JP4436265B2 - 発光素子実装用配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発光ダイオードのような発光素子を実装するための発光素子実装用配線基板に関する。

発光素子を実装する配線基板においては、かかる発光素子を実装するキャビティの側面に金属からなる光反射層を形成すると共に、当該キャビティ内に封止用樹脂を表面が平坦になるようにして充填することで、上記発光素子から発光された光を鮮明なものとすることができる。
そこで、発光素子からの光を外部に効率良く反射するため、セラミックからなる基体の上面に貫通孔を内側に有し且つセラミックからなる枠体を接合し、前記貫通孔の内面に、ＷおよびＭｏを含む金属層を被着し、かかる金属層の上にＮｉメッキ層およびＡｇメッキ層あるいはＡｕメッキ層を順次被着する発光素子収納用パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２０７６７２号公報（第１〜８頁、図１，４）

しかしながら、前記発光素子収納用パッケージでは、発光素子から発光された光を直に反射すべく表層に位置するＡｇメッキ層あるいはＡｕメッキ層の厚みが０．１〜３μｍであるため、例えば、メッキの厚みが不均一によるメッキムラによって、下地のＮｉメッキ層や前記金属層が貫通孔の内面に露出するおそれがある。この結果、実装した発光素子からの光を効率良く反射できなくなる、という問題点があった。

本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、実装すべき発光素子の発光効率を確実に向上し得る発光素子実装用配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、発光素子を底面に実装する基板本体のキャビティの側面に形成する光反射層に含まれ、且つ上記発光素子からの光を反射するＡｇメッキ層の厚み、光沢度、あるいは、表面粗さを所定の範囲に規定する、ことに着目して成されたものである。
即ち、本発明の発光素子実装用配線基板（請求項１）は、表面および裏面を有し且つセラミックからなる基板本体と、かかる基板本体の表面に開口し且つ発光素子を実装する底面を有し、打ち抜き加工により形成されたキャビティと、かかるキャビティの側面に形成される光反射層と、を含み、かかる光反射層は、上記キャビティの側面に形成される金属層と、その上に順次形成されるＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層、およびＡｇメッキ層とから構成され、上記Ａｕメッキ層の厚みは、０．０３〜０．２μｍの範囲にあり、上記Ａｇメッキ層の厚みは、３μｍ超〜１０μｍの範囲にあり、且つ該Ａｇメッキ層の光沢度は、０．４〜１．９である、ことを特徴とする。

上記Ａｇメッキ層の厚みが３μｍ未満になると、メッキムラにより、被着部分を生じるおそれがあり、一方、Ａｇメッキ層の厚みが１０μｍを越えると、コスト高になるため、かかるＡｇメッキ層の厚みは、望ましくは４μｍ〜１０μｍ、より望ましくは６μｍ〜１０μｍの範囲とした。
また、上記Ａｇメッキ層の光沢度が０．４未満になると、照射される光の正反射する割合が少なくなるため、かかる範囲を除外した。かかるＡｇメッキ層の光沢度は、望ましくは０．９〜１．９の範囲である。かかる光沢度は、後述するように、そのＧＡＭ値が２に近いほど高く且つＧＡＭ値が０に近いほど低いことを示す。

前記発光素子実装用配線基板によれば、キャビティの側面に形成される光反射層に含まれるＡｇメッキ層の厚みが３μｍ超〜１０μｍの範囲にあるため、メッキムラを低減でき且つ比較的均一な厚みでキャビティの側面に形成される。
しかも、光沢度が０．４〜１．９のＡｇメッキ層に所定の角度で照射された光のほとんどが正反射するため、追ってキャビティの底面上に実装する発光素子から発光される光を一層効率良く確実に反射することが可能となる。
従って、追ってキャビティの底面上に実装する発光素子から発光される光を効率良く反射して外部に放射することが可能となる。

尚、前記基板本体は、例えば、アルミナを主成分とするセラミック、低温焼成セラミックであるガラス−セラミックからなる。
また、前記キャビティは、円形、楕円形、または長円形の底面の周囲から傾斜して基板本体の表面に向けて広がる側面を有する全体がほぼ円錐形、ほぼ楕円錐形、あるいは、ほぼ長円錐形のほか、円筒形、楕円筒形、または長円筒形の側面を有する全体が円柱形、楕円柱形、または長円柱形の形態も含まれる。
更に、前記発光素子には、発光ダイオードのほか、半導体レーザも含まれる。

更に、本発明には、前記Ａｇメッキ層の表面粗さは、Ｒａで３μｍ以下である、発光素子実装用配線基板（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記表面粗さのＡｇメッキ層に所定の角度で照射された光は、かかるＡｇメッキ層の平滑な表面によって、ほとんどの光が正反射するため、追ってキャビティの底面上に実装する発光素子から発光される光を一層効率良く確実に反射することが可能となる。
尚、上記Ａｇメッキ層の表面粗さ（Ｒａ）が３μｍを越えると、照射される光のうち相当量が乱反射するため、かかる範囲を除外した。かかるＡｇメッキ層の表面粗さ（Ｒａ）は、望ましくは１．５μｍ以下、より望ましくは１μｍ以下の範囲である。

付言すれば、本発明には、前記光反射層に含まれるＡｇ層の厚みを３μｍ超〜１０μｍ、望ましくは４μｍ〜１０μｍ、より望ましくは６μｍ〜１０μｍの範囲とし、上記Ａｇ層の光沢度を０．２以上、望ましくは０．４〜１．９、より望ましくは０．９〜１．９の範囲とする、発光素子実装用配線基板も含まれ得る。
また、本発明には、前記光反射層に含まれるＡｇ層の厚みを３μｍ超〜１０μｍ、望ましくは４μｍ〜１０μｍ、より望ましくは６μｍ〜１０μｍの範囲とし、上記Ａｇ層の表面粗さをＲａで３μｍ以下、望ましくは１．５μｍ以下、より望ましくは１μｍ以下の範囲とする、発光素子実装用配線基板も含まれ得る。
これらによる場合、前記発光素子から発光される光を、一層効率良く確実に反射することが可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による発光素子実装用配線基板（以下、単に配線基板と称する）１を示す垂直断面図、図２は、図１中の一点鎖線部分Ｘの部分拡大図である。
配線基板１は、図１に示すように、表面３および裏面４を有する基板本体２と、かかる基板本体２の表面３に開口し且つ底面７に発光ダイオード（発光素子）８を実装するキャビティ５と、かかるキャビティ５の傾斜した側面６に形成される光反射層１０と、を含んでいる。
上記基板本体２は、一体に積層された例えばアルミナ系のセラミック層ｓ１〜ｓ７からなり、平面視が約５ｍｍ角の正方形で約１ｍｍの厚みを有する。

尚、前記セラミック層ｓ１〜ｓ７に替えて、ガラス−セラミック層を用いても良い。上記ガラス−セラミックは、焼成温度が１０００℃以下のガラス−アルミナ系などの低温焼成セラミックである。
図１に示すように、キャビティ５は、平面視が円形の底面７と、かかる底面７の周囲から傾斜しつつセラミック層ｓ５〜ｓ７を貫通し且つ基板本体２の表面３に向けて広がる側面６と、を有し、全体がほぼ円錐形を呈する。尚、側面６の仰角は、３０度以上で且つ８０度以下の範囲において適宜選定される。また、上記キャビティ５は、焼成によりセラミック層ｓ５〜ｓ７となる３層の単位グリーンシートまたは大版のグリーンシートを積層して得られた上側グリーンシート積層体に、所要のクリアランスを介する打ち抜き加工、あるいは、予め打ち抜き加工により形成した円柱形の貫通孔に円錐形の金型を押し込んで、側面がほぼ円錐形の貫通孔を形成し、その下に焼成によりセラミック層ｓ１〜ｓ４となる下側グリーンシート積層体を積層することで形成される。

図１に示すように、前記キャビティ５の側面６のほぼ全面には、後述するＡｇメッキ層１６などを含む光反射層１０がほぼ円錐形にして形成されている。
尚、かかる光反射層１０の下地には、基板本体２の絶縁材に前記アルミナ系セラミックを用いる際には、例えばＷやＭｏのような高融点合金が適用され、前記ガラス−セラミックを用いる際には、同時焼成が可能なＡｇやＣｕが適用される。
また、図１に示すように、キャビティ５の底面７上には、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕからなり且つ互いに異なる回路を形成する一対のパッド１７が、底面７中央に位置する発光ダイオード８の実装エリアを挟んで離間しつつ形成されている。

キャビティ５の底面７上には、追って、ロウ材９またはエポキシ系樹脂の接着剤を介して、発光ダイオード８が実装される。その際に、一対のパッド１７との間でボンディングワイヤｗが個別に結線される。かかるキャビティ５内には、固化前の封止用樹脂が充填され、その表面が基板本体２の表面３と面一にして固化される。尚、上記ロウ材９は、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系などの低融点合金からなる。
更に、図１に示すように、前記一対のパッド１７には、セラミック層ｓ１〜ｓ４を貫通する一対のビア導体１８の上端が個別に接続され、各ビア導体１８の下端は、基板本体２の裏面４に形成される一対の裏面電極１９に個別に接続されている。各ビア導体１８には、セラミック層ｓ１〜ｓ４間に形成される図示しない配線層と個別に接続されている。尚、図１で左右対称に位置するパッド１７、ビア導体１８、および裏面電極１９からなる２組の回路は、例えば一方が接地回路で他方が信号回路を構成している。また、ビア導体１８、上記配線層、および裏面電極１９は、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕからなる。更に、セラミック層ｓ５〜ｓ７間にも、各回路に導通する図示しない配線層やビア導体が形成されている。

光反射層１０は、図２に示すように、キャビティ５の側面６の上に形成されるＷ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕからなる下地の金属層１１、その上に形成されるＮｉメッキ層１２、かかるＮｉメッキ層１２の上に形成されるＡｕメッキ層１５、およびかかるＡｕメッキ層１５の上に形成されるＡｇメッキ層１６からなる。
上記金属層１１は、前記セラミック層ｓ１〜ｓ７と同時焼成されるＷまたはＭｏであるか、あるいはガラス−セラミックと同時焼成されるＣｕまたはＡｇであり、約１０〜数１０μｍの厚みを有する。

また、前記Ｎｉメッキ層１２は、金属メッキの下地層であり、図２に示すように、厚みが０．５〜２μｍの第１Ｎｉメッキ層１３と、その上に位置し且つ厚みが１〜９μｍの第２Ｎｉメッキ層１４とからなり、全体の厚みの範囲は、１．５〜１１μｍである。第１Ｎｉメッキ層１３は、無電解Ｎｉメッキまたは電解Ｎｉメッキにより形成され、第２Ｎｉメッキ層１４は、電解Ｎｉメッキにより形成される。
更に、前記Ａｕメッキ層１５は、主に第２Ｎｉメッキ層１４とＡｇメッキ層１６との密着性を十分なものとするために被覆され、電解Ａｕメッキによって、厚みを０．０３〜０．２μｍの範囲にして形成される。

前記Ａｇメッキ層１６は、前記発光ダイオード８から発光される光を直に反射する層であり、電解Ａｇメッキにより、厚みを３超〜１０μｍの範囲にして形成される。尚、かかるＡｇメッキ層１６の望ましい厚みは４〜１０μｍ、より望ましくは６〜１０μｍの範囲である。また、光反射層１０の上・下端付近では、Ａｇメッキ層１６の厚みが薄くなり易いので、上記厚みの下限値は、少なくとも光反射層１０の上・下端付近において満たすようにされる。
また、Ａｇメッキ層１６の表面粗さ（Ｒａ）は、３μｍ以下、望ましくは１．５μｍ以下、より望ましくは１μｍ以下の範囲である。
更に、上記Ａｇメッキ層１６の光沢度（ＧＡＭ値）は、０．４〜１．９、望ましくは０．９〜１．９の範囲である。
尚、上記光沢度（ＧＡＭ値）は、数式１により算出される。

前記光沢度（ＧＡＭ値）は、図３に示す方法により測定される。
予め、図示しない定盤の上にＡｇメッキ層１６を含む前記光反射層１０を、Ａｇメッキ層１６を上にして固定する。また、図３に示すように、上記定盤の上方には、斜め４５度で投光器２０を、垂直方向に沿って受光器２２を配置しておく。
次に、上記光反射層１０に対し、投光器２０から４５度の入射角度で光Ａを放射する。かかる光Ａは、光反射層１０の表層に位置するＡｇメッキ層１６に正反射するため、その大半が４５度の反射角度の光Ｃとなる。しかし、一部の光Ｂは、Ａｇメッキ層１６の表面におけるうねりや表面粗さにより、乱反射する光Ｂとなって受光器２２に受光される。かかる光Ｂの量を当該受光器２２などで測定する。
前記数式１で示すように、光Ｂが少なくなるほど、光沢度は２に近付き、且つ光Ｂが多くなるほど、光沢度は０に近付くことになる。

即ち、前記光沢度が０．４〜１．９、望ましくは０．９〜１．９の範囲の範囲にあるＡｇメッキ層１６は、前記厚みおよび表面粗さ（Ｒａ）と併せて、表面がかなり平滑で且つ均一な厚みを有することが理解される。このため、前記厚み、光沢度、および表面粗さ（Ｒａ）の範囲にあるＡｇメッキ層１６を含む光反射層１０は、前記キャビティ５の側面６に形成されているため、追って底面７上に実装される発光ダイオード８から発光される光を効率良く確実に反射して外部に放射する。
従って、以上のような配線基板１によれば、追ってキャビティ５の底面７上に実装されるダイオード８の光を、効率良く確実に反射することができる。

図４は、異なる形態の配線基板１ａを示す前記と同様の垂直断面図である。
配線基板１ａは、図４に示すように、表面３および裏面４を有する前記同様の基板本体２ａと、かかる基板本体２ａの表面３に開口し且つ底面７に発光ダイオード８を実装するキャビティ５ａと、かかるキャビティ５ａの垂直な側面６ａに形成される光反射層１０と、を含んでいる。
尚、以下においては、前記配線基板１と相違する部分について説明する。
キャビティ５ａは、図４に示すように、平面視が円形の底面７と、かかる底面７の周囲から垂直に立設し且つセラミック層ｓ８〜ｓ１０を貫通する円筒形の側面６ａとを有し、全体が円柱形を呈する。

尚、前記キャビティ５ａは、焼成によりセラミック層ｓ８〜ｓ１０となる３層のグリーンシートを、最小限クリアランスを介するパンチとダイとによる打ち抜き加工で、側面が円筒形の貫通孔を有する上側グリーンシート積層体を形成し、これと前記下側グリーンシート積層体とを積層することで形成される。
円筒形の側面６ａに、前記図２で示したように、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕからなる金属層１１、Ｎｉメッキ層１２（１３，１４）、Ａｕメッキ層１５、およびＡｇメッキ層１６からなる円筒形の光反射層１０が、前記同様にして形成されている。
以上のような配線基板１ａによっても、前記配線基板１と同様に作用を発揮し且つ効果を奏することが可能である。

図５は、前記配線基板１ａの応用形態である配線基板１ｂを示す前記と同様の垂直断面図、図６は、図５中の一点鎖線部分Ｙの部分拡大図である。
配線基板１ｂは、図５に示すように、表面３および裏面４を有する前記同様の基板本体２ｂと、かかる基板本体２ｂの表面３に開口し且つやや大径の底面７に発光ダイオード８を実装するキャビティ５ｂと、かかるキャビティ５ｂの垂直な側面６ｂと底面７とにまたがって形成される光反射層１０ｂと、を含んでいる。
尚、以下においては、前記配線基板１ａと相違する部分について説明する。

図５，図６に示すように、光反射層１０ｂは、平面視がリング形で且つ垂直断面がほぼ直角三角形を呈し、キャビティ５ｂの底面７と側面６ｂとに沿ってほぼＬ字形に形成されるＷ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕからなる金属層１１と、その内側に沿ってほぼＬ字形に形成される第１Ｎｉメッキ層１３と、を含み、金属層１１は、セラミック層ｓ４，ｓ８間に沿って水平に延びる配線部１１ｂを含んでいる。
図６に示すように、ほぼＬ字形を呈する第１Ｎｉメッキ層１３の内隅側には、断面がほぼ直角三角形のＡｇロウ材１６ｂが形成されている。

図６に示すように、上記Ａｇロウ材１６ｂの傾斜した外側面と、その上下に露出する第１Ｎｉメッキ層１３の上・下端部にまたがって、第２Ｎｉメッキ層１４が形成され、その上にＡｕメッキ層１５およびＡｇメッキ層１６が、前記同様の厚みで順次形成されている。かかるＡｇ層１６も、前記範囲の厚み、光沢度、および表面粗さ（Ｒａ）を備えている。尚、図６に示すように、Ａｇメッキ層１６の上・下端部は、その厚みが薄くなり易いので、前記３μｍ以上の厚みは、少なくともかかる位置に適用される。
以上のような配線基板１ｂによっても、前記配線基板１，１ａと同様に作用を発揮し且つ効果を奏することが可能である。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
キャビティは、全体がほぼ長円錐形、ほぼ楕円錐形、長円柱形、楕円柱形を呈する形態とすると共に、それらの側面に、前記光反射層１０，１０ｂを形成しても良い。あるいは、平面視が正方形で且つ全体がほぼ正四角錐形、あるいは平面視が長方形で且つ全体がほぼ四角錐形を呈するキャビティとし、それらの隣接する各側面間のコーナに表面が凹んでカーブするようにロウ材を充填すると共に、かかるロウ材と各側面とに前記光反射層１０，１０ｂを形成しても良い。
また、キャビティは、１つの基板本体に複数個を併設して形成しても良い。あるいは、同一の基板本体に異なる形状のキャビティを併設して形成しても良い。

本発明における一形態の配線基板を示す垂直断面図。 図１中の一点鎖線部分Ｘの部分拡大図。 光沢度の測定方法を示す概略図。 異なる形態の配線基板を示す垂直断面図。 上記配線基板の応用形態を示す垂直断面図。 図５中の一点鎖線部分Ｙの部分拡大図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…発光素子実装用配線基板
２，２ａ，２ｂ…基板本体
３…………………表面
４…………………裏面
５，５ａ，５ｂ…キャビティ
６，６ａ，６ｂ…側面
７…………………底面
８…………………発光ダイオード（発光素子）
１０，１０ｂ……光反射層
１６………………Ａｇメッキ層

Claims (2)

1. 表面および裏面を有し且つセラミックからなる基板本体と、
   上記基板本体の表面に開口し且つ発光素子を実装する底面を有し、打ち抜き加工により形成されたキャビティと、
   上記キャビティの側面に形成される光反射層と、を含み、
   上記光反射層は、上記キャビティの側面に形成される金属層と、その上に順次形成されるＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層、およびＡｇメッキ層とから構成され、
   上記Ａｕメッキ層の厚みは、０．０３〜０．２μｍの範囲にあり、上記Ａｇメッキ層の厚みは、３μｍ超〜１０μｍの範囲にあり、且つ該Ａｇメッキ層の光沢度は、０．４〜１．９である、
   ことを特徴とする発光素子実装用配線基板。
2. 前記Ａｇメッキ層の表面粗さは、Ｒａで３μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子実装用配線基板。

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