JP2012074478A - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サーマルビアに比べて経済的に有利かつ平坦性を確保できる構成で、発光装置とした際に発光装置の他の構成と合わせて十分な放熱性を発揮できる発光素子用基板を提供する。
【解決手段】発光素子が搭載される主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、基板本体の発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、マザーボードに半田固定する際に固定部となる、主面側から反対面側に至るように形成された第1の放熱材料からなる第1の放熱層と、基板本体の主面上に、少なくとも発光素子の搭載部を含み、配線導体の一部と電気的に絶縁され、かつ第1の放熱層に接続するように形成された第2の放熱材料からなる第2の放熱層と、を有することを特徴とする発光素子用基板。
【選択図】図2
【解決手段】発光素子が搭載される主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、基板本体の発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、マザーボードに半田固定する際に固定部となる、主面側から反対面側に至るように形成された第1の放熱材料からなる第1の放熱層と、基板本体の主面上に、少なくとも発光素子の搭載部を含み、配線導体の一部と電気的に絶縁され、かつ第1の放熱層に接続するように形成された第2の放熱材料からなる第2の放熱層と、を有することを特徴とする発光素子用基板。
【選択図】図2
Description
本発明は、発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に係り、特に発光装置とした際に熱抵抗が低減されるように構成された発光素子用基板およびこれを用いた発光装置に関する。
近年、発光ダイオード素子の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶TVのバックライト等に発光ダイオード素子を用いた発光装置が使用されている。しかしながら、発光ダイオード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ために、必ずしも十分な発光輝度が得られなくなっている。このため発光ダイオード素子等の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でき、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、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、低温同時焼成セラミックス(以下、LTCCという)等の無機絶縁材料からなる基板(以下、「セラミックス基板」)が用いられている。これらのセラミックス基板においては、セラミックス材料により熱伝導率に差があるものの、上記放熱性の向上が求められている状況は同様であり、各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、LTCC基板は必ずしも熱伝導率が高くないことから、金属のような高熱伝導材料からなるサーマルビアを設け、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、特許文献2には、基板上に銀、銀合金等の反射層を備えた構成の発光装置において、この反射層が基板平面方向への放熱に寄与すること、反射層による放熱に加えて基板垂直方向への放熱性を高めるために放熱ビアを設けることが好ましい旨の記載がある。
ここで、発光素子からの発熱を放散する手段として、発光素子搭載面に平行する放熱層は、サーマルビアに比べて経済的に優位であるが、搭載面に平行する放熱層単独でサーマルビアと同等な十分な放熱性を有するような発光素子用LTCC基板は得られていない。さらに、サーマルビアは原価面で不利なだけでなく、平坦性を悪くし発光素子と基板との接着性に悪影響をおよぼす問題点もある。
一方、特許文献3では多数個取りセラミックス基板のブレーク溝の交点に設けた貫通孔に導体層を形成させて、これを発光素子の電極からマザーボードの電気回路へと電気的に接続する配線導体に使用する試みがなされている。なお、このセラミックス基板においては、個々の発光素子用基板とした際には基板の4角に上記貫通孔由来の導体層が形成された構成である。この様な、発光素子の電極からマザーボードの電気回路へと電気的に接続する配線導体の構成、すなわち基板の4角を利用して発光素子の発する熱をマザーボードに伝導させて放熱に利用しようとする構成が考えられるが、これではやはりサーマルビアと同等な十分な放熱性を有するような発光素子は得られない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、サーマルビアに比べて経済的に有利かつ平坦性を確保できる構成で、発光装置とした際に発光装置の他の構成と合わせて十分な放熱性を発揮できる発光素子用基板の提供を目的とする。また、本発明は、上記発光素子用基板を用いた放熱性に優れる発光装置の提供を目的とする。
本発明の発光素子用基板は、発光素子が搭載される主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、前記基板本体の前記発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、マザーボードに半田固定する際に固定部となる、前記主面側から反対面側に至るように形成された第1の放熱材料からなる第1の放熱層と、前記基板本体の主面上に、少なくとも前記発光素子の搭載部を含み、前記配線導体の一部と電気的に絶縁され、かつ前記第1の放熱層に接続するように形成された第2の放熱材料からなる第2の放熱層と、を有することを特徴とする。
本発明の発光素子用基板においては、前記第1の放熱層が、前記基板本体側面の前記発光素子の搭載部と最も短い距離にある位置に形成されていることが好ましい。本発明の発光素子用基板においては、前記基板本体は、前記第1の放熱層が形成される側面位置に切欠部を有し、該切欠部の表面に前記第1の放熱層が形成されていることが好ましい。
本発明の発光素子用基板においては、前記基板本体を構成する無機絶縁材料がガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体であることが好ましい。また、前記基板本体はサーマルビアを有しないことが好ましい。本発明の発光素子用基板においては、前記第1の放熱材料および第2の放熱材料が、銀を含む金属材料であることが好ましい。
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子用基板と、前記発光素子用基板に搭載される発光素子と、前記発光素子用基板が搭載されるヒートシンクおよび配線回路を有するマザーボードと、前記発光素子用基板を前記マザーボードに固定する半田層であって、前記第1の放熱層と前記ヒートシンクとを接続するように形成された半田層と、を有することを特徴とする。
本発明の発光素子用基板によれば、サーマルビアに比べて経済的に有利かつ平坦性を確保できる構成で、発光装置とした際に発光装置の他の構成と合わせて発光素子の発熱を十分に放散できる。また、本発明の発光素子用基板を使用することにより、基板表面の平坦性を悪くするサーマルビアを使用しなくとも十分な放熱性が得られることから、発光素子と基板との接着が容易となる利点もある。また、本発明によれば、このような発光素子用基板に発光素子を搭載しこれをマザーボード上に搭載することで、発光素子が発する熱が十分に放散され、十分な発光輝度を有する発光装置が得られる。
以下に、図を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、下記説明に限定して解釈されるものではない。
本発明の発光素子用基板は、発光素子が搭載される主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、前記基板本体の前記発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、マザーボードに半田固定する際に固定部となる、前記主面側から反対面側に至るように形成された第1の放熱材料からなる第1の放熱層と、前記基板本体の主面上に、少なくとも前記発光素子の搭載部を含み、前記配線導体の一部と電気的に絶縁され、かつ前記第1の放熱層に接続するように形成された第2の放熱材料からなる第2の放熱層と、を有することを特徴とする。
本発明の発光素子用基板は、発光素子が搭載される主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、前記基板本体の前記発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、マザーボードに半田固定する際に固定部となる、前記主面側から反対面側に至るように形成された第1の放熱材料からなる第1の放熱層と、前記基板本体の主面上に、少なくとも前記発光素子の搭載部を含み、前記配線導体の一部と電気的に絶縁され、かつ前記第1の放熱層に接続するように形成された第2の放熱材料からなる第2の放熱層と、を有することを特徴とする。
ここで、本明細書において、発光素子用基板が有する上記「配線導体」とは、搭載される発光素子の有する電極からこれを介してマザーボードの配線回路へと電気的に接続されるように設けられた電気配線に係る全ての導体、例えば、発光素子の電極と接続される素子接続端子、基板内に設けられる内層配線(基板内を貫通する貫通導体を含む)、マザーボードの配線回路に接続される外部接続端子等を総称する用語として用いるものである。
本発明によれば、無機絶縁材料からなる基板本体の、発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、発光素子が搭載される面(主面)側からその反対面側に至るように第1の放熱層を形成し、さらに主面上に少なくとも発光素子の搭載部を含み、配線導体の一部と電気的に絶縁されかつ前記第1の放熱層と接続するように第2の放熱層を形成することで、発光素子が発する熱を主面から第2の放熱層を介して側面の第1の放熱層へ導き、さらにこの第1の放熱層を介して外部ヒートシンクへと導く構成とした。
ここで、本発明によれば、外部ヒートシンクは特別に設けるのではなく、通常の方法で基板本体をマザーボードに半田固定する際の固定部として側面に形成された第1の放熱層を用いることにより、放熱手段として半田層を利用することとしたものであり、経済的に有利である。さらに、この構成によれば、最終的に半田層からマザーボートのヒートシンクへと大容量の熱を導くことができる。
ここで、本発明によれば、外部ヒートシンクは特別に設けるのではなく、通常の方法で基板本体をマザーボードに半田固定する際の固定部として側面に形成された第1の放熱層を用いることにより、放熱手段として半田層を利用することとしたものであり、経済的に有利である。さらに、この構成によれば、最終的に半田層からマザーボートのヒートシンクへと大容量の熱を導くことができる。
なお、本発明の発光素子用基板を構成する基板本体は、上記第1の放熱層が形成される側面位置に切欠部を有し、該切欠部の表面に上記第1の放熱層が形成されている構成とすれば、基板本体の主面上に形成される第2の放熱層と第1の放熱層との接続が容易となり、さらにマザーボードに半田固定するための半田層については容量の大きい半田層が容易に形成できる点で有利であり、好ましい。
本発明によれば、上記構成とすることで、製造工程の増加やこれに充填する多量の銀等を必要とするサーマルビアを設けなくとも、発光素子から発熱される熱の十分な放散を可能としたものである。
本発明において用いる基板本体の構成材料は無機絶縁材料からなるが、このような無機絶縁材料として、具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなるLTCCが挙げられる。本発明においては、基板本体がアルミナ、LTCCからなる場合に大きな放熱性を得る上での構造上の利点は大きく、さらにLTCCからなる場合により大きな利点が得られる。
以下、基板本体の構成材料としてLTCCを用いた場合を例にして本発明の発光素子用基板の実施形態を説明する。
本発明の発光素子用基板は、上記の通り、上記本発明の各構成を有する基板本体、第1の放熱層および第2の放熱層を必須構成として有する。上記第1の放熱層および第2の放熱層は、通常、ともに放熱性に優れる金属材料からなるため、その表面にさらに半田層が形成される第1の放熱層は別として、第2の放熱層についてはさらにこれを絶縁保護する構成を有することが好ましい。したがって、本発明の発光素子用基板は、通常、基板本体主面上に、上記第2の放熱層の端縁を含む全体を覆うように形成された絶縁性保護層を有する。また、発光素子用基板を構成する基板本体は、上記発光素子の搭載部を有する主面に、発光素子から主面に到達する光を光取り出し側に反射させる反射層を有することが好ましいが、本発明においては、反射層を別に設けなくとも、第2の放熱層と絶縁性保護層の組合せにおいてこれらの材料や形状を調整することで、これを反射層として機能させることが可能であり好ましい。
本発明の発光素子用基板は、上記の通り、上記本発明の各構成を有する基板本体、第1の放熱層および第2の放熱層を必須構成として有する。上記第1の放熱層および第2の放熱層は、通常、ともに放熱性に優れる金属材料からなるため、その表面にさらに半田層が形成される第1の放熱層は別として、第2の放熱層についてはさらにこれを絶縁保護する構成を有することが好ましい。したがって、本発明の発光素子用基板は、通常、基板本体主面上に、上記第2の放熱層の端縁を含む全体を覆うように形成された絶縁性保護層を有する。また、発光素子用基板を構成する基板本体は、上記発光素子の搭載部を有する主面に、発光素子から主面に到達する光を光取り出し側に反射させる反射層を有することが好ましいが、本発明においては、反射層を別に設けなくとも、第2の放熱層と絶縁性保護層の組合せにおいてこれらの材料や形状を調整することで、これを反射層として機能させることが可能であり好ましい。
例えば、主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する基板本体の、該主面上に上記配線導体の一部とその周囲近傍およびこの主面の周縁部を除くかたちに、放熱性と反射性を有する材料、例えば、銀を含む金属材料からなる第2の放熱層を形成し、前記放熱層の端縁を含む全体を覆うようにガラスからなる絶縁性保護層を形成させることにより、第2の放熱層を反射層としても利用できる。また、この構成において、絶縁性保護層をガラスの代わりに反射性を有するLTCC材料で形成させれば、絶縁性保護層を反射層としても利用できる。
ここで、放熱性の観点から言えば、放熱ルートとしては、発光素子搭載部から上記第2の放熱層、上記第1の放熱層を繋ぎ、さらに半田層を経てマザーボードのヒートシンクまで熱が伝導するように形成されていることが必須要件となる。より高い放熱性を得ることを考えると、第2の放熱層は上記第1の放熱層に効率よく熱を伝えられるように設けることが好ましい。
なお、発光装置の設計によっては、発光素子用基板において第2の放熱層上に絶縁性保護層を設けない場合もある。本発明の発光素子用基板における上記放熱に係る構成は、このような第2の放熱層上に絶縁性保護層を有しない設計の発光素子用基板においても適用可能である。
本発明の発光素子用基板の実施形態を、基板本体の構成材料としてLTCCを用いた場合を例にして、上記絶縁性保護層としてガラス層(以下、オーバコートガラス層ともいう)を用いた場合を第1の実施形態、絶縁性保護層として反射性を有するLTCC層を用いた場合を第2の実施形態として、以下に説明する。なお、以下に説明する第1の実施形態および第2の実施形態の発光素子用基板の例はいずれも、本発明において好ましい基板本体の側面に切欠部を有しその表面に第1の放熱層が形成された例である。
<第1の実施形態>
図1は、LTCC基板を用いた本発明の第1の実施形態の発光素子用基板1の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
図1は、LTCC基板を用いた本発明の第1の実施形態の発光素子用基板1の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
発光素子用基板1は、これを主として構成する略平板状の基板本体2を有している。この基板本体2は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなるものである。基板本体2は発光素子用基板とした際に発光素子を搭載する側の面を主面21として有し、本例においてはその反対側の面を裏面23とする。本例においては主面21および裏面23は略長方形である。
本明細書において、略平板状とは、概略の形状が目視レベルで平板状であることをいい、略長方形とは、概略の形状が目視レベルで長方形であることをいう。本明細書においては、以下、「略」という用語は、概略の形状等を目視レベルで表現する言葉として使用する。
本明細書において、略平板状とは、概略の形状が目視レベルで平板状であることをいい、略長方形とは、概略の形状が目視レベルで長方形であることをいう。本明細書においては、以下、「略」という用語は、概略の形状等を目視レベルで表現する言葉として使用する。
発光素子用基板1は、主面21中央の略長方形状部分を底面(以下、「キャビティ底面」という)とするキャビティを構成するように主面21の周縁部に枠体8を有する。枠体8を構成する材料は、特に限定されないが、基板本体2を構成する材料と同じものを使用することが好ましい。また、キャビティ底面の略中央部に発光素子搭載部22が位置する。本例においては、搭載される発光素子は略直方体形状であり、基板本体2の長辺と発光素子の長辺とが平行になるように搭載される。
基板本体2は、2つの長辺側の側面のそれぞれ略中央部に、主面21側から裏面23側に至る、切欠いた部分が半円柱形状となる切欠部24を有する。本例においてこの切欠部24は、本発明において好ましい位置である長辺側の側面の、搭載される発光素子から最も近い位置に形成されているが、設計上この位置への切欠部24の形成が困難な場合には、搭載される発光素子が発する熱が伝導する領域内のできる限り発光素子に近い位置の側面に形成することが好ましい。
また、切欠部24の個数は本例においては2個であるが、本発明の効果を損なわない範囲において、必要に応じて個数は調整可能である。切欠部24の形状は特に制限されないが、切欠部24が基板本体2をマザーボードに半田固定する際の固定部となるため、半田固定されやすい形状とすることが好ましい。さらに、切欠部24は、通常は、基板本体2の側面から連続して、基板本体2の主面21周縁部上に設けられた枠体8側面の基板本体側から上面に至るかたちに設けられている。なお、切欠部24は枠体8の内壁に達しない程度の大きさに形成されることが好ましい。
切欠部24の表面全体には第1の放熱材料からなる第1の放熱層9が形成されている。なお、発光素子用基板およびこれが用いられる発光装置の設計によっては、第1の放熱層9は、切欠部24の表面のうち基板本体2が有する切欠部の表面のみに形成されていてもよい。第1の放熱層9は切欠部24の表面に、少なくとも第1の放熱層9と以下に説明する第2の放熱層3とが接続され、さらに半田固定のために要する面積が確保されるように基体本体2の裏面23側から所望の高さに至るように形成されていればよい。
第1の放熱層9を構成する第1の放熱材料としては、放熱性を有する材料であれば特に制限されないが、さらに、半田の吸い上がり易さ等を考慮して、銀を含む金属材料、具体的には、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が好ましく用いられる。
第1の放熱層9の膜厚は、以下に説明する第2の放熱層3から伝導される熱を半田を介してマザーボードのヒートシンクまで導くことが可能な膜厚であれば特に制限されないが、具体的には5〜50μmの膜厚が好ましく、20〜40μmの膜厚がより好ましい。第1の放熱層9の膜厚が5μm未満ではピンホール欠陥が発生するおそれがあり、50μmを超えると経済的に不利であるとともに製造過程で基板本体との熱膨張差による変形が起こることが懸念される。また、必要に応じて第1の放熱層9は異なる金属層の積層体で構成されてもよい。
基板本体2は、発光素子の搭載時、その後の使用時における損傷等を抑制する観点から、例えば抗折強度が250MPa以上となることが好ましい。基板本体2、枠体8の上記側面切欠部24以外の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、通常、発光素子用基板として用いられるものと同様とできる。また、基板本体2を構成するガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体の原料組成、焼結条件等については、後述する発光素子用基板の製造方法において説明する。
発光素子用基板1には、主面21上に、略直方体形状であり基板本体2の長辺と発光素子の長辺とが平行になるように搭載される発光素子が有する一対の電極とそれぞれ電気的に接続される素子接続端子5が、この発光素子搭載部22を挟んで搭載部短辺の両方の外側に対向するようにして一対設けられている。
裏面23には、発光装置とした際に、基板本体2が裏面23を介して搭載される、マザーボードが有する配線回路と電気的に接続される一対の外部接続端子6が設けられ、基板本体2の内部に、上記素子接続端子5と外部接続端子6とを電気的に接続する貫通導体7が一対設けられている。素子接続端子5、外部接続端子6および貫通導体7については、これらが発光素子→素子接続端子5→貫通導体7→外部接続端子6→配線回路と電気的に接続される限りは、その配設される位置や形状は図1に示されるものに限定されず、適宜調整可能である。
これら素子接続端子5、外部接続端子6および貫通導体7、すなわち配線導体の構成材料は、通常、発光素子用基板に用いられる配線導体と同様の構成材料であれば特に制限なく使用できる。これら配線導体の構成材料として、具体的には、銅、銀、金等を主成分とする金属材料を挙げることができる。このような金属材料のなかでも、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が好ましく用いられる。
なお、素子接続端子5や外部接続端子6さらに第1の放熱層9においては、これらの金属材料からなる、素子接続端子5や外部接続端子6については好ましくは厚さ5〜15μmの、第1の放熱層9については好ましくは厚さ5〜50μmの、金属導体層上に、これらの層を酸化や硫化から保護しかつ導電性を有する導電性保護層が形成された構成であることが好ましい。導電性保護層としては上記金属導体層を保護する機能を有する導電性材料で構成されていれば、特に制限されないが、素子接続端子5については、金メッキ層が好ましく、ニッケルメッキの上に金メッキを施したニッケル/金メッキ層の構成がより好ましい。また、外部接続端子6や第1の放熱層9については、ニッケルメッキ層が好ましい。導電性保護層の膜厚としては、ニッケルメッキ層が3〜20μm、金メッキ層が0.1〜1.0μmであることが好ましい。
発光素子用基板1の主面21上には、その周縁部および、上記一対の素子接続端子5が配設された部分とその周囲近傍を除き、かつ上記第1の放熱層9に接続するかたちに第2の放熱材料からなる第2の放熱層3が形成されている。本例においては、第2の放熱層3は主面21の長辺方向については、略中央に上記一対の素子接続端子5の間の距離の約1/3の幅となるように設けられており、短辺方向については、基板本体主面2の端縁から内側に適当な距離を置いて基板本体2と枠体8の間にも設けられている。第2の放熱層3の端縁の基板本体主面2の端縁からの距離は少なくとも50μmあることが好ましく、75μm以上の距離があることがより好ましい。ただし、上記側面に切欠部24が設けられた位置では、第2の放熱層3の端縁は基板本体主面2の端縁まで達しており、それにより第1の放熱層9に接続している。
なお、放熱性の観点から言えば、放熱ルートとしては、発光素子搭載部22からこの第2の放熱層3、上記第1の放熱層9を繋ぎ、さらに半田層を経てマザーボードのヒートシンクまで熱が伝導するように形成されていれることが必須要件となる。より高い放熱性を得ることを考えると、第2の放熱層3は上記第1の放熱層9に効率よく熱を伝えられるように適宜面積、形状等を調整して設けることが好ましい。
第2の放熱層3を構成する第2の放熱材料は、上記第1の放熱材料と同じ材料とすることも異なる材料とすることもできる。第2の放熱材料としては、放熱性に加えて反射性を併せて有する材料であることが好ましい。このような放熱材料としては、上記第1の放熱性材料と同様に銀を含む金属材料、具体的には、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属材料が挙げられる。これらのうちでも銀のみで構成される放熱層が本発明においては高い反射率を得られる点から好ましい。また、必要に応じて第2の放熱層3は異なる金属層の積層体で構成されてもよい。
また、第2の放熱層3の膜厚は、用いる発光装置の構成により適宜調整され得るが、8〜50μmであることが好ましく、20〜40μmであることがより好ましい。第2の放熱層3の膜厚が8μm未満では第1の放熱層9に向けて十分に熱が伝導されない場合があり。また、50μmを超えると経済的に不利であるとともに製造過程で基板本体との熱膨張差による変形が起こることが懸念される。
また、第2の放熱層3は平坦表面を有することが好ましい。その表面平坦性として具体的には、十分な放熱性を確保しつつ、かつ製造上の容易性の観点から、少なくとも発光素子搭載部22において、表面粗さRaとして、0.15μm以下であることが好ましく、0.1μm以下であることがより好ましい。なお、表面粗さRaは算術平均粗さRaのことであり、算術平均粗さRaの値は、JIS:B0601(1994年)の3「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されるものである。
基板本体2の主面21上には、さらに上記第2の放熱層3の端縁を含む全体を覆うように平坦表面を有する絶縁性保護層としてオーバーコートガラス層4が形成されている。ここで、主面21上に設けられた素子接続端子5と第2の放熱層3の絶縁性が確保されている限りにおいてオーバーコートガラス層4の端縁は、素子接続端子5に接していてもよいが、製造面での不具合の発生を考慮して、両者間の距離は75μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましい。
また、第2の放熱層3の端縁とこれを覆うオーバーコートガラス層4の端縁の間の距離については、第2の放熱層3が外部の劣化要因から十分に保護される範囲でできる限り短い距離とすることが好ましい。具体的には、10〜50μmであることが好ましく、20〜30μmであることがより好ましい。この距離が10μm未満では、第2の放熱層3の露出により、第2の放熱層3を構成する銀を含む金属材料の酸化や硫化等が発生して熱伝導性・放熱性が低下するおそれがあり、50μmを超えると結果として第2の放熱層3の配設される領域の面積が減少することで熱伝導性・放熱性が低下することがある。
本例のように絶縁性保護層がオーバーコートガラス層4である場合のオーバーコートガラス層4の膜厚については、発光装置の設計にもよるが、十分な絶縁保護の機能を確保しかつ経済性、基板本体との熱膨張差による変形等を考慮すると、5〜50μmであることが好ましい。
オーバーコートガラス層4は平坦表面を有することが好ましい。その表面平坦性として具体的には、十分な放熱性を確保しつつ、かつ製造上の容易性の観点から、少なくとも発光素子搭載部22において、表面粗さRaとして、0.03μm以下であることが好ましく、0.01μm以下であることがより好ましい。なお、オーバーコートガラス層に関する原料組成は、後述の製造方法において説明する。
ここで、通常、発光素子用基板において、十分な放熱性を得るためには、発光素子の搭載部の直下に、サーマルビアを配置することが行われている。その際、サーマルビアを配設することにより発生する搭載部の凹凸を抑えるために特別な方法が用いられているが、そのような方法を用いても、凹凸の最高部と最低部との高低差が1μm以下程度にしか抑えられていないのが現状である。
本発明においては、上記構成により発光素子搭載部に凹凸を発生させる要因となるサーマルビアを配設しなくとも、十分な放熱性が確保されることから、発光素子搭載部における凹凸の最高部と最低部との高低差は、搭載部以外の表面、本発明においては絶縁性保護層の表面と同等であり、概ね0.5μm以下である。
つまり、本発明の構成では、十分な放熱性を有しながら、サーマルビアを配設する場合に比べて、搭載部の平坦性についてはサーマルビアを配するよりも容易に高い平坦性が得られるものである。平坦性が良いと発光素子と発送素子搭載部との密着性が向上し、界面での熱的抵抗が小さくなり放熱性が向上する。
つまり、本発明の構成では、十分な放熱性を有しながら、サーマルビアを配設する場合に比べて、搭載部の平坦性についてはサーマルビアを配するよりも容易に高い平坦性が得られるものである。平坦性が良いと発光素子と発送素子搭載部との密着性が向上し、界面での熱的抵抗が小さくなり放熱性が向上する。
以上、本発明の第1の実施形態による発光素子用基板1について説明したが、次にこの発光素子用基板1を用いた本発明の発光装置10の一例を図2に基づいて説明する。
図2は、図1に示す発光素子用基板1を用いた本発明の発光装置10の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
図2は、図1に示す発光素子用基板1を用いた本発明の発光装置10の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
上記発光素子用基板1を用いて、本例における発光装置10を作製する際には、主面21側には、図2に示すように略直方体形状の発光ダイオード素子等の発光素子11が、キャビティ底面の略中央部の発光素子搭載部22に、基板本体2の長辺と発光素子11の長辺とが平行になるように、シリコーンダイボンド剤やメタルボンド剤等のダイボンド剤によって固定、搭載される。発光装置10においては、発光素子11が有する一対の電極(図示せず)は、その外側に位置する素子接続端子5とそれぞれボンディングワイヤ12を介して電気的に接続されている。また、発光素子11やボンディングワイヤ12を覆うようにキャビティを充填する形に封止層13が設けられている。
発光装置10は、プリント配線基板等のマザーボード31を有し、マザーボード31上に、上記発光素子11が搭載された基板本体2が、マザーボードの主面上に形成されたヒートシンク33の表面一部を含み上記切欠部24に半田が充填される形に半田層32が形成されることで固定、搭載されている。
マザーボード31は、例えば、基体が金属材料からなり、発光素子11が搭載された基板本体2が搭載される主面上に絶縁樹脂層35を有し、さらに絶縁樹脂層35上に配線回路34およびヒートシンク33が互いに接することなくそれぞれ独立して配設された構成を有する。半田層32は上記のようにヒートシンク33上に形成される。
半田層32を構成する半田材料としては、通常、無機絶縁材料からなる基板をマザーボードに固定するために用いる半田材料が特に制限なく利用可能である。具体的には、錫と銀、錫と銅等からなる半田材料等が挙げられる。通常、半田層32の垂直方向の高さは、第1の放熱層9と接している部分で最も高くなる。その高さとしては、発光装置の大きさや形状等によるが、放熱性と固定性を十分に確保できる点から概ね0.5〜1mmであることが好ましく、半田層32が第1の放熱層9と接する面積としては、概ね0.25〜0.5mm2であることが好ましい。また、半田層32がマザーボード31上のヒートシンク33に接する部分の面積は、放熱性と固定性を十分に確保できる点から概ね0.04〜0.07mm2であることが好ましい。
ヒートシンク33を構成する材料は、上記半田層32の固定と熱の放散が可能な材料であれば特に制限されない。具体的には、通常マザーボード上に形成されるヒートシンクの材料として用いられる金属材料、例えば、アルミニウム、銅等が特に制限なく使用可能である。また、ヒートシンク33のサイズ、すなわち厚さや面積等や形状は、ヒートシンクを構成する金属材料の種類、搭載される発光素子の出力や発光素子用基板の構成、上記半田層のサイズ、形状等を勘案して、適宜調整される。
発光装置10においては、上記構成により、発光素子が発した熱は、上記第2の放熱層3→第1の放熱層9→半田層32→ヒートシンク33の順にスムーズに伝導することで容易に放散される。
また、発光素子用基板1は、裏面23に形成された外部接続端子6が、マザーボード31主面上に形成された配線回路34の一部と電気的に接続するように、マザーボード31主面に形成されたヒートシンク33上に上記半田固定されるものである。
ここで、上記本発明の第1の実施形態の発光素子用基板は、例えば、以下に説明する製造方法により製造できる。なお、製造に用いる部材については、完成品の部材と同一の符号を付して説明するものである。
(1)グリーンシートの作製および切欠部と貫通穴の形成
まず、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の基板本体2を構成する、発光素子を搭載する側の面を主面21とする略平板状の基板本体用グリーンシート2および枠体8を構成する枠体用グリーンシート8を作製する。
基板本体用グリーンシート2および枠体用グリーンシート8は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物にバインダー、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所定の形状のシート状に成形し、乾燥させることで製造できる。
まず、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の基板本体2を構成する、発光素子を搭載する側の面を主面21とする略平板状の基板本体用グリーンシート2および枠体8を構成する枠体用グリーンシート8を作製する。
基板本体用グリーンシート2および枠体用グリーンシート8は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物にバインダー、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所定の形状のシート状に成形し、乾燥させることで製造できる。
基板本体および枠体用ガラス粉末(以下、「基板本体用ガラス粉末」という)は、必ずしも限定されるものではないものの、ガラス転移点(Tg)が550℃以上700℃以下のものが好ましい。ガラス転移点(Tg)が550℃未満の場合、脱脂が困難となるおそれがあり、700℃を超える場合、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。
このような基板本体用ガラス粉末としては、例えばSiO2を57mol%以上65mol%以下、B2O3を13mol%以上18mol%以下、CaOを9mol%以上23mol%以下、Al2O3を3mol%以上8mol%以下、K2OおよびNa2Oから選ばれる少なくとも一方を合計で0.5mol%以上6mol%以下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、基板本体表面の平坦度を向上させることが容易となる。
ここで、SiO2は、ガラスのネットワークフォーマとなる。SiO2の含有量が57mol%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65mol%を超える場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)が過度に高くなるおそれある。SiO2の含有量は、好ましくは58mol%以上、より好ましくは59mol%以上、特に好ましくは60mol%以上である。また、SiO2の含有量は、好ましくは64mol%以下、より好ましくは63mol%以下である。
B2O3は、ガラスのネットワークフォーマとなる。B2O3の含有量が13mol%未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)が過度に高くなるおそれがある。一方、B2O3の含有量が18mol%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14mol%以上、より好ましくは15mol%以上である。また、B2O3の含有量は、好ましくは17mol%以下、より好ましくは16mol%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3mol%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8mol%を超える場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(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4mol%以上、より好ましくは5mol%以上である。また、Al2O3の含有量は、好ましくは7mol%以下、より好ましくは6mol%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共に、ガラス溶融温度やガラス転移点(Tg)を低下させるために添加される。CaOの含有量が9mol%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23mol%を超える場合、ガラスが不安定となるおそれがある。CaOの含有量は、好ましくは12mol%以上、より好ましくは13mol%以上、特に好ましくは14mol%以上である。また、CaOの含有量は、好ましくは22mol%以下、より好ましくは21mol%以下、特に好ましくは20mol%以下である。
K2O、Na2Oは、ガラス転移点(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0.5mol%未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点(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6mol%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、0.8mol%以上5mol%以下であることが好ましい。
なお、基板本体用ガラス粉末は、必ずしも上記成分のみからなるものに限定されず、ガラス転移点(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10mol%以下であることが好ましい。
基板本体用ガラス粉末は、上記したようなガラス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することにより得ることができる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機が用いられる。
基板本体用ガラス粉末の50%粒径(D50)は0.5μm以上2μm以下であることが好ましい。基板本体用ガラス粉末の50%粒径が0.5μm未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難となると共に、均一に分散させることが困難となる。一方、基板本体用ガラス粉末の50%粒径が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することにより調整できる。なお、本明細書において、粒径はレーザ回折・散乱法による粒子径測定装置により得られる値をいう。
一方、セラミックスフィラーとしては、従来からLTCC基板の製造に用いられるものを特に制限なく使用でき、例えばアルミナ粉末、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を好適に使用できる。セラミックスフィラーの50%粒径(D50)は、例えば0.5μm以上4μm以下であることが好ましい。
このような基板本体用ガラス粉末とセラミックスフィラーとを、例えば基板本体用ガラス粉末が30質量%以上50質量%以下、セラミックスフィラーが50質量%以上70質量%以下となるように配合、混合することによりガラスセラミックス組成物を得ることができる。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を得ることができる。
バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に使用できる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を使用できる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、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所定の形状のシート状に成形し、乾燥させ、基板本体用グリーンシート2と枠体用グリーンシート8を製造する。
このようにして得られたスラリーをドクターブレード法等により所定の形状のシート状に成形し、乾燥させ、基板本体用グリーンシート2と枠体用グリーンシート8を製造する。
次いで、上記で得られた基板本体用グリーンシート2と枠体用グリーンシート8のそれぞれについて、2つの長辺側の側面の略中央部を、各グリーンシート上面側から裏面に至るように通常の方法で切欠いて、基板本体部分および枠体部分の切欠部24をそれぞれ形成する。なお、本例においては切欠き形状が半円柱状となるように切欠部24が形成されている。また、基板本体用グリーンシート2および枠体用グリーンシート8の厚さによっては、積層後に切欠部24を形成してもよい。
さらに、基板本体用グリーンシート2の所定の位置2箇所に、主面21から裏面23に貫通する貫通導体7形成用の貫通孔を所定の大きさ形状に通常の方法で形成する。
さらに、基板本体用グリーンシート2の所定の位置2箇所に、主面21から裏面23に貫通する貫通導体7形成用の貫通孔を所定の大きさ形状に通常の方法で形成する。
(2)配線導体ペースト層/放熱層用金属ペースト層の形成
次いで、上記(1)で得られた基板本体用グリーンシート2の2箇所の貫通孔に貫通導体用ペースト層7を、またこの貫通導体用ペースト層7と接続するように、主面21上の2箇所に素子接続端子ペースト層5を、および裏面23の2箇所に外部接続端子用導体ペースト層6を、それぞれ所定の大きさ、形状で形成する。
これらは、搭載される発光素子の電極が、素子接続端子ペースト層5、貫通導体用ペースト層7および外部接続端子用導体ペースト層6を介して、マザーボードが有する配線回路と電気的に接続されるように形成される。
次いで、上記(1)で得られた基板本体用グリーンシート2の2箇所の貫通孔に貫通導体用ペースト層7を、またこの貫通導体用ペースト層7と接続するように、主面21上の2箇所に素子接続端子ペースト層5を、および裏面23の2箇所に外部接続端子用導体ペースト層6を、それぞれ所定の大きさ、形状で形成する。
これらは、搭載される発光素子の電極が、素子接続端子ペースト層5、貫通導体用ペースト層7および外部接続端子用導体ペースト層6を介して、マザーボードが有する配線回路と電気的に接続されるように形成される。
素子接続端子ペースト層5、外部接続端子用導体ペースト層6、および貫通導体用ペースト層7の形成方法としては、スクリーン印刷法により導体ペーストを塗布、充填する方法が挙げられる。形成される素子接続端子ペースト層5および外部接続端子用導体ペースト層6の膜厚は、最終的に得られる素子接続端子および外部接続端子の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。
配線導体ペーストとしては、例えば銅、銀、金等を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。なお、上記金属粉末としては、銀からなる金属粉末、銀と白金またはパラジウムからなる金属粉末が好ましく用いられる。
また、上記(1)で得られた基板本体用グリーンシート2および枠体用グリーンシート8のそれぞれについて、2箇所の切欠部24の表面の各々に第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させる。なお、発光素子用基板・発光装置の設計によっては、第1の放熱層用金属ペースト層9は、基板本体用グリーンシート2の上記2箇所の基体本体部分切欠部の表面のみにスクリーン印刷され、枠体用グリーンシート8の枠体部分切欠部には形成されないこともある。スクリーン印刷に用いる第1の放熱層用金属ペーストは、第1の放熱層9を構成する放熱性材料、好ましくは、銀を含む金属材料を含有するペーストである。このような材料としては、上記の通り、銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等が挙げられる。
第1の放熱層用金属ペーストは、このような材料を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。形成される第1の放熱層用金属ペースト層9の膜厚は、最終的に得られる第1の放熱層9の膜厚が上記所望の膜厚となるように調整される。
次いで、上記配線導体ペースト層および基体本体部分切欠部とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9が形成された基板本体用グリーンシート2の主面21上の素子接続端子ペースト層5とその周囲近傍および該主面の周縁部を除く領域にスクリーン印刷により、放熱性材料を含有する第2の放熱層用金属ペースト層3を形成させる。第2の放熱層用金属ペースト層3はより具体的には、基板本体用グリーンシート2の主面21上の略中央部に、基板本体用グリーンシート2の短辺方向に相当する方向の端縁が、上記側面に形成された切欠部24(基体本体部分)に達し第1の放熱層9に接続する位置となり、基板本体用グリーンシート2の長辺方向に相当する方向の端縁が、上記一対の素子接続端子5のそれぞれからその間の距離の約1/3ずつ内側となる位置となるように設けられている。
なお、第2の放熱層用金属ペースト層は、例えば、上記導体ペーストと第2の放熱層用金属ペーストが同じペースト材料で構成される場合などには、上記の素子接続端子ペースト層5と同時に形成できる。
なお、第2の放熱層用金属ペースト層は、例えば、上記導体ペーストと第2の放熱層用金属ペーストが同じペースト材料で構成される場合などには、上記の素子接続端子ペースト層5と同時に形成できる。
上記スクリーン印刷に用いる第2の放熱層用金属ペーストは、第2の放熱層3を構成する放熱性材料、好ましくは、銀を含む金属材料を含有するペーストである。このような材料としては、上記の通り、銀、銀パラジウム混合物、銀白金混合物等が挙げられるが、上記の理由により銀が好ましく用いられる。第2の放熱層用金属ペーストは、このような材料を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。形成される第2の放熱層用金属ペースト層3の膜厚は、最終的に得られる第2の放熱層3の膜厚が上記所望の膜厚となるように調整される。
また、最終的に得られる第2の放熱層3の表面粗さRaを上記好ましい範囲とするために、金属ペーストに含有する金属粉末として粒度分布の少ない粉末を使うことが好ましい。
また、最終的に得られる第2の放熱層3の表面粗さRaを上記好ましい範囲とするために、金属ペーストに含有する金属粉末として粒度分布の少ない粉末を使うことが好ましい。
(3)オーバーコートガラスペースト層の形成
次いで、上記(2)で形成された第2の放熱層用金属ペースト層3の端縁を含む全体を覆いかつ基板本体用グリーンシート2の主面21上の素子接続端子ペースト層5とその周囲近傍および該主面の周縁部を除く、基板本体用グリーンシート2の主面21上にスクリーン印刷によりオーバーコートガラスペースト層4が形成される。
次いで、上記(2)で形成された第2の放熱層用金属ペースト層3の端縁を含む全体を覆いかつ基板本体用グリーンシート2の主面21上の素子接続端子ペースト層5とその周囲近傍および該主面の周縁部を除く、基板本体用グリーンシート2の主面21上にスクリーン印刷によりオーバーコートガラスペースト層4が形成される。
オーバーコートガラスペーストは、ガラス粉末(ガラス膜用ガラス粉末)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が使用できる。形成されるオーバーコートガラスペースト層4の膜厚は、最終的に得られるオーバーコートガラス層4の膜厚が上記所望の膜厚となるように調整される。
オーバーコートガラス層用ガラス粉末としては、最終的に行われる焼成により、膜状のガラスを得られるものであればよく、その50%粒径(D50)は0.5μm以上2μm以下であることが好ましい。また、オーバーコートガラス層4の表面粗さRaは、例えばこのオーバーコートガラス層用ガラス粉末の粒度により調整できる。すなわち、オーバーコートガラス層用ガラス粉末として、焼成時に十分に溶融し、流動性に優れる、上記50%粒径(D50)の範囲のものを用いることで、表面粗さRaを上記好ましい範囲に調整できる。
(4)グリーンシートの積層
上記(3)までの工程で得られた、基体本体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9、配線導体ペースト層(素子接続端子ペースト層5、外部接続端子用導体ペースト層6、および貫通導体用ペースト層7)、第2の放熱層用金属ペースト層3およびオーバーコートガラスペースト層4を有する基板本体用グリーンシート2の主面上に、上記(2)までの工程で得られた、枠体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9を有する、または同切欠部24を有するが第1の放熱層用金属ペースト層9を有しない、枠体用グリーンシート8を積層する。これにより基板本体2が主面上にキャビティを有しその底面が発光素子を搭載する領域を形成するような形状のグリーンシート積層体が、未焼結発光素子用基板1として得られる。
上記(3)までの工程で得られた、基体本体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9、配線導体ペースト層(素子接続端子ペースト層5、外部接続端子用導体ペースト層6、および貫通導体用ペースト層7)、第2の放熱層用金属ペースト層3およびオーバーコートガラスペースト層4を有する基板本体用グリーンシート2の主面上に、上記(2)までの工程で得られた、枠体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9を有する、または同切欠部24を有するが第1の放熱層用金属ペースト層9を有しない、枠体用グリーンシート8を積層する。これにより基板本体2が主面上にキャビティを有しその底面が発光素子を搭載する領域を形成するような形状のグリーンシート積層体が、未焼結発光素子用基板1として得られる。
(5)焼成
上記(4)で得られた未焼結発光素子用基板1について、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成(焼成温度:800〜930℃)を行う。
上記(4)で得られた未焼結発光素子用基板1について、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成(焼成温度:800〜930℃)を行う。
脱脂は、例えば500℃以上600℃以下の温度で1時間以上10時間以下保持することにより行える。脱脂温度が500℃未満もしくは脱脂時間が1時間未満の場合、バインダー等を十分に除去できないおそれがある。一方、脱脂温度は600℃程度、脱脂時間は10時間程度とすれば、十分にバインダー等を除去でき、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。
また、焼成は、基板本体2および枠体8の緻密な構造の獲得と生産性を考慮して、800℃〜930℃の温度範囲で適宜時間を調整することで行える。具体的には、850℃以上900℃以下の温度で20分以上60分以下保持することが好ましく、特に860℃以上880℃以下の温度で行うことが好ましい。焼成温度が800℃未満では、基板本体が緻密な構造のものとして得られないおそれがある。一方、焼成温度は930℃を超えると基板本体が変形するなど生産性等が低下するおそれがある。また、上記導体ペーストや反射膜用ペーストとして、銀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。
このようにして、未焼結発光素子用基板1が焼成され発光素子用基板1が得られるが、焼成後、必要に応じて素子接続端子5、外部接続端子6および第1の放熱層9全体を被覆するように、金メッキ、ニッケルメッキ、ニッケル/金メッキ等の通常、発光素子用基板において導体保護用に用いられる導電性保護層を配設することもできる。
以上、第1の実施形態の発光素子用基板の製造方法について説明したが、本体用グリーンシート2および枠体用グリーンシートは必ずしも単一のグリーンシートからなる必要はなく、複数枚のグリーンシートを積層したものであってもよい。また、各部の形成順序等についても、発光素子用基板の製造が可能な限度において適宜変更できる。
(6)発光装置の作製
上記第1の実施形態の発光素子用基板1を用いて、例えば図2に示す発光装置10を作製する方法については、特に制限されず、発光素子11を発光素子用基板1に搭載する方法、ワイヤボンディング等の電気接続方法、封止剤を用いて封止層13を形成する方法、さらに発光素子用基板1を半田によりマザーボード31に固定する方法等において、全て従来公知の方法が適用可能である。
(6)発光装置の作製
上記第1の実施形態の発光素子用基板1を用いて、例えば図2に示す発光装置10を作製する方法については、特に制限されず、発光素子11を発光素子用基板1に搭載する方法、ワイヤボンディング等の電気接続方法、封止剤を用いて封止層13を形成する方法、さらに発光素子用基板1を半田によりマザーボード31に固定する方法等において、全て従来公知の方法が適用可能である。
<第2の実施形態>
以下に、絶縁性保護層として、反射性を有するLTCC層を用いた場合の本発明の第2の実施形態について説明する。
図3は、LTCC基板を用いた本発明の第2の実施形態の発光素子用基板1の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
以下に、絶縁性保護層として、反射性を有するLTCC層を用いた場合の本発明の第2の実施形態について説明する。
図3は、LTCC基板を用いた本発明の第2の実施形態の発光素子用基板1の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
発光素子用基板1は、これを主として構成する略平板状の基板本体2を有している。この基板本体2は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなるものである。基板本体2は発光素子用基板とした際に発光素子を搭載する側の面を主面21として有し、本例においてはその反対側の面を裏面23とする。本例においては主面21および裏面23は略長方形である。
基板本体2の後述する切欠部24以外の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、通常、発光素子用基板として用いられるものと同様とできる。また、基板本体2を構成するガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体については、上記第1の実施形態において用いたガラスセラミックス組成物の焼結体と同様なものが使用可能である。
基板本体2の裏面23には、発光装置とした際に、基板本体2が裏面23を介して搭載されるマザーボードが有する配線回路と電気的に接続される一対の外部接続端子6が設けられ、基板本体2の内部に、後述の素子接続端子5と上記外部接続端子6とを電気的に接続する貫通導体7が一対設けられている。貫通導体7は以下に説明する基板本体2の主面上に形成された絶縁性保護層であるLTCC層4をさらに貫通するように設けられている。
基板本体2の主面21上には、主面21の周縁部および、上記一対の貫通導体7が配設された部分とその周囲近傍を除き、かつ後述の第1の放熱層に接続するかたちに、第2の放熱材料からなる第2の放熱層3が形成されている。本例においては、第2の放熱層3は主面21の長辺方向については、略中央に上記一対の貫通導体7の間の距離の約1/3の幅となるように設けられており、短辺方向については、主面21の端縁から内側に適当な距離を置いて設けられている。第2の放熱層3の端縁の主面21の端縁からの距離は少なくとも50μmあることが好ましく、75μm以上の距離があることがより好ましい。ただし、側面に切欠部が設けられた位置では、第2の放熱層3の端縁は基板本体主面2の端縁まで達しており、それにより第1の放熱層に接続する構成としている。
なお、放熱ルートとしては、発光素子搭載部22からこの第2の放熱層3、上記第1の放熱層9を繋ぎ、さらに半田層を経てマザーボードのヒートシンクまで熱が伝導するように形成されていれることが必須要件となる。より高い放熱性を得ることを考えると、第2の放熱層3は上記第1の放熱層9に効率よく熱を伝えられるように適宜面積、形状等を調整して設けることが好ましい。
主面21上には、さらに上記第2の放熱層3の端縁を含む全体を覆うように、反射性を有するLTCCからなるLTCC層4が形成されている。
ここで、上記基板本体2の内部に設けられた貫通導体7は、さらにLTCC層4の主面21側の面(以下、「積層面」という)からその反対側の面までLTCC層4の内部を貫通するかたちに設けられている。LTCC層4は、この貫通導体7の配設部を除く上記主面21上の全面に上記第2の放熱層3を被覆するように形成されており、上記積層面の反対側の表面(以下、「搭載面」という)に発光素子が搭載される。
第2の放熱層3の構成材料、膜厚、表面特性等については上記第1の実施形態の第2の放熱層3と同様とできる。
放熱性を考慮して上記第2の放熱層3を、基板本体2の主面21上に相当の面積で配設する場合、第2の放熱層3を覆うLTCC層4は主面21上の第2の放熱層3を有しない領域で主面21と接着しているため、この両者の密着性が保たれる範囲の接着面積を残して第2の放熱層3の配設面積を調整する。また、第2の放熱層3と貫通導体7の間の距離は、電気的に絶縁される距離であればよいが、さらに製造面での不具合の発生等を考慮して、100μm以上であることが好ましく、150μm以上であることがより好ましい。
放熱性を考慮して上記第2の放熱層3を、基板本体2の主面21上に相当の面積で配設する場合、第2の放熱層3を覆うLTCC層4は主面21上の第2の放熱層3を有しない領域で主面21と接着しているため、この両者の密着性が保たれる範囲の接着面積を残して第2の放熱層3の配設面積を調整する。また、第2の放熱層3と貫通導体7の間の距離は、電気的に絶縁される距離であればよいが、さらに製造面での不具合の発生等を考慮して、100μm以上であることが好ましく、150μm以上であることがより好ましい。
本発明の第2の実施形態においてLTCC層4は、反射性を有するLTCC、すなわち、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなる。LTCC層4の膜厚は、発光装置の設計にもよるが、十分な絶縁保護の機能を確保しかつ経済性、基板本体との熱膨張差による変形等を考慮すると、5〜150μmであることが好ましく、50〜125μmであることがより好ましい。
LTCC層4は平坦表面を有することが好ましい。その表面平坦性として具体的には、十分な放熱性を確保しつつ、かつ製造上の容易性の観点から、少なくとも発光素子11が搭載される部分において、表面粗さRaとして、0.15μm以下であることが好ましく、0.10μm以下であることがより好ましい。
LTCC層4を構成する材料である反射性を有するガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体は、反射性を有する他に、上記表面粗さRaを確保できるものが好ましい。具体的には、上記基板本体用のガラスセラミックス組成物において、ペースト作製工程における混練時間を長くすることによりセラミックスフィラーが粉砕され、表面粗さRaを上記範囲とできる。
また、LTCC層4を構成する反射性を有するガラスセラミックス組成物の焼結体は、上記基板本体2と密着性を考慮すると、この基板本体2の構成材料であるガラスセラミックス組成物の焼結体と同じであることが好ましいが、発光素子からの光を光取り出し方向に反射する反射性を考慮して、このガラスセラミックス組成物とは異なる組成のガラスセラミックス組成物を用いることもできる。
反射性を有するガラスセラミックス組成物としては、例えば、上記基板本体用のガラスセラミックス組成物において、ガラス粉末は同様のものを用い、セラミックスフィラーとして、アルミナ粉末とジルコニア粉末の混合物を用いたガラスセラミックス組成物が好ましい。アルミナ粉末とジルコニア粉末の混合物としては、アルミナ粉末:ジルコニア粉末の混合割合が質量比で90:10〜80:20の混合物が好ましい。また、ガラス粉末とこのセラミックスフィラーの混合割合としては、質量比で40:60〜50:50が好ましい。なお、このガラスセラミックス組成物を基材本体2として用いてもよい。
ここで、通常、発光素子用基板において、十分な放熱性を得るためには、発光素子の搭載部の直下に、サーマルビアを配置することが行われている。その際、サーマルビアを配設することにより発生する搭載部の凹凸を抑えるために特別な方法が用いられているが、そのような方法を用いても、凹凸の最高部と最低部との高低差が1μm以下程度にしか抑えられていないのが現状である。
本発明においては、上記構成により発光素子搭載部に凹凸を発生させる要因となるサーマルビアを配設しなくとも、十分な放熱性が確保されることから、発光素子搭載部における凹凸の最高部と最低部との高低差は、搭載部以外の表面、本発明においては絶縁性保護層の表面と同等であり、概ね0.5μm以下である。
つまり、本発明の構成では、十分な放熱性を有しながら、サーマルビアを配設する場合に比べて、搭載部の平坦性についてはサーマルビアを配するよりも容易に高い平坦性が得られるものである。平坦性が良いと発光素子と発送素子搭載部との密着性が向上し、界面での熱的抵抗が小さくなり放熱性が向上する。
つまり、本発明の構成では、十分な放熱性を有しながら、サーマルビアを配設する場合に比べて、搭載部の平坦性についてはサーマルビアを配するよりも容易に高い平坦性が得られるものである。平坦性が良いと発光素子と発送素子搭載部との密着性が向上し、界面での熱的抵抗が小さくなり放熱性が向上する。
発光素子用基板1は、LTCC層4の搭載面中央の略長方形状部分を底面(以下、「キャビティ底面」という)とするキャビティを構成するようにLTCC層4搭載面の周縁部に枠体8を有する。枠体8を構成する材料は、特に限定されないが、基板本体2またはLTCC層4を構成する材料と同じものを使用することが好ましい。また、キャビティ底面の略中央部に発光素子の搭載部が位置する。本例においては、搭載される発光素子は略直方体形状であり、基板本体2の長辺と発光素子の長辺とが平行になるように搭載される。
発光素子用基板1は、2つの長辺側の側面のそれぞれ略中央部に、枠体8の上面側から枠体8、LTCC層4を経て、基板本体2の主面21側に達し、さらにそこから基板本体2の裏面23側に至る、切欠いた部分が半円柱形状となる切欠部24を有する。本例においてこの切欠部24は、本発明において好ましい位置である長辺側の側面の、搭載される発光素子から最も近い位置に形成されているが、設計上この位置への切欠部24の形成が困難な場合には、搭載される発光素子が発する熱が伝導する領域内のできる限り発光素子に近い位置の側面に形成することが好ましい。さらに、切欠部24は枠体8の内壁に達しない程度の大きさに形成されることが好ましい。
また、切欠部24の個数は本例においては2個であるが、本発明の効果を損なわない範囲において、必要に応じて個数は調整可能である。切欠部24の形状は特に制限されないが、切欠部24が基板本体2をマザーボードに半田固定する際の固定部となるため、半田固定されやすい形状とすることが好ましい。
切欠部24の表面全体には第1の放熱材料からなる第1の放熱層9が形成されている。なお、発光素子用基板およびこれが用いられる発光装置の設計によっては、第1の放熱層9は、切欠部24の表面のうち基板本体2が有する切欠部の表面のみに、または、基板本体2とLTCC層4が有する切欠部の表面のみに形成されていてもよい。第1の放熱層9は切欠部24の表面に、少なくとも第1の放熱層9と以下に説明する第2の放熱層3とが接続され、さらに半田固定のために要する面積が確保されるように基体本体2の裏面23側から所望の高さに至るように形成されていればよい。
第1の放熱層9を構成する第1の放熱材料、および第1の放熱層9の膜厚等は、上記第1の実施形態の第1の放熱層9と同様とできる。
第1の放熱層9を構成する第1の放熱材料、および第1の放熱層9の膜厚等は、上記第1の実施形態の第1の放熱層9と同様とできる。
発光素子用基板1においては、LTCC層4の搭載面に、略直方体形状であり基板本体2の長辺と発光素子の長辺とが平行になるように搭載される発光素子が有する一対の電極とそれぞれ電気的に接続される素子接続端子5が、上記貫通導体7と電気的に接続するように、この発光素子の搭載部を挟んで搭載部短辺の両方の外側に対向するようにして一対設けられている。
ここで、素子接続端子5、外部接続端子6および貫通導体7については、これらが発光素子→素子接続端子5→貫通導体7→外部接続端子6→マザーボードの配線回路と電気的に接続される限りは、その配設される位置や形状は図3に示されるものに限定されず、適宜調整可能である。
これら素子接続端子5、外部接続端子6および貫通導体7、すなわち配線導体の構成材料は、通常、発光素子用基板に用いられる配線導体と同様の構成材料であれば特に制限なく使用でき、上記第1の実施形態において配線導体に用いる構成材料として説明したものと同様のものが使用できる。また、素子接続端子5、外部接続端子6および第1の放熱層9は上記第1の実施形態と同様、必要に応じて金メッキ、ニッケルメッキ、ニッケル/金メッキ等の導電性保護層を有する構成であってもよい。
以上、本発明の第2の実施形態による発光素子用基板1について説明したが、次にこの発光素子用基板1を用いた本発明の発光装置10の一例を図4に基づいて説明する。
図4は、図3に示す発光素子用基板1を用いた本発明の発光装置10の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
図4は、図3に示す発光素子用基板1を用いた本発明の発光装置10の一例を示す平面図(a)、平面図(a)におけるX−X線断面図(b)、および平面図(a)におけるY−Y線断面図(c)である。
上記発光素子用基板1を用いて、本例における発光装置10を作製する際には、図4に示すように略直方体形状の発光ダイオード素子等の発光素子11が、上記LTCC層4搭載面上の、キャビティ底面略中央部の発光素子搭載部22に、基板本体2の長辺と発光素子11の長辺とが平行になるように、シリコーンダイボンド剤やメタルボンド剤等のダイボンド剤によって固定、搭載される。発光装置10においては、発光素子11が有する一対の電極(図示せず)は、その外側に位置する素子接続端子5とそれぞれボンディングワイヤ12を介して電気的に接続されている。また、発光素子11やボンディングワイヤ12を覆うようにキャビティを充填するかたちに封止層13が設けられている。
発光装置10は、プリント配線基板等のマザーボード31を有し、マザーボード31上に、上記発光素子11が搭載された基板本体2が、マザーボードの主面上に形成されたヒートシンク33の表面一部を含み上記切欠部24に半田が充填されるかたちに半田層32が形成されることで固定、搭載されている。
マザーボード31は、例えば、基体が金属材料からなり、発光素子11が搭載された基板本体2が搭載される主面上に絶縁樹脂層35を有し、さらに絶縁樹脂層35上に配線回路34およびヒートシンク33が互いに接することなくそれぞれ独立して配設された構成を有する。半田層32は上記のようにヒートシンク33上に形成される。
半田層32を構成する半田材料や、半田層32の形状としては、上記第1の実施形態における半田層32と同様とできる。また、ヒートシンク33を構成する材料やサイズ、形状については、上記第1の実施形態におけるヒートシンク33と同様とできる。
発光装置10においては、上記構成により、発光素子が発した熱は、上記第2の放熱層3→第1の放熱層9→半田層32→ヒートシンク33の順にスムーズに伝導することで容易に放散される。
また、発光素子用基板1は、基板本体2の裏面23に形成された外部接続端子6が、マザーボード31主面上に形成された配線回路34の一部と電気的に接続するように、マザーボード31主面に形成されたヒートシンク33上に上記半田固定されるものである。
ここで、上記本発明の第2の実施形態の発光素子用基板は、例えば、以下に説明する製造方法により製造できる。なお、製造に用いる部材については、完成品の部材と同一の符号を付して説明するものである。
(1)グリーンシートの作製および切欠部と貫通穴の形成
まず、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の基板本体2を構成する、発光素子を搭載する側の面を主面21とする略平板状の基板本体用グリーンシート2、発光素子用基板のLTCC層4を構成する、LTCC層用グリーンシート4、および枠体8を構成する枠体用グリーンシート8を作製する。
まず、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物を用いて発光素子用基板の基板本体2を構成する、発光素子を搭載する側の面を主面21とする略平板状の基板本体用グリーンシート2、発光素子用基板のLTCC層4を構成する、LTCC層用グリーンシート4、および枠体8を構成する枠体用グリーンシート8を作製する。
各グリーンシートの作製に用いるガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物としては、少なくともLTCC層用グリーンシート4の作製に用いるガラスセラミックス組成物については焼結体とした際に反射性を有する上記に説明した組成物が用いられる。枠体用グリーンシート8および基板本体用グリーンシート2は、LTCC層用グリーンシート4と同様の組成物で作製されてもよいし、上記第1の実施形態の基板本体用グリーンシート2の作製で説明したのと同様の組成物で作製されてもよい。
これら各グリーンシートは、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物にバインダー、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所定の形状、膜厚のシート状に成形し、乾燥させることで製造できる。
次いで、上記で得られた基板本体用グリーンシート2、LTCC層用グリーンシート4、枠体用グリーンシート8のそれぞれについて、2つの長辺側の側面の略中央部を、各グリーンシート上面側から裏面に至るように通常の方法で切欠いて、切欠部24を形成する。なお、本例においては切欠き形状が半円柱状となるように切欠部24が形成されている。また、基板本体用グリーンシート2、LTCC層用グリーンシート4、枠体用グリーンシート8の厚さによっては、積層後に切欠部24を形成してもよい。
さらに、基板本体用グリーンシート2およびLTCC層用グリーンシート4の所定の位置2箇所に、各グリーンシート上面側から裏面に貫通する貫通導体7形成用の貫通孔を所定の大きさ形状に通常の方法で形成する。
さらに、基板本体用グリーンシート2およびLTCC層用グリーンシート4の所定の位置2箇所に、各グリーンシート上面側から裏面に貫通する貫通導体7形成用の貫通孔を所定の大きさ形状に通常の方法で形成する。
(2)配線導体ペースト層/放熱層用金属ペースト層の形成
次いで、上記(1)で得られた基板本体用グリーンシート2およびLTCC層グリーンシート4の所定の位置に所定の配線導体ペースト層を形成する。基板本体用グリーンシート2にはさらに第2の放熱層用金属ペースト層を形成する。
次いで、上記(1)で得られた基板本体用グリーンシート2およびLTCC層グリーンシート4の所定の位置に所定の配線導体ペースト層を形成する。基板本体用グリーンシート2にはさらに第2の放熱層用金属ペースト層を形成する。
LTCC層グリーンシート4には、上記(1)で作製した2箇所の貫通孔に貫通導体7の一部を構成する貫通導体用ペースト層7が形成され、発光素子が搭載される面に貫通導体用ペースト層7を覆うように略長方形状に素子接続端子ペースト層5が形成される。LTCC層グリーンシート4には、さらに、発光素子用基板や発光装置等の設計に応じて、上記(1)で形成された2箇所のLTCC層部分の切欠部24の表面各々に第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させる。
基板本体用グリーンシート2については、上記(1)で作製した2箇所の貫通孔に貫通導体7の一部を構成する貫通導体用ペースト層7、および裏面23に貫通導体用ペースト層7と電気的に接続する外部接続端子用導体ペースト層6を形成する。基板本体用グリーンシート2には、さらに、上記(1)で形成された2箇所の基板本体部分の切欠部24の表面各々に第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させる。
次いで、上記配線導体ペースト層および基体本体部分切欠部とその表面に第1の放熱層金属ペースト層9が形成された基板本体用グリーンシート2の主面21上の上記一対の貫通導体ペースト層7が配設された部分とその周囲近傍および該主面の周縁部を除く領域にスクリーン印刷により、放熱性材料を含有する第2の放熱層用金属ペースト層3を形成させる。第2の放熱層用金属ペースト層3はより具体的には、基板本体用グリーンシート2の主面21上の略中央部に、基板本体用グリーンシート2の短辺方向に相当する方向の端縁が、上記側面に形成された切欠部24(基体本体部分)に達し第1の放熱層9に接続する位置となり、基板本体用グリーンシート2の長辺方向に相当する方向の端縁が、上記一対の貫通導体ペースト層7のそれぞれからその間の距離の約1/3ずつ内側となる位置となるように設けられている。
また、枠体用グリーンシート8には、発光素子用基板や発光装置等の設計に応じて、上記(1)で形成された2箇所の枠体部分の切欠部24の表面各々に第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させる。
これらの配線導体ペースト層形成に用いられる、素子接続端子ペースト、貫通導体用ペースト、外部接続端子用導体ペースト等の配線導体用ペーストおよび、第1・第2の放熱層用金属ペーストについては、上記第1の実施の形態で説明したのと同様のものを使用でき、形成方法も同様の方法とできる。
(3)グリーンシートの積層
上記(2)までの工程で得られた、基体本体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9、配線導体ペースト層(素子接続端子ペースト層5、外部接続端子用導体ペースト層6および貫通導体用ペースト層7)、第2の放熱層用金属ペースト層3を有する基板本体用グリーンシート2の主面上に、LTCC層部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9を有する、または同切欠部24を有するが第1の放熱層用金属ペースト層9を有しない、配線導体ペースト層付きのLTCC層グリーンシート4を素子接続端子ペースト層5が形成された面(発光素子搭載面)を上にして積層する。さらに、その上に、枠体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9を有する、または同切欠部24を有するが第1の放熱層用金属ペースト層9を有しない、枠体用グリーンシート8を積層する。これによりLTCC層4が搭載面上にキャビティを有しその底面が発光素子を搭載する領域を形成するような形状のグリーンシート積層体が、未焼結発光素子用基板1として得られる。
上記(2)までの工程で得られた、基体本体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9、配線導体ペースト層(素子接続端子ペースト層5、外部接続端子用導体ペースト層6および貫通導体用ペースト層7)、第2の放熱層用金属ペースト層3を有する基板本体用グリーンシート2の主面上に、LTCC層部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9を有する、または同切欠部24を有するが第1の放熱層用金属ペースト層9を有しない、配線導体ペースト層付きのLTCC層グリーンシート4を素子接続端子ペースト層5が形成された面(発光素子搭載面)を上にして積層する。さらに、その上に、枠体部分の切欠部24とその表面に第1の放熱層用金属ペースト層9を有する、または同切欠部24を有するが第1の放熱層用金属ペースト層9を有しない、枠体用グリーンシート8を積層する。これによりLTCC層4が搭載面上にキャビティを有しその底面が発光素子を搭載する領域を形成するような形状のグリーンシート積層体が、未焼結発光素子用基板1として得られる。
(4)焼成
上記(3)工程後、得られた未焼結発光素子用基板1について、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成(焼成温度:800〜930℃)を行う。この焼成工程は、上記第1の実施形態の発光素子用基板の製造方法における(5)焼成で説明したのと全く同様とできる。
上記(3)工程後、得られた未焼結発光素子用基板1について、必要に応じてバインダー等を除去するための脱脂を行い、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成(焼成温度:800〜930℃)を行う。この焼成工程は、上記第1の実施形態の発光素子用基板の製造方法における(5)焼成で説明したのと全く同様とできる。
このようにして、未焼結発光素子用基板1が焼成され発光素子用基板1が得られるが、焼成後、必要に応じて素子接続端子5、外部接続端子6および第1の放熱層9全体を被覆するように、金メッキ、ニッケルメッキ、ニッケル/金メッキ等の通常、発光素子用基板において導体保護用に用いられる導電性保護層を配設することもできる。
以上、本発明の第2の実施形態の発光素子用基板の製造方法について説明したが、基板本体用グリーンシート2、LTCC層グリーンシート4、枠体用グリーンシート8は、それぞれ必ずしも単一のグリーンシートからなる必要はなく、複数枚のグリーンシートを積層したものであってもよい。また、各部の形成順序等についても、発光素子用基板の製造が可能な限度において適宜変更できる。
(5)発光装置の作製
上記第2の実施形態の発光素子用基板1を用いて、例えば図4に示す発光装置10を作製する方法については、特に制限されず、発光素子11を発光素子用基板1に搭載する方法、ワイヤボンディング等の電気接続方法、封止剤を用いて封止層13を形成する方法、さらに発光素子用基板1を半田によりマザーボード31に固定する方法等において、全て従来公知の方法が適用可能である。
上記第2の実施形態の発光素子用基板1を用いて、例えば図4に示す発光装置10を作製する方法については、特に制限されず、発光素子11を発光素子用基板1に搭載する方法、ワイヤボンディング等の電気接続方法、封止剤を用いて封止層13を形成する方法、さらに発光素子用基板1を半田によりマザーボード31に固定する方法等において、全て従来公知の方法が適用可能である。
なお、本発明の発光素子用基板は、上記第1の実施形態、第2の実施形態によらず、そのサイズにより、通常、発光素子用基板のような配線基板を作製する際に用いられる、多数個取りの連結基板を作製し、これを分割する工程を得て個々の配線基板を作製する方法により作製されてもよい。その場合、分割のタイミングは、上記焼成後であれば、発光素子を搭載する前でもよいし、発光素子搭載後、マザーボードに半田固定する前でもよい。
以上、本発明の発光素子用基板の実施形態を、基板本体の構成材料としてLTCCを用いた場合を例にして、上記絶縁性保護層としてガラス層を用いた場合を第1の実施形態、絶縁性保護層として反射性を有するLTCC層を用いた場合を第2の実施形態として、それぞれ発光素子用基板およびこれを用いた発光装置における一例を挙げて説明したが、本発明の発光素子用基板および発光装置はこれらに限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更できる。
例えば、上に説明した、第1の実施形態および第2の実施形態の発光素子用基板の例はいずれも、本発明において好ましい基板本体の側面に切欠部を有しその表面に第1の放熱層が形成された例であるが、本発明の発光素子用基板においては、基板本体の主面に形成される第2の放熱層と側面に形成される第1の放熱層の接続が確保される限りにおいて、必要に応じて、基板本体の側面に切欠部の形成なしに第1の放熱層を形成した構成であってもよい。
その一例として、図5に、LTCC基板を用いた本発明の発光素子用基板の第2の実施形態において、基板本体の側面に切欠部の形成なしに第1の放熱層を形成した構成の発光素子用基板1を示す。図5(a)はその平面図、(b)は平面図(a)におけるX−X線断面図、および(c)は平面図(a)におけるY−Y線断面図である。
図5に示す発光素子用基板1は、上記図3に示す発光素子用基板1において切欠部が形成されその表面に第1の放熱層9が形成されていた側面の位置に、切欠部なしに第1の放熱層9が形成されていること、および基板本体2の主面2上に形成された第2の放熱層3の形状について、上記側面に位置する第1の放熱層9に接続するようにその対応部分のみが側面に達するように形成されている以外は、上記図3に示す発光素子用基板1と同様である。
このような切欠部を有しない本発明の発光素子用基板を用いて発光装置を製造する場合においても、通常は発光素子用基板に発光素子を搭載、電気配線、封止層形成等を行った後、上記と同様にして第1の放熱層からマザーボードのヒートシンクにかけて通常の方法で半田層を形成させることで、マザーボード上に発光素子が搭載された発光素子用基板を搭載できる。このようにして得られた発光装置においても、上記切欠部を有する発光素子用基板を用いた発光装置と同様に、発光素子が発する熱は、第2の放熱層→第1の放熱層→半田層→マザーボードのヒートシンクへとスムーズに伝導し容易に放散される。
本発明の発光素子用基板によれば、サーマルビアに比べて経済的に有利かつ平坦性を確保できる構成で、発光装置とした際に発光装置の他の構成と合わせて発光素子の発熱を十分に放散できる。
また、本発明の発光素子用基板を使用することにより、基板表面の平坦性を悪くするサーマルビアを使用しなくとも十分な放熱性が得られることから、発光素子と基板との接着が容易となる利点もある。また、本発明によれば、このような発光素子用基板に発光素子を搭載しこれをマザーボード上に搭載することで、発光素子が発する熱が十分に放散され、十分な発光輝度を有する発光装置が得られる。このような本発明の発光装置は、例えば携帯電話や大型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る。
以下に、本発明の実施例を説明する。なお本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
以下に説明する方法で、図2に示すのと同様の構造の試験用発光装置を作製した。なお、上記同様、焼成の前後で部材に用いる符号は同じものを用いた。
[実施例1]
以下に説明する方法で、図2に示すのと同様の構造の試験用発光装置を作製した。なお、上記同様、焼成の前後で部材に用いる符号は同じものを用いた。
まず、発光素子用基板1の基板本体2を作製するための基板本体用グリーンシート2、枠体用グリーンシート8を作製した。各グリーンシートは、SiO2が60.4mol%、B2O3が15.6mol%、Al2O3が6mol%、CaOが15mol%、K2Oが1mol%、Na2Oが2mol%となるように原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて1600℃で60分間溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより40時間粉砕して基板本体用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。
この基板本体用ガラス粉末が40質量%、アルミナフィラー(昭和電工社製、商品名:AL−45H)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)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)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となる基板本体用グリーンシート2、枠外の形状が基板本体用グリーンシート2と同様であり、枠内の形状が略長方形状あって、焼成後の枠高さが0.5mmである枠体用グリーンシート8を製造した。なお、本実施例においては、発光素子用基板1を多数個取りの連結基板として製造し、後述の焼成後に、1個ずつに分割して、3mm×1.5mmの外寸の発光素子用基板1とした。以下の記載は、多数個取り連結基板のうちの、分割後、1個の発光素子用基板1となる一区画について説明するものである。
一方、導電性粉末(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回分散して配線導体用ペーストを製造した。
また、放熱層用金属ペーストは、第1の放熱層用および第2の放熱層用ともに、銀粉末(大研化学工業社製、商品名:S400−2)と、ビヒクルとしてのエチルセルロースとを質量比90:10の割合で配合し、固形分が87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回分散して製造した。
基板本体用グリーンシート2の貫通導体7に相当する部分に孔空け機を用いて直径0.3mmの貫通孔を形成した。さらに、基板本体用グリーンシート2の2つの長辺側の側面の略中央部を、それぞれ、主面21側から裏面23側に至るように、UHT社パンチングマシンで切欠き形状が半径0.3mmの半円柱状となるように切欠いて、基板本体部分の切欠部24を形成した。
上記で得られた基板本体用グリーンシート2の2箇所の貫通孔にスクリーン印刷法により配線導体用ペーストを充填して貫通導体ペースト層7を形成するとともに、貫通導体ペースト層7を覆うように主面21に素子接続端子ペースト層5を、裏面23に外部接続端子導体ペースト層6を形成した。次いで、基板本体用グリーンシート2の上記で形成された2箇所の基板本体部分切欠部の表面全体に、上記第1の放熱層用金属ペーストを用いて焼成後の膜厚が30μmとなるように第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させた。
また、基板本体用グリーンシート2の主面21上には、基板本体用グリーンシート2の主面21の周縁部および、上記一対の素子接続端子ペースト層5が配設された部分とその周囲近傍を除く領域に、基板本体用グリーンシート2の長辺方向においては略中央に0.75mmの幅を有し、短辺方向において上記切欠部24に形成された第1の放熱層用金属ペースト層9に接続するように、スクリーン印刷により第2の放熱層用金属ペースト層3を、焼成後の膜厚が35μmとなるように形成して導体ペースト層付き基板本体用グリーンシート2を得た。また、焼成後の第2の放熱層3の表面粗さRaは、東京精密社製サーフコム1400Dによる測定から0.08μmであることが確認された。
さらに、得られた導体ペースト層付き基板本体用グリーンシート2において、第2の放熱層用金属ペースト層3の端縁を含む全体を覆いかつ基板本体用グリーンシート2の主面21上の素子接続端子ペースト層5とその周囲近傍および該主面の周縁部を除く、基板本体用グリーンシート2の主面21上にスクリーン印刷によりオーバーコートガラスペースト層4を焼成後の膜厚が20μmとなるように形成した。また、焼成後のオーバーコートガラス層4の表面粗さRaは、東京精密社製サーフコム1400Dによる測定から0.01μmであることが確認された。
なお、オーバーコートガラスペーストの調製に用いたガラス膜用ガラス粉末は以下のようにして製造した。まず、SiO2が81.6mol%、B2O3が16.6mol%、K2Oが1.8mol%に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8〜60時間粉砕してガラス膜用ガラス粉末とした。
このオーバーコートガラス層用ガラス粉末が60質量%、樹脂成分(エチルセルロースとαテレピネオールとを質量比で85:15の割合で含有するもの)が40質量%となるように配合した後、磁器乳鉢中で1時間混練し、さらに三本ロールにて3回分散してオーバーコートガラスペーストを調製した。
一方、枠体用グリーンシート8についても、その2つの長辺側の側面の略中央部を、それぞれ、上面側から裏面側に至るように、UHT社パンチングマシンで切欠き形状が半径0.3mmの半円柱状となるように切欠いて、枠体部分の切欠部24を形成し、その表面全体に、上記第1の放熱層用金属ペーストを用いて焼成後の膜厚が30μmとなるように第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させた。
上記で得られた、導体ペースト層+オーバーコートガラスペースト層付き基板本体用グリーンシート2の主面21上に、上記で得られた第1の放熱層用金属ペースト層付き枠体用グリーンシート8を積層し、複数の未焼結発光素子用基板1の区画を有する未焼成多数個取り連結基板を得た。
上記で得られた未焼成多数個取り連結基板に、未焼結発光素子用基板1の各区画が焼成後に3mm×1.5mmの外寸となるような分割用のカットラインを入れた後、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多数個取り連結基板を製造した。得られた多数個取り連結基板をカットラインに沿って分割して試験用の発光素子用基板1を製造した。
上記で作製した試験用の発光素子用基板1に2ワイヤタイプの発光ダイオード素子を、主面21の発光素子搭載部22上、一対の素子接続端子5の間に搭載して発光装置10を作製した。具体的には、発光ダイオード素子11(昭和電工社製、商品名:GQ2CR460Z)をダイボンド材(信越化学工業社製、商品名:SMP−2800)により、発光素子11の長辺が基板本体2の長辺と平行となるように上記の位置に固定し、さらに発光素子11が有する一対の電極をそれぞれ素子接続端子5とボンディングワイヤ12を介して電気的に接続した。
さらに封止剤(信越化学工業社製、商品名:SCR−1016A)を用いて図2に示す封止層13を構成するように封止した。封止剤には蛍光体(化成オプトニクス社製、商品名P46−Y3)を封止剤に対して20質量%含有したものを用いた。
金属基体上に絶縁樹脂層35を有し、さらに絶縁樹脂層35上に配線回路34およびヒートシンク33が互いに接することなくそれぞれ独立して配設された構成を有するマザーボード31に上記発光素子11を搭載した発光素子用基板1を、上記2箇所の切欠部24に半田材料が充填され、かつマザーボード31のヒートシンク33上に半田層32が形成されるように半田固定した。形成された半田層32の高さは0.8mm、マザーボード31のヒートシンク33への接着面積は0.07mm2であった。なお、この半田固定に伴い、マザーボードが有する配線回路34の一部と発光素子用基板1が有する外部接続端子6は電気的に接続された。
[比較例1]
上記実施例1において、切欠部24およびその表面に第1の放熱層が形成されていないこと以外は、全て実施例1と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例1として作製した。
上記実施例1において、切欠部24およびその表面に第1の放熱層が形成されていないこと以外は、全て実施例1と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例1として作製した。
<評価>
上記実施例1および比較例1で得られた発光装置について以下の方法で熱抵抗を測定し、比較例1の従来の発光装置における熱抵抗を100%とした時の実施例1の発光装置における熱抵抗を百分率で示した。結果を表1に示す。
上記実施例1および比較例1で得られた発光装置について以下の方法で熱抵抗を測定し、比較例1の従来の発光装置における熱抵抗を100%とした時の実施例1の発光装置における熱抵抗を百分率で示した。結果を表1に示す。
[熱抵抗]
発光装置における発光素子用基板の熱抵抗を、熱抵抗測定器(嶺光音電機社製、商品名:TH−2167)を用いて測定した。なお、印加電流は350mAとし、電圧降下が飽和する時間まで通電し、降下した電圧と発光ダイオード素子の温度−電圧降下特性から導かれる温度係数によって飽和温度を算出し、熱抵抗を求めた。
発光装置における発光素子用基板の熱抵抗を、熱抵抗測定器(嶺光音電機社製、商品名:TH−2167)を用いて測定した。なお、印加電流は350mAとし、電圧降下が飽和する時間まで通電し、降下した電圧と発光ダイオード素子の温度−電圧降下特性から導かれる温度係数によって飽和温度を算出し、熱抵抗を求めた。
[実施例2]
以下に説明する方法で、図4に示すのと同様の構造の試験用発光装置を作製した。なお、上記同様、焼成の前後で部材に用いる符号は同じものを用いた。
まず、発光素子用基板1の基板本体2を作製するための基板本体用グリーンシート2、LTCC層グリーンシート4、枠体用グリーンシート8を作製した。基板本体用グリーンシート2、枠体用グリーンシート8は実施例1と同様に作製した。LTCC層グリーンシート4は、外寸が基板本体用グリーンシート2と同様の略平板状であって焼成後の膜厚が0.1mmとなるように製造した。なお、本実施例においても上記実施例1と同様、発光素子用基板1を多数個取りの連結基板として製造し、後述の焼成後に、1個ずつに分割して、3mm×1.5mmの外寸の発光素子用基板1とした。以下の記載は、多数個取り連結基板のうちの、分割後、1個の発光素子用基板1となる一区画について説明するものである。
以下に説明する方法で、図4に示すのと同様の構造の試験用発光装置を作製した。なお、上記同様、焼成の前後で部材に用いる符号は同じものを用いた。
まず、発光素子用基板1の基板本体2を作製するための基板本体用グリーンシート2、LTCC層グリーンシート4、枠体用グリーンシート8を作製した。基板本体用グリーンシート2、枠体用グリーンシート8は実施例1と同様に作製した。LTCC層グリーンシート4は、外寸が基板本体用グリーンシート2と同様の略平板状であって焼成後の膜厚が0.1mmとなるように製造した。なお、本実施例においても上記実施例1と同様、発光素子用基板1を多数個取りの連結基板として製造し、後述の焼成後に、1個ずつに分割して、3mm×1.5mmの外寸の発光素子用基板1とした。以下の記載は、多数個取り連結基板のうちの、分割後、1個の発光素子用基板1となる一区画について説明するものである。
また、配線導体用ペーストおよび第1、第2の放熱層用金属ペーストを実施例1と同様に作製した。
基板本体用グリーンシート2の貫通導体7に相当する部分に孔空け機を用いて直径0.3mmの貫通孔を形成した。さらに、基板本体用グリーンシート2の2つの長辺側の側面の略中央部を、それぞれ、主面21側から裏面23側に至るように、UHT社パンチングマシンで切欠き形状が半径0.3mmの半円柱状となるように切欠いて、基板本体部分の切欠部24を形成した。
基板本体用グリーンシート2の貫通導体7に相当する部分に孔空け機を用いて直径0.3mmの貫通孔を形成した。さらに、基板本体用グリーンシート2の2つの長辺側の側面の略中央部を、それぞれ、主面21側から裏面23側に至るように、UHT社パンチングマシンで切欠き形状が半径0.3mmの半円柱状となるように切欠いて、基板本体部分の切欠部24を形成した。
上記で得られた基板本体用グリーンシート2の2箇所の貫通孔に、スクリーン印刷法により配線導体用ペーストを充填して貫通導体ペースト層7を形成するとともに、裏面23に外部接続端子導体ペースト層6を形成した。次いで、基板本体用グリーンシート2の上記で形成された2箇所の基板本体部分切欠部の表面全体に、上記第1の放熱層用金属ペーストを用いて焼成後の膜厚が30μmとなるように第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させた。
また、基板本体用グリーンシート2の主面21上には、基板本体用グリーンシート2の主面21の周縁部および、上記一対の貫通導体ペースト層7が配設された部分とその周囲近傍を除く領域に、基板本体用グリーンシート2の長辺方向においては略中央に0.75mmの幅を有し、短辺方向において上記切欠部24に形成された第1の放熱層用金属ペースト層9に接続するように、スクリーン印刷により第2の放熱層用金属ペースト層3を、焼成後の膜厚が35μmとなるように形成して導体ペースト層付き基板本体用グリーンシート2を得た。また、焼成後の第2の放熱層3の表面粗さRaは、東京精密社製サーフコム1400Dによる測定から0.08μmであることが確認された。
LTCC層グリーンシート4には、貫通導体7に相当する部分に孔空け機を用いて直径0.3mmの貫通孔を形成した。さらに、LTCC層グリーンシート4の2つの長辺側の側面の略中央部を、それぞれ、主面21側から裏面23側に至るように、UHT社パンチングマシンで切欠き形状が半径0.3mmの半円柱状となるように切欠いて、LTCC層部分の切欠部24を形成した。
上記で得られたLTCC層グリーンシート4の2箇所の貫通孔に、スクリーン印刷法により配線導体用ペーストを充填して貫通導体ペースト層7を形成するとともに、発光素子が搭載される面に貫通導体用ペースト層7を覆うように略長方形状に素子接続端子ペースト層5をスクリーン印刷法により形成した。次いで、LTCC層グリーンシート4の上記で形成された2箇所のLTCC層部分切欠部の表面全体に、上記第1の放熱層用金属ペーストを用いて焼成後の膜厚が30μmとなるように第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させて導体ペースト層付きLTCC層グリーンシート4を得た。
一方、枠体用グリーンシート8についても、その2つの長辺側の側面の略中央部を、それぞれ、上面側から裏面側に至るように、UHT社パンチングマシンで切欠き形状が半径0.3mmの半円柱状となるように切欠いて、枠体部分の切欠部24を形成し、その表面全体に、上記第1の放熱層用金属ペーストを用いて焼成後の膜厚が30μmとなるように第1の放熱層用金属ペースト層9をスクリーン印刷により形成させた。
上記で得られた、導体ペースト層付き基板本体用グリーンシート2の主面21上に、導体ペースト層付きLTCC層グリーンシート4を素子接続端子ペースト層5が形成された面(発光素子搭載面)を上にして積層した。さらに、その上に上記で得られた第1の放熱層用金属ペースト層付き枠体用グリーンシート8を積層し、複数の未焼結発光素子用基板1の区画を有する未焼成多数個取り連結基板を得た。
上記で得られた未焼成多数個取り連結基板に、未焼結発光素子用基板1の各区画が焼成後に3mm×1.5mmの外寸となるような分割用のカットラインを入れた後、550℃で5時間保持の条件で脱脂し、さらに870℃で30分間保持の条件で焼成して多数個取り連結基板を製造した。得られた多数個取り連結基板をカットラインに沿って分割して試験用の発光素子用基板1を製造した。得られた発光素子用基板1におけるLTCC層4表面の表面粗さRaは、東京精密社製サーフコム1400Dによる測定から0.01μmであることが確認された。
上記で作製した試験用の発光素子用基板1を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2の発光装置を作製した。
上記で作製した試験用の発光素子用基板1を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2の発光装置を作製した。
[比較例2]
上記実施例2において、切欠部24およびその表面に第1の放熱層が形成されていないこと以外は、全て実施例2と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例2として作製した。
上記実施例2において、切欠部24およびその表面に第1の放熱層が形成されていないこと以外は、全て実施例2と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例2として作製した。
<評価>
上記実施例2および比較例2で得られた発光装置について上記の方法で熱抵抗を測定し、比較例2の従来の発光装置における熱抵抗を100%とした時の実施例2の発光装置における熱抵抗を百分率で示した。結果を表2に示す。
上記実施例2および比較例2で得られた発光装置について上記の方法で熱抵抗を測定し、比較例2の従来の発光装置における熱抵抗を100%とした時の実施例2の発光装置における熱抵抗を百分率で示した。結果を表2に示す。
[実施例3]
発光素子用基板1として、オーバーコートガラス層4を有しない以外は、実施例1の発光装置に用いた発光素子用基板1と同様の構成である、図6に、平面図、そのX−X線断面図、Y−Y線断面図を示す発光素子用基板1を作製した。
上記で作製した試験用の発光素子用基板1を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3の発光装置を作製した。
発光素子用基板1として、オーバーコートガラス層4を有しない以外は、実施例1の発光装置に用いた発光素子用基板1と同様の構成である、図6に、平面図、そのX−X線断面図、Y−Y線断面図を示す発光素子用基板1を作製した。
上記で作製した試験用の発光素子用基板1を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3の発光装置を作製した。
[比較例3]
上記実施例3において、切欠部24およびその表面に第1の放熱層が形成されていないこと以外は、全て実施例3と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例3として作製した。
上記実施例3において、切欠部24およびその表面に第1の放熱層が形成されていないこと以外は、全て実施例3と同様にして、従来の構成の発光装置を比較例3として作製した。
<評価>
上記実施例3および比較例3で得られた発光装置について上記の方法で熱抵抗を測定し、比較例3の従来の発光装置における熱抵抗を100%とした時の実施例3の発光装置における熱抵抗を百分率で示した。結果を表3に示す。
上記実施例3および比較例3で得られた発光装置について上記の方法で熱抵抗を測定し、比較例3の従来の発光装置における熱抵抗を100%とした時の実施例3の発光装置における熱抵抗を百分率で示した。結果を表3に示す。
本発明の発光素子用基板によれば、サーマルビアのような製造工程の増加やこれに充填する多量の銀等を必要とする放熱部材を有しなくとも、発光素子から発熱される熱の放散が十分に可能であり、発光装置とした際に、発光素子の過度な温度上昇を抑制し、高輝度に発光させることができる。このような発光素子用基板を用いた本発明の発光装置は、例えば携帯電話や大型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る。
1…発光素子用基板、2…基板本体、3…第2の放熱層、4…絶縁性保護層(ガラス層、LTCC層)、5…素子接続端子、6…外部接続端子、7…貫通導体、8…枠体、9…第1の放熱層
10…発光装置、11…発光素子、12…ボンディングワイヤ、13…封止層
21…主面、22…発光素子搭載部、23…裏面、24…切欠部
31…マザーボード、32…半田層、33…ヒートシンク、34…配線回路、35…絶縁樹脂層
10…発光装置、11…発光素子、12…ボンディングワイヤ、13…封止層
21…主面、22…発光素子搭載部、23…裏面、24…切欠部
31…マザーボード、32…半田層、33…ヒートシンク、34…配線回路、35…絶縁樹脂層
Claims (7)
- 発光素子が搭載される主面上に発光素子の電極をマザーボードの配線回路に電気的に接続するための配線導体の一部を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、
前記基板本体の前記発光素子が発する熱が伝導する領域内の側面に、マザーボードに半田固定する際に固定部となる、前記主面側から反対面側に至るように形成された第1の放熱材料からなる第1の放熱層と、
前記基板本体の主面上に、少なくとも前記発光素子の搭載部を含み、前記配線導体の一部と電気的に絶縁され、かつ前記第1の放熱層に接続するように形成された第2の放熱材料からなる第2の放熱層と
を有することを特徴とする発光素子用基板。 - 前記第1の放熱層が、前記基板本体側面の前記発光素子の搭載部と最も短い距離にある位置に形成される請求項1記載の発光素子用基板。
- 前記基板本体は、前記第1の放熱層が形成される側面位置に切欠部を有し、該切欠部の表面に前記第1の放熱層が形成される請求項1または2記載の発光素子用基板。
- 前記無機絶縁材料がガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体である請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光素子用基板。
- 前記基板本体がサーマルビアを有しない請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光素子用基板。
- 前記第1の放熱材料および第2の放熱材料が、銀を含む金属材料である請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光素子用基板。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光素子用基板と、
前記発光素子用基板に搭載される発光素子と、
前記発光素子用基板が搭載されるヒートシンクおよび配線回路を有するマザーボードと、
前記発光素子用基板を前記マザーボードに固定する半田層であって、前記第1の放熱層と前記ヒートシンクとを接続するように形成された半田層と、
を有することを特徴とする発光装置。
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