JP6776879B2

JP6776879B2 - セラミック基板の製造方法、発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP6776879B2
Application number: JP2016248667A
Authority: JP
Inventors: 元清白浜
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018101762A

Description

本開示は、セラミック基板の製造方法、及び、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。

半導体発光素子（以下「発光素子」）を備えた発光装置として、セラミック基板を用いた発光装置が知られている。セラミック基板に反射膜として金属膜を備えた基板が知られている。セラミックのうち、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は放熱性に優れているため、高出力の発光装置に用いられている（例えば、特許文献１）。

登録実用新案第３１６９８２７号公報

窒化アルミニウムは黒色であるため、発光素子からの光を吸収し易い。そのため、光取り出し効率が低下し易い。

本開示は、以下の構成を含む。
窒化アルミニウムを含むセラミックと、セラミックの上面に配置される一対の導電部材とを備え、上面に発光素子が載置される素子載置領域を備えるセラミック基板の前駆体を準備する工程と、素子載置領域に載置される発光素子からの光が照射される光照射領域に配置される前記セラミックに、レーザ光を照射することで窒化アルミニウムから金属アルミニウムを形成する工程と、を備えるセラミック基板の製造方法。

以上により、光吸収を低減したセラミック基板及び発光装置を、容易に得ることができる。

図１Ａは、実施形態に係るセラミック基板の製造方法で得られるセラミック基板の概略斜視図である。図１Ｂは、実施形態に係るセラミック基板の製造方法で得られるセラミック基板の概略上面図である。図１Ｃは、図１Ｂに示す１Ｃ−１Ｃ線における概略断面図である。図１Ｄは、図１Ｃの部分拡大図である。図２Ａは、実施形態に係るセラミック基板の製造方法を示す概略断面図である。図２Ｂは、実施形態に係るセラミック基板の製造方法を示す概略断面図である。図３Ａは、実施形態に係る発光装置の製造方法で得られる発光装置を示す概略断面図である。図３Ｂは、図３Ａの部分拡大図である。図４Ａは、実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略断面図である。図４Ｂは、実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略断面図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのセラミック基板の製造方法及び発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は、セラミック基板の製造方法及び発光装置の製造方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

＜実施形態１＞
図１Ａ〜図１Ｄは、実施形態１に係るセラミック基板の製造方法によって得られるセラミック基板１０を示す。尚、ここでは、複数のセラミック基板の集合体１０Ｂを図示して説明する。個々のセラミック基板１０は、セラミック基板の集合体１０Ｂを個片化することで形成することができる。例えば、図１Ｂに示すセラミック基板の集合体１０Ｂにおいての破線で囲まれた領域を、１つのセラミック基板１０とすることができる。

図１Ａは、実施形態１に係るセラミック基板の製造方法によって得られるセラミック基板の集合体１０Ｂの概略斜視図である。図１Ｂは、セラミック基板の集合体１０Ｂの一部を拡大した概略上面図である。図１Ｃは、図１Ｂの１Ｃ−１Ｃ線における概略断面図である。図１Ｄは、図１Ｃの部分拡大図である。

セラミック基板１０は、母材であるセラミック２０と、一対の電極として機能する導電部材３０と、を備える。ここでは、凹部Ｓを備えたセラミック基板１０を例示している。尚、セラミック基板１０は、凹部Ｓを備えない形状であってもよく、例えば、平板状のセラミック基板でもよい。

凹部Ｓ内の上面（凹部の底面）２２は、一対の導電部材３０と、これらの間に位置し、窒化アルミニウムを含むセラミック２０と、を備える。さらに、セラミック２０の表面の一部に金属アルミニウム２１を備える。凹部Ｓの側壁はセラミック２０及び金属アルミニウム２１から構成されている。側壁の内側面２３はセラミック２０と金属アルミニウム２１から構成される。側壁の上面はセラミック２０から構成される。個片化後のセラミック基板の側壁の外側面はセラミック２０から構成される。

凹部Ｓ内の上面は、素子載置領域Ｃを含む。素子載置領域Ｃは、発光装置において発光素子が載置されている領域を指す。尚、発光素子を載置する前のセラミック基板１０においては、発光素子が載置される予定の領域を素子載置領域Ｃとする。

このような凹部Ｓを備えるセラミック基板１０は、凹部Ｓ内に載置された発光素子からの光は、凹部Ｓ内の面である底面２２と内側面２３とに照射される。つまり、図１Ｃに示すように、光照射領域Ｌは、凹部Ｓの底面２２と内側面２３とを指す。発光素子を載置する前のセラミック基板１０において、光照射領域Ｌは、光が照射される予定の領域である。

窒化アルミニウムを含むセラミック２０は、黒色であるため、発光素子からの光の反射率が低い。金属アルミニウム２１は、金属の光沢を備えており、セラミック２０よりも、光の反射率が高くなっている。例えば、金属アルミニウム２１の反射率は、発光素子からの光に対して４０％以上、６０％以上、８０％以上など、とすることができる。

このような、セラミック２０よりも光の反射率の高い金属アルミニウム２１を光照射領域Ｌに配置することで、発光素子からの光の吸収を低減することができる。凹部Ｓの側壁の上面は、金属アルミニウムを有しておらず、セラミック２０が表面に露出している。そのため、このようなセラミック基板１０を用いた発光装置をディスプレイなどに用いた場合、コントラストを向上させることができる。

金属アルミニウム２１は、光照射領域Ｌに位置するセラミック２０のうち、例えば、３０％以上の面積に配置させることが好ましく、５０％以上とすることがより好ましい。

金属アルミニウム２１は導電性であるため、一対の電極として機能する導電部材３０の両方と接するとショートする。そのため、金属アルミニウム２１は、少なくとも一方の導電部材３０からは離間するように配置されることが必要である。換言すると、金属アルミニウム２１は、導電部材３０の一方と接していてもよい。金属アルミニウム２１は、導電部材３０から離間して配置されることが好ましい。

凹部Ｓの内側面２３に配置される金属アルミニウム２１と、凹部Ｓの底面２２に配置される金属アルミニウム２１とは、連続していてもよい。これにより、光の吸収をより低減することができる。また、凹部Ｓの内側面２３に配置される金属アルミニウム２１と、凹部Ｓの底面２２に配置される金属アルミニウム２１とは、離間していてもよい。

上述のようなセラミック基板は、以下の製造方法によって形成することができる。図２Ａ、図２Ｂは、実施形態１に係るセラミック基板の製造方法を説明する概略図である。まず、図２Ａに示すような、セラミック基板の前駆体１０Ａを準備する。図２Ａでは、セラミック基板の前駆体１０Ａの集合体を図示している。

セラミック基板の前駆体１０Ａは、母材であるセラミック２０と、一対の電極として機能する導電部材３０と、を備える。セラミック基板の前駆体１０Ａは、凹部Ｓを備えている。凹部Ｓ内の上面２２は、一対の導電部材３０と、これらの間のセラミック２０と、を備える。凹部Ｓの内側面２３は、セラミック２０のみからなる。

次に、図２Ｂに示すように、光照射領域Ｌである凹部Ｓの底面２２及び内側面２３にレーザ光を照射する。レーザ光を出射するレーザ光源Ｐとしては、窒化ガリウム系半導体レーザなどの半導体レーザ、ＹＡＧ、ルビー、ＹＶＯ_４などの固体レーザ、ＣＯ_２、Ｈｅ−Ｎｅ、エキシマレーザなどの気体レーザ等が挙げられる。また、レーザ光の波長は、例えば、２００ｎｍ〜１０６００ｎｍとすることができる。

窒化アルミニウムを含むセラミック２０は、レーザ光が照射された部分において熱により分解されて窒素が離脱する。これにより、黒色の窒化アルミニウムの一部が金属アルミニウム２１となる。つまり、金属アルミニウム２１は、窒化アルミニウムを含むセラミック２０の一部を変質させて形成したものである。

このように、窒化アルミニウムを含むセラミック２０にレーザ光を照射することで、光を吸収しやすいセラミック２０を、それよりも光吸収の少ない金属アルミニウム２１とすることができる。凹部を備えたセラミック基板は、グリーンシートを積層させて形成される。そのため、凹部の内側面はセラミック基板のみから構成されることが多い。実施形態２に係る製造方法では、このような凹部の内側面にレーザ光を照射することで、窒化アルミニウムを含むセラミック２０を金属アルミニウム２１に変質させることができる。

以上のような製造方法を用いて、図１Ａ〜図１Ｄに示すようなセラミック基板１０の集合体１０Ｂを得ることができる。

＜実施形態２＞
図３Ａ、図３Ｂは、実施形態２に係る発光装置の製造方法によって得られる発光装置１００の概略断面図である。発光装置１００は、実施形態１のセラミック基板の製造方法で得られたセラミック基板１０を有している。発光装置１００は、セラミック基板１０と、セラミック基板１０に載置される発光素子６０と、を備える。セラミック基板１０は、一対の電極となる導電部材３０と、絶縁性のセラミック２０と、を備える。セラミック基板１０の上面の素子載置領域に発光素子６０が載置されている。図３Ａでは、セラミック基板１０は凹部Ｓを備えており、この凹部Ｓの底面２２がセラミック基板１０の上面である。発光素子６０は、セラミック基板１０の導電部材３０とワイヤ４０を介して電気的に接続されている。凹部Ｓ内には、発光素子６０を被覆する封止部材５０が配置されている。

発光素子６０はフリップチップ実装されていてもよい。その場合は、ワイヤは用いず、導電性の接合部材を用いて発光素子６０の電極と導電部材３０とを電気的に接続する。

セラミック２０の表面の少なくとも一部に、金属アルミニウムが配置されている。金属アルミニウム２１は、発光素子６０からの光が照射される光照射領域に配置されている。

光反射領域は、凹部Ｓ内の面である底面２２と内側面２３である。凹部Ｓの底面２２のセラミック２０の表面と、凹部Ｓの内側面２３のセラミック２０の表面に、金属アルミニウム２１を備える。

発光素子６０は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、フルカラーディスプレイとして用いられる表示装置用の発光装置とする場合は、青色、緑色、赤色の３色の発光素子を用いる。青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。

更に、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。特に、金属アルミニウムに対する反射率の高い紫外線発光素子を用いると、光の吸収をより低減することができる。さらには、発光素子とともに、受光素子、及びそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）、あるいはそれらを組み合わせたものを搭載することができる。

発光素子６０の一対の電極は、接合部材を介して、又はワイヤ４０を介して導電部材３０と電気的に接続されている。接合部材としては、例えば、絶縁性接合部材又は導電性接合部材を用いることができる。絶縁性接合部材としては、樹脂が挙げられ、透明樹脂、もしくは白色樹脂などが挙げられる。導電性接合部材としては、共晶材料又ははんだが挙げられる。好ましい共晶材料としては、ＡｕとＳｎを主成分とする合金、ＡｕとＳｉとを主成分とする合金、ＡｕとＧｅとを主成分とする合金などが挙げられる。はんだとしては、ＡｇとＣｕとＳｎとを主成分とする合金、ＣｕとＳｎとを主成分とする合金、ＢｉとＳｎとを主成分とする合金などが挙げられる。

封止部材５０は、発光素子６０、保護素子、ワイヤ４０など、セラミック基板１０に実装される電子部品を、塵芥、水分、外力などから保護する部材である。封止部材５０の材料としては、発光素子６０からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。封止部材５０の具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、等の、発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。また、封止部材５０は、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゾル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換部材（蛍光部材）などを含有させることもできる。封止部材５０は、液状の樹脂材料等をポッティング、スプレー、印刷等によって発光素子を覆うように形成した後、硬化させることができる。あるいは、あらかじめ成形した封止部材を、接着材等で接合させてもよい。

封止部材５０に含まれる蛍光体としては、例えば、緑色〜黄色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（βサイアロン）、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体等の蛍光体の単独又は組み合わせが挙げられる。

以上のような発光装置１００の製造方法は、以下の工程を備える。まず、図１Ｃに示すようなセラミック基板１０の集合体１０Ｂを準備する工程を備える。セラミック基板の集合体１０Ｂは、実施形態１に示した方法によって形成して準備するほか、購入して準備してもよい。

次に、図４Ａに示すように、セラミック基板の集合体１０Ｂの上面に、発光素子６０を載置し、ワイヤ４０を接続する工程を備える。次に、図４Ｂに示すように、封止部材５０を形成する工程を備える。最後に、凹部Ｓと隣接する凹部Ｓの間でセラミック基板１０の集合体１０Ｂを切断し、図３Ａに示すような、個片化された発光装置１００を得る。

本開示に係るセラミック基板、発光装置は、ディスプレイ用光源等として使用することができる。

１０…セラミック基板
１０Ａ…セラミック基板の前駆体
１０Ｂ…セラミック基板の集合体
２０…セラミック（窒化アルミニウム）
２１…金属アルミニウム
Ｓ…凹部
２２…上面（底面）
２３…内側面
３０…導電部材
Ｃ…素子載置領域
Ｌ…光照射領域
Ｐ…レーザ光源
１００…発光装置
１００Ａ…発光装置の集合体
１０…セラミック基板
４０…ワイヤ
５０…封止部材
６０…発光素子

Claims

窒化アルミニウムを含むセラミックと、前記セラミックの上面に配置される一対の導電部材とを備え、上面に発光素子が載置される素子載置領域を備えるセラミック基板の前駆体を準備する工程と、
前記素子載置領域に載置される発光素子からの光が照射される光照射領域に配置される前記セラミックに、レーザ光を照射することで前記窒化アルミニウムから金属アルミニウムを形成する工程と、
を備えるセラミック基板の製造方法。
前記金属アルミニウムは、前記導電部材の一方と接している請求項１記載のセラミック基板の製造方法。
前記セラミック基板の前駆体は、凹部を備える、請求項１又は請求項２記載のセラミック基板の製造方法。
窒化アルミニウムを含むセラミックと、前記セラミックの上面に配置される一対の導電部材とを備え、上面に発光素子が載置される素子載置領域を備えるセラミック基板の前駆体を準備する工程と、
前記素子載置領域に載置される発光素子からの光が照射される光照射領域に配置される前記セラミックに、レーザ光を照射することで前記窒化アルミニウムから金属アルミニウムを形成してセラミック基板を形成する工程と、
前記素子載置領域に発光素子を載置する工程と、
を備える発光装置の製造方法。
前記発光素子は、紫外線発光素子である請求項４記載の発光装置の製造方法。