JPWO2007058361A1 - 光反射用材料、発光素子収納用パッケージ、発光装置及び発光素子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents

光反射用材料、発光素子収納用パッケージ、発光装置及び発光素子収納用パッケージの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】セラミックに金属メッキを被着させることなく反射率を向上させた発光素子収納用パッケージを提供する。【解決手段】上面に発光素子１を搭載する導体搭載部８を有しセラミックからなる基板２と、基板２の上面に貫通孔３の内周面７が外側へ向かって広がるように形成され、焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射材料からなる枠体４と、基板２の導体搭載部８に搭載される発光素子１と、を備え、金属メッキを被着させることなく枠体４の反射率を向上させた。【選択図】図１

Description

本発明は、光反射用材料、発光素子収納用パッケージ、発光装置及び発光素子収納用パッケージの製造方法に関する。
従来、高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）等の発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）として、セラミックを基板としたパッケージが用いられている。
従来のセラミックを基板としたパッケージは、発光素子を搭載する基板と、基板に設けられ貫通孔を有する枠体と、を備えている。基板には発光素子に外部から通電して発光させるための配電導体が設けられ、この配電導体と発光素子とがボンディングワイヤにより電気的に接続される。そして、配電導体、ボンディングワイヤー等を介して外部から通電された発光素子は発光し、発光素子における発光光は、直接外部へ放出されるか、枠体の貫通孔の内周面に反射してから外部に放出される。従って、枠体の貫通孔の内周面の形状、組成は発光素子を搭載した発光装置の発光効率に多大な影響を与える。
この種の発光装置の枠体に用いる光反射用材料として、反射率の比較的高い金属が知られている。また、他の反射用材料として、基板と熱膨張率を合わせたセラミック等の材料に金属メッキを被着したものも知られている（例えば、特許文献１参照）。比較的反射率の高いメッキ材としてＡｇが知られており、メッキ材としてＡｇを用いた場合、約４６０ｎｍの波長の光について硫酸バリウムの反射率に対して約９０％の反射率となるが、約４６０ｎｍ以下の波長の光については反射率が低く、２５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で平均すると反射率は７７％である。
さらに、枠体と基板とを別個に形成せずに、発光素子を包囲する反射壁を基板に一体的に形成したアルミナからなる発光素子収納用パッケージも提案されている。この光反射用材料は、焼結後の平均粒子径が４μｍのアルミナからなっている。
特開２００４−２２８５３１号公報
しかしながら、光反射用材料として金属を用い、セラミックのような熱膨張率の異なる基板と接合すると、熱膨張係数が合わず基板の反りや枠体の剥離が発生する。
そして、特許文献１に記載のもののように、セラミックを基材とした枠体を用いると基板の反りや枠体の剥離を抑制できるものの、金属メッキを被着させたとしても反射率の向上に限界があるし、メッキを被着させる手間が生じて製造コストが増大してしまう。
さらに、前述のアルミナの焼結物では、十分な反射率が得られず、波長域によってはＡｇを用いた金属メッキよりも反射率が悪くなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セラミックに金属メッキを被着させることなく反射率を向上させることのできる光反射用材料と、これを用いた発光素子収納用パッケージ及び発光装置並びに発光素子収納用パッケージの製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明では、
焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射用材料が提供される。
また、上記光反射用材料において、
バリウム元素を含むことが好ましい。
また、上記光反射用材料において、
前記バリウム元素を０．６９８質量％〜２２．４質量％含むことが好ましい。
また、前記目的を達成するため、本発明では、
セラミックからなる基板と、
前記基板の上面に形成され、焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射材料からなる枠体と、を備えた発光素子収納用パッケージが提供される。
また、上記発光素子収納用パッケージにおいて、
前記枠体はバリウム元素を含むことが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージにおいて、
前記枠体は前記バリウム元素を０．６９８質量％〜２２．４質量％含むことが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージにおいて、
前記基板は上面に発光素子を搭載する導体搭載部を有することが好ましい。
また、前記目的を達成するため、本発明では、
上面に発光素子を搭載する導体搭載部を有しセラミックからなる基板と、
前記基板の上面に前記導体搭載部を囲むよう形成され、焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射材料からなる枠体と、
前記基板の前記導体搭載部に搭載される発光素子と、を備えた発光装置が提供される。
また、上記発光装置において、
前記枠体はバリウム元素を含むことが好ましい。
また、上記発光装置において、
前記枠体は前記バリウム元素を０．６９８質量％〜２２．４質量％含むことが好ましい。
また、前記目的を達成するため、本発明では、
セラミックからなる基板と、前記基板の上面に形成された枠体と、を備えた発光素子収納用パッケージを製造するにあたり、
アルミナ粒子を含む原料粉末を生成する工程と、
前記原料粉末を成形して枠体形状物を作製する工程と、
前記枠体形状物を焼成して平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む前記枠体を得る工程と、を含む発光素子収納用パッケージの製造方法が提供される。
また、上記発光素子収納用パッケージの製造方法において、
前記枠体を得る工程にてバリウム元素を含む前記枠体を得ることが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージの製造方法において、
前記枠体を得る工程にて、０．６９８質量％〜２２．４質量％のバリウム元素を含む前記枠体を得ることが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージの製造方法において、
前記枠体を得る工程における焼成温度は１３５０〜１６５０℃であることが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージの製造方法において、
前記原料粉末は炭酸バリウムを含むことが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージの製造方法において、
前記枠体形状物を作製する工程にて、前記原料粉末を型に入れて圧力をかけることにより前記枠体形状物を作製することが好ましい。
また、上記発光素子収納用パッケージの製造方法において、
前記枠体形状物を作製する工程にて、前記原料粉末からグリーンシートを作製し、このグリーンシートを所定の形状で打ち抜くことにより前記枠体形状物を作製することが好ましい。
本発明によれば、セラミックに金属メッキを被着させることなく反射率を向上させることができる。
本発明の一実施形態を示す発光装置の縦断面図である。 粉体成型法を用いた反射用材料の製造方法の工程説明図である。 原料粉末を加圧成型する際の説明図であり、原料粉末が上下の型内に充填された図である。 原料粉末を加圧成型する際の説明図であり、上下の型により原料粉末が圧縮された図である。 原料粉末を加圧成型する際の説明図であり、上下の型から枠体形状物が排出された図である。 グリーンシート法を用いた反射用材料の製造方法の工程説明図である。 原料粉末からグリーンシートを生成する際の説明図である。 一実施例であり、サンプルＪの表面組織を電子顕微鏡で観察して得た写真である。 比較例であり、サンプルＣの表面組織を電子顕微鏡で観察して得られた写真である。 焼結後のアルミナの平均粒子径が０．６μｍ、１．３μｍ及び３．５μｍの光反射材料と、アルミニウムからなる光反射用材料と、セラミックにＡｇメッキを被着した光反射用材料における入射光の波長と反射率の関係を示したグラフである。 本発明の他の態様の発光装置の縦断面図である。 本発明の他の態様の発光装置の縦断面図である。
符号の説明
１ 発光素子
２ 基板
３ 封止部材
４ 枠体
５ 配電導体
６ ボンディングワイヤ
７ 内周面
８ 導体搭載部
１０ 発光素子収納用パッケージ
１００ 発光装置
θ 傾斜角
図１は、本発明の第１の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図１に示すように、発光素子収納用パッケージ１０は、セラミックからなる基板２と、該基板２の上面の外周部に貫通孔の内周面７が外側（図１中上側）に向かって広がるように形成された枠体４と、を備えている。発光装置１００は、発光素子収納パッケージ１０と、発光素子収納用パッケージ１０に搭載された発光素子１と、発光素子１を封止する封止部材３と、を備えている。
発光素子１は、導電性の導体搭載部８上に搭載固定されており、配電導体５、ボンディングワイヤー６、導体搭載部８を介して外部から通電可能となっている。本実施形態の発光素子１は、例えば、ＧａＮ系のＬＥＤ素子であり青色光を発する。
上記基板２は、板状に形成され、例えば、概略円形、長方形、正方形等の形状をなしている。
上記基板２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミック）や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック等のセラミックや、各種樹脂を使用することができる。
上記基板２の製造方法は、特に限定されるものではないが、セラミックを使用する場合には、上記原料の粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシートを得、しかる後、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作されるグリーンシート法を使用することができる。また、上記原料の粉体を成型機に充填して成型した後焼成する粉体成型法等を使用することもできる。本実施形態では、基板２が板状である関係からグリーンシート法で製造することが好ましい。
上記配線導体５は、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属からなり、電気的接続を容易にするためＮｉを１〜１０μｍ、その上にＡｕを０．０３〜３μｍ被着させておくことがある。本実施形態では、配線導体５は、基板２の上面を外縁部まで延び、基板２の側部を経由して基板２の下面に引き回されている。
発光素子１の搭載部が図１の如く導体から作成されている導体搭載部８である場合、導体搭載部８および配線導体５は、例えばＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基板２となるセラミック若しくはグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基板２の所定位置に被着形成され、乾燥後、焼成して製造される。
封止部材３は、例えばエポキシ系、シリコーン系等の透明な樹脂からなり、枠体４の貫通孔を塞いでいる。また、封止部材３を透明なガラスにより形成してもよい。封止部材３により発光素子１、ボンディングワイヤー６等の保護が図られる。
枠体４は、例えば円柱状、四角柱状等の柱状物で内部に貫通孔を有した形状となっており、導体搭載部８を包囲する。上記貫通孔の内周面７は、発光素子１が発光する光を、内周面７の表面でパッケージの上方に満遍なく反射させて外部に効率よく放射させるために外側に向かって広がるように形成されている。図１で示した内周面７の傾斜角θは、発光装置１００の使用用途により適宜選ぶことができる。発光装置１００が室内照明や液晶バックライトに用いられる場合は、傾斜角θを例えば４５°のように比較的小さくして配光の広がりを大きくすることが好ましい。また、発光装置１００がスポットライトや車両用ヘッドライトに用いられる場合は、傾斜角θを例えば７０°のように比較的大きくして配光の広がりを小さくすることが好ましい。枠体４の組成は、少なくともアルミナが含まれるものであって、バリウム元素が含まれることが好ましい。
本実施形態の枠体４は、原材料であるアルミナ粒子が完全には溶融せずに粒子形状を残し、且つ粒子が成長して粒子径が大きくなって全体として結合された状態になっており、粒子形状の粒子径を測定することができる。
本実施形態で規定する光反射用材料のアルミナの焼結後の平均粒子径とは、光反射用材料の表面を、枠体４においてはその内周面７を電子顕微鏡で観察し、完全に溶融せずに粒子形状を残した状態のアルミナ粒子の粒子径を測定し、その数値の平均値をいう。
また、本実施例で規定する光反射用材料に含まれるアルミナの質量％とは、このように焼結したアルミナの質量の全焼結体に対する質量の％をいう。
枠体４は、内周面７により発光素子１から出射された光を反射させることから、発光素子１の出射光についての反射率が高い方がのぞましい。また、枠体４は、発光素子収納用パッケージ１０を構成することから、所定の強度を有していることがのぞましい。ここで、枠体４に用いられる光反射用材料について、焼結後のアルミナの粒子径を変化させて複数のサンプルを作製して反射率及び強度を測定した。また、アルミナにバリウム等を混ぜた複数のサンプルを作製して反射率及び強度を測定した。
この結果、アルミナ１００％として焼成した場合は高温になるにつれて平均粒子径が大きくなることが見出された。また、バリウムが含有されていない場合には、焼成温度は１２５０℃〜１６００℃が好ましく、さらに好ましくは１３００℃〜１５７０℃である。そして、炭酸バリウムを混合すると、平均粒子径を小さくすることが見出された。このように、焼成物に含まれるバリウム元素は着色されておらず、光吸収もないことから、アルミナの平均粒子径の増大を抑制しつつ反射率を確保するには好適であることが見出された。
また、焼結後のアルミナの平均粒子径が３．５μｍでは８１％の反射率であるところ、平均粒子径が２．５μｍでは９１％の反射率が得られ、従来よりも格段に反射率が向上した。ここでいう反射率は、２５０ｎｍ〜８００ｎｍの光の波長に対する平均値であって、硫酸バリウムの反射率を１００％とした場合の相対値である。すなわち、平均粒子径を２．５μｍ以下とすることで、従来のアルミナよりも高い反射率が得ることができる。また、平均粒子径が１．３μｍでは９５％の反射率が得られ、より反射率を向上させるためには平均粒子径を１．３μｍ以下とすることが好ましい。さらに、平均粒子径が１．０μｍでは１０２％の反射率が得られ、硫酸バリウムの反射率を超えることから平均粒子径を１．０μｍ以下とすることがさらに好ましい。
また、焼結後のアルミナが７４．６質量％以上であると、１３．６ＭＰａ以上の抗折強度を確保することができ、発光素子収納用パッケージに適用されるものとして好ましい。また、焼結後のアルミナが８７．５質量％以上であると、９０ＭＰａ以上の抗折強度を確保することができ、さらに好ましい。尚、強度が要求されない装置等に光反射用材料を用いる場合は、例えば、焼結後のアルミナを５６．０質量％としても何ら問題はない。
以上より、高温にて平均粒子径を小さくし、所定の強度を確保を確保する観点からは、焼成前の炭酸バリウムの質量％が１．０％〜３０％であること、すなわち、焼成後のバリウム元素の質量％が０．６９８％〜２２．４％であることが好ましい。そして、焼成前の炭酸バリウムの質量％が５．０％〜１５％であること、すなわち、焼成後のバリウム元素の質量％が３．５２％〜１０．８％であることがさらに好ましい。
尚、焼成物に含まれるバリウム元素の形態はどのような形態であっても良いが、酸化バリウムの形態で枠体組成物中に含まれているのが好ましい。
また、枠体組成物中の上記アルミナ、バリウム元素の含有量条件を損なわない範囲で、他の元素あるいは化合物が存在していてもよい。これら他の元素あるいは化合物としては、マグネシウム、珪素、チタン、カルシウム、ジルコニウム、スズ等の元素あるいはこれらの化合物を挙げることができる。
枠体４の製造方法は、特に制限はなく、上記グリーンシート法、粉体成型法により製造することができるが、正確な形状の枠体が製造できる観点から粉体成型法が好ましい。
枠体４に使用されるセラミック原材料混合粉体は、枠体４の組成物を構成するアルミナ量とバリウム元素量を満足する配合割合のアルミナ、バリウム化合物、必要に応じてその他のセラミック原料粉末、バインダー樹脂等を配合して作成される。
バリウム化合物としては、特に限定されず、水素化バリウム、フッ化バリウム、塩化バリウム、水酸化バリウム、酸化バリウム、塩素酸バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、炭酸バリウムなどが挙げられるが、炭酸バリウムが良好な発光効率が得られる点から好ましい。
以下、枠体４に用いられる反射用材料の粉体成型法を用いた製造方法について、図２の工程説明図を参照して説明する。
図２に示すように、まず、原料を粉砕する必要がある場合は原料を所定の大きさに粉砕して原料粉末を作製した後（粉砕工程）、原料粉末に樹脂、滑剤及び水を加えて混合してスラリーを得る（混合工程）。原料の粉砕と、原料粉末の混合には、例えばボールミルが用いられる。尚、粉砕工程は適宜省略することができる。また、混合工程で混合されるアルミナの粉末における平均粒子径の数値は、焼成後に得ようとする焼成物中のアルミナ粒子の平均粒子径の数値よりも小さいことが好ましい。
混合工程で混合される原料としてはアルミナ及び炭酸バリウムが用いられ、樹脂としては例えばアクリル系、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系等のバインダーが用いられる。また、スラリーの固形分中に対する樹脂の含有量は、０．５質量％〜５．０質量％が好ましく、さらに好ましくは１．５質量％〜３．５質量％である。固形分中における樹脂の量が大きいと、原料粉末の造粒時に粒子が硬くなって粗密が生じやすい。また、樹脂の量が少ないと、粉末成型品の強度が弱くなってしまう。滑剤としては、例えばステアリン酸エマルジョンが用いられ、固形分中の含有量は、０．０５質量％〜０．５質量％が好ましく、さらに好ましくは０．１質量％〜０．３質量％である。そして、水を加えて得られたスラリーは、好ましくは３０体積％〜７０体積％であり、さらに好ましくは４０体積％〜５０体積％である。
次いで、混合された原料粉末の粒子を、粉末成型機で成型するのに適した大きさまで造粒する（造粒工程）。粒子の造粒には、例えばスプレードライヤーが用いられる。造粒された粒子径は、好ましくは２５μｍ〜２００μｍであり、さらに好ましくは３０μｍ〜１５０μｍである。そして、造粒処理が施された粉末を篩い等を使用して分級する（分級工程）。粉末成型時に粒子が大きすぎると金型への充填性が悪化し、粒子が細かすぎるとと粒子が金型のクリアランスに入り込みバリが生じやすくなる。
次に、造粒された原料粉末を金型の中に充填し、常温にて圧力をかけて成型する（加圧成型工程）。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは原料粉末を加圧成型する際の説明図である。図３Ａ〜図３Ｃに示すように、加圧成型装置２００は、装置本体に固定される上下一対のダイセット２０１を有し、各ダイセット２０１には枠体４の平面視形状に対応する孔２０１ａがそれぞれ形成されている。また、加圧成型装置２００は、下側のダイセット２０１の孔２０１ａを挿通し上下に移動自在な下型２０２と、上側のダイセット２０１の孔２０１ａに対して挿抜するよう移動自在な上型２０３と、を有している。下型２０２は枠体４の上面に対応して断面が形成され、上側２０３は枠体４の下面に対応して断面が形成されている。さらに、加圧成型装置２００は、下型２０２の内側に配され、上下に移動自在なコア２０４を有している。コア２０４の上端は、枠体４の内周面７に対応するよう形成される。
そして、図３Ａに示すように、下型２０２及びコア２０４を、それらの上端にて枠体４の上面及び内周面７をなすとともに、上側のダイセット２０１の孔２０１ａにて枠体４の外周面をなすようセットする。そして、原料粉末４００を上側ダイセット２０１の孔２０１ａに充填する。この状態から、図３Ｂに示すように、上型２０３を下降するとともに、下型２０２及びコア２０４を上昇させて、原料粉末４００を圧縮する。このとき、粉末に加える圧力は、好ましくは０．５ｔ／ｃｍ２〜２．０ｔ／ｃｍ２、さらに好ましくは０．７ｔ／ｃｍ２〜１．５ｔ／ｃｍ２である。次いで、図３Ｃに示すように、コア２０４を下降させるとともに上型２０３を上昇させ、さらに下型２０２を上昇させることにより上側のダイセット２０１から枠体４に対応した枠体形状物４０１が排出される。
このように成型された枠体形状物を、焼成炉にて焼成して枠体４を得る（焼成工程）。焼成の温度条件は、好ましくは１３５０℃〜１６５０℃である。焼成は、例えば、１０時間で昇温し、目標温度にて５時間保持し、８時間で降温することにより行われる。焼成の後、バリ等を除去するために、例えばバレル研磨機を用いて研磨を行う（研磨工程）。このようにして枠体４が製造される。
以下、枠体４に用いられる反射用材料のグリーンシート法を用いた製造方法について、図４の工程説明図を参照して説明する。
図４に示すように、原料を粉砕する必要がある場合には原料を所定の大きさに粉砕して原料粉末を作製した後（粉砕工程）、原料粉末に溶剤、樹脂、分散剤、可塑剤等を加え混練することによりスラリーを得る（混合工程）。原料の粉砕と、原料粉末の混練には、例えばボールミルが用いられる。
粉砕される原料としてはアルミナ及び炭酸バリウムが用いられ、樹脂としては例えばアクリル系、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）系等のバインダーが用いられる。また、スラリーの固形分に対する樹脂の含有量は、４．０質量％〜２０質量％が好ましく、さらに好ましくは６．０質量％〜８．０質量％である。分散剤としては、各種活性剤が使用され、固形分に対しての含有率は、０．１質量％〜１．０質量％が好ましく、さらに好ましくは０．３質量％〜０．５質量％である。可塑剤としては、例えばＤＯＰ(Dioctyl Phthalate)、ＤＢＰ(Dibutyl Phthalate)等が用いられ、固形分中の含有量は、３．０質量％〜１５質量％が好ましく、さらに好ましくは４．０質量〜６．０質量％である。溶剤としては例えばトルエンが用いられ、固形分の総合が７０質量％〜８０質量％となることが望ましい。また、スラリーの粘度は、３０００ｃｐｓ〜３００００ｃｐｓとなることが好ましく、１５０００ｃｐｓ〜２００００ｃｐｓとなることがさらに好ましい。
次いで、得られたスラリーを離型剤が塗布されたフィルムに流し込み（塗工工程）、乾燥によって溶剤を蒸発させる（乾燥工程）。図５は原料粉末からグリーンシートを生成する際の説明図である。具体的に、図５に示すように、送出ロール３０１からテンションロール３０２、固定ロール３０３等を経由して離型剤が塗布されたフィルム３０４を送出し、ドクターブレード３０５を利用してスラリー４１０をフィルム３０４に塗布する。そして、塗布されたスラリー４１０を乾燥炉３０６内にて熱風を利用して乾燥させる。このとき、乾燥温度としては、８０℃〜１３０が好ましく、さらに好ましくは１００℃〜１２０℃である。そして、乾燥速度としては、０．２ｍ／ｍｉｎ〜２．０ｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。
この後、フィルムから剥離して（剥離工程）、グリーンシートが生成される（グリーンシート生成工程）。具体的に、図５に示すように、上下一対のセパレートロール３０７の通過後、フィルム３０４を巻取ロール３０８側に、グリーンシート４１１をダンサーロール３０９側に送り出すことで、グリーンシート４１１を分離する。分離されたグリーンシート４１１は、固定ロール３１０を通過した後、幅方向が所定の寸法となるようカッティングブレード３１１を利用してカットされた後、巻取ロール３１２に巻き取られる（巻取工程）。
このグリーンシートを、枠体４の形状に対応するようプレス成型機にて打ち抜き枠体形状物を得る（打抜工程）。次いで、枠体形状物を焼成炉にて焼成して枠体４を得る（焼結工程）。焼成の温度条件は、好ましくは１４００℃〜１７００℃である。焼成は、例えば、１０時間で昇温し、目標温度にて５時間保持し、８時間で降温することにより行われる。焼成の後、例えばサンドブラスト研磨機を用いて研磨を行う（研磨工程）。このようにして枠体４が製造される。
本実施形態の発光素子収納用パッケージ１０は、配線導体５を具備した基板２と枠体４とを結合させて製造される。
基板２と枠体４の結合には７００〜９００℃の融点を有する銀−銅等のロウ材、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂接着剤、ガラス等により固定される。
本実施形態の発光装置１００は、図１に示す如く、発光素子１を導体搭載部８上に固定し、ボンディングワイヤ６で発光素子１と配線導体５を結合することにより製造される。
[実施例１]
図１において、基板２となるセラミック板の配線導体５の位置に導体ペーストを塗布し、乾燥した後焼成した。具体的に、配線導体５を具備した基板２は、北陸セラミック社製の純度９６％のアルミナ基板を基板２として用い、これにデュポン社製のグレード名「５１６４」の導体ペーストを塗布して１５０℃の温度で１０分間乾燥させた後、最高温度８５０℃を１０分間保持することにより作製した。
次いで、住友化学社製の高純度アルミナ「ＡＥＳ−１２」（純度９９．５％）を９０重量部、日本化学社製の高純度炭酸バリウム「ＬＳＲ」を１０重量部、大日本インキ社製のバインダ−「ＮＣＢ−１５６」を３重量部及び中京油脂社製の滑剤「セロゾール９２０」を０．１重量部を混合して水を加えて、ボールミル中で混合することにより、５０体積％のスラリーを得た。このスラリーは、平均粒子径０．４μｍのアルミナ８０質量部、炭酸バリウム１０質量部、樹脂バインダ−（アクリル樹脂７０に対してオレフィンワックス３０の組成）１５質量部からなっていた。次いで、１１０℃の温度条件により乾燥して造粒し、目開き２５μｍ及び１５０μｍの篩いで分級を行った。得られた粉末の平均粒径は４０μｍであった。この後、枠体用の金型に粉末を充填し、三研精機社製の１０ｔプレス機を用いて、室温にて１ｔ／ｃｍ２の圧力を加えて枠体形状物を得た。そして、枠体形状物を、１０時間で昇温し、１５２０℃にて５時間保持し、８時間で降温することにより焼成を行って枠体４を作成した。本実験例では、平面視にて７ｍｍ×７ｍｍの正方形を呈し、最小径部が直径３ｍｍでθが４５度の貫通孔が形成された枠体４を作成した。得られた枠体４のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．８μｍであった。そして、別途、物性測定用の形状にする以外は同一条件で作成した試料（表１中のサンプルＪ）では、反射率は１０２％、抗折強度１７０ＭＰａであった。この枠体４を電子顕微鏡にて観察した様子を図６に示す。
次いで、配線導体５を設置した基板２と上記枠体４とを、東レダウ社製のシリコン樹脂「ＳＥ１７２０ＣＶ」を用い、１２０℃の温度にて３０分間保持して接着することで、本実施例の発光素子収納用パッケージ１０を得た。
[実施例２]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．１μｍのアルミナ１００質量部、炭酸バリウム０質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．６μｍ、反射率は１０２％、抗折強度１４５ＭＰａであった（表１中のサンプルＡ）。
[実施例３]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ１００質量部、炭酸バリウム０質量部とするとともに、１０時間で昇温し、１５２０℃にて５時間保持し、８時間で降温することで光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は１．２μｍ、反射率は９１％、抗折強度２１０ＭＰａであった（表１中のサンプルＢ）。
[比較例１]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ１００質量部、炭酸バリウム０質量部とし、１０時間で昇温し、１７００℃にて１０時間保持し、８時間で降温することで光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は３．５μｍ、反射率は８１％、抗折強度３６０ＭＰａであった（表１中のサンプルＣ）。このサンプルＣを電子顕微鏡にて観察した様子を図７に示す。
[実施例４]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ１００質量部、炭酸バリウム０質量部とし、１０時間で昇温し、１６５０℃にて１０時間保持し、８時間で降温することで光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は２．５μｍ、反射率は９１％、抗折強度２２０ＭＰａであった（表１中のサンプルＤ）。
[実施例５]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ９９質量部、炭酸バリウム１質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．４μｍ、反射率は１０２％、抗折強度１２５ＭＰａであった（表１中のサンプルＥ）。
[実施例６]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ９９質量部、炭酸バリウム１質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は１．１μｍ、反射率は９９％、抗折強度１９０ＭＰａであった（表１中のサンプルＦ）。
[実施例６]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ９５質量部、炭酸バリウム５質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．６μｍ、反射率は１０２％、抗折強度１２３ＭＰａであった（表１中のサンプルＧ）。
[実施例７]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ９５質量部、炭酸バリウム５質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．９μｍ、反射率は１０１％、抗折強度１９０ＭＰａであった（表１中のサンプルＨ）。
[実施例８]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．１μｍのアルミナ９０質量部、炭酸バリウム１０質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．４μｍ、反射率は１０３％、抗折強度１０５ＭＰａであった（表１中のサンプルＩ）。
[実施例９]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ９０質量部、炭酸バリウム１０質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は１．３μｍ、反射率は９５％、抗折強度２３０ＭＰａであった（表１中のサンプルＫ）。
[実施例１０]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ８５質量部、炭酸バリウム１５質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．８μｍ、反射率は１０３％、抗折強度９０ＭＰａであった（表１中のサンプルＬ）。
[実施例１１]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ８０質量部、炭酸バリウム２０質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．８μｍ、反射率は１０２％、抗折強度７０ＭＰａであった（表１中のサンプルＭ）。
[実施例１２]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ７５質量部、炭酸バリウム２５質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．８μｍ、反射率は１０２％、抗折強度３６ＭＰａであった（表１中のサンプルＮ）。
[実施例１３]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ７０質量部、炭酸バリウム３０質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．９μｍ、反射率は１０２％、抗折強度１３．６ＭＰａであった（表１中のサンプルＯ）。
[実施例１４]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．１μｍのアルミナ７０質量部、炭酸バリウム３０質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は１．０μｍ、反射率は１０２％、抗折強度１７．９ＭＰａであった（表１中のサンプルＰ）。
[実施例１５]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ７０質量部、炭酸バリウム３０質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は１．１μｍ、反射率は１００％、抗折強度２０．２ＭＰａであった（表１中のサンプルＱ）。
[実施例１６]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ５０質量部、炭酸バリウム５０質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．８μｍ、反射率は１０２％、抗折強度２．９ＭＰａであった（表１中のサンプルＲ）。
[実施例１７]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．１μｍのアルミナ５０質量部、炭酸バリウム５０質量部とし、焼成温度を１３５０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は１．０μｍ、反射率は１０２％、抗折強度１．８ＭＰａであった（表１中のサンプルＳ）。
[実施例１８]
また、スラリーにおける原料粉末を、平均粒子径０．４μｍのアルミナ５０質量部、炭酸バリウム５０質量部とし、焼成温度を１５７０℃として実施例１と同様に光反射用材料を製造したところ、得られた光反射用材料のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は２．０μｍ、反射率は９３％、抗折強度７．２ＭＰａであった（表１中のサンプルＴ）。
表１に、実施例１〜１８及び比較例１に用いた光反射用材料のサンプルについて、焼成前のセラミック原料の配合組成と、焼成条件と、焼結後のアルミナ粒径、反射率及び強度と、を示す。尚、表１中、焼成物の反射率は、２５０ｎｍ〜８００ｎｍの光の波長に対する平均値であって、硫酸バリウムの反射率を１００％とした場合の相対値である。具体的に、反射率は、日立製作所社製の分光光度計「Ｕ−４０００」を用いて測定を行った。ここで、サンプルの強度評価は抗折強度で行い、抗折強度の測定方法としては、「ＪＩＳ Ｒ １６０１ ファインセラミックの曲げ強さ試験方法」を用いた。
Figure 2007058361
前述のように、表１中、サンプルＡ〜Ｄは、アルミナ１００％として得られた焼成物である。尚、表１における１００％とは、純度９９．５％のアルミナを１００質量％含むということである。また、サンプルＥ〜Ｔは、アルミナに炭酸バリウムを混合して得られた焼成物である。
また、表２は、得られたサンプルＡ〜Ｔの反射率のデータを、焼成物のアルミナの含有量の大きいものから順に上から下へ並べるとともに、焼結後のアルミナの平均粒径の小さいものから順に左から右へ並べた表である。表２中には、焼成後のアルミナ及びバリウムの含有量を図示している。表２に示すように、焼結後の平均粒子径が小さいほど反射率が高くなる傾向にある。
Figure 2007058361
ここで、サンプルＪの表面組織を電子顕微鏡で観察して得られた写真を実施例として図６に、サンプルＣの表面組織を電子顕微鏡で観察して得られた写真を比較例として図７にそれぞれ示す。
図８は、焼結後のアルミナの平均粒子径が０．６μｍ、１．３μｍ及び３．５μｍの光反射材料と、アルミニウムからなる光反射用材料と、セラミックにＡｇメッキを被着した光反射用材料における入射光の波長と反射率の関係を示したグラフである。図８に示すように、アルミナの平均粒子径が小さいほど反射率が高くなり、全波長領域において、Ａｇメッキを用いた光反射用材料の反射率を上回っていることがわかる。
また、表３は、得られたサンプルＡ〜Ｔの強度のデータを、焼成物のアルミナの含有量の大きいものから順に上から下へ並べるとともに、焼結後のアルミナの平均粒径の小さいものから順に左から右へ並べた表である。表３に示すように、アルミナの平均粒子径が同じであれば、焼結後のアルミナの含有量が多いほど強度が高くなる傾向にある。
Figure 2007058361
[実施例１７]
図１において、基板２となるセラミック板の配線導体５の位置に導体ペーストを塗布し、乾燥した後焼成した。具体的に、配線導体５を具備した基板２は、北陸セラミック社製の純度９６％のアルミナ基板を基板２を用い、これにデュポン社製のグレード名「５１６４」の導体ペーストを塗布して１５０℃の温度で１０分間乾燥させた後、最高温度８５０℃を１０分間保持することにより作製した。
次いで、住友化学社製の高純度アルミナ「ＡＥＳ−１２」を９０重量部、日本化学社製の高純度炭酸バリウム「ＬＳＲ」を１０重量部、バインダーとしてブチラールを１０重量部、可塑剤としてジオクチルフタレートを５重量部及び溶剤としてトルエンを３０重量部を混合してスラリーを得た。このスラリーは、粘度が１５０００ｃｐｓで、平均粒子径０．４μｍのアルミナ８５質量部、炭酸バリウム１５質量部、樹脂バインダ−（アクリル樹脂７０に対してオレフィンワックス３０の組成）１５質量部からなっていた。次いで、フィルムにスラリーを塗布し、１１０℃の温度条件により乾燥した後にフィルムから離隔してグリーンシートを得た。その後、枠体４に対応するようプレス機を用いてシートを打ち抜き、これにより得られた枠体形状物を、１０時間で昇温し、１６００℃にて５時間保持し、８時間で降温することにより焼成を行って枠体４を作成した。本実験例でも、平面視にて７ｍｍ×７ｍｍの正方形を呈し、最小径部が直径３ｍｍでθが４５度の貫通孔が形成された枠体４を作成した。得られた枠体４のアルミナの残存粒子形状物の平均粒子径は０．７μｍで、反射率は１０２％、抗折強度９５ＭＰａであった。
次いで、配線導体５を設置した基板２と上記枠体４とを、東レダウ社製のシリコン樹脂「ＳＥ１７２０ＣＶ」を用い、１２０℃の温度にて３０分間保持して接着することで、本実施例の発光素子収納用パッケージを得た。
尚、前記実施形態においては、基板２に導体搭載部８が形成されたものを示したが、例えば、図９に示すように、導体搭載部８を形成せずに、発光素子１を直接基板２上面に固定し、２本のボンディングワイヤー６と配電導体５を介して外部と通電するようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、配電導体５を基板２の上面の外縁部まで延在させることにより外部と導通をとるものを示したが、例えば、図１０に示すように、基板２にビアホールを形成して基板２の下面側と導通をとるようにしてもよい。
さらには、基板２と枠体４とを別個に成型せずに一体に成型したものであってもよい。
また、前記実施形態においては、光反射用材料を発光素子収納用パッケージ１０の枠体４に用いたものを示したが、各種バックライト、ディスプレイ等の反射用材料として用いてもよいことは勿論である。
また、前記実施形態においては、発光素子１が青色光を発するものを示したが、発光素子１が緑色光を発するものや、赤色光を発するものに適宜変更することができる。さらに、例えば、青色光を発するＬＥＤ素子と、緑色光を発するＬＥＤ素子と、赤色光を発するＬＥＤ素子をそれぞれ基板２に搭載することにより、白色光を得る発光装置１００としてもよい。さらに、封止部材３に（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋等の黄色蛍光体を含有させ、発光素子１から出射される青色光の一部が黄色光に変換されるようにし、白色光を得る発光装置１００としてもよい。
本発明の発光素子収納用パッケージに発光素子を搭載した発光装置は、各種インジケーター、光センサー、ディスプレイ、ホトカプラ、バックライト、光プリンタヘッド等に利用可能である。

Claims (17)

  1. 焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射用材料。
  2. バリウム元素を含む請求項１に記載の光反射用材料。
  3. 前記バリウム元素を０．６９８質量％〜２２．４質量％含む請求項２に記載の光反射用材料。
  4. セラミックからなる基板と、
    前記基板の上面に形成され、焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射材料からなる枠体と、を備えた発光素子収納用パッケージ。
  5. 前記枠体はバリウム元素を含む請求項４に記載の発光素子収納用パッケージ。
  6. 前記枠体は前記バリウム元素を０．６９８質量％〜２２．４質量％含む請求項５に記載の発光素子収納用パッケージ。
  7. 前記基板は上面に発光素子を搭載する導体搭載部を有する請求項６に記載の発光素子収納用パッケージ。
  8. 上面に発光素子を搭載する導体搭載部を有しセラミックからなる基板と、
    前記基板の上面に前記導体搭載部を囲むよう形成され、焼結後の平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む光反射材料からなる枠体と、
    前記基板の前記導体搭載部に搭載される発光素子と、を備えた発光装置。
  9. 前記枠体はバリウム元素を含む請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記枠体は前記バリウム元素を０．６９８質量％〜２２．４質量％含む請求項９に記載の発光装置。
  11. セラミックからなる基板と、前記基板の上面に形成された枠体と、を備えた発光素子収納用パッケージを製造するにあたり、
    アルミナ粒子を含む原料粉末を生成する工程と、
    前記原料粉末を成形して枠体形状物を作製する工程と、
    前記枠体形状物を焼成して平均粒子径が２．５μｍ以下のアルミナを７４．６質量％以上含む前記枠体を得る工程と、を含む発光素子収納用パッケージの製造方法。
  12. 前記枠体を得る工程にてバリウム元素を含む前記枠体を得る請求項１１に記載の発光素子収納用パッケージの製造方法。
  13. 前記枠体を得る工程にて、０．６９８質量％〜２２．４質量％のバリウム元素を含む前記枠体を得る請求項１２に記載の発光素子収納用パッケージの製造方法。
  14. 前記枠体を得る工程における焼成温度は１３５０〜１６５０℃である請求項１１から１３のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージの製造方法。
  15. 前記原料粉末は炭酸バリウムを含む請求項１４に記載の発光素子収納用パッケージの製造方法。
  16. 前記枠体形状物を作製する工程にて、前記原料粉末を型に入れて圧力をかけることにより前記枠体形状物を作製する請求項１１から１５のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージの製造方法。
  17. 前記枠体形状物を作製する工程にて、前記原料粉末からグリーンシートを作製し、このグリーンシートを所定の形状で打ち抜くことにより前記枠体形状物を作製する請求項１１から１５のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージの製造方法。
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