(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる基板と、
該基板上に位置する金属層と、
該金属層の少なくとも一部を覆う樹脂層とを備える発光素子搭載用基板であって、
前記樹脂層が、白金を含み、前記金属層の表面に、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物が存在しており、
前記金属層は、主成分が銀であり、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であり、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記金属層は、モリブデン、オスミウム、レニウムおよびタングステンの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項３】
前記金属層は、インジウム、亜鉛および錫の少なくとも一つを含んでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項４】
前記樹脂層は、表面に高さ１．５μｍ以上の突起を複数有し、該突起が規則性をもって配列してい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搭載用基板。
【請求項５】
前記金属層の表面における算術平均粗さＲａが、０．３μｍ以上０．８μｍ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搭載用基板。
【請求項６】
前記樹脂層はシリコーン樹脂を主成分とし、前記シリコーン樹脂中の低分子シロキサンの含有量が２００ｐｐｍ以下であ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搭載用基板。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光素子搭載用基板に、発光素子が搭載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、発光素子搭載用基板およびこの発光素子搭載用基板に発光素子を搭載してなる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
消費電力の少ない発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）が注目されており、このような発光素子の搭載には、絶縁性の基板が用いられ、この基板上には、回路（配線）となる金属層が設けられている。【０００３】
このような構成において、ＬＥＤの光出力時の熱は、発光素子の性能や信頼性に影響を及ぼすものであるため、低出力ＬＥＤであれば基板として樹脂を用いることができるものの、近年においては、さらに高輝度であることが求められていることから、中出力ＬＥＤの基板としてアルミナ質焼結体、高出力ＬＥＤの基板として窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられている。【０００４】
また、上記構成の基板に発光素子を搭載してなる発光装置には、発光効率の向上が求められていることから、基板上に設けられる金属層を白色系の色調の樹脂で覆うことが行なわれている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２９８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光効率を高めるために、基板上に設けられる金属層を白色系の色調の樹脂で覆った場合、ＬＥＤの高輝度化にあたり、樹脂よりも熱伝導率が高く、放熱性の高いセラミックスを基板として用いていることにより、金属層には多くの熱が伝わることとなる。そして、金属層として、放熱性の高い金や銀を用いた場合、金属層に伝わる多くの熱によって、金属層と樹脂との密着性が低くなり、金属層からの樹脂の剥離によって発光効率が低下するおそれがある。そのため、今般においては、セラミックスからなる基板上に、主成分が金または銀である金属層、さらに金属層の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層を備える構成の発光素子搭載用基板において、金属層と樹脂との剥離が生じるおそれが少ないことが要求されている。【０００７】
本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、高輝度かつ高い発光効率を長期間にわたって発揮可能な発光素子搭載用基板およびこの発光素子搭載用基板に発光素子を搭載してなる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光素子搭載基板は、セラミックスからなる基板と、該基板上に位置する金属層と、該金属層の少なくとも一部を覆う樹脂層とを備え、前記樹脂層が白金を含み、前記金属層の表面に、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物が存在しており、前記金属層は、主成分が銀であり、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であり、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含んでいることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の発光装置は、上記構成の本発明の発光素子搭載用基板に、発光素子が搭載されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発光素子搭載用基板によれば、放熱性に優れているとともに、樹脂層と金属層の密着強度が高いことから、高輝度かつ高い発光効率を長期間にわたって発揮することができる。【００１１】
また、本発明の発光装置によれば、上記構成の本発明の発光素子搭載用基板に、発光素子が搭載されてなることにより、高い信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の発光素子搭載用基板を備える発光装置の一例を示す断面図である。
【図２】本実施形態の発光素子搭載用基板の樹脂層の表面の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の発光素子搭載用基板を備える発光装置の一例を示す断面図である。なお、以降の図において同一の部材については、同一の番号を付するものとする。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の発光素子搭載用基板１０は、セラミックスからなる基板１と、基板１上に設けられ、主成分が金または銀である金属層２と、金属層２の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層３とを備えている。なお、金属層２における主成分とは、金属層２を構成する成分の合計１００質量％のうち、５０質量％を超える成分のことである。
【００１５】
また、本実施形態の発光装置２０は、上述した構成の発光素子搭載用基板１０に発光素子４が搭載されてなるものである。なお、図１においては、発光素子４がボンディングワイヤ５により、金属層２ａに並設された金属層２ｂに電気的に接続されている例を示している。また、図示していないが、発光素子４を保護するために、発光素子搭載用基板１０における発光素子４を含む発光素子４の搭載された側の面を封止材で覆っても構わない。また、封止材は、波長変換のための蛍光物質などを含有したものであってもよい。
【００１６】
そして、本実施形態の発光素子搭載用基板１０は、基板１がセラミックスからなることにより、高い絶縁性に加えて、優れた機械的特性を有する。また、金属層２は、主成分が金または銀であることにより、金属層２の電気抵抗率が低く熱伝導率が高く、高い放熱性を有するため、高輝度で発熱量の大きい発光素子４の搭載が可能となる。そして、樹脂層３は、基板１および金属層２よりも反射率が高いことが好適である。このように、基板１および金属層２よりも反射率が高い樹脂層３を設けたときには、発光素子搭載用基板１０の発光効率が向上する。特に、基板１の色調が暗色系である場合には、基板１の表面が、樹脂層３で覆われていることが好適である。
【００１７】
そして、本実施形態の発光素子搭載用基板１０は、樹脂層３が白金を含み、金属層２の表面２ｃに、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物が存在している。このように、樹脂層３が白金を含み、金属層２の表面２ｃに、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物が存在していることにより、本実施形態の発光素子搭載用基板１０における金属層２と樹脂層３とは、高い密着強度を有する。
【００１８】
ここで、高い密着強度を有することができる詳細なメカニズムは明らかではないが、金属層２の表面２ｃにおいて、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物の存在が確認されていることから、樹脂層３に含まれる白金が酸化触媒として作用し、樹脂層３に含まれる酸素と、金属層２となるペーストに含まれるマグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種とが酸化反応を起こすことによると考えられる。
【００１９】
このように、金属層２と樹脂層３との密着強度が高いことにより、金属層２の表面２ｃから樹脂層３が剥離するおそれが少なくなるため、本実施形態の発光素子搭載用基板１０は、高輝度かつ高い発光効率を長期間にわたって発揮することができるものとなる。なお、金属層２に含まれる、マグネシウム、カルシウムおよび銅は、金属層２の表面２ｃ以外の領域において、金属として存在しても、化合物として存在してもよいが、銅に関しては、放熱性の観点から、金属で存在することが好適である。
【００２０】
そして、本実施形態の発光素子搭載用基板１０を構成する基板１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、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体またはムライト質焼結体を用いることができる。なお、加工性が比較的容易でありながら機械的強度に優れている観点からは、基板１は酸化アルミニウム質焼結体からなることが好適である。また、放熱性に優れているという観点からは、基板１は窒化アルミニウム質焼結体からなることが好適である。
【００２１】
また、基板１には、貫通孔を形成してもよい。基板１に貫通孔を形成し、その貫通孔に導電性物質からなる貫通電極を形成すれば、外部電源と接続することができる。また、その貫通孔に高熱伝導性物質からなるサーマルビアを形成すれば、基板１の放熱特性を向上させることができる。
【００２２】
次に、本実施形態の発光素子搭載用基板10を構成する樹脂層３は白金を含んでいるものであるが、上述したように、基板１よりも反射率が高いことが好適であり、具体的には、白色を呈するものであることが好適である。このような白色を呈する樹脂層３としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの主成分に、酸化チタン、酸化アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、硫酸バリウムなどの白色無機フィラーを含有したものが挙げられる。
【００２３】
次に、金属層２の第１の例としては、主成分が銀であり、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であり、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含んでいる構成が挙げられる。
【００２４】
このような構成を満たしているときには、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であることにより、優れた放熱性備えつつ、金属層２と樹脂層３とは、高い密着強度を有する。ここで、高い密着強度を有するものとなるのは、銅を２０質量％以上４０質量％以下含むことにより、金属層２の表面において、樹脂層３に含まれる白金による酸化触媒作用を得られる領域が広くなるためであると考えられる。また、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含んでいることにより、基板１を構成する成分と熱処理時に反応して化合物を形成するため、基板１と金属層２とは強固に接合されることとなる。
【００２５】
そして、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの含有量は、好適には、合計で１質量％以上８質量％以下である。なお、含有量とは、金属層２を構成する成分の合計１００質量％のうちの占有量のことである。
【００２６】
また、金属層２の第２の例としては、主成分が銀であり、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であり、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含み、さらに、モリブデン、オスミウム、レニウムおよびタングステンの少なくとも一つを含んでいる構成が挙げられる。このような構成を満たしているときには、モリブデン、オスミウム、レニウムおよびタングステンは、融点が高い金属であることから、金属層２の形成において、所定位置からのはみ出しが少なく、金属層用ペースト印刷時からの形状保持性が高いため、微細な配線が可能となる。なお、モリブデン、オスミウム、レニウムおよびタングステンの含有量は、好適には、合計で３質量％以上２０質量％以下である。
【００２７】
さらに、金属層２の第３の例としては、主成分が銀であり、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であり、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含み、さらに、インジウム、亜鉛および錫の少なくとも一つを含んでいる構成が挙げられる。
【００２８】
さらにまた、金属層２の第４の例としては、主成分が銀であり、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であり、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブの少なくとも一つを含み、モリブデン、オスミウム、レニウムおよびタングステンの少なくとも一つを含み、さらに、インジウム、亜鉛および錫の少なくとも一つを含んでいる構成が挙げられる。
【００２９】
このように、金属層２において、インジウム、亜鉛および錫の少なくとも一つを含んでいるときには、熱処理時の溶融により、金属層２における空隙を少なくすることができる。なお、インジウム、亜鉛および錫の含有量は、好適には、合計で０．５質量％以上５質量％以下である。
【００３０】
また、金属層２の第５の例としては、主成分が金または銀であり、ガラス成分の含有量が０．５質量％以上５質量％以下であり、マグネシウム、カルシウムおよび銅の合計の含有量が酸化物換算で０．１質量％以上５．０質量％以下である構成が挙げられる。
【００３１】
上述した第５の例のように、金属層２におけるマグネシウム、カルシウムおよび銅の合計含有量が酸化物換算で０．１質量％以上５．０質量％以下であるときには、主成分の含有量が高いため、金属層２は高い放熱性を有しつつ、金属層２と樹脂層３との実用上十分な密着強度を有するものとなる。
【００３２】
また、樹脂層３における白金の含有量は、０．０５質量％以上０．１５質量％以下であることが好適である。この範囲の白金の含有量であれば、コスト増加を抑えつつ、金属層２と樹脂層３とにおいて高い密着強度を有することができる。
【００３３】
なお、金属層２および樹脂層３に含まれる成分の確認方法としては、例えば、発光素子搭載用基板１０を切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）にて研磨した断面を観察面として、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて１０００倍以上１００００倍以下の倍率で観察し、付設のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いることにより確認することができる。もしくは、金属層２および樹脂層３をそれぞれ削り取り、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いることによっても確認することができる。
【００３４】
また、金属層２の表面２ｃに、マグネシウム、カルシウム、銅の酸化物が存在しているか否かについては、水酸化ナトリウム水溶液のような強アルカリ性溶液を塗布し膨潤させることによって金属層２上の樹脂層３を取り除くか、樹脂層３を削り取ることによって、金属層２の表面を露出させる。その後、ＳＥＭに付設のＥＤＳや電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によるマッピングにより、例えば、マグネシウムの酸化物を確認したいときには、マグネシウムおよび酸素のマッピングを確認し、マグネシウムと酸素との存在位置が重なり合う部分の有無によって確認すればよい。
【００３５】
また、金属層２および樹脂層３の成分の含有量を確認する方法としては、金属層２や樹脂層３をそれぞれ削り取り、ＩＣＰやＸＲＦを用いて測定すればよい。なお、金属層２の第５の例のような構成である場合には、酸素を除くガラス成分を構成する元素、マグネシウム、カルシウムおよび銅の含有量をＩＣＰやＸＲＦを用いて測定して求めた後、それぞれ酸化物に換算して求めればよい。具体的には、酸素を除くガラス成分を構成する元素が珪素であるときはＳｉＯ２、マグネシウムはＭｇＯ、カルシウムはＣａＯ、銅はＣｕＯである。
【００３６】
また、樹脂層３は、表面３ａに高さ１．５μｍ以上の突起３ｂを複数有し、突起３ｂが規則性をもって配列していることが好適である。このような構成を満たしているときには、反射率が高まるとともに、突起３ｂの表面積が増えることによって樹脂層３に籠る熱を効率よく放散することができる。なお、発光素子４を保護するために封止部材を設けることや、接触等による突起３ｂが脱落することによる不具合が生じること等に鑑みれば、突起３ｂの高さは５．０μｍ以下であることが好適である。
【００３７】
樹脂層３の表面３ａにおける突起３ｂに関し、図２を用いて説明する。図２は、樹脂層３の表面３ａの一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線での断面図である。突起３ｂは、円錐状、三角錐状または四角錐状であり、図２には、円錐状である突起３ｂを示している。そして、突起３ｂの規則性をもった配列とは、図２（ａ）に示すように、樹脂層３の表面３ａ上に、突起３ｂが一定の間隔で存在している状態のことであり、隣り合う突起３ｂの頂点間の距離の誤差が±１０μｍ以内であることを指す。このような形態を本実施形態において規則性をもった配列という。
【００３８】
そして、樹脂層３の表面３ａにおける突起３ｂが規則性をもって配列しているか否かの確認方法としては、まず、表面３ａを目視により突起３ｂが複数存在することを確認した後、複数の突起３ｂのうち、各頂点を結ぶ直線で発光素子搭載用基板１０を切断し、ＣＰにて研磨した断面を観察面として、光学顕微鏡またはＳＥＭを用いて１０００倍以上１００００倍以下の倍率で観察し、頂点間の距離を測定する。また、各頂点が結ばれるとともに、先の直線と略直角で交わる直線で発光素子搭載用基板１０を切断し、ＣＰにて研磨した断面を観察面として、光学顕微鏡またはＳＥＭを用いて１０００倍以上１００００倍以下の倍率で観察し、頂点間の距離を測定する。そして、この測定値の誤差が±１０μｍ以内であれば樹脂層３の表面３ａに突起３ｂが規則性をもって配列しているとすればよい。
【００３９】
また、突起３ｂの高さについては、上述した観察面において、突起３ｂの左右の隆起していない部分を結ぶ線を基準線として、高さを求め、１０個の突起３ｂの高さの平均を求めればよい。また、突起３ｂ間の間隔については、各頂点が結ばれるように測定すれば、公知の接触型もしくは非接触型粗さ測定器や形状測定器を使用することによって確認することができる。
【００４０】
また、金属層２の表面２ｃにおいては、算術平均粗さＲａが、０．３μｍ以上０．８μｍ以下であることが好適である。このような構成を満たしているときには、金属層２と樹脂層３とにおいて高い密着強度を有するものとなる。なお、発光素子搭載用基板１０において、金属層２の表面２ｃとは、樹脂層３に覆われて露出していない面のことである。
【００４１】
そして、金属層２の表面２ｃの算術平均粗さＲａの確認方法としては、例えば、樹脂層３を水酸化ナトリウム水溶液のような強アルカリ性溶液を塗布し膨潤させることによって金属層２上の樹脂層３を取り除くか、樹脂層３を削り取ることによって、金属層２の表面２ｃを露出させる。その後、接触型もしくは非接触型粗さ測定器を用いて、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に基づいて測定し、この作業を任意の５箇所で行なう。そして、得られた測定値の平均を本実施形態における金属層２の表面２ｃの算術平均粗さＲａの値とする。
【００４２】
以下、本実施形態の発光素子搭載用基板１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板１として、公知の成形方法および焼成方法により、例えば、窒化アルミニウム質焼結体や酸化アルミニウム質焼結体を準備する。なお、酸化アルミニウム質焼結体の形成にあたっては、基板１の反射率を向上させるべく、酸化バリウム（ＢａＯ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含ませてもよい。
【００４３】
そして、基板１に貫通孔を形成する場合は、成形体形成時に外形状とともに孔を形成するか、外形状のみが加工された成形体に対しパンチング、ブラストまたはレーザーによって孔を形成するか、焼結体にブラストまたはレーザーによって孔を形成すればよい。なお、基板１の厚みは、例えば、０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
【００４４】
次に、金属層２の製造方法として、上述した第１、第２、第４、第５の例について説明する。なお、第１、第２、第４の例の金属層２となる金属層用ペーストに関しては、基板１として、窒化アルミニウム質焼結体を用い、第５の例の金属層２となる金属層用ペーストに関しては、酸化アルミニウム質焼結体を用いる。
【００４５】
まず、金属層２の第１の例としては、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下の銀粉末、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下の銅粉末、平均粒径が０．５μｍ以上５．０μｍ以下のチタン粉末、有機ビヒクルを準備し、所望量秤量して混合することにより、金属層用ペースト（第１）を作製する。銀粉末、銅粉末およびチタン粉末における質量比率は、例えば、銀：銅：チタンを６３：３４：３とする。
【００４６】
なお、有機ビヒクルとは、有機バインダを有機溶剤に溶解したものであり、例えば、有機バインダと有機溶剤との質量比率は、有機バインダ１に対し、有機溶剤が２〜６である。そして、有機バインダとしては、例えば、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル類、ニトロセルロース、エチルセルロース、酢酸セルロース、ブチルセルロース等のセルロース類、ポリオキシメチレン等のポリエーテル類、ポリブタジエン、ポリイソプレン等のポリビニル類から選択される１種もしくは２種以上を混合して用いることができる。
【００４７】
また、有機溶剤としては、例えば、カルビトール、カルビトールアセテート、テルピネオール、メタクレゾール、ジメチルイミダゾール、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ジアセトンアルコール、トリエチレングリコール、パラキシレン、乳酸エチル、イソホロンから選択される１種もしくは２種以上を混合して用いることができる。
【００４８】
また、金属層２の第２の例としては、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下の銀粉末、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下の銅粉末、平均粒径が０．５μｍ以上５．０μｍ以下のチタン粉末、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下のモリブデン粉末、有機ビヒクルを準備し、所望量秤量して混合することにより、金属層用ペースト（第２）を作製する。銀粉末、銅粉末、チタン粉末およびモリブデン粉末における質量比率は、例えば、銀：銅：チタン：モリブデンを５６：２７：２：１５とする。
【００４９】
また、金属層２の第４の例としては、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下の銀粉末、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下の銅粉末、平均粒径が０．５μｍ以上５．０μｍ以下のチタン粉末、平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下のモリブデン粉末、平均粒径が２．０μｍ以上１０．０μｍ以下の錫粉末、有機ビヒクルを準備し、所望量秤量して混合することにより、金属層用ペースト（第４）を作製する。銀粉末、銅粉末、チタン粉末、モリブデン粉末、錫粉末における質量比率は、例えば、銀：銅：チタン：モリブデン：錫を５５：２５：３：１５：２とする。
【００５０】
次に、金属層２の第５の例としては、平均粒径が０．５μｍ以上３．５μｍ以下である銀粉末と、ガラス粉末と、平均粒径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下である、マグネシウム粉末、カルシウム粉末および銅粉末の少なくとも一つ（以下、無機粉末と記載する。）と、有機ビヒクルとを準備する。
【００５１】
なお、ガラス粉末は、軟化点が５００℃以上７００℃以下のものを用いることが好適であり、特に、６００℃以上７００℃以下のものを用いることが好適である。また、ガラス粉末の平均粒径は、金粉末または銀粉末の平均粒径に対して８％以上６０％以下であることが好適である。軟化点が６００℃以上７００℃以下であるとき、また、ガラス粉末の平均粒径が、金属粉末の平均粒径に対して８％以上６０％以下であるときには、金属層用ペースト中に含まれるガラス粉末が、焼成の際に軟化しやすく、基板１側へ動きやすくなり、基板１と金属層２の接合強度を向上させることができる。
【００５２】
そして、このようなガラス粉末の種類としては、例えば、Ｒ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系（Ｒ：アルカリ金属元素）、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系、Ｒ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系、Ｒ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系などが挙げられる。
【００５３】
そして、銀粉末、ガラス粉末、無機粉末、有機ビヒクルを所望量秤量して混合することにより、金属層用ペースト（第５）を作製する。このときの配合量としては、例えば、銀ペースト１００質量％のうち、銀粉末を７７．０質量％以上８７．０質量％以下、ガラス粉末を０．５質量％以上５質量％以下、無機粉末を０．１質量％以上５．０質量％以下、有機ビヒクルを１０質量％以上２０質量％以下の範囲とすればよい。
【００５４】
そして、第１、第２、第４の金属層用ペーストを用いた際のその後の工程としては、まず、大気雰囲気において、８００℃以上９００℃以下の温度で基板１を熱処理する。次に、公知のスクリーン印刷法等により、いずれかの金属層用ペーストを印刷して乾燥させる。その後、真空雰囲気において、７９０℃以上８６０℃以下の最高温度で、３分以上１５分以下保持することにより金属層２を形成する。
【００５５】
次に、樹脂層３となるペースト（以下樹脂層用ペーストと記載する。）を準備する。樹脂層用ペーストは、例えば、白金を含むシリコーン樹脂原料と白色無機フィラー粉末を有機溶剤中に分散させたものである。
【００５６】
このとき、白金を含むシリコーン樹脂原料の主成分としては、オルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、白金含有ポリシロキサンなどが挙げられる。また、白色無機フィラーとしては、酸化チタン、酸化アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。なお、樹脂層３における白金の含有量は、０．０５質量％以上０．１５質量％以下となるように調整することが好適である。
【００５７】
また、樹脂層用ペーストの作製においては、樹脂層３における低分子シロキサンの含有量が２００ｐｐｍ以下になるように調整することが好適である。低分子シロキサンは、溶融された金属をはじきやすい性質をもつため、金属層２の表面２ｃにおけるボンディングワイヤ５を密着する領域に、低分子シロキサンが存在するおそれを少なくするためである。上述したように調整すれば、金属層２の表面２ｃにおいて、ボンディングワイヤ５の密着処理を容易に行なうことができる。
【００５８】
なお、樹脂層用ペーストにおける質量比率としては、例えば、白金を含むシリコーン樹脂原料が１に対し、白色無機フィラーが０．５〜４、有機溶剤が２０〜１００となるように調合する。なお、架橋剤、希釈剤、反応抑制剤なども適宜加えて構わない。
【００５９】
そして、得られた樹脂層用ペーストを、基板１や金属層２における所望領域を覆うように印刷する。ここで、突起３ｂを樹脂層３の表面３ａに設けるためには、突起３ｂの形状を形成可能な型を準備し、樹脂ペーストを印刷した後にこの型を押し当て、その後引き離せばよい。
【００６０】
次に、印刷した樹脂ペーストを１４０℃以上２００℃以下の最高温度で０．５時間以上３時間以下保持して熱処理する。なお、樹脂層３の厚みは、例えば、１０μｍ以上７０μｍ以下である。以上の工程までを経ることにより、本実施形態の発光素子搭載用基板１０を得ることができる。
【００６１】
次に、第５の金属層用ペーストを用いた際のその後の工程としては、公知のスクリーン印刷法等により、第５の金属層用ペーストを印刷して、８０℃以上１５０℃以下で乾燥する。そして、例えば、大気雰囲気において、８２０℃以上９００℃以下の最高温度で５分以上３時間以下保持することにより金属層２を形成する。この後の樹脂層３の形成については、上述した方法と同様の方法により行なえばよい。
【００６２】
次に、金を主成分とする金属層２の製造方法について説明する。金を主成分とする金属層２としては、有機溶媒に、金含有有機化合物を含む金レジネートおよび無機粉末を含む金レジネートペーストを用いればよい。
【００６３】
そして、準備した金レジネートペーストを用いて、公知のスクリーン印刷法等により基板１に印刷し、その後、８０℃以上１５０℃以下で乾燥する。そして、例えば、大気雰囲気において、４００℃以上９００℃以下の最高温度で５分以上３時間以下保持することにより金属層２を形成する。この後の樹脂層３の形成については、上述した方法と同様の方法により行なえばよい。
【００６４】
なお、金属層２の厚みを所望の厚みとするには、印刷、乾燥および熱処理を繰り返したり、印刷および乾燥までの工程を複数回行なった後に一括して熱処理したりすればよい。
【００６５】
そして、金属層２の厚みは、例えば、銀を主成分とする金属層２の場合は、５μｍ以上７０μｍ以下であり、金を主成分とする金属層２の場合は、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
【００６６】
また、金属層２の表面には、部分的にめっき処理を行なってもよい。このようにめっき処理を行なうことによって、発光素子４やボンディングワイヤ５などの密着処理がしやすくなり、酸化による金属層２の腐蝕を抑制することができる。めっきの種類としては公知のめっきであればよく、例えば、金めっき、銀めっきまたはニッケル−金めっきなどが挙げられる。
【００６７】
そして、上述した製造方法により得られた本実施形態の発光素子搭載用基板１０は、樹脂層３が、白金を含み、金属層２が、金または銀を主成分とするとともに、金属層２の表面２ｃに、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物が存在していることから、金属層２の電気抵抗率が低く熱伝導率が高いことによって高い放熱特性を有しているとともに、金属層２と樹脂層３との密着強度が高いため、高輝度かつ高い発光効率を長期間にわたって発揮することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態の発光素子搭載用基板１０の作製において、分割溝が形成された基板１を用いて、上述した方法により金属層２および樹脂層３を形成し、その後分割すれば、多数個の発光素子搭載用基板１０を効率よく作製可能である。なお、本実施形態の発光素子搭載用基板１０の製造方法は上述した製造方法に限るものではない。
【００６９】
次に、図２に示す本実施形態の発光装置２０であれば、例えば、本実施形態の発光素子搭載用基板１０の金属層２上に、発光素子４を搭載し、ボンディングワイヤ５で接続することによって得ることができる。このようにして作製された本実施形態の発光装置２０は、高い信頼性を有する。
【００７０】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００７１】
金属層における酸化物換算したマグネシウム、カルシウムおよび銅の含有量を異ならせた試料を作製し、信頼性試験を行なった。まず、酸化珪素および酸化マグネシウムを焼結助剤とし、酸化アルミニウムの含有量が９６質量％の酸化アルミニウム質焼結体からなる厚さ０．３２ｍｍの基板を準備した。【００７２】
次に、金属層となる金属層用ペーストとして、平均粒径が２．０μｍである銀粉末と、平均粒径が１．３μｍであり、軟化点が６３０℃であるＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のガラス粉末と、無機粉末（マグネシウム粉末、カルシウム粉末、銅粉末）と、有機ビヒクルとを準備した。【００７３】
そして、配合量としては、ガラス粉末を２．５質量％、有機ビヒクルを１５質量％とし、無機粉末を、金属層を構成する成分１００質量％のうち、酸化物換算した含有量が表１に示す量となるように秤量し、残部を銀粉末とした。そして、これらを混ぜ合わせることにより、金属層用ペーストを得た。【００７４】
そして、スクリーン印刷法により、それぞれの基板に対し、それぞれの金属層用ペーストを印刷した。その後、100℃で乾燥し、大気雰囲気において900℃の最高温度で１５分保持して熱処理した。なお、熱処理後の金属層の厚みは１０μｍとした。【００７５】
次に、樹脂層用ペーストとして、有機溶剤中に白金含有ポリシロキサンと酸化チタンからなる白色無機フィラー粉末を分散させたものを準備した。なお、白金は、樹脂層を構成する成分の合計１００質量％のうち、０．１質量％の含有量となる量を樹脂層用ペーストに含むものとした。【００７６】
そして、得られた樹脂層用ペーストを、金属層の少なくとも一部の表面を覆うように所望位置に印刷した。そして、１５０℃の最高温度で１時間保持する熱処理を行なった。なお、樹脂層の厚みは２０μｍとした。このようにして、試料Ｎｏ．１〜２１を得た。なお、各試料は２０個ずつ準備した。【００７７】
次に、信頼性試験について説明する。温度８５℃、湿度８５％に設定した加速寿命試験装置の中に試料を載置した。そして、各試料を１個ずつ５０時間ごとに取出し、樹脂層の表面上にポリエステルフィルムを貼り付け、それを上方へ引くことによってピール試験を行ない、金属層からの樹脂層の剥離が確認されたときの時間を表１に示した。【００７８】
【表１】
0005894352.tif 000002
【００７９】
表１に示すように、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物を金属層に含んでいることにより、耐久時間が長くなることがわかった。また、金属層におけるマグネシウム、カルシウムおよび銅の合計の含有量が、酸化物換算で０．１質量％以上５．０質量％以下であることにより、さらに耐久時間が長くなることがわかった。なお、試料Ｎｏ．４，９，１４，１９は、１０００時間後においても、金属層からの樹脂層の剥離は確認されなかった。【００８０】
なお、金属層の表面に関し、ＥＰＭＡを用いて、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏについてマッピングを確認したところ、試料Ｎｏ．２〜２１については、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕのいずれかと、Ｏとが重なり合う部分があることが確認された。【００８１】
以上の結果を含め、金属層の主成分が金または銀であることによって放熱性が高いことを鑑みれば、本実施形態の発光素子搭載用基板は、放熱性に優れつつ、樹脂層と金属層の密着強度が高いため、高輝度かつ高い発光効率を長期間にわたって発揮することができることがわかった。
【実施例２】
【００８２】
次に、金属層の構成の異なる試料を作製し、金属層の接合強度、金属層の形状保持性、金属層における空隙量の確認を行なった。【００８３】
まず、平均粒径が２．５μｍの銀粉末、平均粒径が２．５μｍの銅粉末、平均粒径が１．０μｍのチタン粉末、平均粒径が２．０μｍのモリブデン粉末、平均粒径が５．０μｍの錫粉末、有機ビヒクルを準備し、表２に示す含有量となるように秤量して混合することにより、金属層用ペーストを作製した。【００８４】
そして、基板としては窒化アルミニウム質焼結体を用い、大気雰囲気において、８５０℃の温度で基板を熱処理した。次に、スクリーン印刷法により、それぞれの基板に対し、それぞれの金属層用ペーストを印刷して乾燥させた。その後、真空雰囲気において、８２０℃の最高温度で、５分保持することにより金属層を形成した。なお、熱処理後の金属層の厚みは１５μｍとした。【００８５】
そして、金属層の引きはがし強さをＪＩＳ  Ｃ  ６４８１−１９９６に準拠して測定することにより、接合強度を評価した。測定にあたっては、まず、金属層の大きさが２×２ｍｍ２となるようにエッチングを施し、フラックスと半田とを用い、金属層の表面に、厚みが０．６ｍｍのめっき導線（銅線にＳｎめっき）を接合（半田付け）して行なった。なお、接合強度に関して表２においては、試料Ｎｏ．２３を基準とし、試料Ｎｏ．２３より引きはがし強さの値が小さい試料にＢ、試料Ｎｏ．２３に比べて引きはがし強さの値が同等若しくは超える試料にＡで示した。【００８６】
また、同じスクリーンを用いて金属層を形成したものであることから、試料Ｎｏ．２７を基準に、形状保持性について評価した。なお、評価方法は、平面視した際の金属層形状が試料Ｎｏ．２７よりも大きい試料をＢとし、平面視した際の金属層形状が試料Ｎｏ．２７と同等の試料をＡとした。【００８７】
また、超音波探傷法により基板と金属層との間の空隙を平面視した面積Ｓｖを測定し、観察面積Ｓｏに対する面積占有率（Ｓｖ／Ｓｏ×１００）を求め、空隙量とした。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を５０ＭＨｚ，ゲインを３０ｄＢ、スキャンピッチを１００μｍとし、試料Ｎｏ．２５を基準に、試料Ｎｏ．２５よりも空隙量の値が大きい試料をＢ、試料Ｎｏ．２５と同等若しくは空隙量の値が小さ試料をＡとした。【００８８】
また、金属層を削り取ることによりサンプリングし、ＩＣＰを用いて含有量を求めた。さらに、各試料を切断し、ＣＰにて研磨した断面を測定面としてＥＰＭＡのマッピングを確認したところ、試料Ｎｏ．２３〜３３については、基板の表面側において、チタンと窒素（基板である窒化アルミニウム質基板を構成する成分）とが重なり合う部分が存在した。結果を表２に示す。【００８９】
【表２】
0005894352.tif 000003
【００９０】
表２に示すように、金属層が、チタンを含んでいることにより、基板との接合強度が高まることがわかった。また、モリブデンを含んでいることにより、金属層の形状保持性が高まることがわかった。さらに、錫を含んでいることにより、空隙を少なくできることがわかった。そして、銅の含有量が２０質量％以上４０質量％以下であれば、金属層と樹脂層とは高い密着強度を有しているものであることから、基板との密着強度が高かったり、形状保持性が高かったり、空隙の少なければ、さらに信頼性の高い発光素子搭載用基板となることがわかった。【００９１】
また、チタン粉末に替えて、ジルコニウム粉末、ハフニウム粉末、ニオブ粉末を用いた場合にも、基板との接合強度は高まった。さらに、モリブデン粉末に替えて、オスミウム粉末、レニウム粉末、タングステン粉末を用いた場合にも、金属層は、高い形状保持性を有していた。また、錫粉末に替えて、インジウム粉末、亜鉛粉末を用いた場合にも、空隙は少なかった。
【実施例３】
【００９２】
次に、樹脂層の表面性状を異ならせた試料を作製し、反射率の測定を行なった。なお、樹脂層の表面性状に関すること以外は、実施例１の試料Ｎｏ．４と同じ方法により作製した。【００９３】
なお、試料Ｎｏ．３５については、樹脂層形成後の表面にブラスト処理を施し、突起を形成した。また、試料Ｎｏ．３６〜３９については、樹脂層用ペーストを印刷した後に、円錐状であり、図２に示すような規則的な配列となるような型を用いて押圧して突起を形成した。【００９４】
そして、試料Ｎｏ．３５〜３９について突起の各頂点を結ぶ直線で切断した後、ＣＰにて研磨した断面を観察面として、ＳＥＭを用いて２０００倍の倍率で観察し、試料Ｎｏ．３５については、隣り合う突起の頂点を基準線とし、突起間の窪みの深さを測定し、１０カ所における深さの平均値を突起高さとした。また、試料Ｎｏ．３６〜３９については、突起の左右の隆起していない部分を結ぶ線を基準線として、高さを測定し、１０カ所における高さの平均値を突起高さとした。なお、試料Ｎｏ．３６〜３９における前後左右の突起の間隔は５０μｍであった。【００９５】
次に、分光側色計を用いて波長４５０ｎｍにおける各試料の樹脂層の反射率を測定した。結果を表３に示す。【００９６】
【表３】
0005894352.tif 000004
【００９７】
表３に示すように、樹脂層の表面に高さ１．５μｍ以上の突起３ｂを複数有し、突起が規則性をもって配列していることにより、反射率が向上することがわかった。
【実施例４】
【００９８】
次に、金属層の表面性状を異ならせた試料を作製し、信頼性試験を行なった。【００９９】
各試料は、金属層の表面性状に関すること以外は、実施例１の試料Ｎｏ．４と同じ方法により作製した。【０１００】
なお、金属層の表面性状の加工は、金属層形成後に、金属層の表面の算術平均粗さＲａが表４に示した値になるように、ブラスト処理により行なった。そして、実施例１と同じ方法で信頼性試験を行なった。結果を表４に示す。【０１０１】
【表４】
0005894352.tif 000005
【０１０２】
表４に示すように、金属層の表面における算術平均粗さＲａが、０．３μｍ以上０．８μｍ以下であることにより、耐久時間が長くなることがわかった。そして、これらの実施例の結果より、本実施形態の発光素子搭載用基板は、放熱性に優れているとともに、樹脂層と金属層の密着強度が高いことから、これに発光素子を搭載してなる発光装置は、高い信頼性を有するものとなることがわかった。
【符号の説明】
【０１０３】
１：基板
２：金属層
３：樹脂層 
４：発光素子
５：ボンディングワイヤ
１０：発光素子搭載用基板
２０：発光装置
【要約】
【課題】  高輝度かつ高い発光効率を長期間にわたって発揮可能な発光素子搭載用基板およびこの発光素子搭載用基板に発光素子を搭載してなる発光装置を提供する。
【解決手段】  セラミックスからなる基板と、該基板上に設けられ、主成分が金または銀である金属層と、該金属層の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層とを備える発光素子搭載用基板であって、前記樹脂層が、白金を含み、前記金属層の表面に、マグネシウム、カルシウムおよび銅の少なくとも一種の酸化物が存在している発光素子搭載用基板である。
【選択図】  図１【図１】
0005894352.tif 000006
【図２】
0005894352.tif 000007