JP2012238654A - Translucent wiring board and method for manufacturing the same - Google Patents

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杉夫 宮澤
Keiichiro Watanabe
敬一郎 渡邊
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玄章 大橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a translucent wiring board including a translucent alumina substrate and a wiring pattern formed on a surface of the translucent alumina substrate, in which adhesion between the wiring pattern and the translucent alumina substrate is maintained after the application of heat cycles, and translucency of the wiring board can be obtained.SOLUTION: A translucent wiring board 8 includes a translucent alumina substrate 1 and a wiring pattern 2 formed on a surface 1a of the translucent alumina substrate 1. A smooth surface 5 and a rough surface 6 are formed on the surface 1a of the translucent alumina substrate 1, and the wiring pattern 2 is formed on the rough surface 6 but not formed on the smooth surface 5.

Description

本発明は、透光性が高く、かつ熱サイクル後にも配線パターンの付着強度の高い透光性配線基板に関するものである。   The present invention relates to a translucent wiring board having high translucency and having high adhesion strength of a wiring pattern even after thermal cycling.

アルミナセラミックスは電気絶縁性、化学的安定性といった特徴から電子部品用基板として広く使われている。近年では高熱伝導性といった特徴を活かし、半導体発光素子用の基板として使われるケースも増加している。ただし、一般的なアルミナセラミックスは不透明であり、半導体発光素子から出射される光のうち、直接利用できるのは片面のみであり、基板反対面側に出射する光は反射等の処置を行い利用している(特許文献1)。透光性のある基板を用いれば、こういった構造は必要なくなるが、一般的な透光性材料であるガラスや樹脂を基板として用いると熱伝導率が低いため、半導体発光素子の温度が上昇し、発光素子の発光効率そのものが落ちてしまう。   Alumina ceramics are widely used as substrates for electronic components because of their characteristics such as electrical insulation and chemical stability. In recent years, the number of cases used as a substrate for a semiconductor light emitting device is increasing by taking advantage of the characteristics of high thermal conductivity. However, general alumina ceramics are opaque, and only one side of the light emitted from the semiconductor light emitting element can be used directly, and the light emitted to the opposite side of the substrate is used after being subjected to treatment such as reflection. (Patent Document 1). If a light-transmitting substrate is used, such a structure is not necessary. However, when glass or resin, which is a general light-transmitting material, is used as the substrate, the thermal conductivity is low, so the temperature of the semiconductor light-emitting element increases. In addition, the light emission efficiency of the light emitting element itself is lowered.

一方、アルミナセラミックスの中でも特に高純度なものは、真空や水素といった還元雰囲気焼成を行うことで高い透光性を有するようになり、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプといった高輝度放電灯用の発光管として使われている(特許文献2)。   On the other hand, particularly high-purity alumina ceramics have high translucency by firing in a reducing atmosphere such as vacuum or hydrogen. As an arc tube for high-intensity discharge lamps such as high-pressure sodium lamps and metal halide lamps. Used (Patent Document 2).

透光性アルミナセラミックスは、透光性に加えて高い熱伝導性を持ち、これを半導体発光素子用の基板として使用することができれば、温度上昇による発光効率低下を起こすことなく、発光素子両面からの光の取出しが可能となる(特許文献3)。   Translucent alumina ceramics have high thermal conductivity in addition to translucency, and if this can be used as a substrate for semiconductor light-emitting devices, the light-emitting efficiency will not decrease due to temperature rise from both sides of the light-emitting device. Can be extracted (Patent Document 3).

また、アルミナ基板の表面に、金属による配線パターンを形成することが行われている。ここで配線パターンとアルミナ基板との接着性を向上させるために、アルミナ基板の全面にわたってアルカリ、酸またはイオンビーム等を用いてエッチングし、次いで配線パターンを形成することが知られている(特許文献4,5)。また、アルミナ基板の表面に、アルミナ粒子よりも大きな凹凸を設ける方法が知られている(特許文献6)。   In addition, a metal wiring pattern is formed on the surface of an alumina substrate. Here, in order to improve the adhesion between the wiring pattern and the alumina substrate, it is known that the entire surface of the alumina substrate is etched using alkali, acid, ion beam or the like, and then the wiring pattern is formed (Patent Document). 4, 5). Moreover, a method of providing irregularities larger than alumina particles on the surface of an alumina substrate is known (Patent Document 6).

特開2003−243717号公報JP 2003-243717 A 特許2780941号公報Japanese Patent No. 2780941 特開2002−289925号公報JP 2002-289925 A 特開昭61−251589号公報JP-A-61-251589 特開平5−24959号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-24959 特開2010−30280号公報JP 2010-30280 A

アルミナ基板を半導体発光素子用の基板として用いる場合、発光素子への給電のための配線パターンを基板表面に形成する必要がある。配線パターンは通常、銀や銅のペーストを厚膜プロセスで印刷したあと、加熱処理をすることで、ペースト内に含まれるバインダー成分と基板に含まれるアルミナ以外の成分(主としてSiO)とを結合させることで密着させる。ところが、透光性アルミナセラミックスは一般アルミナに比べ高純度であり、不純物の量が極めて少ないため密着性が不足し、点灯による温度サイクルの繰り返しにより配線パターンが剥がれ易くなる。 When an alumina substrate is used as a substrate for a semiconductor light emitting device, it is necessary to form a wiring pattern for supplying power to the light emitting device on the surface of the substrate. The wiring pattern is usually a silver or copper paste printed by a thick film process and then heat treated to combine the binder component contained in the paste with the components other than alumina (mainly SiO 2 ) contained in the substrate. To make it in close contact. However, translucent alumina ceramics have a higher purity than general alumina, and the amount of impurities is extremely small, so that the adhesion is insufficient, and the wiring pattern is easily peeled off due to repeated temperature cycles due to lighting.

透光性アルミナセラミックスにおいても、結晶粒界には少量ながら不純物が存在するが、透光性を高めるためには結晶粒子の径をできるだけ大きくする必要があり、結晶粒子径が大きくなると相対的に基板表面に現れる結晶粒界の面積が小さくなるため、更にこの問題が顕著となる。   Even in translucent alumina ceramics, impurities exist in a small amount in the crystal grain boundary. However, in order to improve translucency, it is necessary to enlarge the diameter of crystal grains as much as possible. This problem becomes more noticeable because the area of the crystal grain boundary appearing on the substrate surface is reduced.

アルミナ中の不純物成分を多くすれば、配線パターンへの密着性を高めることが可能であるが、透光性が低下し、発光素子から出射される光の利用が難しくなる。また、結晶粒子径を小さくすれば、密着性の改善は可能であるが、透光性が低下し、発光素子から出射される光の利用が難しくなる。   Increasing the amount of impurity components in alumina can increase the adhesion to the wiring pattern, but the translucency is lowered, making it difficult to use the light emitted from the light emitting element. Further, if the crystal particle diameter is reduced, the adhesion can be improved, but the translucency is lowered and it becomes difficult to use the light emitted from the light emitting element.

本発明者は、この問題を解決するため、特許文献4、5、6に記載のような方法も試みてみた。特許文献4では、透光性ではないアルミナ基板を酸・アルカリによってエッチングしており、これによってアルミナ基板表面を全面にわたって微細に粗している。エッチング前後において面粗度は変わらない。次いでアルミナ基板上に配線パターンを蒸着している。   In order to solve this problem, the present inventor also tried a method as described in Patent Documents 4, 5, and 6. In Patent Document 4, an alumina substrate that is not translucent is etched with an acid / alkali, whereby the surface of the alumina substrate is finely roughened over the entire surface. The surface roughness does not change before and after etching. Next, a wiring pattern is deposited on the alumina substrate.

しかし、本発明者の検討では、酸・アルカリエッチングによって透光性アルミナ基板の表面を処理しても、透光性アルミナの場合には前述のように不純物が少ない上、平滑度も高い。このため、特許文献4記載のような、面粗度が上がらないような微細なエッチングでは、配線パターンの密着性改善の効果がなく、熱サイクル後に配線パターンが剥離する。また、エッチングによって透光性アルミナ基板の面粗度を粗くすると、光の透過率が低下する。   However, according to the study of the present inventor, even if the surface of the translucent alumina substrate is processed by acid / alkali etching, the translucent alumina has few impurities and has a high smoothness as described above. For this reason, fine etching that does not increase the surface roughness as described in Patent Document 4 has no effect of improving the adhesion of the wiring pattern, and the wiring pattern peels off after the thermal cycle. Further, when the surface roughness of the translucent alumina substrate is roughened by etching, the light transmittance is lowered.

また、特許文献5記載のようにイオンビームを用いて透光性アルミナ基板の表面をエッチングすることも検討した。しかし、この方法でも、特許文献4と同様の問題が生ずる。   Moreover, etching of the surface of a translucent alumina substrate using an ion beam as described in Patent Document 5 was also examined. However, this method also causes the same problem as in Patent Document 4.

特許文献6記載のように、アルミナ粒子よりも大きな凹凸を設ける方法も検討した。しかし、透光性アルミナの場合には、透光性を発現させるためにアルミナ粒子の平均粒径が非常に大きい。このため、アルミナ粒子よりも十分に大きな凹凸を設けると、微細なパターンや複雑なパターンを基板表面に形成することができず、配線の微細化に対応できない。このため、透光性配線基板の分野では産業上利用できない技術である。しかも、透光性アルミナ粒子よりも十分に大きい凹凸が基板表面にあると、配線パターンを基板表面にスクリーン印刷するときに、印刷用製版の損傷を引き起こす。   As described in Patent Document 6, a method of providing irregularities larger than alumina particles was also examined. However, in the case of translucent alumina, the average particle diameter of the alumina particles is very large in order to develop translucency. For this reason, if unevenness sufficiently larger than the alumina particles is provided, a fine pattern or a complex pattern cannot be formed on the substrate surface, and the wiring cannot be made finer. For this reason, this technique cannot be used industrially in the field of translucent wiring boards. Moreover, if the substrate surface has irregularities sufficiently larger than the translucent alumina particles, the printing plate making is damaged when the wiring pattern is screen-printed on the substrate surface.

本発明の課題は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板の表面に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板において、熱サイクル印加後に配線パターンの透光性アルミナ基板への接着を維持し、かつ配線基板の透光性が得られるようにすることである。   An object of the present invention is to provide a light-transmitting wiring board having a light-transmitting alumina substrate and a wiring pattern formed on the surface of the light-transmitting alumina substrate. It is intended to maintain adhesion to the alumina substrate and to obtain the translucency of the wiring substrate.

本発明は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板の表面に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
透光性アルミナ基板の表面に平滑面と粗面とが形成されており、配線パターンが粗面上に形成されており、前記平滑面上に形成されていないことを特徴とする。
The present invention is a translucent wiring board comprising a translucent alumina substrate and a wiring pattern formed on the surface of the translucent alumina substrate,
A smooth surface and a rough surface are formed on the surface of the translucent alumina substrate, and a wiring pattern is formed on the rough surface, and is not formed on the smooth surface.

また、本発明は、前記透光性配線基板を製造する方法であって、
アルミナ原料粉末を型を用いてゲルキャスト成形して成形体を得、この際金型に平滑面に対応する平滑部と粗面に対応する粗面部とが設けられている成形工程、
成形体を焼結させることによって透光性アルミナ基板を得る焼結工程、および
透光性アルミナ基板の粗面上に配線パターンを形成する工程
を有することを特徴とする。
Further, the present invention is a method for manufacturing the translucent wiring board,
A molding process in which alumina raw material powder is gel cast molded using a mold to obtain a molded body, and at this time, the mold is provided with a smooth portion corresponding to the smooth surface and a rough surface portion corresponding to the rough surface,
The method includes a sintering step of obtaining a light-transmitting alumina substrate by sintering the formed body, and a step of forming a wiring pattern on a rough surface of the light-transmitting alumina substrate.

本発明によれば、透光性アルミナ基板の表面に平滑面と粗面とを形成し、配線パターンを粗面上に形成し、平滑面上に形成しないことによって、熱サイクル印加後に配線パターンの透光性アルミナ基板への接着を維持し、かつ配線基板の透光性が得られる。   According to the present invention, a smooth surface and a rough surface are formed on the surface of a translucent alumina substrate, a wiring pattern is formed on the rough surface, and not formed on the smooth surface. The adhesion to the translucent alumina substrate is maintained, and the translucency of the wiring substrate can be obtained.

(a)は、本発明の一実施形態に係る配線基板8を模式的に示す平面図であり、(b)は、透光性アルミナ基板1の模式的断面図であり、(c)は、配線パターンを設けた後の配線基板8の断面図である。(A) is a top view which shows typically the wiring board 8 which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is typical sectional drawing of the translucent alumina substrate 1, (c), It is sectional drawing of the wiring board 8 after providing a wiring pattern. 配線基板の透光性の測定法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measuring method of the translucency of a wiring board.

まず、アルミナ原料粉末を成形、焼結させることによって、透光性アルミナ基板を作製する。この時点では、透光性アルミナ基板の表面は平滑面をなしている。これは、基板表面が粗れていると、基板の全透過率が著しく低下するからである。   First, a translucent alumina substrate is produced by molding and sintering alumina raw material powder. At this time, the surface of the translucent alumina substrate is a smooth surface. This is because if the substrate surface is rough, the total transmittance of the substrate is significantly reduced.

次いで、図1(b)に示すように、基板1の表面1aのうち、配線パターン形成領域3に粗面を形成する。本例では、配線パターンを形成しない領域4には粗面を形成していない。次いで、図1(a)(c)に示すように、配線パターン形成領域3において、粗面6上に配線パターン2を形成する。配線パターン2は、粗面6上に形成されており、平滑面5上には形成されていない。   Next, as shown in FIG. 1B, a rough surface is formed in the wiring pattern formation region 3 in the surface 1 a of the substrate 1. In this example, the rough surface is not formed in the region 4 where the wiring pattern is not formed. Next, as shown in FIGS. 1A and 1C, the wiring pattern 2 is formed on the rough surface 6 in the wiring pattern formation region 3. The wiring pattern 2 is formed on the rough surface 6 and is not formed on the smooth surface 5.

(透光性アルミナ基板)
透光性アルミナは、例えば発光ダイオード素子用をマウントする基板として使用でき、これによって発光ダイオード素子の寿命を飛躍的に延長することが可能である。
(Translucent alumina substrate)
Translucent alumina can be used, for example, as a substrate for mounting a light-emitting diode element, which can dramatically extend the life of the light-emitting diode element.

透光性アルミナ基板の厚さは0.2mm以上、2mm以下であることが好ましい。基板が薄すぎると、衝撃で割れやすくなり、あるいは直線透過光の比率が高くなりすぎ、光の拡散が不足する。基板が厚すぎると、全光線透過率が低くなり、放熱性も低下する。   The thickness of the translucent alumina substrate is preferably 0.2 mm or more and 2 mm or less. If the substrate is too thin, it will be easily cracked by impact, or the ratio of linearly transmitted light will be too high, and light diffusion will be insufficient. If the substrate is too thick, the total light transmittance is lowered and the heat dissipation is also lowered.

透光性アルミナ基板の可視光域の直線透過率は、光の拡散のため、40%以下とすることが好ましく、15%以下とすることが更に好ましい。透光性アルミナ基板の前方全透過率は、発光効率の観点から30%以上が好ましい。   The linear transmittance in the visible light region of the translucent alumina substrate is preferably 40% or less, and more preferably 15% or less, for light diffusion. The total front transmittance of the translucent alumina substrate is preferably 30% or more from the viewpoint of light emission efficiency.

基板を構成する透光性アルミナの結晶粒径は特に限定されないが、透光性を得るという観点から、15μm以上とすることが好ましく、20μm以上とすることが更に好ましい。また、アルミナの結晶粒径は、100μm以下とすることが好ましく、40μm以下とすることが更に好ましい。   The crystal grain size of the translucent alumina constituting the substrate is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining translucency, it is preferably 15 μm or more, and more preferably 20 μm or more. The crystal grain size of alumina is preferably 100 μm or less, and more preferably 40 μm or less.

また、基板を構成する透光性アルミナの相対密度は、透光性を確保するという観点からは、98%以上とすることが好ましく、99%以上とすることが更に好ましい。アルミナ内の気孔は、入射する光を散乱させ、全光線透過率を著しく低下させる。   The relative density of the translucent alumina constituting the substrate is preferably 98% or more, and more preferably 99% or more, from the viewpoint of ensuring translucency. The pores in the alumina scatter incident light and significantly reduce the total light transmittance.

透光性アルミナ基板の成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法など任意の方法であってよい。特に好ましくは、基板をゲルキャスト法を用いて製造する。好適な実施形態においては、セラミック粉末、分散媒およびゲル化剤を含むスラリーを注型し、このスラリーをゲル化させることによって成形体を得、この成形体を焼結させる。   The method for forming the translucent alumina substrate is not particularly limited, and may be any method such as a doctor blade method, an extrusion method, or a gel cast method. Particularly preferably, the substrate is manufactured using a gel cast method. In a preferred embodiment, a molded article is obtained by casting a slurry containing ceramic powder, a dispersion medium and a gelling agent and gelling the slurry, and the molded article is sintered.

特に好ましくは、純度99.9%以上(好ましくは99.95%以上)の高純度アルミナ粉末に対して、150〜1000ppmの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。
前述した助剤としては、酸化マグネシウムが好ましいが、ZrO2, Y2O3,La2O3,
Sc2O3も例示できる。
Particularly preferably, a raw material in which an auxiliary of 150 to 1000 ppm is added to high-purity alumina powder having a purity of 99.9% or more (preferably 99.95% or more) is used. Examples of such high-purity alumina powder include high-purity alumina powder manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.
As the above-mentioned auxiliary agent, magnesium oxide is preferable, but ZrO 2 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 ,
Sc 2 O 3 can also be exemplified.

好適な実施形態においては、透光性アルミナ基板におけるアルミナ以外の不純物量が0.2質量%以下であり、これによって全透過率が向上する。不純物量が少ないことによって、配線パターンとの熱サイクル印加後の接着性が低下するので、本発明が特に有効である。   In a preferred embodiment, the amount of impurities other than alumina in the translucent alumina substrate is 0.2% by mass or less, thereby improving the total transmittance. The present invention is particularly effective because the adhesion after the thermal cycle application with the wiring pattern is reduced due to the small amount of impurities.

原料粉末の平均粒径は特に限定されないが、低温焼結での緻密化および透光性向上という観点からは、0.5μm以下が好ましく、0.4μm以下が更に好ましい。一層好ましくは、原料粉末の平均粒子径は0.3μm以下(一次粒子径)である。この平均粒径の下限は特に限定されない。原料粉末の平均粒子径は、SEM(走査型電子顕微鏡)による原料粉末の直接観察によって決定できる。
なお、ここでいう平均粒子径とはSEM写真(倍率:X30000。任意の2視野)上における2次凝集粒子を除く1次粒子の(最長軸長+最短軸長)/2の値のn=500平均値のことである。
The average particle diameter of the raw material powder is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.4 μm or less, from the viewpoints of densification during low-temperature sintering and improvement of translucency. More preferably, the average particle diameter of the raw material powder is 0.3 μm or less (primary particle diameter). The lower limit of the average particle size is not particularly limited. The average particle diameter of the raw material powder can be determined by direct observation of the raw material powder by SEM (scanning electron microscope).
The average particle diameter here is n = the value of (longest axis length + shortest axis length) / 2 of primary particles excluding secondary agglomerated particles on an SEM photograph (magnification: X30000, arbitrary two fields of view). It is an average value of 500.

ゲルキャスト法は、以下の方法を例示できる。
(1) 無機物粉体とともに、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。
(2) 反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。
Examples of the gel casting method include the following methods.
(1) Along with inorganic powder, a prepolymer such as polyvinyl alcohol, epoxy resin, phenol resin, or the like, which becomes a gelling agent, is dispersed in a dispersion medium together with a dispersing agent to prepare a slurry. The slurry is solidified by crosslinking and gelation.
(2) The slurry is solidified by chemically bonding an organic dispersion medium having a reactive functional group and a gelling agent.

(粗面および平滑面)
本発明では、透光性アルミナ基板の表面に平滑面と粗面とが形成されている。平滑面の面粗度Raは、全透過率の向上という観点からは、0.3μm以下が好ましい。また、平滑面の面粗度の下限は特にないが、加工上は0.1μm以上が実際的である。
(Rough surface and smooth surface)
In the present invention, a smooth surface and a rough surface are formed on the surface of the translucent alumina substrate. The surface roughness Ra of the smooth surface is preferably 0.3 μm or less from the viewpoint of improving the total transmittance. Further, although there is no particular lower limit of the surface roughness of the smooth surface, 0.1 μm or more is practical for processing.

また、粗面の面粗度Raは、熱サイクル印加後の配線パターンとの接着性という観点からは、0.5μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることが更に好ましい。また、粗面の損粗度Raを3.0μm以下とすることによって、微細なパターンを印刷する際のかすれや断線、印刷時のスクリーンマスクの破損を防止できる。   Further, the surface roughness Ra of the rough surface is preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1.0 μm or more, from the viewpoint of adhesion to the wiring pattern after application of the heat cycle. Further, by setting the roughness roughness Ra of the rough surface to 3.0 μm or less, it is possible to prevent blurring and disconnection when printing a fine pattern, and damage to the screen mask during printing.

粗面および平滑面の面粗度Raは、JIS B 0601で規定される中心線平均表面粗さであり、例えば、JIS B 0651で規定されるような触針式表面粗さ測定器によって測定する。   The surface roughness Ra of the rough surface and the smooth surface is a centerline average surface roughness defined by JIS B 0601, and is measured by, for example, a stylus type surface roughness measuring device as defined by JIS B 0651. .

本発明では、配線パターンが粗面上に形成されており、平滑面上に形成されていない。好適な実施形態においては、図1(c)に示すように、配線パターン2が粗面6の全面を被覆しており、粗面6が基板表面側に露出していない。ただし、粗面6の一部が配線パターン2に被覆されずに基板表面に露出していても良い。この場合には、粗面6のうち露出部分の面積が粗面6の全面積の10%以下であることが好ましい。また、平滑面は基板表面に露出している。   In the present invention, the wiring pattern is formed on the rough surface and is not formed on the smooth surface. In a preferred embodiment, as shown in FIG. 1C, the wiring pattern 2 covers the entire surface of the rough surface 6, and the rough surface 6 is not exposed to the substrate surface side. However, a part of the rough surface 6 may be exposed to the substrate surface without being covered with the wiring pattern 2. In this case, the area of the exposed portion of the rough surface 6 is preferably 10% or less of the total area of the rough surface 6. The smooth surface is exposed on the substrate surface.

(粗面および平滑面の形成方法)
透光性アルミナ基板に平滑面を形成するには、成形金型に平滑面に対応する平滑部を設けることができる。また、透光性アルミナ基板の表面をダイヤモンドペースト等を用いて、研磨加工することによって、平滑面を形成できる。
(Rough surface and smooth surface forming method)
In order to form a smooth surface on the translucent alumina substrate, a smoothing portion corresponding to the smooth surface can be provided in the molding die. Further, a smooth surface can be formed by polishing the surface of the translucent alumina substrate using diamond paste or the like.

透光性アルミナ基板に粗面を形成するには、成形金型に粗面に対応する粗面部を設けることができる。また、透光性アルミナ基板の表面を全面にわたって平滑面とした後、この平滑面のうち配線パターン形成領域を軸付き砥石等によりフライス加工することによって粗面を形成できる。   In order to form a rough surface on the translucent alumina substrate, a rough surface portion corresponding to the rough surface can be provided on the molding die. Moreover, after making the surface of a translucent alumina substrate into a smooth surface over the whole surface, a rough surface can be formed by milling the wiring pattern formation region of the smooth surface with a grindstone with a shaft or the like.

(配線パターンの形成)
配線パターンを形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、パッド印刷法がある。
(Formation of wiring pattern)
As a method for forming a wiring pattern, there are a screen printing method, an ink jet printing method, and a pad printing method.

また、配線パターンを形成する際の熱処理温度は、500〜1000℃が好ましい。また、配線パターンの材質は、Au、Ag、W、Mo、Pt、またはこれらを含む化合物が好ましい。更に配線パターンの厚さは 本発明の観点からは、0.5〜20μmが好ましい。   The heat treatment temperature when forming the wiring pattern is preferably 500 to 1000 ° C. The wiring pattern material is preferably Au, Ag, W, Mo, Pt, or a compound containing these. Furthermore, the thickness of the wiring pattern is preferably 0.5 to 20 μm from the viewpoint of the present invention.

(実施例1)
透光性アルミナセラミックス基板1を、以下のようにして作製した。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末100重量部、及びマグネシア0.025重量部、分散媒として多塩基酸エステル30重量部、ゲル化剤として、MDI樹脂4重量部、分散剤としてマリアリムAKM0351(商品名、日本油脂株式会社製)2重量部及び触媒としてトリエチルアミン0.2重量部を混合したものを用いた。このスラリーを、配線パターンに該当する部分の表面に粗面部を設けたアルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で1時間放置し、固化してから離型した。さらに、室温、次いで90℃のそれぞれの温度にて2時間放置して、基板状の粉末成形体を得た。これを大気中1200℃で仮焼し、仮焼体を得た。
Example 1
The translucent alumina ceramic substrate 1 was produced as follows. That is, 100 parts by weight of alumina powder as raw material powder and 0.025 part by weight of magnesia, 30 parts by weight of polybasic acid ester as dispersion medium, 4 parts by weight of MDI resin as gelling agent, and Marialim AKM0351 (trade name, A mixture of 2 parts by weight of Nippon Oil & Fat Co., Ltd. and 0.2 parts by weight of triethylamine as a catalyst was used. The slurry was cast at room temperature in a mold made of an aluminum alloy having a rough surface on the surface corresponding to the wiring pattern, left at room temperature for 1 hour, solidified and then released. Furthermore, it was left at room temperature and then at 90 ° C. for 2 hours to obtain a substrate-like powder compact. This was calcined at 1200 ° C. in the atmosphere to obtain a calcined body.

次いで、この仮焼体を、水素:窒素=3:1の雰囲気中1800℃で焼成し、緻密化及び透光化させた。この結果、表面に配線パターンに対応する粗面を設けた透光性アルミナセラミックス基板を得ることができた。この基板の粗面の表面粗度を測定したところ、Ra=0.5μmであり、それ以外の平滑面の面粗度Raは0.1μmであった。   Next, this calcined body was fired at 1800 ° C. in an atmosphere of hydrogen: nitrogen = 3: 1 to be densified and translucent. As a result, a translucent alumina ceramic substrate having a rough surface corresponding to the wiring pattern on the surface could be obtained. When the surface roughness of the rough surface of this substrate was measured, Ra = 0.5 μm, and the surface roughness Ra of the other smooth surfaces was 0.1 μm.

得られた基板1の表面1aに、所望の配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、95℃の乾燥器で15分乾燥させ、850℃の温度で熱処理を行い、配線パターン2を基板1の粗面に密着させた。   A silver paste was printed on the surface 1a of the obtained substrate 1 using a screen plate having a desired wiring pattern. Thereafter, the substrate was dried for 15 minutes with a dryer at 95 ° C. and heat-treated at a temperature of 850 ° C.

この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、18N/mmと十分な強さがあることがわかった。更に、−40℃と200℃を30分毎に交互に繰り返す温度サイクルを1000回行った後、接着強度を測定したところ、10N/mmと初期値よりは劣るものの、依然として十分な強さがあることがわかった。 When soldering was performed on this wiring pattern and the adhesive strength was measured, it was found that the wiring pattern had a sufficient strength of 18 N / mm 2 . Furthermore, when the adhesive strength was measured after 1000 times of a temperature cycle in which −40 ° C. and 200 ° C. were alternately repeated every 30 minutes, it was inferior to the initial value of 10 N / mm 2 , but still sufficient I found out.

また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、65%であった。ただし、前方全透過率は、図2に模式的に示す装置で測定した。すなわち、光源10から波長555nmの単色光を矢印Aのように配線基板8の表面1aに入射させ、背面1b側から矢印Bのように積分球12の各点に向かって放射される放射光を検出器11によって検出する。   Further, the total front transmittance of the portion other than the wiring pattern of the substrate was measured and found to be 65%. However, the total front transmittance was measured with an apparatus schematically shown in FIG. That is, monochromatic light having a wavelength of 555 nm is incident on the surface 1a of the wiring board 8 from the light source 10 as indicated by an arrow A, and radiated light emitted from the back surface 1b toward each point of the integrating sphere 12 as indicated by an arrow B. Detection is performed by the detector 11.

(実施例2〜4)
実施例1と同様にして配線基板8を作製した。ただし、粗面および平滑面の面粗度Raを、表1に示すように変更した。測定結果を表1に示す。
(Examples 2 to 4)
A wiring substrate 8 was produced in the same manner as in Example 1. However, the surface roughness Ra of the rough surface and the smooth surface was changed as shown in Table 1. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2012238654
Figure 2012238654

表1から分かるように、本発明の実施例では、熱サイクルを1000サイクル印加した後の配線パターンの接合強度が高く維持されており、配線基板の全透過率も高い。   As can be seen from Table 1, in the embodiment of the present invention, the bonding strength of the wiring pattern after 1000 cycles of thermal cycles is maintained, and the total transmittance of the wiring board is also high.

(比較例1〜5)
実施例1と同様にして配線基板8を作製した。ただし、透光性アルミナ基板の表面の面粗度Raを、表2に示すように変更した。測定結果を表2に示す。
(Comparative Examples 1-5)
A wiring substrate 8 was produced in the same manner as in Example 1. However, the surface roughness Ra of the surface of the translucent alumina substrate was changed as shown in Table 2. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 2012238654
Figure 2012238654

比較例1、2では、透光性アルミナ基板の面粗度が低いので、配線基板の全透過率は高い。しかし、熱サイクルを1000サイクル印加した後に配線パターンが剥離していた。比較例3、4、5では、熱サイクルを1000サイクル印加した後に、配線パターンの接合強度はある程度得られたが、しかし配線基板の全透過率が低く、透光性配線基板としては使用が困難なものである。
In Comparative Examples 1 and 2, since the surface roughness of the translucent alumina substrate is low, the total transmittance of the wiring substrate is high. However, the wiring pattern was peeled off after 1000 thermal cycles were applied. In Comparative Examples 3, 4, and 5, the bonding strength of the wiring pattern was obtained to some extent after 1000 thermal cycles were applied, but the total transmittance of the wiring board was low, making it difficult to use as a translucent wiring board. Is something.

Claims (6)

透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板の表面に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
前記透光性アルミナ基板の前記表面に平滑面と粗面とが形成されており、前記配線パターンが前記粗面上に形成されており、前記平滑面上に形成されていないことを特徴とする、透光性配線基板。
A translucent wiring board comprising a translucent alumina substrate and a wiring pattern formed on the surface of the translucent alumina substrate,
A smooth surface and a rough surface are formed on the surface of the translucent alumina substrate, the wiring pattern is formed on the rough surface, and is not formed on the smooth surface. , Translucent wiring board.
前記平滑面の面粗度Raが0.1〜0.3μmであり、前記粗面の面粗度Raが0.5〜3.0μmであることを特徴とする、請求項1記載の透光性配線基板。   2. The light transmitting device according to claim 1, wherein a surface roughness Ra of the smooth surface is 0.1 to 0.3 μm, and a surface roughness Ra of the rough surface is 0.5 to 3.0 μm. Wiring board. 前記透光性アルミナ基板におけるアルミナ以外の不純物量が0.2質量%以下であることを特徴とする、請求項1または2記載の透光性配線基板。   The translucent wiring board according to claim 1, wherein an amount of impurities other than alumina in the translucent alumina substrate is 0.2 mass% or less. 前記透光性アルミナ基板の平均粒径が15μm以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。   The translucent wiring substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the translucent alumina substrate has an average particle size of 15 µm or more. 前記配線パターンがスクリーン印刷により形成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。   The translucent wiring board according to any one of claims 1 to 4, wherein the wiring pattern is formed by screen printing. 請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板を製造する方法であって、
アルミナ原料粉末を型を用いてゲルキャスト成形して成形体を得、この際前記金型に前記平滑面に対応する平滑部と前記粗面に対応する粗面部とが設けられている成形工程、
前記成形体を焼結させることによって前記透光性アルミナ基板を得る焼結工程、および
前記透光性アルミナ基板の前記粗面上に前記配線パターンを形成する工程
を有することを特徴とする、透光性配線基板の製造方法。
A method for producing the translucent wiring board according to any one of claims 1 to 5,
A molding process in which alumina raw material powder is gel cast molded using a mold to obtain a molded body, and at this time, the mold is provided with a smooth portion corresponding to the smooth surface and a rough surface portion corresponding to the rough surface,
A step of sintering the molded body to obtain the light-transmitting alumina substrate; and a step of forming the wiring pattern on the rough surface of the light-transmitting alumina substrate. Manufacturing method of optical wiring board.
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