(57)【要約】【課題】絶縁基板とサーマルビアとの界面におけるクラックの抑制および発光素子で発生した熱の放熱性の向上。【解決手段】配線基板２０は、外部接続用電極層１２０、セラミックス層１３０および配線層１４０を備える。セラミックス層１３０は、アルミナとホウ珪酸ガラスを材料として形成されており、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。セラミックス層１３０は、複数の第１のサーマルビア１３２、および、第１のサーマルビア１３２より小さい直径を有する第２のサーマルビア１３４を配置することにより、熱伝導率の低いセラミックス層１３０を用いた配線基板２０において、発光素子１５０で生じる熱の放熱性能を向上している。第１のサーマルビア１３２は、発光素子搭載領域１５０ａ内に格子状に配置され、第２のサーマルビア１３４は、隣接する全ての第１のサーマルビア１３２から等距離離れた位置に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス層と、
前記セラミックス層を貫通して設けられた貫通孔内に充填された金属で構成される複数のビアと、
前記セラミックス層上に配置され、発光素子が搭載され、前記ビアと接続される配線層と、
を備える発光素子搭載用の配線基板であって、
前記セラミックス層は、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、
前記複数のビアは、第１の直径を有する複数の第１のビアと、前記第１の直径とは異なる第２の直径を有する少なくとも一つの第２のビアを含み、
前記第１のビアと前記第２のビアは、前記発光素子が搭載される発光素子搭載領域内に配置され、
互いに隣接する前記第１のビアは、前記第１の直径以上、離間して配置されており、
前記第２のビアは、前記発光素子搭載領域内において、前記第２のビアに隣接する全ての前記第１のビアから等距離離れた位置に配置されている、
配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の配線基板であって、
前記複数の第１のビアは、格子状に配置されている、
配線基板。
【請求項３】
請求項２記載の配線基板であって、
前記格子状は、千鳥格子状を含む、
配線基板。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３いずれかに記載の配線基板であって、
前記第１の直径は、前記第２の直径より大きいことを特徴とする、
配線基板。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３いずれかに記載の配線基板であって、
前記第１のビアの、前記発光素子搭載領域との接触面積である第１の面積は、前記第２のビアの、前記発光素子搭載領域との接触面積である第２の面積より大きいことを特徴とする、
配線基板。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５いずれかに記載の配線基板であって、
各前記第１のビアと前記第２のビアは、前記第１のビアの直径以上離間して配置されている、
配線基板。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６いずれかに記載の配線基板であって、
前記セラミックス層は、アルミナおよびホウ珪酸ガラスからなる、
配線基板。
【請求項８】
請求項７記載の配線基板であって、
前記ホウ珪酸ガラスは、アルカリ土類金属を含む、
配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子搭載用の配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードなどの発光素子を搭載するための発光素子搭載用の配線基板が利用されている。このような配線基板は、発光素子を接合するための絶縁基板を備えている。絶縁基板において、発光素子が搭載されている発光素子搭載領域の下部に、絶縁基板の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属体を、絶縁基板を貫通して設けることにより、発光素子から発生する熱を配線基板外へ放散し、発光素子の過剰な高温化を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９３５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光素子搭載領域の下部に金属体を有する絶縁基板を備える配線基板において、金属体の熱膨張係数は、絶縁基体の熱膨張係数よりも大きいため、金属体を介して、発光素子で発生した熱を放熱する際、金属体が絶縁基板に対して相対的に大きく熱膨張する。この結果、絶縁基板と金属体との間に大きな引っ張り応力が発生し、絶縁基板と金属体との界面にひび割れなどのクラックが発生するおそれがある。金属体の直径の拡大に伴い、クラック発生の可能性のある領域が広くなるため、クラック発生の可能性が高くなり、金属体の直径を縮小すると、クラック発生の可能性は低下するが、放熱性の低下により発光素子が過剰に高温化して損傷するという問題がある。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、絶縁基板と金属体との界面におけるクラックの抑制および発光素子で発生した熱の放熱性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
セラミックス層と、前記セラミックス層を貫通して設けられた貫通孔内に充填された金属で構成される複数のビアと、前記セラミックス層上に配置され、発光素子が搭載され、前記ビアと接続される配線層と、を備える発光素子搭載用の配線基板であって、前記セラミックス層は、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、前記複数のビアは、第１の直径を有する複数の第１のビアと、前記第１の直径とは異なる第２の直径を有する少なくとも一つの第２のビアを含み、互いに隣接する前記第１のビアは、前記発光素子搭載領域内において、所定の距離以上、離間して配置されており、前記第２のビアは、前記発光素子搭載領域内において、前記第２のビアに隣接する全ての前記第１のビアから等距離離れた位置に配置されている、配線基板。
【０００８】
適用例１の配線基板によれば、発光素子搭載領域内に、複数の第１のビアが、所定の距離以上、離間して配置されているとともに、第２のビアは、第２のビアに隣接する全ての第１のビアから等距離離れた位置に配置されている。従って、発光素子搭載領域内において、ビア間にセラミックス層が存在することにより、セラミックス層とビア間の熱膨張率の差を低減できるので、セラミックス層とビアとの間の熱膨張率の差に起因する、セラミックス層とビアとの界面のクラック発生を抑制できる。また、第１のビアが複数配置されているので、放熱性を向上でき、配線基板に搭載される発光素子の過剰な高温化を抑制できる。また、第１のビアに加えて、第２のビアが、第２のビアに隣接する第１のビアと等距離離間して配置されている。従って、発光素子搭載領域におけるビアの占有割合を増加させることができるとともに、発光素子搭載領域内に偏り無くビアを配置でき、放熱性を向上できる。また、発光素子搭載領域内に収まるように、全てのビアが配置されている。こうすることにより、６Ｗ／ｍ・Ｋ以下という比較的低い熱伝導率のセラミックス層上に発光素子が搭載される配線基板において、発光素子搭載領域からビアがはみ出して配置されている場合に比して、放熱性を向上できる。
【０００９】
［適用例２］
請求項１記載の配線基板であって、前記複数の第１のビアは、格子状に配置されている、配線基板。
【００１０】
適用例２の配線基板によれば、発光素子搭載領域内に第１のビアが格子状に配置されている。従って、発光素子搭載領域内に、第１のビアを、一定の間隔、離間させて、偏りなく多数配置できる。よって、発光素子領域におけるビアの専有面積を増加させることができ、放熱性を向上できる。
【００１１】
［適用例３］
適用例２記載の配線基板であって、前記格子状は、千鳥格子状を含む、配線基板。
【００１２】
適用例３の配線基板によれば、第１のビアを、千鳥格子状に、一定の間隔、離間させて、偏り無く効率的に多数配置できる。よって、発光素子搭載領域におけるビアの専有面積を増加させることができる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３いずれか記載の配線基板であって、前記第１の直径は、前記第２の直径より大きいことを特徴とする、配線基板。
【００１４】
適用例４の配線基板によれば、第１のビアの第１の直径は、第２のビアの第２の直径より大きく形成されている。従って、第２のビアよりも数多く配置される第１のビアの直径が、第２のビアの直径よりも大きいので、第１のビアの直径が第２のビアの直径よりも小さく形成されている場合に比して、発光素子搭載領域におけるビアの専有面積を増大できる。よって、発光素子において発生する熱の放熱性を向上できる。
【００１５】
［適用例５］
適用例１ないし適用例３いずれかに記載の配線基板であって、前記第１のビアの、前記発光素子搭載領域との接触面積である第１の面積は、前記第２のビアの、前記発光素子搭載領域との接触面積である第２の面積より大きいことを特徴とする、配線基板。
【００１６】
適用例５の配線基板によれば、第２のビアよりも数多く配置される第１のビアの、発光素子搭載領域との接触面積が、第２のビアの、発光素子搭載領域との接触面積よりも大きいので、第１のビアの接触面積が第２のビアの接触面積よりも小さく形成されている場合に比して、発光素子搭載領域におけるビアの専有面積を増大できる。よって、発光素子において発生する熱の放熱性を向上できる。
【００１７】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５いずれか記載の配線基板であって、各前記第１のビアと前記第２のビアは、前記第１のビアの直径以上離間して配置されている、配線基板。
【００１８】
適用例６の配線基板によれば、各第１のビアと第２のビアは、第１のビアの直径以上離間して配置されている。従って、ビアを配置するための、セラミックス層に形成される貫通孔を、十分離間させて形成できるので、貫通孔形成時におけるセラミックス層のクラック発生を抑制できる。
【００１９】
［適用例７］
適用例１ないし適用例６いずれかに記載の配線基板であって、前記セラミックス層は、アルミナおよびホウ珪酸ガラスからなる、配線基板。
【００２０】
適用例７の配線基板によれば、セラミックス層は、アルミナおよびホウ珪酸ガラスから形成されている。従って、アルミナからなる基板に比して、発光素子の輝度を向上できる。
【００２１】
［適用例８］
適用例７記載の配線基板であって、前記ホウ珪酸ガラスは、アルカリ土類金属を含む、配線基板。
【００２２】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施例における発光素子搭載用の配線基板２０を発光素子搭載側からみた平面図。
【図２】第１実施例における配線基板２０の概略構成を例示する断面図。
【図３】第１実施例における配線基板２０の製造工程を説明する工程図。
【図４】第１実施例における貫通孔の形成について説明する説明図。
【図５】第１実施例における貫通孔の形成について説明する説明図。
【図６】第１実施例におけるビアペーストの充填について説明する説明図。
【図７】第１実施例におけるキャスタレーション印刷について説明する説明図。
【図８】第１実施例におけるメタライズペースト印刷について説明する説明図。
【図９】第１実施例におけるシミュレーションモデルについて説明する断面図。
【図１０】第２実施例における配線基板４０のサーマルビアの配置状態について説明する平面図。
【図１１】第３実施例におけるサーマルビアの配置状態について説明する断面図。
【図１２】第３実施例における貫通孔の形成について説明する説明図。
【図１３】変形例１におけるサーマルビアの配置状態について説明する平面図。
【図１４】変形例２におけるサーマルビアの配置状態について説明する平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．概略構成：
図１は、第１実施例における発光装置１０に用いられる発光素子搭載用の配線基板２０の、発光素子搭載側からみた平面図である。図２は、第１実施例における配線基板２０の概略構成を例示する断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。配線基板２０は、発光ダイオードなどの発光素子１５０を搭載するための発光素子搭載用基板である。図１および図２に示すように、発光装置１０は、実装用基板１００、ハンダ層１１０、発光素子搭載用の配線基板２０、発光素子１５０を備える。
【００２５】
配線基板２０は、外部接続用電極層１２０、セラミックス層１３０および配線層１４０を備える。配線基板２０は、図２に示すようにハンダ層１１０を介して、実装用基板１００と接合され、発光装置１０の一部として使用されている。なお、配線基板２０は複数のセラミックス層で構成されていてもよい。
【００２６】
セラミックス層１３０は、アルミナとアルカリ土類金属酸化物を含むホウ珪酸ガラスを材料として形成されている。ホウ珪酸ガラスとして、例えば、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＣａＯ系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系、ＺｎＯ−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラスを用いることができる。セラミックス層１３０は、アルミナとホウ珪酸ガラスから形成されることにより、アルミナからなる基板に比して発光素子１５０の輝度を向上できるが、アルミナからなる基板に比して、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以下と低くなる。第１実施例では、セラミックス層１３０に、第１のサーマルビア１３２および第２のサーマルビア１３４を配置することにより、セラミックス層１３０の熱伝導性を向上させ、発光素子１５０において生じる熱を、実装用基板１００等へ伝熱させて発光装置１０から放熱し、実装される発光素子１５０の過剰な高温化を抑制している。
【００２７】
また、図１に示すように、セラミックス層１３０は、複数の第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄ、少なくとも一つの第２のサーマルビア１３４および配線導体１３６を備える。本実施例における第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄは、「第１のビア」に該当し、第２のサーマルビア１３４は、「第２のビア」に該当する。第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４について、以下に説明する。なお、第１実施例において、第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄは、第１のサーマルビア１３２とも表される。
【００２８】
第１のサーマルビア１３２および第２のサーマルビア１３４は、発光素子１５０の動作により発生する熱を、実装用基板１００へ伝熱し、配線基板２０に実装される発光素子１５０の熱を放熱する。図２に示すように、第１のサーマルビア１３２は、セラミックス層１３０に形成されている略円柱状の貫通孔１３１内に、Ａｇ合金が充填されることにより構成されている。第２のサーマルビア１３４は、セラミックス層１３０を貫通して形成された略円柱状の貫通孔１３３内に、Ａｇ合金が充填されることにより設けられている。なお、第１のサーマルビア１３２と第２のサーマルビア１３４は、伝熱性を有する材料であれば、導電性の有無に関係なく種々の材料を用いてよい。導電性を有さず、伝熱性を有する材料は、例えば、窒化アルミニウムや炭化ケイ素などのセラミックス、伝熱性を有する樹脂、および、これらに、導電性を発揮しない程度に金属フィラーが添加された材料などを含む。
【００２９】
図１を参照して、サーマルビアの配置状態について説明する。図１に示すように、第１実施例では、第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄは、矩形状の発光素子搭載領域１５０ａ内に収まるように、換言すれば、発光素子搭載領域１５０ａからはみ出すことなく、配置されている。発光素子搭載領域１５０ａは、発光素子１５０を上面側から配線基板２０の表面に投影した領域である。第１実施例では、４つの第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄの配置位置が格子状となるように、発光素子搭載領域１５０ａの四隅に配置されている。第２のサーマルビア１３４は、隣接する第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄの全てから等距離離間して配置されている。なお、実施例において、「隣接する」とは、サーマルビア間に他のサーマルビアが設けられていない状態を意味する。第１のサーマルビア１３２が配置されている貫通孔１３１の直径ｄ１は、第２のサーマルビア１３４が配置されている貫通孔１３３の直径ｄ２よりも大きい。換言すれば、第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄの、水平方向の断面の面積は、第２のサーマルビア１３４の水平方向の断面の面積よりも大きい。
【００３０】
各第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄは、互いに隣接する第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄと、所定の距離ｄ３、離間して配置されている。例えば、第１のサーマルビア１３２ａは第１のサーマルビア１３２ｂおよび第１のサーマルビア１３２ｄと距離ｄ３、離間して配置されている。また、第２のサーマルビア１３４は、第２のサーマルビア１３４に隣接する全ての第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄから、等距離ｄ４離れて配置されている。第１実施例では、ｄ３，ｄ４は、第１のサーマルビア１３２ａの直径ｄ１以上である。全ての第１のサーマルビア１３２ａ〜１３２ｄ，第２のサーマルビア１３４のそれぞれの間を、ｄ１以上離間させることにより、各サーマルビアが配置される貫通孔１３１、１３３の形成時における、セラミックス層１３０のクラック発生が抑制される。
【００３１】
配線導体１３６は、セラミックス層１３０の発光素子搭載領域１５０ａの外側に配置されており、導電性を有し、発光素子１５０と実装用基板１００とを電気的に接続する。配線導体１３６は、セラミックス層１３０に形成されている略円柱状の貫通孔１３５の内壁面に、Ａｇ合金が印刷されることにより構成されている。
【００３２】
外部接続用電極層１２０は、ハンダ層１１０と対向するセラミックス層１３０の面上に配置されており、セラミックス層１３０の配線導体１３６と、ハンダ層１１０とを電気的に導通する。外部接続用電極層１２０は、タングステン、モリブデン、銀、銅などの金属を主成分とする導電性材料により形成されている。
【００３３】
配線層１４０は、外部接続用電極層１２０とは異なるセラミックス層１３０の面上に配置されており、搭載される発光素子１５０と、セラミックス層１３０の配線導体１３６とを電気的に導通する。配線層１４０は、タングステン、モリブデン、銀、銅などの金属を主成分とする導電性材料により形成されている。
【００３４】
発光素子１５０は、配線層１４０上における、発光素子搭載領域１５０ａ上に配置されている。搭載される発光素子１５０は、配線層１４０、セラミックス層１３０の配線導体１３６、外部接続用電極層１２０およびハンダ層１１０を介して、実装用基板１００と電気的に導通される。
【００３５】
Ａ２．製造工程：
図３〜図７を参照して、配線基板２０の製造工程について説明する。図３は、第１実施例における配線基板２０の製造工程を説明する工程図である。
【００３６】
セラミックス層１３０となる、ガラスセラミックスからなるグリーンシートを成形する（ステップＳ１０）。セラミックス層１３０が複数層の場合は複数のグリーンシートを成形する。具体的には、グリーンシートの材料となるガラス粉末およびセラミックス粉末を、所定の割合で混合した後、可塑剤、溶剤を加えてスラリーとし、生成したスラリーを、ドクターブレード法により、厚さ数１００μｍ のシート状に成形する。なお、圧延法、カレンダーロール法、金属プレス法でグリーンシートの成形を行っても良い。グリーンシートの材料となるガラス粉末のガラス成分には、例えばＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系、ＰＢ系ガラス、あるいはＢｉ系ガラスなどが含まれる。また、セラミックス粉末には、例えばＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＺｒＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、スピネル、ムライト・コージェライトなど、が含まれる。
【００３７】
成形されたグリーンシートに、第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４および配線導体１３６を配置するための貫通孔１３１、１３３および１３５を形成する（ステップＳ１２）。具体的には、ステップＳ１０において成形されたグリーンシートに、打ち抜き加工を施して各貫通孔を形成する。
【００３８】
図４および図５は、第１実施例における貫通孔の形成について説明する説明図である。図４に示すように、ダイ２２の上にグリーンシート２３０を配置し、金型２１でグリーンシート２３０をプレスして打ち抜き加工を行う。金型２１は、貫通孔１３１を形成するための突部（第１パンチングピン）２３と、貫通孔１３３を形成するための突部（第２パンチングピン）２４、貫通孔１３５を形成するための突部（第３パンチングピン）２５を備える。突部２４は、突部２３の直径より小さい直径を有する。打ち抜き加工により、図５に示すように、第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４および配線導体１３６が配置される位置に、貫通孔１３１、貫通孔１３３、貫通孔１３５が形成される。各貫通孔１３１，１３３，１３５は、同一の金型２１を用いて、同時に打ち抜き加工され形成されることにより、各貫通孔間の位置ずれが抑制される。本実施例では、径の異なるパンチングピンを用いて打ち抜き加工を行ったが、レーザを用いて打ち抜き加工をおこなってもよい。
【００３９】
グリーンシート２３０に形成された貫通孔１３１、１３３に、第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４となるビアペーストを充填する（ステップＳ１４）。図６は、第１実施例におけるビアペーストの充填について説明する説明図である。図６に示すように、各貫通孔１３１，１３３内に、タングステン、モリブデン、銀、銅などの金属を含むビアペースト２３２，２３４を、スクリーン印刷などの方法により充填する。
【００４０】
ビアペースト２３２の充填されたグリーンシート２３０の貫通孔１３５にキャスタレーション印刷を行う（ステップＳ１６）。図７は、第１実施例におけるキャスタレーション印刷について説明する説明図である。図７に示すように、貫通孔１３５の内壁面に、タングステン、モリブデン、銀、銅などの金属を含むメタライズペースト２３６を、スクリーン印刷などの方法により塗布する。
【００４１】
ビアペーストが充填されたグリーンシート２３０の表面に、メタライズペーストを印刷する（ステップＳ１８）。図８は、第１実施例におけるメタライズペースト印刷について説明する説明図である。グリーンシート２３０における、発光素子１５０搭載面に、配線層１４０となるメタライズペースト２４０をスクリーン印刷等により塗布するとともに、グリーンシート２３０における、実装用基板１００側の面に、外部接続用電極層１２０となるメタライズペースト２２０をスクリーン印刷などにより塗布する。メタライズペースト２４０、２２０は、タングステン、モリブデン、銀、銅などを材料とするペーストである。
【００４２】
以上のように形成されたグリーンシート２３０を積層し（ステップＳ２０）、積層体に貫通孔１３５を跨ぐように分割予定溝を溝入れし、焼成する（ステップＳ２２）。第１実施例では、グリーンシート２３０のガラス粉末は、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系を用いているので、焼成温度を約８００℃〜１０００℃で焼成する。
【００４３】
ステップＳ２２における焼成により、グリーンシート２３０はセラミックス層１３０となり、ビアペースト２３２，２３４は、第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４となり、メタライズペースト２３６は、配線導体１３６となり、メタライズペースト２４０は配線層１４０となり、メタライズペースト２２０は、外部接続用電極層１２０となる。
【００４４】
配線基板２０の配線層１４０や外部接続用電極層１２０、配線導体１３６の表面には、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）やＡｇ（銀）のメッキ処理が施され、その後、外形予定溝に沿って外延が切り落とされ、配線導体１３６が配線基板２０の側面に露出する。
【００４５】
以上説明したように、配線基板２０が製造される。配線基板２０の配線層１４０や外部接続用電極層１２０の表面には、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）やＡｇ（銀）のメッキ処理が施されてもよい。
【００４６】
発光素子１５０は、配線基板２０の発光素子搭載領域１５０ａ上に搭載され、配線基板２０は、ハンダ層１１０を介して、実装用基板１００と接合され、発光装置１０が製造される。
【００４７】
Ａ３．シミュレーション結果：
以上説明した第１実施例の配線基板２０について、発光素子搭載領域とサーマルビアとの位置関係に基づく配線基板２０上に実装した発光素子１５０の表面温度についてのシミュレーション結果について説明する。本シミュレーションは、第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４の、発光素子搭載領域１５０ａからのはみ出し量と、発光素子１５０の表面温度との相関についてシミュレーションしたものである。
【００４８】
図９は、第１実施例におけるシミュレーションモデルについて説明する断面図である。シミュレーションモデル３０は、実装用基板３００、ハンダ層３１０、配線基板３５、発光素子３５０、発光素子３５０を配線基板３５に接合するための接合層３５５、および、発光素子３５０を封止する封止樹脂３６０を備える。実装用基板３００は、アルミ板３０１、絶縁層３０２，レジスト３０３、銅箔３０４を備える。配線基板３５は、第１のサーマルビア３３２，第２のサーマルビア３３４、配線導体３３６を有するセラミックス層３３０、外部接続用電極層３２０および配線層３４０を備える。第１のサーマルビア３３２および第２のサーマルビア３３４は、第１のサーマルビア１３２および第２のサーマルビア１３４と同一の位置関係で配置されている。
【００４９】
シミュレーションモデル３０のシミュレーション条件を、表１に示す。また、シミュレーション結果を表２に示す。表１には、各部材の熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］、厚み［μｍ］、および、大きさ［ｍｍ］を示す。なお、シミュレーションにおいて、モデル１〜４は、セラミックス層３３０の材料が異なる。モデル１〜３のセラミックス層３３０は、ホウ珪酸ガラス（アルカリ土類金属酸化物を含む）とアルミナを材料としており、モデル４のセラミックス層３３０はアルミナを材料としている。具体的には、モデル１のセラミックス層３３０は、第１実施例のセラミックス層１３０に用いられているＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＣａＯ系ガラスとアルミナを材料としており、モデル２およびモデル３のセラミックス層３３０は、Ｂ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＣａＯ系ガラスとアルミナを材料としている。本シミュレーションでは、互いに隣接する第１のサーマルビア３３２間、および第１のサーマルビア３３２と第２のサーマルビア３３４との間が、第１のサーマルビア３３２の直径以上離間し、かつ、第１のサーマルビア３３２、第２のサーマルビア３３４と、発光素子搭載領域との接触面積ができるだけ大きくなるように、第１のサーマルビア３３２および第２のサーマルビア３３４の直径が設定されている。
【００５０】
【表１】
2013065793.tif 000003
【００５１】
【表２】
2013065793.tif 000004
【００５２】
モデル１〜３に示す熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以下のセラミックス層を用いると、表２に示すように、発光素子搭載領域からの、第１のサーマルビア３３２、第２のサーマルビア３３４のはみ出し量に応じて発光素子３５０の表面温度が上昇する。すなわち、発光素子搭載領域からの、第１のサーマルビア３３２、第２のサーマルビア３３４のはみ出し量の増加に伴い、セラミックス層の放熱性能が低下する。これに対して、モデル４に示す熱伝導率が１８Ｗ／ｍ・Ｋのセラミックス層を用いると、表２に示すように、第１のサーマルビア３３２、第２のサーマルビア３３４が発光素子搭載領域から２５％（１／４）程度はみ出したとしても、発光素子３５０の表面温度はほとんど変化が生じない。すなわち、発光素子搭載領域からの、第１のサーマルビア３３２、第２のサーマルビア３３４のはみ出し量に基づく放熱性能の差はほとんど無い。
【００５３】
また、第１のサーマルビア３３２のみ配置され、第２のサーマルビア３３４が配置されていない場合（シミュレーションＮｏ．６）に比して、第１のサーマルビア３３２と第２のサーマルビア３３４とが配置されている方が、発光素子搭載領域におけるサーマルビアの専有面積が増加し、放熱性能が向上する。なお、第１のサーマルビア３３２と第２のサーマルビアを同じ直径とした場合、サーマルビアを配置するための貫通孔の形成時に、クラックが発生する。
【００５４】
以上のシミュレーション結果によれば、熱伝導率６Ｗ／ｍ・Ｋのセラミックス層、例えば、ホウ珪酸ガラス（アルカリ土類金属を含む）とアルミナを材料とするセラミックス層を用いた配線基板３５において、第１のサーマルビア３３２、第２のサーマルビア３３４が発光素子搭載領域内に収まっていることにより、発光素子３５０において生じる熱の放熱性能を向上できる。ひいては発光装置自体の輝度も向上する。
【００５５】
以上説明した第１実施例の発光素子搭載用の配線基板２０によれば、発光素子搭載領域１５０ａ内に、複数の第１のサーマルビア１３２が、所定の距離以上、離間して配置されているとともに、第２のサーマルビア１３４が、第２のサーマルビア１３４に隣接する全ての第１のサーマルビア１３２から等距離離れた位置に配置されている。従って、発光素子搭載領域１５０ａ内において、サーマルビア１３２，１３４間にセラミックス層１３０が存在することになり、セラミックス層１３０とサーマルビア１３２、１３４との間の熱膨張率の差が低減されるので、セラミックス層１３０とサーマルビア１３２，１３４との間の熱膨張率の差に起因する、セラミックス層１３０とサーマルビア１３２，１３４との界面のクラック発生を抑制できる。
【００５６】
また、第１のサーマルビア１３２が複数配置されているので、放熱性を向上できる。また、第１のサーマルビア１３２に加えて、第２のサーマルビア１３４が、第２のサーマルビアに隣接する全ての第１のサーマルビア１３２と等距離離間して配置されている。従って、発光素子搭載領域１５０ａにおけるサーマルビアの占有割合を増加させることができるとともに、発光素子搭載領域１５０ａ内に偏り無くサーマルビアを配置でき、放熱性を向上できる。
【００５７】
また、発光素子搭載領域１５０ａ内に収まるように、全てのサーマルビア１３２，１３４が配置されている。こうすることにより、６Ｗ／ｍ・Ｋという比較的低い熱伝導率のセラミックス層１３０上に発光素子１５０が搭載される配線基板２０において、発光素子搭載領域１５０ａからサーマルビア１３２，１３４がはみ出して配置されている場合に比して、放熱性を向上できる。
【００５８】
また、発光素子搭載領域１５０ａ内に第１のサーマルビア１３２が格子状に配置されている。従って、発光素子搭載領域１５０ａ内に、第１のサーマルビア１３２を、一定の間隔、離間させて偏り無くに多数配置できる。よって、発光素子領域におけるサーマルビアの専有面積を増加させることができ、放熱性を向上できる。更に、第２のサーマルビア１３４は、第２のサーマルビア１３４に隣接する第１のサーマルビア１３２と等距離離間して配置されている。従って、発光素子搭載領域１５０ａの全面に偏り無くサーマルビア１３２，１３４を配置することができるので、発光素子１５０において発生する熱を、効率的に放熱できる。
【００５９】
また、第１のサーマルビア１３２の半径は、第２のサーマルビア１３４の半径より大きく形成されている。従って、第２のサーマルビア１３４の半径が第１のサーマルビア１３２の半径よりも大きく形成されている場合に比して、発光素子搭載領域１５０ａにおけるサーマルビア１３２、１３４の専有面積を増大できる。よって、発光素子１５０において発生する熱の放熱性を向上できる。
【００６０】
また、各第１のサーマルビア１３２、および、各第１のサーマルビア１３２および第２のサーマルビア１３４は、第１のサーマルビア１３２の直径以上離間して配置されている。従って、サーマルビア１３２、１３４を配置するための、セラミックス層に形成された貫通孔を、十分離間させて形成できるので、貫通孔形成時におけるセラミックス層のクラック発生を抑制できる。
【００６１】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例における配線基板４０のサーマルビアの配置状態について説明する平面図である。第２実施例の配線基板４０において、第１のサーマルビア４３２は、図１０に太破線で示すように、発光素子搭載領域４５０ａ内に、千鳥格子状に配置されている。第２のサーマルビア４３４は、隣接する第１のサーマルビア４３２のそれぞれから、等距離離間して配置されている。
【００６２】
第２実施例の配線基板４０によれば、千鳥格子状に、一定の間隔、離間させて偏り無くに多数配置できる。よって、発光素子搭載領域におけるサーマルビアの専有面積を増加させることができる。
【００６３】
Ｃ．第３実施例：
図１１は、第３実施例におけるサーマルビアの配置状態について説明する断面図である。第３実施例の発光装置５０は、実装用基板５００、ハンダ層５１０、発光素子搭載用の配線基板５５、発光素子５５０を備える。配線基板５５は、外部接続用電極層５２０、セラミックス層５３０および配線層５４０を備える。実装用基板５００、ハンダ層５１０、外部接続用電極層５２０、配線層５４０は、第１実施例における実装用基板１００、ハンダ層１１０、外部接続用電極層１２０、および、配線層１４０と同様の構成を備える。
【００６４】
セラミックス層５３０は、第１のサーマルビア５３２，第２のサーマルビア５３４，第３のサーマルビア５３８、および、配線導体５３６を備える。配線導体５３６は、第１実施例と同様の構成を備える。第１のサーマルビア５３２、第２のサーマルビア５３４は、第１実施例の第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４と同位置に配置されており、第１実施例の第１のサーマルビア１３２、第２のサーマルビア１３４よりも厚みが薄く形成されている。
【００６５】
第３のサーマルビア５３８は、セラミックス層５３０の、実装用基板５００側に形成された窪み部５３７内に、Ａｇ合金が充填されることにより構成されている。窪み部５３７の水平方向の断面は、平面視で、発光素子５５０と略等しい大きさ（面積）を有する。
【００６６】
配線基板５５は、第１実施例と同様の工程によって製造される。ただし、図３におけるステップＳ１０，Ｓ１２が異なる。以降、図３のステップ番号および図１２を用いて説明する。図１２は、第３実施例における貫通孔の形成について説明する説明図である。第１のサーマルビア５３２、第２のサーマルビア５３４が形成されるグリーンシート２３０ａと、グリーンシート２３０ａとは別に、第３のサーマルビア５３８が形成されるグリーンシート２３０ｂが成形される（ステップＳ１０）。次に、図１２（ａ）に示すように、成形されたグリーンシート２３０ａ打ち抜き加工を施して、第１のサーマルビア５３２、第２のサーマルビア５３４、配線導体５３６を形成するための貫通孔５３１、５３３、５３５を含む各種貫通孔を形成するとともに、図１２（ｂ）に示すように、グリーンシート２３０ｂに打ち抜き加工を施して、第３のサーマルビア５３８を充填するための貫通孔５３９を含む各種貫通孔を形成する（ステップＳ１２）。以降、図３のステップＳ１４以降の処理に準じている。すなわち、それぞれのグリーンシート２３０ａ、２３０ｂについて、ビアペースの充填、メタライズペーストの印刷、キャスタレーション印刷を施し、両グリーンシート２３０ａ、２３０ｂを積層し、焼成して配線基板５５が製造される。なお、グリーンシート２３０ａ、２３０ｂが積層されると、窪み部５３７が形成される。
【００６７】
以上説明した第３実施例の配線基板５５によれば、第１実施例と同様に、第１のサーマルビア５３２および第２のサーマルビア５３４が配置されているとともに、セラミックス層５３０の発光素子搭載領域における実装用基板５００側に、発光素子搭載領域の面積と略同一の断面積を有する第３のサーマルビア５３８が配置されている。従って、第１実施例に比して、外部接続用電極層５２０とサーマルビアとの、接触面積を広くできる。よって、放熱性能を向上できる。ひいては発光装置自体の輝度も向上する。
【００６８】
Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
図１３は、変形例１におけるサーマルビアの配置状態について説明する平面図である。図１３に示すように、変形例１の配線基板６０では、第１のサーマルビア６３２は、発光素子搭載領域６５０ａ内に、格子状に９個配置されている。第２のサーマルビア６３４は、隣接する第１のサーマルビア６３２のそれぞれから、等距離離間して配置されている。
【００６９】
変形例１の配線基板６０によれば、第１のサーマルビア６３２を、発光素子搭載領域６５０ａ内に、一定の間隔、離間させて偏り無く多数配置できる。よって、第１のサーマルビア６３２や第２のサーマルビア６３４の直径を調整して各サーマルビアの個数を調整したり、発光素子搭載領域６５０ａの大きさに応じて、サーマルビア１３２の個数を増加させたり、種々の態様でサーマルビアを配置できる。
【００７０】
なお、発光素子搭載領域６５０ａが矩形の領域である場合、個数に関係なく、以下の関係を満たすように、第１のサーマルビア６３２、第２のサーマルビア６３４を配置してもよい。なお、発光素子搭載領域６５０ａの第１の辺の長さをｍ１，第１の辺と直交する第２の辺の長さをｍ２，第１のサーマルビア６３２の直径をａ、互いに隣接する第１のサーマルビア６３２間の距離をｄ２、第１のサーマルビア６３２と第２のサーマルビア６３４との間の距離をｄ３、第１の辺に沿った第１のサーマルビアの個数をｘ、第２の辺に沿った第１のサーマルビアの個数をｙとする。
ｍ１≧ａ＊ｘ＋（ｘ−１）＊ａ  かつ
ｍ２≧ａ＊ｙ＋（ｙ−１）＊ａ  かつ
ｄ２、ｄ３≧ａ
【００７１】
こうすれば、発光素子搭載領域６５０ａ内に第１のサーマルビア６３２を格子状に配置する際における、サーマルビアの大きさと個数とを簡易に調整できる。
【００７２】
Ｄ２．変形例２：
図１４は、変形例２におけるサーマルビアの配置状態について説明する平面図である。図１４に示すように、変形例２の配線基板７０では、発光素子搭載領域７５０ａ内に収まるように、４つの第１のサーマルビア７３２が格子状に配置され、第２のサーマルビア７３４が、隣接する第１のサーマルビア７３２のそれぞれから等距離、離間して配置されている。ただし、配線基板７０では、第２のサーマルビア７３４の直径Ｄ２が、各第１のサーマルビア７３２の直径Ｄ１よりも大きくなるように形成されている。換言すれば、第２のサーマルビア７３４の水平方向の断面積が、第１のサーマルビア７３２の水平方向の断面積よりも大きくなるように形成されている。
【００７３】
変形例２のように、第２のサーマルビア７３４の直径を、第１のサーマルビア７３２の直径より大きく構成しても、全体として、発光素子搭載領域７５０ａ内に、サーマルビアを複数配置することができ、発光素子において発生する熱を、効率的に放熱できる。
【００７４】
Ｄ３．変形例３：
上述の実施例では、第１のサーマルビア、第２のサーマルビアの断面形状（発光素子搭載領域との接触面の形状）は、円であるが、例えば、矩形や三角形、多角形など、種々の形状としてもよい。発光素子搭載領域の形状や大きさに応じて、第１のサーマルビア、第２のサーマルビアとセラミックス層との間にクラックが発生しないように、第１のサーマルビア間および第１のサーマルビアと第２のサーマルビアとの間を、一定距離、離間させつつ、第１のサーマルビアおよび第２のサーマルビアと、発光素子搭載領域との、接触面積が最大限広くなるように、第１のサーマルビア、第２のサーマルビアの配置位置、大きさ（発光素子搭載領域との接触面積）、個数を決定することが好ましい。なお、第１のサーマルビア、第２のサーマルビアの断面形状が円以外の場合、第１のサーマルビア、第２のサーマルビアの直径とは、サーマルビアの断面の形状に対して、二点の距離の最大値により表されることとしてもよい。
【００７５】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…発光装置
２０…配線基板
２１…金型
２２…ダイ
２３…突部
２４…突部
３０…発光装置（シミュレーションモデル）
４０…配線基板
５０…発光装置
５５…配線基板
６０…配線基板
７０…配線基板
１００…実装用基板
１１０…ハンダ層
１２０…外部接続用電極層
１３０…セラミックス層
１３１…貫通孔
１３２…第１のサーマルビア
１３３…貫通孔
１３４…第２のサーマルビア
１３５…貫通孔
１３６…配線導体
１４０…配線層
１５０…発光素子
１５０ａ…発光素子搭載領域
２２０…メタライズペースト
２３０…グリーンシート
２３２…導体ペースト
２４０…メタライズペースト
３００…実装用基板
３０１…アルミ板
３０２…絶縁層
３０３…レジスト
３０４…銅箔
３１０…ハンダ層
３２０…外部接続用電極層
３３０…セラミックス層
３３２…第１のサーマルビア
３３４…第２のサーマルビア
３３６…配線導体
３４０…配線層
３５０…発光素子
３６０…封止樹脂
４３２…第１のサーマルビア
４３４…第２のサーマルビア
４５０ａ…発光素子搭載領域
５００…実装用基板
５１０…ハンダ層
５２０…外部接続用電極層
５３０…セラミックス層
５３１…貫通孔
５３２…第１のサーマルビア
５３４…第２のサーマルビア
５３６…配線導体
５３７…窪み部
５３８…第３のサーマルビア
５３９…貫通孔
５４０…配線層
５５０…発光素子
６３２…第１のサーマルビア
６３４…第２のサーマルビア
６５０ａ…発光素子搭載領域
７３２…第１のサーマルビア
７３４…第２のサーマルビア
７５０ａ…発光素子搭載領域
【図１】
2013065793.tif 000005
【図２】
2013065793.tif 000006
【図３】
2013065793.tif 000007
【図４】
2013065793.tif 000008
【図５】
2013065793.tif 000009
【図６】
2013065793.tif 000010
【図７】
2013065793.tif 000011
【図８】
2013065793.tif 000012
【図９】
2013065793.tif 000013
【図１０】
2013065793.tif 000014
【図１１】
2013065793.tif 000015
【図１２】
2013065793.tif 000016
【図１３】
2013065793.tif 000017
【図１４】
2013065793.tif 000018