(57)【要約】【課題】放熱性や発光効率を向上させると共に、基台やヒートシンク板に安全に取り付けることができる発光素子搭載用基体を提供する。【解決手段】セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板１１の一方の主面に複数個の個片銅板１２と、ジルコニア含有アルミナ基板１１の他方の主面にベタ銅板１３を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、個片銅板１２、及びベタ銅板１３の表面に電解めっきによるめっき被膜１６を有する発光素子搭載用基体１０であって、ベタ銅板１３が１対の突出部をジルコニア含有アルミナ基板１１の中心に対する相対向する側辺から突出するようにしてジルコニア含有アルミナ基板１１の他方の主面に接合されて有すると共に、ベタ銅板１３の突出部１７、１７ａにネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部１８を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板の一方の主面に複数個の個片銅板と、前記ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、前記個片銅板、及び前記ベタ銅板の表面に電解めっきによるめっき被膜を有する発光素子搭載用基体であって、
前記ベタ銅板が１対の突出部を前記ジルコニア含有アルミナ基板の中心に対する相対向する側辺から突出するようにして前記ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面に接合されて有すると共に、前記ベタ銅板の前記突出部にネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部を有することを特徴とする発光素子搭載用基体。
【請求項２】
セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板の一方の主面に複数個の個片銅板と、前記ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、前記個片銅板、及び前記ベタ銅板の表面に電解めっきによるめっき被膜を有する発光素子搭載用基体であって、
前記ジルコニア含有アルミナ基板の中心に対する相対向する外周部に１対の切り欠き部を有し、前記ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面に前記ベタ銅板が前記切り欠き部から露出するように接合されていると共に、前記切り欠き部から露出する前記ベタ銅板にネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部を有することを特徴とする発光素子搭載用基体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の発光素子搭載用基体において、前記ジルコニア含有アルミナ基板となる前記セラミックグリーンシートを構成するための粉体材料が主成分のアルミナと、ジルコニアと、マグネシアを含有し、前記ジルコニアの含有量の上限が前記粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％であり、前記マグネシアの含有量が前記粉体材料の全重量に対して０．０５〜１．００ｗｔ％の範囲内であり、前記粉体材料中の不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、前記ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、前記ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合、前記Ｆｅ２Ｏ３、前記ＴｉＯ２のそれぞれの含有量が前記粉体材料の全重量に対して０．０５ｗｔ％以下であり、前記ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍ以下であることを特徴とする発光素子搭載用基体。
【請求項４】
請求項３記載の発光素子搭載用基体において、前記ジルコニア含有アルミナ基板となる前記セラミックグリーンシートを構成するための前記粉体材料に加えてシリカが添加され、該シリカの添加量の上限値が前記粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下であることを特徴とする発光素子搭載用基体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の発光素子搭載用基体において、前記個片銅板の隣接間には前記個片銅板と同一銅板からなる幅狭のブリッジ銅板を有し、前記めっき被膜を形成した後に、前記ブリッジ銅板が切断除去されていることを特徴とする発光素子搭載用基体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を搭載するための基体に関し、より詳細には、ジルコニア含有アルミナ基板の両面に銅板を接合する発光素子の発光効率と、放熱性を向上できる発光素子搭載用基体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ等の発光素子は、薄型で高輝度の光を発することができることから、パソコンや、テレビ等のバックライトや、自動車等のライト等に用いられるようになっている。更に、最近では、ＬＥＤ等の発光素子は、省エネルギーで長寿命に光を発することができることから、室内外の一般照明用として、ビルや、店舗や、一般家庭等で用いることができるように急ピッチで開発が進められている。このような発光素子を搭載させるための発光素子搭載用基体には、樹脂製や、セラミック製の基板が用いられている。また、照明用として用いる発光素子搭載用基体には、大小様々な大きさの１枚の基板に複数個の発光素子を搭載して、平面状に発光させることができるようにしたものがある。
【０００３】
従来の樹脂製の発光素子搭載用基体は、通常、１又は複数枚の平板状の絶縁性樹脂基板が用いられ、この樹脂基板に導体配線を形成した樹脂基体からなっている。樹脂基体に形成された発光素子の搭載部には、発光素子が搭載された後、ボンディングワイヤで接続し導体配線を介して外部接続端子と電気的に導通状態としている。そして、発光素子は、例えば、透光性のある封止樹脂で覆うことで、気密に封止されるようになっている。
また、従来のセラミック製の発光素子搭載用基体は、通常、複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれにスクリーン印刷で導体配線を形成して複数枚を積層し、焼成して形成したセラミック基体からなっている。セラミック基体に形成された発光素子搭載部には、発光素子が搭載された後、ボンディングワイヤで接続し導体配線を介して外部接続端子と電気的に導通状態としている。そして、発光素子は、例えば、平板や、レンズ等からなる蓋体を、発光素子を収納するキャビティ部の上面や、発光素子を囲繞する反射体の上面に接合することで、気密に封止されるようになっている。
【０００４】
ＬＥＤ等の発光素子は、より高輝度化の要求に伴い、光出力を大きくする必要がある。この光出力を大きくするには、発光素子に流す電流を増加させることで可能であるが、電流の増加に併せて発光素子自体の温度も上昇することとなる。発光素子は、自身から発生する熱を速やかに放熱させなければ、逆に光出力が低下するという問題を有している。このような発光素子を搭載させる従来の樹脂製の発光素子搭載用基体では、発光素子の温度上昇によって、樹脂の耐熱性が十分でなくなり、基体が正常な形に保てないという問題がある。この問題を解決できる発光素子搭載用基体には、耐熱性に優れるセラミック製の発光素子搭載用基体がある。しかしながら、上記のような導体配線を形成した複数枚のセラミックグリーンシートを積層し焼成して形成する発光素子搭載用基体は、耐熱性に優れるものの、セラミック自体の熱伝導性が低いことから発光素子からの発熱をセラミック基体を介して裏面側に放熱させるための放熱性に問題を有するという構造的な欠陥がある。このようなセラミック製の発光素子搭載用基体は、発光素子からの高発熱を速やかに放熱させることができなければ、発光素子の機能低下を引き起こし、逆に光出力が低下するという問題がある。更に、セラミック製の発光素子搭載用基体は、そこに用いられるセラミック基板自体の反射率によって、発光効率に大きく影響がでるので、反射率の高い基板を選定することが重要となっている。
【０００５】
このような問題に対処できる発光素子搭載用基体には、発光素子収納用パッケージという発明の名称のもとに、基体にＬＥＤ等の半導体発光素子を複数個搭載するシートアレイタイプの発光素子収納用パッケージにおいて、基体がセラミック基板の上表面に半導体発光素子を接合して半導体発光素子からの発熱を伝熱及び放熱するためと共に、半導体発光素子と電気的に導通状態とするための配線回路を有する回路銅板と、セラミック基板の下表面に回路銅板からの熱を伝熱及び放熱させるためのベタ銅板を有し、しかも回路銅板と、ベタ銅板が焼成されたセラミック基板に直接接合するＤＢＣ法、又は活性金属ろう材接合法によって接合されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述したような従来の発光素子搭載用基体は、次のような問題がある。
（１）特開２００６−１９６５６５号公報で開示されるような発光素子搭載用基体は、ベタ銅板を基台や、ヒートシンク板に取り付けるときに、ネジ締め等の機械的な取り付けができないので、照明器具のような上部から発光させる場合に落下の危険性がある。また、この発光素子搭載用基体には、個片銅板、及びベタ銅板の上面のめっき被膜有無の記述がないが、めっき被膜、特にＡｇめっき被膜がない場合には発光素子の発光効率向上のための反射率を向上させることができなくなっている。更に、このめっき被膜は、厚みを厚く付けて十分に反射率を向上させることが必要であるが、無電解めっきによって形成した場合には、厚みを厚く付けることが難しくなっている。
（２）また、特開２００６−１９６５６５号公報で開示されるような発光素子搭載用基体は、セラミック焼成体がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる場合には、熱伝導性（熱伝導率：２１Ｗ／ｍＫ）が低く、放熱性に問題が発生することとなっている。あるいは、セラミック焼成体が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる場合には、熱伝導性（熱伝導率：１９０Ｗ／ｍＫ）に優れるものの、窒化アルミニウムが高価であり、発光素子搭載用基体を安価にすることができないという問題がある。そこで、アルミナからなる場合には、厚みを薄くして熱伝導性を向上させたり、窒化アルミニウムからなる場合には、厚みを薄くして安価にしたりすることが考えられるが、いずれも機械的な強度である曲げ強度（アルミナ：３２０Ｎ／ｍｍ２、窒化アルミニウム：３５０Ｎ／ｍｍ２）が比較的低いので、基板の厚みを薄くすることには限界がある。
（３）更に、特開２００６−１９６５６５号公報で開示されるような発光素子搭載用基体は、セラミック焼成体がジルコニア含有アルミナ基板からなる場合には、熱伝導性（熱伝導率：２４Ｗ／ｍＫ）がアルミナと略同等のレベルでありながら機械的強度、特に曲げ強度を大幅に高める（ジルコニア含有アルミナ基板：５８０Ｎ／ｍｍ２、アルミナ：３２０Ｎ／ｍｍ２）ことで、基板の厚みを薄くでき、熱伝導性を窒化アルミニウムからなる場合と同等程度にして、基板の熱伝導率の低さを補うことができる。しかしながら、ここで用いられているジルコニア含有アルミナ基板は、基板厚みを薄くして熱伝導率の低さを補って、放熱性をカバーすることが目的であり、基板自体の反射率に対する考慮がなされていない。このジルコニア含有アルミナ基板は、反射率が低いので発光素子の発光効率向上のために更なる反射率の向上が必要となっている。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、放熱性や発光効率を向上させると共に、基台やヒートシンク板に安全に取り付けることができる発光素子搭載用基体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】
【０００９】
前記目的に沿う本発明に係る発光素子搭載用基体は、セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板の一方の主面に複数個の個片銅板と、ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、個片銅板、及びベタ銅板の表面に電解めっきによるめっき被膜を有する発光素子搭載用基体であって、ベタ銅板が１対の突出部をジルコニア含有アルミナ基板の中心に対する相対向する側辺から突出するようにしてジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面に接合されて有すると共に、ベタ銅板の突出部にネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部を有する。
【００１０】
また、前記目的に沿う本発明に係る他の発光素子搭載用基体は、セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板の一方の主面に複数個の個片銅板と、ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、個片銅板、及びベタ銅板の表面に電解めっきによるめっき被膜を有する発光素子搭載用基体であって、ジルコニア含有アルミナ基板の中心に対する相対向する外周部に１対の切り欠き部を有し、ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板が切り欠き部から露出するように接合されていると共に、切り欠き部から露出するベタ銅板にネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部を有する。
【００１１】
ここで、上記のそれぞれの発光素子搭載用基体は、ジルコニア含有アルミナ基板となるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料が主成分のアルミナと、ジルコニアと、マグネシアを含有し、ジルコニアの含有量の上限が粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％であり、マグネシアの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５〜１．００ｗｔ％の範囲内であり、粉体材料中の不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２のそれぞれの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５ｗｔ％以下であり、ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍ以下であるのがよい。
【００１２】
また、この発光素子搭載用基体は、ジルコニア含有アルミナ基板となるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料に加えてシリカが添加され、シリカの添加量の上限値が粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下であるのがよい。
【００１３】
更に、上記全ての発光素子搭載用基体は、個片銅板の隣接間には個片銅板と同一銅板からなる幅狭のブリッジ銅板を有し、めっき被膜を形成した後に、ブリッジ銅板が切断除去されているのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記の発光素子搭載用基体は、セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板の一方の主面に複数個の個片銅板と、ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、個片銅板、及びベタ銅板の表面に電解めっきによるめっき被膜を有する発光素子搭載用基体であって、ベタ銅板が１対の突出部をジルコニア含有アルミナ基板の中心に対する相対向する側辺から突出するようにしてジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面に接合されて有すると共に、ベタ銅板の突出部にネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部を有するので、ベタ銅板を基台や、ヒートシンク板に取り付けるときに、ネジ締め等の機械的取り付けが容易且つ強固にでき、照明器具のような上部から発光させる場合に落下の危険性を防止することができる。また、この発光素子搭載用基体には、電解めっきによるめっき被膜を設けているので、特にＡｇめっき被膜の場合には発光素子の発光効率を向上させるため反射率を向上させることができる。更に、このめっき被膜は、電解めっきで適正な厚みに形成できるので、反射率を向上させることができる。
【００１５】
また、上記の他の発光素子搭載用基体は、セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板の一方の主面に複数個の個片銅板と、ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板を銅の融点付近の加熱で直接接合して有すると共に、個片銅板、及びベタ銅板の表面に電解めっきによるめっき被膜を有する発光素子搭載用基体であって、ジルコニア含有アルミナ基板の中心に対する相対向する外周部に１対の切り欠き部を有し、ジルコニア含有アルミナ基板の他方の主面にベタ銅板が切り欠き部から露出するように接合されていると共に、切り欠き部から露出するベタ銅板にネジ止め用の貫通孔又は切り欠きからなるネジ取り付け部を有するので、ベタ銅板を基台や、ヒートシンク板に取り付けるときに、ネジ締め等の機械的取り付けが容易且つ強固にでき、照明器具のような上部から発光させる場合に落下の危険性を防止することができる。また、この発光素子搭載用基体には、電解めっきによるめっき被膜を設けているので、特にＡｇめっき被膜の場合には発光素子の発光効率を向上させるため反射率を向上させることができる。更に、このめっき被膜は、電解めっきで適正な厚みに形成できるので、反射率を向上させることができる。
【００１６】
特に、上記のそれぞれの発光素子搭載用基体は、ジルコニア含有アルミナ基板となるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料が主成分のアルミナと、ジルコニアと、マグネシアを含有し、ジルコニアの含有量の上限が粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％であり、マグネシアの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５〜１．００ｗｔ％の範囲内であり、粉体材料中の不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２のそれぞれの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５ｗｔ％以下であり、ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍ以下であるので、主成分のアルミナにジルコニアを加え熱伝導性がアルミナと略同等のレベルでありながら機械的強度、特に曲げ強度を大幅に高めることで、基板の厚みを薄くでき、基板の熱伝導性を補うことができる。また、このジルコニア含有アルミナ基板は、光の屈折率が非常に高いジルコニアによって基板としての散乱性を大きくさせて反射性を向上させることができる。更に、このジルコニア含有アルミナ基板は、マグネシアによって、セラミックグリーンシートを焼成して基板とするときの焼成温度を１６５０℃よりも低温化させることができる。加えて、ジルコニア含有アルミナ基板は、ジルコニアの含有量を３０ｗｔ％を上限とすることによって、熱伝導性の低下を防止することができる。そして、このジルコニア含有アルミナ基板は、マグネシアの含有量を０．０５〜１．００ｗｔ％程度とすることによって、熱伝導率の大幅な低下を防止すると共に、ジルコニア及びマグネシアの添加による焼成温度の低温化による基板の緻密化によって、熱伝導率を高めることができる。また、ジルコニア含有アルミナ基板は、焼成温度が低温化することによって、基板中のジルコニア結晶粒子の肥大成長が抑制され、ジルコニアの粒子径を光の波長に近づけることができ、光の散乱を促進させることができる。加えて、ジルコニア含有アルミナ基板は、セラミックグリーンシートを構成するための粉体材料中の不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２のそれぞれの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５ｗｔ％以下と規定することで、基板がこれらの不純物により着色され、基板の内部や、表面における光の拡散反射が抑制されるのを防止することができる。また、更に、ジルコニア含有アルミナ基板は、ジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍ以下とすることで、基板中におけるジルコニア粒子の粒径を光の波長に近づけて、ジルコニア粒子表面における光の散乱効率を向上させることができる。従って、発光素子搭載用基体には、熱伝導性に優れ、基体としての絶縁性や、機械的強度、特に高い曲げ強度を有し、熱伝導性に優れ、反射率の高いジルコニア含有アルミナ基板を提供することができる。
【００１７】
また、特に、上記の発光素子搭載用基体は、ジルコニア含有アルミナ基板となるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料に加えてシリカが添加され、シリカの添加量の上限値が粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下であるので、シリカがジルコニア含有アルミナ基板の結晶粒子同士の境界である粒界に粒界層として形成され、屈折率の異なる２種類の物質の境界面が光の反射面と機能し、光の拡散反射を促進して、反射率を向上させることができる。また、ジルコニア含有アルミナ基板は、ジルコニアがこの結晶格子中に酸素欠陥を有し、この酸素欠陥を介して酸素イオンが移動することで電気伝導が生じ、この電気伝導性のために絶縁抵抗が小さくなってしまっていたが、シリカによって酸素イオンの移動が阻害されるので、ジルコニアを含有する粉体材料を焼成してなる基板の絶縁抵抗を向上させることができる。
【００１８】
また、特に、上記の全ての発光素子搭載用基体は、個片銅板の隣接間には個片銅板と同一銅板からなる幅狭のブリッジ銅板を有し、めっき被膜を形成した後に、ブリッジ銅板が切断除去されているので、ブリッジ銅板を付けた状態で個片銅板をジルコニア含有アルミナ基板上の所定位置に載置し、加熱して容易に接合でき、ブリッジ銅板を介して各個片銅板に通電して電解めっきを容易に行うことができる。また、ブリッジ銅板は、めっき被膜を形成した後に、ブリッジの根元をペンチや、レーザー等で容易に切断して除去することで、それぞれの個片銅板は電気的に独立状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る発光素子搭載用基体の一方の主面の平面図、他方の主面の平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は同他の発光素子搭載用基体の一方の主面の平面図、他方の主面の平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。
【図３】同発光素子搭載用基体、他の発光素子搭載用基体に用いられる個片銅板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る発光素子搭載用基体１０には、セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板１１が用いられている。このセラミックグリーンシートは、アルミナを主成分とし、ジルコニアと、マグネシア等を含有させた粉体材料に樹脂や、溶剤を加えて混合してペースト状にした後、ドクターブレード法等でシート状にし、乾燥させて作製している。そして、セラミックグリーンシートは、所望の大きさに成形した後、大気中で焼成して、この焼成のみを行っただけの平板状のジルコニア含有アルミナ基板１１を作製している。そして、発光素子搭載用基体１０は、このジルコニア含有アルミナ基板１１の一方の主面に発光素子を搭載させるための複数個の個片銅板１２を銅の融点付近の加熱で直接接合して有している。また、発光素子搭載用基体１０は、このジルコニア含有アルミナ基板１１の他方の主面に発光素子からの発熱を放熱させるためのベタ銅板１３を銅の融点付近の加熱で直接接合して有している。この直接接合は、予め銅板の表面に酸化膜を施したり、銅板中の酸素濃度を管理したりして、酸素濃度を０．００８〜０．３９％に制御した個片銅板１２や、ベタ銅板１３をジルコニア含有アルミナ基板１１に当接して１０６５℃以上で銅の融点温度である１０８３℃以下の温度、例えば、１０７０℃程度の温度で加熱し、Ｃｕの微量の酸素との反応により生成するＣｕ−Ｏの共晶液相を結合材として接合するＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄ）法で行っている。なお、この接合は、一方の主面側と、他方の主面側を同時に、あるいは、別々に行うことができる。
【００２１】
なお、発光素子搭載用基体１０は、ジルコニア含有アルミナ基板１１の一方の主面の複数個の個片銅板１２の中には、発光素子と電気的に導通状態とするための入出力端子となる外部接続端子銅板１４を含んでいる。また、この外部接続端子銅板１４は、一部をジルコニア含有アルミナ基板１１から突出させて設けることもできる。更に、発光素子搭載用基体１０は、ジルコニア含有アルミナ基板１１の一方の主面の複数個の個片銅板１２の中には、外部接続端子銅板１４以外に、他方の主面のベタ銅板１３とのバランスを図って熱膨張係数の異なるジルコニア含有アルミナ基板１１の反り発生を小さくするために、捨て銅板１５を含むこともできる。
【００２２】
上記の発光素子搭載用基体１０は、外部接続端子銅板１４や、捨て銅板１５を含む個片銅板１２、及びベタ銅板１３の表面に電解めっきによるめっき被膜１６を有している。この電解めっきによるめっき被膜１６は、個片銅板１２、及びベタ銅板１３と直接電気的に導通状態にしてめっき浴中で通電してめっき被膜を形成するので、短時間で所望する均一な厚みに形成することができる。
【００２３】
発光素子搭載用基体１０は、極めて熱伝導率の優れるベタ銅板１３が１対の突出部１７、１７ａをジルコニア含有アルミナ基板１１の中心に対する相対向する側辺から突出するようにしてジルコニア含有アルミナ基板１１の他方の主面に接合されて有している。これと共に、発光素子搭載用基体１０は、このベタ銅板１３の突出部１７、１７ａに、発光素子搭載用基体１０を熱伝導率に優れたヒートシンク板等にネジ等で取り付けるためのネジ止め用の貫通孔、又は切り欠きからなるネジ取り付け部１８を有している。上記の発光素子搭載用基体１０は、ジルコニア含有アルミナ基板１１がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）単体の基板と熱伝導率を同等程度に保ちながら機械的強度、特に曲げ強度を大幅に高めることができるので、厚みを薄くすることができ、アルミナ単体の基板を用いた場合より実質的な熱伝導性を向上させ、窒化アルミニウム基板を用いた場合に匹敵する熱伝導性を確保することができる。従って、発光素子が搭載された発光素子搭載用基体１０は、突出部１７、１７ａに設けるネジ取り付け部１８でヒートシンク板等に容易にネジ止めして取り付け、発光素子からの発熱を極めて熱伝導率の優れる個片銅板１２、実質的な熱伝導性を向上させたジルコニア含有アルミナ基板１１、及び極めて熱伝導率の優れるベタ銅板１３を介して、ヒートシンク板等に効率よく伝熱、及び放熱させることができる。
【００２４】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る他の発光素子搭載用基体１０ａには、セラミックグリーンシートを焼成してなる平板状のジルコニア含有アルミナ基板１１ａが用いられている。このセラミックグリーンシートは、前述の発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、アルミナを主成分とし、ジルコニアと、マグネシア等を含有させた粉体材料に樹脂や、溶剤を加えて混合してペースト状にした後、ドクターブレード法等でシート状にし、乾燥させて作製している。そして、発光素子搭載用基体１０ａに用いるセラミックグリーンシートは、所望の大きさ、形状に成形した後、大気中の１５５０℃程度で焼成して、この焼成のみを行っただけの平板状のジルコニア含有アルミナ基板１１ａを作製している。そして、発光素子搭載用基体１０ａは、このジルコニア含有アルミナ基板１１ａの一方の主面に、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、発光素子を搭載させるための複数個の個片銅板１２を銅の融点付近の加熱で直接接合して有している。また、発光素子搭載用基体１０ａは、このジルコニア含有アルミナ基板１１ａの他方の主面に、発光素子からの発熱を放熱させるためのベタ銅板１３ａを銅の融点付近の加熱で直接接合して有している。この直接接合は、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、予め銅板の表面に酸化膜を施したり、銅板中の酸素濃度を管理したりして、酸素濃度を０．００８〜０．３９％に制御した個片銅板１２や、ベタ銅板１３をジルコニア含有アルミナ基板１１に当接して１０６５℃以上で銅の融点温度である１０８３℃以下の温度、例えば、１０７０℃程度の温度で加熱し、Ｃｕの微量の酸素との反応により生成するＣｕ−Ｏの共晶液相を結合材として接合するＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄ）法で行っている。なお、この接合は、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、一方の主面側と、他方の主面側を同時に、あるいは、別々に行うことができる。
【００２５】
なお、発光素子搭載用基体１０ａは、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、ジルコニア含有アルミナ基板１１ａの一方の主面の複数個の個片銅板１２の中には、発光素子と電気的に導通状態とするための入出力端子となる外部接続端子銅板１４を含んでいる。また、この外部接続端子銅板１４は、一部をジルコニア含有アルミナ基板１１ａから突出させて設けることもできる。更に、発光素子搭載用基体１０ａは、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、ジルコニア含有アルミナ基板１１ａの一方の主面の複数個の個片銅板１２の中には、外部接続端子銅板１４以外に、他方の主面のベタ銅板１３ａとのバランスを図って熱膨張係数の異なるジルコニア含有アルミナ基板１１ａの反り発生を小さくするために、捨て銅板１５を含むこともできる。
【００２６】
上記の発光素子搭載用基体１０ａは、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、外部接続端子銅板１４や、捨て銅板１５を含む個片銅板１２、及びベタ銅板１３ａの表面に電解めっきによるめっき被膜１６を有している。この電解めっきによるめっき被膜１６は、個片銅板１２、及びベタ銅板１３ａと直接電気的に導通状態にしてめっき浴中で通電してめっき被膜を形成するので、短時間で所望する均一な厚みに形成することができる。
【００２７】
発光素子搭載用基体１０ａは、ジルコニア含有アルミナ基板１１ａの中心に対する相対向する外周部に１対の切り欠き部１９、１９ａを有している。そして、発光素子搭載用基体１０ａは、このジルコニア含有アルミナ基板１１の他方の主面に、ベタ銅板１３ａが切り欠き部１９から露出するように接合されていると共に、切り欠き部１９から露出するベタ銅板１３ａに熱伝導率に優れたヒートシンク板等にネジ等で取り付けるためのネジ止め用の貫通孔、又は切り欠きからなるネジ取り付け部１８を有している。上記の発光素子搭載用基体１０ａは、発光素子搭載用基体１０の場合と同様に、ジルコニア含有アルミナ基板１１ａがアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）単体の基板と熱伝導率を同等程度に保ちながら機械的強度、特に曲げ強度を大幅に高めることができるので、厚みを薄くすることができ、アルミナ単体の基板を用いた場合より実質的な熱伝導性を向上させ、窒化アルミニウム基板を用いた場合に匹敵する熱伝導性を確保することができる。従って、発光素子が搭載された発光素子搭載用基体１０ａは、ジルコニア含有アルミナ基板１１ａの切り欠き部１９から露出するベタ銅板１３ａに設けるネジ取り付け部１８でヒートシンク板等に容易にネジ止めして取り付け、発光素子からの発熱を極めて熱伝導率の優れる個片銅板１２、実質的な熱伝導性を向上させたジルコニア含有アルミナ基板１１ａ、及び極めて熱伝導率の優れるベタ銅板１３ａを介して、ヒートシンク板等に効率よく伝熱、及び放熱させることができる。
【００２８】
上記の発光素子搭載用基体１０、１０ａにおいては、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａとなるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料が主成分のアルミナに加えて、ジルコニアと、マグネシアを含有しているのがよい。このジルコニアは、実用上１００％とみなせる純度のものであってもよいが、イットリア等を安定化材を固溶させた所謂安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアであってもよい。特に、イットリアを３ｍｏｌ％程度固溶させた部分安定化ジルコニアを用いた場合には、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの曲げ強度や、靭性を著しく向上させることができる。粉体材料中に含有されるジルコニア、特に部分安定化ジルコニアは、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａ中のジルコニア結晶における正方晶相の割合を大幅に高めると共に、焼成温度を１６００℃よりも低くく低温化させることができる。また、マグネシアは、焼成温度を１６００℃よりも低くく低温化させることができると共に、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａ中にスピネル結晶を生成させ、結晶粒子の粒界強度を高めることができる。更には、スピネル結晶は、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの表面に、個片銅板１２や、ベタ銅板１３、１３ａを貼設する際に、Ｃｕ−Ｏ共晶液相との濡れ性を高めることができ、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの表面に、個片銅板１２や、ベタ銅板１３、１３ａを強固に接合することができる。
【００２９】
また、上記の発光素子搭載用基体１０、１０ａは、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａとなるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料の含まれるジルコニアの含有量の上限が粉体材料の全重量に対して３０ｗｔ％であるのがよい。このジルコニア、特に部分安定化ジルコニアは、粉体材料中の含有量の上限を３０ｗｔ％とすることで、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの熱伝導率の低下を抑制しながら、曲げ強度や、靭性を著しく向上させることができ、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの厚みを薄くすることができる。なお、粉体材料の含まれるジルコニアの含有量が３０ｗｔ％を超える場合には、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの熱伝導率が著しく低下して、発光素子からの発熱のベタ銅板１３、１３ａ側への伝熱が低下することとなる。
【００３０】
更に、発光素子搭載用基体１０、１０ａは、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａとなるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料の含まれるマグネシアの含有量を０．０５〜１．００ｗｔ％の範囲内にあるのがよい。このマグネシアは、粉体材料中の含有量を０．０５〜１．００ｗｔ％の範囲内とすることで、スピネル結晶が過剰に生成されて、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの熱伝導率が大幅に低下するのを抑制することができる。また、ジルコニア、特に部分安定化ジルコニア及びマグネシアの添加は、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの焼成温度を低温化させて緻密な焼成体とすることができ、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの熱伝導率を高めることができる。更に、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの焼成温度の低温化は、ジルコニア結晶粒子の肥大成長を抑制して、個片銅板１２や、ベタ銅板１３、１３ａを貼設する際のＣｕ−Ｏ共晶液相との濡れ性を高めることができる。なお、マグネシアの含有量が粉体材料中の含有量の０．０５ｗｔ％を下まわる場合には、セラミックグリーンシートの焼成温度の低温化が難しくなり、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａ中のジルコニア結晶粒子の肥大成長の抑制ができなくて緻密な焼成体とすることができなくなる。また、マグネシアの含有量が粉体材料中の含有量の１．００ｗｔ％を超える場合には、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの熱伝導率が著しく低下して、発光素子からの発熱のベタ銅板１３、１３ａ側への伝熱が低下することとなる。
【００３１】
上記の発光素子搭載用基体１０、１０ａは、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａとなるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料中の不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合に、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２のそれぞれの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５ｗｔ％以下であるのがよい。この不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、上記のように僅かに抑えることで、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａは、不純物（着色物質）による着色が抑えられて、内部及び表面におけて、波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する光（紫外光から赤外光）の拡散反射が抑制されるのを防止することができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。なお、粉体材料中の不純物であるＦｅ及びＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して、それぞれの含有量が粉体材料の全重量に対して０．０５ｗｔ％を超える場合には、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａに着色が発生し、その内部及び表面における光の拡散反射が抑制されて発光素子の発光効率が低下することとなる。
【００３２】
また、発光素子搭載用基体１０、１０ａは、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａとなるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料中のジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍ以下であるのがよい。このジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍ以下であることによって、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａは、焼成体中のジルコニア粒子の粒径を、波長２００〜２５００ｎｍにピークを有する光の波長に近づけて、ジルコニア粒子表面における光の散乱効率を向上させることができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。なお、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａは、粉体材料中のジルコニアの粒度分布から求めた９７％粒径が１．５μｍを超える場合には、光の波長から遠ざかることとなり、ジルコニア粒子表面における光の散乱効率を低下させることとなる。
【００３３】
上記の発光素子搭載用基体１０、１０ａにおいては、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａとなるセラミックグリーンシートを構成するための粉体材料の全重量に対して外掛けで加えてシリカが添加されるのがよい。そして、このシリカの添加量の上限値は、粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％以下であるのがよい。ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａは、このシリカの添加によって、結晶粒子同士の境界である粒界にシリカを主成分とする粒界層が形成されて結晶粒子と粒界層の界面による光の反射が生じ、光の拡散反射を促進させることができる。そして、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａは、焼成体表面における光の反射率を向上させることができる。また、シリカは、粉体材料の全重量に対して１ｗｔ％添加するだけでも、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの表面における光の反射率を向上させることができるが、２〜６ｗｔ％の範囲内で添加させた場合に反射率を最も高くすることができる。なお、シリカは、粉体材料の全重量に対して１０ｗｔ％を超える場合には、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの熱伝導率が低下して、発光素子からの発熱のベタ銅板１３、１３ａ側への伝熱が低下することとなる。
【００３４】
図３に示すように、上記の発光素子搭載用基体１０、１０ａにおいては、外部接続端子銅板１４や、捨て銅板１５等を含む全ての個片銅板１２の隣接間に個片銅板１２と同一銅板からなる幅挟のブリッジ銅板２０を有し、めっき被膜１６を形成した後に、ブリッジ銅板２０が切断除去されているのがよい。このブリッジ銅板２０は、個片銅板１２の全てを包含できる板状の銅板から個片銅板１２を打ち抜きプレス加工や、エッチング加工で形成するときに、個片銅板１２の全てが所定位置で連結状態となるようにするために形成している。ブリッジ銅板２０で連結させたそれぞれの個片銅板１２は、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａの所望する位置に正確に接合させることができる。また、ブリッジ銅板２０は、通常、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａ上に個片銅板１２を載置したときに、ブリッジ銅板２０の部分がジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａに当接しないように、ブリッジ状に曲げて浮き上がらせている。そして、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａに個片銅板１２や、ベタ銅板１３、１３ａをＤＣＢ接合法で接合させた発光素子搭載用基体１０、１０ａは、個片銅板１２や、ベタ銅板１３、１３ａの何処かにめっき被膜１６形成用のラック端子を接続させ、所望のめっき被膜用のめっき浴中で通電する電解めっき法で短時間で均一な所望の厚みのめっき被膜１６を形成している。この後、ジルコニア含有アルミナ基板１１、１１ａ表面から浮き上がっているブリッジ銅板２０は、ペンチや、レーザー等で容易に切断して除去できることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明では、発光素子からの発熱を速やかに放熱させることができると共に、発光素子の発光効率を向上させることができる発光素子搭載用基体によって、パソコンや、テレビ等のバックライトや、平面型の照明器具等に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１０ａ：発光素子搭載用基体、１１、１１ａ：ジルコニア含有アルミナ基板、１２：個片銅板、１３、１３ａ：ベタ銅板、１４：外部接続端子銅板、１５：捨て銅板、１６：めっき被膜、１７、１７ａ：突出部、１８：ネジ取り付け部、１９、１９ａ：切り欠き部、２０：ブリッジ銅板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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