JP2016219484A - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度が高い上に、クラックや反り返りが生じることがなく、放熱性に優れた発光素子用基板を低コストに提供する。
【解決手段】発光素子用基板２０には各ＬＥＤチップ３１（各ＬＥＤチップ３１）が実装され、金属基板２１と、金属基板２１における前記各ＬＥＤチップ３１が実装される実装面に形成された第１セラミックス層２５と、第１セラミックス層２５における金属基板２１に接する面の反対面に形成されて各ＬＥＤチップ３１に接続される配線層２７と、金属基板２１における実装面の反対面に形成された第２セラミックス層２６とを備え、金属基板２１と各セラミックス層２５，２６とは拡散接合によって接合されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は発光素子用基板および発光装置に係り、詳しくは、発光素子が実装される発光素子用基板と、その発光素子用基板を用いた発光装置とに関するものである。

特許文献１には、アルミナ、ＡｌＮ、Ｓｉにより形成されて発光素子が実装される実装基板と、前記実装基板を支持する放熱基板とを備え、前記放熱基板はＣｕより熱膨張率の低い金属およびＣｕからなる複合材料により形成され、前記実装基板はハンダまたは接着剤によって前記放熱基板に接合される発光モジュールが開示されている。
特許文献２には、コア金属の表面にアルミナを添加したホーロー材料からなるホーロー層が設けられた発光素子実装用基板が開示されている。

特許文献３には、光源用素子が実装される光源用基板であって、ベース基板と、前記ベース基板の前記光源用素子が実装される実装面側の面に形成された絶縁層と、前記絶縁層を介して前記実装面側に形成された配線パターンと、前記ベース基板の前記実装面側と反対側の面に形成された放熱層とを有し、前記ベース基板は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅系合金の金属基板であり、前記絶縁層は、セラミック、アルミナ、窒化アルミニウム、アルミアルマイトのいずれかにより形成され、前記放熱層は、アルミナ、窒化アルミニウム、アルミアルマイトのいずれかにより形成され、前記絶縁層および前記放熱層は、プラズマ溶射、陽極酸化、スピンコート、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着のいずれかの方法により形成される光源用基板が開示されている。

特開２０１１−１０３３５３号公報 特開２００６−１６５０２９号公報 特許第４８８０３５８号公報

特許文献１の技術では、実装基板と放熱基板の線膨張係数の違いにより、実装基板やハンダまたは接着剤に剪断応力が印加されてクラックが生じるという問題や、放熱基板の外周縁部が反り返って実装基板から剥離するという問題がある。
特許文献２の技術では、ホーロー層を形成するため、製造工程が複雑で製造コストが高いという問題がある。

特許文献３の技術では、プラズマ溶射、陽極酸化、スピンコート、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着のいずれかの方法により絶縁層および放熱層を形成するため、絶縁層および放熱層の製造工程が複雑で製造コストが高いという問題や、絶縁層および放熱層の強度が低いという問題がある。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）強度が高い上に、クラックや反り返りが生じることがなく、放熱性に優れた発光素子用基板を低コストに提供する。
（２）前記（１）の発光素子用基板を用いた発光装置を提供する。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１の局面＞
第１の局面は、
発光素子が実装される発光素子用基板であって、
金属基板と、
前記金属基板における前記発光素子が実装される実装面に形成された第１セラミックス層と、
前記第１セラミックス層における前記金属基板に接する面の反対面に形成されて前記発光素子に接続される配線層と、
前記金属基板における前記実装面の反対面に形成された第２セラミックス層と
を備え、
前記金属基板と前記各セラミックス層とは拡散接合によって接合されている。

第１の局面では、金属基板と各セラミックス層とが拡散接合によって接合されているため、各セラミックス層の強度を高くできると共に、発光素子用基板を低コストに製造することができる。
特に、各セラミックス層を形成するためのグリーンシートを金属基板に貼着した積層物を加熱加圧し、グリーンシートを焼成して各セラミックス層を形成するのと同時に、金属基板と各セラミックス層とを拡散接合すれば、製造工程が単純であるため製造コストを低減できる。

また、第１の局面では、金属基板の表裏両面にそれぞれセラミックス層が形成されているため、金属基板の線膨張係数と各セラミックス層の線膨張係数との差が大きくても、金属基板と各セラミックス層との間に生じる剪断応力が抑制されることから、各セラミックス層にクラックが発生するのを防止できると共に、金属基板が反り返って各セラミックス層が剥離するのを防止できる。

また、第１の局面では、熱伝導性の高い金属基板を備えるため、単体のセラミックス基板を用いる場合に比べて放熱性に優れることから、発光素子が発生した熱を速やかに放熱することが可能であり、発光素子の故障を防止して長寿命化を図ることができる。
また、第１の局面では、第１セラミックス層の線膨張係数と発光素子の線膨張係数との差が小さいため、第１セラミックス層と発光素子との間に発生する剪断応力も小さくなることから、発光素子と配線層の接続が阻害されるのを防止できる。

＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、前記発光素子用基板を被取付物に取付部材を用いて取付固定するための固定部を更に備え、前記固定部における前記取付部材と当接する部分には前記第１セラミックス層が形成されておらず前記金属基板が露出している。
第２の局面では、取付部材が第１セラミックス層に当接しないため、取付部材からの印加力により第１セラミックス層にクラックが発生するのを防止できる。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第２の局面において、
前記固定部は、前記発光素子用基板の中心線に対して線対称に配置形成され、前記発光素子用基板の対向する側辺に穿設された切欠を備え、
前記切欠の周縁部は前記取付部材と当接する部分であり、
前記第１セラミックス層は、前記切欠の周縁部を除いて、前記金属基板における前記実装面の全面に形成されている。

第３の局面では、取付部材として雄ネジ、リベット、スナップ、割ピンなどを用い、その取付部材を固定部の切欠に挿通して被取付物に固定することが可能であるため、第２の局面を容易に実現できる。
また、第３の局面では、固定部が発光素子用基板の中心線に対して線対称に配置形成されているため、発光素子用基板の全面に均一な力を印加して被取付物に固定することが可能であり、発光素子用基板の不要な変形を回避して各セラミック層にクラックや剥離が発生するのを防止できる。

＜第４の局面＞
第４の局面は、第２の局面において、
前記固定部は、前記発光素子用基板の中心線に対して線対称に配置形成され、前記発光素子用基板の板厚方向に貫通形成された透孔を備え、
前記透孔の周縁部は前記取付部材と当接する部分であり、
前記第１セラミックス層は、前記透孔の周縁部を除いて、前記金属基板における前記実装面の全面に形成されている、

第４の局面では、取付部材として雄ネジ、リベット、スナップ、割ピンなどを用い、その取付部材を固定部の透孔に挿通して被取付物に固定することが可能であるため、第２の局面を容易に実現できる。
また、第４の局面では、固定部が発光素子用基板の中心線に対して線対称に配置形成されているため、発光素子用基板の全面に均一な力を印加して被取付物に固定することが可能であり、発光素子用基板の不要な変形を回避して各セラミック層にクラックや剥離が発生するのを防止できる。

＜第５の局面＞
第５の局面は、第３の局面または第４の局面において、前記第２セラミックス層は、前記周縁部を含めて前記金属基板における前記実装面の反対面の全面に形成されている。
第５の局面では、被取付物に対して発光素子用基板の裏面（第２セラミックス層）の全面を密着させることが可能であり、発光素子用基板の取付強度および放熱性を高めることができる。

＜第６の局面＞
第６の局面は、第１〜第５の局面において、前記金属基板は、銅、銅系合金、アルミニウム、アルミニウム系合金から成るグループから選択されたいずれか一つの金属によって形成されており、これらの金属材料を用いれば第１〜第５の局面の前記作用・効果が確実に得られる。

＜第７の局面＞
第７の局面は、第１〜第６の局面において、前記各セラミックス層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、炭化シリコンから成るグループから選択されたいずれか一つの金属によって形成されており、これらのセラミック材料を用いれば第１〜第６の局面の前記作用・効果が確実に得られる。

＜第８の局面＞
第８の局面では、第１〜第７の局面の発光素子用基板と、前記発光素子用基板に実装された発光素子とを備えた発光装置を提供できる。

本発明を具体化した第１実施形態の発光装置１０の平面図。 発光装置１０を雄ネジ５０ａ，５０ｂにより自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク５１に取付固定した状態を示す平面図。 発光装置１０の縦断面の端面図であり、図１および図２に示すＸ−Ｘ矢視断面の端面図。 発光装置１０の製造方法を説明するための縦断面の端面図。 本発明を具体化した第２実施形態の発光装置１００の平面図。 発光装置１００を雄ネジ５０ａ，５０ｂによりヒートシンク５１に取付固定した状態を示す平面図。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。

＜第１実施形態＞
図１〜図３に示すように、第１実施形態の発光装置１０は、発光素子用基板２０（発光部搭載領域２０ａ）、金属基板２１、固定部２２ａ，２２ｂ（周縁部２２ｃ）、第１基準孔２３、第２基準孔２４、第１セラミックス層２５、第２セラミックス層２６、配線層２７、ソルダーレジスト層２８、発光部３０、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ３１、バンプ３２、蛍光体板３３、封止枠部３４、封止樹脂部３５、サーミスタ４１、レジスタ４２ａ，４２ｂ、コネクタ４３（接続面４３ａ）などを備え、雄ネジ５０ａ，５０ｂ（座面５０ｃ）を用いて自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク５１（平坦面５１ａ、雌ネジ穴５２ａ，５２ｂ、基準突起５３，５４）に取付固定されている。

発光素子用基板２０は、金属基板２１、固定部２２ａ，２２ｂ、第１基準孔２３、第２基準孔２４、第１セラミックス層２５、第２セラミックス層２６、配線層２７、ソルダーレジスト層２８などを備え、発光装置１０（発光素子用基板２０）の中心線Ｌに対して線対称に形成されている。
金属基板（ベース基板）２１は、矩形状で金属の薄板材によって形成されている。
固定部２２ａ，２２ｂは、発光装置１０（発光素子用基板２０）の中心線Ｌに対して線対称に配置形成され、発光素子用基板２０（金属基板２１）の対向する側辺に穿設された略Ｕ字状の切欠を備える。
第１基準孔２３は、固定部２２ｂの近傍において、発光素子用基板２０の板厚方向に貫通形成された円形の透孔である。
第２基準孔２４は、固定部２２ａの近傍において、発光素子用基板２０の板厚方向に貫通形成された長円形の透孔である。

第１セラミックス層２５は、金属基板２１の表面（実装面）において、各固定部２２ａ，２２ｂの切欠の周縁部２２ｃを除く部分に形成されている。
第２セラミックス層２６は、金属基板２１の裏面の全面に形成されている。
配線層２７は、第１セラミックス層２３の表面に形成され、配線パターン（図示略）を構成する。
ソルダーレジスト層２８は、第２セラミックス層２６および配線層２７の表面において、発光部搭載領域２０ａと、各固定部２２ａ，２２ｂの切欠の周縁部２２ｃと、配線層２７と各電子部品（サーミスタ４１、レジスタ４２ａ，４２ｂ、コネクタ４３）との接続領域（図示略）とを除く部分に形成されている。

発光部３０は、ＬＥＤチップ３１、バンプ３２、蛍光体板３３、封止枠部３４、封止樹脂部３５などを備え、発光装置１０（発光素子用基板２０）の中心線Ｌに対して線対称に形成され、発光素子用基板２０における各固定部２２ａ，２２ｂの間に配置された発光部搭載領域２０ａに搭載されている。
同一構成の４個のＬＥＤチップ３１は略直方体であり、発光素子用基板２０における各固定部２２ａ，２２ｂの間において、一列に並べて配置されている。
各ＬＥＤチップ３１の下面にはアノード電極およびカソード電極（図示略）が形成され、それら電極と配線層２７とがバンプ３２を介してフリップチップボンディングされている。

蛍光体板３３は、矩形平板状であり、各ＬＥＤチップ３１の上面に接着剤（図示略）を用いて取付固定されている。
封止枠部（ダム材）３４は矩形環状（額縁状）であり、各ＬＥＤチップ３１を取り囲むように配置され、発光素子用基板２０の第１セラミックス層２５の表面に形成されている。
封止樹脂部３５は、封止枠部３４と封止枠部３４の内部に設けられた各部材（ＬＥＤチップ３１、バンプ３２、蛍光体板３３、第１セラミックス層２５、配線層２７）との間に充填されて前記各部材を封止している。
蛍光体板３３の表面は封止樹脂部３５から露出している。

サーミスタ４１は、チップ部品であり、発光装置１０の中心線Ｌ上において、発光部３０の近傍で各基準孔２３，２４の間に配置され、配線層２７に接続されている。
各レジスタ４２ａ，４２ｂは、チップ部品であり、サーミスタ４１の近傍で各基準孔２３，２４の間にて発光装置１０の中心線Ｌに対して線対称に配置され、配線層２７に接続されている。
コネクタ４３は直方体状で配線層２７に接続され、コネクタ４３の接続面４３ａは、発光素子用基板２０の各固定部２２ａ，２２ｂが形成されている辺とは異なる辺に隣接して配置されている。

［発光装置１０の取付構造］
図２および図３に示すように、自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク５１には、発光装置１０を取付固定するための平坦面５１ａが形成されている。
ヒートシンク５１の平坦面５１ａには、２個の雌ネジ穴５２ａ，５２ｂが螺設されていると共に、２個の基準突起５３，５４が突設されている。
基準突起５３は横断面が円形状の突起物であり、基準突起５３は横断面の寸法形状は、発光素子用基板２０の第１基準孔２３の横断面の寸法形状に対応している。
基準突起５４は横断面が長円形状の突起物であり、基準突起５４の横断面の寸法形状は、発光素子用基板２０の第２基準孔２４の横断面の寸法形状に対応している。

発光装置１０をヒートシンク５１に取付固定するには、まず、発光素子用基板２０の裏面側（第２セラミックス層２６側）をヒートシンク５１の平坦面５１ａに対向させた状態で、発光素子用基板２０の各基準孔２３，２４をそれぞれ、ヒートシンク５１の各基準突起５３，５４に嵌合させることにより、ヒートシンク５１に対する発光装置１０の位置決めを行う。
すると、発光素子用基板２０における各固定部２２ａ，２２ｂの切欠と、ヒートシンク５１の各雌ネジ穴５２ａ，５２ｂとが合致した状態になる。
そこで、各固定部２２ａ，２２ｂの切欠に各雄ネジ５０ａ，５０ｂを挿通し、各雄ネジ５０ａ，５０ｂを各雌ネジ穴５２ａ，５２ｂに螺着させることにより、発光装置１０をヒートシンク５１に取付固定する。
ここで、図３に示すように、各雄ネジ５０ａ，５０ｂのネジ頭の座面５０ｃは、発光素子用基板２０における各固定部２２ａ，２２ｂの切欠の周縁部２２ｃから露出した金属基板２１の表面に密着している。
尚、発光装置１０をヒートシンク５１に取付固定する際には、第２セラミックス層２６とヒートシンク５１の平坦面５１ａとの間に、放熱用グリスを塗布するか、または、放熱用シートを挟設することが好ましく、そのようにすれば、発光装置１０が発生した熱を放熱用グリスまたは放熱用シートを介して効率的に放熱することが可能になる。

コネクタ４３の接続面４３ａに自動車のワイヤーハーネス（図示略）を接続すると、そのワイヤーハーネスからコネクタ４３に印加された直流電源が、配線層２７から成る配線パターンを経由してサーミスタ４１と各レジスタ４２ａ，４２ｂと各ＬＥＤチップ３１とから構成される回路に供給され、各ＬＥＤチップ３１が点灯される。
発光装置１０では、各ＬＥＤチップ３１から放射された一次光（青色光）と、その一次光の一部が蛍光体板３３に含有される蛍光体を励起することにより波長変換された二次光（黄色光）とが混色され、その混色により生成された白色光が、発光装置１０の光放射面である蛍光体板３３の表面から放射される。

［発光装置１０の製造方法］
工程１（図４（Ａ）を参照）：プレス加工を用い、金属基板２１に各固定部２２ａ，２２ｂおよび各基準孔２３，２４（図４では図示無）を打ち抜き形成する。
また、各セラミックス層２５，２６を形成するための各グリーンシートＧａ，Ｇｂの片面側にインサート金属Ｍの薄膜を貼着する。
そして、プレス加工を用い、各グリーンシートＧａ，Ｇｂおよびインサート金属Ｍに各固定部２２ａ，２２ｂおよび各基準孔２３，２４を打ち抜き形成する。
尚、グリーンシートは、セラミック材料とガラスなどの焼結助剤より成る原料粉末と、有機バインダーと可塑剤と溶剤とを混合してスラリー（液状混合物）を作製し、そのスラリーをドクターブレード成形機により柔軟性のあるシート材に加工したものである。

工程２（図４（Ｂ）を参照）：金属基板２１の各固定部２２ａ，２２ｂおよび各基準孔２３，２４と、各グリーンシートＧａ，Ｇｂおよびインサート金属Ｍの各固定部２２ａ，２２ｂおよび各基準孔２３，２４との位置を合わせ、金属基板２１の表面にインサート金属Ｍを挟んでグリーンシートＧａを貼着すると共に、金属基板２１の裏面にインサート金属Ｍを挟んでグリーンシートＧｂを貼着する。

工程３（図４（Ｃ）を参照）：真空または不活性ガス雰囲気中にて、金属基板２１と各グリーンシートＧａ，Ｇｂと各インサート金属Ｍとの積層物を加熱加圧する。
これにより、各グリーンシートＧａ，Ｇｂを焼成（焼結）して各セラミックス層２５，２６を形成するのと同時に、金属基板２１と各セラミックス層２５，２６とを拡散接合法（熱圧着法）により接合する。
尚、ＪＩＳ規格の定義において拡散接合とは、「母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法」とされている。

ここで、金属基板２１と各グリーンシートＧａ，Ｇｂとの間に挟まれているインサート金属Ｍは、液相拡散接合（ＴＬＰ接合：Transient Liquid Phase Diffusion Bonding）により、一時的に溶融した後に拡散を利用して等温凝固して金属基板２１および各セラミックス層２５，２６に接合し、それらの接合面における清浄化および密着化を図る機能があるため、金属基板２１と各セラミックス層２５，２６との拡散接合を促進する。

工程４（図４（Ｄ）を参照）：メッキ法を用い、第１セラミックス層２５の全面に配線層２７を形成する。
そして、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い、配線層２７の不要部分を除去して配線パターンを形成する。
工程５（図４（Ｅ）を参照）：印刷法を用い、第１セラミックス層２５および配線層２７の表面にソルダーレジスト層２８を形成すると、発光素子用基板２０が完成する。

工程６（図２を参照）：発光素子用基板２０に発光部３０を形成する。まず、各ＬＥＤチップ３１をバンプ３２により配線層２７にフリップチップボンディングし、次に、各ＬＥＤチップ３１に蛍光体板３３を取付固定し、続いて、第１セラミックス層２５の表面に封止枠部３４を形成し、その後に、封止樹脂部３５を形成すると、発光部３０が完成する。
そして、リフロー方式のハンダ付けを用い、各電子部品（サーミスタ４１、レジスタ４２ａ，４２ｂ、コネクタ４３）を配線層２７に接続すると、発光装置１０が完成する。

ところで、工程３の以降に、金属基板２１および各セラミックス層２５，２６に対して、プレス加工を用いて各固定部２２ａ，２２ｂおよび各基準孔２３，２４を打ち抜き形成することも考えられるが、その場合には、硬度が高く脆い各セラミックス層２５，２６にクラックが生じるおそれがあるため不適である。

［発光装置１０の構成部材について］
発光素子用基板２０の金属基板２１は、高い熱伝導性と十分な強度とを有する金属材料によって形成され、例えば、銅、銅系合金、アルミニウム、アルミニウム系合金などを用いればよい。

これら金属材料のうち、銅は熱伝導性が高く、各セラミックス層２５，２６との拡散接合が容易であるため、最も好適である。
アルミニウムやアルミニウム系合金は、比重が小さいため発光装置１０を軽量化できるものの、熱伝導性が銅や銅系合金よりも劣り、各セラミックス層２５，２６との拡散接合が困難である。

第１実施形態の金属基板２１は銅を用いており、平面寸法は１８×１９mm、板厚は１mmである。
金属基板２１に銅を用いる場合、板厚の範囲は０．５〜３mmが適当であり、望ましくは１〜２mmである。

金属基板２１の板厚がこの範囲より厚くなると、熱抵抗が高くなり放熱性が低下することに加えて、コストが増加することになる。

また、金属基板２１の板厚がこの範囲より薄くなると、金属基板２１に反り返りが発生し易くなり、各セラミックス層２５，２６が剥離することに加えて、ヒートシンク５１との間に隙間が生じて熱伝導性が低下することになる。そして、金属基板２１が反り返ると、各雄ネジ５０ａ，５０ｂにより発光装置１０をヒートシンク５１に螺着する際に、各雄ネジ５０ａ，５０ｂから発光素子用基板２０に印加される応力が増大し、各セラミックス層２５，２６にクラックや剥離が発生するのを助長することになる。
尚、板厚が１mmの銅板は流通量が多いため特に安価であることから、発光装置１０の低コスト化を図ることができる。

発光素子用基板２０における固定部２２ａ，２２ｂの切欠の寸法は、図１に示す第１実施形態では幅ｔ＝３．２mm、奥行ｄ＝３．６mmである。
固定部２２ａ，２２ｂの切欠の寸法は、発光装置１０をヒートシンク５１に取付固定する際に十分な強度が得られるような各雄ネジ５０ａ，５０ｂのネジ径に対応して設定すればよい。

各セラミックス層２５，２６は、高い絶縁性と十分な強度とを有するセラミック材料によって形成され、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、窒化シリコン、炭化シリコンなどを用いればよい。

これらセラミック材料のうち、酸化アルミニウムは、高硬度で且つ安価である上に、線膨張係数＝７．２ppm／℃であり、ＬＥＤチップ３１の線膨張係数＝３．６ppm／℃と近く、第１セラミックス層２５と各ＬＥＤチップ３１との間に発生する剪断応力が小さくなることから、バンプ３２にクラックや剥離が発生するのを確実に防止可能である上に、安価であるため最も好適である。
窒化アルミニウムは、線膨張係数＝４．６ppm／℃であり、酸化アルミニウムよりもＬＥＤチップ３１の線膨張係数と近いため各セラミックス層２５，２６にクラックや剥離が発生するのを確実に防止可能であり、熱伝導率＝１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、酸化アルミニウムの熱伝導率＝３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも高いため放熱性に優れるが、高価であるという欠点もある。

窒化シリコンは、線膨張係数＝２．８ppm／℃であり、酸化アルミニウムよりもＬＥＤチップ３１の線膨張係数と近いため各セラミックス層２５，２６にクラックや剥離が発生するのを確実に防止可能であり、熱伝導率＝２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）で酸化アルミニウムと同等であり、靱性＝７Ｍｐａ√ｍであり、酸化アルミニウムの靱性＝４〜５Ｍｐａ√ｍよりも高いため第１セラミックス層２５を薄くすることが可能であるが、高価であるという欠点もある。

炭化シリコンは、線膨張係数＝３．７ppm／℃でＬＥＤチップ３１と略同一であるため各セラミックス層２５，２６にクラックや剥離が発生するのを更に確実に防止可能であり、熱伝導率＝２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）で酸化アルミニウムよりも高いため放熱性に優れるが、高価であるという欠点もある。

第１実施形態の各セラミックス層２５，２６は酸化アルミニウムを用いており、層厚は０．３mmである。
第１セラミックス層２５に酸化アルミニウムを用いる場合、層厚の範囲は０．１〜０．５mmが適当であり、望ましくは０．２〜０．４mm、特に望ましくは０．３mmである。

各セラミックス層２５，２６の層厚がこの範囲より厚くなると、熱抵抗が高くなり放熱性が低下することに加えて、コストが増加することになる上に、厚みによる線膨張の変位差が大きくなるため、各セラミックス層２５，２６内で層内破壊が発生し、各セラミックス層２５，２６が横方向（厚みと交差する方向）に破断することが懸念される。
また、各セラミックス層２５，２６の層厚がこの範囲より薄くなると、絶縁性が低下することに加えて、焼成時にクラックが発生し易くなる。

尚、各セラミックス層２５，２６の材料および層厚が異なる場合には、各セラミックス層２５，２６の線膨張も異なるものになるため、その線膨張の差により各セラミックス層２５，２６に反り返りが生じ、各セラミックス層２５，２６にクラックや剥離が発生することになる。
従って、各セラミックス層２５，２６の材料および層厚は略同一にする必要がある。

インサート金属Ｍは、前記のように、接合部における拡散、接合面間の密着化、接合面に生じる酸化被膜の破壊と除去などの効果を促進するものであり、例えば、チタンやチタン系合金などを用いればよく、チタンやチタン系合金は金属およびセラミックスの両者と共有結合を介した化合物を形成するという特徴があるため、最も好適である。

配線層２７は多層の金属層によって形成され、その層構成として、第１セラミックス層２５側より、例えば、チタンまたはニッケルと白金と金とを積層した層構成、銅とニッケルと低純度金と高純度金とを積層した層構成などを用いればよい。

ソルダーレジスト層２８に黒色のソルダーレジストを用いれば、発光部３０から放射された光が発光素子用基板２０の表面で不要に反射し、その反射光が光学制御されていない迷光となるのを防止可能であるため、その迷光がヘッドライトのレンズ（図示略）を介して意図しない領域へ放射されるのを防止できる。

バンプ３２は金・スズ合金のハンダバンプであり、金・スズ合金のハンダバンププは融点が約３００℃と高いため、各ＬＥＤチップ３１の発熱にも十分に耐えられる。
蛍光体板３３は、蛍光体（例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系など）の微粒子を含有した透明材料（例えば、合成樹脂材料、ガラス材料など）によって形成されており、前記のように波長変換部材（波長変換層）として機能する。
封止枠部３４は、光反射性の高い材料（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムなど）の微粒子を含有する白色の合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）、光反射性のセラミックス材料（例えば、酸化アルミニウムなど）、光反射性の金属材料（例えば、アルミニウム合金など）などによって形成されている。
封止樹脂部３５は、封止枠部３４の前記微粒子と同様の光反射性の高い材料の微粒子を含有する合成樹脂材料によって形成されている。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］発光素子用基板２０には各ＬＥＤチップ３１（各ＬＥＤチップ３１）が実装され、金属基板２１と、金属基板２１における前記各ＬＥＤチップ３１が実装される実装面に形成された第１セラミックス層２５と、第１セラミックス層２５における金属基板２１に接する面の反対面に形成されて各ＬＥＤチップ３１に接続される配線層２７と、金属基板２１における実装面の反対面に形成された第２セラミックス層２６とを備え、金属基板２１と各セラミックス層２５，２６とは拡散接合によって接合されている。

そのため、各セラミックス層２５，２６の強度を高くできると共に、発光素子用基板２０を低コストに製造することができる。
特に、各セラミックス層２５，２６を形成するためのグリーンシートＧａ，Ｇｂを金属基板２１に貼着した積層物を加熱加圧し、グリーンシートＧａ，Ｇｂを焼成して各セラミックス層２５，２６を形成するのと同時に、金属基板２１と各セラミックス層２５，２６とを拡散接合すれば、製造工程が単純であるため製造コストを低減できる。

また、発光素子用基板２０では、金属基板２１の表裏両面にそれぞれ各セラミックス層２５，２６が形成されているため、金属基板２１の線膨張係数と各セラミックス層２５，２６の線膨張係数との差が大きくても、金属基板２１と各セラミックス層２５，２６との間に生じる剪断応力が抑制されることから、各セラミックス層２５，２６にクラックが発生するのを防止できると共に、金属基板２１が反り返って各セラミックス層２５，２６が剥離するのを防止できる。

また、発光素子用基板２０では、熱伝導性の高い金属基板２１を備えるため、単体のセラミックス基板を用いる場合に比べて放熱性に優れることから、各ＬＥＤチップ３１が発生した熱を速やかに放熱することが可能であり、各ＬＥＤチップ３１の故障を防止して長寿命化を図ることができる。
また、発光素子用基板２０では、第１セラミックス層２５の線膨張係数と各ＬＥＤチップ３１の線膨張係数との差が小さいため、第１セラミックス層２５と各ＬＥＤチップ３１との間に発生する剪断応力も小さくなることから、各ＬＥＤチップ３１と配線層の接続が阻害されるのを防止できる。

［２］発光素子用基板２０は、自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク５１（被取付物）に雄ネジ５０ａ，５０ｂ（取付部材）を用いて取付固定するための固定部２２ａ，２２ｂを備える。
固定部２２ａ，２２ｂは、発光素子用基板２０の中心線Ｌに対して線対称に配置形成され、発光素子用基板２０の対向する側辺に穿設された切欠を備える。

固定部２２ａ，２２ｂの切欠の周縁部２２ｃは、雄ネジ５０ａ，５０ｂの座面５０ｃと当接する部分であり、周縁部２２ｃには第１セラミックス層２５が形成されておらず金属基板２１が露出している。
そのため、雄ネジ５０ａ，５０ｂの座面５０ｃが第１セラミックス層２５に当接しないため、雄ネジ５０ａ，５０ｂからの印加力により第１セラミックス層２５にクラックが発生するのを防止できる。
そして、雄ネジ５０ａ，５０ｂを固定部２２ａ，２２ｂの切欠に挿通してヒートシンク５１に固定することができる。

また、固定部２２ａ，２２ｂが発光素子用基板２０の中心線Ｌに対して線対称に配置形成されているため、発光素子用基板２０の全面に均一な力を印加してヒートシンク５１に固定することが可能であり、発光素子用基板２０の不要な変形を回避して各セラミック層２５，２６にクラックや剥離が発生するのを防止できる。

［３］第２セラミックス層２６は、固定部２２ａ，２２ｂの切欠の周縁部２２ｃを含めて金属基板２１における裏面（実装面の反対面）の全面に形成されている。
そのため、ヒートシンク５１に対して発光素子用基板２０の裏面（第２セラミックス層２６）の全面を密着させることが可能であり、発光素子用基板２０の取付強度および放熱性を高めることができる。

＜第２実施形態＞
図５および図６に示すように、第２実施形態の発光装置１００は、発光素子用基板２０（発光部搭載領域２０ａ）、金属基板２１、固定部２２ａ，２２ｂ（周縁部２２ｃ）、第１基準孔２３、第２基準孔２４、第１セラミックス層２５、第２セラミックス層２６、配線層、ソルダーレジスト層２８、発光部３０、ＬＥＤチップ３１、バンプ、蛍光体板３３、封止枠部３４、封止樹脂部３５、サーミスタ４１、レジスタ４２ａ，４２ｂ、コネクタ４３（接続面４３ａ）などを備え、雄ネジ５０ａ，５０ｂ（座面５０ｃ）を用いて自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク５１（平坦面５１ａ、雌ネジ穴５２ａ，５２ｂ、基準突起５３，５４）に取付固定されている。

第２実施形態の発光装置１００において、第１実施形態の発光装置１０と異なるのは以下の事項である。
［ア］固定部２２ａ，２２ｂは、発光素子用基板２０（金属基板２１）の対向する側辺の近傍にて発光素子用基板２０の板厚方向に貫通形成された円形の透孔を備える。
［イ］第１セラミックス層２５は、金属基板２１の表面（実装面）において、各固定部２２ａ，２２ｂの透孔の周縁部２２ｃを除く部分に形成されている。
［ウ］発光部３０は、発光素子用基板２０における各基準孔２３，２４の間に配置された発光部搭載領域２０ａに搭載されている。

図６に示すように、発光装置１００をヒートシンク５１に取付固定するには、まず、発光素子用基板２０の裏面側（第２セラミックス層２６側）をヒートシンク５１の平坦面５１ａに対向させた状態で、発光素子用基板２０の各基準孔２３，２４をそれぞれ、ヒートシンク５１の各基準突起５３，５４に嵌合させることにより、ヒートシンク５１に対する発光装置１００の位置決めを行う。
すると、発光素子用基板２０における各固定部２２ａ，２２ｂの透孔と、ヒートシンク５１の各雌ネジ穴５２ａ，５２ｂとが合致した状態になる。
そこで、各固定部２２ａ，２２ｂの透孔に各雄ネジ５０ａ，５０ｂを挿通し、各雄ネジ５０ａ，５０ｂを各雌ネジ穴５２ａ，５２ｂに螺着させることにより、発光装置１００をヒートシンク５１に取付固定する。
ここで、各雄ネジ５０ａ，５０ｂのネジ頭の座面５０ｃは、発光素子用基板２０における各固定部２２ａ，２２ｂの透孔の周縁部２２ｃから露出した金属基板２１の表面に密着している。

［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態によれば、第１実施形態の前記［１］［３］の作用・効果が得られる。
そして、第２実施形態において、固定部２２ａ，２２ｂの透孔の周縁部２２ｃは、雄ネジ５０ａ，５０ｂの座面５０ｃと当接する部分であり、周縁部２２ｃには第１セラミックス層２５が形成されておらず金属基板２１が露出している。
そのため、雄ネジ５０ａ，５０ｂの座面５０ｃが第１セラミックス層２５に当接しないため、雄ネジ５０ａ，５０ｂからの印加力により第１セラミックス層２５にクラックが発生するのを防止できる。
そして、雄ネジ５０ａ，５０ｂを固定部２２ａ，２２ｂの透孔に挿通してヒートシンク５１に固定することができる。
加えて、第２実施形態では、前記［ウ］により、発光部３０をより精度よく位置決めすることが可能であるため、発光部３０から放射される光の利用効率を高めることができる。

＜別の実施形態＞
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［Ａ］ＬＥＤチップ１１は、どのような半導体発光素子（例えば、ＬＤ（Laser Diode）など）に置き換えてもよい。

［Ｂ］発光装置１０，１００は、自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク５１に限らず、どのような被取付物（例えば、ヘッドランプのケース（ハウジング）、屋内・屋外の照明器具など）に取り付けてもよい。

［Ｃ］雄ネジ５０ａ，５０ｂは、固定部２２ａ，２２ｂの切欠または透孔に挿通して発光装置１０，１００を取付固定することが可能であれば、どのような取付部材（例えば、リベット、スナップ、割ピンなど）に置き換えてもよい。

［Ｄ］各ＬＥＤチップ３１は、フリップチップボンディングに限らず、ワイヤボンディングによって配線層２７と接続してもよい。

［Ｅ］各セラミックス層２５，２６となる各グリーンシートＧａ，Ｇｂを金属基板２１に貼着するのではなく、各セラミックス層２５，２６を予め焼成することにより作製しておき、その作製した各セラミックス層２５，２６と金属基板２１を拡散接合させてもよい。

［Ｆ］低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）技術を利用し、銀などの導体を含んだペーストをスクリーン印刷法によって各グリーンシートＧａ，Ｇｂの表面に印刷しておき、各セラミックス層２５，２６と金属基板２１を拡散接合させるのと同時に、前記ペーストを焼成して配線層２７を形成してもよい。

１０…発光装置
２０…発光素子用基板
２１…金属基板
２２ａ，２２ｂ…固定部
２２ｃ…周縁部
２５…第１セラミックス層
２６…第２セラミックス層
２７…配線層
２８…ソルダーレジスト層
３０…発光部
３１…ＬＥＤチップ（発光素子）
５０ａ，５０ｂ…雄ネジ（取付部材）
５１…自動車のヘッドランプが備えるヒートシンク（被取付物）

Claims (8)

1. 発光素子が実装される発光素子用基板であって、
   金属基板と、
   前記金属基板における前記発光素子が実装される実装面に形成された第１セラミックス層と、
   前記第１セラミックス層における前記金属基板に接する面の反対面に形成されて前記発光素子に接続される配線層と、
   前記金属基板における前記実装面の反対面に形成された第２セラミックス層と
   を備え、
   前記金属基板と前記各セラミックス層とは拡散接合によって接合された発光素子用基板。
2. 前記発光素子用基板を被取付物に取付部材を用いて取付固定するための固定部を更に備え、
   前記固定部における前記取付部材と当接する部分には前記第１セラミックス層が形成されておらず前記金属基板が露出している、
   請求項１に記載の発光素子用基板。
3. 前記固定部は、前記発光素子用基板の中心線に対して線対称に配置形成され、前記発光素子用基板の対向する側辺に穿設された切欠を備え、
   前記切欠の周縁部は前記取付部材と当接する部分であり、
   前記第１セラミックス層は、前記切欠の周縁部を除いて、前記金属基板における前記実装面の全面に形成されている、
   請求項２に記載の発光素子用基板。
4. 前記固定部は、前記発光素子用基板の中心線に対して線対称に配置形成され、前記発光素子用基板の板厚方向に貫通形成された透孔を備え、
   前記透孔の周縁部は前記取付部材と当接する部分であり、
   前記第１セラミックス層は、前記透孔の周縁部を除いて、前記金属基板における前記実装面の全面に形成されている、
   請求項２に記載の発光素子用基板。
5. 前記第２セラミックス層は、前記周縁部を含めて前記金属基板における前記実装面の反対面の全面に形成されている、
   請求項３または請求項４に記載の発光素子用基板。
6. 前記金属基板は、銅、銅系合金、アルミニウム、アルミニウム系合金から成るグループから選択されたいずれか一つの金属によって形成されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子用基板。
7. 前記各セラミックス層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、炭化シリコンから成るグループから選択されたいずれか一つの金属によって形成されている、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子用基板。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光素子用基板と、
   前記発光素子用基板に実装された発光素子と
   を備えた発光装置。

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