JP2013100199A - Translucent wiring board - Google Patents

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JP2013100199A
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Sugio Miyazawa
杉夫 宮澤
Keiichiro Watanabe
敬一郎 渡邊
Tsuneaki Ohashi
玄章 大橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the adhesion of a wiring pattern to a translucent alumina substrate after applying a heat cycle, in a translucent wiring board, and to ensure translucency of the wiring board.SOLUTION: A translucent wiring board 8 comprises a translucent alumina substrate 1 and a wiring pattern 2 formed on the translucent alumina substrate 1. Translucent alumina constituting the translucent alumina substrate 1 has an SiOcontent of 150-300 mass ppm and an MgO content of 100-250 mass ppm, the SiOcontent is larger than the MgO content, the purity of alumina excluding SiOand MgO is ≥99.9 mass%, and a crystal grain diameter is ≥20 μm. The total forward transmittance of the translucent alumina substrate 1 in a part other than the wiring pattern 2 is ≥50%.

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. (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)。なお、本出願人は、特許文献7において、均質な透光性アルミナ焼結体からなる発光ダイオード素子用拡散板を開示している。   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). In addition, in the patent document 7, the present applicant discloses a light-emitting diode element diffusion plate made of a homogeneous translucent alumina sintered body.

特開2003−243717JP 2003-243717 A 特許2780941Patent 2780941 特開2002−289925JP 2002-289925 特開昭61−251589JP 61-251589 特開平5−024959JP-A-5-024959 特開2010−30280JP 2010-30280 特開2007−258228JP2007-258228A

アルミナセラミックス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る等の問題が発生しやすくなる。 When an alumina ceramic 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 ordinary alumina, and the amount of impurities is extremely small, resulting in insufficient adhesion, and problems such as peeling of the wiring pattern due to repeated temperature cycles due to lighting are likely to occur.

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3、4、5に記載のような方法も試みてみた。特許文献3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 3, 4, and 5. In Patent Document 3, an alumina substrate that is not light-transmitting 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上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を構成する透光性アルミナにおけるSiOの含有量が150〜300質量ppmであり、MgOの含有量が100〜250質量ppmであり、SiOの含有量がMgOの含有量より多く、SiOおよびMgOを除くアルミナ純度が99.9質量%以上であり、結晶粒子径が20μm以上であり,透光性アルミナ基板の配線パターン以外の部分の全透過率が50%以上であることを特徴とする。
The present invention is a translucent wiring board comprising a translucent alumina substrate and a wiring pattern formed on the translucent alumina substrate,
The content of SiO 2 in the translucent alumina constituting the translucent alumina substrate is 150 to 300 ppm by mass, the content of MgO is 100 to 250 ppm by mass, and the content of SiO 2 is the content of MgO. More than that, the alumina purity excluding SiO 2 and MgO is 99.9% by mass or more, the crystal particle diameter is 20 μm or more, and the total transmittance of the translucent alumina substrate other than the wiring pattern is 50% or more. It is characterized by being.

本発明によれば、透光性アルミナ基板の透光性を維持しつつ、熱サイクル印加後にも配線パターンのアルミナ基板表面からの剥離を防止できる。   According to the present invention, it is possible to prevent peeling of the wiring pattern from the surface of the alumina substrate even after the thermal cycle is applied, while maintaining the translucency of the translucent alumina substrate.

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る。It is a top view showing typically wiring board 8 concerning one embodiment of the present invention. 透光性アルミナ基板1の配線パターン形成領域6上に配線パターン7を設けた後の配線基板8の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the wiring board 8 after the wiring pattern 7 is provided on the wiring pattern formation region 6 of the translucent alumina substrate 1. 平均粒径の測定方法を説明するため模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of an average particle diameter. 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.

(配線基板の形成手順)
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とが好ましく、これによって基板の全透過率を高くできる。
(Wiring board formation procedure)
A translucent alumina substrate is produced by molding and sintering the alumina raw material powder. At this time, it is preferable that the surface of the translucent alumina substrate is a smooth surface, and thereby the total transmittance of the substrate can be increased.

好適な実施形態においては、図1、図2に示すように、透光性アルミナ基板1の表面1aを平滑面とする。1bは背面であるが、平滑面とすることが好ましい。次いで、図2に示すように、配線パターン形成領域6において、基板表面1aに配線パターン7を形成する。配線パターン7は、非形成領域5には形成されていない。3ははんだ付け部分である。   In a preferred embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the surface 1a of the translucent alumina substrate 1 is a smooth surface. Although 1b is a back surface, it is preferable to make it a smooth surface. Next, as shown in FIG. 2, a wiring pattern 7 is formed on the substrate surface 1 a in the wiring pattern formation region 6. The wiring pattern 7 is not formed in the non-formation region 5. 3 is a soldering part.

(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, whereby the life of the light-emitting diode element can be dramatically extended.

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配線パターン以外の部分の前方全透過率は、発光効率の観点から50%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 portion other than the wiring pattern of the translucent alumina substrate is preferably 50% or more from the viewpoint of luminous efficiency.

(透光性アルミナ)
基板を構成する透光性アルミナの平均結晶粒径は、上述のような高度の透光性を得るという観点から、20μm以上とすることが好ましい。また、アルミナの結晶粒径は、基板強度を維持し、および直線透過光の比率が多くなりすぎないように、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。
(Translucent alumina)
The average crystal grain size of the translucent alumina constituting the substrate is preferably 20 μm or more from the viewpoint of obtaining the above high translucency. The crystal grain size of alumina is preferably 100 μm or less, and more preferably 40 μm or less so that the substrate strength is maintained and the ratio of linear transmitted light is not excessively increased.

なお、ここでいう平均結晶粒径とは、以下の方法により測定された値である。
(1) 焼結体の表面の顕微鏡写真(100〜200倍)を撮影し、単位長さの直線が横切る粒子の数を数える。これを異なる3箇所について実施する。なお、単位長さは500μm〜1000μmの範囲とする。
(2) 実施した3箇所の粒子の個数の平均をとる。
(3) 下記の式により、平均粒径を算出する。
[算出式]
D=(4/π)×(L/n)
[D:平均粒径、L:直線の単位長さ、n:3箇所の粒子の個数の平均]
平均粒径の算出例を図3に示す。異なる3箇所の位置において、それぞれ単位長さL(例えば500μm)の直線30が横切る粒子32の個数が22、23、19としたとき、平均粒径Dは、上記算出式により、
D=(4/π)×[500/{(22+23+19)/3}]=29.9μm
となる。
In addition, the average crystal grain diameter here is a value measured by the following method.
(1) A micrograph (100 to 200 times) of the surface of the sintered body is taken, and the number of particles crossed by a unit length straight line is counted. This is performed at three different locations. The unit length is in the range of 500 μm to 1000 μm.
(2) Take the average of the number of particles in three places.
(3) The average particle diameter is calculated by the following formula.
[Calculation formula]
D = (4 / π) × (L / n)
[D: average particle diameter, L: linear unit length, n: average number of particles at three locations]
An example of calculating the average particle diameter is shown in FIG. When the number of particles 32 traversed by the straight line 30 of unit length L (for example, 500 μm) is 22, 23, and 19 at three different positions, the average particle diameter D is calculated by the above calculation formula:
D = (4 / π) × [500 / {(22 + 23 + 19) / 3}] = 29.9 μm
It becomes.

透光性アルミナ基板を構成する透光性アルミナにおけるSiOの含有量は150〜300質量ppmとする。この範囲内において、透光性アルミナ基板の透光性を維持しつつ、熱サイクル印加後にも配線パターンのアルミナ基板表面からの剥離を防止できることを見いだした。SiOの含有量は、200ppm以上とすることが更に好ましい。 The content of SiO 2 in the translucent alumina constituting the translucent alumina substrate is 150 to 300 ppm by mass. Within this range, the inventors have found that it is possible to prevent the wiring pattern from being peeled off from the surface of the alumina substrate even after the thermal cycle is applied, while maintaining the translucency of the light transmitting alumina substrate. The content of SiO 2 is more preferably 200 ppm or more.

透光性アルミナ基板を構成する透光性アルミナにおけるMgOの含有量は100〜250質量ppmとする。この範囲内において、透光性アルミナ基板の透光性を維持しつつ、熱サイクル印加後にも配線パターンのアルミナ基板表面からの剥離を防止できることを見いだした。MgOの含有量は、150ppm以上とすることが更に好ましく、また200ppm以下とすることが更に好ましい。   The content of MgO in the translucent alumina constituting the translucent alumina substrate is 100 to 250 ppm by mass. Within this range, the inventors have found that it is possible to prevent the wiring pattern from being peeled off from the surface of the alumina substrate even after the thermal cycle is applied, while maintaining the translucency of the translucent alumina substrate. The content of MgO is more preferably 150 ppm or more, and further preferably 200 ppm or less.

また、SiOの含有量がMgOの含有量より多いことが必要である。本発明の観点からは、SiOの含有量とMgOの含有量との差は、30質量ppm以上であることが好ましく、50質量ppm以上であることが更に好ましい。またSiOの含有量とMgOの含有量との差は、200質量ppm以下であるが、150質量ppm以下であることが更に好ましい。 Further, it is necessary that the content of SiO 2 is larger than the content of MgO. From the viewpoint of the present invention, the difference between the content of SiO 2 and the content of MgO is preferably 30 mass ppm or more, and more preferably 50 mass ppm or more. The difference between the content of SiO 2 and the content of MgO is 200 ppm by mass or less, and more preferably 150 ppm by mass or less.

透光性アルミナにおけるSiOの含有量、MgOの含有量は、誘導結合プラズマ原子発光分析法によって各元素量を測定し、酸化物量に換算する。 The content of SiO 2 and the content of MgO in translucent alumina are measured by the amount of each element by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and converted to the amount of oxide.

透光性アルミナにおいて、SiOおよびMgOを除くアルミナの純度が99.9質量%以上であり、これによって全透過率が向上する。アルミナに対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、これを改善するという点で本発明が特に有効である。透光性アルミナ基板におけるアルミナの純度は99.95%以上が一層好ましい。基板のアルミナ純度は、誘導結合プラズマ原子発光分析法によって基板内のアルミニウム元素量を測定し、酸化物量に換算する。
透光性アルミナ基板に含まれる、SiOおよびMgO、およびアルミナ以外の成分としては、以下が挙げられる。基板を構成するセラミックスにおけるこれらの成分の含有量は、SiO、MgOおよびアルミナの残部であり、0.1質量%以下である。
(1) 焼結助剤として添加されるZr、Y、Sc等の元素の酸化物(300〜1000質量ppmが好ましい)
(2) アルミナ原料や基板の製造過程で混入したFe、Na,Ca、K等の酸化物や、W、Moといった金属成分
In the translucent alumina, the purity of alumina excluding SiO 2 and MgO is 99.9% by mass or more, thereby improving the total transmittance. Since the amount of impurities with respect to alumina is small, the adhesiveness after applying a heat cycle to the wiring pattern is lowered, and the present invention is particularly effective in improving this. The purity of alumina in the translucent alumina substrate is more preferably 99.95% or more. The alumina purity of the substrate is converted to an oxide amount by measuring the amount of aluminum element in the substrate by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.
Examples of components other than SiO 2, MgO, and alumina contained in the translucent alumina substrate include the following. The content of these components in the ceramic constituting the substrate is the balance of SiO 2 , MgO and alumina, and is 0.1% by mass or less.
(1) Oxides of elements such as Zr, Y, Sc added as sintering aids (preferably 300 to 1000 ppm by mass)
(2) Metal components such as oxides such as Fe, Na, Ca, and K mixed with alumina raw materials and substrates, and W and Mo

(透光性アルミナ基板の製造)
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。
(Manufacture of translucent alumina substrate)
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99.95%以上(好ましくは99.99%以上)の高純度アルミナ粉末に対して、MgOおよびSiO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。 Particularly preferably, a raw material obtained by adding MgO and SiO 2 to a high-purity alumina powder having a purity of 99.95% or more (preferably 99.99% or more) is used. Examples of such high-purity alumina powder include high-purity alumina powder manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.

透光性アルミナ基板の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 of the translucent alumina substrate is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.4 μm or less, from the viewpoint 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.

次いで、還元性雰囲気下で粉末を成形体を焼結させる。この還元性雰囲気としては、H2が挙げられる。また、焼結温度は1700℃〜1900℃が好ましく、1750℃〜1850℃が更に好ましい。   Next, the compact is sintered with the powder in a reducing atmosphere. An example of this reducing atmosphere is H2. The sintering temperature is preferably 1700 ° C to 1900 ° C, more preferably 1750 ° C to 1850 ° C.

(平滑面)
好適な実施形態においては、透光性アルミナ基板の表面に平滑面が形成されており、配線パターンに被覆されていない領域に露出している。これによって、配線基板全体の透過率を向上させ、確保することができる。平滑面の面粗度Raは、全透過率の向上という観点から、0.3μm以下が更に好ましい。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。
(Smooth surface)
In a preferred embodiment, a smooth surface is formed on the surface of the translucent alumina substrate and exposed to a region not covered with the wiring pattern. Thereby, the transmittance of the entire wiring board can be improved and secured. The surface roughness Ra of the smooth surface is more 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.

平滑面は、配線パターンに被覆されていない領域に露出しているが、好ましくは、配線パターン領域を含む全面にわたって平滑面が露出している。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、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 smooth surface is exposed in a region not covered with the wiring pattern, but preferably the smooth surface is exposed over the entire surface including the wiring pattern region. The surface roughness Ra of the smooth surface is a centerline average surface roughness defined by JIS B 0601, and is measured by a stylus type surface roughness measuring instrument as defined by JIS B 0651.

(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。
(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.

(配線パターン)
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。
(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.

(実験1)
図1、図2に示すような形態の透光性配線基板8を作製した。
具体的には、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、アルミナ純度99.99質量%の高純度アルミナ粉末に対して、酸化マグネシウム300質量ppm、シリカ粉末350質量ppm、ポリビニルアルコール2質量%、ポリエチレングリコール0.5質量%、水50質量%を加え、1時間ボールミルによって粉砕し、混合し、スプレードライヤーで、200℃付近で乾燥させ、平均粒径約70μmの造粒粉末を得た。この造粒粉末を、2000kg/cmの圧力下でプレス成形し、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。
(Experiment 1)
A translucent wiring board 8 having a configuration as shown in FIGS. 1 and 2 was produced.
Specifically, the translucent alumina ceramic substrate 1 was produced as follows. That is, 300 mass ppm of magnesium oxide, 350 mass ppm of silica powder, 2 mass percent of polyvinyl alcohol, 0.5 mass percent of polyethylene glycol, and 50 mass percent of water are added to high-purity alumina powder having an alumina purity of 99.99 mass%. The mixture was pulverized by a ball mill for 1 hour, mixed, and dried by a spray dryer at around 200 ° C. to obtain a granulated powder having an average particle size of about 70 μm. This granulated powder was press-molded under a pressure of 2000 kg / cm 2 to obtain a substrate-like powder compact. This was calcined at 1200 ° C. in the atmosphere to obtain a calcined body.

次いで、水素:窒素=3:1の雰囲気中1800℃で仮焼体を焼成し、緻密化及び透光化させた。この結果、MgO、SiOの含有量がそれぞれ250質量ppm、300質量ppmである透光性アルミナ基板を得ることができた。MgO、SiOの含有量は、誘導結合プラズマ質量分析法によって測定した。この基板の組成を誘導結合プラズマ原子発光分析を用いて測定したところ、MgO、SiOの含有量を除いたアルミナの純度は99.90質量%であった。 Next, the calcined body was fired at 1800 ° C. in an atmosphere of hydrogen: nitrogen = 3: 1, and densified and translucent. As a result, a translucent alumina substrate having MgO and SiO 2 contents of 250 ppm by mass and 300 ppm by mass, respectively, could be obtained. The contents of MgO and SiO 2 were measured by inductively coupled plasma mass spectrometry. When the composition of this substrate was measured using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, the purity of alumina excluding the contents of MgO and SiO 2 was 99.90% by mass.

得られた透光性アルミナ基板の表面に、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、配線パターンを基板表面に密着させた。   A silver paste was printed on the surface of the obtained translucent alumina substrate using a screen plate having a desired wiring pattern. Then, it was dried for 15 minutes with a 95 ° C. drier, and heat treatment was performed at a temperature of 850 ° C. to adhere the wiring pattern to the substrate surface.

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、12N/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, 12 N / mm 2 was inferior to the initial value, but still sufficient strength. I found out.

また、この基板の配線パターンのない部分(肉厚1mm)の前方全透過率を測定したところ、55%であった。ただし、前方全透過率は、図4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 without the wiring pattern (thickness: 1 mm) of the substrate was measured and found to be 55%. However, the front total 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.

(実験2〜20)
実験1と同様にして透光性配線基板を作製し、各種特性を測定した。ただし、高純度アルミナ粉末に対して添加する酸化マグネシウム、シリカの添加量を種々変更することによって、得られる焼結体の組成を、表1、表2、表3に示すように変更した。結果を各表に示す。
(Experiments 2-20)
A light-transmitting wiring board was produced in the same manner as in Experiment 1, and various characteristics were measured. However, the composition of the obtained sintered body was changed as shown in Table 1, Table 2, and Table 3 by variously changing the addition amounts of magnesium oxide and silica added to the high-purity alumina powder. The results are shown in each table.

Figure 2013100199
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表からわかるように、本発明によれば、透光性配線基板の透光性を確保しつつ、熱サイクル印加後の接着性を著しく改善することができる。   As can be seen from the table, according to the present invention, it is possible to remarkably improve the adhesion after applying the heat cycle while ensuring the translucency of the translucent wiring board.

Claims (3)

透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上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を構成する透光性アルミナにおけるSiOの含有量が150〜300質量ppmであり、MgOの含有量が100〜250質量ppmであり、SiOの含有量がMgOの含有量より多く、SiOおよびMgOを除くアルミナ純度が99.9質量%以上であり、結晶粒子径が20μm以上であり、前記透光性アルミナ基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率が50%以上であることを特徴とする、透光性配線基板。
A translucent wiring board comprising a translucent alumina substrate and a wiring pattern formed on the translucent alumina substrate,
The translucent alumina constituting the translucent alumina substrate has a SiO 2 content of 150 to 300 ppm by mass, a MgO content of 100 to 250 ppm by mass, and a SiO 2 content of MgO. More than the amount, the alumina purity excluding SiO 2 and MgO is 99.9% by mass or more, the crystal particle diameter is 20 μm or more, and the front total transmittance of the translucent alumina substrate other than the wiring pattern is 50 % Of translucent wiring board, characterized in that it is at least%.
前記透光性アルミナが、還元雰囲気中で1700℃以上、1900℃以下で焼成された焼結体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。   The translucent wiring board according to claim 1, wherein the translucent alumina is a sintered body fired at 1700 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower in a reducing atmosphere. 前記透光性アルミナ基板の前記配線パターンの印刷されている表面の面粗度Raが0.3μm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。   3. The translucent wiring board according to claim 1, wherein a surface roughness Ra of a surface of the translucent alumina substrate on which the wiring pattern is printed is 0.3 μm or less.
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