JP2008085282A - 発光素子用配線基板ならびに発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱放散性に優れ、低コストで製造可能な発光素子用配線基板並びに発光装置を提供する。
【解決手段】焼結金属からなる平板状の金属基体１と、該金属基体１の一方の主面に形成された発光素子２３を搭載する搭載部１１と、前記金属基体１を貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体３と、前記金属基体１と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体３の内側を貫通する貫通導体５と、前記貫通導体５と電気的に接続されるとともに前記金属基体１と絶縁され前記搭載部１１の周囲に設けられた配線７と、前記搭載部１１と前記配線７とを取り囲むように形成された焼結金属からなる反射部９とを備えるとともに、前記金属基体１と前記貫通絶縁体３と前記貫通導体５と前記配線７と前記反射部９とが同時焼成されてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用配線基板ならびに発光装置に関する。

従来、ＬＥＤを用いた発光装置は、非常に発光効率が高く、しかも、白熱電球などと比較すると発光に伴い発生する熱量が小さいために様々な用途に用いられてきた。しかしながら、白熱電球や蛍光灯などよりも発光量が小さいために、照明用ではなく、表示用の光源として用いられ、通電量も３０ｍＡ程度と非常に小さいものであった（例えば特許文献１を参照。）。

そして、近年では、発光素子を用いた発光装置の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトに発光装置が多く用いられてきている。しかしながら、発光素子の輝度が向上するとともに、発光装置から発生する熱も増加している。発光素子の輝度の低下を防止するためには、このような熱を素子より速やかに放散する、高い熱放散性を有する発光素子用配線基板が必要となっている（例えば特許文献２、３を参照。）。

そして、発光素子用配線基板の放熱性を改善する手段として、発光素子用配線基板に放熱穴を形成するとともに、発光素子が形成される側の放熱穴を覆う補助セラミックシートを設け、この補助セラミックシートに発光素子を搭載することが提案されている。また、この手法では、放熱穴に導体ペーストを充填することも提案されている（例えば特許文献４を参照）。

また、発光素子用配線基板においては、発光素子からの光を有効に利用するために発光素子を取り囲むように反射部を設けることも行われている。この反射部は例えば金属により形成されるもので発光素子用配線基板とは別途作製され、発光素子用配線基板に接着剤などを用いて取り付けられている（例えば特許文献５を参照。）。
特開２００２−１３４７９０号公報 特開平１１−１１２０２５号公報 特開２００３−３４７６００号公報 特許３４６９８９０号公報 特開２００４−３３５５１８号広報

しかしながら、特許文献４に記載の方法では、放熱穴を形成した場合においても放熱穴の内部は熱伝導性の悪い空気が存在するのみで、放熱性を格段に向上させることは望めない。また、放熱穴に導体ペーストを充填したとしても、発光素子用配線基板と導体ペーストの固定、接続の信頼性に関する問題が依然解決されておらず、また、基板の設計制約などにより放熱穴の大きさや設置部位は限られたものとなり、放熱性には限界がある。

また、引用文献５に記載された反射部を設けた場合でも、光の有効利用はできるものの、基体平面部に発光素子を搭載する搭載部を設けている為、発光素子からの光の取り出し効率が十分でなかった。また、別途作製した反射部を取り付ける工程が必要であることから、高価となり、しかも熱伝導性の高い金属性の反射部を用いているにもかかわらず、他の大部分が樹脂やセラミックにより形成されているため、熱が反射部にまで到達しにくく、放熱性の向上にはほとんど寄与していなかった。

従って本発明は、安価で熱放散性に優れ光の取り出し効率を高くすることができる発光素子用配線基板ならびに発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子用配線基板は、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の一方の主面に形成された発光素子を搭載する搭載部と、前記金属基体を貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を貫通する貫通導体と、前記貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され前記搭載部の周囲に設けられた配線と、前記搭載部と前記配線とを取り囲むように形成された焼結金属からなる反射部とを備えるとともに、前記金属基体と前記貫通絶縁体と前記貫通導体と前記配線と前記反射部とが同時焼成されてなることを特徴とする。

また、前記搭載部の周囲に、該搭載部に沿って凸部が設けられていることが望ましい。

また、前記搭載部の周囲に、該搭載部を取り囲むように絶縁体が設けられていることが望ましい。

また、前記搭載部を備えた前記金属基体の一方の主面が突起状に形成され、突起状の突起部の上面に前記搭載部が形成されていることが望ましい。

また、上方から見た前記突起部の断面積が上側で小さくなるように形成されていることが望ましい。

また、前記反射部の高さが前記突起部の高さよりも高いことが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記金属基体の前記搭載部が形成された側の主面にＡｇめっきが施されていることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記金属基体の熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記金属基体がＷ、ＭｏおよびＣｕのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。

また、本発明の発光素子用配線基板は、前記反射部が前記金属基体と同じ組成からなることが望ましい。

本発明の発光装置は、以上説明した発光素子用配線基板の前記搭載部に発光素子を搭載してなることを特徴とする。

本発明の発光素子用配線基板は、基体を焼結金属で形成することにより、樹脂モールド基板やセラミック基板などよりも高い熱伝導率を有し、発光素子から発生する熱を基体全体から効率良く、速やかに系外へ放散することができ、発光素子が過剰に加熱されることを防止できる。そのため輝度低下防止あるいは、さらなる高輝度化が可能となる。しかも金属基体に、絶縁体を介して電気的に絶縁された配線を表面に形成し、更に前記金属基体に貫通して設ける事で、多層化が可能となり複雑な配線設計への対応や基板の小型化が可能となる。また、発光素子搭載部と前記配線とを取り囲むように金属からなる反射部を形成することにより、金属基体からだけでなく反射部からも発光素子が生じる熱を放散することができる。そして反射部によって発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。また、反射部により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、高輝度化を実現することができる。さらに、金属基体および反射部が焼結金属から成ることにより、金属基体と貫通絶縁体と貫通導体と配線と反射部とを同時焼成にて作製することができ、これによりコストを低減することができる。

搭載部の周囲に、搭載部に沿って凸部を設けることで、容易に搭載される発光素子の位置決めをすることができる。

また、搭載部の周囲に、搭載部を取り囲むように絶縁体を設けることで、搭載される発光素子と金属基体の搭載部とを半田や金―錫合金（Ａｕ−ｓｎ）などの金属で固定した場合であっても、容易に搭載される発光素子の位置決めをすることができる。

また、搭載面に搭載される発光素子は、基板側と反対側の光の取り出し方向に光を放射するだけでなく、発光素子の側面からも光を放射する。従って、突起部の上面に搭載部を設けることで発光素子の側面から出た光が直接反射部に反射する割合が増加し、反射による光の損失を抑制することができるため、光の取り出し効率の高い発光素子用配線基板が実現される。

また、突起部の断面形状を上側で小さくなるようにすると突起部の側面が傾斜し、この突起部の側面が光を基板とは逆側に誘導することができるので、柱状に形成される素子搭載部に比べて光の取り出し効率の高い発光素子用配線基板が実現される。

また、発光素子用配線基板に、突起部よりも高い枠体を形成することで、封止樹脂で突起部を覆う際に、封止樹脂が流れ出すことを抑制できるために、発光装置の製造が容易となる。また、枠体によって突起部を保護することもできるため取り扱い性も向上する。

また、前記金属基体の搭載部が形成された側の主面にＡｇめっきを施すことで発行素子からの光を効率よく反射し、高輝度とすることができる。また、本発明においては、基体が焼結金属により形成されているため、樹脂モールド基板やセラミック基板に比べめっきを施す部位へ、あらかじめ金属層の転写や印刷等を施す必要がなく工程を簡略化することもできる。

また、前記金属基体の熱伝導率を１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることにより良好な熱放散性が実現でき、発光素子から発生する熱を発光素子用配線基板全体より速やかに放散することができる。

また、Ｗ、ＭｏおよびＣｕのうち少なくとも１種を主成分として前記金属基体を形成することで、容易に熱放散性に優れた発光素子用配線基板を得ることができ、なかでもＣｕを主成分とした場合、より高い熱放散性を実現できる。

また、反射部と金属基体とを同じ組成とすることで反射部からも効率よく放熱できるとともに、焼成時における反射部と金属基体との収縮挙動が一致するため、同時焼成による変形を抑制でき高い寸法精度の発光素子用配線基板を得る事ができる。

以上説明した本発明の発光素子用配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置によれば、発光素子からの発熱を速やかに装置外に放出することができるため、発熱による輝度低下を抑制できる。

本発明の発光素子用配線基板は、例えば、図１（ａ）に示すように、焼結金属により形成された金属基体１と、この金属基体１を貫通して設けられた貫通絶縁体３と、この貫通絶縁体３を貫通して金属基体１と絶縁されるように設けられた貫通導体５と、この貫通導体５の端面と電気的に接続され金属基体１と絶縁された配線７と、この配線７を取り囲むように設けられ、焼結金属により形成された反射部９とを備えている。

配線７は、配線７が形成された側の金属基体１の主面に搭載される発光素子の搭載部１１の周囲に配置されている。言い換えると、反射部９は搭載部１１と配線７とを取り囲むように配置されている。

そして、本発明の発光素子用配線基板１３においては、これらの金属基体１と貫通絶縁体３と貫通導体５と配線７と反射部９とが同時焼成されている。

本発明の発光素子用配線基板１３によれば、金属基体１ならびに反射部９の材料として焼結金属を用いるとともに、金属基体１を貫通するように貫通絶縁体３および貫通導体５を設けることが重要である。即ち、金属基体１ならびに反射部９の材料として焼結金属を用いることにより、樹脂モールド基板やセラミック基板よりも高い放熱性を確保し、発光素子から発生する熱を発光素子用配線基板１３全体から効率よく放出することができる。

また、金属基体１に貫通絶縁体３および貫通導体５を設けることにより、発光素子用配線基板１３の多層化、配線設計の多様化、小型化が可能となる。そして、金属基体１に焼結金属からなる反射部９を設けることで発光素子から生じる光を反射させて、光の取り出し効率を向上させるとともに、発光素子から発生した熱を放散し、発光素子用配線基板１３の放熱性を向上させることができる。

また、金属基体１および反射部９を焼結金属により形成することで、金属基体１と、貫通絶縁体３と貫通導体５と配線７および反射部９とを同時焼成にて作製することができるため、部材の数や工程数を削減することができ、コストを低減することができる。

また、図１（ｂ）に示すように、金属基体１と貫通絶縁体３との境界は、クラックの発生や隙間の発生が起こりやすいことから、被覆絶縁層１５で覆うことが望ましい。なお、この被覆絶縁層１５は貫通導体５を露出させて配線７と接続させるため、例えばリング状に形成されている。この被覆絶縁層１５は貫通絶縁体３との接合性を考慮すれば、貫通絶縁体３と同様の組成物で作製することが望ましい。

本発明の発光素子用配線基板１３においては、図１０（ａ）に示すように搭載部１１の周囲に、搭載部に沿って凸部１６ａが設けられていることが望ましい。このように凸部１６ａを設けることで凸部１６ａによって、搭載部１１に搭載される発光素子を容易に位置決めすることができる。この凸部１６ａは、金属基体１の表面に印刷によって金属基体１を形成する焼結金属と同じ組成物で形成してもよく、あるいは非金属の材質によって形成してもよい。

この凸部１６ａは搭載部１１の周囲を取り囲む必要はないが、例えば、凸部１６ａを搭載部１１の周囲を取り囲む用に形成した場合には、搭載される発光素子と搭載部１１との間に用いられる接着剤の種類によらず、凸部１６ａが、例えば、堤のような機能を発揮し、接着材が搭載部１１の外にあふれることを抑制することができる。

この凸部１６ａの高さは１０μｍ以上とすることが望ましく、搭載される発光素子の高さよりも低ければよい。

また、本発明の発光素子用配線基板１３においては、図１０（ｂ）に示すように搭載部１１の周囲に、搭載部を取り囲むように絶縁体１６ｂが設けられていることが望ましい。

これにより、搭載される発光素子と搭載部１１との間に用いられる接着剤として、金属を用いた場合には、絶縁体１６ｂと接着剤との濡れ性が悪いために、接着材が搭載部１１からはみ出すことを抑制することができる。

このように搭載部を取り囲むように絶縁体１６ｂを設ける場合には、絶縁体１６ｂが露出していれば、金属基体１に埋め込まれていてもよい。この絶縁体１６ｂは貫通絶縁体３と同じ材料を用いることが望ましく、金属基体１と同時焼成して形成することが望ましい。

また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この金属基体１の一方の主面１ａを突起状に形成して突起部３０を設け、この突起部３０の上面３０ａを搭載部１１とすることで、搭載部１１に搭載される発光素子から発せられる光のうち、発光素子の側面から出力される光の利用効率が向上するため発光効率を向上させることができる。

また、上方からみた突起部３０の断面積が上方で小さくなるように形成させて突起部３０の側面３０ｂの少なくとも一部を傾斜させることが望ましい。

すなわち、突起部３０の側面３０ｂにおいて裾状に広がっている部分があることが望ましい。

言い換えると、この突起部３０は上方に突出するにつれて小さくなることが望ましい。上方に突出するとは、具体的には金属基体１の厚み方向の主面１ａを含む仮想一平面から突出することを意味する。なお、突起部３０は金属基体１と一体的に形成されていてもよく、金属基体１の表面に金属基体１とは異なる材質からなる突起部３０が配置されていても良い。例えば、突起部３０は四角錐台状に形成され、主面１ａから突出するにつれて先細状に形成される。また、上面３０ａは正方形となるように形成され、各辺が反射部９の各辺とそれぞれ平行に形成される。このような形態とすることで、搭載部１１に搭載される発光素子から発せられる光のうち、金属基体１側に入射する光を突起部３０の側面３０ｂから反射部９の内壁面９ａに垂直に反射させることができ、またあるいは金属基体１と逆側、言い換えると発光素子用配線基板１３の開口部側に光を誘導できるため、発光効率を向上させることができる。

なお、突起部３０の上面にも凸部１６ａや絶縁体１６ｂを設けてもよい。

また、突起部３０の高さを反射部９の高さよりも低くすることで、突起部３０を反射部９内に収められるので、発光素子用配線基板１３の取り扱い性が向上する。また、発光素子用配線基板１３に搭載される発光素子の上面よりも反射部９の高さを大きくした場合には発光素子を保護することもできる。

また、前記金属基体１の搭載部１１が形成された側の主面１ａに金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。また、反射部１１の内壁面９ａにも金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。これにより、発光素子から出た光が金属めっきによく反射され、発光装置の取り出し効率を向上させることができる。本発明では、金属めっきを施す面が焼結金属で形成されているため、樹脂モールド基板やセラミック基板のようにめっき形成部位への金属層の転写や印刷等を行う必要がなく、工程を簡略化することができる。

この金属めっきは、反射率の点からＡｇめっきとすることが望ましく、安価である点ではＮｉメッキが望ましい。

さらに、金属基体１の熱伝導率が、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。これにより、良好な放熱性を実現することができ、発光素子から生じる熱を速やかに放散することができる。

そして、前記金属基体１が、Ｗ、ＭｏおよびＣｕのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。ＷおよびＭｏは高融点金属であるため１３００〜１６００℃程度の高温焼成セラミックスと同時焼成することができる。さらに、熱膨張率が絶縁層を形成するセラミックスに近いため信頼性の高い発光素子用配線基板を作製することができる。また、Ｃｕは熱伝導率が高く、特に放熱性に優れている。また、例えば、貫通絶縁体３としていわゆるガラスセラミックスを用いて、Ｃｕの含有率を高めた場合には、１０００℃程度の低い温度で発光素子用配線基板１３を焼成することもできる。

また、これらの金属を組み合わせることにより、所望の熱伝導率や熱膨張率をもつ金属基体１を形成することができる。

また、反射部９は、金属基体１と同じ主成分からなることが望ましい。これにより金属基体９と金属基体１との間で合金が形成されるなどして、緻密化の挙動が乱れたりするなどの不具合の発生を抑制することができる。

また、反射部９が、金属基体１と同じ組成からなることが望ましい。これにより金属基体１と反射部９の同時焼成による変形を抑制することができ、高寸法精度の発光素子用配線基板１３を容易に得ることができる。

また、貫通導体５や配線７が、Ｗ、Ｍｏ、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。これにより電気抵抗の低い貫通導体５や配線７を形成できる為、優れた電気特性を有する発光素子用配線基板１３を得ることができる。

また、他にも多少高価ではあるが、金属基体１や貫通導体５および配線７としてＡｌ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔなどの金属を用いることができるのは言うまでもない。

また、貫通絶縁体３ならびに被覆絶縁層１５が、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、カルシア、窒化アルミニウム、窒化珪素、そしてガラスセラミックスのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。絶縁性の優れたこれらの材料を用いることにより、貫通絶縁体３ならびに被覆絶縁層１５が薄くても貫通導体５や配線７が金属基体１と充分に絶縁をとることが可能となり、貫通絶縁体３ならびに被覆絶縁層１５を高密度で形成する事ができ、さらに金属基体１との同時焼成も容易となる。

なお、本発明の発光素子用配線基板１３においては、発光素子用配線基板１３の搭載部１１が設けられた側の主面１ａと逆側の主面１ｂには、外部配線基板との接続端子１７が設けられており、被覆絶縁層１５が設けられていることが望ましい。

また、例えば図３、図４に示すように、金属基体１は多層であってもよく、反射部９の内壁面９ａには傾斜が設けられていてもよいことはいうまでもない。

そして、例えば図３、図４に示すように発光素子用配線基板１３の内部で平面方向に回路が延設されていてもよい。この場合は発光素子用配線基板１３の内部に平面方向に延設された内部配線１９は金属基体１と絶縁する必要があるため、貫通導体１との接続部を除いた周囲を内部絶縁層２０で取り囲むことが重要である。この内部絶縁層２０は貫通絶縁体３と同様の組成とすることが望ましい。また、内部配線１９は貫通金属体５や配線７と同様の組成とすることが望ましい。

そして、例えば図３、図４に示すように、以上説明した本発明の発光素子用配線基板１３の搭載部１１に金属や樹脂からなる接続層２１を介して発光素子２３を搭載し、この発光素子２３の端子（図示せず）と、配線７とをワイヤ２５で接続し、発光素子２３と配線７やワイヤ２５をモールド材などの透光性の樹脂２７等で覆うことで、本発明の発光装置２９となる。

この発光素子２３に給電することにより、発光素子２３の放射する光を金属基体１や反射部９に反射させ、光の取り出し効率を高めることができるため、高効率の発光装置２９となる。また、金属基体１並びに反射部９の熱伝導率が高いため、発光素子２３からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制でき、また、発光素子２３を反射部９内に搭載することにより保護することもできる。

なお、図３、図４に示した例では、発光素子２３は、接続層２１により発光素子用配線基板１３に固定され、電力の供給はワイヤ２５によりなされているが、発光素子用配線基板１３との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。

また、発光素子２３は、モールド材２７により被覆されているが、モールド材２７を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、モールド材２７と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子２３を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。

なお、発光素子２３を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材２７に発光素子２３が放射する光を波長変換するための蛍光体（図示せず）を含有させてもよい。

また、発光素子２３の熱を金属基体１に効率よく伝達するという観点から、接続層２１として半田、インジウム、ＡｕＳｎ合金などの金属を用いることが望ましい。

なお、本発明においてもヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。

以上説明した本発明の発光素子用配線基板１３に発光素子２３を搭載した本発明の発光装置によれば、発光素子２３からの発熱を速やかに装置外に放出することができるため、発熱による輝度低下を抑制できる。

次に、本発明における発光素子用配線基板１３の製造方法について、図５を用いて具体的に説明する。

まず、以下に説明するように焼成することによって金属基体１となる金属シート４０と貫通絶縁体３となるセラミックグリーンシート４３および貫通金属体５となる導体ペースト４５を作製する。また、必要に応じセラミックペースト４６を作製する。

金属シート４０は、金属粉末と樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整した金属スラリーから、従来周知のドクターブレード法などによりシート上に形成される。なお、金属スラリーには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。

また、セラミックグリーンシート４３も、セラミック粉末、樹脂および溶剤などから形成されるセラミックスラリーからドクターブレード法などによりシート状に形成される。

金属シート４０並びにセラミックグリーンシート４３に用いるセラミック粉末、金属粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。

また、望ましくはＷ、Ｍｏ、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも１種を主成分とする導体ペースト４５を作製する。金属粉末、樹脂および溶剤を所定の割合で混合し、溶剤を減圧過熱等によって除くことにより作製される。また、導体ペーストには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。

そして、セラミックペーストはセラミック粉末、樹脂および溶剤を混合し、溶剤を除くことによって作製される。

導体ペーストおよびセラミックペーストに用いる金属粉末、セラミック粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。

まず、図５（ａ）に示すように、例えばセラミックグリーンシート４３にマイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホール４７を形成し、図５（ｂ）に示すように、このビアホール４７に導体ペースト４５を印刷等により埋め込んで貫通導体成形体４５ａを形成し、導体埋め込みシート４９を作製する。

また、図５（ｃ）に示すように、打ち抜き穴５１を具備する金型５３の上面に、金属シート４０を配置し、図５（ｄ）に示すように、押し金型５５で金属シート４０を打ち抜く。

さらに図６（ｅ）に示すように打ち抜いた金属シート４０の上に、予めセラミックグリーンシート４３に導体ペースト４５を埋め込んでおいた導体埋め込みシート４９を配置し、図６（ｆ）に示すように、押し金型５５で導体埋め込みシート４９を打ち抜くと同時に、導体埋め込みシート４９の一部を金属シート４０に形成された穴に挿入する。そして、金属シート４０と導体埋め込みシート４９の不要な部分を除去することにより、図６（ｇ）に示すような焼成後に貫通導体５や貫通絶縁体３および金属基体１となる複合成形体５７を作製することができる。なお、金属シート４０とセラミックグリーンシート４３は略同一厚みであることが望ましい。

そして、例えば、図６（ｈ）に示すように、この複合成形体５７の表面に金属シート４０と接触しないように、また、貫通導体成形体４５ａの端面を覆うように導体ペーストを印刷等により形成することで、焼成後に配線７となる配線成形体５９を形成することができる。また、導体ペーストによって形成された配線成形体５９は、例えば焼成後に接続端子１７や内部配線１９とすることもできることはいうまでもない。

この配線成形体５９は貫通絶縁体３と貫通導体５との境界にクラックや隙間が発生することを抑制するために、セラミックグリーンシート４３と貫通導体成形体４５ａとの境界を覆うように形成することが望ましい。

また、例えば、配線成形体５９を形成する前に、図７（ａ）に示すように図６（ｇ）で作製した複合成形体５７の表面にセラミックペーストを塗布して、焼成後に被覆絶縁層１５となる被覆絶縁層成形体６１を、貫通導体成形体４５ａを露出させるとともに金属シート４０とセラミックグリーンシート４３との境界を覆うように形成することが望ましい。これにより、金属基体１と貫通絶縁体３との境界にクラックや隙間が発生することを抑制することができる。なお、貫通導体成形体４５ａを露出させるためには、被覆絶縁層成形体６１をリング状あるいはドーナツ状に形成すればよい。

そして、さらに図７（ｂ）に示すように、貫通導体成形体４５ａと接続させ、金属シート４０と接続しないように配線成形体５９を形成することで、被覆絶縁層成形体６１と配線成形体５９とを備えた複合成形体５７を作製することができる。

なお、例えば配線成形体５９や被覆絶縁層成形体６１を備えた複数の複合成形体５７を積層した場合には配線成形体５９は焼成後に内層配線１９となる場合があり、また、被覆絶縁層成形体６１は焼成後に内部絶縁層２０となる場合がある。

次に突起部３０の形成方法について説明する。まず、金属シート４０の所定の位置を所望の金型を用いて打ち抜き、焼成後に突起部３０となる突起部成形体６３を作製する。このときダイスの内径とピンの外形との比率を変化させることにより突起部３０の角度を任意に設定でき、例えばピンの外径よりもダイスの内径が０．０５〜１ｍｍ程度大きな打ち抜き金型を用いて金属シート４０を打ち抜き加工して作製することができる。

そして、この突起部３０となる突起部成形体６３を金属シート４０に積層することで、図８に示すような焼成後に突起部３０となる突起部成形体６３を備えた突起付複合成形体６７を得ることができる。

以下に反射部９の形成方法について説明する。まず、図９（ａ）に示すように、金属シート４０に貫通孔７１を形成し、焼成後に反射部１１となる反射部成形体７１を作製し、図９（ｂ）に示すように、この反射部成形体７３と図６（ｈ）や図７（ｂ）に示す複合成形体５７とを積層し、焼成することで本発明の発光素子用配線基板１３を容易に作製することができる。

また、あるいは反射部成形体７３と図６（ｇ）や図６（ｈ）および図７（ａ）に示す複合成形体５７とを積層した後で焼成することで所望の配線回路を備えた本発明の発光素子用配線基板１３を容易に作製することができる。

なお、図５〜図７で示した図は貫通導体５を形成する部分の要部拡大図であり、図５〜図７で示した貫通導体成形体４５ａは金属シート４０に複数形成してもよいことはいうまでもない。

なお、反射部９の表面９ａは、図１（ａ）に示すように金属基体に対して垂直に配設されていてもよいし、図２のように傾斜を有するように配設されてもよい。反射部表面９ａが垂直な反射部９は、通常の金型で打ち抜いて作製すればよく、また、反射部表面９ａが傾斜を有する反射部９は、例えばパンチの外径よりもダイスの内径が０．０５〜１ｍｍ程度大きな打ち抜き金型を用いて金属シート４０を打ち抜き加工して作製することができる。

なお、貫通絶縁体３や貫通導体５の形状は、四角や角柱形状でも良いし、その他円形あるいは円柱形状など所望の形状にすることが可能である。

また、配線成形体５９は、薄膜法により形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成できることはいうまでもない。

純度９９％以上、平均粒径２．０μｍのＷ、Ｍｏ、およびＣｕを表１に示す割合で混合し、さらに成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として添加し、金属シートとなるスラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にて金属シートを作製した。

また、純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＷ粉末７０質量％および純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＣｕ粉末３０質量％にアクリル系バインダおよび溶媒としてアセトンを混合したのち、減圧過熱によりアセトンを取り除いて導体ペーストを作製した。

また、原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末を９０質量％と、純度９９％以上、平均粒子径１．３μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末を５質量％と、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ_２粉末を５質量％の割合で混合して、金属シートと同様に、アクリル系バインダとトルエンを混合し、スラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてＡｌ_２Ｏ_３を主成分とし、金属シートと略同一厚みのセラミックグリーンシートを作製した。

また、セラミックグリーンシートと同様の比率でＡｌ_２Ｏ_３粉末とＭｎ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末とを混合し、これにアクリル系バインダおよびアセトンを添加し、その後減圧過熱することにより溶剤を除き、セラミックペーストを作製した。

次に、上記のセラミックグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が２００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填し、導体埋め込みシートを作製した。

そして、金属シートの所定箇所に貫通孔を形成し、金属シートにおける貫通孔形成部分を導体埋め込みシートから押圧することによって、導体埋め込みシートの一部を貫通孔内に嵌め込み、金属シートと導体埋め込みシートとを一体化し、複合成形体を形成した。

そして、セラミックペーストを用いてスクリーン印刷により複合成形体の主面側、および対向面側に、金属シートとセラミックグリーンシートとの境界を覆うように被覆絶縁層成形体をリング状に形成した。なお、このとき複合成形体に設けられたビアホールに充填された貫通導体となる導体ペーストが露出するようにした。さらに、貫通導体成形体を覆うように、被覆絶縁層成形体上に、導体ペーストを印刷塗布し、焼成後に配線および接続端子となるように配線成形体を形成した。

このようにして被覆絶縁層成形体および配線成形体を備えた複合成形体を組み合わせ、位置合わせし、積層圧着して積層体を作製した。

さらに、パンチの外径よりもダイスの内径が大きな打ち抜き金型を用いて金属シートに傾斜を有する貫通孔を形成した。これを金属基体の主面上に位置するように積層体上に積層して焼成後に反射部となる金属シートを形成した。これにより、焼成後の寸法が５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍとなる発光素子用配線基板の成形体を得た。なお、発光素子用配線基板のうち、反射部は外形５ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍ、搭載部１１側の内径φ３．０ｍｍ、逆側の内径３．２ｍｍである。

そして、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１３００℃の最高温度で２時間焼成した。

こうして、図２に示すような発光素子用配線基板を作製した。なお、本実施例においては、いずれも３層の金属シートの積層体により、発光素子用配線基板を作製し、これらの金属シートのうち一層を反射部とした。

また、比較例として基体がセラミックスからなる試料を以下のようにして作製した。上記のセラミックグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が２００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、配線パターン状に印刷塗布した。次いで、金属層となる導体ペーストを塗布されたセラミックシートを組み合わせ、位置合わせし、積層圧着し、焼成後に外形５ｍｍ×５ｍｍ×厚み０．６ｍｍとなる積層体を作製した。

そして、反射部をセラミックグリーンシートにより形成する試料については、絶縁基体と反射部とをセラミックシートにて一体物として形成した。その後、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１３００℃の最高温度で２時間焼成した。

また、金属製の反射部としては、Ａｌ製の金属枠体を用いた。接続端子並びに外部電極端子を形成する導体ペーストを用いて、絶縁基体の搭載部側の反射部が搭載される部分に金属層を形成したのち、共晶Ａｇ−Ｃｕのロウ材を用いて、８５０℃の条件で、反射部を絶縁基体に接合して作製した。

その後、接続端子並びに外部電極端子の表面にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施した。

これらの発光素子用配線基板に接着剤として半田を用いて出力１．５Ｗの発光素子である□１ｍｍのＬＥＤ素子を搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤ素子と接続端子とを結線し、さらに、ＬＥＤ素子と接続端子とをエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置を得た。

得られた発光装置に０．４Ａの電流を通電し、全放射束測定を行った。

また、金属基体および絶縁基体の熱伝導率は、それぞれを個別に形成した試料を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。

以上の工程により作製した発光素子用配線基板の特性と、試験結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１は、基体、反射部ともに金属ではなく、セラミックスからなるために、放熱性が劣り、全放射束が１５０ｍｗと低くなった。

また、本発明の範囲外であるセラミックスからなる基体にＡｌ製の反射部を設けた試料Ｎｏ．２は、試料Ｎｏ．１よりも放熱性が改善されたものの、全放射束は１８０ｍＷであった。

一方、本発明の試料Ｎｏ．３、４、５は基体、反射部ともに焼結金属から成り、熱伝導率が高いために高い全放射束を示した。基体および反射部にＣｕ／Ｗ＝３０／７０（質量％）を用いたＮｏ．３は全放射側が２５０ｍＷとＮｏ．１、２と比べて大きく向上し、さらに反射部にＣｕ／Ｗ＝５０／５０（質量％）を用いたＮｏ．４は２８０ｍＷと全放射側が大きな値を示した。また、ＷではなくＭｏを用いたＮｏ．５は、Ｗを用いたＮｏ．３と比較してやや熱伝導率が低下するため、２３０ｍＷの全放射束が得られた。

本発明の発光素子用配線基板の断面図である。 突起部を設けた本発明の発光素子用配線基板の断面図である。 本発明の発光装置の断面図である。 突起部を設けた本発明の発光装置の断面図である。 本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の発光素子用配線基板の平面図である。

符号の説明

１・・・金属基体
３・・・貫通絶縁体
５・・・貫通導体
７・・・配線
９・・・反射部
９ａ・・・反射部の内壁面
１１・・・搭載部
１３・・・発光素子用配線基板
１５・・・被覆絶縁層
１６ａ・・・凸部
１６ｂ・・・絶縁体
１７・・・接続端子
１９・・・内部配線
２０・・・内部絶縁層
２１・・・接続層
２３・・・発光素子
２５・・・ワイヤ
２９・・・発光装置
３０・・・突起部
３０ａ・・・突起部の上面
３０ｂ・・・突起部の側面

Claims (11)

1. 焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の一方の主面に形成された発光素子を搭載する搭載部と、前記金属基体を貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を貫通する貫通導体と、前記貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され前記搭載部の周囲に設けられた配線と、前記搭載部と前記配線とを取り囲むように形成された焼結金属からなる反射部とを備えるとともに、前記金属基体と前記貫通絶縁体と前記貫通導体と前記配線と前記反射部とが同時焼成されてなることを特徴とする発光素子用配線基板。
2. 前記搭載部の周囲に、該搭載部に沿って凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用配線基板。
3. 前記搭載部の周囲に、該搭載部を取り囲むように絶縁体が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子用配線基板。
4. 前記搭載部を備えた前記金属基体の一方の主面が突起状に形成され、突起状の突起部の上面に前記搭載部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子用配線基板。
5. 上方から見た前記突起部の断面積が上側で小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発光素子用配線基板。
6. 前記反射部の高さが前記突起部の高さよりも高いことを特徴とする請求項４または５に記載の発光素子用配線基板。
7. 前記金属基体の前記搭載部が形成された側の主面にＡｇめっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
8. 前記金属基体の熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
9. 前記金属基体がＷ、ＭｏおよびＣｕのうち、少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
10. 前記反射部が前記金属基体と同じ組成からなることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板の前記搭載部に発光素子を搭載してなることを特徴とする発光装置。
    
    

Images