JP6296961B2 - 配線基板およびそれを用いた発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、配線基板およびそれを用いた発光装置の製造方法に関する。
例えば発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を用いた発光装置（ＬＥＤパッケージ）の実装基板として、セラミックス基板が用いられている。セラミックス基板は、熱伝導率の点ではアルミ製などの金属基板と比べて劣り、光反射率も低い。しかしながら、セラミックス基板を多孔質にすると、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成されたセラミックス基板では、基板内部に無数に存在する空気とアルミナの界面によって光が反射されるため、金属基板と比べて光反射率を高くすることができる。そこで、多孔質セラミックス基板を用いて光取出し効率を向上させたＬＥＤパッケージが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
また、特許文献２，３には、セラミックスによる配線基板のファインパターン化を実現するために、金属ペーストが濡れ広がるのを抑制する膜を予め基板の上面に形成しておき、その上に金属ペーストで配線パターンを印刷し、その基板を焼成することで配線を形成するとともに膜を除去する方法が記載されている。ただし、特許文献２，３は、多孔質のセラミックス基板への配線形成に関する技術ではない。
また、特許文献４には、隣り合うパターン同士の短絡を防止する配線基板の製造方法として、基板の上面に多孔質のガラスから成る下地層を形成し、下地層の上面に導電ペーストを印刷してその一部を下地層内に含浸させ、下地層を形成するガラスの軟化点と同等もしくはそれ以上の温度で導電ペーストを焼結させて、下地層を緻密化するとともに一部が下地層中に埋設された配線導体を形成する方法が記載されている。
上記の通り、セラミックス基板の空隙率をある程度高めて多孔質にすると、光反射率を向上させることができる。しかしながら、多孔質セラミックス基板に対して例えば金属ペーストにより配線パターンを形成すると、空隙率が高くなるほど金属ペーストが基板内部に拡散しやすくなるため、金属ペーストの拡散に起因して、焼成された基板に変色が発生し得る。この場合、変色によって光反射率が著しく低下するという不具合がある。
例えば、特許文献１の基板では、多孔質セラミックス層で反射された光がガラス層によってトラップされて光反射率が低下するため、ガラス層を除去して金属ペーストにより配線を形成することが考えられる。しかしながら、この場合には、金属ペーストの金属を含んだ溶媒（金属イオン）が基板内に拡散して変色が発生し、基板自体の光反射率がかえって低下してしまう。
なお、特許文献４の配線基板は、セラミックス基板の上面にガラスの下地層が形成されることにより放熱特性と光反射特性が低下するため、発光装置用の実装基板としては適さない。また、この配線基板では、ガラスの軟化点よりも大幅に高い温度で配線ペーストを焼成しなければならない場合には、導電ペーストの拡散を防ぐことは難しい。
そこで、本発明は、本構成を有しない場合と比較して、多孔質の基板の孔内に金属イオンが入り込んで基板が変色することをより確実に抑制する配線基板および発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
配線基板の製造方法は、多孔質セラミックス基板に、多孔質セラミックス基板の孔を塞ぐ浸透防止膜を形成し焼成によって分解される前処理液を塗布する工程と、前処理液を硬化させて多孔質セラミックス基板に浸透防止膜を形成する工程と、浸透防止膜が形成された多孔質セラミックス基板の表面に配線を形成する工程と、浸透防止膜が分解される温度で、配線が形成された多孔質セラミックス基板を焼成する工程とを有することを特徴とする。
上記の製造方法では、浸透防止膜は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を主鎖とする三次元架橋した膜であり、（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーの混合物、（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマーの混合物、または（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーと（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマーとの混合物のいずれかを含み、Ｒ１は水素または炭素数が１〜１０の飽和炭化水素基であり、Ｒ２は水素または炭素数が１〜１０の炭化水素基であり、ｍは１〜４の整数、ｎは０〜３の整数であってｍ＋ｎ＝４を満たすことが好ましい。
上記の製造方法の塗布する工程では、多孔質セラミックス配線基板を前処理液に浸漬することが好ましい。
上記の製造方法の配線を形成する工程では、配線の材料として金属ペーストを使用することが好ましい。
上記の製造方法の焼成する工程では、浸透防止膜を分解させるとともに金属ペーストを焼成することが好ましい。
上記の製造方法の配線を形成する工程では、多孔質セラミックス配線基板の上にメッキシード層を形成し、メッキシード層の上に金属メッキ層を形成し、金属メッキ層とメッキシード層を部分的に除去して配線を形成することが好ましい。
上記の製造方法では、多孔質セラミックス基板は気孔率が５〜２０％であることが好ましい。
上記の製造方法の配線を形成する工程では、配線の材料として金属ペーストを使用することが好ましい。
上記の製造方法の焼成する工程では、浸透防止膜を分解させるとともに金属ペーストを焼成することが好ましい。
上記の製造方法の配線を形成する工程では、多孔質セラミックス配線基板の上にメッキシード層を形成し、メッキシード層の上に金属メッキ層を形成し、金属メッキ層とメッキシード層を部分的に除去して配線を形成することが好ましい。
上記の製造方法では、多孔質セラミックス基板は気孔率が５〜２０％であることが好ましい。
また、発光装置の製造方法は、多孔質セラミックス基板に、多孔質セラミックス基板の孔を塞ぐ浸透防止膜を形成し焼成によって分解される前処理液を塗布する工程と、前処理液を硬化させて多孔質セラミックス基板に浸透防止膜を形成する工程と、浸透防止膜が形成された多孔質セラミックス基板の表面に配線を形成する工程と、浸透防止膜が分解される温度で、配線が形成された多孔質セラミックス基板を焼成する工程と、焼成された多孔質セラミックス基板の表面に発光素子を実装する工程と、実装された発光素子を樹脂により封止する工程とを有することを特徴とする。
上記の配線基板および発光装置の製造方法によれば、本構成を有しない場合と比較して、多孔質の基板の孔内に金属イオンが入り込んで基板が変色することをより確実に抑制することが可能になる。
以下、図面を参照しつつ、配線基板と発光装置の製造方法について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
この配線基板の製造方法では、ＬＥＤ（発光素子）などの光学素子が実装される多孔質セラミックス基板に対してその孔を塞ぐ膜を形成する前処理を行い、その膜の上に金属ペーストの印刷などにより配線を形成し、さらに基板を焼成してその膜を除去する。これにより、基板の孔内に金属イオンが入り込んで基板が変色することを抑制するとともに、基板の光反射特性の低下や短絡を引き起こすことなく、高精細な配線形成を可能にする。
セラミックス基板は、成形、焼成などの工程を経て得られる非金属無機材料を主成分とする絶縁性の基板である。この主成分の代表例としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などがあるが、特定のものには限定されない。また、多孔質とは、表面および内部に多数の微細な孔（空隙）があることを意味する。特に、高い光反射率を実現するためには、基板の表面だけでなく、その内部にも多数の微細な孔が存在することが必要である。
多孔質セラミックス基板では、ある一定の範囲内で密度が低いほど、すなわち気孔率（空隙率）が高いほど、光反射率が上がるという特徴がある。しかしながら、気孔率が高くなり過ぎると、基板の上面に金属ペーストを印刷するなどして配線を形成することができなくなり、また、強度が弱くなって基板として機能しなくなる。そこで、本製造方法では、気孔率が５〜２０％程度の多孔質セラミックス基板を対象とする。なお、気孔率とは、基板の見かけの全容積に対する、外部に連通する気孔の容積と内部に封入された気孔の容積との和の比率として定義される。
図１は、配線基板の製造方法の工程を示すフロー図である。また、図２（Ａ）〜図２（Ｅ）は、図１に示した各工程を説明するための模式的な断面図である。
図２（Ａ）は、一連の工程を実施する前の多孔質セラミックス基板１０の断面であり、符号１０Ａを付けた多数の円は孔（空隙）を表す。まず、図２（Ｂ）に示すように、多孔質セラミックス基板１０に、前処理液１１を塗布する（Ｓ１：塗布工程）。図２（Ｂ）では、前処理液１１が多孔質セラミックス基板１０の上面に浸透した状態を示している。前処理液１１は、有機物の成分を含み、加熱したり湿気を加えたりすることによって硬化する熱硬化性または常温硬化性の樹脂の液体であり、硬化することでセラミックス基板の表面に多孔質の孔を塞ぐ浸透防止膜を形成する。浸透防止膜は、例えば配線用の金属ペーストの仮焼成温度（例えば１５０℃）では膜形態を維持し、金属ペーストの本焼成温度（例えば８５０℃）まで加熱されると分解されて、透明な無機酸化物の微粒子となる。浸透防止膜の具体的な成分については後述する。
なお、前処理液１１は、基板の全面に塗布してもよいし、基板の上面のうち配線が形成される領域のみに塗布してもよい。また、多孔質セラミックス基板１０の両面に前処理液１１を塗布してもよい。あるいは、塗布工程では、多孔質セラミックス基板１０を前処理液に浸漬してもよい。
次に、図２（Ｃ）に示すように、加熱などにより、塗布された前処理液１１を硬化させて、多孔質セラミックス基板１０に浸透防止膜１２を形成する（Ｓ２：膜形成工程）。こうして、多孔質セラミックス基板１０の表面に近い孔１０Ａが、浸透防止膜１２により塞がれる。塗布工程と膜形成工程が、本製造方法の前処理に相当する。なお、浸透防止膜１２は、多孔質セラミックス基板１０の上面（外側）に形成されていてもよいが、基板の表面に近い孔を塞ぐものであればよいため、図２（Ｃ）に示すように多孔質セラミックス基板１０の表面付近の内側に形成されていてもよい。
続いて、図２（Ｄ）に示すように、浸透防止膜１２が形成された多孔質セラミックス基板１０の表面に、例えば金属ペーストを印刷することにより配線パターン１３を形成する（Ｓ３：配線形成工程）。このとき、浸透防止膜１２は、多孔質セラミックス基板１０の孔１０Ａを埋めることで、金属ペースト中のバインダ（あるいは溶媒）に分散しているＡｇフィラーなどの金属微粒子の拡散および浸透を防止する膜（フィルム）として機能し、目止効果を発現させる。なお、金属ペーストには、例えば銀（Ａｇ）ペーストを使用できるが、銅（Ｃｕ）などの別の金属のものを使用してもよい。また、配線の形成には、印刷だけでなく、ディスペンサでポッティングするなどの別の方法を用いてもよい。
続いて、配線パターン１３が形成された多孔質セラミックス基板１０を例えば１３０〜１５０℃で仮焼成することで、配線パターン１３を乾燥させる（Ｓ４：仮焼成工程）。このとき、配線パターン１３の表面形状が保持されるように、仮焼成によって最表面のペースト溶剤を揮発させる。なお、使用する金属ペーストによっては、仮焼成ではなく、例えば紫外線を照射することにより金属ペーストを硬化させてもよい。
さらに、配線パターン１３が形成された多孔質セラミックス基板１０を本焼成することで、浸透防止膜１２を分解させる（Ｓ５：本焼成工程）。このときの温度は、例えば８５０℃であり、浸透防止膜１２の有機物が消失し、膜が崩壊して無機酸化物の微粒子だけが残るように設定される。以上で、配線基板の製造工程は終了する。
本焼成工程により、図２（Ｅ）に示すように、多孔質セラミックス基板１０の内部に金属ペーストが拡散することなく、基板の表面に配線パターン１３が密着する。また、浸透防止膜１２が分解されることで、塞がれていた多孔質の孔が再び開かれるため、配線パターン１３の形成前と同等の光反射率が保持される。また、本焼成後は、浸透防止膜１２として透明な無機酸化物の微粒子だけが残るため、基板の光反射特性が悪化することもない。
以下では、浸透防止膜の成分について説明する。浸透防止膜は、前処理液として塗布されるときは硬化していないが、硬化したときにＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を主鎖として３次元架橋する、例えば熱硬化性または常温硬化性の樹脂である。前処理液は、塗布された後に、加熱したり湿気を制御したりすることにより硬化する。浸透防止膜は、前処理液が硬化したときに、アルコールや水が脱離し分子中の水酸基（−ＯＨ）が抜け、分子が互いに重合することにより形成される。
浸透防止膜は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を主鎖とする三次元架橋した膜であり、
（１）（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独または複数組み合わせたモノマーの混合物
（２）（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独または複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマー（すなわち、比較的低分子の重合生成物）の混合物
（３）（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーと（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマーとの混合物（すなわち、（１）と（２）の両方を含む混合物）
のいずれかを主成分とすることが好ましい。ただし、
・Ｒ１は水素または炭素数が１〜１０（Ｃ１〜Ｃ１０）の飽和炭化水素基であり、
・Ｒ２は水素または炭素数が１〜１０（Ｃ１〜Ｃ１０）の炭化水素基（例えば、メチル基、フェニル基、アルケニル基など）であり、
・ｍは１〜４の整数、ｎは０〜３の整数であってｍ＋ｎ＝４を満たす
ことが好ましい。
（１）（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独または複数組み合わせたモノマーの混合物
（２）（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独または複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマー（すなわち、比較的低分子の重合生成物）の混合物
（３）（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーと（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマーとの混合物（すなわち、（１）と（２）の両方を含む混合物）
のいずれかを主成分とすることが好ましい。ただし、
・Ｒ１は水素または炭素数が１〜１０（Ｃ１〜Ｃ１０）の飽和炭化水素基であり、
・Ｒ２は水素または炭素数が１〜１０（Ｃ１〜Ｃ１０）の炭化水素基（例えば、メチル基、フェニル基、アルケニル基など）であり、
・ｍは１〜４の整数、ｎは０〜３の整数であってｍ＋ｎ＝４を満たす
ことが好ましい。
なお、浸透防止膜を形成できるならば、ＳｉをＴｉ、Ｚｒ、Ａｌのいずれかに代えてもよい。ＳｉをＡｌに代えた場合には、ｍは１から３の整数、ｎは０から２の整数であってｍ＋ｎ＝３を満たすものになる。
浸透防止膜は、低分子だけを含むとクラックが発生し得るため、ある程度分子量の高いオリゴマー（低重合体）を含むものがよい。また、膜を形成するためには、複数種類の分子の混合物が好ましく、特に、低分子量のモノマーと比較的高分子量のオリゴマーの混合物が好ましい。ただし、浸透防止膜を形成して孔を塞ぐだけでなく、最後の本焼成工程で除去できることも必要であるため、Ｒ１とＲ２の炭化水素基は比較的分子量が低いものであることが好ましい。なお、浸透防止膜を形成する前処理液は、上記の成分で構成される液体であればよく、別の結合剤（バインダ）を溶媒として含む必要はない。また、浸透防止膜は配線用の金属ペーストを仮焼成した後も膜状態を維持できる必要があるため、仮焼成温度（例えば１５０℃）以下で軟化するものは材料として適さない。
特に、前処理液は、触媒を含むことが好ましい。触媒としては、例えば、アルミ、錫、チタン化合物などの金属系触媒や酢酸などの有機酸触媒、燐酸などの無機酸触媒、アンモニウム塩などのアルカリ触媒を用いることができる。また、前処理液の具体例としては、上記（３）に相当する信越化学工業株式会社製のＫＲ−４００、ＫＲ−４０１、Ｘ−４０−２３２７などが挙げられる。
上記（１）は、単一または複数のモノマーの混合物である。モノマーの例としては、テトラアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、アルケニルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、アルキルフェニルトリアルコキシシラン、ジフェニルジアルコキシシランなどがある。
上記（２）は、単一または複数のモノマーに由来するオリゴマーの混合物である。オリゴマーの例としては、多摩化学工業株式会社製のシリケート４０、シリケート４５、Ｍシリケート５１、信越化学工業株式会社製のＸ−４０−２３０８、Ｘ−４０−９２３８、ＫＣ−８９Ｓ、ＫＲ−５００、Ｘ−４０−９２２７、ＫＲ−２１３などがある。
上記（３）は、単一または複数のモノマーと、単一または複数のモノマーに由来するオリゴマーとの混合物である。このモノマー成分の例としては、ジメトキシジメチルシラン、メチルトリメトキシシランなどがある。また、オリゴマー成分の構成ユニットの例としては、ジメトキシメチルシロキサンユニット、メトキシメチルシロキサンユニット、メチルシロキサンユニット、ジメチルシロキサンユニットなどがある。
以下では、図１の製造方法により配線基板を製造し、変色の発生の有無を確認した実験について説明する。以下の全ての実施例および比較例では、多孔質セラミックス基板として１３．５ｍｍ角のアルミナ基板（アルミナを主成分とする基板）を使用し、その基板上に銀ペーストで配線パターンを形成（印刷）した。
変色の有無は、配線形成前後の基板のパターン周辺および非印刷領域を目視で比較することにより確認した。目視にて判断できない場合には、非印刷領域について、コニカミノルタ製の分光測色計ＣＭ−２６００を使用して３６０ｎｍ〜７４０ｎｍの反射率を測定し、配線形成前後で４５０ｎｍの反射率が３％以上低下したものを変色有りと判断した。
気孔率５％（密度９５％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（１）に相当するアルキルトリアルコキシシランを主成分とする粘度１．０ｍＰａ・ｓ程度の前処理液を使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。そして、形成された浸透防止膜の上に、手刷スクリーン印刷機を用いて銀ペーストで配線パターンを印刷し、その後、焼成炉を用いて１３０〜１５０℃で３０分間、銀ペーストを乾燥（仮焼成）させ、さらに最大８５０℃で１時間、本焼成した。本焼成の１時間のうち、最大の８５０℃であった期間は１０分間とした。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率５％（密度９５％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（２）に相当する粘度１６ｍＰａ・ｓ程度のシリケート４５を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。そして、実施例１と同一の条件で、図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率５％（密度９５％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（３）に相当する粘度１．２ｍＰａ・ｓ程度のシリコーンレジンＫＲ−４００を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。そして、実施例１と同一の条件で、図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（１）に相当するアルキルトリアルコキシシランを主成分とする粘度０．８ｍＰａ・ｓ程度の前処理液を使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（２）に相当する粘度１５ｍＰａ・ｓ程度のＸ−４０−９２２７を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（３）に相当する粘度０．９ｍＰａ・ｓ程度のＸ−４０-２３２７を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率１７％（密度８３％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（１）に相当するテトラアルコキシシランを主成分とする粘度１．４ｍＰａ・ｓ程度の前処理液を使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率１７％（密度８３％）の多孔質セラミックス基板に対し、気孔率以外は実施例２と同一の条件で図１の各工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率１７％（密度８３％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（３）に相当する粘度２２ｍＰａ・ｓ程度のＫＲ−４０１を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。図３（Ａ）は、実施例９の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。なお、符号１０は多孔質セラミックス基板の上面を示し、符号１４は銀ペーストによる印刷部分を示す。
気孔率２０％（密度８０％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（１）に相当するフェニルトリアルコキシシランを主成分とする粘度１．２ｍPa・ｓ程度の前処理液を使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率２０％（密度８０％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（２）に相当する粘度２５ｍＰａ・ｓ程度のＫＲ−５００を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
気孔率２０％（密度８０％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（３）に相当する粘度１５ｍＰａ・ｓ程度のＸ−４０−９２２７を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板に変色は発生しなかった。
（比較例１）
気孔率７％（密度９３％）の多孔質セラミックス基板に対し、図１の塗布工程と膜形成工程は実施せず、実施例１と同一の条件で図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板上の符号１４で示した個々の配線パターンの縁に、わずかに変色が発生した。図３（Ｂ）は、比較例１の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。
気孔率７％（密度９３％）の多孔質セラミックス基板に対し、図１の塗布工程と膜形成工程は実施せず、実施例１と同一の条件で図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板上の符号１４で示した個々の配線パターンの縁に、わずかに変色が発生した。図３（Ｂ）は、比較例１の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。
（比較例２）
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、図１の塗布工程と膜形成工程は実施せず、実施例１と同一の条件で図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板の全体に変色が発生した。図３（Ｃ）は、比較例２の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。図３（Ｃ）の写真は、変色の影響により、符号１０で示す多孔質セラミックス基板の上面の色が、図３（Ａ）および図３（Ｂ）の写真と比べて全体的に薄くなっている。この変色は、アルミナの密度が低下したことに伴い、印刷時に銀ペースト内の成分が印刷部分以外の基板内部および周辺に浸透してしまうことに起因すると考えられる。
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、図１の塗布工程と膜形成工程は実施せず、実施例１と同一の条件で図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板の全体に変色が発生した。図３（Ｃ）は、比較例２の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。図３（Ｃ）の写真は、変色の影響により、符号１０で示す多孔質セラミックス基板の上面の色が、図３（Ａ）および図３（Ｂ）の写真と比べて全体的に薄くなっている。この変色は、アルミナの密度が低下したことに伴い、印刷時に銀ペースト内の成分が印刷部分以外の基板内部および周辺に浸透してしまうことに起因すると考えられる。
（比較例３）
気孔率１７％（密度８３％）の多孔質セラミックス基板に対し、図１の塗布工程と膜形成工程は実施せず、実施例１と同一の条件で図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板の上面において、符号１４で示した印刷部分とその周辺に変色が発生した。図３（Ｄ）は、比較例３の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。比較例２と比較例３では変色の仕方が異なっているが、これは、比較例２より比較例３の方が気孔率が高いため、銀ペーストが基板の面方向に拡散する前に深さ方向に浸透してしまうためであると考えられる。
気孔率１７％（密度８３％）の多孔質セラミックス基板に対し、図１の塗布工程と膜形成工程は実施せず、実施例１と同一の条件で図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、多孔質セラミックス基板の上面において、符号１４で示した印刷部分とその周辺に変色が発生した。図３（Ｄ）は、比較例３の本焼成された多孔質セラミックス基板の上面の写真である。比較例２と比較例３では変色の仕方が異なっているが、これは、比較例２より比較例３の方が気孔率が高いため、銀ペーストが基板の面方向に拡散する前に深さ方向に浸透してしまうためであると考えられる。
（比較例４）
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（１）〜（３）のいずれにも相当しない水溶性アクリル樹脂溶液を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。そして、実施例１と同一の条件で、図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、仮焼成温度（１５０℃）にてアクリル樹脂が軟化してしまい、比較例２と同様に多孔質セラミックス基板に変色が発生した。
気孔率１２％（密度８８％）の多孔質セラミックス基板に対し、上記の（１）〜（３）のいずれにも相当しない水溶性アクリル樹脂溶液を前処理液として使用して、図１の塗布工程と膜形成工程を実施した。そして、実施例１と同一の条件で、図１の配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施した。この結果、仮焼成温度（１５０℃）にてアクリル樹脂が軟化してしまい、比較例２と同様に多孔質セラミックス基板に変色が発生した。
以上の結果を表１に示す。表１からわかるように、気孔率が５〜２０％程度の多孔質セラミックス基板に対しては、上記の（１）〜（３）のいずれかを主成分とする前処理液を用いて前処理を実施することにより、基板の変色の発生を防ぐことが可能である。
図４は、実施例９の多孔質セラミックス基板の反射スペクトルを示すグラフである。図４の縦軸は基板による全反射率Ｒ（％）を、横軸は波長λ（ｎｍ）を示す。また、図４の曲線ａは図１の各工程を実施する前の反射スペクトルを、曲線ｂは図１の各工程を実施した後の反射スペクトルを示す。図４からわかるように、前処理とその後の配線印刷および焼成を行うことにより、各波長に対する光反射率は概ね０．５〜１％程度低下している。しかしながら、この程度の低下量であれば実用上は問題にならないため、上記の前処理により、基板の光反射率をほとんど低下させることなく、基板の変色の発生を抑制することが可能である。
なお、前処理液の粘度の範囲は、概ね０．５〜５０ｍＰａ・ｓであることが好ましい。上記の（１）〜（３）のいずれかを主成分とする前処理液を使用すれば基板の変色は防げるが、前処理液の粘度が高過ぎると、多孔質セラミック基板の孔内に前処理液が浸透せず表面に残ってしまい、硬化後に厚い浸透防止膜が基板表面に形成されてしまう。一方、粘度が低過ぎると、前処理液は孔内に浸透するものの、効果収縮が大きくクラックの多い浸透防止膜となってしまう。言い換えると、前処理液の粘度が高過ぎる場合には、焼成後に基板表面の浸透防止膜が分解した際、配線層とセラミック基板との界面にポーラス層が形成され、配線とセラミック基板の密着性が低下してしまう。一方、前処理液の粘度が低過ぎる場合には、金属ペースト印刷時に浸透防止膜内のクラックを通してペースト成分がパターン周辺に拡散してしまい、変色の原因となってしまう。
そこで、追加の実験として、アルミナを主成分とする気孔率１７％の多孔質セラミックス基板に対し、前処理液の粘度を変化させて前処理を行い、金属ペーストの剥離や浸透防止膜のクラックの有無を検証した。その結果、粘度が２５ｍＰａ・ｓの場合には、前処理液が基板に浸透し、その硬化後に銀ペーストによる配線の印刷が可能であった。一方、粘度が８０，１００，１６０ｍＰａ・ｓの場合には、前処理液が基板に浸透せず、その硬化後に配線形成工程、仮焼成工程および本焼成工程を実施したところ、最終的に配線パターンに剥離が発生した。したがって、前処理液の粘度は例えば５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましいが、例えば０．５ｍＰａ・ｓ未満であると粘度が低過ぎて硬化収縮によりクラックが発生し得るため、実用的には０．５〜５０ｍＰａ・ｓがよいと考えられる。
なお、図１の配線形成工程における配線の形成方法は、金属ペーストの印刷に限らず、ドライプロセスによるものであってもよい。ドライプロセスでは、まず、配線を形成する基板の上面にメッキシード層を形成し、メッキシード層の上に金属メッキ層を形成し、金属メッキ層とメッキシード層をエッチングで部分的に除去することにより配線が形成される。しかしながら、多孔質セラミックス基板を用いてドライプロセスにより配線を形成しようすると、最初にメッキシード層を形成したときに、そのメッキシード層の一部の材料が基板の孔に入り込んでしまう。すると、その一部の材料は最後のエッチングによっても取り除かれないため、その一部の材料に光が吸収されて光反射率が低下してしまう。また、孔に残ったメッキシード層の一部の材料が短絡（ショート）の原因となることもある。
そこで、上記の（１）〜（３）のいずれかを主成分とする前処理液を事前に基板上に塗布して、浸透防止膜を形成しておくことにより、メッキシード層の一部の材料が基板の孔に入り込むことが抑制される。この場合でも、エッチングの後に本焼成工程を行えば、浸透防止膜は分解されるため、最終的には上記した金属ペーストの印刷の場合と同様の多孔質セラミックス配線基板が得られる。
以上説明した方法により製造された多孔質セラミックス配線基板は、高い光反射特性が求められるＬＥＤパッケージの実装基板、照明用モジュールの実装基板、照明器具用の反射板などに応用可能である。例えば、図１の各工程を実施して本焼成された多孔質セラミックス基板の上面にＬＥＤ素子（発光素子）を実装し、その実装されたＬＥＤ素子を樹脂により封止すれば、高い光反射特性を有するＬＥＤパッケージを製造することができる。また、この多孔質セラミックス配線基板は、ＬＥＤパッケージなどの照明用途以外でも、配線形成を必要とする高光反射特性の多孔質セラミックスデバイスにも応用可能である。
１０ 多孔質セラミックス基板
１１ 前処理液
１２ 浸透防止膜
１３ 配線パターン
１４ 印刷部分
１１ 前処理液
１２ 浸透防止膜
１３ 配線パターン
１４ 印刷部分
Claims (8)
- 多孔質セラミックス基板に、当該多孔質セラミックス基板の孔を塞ぐ浸透防止膜を形成し焼成によって分解される前処理液を塗布する工程と、
前記前処理液を硬化させて前記多孔質セラミックス基板に浸透防止膜を形成する工程と、
浸透防止膜が形成された前記多孔質セラミックス基板の表面に配線を形成する工程と、
前記浸透防止膜が分解される温度で、配線が形成された前記多孔質セラミックス基板を焼成する工程と、
を有することを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記浸透防止膜は、
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を主鎖とする三次元架橋した膜であり、
・（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーの混合物、
・（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマーの混合物、または
・（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーと（Ｒ１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（Ｒ２）ｎを単独もしくは複数組み合わせたモノマーに由来するオリゴマーとの混合物
のいずれかを含み、
Ｒ１は水素または炭素数が１〜１０の飽和炭化水素基であり、
Ｒ２は水素または炭素数が１〜１０の炭化水素基であり、
ｍは１〜４の整数、ｎは０〜３の整数であってｍ＋ｎ＝４を満たす、請求項１に記載の製造方法。 - 前記塗布する工程では、前記多孔質セラミックス基板を前記前処理液に浸漬する、請求項１または２に記載の製造方法。
- 前記配線を形成する工程では、前記配線の材料として金属ペーストを使用する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記焼成する工程では、前記浸透防止膜を分解させるとともに前記金属ペーストを焼成する、請求項４に記載の製造方法。
- 前記配線を形成する工程では、前記多孔質セラミックス基板の上にメッキシード層を形成し、当該メッキシード層の上に金属メッキ層を形成し、当該金属メッキ層と当該メッキシード層を部分的に除去して前記配線を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記多孔質セラミックス基板は気孔率が５〜２０％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
- 多孔質セラミックス基板に、当該多孔質セラミックス基板の孔を塞ぐ浸透防止膜を形成し焼成によって分解される前処理液を塗布する工程と、
前記前処理液を硬化させて前記多孔質セラミックス基板に浸透防止膜を形成する工程と、
浸透防止膜が形成された前記多孔質セラミックス基板の表面に配線を形成する工程と、
前記浸透防止膜が分解される温度で、配線が形成された前記多孔質セラミックス基板を焼成する工程と、
焼成された前記多孔質セラミックス基板の表面に発光素子を実装する工程と、
実装された前記発光素子を樹脂により封止する工程と、
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
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