(57)【要約】【課題】  光透過防止効果と小型・薄型化および高反射率を同時に実現する発光素子用配線基板を提供する。【解決手段】  ２層以上の絶縁層１を積層してなる平板状の絶縁基体３と、前記絶縁層１の表面に形成された３層以上の導体層５と、前記絶縁基体３の一方の主面に形成され、発光素子１７を搭載する搭載部７と、前記絶縁層１を貫通して形成され、前記発光素子１７と電気的に接続される貫通導体９と、を具備してなる発光素子用配線基板１１であって、前記絶縁基体３を透視したときに該発光素子用配線基板１１の一方の主面１１ａに露出した前記絶縁基体３の露出部３ａから、他方の主面１１ｂに露出した前記絶縁基体３の露出部３ｂが前記絶縁層で遮断されて見通せないことを特徴とする。【選択図】  図１
2007149810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層以上の絶縁層を積層してなる平板状の絶縁基体と、前記絶縁層の表面に形成された３層以上の導体層と、前記絶縁基体の一方の主面に形成され、発光素子を搭載する搭載部と、前記絶縁層を貫通して形成され、前記発光素子と電気的に接続される貫通導体と、を具備してなる発光素子用配線基板であって、前記絶縁基体を透視したときに該発光素子用配線基板の一方の主面に露出した前記絶縁基体の露出部から、他方の主面に露出した前記絶縁基体の露出部が前記絶縁層で遮断されて見通せないことを特徴とする発光素子用配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子用配線基板の前記搭載部に発光素子を搭載し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、発光素子または受光素子を搭載するための発光素子用配線基板およびこれを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子においては、光が配線基板の裏面や周囲に漏れることにより指向性が損なわれること、受光素子においては、外部からの不要光による誤作動を起こすこと、を防止するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子またはＣＣＤ、ＣＭＯＳ、イメージセンサ等の受光素子を搭載する配線基板には遮光性が要求される。
【０００３】
例えば、受光素子用光透過防止配線基板としては、黒色系と白色系の材料を組み合わせた試みがなされ、具体的には、素子搭載部には高純度・高熱伝導率である白色系窒化アルミニウムを基板のベースとして使用し、その他ベース周辺部には光透過防止体として黒色系窒化アルミニウムを使用した例が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の例として、光透過防止体として着色アルミナを配線基板のベースとして用い、その外部に反射性の白色アルミナを配する例が報告されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、発光素子収納用パッケージの発光素子を搭載する側の主面のうち、配線層が形成されず絶縁層が露出した領域と重なるように、発光素子収納用パッケージの逆の主面に板部材を接合した例も報告されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平０１−０８９５４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８９６４号公報
【特許文献３】特開２００４−２８８６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載されているように、セラミックスを用いて光透過防止体を形成する場合、セラミックスの透光性を打ち消すために一定以上の厚みが必要であるために、発光素子用配線基板の小型化が困難であるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献３に記載の方法では、発光素子収納用パッケージの小型化と、遮光性の向上を図ることができるものの、発光素子の出力の増加により、充分な効果が得られなくなっている。
【０００８】
したがって、本発明の目的は充分な光透過防止と小型・薄型化を同時に実現する発光素子用配線基板ならびに発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発光素子用配線基板は、２層以上の絶縁層を積層してなる平板状の絶縁基体と、前記絶縁層の表面に形成された３層以上の導体層と、前記絶縁基体の一方の主面に形成され、発光素子を搭載する搭載部と、前記絶縁層を貫通して形成され、前記発光素子と電気的に接続される貫通導体と、を具備してなる発光素子用配線基板であって、前記絶縁基体を透視したときに該発光素子用配線基板の一方の主面に露出した前記絶縁基体の露出部から、他方の主面に露出した前記絶縁基体の露出部が前記絶縁層で遮断されて見通せないことを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光装置は、以上説明した発光素子用配線基板の前記搭載部に発光素子を搭載していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光素子用配線基板は、３層以上の導体層を、発光素子用配線基板の一方の主面の絶縁基板の露出部から、発光素子用配線基板の他方の主面の絶縁基板の露出部を見通せないように配設することで、光の透過経路を非直線とすることができる。
【００１２】
そのため、光は発光素子用配線基板の中を透過しようとしても導体層に阻まれてしまい、格段に遮光性に優れた発光素子用配線基板となる。
【００１３】
このような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は、格段に高い遮光性を備え、しかも小型化することもできるため、小型で、遮光性に優れた発光装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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、複数の絶縁層１ａ、１ｂを積層してなる平板状の絶縁基体３と、絶縁層１の表面に配設された３層以上の導体層５ａ、５ｂ、５ｃと、発光素子を搭載するための搭載部７と、絶縁層１を貫通して形成され、発光素子と電気的に接続される貫通導体９ａ、９ｂとを備えている。
【００１５】
そして、本発明の発光素子用配線基板１１は、絶縁基体３を透視しても、搭載部７が形成された側の発光素子用配線基板１１の主面１１ａに露出した絶縁基体３の主面３ａから、他方の発光素子用配線基板１１の主面１１ｂに露出した絶縁基体３の主面３ｂが見通せないように、導体層５ならびに貫通導体９が配設されていることが重要である。
【００１６】
言い換えると、例えば、絶縁基体３が透明であったとしても、発光素子用配線基板１１の一方の主面１１ａから他方の主面１１ｂが見えないように導体層５ならびに貫通導体９を配設することが重要で、これにより、発光素子からの光が直進して発光素子用配線基板１１を透過することが不可能となり、高い遮光性を備えた発光素子用配線基板１１となる。
【００１７】
このような形態の発光素子用配線基板１１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、搭載部７が形成された側の発光素子用配線基板１１の主面１１ａに露出した絶縁基体３の主面３ａと、他方の発光素子用配線基板１１の主面１１ｂに露出した絶縁基体３の主面３ｂとを直線で結ぶ領域を遮断するように導体層５ｂならびに貫通導体９を配設することで実現することができる。
【００１８】
さらに、光が散乱しながら絶縁層１を透過することを考慮すると、光の透過経路は長い方が望ましいため、１層の絶縁層１を挟んで配設された導体層５の縁は互いに逆方向から延設され、重なり合うように形成されていることが望ましい。
【００１９】
また、絶縁層１の主面のうち、導体層５が形成されていない領域を経由して、光が透過することを考慮すると、絶縁層１の主面を占める導体層５の割合を大きくすることが望ましく、各絶縁層１の主面のうち、７０％以上の領域に導体層５を配設することが望ましく、特に、８０％以上、さらに９０％以上の領域に導体層５を配設することが望ましい。
【００２０】
これらの導体層５ならびに貫通導体９は、電気的な機能を備えていないものであってもよく、専ら、光を遮断するためにのみ配設されたものであってもよいのはいうまでもない。
【００２１】
また、図２に示すように、搭載部７の直下に絶縁基体３を貫通するように貫通金属体１３を形成した場合には、発光素子からの熱を効率的に発光素子用配線基板１１の他方の主面１１ｂに伝搬することができる。発光素子用配線基板１１の主面１１ａに垂直な方向から見た貫通金属体１３の断面積は搭載される発光素子の同方向から見たときの断面積よりも大きくすることが放熱性の点から望ましい。
【００２２】
このような貫通金属体１３は、導体層５や貫通導体９と同様に光を遮断する機能を有するもので、貫通金属体１３と導体層５ならびに貫通導体９を組み合わせて、発光素子用配線基板１１の一方の主面１１ａから他方の主面１１ｂに光が直進的に透過しないようにすることで、小型で、遮光性に優れ、しかも放熱性に優れた発光素子用配線基板１１となる。
【００２３】
また、発光素子用配線基板１１の一方の主面１１ａには、搭載部７を取り囲むように枠体１５が形成されていてもよく、この枠体１５により搭載される発光素子を容易に保護することができる。また、発光素子を覆うように封止樹脂を配設する場合には封止樹脂の流れだしを防止できる。
【００２４】
また、枠体１５の内側面１５ａの反射率を高くした場合には、発光素子からの光を任意の方向に誘導することもできる。
【００２５】
この枠体１５が、遮光性を有する場合には、絶縁基体３の露出した露出した主面３ａの面積を減少させることもできる。
【００２６】
本発明の発光素子用配線基板１１の絶縁層１として、例えば、樹脂系の絶縁層１や、セラミック系の絶縁層１を用いることができる。
【００２７】
樹脂系の絶縁層１は、安価である点で有利である。一方、セラミック系の絶縁層１は、熱伝導率が高い点で有利である。また、セラミック系の絶縁層１では、特に高い熱伝導率を有することから、窒化アルミニウムや窒化珪素を主成分とする材料が好適に用いられる。また、安価である点ではアルミナを主成分とする材料が好適に用いられる。また、その他にも酸化マグネシウムを主成分とするものや、いわゆるガラスセラミックスを絶縁層１として用いてもよい。
【００２８】
また、絶縁層１の色は、反射率を高くする点から白色であることが望ましい。なお、白色とは所謂着色剤を添加しない場合に得られるアルミナなどのセラミックの色をさしている。また、遮光性を向上させる観点からは、黒色に近いものであってもよい。
【００２９】
また、導体層５としては、従来周知の金属箔や、導体ペーストから形成することができる。また、めっきなどの技術を用いて形成してもよい。この導体層５の材質は、金属箔としては低抵抗であることから銅を用いることが望ましく、金属ペーストを用いてセラミック系の絶縁層１と同時焼成する場合は絶縁層１の材質にあわせて、ＣｕやＡｇ、Ｗ、Ｍｎ、Ｍｏなどの材質から適宜選択すればよい。特に、搭載部７側の主面１１ａに配設された導体層５の表面には、反射率を向上させるために、ＮｉやＡｇなどの金属をめっきすることが望ましい。
【００３０】
また、貫通導体９や貫通金属体１３も、導体層５と同様に従来周知の技術を用いて作製することができる。
【００３１】
そして、図３に示すように、例えば、本発明の発光素子用配線基板１１の搭載部７に発光素子１７を接着層１９を介して搭載し、発光素子１７の電極（図示せず）と、貫通導体９と電気的に接続された、搭載部７側の発光素子用配線基板１１の主面１１ａに配設された導体層５ａとをワイヤ２１を介して接続し、発光素子１７やワイヤ２１を覆うように封止樹脂２３を形成することで本発明の発光装置２５となる。
【００３２】
このような発光装置２５は、遮光性に優れ、しかも小型化が可能なものである。そして、絶縁層１や導体層５の材質を適宜選択することで、放熱性や発光効率の優れた発光装置２５となる。
【００３３】
なお、図３の例では発光素子２１と導体層５ａとをワイヤ２１で接続しているが、両者の間にハンダバンプなどを介在させ、いわゆるフリップチップ接続させてもよいことはいうまでもない。
【００３４】
また、封止樹脂２３は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いて形成することができる。そして、これらの樹脂に発光素子１７から出る光を波長変換する蛍光体（図示せず）を分散させてもよい。
【００３５】
次に、絶縁層１としてセラミック系の絶縁層１を用いた場合の本発明の発光素子用配線基板１１ならびに発光装置２５の製造方法について、具体的に説明する。
【００３６】
例えば、まず、原料粉末を準備する。平均粒径０．５〜５．０μｍの純度９９％以上のＡｌ２Ｏ３粉末に、平均粒径０．５〜９．０μｍのＭｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯの群から選ばれる少なくとも１種を焼結助剤として用いる。焼結助剤は酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。
【００３７】
上記の粉末を混合し、バインダ、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。このセラミックグリーンシートは、焼成工程を経て絶縁層１となるものである。
【００３８】
次に、このセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、この貫通孔に金属粉末を含有する導体ペーストを充填する。この貫通孔に充填した導体ペーストは、焼成工程を経て貫通導体９となるものである。また、貫通孔の位置や大きさを適宜選択することで貫通金属体１３とすることもできる。
【００３９】
また、セラミックグリーンシートの主面に、印刷法などにより導体ペーストを印刷して所定のパターンを形成する。このセラミックグリーンシートの主面に形成されたパターンは、焼成工程を経て、導体層５となるものである。
【００４０】
このようにして形成された、主面や貫通孔に導体ペーストを配設された複数のセラミックグリーンシートを積層し、さらに焼成することで本発明の発光素子用配線基板１１を作製することができる。なお、焼成温度や導体ペーストの組成は、絶縁層１となる原料の性質に合わせて適宜選択すればよい。
【００４１】
また、導体層５は、導体ペーストのみから形成される必要は無く、例えば、金属箔や金属板を組み合わせてもよく、あるいは、薄膜法により形成してもよい。
【００４２】
また、貫通金属体１３を形成する他の方法としては、セラミックグリーンシートの所定箇所に貫通孔を形成し、この貫通孔を形成したセラミックグリーンシートに、実質的にセラミックグリーンシートと同一厚みの金属シートを積層する工程と、セラミックグリーンシートにおける貫通孔形成部分を金属シート側から押圧することによって、金属シートの一部を貫通孔内に埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートとを一体化した成形体を焼成する方法が例示できる。
【００４３】
また、発光素子用配線基板１１の表面に露出した導体層５の表面にＡｌやＡｇめっきを施すことにより、反射率を向上させ、発行素子を搭載した場合、光の取出し効率を上昇させることができる。
【００４４】
また、絶縁層１と枠体１５とを、セラミックスにより形成した場合には、絶縁層１と枠体１５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。
【００４５】
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１５を形成することで、複雑な形状の枠体１５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１５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１５の内壁面１５ａには、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇなどからなるめっき層（図示せず）を形成してもよい。
【００４６】
なお、このように枠体１５を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体１の発光素子搭載部８を有する面に金属層（図示せず）を形成し、この金属層と枠体１５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。
【００４７】
以上、セラミック系の絶縁層１を用いた例を説明したが、樹脂系の絶縁層１を用いた場合であっても、従来周知の製造方法により本発明の発光素子用配線基板１１を作製することができる。
【００４８】
次に、本発明の発光素子用配線基板１１に発光素子１７をワイヤボンド２１あるいはフリップチップ接続する。図３に示すように、発光素子１７をワイヤボンド２１で接続する場合には、発光素子１７とワイヤボンド２１とを半田や樹脂などの接着層１９を用いて接続する。
【００４９】
さらに、この発光素子１７とワイヤボンド２１とを保護するように、両者を覆うように、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を充填し、硬化処理して封止樹脂２３を形成する。
【００５０】
なお、必要に応じて、封止樹脂２３には蛍光体を含有させてもよい。
【００５１】
以上説明した方法により、本発明の発光素子用配線基板１１ならびに発光装置２５を作製しうるが、本発明においては、導体層５や貫通導体９や貫通金属体１３を、発光素子用配線基板１１の一方の主面１１ａから他方の主面１１ｂに光が透過しないように配設することが重要である。
【００５２】
そのためには、例えば３層の配線層５を備えた発光素子用配線基板１１では、絶縁層１の主面のうち、配線層５が形成されていない領域が透視して見通せないような構造とすればよい。
【００５３】
絶縁層１を２層設け、配線層５を３層設けた場合の構成例を、図４、５に示す。図４（ａ）は、絶縁層１ａの搭載部７側の主面の平面図である。図４（ｂ）は、絶縁層１ａを貫通するように形成した貫通導体９ａの配置を示す透視図である。また、図４（ｃ）は、絶縁層１ａと絶縁層１ｂとの間に形成された導体層５ｂの形態を示す透視図である。また、図５（ｄ）は、絶縁層１ｂを貫通するように形成した貫通導体９ｂの配置を示す透視図である。また、図５（ｅ）は、発光素子用配線基板１１の他方の主面１１ｂの平面図である。なお、図４、５は、いずれも発光素子用配線基板１１の搭載部７側から見た図である。
【００５４】
このように、図４（ａ）に示す絶縁基体３の露出部３ａと、図５（ｅ）に示す絶縁基体３の露出部３ｂとを結ぶ領域を、図４（ｂ）に示す貫通導体９ａ、図４（ｃ）に示す導体層５ｂおよび図５（ｄ）に示す貫通導体９ｂとで遮断するように形成することで本発明の発光素子用配線基板１１を作製することができる。
【００５５】
また、例えば、図４（ｂ）の貫通導体９ａのみが形成された絶縁層１ａに換えて、図６（ａ）に示すような貫通導体９ａと貫通金属体１３ａとが形成された絶縁層１ａを用い、図５（ｄ）の貫通導体９ｂのみが形成された絶縁層１ｂに換えて、図６（ｂ）に示すような貫通導体９ｂと貫通金属体１３ｂとが形成された絶縁層１ｂを用いることで、図２に示す貫通金属体１３を備えた本発明の発光素子用配線基板１１を作製することができる。
【００５６】
なお、以上説明した例では、絶縁層１が２層、配線導体５が３層配設された例について説明したが、さらに多くの絶縁層１や配線導体５を配設してもよいことはいうまでもない。
【実施例】
【００５７】
発光素子用配線基板の絶縁基体の原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ２粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末を用いて、表１に示す割合で原料粉末を混合し、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、スラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にて焼成後の厚みが３００μｍとなるセラミックグリーンシートを作製した。
【表１】
2007149810.tif 000003
【００５８】
また、平均粒子径２μｍのＷ粉末とＣｕ粉末を用いて、７０質量％のＷ粉末と３０質量％のＣｕ粉末からなる金属粉末とアクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、導体ペーストを調製した。
【００５９】
そして、上記のセラミックグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が２００μｍの貫通孔を形成し、この貫通孔内に、上記の導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、図７、８に示すような形状で、焼成後に厚みが２０μｍの導体層となるように導体ペーストを配線パターン状に印刷塗布した。
【００６０】
そして、この導体層ならびに貫通導体となる導体ペーストを備えたセラミックグリーンシートを積層し、この積層体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、窒素雰囲気中で１３００℃、１時間の条件で焼成して、図７、８に示す形態の外寸が５ｍｍ角で、厚みが０．６ｍｍの発光素子用配線基板を作製した。
【００６１】
その後、露出した導体層の表面にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施した。
【００６２】
また、搭載部側に露出した導体層５ａと他方の主面に露出した導体層５ｃとを、図７（ａ）、図８（ｅ）に示す形態とし、搭載部側に露出した導体層５ａと、他方に露出した導体層５ｃとに挟まれる、図７（ｃ）に記載した導体層５ｂに換えて、図９に示すよう従来の導体層を形成した発光素子用配線基板を比較例として作製した。
【００６３】
このようにして作製した４種類の基板について、分光測色計を用いて４００〜８００ｎｍの光の透過率を測定した。なお、光は基板の１層目から照射した。また、絶縁基体について、厚さ０．６ｍｍの試料を用い、４００〜８００ｎｍの範囲の波長の全反射率を分光測色計を用いて測定した。
【００６４】
これらの配線基板に接着剤として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、発光装置を得た。
【００６５】
以上の工程により作製した発光素子用配線基板の特性と、試験結果を表２に示す。なお、表２には、青色ＬＥＤの代表的な発光波長である４５０ｎｍの透過率と全反射率の値を記載した。
【表２】
2007149810.tif 000004
【００６６】
表２に示すように、比較例である試料Ｎｏ．３、４は、発光素子用配線基板の露出した主面のほとんどを導体層で形成しているため、光の透過率は、それぞれ０．４％、０．２％となった。一方、本発明の試料Ｎｏ．１、２では、さらに低い０．１％未満の透過率を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の発光素子用配線基板の断面図である。
【図２】本発明の他の形態の発光素子用配線基板の断面図である。
【図３】本発明の発光装置の断面図である。
【図４】本発明の発光素子用配線基板の平面図ならびに透視図である。
【図５】本発明の発光素子用配線基板の平面図ならびに透視図である。
【図６】本発明の発光素子用配線基板の透視図である。
【図７】本発明の発光素子用配線基板の一実施例を示す図面である。
【図８】本発明の発光素子用配線基板の一実施例を示す図面である。
【図９】比較例に用いられる、導体層を形成した絶縁層の図面である。
【符号の説明】
【００６８】
１・・絶縁層
３・・絶縁基体
３ａ・・搭載部が形成された側の発光素子用配線基板の主面に露出した絶縁基体の露出部
３ｂ・・発光素子用配線基板の他方の主面に露出した絶縁基体の露出部
５・・導体層
７・・搭載部
９・・貫通導体
１１・・発光素子用配線基板
１３・・貫通金属体
１５・・枠体
１５ａ・・枠体の内壁面
１７・・発光素子
２５・・発光装置
【図１】
2007149810.tif 000005
【図２】
2007149810.tif 000006
【図３】
2007149810.tif 000007
【図４】
2007149810.tif 000008
【図５】
2007149810.tif 000009
【図６】
2007149810.tif 000010
【図７】
2007149810.tif 000011
【図８】
2007149810.tif 000012
【図９】
2007149810.tif 000013