(57)【要約】【課題】熱放散性に優れた発光素子用配線基板およびその製造方法並びに発光装置を提供する。【解決手段】少なくとも、セラミックスからなる絶縁基体１と、該絶縁基体１の表面又は内部のうち少なくとも一方に、該絶縁基体１との同時焼成によって形成され、かつ銅を１０〜７０体積％、タングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有し、かつ銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が粒子として分散含有された導体層３、５、７と、前記絶縁基体１の一方の主面に発光素子を搭載する搭載部９とを具備してなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、セラミックスからなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面又は内部のうち少なくとも一方に、該絶縁基体との同時焼成によって形成され、かつ銅を１０〜７０体積％、タングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有し、かつ銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が粒子として分散含有された導体層と、前記絶縁基体の一方の主面に発光素子を搭載する搭載部とを具備してなることを特徴とする発光素子用配線基板。
【請求項２】
前記絶縁基体が、酸化アルミニウムを主成分とし、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有する相対密度が９５％以上のセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用配線基板。
【請求項３】
前記銅体層が、銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が平均粒径１〜１０μｍの粒子として分散含有して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子用配線基板。
【請求項４】
前記配線層のシート抵抗が配線層厚み１５μｍ換算で８ｍΩ／□以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
【請求項５】
前記絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が１．０〜５．０μｍであることを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
【請求項６】
前記絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子の粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎ２ＳｉＯ４が析出してなることを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
【請求項７】
前記搭載部の直下に、前記絶縁基体を貫通して貫通金属体が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
【請求項８】
前記発光素子用配線基板の搭載部が形成された側の主面に、発光素子を収容するための枠体が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の発光素子用配線基板。
【請求項９】
前記枠体が、セラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の発光素子搭載用配線基板。
【請求項１０】
前記枠体が、金属からなることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の発光素子搭載用配線基板。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれかの発光素子搭載用配線基板の搭載部に発光素子を搭載してなることを特徴とする発光装置。
【請求項１２】
少なくとも、酸化アルミニウムを主成分とし、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有するグリーンシートを形成する工程と、該グリーンシートの表面に、銅含有粉末を１０〜７０体積％と、平均粒径が１〜１０μｍのタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種以上を３０〜９０体積％の割合で含有してなる導体ペーストを回路パターン状に印刷塗布する工程と、該グリーンシートを複数層積層、一体化した積層体を形成する工程と、該積層体を非酸化性雰囲気中で最高焼成温度が１２００〜１５００℃となる条件で焼成して絶縁基体を形成することを特徴とする発光素子用配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用配線基板および発光装置ならびに発光素子用配線基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを用いた発光装置は、非常に発光効率が高く、しかも、白熱電球などと比較すると発光に伴い発生する熱量が小さいために様々な用途に用いられてきた。しかしながら、白熱電球や蛍光灯などと比較すると発光量が小さいために、照明用ではなく、表示用の光源として用いられ、通電量も３０ｍＡ程度と非常に小さいものであった。そして、その実装形態は通電量が小さく、発熱が小さいことから発光素子を樹脂に埋め込んだ、いわゆる砲弾型が主流を占めている（特許文献１参照）。
【０００３】
そして、近年では、発光素子を用いた発光装置の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトに発光装置が多く用いられてきている。しかしながら、発光素子の高輝度化に伴い、通電量も大きく、発光装置から発生する熱も増加しており、発光素子の輝度の低下をなくす為には、このような熱を素子より速やかに放散する高い熱放散性を有する発光素子用配線基板が必要となっている（特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１２４７９０号公報
【特許文献２】特開平１１−１１２０２５号公報
【特許文献３】特開２００３−３４７６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から配線基板の絶縁基体に用いられてきたアルミナ材料では、配線導体の抵抗値が高くハイパワーのＬＥＤを用いた場合には配線層自体の発熱により、ＬＥＤの輝度が低下する。さらには、配線層は熱伝導体としても作用するため、従来からアルミナ材料に適用されるＷやＭｏを主成分とした配線導体では熱伝導率が低く、この配線層自体からの発熱も放熱させるために、絶縁層に高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムが注目され始めた。しかし、窒化アルミニウムは原料コスト高や、難焼結性のため高温での焼成が必要であり、プロセスコストが高く、また、熱膨張係数が４〜５×１０−６／℃と小さいため、汎用品である１０×１０−６／℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板へ実装した際に、熱膨張差により接続信頼性が損なわれるという問題があった。
【０００５】
一方、樹脂系の配線基板を用いた場合には、熱膨張係数はプリント基板に近づくため、樹脂系の配線基板とプリント基板の実装信頼性の問題は発生しないが、樹脂系の配線基板は、熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋと非常に低く、熱に対する問題に全く対処することができず、且つ近紫外波長帯で長期間使用した場合、基板の黒色化が進み輝度が低下するという問題があり、安価で、配線層を含めた配線基板全体の熱伝導性に優れ、実装信頼性に優れた配線基板は未だ提供されていないのである。
【０００６】
従って本発明は、配線層を低抵抗かつ高熱伝導化した発光素子用配線基板および発光装置ならびに発光素子用配線基板の製造方法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】
【０００７】
本発明の発光素子用配線基板は、少なくとも、セラミックスからなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面又は内部のうち少なくとも一方に、該絶縁基体との同時焼成によって形成され、かつ銅を１０〜７０体積％、タングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有し、かつ銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が粒子として分散含有された導体層と、前記絶縁基体の一方の主面に発光素子を搭載する搭載部とを具備してなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体が、酸化アルミニウムを主成分とし、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有する相対密度が９５％以上のセラミックスからなることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記銅体層が、銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が平均粒径１〜１０μｍの粒子として分散含有して形成が望ましい。
【００１０】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記配線層のシート抵抗が配線層厚み１５μｍ換算で、８ｍΩ／□以下であることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が１．０〜５．０μｍであることを特徴とする。
【００１２】
更に、前記絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子の粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４が析出してなることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記搭載部の直下に、前記絶縁基体を貫通して貫通金属体が形成されていることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記発光素子用配線基板の搭載部が形成された側の主面に、発光素子を収容するための枠体が形成されてなることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記枠体が、セラミックスからなることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の発光素子用配線基板は、前記枠体が、金属からなることが望ましい。
【００１７】
本発明の発光装置は、以上説明した本発明の発光素子用配線基板の搭載部に発光素子を搭載してなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、酸化アルミニウムを主成分とし、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有するグリーンシートを形成する工程と、該グリーンシートの表面に、銅含有粉末を１０〜７０体積％と、平均粒径が１〜１０μｍのタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種以上を３０〜９０体積％の割合で含有してなる導体ペーストを回路パターン状に印刷塗布する工程と、該グリーンシートを複数層積層、一体化した積層体を形成する工程と、該積層体を非酸化性雰囲気中で最高焼成温度が１２００〜１５００℃となる条件で焼成して絶縁基体を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発光素子用配線基板は、絶縁基体をセラミックスにより形成することで、樹脂モールド基板より高い熱伝導率を有し、且つ長期間にわたって光源によって分子構造が変化することがないため、色調変化（黒色化など）や、特性の劣化がほとんど起こらず、高い信頼性を確保することができる。また、さらに、この絶縁基体の表面又は内部のうち少なくとも一方に、該絶縁基体との同時焼成によって形成され、かつ銅を１０〜７０体積％、タングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有し、かつ銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が粒子として分散含有された導体層を設けることで、配線基板が絶縁基板との同時焼成時において、配線材料の融点よりも高い温度で焼成された場合であっても、表面配線層、並びに内部配線層の保形性を維持するとともに、連続的な低抵抗金属を形成できるために低抵抗化を図ることができる。これにより、ハイパワーの発光素子を搭載した場合でも、配線層自体の発熱を抑制でき、更には、熱伝導の高いＣｕの連続層が形成できることから金属からなる配線層が高熱伝導体として作用するため、発光素子からの熱を、例えば、従来の酸化アルミニウムを主成分とする配線基板よりもはるかに効果的に伝達できるため、発光装置の輝度を高めることができる。
【００２０】
また、酸化アルミニウムを主成分とし、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有させることで、酸化アルミニウムを主成分とする粉末の混合体を１２００〜１５００℃の比較的低温領域で焼結させることが可能となる。このような組成の絶縁基体を用いることで、１５００℃以下の比較的低温域の焼成が可能となり、融点の低いＣｕを用いた場合でも、Ｃｕの揮発が少ないため、配線層の材料として適用できる。ただし、配線層の形状を保持するためのコア材の存在が不可欠である。これに対して、銅を１０〜７０体積％、タングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有させることで、配線層中に含まれるＣｕの融点以上の温度で焼成した場合においても、Ｃｕが溶融して、流動することによる配線層の断線を抑制できる。
【００２１】
また、溶融するＣｕの保形材として働く高融点のＷ又はＭｏの保形層が平均粒径１〜１０μｍの粒子状に分散・含有されてなることが重要である。これにより、低抵抗、高熱伝導の金属材料であるＣｕのおいては連続的な組織が形成できることになる。したがって、本発明の発光素子用配線基板によれば、安価で、熱伝導率が高く、しかも、低抵抗の配線層を具備する優れた発光素子用配線基板を提供することができる。
【００２２】
また、主成分が酸化アルミニウムである絶縁基体において、前記配線層のシート抵抗を配線層厚み１５μｍ換算で、８ｍΩ／□以下にすることで、通電時の配線層における発熱を解消できる。
【００２３】
また、絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子の平均粒径を１．０〜５．０μｍにすることで、微細な結晶構造を形成することができる。微細な結晶粒径を形成することで、絶縁基体の強度を高めることができる。実使用環境下では発光素子への通電が繰り返されたり、素子の発光に伴い急激に基板温度が上昇するため、配線層や金属枠体、或いは配線基板の固定冶具との間で、熱応力が発生し、基板が割れたり、接続端子部が絶縁層部分から破壊したりする問題がある。絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子を微細化することで絶縁層の強度を向上できるため、前述のような基板割れを回避でき、配線基板の信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、絶縁基体の酸化アルミニウム結晶粒子の粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４の結晶層が析出するようにすることにより、酸化アルミニウムを１５００℃以下の低温で焼結させることができる。粒界相のＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４は１１５０℃の低温域で溶融するために、粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４が析出するような組成ならば、液相形成に伴う酸化アルミニウの再配列と液相焼結作用により１５００℃以下で焼結できるのである。
【００２５】
また、発光素子用配線基板の搭載部の直下に、絶縁基体を貫通する貫通金属体を形成することで、発光素子が発する熱を貫通金属体を経由して迅速に放散させることができる。
【００２６】
また、発光素子用配線基板の搭載部の主面に、発光素子を収納するための枠体を設けることで、発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。また、枠体により発光素子の発する光を反射させて所定の方向に誘導することもできる。
【００２７】
以上説明した本発明の発光素子用配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置によれば、発光素子からの発熱を速やかに装置外に放出することができるため、発光素子の発熱による輝度低下を抑制できる。なお、前記枠体をセラミックにて形成することで、絶縁基体と同時焼成にて形成できるため、製造工程を大きく削減できるため低コストで配線基板を形成することが可能である。また、前記枠体を金属にて形成することで、光の反射率をより高めることができると同時に、金属枠体の高熱伝導効果により、発光素子の熱をよりスムーズに伝達できるため、装置の信頼性を高めることができる。
【００２８】
本発明の発光素子用配線基板の製造方法によれば、安価で、熱伝導率が高く、しかも、低抵抗の配線層を具備する優れた発光素子用配線基板を容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の発光素子用配線基板は、例えば、図１（ａ）に示すように、セラミックスにより形成された絶縁基体１と、絶縁基体１の主面１ａに形成された発光素子との接続端子３、絶縁基体１の他方の主面１ｂに形成された外部電極端子５、接続端子３と外部電極端子５とを電気的に接続するように、絶縁基体１を貫通して設けられた貫通導体７とから構成されている。
【００３０】
そして、一方の接続端子３ａと他方の接続端子３ｂとの間には、発光素子を搭載するための搭載部９が形成されている。
【００３１】
本発明の発光素子用配線基板１１によれば、外部電極端子５、接続端子３と外部電極端子５並びに貫通導体７が、銅を１０〜７０体積％とタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％含有する配線層により形成されることが重要である。外部電極端子５、接続端子３と外部電極端子５並びに貫通導体７などを上記の高熱伝導で、低抵抗の銅を含有する配線層により形成することで、配線層を格段に低抵抗、高熱伝導とすることができ、熱放散性に優れた発光素子用配線基板１１となる。
【００３２】
また、絶縁基体１が、酸化アルミニウムを主成分とし、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有する相対密度が９５％以上のセラミックスにより構成されることが望ましい。
【００３３】
即ち、本発明の発光素子用配線基板１１は、絶縁基体１の材料として安価で汎用性の高い酸化アルミニウムを主成分とすることが望ましく、この絶縁基板１の熱伝導性および高強度化を達成する上では、相対密度が９５％以上、特に９７％、さらには９８％以上の高緻密体から構成されるものであり、さらに熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには１７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。
【００３４】
また、前記銅からなるマトリックス中にタングステン、モリブデンの内から選ばれる少なくとも１種が平均粒径１〜１０μｍの粒子として分散含有されてなることが望ましい。
【００３５】
また、Ｃｕを含有する外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７などの配線層は、絶縁基板１との同時焼成によって形成されたものである。これにより、配線層の形成が容易にできるため、発光素子用配線基板１１の低価格化を達成できる。外部電極端子５、接続端子３の形成は絶縁基体１との同時焼成に限られるものではなく、絶縁ＣＶＤなどの薄膜形成法によって形成することも可能である。
【００３６】
なお、本発明では、絶縁基体１と、外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７との同時焼結における配線層の保形性を維持する上で１２００〜１５００℃の低温で焼成することが必要となるが、本発明によれば、このような低温での焼成においても絶縁基体１を相対密度９５％以上に緻密化することが重要である。
【００３７】
かかる観点から、本発明における絶縁基体１は、酸化アルミニウムを主成分とするもの、具体的には酸化アルミニウムを８４質量％以上の割合で含有するものを用いることが望ましいのであるが、酸化アルミニウムの焼結性を向上させるために、マンガン化合物をＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有することが重要である。即ち、Ｍｎ化合物量がＭｎ２Ｏ３換算で２．０質量％以上の領域において、１２００℃の温度で絶縁基体１の緻密化を達成できる。また、Ｍｎ化合物量をＭｎ２Ｏ３換算で５．０質量％以下にすることで、絶縁基体１の十分な絶縁性が確保することができる。このＭｎ化合物の最適な範囲は、Ｍｎ２Ｏ３換算で３．０〜１０．０質量％である。同時に、Ｓｉ化合物をＳｉＯ２換算で２．０〜１５．０質量％の割合で含有することが必要である。即ち、Ｓｉ化合物量がＳｉＯ２換算で２．０質量％以上の領域において、Ｍｎ化合物の添加量と同様に１２００℃の温度で絶縁基体１の緻密化を達成できる。また、１５．０質量％以下にすることで、熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の十分な熱伝導率を確保できる。Ｓｉ化合物の最適な範囲は、ＳｉＯ２換算で３．０〜１０．０質量％である。
【００３８】
また、この絶縁基体１中には、第３の成分として、銅含有導体との同時焼結性を高める上でＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物を合計で０．４〜８．０質量％の割合で含有せしめることが望ましい。
【００３９】
上記酸化アルミニウム以外の成分は、酸化アルミニウム主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在するが、熱伝導性を高める上で粒界中に助剤成分を含有する結晶相が形成されていることが望ましい。
【００４０】
助剤成分を含有する粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４の結晶層を析出させることが好ましい。これにより、酸化アルミニウムを１５００℃以下の低温で焼結させることができる。粒界相のＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４は１１５０℃の低温域で溶融し、液相を形成する為に、酸化アルミニウムの低温焼成には重要な化合物である。ＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４の結晶層が粒界に析出することが重要であるが、何れの結晶層も低温で液相を生成することから、何れか一方の結晶相のみであってもよい。
【００４１】
なお、粒界相に析出させる結晶相は、助剤として用いるＭｎ２Ｏ３やＳｉＯ２の添加量を変化させることで制御することができる。
【００４２】
また、絶縁基体１を形成する酸化アルミニウム主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は、１．０〜５．０μｍであることが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶からなる場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものである。この主結晶相の平均結晶粒径を１．０μｍ以上とすることで絶縁基体１の熱伝導率を満足することができることに加えて、グリーンシート化の際の粉末の取り扱いが比較的容易であり、シート化の際の乾燥に伴うクラックが発生せず十分な歩留まりが得られる。一方、平均粒径を５．０μｍ以下にすることで絶縁基体１の焼結性が確保でき、焼結に伴い１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する絶縁基体１を得ることができる。
【００４３】
一方、外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７については、銅を１０〜７０体積％、ＷまたはＭｏの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有することが重要である。これにより、配線層の低抵抗化と、前記絶縁基板１との同時焼結性を達成するとともに、外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７の同時焼成後の保形性を維持することができ、さらに、外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７の抵抗を８ｍΩ／□よりも低くすることができる。また、銅を７０体積％よりも少なく、かつＷやＭｏを３０体積％よりも多くすることで、同時焼成後の配線層の保形性を満足できる。特に外部電極端子５、接続端子３において、にじみなどが発生したり、溶融した銅によって電極部が凝集して断線が生じるとともに、絶縁基体１と配線層の熱膨張係数差により配線層の剥離が発生するためである。最適な組成範囲は、銅が４０〜６０体積％、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種が６０〜４０体積％である。
【００４４】
また、本発明においては、ＷまたはＭｏは、平均粒径１．０〜１０．０μｍの球状あるいは数個の粒子による焼結粒子として銅からなるマトリックス中に分散含有していることも重要である。ここで、上記平均粒径を１．０μｍ以上とすることで、外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７の配線形状を保つとともに組織がより緻密化するため、配線層の抵抗を低くすることができる。一方、ＷまたはＭｏの平均粒径を１０μｍ以下にすることで銅のマトリックスがＷやＭｏの粒子によって分断されることもなく、配線層の抵抗を安定的に低くでき、銅成分の分離を抑制できる。ＷまたはＭｏは平均粒径１．３〜５．０μｍ、特に１．３〜３．０μｍの大きさで分散されていることが最も望ましい。
【００４５】
ここで、外部電極端子５、接続端子３を含む配線層のシート抵抗が配線厚み１５μｍ換算で８ｍΩ／□以下であることが望ましい。これによって、微細な配線を基板内部に形成しても電気抵抗値を低く出来ることから基板を小型化した場合であっても配線自体の発熱を抑えることができ、発光装置の高輝度化に効果がある。更に、８ｍΩ／□以下に低抵抗化することで発光装置の応答性も向上させることができる。さらにシート抵抗は６ｍΩ／□以下、特に４．５ｍΩ／□以下であることが好ましい。
【００４６】
さらに、貫通導体７においても外部電極端子５、接続端子３を含む配線層と同材質から構成されると同時に、同じ抵抗値を有することが好ましい。これにより、貫通導体が、熱伝導体としても働き、発光装置の高輝度化に効果をもたらす。ただし、貫通導体は、配線層と比較し断面積が大きいことから、回路上の抵抗値は低くなることから、Ｃｕを含有しない導体材料から構成されてもなんら問題ない。
【００４７】
また、外部電極端子５、接続端子３並びに貫通導体７中には、絶縁基板１との密着性を改善するために、酸化アルミニウム、または絶縁基体１と同じ成分のセラミックスを０．０５〜２体積％の割合で含有させることも可能である。
【００４８】
さらに、酸化アルミニウムとの銅の融点を越える温度での同時焼成によって、銅成分が絶縁基体１中に拡散する場合があるが、本発明によれば、少なくとも銅を含む配線層の周囲の絶縁基体１のセラミックスへの銅の拡散距離が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが望ましい。これは、銅の絶縁基体１への拡散距離が２０μｍを超えると、配線層間の絶縁性が低下し、発光素子用配線基板１１としての信頼性が低下するためである。
【００４９】
また、発光素子用配線基板１１の放熱性を高めるために、配線基板の電気的機能に関与しない内層導体や貫通金属を形成することも可能である。
【００５０】
また、本発明の発光素子用配線基板１１には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁基体１よりも高い熱伝導率を有する貫通金属体８が、絶縁基体１を貫通して設けられていることが望ましい。
【００５１】
即ち、貫通金属体８を設けることにより、貫通金属体８を伝熱経路として発光素子から発生する熱を速やかに放散することができるため、発光素子が過度に加熱されることを防止でき、発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となる。そして、図２（ａ）に示すように、貫通金属体８は、複数の円柱の集合体や、あるいは、図２（ｂ）に示すように塊状等の種々の形態であってもよい。
【００５２】
また、貫通金属体８の形態を、図２（ｂ）に示すように、発光素子用配線基板１１に搭載される発光素子の搭載面積よりも大きな断面積を有するものとすることが好ましい。貫通金属体８の断面積を大きくすることにより、放熱部分が増加し、更に発光素子から発生する熱を速やかに放散することができる。特に、貫通金属体８の断面積は、発光素子の搭載面積に対して１．１倍以上が良く、更に好適には１．２倍以上とすることが望ましい。
【００５３】
ここで、図２（ａ）に示すような複数の円柱の集合体である貫通金属体８は、一般的にサーマルビアと呼ばれ、セラミックグリーンシートにレーザー加工等で形成された貫通孔に導体ペーストをスクリーン印刷法等により埋め込み、同時焼成することにより得られるものであり、図２（ｂ）に示すような塊状の貫通金属体８は、セラミックグリーンシートと略同一厚みの金属シートを、セラミックグリーンシートを貫通するように形成して複合成形体５０を作製し、同時焼成することにより得られるものである。
【００５４】
この図２（ａ）に示すようなサーマルビアは、通常、２００μｍ前後の直径の円柱形状を呈するものである。一方、図２（ｂ）に示すような塊状の貫通金属体８は、例えば、搭載される発光素子と同じような大きさを有するものであって、例えば、直径あるいは一辺の長さが５００μｍ、１０００μｍを越えるものである。従って、サーマルビアを用いる場合よりも、放熱面積が広くなるため、格段に高い放熱性を実現することができる。
【００５５】
また、貫通金属体８となる導体ペーストとして、金属粉末と無機粉末との混合体を用いることで、例えば、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、金属粉末と無機粉末との混合体を充填して同時焼成することができ、絶縁基体１と貫通金属体８とが強固に接合された発光素子用配線基板１１を容易に作製することができる。
【００５６】
また、この貫通金属体８には、電気回路としての機能を付与することもでき、小型で、しかも放熱性に優れた発光素子用配線基板１１となる。
【００５７】
また、例えば、本発明の発光素子用配線基板１１は、図１（ｂ）や、図２（ｂ）に示すように、搭載部９側に、搭載される発光素子を収納するための枠体１３が形成されて構成されていることが望ましい。
【００５８】
そして、枠体１３を、セラミックスにより形成することで、絶縁基体１と枠体１３とを同時焼成することができ、工程が簡略化されるため、安価な発光素子用配線基板１１を容易に作製することができる。また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する発光素子用配線基板１１となる。
【００５９】
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１３を形成する場合には、複雑な形状の枠体１３であっても、容易に安価に製造することができ、安価な発光素子用配線基板１１を供給することができる。この金属製の枠体１３は、例えば、ＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等などにより好適に形成することができる。また、枠体１３の表面には、Ｎｉ、Ａｕなどからなるめっき層（図示せず）を形成してもよい。
【００６０】
なお、このように枠体１３を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体１の搭載部９側の主面１ａに金属層１７を形成し、この金属層１７と枠体１３とを、例えば、共晶Ａｇ−Ｃｕろう材等からなるろう材（図示せず）を介して、ろう付けすることができる。
【００６１】
また、発光素子用配線基板１１に形成された搭載部９に、例えば発光素子２１として、ＬＥＤチップ２１などを搭載し、ボンディングワイヤ２３により、ＬＥＤチップ２１と接続端子３と電気的に接続して、このＬＥＤチップ２１を蛍光体などを含有する樹脂３１により覆い、ＬＥＤチップ２１に給電することにより、発光素子２１の放射する光を絶縁基体１や枠体１３に反射させ、所定の方向へと誘導することができるため、図３（ａ）〜図４（ｄ）に示すような高効率で熱の偏在が抑制された発光装置２５となる。また、発光素子用配線基板１１並びに枠体１３の熱伝導率が高いため、発光素子２１からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。
【００６２】
つぎに、本発明の発光素子用配線基板１１の製造方法について説明する。
【００６３】
例えば、上述した酸化アルミニウムを主成分とする組成物に、さらに、バインダー、溶剤を添加して、スラリーを作製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体であるセラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、さらに、セラミックグリーンシートの表面や、セラミックグリーンシートに設けた貫通孔などに、銅を１０〜７０体積％、ＷまたはＭｏの内から選ばれる少なくとも１種を３０〜９０体積％の割合で含有する導体ペーストを印刷、充填したのち、このセラミックグリーンシートを積層し、酸化雰囲気、還元雰囲気、あるいは不活性雰囲気で焼成することで、表面や内部に接続端子３や外部電極端子５や貫通導体７などの配線層が形成された発光素子用配線基板１１を作製することができる。
【００６４】
また、配線層は、薄膜法により絶縁基板１の表面に形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成できることはいうまでもない。
【００６５】
そして、このようにして絶縁基体１の表面あるいは内部に、接続端子３、外部電極端子５、貫通導体７を形成することで、発光素子用配線基板１１に配線回路を形成することができる。
【００６６】
そして、枠体１３を、セラミックスにより形成する場合には、絶縁基体１と枠体１３とを同時焼成することができ、工程が簡略化されるため、安価な発光素子用配線基板１１を容易に作製することができる。また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する発光素子用配線基板１１となる。
【００６７】
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１３を形成する場合には、複雑な形状の枠体１３であっても、容易に安価に製造することができ、安価な発光素子用配線基板１１を供給することができる。この金属製の枠体１３は、例えば、ＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等などにより好適に形成することができる。また、枠体１３の表面には、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどからなるめっき層（図示せず）を形成してもよい。
【００６８】
なお、このように枠体１３を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体１の搭載部９側の主面１ａに金属層１７を形成し、この金属層１７と枠体１３とを、例えば、共晶Ａｇ−Ｃｕろう材等からなるろう材（図示せず）を介して、ろう付けすることができる。
【００６９】
なお、上記の例では、絶縁基体１としてアルミナを主成分とするものについて、説明しているが、本発明の配線層を形成することができるのであれば、他の組成の絶縁基板１を用いてもよいことはいうまでもない。
【実施例】
【００７０】
酸化アルミニウム粉末（平均粒径１．５μｍ）に対して、Ｍｎ２Ｏ３、並びにＳｉＯ２を表１に示すような割合で添加するとともに、ＭｇＯを０．５質量％の割合で添加混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形した。そして、所定箇所にホール径１８０μｍのビアホールを形成した。
【００７１】
次に、平均粒径が５μｍの銅粉末と、平均粒径が０．８〜１２μｍのＷ粉末あるいはＭｏ粉末とを表１に示す比率で混合し、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを作製した。
【００７２】
そして、シート状成形体上に上記導体ペーストを印刷塗布し、各シート状成形体のビアホール導体にも上記配線層用導体ペーストを充填した。
【００７３】
また、貫通金属体の形成に関しては、前記ビアホール導体と同様の方法にて形成した。このときのビア形状は、焼成後の寸法が０．２ｍｍΦ、ビアピッチ０．５ｍｍにて形成した。
【００７４】
上記のようにして作製した各シート状成形体を位置合わせして積層圧着して積層体を作製した。
【００７５】
また、発光素子よりも面積の大きい貫通金属体の形成は、金属粉末とバインダーより構成される金属シートを金型を用いた打ち抜き、嵌め込み法により形成した。
【００７６】
同様の方法で形成した貫通金属層を形成したシートを複数層位置合わせして積層圧着して積層体を作製した
その後、この積層体を実質的に水分を含まない酸素含有雰囲気中（Ｎ２＋Ｏ２または大気中）で脱脂、焼成を行った後、表１に示した焼成温度にて、配線基板を得た。
【００７７】
また、配線基板の表面配線層に対して、配線の導体抵抗、長さ、幅、厚みを測定した後、厚さ１５μｍの導体に換算したシート抵抗（ｍΩ／□）を算出した。また、組織を走査型電子顕微鏡にて観察を行い、表面配線層中のＷおよび／またはＭｏ粒子の粒径を測定した。その結果を表１に示した。また、配線基板を外観検査し、表面配線層のにじみの発生および表面配線層の剥離等の有無を観察した。結果は、表１に示した。
【００７８】
さらに、エポキシ樹脂を用いて出力１．５Ｗの発光素子であるＬＥＤチップを搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤチップと接続端子とを結線し、さらに、ＬＥＤチップと接続端子とを熱膨張係数が４０×１０−６／℃のエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置を得た。
【００７９】
得られた発光装置を、−５５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクル行い、試験後、接続端子と貫通金属体と絶縁基体間の接着界面の剥離状況を確認した。
【００８０】
また、発光装置に０．４Ａの電流を通電し、１時間後に全放射束測定を行った。
【００８１】
得られた絶縁基体を粉砕し、Ｘ線回折により絶縁基体の結晶相を同定した。
【００８２】
また、絶縁基体及び貫通金属体の熱伝導率は、それぞれを個別に形成した試料を用いてレーザーフラッシュ法により測定し、相対密度をアルキメデス法によって測定した。
【００８３】
以上の工程により作製した発光素子用配線基板の特性結果を表１に示す。
【表１】
2006100364.tif 000003
【００８４】
表１に示す本発明の範囲外の配線層のＣｕ量が１０体積％未満である試料Ｎｏ．２０は配線層に含有されるＣｕが少ない為に熱伝導媒体としての効果がほとんど無く、全放射束が低くなり、また、実装サイクル試験後の剥離が確認された。同様に、配線層にＣｕを含有しない試料Ｎｏ．３７も全放射束が低くなり、実装サイクル試験後の剥離が確認された。
【００８５】
また、配線層のＣｕ量が、７０体積％を超える試料Ｎｏ．２６は、配線、ビア、並びに貫通金属体、特に配線とビアにおいて、含有するＣｕが焼成中に溶融・分離する現象が見られ、配線層の断線、Ｃｕの偏析（析出）から、シート抵抗値が著しく高くなったり、配線基板として機能しない結果になった。
【００８６】
一方、配線導体材料にＣｕを用いることが可能な、本発明の試料においては、配線材料にＷやＭｏなどの高融点金属を併用することで、焼成中に溶融するＣｕの保形性を向上させ、配線層の抵抗上昇を回避できた。同時に、貫通金属体を用いることにより、圧倒的な熱伝導性を確保できるため、発光装置として作動させた場合、装置を繰り返し作動させた際に配線基板が過剰に加熱されることがなく、優れた全放射束を示すとともに十分な接続信頼性が得られた。
【００８７】
また、特に、複数の円柱状の貫通金属体を形成した試料Ｎｏ．３５、並びに、面積の大きい貫通金属体を形成した試料Ｎｏ．３６では、熱伝導率の大きいＣｕを含有する金属層が形成されていることから、高放熱効果により、発光装置としての全放射束値が大きく向上し、高輝度の発光装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（ａ）は、本発明の発光素子用配線基板の断面図であり、（ｂ）は、枠体を設けた本発明の発光素子用配線基板の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）の配線基板に貫通金属体を形成した本発明の発光素子用配線基板の断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）の配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置の断面図である。
【図４】（ｃ）、（ｄ）は、図２（ａ）、（ｂ）の配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１・・・絶縁基体
３・・・接続端子
５・・・外部電極端子
７・・・貫通導体
８・・・貫通金属体
９・・・搭載部
１１・・・発光素子用配線基板
１３・・・枠体
１３ａ・・・枠体の内壁面
２１・・・発光素子
２５・・・発光装置
３１・・・モールド材
【図１】
2006100364.tif 000004
【図２】
2006100364.tif 000005
【図３】
2006100364.tif 000006
【図４】
2006100364.tif 000007