JP2012109513A - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】サーマルビアに比べて経済的に有利な、基板の発光素子搭載面に平行するかたちで配設される放熱層のみで発光素子の発熱を十分に放散可能な発光素子用基板を提供する。
【解決手段】ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、発光素子が搭載される側の面を主面とし、該主面上に発光素子の電極と外部回路を電気的に接続するための配線導体の一部を有する基板本体と、前記基板本体の主面上に、前記配線導体の一部とその周囲近傍および該主面の周縁部を除くかたちに形成された、銀を含む金属材料からなり膜厚が８〜５０μｍの平坦表面を有する放熱層と、前記放熱層の端縁を含む全体を覆うように形成された平坦表面を有する絶縁性保護層と、を有することを特徴とする発光素子用基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に係り、特に熱抵抗の低減された発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に関する。
近年、発光ダイオード素子の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶのバックライト等に発光ダイオード素子を用いた発光装置が使用されている。しかしながら、発光ダイオード素子の高輝度化に伴って発熱量が増加し、その温度が過度に上昇するために、必ずしも十分な発光輝度を得られなくなっている。このため発光ダイオード素子等の発光素子を搭載するための発光素子用基板として、発光素子から発生する熱を速やかに放散することができ、十分な発光輝度を得られるものが求められている。
従来、発光素子用基板として、例えばアルミナ基板が用いられている。また、アルミナ基板の熱伝導率が約１５〜２０Ｗ／ｍ・Ｋと必ずしも高くないことから、より高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板を用いることも検討されている。
しかしながら、窒化アルミニウム基板は、原料コストが高く、また難焼結性であることから高温焼成が必要となり、プロセスコストが高くなりやすい。さらに、窒化アルミニウム基板の熱膨張係数は４×１０−６〜５×１０−６／℃と小さく、汎用品である９×１０−６／℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板に実装した場合、熱膨張差により必ずしも十分な接続信頼性を得ることができない。
このような問題を解決するために、発光素子用基板として低温同時焼成セラミックス基板（以下、ＬＴＣＣ基板という）を用いることが検討されている。ＬＴＣＣ基板は、例えばガラスとアルミナフィラーとからなるものであり、これらの屈折率差が大きく、またこれらの界面が多く、その厚みが利用する波長よりも大きいことから、高い反射率を得ることができる。これにより、発光素子からの光を効率よく利用し、結果として発熱量を低減することができる。また、光源による劣化の少ない無機酸化物からなるために、長期間に渡って安定した色調を保つことができる。
このようなＬＴＣＣ基板は必ずしも熱伝導率が高くないことから、例えば金属のような高熱伝導材料からなるサーマルビアを設け、熱抵抗を低減させることが知られている。サーマルビアとしては、例えば発光素子より小さいものを複数配置するものや、発光素子と略同等の大きさのものを１つのみ配置するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献２には、基板上に銀、銀合金等の反射層を備えた構成の発光装置において、この反射層が基板平面方向への放熱に寄与すること、反射層による放熱に加えて基板垂直方向への放熱性を高めるために放熱ビアを設けることが好ましい旨の記載がある。
一方、ＬＴＣＣ基板ではないが、発光ダイオード素子からの放熱性を考慮したフレキシブルプリント配線基板において、配線パターンが形成された絶縁基板面の反対側の面に銅箔、アルミ箔などの金属材料からなる放熱層を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
また、発光素子からの発熱を放散する手段として、発光素子搭載面に平行する放熱層は、サーマルビアに比べて経済的に優位であるが、搭載面に平行する放熱層単独でサーマルビアと同等な十分な放熱性を有するような発光素子用ＬＴＣＣ基板は得られていない。さらに、サーマルビアは原価面で不利なだけでなく、平坦性を悪くし発光素子と基板との接着性に悪影響をおよぼす問題点もある。
特開２００６−４１２３０号公報 特開２０１０−３４４８７号公報 特開２０１０−１０２９８号公報
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、サーマルビアに比べて経済的に有利な、基板の発光素子搭載面に平行する放熱層のみで十分な放熱性を有する発光素子用基板の提供を目的とする。また、本発明は、上記発光素子用基板を用いた発光装置の提供を目的とする。
本発明の発光素子用基板は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、発光素子が搭載される側の面を主面とし、該主面上に発光素子の電極と外部回路を電気的に接続するための配線導体の一部を有する基板本体と、前記基板本体の主面上に、前記配線導体の一部とその周囲近傍および該主面の周縁部を除くかたちに形成された、銀を含む金属材料からなり膜厚が８〜５０μｍの平坦表面を有する放熱層と、前記放熱層の端縁を含む全体を覆うように形成された平坦表面を有する絶縁性保護層と、を有することを特徴とする。
本発明の発光素子用基板においては、前記基板本体がサーマルビアを有しない構成であることが好ましい。
本発明の発光素子用基板において、前記放熱層の少なくとも前記発光素子が搭載される部分の表面粗さＲａは、０．１５μｍ以下であることが好ましい。また、前記絶縁性保護層の少なくとも前記発光素子が搭載される部分の表面粗さＲａは、０．０３μｍ以下であること好ましい。本発明の発光素子用基板において、前記絶縁性保護層の膜厚は、５〜１５０μｍであることが好ましい。
本発明の発光素子用基板において、前記絶縁性保護層は、ガラスまたはガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体からなることが好ましく、前記第２のガラスセラミックス組成物が含有するセラミックスフィラーは、アルミナ粉末とジルコニア粉末の混合物であることが好ましい。
本発明の発光素子用基板においては、前記配線導体はその一部として発光素子の電極に接続される素子接続端子および外部回路と接続される外部接続端子を有し、さらに前記両端子上にその端縁を含む全体を覆うように導電性保護層が形成されていることが好ましい。また、前記導電性保護層は、少なくとも最外層に金メッキ層を有する金属メッキ層であることが好ましい。
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子用基板と、前記発光素子用基板に搭載される発光素子とを有することを特徴とする。
本発明の発光素子用基板によれば、サーマルビアに比べて経済的に有利な、基板の発光素子搭載面に平行する放熱層のみで、発光素子の発熱を十分に放散することが可能である。また、本発明の発光素子用基板を使用することにより、基板表面の平坦性を悪くするサーマルビアを使用しなくとも十分な放熱性が得られることから、発光素子と基板との接着が容易となる利点もある。また、本発明によれば、このような発光素子用基板に発光素子を搭載することで、十分な発光輝度を得ることができる発光装置とすることができる。
本発明の発光素子用基板および発光装置の第１の実施形態の一例を示す平面図および断面図である。 図１に示す発光素子用基板の製造工程の一部（（Ａ）工程）を模式的に示す図である。 図１に示す発光素子用基板の製造工程の一部（（Ｂ）工程〜（Ｄ）工程）を模式的に示す図である。 本発明の発光素子用基板および発光装置の第２の実施形態の一例を示す平面図および断面図である。 図４に示す発光素子用基板の製造工程の一部（（Ａ）’工程）を模式的に示す図である。 図４に示す発光素子用基板の製造工程の一部（（Ｂ）’工程、（Ｃ）’工程）を模式的に示す図である。
以下に、図を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。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。
本発明の発光素子用基板は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、発光素子が搭載される側の面を主面とし、該主面上に発光素子の電極と外部回路を電気的に接続するための配線導体の一部を有する基板本体と、前記基板本体の主面上に、前記配線導体の一部とその周囲近傍および該主面の周縁部を除くかたちに形成された、銀を含む金属材料からなり膜厚が８〜５０μｍの平坦表面を有する放熱層と、前記放熱層の端縁を含む全体を覆うように形成された平坦表面を有する絶縁性保護層と、を有することを特徴とする。
ここで、本明細書において、発光素子用基板が有する上記「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外部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、基板内に設けられる内層配線（基板内を貫通する貫通導体を含む）、外部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ものである。
また、本明細書において、「略」を付けた表記は、特に断らない限り目視レベルでそう感じるレベルのことをいう。
本発明によれば、ＬＴＣＣ基板の発光素子が搭載される側の主面に、前記配線導体の一部とその周囲近傍および該主面の周縁部を除くかたちに形成された、銀を含む表面が平坦な金属層を８〜５０μｍの膜厚で有し、さらにこれを覆う絶縁性保護層についても表面平坦性をもたせることで、製造工程の増加やこれに充填する多量の銀等を必要とするサーマルビアを設けなくとも、発光素子から発熱される熱の十分な放散を可能としたものである。また、本発明によれば、この放熱層を絶縁保護する絶縁性保護層の膜厚や材料を適宜選択することで、上記放熱層を発光素子が発光する光を光取り出し側へ反射する反射層として機能することを可能としている。これにより、この発光素子用基板に発光素子を搭載し発光装置とした際に、十分な発光輝度を得ることが可能となる。
以下に、絶縁性保護層としてガラス層を用いた場合の本発明の第１の実施形態と、絶縁性保護層としてガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体層を用いた場合の本発明の第２の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の発光素子用基板１、およびこれを用いた発光装置１０の一例を示す平面図（ａ）、およびそのＸ−Ｘ線断面図（ｂ）である。
本発明の発光素子用基板１は、例えば、図１に示すように２個の発光素子１１が電気的に直列に接続されるように搭載されるものである。この発光素子用基板１は、発光素子１１がボンディングワイヤ１２によって電気的に直列に接続されるとともに、これら発光素子１１とボンディングワイヤ１２を覆うように封止層１３が設けられて発光装置１０として用いられる。つまり、図１に示す発光装置１０において、発光素子１１、ボンディングワイヤ１２および封止層１３を除く部分が本発明の発光素子用基板１である。
なお、ここでは２個の発光素子１１が電気的に直列に接続されるように搭載される発光装置および発光装置用基板を例として本発明の第１の実施形態について説明するが、搭載される発光素子の個数や、複数個搭載する場合の直列、並列等の電気的な接続方法等は特に制限されるものではない。以下に説明する個々の部材の構成は、本発明の範囲内において、用いられる発光装置の設計に応じて適宜調整され得るものである。
発光素子用基板１は、これを主として構成する略平板状の基板本体２を有している。この基板本体２は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体からなるものである。基板本体２は発光素子用基板とした際に発光素子を搭載する側の面を主面２１として有し、本例においてはその反対側の面を裏面２２とする。発光素子用基板１は、基板本体２の主面２１中央の円形状部分を底面（以下、「キャビティ底面」という）とするキャビティを構成するように基板本体主面２１の周縁部に枠体８を有する。枠体８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を使用することが好ましい。
基板本体２は、発光素子の搭載時、その後の使用時における損傷等を抑制する観点から、例えば抗折強度が２５０ＭＰａ以上となることが好ましい。基板本体２、枠体８の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、通常、発光素子用基板として用いられるものと同様とすることができる。また、基板本体２を構成するガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体の原料組成、焼結条件等については、後述する発光素子用基板の製造方法において説明する。
発光素子用基板１を用いて発光装置１０を作製する際には、基板本体２の主面２１側には、図１に示すように上記２個の発光素子１１が、キャビティ底面の略中央部に、キャビティ底面中心を通る一直線上にこの２個の発光素子１１の中心が並ぶように搭載される。
発光素子用基板１においては、基板本体２の主面２１上に、上記２個の発光素子１１が有する一対の電極の一方とそれぞれ電気的に接続される素子接続端子５が、この２個の発光素子１１の外側となる周辺部、具体的には両側に対向するようにして略長方形状に一対設けられている。
発光装置１０においては、この２個の発光素子１１は電気的に直列に接続されている。具体的には、２個の発光素子１１が有する一対の電極のうちの外側の一方と、各発光素子１１の外側に位置する素子接続端子５とがそれぞれボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。さらに、２個の発光素子１１が有する一対の電極のうちの内側の一方どうしがボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。
基板本体２の裏面２２には、外部回路と電気的に接続される一対の外部接続端子６が設けられ、基板本体２の内部に、上記素子接続端子５と外部接続端子６とを電気的に接続する貫通導体７が一対設けられている。素子接続端子５、外部接続端子６および貫通導体７については、これらが発光素子→素子接続端子５→貫通導体７→外部接続端子６→外部回路と電気的に接続される限りは、その配設される位置や形状は図１に示されるものに限定されず、適宜調整可能である。
これら素子接続端子５、外部接続端子６および貫通導体７、すなわち配線導体の構成材料は、通常、発光素子用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することが可能である。これら配線導体の構成材料として、具体的には、銅、銀、金等を主成分とする金属材料を挙げることができる。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く用いられる。
なお、素子接続端子５や外部接続端子６においては、これらの金属材料からなる、好ましくは厚さ５〜１５μｍの金属導体層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）が、その端縁を含む全体を覆うように形成された構成であることが好ましい。導電性保護層としては上記金属導体層を保護する機能を有する導電性材料で構成されていれば、特に制限されない。具体的には、ニッケルメッキ、クロムメッキ、銀メッキ、ニッケル／銀メッキ、金メッキ、ニッケル／金メッキ等からなる導電性保護層が挙げられる。
本発明においては、これらのうちでも、上記素子接続端子５および外部接続端子６を被覆保護する導電性保護層として、例えば、後述する発光素子の電極との接続に用いるボンディングワイヤやその他接続材料との良好な接合が得られる等の点から、少なくとも最外層に金メッキ層を有する金属メッキ層を用いることが好ましい。導電性保護層は、金メッキ層のみで形成されていてもよいが、ニッケルメッキの上に金メッキを施したニッケル／金メッキ層として形成されていることがより好ましい。この場合、導電性保護層の膜厚としては、ニッケルメッキ層が２〜２０μｍ、金メッキ層が０．１〜１．０μｍであることが好ましい。
発光素子用基板１の基板本体主面２１上には、基板本体主面２１上の枠体８が形成された部分すなわち該主面２１の周縁部および、上記一対の素子接続端子５が配設された部分とその周囲近傍を除くかたちに、銀を含む金属材料からなり膜厚が８〜５０μｍの平坦表面を有する放熱層３が形成されている。
放熱層を構成する銀を含む金属材料として、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挙げられる。銀と白金またはパラジウムからなる金属材料として、具体的には、金属材料全量に対する白金またはパラジウムの割合が５質量％以下の金属材料が挙げられる。これらのうちでも銀のみで構成される放熱層が本発明においては高い反射率を得られる点から好ましい。
また、放熱層３の膜厚は、８〜５０μｍであるが、１０〜２０μｍであることが好ましく、１３〜１６μｍがより好ましい。放熱層３の膜厚が８μｍ未満では十分な放熱性が得られない。また、５０μｍを超えると経済的に不利であるとともに製造過程で基板本体との熱膨張差による変形が起こることが懸念される。
放熱層３は平坦表面を有するが、その表面平坦性として具体的には、十分な放熱性を確保しつつ、かつ製造上の容易性の観点から、少なくとも発光素子１１が搭載される部分において、表面粗さＲａとして、０．１５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。なお、表面粗さＲａは算術平均粗さＲａのことであり、算術平均粗さＲａの値は、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る。
図１に示す例では、放熱層３は基板本体２と枠体８の間に設けられていないが、必要に応じてこの両者の間に、キャビティ底面の端部から連続してかつ基板本体主面２１の端縁に達しない範囲で、基板本体２と枠体８の密着性を考慮しながら、放熱層３を設けてもよい。
また、本発明においては、放熱層３の表面平滑性を損なわない範囲で、必要に応じてさらに放熱性を高める等を目的として、放熱層３と基板本体２の間に、熱伝導性を有する銀を含まない金属例えば銅からなる金属層等を設けてもよい。
発光素子用基板１の基板本体主面２１上には、さらに上記放熱層３の端縁を含む全体を覆うように平坦表面を有する絶縁性保護層としてオーバーコートガラス層４が形成されている。ここで、基板本体主面２１上に設けられた素子接続端子５と放熱層３の絶縁性が確保されている限りにおいてオーバーコートガラス層４の端縁は、素子接続端子５に接していてもよいが、製造面での不具合の発生を考慮して、両者間の距離は７５μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。
また、放熱層３の端縁とこれを覆うオーバーコートガラス層４の端縁の間の距離については、放熱層３が外部の劣化要因から十分に保護される範囲でできる限り短い距離とすることが好ましい。具体的には、１０〜５０μｍであることが好ましく、２０〜３０μｍであることがより好ましい。この距離が１０μｍ未満では、放熱層３の露出により、放熱層３を構成する銀を含む金属材料の酸化や硫化等が発生して熱伝導性・放熱性が低下するおそれがあり、５０μｍを超えると結果として放熱層３の配設される領域の面積が減少することで熱伝導性・放熱性が低下することがある。
本発明における絶縁性保護層については、その膜厚は、発光装置の設計にもよるが、十分な絶縁保護の機能を確保しかつ経済性、基板本体との熱膨張差による変形等を考慮すると、５〜１５０μｍであることが好ましい。ただし、本例のように絶縁性保護層がオーバーコートガラス層４である場合の膜厚については、基板本体との熱膨張差による変形等を考慮すると上限は５０μｍ程度が好ましい。
絶縁性保護層としてのオーバーコートガラス層４は平坦表面を有するが、その表面平坦性として具体的には、十分な放熱性を確保しつつ、かつ製造上の容易性の観点から、少なくとも発光素子１１が搭載される部分において、表面粗さＲａとして、０．０３μｍ以下であることが好ましく、０．０１μｍ以下であることがより好ましい。なお、オーバーコートガラス層に関する原料組成は、後述の製造方法において説明する。
ここで、通常、発光素子用基板において、十分な放熱性を得るためには、発光素子の搭載部の直下に、サーマルビアを配置することが行われている。その際、サーマルビアを配設することにより発生する搭載部の凹凸を抑えるために特別な方法が用いられているが、そのような方法を用いても、凹凸の最高部と最低部との高低差が１μｍ以下程度にしか抑えられていないのが現状である。
本発明においては、上記構成により発光素子搭載部に凹凸を発生させる要因となるサーマルビアを配設しなくとも、十分な放熱性が確保されることから、発光素子搭載部における凹凸の最高部と最低部との高低差は、搭載部以外の表面、本発明においては絶縁性保護層の表面と同等であり、概ね０．５μｍ以下である。つまり、本発明の構成では、上記サーマルビアを配設する場合に比べて、放熱性は同等でありながら、搭載部の平坦性についてはサーマルビアを配するよりも容易に高い平坦性が得られるものである。
以上、本発明の第１の実施形態による発光素子用基板１について説明したが、本発明の第１の実施形態による発光装置１０は、このような発光素子用基板１の搭載部にシリコーンダイボンド剤等のダイボンド剤により発光ダイオード素子等の発光素子１１が搭載され、その図示しない電極がボンディングワイヤ１２によって素子接続端子５に接続されるとともに、発光素子１１やボンディングワイヤ１２を覆いキャビティを充填するように封止層１３が設けられることにより構成されている。
本発明の第１の実施形態の発光素子用基板は、例えば、以下の（Ａ）工程〜（Ｅ）工程を含む製造方法により製造できる。以下に、図１に示す発光装置１０の発光素子用基板１を例にして、図２、図３を参照しながら製造方法を説明するが、製造に用いる部材については、完成品の部材と同一の符号を付して説明するものである。
（Ａ）ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の基板本体２を構成する、発光素子を搭載する側の面を主面２１とする略平板状の本体用グリーンシート２および枠体８を構成する枠体用グリーンシート８を作製し、本体用グリーンシート２の主面上に枠体用グリーンシート８を積層する工程（以下、「グリーンシート積層工程」という）、
（Ｂ）上記グリーンシート積層体の本体用グリーンシート主面２１上の２箇所に素子接続端子用ペースト層５、素子接続端子用ペースト層５と本体用グリーンシート２の裏面２２に形成される外部接続端子用ペースト層６を電気的に接続するための貫通導体用ペースト層７、および裏面２２に素子接続端子用ペースト層５を貫通導体用ペースト層７とこれを介して外部回路と電気的に接続する外部接続端子用ペースト層６を形成する工程（以下、「配線導体ペースト層形成工程」という）、
（Ｃ）本体用グリーンシート２の主面２１上の枠体８積層部および素子接続端子用ペースト層５とその周囲近傍を除く領域にスクリーン印刷により放熱層用金属ペースト層３を形成する工程（以下、「放熱層用金属ペースト層形成工程」という）、
（Ｄ）上記放熱層用金属ペースト層３の端縁を含む全体を覆いかつ本体用グリーンシート２の主面２１上の枠体８積層部および素子接続端子用ペースト層５とその周囲近傍を除く本体用グリーンシート主面２１上にオーバーコートガラスペースト層４を形成し未焼結発光素子用基板を得る工程（以下、「オーバーコートガラスペースト層形成工程」という）、
（Ｅ）上記未焼結発光素子用基板を８００〜８８０℃で焼成する工程（以下、「焼成工程」という）。
（Ａ）グリーンシート積層工程
図２は、グリーンシート積層工程を模式的に示す図である。図２（１）に平面図（１ａ）およびそのＸ−Ｘ線断面図（１ｂ）を示す枠体用グリーンシート８と、図２（２）に平面図（２ａ）およびそのＸ−Ｘ線断面図（２ｂ）を示す本体用グリーンシート２は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１の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、乾燥させることで製造できる。
基板本体および枠体用ガラス粉末（以下、「基板本体用ガラス粉末」という）は、必ずしも限定されるものではないものの、ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃以上７００℃以下のものが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃未満の場合、脱脂が困難となるおそれがあり、７００℃を超える場合、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。
また、８００℃以上８８０℃以下で焼成したときに結晶が析出することが好ましい。結晶が析出しないものの場合、十分な機械的強度を得ることができないおそれがある。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℃以下のものが好ましい。結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃を超える場合、寸法精度が低下するおそれがある。
このような基板本体用ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２を５７ｍｏｌ％以上６５ｍｏｌ％以下、Ｂ２Ｏ３を１３ｍｏｌ％以上１８ｍｏｌ％以下、ＣａＯを９ｍｏｌ％以上２３ｍｏｌ％以下、Ａｌ２Ｏ３を３ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で０．５ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％以下含有するものが好ましい。このようなものを用いることで、基板本体表面の平坦度を向上させることが容易となる。
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５７ｍｏｌ％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６５ｍｏｌ％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ある。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは５８ｍｏｌ％以上、より好ましくは５９ｍｏｌ％以上、特に好ましくは６０ｍｏｌ％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは６４ｍｏｌ％以下、より好ましくは６３ｍｏｌ％以下である。
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１３ｍｏｌ％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１８ｍｏｌ％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１４ｍｏｌ％以上、より好ましくは１５ｍｏｌ％以上である。また、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１７ｍｏｌ％以下、より好ましくは１６ｍｏｌ％以下である。
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３ｍｏｌ％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８ｍｏｌ％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４ｍｏｌ％以上、より好ましくは５ｍｏｌ％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは７ｍｏｌ％以下、より好ましくは６ｍｏｌ％以下である。
ＣａＯは、ガラスの安定性や結晶の析出性を高めると共に、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９ｍｏｌ％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２３ｍｏｌ％を超える場合、ガラスが不安定となるおそれがある。ＣａＯの含有量は、好ましくは１２ｍｏｌ％以上、より好ましくは１３ｍｏｌ％以上、特に好ましくは１４ｍｏｌ％以上である。また、ＣａＯの含有量は、好ましくは２２ｍｏｌ％以下、より好ましくは２１ｍｏｌ％以下、特に好ましくは２０ｍｏｌ％以下である。
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０．５ｍｏｌ％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６ｍｏｌ％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、０．８ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
なお、基板本体用ガラス粉末は、必ずしも上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１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
基板本体用ガラス粉末は、上記したようなガラス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することにより得ることができる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いて行うことができる。
基板本体用ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。基板本体用ガラス粉末の５０％粒径が０．５μｍ未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難となると共に、均一に分散させることが困難となる。一方、基板本体用ガラス粉末の５０％粒径が２μｍを超える場合、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径の調整は、例えば粉砕後に必要に応じて分級することにより行うことができる。なお、本明細書において、粒径はレーザ回折・散乱法による粒子径測定装置により得られる値をいう。レーザ回折・散乱法による粒子径測定装置としては、島津製作所社製、レーザ回折式粒度分布測定装置（商品名：ＳＡＬＤ２１００）を使用した。
一方、セラミックスフィラーとしては、従来からＬＴＣＣ基板の製造に用いられるものを特に制限なく用いることができ、例えばアルミナ粉末、ジルコニア粉末、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物を好適に用いることができる。セラミックスフィラーの５０％粒径（Ｄ５０）は、例えば０．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。
このような基板本体用ガラス粉末とセラミックスフィラーとを、例えば基板本体用ガラス粉末が３０質量％以上５０質量％以下、セラミックスフィラーが５０質量％以上７０質量％以下となるように配合、混合することによりガラスセラミックス組成物が得られる。また、この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、溶剤等を添加することによりスラリーが得られる。
バインダーとしては、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等を使用できる。また、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。
このようにして得られたスラリー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、本体用グリーンシート２と枠体用グリーンシート８を製造する。
上記製造された本体用グリーンシート２の主面上に枠体用グリーンシート８を積層することにより図２（３）に示すように最終的に基板本体２が主面上にキャビティを有しその底面が発光素子を搭載する領域を形成するような形状のグリーンシート積層体が得られる。
（Ｂ）配線導体ペースト層形成工程
次いで、このようにして得られたグリーンシート積層体の本体用グリーンシート主面２１上の２箇所に素子接続端子用ペースト層５、素子接続端子用ペースト層５と本体用グリーンシート２の裏面２２に形成される外部接続端子用ペースト層６を電気的に接続するための貫通導体用ペースト層７、および裏面２２に素子接続端子用ペースト層５を貫通導体用ペースト層７とこれを介して外部回路と電気的に接続する外部接続端子用ペースト層６を所定の大きさ、形状で形成する。以下、このように各種配線導体用ペースト層が形成されたグリーンシート積層体を導体ペースト層付きグリーンシート積層体という。図３（４）は、導体ペースト層付きグリーンシート積層体の平面図（４ａ）とそのＸ−Ｘ線断面図（４ｂ）を示す。
素子接続端子用ペースト層５、外部接続端子用ペースト層６、および貫通導体用ペースト層７の形成方法としては、スクリーン印刷法により導体ペーストを塗布、充填する方法が挙げられる。形成される素子接続端子用ペースト層５および外部接続端子用ペースト層６の膜厚は、最終的に得られる素子接続端子および外部接続端子の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。
導体ペーストとしては、例えば銅、銀、金等を主成分とする金属粉末に、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使用できる。なお、上記金属粉末としては、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く用いられる。
（Ｃ）放熱層用金属ペースト層形成工程
（Ｃ）放熱層用金属ペースト層形成工程においては、上記で得られた導体ペースト層付きグリーンシート積層体の本体用グリーンシート２の主面２１上の枠体８積層部および素子接続端子用ペースト層５とその周囲近傍を除く領域にスクリーン印刷により、銀を含む金属材料を含有する放熱層用金属ペースト層３を形成させる。なお、（Ｃ）放熱層用金属ペースト層形成工程は、例えば、上記導体ペーストと放熱層用金属ペーストが同じペースト材料で構成される場合などには、上記（Ｂ）工程の素子接続端子用ペースト層５の形成と同時に行うことも可能である。
上記スクリーン印刷に用いる放熱層用金属ペーストは、放熱層３を構成する銀を含む金属材料を含有するペーストである。このような材料としては、上記の通り、銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等が挙げられるが、上記の理由により銀が好ましく用いられる。放熱層用金属ペーストは、このような材料を主成分とする金属粉末に、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ことができる。形成される放熱層用金属ペースト層３の膜厚は、最終的に得られる放熱層３の膜厚が上記所望の膜厚となるように調整される。
また、最終的に得られる放熱層３の表面粗さＲａを上記好ましい範囲とするために、金属ペーストに含有する金属粉末として粒度分布の少ない粉末を使うことが好ましい。
（Ｄ）オーバーコートガラスペースト層形成工程
（Ｄ）オーバーコートガラスペースト層形成工程においては、上記（Ｃ）工程で形成された放熱層用金属ペースト層３の端縁を含む全体を覆いかつ本体用グリーンシート２の主面２１上の枠体８積層部および上記（Ｂ）工程で形成された素子接続端子用ペースト層５とその周囲近傍を除く、本体用グリーンシート主面２１上にスクリーン印刷によりオーバーコートガラスペースト層４が形成される。これにより、未焼結発光素子用基板１が得られる。図３（５）は、このようにして得られた未焼結発光素子用基板１の平面図（５ａ）とそのＸ−Ｘ線断面図（５ｂ）を示す。
オーバーコートガラスペーストは、オーバーコートガラス層用ガラス粉末（以下、「ガラス層用ガラス粉末」という）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ことができる。形成されるオーバーコートガラスペースト層４の膜厚は、最終的に得られるオーバーコートガラス層４の膜厚が上記所望の膜厚となるように調整される。
ガラス層用ガラス粉末としては、（Ｄ）工程に次いで行われる（Ｅ）焼成工程における焼成により、膜状のガラスを得られるものであればよく、その５０％粒径（Ｄ５０）は０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。また、オーバーコートガラス層４の表面粗さＲａの調整は、例えばこのガラス層用ガラス粉末の粒度により行うことができる。すなわち、ガラス層用ガラス粉末として、焼成時に十分に溶融し、流動性に優れる、上記５０％粒径（Ｄ５０）の範囲のものを用いることで、表面粗さＲａを上記好ましい範囲に調整することが可能である。
（Ｅ）焼成工程
上記（Ｄ）工程後、得られた未焼結発光素子用基板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い、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。
脱脂は、例えば５００℃以上６００℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持することにより行える。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。
また、焼成は、基板本体２および枠体８の緻密な構造の獲得と生産性のみを考慮すれば、８００℃〜９３０℃の温度範囲で適宜時間を調整することで行えるが、本発明においては、放熱層用金属ペーストとして、銀を含む金属粉末を含有する金属ペーストを用いるため、焼成温度が８８０℃を超えると、過度に焼成収縮し所定の形状を維持できなくなるおそれがあるため、８００℃〜８８０℃の温度範囲で適宜時間を調整することが好ましい。
具体的には、８５０℃以上８８０℃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２および枠体８が緻密な構造のものとして得られないおそれがある。
このようにして、未焼結発光素子用基板１が焼成され発光素子用基板１が得られるが、焼成後、必要に応じて素子接続端子５および外部接続端子６の全体を被覆するように、上に説明した、ニッケルメッキ、クロムメッキ、銀メッキ、ニッケル／銀メッキ、金メッキ、ニッケル／金メッキ等からなる通常、発光素子用基板において導体保護用に用いられる導電性保護層をそれぞれ配設することも可能である。これらのうちでも、ニッケル／金メッキが好ましく用いられ、例えば、ニッケルメッキ層はスルファミン酸ニッケル浴等を使用して、金メッキ層はシアン化金カリウム浴等を使用して、それぞれ電解メッキによって形成できる。
以上、本発明の第１の実施形態の発光素子用基板の製造方法について説明したが、本体用グリーンシート２および枠体用グリーンシート８は必ずしも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、発光素子用基板の製造が可能な限度において適宜変更できる。
また、上記発光素子用基板の例においては、基板本体２、枠体８をガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体で構成したが、アルミナ等のセラミックスでこれらを構成してもよい。アルミナ等のセラミックスで基板本体２を構成する場合には、基板本体２を焼成工程により焼結した後に、上記（Ｂ）工程、（Ｃ）工程および（Ｄ）工程を行い、２回目の焼成工程を行う。
＜第２の実施形態＞
以下に、絶縁性保護層としてガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体層を用いた場合の本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態の発光素子用基板１、およびこれを用いた発光装置１０の一例を示す平面図（ａ）、およびそのＸ−Ｘ線断面図（ｂ）である。
本発明の発光素子用基板１は、例えば、図４に示すように２個の発光素子１１が電気的に直列に接続されるように搭載されるものである。この発光素子用基板１は、発光素子１１がボンディングワイヤ１２によって電気的に直列に接続されるとともに、これら発光素子１１とボンディングワイヤ１２を覆うように封止層１３が設けられて発光装置１０として用いられる。つまり、図４に示す発光装置１０において、発光素子１１、ボンディングワイヤ１２および封止層１３を除く部分が本発明の発光素子用基板１である。
なお、ここでは２個の発光素子１１が電気的に直列に接続されるように搭載される発光装置および発光装置用基板を例として本発明の第２の実施形態について説明するが、搭載される発光素子の個数や、複数個搭載する場合の直列、並列等の電気的な接続方法等は特に制限されるものではない。以下に説明する個々の部材の構成は、本発明の範囲内において、用いられる発光装置の設計に応じて適宜調整され得るものである。
発光素子用基板１は、これを主として構成する略平板状の基板本体２を有している。この基板本体２は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体からなるものである。基板本体２は発光素子用基板とした際に発光素子を搭載する側の面を主面２１として有し、本例においてはその反対側の面を裏面２２とする。
基板本体２の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、通常、発光素子用基板として用いられるものと同様とできる。また、基板本体２を構成するガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体については、上記第１の実施形態の第１のガラスセラミックス組成物の焼結体と同様なものが使用可能である。
基板本体２の裏面２２には、外部回路と電気的に接続される一対の外部接続端子６が設けられ、基板本体２の内部に、後述の素子接続端子５と上記外部接続端子６とを電気的に接続する貫通導体７が一対設けられている。貫通導体７は以下に説明する基板本体２の主面上に形成された絶縁性保護層４をさらに貫通するように設けられている。
基板本体２の主面２１上には、基板本体主面２１の周縁部および、上記一対の貫通導体７が配設された部分とその周囲近傍を除くかたちに、銀を含む金属材料からなり膜厚が８〜５０μｍの平坦表面を有する放熱層３が形成されている。基板本体主面２１上には、さらに上記放熱層３の端縁を含む全体を覆うように平坦表面を有する、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体からなる絶縁性保護層４が形成されている。
ここで、上記基板本体２の内部に設けられた貫通導体７は、さらに絶縁性保護層４の基板本体主面２１側の面（以下、「積層面」という）からその反対側の面まで絶縁性保護層４の内部を貫通するかたちに設けられている。絶縁性保護層４は、この貫通導体７の配設部を除く上記基板本体主面２１上の全面に上記放熱層３を被覆するように形成されており、上記積層面の反対側の表面（以下、「搭載面」という）に発光素子が搭載される。
放熱層３の構成材料、膜厚、表面特性等については上記第１の実施形態の放熱層３と同様とできる。
放熱層３は放熱性を考慮すると、基板本体２の主面２１上にできる限り大面積で設けられることが好ましいが、放熱層３を覆う絶縁性保護層４は基板本体主面２１上の放熱層３を有しない領域で基板本体主面２１と接着しているため、この両者の密着性が保たれる範囲の接着面積を残して放熱層３の配設面積を調整する。また、放熱層３と貫通導体７の間の距離は、電気的に絶縁される距離であればよいが、さらに製造面での不具合の発生等を考慮して、１００μｍ以上であることが好ましく、１５０μｍ以上であることがより好ましい。
なお、本発明の発光素子用基板１においては、放熱層３の表面平滑性を損なわない範囲で、必要に応じてさらに放熱性を高める等を目的として、放熱層３と基板本体２の間に、熱伝導性を有する銀を含まない金属例えば銅からなる金属層等を設けてもよい。
本発明の第２の実施形態において絶縁性保護層４はガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体からなる。絶縁性保護層４の膜厚は、発光装置の設計にもよるが、十分な絶縁保護の機能を確保しかつ経済性、基板本体との熱膨張差による変形等を考慮すると、５〜１５０μｍであることが好ましく、７５〜１２５μｍであることがより好ましい。なお、ここでいう絶縁性保護層４の膜厚とは、上記放熱層３を被覆する絶縁性保護層４の膜厚をいい、図４（ｂ）においてはＬ１で示される膜厚である。
絶縁性保護層４は平坦表面を有するが、その表面平坦性として具体的には、十分な放熱性を確保しつつ、かつ製造上の容易性の観点から、少なくとも発光素子１１が搭載される部分において、表面粗さＲａとして、０．０３μｍ以下であることが好ましく、０．０１μｍ以下であることがより好ましい。
絶縁性保護層４を構成する材料であるガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体は、上記表面粗さＲａを確保できるものであれば特に制限なく用いられる。具体的には、上記基板本体用のガラスセラミックス組成物において、ペースト作製工程における混練時間を長くすることによりセラミックスフィラーが粉砕され、表面粗さＲａを上記範囲とできる。
また、絶縁性保護層４を構成する第２のガラスセラミックス組成物の焼結体は、上記基板本体２と密着性を考慮すると、この基板本体２の構成材料である第１のガラスセラミックス組成物の焼結体と同じであることが好ましいが、発光素子からの光を光取り出し方向に反射する反射性を考慮して、第１のガラスセラミックス組成物とは異なる組成のガラスセラミックス組成物を用いることも可能である。
反射性を高めるためのガラスセラミックス組成物としては、例えば、上記基板本体用のガラスセラミックス組成物において、ガラス粉末は同様のものを用い、セラミックスフィラーとして、アルミナ粉末とジルコニア粉末の混合物を用いたガラスセラミックス組成物が好ましい。アルミナ粉末とジルコニア粉末の混合物としては、アルミナ粉末：ジルコニア粉末の混合割合が質量比で９０：１０〜５０：５０の混合物が好ましく、特に、７０：３０〜５０：５０の混合物が好ましい。また、ガラス粉末とこのセラミックスフィラーの混合割合としては、質量比で３０：７０〜５０：５０が好ましい。
なお、このガラスセラミックス組成物の焼結体を基材本体２の構成材料として用いてもよい。
ここで、通常、発光素子用基板において、十分な放熱性を得るためには、発光素子の搭載部の直下に、サーマルビアを配置することが行われている。その際、サーマルビアを配設することにより発生する搭載部の凹凸を抑えるために特別な方法が用いられているが、そのような方法を用いても、凹凸の最高部と最低部との高低差が１μｍ以下程度にしか抑えられていないのが現状である。
本発明においては、上記構成により発光素子搭載部に凹凸を発生させる要因となるサーマルビアを配設しなくとも、十分な放熱性が確保されることから、発光素子搭載部における凹凸の最高部と最低部との高低差は、搭載部以外の表面、本発明においては絶縁性保護層の表面と同等であり、概ね０．５μｍ以下である。つまり、本発明の構成では、上記サーマルビアを配設する場合に比べて、放熱性は同等でありながら、搭載部の平坦性についてはサーマルビアを配するよりも容易に高い平坦性が得られるものである。
発光素子用基板１は、絶縁性保護層４の搭載面中央の円形状部分を底面（以下、「キャビティ底面」という）とするキャビティを構成するように絶縁性保護層４搭載面の周縁部に枠体８を有する。枠体８を構成する材料は、特に限定されないが、基板本体２または絶縁性保護層４を構成する材料と同じものを使用することが好ましい。密着性を考慮すると、特に、絶縁性保護層４を構成する材料と同じものを使用することが好ましい。
発光素子用基板１を用いて発光装置１０を作製する際には、絶縁性保護層４の搭載面に、図４に示すように上記２個の発光素子１１が、キャビティ底面の略中央部に、キャビティ底面中心を通る一直線上にこの２個の発光素子１１の中心が並ぶように搭載される。
発光素子用基板１においては、絶縁性保護層４の搭載面に、上記２個の発光素子１１が有する一対の電極の一方とそれぞれ電気的に接続される素子接続端子５が上記貫通導体７と電気的に接続するように、上記２個の発光素子１１の外側となる周辺部、具体的には両側に対向するようにして略長方形状に一対設けられている。
ここで、素子接続端子５、外部接続端子６および貫通導体７については、これらが発光素子→素子接続端子５→貫通導体７→外部接続端子６→外部回路と電気的に接続される限りは、その配設される位置や形状は図４に示されるものに限定されず、適宜調整可能である。
これら素子接続端子５、外部接続端子６および貫通導体７、すなわち配線導体の構成材料は、通常、発光素子用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することが可能であり、上記第１の実施形態において配線導体に用いる構成材料として説明したものと同様のものが使用可能である。また、素子接続端子５、外部接続端子６は上記第１の実施形態と同様、必要に応じて、これらの全体を覆うように形成された導電性保護層を有する構成であってもよい。なお、この導電性保護層についても、上記第１の実施形態において導電性保護層として説明したものと同様のものが使用可能であり、その好ましい態様、具体的には、金メッキ、ニッケル／金メッキ等の最外層に金メッキ層を有する導電性保護層についても同様である。
以上、本発明の第２の実施形態による発光素子用基板１について説明したが、本発明の第２の実施形態による発光装置１０は、このような発光素子用基板１の上記所定の搭載部にシリコーンダイボンド剤等のダイボンド剤により発光ダイオード素子等の発光素子１１が２個、電気的に直列に接続されるように搭載されたものである。
具体的には、２個の発光素子１１が有する一対の電極のうちの外側の一方と、各発光素子１１の外側に位置する素子接続端子５とがそれぞれボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。さらに、２個の発光素子１１が有する一対の電極のうちの内側の一方どうしがボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。また、発光装置１０は、発光素子１１やボンディングワイヤ１２を覆い、キャビティを充填するように封止層１３が設けられることにより構成されている。
本発明の第２の実施形態の発光素子用基板は、例えば、以下の（Ａ）’工程〜（Ｄ）’工程を含む製造方法により製造できる。以下に、図４に示す発光装置１０の発光素子用基板１を例にして、図５、図６を参照しながら製造方法を説明するが、製造に用いる部材については、完成品の部材と同一の符号を付して説明するものである。
（Ａ）’グリーンシート作製工程
まず、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の基板本体２を構成する、発光素子を搭載する側の面を主面２１とする略平板状の本体用グリーンシート２（図５（３）に平面図（３ａ）およびそのＸ−Ｘ線断面図（３ｂ）を示す）、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の絶縁性保護層４を構成する、絶縁性保護層用グリーンシート４（図５（２）に平面図（２ａ）およびそのＸ−Ｘ線断面図（２ｂ）を示す）、および枠体８を構成する枠体用グリーンシート８（図５（１）に平面図（１ａ）およびそのＸ−Ｘ線断面図（１ｂ）を示す）を作製する。
枠体用グリーンシート８は、上記第１のガラスセラミックス組成物からなってもよく、第２のガラスセラミックス組成物からなってもよいが、密着性を考慮すると、絶縁性保護層４を構成する材料と同じ第２のガラスセラミックス組成物を使用することが好ましい。また、上記第１のガラスセラミックス組成物と第２のガラスセラミックス組成物は異なる組成であってもよく、同一の組成であってもよい。ガラスセラミックス組成物の詳細については上述の通りである。
これら各グリーンシートは、ガラス粉末とセラミックスフィラー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、膜厚のシート状に成形し、乾燥させることで製造できる。
（Ｂ）’導体ペースト層形成工程
上記（Ａ）’工程で得られた本体用グリーンシート２および絶縁性保護層グリーンシート４の所定の位置に所定の導体ペースト層を形成する。
図６（４）は、導体ペースト層形成後の絶縁性保護層グリーンシート４を示す図（（４ａ）は平面図、（４ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である）である。絶縁性保護層グリーンシート４には、所定の２箇所に貫通導体７の一部を構成する貫通導体用ペースト層７２が形成され、発光素子が搭載される面に貫通導体用ペースト層７２を覆うように略長方形状に素子接続端子用ペースト層５が形成される。
図６（５）は、導体ペースト層形成後の本体用グリーンシート２を示す図（（５ａ）は平面図、（５ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である）である。
導体ペースト層形成工程においては、本体用グリーンシート２の所定の２箇所に主面２１から裏面２２に貫通する貫通導体７の一部を構成する貫通導体用ペースト層７１、および裏面２２に貫通導体用ペースト層７１と電気的に接続する外部接続端子用ペースト層６を形成する。また、本体用グリーンシート２の主面２１上には、本体用グリーンシート２主面２１の周縁部および、上記一対の貫通導体７１が配設された部分とその周囲近傍を除く領域にスクリーン印刷により、銀を含む金属材料を含有する放熱層用金属ペースト層３を形成する。
これらの導体ペースト層形成に用いられる、素子接続端子ペースト、貫通導体用ペースト、外部接続端子用ペースト等の配線導体用ペーストおよび、放熱層用金属ペーストについては、上記第１の実施の形態で説明したのと同様のものを用いることが可能であり、形成方法も同様の方法とすることができる。
（Ｃ）’積層工程
上記（Ｂ）’工程で得られた、導体ペースト層付き本体用グリーンシート２の主面２１上に、導体ペースト層付き絶縁性保護層グリーンシート４を素子接続端子用ペースト層５が形成された面（発光素子搭載面）を上にして積層する。さらに、その上に上記（Ａ）’工程で得られた枠体用グリーンシート８を積層して未焼結発光素子用基板１を得る。
（Ｄ）’焼成工程
上記（Ｃ）’工程後、得られた未焼結発光素子用基板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い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成（焼成温度：８００〜８８０℃）を行う。この焼成工程は、上記第１の実施形態の発光素子用基板の製造方法における（Ｅ）焼成工程と全く同様とできる。
このようにして、未焼結発光素子用基板１が焼成され発光素子用基板１が得られるが、焼成後、必要に応じて素子接続端子５および外部接続端子６の全体を被覆するように、上に説明した、ニッケルメッキ、クロムメッキ、銀メッキ、銀／ニッケルメッキ、金メッキ、ニッケル／金メッキ等からなる通常、発光素子用基板において導体保護用に用いられる導電性保護層をそれぞれ配設することも可能である。上記導電性保護層を構成する金属メッキ層としてはニッケル／金メッキが好ましく、上記第１の実施形態で説明したのと同様にして形成できる。
以上、本発明の第２の実施形態の発光素子用基板の製造方法について説明したが、本体用グリーンシート２、絶縁性保護層用グリーンシート４、および枠体用グリーンシート８は必ずしも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、発光素子用基板の製造が可能な限度において適宜変更できる。
以上、絶縁性保護層としてガラス層を用いた場合の本発明の第１の実施形態と、絶縁性保護層としてガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体層を用いた場合の本発明の第２の実施形態について、それぞれ発光素子用基板およびこれを用いた発光装置における一例を挙げて説明したが、本発明の発光素子用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。
本発明の発光素子用基板によれば、サーマルビアのような製造工程の増加やこれに充填する多量の銀等を必要とする放熱部材を有しなくとも、発光素子から発熱される熱の放散が十分に可能である。また、本発明の発光装置によれば、放熱性の良好な本発明の発光素子用基板を用いることで、発光素子の過度な温度上昇を抑制し、高輝度に発光させることができる。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用いることができる。
以下に、本発明の実施例を説明する。なお本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
以下に説明する方法で、図４に示すのと同様の構造の試験用発光装置を作製した。なお、上記同様、焼成の前後で部材に用いる符号は同じものを用いた。
まず、発光素子用基板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２、絶縁性保護層グリーンシート４、枠体用グリーンシート８を作製した。各グリーンシートは、ＳｉＯ２が６０．４ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が１５．６ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３が６ｍｏｌ％、ＣａＯが１５ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏが１ｍｏｌ％、Ｎａ２Ｏが２ｍｏｌ％となるように原料を配合、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、この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時間粉砕して基板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。
この基板本体用ガラス粉末が４０質量％、アルミナフィラー（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）が５１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９質量％となるように配合し、混合することにより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）０．５ｇを配合し、混合してスラリーを調製した。
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積層して、略平板状であって焼成後の厚さが０．２ｍｍとなる本体用グリーンシート２、略平板状であって焼成後の膜厚（放熱層被覆部の膜厚：図４（ｂ）においてＬ１で示される）が０．１ｍｍとなる絶縁性保護層グリーンシート４、枠外の形状が本体用グリーンシート２と同様であり、枠内の形状が直径４．３ｍｍの円形状あって、焼成後の枠高さが０．５ｍｍである枠体用グリーンシート８を製造した。
一方、導電性粉末（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、固形分が８５質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って配線導体用ペーストを製造した。
また、放熱層用金属ペーストは、銀粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ４００−２）と、ビヒクルとしてのエチルセルロースとを質量比９０：１０の割合で配合し、固形分が８７質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って製造した。
本体用グリーンシート２の貫通導体７に相当する部分に孔空け機を用いて直径０．３ｍｍの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により配線導体用ペーストを充填して貫通導体用ペースト層７１を形成するとともに、裏面２２に外部接続端子導体ペースト層６を形成した。さらに、本体用グリーンシート２の主面２１上には、本体用グリーンシート２主面２１の周縁部および、上記一対の貫通導体７が配設された部分とその周囲近傍を除く領域にスクリーン印刷により、放熱層用金属ペースト層３を焼成後の膜厚が１５μｍとなるように形成して導体ペースト層付き本体用グリーンシート２を得た。また、焼成後の放熱層３の表面粗さＲａは、東京精密社製サーフコム１４００Ｄによる測定から０．０８μｍであることが確認された。
絶縁性保護層グリーンシート４には、貫通導体７に相当する部分に孔空け機を用いて直径０．３ｍｍの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により配線導体用ペーストを充填して貫通導体用ペースト層７２を形成するとともに、発光素子が搭載される面に貫通導体用ペースト層７２を覆うように略長方形状に素子接続端子用ペースト層５をスクリーン印刷法により形成して導体ペースト層付き絶縁性保護層グリーンシート４を得た。
上記で得られた、導体ペースト層付き本体用グリーンシート２の主面２１上に、導体ペースト層付き絶縁性保護層グリーンシート４を素子接続端子用ペースト層５が形成された面（発光素子搭載面）を上にして積層した。さらに、その上に上記で得られた枠体用グリーンシート８を積層して未焼結発光素子用基板１を得た。
上記で得られた未焼成発光素子用基板１を、５５０℃で５時間保持して脱脂を行い、さらに８７０℃で３０分間保持して焼成を行って試験用の発光素子用基板１を製造した。得られた発光素子用基板１における絶縁保護層４表面の表面粗さＲａは、東京精密社製サーフコム１４００Ｄによる測定から０．０１μｍであることが確認された。
上記で作製した試験用の発光素子用基板１に２個の２ワイヤタイプの発光ダイオード素子を、絶縁性保護層４の搭載面上の一対の素子接続端子５の間に搭載して発光装置１０を作製した。具体的には、発光ダイオード素子１１（昭和電工社製、商品名：ＧＱ２ＣＲ４６０Ｚ）をダイボンド材（信越化学工業社製、商品名：ＫＥＲ−３０００−Ｍ２）により上記の位置に固定し、２個の発光素子１１が有する一対の電極のうちの外側の一方と、各発光素子１１の外側に位置する素子接続端子５とをそれぞれボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続した。さらに、２個の発光素子１１が有する一対の電極のうちの内側の一方どうしをボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続した。
さらに封止剤（信越化学工業社製、商品名：ＳＣＲ−１０１６Ａ）を用いて図４に示す封止層１３を構成するように封止した。封止剤には蛍光体（化成オプトニクス社製、商品名Ｐ４６−Ｙ３）を封止剤に対して２０質量％含有したものを用いた。
［実施例２］
実施例２においては、上記実施例１で各グリーンシートの作製に用いたガラスセラミックス組成物の成分割合のみを、基板本体用ガラス粉末が３８質量％、アルミナフィラー（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％となるように変更した以外は、全て実施例１と同様にして、図４に示すのと同様の構造の試験用発光装置を作製した。
［比較例］
上記実施例１において、発光素子１１の直下に直径０．２ｍｍのサーマルビアを発光素子ごとに１つずつ形成したこと以外は、全て実施例１と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例として作製した。
＜評価＞
上記実施例１、２および比較例で得られた発光装置について以下の方法で全光束量と熱抵抗を測定した。
［全光束量］
発光装置の全光束量測定は、ＬＥＤ全光束測定装置（スペクトラコープ社製、商品名：ＳＯＬＩＤＬＡＭＢＤＡ・ＣＣＤ・ＬＥＤ・ＭＯＮＩＴＯＲ・ＰＬＵＳ）を用いて行った。積分球は６インチ、電圧/電流発生器としてはアドバンテスト社製Ｒ６２４３を用いた。また、発光ダイオード素子には３５ｍＡを印加して測定した。
［熱抵抗］
発光装置における発光素子用基板の熱抵抗を、熱抵抗測定器（嶺光音電機社製、商品名：ＴＨ−２１６７）を用いて測定した。なお、印加電流は３５ｍＡとし、電圧降下が飽和する時間まで通電し、降下した電圧と発光ダイオード素子の温度−電圧降下特性から導かれる温度係数によって飽和温度を算出し、熱抵抗を求めた。
結果を表１に示す。なお、結果は比較例の従来の発光装置における全光束量および熱抵抗を１００％とした時の百分率で示した。
Figure 2012109513
本発明の発光素子用基板によれば、サーマルビアのような製造工程の増加やこれに充填する多量の銀等を必要とする放熱部材を有しなくとも、発光素子から発熱される熱の放散が十分に可能であり、発光装置とした際に、発光素子の過度な温度上昇を抑制し、高輝度に発光させることができる。このような発光素子用基板を用いた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用いることができる。
１…発光素子用基板、２…基板本体、３…放熱層、４…絶縁性保護層、５…素子接続端子、６…外部接続端子、７…貫通導体、８…枠体
１０…発光装置、１１…発光素子、１２…ボンディングワイヤ、１３…封止層
２１…基板本体主面、２２…基板本体裏面

Claims (10)

  1. ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第１のガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、発光素子が搭載される側の面を主面とし、該主面上に発光素子の電極と外部回路を電気的に接続するための配線導体の一部を有する基板本体と、
    前記基板本体の主面上に、前記配線導体の一部とその周囲近傍および該主面の周縁部を除くかたちに形成された、銀を含む金属材料からなり膜厚が８〜５０μｍの平坦表面を有する放熱層と、
    前記放熱層の端縁を含む全体を覆うように形成された平坦表面を有する絶縁性保護層と、
    を有することを特徴とする発光素子用基板。
  2. 前記基板本体がサーマルビアを有しないことを特徴とする請求項１記載の発光素子用基板。
  3. 前記放熱層の少なくとも前記発光素子が搭載される部分の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下である請求項１または２に記載の発光素子用基板。
  4. 前記絶縁性保護層の少なくとも前記発光素子が搭載される部分の表面粗さＲａが０．０３μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  5. 前記絶縁性保護層の膜厚が５〜１５０μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  6. 前記絶縁性保護層がガラスまたはガラス粉末とセラミックスフィラーとを含む第２のガラスセラミックス組成物の焼結体からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  7. 前記第２のガラスセラミックス組成物が含有するセラミックスフィラーがアルミナ粉末とジルコニア粉末の混合物である請求項６に記載の発光素子用基板。
  8. 前記配線導体がその一部として発光素子の電極に接続される素子接続端子および外部回路と接続される外部接続端子を有し、さらに前記両端子上にその端縁を含む全体を覆うように導電性保護層が形成された請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  9. 前記導電性保護層が少なくとも最外層に金メッキ層を有する金属メッキ層である請求項８記載の発光素子用基板。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光素子用基板と、
    前記発光素子用基板に搭載される発光素子と
    を有することを特徴とする発光装置。
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