for external connection terminals on the lower surface of the lower body green sheet. Then, a glass paste layer for preventing solder adhesion was formed.
次に、こうして作製されたハンダ付着防止用ガラスペースト層および導体ペースト層付きの下層の本体用グリーンシートと、導体ペースト層付きの上層の本体用グリーンシートを重ね合わせ、さらに上層の本体用グリーンシートの上に枠体用グリーンシートを重ねた後、熱圧着により一体化した。こうして、未焼成の素子基板が得られた。 Next, the lower body green sheet with the solder paste-preventing glass paste layer and the conductor paste layer and the upper body green sheet with the conductor paste layer were overlapped, and the upper body green sheet was further layered. A green sheet for a frame body was stacked on top of each other and then integrated by thermocompression bonding. Thus, an unfired element substrate was obtained.
得られた未焼成の素子基板を、550℃で5時間保持して脱脂し、さらに870℃で30分間保持して焼成して、素子基板1を製造した。得られた素子基板1において、焼成後のハンダ付着防止層6の表面粗さRaをサーフコム1400D(東京精密社製)により測定した。測定結果を表2に示す。
The obtained unfired element substrate was degreased by holding at 550 ° C. for 5 hours, and further held and fired at 870 ° C. for 30 minutes to produce an element substrate 1. In the obtained element substrate 1, the surface roughness Ra of the solder
次に、前記で作製した素子基板1の発光素子搭載部22に、2ワイヤタイプのLED素子(エピスター社製、商品名:ES−CEBLV45)をダイボンド材(信越化学工業社製、商品名:KER−3000−M2)により接着・固定し、LED素子が有する一対の電極をボンディングワイヤ13によってそれぞれ素子接続端子4に電気的に接続した。さらに、封止剤(信越化学工業社製、商品名:SCR−1016A)を用いて樹脂封止層14を形成した。
Next, a 2-wire type LED element (manufactured by Epistar, trade name: ES-CEBLV45) is die-bonded to the light emitting
こうして得られたLED素子が搭載された基板を、回路基板15の上にハンダ層17を介して接合した。回路基板15としては、ガラスエポキシ基板(FR4)を用いた。この回路基板は、前記素子基板1の外部接続端子5と対向する面に、100μmの間隔をおいて形成された一対の実装端子を含む配線回路16を有し、LED素子が搭載された基板の一対の外部接続端子5を、対応する実装端子上に配置し、50μm厚のはんだ層17により接合した。
The substrate on which the LED element thus obtained was mounted was bonded onto the
ハンダ層17の平面形状は外部接続端子5と同形状とし、素子基板1の回路基板15への前記ハンダ接合による実装は、ハンダリフローにより行った。こうして各実施例および比較例において50個ずつの発光装置10を作製し、外部接続端子5の短絡が生じたものの数を数え、短絡率を算定した。外部接続端子5の短絡の有無は、デジタルマルチメーターPM−3(三和電気計器社製)により測定した。測定結果を表2に示す。なお、外部接続端子の短絡率は0%でなければならず、それ以外は製品として使用できない。
The planar shape of the
表2から、以下のことがわかる。すなわち、実施例1〜4の素子基板1を用いた発光装置10では、一対の外部接続端子5が100μmと極めて狭い間隔で配設されているが、これらの外部接続端子5の間にガラスを主成分とする表面粗さRaが0.03μm以下のハンダ付着防止層6が形成されているので、外部接続端子5を回路基板15上にハンダ層17を介して接合する際の短絡率は0%であり、流動したハンダにより外部接続端子5間に短絡が生じることがない。
Table 2 shows the following. That is, in the light-emitting
これに対して、比較例1〜11の素子基板1を用いた発光装置10では、実施例1〜4と同じ間隔で配設された外部接続端子5の間にガラスを主成分とする層が形成されているが、この層は0.03μmを超える表面粗さRaを有しているので、ハンダ付着を防止する効果が十分でなく、外部接続端子5間の短絡不良が発生していることがわかる。
On the other hand, in the
本発明によれば、100〜150μmと狭い間隔で配設された外部接続端子を有し、これらの外部接続端子を回路基板の配線回路にハンダ接合によって表面実装する素子基板において、ハンダ接合の際に流動したハンダが素子基板の外部接続端子間に流入して外部接続端子間が短絡がなく、信頼性が高い発光装置が得られる。このような本発明の発光装置は、例えば携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、自動車用あるいは装飾用の照明、その他の光源として好適に使用できる。 According to the present invention, in an element substrate having external connection terminals arranged at a narrow interval of 100 to 150 μm, and mounting these external connection terminals on a wiring circuit of a circuit board by solder bonding, As a result, the solder that has flowed in between flows into the external connection terminals of the element substrate, and there is no short circuit between the external connection terminals, so that a highly reliable light emitting device can be obtained. Such a light-emitting device of the present invention can be suitably used as a backlight for mobile phones, large liquid crystal displays, etc., illumination for automobiles or decoration, and other light sources.
1…素子基板、2…基板本体、3…枠体、4…素子接続端子、5…外部接続端子、6…ハンダ付着防止層、7…接続ビア、8…サーマルビア、9…銀反射膜、10…発光装置、11…発光素子、12…ダイボンド材、13…ボンディングワイヤ、14…樹脂封止層、15…回路基板、16…配線回路、21…搭載面、23…非搭載面。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Element board | substrate, 2 ... Board | substrate body, 3 ... Frame body, 4 ... Element connection terminal, 5 ... External connection terminal, 6 ... Solder adhesion prevention layer, 7 ... Connection via, 8 ... Thermal via, 9 ... Silver reflection film, DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記発光素子の電極を外部回路に電気的に接続するように前記基板本体の表面および内部に形成された導体であり、その一部は前記搭載面の反対側の面である非搭載面に複数の外部接続端子として配設された配線導体を備え、
前記外部接続端子が回路基板の配線回路上にハンダ接合される素子基板であって、
前記基板本体の非搭載面において、前記外部接続端子の対向する2つの間の領域に、ガラスを主体とする無機絶縁材料からなり0.03μm以下の表面粗さRaを有するハンダ付着防止層が形成されていることを特徴とする素子基板。 A substrate body made of an inorganic insulating material and having a mounting surface part of which is a mounting portion on which a light emitting element is mounted;
Conductors formed on and in the surface of the substrate main body so as to electrically connect the electrodes of the light emitting element to an external circuit, a part of which is a plurality of non-mounting surfaces on the opposite side of the mounting surface A wiring conductor arranged as an external connection terminal of
The external connection terminal is an element substrate to be soldered onto a wiring circuit of a circuit board,
On the non-mounting surface of the substrate main body, a solder adhesion preventing layer made of an inorganic insulating material mainly composed of glass and having a surface roughness Ra of 0.03 μm or less is formed in a region between two opposing external connection terminals. An element substrate.
前記素子基板の前記搭載部に搭載された発光素子と、
前記素子基板が搭載される、配線回路を有する回路基板と、
前記素子基板を前記回路基板に固定するハンダ層であって、前記素子基板の前記外部接続端子と前記配線回路とを接続するハンダ層と、
を有することを特徴とする発光装置。 The element substrate according to any one of claims 1 to 6,
A light emitting element mounted on the mounting portion of the element substrate;
A circuit board having a wiring circuit on which the element substrate is mounted;
A solder layer for fixing the element substrate to the circuit board, the solder layer connecting the external connection terminal of the element substrate and the wiring circuit;
A light emitting device comprising:
Priority Applications (1)
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