KR101333618B1 - 광반사 기판, 발광 소자 탑재용 기판, 발광 장치 및 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연화점이 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분의 연화점보다 높고 또한 은의 융점보다 낮은 글래스 재료의 분말을 이용하여 글래스 페이스트(33)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 도포한 은 또는 은을 주성분으로 하는 도체 페이스트(22)를 피복하도록 도포하는 공정과, 이들을 가열하고, 도체 페이스트(22)를 소결시킨 금속층(2)을 글래스 페이스트(33)를 용융시킨 후 냉각시켜서 이루어지는 투명한 글래스층(3)으로 피복하는 공정을 포함하는 발광 소자 탑재용 기판(9)의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 글래스 페이스트(33)를 사용함으로써, 가열시에 도체 페이스트(22) 중의 은과 글래스 페이스트(33) 중의 글래스 성분의 반응이 억제되기 때문에, 투명도가 높은 글래스층(3)으로 금속층(2)을 피복할 수 있다.

Description

광반사 기판, 발광 소자 탑재용 기판, 발광 장치 및 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법{LIGHT-REFLECTING SUBSTRATE, LIGHT-EMITTING-ELEMENT MOUNTING SUBSTRATE, LIGHT-EMITTING DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING A LIGHT-EMITTING-ELEMENT MOUNTING SUBSTRATE}
본 발명은 광을 반사하기 위한 금속층을 갖는 광반사 기판, 광반사 기판을 이용하여 제작된 발광 다이오드나 반도체 레이저 등의 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자 탑재용 기판, 발광 소자 탑재용 기판에 발광 소자를 탑재해서 이루어지는 발광 장치, 및 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, LED(발광 다이오드)나 LD(반도체 레이저) 등의 발광 소자는 조명이나 휴대 전화나 대형 액정 텔레비젼의 백라이트 등의 다양한 분야에서 광원으로서 많이 사용되도록 되어 왔다. 이러한 발광 소자를 사용한 광원에는 고신뢰, 고발광 효율, 저발열량 등의 특성이 요구된다. 특히, 장기간에 걸쳐 높은 발광 효율을 유지할 수 있는 것이 요구된다.
이러한 요구를 만족시키기 위해서, 또한 외부로부터의 기계적인 충격이나 화학적인 작용에 대한 보호나, 프린트 회로 기판 등의 외부 기판으로의 실장성(전기적인 접속의 신뢰성 등)의 향상 등을 목적으로, 발광 소자는 일반적으로 발광 소자 탑재용 기판에 탑재되고, 형광체의 성분을 함유하는 수지 등으로 밀봉된 발광 장치로서 사용되고 있다.
발광 소자 탑재용 기판은 광을 반사하는 금속층이 절연 기판의 주면에 피착되어서 이루어지는 광반사 기판을 이용하여 제작된다. 금속층을 형성하는 금속 재료로서는 예를 들면, 광의 반사율이 높은 물질인(가시광에 있어서 광의 반사율이 금속 재료 중 최대이다) 은이나 은을 주성분으로 하는 합금 등의 은을 포함하는 금속 재료가 사용되고 있다.
(선행 기술문헌)
특허문헌 1: 일본국 특허공개 2009-231440호 공보
특허문헌 2: 일본국 특허공개 2010-34487호 공보
특허문헌 3: 일본국 특허공개 2006-140360호 공보
광반사 기판에 있어서 은을 포함하는 금속층을 사용했을 경우에는 은이 황화나 산화를 하는 물질이기 때문에, 황화반응 등에 의해 금속층의 표면이 황색이나 흑색 등으로 변색되고, 광의 반사율이 저하해버릴 가능성이 있다. 또한, 발광 소자 탑재용 기판에 있어서, 발광 소자를 절연 기판에 탑재한 후에 수지로 발광 소자 및 금속층 중 발광 소자가 발하는 광이 조사되는 부위를 밀봉했을 경우에도, 수지가 흡습하는 성질을 갖기 때문에 외기 중의 수분 등에 대한 금속층의 보호가 불충분하기 때문에, 금속층에 변색이 발생할 가능성이 있다.
이러한 문제점에 대해서는 예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 은계의 배선 도체(금속층)를 형성한 후에 글래스 재료(글래스 페이스트)를 금속층의 표면을 덮도록 도포해서 소성하고, 금속층을 피복하는 투명 무색의 글래스층을 형성하고, 이 글래스층에서, 광의 투과를 가능하게 하면서 은의 황화 등의 화학 변화를 억제한다고 하는 수단이 고려된다.
그러나, 이러한 발광 소자 탑재용 기판은 그 제조 방법에 있어서, 일단, 은계 도체층(금속층)을 소성에 의해 형성한 후에, 다시 소성해서 글래스층을 금속층을 피복하도록 피착시킬 필요가 있기 때문에, 프로세스 코스트가 높아지기 쉽다. 또한, 소형의 발광 장치나 복수의 발광 소자를 하나의 절연 기판에 탑재시키는 소위, 멀티칩화가 요구되는 경우에는 이러한 제조 방법에서는, 미소성의 글래스 세라믹 재료를 한번 소성하고, 수축해서 치수가 작아진 절연 기판의 주면 및 금속층 상에 글래스층을 형성하기 때문에, 금속층만을 정확하게 피복하도록 글래스층을 형성하는 것이 곤란해질 가능성이 있다.
또한, 발광 소자를 둘러싸는 프레임상의 리플렉터부를 설치할 경우에는 리플렉터부가 방해가 되어서, 글래스층이 되는 글래스 페이스트를 금속층의 표면에 도포하는 것이 곤란하다.
그래서, 금속층 및 글래스층의 양쪽을 절연 기판과의 동시 소성에 의해 형성한다고 하는 제조 방법, 즉 미소성의 금속층(도체 페이스트 등)을 피복하도록 미소성의 글래스 재료(글래스 페이스트 등)를 도포하고, 이들을 절연 기판과 동시 소성하는 방법이 고려된다(예를 들면, 특허문헌 2를 참조).
그러나, 은을 주성분으로 하는 도체 페이스트 상에 글래스 페이스트를 도포해서 동시 소성하면, 소성시에 은과 글래스가 반응하고, 은이 글래스의 노출 표면 등에 확산하기 쉽다. 그리고, 확산된 은성분의 산화나 황화에 의해서 글래스층이 착색(황색으로 변색)되어서 글래스층의 투명도가 저하하고, 금속층으로부터 외부로의 광의 반사율이 저하해버릴 가능성이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 완성된 것이고, 그 목적은 은을 포함하는 금속층이 절연 기판의 주면에 피착되어서 이루어지고, 금속층의 산화나 황화에 의한 변색을 억제하는 것이 가능한 광반사 기판, 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명은 은을 포함하는 금속층을 절연 기판의 주면에 은의 글래스층으로의 확산을 억제하면서, 글래스층으로 피복된 상태에서 동시 소성에 의해 피착시켜서, 금속층의 산화나 황화에 의한 변색을 억제하는 것이 가능하고, 장기간에 걸쳐 높은 광의 반사율을 유지할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판을 제조하는 것이 가능한 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 광반사 기판은 절연 기판과 상기 절연 기판의 주면에 피착된 은을 포함하는 금속층을 구비하는 광반사 기판으로서, 상기 금속층은 연화점이 은의 융점보다 낮은 글래스층에 의해 피복되어 있고, 상기 글래스층의 상기 금속층과 반대측의 표면에 은이 존재하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광반사 기판은 상기 구성에 있어서, 상기 금속층 및 상기 글래스층의 적어도 하나는 세슘, 루비늄 및 스트론튬 중 적어도 1종을 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광반사 기판은 상기 구성에 있어서, 상기 글래스층이 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티탄 및 산화 니오브 중 적어도 1종을 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광반사 기판은 상기 구성에 있어서, 상기 절연 기판이 글래스 세라믹 소결체로 이루어지고, 상기 절연 기판, 상기 금속층 및 상기 글래스층이 동시 소성되어서 형성되어 있고, 상기 글래스층은 연화점이 상기 동시 소성에 의해 상기 글래스 세라믹 소결체의 글래스 성분이 되는 제 2 글래스 재료의 연화점보다 높고 또한 은의 융점보다도 낮은 제 1 글래스 재료가 소성되어서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판은 상기 중 어느 하나의 구성의 광반사 기판을 구비하고, 상기 절연 기판의 상기 금속층이 피착된 상기 주면에 발광 소자의 탑재부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법은 글래스 세라믹 그린 시트를 준비함과 아울러, 은 또는 은을 주성분으로 하는 도체 재료를 유기 용제에 분산시켜서 제작된 도체 페이스트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 주면 중 적어도 일부에 도포하는 제 1 공정과,
연화점이 상기 글래스 세라믹 그린 시트에 포함되는 글래스 성분의 연화점보다 높고, 또한 은의 융점보다 낮은 글래스 재료의 분말을 이용하여 글래스 페이스트를 제작하고, 상기 글래스 페이스트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 주면에 도포된 상기 도체 페이스트를 피복하도록 도포하는 제 2 공정과,
상기 도체 페이스트 및 상기 글래스 페이스트를 도포한 상기 글래스 세라믹 그린 시트를 가열하고, 상기 글래스 세라믹 그린 시트를 소결시켜서 글래스 세라믹 소결체로 이루어지는 절연 기판으로 함과 아울러, 상기 절연 기판의 주면에 상기 도체 페이스트를 소결시켜서 은 또는 은을 주성분으로 하는 금속층을 피착시키고, 아울러 상기 글래스 페이스트의 상기 글래스 재료의 분말을 용융시킨 후 냉각해서 투명한 글래스층으로 하고, 상기 글래스층으로 상기 금속층을 피복하는 제 3 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법은 상기 제 1 공정에서 제작하는 상기 도체 페이스트 및 상기 제 2 공정에서 제작하는 상기 글래스 페이스트 중 적어도 하나에 세슘, 루비듐 및 스트론튬 중 적어도 1종을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법은 상기 제 2 공정에서 제작하는 상기 글래스 페이스트에 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티탄 및 산화 니오브 중 적어도 1종을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법은 상기 도체 페이스트 및 상기 글래스 페이스트를 도포한 상기 글래스 세라믹 그린 시트를 가열하는 공정 전에 상기 글래스 세라믹 그린 시트에 포함되는 상기 글래스 성분과는 유리 전이점이 다른 제 2 글래스 성분을 이용하여 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트를 제작하고, 상기 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 상기 구속용 글래스 세라믹 페이스트의 층을 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 상기 주면과 반대측의 주면에 피착시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법은 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 글래스 세라믹 그린 시트에 더해서 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트를 준비함과 아울러, 상기 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트의 내측면에도 상기 도체 페이스트를 도포하는 공정을 더 포함하고,
상기 제 2 공정에 있어서, 상기 글래스 페이스트를 상기 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트의 내측면에 도포한 상기 도체 페이스트도 피복하도록 도포함과 아울러, 상기 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 상기 주면에 적층해서 상기 발광 소자가 탑재되는 부위를 둘러싸는 프레임부를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
본 발명의 광반사 기판에 의하면 금속층이, 연화점이 은의 융점보다 낮은 글래스층에 의해 피복되어 있기 때문에 금속층의 은성분의 산화 및 황화를 억제할 수 있다. 또한, 이 글래스층의 금속층과 반대측의 표면에 은이 존재하지 않고 있기 때문에, 이 표면에 노출된 은의 산화나 황화 등에 의한 글래스층의 착색, 및 착색에 따르는 광의 투과성의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 은을 포함하는 금속층의 산화나 황화에 의한 변색을 억제하는 것이 가능한 광반사 기판을 제공할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판에 의하면, 상기 광반사 기판과 마찬가지로, 금속층의 은성분의 산화 및 황화의 억제가 가능한 발광 소자 탑재용 기판을 제공할 수 있다.
본 발명의 발광 장치에 의하면, 상기 발광 소자 탑재용 기판의 탑재부에 발광 소자가 탑재되어서 이루어지는 점에서 금속층의 은성분의 산화 및 황화의 억제가 가능한 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 각 공정을 구비하는 점에서, 제작된 발광 소자 탑재용 기판에 있어서, 글래스층에 의해 은의 황화 반응 등의 화학 변화에 의한 변색을 방지하고, 반사율의 경시 변화를 방지할 수 있다.
즉, 상기의 제조 방법에 있어서는 글래스 재료의 연화점이 글래스 세라믹 그린 시트의 글래스 성분의 연화점보다도 높기 때문에, 글래스 성분이 연화되어서 은 및 글래스 세라믹 소결체가 거의 소결(글래스 성분에 의한 액상 소결)한 후에, 글래스 재료의 연화가 개시된다. 그 때문에 은이 글래스 재료로 확산하는 것을 억제할 수 있고, 글래스 재료에 은이 확산하는 것에 의한 글래스 재료, 즉 글래스층의 변색을 억제하고, 반사율을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스 재료의 연화점이 은의 융점보다도 낮기 때문에, 글래스 재료의 연화시에 은이 용융하지 않는다. 따라서, 은을 포함하는 금속층을 절연 기판의 주면에, 은의 글래스층으로의 확산을 억제하면서, 글래스층으로 피복된 상태에서 동시 소성에 의해 피착시킬 수 있다. 그리고, 장기간에 걸쳐 금속층에 있어서 높은 광의 반사율을 유지할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판을 제조하는 것이 가능한 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1의 (a)는 본 발명의 광반사 기판의 실시 형태의 일예를 나타내는 상면도이고, (b)는 (a)의 A-A선에 있어서의 단면도이고, (c)는 (b)의 요부를 더욱 확대해서 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 실시 형태의 일예를 나타내는 상면도이고, (b)는 (a)의 B-B선에 있어서의 단면도이다.
도 3의 (a)∼(d)는 각각 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 일예를 공정순으로 나타내는 단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 일예를 나타내는 단면도이고, (b)는 (a)의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 다른 예에 있어서의 일공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 8의 (a)∼(c)는 각각 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 다른 예를 공정순으로 나타내는 단면도이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이고, (b)는 (a)의 상면도이다.
도 10은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 광반사 기판 및 발광 소자 탑재용 기판, 그리고 발광 장치에 대해서, 첨부의 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 광(가시 광선)의 반사율을 단지 반사율이라고 하는 경우가 있다.
도 1(a)은 본 발명의 광반사 기판의 실시 형태의 일예를 나타내는 상면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A선에 있어서의 단면도이고, 도 1(c)는 도 1(b)의 요부를 더욱 확대해서 모식적으로 나타내는 단면도이다. 절연 기판(1)의 주면(상면)에 피착된 금속층(2)이 글래스층(3)으로 피복되어 광반사 기판이 기본적으로 형성되어 있다.
광반사 기판(1)은 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자 탑재용 기판이나 발광 장치에 사용되는 리플렉터(광반사판)) 등의 광을 반사하는 각종 용도에 사용된다.
절연 기판(1)은 용도에 따른 형상 및 치수를 갖고, 글래스 세라믹 소결체나 산화 알류미늄질 소결체, 물라이트질 소결체 등의 절연 재료에 의해 형성되어 있다. 예를 들면, 광반사 기판이 발광 소자 탑재용 기판으로서 사용되는 경우이면, 절연 기판(1)은 발광 소자를 주면에 탑재하는 상에서 충분히 큰 치수를 갖는 사각판상 등의 형상으로 형성된다.
절연 기판(1)은 예를 들면, 미소성의 글래스 세라믹 재료를 유기용제 및 바인더와 아울러 소정의 절연 기판(1)의 형상으로 성형하고, 소성함으로써 제작할 수 있다.
금속층(2)은 광을 반사하기 위한 부분이고, 절연 기판(1)의 주면(도 1의 예에서는 상면)에 층상으로 피착되어 있다. 금속층(2)은 반사율을 높게 하기 위해서, 은을 포함한 금속재료에 의해 형성되어 있다. 은을 포함하는 금속 재료로서는 예를 들면, 은을 주성분으로 하고, 이것에 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속이 첨가된 금속 재료가 열거된다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속으로서는 세슘이나 루비듐, 스트론튬 등이 열거된다. 또한, 금속층(2)은 은으로 이루어지는 것이어도 좋다.
금속층(2)은 예를 들면, 은의 분말에 유기 용제 및 바인더를 첨가하고, 혼련해서 제작한 금속 페이스트를 절연 기판(1)의 주면에 도포하고, 가열해서 소결시킴으로써 형성할 수 있다. 금속층(2)은 절연 기판(1)과의 동시 소성에 의해 형성되어도 좋다.
글래스층(3)은 금속층(2)을 피복하고, 금속층(2)을 형성하고 있는 은의 산화 및 황화를 막기 위한 것이다. 글래스층(3)은 외부로부터의 광을 금속층(2)으로 반사시키기 위해서, 투명하고 광의 투과율의 높은 것일 필요가 있다.
금속층(2)은 연화점이 은의 융점(약 961℃)보다 낮은 글래스층(3)에 의해 피복되어 있다. 그 때문에 금속층(2)의 은성분이 산화 또는 황화하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이 글래스층(3)의 금속층(3)과 반대측의 표면(예를 들면, 공기 중에 노출되는 표면이고, 이하, 노출 표면이라고도 한다)에 은이 존재하지 않고 있다. 그 때문에 노출된 은의 산화나 황화 등에 의한 글래스층(3)의 착색, 및 착색에 따르는 광의 투과성의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 은을 포함하는 금속층(2)의 산화나 황화에 의한 변색을 억제하는 것이 가능한 광반사 기판을 제공할 수 있다.
또한, 글래스층(3)의 노출 표면에 은이 존재하지 않는다란 글래스층(3)의 표면에 존재하는 은이, 파장 분산형 X선 마이크로 어날라이저(EPWA) 등에 의한 측정에 있어서 검지가 어려운 정도의 양, 즉, 글래스층의 노출 표면에 있어서의 은의 존재 범위가 면적비로 약 0.3%이하 정도이고, 실질적으로 존재하지 않는다고 간주할 수 있는 정도인 것을 의미한다. 이 경우, 글래스층(3)의 노출 표면에 존재하는 미량(실질적으로 존재하지 않는다라고 간주할 수 있는 정도)의 은이 산화 또는 황화됐다고 하여도, 글래스층(3)의 광의 투과율은 높다.
글래스층(3)의 연화점을 은의 융점보다도 낮게 하는 것은 글래스층(3)이 되는 글래스 재료의 페이스트 등을 금속층(2)의 노출 표면에 도포하고, 가열해서 글래스층(3)을 형성할 때에 금속층(2)의 용융을 막기 위해서이다.
글래스층(3)을 형성하는 글래스 재료의 연화점은 상기 금속층(2)의 용융의 방지나 글래스층(3)의 노출 표면으로의 은의 확산을 억제하는 것을 고려하여 약 900℃이하인 것이 바람직하다. 이러한 글래스 재료로서는 예를 들면, CaO, SrO, Al2O3, MgO 및 BaO의 1종 이상을 포함하는 붕규산계의 글래스 등을 들 수 있다.
글래스층(3)에는 예를 들면, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이 금속층(2)의 은성분이 글래스층(3)을 피착시킬 때의 열 등의 에너지에 의해 약간 확산하고 있다. 이 경우, 글래스층(3)의 연화점을 상기한 바와 같이 낮게 억제하면, 확산에 의한 글래스층(3)의 노출 표면에 있어서의 은의 존재를 억제할 수 있다.
금속층(2)의 은성분의 글래스층(3)으로의 확산은 글래스층(3)의 두께에 대하여 30%이하인 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 1(c)에 나타내는 예에 있어서 은이 확산하고 있는 범위가 글래스층(3) 전체의 두께에 대하여 30%의 범위에 상당한다. 글래스층(3)에 확산한 은성분은 반드시 도면과 같은 원형(구형)상으로 한정하지 않고, 부정형상도 포함하는 각종 형상으로 되어 있다.
또한, 금속층(2) 및 글래스층(3)은 금속층(2)이 되는 금속 페이스트와 글래스층(3)이 되는 글래스 페이스트를 동시에 가열 소성하는 방법으로 형성하도록 하여도 좋다.
상기 광반사 기판은 금속층(2) 및 글래스층(3)의 적어도 하나는 세슘, 루비듐 및 스트론튬 중 적어도 1종을 함유하고 있는 경우에는 은의 글래스층(3)으로의 확산을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 이 경우에는, 글래스층(3)의 노출 표면에 있어서의 은의 존재가 보다 효과적으로 억제된 광반사 기판을 제공할 수 있다.
세슘, 루비듐 및 스트론튬은 금속층(2)의 은이 글래스층(3)으로 확산하는 것을 억제하는 효과를 갖는다. 이것은 글래스층(3)을 피착시키기 위한 가열시에 상기 세슘 등의 재료가 은보다도 먼저 글래스층(3) 중에 확산함으로써 또는 미리 글래스층(3) 중에 상기 세슘 등의 재료가 함유되어 있는 것에 의해 은의 글래스층(3)으로의 확산이 세슘 등으로 방해되는 것에 의한다고 생각된다. 또한, 이들의 세슘 등의 상기 재료는 글래스층(3)에 있어서 무색 투명이라는 점에서 글래스층(3)에 있어서의 광의 투과를 방해하지 않는다.
세슘 등의 상기 재료는 예를 들면, 금속층(2)에 함유시킬 경우이면, 탄산염이나 각종 유기산염 등의 형태로 금속층(2)이 되는 금속 페이스트 중에 첨가하고, 금속층(2)(및 경우에 따라서는 글래스층(3))과 함께 소성함으로써, 금속층(2)에 함유시킬 수 있다. 글래스층(3)에 함유시킬 경우도 마찬가지로, 탄산 세슘 등의 형태로 글래스층(3)이 되는 글래스 페이스트 중에 첨가해 두면 된다.
세슘 등의 재료를 염의 형태로 금속 페이스트나 글래스 페이스트에 첨가하는 경우에는 열처리에 의해 분해하고, 금속층(2) 및 글래스층(3)내에 잔존하지 않는 산의 염(예를 들면, 상기 탄산염 등)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광반사 기판은 글래스층(3)이 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티탄 및 산화 니오브 중 적어도 1종을 함유하고 있는 경우에는 글래스층(3)을 투과해서 금속층(2)을 향하는 광의 일부를 적절하게 글래스층(3)내에 있어서(즉, 광의 경로의 도중에 있어서) 반사시켜서, 글래스층(3)에 의한 광의 흡수를 억제하고, 광의 반사율을 향상시킬 수 있다. 이 산화 지르코늄 등의 재료는 글래스층(3) 중에 분산되는 입자로서 글래스층(3)에 함유되는 것이 바람직하다.
이 경우, 산화 지르코늄 등의 함유량이 적을 경우에는 상기 광의 반사율 향상의 효과가 작아지는 경향이 있고, 함유량이 많을 경우에는 은에 비해서 광의 반사율이 낮은 산화 지르코늄 등에 의한 광의 반사가 금속층(2)에 의한 광의 반사에 대하여 커지고, 광반사 기판으로서의 광의 반사율이 낮아지는 경향이 있다. 그 때문에 글래스층(3)에 있어서의 산화 지르코늄 등의 함유량은 약 5∼15질량%정도의 범위가 바람직하다.
또한, 글래스층(3)에 함유되어 있는 재료가 산화 지르코늄일 경우에는 산화 지르코늄에는 도금 금속이 석출되기 어렵기 때문에, 광반사 기판을 발광 소자 탑재용 기판으로서 사용되도록 할 때에 유리하다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이 발광 소자 탑재용 기판에 있어서 금속층(2)의 노출 표면에 니켈이나 금 등의 도금층을 피착시킬 때에 글래스층(3)의 노출 표면에 존재하는 산화 지르코늄의 입자에 도금 금속이 부착되는 바와 같은 바람직하지 않은 경우를 보다 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 글래스층(3)의 함유되어 있는 재료가 산화 알루미늄인 경우에는 산화 알루미늄의 열전도성이 비교적 높기 때문에, 광반사 기판을 발광 소자 탑재용 기판으로서 사용하도록 했을 때에 유리하다. 산화 알루미늄의 열전도성이 비교적 높기 때문에, 글래스층(3)으로서의 열전도성을 높이고, 발광 소자로부터의 방열성을 향상시킬 수 있다.
상기 광반사 기판은 절연 기판(1)이 글래스 세라믹 소결체로 이루어지고, 절연 기판(1), 금속층(2) 및 글래스층(3)이 동시 소성되어서 형성되어 있고, 글래스층(3)은 연화점이 동시 소성에 의해 글래스 세라믹 소결체의 글래스 성분이 되는 제 2 글래스 재료의 연화점보다 높고, 또한 은의 융점보다 낮은 제 1 글래스 재료가 소성되어 이루어지는 것인 경우에는 다음과 같은 효과를 갖는다.
즉, 이 경우에는 절연 기판(1), 금속층(2) 및 글래스층(3)이 동시 소성으로 형성되어 있기 때문에, 프로세스 코스트를 낮게 억제할 수 있고, 또한 금속층(2)만을 정확하게 피복하도록 글래스층(3)을 형성하는 것이 용이하다. 또한, 글래스층(3)이 상기 제 1 글래스 재료로 형성되어 있기 때문에, 동시 소성시에 절연 기판(1)을 형성하는 제 2 글래스 재료가 연화되어서 글래스 세라믹 소결체의 글래스 성분이 된 후에 은의 융점보다 낮은 온도에서, 제 1 글래스 재료가 연화되어서 금속층(2)을 피복하는 글래스층(3)이 형성된 것으로 되어 있다. 따라서, 이 경우에는 글래스층(3)의 노출 표면에 있어서의 은의 존재가 효과적으로 억제되고, 또한 프로세스 코스트나 금속층(2)의 글래스층(3)에 의한 정확한 피복에 있어서도 유효한 광반사 기판을 제공할 수 있다.
또한, 이 경우에는 절연 기판(1)의 상면에 광의 반사를 한 방향으로 수속시키기 위한 리플렉터부(도 1에서는 도시 생략)를 설치한다고 하여도 금속층(2)의 표면을 피복하는 글래스층(3)을 형성하는 것도 용이하다.
글래스 세라믹 소결체로 이루어지는 절연 기판(1)은 소성 온도가 비교적 낮기 (은의 융점 정도이다) 때문에, 은을 포함하는 금속층(2)과의 동시 소성에 의한 형성이 가능해지고 있다.
절연 기판(1)은 예를 들면, 붕규산 글래스 등의 글래스 재료와 산화 알루미늄을 주성분으로 하는 원료 분말을 유기 용제 및 바인더 등과 아울러 소정의 절연 기판(1)의 형태로 성형하고, 소성함으로써 제작할 수 있다. 이 절연 기판(1)을 형성하는 글래스 재료가 상기 제 2 글래스 재료이고, 소성에 의해 글래스 세라믹 소결체의 주성분인 글래스 성분이 되고 있다.
이 경우, 글래스층(3)은 상기한 바와 같이 은의 융점보다 연화점이 낮은 것에 더해서, 제 2 글래스 재료의 연화점보다 연화점이 높은 것이다라고 하는 조건을 구비한 제 1 글래스 재료를 이용하여 형성할 필요가 있다. 제 1 글래스 재료의 연화점은 예를 들면, 900℃이하이고, 또한 약 870℃이상으로 하면 된다.
제 1 글래스 재료로서는 상기 CaO, SrO, Al2O3, MgO 및 BaO의 1종이상의 첨가 재료를 포함하는 붕규산계의 글래스이고, 이들의 첨가 재료의 SiO2 및 B2O3에 대한 조성비를 조정함으로써 연화점을 상기 범위(870∼900℃)로 조정한 것이 열거된다.
도 2(a)는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 실시 형태의 일예를 나타내는 상면도이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 B-B선에 있어서의 단면도이다. 도 2에 있어서 도 1과 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙인다.
발광 소자 탑재용 기판은 상기의 광반사 기판을 구비하고, 절연 기판(1)의 금속층(2)이 피착된 주면(상면)에 발광 소자(도 2에서는 도시 생략)가 탑재되는 부위인 발광 소자의 탑재부(1a)가 설치되어 형성되어 있다. 발광 소자는 LED(발광 다이오드)나 LD(반도체 레이저) 등이다. 발광 소자의 탑재부(1a)는 발광 소자가 발하는 광을 외부로 반사시키기 위해서, 절연 기판(1)의 금속층(2)이 피착된 주면에 설치된다.
또한, 발광 소자 탑재용 기판에 있어서 실제로 발광 소자가 접합되는 부위는 반드시 절연 기판(1)의 주면 자체(글래스 세라믹 소결체 등의 노출면)일 필요는 없고, 주면에 피착된 절연층의 표면(예를 들면, 글래스층(3)의 노출 표면) 등이어도 상관없다.
이 발광 소자 탑재용 기판은 글래스층(3)의 일부에 개구(부호없음)를 갖고, 개구에 있어서 금속층(2)이 노출하고 있다. 이 금속층(2)의 노출하고 있는 부분은 예를 들면, 탑재부(1a)에 탑재되는 발광 소자를 본딩 와이어 등을 통하여 전기적으로 접속하기 위한 접속 단자로서 기능한다. 금속층(2)의 일부를 접속 단자로서 노출시킬 경우에는 이 노출면을 니켈이나 금 등의 도금층으로 피복하고, 산화나 황화의 억제, 및 본딩성의 향상 등을 행한다.
발광 소자 탑재용 기판의 탑재부(1a)에 발광 소자를 탑재함과 아울러 발광 소자와 금속층(2)의 전기적인 접속 등의 필요한 처리를 행하면, 발광 장치를 제작할 수 있다. 탑재부(1a)에 탑재된 발광 소자는 예를 들면, 금속층(2)을 통하여 공급되는 전류에 의해 발광하고, 이 광이 직접적으로 또는 금속층(2)으로 반사되어서 외부로 조사된다.
발광 소자 탑재용 기판의 상세한 제조 방법에 대해서는 이하에 설명한다. 이하의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 설명에 있어서는 보다 실용적인 구조의 발광 소자 탑재용 기판을 제작할 경우를 예로 들어 설명하고, 아울러 발광 장치에 관해서도 설명하고 있다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법에 대해서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.
도 3(a)∼(d)는 각각 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 일예를 공정순으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 4(a)는 본 발명의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판 및 이 발광 소자 탑재용 기판에 발광 소자를 탑재해서 이루어지는 발광 장치의 일예를 나타내는 단면도이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 상면도이다. 도 4(b)에 있어서 발광 소자 등은 생략하고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 탑재용 기판(9)은 글래스 세라믹 소결체로 이루어지고 주면에 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)를 갖는 절연 기판(1), 발광 소자(7) 발하는 광이 조사되는 부위에 피착된 금속층(2) 및 금속층(2)을 피복하는 글래스층(3)에 의해 기본적으로 형성되어 있다. 도 4에 나타내는 발광 소자 탑재용 기판(9)에 발광 소자(7)가 탑재되어서 발광 장치가 형성되어 있다.
절연 기판(1)은 발광 소자(7)를 탑재해서 보호하기 위한 기체이고, 후술하는 은 또는 은을 주성분으로 하는 도체 재료로 이루어지는 도체 페이스트와의 동시 소성을 가능하게 하기 위해서 글래스 세라믹 소결체에 의해 형성되어 있다. 절연 기판(1)은 발광 소자(7)를 탑재하기 위해서, 예를 들면 장방형 등의 사각판상으로 형성되어 있고, 주면(도 4에 나타내는 예에서는 상면만)에 발광 소자가 탑재되는 부위(1a)를 갖고 있다.
금속층(2)은 절연 기판(1)에 탑재되는 발광 소자(7)와 전기적으로 접속되어서 발광 소자(7)에 필요한 전력을 공급하기 위한 배선 도체(부호없음)나 발광 소자(7)가 발하는 광을 외측(상방향)으로 반사하기 위한 반사층(부호없음) 등이다. 금속층(2)은 배선 도체로서 사용되는 경우라도 발광 장치로서의 발광의 효율을 높게 하기 위해서, 발광 소자(7)가 발하는 광을 효과적으로 반사하는 것일 필요가 있다. 그 때문에 금속층(2)은 금속 중에서 광의 반사율이 최대인 은을 포함하는 도체재료(은만으로 이루어지는 경우를 포함한다)에 의해 형성되어 있다.
금속층(2)은 절연 기판(1)의 주면(상면) 중 발광 소자(7)가 발하는 광이 조사되는 부위에 피착된 것이고, 은을 포함하고 있다. 다른 금속층(예를 들면, 절연 기판(1)의 하면에 피착된 다른 금속층(2b) 등)은 다른 금속 재료로 이루어지는 것이어도 좋다. 또한, 절연 기판(1)의 주면 중 발광 소자(7)가 발하는 광이 조사되는 범위는 도 4에 나타내는 예에 있어서는 절연 기판(1)의 상면의 전체면이다.
글래스층(3)은 은을 포함하는 금속층(2)에 있어서의 은의 황화나 산화 등의 화학 변화를 억제하기 위한 것인다. 이 글래스층(3)은 금속층(2)에서 반사되는 광을 매우 약화시키는 경우없이 투과시킬 필요가 있기 때문에, 무색 투명한 글래스 재료에 의해 형성되어 있다.
또한, 도 4에 나타내는 예에 있어서는 글래스층(3)의 일부에 관통 구멍(부호없음)을 설치함과 아울러 이 관통 구멍을 니켈이나 금 등의 도금층(5)으로 충전하고 있다. 도금층(5)은 금속층(2)과 발광 소자(7)를 전기적으로 접속시키기 위한 접속 패드로서 기능하고, 이 도금층(5)에 본딩 와이어(6) 등을 통하여 발광 소자(7)의 전극을 접속시킴으로써 발광 소자(7)와 배선 도체 등의 금속층(2)이 전기적으로 접속된다.
또한, 도 4에 나타내는 예에 있어서는 절연 기판(1)을 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(부호없음)을 형성함과 아울러, 이 관통 구멍내에 관통 도체(4a)를 충전하고 있다. 관통 도체(4a)는 예를 들면, 절연 기판(1)의 상면에 피착된 금속층(2)을 절연 기판(1)의 하면에 전기적으로 도출하는 기능을 갖고 있다. 이 관통 도체(4a)를 통하여 예를 들면, 절연 기판(1)의 상면의 금속층(2)이 절연 기판(1)의 하면에 피착된 다른 금속층(2b)과 전기적으로 접속되고, 다른 금속층(2b)을 외부의 전기 회로(도시하지 않음)에 전기적으로 접속시키면, 발광 소자(7)가 외부의 전기 회로와 전기적으로 접속된다.
이하에, 이러한 발광 소자 탑재용 기판(9)의 제조 방법에 대해서, 상세하게 설명한다.
(제 1 공정)
우선, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 준비함과 아울러 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 은 또는 은을 주성분으로 하는 도체 재료를 유기 용제에 분산시켜 제작한 도체 페이스트(22)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면 중 적어도 발광 소자(7)가 발하는 광이 조사되는 부위에 도포한다.
글래스 세라믹 그린 시트(11)는 소성에 의해 붕규산계 글래스나 리튬 규산계 글래스 등의 글래스 성분과 산화 알루미늄이나 산화 칼슘 등의 세라믹 성분을 주성분으로 하는 글래스 세라믹 소결체가 되는 것이고, 예를 들면 이들 글래스 성분 및 세라믹 성분의 분말을 원료 분말로 하고, 이것을 유기 용제 및 유기 바인더 등과 함께 혼련해서 제작한 세라믹 페이스트를 닥터 블레이드법이나 립 코터법 등의 시트 성형 기술을 채용해서 시트상으로 성형함으로써 준비할 수 있다.
글래스 세라믹 그린 시트(11)는 예를 들면, 두께가 100∼300㎛정도이고, 이것을 복수 준비하고, 후의 공정에서 적층하여도 좋다. 복수의 글래스 세라믹 그린 시트(도시하지 않음)를 적층해서 절연 기판(1)이 되는 적층체를 제작하는 경우에는 적층체는 예를 들면, 두께가 약 300∼1500㎛정도이고, 평면에서 보아 외변의 길이가 약 2.5mm∼10mm정도의 장방형 판상이나 정방형 판상으로 하면 된다.
도체 페이스트(22)는 은 또는 은을 주성분으로 하는 도체 재료의 분말을 유기 용제 및 바인더와 함께 혼합함으로써 제작할 수 있다. 상기 도체 재료의 분말로서는 예를 들면, 은의 분말을 주성분으로 하고, 이것에 탄산 세슘이나 탄산 루비듐, 탄산 스트론튬 등의 알칼리 금속 원소 또는 알칼리 토류 금속 원소의 탄산염의 분말을 첨가한 것을 들 수 있다. 이 경우, 금속층(2)에 있어서의 광의 반사율을 높게 하는 점에서, 은을 포함하는 도체 재료의 분말에 있어서의 은(분말)의 함유율을 95∼100질량% 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 은을 주성분으로 하는 도체 재료를 사용한 도체 페이스트(22)에 있어서, 상기의 탄산염 등의 첨가물은 후술하는 소성을 포함하는 공정에 있어서, 은의 글래스 페이스트(33)로의 확산을 억제하는 효과를 갖고 있다. 이것은 상기 본 발명의 광반사 기판 및 발광 소자 탑재용 기판에 있어서의 효과와 동일하다. 즉, 상기의 탄산염 등의 첨가물은 소성시에 분해해서 이온화되기 쉽고, 글래스 페이스트(33)에 은보다도 먼저 확산하기 때문에, 은이 글래스 페이스트(33)에 이온화해서 확산하는 것을 억제한다. 이 경우, 상기의 알칼리 금속 원소나 알칼리 토류 금속 원소의 재료는 소성 후의 글래스 페이스트(33)(글래스층(3)) 내에 있어서 무색 투명이기 때문에, 글래스층(3)에 있어서의 광의 투과를 방해하는 경우가 없다.
또한, 세슘, 루비듐 및 스트론튬은 탄산염 이외에 각종의 유기산(카르복실산)염으로서 첨가해도 좋다. 또한, 세슘, 루비듐 및 스트론튬은 후술하는 제 2 공정에서 제작하는 글래스 페이스트에 첨가해도 좋다. 이 경우에도, 마찬가지로 은의 확산을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
이 도체 페이스트(22)는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면 중 적어도 발광 소자(7)가 발하는 광이 조사되는 부위, 즉 이 예에서는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 상면에 도포된다. 이 경우, 도체 페이스트(22)는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 상면의 전체면에 도포할 필요는 없고, 소정의 배선 도체나 반사층의 패턴으로 도포하면 된다.
또한, 도 3(a)에 나타내는 예에 있어서는 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 금형을 사용한 천공 가공 등의 구멍을 형성하는 가공을 실시해서 관통 구멍(부호없음)을 형성하고, 이 관통 구멍내에 상기의 도체 페이스트(22)와는 별개로 다른 도체 페이스트(44)를 충전하고 있다. 다른 도체 페이스트(44)는 동이나 백금, 금 등의 은 이외의 금속을 주성분으로 하는 것이어도 좋고, 도체 페이스트(22)와 마찬가지로 은을 주성분으로 하는 것이어도 좋다. 관통 구멍에 충전한 다른 도체 페이스트(44)는 후의 공정에서 소성되고, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같은 관통 도체(4a)가 되는 것이다.
(제 2 공정)
다음에 도 3(c)에 나타내는 바와 같이 연화점이 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분의 연화점보다 높고, 또한 은의 융점보다 낮은 글래스 재료의 분말을 이용하여 글래스 페이스트(33)를 제작하고, 그 글래스 페이스트(33)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 도포된 도체 페이스트(22)를 피복하도록 도포한다.
연화점이 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분의 연화점보다 높고, 또한 은의 융점(약 961℃)보다 낮은 글래스 재료의 조성으로서는 예를 들면, SiO2 및 B2O3을 포함하고, 또한 CaO, SrO, Al2O3, MgO 및 BaO의 1종이상을 포함하는 붕규산계의 글래스 등을 들 수 있다.
글래스 재료의 연화점의 조정은 예를 들면, CaO나 SrO, Al2O3, MgO 및 BaO 중 선택한 재료의 SiO2 및 B2O3에 대한 조성비를 변경함으로써 행할 수 있다.
이 글래스 페이스트(33)는 다음 공정에서 가열되어서 투명한 글래스층(3)이 되는 것이고, 금속층(2)을 피복해서 은의 황화 등의 화학 반응에 의한 금속층(2)의 변색을 억제하기 위한 것이다. 그 때문에 글래스 페이스트(33)는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 도포된 도체 페이스트(22)를 피복하도록 도포할 필요가 있다.
글래스 페이스트(33)는 상술한 바와 같이, 세슘, 루비듐 및 스트론튬을, 탄산염이나 유기산염 등의 형태로 첨가하고, 후 공정의 소성시에 은이 글래스 페이스트(33)로 확산하는 것을 보다 효과적으로 억제하도록 하여도 좋다. 글래스 페이스트(33)에 미리 첨가한 세슘 등의 재료에 의해 은의 글래스 페이스트(33)(글래스층3)로의 확산이 방지된다. 또한, 이들의 세슘 등의 재료는 글래스층(3)에 있어서 무색 투명하기 때문에, 글래스층(3)에 있어서의 광의 투과를 방해하지 않는다.
글래스 페이스트(33)를 도포할 때의 두께는 금속층(2)의 변색을 억제하는 점에서 두꺼울수록 바람직하고, 글래스층(3)에 있어서의 광의 투과를 용이하게 하는 점에서는 얇을수록 바람직하다. 따라서, 실제의 글래스 페이스트(33)의 도포 두께는 필요로 하는 금속층(2)의 변색을 억제하는 효과의 크기(이 발광 소자 탑재용 기판(9)을 사용해서 제작한 발광 장치가 사용되는 환경 등)와 글래스층(3)에 있어서 필요한 광의 투과성을 고려하면서, 적당하게 설정하면 좋다. 예를 들면, 상기한 바와 같은 SiO2-B2O3-RO(단, R:Ca, Sr, Al, Mg, Ba)계 글래스의 경우이면, 약 10∼30㎛정도의 두께로 도포하면 된다.
또한, 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)의 도포는 모두 스크린 인쇄법이나 그라비아 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 프렉소 인쇄법 등에 의해 행할 수 있다.
(제 3 공정)
그리고, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 도포한 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 가열하고, 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 소결시켜서 글래스 세라믹 소결체로 이루어지는 절연 기판(1)으로 함과 아울러, 이 절연 기판(1)의 주면에 도체 페이스트(22)를 소결시켜서 은을 포함하는 금속층(2)을 피착시키고, 아울러 글래스 페이스트(33)의 글래스 재료의 분말을 용융시킨 후 냉각해서 투명한 글래스층(3)으로 하여, 글래스층(3)으로 금속층(2)을 피복 함으로써 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제작할 수 있다.
본 발명의 발행 소자 탑재용 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 각 공정을 구비하고, 연화점이 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분의 연화점보다 높고, 또한 은의 융점보다 낮은 글래스 재료의 분말을 이용하여 글래스 페이스트(33)를 제작하고, 이 글래스 페이스트(33)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 도포된 도체 페이스트(22)를 피복하도록 도포하는 점에서, 제작된 발광 소자 탑재용 기판(9)에 있어서, 글래스층(3)에 의해 은의 황화 반응 등의 화학 변화에 의한 변색을 방지하고, 반사율의 경시 변화를 방지할 수 있다.
즉, 상기의 제조 방법에 있어서는 글래스 재료의 연화점이 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 글래스 성분의 연화점보다 높기 때문에, 글래스 성분이 연화되어서 은 및 글래스 세라믹 소결체가 거의 소결(글래스 성분에 의한 액상 소결)한 후에 글래스 재료의 연화가 개시된다. 그 때문에 은이 글래스 재료로 확산하는 것을 억제할 수 있고, 글래스 재료에 은이 확산됨으로써 글래스 재료(글래스층(3))의 변색을 억제하고, 반사율을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스 재료의 연화점이 은의 융점보다 낮기 때문에, 글래스 재료의 연화시에 은이 용융하지 않는다. 따라서, 은 또는 은을 주성분으로 하는 금속층(2)을 절연 기판(1)의 주면에, 은의 글래스층(3)으로의 확산을 억제하면서, 글래스층(3)으로 피복된 상태에서 동시 소성에 의해 피착시킬 수 있다. 그리고, 장기에 걸쳐 금속층(2)에 있어서 높은 광의 반사율을 유지할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제조하는 것이 가능한 제조 방법을 제공할 수 있다.
이 경우, 글래스 페이스트(33)에 포함되는 글래스 재료의 연화점과 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 글래스 성분의 연화점의 차는 상기한 바와 같이 은 및 글래스 세라믹 소결체의 소결이 거의 종료된 후에 글래스 재료의 연화가 개시되는 것으로 할 필요가 있는 점에서, 약 70℃ 이상인 것이 바람직하다.
예를 들면, 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 글래스 성분이 붕규산계 글래스(연화점이 약 800℃)의 경우이면, 글래스 페이스트(33)의 글래스 재료는 연화점이 약 870℃이상인 것을 사용하도록 하면 된다.
또한, 상기 은을 주성분으로 하는 도체 페이스트(22)를 도포하는 공정에 있어서는 소성 후의 은의 평균 입경이 약 2∼3㎛가 되도록 은 등의 도체 재료를 조정하는 것이 바람직하다.
입경이 지나치게 크면, 금속층(2)의 표면이 거칠어지는 경향이 있고, 금속층(2) 자체의 반사율을 충분하게 높게 하는 것이 어렵게 되는 경향이 있고, 또한 지나치게 작으면, 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분이 은의 표면까지 확산되기 쉬워지는 가능성이 있고, 글래스층(3)의 투명도가 낮아지는 가능성이 있고, 반사율이 저하하는 가능성이 있다.
또한, 이러한 은 분말은 예를 들면, 애토마이즈법이나 습식 환원법에 의해 제작할 수 있다. 애토마이즈법에 의한 은 분말의 제작은 용융시킨 은에 제트 유체를 블로잉하고, 그 제트 유체의 에너지로 용융된 은을 순차 분화시켜서 액적으로 하고, 생성된 액적을 냉각시켜서 분말로 하는 방법 등으로 행해진다. 습식 환원법에 의한 은 분말의 제작은 질산은 용액과 암모니아수로 은암민 착체 수용액을 제조하고, 이것에 유기 환원제를 첨가하는 방법 등으로 행해진다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 글래스 페이스트(33)에 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티탄 및 산화 니오브 중 적어도 1종을 첨가해도 좋다. 이 경우에는 소성 후의 글래스층(3)이 산화 지르코늄 등의 재료를 함유하고, 상기 광반사 기판의 경우와 마찬가지로, 광의 반사율을 향상시킬 수 있다. 글래스 페이스트(33)에 첨가하는 산화 지르코늄 등의 양은 예를 들면, 상기 광반사 기판과 마찬가지로 글래스층(3)에 있어서의 산화 지르코늄 등의 함유량이 5∼15질량% 정도가 되도록 설정하면 된다. 이 경우, 산화 지르코늄 등은 글래스층(3) 중에 분산되는 입자로서 글래스층(3)에 함유되도록 해서 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 글래스 페이스트(33)에 산화 지르코늄 등을 예를 들면, 5∼15질량%정도 첨가했을 경우에는, 소성시의 글래스 페이스트(33)의 유동을 억제하고, 글래스층(3)을 보다 높은 정밀도로 소정의 패턴으로 형성할 수 있다.
또한, 상술한 광반사 기판의 경우와 마찬가지로, 상기 글래스 페이스트에 첨가하는 재료가 산화 지르코늄인 경우에는, 소성 후의 발광 소자 탑재용 기판(9)의 글래스층(3)으로의 도금 금속의 부착을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 산화 알루미늄일 경우에는 방열성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판(9)의 제조 방법에 있어서의 효과를, 구체예를 들어서 설명한다. 구체예에 있어서 제작한 발광 소자 탑재용 기판(9)은 평면에서 볼 때에 1변의 길이가 약 5mm이고, 두께가 약 500㎛인 정방형 판상의 절연 기판(1)의 상면의 중앙부에 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)를 갖고, 이 상면에 외변의 치수가 약 2×4.5mm인 장방형상의 패턴이고 은으로 이루어지는 2개의 금속층(2)을, 약 0.1mm의 간격으로 나열하여 배치한 것이고, 이 금속층을 15㎛ 글래스 재료로 이루어지는 두께가 약 10㎛인 글래스층(3)으로 피복한 것이었다.
상기의 발광 소자 탑재용 기판(9)은 이하의 공정에 의해 제작했다.
우선, 붕규산 글래스 및 산화 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 세라믹 페이스트를 제작하고, 이것을 닥터 블레이드법으로 시트상으로 성형해서 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 제작했다. 그 후, 이 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 상면에, 상기의 금속층(2)의 패턴으로 은 분말을 유기 용제 및 바인더와 혼련해서 제작한 도체 페이스트(22)를 스크린 인쇄법에 의해 도포했다.
다음에 연화점이 약 870℃이고, 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분(상기 붕규산 글래스)의 연화점에 비해서 연화점이 약 70℃ 높은 글래스 재료(SiO2-B2O3-RO(단, R은 Sr 및 Al))의 분말을 유기 용제 및 바인더와 혼련해서 글래스 페이스트(33)를 제작하고, 이 글래스 페이스트(33)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 상면에 인쇄한 도체 페이스트(22)를 피복하도록 스크린 인쇄법에 의해 도포했다.
그리고, 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 도포한 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 약 915℃로 가열하고, 상기 구체예의 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제작했다.
또한, 비교예로서, 도체 페이스트(도시하지 않음)에 종래 기술의 글래스 페이스트(도시하지 않음)를 도포해서 피복하고, 상기의 구체예의 제조 방법의 경우 와 마찬가지로 소성해서 종래 기술의 발광 소자 탑재용 기판(도시하지 않음)를 제작했다. 비교예의 제조 방법에 있어서 사용한 글래스 페이스트는 글래스 페이스트를 제작하는 공정에 있어서, 상기 구체예의 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 붕규산 글래스와 마찬가지로 붕규산 글래스를 이용하여 제작했다.
이들 구체예의 발광 소자 탑재용 기판(9) 및 비교예의 발광 소자 탑재용 기판에 대해서, 글래스층(3)을 투과한 금속층(2)의 표면의 경면 반사율을 Konica Minlota Sensing, Inc. 제품의 분광 측색계 CM-3700d로 측정하고, 경면반사율을 비교했다.
그 결과, 본 발명의 제조 방법의 구체예로서 제작한 발광 소자 탑재용 기판에서는 반사율이 가시광 영역(360nm∼740nm)에서 평균 90%이상으로 양호했던 것에 대해, 비교예의 경우에는 평균 90%이하이었다.
또한, 구체예의 발광 소자 탑재용 기판(9) 및 비교예의 발광 소자 탑재용 기판에 대해서, 온도 사이클 시험(-50℃∼200℃) 및 고온 고습 바이어스 시험(HHBT) (85℃，85%RH, 5V)을 행하고, 은으로 이루어지는 금속층(2)의 변색 유무를 육안으로 확인한 바, 구체예 및 비교예 중 어느 쪽의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판(9)에 있어서도 금속층(2)의 변색은 확인되지 않았다.
또한, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 각 공정을 구비하고, 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 도포한 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 가열하는 공정 전에, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 포함되는 글래스 성분과는 유리 전이점이 다른 제 2 글래스 성분을 이용하여 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트(12)를 제작하고, 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트(12)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면(발광 소자(7)가 탑재되는 주면)과 반대측의 주면(도 5의 예에서는 하면)에 피착시키는 공정을 포함하는 경우에는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 5는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 다른 예에 있어서의 일공정을 나타내는 단면도이다. 도 5에 있어서 도 3과 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
즉, 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 소성 온도에서, 그 주면의 도체 페이스트(22)를 피복해서 도포된 글래스 페이스트(33)(글래스 재료)는 거의 수축하지 않지만, 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 평면 방향의 소성 수축을, 유리 전이점이 다른 제 2 글래스 성분을 이용하여 제작한 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트(12)(구속층)로 억제함으로써, 글래스 세라믹 소결체와 글래스층(3) 사이에 수축량의 차이에 의한 응력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에 수축량의 차이에 의한 응력에서 기인하는 절연 기판(1)의 휘어짐을 억제하는 것이나, 글래스층(3)의 절연 기판(1)에 대한 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 경우에는, 은을 포함하는 금속층(2)의 화학 변화를 억제하는 것이 가능한 것에 더해서, 절연 기판(1)의 휘어짐이나 절연 기판(1)의 휘어짐에서 기인하는 금속층(2)의 박리를 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에 금속층(2)의 접합 강도의 향상이 용이한 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제작할 수 있다.
또한, 복수의 발광 소자(7)을 1개의 절연 기판(1)의 주면에 탑재하는 소위, 멀티칩화가 진행되면, 발광 소자(7) 끼리간의 거리(갭)가 좁아져, 발광 소자(7)에 전력을 공급하기 위한 배선 도체로서의 금속층(2)에 높은 치수 정밀도가 요구되지만, 이 구성이면, 배선 도체(금속층(2))의 높은 치수 정밀도를 달성할 수 있다.
또한, 이 제조 방법의 경우에는 발광 소자(7)로부터의 방열성을 고려해서 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제조하는 경우에도 유리하다. 즉, 발광 소자(7)로부터의 열확산성을 향상시키기 위해서는 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이 발광 소자(7)를 금속층(2) 상에 직접, 예를 들면 도전성 수지나 저융점 납재(부호 없음) 등을 이용하여 접합하는 쪽이 좋지만, 이 경우에는 금속층(2)의 화학 변화를 억제하기 위해서, 발광 소자(7)가 탑재되는 예정의 부위만을 글래스층(3)으로 피복하는 것이 바람직하다. 이에 반하여 상기의 제조 방법에 의하면, 절연 기판(1)의 소성 수축을 억제할 수 있으므로, 그 주면에 피착시키는 금속층(2) 및 글래스층(3)의 치수 정밀도를 높게 할 수 있다. 그 때문에 금속층(2) 중 발광 소자(7)가 탑재되는 예정의 부위만을 글래스층(3)으로 피복하도록 해서 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제작하는 것도 용이하다. 또한, 도 6은 본 발명의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판(9) 및 이 발광 소자 탑재용 기판(9)이 발광 소자를 탑재해서 이루어지는 발광 장치의 다른 예, 즉 도 5에 나타내는 공정을 포함하는 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판(9) 및 발광 장치의 일예를 나타내는 단면도이다. 도 6에 있어서 도 4와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 6에 나타내는 예에 있어서, 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트(12)가 소성되어서 이루어지는 구속층(10)이 절연 기판(1)의 내부에 형성되어 있다. 이와 같이, 복수의 글래스 세라믹 그린 시트(도시하지 않음)를 적층하고, 그 층간에 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트(12)를 배치해서 소성함으로써 복수의 절연층(부호 없음)의 층간에 구속층(10)이 배치된 절연 기판(1)이 제작되고, 복수의 층으로 이루어지는 글래스 세라믹 그린 시트의 평면 방향의 수축을 억제하는 효과를 향상시킬 수 있다. 이 경우에는 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트(12)를 주면에 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)를 갖는(즉, 최상층의) 글래스 세라믹 그린 시트(11) 이외의 글래스 세라믹 그린 시트(즉, 하층의) 글래스 세라믹 그린 시트(도시하지 않음)의 주면에도 피착시킨 후에, 복수의 글래스 세라믹 그린 시트를 적층하고 있다.
또한, 도 6에 나타내는 예에 있어서는 절연 기판(1) 중 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)의 하측에, 절연 기판(1)을 두께 방향으로 관통하는 관통 도체(4b)가 배치되어 있다. 이들의 관통 도체(4b)는 예를 들면, 발광 소자(7)로 발생하는 열을 외부로 방열하기 위한 전열재로서 기능한다. 이러한 관통 도체(4b)도 상술한 관통 도체(4a)와 동일한 재료를 사용하고, 동일한 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판(9)의 다른 예를 도 7에 나타낸다. 또한, 도 7은 본 발명의 제조 방법으로 제작한 발광 소자 탑재용 기판(9) 및 이 발광 소자 탑재용 기판(9)에 발광 소자(7)를 탑재해서 이루어지는 발광 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 7에 있어서, 도 4 및 도 6과 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 7에 나타내는 예에 있어서는 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 도포한 글래스 세라믹 그린 시트(11)를 가열하기 전에, 이 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 하면에 다른 글래스 페이스트(도시하지 않음)를 층상으로 도포해서 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제작하고 있다. 그리고, 이 도포한 글래스 페이스트가 용융한 후 냉각되어서 형성된 다른 글래스층(3b)이 절연 기판(1)의 하면에 피착하고 있다.
글래스 세라믹 그린 시트(11)의 하면에 다른 글래스 페이스트를 도포하고, 그 후에 가열했을 경우에는, 가열에 의한 글래스 페이스트(33)의 수축에 따르는 응력과 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 하면측의 다른 글래스 페이스트의 수축에 따르는 응력으로 상쇄시킬 수 있으므로 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 가열시의 휘어짐을 억제하는 점에서 유효하다. 또한, 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 하면에 도포하는 다른 글래스 페이스트로서는 예를 들면, 도체 페이스트(22)를 피복하는 글래스 페이스트(33)와 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 하면에만 도포하는 경우이면, 이러한 휘어짐을 억제하기 위한 다른 글래스 페이스트는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 상면측에 도포하도록 하면 된다.
(발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 다른 예)
다음에, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 다른 예에 대해서, 도 8을 참조해서 설명한다. 또한, 도 8(a)∼(c)는 각각 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법의 다른 예를 공정 순서로 나타내는 단면도이다. 도 8에 있어서 도 3 및 도 4와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
이 밖의 예의 제조 방법에 있어서 제작하는 발광 소자 탑재용 배선 기판은 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 절연 기판(1)의 주면에 글래스 세라믹 소결체로 이루어지는 프레임부(13)가 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)를 둘러싸서 적층되어서, 이 프레임부(13)의 내측면에도 금속층(2)이 피착된 발광 소자 탑재용 기판(9)이다. 또한, 이하의 각 공정의 설명에 있어서, 상술한 제조 방법(프레임부(13)가 없는 발광 소자 탑재용 기판(9)의 제조 방법)과 동일한 부분에 관해서는 생략한다.
도 9에 나타내는 바와 같은 발광 소자 탑재용 기판(9)은 프레임부(13)의 내측면의 금속층(2)에 의해 광을 반사시키는 면을 보다 크게 할 수 있기 때문에, 발광 소자(7)가 발한 광을 보다 유효하게 이용할 수 있다. 이 경우, 프레임부(13)의 내측면의 금속층(2)도 글래스층(3)으로 피복되어 있기 때문에 이 프레임부(13)의 내측면의 금속층(2)에 대해서도 은의 화학 반응에 의한 변색을 억제할 수 있다.
프레임부(13)는 도 9에 나타내는 예에서는 다리부를 원호상으로 성형한 장방형상이지만, 사각형상이나 타원형상, 원형상 등이어도 상관없다. 또한, 프레임부(13)의 내측면은 경사한 면으로서 외측(상방)으로의 발광을 유효하게 행하도록 하고 있다.
우선, 상기 제 1 공정에 있어서, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 글래스 세라믹 그린 시트(11)에 더해서 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)를 제작함과 아울러 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에도 도체 페이스트(22)를 도포한다.
프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)는 글래스 세라믹 그린 시트(11)와 동일한 재료를 사용하고, 동일한 방법으로 평판상의 글래스 세라믹 그린 시트(도시하지 않음)를 제작하고, 이 평판상의 글래스 세라믹 그린 시트의 중앙 부분에 금형 등을 이용하여 천공 가공을 실시해서 프레임상으로 성형함으로써 제작할 수 있다.
프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에 도포하는 도체 페이스트(22)는 절연 기판(1)이 되는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 도포한 도체 페이스트(22)와 동일한 것을 사용할 수 있다.
또한, 이 밖의 실시 형태에 있어서의 제 1 공정에 있어서, 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)를 준비하고, 그 내측면에 도체 페이스트(22)를 도포하는 공정이 더해지는 것 이외는 상술한 제 1 공정과 동일하다.
다음에, 상기 제 2 공정에 있어서, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이 글래스 페이스트(33)를 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에 도포한 도체 페이스트(22)도 피복하도록 도포한다.
프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에 도포한 도체 페이스트(22)를 피복하도록 도포하는 글래스 페이스트(33)도 상기의 글래스 페이스트(33)와 동일한 것을 사용할 수 있다.
내측면에 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 순차적으로 도포한 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면(상면)에 적층한다. 글래스 세라믹 그린 시트(11)에는 상술한 제 2 공정의 경우와 마찬가지로 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)의 도포를 완료해 둔다. 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 상면에 적층함으로써 적층체(부호 없음)가 형성된다. 이 적층체는 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)를 가짐과 아울러 그 주면에 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)가 순차적으로 도포되어 있음과 아울러 발광 소자(7)가 탑재되는 부위(1a)를 둘러싸는 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)가 적층되고, 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에도 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)가 순차적으로 피착되어 있다. 또한, 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 하면에는 다른 금속층(2b)이 되는 도체 페이스트(부호 없음)가 피착되어 있다.
이 제 2 공정에 있어서도 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)를 순차적으로 도포하고, 이 프레임 상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 적층하는 공정이 더해지는 것 이외는 상술한 제 2 공정과 동일하다.
그리고, 상기 제 3 공정에 있어서, 적층체를 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면 및 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에 도포한 도체 페이스트(22) 및 이들의 도체 페이스트(22)를 각각 피복하는 글래스 페이스트(33)와 아울러 가열하여 절연 기판(1)과 프레임부(13)를 일체 소성시킨다.
이 가열에 의해, 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 주면에 도포한 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)에 더해서, 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 내측면에 도포한 도체 페이스트(22) 및 글래스 페이스트(33)가 각각 금속층(2) 및 금속층(2)을 피복하는 글래스층(3)이 된다.
여기서, 글래스 페이스트(33)를 제작하는 글래스 재료에 대해서, 그 연화점이 소성의 피크 온도에 가까운 것을 사용하도록 하면, 글래스 페이스트(33)가 과잉으로 연화 유동하는 것을 억제하고, 프레임부(13)의 내측면에서 글래스 페이스트(33)(글래스층(3))가 탈락하는 것이 보다 효과적으로 억제된다.
또한, 글래스 페이스트(33)의 연화점이 글래스 세라믹 그린 시트(11) 및 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 글래스 성분의 연화점보다 높기 때문에 글래스 성분이 연화되어서 도체 페이스트(22)의 은 및 글래스 세라믹 소결체(적층체)가 거의 소결(글래스 성분에 의한 액상 소결)한 후에, 글래스 페이스트(33)의 연화가 개시된다. 그 때문에 상기 은이 글래스 페이스트(33)의 글래스 재료로 확산하는 것을 억제할 수 있고, 글래스 재료에 은이 확산하는 것에 의한 글래스 재료(소성 후의 글래스층(3))의 변색을 억제하고, 반사율을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스 재료의 연화점이 은의 융점보다도 낮기 때문에, 글래스 재료의 연화시에 은이 용융하지 않는다. 따라서, 은을 포함하는 금속층(2)을 절연 기판(1)의 주면 및 프레임부(13)의 내측면에, 은의 글래스층(3)으로의 확산을 억제하면서, 글래스층(3)으로 피복된 상태에서 동시 소성에 의해 피착시킬 수 있다. 그리고, 이 밖의 실시 형태의 경우에도, 장기에 걸쳐 금속층(2)에 있어서 높은 광의 반사율을 유지할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판(9)을 제조하는 것이 가능한 제조 방법을 제공할 수 있다.
이 경우도, 글래스 페이스트(33)에 포함되는 글래스 재료의 연화점과 글래스 세라믹 그린 시트(11)의 글래스 성분의 연화점의 차는 상기한 바와 같이 은 및 글래스 세라믹 소결체의 소결이 거의 종료된 후에 글래스 재료의 연화가 개시되는 것으로 할 필요가 있기 때문에, 약 70℃이상인 것이 바람직하다.
예를 들면, 글래스 세라믹 그린 시트(11) 및 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 글래스 성분이 모두 붕규산계 글래스(연화점이 약 800℃)인 경우이면, 글래스 페이스트(33)의 글래스 재료는 연화점이 약 870℃이상인 것을 사용하도록 하면 된다.
또한, 절연 기판(1)의 주면에 있어서의 금속층(2)을 프레임부(13) 근방까지 형성하고, 글래스층(3)으로 피복하는 경우, 글래스층(3)의 절연성이 불충분하고 프레임부(13)의 전체면에 형성한 금속층(2)을 통하여, 절연 기판(1)의 주면의 회로(금속층(2)끼리 등)가 단락하는 가능성이 있다. 또한, 프레임부(13)는 발광 소자(7)의 반사 효율을 향상시키기 위해서, 경사한 내측면으로 했을 경우, 절연 기판(1)과 프레임부(13)의 접속 영역(적층체에 있어서의 글래스 세라믹 그린 시트(11)와 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트(14)의 프레임상의 접합 영역)의 내주부에 있어서, 적층시의 가압이 불충분해지기 쉽기 때문에, 밀착 불량이 발생할 가능성이 있다. 밀착 불량이 발생하면, 예를 들면 소성 후의 도금 공정에 있어서, 도금액이 절연 기판(1)과 프레임부(13)의 사이의 밀착 불량부로 들어가고, 불필요한 도금 금속층(도시하지 않음)을 형성해버려, 절연 기판(1)의 주면의 회로를 단락시켜버린다.
이러한 단락을 방지하기 위해서, 본 발명의 제조 방법으로 제작한 프레임부(13)를 갖는 발광 소자 탑재용 기판(9)(발광 장치)의 다른 예를 도 10∼도 12에 나타낸다. 또한, 도 10∼도 12에 있어서 도 4 및 도 9와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 10은 프레임부(13)의 내측면의 도중까지 금속층(2)을 피착시키고, 이것을 글래스층(3)으로 피복한 예이다. 이 경우에는, 프레임부(13)의 내측면의 금속층(2)의 하단 부분과 절연 기판(1)의 상면의 금속층(2)을 서로 떼어 놓을 수 있고, 프레임부(13)와 절연 기판(1)의 주면에 있어서의 금속층(2)의 사이의 전기적 단락을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
도 11은 내측면 모두에 금속층(2)을 피착한 프레임부(13)와 절연 기판(1)의 사이에, 금속층(2)을 피착시키지 않고, 또한 내측면에 경사가 없는 보조 프레임부(13a)를 프레임부(13)와 절연 기판(1)의 사이에 배치한 예이다. 이 경우도, 절연 기판(1)의 주면에 있어서의 금속층(2)으로부터 프레임부(13)의 금속층(2)의 거리를 길게 취할 수 있기 때문에, 단락의 방지가 용이하게 된다.
도 12는 프레임부(13)의 내측면보다 절연 기판(1)의 중심측에 내측면이 위치하는 보조 프레임부(13a)를 프레임부(13)와 절연 기판(1)의 사이에 배치하고, 그 내측면을 절연 영역으로 한 예이다. 제조 공정에 있어서, 글래스 페이스트(33)가 연화되고, 도체 페이스트(22)의 상면으로부터 탈락하고자 했을 경우, 보조 프레임부(13a)의 상면부에 의해 탈락을 억제할 수 있다.
1 : 절연 기판 1a : 발광 소자가 탑재되는 부위(탑재부)
2 : 금속층 2b : 다른 금속층
3 : 글래스층 3b : 다른 글래스층
4a : 관통 도체 4b : 관통 도체
5 : 도금층 6 : 본딩 와이어
7 : 발광 소자 9 : 발광 소자 탑재용 기판
10 : 구속층 11 : 글래스 세라믹 그린 시트
12 : 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트
13 : 프레임부 13a : 보조 프레임부
14 : 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트
22 : 도체 페이스트 33 : 글래스 페이스트
44 : 관통 도체용의 도체 페이스트

Claims (11)

  1. 절연 기판과 상기 절연 기판의 주면에 피착된 은을 포함하는 금속층을 구비하는 광반사 기판으로서,
    상기 금속층은 연화점이 은의 융점보다 낮은 글래스층에 의해 피복되어 있고, 상기 글래스층의 상기 금속층과 반대측의 표면에 은이 존재하지 않고,
    상기 금속층은 세슘 및 루비듐 중 적어도 1종을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 광반사 기판.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 글래스층은 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티탄 및 산화 니오브 중 적어도 1종을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 광반사 기판.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 기판은 글래스 세라믹 소결체로 이루어지고, 상기 절연 기판, 상기 금속층 및 상기 글래스층은 동시 소성되어 형성되어 있고,
    상기 글래스층은 연화점이 상기 동시 소성에 의해 상기 글래스 세라믹 소결체의 글래스 성분이 되는 제 2 글래스 재료의 연화점보다 높고 또한 은의 융점보다 낮은 제 1 글래스 재료가 소성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광반사 기판.
  5. 제 1 항에 기재된 광반사 기판을 구비하고, 절연 기판의 금속층이 피착된 주면에 발광 소자의 탑재부를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  6. 제 5 항에 기재된 발광 소자 탑재용 기판과 상기 탑재부에 탑재된 발광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 글래스 세라믹 그린 시트를 준비함과 아울러 은을 함유하는 도체 재료를 유기 용제에 분산시켜 제작한 도체 페이스트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 주면 중 적어도 일부에 도포하는 제 1 공정과,
    연화점이 상기 글래스 세라믹 그린 시트에 포함되는 글래스 성분의 연화점 보다 높고 또한 은의 융점보다 낮은 글래스 재료의 분말을 이용하여 글래스 페이스트를 제작하고, 상기 글래스 페이스트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 주면에 도포된 상기 도체 페이스트를 피복하도록 도포하는 제 2 공정과,
    상기 도체 페이스트 및 상기 글래스 페이스트를 도포한 상기 글래스 세라믹 그린 시트를 가열하고, 상기 글래스 세라믹 그린 시트를 소결시켜서 글래스 세라믹 소결체로 이루어지는 절연 기판으로 함과 아울러 상기 절연 기판의 주면에 상기 도체 페이스트를 소결시켜서 은을 함유하는 금속층을 피착시키고, 아울러 상기 글래스 페이스트의 상기 글래스 재료의 분말을 용융시킨 후 냉각해서 투명한 글래스층으로 하고, 상기 글래스층으로 상기 금속층을 피복하는 제 3 공정을 포함하고,
    상기 제 1 공정에서 사용하는 상기 도체 재료에 세슘 및 루비듐 중 적어도 1종을 첨가하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에서 제작하는 상기 글래스 페이스트에 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티탄 및 산화 니오브 중 적어도 1종을 첨가하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 도체 페이스트 및 상기 글래스 페이스트를 도포한 상기 글래스 세라믹 그린 시트를 가열하는 공정 전에, 상기 글래스 세라믹 그린 시트에 포함되는 상기 글래스 성분과는 유리 전이점이 다른 제 2 글래스 성분을 이용하여 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 구속용 글래스 세라믹 페이스트를 제작하고, 상기 구속용 글래스 세라믹 그린 시트 또는 상기 구속용 글래스 세라믹 페이스트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 상기 주면과 반대측의 주면에 피착시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 글래스 세라믹 그린 시트에 더해서 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트를 준비함과 아울러, 상기 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트의 내측면에도 상기 도체 페이스트를 도포하는 공정을 더 포함하고,
    상기 제 2 공정에 있어서, 상기 글래스 페이스트를 상기 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트의 내측면에 도포한 상기 도체 페이스트도 피복하도록 도포함과 아울러 상기 프레임상의 글래스 세라믹 그린 시트를 상기 글래스 세라믹 그린 시트의 상기 주면에 적층해서 상기 발광 소자가 탑재되는 부위를 둘러싸는 프레임부를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법.
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