JP5574900B2 - 発光素子搭載用基体および発光装置 - Google Patents
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Description
素子が搭載される一方の主面側に位置する第1の表層と他方の主面側に位置する第2の表層とを有し、単位面積あたりの円相当径0.8μm以上の気孔数が、前記第1の表層から前
記第2の表層に向かって漸次減少していることを特徴とするものである。
第2の表層の気孔数が6950個以上8400個以下であることを特徴とするものである。
m2あたりにおいて、前記第1の表層の気孔率が、2.5%以上4.5%以下であるとともに、前記第2の表層の気孔率が1.8%以上2.2%以下であることを特徴とするものである。
である。
相当径0.8μm以上の気孔数よりも多いので、発光素子からの光が発光素子搭載用基体に
入射しても、入射光は、セラミックス内部、特に第1の表層の気孔によって拡散反射されやすく、発光素子搭載用基体の反射率を向上させることができる。さらに、第2の表層の単位面積あたりの円相当径0.8μm以上の気孔数が、第1の表層の単位面積あたりの円相
当径0.8μm以上の気孔数より少ないので発光素子搭載用基体の強度を保持できる。
)が、第2の表層の単位面積あたりの円相当径0.8μm以上の気孔数(以下、第2の表層
の気孔数と略す場合がある)よりも多いことが重要である。なお、本実施形態では、発光素子搭載用基体1の厚み方向に3等分したときの中間層を除くものを表層とする。
1によって反射する反射光13a,13b,13c,13d,13e,13fと発光素子搭載用基体1を透過して入射と反対側から出てくる透過光12となる。入射光11は一部が主面1aで入射角度に対し同じ角度で逆方向に反射される正反射光13aと、主面1aで不特定な方向へ反射される拡散反射光13bとなるが、残りは発光素子搭載用基体1内を進行する。そして、発光素子搭載用基体1の内部を進行した光は、発光素子搭載用基体1内でセラミック粒子4,気孔6またはガラス相5で反射,透過および屈折しながら、正反射光13cおよび13eに示すように、光の進行方向にセラミック粒子4および気孔6がないときには、発光素子搭載用基体1の外部へ反射されるが、光の進行方向にセラミック粒子4や気孔6があるときには、拡散反射光13dおよび13fに示すように、発光素子搭載用基体1内で反射,透過および屈折を繰り返してから、発光素子搭載用基体1の外部へ反射される。なお、発光素子搭載用基体1内のセラミック粒子4や気孔6などを拡散反射することなく進行した光の一部は主面1aとは反対の他方の主面1b(不図示)から透過して出てくる透過光12となる。発光素子搭載用基体1の光の反射率を大きくするには、内部の正反射光13cおよび13eや拡散反射光13dおよび13fを増やして外部に反射するようにするか、他方の主面1bから透過して出てくる透過光12を少なくすることが必要である。
愛した。
表層の気孔数が10299個以上12950個以下であり、第2の表層の気孔数が6950個以上8400個以下であることが好ましい。
とができるので、反射光13を増加させる傾向がある。また、第2の表層に存在する気孔6は、その気孔径の分布が円相当径0.8〜1.6μmの間に累積相対度数が71%以上であると、機械的強度がより高く保持できる傾向があるので好ましい。
解析装置を用いて解析して数値化する。具体的には、画像解析のソフトウェアには(株)三谷商事製の型名Win ROOFを使用し、9.074×105μm2の表面積に対して、円
相当径0.8μmを閾値として各測定値を算出すればよい。なお、平均気孔径,気孔数,気
孔率および気孔分布の測定は、表面1aおよび1bから深さ方向に複数箇所測定して、そ
れらの測定値の平均をとってもかまわない。
とともに回転ミルに投入して混合する。次に、これにポリビニルアルコールまたはポリエチレングリコールまたはアクリル樹脂またはブチラール樹脂等の成形用バインダを、混合粉末100質量%に対して4〜8質量%程度を添加し、高純度のアルミナボールを用いて、
さらに回転ミルで混合してスラリーを得る。次に、このスラリーを用いて、ドクターブレード法や、このスラリーをスプレードライヤ等を用いて粉体としてロールコンパクション法によってセラミックスのシートを形成する。次に、製品形状とするための金型による加工もしくはレーザ加工によって未焼成の成形体を作製する。このとき成形体は、最終的に発光素子が搭載される発光素子搭載用基体1の単品でも良いが、量産性を考慮すれば多数個取りの成形体とするのがより好ましい。そして、得られた成形体を、大気(酸化)雰囲気の焼成炉(例えば、ローラー式トンネル炉,バッチ式雰囲気炉およびプッシャー式トンネル炉)を用いて、最高温度が約1470〜1540℃となるように設定して焼成することによって、本発明の発光素子搭載用基体1を作製することができる。
SiO2)と、酸化カルシウム(CaO)および酸化マグネシウム(MgO)の少なくとも1種の粉末とを準備する。そして、各粉末の合計含有量が100質量%となるように秤量
した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールを用いて混合する。なお、本実施例では、酸化珪素(SiO2),酸化カルシウム(CaO)および酸化マグネシウム(MgO)を第2成分とする。
バインダの添加量は、4〜8質量%の範囲内であれば、成形体の強度や可撓性に問題が発生しにくく、また、焼成時に成形用バインダの脱脂が不十分となることによる不具合も発生しにくい傾向があるのでよい。
子搭載用基体1と同じ未焼成の材料で焼成後の厚みが0.8mmのものを使用し、最高温度
が1500℃で焼成時間を9時間で焼成した。また、試料No.13は、厚みは0.6mmで、焼
成時に下敷きは使用せず、最高温度が1500℃で焼成時間を2.5時間で焼成した。
ものを密着液として用いて、約40℃の温度下で約0.5Paの加圧力で接着させたあと、試
料No.102または104と同じ下敷き41を用いて焼成することにより作製した積層品である。また、焼結体の試料No.12は、焼結体の試料No.4−1と同一のものであるが、試料に発光装置を載置するときに、一方の主面1aと他方の主面1bを反対にして用いたものである。また、試料No.13は、No.104の成形体を用いて作製した。
を用いて数値化した。具体的には、金属顕微鏡には(株)キーエンス製のマイクロスコープ 型名VHX−500を用い、CCDカメラには(株)ニコン製のデジタルSIGHT
型名DS−2Mvを用いて、画像解析のソフトウェアには(株)三谷商事製の型名Win
ROOFを使用して、9.074×105μm2の表面積に対して、円相当径0.8μmを閾値として各測定値を算出した。なお、測定数は各試料数1個で、1回毎の測定面積が2.2685×105μm2であり、計4箇所を測定して、測定総面積が9.074×105μm2の表面積に対
する各データを求めた。
30mm、幅が10mm、厚みが0.6mmの板状体を作製し、板状体のスパンが20mmの中央
部に、0.5mm/分の荷重を印加し、板状体が破壊するまでの最大荷重を測定して、三点
曲げ強度を算出した(図示せず)。なお、測定数は試料数10個について測定し、その平均値を求めた。
,33の表面に、Sn−Pb(6:4半田)系で全体に対してAgを2質量%とした半田34を用い、フラックスは、ロジン系合成樹脂にケトンとアルコール系溶剤とを混合したもので、商品名がXA−100(タムラ化研(株)社製)を用い、225±5℃の温度でφ0.6mm
のメッキ導線(銅線にSnメッキ)35を半田付けして、測定用試料を準備した。次に、このメッキ導線35を7.62mm/分の速度で引っ張り、導体3,33が発光素子搭載用基体1から剥離するときの強度を測定して、板状体に対する導体の密着強度とした。この試験装置は、ダイ・シェアリング・テスタ(ANZA TECH社製 型番 520D)を使用した
。また、測定数は試料数10個について測定し、その平均値を求めた。なお、メッキ銅線35が導体3,33から剥離した場合はデータから除外し、導体33が発光素子搭載用基体1から剥離したときのみのデータを導体3,33の密着強度とした。
と重水素ランプとを使用し、波長範囲を200〜1000nmとし、測定範囲は拡散反射率(ス
リット20nm時7×9mm)としてフィルターやマスクの使用はなしで、反射率の基準として硫酸バリウム粉体を用いて測定した。なお、測定試料数は発光素子搭載用基体1の厚みが0.6mmのもの各1個について主面1aの1箇所について測定した。
があることから、厚膜ペーストの成分がガラス相に侵入しやすく、導体の密着強度が19MPa以上と高くなる傾向があった。
の気孔数よりも多い試料No.2,3,4−1,5,6,8,9および11は、第1の表層の気孔数が第2の表層の気孔数よりも少ない試料No.12に比べて、波長500nmにおけ
る反射率が高くなる傾向があった。さらに、第1の表層および第2の表層が共に比較的気孔数の多い試料No.13に比べて、試料No.2,3,4−1,5,6,8,9および11は、第2の表層の気孔数が少ないので、曲げ強度がより高く保持される傾向があった。
いて、第1の表層の気孔数が第2の表層の気孔数よりも多い試料No.2,3,4−1,5,6,8,9および11は、波長500nmにおける反射率がより高く、さらに、曲げ強度
がより高く保持されていることがわかった。
の気孔数が第2の表層の単位面積あたりの円相当径0.8μm以上の気孔数よりも多い試料
は、実施例1と同様に、良好な結果を得た。
の測定と、また、熱衝撃試験による板状体へのクラックの発生の確認を行った。なお、板状体の端面はクラックの原因となるようなキズを予め消去するために研磨面とした。この試験は、発光素子搭載用基体1として用いられたときに、発光素子2の発熱の繰り返しの熱ストレスを受けることにより問題が発生しないか確認するための信頼性試験である。
て実施例1と同様に測定した。また、試料No.11は、未焼成の成形体の積層品を焼成したものであるが、他方の主面1b側から厚み方向に約0.31mm研磨した面と、また同一群の試料No.11の一方の主面1a側から約0.31mm研磨した面を、それぞれ厚み方向の中間層の気孔数のデータとした。
たときの密着強度との関係を調査したが、ここでは、これらに加えて板状体の厚み、下敷きの厚みおよび焼成の最高温度を変化させた試料を作製して、気孔数,気孔率および気孔分布の累積相対度数と、曲げ強度,反射率および導体の密着強度との関係を調査した。なお、焼成の時間は、いずれも9時間で行った。
敷き41の厚みまたは、焼成の最高温度を表4に示すように各々変化させたものである。
密着強度の測定を行った。
の密着強度が19MPa以上であって、さらに、波長500nmの反射率が92%以上であるも
のを評価Aとし、このいずれかが評価Aの基準を超えていないものでも、曲げ強度が320
MPa以上,密着強度が15MPa以上,さらに、反射率が91%以上であるものは評価Bとし、曲げ強度が320MPa,密着強度が15MPaを超えないものを評価Cとした。
って、評価はAと良好な結果であった。
mにおける反射率はさらに高く、より良好であった。さらに、第1の表層の気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が75%以上である試料No.3,4−1,5,
6,8,9,4−4,4−7〜4−8,4−13〜4−17,4−20および4−21は、第1の表層の気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が75%未満である試料No
.2に比べて、波長500nmにおける反射率がよりいっそう高く、特に良好であった。
で、第1の表層の気孔数が10299個以上12950個以下であり、第2の表層の気孔数が6950個以上8400個以下であることが好ましく、また、第1の表層の気孔率が、2.5%以上4.5%以下であるとともに、第2の表層の気孔率が1.8%以上2.2%以下であることがより好ましく、さらに、第1の表層の気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が75%以
上であることが特に好ましいことがわかった。
1a:主面(一方の主面)、1b:主面(他方の主面)、1c:内部
2:発光素子
3:電極
3a:電極パッド、3b:電極パッド、3c:電極(表電極)、3d:電極(表電極)、3e:電極(貫通導電層)、3f:電極(貫通導電層)、3g:電極(裏電極)、3h:電極(裏電極)
4:セラミック粒子
5:ガラス相(粒界相)
6:気孔
6a:開気孔
7:界面(セラミック粒子とガラス相との界面)
8:界面(気孔とガラス相との界面)
10:成形体
11:入射光
12:透過光
13:反射光
13a:正反射光、13b:拡散反射光、13c:正反射光、13d:拡散反射光、13e:正反射光、13f:拡散反射光
21:発光装置
31:封止部材
31a:レンズ
32:ボンディングワイヤ
33:導体
34:半田
35:メッキ導線
40:焼成炉
41:下敷き
42:台板
43:ローラー
44:炉床
45:熱源
46:耐火外壁
Claims (7)
- セラミックスからなるセラミック基体であって、発光素子が搭載される一方の主面側に位置する第1の表層と他方の主面側に位置する第2の表層とを有し、単位面積あたりの円相当径0.8μm以上の気孔数が、前記第1の表層から前記第2の表層に向かって漸次減少していることを特徴とする発光素子搭載用基体。
- 前記セラミック基体が、94質量%以上97質量%以下の酸化アルミニウムと、酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種とを含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子搭載用基体。
- 前記単位面積が9.074×105μm2で、前記第1の表層の気孔数が10299個以上12950個以下であり、前記第2の表層の気孔数が6950個以上8400個以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子搭載用基体。
- 前記単位面積9.074×105μm2あたりにおいて、前記第1の表層の気孔率が、2.5%以上4.5%以下であるとともに、前記第2の表層の気孔率が1.8%以上2.2%以下であることを特徴とする請求項3に記載の発光素子搭載用基体。
- 前記第1の表層の気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が75%以上であることを特徴とする請求項4に記載の発光素子搭載用基体。
- 前記酸化珪素の含有量が1質量%以上3質量%以下であることを特徴とする請求項2に記載の発光素子搭載用基体。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の発光素子搭載用基体上に発光素子を載置したことを特徴とする発光装置。
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