JP2014029890A - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱放散性の低下を抑制しつつ、裏面側の電気的絶縁性を確保した発光素子用基板を提供すること。
【解決手段】発光素子用基板１は、発光素子が搭載される第１の主面１１ａおよび第２の主面１１ｂを有する基板本体１１と、第２の主面１１ｂに達しないように第１の主面１１ａから厚さ方向に延ばされた第１の内部導体層１２と、基板本体１１の内部に配置されて水平方向に広がるとともに第１の内部導体層１２に接続された第２の内部導体層１３とを有する。第１の内部導体層１２は、発光素子が搭載される搭載領域１４の面積よりも断面積が大きく、かつ搭載領域１４を含むように形成される。第２の内部導体層１３は、第２の主面１１ｂからの距離Ｌ１が第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとの間の面間距離Ｌ２の５〜６０％となる位置に形成され、かつその水平方向の大きさが第１の内部導体層１２の水平方向の大きさの２００％以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子用基板および発光装置に関する。
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子等の発光素子を用いた発光装置の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトに発光装置が用いられている。しかしながら、発光素子の高輝度化に伴い、発光装置から発生する熱も増加しており、発光素子の輝度の低下をなくすために、このような熱を素子より速やかに拡散する高い熱拡散性を有する発光素子用基板が必要となっている。熱拡散性の高い発光素子用基板として、例えば発光素子用基板を主として構成する絶縁基体よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体を該絶縁基体に貫通して設けることが知られている。そして、この貫通金属体上に発光素子を搭載することにより、発光素子から発生する熱を放熱している。また、貫通金属体として、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等を主成分とし、発光素子の搭載面積よりも大きいものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−４１２３０号公報
しかしながら、ハイパワー型の発光装置では、その寿命を確保する観点から、より熱放散性の高い発光素子用基板が求められている。ハイパワー型の発光装置の場合、例えば発光素子が高温になりやすいことから、輝度の低下等の特性劣化が発生しやすく、また発光素子を覆うモールド樹脂やその内部に含有される蛍光体の劣化が発生しやすい。
また、発光装置では、発光素子が搭載される主面とは反対の裏面側において、一対の外部電極端子間の電極間距離等が問題となることがある。例えば、上部と下部とに一対の素子電極を有する発光素子を貫通金属体上に搭載し、貫通金属体を導電経路として利用した場合、裏面側の一対の外部電極端子の電極間距離等の電気的絶縁性が問題となりやすい。特に、ハイパワー型の発光装置のように入力電力が大きい場合や、熱放散性を確保するために貫通金属体の断面積を大きくした場合に、電極間距離等の電気的絶縁性が問題となりやすい。また、外部回路を放熱に利用する従来の構成では十分な放熱を得られないため、電気回路と放熱構造を電気的に絶縁して十分な放熱性を得られる放熱フィンを設ける必要性が高まってきた。このため、高い熱放散性を確保しつつ、裏面側の電気的絶縁性も確保できる発光素子用基板が求められている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、発光素子が好適に搭載される金属体を有する発光素子用基板において、熱放散性の低下を抑制しつつ、裏面側の電気的絶縁性も確保できるものを提供することを目的としている。また、本発明は、このような発光素子用基板を用いた発光装置を提供することを目的としている。
本発明の発光素子用基板は、発光素子が搭載される第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、前記基板本体の内部に配置されて前記第２の主面に達しないように前記第１の主面から厚さ方向に柱状に延ばされた第１の内部導体層と、前記基板本体の内部に配置されて水平方向に広がるとともに前記第１の内部導体層に接続された第２の内部導体層とを有する。
前記第１の内部導体層は、前記第１の主面の前記発光素子が搭載される搭載領域に形成されることを特徴とする。前記第２の内部導体層は、前記第２の主面からの距離が前記第１の主面と前記第２の主面との間の面間距離の５〜６０％となる位置に形成され、かつその水平方向の大きさが前記第１の内部導体層の水平方向の大きさの２００％以上であることを特徴とする。
本発明の発光装置は、前記発光素子用基板と、前記発光素子用基板の前記搭載領域に搭載された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、第２の主面に達しないように所定の位置および大きさに形成された第１の内部導体層と、この第１の内部導体層に接続するように所定の位置に形成されるとともに所定の大きさとなるように水平方向に広がる第２の内部導体層とを有することで、熱放散性の低下を抑制しつつ、裏面側の電気的絶縁性も確保できる。また、本発明の発光装置によれば、上記発光素子用基板を有することで、熱放散性の低下を抑制しつつ、裏面側の電気的絶縁性も確保でき、結果として寿命や信頼性を確保できる。
実施形態の発光素子用基板の一例を示す断面図。 図１に示す発光素子用基板の平面図。 変形例の発光素子用基板の一例を示す断面図。 図３に示す発光素子用基板の平面図。 実施形態の発光装置の一例を示す断面図。 図５に示す発光装置の平面図。 比較例１の発光装置を示す断面図。 比較例２の発光装置を示す断面図。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施形態の発光素子用基板を示す断面図である。発光素子用基板１は、図示しないＬＥＤ素子等の発光素子が搭載される第１の主面１１ａおよび該第１の主面１１ａに対向する第２の主面１１ｂを有する無機絶縁材料からなる基板本体１１と、この基板本体１１の内部に配置されて第２の主面１１ｂに達しないように第１の主面１１ａから厚さ方向に柱状に延ばされた第１の内部導体層１２と、基板本体１１の内部に配置されて水平方向に広がるとともに第１の内部導体層１２に接続された第２の内部導体層１３とを有する。
第１の内部導体層１２は、例えば図２に示すように第１の主面の発光素子が搭載される搭載領域１４の面積よりも断面積が大きく、かつ搭載領域１４を含むように形成されている。第２の内部導体層１３は、第２の主面１１ｂからの距離Ｌ１が第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとの間の面間距離Ｌ２の５〜６０％（５≦Ｌ１／Ｌ２×１００≦６０）となる位置に形成され、かつその水平方向の大きさが第１の内部絶縁層１２の水平方向の大きさの２００％以上とされている。なお、第１の内部導体層１２や第２の内部導体層１３の水平方向の大きさとは、図２に示されるような平面視における大きさ（面積）である。
通常、搭載領域１４は、第１の主面１１ａの中央部分とされている。第１の主面１１ａには、例えば発光素子の１対の素子電極が電気的に接続される第１の配線導体層１５および第２の配線導体層１６が設けられる。第１の配線導体層１５は、搭載領域１４から所定の間隔をあけて設けられる。第２の配線導体層１６は、例えば搭載領域１４を覆うとともに、搭載領域１４から外側に向けて連続して形成されている。また、第１の主面１１ａには、例えば搭載領域１４、第１の配線導体層１５、第２の配線導体層１６を囲むように枠体２３が設けられている。
第２の主面１１ｂには、例えば第１の外部電極端子１７、第２の外部電極端子１８が設けられている。第１の外部電極端子１７は、基板本体１１の内部に厚さ方向に設けられた柱状の第１の接続ビア２１を介して第１の配線導体層１５に電気的に接続されている。同様に、第２の外部電極端子１８も、基板本体１１の内部に厚さ方向に設けられた柱状の第２の接続ビア２２を介して第２の配線導体層１６に電気的に接続されている。
この発光素子用基板１は、１ワイヤタイプ、すなわち上面と下面とにそれぞれ素子電極を有する発光素子の搭載に好適に用いられる。すなわち、発光素子の上面の素子電極が第１の配線導体層１５にボンディングワイヤにより電気的に接続され、下面の素子電極が第２の配線導体層１６の搭載領域１４に電気的に接続される。
発光素子用基板１によれば、基板本体１１の内部に厚さ方向に設けられる第１の内部導体層１２が第２の主面１１ｂに達しないように設けられているために、第２の主面１１ｂ側の電気的絶縁性を有効に確保できる。また、このように第１の内部導体層１２が第２の主面１１ｂに達しない場合でも、この第１の内部導体層１２に接続して水平方向に広がる第２の内部導体層１３を有することから、第１の内部導体層１２が第２の主面１１ｂに達する場合に近い熱放散性を確保できる。特に、第２の主面１１ｂから第２の内部導体層１３までの距離Ｌ１を、第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとの間の面間距離Ｌ２の５〜６０％、第２の内部導体層１３の水平方向の大きさを第１の内部絶縁層１２の水平方向の大きさの２００％以上とすることで、第２の主面１１ｂ側の電気的絶縁性を確保しつつ、熱放散性も確保できる。
第２の内部導体層１３の位置が上記位置よりも第１の主面１１ａに近い場合、例えば第１の内部導体層１２の第２の内部導体層までの長さが短くなる場合、第１の内部導体層１２の第２の主面側への放熱効果を十分に得られないおそれがある。また、発光素子に近い位置、すなわち高温となる位置に第２の内部導体層１３が配置されることから、十分な放熱効果が得られない。放熱効果や電気的絶縁性の観点等から、第２の内部導体層１３の位置（Ｌ１／Ｌ２×１００［％］）は、５〜６０％が好ましく、５〜４０％がより好ましく、１０〜３０％がさらに好ましい。
第２の内部導体層１３の水平方向の大きさが第１の内部絶縁層１２の大きさの２００％未満の場合、第２の内部導体層１３が上記位置に形成されたとしても、十分な放熱効果を得られない。十分な放熱効果を得る観点から、第２の内部導体層１３の大きさは、第１の内部絶縁層１２の大きさの４００％以上が好ましく、６００％以上がより好ましい。また、基板本体１１に対しては、後述するように基板本体１１の信頼性を確保する観点から、基板本体１１の水平方向の大きさの９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ましい。
基板本体１１、枠体２３は、無機絶縁材料からなるものであれば必ずしも限定されるものではなく、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、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）等からなるものとすることができる。これらの中でも、高反射性、生産性、易加工性、経済性等の観点から、ＬＴＣＣが好ましい。
第１の内部導体層１２、第２の内部導体層１３は、金属材料からなるものであれば必ずしも限定されないが、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることで、例えば基板本体１１がＬＴＣＣである場合に同時焼成により形成でき、また熱放散性も良好にできる。これらの中でも、特にＡｇを主成分とすることが好ましい。
第１の内部導体層１２の断面積は、搭載領域１４の面積の０．２〜４倍が好ましい。なお、第１の内部導体層１２の断面積、搭載領域１４の面積は、いずれも図２に示されるような平面視における断面積、面積である。第１の内部導体層１２の断面積を搭載領域１４の面積の０．２倍以上とすることで、伝熱面積を大きくして発光素子の熱を効果的に放熱させることができる。また、４倍以下とすることで、第１の内部導体層１２を第２の主面１１ｂに近い位置まで設けた場合にも、第１の外部電極端子１７や第２の外部電極端子１８と第１の内部導体層１２との間隔を確保し、第２の主面１１ｂ側の電気的絶縁性を効果的に確保できる。また、略同様の理由から、第１の内部導体層１２の断面積は、基板本体１１の面積の５〜３０％が好ましい。なお、基板本体１１の面積についても、図２に示されるような平面視における面積を意味する。第１の内部導体層は搭載領域に形成されるが、一つでもよいし複数個でもよい。
第１の内部導体層１２の断面形状は、必ずしも限定されるものではないが、伝熱経路としての機能を確保するとともに、生産性についても良好とする観点から、円形状もしくは楕円形状、または正方形状もしくは矩形状が好ましい。
第２の内部導体層１３は、基板本体１１の側面部に達しないように設けられていることが好ましい。第２の内部導体層１３が基板本体１１の側面部に達するような大きさとなると、例えば基板本体１１が第２の内部導体層１３によって上下に完全に分割された状態となり、第２の内部導体層１３の位置での剥離等が発生しやすくなる。このため、第２の内部導体層１３の大きさは、上記したように基板本体１１の大きさの９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ましい。
第２の内部導体層１３の厚さは５〜５０μｍが好ましい。第２の内部導体層１３の厚さを５μｍ以上とすることで、第２の内部導体層１３の均質な膜としての各部の品質を一定にしやすく、また横方向に伝熱する際の断面積の増加により伝熱性を高めて十分な熱放散性も確保できる。また、第２の内部導体層１３の厚さを５０μｍ以下とすることで、熱膨張率の違いなどによる基板本体１１の特性低下も抑制しやすい。第２の内部導体層１３の厚さは、伝熱性や形成の容易性等から、１０〜４０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましい。
第２の内部導体層１３の形状は、必ずしも限定されないが、放熱面積を確保する観点から円形状もしくは楕円形状、または正方形状もしくは矩形状が好ましい。なお、第２の内部導体層１３には、例えば第１の接続ビア２１等との電気的な絶縁性を確保する観点から、一部に孔部が形成されていてもよい。第２の内部導体層１３の形状は伝熱の観点から全体が連続している必要があるが、少なくとも全体が連続していればその形状は限定されない。
第１の配線導体層１５、第２の配線導体層１６、第１の外部電極端子１７、第２の外部電極端子１８、第１の接続ビア２１、第２の接続ビア２２は、金属材料からなるものであれば必ずしも限定されないが、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることで、例えば基板本体１１がＬＴＣＣである場合に同時焼成により形成でき、また熱放散性も良好にできる。これらの中でも、特にＡｇを主成分とすることが好ましい。
また、これらの形状等についても特に限定されるものではなく、第２の主面１１ｂ側の電気的絶縁性を有効に確保でき、また熱放散性を過度に低下させるものでなければ、特に限定されるものではなく、基本的に公知の発光素子用基板と同様の形状等とすることができる。
図３、４は、変形例の発光素子用基板１を示す断面図、平面図である。
発光素子用基板１には、必ずしも図１に示すように第１の内部導体層１２や第２の内部導体層１３とは完全に分離して第２の配線導体層１６や第２の接続ビア２２を設ける必要はなく、第２の配線導体層１６や第２の接続ビア２２の機能を第１の内部導体層１２や第２の内部導体層１３に持たせてもよい。この場合、例えば図３に示すように第２の内部導体層１３から第２の外部電極端子１８に第２の接続ビア２２を延ばすように形成すればよい。
また、第１の内部導体層１２の第２の主面１１ｂ側の端部１２ｂは必ずしも第２の内部導体層１３と同一位置である必要はなく、第２の内部導体層１３よりも第２の主面１１ｂ側に突出していてもよい。この場合、端部１２ｂは、第２の主面１１ａから端部１２ｂまでの距離Ｌ３が第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとの間の面間距離Ｌ２の５〜６０％（５≦Ｌ３／Ｌ２×１００≦６０）となる位置が好ましい。なお、図３、４に示す発光素子用基板１は、第２の内部導体層１３の形状を円形状とし、かつ枠体２３よりも一回り小さな大きさとしている。
図５、６は、実施形態の発光装置の一例を示す断面図、平面図である。
発光装置３１は、発光素子用基板１を有し、その第２の配線導体層１６の搭載領域１４にＬＥＤ素子等の発光素子３２がダイボンド材からなる接合部３３により固定されている。発光素子３２は、例えば上面および下面にそれぞれ電極３２ａ、３２ｂを有している。上面電極３２ａは、ボンディングワイヤ３４によって第１の配線導体層１５に電気的に接続されている。下面電極３２ｂは、接合部３３によって第２の配線導体層１６に電気的に接続されている。さらに、これらの発光素子３２やボンディングワイヤ３４を覆うように、モールド樹脂からなる封止層３５が設けられている。
発光装置３１によれば、熱拡散性や第２の主面１１ｂ側の電気的絶縁性が確保された発光素子用基板１を有することから、入力電力が０．１Ｗ〜５Ｗである発光素子３２を搭載した場合に、その特性劣化等を抑制し、良好な信頼性を得ることができる。このような発光装置３１は、例えば携帯電話や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、特にハイパワーが要求される光源に好適に使用できる。
次に、発光素子用基板１の製造方法について説明する。
発光素子用基板１は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の各工程を含む製造方法により製造できる。より具体的には、以下の（Ａ）〜（Ｄ）工程をこの順に従って本発明に係る発光素子要基板を製造するのが好ましい。なお、以下の説明では、図１に示す発光素子用基板１を例に挙げて説明する。また、発光素子用基板１の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。
（Ａ）本体用グリーンシート作製工程
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、基板本体１１を形成するためのグリーンシート（本体用グリーンシート）等を作製する。なお、本体用グリーンシート１１は、基板本体１１の内部構造等に応じて厚さ方向に分割して形成できる。図１に示す発光素子用基板１の場合、例えば上層の主として第１の内部導体層１２を有する部分を形成するための上層用グリーンシート、下層の主として第２の内部導体層１３を有する下層用グリーンシートを形成する。また、この工程では、枠体を形成するために枠体用グリーンシートの作製も行われる。
（Ｂ）導体ペースト層形成工程
各本体用グリーンシート１１の所定の位置に導体ペースト層を形成することにより、第１、第２の未焼成内部導体層１２、１３、第１、第２の未焼成配線導体層１５、１６、第１、第２の未焼成外部電極端子１７、１８、第１、第２の未焼成接続ビア２１、２２をそれぞれ形成する。
（Ｃ）積層工程
本体用グリーンシート１１に導体ペースト層が形成された複数枚の未焼成本体部材１１（以下、導体ペースト層付きグリーンシートともいう。）等を重ね合わせ、熱圧着により一体化して未焼成基板１を得る。
（Ｄ）焼成工程
未焼成基板１を８００〜９３０℃で焼成して発光素子用基板１を得る。
以下、各工程についてさらに説明する。
（Ａ）本体用グリーンシート作製工程
本体用グリーンシート１１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シート状に成形し、乾燥させることで製造できる。また、このグリーンシートを、所定の形状に加工することにより、枠体用グリーンシートが得られる。
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５５０〜７００℃のものが好ましい。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。
また、このガラス粉末は、８００〜９３０℃で焼成したときに結晶が析出するものであることが好ましい。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。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。このようなものを用いることで、基板本体２の表面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ものである。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。
Ｂ２Ｏ３は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。Ｂ２Ｏ３の含有量が１３％未満の場合、ガラス溶融温度や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。
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。
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。
Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏは、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％以下であることが好ましい。
なお、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、Ｔｇ等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有することができる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０％以下であることが好ましい。
本体用ガラス粉末は、上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。
本体用ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５〜２μｍ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。
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、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物等を好適に使用できる。特に、アルミナ粉末とともに、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（以下、高屈折率セラミックス粉末と示す。）を使用することが好ましい。
高屈折率セラミックス粉末は、焼結体（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、０．５〜４μｍが好ましい。
このようなガラス粉末とセラミックス粉末とを、例えばガラス粉末が３０〜５０質量％、セラミックス粉末が５０〜７０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。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シート状に成形し、乾燥させて、２枚の本体用グリーンシート１１（上層用グリーンシート、下層用グリーンシート）を作製する。この際、上層用グリーンシート、下層用グリーンシートの厚さや比率を調整することで、基板本体１１の厚さ方向における第１の内部導体層１２の長さや、第２の内部導体層１３の位置を調整できる。また、同様にして製造されたグリーンシートを、所定の形状に加工することにより、枠体用グリーンシート２３を作製する。
（Ｂ）導体ペースト層形成工程
前記工程で作製された本体用グリーンシート１１の表面および内部に、第１、第２の未焼成内部導体層１２、１３、第１、第２の未焼成配線導体層１５、１６、第１、第２の未焼成外部電極端子１７、１８、第１、第２の未焼成接続ビア２１、２２等となる導体ペースト層を形成する。上層用グリーンシート１１については、第１の未焼成導体層１２、第１の未焼成接続ビア２１、第２の未焼成接続ビア２２となる領域を打ち抜いて孔部を形成し、この孔部に導体ペーストを充填する。また、第１の未焼成配線層１５、第２の未焼成配線層１６となる領域に導体ペーストを塗布する。導体ペーストの塗布、充填は、導体ペーストのスクリーン印刷、メタルマスク印刷により好適に行うことができる。
下層用グリーンシート１１については、第１の未焼成接続ビア２１、第２の未焼成接続ビア２２となる領域を打ち抜いて孔部を形成し、この孔部に導体ペーストを充填する。また、第２の未焼成内部導体層１３となる表面の領域に導体ペーストを塗布する。この導体ペーストの塗布範囲を調整することで、第２の内部導体層１３の水平方向の大きさを調整できる。さらに、第１の未焼成外部電極端子１７、第２の未焼成外部電極端子１８となる他方の表面の領域に導体ペーストを塗布する。
導体ペーストとしては、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ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、Ａｇ粉末、ＡｇとＰｔまたはＰｄからなる金属粉末が好ましく用いられる。
（Ｃ）積層工程
（Ｂ）工程で得られた導体ペースト層付きグリーンシート１１（未焼成本体部材１１）を所定の順で重ね合わせ、さらに上層用グリーンシート１１上に枠体用グリーンシート２３を重ねた後、熱圧着により一体化する。こうして、未焼成基板１が得られる。
（Ｄ）焼成工程
上記工程で得られた未焼成基板について、必要に応じてバインダー等を脱脂後、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って発光素子用基板１とする。
脱脂は、例えば５００〜６００℃で１〜１０時間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、バインダー等を十分に除去でき、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、基体本体１１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できる。具体的には、８５０〜９００℃で２０〜６０分保持することが好ましく、特に８６０〜８８０℃が好ましい。焼成温度が８００℃未満では、基体本体１１が緻密な構造のもの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、基体本体１１が変形するなど生産性等が低下するおそれがある。また、上記導体ペーストとして、Ａｇ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。
このようにして発光素子用基板１が得られるが、焼成後、必要に応じて搭載面に露出した第１の配線導体層１５、第２の配線導体層１６の表面を被覆するように、Ｎｉ／Ａｕメッキ等の、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膜を配設することもできる。
以上、発光素子用基板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２３は単一のグリーンシートからなる必要はなく、必要に応じて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、枠体用グリーンシート２３を除いた本体用グリーンシート１１の枚数も、必ずしも２枚である必要はなく、必要に応じて適宜変更できる。さらに、各部の形成順序等については、発光素子用基板１の製造が可能な限度において適宜変更できる。
このようにして得られた発光素子用基板１には、例えば図５に示すように発光素子３２を搭載するとともに、その上面の電極３２ａをボンディングワイヤ３４によって第１の配線導体層１５に電気的に接続することで、発光装置３１とすることができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図５に示すような発光装置３１、すなわち図１に示される発光素子用基板１の搭載領域１４に１ワイヤタイプのＬＥＤ素子（サイズ縦０．６ｍｍ、横０．６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を搭載し、第１の配線導体層１５にＡｇを含むダイボンド材により固定した評価モデルを想定し、この評価モデルの熱抵抗を数値解析して求めた。解析プログラムとしてはＡＮＳＹＳ ＩＣＥＰＡＫ Ｖｅｒｓｉｏｎ １２．１．６を用い、入力電力は１．０Ｗとした。結果を表１に示す。
ここで、基板本体１１の構成材料はＬＴＣＣ、大きさは５ｍｍ×５ｍｍ、厚さは５００μｍとした。各導体、すなわち第１の内部導体層１２、第２の内部導体層１３、第１の配線導体層１５、第２の配線導体層１６、第１の外部電極端子１７、第２の外部電極端子１８、第１の接続ビア２１、第２の接続ビア２２はＡｇを主成分とする金属材料とした。第１の内部導体層１２は、大きさ１．３ｍｍ×１．３ｍｍとした。第２の内部導体層１３は、第２の主面１１ｂからの距離Ｌ１を１００μｍ（Ｌ１／Ｌ２×１００＝２０［％］）とし、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１５μｍとした。解析に用いた評価モデルの各構成要素の物性値（熱伝導率）は表２に示す通りである。
（比較例１）
図５に示す発光装置３１における発光素子用基板１を図７に示す発光素子用基板４１とした評価モデルを想定し、熱抵抗を数値解析して求めた。なお、図７に示す発光素子用基板４１は、第１の内部導体層１２が第１の主面１１ａに達せず、第２の主面１１ｂに達している。第１の内部導体層１２の上面と第１の主面１１ａとの距離Ｌ４は１００μｍ（Ｌ４／Ｌ２×１００＝２０［％］）である。また、第２の内部導体層１３は設けられていない。その他の構成は実施例１と同様である。結果を表１に示す。
（比較例２）
図５に示す発光装置３１における発光素子用基板１を図８に示す発光素子用基板５１とした評価モデルを想定し、熱抵抗を数値解析して求めた。なお、図８に示す発光素子用基板５１は、第１の内部導体層１２が第１の主面１１ａに達せず、第２の主面１１ｂに達している。また、第２の内部導体層１３は、第１の主面１１ａからの距離Ｌ５が１００μｍ（Ｌ５／Ｌ２×１００＝２０［％］）の位置にある。その他の構成は実施例１と同様である。結果を表１に示す。
（比較例３）
実施例１において、第２の内部導体層１３の第２の主面１１ａからの距離Ｌ１を３５０μｍ（Ｌ１／Ｌ２×１００＝７０［％］）とした評価モデルを想定し、熱抵抗を数値解析して求めた。結果を表１に示す。
ここで、表２に示すＬＴＣＣの熱伝導率は、以下の方法で作製されたものについて測定される値である。すなわち、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％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、溶融状態のガラスを流し出し冷却する。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する。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いる。
次いで、このガラス粉末が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％となるように配合し、混合することにより、基板本体用のガラスセラミックス組成物を製造する。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する。
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、本体用グリーンシートを製造する。このグリーンシートを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た後、焼結体の熱伝導率を測定する。
Figure 2014029890
Figure 2014029890
表１から明らかなように、第２の主面１１ｂに達しないように第１の内部導体層１２を形成した場合であっても、第２の内部導体層１３を基板本体１１の厚さ方向の所定の位置に形成することで、熱抵抗を十分に低減できる。表１中の熱抵抗上昇率（％）は実施例１の熱抵抗値を基準として、比較例の熱抵抗値と実施例１の熱抵抗値の差を相対評価したものである。
１…発光素子用基板、１１…基板本体、１１ａ…第１の主面、１１ｂ…第２の主面、１２…第１の内部導体層、１３…第２の内部導体層、３１…発光装置、３２…発光素子、３２ａ…上面電極、３２ｂ…下面電極

Claims (14)

  1. 発光素子が搭載される第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、前記基板本体の内部に配置されて前記第２の主面に達しないように前記第１の主面から厚さ方向に柱状に延ばされた第１の内部導体層と、前記基板本体の内部に配置されて水平方向に広がるとともに前記第１の内部導体層に接続された第２の内部導体層とを有する発光素子用基板であって、
    前記第１の内部導体層は、前記第１の主面の前記発光素子が搭載される搭載領域に形成され、前記第２の内部導体層は、前記第２の主面からの距離が前記第１の主面と前記第２の主面との間の面間距離の５〜６０％となる位置に形成され、かつその水平方向の大きさが前記第１の内部導体層の水平方向の大きさの２００％以上であることを特徴とする発光素子用基板。
  2. 前記第１の内部導体層は、その断面積が前記搭載領域の面積の０．２〜４倍であることを特徴とする請求項１記載の発光素子用基板。
  3. 前記第２の内部導体層は、前記基板本体の側面部に達しないように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子用基板。
  4. 前記第２の内部導体層は、その大きさが前記基板本体の大きさの９５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  5. 前記第２の内部導体層は、その厚さが５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  6. 前記第１の内部導体層は、その断面形状が円形状もしくは楕円形状、または正方形状もしくは矩形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  7. 前記第２の内部導体層は、その形状が円形状もしくは楕円形状、または正方形状もしくは矩形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  8. 前記基板本体は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラス組成物の焼結体からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  9. 前記第１の内部導体層、前記第２の内部導体層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  10. 前記発光素子は入力電力が０．１〜５Ｗであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  11. 前記発光素子は上面および下面に一対の素子電極を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の発光素子用基板。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項記載の発光素子用基板と、
    前記発光素子用基板の前記搭載領域に搭載された発光素子と
    を有することを特徴とする発光装置。
  13. 前記発光素子は入力電力が０．１〜５Ｗであることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
  14. 前記発光素子は、上面および下面に一対の素子電極を有し、前記下面の素子電極が前記搭載領域に対向して搭載されていることを特徴とする請求項１２または１３記載の発光装置。
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