JP4804109B2

JP4804109B2 - 発光素子用配線基板および発光装置並びに発光素子用配線基板の製造方法

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Publication number: JP4804109B2
Application number: JP2005312587A
Authority: JP
Inventors: 健一米山; 智英長谷川; 康博佐々木; 美奈子泉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007123482A

Description

本発明は、例えば、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用配線基板および発光装置並びに発光素子用配線基板の製造方法に関する。

従来、ＬＥＤを用いた発光装置は、非常に発光効率が高く、しかも、白熱電球などと比較すると発光に伴い発生する熱量が小さいために様々な用途に用いられてきた。しかしながら、白熱電球や蛍光灯などと比較すると発光量が小さいために、照明用ではなく、表示用の光源として用いられ、通電量も３０ｍＡ程度と非常に小さいものであった。（特許文献１参照）。

そして、近年では、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多く用いられてきている。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為には、このような熱を素子より速やかに放散する高い熱放散性を有する発光素子用配線基板が必要となっている（特許文献２、３参照）。

そして、発光素子用配線基板の放熱性を改善する手段として、発光素子用配線基板に放熱穴を形成するとともに、発光素子が形成される側の放熱穴を覆う補助セラミックシートを設け、この補助セラミックシートに発光素子を搭載することが提案されている。また、この手法では、放熱穴に金属ペーストを充填することも提案されている（特許文献４参照）。

また、本出願人らは、更なる放熱性を改善するために、焼成を施し、発光素子の下部に有機物を含有しない貫通金属体を設けた発光素子用配線基板を提案している（特許文献５参照）。
特開２００２−１２４７９０号公報特開平１１−１１２０２５号公報特開２００３−３４７６００号公報特許３４６９８９０号公報特願２００４−３４０３３９号

しかしながら、特許文献４に記載の方法では、放熱穴を形成した場合においても放熱穴の内部は熱伝導性の悪い空気が存在するのみで、放熱性を格段に向上させることは望めない。また、放熱穴に金属ペーストを充填した場合であっても金属ペーストには金属成分の他に熱伝導率の低い樹脂などを含有するため、放熱性の大幅な向上は期待できない。

これに対して、特許文献５に記載の方法では、発光素子用配線基板の放熱性を向上させることはできるものの、貫通金属体の断面積を大きくし、この貫通金属体の表面を覆うように被覆金属層を形成した場合、前記被覆金属層のうち、貫通金属体の中心部を覆う部分が他の部分よりも緻密になりにくく、視覚的には変色を呈し、外観不良となるという問題があった。また、この部分は熱伝導率が低下したり、めっき性が著しく低下するという問題があった。

従って本発明は、熱放散性良好で且つ、外観不良のない信頼性に優れた発光素子用配線基板ならびに発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発光素子用配線基板は、セラミックスからなる絶縁基体と、該絶縁基体を貫通して設けられ、該絶縁基体よりも高い熱伝導率を有し、金属を主成分とする貫通金属体と、該貫通金属体および該貫通金属体と前記絶縁基体との境界を被覆するように形成され、金属を主成分とする被覆金属層と、前記貫通金属体の表面と前記被覆金属層との間に、前記貫通金属体の表面を完全に覆うように配設され、セラミックスを主成分とする中間層と、を具備し、前記被覆金属層が発光素子を搭載する搭載部であることを特徴とする。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記中間層が、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、三酸化二マンガン、カルシアおよびシリカから選ばれる材料を含有してなることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記被覆金属層と前記中間層とが、前記絶縁基体の両主面に形成されていることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体の貫通方向に直交する断面積が、前記発光素子用配線基板に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きいことが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体が、タングステン、モリブデン、銅および銀のうち少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記貫通金属体が、セラミックスを含有することが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記発光素子用配線基板の前記搭載部が形成された側の主面に、前記発光素子を収容するための枠体が形成されてなることが望ましい。

本発明の発光装置は、以上説明した発光素子用配線基板の搭載部に前記発光素子を搭載してなることを特徴とする。

本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、前記セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に埋め込んで複合成形体を作製する工程と、該複合成形体の前記金属シートの表面を完全に覆うように中間層となるセラミック層を形成する工程と、前記セラミック層を覆うように被覆金属層となる金属ペースト層を形成する工程と、前記セラミック層および前記金属ペースト層を備えた前記複合成形体を焼成する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の発光素子用配線基板は、絶縁基体をセラミックスとすることで、樹脂モールド基板より高い熱伝導率を有し、且つ長期間にわたって光源によって分子構造が変化することがないため、色調変化（黒色化など）や、特性の劣化がほとんど起こらず、高い信頼性を有している。しかも、絶縁基体よりも、さらに高い熱伝導率を有する貫通金属体を、絶縁基体を貫通して設けることで、発光素子から発生する熱を更に速やかに発光素子用配線基板外へ放散することができるため、発光素子が過剰に加熱されることを防止できるため、輝度低下を防ぐ、あるいは、また、さらに高輝度にすることが可能となる。

また、被覆金属層で、貫通金属体および貫通金属体と絶縁基体との境界を被覆することで、貫通金属体と絶縁基体との境界でクラックが発生することを抑制することができるとともに、発光素子用配線基板の放熱性を高め、搭載部の平坦性を向上させることができる。

しかも、貫通金属体の表面を完全に覆うように、セラミックスを主体とする中間層を配設することにより、貫通金属体の焼結時に、中間層からセラミックス焼結助剤成分が拡散し、被覆金属層からのセラミックス焼結助剤成分の特に焼結しにくい貫通金属体への流出を抑制することができるため、被覆金属層の緻密化を促進することができ、視覚的には変色を防止でき、外観不良を解消することができる。そのため、被覆金属層のうち、貫通金属体を覆う部分において熱伝導率の低下を抑制でき、めっき性の著しい低下を抑制することができる。

また、中間層を貫通金属体の表面を完全に覆うように形成することにより、発光素子の搭載部の平坦性が維持しやすく、発光素子を安定して搭載することができる。

特に、中間層に、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、三酸化二マンガン、カルシアおよびシリカから選ばれる材料を用いることにより、安価に製造することができる。

また、被覆層と中間層とを発光素子用配線基板の両主面に設けた場合には、さらに発光素子用配線基板の放熱性を向上させることができるとともに、発光素子用配線基板の両主面の外観不良の発生を抑制することができる。

また、貫通金属体の断面積を、発光素子用配線基板に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きくすることにより、高熱伝導な部分が増大し、発光素子から発生する熱を速やかに放散することができる。

また、タングステン、モリブデン、銅および銀のうち少なくとも１種を主成分として貫通金属体を形成することで、絶縁基体との同時焼成による表面および内部配線形成が可能となり、且つ熱放散性に優れた安価な発光素子用配線基板を得ることができる。

また、貫通金属体をセラミック材料を含有する複合体とすることにより、貫通金属体に所望の特性を制御することが容易となり、例えば、金属体との熱膨張係数を近づけた場合には、熱膨張のミスマッチによる金属体―発光素子用配線基板間でのクラック発生を抑制でき、且つセラミック材料が絶縁基体との接着強度を高めることができる。また、貫通金属体と絶縁基体とを同時焼成することが可能となり、工程を簡略化することもできる。

また、発光素子用配線基板の搭載部の主面に、発光素子を収納するための枠体を設けることで、発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。

また、枠体により発光素子の発する光を反射させて所定の方向に誘導することもできる。

以上説明した本発明の発光素子用配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置によれば、熱放散性良好で且つ、外観不良のない信頼性に優れた発光装置となる。

また、本発明の発光素子用配線基板の製造方法によれば、以上説明した発光素子用配線基板を容易に作製することができる。

本発明の発光素子用配線基板１は、例えば、図１に示すように、セラミックスにより形成された絶縁基体３と、絶縁基体３の一方の主面３ａに形成された発光素子との接続端子５、絶縁基体３の他方の主面３ｂに形成された外部電極端子７、及び接続端子５と外部電極端子７とを電気的に接続するように、絶縁基体３を貫通して設けられた貫通導体９と、絶縁基体３を貫通して設けられた絶縁基体３よりも熱伝導率が高く、金属を主成分とする貫通金属体１１と、この貫通金属体１１および貫通金属体１１と絶縁基体３との境界を覆うように形成された金属を主成分とする被覆金属層１３と、貫通金属体１１と被覆金属層１３との間に貫通金属体１１の表面を完全に覆うように配設されたセラミックスを主成分とする中間層１５とを備えたものである。

そして、絶縁基体３の一方の主面３ａに形成された被覆金属層１３は、発光素子を搭載する搭載部１７となる。

本発明の発光素子用配線基板１においては、貫通金属体１１と被覆金属層１３との間にセラミックスを主成分とする中間層１５を配設することが重要である。

すなわち、金属を主成分とする貫通金属体１１並びに金属を主成分とする被覆金属１３を設けた発光素子用配線基板１は、放熱性に優れた発光素子用配線基板１となり、しかも、被覆金属１３が貫通金属体１１と絶縁基体３との境界を越えて形成されているため、この境界においてクラックが発生することを抑制することができることから、信頼性に優れた発光素子用配線基板１となる。

ところが、本発明のように中間層１５を設けない場合には、貫通金属体１１の断面積が大きくなるにつれ、金属被覆層１３のうち、貫通金属体１１と接触している部分と、絶縁基体３と接触している部分とで焼結性の差が大きくなり、絶縁基体３との距離が大きい金属被覆層１３の中心部において、緻密化不足となる問題がある。

本発明によれば、金属被覆層１３の全ての領域で、絶縁基体３あるいは中間層１５との距離を小さくすることができるため、金属被覆層１３の全ての領域で、焼結性をほぼ同等にすることができるため、中間層１５を設けることで金属被覆層１３の中心部の緻密化不足という問題を解決することができる。その結果、視覚的には金属被覆層１３の変色を防止でき、外観不良を解消することができる。そのため、被覆金属層１３のうち、貫通金属体１１の中心部を覆う部分において熱伝導率が低下することを抑制できるとともに、めっき性の著しい低下を抑制することができるのである。

そのため、従来、被覆金属層１３を用いた発光素子用配線基板１では断面積の大きな貫通金属体１１を形成することが困難であったのに対して、本発明では断面積の大きな貫通金属体１１を容易に形成することができる。

これにより、搭載される発光素子よりも大きな断面積を有する貫通金属体１１であっても、容易に作製することができ、格段に放熱性に優れた発光素子用配線基板１を安価に提供することができる。

また、貫通金属体１１の貫通方向に直交する面の最小断面積を発光素子用配線基板１に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きな断面積を有するものとすることが望ましい。

貫通金属体１１の断面積を大きくすることにより、放熱部分が増加し、更に発光素子から発生する熱を速やかに放散することができる。特に、断面積は１．１倍以上が良く、更に好適には１．２倍以上とすることが望ましい。

なお、絶縁基体３あるいは中間層１５と、被覆金属層１３との距離が被覆金属層１３の焼結性に影響を及ぼす理由は、焼結時に、絶縁基体３あるいは中間層１５に含まれるセラミックス成分が、被覆金属層１３に拡散し、あたかも焼結助剤のように機能するためと考えられる。

また、例えば、図１に示すように、本発明の発光素子用配線基板１においては、被覆金属層１３の焼結性をさらに均一に近づけるため、中間層１５で貫通金属体１１の表面を完全に覆うことが必要である。また、発光素子を搭載する搭載部１７の平滑性を保つためにも、貫通金属体１１の表面を完全に覆うように形成することが必要である。

また、例えば、本発明の発光素子用配線基板１は、図２に示すように、セラミックスにより形成された絶縁基体３を複数積層して形成してもよく、その際、異なる大きさの貫通金属体１１を複数積層することで貫通金属体１１の断面形状を階段状に形成することもできる。

また、例えば、搭載部１７側に、搭載される発光素子（図示せず）から発せられる光を所定の方向に反射、誘導するための枠体１９を配設することが望ましい。この枠体１９は、金属や樹脂などからなる接着層２１によって絶縁基体３に接続されている。また、あるいは、枠体１９は、絶縁基体３と一体化して形成されていてもよい。

本発明において、中間層１５は、セラミックスを主成分とするものであり、安価に製造できる点から、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、三酸化二マンガン、カルシアおよびシリカから選ばれる材料を好適に使用できる。

また、中間層１５のセラミック成分が被覆金属層１３や貫通金属体１１に拡散する可能性を考えれば、中間層１５を絶縁基体と同じ組成とすることが望ましい。

また、この中間層１５の厚みは、中間層１５形成の際に欠けがあったとしても中間層１５の機能を発現させるために５μｍ以上とすることが望ましい。また、あまり厚くすると熱放散性が低下するおそれがあるため４０μｍ以下とすることが望ましい。

また、貫通金属体１１を、タングステン、モリブデン、銅および銀のうち少なくとも１種を主成分として形成することで、絶縁基体３と同時焼成して、接続端子５、外部電極端子７、貫通導体９、貫通金属体１１を形成することが可能となり、安価な発光素子用配線基板１を迅速に作製することができる。

なお、貫通金属体１１には、上記の金属に加えて、貫通金属体１１の熱膨張係数、焼結挙動を制御するために無機粉末を含有させることもできる。その含有量は、０〜５質量％の割合が望ましく、高熱伝導率を得るためには、０〜４質量％がより望ましく、好適には０〜３質量％が良い。

貫通金属体１１の熱膨張係数を制御する上では、貫通金属体１１の熱膨張係数を絶縁基体３の熱膨張係数に近くすることが望ましく、両者の熱膨張ミスマッチを防ぐことで、さらに、高信頼性の発光素子用配線基板１とすることができる。特に、絶縁基体３と貫通金属体１１との熱膨張係数差は４．０×１０^−６／℃以下が良く、更に好適には２．０×１０^−６／℃以下が良く、最も好適には１．０×１０^−６／℃以下が良い。

また、被覆金属体１３としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分として形成することができ、絶縁基体３と同時焼成して、接続端子５、外部電極端子７、貫通導体９、貫通金属体１１を形成することが可能となり、安価な発光素子用配線基板１を迅速に作製することができる。

なお、被覆金属体１３には、上記の金属に加えて、貫通金属体１１の熱膨張係数、焼結挙動を制御するために無機粉末を含有させることもできる。その含有量は、０〜５質量％の割合が望ましく、高熱伝導率を得るためには、０〜４質量％がより望ましく、好適には０〜３質量％が良い。

また、絶縁基体３に用いるセラミックスとして、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＡｌＮやＳｉ_３Ｎ_４などを主結晶とする焼結体を用いても良い。

特に、この絶縁基体３として、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶相とするＡｌ_２Ｏ_３質焼結体を用いた場合には、安価な原料を使用でき、安価な発光素子用配線基板１を得ることができる。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶相とするＡｌ_２Ｏ_３質焼結体とは、例えば、Ｘ線回折によって、Ａｌ_２Ｏ_３のピークが主ピークとして検出されるようなもので、Ａｌ_２Ｏ_３の結晶を体積比率として、５０体積％以上含有していることが望ましい。

また、このような焼結体は、例えば、平均粒径１．０〜２．０μｍの純度９９％以上のＡｌ_２Ｏ_３粉末に、平均粒径１．０〜２．０μｍのＭｎ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯの群から選ばれる少なくとも１種の焼結助剤を添加した成形体を１３００〜１５００℃の温度範囲で焼成することによって得られるものである。

そして、焼結助剤などのＡｌ_２Ｏ_３以外の組成物の添加量については、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶とする緻密体を得るために、望ましくは１５質量％以下、更に望ましくは、１０質量％以下とすることが望ましい。特に、焼結助剤などのＡｌ_２Ｏ_３以外の組成物の添加量を１５質量％以下とした場合には、得られる絶縁基体３の大部分をＡｌ_２Ｏ_３結晶により形成することができる。また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために５質量％以上、さらには７質量％以上添加することが望ましい。

このようなＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックスを主成分とする組成物に、さらに、バインダー、溶剤を添加して、スラリーを作製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体を作製し、さらに、その表面や、シート状の成形体に設けた貫通孔などに、少なくとも金属粉末を含有する導体ペーストを印刷、充填したのち、このシートを積層し、酸化雰囲気、還元雰囲気、あるいは不活性雰囲気で焼成することで、表面や内部に接続端子５や外部電極端子７や貫通導体９などの配線層が形成された発光素子用配線基板１を作製することができる。また、配線層は、薄膜法により絶縁基体３の表面に形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成できることはいうまでもない。

そして、このような絶縁基体３ａ、３ｂの表面あるいは内部に、接続端子５、外部電極端子７、貫通導体９、貫通金属体１１を形成することで、発光素子用配線基板１に配線回路を形成することができる。

かかる貫通金属体１１は、実質的に同一厚みのセラミックグリーンシートと、金属材料または、金属材料とセラミック材料からなる金属シートを作製する工程と、セラミックグリーンシートの所定箇所に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を形成したセラミックグリーンシートに金属シートを積層する工程と、セラミックグリーンシートにおける貫通孔形成部分を金属シート側から押圧することによって、金属シートの一部を前記貫通孔内に埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートとを一体化した成形体を焼成することで形成できる。

なお、この金属シートは、例えば、金属粉末に、必要に応じて樹脂、溶剤やセラミック粉末などを添加したスラリーをドクターブレード法などにより成形することで容易に作製することができる。

例えば、先ず、図３（ａ）に示すように、貫通穴５１が形成された下金型５３にセラミックグリーンシート５５を載置して、図３（ｂ）に示すように、上金型５７によりセラミックグリーンシート５５に貫通孔５９を形成した後、上金型５７と不要なセラミックグリーンシート５５ｂを除去する。

次に、図３（ｃ）に示すように、貫通孔５９が形成されたセラミックグリーンシート５５ａの上に、セラミックグリーンシート５５ａと略同じ厚みの予め作製しておいた金属シート６１を載置する。

次に、上金型５７により、貫通孔５９と重なる部分の金属シート６１ａを、図３（ｄ）に示すように、貫通孔５９内に押し込み、図４（ｅ）に示すように、上金型５７と不要な金属シート６１ｂとを除去することで、図４（ｆ）に示すようなセラミックグリーンシート５５ａと金属シート６１ａとが一体した複合シート６３を得ることができる。

次に、この複合シート６３に対して、図４（ｇ）に示すように、セラミックス粉末と樹脂とを含有するペーストを印刷して、焼成後に中間層１５となるセラミック層６５を形成する。

次に、この複合シート６３に対して、図４（ｈ）に示すように、金属粉末と樹脂とを含有する導電ペーストを印刷して、焼成後に被覆金属層１３となる金属ペースト層６６を形成する。

次に、このようにして作製したセラミック層６５と金属ペースト層６６とを備えた複合シート６３を、図５（ｉ）に示すように積層して、作製した成形体を焼成することで図１に示すような発光素子用配線基板１を容易に作製することができる。

また、金属シート６１ａをセラミックグリーンシート５５に押し込むにあたり、貫通孔５９を形成する工程と、金属シート６１ａをセラミックグリーンシート５５に押し込む工程とを同時に行っても良い。

また、図３〜５では、貫通導体９については触れていないが、必要に応じ、貫通導体９を形成するための貫通孔を設け、導体ペーストをこの貫通孔に充填して、積層体を形成した後、焼成することで貫通導体９を形成することができるのはいうまでもない。

そして、これらの配線回路に用いる導体および貫通金属体１１を、タングステン、モリブデン、銅および銀のうち少なくとも１種を主成分として形成することで、絶縁基体３と同時焼成して、接続端子５、外部電極端子７、貫通導体９、貫通金属体１１を形成することが可能となり、安価な発光素子用配線基板１を得ることができる。

また、接続端子５および貫通金属体１１の表面にＡｌやＡｇめっきを施すことにより、反射率を向上させることができる。

また、枠体１９を、セラミックスにより形成することで、絶縁基体３と枠体１９とを同時焼成することができ、工程が簡略化されるため、安価な発光素子用配線基板１を容易に作製することができる。また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する発光素子用配線基板１となる。

また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１９を形成することで、複雑な形状の枠体１９であっても、容易に安価に製造することができ、安価な発光素子用配線基板１を供給することができる。この金属製の枠体１９は、例えば、ＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等などにより好適に形成することができる。また、枠体１９の表面には、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇなどからなるめっき層（図示せず）を形成してもよい。

なお、このように枠体１９を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体３の主面３ａに金属パターン（図示せず）を形成し、この金属パターンと枠体１９とを、例えば、共晶Ａｇ−Ｃｕろう材等からなるろう材２１を介して、ろう付けすることができる。

そして、以上説明した本発明の発光素子用配線基板１の搭載部１７に、例えば、図６（ａ）に示すように発光素子２３として、ＬＥＤチップ２３などを搭載し、ボンディングワイヤ２５により発光素子２３に給電することにより、発光素子２３を機能させることができ、発光素子２３からの発熱を貫通金属体から速やかに放出するためことができるため、ヒートシンク等の放熱部材が不要となり、実装される電気機器の小型化に寄与できる。また、発光素子２３は、モールド材２７により被覆することもできる。また、熱膨張係数をプリント基板に近いものとすることにより、プリント基板やモールド材２７との熱膨張係数のミスマッチを抑制できるため、接合信頼性の高い発光装置２９ができる。

特に、搭載部１７となる部分の被覆金属層１３が緻密に形成されているため、発光素子２３からの熱を貫通導体１１に速やかに伝達することができる。

この発光素子用配線基板１と発光素子２３との接続には、金属や樹脂からなる接続層３１が用いられる。特に、発光素子２３の熱を貫通金属体１１に効率よく伝達するという観点から、接続層３１として半田、インジウム、ＡｕＳｎ合金などの金属を用いることが望ましい。

なお、本発明においてもヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。

また、発光素子用配線基板１に形成された搭載部１７に、例えば発光素子として、ＬＥＤチップ２３などを搭載し、ボンディングワイヤ２５により、ＬＥＤチップ２３と接続端子５と電気的に接続して、給電することにより、発光素子２３の放射する光を絶縁基体３や枠体１９に反射させ、所定の方向へと誘導することができるため、高効率の発光装置１５となる。また、絶縁基体３並びに枠体１９の熱伝導率が高いため、発光素子２３からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。

また、図６（ｂ）に示すように、発光素子２３を搭載した側の発光素子用配線基板１の主面２ａに、枠体１９を搭載した発光装置１５では、枠体１９の内側に発光素子２３を収納することで、容易に発光素子２３を保護することができる。

なお、図６（ａ）、（ｂ）に示した例では、発光素子２３は、接着剤３１により発光素子用配線基板１に固定され、電力の供給はボンディングワイヤ２５によりなされているが、発光素子用配線基板１との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。

また、発光素子２３は、モールド材２７により被覆されているが、モールド材２７を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、モールド材２７と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子２３を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。

なお、発光素子２３を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材２７に発光素子２３が放射する光を波長変換するための蛍光体（図示せず）を添加してもよい。

また、以上説明した例では、貫通導体９を設けた例について説明したが、貫通導体９を設けない場合であってもよく、また、絶縁基体３が多層に積層されている形態であってもよいことは勿論である。

まず、原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．３μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ_２粉末を用いて、表１に示す割合で原料粉末を混合し、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、スラリーを調整した。

しかる後に、ドクターブレード法にてＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするグリーンシートを作製した。

これらの表１の組成Ｎｏ．１〜１０の組成を有するセラミック粉末を含有するグリーンシートに対して、それぞれ、表１に示す金属シートと導体ペーストと金属シートと中間層ペーストを作製して組み合わせた。

また、金属シートは、表１に示す金属粉末と無機粉末と成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、金属シートとなるスラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてグリーンシートと実質的に同一厚みの金属シートを作製した。

また、導体ペーストは、平均粒子径２μｍのＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ粉末およびセラミック材料として平均粒子径１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末、平均粒子径１．５μｍのＳｉＯ_２粉末を用いて、表１に示す割合で金属粉末と無機粉末とアクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合して調製した。

中間層ペーストは、セラミックス材料として、表１に示す割合でセラミックス粉末とアクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合して調製した。

次に、上記のセラミックグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が１００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、配線パターン状に印刷塗布した。

そして、セラミックグリーンシートの所定箇所にφ４．１ｍｍあるいはφ２．７ｍｍの貫通孔を形成し、セラミックグリーンシートにおける貫通孔形成部分を金属シートから押圧することによって、金属シートの一部を貫通孔内に埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートとを一体化した。

このセラミックグリーンシートと金属シートとを一体化したシートに、前記中間層ペーストペーストを、焼成後に貫通金属体の表面から表２に示す厚みおよび中間層面積比になるようにスクリーン印刷法で塗布した。中間層面積比は貫通金属体の断面積に対する中間層塗布面積の比を表し、例えば、中間層面積比０．８は中間層塗布面積が、貫通導体断面積の８０％を意味し、貫通金属体を全て被覆していないことを表す。逆に中間層面積比１．１は中間層塗布面積が、貫通導体断面積の１１０％を意味し、貫通金属体を全て被覆していることを表す。

この中間層ペーストを印刷したグリーンシートと金属シートとを一体化したシートに、前記導体ペーストを、スクリーン印刷法で塗布し、被覆金属層を形成した。

このようにして作製した金属シートと一体化されグリーンシートあるいは、さらにその上に、中間層、被覆金属層を形成したグリーンシートと、を組み合わせ、位置合わせし、積層圧着し、焼成後に外形１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍとなる積層体を作製した。

また、枠体をセラミックグリーンシートにより形成する試料については、絶縁基体と枠体とをグリーンシートにて一体物として形成し、同時焼成を行って作製した。

なお、その枠体と絶縁基体とを同時焼成して作製する試料については、焼成後に、１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの外形寸法を有し、枠体の発光素子用配線基板の搭載部が形成された側に、絶縁基体と接する側の内径が４ｍｍ、逆側の内径が８ｍｍのテーパー状の貫通穴を有する枠体を形成した。

そして、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１３００〜１５５０℃の最高温度で２時間焼成した。

こうして、図２に示すような階段状の貫通金属体を有する発光素子用配線基板を作製した。尚、作製した試料の貫通金属体は上層が直径２．３ｍｍ、下層は直径３．５ｍｍである。

その後、接続端子並びに外部電極端子の表面にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施した。

また、金属製の枠体としては、熱膨張係数が２３×１０^−６／℃、熱伝導率が２３８Ｗ／ｍ・ＫのＡｌ製金属枠体と、熱膨張係数が６×１０^−６／℃、熱伝導率が１７Ｗ／ｍ・ＫのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製金属枠体とを用いた。また、金属製の枠体を設けた発光素子用配線基板については、接続端子並びに外部電極端子を形成する導体ペーストを用いて、絶縁基体の搭載部側の枠体が搭載される部分に金属層を形成したのち、共晶Ａｇ−Ｃｕのロウ材を用いて、８５０℃の条件で、枠体を絶縁基体に接合して作製した。

これらの発光素子用配線基板に接着剤として半田を用いて出力１．５Ｗの発光素子であるＬＥＤチップを搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤチップと接続端子とを結線し、さらに、ＬＥＤチップと接続端子とを熱膨張係数が４０×１０^−６／℃のエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置を得た。

評価は、焼成後に得られた発光素子用配線基板の発光素子搭載部の主面表面及び他方の主面表面を双眼顕微鏡にて観察し、変色の有無を確認した。

また、中間層厚みは焼成後に得られた発光素子用配線基板を破断し、ＳＥＭにて測定した。

また、中間層面積比は、主面の表面写真及び主面と並行に研磨して得られた貫通金属体断面写真を画像解析した算出した。

また、搭載部平坦性は、搭載部を横断するように、被覆金属層の表面を表面粗さ計にて形状測定し、その最高値と最低値の差で表した。なお、表面粗さの測定は、ＫｏｓａｋａＬａｂｏｒａｔｏｒｙＬｔｄ製のＳｕｒｆｃｏｒｄｅｒＳＥ−２３００を用いて、送り速度０．５ｍｍ／秒の条件で行った。

また、発光装置に０．４Ａの電流を通電し、全放射束測定を行った。なお、全放射束測定は大塚電子社製の発光特性評価装置を用いて測定した。

得られた絶縁基体を粉砕し、Ｘ線回折により絶縁基体の主結晶相を同定した。

また、貫通金属体面積比は素子の搭載部への接触面積に対する貫通金属体の断面積の比を表し、例えば、貫通金属体面積比１．２は貫通金属体の断面積が、素子の搭載部への接触面積の１２０％を意味する。

以上の工程により作製した発光素子用配線基板の特性と、試験結果を表２に示す。

表２に示すように、貫通金属体の表面を完全に覆うように配設されたセラミックスを主成分とする中間層がない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．９は変色が認められ、ＳＥＭ観察の結果、貫通金属体の中心部が、その周辺部よりもボイドが多く分布していた。

一方、本発明の試料Ｎｏ．１〜８、１０〜２４は、被覆金属体の表面に変色はなく、ＳＥＭ観察の結果、十分に緻密化していることが判った。また、ＬＥＤチップの過剰な加熱も発生せず、高い発光効率を実現することができた。

本発明の発光素子用配線基板の断面図である。本発明の発光素子用配線基板の断面図である。本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。本発明の発光装置の断面図である。

符号の説明

１・・・発光素子用配線基板
３・・・絶縁基体
５・・・接続端子
７・・・外部電極端子
９・・・貫通導体
１１・・・貫通金属体
１３・・・被覆金属層
１５・・・中間層
１７・・・搭載部
１９・・・枠体
２３・・・発光素子
２７・・・モールド材
１５・・・発光装置
１６・・・接着剤

Claims

セラミックスからなる絶縁基体と、該絶縁基体を貫通して設けられ、該絶縁基体よりも高い熱伝導率を有し、金属を主成分とする貫通金属体と、該貫通金属体および該貫通金属体と前記絶縁基体との境界を被覆するように形成され、金属を主成分とする被覆金属層と、前記貫通金属体の表面と前記被覆金属層との間に、前記貫通金属体の表面を完全に覆うように配設され、セラミックスを主成分とする中間層と、を具備し、前記被覆金属層が発光素子を搭載する搭載部であることを特徴とする発光素子用配線基板。
前記中間層が、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、三酸化二マンガン、カルシアおよびシリカから選ばれる材料を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用配線基板。
前記被覆金属層と前記中間層とが、前記絶縁基体の両主面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子用配線基板。
前記貫通金属体の貫通方向に直交する断面積が、前記発光素子用配線基板に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
前記貫通金属体が、タングステン、モリブデン、銅および銀のうち少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至４うちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
前記貫通金属体が、セラミックスを含有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
前記発光素子用配線基板の前記搭載部が形成された側の主面に、前記発光素子を収容するための枠体が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
請求項１乃至７のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板の搭載部に前記発光素子を搭載してなることを特徴とする発光装置。
セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、前記セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に埋め込んで複合成形体を作製する工程と、該複合成形体の前記金属
シートの表面を完全に覆うように中間層となるセラミック層を形成する工程と、前記セラミック層を覆うように被覆金属層となる金属ペースト層を形成する工程と、前記セラミック層および前記金属ペースト層を備えた前記複合成形体を焼成する工程と、を具備することを特徴とする発光素子用配線基板の製造方法。