KR20070039075A - 발광 소자 수납용 패키지 및 발광 소자 수납용 패키지의제조 방법 - Google Patents

발광 소자 수납용 패키지 및 발광 소자 수납용 패키지의제조 방법 Download PDF

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Abstract

발광 소자로부터 발광된 광이 리플렉터 프레임에 의해, 확실히 효율좋게 반사해서, 발광 소자의 휘도를 향상하는 것이 가능한 발광 소자 수납용 패키지, 및 그 제조 방법을 제공한다. 판상의 세라믹제 절연 기판과, 절연 기판의 외주 윗면에 접합되어, 그 내측 면측에 광반사층을 구비한 세라믹스제 리플렉터 프레임과, 절연 기판 윗면에 형성한 발광 소자 접속용 배선 패턴층과, 절연 기판과 리플렉터 프레임으로 획성되는 발광 소자 수납용 오목부를 구비하고, 발광 소자 수납용 오목부내에서, 발광 소자 접속용 배선 패턴층 위에 발광 소자를 실장하도록 한 발광 소자 수납용 패키지로서, 리플렉터 프레임이 주로 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 상기 리플렉터 프레임의 광반사면이 백색 세라믹스로 구성된다.
리플렉터 프레임, 질화물 세라믹스

Description

발광 소자 수납용 패키지 및 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법{PACKAGE FOR STORING LIGHT EMITTING ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING PACKAGE FOR STORING LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자를 수용하기 위해서 사용되는 발광 소자 수납용 패키지에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드 등의 발광 소자는 그 휘도의 향상에 의해, 예를 들면, 전광 표시판용의 광원, 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 백라이트 광원 등으로서 다용되고 있다. 이와 같은 발광 소자는 이것을 수용하기 위한 발광 소자 수납용 패키지에 수용된 상태로 사용된다.
종래 이와 같은 발광 소자를 수용하기 위한 발광 소자 수납용 패키지로서는 특허 문헌 1(일본 특개2002-232017호 공보)에 개시되어 있는 발광 소자 수납용 패키지가 제안되어 있다.
즉, 이 특허 문헌 1의 발광 소자 수납용 패키지(100)에 있어서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 절연 기판(111)과, 절연 기판(111)의 외주부에 배치된 리플렉터 프레임(112)을 구비하고 있으며, 절연 기판(111)과 리플렉터 프레임(112) 사이에 발광 소자 수납용 오목부(119)가 획성되어 있다.
그리고, 이 절연 기판(111)의 발광 소자 수납용 오목부(119)의 위치에, 즉, 발광 소자 수납용 오목부(119) 바로 아래에, 절연 기판(111)의 상하에 걸쳐 관통하는 배선용 관통공(소위 비아홀(via-hole))(116)이 마련되어져 있다. 이 배선용 관통공(116) 속에, 도전부재(117)가 충전되어 있어, 이 도전부재(117)를 거쳐, 절연 기판(111)의 상하면의 배선 패턴층(114, 115)이 도통하여, 윗면의 배선 패턴층(114)에 실장되어 있는 발광 소자(118)가 전기적으로 외부의 전기 회로와 도통할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이, 발광 소자(118)를 발광 소자 수납용 오목부(119)의 바닥에 실장한 후, 발광 소자 수납용 오목부(119)내에 에폭시 수지 등의 투명한 수지를 충전해서, 발광 소자를 기밀히 밀봉함으로써, 최종 제품으로서의 발광 장치가 제조되어 있다.
또, 이 발광 소자 수납용 패키지(100)에 있어서는, 절연 기판(111)의 발광 소자 수납용 오목부(119)의 내벽면, 즉, 리플렉터 프레임(112)의 내벽면에 발광 소자(118)가 발하는 광을 반사시켜, 발광 소자(118)의 발광 휘도를 실질적으로 증대시키는 작용을 하기 위한 광반사층(113)이 피착되어 있다. 그리고, 이 광반사층(113)에 의해 발광 소자(118)가 발하는 광은 밝게 빛나, 전광 표시판으로서 표시되는 문자나 화상을 밝고 극히 선명한 것으로 하고 있다.
이 광반사층(113)으로서, 금이나 은, 니켈 등이 사용되며, 예를 들면, 절연 기판(111)의 오목부 내벽면에 미리 메탈라이즈 금속층을 피착시켜 두고, 그 메탈라이즈 금속층에 금이나 은, 니켈 등을 도금에 의해 피착시킴으로써, 리플렉터 프레 임(112)의 내벽면에 광반사층(113)을 피착 형성시키고 있다.
그러나, 이와 같은 특허 문헌 1의 발광 소자 수납용 패키지(100)에서는 리플렉터 프레임(112)의 내벽면 전면에 광반사층(113)을 마련하고 있으므로, 광반사층(113)의 아래쪽 부분과 발광 소자 수납용 오목부(119)의 바닥의 배선 패턴층(114)이 단락해버려, 발광 소자(118)의 기능을 저해할 우려가 있다.
이 때문에, 특허 문헌 2(일본 특개2003-273405호 공보)의 발광 소자 수납용 패키지(200)에서는 도 7에 나타낸 바와 같이, 광반사층(213)을 발광 소자 수납용 오목부(219)의 내벽면, 즉, 리플렉터 프레임(212)의 내벽면의 전면에 마련하는 것이 아니라, 발광 소자 수납용 오목부(219)의 바닥 사이에 간격을 두고 피착 형성되어 있고, 이에 의하여, 광반사층(213)과 발광 소자 수납용 오목부(219)의 바닥의 배선 패턴층(214)의 전기적 단락을 유효하게 방지하고 있다.
또한, 광반사층(213)과 발광 소자 수납용 오목부(219)의 바닥의 배선 패턴층(214)의 전기적 단락을 방지하기 위해서, 절연층(220)을 배치하고 있다.
또, 이 특허 문헌 2의 발광 소자 수납용 패키지(200)에서는 도 7에 나타낸 바와 같이, 절연 기판(211)에 배선용 관통공을 마련하지 않고, 리플렉터 프레임(212)과 절연 기판(211) 사이에 배열 설치한 배선 패턴층(201)이 절연 기판(211)의 외측면을 통과함으로써, 이 배선 패턴층(201)을 거쳐, 이 절연 기판(211)의 상하면에 피착된 배선 패턴층(214, 215)이 도통하도록 구성되어 있다.
그러나, 이 특허 문헌 2의 발광 소자 수납용 패키지(200)에서는, 광반사층(213)이 발광 소자 수납용 오목부(219)의 바닥 사이에 간격을 두고 형성되어 있 고, 그 사이에 절연층(220)이 마련되어져 있으므로, 이 절연층(220)의 부분에서 발광 소자(218)로부터 발광된 광이 반사하지 않아, 이 때문에 발광 휘도가 실질적으로 저하하는 원인이 되고 있다.
또한, 문헌 1, 2 모두 광반사층은 금, 은, 니켈을 예로서 들 수 있지만, 금이나 니켈은 광의 반사율이 400nm 이하에서는 50% 이하로 낮고, 은은 300∼350nm 사이에서 흡수가 있기 때문에, 350nm 이하의 영역에서는 반사율이 일반적으로 50% 이하로 낮다. 그러나 백색 LED용의 발광 소자는 통상, 청색 혹은 근자외역의 광을 발광하고, 그것을 여러가지 형광체로 각종의 파장으로 변환하기 때문에, 350∼430nm의 파장의 광을 발하는 발광 소자의 광을 효율좋게 반사하는 것이 휘도를 향상시키는 점에서 중요하게 된다.
이 때문에, 특허 문헌 3(일본 특개평8-274378호 공보)에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 반사층을 마련하지 않고, 절연 기판(312) 자체를 광을 반사하기 쉬운 백색의 산화알루미늄질 소결체로 구성해서 발광 소자(318)로부터 발광한 광을 광반사면(320)에서 반사하도록 구성되어 있다.
또, 특허 문헌 3의 발광 소자 수납용 패키지(300)에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 절연 기판(312)의 발광 소자 수납용 오목부(319)의 아래쪽으로부터, 절연 기판(312)의 중간 위치에 형성한 중간 배선부(313)를 거쳐, 절연 기판(312)의 아래면에 이르는 배선용 관통공(316)이 형성되어 있다. 그리고, 이 배선용 관통공(316) 속에 도전부재(317)가 충전되어 있고, 이 도전부재(317)를 거쳐, 절연 기판(312)의 상하면의 배선 패턴층(314, 315)이 도통하여, 윗면의 배선 패턴층(314)에 실장되어 있는 발광 소자(318)가 전기적으로 외부의 전기 회로와 도통할 수 있도록 구성되어 있다.
그러나, 특허 문헌 3의 절연 기판(312)을 구성하는 백색의 산화알루미늄질 소결제는 반사율에 있어서는, 350∼400nm의 영역에 있어서도 반사율을 50% 이상의 물성을 갖는 반면, 열전도율이 약20W/m·K로 비교적 작고, 발광 소자(318)으로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지(300)내에 축열해버려, 외부로 방열되기 어려워, 발광 소자(318)가 열에 의해 손상할 우려가 있다.
또한, 특허 문헌 4(일본 특개평2004-152952호 공보)에는 리플렉터 프레임을 백색 세라믹스로 구성한 발광 소자 수납용 패키지가 기재되어 있다.
하지만, 이 특허 문헌에 있어서, 리플렉터 프레임으로서 실제로 사용되고 있는 세라믹스는 알루미나를 주성분으로 하는 특정 조성의 SiO2-Al2O3-MgO-ZrO2-CaO계 세라믹스이며, 알루미나를 96.25wt% 함유하는 것으로도 알 수 있는 바와 같이, 그 열전도율은 역시 낮다.
또, 특허 문헌 4에는 질화알루미늄(AlN)질 소결체에 관한 것으로, 파장 400∼700nm의 광의 반사율이 80% 이상이기 때문에, Er2O3의 함유량이 질화알루미늄질 소결체의 총중량에 대해, 1∼10중량%인 것이 바람직하다고 기재되어 있다.
그러나, 특허 문헌 4에는 이와 같은 기재에 대응한 실시예의 개시는 없으며, 실제로 질화알루미늄질 소결제의 총중량에 대해, Er2O3의 함유량을 1∼10중량%로 해서 소결해도, 백색의 소결체를 얻을 수 없음이 확인되어 있다(본원의 후술하는 비 교예 4를 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개2002-232017호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개2003-273405호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특개평8-274378호 공보
특허 문헌 4 : 일본 특개평2004-152952호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명은 이와 같은 현상을 감안하여, 리플렉터 프레임의 내벽면에 광반사층을 마련할 필요없이, 발광 소자 수납용 오목부의 바닥에 형성한 배선 패턴층이 단락함이 없는 동시에 발광 소자로부터 발광된 광이 리플렉터 프레임에 의해, 확실히 효율좋게 반사해서, 발광 소자의 휘도를 향상함이 가능한 발광 소자 수납용 패키지, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리플렉터 프레임의 내벽면 전면에 광반사층을 마련했을 경우에도, 발광 소자 수납용 오목부의 바닥에 형성한 배선 패턴층이 단락함이 없는 동시에 발광소자로부터 발광된 광이 리플렉터 프레임에 의해, 확실히 효율좋게 반사해서 발광 소자의 휘도를 향상하는 것이 가능한 발광 소자 수납용 패키지, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리플렉터 프레임의 열전도율이 비교적 크고, 발광 소자로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지내에 축열함 없이 외부로 방열해서, 발광 소자가 열에 의해 손상할 우려가 없는 발광 소자 수납용 패키지, 및 그 제조 방법을 제 공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 있어서의 과제 및 목적을 달성하기 위해서 발명된 것으로서, 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지는
판상의 세라믹스제 절연 기판과,
상기 절연 기판의 외주 윗면에 접합되고, 그 내측면측이 광반사면이 되는 세라믹스제 리플렉터 프레임과,
상기 절연 기판 윗면에 형성한 발광 소자 접속용 배선 패턴층과,
상기 절연 기판과 리플렉터 프레임으로 획성되는 발광 소자 수납용 오목부를 구비하고,
상기 발광 소자 수납용 오목부내에서, 발광 소자 접속용 배선 패턴층 위에 발광 소자를 실장하도록 한 발광 소자 수납용 패키지로서,
상기 리플렉터 프레임이 주로 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 상기 리플렉터 프레임의 광반사면이 백색 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지에 있어서는 광반사면이 광반사율이 높은 백색 세라믹스로 구성되므로, 리플렉터 프레임에서 발광 소자로부터 발광된 광을 확실히 효율좋게 반사할 수 있어 발광 소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 패키지에서는 종래와 같이 리플렉터 프레임의 내벽면에 금속제의 광반사층을 마련할 필요가 없으므로 발광 소자 수납용 오목부의 바닥에 형 성한 배선 패턴층이 단락함이 없어, 발광 소자의 발광 기능이 방해받는 일이 없다.
게다가, 리플렉터 프레임의 발광 소자 수납용 오목부내의 내측면과, 배선 패턴부를 제외한 판상의 세라믹제 절연 기판의 전면에 걸쳐, 광반사면으로 할 수도 있으므로, 리플렉터 프레임에 의한 발광 소자로부터 발광된 광의 반사 효율이 향상한다.
또한, 리플렉터 프레임의 본체가, 열전도율이 큰 질화물 세라믹스로 구성되어 있기 때문에 발광 소자로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임을 거쳐 외부로 방열하므로, 발광 소자가 열에 의해 손상할 우려는 없다.
특히, 절연 기판이 질화물 세라믹으로 구성될 경우에는 절연 기판을 통하여 방열이 효율적으로 행해지므로, 소자의 열에 의한 손상을 보다 확실히 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지는 상기 광반사면을 구성하는 백색 세라믹스가 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 50% 이상인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 범위에, 광반사면을 구성하는 백색 세라믹스의 반사율이 있으면, 발광 소자로부터 발광되는 광을 광취출면측에 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지는 상기 광반사면을 구성하는 백색 세라믹스가 400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 55% 이상인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 파장 400nm의 광에 대한 반사율이 높기 때문에, 예를 들면, 발광 소자로서, 백색 LED를 사용했을 경우에 발광 소자는 통상, 청색 혹은 근자외역의 광을 발광하고, 그것을 여러가지 형광체로 각종의 파장으로 변환하기 때문에, 350∼430nm의 파장의 광을 발하는 발광 소자의 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 수납용 패키지에 있어서의 리플렉터 프레임의 태양으로서는
(1) 리플렉터 프레임 전체가 백색 질화물 세라믹스로 구성되는 태양,
(2) 리플렉터 프레임의 본체는 질화물 세라믹스로 구성되고, 적어도 광반사면이 되는 표면 부분이 이 질화물 세라믹스를 산화 처리해서 얻어진 산화물층으로 구성되는 태양, 및
(3) 리플렉터 프레임의 본체는 질화물 세라믹스로 구성되고, 적어도 광반사면이 되는 표면 부분이 이 질화물 세라믹스와는 이질의 백색 세라믹스층으로 이루어지는 태양을 들 수 있다.
본 발명의 발광 소자 수납용 패키지 중 리플렉터 프레임이 (1)의 태양인 것은 리플렉터 프레임 본체와 광반사면이 동일한 재료로 구성되기 때문에, 제조가 용이하다는 특징을 갖는다.
특히, 리플렉터 프레임이 열전도율 140(W/m·K) 이상이며, 밀도가 3.10g/cm3이상인 백색 질화알루미늄 세라믹스로 구성되는 것은 방열성, 기계적 강도 및 광반 사율이 모두 높다는 뛰어난 특징을 갖는다.
또, 이와 같은 백색 질화알루미늄 세라믹스는 지금까지 알려져 있지 않고, 질화알루미늄 분말에 소결조제로서, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물을 첨가한 조성물을 약환원성 분위기하에서 소결함으로써, 처음 얻어진 것이다.
또한, 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지 중 리플렉터 프레임이 (2) 또는 (3)의 태양인 것은 리플렉터 프레임 본체의 재질을 광반사면의 재질과 같이 할 필요가 없으므로, 재료 선택의 자유도가 크고, 리플렉터 프레임 본체의 재료로서, 보다 열전도성이 높은 것을 사용할 수 있는 동시에, 광반사면의 재료로서, 보다 광반사율이 높은 재료를 사용할 수 있다는 특징을 갖는다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 방법도 제공한다.
즉, 본 발명은 (1)의 태양의 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 패키지를 효율적으로 제조하는 방법으로서,
질화물 세라믹스와, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물을 함유하는 조성물을 성형하고, 이 성형체를 약환원성 분위기하에서 소결하여, 백색 질화물 세라믹스로 구성되는 리플렉터 프레임을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법을 제공한다.
또한, (2)의 태양의 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 패키지를 효율적으로 제조하는 방법으로서,
질화물 세라믹스를 소결후에, 산소 분위기하에서 산화 처리함으로써, 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 그 표면에 산화 처리된 산화물로 이루어지는 광반사면을 갖는 리플렉터 프레임을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법을 제공한다.
또한, (3)의 태양의 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 패키지를 효율적으로 제조하는 방법으로서,
질화물 세라믹스를 함유하는 화합물을 함유하는 조성물을 상기 리플렉터 프레임의 형상으로 성형하는 공정,
상기 성형 공정에서 얻어진 성형체의 광반사면이 되는 면 위에 백색 세라믹스를 함유하는 조성물을 도포하는 공정,
백색 세라믹스를 함유하는 조성물이 도포된 성형체를 소결함으로써, 광반사면을 갖는 리플렉터 프레임을 얻는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법을 제공한다.
또, (3)의 태양의 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 패키지를 효율적으로 제조하는 다른 방법으로서,
질화물 세라믹스로 이루어지는 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 패키지 전구체를 준비하는 공정과,
상기 준비 공정으로 준비된 전구체의 상기 리플렉터 프레임의 광반사면이 되는 면 위에 질화물 세라믹스 페이스트(paste)를 도포하는 공정과,
상기 도포 공정으로 질화물 세라믹스 페이스트가 도포된 전구체를 환원성 가 스를 함유하는 분위기중에서 소성하는 공정을 포함하고,
상기 소성 공정에 있어서, 상기 질화물 세라믹스 페이스트가 소결되어 얻어지는 소결체 중에 구경 0.1㎛ 이상의 공극이 잔존하는 조건으로 상기 소성을 행하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
[발명의 효과]
본 발명의 발광 소자 수납용 패키지에 있어서는 광반사면이 광반사율이 높은 백색 세라믹스로 구성되므로, 리플렉터 프레임에서 발광 소자로부터 발광된 광을 확실히 효율좋게 반사할 수 있어 발광 소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 패키지에서는 종래와 같이 리플렉터 프레임의 내벽면에 금속제의 광반사층을 마련할 필요가 없으므로 발광 소자 수납용 오목부의 바닥에 형성한 배선 패턴층이 단락함이 없고, 발광 소자의 발광 기능이 방해받는 일이 없다.
게다가, 리플렉터 프레임의 발광 소자 수납용 오목부내의 내측면과, 배선 패턴부를 제외한 판상의 세라믹제 절연 기판의 전면에 걸쳐, 광반사면으로 할 수도 있으므로, 리플렉터 프레임에 의한 발광 소자로부터 발광된 광의 반사 효율이 향상한다.
또한, 리플렉터 프레임의 본체가 열전도율이 큰 질화물 세라믹스로 구성되어 있기 때문에, 발광 소자로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임을 거쳐 외부로 방열하므로 발광 소자가 열에 의해 손상할 우려가 없다.
특히, 절연 기판이 질화물 세라믹으로 구성되는 경우에는 절연 기판을 통하 여 방열이 효율적으로 행해지므로, 소자의 열에 의한 손상을 보다 확실히 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지를 제조하기 위한 본 발명의 제조 방법을 설명하기 위한 공정마다의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 종래의 발광 소자 수납용 패키지의 단면도이다.
도 7은 종래의 발광 소자 수납용 패키지의 단면도이다.
도 8은 종래의 발광 소자 수납용 패키지의 단면도이다.
도 9는 실시예 1 및 9의 발광 소자 수납용 패키지의 리플렉터 프레임의 광반사면, 및 비교예 4 및 5에서 얻어진 소결체 표면의 파장 영역 350∼700nm에 있어서의 광반사율을 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 9의 발광 소자 수납용 패키지의 리플렉터 프레임의 광반사면 을 구성하는 백색 질화알루미늄 소결체의 단면을 나타내는 주사형 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 11은 비교예 5에서 얻어진 종래의 질화알루미늄 소결체의 단면의 SEM 사진이다.
[부호의 설명]
10…발광 소자 수납용 패키지, 11…절연 기판, 12…리플렉터 프레임, 13…광반사층, 13a…광반사층, 14…발광 소자 접속용 배선 패턴층, 15…공급용 배선 패턴층, 16…배선용 관통공, 17…도전부재, 18…발광 소자, 19…발광 소자 수납용 오목부, 20…범프(bump) 전극, 22…도전부
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 실시의 형태(실시예)를 도면에 의거해서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 1에 있어서, 10은 전체로, 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지(10)를 나타내고 있다. 발광 소자 수납용 패키지(10)는 거의 사각평판상의 세라믹제의 절연 기판(11)과, 절연 기판의 외주 윗면에 접합된 리플렉터 프레임(12)을 구비하고 있다. 그리고, 이들 절연 기판(11)과 세라믹제의 리플렉터 프레임(12)에 의해, 그 중앙부에는 발광 소자(18)를 수납하기 위한 발광 소자 수납용 오목부(19)가 획성되어 있다.
이와 같이 구성되는 절연 기판(11)은 발광 소자(18)를 지지하기 위한 지지체로서 기능하고, 그 표면에 발광 소자(18)를 수납하기 위한 발광 소자 수납용 오목부(19)를 갖고 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 절연 기판(11)의 아래면에는 도시하지 않은 회로 기판 등에 전기적으로 접속하기 위한 공급용 배선 패턴층(15)이 피착 형성되어 있다. 또한, 절연 기판(11)의 윗면에는 외연부(外緣部)로부터 발광 소자 수납용 오목부(19)내에 이르는 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)이 피착 형성되어 있다.
그리고, 발광 소자 수납용 오목부(19)의 아래쪽 위치의 절연 기판(11)에는 그 상하면에 걸쳐 관통하는 배선용 관통공(16)이 형성되어 있다. 이 배선용 관통공(16)에는 도전부재(17)가 충전되어, 도전부(22)가 형성되어 있고, 이 도전부(22)를 거쳐 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)이 전기적으로 도통하도록 되어 있다.
이에 의하여, 공급용 배선 패턴층(15)으로부터, 도전부(22), 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)에 이르는 도전로가 형성된다. 그리고 발광 소자 수납용 패키지(10)의 내부의 발광 소자 수납용 오목부(19)에 있어서 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)에 예를 들면, 초음파 용접에 의해, 범프 전극(20)을 거쳐 발광 다이오드 등의 발광 소자(18)가 전기적으로 접속되도록(실장되도록) 되어 있다.
이 경우, 도전부재(17)는 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속 분말로 이루어지는 금속 페이스트를 예를 들면, 인쇄, 압입 등에 의해, 배선용 관통공(16)에 충전후, 소성후, 노출 단면에 니켈이나 금 도금을 실시함으로써, 도전부(22)가 형성된다.
한편, 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)을 구성하는 재료로서는 도전부재(17)와 같은 재료를 사용할 수 있다.
또, 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)의 표면에 니켈이나 금 등의 내식성이 뛰어난 금속을 1∼20㎛ 정도의 두께로 피착시켜 놓으면, 도전부재(17)가 산화 부식하는 것을 유효하게 방지할 수 있는 동시에, 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 발광 소자(18)의 접속을 강고한 것으로 할 수 있다. 따라서, 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)의 표면에는 통상, 니켈 도금층과 금 도금층이 전해 도금법이나 무전해 도금법에 의해 순차 피착되어 있다.
또한, 리플렉터 프레임(12)은 중앙부에 발광 소자(18)를 수용하기 위한 거의 원형 또는 거의 4각형의 관통공(19a)을 갖고 있어, 이 관통공(19a)에 의해, 절연 기판(11)과 리플렉터 프레임(12)에서 발광 소자 수납용 오목부(19)가 형성되도록 되어 있다.
이 경우, 관통공(19a)은 형상을 결정하는 것은 아니지만, 거의 원형으로 해두면, 관통공(19a)내에 수용되는 발광 소자(18)가 발광하는 광을 거의 원형의 관통공(19a)의 내벽면(광반사면)에서 전방향으로 골고루 반사시켜 외부로 균일하게 방출할 수 있어 바람직하다.
또한, 리플렉터 프레임(12)은 절연 기판(11)과 동일 조성, 또는 다른 재료로 이루어지고, 절연 기판(11)의 윗면에 소결 일체화되어 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 발광 소자(18)가 발광하는 광을 외부로 균일 또 효율적으로 방출하기 위해서는 리플렉터 프레임(12)의 내측면(광반사면)의 각도를 적당히 변화시키고, 사용 상황에 맞추어 광을 반사시키는 것이 바람직하다. 즉, 리플렉터 프레임(12)의 내측면이 내측으로 경사진 테이퍼면상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 리플렉터 프레임(12)의 내측의 테이퍼면과 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)이 이루는 각도 θ는 발광 소자(18)가 발광하는 광을 외부에 대해 양호하게 반사시키기 위해서는 45도∼75도로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 발광 소자(18)가 발광하는 광을 반사시키는 정도는 탑재되는 장소나 용도에 따라 다르기 때문에, 적당히 각도 θ를 조정함으로써, 사용 상황에 따른 발광 소자 수납용 패키지를 제공할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지(10)는 사용시에, 절연 기판(11)의 발광 소자 수납용 오목부(19)내의 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14) 위에 예를 들면, 범프 전극(20)을 거쳐 발광 소자(18)를 전기적으로 접속하도록 실장(탑재)해서 발광 소자(18)가 수용된 발광 소자 수납용 오목부(19)에 에폭시 수지나 실리콘 수지 등의 투명한 수지를 충전하는 동시에, 적당히 형광체 등을 밀봉 수지에 매설 또는 첨가하고, 렌즈 등을 배치하는 등 해서 발광 소자(18)를 밀봉함으로써 발광 장치가 된다.
또, 상기 실시예에서는 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 발광 소자(18) 의 접속은 예를 들면, 초음파 용접에 의해 발광 소자에 미리 범프 전극을 붙여 두고, 배선면을 아래로 하여, 배선 패턴층과의 접속을 행하거나, 절연 기판(11)에 미리 발광 소자(18)를 접착제를 사용해서 접착하고, 발광 소자(18)의 단자와 절연 기판(11)의 윗면에 피착된 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)을 예를 들면, 금선 등의 본딩 와이어로 하나씩 접속해도 좋다.
또한, 발광 소자 수납용 패키지(10)를 다른 회로 기판에 실장하는 때는 공급용 배선 패턴층(15)의 아래면에, 공급용 전극을 1개소 또는 복수 개소에 적당히 피착해도 좋고, 공급용 배선 패턴층의 공급용 전극이 마련되어 있지 않는 나머지 개소에는 절연층을 피착함으로써, 적당히, 필요한 개소로 도전 가능한 발광 소자 수납용 패키지를 제공할 수 있다.
이와 같이 구성되는 발광 소자 수납용 패키지(10)에서는 리플렉터 프레임(12)을 백색 질화물 세라믹스로 구성하고 있다.
이와 같이 구성함으로써, 리플렉터 프레임(12)의 광반사면을 포함하여 모든 면이 백색 질화물 세라믹스로 구성되게 된다. 이 백색 질화물 세라믹스는 광반사율이 높아, 리플렉터 프레임(12) 자체에서 발광 소자로부터 발광된 광을 반사할 수 있으므로, 리플렉터 프레임(12)에 의해, 확실히 효율좋게 반사해서 발광 소자의 휘도를 향상할 수 있다.
따라서, 종래와 같이 리플렉터 프레임(12)의 내벽면에 광반사층을 마련할 필요가 없으므로, 발광 소자 수납용 오목부(19)의 바닥에 형성한 배선 패턴층(14)이 단락함이 없어, 발광 소자(18)의 발광 기능이 방해받는 일이 없다.
또한, 리플렉터 프레임(12)이 열전도율이 비교적 큰 백색 질화물 세라믹스로 구성되어 있으므로, 발광 소자(18)로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지(10)내에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임(12)을 거쳐 외부로 방열되므로, 발광 소자(18)가 열에 의해 손상할 우려가 없다.
이와 같은 리플렉터 프레임(12)을 구성하는 백색 질화물 세라믹스에 대해서, 이하에 상세히 설명한다.
발광 소자 수납용 패키지(10)에 있어서, 리플렉터 프레임(12)은 발광 소자로부터의 광을 유효하게 반사해서 휘도를 향상시키는 기능 뿐만 아니라, 발광 소자에서 발생한 열을 외부로 보내는 기능도 갖는다. 이 때문에, 리플렉터 프레임(12)을 구성하는 백색 질화물 세라믹스로서는 광반사율 및 열전도성이 모두 높은 재료를 사용하는 것이 적합하다.
리플렉터 프레임(12)을 구성하는 백색 질화물 세라믹스로서는 외관상 백색을 나타내는 질화물 세라믹스이면 특별히 한정되지 않고, 질화알루미늄계 세라믹스, 질화규소계 세라믹스, 질화붕소계 세라믹스 등의 공지의 질화물 세라믹스를 사용할 수 있지만, 광반사율의 관점에서, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 50% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 범위에, 리플렉터 프레임(12)을 구성하는 백색 질화물 세라믹스의 반사율이 있으면, 발광 소자로부터 발광되는 광을 광취출면측에 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
또한, 이와 같은 백색 질화물 세라믹스는 400nm의 파장의 광에 대한 반사율 이 55% 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 파장 400nm의 광에 대한 반사율이 높기 때문에, 예를 들면, 발광 소자(18)로서, 백색 LED용으로 청색 발광 소자를 사용했을 경우에 발광 소자로부터 발광되는 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
또한, 열전도율의 관점에서, 이와 같은 백색 질화물 세라믹스는 열전도율이 140(W/m·K) 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 범위에 리플렉터 프레임(12)을 구성하는 백색 질화물 세라믹스의 열전도율이 있으면, 발광 소자(18)로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지(10)내에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임(12)을 거쳐 외부로 방열하므로, 발광 소자(18)가 열에 의해 손상할 우려가 없다.
상기한 바와 같은 광반사 특성 및 열전도성, 또한 기계적 특성의 관점에서, 리플렉터 프레임(12)을 구성하는 백색 질화물 세라믹스로서는 열전도율이 140(W/m·K) 이상이며, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 50% 이상이며, 400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 55% 이상이며, 밀도가 3.10g/cm3 이상인 질화알루미늄 세라믹스를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
이하에, 백색 질화물 세라믹스로서, 상기와 같은 질화알루미늄계 세라믹스를 사용했을 경우에 대해서 상세히 설명한다.
발광 소자(18)로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지(10)내에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임(12)을 거쳐 외부로 방열되기 위해서는 열전도율이 높고, 광반사율이 큰 절연 재료로 리플렉터 프레임(12)을 구성할 필요가 있지만, 이와 같은 요구를 만족하는 절연 재료는 지금까지 알려져 있지 않다. 예를 들면, 열전도성이 높은 절연 재료로서는 질화알루미늄 소결체가 알려져 있지만, 종래 알려져 있는 질화알루미늄 소결체는 그 색조가 투광감이 있는 회색이어서, 광의 반사율의 점에서 문제가 있다.
이 때문에, 본 발명자들은 질화알루미늄 소결체를 백색화함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다고 생각해, 예의 연구를 행했다. 그 결과, 특정의 소결조제를 사용하는 동시에, 소성시의 분위기를 제어함으로써, 외관이 백색인 고열 전도율의 질화알루미늄 소결체, 즉, 열전도율이 140(W/m·K) 이상이며, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 50% 이상이며, 400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 55% 이상이며, 밀도가 3.10g/cm3 이상인 질화알루미늄 세라믹스를 얻을 수 있었다.
또, 질화알루미늄의 이론 밀도는 3.26g/cm3이며, 3.10g/cm3라는 밀도는 질화알루미늄의 이론 밀도의 약 95%에 상당한다.
이 경우, 본 발명에 있어서 사용되는 질화알루미늄계 세라믹스라 함은, 질화알루미늄으로 이루어지는 세라믹스, 또는 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스를 의미한다.
또, 질화알루미늄을 주성분으로 할 경우, 열전도율의 관점에서, 질화알루미늄의 함유량은 95질량% 이상, 특히, 97% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 질화알루미늄 이외의 성분으로서는 알칼리 토금속 산화물, 희토류 금속 산화물 등의 소결조제 성분, 알루미나 등의 다른 세라믹스 성분을 들 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 적합하게 사용되는 상기 질화알루미늄계 세라믹스는 단결정체, 다결정체, 비품질, 비품질과 결정질이 혼재하는 것 중 어느 것이어도 좋지만, 제조의 용이성에서 다결정체인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 질화알루미늄계 세라믹스의 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율, 및 밀도는 각각 다음과 같은 방법으로 측정할 수 있다.
즉, 열전도율은 열정수 측정 장치를 사용해서 레이저 플래쉬(laser-flash)법에 의해 측정함으로써 측정할 수 있다. 이 때, 두께 보정은 검량선을 작성해서 행하면 좋다. 또한, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율은 분광 광도계를 사용해서, 적분구법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 밀도는 자동 비중계와 전자 접시 저울을 사용해서, 아르키메데스법에 의해 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서 사용되는 질화알루미늄계 세라믹스는 질화알루미늄 분말을 소성할 때에, 특정 소결조제의 사용과 특정 소결 조건을 조합시킴으로써 얻을 수 있다.
구체적으로는 이하와 같은 제조 방법에 의해 얻을 수 있다.
우선, 질화알루미늄 분말 100질량부와, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물 0.5∼10질량부를 함유하는 조성물을 성형하여, 성형체를 준비한다(성형체 준비 공정).
이 경우, 질화알루미늄 분말로서는 종래 질화알루미늄 소결체를 얻는데 사용되고 있는 것을 하등 제한없이 사용할 수 있다. 단, 치밀한 소결체가 얻어지기 위 해서는 평균 입자경이 0.5∼5㎛, 특히, 0.5∼3㎛의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 높은 열전도율을 갖는 소결체를 얻을 수 있기 위해서는 산소 농도가 1.0wt% 이하의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물은 소결조제로서 기능한다. 소결조제로서 이와 같은 화합물 이외의 것을 사용했을 경우에는, 상기한 바와 같은 특성을 갖는 질화알루미늄계 세라믹스를 얻기가 곤란하다. 알칼리 토금속을 함유하는 화합물로서는 효과가 높으므로, 칼슘을 함유하는 화합물인 것이 바람직하다.
이와 같은 알칼리 토금속을 함유하는 화합물로서, 바람직한 화합물을 구체적으로 예시하면, 산화칼슘, 불화칼슘, 질산칼슘, 탄산칼슘, 인산칼슘, 3CaO·Al2O3를 들 수 있다. 이들 중에서도, 열전도율 및 광반사율이 높은 것을 얻을 수 있기 위해서는, 3CaO·Al2O3를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물의 함유량은 같은 이유에서, 질화알루미늄 분말 100질량부에 대해 1∼7질량부인 것이 바람직하다. 또, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물로서는 보다 고품질인 백색 질화알루미늄계 세라믹스가 얻어진다는 이유에서, 순도가 99.9% 이상의 미분말을 사용하는 것이 바람직하다.
그런데, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물로서, 3CaO·Al2O3를 사용할 경우에는 3CaO·Al2O3를 그대로 첨가해도 좋고, 소결시에 소정량의 3CaO·Al2O3가 되도록, CaO과 Al2O3를 몰비 3 : 1로 첨가해도 좋다.
또, 일반적으로, 질화알루미늄에 산화이트륨 등의 소결조제를 가했을 때에는, 소성시에 질화알루미늄이나 그의 불순물 산소 및 산화이트륨 등이 반응하여, 소성 온도보다도 더 융점이 낮은 복합 화합물을 생성하고, 그 액상이 소결체의 치밀화나 소결체 특성의 향상(이 경우는 열전도율의 향상)에 영향을 줌이 알려져 있다.
또한, 소결조제로서, 3CaO·Al2O3 등의 알칼리 토금속을 함유하는 화합물을 사용했을 경우에 있어서도 이들 화합물은 소결체 중에 있어서 그대로의 형태로 존재하는 것이 아니고, 융점이 낮은 복합 산화물로 전화하거나, 경우에 따라서는 소결시의 분위기 중에 함유되는 탄소와 반응해서 휘산하거나 한다는 현상이 일어나고 있다고 생각된다.
또한, 성형체 준비 공정에 있어서는 질화알루미늄 분말 100질량부와, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물 0.5∼10질량부를 함유하는 조성물로 이루어지는 성형체는 소정량의 질화알루미늄 분말과, 알칼리 토금속 분말, 유기 바인더, 에탄올 등의 유기 용매, 가소제, 분산제와 함께, 볼 밀을 사용한 습식 혼합법 등에 의해 혼합하고, 이 혼합물을 닥터 블레이드(doctor blade)법 등으로 시트 성형체를 얻을 수 있다.
또, 상기 슬러리(slurry)를 스프레이 드라이법에 의해 건조시킴으로써 과립을 제조하고, 이것을 성형해도 좋다.
유기 바인더로서는 폴리비닐부틸알, 에틸셀룰로오스류나 아크릴 수지류 등 그린(green)체를 제조할 때에 일반적으로 사용되는 공지의 것을 제한없이 사용할 수 있지만, 그린체의 성형성이 양호하다는 이유에서, 폴리n-부틸메타크릴레이트, 또는 폴리비닐부틸알을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 유기 바인더의 사용량은 프레스 성형체를 얻을 경우에는 질화알루미늄 100질량부당 2∼15질량부, 시트체를 얻을 경우에는 마찬가지로 5∼15질량부로 하는 것이 바람직하다.
또한, 그린체의 탈지는 수소 등의 환원성 가스, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스, 이산화탄소 및 이들의 혼합 가스 혹은 수증기를 혼합한 가습 가스 분위기중에서 그린체를 열처리함으로써 행해진다.
또, 탈지는 그린체에 함유되는 유기 성분의 종류나 양에 따라, 온도 : 250℃∼1200℃, 유지 시간 : 1분∼1000분의 범위에서 적당히 선택하면 좋다.
그 때, 분위기, 온도, 유지 시간을 조절함으로써 탈지체 전체의 산소량에서 소결조제의 산소량을 뺀 산소량을 1.5중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 질화알루미늄 소결체의 열전도율을 140W/m·K 이상으로 하는 것이 용이해진다.
또한, 탈지 처리후의 성형체(탈지체)에는 유기 바인더의 잔분으로서의 탄소 성분이 함유되지만, 이 탄소 성분의 양(농도)은 5000ppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 3500ppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 탄소 성분의 농도가 5000ppm을 초과할 경우에는, 소성시에 질화알루미늄 소결체의 치밀화가 현저히 억제되어, 높은 열전도율을 갖는 소결체를 얻기가 곤란해지기 때문이다.
다음으로, 이와 같은 방법에 의해 준비한 성형체를 약환원성 분위기로 유지 하여, 이 성형체를 소결한다.
소결조제로서 이트리아(yttria) 등의 희토류 금속을 함유하지 않는 화합물을 사용했을 경우 소결 분위기가 환원성(탄소를 함유)이면 소결성이 저하하여, 양호한 소결체는 얻어지기 어렵다. 이와는 반대로, 산화칼슘 등의 알칼리 토금속계의 소결조제를 사용했을 경우에, 230W/m·K급의 높은 열전도율을 갖는 질화알루미늄 소결체를 얻고자 할 경우에는, 비교적 강한 환원성 분위기로 소결조제를 휘산 등에 의해 소실시키면서 소결할 필요가 있다(예를 들면, 일본 특개2004-315329호 공보 참조).
따라서, 산화칼슘 등의 알칼리 토금속계의 소결조제를 사용했을 경우에 있어서, 분위기의 환원성을 통상보다 낮게 제어했을 경우에는 소결조제가 휘산 등에 의해 완전히는 소실하지 않기 때문에, 열전도율은 230W/m·K까지는 높아지지 않지만, 충분히 실용적인 레벨을 유지하고, 게다가, 기계적 물성의 점에서도 손색이 없는 소결성을 갖는다(이 소결성의 장점은 밀도가 충분히 높음에서도 지지된다). 게다가 종래의 질화알루미늄 소결체에는 없는 뛰어난 광반사율을 나타내는 소결체가 얻어지게 된다.
이 경우, 「약환원성 분위기」라 함은, 하기 (1)∼(5)의 조작에 의해 실현되는 분위기를 의미하는 것이다.
즉, 우선,
(1)떼어낼 수 있는 뚜껑을 갖는 용기로서, 적어도 그 내벽이 질화붕소로 구성되어, 뚜껑을 닫은 상태에서, 용기 내부의 압력과 용기의 외부의 압력을 실질적 으로 동등하게 유지하기 위한 수단을 갖는 용기를 준비한다. 다음으로
(2)이 용기의 내부에 용기의 용적 1cm3당, 0.024∼24mm2의 표면적을 갖는 탄소판을 수납한다. 그리고,
(3)이 용기내의 분위기를 불활성 가스 및/또는 수소 가스로 치환한다. 다음으로
(4)뚜껑을 닫은 상태에서, 이 용기의 외부 분위기를 용기내의 분위기와 같은 불활성 가스 및/또는 수소 가스 분위기로 한다. 그 후,
(5)이 상태에서, 이 용기와 용기내에 수납한 탄소판을 1650℃∼1950℃, 바람직하게는 1700∼1900℃로 가열한다. 또, 이 상태에서는 용기내에 수용한 탄소판에서 탄소가 휘발해도, 탄소판 자체는 남아 있는 상태이다.
이와 같은 상태에 있어서의 용기 내의 분위기를 「약환원성 분위기」라고 하고, 근소한 특정량의 탄소 증기를 함유하는 불활성 가스 및/또는 수소 가스를 의미한다.
그런데, 현재의 분석 기술로는 1650℃∼1950℃라는 매우 고온인 가스에 대해서, 그 가스내에 함유되는 탄소 가스의 농도를 측정하는 것은 실질적으로 불가능하다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는 「약환원성 분위기」를 이것을 실현하기 위한 구체적 방법에 준해서 특정하고 있다.
또, 상기 용기에 있어서의 「뚜껑을 닫은 상태로 용기 내부의 압력과 용기의 외부의 압력을 실질적으로 동등하게 유지하기 위한 수단」으로서는, 미세한 연통공 혹은 계내가 가압 상태로 된 경우에 뚜껑이 조금 열어, 계내 압력이 외압과 거의 동등해졌을 때에 닫는 수단 등을 들 수 있다.
또한, 일반적으로, 질화알루미늄의 소결에는 고온을 필요로 하기 때문에, 카본로가 사용되고 있다. 그러나, 카본로를 사용할 경우에는 노재의 카본의 승화의 영향에 의해 소결 분위기의 제어가 곤란하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이 노재의 영향을 배제하기 위해서, 피소결물인 성형체를 상기한 바와 같은 특수한 용기, 즉, 그 내면이 질화붕소 등의 내열성 재료로 구성되는 용기내에 넣고 가열해, 소결을 행하고 있다.
이와 같은 방법으로 소결을 행했을 경우에는 용기내에 넣는 탄소판의 표면적을 제어함으로써 소결시의 분위기를 적당한 환원 분위기로 제어할 수 있고, 상술한 특성을 갖는 질화알루미늄계 세라믹스를 얻을 수 있다.
또, 내열성 재료라 함은, 소결 온도에서, 융해, 분해, 승화를 하지 않는 재료를 의미하고, 이와 같은 내열 재료로서는 질화붕소 이외에, 예를 들면, 질화알루미늄 등도 사용할 수 있다.
또한, 성형체를 소결하는 방법으로서는 그 분위기를 상기의 약환원성 분위기로 제어하는 이외는 종래의 질화알루미늄 소결체를 얻는 방법과 같은 노, 승온 조건에 의해 소결을 행할 수 있다.
이와 같은 소성 온도로서는 1650℃∼1950℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 즉 소성 온도가 1650℃보다 낮을 경우에는 치밀한 소결체가 얻어지지 않아, 결과로서 소결체의 강도가 저하한다. 또한, 소성 온도가 1950℃보다 높을 경우에는 질화 알루미늄 중의 불순물 산소와 희토류 화합물 등으로부터 생성하는 액상이 소성시에 소결체의 외측으로 스며나와버려, 치밀한 소결체를 얻기 어려워지기 때문이다.
또한, 소결 시간은 특별히 한정되지 않지만, 통상, 1650℃ 이상의 온도로 1∼10시간 유지하면 좋다. 또, 소성 온도와 소결 시간에 대해서는 상기 온도 범위 중에서, 피소결체의 종류마다 미리 치밀화 곡선(수축 곡선)을 조사해 두어, 충분한 치밀도(밀도로 3.1g/cm3 이상, 바람직하게는 3.15g/cm3 이상)가 얻어지는 조건을 결정해 두는 것이 바람직하다. 또한, 소성 방법으로서는 분위기 제어의 용이함을 고려하면, 상압 소성함이 바람직하다.
한편, 약환원성 분위기하에서 피소결물을 소결하기 위해서는 상기한 바와 같은 「약환원성 분위기」로 설명한, 밀폐 가능한 용기를 사용한 환원성 분위기하에서 소결 온도로 가열하면 좋다. 또, 소성 분위기를 약환원성으로 제어할 수 있는 방법이면, 이외의 방법을 채용하는 것도 물론 가능하지만, 카본로를 사용해도 용이하게 분위기 제어를 행할 수 있다는 이유에서, 이 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방법에서 사용하는 용기는 상기의 요건을 만족하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 약환원성 분위기의 정의에서 사용되는 용기를 사용할 수 있다. 또, 여기에서 「밀봉 가능」이라 함은, 용기내의 분위기를 용기외의 분위기와 다른 상태로 유지할 수 있는 정도의 기밀성이 있다는 의미이며, 용기 내외의 기체의 이동이 일절 차단된 것은 아니다. 또한, 용기는 적어도 내면이 질화 붕소나, 질화알루미늄 등의 내열성 재료로 구성되어 있으면 좋고, 예를 들면, 카본제 용기의 내면을 이들 내열성 재료로 발려진 것 등도 적합하게 사용할 수 있다.
또, 불활성 가스 및/또는 수소 가스로서는 질소, 아르곤, 헬륨, 수소의 단독 가스 혹은 혼합 가스를 사용할 수 있지만, 비용이나 조작성을 고려하면, 질소를 사용함이 바람직하다.
또한, 용기내에 수용하는 탄소판으로서는 그라파이트(graphite)판, 또는 시트를 적합하게 사용할 수 있다. 그라파이트판의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.1∼5mm의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 사용하는 탄소판의 크기는 효과를 고려하면, 용기의 용적 1cm3당, 탄소판의 표면적이 0.05∼10mm2, 바람직하게는 1.0∼5.0mm2인 것이 바람직하다.
이상과 같은 방법으로 얻어진 질화알루미늄계 세라믹스는 높은 열전도율, 높은 광반사율, 기계적 강도를 가지므로, 발광 소자 수납용 패키지(10)의 리플렉터 프레임(12)으로서 적합하게 사용할 수 있다.
이하에, 이와 같이 구성되는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지(10)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
도 3(A)∼(D)은 도 1에 나타낸 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 제조 방법을 나타내는 공정마다의 단면도이다.
우선, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 절연 기판(11)의 기재(basis)가 되는 세라믹 그린 시트(11a)와 리플렉터 프레임(12)의 기재가 되는 세라믹 그린 시 트(12a)를 준비한다.
이와 같은 세라믹 그린 시트(11a, 12a)는 상기와 같은 백색 질화물 세라믹스에서 설명한 바와 같은 질화알루미늄계 세라믹스를 사용하면 좋다.
다음으로, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 절연 기판(11)의 기재가 되는 세라믹 그린 시트(11a)에 발광 소자 수납용 오목부(19)의 아래쪽 위치에 상당하는 위치에 절연 기판(11)의 윗면에서 아래면에 이르는 배선용 관통공(16)을 펀칭 금형을 사용해서 펀칭하는 동시에, 리플렉터 프레임(12)용의 세라믹 그린 시트(12a)에 발광 소자 수납용 오목부(19)용의 관통공(19a)을 펀칭 금형을 사용하여 펀칭한다.
이 때, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 리플렉터 프레임(12)용의 세라믹 그린 시트(12a)에 형성되는 관통공(19a)의 내벽이 세라믹 그린 시트(12a)의 한쪽 면으로부터 다른 쪽 면에, 테이퍼면이 되도록 형성한다. 이와 같이 관통공(19a)의 내벽이 세라믹 그린 시트(12a)의 한쪽 주면으로부터 다른 쪽 주면을 향해서 일정 각도로 넓어지도록 형성함으로써, 리플렉터 프레임(12)의 관통공(19a)의 내벽이 절연 기판(11)의 윗면에 대해 일정 각도로 외측으로 넓어지도록 형성할 수 있다.
다음으로, 도 3(C)에 나타내는 바와 같이, 절연 기판(11)용의 세라믹 그린 시트(11a)의 상하면 및 배선용 관통공(16)내에, 도전부재(17)용의 도전 페이스트를 예를 들면, 압입, 스크린 인쇄법을 이용해서 충전해서 도전부(22)를 형성한다.
그리고, 절연 기판(11)의 아래면에는 도시하지 않는 회로 기판 등의 전기적으로 접속하기 위한 공급용 배선 패턴층(15)을 절연 기판(11)의 윗면에는 외연부에서 발광 소자 수납용 오목부(19)내에 이르는 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)을 각각 예를 들면, 스크린 인쇄 등에 의해, 필요한 배선 패턴으로 인쇄 도포해서 형성한다.
발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)을 구성하는 재료로서는 도전부재(17)와 같은 재료를 사용할 수 있다.
이 경우, 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)을 형성하는 방법으로서는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면,
(i)절연 기판 위에 텅스텐 등의 고융점 금속을 패턴 인쇄후, 동시 소성하여 형성하고, 그 위에 니켈, 은, 금 도금을 행하는 방법,
(ii)절연 기판 위에, 상기와 같이 하여, 동시 소성법에 의해 고융점 금속층을 형성하고, 그 위에, 스퍼터링법에 의해, 금속 박막 패턴을 형성하는 방법
등의 공지의 패턴 형성법을 채용할 수 있다.
다음으로, 도 3(D)에 나타내는 바와 같이, 절연 기판(11)용의 세라믹 그린 시트(11a)의 윗면에 리플렉터 프레임(12)용의 세라믹 그린 시트(12a)를 관통공(19a)의 내벽이 세라믹 그린 시트(11a)의 윗면에 대해 외측으로 넓어지는 쪽에 접착하여, 그린체를 구성한다.
이와 같은 접착은 상기한 바와 같이 세라믹 그린 시트(11a, 12a)에 유기 바인더 및 용제를 함유하는 접착 성분이 함유되어 있으므로, 세라믹 그린 시트(12a)를 세라믹 그린 시트(11a)의 윗면에 겹치고, 이들을 약 60∼140℃의 온도로 가열하면서 10KPa∼100KPa 정도의 압력으로 압착하는 방법이 이용된다.
또, 세라믹 그린 시트(12a)의 아래면에 별도로 유기 바인더 및/또는 용제를 함유하는 접착제를 도포해도 좋다.
다음으로, 이와 같이 형성한 그린체를 탈지한 후, 적층된 세라믹 그린 시트(11a, 12a), 및 이들에 도포된 도전 페이스트를 고온에서 소성함으로써, 절연 기판(11)과 리플렉터 프레임(12)이 소결 일체화된 소결체가 얻어진다.
이 경우, 그린체의 탈지는 텅스텐 등의 금속을 산화시키지 않기 위해서 수소 등의 환원성 가스, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스, 이산화탄소 및 이들의 혼합 가스 혹은 수증기를 혼합한 가습 가스 분위기하에서 그린체를 열처리함으로써 행해진다. 또한 탈지는 그린체에 함유되는 유기 성분의 종류나 양에 따라 온도 : 250℃∼1200℃, 유지 시간 : 1분∼1000분의 범위에서 적당히 선택하면 좋다.
그리고, 약환원성 분위기로 유지하여, 1650℃∼1950℃, 바람직하게는 1700∼1900℃에서 이 성형체를 소결한다.
소결후, 적당히 이 소결체의 도전부, 즉 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)의 노출면에 전해 도금법이나 무전해 도금법에 의해 니켈이나 금, 백금, 팔라듐, 로듐, 은 등의 도금 금속층을 피착시킴으로써 도 1(도 2)에 나타낸 발광 소자 수납용 패키지를 완성한다.
도 4는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
이 실시예의 발광 소자 수납용 패키지(10)는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 기본적으로는 같은 구성이며, 동일 구성부재에는 동일 참조 번호를 붙이고 있다.
이 실시예의 발광 소자 수납용 패키지(10)에서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 리플렉터 프레임(12)이 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 그 표면에 즉, 리플렉터 프레임(12)의 내측 측면(광반사면)에 산화 처리된 산화물로 이루어지는 광반사면(13)을 갖고 있다.
이 질화물 세라믹스를 산화 처리한 산화물로 이루어지는 광반사면(13)은 광반사율이 높으므로, 이와 같이 구성함으로써, 즉, 리플렉터 프레임(12)이 질화물 세라믹스로 구성하는 동시에, 그 표면에 산화 처리된 산화물로 이루어지는 광반사면(13)을 구비시킴으로써, 발광 소자로부터의 광을 확실히 효율좋게 반사해서 발광 소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 광반사면(13)을 구성하는 "질화물 세라믹스를 산화 처리한 산화물"은 전기적으로 절연성을 갖고 있으므로, 이와 같은 산화물층(23)을 리플렉터 프레임(12)의 발광 소자 수납용 오목부(19)내의 내측면 전면에 걸쳐 형성했다 해도, 발광 소자 수납용 오목부(19)의 바닥에 형성한 배선 패턴층(14)이 단락함이 없어, 발광 소자(18)의 발광 기능이 방해받는 일이 없다.
게다가, 이와 같은 산화물층(23)이 리플렉터 프레임(12)의 발광 소자 수납용 오목부(19)내의 내측면 전면에 걸쳐 형성되어 있으므로, 리플렉터 프레임(12)에 의한 발광 소자(18)로부터 발광된 광의 반사 효율이 향상한다.
또한, 리플렉터 프레임(12)의 주재료를 구성하는 질화물 세라믹스는 열전도율이 비교적 크고, 질화물 세라믹스를 산화 처리해서 얻어지는 산화물층(23)은 얇으므로 발광 소자(18)로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지(10)내에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임(12)을 거쳐 외부로 방열하므로 발광 소자(18)가 열에 의해 손 상할 우려가 없다.
이와 같은 리플렉터 프레임(12)의 표면에 형성되는 산화물층(23)에 대해서, 이하에 상세히 설명한다.
이 경우, 산화물층(23)이 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 60% 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 반사율이 있으면, 산화물층(23)에 의해 형성되는 광반사면(13)에 있어서, 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 광취출면측에 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
또한, 산화물층(23)이 400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 파장 400nm의 광에 대한 반사율이 높기 때문에, 예를 들면 발광 소자(18)로서, 백색 LED용의 청색 발광 소자를 사용했을 경우에, 산화물층(23)에 의해 형성되는 광반사면(13)에 있어서, 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
이와 같은 산화물층(23)을 얻는데는, 구체적으로는 질화물 세라믹스를 소결후에, 산소 분위기하에서 산화 처리하면 좋다.
이와 같이 질화물 세라믹스를 소결후에, 산소 분위기하에서 산화 처리함으로써, 질화물 세라믹스 소결물의 표면에 산화알루미늄층 등의 산화물층이 형성되게 되어, 광반사율이 양호하고, 전기 절연성을 갖으며, 열전도율이 비교적 큰 산화물층(23)으로 이루어지는 광반사면(13)을 리플렉터 프레임(12)의 표면에 형성할 수 있다.
이 경우, 질화물 세라믹스로서는 예를 들면, 질화알루미늄계 세라믹스를 적 합하게 사용할 수 있다. 이 경우, 이와 같은 세라믹 원료 분말에 알코올류나 톨루엔 등의 유기 용매, 적당한 유기 바인더, 및 글리세린 화합물 등의 가소제, 분산제 등을 첨가 혼합해서 슬러리상으로 하는 동시에, 이것을 닥터 블레이드법 등의 시트 형성 기술에 의해, 적당히 필요한 두께의 시트상으로 함으로써 제작된다.
또, 유기 바인더로서는 폴리비닐부틸알, 에틸셀룰로오스류나 아크릴 수지류등 그린 시트를 제조할 때에 일반적으로 사용되는 공지의 것을 사용할 수 있다. 이 경우, 그린 시트의 성형성이 양호하므로, 폴리n-부틸메타크릴레이트, 폴리비닐부틸알 등을 사용하는 것이 적합하다.
이 경우, 그린체의 탈지는 텅스텐 등의 금속을 산화시키지 않기 위해서 수소 등의 환원성 가스, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스, 이산화탄소 및 이들의 혼합 가스 혹은 수증기를 혼합한 가습 가스 분위기중에서 그린체를 열처리함으로써 행해진다.
또, 탈지는 그린체에 함유되는 유기 성분의 종류나 양에 따라, 온도 : 250℃∼1200℃, 유지 시간 : 1분∼1000분의 범위에서 적당히 선택하면 좋다. 소결 조건으로서는 1600∼2000℃, 바람직하게는 1750∼1850℃의 온도에서, 1시간∼20시간, 바람직하게는 2∼10시간 소성을 행하면 좋다. 이 소결시의 분위기로서는 비산화성 가스의 분위기하에서, 상압에서 행하면 좋다.
그리고, 이와 같이 소결을 행한 후, 산소 분위기하에서 산화 처리함으로써, 질화물 세라믹스 소결물의 표면에 산화물층(23)을 형성한다. 이 경우, 산소 분위기하에서의 산화 처리로서는 산소 가스를 10∼100용량%를 함유하는 분위기 중, 바 람직하게는 대기중에서 행하면 좋다.
또한, 산화 처리 조건으로서는 800∼1500℃, 바람직하게는 1200∼1400℃의 온도에서, 5∼100시간, 바람직하게는 10∼20시간 소성을 행하면 좋다. 적합하게는 질화물 세라믹스를 1200℃, 5시간 이상 산화해서 산화물층을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 조건에서 산화 처리함으로써, 하지의 질화물 세라믹스(예를 들면, 질화알루미늄)가 치밀하며, 반사율이 높고, 열전도율이 비교적 높은 산화물(예를 들면, 산화알루미늄)로 전화되어, 이와 같은 산화물로 이루어지는 산화물층(23)이 얻어진다.
이와 같은 산화 처리에 의해 형성되는 산화물의 막두께로서는 5∼1,000㎛, 바람직하게는 10∼500㎛로 하는 것이 반사율, 기계적 강도의 점에서 바람직하다.
또한, 질화물 세라믹스를 소결후에, 질소 분위기하에서, 예를 들면, 1200℃까지 가열한 후, 동온도에서 분위기를 산소 분위기하로 바꾸어서 산화 처리하도록 해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 산화막이 보다 치밀하며, 경도를 갖고, 기계적 강도가 향상된 산화물층(23)을 형성할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지(10)를 제조하는 방법은 도 3(A)∼(D)에 나타낸, 도 2에 나타낸 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 제조 방법과 같이 해서 제조할 수 있다.
즉, 그린체의 탈지, 소성까지, 거의 같은 공정으로 행할 수 있다. 그리고, 이 소성 공정이 종료한 후에, 산화 처리를 행하면 좋다. 산화 처리를 행하면, 예 를 들면, 텅스텐으로 이루어지는 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과, 공급용 배선 패턴층(15)도 산화되어버리므로, 그 위에 니켈, 은 도금을 실시하기가 곤란해진다. 그 때문에, 산화 처리 전에 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)의 표면에, 도금법이나 증착법을 이용해서 금, 백금 등의 귀금속층을 형성한 후에, 산화 처리를 행하는 것이 적합하다.
이와 같이 산화 처리 전에 귀금속층을 형성하는 대신에, 산화 처리를 행하고, 발광 소자 접속용 배선 패턴층(14)과 공급용 배선 패턴층(15)을 에칭 처리하여, 이들 배선 패턴층(14, 15) 위의 산화막을 제거한 후에, 이들의 배선 패턴(14, 15)의 표면에 금 도금 등의 도금 처리를 행하도록 해도 좋다.
이와 같이 산화 처리, 도금 처리를 행함으로써 발광 소자 수납용 패키지가 완성된다.
또, 이 실시예에서는 소성후 특히 마스크 등을 사용함 없이 산화 처리를 행했기 때문에, 질화물 세라믹스의 노출면은 모두 산화되어, 리플렉터 프레임(12)의 내측 측면 및 절연 기판(11)의 발광 소자 수납용 오목부(19)의 바닥(이들 면은 광반사면으로 된다) 이외의 표면 부분에도 산화물층(23)이 형성되어 있다. 광반사면 이외의 면에 산화물층을 형성하고 싶지 않을 경우에는 그 부분을 마스크해서 산화 처리를 행하면 좋다.
도 5는 본 발명의 발광 소자 수납용 패키지의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
이 실시예의 발광 소자 수납용 패키지(10)는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 기 본적으로는 같은 구성이며, 동일 구성부재에는 동일 참조 번호를 붙이고 있다.
이 실시예의 발광 소자 수납용 패키지(10)에서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 리플렉터 프레임(12)이 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 광반사면이 되는 표면에, 즉, 리플렉터 프레임(12)의 내측면에 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층(13a)을 구비하고 있다.
이와 같이 구성함으로써, 리플렉터 프레임(12)이 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 그 표면에 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층(13a)을 구비하고 있어, 이 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층(13a)는 광반사율이 높아, 리플렉터 프레임(12) 자체에서 발광 소자로부터 발광된 광을 반사할 수 있으므로, 리플렉터 프레임(12)에 의해, 확실히 효율좋게 반사해서 발광 소자의 휘도를 향상할 수 있다.
또, 리플렉터 프레임(12)의 주재료를 구성하는 질화물 세라믹스의 열전도율이 비교적 크고 광반사층(13a)은 얇기 때문에, 이 광반사층을 구성하는 백색 세라믹스의 열전도도가 낮을 경우에도 리플렉터 프레임(12) 전체로서의 열전도도는 높다. 이 때문에 발광 소자로부터의 열이 발광 소자 수납용 패키지(10)내에 축열됨이 없이, 리플렉터 프레임(12)을 거쳐 외부로 방열하므로 발광 소자(18)가 열에 의해 손상할 우려가 없다.
이와 같은 리플렉터 프레임(12)의 표면에 형성되는 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층(13a)에 대해서, 이하에 상세히 설명한다.
이 경우, 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층(13a)이 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 60% 이상 바람직하게는 80% 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 범위에, 리플렉터 프레임(12)의 표면의 광반사층(13a)을 구성하는 백색 세라믹스의 반사율이 있으면, 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 광취출면측에 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
또한, 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층이 400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 파장 400nm의 광에 대한 반사율이 높기 때문에, 예를 들면, 발광 소자(18)로서, 백색 LED용의 청색 발광 소자를 사용했을 경우에, 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있다.
또한, 리플렉터 프레임(12)의 주재료를 구성하는 질화물 세라믹스로서는 예를 들면, 질화알루미늄계 세라믹스, 질화규소계 세라믹스, 질화붕소계 세라믹스 등의 질화물 세라믹스를 사용할 수 있지만, 열전도율의 관점에서 질화알루미늄 세라믹스를 사용하는 것이 적합하다.
이 경우, 이와 같은 세라믹 원료 분말에, 알코올류나 톨루엔 등의 유기 용매, 적당한 유기 바인더, 및 글리세린 화합물 등의 가소제, 분산제 등을 첨가 혼합해서 슬러리상으로 하는 동시에, 이것을 닥터 블레이드법 등의 시트 형성 기술에 의해, 적당히 필요한 두께의 시트상으로 함으로써 제작된다.
또, 유기 바인더로서는 폴리비닐부틸알, 에틸셀룰로오스류나 아크릴 수지류등 그린 시트를 제조할 때에 일반적으로 사용되는 공지의 것을 사용할 수 있다.
이 경우, 그린 시트의 성형성이 양호하므로, 폴리n-부틸메타크릴레이트, 폴 리비닐부틸알 등을 사용하는 것이 적합하다.
시트 형성후, 리플렉터 프레임(12)의 주재료를 구성하는 질화물 세라믹스 소결체의 표면에 백색 세라믹스를 함유하는 조성물로 이루어지는 층을 도포 설치 형성한 후 탈지·소성을 행하면 좋다.
이 경우, 질화물 세라믹스 성형체의 표면에 형성되는 백색 세라믹스로 이루어지는 층을 형성하는 백색 세라믹스로서는 질화붕소, 산화알루미늄, (백색)질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티탄 등 공지의 백색 세라믹스를 사용할 수 있지만, 질화붕소계 세라믹스가 소결후에도 반사율이 높아, 적합하다.
또, 도포 설치 방법은 세라믹 원료 분말을 함유하는 페이스트를 인쇄법이나 스프레이 코팅법 등, 공지의 방법에 의해 도포함으로써 제작하는 것이 가능하다. 이 때, 하지층과의 밀착성을 향상시키기 위해서 페이스트에는 하지층의 질화물 세라믹스와 같은 질화물 세라믹스의 분말을 혼합해도 좋다. 또한, 백색 세라믹스 분말은 1종류만을 사용해도 좋고, 다른 종류의 것을 혼합해서 사용해도 좋다.
또한, 그린체의 탈지는 텅스텐 등의 금속을 산화시키지 않기 위해서 수소 등의 환원성 가스, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스, 이산화탄소 및 이들의 혼합 가스 혹은 수증기를 혼합한 가습 가스 분위기중에서 그린체를 열처리함으로써 행해진다.
또한, 탈지는 그린체에 함유되는 유기 성분의 종류나 양에 따라, 온도 : 250℃∼1200℃, 유지 시간 : 1분∼1000분의 범위에서 적당히 선택하면 좋다. 소결 조건으로서는 1600∼2000℃, 바람직하게는 1750∼1850℃의 온도에서, 1시간∼20시간, 바람직하게는 2∼10시간 소성을 행하면 좋다. 이 소결시의 분위기로서는 비산화성 가스의 분위기하에서, 상압에서 행하면 좋다.
또, 이와 같이 도포 설치 형성 처리에 의해 형성되는 백색 질화 세라믹스의 반사층(13a)의 막두께로서는 1∼1,000㎛, 바람직하게는 20∼500㎛로 하는 것이 반사율, 기계적 강도를 고려하면 바람직하다.
또, 이 실시예에서는 리플렉터 프레임(12)의 내측 측면에, 백색 질화 세라믹스를 도포 설치한 광반사층(13a)을 마련했지만, 절연 기판(11)의 발광 소자 수납용 오목부(19)의 바닥에도 광반사층(13a)을 마련하는 것도 가능하다.
또, 절연 기판(11), 리플렉터 프레임(12)을 상기 도 1에 나타낸 실시예와 같이, 백색 질화물 세라믹스로 구성하여, 그 표면에 상기한 바와 같이 다른 백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층(13a)을 형성하는 것도 가능하다.
백색 세라믹스로 이루어지는 광반사층의 형성은 리플렉터 프레임의 형상으로 성형된 질화물 세라믹스의 그린체를 소성한 후에 행할 수도 있다.
이 경우에는 우선, 통상의 질화물 세라믹스의 그린 시트를 사용하여, 도 3(A)∼(D)에 나타내는 방법에 준하여, 질화물 세라믹스(소결체)로 이루어지는 리플렉터 프레임(12)을 갖는 발광 소자 수납용 패키지 전구체를 제조한다(이 경우, 소성 조건으로서는 통상의 소성 조건이 채용된다).
그리고, 얻어진 전구체의 리플렉터 프레임(12)의 광반사면이 되는 면 위에 질화물 세라믹스 페이스트를 도포한 후, 필요에 따라, 탈지 처리를 행하고 나서, 환원성 가스를 함유하는 분위기중에서, 이 질화물 세라믹스 페이스트가 소결되어 얻어지는 소결체 중에, 구경 0.1㎛ 이상의 공극이 잔존하는 조건으로 소성하면 좋다.
즉, 상기 방법에서는 백색 세라믹스 페이스트를 리플렉터 프레임(12)의 형상으로 성형한 그린체의 표면에 도포해서 동시 소성하는 것에 대해, 이 방법에서는 이미 소결된 리플렉터 프레임의 표면에, 질화물 세라믹스 페이스트를 후소성에 의해 구워, 백색 질화물 세라믹스층을 형성한다.
이와 같이 해서 형성되는 백색 질화 세라믹스의 반사층(13a)의 막두께로서는 1∼1,000㎛, 바람직하게는 20∼500㎛로 하는 것이 반사율, 기계적 강도를 고려하면 바람직하다.
이 방법에 있어서, 리플렉터 프레임(12)의 표면에 도포하는 질화물 세라믹 페이스트로서는 리플렉터 프레임(12)의 그린체를 제조할 때에 사용한 페이스트(질화물 세라믹스 분체에 유기 용매, 유기 바인더 등을 혼합해서 제조한 것)와 같은 것을 사용할 수 있다.
일반적으로, 질화물 세라믹스 페이스트를 소결체 기체 위에 도포하지 않고 그대로 성형하여, 소위 그린체(또는 그린 시트)로 하여 소성했을 경우에는 소성시에 그린체는 삼차원적으로 수축할 수 있기 때문에, 질화물 세라믹스 입자는 근방의 입자를 거두어 들이면서 입자 성장하고, 큰 결정립이 서로 밀접한 치밀한 소결체로 된다.
이에 대해, 이 방법에서는 질화물 세라믹스 페이스트는 이미 소결된 소결체의 표면에 도포된 상태에서 소성되기 때문에, 해당 표면에 대해 수평 방향의 수축 이 제한되어, 충분한 입자 성장을 할 수 없어, 입계(粒界)에는 공극이 잔존하게 된다. 이 때문에, 이 방법으로 얻어지는 질화물 소결체에서는, 광의 난반사가 일어나기 쉬워, 높은 광반사율을 나타내게 된 것으로 생각된다.
이와 같은 백색화의 원리에서, 입계에 공극을 도입할 수 있으면 페이스트에 함유되는 질화물 세라믹스의 종류에 관계없이 백색화가 가능하다고 생각된다. 단, 리플렉터 프레임(12)과 광반사층의 밀착성의 관점에서, 양자를 구성하는 질화물 세라믹스는 동종인 것이 바람직하다.
이미 설명한 백색 세라믹스 페이스트와 리플렉터 프레임(12)의 그린체를 동시 소성하는 방법에서는 일반적으로, 리플렉터 프레임(12)을 구성하는 질화물 세라믹스와 백색 세라믹스에서는 종류가 다르기 때문에 양자의 밀착 강도를 높게 하기 어렵다. 이에 대해, 이 방법에서는 양자를 동종의 질화물 세라믹스(단, 소결체의 마이크로 구조는 다르기 때문에 이질이다)로 할 수 있기 때문에, 광반사층의 밀착 강도를 높게 할 수 있다.
이 방법에서, 필요에 따라 행해진 탈지는 산소나 공기 등의 산화성 가스, 혹은 수소 등의 환원성 가스, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스, 이산화탄소 및 이들의 혼합 가스 혹은 수증기를 혼합한 가습 가스 분위기중에서, 질화물 세라믹스 페이스트가 도포된 전구체를 열처리함으로써 행해진다.
또한, 열처리 조건은 페이스트에 함유되는 유기 성분의 종류나 양에 따라, 온도 : 250℃∼1200℃, 유지 시간 : 1분∼1000분의 범위에서 적당히 선택하면 좋다.
탈지 처리에 이어 행해진 소성은 얻어진 소결체 중에, 구경이 0.1㎛ 이상의 공극이 잔존하는 조건하에서 행할 필요가 있다. 소결체 중에서 공극(기공)을 잔존시키기 위해서는 환원성 가스를 함유하는 분위기하에서 소성을 행하는 동시에, 그 때의 소성 온도를 치밀한 소결체를 얻기 위해서 행하는 소성시의 소성 온도보다 낮게 하면 좋다.
이 제조 방법에 있어서는 2차원 방향의 수축이 제한되기 때문에, 그린체의 소성에서는 공극(기공)이 소멸하는 온도로 소결해도, 공극이 잔존하게 된다. 예를 들면, 질화물 세라믹스 페이스트에 함유되는 질화물 세라믹스가 질화알루미늄일 경우에는 소성 온도를 1600∼1780℃, 바람직하게는 1650∼1780℃, 더욱 바람직하게는 1700∼1750℃로 하면 좋다.
소성 시간은 특별히 한정되지 않지만, 1시간∼20시간, 바람직하게는 2∼10시간 소성하면 좋다. 1600℃ 미만에서는, 질화알루미늄 입자의 소결이 불충분해서 소결체의 강도가 낮게 된다. 또한, 1780℃를 넘는 온도에서 소성했을 경우에는 입계의 공극이 소멸하여, 높은 광반사율을 얻을 수 없다.
상기 소성은 환원성 가스를 함유하는 분위기, 바람직하게는 환원성 가스로서, 카본 증기를 함유하는 불활성 가스 분위기에서 행할 필요가 있다. 환원성 가스를 함유하지 않는 분위기중에서 소성했을 경우에는 광반사율이 낮은 것이 얻어지는 경우가 있다.
분위기 중의 환원성 가스의 농도는 질화알루미늄 페이스트에 함유되는 소결조제의 종류에도 의하지만 소결조제가 알칼리 토금속을 함유하는 화합물일 경우에 는 상기한 약환원성 분위기인 것이 적합하다. 또한, 소결조제가 산화이트륨 등의 희토류 원소 산화물일 경우에는 약환원성 분위기 혹은 그것보다 탄소 증기 농도가 낮은 분위기인 것이 바람직하다. 소결조제로서 산화이트륨 등의 희토류 원소 산화물을 사용했을 경우에는 소성 온도에도 의하지만, 환원성 가스를 전혀 함유하지 않는 분위기에서 소성했을 경우에는 입계의 공극이 감소하고, 광투과율이 저하할 경우가 있다.
여기서, 입계에 공극을 갖는 소결체의 공극의 구경은 소결체 단면의 SEM 사진으로 인정되는 공극에 대해서 그 구경을 측정하면 좋다. 또, 여기서 구경이라 함은, 최대 구경을 의미한다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1) 리플렉터 프레임을 백색 질화물 세라믹스로 구성한 실시예
평균 입자경이 1.5㎛, 산소 농도 0.8wt%의 질화알루미늄 분말 100질량부와, 3CaO·Al2O3 분말 5질량부, 폴리n-부틸메타크릴레이트를 바인더, 디부틸프탈레이트를 가소제, 테트라글리세롤모노올리에이트를 표면활성제, 톨루엔을 용매로서 가하고, 볼 밀을 사용하여 혼합했다.
이와 같이 해서 얻어진 슬러리를 닥터 블레이드법에 의해 시트 성형을 행하여, 각각 두께 0.4mm의 리플렉터 프레임용 그린 시트 및 절연 기판용 그린 시트를 제작했다.
리플렉터 프레임용 그린 시트에 대해서 펀칭 성형을 행하여 발광 소자 수납용 오목부(19)용의 관통공(19a)을 형성하는 동시에, 절연 기판용 그린 시트에 대해서 관통공(16)을 펀칭에 의해 형성했다. 절연 기판용 그린 시트에 형성한 관통공(16)에 텅스텐을 함유하는 페이스트를 충전하는 동시에, 배선 패턴(14, 15)을 같은 페이스트를 사용해서 인쇄했다.
이어서, 2개의 그린 시트를 적층하고, 얻어진 적층체를 수분을 함유하는 수소 가스를 10(ℓ/분)으로 유통시키면서 850℃, 2시간, 가열 탈지를 행했다. 또, 탈지시의 승온 속도는 2.5℃/분으로 했다.
다음으로, 얻어진 탈지체 및 표면적 320mm2의 카본판을 양자가 접촉하지 않도록 해서 내용적이 84cm3의 내벽이 질화붕소로 구성되는 탄소제의 뚜껑이 있는 용기에 넣어, 탈지체는 질화알루미늄제의 판 위에 놓았다. 또, 상기의 카본판은 가로 세로 40mm, 두께 3mm, 중량 18g의 표준 카본판을 1/4의 크기(10mm×10mm×3mm)로 절단한 것이다.
또한, 이 용기에 있어서는 가열에 의해 용기내가 가압 상태로 되었을 경우에는 그 압력에 의해, 뚜껑이 조금 들려, 용기 본체와 뚜껑 사이에 틈이 생겨, 용기내의 압력은 외기압과 거의 동등하게 유지하도록 되어 있다.
그 후, 이 용기를 카본로내에 반입하고, 질소 분위기 중, 온도 1860℃에서, 유지 시간 15시간의 상압 소성을 행해 소결체 즉, 도 1에 나타낸 발광 소자 수납용 패키지를 얻었다.
얻어진 소결체에 대해서, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율(간단히, 「광반사율」이라 한다)과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 1 및 표 2(각 파장에 있어서의 반사율을 나타내고 있다)에 나타냈다.
또, 소결체의 열전도율은 리가꾸덴끼(주)제의 「열정수 측정 장치 PS-7」을 사용해서, 레이저 플래쉬법에 의해 측정했다. 이 때, 두께 보정은 검량선에 의해 행했다.
또한, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율은 히타치세이사꾸쇼제의 분광 광도계를 사용해서, 적분구법에 의해 측정했다. 표 1에는 상기 파장 범위에 있어서의 최저 광반사율 및 파장 400nm에 있어서의 반사율을 나타냈다. 또한, 밀도는 도요세이끼제 자동 비중계와 전자 접시 저울을 사용해서 아르키메데스법으로 측정했다.
(실시예 2) 리플렉터 프레임을 백색 질화물 세라믹스로 구성한 예
표준 카본판을 표 1에 나타낸 바와 같이, 1/8의 크기로 절단한 것을 사용하여, 용기에 수용해서 실시예 1과 같이 해서 소결체를 얻었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타냈다.
(비교예 1) 리플렉터 프레임을 종래의 질화물 세라믹스로 구성한 실시예
질화알루미늄 분말 100중량부, 산화이트륨 5.0중량부, 표면활성제로서 테트라글리세롤모노올리에이트 1.0중량부, 용매로서 톨루엔 40중량부, 바인더로서 폴리 n-부틸메타크릴레이트 13중량부, 가소제로서 디부틸프탈레이트 4.2중량부, 톨루엔10중량부, 아세트산부틸 5중량부를 볼 밀로 혼합해 백색의 슬러리를 얻었다.
얻어진 슬러리를 사용하여 닥터 블레이드법에 의해 시트 성형을 행하여, 각각 두께 0.4mm의 리플렉터 프레임용 그린 시트 및 절연 기판용 그린 시트를 제작했다. 얻어진 2매의 그린 시트에 대해서, 실시예 1과 같이 해서, 펀칭 가공 및 텅스텐을 함유하는 페이스트를 충전·인쇄하고나서 적층을 행하고, 실시예 1과 같이 해서 탈지를 행했다.
탈지후 탈지체를 질화알루미늄제의 용기에 넣고, 질소 분위기 중, 1800℃에서, 5시간 가열해서 소결체를 얻었다. 이 소결체는 색조는 투광감이 있는 회색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타냈다.
[표 1]
Figure 112007007176305-PCT00001
[표 2]
Figure 112007007176305-PCT00002
이 표 1 및 표 2의 결과에서 명확한 바와 같이, 본 발명의 백색 질화물 세라믹스로 이루어지는 소결체는 종래의 질화물 세라믹스에 비교해서, 광반사율이 높고, 또 400nm의 파장에 있어서도 반사율이 저하함이 없어, 발광 소자 수납용 패키지(10)의 리플렉터 프레임(12)으로서 사용하면, 예를 들어, 발광 소자(18)로서, 백색 LED를 사용했을 경우에 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있음을 알 수 있다.
(실시예 3) 리플렉터 프레임의 표면에 산화물로 이루어지는 광반사층을 구비한 실시예(산화 처리만)
비교예 1에서 얻어진 소결체를 대기중 1200℃에서, 5시간, 가열처리함으로써 소결체의 표면을 산화시켰다. 이 소결체의 표면에는 산화 피막인 알루미나(Al2O3)가 막두께 20㎛로 형성되고 있고, 색조는 백색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.
(비교예 2)
비교예 1과 같이 해서 얻어진 소결체에 대해서, 산소 분위기중에서, 산화 처리를 실시예 3과 같이 행했다. 단, 산화 처리 시간을 1시간으로 단축하여 행했다. 이 소결체의 표면에는 산화 피막인 알루미나(Al2O3)가 막두께 2㎛로 형성되고 있고, 색조는 옅은 회색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.
[표 3]
Figure 112007007176305-PCT00003
이 표 3의 결과에서 명확한 바와 같이, 본 발명의 산화 처리를 행하여, 표면에 산화물로 이루어지는 광반사층을 갖는 소결체는 광반사율이 높고, 특히, 300∼400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 높아, 발광 소자 수납용 패키지(10)의 리플렉터 프레임(12)으로서 사용하면, 예를 들어, 발광 소자(18)로서, 백색 LED를 사용했을 경우에 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있음을 알 수 있다.
(실시예 4) 리플렉터 프레임의 표면에 백색 질화물 세라믹스를 도포 설치 형성한 광반사층을 구비한 실시예(질화붕소를 사용)
실시예 3과 같이 해서, 시트 성형체를 얻었다. 그 후, 리플렉터 프레임(12)이 되는 그린 시트의 내측면 및 표면에 질화붕소 분말을 100중량부, 기타, 에틸셀룰로오스, 용매를 첨가한 페이스트를 인쇄에 의해, 15㎛ 도포했다. 그 후 실시예 3과 같이 해서 도체 패턴의 형성, 그린 시트의 적층, 탈지 및 소성을 행하 여, 소결체의 표면에 질화붕소로 이루어지는 백색 질화물 세라믹스의 층을 형성했다. 또, 이 소결체의 표면의 색조는 백색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.
(실시예 5) 리플렉터 프레임의 표면에 백색 질화물 세라믹스를 도포 설치 형성한 광반사층을 구비한 실시예(질화붕소 및 산화알루미늄을 사용)
실시예 4와 같이 해서 소결체를 얻었다. 단, 리플렉터 프레임(12)의 내측면 및 표면에는 질화붕소 분말을 68중량부, 산화알루미늄 분말을 23중량부, 산화이트륨 분말을 9중량부, 기타, 에틸셀룰로오스, 용매를 첨가한 페이스트를 인쇄에 의해, 15㎛ 도포했다.
또, 얻어진 광반사층의 색조는 백색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.
(실시예 6) 리플렉터 프레임의 표면에 백색 질화물 세라믹스를 도포 설치 형성한 광반사층을 구비한 실시예(질화붕소 및 질화알루미늄을 사용)
실시예 4와 같이 해서 소결체를 얻었다. 단, 리플렉터 프레임(12)의 내측면 및 표면에는 질화붕소 분말을 68중량부, 질화알루미늄 분말을 23중량부, 산화이트륨 분말을 9중량부, 기타, 에틸셀룰로오스, 용매를 첨가한 페이스트를 인쇄에 의해, 15㎛ 도포했다.
또, 얻어진 광반사층의 색조는 백색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.
(실시예 7) 리플렉터 프레임의 표면에 백색 질화물 세라믹스를 도포 설치 형성한 광반사층을 구비한 실시예(질화붕소 및 산화마그네슘을 사용)
실시예 4와 같이 해서 소결체를 얻었다. 단, 리플렉터 프레임(12)의 내측면 및 표면에는 질화붕소 분말을 45중량부, 산화마그네슘 분말을 45중량부, 산화이트륨 분말을 9중량부, 기타, 에틸셀룰로오스, 용매를 첨가한 페이스트를 인쇄에 의해, 15㎛ 도포했다.
또, 얻어진 광반사층의 색조는 백색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.
(실시예 8) 리플렉터 프레임의 표면에 백색 질화물 세라믹스를 도포 설치 형성한 광반사층을 구비한 실시예(질화붕소, 산화 붕소 및 질화알루미늄을 사용)
실시예 4와 같이 해서 소결체를 얻었다. 단, 리플렉터 프레임(12)의 내측면 및 표면에는 질화붕소 분말을 68중량부, 산화붕소 분말을 9중량부, 질화알루미늄 분말을 23중량부, 기타, 에틸셀룰로오스, 용매를 첨가한 페이스트를 인쇄에 의해, 15㎛ 도포했다.
또, 얻어진 광반사층의 색조는 백색이었다.
얻어진 소결체에 대해서, 실시예 1과 같이, 열전도율, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율과 밀도를 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.
[표 4]
Figure 112007007176305-PCT00004
이 표 4의 결과에서 명확한 바와 같이, 백색 질화물 세라믹스를 도포 설치 형성한 광반사층을 갖는 소결체는 광반사율이 높고, 특히, 300∼400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 높아, 발광 소자 수납용 패키지(10)의 리플렉터 프레임(12)으로서 사용하면, 예를 들어, 발광 소자(18)로서, 백색 LED를 사용했을 경우에 발광 소자(18)로부터 발광되는 광을 효율좋게 반사할 수 있어, 휘도를 향상할 수 있음을 알 수 있다.
(실시예 9) 리플렉터 프레임의 표면에 질화물 세라믹스 페이스트를 후소성에 의해 구워, 백색 질화물 세라믹스층을 형성한 예
비교예 1과 같이 해서 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 전구체 패키지를 제작했다. 이어서, 평균 입경 1.5㎛의 질화알루미늄 분말(산소 농도 0.8질량%) 100질량부, 평균 입경 0.5㎛의 산화이트륨(Y2O3) 분말 5질량부와 에틸셀룰로오스 9중량부, 테르피네올 40중량부를 혼련하고 25℃에 있어서의 점도를 3500P로 조정한 질화알루미늄 페이스트를 제조했다.
그 후, 상기 전구체 패키지의 리플렉터 프레임의 광반사면 위에 상기 질화알루미늄 페이스트를 두께 300㎛가 되도록 스크린 인쇄하고, 80℃로 5분 건조를 행했다. 이와 같이 해서 페이스트를 도포한 전구체를 소성 온도 1740℃에서 4시간 소 성하는 이외는 실시예 1과 같이 해서 소성을 행하여, 광반사면이 백색 질화알루미늄으로 이루어지는 발광 소자 수납용 패키지를 얻었다.
얻어진 패키지의 광반사면에 대해서, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율을 실시예 1과 같이 해서 측정했다. 결과를 도 9에 나타낸다. 또한, 그 패키지의 광반사면의 파단면의 현미경(SEM) 사진을 도 10에 나타낸다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 광반사면을 구성하는 (백색)질화알루미늄 소결체층 중에는 구경 0.1㎛ 이상의 공극이 다수 존재함이 확인되었다.
(비교예 3) 리플렉터 프레임의 표면에 질화물 세라믹스 페이스트를 후소성에 의해 굽는 경우에 있어서 소결체에 공극이 잔존하지 않는 조건으로 소성을 행한 예
전구체의 소성 온도를 1850℃로 하는 이외는 실시예 9와 같이 해서, 패키지를 얻었다. 얻어진 패키지의 광반사면에 대해서, 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율을 실시예 1과 같이 해서 측정한 바, 그 광반사율은 종래의 질화알루미늄 소결체(비교예 5)와 같으며, 350∼700nm의 어느 파장 영역에 있어서도 광반사율은 45% 이하이었다. 또한, 패키지의 광반사면의 파단면을 현미경(SEM) 관찰했지만, 공극은 인정되지 않았다.
(비교예 4) 소결조제로서 산화에르븀(약 5질량%)을 채용한 질화알루미늄 소결체의 예
평균 입경 1.5㎛의 질화알루미늄 분말(산소 농도 0.8질량%) 100질량부에 대해, 소결조제로서, 산화에르븀(Er2O3) 분말을 5질량부 첨가한 원료 분말을 사용하 여, 그린 시트를 제작하고, 얻어진 그린 시트를 탈지한 후에 소성하여 질화알루미늄 소결체를 얻었다.
또, 소성은 실시예 1에서 사용한 용기에 탈지체(탈지한 그린 시트)를 도입하고, 카본판을 도입함 없이 분위기를 질소로 치환해 소성 온도 1850℃에서, 4시간 소성함으로써 행했다. 얻어진 소결체를 육안으로 관찰한 바, 옅은 핑크색을 하고 있었다.
이 소결에 대해서, 실시예 1과 같이 해서 광반사율을 측정했다. 그 결과를 도 9에 나타낸다. 350∼700nm의 어느 파장 영역에 있어서도 광반사율은 40% 이하이었다.
(비교예 5) 소결조제로서 산화이트륨(약 5질량%)을 사용한 통상의 질화알루미늄 소결체의 예
비교예 4에 있어서 소결조제로서 산화에르븀을 산화이트륨(Y2O3)으로 대체한 이외는 같이 해서 질화알루미늄 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체를 육안으로 관찰한 바, 약간의 투명성을 갖는 회색을 하고 있었다.
이 소결체에 대해서 실시예 1과 같이 해서 광반사율을 측정했다. 그 결과를 도 9에 나타낸다. 350∼700nm의 어느 파장 영역에 있어서도, 광반사율은 45% 이하이었다. 또한, 얻어진 소결체의 파단면의 SEM 사진을 도 11에 나타낸다. 도 11에서 소결체에는 공극이 잔존하지 않음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시의 태양을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정됨 없이, 예를 들면, 상기 실시예에서는 발광 소자로서, LED를 사용했지만, 반도체 레이저 등의 발광 소자를 수용하는 발광 소자 수납용 패키지에도 적용하는 것도 가능한 등 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경이 가능하다.

Claims (12)

  1. 판상의 세라믹스제 절연 기판과,
    상기 절연 기판의 외주 윗면에 접합되어, 그 내측 면측이 광반사면이 되는 세라믹스제 리플렉터 프레임과,
    상기 절연 기판 윗면에 형성한 발광 소자 접속용 배선 패턴층과,
    상기 절연 기판과 리플렉터 프레임으로 획성되는 발광 소자 수납용 오목부를 구비하고,
    상기 발광 소자 수납용 오목부내에서, 발광 소자 접속용 배선 패턴층 위에 발광 소자를 실장하도록 한 발광 소자 수납용 패키지로서,
    상기 리플렉터 프레임이 주로 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 상기 리플렉터 프레임의 광반사면이 백색 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  2. 제1항에 있어서
    상기 리플렉터 프레임이 백색 질화물 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 백색 질화물 세라믹스가 열전도율이 140(W/m·K) 이상이며, 또 밀도가 3.10g/cm3 이상인 백색 질화알루미늄 세라믹스인 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광반사면이 상기 리플렉터 프레임을 구성하는 질화물 세라믹스를 산화 처리해서 얻어진 산화물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광반사면이 상기 리플렉터 프레임을 구성하는 질화물 세라믹스의 표면을 피복하는 백색 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사면이 350nm∼800nm의 파장 영역의 광에 대한 반사율이 50% 이상인 백색 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 백색 세라믹스가 400nm의 파장의 광에 대한 반사율이 55% 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 기판이 질화물 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지.
  9. 제2항에 기재된 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 방법으로서,
    질화물 세라믹스와, 알칼리 토금속을 함유하는 화합물을 함유하는 조성물을 성형하고, 이 성형체를 약환원성 분위기하에서 소결하여, 백색 질화물 세라믹스로 구성되는 리플렉터 프레임을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법.
  10. 제4항에 기재된 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 방법으로서,
    질화물 세라믹스를 소결후에, 산소 분위기하에서 산화 처리함으로써, 질화물 세라믹스로 구성되는 동시에, 그 표면에 산화 처리된 산화물로 구성되는 광반사면을 갖는 리플렉터 프레임을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법.
  11. 제5항에 기재된 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 방법으로서,
    질화물 세라믹스를 함유하는 화합물을 함유하는 조성물을 상기 리플렉터 프 레임의 형상으로 성형하는 공정,
    상기 성형 공정에서 얻어진 성형체의 광반사면이 되는 면 위에, 백색 세라믹스를 함유하는 조성물을 도포하는 공정,
    백색 세라믹스를 함유하는 조성물이 도포된 성형체를 소결함으로써, 광반사면을 갖는 리플렉터 프레임을 얻는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법.
  12. 제5항에 기재된 발광 소자 수납용 패키지를 제조하는 방법으로서,
    질화물 세라믹스로 이루어지는 리플렉터 프레임을 갖는 발광 소자 수납용 패키지 전구체를 준비하는 공정과,
    상기 준비 공정에서 준비된 전구체의 상기 리플렉터 프레임의 광반사면이 되는 면 위에 질화물 세라믹스 페이스트를 도포하는 공정과,
    상기 도포 공정에서 질화물 세라믹스 페이스트가 도포된 전구체를 환원성 가스를 함유하는 분위기중에서 소성하는 공정을 포함하고,
    상기 소성 공정에서, 상기 질화물 세라믹스 페이스트가 소결되어 얻어지는 소결체 중에 구경 0.1㎛ 이상의 공극이 잔존하는 조건으로 상기 소성을 행하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 수납용 패키지의 제조 방법.
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