JP4654577B2 - Ceramic substrate for mounting photoelectric conversion elements - Google Patents
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本発明は、LED等の光電変換素子が実装される光電変換素子実装用セラミックス基板に関するものである。 The present invention relates to a ceramic substrate for mounting a photoelectric conversion element on which a photoelectric conversion element such as an LED is mounted.
従来、光電変換素子、例えば発光ダイオード(LED)等は、電子機器のインジケータ等の用途に用いられてきたものであるが、近年、その発光効率や輝度が向上し、単位入力あたりの輝度が白熱ランプに優るようなLEDが開発され、このLEDを複数個まとめることにより、照明用途への応用が可能となってきた。 Conventionally, photoelectric conversion elements such as light-emitting diodes (LEDs) have been used for applications such as electronic device indicators, but in recent years their luminous efficiency and luminance have improved, and the luminance per unit input has been incandescent. LEDs that are superior to lamps have been developed, and by combining a plurality of LEDs, it has become possible to apply them to lighting applications.
また、LEDは長寿命であることからランプの取り替えの省力化等のメンテナンス性のメリットがあり、発光波長レンジが狭いことにより生鮮食物にダメージを与える赤外線が出ない照明(例えば、鮮魚店のショウケース用照明)として使用できるというメリット、美術品を退色劣化させる紫外線が出ない照明(例えば、美術館、博物館の照明)等に使用できるというメリット等がある。 Also, since LEDs have a long service life, they have merit of maintenance such as labor saving of lamp replacement, and illumination that does not emit infrared rays that damage fresh food due to a narrow emission wavelength range (for example, show in a fish shop) For example), and can be used for lighting that does not emit ultraviolet light that causes deterioration of the work of art (eg, museum lighting).
また、LED等の光電変換素子は、光交換機や光インターコネクション装置等にも活用され、通信の大容量化、高速化の実現に寄与している。 In addition, photoelectric conversion elements such as LEDs are also used in optical exchanges, optical interconnection devices, and the like, and contribute to realization of a large communication capacity and high speed.
このような光電変換素子は、電気配線と結合させるために基板に実装して使用される場合が多い。光電変換素子を実装するための基板としては、例えば特許文献1に開示されているように、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化シリコン、酸化ベリリウム等からなるセラミックス基板を用いることが提案されている。
上記のようなセラミックス基板は、光電変換素子を実装する場合、この光電変換素子から発せられる光を吸収する材質を用いると、基板に実装された光電変換素子から発せられる光の、実際に観測される発光輝度が小さくなってしまうものである。またセラミックス基板には、光電変換素子と電気配線とを接続するための金属等からなる導体配線を設ける必要があり、このためセラミックス基板と金属膜との間に優れた密着強度を具備させる必要がある。 When the ceramic substrate as described above is mounted with a photoelectric conversion element, if a material that absorbs light emitted from the photoelectric conversion element is used, the light emitted from the photoelectric conversion element mounted on the substrate is actually observed. The light emission brightness is reduced. In addition, it is necessary to provide a conductor wiring made of a metal or the like for connecting the photoelectric conversion element and the electric wiring on the ceramic substrate. For this reason, it is necessary to provide excellent adhesion strength between the ceramic substrate and the metal film. is there.
しかし、セラミックス基板と金属との間に高い密着性を付与することは困難であり、しかもこのセラミックス基板に同時に高い光反射性をも付与したものは、従来は存在していなかった。 However, it has been difficult to impart high adhesion between the ceramic substrate and the metal, and there has been no conventional one that has also imparted high light reflectivity to the ceramic substrate.
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、導体配線との間の充分な密着強度を確保しつつ、光電変換素子から発せられる光を高効率に反射して発光効率を向上することができる光電変換素子実装用セラミックス基板を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and improves the light emission efficiency by reflecting the light emitted from the photoelectric conversion element with high efficiency while ensuring sufficient adhesion strength with the conductor wiring. An object of the present invention is to provide a ceramic substrate for mounting a photoelectric conversion element.
本発明に係る光電変換素子実装用セラミックス基板1は、光を発する光電変換素子を実装するための光電変換素子実装用セラミックス基板1であって、セラミックス粉末を成形・焼成して形成され、アルミナ、シリカ及びマグネシアを含有し、且つアルミナを主成分とすると共にシリカ含有量が0.1〜1質量%、マグネシア含有量が0.01〜0.5質量%であり、且つシリカ、マグネシア及びアルミナ以外の成分の含有量が2質量%以下である高反射率相2を有することを特徴とする。これにより、高反射率相2が高い光反射率を有すると共に、表面に金属膜を形成した場合にこの金属膜との間に高いピール強度を有し、また成形時には良好な流動性を有して高い成形性を有する。
A
前記セラミックス粉末中のアルミナ粉末の平均粒径が0.3〜1μmの範囲であることが好ましい。この場合、成形性の更なる向上と表面の平滑化とを達成することができる。 It is preferable that the average particle size of alumina powder before Symbol ceramic powder is in the range of 0.3~1Myuemu. In this case, further improvement in moldability and smoothing of the surface can be achieved.
また、前記セラミックス粉末中のシリカ粉末の平均粒径が1μm以下となるようにすることも好ましい。この場合、表面の平滑化と強度向上とを達成することができる。 It is also preferred that the average particle size of the silica powder before Symbol ceramic powder is made to be 1μm or less. In this case, surface smoothing and strength improvement can be achieved.
また、上記高反射率相2の外側に、シリカ含有量が高反射率相2よりも少ないカバー相を形成することが好ましい。この場合、セラミックス基板1に導体配線を形成した場合のピール強度が向上し、また光はカバー相と高反射率相2との界面において高い反射率で反射するためセラミックス基板1全体としては充分な光反射率を確保することができる。
Further, it is preferable to form a cover phase having a silica content smaller than that of the
上記カバー相は、高反射率相2と同一の組成を有する層に薬液処理を施してシリカを溶出させることにより形成することが好ましい。この場合、薄膜のカバー相を容易に形成することができる。
The cover phase is preferably formed by subjecting a layer having the same composition as that of the
本発明によれば、導体配線との間の充分な密着強度を確保しつつ、光電変換素子から発せられる光を高効率に反射して発光効率を向上することができる光電変換素子実装用セラミックス基板を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ceramic substrate for photoelectric conversion element mounting which can reflect the light emitted from a photoelectric conversion element with high efficiency, and can improve luminous efficiency, ensuring sufficient adhesive strength between conductor wiring. Can be obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
本発明に係るセラミックス基板1は、0.1〜1質量%のシリカと0.01〜0.5質量%のマグネシアとを含み且つ残部がアルミナからなる高反射率相2を有する。セラミックス基板1は高反射率相2のみから形成してもよく、また他の組成を有するセラミックスの相と高反射率相2とを一体化して形成しても良い。またこの高反射率相2の形状は特に制限されるものではない。
The
この高反射率相2は、セラミックス粉末を成形することで形成することができる。セラミックス粉末は、所望の高反射率相2の組成を有するものを用いることができる。すなわちセラミックス粉末として、アルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末を用い、シリカ粉末の使用量が全セラミックス粉末中で0.1〜1質量%、マグネシア粉末の使用量が全セラミックス粉末中で0.01〜0.5質量%となるようにすることができる。
The
図3は、セラミックス粉末を用いたセラミックス基板1の製造工程の一例を模式的に示したものである。
FIG. 3 schematically shows an example of the manufacturing process of the
セラミックス粉末を用いて高反射率相2を形成する場合には、例えばセラミックス粉末と適宜のバインダーとを加熱ニーダ等の混練機6などで混合し(図3(a)参照)、得られた成形材料を所望の形状に成形し、これを加熱脱脂した後、焼成することで、高反射率相2を形成することができる。バインダーの組成は特に制限されず、前記成形材料を成形可能なものとし、且つ加熱脱脂により分解揮発させることができるものを適宜選択して使用することができるが、例えばポリスチレン60質量%、パラフィンワックス20質量%、ステアリン酸20質量%の組成を有するものを用いることができる。
When the
またバインダーの使用量も適宜調整されるが、セラミックス粉末100質量部に対してバインダーを15〜25質量部の範囲とすることが好ましい。 Moreover, although the usage-amount of a binder is also adjusted suitably, it is preferable to make a binder into the range of 15-25 mass parts with respect to 100 mass parts of ceramic powder.
成形材料は、アルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末と、バインダーとを混合することで調製される。このとき、アルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末を予め混合した後にバインダーと混合しても良いが、マグネシア粉末、シリカ粉末は微量であり、またその粒径は小さく比表面積が大きいので、凝集しやすくなって、均一に混合することが困難となる。このため、好ましくはアルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末とバインダーとを同時に配合して混合するものであり、この場合、バインダーが分散剤の役割を果たして微量で微細な粉末成分の分散性が向上し、均質な成形材料を得ることが可能となる。このとき、例えば予めマグネシアを含有するアルミナ粉末(住友化学工業製、「AES−11」等)のように、アルミナ、マグネシア、シリカのうち二種の成分を予め含む原料を用いる場合には、この二種の成分を含むセラミックス粉末と、残りの粉末と、バインダーとを同時に混合するものである。 The molding material is prepared by mixing alumina powder, magnesia powder, silica powder, and a binder. At this time, alumina powder, magnesia powder, and silica powder may be premixed and then mixed with the binder. However, the magnesia powder and silica powder are very small, and the particle size is small and the specific surface area is large. It becomes difficult to mix uniformly. For this reason, preferably, alumina powder, magnesia powder, silica powder and a binder are blended and mixed at the same time. In this case, the binder serves as a dispersing agent, and the dispersibility of a minute amount of fine powder components is improved. A homogeneous molding material can be obtained. At this time, for example, when using a raw material containing two kinds of components in advance among alumina, magnesia, and silica, such as alumina powder containing pre-magnesia (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., “AES-11”, etc.) A ceramic powder containing two kinds of components, the remaining powder, and a binder are mixed at the same time.
高反射率相2は、上記のような成形材料を用い、適宜の手法で形成することができるが、CIM(セラミックスインジェクションモールディング)を適用することが好ましい。この場合、まず上記のようなセラミックス粉末とバインダーとを混合した成形材料をペレット化したものを、射出成形機の射出ユニット7を用いて成形金型8内に射出して射出成形し、所望の形状の成形品9に成形する(図3(b)参照)。
The
次に、得られた成形品9を、加熱脱脂する(図3(c)参照)。図示の例では、配置台11(セッター)に成形品9を配置すると共にこの配置台11を多段に重ね、これを脱脂炉10内に配置して、加熱脱脂している。
Next, the obtained molded
次に、加熱脱脂後の成形品9を焼成することで焼結させ、セラミック基板1を得る(図3(d)参照)。図示の例では、加熱脱脂後の成形品9を配置台11に多段に載置した状態で、焼結炉15内で加熱して焼成している。
Next, the molded
このような高反射率相2を設けたセラミックス基板1は、高反射率相2が高い光反射率を有すると共に、表面に金属膜を形成した場合にこの金属膜との間に高いピール強度を有し、また成形時には良好な流動性を有して高い成形性を有するものである。
The
ここで、高反射率相2中のシリカ含有量が上記範囲に満たない場合(すなわちセラミックス粉末中のシリカ粉末の使用量が上記範囲に満たない場合)は、高反射率相2の光反射率を充分に向上することができず、またこのシリカ含有量が上記範囲を超える場合(すなわちセラミックス粉末中のシリカ粉末の使用量が上記範囲を超える場合)は、高反射率相2の表面に金属膜を形成した場合に充分なピール強度が得られなくなる(実施例5及び図5参照)。
Here, when the silica content in the
また、高反射率相2中のマグネシア含有量が上記範囲に満たない場合(すなわちセラミックス粉末中のマグネシア粉末の使用量が上記範囲に満たない場合)は、高反射率相2の表面に金属膜を形成した場合に充分なピール強度が得られなくなり、高反射率相2中のマグネシア含有量が上記範囲を超える場合(すなわちセラミックス粉末中のマグネシア粉末の使用量が上記範囲を超える場合)は、成形材料の粘度が高くなって流動性が低下してしまい、成形性が低下するものであり、特にCIMを適用する場合の射出成形時に充分な成形性が得られなくなる(実施例6及び図6参照)。
When the magnesia content in the
尚、高反射率相2は、アルミナを主成分とすると共にシリカ、マグネシアが含有されるものであるが、他の成分の含有が禁止されるものではなく、例えば不可避的な不純物の混入などは許容される。このとき、高反射率相2中の、シリカ、マグネシア及びアルミナ以外の成分の含有量は、2質量%以下であることが好ましい。
The
また、上記成形材料におけるセラミックス粉末中のアルミナ粉末は、特にその平均粒径が0.3〜1μmの範囲であるようにすることが好ましく、この場合、成形性の更なる向上と表面の平滑化とを達成することができる。このアルミナ粉末の平均粒径が0.3μm未満であると比表面積が大きくなりすぎて成形材料の高粘度化を招き、流動性が低下してしまって成形性が低下するおそれがある。またこの平均粒径が1μmを超えると、焼結のためには高温での焼成が必要となってしまい、生産性の低下を招くと共に高温焼成のための設備が必要となるものであり、また焼成後に得られる成形体の表面粗さが大きくなり、その表面に微細な導体配線14を形成することが困難となるものであり、また内部の粒子間の空隙が大きくなることからかさ密度の低下及び強度低下を招くおそれがある(実施例7及び図7参照)。
In addition, it is preferable that the alumina powder in the ceramic powder in the molding material has an average particle size in the range of 0.3 to 1 μm. In this case, further improvement of moldability and smoothing of the surface And can be achieved. If the average particle size of the alumina powder is less than 0.3 μm, the specific surface area becomes too large, leading to an increase in the viscosity of the molding material, resulting in a decrease in fluidity and a decrease in moldability. If the average particle size exceeds 1 μm, sintering at high temperature is required for sintering, which leads to a decrease in productivity and equipment for high-temperature sintering, The surface roughness of the molded body obtained after firing becomes large, and it becomes difficult to form
また、上記成形材料におけるセラミックス粉末中のシリカ粉末は、特にその平均粒径が1μm以下であるようにすることが好ましく、この場合、表面の平滑化と強度向上とを達成することができる。このシリカ粉末の平均粒径が1μmを超えると焼成時におけるシリカ粉末の溶融により生じる空孔が大きくなって表面粗さの増大を招くと共に内部の空隙が大きくなることから強度低下を招くおそれがある(実施例8及び図8参照)。またこのシリカ粉末の平均粒径の下限は特に制限されないが、CIMによる成形時などにおける成形材料の良好な流動性を確保するためには、0.3μm以上とすることが好ましい。 The silica powder in the ceramic powder in the molding material preferably has an average particle size of 1 μm or less. In this case, surface smoothing and strength improvement can be achieved. If the average particle diameter of the silica powder exceeds 1 μm, voids generated by melting of the silica powder during firing increase, resulting in an increase in surface roughness and an increase in internal voids, which may lead to a decrease in strength. (See Example 8 and FIG. 8). The lower limit of the average particle diameter of the silica powder is not particularly limited, but is preferably 0.3 μm or more in order to ensure good fluidity of the molding material at the time of molding by CIM.
このように形成されるセラミックス基板1には、図1(a)及び図2に示すように素子実装用の凹部4を形成することが好ましい。このような凹部4を形成すれば、セラミックス基板1に実装された光電変換素子3が発光した際に、凹部4の内面が反射板の役割を果たし、光電変換効率が向上する。すなわち、図1(b)に示すように、凹部4が設けられていないセラミックス基板1に光電変換素子3を実装しても良いが、この場合、この光電変換素子3からの発光は周囲に拡散してしまって、充分な輝度が得られない場合がある。これに対して、図1(a)に示すように素子実装用の凹部4をセラミックス基板1に設けてこの凹部4内に光電変換素子3を実装するようにすれば、光電変換素子3からの発せられる光Lのうち、側方に発せられる光Lは凹部4の内面にて反射されることとなり、光電変換素子3からの発光の方向を揃えて発光輝度を向上することができる。このとき、凹部4の内面は、凹部4の外縁側から内側に向けて下り傾斜するように形成し、この凹部4の底部に光電変換素子3を配置することが好ましく、このようにすれば、光電変換素子3から側方に発せられる光Lが凹部4の傾斜面で反射し、この反射光が凹部4の開口方向に向けて発せられることとなって、光電変換素子3から発せられる光Lの方向を揃えて発光輝度を向上することができる。
In the
また、光電変換素子実装用セラミックス基板1は、上記のような組成の高反射率相2に対して、アルミナを含有すると共に高反射率相2よりもシリカ含有量の少ないコア相5を設けて形成することができる。このとき、高反射率相2は、コア相5の一部又は全部を覆うように設けられる。図2は高反射率相2とコア相5とを設けたセラミックス基板1の一例を示すものである。図示の例では、高反射率相2の一面には素子実装用の凹部4が形成されている。また高反射率相2にはコア相5が埋設されようにしてコア相5が高反射率相2にて覆われるようにし、このコア相5は高反射率相2の他面において露出するようになっている。またコア相5は、素子実装用の凹部4の内方に配置されるように形成されている。これにより、導体配線14が形成される面及び光電変換素子3が実装される面は、高反射率相2にて形成され、その内側にコア相5が配置される。
The
このようにすると、光の反射率の確保と導体配線14のピール強度の維持とは、高反射率相2にて維持される。また、コア相5はシリカの含有量が低くアルミナの純度が高いことから、熱伝導率が高反射率相2よりも大きく、セラミックス基板1に実装されている光電変換素子3からの発熱を放熱する放熱特性が向上するものである。
In this way, ensuring the light reflectance and maintaining the peel strength of the
コア相5は、上記の通りアルミナを含み且つシリカ含有量が高反射率相2よりも少ないものであれば良いのであるが、好ましくはシリカ含有量が0.2質量%以下となるようにするものであり、更に好ましくはシリカを含有しないように形成する。またコア相5のアルミナ、シリカ以外の成分としてはマグネシアを含有させることができ、その含有量は0.01〜0.5質量%の範囲とすることが好ましい。
The core phase 5 may be any material as long as it contains alumina and has a silica content smaller than that of the
このような高反射率相2とコア相5とを有するセラミックス基板1を形成するためには、二色射出成形等のような適宜の二色成形法を適用することが好ましい。すなわち、二色射出成形機を用い、例えばまず高反射率相2を形成するための成形材料を射出した後に、コア相5を形成するための成形材料を射出するものである。
In order to form the
尚、一旦コア相5のみを焼成により形成した後に、インサート成形等により高反射率相2を形成することも考えられるが、この場合はコア相5と高反射率相2との界面においてクラックが発生したりする恐れがある。このため、上記のように二色成形を行うことで高反射率相2とコア相5とを同時に焼成して焼結させるようにし、これによりクラックの発生を防止することが好ましい。
In addition, it is conceivable to form only the core phase 5 by firing and then form the
また、光電変換素子実装用セラミックス基板1は、上記のような組成の高反射率相2の外側に、アルミナを含有すると共に高反射率相2よりもシリカ含有量の少ないカバー相を設けて形成することもできる。すなわち、例えば、高反射率相2の外側の、導体配線14が形成される側の一面(素子実装用の凹部4が形成されている側の一面)を覆うようにカバー相を形成する。また高反射率相2の全面を覆うようにカバー相を形成しても良い。
Further, the
このようにすると、セラミックス基板1における導体配線14と密着する面におけるシリカ含有量が低減されることから、導体配線14のピール強度が向上するものである。ここで、シリカ含有量が低減されたカバー相自体は光の反射率が高反射率よりも低減されているが、光はカバー相と高反射率相2との界面において高い反射率で反射するため、セラミックス基板1全体としては充分な光反射率を確保することができるものである。
In this way, the silica content on the surface of the
カバー相は、上記の通りアルミナを含み且つシリカ含有量が高反射率相2よりも少ないものであれば良く、更に好ましくはシリカを含有しないように形成する。またカバー相のアルミナ、シリカ以外の成分としてはマグネシアを含有させることができ、その含有量は0.01〜0.5質量%の範囲とすることが好ましい。また、カバー相の厚みは特に制限されない。
The cover phase only needs to contain alumina and have a silica content lower than that of the
このような高反射率相2とカバー相とを有するセラミックス基板1を形成するためには、二色射出成形等のような適宜の二色成形法を適用することができる。また、より好ましくは、高反射率相2と同一の組成を有する成形体を成形した後、その外層に薬剤処理を施してシリカを溶出させることでカバー相を形成し、このカバー相の内側の薬剤処理が施されていない部分を高反射率相2として形成するものである。このような薬剤処理を行うと、カバー相を容易に形成することができ、且つこのカバー相を薄膜に形成することが容易なものとなる。
In order to form the
上記の薬剤処理に用いる薬剤は、シリカを溶出させることが可能なものであれば適宜のものが用いられるが、例えば水酸化ナトリウム水溶液を用いることができる。この場合、高反射率相2と同一の組成を有する成形体を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してその外層に薬剤処理を施すことにより、カバー相を形成すると共にこのカバー相の内側に高反射率相2を形成するものである。
As the chemical used in the chemical treatment, any suitable chemical can be used as long as it can elute silica. For example, an aqueous sodium hydroxide solution can be used. In this case, a molded body having the same composition as that of the
このように形成されるセラミックス基板1に対して導体配線14を形成するにあたっては、適宜の手法を採ることができる。
In forming the
導体配線14の形成方法の好ましい一例を図4に示す。まず、セラミックス基板1の表面に銅等による導体薄膜12を形成し、この導体薄膜12に、レーザ光等の電磁波を照射して、導体薄膜12を部分的に除去する。このとき、導体薄膜12が除去された部分に囲まれた領域13が、所望の導体パターン状になるようにする(図4(a)参照)。
A preferred example of a method for forming the
次に、上記の導体パターン状の部分に対して電解めっき処理を施すことにより厚膜化して、導体配線14を形成する。このとき厚膜化されていない導体薄膜12が残存する(図4(b)参照)。
Next, the
この残存した導体薄膜12は、前記導体配線14とは電気的に絶縁されているので、そのまま残存させても良いが、ソフトエッチング処理を施すなどして除去するようにしても良い(図4(c)参照)。
Since the remaining conductive
上記のように導体配線14を形成するにあたっては、導体薄膜12を形成する際に、予めセラミックス基板1の表面に加熱処理を施すなどして、その表面を清浄化しておくことが好ましい。また、導体配線14とセラミックス基板1との間の密着性を向上するため、予めプラズマ処理等の表面処理を施しておくことも好ましい。導体薄膜12の形成は適宜の手法を採用して行うことができるが、例えば銅等をターゲットとしたDCマグネトロンスパッタリングにより形成することができる。このとき導体薄膜12の厚みは100〜1000nmの範囲に形成することが望ましい。
When forming the
また、電磁波による導体薄膜12の部分的な除去にあたっては、例えばYAGレーザの第3高調波(THG−YAGレーザ)を使用することができる。
Moreover, in the partial removal of the conductor
また、電解めっきによる導体配線14の形成時には、例えば電解銅めっき処理を実施して銅製の導体配線14を形成することができる。また、この導体配線14の厚みは5〜20μmの範囲であることが好ましい。
Moreover, at the time of formation of the
〔実施例1〕
以下の材料を、質量比が粉末原料:バインダ=100:20となるように加熱ニーダに入れて混練し、ペレットを作製した。
[Example 1]
The following materials were put into a heating kneader so as to have a mass ratio of powder raw material: binder = 100: 20 and kneaded to prepare pellets.
粉末原料組成
・アルミナ粉末(マグネシア0.1質量%含有、住友化学工業製、「AES−11」、平均粒径φ0.5μm)…99.5質量部
・シリカ粉末(アドマテック社製、「SO−C2」、粒径0.4〜0.6μm)…0.5質量部
ここで、上記アルミナ粉末「AES−11」にはマグネシアが0.1質量%含有されているから、この粉末原料中にはマグネシアが0.0995質量%含まれている。
Powder raw material composition-Alumina powder (containing 0.1% by weight of magnesia, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., "AES-11", average particle size φ0.5 µm) ... 99.5 parts by mass-Silica powder (manufactured by Admatech, "SO- C2 ”, particle size 0.4 to 0.6 μm)... 0.5 part by mass Here, the alumina powder“ AES-11 ”contains 0.1% by mass of magnesia. Contains 0.0995% by mass of magnesia.
バインダー組成
・ポリスチレン…60質量%
・パラフィンワックス…20質量%
・ステアリン酸…20質量%。
Binder composition ・ Polystyrene… 60% by mass
・ Paraffin wax: 20% by mass
・ Stearic acid: 20% by mass.
上記ペレットを用い、射出成形機(FANUC社製、「ROBOSHOT−α50iAp」)にて、材料温度180℃、金型温度20℃、射出率40cm3/sの条件で射出成形することで、40mm×30mm×2mmの寸法の矩形平板状の成形品9を得た。
By using the above pellets and injection molding under the conditions of a material temperature of 180 ° C., a mold temperature of 20 ° C., and an injection rate of 40 cm 3 / s on an injection molding machine (manufactured by FANUC, “ROBOSHOT-α50iAp”), 40 mm × A rectangular flat plate shaped
この成形品9を72時間かけて室温から550℃まで加熱することで脱脂した後、1600℃で1時間加熱して焼結した。
The molded
(粘度測定)
成形材料の流動性を、フローテスター(島津製作所製、「CFT−500D」)を使用して測定した。このとき、ダイス形状を直径1mm、長さ1mmとし、加圧量を0.98MPaとした場合の、180℃における計測値が0.1ml/s以上であるものを良、それ未満であるものを不良として評価した。
(Viscosity measurement)
The fluidity of the molding material was measured using a flow tester (manufactured by Shimadzu Corporation, “CFT-500D”). At this time, when the die shape is 1 mm in diameter and 1 mm in length, and the amount of pressurization is 0.98 MPa, the measured value at 180 ° C. is 0.1 ml / s or more, and the less than that Rated as bad.
(反射率測定)
焼結により得たセラミックス基板1について、紫外・可視分光光度計(島津製作所製、「UV3100PC」)を使用し、波長470nmの光に対する反射率を測定した。
(Reflectance measurement)
The
(表面粗さ)
焼結により得たセラミックス基板1について、非接触三次元計測機(三鷹光器製、「NH−3N」)を使用して、算術平均粗さ(Ra)を計測した。
(Surface roughness)
About the
(密度)
焼結により得たセラミックス基板1について、電子天秤を使用して、JIS C2141に準拠して乾燥質量、水中質量、飽水試験片の質量を測定し、これに基づいて見掛密度とかさ密度とを算出した。
(density)
About the
(熱伝導率)
焼結により得たセラミックス基板1について、これから直径φ10mmの試験片を切り出し、この試験片の熱伝導率を、熱定数測定装置(真空理工製、「TC−3000」)を用いて、JIS R1611に準拠してレーザフラッシュ法にて測定した。
(Thermal conductivity)
About the
(ピール強度)
焼結により得たセラミックス基板1を、1000℃で1時間加熱することで表面を清浄化した後、表面をプラズマ処理し、更にDCマグネトロンスパッタリング装置を用いて導電性薄膜を形成した。すなわち、まず焼結により得たセラミックス基板1をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、このチャンバ内を10-4Pa程度まで減圧した後、150℃で3分間予備加熱した。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させると共に、チャンバ内のガス圧を10Pa程度に制御し、この状態で電極間に1kWの高周波電圧(RF:13.56MHz)を印加して発生させたプラズマ中に300秒間曝露することで、プラズマ処理を行った。次いで、チャンバ内の圧力を10-4Pa以下にし、この状態でチャンバ内にアルゴンガスを0.6Paのガス圧となるように導入した後、更に500Vの直流電圧を印加して銅ターゲットをボンバードして、厚み500nmの銅による導体薄膜12を形成した。
(Peel strength)
The
次に、大気中でYAGレーザの第3高調波(THG−YAGレーザ)を使用し、平均出力6W、スポット径40μm、走査速度200mm/sで、焼結体表面にレーザを直線状に5mm間隔で走査した。 Next, using a third harmonic of a YAG laser (THG-YAG laser) in the atmosphere, with an average output of 6 W, a spot diameter of 40 μm, and a scanning speed of 200 mm / s, the laser is linearly spaced on the sintered body surface at intervals of 5 mm. Scanned.
このようにレーザによるパターンを形成した後、電解銅めっき処理を施して、厚み15μmの銅膜からなる導体配線14を形成した。
Thus, after forming the pattern by a laser, the electrolytic copper plating process was performed and the
このようにセラミックス基板1に形成した導体配線14に対して剥離強度試験(90度ピール試験)を行った。このとき、万能材料試験機(島津製作所製、「オートグラフ AG10TD」)を用いて、室温・大気圧雰囲気下で、試験速度50mm/sの一定速度で試験を行い、JIS C6481に準拠して単位幅あたりの引き剥がし強度(90度ピール強度)を算出した。
A peel strength test (90 degree peel test) was performed on the
〔実施例2〕
シリカ粉末として、アドマテック社製の「SO−C5」(粒径1.3〜2.0μm)を用いた。
[Example 2]
As a silica powder, “SO-C5” (particle size: 1.3 to 2.0 μm) manufactured by Admatech Co., Ltd. was used.
それ以外は実施例1と同様にして、サンプルの作製及び評価試験(熱伝導率測定は除く)を行った。 Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the sample and the evaluation test (except heat conductivity measurement).
〔実施例3〕
粉末原料として、マグネシア含有アルミナ粉末である住友化学工業製の「AES−11」のみを用いて、コア相5形成用の成形材料を調製した。
Example 3
A molding material for forming the core phase 5 was prepared using only “AES-11” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., which is a magnesia-containing alumina powder, as a powder raw material.
また、高反射率相2形成用の成形材料として、実施例1と同一組成のものを用いた。
The molding material for forming the
そして、射出成形機(FANUC社製、「ROBOSHOT−α50iAp」)を用いて、材料温度180℃、金型温度20℃、射出率40cm3/sの条件で二色射出成形を行い、40mm×30mm×2mmの寸法の矩形平板状の成形体を得た。この成形体は、高反射率相2の内部に、体積比約1/2のコア相5が埋設された形態に形成された。
Then, using an injection molding machine (manufactured by FANUC, “ROBOSHOT-α50iAp”), two-color injection molding is performed under the conditions of a material temperature of 180 ° C., a mold temperature of 20 ° C., and an injection rate of 40 cm 3 / s, 40 mm × 30 mm A rectangular flat plate-shaped body having a size of 2 mm was obtained. This molded body was formed in a form in which the core phase 5 having a volume ratio of about 1/2 was embedded in the
この成形体を72時間かけて室温から550℃まで加熱することで脱脂した後、1600℃で1時間加熱して焼結した。 The molded body was degreased by heating from room temperature to 550 ° C. over 72 hours, and then sintered by heating at 1600 ° C. for 1 hour.
得られたサンプルについて、実施例1と同一の評価試験を実施した。 About the obtained sample, the same evaluation test as Example 1 was implemented.
〔実施例4〕
実施例1と同一の手法で形成したサンプルを、濃度20%、温度30℃の水酸化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬する薬液処理を施して表層のシリカを溶出させてカバー相を形成した。
Example 4
A sample formed by the same method as in Example 1 was subjected to a chemical treatment that was immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide having a concentration of 20% and a temperature of 30 ° C. for 30 minutes to elute the surface silica to form a cover phase.
得られたサンプルについて、実施例1と同一の評価試験(熱伝導率測定は除く)を実施した。 About the obtained sample, the same evaluation test (except heat conductivity measurement) as Example 1 was implemented.
〔比較例1〕
粉末原料として、マグネシア含有アルミナ粉末である住友化学工業製の「AES−11」のみを用いて、成形材料を調製した。
[Comparative Example 1]
A molding material was prepared using only “AES-11” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., which is a magnesia-containing alumina powder, as a powder raw material.
それ以外は実施例1と同様にして、サンプルの作製及び評価試験(熱伝導率測定は除く)を行った。 Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the sample and the evaluation test (except heat conductivity measurement).
〔比較例2〕
粉末原料組成を、次のように変更した。
[Comparative Example 2]
The powder raw material composition was changed as follows.
・アルミナ粉末(マグネシア0.1質量%含有、住友化学工業製、「AES−11」、平均粒径φ0.5μm)…98質量部
・シリカ粉末(アドマテック社製、「SO−C2」、粒径0.4〜0.6μm)…2質量部
それ以外は実施例1と同様にして、サンプルの作製及び評価試験(熱伝導率測定は除く)を行った。
・ Alumina powder (containing 0.1% by weight of magnesia, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., “AES-11”, average particle size φ0.5 μm) ... 98 parts by mass ・ Silica powder (manufactured by Admatech, “SO-C2”, particle size) 0.4 to 0.6 μm)... 2 parts by mass Except that, sample preparation and evaluation tests (excluding thermal conductivity measurement) were performed in the same manner as in Example 1.
〔比較例3〕
粉末原料として、マグネシアを含有しないアルミナ粉末である住友化学工業製の「AES−12」(平均粒径φ0.5μm)のみを用いて、成形材料を調製した。
[Comparative Example 3]
A molding material was prepared using only “AES-12” (average particle diameter φ0.5 μm) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., which is an alumina powder containing no magnesia as a powder raw material.
それ以外は実施例1と同様にして、サンプルの作製及び評価試験(熱伝導率測定は除く)を行った。 Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the sample and the evaluation test (except heat conductivity measurement).
〔比較例4〕
粉末原料組成を、次のように変更した。
[Comparative Example 4]
The powder raw material composition was changed as follows.
・アルミナ粉末(住友化学工業製、「AES−12」、平均粒径φ0.5μm)…99質量部
・マグネシア粉末(タテホ化学工業製、「#500」)…1質量部
それ以外は実施例1と同様にして、サンプルの作製及び評価試験(熱伝導率測定は除く)を行った。
Alumina powder (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., “AES-12”, average particle diameter φ0.5 μm) 99 parts by mass Magnesia powder (manufactured by Tateho Chemical Co., “# 500”) 1 part by mass Other than that, Example 1 In the same manner, sample preparation and evaluation tests (excluding thermal conductivity measurement) were performed.
以上の結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.
〔実施例5〕
セラミックス原料としてアルミナ粉末(マグネシア0.1質量%含有、住友化学工業製、「AES−11」、平均粒径φ0.5μm)とシリカ粉末(アドマテック社製、「SO−C2」、粒径0.4〜0.6μm)とを用い、シリカ粉末の使用量を変更すると共に他の条件は実施例1と同様にして、サンプル中のシリカ含有量を変化させた。
Example 5
As ceramic materials, alumina powder (containing 0.1% by mass of magnesia, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., “AES-11”, average particle diameter φ0.5 μm) and silica powder (manufactured by Admatech Co., “SO-C2”, particle size of 0. 4 to 0.6 μm), the amount of silica powder used was changed, and the other conditions were changed in the same manner as in Example 1 to change the silica content in the sample.
得られたサンプルについて、ピール強度測定及び反射率測定を行った結果を図5に示す。この結果の通り、反射率はシリカ含有量が0.1質量%を下回ると急激に低下し、またピール強度はシリカ含有量が1質量%以下となるあたりから急激に上昇するものであり、高い反射率とピール強度を得るためには、シリカ含有量が0.1〜1.0質量%の範囲とするべきであることが確認された。 About the obtained sample, the result of having performed peel strength measurement and reflectance measurement is shown in FIG. As shown in this result, the reflectance rapidly decreases when the silica content is less than 0.1% by mass, and the peel strength increases rapidly when the silica content becomes 1% by mass or less. In order to obtain reflectance and peel strength, it was confirmed that the silica content should be in the range of 0.1 to 1.0 mass%.
〔実施例6〕
セラミックス原料としてアルミナ粉末(住友化学工業製、「AES−12」、平均粒径φ0.5μm)とシリカ粉末(アドマテック社製、「SO−C2」、粒径0.4〜0.6μm)とマグネシア粉末(タテホ化学工業製、「#500」)とを用い、シリカの含有量を0.5質量%に固定すると共に、マグネシアの含有量を変動させ、他の条件は実施例1と同様にして、サンプル中のマグネシア含有量を変化させた。
Example 6
Alumina powder (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., “AES-12”, average particle size φ0.5 μm) and silica powder (manufactured by Admatech, “SO-C2”, particle size 0.4-0.6 μm) and magnesia as ceramic raw materials Using powder (manufactured by Tateho Chemical Co., “# 500”), the silica content was fixed at 0.5 mass%, the magnesia content was varied, and other conditions were the same as in Example 1. The magnesia content in the sample was changed.
成形材料についての流動性と、サンプルについてのピール強度とを測定した結果を図6に示す。この結果の通り、ピール強度はマグネシア含有量が0.01質量%を下回ると急激に低下し、また粘度測定結果(流れ値)はマグネシア含有量の増加に従って低下して、この流れ値が0.1ml/s以上となるようにするためにはマグネシア含有量が0.5質量%以上である必要があった。すなわち、高いピール強度と良好な流動性(成形性)とを確保するためには、マグネシア含有量が0.01〜0.5質量%の範囲とするべきであることが、確認された。 The results of measuring the fluidity of the molding material and the peel strength of the sample are shown in FIG. As shown in this result, the peel strength decreases rapidly when the magnesia content is less than 0.01% by mass, and the viscosity measurement result (flow value) decreases as the magnesia content increases. In order to achieve 1 ml / s or more, the magnesia content had to be 0.5% by mass or more. That is, it was confirmed that the magnesia content should be in the range of 0.01 to 0.5% by mass in order to ensure high peel strength and good fluidity (moldability).
〔実施例7〕
セラミックス原料としてアルミナ粉末(住友化学工業製、「AES−12」、平均粒径φ0.5μm)とマグネシア粉末(タテホ化学工業製、「#500」)、並びに平均粒径を変化させた種々のシリカ粉末とを用い、シリカ含有量が0.5質量%、マグネシア含有量が0.1質量%となるようにして、他の条件は実施例1と同様にして、サンプル作製に用いたシリカの平均粒径を変化させた。
Example 7
Alumina powder (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., “AES-12”, average particle diameter φ0.5 μm) and magnesia powder (manufactured by Tateho Chemical Co., “# 500”) as a ceramic raw material, and various silicas with different average particle diameters The powder was used so that the silica content was 0.5% by mass and the magnesia content was 0.1% by mass. The particle size was changed.
成形材料についての流動性と、サンプルについてのかさ密度とを測定した結果を図7に示す。この結果の通り、アルミナの平均粒径が0.3μm以上となると良好な流動性(成形性)が得られるが、この平均粒径が増大するとかさ密度が小さくなってサンプル中の空隙量が増大するものであり、良好な成形性を維持すると共に空隙量増大による強度低下や表面粗度の増大を防止するためには、アルミナの平均粒径が0.3〜1μmの範囲となるようにすることが好ましいことが、確認された。 FIG. 7 shows the results of measuring the fluidity of the molding material and the bulk density of the sample. As shown in this result, good fluidity (formability) is obtained when the average particle diameter of alumina is 0.3 μm or more, but when this average particle diameter increases, the bulk density decreases and the amount of voids in the sample increases. In order to maintain good moldability and prevent an increase in void volume and a decrease in strength and an increase in surface roughness, the average particle diameter of alumina should be in the range of 0.3 to 1 μm. It was confirmed that it was preferable.
〔実施例8〕
セラミックス原料としてアルミナ粉末(マグネシア0.1質量%含有、住友化学工業製、「AES−11」、平均粒径φ0.5μm)を用いると共に、平均粒径を変動させた種々のシリカ粉末を用い、且つシリカの含有量が0.5質量%となるようにし、他の条件は実施例1と同様にして、サンプルの作製に用いるシリカ粒子の平均粒径を変動させた。
Example 8
While using alumina powder (containing 0.1% by weight of magnesia, “AES-11”, average particle diameter φ0.5 μm) as a ceramic raw material, various silica powders with varying average particle diameters were used, The silica content was 0.5% by mass, and the other conditions were the same as in Example 1, and the average particle size of the silica particles used for preparing the sample was varied.
得られたサンプルについて、算術平均粗さRaを測定した結果を図8に示す。この結果の通り、シリカ粉末の粒径が大きくなるほど、表面粗さが大きくなるものであり、平滑なセラミックス基板1を得るためにはシリカ粉末の平均粒径を1μm以下とすることが好ましいことが、確認された。
About the obtained sample, the result of having measured arithmetic mean roughness Ra is shown in FIG. As the result, the larger the particle size of the silica powder, the larger the surface roughness. In order to obtain a smooth
1 セラミックス基板
2 高反射率相
3 光電変換素子
4 凹部
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