JP5673561B2 - 発光素子搭載用支持体及び発光装置並びに発光素子搭載用支持体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子搭載用支持体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絶縁性基台の信頼性に優れる発光素子搭載用支持体およびこれを用いた発光装置、並びに発光素子搭載用支持体の製造方法に関する。
近年、発光ダイオード素子（チップ）の高輝度、白色化に伴い、照明、各種ディスプレイ、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。発光ダイオード素子を搭載する発光素子搭載用の支持体としては、一般に、素子から発せられる光を効率よく反射する高反射性が求められる。これに加え、近年の発光ダイオード素子は、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、発光素子から発生する熱を速やかに放散する放熱性や、熱による損傷等を抑えられる高信頼性を得られるものが求められている。特に、照明等の発光装置の場合には、発光素子から発生する大量の熱を素早く外部に放出することが必要である。
このような発光装置に用いる発光素子搭載用の支持体として、例えばメタル−樹脂パッケージが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
メタル−樹脂パッケージは、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金等の導電性金属からなるリードフレームと、樹脂中に反射性フィラーを分散させたフィラー含有樹脂とを一体として形成したものである。このリードフレーム上に発光素子を搭載することにより、発光素子から生じた熱が速やかに放散される。メタル−樹脂パッケージに用いられるフィラー含有樹脂は、反射性フィラーと樹脂との屈折率差が大きいため、高い反射率を得ることができ、また原料コストも安価なため、発光素子搭載用の支持体として、広く用いられている。
メタル−樹脂パッケージは、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金等の導電性金属からなるリードフレームと、樹脂中に反射性フィラーを分散させたフィラー含有樹脂とを一体として形成したものである。このリードフレーム上に発光素子を搭載することにより、発光素子から生じた熱が速やかに放散される。メタル−樹脂パッケージに用いられるフィラー含有樹脂は、反射性フィラーと樹脂との屈折率差が大きいため、高い反射率を得ることができ、また原料コストも安価なため、発光素子搭載用の支持体として、広く用いられている。
しかしながら、メタル−樹脂パッケージは、樹脂部分において、熱に対する変性が起きやすく、高出力の発光ダイオード素子（チップ）を搭載した場合には、樹脂焼け等の損傷が生じ易く、発光装置としての信頼性に劣るという問題がある。特にメタル−樹脂パッケージでは、紫外線が照射されると樹脂部分が即座に損傷するため、紫外ＬＥＤを発光素子として搭載する発光装置には適用できないという問題がある。
このような問題を解決するために、発光素子搭載用支持体として、アルミナ基板等のセラミックス基板の採用が増えている。しかしながら、アルミナ基板は、焼成温度が１５００〜１６００℃であるため、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金等の導電性金属（リードフレーム）と一体として焼成した場合には、大抵の導電性金属は酸化したり溶解したりするおそれがある。
一方、このようなセラミックス以外の無機材料として、ガラス素材が挙げられる。上記発光素子搭載用支持体としてガラス素材を用いる場合、軟化点（Ｔｓ）が６５５℃を超えるものを用いると、導電性金属（リードフレーム）の酸化や溶解が生じるおそれがある。従って、発光素子搭載用支持体としてガラス素材を用いる場合には、軟化点（Ｔｓ）が６５５℃以下のものであることが必要である。
６５５℃以下の軟化点（Ｔｓ）を有するガラス素材としては、例えばビスマスを主成分とするものが知られている。しかしながら、ビスマスを主成分とするものは、通常発色してしまい、透明なものが得られない。したがって、これを発光素子搭載用支持体として採用すると、所望の波長の光に対する反射率が低下し、発光素子からの光を効率的に取り出せない場合がある。
一方、このようなセラミックス以外の無機材料として、ガラス素材が挙げられる。上記発光素子搭載用支持体としてガラス素材を用いる場合、軟化点（Ｔｓ）が６５５℃を超えるものを用いると、導電性金属（リードフレーム）の酸化や溶解が生じるおそれがある。従って、発光素子搭載用支持体としてガラス素材を用いる場合には、軟化点（Ｔｓ）が６５５℃以下のものであることが必要である。
６５５℃以下の軟化点（Ｔｓ）を有するガラス素材としては、例えばビスマスを主成分とするものが知られている。しかしながら、ビスマスを主成分とするものは、通常発色してしまい、透明なものが得られない。したがって、これを発光素子搭載用支持体として採用すると、所望の波長の光に対する反射率が低下し、発光素子からの光を効率的に取り出せない場合がある。
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、放熱性に優れ、且つ高出力の発光素子を搭載しても、熱による基台の損傷や気密性の低下を抑制する発光素子搭載用支持体の提供を目的とする。
また、本発明は、上記発光素子搭載用支持体を用いた発光装置の提供を目的とする。
また、本発明は、上記発光素子搭載用支持体を用いた発光装置の提供を目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、本発明の発光素子搭載用支持体及び発光装置により、上記問題を解決することができることを見出し、本発明を完成したものである。
すなわち、本発明の発光素子搭載用支持体は、発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と、前記絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを一体成形した発光素子搭載用支持体であって、
前記絶縁性基台が、低融点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成温度５５０℃以上６３０℃以下の焼結体からなり、前記低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
前記絶縁性基台が、低融点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成温度５５０℃以上６３０℃以下の焼結体からなり、前記低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
前記セラミックスフィラーは、アルミナ粉末、ジルコニア粉末及びチタニア粉末から選択される１種又は２種以上の混合物からなることが好ましい。
前記リードフレームは、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金から選択される導電性金属又は合金であることが好ましい。
前記ガラスセラミックス組成物は、低融点ガラス粉末の含有比率が６０体積％以上８０体積％以下であり、セラミックスフィラーの含有比率が２０体積％以上４０体積％以下であることが好ましい。
前記リードフレームは、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金から選択される導電性金属又は合金であることが好ましい。
前記ガラスセラミックス組成物は、低融点ガラス粉末の含有比率が６０体積％以上８０体積％以下であり、セラミックスフィラーの含有比率が２０体積％以上４０体積％以下であることが好ましい。
前記絶縁性基台は、すり鉢状に凹陥する発光素子の搭載される搭載部を有し、リードフレームが前記絶縁性基台を貫通して前記搭載部の底面に露出していることが好ましい。
前記低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）は、４５０℃以上６３０℃以下であることが好ましい。
前記低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）は、４５０℃以上６３０℃以下であることが好ましい。
前記低融点ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は、０．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。
また、本発明の発光装置は、上記した本発明の発光素子搭載用支持体と、前記発光素子搭載用支持体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。
また、本発明の発光素子搭載用支持体の製造方法は、発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と前記絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを有する発光素子搭載用支持体の製造方法であって、セラミックスフィラーと軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下である低融点ガラス粉末とを含むガラスセラミックス組成物と、前記リードフレームとを、５５０℃以上６３０℃以下の温度で焼成して、前記ガラスセラミックス組成物の焼結体からなる前記絶縁性基台と前記リードフレームを一体成形することを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上記した本発明の発光素子搭載用支持体と、前記発光素子搭載用支持体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。
また、本発明の発光素子搭載用支持体の製造方法は、発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と前記絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを有する発光素子搭載用支持体の製造方法であって、セラミックスフィラーと軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下である低融点ガラス粉末とを含むガラスセラミックス組成物と、前記リードフレームとを、５５０℃以上６３０℃以下の温度で焼成して、前記ガラスセラミックス組成物の焼結体からなる前記絶縁性基台と前記リードフレームを一体成形することを特徴とする。
本発明によれば、発光素子が搭載される絶縁性基台として、所定のガラスセラミックス組成物を用いることで、耐熱性が高く、熱による基台の損傷や気密性の低下が抑制された発光素子搭載用支持体が得られる。さらに、本発明の発光素子搭載用支持体は、リードフレームが絶縁性基台と一体成形されているため、放熱性に優れている。
また、本発明によれば、このような発光素子搭載用支持体の採用により、高出力の発光素子を搭載しても、熱による基台の損傷や、気密性の低下が抑制され、また、発光素子から生じる熱を、外部に速やかに放出できる発光装置が得られる。
また、本発明によれば、このような発光素子搭載用支持体の採用により、高出力の発光素子を搭載しても、熱による基台の損傷や、気密性の低下が抑制され、また、発光素子から生じる熱を、外部に速やかに放出できる発光装置が得られる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の発光素子搭載用支持体は、発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と、この絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを一体成形した発光素子搭載用支持体であって、該絶縁性基台が、低融点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、該低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用支持体は、発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と、この絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを一体成形した発光素子搭載用支持体であって、該絶縁性基台が、低融点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、該低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
本発明によれば、発光素子が搭載される絶縁性基台を、上記したような軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下の低融点ガラス粉末とセラミックフィラーとを主成分とするガラスセラミックス組成物で構成することにより、従来に比べて耐熱性を向上できる。したがって、高出力の発光素子が搭載されたときも、熱による基台部分の損傷が殆ど生じない。
また、発光素子が搭載される絶縁性基台として、上述したガラスセラミックス組成物を採用することにより、比較的低温度で焼成できるため、導電性金属からなるリードフレームの酸化や溶解を生じさせることなく、この絶縁性基台とリードフレームとを一体として焼成して製造できる。したがって、耐熱性と共に、優れた放熱性を有する発光素子搭載用支持体が得られる。
また、発光素子が搭載される絶縁性基台として、上述したガラスセラミックス組成物を採用することにより、比較的低温度で焼成できるため、導電性金属からなるリードフレームの酸化や溶解を生じさせることなく、この絶縁性基台とリードフレームとを一体として焼成して製造できる。したがって、耐熱性と共に、優れた放熱性を有する発光素子搭載用支持体が得られる。
図１は、本発明の発光素子搭載用支持体１の一例を示す断面図である。
発光素子搭載用支持体１は、発光素子が搭載される絶縁性基台２と、この絶縁性基台２の間に設けられた略平板状のリードフレーム３を有している。絶縁性基台２は、側面部４と、支持部５とで構成されており、この絶縁性基台２全体が、低融点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で形成されている。
絶縁性基台２は、側面部４で囲まれた凹部６を有している。凹部６の底面は、支持部５の図中の上側表面のうち、凹部６の内側に現れた面によって形成され、この底面が、発光素子が搭載される搭載部６ａとなっている。
発光素子搭載用支持体１は、発光素子が搭載される絶縁性基台２と、この絶縁性基台２の間に設けられた略平板状のリードフレーム３を有している。絶縁性基台２は、側面部４と、支持部５とで構成されており、この絶縁性基台２全体が、低融点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で形成されている。
絶縁性基台２は、側面部４で囲まれた凹部６を有している。凹部６の底面は、支持部５の図中の上側表面のうち、凹部６の内側に現れた面によって形成され、この底面が、発光素子が搭載される搭載部６ａとなっている。
リードフレーム３は、発光素子を実装するためのものであり、側面部４と、支持部５との間を貫通して、絶縁性基台２と一体として設けられている。リードフレーム３は、薄型の金属板からなるものであり、二枚のリードフレーム３ａ及び３ｂを、搭載部６ａ上で露出させて数ｍｍ程度の間隔を設けて対向させた状態で設置されている。
発光素子が搭載される絶縁性基台２は、低融点ガラス粉末とセラミックスフィラーとを混合してガラスセラミックス組成物とし、これを焼成して製造する。
ガラスセラミックス組成物の主成分となる低融点ガラス粉末は、軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下のものである。
低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃を超えると、リードフレーム３と一体として焼成したときに、リードフレーム３を構成する導電性金属の酸化が進行してリードフレーム３の熱伝導性が著しく低下したり、焼成時の熱による変形が生じたりする。
低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）は、好ましくは６１０℃以下である。
一方、低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が４５０℃未満であると、発光素子搭載用支持体１にワイヤボンディングして発光素子を実装したり、発光素子を搭載して発光装置としたものを照明器具等にハンダ付けする際に、熱によって絶縁性基台２が変形するおそれがある。
したがって、低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）は、４５０℃以上であることが好ましい。
低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃を超えると、リードフレーム３と一体として焼成したときに、リードフレーム３を構成する導電性金属の酸化が進行してリードフレーム３の熱伝導性が著しく低下したり、焼成時の熱による変形が生じたりする。
低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）は、好ましくは６１０℃以下である。
一方、低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が４５０℃未満であると、発光素子搭載用支持体１にワイヤボンディングして発光素子を実装したり、発光素子を搭載して発光装置としたものを照明器具等にハンダ付けする際に、熱によって絶縁性基台２が変形するおそれがある。
したがって、低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）は、４５０℃以上であることが好ましい。
また、低融点ガラス粉末は、ガラス転移点（Ｔｇ）が３５０℃以上５００℃以下のものが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が３５０℃未満の場合、発光素子を実装する際に絶縁性基台２の変形が生じるおそれがある。一方、ガラス転移点（Ｔｇ）が５００℃を超えると、リードフレーム３と一体として焼成したときに、リードフレーム３を構成する導電性金属が酸化してリードフレーム３の熱伝導性が著しく低下したり、焼成時の熱による変形が生じたりする。
このような低融点ガラス粉末としては、例えば、下記酸化物換算のｍｏｌ％表示で、ＳｉＯ２を４０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下、Ｂ２Ｏ３を３８ｍｏｌ％以上４８ｍｏｌ％以下、ＺｒＯ２を０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、ＺｎＯを０ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下、Ｋ２ＯとＮａ２Ｏから選ばれる少なくとも一方を含み、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、またはＫ２ＯとＮａ２Ｏとを２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下、含有するものが好ましい。
ここで、ＳｉＯ２はガラスの骨格をなす成分である。ＳｉＯ２の含有量が４０ｍｏｌ％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５０ｍｏｌ％を超える場合、軟化点（Ｔｓ）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４０．５ｍｏｌ％以上、より好ましくは４２ｍｏｌ％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは４８ｍｏｌ％以下、より好ましくは４７ｍｏｌ％以下である。
一方、ＳｉＯ２の含有量が５０ｍｏｌ％を超える場合、軟化点（Ｔｓ）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４０．５ｍｏｌ％以上、より好ましくは４２ｍｏｌ％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは４８ｍｏｌ％以下、より好ましくは４７ｍｏｌ％以下である。
Ｂ２Ｏ３は、軟化点（Ｔｓ）を低下させる効果を有するものである。Ｂ２Ｏ３の含有量が３８ｍｏｌ％未満の場合、軟化点（Ｔｓ）やガラス転移点（Ｔｇ）を十分に低下させられないおそれがある。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が４８ｍｏｌ％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３９ｍｏｌ％以上、より好ましくは４１ｍｏｌ％以上である。また、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは４５ｍｏｌ％以下、より好ましくは４３ｍｏｌ％以下である。
ＺｒＯ２は、ガラスの安定性を高めるために５ｍｏｌ％以下の範囲で含有させてもよい。ＺｒＯ２の含有量が５ｍｏｌ％を超えると、軟化点（Ｔｓ）が高くなるおそれがある。ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは４ｍｏｌ％以下である。
ＺｎＯは軟化点（Ｔｓ）を低下させるために添加してもよい。ＺｎＯの含有量が１０ｍｏｌ％を超えると、絶縁性基台２の強度が低下するおそれがある。ＺｎＯの含有量は、好ましくは９ｍｏｌ％以下であり、４ｍｏｌ％未満であることがより好ましい。また、ＺｎＯの含有量は、好ましくは、１ｍｏｌ％以上である。
Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏは、ガラス化を促進すると共に、軟化点（Ｔｓ）、ガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるために添加される。
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計は、２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が２ｍｏｌ％未満であると、軟化点（Ｔｓ）やガラス転移点（Ｔｇ）が高くなったり、ガラスが不安定となって分相しやすくなったりする。一方、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が１０ｍｏｌ％を超えると、耐酸化性が低下したり、絶縁性基台２の強度が低下したりする。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計は、より好ましくは６ｍｏｌ％以上、８ｍｏｌ％以下である。
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計は、２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が２ｍｏｌ％未満であると、軟化点（Ｔｓ）やガラス転移点（Ｔｇ）が高くなったり、ガラスが不安定となって分相しやすくなったりする。一方、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が１０ｍｏｌ％を超えると、耐酸化性が低下したり、絶縁性基台２の強度が低下したりする。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計は、より好ましくは６ｍｏｌ％以上、８ｍｏｌ％以下である。
なお、ガラスセラミックス組成物に用いる低融点ガラス粉末は、必ずしも上記成分に限定されず、軟化点（Ｔｓ）、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％以下とすることが好ましい。
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５ｍｏｌ％を超えない範囲で添加してもよい。
Ａｌ２Ｏ３の含有量が５ｍｏｌ％を超える場合、軟化点（Ｔｓ）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３ｍｏｌ％以下である。
Ａｌ２Ｏ３の含有量が５ｍｏｌ％を超える場合、軟化点（Ｔｓ）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３ｍｏｌ％以下である。
ＣａＯは、ガラスの安定性を高めると共に、軟化点（Ｔｓ）やガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるために、５ｍｏｌ％を超えない範囲で添加してもよい。ＣａＯの含有量が５ｍｏｌ％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３ｍｏｌ％以下、より好ましくは１ｍｏｌ％以下である。
ＭｇＯは、ガラスを安定化するために、含有量５ｍｏｌ％以下の範囲で含有してもよい。５ｍｏｌ％を超えると、軟化点（Ｔｓ）が高くなるおそれがある。ＭｇＯの含有量は、好ましくは３ｍｏｌ％以下である。
ＢａＯも、ガラスを安定化するために添加できるが、その含有量は、１％以下が好ましい。
ＢａＯも、ガラスを安定化するために添加できるが、その含有量は、１％以下が好ましい。
ガラスセラミックス組成物に用いる低融点ガラス粉末は、上記したようなガラス組成となるようにガラス原料を配合、混合し、このガラス原料を溶融法によって製造し、製造されたガラスを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られる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水の使用が好ましい。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。
絶縁性基台２に用いる低融点ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５μｍ以上４μｍ以下が好ましい。低融点ガラス粉末の５０％粒径が０．５μｍ未満の場合、低融点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、粉末化に要する時間が長くなりすぎるおそれもある。一方、低融点ガラス粉末の５０％粒径が４μｍを超える場合、ガラス粉末が軟化する温度の上昇や低融点ガラス粉末の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により行う。なお、本明細書において、５０％粒径（Ｄ５０）は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定したものをいう。
また、低融点ガラス粉末の最大粒径は２０μｍ以下であることが好ましい。最大粒径が２０μｍを超えると、低融点ガラス粉末の焼結性が低下し、焼結体中に未溶解成分が残留して、絶縁性基台２の反射性を低下させるおそれがある。
低融点ガラス粉末の最大粒径は、より好ましくは１０μｍ以下である。
低融点ガラス粉末の最大粒径は、より好ましくは１０μｍ以下である。
一方、セラミックスフィラーとしては、融点が１５００℃以上であって、従来から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、チタニア粉末、またはこれらの混合物を好適に使用できる。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い。上記以外にも白色セラミックスフィラーは存在するが、発光素子搭載用支持体への不具合を生じるおそれがあるため、使用は避けた方がよい。この不具合には、例えば、光反射率の低下、強度の低下、焼結性の低下、熱膨張係数の低下によるリードフレームとの熱膨張係数差の増大である。
このような低融点ガラス粉末とセラミックスフィラーとを、例えば低融点ガラス粉末が６０体積％以上８０体積％以下、セラミックスフィラーが２０体積％以上４０体積％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。
セラミックスフィラーが２０体積％未満であると、ガラスセラミックス組成物の焼結体において、十分な反射率を得られないおそれがある。一方、セラミックスフィラーが４０体積％を超えると、ガラスセラミックス組成物の焼結性が低くなり、焼結体の強度が低下するおそれがある。
セラミックスフィラーが２０体積％未満であると、ガラスセラミックス組成物の焼結体において、十分な反射率を得られないおそれがある。一方、セラミックスフィラーが４０体積％を超えると、ガラスセラミックス組成物の焼結性が低くなり、焼結体の強度が低下するおそれがある。
リードフレーム３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みを有する導電性金属板を使用できる。金属板としては、従来から用いられるものを特に制限なく使用でき、例えば、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金等の導電性金属を好適に使用できる。また、リードフレーム３は、この導電性金属板の表面に、ニッケル、金、チタン、又は銀などを、数μｍ程度積層してめっき層を設けたものであってもよい。
以上、本発明の発光素子搭載用支持体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。
図２は、本発明の発光素子搭載用支持体１に発光素子７が搭載された状態を示す断面図である。図２に示すように、発光素子７は、搭載部６ａ上に露出したリードフレーム３ａの端部の表面に、導電性接着剤を用いて固定されており、図中の上側面が発光面７ａとされ、この発光面７ａの一部に電極（アノード）が設けられている。また、他方の電極（カソード）は、リードフレーム３ａと接触する接触面７ｂ（図中の下側）に設けられている。そして、発光面７ａ側の電極（アノード）は、ボンディングワイヤ８によって、対向側のリードフレーム３ｂに接続されている。これにより、発光面７ａ側の電極（アノード）は、リードフレーム３ｂに接続され、接触面７ｂ側の電極（アノード）は、リードフレーム３ａに接続される。
このため、通電時に発光素子７から生じた熱は、発光素子７が搭載されたリードフレーム３ａを伝わって、発光装置１０の外部に速やかに放出されるとともに、ボンディングワイヤ８を伝わって、リードフレーム３ｂからも、発光装置１０の外部に放出される。
このため、通電時に発光素子７から生じた熱は、発光素子７が搭載されたリードフレーム３ａを伝わって、発光装置１０の外部に速やかに放出されるとともに、ボンディングワイヤ８を伝わって、リードフレーム３ｂからも、発光装置１０の外部に放出される。
本発明の発光装置１０は、図２で説明したようにして、発光素子搭載用支持体１の搭載部６ａに、発光ダイオード等の発光素子７が搭載されたものである。そして、例えば図３に示すように、この発光素子搭載用支持体１の凹部６に、発光素子７、ボンディングワイヤ８を覆うように、封止材９が注入されて、発光装置１０が構成されている。
封止材９の主成分としては、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂を用いることができ、特にシリコーン樹脂は、耐光性、耐熱性の点で優れているため好ましい。
この樹脂成分に、蛍光体等を添加することにより、発光装置１０として得られる光の色を、適宜調整することができる。
この樹脂成分に、蛍光体等を添加することにより、発光装置１０として得られる光の色を、適宜調整することができる。
なお、本発明の発光装置は、図３に示すように、凹部６内に封止材９を注入したものに限定されるものではなく、例えば、凹部６の開口部に蓋状の部材を設けて、凹部６内を中空としたものであってもよく、また、図２で示すように、発光素子搭載用支持体１上に発光素子７を搭載したのみの構成であってもよい。
本発明の発光装置によれば、耐熱性の高い発光素子搭載用支持体１を用いることで、発光素子７からの発熱量が多い場合でも、発光素子７が搭載される絶縁性基台２部分の熱による焼け、ひび割れ等の損傷を殆ど生じさせず、発光装置１０として、安定した性能を維持できる。
また、リードフレーム３が、酸化されることなく絶縁性基台２と一体として設けられているため、リードフレーム３を通して、発光素子７から生じた熱が速やかに発光装置１０外部に放出される。したがって、高出力の発光素子７を搭載したものであっても、過度な温度上昇による発光効率の低下を抑制して、高輝度に発光させることができる。
このような本発明の発光装置１０は、例えば液晶ディスプレイ等のバックライト、小型情報端末の操作ボタン発光部、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。
また、リードフレーム３が、酸化されることなく絶縁性基台２と一体として設けられているため、リードフレーム３を通して、発光素子７から生じた熱が速やかに発光装置１０外部に放出される。したがって、高出力の発光素子７を搭載したものであっても、過度な温度上昇による発光効率の低下を抑制して、高輝度に発光させることができる。
このような本発明の発光装置１０は、例えば液晶ディスプレイ等のバックライト、小型情報端末の操作ボタン発光部、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。
本発明の発光素子搭載用支持体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。
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。
図４〜９は、本発明の発光素子搭載用支持体１の製造工程の一例を示す断面図である。
発光素子搭載用支持体１は、例えば図４〜図９に示すように、金型４０、５０内で、未焼成側面部材４Ａ及び未焼成支持部材５Ａを製造した後、これらをリードフレーム３を挟んで重ね合わせて未焼成発光素子搭載用支持体１とし、これらを金型４０、５０内に収容した状態のまま焼成した後、冷却して得られる。
発光素子搭載用支持体１は、例えば図４〜図９に示すように、金型４０、５０内で、未焼成側面部材４Ａ及び未焼成支持部材５Ａを製造した後、これらをリードフレーム３を挟んで重ね合わせて未焼成発光素子搭載用支持体１とし、これらを金型４０、５０内に収容した状態のまま焼成した後、冷却して得られる。
まず、ガラスセラミックス組成物からなる粉体を、図４に示すように、側面部４を作製するための金型４０に充填する。次に、金型４０に充填された粉体を、プレス成型機を用いて、プレス板Ｐで押し固めるようにして押圧成型する。次いで、図５に示すように、未焼成側面部材４Ａを焼成した後に得られる側面部材４を、金型４０から分離して取り外すための枠体４１を、金型４０の底面に嵌合させる。その後、未焼成側面部材４Ａの上面に接着剤を塗布し、その上にリードフレーム３ａ、３ｂを載置して、未焼成側面部材４Ａの表面に固定する。
一方、図６に示すように、支持部５を作製するための金型５０にガラスセラミックス組成物からなる粉体を充填する。次いで、側面部４のときと同様に、金型５０に充填された粉体を、プレス成型機を用いて、プレス板Ｐにより押圧成型する。次いで、図７に示すように、未焼成支持部材５Ａを焼成した後に得られる支持部材５を、金型５０から分離して取り外すための枠体５１を、金型５０の底面に嵌合させる。
次いで、図８に示すように、未焼成支持部材５Ａの表面に接着剤を塗布した後、未焼成支持部材５Ａ表面に、未焼成側面部材４Ａのリードフレーム載置面を接触させるようにして、未焼成側面部材４Ａと未焼成支持部材５Ａとを重ね合わせて、未焼成発光素子搭載用支持体１Ａとする。その後、金型に収容した状態のまま、未焼成発光素子搭載用支持体１Ａの焼成を行い、その後、焼結体から金型を取り外して、発光素子搭載用支持体が得られる。
焼成は、例えば５５０℃以上６３０℃以下の温度で３０分以上６０分以下の時間保持する。特に５８０℃以上６００℃以下の温度で行うことが好ましい。
焼成温度が６３０℃を超えると、リードフレーム３を構成する導電性金属が酸化して、リードフレーム３の熱伝導性が低下したり導電性が低下したりするおそれがある。また、リードフレーム３がアルミニウムを主成分とする場合には、アルミニウムが溶解して、リードフレーム３が変形するおそれがある。一方、焼成温度が５５０℃未満であると、焼結が十分進行せず、緻密な絶縁性基台２を得られないおそれがある。
焼成温度が６３０℃を超えると、リードフレーム３を構成する導電性金属が酸化して、リードフレーム３の熱伝導性が低下したり導電性が低下したりするおそれがある。また、リードフレーム３がアルミニウムを主成分とする場合には、アルミニウムが溶解して、リードフレーム３が変形するおそれがある。一方、焼成温度が５５０℃未満であると、焼結が十分進行せず、緻密な絶縁性基台２を得られないおそれがある。
焼成が終了した後、焼結体を一定期間冷却させ、その後、図９に示すように、枠体４１に対して、側面部４に向かう方向に３ｋＰａの圧力を加える。これにより、側面部４は、枠体４１の突起部４１０との接触面において、図中の下向きの方向に押圧され、金型４０から分離される。
また、枠体５１に対しても、支持部５に向かう方向に、３ｋＰａの圧力を加える。これにより、支持部５は、枠体５１の突起部５１０との接触面において、図中の上向きの方向に押圧され、金型５０から分離される。
また、枠体５１に対しても、支持部５に向かう方向に、３ｋＰａの圧力を加える。これにより、支持部５は、枠体５１の突起部５１０との接触面において、図中の上向きの方向に押圧され、金型５０から分離される。
なお、上述した発光素子搭載用支持体１の製造方法では、未焼成側面部材４Ａ及び未焼成支持部材５Ａを金型４０、５０内に収容した状態で焼成した後、焼結体から金型４０、５０を分離することとしたが、必ずしもこのような方法である必要はなく、例えば、焼成前の段階で未焼成側面部材４Ａ及び未焼成支持部材５Ａから金型４０、５０を分離し、その後、未焼成発光素子搭載用支持体１Ａの焼成を行うようにしてもよい。また、各部の形成順序等についても、発光素子搭載用支持体１の製造が可能な限度において適宜変更することが可能である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１）
まず、低融点ガラス粉末を製造した。すなわち、下記酸化物換算のｍｏｌ％表示で、ＳｉＯ２を４５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４１．５ｍｏｌ％、ＺｒＯ２を４ｍｏｌ％、ＺｎＯを１．５ｍｏｌ％、Ｎａ２Ｏを２ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏを６ｍｏｌ％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１３００〜１４００℃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２０〜６０時間粉砕して低融点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。
まず、低融点ガラス粉末を製造した。すなわち、下記酸化物換算のｍｏｌ％表示で、ＳｉＯ２を４５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４１．５ｍｏｌ％、ＺｒＯ２を４ｍｏｌ％、ＺｎＯを１．５ｍｏｌ％、Ｎａ２Ｏを２ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏを６ｍｏｌ％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１３００〜１４００℃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２０〜６０時間粉砕して低融点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。
得られた低融点ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）を、マックサイエンス社製熱分析装置ＴＧ−ＤＴＡ２０００を用い、昇温速度１０℃／分の条件で１０００℃まで測定したところ、ガラス転移点（Ｔｇ）は４４３℃であった。また、軟化点（Ｔｓ）は６０２℃であった。
このようにして得られた低融点ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）をレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定したところ、２．８μｍであった。
このようにして得られた低融点ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）をレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定したところ、２．８μｍであった。
この低融点ガラス粉末が６５質量％、アルミナフィラー（５０％粒径（Ｄ５０）は、２．８μｍ、昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４７Ｈ）が３５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を、側面部金型４０、及び支持部金型５０に充填し、プレス成型機を用いて、粉体をプレス成型した（図４及び図６参照。）。次いで、各金型の底面に枠体４１、５１を嵌合させた後、側面部金型４０の未焼成側面部材４Ａ表面に接着剤を塗布し、図５に示すように、リードフレーム３ａ、３ｂを載置して固定した。この側面部金型４０及び支持部金型５０を、図８に示すようにして重ねあわせ、焼成を行った。焼成は、５９０℃で４０分行った。その後、１２０分冷却させた後、側面部金型４０及び支持部金型５０内の焼結体を、枠体４１及び枠体５１によって金型４０及び５０から取り外し（図９参照。）、発光素子搭載用支持体１を得た。
得られた発光素子搭載用支持体１のリードフレーム３は、酸化されておらず、発光装置１０として適用できるものであった。
得られた発光素子搭載用支持体１のリードフレーム３は、酸化されておらず、発光装置１０として適用できるものであった。
本発明によれば、発光素子が搭載される絶縁性基台として、所定のガラスセラミックス組成物を用いることで、耐熱性が高く、熱による基台の損傷や気密性の低下が抑制された発光素子搭載用支持体が得られ、かかる発光素子搭載用支持体の採用により、高出力の発光素子を搭載しても、熱による基台の損傷や、気密性の低下が抑制され、また、発光素子から生じる熱を、外部に速やかに放出できる発光装置が得られる。
なお、２０１０年２月１日に出願された日本特許出願２０１０−０２０２４０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、本発明の開示として取り入れるものである。
なお、２０１０年２月１日に出願された日本特許出願２０１０−０２０２４０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、本発明の開示として取り入れるものである。
１…発光素子搭載用支持体、２…絶縁性基台、３…リードフレーム、４…側面部、４Ａ…未焼成側面部材、５…支持部、５Ａ…未焼成支持部材、６…凹部、６ａ…搭載部、７…発光素子、８…ボンディングワイヤ、９…封止材、１０…発光装置、４０，５０…金型、４１，５１…枠体
Claims (10)
- 発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と、前記絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを一体成形した発光素子搭載用支持体であって、
前記絶縁性基台が、低融点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成温度５５０℃以上６３０℃以下の焼結体からなり、前記低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下であることを特徴とする発光素子搭載用支持体。 - 前記低融点ガラス粉末は、酸化物換算のｍｏｌ％表示で、ＳｉＯ ２ を４０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下、Ｂ ２ Ｏ ３ を３８ｍｏｌ％以上４８ｍｏｌ％以下、ＺｒＯ ２ を０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、ＺｎＯを０ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下、Ｋ ２ ＯとＮａ ２ Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下、含有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用支持体。
- 前記セラミックスフィラーは、アルミナ粉末、ジルコニア粉末及びチタニア粉末から選択される１種又は２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子搭載用支持体。
- 前記リードフレームが、アルミニウム、銅、鉄／銅合金、又は鉄／ニッケル合金から選択される導電性金属又は合金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搭載用支持体。
- 前記ガラスセラミックス組成物において、前記低融点ガラス粉末の含有比率が６０体積％以上８０体積％以下であり、前記セラミックスフィラーの含有比率が２０体積％以上４０体積％以下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搭載用支持体。
- 前記絶縁性基台がすり鉢状に凹陥する発光素子の搭載される搭載部を有し、前記リードフレームが前記絶縁性基台を貫通して前記搭載部の底面に露出していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子搭載用支持体。
- 前記低融点ガラス粉末の軟化点（Ｔｓ）が４５０℃以上６３０℃以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子搭載用支持体。
- 前記低融点ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）が０．５μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子搭載用支持体。
- 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光素子搭載用支持体と、
前記発光素子搭載用支持体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。 - 発光素子が搭載される搭載部を有する絶縁性基台と前記絶縁性基台に搭載される発光素子を実装するリードフレームとを有する発光素子搭載用支持体の製造方法であって、
セラミックスフィラーと軟化点（Ｔｓ）が６３０℃以下である低融点ガラス粉末とを含むガラスセラミックス組成物と、前記リードフレームとを、５５０℃以上６３０℃以下の温度で焼成して、前記ガラスセラミックス組成物の焼結体からなる前記絶縁性基台と前記リードフレームを一体成形することを特徴とする発光素子搭載用支持体の製造方法。
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