KR20120123023A - 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치 - Google Patents

발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120123023A
KR20120123023A KR1020127014146A KR20127014146A KR20120123023A KR 20120123023 A KR20120123023 A KR 20120123023A KR 1020127014146 A KR1020127014146 A KR 1020127014146A KR 20127014146 A KR20127014146 A KR 20127014146A KR 20120123023 A KR20120123023 A KR 20120123023A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass
substrate
filler
light emitting
ceramic
Prior art date
Application number
KR1020127014146A
Other languages
English (en)
Inventor
도시히사 오카다
겐지 이마키타
히토시 미치마타
Original Assignee
아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아사히 가라스 가부시키가이샤 filed Critical 아사히 가라스 가부시키가이샤
Publication of KR20120123023A publication Critical patent/KR20120123023A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/04—Particles; Flakes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49827—Via connections through the substrates, e.g. pins going through the substrate, coaxial cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/268—Monolayer with structurally defined element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

기판을 투과하여 입사 방향 이외로 누설되는 광이 저감되어 반사율이 높아지고, 또한 면 방향의 소성 수축률이 저감된 발광 소자 탑재용 기판을 제공한다. 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판은, 유리 (1) 와, 유리 (1) 중에 분산된 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 산화물계 세라믹스 필러 (2) 를 함유하는 유리 세라믹스 (10) 로 구성된다. 세라믹스 필러 (2) 는 기판의 면 방향과 평행하게 배향된 상태에서 함유되어 있고, 유리 세라믹스 (10) 는 필러를 구성하는 세라믹스 이외의 결정을 함유하고 있지 않다. 이 기판은, 가시광 영역의 광에 대해 반사율 84 ％ 이상 (두께 300 ㎛) 이라는 매우 높은 반사율을 갖는다.

Description

발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치{SUBSTRATE FOR MOUNTING LIGHT-EMITTING ELEMENT, AND LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은, 발광 소자 탑재용 기판 및 이것을 사용한 발광 장치와 관련된 것으로서, 특히, 가시광 영역의 광의 반사율이 높은 발광 소자 탑재용 기판과, 이 발광 소자 탑재용 기판을 사용한 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드 (LED) 소자의 고휘도, 백색화에 수반하여, 휴대전화나 대형 액정 TV 의 백라이트 등으로서, LED 소자를 사용한 발광 장치가 개발되고 있다. 이와 같은 발광 장치에 있어서, LED 소자 등의 발광 소자를 탑재하는 기판으로는, 열 전도성이 높아, 발광 소자로부터 발생하는 열을 신속하게 방산함과 함께, 가시광 영역의 광에 대한 반사율이 높고, 또한 제조가 용이한 것이 요구되고 있다.
이와 같은 요구에 대응하여, 발광 소자 탑재용 기판으로서 저온 동시 소성 세라믹스 기판 (이하, LTCC 기판이라고 한다) 을 사용하는 것이 검토되어 있다. LTCC 기판은, 유리와 세라믹스 필러 (예를 들어, 알루미나 필러) 로 이루어지는 그린 시트를 소정의 장수 중첩하여, 열 압착에 의해 일체화한 것을 소성함으로써 얻어진다.
이와 같은 LTCC 기판의 제조에 있어서는, 소성시의 수축률 (소성 수축률) 을 낮게 억제하는 것이 중요하게 여겨진다. 소성 수축률의 제어 방법으로는, 제조 프로세스에 의해 제어하는 방법과, 기판을 구성하는 재료에 의해 제어하는 방법이 있다. 제조 프로세스에 의한 제어는, 실용화되어 있는 방법도 있지만, 프로세스 비용이 상승하는 등의 문제가 있었다. 한편, 구성 재료에 의해 소성 수축률을 제어하는 기술에 관해서는, 아직 충분히 연구되어 있지 않은 것이 현상황이다.
또, 프레스 조건?소성 조건 등의 제조 조건을 변경할 때나, 구성 재료의 로트가 바뀐 경우에는, 일반적으로 소성 수축률이 변동된다는 문제가 일어나, 인쇄 마스크나 펀칭 (시트의 타발) 데이터 등을 그때마다 변경할 필요가 있었다. 그 때문에, 제조 조건을 크게 변경하기는 어렵고, 또 구성 재료에는 매우 엄격한 규격이 형성되는 경우가 많다.
또한, LTCC 기판은, 유리와 세라믹스 필러의 굴절률의 차이가 크고, 또한 그들의 계면이 많기 때문에, 알루미나 기판과 같은 세라믹스 기판에 비해 광의 반사율이 높다. 그러나, 발광 소자 탑재용 기판으로서는, 한층 더 높은 반사율을 갖는 기판이 요구되고 있다.
종래부터, 유리 세라믹스 기판의 반사율을 높이기 위하여, 알루미나보다 높은 굴절률을 갖는 세라믹스의 필러 (고굴절률 필러) 를 함유시키는 방법이 검토되고 있다. 그러나, 고굴절률 필러를 함유시킨 것에서는, 알루미나나 실리카 (SiO2) 등의 필러를 함유시킨 것과 비교하여 소결성이 열등하기 때문에, 고굴절 필러의 함유량을 많게 할 수 없거나, 혹은 유리의 조성이 크게 제한된다. 그 때문에, 설계의 자유도가 저하된다는 문제가 있었다. 그래서, 유리 조성을 넓은 범위에서 선택할 수 있도록, 유리와의 소결성이 양호한 알루미나 필러 등을 사용하여 광의 반사율을 높이는 기술이 요구되고 있다.
세라믹스 필러로서 애스펙트비가 높은 편평상 (扁平狀) 을 갖는 입자를 사용한 유리 세라믹스 기판으로서, 종래부터 이하에 나타내는 제안이 이루어지고 있다. 즉, 유리 분말과 편평 입자를 포함하는 필러로 이루어지는 그린 시트를, 편평 입자를 면 방향과 평행하게 배향시킨 상태에서 소성한 유리 세라믹스 기판의 제조 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 발광 소자 탑재용 기판으로서 충분한 높은 반사율을 갖는 기판을 얻을 수는 없다. 즉, 산화물로 이루어지는 세라믹스 분말 혹은 금속 분말이 편평 입자로서 사용되고 있으나, 세라믹스 분말로는, 애스펙트비가 5 전후인 것이 사용되고 있고, 이 정도의 애스펙트비를 갖는 필러를 함유시킨 것에서는, 높은 반사율을 달성할 수는 없다.
또, 이와 같은 세라믹스 분말보다 높은 애스펙트비를 갖는 금속 필러 (예를 들어 알루미늄 필러) 도 사용되고 있으나, 금속 필러를 함유하는 기판에서는 이하에 나타내는 이유로 고반사율을 얻을 수 없다. 즉, 금속 (예를 들어, 알루미늄) 은 광을 반사할 때에 입사광의 일부를 흡수하는 성질이 있다. 또 일반적으로, 필러를 함유하는 유리 기판에 광이 입사한 경우, 기판으로부터 반사할 때까지 유리와 필러의 계면에서 다중 반사가 일어나는 것이 알려져 있다. 따라서, 금속 알루미늄을 금속 필러로서 함유시킨 기판에서는, 입사한 광의 대부분은 다중 반사시에 금속 필러에 흡수되어 버리기 때문에, 기판으로부터 나오는 반사광이 크게 저하되어 반사율이 낮아진다.
또, 유리 및/또는 유리가 결정화된 매트릭스 중에, 애스펙트비가 4 이상인 세라믹스 필러를 분산시켜, 열 전도율 (방열성) 을 향상시킨 유리 세라믹스 기판이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).
그러나, 특허문헌 2 에 기재된 유리 세라믹스 기판에 있어서도, 애스펙트비가 10 이하인 세라믹스 필러가 분산?함유되어 있기 때문에, 충분히 높은 반사율을 달성할 수는 없다.
또한, 유리와 세라믹 입자 (애스펙트비가 3 이상인 것을 포함한다) 를 함유하는 유리 세라믹스 기판으로서, 유리 세라믹스의 결정화도가 50 ％ 이상인 고반사율의 광 반사체가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 참조).
그러나, 특허문헌 3 에 기재된 광 반사체는, 소성 중에 유리를 결정화시켜 미세한 결정을 발생시킴으로써 고반사율을 실현하는 것으로서, 결정화 유리의 분말을 사용하여 제조되고 있다. 그리고, 결정화 유리의 분말을 사용하여 안정적으로 결정화를 발생시키기는 어렵기 때문에, 유리의 결정화에 의지한 고반사체에서는 반사율의 편차가 커진다는 문제가 있다. 또, 결정화 포텐셜이 너무 높은 기판을 소성한 경우, 기판의 단부에 휨이 발생하는 것이 우려된다.
일본 공개특허공보 평09-071472호 일본 공개특허공보 2002-111210호 일본 공개특허공보 2007-121613호
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 기판의 면 방향의 소성 수축률이 낮고, 또한 소성시의 평면 수축률을 임의로 제어할 수 있으며, 또한 기판을 투과하여 입사 방향 이외로 누설되는 (즉, 출사되는) 광이 저감되어 반사율이 높아진 발광 소자 탑재용 기판의 제공을 목적으로 한다. 특히, 평면 수축률의 제어를 15.0 ％ 이하로 행할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판의 제공을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 상기 발광 소자 탑재용 기판을 사용한 발광 휘도가 높은 발광 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판은, 유리 분말과, 산화물로 이루어지고 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 세라믹스 필러를 포함하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 구성되고, 상기 필러를 구성하는 세라믹스 이외의 결정을 함유하지 않는 유리 세라믹스 기판으로서, 상기 세라믹스 필러가 상기 기판의 면 방향과 평행하게 배향되어 있고, 가시광 영역의 광 (구체적으로는, 400 ? 700 nm 의 파장역의 광) 의 전역에 있어서 두께 300 ㎛ 에서의 반사율이 84 ％ 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹스 필러의 평균 장경 (長徑) 은 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 편평상의 세라믹스 필러의 평균 애스펙트비가 25 이상 200 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 유리 세라믹스 조성물에 있어서의 상기 세라믹스 필러의 배합 비율은 30 ? 60 체적％ 인 것이 바람직하다. 또, 상기 유리 세라믹스 조성물에 있어서, 상기 세라믹스 필러의 배합 비율이 30 ? 60 체적％ 이고, 유리 분말의 배합 비율이 40 ? 70 체적％ 인 것이 바람직하다. 또, 상기 유리 세라믹스 조성물에 있어서, 상기 유리 분말은 비결정화 유리인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 비결정화 유리란, 상기 세라믹스 필러와 동시 소성하였을 때에 결정화되지 않는 것을 의미한다. 또한, 상기 유리 분말을 구성하는 유리의 굴절률을 a, 상기 필러를 구성하는 세라믹스의 굴절률을 b 로 할 때, b - a 의 절대값은 0.15 이상인 것이 바람직하다. 또한, 추가로, 상기 세라믹스 필러에 대해, (평균 애스펙트비 × 함유 비율 (체적％) × 유리와의 굴절률의 차이)/평균 장경 (㎛) 의 값이 130 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 장치는, 상기한 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판과, 이 발광 소자 탑재용 기판에 탑재된 발광 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 산화물계 세라믹스로 이루어지는 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 필러를 사용하고, 이 편평상의 세라믹스 필러를 기판의 면 방향과 평행하게 배향시킨 상태에서 함유시킴으로써, 발광 소자 탑재용 기판의 가시광 영역의 광의 반사율을 높일 수 있어, 발광 소자 탑재용 기판의 두께 300 ㎛ 로 84 ％ 이상이라는 높은 반사율을 실현할 수 있다. 그리고, 이 발광 소자 탑재용 기판에 발광 소자를 탑재함으로써, 고휘도이고 특성이 양호한 발광 장치가 얻어진다.
도 1 은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판을 구성하는 유리 세라믹스의 두께 방향의 미세 구조를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2 는 본 발명의 발광 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판은, 유리 분말과, 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상 (즉, 박편상) 의 세라믹스 필러를 포함하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체인 유리 세라믹스로 구성된다. 편평상의 세라믹스 필러의 평균 애스펙트비의 상한은 200 이하가 바람직하고, 100 이하가 보다 바람직하다. 평균 애스펙트비가 지나치게 커지면, 편평 필러의 두께가 얇아지기 때문에, 슬러리 제조시의 볼 밀 혼합 조작에 있어서, 세라믹스 볼에 의해 분쇄될 우려가 있다. 또, 애스펙트비가 지나치게 크면, 표면적의 증대나 입자간 상호 작용이 일어나기 쉬운 편평면의 비율이 많아지기 때문에, 슬러리 제조시에 필러를 균일하게 분산시키기가 곤란해진다. 이로써, 그린 시트에 조성의 치우침이 발생하거나, 막두께를 균일하게 하기가 곤란해지거나, 그 후의 LTCC 제조 공정에 지장을 초래할 우려가 있다.
이 유리 세라믹스 (10) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 유리 (1) 와, 유리 (1) 중에 분산된 편평상의 세라믹스 필러 (2) 를 함유하고 있다. 편평상의 세라믹스 필러 (2) 는, 그 장경이 기판의 면 방향 (도면 중, 화살표로 나타낸다) 과 평행하게 배향된 상태에서 함유되어 있다.
본 발명에 있어서, 애스펙트비란, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 편평상의 필러 입자 (2) 의 장경 (편평면을 xy 평면으로 하여, 예를 들어 x 축 방향의 직경) 을 두께 (편평면과 수직인 z 축 방향의 길이) 로 나눈 값을 의미한다. 본 발명에서는, 이 애스펙트비의 평균이 25 이상인 편평한 박편상을 갖는 세라믹스 필러 (2) 가 사용된다. 또, 복수 종류의 편평상의 세라믹스 필러를 혼합하여 사용할 수도 있고, 그 경우에는, 각각의 세라믹스 필러의 애스펙트비와 그 존재 비율을 곱한 값의 합계로부터 구해지는 값을 평균 애스펙트비로 한다.
본 발명의 유리 세라믹스에 있어서, 필러를 구성하는 세라믹스 이외의 결정을 함유하지 않는다는 것은, 유리 분말의 유리 조성에서 유래하여 소성시에 유리로부터 석출되는 결정을 거의 생성하지 않는 것을 의미한다. 즉, 세라믹스 필러와 동시 소성하였을 때에 유리 분말이, 비결정성 유리로서 기능하는 것을 의미한다. 유리 세라믹스 (10) 의 결정화도 및 결정의 종류는, XRD (X 선 회절) 를 측정함으로써 조사할 수 있다. 예를 들어, 측정된 XRD 차트에 있어서, 필러의 세라믹스에서 유래하는 피크의 최고 강도 (절대값) 를 100 으로 하였을 때, 절대값이 10 이상인 강도를 갖는 유리 유래의 피크가 현출되지 않는 것을 의미한다. 이와 같이, 소성시에 유리 조성 유래의 결정이 거의 생기지 않음으로써, 소결 부족이 될 우려가 적다. 또, 소성시에 유리 세라믹스의 열팽창 계수의 변화가 발생하지 않기 때문에, 기판에 휨 등의 문제가 발생할 우려가 적다. 또한, 유리 조성 유래의 결정이 거의 생기지 않는 것은, 유리 세라믹스 중의 유리의 양이 줄어들지 않게 되므로, 반사율을 안정적으로 향상시킬 수 있는 편평 필러의 도입량을 늘릴 수 있다.
본 발명의 유리 세라믹스 기판에 있어서는, 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 세라믹스 필러 (2) 가 사용되고, 이 세라믹스 필러 (2) 의 장경이, 기판의 면 방향과 평행하게 배향된 상태에서 함유되어 있으므로, 두께 300 ㎛ 로 가시광 영역의 광 (파장 400 ? 700 nm) 의 전역에 있어서 반사율 84 ％ 이상이라는 매우 높은 반사율을 실현할 수 있다. 즉, 기판의 상방으로부터 기판 내부로 입사한 광은, 유리 (1) 와 세라믹스 필러 (2) 의 계면에서, 유리와 세라믹스의 굴절률의 차이에 의해 반사 혹은 굴절을 반복한다. 본 발명의 유리 세라믹 기판에서는, 애스펙트비가 25 이상으로 매우 높은 편평상의 세라믹스 필러 (2) 가 기판의 면 방향과 평행하게 배향되어 분산되어 있으므로, 애스펙트비가 보다 작은 세라믹스 필러가 분산?함유된 기판에 비해, 입사광이 유리와 세라믹스 필러의 계면에 충돌하는 횟수가 증대된다. 이 계면에 있어서의 충돌 (즉, 반사 혹은 굴절) 횟수의 증대에 의해, 기판을 두께 방향으로 투과하여 상방 이외로 누설되는 (즉, 출사되는) 광이 저감된다. 따라서, 기판의 상방으로 되돌아오는 반사광량을 증대시킬 수 있다.
또, 본 발명의 유리 세라믹스 기판에서는, 후술하는 바와 같이, 소성시의 면 방향의 수축이 억제되므로, 높은 치수 정밀도를 실현할 수 있다. 또, 소성시의 평면 수축률을, 세라믹스 필러의 함유량이나 평균 애스펙트비를 조정함으로써 임의로 제어할 수 있다. 이것은, 프레스 조건?소성 조건 등의 제조 조건을 변경할 때나 재료의 로트가 바뀐 경우에 부수적으로 일어나는 소성 수축률의 변동이라는 문제에 대해, 신속하고 적확하게 대책을 실시할 수 있는 것으로 연결되어, 유리 세라믹스 기판의 제조상 매우 바람직하다.
본 발명의 유리 세라믹스 기판을 구성하는 세라믹스 필러 (2) 로는, 예를 들어 알루미나, 실리카, 마이카, 지르코니아, 베이마이트, 탤크와 같은 산화물계 세라믹스 등이 있다. 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상을 갖는 세라믹스 필러가 사용된다. 산화물계 세라믹스 필러 (2) 의 평균 애스펙트비가 25 미만인 경우에는, 발광 소자 탑재용 기판으로서 충분히 높은 반사율 (즉, 기판의 두께 300 ㎛ 로 84 ％ 이상) 을 실현하기가 곤란해질 우려가 있다. 또, 세라믹스 필러 (2) 가 유리 세라믹스 기판 중에 차지하는 비율은, 30 체적％ 부터 60 체적％ 까지가 바람직하다. 또한 복수 종류의 애스펙트비를 갖는 세라믹스 필러 (2) 를 혼합해도 된다. 또, 산화물계의 세라믹스 필러는, 금속 필러와 비교하여 유리와의 소결성이 양호하기 때문에, 세라믹스 필러의 함유량을 보다 많게 할 수 있다. 그 때문에, 유리의 조성이 제한되기 어렵다는 이점이 있다.
또, 상기로 대표되는 편평상의 세라믹스 필러 (2) 의 일부를, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, MgO, 멀라이트, AlN, Si3N4, SiC, 포오스테라이트 등의 편평하지 않은 평균 애스펙트비가 25 미만인 입자상의 필러로 치환해도 된다. 입자상의 필러의 치환량은, 유리 세라믹스 기판 전체의 20 체적％ 를 차지하는 양까지로 하는 것이 바람직하다.
또한, 높은 반사율을 얻기 위하여, 세라믹스 필러 (2) 의 장경은 평균으로 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 장경이 1 ㎛ 미만인 세라믹스 필러는, 유리 세라믹스 기판 전체의 20 체적％ 까지 함유할 수 있다. 20 체적％ 초과의 경우, 표면적의 증대에 의해 소성시에 유리의 유동성이 저하되어, 소결성이 악화될 우려가 있다. 또, 장경이 5 ㎛ 초과인 세라믹스 필러는, 유리 세라믹스 기판 전체의 20 체적％ 까지 함유할 수 있다. 20 체적％ 초과의 경우, 세라믹스 필러와 유리의 계면이 감소함으로써, 반사율이 저하된다. 또, 편평상의 세라믹스 필러가 갖는 소성시의 평면 방향의 구속력이 약해져, 소성 수축률 저감의 효과를 기대할 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명의 유리 세라믹스 기판을 구성하는 유리 (1) 는, 세라믹스 필러와 동시 소성한 경우, 소성 온도역에서 결정을 생성하기 어려운 조성이면 반드시 한정되는 것은 아니다. 결정을 많이 생성시키는 결정화 유리를 사용하여, 결정 부분과 비결정 부분의 계면에 생기는 굴절률차를 이용하여 고반사를 실현하고자 한 경우, 소성시에 안정적으로 결정을 석출하기가 어렵기 때문에, 얻어지는 기판의 반사율에 큰 편차가 생길 우려가 있어, 높은 반사율을 안정적으로 얻기가 어렵다. 또, 기판에 휨이 발생할 우려가 있다. 또, 본 발명의 유리 세라믹스 기판을 구성하는 유리 (1) 는, 세라믹스 필러 (2) 와의 굴절률차가 0.15 이상인 것이 바람직하다. 즉, 상기 유리 분말로 이루어지는 유리의 굴절률을 a, 세라믹스 필러의 굴절률을 b 로 할 때, ｜b - a｜ (b - a 의 절대값) 가 0.15 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.17 이상, 더욱 바람직하게는 0.19 이상이다. 유리와 세라믹스 필러의 굴절률차가 0.15 미만인 경우, 계면에서의 산란의 정도가 낮아지기 때문에, 고반사율이 실현되기 어렵다.
이와 같은 유리로는, 알루미나보로실리케이트 유리, 보다 바람직하게는 SiO2-B2O3-Al2O3-MO 계 (M : 알칼리 토류) 의 유리를 들 수 있다. 고반사율을 실현하기 위해서는, 유리와 세라믹스의 굴절률차가 큰 것이 바람직하다. 유리의 굴절률은 아펜의 계수를 이용하여 산출할 수 있다. 알칼리를 포함하는 규산염 유리에 있어서의 각 성분의 가성성 (加成性) 인자 (계수) 를 표 1 에 나타낸다 (출전 : 아. 아. 아펜 : 유리의 화학, 닛소 통신사 (1974) PP. 318).
Figure pct00001
유리의 네트워크 포머가 되는 SiO2 나 B2O3, 유리의 안정성, 화학적 내구성 및 강도를 높이는 Al2O3 은, 굴절률이 낮은 유리를 제조함에 있어서도 일정 비율 이상 함유할 필요가 있다. SiO2 ＋ B2O3 ＋ Al2O3 의 합계 함유량은, 57 mol％ 이상, 바람직하게는 62 mol％ 이상, 더욱 바람직하게는 67 mol％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 유리 분말의 유리 조성에 있어서, 알칼리 토금속 산화물은, 유리의 안정성을 높임과 함께, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 을 저하시키기 때문에 10 ? 35 mol％ 첨가하는 것이 바람직하다. 알칼리 토금속 산화물의 함유량이 10 mol％ 미만인 경우, 유리 용융 온도가 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, 알칼리 토금속 산화물의 함유량이 35 mol％ 를 초과하는 경우, 유리의 굴절률이 높아져, 유리와 세라믹스 필러 (예를 들어, 알루미나 필러) 의 굴절률차가 작아지기 때문에, 고반사율을 바랄 수 없다. 알칼리 토금속 산화물의 함유량은, 바람직하게는 15 ? 30 mol％, 보다 바람직하게는 20 ? 30 mol％ 이다.
유리 전이점 (Tg) 을 저하시키기 위하여 첨가되는 K2O, Na2O 등의 알칼리 금속 산화물은, 0 ? 10 mol％ 첨가할 수 있다. 이들 알칼리 금속 산화물은, 알칼리 토금속 산화물과 비교하여 굴절률을 상승시키는 정도가 현저하게 낮기 때문에, 저굴절률의 유리를 제조함에 있어서는 함유하고 있는 편이 바람직하다. 그러나, K2O 및 Na2O 의 합계한 함유량이 10 mol％ 를 초과하는 경우, 화학적 내구성, 특히 내산성이 저하될 우려가 있고, 전기적 절연성도 저하될 우려가 있다. K2O 및 Na2O 의 합계한 함유량은 1 ? 8 mol％ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ? 6 mol％ 이다.
ZnO, TiO2, SnO 는, 알칼리 토금속 산화물과 마찬가지로 연화점을 저하시킬 목적에서 첨가할 수 있다. 그러나, 이들 성분은 다른 첨가 성분과 비교하여 굴절률을 상승시키는 정도가 크기 때문에, 20 mol％ 이하로 첨가량을 억제하는 것이 바람직하다.
또한, 유리는, 반드시 상기 성분만으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 세라믹스 필러와의 굴절률차 등의 여러 특성을 만족시키는 범위에서 다른 성분을 함유할 수 있다. 다른 성분을 함유하는 경우, 그 합계한 함유량은 10 mol％ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태의 발광 소자 탑재용 기판인 유리 세라믹스 기판은, 이하에 나타내는 바와 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 유리 분말과, 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 세라믹스 필러를 포함하는 유리 세라믹스 조성물에, 바인더와, 필요에 따라 가소제, 용제, 레벨링제, 분산제 등을 첨가하여 슬러리를 조제한다. 이것을 독터 블레이드법 등에 의해 시트상으로 성형하고, 건조시킴으로써 그린 시트를 제조한다.
유리 분말은, 상기한 바와 같은 조성의 유리가 되도록, 유리 원료를 배합, 혼합하여, 용융법에 의해 유리를 제조하고, 이 유리를 건식 분쇄법이나 습식 분쇄법에 의해 분쇄함으로써 얻을 수 있다. 습식 분쇄법의 경우, 용매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 분쇄는, 예를 들어 롤 밀, 볼 밀, 제트 밀 등의 분쇄기를 사용하여 행한다.
유리 분말의 입경은, 50 ％ 입경 (D50) 이 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 유리 분말의 50 ％ 입경이 0.5 ㎛ 미만인 경우, 유리 분말이 응집되기 쉬워, 취급이 곤란해질 뿐만 아니라, 균일하게 분산시키기가 곤란해진다. 한편, 유리 분말의 50 ％ 입경이 3 ㎛ 를 초과하는 경우에는, 유리 연화 온도의 상승이나 소결 부족이 발생할 우려가 있다. 입경의 조정은, 예를 들어 분쇄 후에 필요에 따라 분급함으로써 행할 수 있다. 또한, 본 명세서 중에서 나타내는 분말의 입경은, 레이저 회절?산란법에 의한 입자경 측정 장치 (닛키소사 제조, 상품명 : MT3100II) 에 의해 얻어지는 것이다.
편평상의 세라믹스 필러와 상기 유리 분말을, 세라믹스 필러의 비율이 30 체적％ 이상 60 체적％ 이하가 되도록 배합하여 혼합함으로써, 유리 세라믹스 조성물을 얻을 수 있다. 세라믹스 필러의 보다 바람직한 배합 비율은 35 체적％ 이상 55 체적％ 이하의 범위이다. 세라믹스 필러의 배합 비율이 30 체적％ 미만인 경우에는, 얻어지는 유리 세라믹스 기판에 있어서, 기판 내에 입사한 광이 유리와 세라믹스 필러의 계면에 충돌하는 횟수가 부족하기 때문에, 높은 반사율을 얻기가 어렵다. 또, 소성시의 기판의 면 방향의 수축도 충분히 억제할 수 없다. 세라믹스 필러의 배합 비율이 60 체적％ 를 초과하는 경우에는, 유리의 배합 비율이 지나치게 적어지기 때문에, 소결성이 나빠진다는 문제가 있다. 이 유리 세라믹스 조성물에 있어서, 유리 분말의 배합 비율은, 40 체적％ 이상 70 체적％ 이하의 범위가 바람직하고, 유리 분말의 보다 바람직한 배합 비율은, 40 체적％ 이상 60 체적％ 이하의 범위이다. 유리 분말의 배합 비율이 40 체적％ 미만인 경우에는, 유리의 양이 지나치게 적어 소결 부족이 되어 기판 강도를 저하시킬 우려가 있고, 또 표면 조도의 증가에 의해 LED 칩과의 계면에서 접촉 열저항이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 유리 분말의 배합 비율이 70 체적％ 초과인 경우에는, 유리와 세라믹스의 계면이 감소함으로써, 입사광이 기판 이면에 투과하는 비율이 증가하여, 고반사율을 실현할 수 없게 될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
이와 같은 유리 세라믹스 조성물에 바인더를 배합하고, 필요에 따라 용제 (유기 용제), 가소제 등을 첨가함으로써 슬러리를 얻을 수 있다.
바인더로는, 예를 들어 폴리비닐부티랄, 아크릴 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 가소제로는, 예를 들어 프탈산디부틸, 프탈산디옥틸, 프탈산부틸벤질 등을 사용할 수 있다. 또, 용제로는, 톨루엔, 자일렌, 부탄올 등의 방향족계 또는 알코올계의 유기 용제를 사용할 수 있다. 방향족계의 용제와 알코올계의 용제를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 분산제나 레벨링제를 병용할 수도 있다.
슬러리의 조성은, 예를 들어, 고형분 (유리 분말 ＋ 세라믹스 필러) 을 54.1 질량％, 유기 용제 (톨루엔과 자일렌과 이소프로필알코올(2-프로판올) 및 2-부탄올의 혼합 용제) 를 36.5 질량％, 분산제를 0.8 질량％, 가소제를 3.2 질량％, 바인더인 수지를 5.4 질량％ 로 한다.
슬러리의 조제에서는, 유기 용제에 필요에 따라 레벨링제와 분산제를 혼합한 혼합 용제에, 유리 분말과 평균 애스펙트비가 25 이상인 세라믹스 필러를 첨가하고, ZrO2 를 미디어로 한 볼 밀로 교반한다. 그곳에, 바인더인 수지를 유기 용제에 용해시킨 비히클을 첨가하고, 프로펠러 장착 교반봉으로 교반한 후, 메시 필터를 사용하여 여과한다. 진공화하면서 교반함으로써, 내부에 갇힌 기포를 탈포할 수 있다.
또한, 유리 분말과 편평상의 세라믹스 필러 등을 유기 용제 중에서 볼 밀에 의해 교반?혼합하는 공정에서는, 세라믹스 필러의 균열이 우려된다. 그러나, 세라믹스 필러의 평균 장경은 5 ㎛ 이하로서, 교반?분쇄용의 볼과 비교하여 훨씬 소경이기 때문에, 볼끼리의 충돌시에 세라믹스 필러는 볼의 간극 등에 비집고 들어가, 분쇄될 확률이 매우 낮아지는 것으로 생각된다. 그 때문에, 유리 분말과 편평상의 세라믹스 필러를 유기 용제 중에 분산시키는 정도의 혼합 시간으로는, 세라믹스 필러가 균열되어 애스펙트비가 감소하는 일은 거의 일어나지 않는다.
후술하는 실시예에 있어서, 평균 애스펙트비가 최대값 (70) 인 알루미나 필러를 첨가하여 볼 밀에 의한 교반?분쇄를 행하고, 슬러리를 조제하였다. 그리고, 소성 후 얻어진 기판의 단면을 SEM (주사형 전자 현미경) 에 의해 관찰한 결과, 알루미나 필러에 균열은 보이지 않고, 알루미나 입자는 높은 애스펙트비를 유지하고 있었다.
이어서, 얻어진 슬러리를, 이형제가 도포된 PET 필름 상에, 예를 들어 독터 블레이드를 사용하여 도포하여 시트를 성형하고, 건조시킴으로써, 그린 시트를 제조한다. 이와 같이 제조된 그린 시트에 있어서는, 상기한 편평상의 세라믹스 필러는, 그 장경 방향이 면 방향과 평행하게 배향되어 있는데, 그것은 이하에 나타내는 이유에 의한 것으로 생각된다. 즉, 독터 블레이드법에 의한 도포시에, 유리 분말과 세라믹스 필러 등을 포함하는 슬러리는, 독터 블레이드 장치의 블레이드부의 선단 (先端) 과 필름의 표면에 의해 형성되는 간극을 통과하므로, 슬러리의 흐름 (유선 (流線)) 이 필름의 반송 방향을 따르게 된다. 이 때, 슬러리 중에 분산된 세라믹스 필러도 슬러리의 흐름을 따르도록 상기 간극을 통과한다. 그 때문에, 그린 시트 내에 있어서의 세라믹스 필러는, 편평면의 방향이 시트의 면 방향과 평행이 되도록 배향된다.
그린 시트에는, 미소성의 배선 패턴이나 층간 접속용 도체, 외부 전극 단자 등을 형성할 수 있다. 미소성의 배선 패턴이나 외부 전극 단자의 형성 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 스크린 인쇄법에 의해 도체 페이스트를 도포함으로써 행할 수 있다. 또, 미소성의 층간 접속용 도체는, 그린 시트에 펀칭 (타발) 등의 방법으로 층간 접속용의 구멍 (비아홀) 을 형성하고, 스크린 인쇄에 의해 구멍 내에 도체 페이스트를 충전함으로써 형성할 수 있다. 도체 페이스트로는, 예를 들어 구리, 은, 금, 알루미늄 등을 주성분으로 하는 금속 분말에, 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다.
이어서, 상기 그린 시트를 위치 맞춤하면서 복수 장 중첩한 후, 열 압착에 의해 일체화한다. 그 후, 바인더 등을 분해?제거하기 위한 탈지를 행한 후, 소성을 행하여 유리 세라믹스 조성물을 소결시킨다. 이렇게 하여 발광 소자 탑재용의 유리 세라믹스 기판을 얻는다.
탈지는, 예를 들어 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 10 시간 이하 유지함으로써 행한다. 탈지 온도가 500 ℃ 미만 또는 탈지 시간이 1 시간 미만인 경우에는, 바인더 등을 충분히 분해?제거할 수 없을 우려가 있다. 탈지 온도를 600 ℃ 정도로 하고, 탈지 시간을 10 시간 정도로 하면, 충분히 바인더 등을 제거할 수 있지만, 이 시간을 초과하면 오히려 생산성 등이 저하될 우려가 있다.
소성은, 예를 들어 850 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도에서 20 분 이상 60 분 이하 유지함으로써 행할 수 있고, 특히 860 ℃ 이상 880 ℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 850 ℃ 미만이거나, 또는 소성 시간이 20 분 미만인 경우에는, 치밀한 소결체가 얻어지지 않을 우려가 있다. 소성 온도를 900 ℃ 정도로 하고, 소성 시간을 60 분 정도로 하면, 충분히 치밀한 것이 얻어지고, 이것을 초과하면 오히려 생산성 등이 저하될 우려가 있다. 또, 은을 주성분으로 하는 금속 분말을 함유하는 도체 페이스트를 사용한 경우, 소성 온도가 900 ℃ 를 초과하면, 지나치게 연화되기 때문에 소정의 형상을 유지할 수 없게 될 우려가 있다.
상기한 편평상의 세라믹스 필러가 그린 시트의 면 방향과 평행하게 배향된 상태에서 소성하면, 세라믹스 필러의 배향은 그대로이고 유리 분말만이 용융된다. 이 때, 용융된 유리가 세라믹스 필러 사이의 간극을 매립하는데, 면 방향과 평행하게 배향한 세라믹스 필러는 면 방향의 움직임이 구속되어 있으므로, 세라믹스 필러 사이의 면 방향의 간극 (치수) 은 유지되고, 두께 방향의 간극 치수만이 감소한다. 그 때문에, 그린 시트의 소성시에 두께 방향에만 수축이 발생하고, 면 방향의 수축은 억제된다. 이와 같이, 외부로부터의 압력을 가하지 않아도 면 방향의 소성 수축률이 저감되므로, 치수 정밀도가 높은 유리 세라믹 기판을 얻을 수 있다.
또, 이렇게 하여 얻어진 유리 세라믹 기판은, 산화물 세라믹스로 이루어지는 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 세라믹스 필러가, 바람직하게는 평균 애스펙트비가 25 이상 200 이하인 편평상의 세라믹스 필러가, 기판의 면 방향과 평행하게 배향되어 있으므로, 높은 광 반사율을 갖는다.
이상, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판에 대해 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한도에 있어서, 또 필요에 따라 그 구성을 적절히 변경할 수 있다. 다음으로, 본 발명의 발광 장치에 대해 설명한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발광 장치 (20) 는, 상기한 발광 소자 탑재용 기판 (11) 의 탑재부에, 발광 다이오드 (LED) 칩과 같은 발광 소자 (12) 가 탑재되어 구성되어 있다. 발광 소자 (12) 는, 탑재부에 접착제 (13) 를 이용하여 고정되어 있고, 발광 소자 (12) 의 전극 (도시를 생략) 이 발광 소자 탑재용 기판 (11) 상에 형성된 접속 단자 (14) 에, 본딩 와이어 (15) 에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 발광 소자 (12) 나 본딩 와이어 (15) 를 덮도록, 수지 등으로 이루어지는 몰드 봉지층 (16) 이 형성되어 있다. 부호 17 은, 발광 소자 탑재용 기판 (11) 의 이면에 형성된 외부 전극 단자를 나타내고, 18 은 이 외부 전극 단자 (17) 와 상기 접속 단자 (14) 를 전기적으로 접속하는 관통 도체를 나타내고 있다. 또한, 몰드 봉지층 (16) 을 이용하지 않고, 유리 등의 투광성 재료로 이루어지는 덮개체를 이용하여 봉지해도 되고, 몰드 봉지층 (16) 과 덮개체를 병용해도 된다. 또, 몰드 봉지층 (16) 에 형광체를 함유시켜, 발광 소자 (12) 로부터 방사되는 광을 파장 변환하도록 구성해도 된다.
본 발명의 발광 장치 (20) 에 의하면, 높은 반사율을 갖는 발광 소자 탑재용 기판 (11) 을 사용함으로써, 발광 소자 (12) 로부터의 발광을 높은 반사율로 상방에 반사하여, 고휘도의 발광을 얻는다. 또, 발광 소자 탑재용 기판 (11) 의 소성시의 면 방향의 수축률이 저감되어 있어, 치수 정밀도가 우수하므로, 특성이 양호한 발광 장치를 얻는다. 이와 같은 본 발명의 발광 장치 (20) 는, 예를 들어 휴대전화나 대형 액정 디스플레이 등의 백라이트, 자동차용 혹은 장식용 조명, 그 밖의 광원으로서 바람직하게 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판을 구체적인 실시예에 기초하여 설명한다.
(실시예 1 ? 6) (비교예 1 ? 2)
하기 산화물 환산의 몰％ 표시로, SiO2 가 58.5 몰％, B2O3 이 7.7 몰％, Al2O3 이 8.0 몰％, CaO 가 19.1 몰％, K2O 가 1.5 몰％, Na2O 가 1.5 몰％, MgO 가 1.6 몰％, LiO 가 0.3 몰％, SrO 가 1.8 몰％ 인 조성의 유리가 되도록, 각 유리 원료를 배합하여 혼합하고, 이 원료 혼합물을 백금 도가니에 넣어 1550 ? 1600 ℃ 에서 60 분간 용융시킨 후, 용융 상태의 유리를 흘려보내 냉각시켰다. 그리고, 이 유리를 알루미나제 볼 밀에 의해 에틸알코올을 용매로 하여 20 ? 60 시간 분쇄하고, 유리 분말을 얻었다.
얻어진 유리 분말의 유리 전이점 (Tg) 을, 열분석 장치 (맥사이언스사 제조, 상품명 : TG-DTA2000) 를 사용하여, 승온 속도 10 ℃/분의 조건으로 1000 ℃ 까지 측정한 결과, Tg 는 643 ℃ 였다. 또, 연화 온도 (Ts) 는 811 ℃ 였다.
이어서, 이 유리 분말과, 표 2 에 나타내는 평균 애스펙트비 (A) 및 평균 장경 (d) 을 갖는, 세라믹스 필러로서의 알루미나 필러를, 표 2 에 나타내는 비율로 혼합하였다.
실시예 1 에 있어서는, 평균 애스펙트비가 25 이고 평균 장경이 2 ㎛ 인 알루미나 필러를 사용하고, 실시예 2 에 있어서는, 평균 애스펙트비가 25 이고 평균 장경이 2 ㎛ 인 알루미나 필러와, 애스펙트비가 50 이고 동일한 평균 장경 (2 ㎛) 을 갖는 알루미나 필러를 1 : 1 의 질량비로 혼합하여 이루어지는, 평균 애스펙트비가 37.5 인 알루미나 필러를 사용하고, 실시예 3 ? 5 에 있어서는, 평균 애스펙트비가 50 이고 평균 장경이 2 ㎛ 인 알루미나 필러를 사용하고, 실시예 6 에 있어서는, 평균 애스펙트비가 70 이고 평균 장경이 5 ㎛ 인 알루미나 필러를 사용하고, 비교예 1 에 있어서는, 평균 애스펙트비가 5 이고 평균 장경이 2 ㎛ 인 알루미나 필러를 사용하고, 비교예 2 에 있어서는, 평균 애스펙트비가 30 이고 평균 장경이 10 ㎛ 인 알루미나 필러를 사용하였다.
얻어진 유리 세라믹스 혼합 분말 (유리 세라믹스 조성물) 50 g 에, 유기 용제 (톨루엔, 자일렌, 2-프로판올, 2-부탄올을 질량비 4 : 2 : 2 : 1 로 혼합한 것) 15 g, 가소제 (프탈산디-2-에틸헥실) 2.5 g, 바인더로서의 폴리비닐부티랄 (덴카사 제조, 상품명 : PVK＃3000K) 5 g 및 분산제 (빅케미사 제조, 상품명 : BYK180) 0.5 g 을 각각 배합하고, 혼합하여 슬러리로 하였다.
이 슬러리를 PET 필름 상에 독터 블레이드법에 의해 도포하고 건조시킨 후 절단하여, 두께가 200 ㎛ 이고 가로세로 40 mm (세로 40 mm × 가로 40 mm) 의 그린 시트를 제조하였다.
다음으로, 이 그린 시트를 1 장으로 혹은 소정의 장수 중첩하고, 80 ℃ 에서 10 MPa 의 압력을 가하여 일체화하였다. 그 후, 소성로에 550 ℃ 에서 5 시간 유지함으로써 바인더 수지를 분해?제거한 후, 870 ℃ 에서 30 분간 유지하여 소성을 행하였다. 이렇게 하여, 특성 평가를 위한 유리 세라믹스 기판을 얻었다. 또한, 평가용 기판의 제조에 있어서는, 그린 시트를 1 장만으로 소성하거나, 혹은 적층하는 그린 시트의 장수를 2 장, 3 장으로 바꿈으로써, 소성 후의 기판 두께가 약 120 ㎛, 약 240 ㎛, 약 360 ㎛ 인 3 종류의 두께의 기판을 각각 제조하였다.
이렇게 하여 얻어진 평가용 기판에 대해, 면 방향의 치수를 측정하고, 소성에 의한 면 방향의 수축률을 산정하였다.
또, 각 두께의 평가용 기판에 대해, 가시광 영역의 광 (400 - 700 nm) 의 전역에 있어서의 반사율을, 오션 옵틱스사 제조의 분광기 USB2000 과 소형 적분구 ISP-RF 를 사용하여 측정하였다. 레퍼런스로는 황산바륨을 사용하고, 황산바륨을 도포한 면의 반사율을 100 ％ 로서 산정하였다. 그리고, 얻어진 반사율의 측정값을 평가용 기판의 두께에 대해 플로트한 그래프를 선형 보완함으로써, 평가용 기판의 두께가 300 ㎛ 인 경우의 반사율을 산출하였다.
또한, 평가용 기판을 구성하는 유리 세라믹스의 XRD 를 측정하였다. 그리고, 얻어진 XRD 차트로부터, 필러의 알루미나에서 유래하는 피크의 최고 강도 (절대값) 를 100 으로 하였을 때, 절대값이 10 이상인 강도를 갖는 유리 유래의 피크를 조사하여, 유리의 결정화도를 산출하였다. 또, 이하에 나타내는 파라미터 P 의 값을 계산하였다. 파라미터 P = (알루미나 필러의 평균 애스펙트비 (A) × 알루미나 필러의 배합 비율 (c) (체적％) × 알루미나 필러와 유리의 굴절률차)/알루미나 필러의 평균 장경 (d) (㎛)
또한, 필러를 구성하는 알루미나의 굴절률은 1.76 이고, 유리의 굴절률의 계산값은 1.55 이므로, 알루미나 필러와 유리의 굴절률차는 0.21 로 하여 상기 P 의 값을 구하였다. 이렇게 하여 산출된 기판의 반사율과 소성시의 면 방향의 수축률 및 XRD 차트로부터 구한 유리의 결정화도를 표 2 에 각각 나타낸다.
Figure pct00002
표 2 로부터 분명한 바와 같이, 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 알루미나 필러를 사용하고, 이 알루미나 필러를 기판의 면 방향과 평행하게 배향된 상태에서 함유시킨 실시예 1 ? 6 의 유리 세라믹스 기판은, 평균 애스펙트비가 25 미만인 편평상의 알루미나 필러를 사용한 비교예 1 의 유리 세라믹스 기판이나, 평균 장경이 10 ㎛ 로 큰 알루미나 필러를 사용한 비교예 2 의 유리 세라믹스 기판에 비하여, 가시광 영역의 광의 반사율이 대폭 높아져 있어, 두께 300 ㎛ 로 84 ％ 이상이라는 매우 높은 반사율을 갖는다. 또, 이들 실시예의 기판에서는, 면 방향의 소성 수축률이 저감되어 있다. 또한, 실시예 1 ? 6 의 유리 세라믹스 기판이 알루미나 필러 이외의 결정을 거의 함유하고 있지 않은 것은, 유리의 결정화도의 측정 결과로부터 분명하다. 즉, 실시예 1 ? 6 의 XRD 차트에 있어서는, 알루미나 필러에서 유래하는 최대 피크의 강도를 100 으로 하였을 때, 그 이외의 결정 성분에서 유래하는 강도 10 이상의 피크는 관찰되지 않아, 유리 분말에서 유래하는 결정이 발견되지 않은 것이 확인되었다.
또, 소성시의 평면 수축률은, 알루미나 함유량, 알루미나 필러의 평균 애스펙트비 등에 의해 선형으로 변화되어 있어, 어느 범위 내에 있어서 임의로 평면 수축률을 제어할 수 있는 것이 확인되었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 산화물계 세라믹스로 이루어지는 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 필러를 사용하고, 이 편평상의 세라믹스 필러를 기판의 면 방향과 평행하게 배향시킨 상태에서 함유시킴으로써, 발광 소자 탑재용 기판의 가시광 영역의 광의 반사율을 높일 수 있어, 발광 소자 탑재용 기판의 두께 300 ㎛ 로 84 ％ 이상이라는 높은 반사율을 실현할 수 있다. 그리고, 이 발광 소자 탑재용 기판에 발광 소자를 탑재함으로써, 고휘도이고 특성이 양호한 발광 장치가 얻어진다.
또한, 2010년 2월 5일에 출원된 일본 특허출원 2010-024630호의 명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 개시로서 받아들이는 것이다.
1 유리
2 세라믹스 필러
10 유리 세라믹스
11 발광 소자 탑재용 기판
12 발광 소자
15 본딩 와이어
16 몰드 봉지층
20 발광 장치

Claims (9)

  1. 유리 분말과, 산화물로 이루어지고 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상 (扁平狀) 의 세라믹스 필러를 포함하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 구성되고, 상기 필러를 구성하는 세라믹스 이외의 결정을 함유하지 않는 유리 세라믹스 기판으로서,
    상기 세라믹스 필러가 상기 기판의 면 방향과 평행하게 배향되어 있고, 가시광 영역의 광의 반사율이 두께 300 ㎛ 에 있어서 84 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편평상의 세라믹스 필러의 평균 장경 (長徑) 이 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편평상의 세라믹스 필러의 평균 애스펙트비가 25 이상 200 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 세라믹스 조성물에 있어서, 상기 세라믹스 필러의 배합 비율이 30 ? 60 체적％ 인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 세라믹스 조성물에 있어서, 상기 세라믹스 필러의 배합 비율이 30 ? 60 체적％ 이고, 유리 분말의 배합 비율이 40 ? 70 체적％ 인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 분말과, 산화물로 이루어지고 평균 애스펙트비가 25 이상인 편평상의 세라믹스 필러를 포함하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 구성되고, 상기 유리 분말이 비결정화 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리의 굴절률을 a, 상기 세라믹스 필러를 구성하는 세라믹스의 굴절률을 b 로 할 때, b - a 의 절대값이 0.15 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹스 필러에 대해, (평균 애스펙트비 × 배합 비율 (체적％) × 유리와의 굴절률의 차이)/평균 장경 (㎛) 의 값이 130 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자 탑재용 기판과,
    상기 발광 소자 탑재용 기판에 탑재된 발광 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
KR1020127014146A 2010-02-05 2010-11-30 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치 KR20120123023A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2010-024630 2010-02-05
JP2010024630 2010-02-05
PCT/JP2010/071390 WO2011096126A1 (ja) 2010-02-05 2010-11-30 発光素子搭載用基板および発光装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120123023A true KR20120123023A (ko) 2012-11-07

Family

ID=44355148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127014146A KR20120123023A (ko) 2010-02-05 2010-11-30 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120300479A1 (ko)
EP (1) EP2533311A1 (ko)
JP (1) JPWO2011096126A1 (ko)
KR (1) KR20120123023A (ko)
CN (1) CN102714259A (ko)
TW (1) TW201130092A (ko)
WO (1) WO2011096126A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9718726B2 (en) 2012-11-07 2017-08-01 Asahi Glass Company, Limited Glass ceramic substrate and portable electronic device housing using the substrate

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5928468B2 (ja) 2011-08-08 2016-06-01 旭硝子株式会社 ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置
WO2013021922A1 (ja) 2011-08-09 2013-02-14 旭硝子株式会社 ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置
CN102531392B (zh) * 2012-02-01 2014-09-03 云南云天化股份有限公司 一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法
JPWO2013133300A1 (ja) * 2012-03-09 2015-07-30 旭硝子株式会社 ガラスセラミックス体、積層体、携帯型電子機器用筐体、および携帯型電子機器
CN103378274A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 台达电子工业股份有限公司 发光装置及其制造方法
CN103000787B (zh) * 2012-11-22 2015-10-28 富顺光电科技股份有限公司 一种大功率led陶瓷散热基板制作方法
JP6150159B2 (ja) * 2013-02-04 2017-06-21 日立金属株式会社 発光ダイオードパッケージ用ガラスセラミック、それを用いたセラミック基板、および発光ダイオードパッケージ
TWI596748B (zh) * 2016-08-15 2017-08-21 財團法人工業技術研究院 顯示裝置
WO2019065633A1 (ja) * 2017-09-26 2019-04-04 京セラ株式会社 配線基板及び発光装置
WO2023106269A1 (ja) * 2021-12-10 2023-06-15 Ａｇｃ株式会社 ガラスセラミック組成物

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0971472A (ja) 1995-08-31 1997-03-18 Sumitomo Metal Mining Co Ltd ガラスセラミック基板の製造方法
JP2002111210A (ja) 2000-09-28 2002-04-12 Kyocera Corp 配線基板およびその製造方法
US20070200133A1 (en) * 2005-04-01 2007-08-30 Akira Hashimoto Led assembly and manufacturing method
JP4688633B2 (ja) 2005-10-27 2011-05-25 京セラ株式会社 光反射体、発光素子搭載用配線基板、および発光装置
JP2009302110A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Mitsubishi Plastics Inc カバーレイフィルム
JP2010024630A (ja) 2008-07-15 2010-02-04 Shin Nikkei Co Ltd 連結窓

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9718726B2 (en) 2012-11-07 2017-08-01 Asahi Glass Company, Limited Glass ceramic substrate and portable electronic device housing using the substrate

Also Published As

Publication number Publication date
TW201130092A (en) 2011-09-01
CN102714259A (zh) 2012-10-03
JPWO2011096126A1 (ja) 2013-06-10
US20120300479A1 (en) 2012-11-29
WO2011096126A1 (ja) 2011-08-11
EP2533311A1 (en) 2012-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120123023A (ko) 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치
JP5429038B2 (ja) 発光素子搭載用基板および発光装置
US8309974B2 (en) Light emitting diode package
US20150010721A1 (en) Glass ceramic body, layered body, portable electronic device housing, and portable electronic device
JP5928468B2 (ja) ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置
JP5949770B2 (ja) ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置
KR20130007538A (ko) 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치
JP2015120621A (ja) ガラスセラミックス組成物、発光素子用基板、および発光装置
JP5720454B2 (ja) 発光素子搭載用基板とその製造方法および発光装置
JP5556336B2 (ja) ガラスセラミックス組成物および素子搭載用基板
JP5516082B2 (ja) ガラスセラミックス組成物、発光ダイオード素子用基板および発光装置
JP2012140289A (ja) 被覆アルミナフィラー、ガラスセラミックス組成物、発光素子用基板、および発光装置
JP6150159B2 (ja) 発光ダイオードパッケージ用ガラスセラミック、それを用いたセラミック基板、および発光ダイオードパッケージ
JP5655375B2 (ja) ガラスセラミックス組成物、発光ダイオード素子用基板および発光装置。
JP2012044037A (ja) 発光素子用基板および多数個取り基板
JP2011258866A (ja) 発光素子搭載用基板および発光装置
JP2014075452A (ja) ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置
JP2015070088A (ja) 発光素子用基板および発光装置
JP2012238855A (ja) 発光素子用基板および発光装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid