JP2006344810A - 発光素子収納用アルミニウム焼結体 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率および反射率がともに高い発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体の提供
【解決手段】窒化アルミニウムを主成分とし、窒化ホウ素を含有することを特徴とする発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体。窒化ホウ素は、常圧相窒化ホウ素、なかでも六方晶窒化ホウ素であることが望ましい。また、窒化ホウ素の含有量は0.5〜10質量％であることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体、すなわち、発光ダイオードなどの発光素子を収納するためのパッケージに用いることができる窒化アルミニウム焼結体に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、応答性がよく、低消費電力で、しかも長寿命であり、小型化、軽量化に有利であるなどの理由から、表示装置のバックライト、照明など、多くの用途に利用されている。小電力ＬＥＤは、小さなスペースに実装される場合が多く、放熱状態の確保が重要となる。また、大電力ＬＥＤは、高い光度を維持するためには放熱が重要であり、しかも、放熱が十分でない場合には寿命の低下などの問題が生じる。

このため、ＬＥＤなどの発光素子を収納するためのパッケージの材料としては、熱伝導率の高い材料が採用されており、その中でも特に、窒化アルミニウム焼結体が用いられることが増えてきている。これは、窒化アルミニウム焼結体が高い熱伝導率を有する共に、アルミナ等と同程度の電気絶縁性を有していること、更にはベリリアのような毒性がないことなどの理由による。

一方、発光素子を収納するためのパッケージには、発光効率の観点から反射率の高い材料が求められる。窒化アルミニウム焼結体に高い熱伝導率を持たせるためには、その焼結組織を不純物が少ない状態とすること、気孔率が低い状態とすること、粒界ガラス相を低減させた状態とすることなどが必要となる。しかし、不純物、気孔、粒界ガラス相といった焼結組織は、熱伝導率を阻害するとともに、焼結体内部に透過した光を散乱させる作用を有する。このため、このような焼結組織を有する窒化アルミニウム焼結体は、透光性が高くなり（即ち、反射率が低くなり）、ひいては、発光モジュールの発光効率を低下させる。

市販の半導体パッケージの中には、収納されるデバイスを保護する観点、パッケージの色むら、焼けむらなどを隠す観点などから、窒化アルミニウム焼結体を着色した遮光性材料もある。しかし、このような遮光性材料で発光素子収納用パッケージを構成すると、光が吸収されて、発光効率が低下するのは、透光性の窒化アルミニウム焼結体を用いる場合と同様である。

発光モジュールの発光効率を向上させるため、例えば、特許文献１には、リフレクタとして用いるカップ状部に金属または合金からなる反射層を形成させる発光装置が開示されている。また、特許文献２には、白色のセラミックスからなる略直方体の基板と枠体とを具備する発光素子収納用パッケージが開示されている。

特開2004-134699号公報 特開2004-207678号公報

特許文献１に開示される発光装置のように、リフレクタ材料に反射層を形成させる場合には一定の効果がある。しかし、発光素子との絶縁性を確保する観点から、パッケージ内面の全てを反射層で覆うことができないため、基板材料が露出した部分では反射率が不十分となる。

特許文献２には、白色のセラミックスとして、SiＯ₂−Al₂O₃−MgO−ZrＯ₂−CaO系のセラミックスおよびAlＮ−Er₂O₃系のセラミックスが挙げられているが（特許文献２の段落００１５および００１８参照）、これらのセラミックスの熱伝導率については全く記載されていない。換言すれば、特許文献２に係る発明では、反射率の向上にのみ着目しており、熱伝導率に関しては全く考慮されていないのである。なお、特許文献２に開示されるSiＯ₂−Al₂O₃−MgO−ZrＯ₂−CaO系のセラミックスは、実質的に酸化アルミニウム焼結体であり、窒化アルミニウム焼結体に比較して熱伝導率が低い。

一般に窒化アルミニウム系のセラミックスで高熱伝導率を得るには、できるだけ高温で焼成し、熱伝導を阻害する気孔や粒界を極限まで少なくする必要がある。気孔や粒界は、焼結体内部で透過光を散乱させる焼結組織でもあるため、これらを極限まで少なくすると、透光性が上昇して反射率は低くなる。この性質は特許文献２に開示されるAlＮ−Er₂O₃系のセラミックスでも同様である。これとは逆に、高反射率を得ようとすると、例えば焼成温度を低めに設定して気孔や粒界を焼結体内部に残存させる必要があり、熱伝導率は低下するのである。さらに、このような条件では焼結が完了していないため、炉内温度のばらつきなどの影響を受けやすく、熱伝導率などの基板特性や基板寸法などが不安定になる。

以上のように、熱伝導率を低下させることなく、高い反射率を有する窒化アルミニウム焼結体は提案されていない。本発明者らは、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率および反射率を両立させるべく、鋭意研究を行った結果、焼結体内部で透過光を散乱させるための焼結組織（不純物）として、窒化ホウ素に着目した。

すなわち、窒化ホウ素は、熱伝導率が高く、高温領域まで高い電気絶縁性を示すとともに、化学的に安定な物質であるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させることなく、反射率を向上できる。

窒化ホウ素の結晶系は常圧相と高圧相とがあるが、高圧相窒化ホウ素を得るためには高温高圧の処理を要し、製造コストの上昇を招くので、窒化ホウ素の中でも、常圧相窒化ホウ素を用いるのが望ましい。

常圧相窒化ホウ素の中でも、グラファイトと類似の層状構造を有する六方晶窒化ホウ素を用いるのが望ましい。六方晶窒化ホウ素は、ホワイトグラファイトとも呼ばれ、白色を呈し、反射率が高く、しかも、熱伝導率も高く、ｃ軸に平行な方向は約60w/mk、ｃ軸方向は３w/mkである。また、窒化物であるので、窒化アルミニウムの熱伝導率を下げる要因となる酸素を焼結体内に持ち込むことがない。さらに、グラファイトと同様に、六方晶窒化ホウ素は劈開性を有する鱗片状であるが、窒化アルミニウムとの反応性が低いため、焼結体内でも鱗片状のまま存在する。六方晶窒化ホウ素は、高い熱伝導率および反射率を維持した状態で焼結体内に存在しており、窒化アルミニウムの熱伝導率を低下させることなく、さらに透過光を効率よく散乱できるのである。従って、焼結体内部で透過光を散乱させるための焼結組織（不純物）として六方晶窒化ホウ素を用いるのが特に望ましい。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、発光素子収納用パッケージに用いるのに最適な、高い熱伝導率および反射率を有する窒化アルミニウム焼結体を提供することを目的とする。

本発明は、「窒化アルミニウムを主成分とし、窒化ホウ素を含有することを特徴とする発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体」を要旨とする。

なお、窒化ホウ素は、常圧相窒化ホウ素、なかでも六方晶窒化ホウ素であることが望ましい。また、窒化ホウ素の含有量は0.5〜10質量％であることが望ましい。この範囲に調整すれば、１５０ｗ／ｍｋ以上という高い熱伝導率と、波長が４００〜７００ｎｍである光に対して４５％以上という高い反射率を実現できる。

本発明によれば、熱伝導率および反射率がともに高い発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体を提供することができる。従って、これを、発光ダイオードなどの発光素子を収納するためのパッケージに用いた場合には、発光効率が高い発光モジュールを製造することができる。

１．発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体について
本発明の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウムを主成分とし、窒化ホウ素を含有する。窒化アルミニウムを主成分とするのは、窒化アルミニウムセラミックスが、他の窒化物系または酸化物系セラミックスよりも高い熱伝導率を有すると共に、ベリリアのような毒性がないからである。

窒化ホウ素は、光の反射率が高いとともに、熱伝導率が高い材料である。しかも、窒化アルミニウムの熱伝導率を下げる要因となる酸素を焼結体内に持ち込まない。さらに、窒化ホウ素は、劈開性を有する鱗片状であるが、窒化アルミニウムとの反応性が低いため、焼結体内でも鱗片状のまま存在し、その高い熱伝導率と反射率とを生かすことで、窒化アルミニウムの光の反射率を高くすることができる。従って、本発明の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体には窒化ホウ素を含有させることとした。

窒化ホウ素には、六方晶、菱面体晶、乱層構造型などの常圧相窒化ホウ素と、立方晶、ウルツ鉱型などの高圧相窒化ホウ素に大別されるが、本発明に用いる窒化ホウ素は、常圧相窒化ホウ素、中でも六方晶窒化ホウ素を用いるのが望ましい。このような結晶組織を有する窒化ホウ素であれば、安価に、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を下げることなく、反射率を高めることができるからである。

窒化ホウ素は、微量でも含まれておれば、反射率を向上させる効果を有するが、その効果が顕著となるのは0.5質量％以上の場合である。窒化ホウ素の含有量は、25質量％以下であることが好ましい。25質量％を超えると、熱伝導率がアルミナと同等レベルにまで低くなる。特に、熱伝導率を１５０ｗ／ｍｋ以上とするためには、10質量％以下とするのが望ましく、さらに、熱伝導率を１７０ｗ／ｍｋ以上とするためには、４質量％以下とするのが望ましい。なお、しかし、窒化ホウ素は、窒化アルミニウムより熱伝導率が低い。また、窒化アルミニウムの焼結を阻害して気孔率を増大させる作用を有している。

２．本発明の窒化アルミニウム焼結体を用いたパッケージについて
図１および３は、本発明の窒化アルミニウム焼結体を用いたパッケージを示す模式図であり、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。また、図２は、図１に示すパッケージに発光素子を収納した状態を示す模式図である。

図１に示す例では、パッケージ１は、予めタングステン、モリブデン等の高融点金属からなる配線パターン２を形成させた複数層の窒化アルミニウム焼結体からなる基板３の表面に、ダイボンドパッド４およびボンディングパッド５を有し、これらのパッドを囲むように設置した枠体６によりキャビティ７を有する。

この例では、枠体６は、例えば、Fe−Ni−Co系合金、Fe−Ni系合金などのセラミックスと熱膨張係数が近似する金属を用いることができる。図１に示す例では、基板からの距離が離れるほどに直径が大きくなる形状の孔が形成されているが、基板に対して垂直な内壁面であっても良いし、また、開口部の形状は、円形のみならず、四角形その他の多角形であってもよい。ただし、発光効率の観点からは図１に示す形状が望ましい。

枠体は、金属以外の反射率が小さい材料で構成し、さらに反射率の高い金属を内壁面にめっきして構成するものであってもよい。ただし、この場合、製造コストが上昇する。

図２に示すように、ダイボンドパッド４上には、発光素子８が収納され、更に、ワイヤ９で発光素子８とボンディングパッド５とを接続した後、キャビティ内に樹脂１０を充填し、更に、図示しないレンズなどが取り付けられて、発光モジュール１１が作製される。

図３に示す例では、パッケージ１は、予めタングステン、モリブデン等の高融点金属からなる配線パターン２を形成させた複数層の窒化アルミニウム焼結体からなる基板３と、同じく複数層の窒化アルミニウム焼結体からなる枠体６とを有し、これらにより形成されたキャビティ７内には、基板３上にダイボンドパッド４およびボンディングパッド５を有する。なお、図３に示す例では、キャビティ７を構成する枠体６の内壁面が基板３に垂直となるように構成しているが、この枠体を構成する窒化アルミニウム焼結体に設けられた孔の直径を基板表面から離れるほどに大きくしていくような構成であってもよい。また、このように構成した枠体の内面に反射板を設けるなどして、反射率を向上させる構成としてもよい。

３．発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体の製造方法について
本発明の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体は、例えば、下記の方法により製造することができる。

まず、窒化アルミニウム粉末に窒化ホウ素、焼結助剤、結合剤、可塑剤、分散剤および溶剤を添加してスラリー化し、このスラリーをドクターブレード法などによりグリーンシートを作製する。

なお、焼結助剤は、常圧で窒化アルミニウム成形体を焼結するため、窒化アルミニウム粉末に適量添加するのがよい。焼結助剤は、融解または反応により適量の液相を生じ、それによって粒成長が促進する作用を示すものである。焼結助剤は、更に、窒化アルミニウム粒子中の酸素を捕捉する作用もあると考えられている。

焼結助剤としては、スカンジウム、イットリウムおよびランタノイド元素の酸化物、窒化物、酸窒化物からなる化合物、例えば、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、酸化セリウム、酸化ジスプロシウムなどを用いることができる。この中では酸化イットリウムを用いるのが望ましい。また、アルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩からなる化合物、例えば、酸化カルシウム、フッ化カルシウム、炭酸カルシウム、硝酸カルシウムなどを用いることができる。この中では酸化カルシウムを用いるのが望ましい。

結合剤としては、成形用高分子成分からなるポリビニルブチラール、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、セルロースアセテートブチレートなどの一種または二種以上の混合物からなる有機結合剤を用いることができる。この中で、ポリビニルブチラールを用いるのが望ましい。 結合剤の添加量は、窒化アルミニウムに対して０．１〜２０質量％の範囲であればよい。

溶剤としては、例えば、エタノール、トルエン、キシレン、ブタノールおよびそれらの混合物を用いることができる。また、可塑剤および分散剤は必要に応じて適量添加すればよい。

次いで、グリーンシートの表面に高融点金属粉末ペーストを用いて配線パターンを形成する。配線パターンは、発光素子を収納するためのダイボンドパッド、発光素子を電気的に接続するためのボンディングパッド、外部電極と電気的に接続するための外部接続端子パッド、ボンディングパッドと外部接続端子パッドとを接続するための配線パターン、ビア、キャスタレーションなどとして形成される。

高融点金属ペーストは、タングステン、モリブデン等の高融点金属粉末に、共材としてグリーンシートを５００〜７００℃の温度範囲で、酸素含有雰囲気下で仮焼、解砕した粉状物と、メジウム（エチルセルロース、ブチルカルビトールアセテート、テルピネオールなど）をポットミルで混練して調製する。高融点金属としては、タングステンまたはモリブデンが好ましい。 この中で、焼成条件でも安定に所定の配線パターン形状を維持できるという観点からタングステンが最も望ましい。

なお、図３に示すパッケージを作製する場合には、枠体の部分も窒化アルミニウム焼結体で構成するため、上記の配線パターンを形成させた複数層のグリーンシート上に、更に、所定寸法の穴を開けた複数層のグリーンシートを積層する。

グリーンシートを仮焼、解砕した粉状物をペーストの材料とするのは、窒化アルミニウム基板との共材を含有することでメタライズ層の密着強度と高めるという理由による。 詳しくは、難焼結性で金属とのぬれ性の悪い窒化アルミニウムの焼結とメタライズ層の焼き付けを同時に行うために、セラミックスと導体ペーストの焼結挙動、特に両者の収縮率、収縮速度を合わせる必要があるからである。

上記のようにして、配線パターンを形成した２枚以上のグリーンシートを積層し、脱脂、脱炭して窒化アルミニウム成形体を形成し、この窒化アルミニウム成形体を非酸化性雰囲気下で同時焼成してメタライズ層を有する発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体を製造する。

ここで、脱脂および脱炭は、グリーンシートの熱分解を中断することなく連続的に行うことが好ましい。これにより、十分な脱炭を行った窒化アルミニウム成形体を得ることができる。

脱脂および脱炭は、１１００〜１５００℃の範囲で行う必要がある。１１００℃未満では、脱炭の効果が少なく、一方、１５００℃を超えると焼結が不均一（部分的に）進行し、製品基板に色むら、反りなどを生じさせるおそれがある。 更に、炭素ガスが高温でメタライズ層の金属と反応すると、炭化物を形成しメタライズ層の電気抵抗を高めるという問題も発生する。より望ましい温度範囲は１３５０〜１４５０℃である。

脱脂および脱炭の時間には、特に制限はないが、２〜１０時間の範囲で行うのがよい。 ２時間未満では、熱分解が十分に進行せず、炭素残量に変化が見られず、１０時間を超えると、一部に焼結が進行し製品基板の色むら、反りなどを生じさせるからである。望ましいのは４〜８時間である。 昇温速度および降温速度は、グリーンシートの特性や脱脂・脱炭方法に応じて適宜選択すればよい。

脱脂および脱炭は、窒化アルミニウムおよびメタライズ層の酸化を防ぐため非酸化性雰囲気下、実質的に窒素および水素からなる雰囲気下で行う必要がある。これは、炭素が水素によってメタン等の炭化水素に変換されるため、窒化アルミニウム成形体の残存炭素を極少、例えば０．１質量％以下にできるからである。脱炭を十分行わないと焼結特性に影響するばかりでなく、製品においてはメタライズ金属の炭化物が形成され、メタライズ層の導通抵抗が上がる、また基板にシミができる場合がある。

脱脂および脱炭を窒素のみのガス雰囲気下で行うと、メタル炉材の金属と反応して表面に窒化物を生成するという問題がある。一方、水素のみのガス雰囲気下で行うのは安全上の問題がある。従って、炉内に存在する炭素が微量であることを考慮し、窒素ガスで希釈された水素を雰囲気ガスとして用いるのがよい。すなわち、実質的に窒素および水素ガスからなる混合ガス雰囲気で脱脂および脱炭を行うのがよい。混合ガス中の水素は、上記のメタル炉材の窒化物の生成を防止する効果もある。混合ガスにおける水素の濃度は、流量換算で５〜４０容量％が好ましい。５容量％以上の水素は、上記のメタル炉材およびセッター（焼成板）の窒化物生成を抑制する効果を示すからである。しかし、水素量が過剰な場合にはメタル炉材に悪影響を与えるので、４０容量％以下に制限するのが望ましい。好ましいのは１０〜３０容量％の範囲である。

脱脂および脱炭を行う炉は、特に限定しないが、メタル炉を用いるのがよい。これは、１５００℃に近い温度となるため、ある程度の耐熱性が必要であり、しかも、メタル炉であれば、耐火煉瓦等を用いた場合に起こる不純物による汚染を避けることができるからである。

脱脂および脱炭の炉内では、積層したグリーンシートをセッター上に載置するが、このセッターは、常法に従い耐火性金属で構成されているものが用いられる。耐火金属としては、モリブデン、タングステンなどを用いることができる。実用的にはモリブデンを用いるのが最も望ましい。

本発明の製造方法においては、上記のようにして脱脂および脱炭を実施した窒化アルミニウム成形体を、非酸化性雰囲気下で同時焼成してメタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体を製造する。

同時焼成は、カーボン炉を用いて行う必要がある。カーボン炉は、耐熱温度が高いため、メタル炉は適用できない１７００〜１９００℃という高温での焼成を可能とするからである。また、カーボン炉の炉壁から発生し炉芯方向に拡散する炭素ガスは、窒素雰囲気に混在し、この微量の炭素ガスは炉内の酸素と反応するので、メタライズ層の酸化劣化を防止する。メタライズ層が酸化されると、めっきを施す場合の密着性が低下してしまう。

しかし、炭素ガスを窒化アルミニウムの近傍にあまり大量に混在させることはできない。前述のように、大量の炭素ガスが窒化アルミニウム焼結体と反応すると、基板の色むら、反りなどを生じさせるからである。また、過剰の炭素ガスがメタライズ層の金属と反応すると、炭化物を形成しメタライズ層の電気抵抗を高める。炭素ガスを大量に混在させないため、炉壁からの拡散を防ぐ方法については、後段の焼結容器の項で詳しく説明する。

なお、カーボン炉は、マッフル、ヒーター、断熱材等の炉内部品の少なくとも一部の部品が炭素製の材質からなる炉であり、回分式、連続式等いずれの方式でもよい。

同時焼成は、窒素ガス雰囲気下で行う必要がある。水素を含有するガス雰囲気下で行うと、カーボン炉の炉壁が劣化するので適用できない。

同時焼成は、１７００〜１９００℃の温度範囲で行う必要がある。１７００℃未満では、窒化アルミニウムの熱伝導度が十分高まらず、一方、１９００℃を超えると、メタライズ層の焼結が進みすぎてメタライズ層と下地のセラミックス層との密着性が低下して層間剥離のおそれがある。また、窒化アルミニウム成形体内のガラス成分が表面に溶出することもある。望ましい温度範囲は１８００〜１８５０℃である。

同時焼成の時間には、特に制限はないが、２〜１０時間の範囲で行うのがよい。２時間未満では窒化アルミニウムの熱伝導度が不十分となるおそれがあり、一方、１０時間を超えても窒化アルミニウムの特性の向上は特に見られないからである。望ましいのは４〜８時間である。昇温速度および降温速度は、窒化アルミニウム成形体の特性や同時焼成の方法に応じて適宜選択すればよい。

同時焼成に際しては脱脂および脱炭を実施した窒化アルミニウム成形体を、耐火性金属で構成されるセッター上に載置して、これを酸化物系セラミックス焼結体の容器に収容する必要がある。

これらにより、窒化アルミニウム焼結体またはメタライズ金属と反応する炭素ガス量を低減することができるので、窒化アルミニウム焼結体基板表面の色むら、反りを防止でき、しかもメタライズ層の電気抵抗の上昇も防止できる。その一方で、炭素ガスを完全には遮断しない構成としているので、微量に存在する炭素ガスが炉内の酸素ガスと反応して、メタライズ層の酸化劣化を防止する効果がある。また、生成した二酸化炭素は高温でも安定であるため酸素の再放出が起きないので、窒化アルミニウムの昇華が抑制され、窒化アルミニウム蒸気の堆積によるめっきの密着強度の低下も防止できる。

セッターは、耐火性金属からなるものを使用する。酸化物系のセッター材では、酸素などの不純物が残存し、それが接する製品の窒化アルミニウム焼結体に混入し焼結を阻害したり、熱伝導度を低下させたりするおそれがあり、また、窒化ホウ素系のセッター材では、製品の窒化アルミニウム焼結体に固着して製品表面に変色、色むらを残すおそれがある。従って、セッターは、耐火性金属からなるものを使用する。耐火性金属としては、モリブデンまたはタングステンが望ましく、特に、焼成条件での安定性の観点からモリブデンが最も望ましい。

セッターは、底板と枠板との組み合わせによって形成される空間を有し、複数段重ね合わされた全体が櫓状のものであるのが望ましい。これは、内空間は密閉性を維持するが、枠同士の合わされた部分に僅かに隙間を生じさせることができるためである。

酸化物系セラミック焼結体の容器（匣鉢）としては、特に限定しないが、アルミナを主成分とするセラミックス焼結体の容器を用いることができる。特に、薄く、しかも緻密でガスを透過させず、耐熱性のあるアルミナ製坩堝を用いるのが最も望ましい。アルミナ坩堝を用いる場合には、板状のアルミナ製のベース（台座）を設け、その上に窒化アルミニウム成形体を載置したセッターを置き、アルミナ製坩堝を椀を伏せたような状態にしてセッター本体とその上部空間全体を覆うのがよい。

なお、焼結容器は、焼結時の均熱性および保温性を確保する効果を有すると共に、窒化アルミニウムおよびメタライズ層近傍における炭素ガス濃度を下げる効果を有するが、カーボン炉の炉壁から発生し、炉芯部方向に拡散する炭素ガスを完全に遮断しない程度の隙間を有しているものを使用する。これにより、多量の炭素ガスが窒化アルミニウムと反応して製品基板の色むらや反りを防止できる。また、多量の炭素ガスがメタライズ層の金属と反応し、炭化物を形成してメタライズ層の電気抵抗を高めるという問題を防止できる。更に、微量の炭素ガスは、酸素ガスと反応してメタライズ層の酸化し、めっき密着性の低下するという問題も防止できる。

上記の条件を満足する装置としては、例えば、カーボン炉と、カーボン炉内に設置されたアルミナ製坩堝と、アルミナ製坩堝内に設置されたモリブデンおよび／またはタングステンで構成されたセッターとを有する装置を使用することができる。

（１）グリーンシートの作製
窒化アルミニウム粉末に、六方晶窒化ホウ素と、焼結助剤としてのイットリア、結合材としてのＰＶＢ、キシレン、ブタノールおよびトルエンからなる有機溶剤、可塑剤（ＤＯＡ）および分散剤（ホモゲノール）を添加して、ボールミルで混練してスラリー化した。同様に、六方晶窒化ホウ素の添加量を変化させたスラリーおよび六方晶窒化ホウ素を含まないスラリーを作製した。これらのスラリーをドクターブレード法により製膜してグリーンシートを得た。

（２）脱脂および脱炭
上記それぞれのグリーンシートを、モリブデン製のセッター上に載せ、これをモリブデン炉壁のメタル炉に収容した。炉内の雰囲気を実質的に窒素および水素からなる混合ガス雰囲気とし、１３５０℃で５時間の熱処理を連続的に行った。

（３）焼成
脱脂および脱炭を実施したそれぞれの窒化アルミニウム成形体を、モリブデン製セッター上に載置し、セッター本体およびその上部空間全体を、カーボン炉内に設置したアルミナ製坩堝とアルミナ製ベースで覆った。カーボン炉内を窒素雰囲気とし、１８２０℃で５時間の焼成を行い、窒化アルミニウム焼結体を作製した。それぞれの焼結体の組成を表１に示す。

（４）評価
以上の方法により製造した窒化アルミニウム焼結体についての熱伝導率および反射率を測定した。熱伝導率は、レーザフラッシュ熱伝導率測定装置により測定した。反射率は、キセノンランプを光源とした光を照射して、分光測色計（コニカミノルタ社製CM-3600d）により測定した。これらの結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明例１〜４では、いずれも１５０ｗ／ｍｋ以上の高い熱伝導率を有し、いずれのピーク波長においても４５％以上という高い反射率を有していた。また、本発明例５では、熱伝導率が５０ｗ／ｍｋとアルミナ（参考例）より高く、しかも、反射率は全波長においてアルミナと同等またはそれ以上であった。これに対し、窒化ホウ素を含まない比較例１では、熱伝導率は高いものの、ピーク波長が４００〜７００ｎｍである光の反射率は、３３〜３８％と低かった。

本発明によれば、熱伝導率および反射率がともに高い発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体を提供することができる。従って、これを、発光ダイオードなどの発光素子を収納するためのパッケージに用いた場合には、発光効率が高い発光モジュールを製造することができる。

本発明の窒化アルミニウム焼結体を用いたパッケージの一例を示す模式図であり、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。 図１に示すパッケージに発光素子を収納した状態を示す模式図である。 本発明の窒化アルミニウム焼結体を用いたパッケージの他の例を示す模式図であり、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。

符号の説明

１．パッケージ ２．配線パターン ３．基板 ４．ダイボンドパッド
５．ボンディングパッド ６．枠体 ７．キャビティ ８．発光素子
９・ボンディングワイヤ １０．樹脂 １１．発光モジュール

Claims (5)

1. 窒化アルミニウムを主成分とし、窒化ホウ素を含有することを特徴とする発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体。
2. 窒化ホウ素が常圧相窒化ホウ素であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体。
3. 窒化ホウ素が六方晶窒化ホウ素であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体。
4. 窒化ホウ素の含有量が0.5〜10質量％であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体。
5. 熱伝導率が１５０ｗ／ｍｋ以上であって、かつ波長が４００〜７００ｎｍである光の反射率が４５％以上であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発光素子収納用窒化アルミニウム焼結体。
   

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