JPWO2012067203A1 - 発光素子用基板および発光装置 - Google Patents

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Abstract

熱拡散性の低下を抑制しつつ、裏面側の電気的絶縁性を確保した発光素子用基板と、そのような発光素子用基板を用いた発光輝度の高い発光装置を提供する。無機絶縁材料からなり、発光素子が搭載される搭載部を含む搭載面と当該搭載面の反対側の面に非搭載面を有する基板本体と、前記基板本体内に、前記搭載面から非搭載面にかけて、一方の端部が前記搭載部に達するように設けられた放熱体を有し、前記放熱体は、前記非搭載面からの厚さ方向の距離が前記基板本体の厚さの６０％以下となる位置に、前記放熱体の断面全体を覆うように面方向に配置された無機材料からなる絶縁層を有し、かつ前記放熱体の本体である前記絶縁層以外の部分は導体により構成されている発光素子用基板を提供する。

Description

本発明は、発光素子用基板とこれを用いた発光装置に関する。
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光素子の高輝度化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶのバックライト等として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ており、発光素子の輝度の低下をなくすために、発光素子から発生する熱を速やかに拡散する高い放熱性を有する発光素子用基板が必要となっている。
熱拡散性の高い発光素子用基板として、低温焼成セラミックスからなる絶縁基体を貫通して、絶縁基体よりも高い熱伝導率を有する金属から構成される貫通金属体が設けられた構造が知られている。貫通金属体は、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等を主成分とし、発光素子の搭載面積よりも大きいことなどが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
日本特開２００６−４１２３０号公報
しかしながら、ハイパワー型の発光装置では、その寿命を確保する観点から、より熱拡散性の高い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、発光素子が高温になりやすいことから、輝度の低下等の特性劣化が生じやすく、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。
また、発光装置では、発光素子が搭載される主面とは反対の裏面側において、一対の外部電極端子間の距離等が問題となることがある。例えば、上部と下部とに一対の素子電極を有する１ワイヤタイプの発光素子を貫通金属体上に搭載し、貫通金属体を放熱経路としてだけでなく導電経路として利用した構造では、裏面側に設けられる一対の外部電極端子間の距離が十分にとれない場合があった。特に、ハイパワー型の発光装置のように入力電力が大きい場合や、熱拡散性を確保するために貫通金属体の断面積を大きくした場合には、外部電極端子間の距離が十分にとれず、それらの間の電気的絶縁性が不十分になりやすい。また、外部回路を放熱に利用する従来の構成では十分な放熱が得られないため、電気回路と放熱構造を電気的に絶縁して、十分な放熱性が得られる放熱フィンを設ける必要性が高まってきた。このため、高い熱拡散性を確保しつつ、裏面側の電気的絶縁性も十分に確保できる発光素子用基板が求められている。
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、放熱体を有する発光素子用基板において、熱拡散性の低下を抑制しつつ、裏面側の電気的絶縁性を確保したものを提供することを目的としている。また、本発明は、このような発光素子用基板を用いた熱拡散性と電気的信頼性に優れた発光装置を提供することを目的としている。
本発明の発光素子用基板は、無機絶縁材料からなり、発光素子が搭載される搭載部を含む搭載面と当該搭載面の反対側の面に非搭載面を有する基板本体と、前記基板本体内に、前記搭載面から前記非搭載面にかけて、一方の端部が前記搭載部に達するように設けられた放熱体を有し、前記放熱体は、前記非搭載面からの厚さ方向の距離が前記基板本体の厚さの６０％以下となる位置に、前記放熱体の断面全体を覆うように面方向に配置された無機材料からなる絶縁層を有し、かつ前記放熱体の本体である前記絶縁層以外の部分は導体により構成されていることを特徴とする。
本発明の発光素子用基板において、前記絶縁層は、その上面が、基板本体の非搭載面からの厚さ方向の距離が前記基板本体の厚さの４０％以下となる位置に配設されていることが好ましい。また、前記放熱体の前記基板本体の厚さ方向に直交する方向の断面積は、前記発光素子の搭載部の面積の０．２〜１６倍であることが好ましい。そして、前記絶縁層の厚さは、１０〜２００μｍが好ましく、特に１０〜１００μｍが好ましい。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、特段の定めがない限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
前記絶縁層は、ガラスを主体とする材料から構成することができる。また、前記絶縁層は、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から構成することができる。前記基板本体は、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から構成することが好ましい。さらに、前記放熱体の本体を構成する導体は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。またさらに、前記基板本体の搭載面側の周縁部に、発光素子を収容するための枠体を有することができる。
さらに、本発明は、上記本発明の発光素子用基板と、前記発光素子用基板の前記搭載部に搭載された発光素子を備えることを特徴とする発光装置を提供する。
本発明の発光装置において、前記発光素子の一方の電極は、前記発光素子用基板の前記搭載部に形成された第１の配線導体層に導電性の接着材料により接続され、他方の電極は、前記発光素子用基板の前記搭載面に前記第１の配線導体層と絶縁されて形成された第２の配線導体層にワイヤボンディングにより接続されていることが好ましい。
本発明の発光素子用基板は、基板本体の搭載面から非搭載面にかけて設けられた放熱体が、導体からなる放熱体の本体（以下、放熱本体と示す。）の厚さ方向の中間部あるいは非搭載面側の端部に、無機材料からなる絶縁層が介挿、あるいは配置された構造を有するので、裏面側の電極端子間の絶縁性が確保される。そのうえ、この絶縁層の、基板本体の非搭載面からの厚さ方向の距離（以下、非搭載面からの距離と示す。）が基板本体の厚さの６０％以下となっており、放熱体の一部をなす絶縁層が搭載面に近い側には配置されていないため、絶縁層の介在による熱抵抗の上昇は抑制され、十分に低い熱抵抗を有し、良好な放熱性を有する発光素子用基板が得られる。
また、このように熱拡散性の高い発光素子用基板を使用することで、発光素子の輝度劣化が少なく、発光輝度の高い発光装置が得られる。
本発明の発光素子用基板の一実施形態を示す断面図である。 本発明の発光装置の一実施形態を示す断面図である。 放熱体の一部を構成する絶縁層がガラス材料から構成される発光素子用基板の熱抵抗の値を、数値解析により求めた結果を示すグラフである。 本発明の発光素子用基板の別の実施形態を示す断面図である。 基板本体の厚さに対する絶縁層の基板本体の非搭載面からの距離の割合を変えて構成された発光素子用基板について、熱抵抗値を数値解析により求めた結果を示すグラフである。 発光素子の底面積に対する放熱体の断面積の比を変えて構成された発光素子用基板について、熱抵抗値を数値解析により求めた結果を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定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搭載部を含む搭載面と当該搭載面の反対側の面に非搭載面を有する無機絶縁材料からなる基板本体と、この基板本体内に、発光素子の搭載面から前記非搭載面にかけて厚さ方向に、かつ一方の端部が搭載部に達するように設けられた放熱体を有する。
そして、この放熱体は、基板本体の非搭載面からの距離が、基板本体の厚さの６０％以下となる位置に、前記放熱体の断面全体に亘って基板本体の面方向に配置された絶縁層を有しており、この絶縁層以外の残りの部分が導体により構成された放熱本体となっている。すなわち、導体からなる放熱本体と前記所定の位置に配置された絶縁層とにより、放熱体が構成されている。なお、放熱体の断面は、基板本体の厚さ方向に垂直な断面をいい、基板本体の面方向は、厚さ方向と垂直な方向をいう。
絶縁層における基板本体の非搭載面からの距離の基準は、例えば絶縁層の下面とするが、絶縁層の上面とすることもできる。絶縁層の上面の位置は、端部が搭載部に接する放熱本体（以下、搭載面側放熱本体という。）の下面の位置ともいえるので、搭載面側放熱本体の下面の非搭載面からの距離が、基板本体の厚さの６０％以下となるように、前記放熱本体の長さおよびこの放熱本体の下面に接する絶縁層の厚さを調整する。
絶縁層における基板本体の非搭載面からの距離の基準を絶縁層の下面とした場合、前記６０％以下の値には０％も含まれる。その場合、絶縁層の下面は、非搭載面に露出することになる。この位置も含めて、また前記したように、非搭載面からの距離の基準を絶縁層の上面とした場合も含めて、非搭載面からの距離が基板本体の厚さの６０％以下となる絶縁層の位置を、厚さ方向の中間部等と示すことがある。
本発明において、絶縁層の、基板本体の非搭載面からの厚さ方向の距離とは、上記したように、絶縁層の下面を基準としてもよいし、また絶縁層の上面としてもよく、いずれの場合も含むものである。
本発明の発光素子用基板においては、導体からなる放熱本体は、熱伝導率が導体よりも低い無機材料からなる絶縁層により分断されているが、この絶縁層は、基板本体の非搭載面からの距離が基板本体の厚さ全体の６０％以下になるような位置に配置されているので、絶縁層の介在による熱抵抗の上昇は抑制され、放熱本体と絶縁層により構成される放熱体は十分に低い熱抵抗を有し、良好な放熱性を有する発光素子用基板が得られる。
熱抵抗は熱の伝わる放熱経路の長さに比例し、断面積および熱伝導率に反比例する。温度上昇は、熱抵抗に集中する熱流束の大きさに比例して大きくなるため、半導体素子の温度上昇を避ける、すなわち基板を含む系全体の熱抵抗を下げるためには、高い熱抵抗を有す部分に熱流束を集中させないことが必要となる。本発明の想定する構造においては、熱伝導率が低く放熱経路として熱抵抗が高い絶縁体層に、熱流束を集中させないことが必要となり、熱伝導による拡散が不十分で熱流束が集中するような半導体素子直下の領域から、絶縁層をより離して配置することは、熱抵抗を抑えるという点で有意であると考えられる。
本発明においては、放熱本体とともに放熱体の一部をなす絶縁層が、基板本体の非搭載面からの距離が基板本体の厚さ全体の６０％以下となる位置に配置されているので、発光素子からの熱は、まず搭載部に接するように配置された導体からなる放熱本体に伝導され、一定の長さ（より具体的には、基板本体の厚さの４０％）以上の放熱本体を伝導して絶縁層に達する。そして、このような位置に絶縁層を配置した構造では、放熱本体中を熱が伝搬していく過程で厚さ方向だけでなく横方向（面方向）にも熱が伝導されるので、熱伝導率が低い絶縁層に集中する熱流束を減らすことができ、絶縁層を配置したことによる熱抵抗の上昇を十分に抑えることができる。
以下、本発明の発光素子用基板の一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、１ワイヤタイプの発光素子を搭載するために適用される発光素子用基板の例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の発光素子用基板の断面図である。この発光素子用基板１０は、略平板状の基板本体１を有している。なお、本明細書において、略平板状とは、目視レベルで平板状との意味である。基板本体１は無機絶縁材料からなり、上面の周縁部に枠体２が形成されている。そして、この枠体２によりキャビティが形成されており、キャビティの底面は発光素子の搭載される搭載面１ａとなっており、前記基板本体１の搭載面１ａの反対側の面は非搭載面１ｂとなっている。
基板本体１を構成する無機絶縁材料としては、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、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（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）等が挙げられる。本発明においては、高反射性、製造の容易性、易加工性、経済性等の観点から、ＬＴＣＣが好ましい。
本発明において、基板本体１の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、搭載する発光素子の個数や配置の方法等、発光装置の設計に合わせて変更できる。また、基板本体１を構成するＬＴＣＣ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１０の製造方法において説明する。基板本体１は、発光素子の搭載時やその後の使用時における損傷等を抑制する観点から、抗折強度が例えば２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
基板本体１の搭載面１ａには、発光素子と電気的に接続される配線導体層３が設けられている。配線導体層３は、発光素子の搭載部およびその近傍に連接して形成されたアノード側またはカソード側の第１の配線導体層３ａと、搭載面１ａの周辺部に配設された、第１の配線導体層３ａと反対極側の第２の配線導体層３ｂを有する。
本実施形態において、配線導体層３の構成材料は、通常の発光素子用基板に用いられる配線導体層と同様のものであれば特に制限されない。具体的には、後述する製造方法において説明する。配線導体層３の厚さ（すなわち、第１の配線導体層３ａおよび第２の配線導体層３ｂのそれぞれの厚さ）は、５〜５０μｍが好ましい。
基板本体１の他方の面は、発光素子の搭載されない非搭載面１ｂとされており、この非搭載面１ｂには、アノード側およびカソード側の外部電極端子４が設けられている。この外部電極端子４は、第１の外部電極端子４ａと第２の外部電極端子４ｂとを有する。これらの外部電極端子４は、それぞれ基板本体１の内部に形成された接続ビア５を介して、基板本体１の搭載面１ａに形成された配線導体層３（それぞれ対応する第１の配線導体層３ａおよび第２の配線導体層３ｂ）と電気的に接続されている。
外部電極端子４および接続ビア５の形状や構成材料としては、通常発光素子用基板に用いられるものと同様のものであれば特に制限なく使用できる。これらは、後述する基板の製造方法で具体的に説明する。
また、本実施形態においては、基板本体１内に、搭載面１ａから非搭載面１ｂにかけて厚さ方向に沿って放熱体６が設けられている。この放熱体６は、上端部が発光素子の搭載面に形成された第１の配線導体層３ａに接し、かつ下端部が基板本体１の厚さ方向の中間部等の所定の位置に達するように配設された第１の放熱本体７ａと、この第１の放熱本体７ａの下端部にその断面全体を覆うように配置された絶縁層８と、この絶縁層８を間に挟んで前記第１の放熱本体７ａの下方に連続するように同軸的に配設された第２の放熱本体７ｂとからなる。図１の実施形態においては、第２の放熱本体７ｂの下端部は、基板本体１の非搭載面１ｂに達している。以下、第１の放熱本体７ａと第２の放熱本体７ｂとを併せて、放熱本体７とも称する。
これら第１の放熱本体７ａおよび第２の放熱本体７ｂの断面積は、いずれも、発光素子の搭載部の面積と比べて小さくても大きくても、あるいは等倍でもよいが、発光素子の搭載部の面積よりも大きいことが好ましい。これら放熱本体７ａ、７ｂの断面積が大きいほど、熱抵抗を抑制し放熱性を高める点で効果があるが、放熱本体７ａ、７ｂはＡｇ、Ｃｕ、Ａｕを含む貴金属を含有するため、断面積を大きくするとコストが増大するデメリットがある。要求される放熱性能とコストとのバランスを鑑み、発光素子の搭載部の面積に対して、放熱本体７ａ、７ｂの断面積を０．２〜１６倍とするのが好ましく、１．０〜４．０倍がより好ましく、特に１．４〜４．０倍が好ましい。なお、放熱本体７ａ、７ｂの断面積は、基板本体の厚さ方向に垂直な断面の面積をいう。また、発光素子が搭載される搭載部の面積は、発光素子の底面積（搭載面に載置される発光素子の載置面の面積）に相当する。
また、放熱本体７の部位において、その断面積は厚み方向に関して同形状である場合（例えば、円柱状や角柱状など）には、放熱本体７の厚み方向のどの部位の断面積でもよい。しかし、平面視における水平方向で規定される放熱本体７の断面積が、基板厚み方向に関して変化するような場合（例えば、円錐台状や角錐台状など）には、放熱本体７の厚み方向で最小となる部位の断面積が対象となる。
また、第１および第２の放熱本体７ａ、７ｂは同一の断面積を有することが好ましい。これらの放熱本体７ａ、７ｂの構成材料としては、通常発光素子用基板のサーマルビアに用いられるものと同様のものであれば、特に制限なく使用できる。後述する基板の製造方法で具体的に説明する。
放熱体６の厚さ方向の中間部等に配設された絶縁層８は、その下面の基板本体１の非搭載面１ｂからの距離Ｌ２が、基板本体１の厚さＬ１の６０％以下となる位置に設けられている。より具体的には、基板本体１の厚さＬ１が５００μｍの場合、非搭載面１ｂからの距離Ｌ２が０〜３００μｍとなる位置に下面が位置するように、絶縁層８が設けられている。絶縁層８下面の、基板本体の非搭載面１ｂからの距離Ｌ２が、基板本体１の厚さＬ１の６０％を超える場合には、放熱体６全体の熱抵抗が大きくなり十分な放熱性が得られにくくなる。また、第１の放熱本体７ａの厚さＬ３が、基板本体１の厚さＬ１の少なくとも４０％を備えている場合には、より放熱性が高まり、十分な放熱性が得られる。なお、Ｌ２がＬ１の０％である場合には、絶縁層８が第１の放熱本体７ａの下端部に接して配置された構造となり、絶縁層８は非搭載面１ｂと面一になるので、第２の放熱本体７ｂは存在しないことになる。この場合も、本発明の一つの実施形態である。基板本体１の厚さＬ１は、特に制限はないが、通常２００〜５００μｍ程度である。基板本体１は、実質的に均一な厚さであるのが好ましいが、不均一な厚さとなっていてもよい。
絶縁層８の厚さは１０〜２００μｍであり、特に１０〜１００μｍの範囲が好ましい。厚さが１０μｍ未満の場合には、絶縁層８を設けることによる絶縁性確保の効果が十分に得られない。厚さが１００μｍを超えると、放熱体６の熱抵抗が大きくなりすぎるため、十分な放熱性が得られにくくなる。絶縁層８は、実質的に均一な厚さであるのが好ましいが、不均一な厚さとなっていてもよい。
この絶縁層８は、ガラスを主体とする材料（以下、ガラス材料という。）により構成することができる。また、絶縁層８は、基板本体１と同様に、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（ＬＴＣＣ）により構成することもできる。絶縁層８を構成するＬＴＣＣ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。
絶縁層８を構成するガラス材料について、以下に説明する。絶縁層８を構成するガラス材料は、少なくともＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＮａ２ＯとＫ２Ｏから選ばれる少なくとも１種を構成成分とするガラスを含有するものである。
またこのガラス材料は、セラミックス粉末を１０質量％以下の割合で含有することができる。セラミックス粉末の含有量は好ましくは３質量％以上である。セラミックス粉末を含有することにより、絶縁層８の強度を高くできる場合がある。また、耐酸性のような耐薬品性の観点からは、前記ガラス材料はセラミックス粉末としてシリカ粉末またはアルミナ粉末を含有することが好ましい。
前記ガラス材料に、シリカ粉末、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、チタニア粉末から選ばれる少なくとも１種を含有させることで、そしてその粉末として、平均粒径Ｄ５０（以下、単にＤ５０と記載することもある。）が２．５μｍ以下より好ましくは０．５μｍ以下の微粒子を用いることで、印刷性を高め、かつ絶縁層８端部を平坦化して、層表面のうねりを抑制できる。なお、Ｄ５０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。
ガラス材料中のセラミックス粉末の含有量は、粒径により設定できる。Ｄ５０が１〜２．５μｍのときには、含有量を３〜１０質量％とするのが好ましい。８質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。Ｄ５０が１μｍ未満のときには、その含有量は３〜５質量％とすることが好ましい。上記した上限を超えてセラミックス粉末を含有させると、ガラス材料の流動性が悪化して、絶縁層８の平坦性が悪くなるばかりでなく、焼結不足が生じやすくなる。
絶縁層を構成するガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を６２〜８４％、Ｂ２Ｏ３を１０〜２５％、Ａｌ２Ｏ３を０〜５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏから選ばれる少なくとも１種を合計で１〜５％含有し、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が６２〜８４％、ＭｇＯを０〜１０％、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる少なくとも１種を含有する場合にその含有量の合計が５％以下であるホウケイ酸ガラス粉末を焼成してなるものが好ましい。
このようなガラスの各成分について説明する。なお、以下では特に断らない限り、組成は酸化物基準のモル％表示で単に％と表記する。
ＳｉＯ２はガラスのネットワークフォーマであり、化学的耐久性、とくに耐酸性を高くする成分であり必須である。６２％未満では耐酸性が不十分となるおそれがある。８４％超ではガラス溶融温度が高くなる、またはガラス転移点（Ｔｇ）が高くなりすぎるおそれがある。
Ｂ２Ｏ３はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。１０％未満ではガラス溶融温度が高くなり、またガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは１２％以上である。２５％超では、安定なガラスを得にくくなるばかりでなく、化学的耐久性が低下するおそれがある。
Ａｌ２Ｏ３は必須ではないが、ガラスの安定性または化学的耐久性を高めるために５％以下の範囲で含有してもよい。５％超ではガラスの透明性が低下するおそれがある。
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の含有量の合計は６２〜８４％である。６２％未満であると化学的耐久性が不十分になるおそれがある。８４％超であるとガラス溶融温度が高くなる、またはＴｇが高くなりすぎる。
Ｎａ２ＯおよびＫ２ＯはＴｇを低下させる成分であり、少なくとも一方は必須である。合計で５％まで含有することができる。５％超では化学的耐久性、特に耐酸性が悪化するおそれがある。また、焼結体の電気絶縁性が低下するおそれがある。Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏのいずれか１以上を含有し、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量の合計は１％以上であることが好ましい。
ＭｇＯは必須ではないが、Ｔｇを低下させる、またはガラスを安定化させるために、１０％まで含有してもよい。好ましくは８％以下である。
ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯはいずれも必須ではないが、ガラスの溶融温度を低下させる、またはガラスを安定化させるために、合計で５％まで含有してもよい。５％超であると耐酸性が低下するおそれがある。
本発明の絶縁層を構成するガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は１０％以下が好ましい。ただし、鉛酸化物は含有しない。
本発明の絶縁層８は、好ましくは、このような各成分からなるホウケイ酸ガラス粉末と必要に応じて前記セラミックス粉末とを混合してなる組成物を焼成してなるものであり、例えば、前記組成を有するホウケイ酸ガラス粉末と前記セラミックス粉末との混合粉末を、ペースト化してスクリーン印刷し、焼成して形成される。しかし、基板本体１内で非搭載面１ｂからの距離が所定の範囲の位置に所定の厚さの絶縁層８を形成できる方法であれば、特に限定されない。
以上、本発明の発光素子用基板１の実施形態について一例を挙げて説明したが、本発明の発光素子用基板はこれに限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限りにおいて、また必要に応じてその構成を適宜変更できる。
上記のように構成される本発明の発光素子用基板１０の製造においては、発光素子搭載用のＬＴＣＣ基板に通常用いられる材料および製造方法が適用できる。また、後述する本発明の発光装置についても、本発明の発光素子用基板１０を用いる以外は、通常の部材を用いて通常の方法で製造できる。
以下に、１ワイヤタイプの発光素子を搭載するための図１に示される基板のうちで、基板本体１がＬＴＣＣで構成され、放熱体６の一部を構成する絶縁層８がガラス材料から構成される基板を製造する方法を例にして、本発明の発光素子用基板１０の製造方法を説明する。
図１に示す発光素子用基板１０は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の各工程を含む製造方法により製造できる。より具体的には、以下の（Ａ）〜（Ｅ）工程をこの順に従って行い、本発明に係る発光素子用基板を製造するのが好ましい。なお、以下の説明では、その製造に用いる部材について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。例えば、放熱本体と放熱本体用の導体ペースト層とは、同じ７（または７ａ、７ｂ）の符号をもって表記し、また、絶縁層と未焼成絶縁層とは、同じ８の符号をもって表記しており、他も同様である。
（Ａ）本体用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、発光素子用基板１０の基板本体１を形成するための複数枚のグリーンシート（以下、本体用グリーンシートとも称する。）を作製する。なお、本体用グリーンシートは、上層用グリーンシート、内層用グリーンシート、および下層用グリーンシートを含む。この工程では、枠体を形成するために枠体用グリーンシートの作製も行う。
（Ｂ）導体ペースト層形成工程
各本体用グリーンシートの所定の位置に導体ペースト層を形成し、未焼成配線導体層３、未焼成外部電極端子４、未焼成接続ビア５、未焼成放熱本体７ａ、７ｂ等をそれぞれ形成する。
（Ｃ）ガラスペースト層形成工程
内層用グリーンシートの所定の位置に、ガラス材料からなるガラスペースト層を形成し、未焼成絶縁層８を形成する。
（Ｄ）積層工程
本体用グリーンシートの表面または内部に導体ペースト層（本例において、内層用グリーンシートにおいてはさらにガラスペースト層が形成されている。）が形成されて得られた複数枚の未焼成本体部材（以下、導体ペースト層付きグリーンシート、およびガラスペースト層付きグリーンシートというときがある。）等を重ね合わせ、熱圧着により一体化して未焼成基板を得る。
（Ｅ）焼成工程
前記未焼成基板を８００〜９３０℃で焼成する。
以下、各工程についてさらに説明する。
（Ａ）本体用グリーンシート作製工程
本体用グリーンシートは、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（例えば、ＬＴＣＣ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、乾燥させることで製造できる。また、こうして作製されたグリーンシートを、所定の形状に加工することにより、枠体用グリーンシートを作製する。
本体用グリーンシートを作製するために用いられるガラスセラミックス組成物におけるガラス粉末（以下、このガラス粉末を本体用ガラス粉末とも称する）としては、ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃以上７００℃以下のものが好ましい。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、このガラス粉末は、８００℃以上９３０℃以下で焼成したときに結晶が析出するものであることが好ましい。結晶が析出しないものの場合、十分な機械的強度を得ることができないおそれがある。さらに、ＤＴＡ（示差熱分析）により測定される結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃以下のものが好ましい。Ｔｃが８８０℃を超える場合、寸法精度が低下するおそれがある。
このような本体用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、基板本体１の表面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、Ｎａ２Ｏ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％以上５％以下であることが好ましい。
なお、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、Ｔｇ等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有することができる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０％以下であることが好ましい。
本体用ガラス粉末は、上記したような組成を有するガラスとなるように各ガラス原料を配合、混合し、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、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。
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。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を超える場合には、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。
セラミックス粉末としては、従来からＬＴＣＣ基板の製造に用いられるものが使用でき、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、焼結体である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している。これらのセラミックスの粉末のＤ５０は、０．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。
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質量％以上５０質量％以下、セラミックス粉末が５０質量％以上７０質量％以下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、複数枚の本体用グリーンシート（上層用グリーンシート、下層用グリーンシートおよび内層用グリーンシート）を作製する。また、同様にして製造されたグリーンシートを、所定の形状に加工することにより、枠体用グリーンシートを作製する。さらに、本体用グリーンシートの所定の位置に、孔空け機等を用いて接続ビア形成用の小径の貫通孔、ならびに放熱本体形成用の大径の貫通孔を形成する。
（Ｂ）導体ペースト層形成工程
前記工程で作製された本体用グリーンシート上の所定の位置に、配線導体層３や外部電極端子４を形成するための導体ペースト層を形成する。また、本体用グリーンシートに形成された接続ビア形成用の貫通孔、および放熱本体形成用の貫通孔の内部に導体ペーストを充填し、接続ビア５および放熱本体７ａ、７ｂを形成するための導体ペースト層を形成する。
第１および第２の配線導体層用の導体ペースト層３ａ、３ｂ、接続ビア用の導体ペースト層５、放熱本体用の導体ペースト層７ａ、７ｂ、および外部電極端子用の導体ペースト層４の形成方法としては、導体ペーストをスクリーン印刷により塗布、充填する方法が挙げられる。第１および第２の配線導体層用の導体ペースト層３ａ、３ｂおよび外部電極端子用の導体ペースト層４の膜厚は、最終的に得られる膜厚が所定の膜厚となるように調整することが好ましい。
導体ペーストとしては、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等を主成分とする金属の粉末に、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、銀粉末、銀と白金からなる金属粉末、または銀とパラジウムからなる金属粉末が好ましく用いられる。
（Ｃ）絶縁層用ガラスペースト層形成工程
内層用グリーンシートの放熱本体用の導体ペースト層７ａおよび７ｂのいずれか一方、または双方の上に、この層を完全に覆うようにして、絶縁層用のガラスペースト層８をスクリーン印刷により形成する。
絶縁層用ガラスペーストは、前記した絶縁層用のガラス粉末と、必要に応じて前記セラミックス粉末とを混合してなる組成物に、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用いることができる。形成される絶縁層用ガラスペースト層８の膜厚は、最終的に得られる絶縁層８の厚さが１０〜２００μｍとなるように、より好ましくは１０〜１００μｍとなるように調整される。
（Ｄ）積層工程
前記（Ｂ）工程で得られた導体ペースト層付きグリーンシートと、前記（Ｃ）工程で得られたガラスペースト層付きグリーンシートを所定の順で重ね合わせ、この上層用グリーンシートの上にさらに枠体用グリーンシートを重ねた後、熱圧着により一体化する。こうして、未焼成基板１０が得られる。
（Ｅ）焼成工程
上記工程で得られた未焼成基板１０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等を焼結させるための焼成を行って発光素子用基板１０とする。
脱脂は、例えば５００℃以上６００℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持する条件で行う。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、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、基体本体１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して行う。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℃以下の温度が好ましい。焼成温度が８００℃未満では、基体本体１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、基体本体１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。
このようにして発光素子用基板１０が得られるが、焼成後、必要に応じて基板本体１の搭載面１ａに露出した配線導体層３ａ、３ｂの表面を被覆するように、Ｎｉ／金メッキ（ＮｉメッキとＡｕメッキの２層構成のメッキ）等の、通常発光素子用基板１０において導体保護用に用いられる導電性保護膜を配設することもできる。
以上、放熱体６の一部を構成する絶縁層８がガラス材料から構成される発光素子用基板１０の製造方法について説明したが、前記絶縁層８がＬＴＣＣから構成される基板を製造する場合には、この絶縁層８を配置する位置に、孔のないＬＴＣＣからなるグリーンシートを使用し、前記と同様に（Ｄ）積層工程、次いで（Ｅ）焼成工程を行う。
なお、以上の発光素子用基板１０の製造方法において、枠体用グリーンシートは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、枠体用グリーンシートを除いた本体用グリーンシートの枚数も限定されない。さらに、各部の形成順序等については、発光素子用基板１０の製造が可能な限度において適宜変更できる。
次に、本発明の発光素子用基板１０を有する発光素子装置の好ましい実施形態を、図面に基づいて説明する。ただし、本発明の発光装置はこれに限定されるものではない。図２は、本発明の発光装置の一実施形態を示す断面図である。
本発明の発光装置２０は、上記した本発明の発光素子用基板１０と、該発光素子用基板１０の搭載部に搭載された１ワイヤタイプの発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）１１を備えている。発光素子１１は、銀等の導電材料を含む導電性ダイボンド材１２を用いて基板本体１の搭載部に固定されるとともに、この導電性ダイボンド材１２を介して、発光素子１１下面のアノード側またはカソード側の第１の電極１１ａが、第１の配線導体層３ａに電気的に接続されている。また、発光素子１１上面のカソード側またはアノード側の第２の電極１１ｂは、第２の配線導体層３ｂにボンディングワイヤ１３によって接続されている。さらに、これらの発光素子１１やボンディングワイヤ１３を覆うように、モールド樹脂からなる封止層１４が設けられている。封止層１４は蛍光体を含有することができる。
本発明の発光装置２０によれば、十分に低い熱抵抗を有し良好な放熱性を有する発光素子用基板１０が用いられているので、発光素子１１の輝度劣化が少なく、高い発光輝度が得られる。このような発光装置２０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。
次に、本発明の実施例を記載する。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。
図１に示す発光素子用基板１０の搭載部に１ワイヤタイプのＬＥＤ素子（サイズ縦０．６ｍｍ、横０．６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を搭載し、銀を含む導電性ダイボンド材１２により第１の配線導体層３ａに固定した評価モデルを想定し、この評価モデルの熱抵抗を数値解析により求めた。解析プログラムとしてはＡＮＳＹＳ ＩＣＥＰＡＫ Ｖｅｒｓｉｏｎ １２．１．６を用い、入力電力は１．０Ｗとした。基板本体１は、ＬＴＣＣにより構成された厚さ５００μｍのものとした。また、放熱体６の一部を構成する絶縁層８は、以下に示すガラス層またはＬＴＣＣ層とし、絶縁層８の厚さｄおよび絶縁層８の下面の基板本体１の非搭載面１ｂからの距離Ｌ２を、表１に示すように変えて解析を行った。解析結果を表１および表２に示す。また、表１に示す解析結果を図３のグラフで示す。
表１および表２において、例１〜９および例１３，１４は本発明の実施例に相当する評価モデルであり、例１０〜１２および例１５は比較例に相当する評価モデルである。相対熱抵抗値は、放熱体６に絶縁層８を設けず、導体層のみで構成したモデルについて、同様に解析して得られた熱抵抗値を基準（１．００）としたときの相対値である。相対熱抵抗値は、数値が小さいほど熱拡散性が良好であることを意味する。解析に用いた評価モデルの各構成要素の物性値（熱伝導率）を表３に示す。
Figure 2012067203
Figure 2012067203
Figure 2012067203
なお、表３に示す評価モデルの基板本体および絶縁層を構成する「ＬＴＣＣ」、および絶縁層を構成する「ガラス」の熱伝導率は、以下に示すように作製された材料についての物性値である。
＜ＬＴＣＣの熱伝導率の測定＞
基板本体１を作製するための本体用グリーンシートおよび絶縁層用のグリーンシートは、以下に示すようにして作製する。すなわち、酸化物基準のモル％表示で、ガラス組成が、ＳｉＯ２が６０．４％、Ｂ２Ｏ３が１５．６％、Ａｌ２Ｏ３が６％、ＣａＯが１５％、Ｋ２Ｏが１％、Ｎａ２Ｏが２％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、溶融状態のガラスを流し出し冷却する。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する。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いる。
次いで、このガラス粉末が３８質量％、アルミナフィラー（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）が３８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２４質量％となるように配合し、混合することにより、基板本体用および絶縁層用のガラスセラミックス組成物（ＬＴＣＣ組成物）を製造する。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する。
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焼成後の厚さが０．５ｍｍになるように積層し、本体用グリーンシートを製造する。絶縁層用グリーンシートの場合には、焼成後の厚さが０．１ｍｍになるように積層する。
これらのグリーンシートを５５０℃で５時間保持して脱脂し、さらに８７０℃で３０分間保持して焼成した後、焼結体（基板本体、絶縁層）の熱伝導率を測定する。こうして測定される値が、表３に示すＬＴＣＣの熱伝導率である。
＜ガラスの熱伝導率の測定＞
絶縁層形成用のガラス粉末を、以下に示すように調製する。まず、酸化物基準のモル％表示で、ガラス組成として、ＳｉＯ２を８１．６％、Ｂ２Ｏ３を１６．６％、Ｋ２Ｏを１．８％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、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粉砕して絶縁層用ガラス粉末を製造する。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いる。
このガラス粉末をプレス機にて固化させたものを焼成してガラスのバルク体を形成した後、その熱伝導率を測定する。こうして測定される値が、表３に示すガラスの熱伝導率である。
上記表１および表２の解析結果から、絶縁層８の下面の、基板本体の非搭載面からの距離Ｌ２が基板本体１の厚さＬ１（５００μｍ）の６０％以下（３００μｍ以下）となっている例１〜９および例１３、１４（実施例）の評価モデルにおいては、前記距離Ｌ２が６０％を超える搭載面１ａに近い位置に絶縁層８が配置された、例１０〜１２および例１５（比較例）の評価モデルに比べて、熱抵抗が低く抑えられており、良好な放熱性を有することがわかる。
上述のような解析プログラムを用いた数値シミュレーションによる熱抵抗値の算定に加えて、実際に発光素子用基板１０を製造し、その搭載部に発光素子を実装して放熱効果を検証した。実測用のサンプル基板は、前記した発光素子用基板の製造方法にしたがって製造した。サンプル基板は２種類（例１６，１７）用意し、各例のサンプル基板の構成は、それぞれ例１３および例１５と同様にした。なお、例１６は実施例であり、例１７は比較例である。
具体的には、図１に示す構造を有するサンプル基板を用意した。基板本体１は、５ｍｍ×５ｍｍサイズのＬＴＣＣ基板で、基板本体１の厚さＬ１は５００μｍであり、放熱体６の厚さ方向の中間部等に配設される絶縁層８をＬＴＣＣ層とし、絶縁層８の下面の、基板本体の非搭載面からの距離Ｌ２をそれぞれ０μｍ、４００μｍとし、絶縁層８の厚さｄをいずれも１００μｍとした。また、発光素子として、Ｅｐｉｓｔａｒ社製のＬＥＤ素子「ＥＳ−ＣＥＢＬＶ４５」（１．１４ｍｍ×１．１４ｍｍ）を用い、入力電力は１Ｗとした。実測された熱抵抗値を表４に示す。表４においては、例１６において測定された熱抵抗値を１．００とした場合の相対熱抵抗値を示す。
Figure 2012067203
表２に示された例１３と例１５の相対熱抵抗値を比較すると、例１５の相対熱抵抗値と例１３の相対熱抵抗値との比（例１５の相対熱抵抗値／例１３の相対熱抵抗値）は１．４５（１．６０／１．１０）であったのに対し、実測された例１７の相対熱抵抗値と例１６の相対熱抵抗値との比は１．４１である。したがって、数値シミュレーションによる予測値とサンプル基板での実測値が良好に一致することが確認できる。また、実測した熱抵抗値が表３と同様の傾向を示していることから、絶縁層８をより基板本体１の非搭載面１ｂに近い位置に配置することで、優れた放熱性が得られることが実証されていることが確認できる。
次に、図４に示すように、上端部が基板本体１の搭載面１ａに接するように配設された放熱本体７ａの下側に、絶縁層８をその下面が、基板本体１の非搭載面１ｂに達するように配置した構造を有し、放熱本体７ａの下面と基板本体１の非搭載面１ｂとの距離（絶縁層８の厚さｄ）を変えた発光素子用基板１０を想定した。そして、そのような発光素子用基板１０の搭載部に、１ワイヤタイプのＬＥＤ素子（サイズ縦０．６ｍｍ、横０．６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を搭載した評価モデルを想定し、それらの評価モデルの熱抵抗を数値解析により求めた。
解析プログラムとしては、前記した解析と同様にＡＮＳＹＳ ＩＣＥＰＡＫ Ｖｅｒｓｉｏｎ １２．１．６を使用し、入力電力は１．０Ｗとした。基板本体１は、ＬＴＣＣにより構成された厚さＬ１が５００μｍのものとした。また、絶縁層８は、基板本体１と同様にＬＴＣＣにより構成されたものとした。さらに、放熱本体７ａは、基板の厚さ方向に垂直な断面が、一辺の長さが１．２ｍｍの正方形である角柱状のものを想定し、表３に示す各構成要素の物性値（熱伝導率）を使用して解析を行った。解析結果を表５に示す。また、表５に示す解析結果を図５のグラフで示す。
表５において、例１９〜２６は本発明の実施例に相当する評価モデルであり、例２７〜３３は比較例に相当する評価モデルである。表５における基板本体１の厚さに対する絶縁層８の下面の非搭載面からの距離の割合（％）とは、図４における、放熱本体７ａの下面（または絶縁層８の上面）と基板本体１の非搭載面１ｂとの距離ｄを、基板本体１の厚さＬ１で除した値の百分率を表す。また、相対熱抵抗値は、放熱本体７ａの下側に絶縁層８を設けず、導体層のみで放熱体を構成した例１８のモデルについて、同様に解析して得られた熱抵抗値を基準（１．００）としたときの相対値である。
Figure 2012067203
表５および図５の解析結果から、基板本体１の厚さに対する絶縁層８の下面の、基板本体１の非搭載面１ｂからの距離の割合（ｄ／Ｌ１）（％）が６０％以下である場合に、十分に低い熱抵抗が得られ、４０％以下である場合にさらに熱抵抗が低くなることがわかる。すなわち、放熱本体７ａが、その下面の、基板本体１の非搭載面１ｂからの距離ｄが基板本体の厚さＬ１の６０％以下、好ましくは４０％以下となるような、十分な長さを持つ場合に、熱抵抗がそれほど上昇せず、良好な放熱性を示すことがわかる。
さらに、例２０の評価モデルにおいて、放熱本体７ａの断面積を変えた場合の熱抵抗値の変化も解析した。すなわち、基板本体１および絶縁層８がＬＴＣＣから構成される、図４に示す構造を有する発光素子用基板１０において、基板本体１の厚さＬ１を５００μｍ、放熱本体７ａの下面と基板本体１の非搭載面１ｂとの距離ｄを１００μｍとする評価モデルにおいて、放熱本体７ａの基板の厚さ方向に垂直な断面の断面積を変えた例３４〜４１の評価モデルについて、前記解析プログラムを用いて熱抵抗値を解析した。ＬＥＤ素子は、縦０．６ｍｍ、横０．６ｍｍの正方形の底面を有し、厚さ０．１ｍｍの１ワイヤタイプのものとする。解析結果を表６に示す。また、表６に示す解析結果を図６のグラフで示す。
表６において、発光素子の底面積に対する放熱本体７ａの大きさの割合とは、放熱本体７ａの断面積を発光素子の底面積で除した値を表す。相対熱抵抗値は、放熱本体７ａの断面積が、上記した縦０．６ｍｍ、横０．６ｍｍのサイズの発光素子と同じ正方形の底面積を有する例３６の評価モデルについて、解析して得られた熱抵抗値を基準（１．００）としたときの相対値である。なお、前記例２０の評価モデルにおいて、放熱本体７ａの断面は一辺の長さが１．２ｍｍの正方形を呈し、発光素子の底面積に対する放熱本体７ａの大きさの割合は４．００倍（４００％）となる。したがって、例３７の評価モデルは例２０の評価モデルでもある。
Figure 2012067203
表６の解析結果から、発光素子の底面積に対する放熱本体７ａの断面積の割合が大きいほど、熱抵抗が低く、良好な放熱性を有することがわかる。しかし、前記放熱本体７ａの断面積が大きくなると、放熱本体７ａを構成する貴金属等の材料コストが増大するデメリットがあることから、放熱本体７ａの断面積が発光素子の底面積の０．２倍〜１６倍の範囲とすれば、材料コストの増大を抑え、かつ十分な放熱性能が得られることがわかる。さらに、材料コストと放熱性能のバランスの観点から、放熱本体７ａの断面積の割合のより好ましい範囲は、発光素子の底面積の１．０倍〜４．０倍である。
発光素子の底面積に対する放熱本体７ｂの断面積の割合が大きいほど、熱抵抗が低く、良好な放熱性を有することも、放熱本体７ａの場合と同様である。
本発明によれば、良好な熱拡散性を有し、かつ裏面側の電気的絶縁性が確保された発光素子用基板が得られる。そして、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、発光素子の輝度劣化が小さく発光輝度が高いので、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。
なお、２０１０年１１月１９日に出願された日本特許出願２０１０−２５９５９２号の明細書、特許請求の範囲、図面及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。
１…基板本体、２…枠体、３…配線導体層（配線導体層用の導体ペースト層）、４…外部電極端子（外部電極端子用の導体ペースト層）、５…接続ビア（接続ビア用の導体ペースト層）、６…放熱体、７…放熱本体（放熱本体用の導体ペースト層）、８…絶縁層（未焼成絶縁層）、１０…発光素子用基板、１１…発光素子、１２…導電性ダイボンド材、１３…ボンディングワイヤ、１４…封止層、２０…発光装置。

Claims (12)

  1. 無機絶縁材料からなり、発光素子が搭載される搭載部を含む搭載面と当該搭載面の反対側の面に非搭載面を有する基板本体と、
    前記基板本体内に、前記搭載面から前記非搭載面にかけて、一方の端部が前記搭載部に達するように設けられた放熱体を有し、
    前記放熱体は、前記非搭載面からの厚さ方向の距離が前記基板本体の厚さの６０％以下となる位置に、前記放熱体の断面全体を覆うように面方向に配置された無機材料からなる絶縁層を有し、
    かつ前記放熱体の本体である前記絶縁層以外の部分は導体により構成されていることを特徴とする発光素子用基板。
  2. 前記絶縁層は、その上面が前記非搭載面からの厚さ方向の距離が前記基板本体の厚さの４０％以下となる位置に配設されている、請求項１に記載の発光素子用基板。
  3. 前記放熱体の前記基板本体の厚さ方向に直交する方向の断面積は、前記発光素子が搭載される搭載部の面積の０．２〜１６倍である、請求項１または２に記載の発光素子用基板。
  4. 前記絶縁層の厚さは、１０〜２００μｍ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。
  5. 前記絶縁層の厚さは、１０〜１００μｍ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。
  6. 前記絶縁層は、ガラスを主体とする材料からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  7. 前記絶縁層は、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からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  8. 前記基板本体は、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からなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  9. 前記放熱体の本体を構成する導体は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの少なくとも１種を主成分とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  10. 前記基板本体の搭載面に、前記発光素子を収容するための枠体を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光素子用基板。
  11. 請求項１〜１０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の前記搭載部に搭載された発光素子と
    を備えることを特徴とする発光装置。
  12. 前記発光素子の一方の電極は、前記発光素子用基板の前記搭載部に形成された第１の配線導体層に導電性の接着材料により接続され、他方の電極は、前記発光素子用基板の前記搭載面に前記第１の配線導体層と絶縁されて形成された第２の配線導体層にワイヤボンディングにより接続されている請求項１１に記載の発光装置。
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