JPWO2012036219A1 - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents

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Abstract

金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路に半田付けによって表面実装するための発光素子用基板において、外部電気回路基板と強固に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持できる発光素子用基板およびそれを用いた電気的接続に高い信頼性を有する発光装置を提供する。ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなる基板本体と、基板本体の表面および内部に発光素子の電極と外部回路を電気的に接続する配線導体を有し、配線導体の一部は外部接続端子として配設され、該外部接続端子を介して金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路上に半田固定される発光素子用基板であって、焼結体の２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃である発光素子用基板。

Description

本発明は、発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に係り、特に、放熱性の高いメタルコア基板との半田接着性に優れる発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に関する。
従来、発光ダイオード素子等の発光素子を搭載するための配線基板は、絶縁基板の表面あるいは内部に配線導体層が配設された構造からなる。この配線基板の代表的な例として、アルミナセラミックスからなる絶縁基板の表面に発光素子を収容するための凹部が形成され、また絶縁基板の表面および内部には、タングステン、モリブデン等の高融点金属粉末からなる複数個の配線導体層が配設され、凹部内に収納される発光素子と電気的に接続される構成の配線基板がある。また、この配線基板は、通常、絶縁基板の下面または側面に配線導体層の一部として外部接続端子を有し、該外部接続端子と外部電気回路基板表面に形成された配線導体とを半田付けして電気的に接続することにより、外部電気回路基板に実装されて使用される。
上記発光素子用の配線基板における絶縁基板として挙げられるアルミナ、ムライトなどのセラミックス基板は、２００ＭＰａ以上の高強度を有し、しかも配線導体層などの多層化技術において信頼性が高い点で多用されている。しかしながら、発光ダイオード素子の高輝度化に伴い増加する発熱量に対応して、放熱性のよい外部電気回路基板、例えば、メタルコア基板を用いると、アルミナ等のセラミックス基板では外部電気回路基板との間に熱応力歪みが発生し、両者を接合する半田が剥離し、長期にわたり安定に電気的接続させることができないという問題があった。
このような、セラミックス基板等の絶縁基板からなる配線基板と外部電気回路基板の半田接着性を改善しようとする試みが、発光素子用基板に限らず半導体素子全般を搭載する配線基板においてなされている。例えば、特許文献１においては、メタライズ配線層を有する絶縁基板からなる配線基板を、絶縁基板が有機樹脂を主体とする外部電気回路基板にロウ付けする際に、配線基板を構成する絶縁基板のヤング率を２００ＧＰａ以下、熱膨張係数を８〜２５ｐｐｍ／℃とすることで両者を強固にかつ長期安定性をもって接続することができる旨の記載がある。そして、このような特性を有する絶縁基板として、ガラスセラミックス基板を挙げている。さらに、特許文献２および特許文献３には、同様に配線基板と外部電気回路基板の半田接着性が改善されたガラスセラミックス基板の記載があり、この基板を構成するガラスセラミックス焼結体は、ヤング率１５０ＧＰａ以下の特性を有するように製造されている。
一方、発光素子用配線基板の絶縁基板としても、最近では、低温焼成化、低誘電率化および高電気伝導性の銅、銀配線が可能なことから、絶縁基板をガラスセラミックス焼結体により構成することが提案されている。このガラスセラミックス焼結体を用いた発光素子用配線基板においても、アルミナ基板同様に、放熱性を確保するために、メタルコア基板等の高放熱性の外部電気回路基板を用いることが求められており、この高放熱性の外部電気回路基板との長期にわたる安定した電気接続性を確保することも重要な特性のひとつとなっている。そこで、発光素子用配線基板の絶縁基板において、高放熱性の外部電気回路基板を用いた際に、上記した特性およびその他の特性を損なうことなく、半田接着性に優れた最適な条件のヤング率や熱膨張係数特性等を有するガラスセラミックス焼結体からなる絶縁基板の開発が望まれていた。
日本特許第３３４７５８３号公報 日本特開２００４−１６８５５７号公報 日本特開２００４−２５６３４６号公報
本発明は、金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路に半田付けによって表面実装するための発光素子用基板において、外部電気回路基板と強固に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持できる発光素子用基板およびそれを用いた電気的接続に高い信頼性を有する発光装置を提供することを目的とする。
本発明の発光素子用基板は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の表面および内部に前記発光素子の電極と外部回路を電気的に接続する配線導体を有し、前記配線導体の一部は、前記搭載面の反対面である非搭載面に外部接続端子として配設され、該外部接続端子を介して金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路上に半田固定される発光素子用基板であって、前記焼結体の２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃であることを特徴とする。
前記焼結体の２５℃におけるヤング率は、５０ＧＰａ以上、１５０ＧＰａ以下であることが好ましい。
また、前記ガラスセラミックス組成物の焼結体が、低温同時焼成セラミックスの焼結体であることが好ましい。
本発明の発光素子用基板が半田固定により実装される上記外部電気回路基板としては、表面に絶縁層を有する金属板と、前記絶縁層上に配設された配線回路を有するメタルコア基板、またはメタルベース基板が好ましい。また、本発明の発光素子用基板は、前記金属板を構成する材料が、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウムおよびこれらの２種以上からなる合金からなる群より選ばれる少なくとも１種からなるメタルコア基板への実装に好適に用いられる。このようなメタルコア基板を用いる理由は、放熱性を確保するためであり、同様の金属板上に絶縁層が形成されたメタルベース基板も本発明において好適に用いられる。絶縁層が形成される金属板の表面とは、メタルコア基板の場合には基板の全面を意味するものであり、メタルベース基板の場合には少なくとも発光素子用基板と半田で接合される面を意味するものである。
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子用基板と、前記発光素子用基板に搭載される発光素子と、前記発光素子用基板が搭載される、配線回路を有する金属を主体とする外部電気回路基板と、前記発光素子用基板を前記外部電気回路基板に固定する半田層であって、前記外部接続端子と前記配線回路とを接続するように形成された半田層と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路に半田付けによって表面実装するための発光素子用基板において、外部電気回路基板と強固に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持できる発光素子用基板およびそれを用いた電気的接続に高い信頼性を有する発光装置を提供できる。
本発明の発光素子用基板の一例を示す図面であり、（ａ）は、該基板の平面図、（ｂ）は、該平面図のＸ−Ｘ線断面図である。 図１に示す発光素子用基板を用いた本発明の発光装置の一例を示す図面であり、（ａ）は、該装置の平面図、（ｂ）は、該平面図のＸ−Ｘ線断面図である。 （ａ）は、実施例で評価に用いた本発明の発光素子用基板と外部電気回路基板を半田層により接合した評価モデルの平面図、（ｂ）は、該平面図のＸ−Ｘ線における部分断面図である。
以下に、図を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、下記説明に限定して解釈されるものではない。
本発明の発光素子用基板は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体（以下、「ＬＴＣＣ」（低温同時焼成セラミックス）、または「ＬＴＣＣ基板」（低温同時焼成セラミックス基板）と記すことがある。）からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の表面および内部に前記発光素子の電極と外部回路を電気的に接続する配線導体を有し、前記配線導体の一部は、前記搭載面の反対面である非搭載面に外部接続端子として配設され、該外部接続端子を介して金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路上に半田固定される発光素子用基板であって、前記焼結体の２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃であることを特徴とする。
ここで、本明細書において、発光素子用基板が有する上記「配線導体」とは、搭載される発光素子の有する電極からこれを介して外部電気回路基板の配線回路へと電気的に接続されるように設けられた電気配線に係る全ての導体、例えば、発光素子の電極と接続される素子接続端子、基板内に設けられる内層配線（基板内を貫通する貫通導体を含む）、外部電気回路基板の配線回路に接続される外部接続端子等を総称する用語として用いるものである。
本発明においては、発光素子用基板が半田層を介して実装される外部電気回路基板として、発光装置の放熱性を高めるために、金属を主体とする高放熱性の外部電気回路基板を用いた場合に、発光素子用基板の絶縁基板本体を構成する材料として、２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃であるＬＴＣＣを用いる。このことにより、発光素子用基板と外部電気回路基板を接合後、半田層に残留する熱応力歪み（以下、残留応力歪みと記す。）を軽減することを可能とし、剥離等による接合配線の破断の発生を抑制したものである。
上記特性を有するＬＴＣＣを絶縁基板本体の構成材料とする本発明の発光素子用基板が、半田層により実装される金属を主体とする高放熱性の外部電気回路基板としては、発光装置に、通常用いられる金属を主体とする外部電気回路基板が、特に制限なく用いられる。
このような金属を主体とする外部電気回路基板において、該金属の５０〜２００℃における熱膨張係数は概ね３〜１０ｐｐｍ／℃であり、上記本発明に用いるＬＴＣＣの熱膨張係数と比べてその差は最大でも８ｐｐｍ程度である。本発明の発光素子用基板を、金属を主体とする外部電気回路基板に半田層を介して実装する際に、上記ＬＴＣＣと金属の熱膨張係数の差がこの範囲であれば、ＬＴＣＣのヤング率を１５０ＧＰａ以下とすることで、上記のような残留応力歪みの軽減された半田接合が可能となる。
図１は、本発明の発光素子用基板の一例を示す平面図（ａ）および、平面図（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図（ｂ）である。
発光素子用基板１は、これを主として構成する略平板状の基板本体２を有している。この基板本体２は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなるものであり、その２５℃におけるヤング率は１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数は２〜８ｐｐｍ／℃である。基板本体２は発光素子用基板とした際に発光素子を搭載する側の面を搭載面２１として有し、本例においてはその反対側の面を非搭載面２３とする。
本発明の発光素子用基板に用いるガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体（ＬＴＣＣ）としては、上記２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃であるＬＴＣＣであれば特に制限されない。上記ＬＴＣＣのヤング率が、１５０ＧＰａを超えると、発光素子用基板を、金属を主体とする外部電気回路基板に半田層を介して実装する際に半田層に相当の残留応力歪みが発生し、長期安定使用が困難となる。また、ＬＴＣＣの熱膨張係数が２ｐｐｍ／℃未満では、外部電気回路基板との熱膨張係数の差が大きくなり、結果として両者間の残留応力歪みが大きくなる。また、８ｐｐｍ／℃を超えるとＬＴＣＣに実装されるＬＥＤ素子との熱膨張係数の差が大きくなり、ＬＥＤ素子とＬＴＣＣとの間の残留応力歪みが大きくなる。
なお、本発明の発光素子用基板に用いるＬＴＣＣのヤング率は、上記の通り、２５℃において１５０ＧＰａ以下であるが、同温度において、１３０ＧＰａ以下が好ましく、１００ＧＰａ以下がより好ましい。ＬＴＣＣのヤング率の下限は特に設けていないが、強度の観点から５０ＧＰａ以上であることが好ましい。また、ＬＴＣＣの熱膨張係数は上記の通り、５０〜４００℃において２〜８ｐｐｍ／℃であるが、同温度範囲において、３〜８ｐｐｍ／℃が好ましく、３〜７ｐｐｍ／℃がより好ましい。
このような、上記ヤング率および熱膨張係数の条件を満たすガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体の形成用のスラリーは、例えば、以下のガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物にバインダー樹脂、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加して調製される。このスラリーをドクターブレード法等により所定の形状のシート状に成形し、乾燥させ、必要に応じて脱脂を行い、８００℃以上９３０℃以下で焼成して得られる焼結体が挙げられる。
（ガラスセラミックス組成物）
上記ＬＴＣＣの原料成分として用いるガラス粉末は、必ずしも限定されるものではないものの、ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃以上７００℃以下のものが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃未満の場合、上記スラリーを用いてグリーンシートを形成した後の脱脂が困難となるおそれがあり、７００℃を超える場合、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。
また、８００℃以上９３０℃以下で焼成したときに結晶が析出しないことが好ましい。結晶が析出するものの場合、Ａｇなど、ＬＴＣＣ内部および外部に形成する配線材料との界面でのみ、強く結晶を発生する場合がある。結晶が析出した部分は結晶が析出していない部分に比べて、焼成収縮が小さくなる。そのため、焼成収縮が配線のある部分と、配線のない部分とで収縮が不均一になり、この焼成収縮差で焼成後の形状が変形する恐れがある。また、一般的に結晶が析出すると、ヤング率が大きくなる恐れがあり好ましくない。
上記ＬＴＣＣの原料成分として使用可能なガラス粉末として、具体的には、酸化物基準で、ＳｉＯ２ ３０〜７５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ０〜５ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜１０ｍｏｌ％、ＣａＯ １０〜３５ｍｏｌ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ １０〜３５ｍｏｌ％、ＴｉＯ２ ０〜５ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０ｍｏｌ％を含有するものが挙げられる。このガラス粉末は、ＳｉＯ２を多量に含むものであり、ＬＴＣＣにおいて多量のセラミックス粉末を含有させた場合であっても有効に焼結させることができ、また化学的耐久性にも優れるために好ましい。
以下、ガラス粉末の各成分について説明する。
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークフォーマーであり、化学的耐久性、特に耐酸性を向上させる成分であり必須である。ＳｉＯ２の含有量が３０ｍｏｌ％未満の場合、化学的耐久性が低下するおそれがある。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５ｍｏｌ％を超える場合、ガラス溶融温度が高くなる、またはガラス軟化点（Ｔｓ）が過度に高くなるおそれある。
Ｂ２Ｏ３は、必須成分ではないが、ガラスのネットワークフォーマーであり、また軟化点を低下させる成分であることから含有させることが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が２０ｍｏｌ％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。
ＺｎＯは、必須成分ではないが、軟化点を低下させる成分であり有用である。ＺｎＯの含有量が５ｍｏｌ％を超えると、化学的耐久性が低下するおそれがある。また、焼成時にガラスが結晶化しやすくなり、焼結を阻害し、焼結体の空隙率が低減しないおそれがある。
アルカリ金属酸化物であるＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏは、軟化点を低下させる成分であり、含有することが好ましい。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏは、１種または２種のみが含有されていてもよい。これらのうちのいずれの金属酸化物も含有しない場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。一方、これらの合計した含有量が、１０ｍｏｌ％を超えると、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、電気的絶縁性も低下するおそれがある。
ＣａＯは、ガラスの安定性を高めるとともに、軟化点を低下させる成分であり、特に焼成時のアルミナ粉末とガラスとの濡れ性を向上する成分であり、焼結体の空隙率を低減する効果のある成分であり必須である。また、ＣａＯは、熱膨張係数を高める成分であり、他の基板材料等との熱膨張係数の整合性をとる場合に有用である。ＣａＯの含有量が１０ｍｏｌ％未満の場合、ガラスの安定性を十分に高めることができず、また軟化点も十分に低下させることができないおそれがある。一方、ＣａＯの含有量が３５ｍｏｌ％を超える場合、過度に含有量が多いために、焼成時にガラスが結晶化しやすくなり、焼結を阻害し、焼結体の空隙率が低減しないおそれがある。また、ガラスの安定性が低下するおそれがある。
また、ＣａＯと同様にガラスの安定性を高めるとともに、軟化点を低下させる成分として、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯから選ばれる少なくとも１種を含有してもよい。この場合、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの含有量は、ＣａＯの含有量と合わせて３５ｍｏｌ％以下である。ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの合計した含有量が３５ｍｏｌ％を超えると、ガラスの安定性が低下するおそれがある。なお、ＣａＯを除いた、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの合計した含有量は、１５ｍｏｌ％以下が好ましい。
ＴｉＯ２は、必須成分ではないが、ガラスの耐候性を高める成分として有用である。ＴｉＯ２の含有量が５ｍｏｌ％を超える場合、ガラスの安定性が低下するおそれがある。
Ａｌ２Ｏ３は、必須成分ではないが、ガラスの安定性、化学的耐久性を高める成分として有用である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が１０ｍｏｌ％を超える場合、軟化点が過度に高くなるおそれがある。なお、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２ｍｏｌ％以上が好ましく、３ｍｏｌ％以上がより好ましい。
ガラス材料は、基本的に上記成分からなることが好ましいが、本発明の目的を損なわない限度において、上記成分以外の他の成分を含有することができる。例えば、ガラスの安定性を高めるとともに、軟化点を低下させるためにＰ２Ｏ５を含有させてよい。また、例えば、ガラスの安定性を高めるためにＳｂ２Ｏ３を含有させてよい。なお、その他の成分を含有させる場合には、その合計した含有量は１０ｍｏｌ％以下であり、５ｍｏｌ％以下が好ましい。
ＬＴＣＣの原料成分として使用される上記ガラス粉末は、これが配合されて、焼成して得られるＬＴＣＣが、本発明における上記ヤング率および熱膨張係数の条件を満たす限りにおいて、その他の求められる特性により組成を調整することが可能である。このようなガラス粉末としては、後述するセラミックス粉末との組合せ特性の違いにより、以下に示すような、第１のガラス粉末、第２のガラス粉末、第３のガラス粉末等のガラス粉末が挙げられる。
第１のガラス粉末は、多量のセラミックス粉末、特にアルミナよりも高い屈折率を有するセラミックス粉末を高含有率で含有しても有効に焼結させることができるガラス粉末である。
第１のガラス粉末は、酸化物基準で、ＳｉＯ２ ３０〜５５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ０〜５ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜１０ｍｏｌ％、ＣａＯ １０〜３５ｍｏｌ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ １０〜３５ｍｏｌ％、ＴｉＯ２ ０〜５ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０ｍｏｌ％を含有するものである。
第２のガラス粉末は、特に多量のセラミックス粉末を含有しても有効に焼結させることができるガラス粉末である。
第２のガラス粉末は、酸化物基準で、ＳｉＯ２ ５５〜６５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３ １０〜２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ０〜５ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １〜５ｍｏｌ％、ＣａＯ １０〜２０ｍｏｌ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ １０〜２５ｍｏｌ％、ＴｉＯ２ ０〜５ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０ｍｏｌ％を含有するものである。
第２のガラス粉末は、より好ましくは、酸化物基準で、ＳｉＯ２ ５７〜６３ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３ １２〜１８ｍｏｌ％、ＺｎＯ ０〜３ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １〜５ｍｏｌ％、ＣａＯ １２〜１８ｍｏｌ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ １２〜２０ｍｏｌ％、ＴｉＯ２ ０〜３ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３ ２〜８ｍｏｌ％を含有するものである。
第３のガラス粉末は、第２のガラス粉末に比べて、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを多量に含むものであり、セラミックス粉末の含有量が比較的少量であっても高い反射率を得ることができるために好ましい。
第３のガラス粉末は、酸化物基準で、ＳｉＯ２ ６５〜７５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３ ０〜５ｍｏｌ％、ＺｎＯ ０〜５ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５〜１２ｍｏｌ％、ＣａＯ １５〜２５ｍｏｌ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ １５〜３０ｍｏｌ％、ＴｉＯ２ ０〜５ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜５ｍｏｌ％を含有するものである。
第３のガラス粉末は、より好ましくは、酸化物基準で、ＳｉＯ２ ６７〜７３ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３ｍｏｌ％、ＺｎＯ ０〜３ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ６〜１１ｍｏｌ％、ＣａＯ １６〜２２ｍｏｌ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ １６〜２５ｍｏｌ％、ＴｉＯ２ ０〜３ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜３ｍｏｌ％を含有するものである。
また、上記ＬＴＣＣの原料成分として使用可能なガラス粉末として、特にアルミナよりも高い屈折率を有するセラミックス粉末を高含有率で含有しても、比較的低温で有効に焼結させることができるガラス粉末として、酸化物基準で、ＳｉＯ２を０〜５０質量％、Ｂ２Ｏ３を１５〜５０質量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜１０質量％、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる１種または２種以上を合計で３〜６５質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏから選ばれる１種または２種以上を合計で０〜２０質量％、Ｂｉ２Ｏ３を０〜５０質量％含有し、該ガラス粉末中の質量％表記での「（Ｂ２Ｏ３＋Ｂｉ２Ｏ３の含有量）の３倍」＋「（ＺｎＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量）の２倍」＋「（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量）の１０倍」の値が、２００を超えるものが挙げられる。
上記ガラス粉末は、酸化物基準で、ＳｉＯ２を０〜５０質量％、Ｂ２Ｏ３を１５〜５０質量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜１０質量％、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる１種または２種以上を合計で３〜６５質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏから選ばれる１種または２種以上を合計で３〜２０質量％、Ｂｉ２Ｏ３を０〜１０質量％含有する組成とすることもできる。
また、上記ガラス粉末は、酸化物基準でＳｉＯ２を０〜５０質量％、Ｂ２Ｏ３を１５〜５０質量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜１０質量％、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる１種または２種以上を合計で３〜６５質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏから選ばれる１種または２種以上を合計で０〜３質量％、Ｂｉ２Ｏ３を１０〜５０質量％含有する組成とすることもできる。
本発明に用いるガラス粉末は、上記したようなガラス組成を有するガラスを溶融法によって製造し、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ることができる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。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ことができる。
本発明に用いるガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は、０．５〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．５μｍ未満になると、工業的に製造しにくくまた凝集しやすくなるため、取り扱いが難しい。また、ガラスセラミックス組成物中にも分散しにくくなる。Ｄ５０は、より好ましくは０．８μｍ以上、さらに好ましくは１．５μｍ以上である。一方、Ｄ５０が５μｍを超えると、焼成によって緻密な焼結体を得ることが困難になる。焼成により緻密な焼成体を得るために、ガラス粉末のＤ５０は、４μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下がさらに好ましい。粒径の調整は、例えば粉砕後に必要に応じて分級することにより行うことができる。なお、本明細書における５０％粒径（Ｄ５０）は、レーザ回折散乱法で測定された値である。
上記ＬＴＣＣの原料成分におけるガラスセラミックス組成物中の上記ガラス粉末とセラミックス粉末の配合量としては、ガラス粉末がガラスセラミックス組成物のガラス粉末とセラミックス粉末の合量に対して２５〜６０質量％の割合で、セラミックス粉末がガラスセラミックス組成物のガラス粉末とセラミックス粉末の合量に対して７５〜４０質量％の割合で配合されることが好ましい。上記ガラスセラミックス組成物におけるガラス粉末の含有量が２５質量％未満であると、焼成不足になり緻密な焼結体（すなわち、ＬＴＣＣ基板）が得られない場合がある。より緻密な焼結体を得る観点から、ガラス粉末の配合量は、ガラスセラミックス組成物全量に対して２８質量％以上が好ましく、３１質量％以上がより好ましい。
また、ガラス粉末の含有量がガラスセラミックス組成物全量に対して６０質量％を超えると、焼結体の抗折強度が不足するおそれがある。より抗折強度の高い焼結体を得る観点から、ガラス粉末の配合量は、ガラスセラミックス組成物全量に対して５５質量％以下が好ましく、５３質量％以下がより好ましい。
一方、上記ＬＴＣＣの原料成分におけるセラミックス粉末としては、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用いることができる。これらのセラミックス粉末は、それぞれ以下の特性を付与することを目的として、ＬＴＣＣに配合される。
アルミナ粉末は、焼結体の抗折強度を高くするために添加される成分である。ジルコニア粉末やチタニア粉末はアルミナ粉末より高屈折率のセラミックス粉末であり、これらが所定の割合で配合されると、可視光領域の光に対して高い反射率を有する焼結体が得られる。さらに、ガラス相の結晶化が抑制されるため、反りが抑制され、形状安定性が良好な焼結体を得ることができる。
これらセラミックス粉末は、各セラミックス粉末の有する特性を勘案して、発光素子用基板においてＬＴＣＣからなる基板本体が求められる性能に応じて、適宜組合せ、配合割合を調整して用いることができる。
例えば、焼結体の抗折強度を高くするためにセラミックス粉末としてアルミナ粉末のみを用いることが可能である。その場合、アルミナ粉末のガラスセラミックス組成物全量（すなわち、セラミックス粉末とガラス粉末との合量）に対する配合割合は１５〜６０質量％程度とすることが好ましい。アルミナ粉末の含有量が１５質量％未満であると、所望の抗折強度が得られない場合がある。また、アルミナ粉末の含有量が６０質量％を超えると、焼成不足になり緻密な焼結体を得ることが困難になるばかりでなく、焼結体表面の平滑性が損なわれるおそれがある。この場合、組合せることが好ましいガラス粉末としては、上記第２のガラス粉末または第３のガラス粉末が挙げられる。
アルミナ粉末の５０％粒径であるＤ５０は０．３〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．３μｍ未満では十分な抗折強度を達成することが困難になる。より抗折強度の高い焼結体を得る観点から、Ｄ５０は０．６μｍ以上が好ましく、１．５μｍ以上がさらに好ましい。一方、Ｄ５０が５μｍを超えると焼結体表面の平滑性が損なわれる、あるいは焼成により緻密な焼結体を得ることが困難になる。より緻密かつ表面の平滑な焼結体を得る観点から、Ｄ５０は４μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がさらに好ましい。
また、高い抗折強度と高反射率の両方を兼ね備えたＬＴＣＣを得るために、セラミックス粉末としてアルミナ粉末と、アルミナ粉末より高屈折率のセラミックス粉末を組合せて用いることが可能である。この場合、アルミナ粉末のガラスセラミックス組成物全量（すなわち、セラミックス粉末とガラス粉末との合量）に対する配合割合は、１５〜６０質量％であることが好ましい。アルミナ粉末の含有量が１５質量％未満であると、所望の抗折強度を実現することが困難になる。より抗折強度の高い焼結体を得る観点から、１７質量％以上が好ましく、１８質量％以上がより好ましい。一方、アルミナ粉末の含有量が６０質量％を超えると、焼成不足になり緻密な焼結体を得ることが困難になるばかりでなく、焼結体表面の平滑性が損なわれるおそれがある。より緻密で表面の平滑な焼結体を得る観点から、５０質量％以下が好ましく、４５質量％以下がより好ましい。
ここで、アルミナ粉末とともに用いる高屈折率セラミックス粉末のガラスセラミックス組成物全量（すなわち、セラミックス粉末とガラス粉末との合量）に対する配合割合は、５〜５０質量％であることが好ましい。高屈折率セラミックス粉末の含有量が５質量％未満であると、反射率の高い焼結体、具体的には実用上十分な反射率である８５％以上の反射率（すなわち、厚さ３００μｍのＬＴＣＣ基板における反射率）を有する焼結体が得られないことがある。なお、ここで反射率は、波長４６０ｎｍにおけるものである。より反射率の高い焼結体を得る観点から、高屈折率セラミックス粉末の含有量は、好ましくは１５質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上とする。一方、高屈折率セラミックス粉末の含有量が５０質量％を超えると、緻密な焼結体を得ることが困難になる。より緻密な焼結体を得る観点から、４５質量％以下が好ましく、４０質量％以下がより好ましい。
この場合、組合せることが好ましいガラス粉末としては、上記第１のガラス粉末もしくは第２のガラス粉末、または上記高屈折率セラミックス粉末を高含有量で含有できるガラス粉末として例示したガラス粉末（以下、高屈折率セラミックス粉末用ガラス粉末という）が挙げられる。ただし、より多量の高屈折率セラミックス粉末、例えば、アルミナ粉末より多量の高屈折率セラミックス粉末を配合する場合には、上記第１のガラス粉末または高屈折率セラミックス粉末用ガラス粉末を用いることが好ましい。
アルミナ粉末とともに用いる高屈折率セラミックス粉末は、例えばチタニア粉末、ジルコニア粉末である。これらは、アルミナ粉末の屈折率が１．８程度であるのに対して、チタニア粉末の屈折率は２．７程度、ジルコニア粉末の屈折率は２．２程度であり、アルミナ粉末に比べて高い屈折率を有している。
高屈折率セラミックス粉末の添加によって十分な反射率を得るためには、高屈折率セラミックス粉末の屈折率とガラス粉末の屈折率の差が０．４以上であることが好ましい。このような屈折率差を得るためにガラス粉末の組成を本発明の効果が損なわれない範囲で適宜調整するとともに、組合せる高屈折率セラミックス粉末を適宜選択する。ここで、屈折率は波長４６０ｎｍの光に対する屈折率である。例えば、上記第１のガラス粉末、第２のガラス粉末または高屈折率セラミックス粉末用ガラス粉末ではガラス組成を調整することで、本発明の効果を損なわずに、屈折率が１．５〜１．６程度のガラス粉末が得られる。したがって、高屈折率セラミックス粉末としては、上記した材料以外にも、屈折率が概ね１．９５を超えるセラミックス粉末、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カリウム等のチタン化合物、チタンやジルコニウムを主成分とするその他の複合材を用いることが可能である。
高屈折率セラミックス粉末としては、特にジルコニア粉末を用いることが好ましい。ジルコニア粉末を用いることで、例えばチタニア粉末を用いた場合のような、４００ｎｍ付近の光の吸収による反射率の低下を抑制することができる。さらに、ジルコニア粉末としては、安定化されていないジルコニアからなるものであってもよいが、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、またはＭｇＯの添加により部分安定化された部分安定化ジルコニアからなる粉末が好ましい。部分安定化ジルコニアを用いることで、例えば高温下での相転移を抑制し、諸特性の安定した焼結体を得ることができる。部分安定化ジルコニアの種類については、必ずしも限定されるものではないが、工業的に安価に入手することが容易な、Ｙ２Ｏ３添加ジルコニアが好ましい。Ｙ２Ｏ３の添加量としては、０．１〜１０ｍｏｌ％であることが好ましい。
このような高屈折率セラミックス粉末の５０％粒径であるＤ５０は０．０５〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．０５μｍ未満では、光の波長（本発明では４６０ｎｍ）よりも粉体の大きさが小さくなりすぎるため、十分な反射率を得ることが困難になる。Ｄ５０はより好ましくは０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．１５μｍ以上である。また、Ｄ５０が５μｍを超えると、光の波長よりも粉体が大きくなりすぎるために十分な反射率を得ることが困難になる。より好ましくは、３μｍ以下であり、さらに好ましくは１．５μｍ以下である。
工業的に入手可能な高屈折率セラミックス粉末の中には、非常に小さい（例えばＤ５０が０．０５μｍ以下）１次粒子が凝集することで比較的大きな（例えばＤ５０が０．０５μｍ〜５μｍ程度）２次粒子を形成しているものもあるが、そのような場合、所望の反射率を達成するために重要なのは１次粒子径ではなく２次粒子径である。すなわち、高屈折率セラミックス粉末が２次粒子（すなわち、凝集粒子）からなる場合には、所望の反射率を達成するためには、２次粒子のＤ５０が０．０５〜５μｍであることが好ましい。より高い反射率を得る観点から、２次粒子のＤ５０は、より好ましくは０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．１５μｍ以上である。また、２次粒子のＤ５０が５μｍを超えると十分な反射率を得ることが困難になる。高い反射率を得る観点から、２次粒子のＤ５０は、より好ましくは３μｍ以下であり、さらに好ましくは１．５μｍ以下である。なお、上記２次粒子のＤ５０も、凝集していない１次粒子のＤ５０と同様にレーザ回折散乱法で測定した値である。
発光素子用基板１は、基板本体２の搭載面２１の中央の略円形状部分を底面（以下、「キャビティ底面」という）とするキャビティを構成するように基板本体搭載面２１の周縁部に枠体３を有する。枠体３を構成する材料は、特に限定されないが、基板本体２を構成する材料と同じものを使用することが好ましい。また、キャビティ底面の略中央部に発光素子の搭載部２２が位置する。
発光素子用基板１には、基板本体２の搭載面２１上に、搭載される発光素子が有する一対の電極とそれぞれ電気的に接続される素子接続端子４が、この発光素子搭載部２２を挟んでその外側に対向するようにして一対設けられている。
基板本体２の非搭載面２３には、発光装置とした際に、基板本体２が非搭載面２３を介して搭載される、外部電気回路基板が有する配線回路と半田層により電気的に接続される一対の外部接続端子５が設けられる。また、基板本体２の内部に、上記素子接続端子４と外部接続端子５とを電気的に接続する貫通導体６が一対設けられている。素子接続端子４、外部接続端子５および貫通導体６については、これらが発光素子→素子接続端子４→貫通導体６→外部接続端子５→半田層→配線回路との経路により電気的に接続される限りは、その配設される位置や形状は図１に示されるものに限定されず、適宜調整可能である。
これら素子接続端子４、外部接続端子５および貫通導体６、すなわち配線導体の構成材料は、通常、発光素子用基板に用いられる配線導体と同様の構成材料であれば特に制限なく使用できる。これら配線導体の構成材料として、具体的には、銅、銀、金等を主成分とする金属材料を挙げることができる。このような金属材料のなかでも、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が好ましく用いられる。
素子接続端子４および外部接続端子５の膜厚は、これらの形成に通常用いられる金属粒子を分散させた金属ペーストの構成粒子のサイズが数ミクロンあり、焼結して充分に被覆させることができるようにする観点から、５〜２０μｍであることが好ましく、７〜１５μｍであることがより好ましい。また、外部接続端子５においては、前記した金属材料からなる金属導体層上に、好ましくは厚さ５〜２０μｍの金属導体層上に、この層を酸化や硫化から保護しかつ導電性を有する導電性保護層７ａが形成されていることが好ましい。導電性保護層７ａとしては上記金属導体層を保護する機能を有する導電性材料で構成されていれば、特に制限されないが、ニッケルメッキ層、クロムメッキ層等が好ましい。導電性保護層７ａの膜厚は、２〜２０μｍであることが好ましく、３〜１５μｍがより好ましい。
また、同様に素子接続端子４上には、導電性保護層（図示せず）として、後述する発光素子の電極との接続に用いるボンディングワイヤとの良好な接合が得られる点から、金メッキ層が形成されていることが好ましく、ニッケルメッキ層の上に金メッキを施したニッケル／金メッキ層が形成されていることがより好ましい。導電性保護層の膜厚としては、ニッケルメッキ層が２〜２０μｍ、金メッキ層が０．１〜１．０μｍであることが好ましい。
また発光素子用基板１は、基板本体２の内部に埋設された、熱抵抗を低減するためのサーマルビア８を有することが好ましい。サーマルビア８は、例えば、図１に示すように、発光素子搭載部２２より小さい柱状のものであり、発光素子搭載部２２の直下に複数設けられている。本例において、サーマルビア８は、搭載面２１に達しないように、非搭載面２３から搭載面２１の近傍にかけて設けられている。サーマルビアをこのような構成とすることで、搭載面２１、特に発光素子搭載部２２の平坦度を向上させることができ、熱抵抗を低減し、また発光素子を搭載したときの傾きも抑制することができる。
また、図示しないが、サーマルビア８が搭載面２１まで達するように、基板本体２の非搭載面２３から搭載面２１まで貫通するように形成してもよい。この場合、サーマルビア８は発光素子搭載部２２の直下ではなく、発光素子１１の端から１．０ｍｍ以下までの距離の領域内に、サーマルビア８の一部が入るようにする。発光素子１１の端から距離が１．０ｍｍ超の場合、発光素子１１が発する熱を良好にサーマルビア８に伝えることが難しくなる。好ましくは、０．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。基板本体２を貫通させたサーマルビアの場合には、上記したように搭載部２２の平坦性の観点から、サーマルビア８の一部は発光素子搭載部２２に入らないようにすることが好ましい。
なお、本発明の発光素子用基板１において任意に設けられるサーマルビア８は、発光素子搭載部の平坦性を維持しながら熱抵抗を低減するように配設される限りは、その配設される位置や形状、大きさ、個数等は図１に示されるものに限定されず、適宜調整可能である。また、発光素子用基板１はサーマルビア８からさらに金属を主体とする高放熱性の外部電気回路基板へと熱を伝導するために、サーマルビア８に接続するように基板本体２の非搭載面２３に、外部放熱層９が設けられている。
後述の図２に示すように発光素子用基板１が外部電気回路基板に実装される際に、外部放熱層９は、上記外部接続端子５が半田層３３ａを介して配線回路３４に接合されるのと同様に、半田層３３ｂを介して外部電気回路基板の半田接続用パッド３６に接合され、これによりサーマルビア８から外部電気回路基板の金属部分（すなわち、ヒートシンク）への放熱経路が確保される。
上記サーマルビア８および外部放熱層９を構成する材料としては、放熱性を有する材料であれば特に制限されないが、銀を含む金属材料、具体的には、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が好ましく用いられる。銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料として、具体的には、金属材料全量に対する白金またはパラジウムの割合が５質量％以下の金属材料が挙げられる。外部放熱層９の膜厚については、上記外部接続端子５の膜厚と同様とすることができる。また、外部放熱層９上には、この層を酸化や硫化から保護し、かつ熱伝導性を有する導電性保護層７ｂが形成されていることが好ましい。導電性保護層７ｂは、外部接続端子５上に設けられる導電性保護層７ａと同様の構成とすることができる。
また、発光素子搭載部２２には、図示されていないが表面粗さＲａが０．４μｍ以下のガラス膜を設けることが好ましい。一般的なＬＴＣＣ基板の表面粗さＲａが１．０μｍ程度であることから、このようなガラス膜を発光素子搭載部２２に設けることで、より平坦度を向上させることができる。なお、一般に基板本体２に比べてガラス膜の反射率は低くなることから、ガラス膜は発光素子搭載部２２のみに設け、それ以外の部分には設けないことが好ましい。また表面粗さＲａは算術平均粗さＲａのことであり、算術平均粗さＲａの値は、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４年）の３「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されるものである。
以上、本発明の発光素子用基板の一例について説明したが、次に、上に説明した発光素子用基板１を用いた本発明の発光装置１０の一例を図２に基づいて説明する。
図２は、図１に示す発光素子用基板１を用いた本発明の発光装置１０の一例を示す平面図（ａ）、平面図（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図（ｂ）である。
上記発光素子用基板１を用いて、本例における発光装置１０を作製する際には、基板本体２の搭載面２１上に形成されたキャビティ底面の略中央部に位置する発光素子搭載部２２に、図２に示すように発光ダイオード素子等の発光素子１１が、シリコーンダイボンド剤やメタルボンド剤等のダイボンド剤によって固定、搭載される。発光装置１０においては、発光素子１１が有する一対の電極（図示せず）は、その外側に位置する素子接続端子４とそれぞれボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。また、発光素子１１やボンディングワイヤ１２を覆うようにキャビティを充填する形に封止層１３が設けられている。
発光装置１０は、このようにして発光素子１１が搭載された発光素子用基板１がさらに金属を主体とする外部電気回路基板３１上に実装された構成を有する。外部電気回路基板３１は、少なくとも、実装される発光素子用基板１の基板本体２が非搭載面２３に有する一対の外部接続端子５に対向する部分に配線回路３４を有し、この配線回路３４と、該一対の外部接続端子５とがその表面に形成された導電性保護層７ａ上で半田層３３ａを介して接着固定され、電気的に接続されることで、実装されている。
ここで、図２に示される外部電気回路基板３１は、全表面に絶縁層３５を有する金属板３２と、前記絶縁層３５上に配設された電気配線用の配線回路３４およびこの配線回路３４と電気的に絶縁するように形成された放熱用の半田接続用パッド３６を有するメタルコア基板である。外部電気回路基板３１は、配線回路３４および半田接続用パッド３６を有する面の、実装される発光素子用基板１の基板本体２が非搭載面２３に有するサーマルビア８に接続する外部放熱層９、実質的にはその表面に形成された導電性保護層７ｂと絶縁層３５上に配設された半田接続用パッド３６が半田層３３ｂを介して接着固定されている。
このように、発光素子１１が搭載された発光素子用基板１と外部電気回路基板３１は、電気的には、発光素子１１の電極→ボンディングワイヤ１２→素子接続端子４→貫通導体６→外部接続端子５（導電性保護層７ａ）→半田層３３ａ→配線回路３４の経路となるように接続される。一方、熱の経路としてはサーマルビア８→外部放熱層９（導電性保護層７ｂ）→半田層３３ｂ→半田接続用パッド３６→絶縁層３５→金属板３２へと伝導するように接続される。
ここで、本発明の発光装置に用いる金属を主体とする外部電気回路基板として、具体的には、図２の外部電気回路基板３１に模式的に示されるような、表面に絶縁層を有する金属板と、上記絶縁層上に配設された配線回路を有するメタルコア基板や、上面に絶縁層を有する金属板の絶縁層上に配線回路が配設された構成のメタルベース基板等が挙げられる。
図２に示すように発光素子１１の発熱は、サーマルビア８→外部放熱層９（導電性保護層７ｂ）→半田層３３ｂ→半田接続用パッド３６を介して絶縁層３５から、メタルコア基板における金属板３２に伝えられ、放熱される。すなわち金属板３２はヒートシンクとして作用する。
金属板３２を構成する材料としては、ヒートシンク材料として通常用いられる、高放熱性の金属材料が特に制限なく使用可能である。具体的には、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウムおよびこれらの２種以上からなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属材料が挙げられる。このような、金属材料の５０〜２００℃における熱膨張係数は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）で５．１ｐｐｍ／℃、タングステン（Ｗ）で４．５ｐｐｍ／℃、タングステンと銅（Ｃｕ）の質量比８９：１１の合金（８９Ｗ−１１Ｃｕ）で６．５ｐｐｍ／℃、同様に８５：１５の合金（８５Ｗ−１５Ｃｕ）で７．２ｐｐｍ／℃、８０：２０の合金（８０Ｗ−２０Ｃｕ）で８．３ｐｐｍ／℃、等である。また、モリブデンと銅の質量比８５：１５の合金（８５Ｍｏ−１５Ｃｕ）で７．０ｐｐｍ／℃、同様に７０：３０の合金（７０Ｍｏ−３０Ｃｕ）でｘ７．０−ｙ８．３ｐｐｍ／℃、６５：３５の合金（６５Ｍｏ−３５Ｃｕ）でｘ７．２−ｙ９．３ｐｐｍ／℃、等である。上記のｘおよびｙの付された熱膨張係数は、異方性の熱膨張を示し、ｘはx方向、ｙは方向の熱膨張係数をそれぞれ示す。また、銅（Ｃｕ）で、１７ｐｐｍ／℃、アルミニウム（Ａｌ）で、２３ｐｐｍ／℃である。
上記本発明に用いるＬＴＣＣの熱膨張係数と比べて金属材料は熱膨張係数が大きい傾向である。本発明の発光装置においては、この熱膨張係数の差が大きくても、ＬＴＣＣのヤング率が小さいために、半田層３３ａ、３３ｂに発生する残留応力歪みを低減でき、結果として剥離等の不具合の発生を抑制可能としている。もちろん、熱膨張係数の差は小さい方が、残留応力歪みの低減には有効である。しかしながら、ＬＴＣＣ材料に実装する半導体チップの熱膨張係数は３〜６ｐｐｍ／℃であり、チップとＬＴＣＣ材料の熱膨張マッチングを考慮して、本発明においては、ＬＴＣＣの熱膨張係数として２〜８ｐｐｍ／℃を選択した。これを基準に考慮すると、ヒートシンク材料も１０ｐｐｍ／℃を下回る熱膨張係数のものを使用することが理想的である。しかし、１０ｐｐｍ／℃を超える熱膨張係数をもつ場合であっても、ＬＴＣＣ材料のヤング率が小さければ、半田層３３ａ、３３ｂに発生する残留応力歪みは低減でき、問題はない。
このような本発明の発光装置における高放熱性の外部電気回路基板としては、市販品が使用可能である。市販品としては、例えば、メタルコア基板として、日本理化工業所製の高熱伝導金属ベース銅積層板ＮＲＡシリーズ等が挙げられる。
半田層３３ａ、３３ｂを構成する半田材料としては、通常、ＬＴＣＣ材料からなる基板を外部電気回路基板に固定するために用いる半田材料が特に制限なく利用可能である。好ましくは、リフロー方式で使用される半田材料である。具体的には、錫・銀合金、錫・銅合金、錫・銀・銅合金等からなる半田材料等が挙げられる。外部接続端子５／導電性保護層７ａと配線回路３４を接続する半田層３３ａの膜厚は、十分な接合を確保しつつ接合強度および、形成のしやすさの観点から１０〜５０μｍが好ましく、２０〜４０μｍがより好ましい。外部放熱層９／導電性保護層７ｂと半田接続用パッド３６を接続する半田層３３ｂの膜厚は、半田層３３ａと同等の１０〜５０μｍが好ましく、２０〜４０μｍがより好ましい。
ここで、本発明の発光素子用基板・発光装置の一例として上に説明した図１に示す発光素子用基板１および図２に示す発光装置１０は、例えば、以下に説明する製造方法により製造できる。なお、その製造に用いる部材、形成材料層等については、完成品の部材と同一の符号を付して説明するものである。例えば、素子接続用端子と素子接続端子導体ペースト層とは、同じ４の符号をもって表記し、他も同様とする。
（１）グリーンシートの作製
まず、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物（例えば、ＬＴＣＣ用組成物）を用いて発光素子用基板の本体基板２を構成する、基板本体用グリーンシートとして、２枚の略平板状の基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂを作製する。基板本体用グリーンシート２ａは、非搭載面２３を有し、サーマルビアが形成される基板本体２の下部を構成する。基板本体用グリーンシート２ｂは、その一部が発光素子の搭載される発光素子搭載部２２となる搭載面２１を有する基板本体２の上部を構成する。
また、枠体３を構成する枠体用グリーンシート３を作製する。枠体用グリーンシート３は、上記基板本体用グリーンシートと同じサイズの略平板状のグリーンシートから、キャビティとなる部分を、通常の方法で上面側から裏面側に至るように円柱状にくり抜くことで作製される。
基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂおよび枠体用グリーンシート３は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物にバインダー樹脂、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加して調製されたスラリーをドクターブレード法等により所定の形状のシート状に成形し、乾燥させることで製造できる。
ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物については上記の通りである。バインダー樹脂としては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に用いることができる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル等を用いることができる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノール等の有機溶剤を好適に用いることができる。
（２）配線導体ペースト層および放熱用金属ペースト層の形成
上記で得られた基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂの所定の位置２箇所に、これらが積層されたときに搭載面２１から非搭載面２３に貫通するように形成される貫通導体６形成用の貫通孔を所定の大きさ形状に通常の方法で形成する。また、基板本体用グリーンシート２ａには、発光素子搭載部２２の直下にサーマルビア８形成用の複数の柱状の貫通孔を所定の大きさ、形状に通常の方法で形成する。
次いで、上記で得られた基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂの２箇所の貫通導体６形成用の貫通孔に貫通導体用ペースト層６を形成する。また、基板本体用グリーンシート２ｂには、貫通導体用ペースト層６と接続するように、搭載面２１上の２箇所に素子接続端子用ペースト層４を、基板本体用グリーンシート２ａには、非搭載面２３に外部接続端子用導体ペースト層５を、それぞれ所定の大きさ、形状で形成する。
これらは、搭載される発光素子の電極が、素子接続端子用ペースト層４、貫通導体用ペースト層６および外部接続端子用導体ペースト層５から半田層を介して、外部電気回路基板が有する配線回路と電気的に接続されるように形成される。
素子接続端子用ペースト層４、外部接続端子用導体ペースト層５、および貫通導体用ペースト層６の形成方法としては、スクリーン印刷法により導体ペーストを塗布、充填する方法が挙げられる。形成される素子接続端子用ペースト層４および外部接続端子用導体ペースト層５の膜厚は、最終的に得られる素子接続端子および外部接続端子の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。
配線導体ペーストとしては、例えば銅、銀、または金等を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いることができる。なお、上記金属粉末としては、銀からなる金属粉末、銀と白金からなる金属粉末、または銀とパラジウムからなる金属粉末が好ましく用いられる。
また、上記で作製した基板本体用グリーンシート２ａのサーマルビア８の形成用の複数の柱状の貫通孔にサーマルビア用ペースト層８を、またこのサーマルビア用ペースト層８と接続するように、非搭載面２３に外部放熱層用導体ペースト層９を、それぞれ所定の大きさ、形状で形成する。サーマルビア用ペースト層８および外部放熱層用導体ペースト層９の形成方法としては、上記と同様にスクリーン印刷法により導体ペーストを塗布、または充填する方法が挙げられる。形成される外部放熱層用導体ペースト層９の膜厚は、最終的に得られる素子接続端子および外部接続端子の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。用いる導体ペーストとしてはサーマルビア８、外部放熱層９を構成する放熱性材料、好ましくは、銀を含む金属材料を含有するペーストである。このような材料としては、上記の通り、銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等が挙げられる。
放熱層用の導体ペーストとしては、金属粉末を放熱性材料とする以外は上記配線導体ペーストと同様に作製できる。また用いる金属粉末として両者に好ましく用いられる銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等を用いる場合には、１種の導体ペーストで素子接続端子用ペースト層４、外部接続端子用導体ペースト層５、貫通導体用ペースト層６、サーマルビア用ペースト層８および外部放熱層用導体ペースト層９を形成することが可能である。
（３）グリーンシートの積層
上記（２）の工程で得られた配線導体用ペースト層（外部接続端子用導体ペースト層５、貫通導体用ペースト層６）と放熱層用金属ペースト層（サーマルビア用ペースト層８、外部放熱層用導体ペースト層９）付きの基板本体用グリーンシート２ａ上に、配線導体用ペースト層（素子接続端子用ペースト層４、貫通導体用ペースト層６）付き基板本体用グリーンシート２ｂを積層する。積層の際、下となる面（非搭載面）に外部接続端子用導体ペースト層５、外部放熱層用導体ペースト層９が、上となる面（搭載面）に素子接続端子用ペースト層４が位置するように積層する。さらに、基板本体用グリーンシート２ｂの搭載面２１上に上記（１）の工程で得られた枠体用グリーンシート３を積層する。これにより基板本体２が搭載面２１上にキャビティを有し、その底面が発光素子の発光素子搭載部２２を有する形状のグリーンシート積層体が、未焼結発光素子用基板１として得られる。
（４）焼成
上記（３）で得られた未焼結発光素子用基板１について、必要に応じてバインダー樹脂等を除去するための脱脂を行い、各グリーンシートのガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成（焼成温度：８００〜９３０℃）を行う。
脱脂は、例えば５００℃以上６００℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持することにより行える。脱脂温度が５００℃未満もしくは脱脂時間が１時間未満の場合、バインダー樹脂等を十分に除去できないおそれがある。一方、脱脂温度は６００℃程度、脱脂時間は１０時間程度とすれば、十分にバインダー樹脂等を除去でき、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。
また、焼成は、基板本体２および枠体３の緻密な構造の獲得と生産性を考慮して、８００℃〜９３０℃の温度範囲で適宜時間を調整することで行える。具体的には、８５０℃以上９００℃以下の温度で２０分以上６０分以下保持することが好ましく、特に８６０℃以上８８０℃以下の温度で行うことが好ましい。焼成温度が８００℃未満では、基板本体が緻密な構造のものとして得られないおそれがある。一方、焼成温度は９３０℃を超えると基板本体が変形するなど生産性等が低下するおそれがある。また、上記配線導体用ペーストや放熱層用導体ペーストとして、銀を主成分とする金属粉末を含有する金属ペーストを用いた場合、焼成温度が８８０℃を超えると、過度に軟化するために所定の形状を維持できなくなるおそれがある。
このようにして、未焼結発光素子用基板１が焼成され発光素子用基板１が得られるが、焼成後、素子接続端子４、外部接続端子５および外部放熱層９の全体を被覆するように、素子接続端子４には金メッキ層（図示されず）、外部接続端子５および外部放熱層９にはニッケルメッキ層７ａ，７ｂのような、通常、発光素子用基板において導体保護用に用いられる導電性保護層を配設する。
以上、発光素子用基板１の製造方法について説明したが、本体用グリーンシート２および枠体用グリーンシート３は単一のグリーンシートからなる必要はなく、上記のように複数枚のグリーンシートを積層したものであってもよい。また、各部の形成順序等についても、発光素子用基板の製造が可能な限度において適宜変更できる。
（５）発光装置の作製
上記発光素子用基板１を用いて、例えば図２に示す発光装置１０を作製する方法については、特に制限されず、発光素子１１を発光素子用基板１に搭載する方法、ワイヤボンディング等の電気接続方法、封止剤を用いて封止層１３を形成する方法、さらに発光素子用基板１を半田により外部電気回路基板３１に固定する方法等において、全て従来公知の方法が適用可能である。
以上、本発明の発光素子用基板およびこれを用いた発光装置の実施形態を、図１および図２に示される一例を挙げて説明したが、本発明の発光素子用基板および発光装置はこれらに限定されるものではない。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できる。
本発明によれば、金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路に半田付けによって表面実装するための発光素子用基板において、外部電気回路基板と強固に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持できる発光素子用基板を提供できる。
また、本発明によれば、このような発光素子用基板に発光素子を搭載し、これを外部接続端子を介して外部電気回路基板の配線回路上に半田付けにより実装することで、半田接続部分の剥離が抑制された電気的接続に高い信頼性を有する発光装置が得られる。このような本発明の発光装置は、例えば携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、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用いることができる。
以下に、本発明の実施例を説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［製造例１〜４］
表１のガラス組成の欄にｍｏｌ％で示すガラス組成となるように原料を調合・混合し、混合された原料を白金ルツボに入れて１４００〜１６００℃で６０分間加熱溶融後、溶融ガラスを流し出し冷却した。得られたガラスをアルミナ製やジルコニア製ボールミルで水および／またはエタノールを溶媒として２０〜６０時間粉砕して、ガラス粉末を得た。得られたガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）を、島津製作所社製レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ２１００）を用いて測定したところ、いずれも２．０μｍであった。なお、製造例１〜３で得られたガラス粉末は、特に多量のセラミックス粉末を含有しても有効に焼結させることができる上記第２のガラス粉末に分類されるガラス粉末である。また、製造例４で得られたガラス粉末は、多量のセラミックス粉末、特にアルミナよりも高い屈折率を有するセラミックス粉末を高含有率で含有しても有効に焼結させることができる上記第１のガラス粉末に分類されるガラス粉末である。
次いで、上記で得られたガラス粉末と、セラミックス粉末としてアルミナ粉末、ジルコニア粉末（ジルコニア粉末１またはジルコニア粉末２）をそれぞれ表１に示す質量百分率で混合した粉末（ガラスセラミックス組成物）５０ｇに、有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル）２．５ｇ、バインダー樹脂（デンカ社製ポリビニルブチラールＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇおよび分散剤（ビックケミー社製ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ１８０）０．５ｇをそれぞれ混合してスラリーとした。このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法を用いて塗布し、塗膜を乾燥して厚さが０．２ｍｍのグリーンシートを作製した。
なお、本製造例では、アルミナ粉末は、昭和電工社製のローソーダアルミナＡＬ４７−Ｈ（Ｄ５０＝２．１μｍ）を用いた。また、ジルコニア粉末については２種類のイットリア部分安定化ジルコニア粉末を、ジルコニア粉末１、ジルコニア粉末２として用いた。ジルコニア粉末１は、第一稀元素化学工業社製のＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ（Ｄ５０＝０．５６μｍ）であり、ジルコニア粉末２は、東レ社製の３ＹＳ（Ｄ５０＝０．７μｍ）である。
こうして得られたグリーンシートを焼成し、焼成基板（焼結体）を作製した。焼成は、５５０℃に１時間保持してバインダー樹脂を分解除去する脱脂工程を行なった後、８７０℃の温度に４５分間加熱保持することにより行った。得られた基板のヤング率、熱膨張係数、反射率、抗折強度をそれぞれ以下の方法により測定した。結果をそれぞれ表１に示す。
また、比較製造例としてアルミナ基板をグリーンシート焼成の方法により作製し、これについても上記と同様にヤング率、熱膨張係数、反射率、抗折強度を測定した。結果を併せて表１に示す。
＜ヤング率＞
ヤング率は次のような方法で測定した。焼成体寸法が２ｍｍ厚み、幅１５ｍｍ×長さ１００ｍｍになるように切削研磨し、測定用サンプルとし、共鳴振動法により温度２５℃におけるヤング率を測定した。
＜熱膨張係数＞
熱膨張係数は次のような方法で測定した。焼成体寸法が２ｍｍ厚み、幅５ｍｍ×長さ２０ｍｍになるように切削研磨し、測定サンプルとし、熱機械分析装置（ＴＭＡ）（ブルカー・エイエックスエス社製 熱膨張計 ＴＤ５０００ＳＡ）にて、温度５０〜４００℃における熱膨張係数を測定した。
＜反射率＞
反射率は次のような方法で測定した。すなわち、幅が３０ｍｍ程度の正方形のグリーンシートを１枚としたもの、２枚積層したもの、３枚積層したものを焼成し、厚みが、１４０μｍ、２８０μｍ、４２０μｍ、程度の３種類の焼成体を得た。得られた３サンプルの反射率を、オーシャンオプティクス社の分光器ＵＳＢ２０００と小型積分球ＩＳＰ−ＲＦを用いて測定し、厚みに関して線形補完することで、厚み１７０μｍおよび３００μｍの焼成体の反射率（単位：％）を算出した。
＜抗折強度＞
抗折強度として、焼成体を切断して厚さが約０．８５ｍｍ、幅が５ｍｍの短冊状に加工したもの１０枚を用いて３点曲げ強度を測定した（測定装置：インストロン社製、ＩＮＳＴＲＯＮ ８５６１）。スパンは１５ｍｍ、クロスヘッドスピードは０．５ｃｍ／分とした。
Figure 2012036219
［実施例１］
以下に説明する方法で、図１に示すのと同様の構造の発光素子用基板を作製した。なお、上記と同様に、焼成の前後で部材に用いる符号は同じものを用いた。
まず、発光素子搭載用基板１の本体基板２を作製するための基板本体用グリーンシート２、枠体用グリーンシート３を作製した。
すなわち、上記製造例１と同様のガラスセラミックス組成物を用いて上記と同様にしてスラリーを調製した。このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し、塗膜を乾燥して、１２０ｍｍ×１２０ｍｍの略平板状であって、焼成後の厚さが０．５ｍｍとなる基板本体用グリーンシート２ａと、焼成後の厚さが０．１ｍｍとなる基板本体用グリーンシート２ｂの２枚のグリーンシートを作製した。また、枠外の形状が基板本体用グリーンシート２と同様であり、焼成後の枠高さが０．６ｍｍである枠体用グリーンシート３を製造した。なお、本実施例においては、発光素子用基板１を多数個取りの連結基板として製造し、後述の焼成後に、１個ずつに分割して、５ｍｍ×５ｍｍの外寸の発光素子用基板１とした。以下の記載は、多数個取り連結基板のうちの、分割後、１個の発光素子用基板１となる一区画について説明するものである。
一方、導電性粉末（銀粉末、大研化学工業社製、商品名：Ｓ５５０）、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比８５：１５の割合で配合し、固形分が８５質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って配線導体用ペーストを製造した。
また、放熱層用金属ペーストは、サーマルビア用および外部放熱層用ともに、銀粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ４００−２）と、ビヒクルとしてのエチルセルロースとを質量比９０：１０の割合で配合し、固形分が８７質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って製造した。
基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂの貫通導体６に相当する部分に孔空け機を用いて直径０．３ｍｍの貫通孔を形成した。ここで、基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂは、２ａが下側、２ｂが上側となるように積層される。さらに、基板本体用グリーンシート２ａには、搭載部２２の直下にサーマルビア８形成用に２５個の直径０．３μｍの貫通孔を孔空け機を用いて形成した。
上記で得られた基板本体用グリーンシート２ａ、２ｂの２箇所の貫通導体形成用の貫通孔にスクリーン印刷法により配線導体用ペーストを充填して貫通導体用ペースト層６を形成するとともに、基板本体用グリーンシート２ｂには貫通導体用ペースト層６を覆うように搭載面２１に素子接続端子用ペースト層４を、基板本体用グリーンシート２ａには非搭載面２３に外部接続端子導体用ペースト層５を形成した。次いで、基板本体用グリーンシート２ａのサーマルビア用の貫通孔にスクリーン印刷法により放熱層用金属ペーストを充填してサーマルビア用ペースト層８を形成するとともに、サーマルビア用ペースト層８を覆うように非搭載面２３に外部放熱層用ペースト層９をスクリーン印刷により形成させた。
一方、枠体用グリーンシート３については、略中央部を上面側から裏面側に至るように、孔空け機を用いて直径４．４ｍｍの貫通孔を形成してキャビティを形成させた。上記で得られた、配線導体用ペースト層及び放熱層用金属ペースト層付きの基板本体用グリーンシート２ａ上に配線導体用ペースト層付き基板本体用グリーンシート２ｂ、枠体用グリーンシート３を順に積層し、未焼結発光素子用基板１を得た。これを位置あわせして積層し、複数の未焼結発光素子用基板１の区画を有する未焼成多数個取り連結基板を得た。
上記で得られた未焼成多数個取り連結基板に、未焼結発光素子用基板１の各区画が焼成後に５ｍｍ×５ｍｍの外寸となるような分割用の分割溝を入れた後、５５０℃で５時間保持して脱脂を行い、さらに８７０℃で４５分間保持して焼成を行って複数の発光素子用基板１の区画を有する多数個取り連結基板を製造した。得られた各発光素子用基板１の区画における、銀（Ａｇ）からなる素子接続端子４、外部接続端子５および外部放熱層９の膜厚は７μｍであった。次いで、外部接続端子５および外部放熱層９の表面に、それぞれ３μｍの厚さのニッケルメッキ層を形成させた。得られた多数個取り連結基板を分割溝に沿って分割して試験用の発光素子用基板１を製造した。
［残留応力歪み評価］
上記で得られた実施例１のＬＴＣＣ発光素子用基板１を用いて以下の条件で、図３に示す構造の残留応力歪みの評価モデルを想定し、残留応力歪みの評価を行った。図３は発光素子用基板１と外部電気回路基板を半田層により接合した評価モデルの平面図、および該平面図のＸ−Ｘ線における中央部の部分断面図である。なお、比較例として、比較製造例で用いたアルミナ基板材料を用いて、グリーンシート成形したものを脱脂、焼成することにより作製したアルミナ基板を用いた発光素子用基板を用いて同様の評価を行った。
外部電気回路基板３１としては、日本理化工業所製の高熱伝導金属ベース銅積層板ＮＲＡシリーズ（以下、「ＮＲＫメタルコア基板」という）を用いた。評価モデル１００において、外部電気回路基板３１（ＮＲＫメタルコア基板）の大きさは１５ｍｍ×２０ｍｍで厚さ１．１１５ｍｍである。また、発光素子用基板１は、ニッケルメッキ層７ａ付きの外部接続端子５を介して、外部電気回路基板３１が上面に有する電気配線用の配線回路３４上に、３０μｍ厚の半田層３３ａにより接合されている。さらに、発光素子用基板１はニッケルメッキ層７ｂ付きの外部放熱層９を介して、外部電気回路基板３１が上面に有する、上記配線回路３４とは電気的に絶縁された放熱用の半田接続用パッド３６上に、３０μｍ厚の半田層３３ｂにより接合されている。
半田面の形状は、半田層３３ａが０．８５ｍｍ×５．０ｍｍの長方形で、端部半径０．５ｍｍの１／４円の切り欠きがある形状、半田層３３ｂが２．０ｍｍ×５．０ｍｍの長方形である。
発光素子用基板１の外部電気回路基板３１への上記半田接合による実装は、半田リフロー方式により行われる。この半田リフロー時の温度変化において半田に生じる熱歪みを上記評価モデル１００を用いて、有限要素法により、定常弾性解析した。なお、初期状態は、半田リフロー時の温度２６０℃において応力フリーとして設定した。解析プログラムとしては、汎用有限要素法プログラムＭＳＣ Ｍａｒｃ（２００５ｒ３）を用いた。また、解析に用いた評価モデル１００の各構成要素における物性値を表２に示す。
Figure 2012036219
幾何学的拘束により対称性を設定し、上記評価モデル１００の１／４の部分を３μｍ毎のメッシュで区切って全要素数２３５，９４０について、上記初期状態、すなわち半田リフロー時の温度２６０℃における応力ゼロの状態から、半田リフロー終了時の想定温度２５℃へと冷却した際に発生する残留応力歪み、熱サイクルの温度として設定した１２０℃および−４０℃へとそれぞれ冷却した際に発生する残留応力歪みを計算により求めた。評価の値としては、半田内部に生じる残留応力歪みの上記全要素数における最大値とした。結果を表３に示す。
Figure 2012036219
表３から、２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃であるＬＴＣＣを用いた本発明の発光素子用基板を外部電気回路基板に半田接合すれば、アルミナ基板のようなヤング率、熱膨張係数ともにこの範囲内にないセラミックス基板を構成要素とする発光素子用基板を用いた場合に比べ、半田層に対する残留応力歪みが小さいことがわかる。残留応力歪みが小さければ、半田層の剥離による絶縁の問題は回避され、長期にわたり安定に電気的接続させることが可能である。
本発明の発光素子用基板によれば、金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路に半田付けによって表面実装するための発光素子用基板において、外部電気回路基板と強固に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持することが可能であり、これを外部接続端子を介して外部電気回路基板の配線回路上に半田付けにより実装することで、半田接続部分の剥離が抑制された電気的接続に高い信頼性を有する発光装置が得られる。このような本発明の発光装置は、例えば携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、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用いることができる。
なお、２０１０年９月１７日に出願された日本特許出願２０１０−２０９６６２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…発光素子用基板（未焼結発光素子用基板）、２…基板本体（基板本体用グリーンシート）、３…枠体（枠体用グリーンシート）、４…素子接続端子（素子接続端子用ペースト層）、５…外部接続端子（外部接続端子用ペースト層）、６…貫通導体（貫通導体用ペースト層）、７ａ・７ｂ…導電性保護層（導電性保護層用ペースト層）、８…サーマルビア（サーマルビア用ペースト層）、９…外部放熱層（外部放電層用ペースト層）、１０…発光装置、１１…発光素子、１２…ボンディングワイヤ、１３…封止層、２１…搭載面、２２…発光素子搭載部、２３…非搭載面、３１…外部電気回路基板、３３ａ・３３ｂ…半田層、３２…金属板（ヒートシンク）、３４…配線回路、３５…絶縁層、３６…半田接続用パッド。

Claims (6)

  1. ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、一部が発光素子の搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、
    前記基板本体の表面および内部に前記発光素子の電極と外部回路を電気的に接続する配線導体を有し、
    前記配線導体の一部は、前記搭載面の反対面である非搭載面に外部接続端子として配設され、該外部接続端子を介して金属を主体とする外部電気回路基板の配線回路上に半田固定される発光素子用基板であって、
    前記焼結体の２５℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以下、かつ、５０〜４００℃における熱膨張係数が２〜８ｐｐｍ／℃であることを特徴とする発光素子用基板。
  2. 前記焼結体の２５℃におけるヤング率が、５０ＧＰａ以上、１５０ＧＰａ以下である請求項１に記載の発光素子用基板。
  3. 前記ガラスセラミックス組成物の焼結体が、低温同時焼成セラミックスの焼結体である請求項１または２に記載の発光素子用基板。
  4. 前記外部電気回路基板が、表面に絶縁層を有する金属板と、前記絶縁層上に配設された配線回路を有するメタルコア基板またはメタルベース基板である請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  5. 前記金属板を構成する材料がタングステン、モリブデン、銅、アルミニウムおよびこれらの２種以上からなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１種からなる請求項４に記載の発光素子用基板。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子用基板と、
    前記発光素子用基板に搭載される発光素子と、
    前記発光素子用基板が搭載される、配線回路を有する金属を主体とする外部電気回路基板と、
    前記発光素子用基板を前記外部電気回路基板に固定する半田層であって、前記外部接続端子と前記配線回路とを接続するように形成された半田層と、
    を有することを特徴とする発光装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017003273A (ja) * 2015-06-04 2017-01-05 東芝電子管デバイス株式会社 防湿体、および放射線検出器

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5836862B2 (ja) * 2012-03-26 2015-12-24 京セラ株式会社 電子部品実装用基板および電子装置
ITMI20121572A1 (it) * 2012-09-21 2014-03-22 Eni Spa Procedimento per la produzione di un rivestimento otticamente selettivo di un substrato per dispositivi ricevitori solari ad alta temperatura e relativo materiale ottenuto
JP2015050303A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 東芝ライテック株式会社 発光装置
JP6414076B2 (ja) * 2013-12-11 2018-10-31 Ａｇｃ株式会社 発光ダイオードパッケージ用カバーガラス、封着構造体および発光装置
KR20180037238A (ko) * 2015-08-28 2018-04-11 히타치가세이가부시끼가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP6701566B2 (ja) * 2016-04-05 2020-05-27 日本電気硝子株式会社 複合粉末、グリーンシート、光反射基材及びこれらを用いた発光デバイス
JP7205470B2 (ja) * 2017-06-22 2023-01-17 Ａｇｃ株式会社 窓材、光学パッケージ

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09321171A (ja) * 1996-05-30 1997-12-12 Kyocera Corp 配線基板の実装構造
JP2004231453A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Kyocera Corp ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体並びにそれを用いた配線基板と、その実装構造
JP2004256346A (ja) * 2003-02-25 2004-09-16 Kyocera Corp ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体とその製造方法、並びにそれを用いた配線基板とその実装構造
JP2006232645A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Kyocera Corp ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体並びにそれを用いた配線基板とその実装構造
JP2009054801A (ja) * 2007-08-27 2009-03-12 Sanyo Electric Co Ltd 放熱部材及びそれを備えた発光モジュール

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09321171A (ja) * 1996-05-30 1997-12-12 Kyocera Corp 配線基板の実装構造
JP2004231453A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Kyocera Corp ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体並びにそれを用いた配線基板と、その実装構造
JP2004256346A (ja) * 2003-02-25 2004-09-16 Kyocera Corp ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体とその製造方法、並びにそれを用いた配線基板とその実装構造
JP2006232645A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Kyocera Corp ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体並びにそれを用いた配線基板とその実装構造
JP2009054801A (ja) * 2007-08-27 2009-03-12 Sanyo Electric Co Ltd 放熱部材及びそれを備えた発光モジュール

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017003273A (ja) * 2015-06-04 2017-01-05 東芝電子管デバイス株式会社 防湿体、および放射線検出器

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