KR20110103307A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20110103307A
KR20110103307A KR1020100118908A KR20100118908A KR20110103307A KR 20110103307 A KR20110103307 A KR 20110103307A KR 1020100118908 A KR1020100118908 A KR 1020100118908A KR 20100118908 A KR20100118908 A KR 20100118908A KR 20110103307 A KR20110103307 A KR 20110103307A
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가츠요시 나카야마
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

과제
이면에 금속막을 갖는 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서, 고방열성과 광의 높은 반사 효율을 가짐으로써 광 취출 효율이 우수하고, 게다가 시간 경과적인 열화에 의한 광 취출 효율의 저하가 억제된 발광 장치를 제공한다.
해결 수단
무기 절연 재료 기판과, 기판의 탑재부에 형성된 금속 도체층과, 금속 도체층 상에 형성된 도전성 보호층과, 이면에 금속막을 갖고 그 금속막이 도전성 보호층에 대향하고 또한 도전성 보호층의 단 가장자리의 내측에 위치하도록 상기 기판의 탑재부에 탑재된 발광 소자와, 발광 소자와 도전성 보호층을 접합시키는 도전성 접합재와, 기판의 탑재면의 도전성 보호층과 그 주위 근방을 제외한 형태로 형성된 반사막과, 반사막의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 기판의 탑재면에 형성된 절연성 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대출력의 발광 소자를 탑재하고, 고휘도이며 광도 열화가 적은 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드 (LED) 소자의 고휘도, 백색화에 수반하여, 휴대 전화나 대형 액정 TV 의 백라이트 등으로서 LED 소자를 사용한 발광 장치가 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 발광 장치에 있어서는, LED 소자의 고휘도화에 수반하여 발열량이 증가하여 그 온도가 과도하게 상승하기 때문에, 반드시 충분한 발광 휘도가 얻어지는 것은 아니라는 문제가 있었다. 또한, 높은 광 취출 효율을 얻기 위해서 LED 소자를 탑재하는 기판면 등에 은 반사막을 형성하는 기술이 제안되어 있지만, 이와 같은 발광 장치에서는, 기판에 탑재된 발광 소자나 도체 배선을 봉지하는 봉지층이 형성되어 있는 경우라 하더라도, 열이나 투과 가스에 의해 은 반사막이 산화, 황화되어 열화되고, 이로 인해 초기에 비해 광 취출 효율이 떨어지는, 이른바 광도 열화가 문제시 되고 있다. 이 때문에, LED 소자 등의 발광 소자를 사용한 발광 장치에 있어서 기판의 방열성과 광의 반사 효율이 높고, 또한 장기 사용에 있어서의 광도 열화가 적은 발광 장치가 요구되고 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 예를 들어 특허문헌 1 에는 봉지층을 형성하는 몰드 부재와 알루미나, 질화알루미늄, 멀라이트 등의 고방열성의 세라믹스 재료로 이루어지는 기판의 박리가 발생하는 것을 억제하는 구조를 갖고, 또한 금속 반사막의 기판에 대한 밀착성과 반사성을 개선하기 위해 반사막으로서 기판 밀착성이 높은 고융점 금속막과 반사성이 높은 금속막을 조합하여 사용하는 구성의 발광 장치에 관련된 기술이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 2 에는 특히 광도 열화의 방지를 목적으로 하여, 조명 장치에 있어서 반도체 발광 소자 및 이것과 전기적으로 접속된 전기 도체나 기판 상에 구성된 반사막을 봉지하는 봉지 수지로서 가스 투과성이 낮은 봉지 수지를 사용하는 기술이 기재되어 있다. 또한, 고방열성의 저온 동시 소성 세라믹스 기판 (이하, LTCC 기판이라고 한다) 을 사용한 발광 장치에서는, 광도 열화의 방지를 목적으로 하여, 기판 상에 배치 형성된 은 반사막을 오버코트 유리막으로 피복하는 것이 이루어지고 있다.
여기에서, 종래부터 사용되고 있는 출력이 비교적 작은 LED 소자에 있어서는, 발광 장치의 광 취출측뿐만 아니라 기판에 탑재되는 면 (LED 소자의 이면) 으로부터 기판 방향으로 광이 방사되는 구조를 갖기 때문에, 이 광을 광 취출측으로 반사시키기 위해서 기판의 탑재면을 반사율이 높은 재료로 구성하고, 또한 LED 소자와 기판의 접합에 사용하는 다이본드재로서 광 투과성이 높은 실리콘계의 다이본드재를 사용하는 것이 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 3 에는 열 전도율이 높고 반사 효율에 변화가 적은 기판 재료, 구체적으로는 알루미늄판에 알루마이트 처리를 실시한 것이나 구리판에 알루미늄 도금 처리가 실시된 것을 기판으로서 사용하여, 이 기판에 투명 페이스트 (실리콘 다이본드 페이스트) 로 LED 칩을 다이본드 접착시킨 LED 발광 장치에 관련된 기술이 기재되어 있다. 또한, 이와 같은 종래의 LED 소자를 사용한 발광 장치에 있어서는, 방열성을 고려하면 다이본드재로는 은 입자 등을 함유하는 열 경화성 수지로 이루어지는 도전성 다이본드재가 바람직하지만, 도전성 다이본드재는 반사율이 낮기 때문에, 광 취출 효율의 저하를 초래한다는 점에서 통상적으로 사용되지 않는다.
한편, 최근 사용되게 된 출력이 예를 들어 0.5 W 를 초과하는 고출력이고 대발열량인 LED 소자에 있어서는, 방열성을 높이기 위해서 발광층이 형성된 광 취출측과 반대측에 있는 이면 (기판에 탑재되는 면) 에 금속층이 형성된 구조로 되어 있다. 이 금속층은 열 전도성뿐만 아니라 반사율도 높은 재료 (예를 들어 알루미늄) 가 사용되고 있기 때문에 반사막으로서도 기능하고, 상층의 발광층으로부터 발하여진 광은, 이면의 금속층 (반사막) 에 닿아 상방으로 방사된다. 그 때문에, LED 소자의 탑재부 바로 아래의 기판에는 반사율이 높은 재료를 배치할 필요가 없고, 또한 반사막에 의해 광이 이면을 투과하지 않기 때문에, 기판과의 접착에는 방열성을 고려하여 도전성 다이본드재를 사용할 수 있다.
그러나, 이와 같은 광 취출측과 반대측의 이면에 금속 반사막을 갖는 LED 소자는 도전성 다이본드재를 사용하여 기판에 접착되지만, 그것 이외는 상기 종래의 금속 반사막을 갖지 않는 LED 소자와 동일한 구성의 발광 소자 탑재용 기판 상, 구체적으로는 알루미나나 질화알루미늄과 같은 고열전도성의 세라믹스 기판 상, 혹은 LTCC 기판에 은 반사막이 형성되고, 또한 그 은 반사막이 오버코트 유리막으로 피복된 그 위에 탑재되는 등, 종래의 발광 장치와 동일한 구성으로 발광 장치에 사용되고 있었다. 그 때문에, 광 취출 효율이 충분하다고는 할 수 없어, 발광 소자가 갖는 대출력에 적합한 고휘도의 광이 얻어지지 않고 있는 것이 현상황이었다.
그래서, 광 취출측과 반대측의 면 (LED 소자의 이면) 에 금속 반사막을 갖는 LED 소자 등의 발광 소자를 탑재한 발광 장치에 있어서, 고방열성과 광의 높은 반사 효율을 가짐으로써 광 취출 효율이 우수하고, 게다가 시간 경과적인 열화에 의한 광 취출 효율의 저하를 억제하는 구조를 갖는 발광 장치의 개발이 요망되고 있었다.
일본 공개특허공보 2004-111937호 일본 공개특허공보 2009-231510호 일본 공개특허공보 2007-129053호
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 발광층과 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖는 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서, 고방열성과 광의 높은 반사 효율을 가짐으로써 광 취출 효율이 우수하고, 게다가 시간 경과적인 열화에 의한 광 취출 효율의 저하가 억제된 발광 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 발광 장치는, 일부가 발광 소자가 탑재되는 탑재부가 되는 탑재면을 갖는 무기 절연 재료로 이루어지는 기판과, 상기 기판의 탑재부에 형성된 금속 도체층과, 상기 금속 도체층 상에 그 단 (端) 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 하기 발광 소자의 금속막보다 대면적이 되도록 형성된 제 1 도전성 보호층과, 주면에 발광층을, 그리고 주면의 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖고, 그 금속막이 상기 제 1 도전성 보호층에 대향하고 또한 상기 제 1 도전성 보호층의 단 가장자리의 내측에 위치하도록 상기 기판의 탑재부에 탑재된 발광 소자와, 상기 발광 소자의 상기 금속막과 상기 제 1 도전성 보호층을 접합시키는 도전성 접합재와, 상기 기판의 탑재면의 적어도 상기 금속 도체층 상에 형성된 제 1 도전성 보호층과 그 주위 근방을 제외한 형태로 형성된 반사막과, 상기 반사막의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 상기 기판의 탑재면에 형성된 절연성 보호층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기 기판이, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기 탑재부 바로 아래에 상기 기판의 탑재면에서부터 그 탑재면의 반대면인 비탑재면에 걸쳐 형성되고, 상기 기판에 매설된 서멀 비아를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기 제 1 도전성 보호층은, 상기 발광 소자가 접합된 영역 주위에 폭 70 ∼ 200 ㎛ 의 비탑재 영역을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 장치에 있어서, 발광 소자는, 1 쌍의 전극을 갖고 기판에 형성되는 전극 도체에 전기적으로 접속된다. 구체적으로는, 본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기 기판의 탑재면에 형성된 배선 도체를 갖고, 그 배선 도체와 상기 발광 소자가 본딩 와이어에 의해 전기적으로 접속되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 그 경우에는 상기 반사막이, 상기 금속 도체층 상에 형성된 제 1 도전성 보호층과 그 주위 근방, 그리고 상기 배선 도체와 그 주위 근방을 제외한 상기 기판의 탑재면에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 또한 상기 배선 도체 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성된 제 2 도전성 보호층을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 금속 도체층 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성되는 제 1 도전성 보호층, 및 상기 배선 도체 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성되는 제 2 도전성 보호층은 금 도금층인 것이 바람직하다. 또, 본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기 반사막은 은으로 이루어지고, 또한 상기 절연성 보호층은 유리로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 발광층과 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖는 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서, 고방열성과 광의 높은 반사 효율을 가짐으로써 광 취출 효율이 우수하고, 게다가 시간 경과적인 열화에 의한 광 취출 효율의 저하가 억제된 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 LTCC 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치의 일 실시형태를 상방에서 본 평면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 발광 장치의 실시형태의 도 1 에 있어서의 X-X' 선에 상당하는 부분의 단면도이다.
도 3 은 LTCC 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치의 다른 실시형태를 상방에서 본 평면도이다.
도 4 는 도 3 에 나타내는 발광 장치의 실시형태의 도 3 에 있어서의 X-X' 선에 상당하는 부분의 단면도이다.
이하에, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 하기 설명에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
본 발명의 발광 장치는, 일부가 발광 소자가 탑재되는 탑재부가 되는 탑재면을 갖는 무기 절연 재료로 이루어지는 기판과, 상기 기판의 탑재부에 형성된 금속 도체층과, 상기 금속 도체층 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 하기 발광 소자의 금속막보다 대면적이 되도록 형성된 제 1 도전성 보호층과, 주면에 발광층을, 및 주면의 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖고, 그 금속막이 상기 제 1 도전성 보호층에 대향하고 또한 상기 제 1 도전성 보호층의 단 가장자리의 내측에 위치하도록 상기 기판의 탑재부에 탑재된 발광 소자와, 상기 발광 소자의 상기 금속막과 상기 제 1 도전성 보호층을 접합시키는 도전성 접합재와, 상기 기판의 탑재면의 적어도 상기 금속 도체층 상에 형성된 제 1 도전성 보호층과 그 주위 근방을 제외한 형태로 형성된 반사막과, 상기 반사막의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 상기 기판의 탑재면에 형성된 절연성 보호층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광층을 갖는 주면과 반대측의 면 (이면) 에 반사성의 금속막을 갖는 발광 소자를 발광 장치의 기판에 탑재하는 데에 있어서 금속 도체층 상에 피복·형성된 제 1 도전성 보호층 상에 도전성 접합재를 개재하여 접합시키고, 또한 금속 도체층 상에 형성된 제 1 도전성 보호층과 그 주위 근방을 제외한 기판 본체의 탑재면에 반사막 및 절연성 보호층을 형성함으로써, 발광 소자 탑재면에 있어서 발광 소자 탑재부 바로 아래 및 그 이외의 영역 중 어디에서도 열 전도성과 광의 반사성이 충분히 확보되고, 또한 열화가 염려되는 금속 도체층이나 반사막 등이 충분히 보호된 발광 장치로 되어 있다.
이로써, 예를 들어 대출력 발광 소자와 같은 이면에 반사성의 금속막을 갖는 발광 소자를 탑재하는 발광 장치를 높은 방열성 (열 전도성) 과 높은 광 반사율을 갖는 것으로 하여, 광 취출 효율이 우수하고 고휘도의 발광이 가능한 발광 장치로 하고 있다. 또한, 산화·황화 등의 화학 반응에서 기인하는 금속 도체층이나 반사층의 열화가 방지되기 때문에, 시간 경과적으로 반사율이 저하되어 일어나는 광도 열화에 대해서도 크게 억제되어 있다.
본 발명의 발광 장치에 있어서, 주면에 발광층을 그리고 주면의 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖는 발광 소자가 탑재되는 기판은, 무기 절연 재료로 이루어지는 기판이면 바람직하다. 이와 같은 기판으로서, 구체적으로는 알루미나 기판, 질화알루미늄 기판, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 LTCC 기판 (이하, 간단히 「LTCC 기판」이라고 한다) 등을 들 수 있다.
본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기와 같이 발광 소자는 도전성 접합재를 개재하여 기판의 탑재부에 탑재되어 있기 때문에, 발광 소자 탑재부에 다소의 요철이 발생해도 열 전도성에 영향을 미치지 않아, 이로써 투명 실리콘 접합재 등을 사용하는 경우에는 배치하기 곤란한 부재, 예를 들어 방열성을 높이기 위한 서멀 비아 등을 발광 소자 탑재부 바로 아래에 배치할 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광 장치의 구성은, 질화알루미늄과 같이 열 전도율이 높은 (약 200 W/m·K) 재료로 형성되는 기판보다, 알루미나 기판 (알루미나의 열 전도율은 약 20 W/m·K) 이나 LTCC 기판 (열 전도율은 약 4 W/m·K) 과 같은 기판 재료 자체로는 열 전도율이 충분하지 않아 서멀 비아와 같은 다른 열 전도성이 양호한 부재를 보조적으로 사용하는 것이 일반적인 기판에 적용하는 경우에 더욱 우위의 구성이 될 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이 기판 탑재면에 반사막을 형성할 때, 알루미나 기판이나 질화알루미늄 기판은 소성 온도가 높기 때문에, 예를 들어 광의 반사율이 높은 은 반사막을 기판 제조시에 동시에 형성시킬 수 없지만, LTCC 기판은 저온 소성으로 제조되기 때문에, 은 반사막을 기판 제조시에 동시에 형성하게 할 수 있다는 점에서 유리하다. 즉, 본 발명의 발광 장치에서 사용하는 기판으로는, 제조의 용이성, 가공 용이성, 경제성 등의 관점에서 LTCC 기판이 바람직하다.
이하, 본 발명의 발광 장치의 실시형태를 사용하는 기판에 대응시켜 설명한다.
(1) LTCC 기판을 사용한 발광 장치
도 1 은 LTCC 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치의 일 실시형태를 상방에서 본 평면도이며, 도 2 는 도 1 에 나타내는 발광 장치의 실시형태의 도 1 에 있어서의 X-X' 선에 상당하는 부분의 단면도이다.
발광 장치 (20) 는 주면에 발광층 (31) 과, 주면의 반대측의 면 (이면) 에 반사성의 금속막 (32) 을 갖고, 1 쌍의 전극이 모두 와이어 본딩에 의해 기판에 접속되는 형태 (이하, 필요에 따라 「2 와이어 타입」이라고 한다) 의 발광 소자 (30) 를 발광 소자 탑재용 기판 상에 탑재한 본 발명의 발광 장치 (20) 이다. 여기에서 발광 소자 탑재용 기판이란, LTCC 등의 기판 본체에 금속 도체층·제 1 도전성 보호층, 배선 도체· 제 2 도전성 보호층, 반사막·절연성 보호층 등의 발광 소자를 탑재하기 위한 소정의 부재가 배치 형성된 기판을 말한다.
발광 소자 탑재용 기판은, 발광 소자 탑재용 기판을 주로 하여 구성하는 대략 평판 형상의 기판 본체 (1) 를 갖고 있다. 기판 본체 (1) 는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지고, 일방의 면 (도 2 중에서 상측) 이 캐비티를 갖는 형상으로 성형되어 있고, 캐비티의 바닥면이 발광 소자가 탑재되는 탑재면 (11) 으로 되어 있다. 또, 이 탑재면 (11) 의 대략 중앙부가 실제로 발광 소자가 탑재되는 탑재부 (12) 로 되어 있다. 기판 본체 (1) 의 타방의 면은, 발광 소자가 탑재되지 않는 비탑재면 (13) 으로 되어 있다. 기판 본체 (1) 는 발광 소자의 탑재시에, 그 후의 사용시에 있어서의 손상 등을 억제하는 관점에서, 예를 들어 항절 (抗折) 강도가 250 ㎫ 이상이 되는 것이 바람직하다.
기판 본체의 형상, 두께, 크기 등은 특별히 제한되지 않고, 통상적으로 발광 소자 탑재용 기판으로서 사용되는 것과 동일하게 할 수 있다. 또, 기판 본체 (1) 를 구성하는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체의 원료 조성, 소결 조건 등에 대해서는, 후술하는 발광 소자 탑재용 기판의 제조 방법에서 설명한다.
기판 본체 (1) 에는 발광 소자가 탑재되는 탑재부 (12) 에 금속 도체층 (2) 이 형성되어 있다. 여기에서, 금속 도체층 (2) 이 형성되는 영역은, 탑재부와 일치된 영역이어도 되고, 탑재부의 전체를 포함하거나 또는 부분적으로 포함하는 영역이어도 되며, 탑재부 내측의 일부 영역이어도 된다. 탑재부에 형성된다는 것은 이들 모든 범주를 포함하지만, 금속 도체층 (2) 은 바람직하게는 탑재부 (12) 와 거의 일치되어 형성된다. 또, 이 금속 도체층 (2) 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 발광 소자 (30) 의 금속막 (32) 보다 대면적이 되도록 제 1 도전성 보호층 (3) 이 형성되어 있다.
금속 도체층 (2) 의 구성 재료로는, 열 전도성이 높은 금속 재료이면 특별히 제한되지 않는데, 예를 들어 구리, 은, 금 등을 주성분으로 하는 금속을 들 수 있다. 이와 같은 금속 중에서도 은, 은과 백금, 또는 은과 팔라듐으로 이루어지는 금속이 바람직하게 사용된다. 또한, 형성되는 금속 도체층 (2) 의 바람직한 막 두께로서 5 ∼ 15 ㎛ 를 들 수 있다. 금속 도체층 (2) 상에 형성되는 제 1 도전성 보호층 (3) 으로는, 도전성이 있으며 또한 산화나 황화로부터 상기 금속 도체층을 보호하는 기능을 갖는 재료로 구성되어 있으면 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 금 도금층이며, 보다 바람직하게는 니켈 도금 상에 금 도금을 실시한 니켈/금 도금층의 구성이다. 제 1 도전성 보호층 (3) 의 막 두께로는 니켈 도금층이 3 ∼ 20 ㎛, 금 도금층이 0.1 ∼ 1.0 ㎛ 인 것이 바람직하다.
발광 장치 (20) 에 있어서, 발광 소자 (30) 는 반사성의 금속막 (32) 이 제 1 도전성 보호층 (3) 에 대향하고 또한 제 1 도전성 보호층 (3) 의 단 가장자리의 내측에 위치하도록, 도전성 접합재 (21) 를 개재하여 기판 본체 (1) 의 탑재부 (12) 에 탑재되어 있다. 여기에서, 제 1 도전성 보호층 (3) 은, 발광 소자 (30) 가 접합된 영역, 즉 탑재부 (12) 주위에 폭 (도 1 및 도 2 에서 w 로 나타낸다) 70 ∼ 200 ㎛ 의 비탑재 영역 (14) 을 갖는 것이 바람직하다. 이 폭이 70 ㎛ 미만이면, 발광 소자 탑재시에 위치 어긋남 등이 발생한 경우에 발광 소자의 일부가 제 1 도전성 보호층 (3) 을 벗어나 탑재되는 문제가 발생할 우려가 있다. 또, 이 폭이 200 ㎛ 를 초과하면, 제 1 도전성 보호층 (3) 의 노출되는 면적이 증가하게 되고, 그 부분이 광을 흡수함으로써 발광 장치 전체로서의 광 취출 효율을 저하시킬 우려가 있다.
발광 장치 (20) 는, 열 저항을 저감시키고 충분한 열 전도성을 확보하기 위해서 서멀 비아 (10) 를 갖는다. 서멀 비아 (10) 는 상기 탑재부 (12) 바로 아래에 금속 도체층 (2) 에 접하도록 하여 기판 본체 (1) 의 탑재면 (11) 에서부터 그 탑재면의 반대면인 비탑재면 (13) 에 걸쳐 기판 본체 (1) 에 매설되도록 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서 서멀 비아 (10) 는, 탑재부 (12) 와 거의 동일한 단면적을 갖는 기둥 형상의 것인데, 예를 들어 탑재부 (12) 보다 단면적이 작은 기둥 형상의 것으로서, 탑재부 (12) 바로 아래에 복수 형성되어 있어도 되고, 탑재부 (12) 보다 단면적이 큰 기둥 형상의 것으로서 형성되어도 된다.
서멀 비아 (10) 의 구성 재료로는, 상기 금속 도체층 (2) 의 구성 재료와 마찬가지로 열 전도성이 높은 금속 재료이면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적인 금속 재료로는, 상기 금속 도체층 (2) 과 동일한 금속 재료를 들 수 있다. 또, 서멀 비아 (10) 는 상기 금속 도체층 (2) 과 별도로 형성되어 있어도 되고, 필요에 따라 일체로 성형되어 있어도 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 발광 장치 (20) 는, 상기 서멀 비아 (10) 에 접하도록 하여 비탑재면 (13) 에 방열용 도체 (15) 를 갖는다. 방열용 도체 (15) 는, 발광 장치 (20) 와 발광 장치 밖에 형성되는 방열 수단 (도시 생략) 의 접점으로서 기능한다. 방열성 도체 (15) 는 서멀 비아 (10) 와 거의 동일한 단면을 갖고, 양자의 단면끼리가 전체적으로 접하는 것이 바람직하다. 또, 방열성 도체 (15) 의 구성 재료로는, 상기 금속 도체층 (2) 이나 서멀 비아 (10) 의 구성 재료와 마찬가지로 열 전도성이 높은 금속 재료이면 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 구체적인 금속 재료로서도 이들과 동일한 금속 재료를 들 수 있다. 또, 방열용 도체 (15) 는 상기 서멀 비아 (10) 와 별도로 형성되어 있어도 되고, 필요에 따라 일체로 성형되어 있어도 된다.
탑재부 (12) 에 대해서는, 반사율을 높이기 위해서 종래 사용되고 있는 투명 실리콘 접합재 등에 의해 발광 소자를 접합시키는 경우에는, 충분한 열 전도성을 확보하기 위해서 평탄성이 요구되고 있어, 상기 서멀 비아를 탑재부 바로 아래에 관통시켜 배치하는 것은 곤란하였으나, 본 발명의 발광 장치는, 후술하는 바와 같이 도전성 접합재를 사용하여 발광 소자를 기판 본체의 탑재부에 탑재하기 때문에, 극단적인 평탄성은 요구되고 있지 않다. 구체적으로는, 탑재부의 요철은 최고부와 최저부의 높낮이차가 10 ㎛ 정도까지이면, 열 전도성을 저해하지 않고 발광 소자를 탑재할 수 있다.
또한, 탑재되는 발광 소자 (30) 로는, 주면에 발광층 (31) 을 갖고, 주면의 반대측의 면 (이면) 에 반사성의 금속막 (32) 을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 반사성의 금속막으로는 알루미늄, 크롬, 구리, 은 등으로 이루어지는 금속막을 들 수 있다. 금속막 (32) 은 바람직하게는 알루미늄 금속막이다.
또, 이 실시형태에 있어서 탑재되는 발광 소자 (30) 는, 1 쌍의 전극이 모두 와이어 본딩에 의해 기판에 접속되는 2 와이어 타입의 발광 소자인데, 후술하는 다른 실시형태와 같이 전극 1 개가 와이어 본딩에 의해 기판에 접속되고, 반사성 금속막 (32) 이 전극으로서 도전성 접합재 (21) 를 개재하여 제 1 도전성 보호층 (3), 금속 도체층 (2) 에 전기적으로 접속되는 1 와이어 타입의 발광 소자를 사용할 수도 있다.
발광 소자의 형태로는 이면에 모든 전극을 배치한 플립칩 본드 타입이 존재하지만, 실장부에 정밀한 배선 패턴이 필요해지기 때문에, LTCC 기판을 사용하여 발광 장치 (20) 를 제조하는 경우에는, 발광 소자 (30) 는 2 와이어 타입 또는 1 와이어 타입의 발광 소자인 것이 바람직하다.
도전성 접합재 (21) 는 도전성이 있어 열 전도율이 높고, 발광 소자 (30) 의 금속막 (32) 과 제 1 도전성 보호층 (3) 을 사용할 만한 충분한 접착력으로 접합시킬 수 있는 접합재이면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로는 발광 장치에 통상적으로 사용되는, 금 20 질량％ : 주석 80 질량％ 의 비율로 구성되는 금 주석 땜납이나 은 분말을 함유하는 열 경화성 수지 페이스트 등을 통상적인 방법으로 처리함으로써, 발열 소자의 금속막 (32) 과 제 1 도전성 보호층 (3) 사이에 양자를 접합시키도록 도전성 접합재 (21) 가 형성된다. 또한, 도전성 접합재 (21) 의 두께는 10 ∼ 200 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 발광 장치 (20) 에 있어서, 기판 본체 (1) 에는 탑재면 (11) 의 탑재부 (12) 에 배치 형성된 금속 도체층 (2) 및 제 1 도전성 보호층 (3) 으로부터 전기적으로 절연된 2 지점에, 발광 소자 (30) 가 갖는 1 쌍의 전극 (도시 생략) 과 전기적으로 접속되는 배선 도체 (4) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 배선 도체 (4) 상에는 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 2 도전성 보호층 (9) 이 형성되어 있다.
배선 도체 (4) 가 형성되는 위치, 배선 도체 (4) 의 크기, 형상 등은, 발광 장치에 탑재되는 발광 소자나 탑재되는 기판 본체에 따라 적절히 조정되지만, 주면에 발광층 (31) 을 갖고 주면의 반대측의 면 (이면) 에 반사성의 금속막 (32) 을 갖는 발광 소자 (30) 가, 와이어 본딩에 의해 탑재되는 통상의 발광 소자 탑재용 기판에 있어서의 배선 도체와 동일한 구성으로 할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 배선 도체 (4) 는 탑재면 (11) 상에 상기 금속 도체층 (2) 및 제 1 도전성 보호층 (3) 으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있는 위치에 형성되는데, 필요에 따라 탑재면에 단차, 예를 들어 오목부를 형성하여, 그 단차 부분 (오목부이면 바닥면) 에 배선 도체를 배치 형성할 수도 있다.
배선 도체 (4) 의 구성 재료는, 통상적으로 발광 소자 탑재용 기판에 사용되는 배선 도체와 동일한 구성 재료이면 특별히 제한되지 않고, 구체적으로는 상기 금속 도체층 (2) 의 구성 재료와 동일한 금속 재료를 들 수 있다. 바람직한 양태에 대해서도 마찬가지이다. 또, 배선 도체 (4) 의 바람직한 두께로서 5 ∼ 15 ㎛ 를 들 수 있다.
또, 제 2 도전성 보호층 (9) 은, 상기 금속 도체층 (2) 상에 형성된 제 1 도전성 보호층 (3) 과 마찬가지로, 배선 도체 (4) 를 산화나 황화로부터 보호하는 기능을 갖는 것으로서, 바람직한 양태를 포함하여 상기 제 1 도전성 보호층 (3) 과 동일한 양태로 할 수 있다.
상기 2 지점의 배선 도체 (4) 상에 형성된 제 2 도전성 보호층 (9) 은, 본딩 와이어 (22) 에 의해 1 대 1 대응으로 발광 소자 (30) 의 1 쌍의 전극에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 본딩 와이어로는, 통상적으로 와이어 본딩에 의해 발광 소자가 탑재되는 타입의 발광 장치에 사용되는 내식성이 있는 금 등의 금속으로 이루어지는 본딩 와이어를 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 한편, 비탑재면 (13) 에는 외부 회로와 전기적으로 접속되는 외부 전극 단자 (5) 가 2 지점에 형성되고, 기판 본체 (1) 의 내부에 상기 2 세트의 배선 도체 (4) 와 외부 전극 단자 (5) 를 각각 전기적으로 접속시키는 관통 도체 (6) 가 형성되어 있다.
외부 전극 단자 (5) 및 관통 도체 (6) 의 형상이나 구성 재료로는, 통상적으로 발광 소자 탑재용 기판에 사용되는 것과 동일한 것이면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 또, 외부 전극 단자 (5) 및 관통 도체 (6) 의 배치에 대해서도, 배선 도체 (4) 로부터 외부 회로 (도시 생략) 에 전기적으로 접속되도록 배치되어 있으면 특별히 제한되지 않는다.
발광 장치 (20) 에 있어서는, 기판 본체 (1) 의 탑재면 (11) 에, 금속 도체층 (2) 상에 형성된 제 1 도전성 보호층 (3) 과 그 주위 근방 및 배선 도체 (4) 상에 형성된 제 2 도전성 보호층 (9) 과 그 주위 근방을 제외한 형태로 반사막 (7) 이 형성되고, 또한 반사막 (7) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 절연성 보호층 (8) 이 형성되어 있다.
반사막 (7) 의 구성 재료로는 반사율이 높은 금속 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 은 이외에 은과 팔라듐으로 이루어지는 금속 분말, 은과 백금으로 이루어지는 금속 분말을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 본 발명에 있어서는 은으로 이루어지는 반사막이 바람직하다. 반사막 (7) 의 막 두께는 충분한 반사 성능을 얻기 위해서 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 경제성, 기체 (基體) 와의 열 팽창차에 의한 변형 등을 고려하면 50 ㎛ 이하가 바람직하다.
반사막 (7) 은 상기 서술한 바와 같이 탑재면 (11) 에 형성된, 금속 도체층 (2) 상의 제 1 도전성 보호층 (3) 및 배선 도체 (4) 상의 제 2 도전성 보호층 (9) 으로부터 전기적으로 절연되기 위해 이들로부터 거리를 두고 형성된다. 반사막 (7) 의 단 가장자리와 이들 제 1 도전성 보호층 (3), 제 2 도전성 보호층 (9) 의 단 가장자리 사이의 거리는, 양자 간에 충분한 전기 절연성을 확보하면서, 기판 표면의 반사 효율을 충분히 향상시키기 위해서 50 ∼ 150 ㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이와 같이 탑재면 (11) 에 반사막 (7) 을 배치함으로써 발광 장치의 광 취출 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 실시형태의 발광 장치에 있어서는, 반사막 (7) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성된 절연성 보호층 (8) 의 단 가장자리는, 금속 도체층 (2) 상의 제 1 도전성 보호층 (3) 및 배선 도체 (4) 상의 제 2 도전성 보호층 (9) 의 단 가장자리와 접하도록 형성되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 탑재면 (11) 에 있어서의 기판 본체 (1) 의 피복되지 않은 영역이 없어, 발광 소자로부터 발하여진 광이 기판 본체에 입사되는 것을 충분히 방지할 수 있게 된다. 또한, 반사막 (7) 의 단 가장자리와 이것을 덮는 절연성 보호층 (8) 의 단 가장자리 사이의 거리에 대해서는, 상기 반사막 (7) 의 단 가장자리와 이들 제 1 도전성 보호층 (3), 제 2 도전성 보호층 (9) 의 단 가장자리 사이의 거리와 동일하다. 또, 절연성 보호층 (8) 의 막 두께에 대해서는, 열 전달성 및 기체와의 열 팽창차에 의한 변형 등을 감안하면 10 ∼ 50 ㎛ 인 것이 바람직하다.
절연성 보호층 (8) 을 구성하는 재료에 대해서는, 반사막 (7) 을 산화나 황화 등으로부터 충분히 보호할 수 있는 절연성 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는 유리나 가스 투과성이 낮은 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 또한, 기판 본체를 구성하는 LTCC 기판의 소성시에 반사막 및 절연성 보호층을 동시에 형성할 수 있고, 또한 가스 투과성도 충분히 낮은 유리인 것이 바람직하다.
또, 발광 장치 (20) 는 상기 발광 소자 탑재용 기판의 캐비티 바닥부로 이루어지는 탑재면 (11) 상에 형성된 금속 도체층 (2)·제 1 도전성 보호층 (3), 배선 도체 (4)·제 2 도전성 보호층 (9), 반사막 (7)·절연성 보호층 (8) 이나, 탑재부 (12) 에 탑재된 발광 소자 (30), 본딩 와이어 (22) 를 덮도록 캐비티 내부를 충전시키고, 또한 그 상부에 일정한 두께를 갖도록 형성된 봉지층 (23) 을 갖는다. 봉지층 (23) 을 구성하는 봉지재로는, 통상적으로 발광 장치에 봉지재로서 사용되는 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 봉지재를 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
이상, 주면에 발광층, 그리고 주면의 반대측의 면 (이면) 에 반사성의 금속막을 갖는 2 와이어 타입의 발광 소자를 발광 소자 탑재용 LTCC 기판 상에 탑재하는 발광 장치에 대해 실시형태를 설명하였는데, 주면에 발광층을, 이면에 반사성의 금속막을 갖는 1 와이어 타입의 발광 소자를 발광 소자 탑재용 LTCC 기판 상에 탑재하는 발광 장치의 실시형태에 대해 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명한다.
도 3 은 상기 1 와이어 타입의 발광 소자를 발광 소자 탑재용 LTCC 기판 상에 탑재하는 본 발명의 발광 장치의 실시형태를 상방에서 본 평면도이며, 도 4 는 도 3 에 나타내는 발광 장치의 실시형태의 도 3 에 있어서의 X-X' 선에 상당하는 부분의 단면도이다.
발광 장치 (20) 는 주면에 발광층 (31) 과, 주면의 반대측의 면 (이면) 에 반사성의 금속막 (32) 을 갖고, 1 쌍의 전극의 일방이 와이어 본딩에 의해 기판에 접속되는 형태의 발광 소자 (30) 를 발광 소자 탑재용 기판 상에 탑재한 본 발명의 발광 장치 (20) 이다.
도 3 및 도 4 에 나타내는 발광 장치 (20) 에 있어서는, 기판 본체 (1), 금속 도체층 (2), 제 1 도전성 보호층 (3), 서멀 비아 (10), 도전성 접합재 (21) 는 상기 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에서와 완전히 동일한 구성으로 할 수 있다. 여기에서, 발광 소자 (30) 에 있어서는, 전극의 일방 (도시 생략) 은 본딩 와이어 (22) 에 의해 이하의 배선 도체 (4) 에 전기적으로 접속되지만, 또 다른 일방의 전극에 대해서는 발광 소자 이면의 반사성의 금속막 (32) 이 그 기능을 갖도록 구성되어 있다.
발광 소자 (30) 의 금속막 (32) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이 도전성 접합재 (21) → 제 1 도전성 보호층 (3) → 금속 도체층 (2) → 서멀 비아 (10) 의 순서로 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 본 실시형태에 있어서 서멀 비아 (10) 는, 관통 도체 (6) 의 역할을 동시에 하는 것이다. 본 실시형태의 발광 장치 (20) 에 있어서는, 추가로 비탑재면 (13) 에 서멀 비아 (10 ; 관통 도체 (6)) 에 접속되고, 또한 이것을 개재하여 외부 회로와 전기적으로 접속되는 외부 전극 단자 (5) 를 갖는다. 여기에서, 외부 전극 단자 (5) 는 동시에 방열용 도체 (15) 로서의 기능, 즉 발광 장치 (20) 와 발광 장치 밖에 형성되는 방열 수단 (도시 생략) 의 접점으로서의 기능을 갖는다.
도 3 및 도 4 에 나타내는 본 실시형태의 발광 장치 (20) 에 있어서는, 발광 소자의 전극과 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되는 배선 도체 (4) 는 탑재면 (11) 의 1 지점에 형성되면 된다. 배선 도체 (4) 의 구성은, 상기 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서 배선 도체 (4) 를 2 지점에 배치 형성한 것을 1 지점으로 변경한 것을 제외하고 완전히 동일한 구성으로 할 수 있다. 또, 발광 장치 (20) 는 배선 도체 (4) 의 주변 부재로서, 상기 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치와 동일한, 배선 도체 (4) 에 전기적으로 접속된 관통 도체 (6), 외부 전극 단자 (5) (방열용 도체 (15) 를 겸한다), 또한 배선 도체 (4) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성된 제 2 도전성 보호막 (9) 을 갖는다. 이들은 역시 상기 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치가 배선 도체 (4) 에 관련되는 주변 부재를 2 지점에 갖는 것을, 1 지점에 갖는 것을 제외하고 완전히 동일한 구성이다.
도 3 및 도 4 에 나타내는 본 실시형태의 발광 장치 (20) 가 탑재면 (11) 상에 갖는 반사막 (7) 및 절연성 보호층 (8) 에 대해서도, 상기 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치와 동일한 구성으로 할 수 있다. 단, 본 실시형태에 있어서는, 배선 도체 (4) 와의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성된 제 2 도전성 보호막 (9) 은 1 지점에만 형성되어 있기 때문에, 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 비해 반사막 (7)·제 2 도전성 보호막 (9) 의 피복 면적은 넓게 형성되어 있게 된다.
또, 발광 장치 (20) 는, 상기 2 와이어 타입의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치와 동일한, 상기 발광 소자 탑재용 기판의 캐비티 바닥부로 이루어지는 탑재면 (11) 상에 형성된 금속 도체층 (2)·제 1 도전성 보호층 (3), 배선 도체 (4)·제 2 도전성 보호층 (9), 반사막 (7)·절연성 보호층 (8) 이나, 탑재부 (12) 에 탑재된 발광 소자 (30), 본딩 와이어 (22) 를 덮도록 캐비티 내부를 충전시키고, 추가로 그 상부에 일정한 두께를 갖도록 형성된 봉지층 (23) 을 갖는다.
이와 같은 LTCC 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치는, 상기 구성 상의 특징을 갖는 발광 소자 탑재용 LTCC 기판, 즉 LTCC 기판 본체에 금속 도체층·제 1 도전성 보호층, 배선 도체·제 2 도전성 보호층, 반사막·절연성 보호층 등의 발광 소자를 탑재하기 위한 소정의 부재가 배치 형성된 기판을 통상적으로 사용되는 재료 및 제조 방법에 의해 제조하고, 그 발광 소자 탑재용 LTCC 기판 상에, 주면에 발광층, 이면에 금속막을 갖는 발광 소자를 도전성 접합재에 의해 접합시키고, 와이어 본딩을 실시하고, 계속해서 봉지층을 형성하는 통상적인 제조 방법으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 장치에 사용되는 발광 소자 탑재용 LTCC 기판은, 예를 들어, 이하의 (A) 공정 ∼ (F) 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 이하의 설명에서는 도 1 및 도 2 에 나타내는 발광 장치의 발광 소자 탑재용 LTCC 기판을 예로 하여, 그 제조에 사용하는 부재에 대해 완성품인 부재와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 또, 여기에서는 절연성 보호층을 오버코트 유리층으로 한 경우의 제조 방법에 대해 설명한다.
(A) 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물을 사용하여 발광 소자 탑재용 기판의 본체 기판을 구성하는, 부분적으로 발광 소자가 탑재되는 탑재부가 되는 탑재면을 갖는 본체용 그린 시트 (1) 를 제작하는 공정 (이하, 「본체용 그린 시트 제작 공정」이라고 한다),
(B) 기판 본체의 탑재부 (12) 에 금속 도체 페이스트층 (2), 그 바로 아래의 탑재면 (11) 에서부터 비탑재면 (13) 에 걸쳐 매설되는 미(未)소성 서멀 비아 (10), 미소성 서멀 비아 (10) 에 접하도록 비탑재면 (13) 에 형성되는 방열용 도체 페이스트층 (15), 금속 도체 페이스트층 (2) 에 전기적으로 도통되지 않는 탑재면 (11) 상의 2 지점에 배선 도체 페이스트층 (4), 배선 도체 페이스트층 (4) 과 하기 비탑재면 (13) 에 형성되는 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5) 을 전기적으로 접속시키기 위한 관통 도체용 페이스트층 (6), 및 비탑재면 (13) 에 배선 도체 페이스트층 (4) 을 관통 도체용 페이스트층 (6) 과 이것을 개재하여 외부 회로와 전기적으로 접속되는 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5) 을 형성하는 공정 (이하, 「도체 페이스트층 형성 공정」이라고 한다),
(C) 상기 금속 도체 페이스트층 (2) 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 및 그 주위 근방을 제외한 탑재면에 스크린 인쇄에 의해 반사막용 페이스트층 (7) 을 형성하는 공정 (이하, 「반사막용 페이스트층 형성 공정」이라고 한다),
(D) 상기 반사막용 페이스트층 (7) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 상기 금속 도체 페이스트층 (2) 및 그 주위 근방과, 상기 배선 도체 페이스트층 (4) 및 그 주위 근방을 제외하도록 탑재면 (11) 에 오버코트 유리 페이스트층 (8) 을 형성하여 미소결 발광 소자 탑재용 기판을 얻는 공정 (이하, 「오버코트 유리 페이스트층 형성 공정」이라고 한다),
(E) 상기 미소결 발광 소자 탑재용 기판을 800 ∼ 930 ℃ 에서 소성하는 공정 (이하, 소성 공정이라고 한다),
(F) 상기 금속 도체층 (2) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 1 도전성 보호층 (3) 을, 그리고 상기 배선 도체 (4) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 2 도전성 보호층 (9) 을 형성하는 공정 (도전성 보호층 형성 공정).
(A) 본체용 그린 시트 제작 공정
본체용 그린 시트 (1) 는, 유리 분말 (기판 본체용 유리 분말) 과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물에 바인더, 필요에 따라 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 조제하고, 이것을 닥터 블레이드법 등에 의해 시트 형상으로 성형하고, 건조시킴으로써 제조할 수 있다. 또한, 도 2 에 나타내는 바와 같이 최종적으로 기판 본체 (1) 가 상면에 캐비티를 갖고, 그 바닥면이 탑재면 (11) 을 형성하도록 필요에 따라 복수의 그린 시트를 적층시키거나 하여 본체용 그린 시트 (1) 로 한다.
기판 본체용 유리 분말은 반드시 한정되는 것은 아니지만, 유리 전이점 (Tg) 이 550 ℃ 이상 700 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 유리 전이점 (Tg) 이 550 ℃ 미만인 경우, 탈지가 곤란해질 우려가 있고, 700 ℃ 를 초과하는 경우, 수축 개시 온도가 높아져 치수 정밀도가 저하될 우려가 있다.
또, 800 ℃ 이상 930 ℃ 이하에서 소성했을 때에 결정이 석출되는 것이 바람직하다. 결정이 석출되지 않는 것의 경우, 충분한 기계적 강도를 얻지 못할 우려가 있다. 또한, DTA (시차열 분석) 에 의해 측정되는 결정화 피크 온도 (Tc) 가 880 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 결정화 피크 온도 (Tc) 가 880 ℃ 를 초과하는 경우, 치수 정밀도가 저하될 우려가 있다.
이와 같은 기판 본체용 유리 분말로는, 예를 들어 SiO2 를 57 ㏖％ 이상 65 ㏖％ 이하, B2O3 를 13 ㏖％ 이상 18 ㏖％ 이하, CaO 를 9 ㏖％ 이상 23 ㏖％ 이하, Al2O3 를 3 ㏖％ 이상 8 ㏖％ 이하, K2O 및 Na2O 에서 선택되는 적어도 일방을 합계로 0.5 ㏖％ 이상 6 ㏖％ 이하 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 것을 사용함으로써 본체 기판 표면의 평탄도를 향상시키는 것이 용이해진다.
여기에서, SiO2 는 유리의 네트워크 포머가 된다. SiO2 의 함유량이 57 ㏖％ 미만인 경우, 안정적인 유리를 얻는 것이 어렵고, 또한 화학적 내구성도 저하될 우려가 있다. 한편, SiO2 의 함유량이 65 ㏖％ 를 초과하는 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. SiO2 의 함유량은 바람직하게는 58 ㏖％ 이상, 보다 바람직하게는 59 ㏖％ 이상, 특히 바람직하게는 60 ㏖％ 이상이다. 또, SiO2 의 함유량은 바람직하게는 64 ㏖％ 이하, 보다 바람직하게는 63 ㏖％ 이하이다.
B2O3 는 유리의 네트워크 포머가 된다. B2O3 의 함유량이 13 ㏖％ 미만인 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, B2O3 의 함유량이 18 ㏖％ 를 초과하는 경우, 안정적인 유리를 얻는 것이 어렵고, 또한 화학적 내구성도 저하될 우려가 있다. B2O3 의 함유량은 바람직하게는 14 ㏖％ 이상, 보다 바람직하게는 15 ㏖％ 이상이다. 또, B2O3 의 함유량은 바람직하게는 17 ㏖％ 이하, 보다 바람직하게는 16 ㏖％ 이하이다.
Al2O3 는 유리의 안정성, 화학적 내구성 및 강도를 높이기 위해 첨가된다. Al2O3 의 함유량이 3 ㏖％ 미만인 경우, 유리가 불안정해질 우려가 있다. 한편, Al2O3 의 함유량이 8 ㏖％ 를 초과하는 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. Al2O3 의 함유량은 바람직하게는 4 ㏖％ 이상, 보다 바람직하게는 5 ㏖％ 이상이다. 또, Al2O3 의 함유량은 바람직하게는 7 ㏖％ 이하, 보다 바람직하게는 6 ㏖％ 이하이다.
CaO 는 유리의 안정성이나 결정의 석출성을 높임과 함께 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 을 저하시키기 위해 첨가된다. CaO 의 함유량이 9 ㏖％ 미만인 경우, 유리 용융 온도가 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, CaO 의 함유량이 23 ㏖％ 를 초과하는 경우, 유리가 불안정해질 우려가 있다. CaO 의 함유량은 바람직하게는 12 ㏖％ 이상, 보다 바람직하게는 13 ㏖％ 이상, 특히 바람직하게는 14 ㏖％ 이상이다. 또, CaO 의 함유량은 바람직하게는 22 ㏖％ 이하, 보다 바람직하게는 21 ㏖％ 이하, 특히 바람직하게는 20 ㏖％ 이하이다.
K2O, Na2O 는 유리 전이점 (Tg) 을 저하시키기 위해 첨가된다. K2O 및 Na2O 를 합계한 함유량이 0.5 ㏖％ 미만인 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, K2O 및 Na2O 를 합계한 함유량이 6 ㏖％ 를 초과하는 경우, 화학적 내구성, 특히 내산성이 저하될 우려가 있고, 전기적 절연성도 저하될 우려가 있다. K2O 및 Na2O 를 합계한 함유량은 0.8 ㏖％ 이상 5 ㏖％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 기판 본체용 유리 분말은 반드시 상기 성분만으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 유리 전이점 (Tg) 등의 여러 특성을 만족시키는 범위에서 다른 성분을 함유할 수 있다. 다른 성분을 함유하는 경우, 그 합계한 함유량은 10 ㏖％ 이하인 것이 바람직하다.
기판 본체용 유리 분말은 상기한 바와 같은 유리 조성을 갖는 유리를 용융 법에 의해 제조하고, 건식 분쇄법이나 습식 분쇄법에 의해 분쇄함으로써 얻을 수 있다. 습식 분쇄법의 경우, 용매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 분쇄는, 예를 들어 롤 밀, 볼 밀, 제트 밀 등의 분쇄기를 사용할 수 있다.
기판 본체용 유리 분말의 50 ％ 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 기판 본체용 유리 분말의 50 ％ 입경이 0.5 ㎛ 미만인 경우, 유리 분말이 응집되기 쉬워 취급이 곤란해짐과 함께 균일하게 분산시키기 곤란해진다. 한편, 기판 본체용 유리 분말의 50 ％ 입경이 2 ㎛ 를 초과하는 경우, 유리 연화 온도의 상승이나 소결 부족이 발생할 우려가 있다. 입경의 조정은, 예를 들어 분쇄 후에 필요에 따라 분급함으로써 실시할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 입경은 레이저 회절·산란법에 의한 입자경 측정 장치에 의해 얻어지는 값을 말한다.
한편, 세라믹스 필러로는 종래부터 LTCC 기판의 제조에 사용되는 것을 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들어 알루미나 분말, 지르코니아 분말, 또는 알루미나 분말과 지르코니아 분말의 혼합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 세라믹스 필러의 50 ％ 입경 (D50) 은, 예를 들어 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 기판 본체용 유리 분말과 세라믹스 필러를, 예를 들어 기판 본체용 유리 분말이 30 질량％ 이상 50 질량％ 이하, 세라믹스 필러가 50 질량％ 이상 70 질량％ 이하가 되도록 배합, 혼합함으로써 유리 세라믹스 조성물을 얻을 수 있다. 또, 이 유리 세라믹스 조성물에 바인더, 필요에 따라 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가함으로써 슬러리를 얻을 수 있다.
바인더로는, 예를 들어 폴리비닐부티랄, 아크릴 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 가소제로는, 예를 들어 프탈산디부틸, 프탈산디옥틸, 프탈산부틸벤질 등을 사용할 수 있다. 또, 용제로는 톨루엔, 자일렌, 2-프로판올, 2-부탄올 등의 유기 용제를 바람직하게 사용할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 슬러리를 닥터 블레이드법 등에 의해 시트 형상으로 성형하여 건조시키고, 필요에 따라 복수의 그린 시트를 적층시키거나 하는 작업 순서로 상면에 캐비티를 갖고, 그 캐비티 바닥면이 탑재면 (11) 을 구성하는 본체용 그린 시트 (1) 를 제조할 수 있다.
(B) 도체 페이스트층 형성 공정
이어서, 이와 같이 하여 얻어진 본체용 그린 시트 (1) 의 대략 중앙부에 위치하는 탑재부 (12) 에 탑재부와 거의 동일한 위치에 금속 도체 페이스트층 (2), 그 바로 아래의 탑재면 (11) 에서부터 비탑재면 (13) 에 걸쳐 매설되는 미소성 서멀 비아 (10), 미소성 서멀 비아 (10) 에 접하도록 비탑재면 (13) 에 형성되는 방열용 도체 페이스트층 (15), 금속 도체 페이스트층 (2) 에 전기적으로 도통하지 않는 탑재면 (11) 상의 2 지점에 배선 도체 페이스트층 (4), 배선 도체 페이스트층 (4) 과 하기 비탑재면 (13) 에 형성되는 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5) 을 전기적으로 접속시키기 위한 관통 도체용 페이스트층 (6), 및 비탑재면 (13) 에 배선 도체 페이스트층 (4) 을 관통 도체용 페이스트층 (6) 과 이것을 개재하여 외부 회로와 전기적으로 접속시키는 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5) 을 소정의 크기, 형상으로 형성한다. 이하, 이와 같이 각종 도체 페이스트층이 형성된 본체용 그린 시트를 도체 페이스트층이 형성된 본체용 그린 시트 (1) 라고 한다.
금속 도체 페이스트층 (2), 배선 도체 페이스트층 (4), 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5), 및 관통 도체용 페이스트층 (6), 미소성 서멀 비아 (10), 방열용 도체 페이스트층 (15) 의 형성 방법으로는, 스크린 인쇄법에 의해 도체 페이스트를 도포, 충전시키는 방법을 들 수 있다. 형성되는 금속 도체 페이스트층 (2), 배선 도체 페이스트층 (4), 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5), 방열용 도체 페이스트층 (15) 의 막 두께는, 최종적으로 얻어지는 금속 도체층, 배선 도체, 외부 전극 단자, 방열용 도체 등의 막 두께가 소정의 막 두께가 되도록 조정된다.
도체 페이스트로는, 예를 들어 구리, 은, 금 등을 주성분으로 하는 금속 분말에 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상(狀)으로 한 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 분말로는 은으로 이루어지는 금속 분말, 은과 백금 또는 팔라듐으로 이루어지는 금속 분말이 바람직하게 사용된다.
(C) 반사막용 페이스트층 형성 공정
(C) 반사막용 페이스트층 형성 공정에 있어서는, 상기에서 얻어진 도체 페이스트층이 형성된 본체용 그린 시트 (1) 의 탑재면 (11) 의 금속 도체 페이스트층 (2) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방을 제외하도록 스크린 인쇄에 의해 반사막이 되는 반사성을 갖는 재료를 함유하는 반사막용 페이스트층 (7) 을 형성시킨다. 또한, (C) 반사막용 페이스트층 형성 공정은, 예를 들어 배선 도체 페이스트와 반사막용 페이스트가 동일한 페이스트 재료로 구성되는 경우 등에는, 상기 (B) 공정의 금속 도체 페이스트층 (2) 및 배선 도체 페이스트층 (4) 의 형성과 동시에 실시할 수도 있다.
상기 스크린 인쇄에 사용하는 반사막용 페이스트는, 반사막을 구성하는 반사성을 갖는 재료를 함유하는 페이스트이다. 이와 같은 재료로는 상기한 바와 같이, 은, 은 팔라듐 혼합물, 은 백금 혼합물 등을 들 수 있는데, 상기의 이유에 의해 은이 바람직하게 사용된다. 반사막용 페이스트는, 이와 같은 재료를 주성분으로 하는 금속 분말에 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다. 형성되는 반사막용 페이스트층 (7) 의 막 두께는, 최종적으로 얻어지는 반사막 (7) 의 막 두께가 상기 원하는 막 두께가 되도록 조정된다.
(D) 오버코트 유리 페이스트층 형성 공정
(D) 오버코트 유리 페이스트층 형성 공정에 있어서는, 상기 탑재면 (11) 상에, 상기 (C) 공정에서 형성된 반사막용 페이스트층 (7) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 상기 (B) 공정에서 형성된, 금속 도체 페이스트층 (2) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 및 그 주위 근방을 제외하도록 스크린 인쇄에 의해 오버코트 유리 페이스트층 (8) 이 형성된다. 이로써 미소결 발광 소자 탑재용 기판이 얻어진다.
오버코트 유리 페이스트는, 유리 분말 (유리막용 유리 분말) 에 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다. 형성되는 오버코트 유리 페이스트층 (8) 의 막 두께는, 최종적으로 얻어지는 오버코트 유리막 (8) 의 막 두께가 상기 원하는 막 두께가 되도록 조정된다.
오버코트 유리막용 유리 분말로는, (D) 공정 후에 이어서 행해지는 (E) 공정에서의 소성에 의해 막 형상의 유리를 얻을 수 있는 것이면 되고, 그 50 ％ 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또, 오버코트 유리막 (8) 의 표면 거칠기 (Ra) 는, 예를 들어 이 오버코트 유리막용 유리 분말의 입도에 의해 조정할 수 있다. 즉, 오버코트 유리막용 유리 분말로서 소성시에 충분히 용융되고, 유동성이 우수한 것을 사용함으로써 표면 거칠기 (Ra) 를 작게 할 수 있다.
(E) 소성 공정
상기 (D) 공정 후, 얻어진 미소결 발광 소자 탑재용 기판에 대해 필요에 따라 바인더 등을 제거하기 위한 탈지를 실시하고, 유리 세라믹스 조성물 등을 소결 시키기 위한 소성을 실시한다.
탈지는, 예를 들어 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 10 시간 이하 유지함으로써 실시할 수 있다. 탈지 온도가 500 ℃ 미만 혹은 탈지 시간이 1 시간 미만인 경우, 바인더 등을 충분히 제거하지 못할 우려가 있다. 한편, 탈지 온도는 600 ℃ 정도, 탈지 시간은 10 시간 정도로 하면 충분히 바인더 등을 제거할 수 있고, 이것을 초과하면 오히려 생산성 등이 저하될 우려가 있다.
또, 소성은 기체 본체의 치밀한 구조의 획득과 생산성을 고려하여, 800 ℃ ∼ 930 ℃ 의 온도 범위에서 적절히 시간을 조정함으로써 실시할 수 있다. 구체적으로는, 850 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도에서 20 분 이상 60 분 이하 유지함으로써 실시하는 것이 바람직하고, 특히 860 ℃ 이상 880 ℃ 이하의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 800 ℃ 미만에서는, 기체 본체가 치밀한 구조의 것으로서 얻어지지 못할 우려가 있다. 한편, 소성 온도는 930 ℃ 를 초과하면 기체 본체가 변형되는 등 생산성 등이 저하될 우려가 있다. 또, 상기 도체 페이스트나 반사막용 페이스트로서, 은을 주성분으로 하는 금속 분말을 함유하는 금속 페이스트를 사용한 경우, 소성 온도가 880 ℃ 를 초과하면, 과도하게 연화되기 때문에 소정 형상을 유지하지 못하게 될 우려가 있다.
(F) 도전성 보호층 형성 공정
이와 같이 하여 미소결 발광 소자 탑재용 기판이 소성되고, 얻어진 소성 기판에 대해, 상기 금속 도체층 (2) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 1 도전성 보호층 (3) 이, 그리고 상기 배선 도체 (4) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 2 도전성 보호층 (9) 이 소정의 크기 및 형상으로 형성된다. 이로써, 본 발명의 발광 장치의 제조에 사용하는 발광 소자 탑재용 LTCC 기판이 얻어진다.
이하에 제 1 도전성 보호층 (3) 및 제 2 도전성 보호층 (9) 의 구체적인 형성 방법으로서, 본 발명의 발광 장치에서 바람직한, 니켈 (Ni) 도금을 실시한 후에 금 (Au) 도금을 실시함으로써 얻어지는 Ni/Au 도금층의 형성 방법을 설명한다.
니켈 도금은, 예를 들어 술파민산니켈욕을 사용하여 전해 도금에 의해 3 ∼ 20 ㎛ 의 두께로 형성된다. 금 도금은, 예를 들어 시안화금칼륨욕을 사용하여 전해 도금에 의해 0.1 ∼ 1.0 ㎛ 의 두께로 형성할 수 있다.
이상, 발광 소자 탑재용 LTCC 기판의 제조 방법에 대해 설명하였는데, 본체용 그린 시트 (1) 는 반드시 단일의 그린 시트로 이루어질 필요는 없고, 복수 장의 그린 시트를 적층시킨 것이어도 된다. 또, 각 부의 형성 순서 등에 대해서도 발광 소자 탑재용 LTCC 기판을 제조할 수 있는 한도에서 적절히 변경할 수 있다.
(2) 알루미나 기판을 사용한 발광 장치
알루미나 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치는, 상기 LTCC 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치와 부재의 구성 재료를 제외한 구성은 동일한 구성으로 할 수 있다.
기판 본체에 대해서는, 통상의 알루미나 기판을 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 알루미나 기판은 소성 온도가 1400 ∼ 1700 ℃ 로 상기 LTCC 기판과 비교하여 고온이기 때문에, 발광 소자 탑재용 기판으로서, 알루미나 기판 본체의 소성시에 금속 도체층 (2), 배선 도체 (4), 반사막 (7), 서멀 비아 (10), 외부 전극 단자 (5), 관통 도체 (6) 등의 금속층을 동시에 형성시키는 경우에는, 도체가 되는 금속으로서 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 금속을 사용한다. 또, 절연성 보호층 (8) 에 대해서는, 유리의 경우에는 상기 LTCC 기판에 사용하는 것과 조성을 바꿈으로써 고온 소성에 적용할 수 있다.
또, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 금속이 아니라 열 전도성이나 반사성이 양호한 은, 구리 등의 저융점의 금속을 사용하는 경우에는, 그린 시트를 소성에 의해 알루미나 기판으로서 형성한 후, 기판 상의 원하는 위치에 스크린 인쇄법, 스퍼터 증착법이나 잉크젯 도포법 등의 방법을 조합함으로써 금속 도체층 (2), 배선 도체 (4), 반사막 (7), 서멀 비아 (10), 외부 전극 단자 (5), 관통 도체 (6) 등의 금속층으로서 형성할 수 있다. 이들은 각 부재마다 바람직한 금속이 선택되며, 소성시에 형성될지 또는 소성 후에 형성될지가 적절히 선택된다. 또, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 부재에 따라서는 고융점 금속을 제 1 층, 저융점 금속을 제 2 층으로서 적층시킨 것을 금속층으로 할 수도 있다.
또한, 절연성 보호층 (8) 은 반사층 (7) 을 소성과 동시에 형성시키는 경우에는, 상기와 같은 고온 소성할 수 있는 유리를 사용하여 기판 소성시에 형성할 수 있지만, 반사막 (7) 을 소성한 후에 별도로 형성하는 경우에는, 가능하면 그 때에 함께 또는 별도의 공정에서 형성시킬 수도 있다. 이 경우에는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 수지에 의한 절연성 보호층 (8) 을 형성할 수 있다.
본 발명의 발광 장치에 사용되는 발광 소자 탑재용 알루미나 기판 (그린 시트의 소성 후에 금속층을 형성하는 타입) 의 제조 방법을 공정별로 이하에 나타낸다.
(a) 본체용 그린 시트의 제조 공정
본체용 그린 시트 (1) 는, 알루미나 분말과 소결 보조제를 함유하는 알루미나 조성물에 바인더, 필요에 따라 가소제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 조제하고, 이것을 닥터 블레이드법 등에 의해 시트 형상으로 성형하고, 건조시킴으로써 형성할 수 있다.
알루미나 분말의 50 ％ 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 알루미나 분말의 D50 이 0.5 ㎛ 미만인 경우에는, 알루미나 분말이 응집되기 쉬워 취급이 곤란해질 뿐만 아니라, 균일하게 분산시키기 곤란해진다. 한편, D50 이 2 ㎛ 를 초과하는 경우에는, 소결 부족이 발생할 우려가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 입경은 레이저 회절·산란법에 의한 입경 측정 장치에 의해 얻어진다.
소결 보조제로는 종래부터 알루미나 기판의 제조에 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2 와 알칼리 토금속 산화물의 혼합물, 희토류 원소 산화물 (특히, Y2O3 를 주요 성분으로 하는 Y2O3 계 보조제) 을 바람직하게 사용할 수 있다. 소결 보조제의 D50 은 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
예를 들어 알루미나 분말이 80 질량％ 이상 99 질량％ 이하, 소결 보조제가 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하가 되도록 배합하고 혼합함으로써 알루미나 조성물을 얻을 수 있고, 이 알루미나 조성물에 바인더, 필요에 따라 가소제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 얻는다.
바인더로는, 예를 들어 폴리비닐부티랄, 아크릴 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 가소제로는, 예를 들어 프탈산디부틸, 프탈산디옥틸, 프탈산부틸벤질 등을 사용할 수 있다. 또, 용제로는 톨루엔, 자일렌, 부탄올 등의 방향족계 또는 알코올계의 유기 용제를 사용할 수 있다. 또한 분산제나 레벨링제를 병용할 수도 있다.
이렇게 하여 형성된 본체용 그린 시트 (1) 를 타발 (打拔) 형 혹은 천공기를 사용하여 소정의 치수각으로 절단하고, 동시에 소정 위치에 관통 도체용 및 서멀 비아용 관통공을 타발하여 형성한다.
(b) 본체용 그린 시트의 소성 공정
미소성의 본체용 그린 시트 (1) 를 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도에서 가열함으로써 본체용 그린 시트 (1) 에 함유되는 수지 등의 바인더를 분해·제거하는 탈지를 실시한다. 미소성의 본체용 그린 시트를 적층시키는 경우에는, 위치를 맞추면서 복수 장 중첩시켜 가열 및 가압하여 일체화시킨 후, 상기한 탈지를 실시한다. 그 후, 추가로 1100 ∼ 1600 ℃ 정도의 온도에서 가열하고, 본체용 그린 시트 (1) 를 구성하는 알루미나 조성물을 소성하여 알루미나 기판으로 한다.
(c) 도체 페이스트층 형성 공정
이 알루미나 기판의 표면에, 도체 페이스트를 스크린 인쇄 등의 방법으로 인쇄함으로써 금속 도체 페이스트층 (2), 배선 도체 페이스트층 (4), 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5) 및 방열용 도체 페이스트층 (15) 을 형성한다. 또, 상기 관통공 내에 도체 페이스트를 충전시킴으로써, 관통 도체용 페이스트층 (6) 및 미소성 서멀 비아층 (10) 을 형성한다. 도체 페이스트로는, 예를 들어 은 (Ag) 또는 구리 (Cu) 를 주성분으로 하는 금속 분말에 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상으로 한 것을 사용한다. 금속 분말로는 은 (Ag) 분말, 은과 팔라듐의 혼합 분말, 은과 백금의 혼합 분말 등이 바람직하게 사용된다. 또한, 본 발명에 있어서는 금속층과 알루미나 기판의 접착력을 충분히 확보하기 위해서 소량의 유리 플릿을 배합한 도체 페이스트를 사용해도 된다.
(d) 반사막용 페이스트층 형성 공정
상기에서 얻어진 도체 페이스트층이 형성된 본체용 그린 시트 (1) 의 탑재면 (11) 의 금속 도체 페이스트층 (2) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방을 제외하도록 스크린 인쇄에 의해 반사막이 되는 반사성을 갖는 재료를 함유하는 반사막용 페이스트층 (7) 을 형성시킨다. 또한, 반사막용 페이스트층 형성 공정은, 예를 들어 배선 도체 페이스트와 반사막용 페이스트가 동일한 페이스트 재료로 구성되는 경우 등에는, 상기 (c) 공정의 금속 도체 페이스트층 (2) 및 배선 도체 페이스트층 (4) 의 형성과 동시에 실시할 수도 있다.
상기 스크린 인쇄에 사용하는 반사막용 페이스트 (7) 는, 반사막을 구성하는 반사성을 갖는 재료를 함유하는 페이스트이다. 이와 같은 재료로는 상기와 같이, 은, 은 팔라듐 혼합물, 은 백금 혼합물 등을 들 수 있는데, 상기 이유에 의해 은이 바람직하게 사용된다. 반사막용 페이스트 (7) 는 이와 같은 재료를 주성분으로 하는 금속 분말에 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다. 형성되는 반사막용 페이스트층 (7) 의 막 두께는, 최종적으로 얻어지는 반사막 (7) 의 막 두께가 상기 원하는 막 두께가 되도록 조정된다.
(e) 오버코트 유리 페이스트층 형성 공정
상기 탑재면 (11) 상에, 상기 (d) 공정에서 형성된 반사막용 페이스트층 (7) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 상기 (c) 공정에서 형성된, 금속 도체 페이스트층 (2) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 및 그 주위 근방을 제외하도록 스크린 인쇄에 의해 오버코트 유리 페이스트층 (8) 이 형성된다.
오버코트 유리 페이스트는 유리 분말 (유리막용 유리 분말) 에 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라 용제 등을 첨가하여 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다. 형성되는 오버코트 유리 페이스트층 (8) 의 막 두께는, 최종적으로 얻어지는 오버코트 유리막 (8) 의 막 두께가 상기 원하는 막 두께가 되도록 조정된다.
오버코트 유리막용 유리 분말로는, (e) 공정 후에 이어서 행해지는 (f) 공정에서의 소성에 의해 막 형상의 유리를 얻을 수 있는 것이면 되고, 그 50 ％ 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또, 오버코트 유리막 (8) 의 표면 거칠기 (Ra) 는, 예를 들어 이 오버코트 유리막용 유리 분말의 입도에 의해 조정할 수 있다. 즉, 오버코트 유리막용 유리 분말로서 소성시에 충분히 용융되고, 유동성이 우수한 것을 사용함으로써 표면 거칠기 (Ra) 를 작게 할 수 있다.
(f) 재소성 공정
(c) 공정, (d) 공정 및 (e) 공정에서 형성한 페이스트층을 800 ℃ ∼ 930 ℃ 의 온도 범위에서 적절히 시간을 조정함으로써 재소성을 실시할 수 있다. 소성 온도가 800 ℃ 미만에서는, 금속층이나 오버코트 유리막의 소결이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 930 ℃ 를 초과하면, 금속층이나 오버코트층이 연화 유동하여 소정 형상을 저해하여 배선 불량이나 방열 불량 등을 일으킬 우려가 있다. 상기 도체 페이스트나 반사막용 페이스트로서, 은을 주성분으로 하는 금속 분말을 함유하는 금속 페이스트를 사용한 경우에는, 그 상한을 880 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.
(g) 도전성 보호층 형성 공정
이와 같이 하여 얻어진 소성 기판에 대해, 상기 금속 도체층 (2) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 1 도전성 보호층 (3) 이, 그리고 상기 배선 도체 (4) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 제 2 도전성 보호층 (9) 이 소정의 크기 및 형상으로 형성된다. 이로써, 본 발명의 발광 장치의 제조에 사용하는 발광 소자 탑재용 LTCC 기판이 얻어진다.
이하에 제 1 도전성 보호층 (3) 및 제 2 도전성 보호층 (9) 의 구체적인 형성 방법으로서, 본 발명의 발광 장치에서 바람직한, 니켈 (Ni) 도금을 실시한 후, 금 (Au) 도금을 실시함으로써 얻어지는 Ni/Au 도금층의 형성 방법을 설명한다.
니켈 도금은, 예를 들어 술파민산니켈욕을 사용하여 전해 도금에 의해 3 ∼ 20 ㎛ 의 두께로 형성된다. 금 도금은, 예를 들어 시안화금칼륨욕을 사용하여 전해 도금에 의해 0.1 ∼ 1.0 ㎛ 의 두께로 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 발광 장치의 실시형태에 대해 예를 들어 설명하였는데, 본 발명의 발광 장치는 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지에 반하지 않는 한도에서, 또한 필요에 따라 그 구성을 적절히 변경할 수 있다.
실시예
이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
이하에 설명하는 방법에 의해 도 1 및 도 2 에 나타내는 것과 동일한 구조의 LTCC 기판을 사용한 시험용 발광 장치를 제작하였다. 또한, 상기와 마찬가지로 소성 전후에서 부재에 사용하는 부호는 동일한 것을 사용하였다.
먼저, 발광 소자 탑재용 기판의 본체 LTCC 기판 (1) 을 제작하기 위한 본체용 그린 시트 (1) 를 제작하였다. 본체용 그린 시트 (1) 는, SiO2 가 60.4 ㏖％, B2O3 가 15.6 ㏖％, Al2O3 가 6 ㏖％, CaO 가 15 ㏖％, K2O 가 1 ㏖％, Na2O 가 2 ㏖％ 가 되도록 원료를 배합, 혼합하고, 이 원료 혼합물을 백금 도가니에 넣고 1600 ℃ 에서 60 분간 용융시킨 후, 이 용융 상태의 유리를 흘려 냉각시켰다. 이 유리를 알루미나제 볼 밀에 의해 40 시간 분쇄하여 기판 본체용 유리 분말을 제조하였다. 또한, 분쇄시의 용매로는 에틸알코올을 사용하였다.
이 기판 본체용 유리 분말이 40 질량％, 알루미나 필러 (쇼와 전공사 제조, 상품명 : AL-45H) 가 60 질량％ 가 되도록 배합하고, 혼합함으로써 유리 세라믹스 조성물을 제조하였다. 이 유리 세라믹스 조성물 50 g 에 유기 용제 (톨루엔, 자일렌, 2-프로판올, 2-부탄올을 질량비 4 : 2 : 2 : 1 로 혼합한 것) 15 g, 가소제 (프탈산디-2-에틸헥실) 2.5 g, 바인더로서의 폴리비닐부티랄 (덴카사 제조, 상품명 : PVK＃3000K) 5 g, 추가로 분산제 (빅케미사 제조, 상품명 : BYK180) 를 배합하고, 혼합하여 슬러리를 조제하였다.
이 슬러리를 PET 필름 상에 닥터 블레이드법에 의해 도포하고, 건조시킨 그린 시트를 적층시켜 대략 평판 형상으로서 상면에 바닥면이 대략 원형인 탑재면을 구성하는 캐비티를 갖고, 소성 후의 캐비티의 바닥면에 있어서의 두께가 0.4 ㎜ 가 되는 본체용 그린 시트를 제조하였다.
한편, 도전성 분말 (다이켄 화학 공업사 제조, 상품명 : S550), 비히클로서의 에틸셀룰로오스를 질량비 85 : 15 의 비율로 배합하고, 고형분이 85 질량％ 가 되도록 용제로서의
Figure pat00001
테르피네올에 분산시킨 후, 자기 막자 사발 중에서 1 시간 혼련시키고, 추가로 3 개 롤로 3 회 분산시켜 금속 페이스트를 제조하였다.
본체용 그린 시트 (1) 의 관통 도체 (6) 및 서멀 비아 (10) 에 상당하는 부분에 천공기를 사용하여 관통 도체 (6) 용으로서 직경 0.3 ㎜ 의 원기둥 형상의, 서멀 비아 (10) 용으로서 1.3×1.3 ㎜ 의 각기둥 형상의 관통공을 형성하고, 스크린 인쇄법에 의해 금속 페이스트를 충전시켜 미소성 관통 도체 페이스트층 (6), 미소성 서멀 비아 (10) 를 형성하였다.
본체용 그린 시트 (1) 의 탑재부 (12) 에 금속 도체 페이스트층 (2), 탑재면 (11) 에 배선 도체 페이스트층 (4), 비탑재면 (13) 에 외부 전극 단자용 도체 페이스트층 (5), 방열용 도체 페이스트층 (15) 을 형성하여, 도체 페이스트층이 형성된 본체용 그린 시트 (1) 를 얻었다.
도체 페이스트층이 형성된 본체용 그린 시트 (1) 의 탑재면 (11) 의 금속 도체 페이스트층 (2) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방을 제외하도록 스크린 인쇄에 의해 소성 후의 막 두께가 10 ㎛ 가 되도록 은 반사막용 페이스트층 (7) 을 형성하였다. 그 위에 상기 은 반사막용 페이스트층 (7) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 상기 금속 도체 페이스트층 (2) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방과, 배선 도체 페이스트층 (4) 이 형성된 영역 및 그 주위 근방을 제외하도록 오버코트 유리 페이스트층 (8) 을 소성 후의 막 두께가 20 ㎛ 가 되도록 스크린 인쇄법에 의해 형성하여 미소성 발광 소자 탑재용 기판으로 하였다.
또한, 상기 은 반사막용 페이스트는, 은 분말 (다이켄 화학 공업사 제조, 상품명 : S400-2) 과, 비히클로서의 에틸셀룰로오스를 질량비 90 : 10 의 비율로 배합하고, 고형분이 87 질량％ 가 되도록 용제로서의
Figure pat00002
테르피네올에 분산시킨 후, 자기 막자 사발 중에서 1 시간 혼련시키고, 추가로 3 개 롤로 3 회 분산시켜 제조하였다. 또, 상기 오버코트 유리 페이스트의 조제에 사용한 유리막용 유리 분말은, 이하와 같이 하여 제조하였다. 먼저, SiO2 가 81.6 ㏖％, B2O3 가 16.6 ㏖％, K2O 가 1.8 ㏖％ 가 되도록 원료를 배합, 혼합하고, 이 원료 혼합물을 백금 도가니에 넣고 1600 ℃ 에서 60 분간 용융시킨 후, 이 용융 상태의 유리를 흘려 냉각시켰다. 이 유리를 알루미나제 볼 밀에 의해 8 ∼ 60 시간 분쇄하여 유리막용 유리 분말로 하였다.
이 오버코트 유리막용 유리 분말이 60 질량％, 수지 성분 (에틸셀룰로오스와
Figure pat00003
테르피네올을 질량비로 85 : 15 의 비율로 함유하는 것) 이 40 질량％ 가 되도록 배합한 후, 자기 막자 사발 중에서 1 시간 혼련시키고, 추가로 3 개 롤에서 3 회 분산시킴으로써 오버코트 유리 페이스트를 조제하였다.
상기에서 얻어진 미소성 발광 소자 탑재용 기판을 550 ℃ 에서 5 시간 유지하여 탈지를 실시하고, 추가로 870 ℃ 에서 30 분간 유지하여 소성을 실시하였다. 얻어진 소성 발광 소자 탑재용 기판의 탑재면 (11) 의 금속 도체층 (2) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록, 그리고 배선 도체 (4) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록, 오버코트 유리막 (8) 의 단 가장자리에 접하는 Ni/Au 도금층 (3) (1.315 ㎜×1.315 ㎜) 및 Ni/Au 도금층 (9) 을 형성하였다. 또한, Ni/Au 도금층의 형성은, 술파민산니켈욕을 사용한 전해 도금에 의해 7 ㎛ 두께의 Ni 도금막을 형성하고, 그 표면에 시안화금칼륨욕을 사용한 전해 도금에 의해 0.3 ㎛ 두께의 Au 도금막을 형성함으로써 이루어졌다.
상기에서 제작한 발광 소자 탑재용 기판의 탑재부 (12) 상의 금속 도체층 (2)/Ni/Au 도금층 (3) 상에, 금속막 (32) 을 갖는 발광 다이오드 소자 (30) (에피스타사 제조, 상품명 : ES-CEBLV45 : 1.14 ㎜×1.14 ㎜) 를 금속막 (32) 면을 아래로 하여 Au 20 wt％-Sn 80 wt％ 의 땜납에 의해 고정시켰다. 이 때, Ni/Au 도금층 (3) 상의 발광 다이오드 소자 (30) 가 탑재되어 있지 않은 비탑재 영역 (14) 의 폭 (도 1, 2 중에 w 로 나타낸다) 은 4 변 모두 87.5 ㎛ 였다. 이어서, 발광 다이오드 소자 (30) 가 갖는 1 쌍의 전극 (도시 생략) 을 본딩 와이어 (22) 에 의해 각각 배선 도체 (4) 상의 Ni/Au 도금층 (9) 에 전기적으로 접속시켰다.
또한, 봉지제 (신에츠 화학 공업사 제조, 상품명 : SCR-1016A) 를 사용하여 도 2 에 나타내는 봉지층 (23) 을 구성하도록 봉지하여 발광 장치 (20) 를 얻었다. 봉지제로는 형광체 (카세이 옵토닉스 주식회사 제조, 상품명 P46-Y3) 를 봉지제에 대해 20 질량％ 함유한 것을 사용하였다.
[실시예 2]
실시예 1 과 동일한 유리 분말을 사용하여, 이 유리 분말이 38 질량％, 알루미나 필러 (쇼와 전공사 제조, 상품명 : AL-45H) 가 38 질량％, 지르코니아 필러 (다이이치 희원소 화학 공업사 제조, 상품명 : HSY-3F-J) 가 24 질량％ 가 되도록 배합하고, 혼합함으로써 유리 세라믹스 조성물을 제조하고, 그 밖은 실시예 1 과 동일하게 하여 발광 장치를 제작하였다.
[비교예]
상기 실시예 1 에 있어서 발광 다이오드 소자의 고정을 Au 20 wt％-Sn 80 wt％ 의 땜납으로 바꾸고, 실리콘 다이본드재 (신에츠 화학 공업사 제조, 상품명 : KER-3000-M2) 를 사용하여 실시한 것 이외에는, 모두 실시예 1 과 동일하게 하여 종래 구성의 발광 장치를 비교예로서 제작하였다.
＜평가＞
상기 실시예 1, 2 및 비교예에서 얻어진 발광 장치에 대해 이하의 방법으로 전체 광속량과 열 저항을 측정하였다.
[전체 광속량]
발광 장치의 전체 광속량 측정은, LED 전체 광속 측정 장치 (스펙트라코프사 제조, 상품명 : SOLIDLAMBDA·CCD·LED·MONITOR·PLUS) 를 사용하여 실시하였다. 적분구는 6 인치, 전압/전류 발생기로는 아도반테스트사 제조의 R6243 을 사용하였다. 또, LED 소자에는 350 ㎃ 를 인가하여 측정하였다.
[열 저항]
발광 장치에 있어서의 발광 소자 탑재용 기판의 열 저항을 열 저항 측정기 (미네코온 전기사 제조, 상품명 : TH-2167) 를 사용하여 측정하였다. 또한, 인가 전류는 350 ㎃ 로 하고, 전압 강하가 포화되는 시간까지 통전시켜, 강하된 전압과 발광 다이오드 소자의 온도-전압 강하 특성으로부터 유도되는 온도 계수에 의해 포화 온도를 산출하여 열 저항을 구하였다.
결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 결과는 비교예의 종래의 발광 장치에 있어서의 전체 광속량 및 열 저항을 100 ％ 로 했을 때의 백분율로 나타냈다.
전체 광속량 (％) 열 저항 (％)
비교예 100 100
실시예 1 95 50
실시예 2 105 50
실시예 1 에 의해 얻어진 본 발명의 발광 장치는, 종래의 실리콘 다이본드재에 의해 금속막을 갖는 발광 소자를 고정시킨 발광 장치와 비교하여 전체 광속량에 대해서는 동등하게 높은 값을 나타내고, 또한 열 저항에 대해서는 절반의 값으로서 매우 방열성이 우수한 것을 알 수 있다. 또, 실시예 1 의 발광 장치에 있어서 은 반사막은 오버코트 유리막으로 전체면이 피복되어 있음으로써 은 반사막의 시간 경과적인 열화를 방지하고, 장기 사용에 의한 광 취출 효율의 저하가 억제되는 구성으로 되어 있다. 또한, 실시예 2 에 의해 얻어진 본 발명의 발광 장치도 실시예 1 과 동일한 효과가 얻어지고, 또한 반사율이 높은 유리 세라믹스 조성물을 사용함으로써 전체 광속량에 대해서도 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 발광층과 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖는 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서, 고방열성과 광의 높은 반사 효율을 가짐으로써 광 취출 효율이 우수하고, 게다가 시간 경과적인 열화에 의한 광 취출 효율의 저하가 억제된 발광 장치를 제공할 수 있다. 이와 같은 발광 장치는, 예를 들어 휴대 전화나 대형 액정 디스플레이 등의 백라이트, 자동차용 혹은 장식용 조명, 그 밖의 광원으로서도 바람직하다.
1 : 기판 본체
2 : 금속 도체층
3 : 제 1 도전성 보호층 (금속 도체층 보호용)
4 : 배선 도체
5 : 외부 전극 단자
6 : 관통 도체
7 : 반사막
8 : 절연성 보호층
9 : 제 2 도전성 보호층 (배선 도체 보호용)
10 : 서멀 비아
11 : 탑재면
12 : 탑재부
13 : 비탑재면
14 : 비탑재 영역
15 : 방열용 도체
20 : 발광 장치
21 : 도전성 접합재
22 : 본딩 와이어
23 : 봉지층
30 : 발광 소자
31 : 발광층
32 : 금속막

Claims (8)

  1. 일부가 발광 소자가 탑재되는 탑재부가 되는 탑재면을 갖는 무기 절연 재료 로 이루어지는 기판과,
    상기 기판의 탑재부에 형성된 금속 도체층과,
    상기 금속 도체층 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 하기 발광 소자의 금속막보다 대면적이 되도록 형성된 제 1 도전성 보호층과,
    주면에 발광층을, 그리고 주면의 반대측의 면에 반사성의 금속막을 갖고, 그 금속막이 상기 제 1 도전성 보호층에 대향하고 또한 상기 제 1 도전성 보호층의 단 가장자리의 내측에 위치하도록 상기 기판의 탑재부에 탑재된 발광 소자와,
    상기 발광 소자의 상기 금속막과 상기 제 1 도전성 보호층을 접합시키는 도전성 접합재와,
    상기 기판의 탑재면의 적어도 상기 금속 도체층 상에 형성된 제 1 도전성 보호층과 그 주위 근방을 제외한 형태로 형성된 반사막과,
    상기 반사막의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 상기 기판의 탑재면에 형성된 절연성 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탑재부 바로 아래에 상기 기판의 탑재면에서부터 그 탑재면의 반대면인 비탑재면에 걸쳐 형성되고, 상기 기판에 매설된 서멀 비아를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보호층은, 상기 발광 소자가 접합된 영역 주위에 폭 70 ∼ 200 ㎛ 의 비탑재 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 탑재면에 형성된 배선 도체를 갖고, 그 배선 도체와 상기 발광 소자가 본딩 와이어에 의해 전기적으로 접속되고, 상기 반사막이, 상기 금속 도체층 상에 형성된 제 1 도전성 보호층과 그 주위 근방, 및 상기 배선 도체와 그 주위 근방을 제외한 상기 기판의 탑재면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배선 도체 상에 그 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 형성된 제 2 도전성 보호층을 추가로 갖는, 발광 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보호층 및 상기 제 2 도전성 보호층이 금 도금층인, 발광 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사막이 은으로 이루어지고, 또한 상기 절연성 보호층이 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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