JPWO2006019090A1 - 発光素子搭載用セラミックス基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は、上記のような問題のない複合発光素子を得るために表面の光反射率と熱伝導率の両方が高い発光素子搭載用セラミックス基板を提供することを目的とする。
(第一の態様)所期の形状(被覆層(112)および基板本体(111)からなるセラミックス基板(110)の形状)の窒化物セラミックスからなる焼結体を準備し、該焼結体において被覆層(112)となる部分を酸化処理することにより該当個所の窒化物セラミックスを酸化物に転化することによって形成した酸化物層からなる被覆層(112)、
(第二の態様)窒化物セラミックスからなる基板本体(111)の表面に設けられた、この窒化物セラミックスとは異種の白色セラミックス層からなる被覆層(112)、および、
(第三の態様)前記(第一の態様)と(第二の態様)との複合タイプ、即ち、(第一の態様)のようにして形成される酸化物からなる下地層の上に異種の白色セラミックス層が形成された複層構造の被覆層等が挙げられる。
被覆層112の厚さが5μm未満のときには、白色セラミックスの種類によっては下地の影響を受けて300〜800nmの波長領域の光に対する反射率が50%未満となってしまうことがある。また、効率的な光反射の観点から被覆層112の算術平均表面粗さ(Ra)は3μm以下、特に0.8μm以下であるのが好適である。
図1は、本発明の発光素子搭載用セラミックス基板100aを模式的に示した断面図である。発光素子搭載用セラミックス基板100aは、電極210a、210bを有する発光素子200を搭載するためのものであり、導電部113、114、115、略四角平板状のセラミックス基板110から構成されている。セラミックス基板110における発光素子200を載置するための載置面の表面には、発光素子200の電極210a、210bとそれぞれ電気的に接続される発光素子接続用電極113、113’が形成される。
まず、図1に示した基板100aを製造する場合と同様にして、グリーンシート成形、穿孔加工、金属ペーストの穿孔への充填、および印刷法等を用いた導体パターン(発光素子接合用電極および電力供給用電極に対応する。)の形成を行う。なお、本方法においては、グリーンシートは、実質的に基板本体111と同一形状に形成する点で、図1に示した基板100aを製造する場合とは異なる。
(十分な酸化処理により光反射率の高い表面を与える酸化物からなる被覆層を形成した窒化アルミニウム基板を用いた例)
窒化アルミニウム粉末100質量部、酸化イットリウム5.0質量部、表面活性剤としてテトラグリセリンモノオレート1.0質量部、溶媒としてトルエン40質量部、バインダーとしてポリn−プチルメタクリレート13質量部、可塑剤としてジブチルフタレート4.2質量部、トルエン10質量部、酢酸ブチル5質量部をボールミルにて混合し白色の泥漿を得た。次いで、得られた泥漿を用いてドクターブレード法によりシート成形を行い、厚さ0.6mmの絶縁基板用グリーンシートを作製した。得られたグリーンシートについて、水分を含む水素ガスを10(リッター/分)で流通させながら850℃、2時間、加熱脱脂を行った。なお、脱脂の際の昇温速度は2.5℃/分とした。脱脂後、脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒素雰囲気中、1800℃で、5時間加熱して焼結体を得た。この焼結体は、色調は透光感のある灰色であった。
(酸化処理が不十分で所期の光反射率を有しない被覆層が形成された窒化アルミニウム基板を用いた例)
実施例1と同様にして得られた焼結体について、酸素雰囲気中で、酸化処理を実施例1と同様に行った。但し、酸化処理時間を1時間に短縮して行った。この焼結体の表面には、アルミナ(Al2O3)からなる被覆層が膜厚2μmで形成されていたが、該被覆層の色調は薄い灰色であった。得られた焼結体について、実施例1と同様にして被覆層表面の300〜800nmの波長領域の光に対する反射率、密度および熱伝導率評価を行った。その結果を併せて表1に示した。
(表面に白色セラミックスからなる被覆層を塗設した窒化アルミニウム基板を用いた例)
窒化ホウ素粉末を68質量部、酸化ホウ素粉末を9質量部、窒化アルミニウム粉末23質量部、エチルセルロース26質量部、溶媒としてのテルピネオールを110質量部加えて白色セラミックスペーストを調製した。次いで、得られたペーストを、実施例1と同様にして調整した窒化アルミニウムグリーンシートの一方の面の表面上に印刷法により塗布し、厚さ15μmのペースト層を形成した。その後、実施例1と同様にして脱脂および焼成を行い、焼結体の表面に、窒化ホウ素からなる被覆層(厚さ10μm)を形成した。なお、この被覆層の表面色調は白色であった。得られた焼結体について、実施例1と同様にして被覆層表面の300〜800nmの波長領域の光に対する反射率、密度および熱伝導率評価を行った。その結果を併せて表1に示した。なお、純水を用いた超音波洗浄を行ってから、同様にして光反射率を測定したが、測定結果は洗浄前と変わらなかった。
(表面に白色セラミックス(窒化ホウ素)からなる被覆層を塗設した窒化アルミニウム基板を用いた例)
実施例2において、使用する白色セラミックスペーストの組成を、窒化ホウ素粉末を68質量部、窒化アルミニウム粉末を23質量部、酸化イットリウム粉末を18質量部、エチルセルロース28質量部、およびテルピネオール(溶媒)120質量部とした他は同様にして白色セラミックスペーストを調製し、実施例2と同様にして窒化アルミニウムグリーンシートに塗布し脱脂・焼成を行った。得られた焼結体基板は窒化ホウ素からなる被覆層(厚さ10μm)を有しており、被覆層の色調は白色であった。得られた焼結体について、実施例1と同様にして被覆層表面の300〜800nmの波長領域の光に対する反射率、密度および熱伝導率評価を行った。その結果を併せて表1に示した。なお、純水を用いた超音波洗浄を行ってから、同様にして光反射率を測定したが、測定結果は洗浄前と変わらなかった。
(窒化アルミニウム基板をそのまま用いた例)
実施例1と同様にして窒化アルミニウムグリーンシートを調製し、これをそのまま実施例1同様にして焼成し、窒化アルミニウム焼結体基板を得た。焼結体の表面の色調は、灰色であった。得られた焼結体について、実施例1と同様にして表面の300〜800nmの波長領域の光に対する反射率、密度および熱伝導率評価を行った。その結果を併せて表1に示した。
(基板表面に窒化物セラミックスペーストを塗布し、後焼成により焼き付け、白色窒化物セラミックス層を形成した例)
実施例1と同様にして窒化アルミニウム焼結体からなる基板を作成した。次いで、平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末(酸素濃度0.8質量%)100質量部、平均粒径0.5μmの酸化イットリウム(Y2O3)粉末5質量部、エチルセルロース9質量部、テルピネオール40質量部を混練し、25℃における粘度を3500Pに調整した窒化アルミニウムペーストを調製した。その後、前記窒化アルミニウム焼結体基板の表面上に上記窒化アルミニウムペーストを厚さ300μmとなるようにスクリーン印刷し、80℃で5分間乾燥を行った。このようにしてペーストを塗布した基板を、空気中酸化雰囲気下で脱脂を行った。次に、得られた脱脂体と表面積320mm2のカーボン板{該カーボン板は、40mm(40mm×40mmの正方形を意味する)、厚さ3mm、重量18gの標準カーボン板を1/4の大きさに切断した10mm×10mm×3mmものである。}を両者が接触しないようにして内容積が84cm3の内壁が窒化ホウ素で構成される炭素製の有蓋容器に入れた。なお、この容器においては加熱により容器内が加圧状態となった場合には、その圧力により蓋が僅かに持ち上がり容器本体と蓋との間に隙間ができて容器内の圧力は外気圧とほぼ同等保たれるようになっている。その後、この容器をカーボン炉内に搬入し、窒素雰囲気中、1740℃で4時間焼成し、白色窒化アルミニウムからなる被覆層を表面に有する基板を得た。
(基板表面に窒化物セラミックスペースト塗布し、後焼成により焼き付ける場合において、焼結体に空隙が残存しない条件で焼成を行った例)
脱脂体の焼成温度を1800℃とする他は実施例4と同様にして基板を得た。得られた基板の被覆層について、350〜800nmの波長領域の光に対する反射率を実施例1と同様にして測定した。その結果を表2に示す。また、基板の破断面の顕微鏡(SEM)を図5に示す。図5に示されるように粒界に空隙は認められなかった。
110 セラミックス基板
111 基板本体
112a、112b 被覆層
113、113’ 発光素子接続用電極
114、114’ ビアホール
115、115’ 電力供給用電極
200 発光素子
210a、210b 発光素子の電極
300 ボンディングワイヤー
Claims (8)
- 電極を有する発光素子を載置するための載置面と、この発光素子の電極と電気的に接続される電極と、を有するセラミックス基板からなる発光素子搭載用セラミックス基板であって、
前記セラミックス基板が、窒化物セラミックスからなる基板本体と、この基板本体の表面の少なくとも一部を被覆し、基板本体を形成する窒化物セラミックスとは異種のセラミックスからなる被覆層と、を含んでなり、
前記被複層の表面における300〜800nmの波長領域の光に対する反射率が50%以上である、発光素子搭載用セラミックス基板。 - 前記被覆層の表面における400nmの波長の光に対する反射率が70%以上である、請求の範囲第1項に記載の発光素子搭載用セラミックス基板。
- 前記セラミックス基板における前記載置面側の露出表面の表層部が前記被覆層により形成されている、請求の範囲第1項または第2項に記載の発光素子搭載用セラミックス基板。
- 前記被覆層の層厚が5〜500μmである、請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の発光素子搭載用セラミックス基板。
- 窒化物セラミックスを含む化合物を含有する組成物をシート状に成形する工程、
得られたシート状成形体に導電部を形成する工程、
得られたシート状成形体を焼成して、原料基板を作製する工程、
および、焼成により得られた原料基板を酸素雰囲気下で酸化処理することによって、酸化物セラミックスからなる被覆層を有するセラミックス基板を得る工程、
を含む、請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の発光素子搭載用セラミックス基板の製造方法。 - 窒化物セラミックスを含む化合物を含有する組成物を実質的に基板本体と同一形状に成形する工程、
得られた成形体の表面上に、白色セラミックスを含有する組成物を塗布する工程、
および、白色セラミックスを含有する組成物が塗布された成形体を焼成することにより、白色セラミックスからなる被覆層を有するセラミックス基板を得る工程、
を含む、請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の発光素子搭載用セラミックス基板の製造方法。 - 窒化物セラミックスを含む化合物を含有する組成物を実質的に基板本体と同一形状に成形する工程、
得られた成形体を焼成して、基板本体焼結体を得る工程、
この基板本体焼結体の表面上に窒化物セラミックスペーストを塗布する工程、
および、窒化物セラミックスペーストが塗布された基板本体焼結体を、還元性ガスを含む雰囲気中で焼成する工程、を含み、
前記還元性ガスを含む雰囲気中での焼成が、前記窒化物セラミックスペーストが焼結されて得られる焼結体中に口径0.1μm以上の空隙が残存するような条件で行われる、請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の発光素子搭載用セラミックス基板の製造方法。 - 請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の発光素子搭載用セラミックス基板、およびこの基板上に接合した発光素子を有する、複合発光素子。
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