(57)【要約】  配線基板は、発光素子を搭載する基体と、基体の表面に位置するとともに発光素子から出射された光線を反射する反射膜と、を備えている。そして、反射膜は、基体の表面に対して垂直方向に伸びた多数の柱状結晶からなる。反射膜の表面は、隣接する柱状結晶の表面が連続的に接している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を搭載する基体と、前記基体の表面に位置し、発光素子から出射される光線を反射する反射膜と、を備え、
前記反射膜は、前記基体の表面に対して垂直方向に伸びた多数の柱状結晶からなり、
前記反射膜の表面は、隣接する前記柱状結晶の表面が連続的に接している、
ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記反射膜の表面における前記柱状結晶の連続する表面は、前記柱状結晶の連続する表面に相対する前記基体の表面と同じ形状を有する、
請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記多数の柱状結晶は、前記基体の表面に直に接している第一の柱状結晶、及び、前記基体の表面に直に接することなく前記第一の柱状結晶に接している第二の柱状結晶を含む、
請求項１又は２記載の配線基板。
【請求項４】
前記反射膜はアルミニウムからなる、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の配線基板。
【請求項５】
前記反射膜は波長２００〜４００ｎｍの紫外線を反射する、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の配線基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の配線基板と、
前記基体に搭載された前記発光素子と、
を備えた発光装置。
【請求項７】
波長２００〜４００ｎｍの紫外線を出射する、
請求項６に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を搭載する配線基板、及び、これを備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、深紫外発光素子として深紫外ＬＥＤ素子が注目されている。深紫外ＬＥＤの中でもＵＶＣ−ＬＥＤは、環境問題等が懸念される水銀ランプに代わり、殺菌、浄水、空気洗浄などでの利用が期待されている。【０００３】
一方、次の特許文献１には、ＬＥＤ素子を搭載するカップ状部を有する筐体が開示されている。カップ状部の内周面には、ＬＥＤ素子を囲むように反射膜が位置している。反射膜は、アルミニウムの真空蒸着によって形成されたものであり、ＬＥＤ素子から出射された可視光を所定方向へ向ける働きをする（特開２００４−１３４６９９号公報参照。）。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の配線基板は、
発光素子を搭載する基体と、前記基体の表面に位置し、発光素子から出射される光線を反射する反射膜と、を備え、
前記反射膜は、前記基体の表面に対して垂直方向に伸びた多数の柱状結晶からなり、
前記反射膜の表面は、隣接する前記柱状結晶の表面が連続的に接している、
ことを特徴とする。
【０００５】
本開示の発光装置は、
上記構成の配線基板と、
前記基体に搭載された前記発光素子と、
を備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１［Ａ］は本実施形態の配線基板を示す断面図であり、図１［Ｂ］は本実施形態の発光装置を示す断面図である。
【図２】図１［Ａ］における部分IIを拡大して示す断面図である。
【図３】本実施形態における反射膜を形成するためのイオンプレーティング装置を示す概略図である。
【図４】図３のイオンプレーティング装置によって形成された反射膜の断面を示し、図４［Ａ］はＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像、図４［Ｂ］は図４［Ａ］における結晶方位の分布を示すＩＰＦ（Inverse Pole Figure）マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書及び特許請求の範囲における「備える」とは、明示した構成要素以外の構成要素を備える場合も含まれる。「有する」や「含む」なども同様である。本明細書及び特許請求の範囲における「接続する」とは、明示した構成要素以外の構成要素を介して接続する場合も含まれる。例えば、要素Ａに接続するとは、要素Ａに直接接続する場合の他に、要素Ａに要素Ｂ等を介して接続する場合も含まれる。以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態（以下「実施形態」という。）について説明する。
【０００８】
図１［Ａ］は本実施形態の配線基板を示す断面図であり、図１［Ｂ］は本実施形態の発光装置を示す断面図である。図２は、図１［Ａ］における部分IIを拡大して示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。なお、図２において、基体２０の表面２１を平均化した平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする、右手系三次元座標を設定する。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態の配線基板１０は、発光素子１１を搭載する基体２０と、基体２０の表面２１に位置し、発光素子１１から出射された光線を反射する反射膜３０と、を備えている。そして、図２に示すように、反射膜３０は、基体２０の表面２１に対して垂直方向（Ｚ方向）に伸びた多数の柱状結晶４０からなる。反射膜３０の表面３１は、隣接する柱状結晶４０の表面４３が連続的に接している。
【００１０】
反射膜３０は、発光素子１１から出射された光線に対して、所定の指向性を持たせる働きをする。このとき、反射膜３０の表面３１に凹凸があると、光線が乱反射して所定の指向性を付与しにくくなるので、反射率が低下することになる。この傾向は、光線の波長が短いほど顕著になる。本実施形態では、反射膜３０は基体２０の表面２１に対して垂直方向に伸びた多数の柱状結晶４０からなり、反射膜３０の表面３１は隣接する柱状結晶４０の表面４３が連続的に接していることにより、反射膜３０の表面が段差の無い平滑面となるため、発光素子１１からの特に短波長の光線に対して反射率を向上できる。
【００１１】
また、図２に示すように、反射膜３０の表面３１における柱状結晶４０の連続する表面４３は、柱状結晶４０の連続する表面４３に相対する基体２０の表面２１と同じ形状を有する、としてもよい。この場合、反射膜３０の表面３１が基体２０の表面２１に平行になることにより、基体２０の表面２１の凹凸よりも反射膜３０の表面３１の凹凸が大きくなることはないので、発光素子１１からの特に短波長の光線に対して反射率をより向上できる。なお、「表面４３が表面２１と同じ形状」又は「表面４３が表面２１の形状に平行」とは、表面４３と表面２１とのＺ方向における間隔がどこでも等しい、又は、表面２１をＺ方向に平行移動すると表面４３に一致する、と言い換えられる。この場合、表面４３と表面２１とのＺ方向における間隔のその平均値からの差、又は、表面２１をＺ方向に平行移動する距離のその平均値からの差が、±０．１μｍ（若しくは反射膜３０の厚みの±５％）のものも含まれる。
【００１２】
図２に示すように、多数の柱状結晶４０は、基体２０の表面２１に直に接している第一の柱状結晶４１、及び、基体２０の表面２１に直に接することなく第一の柱状結晶４１に接している第二の柱状結晶４２を含む、としてもよい。この場合、第一の柱状結晶４１は、基体２０の表面２１に直に接しているので、基体２０の表面２１との密着性が良い。第二の柱状結晶４２は、基体２０の表面２１に直に接していなくても、第一の柱状結晶４１に接しているので、第一の柱状結晶４１を介した基体２０の表面２１との密着性が良い。よって、柱状結晶４０から構成される反射膜３０は、基体２０の表面２１との密着性が良いことにより、これらの熱膨張率差に起因する応力を緩和できるので、信頼性を向上できる。つまり、反射膜３０の経時的な反射率低下を抑制できる。
【００１３】
反射膜３０は、アルミニウムからなる、としてもよい。アルミニウムは、後述するイオンプレーティングによって反射膜３０としての結晶構造が得られるので、本実施形態に好適な材料である。
紫外線（ＵＶ（ultraviolet）：波長２００〜４００ｎｍ）は、ＵＶＡ（ultraviolet Ａ、波長３２０〜４００ｎｍ）、ＵＶＢ（ultraviolet Ｂ、波長２８０〜３２０ｎｍ）、ＵＶＣ（ultraviolet Ｃ、波長２００〜２８０ｎｍ）に分類される。深紫外波長とは、２００〜３５０ｎｍの波長を指す。
【００１４】
発光素子１１は、波長２００〜４００ｎｍの紫外線を出射するもの、としてもよい。例えば、発光素子１１はＵＶＣ−ＬＥＤ素子としてもよく、その場合、極めて短い波長の出射光線になり、反射膜３０は、波長２００〜４００ｎｍの紫外線を反射し、前述した配線基板１０の効果はより顕著になる。上記の構成により、発光装置１２は、波長２００〜４００ｎｍの紫外線を出射し、配線基板１０と同様の効果を奏する。
【００１５】
図１［Ｂ］に示すように、本実施形態の発光装置１２は、配線基板１０と、基体２０に搭載された発光素子１１と、を備えたものである。発光装置１２は、配線基板１０を備えたことにより、配線基板１０と同様の効果を奏する。
【００１６】
次に、本実施形態の配線基板１０及び発光装置１２の構成について、更に詳しく説明する。
【００１７】
基体２０は、矩形板状すなわち直方体状であって、例えば複数の誘電体層が積層されてなる。また、基体２０には、例えば逆錐台状の空間からなる収容凹部５０が位置している。ここで、直方体には立方体も含まれ、錐台には角錐台や円錐台も含まれる。収容凹部５０は、キャビティとも呼ばれ、基体２０の表面２１が窪んでおり、反射膜３０が被着された側面５１及び発光素子１１が搭載される底面５２を有する。つまり、反射膜３０は、発光素子１１を囲むように位置している。
【００１８】
収容凹部５０の大きさ及び形状は、収容しようとする発光素子１１の大きさや、発光素子１１が出射する光線の指向性に応じて、適宜設定すればよい。収容凹部５０の開口形状は、矩形、正方形、円形、その他の形状であってもよい。収容凹部５０の底面５２には電極パッド５３ａ，５３ｂが配設され、基体２０の実装面２２には外部接続端子２３ａ，２３ｂが配設されている。
【００１９】
電極パッド５３ａ，５３ｂには、図示しない接続部材であるバンプ又はワイヤを介して、発光素子１１が電気的に接続される。外部接続端子２３ａ，２３ｂは、図示しない内部配線又は外部配線を介して、電極パッド５３ａ，５３ｂに電気的に接続されている。電極パッド５３ａ，５３ｂ及び外部接続端子２３ａ，２３ｂには、例えば、厚さが０．５〜１０μｍのニッケル層と厚さが０．５〜５μｍの金層とをめっき法によって順次被着させてもよい。これらの層は、はんだ等の接合材との濡れ性向上、及び、耐食性向上に有効である。
【００２０】
基体２０は、発光素子１１を収容可能であり、かつ配線用の導体を備えるものであればよいが、例えば、誘電体層がセラミック絶縁材料から成るセラミック配線基板が好適である。基体２０がセラミック配線基板の場合、セラミック材料から成る誘電体層に各導体が形成される。セラミック配線基板は、複数のセラミック誘電体層から形成される。セラミック配線基板で用いられるセラミック材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体又はガラスセラミックス焼結体等が挙げられる。
【００２１】
また、発光装置１２は、配線基板１０及び発光素子１１の他にも、蓋体１３及び接合材１４を備えている。
【００２２】
蓋体１３は、基体２０の収容凹部５０を覆っている。つまり、発光素子１１が収容された収容凹部５０は、接合材１４を介して蓋体１３によって封止される。蓋体１３は、絶縁材料から成る板状部材であり、発光素子１１が出射する光線に対して透光性及び耐光性を有する材料で構成されていればよい。例えば、蓋体１３は、発光素子１１が出射する光線の波長に対して好ましくは７０％以上（より好ましくは９０％以上）の透過率を有する絶縁材料で構成されてもよい。
【００２３】
蓋体１３を構成する絶縁材料としては、例えばサファイア等の透明セラミック材料、ガラス材料又は樹脂材料等を用いることができる。ガラス材料としては、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、石英、ソーダガラス等を用いることができる。樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００２４】
接合材１４は、基体２０と蓋体１３とを接合することにより、収容凹部５０内の気密性及び水密性を確保するためのシール材でもある。そのため、接合材１４は、途切れの無い環状に基体２０又は蓋体１３に設けられる。また、接合材１４は遮光性を有することが望ましい。接合材１４が遮光性を有することで、基体２０と蓋体１３との間を通って収容凹部５０から漏れる光を抑制できる。
【００２５】
接合材１４としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の樹脂系接着剤、又は、はんだなどの金属材料を用いることができる。その樹脂系接着剤には、光吸収性材料を分散させることが望ましい。光吸収材料としての無機顔料には、例えば、カーボンブラックなどの炭素系顔料、チタンブラックなどの窒化物系顔料、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系などの金属酸化物系顔料等が挙げられる。はんだなどの金属材料としては、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ｓｉなどのろう材が挙げられる。
【００２６】
具体例を述べれば、発光素子１１はＵＶＣ−ＬＥＤ素子であり、配線基板１０はＵＶＣ−ＬＥＤ用パッケージであり、発光装置１２は殺菌灯である。なお、配線基板１０は、必ずしも収容凹部５０を必要としない。例えば、平板状の基体２０の表面２１に平面的に反射膜３０を形成し、その上に発光素子１１を搭載したものとしてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の配線基板１０及び発光装置１２の製造方法の一例について説明する。
【００２８】
まず、公知の多層配線基板の製造方法と同様にして、基体２０を作製する。基体２０が、セラミック配線基板であり、セラミック材料がアルミナである場合は、まずアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やシリカ（ＳｉＯ2）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤又は溶媒を添加混合して泥漿状とし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下「グリーンシート」という。）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに、タングステン（Ｗ）とガラス材料等の原料粉末に有機溶剤又は溶媒を添加混合して金属ペーストとし、これをグリーンシート表面にスクリーン印刷等の印刷法でパターン印刷する。
【００２９】
これにより、外部接続端子２３ａ，２３ｂ、電極パッド５３ａ，５３ｂ、図示しない内部配線及び外部配線などになる導体パターンを得る。また、内部配線及び外部配線は、グリーンシートに貫通孔を設け、スクリーン印刷等によって金属ペーストを貫通孔に充填して形成してもよい。こうして得られたグリーンシートを複数枚積層し、これを約１６００℃の温度で同時焼成することによって基体２０が作製される。
【００３０】
このとき、基体２０は、収容凹部５０となる貫通孔を有する枠部と、単なる平板部と、を接合して得られるものとしてもよい。また、積層したグリーンシートの状態で型を押し付けることにより、基体２０及び収容凹部５０を形成してもよい。
【００３１】
続いて、基体２０に反射膜３０を形成する。反射膜３０の厚みは、例えば０．５〜２μｍである。反射膜３０は、収容凹部５０も含めた基体２０の表面２１全体に成膜後、収容凹部５０の側面５１にのみ残るように、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成してもよい。一方、ガラス材料を切削、切断等により所定の形状に切り出して蓋体１３を準備する。
【００３２】
発光装置１２は、基体２０の収容凹部５０内において発光素子１１を例えばフリップチップ実装によって電極パッド５３ａ，５３ｂに接続した後、蓋体１３を接合材１４を介して基体２０に接合して得られる。発光素子１１と電極パッド５３ａ，５３ｂとの接続は、ボンディングワイヤによる接続、異方性導電フィルムによる接続等、他の接続方法を採用してもよい。このようにして得られた発光装置１２は、更に外部実装基板に実装されて使用される。外部実装基板には、例えば、発光素子１１の発光を制御する制御素子や演算素子等も実装される。
【００３３】
次に、本実施形態で用いた反射膜３０について、更に詳しく説明する。図３は、本実施形態における反射膜を形成するためのイオンプレーティング装置を示す概略図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３４】
イオンプレーティング装置６０は、真空チャンバ６１と、反射膜の材料６２を加熱する加熱手段６３と、多数の基体が平面的に形成された基板６４を冷却する冷却手段６５と、蒸発した材料６２をプラズマによってイオン化する高周波電源６６と、基板６４にバイアス電圧を印加する直流電源６７と、を備えている。真空チャンバ６１は、材料６２と基板６４とを対向させた状態で、これら並びに加熱手段６３及び冷却手段６５を収容している。加熱手段６３は例えば電子ビーム照射装置であり、冷却手段６５は例えば水冷装置である。材料６２は純度９９．９９％以上のアルミニウムからなり、基板６４はセラミックからなる。なお、基体の収容凹部の深い部分にも、イオン化した材料６２が付着するように、基板６４を自転かつ公転させる機構を真空チャンバ６１内に設けてもよい。
【００３５】
加熱手段６３は、材料６２を加熱することにより、材料６２を蒸発させる。高周波電源６６は、例えば４００〜６００Ｗの電力を用い、蒸発した材料６２をプラズマによってイオン化する。直流電源６７は、例えば−５０Ｖ以下のバイアス電圧を基板６４に印加することにより、イオン化した材料６２を基板６４へ向けて加速させる。つまり、イオンプレーティング装置６０は、蒸発した材料６２をプラズマによってイオン化し、これを加速して基板６４上に堆積させる。
【００３６】
このとき、冷却手段６５は基板６４を冷却する。すなわち、本実施形態における反射膜３０の形成方法は、材料６２を蒸発させ、蒸発した材料６２をイオン化し、イオン化した材料６２を加速して基板６４上へ堆積させる際に、基板６４を冷却することを特徴とする。
【００３７】
本発明者は、反射膜の理想的な結晶構造を得るため、様々な成膜方法について研究及び実験を重ねた。例えば、アルミニウムの真空蒸着によって反射膜を形成した場合は、アルミニウムがアモルファス化したため、凹凸の大きい反射膜の表面になった。アルミニウムのスパッタによって反射膜を形成した場合は、多数の結晶粒子がそれぞれランダムな方向に成長したため、やはり凹凸の大きい反射膜の表面になった。また、アルミニウムのイオンプレーティングによって反射膜を形成した場合に基板６４の温度を１５０℃以上に保持すると、結晶粒子の成長が促進される結果、結晶粒子が肥大化して横方向（基体の表面に平行な方向）へも成長するため、反射膜の表面が基体の表面に平行とならなかった。
【００３８】
そこで、本実施形態では、基板６４の温度を６０℃〜１００℃に保持したところ、アルミニウムの結晶粒子の成長が適度に抑制されて、理想的な結晶構造の反射膜が得られた。更に、本実施形態では、基板６４を低温化した上で、プラズマによるイオン化と基板バイアス電圧とを適正化することにより（プラズマ電力：４００〜６００Ｗ、基板バイアス電圧：−５０Ｖ以下）、適度な結晶成長を実現するとともに、基板６４への反射膜の密着性を改善することができた。基板６４の冷却時の温度は、６０℃以上かつ１００℃以下とすることが好ましい。６０℃以上とする理由は、６０℃未満では反射膜の密着性が低下して膜剥離が生ずるからである。１００℃以下とする理由は、１００℃を越えると反射膜の結晶粒子が過剰に成長することにより、反射膜表面における隣接する柱状結晶同士の表面が連続的にならないので、反射膜表面に段差が形成されるからである。
【００３９】
次に、このようにして形成された反射膜３０の結晶構造について、更に詳しく説明する。図４は、図３のイオンプレーティング装置によって形成された反射膜の断面を示し、図４［Ａ］はＳＥＭ画像、図４［Ｂ］は図４［Ａ］における結晶方位の分布を示すＩＰＦマップである。以下、図４に図２を加えて説明する。なお、図４［Ｂ］のＩＰＦマップは、本来はカラー画像であるが、ハーフトーン画像で結晶方位の分布を大まかに示している。
【００４０】
まず、図４においても、図２と同様に、基体２０の表面２１を平均化した平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする、右手系三次元座標を設定する。符号４０〜４２は、図２にのみ付し、図４では省略する。
【００４１】
図２及び図４に示すように、反射膜３０は、基体２０の表面２１に対して垂直方向（Ｚ方向）に伸びた多数の柱状結晶４０からなる。反射膜３０の表面３１は、隣接する柱状結晶４０の表面４３が連続的に接している。そして、反射膜３０の表面３１における柱状結晶４０の連続する表面４３は、柱状結晶４０の連続する表面４３に相対する基体２０の表面２１と同じ形状を有する。多数の柱状結晶４０は、基体２０の表面２１に直に接している第一の柱状結晶４１、及び、基体２０の表面２１に直に接することなく第一の柱状結晶４１に接している第二の柱状結晶４２を含む。
【００４２】
基体２０の表面粗さは、セラミックの結晶粒子の凹凸によって１３０〜１５０ｎｍになっている。反射膜３０の表面粗さは、１００〜１３０ｎｍであり、基体２０の表面粗さよりも小さくなっている。基体２０の表面２１に、緻密な柱状結晶４０が位置している。柱状結晶４０の結晶粒径は０．１〜０．５μｍである、基体２０の表面２１から凹凸やうねりに関係なく上方（Ｚ方向）へ、かつ、基体２０の表面２１に反射膜３０の表面３１がほぼ平行になるように、柱状結晶４０が成長している。つまり、反射膜３０の表面３１は、基体２０の表面２１の凹凸がそのまま反映されている。隣接する柱状結晶４０の表面４３は連続的に接続されており、隣接する柱状結晶４０の表面４３間に段差はない。第一の柱状結晶４１の断面は上に凸の三角形状であり、第二の柱状結晶４２の断面は下に凸の三角形状である。隣接する第一の柱状結晶４１間を埋めるように、第二の柱状結晶４２が成長している。
【００４３】
以上、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。そのような変更を加えた構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４４】
この出願は２０１７年９月２６日に出願された日本出願特願２０１７−１８５３３７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【００４５】
本発明は、例えばＬＥＤ素子や有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）素子等の発光素子を搭載する配線基板、及び、これを備えた照射用や照明用の発光装置に利用可能である。
【図１】
2019065633.tif 000003
【図２】
2019065633.tif 000004
【図３】
2019065633.tif 000005
【図４】
2019065633.tif 000006
【国際調査報告】
2019065633.tif 000007
2019065633.tif 000008
2019065633.tif 000009