(57)【要約】  【課題】  基体本体と金属部との接合強度が高い発光素子実装用基体と、基体本体と金属部との接合強度が高く、信頼性の高い発光装置を提供する。  【解決手段】  セラミック焼結体からなる基体本体20と、銀を含有する金属部２とを有し、前記基体本体20は前記金属部２に対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在すること特徴とするものである。これによって、基体本体20と金属部２との接合強度を高くすることができる。【選択図】  図１
2012070648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、
セラミック焼結体からなる基体本体と、銀を含有する金属部とを有し、前記基体本体の前記金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域が存在することを特徴とする発光素子実装用基体。
【請求項２】
前記金属部が、前記発光素子と電気的に接続される第１の電極および前記第１の電極と電気的に接続されていない反射層の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子実装用基体。
【請求項３】
前記基体本体が、表面に発光素子を実装するための実装部が設けられる実装用部材と、前記実装部を取り囲むように配置された反射部材とを有し、該反射部材は、内周面に銀を含有する前記金属部が前記接合部を介して接合されており、前記金属部に対し前記接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子実装用基体。
【請求項４】
前記基体本体がマグネシウムを含有しており、前記金属部が主成分としての銀と、副成分としてのマグネシウムおよびビスマスとを含有し、前記領域は、銀，マグネシウムおよびビスマスを含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子実装用基体。
【請求項５】
前記領域は、前記金属部側の第１の領域と、該第１の領域に隣接する第２の領域とを有し、前記第１の領域は前記第２の領域よりマグネシウムを多く含むとともに、前記第２の領域は前記第１の領域よりビスマスを多く含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光素子実装用基体。
【請求項６】
前記金属部は、マグネシウムおよびビスマスの合計の含有量が0.5質量％以上、3.0質量％以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の発光素子実装用基体。
【請求項７】
前記基体本体は、主成分として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を９４質量％以上、９７質量％以下の量で含有するとともに、副成分として酸化珪素（ＳｉＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光素子実装用基体。
【請求項８】
前記基体本体の発光素子が実装される表面側における酸化アルミニウム粒子の平均結晶粒径が２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子実装用基体。
【請求項９】
前記基体本体が、前記実装部側の表面側において、前記酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相を有しており、該粒界相の平均幅が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発光素子実装用基体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の発光素子実装用基体に発光素子が実装されてなることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を実装するための発光素子実装用基体および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大量生産が可能な高輝度で消費電力の少ない発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）が注目されている。このＬＥＤをはじめとする発光素子は、一般照明用の光源または電光表示板用の光源、さらには、携帯電話機，パソコンおよびテレビなど液晶を用いた画像表示装置のバックライトとしても広く利用されつつある。【０００３】
このような発光素子を実装するための基板としては、例えば、特許文献１には、発光素子が実装される基体本体の表面側に、Ａｇ、ＡｇＢｉ系合金またはＡｇＮｄ系合金により形成された金属部が設けられている例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010−10279号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された発光素子実装用の基板は、基板本体と金属部との接合強度が低く、金属部が剥離しやすいという課題があった。【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、反射層の接合強度が高い発光素子実装用基体およびこれを用いた発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光素子実装用基体は、発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、セラミック焼結体からなる基体本体と、銀を含有する金属部とを有し、前記基体本体の前記金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域が存在することを特徴とするものである。【０００８】
また、本発明の発光装置は、上記の発光素子実装用基体に発光素子が実装されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光素子実装用基体は、発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、セラミック焼結体からなる基体本体と、銀を含有する金属部とを有し、前記基体本体の前記金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域が存在することから、基体本体と金属部との接合強度が高くなる。【００１０】
本発明の発光装置は、前記発光素子実装用基体に発光素子が実装されてなるので、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の発光素子実装用基体の構成を示し、金属部が第１の電極である例の断面図である。
【図２】本実施形態の発光素子実装用基体の構成を示し、基体本体の第１の主面上に、発光素子と電気的に接続されていない金属部（反射層）を設けた例の断面図である。
【図３】本実施形態の発光素子実装用基体の構成を示し、基体本体の第１の主面上に、実装部を取り囲むように配置されたセラミック焼結体に、発光素子と電気的に接続されていない金属部（反射層）を設けた例の断面図である。
【図４】本実施形態の発光素子実装用基体の第１の主面の近傍を部分拡大した一例を示す断面図である。
【図５】本実施形態の発光素子実装用基体の第１の主面側への入射光が散乱する状態を示す概念図である。
【図６】本実施形態の発光素子実装用基体の光が散乱する状態を示す概念図である。
【図７】本実施形態の発光素子実装用基体における基体の表面側における、粒界相間で反射光が散乱する状態を示す概念図である。
【図８】本実施形態の発光素子実装用基体の酸化アルミニウム粒子および酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相を示す概念図である。
【図９】本実施形態の発光素子実装用基体に発光素子を実装した発光装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１０】本実施形態の発光素子実装用基体に発光素子を実装した別の発光装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１１】本実施形態の発光素子実装用基体に発光素子を実装したさらに別の発光装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１２】本実施形態の基体本体の表面へ被着させた金属部に対する接合強度の測定方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態の発光素子実装用基体は、発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、セラミック焼結体からなる基体本体と、銀を含有する金属部とを有し、この基体本体の金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域が存在することが重要である。
【００１３】
このように、基体本体が、セラミック焼結体からなることから、機械的強度および電気的な絶縁性に優れる。
【００１４】
そして、基体本体の金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域が存在することから、基体本体と金属部との接合強度が高くなる傾向にある。
【００１５】
以下、本発明の発光素子実装用基体の実施の形態の例として、銀を含有する金属部の形態について図を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の発光素子実装用基体を示す断面図である。
【００１６】
図１において、第１の実施形態の発光素子実装用基体１は、セラミック焼結体からなる基体本体20と、第１の主面１ａに発光素子を実装するための実装部５とを備えている。
【００１７】
実装部５は、銀を含有する第１の電極２ａ，２ｂと、第１の電極２ａ，２ｂ上に設けられた電極パッド８ａ，８ｂ（以下、単に電極パット８と言うときがある。）とを備えており、電極パッド８ａ上に発光素子を実装するようになっている。なお、第１の実施形態の発光素子実装用基体１において、第１の電極２ａ，２ｂが金属部２に該当する。また、第１の電極２ａ，２ｂは、基体本体20の内部を貫通する貫通孔に設けられたスルーホール電極７ａ，７ｂを介して、第１の主面１ａと対向する第２の主面１ｂに被着された第２の電極６ａ，６ｂと電気的に導通する。
【００１８】
なお、第１の実施形態では、第１の電極２ａ，２ｂは、基体本体20の内部を貫通する貫通孔に設けられたスルーホール電極７ａ，７ｂを介して、第１の主面１ａと対向する第２の主面１ｂに被着された第２の電極６ａ，６ｂと電気的に導通する構成としているが、基体本体20の端面を利用して電気的に導通する構成であっても何ら構わない。
【００１９】
そして、発光素子実装用基体１においては、基体本体20の第１の電極に対し接合部（基体本体20と、第１の電極２ａ，２ｂとの界面）を介して対向する部位に銀を含有する領域４が存在する。
【００２０】
基体本体20の第１の電極２ａ，２ｂに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在することで、第１の電極２ａ，２ｂと基体本体20との接合強度を向上することができ、第１の電極２ａ，２ｂが基体本体20から剥離することを抑制できる。
【００２１】
また、基体本体20の第１の電極２ａ，２ｂに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在することで、第１の電極２ａ，２ｂの酸化や硫化を抑制できると考えられ、反射率を高く維持することができる。
【００２２】
なお、第１の主面１ａに第１の電極２ａ，２ｂが直接形成されていることが好ましい。第１の主面１ａ側に第１の電極２ａ，２ｂが直接形成されることで、領域４を容易に形成することができる。そして、第１の電極２ａ，２ｂを基体本体20に直接形成することで製造工程を少なくでき、製造コストを低くすることができる。
【００２３】
ここで、領域４を確認するには、基体本体20の、金属部２である第１の電極２ａ，２ｂに対して対向する部位をレーザ等により切断し、その断面を鏡面加工し、表面を蒸着後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い倍率1000〜2000倍程度で観察すればよい。さらにこの領域の成分を確認するには、ＷＤＳ（波長分散型Ｘ線分光器）を搭載したＥＰＭＡ（電子マイクロアナライザ）を用いてＷＤＳ分析すればよい。以下、領域４の確認方法については、他の実施形態においても同様である。
【００２４】
なお、領域４の詳細な説明については、図４を用いて後述する。
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態の発光素子実装用基体の構成を示し、セラミック焼結体からなる基体本体の第１の主面上に、発光素子と電気的に接続されていない反射層が設けられている例の断面図である。
【００２５】
図２に示すように、第２の実施形態の発光素子実装用基体100は、セラミック焼結体からなる基体本体20と、第１の主面１ａに設けられた発光素子を実装するための実装部５と、発光素子と電気的に接続されない反射層２ｃとを備えている。第２の実施形態において、反射層２ｃが金属部２に該当する。
【００２６】
また、反射層２ｃと実装部５とは、絶縁性を保つため隙間10をあけて配置されており、その他の構成は、第１の実施形態と同様であることから説明は省略する。
【００２７】
そして、第２の発光素子実装用基体100においては、基体本体20の反射層２ｃに対し接合部（基体本体20と、反射層２ｃとの界面）を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在する。
【００２８】
基体本体20の反射層２ｃに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在することで、反射層２ｃと基体本体20との接合強度を向上することができ、反射層２ｃが基体本体20から剥離することを抑制できる。
【００２９】
また、基体本体20の反射層２ｃに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在することで、反射層２ｃの酸化や硫化を抑制できると考えられ、反射率を高く維持することができる。
【００３０】
なお、第２の実施形態において、基体本体20の第１の電極２ａ，２ｂに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在していてもよい。この場合、金属部２は、第１の電極２ａ，２ｂと反射層２ｃとを含むこととなる。
（第３の実施形態）
図３は第３の実施形態の発光素子実装用基体の構成を示し、基体本体の第１の主面上に、実装部を取り囲むように配置されたセラミック焼結体の内周面に、銀を含有する反射層が設けられている例の断面図である。
【００３１】
図３に示すように、第３の実施形態の発光素子実装用基体200は、基体本体20が、セラミック焼結体からなり、表面に発光素子を実装するための実装部５が設けられる実装用基体20’と、実装部５を取り囲むように配置されたセラミック焼結体からなる反射部材11とを有しており、この反射部材11の内周面に反射層２ｄを有している。第３の実施形態において、反射層２ｄが金属部２に該当する。なお、その他の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であることから説明は省略する。
【００３２】
第３の実施形態の発光素子実装用基体200においては、実装部５を取り囲むように配置され、内周面に反射層２ｄを有する反射部材11を備えることで、発光素子を実装し光を放出させたとき、反射層２ｄの表面に照射された光の一部が、反射部材11の開口方向に反射される。ここで、反射層２ｄは銀を含有してなることで、高い反射率が得られる。
【００３３】
また、図３に示すように、反射部材11は開口する方向に向かって幅広となる傾斜面を有する形状としているが、発光素子実装用基体200の実装部５の面に対して略垂直な面を有する形状であってもよい。さらに、開口方向側から平面視したときの反射部材11の外形は、円形状、四角形状またはコーナーに面取りを行なった四角形状でもよく、多角形状であっても構わない。さらに、反射部材11は、実装用基体20’と一体成形されたもの、あるいは、実装用基体20’に反射部材11を接合したもののいずれであってもよい。
【００３４】
そして、第３の発光素子実装用基体200においては、実装部５を取り囲むように配置されたセラミック焼結体からなる反射部材11において、内周面に設けられた反射層２ｄに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在する。
【００３５】
反射部材11の反射層２ｄに対し接合部３を介して対向する部位に銀を含有する領域４が存在することで、反射層２ｄと反射部材11との接合強度を向上することができ、反射層２ｄが反射部材11から剥離することを抑制できる。
【００３６】
また、反射部材11の反射層２ｄに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在することで、反射層２ｄの酸化や硫化を抑制できると考えられ、反射率を高く維持することができる。
【００３７】
なお、第３の実施形態において、基体本体20（実装用基体20’）の第１の電極２ａ，２ｂに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在していてもよい。また図３には示していないが、実装用基体20’の表面に、図２で示した反射層２ｃを設けることもできる。この場合、金属部２は、第１の電極２ａ，２ｂと反射層２ｃと反射層２ｄとを含むこととなる。
【００３８】
なお、本実施形態において、銀を含有する領域とは、基体本体20が銀を含有する領域を有していれば良く、例えば、金属部２から銀が拡散して銀を含有する領域が形成されても良いほか、銀を含有する材料を用いて基体本体20を作製しても良い。
【００３９】
以下、上記第１〜３の実施形態における各構成について説明する。
【００４０】
第１〜３の実施形態における基体本体20は、マグネシウムを含有しており、金属部２は、主成分としての銀と、副成分としてのマグネシウムおよびビスマスとを含有し、領域４は、銀，マグネシウムおよびビスマスを含有することが好ましい。
【００４１】
本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200の金属部２は、主成分として銀を含有することから、発光素子を実装し光を放出させたとき、光の一部が金属部２の表面に照射され反射される。ここで金属部２は銀を主成分とするものであるからより高い反射率を得ることができる。なお、本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200の金属部２の主成分とは、金属部２の全成分100質量％に対して90質量％以上を占める成分のことをいう。また、金属部２と領域４とは、同じ成分である銀，マグネシウムおよびビスマスを含有することから強固に接合される。そして、基体本体20および金属部２はマグネシウムを含有することによって、領域４において基体本体20のマグネシウムと金属部２のマグネシウムとが、接合部３付近で凝集しやすく、接合強度がより高くなりやすい。
【００４２】
また、第１〜３の実施形態における領域は、金属部２側の第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域からなり、第１の領域は第２の領域よりマグネシウムを多く含むとともに、第２の領域は、第１の領域よりビスマスを多く含むことが好ましい。
【００４３】
図４は、本実施形態の発光素子実装用基体と金属部との接合部の一部を部分拡大した一例を示す断面図である。
【００４４】
図４に示す本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200の領域４は、金属部２側の第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域からなり、第１の領域は第２の領域より、マグネシウムを多く含むとともに、第２の領域は、第１の領域４ａとよりビスマスを多く含む第２の領域４ｂとからなる。なお、基体本体１，100，200の表面１ａに存在するピンホールなどの気孔を、凹部１ｄとして示してある。
【００４５】
本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200の領域４が、金属部２側の、第２の領域よりマグネシウムを多く含む第１の領域４ａを有することによって、基体本体20とマグネシウムを含む金属部２とが強固に接合される。また、領域４が第１の領域よりビスマスを多く含む第２の領域４ｂを有することによって、ビスマスは銀とともにセラミック焼結体である基体本体20の内部１ｃに侵入しやすく、基体本体20と金属部２との接合強度がより高くなりやすい。
【００４６】
また、図４に示すように、金属部２に含まれる銀によって、基体本体20の表面１ａの凹部１ｄが埋められるので、基体本体20と金属部２との接合強度がさらに高くなりやすい。
【００４７】
ところで、一般的に発光素子実装用基体１，100，200の製造工程において、第１の電極２ａ，２ｂにメッキ処理を行なうとき、その前処理として、第１の電極２ａ，２ｂが形成された基板本体20の酸洗浄を行なう。ここで、本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200においては、凹部１ｄが銀によって埋められているため、基体本体20を含む基体１の酸洗浄工程において、酸洗浄による酸が凹部１ｄに残留するのを抑制でき、凹部１ｄが腐食の起点となって金属部２の腐食が進行することを抑制できる。その結果、金属部２の反射率を高く維持できる傾向がある。
【００４８】
また、領域４においてマグネシウムまたはビスマスを多く含むとは、ＥＰＭＡを用いて領域４をＷＤＳ分析した画像において、元素のマッピングの色強度の設定条件から、他の部分と比較して対象とする部分の色強度が高い場合に、その元素が多いと判断する。例えば、対象とする元素の存在箇所が、その他の箇所に比較して元素の検出レベルが1.3倍以上であるものを多く含むと判断すればよい。さらに金属部２および領域４に含まれる銀や、凹部１ｄに銀が埋まっているかを確認するには、領域４を、ＷＤＳ（波長分散型Ｘ線分光器）を搭載したＥＰＭＡ（電子マイクロアナライザ）を用いてＷＤＳ分析すればよい。
【００４９】
また、第１〜３の本実施形態における領域は、厚みｔが５μｍ以上15μｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
基体本体20の領域４の厚みｔが５μｍ以上であれば、基体本体20と金属部２とを領域４を介して接合させることで十分な接合強度を確保できる。また、領域４の厚みｔが15μｍ以下のであれば、金属部２を形成するための焼成温度が高いために、金属部２が溶け出すことによる、金属部２の端部の滲みを抑制できる。
【００５１】
このように金属部２の端部の滲みを抑制できると、例えば図２および３に示すように、金属部２である反射層２ｃおよび第１の電極２ａ，２ｂの間の間隙10により第１の電極２ａ，２ｂの電気的な絶縁性を容易に確保することができる。
【００５２】
なお、領域４は、例えば、金属部２が存在する基体本体20の部分を厚み方向に切断し、その断面を、ＥＰＭＡを用いてＷＤＳ分析して作成した元素のマッピングの画像の写真で、銀の点在レベルが５以上20以下で検出される部分を領域４とすればよい。また、第１の領域４ａの厚みは、マグネシウムの点在レベルが５以上20以下で、マグネシムが凝集している部分を測定すればよい。なお、測定する領域４ａおよび４ｂの厚みは、任意の複数箇所、例えば５箇所の厚みを測定して、それらの値の平均値とすればよい。なお、第２の領域４ｂの厚みは、領域４の厚みから第１の領域４ａの厚みを差し引くことにより算出できる。
【００５３】
ここで、金属部２は、銀を主成分とするものであり、副成分として、少なくとも、マグネシウムおよびビスマスを含有することが好ましいが、他に、パラジウム，銅，ニッケル，ストロンチウム，カルシウム，ジルコニウム，チタン，モリブデン，スズ，亜鉛およびアルミニウムのうち少なくともひとつの金属を含有してもよい。ただし、金属部２の反射率を高くするためには、銀の含有率は、97質量％以上、99.5質量％以下であることが好ましい。
【００５４】
また、第１〜３の実施形態における金属部は、マグネシウムおよびビスマスの合計の含有量が0.5〜3.0質量％であることが好ましい。
【００５５】
金属部２は、マグネシウムおよびビスマスの合計の含有量が、0.5〜3.0質量％であると、領域４の厚みｔが、上述した範囲である５μｍ以上15μｍ以下となる傾向にでき、基体本体20と金属部２とが領域４を介して接合させることで十分な接合強度を確保できるとともに、金属部２を形成するための焼成温度が高いために、金属部２が溶け出すことによる、金属部２の端部の滲みを抑制できる。
【００５６】
第１〜３の実施形態における基体本体20に用いるセラミック焼結体は、酸化アルミニウム質焼結体，酸化ジルコニウム質焼結体またはムライト質焼結体等のセラミック焼結体であればよく、また、これらのセラミック焼結体は、副成分として酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有することが好ましい。
【００５７】
なお、反射率や強度などの観点から、酸化アルミニウム質焼結体が特に好ましく、主成分が酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で、副成分として、酸化珪素および酸化マグネシウムを含有することが好ましい。また、副成分としてカルシウム，ジルコニウムおよびバリウムの酸化物を含有しても構わない。
【００５８】
また、第１〜３の実施形態における基体本体は、主成分として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を94質量％以上、97質量％以下の量で含有するとともに、副成分として酸化珪素（ＳｉＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有することが好ましい。
【００５９】
基体本体20は、主成分として酸化アルミニウムを94質量％以上、97質量％以下の量で含有するとともに、副成分として酸化珪素および酸化マグネシウムを含有する場合には、材料コストの高いバリウムやジルコニウムなどの元素の使用量を低減でき、さらに、酸化珪素は焼結性を高める働きがあり、また、酸化マグネシウムは酸化アルミニウム粒子の粒成長を抑え異常に大きな粒子の発生を抑制できることから、通常の焼成温度よりも低い温度である1420〜1540℃の温度で焼成しても焼結性が十分高められ、機械的強度も高く、かつ、基体本体20の低コスト化がしやすくなる。
【００６０】
また、後述する図６に示すように、酸化アルミニウム粒子12同士の間には酸化珪素等からなるガラス相（粒界相）13が形成されているために、基体本体20に金属部２を形成するための厚膜ペーストを塗布して厚膜焼成した場合に、ペーストに含まれる金属成分が主面からガラス相13を伝わって、基体本体20の内部１ｃに拡散するために、金属部２と基体本体20との接合強度を高めやすくなる。
【００６１】
また、第１〜３の実施形態における基体本体20の発光素子が実装される表面側における酸化アルミニウム粒子の平均結晶粒径が、2.0μｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
基体本体20の発光素子が実装される表面側における酸化アルミニウム粒子の平均結晶粒径が2.0μｍ以下であれば、後述する図６に示すガラス相13において、界面14ａも多く存在するようになることから、ガラス相13を伝わって銀およびビスマスが基体本体20の内部１ｃに侵入しやすくなり金属部２と基体本体20との接合強度がより高くなりやすい。なおここで言う表層側とは、基体本体20を厚み方向を均等に三等分した際の、実装部５側の部位を言う。
【００６３】
なお、結晶粒径の測定は、基体１の表面を鏡面加工し、基体本体20の焼成温度から50〜100℃低い温度の範囲でファイヤーエッチングをし、走査型電子顕微鏡（例えば日本電子製のJSM-7001F）で1000〜3000倍の倍率で撮影して画像のデータを作成し、画像解析装置（例えば三谷商事製のWin ROOF）を用いて各セラミック粒子の粒径を求め、その粒径の平均値を算出し求めればよい。なお、セラミック粒子が酸化アルミニウム粒子であるか否かは、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光）法による元素分析をして確認すればよい。
【００６４】
また、本実施形態の発光素子実装用基体は、基体本体の第１の主面と対向する第２の主面に、第１の主面に形成された第１の電極２ａ，２ｂとスルーホール電極によって導通する銀を含有する第２の電極６ａ，６ｂを備えており、基体本体と第２の電極６ａ，６ｂとの間に形成される領域（図示しない）は１μｍ未満とすることが好ましい。
【００６５】
図５は本実施形態の発光素子実装用基体の第１の主面側への入射光が散乱する状態を示す概念図である。
【００６６】
図５に示す発光素子実装用基体１，100，200のように、基体本体20または実装用部材20’の第１の主面１ａと対向する第２の主面１ｂに、第１の主面に形成された第１の電極２ａ，２ｂとスルーホール電極７によって導通する銀を含有する第２の電極６ａ，６ｂを備えており、基体本体20と第２の電極６ａ，６ｂとの接合部３に、銀を含有する領域（図示しない）が１μｍ未満の厚みで存在すると、透過光16が、この領域中の銀の粒子によって、第１の主面１ａ側に反射されやすく、第１の主面１ａの表面から出ていく拡散反射光18ａを増加させ、発光素子実装用基体１，100，200の反射率がより高くなりやすい。しかしながら、第２の電極６ａ，６ｂは、領域よりも銀を多く含み、反射率が高いことから基体本体20と第２の電極６ａ，６ｂとの間に形成される領域（図示しない）は１μｍ未満とすることが好ましい。なお、さらに好ましくは、基体本体20と第２の電極６ａ，６ｂとの間に領域が形成されていない方がよい。
【００６７】
なお、基体本体20の第２の電極６ａ，６ｂとの接合部９側に存在する領域の厚みは、上述した基体本体20の第１の電極２ａ，２ｂに対し接合部３を介して対向する部位に存在する領域４と同じ様に測定して判定すればよい。
【００６８】
ここで、第２の電極６ａ，６ｂの組成は、主成分が銀であって、パラジウム，白金，ジルコニウム，アルミニウムまたは亜鉛のうち少なくとも１種が副成分であることが好ましい。このような副成分を含有することで、基体本体20と第２の電極６ａ，６ｂとの接合部側に存在する銀を含有する領域の厚みを１μｍ未満とすることができる。
【００６９】
図６は、本実施形態の発光素子実装用基体の光が散乱する状態を示す概念図である。
【００７０】
図６に示すように、本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200を構成する基体本体20は、断面を結晶のサイズのレベルで見たとき、酸化アルミニウム粒子12と、酸化珪素等からなるガラス相（粒界相）13と、気孔14とを有している。なお、図６において、これらの酸化アルミニウム粒子12とガラス相13との間を界面12ａ、気孔14とガラス相13との間を界面14ａとしている。
【００７１】
本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200の第１の主面１ａに照射された照射光15は、基体本体１，100，200によって反射された正反射光17ａと、基体本体20の内部１ｃを入射光16として進行し、第１の主面１ａとは反対側の第２の主面１ｂを透過して透過光21として出てくる。
【００７２】
また、照射光15は、その一部が第１の主面１ａで入射角度に対し同じ角度で逆方向に反射される正反射光17ａと、第１の主面１ａで不特定な方向へ反射される拡散反射光18となるが、残りは基体本体20の内部１ｃに入り、酸化アルミニウム粒子12，気孔14およびガラス相13の少なくともいずれかを透過する入射光16となる。そして、この入射光16は、基体内で、その一部が酸化アルミニウム粒子12とガラス相13との間の界面12ａで一部は拡散反射光18ｄとなり、また、気孔14とガラス相13との界面14ａで拡散反射光18ｅとなり、残りの光は、さらに基体本体20の内部１ｃを進行していき、酸化アルミニウム粒子12とガラス相13との間の界面13ａと、気孔14とガラス相13との界面14ａとでの拡散反射光18ｅを生み出し第１の主面１ａからの反射光となる。そして、一部の光は、第２の主面１ｂを透過する透過光21となる。
【００７３】
また、光の反射率を向上させるには、基体本体20の第１の主面１ａに照射された照射光15が、第１の主面１ａで正反射光17ａおよび拡散反射光18ａとなるのがもっとも好ましく、第１の主面１ａ側に存在する気孔14の数を従来の発光素子実装用基体１に比較し大幅に増やし、さらに、厚み方向における中央部側に向かうほど、気孔14の存在数を増やすことにより、気孔14とガラス相13との界面14ａで入射光16が拡散反射光18ｅとなる機会が増え、第１の主面１ａからの拡散反射光18を増加することができ反射率が向上しやすくなる。
【００７４】
さらに、これらのセラミック焼結体からなる基体本体20は、第１の主面１ａの領域４が存在していない部位における9.074×10５μｍ２の表面積の部分において、円相当径0.8μｍ以上の気孔14について見たときに、気孔率が2.5％以上4.5％以下であり、気孔数が9000個以上11000個以下であり、気孔分布における円相当径1.6μｍ以下の累積相対度数が75％以上であることが好ましい。
【００７５】
このようなセラミック焼結体からなる基体本体20は、気孔14が上述の条件で存在することによって、セラミック焼結体に照射された照射光が気孔14によって効率よく反射され、セラミック焼結体の反射率が高くなりやすい。また、気孔14が上述の条件で存在することによって、セラミック焼結体の機械的強度を高く維持できる傾向がある。
【００７６】
なお、本実施形態の基体本体20の第１の主面１ａの領域４が存在していない部位における9.074×10５μｍ２の表面積の部分における気孔14の気孔率，気孔数および円相当径0.8μｍ以上の気孔分布における円相当径1.6μｍ以下の累積相対度数は、基体本体20の表面を表面から10μｍの深さまで鏡面研磨加工し、倍率が100倍の金属顕微鏡の画像をＣＣＤカメラによって取り込み、画像解析装置を用いて数値化すればよい。例えば、金属顕微鏡に株式会社キーエンス製のマイクロスコープ（型名：ＶＨＸ−500）を用い、ＣＣＤカメラに株式会社ニコン製のデジタルＳＩＧＨＴ（型名：ＤＳ−２Ｍｖ）を用い、また画像解析のソフトウェアには株式会社三谷商事製（型名：Ｗｉｎ  ＲＯＯＦ）を使用して、9.074×10５μｍ２の表面積に対して、円相当径0.8μｍを閾値として各測定値を算出すればよい。
【００７７】
そして、第１〜３の実施形態における基体本体が、実装部５側の表面側において、酸化アルミニウム粒子の結晶粒子間に形成される粒界相を有しており、粒界相の平均幅が２ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７８】
第１〜３の実施形態における基体本体20が、実装部５側の表面側において、酸化アルミニウム粒子12の結晶粒子間に形成される粒界相13ａを有しており、粒界相13ａの平均幅が２ｎｍ以下であることから、基体本体20の内部１ｃの粒界相13ａに入射光16が入った場合、界面12ｂと界面12ｃの間で光の反射を繰り返し拡散反射光18ｅが増加し、反射率が増加しやすくなる。
【００７９】
図７は、本実施形態の発光素子実装用基体における基体本体20の実装部５側の表面側における、粒界相間で拡散反射光が散乱する状態を示す概念図である。なお図６と共通する部分および気孔14に関する部分については省略して説明する。
【００８０】
図７に示すように、基体本体20の実装部５側の表面側から進行する入射光16は、基体本体20の表面側における内部１ｃで酸化アルミニウム粒子12と粒界相13ａとの間の界面で一部は正反射光17ｂと拡散反射光18ｄとになり、また、残りの入射光16は、さらに基体本体20の表面側における内部１ｃを進行していき隣接する次の結晶粒子と粒界相13ａとの間の界面12ｃで進行してきた残りの入射光16の入射角度に対して同じ角度で逆方向に反射される正反射光17ｃと拡散反射光18ｅとが生じる。この拡散反射光18ｅは、界面12ｂと界面12ｃとの間の粒界相13ａで反射を繰り返し基板の一方の表面から拡散反射光18ｅとして出るようになっている。
【００８１】
そして、本実施形態の発光素子実装用基体１は、酸化アルミニウムの結晶粒子間に粒界相13ａを有しており、この粒界相13aの平均幅が２ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８２】
本実施形態の発光素子実装用基体１において、基体本体20が、酸化アルミニウムの結晶粒子間に粒界相13ａを有しており、この粒界相13ａの平均幅が２ｎｍ以下（０ｎｍを含まず）であるならば、例えば図７の場合では、隣り合う酸化アルミニウム粒子12ｄ，12ｅの界面と界面との間に粒界相13ａが存在することによって、その粒界相13ａに入射光16が入った場合、界面12ｂと界面12ｃとの間で光の反射を繰り返し拡散反射光18が増加し、反射率が増加しやすくなる。
【００８３】
ここで、酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相13ａの平均幅を求める方法は下記の通りである。
【００８４】
図８は本実施形態の発光素子実装用基体１の酸化アルミニウム粒子12ｄ，12ｅおよび酸化アルミニウム粒子12間に形成される粒界相13ａを示す概念図である。先ず、基体本体をレーザ等により切断し、その断面を鏡面加工し、その表面をＴＥＭ観察により、酸化アルミニウム粒子12を観察できる倍率として、40,000倍から60,000倍まで拡大し、結晶粒子12ｄ，12ｅ間に形成される粒界相の範囲内（図８においては横方向19の範囲内）において、粒界相13ａの縦方向の幅19’において任意の平均的な部分を測定する。そして、同様の測定を10ヶ所実施してその平均を粒界相13ａの平均幅とすればよい。
【００８５】
次に、本実施形態の発光素子実装用基体１，100，200の製造方法の一例を説明する。
【００８６】
まず、基体本体20となるセラミック焼結体について説明する。
【００８７】
例えば、セラミック焼結体が、酸化アルミニウムを主成分とする場合は、平均粒径が1.4〜1.8μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、酸化珪素（ＳｉＯ２）と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）との粉末を準備し、各粉末の合計含有量が100質量％となるように秤量した混合粉末を水とともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールを用いて混合する。また、必要に応じて酸化カルシウム（ＣａＯ）を混合してもよい。なお、焼結助剤の秤量を調整することによって、酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相13の平均幅を調整することができる。
【００８８】
ここで、セラミック焼結体が、酸化ジルコニウムを主成分とする場合は、焼結助剤として、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムを、また、ムライトを主成分とするならば、焼結助剤として、酸化マグネシウムと、酸化珪素、酸化カルシウムおよび酸化イットリウムのうち少なくとも１種を選択し、主成分を90質量％以上、焼結助剤を残部となるように秤量すれば良い。
【００８９】
次に、これにポリビニルアルコール，ポリエチレングリコール，アクリル樹脂またはブチラール樹脂等の中から少なくとも一種のバインダを、各粉末の合計含有量100質量％に対して４〜８質量％程度を添加し、高純度のアルミナボールを用いて、回転ミルで混合してスラリーを得る。なお、バインダの添加量は４〜８質量％の範囲内であれば、成形体の強度および可撓性がよく、また、焼成時にバインダの脱脂が十分にできる。
【００９０】
次に、このスラリーを用いて、公知のドクターブレード法でシートを成形するか、スプレードライヤを用いて作製した造粒体を使用してロールコンパクション法によってセラミックスのシートを形成する。
【００９１】
次に、このシートを用いて製品形状とするための金型による加工もしくはレーザ加工によって未焼成の成形体を作製する。このとき成形体は、最終的に発光素子が実装される基体本体の単品でもよいが、量産性を考慮すれば多数個取りの成形体とするのがより好ましい。
【００９２】
なお、基体本体20が反射部材11を備える構成においては、セラミックスのシートを作製して積層することによって反射部材11を有する発光素子実装用基体200となる成形体を製造する方法のほか、粉末プレス成型により反射部材11と基体本体20とを一体成型する方法を採用することができる。
【００９３】
例えば、セラミックスのシートを作製して積層することによって反射部材11を形成するにあたっては、セラミックスのシートは、金型もしくはレーザ加工により未焼成の成形体を作製し、前述したスラリーと同じものを密着液として用いシートを貼り合わせることにより反射部材11を有する発光素子実装用基体200となる成形体を作製することができる。
【００９４】
そして、得られた成形体を、大気（酸化）雰囲気の焼成炉（例えば、ローラー式トンネル炉，バッチ式雰囲気炉およびプッシャー式トンネル炉）を用いて、最高温度が主成分が酸化アルミニウムの場合は1420〜1540℃、主成分が酸化ジルコニウムの場合は1350〜1550℃、主成分がムライト場合は1450〜1650℃となるように設定して焼成することによって焼結体を作製することができる。また、焼成の最高温度は主成分の質量％によって適宜調整すれば良い。
【００９５】
なお、成形体の主成分が酸化アルミニウム場合は、さらに焼成時間を調整することによっても結晶粒径および粒界相13ａの平均幅を調整することもできる。
【００９６】
次に、基体本体20に第１の電極２ａ，２ｂや反射層２ｃ，２ｄとなる金属部２を形成する方法の一例を説明する。
【００９７】
金属部２を形成するためのペースト状の材料（以下、厚膜ペーストとよぶ）は、銀を主成分とし、マグネシウムとビスマスとを含有する金属粉末をもちいて、銀の含有量が97〜99.5質量％で、マグネシウムとビスマスとの合計含有量が0.5〜3.0質量％であることが好ましい。また、その他の成分として、銅（酸化第２銅ＣｕＯ）を含むものであってもよい。また、これらの金属粉末の平均粒径が0.3〜0.8μｍ程度であればよい。また、バインダとしては、例えば、エチルセルロースを使用し、溶剤としては、例えば、エステルアルコールを使用できる。なお、エステルアルコールは金属粉末の合計含有量を100質量％としたときに、15〜25質量％程度添加すればよい。
【００９８】
また、ここで、厚膜ペーストのマグネシウムおよびビスマスの含有量は、それぞれ0.05〜0.2質量％，0.45〜2.8質量％であることが好ましい。厚膜ペーストのマグネシウムおよびビスマスの含有量がそれぞれ0.05〜0.2質量％，0.45〜2.8質量％であれば、領域４の厚みを５μｍ以上15μｍ以下とすることができる。
【００９９】
金属部２を形成するための、基体本体20への厚膜ペーストの被着は、公知のスクリーン印刷法やディスペンサー方式より行なうことができる。なお、基体本体200において、反射部材11の内周面のみ厚膜ペーストを被着させるにあたっては、ナイロン製のスクリーンを用いるとよい。また、厚膜ペーストの厚みは、厚膜焼成後の厚みが10〜50μｍ程度になるように被着させるとよい。
【０１００】
次に、厚膜ペーストを被着させたあと、温度が80〜100℃で時間が１時間程度で乾燥処理を行ない、その後、最高温度が800〜900℃で焼成時間が0.3〜１.3時間で焼成を行なうことによって形成することができる。
【０１０１】
領域の厚みｔは、マグネシウムおよびビスマスの含有量でも制御できるが、これらの含有量が多すぎると反射率や強度に影響するため、この合計含有量および各含有量は前述した範囲内にとどめ、焼成温度の加減の組み合わせで領域４の厚みｔを所望の値にすることが望ましい。焼成温度の最高温度が800℃未満であると領域４の厚みｔが５μｍ未満となり、領域４の及ぼす効果が少なくなる。また、最高温度が900℃を超えると、金属部２の主成分である銀が溶けだす可能性がある。それゆえ、焼成の最高温度は800〜900℃が好ましい。そして、前記焼成条件にて焼成を行なうことで、それぞれの金属の比重および融点の関係からマグネシウムが第２の領域より多い第１の領域４ａと、ビスマスを第１の領域より多く含む第２の領域４ｂとができると考えられる。
【０１０２】
次に、金属部２を作製した後に後述する電極パッド８ａ，８ｂにメッキを形成するための前処理として、酸洗浄を行なう。これは、メッキが基体本体１に強固に被着されるように、脱脂または酸化被膜除去のため行なうものである。なお、酸洗浄の前に苛性ソーダ希釈液等によるアルカリ洗浄を行なうこともできる。酸洗浄をメッキ前に行なうのは、メッキ液が酸性であるからである。
【０１０３】
酸洗浄は、塩酸、硝酸または硫酸等を用い、濃度が1〜20％溶液に常温で約１分間程度浸漬する。酸の濃度を1〜20％とすると、脱脂や表面の酸化物の除去がしやすく、銀などが腐食されにくい。
【０１０４】
次に、酸を除去するために、純水あるいは水道水により水洗もしくは超音波洗浄を行ない、乾燥処理する。電極、反射層、反射部材および基体の表面に酸の残留があると、酸により侵されるため、水への浸漬洗浄は洗浄槽を換えて複数回行ない、その後に水洗することが望ましい。
【０１０５】
次に、電極パッド８ａ，８ｂにニッケル下地メッキ、金表面メッキ等を公知の方法で行なう。
【０１０６】
以上のような製造方法により、本実施形態の発光素子実装用基体1,100,200を作製することができる。
【０１０７】
なお、上述の製造方法においては、金属部２から銀が拡散して銀を含有する領域が形成される例を説明したが、例えば、金属部２となる部分と対向する領域を、銀を含有する材料を用いて作製し、それ以外の領域を、銀を含有しない材料を用いて作製し、それらを組み合わせて基体本体20を作製してもよい。
【０１０８】
図９は、本実施形態の発光素子実装用基体１の実装部５に発光素子31を実装した発光装置30の構成の一例を示す断面図である。
【０１０９】
図９に示す例の発光装置30は、本実施形態の発光素子実装用基体１である基体本体20に形成された電極パッド８ａ，８ｂと第１の電極２ａ，２ｂとを備える実装部５に発光素子31が実装されている。さらに、第１の電極２ａ，２ｂに対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域４を有している。そして、発光素子31の電極（図示せず）と電極パッド８ｂとがボンディングワイヤ32により電気的に接続されている。
【０１１０】
なお、ここでは、電極パッド８ａと発光素子31は、直接、電気的に接続しているが、ボンディングワイヤ32による接合または半田バンプ（図示せず）による接続であっても何ら構わない。
【０１１１】
そして、発光素子31，電極パッド８ａ，８ｂおよび第１の電極２ａ，２ｂが、樹脂等からなる封止部材33で被覆されている。この封止部材33は発光素子31の保護とレンズの機能を併せ持っている。なお、電極パッド８ａ，８ｂおよび第１の電極２ａ，２ｂの露出部分には、透明のオーバーコートガラス等を用いてなる保護層を設けても良い。このようにして、本実施形態の発光素子実装用基体１の実装部５に発光素子31を実装することで、発光装置30が得られる。
【０１１２】
図10は、本実施形態の発光素子実装用基体100に発光素子31を実装した別の発光装置の構成の一例を示す断面図である。
【０１１３】
以下、図９と共通する部分は省略して説明する。
【０１１４】
図10に示す例の発光装置40は、基体本体20に、発光素子31ｂと電気的に接続されていない反射層２ｃが設けられており、反射層２ｃに対し接合部３を介して対向する部位に、銀を含有する領域４を有している。このようにして、本実施形態の発光素子実装用基体100の実装部５に発光素子31を実装することで、発光装置40が得られる。さらに、実装部５については、図９と同様の構成とすれば、反射率が高く、金属部２の接合強度の高い発光装置40とすることができる。
【０１１５】
図11は、本実施形態の発光素子実装用基体200に発光素子31を実装したさらに別の発光装置の構成の一例を示す断面図である。
【０１１６】
以下、図９と共通する部分は省略して説明する。
【０１１７】
図11に示す例の発光装置50は、表面に発光素子を実装するための実装部５が設けられる実装用基体20’と、実装部５を取り囲むように配置された反射部材11を有しており、この反射部材11の内周面には、銀を含有する反射層２ｄが接合されており、反射層２ｄに対し接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域４を有している。このようにして、本実施形態の発光素子実装用基体200の実装部５に発光素子31を実装することで、発光装置50が得られる。さらに、実装部５については、図９と同様の構成とすれば、反射率が高く、金属部２の接合強度の高い発光装置50とすることができる。
【０１１８】
以下、第１の実施形態の構成を用いて本発明の実施例を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の第２および第３の実施形態でも同様の効果が得られるものである。
【実施例１】
【０１１９】
はじめに、基体本体20が、金属部２に対し接合部を介して対向する部位に領域４が存在する発光素子実装用基体としての効果の確認を行なった。【０１２０】
まず、基体本体20となる焼結体を次の方法により作製した。【０１２１】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）として平均粒径が1.6μｍの粉末と、酸化珪素（ＳｉＯ２）と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）の粉末とを準備し、そして、各粉末の合計含有量が100質量％となるように秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して混合した。【０１２２】
次に、これにアクリル樹脂のバインダを添加し、高純度のアルミナボールを用いて、さらに回転ミルで混合してスラリーを得た。ここで、バインダの添加量は混合粉末100質量％に対して６質量％とした。【０１２３】
次に、得られたスラリーを公知のドクターブレード法でシート状に成形し、このシートをレーザ加工により、焼成後の寸法値が長さ10ｍｍ，幅10ｍｍ，厚み0.635ｍｍとなる成形体を作製した。機械的強度を測定するために用いる試料として、焼成後の寸法が長さ30ｍｍ、幅10ｍｍ、厚み0.8ｍｍとなる成形体も作製した。【０１２４】
次に、この成形体を焼結させるために、プッシャー式トンネル炉を用い、大気中の酸化雰囲気にて、最高温度が1530℃、焼成時間は９時間で焼成した。【０１２５】
また、安定化剤としてイットリアを３モル％含むジルコニアの粉末を準備して、このセラミックスの原料に水を加えてボールミルで粉砕・混合してスラリーを作製し、これらのスラリーにバインダとしてアクリル樹脂とポリエチレングリコールを添加し、スプレードライヤにより粉体を作製した。そして、この粉体を用いて粉末プレス成型により、焼結後の寸法が本実施形態と同一となる成形体を得た。次に、この成形体を乾燥機に入れて乾燥した後、焼成の最高温度を1450℃で、その他の焼成条件おび焼成炉は本実施形態と同じとし、焼結体を得た。得られた焼結体は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の平均粒径が0.4μｍで、組成は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が91.3質量％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が5.5質量％および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）1.0質量％で、その他不可避不純物として、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）が2.0質量％、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が0.2％であった。【０１２６】
さらに、これらの基体本体20の第１の主面１ａに金属部２を形成した。まず、金属部２を形成するための厚膜ペーストは、株式会社ノリタケカンパニー社製の厚膜ペースト（品名：ＮＰ−4301Ｌ）を使用した。このペーストの成分の主要構成は、銀が99質量％、マグネシウムが0.1質量％、ビスマスが0.5質量％および銅が0.3質量％さらに、その他成分として0.1質量％である。金属粉末の平均粒径は0.4μｍである。また、バインダとして、エチルセルロースと混合溶剤を金属粉末の合計含有量を100質量％としたときに、17.6質量％添加した。以下、このペーストをペーストＡとする。【０１２７】
また、比較例となる試料は、基体本体20は、試料Ｎｏ．101と102とを用い、金属部２を形成するための厚膜ペーストとして、田中貴金属工業株式会社製の圧膜ペースト（品名：ＭＨ−1063）を用いた。この厚膜ペーストは、銀の含有量が98質量％で、その他成分として、ホウ素、ジルコニウム、アルミニウムおよび亜鉛の金属を含むものである。金属粉末の平均粒径は0.4μｍである。バインダは、エチルセルロースとエステルアルコール等の溶剤を、金属粉末の合計含有量を100質量％としたときに、約15質量％添加したものである。以下、このペーストをペーストＢとする。【０１２８】
そして、基体本体20の第１の主面１ａに、ステンレス製のスクリーンを実装し、スキージを移動して厚膜ペーストを印刷して、焼成後の寸法が10ｍｍ角で平均厚みが10.5μｍとなる金属膜を形成した。【０１２９】
次に、金属膜を形成した基体を、温度80℃で１時間の乾燥処理を行なった。【０１３０】
また、株式会社ヤマザキ電機製の厚膜乾燥焼成炉（型名：ＴＥＭ−0608Ｓ）を用いて、最高温度が840℃で大気雰囲気での厚膜焼成を行ない表１に示す試料を作製した。なお、ＩＮ−ＯＵＴの焼成時間は１時間とした。試料Ｎｏ．101および102の付番Ａ，Ｂで、使用した厚膜ペーストを区分した。【０１３１】
次に、発光素子実装用基体のメッキ処理前の酸処理と同様の方法で、上記の試料の酸洗浄を行なった。なお、試料数はいずれも25個である。【０１３２】
まず、酸洗浄用の溶液は、高杉製薬株式会社製の製品名：希硝酸（67.5％）とイオン交換水により、硝酸濃度１％溶液を準備した。ここでは、既に銀を主成分とする金属部２が厚膜で接合されていることから、酸洗浄で金属部２が侵されることを最小限にするため硝酸濃度を１％とした。【０１３３】
次に、この準備した硝酸溶液に、常温にて約１分間試料を浸漬した。【０１３４】
次に、試料に付着した酸を洗浄するために、１次洗浄槽、２次洗浄槽の順に試料を浸漬し、最後に、シャワー水洗を行ない、次に、この試料を約80℃の温度で約30分間の乾燥処理を行なった。なお、各洗浄にはイオン交換水を使用した。【０１３５】
次に、本実施形態および比較例の試料についての、分析，試験の方法を説明する。【０１３６】
まず、基体本体20における光の反射率の測定は、測定器（図示せず）として、株式会社島津製作所製の分光光度計（型名：ＵＶ−315）と積分球ユニット（型名：ＩＳＲ−3100）とを用い、光源に50Ｗハロゲンランプと重水素ランプとを使用し、波長範囲を200〜1000ｎｍとし、測定範囲は拡散反射率（スリット20ｎｍ時７×９ｍｍ）としてフィルターおよびマスクは使用しないで、反射率の基準として硫酸バリウム粉体を用いて測定した。なお、測定試料数は基体本体20の厚みが0.635ｍｍのもの各10個について第１の主面１ａの１箇所について測定し、波長500ｎｍのときの平均値をデータとした。【０１３７】
次に、金属部２が形成された試料の第１の主面１ａ側の断面について、領域４の状態を分析した。金属部２が形成された基体本体20の任意の箇所をレーザにより切断し、その断面を鏡面加工し、研磨面を金属顕微鏡1000倍で観察して、領域４，第１領域４ａおよび第２領域４ｂの有無と厚みｔを測定した。【０１３８】
ここで、領域４の有無については、厚みｔが0.1μｍ以上のものを有とし、0.1μｍ未満のものを実質的に領域４が存在しないとして無とした。【０１３９】
また、日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡（型名：ＪＸＡ−8100）を用いＷＤＳ分析により、領域４ａ，４ｂについて、事前にカーボン蒸着により準備し、66μｍ角のエリアの成分分析を行ない、第１の領域４ａはマグネシウムを多く含み、第２の領域４ｂはビスマスを多く含むことを確認した。なお、試料数は各10個で、その平均値をデータとした。【０１４０】
次に、金属部２の反射率を測定した。測定方法は前述した基体本体20の反射率の測定方法と同じである。試料数は各10個で、その平均値をデータとした。【０１４１】
次に、金属部２の接合強度の測定方法を説明する。【０１４２】
図12は、本実施形態の基体本体20の表面へ被着させた導体34に対する接合強度の測定方法を示す断面図である。【０１４３】
まず、接合強度を測定するための準備として、導体34（金属部２）の表面に、Ｓｎ−Ｐｂ（６：４半田）系で全体に対してＡｇを２質量％とした半田34を用い、フラックスは、ロジン系合成樹脂にケトンとアルコール系溶剤とを混合したもので、タムラ化研株式会社製（商品名：ＸＡ−100）を用い、225±５℃の温度で径が0.6ｍｍのメッキ導線（銅線にＳｎメッキ）35を導体34に半田付けした。【０１４４】
次に、このメッキ導線35を7.62ｍｍ／分の速度で引っ張り、導体34が基体本体20から剥離するときの強度を測定して基体本体20に対する導体の接合強度とした。この試験装置は、ＡＮＺＡ ＴＥＣＨ社製のダイ・シェアリング・テスタ（型番：520Ｄ）を使用した。また、測定数は各試料数10個について測定し、その平均値を求めた。なお、メッキ導線36が導体34から剥離した場合はデータから除外し、導体34が基体本体20から剥離したときのデータを導体34の接合強度とした。【０１４５】
これらの導体34（金属部２）の接合強度の測定は、恒温高湿放置試験を行なう前と恒温高湿放置試験150，500および1000時間についても行なった。試料は、接合強度測定用の試料と同一の基体本体20で長さ、幅が10ｍｍ角で全面に接合強度測定時と同じ厚膜を形成したものを使用した。試験条件は、温度85℃，湿度85％で大気雰囲気とし、電極へは通電しない無負荷試験とした。また、各放置時間後の測定試料は、反射率は同一の試料を繰り返し行なうが、接合着強度については破壊検査となるために同一群の試料により行なった。なお、いずれも各試料数10個の平均値をデータとした。【０１４６】
得られた結果を表１に示す。【０１４７】
【表１】
2012070648.tif 000003
【０１４８】
表１より、第１の主面１ａのうち金属部２との接合部３を介して、銀を含有する領域４が存在する試料Ｎｏ．101Ａおよび試料Ｎｏ．102Ａは、銀を含有する領域４が存在しない試料Ｎｏ．101Ｂおよび試料Ｎｏ．102Ｂと同一主成分の試料間で比べると、反射率をより高く維持できることがわかった。また、試料Ｎｏ．101Ａおよび試料Ｎｏ．102Ａは、試料Ｎｏ．101Ｂおよび試料Ｎｏ．102Ｂと同一主成分の試料間で比べると、接合強度がより高くまた、長時間にわたって接合強度を維持できることがわかった。【０１４９】
金属部２が基体１の主面に形成されていない状態での光の反射率は、基体本体20が酸化アルミニウムからなる試料Ｎｏ．101Ａは、波長500ｎｍにおける反射率が92％以上と酸化ジルコニウムからなる試料Ｎｏ．102Ａと比べて比較的よい結果が得られた。
【実施例２】
【０１５０】
次に、基体本体20の組成ならびに焼成温度を変化させて焼結体を作製し、得られた焼結体に金属部２を形成し、基体本体20の金属部２に対し接合部を介して対向する部位に領域４が存在する発光素子実装用基体の接合強度と反射率との効果について調査した。【０１５１】
本実施形態の基体本体20となる焼結体は、実施例１と同じ方法により作製するが、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の含有量を93.5〜97.5質量％の範囲として、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）の量を各々変化させた。そして、最高温度が1400〜1550℃、焼成時間を６〜９時間とし、表２に示す試料Ｎｏ．１〜10を作製した。なお、焼結体の寸法は実施例１と同じである。【０１５２】
さらに、これらの基体本体20を用いて、金属部２を実施例１と同じ方法で形成した。厚膜印刷するペーストはペーストＡを用いるが、厚膜焼成の最高温度を840℃、ＩＮ−ＯＵＴの時間を１時間として金属部２（導体34）を形成した。【０１５３】
次に、本実施形態の試料についての、分析、試験の方法を説明する。【０１５４】
各発光素子実装用基体の反射率の測定は、実施例１の測定方法と同じ方法で行なった。【０１５５】
また、機械的強度の測定は、ＪＩＳ Ｒ 1601に準拠して、予め作製した長さが30ｍｍ、幅が10ｍｍ、厚みが0.8ｍｍの焼結体を用い、焼結体のスパンが20ｍｍの中央部に、0.5ｍｍ／分の荷重を印加し、焼結体が破壊するまでの最大荷重を測定して、三点曲げ強度を算出した。なお、測定数は試料数10個について測定し、その平均値を求めた。【０１５６】
次に、基体本体20の第１の主面１ａに形成された第１の電極２ａ，２ｂに関する分析、試験方法について説明する。これらの試料は、前述の基体本体20に10ｍｍ角の導体34を形成したものを金属部２として用いる。【０１５７】
また、金属部２が形成された試料の領域４の状態、接合強度、反射率のそれぞれの測定は実施例１と同じ方法で行なった。【０１５８】
次に、これらの金属部２（導体34）の、反射率と接合強度の測定は、恒温高湿放置試験を行なう前の初期値と恒温高湿放置試験150，500，1000時間についても行なったが、恒温高湿放置試験ならびに、接合強度と反射率の測定方法は実施例１と同じ方法である。【０１５９】
得られた結果を表２および表３に示す。【０１６０】
【表２】
2012070648.tif 000004
【０１６１】
【表３】
2012070648.tif 000005
【０１６２】
表３によると、第１の主面１ａの金属部２との接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域４が存在する試料Ｎｏ．１Ａ〜試料Ｎｏ．10Ａは、銀を含有する領域４が存在しない試料Ｎｏ．１Ｂ〜Ｎｏ．10Ｂとそれぞれ比べると、基体１の反射率をより高く維持することができることがわかった。また、試料Ｎｏ．１Ａ〜試料Ｎｏ．10Ａは、試料Ｎｏ．１Ｂ〜試料Ｎｏ．10Ｂの試料とそれぞれ比べると、接合強度がより高くまた、基体１の反射率をより高く維持できることがわかった。【０１６３】
さらに、焼成温度および焼成時間が同じである試料Ｎｏ．１，４，８〜10を比較すると、主成分である酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が９４質量％以上９７質量％以下である試料Ｎｏ．４，８，10は、主成分である酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が９４質量％以上９７質量％以下ではない試料Ｎｏ．１，９と比較して曲げ強度が高いので、通常の焼成温度よりも低い温度で焼成したとしても機械的強度が十分に高いことがわかった。
【実施例３】
【０１６４】
次に、領域４の好ましい厚みｔの範囲について調査した。【０１６５】
実施例２の試料Ｎｏ．４Ａと同じ基体本体20および厚膜ペーストを使用して、厚膜焼成温度を780〜920℃まで変化させて基体本体20の主面１ａに金属部２を形成した。厚膜焼成時間は１時間とし、焼成後の金属部２の厚みは10.5μｍとした。【０１６６】
領域４の厚みと、金属部の接合強度の測定方法は実施例１，２に同じである。なお、試料数は各10個で、その平均値をデータとした。【０１６７】
また、参考までに、パターン（図示せず）の直線性についても測定した。10ｍｍ角の金属部２を形成した試料について、工具顕微鏡を用いて200倍でパターンの任意の直線部分８ｍｍの直線度を測定し、各試料10個の平均値をデータとした。【０１６８】
調査結果を表４に示す。【０１６９】
【表４】
2012070648.tif 000006
【０１７０】
表４からわかるように、領域４の厚みｔが５μｍ以上15μｍ以下である試料Ｎｏ．４Ａおよび４Ａ−２〜４Ａ−４は、金属部２の接合強度が10ＭＰａ以上となり、より高い値を示した。また、金属部２のパターンの直線度が10μｍ以下であるから、絶縁性を高く維持できることがわかった。また、試料Ｎｏ．４Ａ−５は、本実施形態の２および３のように、反射層２ｃと実装部５とは、絶縁性を保つため隙間10を開けて形成する場合に、金属部の直線度の数値が高くなり電気的な絶縁性を維持しにくくなりやすい。【０１７１】
また、表４には記載していないが、第２の領域４ｂの領域には、マグネシウムの成分の検出が少なく、このことから考えると、金属部２に含有されるマグネシウムと基体本体20に含有されるマグネシウムが相互に関連し界面４ｃ付近にマグネシウムを多く含む第１の領域４ａを形成しているとみられる。一方、第２の領域４ｂに含有されるビスマスは金属部２に含有されるビスマスによって形成されているものと考えられる。
【実施例４】
【０１７２】
次に、基体本体20に第２の電極６ａ，６ｂとの接合部を介して、銀を含有する領域が１μｍ未満の厚みで存在する場合について調査した。【０１７３】
焼結体は厚みが0.635ｍｍの試料Ｎｏ．４と同等のものを使用し、第１の主面１ａへの第１の電極２ａ，２ｂは形成せずに、第２の主面１ｂへのみ第２の電極６ａ，６ｂを形成した。【０１７４】
第２の電極６ａ，６ｂは、厚膜焼成後の寸法が10ｍｍ角で厚みを10.5μｍとなるように厚膜ペーストＡとＢを用いて厚膜印刷を行ない、最高温度840℃でＩＮ−ＯＵＴ時間１時間の厚膜焼成を行なった。【０１７５】
なお、第２の電極６ａ，６ｂが形成された主面１ｂの表層部に銀を含む領域の存在の有無も調査した。この調査方法は実施例１に記載した方法と同じである。【０１７６】
反射率の測定は、第２の電極６ａ，６ｂが形成された第２の主面１ｂの反対面である第１の主面１ａ側に光を当てて、その反射光（正反射光17、拡散反射光18）を測定した。反射光の測定方法は実施例１の方法と同じである。また、測定した試料数は各10個で、その平均値をデータとした。【０１７７】
【表５】
2012070648.tif 000007
【０１７８】
表５に示す試料Ｎｏ．11Ａは、第２電極６ａ，６ｂが形成された主面１ｂの接合部を介して銀を含む領域の存在が確認できたものであるが、主面１ａ側での反射率は92.8％であったのに対して、領域が実質的に存在しない試料Ｎｏ．11Ｂは、反射率が93.7％と比較的に高かった。焼結体は実施例２で用いた試料Ｎｏ．４と同一であり、電極を形成していないときの反射率は92.4％であるから、光の照射側の反対面（第２の主面１ｂ）の電極による主面１ａ側への反射率は約0.4％以上反射率が高くなり、領域４が実質的に存在しない場合においては、約1.3％程度の反射率が高くなることがわかる。
【実施例５】
【０１７９】
次に、金属部２に含まれるマグネシウムおよびビスマスの含有量を変化させることによって、領域４の厚みが変化することの確認を行なった。【０１８０】
実施例２の試料Ｎｏ．４Ａと同じ基体本体20を用いて、表６に示したマグネシウムおよびビスマスの含有量となるように調整した厚膜ペーストを使用して、厚膜焼成温度を840℃とし基体本体20の第１の主面１ａに金属部２を形成した。厚膜焼成時間は１時間とし、焼成後の金属部２の厚みは10.5μｍとした。【０１８１】
金属部２におけるマグネシウムおよびビスマスの含有量は、金属部２の表面を蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ）によって、各成分の質量％を求めた。なお、試料数は各10個で、その平均値をデータとした。また、直線度の測定は、実施例３と同一である。【０１８２】
得られた調査結果を表６に示す。【０１８３】
【表６】
2012070648.tif 000008
【０１８４】
表６からわかるように、マグネシウムの含有量が0.05〜0.2質量％、ビスマスの合計量の含有量が0.45〜2.8質量％であって、その合計量が0.5質量％以上3.0質量％以下である試料Ｎｏ．13〜16は、領域４の厚みｔが５μｍ以上15μｍ以下であって、金属部２の接合強度が10ＭＰａ以上となり、より高い値を示すとともに、金属部２のパターンの直線度が10μｍ以下と電気的な絶縁性を容易に確保し易くなることが分かった。
【実施例６】
【０１８５】
基体本体20の粒界相の平均幅および平均結晶粒径が、接合強度と反射率とに及ぼす影響について調査した。【０１８６】
主成分として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いて成形体を作製するまでは、実施例１〜５と同じ工程を用いた。【０１８７】
次に、この成形体を焼結させるために、プッシャー式トンネル炉を用い、大気中の酸化雰囲気で1420〜1540℃、焼成時間を3.6〜15時間に調整し、平均結晶粒径および粒界相の幅が表２に示す値となるように焼成を行ない、試料Ｎｏ．18〜24となる基体本体20を得た。【０１８８】
さらに、これらの基体本体20を用いて、金属部２を実施例１と同じ方法で形成した。厚膜印刷するペーストはペーストＡを用い、厚膜焼成の最高温度を840℃、ＩＮ−ＯＵＴの時間を１時間として金属部２（導体34）を形成した。【０１８９】
また、基体本体20の酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相の平均幅を求める方法は、基体本体20の任意の断面をＴＥＭ観察により、任意の点において50,000倍まで拡大し測定し、粒界相の幅を測定する作業を、計10点の視野において行ない、測定した粒界相の幅を平均することで求めた。【０１９０】
また、酸化アルミニウムの結晶の平均結晶粒径を求める方法は、基板の表面を鏡面加工し、各試料の焼成温度に対し80℃低い温度でファイヤーエッチングをし、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光）法による元素分析をして酸化アルミニウムの結晶を特定した後、走査型電子顕微鏡（日本電子製のJSM-7001F）で2500倍の倍率で撮影して画像のデータを作成し、画像解析装置（三谷商事製のWin ROOF）を用いて各結晶粒の面積を求め、その面積から各結晶の円相当径を算出して平均結晶粒径を求めた。【０１９１】
また、金属部の接合強度の測定方法は実施例１〜３、基体の反射率の測定方法は実施例１，２，４と同じである。なお、試料数は各10個で、その平均値をデータとした。【０１９２】
得られた結果を表７に示す。【０１９３】
【表７】
2012070648.tif 000009
【０１９４】
表７に示す結果から分かるように、試料Ｎｏ．19〜23は、酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相13ａの平均幅が2.0ｎｍ以下であることから、粒界相13ａにおける拡散反射光が多くなるので、反射率がより高くなることがわかる。【０１９５】
また、試料Ｎｏ．20〜23は、平均結晶粒径が2.0μｍ以下であることから、粒界相13が多く界面14ａも多く存在するようになることから、金属部２に含有される銀，ビスマスおよびマグネシウムが粒界相13に拡散しやすくなり、基体本体20と金属部２との接合強度が向上することが分かる。
【符号の説明】
【０１９６】
１，100，200：発光素子実装用基体（基体）
２：金属部
２ａ，２ｂ：第１の電極，２ｃ，２ｄ：反射層
４：領域
４ａ：第１の領域，４ｂ：第２の領域，４ｃ：界面、
５：実装部
６ａ，６ｂ：第２の電極
11：反射部材
20：基体本体
30：発光装置
31：発光素子
ｔ：厚み
【図１】
2012070648.tif 000010
【図２】
2012070648.tif 000011
【図３】
2012070648.tif 000012
【図４】
2012070648.tif 000013
【図５】
2012070648.tif 000014
【図６】
2012070648.tif 000015
【図７】
2012070648.tif 000016
【図８】
2012070648.tif 000017
【図９】
2012070648.tif 000018
【図１０】
2012070648.tif 000019
【図１１】
2012070648.tif 000020
【図１２】
2012070648.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月8日(2012.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、マグネシウムを含有するセラミック焼結体からなる基体本体と、主成分としての銀と、副成分としてのマグネシウムおよびビスマスとを含有する金属部とを有し、前記基体本体の前記金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀，マグネシウムおよびビスマスを含有する領域が存在することを特徴とする発光素子実装用基体。
【請求項２】
前記金属部が、前記発光素子と電気的に接続される第１の電極および前記第１の電極と電気的に接続されていない反射層の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子実装用基体。
【請求項３】
前記基体本体が、表面に発光素子を実装するための実装部が設けられる実装用部材と、前記実装部を取り囲むように配置された反射部材とを有し、該反射部材は、内周面に銀を含有する前記金属部が前記接合部を介して接合されており、前記金属部に対し前記接合部を介して対向する部位に、銀を含有する領域を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子実装用基体。
【請求項４】
前記領域は、前記金属部側の第１の領域と、該第１の領域に隣接する第２の領域とを有し、前記第１の領域は前記第２の領域よりマグネシウムを多く含むとともに、前記第２の領域は前記第１の領域よりビスマスを多く含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子実装用基体。
【請求項５】
前記金属部は、マグネシウムおよびビスマスの合計の含有量が0.5質量％以上、3.0質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光素子実装用基体。
【請求項６】
前記基体本体は、主成分として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を９４質量％以上、９７質量％以下の量で含有するとともに、副成分として酸化珪素（ＳｉＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光素子実装用基体。
【請求項７】
前記基体本体の発光素子が実装される表面側における酸化アルミニウム粒子の平均結晶粒径が２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子実装用基体。
【請求項８】
前記基体本体が、前記実装部側の表面側において、前記酸化アルミニウムの結晶粒子間に形成される粒界相を有しており、該粒界相の平均幅が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の発光素子実装用基体。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子実装用基体に発光素子が実装されてなることを特徴とする発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の発光素子実装用基体は、発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、マグネシウムを含有するセラミック焼結体からなる基体本体と、主成分としての銀と、副成分としてのマグネシウムおよびビスマスとを含有する金属部とを有し、前記基体本体の前記金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀，マグネシウムおよびビスマスを含有する領域が存在することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の発光素子実装用基体は、発光素子を実装するための発光素子実装用基体であって、マグネシウムを含有するセラミック焼結体からなる基体本体と、主成分としての銀と、副成分としてのマグネシウムおよびビスマスとを含有する金属部とを有し、前記基体本体の前記金属部に対し接合部を介して対向する部位に、銀，マグネシウムおよびビスマスを含有する領域が存在することから、基体本体と金属部との接合強度が高くなる。
【国際調査報告】
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