WO2011104963A1 - 発光素子搭載用基板および発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、上記のように2ワイヤタイプの複数の発光素子を並列接続となるように搭載する形態の、基板上に反射膜と複数の配線導体を有するLTCC基板において、反射膜と配線導体の配置等の構成を変えることにより反射膜を効率よく用いて、発光装置とした際の光取り出し効率を上げようとする試みについては、未だ知られていない。
無機材料粉末の焼結体からなり、部分的に発光素子が搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の搭載面に、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれとワイヤボンディングにより1対1の関係で接続されるように、かつ前記発光素子間から外れた位置に設けられた少なくとも前記発光素子数の倍数個の配線導体と、前記配線導体およびその周囲近傍を除く搭載面に形成された反射膜と、前記反射膜の端縁を含む全体を覆いかつ前記配線導体およびその周囲近傍を除くように搭載面に設けられたオーバーコートガラス膜と、を有することを特徴とする。
前記無機材料粉末の焼結体が、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体、またはアルミナ粉末と焼結助剤とを含むアルミナセラミックス組成物の焼結体である。
本発明の発光素子搭載用基板は、2ワイヤタイプの発光素子の複数個を電気的に並列に接続するように搭載する構成の発光装置であれば特に制限なく適用されるが、2ワイヤタイプの発光素子を2個搭載し、搭載面が略長方形であって、発光素子の搭載部が前記搭載面をその短辺に平行する線で二等分した各領域における略中央部である構成の発光装置に好適に使用される。この場合、前記配線導体は、2個の発光素子がそれぞれ有する一対の電極に1対1で接続されるように4箇所に配設されるが、反射膜を搭載面上により大面積で設けることができるようにするために、搭載面の四隅に配設されることが好ましい。
本発明の発光素子搭載用基板は、2ワイヤタイプの発光素子の複数個を電気的に並列に接続するように搭載するための発光素子搭載用基板であって、無機材料粉末の焼結体からなり、部分的に発光素子が搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の搭載面に、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれとワイヤボンディングにより1対1の関係で接続されるように、かつ前記発光素子間から外れた位置に設けられた少なくとも前記発光素子数の倍数個の配線導体と、前記配線導体およびその周囲近傍を除く搭載面に形成された反射膜と、前記反射膜の端縁を含む全体を覆いかつ前記配線導体およびその周囲近傍を除くように搭載面に設けられたオーバーコートガラス膜と、を有することを特徴とする。前記無機材料粉末の焼結体は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体であるLTCC基板や、アルミナ粉末と焼結助剤とを含むアルミナセラミックス組成物の焼結体であるアルミナ基板が使用できる。
図1は、2個の発光素子を搭載するための搭載面を略長方形に構成した本発明の発光素子搭載用基板の一実施形態を上から見た平面図である。図2は図1に示す発光素子搭載用基板の実施形態の図1におけるX-X’線に相当する部分の断面図である。
<LTCC基板を基板本体に使用した場合>
本発明の1実施形態に係る発光素子搭載用基板は、たとえば、以下の(A)工程~(E)工程を含む製造方法により製造される。より具体的には、以下の(A)工程~(E)工程をこの順に従って本発明に係る発光素子搭載用基板を製造するのが好ましい。なお、以下の説明では、その製造に用いる部材、形成される層等について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。
(B)前記基板本体2の略長方形の搭載面21の四隅に配線導体ペースト層、配線導体ペースト層と下記非搭載面23に形成される外部電極端子用導体ペースト層を電気的に接続するための貫通導体用ペースト層、および非搭載面23に配線導体ペースト層と貫通導体用ペースト層を介して発光素子11を電気的に並列に接続するための外部電極端子用導体ペースト層を形成する工程(以下、「導体ペースト層形成工程」という)、
(C)前記配線導体ペースト層およびその周囲近傍を除く搭載面21にスクリーン印刷により反射膜用ペースト層を形成する工程(以下、「反射膜用ペースト層形成工程」という)、
(D)前記反射膜用ペースト層の端縁を含む全体を覆いかつ前記配線導体ペースト層およびその周囲近傍を除くように前記搭載面21にオーバーコートガラスペースト層を形成し未焼結発光素子搭載用基板を得る工程(以下、「オーバーコートガラスペースト層形成工程」という)、
(E)前記未焼結発光素子搭載用基板を800~930℃で焼成する工程(以下、焼成工程という)。
(A)本体用グリーンシート作製工程
本体用グリーンシート2は、ガラス粉末(基板本体用ガラス粉末)とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物にバインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させ製造する。なお、図2に示すように最終的に基板本体2が上面にキャビティを有し、その底面が略長方形の搭載面21を形成するように、必要に応じて複数枚のグリーンシートを積層するなどの方法により本体用グリーンシート2とする。
このようにして得られたスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させ、必要に応じて複数枚のグリーンシートを積層する等の作業手順で、上面にキャビティを有し該キャビティ底面が搭載面21として略長方形である本体用グリーンシート2を製造する。
次いで、このようにして得られた本体用グリーンシート2の略長方形の搭載面21の四隅に配線導体ペースト層3、および、この4箇所の配線導体ペースト層3と下記非搭載面23に形成される外部電極端子用導体ペースト層4を電気的に接続するための貫通導体用ペースト層6、および非搭載面23に配線導体ペースト層3と貫通導体用ペースト層6を介して、搭載部22に搭載される2個の発光素子を電気的に並列に接続するための外部電極端子用導体ペースト層4を所定の大きさ、形状で形成する。以下、このように各種導体ペースト層が形成された本体用グリーンシートを導体ペースト層付き本体用グリーンシート2という。
(C)反射膜用ペースト層形成工程においては、上記工程(B)で得られた導体ペースト層付き本体用グリーンシート2の、略長方形の搭載面21の配線導体ペースト層3が形成された領域およびその周囲近傍を除くようにスクリーン印刷により反射膜7となる反射性を有する材料を含む反射膜用ペースト層7を形成させる。なお、(C)反射膜用ペースト層形成工程は、例えば、配線導体ペーストと反射膜用ペーストが同じペースト材料で構成される場合などには、上記(B)工程の配線導体ペースト層3の形成と同時に行うことも可能である。
(D)オーバーコートガラスペースト層形成工程においては、上記搭載面21上に、上記(C)工程で形成された反射膜用ペースト層7の端縁を含む全体を覆い、かつ上記(B)工程で形成された配線導体ペースト層3およびその周囲近傍を除くように、スクリーン印刷によりオーバーコートガラスペースト層8が形成される。これにより、未焼結発光素子搭載用基板1が得られる。
上記(D)工程後、得られた未焼結発光素子搭載用基板1について、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成を行って発光素子搭載用基板1とする。
本発明の他の実施形態に係る発光素子搭載用基板は、たとえば、以下の(a)工程~(f)工程を含む製造方法により製造される。より具体的には、以下の(a)工程~(f)工程をこの順に従って本発明に係る発光素子搭載用基板を製造するのが好ましい。なお、以下の説明では、その製造に用いる部材、形成される層等について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。
(a)アルミナ粉末と焼結助剤とを含むアルミナセラミックス組成物を用いて、前記発光素子搭載用基板1の基板本体2を構成する、部分的に発光素子11の搭載される搭載部22となる略長方形の搭載面21を有する本体用グリーンシートを作製する工程(本体用グリーンシート作製工程)、
(b)この本体用グリーンシートを1400~1600℃で焼成する工程(第1の焼成工程)、
(c)焼成後の基板本体2の略長方形の搭載面21の四隅に配線導体ペースト層を電気的に接続するための端通導体用ペースト層、および非搭載面23に配線導体ペースト層と貫通導体用ペースト層を介して発光素子11を電気的に並列に接続するための外部電極端子用導体ペーストを形成する工程(導体ペースト層形成工程)、
(d)前記配線導体ペースト層およびその周囲近傍を除く搭載面21にスクリーン印刷により反射膜用ペースト層を形成する工程(反射膜用ペースト層形成工程)、
(e)前記反射膜用ペースト層の端縁を含む全体を覆いかつ前記配線導体ペースト層およびその周囲近傍を除くように前記搭載面21にオーバーコートガラスペースト層を形成し発光素子搭載用基板前駆体を得る工程(オーバーコートガラスペースト層形成工程)、
(f)この発光素子搭載用基板前駆体を850~900℃で焼成する工程(第2の焼成工程)。
(a)本体用グリーンシート作製工程
本体用グリーンシート2は、アルミナ粉末と焼結助剤とを含むアルミナセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させ製造する。
アルミナ粉末の50%粒径(D50)は0.5μm以上2μm以下であることが好ましい。アルミナ粉末のD50が0.5μm未満の場合には、アルミナ粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難となるばかりでなく、均一に分散させることが困難となる。一方、D50が2μmを超える場合には、焼結不足が発生するおそれがある。
焼結助剤としては、従来からセラミックス基板の製造に使われるものが使用できる。例えば、SiO2とアルカリ土類金属酸化物の混合物を好適に使用できる。焼結助剤のD50は、0.5μm以上4μm以下であることが好ましい。
このようなアルミナ粉末と焼結助剤とを、例えばアルミナ粉末が80質量%以上99質量%以下、焼結助剤が1質量%以上20質量%以下となるように配合し、混合し、アルミナセラミックス組成物を得ることができる。このアルミナセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等の添加によりスラリーとする。
バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に使用できる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を使用できる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、ブタノール等の芳香族系またはアルコール系の有機溶剤を使用できる。さらに、分散剤やレベリング剤を併用することもできる。
このようにして得られたスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させ、打抜き型あるいはパンチングマシーンを使用して所定の寸法角に切断し、同時に所定位置に層間接続用のビアホールを打抜き形成し、本体用グリーンシート2を製造する。
未焼成の本体用グリーンシート2を、500℃以上600℃以下の温度で加熱することにより、グリーンシートに含まれる樹脂等のバインダーを分解・除去する脱脂を行う。複数枚の未焼成の本体用グリーンシート2を積層する場合には、位置合わせしつつ複数枚重ねて加熱および加圧して一体化した後、上記した脱脂を行う。その後、さらに1400~1600℃程度の温度で加熱し、本体用グリーンシートを構成するアルミナセラミックス組成物を焼成し、基板本体としてのアルミナ基板2とする。
次いで、このようにして得られたアルミナ基板2の略長方形の搭載面21の四隅に、配線導体ペースト層3、および、この4箇所の配線導体ペースト層3と下記非搭載面23に形成される外部電極端子用導体ペースト層4を電気的に接続するための貫通導体用ペースト層6、および非搭載面23に配線導体ペースト層3と貫通導体用ペースト層6を介して、搭載部22に搭載される2個の発光素子を電気的に並列に接続するための外部電極端子用導体ペースト層4を所定の大きさ、形状で形成する。以下、このように各種導体ペースト層が形成されたアルミナ基板2を導体ペースト層付きアルミナ基板2という。
配線導体ペースト層3、外部電極端子用導体ペースト層4、および貫通導体用ペースト層6の形成方法としては、スクリーン印刷法により導体ペーストを塗布、充填する方法が挙げられる。形成される配線導体ペースト層3、外部電極端子用導体ペースト層4の膜厚は、最終的に得られる配線導体、外部電極端子等の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。
導体ペーストとしては、例えば銅、銀、金等を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。なお、上記金属粉末としては、銀からなる金属粉末、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属粉末が好ましく用いられる。なお、金属粉末とアルミナ基板との接着力を十分に確保するために、少量のガラスフリットを配合した導体ペーストを使用してもよい。
(d)反射膜用ペースト層形成工程においては、上記工程(c)で得られた導体ペースト層付きアルミナ基板2の、略長方形の搭載面21の配線導体ペースト層3が形成された領域およびその周囲近傍を除くようにスクリーン印刷により反射膜7となる反射性を有する材料を含む反射膜用ペースト層7を形成させる。なお、(d)反射膜用ペースト層形成工程は、例えば、配線導体ペーストと反射膜用ペーストが同じペースト材料で構成される場合などには、上記(c)工程の配線導体ペースト層3の形成と同時に行うことも可能である。
上記スクリーン印刷に用いる反射膜用ペーストは、反射膜7を構成する反射性を有する材料を含有するペーストである。このような材料としては、上記の通り、銀、銀パラジウム混合物、銀パラジウム合金、銀白金混合物、銀白金合金等が挙げられるが、高反射率を有することから銀を95%以上含有する銀ペーストが好ましく用いられる。密着強度を向上させるためガラスフリットを5%以下含むこともできる。反射膜用ペーストとしては、このような材料を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。形成される反射膜用ペースト層7の膜厚は、最終的に得られる反射膜7の膜厚が上記所望の膜厚となるように調整される。
(e)オーバーコートガラスペースト層形成工程においては、上記搭載面21上に、上記(d)工程で形成された反射膜用ペースト層7の端縁を含む全体を覆いかつ上記(c)工程で形成された配線導体ペースト層3およびその周囲近傍を除くように、スクリーン印刷によりオーバーコートガラスペースト層8が形成される。これにより、発光素子搭載用基板前駆体1が得られる。
上記(e)工程で得た発光素子搭載基板用前駆体1を、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行い、アルミナ基板内部(ビアホール)および表裏面に形成された各種ペースト層を焼結させるための焼成を行い、配線導体3、反射膜7およびオーバーコートガラス膜8が形成された発光素子搭載用基板1とする。
脱脂は、例えば500℃以上600℃以下の温度で1時間以上10時間以下保持することにより行う。脱脂温度が500℃未満もしくは脱脂時間が1時間未満の場合、バインダー等を十分に除去できないおそれがある。一方、脱脂温度は600℃程度、脱脂時間は10時間程度とすれば、十分にバインダー等を除去でき、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。
このようにして、発光素子搭載用基板1が得られるが、焼成後、必要に応じて配線導体3全体を被覆するように、金メッキ等の通常、発光素子搭載用基板において導体保護に用いられる導電性保護膜を配設することも可能である。
[実施例1]
以下に説明する方法で、図3および図4に示した発光素子搭載用基板と同様の構造の試験用発光素子搭載用基板及びこの基板を使用した試験用発光装置を作製した。なお、以下の実施例の説明においても、その製造に用いる部材、形成される層等について、焼成の前後で部材、層等に用いる符号は同じものを用いた。
まず、発光素子搭載用基板1の本体基板2を作製するための本体用グリーンシート2を作製した。本体用グリーンシート2を製造するためのガラス粉末としては、ガラス組成として、下記酸化物換算のmol%表示で、SiO2が60.4mol%、B2O3が15.6mol%、Al2O3が6mol%、CaOが15mol%、K2Oが1mol%、Na2Oが2mol%となるようにガラス原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて1600℃で60分間溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより40時間粉砕して基板本体用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。
一方、導電性粉末(銀粉末、大研化学工業社製、商品名:S550)、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比85:15の割合で配合し、固形分が85質量%となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で1時間混練を行い、さらに三本ロールにて3回分散を行って金属ペーストを製造した。
さらに封止剤(信越化学工業株式会社、商品名:SCR-1016A)を用いて図4に示すモールド材14を構成するように封止した。封止剤には蛍光体(化成オプトニクス株式会社製、商品名P46-Y3)を封止剤に対して20質量%含有したものを用いた。
実施例1と同様のガラス粉末を用い、このガラス粉末が38質量%、アルミナフィラー(昭和電工社製、商品名:AL-45H)が38質量%、ジルコニアフィラー(第一稀元素化学工業社製、商品名:HSY-3F-J)が24質量%となるように配合し、混合することによりガラスセラミックス組成物を製造した。他は実施例1と略同様にして発光素子搭載用基板を作製し、発光ダイオード素子を接続し封止材を用いて封止した。
全光束の測定は、スペクトラコープ社製LED全光束測定装置「SOLIDLAMBDA・CCD・LED・MONITOR・PLUS」を用いて行った。積分球は6インチ、電圧/電流発生器としてはアドバンテスト社製R6243を用いた。またLED素子には35mAを印加して測定した。
図5および図6に示すように、略長方形の搭載面上の2個の発光素子11間に配線導体3が2箇所形成され、さらに2つの短辺の一方に接するように1箇所、および他方の短辺に接して2箇所に配線導体3が形成された以外は、上記実施例1と同様の発光素子搭載用基板を用いた従来の構成の試験用発光装置を作製した。なお、配線導体3は、貫通導体6および外部電極端子導体4と同様の材料を用いて作製した。発光装置に搭載した2個の2ワイヤタイプの発光ダイオード素子についても実施例1と同様のものを用いたが、搭載の方向は以下に説明するボンディングワイヤの長さが最短となるように、発光ダイオード素子の基板に搭載される面の短辺が、基板の搭載面の短辺と平行になるように搭載した。従来の発光装置10において、2個の発光ダイオード素子が電気的に並列に接続され、ツェナーダイオード15もその回路に電気的に並列に接続されるように、ボンディングワイヤ13によって、発光ダイオード素子の各電極12およびツェナーダイオード15と、配線導体3とを接続した。
なお、2010年2月5日に出願された日本特許出願2010-039850号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
Claims (8)
- 一対の電極がともにワイヤボンディングにより基板に接続される形態の発光素子の複数個を電気的に並列に接続するように搭載するための発光素子搭載用基板であって、
無機材料粉末の焼結体からなり、部分的に発光素子が搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、
前記基板本体の搭載面に、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれとワイヤボンディングにより1対1の関係で接続されるように、かつ前記発光素子間から外れた位置に設けられた少なくとも前記発光素子数の倍数個の配線導体と、
前記配線導体およびその周囲近傍を除く搭載面に形成された反射膜と、
前記反射膜の端縁を含む全体を覆いかつ前記配線導体およびその周囲近傍を除くように搭載面に設けられたオーバーコートガラス膜と、
を有することを特徴とする発光素子搭載用基板。 - 前記無機材料粉末の焼結体が、ガラス粉末とセラミックフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体である請求項1記載の発光素子搭載用基板。
- 前記無機材料粉末の焼結体が、アルミナ粉末と焼結助剤とを含むアルミナセラミックス組成物の焼結体である請求項1記載の発光素子搭載用基板。
- 前記発光素子の個数が2個配されるようにされており、前記搭載面が略長方形であり、かつ前記搭載部が前記搭載面をその短辺に平行する線で二等分した各領域における略中央部であって、前記配線導体が前記搭載面の四隅に配設されたことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の発光素子搭載用基板。
- 前記配線導体のいずれかひとつがツェナーダイオード搭載用として他の配線導体より大面積に形成されたことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の発光素子搭載用基板。
- 前記反射膜が実質的に銀からなることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の発光素子搭載用基板。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の発光素子搭載用基板と、前記発光素子搭載用基板の搭載部に一対の電極がともにワイヤボンディングにより基板に接続される形態の発光素子の複数個を電気的に並列に接続するように搭載した発光装置であって、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれと前記配線導体がワイヤボンディングにより1対1の関係で接続された発光装置。
- 前記複数の発光素子が、基板に搭載される面が略長方形である略直方体の2個の発光素子であり、前記基板の搭載面が略長方形であって、前記発光素子を、該発光素子の搭載される面の長辺が前記基板の搭載面の短辺と平行になるように、かつ前記基板の搭載面をその短辺に平行する線で二等分した各領域の略中央部にそれぞれ搭載したことを特徴とする請求項7記載の発光装置。
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