(57)【要約】【課題】  熱伝導性および実装信頼性に優れ、さらに安価な発光素子用配線基板および発光装置を提供する。【解決手段】  絶縁基体１には、厚み方向に貫通する貫通孔２が形成され、発光素子と電気的に接続する導体が設けられる。この貫通孔２に挿入される金属体７は、発光素子を搭載する搭載面１０を有する基部７ａと、この基部７ａの搭載面１０とは反対側の面に設けられ、基部７ａの厚み方向に延びる少なくとも２以上の熱伝導体７ｂとを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、発光素子と電気的に接続する導体が設けられた平板状の絶縁基体と、
前記貫通孔に挿入される金属体と備える発光素子用配線基板であって、
前記金属体は、発光素子を搭載する搭載面を有する基部と、この基部の搭載面とは反対側の面に設けられ、基部の厚み方向に延びる少なくとも２以上の熱伝導体とを有することを特徴とする発光素子用配線基板。
【請求項２】
前記熱伝導体は、その端面が、前記絶縁基体の接続素子を搭載する側の面とは反対側の面を含む仮想平面に含まれるように設けられることを特徴とする請求項１記載の発光素子用配線基板。
【請求項３】
前記熱伝導体は、絶縁基体の貫通孔を臨む内周面に近接するように設けられ、
熱伝導体と前記内周面とを接合する接合層を有することを特徴とする請求項１または２記載の発光素子用配線基板。
【請求項４】
前記熱伝導体と貫通孔との間の間隙が、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の発光素子用配線基板。
【請求項５】
前記接合層は、少なくともロウ材、半田、有機系接着剤から選ばれる接合材からなることを特徴とする請求項３または４記載の発光素子用配線基板。
【請求項６】
隣接する熱伝導体の間隔は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子用配線基板。
【請求項７】
前記金属体は、Ｃｕ、Ａｌのうちいずれか１種を主成分とする金属からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光素子用配線基板。
【請求項８】
前記絶縁基板の発光素子を搭載する側の面に、搭載される発光素子を収納するための枠体が設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光素子用配線基板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の発光素子用配線基板の搭載面に発光素子が搭載され、該発光素子と、前記導体とを電気的に接続してなることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記発光素子が、透光性の被覆材で被覆されていることを特徴とする請求項９記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードなどのＬＥＤ（Light Emitting Diode）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に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ発光素子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いる。
【０００３】
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、表示装置用の光源として用いられることが多い。表示装置用の光源として用いられる発光装置の大半は、通電量が３０ｍＡ程度、ＬＥＤの大きさも０．１ｍｍ程度、発熱量も０．０１Ｗ程度と非常に小さいものであった。
【０００４】
また、このようなＬＥＤを用いた発光装置においては、通電量が小さく発熱が小さいことから、ＬＥＤを用いた発光装置の構成は、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（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、近年では、ＬＥＤ発光素子を用いた発光装置の高輝度化、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ディスプレイのバックライトなど通電量が大きい装置にも多く用いられるようになってきている。
【０００６】
また、発光装置の高輝度化に伴い、ＬＥＤ発光素子の大きさも１ｍｍ程度にまで大きくなり、素子からの発熱量も３Ｗと飛躍的に増加している。発熱量が増加すると、封止樹脂の劣化や、発光素子自身の発光効率低下により、発光素子の輝度低下が問題となる。このような輝度低下を抑えるために、発光素子で発生する熱をより速やかに放散できるように高い熱伝導性を有する発光素子用配線基板が開発されている（たとえば、特許文献２，３参照）。
【０００７】
たとえば、ＬＥＤパッケージにおいては、熱伝導性を向上するため、絶縁基板として高熱伝導性の窒化アルミニウムセラミックスを用いたパッケージが提案されている。また、さらに熱伝導性を向上するため、絶縁基板に金属を接合したパッケージが提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３４７９０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
【特許文献４】特開２００４−６４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
窒化アルミニウムは原料コストが高く、難焼結性のセラミックスであるため、高温での焼成が必要であり、プロセスコストも高い。また、窒化アルミニウムは、熱膨張係数が４×１０−６〜５×１０−６／℃と小さいため、窒化アルミニウムを絶縁基板とするパッケージを１０×１０−６／℃以上の熱膨張係数を有する汎用品のプリント基板に実装した際に、この熱膨張係数の差により実装信頼性が損なわれるという問題がある。
【００１０】
一方、樹脂を絶縁基板とする発光素子用配線基板を用いた場合には、熱膨張係数はプリント基板のそれに近づくため、配線基板とプリント基板との実装信頼性に問題はないが、熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋと非常に低く、熱伝導性に劣るので、発生した熱により輝度が低下するという問題がある。
【００１１】
また、熱伝導性を向上するため、絶縁基板に金属を接合するような場合、絶縁基板と金属との接合信頼性を確保するために絶縁基板の熱膨張係数と金属の熱膨張係数を合わせる必要があり、金属としてはＣｕ−Ｗのような熱膨張係数が小さいが、熱伝導性に劣る複合金属しか使用することができず十分に放熱性を向上させることができない。
【００１２】
以上のように、熱伝導性および実装信頼性に優れ、さらに安価な発光素子用配線基板は、実現されていない。
【００１３】
本発明の目的は、熱伝導性および実装信頼性に優れ、さらに安価な発光素子用配線基板および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】
【００１４】
本発明は、厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、発光素子と電気的に接続する導体が設けられた平板状の絶縁基体と、
前記貫通孔に挿入される金属体と備える発光素子用配線基板であって、
前記金属体は、発光素子を搭載する搭載面を有する基部と、この基部の搭載面とは反対側の面に設けられ、基部の厚み方向に延びる少なくとも２以上の熱伝導体とを有することを特徴とする発光素子用配線基板である。
【００１５】
また本発明は、前記熱伝導体は、その端面が、前記絶縁基体の接続素子を搭載する側の面とは反対側の面を含む仮想平面に含まれるように設けられることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記熱伝導体は、絶縁基体の貫通孔を臨む内周面に近接するように設けられ、
熱伝導体と前記内周面とを接合する接合層を有することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記熱伝導体と貫通孔との間の間隙が、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記接合層は、少なくともロウ材、半田、有機系接着剤から選ばれる接合材からなることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、隣接する熱伝導体の間隔は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記金属体は、Ｃｕ、Ａｌのうちいずれか１種を主成分とする金属からなることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記絶縁基板の発光素子を搭載する側の面に、搭載される発光素子を収納するための枠体が設けられることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、上記の発光素子用配線基板の搭載面に発光素子が搭載され、該発光素子と、前記導体とを電気的に接続してなることを特徴とする発光装置である。
また本発明は、前記発光素子が、透光性の被覆材で被覆されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、発光素子と電気的に接続する導体が設けられた平板状の絶縁基体と、前記貫通孔に挿入される金属体と備える発光素子用配線基板である。前記金属体は、発光素子を搭載する搭載面を有する基部と、この基部の搭載面とは反対側の面に設けられ、基部の厚み方向に延びる少なくとも２以上の熱伝導体とを有する。
【００２４】
これにより、金属体は貫通孔内で２以上に分割された部分を備えるので、熱膨張が生じても熱伝導体が変形するにとどまり、金属体と絶縁基体との接合部分に発生するクラックや割れを防止することができ、熱伝導性および実装信頼性に優れた発光素子用配線基板を実現することができる。
【００２５】
また本発明によれば、前記熱伝導体は、その端面が、前記絶縁基体の接続素子を搭載する側の面とは反対側の面を含む仮想平面に含まれるように設けられる。
【００２６】
これにより、熱伝導体を伝導する熱が、発光素子用配線基板を実装するプリント基板へ移動するので、より熱伝導性を向上させることができる。
【００２７】
また本発明によれば、前記熱伝導体は、絶縁基体の貫通孔を臨む内周面に近接するように設けられ、接合層を介して熱伝導体と前記内周面とが接合される。
【００２８】
これにより、熱伝導体を伝導する熱が接合層を介して絶縁基板に移動するので、より熱伝導性を向上させることができる。
【００２９】
また本発明によれば、前記熱伝導体と貫通孔との間の間隙を、０．３ｍｍ以下とすることで、熱伝導体と絶縁基体とを固定することができ、発光素子から発生する熱を絶縁基体に伝えることができる。
【００３０】
また本発明によれば、前記接合層は、少なくともロウ材、半田、有機系接着剤から選ばれる接合材を用いることで、熱伝導体と絶縁基体とを容易に固定することができる。
【００３１】
また本発明によれば、隣接する熱伝導体の間隔は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍである。こうすることで、熱膨張により膨張した熱伝導体の変形を吸収することができ、熱応力を緩和することができる。
【００３２】
また本発明によれば、前記金属体は、Ｃｕ、Ａｌのうちいずれか１種を主成分とする金属からなる。これにより、金属体を電気特性に優れ、且つ、熱伝導率を容易に高くすることができ、放熱性に優れた発光素子用配線基板を得ることができる。
【００３３】
また本発明によれば、前記絶縁基板の発光素子を搭載する側の面に、搭載される発光素子を収納するための枠体が設けられる。これにより、発光素子を保護できる。
【００３４】
また本発明によれば、上記の発光素子用配線基板の搭載面に発光素子が搭載され、該発光素子と、前記導体とを電気的に接続してなることを特徴とする発光装置である。
【００３５】
これにより、発光装置は、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、発熱による輝度低下を抑制できる。
【００３６】
また本発明によれば、前記発光素子が、透光性の被覆材で被覆されている。これにより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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、本発明の実施の一形態である発光素子用配線基板１００の構成を示す断面図である。発光素子用配線基板１００は、厚み方向に貫通する貫通孔２が形成された平板状の絶縁基体１と、絶縁基体１の一方の主面１ａに設けられ、搭載する発光素子２１と電気的に接続する接続端子３と、絶縁基体１の他方の主面１ｂに設けられる外部電極端子５と、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る貫通導体６と、貫通孔２に挿入され、絶縁基体１に接合される金属体７とを含んで構成される。
【００３８】
金属体７は、絶縁基体１よりも熱伝導率が高い材料からなり、発光素子２１を搭載する搭載面１０を有する基部７ａと、この基部７ａの搭載面１０とは反対側の面に設けられ、基部７ａの厚み方向に延びる少なくとも２以上の熱伝導体７ｂとを有する。熱伝導体７ｂの形状は特に規定されず、貫通孔２に金属体７が挿入されたときに貫通孔２内に収まるような形状であればよい。
【００３９】
発光素子２１で発生した熱を、熱伝導体７ｂを介して速やかに移動させるためには、貫通孔２に金属体７が挿入されたときに、熱伝導体７ｂが、絶縁基体１の他方の主面１ｂを含む仮想平面より突出するように設けるかまたは、熱伝導体７ｂの基部７ａとは反対側の端面が、当該仮想平面に含まれるように設ける。こうすることで、熱伝導体７ｂを伝導する熱が、発光素子用配線基板１００が実装されるプリント基板に移動する。
【００４０】
さらに、絶縁基体１の貫通孔２を臨む内周面に近接するように熱伝導体７ｂを設けるとともに、熱伝導体７ｂと内周面とを、金属、樹脂、セラミックスの群から選ばれる少なくとも１種を含有する接合層１８を介して接合することが好ましい。熱伝導体７ｂと貫通孔２との間の間隙は、０．３ｍｍ以下である。こうすることで、熱伝導体７ｂを伝導する熱が接合層１８を介して絶縁基板１に移動し、絶縁基板１からさらにプリント基板へ移動したり、絶縁基板１の主面１ａ，１ｂから放射される。
【００４１】
また、隣接する熱伝導体７ｂの間隔（スリット幅）は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。こうすることで、熱膨張により膨張した熱伝導体７ｂの変形を吸収することができ、熱応力を緩和することができる。
【００４２】
絶縁基体１より高い熱伝導率を有する金属体７を貫通孔２に挿入するとともに、基部７ａの搭載面１０ａに発光素子２１を搭載することにより、発光素子２１から発生する熱を速やかに移動させることができるため、発光効率の低下などによる輝度の低下を防ぐことができる。
【００４３】
さらに、貫通孔２内には、少なくとも２以上の熱伝導体７ｂが設けられる。熱伝導性のみを考慮すれば、金属体７は、貫通孔２全体を埋めるような形状であるほうが有効である。しかしながら、このような形状の場合、金属体７と絶縁基体１との熱膨張係数の差が大きいため、金属体７を貫通孔２に挿入して接合するときに加わる熱、発光時に発光素子から発生する熱などにより、金属体７と絶縁基体１との接合部分にクラックや割れが発生する。本発明は、貫通孔２内には、少なくとも２以上の熱伝導体７ｂが設けられている、すなわち金属体７は貫通孔２内で２以上に分割された部分を備えるので、熱膨張が生じても熱伝導体７ｂが変形するにとどまり、金属体７と絶縁基体１との接合部分に発生するクラックや割れを防止することができる。これにより、熱伝導性および実装信頼性に優れた発光素子用配線基板１００を実現することができる。
【００４４】
また、熱伝導体７ｂを含み金属体７の貫通孔２に挿入される部分（以下では「挿入部」という）の外径が貫通孔２の外径と等しいか大きく、容易に挿入しにくいような場合であっても、金属体７の貫通孔２内で分割されているので、金属体７を貫通孔２より小さい径に押し縮めて挿入することができるため、挿入する際に余計な力を加えずとも貫通孔２に金属体７を挿入することができる。
【００４５】
このような金属体７は、例えば、高熱伝導率を有し、低抵抗で比較的安価なＣｕからなる金属板、または金属箔をプレス機などにより、所望の形状に打ち抜き加工したものを、レーザー加工や、機械加工により分割するなどして容易に作製することができる。
【００４６】
また、複雑な形状の金属体７は、プレス加工、鋳込み、研磨加工、粉末冶金などの各加工方法により形成することができる。また、このほかの従来周知の加工方法を用いて金属体７を作製してもよいことは言うまでもない。
【００４７】
ここで、金属体７が有する熱伝導体７ｂが、挿入部をスリット９によって分割した分割体であると考えると、挿入部は少なくとも１つのスリット９によって２以上に分割される。挿入部に２以上のスリット９を設ける場合は、たとえば、図２に示すように、スリット９ａ，９ｂ，９ｃが平行となるように形成してもよいし、図３に示すように、スリット９ｃ，９ｄが交差するように形成してもよく、特には、スリット９で分割された各熱伝導体７ｂを同じ形状に形成することが好ましい。たとえば、１つのスリット９によって２つの熱伝導体７ｂを設ける場合、スリット９を挿入部の底面中央に形成することで、２つの熱伝導体７ｂが同形状でスリット９に対して対称な形状となるように設けることが好ましい。また、挿入部の形状が直方体、立方体などの四角柱である場合は、互いに平行かつ同間隔で形成された２つのスリット群が、互いに直交するように形成することで、各熱伝導体７ｂが同形状で、同間隔に配置されるように設けることが好ましい。挿入部の形状が円柱である場合は、底面中央を中心とする放射状で、隣接するスリット同士の成す角度が同じとなるように形成することで、各熱伝導体７ｂが同じ扇形を底面とする柱状体となるように設けることが好ましい。
【００４８】
各熱伝導体７ｂを同じ形状とすることで、熱膨張が生じたときに全ての熱伝導体７ｂに同じ応力がかかるので、応力が分散され実装信頼性をさらに向上させることができる。
【００４９】
なお、熱伝導体７ｂの数を増加させるほどスリットの数が多くなり、貫通孔２内でスリットによる空間の体積が増加するので、金属体７としての熱伝導性が低下することになる。また、スリットの増加に伴って加工が複雑になり、加工コストも増加してしまう。これらのことより、熱伝導体７ｂの数は４〜８程度が好ましい。
【００５０】
また、金属板７を構成する材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏからなる金属、およびＣｕ−Ｗなどこれらの金属のうち少なくとも1種を主成分とする金属複合材料を用いることができる。この２種以上の金属を含有するＣｕ−Ｗなどの複合材料を用いる場合には、用いる金属の種類と比率とを制御することで、所望の特性を有する金属体７を作製することができる。また、金属体７が合金により形成されていてもよいのは勿論である。
【００５１】
また金属体７は、基部７ａと熱伝導体７ｂとを含んで構成されるが、それぞれが別の部材であってもよいし、一体的に形成されてもよい。
【００５２】
このような金属体７は、安価で容易に入手できるだけでなく、種々の形態の絶縁基体１に容易に取り付けることができるため、搭載される発光素子の性能に応じた絶縁基体１を用いることで、性能とコストをふまえて最適の組み合わせを実現することができる。
【００５３】
次に、絶縁基体１について説明する。この発光素子用配線基板１００に用いる絶縁基体１は、たとえば、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３などのセラミック基板または有機系の樹脂基板を好適に用いることができる。
【００５４】
絶縁基体１として、セラミック基板を用いた場合には、高剛性である点、発光素子の発する光および熱による変質がない点、高熱伝導性の材料が多い点などから、高性能で長寿命の発光素子用配線基板１００を実現することができる。
【００５５】
また、絶縁基体１の材料として、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）、いわゆるガラスセラミックスを用いた場合には、熱伝導率、強度、剛性などは、Ａｌ２Ｏ３など１０５０℃以上の温度域で高温焼成されるセラミックスには劣るものの、熱膨張係数を容易に制御することができるため、容易に金属体７との熱膨張係数の整合を図ることができる。また、配線層として電気抵抗が低いＣｕまたはＡｇなどを同時焼成することができるため、絶縁基体１における電気的な損失および発熱を抑制することができる。
【００５６】
また、絶縁基体１の材料として、樹脂を用いた場合には、安価な発光素子用配線基板１００を実現することができる。なお、絶縁基体１の剛性、強度、吸湿性、および耐熱性を向上させるため、セラミック粉末、ガラスクロスなどを含有する樹脂を用いることが望ましい。
【００５７】
これらの絶縁基体１として用いられる材料について、以下に詳細に説明する。
ＭｇＯを主結晶相とする絶縁基体１材料は、たとえば、平均粒径が０．１μｍ〜８μｍで純度が９９％以上のＭｇＯ粉末に、平均粒径が０．１μｍ〜８μｍのＹ２Ｏ３またはＹｂ２Ｏ３などの希土類元素酸化物、およびＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種の焼結助剤を添加した成形体を１３００℃〜１７００℃の温度範囲で焼成することによって得られる。ＭｇＯを含有するＭｇＡｌ２Ｏ４またはＭｇＯ・ＳｉＯ２系の複合酸化物を添加してもよい。
【００５８】
焼結助剤などＭｇＯ以外の組成物の添加量については、ＭｇＯを主結晶とする緻密体を得るために、望ましくは３０質量％以下、更に望ましくは、２０質量％以下とすることが望ましい。特に、ＭｇＯ以外の組成物の添加量が１０質量％以下とした場合には、得られる絶縁基体１の大部分をＭｇＯ結晶により形成することができる。また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために３質量％以上、さらには５質量％以上添加することが望ましい。
【００５９】
なお、ＭｇＯを主結晶相とする絶縁基体１材料とは、たとえば、Ｘ線回折によって、ＭｇＯのピークが主ピークとして検出されるようなもので、ＭｇＯの結晶を体積比率として、５０体積％以上含有していることが望ましい。
【００６０】
また、この絶縁基体１材料として、Ａｌ２Ｏ３を主結晶相とするＡｌ２Ｏ３質焼結体を用いた場合には、安価な原料を使用でき、安価な発光素子用配線基板１００を得ることができる。
【００６１】
なお、Ａｌ２Ｏ３を主結晶相とする絶縁基体１材料とはとは、例えば、Ｘ線回折によって、Ａｌ２Ｏ３のピークが主ピークとして検出されるようなもので、Ａｌ２Ｏ３の結晶を体積比率として、５０体積％以上含有していることが望ましい。
【００６２】
このようなＡｌ２Ｏ３質焼結体は、たとえば、平均粒径が０．１μｍ〜８μｍ、望ましくは１．０μｍ〜２．０μｍで純度が９９％以上のＡｌ２Ｏ３粉末に、平均粒径１．０μｍ〜２．０μｍのＭｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯの群から選ばれる少なくとも１種の焼結助剤を添加した成形体を１３００〜１５００℃の温度範囲で焼成することによって得られるものである。
【００６３】
焼結助剤などＡｌ２Ｏ３以外の組成物の添加量については、Ａｌ２Ｏ３を主結晶とする緻密体を得るために、望ましくは１５質量％以下、更に望ましくは、１０質量％以下とすることが望ましい。特に、Ａｌ２Ｏ３以外の組成物の添加量が１５質量％以下とした場合には、得られる絶縁基体１の大部分をＡｌ２Ｏ３結晶により形成することができる。また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために５質量％以上、さらには７質量％以上添加することが望ましい。なお、絶縁基体１に用いるセラミックスとして、ＡｌＮまたはＳｉ３Ｎ４などを主結晶とする焼結体を用いても良い。
【００６４】
このようなＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする組成物に、さらに、バインダおよび溶剤を添加して、スラリーを作製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体を作製し、さらに、その表面、シート状の成形体に設けた貫通孔などに、少なくとも金属粉末を含有する導体ペーストを印刷、充填したのち、このシート成形体を積層し、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、表面に接続端子３および外部電極端子５、内部に貫通導体６などの配線層が形成された絶縁基体１を作製することができる。また、配線層は、薄膜法により絶縁基体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】
なお、シート状の成形体には、焼成する前に、金属体７を挿入するための貫通孔２となる孔を予め形成しておく。
【００６６】
また、絶縁基体１として、低温焼成基板を用いる場合については、材料と焼成温度とが異なるものの、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３と同様の手順で、貫通孔２および配線層を備えた絶縁基体１を作製することができる。
【００６７】
また、絶縁基体１として、樹脂を用いる場合には、従来周知のプリント配線基板などに用いられるガラス−エポキシ基板を用いるのが望ましい。ガラス−エポキシ基板に対して、通常のプリント配線基板の製造方法により、接続端子３、外部電極端子５、貫通導体６を形成し、さらに、金属体７を形成するための貫通孔２をドリルまたはレーザーなどを用いて形成する。
【００６８】
以上のように説明した貫通孔２を設けた種々の絶縁基体１に対して、金属体７を準備し、貫通孔２内に金属体７を挿入して、接合層１８により絶縁基体１と金属体７とを接合し、発光素子用配線基板１００を得ることができる。
【００６９】
ここで用いる接合層１８は、金属、セラミックス、樹脂のいずれか、またはこれらの複合体からなる接合剤が好適に用いられるが、好ましくは、少なくともロウ材、半田、有機系接着剤から選ばれる接合剤により接合されていることが望ましい。
【００７０】
接合層１８に関して、金属を用いる場合には、半田などの低融点金属を用いることで工程を簡略化できる。用いられる半田としては、従来周知の錫６０〜１０％−鉛４０〜９０％または、鉛を含まない鉛フリー半田が挙げられる。
【００７１】
半田を用いた場合には、窒素雰囲気のリフロー炉で２３０℃、１０秒間の条件で処理し、絶縁基体１と金属体７とを接合することができる。
【００７２】
また、半田以外にも活性金属ロウ材を用いて、いわゆる活性金属法により絶縁基体１と金属体７とを接合することもできる。
【００７３】
なお、接合層１８として、金属を用いる場合には、貫通孔２に臨む内周面には、接合層１８との濡れ性を向上させるために金属層を形成するのが好ましい。
【００７４】
また、接合層１８として、樹脂を用いる場合には、一般的に用いられるエポキシ樹脂系の接合剤を用いることが望ましい。樹脂を接合剤として用いると、安価で、しかも容易である点で優れている。特に、樹脂からなる絶縁基体１と組み合わせた場合には、接合力が高くなるとともに、比較的低温での処理が可能であることから、絶縁基体１に与えるダメージがほとんどなく、界面等にクラックの無い信頼性の高い発光素子用配線基板１００を得ることができる。
【００７５】
それぞれの接合剤の硬化温度に応じて、たとえば、８０℃〜１５０℃、２０分間〜４０分間の条件で接合剤を硬化し、接合層１８を介して絶縁基体１と金属体７とを接合することができる。
【００７６】
また、接合層１８として、セラミックスを用いる場合として、たとえば、低融点のガラスを例示できる。このような低融点ガラスを用いることで、６００℃以下の低温での接合が可能となり、接合により絶縁基体１と金属体７との間に発生する熱応力を小さくすることができる。
【００７７】
また、接合層１８として、金属、セラミックス、樹脂を複合化して用いることができるのは言うまでもない。たとえば、金属粉末、セラミック粉末、樹脂を混合することで接合層１８の熱膨張係数を制御することもでき、絶縁基体１の特性に応じた接合を行うことができる。
【００７８】
このような発光素子用配線基板１００に形成された配線層を構成する貫通導体６には、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌのうち少なくとも１種を主成分として形成することで、電気特性、熱伝導性に優れた、安価な発光素子用配線基板１００を実現することができる。
【００７９】
また、接続端子３および金属体７の表面にＡｌめっきまたはＡｇめっきを施すことにより、腐食に対する抵抗力が向上し、発光素子用配線基板１００の信頼性が向上するとともに、接続端子３および金属体７の反射率を向上させることができる。
【００８０】
さらに、発光素子用配線基板１００は、図１に示すように、一方の主面１ａに、発光素子２１を収納するための枠体１３を設けることが好ましい。
【００８１】
たとえば、セラミックスからなる絶縁基体１を用いる場合には、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１００を容易に作製することができる。
【００８２】
また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、セラミックス製の枠体１３を用いることで長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する。
【００８３】
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１３を形成することも可能であり、その場合は複雑な形状の枠体１３も加工可能である。金属製の枠体１３は、たとえば、ＡｌおよびＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などにより好適に形成することができる。また、枠体１３の内壁面１３ａには、反射率を向上させるため、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどからなるめっき層を形成してもよい。
【００８４】
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の主面１ａに金属層１７を形成し、この金属層１７と枠体１３とを、たとえば、共晶Ａｇ−Ｃｕろう材等からなるロウ材を介したろう付けまたは、半田接合することができる。
【００８５】
また、樹脂系の接着剤を用いてもよく、その材料としては、樹脂系の接合層１８と同様のものを用いることができる。
【００８６】
そして、以上のようにして作製した発光素子用配線基板１００に、たとえば、図４に示すように基部７ａの搭載面１０に発光素子２１を搭載し、ボンディングワイヤ２３により、発光素子２１と接続端子３とを電気的に接続することで発光装置２５が得られる。発光素子用配線基板１００を実装したプリント基板を介して発光素子２１に給電することにより、発光素子２１を機能させることができ、発光素子２１からの発熱を、金属体７を介して速やかに移動させることができるため、ヒートシンクなどの放熱部材が不要となり、発光素子用配線基板１００が実装される電気機器の小型化に寄与できるとともに、安価な発光装置２５が得られる。なお、さらに放熱性を向上させるためにヒートシンクを設けてもよい。
【００８７】
図４に示すように、枠体１３を搭載した発光装置２５では、枠体１３の内側に発光素子２１を収納することで、発光素子２１を保護することができる。
【００８８】
なお、図４に示した例では、発光素子２１は、接合剤により基部７ａに固定され、電力供給などはボンディングワイヤ２３を介してなされているが、発光素子用配線基板１１との接続形態は、フリップチップ接続であってもよい。
【００８９】
また、発光素子２１は、枠体１３内部にモールド材３１を充填することで封止されているが、モールド材３１を用いずに、蓋体などで枠体１３を覆って用いて封止してもよく、また、モールド材３１と蓋体とを併用してもよい。なお、蓋体としては、ガラスなどの透光性を有する材料を用いることが望ましい。
【００９０】
なお、必要に応じて、このモールド材３１に発光素子２１が放射する光を波長変換するための蛍光体を含有させてもよい。
【００９１】
また、以上説明した例では、貫通導体６を設けた例について説明したが、貫通導体６を設けない場合であってもよく、また、絶縁基体１が多層に積層されている形態であってもよい。
【００９２】
図５は、本発明の他の実施形態である発光素子用配線基板１０１の構成を示す断面図である。本実施形態では、金属体７に、つば部８を設けたこと以外は、図１に示した発光素子用配線基板１００と同様の構成であるので、このつば部８を設けた金属体７についてのみ説明し、他の構成についての説明は省略する。
【００９３】
金属体７の基部７ａの外周に、貫通孔２の直径よりも大きい部分からなるつば部８を設けている。このようなつば部８を設けることで、貫通孔２に挿入する際につば部８が主面１ａの係止され、抜け落ちるのを防止することができるとともに位置精度を向上させることができる。
【実施例】
【００９４】
原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１．０μｍのＡｌ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．３μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ２粉末を用いて、Ａｌ２Ｏ３粉末９０質量％、Ｍｎ２Ｏ３粉末５質量％、ＳｉＯ２粉末５質量％の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セラミックグリーンシートを作製した。
【００９５】
また、平均粒径２μｍのＷ粉末およびＣｕ粉末、平均粒径１．０μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を用いて、Ｗ４７．６質量％、Ｃｕ４７．６質量％、Ａｌ２Ｏ３４．８質量％の割合で混合した金属粉末と、アクリル系バインダと、溶媒であるアセトンとを混合し、導体ペーストを調製した。
【００９６】
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、貫通導体を形成するための直径が１００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、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、配線パターン状に印刷塗布した。
【００９７】
また、同様に、金属体７を挿入するための直径３ｍｍの貫通孔２を形成した。
このようにして作製したグリーンシートを組み合わせ、位置合わせし、積層圧着し、焼成後の寸法として、たて１０ｍｍ×よこ１０ｍｍ×厚み１ｍｍの積層体を作製した。
【００９８】
また、金属製の枠体１３を設けるために、積層体の搭載部側の枠体と接する部分に導体ペーストをスクリーン印刷して金属層を形成した。
【００９９】
そして、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて９００℃で脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて表１に示す最高温度で２時間保持して焼成した。
【０１００】
その後、接続端子３および外部電極端子５の表面にＮｉ、Ａｕめっきを順次施した。
さらに、金属製の枠体１３を主面１ａ上に設けた。枠体の材料としては、熱膨張係数が２３×１０−６／℃、熱伝導率が２３８Ｗ／ｍ・ＫのＡｌ製金属枠体を用いた。また、金属製の枠体１３については、接続端子３および外部電極端子５を形成する導体ペーストを用いて、枠体を搭載しようとする部分に金属層を形成したのち、半田を用いて枠体１３を絶縁基体に１接合した。
【０１０１】
金属体７の材料および形状（形態と分割数）は、実施例１〜１６として表１に示すような形態および数となるように加工した。各スリットは、幅が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとなるようにレーザー加工を施した。
【０１０２】
貫通孔２に挿入したときに、金属体７と貫通孔２を臨む内周面との間に５０μｍの隙間ができるような大きさの金属体７を準備した。また、金属体７の貫通孔に挿入される部分の厚みは、絶縁基体１の厚さと略同一となるように加工した。
【０１０３】
なお、表１には、金属体７の材料を示しているが、単独の金属元素を用いたものについては、純度９９％以上の無垢金属体を用いている。また、Ｃｕ−Ｗと記載した金属体については、Ｃｕ２０質量％、Ｗ質量８０％の複合金属を用いた。
【０１０４】
さらに表１には、金属体７の熱膨張係数および熱伝導率を示した。
焼成後の絶縁基体１の熱膨張係数は１０×１０−６／℃であった。なお、熱膨張係数の測定は、ＴＭＡ（熱機械分析装置）を用いて、２５℃〜４００℃の温度範囲で行った。
【０１０５】
次に、金属体７の表面にエポキシ樹脂系接着剤をディスペンサーにて塗布し、このエポキシ樹脂系接着剤が塗布された金属体７を絶縁基体１の貫通孔２に挿入した。その後、１２０℃、３０分間の条件で接着剤を硬化させて金属体７と絶縁基体１とを接合し、発光素子用配線基板１００を得た。
【０１０６】
さらに、これらの発光素子用配線基板１００の搭載面にエポキシ樹脂系接着剤を、ディスペンサーを用いて塗布し、出力１．５ＷのＬＥＤチップを実装し、ボンディングワイヤ２３によりＬＥＤチップと接続端子とを電気的に接続し、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２５を得た。
【０１０７】
得られた発光装置２５を用いて、−５５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクルまで行った。金属体７と絶縁基体１との間の接合界面の剥離状況については、１００サイクルまでは５０サイクル毎に、その後は１００サイクル毎に蛍光探傷検査法にて確認した。
【０１０８】
また、比較例１〜４として、挿入部が分割されていない金属体、すなわち熱伝導体が１つである金属体を貫通孔２に挿入した発行装置を作製し、比較例５として、絶縁基体１に貫通孔が無く、金属体７を備えていない発光素子用配線基板を用いた発光装置を作製し、実施例と同様に−５５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクル行った。
【０１０９】
実施例１〜１６および比較例１〜５の発光装置に０．４Ａの電流を通電し、１時間後に全放射束測定を行った。
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１に示す。
【０１１０】
【表１】
2007273591.tif 000003
【０１１１】
表１に示すように、比較例１〜４では、１００サイクル以下で金属体と絶縁基体間の接合界面の剥離が観察され、実装信頼性に劣ることがわかった。また、金属体７を備えていない比較例５では、熱伝導性が悪いため、発光効率も劣ることがわかった。
【０１１２】
一方、実施例１〜１６では、発光効率に金属体７の分割数の影響は受けるものの、金属体７と絶縁基体１間の接合界面の剥離が生じにくく、実装信頼性および発光効率に優れ、優れた熱伝導性、光学特性を有することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施の一形態である発光素子用配線基板１００の構成を示す断面図である。
【図２】金属体７の形状を示す斜視図である。
【図３】金属体７の形状を示す斜視図である。
【図４】発光装置２５の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態である発光素子用配線基板１０１の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  絶縁基体
２  貫通孔
３  接続端子
５  外部電極端子
６  貫通導体
７  金属体
７ａ  基部
７ｂ  熱伝導体
８  つば部
９  スリット
１０  搭載面
１００  発光素子用配線基板
１３  枠体
１８  接合層
２１  発光素子
２５  発光装置
３１  モールド材
【図１】
2007273591.tif 000004
【図２】
2007273591.tif 000005
【図３】
2007273591.tif 000006
【図４】
2007273591.tif 000007
【図５】
2007273591.tif 000008