JP5644771B2 - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に係り、特に発光素子が搭載される搭載面の平坦度に優れる発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に関する。
近年、発光ダイオード素子（チップ）の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶのバックライト等として発光ダイオード素子を用いた発光装置が使用されている。しかしながら、発光ダイオード素子の高輝度化に伴って発熱量が増加し、その温度が過度に上昇するために、必ずしも十分な発光輝度を得られない。このため発光ダイオード素子等の発光素子を搭載するための発光素子用基板として、発光素子から発生する熱を速やかに放散し、十分な発光輝度を得られるものが求められている。
従来、発光素子用基板として、例えばアルミナ基板が用いられている。また、アルミナ基板の熱伝導率が約１５〜２０Ｗ／ｍ・Ｋと必ずしも高くないことから、より高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板を用いることも検討されている。
しかしながら、窒化アルミニウム基板は、原料コストが高く、また難焼結性であることから高温焼成が必要となり、プロセスコストが高くなりやすい。さらに、窒化アルミニウム基板の熱膨張係数は４×１０−６〜５×１０−６／℃と小さく、汎用品である９×１０−６／℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板に実装した場合、熱膨張差により必ずしも十分な接続信頼性を得ることができない。
このような問題を解決するために、発光素子用基板として低温同時焼成セラミック基板（以下、ＬＴＣＣ基板という）を用いることが検討されている。ＬＴＣＣ基板は、ガラスとアルミナフィラーとからなり、これらの屈折率差が大きく、またこれらの界面が多く、その厚みが利用する波長より大きいことから、高い反射率が得られる。これにより、発光素子からの光を効率よく利用し、結果として発熱量を低減できる。また、光源による劣化の少ない無機酸化物からなるために、長期間に渡って安定した色調を保持できる。
また、ＬＴＣＣ基板の熱伝導率が必ずしも高くないことから、例えば発光素子が搭載される搭載面からその反対面である非搭載面に貫通するように金属等の高熱伝導材料からなるサーマルビアを設け、熱抵抗を低減させるものが知られている。サーマルビアとしては、例えば発光素子より小さいものを複数配置するものや、発光素子と略同等の大きさのものを１つのみ配置するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−４１２３０号公報
しかしながら、サーマルビアを設ける場合、搭載面に凹凸が発生しやすくなる。すなわち、ＬＴＣＣ基板を主として構成する基板本体とこれに埋設されるサーマルビアとの最適な焼結温度や収縮挙動が異なるために、その製造時、特に焼成時にサーマルビアが搭載面から突出あるいは陥没して凹凸を発生させる。通常、サーマルビアの突出等は、サーマルビアの中央部で最も大きく、またサーマルビア（径等）が大きくなるにつれて大きくなる。
一般に、発光素子は接着剤を用いて固定されており、搭載面に凹凸があると接着剤の使用量が多くなり、熱抵抗が増加する。また、搭載面に凹凸があると、発光素子が傾いて固定されるおそれがあり、その後のワイアボンディングにより損傷し、また光軸ずれが発生するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、発光素子が搭載される搭載面の平坦度に優れ、熱抵抗が小さく、また発光素子の傾きを抑制することのできる発光素子用基板の提供を目的としている。また、本発明は、上記発光素子用基板を用いた発光装置の提供を目的としている。
本発明者らの研究によれば、搭載面に達しないようにサーマルビアを設けることで、搭載面の平坦度を向上できることがわかった。また、搭載面に達しないようにサーマルビアを設けた場合、発光素子からサーマルビアまでの距離は長くなるものの、発光素子の密着度が向上するために、従来に比べて熱抵抗を低減できることがわかった。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の発光素子用基板は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、前記基板本体に埋設され、前記搭載面に達しないように前記搭載面の反対面である非搭載面から前記搭載面の近傍にかけて設けられるサーマルビアとを有し、前記搭載面から前記サーマルビアまでの距離が０．０７５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
前記搭載部における最高部と最低部との高低差は、１μｍ以下であることが好ましい。また、前記搭載部には、表面粗さＲａが０．４μｍ以下のガラス膜が設けられていることが好ましい。
前記セラミックスフィラーは、例えばアルミナ粉末、ジルコニア粉末、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物であることが好ましい。また、前記基板本体の抗折強度は２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
本発明の発光装置は、上記した本発明の発光素子用基板と、前記発光素子用基板の搭載部に搭載された発光素子とを有することを特徴とする。
本発明によれば、搭載面に達しないようにサーマルビアを設けることで、搭載面の平坦度を向上させることができ、熱抵抗が小さく、また発光素子の傾きを抑制できる発光素子用基板が得られる。また、本発明によれば、このような発光素子用基板に発光素子を搭載することで、十分な発光輝度が得られ、また発光素子の損傷や光軸ずれが抑制された発光装置が得られる。
本発明の発光素子用基板の一例を示す断面図。 図１に示す発光素子用基板の一部を拡大して示す断面図。 本発明の発光素子用基板の他の例を示す断面図。 本発明の発光装置の一例を示す断面図。 発光素子用基板の製造方法の一例を示す断面図。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の発光素子用基板は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、この基板本体に埋設され、搭載面に達しないように該搭載面の反対面である非搭載面から該搭載面の近傍にかけて設けられるサーマルビアとを有することを特徴とする。
本発明によれば、搭載面に達しないようにサーマルビアを設けることで、言い換えればサーマルビアの搭載面側を基板本体で覆うようにすることで、搭載面へのサーマルビアの影響を抑制し、その平坦度を向上させることができる。このようにして平坦度を向上させた場合、発光素子からサーマルビアまでの距離は長くなるものの、発光素子を搭載したときの密着度が向上するために、従来に比べて熱抵抗を低減できる。また、平坦度を向上させることで、発光素子を搭載したときの傾きを抑制でき、ワイアボンディングによる損傷や光軸ずれを抑制できる。
図１は、本発明の発光素子用基板１の一例を示す断面図である。発光素子用基板１は、発光素子用基板１を主として構成する略平板状の基板本体２を有している。基板本体２は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、一方の主面（図中、上側）が発光素子の搭載される搭載面２１となっており、この略中央部が実際に発光素子の搭載される搭載部２２となっている。また、他方の主面は、発光素子の搭載されない非搭載面２３とされている。基板本体２は、発光素子の搭載時、その後の使用時における損傷等を抑制する観点から、例えば抗折強度が２５０ＭＰａ以上となるものが好ましい。
搭載面２１には、発光素子と電気的に接続される接続端子３が設けられている。また非搭載面２３には、外部回路と電気的に接続される外部電極端子４が設けられている。そして、基板本体２の内部に、これら接続端子３と外部電極端子４とを電気的に接続する貫通導体５が設けられている。
熱抵抗を低減するためのサーマルビア６は、このような基板本体２の内部に埋設されている。サーマルビア６は、例えば搭載部２２より小さい柱状のものであり、搭載部２２の直下に複数設けられている。既に説明したように、本発明におけるサーマルビア６は、搭載面２１に達しないように、非搭載面２３から搭載面２１の近傍にかけて設けられている。このようなものとすることで、搭載面２１、特に搭載部２２の平坦度を向上させることができ、熱抵抗を低減し、また発光素子を搭載したときの傾きも抑制できる。
なお、サーマルビア６は、必ずしも搭載部２２の直下にある必要はなく、その近傍に設けられていてもよい。また、サーマルビア６は、必ずしも搭載部２２より小さいものである必要はなく、搭載部２２と略同様の大きさのものであってもよい。
搭載面２１からサーマルビア６までの距離Ｔは０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることがより好ましい。距離Ｔが０．０５ｍｍ未満の場合、搭載面２１にサーマルビア６の影響が及ぶおそれがあり、その平坦度が十分なものとならないおそれがある。一方、距離Ｔが０．２０ｍｍ、特に０．１５ｍｍを超える場合、搭載面２１へのサーマルビア６の影響は十分に抑制されるものの、発光素子からサーマルビア６までの距離が過度に長くなり、かえって熱抵抗が増加するおそれがある。
距離Ｔは、搭載面２１の平坦度を十分なものとしつつ、また発光素子からサーマルビア６までの距離を短縮して熱抵抗の低減されたものとする観点から、０．０７５ｍｍ以上０．１２５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。なお、サーマルビア６が複数存在する場合、個々のものが上記距離Ｔを満たすことが好ましい。
また、特に搭載部２２については、例えば図２に拡大して示すように、最高部と最低部との高低差Ｈが１μｍ以下であることが好ましい。ここで、最高部とは、搭載部２２の中で最も高い部分のことであり、通常はサーマルビア６が設けられている付近が最高部となる。一方、最低部とは、搭載部２２の中で最も低い部分のことであり、通常は隣接するサーマルビア６どうしの中間点付近が最低部となる。そして、高低差Ｈは、最高部と最低部との高さの差として求められる。
高低差Ｈは平坦度を現す指標となるものであり、このような高低差Ｈが１μｍ以下であれば、十分に熱抵抗の小さいものとなり、また発光素子の傾きも効果的に抑制される。高低差Ｈの調整は、通常、上記した搭載面２１からサーマルビア６までの距離Ｔを調整することにより行うことができ、例えば距離Ｔを０．０５ｍｍ以上とすることで、高低差Ｈを１μｍ以下とすることができる。
また、搭載部２２には、例えば図３に示すように表面粗さＲａが０．４μｍ以下のガラス膜７を設けることが好ましい。一般的なＬＴＣＣ基板の表面粗さＲａが１．０μｍ程度であることから、このようなガラス膜７を搭載部２２に設けることで、より平坦度を向上できる。なお、一般に基板本体２に比べてガラス膜７の反射率は低くなることから、ガラス膜７は搭載部２２のみに設け、それ以外の部分には設けないことが好ましい。また表面粗さＲａは算術平均粗さＲａのことであり、算術平均粗さＲａの値は、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４年）の３「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されるものである。
以上、本発明の発光素子用基板１について一例を挙げて説明したが、本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更することができる。既に説明したように、サーマルビア６の大きさ（径等）、個数、配置については、適宜変更できる。また、搭載面２１には、例えば発光素子の光を反射する枠体（リフレクタ）等を設けてもよい。
本発明の発光装置は、例えば図４に示すように、発光素子用基板１の搭載部２２に発光ダイオード素子等の発光素子１１が搭載されたものである。発光素子１１は、搭載部２２に接着剤１２を用いて固定され、その図示しない電極がボンディングワイヤ１３によって接続端子３に電気的に接続されている。そして、発光素子１１やボンディングワイヤ１３を覆うようにモールド材１４が設けられて発光装置１０が構成されている。
本発明の発光装置１０によれば、熱抵抗の小さい発光素子用基板１を用いることで、発光素子１１の過度な温度上昇を抑制し、高輝度に発光させることができる。また、発光素子１１の傾きが抑制されるために、その損傷や光軸ずれが抑制できる。このような本発明の発光装置１０は、例えば携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、自動車用あるいは装飾用の照明、その他の光源として好適に使用できる。
本発明の発光素子用基板１は、以下のようにして製造する。
なお、以下の説明では、その製造に用いる部材について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。
発光素子用基板１は、例えば図５に示すように、少なくとも未焼成サーマルビア６を有し、主として基板本体２を構成することとなる未焼成本体部材２Ａを製造すると共に、未焼成サーマルビア６を有せず、基板本体２の搭載面２１を構成することとなる未焼成被覆部材２Ｂを製造した後、これらを重ね合わせて未焼成発光素子用基板１とし、脱脂、焼成を行うことにより得られる。
未焼成本体部材２Ａは、例えば本体用グリーンシート２ａにその両主面を貫通するように未焼成サーマルビア６を形成すると共に、非搭載面２３に未焼成外部電極端子４や未焼成貫通導体５を形成することにより製造する。また、未焼成被覆部材２Ｂは、例えば被覆用グリーンシート２ｂに未焼成サーマルビア６を形成せず、未焼成接続端子３や未焼成貫通導体５のみを形成することにより製造する。ここで、既に説明した発光素子用基板１における搭載面２１からサーマルビア６までの距離Ｔは、この未焼成被覆部材２Ｂ（被覆用グリーンシート２ｂ）の厚さで調整できる。
本体用グリーンシート２ａおよび被覆用グリーンシート２ｂは、ガラス粉末（基板本体用ガラス粉末）とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物にバインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで製造する。
基板本体用ガラス粉末は、必ずしも限定されるものではないものの、ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃以上７００℃以下のものが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃未満の場合、脱脂が困難となるおそれがあり、７００℃を超える場合、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。
また、８５０℃以上９００℃以下で焼成したときに結晶が析出するものであることが好ましい。結晶が析出しないものの場合、十分な機械的強度が得られないおそれがある。さらに、ＤＴＡ（示差熱分析）により測定される結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃以下のものが好ましい。結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃を超える場合、寸法精度が低下するおそれがある。
このような基板本体用ガラス粉末としては、ガラス組成として酸化物換算のモル百分率で、例えばＳｉＯ２を５７ｍｏｌ％以上６５ｍｏｌ％以下、Ｂ２Ｏ３を１３ｍｏｌ％以上１８ｍｏｌ％以下、ＣａＯを９ｍｏｌ％以上２３ｍｏｌ％以下、Ａｌ２Ｏ３を３ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で０．５ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％以下含有するものが好ましい。このようなものを用いることで、より搭載面２１の平坦度を向上させることが容易となる。
ここで、ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。ＳｉＯ２の含有量が５７ｍｏｌ％未満の場合、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。一方、ＳｉＯ２の含有量が６５ｍｏｌ％を超える場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれある。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは５８ｍｏｌ％以上、より好ましくは５９ｍｏｌ％以上、特に好ましくは６０ｍｏｌ％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは６４ｍｏｌ％以下、より好ましくは６３ｍｏｌ％以下である。
Ｂ２Ｏ３は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。Ｂ２Ｏ３の含有量が１３ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が１８ｍｏｌ％を超える場合、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１４ｍｏｌ％以上、より好ましくは１５ｍｏｌ％以上である。また、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１７ｍｏｌ％以下、より好ましくは１６ｍｏｌ％以下である。
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの安定性、化学的耐久性、および強度を高めるために添加される。Ａｌ２Ｏ３の含有量が３ｍｏｌ％未満の場合、ガラスが不安定となるおそれがある。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が８ｍｏｌ％を超える場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは４ｍｏｌ％以上、より好ましくは５ｍｏｌ％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは７ｍｏｌ％以下、より好ましくは６ｍｏｌ％以下である。
ＣａＯは、ガラスの安定性や結晶の析出性を高めると共に、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるために添加される。ＣａＯの含有量が９ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度が過度に高くなるおそれがある。一方、ＣａＯの含有量が２３ｍｏｌ％を超える場合、ガラスが不安定となるおそれがある。ＣａＯの含有量は、好ましくは１２ｍｏｌ％以上、より好ましくは１３ｍｏｌ％以上、特に好ましくは１４％以上である。また、ＣａＯの含有量は、好ましくは２２ｍｏｌ％以下、より好ましくは２１ｍｏｌ％以下、特に好ましくは２０％以下である。
Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏは、ガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるために添加される。Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量が０．５ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。一方、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量が６ｍｏｌ％を超える場合、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、電気的絶縁性も低下するおそれがある。Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量は、０．８ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
なお、基板本体用ガラス粉末は、必ずしも上記成分のみからなるものに限定されず、ガラス転移点（Ｔｇ）等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有できる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
他の成分としては、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ等が挙げられる。
基板本体用ガラス粉末は、上記したようなガラス組成を有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕することにより得ることができる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いて行う。
基板本体用ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１．５μｍ以下がさらに好ましい。基板本体用ガラス粉末の５０％粒径が０．５μｍ未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難となると共に、均一に分散させることが困難となる。一方、基板本体用ガラス粉末の５０％粒径が２μｍを超える場合、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径の調整は、例えば粉砕後に必要に応じて分級することにより行う。
一方、セラミックスフィラーとしては、従来からＬＴＣＣ基板の製造に用いられるものを特に制限なく使用でき、例えばアルミナ粉末、ジルコニア粉末、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物を好適に用いることができる。セラミックスフィラーの５０％粒径（Ｄ５０）は、例えば０．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下がさらに好ましい。
このような基板本体用ガラス粉末とセラミックスフィラーとを、例えば基板本体用ガラス粉末が３０質量％以上５０質量％以下、好ましくは３５質量％以上４５質量％以下、セラミックスフィラーが５０質量％以上７０質量％以下、好ましくは５５質量％以上６５質量％以下となるように配合、混合することによりガラスセラミックス組成物が得られる。また、このガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加することによりスラリーが得られる。
バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に使用できる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を使用できる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、ブタノール等の有機溶剤を好適に使用できる。
このスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで、本体用グリーンシート２ａや被覆用グリーンシート２ｂを製造する。本体用グリーンシート２ａには、未焼成サーマルビア６を形成すると共に、未焼成外部電極端子４や未焼成貫通導体５を形成して未焼成本体部材２Ａとする。また、被覆用グリーンシート２ｂには、未焼成サーマルビア６を形成せず、未焼成接続端子３や未焼成貫通導体５のみを形成して未焼成被覆部材２Ｂとする。
未焼成外部電極端子４等の形成方法は、特に限定されるものではなく、スクリーン印刷法により金属ペーストを塗布、充填することにより行う。金属ペーストとしては、例えば銅、銀、金等を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いることができる。
また、ガラス膜７を設ける場合、未焼成被覆部材２Ｂの搭載部２２となる部分にスクリーン印刷法によりガラスペーストを塗布して未焼成ガラス膜７を形成する。ガラスペーストは、ガラス粉末（ガラス膜用ガラス粉末）に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。
ガラス膜用ガラス粉末としては、未焼成本体部材２Ａや未焼成被覆部材２Ｂと同時に焼成して膜状のガラスを得られるものであればよく、その５０％粒径（Ｄ５０）は０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。また、ガラス膜７の表面粗さＲａの調整は、例えばこのガラス膜用ガラス粉末の粒度により行うことができる。すなわち、ガラス膜用ガラス粉末として、焼成時に十分に溶融し、流動性に優れるものを用いることで、表面粗さＲａを小さくできる。
未焼成本体部材２Ａと未焼成被覆部材２Ｂとは重ね合わせて、熱圧着により一体化することにより未焼成発光素子用基板１とする。その後、バインダー等を除去するための脱脂を行い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成を行って発光素子用基板１とする。
熱圧着は一般的な公知の方法で行うことが可能であるが、５０℃〜９０℃、好ましくは６０℃〜８０℃で行う。熱圧着を行う時間は熱圧着時の温度にもよるが、１〜１０分間、好ましくは３分間〜７分間である。
脱脂は、例えば５００℃以上６００℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持することにより行う。脱脂温度が５００℃未満もしくは脱脂時間が１時間未満の場合、バインダー等を十分に除去できないおそれがある。一方、脱脂温度は６００℃程度、脱脂時間は１０時間程度とすれば、十分にバインダー等を除去でき、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。
また、焼成は、例えば８５０℃以上９００℃以下の温度で、２０分以上６０分以下保持することにより行い、特に８６０℃以上８８０℃以下の温度で行うことが好ましい。焼成温度が８５０℃未満、焼成時間が２０分未満の場合、緻密なものが得られないおそれがある。一方、焼成温度は９００℃程度、焼成時間は６０分程度とすれば、十分に緻密なものが得られ、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。また、銀を主成分とする金属粉末を含有する金属ペーストを用いた場合、焼成温度が８８０℃を超えると、過度に軟化するために所定の形状を維持できなくなるおそれがある。
以上、発光素子用基板１の製造方法について説明したが、未焼成本体部材２Ａや未焼成被覆部材２Ｂは必ずしも単一のグリーンシートからなる必要はなく、複数枚のグリーンシートを積層したものであってもよい。また、各部の形成順序等についても、発光素子用基板１の製造が可能な限度において適宜変更できる。
以下、本発明について実施例を参照してさらに詳細に説明するが、これらに限定して解釈されるものではない。
（実施例１〜９）
まず、本体用グリーンシート、被覆用グリーンシートを製造した。すなわち、ガラス組成として酸化物換算のモル百分率で、ＳｉＯ２が６０．４ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が１５．６ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３が６ｍｏｌ％、ＣａＯが１５ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏが１ｍｏｌ％、Ｎａ２Ｏが２ｍｏｌ％となるように原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて１６００℃で６０分間溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより４０時間粉砕して基板本体用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。
この基板本体用ガラス粉末が４０質量％、アルミナフィラー（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）が６０質量％となるように配合し、混合することによりガラスセラミックス組成物を製造した。このガラスセラミックス組成物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、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、さらに分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇを配合し、アルミナ製ボールミルを用いて１時間混合し、スラリーを調製した。
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、乾燥させ、焼成後の厚さが０．８５ｍｍとなる本体用グリーンシートを製造すると共に、焼成後の厚さが０．０１ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１７５ｍｍ、０．２ｍｍとなる被覆用グリーンシートを製造した。これら焼成後の厚さ、すなわち距離Ｔと実施例１〜９との関係は表１に記載のとおりである。
一方、導電性粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ５５０）、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比８５：１５の割合で配合し、固形分が８５質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って金属ペーストを製造した。
本体用グリーンシートの搭載部に相当する部分に孔空け機を用いて直径０．３ｍｍの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により金属ペーストを充填して未焼成サーマルビアを形成すると共に、未焼成外部電極端子、未焼成貫通導体を形成して未焼成本体部材２Ａを製造した。また、被覆用グリーンシートには、未焼成サーマルビアを形成せず、未焼成接続端子、未焼成貫通導体のみを形成して未焼成被覆部材２Ｂとした。
そして、未焼成本体部材２Ａに未焼成被覆部材２Ｂを重ね合わせ、熱圧着（６０℃、５分間）により一体化して未焼成発光素子用基板とした後、５５０℃で５時間保持して脱脂を行い、さらに８７０℃で３０分間保持して焼成を行って発光素子用基板を製造した。
（実施例１０）
実施例１０は、セラミックスフィラーにアルミナフィラーとジルコニアフィラーとを混合したものを使用した例である。
実施例１〜９と同様の基板本体用ガラス粉末を用い、このガラス粉末が３８質量％、アルミナフィラー（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）が３８質量％、ジルコニアフィラー（第一稀元素化学工業社製、商品名：ＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ）が２４質量％となるように配合し、アルミナ製ボールミルを用いて１時間混合することによりガラスセラミックス組成物を製造した。このガラスセラミックス組成物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、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、さらに分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇを配合し、アルミナ製ボールミルを用いて１時間混合してスラリーを調製した。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、乾燥させ、焼成後の厚さが０．１ｍｍとなる被覆用グリーンシートを製造し、実施例１〜９と略同様にして発光素子用基板を得た。
（実施例１１〜２９）
搭載部に表１に示すような表面粗さＲａのガラス膜を設けた以外は実施例１〜９と略同様にして発光素子用基板を得た。
すなわち、未焼成本体部材２Ａと未焼成被覆部材２Ｂとを製造した後、未焼成被覆部材２Ｂの搭載部となる部分にスクリーン印刷によりガラスペーストを約２０μｍの厚さに塗布して未焼成ガラス膜を形成した。この未焼成ガラス膜が形成された未焼成被覆部材２Ｂを未焼成本体部材２Ａに重ね合わせて熱圧着（６０℃、５分間）により一体化して未焼成発光素子用基板とした後、脱脂、焼成を行って発光素子用基板を製造した。
なお、ガラスペーストの調製に用いたガラス膜用ガラス粉末は以下のようにして製造した。まず、ガラス組成として酸化物換算のモル百分率で、ＳｉＯ２が８１．６ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が１６．６ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏが１．８ｍｏｌ％になるように原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて１６００℃で６０分間溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより８〜６０時間粉砕してガラス膜用ガラス粉末とした。
このガラス膜用ガラス粉末が６０質量％、樹脂成分（エチルセルロースとαテレピネオールとを質量比で８５：１５の割合で含有するもの）が４０質量％となるように配合した後、磁器乳鉢中で１時間混練し、さらに三本ロールにて３回分散を行うことによりガラスペーストを調製した。
また、ガラス膜の表面粗さＲａは、ガラス膜用ガラス粉末の粒度によって調整した。ここで、ガラス膜用ガラス粉末の粒度はボールミル粉砕時間の調整によって行った。ガラス膜用ガラス粉末の粒度が粗ければ表面粗さＲａは大きくなり、細かければ小さくなる。おおよそ８時間の粉砕で表面粗さＲａ＝１．０μｍ、１２時間の粉砕で表面粗さＲａ＝０．６μｍとすることができる。
（比較例１〜５）
基板本体の両主面にサーマルビアが露出する従来構造の発光素子用基板を製造した。すなわち、焼成後の厚さが０．８５ｍｍとなるグリーンシートの搭載部に直径０．３ｍｍの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により金属ペーストを充填して未焼成サーマルビアを形成すると共に、未焼成端子類等を形成して未焼成発光素子用基板とした後、脱脂、焼成を行って発光素子用基板を得た。なお、この発光素子用基板については、基板本体を貫通するように、すなわち、本発明で使用する被覆用グリーンシートも貫通させ、サーマルビアを設けた以外は、基本的に実施例１等と同様にして製造を行った。
次に、各実施例および比較例の発光素子用基板について、搭載部の高低差Ｈ、またガラス膜が設けられている場合にはその表面粗さＲａをいずれも接触式表面粗さ計（東京精密社製、商品名：サーフコム１４００Ｄ）により測定した。
また、各実施例および比較例の発光素子用基板に発光ダイオード素子を搭載して熱抵抗を測定した。すなわち、搭載部に６個の発光ダイオード素子（昭和電工社製、商品名：ＧＱ２ＣＲ４６０Ｚ）を直列に接続した状態でダイボンド材（信越化学工業社製、商品名：ＫＥＲ−３０００−Ｍ２）により固定し、さらに封止剤（信越化学工業社製、商品名：ＳＣＲ−１０１６Ａ）により封止した。
この発光ダイオード素子が搭載された発光素子用基板について、熱抵抗測定器（嶺光音電機社製、商品名：ＴＨ−２１６７）を用いて熱抵抗を測定した。なお、印加電流は３５ｍＡとし、電圧降下が飽和する時間まで通電し、降下した電圧と発光ダイオード素子の温度−電圧降下特性から導かれる温度係数によって飽和温度Ｔｊ（℃）を算出した。
上記発光ダイオード素子を用いた場合の熱抵抗は３０℃／Ｗ以下が好ましく、２５℃／Ｗ以下がより好ましい。熱抵抗が３０℃／Ｗより高いと電圧降下が大きくなり、発光ダイオード素子の光取り出し効率や寿命が低下するおそれがある。
また、抗折強度を以下に示す方法により測定した。各実施例および比較例で使用したものと同様な焼成後の厚さが０．８５ｍｍとなるグリーンシートを５５０℃で５時間保持して脱脂を行った後、８７０℃で３０分間保持して焼成を行って抗折強度測定用焼成体を製造した。この抗折強度測定用焼成体を幅５ｍｍの短冊状に切断し、３点曲げ強度を測定した。スパンは１５ｍｍ、クロスヘッドスピードは０．５ｃｍ／分とした。
表１に、搭載面からサーマルビアまでの距離Ｔと共に、搭載部における高低差Ｈ、ガラス膜の表面粗さＲａ、熱抵抗および抗折強度の測定結果を示す。また、表１中の距離Ｔ（ｍｍ）に記載した数値は、被覆用グリーンシートの焼成後の厚さを示すものである。
なお、表１中の「−」は、搭載部にガラス膜のない例であることを意味する。
Figure 0005644771
表１から明らかなように、従来構造とした比較例の発光素子用基板については、全体的に高低差Ｈが大きくなり、熱抵抗も高くなることが認められた。一方、搭載面にサーマルビアが達しない構造とした実施例の発光素子用基板については、全体的に高低差Ｈが抑制され、熱抵抗も低くなることが認められた。特に、距離Ｔを０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下としたものは、高低差Ｈが１μｍ以下となり、熱抵抗も十分に小さくなることが認められた。
本発明の発光素子用基板に発光素子を搭載することで得られる発光装置は、十分な発光輝度を提供し、また発光素子の損傷や光軸ずれが抑制されたものであり、携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、自動車用あるいは装飾用の照明、その他の光源として好適に使用できる。
なお、２００９年１１月１３日に出願された日本特許出願２００９−２５９４４９号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
１…発光素子用基板
２…基板本体
６…サーマルビア
１０…発光装置
１１…発光素子
２１…搭載面
２２…搭載部
２３…非搭載面

Claims (6)

  1. ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、
    前記基板本体に埋設され、前記搭載面に達しないように前記搭載面の反対面である非搭載面から前記搭載面の近傍にかけて設けられるサーマルビアと
    を有し、
    前記搭載面から前記サーマルビアまでの距離が０．０７５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることを特徴とする発光素子用基板。
  2. 前記搭載部における最高部と最低部との高低差が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用基板。
  3. 前記搭載部には表面粗さＲａが０．４μｍ以下のガラス膜が設けら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基板。
  4. 前記セラミックスフィラーは、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  5. 前記基板本体の抗折強度が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子用基板と、
    前記発光素子用基板の搭載部に搭載される発光素子と
    を有することを特徴とする発光装置。
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