JP5668730B2 - 発光素子搭載基板および発光装置 - Google Patents
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Description
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いる。そこで、温度上昇による発光素子の輝度の低下をなくすためには、発生した熱を発光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搭載基板および発光装置(以下、LEDパッケージと記すことがある。)が求められている。
LTCCは、ガラスとアルミナフィラーなどセラミックスフィラーとからなり、そのガラスの屈折率とセラミックスフィラーの屈折率の差が大きく、かつ、LTCC中に分散しているセラミックスフィラーの数が多いので光を反射する界面の面積が大きく、しかもその界面の両側のガラスまたはセラミックスフィラーの厚みが光の波長より大きいので反射率が高い。したがって、LTCCは発光素子からの光を効率よく反射することができ、また、その結果、熱発生が少なくできる。
LTCCは、熱伝導率の高い銀導体や銅導体の粉末をペーストにしてグリーンシートに設けた貫通孔に埋め込み等して銀導体や銅導体の粉末と同時に焼成して作製でき、放熱性に優れた貫通導体付き基板を効率的に生産することができる。
本発明はこのような問題を解決できる発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置の提供を目的とする。
また、本発明は、モル百分率表示でSiO2を57〜65%、B2O3を15〜18%、CaOを9〜23%、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3〜6%でかつNa2Oを2%以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、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を焼結してなり、抗折強度が250MPa以上である発光素子搭載基板を提供する。
また、前記セラミックスフィラーがアルミナ粉末である前記発光素子搭載基板を提供する。
また、前記セラミックスフィラーがアルミナ粉末およびジルコニア粉末を含有する前記発光素子搭載基板を提供する。
また、前記発光装置であって、発光ダイオード素子が実装されている発光素子搭載基板の面と対向する発光素子搭載基板の他方の面にヒートシンクが形成されており、貫通導体であって、その上に発光ダイオード素子が実装されているものの少なくとも1個がそのヒートシンクと接続されているサーマルビア(Thermal vias)である発光装置、すなわち、サーマルビアを有する発光素子搭載基板の一方の面上の発光ダイオード素子と発光素子搭載基板の他方の面側に形成されたヒートシンクとが、当該発光素子搭載基板中に形成された少なくとも1つのサーマルビアによって接続されている発光装置であって、発光素子搭載基板が、モル百分率表示でSiO2を57〜65%、B2O3を14〜18%、CaOを9〜23%、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3〜6%でかつNa2Oを2%以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼成して得られたものである発光装置を提供することができる。
前記発光装置において、前記発光素子搭載基板は、モル百分率表示でSiO2を57〜65%、B2O3を15〜18%、CaOを9〜23%、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3〜6%でかつNa2Oを2%以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼成して得られたものであってもよい。
また、前記サーマルビアの導体が発光ダイオード素子が実装されている発光素子搭載基板の面から突き出ており、その突き出し量が5μm以下である前記発光装置、すなわち、発光ダイオード素子とヒートシンクとを接続しているサーマルビアの導体が、発光ダイオード素子が載っている発光素子搭載基板面から突き出ており、その突き出し量が5μm以下である前記発光装置を提供することができる。
しかし、CaO、およびAl2O3を加えることによって貫通導体が大きく突き出す現象が現れた。
本発明者は、以上の知見をもとに、抗折強度を上げながら、貫通導体の突き出し量を充分に小さくできるガラス組成を見出し、本発明に至った。
また、実装信頼性を向上させることができ、寸法精度の高い発光装置を得ることが可能になる。
また、耐酸性が高い発光装置を製造可能な発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置を得ることも可能になる。
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物(以下、単に本発明の組成物という。)は、通常前記ガラス(以下、本発明の組成物に用いられるこのガラスを本発明のガラスという。)の粉末とセラミックスフィラー(典型的にはアルミナフィラーすなわちアルミナ粉末である。)とを含有し、またはこれらかなるグリーンシート化して使用される。
本発明のガラスは、発光素子搭載基板用ガラスとして好適である。
なお、銀ペースト等と同時に焼成して配線パターンや貫通導体を焼成体すなわち発光素子搭載基板の内部に形成する場合、焼成温度は880℃以下であることが好ましい。焼成温度が880℃超では焼成時に銀または銀含有導体が軟化し配線パターンや貫通導体の形状が保持できなくなるおそれがあり、より好ましくは870℃以下である。
また、後述する発光素子搭載基板の反射率を特に高くしたい場合には、本発明の組成物は、屈折率が2を越える高屈折率セラミックスの粉末を含有することがより好ましい。高屈折率セラミックスとしては、たとえばチタニア、ジルコニアが挙げられる。反射率を高くしたい場合には、ジルコニア粉末の含有量は5%以上であることが好ましく、10%以上がより好ましい。この場合、アルミナ粉末を30%以上含有することが好ましい。
そして、通常、その貫通導体は熱伝導率が高い銀が主成分である銀導体からなり、同時焼成は900℃以下で行われることが好ましい。銀導体が用いられるのは、銀は熱伝導率が高く放熱性に優れるからである。
貫通導体は、典型的には、前記グリーンシートの所定の位置に穴を形成して銀ペーストなど導体ペーストを充填したものを積層して焼成する方法によって形成することができる。この場合、貫通導体およびそれを形成するための導体ペーストは、熱伝導率を高くするために導体以外の無機成分を含有しないことが好ましい。
SiO2はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。SiO2が57%未満では安定なガラスを得にくくなり、または化学的耐久性が低下する。耐酸性を高くしたい場合などには、SiO2は好ましくは58%以上、より好ましくは59%以上、特に好ましくは60%以上である。SiO2が65%超ではガラス溶融温度またはTgが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは64%以下、より好ましくは63%以下である。
本発明のガラスは、本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。当該その他の成分を含有する場合、それらの成分の含有量の合計は10%以下であることが好ましい。
なお、本発明のガラスは鉛酸化物は含有しないことが好ましい。
また、各ガラスの粉末のTg(単位:℃)、および軟化点Ts(単位:℃)を、マックサイエンス社製熱分析装置(TG−DTA2000)を用いて、昇温速度10℃/分の条件で1000℃まで、それぞれ測定した。表中のTg、およびTsの欄に「*」と記載したものは、これらの方法によってはTgまたはTsを測定できなかったことを示す。なお、表中に括弧で示したものは組成から推定した値であり、後述するHおよび抗折強度についても同様である。
発光素子搭載基板の厚みを薄くしたいなどの使用条件がある場合、反射率は85%以上であることが好ましい。例2Cでは、高い反射率が得られた。反射率が85%未満では、発光素子搭載基板の厚みを薄くしたときに光のもれが大きくなるおそれがある。
なお、2008年4月18日に出願された日本特許出願2008−108953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。
1a、1b:主面
3a、3b:接続端子
5 :外部電極端子
7 :通電用ビア導体
9 :搭載部
10:サーマルビア(貫通導体)
21:LED素子
23:ボンディングワイヤ
25:発光装置
29:接着剤
31:モールド材
Claims (8)
- モル百分率表示でSiO2を57〜65%、B2O3を14〜18%、CaOを9〜23%、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3〜6%でかつNa2Oを2%以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、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を焼結してなり、抗折強度が250MPa以上である発光素子搭載基板。
- モル百分率表示でSiO2を57〜65%、B2O3を15〜18%、CaOを9〜23%、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3〜6%でかつNa2Oを2%以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、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を焼結してなり、抗折強度が250MPa以上である発光素子搭載基板。
- 前記セラミックスフィラーが、アルミナ粉末である請求項1または2記載の発光素子搭載基板。
- 前記セラミックスフィラーが、アルミナ粉末およびジルコニア粉末を含有する請求項3記載の発光素子搭載基板。
- 質量百分率表示で、前記ガラス粉末を25〜55%、前記セラミックスフィラーを45〜75%含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光素子搭載基板。
- 質量百分率表示で、アルミナ粉末を30%以上含有する請求項5記載の発光素子搭載基板。
- 質量百分率表示で、ジルコニア粉末を5%以上含有する請求項6記載の発光素子搭載基板。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光素子搭載基板に発光素子を搭載した発光装置。
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