JP2015106633A

JP2015106633A - 発光素子実装用基板およびこれを用いた発光素子モジュール

Info

Publication number: JP2015106633A
Application number: JP2013247847A
Authority: JP
Inventors: 諭史豊田; Satoshi Toyoda; 竹之下　英博; Hidehiro Takenoshita; 英博竹之下; 憲一古舘; Kenichi Furutachi
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-08

Abstract

【課題】可視光領域において高輝度の発光素子モジュールとすることが可能な発光素子実装用基板および信頼性が高く高輝度の発光素子モジュールを提供する。【解決手段】ジルコニアを含むアルミナ質焼結体からなり、アルミナ質焼結体を構成する全成分100質量％のうち、ＺｒＯ２換算で３質量％以上15質量％以下含んでなり、厚み0.3ｍｍにおける波長領域450ｎｍ〜550ｎｍの反射率が80％以上であり、反射率および透過率の合計が95％以上の発光素子実装用基板１である。また、この発光素子実装用基板に発光素子２が搭載されている発光素子モジュール１０である。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子実装用基板およびこれを用いた発光素子モジュールに関する。

一般照明や電光表示板の光源、さらには、携帯電話機、パソコンおよびテレビなどの液晶のバックライトに、輝度が高く、寿命が長く、消費電力の少ないなどのメリットを有している発光素子（ＬＥＤ）モジュールが広く利用されている。

そして、このような発光素子が搭載される基体（以下、発光素子実装用基板と記載する。）は、表面に電極が形成されるものであることから、絶縁性を有し機械的特性に優れたセラミック材料が用いられており、近年、発光素子が搭載されたモジュールの薄型化を図るため、セラミックス材料からなる発光素子実装用基板の薄型化が図られている。しかしながら、発光素子実装用基板を薄くすると、多くの光を透過してしまうという問題があった。このような問題に対して、例えば特許文献１に、アルミナとジルコニアとの混合物を焼成したセラミックスからなる反射板が提案されている。そして、アルミナ60％、ジルコニア40％のセラミックスにおいて、0.2ｍｍの厚みの500ｎｍにおける反射率が91.6％（試料Ｎｏ．５）であることが記載されている。また、ジルコニアの含有量が20〜50重量％の場合に高い反射率が得られることが記載されている。

特開2011−222674号公報

今般、発光素子実装用基板の薄型化に対し、発光素子実装用基板の下方に反射材を備え、発光素子実装用基板の反射と、発光素子実装用基板を透過した光の反射層からの反射により発光素子モジュールの輝度の向上が図られている。しかしながら、特許文献１に記載のように、ジルコニアを20％以上含むセラミックスからなる発光素子実装用基板は、高い反射率が得られたとしても、反射されなかった光が発光素子実装用基板中に吸収されて、光がセラミックを透過する透過率が低くなる傾向がある。そのため、反射材を備えた発光素子モジュールとした場合であっても、発光素子モジュールの輝度を向上させることができるものではなかった。それゆえ、発光素子モジュールの輝度の高めることのできる発光素子実装用基板が求められている。

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、可視光領域において高輝度の発光素子モジュールとすることが可能な発光素子実装用基板およびこれを用いた発光素子モジュールを提供することを目的とする。

本発明の発光素子実装用基板は、ジルコニアを含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体を構成する全成分100質量％のうち、ＺｒＯ_２換算で３質量％以上15質量％
以下含んでなり、厚み0.3ｍｍにおける波長領域450ｎｍ〜550ｎｍの反射率が80％以上で
あり、反射率および透過率の合計が95％以上であることを特徴とするものである。

また、本発明の発光素子モジュールは、上記構成の発光素子実装基板上に発光素子が搭載され、前記発光素子実装用基板の下方に反射層を備えていることを特徴とするものであ
る。

本発明の発光素子実装用基板は、発光素子の可視光領域の光を高い反射率で反射できるとともに、かつ発光素子実装用基板を透過した光を反射材で反射させることができるものであることから、発光素子モジュールの輝度を高めることが可能となる。

本発明の発光素子モジュールは、本発明の発光素子実装用基板が、高い反射率と透過率を有していることから、高輝度の発光素子モジュールとすることができる。

本実施形態の発光素子モジュールの構成の一例を示す断面図である。

以下、本実施形態の発光素子実装用基板および発光素子モジュールの一例について説明する。図１は、本実施形態の発光素子モジュールの構成の一例を示す断面図である。

図１に示す発光素子モジュール10は、発光素子実装用基板１の表面１ａ上に、電極３（３ａ，３ｂ）、さらに電極パッド４（４ａ，４ｂ）が形成され、電極パッド４ａ上に発光素子２が搭載され、発光素子２と電極パッド４ｂとが、ボンディングワイヤ５により電気的に接続されている。そして、発光素子２、電極３、電極パッド４およびボンディングワイヤ５は、樹脂等からなる封止部材６によって覆われている。なお、この封止部材６は、発光素子２の保護とレンズの機能を併せ持つものである。

さらに発光素子実装用基板１の下方にあたる表面１ａの反対側の面１ｂに、反射材７を備えている。ここで、反射材７は、白色や銀色等の色調を呈し、発光素子実装用基板１を透過した光を反射することができるものであればよく、例えば、銀ペーストを塗布して形成した薄い金属層や金属板などの板であってもよい。また、反射材７は、発光素子から発せられる熱を逃がす放熱板としての作用を兼ねるものであってもよい。

そして、このような発光素子モジュール10を構成する本実施形態の発光素子実装用基板１は、ジルコニアを含むアルミナ質焼結体からなり、アルミナ質焼結体を構成する全成分100質量％のうち、ＺｒＯ_２換算で３質量％以上15質量％以下含んでなり、厚み0.3ｍｍにおける波長領域450ｎｍ〜550ｎｍの反射率が80％以上であり、反射率および透過率の合計が95％以上である。なお、反射率および透過率の合計は、96％以上であることが好適であり、97％以上であることがより好適である。

本実施形態の発光素子実装用基板１は、上記構成を満たしていることにより、発光素子２から発せられた可視光を反射するとともに、発光素子実装用基板１を透過した光は反射材７で反射させることができることから、発光素子モジュール10の輝度を高めることができる。また、本実施形態の発光素子実装用基板１は、機械的強度にも優れるものであり、具体的には400ＭＰａを超える３点曲げ強度を有する。

なお、本実施形態におけるアルミナ質焼結体とは、アルミナ質焼結体を構成する全成分100質量％のうち、アルミナがＡｌ_２Ｏ_３換算で75質量％以上を占める焼結体のことであ
る。Ａｌ_２Ｏ_３換算、ＺｒＯ_２換算での含有量の測定方法としては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置を用いて、ＡｌおよびＺｒの含有量を求め、それぞれＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２に換算すればよい。

また、波長領域450ｎｍ〜500ｎｍにおける反射率および透過率の測定方法としては、ま
ず、測定試料の厚みが0.3ｍｍ以上である場合には、0.3ｍｍとなるように加工して測定試料とする。そして、分光測色計（コニカミノルタ製ＣＭ−3700Ａ）を用いて、基準光源Ｄ65、視野10°、照明径３×５ｍｍの条件で可視光領域（波長範囲360〜740ｎｍ）における反射率を測定し、450ｎｍ〜500ｎｍにおける反射率を確認する。また同じ分光側色計を用いて、基準光源Ｄ65、視野10°、照射径φ28ｍｍ、測定径φ25.4ｍｍの条件で可視光領域（波長範囲360〜740ｎｍ）における透過率を測定し、450ｎｍ〜500ｎｍにおける透過率を確認する。そして、反射率と透過率の合計を求めればよい。

さらに、３点曲げ強度については、ＪＩＳＲ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（
ＭＯＤ））に準拠して測定すればよい。

次に、本実施形態の発光素子実装用基板１の製造方法の一例について説明する。

まず、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末と、ジルコニア（ＺｒＯ_２）粉末と、焼結助剤である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）粉末および酸化珪素（ＳｉＯ_２）粉末とを準備する。なお、ジルコニア（ＺｒＯ_２）粉末は安定化剤を含んでも含まなくてもよい。これらの粉末を所定量秤量して１次原料粉末とする。

具体的には、アルミナ質焼結体を構成する全成分100質量％のうち、焼結助剤粉末成分
を酸化物（例えば、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２）に換算した合計で１〜９質量％、ジルコニアで３〜15質量％、残部がアルミナとなるように秤量する。なお、焼結助剤については、ガラス形成剤ともいえるものであり、ガラスの存在も反射率に寄与するものであることから、焼結助剤としては、焼結助剤粉末成分を酸化物に換算した合計で１〜６質量％となるように秤量することが好適である。

次に、この秤量した１次原料粉末100質量％に対し、１〜1.5質量％のＰＶＡ（ポリビニールアルコール）などのバインダと、100質量％の溶媒と、0.1〜0.5質量％の分散剤とを
攪拌機内に入れて混合・攪拌してスラリーを得る。その後、このスラリーを用いてドクターブレード法でシートを形成するか、このスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）により噴霧造粒して得られた顆粒を用いてロールコンパクション法でシートを形成する。

次に、金型プレスまたはレーザー加工によって、所定の製品形状または製品近似形状の成形体を得る。このとき成形体は、発光素子実装用基板１の量産性を考慮すれば、多数個取りが可能となるように、スリットを形成した成形体とすることが好ましい。

そして、得られた成形体を、大気（酸化）雰囲気の焼成炉（例えば、ローラー式トンネル炉、バッチ式雰囲気炉およびプッシャー式トンネル炉）を用いて、1400℃以上1600℃以下の最高温度で所定時間保持して焼成することによって、本実施形態の発光素子実装用基板１を得ることができる。

ここで、本実施形態の発光素子実装用基板１において、厚み0.3ｍｍにおける波長領域450ｎｍ〜550ｎｍの反射率を80％以上とし、反射率および透過率の合計が95質量％以上と
するには、ＺｒＯ_２換算で３質量％以上15質量％以下含み、焼成時における最高温度までの昇温速度を400〜1000℃／ｈの範囲内とすることが好適である。

また、発光素子実装用基板１を多数個取りする方法としては、焼成後にスリットを形成してもよいことはいうまでもない。

次に、本実施形態の発光素子モジュール10の製造方法の一例を図１に基づいて説明する
。本実施形態の発光素子実装用基板１を基体とし、まず、発光素子実装用基板１の下方に金属板からなる反射材７を接着剤等により接着する。次に、表面１ａに厚膜印刷法により電極３（３ａ，３ｂ）を形成し、電極３上に電極パッド４（４ａ，４ｂ）をメッキ等により形成する。次に、電極パッド４ａ上に半導体からなる発光素子２を搭載する。そして、導電性接着剤を用いた接合、または半田バンプによる接合によって、ボンディングワイヤ５で発光素子２と電極パッド４ｂとを電気的に接続する。次に、電極３および電極パッド４をオーバーコートガラスにより保護し、最後に、樹脂等からなる封止部材６で被覆することにより、本実施形態の発光素子モジュール10を得ることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

種々条件を異ならせた試料を作製し、反射率、透過率および３点曲げ強度の測定を行なった。まず、平均粒径が1.0μｍのアルミナ粉末と、平均粒径が2.0μｍのジルコニア粉末と、焼結助剤として、平均粒径が1.0μｍの炭酸カルシウム粉末、平均粒径が1.0μｍの水酸化マグネシウム粉末および平均粒径が1.0μｍの酸化珪素粉末とを準備した。なお、焼
結助剤粉末成分を酸化物に換算した合計で４質量％、ジルコニアについては、ＺｒＯ_２換算で表１に示す含有量、残部がアルミナとなるように秤量して１次原料粉末とした。

次に、秤量した１次原料粉末100質量％に対し、1.0質量％のＰＶＡと、100質量％の溶
媒と、0.2質量％の分散剤とを攪拌機内に入れて混合・攪拌してスラリーを得た。その後
、得られたスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）により噴霧造粒して顆粒を得た。

次に、得られた顆粒を用い、板状が得られる金型を用いてプレスし、成形体を得た。次に、得られた成形体を大気（酸化）雰囲気の焼成炉に入れて表１に示す昇温速度で昇温し、1500℃の最高温度で焼成した。そして、焼成後研削加工を施し、１辺が50ｍｍの正方形であり、厚みが0.3ｍｍの板状体を得た。

そして、各試料について、分光測色計（コニカミノルタ製ＣＭ−3700Ａ）を用いて、基準光源Ｄ65、視野10°、照明径３×５ｍｍの条件で可視光領域（波長範囲360〜740ｎｍ）における反射率を測定した。また、同じ分光側色計を用いて、基準光源Ｄ65、視野10°、照射径φ28ｍｍ、測定径φ25.4ｍｍの条件で可視光領域（波長範囲360〜740ｎｍ）における透過率を測定した。そして、450ｍｍ〜500ｍｍにおける反射率および透過率を確認した。なお、反射率および透過率の合計が95％以上である場合を輝度が高いとみなす。

また、上述した顆粒を用いて、ＪＩＳＲ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（ＭＯ
Ｄ））に準拠した試験片が得られる金型を用いてプレスし、成形体を得た。次に、得られた成形体を大気（酸化）雰囲気の焼成炉に入れて表１に示す昇温速度で昇温し、1500℃の最高温度で焼成した。最後に試験片形状となるように、研削加工を施した。

そして、この試験片を用いて、ＪＩＳＲ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（ＭＯ
Ｄ））に準拠して３点曲げ強度の測定を行なった。結果を表１に示す。

表１から、試料Ｎｏ．２〜６、９〜14、17〜22、25〜30は、厚み0.3ｍｍにおける波長
領域450ｎｍ〜550ｎｍの反射率が80％以上であり、反射率および透過率の合計が95％以上であったことから、発光素子から発せられた可視光を反射するとともに、発光素子実装用基板を透過した光は反射材で反射させることができることから、発光素子モジュールの輝度を高めることができる発光素子実装用基板であるということができる。

また、本発明の発光素子実装用基板上に発光素子が搭載され、前記発光素子実装用基板の下方に反射材を備えている本発明の発光素子モジュールは、絶縁性および機械的特性に優れているため高い信頼性を有しているとともに、高い反射率を有していることから、高い信頼性に加えて高輝度の発光素子モジュールとできることがわかった。

１：発光素子実装用基板
２：発光素子
３：電極
４：電極パッド
５：ボンディングワイヤ
６：封止部材
７：反射材
10 ：発光素子モジュール

Claims

ジルコニアを含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体を構成する全成分１００質量％のうち、ＺｒＯ_２換算で３質量％以上１５質量％以下含んでなり、厚み０．３ｍｍにおける波長領域４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの反射率が８０％以上であり、反射率および透過率の合計が９５％以上であることを特徴とする発光素子実装用基板。
請求項１に記載の発光素子実装用基板上に発光素子が搭載され、前記発光素子実装用基板の下方に反射材を備えていることを特徴とする発光素子モジュール。