WO2013141322A1 - 発光素子用基板の製造方法、発光素子用基板、および発光装置 - Google Patents

発光素子用基板の製造方法、発光素子用基板、および発光装置 Download PDF

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WO2013141322A1
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conductor layer
metal conductor
emitting element
substrate
light emitting
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谷田　正道
竹内　俊弘
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旭硝子株式会社
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    • H01L33/647—Heat extraction or cooling elements the elements conducting electric current to or from the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a light emitting element substrate, a light emitting element substrate, and a light emitting device.
  • light emitting devices using light emitting elements have been used for backlights of mobile phones and large liquid crystal TVs, etc., with the increase in luminance of light emitting elements such as light emitting diode elements (hereinafter also referred to as LED elements).
  • LED elements light emitting diode elements
  • the amount of heat generation increases with the increase in luminance of the light emitting element, and the temperature rises excessively, so that sufficient light emission luminance cannot always be obtained.
  • a light emitting element substrate for mounting a light emitting element a substrate capable of quickly dissipating heat generated from the light emitting element and obtaining sufficient light emission luminance is required.
  • a ceramic substrate made of an inorganic insulating material such as alumina, aluminum nitride, or glass ceramic has been used as a substrate for a light emitting element.
  • an inorganic insulating material such as alumina, aluminum nitride, or glass ceramic
  • the situation where improvement in heat dissipation is required is the same, and improvement in heat dissipation according to the thermal conductivity for each constituent material Techniques for methods have been developed.
  • thermal via made of a high thermal conductive material such as a metal is disposed inside to reduce the thermal resistance.
  • thermal vias for example, those having a plurality of smaller ones than the light emitting element and those having only one having a size substantially the same as the light emitting element are known (see, for example, Patent Document 1).
  • a reflective layer made of silver, silver alloy or the like is provided on the surface, and this reflective layer is used for heat radiation in the horizontal direction, and a second metal layer extending inward from this reflective layer is provided to provide heat radiation in the vertical direction. It is known to improve the property (see, for example, Patent Document 2).
  • a high-power type light-emitting device has been demanded, and a substrate for a light-emitting element with good heat dissipation has been demanded from the viewpoint of ensuring the lifetime.
  • the luminance is likely to decrease particularly because the light-emitting element is likely to become high temperature, and the mold resin that covers the light-emitting element and the phosphor contained therein are likely to deteriorate.
  • the thermal via is generally formed as follows. First, a plurality of green sheets to be light emitting element substrates are manufactured by firing, and through holes are provided in portions of the green sheets where thermal vias are formed. If the area of the opening serving as the thermal via on the upper surface of the green sheet is as small as about 0.3 mm 2 (circular shape with a diameter of 0.6 mm, for example), apply metal to the upper surface by screen printing while applying suction from the lower surface of the green sheet. Fill the through hole with paste. Thereafter, by laminating other green sheets, a light emitting element substrate having thermal vias can be formed.
  • the through hole in the green sheet has a wide and shallow shape. Therefore, the metal paste is uniformly filled in the entire through hole in the method using the metal paste filling described above. It becomes difficult. As a result, the flatness of the exposed surface of the thermal via after firing is lowered.
  • a method of laminating and laminating a green sheet provided with a through-hole serving as a thermal via after laminating a metal paste to a required height on a green sheet serving as a bottom of a thermal via, or serving as a bottom in advance After laminating and laminating a green sheet and a green sheet to be a through-hole, it is conceivable to fill the hole with metal paste by screen printing from the upper surface, and then laminate other green sheets as necessary. It is very difficult and stable production is difficult.
  • a silver paste is preferably used from the viewpoint of simultaneous firing.
  • the thermal via becomes larger, the amount of silver paste used increases. Since silver paste is expensive, it is preferable to suppress the amount of use as much as possible.
  • thermal via by an electroless plating method, but when the electroless plating method is simply applied, the metal deposits in a cylindrical shape from the inner side surface of the hole, so the exposed surface of the thermal via Flatness decreases.
  • the flatness of the exposed surface is low, a gap is formed when the light emitting element is mounted, and heat generated when the light emitting element is energized becomes difficult to conduct. For this reason, the function as a thermal via cannot be fulfilled, and the temperature of the light emitting element may increase.
  • the method for producing a substrate for a light emitting device of the present invention comprises producing a ceramic substrate having a first metal conductor layer therein and a plating hole extending from the first metal conductor layer to a main surface by firing. And a second step of forming the plating hole so as to fill the second metal conductor layer by electroplating using the first metal conductor layer as a cathode.
  • a second step of forming the second metal conductor layer so as to grow a layer.
  • the light-emitting element substrate of the present invention is obtained by the above-described method for manufacturing a light-emitting element substrate of the present invention.
  • the light-emitting device of the present invention is characterized by having the above-described substrate for a light-emitting element of the present invention.
  • the second metal conductor layer having a good exposed surface flatness can be formed. Further, since it is not necessary to use an expensive silver paste or the like for forming the second metal conductor layer, the production cost can be reduced.
  • the substrate for light emitting device of the present invention has excellent heat dissipation, and the production cost is also reduced.
  • heat dissipation is excellent, and production cost is also reduced.
  • substrate for light emitting elements shown in FIG. The top view which shows one Embodiment of a light-emitting device.
  • Sectional drawing of the light-emitting device shown in FIG. The top view which shows the modification of the board
  • substrate for light emitting elements shown in FIG. Sectional drawing which shows the other modification of the board
  • FIG. 6 shows measurement results of flatness in the light-emitting element substrate of Example 1;
  • FIG. 6 shows measurement results of flatness in a light-emitting element substrate of Comparative Example 1.
  • Embodiments of the present invention will be described below. First, a light emitting element substrate and a light emitting device obtained by the manufacturing method of the present invention will be described.
  • FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a light emitting element substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the light emitting element substrate shown in FIG.
  • the light emitting element substrate 10 includes a first main surface 11a on which a light emitting element such as an LED element (not shown) is mounted, and a second main surface 11b which is a light emitting element non-mounting surface facing the first main surface 11a.
  • the substrate body 11 is made of a ceramic material.
  • a first metal conductor layer 12 extending in the horizontal direction, and a second metal extending in a columnar shape in the thickness direction from the first metal conductor layer 12 toward the first main surface 11a.
  • a conductor layer 13 is provided inside the substrate body 11, a first metal conductor layer 12 extending in the horizontal direction, and a second metal extending in a columnar shape in the thickness direction from the first metal conductor layer 12 toward the first main surface 11a.
  • a conductor layer 13 is provided.
  • the first metal conductor layer 12 functions as a cathode when the second metal conductor layer 13 is formed by electroplating, and also functions as a reflective layer and / or a heat dissipation layer.
  • the first main surface 11a is provided with a first surface conductor layer 15 to which one electrode of the light emitting element, for example, an upper electrode is electrically connected.
  • the first surface conductor layer 15 is provided at a predetermined interval from the second metal conductor layer 13.
  • the first main surface 11a is provided with a frame body 23 made of a ceramic material so as to surround the first surface conductor layer 15 and a mounting portion on which the light emitting element is mounted, for example.
  • a first external electrode terminal 17 and a second external electrode terminal 18 are provided on the second main surface 11b.
  • the first external electrode terminal 17 is electrically connected to the first surface conductor layer 15 via a columnar first connection via 21 provided in the substrate body 11 in the thickness direction.
  • the second external electrode terminal 18 is electrically connected to the first metal conductor layer 12 via a columnar second connection via 22 provided in the thickness direction inside the substrate body 11.
  • the light-emitting element substrate 10 is preferably used for mounting a light-emitting element having electrodes on one wire type, that is, an upper surface and a lower surface, respectively. That is, the upper electrode of the light emitting element is electrically connected to the first surface conductor layer 15 by the bonding wire, and the lower electrode is electrically connected to the second metal conductor layer 13.
  • the second metal conductor layer 13 serving as a thermal via does not reach the second main surface 11b, so that electrical insulation on the second main surface 11b side is ensured. it can. Further, even if the second metal conductor layer 13 does not reach the second main surface 11b, the heat dissipation is improved because the first metal conductor layer 12 spreads in the horizontal direction. Further, the second metal conductor layer 13 can be formed by electroplating using the first metal conductor layer 12 as a cathode.
  • the second metal conductor layer 13 is formed, for example, so as to include a mounting portion 14 on which the light emitting element is mounted in a plan view. That is, it is formed to have the same area as the area of the mounting portion 14 or a larger area.
  • the plan view means a state viewed from the principal surface direction as shown in FIG.
  • the area is the area in plan view unless otherwise specified.
  • the shape of the second metal conductor layer 13 in plan view is not necessarily limited. From the viewpoint of improving the heat transfer to the first metal conductor layer 12 and improving the productivity, a circular shape or an elliptical shape. A square shape or a rectangular shape is preferable.
  • the second metal conductor layer 13 has a length (hereinafter also referred to as depth (n)) in the thickness direction of the light emitting element substrate 10 with respect to the maximum length (m) in the horizontal direction of the light emitting element substrate 10.
  • the ratio (n / m) is preferably 1 or less, and more preferably 0.8 or less.
  • the maximum length (m) in the horizontal direction is the length of the maximum portion at the position of the first main surface 11a.
  • the maximum length (m) in a horizontal direction is the long axis. For example, in FIG.
  • the maximum length (m) in the horizontal direction is diagonal line BE when each corner (vertex of the rectangle) is B, C, D, E.
  • the length of the diagonal line CD, and the length of the second metal conductor layer 13 in the thickness direction of the light emitting element substrate 10 is indicated as n in the drawing.
  • the ratio is 1 or less, the method of applying and filling the conductive paste using screen printing or the like cannot improve the flatness of the exposed surface, but electroplating using the first metal conductor layer 12 as a cathode. According to the method, the flatness of the exposed surface can be improved.
  • the maximum horizontal length of the second metal conductor layer 13 is preferably 0.3 mm or more, and more preferably 1 mm or more.
  • the maximum horizontal length of the second metal conductor layer 13 is not particularly limited, but is usually 7 mm or less.
  • the area of the second metal conductor layer 13 is preferably 0.1 mm 2 or more, and more preferably 1 mm 2 or more.
  • the area of the second metal conductor layer 13 is not particularly limited, but is usually 25 mm 2 or less.
  • the area of the second metal conductor layer 13 means an area at the position of the first main surface 11a.
  • the depth of the second metal conductor layer 13 in the thickness direction of the light emitting element substrate 10 is a depth satisfying the above-described range of (n / m) ⁇ 1, for example, 0.1 mm or more. 0 mm or less is preferable.
  • the first metal conductor layer 12 is formed so as to include the second metal conductor layer 13 in plan view.
  • the shape of the first metal conductor layer 12 in plan view is not necessarily limited, but a circular shape, an elliptical shape, a square shape, or a rectangular shape is preferable from the viewpoint of improving heat dissipation and improving productivity. .
  • the area of the first metal conductor layer 12 is not necessarily limited as long as it is equal to or greater than that of the second metal conductor layer 13, but is preferably 200% or more of the area of the second metal conductor layer 13.
  • the area of the first metal conductor layer 12 is more preferably 400% or more and more preferably 600% or more of the area of the second metal conductor layer 13 from the viewpoint of further improving reflectivity and heat dissipation.
  • the area of the first metal conductor layer 12 may be the same as that of the second metal conductor layer 13.
  • the area of the first metal conductor layer 12 is preferably 95% or less of the area of the substrate body 11. By setting the area of the first metal conductor layer 12 to 95% or less of the area of the substrate body 11, separation or peeling of the substrate body 11 at the position of the first metal conductor layer 12 can be easily suppressed.
  • the area of the first metal conductor layer 12 is more preferably 90% or less of the area of the substrate body 11.
  • a second major surface 11b, the distance L 1 between the second main surface 11b side of the surface of the first metal conductor layer 12, the distance between the first major surface 11a and the second main surface 11b 5 to 60% of L 2 (5 ⁇ L 1 / L 2 ⁇ 100 ⁇ 60) is preferable.
  • Distance L 1 by a distance L 2 5% or more can improve the electrical insulating properties to secure the second main surface 11b of the distance between the first metal conductor layer 12.
  • the distance L 1 is set to lower than or equal to 60% of the distance L 2, and can improve the first metal conductor layer 12 disposed heat radiation in the near position from the second major surface 11b. From the viewpoint of electrical insulation and heat dissipation, the distance L 1 is more preferably 5 to 40% of the distance L 2 and further preferably 10 to 30%.
  • the thickness of the first metal conductor layer 12 is preferably 5 to 50 ⁇ m. By setting the thickness of the first metal conductor layer 12 to 5 ⁇ m or more, it is easy to make the quality of each part constant as a uniform thickness, and it is possible to improve heat dissipation by increasing heat transfer in the horizontal direction. In addition, when the thickness of the first metal conductor layer 12 is 50 ⁇ m or less, the productivity is improved, and the strength reduction of the substrate body 11 due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed.
  • the thickness of the first metal conductor layer 12 is preferably 10 to 40 ⁇ m and more preferably 10 to 30 ⁇ m from the viewpoints of heat dissipation and formability.
  • the substrate body 11 and the frame body 23 are not necessarily limited as long as they are made of a ceramic material.
  • the ceramic material include alumina, aluminum nitride, mullite, glass ceramics that are a sintered body of a glass ceramic composition containing glass powder and ceramic powder, and the like.
  • glass ceramics are preferable as the ceramic material from the viewpoints of high reflectivity, productivity, easy processability, economy, and the like.
  • the ceramic material means a material containing 30% by mass or more of the above ceramic material such as alumina.
  • the first metal conductor layer 12 is not necessarily limited as long as it is made of a metal material, but it is preferable that at least one of Cu, Ag, and Au is a main component.
  • at least one of Cu, Ag, and Au is a main component.
  • Ag is a main component.
  • the second metal conductor layer 13 is not necessarily limited as long as it is made of a metal material, and it is preferable that at least one of Cu, Ag, and Au is a main component. Among these, it is preferable to use Cu as a main component because it can be formed by electroplating and is relatively inexpensive.
  • the first surface conductor layer 15, the first external electrode terminal 17, the second external electrode terminal 18, the first connection via 21, and the second connection via 22 are not necessarily limited as long as they are made of a metal material.
  • at least one of Cu, Ag, and Au is a main component.
  • Ag is a main component.
  • the light emitting device 30 includes the light emitting element substrate 10 shown in FIGS. 1 and 2, and a light emitting element 32 such as an LED element is fixed by a bonding portion 33 made of a die bond material.
  • the light emitting element 32 has electrodes 32 a and 32 b on the upper surface and the lower surface, for example.
  • the upper electrode 32 a is electrically connected to the first surface conductor layer 15 by a bonding wire 34
  • the lower electrode 32 b is The two metal conductor layers 13 are electrically connected.
  • a sealing layer 35 made of mold resin is provided so as to cover these light emitting elements 32 and bonding wires 34.
  • the light emitting device 30 Since the light emitting device 30 has the light emitting element substrate 10 with good heat dissipation and electrical insulation, when the light emitting element 32 having an input power of 0.1 to 5 W is used. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of characteristics and the like and to obtain good reliability.
  • a light emitting device 30 can be suitably used, for example, as a backlight for a mobile phone or a liquid crystal display, an illumination for automobiles or decoration, and other light sources, and can be suitably used for a light source that particularly requires high power. .
  • 5 and 6 are a plan view and a cross-sectional view taken along line AA showing a modification of the substrate 10 for light emitting element of the present invention.
  • the first metal conductor layer 12 and the second metal conductor layer 13 are used for electrical connection between the lower electrode 32 b of the light emitting element 32 and the external electrode terminal 18.
  • a second surface conductor layer 16 is provided on the first main surface 11 a of the light emitting element substrate 10, and the second connection via is connected to the external electrode terminal 18. 22 may be provided and used for electrical connection between the lower electrode 32 b of the light emitting element 32 and the external electrode terminal 18.
  • the second main surface 11b side of the first metal conductor layer 12 is not necessarily flat, and has a protruding portion 121 protruding toward the second main surface 11b side at the center as shown in FIG. May be.
  • the shape of the protrusion 121 is the same as the shape of the second metal conductor layer 13 in plan view, for example.
  • a distance L 3 between the protrusion 121 and the second main surface 11b, 5 ⁇ 60% of the face-to-face distance L 2 between the first major surface 11a and the second main surface 11b (5 ⁇ L 3 / L 2 ⁇ 100 ⁇ 60) is preferable.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing another modification of the light-emitting element substrate 10 of the present invention.
  • the second metal conductor layer 13 may be formed on the second main surface 11 b of the light emitting element substrate 10.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another modification of the light-emitting element substrate 10 of the present invention.
  • the first main surface 11 b of the light emitting element substrate 10 has the first main surface 11 b without forming the plating hole for forming the second metal conductor layer 13. This is an example in which the metal conductor layer 12 is formed and the second metal conductor layer 13 is formed outside thereof.
  • the second metal conductor layer 13 may be formed in such a manner that the first metal conductor layer 12 is used as a starting point and the layer is grown by electroplating. 8 and 9, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIGS. 8 and 9, when the second metal conductor layer 13 is formed on the second main surface 11b, the light-emitting element is not in direct contact with the second metal conductor layer 13, so that heat dissipation is hindered. There is a fear.
  • the ratio (L 4) of the distance L 4 between the substrate main body 11 serving as a heat dissipation barrier and the total distance L 5 between the first metal conductor layer and the second metal conductor layer that contributes to heat dissipation. / L 5 ) needs to be considered. That is, L 4 / L 5 is preferably 1 or less. Further, it is preferably 0.5 or less, and more preferably 0.3 or less. L 4 is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the manufacturing method of the light emitting element substrate 10 includes a first metal conductor layer 12 therein and a ceramic having a plating hole extending from the first metal conductor layer 12 to the main surface 11a which is a light emitting element mounting surface.
  • the exposed surface can be formed with good flatness.
  • the second metal conductor layer 13 such that the ratio of the depth to the maximum length in the horizontal direction of the light emitting element substrate 10 is 1 or less while improving the flatness of the exposed surface.
  • the flatness of the exposed surface is low.
  • a good second metal conductor layer 13 can be formed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a ceramic substrate manufactured in the first step.
  • the ceramic substrate 40 is shown in FIG. 2 except that the second metal conductor layer 13 is not formed and the portion where the second metal conductor layer 13 is formed is a hole 41 for plating.
  • the structure is basically the same as that of the light emitting element substrate 10.
  • the ceramic substrate 40 can be manufactured by the following steps (A) to (D).
  • steps (A) to (D) members used for manufacturing each part of the ceramic substrate 40 will be described with the same reference numerals.
  • the substrate main body and the green sheet for the main body are denoted by the same reference numeral 11 and the others are the same.
  • the method for producing a ceramic substrate having the following steps (A) to (D) is described for the case where the ceramic substrate is a glass ceramic substrate.
  • substrate main body 11 is manufactured using the glass ceramic composition containing glass powder and ceramic powder.
  • the green sheet 11 for main body can be appropriately divided into a plurality of sheets in the thickness direction according to the internal structure of the substrate main body 11.
  • the first metal conductor layer 12, the first external electrode terminal 17, and the second external electrode terminal 18 are formed on the surface, and the first connection via 21 and the second connection via 22 are formed inside.
  • the lower layer green sheet 11t is manufactured.
  • Each green sheet is provided with a hole serving as an internal conductor layer or a connection via as necessary.
  • the frame green sheet 23 to be a frame is manufactured.
  • a green sheet is prepared by adding a binder, and if necessary, a plasticizer, a dispersant, a solvent, etc. to a glass ceramic composition containing glass powder and ceramic powder. It is formed into a sheet and dried.
  • the glass powder for producing the green sheet preferably has a glass transition temperature (Tg) of 550 to 700 ° C.
  • Tg glass transition temperature
  • degreasing may be difficult, and when it exceeds 700 ° C., the shrinkage start temperature becomes high and the dimensional accuracy may be lowered.
  • the glass powder is preferably one in which crystals are precipitated when fired at 800 to 930 ° C. If crystals do not precipitate, the mechanical strength may be insufficient.
  • the temperature (Tc) of the crystallization peak point measured by DTA is preferably 880 ° C. or less. When Tc exceeds 880 ° C., the dimensional accuracy may be reduced.
  • SiO 2 is 57 to 65%
  • B 2 O 3 is 13 to 18%
  • CaO is 9 to 23%
  • Al 2 O 3 is 3 to 8%
  • K in terms of mol% based on oxide.
  • Those containing a total of 0.5 to 6% of at least one selected from 2 O and Na 2 O are preferred. By using such a material, the surface flatness of the ceramic substrate 40 is improved.
  • SiO 2 serves as a glass network former.
  • the content of SiO 2 is preferably 58% or more, more preferably 59% or more, and particularly preferably 60% or more. Further, the content of SiO 2 is preferably 64% or less, more preferably 63% or less.
  • B 2 O 3 is a glass network former. If the content of B 2 O 3 is less than 13%, there is a possibility that the glass melting temperature or Tg may be too high. On the other hand, when the content of B 2 O 3 exceeds 18%, it is difficult to obtain a stable glass, and the chemical durability may be lowered.
  • the content of B 2 O 3 is preferably 14% or more, more preferably 15% or more. Further, the content of B 2 O 3 is preferably 17% or less, more preferably 16% or less.
  • Al 2 O 3 is added to increase the stability, chemical durability, and strength of the glass. If the content of Al 2 O 3 is less than 3%, the glass may become unstable. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 exceeds 8%, the glass melting temperature and Tg may be excessively high.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 4% or more, more preferably 5% or more. Further, the content of Al 2 O 3 is preferably 7% or less, more preferably 6% or less.
  • CaO is added to increase glass stability and crystal precipitation, and to lower the glass melting temperature and Tg.
  • the content of CaO is less than 9%, the glass melting temperature may be excessively high.
  • the content of CaO exceeds 23%, the glass may become unstable.
  • the content of CaO is preferably 12% or more, more preferably 13% or more, and particularly preferably 14% or more. Further, the content of CaO is preferably 22% or less, more preferably 21% or less, and particularly preferably 20% or less.
  • At least one of K 2 O and Na 2 O is added to lower Tg.
  • the glass melting temperature and Tg may be excessively high.
  • the total content of K 2 O and Na 2 O exceeds 6%, chemical durability, particularly acid resistance may be lowered, and electrical insulation may be lowered.
  • the total content of K 2 O and Na 2 O is preferably 0.8 to 5%.
  • glass powder is not necessarily limited to what consists only of the said component, Other components can be contained in the range with which various characteristics, such as Tg, are satisfy
  • the glass powder is obtained by producing glass having the above composition by a melting method and pulverizing it by a dry pulverization method or a wet pulverization method.
  • a wet pulverization method it is preferable to use water or ethyl alcohol as a solvent.
  • the pulverizer include a roll mill, a ball mill, and a jet mill.
  • the glass powder preferably has a 50% particle size (D 50 ) of 0.5 to 2 ⁇ m. If D 50 of the glass powder is less than 0.5 [mu] m, handling the glass powder is likely to agglomerate are not only difficult, uniform dispersion becomes difficult. On the other hand, if the D 50 of the glass powder exceeds 2 [mu] m, there is a possibility that the increase and insufficient sintering of the glass softening temperature is generated.
  • the particle diameter may be adjusted by classification as necessary after pulverization, for example. In the present specification, the particle size is obtained by a particle size measuring apparatus by a laser diffraction / scattering method.
  • the ceramic powder those conventionally used for the production of glass ceramic substrates can be used, and alumina powder, zirconia powder, a mixture of alumina powder and zirconia powder, or the like can be suitably used.
  • a ceramic powder hereinafter referred to as a high refractive index ceramic powder
  • a high refractive index ceramic powder having a higher refractive index than alumina together with the alumina powder.
  • the high refractive index ceramic powder is a component for improving the reflectance of the sintered body (substrate), and examples thereof include titania powder, zirconia powder, and stabilized zirconia powder.
  • the refractive index of alumina is about 1.8, whereas the refractive index of titania is about 2.7 and the refractive index of zirconia is about 2.2, which is higher than that of alumina.
  • the D 50 of these ceramic powders is preferably 0.5 to 4 ⁇ m.
  • a glass ceramic composition is obtained by blending and mixing such glass powder and ceramic powder such that the glass powder is 30 to 50 mass% and the ceramic powder is 50 to 70 mass%, for example.
  • a slurry can be obtained by adding a binder and, if necessary, a plasticizer, a dispersant, a solvent, and the like to the glass ceramic composition.
  • binder for example, polyvinyl butyral, acrylic resin or the like can be suitably used.
  • plasticizer for example, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, butyl benzyl phthalate and the like can be used.
  • solvent organic solvents such as toluene, xylene, 2-propanol and 2-butanol can be preferably used.
  • the slurry thus obtained is formed into a sheet by the doctor blade method or the like and dried to produce a green sheet.
  • the depth of the second metal conductor layer 13 can be adjusted by adjusting the thickness of the upper green sheet.
  • the position of the first metal conductor layer 12 in the thickness direction of the light emitting element substrate 10 can be adjusted by adjusting the thickness ratio between the upper layer green sheet and the lower layer green sheet.
  • the green sheet is provided with a through-hole serving as a plating hole 41 and connection vias as necessary.
  • a conductive paste layer is formed in the predetermined position of the green sheet 11 for main bodies. That is, in the upper layer green sheet 11s, a conductor paste layer that becomes the first connection via 21 is formed inside, and a conductor paste layer that becomes the first surface conductor layer 15 is formed on one surface. Note that a conductor paste layer is not formed in the plating hole 41. In the lower layer green sheet 11t, a conductor paste layer that becomes the first connection via 21 and the second connection via 22 is formed inside, and a conductor paste layer that becomes the first metal conductor layer 12 on one surface, Conductive paste layers to be the first external electrode terminal 17 and the second external electrode terminal 18 are formed on the other surface.
  • the conductor paste layer is formed by applying or filling the conductor paste by screen printing or metal mask printing, for example.
  • the conductive paste a paste obtained by adding a vehicle such as ethyl cellulose to a metal powder mainly composed of Cu, Ag, Au or the like, and a solvent or the like as required can be used.
  • a metal powder which consists of Ag powder, Ag and Pt, or Ag and Pd is used preferably.
  • (C) Laminating Step The upper layer green sheet 11s and the lower layer green sheet 11t are overlapped to form the main body green sheet 11, and the main body green sheet 11 is overlapped with the frame green sheet 23 to perform thermocompression bonding. To obtain an unfired ceramic substrate 40.
  • Degreasing is performed, for example, under conditions of holding at 500 to 600 ° C. for 1 to 10 hours.
  • the degreasing temperature is set to 500 ° C. or more and the degreasing time to 1 hour or more, the binder and the like can be effectively removed.
  • the degreasing temperature is about 600 ° C. and the degreasing time is about 10 hours, the binder and the like can be sufficiently removed, and if it exceeds this, productivity and the like may be lowered.
  • Calcination can be appropriately adjusted in the temperature range of 800 to 930 ° C. in consideration of obtaining a dense structure of glass ceramics and productivity. Specifically, it is preferably held at 850 to 900 ° C. for 20 to 60 minutes, particularly preferably 860 to 880 ° C.
  • the firing temperature By setting the firing temperature to 800 ° C. or higher, the glass ceramic can be effectively densified.
  • the firing temperature to 930 ° C. or lower, deformation of the base body 11 can be suppressed.
  • the conductor paste when a metal paste containing a metal powder containing Ag as a main component is used as the conductor paste, if the firing temperature exceeds 880 ° C., the conductor paste is excessively softened, so that a predetermined shape may not be maintained. .
  • the second metal conductor layer 13 is formed so as to fill the plating hole 41 by electroplating using the first metal conductor layer 12 as a cathode.
  • the second metal conductor layer 13 can be formed by gradually depositing metal using the first metal conductor layer 12 as a cathode, the flatness of the exposed surface can be increased, and the light emitting element 32 can be formed.
  • the heat dissipation can be increased by improving the grounding property.
  • the second metal conductor layer 13 can be mainly composed of Cu, and the production cost can be reduced.
  • the first metal conductor layer 12 provided as a reflective layer or a heat dissipation layer can be used in the first place, an increase in the number of steps can be suppressed as compared with the conventional manufacturing method.
  • the depth (p) of the plating hole 41 is not necessarily limited, but the ratio (p / q) of the depth to the maximum length (q) in the horizontal direction of the opening of the plating hole 41 is 1 or less. preferable. When the ratio is 1 or less, the flatness of the exposed surface of the second metal conductor layer 13 can be improved by the electroplating method using the first metal conductor layer 12 as a cathode.
  • the ratio of the depth to the maximum length in the horizontal direction of the opening is more preferably 0.8 or less.
  • the maximum horizontal length of the opening of the plating hole 41 is the length of the diagonal line when the shape of the opening of the plating hole 41 in a plan view is a quadrangle or a rectangle.
  • the length of the major axis is used. Further, the depth of the plating hole 41 and the depth of the second metal conductor layer 13 formed by electroplating in the plating hole 41 coincide with each other, or the depth of the plating hole 41 The difference from the depth of the second metal conductor layer 13 is preferably 0.1 mm or less.
  • the area of the opening of the plating hole 41 is preferably 0.1 mm 2 or more, and more preferably 1 mm 2 or more.
  • the area of the opening is not particularly limited, but is usually up to 25 mm 2 .
  • the first metal conductor layer 12 As a method of using the first metal conductor layer 12 as a cathode, a method of using the second external electrode terminal 18 electrically connected to the first metal conductor layer 12 via the second connection via 22 is used. Is mentioned.
  • the outer surface of the ceramic substrate 40 used in the plating stage is not electrically connected to the first metal conductor layer 12.
  • an external electrode terminal for cathode and the like electrically connected to the first metal conductor layer 12 are formed.
  • the electroplating is not necessarily limited, but Cu plating, Ag plating, Au plating, Cu alloy plating, Ag alloy plating, or Au alloy plating is preferable, and Cu plating is particularly preferable because production costs can be reduced.
  • a general Cu plating bath can be used, and a copper sulfate bath mainly composed of copper sulfate and sulfuric acid is used.
  • the copper sulfate bath contains copper sulfate (pentahydrate) 50-400 g / L, sulfuric acid 50-200 g / L, and chlorine ions, surfactants, brighteners, etc. are dissolved and blended as necessary.
  • An aqueous solution is used.
  • the chlorine ion source include hydrochloric acid and sodium chloride, and 20 to 100 mg / L is preferable.
  • the surfactant is preferably 1 to 20 mL / L
  • the brightener is preferably 0.1 to 10 mL / L.
  • the brand name "Gabergream" by Meltex can be illustrated, for example.
  • High molecular polysaccharides and low molecular weight glues can be used as agents in place of surfactants.
  • the temperature of the plating bath is preferably 0 to 50 ° C., and the current density is preferably 1 to 10 A / dm 2 .
  • the flatness of the exposed surface of the second metal conductor layer 13 can be improved.
  • the difference between the maximum height and the minimum height in an arbitrary 500 ⁇ m range excluding the vicinity of the outer peripheral portion of the exposed surface can be 10 ⁇ m or less, preferably 7 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the vicinity of the outer peripheral portion refers to a portion from the outer peripheral portion of the exposed surface to a distance of about 0.1 mm inward in plan view.
  • the exposed surface of the second metal conductor layer 13 obtained by such a manufacturing method has a maximum height portion at a distance of about 0.1 mm from the outer peripheral portion to the inside, and on the inner side than that portion.
  • the difference between the maximum height in the vicinity of the outer peripheral portion and the minimum height on the inner side is preferably 10 ⁇ m or less, preferably 7 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the second metal conductor layer 13 is formed by performing electroplating in the same manner as described above. it can. In this way, by forming the second metal conductor layer 13 in a state of being exposed to the second main surface 11b side, it can be brought into contact with a heat sink (not shown) directly or via an adhesive. Therefore, improvement of the heat dissipation effect can be expected.
  • Electroplating may be performed until the maximum height of the exposed surface of the second metal conductor layer 13 is 30 to 50 ⁇ m. By plating to such a high level, the contact of the plating solution tends to be uniform, the flatness of the exposed surface is easily secured, and the light distribution from the LED elements is not adversely affected. . Of course, the maximum height of the exposed surface may be zero.
  • the height of the exposed surface described above is the height from the opening of the plating hole 41 on the first main surface 11a. By performing such electroplating, the flatness of the exposed surface of the second metal conductor layer 13 can be further improved.
  • the ceramic substrate 40 on which the plating hole 41 is formed is described.
  • the first metal conductor layer 12 is electroplated.
  • Two metal conductor layers 13 may be formed.
  • the area of the first metal conductor layer 12 formed on the second main surface 11b is larger than the area of the light emitting element mounting surface formed inside the frame body 23 on the first main surface 11a.
  • the end of the first metal conductor layer 12 is positioned below the frame body 23 with the substrate body 11 interposed therebetween. With this configuration, even when the second metal conductor layer 13 is formed by electroplating, the ceramic substrate 40 can be prevented from being deformed.
  • Example 1 A light emitting device substrate 10 as shown in FIGS. First, in terms of oxide, SiO 2 is 60.4 mol%, B 2 O 3 is 15.6 mol%, Al 2 O 3 is 6 mol%, CaO is 15 mol%, K 2 O is 1 mol%, and Na 2 O is The raw materials were blended and mixed so as to have a glass composition of 2 mol% of glass powder. The raw material mixture was put in a platinum crucible and melted at 1600 ° C. for 60 minutes, and then the molten glass was poured out and cooled. This glass was pulverized with an alumina ball mill for 40 hours to produce a glass powder. In addition, ethyl alcohol was used as a solvent for pulverization.
  • This glass powder is 40% by mass, alumina filler (manufactured by Showa Denko, trade name: AL-45H) is 51% by weight, and zirconia filler (manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industry, trade name: HSY-3F-J).
  • a glass ceramic composition was produced by blending and mixing to 9 mass%.
  • this glass ceramic composition 15 g of an organic solvent (mixed with toluene, xylene, 2-propanol, 2-butanol in a mass ratio of 4: 2: 2: 1), a plasticizer (di-2-ethylhexyl phthalate) 2.5 g of polyvinyl butyral (trade name: PVK # 3000K, manufactured by Denka Co., Ltd.) as a binder, 5 g, and 0.5 g of a dispersant (trade name: BYK180, manufactured by Big Chemie) were blended and mixed to prepare a slurry. .
  • an organic solvent mixed with toluene, xylene, 2-propanol, 2-butanol in a mass ratio of 4: 2: 2: 1
  • a plasticizer di-2-ethylhexyl phthalate
  • polyvinyl butyral trade name: PVK # 3000K, manufactured by Denka Co., Ltd.
  • a dispersant trade name
  • the slurry is applied on a PET film by a doctor blade method, dried green sheets are laminated, and a green sheet 11 (0.3 mm) for a main body having a substantially flat plate shape and a thickness after firing of 0.5 mm.
  • Main body green sheet 11 obtained by laminating upper layer green sheet 11s having a thickness (thickness after firing) and lower layer green sheet 11t having a thickness of 0.2 mm (thickness after firing). ) was manufactured (see FIG. 10).
  • a frame green sheet 23 having the same outer shape as the main body green sheet 11, the inner shape being substantially rectangular, and a height after firing of 0.5 mm was manufactured.
  • conductive powder (silver powder: manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd., trade name: S550) and ethyl cellulose as a vehicle are blended at a mass ratio of 85:15, and used as a solvent so that the solid content is 85% by mass.
  • conductive powder silver powder: manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd., trade name: S550
  • ethyl cellulose as a vehicle are blended at a mass ratio of 85:15, and used as a solvent so that the solid content is 85% by mass.
  • the mixture was kneaded in a porcelain mortar for 1 hour, and further dispersed three times with a three roll to produce a conductor paste.
  • the square shape which becomes 1.2 mm x 1.2 mm after baking using the hole puncher in the part used as the 2nd metal conductor layer 13 (plating hole 41).
  • the through-hole 21 was filled with the conductor paste, and the conductor paste was printed on the portion to be the first surface conductor layer 15.
  • the through-hole (plating hole part 41) used as the 2nd metal conductor layer 13 was not filled with the conductor paste.
  • circular through-holes having a diameter of 0.2 mm after firing using a hole puncher are formed in portions to be the first connection via 21 and the second connection via 22.
  • the through hole that is formed and becomes the first connection via 21 and the second connection via 22 is filled with a conductor paste, and the first metal conductor layer 12, the first external electrode terminal 17, and the second external electrode A conductor paste was printed on the portion to be the terminal 18.
  • a conductor paste is printed on the portion to be the first metal conductor layer 12 so that the size after firing in a plan view is a square shape of 1.5 mm in both length and width and a thickness of 10 ⁇ m. did.
  • the green sheet 11s for the upper layer and the green sheet 11t for the lower layer are overlapped to form the green sheet 11 for the main body, and the green sheet 23 for the frame body is overlapped thereon and integrated by thermocompression bonding to be unfired.
  • a ceramic substrate 40 was obtained.
  • degreasing was carried out by holding at 550 ° C. for 5 hours, and firing was further performed at 870 ° C. for 30 minutes to obtain a ceramic substrate 40 having a plating hole 41 as shown in FIG.
  • the plating hole 41 has a square shape in plan view, and has an opening size of 1.2 mm ⁇ 1.2 mm and a depth of 0.3 mm. (The above is the first step.)
  • the second metal conductor layer 13 was formed in the plating hole 41 by electroplating using the first metal conductor layer 12 as a cathode, thereby obtaining the light emitting element substrate 10.
  • the electroplating was performed by Cu plating using a copper sulfate bath.
  • the composition of the copper sulfate bath was 200 g / L copper sulfate (pentahydrate), 50 g / L sulfuric acid, 50 mg / L chloride ion, and 0.1 mg / L brightener.
  • the temperature of the plating bath is maintained at 25 ° C., the current density is 5 A / dm 2 , Cu is gradually deposited from the bottom of the plating hole 41, and the maximum height is 30 to 40 ⁇ m above the opening.
  • the plating process was finished to form a second metal conductor layer 13. (The above is the second step.)
  • the second metal conductor layer 13 was formed from a conductor paste. That is, when filling the conductive paste into the through hole that becomes the first connection via 21 of the upper layer green sheet, the conductive paste is also filled into the through hole that becomes the second metal conductor layer 13, A light emitting element substrate 10 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the metal conductor layer 13 was formed and the plating treatment was not performed.
  • the flatness of the exposed surface in the second metal conductor layer 13 is measured with a stylus type surface shape measuring instrument (trade name: Surfcom 1400D, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). It was measured by. The results are shown in FIGS.
  • the light emitting element substrate 10 of Example 1 has excellent flatness except for the vicinity of the outer peripheral portion of the second metal conductor layer 13, and the maximum height excluding the vicinity of the outer peripheral portion. It is recognized that the difference from the minimum height is 10 ⁇ m or less. On the other hand, as is clear from FIG. 12, for the light emitting element substrate 10 of Comparative Example 1, the difference between the maximum height and the minimum height excluding the vicinity of the outer peripheral portion far exceeds 10 ⁇ m. That is, it is recognized that when the thermal via is filled with the conductive paste, the flatness of the exposed surface is low.
  • the second metal conductor layer formed on the light emitting element substrate can be formed by electroplating with a good exposed surface flatness, and a light emitting element substrate excellent in heat dissipation can be manufactured. Since it is not necessary to use an expensive silver paste or the like for forming the second metal conductor layer, the production cost can be reduced.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for manufacturing a light-emitting element substrate and a light-emitting device that have excellent heat dissipation and reduced production costs.
  • SYMBOLS 10 Light emitting element substrate, 11 ... Substrate body, 11a ... First main surface, 11b ... Second main surface, 11s ... Green sheet for upper layer, 11t ... Green sheet for lower layer, 12 ... First metal conductor layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... 2nd metal conductor layer, 14 ... Mounting part, 15 ... 1st surface conductor layer, 16 ... 2nd surface conductor layer, 17 ... 1st external electrode terminal, 18 ... 2nd external electrode terminal , 21 ... 1st connection via, 22 ... 2nd connection via, 23 ... Frame, 30 ... Light emitting device, 32 ... Light emitting element, 32a ... Upper electrode, 32b ... Lower electrode, 33 ... Bonding part, 34 ... Bonding Wire 35, sealing layer, 40 ceramic substrate, 41 plating hole.

Landscapes

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Abstract

　放熱性の高い発光素子用基板を製造するための製造方法を提供する。　発光素子用基板の製造方法は、内部に第１の金属導体層を有するとともに前記第１の金属導体層から主面に延びるめっき用孔部を有するセラミックス系基板を製造する第１の工程と、前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより前記めっき用孔部に第２の金属導体層を形成する第２の工程とを有する。

Description

発光素子用基板の製造方法、発光素子用基板、および発光装置
　本発明は、発光素子用基板の製造方法、発光素子用基板、および発光装置に関する。
　近年、発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤ素子ともいう）等の発光素子の高輝度化等に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶのバックライト等に発光素子を用いた発光装置が使用されている。しかしながら、発光素子の高輝度化に伴って発熱量が増加し、その温度が過度に上昇することから、必ずしも十分な発光輝度が得られない。このため発光素子を搭載するための発光素子用基板として、発光素子から発生する熱を速やかに放散させ、十分な発光輝度を得られるものが求められている。
　従来、発光素子用基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、ガラスセラミックス等の無機絶縁材料からなるセラミックス系基板が用いられている。これらのセラミックス系基板においては、構成材料により熱伝導率に差があるものの、放熱性の向上が求められている状況は同様であり、構成材料毎にその熱伝導率に応じた放熱性の向上方法に関する技術が開発されている。
　例えば、ガラスセラミックス基板は必ずしも熱伝導率が高くないことから、内部に金属等の高熱伝導材料からなるサーマルビアを配置し、熱抵抗を低減させることが知られている。サーマルビアとしては、例えば発光素子より小さいものを複数配置するものや、発光素子と略同等の大きさのものを１つのみ配置するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、表面に、銀、銀合金等からなる反射層を設け、この反射層を水平方向への放熱に利用するとともに、この反射層から内部に延びる第２の金属層を設けて垂直方向の放熱性を高めることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
日本特開２００６－４１２３０号公報 日本特開２０１０－３４４８７号公報
　近年、ハイパワー型の発光装置が求められており、その寿命を確保する観点から放熱性の良好な発光素子用基板が求められている。ハイパワー型の発光装置の場合、特に発光素子が高温になりやすいことから輝度が低下しやすく、また発光素子を覆うモールド樹脂やその内部に含有される蛍光体が劣化しやすい。
　放熱性を向上させる方法として、例えば、サーマルビアを大きくする方法、すなわち主面側から見た面積を大きくする方法が挙げられる。ここで、サーマルビアは一般に以下のようにして形成される。まず、焼成によって発光素子用基板となる複数のグリーンシートを製造し、各グリーンシートのサーマルビアが形成される部分に貫通孔を設ける。グリーンシート上面のサーマルビアとなる開口の面積が例えば０．３ｍｍ２程度（直径０．６ｍｍの円形状など）と小さい場合は、グリーンシートの下面から、吸引をかけながら、上面にスクリーン印刷で金属ペーストを貫通孔に充填する。その後、その他のグリーンシートを積層することにより、サーマルビアを有する発光素子用基板が形成可能である。
　しかし、サーマルビアとなる開口の面積を大きくした場合、グリーンシートにおける貫通孔は広くて浅い形状となることから、上記した金属ペーストの充填による方法では貫通孔の全体に均等に金属ペーストを充填することが難しくなる。その結果、焼成後のサーマルビアの露出面の平坦性が低下する。これに対して、サーマルビアの底となるグリーンシートに、金属ペーストを必要な高さまでパターン積層した後、サーマルビアとなる貫通孔を設けたグリーンシートを貼り合わせ積層する方法や、予め底となるグリーンシートと貫通孔となるグリーンシートを貼り合わせ積層した後、その孔部に上面からスクリーン印刷で金属ペーストを充填し、その後必要に応じて、その他のグリーンシートを積層するという方法が考えられるが、非常に難易度が高く、安定した製造は難しい。
　また、ガラスセラミックス基板の場合、同時焼成の観点から銀ペーストが好適に用いられるが、サーマルビアが大きくなると銀ペーストの使用量が増える。銀ペーストは高価であることから、その使用量は極力抑制することが好ましい。
　さらに、サーマルビアを無電解めっき法によって形成することも考えられるが、単に無電解めっき法を適用した場合、孔部の内側側面から筒状に金属が析出することから、サーマルビアの露出面の平坦性が低下する。露出面の平坦性が低いと、発光素子を搭載した時に空隙ができて、発光素子を通電した時に発生する熱が伝導しにくくなる。このため、サーマルビアとしての機能を果たせず、発光素子の温度が上昇するおそれがある。平坦性向上のために、析出部位や析出方向を調整することも考えられるが、前処理が必要となるために必ずしも生産性に優れない。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、大きなサーマルビアを有する発光素子用基板を製造するための製造方法の提供を目的とする。また、本発明は、このような製造方法によって製造された発光素子用基板、およびこの発光素子用基板を用いた発光装置の提供を目的とする。
　本発明の発光素子用基板の製造方法は、内部に第１の金属導体層を有するとともに、前記第１の金属導体層から主面に延びるめっき用孔部を有するセラミックス系基板を、焼成により製造する第１の工程と、前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより、前記めっき用孔部に第２の金属導体層を充填するように形成する第２の工程とを有することを特徴とする。
　または、発光素子非搭載面である主面上に第１の金属導体層を有するセラミックス系基板を、焼成により製造する第１の工程と、前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより、第２の金属導体層を層成長するように形成する第２の工程とを有することを特徴する。
　また、内部に第１の金属導体層を有するとともに、前記第１の金属導体層から発光素子搭載面である主面に延びるめっき用孔部を有するセラミックス系基板を、焼成により製造する第の工程と、前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより、前記めっき用孔部に第２の金属導体層を充填するように形成する第２の工程と、を有することを特徴とする。
　本発明の発光素子用基板は、上記した本発明の発光素子用基板の製造方法によって得られたことを特徴とする。また、本発明の発光装置は、上記した本発明の発光素子用基板を有することを特徴とする。
　本発明の発光素子用基板の製造方法によれば、第２の金属導体層として、露出面の平坦性が良好なものを形成できる。また、第２の金属導体層の形成に高価な銀ペースト等を用いる必要がないことから、生産コストを低減できる。
　本発明の発光素子用基板は、放熱性に優れており、生産コストも低減される。また、本発明の発光装置によれば、上記発光素子用基板を有することで、放熱性に優れており、また生産コストも低減される。
発光素子用基板の一実施形態を示す平面図。 図１に示す発光素子用基板の断面図。 発光装置の一実施形態を示す平面図。 図３に示す発光装置の断面図。 発光素子用基板の変形例を示す平面図。 図５に示す発光素子用基板の断面図。 発光素子用基板の他の変形例を示す断面図。 発光素子用基板の他の変形例を示す断面図。 発光素子用基板の他の変形例を示す断面図。 発光素子用基板の製造に用いるセラミックス系基板の一実施形態を示す断面図。 実施例１の発光素子用基板における平坦性の測定結果を示す図。 比較例１の発光素子用基板における平坦性の測定結果を示す図。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　まず、本発明の製造方法によって得られる発光素子用基板、発光装置について説明する。
　図１は、発光素子用基板の一実施形態を示す平面図である。また、図２は、図１に示す発光素子用基板のＡ－Ａ線断面図である。
　発光素子用基板１０は、図示しないＬＥＤ素子等の発光素子が搭載される第１の主面１１ａおよびこの第１の主面１１ａに対向する発光素子非搭載面である第２の主面１１ｂを有するセラミックス系材料からなる基板本体１１を有する。基板本体１１の内部には、水平方向に広がる第１の金属導体層１２と、この第１の金属導体層１２から第１の主面１１ａに向かって厚さ方向に柱状に延びる第２の金属導体層１３とが設けられる。ここで、第１の金属導体層１２は、第２の金属導体層１３を電気めっきにより形成する際のカソードとして機能するとともに、反射層および／または放熱層として機能する。また、第２の金属導体層１３は、発光素子と第１の金属導体層１２とを繋ぐサーマルビアとして機能する。
　第１の主面１１ａには、発光素子の一方の電極、例えば上部電極が電気的に接続される第１の表面導体層１５が設けられる。第１の表面導体層１５は、第２の金属導体層１３から所定の間隔をあけて設けられる。また、第１の主面１１ａには、例えば第１の表面導体層１５を囲み、かつ発光素子が搭載される搭載部を囲むように、セラミックス系材料からなる枠体２３が設けられる。
　第２の主面１１ｂには、例えば第１の外部電極端子１７および第２の外部電極端子１８が設けられる。第１の外部電極端子１７は、基板本体１１の内部に厚さ方向に設けられた柱状の第１の接続ビア２１を介して第１の表面導体層１５に電気的に接続される。第２の外部電極端子１８は、基板本体１１の内部に厚さ方向に設けられた柱状の第２の接続ビア２２を介して第１の金属導体層１２と電気的に接続される。
　この発光素子用基板１０は、１ワイヤタイプ、すなわち上面と下面とにそれぞれ電極を有する発光素子の搭載に好適に用いられる。すなわち、発光素子の上部電極が第１の表面導体層１５にボンディングワイヤにより電気的に接続され、下部電極が第２の金属導体層１３に電気的に接続される。
　このような発光素子用基板１０によれば、サーマルビアとなる第２の金属導体層１３が第２の主面１１ｂに達しないことから、第２の主面１１ｂ側の電気的絶縁性を確保できる。また、第２の金属導体層１３が第２の主面１１ｂに達しないとしても、水平方向に広がる第１の金属導体層１２を有することから放熱性が良好となる。さらに、第１の金属導体層１２をカソードとする電気めっきにより第２の金属導体層１３を形成できる。
　第２の金属導体層１３は、例えば、平面視において、発光素子が搭載される搭載部１４を含むように形成される。すなわち、搭載部１４の面積と同一、またはこれよりも大きな面積となるように形成される。ここで、平面視とは、図１に示すような主面方向から見た状態を意味する。また、面積とは、特に断らない限り平面視での面積とする。第２の金属導体層１３の平面視での形状は必ずしも制限されないが、第１の金属導体層１２への伝熱性が良好になるとともに、生産性が良好になる観点から、円形状、楕円形状、正方形状、または矩形状が好ましい。
　第２の金属導体層１３は、発光素子用基板１０の水平方向における最大長さ（ｍ）に対する発光素子用基板１０の厚さ方向における長さ（以下、深さともいう。（ｎ））の割合（ｎ／ｍ）が、１以下であることが好ましく、０．８以下がより好ましい。ここで、水平方向における最大長さ（ｍ）とは、第１の主面１１ａの位置における最大部分の長さであり、上記位置における平面視での形状が四角形状または矩形状の場合には、その対角線の長さとする。また、第２の金属導体層１３が楕円形状の場合には、水平方向における最大長さ（ｍ）は、その長軸とする。
　例えば、図１において、金属導体層１３が矩形の場合、その各コーナー（矩形の頂点）をＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅとしたとき、水平方向における最大長さ（ｍ）は、対角線Ｂ－Ｅの長さであり、又は対角線Ｃ－Ｄの長さであり、また第２の金属導体層１３の発光素子用基板１０の厚さ方向における長さは、図において、ｎとして示される。上記割合が１以下の場合、スクリーン印刷等を用いた導体ペーストの塗布および充填による方法では露出面の平坦性を良好にできないのに対して、第１の金属導体層１２をカソードとした電気めっきによる方法によれば露出面の平坦性を良好にできる。
　第２の金属導体層１３の水平方向の最大長さは、０．３ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましい。第２の金属導体層１３の水平方向の最大長さは、特に制限はないが、通常７ｍｍ以下である。また、第２の金属導体層１３の面積は、０．１ｍｍ２以上が好ましく、１ｍｍ２以上がより好ましい。第２の金属導体層１３の面積は、特に制限はないが、通常２５ｍｍ２以下である。ここで、第２の金属導体層１３の面積とは、第１の主面１１ａの位置における面積を意味する。
　第２の金属導体層１３の発光素子用基板１０の厚さ方向における深さは、上記した（ｎ／ｍ）≦１の範囲を満たした深さであって、例えば０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下が好ましい。
　第１の金属導体層１２は、平面視において、第２の金属導体層１３を含むように形成される。このようにすることで、第１の金属導体層１２をカソードとした電気めっきにより第２の金属導体層１３を形成したとき、その露出面の平坦性を良好にできる。第１の金属導体層１２の平面視での形状は必ずしも制限されないが、放熱性が良好になるとともに、生産性が良好になる観点から、円形状、楕円形状、正方形状、または矩形状が好ましい。なお、第１の金属導体層１２には、第１の接続ビア２１等との電気的な絶縁性を確保する観点から、必要に応じて孔部を形成してもよい。
　第１の金属導体層１２の面積は、第２の金属導体層１３と同等以上であれば必ずしも限定されないが、第２の金属導体層１３の面積の２００％以上が好ましい。第１の金属導体層１２の面積を第２の金属導体層１３の面積の２００％以上とすることで、反射性および放熱性を効果的に向上させることができる。第１の金属導体層１２の面積は、反射性および放熱性をさらに向上させる観点から、第２の金属導体層１３の面積の４００％以上がより好ましく、６００％以上がさらに好ましい。なお、第１の金属導体層１２を電気めっきのためのカソードとしてのみ使用する場合、第１の金属導体層１２の面積は第２の金属導体層１３と同一とすればよい。
　また、第１の金属導体層１２の面積は、基板本体１１の面積の９５％以下が好ましい。第１の金属導体層１２の面積を基板本体１１の面積の９５％以下とすることで、第１の金属導体層１２の位置での基板本体１１の分離または剥離を抑制しやすい。第１の金属導体層１２の面積は、基板本体１１の面積の９０％以下がより好ましい。
　また、第２の主面１１ｂと、第１の金属導体層１２の第２の主面１１ｂ側の表面との距離Ｌ１は、第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとの距離Ｌ２の５～６０％（５≦Ｌ１／Ｌ２×１００≦６０）が好ましい。距離Ｌ１を距離Ｌ２の５％以上とすることで、第２の主面１１ｂと第１の金属導体層１２との距離を確保して電気的絶縁性を向上できる。また、距離Ｌ１を距離Ｌ２の６０％以下とすることで、第２の主面１１ｂから近い位置に第１の金属導体層１２を配置して放熱性を向上できる。電気的絶縁性や放熱性の観点等から、距離Ｌ１は距離Ｌ２の５～４０％がより好ましく、１０～３０％がさらに好ましい。
　第１の金属導体層１２の厚さは５～５０μｍが好ましい。第１の金属導体層１２の厚さを５μｍ以上とすることで、均一な厚さとして各部の品質を一定にしやすく、また水平方向への伝熱性を高めて放熱性を向上できる。また、第１の金属導体層１２の厚さを５０μｍ以下とすることで、生産性が良好となり、また熱膨張率の違いによる基板本体１１の強度低下を抑制できる。第１の金属導体層１２の厚さは、放熱性および形成性等の観点から、１０～４０μｍが好ましく、１０～３０μｍがより好ましい。
　基板本体１１および枠体２３は、セラミックス系材料からなるものであれば必ずしも限定されない。セラミックス系材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体であるガラスセラミックス等が挙げられる。これらの中でも、高反射性、生産性、易加工性、経済性等の観点から、セラミックス系材料として、ガラスセラミックスが好ましい。なお、セラミックス系材料とは、上記したアルミナ等のセラミックス材料を３０質量％以上含むものを意味する。
　第１の金属導体層１２は、金属材料からなるものであれば必ずしも限定されないが、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることで、例えば、基板本体１１がガラスセラミックスからなる場合に同時焼成により形成でき、また放熱性も良好にできる。これらの中でも、特にＡｇを主成分とすることが好ましい。
　第２の金属導体層１３についても、金属材料からなるものであれば必ずしも限定されず、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。これらのなかでも、電気めっきにより形成でき、かつ比較的安価であることから、Ｃｕを主成分とすることが好ましい。
　第１の表面導体層１５、第１の外部電極端子１７、第２の外部電極端子１８、第１の接続ビア２１、第２の接続ビア２２は、金属材料からなるものであれば必ずしも限定されないが、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種を主成分とすることで、例えば基板本体１１がガラスセラミックスからなる場合に同時焼成により形成でき、また放熱性も良好にできる。これらの中でも、特にＡｇを主成分とすることが好ましい。
　図３、４は、発光装置の一実施形態を示す平面図および断面図である。
　発光装置３０は、図１、２に示す発光素子用基板１０を有し、ＬＥＤ素子等の発光素子３２がダイボンド材からなる接合部３３により固定される。発光素子３２は、例えば上面および下面にそれぞれ電極３２ａ、３２ｂを有し、上部電極３２ａはボンディングワイヤ３４によって第１の表面導体層１５に電気的に接続され、下部電極３２ｂは接合部３３によって第２の金属導体層１３に電気的に接続される。さらに、これらの発光素子３２やボンディングワイヤ３４を覆うように、モールド樹脂からなる封止層３５が設けられる。
　このような発光装置３０によれば、放熱性や電気的絶縁性の良好な発光素子用基板１０を有することから、発光素子３２として入力電力が０．１～５Ｗであるものを使用した場合に、その特性劣化等を抑制でき、良好な信頼性を得ることができる。このような発光装置３０は、例えば、携帯電話や液晶ディスプレイ等のバックライト、自動車用あるいは装飾用の照明、その他の光源として好適に使用でき、特にハイパワーが要求される光源に好適に使用できる。
　図５、６は、本発明の発光素子用基板１０の変形例を示す平面図およびＡ－Ａ線断面図である。
　図１、２に示す発光素子用基板１０では、発光素子３２の下部電極３２ｂと外部電極端子１８との電気的接続に第１の金属導体層１２および第２の金属導体層１３を使用したが、図５、６に示すように、発光素子用基板１０の第１の主面１１ａに第２の表面導体層１６を設けるとともに、これと外部電極端子１８とを繋ぐように第２の接続ビア２２を設け、これらを発光素子３２の下部電極３２ｂと外部電極端子１８との電気的接続に利用してもよい。
　なお、第１の金属導体層１２の第２の主面１１ｂ側は必ずしも平坦である必要はなく、図７に示すように中央部に第２の主面１１ｂ側に突出する突出部１２１を有してもよい。突出部１２１の形状は、例えば平面視で第２の金属導体層１３の形状と同様とされる。第２の主面１１ｂと突出部１２１との距離Ｌ３は、第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとの間の面間距離Ｌ２の５～６０％（５≦Ｌ３／Ｌ２×１００≦６０）が好ましい。
　図８は、本発明の発光素子基板１０の他の変形例を示す断面図である。図８に示すように、第２の金属導体層１３を発光素子用基板１０の第２の主面１１ｂに形成してもよい。図９は、本発明の発光素子基板１０の他の変形例を示す断面図である。図９は、図２に示したように、第２の金属導体層１３を形成するためのめっき用孔部を形成することなく、発光素子用基板１０の第２の主面１１ｂに第１の金属導体層１２を形成し、その外側に第２の金属導体層１３を形成した例である。この例のように、第１の金属導体層１２を起点に電気めっきにより層成長させる形で第２の金属導体層１３を形成してもよい。図８および図９において、図２における各部と同一の部分については、同一の符号をもって表示している。
　図８、９に示すように、第２の金属導体層１３を第２の主面１１ｂに形成した場合、発光素子が第２の金属導体層１３に直接接触しないため、放熱性が阻害されるおそれがある。放熱性を確保するためには、放熱の障壁となる基板本体１１の距離Ｌ４と、放熱に寄与する第１の金属導体層および第２の金属導体層の合計距離Ｌ５の比率（Ｌ４／Ｌ５）を考慮する必要がある。すなわち、Ｌ４／Ｌ５は、１以下が好ましい。さらには０．５以下、さらになお０．３以下が好ましい。また、Ｌ４は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。
　次に、発光素子用基板１０の製造方法について説明する。
　発光素子用基板１０の製造方法は、内部に第１の金属導体層１２を有するとともに、この第１の金属導体層１２から発光素子搭載面である主面１１ａに延びるめっき用孔部を有するセラミックス系基板を焼成により製造する第１の工程と、第１の金属導体層１２をカソードとする電気めっきによりめっき用孔部に第２の金属導体層１３を充填するように形成する第２の工程とを有する。
　このような製造方法によれば、サーマルビアとして機能する第２の金属導体層１３が大きい場合であっても、その露出面の平坦性を良好にしつつ形成できる。具体的には、発光素子用基板１０の水平方向における最大長さに対する深さの割合が１以下となるような第２の金属導体層１３を、露出面の平坦性を良好にしつつ形成できる。言い換えれば、めっき用孔部の面積が大きい場合、特にめっき用孔部の開口部の最大部分の大きさに対するめっき用孔部の深さの割合が１以下である場合、露出面の平坦性が良好な第２の金属導体層１３を形成できる。以下、図１、２に示す発光素子用基板１０を例に挙げて具体的に説明する。
［第１の工程］
　図１０は、第１の工程で製造するセラミックス系基板の一例を示す断面図である。セラミックス系基板４０は、第２の金属導体層１３が形成されておらず、第２の金属導体層１３が形成される部分がめっき用孔部４１とされること以外は、図２に示した基本的に発光素子用基板１０と同様の構成を有する。セラミックス系基板４０は、以下の（Ａ）～（Ｄ）の工程により製造できる。なお、以下の説明では、セラミックス系基板４０の各部の製造に用いられる部材について当該部分と同一の符号を付して説明する。例えば、基板本体と本体用グリーンシートとは、同じ１１の符号をもって表記しており、他も同様である。以下の（Ａ）～（Ｄ）の工程を有するセラミック系基板の製造方法は、セラミックス系基板がガラスセラミックス基板である場合について説明したものである。
（Ａ）グリーンシート作製工程
　ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物を用いて、基板本体１１となる本体用グリーンシート１１を製造する。本体用グリーンシート１１は、基板本体１１の内部構造に応じて厚さ方向に適宜複数枚に分割できる。図１０に示すセラミックス系基板４０の場合、本体用グリーンシート１１として、例えば、表面に第１の表面導体層１５が形成され、内部にめっき用孔部４１が形成される上層用グリーンシート１１ｓと、表面に第１の金属導体層１２、第１の外部電極端子１７、および第２の外部電極端子１８が形成され、内部に第１の接続ビア２１および第２の接続ビア２２が形成される下層用グリーンシート１１ｔとを製造する。各グリーンシートには、必要に応じて内部導体層や接続ビアとなる孔部を設ける。また、この工程では、枠体となる枠体用グリーンシート２３を製造する。
　グリーンシートは、例えば、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物に、バインダー、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、乾燥させて製造する。
　グリーンシートを作製するためのガラス粉末としては、ガラス転移点の温度（Ｔｇ）が５５０～７００℃のものが好ましい。Ｔｇが５５０℃未満の場合には、脱脂が困難となるおそれがあり、７００℃を超える場合には、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。
　また、ガラス粉末は、８００～９３０℃で焼成したときに結晶が析出するものが好ましい。結晶が析出しない場合、機械的強度が不足するおそれがある。さらに、ＤＴＡ（示差熱分析）により測定される結晶化ピーク点の温度（Ｔｃ）は８８０℃以下が好ましい。Ｔｃが８８０℃を超える場合、寸法精度が低下するおそれがある。
　ガラス粉末としては、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を５７～６５％、Ｂ２Ｏ３を１３～１８％、ＣａＯを９～２３％、Ａｌ２Ｏ３を３～８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で０．５～６％含有するものが好ましい。このようなものを用いることで、セラミックス系基板４０の表面平坦度が良好となる。
　ここで、ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。ＳｉＯ２の含有量が５７％未満の場合、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。一方、ＳｉＯ２の含有量が６５％を超える場合には、ガラス溶融温度やＴｇが過度に高くなるおそれがある。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは５８％以上、より好ましくは５９％以上、特に好ましくは６０％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは６４％以下、より好ましくは６３％以下である。
　Ｂ２Ｏ３は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。Ｂ２Ｏ３の含有量が１３％未満の場合、ガラス溶融温度やＴｇが過度に高くなるおそれがある。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が１８％を超える場合、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１４％以上、より好ましくは１５％以上である。また、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１７％以下、より好ましくは１６％以下である。
　Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの安定性、化学的耐久性、および強度を高めるために添加される。Ａｌ２Ｏ３の含有量が３％未満の場合、ガラスが不安定となるおそれがある。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が８％を超える場合、ガラス溶融温度やＴｇが過度に高くなるおそれがある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは４％以上、より好ましくは５％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは７％以下、より好ましくは６％以下である。
　ＣａＯは、ガラスの安定性や結晶の析出性を高めるとともに、ガラス溶融温度やＴｇを低下させるために添加される。ＣａＯの含有量が９％未満の場合、ガラス溶融温度が過度に高くなるおそれがある。一方、ＣａＯの含有量が２３％を超える場合、ガラスが不安定になるおそれがある。ＣａＯの含有量は、好ましくは１２％以上、より好ましくは１３％以上、特に好ましくは１４％以上である。また、ＣａＯの含有量は、好ましくは２２％以下、より好ましくは２１％以下、特に好ましくは２０％以下である。
　Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏのうち少なくとも１種は、Ｔｇを低下させるために添加される。Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量が０．５％未満の場合、ガラス溶融温度やＴｇが過度に高くなるおそれがある。一方、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量が６％を超える場合、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、電気的絶縁性も低下するおそれがある。Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量は、０．８～５％が好ましい。
　なお、ガラス粉末は、必ずしも上記成分のみからなるものに限定されず、Ｔｇ等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有できる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０％以下が好ましい。
　ガラス粉末は、上記したような組成を有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕して得られる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水またはエチルアルコールを用いることが好ましい。粉砕機としては、ロールミル、ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。
　ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５～２μｍが好ましい。ガラス粉末のＤ５０が０．５μｍ未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく取り扱いが困難になるばかりでなく、均一分散が困難になる。一方、ガラス粉末のＤ５０が２μｍを超える場合、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径は、例えば粉砕後に必要に応じて分級して調整してもよい。本明細書において、粒径はレーザ回折・散乱法により粒子径測定装置により得たものである。
　セラミックス粉末としては、従来からガラスセラミックス基板の製造に用いられるものが使用でき、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物等を好適に使用できる。特に、アルミナ粉末とともに、アルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスの粉末（以下、高屈折率セラミックス粉末と示す。）を使用することが好ましい。
　高屈折率セラミックス粉末は、焼結体（基板）の反射率を向上させるための成分であり、例えばチタニア粉末、ジルコニア粉末、安定化ジルコニア粉末等が挙げられる。アルミナの屈折率が１．８程度であるのに対して、チタニアの屈折率は２．７程度、ジルコニアの屈折率は２．２程度であり、アルミナに比べて高い屈折率を有する。これらのセラミックスの粉末のＤ５０は、０．５～４μｍが好ましい。
　このようなガラス粉末とセラミックス粉末とを、例えばガラス粉末が３０～５０質量％、セラミックス粉末が５０～７０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が得られる。また、この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、溶剤等を添加することによりスラリーが得られる。
　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。溶剤としては、トルエン、キシレン、２－プロパノール、２－ブタノール等の有機溶剤を好適に使用できる。
　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、乾燥させて、グリーンシートを製造する。この際、上層用グリーンシートの厚さを調整することで、第２の金属導体層１３の深さを調整できる。また、上層用グリーンシートと下層用グリーンシートとの厚さの比率を調整することで、発光素子用基板１０の厚さ方向における第１の金属導体層１２の位置等を調整できる。グリーンシートには、必要に応じてめっき用孔部４１や各接続ビアとなる貫通孔を設ける。
（Ｂ）導体ペースト層形成工程
　本体用グリーンシート１１の所定の位置に導体ペースト層を形成する。すなわち、上層用グリーンシート１１ｓには、内部に第１の接続ビア２１となる導体ペースト層を形成するとともに、一方の表面に第１の表面導体層１５となる導体ペースト層を形成する。なお、めっき用孔部４１には導体ペースト層を形成しない。下層用グリーンシート１１ｔには、内部に第１の接続ビア２１および第２の接続ビア２２となる導体ペースト層を形成するとともに、一方の表面に第１の金属導体層１２となる導体ペースト層、他方の表面に第１の外部電極端子１７および第２の外部電極端子１８となる導体ペースト層を形成する。導体ペースト層の形成は、例えばスクリーン印刷もしくはメタルマスク印刷による導体ペーストの塗布または充填により行う。
　導体ペーストとしては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ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、Ａｇ粉末、ＡｇとＰｔ、またはＡｇとＰｄからなる金属粉末が好ましく用いられる。
（Ｃ）積層工程
　上層用グリーンシート１１ｓと下層用グリーンシート１１ｔとを重ね合わせて本体用グリーンシート１１とするとともに、この本体用グリーンシート１１に枠体用グリーンシート２３を重ね合わせて、熱圧着により一体化して未焼成のセラミックス系基板４０を得る。
（Ｄ）焼成工程
　上記工程で得られた未焼成のセラミックス系基板４０について、必要に応じてバインダー等を脱脂後、ガラスセラミックス組成物を焼結させるための焼成を行ってセラミックス系基板４０とする。
　脱脂は、例えば５００～６００℃で１～１０時間保持する条件で行う。脱脂温度を５００℃以上、脱脂時間を１時間以上とすることで、バインダー等を効果的に除去できる。一方、脱脂温度は６００℃程度、脱脂時間は１０時間程度とすれば、バインダー等を十分に除去でき、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。
　焼成は、ガラスセラミックスの緻密な構造の獲得と生産性とを考慮して、８００～９３０℃の温度範囲で適宜時間を調整できる。具体的には、８５０～９００℃で２０～６０分保持することが好ましく、特に８６０～８８０℃が好ましい。焼成温度を８００℃以上とすることで、ガラスセラミックスを効果的に緻密にできる。一方、焼成温度を９３０℃以下とすることで、基体本体１１の変形等を抑制できる。また、上記導体ペーストとして、Ａｇを主成分とする金属粉末を含有する金属ペーストを用いた場合、焼成温度が８８０℃を超えると、過度に軟化するために所定の形状を維持できなくなるおそれがある。
［第２の工程］
　第２の工程では、第１の金属導体層１２をカソードとした電気めっきによりめっき用孔部４１を充填するように第２の金属導体層１３を形成する。このような方法によれば、第１の金属導体層１２をカソードとして徐々に金属を析出させて第２の金属導体層１３を形成できることから、その露出面の平坦性を高くでき、発光素子３２の接地性を向上させて放熱性を高くできる。また、第２の金属導体層１３はＣｕを主成分とするものとすることができ、生産コストを低減できる。さらに、そもそも反射層または放熱層として設けられる第１の金属導体層１２を利用できることから、従来の製造方法に比べて工程数の増加も抑制できる。
　めっき用孔部４１の深さ（ｐ）は必ずしも制限されないが、めっき用孔部４１の開口部の水平方向における最大長さ（ｑ）に対する深さの割合（ｐ／ｑ）は、１以下が好ましい。上記割合が１以下の場合、第１の金属導体層１２をカソードとした電気めっきによる方法によれば第２の金属導体層１３における露出面の平坦性を良好にできる。開口部の水平方向における最大長さに対する深さの割合は、０．８以下がより好ましい。ここで、めっき用孔部４１の開口部の水平方向における最大長さとは、めっき用孔部４１の開口部の平面視での形状が四角形状または矩形状の場合には、その対角線の長さとし、楕円形の場合には、長軸の長さとする。また、めっき用孔部４１の深さと、このめっき用孔部４１内に電気めっきにより形成される第２の金属導体層１３の深さとは、一致するか、あるいはめっき用孔部４１の深さと第２の金属導体層１３の深さとの差が、０．１ｍｍ以下とするのが好ましい。
　また、同様の理由から、めっき用孔部４１の開口部の面積は、０．１ｍｍ２以上が好ましく、１ｍｍ２以上がより好ましい。開口部の面積は、特に制限はないが、通常２５ｍｍ２までである。
　第１の金属導体層１２をカソードとする方法としては、この第１の金属導体層１２に第２の接続ビア２２を介して電気的に接続された第２の外部電極端子１８を利用する方法が挙げられる。なお、図５、６に示すような発光素子用基板１０の場合、めっき段階に用いられるセラミックス系基板４０の外面には第１の金属導体層１２と電気的に接続されたものがないことから、例えば予めセラミックス系基板４０を製造する際に第１の金属導体層１２と電気的に接続されたカソード用外部電極端子等を形成する。
　電気めっきとしては、必ずしも限定されないが、Ｃｕめっき、Ａｇめっき、またはＡｕめっき、Ｃｕ合金めっき、Ａｇ合金めっき、またはＡｕ合金めっきが好ましく、特に生産コストを低減できることからＣｕめっきが好ましい。Ｃｕめっきは一般的なＣｕめっき浴を使用でき、硫酸銅および硫酸を主成分とする硫酸銅浴等が用いられる。
　硫酸銅浴としては、硫酸銅（五水和物）５０～４００ｇ／Ｌ、硫酸５０～２００ｇ／Ｌを含み、必要に応じて、塩素イオン、界面活性剤、光沢剤等が溶解、配合された水溶液が用いられる。塩素イオン源としては、塩酸、塩化ナトリウム等が挙げられ、２０～１００ｍｇ／Ｌが好ましい。また、界面活性剤は、１～２０ｍＬ／Ｌ、光沢剤は、０．１～１０ｍＬ／Ｌがそれぞれ好ましい。光沢剤としては、例えばメルテックス社製の商品名「ガバーグリーム」が例示できる。界面活性剤に替わる薬剤として、高分子多糖類、低分子膠を使用できる。めっき浴の温度は０～５０℃が好ましく、電流密度は１～１０Ａ／ｄｍ２が好ましい。
　このような製造方法によれば、第２の金属導体層１３における露出面の平坦性を良好にできる。例えば露出面の外周部近傍を除いた任意の５００μｍ範囲での最大高さと最小高さとの差を１０μｍ以下、好ましくは７μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下とできる。なお、外周部近傍とは、平面視において、露出面の外周部から内側に０．１ｍｍ程度の距離までの部分を指す。通常、このような製造方法により得られた第２の金属導体層１３の露出面は、外周部から内側に０．１ｍｍ程度の距離の部分に最大高さとなる部分があり、それよりも内側である中央部に向かって徐々に高さが低下する。従って、外周部近傍の最大高さとその内側における最小高さとの差が１０μｍ以下、好ましくは７μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下であることが好ましい。
　また、図８に示すように、メッキ用孔部４１の開口部を第２の主面１１ｂ側に設ける場合も、上記と同様に電気めっきを行うことで、第２の金属導体層１３を形成できる。このように、第２の主面１１ｂ側に露出した状態で第２の金属導体層１３を形成することで、図示しないヒートシンクに直接または接着剤を介して接触させることができる。したがって、放熱効果の向上が期待できる。
　外周部近傍は、上記のように最大高さとなる部分が存在する場合が多いが、逆に低くなる場合もある。このように、外周部近傍は高さが変動し、平坦性が保証されない。このため重要なのは、外周部にかからないように発光素子を搭載すること、そのために発光素子搭載面となる部分で平坦性を確保することである。そして、実質的に搭載面となる、外周部を除く部分において、本発明の製造方法であれば充分な平坦性を確保できる。
　電気めっきは、特に第２の金属導体層１３における露出面の最大高さが３０～５０μｍとなるまで行ってもよい。この程度の高さまでめっきすることにより、めっき液の接触が均質になりやすく、露出面の平坦性が確保しやすくなるとともに、ＬＥＤ素子からの発光の配光には大きな悪影響を与えないからである。もちろん、露出面の最大高さを０にしても良い。なお、上記した露出面の高さは、第１の主面１１ａ上のめっき用孔部４１の開口部からの高さである。このような電気めっきを行うことで、第２の金属導体層１３における露出面の平坦性をより向上できる。
　上記した第１の工程では、メッキ用孔部４１を形成したセラミックス系基板４０を形成したもので説明した。しかし、セラミックス系基板４０にメッキ用孔部４１を形成しない場合でも、図９に示すように、第２の主面１１ｂ上に第１の金属導体層１２を焼結した後、電気めっきにより第２の金属導体層１３を形成してもよい。このとき、第２の主面１１ｂ上に形成する第１の金属導体層１２の面積は、第１の主面１１ａで枠体２３の内側に形成される発光素子搭載面の面積よりも大きくなっている。さらに、第１の金属導体層１２の端部が、基板本体１１を挟んで枠体２３の下側に位置するようになっている。この構成とすることにより、電気めっきで第２の金属導体層１３を形成しても、セラミックス系基板４０の変形を防ぐことが可能となる。
　次に、本発明の実施例について説明する。
　なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
　図１、２に示すような発光素子用基板１０を製造した。
　まず、酸化物換算表記で、ＳｉＯ２が６０．４ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が１５．６ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３が６ｍｏｌ％、ＣａＯが１５ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏが１ｍｏｌ％、Ｎａ２Ｏが２ｍｏｌ％のガラス粉末のガラス組成となるように原料を配合、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。
　このガラス粉末が４０質量％、アルミナフィラー（昭和電工社製、商品名：ＡＬ－４５Ｈ）が５１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９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。このガラスセラミックス組成物５０ｇに、有機溶剤（トルエン、キシレン、２－プロパノール、２－ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ－２－エチルヘキシル）２．５ｇ、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、さらに分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇを配合し、混合してスラリーを調製した。
　このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し、乾燥させたグリーンシートを積層して、略平板状であって焼成後の厚さが０．５ｍｍとなる本体用グリーンシート１１（０．３ｍｍ厚（焼成後の厚さ）の本体の上層用グリーンシート１１ｓと、０．２ｍｍ厚（焼成後の厚さ）の本体の下層用グリーンシート１１ｔとを積層して得られた本体用グリーンシート１１）を製造した（図１０参照）。また、外側形状が本体用グリーンシート１１と同様であり、内側形状が略長方形状あって、焼成後の高さが０．５ｍｍとなる枠体用グリーンシート２３を製造した。
　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時間混練し、さらに三本ロールにて３回分散して導体ペーストを製造した。
　その後、上層用グリーンシート１１ｓについて、第２の金属導体層１３（めっき用孔部４１）となる部分に孔空け機を用いて焼成後の大きさが１．２ｍｍ×１．２ｍｍとなる正方形状の貫通孔を形成するとともに、第１の接続ビア２１となる部分に孔空け機を用いて焼成後の大きさが直径０．２ｍｍとなる円形状の貫通孔を形成し、第１の接続ビア２１となる貫通孔に導体ペーストを充填するとともに、第１の表面導体層１５となる部分に導体ペーストを印刷した。なお、第２の金属導体層１３となる貫通孔（めっき用孔部４１）には導体ペーストを充填しなかった。
　また、下層用グリーンシート１１ｔについて、第１の接続ビア２１、第２の接続ビア２２となる部分に孔空け機を用いて焼成後の大きさが直径０．２ｍｍとなる円形状の貫通孔を形成し、第１の接続ビア２１、第２の接続ビア２２となる貫通孔に導体ペーストを充填するとともに、第１の金属導体層１２、第１の外部電極端子１７、および第２の外部電極端子１８となる部分に導体ペーストを印刷した。なお、第１の金属導体層１２となる部分には、平面視で焼成後の大きさが縦、横ともに１．５ｍｍになるような正方形状、厚さが１０μｍとなるように導体ペーストを印刷した。
　その後、上層用グリーンシート１１ｓと下層用グリーンシート１１ｔとを重ね合わせて本体用グリーンシート１１とするとともに、その上に枠体用グリーンシート２３を重ね合わせて、熱圧着により一体化して未焼成のセラミックス系基板４０を得た。その後、５５０℃で５時間保持して脱脂を行い、さらに８７０℃で３０分間保持の条件で焼成して図１０に示すようなめっき用孔部４１を有するセラミックス系基板４０を得た。なお、めっき用孔部４１は、平面視での形状が正方形状であって、開口部の大きさが１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、深さが０．３ｍｍである。（以上が、第１の工程である。）
　このセラミックス系基板４０について、第１の金属導体層１２をカソードとした電気めっきによりめっき用孔部４１に第２の金属導体層１３を形成して発光素子用基板１０とした。ここで、電気めっきは、硫酸銅浴を用いたＣｕめっきにより行った。硫酸銅浴の組成は、硫酸銅（五水和物）２００ｇ／Ｌ、硫酸５０ｇ／Ｌ、塩素イオン５０ｍｇ／Ｌ、光沢剤０．１ｍｇ／Ｌとした。また、めっき浴の温度は２５℃に維持し、電流密度は５Ａ／ｄｍ２とし、めっき用孔部４１の底部から徐々にＣｕを析出させ、開口部よりも最大高さが３０～４０μｍとなる位置まで析出させたところでめっき処理を終了して第２の金属導体層１３とした。（以上が、第２の工程である。）
（比較例１）
　第２の金属導体層１３を導体ペーストにより形成した。すなわち、上層用グリーンシートの第１の接続ビア２１となる貫通孔に導体ペーストを充填する際、同時に、第２の金属導体層１３となる貫通孔にも導体ペーストを充填して、第２の金属導体層１３を形成するものとし、めっき処理を行わないものとしたこと以外は、実施例１と同様にして、発光素子用基板１０を製造した。
　次に、実施例および比較例の発光素子用基板１０について、第２の金属導体層１３における露出面の平坦性を触針式の表面形状測定機（東京精密社製、商品名：サーフコム１４００Ｄ）により測定した。結果を図１１、１２に示す。
　図１１から明らかなように、実施例１の発光素子用基板１０については、第２の金属導体層１３の外周部近傍を除いて平坦性に優れており、外周部近傍を除いた最大高さと最小高さとの差は１０μｍ以下となることが認められる。一方、図１２から明らかなように、比較例１の発光素子用基板１０については、外周部近傍を除いた最大高さと最小高さとの差は１０μｍをはるかに超えている。すなわち、サーマルビアを導体ペーストで充填すると露出面の平坦性が低いことが認められる。
　本発明によれば、発光素子用基板に形成する第２の金属導体層として、電気めっき法により、露出面の平坦性が良好なものを形成でき、放熱性に優れた発光素子用基板を製造することができるとともに、第２の金属導体層の形成に高価な銀ペースト等を用いる必要がないことから、生産コストを低減できる。本発明は、放熱性に優れ、生産コストが低減された発光素子用基板および発光装置の製造に有用である。
　なお、２０１２年３月２３日に出願された日本特許出願２０１２－０６７９３１号の明細書、特許請求の範囲、図面およ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。
　１０…発光素子用基板、１１…基板本体、１１ａ…第１の主面、１１ｂ…第２の主面、１１ｓ…上層用グリーンシート、１１ｔ…下層用グリーンシート、１２…第１の金属導体層、１３…第２の金属導体層、１４…搭載部、１５…第１の表面導体層、１６…第２の表面導体層、１７…第１の外部電極端子、１８…第２の外部電極端子、２１…第１の接続ビア、２２…第２の接続ビア、２３…枠体、３０…発光装置、３２…発光素子、３２ａ…上部電極、３２ｂ…下部電極、３３…接合部、３４…ボンディングワイヤ、３５…封止層、４０…セラミック系基板、４１…めっき用孔部。

Claims (12)

  1. 　内部に第１の金属導体層を有するとともに、前記第１の金属導体層から主面に延びるめっき用孔部を有するセラミックス系基板を、焼成により製造する第１の工程と、
    　前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより、前記めっき用孔部に第２の金属導体層を充填するように形成する第２の工程と、
    　を有することを特徴とする発光素子用基板の製造方法。
  2. 　前記めっき用孔部が、前記第１の金属導体層から、発光素子搭載面および発光素子非搭載面のいずれか一方の主面に延びて形成される、請求項１に記載の発光素子用基板の製造方法。
  3. 　内部に第１の金属導体層を有するとともに、前記第１の金属導体層から発光素子搭載面である主面に延びるめっき用孔部を有するセラミックス系基板を、焼成により製造する第１の工程と、
    　前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより、前記めっき用孔部に第２の金属導体層を充填するように形成する第２の工程と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子用基板の製造方法。
  4. 　前記めっき用孔部の開口部の最大部分の大きさに対する前記めっき用孔部の深さの割合が１以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子用基板の製造方法。
  5. 　前記めっき用孔部の開口部の面積が０．１ｍｍ２以上である、請求項請求項１～４のいずれか１項に記載の発光素子用基板の製造方法。
  6. 　発光素子非搭載面である主面上に第１の金属導体層を有するセラミックス系基板を、焼成により一体に製造する第１の工程と、
    　前記第１の金属導体層をカソードとする電気めっきにより第２の金属導体層を層成長するように形成する第２の工程と、
    　を有することを特徴とする発光素子用基板の製造方法。
  7. 　前記第１の金属導体層および第２の金属導体層の合計距離に対する発光素子搭載面から前記第１の金属導体層までのセラミックス系基板の距離の割合が１以下である、請求項６に記載の発光素子用基板の製造方法。
  8. 　前記第２の金属導体層の面積が０．１ｍｍ２以上である、請求項６または７に記載の発光素子用基板の製造方法。
  9. 　前記第２の金属導体層の露出面の外周部近傍を除いた任意の５００μｍ範囲での最大高さと最小高さとの差が１０μｍ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載の発光素子用基板の製造方法。
  10. 　前記セラミックス系基板はガラスセラミックス基板である、請求項１～９のいずれか１項に記載の発光素子用基板の製造方法。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の発光素子用基板の製造方法によって得られたことを特徴とする発光素子用基板。
  12. 　請求項１１に記載の発光素子用基板を有することを特徴とする発光装置。
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