(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が搭載される素子搭載部を有するセラミック基体部と、
前記セラミック基体部上に前記素子搭載部を取り囲むように形成されるともに、セラミック焼結体からなるセラミック枠部と、を備え、
前記セラミック枠部の内周面には、前記セラミック焼結体が露出する発光素子搭載用基板において、
前記セラミック焼結体よりガラス成分を多く含むガラス層を、前記セラミック枠部上に、該セラミック枠部の開口を取り囲むように設け、
前記ガラス層の内周面の面積は、前記セラミック枠部の内周面の面積より大きく、
前記ガラス層が設けられた前記セラミック枠部の上面のうち前記ガラス層で囲まれる部分に、前記発光素子の電極と電気的に接続するための電極パッドを設けたことを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記セラミック枠部の厚さは、前記ガラス層の厚さより大きい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】
請求項１又は請求項２に記載の発光素子搭載用基板と、
前記素子搭載部に搭載される発光素子と、
前記セラミック基体部と前記セラミック枠部と前記ガラス層とで囲まれる部分に充填され、前記発光素子を封止するシリコーン樹脂からなる封止樹脂と、
を備える発光装置であって、
前記ガラス層のガラス成分には、Ｓｉ元素が含有されてい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、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子搭載用基板及び発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光素子の一つである発光ダイオード（ＬＥＤ素子）の搭載用基板として、従来からセラミック製の基板が用いられている。そして、従来の発光素子搭載用基板として、図１に示すものが提案されている。（特許文献１）
図１の発光素子搭載用基板１００は、発光素子１２０が搭載される素子搭載部１２１を有するセラミック基体部１１０と、セラミック基体部１１０上に素子搭載部１２１を取り囲むように形成されるセラミック枠部１１１とを備える。
そして、発光素子搭載用基板１００に発光素子１２０を搭載して、発光装置２００として使用する。発光素子１２０は、セラミック基体部１１０の素子搭載部１２１に、導電性接合材により固着される。そして、セラミック基体部１１０に形成された電極パッド１３０と発光素子１２０の電極とが、ボンディングワイヤ１３１を介して電気的に接続される。
また、キャビティには、発光素子１２０を覆うように、封止樹脂１３２が充填される。尚、キャビティとは、発光素子１２０が収納される部分のことで、セラミック基体部１１０とセラミック枠部１１１とで囲まれる部分のことである。
そして、セラミック基体部１１０の下面の外部接続端子が、外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、発光素子搭載用基板１００の配線導体を介して、発光素子１２０へ電源電圧が供給される。
【０００３】
また、上記従来の発光素子搭載用基板１００では、セラミック枠部１１１は金属メッキ層より光反射能が高いセラミック焼結体から構成され、当該セラミック焼結体がセラミック枠部１１１の内周面１１２に露出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０５８３６１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、従来の発光素子搭載用基板では、セラミック枠部の内周面に露出するセラミック焼結体と封止樹脂とが密着し難いため、発光装置を使用する際や発光装置を実装基板に半田付けする際等に、基板から封止樹脂が剥離する虞がある。そして、封止樹脂が剥離すると、発光素子やこれに接続したボンディングワイヤが引き剥がされるといった不具合が生じる。
このように従来の発光素子搭載用基板では、基板とその内側に充填される封止樹脂との密着の点において、改良の余地がある。
また、封止樹脂と密着性に優れるセラミック焼結体で、セラミック枠部を構成した場合、発光素子から発光される光の反射効率が悪くなり、発光素子搭載用基板として好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板とその内側に充填される封止樹脂とが強固に密着すると共に、発光素子から発光される光を効率よく反射できる、発光素子搭載用基板及び発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、ガラスがセラミックスに比べ、樹脂と密着し易いという性質に着目してなされたものである。
すなわち、本発明は、以下の（１）〜（４）に記載の事項をその特徴とする。
【０００８】
（１）発光素子が搭載される素子搭載部を有するセラミック基体部と、前記セラミック基体部上に前記素子搭載部を取り囲むように形成されるともに、セラミック焼結体からなるセラミック枠部と、を備え、前記セラミック枠部の内周面には、前記セラミック焼結体が露出する発光素子搭載用基板において、
前記セラミック焼結体よりガラス成分を多く含むガラス層を、前記セラミック枠部上に、該セラミック枠部の開口を取り囲むように設けたことを特徴とする発光素子搭載用基板。
【０００９】
（２）前記ガラス層の内周面の面積は、前記セラミック枠部の内周面の面積より大きいことを特徴とする上記（１）に記載の発光素子搭載用基板。
【００１０】
（３）前記セラミック枠部の厚さは、前記ガラス層の厚さより大きいことを特徴とする上記（２）に記載の発光素子搭載用基板。
【００１１】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の発光素子搭載用基板と、前記素子搭載部に搭載される発光素子と、前記セラミック基体部と前記セラミック枠部と前記ガラス層とで囲まれる部分に充填され、前記発光素子を封止するシリコーン樹脂からなる封止樹脂と、
を備える発光装置であって、前記ガラス層のガラス成分には、Ｓｉ元素が含有されていることを特徴とする発光装置。
【００１２】
上記（１）によると、セラミック焼結体よりガラス成分を多く含むガラス層をセラミック枠部上に設けることで、ガラス層に封止樹脂を密着させることができる。そのため、発光素子搭載用基板と封止樹脂との密着力が向上する。
従って、発光装置を使用する際や発光装置を実装基板に半田付けする際でも、発光素子搭載用基板から封止樹脂が剥離し難く、封止樹脂の剥離に起因する、発光素子やボンディングワイヤの引き剥がれといった不具合を防止できる。
また、上記（１）によると、発光素子からの光の主な反射面となる、セラミック枠部の内周面には、光反射能が優れるセラミック焼結体を露出させることができる。そのため、発光素子搭載用基板の光の反射効率を高くすることができる。
【００１３】
発光素子搭載用基板からの封止樹脂の剥離は、セラミック枠部の内周面から主に発生する。そのため、上記（２）によると、樹脂と密着し易いガラス層の内周面の面積が、樹脂と密着し難いセラミック枠部の内周面の面積より大きくなるため、発光素子搭載用基板と封止樹脂との密着力をより一層向上させることができる。従って、発光素子搭載用基板から封止樹脂が剥離するという不具合をより一層防止できる。
【００１４】
上記（３）によると、発光素子からの光の主な反射面で、且つ光反射能が優れるセラミック枠部の内周面をより大きくすることができるため、発光素子搭載用基板の光の反射効率を高くすることができる。従って、上記（２）の構成に上記（３）の構成を限定することで、発光素子搭載用基板とその内側に充填される封止樹脂とを強固に密着させると共に、発光素子からの光を効率よく反射できる発光素子搭載用基板をより確実に提供される。
【００１５】
発光素子を封止する封止樹脂として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透明樹脂が挙げられる。シリコーン樹脂はエポキシ樹脂に比べて耐熱性や変色性に優れているため、シリコーン樹脂を封止樹脂として用いた方が発光装置の耐久性が優れる。しかし、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂に比べてセラミックスと密着し難いため、シリコーン樹脂を封止樹脂として用いると、基板から封止樹脂が剥離するという不具合が顕在化しやすい。
それに対し、上記（５）によると、ガラス層を構成するガラス組成物のガラス成分にＳｉ元素を含有させることで、封止樹脂にシリコーン樹脂を用いた場合であっても、ガラス層と封止樹脂とをより一層密着させることができる。そのため、耐久性に優れるとともに、発光素子搭載用基板から封止樹脂が剥離し難い発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発光素子搭載用基板とその内側に充填される封止樹脂とが強固に密着すると共に、発光素子から発光される光を効率よく反射できる、発光素子搭載用基板及び発光装置を提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の発光装置の断面図。
【図２】本実施形態の発光素子装置の斜視図。
【図３】本実施形態の発光素子装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
図２は、本実施形態の発光装置１の斜視図（概略図）である。また、図３は、本実施形態の発光装置１の断面図である。
【００１９】
図２に示されるように、本実施形態の発光素子搭載用基板２は、セラミック基体部１０と、セラミック枠部１１と、ガラス層１２と、電極パッド１３と、配線導体１５とを備えるものである。
そして、発光素子搭載用基板２は、発光素子３０を収納する部分であるキャビティ２０を有する。キャビティ２０とは、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１とガラス層１２とで囲まれる部分のことで、封止樹脂４０が充填される。
【００２０】
次に、上記発光装置１と発光素子搭載用基板２の構造を、図３に基づいて説明する。
セラミック基体部１０は、板状（四角平板状）の部位であり、セラミック焼結体からなる。セラミック基体部１０の上面２４の中央部には、発光素子３０が搭載される素子搭載部３１を有する。
因みに、セラミック基体部１０のサイズは、３ｍｍ（縦幅）×２ｍｍ（横幅）×０．６ｍｍ（厚さ）である。
【００２１】
セラミック基体部１０を構成するセラミック焼結体には、例えば、主成分としてアルミナを含み、添加成分としてバリウム元素を含むセラミック焼結体を用いる。
【００２２】
尚、セラミック基体部１０を構成するセラミック焼結体には、上記セラミック焼結体以外に、アルミナを主成分とするセラミック焼結体、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体、ムライトを主成分とするセラミック焼結体、低温焼成の一種であるガラス−セラミック焼結体等も用いることができる。
【００２３】
セラミック枠部１１は、セラミック基体部１０上に、素子搭載部３１を取り囲むように形成された枠状の部位であり、セラミック焼結体からなる。そして、セラミック枠部１１の内周面２３には、上記セラミック焼結体が露出している。
また、セラミック枠部１１の開口２５は、四角形状になっており、セラミック枠部１１の内周面２３は、発光素子３０から放射された光の反射面として作用し、外部に向かって広がる傾斜面となっている。
因みに、セラミック枠部１１のサイズは、３ｍｍ（縦幅）×２ｍｍ（横幅）×０．２ｍｍ（厚さ）である。そして、セラミック枠部１１の内周面２３の傾斜角度θは７５°で、セラミック枠部１１の開口２５のサイズは０．９ｍｍ（縦幅）×０．９ｍｍ（横幅）である。また、セラミック枠部１１の内周面２３の面積は、０．７５ｍｍ２である。
【００２４】
また、本実施形態では、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１とは一体成形されたもので、単層の厚膜基板（セラミック焼結体）中に、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１とが形成されている。そのため、セラミック枠部１１を構成するセラミック焼結体は、セラミック基体部１０と同じセラミック焼結体である。
【００２５】
尚、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１とは、積層シート構造の基板中に形成することもできる。その場合、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１に対応するセラミックグリーンシートを積層圧着して一体化させた後、焼成して形成する。
また、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１とは、別々のセラミック焼結体で形成することもできる。その場合、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１に対応したセラミック焼結体を形成した後、それらを銀−銅等のロウ材、樹脂接着剤、低融点ガラス等により固定して形成する。
【００２６】
尚、セラミック枠部１１を構成するセラミック焼結体には、アルミナを主成分とするセラミック焼結体、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体、ムライトを主成分とするセラミック焼結体、低温焼成の一種であるガラス−セラミック焼結体等を用いることができる。より好ましくは、金属メッキ層より光反射能が優れるセラミック焼結体（例えば、Ｂａ含有アルミナ焼結体）を用いる。
【００２７】
ガラス層１２は、セラミック枠部１１の上面２７上に、セラミック枠部１１の開口２５を離間して取り囲むように形成された枠状の部材であり、ガラス組成物により構成される。そして、ガラス層１２の内周面２６には、上記ガラス組成物が露出している。
また、ガラス層１２の開口２８は、トラック形状（略平行な２本の直線と、それらを繋ぐ２つの曲線とを有する形状）になっており、ガラス層１２の内周面２６は、発光素子３０から放射された光の反射面として作用し、外部に向かって広がる傾斜面となっている。
因みに、ガラス層１２の厚さは、０．１９ｍｍである。そして、ガラス層１２の内周面２６の面積は、１．９６ｍｍ２である。
【００２８】
また、本実施形態では、ガラス層１２を構成するガラス組成物には、例えば、ガラス成分（ホウ珪酸ガラス（Ｓｉ元素を含む。））とセラミック粒子（酸化チタンや硫酸バリウム等の光散乱粒子）とを含有するガラス組成物を用いる。
尚、上記ガラス組成物はガラス成分のみとすることもできるが、発光素子搭載用基板の光の反射効率の観点から、ガラス成分とセラミック粒子との混合物を用いることがより好ましい。
【００２９】
また、上記ガラス組成物に含有するガラス成分は、セラミック枠部１１を構成するセラミック焼結体に含まれるガラス成分より多く含まれている。
尚、ガラス層１２のガラス組成物がセラミック基体部１１のセラミック焼結体よりガラス成分を多く含むか否かについては、ガラス層１２とセラミック枠部１１との内周面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影し、その画像におけるガラス（非晶質部分）の占める割合（占有面積）の多寡により判断することができる。
【００３０】
本実施形態では、ガラス層１２の内周面２６の面積（１．９６ｍｍ２）は、セラミック枠部１１の内周面２３の面積（０．７５ｍｍ２）より大きくなっている。
また、本発明において、ガラス層１２の内周面の面積とは、封止樹脂４０とガラス層１２とが接触する部分の面積のことである。
尚、セラミック枠部１１及びガラス層１２の内周面の面積は、３次元測定器を用いて測定することができる。また、図面や測定画像により内周面の形状を特定し、計算にて求めることもできる。
【００３１】
本実施形態では、セラミック枠部１１の厚さ（０．２０ｍｍ）は、ガラス層１２の厚さ（０．１９ｍｍ）より大きくなっている。
また、本発明において、セラミック枠部１１の厚さとは、セラミック基体部１０の上面２４（キャビティ２０の底面）からセラミック枠部１１の上面２７までの距離（高さ）の平均値のことである。そして、ガラス層１２の厚さとは、セラミック枠部１１の上面２７からガラス層１２の上面２９までの距離（高さ）の平均値のことである。
【００３２】
セラミック枠部１１の上面２７（枠部１１の開口２５からガラス層１２までの部分）には、発光素子３０の電極に電気的に接続される電極パッド１３が形成されている。また、電極パッド１３に連続的に形成される配線導体１５が、セラミック枠部１１の上面２７と側面、セラミック基体部１０の側面と下面に形成されている。
【００３３】
発光素子３０は、セラミック基体部１０の素子搭載部３１に樹脂接着剤により固着される。電極パッド１３と発光素子３０の電極とは、ボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続される。
また、キャビティ２０には、発光素子３０を覆うようにシリコーン樹脂からなる封止樹脂４０が設けられる。
そして、セラミック基体部１０の下面の配線導体１５が、外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、発光素子３０へ電源電圧が供給される。
【００３４】
尚、上記封止樹脂としてエポキシ樹脂等を用いることもできるが、発光装置の耐久性の観点から、シリコーン樹脂を用いた方がより好ましい。
また、封止樹脂には、蛍光体を含有していてもよい。蛍光体は、発光素子３０から発光される所定の波長の光を受けて他の波長の光を発光可能なもの等である。
【００３５】
次に、上記構造の発光装置１及び発光素子搭載用基板２を製造する方法について、説明する。
まず、セラミックグリーンシートを準備する準備工程を実施する。具体的には、アルミナ粉末、炭酸バリウム粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を適宜混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーを従来周知の手法（例えば、ドクターブレード法やカレンダーロール法）により、シート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。
尚、セラミックグリーンシートは、原料粉末を成型機に充填して、加圧成形して作製することもできる。
【００３６】
次に、凹部形成工程を実施する。凸部を有する金型を、単層のセラミックグリーンシートに向かって押圧して、セラミックグリーンシートの上面の一部を凹ませて、凹部を有するセラミックグリーンシートを得る。
【００３７】
次に、グリーンシート焼成工程を実施する。具体的には、上記セラミックグリーンシートを、アルミナが焼結し得る所定の温度（例えば、１４００℃から１８００℃程度の温度）で焼成する。この焼成により、セラミックグリーンシートを焼結させて、セラミック基体部１０とセラミック枠部１１が一体化した単層のアルミナ焼結体を得る。
【００３８】
次に、導体部形成工程を実施する。具体的には、金属粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を適宜混合して、導体ペーストを作製する。そして、その導体ペーストを、セラミック枠部１１の上面２７と側面の所定の位置、セラミック基体部１０の側面と下面の所定の位置に印刷する。その後、焼成することで、導体ペーストの印刷層を焼結させて、電極パッド１３と配線導体１５とを形成する。
【００３９】
次に、ガラス層形成工程を実施する。具体的には、まず、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３等を主成分とするガラス粉末と、酸化チタン（ＴｉＯ２）又は、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）等の光散乱粒子（セラミック粉末）と有機ビヒクルとを適宜混合して、ガラスペーストを作製する。そして、そのガラスペーストを、セラミック枠部１１の上面２７に、セラミック枠部１１の開口２５を離間して取り囲むように、スクリーン印刷する。その後、焼成することで、ガラスペーストの印刷層を焼結させて、ガラス焼成膜を形成する。そして、そのガラス焼成膜の上に、ガラスペーストをさらに印刷し、焼成する工程を行う。この工程を所定回数行うことで、ガラス焼成膜の積層体からなるガラス層１２を形成する。
尚、ガラス層１２は、ガラスペーストの印刷を複数回行った後、焼成して形成することもできる。また、ガラスペーストを厚く１回印刷した後、焼成して形成することもできる。
以上の工程を経ることで、発光素子搭載用基板２が製造される。
【００４０】
次に、発光素子３０の実装工程を実施する。具体的には、発光素子３０を、セラミック基体部１０の素子搭載部３１に、樹脂接着剤により固着する。次に、電極パッド１３と発光素子３０の電極とに、ボンディングワイヤ１４を半田付けする。その後、キャビティ２０に、固化前の封止樹脂４０を充填し、ガラス層１２の上面２９と面一になるように固化する。
以上の工程を経ることで、発光装置１が製造される。
【００４１】
本実施形態の発光装置１及び発光素子搭載用基板２によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）セラミック枠部１１を構成するセラミック焼結体よりガラス成分を多く含むガラス層１２を、セラミック枠部１１上に設けるため、ガラス層１２の内周面２６に封止樹脂４０を密着させることができる。そのため、発光素子搭載用基板２と封止樹脂４０との密着力を向上させることができる。
従って、発光装置１を使用する際や発光装置１を実装基板に半田付けする際でも、発光素子搭載用基板２から封止樹脂４０が剥離し難く、封止樹脂４０の剥離に起因する、発光素子３０やボンディングワイヤ１４の引き剥がれといった不具合を防止できる。
また、発光素子３０からの光の主な反射面となる、セラミック枠部１１の内周面２３には、光反射能が優れるセラミック焼結体を露出させることができる。そのため、発光素子搭載用基板２の光の反射効率を高くすることができる。
（２）本実施形態では、ガラス層１２の内周面２６の面積は、セラミック枠部１１の内周面２３の面積より大きくなっている。尚、発光素子搭載用基板２からの封止樹脂４０の剥離は、セラミック枠部１１の内周面２３から主に発生する。従って、樹脂と密着し易いガラス層１２の内周面２６の面積を、樹脂と密着し難いセラミック枠部１１の内周面２３の面積より大きくすることで、発光素子搭載用基板２と封止樹脂４０との密着力をより一層向上させることができる。
（３）本実施形態では、セラミック枠部１１の厚さはガラス層１２の厚さより大きくなっている。発光素子３０からの光の主な反射面となるセラミック枠部１１の内周面２３を、より大きくすることで、発光素子搭載用基板２の光の反射効率を高くすることができる
（４）本実施形態では、封止樹脂４０はシリコーン樹脂からなり、ガラス層１２を構成するガラス組成物中のガラス成分には、Ｓｉ元素が含有されている。そのため、封止樹脂４０がシリコーン樹脂であっても、封止樹脂４０とガラス層１２とが密着し易い。すなわち、本実施形態の発光装置１は、耐久性に優れると共に、発光素子搭載用基板２からの封止樹脂４０の剥離を防止できる。
（５）本実施形態では、単層の厚膜基板中にセラミック基体部１０とセラミック枠部１１とが形成されている。そのため、セラミック枠部１１の内周面に、光の反射を妨げる接合面やセラミックシートの積層面がないため、発光素子搭載用基板２の光の反射効率を高くすることができる。
（６）本実施形態では、電極パッド１３は、セラミック枠部１１の上面２７の上に形成されている。そのため、素子搭載部３１の周辺面積を小さくすることができ、発光素子搭載用基板２を小型化できる。また、発光素子３０とセラミック枠部１１の内周面２３との距離が狭まるので、発光素子搭載用基板２の光の反射効率を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、発光素子搭載用基板とその内側に充填される封止樹脂とが強固に密着すると共に、発光素子から発光される光を効率よく反射できる、発光素子搭載用基板及び発光装置を提供される。
【符号の説明】
【００４３】
１  ・・・発光装置
２  ・・・発光素子搭載用基板
１０・・・セラミック基体部
１１・・・セラミック枠部
１２・・・ガラス層
１３・・・電極パッド
１４・・・ボンディングワイヤ
１５・・・配線導体
２０・・・キャビティ
２３・・・セラミック枠部の内周面
２４・・・セラミック基体部の上面
２５・・・セラミック枠部の開口
２６・・・ガラス層の内周面
２７・・・セラミック枠部の上面
２８・・・ガラス層の開口
２９・・・ガラス層の上面
３０・・・発光素子
３１・・・素子搭載部
【図１】
0005734090.tif 000002
【図２】
0005734090.tif 000003
【図３】
0005734090.tif 000004