(57)【要約】【課題】反射層の腐食を防止し、５００〜７００℃程度の温度で焼成可能な発光素子搭載用基板を提供する。また、この発光素子搭載用基板を用いた発光装置を提供する。【解決手段】発光素子が搭載される搭載面を有する基板本体と、この基板本体の搭載面の一部に形成され、前記発光素子から発せられる光を反射させる銀を含む反射層と、この反射層上に形成されるガラス質絶縁層とを有し、前記ガラス質絶縁層は、酸化物基準のモル％表示で、Ｂ２Ｏ３を３０〜６０％、ＳｉＯ２を０〜５０％、ＺｎＯを２〜４０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを５〜１５％含有する低融点ガラスで形成されていることを特徴とする発光素子搭載用基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が搭載される搭載面を有する基板本体と、この基板本体の搭載面の一部に形成される銀を含む反射層と、この反射層上に形成されるガラス質絶縁層とを有し、前記ガラス質絶縁層は、酸化物基準のモル％表示で、Ｂ２Ｏ３を３０〜６０％、ＳｉＯ２を０〜５０％、ＺｎＯを２〜４０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを５〜１５％含有する低融点ガラスで形成されていることを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記ガラス質絶縁層に含まれる低融点ガラスが、転移点が３８０〜６２０℃、軟化点が５００〜７００℃、結晶化点が７００℃以上の熱特性をもつガラスである、請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項３】
前記ガラス質絶縁層が前記低融点ガラス以外にセラミックスフィラーを含有する請求項１または２に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項４】
前記基板本体上に前記発光素子用の端子部が形成され、この端子部を除く領域に前記絶縁層が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項５】
前記基板本体が凹部を有し、この凹部の底面を発光素子搭載面とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに１項に記載の発光素子搭載用基板の前記ガラス質絶縁層上に発光素子が搭載され、前記発光素子を被覆する蛍光体層を有する発光装置。
【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れを用いた発光装置に係り、特に反射率の低下を防止できる発光素子搭載用基板およびこれを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子（発光素子）の高輝度、白色化に伴い、照明、各種ディスプレイ、大型液晶テレビのバックライト等として発光素子を用いた発光装置が使用されている。発光素子を搭載する発光素子搭載用基板には、一般に素子から発せられる光を効率よく反射する高反射性が求められる。
【０００３】
このため、従来より、発光素子から発光する光を可能な限り前方に反射させることを目的として、基板表面に反射層を施す試みがされている。このような反射層としては、高い反射率を有する銀反射層がある。
【０００４】
しかし、銀は腐食しやすく、放置すると表面にＡｇ２Ｓなどの化合物が生成して光反射率が低下しやすい。その対策として、銀の表面をシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂でコートする方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この方法では樹脂中、あるいは銀導体層と樹脂の界面から水分や腐食性の気体が入り、経時的に銀導体層を腐食させてしまうため、長期信頼性を求められる製品への適用が難しかった。
【０００５】
また、銀導体層の腐食を防止するため、銀の表面をガラス層でコートする方法も提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、焼成して製造されたセラミックス（アルミナ）基板上に銀導体ペーストを塗布して銀の配線導体を形成し、さらにこの配線導体上にガラスペーストを塗布して焼成することによって銀の表面をガラス層でコートする方法が記載されている。しかし、この特許文献２に開示の方法では、銀導体層とガラス層の形成で焼成工程を繰り返す必要があった。
【０００６】
銀導体層つきのパッケージを効率的に製造するには、銀導体層と同時に焼結できる低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）（以下、ＬＴＣＣという。）技術を用いたＬＴＣＣ基板を使用することが有用である。従来、ＬＴＣＣ基板は、８００〜９００℃で焼成されるものが一般的であった。しかし、近年、従来品より低温で焼成できる銀導体材料も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０６７１１６号公報
【特許文献２】特開２００９−２３１４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２に記載されているガラスペースト（旭硝子製、商品名：ＡＰ５７００）に含まれているガラスのガラス転移点Ｔｇは６６０℃程度、軟化点Ｔｓは８０５℃程度である。このため、５００〜７００℃程度の低温ＬＴＣＣ基板に、このガラスペーストを用いても、焼成温度がガラスのＴｓよりも低温であることから、ガラスが十分に軟化流動せず緻密なガラス層を形成することはできない。また、８００〜９００℃で焼成する通常のＬＴＣＣ基板に用いて同時焼成すると基板に反りが生じ、製品に適用することが困難であった。このガラスペーストは結晶化温度Ｔｃが８８０℃程度であり、８００〜９００℃で焼成するとガラス層が結晶化する。このため、焼成時の基板の収縮とガラス層の収縮が大きく異なるのが反りの原因と考えられる。
【０００９】
本発明は、反射層の腐食を防止し、５００〜７００℃程度の温度で焼成可能な発光素子搭載用基板の提供を目的とする。また、この発光素子搭載用基板を用いた発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、発光素子搭載用基板において、発光素子が搭載される搭載面を有する基板本体と、この基板本体の搭載面の一部に形成される銀を含む反射層と、この反射層上に形成されるガラス質絶縁層とを有し、前記ガラス質絶縁層は、酸化物基準のモル％表示で、Ｂ２Ｏ３を３０〜６０％、ＳｉＯ２を０〜５０％、ＺｎＯを２〜４０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを５〜１５％含有する低融点ガラスで形成されている。また、前記ガラス質絶縁層には、前記ガラス以外にセラミックスフィラーも含有できる。
【００１１】
さらに、発光装置としては、上記発光素子搭載用基板と前記基板本体の搭載面に搭載される発光素子とこの発光素子を被覆する蛍光体層を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光素子搭載用基板では、ガラス質絶縁層で銀を含む反射層を被覆することによって、反射層の酸化や硫化等の腐食を防止できるので、反射層の反射率の低下も防止できる。また、ガラス質絶縁層に含まれるガラスが低温での流動性に優れているので、５００〜７００℃の焼成温度でも良好な反射特性を有する。
また、本発明の発光装置によれば、反射層の腐食を長期間防止できるので、長期間反射率の高い状態を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に用いられる基板の断面図の一例である。
【図２】本発明に用いられる基板に発光素子を配置した断面図の一例である。
【図３】本発明の発光装置の断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の発光素子搭載用基板は、発光素子が搭載される搭載面を有する基板本体と、この基板本体の搭載面の一部に形成される銀を含む反射層と、この反射層上に形成されるガラス質絶縁層とを有し、前記ガラス質絶縁層は、酸化物基準のモル％表示で、Ｂ２Ｏ３を３０〜６０％、ＳｉＯ２を０〜５０％、ＺｎＯを２〜４０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを５〜１５％含有する低融点ガラスで形成されている。
【００１５】
基板本体は図１に示すように全体が平板状の部材や、図２に示すように発光素子搭載面が一段下の位置となるように凹部が形成された部材である。基板を構成する材質は、反射層と絶縁層とを焼き付けるため無機材料（アルミナセラミックス、窒化アルミニウムおよびＬＴＣＣ等）が好ましい。特に、ＬＴＣＣの場合には、基板本体、反射層および絶縁層を同時焼成によって形成でき、発光素子搭載用基板を製造するときの工程の負荷を少なくできる。さらに、ＬＴＣＣで複数層積層するものを用いた場合には、給電のための内部配線層をも同時に焼成できる。
【００１６】
反射層には反射率の高さから銀が用いられる。この銀は基板本体上に塗布しやすくするために、ペースト状に加工される。ここで、従来から用いられている銀ペーストは、８００〜９００℃程度の温度で焼成しなければ反射率の高い膜を形成することが困難であったが、近年融点（９６２℃）よりも低温（６００℃付近）で焼結できるナノサイズの銀粉等を使用した低温焼成用の銀ペーストが開発されている。また、銀粒子を球状の微粒とし、塗布時の充填性を向上することによって、低温（６００℃付近）で焼結できる銀ペーストが開発されている。本発明では、この低温焼結可能な銀ペーストを用いることができる。また、通常は８００〜９００℃程度の温度で焼成しなければ十分に焼結できないような銀ペーストでも使用できる場合がある。ガラス質絶縁層に含まれる低融点ガラスが反射層の焼結を促進するためである。
【００１７】
ガラス質絶縁層は下層の反射層を腐食（特に、銀の酸化や硫化など）などから保護するための層であり、低融点ガラス単体の層または低融点ガラスとセラミックスフィラーとの混合層（ガラス−セラミックス層）で構成されることが好ましい。この低融点ガラスはガラス質絶縁層の反射率を低下させないように無色であることが好ましい。
【００１８】
前記低融点ガラスは、反射層を形成する銀を含む導体と同時に焼成できることが好ましい。そして、銀導体と同時に焼成したときに銀と反応せず、オープンポアなど、欠陥を生じないものが好ましい。さらに、ガラス質絶縁層は焼成温度が５００〜７００℃の範囲で焼結し、緻密化できるものであることが好ましい。
【００１９】
一般に銀とガラスの焼成時の反応は、ガラスの軟化点が低いほど多くなる傾向があるため、従来は銀と同時焼成可能なガラスであっても軟化点の高めの材料を使用するしかなかった。
【００２０】
また、ガラス質絶縁層に含まれる低融点ガラスが焼成時に結晶化すると、基板に反りが生じ、発光素子搭載用基板として十分な性能を発揮できなかった。したがって、ガラス質絶縁層に用いられる低融点ガラスは、焼成時に結晶化しにくいことが望ましく、転移点Ｔｇが３８０〜６２０℃、軟化点Ｔｓが５００〜７００℃、結晶化点Ｔｃが７００℃以上の熱特性をもつガラスが好適であると考えた。
【００２１】
しかし、上記したように、一般的に銀とガラスとの焼成時の反応は、ガラスの軟化点が低いほど大きな傾向があるため、単に低温で軟化流動するガラスを用いただけでは、ガラス中に銀イオンが拡散しコロイド化して黄色や赤色に発色するおそれがあった。
【００２２】
本発明では従来よりも低温の５００〜７００℃で使用できるガラスを鋭意研究したところ、焼成時にガラスがよく流動して緻密化することと、銀との反応を抑制することを両立できる範囲があることを見いだした。
【００２３】
本発明の発光装置において、発光素子としてはＬＥＤ素子があげられる。より具体的には、放射した光で蛍光体を励起して可視光を発光させるものがあり、青色発光タイプのＬＥＤ素子や紫外発光タイプのＬＥＤ素子が例示される。ただし、これらに限定されるものではなく、蛍光体を励起して可視光を発光させることが可能な発光素子であれば、発光装置の用途や目的とする発光色等に応じて種々の発光素子を使用できる。
【００２４】
本発明の発光装置には、蛍光体層が設けられることが好ましい。蛍光体は、発光素子から放射された光により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される光との混色によって、あるいは蛍光体から発光される可視光または可視光自体の混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。蛍光体の種類は特に限定されるものではなく、目的とする発光色や発光素子から放射される光等に応じて適宜選択される。
【００２５】
本発明の発光装置には、発光素子を被覆する蛍光体層（図３参照）が設けられることが好ましい。この蛍光体層は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透明樹脂中に蛍光体を、混合・分散させたものである。蛍光体は、発光素子から放射された光により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される光との混色によって、あるいは蛍光体から発光される可視光または可視光自体の混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。蛍光体の種類は特に限定されるものではなく、目的とする発光色や発光素子から放射される光等に応じて適宜選択される。
【００２６】
また、蛍光体層は、直接発光素子を覆うように形成された被覆層の上に、別に蛍光体層を設けることも可能である。すなわち、蛍光体層は発光装置の発光素子が形成された側の最上層に形成されることが好ましい。
【００２７】
本発明の発光装置は典型的には基板の表面にＬＥＤ素子を電気的に接続する端子部を有し、当該端子部を除く領域がオーバーコート層で覆われているものである。この場合、発光素子の実装は、たとえば、ＬＥＤチップを基板上にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂で接着（ダイボンド）するとともに、チップ上面の電極を金線等のボンディングワイヤを介して基板のパッド部に接続する方法、あるいは、ＬＥＤチップの裏面に設けられた半田バンプ、Ａｕバンプ、Ａｕ−Ｓｎ共晶バンプ等のバンプ電極を、基板のリード端子やパッド部にフリップチップ接続する方法などにより行われる。
【００２８】
前記基板本体は、反射層とそれを保護するガラス質絶縁層を設けることができれば、特に限定されないが、以下では基板本体がＬＴＣＣ基板である場合について説明する。
【００２９】
ＬＴＣＣ基板はガラス粉末とアルミナ粉末等のセラミックスフィラーとの混合物を焼成して製造される基板であり、銀導体と同時に焼成して製造することが可能な基板である。
【００３０】
ＬＴＣＣ基板に使用するガラス粉末とアルミナ粉末等のセラミックスフィラーは通常グリーンシート化して使用される。たとえば、まずガラス粉末とアルミナ粉末等をポリビニルブチラールやアクリル樹脂等の樹脂と、必要に応じてフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等の可塑剤等も添加して混合する。次に、トルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤を添加してスラリーとし、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム上にドクターブレード法等によってこのスラリーをシート状に成形する。最後に、このシート状に成形されたものを乾燥して溶剤を除去しグリーンシートとする。これらグリーンシートには必要に応じて、銀ペーストを用いてスクリーン印刷等によって配線パターンやビアなどが形成される。
【００３１】
前記グリーンシートは、焼成後必要に応じて所望の形状に加工されて基板とされる。この場合、被焼成体は１枚または複数枚のグリーンシートを重ねたものである。前記焼成は典型的には５００〜７００℃に２０〜６０分間保持して行われる。より典型的な焼成温度は５５０〜６００℃である。
【００３２】
なお、基板表面に形成する銀を含む反射層は、反射率の観点から他の無機成分を含有しないことが好ましい。この反射層は主として、基板本体に搭載される発光素子から発せられる光を反射する。
【００３３】
次に、ガラス質絶縁層について説明する。
ガラス質絶縁層は低融点ガラス単体の層または低融点ガラスとセラミックスフィラーとを含む層であると好ましい。
【００３４】
ガラス質絶縁層の厚みは典型的には５〜３０μｍである。５μｍ未満であると、被覆性が不充分になるおそれがあるため５μｍ以上であることが好ましい。３０μｍ超では発光素子の放熱性を阻害し発光効率が低下してしまうおそれがある。
【００３５】
ガラス質絶縁層を形成する方法は５〜３０μｍの厚みの層を平坦に形成できる方法であれば特に限定されないが、典型的には、低融点ガラス単体または低融点ガラスとセラミックスフィラーとの混合物をペースト化してスクリーン印刷し、焼成して形成される。
【００３６】
本発明においてガラス質絶縁層中、体積％表示で低融点ガラスを５０％以上含有することが好ましい。含有量が５０％未満であると、焼成時の焼結が不充分となり、被覆性を損ねるおそれがある。焼結性を向上するために７０％以上含有することがより好ましい。また、セラミックスフィラーを５０％以下含有する。セラミックスフィラーの含有量は典型的には５％以上である。セラミックスフィラーを含有することにより、ガラス質絶縁層の強度を高くできる場合がある。また、ガラス質絶縁層の放熱性を高くできる場合がある。
【００３７】
前記セラミックスフィラーはアルミナ、シリカであることが例示されるが、反射率を損ねるような吸収をもたらさないもの（白色や透明）であれば、限定されるものではない。
【００３８】
ガラス質絶縁層のガラスはＴｇが３８０〜６２０℃であることが好ましい。Ｔｇはたとえば昇温速度１０℃／分の条件で示差熱分析測定を行ったときに第１屈曲部のショルダーの温度として観測できる。
【００３９】
ガラス質絶縁層のガラスは、Ｔｓが５００〜７００℃であることが好ましい。ここでＴｓは昇温速度１０℃／分の条件で１０００℃まで示差熱分析測定を行ったときに第４屈曲部の温度として観測できる。
【００４０】
ガラス質絶縁層のガラスは、焼成工程において結晶化しないものが好ましい。Ｔｃが７００℃以上のもの、またはＴｃが観測できないものが好ましい。Ｔｃが７００℃未満のものであると、焼成工程においてガラス質絶縁層が結晶化しやすくなり、それによって基板に反りが生じるおそれがある。ここでＴｃは昇温速度１０℃／分の条件で１０００℃まで示差熱分析測定を行ったときにＴgより高温で観測される発熱ピークの温度をいうものとする。
【００４１】
次に本発明で使用できるガラスの組成について説明する。
【００４２】
酸化物基準のモル％表示で、Ｂ２Ｏ３を３０〜６０％、ＳｉＯ２を０〜５０％、ＺｎＯを２〜４０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを５〜１５％含有する低融点ガラスである。
【００４３】
Ｂ２Ｏ３はガラスの網目形成酸化物であり、Ｔｇを下げる必須成分であり、３０％以上含有する。３０％未満ではガラスが不安定になる。またはＴｇまたはＴｓが高くなりすぎるおそれがある。６０％超であるとガラスの耐水性や化学的耐久性が低下し、銀導体の保護膜としての機能が不十分になるおそれがある。好ましくは５０％以下である。
【００４４】
ＳｉＯ２は必須成分ではないがガラスの安定性を高くする成分であり５％以上含有することが好ましい。５％未満であると耐水性が不足したり、ガラスが結晶化しやすくなったりする等のおそれがある。銀発色を抑制するためには、１０％以上含有することが好ましく、２０％以上含有することがより好ましい。ＳｉＯ２の含有量が５０％超であるとＴｓが高くなりすぎるおそれがある。
【００４５】
ＺｎＯは必須成分でガラスの流動性を高め、ＴｇおよびＴｓを下げる効果があり、２％以上含有することが好ましい。ＺｎＯの含有量が４０％超であると銀導体と同時に焼成したとき発色しやすくなる。好ましくは２０％以下である。
【００４６】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの各成分および混合物は、Ｔｓを下げる効果があり、合計量で５％以上含有することが好ましい。一方、混合物の含有量が１５％超であると、ガラス中に銀イオンが拡散しコロイドを形成するおそれが生じる。好ましくは、１０％以下である。
【００４７】
Ａｌ２Ｏ３は必須成分ではないがガラスの安定性を高くする等のために少量含有できる。しかし、Ａｌ２Ｏ３が過剰な場合には、銀導体と同時に焼成したとき発色しやすくなる。Ａｌ２Ｏ３の含有量は２％以下であることが好ましい。
【００４８】
上記成分を主成分とするガラスにおいて、結晶化温度が９００℃以上のものであれば、一般的な８００〜９００℃で焼成するＬＴＣＣにも適用することができる。
【００４９】
本発明で使用できるガラスは本質的に上記成分を主成分として含有するが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。ただし、鉛酸化物は含有しない。
【００５０】
本発明のガラス質絶縁層を形成した発光素子搭載用基板の反射率としては、８０％以上が好ましく、８５％以上がより好ましく、８８％以上がさらに好ましい。
【実施例】
【００５１】
表１に示す例１〜４についてモル％で示す組成となるようにガラス原料を調合、混合し、この混合された原料を白金ルツボに入れて１２００〜１５００℃で６０分間溶融後、溶融ガラスを流し出し冷却した。得られたガラスをアルミナ製ボールミルで水を助剤として１０〜６０時間粉砕、分級してガラス粉末を得た。例１〜３が実施例のガラスであり、例４が比較例のガラスである。例３は例１のガラス粉末にアルミナフィラー（住友化学製ＡＡ−２）を加えた実施例である。ガラスとアルミナの体積比を表中のガラス欄およびアルミナ欄に示している。
【００５２】
各ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０（単位：μｍ）を、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置である島津製作所社製ＳＡＬＤ２１００を用いて測定した。いずれもＤ５０＝１〜３μｍの範囲内であった。軟化点Ｔｓ（単位：℃）をブルカーＡＸＳ社製熱分析装置ＴＧ−ＤＴＡ２０００を用いて昇温速度１０℃／分の条件で１０００℃まで、それぞれ測定した。また、例１〜４のいずれについてもＴｓ測定時に結晶ピークは認められなかった。
【００５３】
例１、２、４については各ガラス粉末のみ、例３ついてはガラス粉末にアルミナフィラーを加えた混合粉末を質量％表示で７０％、樹脂を溶剤に溶融したビヒクル成分を３０％としたものについて、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行ってガラスペーストを作製した。
【００５４】
銀ペーストは、平均粒子径が２．５μｍ程度で粒度分布が少なく球状の形状を有する導電性粉末（大研化学工業社製）およびエチルセルロースを質量比８５：１５の割合で調合し、固形分の質量％表示濃度を８５％として溶剤（αテレピネオール）に分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って作製した。
【００５５】
アルミナ基板に銀ペーストを印刷し、乾燥後、ガラスペーストを銀ペースト上に印刷し、これを６００、７００℃に３０分保持して焼成を行った。得られた基板の表面の反射率を測定した。反射率の測定にはオーシャンオプティクス社の分光器ＵＳＢ２０００と小型積分球ＩＳＰ−ＲＦを用いて測定し、可視光域の４００〜８００ｎｍの平均値を反射率（単位：％）として算出した。結果を表１に示す。
【００５６】
反射率は、実パッケージに発光素子を搭載し、光量測定した結果と、本手法による測定の反射率との相関から考慮して、反射率８０％未満では効率的に発光素子からの光を反射できないので絶縁層としては好ましくないと考えた。表１の結果から分かるように、焼成温度を高くすることにより、反射率は向上する傾向がみられる。
【００５７】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００５８】
携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトに利用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１：ＬＴＣＣ基板
２：導体層（反射層）
３：オーバーコート層
４：ビア導体
５：封止樹脂（蛍光体層）
６：発光素子
７：ボンディングワイヤ
８：金メッキ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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