JP5516026B2 - Glass ceramic composition, light emitting diode element substrate, and light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、ガラスセラミックス組成物、発光ダイオード素子用基板、および発光装置に係り、特に発光ダイオード素子を搭載する基板の製造に用いられるガラスセラミックス組成物、ならびにこのガラスセラミックス組成物からなる発光ダイオード素子用基板および発光装置に関する。 The present invention relates to a glass ceramic composition, a substrate for a light emitting diode element, and a light emitting device, and more particularly, a glass ceramic composition used for manufacturing a substrate on which a light emitting diode element is mounted, and a light emitting diode element comprising the glass ceramic composition. The present invention relates to a substrate and a light emitting device.
近年、発光ダイオード(以下、LEDと記すことがある。)素子の高輝度化、高効率化に伴い、携帯電話や大型液晶TV等のバックライト、一般照明等にLED素子を用いた発光装置が使用されるようになっている。これに伴い、LED素子周辺の部材についてもより高性能なものが求められるようになっている。従来、LED素子を搭載するためのLED素子用基板として樹脂材料からなるものが使用されているが、LED素子の高輝度化に伴う熱や光により劣化しやすく、無機材料からなるもの、例えばセラミックスからなるものの使用が検討されている。 In recent years, with the increase in luminance and efficiency of light emitting diode (hereinafter referred to as LED) elements, light emitting devices using LED elements for backlights such as mobile phones and large liquid crystal TVs, general lighting, and the like have been developed. It has come to be used. Along with this, higher performance is required for members around the LED element. Conventionally, a substrate made of a resin material is used as an LED device substrate for mounting the LED device, but it is easily deteriorated by heat and light accompanying the increase in brightness of the LED device, and is made of an inorganic material, for example, ceramics. The use of these is being considered.
セラミックス基板としては、例えば配線基板に使用されるアルミナ基板や窒化アルミニウム基板が挙げられる。セラミックス基板は、樹脂基板に比べて熱や光に対する耐久性が高く、LED素子用基板として有望である。しかしながら、セラミックス基板は、樹脂基板に比べて反射率が低く、LED素子からの光が基板の後方へ漏れるために、前方の光度が低下する問題がある。また、セラミックス基板は、一般に難焼結性であるために1500℃を超える高温焼成が必要となり、プロセスコストが高くなるという問題がある。 Examples of the ceramic substrate include an alumina substrate and an aluminum nitride substrate used for a wiring substrate. Ceramic substrates have higher durability against heat and light than resin substrates, and are promising as LED element substrates. However, the ceramic substrate has a lower reflectance than the resin substrate, and the light from the LED element leaks to the rear of the substrate, so that there is a problem that the front luminous intensity is lowered. In addition, since the ceramic substrate is generally difficult to sinter, high temperature firing exceeding 1500 ° C. is required, and there is a problem that the process cost becomes high.
このような問題を解決するために、低温同時焼成セラミックス(以下、LTCCと記すことがある。)基板の使用が検討されている。LTCC基板は、一般にガラスとアルミナ等のセラミックスフィラーとの複合物からなり、ガラスの低温流動性によって焼結するために、従来のセラミックスよりも低い850〜950℃程度で焼成することができる。これにより、配線導体となるAg導体と同時に焼成することができ、従来のセラミックス基板に比べてコストを低減することができる。また、ガラスとセラミックスフィラーとの界面で光が拡散反射するために、従来のセラミックス基板よりも高い反射率を得ることができる。さらに、無機物からなるために、熱や光に対して十分な耐久性を得ることができる。 In order to solve such a problem, use of a low-temperature co-fired ceramic (hereinafter sometimes referred to as LTCC) substrate has been studied. The LTCC substrate is generally composed of a composite of glass and a ceramic filler such as alumina, and can be fired at about 850 to 950 ° C., which is lower than that of conventional ceramics, in order to sinter by the low temperature fluidity of the glass. Thereby, it can bake simultaneously with the Ag conductor used as a wiring conductor, and can reduce cost compared with the conventional ceramic substrate. Moreover, since light is diffusely reflected at the interface between the glass and the ceramic filler, a higher reflectance than that of the conventional ceramic substrate can be obtained. Furthermore, since it consists of an inorganic substance, sufficient durability with respect to heat and light can be obtained.
このようなLTCC基板の表面には配線導体が設けられることが多く、この配線導体を保護するために、あるいはボンディングワイヤとの接続を容易にするためにメッキが行われている。しかし、一般にメッキ液は強い酸性を有しており、LTCC基板の耐酸性が低いとメッキ液に溶解し、メッキ液を汚染させやすい。結果として、メッキ液の交換等が必要となり、LTCC基板の生産効率が低下する。このため、LTCC基板には、耐酸性に優れることが求められている。 In many cases, a wiring conductor is provided on the surface of such an LTCC substrate, and plating is performed to protect the wiring conductor or to facilitate connection to a bonding wire. However, in general, the plating solution has strong acidity. If the acid resistance of the LTCC substrate is low, the plating solution dissolves in the plating solution and easily contaminates the plating solution. As a result, it is necessary to replace the plating solution and the production efficiency of the LTCC substrate is reduced. For this reason, the LTCC substrate is required to have excellent acid resistance.
また、LTCC基板は、LED素子用基板とするために切れ目を入れて割ったり、あるいは切断したりすることにより所定の大きさに加工されるが、抗折強度が低いと切断等の際に割れや欠けが発生しやすくなる。このため、LTCC基板には、抗折強度が高いことも求められる。 In addition, the LTCC substrate is processed into a predetermined size by cutting or cutting or cutting to make an LED element substrate. However, if the bending strength is low, the LTCC substrate is cracked at the time of cutting or the like. Or chipping easily occurs. For this reason, the LTCC substrate is also required to have a high bending strength.
耐酸性に優れ、また抗折強度も高いLTCC基板として、例えばモル分率表示でSiO2を57〜65%、B2O3を13〜18%、Al2O3を3〜8%、K2OおよびNa2Oの少なくともいずれか一方を合計で0.05〜6%含有するガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有するガラスセラミックス組成物からなるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。ここで、セラミックスフィラーとしては、アルミナ粉末が典型的に用いられ、アルミナ粉末とともにジルコニア粉末も用いられる。また、光学特性を向上させたLTCC基板として、例えば10重量%以下のチタニア粉末を含有するガラスセラミックス組成物からなるものも知られている(例えば、特許文献2参照)。 Excellent acid resistance, and as is also high LTCC substrate flexural strength, for example, a SiO 2 57-65% by mole fraction display, B 2 O 3 and 13 to 18%, the Al 2 O 3 3~8%, K A glass ceramic composition containing a glass powder containing 0.05 to 6% of at least one of 2 O and Na 2 O in total and a ceramic filler is known (for example, Patent Document 1). reference). Here, as the ceramic filler, alumina powder is typically used, and zirconia powder is also used together with the alumina powder. Moreover, what consists of a glass-ceramics composition containing 10 weight% or less titania powder is also known as an LTCC board | substrate which improved the optical characteristic (for example, refer patent document 2).
しかしながら、発光装置を大量生産する場合、多数のLTCC基板に効率的にメッキを施す必要があり、LTCC基板にはこれまで以上の耐酸性が求められている。また、LTCC基板には、耐酸性とともに、実用上十分な反射率や、配線導体の硫化を抑制できる十分なガスバリア性、すなわち緻密さも求められている。さらに、LTCC基板には、焼成時の反りが少なくなるようにガラス相の結晶化が抑制されていることが好ましく、また従来と同様に配線導体となるAg導体と同時焼成できることも求められている。 However, when mass-producing light emitting devices, it is necessary to efficiently plate a large number of LTCC substrates, and the LTCC substrates are required to have higher acid resistance than ever. In addition to the acid resistance, the LTCC substrate is also required to have a practically sufficient reflectance and a sufficient gas barrier property that can suppress the sulfidation of the wiring conductor, that is, a denseness. Further, the LTCC substrate is preferably suppressed in crystallization of the glass phase so as to reduce warping during firing, and is also required to be simultaneously fired with an Ag conductor serving as a wiring conductor as in the prior art. .
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであって、特に耐酸性に優れ、かつ十分な反射率や緻密さを有するLED素子用基板が得られるガラスセラミックス組成物を提供することを目的としている。また、本発明は、耐酸性に優れ、かつ十分な反射率や緻密さを有するLED素子用基板を提供することを目的としている。さらに、本発明は、耐酸性に優れ、かつ十分な反射率や緻密さを有するLED素子用基板を用いた発光装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a glass ceramic composition that is particularly excellent in acid resistance and that provides a substrate for an LED element having sufficient reflectance and density. It is an object. Moreover, this invention aims at providing the board | substrate for LED elements which is excellent in acid resistance, and has sufficient reflectance and denseness. Furthermore, an object of the present invention is to provide a light emitting device using an LED element substrate having excellent acid resistance and sufficient reflectivity and density.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特にアルカリ成分であるLi2O、Na2O、およびK2Oの含有量が少ないホウケイ酸系ガラス粉末を用いるとともに、高屈折フィラーとして10〜20質量%のジルコニア粉末を含有するガラスセラミックス組成物とすることで、耐酸性に優れ、かつ十分な反射率や緻密さを有するLED素子用基板が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor used a borosilicate glass powder having a low content of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O, which are particularly alkaline components, By finding a glass ceramic composition containing 10 to 20% by mass of zirconia powder as a high refractive filler, it is found that a substrate for an LED element having excellent acid resistance and sufficient reflectance and density can be obtained. The present invention has been completed.
すなわち、本発明のガラスセラミックス組成物は、30〜50質量%のホウケイ酸系ガラス粉末、35〜60質量%のアルミナ粉末、および10〜20質量%のジルコニア粉末を含み、発光ダイオード素子を搭載するための基板の製造に用いられるガラスセラミックス組成物であって、前記ホウケイ酸系ガラス粉末が、酸化物換算で、SiO2を45〜65質量%、B2O3を5〜20質量%、Al2O3を5〜25質量%、およびCaOを15〜35質量%含有し、Li2O、Na2O、およびK2Oを含有しない、あるいはLi2O、Na2O、およびK2Oの合計した含有量が0.5質量%未満であることを特徴とする。 That is, the glass ceramic composition of the present invention includes 30 to 50% by mass of borosilicate glass powder, 35 to 60% by mass of alumina powder, and 10 to 20% by mass of zirconia powder, and mounts a light emitting diode element. The borosilicate glass powder is used in the production of a substrate for the purpose, and the borosilicate glass powder is 45 to 65% by mass of SiO 2 , 5 to 20% by mass of B 2 O 3 in terms of oxide, Al 5 to 25% by mass of 2 O 3 and 15 to 35% by mass of CaO and no Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, or Li 2 O, Na 2 O and K 2 O The total content of is less than 0.5% by mass.
本発明の発光ダイオード素子用基板は、発光ダイオード素子を搭載するための基板であって、上記した本発明のガラスセラミックス組成物を成形および焼成してなることを特徴とする。また、本発明の発光装置は、発光ダイオード素子用基板と、前記発光ダイオード素子用基板に搭載された発光ダイオード素子とを具備する発光装置であって、前記発光ダイオード素子用基板が上記した本発明の発光ダイオード素子用基板であることを特徴とする。 The substrate for a light-emitting diode element of the present invention is a substrate for mounting a light-emitting diode element, and is characterized by being formed and fired from the glass ceramic composition of the present invention described above. The light-emitting device of the present invention is a light-emitting device comprising a light-emitting diode element substrate and a light-emitting diode element mounted on the light-emitting diode element substrate, wherein the light-emitting diode element substrate is as described above. It is characterized by being a light emitting diode element substrate.
本発明によれば、耐酸性に優れ、かつ十分な反射率や緻密さを有するLED素子用基板が得られるガラスセラミックス組成物を提供することができる。また、本発明によれば、耐酸性に優れ、かつ十分な反射率や緻密さを有するLED素子用基板を提供することができる。さらに、本発明によれば、このようなLED素子用基板を用いることにより光学特性や生産性に優れる発光装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the glass-ceramic composition from which it is excellent in acid resistance and the board | substrate for LED elements which has sufficient reflectance and denseness is obtained can be provided. Moreover, according to this invention, the board | substrate for LED elements which is excellent in acid resistance, and has sufficient reflectance and denseness can be provided. Furthermore, according to this invention, the light-emitting device which is excellent in an optical characteristic and productivity can be provided by using such a substrate for LED elements.
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、LED素子を搭載するためのLED素子用基板の製造に用いられるものであって、30〜50質量%のホウケイ酸系ガラス粉末、35〜60質量%のアルミナ粉末、および10〜20質量%のジルコニア粉末を含有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The glass-ceramic composition according to the embodiment of the present invention is used for manufacturing an LED element substrate for mounting an LED element, and is 30 to 50% by mass of borosilicate glass powder, 35 to 60% by mass. % Alumina powder and 10-20% by weight zirconia powder.
また、このホウケイ酸系ガラス粉末は、酸化物換算で、SiO2を45〜65質量%、B2O3を5〜20質量%、Al2O3を5〜25質量%、およびCaOを15〜35質量%含有し、Li2O、Na2O、およびK2Oを含有しない、あるいはLi2O、Na2O、およびK2Oの合計した含有量が0.5質量%未満である。
Further, the borosilicate glass powder, in terms of oxide, the SiO 2 45 to 65 wt%, the
このようなガラスセラミックス組成物によれば、ホウケイ酸系ガラス粉末におけるアルカリ成分であるLi2O、Na2O、およびK2Oの含有量が少ないために、耐酸性に優れる焼結体(LED素子用基板、以下同様)を得ることができる。また、反射率を向上させる高屈折フィラーとして主としてジルコニア粉末を含有するために、全体として高い反射率を有する焼結体を得ることができ、また主としてチタニア粉末を含有する場合のような400nm付近における光の吸収による反射率の低下が少ない焼結体を得ることができる。 According to such a glass ceramic composition, since the content of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O, which are alkali components in the borosilicate glass powder, is small, a sintered body (LED having excellent acid resistance) An element substrate, the same applies hereinafter) can be obtained. Further, since zirconia powder is mainly contained as a high refractive filler for improving the reflectance, a sintered body having a high reflectance as a whole can be obtained, and in the vicinity of 400 nm as in the case of mainly containing titania powder. It is possible to obtain a sintered body with little reduction in reflectance due to light absorption.
ここで、ジルコニア粉末は焼結性を低下させる成分である。また、ホウケイ酸系ガラス粉末におけるLi2O、Na2O、およびK2Oは焼結性を向上させる成分である。従って、ジルコニア粉末を用いるとともに、Li2O、Na2O、およびK2Oの含有量が少ないホウケイ酸系ガラス粉末を用いた場合、耐酸性は向上するが、焼結性は低下しやすくなる。しかし、この実施形態のガラスセラミックス組成物によれば、ジルコニア粉末の含有量が一定値以下であるために、焼結性の低下が抑制され、十分に緻密な焼結体を得ることができる。また、ジルコニア粉末の含有量が一定値以上であるために、実用上十分な反射率を有する焼結体を得ることができる。 Here, zirconia powder is a component that lowers sinterability. Further, Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O in the borosilicate glass powder are components that improve the sinterability. Therefore, when using a borosilicate glass powder having a low content of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O while using zirconia powder, the acid resistance is improved, but the sinterability tends to be lowered. . However, according to the glass ceramic composition of this embodiment, since the content of the zirconia powder is below a certain value, a decrease in sinterability is suppressed, and a sufficiently dense sintered body can be obtained. Moreover, since content of a zirconia powder is more than a fixed value, the sintered compact which has practically sufficient reflectance can be obtained.
さらに、このようなガラスセラミックス組成物によれば、焼成時のガラス相の結晶化が抑制されるために、反りの少ない焼結体を得ることができる。なお、ガラスセラミックス組成物におけるガラス粉末を主としてBi2O3からなるものとすることで耐酸性に優れる焼結体が得られる可能性もあるが、このようなものについては過度に原材料費が高くなるおそれがある。上記組成を有するガラスセラミックス組成物によれば、比較的安価に耐酸性に優れる焼結体を得ることができる。 Furthermore, according to such a glass ceramic composition, since crystallization of the glass phase at the time of firing is suppressed, a sintered body with less warpage can be obtained. In addition, there is a possibility that a sintered body excellent in acid resistance can be obtained by making the glass powder in the glass ceramic composition mainly composed of Bi 2 O 3 , but the raw material cost is excessively high for such a thing. There is a risk. According to the glass ceramic composition having the above composition, a sintered body having excellent acid resistance can be obtained relatively inexpensively.
以下、ガラスセラミックス組成物について具体的に説明する。
ガラスセラミックス組成物におけるホウケイ酸系ガラス粉末の含有量は30〜50質量%である。ホウケイ酸系ガラス粉末の含有量が30質量%未満の場合、緻密な焼結体を得ることができない。より緻密な焼結体を得る観点から、ホウケイ酸系ガラス粉末の含有量は、33質量%以上が好ましく、35質量%以上がより好ましい。
Hereinafter, the glass ceramic composition will be specifically described.
The content of the borosilicate glass powder in the glass ceramic composition is 30 to 50% by mass. When the content of the borosilicate glass powder is less than 30% by mass, a dense sintered body cannot be obtained. From the viewpoint of obtaining a denser sintered body, the content of the borosilicate glass powder is preferably 33% by mass or more, and more preferably 35% by mass or more.
一方、ホウケイ酸系ガラス粉末の含有量が50質量%を超える場合、抗折強度の高い焼結体を得ることができない。より抗折強度の高い焼結体を得る観点から、ホウケイ酸系ガラス粉末の含有量は、45質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。 On the other hand, when the content of the borosilicate glass powder exceeds 50% by mass, a sintered body having a high bending strength cannot be obtained. From the viewpoint of obtaining a sintered body having higher bending strength, the content of the borosilicate glass powder is preferably 45% by mass or less, and more preferably 40% by mass or less.
ホウケイ酸系ガラス粉末の50%粒径(D50)は0.5〜5μmが好ましい。D50が0.5μm以上の場合、工業的に製造しやすく、また凝集しにくくなるために取り扱いが容易となり、ガラスセラミックス組成物中にも分散しやすくなる。D50は、0.8μm以上が好ましく、1.5μm以上がより好ましい。一方、D50が5μm以下の場合、焼成により緻密な焼結体を得やすくなる。D50は、4μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。なお、本明細書におけるD50は、レーザ回折散乱法で測定された値である。 The 50% particle size (D 50 ) of the borosilicate glass powder is preferably 0.5 to 5 μm. If D 50 is equal to or greater than 0.5 [mu] m, industrially easy to manufacture, also it becomes easy to handle in order to become difficult aggregation also easily dispersed in the glass ceramic composition. D 50 is preferably 0.8 μm or more, and more preferably 1.5 μm or more. On the other hand, if D 50 is 5μm or less, easily obtain a dense sintered body by firing. D 50 is preferably 4 μm or less, and more preferably 3 μm or less. Incidentally, D 50 in the present specification is a value measured by a laser diffraction scattering method.
アルミナ粉末は、焼結体の抗折強度を向上させるために添加されるものであり、ガラスセラミックス組成物中、35〜60質量%添加される。アルミナ粉末の含有量が35質量%未満の場合、抗折強度の高い焼結体を得ることができない。より抗折強度の高い焼結体を得る観点から、アルミナ粉末の含有量は、40質量%以上が好ましく、42質量%以上がより好ましい。 The alumina powder is added to improve the bending strength of the sintered body, and is added in an amount of 35 to 60% by mass in the glass ceramic composition. When the content of the alumina powder is less than 35% by mass, a sintered body having a high bending strength cannot be obtained. From the viewpoint of obtaining a sintered body having higher bending strength, the content of the alumina powder is preferably 40% by mass or more, and more preferably 42% by mass or more.
一方、アルミナ粉末の含有量が60質量%を超える場合、緻密な焼結体を得ることができず、また表面の平滑性が低下した焼結体が得られやすい。より緻密かつ表面の平滑な焼結体を得る観点から、アルミナ粉末の含有量は、55質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましい。 On the other hand, when the content of the alumina powder exceeds 60% by mass, a dense sintered body cannot be obtained, and a sintered body with reduced surface smoothness is easily obtained. From the viewpoint of obtaining a denser and smoother sintered body, the content of the alumina powder is preferably 55% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less.
アルミナ粉末のD50は0.3〜5μmが好ましい。D50が0.3μm以上の場合、抗折強度の高い焼結体を得やすくなる。より抗折強度の高い焼結体を得る観点から、D50は0.6μm以上が好ましく、1.5μm以上がより好ましい。一方、D50が5μm以下の場合、緻密かつ表面の平滑な焼結体を得やすくなる。より緻密かつ表面の平滑な焼結体を得る観点から、D50は4μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。 D 50 of the alumina powder is 0.3~5μm is preferred. If D 50 is equal to or greater than 0.3 [mu] m, easily obtain a high flexural strength sintered body. From the viewpoint of obtaining a sintered body with higher bending strength, D 50 is preferably 0.6 μm or more, and more preferably 1.5 μm or more. On the other hand, if D 50 is 5μm or less, easily obtain a smooth sintered body dense and surfaces. From the viewpoint of obtaining a denser and smoother sintered body, D 50 is preferably 4 μm or less, and more preferably 3 μm or less.
ジルコニア粉末は、焼結体の反射率を向上させるために添加されるものであり、ガラスセラミックス組成物中、10〜20質量%添加される。ジルコニア粉末の含有量が10質量%未満の場合、実用上十分な反射率、具体的には85%以上の反射率を有する焼結体を得ることができない。なお、本発明における反射率は波長460nmにおけるものである。より反射率の高い焼結体を得る観点から、ジルコニア粉末の含有量は、11質量%以上が好ましい。 A zirconia powder is added in order to improve the reflectance of a sintered compact, and 10-20 mass% is added in a glass ceramic composition. When the content of the zirconia powder is less than 10% by mass, a sintered body having a practically sufficient reflectance, specifically, a reflectance of 85% or more cannot be obtained. The reflectance in the present invention is at a wavelength of 460 nm. From the viewpoint of obtaining a sintered body with higher reflectivity, the content of the zirconia powder is preferably 11% by mass or more.
一方、ジルコニア粉末の含有量が20質量%を超える場合、緻密な焼結体を得ることができない。すなわち、このガラスセラミックス組成物では、焼結体の耐酸性を向上させるために、ホウケイ酸系ガラス粉末における焼結性を向上させる成分であるLi2O、Na2O、およびK2Oの含有量が低減されている。そして、ジルコニア粉末は焼結性を低下させる成分であることから、上記したホウケイ酸系ガラス粉末とともに用いた場合、その含有量が20質量%を超えると緻密な焼結体を得ることができない。より緻密な焼結体を得る観点から、ジルコニア粉末の含有量は、19質量%以下が好ましい。 On the other hand, when the content of the zirconia powder exceeds 20% by mass, a dense sintered body cannot be obtained. That is, in this glass ceramic composition, in order to improve the acid resistance of the sintered body, inclusion of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O, which are components for improving the sinterability in the borosilicate glass powder The amount is reduced. And since a zirconia powder is a component which reduces sinterability, when it uses with the above-mentioned borosilicate type | system | group glass powder, when the content exceeds 20 mass%, a precise | minute sintered compact cannot be obtained. From the viewpoint of obtaining a denser sintered body, the content of the zirconia powder is preferably 19% by mass or less.
ジルコニア粉末としては、安定化されていないジルコニアであってもよいが、通常はY2O3、CaO、またはMgOの添加により少なくとも一部が安定化された部分安定化ジルコニアまたは安定化ジルコニアが好ましい。部分安定化ジルコニアまたは安定化ジルコニアとすることで、例えば高温下での相転移が抑制され、諸特性の安定した焼結体を得ることができる。部分安定化ジルコニアの種類については、必ずしも限定されるものではないが、工業的に安価に入手することが容易な、Y2O3添加ジルコニアが好ましい。特にY2O3の添加量としては、0.1〜10mol%であることが好ましい。 The zirconia powder may be unstabilized zirconia, but is preferably partially stabilized zirconia or stabilized zirconia that is at least partially stabilized by the addition of Y 2 O 3 , CaO, or MgO. . By using partially stabilized zirconia or stabilized zirconia, for example, a phase transition at a high temperature is suppressed, and a sintered body having various characteristics can be obtained. The kind of the partially stabilized zirconia is not necessarily limited, but Y 2 O 3 -added zirconia that can be easily obtained industrially at low cost is preferable. In particular, the amount of Y 2 O 3 added is preferably 0.1 to 10 mol%.
ジルコニア粉末のD50は、0.05〜5μmであることが好ましい。D50が0.05μm以上の場合、光の波長(本発明では460nm)に対してジルコニア粉末の大きさが過度に小さくならないために、高い反射率を得ることができる。より高い反射率を得る観点から、D50は、0.1μm以上が好ましく、0.15μm以上がより好ましい。一方、D50が5μm以下の場合、光の波長に対してジルコニア粉末の大きさが過度に大きくならないために、高い反射率を得ることができる。より高い反射率を得る観点から、D50は、3μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましい。 D 50 of the zirconia powder is preferably 0.05 to 5 [mu] m. When D 50 is 0.05 μm or more, the size of the zirconia powder does not become excessively small with respect to the wavelength of light (460 nm in the present invention), so that a high reflectance can be obtained. From the viewpoint of obtaining a higher reflectance, D 50 is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.15 μm or more. On the other hand, if D 50 is 5μm or less, to the size of the zirconia powder is not excessively large relative to the wavelength of light, it is possible to obtain a high reflectivity. From the viewpoint of obtaining a higher reflectance, D 50 is preferably 3 μm or less, and more preferably 1.5 μm or less.
なお、工業的に入手可能なジルコニア粉末の中には、非常に小さい1次粒子(典型的には0.05μm以下)が凝集することにより比較的大きな2次粒子(典型的には0.05μm〜5μm程度)を形成するものがある。高い反射率を得るためには1次粒子径よりも2次粒子径が重要となることから、ジルコニア粉末が2次粒子からなる場合、2次粒子のD50が0.05〜5μmであることが好ましい。より高い反射率を得る観点から、2次粒子のD50は、0.1μm以上が好ましく、0.15μm以上がより好ましい。一方、高い反射率を得る観点から、2次粒子のD50は、3μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましい。 In industrially available zirconia powder, relatively small secondary particles (typically 0.05 μm) are formed by aggregation of very small primary particles (typically 0.05 μm or less). There are some that form (about 5 μm). Since the secondary particle diameter is more important than the primary particle diameter in order to obtain a high reflectivity, when the zirconia powder is composed of secondary particles, that D 50 of the secondary particles is 0.05~5μm Is preferred. From the viewpoint of obtaining a higher reflectance, the D 50 of the secondary particles is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.15 μm or more. On the other hand, from the viewpoint of obtaining a high reflectance, the D 50 of the secondary particles is preferably 3 μm or less, and more preferably 1.5 μm or less.
ガラスセラミックス組成物は、基本的にジルコニア粉末以外の高屈折フィラーを含まないことが好ましいが、ジルコニア粉末以外の高屈折フィラーを合計で3質量%以下含有してもよい。ジルコニア粉末以外の高屈折フィラーとしては、屈折率が1.95を超えるものが挙げられ、例えばチタニアの他、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カリウム等のチタン化合物、チタンやジルコニウムを主成分とするその他の複合材が挙げられる。 It is preferable that the glass ceramic composition basically does not contain a high refractive filler other than zirconia powder, but may contain 3% by mass or less of high refractive fillers other than zirconia powder in total. Examples of highly refractive fillers other than zirconia powder include those having a refractive index exceeding 1.95. For example, titania, titanium compounds such as barium titanate, strontium titanate, and potassium titanate, and titanium or zirconium as a main component. And other composite materials.
ジルコニア粉末以外の高屈折フィラーについても、ジルコニア粉末と同様にD50は0.05〜5μmが好ましい。ジルコニア粉末以外の高屈折フィラーのD50は、0.1μm以上が好ましく、0.15μm以上がより好ましい。また、ジルコニア粉末以外の高屈折フィラーのD50は、3μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましい。 As for the high refractive filler other than the zirconia powder, the D 50 is preferably 0.05 to 5 μm like the zirconia powder. D 50 of the high refractive filler other than zirconia powder is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.15 μm or more. Further, D 50 of the high refractive filler other than zirconia powder is preferably 3 μm or less, and more preferably 1.5 μm or less.
次に、ホウケイ酸系ガラス粉末の各成分について説明する。 Next, each component of the borosilicate glass powder will be described.
SiO2は、ガラスの結晶化を抑制して安定性を向上させるとともに、耐酸性を向上させる成分であり必須成分である。ホウケイ酸系ガラス粉末におけるSiO2の含有量は45質量%以上である。45質量%未満の場合、焼成時に結晶が析出して焼結体が反りやすく、また耐酸性も十分でなくなるおそれがある。より安定性、耐酸性に優れたものとする観点から、SiO2の含有量は47質量%以上が好ましい。 SiO 2 is a component and an essential component that suppresses crystallization of glass to improve stability and improve acid resistance. The content of SiO 2 in the borosilicate glass powder is 45% by mass or more. If it is less than 45% by mass, crystals may precipitate during firing, the sintered body tends to warp, and acid resistance may not be sufficient. From the viewpoint of more excellent stability and acid resistance, the content of SiO 2 is preferably 47% by mass or more.
一方、ホウケイ酸系ガラス粉末におけるSiO2の含有量は65質量%以下である。65質量%を超える場合、溶解性が低下するために均質なガラスを安価に生産することが難しく、またガラスの焼結性も低下するために緻密な焼結体を得られないおそれがある。より生産性、焼結性に優れたものとする観点から、SiO2の含有量は60質量%以下が好ましい。 On the other hand, the content of SiO 2 in the borosilicate glass powder is 65% by mass or less. When it exceeds 65% by mass, it is difficult to produce a homogeneous glass at low cost because the solubility is lowered, and there is a possibility that a dense sintered body cannot be obtained because the sinterability of the glass is also lowered. From the viewpoint of more excellent productivity and sintering properties, the content of SiO 2 is preferably 60% by mass or less.
B2O3はガラスの焼結性を向上させる成分であり必須成分である。ホウケイ酸系ガラス粉末におけるB2O3の含有量は5質量%以上である。5質量%未満の場合、ガラスの焼結性が低下するために緻密な焼結体を得られないおそれがある。より焼結性に優れたものとする観点から、B2O3の含有量は、6質量%以上が好ましく、7質量%以上がより好ましい。 B 2 O 3 is a component that improves the sinterability of glass and is an essential component. The content of B 2 O 3 in the borosilicate glass powder is 5% by mass or more. When the amount is less than 5% by mass, the sintered property of the glass is lowered, so that there is a possibility that a dense sintered body cannot be obtained. From the viewpoint of further improving the sinterability, the content of B 2 O 3 is preferably 6% by mass or more, and more preferably 7% by mass or more.
一方、ホウケイ酸系ガラス粉末におけるB2O3の含有量は20質量%以下である。20質量%を超える場合、ガラスが分相しやすくなるために焼結体を安定して量産することができないおそれがあり、また耐酸性も十分でなくなるおそれがある。より安定して量産でき、耐酸性に優れたものとする観点から、B2O3の含有量は、15質量%以下が好ましく、11質量%以下がより好ましい。 On the other hand, the content of B 2 O 3 in the borosilicate glass powder is 20% by mass or less. If it exceeds 20% by mass, the glass tends to undergo phase separation, so that there is a possibility that the sintered body cannot be stably mass-produced, and the acid resistance may not be sufficient. From the viewpoint of more stable mass production and excellent acid resistance, the content of B 2 O 3 is preferably 15% by mass or less, and more preferably 11% by mass or less.
Al2O3はガラスの分相を抑制して安定性を向上させる成分であり必須成分である。ホウケイ酸系ガラス粉末におけるAl2O3の含有量は5質量%以上である。Al2O3の含有量が5質量%未満の場合、ガラスが分相しやすくなるために焼結体を安定して量産することができないおそれがある。より分相しにくいものとする観点から、Al2O3の含有量は、6質量%以上が好ましく、7質量%以上がより好ましい。 Al 2 O 3 is a component that suppresses the phase separation of glass and improves stability, and is an essential component. The content of Al 2 O 3 in the borosilicate glass powder is 5% by mass or more. When the content of Al 2 O 3 is less than 5% by mass, the glass tends to be phase-separated, so that there is a possibility that the sintered body cannot be mass-produced stably. From the viewpoint of making phase separation more difficult, the content of Al 2 O 3 is preferably 6% by mass or more, and more preferably 7% by mass or more.
一方、ホウケイ酸系ガラス粉末におけるAl2O3の含有量は25質量%以下である。Al2O3の含有量が25質量%を超える場合、焼成時にアノーサイト(SiO2−Al2O3−CaO)に代表される結晶が析出して焼結体が反りやすくなり、また耐酸性も十分でなくなるおそれがある。より結晶の析出が少なく、また耐酸性に優れたものとする観点から、Al2O3の含有量は、22質量%以下が好ましく、19質量%以下がより好ましい。 On the other hand, the content of Al 2 O 3 in the borosilicate glass powder is 25% by mass or less. When the content of Al 2 O 3 exceeds 25% by mass, crystals represented by anorthite (SiO 2 —Al 2 O 3 —CaO) are precipitated during firing, and the sintered body tends to warp, and acid resistance May not be sufficient. The content of Al 2 O 3 is preferably 22% by mass or less, and more preferably 19% by mass or less from the viewpoint of further reducing crystal precipitation and excellent acid resistance.
CaOはガラスの溶融温度を低下させるとともに、焼結性を向上させる成分であり必須成分である。ホウケイ酸系ガラス粉末におけるCaOの含有量は15質量%以上である。CaOの含有量が15質量%未満の場合、ガラスの焼結性が低下するために緻密な焼結体を得られないおそれがある。より緻密な焼結体を得る観点から、CaOの含有量は、18質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。 CaO is a component that lowers the melting temperature of the glass and improves the sinterability and is an essential component. The content of CaO in the borosilicate glass powder is 15% by mass or more. When the content of CaO is less than 15% by mass, the sinterability of the glass is lowered, so that there is a possibility that a dense sintered body cannot be obtained. From the viewpoint of obtaining a denser sintered body, the CaO content is preferably 18% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more.
一方、CaOの含有量は35質量%以下である。CaOの含有量が35質量%を超える場合、焼成時にアノーサイトに代表される結晶が析出するために焼結体が反りやすくなり、また耐酸性も十分でなくなるおそれがある。より結晶の析出が少なく、また耐酸性に優れたものとする観点から、CaOの含有量は、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。 On the other hand, the content of CaO is 35% by mass or less. When the content of CaO exceeds 35% by mass, crystals typified by anorthite are precipitated during firing, so that the sintered body tends to warp and acid resistance may not be sufficient. From the viewpoint of reducing crystal precipitation and excellent acid resistance, the CaO content is preferably 30% by mass or less, and more preferably 25% by mass or less.
ホウケイ酸系ガラス粉末には、CaOとともにSrOおよびBaOから選ばれる少なくとも1種を含有させることができる。SrO、BaOは、CaOと同様に溶融温度を低下させるとともに、焼結性を向上させる成分である。しかし、SrO、BaOはCaOよりも耐酸性を悪化させる傾向が強い。このため、SrO、BaOの含有量は、ホウケイ酸系ガラス粉末中、それぞれ6質量%以下であり、それぞれ3質量%以下が好ましい。さらに好ましくは、1質量%以下である。なお、CaO、SrO、およびBaOの合計した含有量は、ホウケイ酸系ガラス粉末中、15質量%以上35質量%以下である。 The borosilicate glass powder can contain CaO and at least one selected from SrO and BaO. SrO and BaO are components that lower the melting temperature and improve the sinterability as in CaO. However, SrO and BaO tend to deteriorate the acid resistance more than CaO. For this reason, content of SrO and BaO is 6 mass% or less in a borosilicate type glass powder, respectively, and 3 mass% or less is respectively preferable. More preferably, it is 1 mass% or less. The total content of CaO, SrO, and BaO is 15% by mass or more and 35% by mass or less in the borosilicate glass powder.
また、ホウケイ酸系ガラス粉末には、CaO、SrO、およびBaOとともに、MgOやZnOを含有させることができる。MgOやZnOは、CaO等と同様に焼結性を向上させる成分である。しかし、MgOやZnOはCaO等よりも、結晶化を促進する傾向が強い。MgO、ZnOの含有量は、ホウケイ酸系ガラス粉末中、それぞれ3質量%以下であり、それぞれ1質量%以下が好ましい。なお、CaO、SrO、BaO、MgO、およびZnOの合計した含有量は、ホウケイ酸系ガラス粉末中、15質量%以上35質量%以下である。 The borosilicate glass powder can contain MgO and ZnO together with CaO, SrO and BaO. MgO and ZnO are components that improve the sinterability like CaO and the like. However, MgO and ZnO tend to promote crystallization more than CaO or the like. The contents of MgO and ZnO are each 3% by mass or less, preferably 1% by mass or less, in the borosilicate glass powder. The total content of CaO, SrO, BaO, MgO, and ZnO is 15% by mass or more and 35% by mass or less in the borosilicate glass powder.
Li2O、Na2O、およびK2Oは、焼結性を向上させる成分であるが、ガラスの耐酸性を低下させる成分でもある。このためホウケイ酸系ガラス粉末におけるLi2O、Na2O、およびK2Oの合計した含有量は0.5質量%未満とする。より耐酸性に優れたガラスとする観点から、Li2O、Na2O、およびK2Oの合計した含有量は0.3質量%未満が好ましく、0.1質量%未満がより好ましく、特にLi2O、Na2O、およびK2Oの全てを含有しないことが好ましい。なお、Li2O、Na2O、およびK2Oの含有量が少ないと焼結性が低下しやすくなるが、上記したように焼結性を低下させるジルコニア粉末の含有量を、ガラスセラミックス組成物中、20質量%以下に抑制することで、実用上十分な反射率を有するものとしつつ、十分な焼結性を有するものとすることができる。
Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O are components that improve the sinterability, but are also components that reduce the acid resistance of the glass. Therefore, the total content of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O in the borosilicate glass powder is less than 0.5% by mass. From the viewpoint of making the glass more excellent in acid resistance, the total content of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O is preferably less than 0.3% by mass, more preferably less than 0.1% by mass, particularly It is preferable not to contain all of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O. Incidentally,
ホウケイ酸系ガラス粉末は、例えばFe2O3を含有していてもよい。しかし、Fe2O3は460nmの光を吸収することから、過度に含有量が多くなると、この波長の反射率が低下する。このためFe2O3の含有量は0.05質量%以下であり、0.03質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましく、実質的にFe2O3を含有しないことが好ましい。 The borosilicate glass powder may contain, for example, Fe 2 O 3 . However, since Fe 2 O 3 absorbs light of 460 nm, the reflectance at this wavelength decreases when the content is excessively increased. For this reason, the content of Fe 2 O 3 is 0.05% by mass or less, preferably 0.03% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or less, and substantially no Fe 2 O 3 is contained. preferable.
また、ガラスの化学的耐久性を向上させるために、ホウケイ酸系ガラス粉末にZrO2、La2O3、Gd2O3等を含有させることもできる。これらの成分の合計した含有量は、ホウケイ酸系ガラス粉末中、5質量%以下であり、4質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。なお、環境への負荷を考慮して、ホウケイ酸系ガラス粉末はPbOを含有しないものとする。
Further, in order to improve the chemical durability of the glass, it can also contain ZrO 2, La 2 O 3, Gd 2
ホウケイ酸系ガラス粉末は、通常、溶融法によって上記組成を有するガラスを製造した後、このガラスを粉砕することによって製造することができる。粉砕方法は、特に限定されるものではなく、乾式粉砕でもよいし湿式粉砕でもよい。湿式粉砕の場合には溶媒として水を用いることが好ましい。また粉砕にはロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を適宜用いることができる。ガラスは粉砕後、必要に応じて乾燥し、分級してもよい。 The borosilicate glass powder can be usually produced by producing a glass having the above composition by a melting method and then pulverizing the glass. The pulverization method is not particularly limited, and may be dry pulverization or wet pulverization. In the case of wet pulverization, it is preferable to use water as a solvent. For pulverization, a pulverizer such as a roll mill, a ball mill, or a jet mill can be appropriately used. After pulverization, the glass may be dried and classified as necessary.
ガラスセラミックス組成物は、ホウケイ酸系ガラス粉末、アルミナ粉末、およびジルコニア粉末、必要に応じてその他の成分を所定の質量割合で配合し、混合することによって調製することができる。ガラスセラミックス組成物は、通常、グリーンシート化して使用される。すなわち、ガラスセラミックス組成物、ポリビニルブチラールやアクリル樹脂等の樹脂、必要に応じてフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等の可塑剤等を配合、混合する。次に、この混合物にトルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤を添加してスラリーとし、このスラリーをドクターブレード法等によってポリエチレンテレフタレート等のフィルム上にシート状に成形する。さらに、シート状に成形されたものを乾燥させて溶剤を除去することによりグリーンシートとする。 The glass ceramic composition can be prepared by blending and mixing borosilicate glass powder, alumina powder, zirconia powder, and other components as required in a predetermined mass ratio. The glass ceramic composition is usually used as a green sheet. That is, a glass ceramic composition, a resin such as polyvinyl butyral or an acrylic resin, and a plasticizer such as dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, or butyl benzyl phthalate as necessary are blended and mixed. Next, a solvent such as toluene, xylene, or butanol is added to the mixture to form a slurry, and the slurry is formed into a sheet on a film of polyethylene terephthalate or the like by a doctor blade method or the like. Furthermore, it is set as a green sheet by drying what was shape | molded in the sheet form, and removing a solvent.
グリーンシートには必要に応じて、Agペースト等を用いたスクリーン印刷等によって配線パターンや貫通導体であるビア等が形成される。また、配線パターンの焼成により形成される配線導体等を保護するためのオーバーコートガラスをスクリーン印刷等によって形成してもよい。 If necessary, the green sheet is formed with a wiring pattern, a via that is a through conductor, or the like by screen printing using Ag paste or the like. Moreover, you may form the overcoat glass for protecting the wiring conductor etc. which are formed by baking of a wiring pattern by screen printing etc.
グリーンシートは、焼成後、所望の形状に加工することによってLED素子用基板とすることができる。ここで、LED素子用基板は、1枚のグリーンシートを焼成したものとしてもよいし、複数枚のグリーンシートを重ねて焼成したものとしてもよい。焼成は、通常、850〜950℃で20〜60分間保持して行われる。より好ましい焼成温度は860〜940℃である。Agの融点が960℃程度であることから、950℃以下で焼成することで、焼成時のAgの軟化を抑制し、配線パターンやビア等の形状を維持しやすくなる。 The green sheet can be made into a substrate for an LED element by processing into a desired shape after firing. Here, the LED element substrate may be obtained by firing one green sheet, or may be obtained by stacking and firing a plurality of green sheets. Baking is normally performed by holding at 850 to 950 ° C. for 20 to 60 minutes. A more preferable firing temperature is 860 to 940 ° C. Since the melting point of Ag is about 960 ° C., baking at 950 ° C. or lower suppresses the softening of Ag during baking and facilitates maintaining the shape of the wiring pattern, vias, and the like.
LED素子用基板には、必要に応じて配線導体の保護等のためのメッキを行うことが好ましい。LED素子用基板は、メッキ液の汚染による生産性の低下を抑制する観点から、後述する測定方法によって求められる耐酸性(溶出量)が600μg/cm2以下であることが好ましく、300μg/cm2以下であることがより好ましい。また、LED素子用基板は、配線導体の硫化を抑制することのできる十分なガスバリア性を有するものとする観点から、後述する測定方法によって求められる吸水率が3%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましい。 The LED element substrate is preferably plated for protection of the wiring conductor as required. The LED element substrate preferably has an acid resistance (elution amount) of 600 μg / cm 2 or less, and 300 μg / cm 2 , which is obtained by a measurement method described later, from the viewpoint of suppressing a decrease in productivity due to contamination of the plating solution. The following is more preferable. In addition, the LED element substrate preferably has a water absorption rate of 3% or less, which is required by a measurement method described later, from the viewpoint of having sufficient gas barrier properties capable of suppressing the sulfidation of the wiring conductor. % Or less is more preferable.
さらに、LED素子用基板は、実用上十分な光学特性とする観点から、後述する測定方法によって求められる反射率が85%以上であることが好ましく、86%以上であることがより好ましく、87%以上であることがさらに好ましい。また、LED素子用基板は、焼成時(製造時)の反りを抑制する観点から、ガラス相の結晶化率が体積比で60%以下であることが好ましく、35%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。ここで、結晶化率とは、ガラス相における結晶質領域の存在割合(体積割合)を指す。結晶化率は、例えば、作製したLED素子用基板のX線回折を測定し、アルミナ粒子(あるいはジルコニア粒子)による回折ピーク強度と、ガラス相から析出した結晶による回折ピーク強度の比率を評価することによって求めることができる。あるいは、作製したLED素子基板の断面を、電子顕微鏡で観察し、析出した結晶と、非晶質領域の面積比を評価することによっても結晶化度を求めることが可能である。 Further, the LED element substrate preferably has a reflectance of 85% or more, more preferably 86% or more, more preferably 87%, from the viewpoint of practically sufficient optical characteristics. More preferably, it is the above. In addition, the LED element substrate preferably has a glass phase crystallization ratio of 60% or less, more preferably 35% or less, from the viewpoint of suppressing warping during firing (during manufacturing). More preferably, it is 15% or less. Here, the crystallization rate refers to the existence ratio (volume ratio) of the crystalline region in the glass phase. The crystallization rate is measured, for example, by measuring the X-ray diffraction of the produced LED element substrate and evaluating the ratio between the diffraction peak intensity due to alumina particles (or zirconia particles) and the diffraction peak intensity due to crystals precipitated from the glass phase. Can be obtained. Alternatively, the degree of crystallinity can also be obtained by observing a cross section of the produced LED element substrate with an electron microscope and evaluating the area ratio between the precipitated crystal and the amorphous region.
このようなLED素子用基板は、LEDパッケージ(発光装置)の製造に好適に用いることができる。LEDパッケージは、少なくとも上記したLED素子用基板と、このLED素子用基板に搭載されたLED素子とを具備するものである。このようなLEDパッケージは、例えば携帯電話や大型液晶TV等のバックライトに好適に用いることができる。 Such a substrate for an LED element can be suitably used for manufacturing an LED package (light emitting device). The LED package includes at least the above-described LED element substrate and the LED element mounted on the LED element substrate. Such an LED package can be suitably used for a backlight of, for example, a mobile phone or a large liquid crystal TV.
図1は、上記したLED素子用基板を有するLEDパッケージの一例を示す断面図である。LEDパッケージ1は、例えば略平板状のLED素子用基板2を有しており、その略中央部に設けられる搭載部21に接着剤3を介してLED素子4が搭載されている。LED素子用基板2は、搭載部21の周辺に一対の接続端子22を有しており、この接続端子22にLED素子4の図示しない一対の電極がボンディングワイヤ5を介して電気的に接続されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an LED package having the above-described LED element substrate. The LED package 1 has, for example, a substantially flat
LED素子用基板2の内部には、一対の接続端子22と電気的に接続するように通電用ビア23が厚さ方向に貫通して設けられており、この通電用ビア23と電気的に接続するように一対の外部電極端子24が設けられている。また、搭載部21の直下には、サーマルビア25が貫通して設けられている。さらに、LED素子4や接続端子22を覆うようにしてモールド材6が設けられることによって、LEDパッケージ1が構成されている。
Inside the
このようなLED素子用基板2における接続端子22には、例えば接続端子22を保護するために、あるいはボンディングワイヤ5との接続を容易にするためにメッキが施される。このLED素子用基板2によれば、上記したガラスセラミックス組成物からなるために耐酸性に優れており、メッキ液の汚染による生産性の低下を抑制することができる。また、このLED素子用基板2によれば、実用上十分な反射率を有するためにLEDパッケージ1に好適に用いることができる。さらに、このLED素子用基板2によれば、十分な緻密さ(ガスバリア性)を有しており、配線導体の硫化等を有効に抑制することができる。
For example, the
(実施例1〜5、比較例1〜4)
表1のガラス粉末の欄に示す質量割合となるように原料を配合、混合し、この混合物を白金ルツボに入れて1500〜1600℃で60分間溶融後、溶融ガラスを冷却してガラスブロックを得た。ガラスブロックをアルミナ製ボールミルにより水を溶媒として20〜60時間粉砕し、ホウケイ酸系ガラス粉末を得た。島津製作所社製のレーザ回折式粒度分布測定装置(SALD2100)を用いてホウケイ酸系ガラス粉末のD50を測定したところ、いずれも2.0μmであった。
(Examples 1-5, Comparative Examples 1-4)
The raw materials are blended and mixed so that the mass ratio shown in the column of the glass powder in Table 1 is obtained. The mixture is put in a platinum crucible and melted at 1500 to 1600 ° C. for 60 minutes, and then the molten glass is cooled to obtain a glass block. It was. The glass block was pulverized with an alumina ball mill for 20 to 60 hours using water as a solvent to obtain a borosilicate glass powder. When the D 50 of the borosilicate glass powder was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD2100) manufactured by Shimadzu Corporation, all were 2.0 μm.
次に、表1のガラスセラミックス組成物の欄に示す質量割合となるようにホウケイ酸系ガラス粉末、アルミナ粉末、およびジルコニア粉末を配合、混合して混合物を得た。なお、アルミナ粉末は、昭和電工社製のAL47−H(D50=2.1μm)を用いた。また、ジルコニア粉末は、部分安定化ジルコニア粉末である第一稀元素化学工業社製のHSY−3F−J(D50=0.56μm)を用いた。 Next, a borosilicate glass powder, an alumina powder, and a zirconia powder were blended and mixed so that the mass ratio shown in the column of the glass ceramic composition in Table 1 was obtained to obtain a mixture. Incidentally, the alumina powder was used Showa Denko Co. AL47-H (D 50 = 2.1μm ). Further, the zirconia powder was used portion is a stabilized zirconia powder manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., HSY-3F-J (D 50 = 0.56μm).
この混合物50gに、有機溶剤(トルエン、キシレン、2−プロパノール、2−ブタノールを質量比4:2:2:1で混合したもの)15g、可塑剤(フタル酸ジ−2−エチルヘキシル)2.5g、樹脂(デンカ社製ポリビニルブチラールPVK#3000K)5g、および分散剤(ビックケミー社製DISPERBYK180)を混合してスラリーとした。このスラリーをPETフィルム上にドクターブレード法により塗布し、乾燥して厚さが0.2mmのグリーンシートを得た。 50 g of this mixture, 15 g of an organic solvent (toluene, xylene, 2-propanol, 2-butanol mixed at a mass ratio of 4: 2: 2: 1), and 2.5 g of a plasticizer (di-2-ethylhexyl phthalate) Then, 5 g of a resin (polyvinyl butyral PVK # 3000K manufactured by Denka) and a dispersant (DISPERBYK180 manufactured by BYK Chemie) were mixed to obtain a slurry. This slurry was applied onto a PET film by a doctor blade method and dried to obtain a green sheet having a thickness of 0.2 mm.
次に、このようなグリーンシートからなる焼結体について、以下に示す方法によって反射率、吸水率、および耐酸性の評価を行った。結果を表1に併せて示す。 Next, the sintered body made of such a green sheet was evaluated for reflectivity, water absorption, and acid resistance by the following methods. The results are also shown in Table 1.
(反射率)
反射率は以下の方法で測定した。すなわち、一辺が30mm程度の正方形のグリーンシートを1枚としたもの、2枚積層したもの、3枚積層したものについてそれぞれ925℃で30分間保持する焼成を行い、厚みが、140μm、280μm、420μm程度の3種類の焼結体を得た。これらの焼結体の反射率を、オーシャンオプティクス社の分光器USB2000と小型積分球ISP−RFを用いて測定し、厚みに関して線形補完することで、厚み300μmの焼結体の反射率(単位:%)を算出した。反射率は波長460nmにおけるものとし、リファレンスとしては硫酸バリウムを使用した。
(Reflectance)
The reflectance was measured by the following method. In other words, a square green sheet having a side of about 30 mm, a stack of two sheets, a stack of three sheets, and a stack of three sheets are each fired by holding at 925 ° C. for 30 minutes, and the thicknesses are 140 μm, 280 μm, and 420 μm. Three types of sintered bodies were obtained. The reflectance of these sintered bodies was measured using a spectroscope USB2000 and a small integrating sphere ISP-RF manufactured by Ocean Optics, and linearly complemented with respect to the thickness, whereby the reflectance of the sintered body having a thickness of 300 μm (unit: %) Was calculated. The reflectance was at a wavelength of 460 nm, and barium sulfate was used as a reference.
(吸水率)
吸水率は以下の方法で測定した。すなわち、一辺が40mm程度の正方形のグリーンシートを6枚積層したものに対して925℃で30分間保持する焼成を行って焼結体を得た。この焼結体を0.1気圧以下の減圧下において水に1時間浸漬し、その吸水量を焼結体(浸漬前)の質量に対する割合として求めた。吸水率は、焼結体の焼結性、すなわち緻密さ(ガスバリア性)を簡易に評価する指標となる。通常、吸水率が3%以下、より好ましくは1%以下であれば、十分な緻密さを有しており、例えば表面に形成された配線導体の硫化を十分に抑制することができる。
(Water absorption rate)
The water absorption was measured by the following method. In other words, a sintered body was obtained by firing the laminate of six square green sheets each having a side of about 40 mm at 925 ° C. for 30 minutes. The sintered body was immersed in water for 1 hour under a reduced pressure of 0.1 atm or less, and the amount of water absorption was determined as a ratio to the mass of the sintered body (before immersion). The water absorption rate is an index for easily evaluating the sinterability, that is, the denseness (gas barrier property) of the sintered body. Usually, if the water absorption is 3% or less, more preferably 1% or less, it has sufficient density, and for example, sulfidation of the wiring conductor formed on the surface can be sufficiently suppressed.
(耐酸性)
一辺が40mm程度の正方形のグリーンシートを6枚積層したものに対して925℃で30分間保持する焼成を行って、厚さが0.85mm程度の焼結体を得た。この焼結体の質量を測定した。次に、焼結体を温度が85℃、pHが1.68のシュウ酸溶液に1時間浸漬した後、取り出して超音波洗浄を行い、さらに120℃で1時間乾燥させて質量を測定した。シュウ酸溶液への浸漬前の質量から浸漬後の質量を減じ、さらに焼結体の表面積で除した値を耐酸性の指標とした。この耐酸性の値が小さいほど、シュウ酸溶液への溶出が少なく、耐酸性が良好であることを示している。メッキが施されたLED素子用基板を大量生産する場合のメッキ液の汚染を有効に抑制する観点から、耐酸性の値は600μg/cm2以下が好ましく、300μg/cm2以下がより好ましい。
(Acid resistance)
A stack of six square green sheets having a side of about 40 mm was fired at 925 ° C. for 30 minutes to obtain a sintered body having a thickness of about 0.85 mm. The mass of this sintered body was measured. Next, the sintered body was immersed in an oxalic acid solution having a temperature of 85 ° C. and a pH of 1.68 for 1 hour, then taken out, subjected to ultrasonic cleaning, and further dried at 120 ° C. for 1 hour to measure the mass. A value obtained by subtracting the mass after the immersion from the mass before the immersion in the oxalic acid solution and dividing by the surface area of the sintered body was used as an acid resistance index. The smaller the acid resistance value, the less elution into the oxalic acid solution, indicating better acid resistance. From effectively suppressing contamination of the plating solution when the plating mass production of LED device substrate that has been subjected to, the value of acid resistance is preferably 600 [mu] g / cm 2 or less, 300 [mu] g / cm 2 or less being more preferred.
表1から明らかなように、特定組成のホウケイ酸系ガラス粉末、アルミナ粉末、およびジルコニア粉末を所定の範囲内で含有するガラスセラミックス組成物からなる実施例1〜5の焼結体については、85%以上の反射率を得られることがわかる。また、実施例1〜5の焼結体については、緻密さ、耐酸性も十分であることがわかる。 As is apparent from Table 1, the sintered bodies of Examples 1 to 5 made of glass ceramic compositions containing a specific composition of borosilicate glass powder, alumina powder, and zirconia powder within a predetermined range are 85. It can be seen that a reflectance of% or more can be obtained. In addition, it can be seen that the sintered bodies of Examples 1 to 5 have sufficient denseness and acid resistance.
一方、実施例1と同様のホウケイ酸系ガラス粉末を用い、ジルコニア粉末を含有しないガラスセラミックス組成物からなる比較例1の焼結体については、緻密さおよび耐酸性は十分であるものの、85%以上の反射率を得られないことがわかる。また、実施例1と同様のホウケイ酸系ガラス粉末を用い、過度のジルコニア粉末を含有するガラスセラミックス組成物からなる比較例2の焼結体については、85%以上の反射率を得られ、耐酸性も十分であるが、緻密さが低下することがわかる。 On the other hand, for the sintered body of Comparative Example 1 using the same borosilicate glass powder as in Example 1 and comprising a glass ceramic composition containing no zirconia powder, the compactness and acid resistance are sufficient, but 85% It can be seen that the above reflectance cannot be obtained. Moreover, about the sintered compact of the comparative example 2 which consists of the glass-ceramics composition which contains the excessive zirconia powder using the borosilicate type | system | group glass powder similar to Example 1, the reflectance of 85% or more is obtained, and acid resistance It can be seen that the density is reduced, though the properties are sufficient.
さらに、実施例2と同様のホウケイ酸系ガラス粉末を用い、ジルコニア粉末を含有しないガラスセラミックス組成物からなる比較例3の焼結体については、緻密さおよび耐酸性は十分であるものの、85%以上の反射率を得られないことがわかる。また、Na2OおよびK2Oを含有するホウケイ酸系ガラス粉末を用い、過度のジルコニア粉末を含有するガラスセラミックス組成物からなる比較例4の焼結体については、85%以上の反射率を得られ、緻密さも十分であるが、耐酸性が大幅に低下することがわかる。
Furthermore, although the borosilicate glass powder similar to that of Example 2 was used and the sintered body of Comparative Example 3 made of a glass ceramic composition containing no zirconia powder had sufficient density and acid resistance, 85% It can be seen that the above reflectance cannot be obtained. Further, using a borosilicate glass
1…LEDパッケージ(発光装置)
2…LED素子用基板
4…LED素子
1 ... LED package (light emitting device)
2 ...
Claims (4)
前記ホウケイ酸系ガラス粉末が、酸化物換算で、SiO2を45〜65質量%、B2O3を5〜20質量%、Al2O3を5〜25質量%、およびCaOを15〜35質量%含有し、Li2O、Na2O、およびK2Oを含有しない、あるいはLi2O、Na2O、およびK2Oの合計した含有量が0.5質量%未満であることを特徴とするガラスセラミックス組成物。 Glass ceramic composition used for manufacturing a substrate for mounting a light-emitting diode element, comprising 30-50 mass% borosilicate glass powder, 35-60 mass% alumina powder, and 10-20 mass% zirconia powder A thing,
The borosilicate glass powder, in terms of oxide, the SiO 2 45 to 65 wt%, the B 2 O 3 5 to 20 wt%, Al 2 O 3 5 to 25 wt%, and the CaO 15 to 35 containing mass%, Li 2 O, Na 2 O, and K do not contain 2 O, or Li 2 O, Na 2 O, and the total content of K 2 O is to be less than 0.5 wt% A glass ceramic composition characterized.
請求項1または2記載のガラスセラミックス組成物を成形および焼成してなることを特徴とする発光ダイオード素子用基板。 A substrate for mounting a light emitting diode element,
A substrate for a light emitting diode element, which is obtained by molding and firing the glass ceramic composition according to claim 1.
前記発光ダイオード素子用基板が請求項3記載の発光ダイオード素子用基板であることを特徴とする発光装置。 A light emitting device comprising: a light emitting diode element substrate; and a light emitting diode element mounted on the light emitting diode element substrate,
4. The light emitting device according to claim 3, wherein the light emitting diode element substrate is the light emitting diode element substrate according to claim 3.
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