(57)【要約】【課題】光半導体を搭載する基板において光半導体素子近傍に設ける光反射部として形成する樹脂層に白色顔料として酸化チタンを含有させると、（１）遮光性による加工性の低下、（２）光触媒反応による樹脂硬化物性の低下、（３）熱励起バンドギャップ型分解反応による樹脂硬化物性の低下が発生する。【解決手段】酸化チタンに替えて、紫外線領域（400nm未満）における吸光度および可視光領域（400〜800nm）における吸光度変動が十分に小さく、内部に空孔２５を有する屈折率が1.3〜1.7の物質を主成分とする充填材２４を用いる。このような充填材２４が混練された感光性熱硬化性樹脂組成物２３を、フォトリソグラフィー工法によって加工することにより、光半導体を搭載する基板において光半導体素子近傍に設ける光反射部に要求される高精細、高信頼の加工を実現する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子を搭載する電子機器に使用する感光性樹脂組成物であって、
前記組成物は屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含み、
前記充填材は内部に空孔を有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
【請求項２】
前記屈折率が1.3〜1.7である物質は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であることを特徴とする請求項１に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項３】
前記屈折率が1.3〜1.7である物質はアルミナまたはシリカを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項４】
前記充填材の平均粒径は0.4〜50μmであることを特徴とする請求項１に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項５】
前記組成物は感光性熱硬化性樹脂組成物であることを特徴とする請求項１に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項６】
光半導体素子を搭載する電子機器に使用する感光性樹脂組成物であって、
前記組成物は白色顔料を充填材として含み、
前記白色顔料の表面には、非導電性でかつ屈折率が1.3〜1.7であって、400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下である物質がコーティングされており、
前記白色顔料は内部に空孔を有する酸化チタンであって、
前記酸化チタンが前記白色顔料中に占める体積分率が30%以下であることを特徴とする感光性樹脂組成物。
【請求項７】
前記組成物は感光性熱硬化性樹脂組成物であることを特徴とする請求項６に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項８】
所望形状に加工した感光性樹脂硬化被膜を設けた配線基板であって、
前記感光性樹脂硬化被膜は前記配線基板の配線間絶縁膜であり、
前記感光性樹脂硬化被膜は屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含み、
前記充填材は内部に空孔を有することを特徴とする配線基板。
【請求項９】
前記屈折率が1.3〜1.7である物質は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であることを特徴とする請求項８に記載の配線基板。
【請求項１０】
所望形状に加工した感光性樹脂硬化被膜を設けた配線基板であって、
前記感光性樹脂硬化被膜は前記配線基板の配線間絶縁膜であり、
前記感光性樹脂硬化被膜は白色顔料を充填材として含み、
前記白色顔料の表面には、非導電性でかつ屈折率が1.3〜1.7であって、400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下である物質がコーティングされており、
前記白色顔料は内部に空孔を有する酸化チタンであって、
前記酸化チタンが前記白色顔料中に占める体積分率が30%以下であることを特徴とする配線基板。
【請求項１１】
光半導体素子とリフレクター構造と配線基板とを含む光半導体パッケージであって、
前記配線基板の熱伝導率は2.0〜20.0W/mKの範囲であり、
前記配線基板の表面には樹脂硬化被膜が形成されており、
前記樹脂硬化被膜は屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含み、
前記充填材は内部に空孔を有することを特徴とする光半導体パッケージ。
【請求項１２】
光半導体素子とリフレクター構造と配線基板とを含む光半導体パッケージであって、
前記配線基板には感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化被膜が形成されており、
前記感光性樹脂硬化被膜は屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含み、
前記充填材は400〜1000nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、
前記充填材は内部に空孔を有することを特徴とする光半導体パッケージ。
【請求項１３】
光半導体素子とリフレクター構造と配線基板とを含む光半導体パッケージであって、
前記配線基板には感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化被膜が形成されており、
前記感光性樹脂硬化被膜は白色顔料を充填剤として含み、
前記白色顔料の表面には、非導電性でかつ屈折率が1.3〜1.7であって、400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下である物質がコーティングされており、
前記白色顔料は内部に空孔を有する酸化チタンであって、
前記酸化チタンが前記白色顔料中に占める体積分率が30%以下であることを特徴とする光半導体パッケージ。
【請求項１４】
基材の表面に配線パターンを形成し、前記基材表面および前記配線パターンを覆うように感光性の樹脂ワニスを塗布し、前記樹脂ワニスを仮乾燥した後に所望の紫外線パターンを露光・現像し、その後、熱硬化させて所望の開口パターンを設けると同時に前記配線パターン間に絶縁膜を形成する配線基板の製造方法において、
前記パターン間に形成された絶縁膜は、屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含有しており、
前記屈折率が1.3〜1.7である物質は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、かつ、前記充填材は内部に空孔を有していることを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１５】
高放熱基材の表面に配線パターンを形成し、前記基材表面および前記配線パターンを覆うように感光性の樹脂ワニスを塗布し、前記樹脂ワニスを仮乾燥した後に所望の紫外線パターンを露光・現像し、その後、熱硬化させて所望の開口パターンを設けると同時に前記配線パターン間に絶縁膜を形成する配線基板の製造方法において、
前記パターン間に形成された絶縁膜は、屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含有しており、
前記屈折率が1.3〜1.7である物質は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、かつ、前記充填材は内部に空孔を有しており、
前記所望開口パターンの少なくとも１部は光半導体素子を接続するための接続端子上部に設けられた開口であり、
前記所望開口パターンの別の１部は放熱性部材を接続するための放熱端子上部に設けられた開口であることを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１６】
配線基板と、前記配線基板上に実装された発光部と、前記発光部から出射される光束を反射するための反射部とを含む照明装置において、
前記配線基板には樹脂硬化被膜が設けられており、前記樹脂硬化被膜は屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含み、前記屈折率が1.3〜1.7である物質は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、かつ前記充填材は内部に空孔を有しており、
前記発光部は少なくとも１以上の光半導体と少なくとも１以上の放熱部を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
配線基板と、前記配線基板上に実装された少なくとも１以上の光半導体素子からなる発光部と、前記発光部から出射される光束を反射するための反射部とを含む照明装置において、
前記配線基板の最表面の少なくとも１部には樹脂硬化被膜が設けられており、前記樹脂硬化被膜は屈折率が1.3〜1.7である物質を主成分とする充填材を含み、前記屈折率が1.3〜1.7である物質は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下であり、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、かつ前記充填材は内部に空孔を有しており、
さらに、光束を受光して光電変換する受光器と、前記受光器から出力される電力に重畳されている変調信号を分離する復調制御ユニットと、を少なくとも備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射特性に優れた光反射部形成用樹脂組成物、その樹脂組成物を用いた光半導体搭載用基板とその製造方法、およびそれらを用いて作られる光半導体パッケージと照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光半導体素子であるLDやLEDは、低電圧直流駆動であるため電源構成が簡易で、しかも、省電力、軽量、長寿命、低温駆動可能、高速点灯性など、照明光源として理想的な特徴を有していることから、次世代照明機器として注目を集めている。光出力が小さい光半導体素子は安価に入手でき、照明用にはこうした安価な光半導体素子を複数個集積して使用することが多い。光半導体素子を複数個集積使用する照明装置では、比較的小型の素子搭載基板上に複数個の光半導体素子が搭載されることが多いが、光半導体素子が搭載された近傍に光反射部を設けることによって、光半導体素子の側面や背面に出射されている光束を有効活用するように工夫されている。
【０００３】
光半導体素子が搭載された近傍に設ける光反射部としては、さまざまな技術が提案されている。例えば、特開２００３−２７７４７９号公報（特許文献１）は、エポキシ樹脂、硬化材、および白色系顔料を含む無機充填材を含有する樹脂組成物を提案し、さらに、この組成物の直上にLEDベアチップを搭載することによって、放熱性と光反射率を高めることに成功している。この技術では可視光領域の光の反射効果を付与するためにLEDベアチップの下部に白色系顔料を含有する樹脂皮膜を配置しているが、ここで使用される白色顔料としては、反射率などの点から、酸化チタンが特に望ましいと記載されている。
【０００４】
なお、酸化チタンに代表される白色顔料を樹脂中に混練することによって樹脂が白く見える現象は、顔料粒子とその周囲の樹脂硬化被膜との界面（顔料粒子の表面）において可視光線のほぼ全波長帯域が反射することに起因するのであり、その原理は、“酸化チタン  物性と応用技術”（技法堂出版；非特許文献１）の62〜64ページに詳しく述べられている通りである。樹脂中に混練した顔料粒子表面における光の反射率は下記の式１で表示され、反射率は顔料の屈折率と樹脂の屈折率との差の２乗に比例して大きくなる。この式は、屈折率が1.5付近の充填材、例えばアルミナやシリカなどは、空気中（屈折率=1.0）では白く見えるが、樹脂中（屈折率＝1.4〜1.6）では意外と白く見えないという現象を簡潔に説明している。実際に、本発明者はシリコーン樹脂（屈折率＝1.45）中にシリカ粒子（屈折率＝1.55）を混練した樹脂組成物を作成してみたところ、この組成物はわずかに白く見える程度であり、シリカ粒子混練量を増やしても十分な白色度を確保できなかった。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
逆に、当業者に広く知られている白色樹脂を得るための設計指針もこの式から導かれている。すなわち、可視光範囲で吸光のない顔料（白色顔料）の中からできるだけ屈折率が高い材料を選択し、その高屈折白色顔料を樹脂に混練すれば白色度の高い（高反射の）樹脂が得られる。
【０００７】
白色顔料中で最も屈折率が高い材料は酸化チタンで、ルチル型酸化チタンの屈折率は2.7、アナターゼ型酸化チタンの屈折率は2.5である。それ故、最大の白色度（反射率）を得るためには、充填剤として酸化チタン、特にルチル型酸化チタン、を選択すればよく、酸化チタンを混練すれば最小の添加量で最大の白色度が得られる。このような理由で、酸化チタンが産業上最も好ましい白色顔料として重宝されているのである。
【０００８】
酸化チタンを含有する白色樹脂が良好な光反射特性を有しているということは、言い換えると、光の透過性が低い（遮光性が高い）材料として使用できることでもある。実際に、酸化チタンを含有する白色樹脂はいろいろなところで遮光体として使用されている。例えば、特開２００３−２８２９５０号公報（特許文献２）の技術では、酸化チタンを含有する遮光性樹脂を用いて複数のLEDチップを搭載した基板を封止するとともに側面の少なくとも一方向が遮光性樹脂に封止されないように工夫することによって、側面発光光源として利用することに成功している。
【０００９】
なお、酸化チタンを含有する樹脂被膜を光反射性部材として利用する技術は、光半導体素子以外の照明光源にも適用されている。例えば、特開平９−１８３９２０号公報（特許文献３）では体質顔料（屈折率2.0以上）と白色顔料とが併用されているが、この技術においても、白色顔料として特にルチル型酸化チタンが好ましいと述べられている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２７７４７９号公報
【特許文献２】特開昭２００３−２８２９５０号公報
【特許文献３】特開平９−１８３９２０号公報
【非特許文献１】清野  学  著  “酸化チタン  物性と応用技術”  技法堂出版（１９９１年６月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に見られるとおり、複数個の光半導体を基板上に集積実装して照明装置とすることはしばしば実施されている。複数個を集積して実装すれば、機器小型化と高光量化に有利となるからである。光半導体素子自体の低価格化、小型化、表面実装対応化が進むとともに、基板上への高密度実装技術の完成度が高まり、複数個の光半導体を高集積して使用する製品がますます増加している。そうした状況の中で、光半導体素子の実装間隔を短縮するために、基板上の素子接続電極間に設ける絶縁皮膜の高精細加工の必要性が高まっている。配線基板表面の電極間に設ける配線絶縁皮膜には一般的にはソルダレジストが使われるが、上記のような高精細加工を実現するために、紫外線硬化性を有するソルダレジストを用い、所望の紫外線パターンを露光、現像、硬化させるという、いわゆるフォトリソグラフィー工法の適用が図られている。
【００１２】
しかしながら、白色顔料を含有する感光性材料に対してフォトリソグラフィー工法を適用することは必ずしも容易ではない。例えば、光半導体素子基板に使用される白色のソルダレジストは、上述の通り、光半導体素子から出射される光束を有効利用する観点から白色顔料を混合させて光の反射率を高めてあり、その結果として、その加工段階においても光を効率的に反射するからである。露光工程で照射された紫外光は樹脂中に含まれている白色顔料によって効率的に反射され、その結果として、樹脂の紫外光硬化反応が進み難くなる。さらに、樹脂膜中に含まれている白色顔料は良好な遮光特性を持っているので樹脂膜の底部（基板と樹脂膜との接触面；紫外光パターン入射面から見れば樹脂の裏側）には光がほとんど届かなくなるので、樹脂膜底部においては特に樹脂の紫外線硬化反応が進み難くなる。樹脂膜底部における紫外線硬化反応不足は現像工程での加工形状異常の誘因であり、樹脂膜底部におけるソルダレジスト形状の異常ははんだ接続信頼性劣化の原因にもなり得るという課題がある。また、樹脂膜底部と基板材との密着性、電極間の絶縁特性、などの配線基板としての性能の劣化原因となる危険性がある。
【００１３】
白色顔料として酸化チタンを使用する場合には、さらにやっかいな問題を生じる可能性が高まる。既に詳述したとおり、可視光範囲では酸化チタンはほとんど吸光しないし、屈折率も最大なので、可視光範囲で使用される白色顔料として最も好適な材料といえる。しかしながら、酸化チタンは紫外光〜近紫外光の領域では強く吸光する特性を有しているため、紫外線が照射される用途で使う白色顔料としては、最適な材料とは言えない。図１は酸化チタンの分光透過特性であるが、この図から、アナターゼ型酸化チタンは390nm付近よりも短波長側、ルチル型の酸化チタンは420nm付近よりも短波長側で吸光（透過率は低下）することが分かる。言い換えると、白色顔料として酸化チタンを含有させた樹脂では、酸化チタン顔料が入射光の紫外光成分をほぼ定量的に吸収する。従って、樹脂の光硬化反応を誘起させるために照射している紫外光の大部分は酸化チタン顔料の表面で反射するか、あるいは、酸化チタン顔料の内部に吸収され、肝心の樹脂光硬化反応はほとんど起こらなくなってしまう。
【００１４】
さらに言えば、酸化チタン顔料の内部に吸収された紫外光のエネルギーは、酸化チタン粒子表面に強烈な光酸化還元・分解作用を発生させ、いわゆる光触媒反応と呼ばれる様々の分解反応を促進するために消費される。従って、フォトリソグラフィー工法にて酸化チタンを含有する感光性樹脂膜、例えば基板表面に成膜したソルダレジスト層に微細加工を施す際には、感光性樹脂の光硬化反応と並行する副反応として樹脂の光触媒分解反応が進行することになり、ソルダレジストを十分に硬化させることが難しいという問題がある。なお、アナターゼ型酸化チタンはルチル型酸化チタンよりも強い光酸化還元・分解作用を有するので、樹脂用の白色顔料には、通常、ルチル型酸化チタンを使用する。
【００１５】
ちなみに、酸化チタンの紫外吸光は、酸化チタン結晶構造に基づくバンドギャップ型電子励起に起因する現象である。アナターゼ型はバンドギャップ3.2eV、ルチル型はバンドギャップ3.0eVという電子構造を持っており、それぞれのバンドギャップエネルギーに相当する紫外光を吸光する。また、約200℃以上に加熱することによって熱的なバンドギャップ型電子励起を引き起こすこともできる。なお、ここで新たに指摘するまでもないことであるが、熱的励起であっても、光励起と同様の酸化還元・分解作用を有するので、酸化チタンを多量に含有する樹脂膜を200℃以上の温度に曝すことはできるだけ避けることが望ましい。従って、仮にフォトリソグラフィー工法を用いて酸化チタン顔料を含有するソルダレジスト層に所望の高精細パターン加工を施すことができたとしても、その後の実装工程において、ソルダレジスト層の内部で熱励起バンドギャップ型分解反応が起こる可能性が高い。
【００１６】
本発明者は、酸化チタン顔料を含有する白色ソルダレジスト層を配線基板の最表面に成膜した後に、Ｐｂフリーはんだを使って前記配線基板に半導体素子を実装し、しかる後に、通常のはんだリフロー処理を実施したところ、ソルダレジスト層が黄変するという問題が生じた。また、このような紫外光励起、あるいは熱励起による酸化還元・分解反応を回避する目的で、通常の酸化チタン顔料に替えて表面に非導電性のコーティングを施した酸化チタン顔料を用いた実験も実施したが、酸化チタンによって紫外線が吸光されてしまうためにソルダレジスト樹脂層の紫外線硬化反応がほとんど進まず、結果として、配線基板の絶縁信頼性が不足するという問題が生じた。
【００１７】
以上のように、光半導体を搭載する基板において光半導体素子近傍に設ける光反射部として形成する樹脂層に酸化チタンを含有させると、（１）遮光性による加工性の低下、（２）光触媒反応による樹脂硬化物性の低下、（３）熱励起バンドギャップ型分解反応による樹脂硬化物性の低下という点で技術的に改善されるべき課題があることが分かった。
【００１８】
本発明の目的は、上記課題を解決するために成されたものであり、光半導体を搭載して照明装置として使用する配線基板を安価かつ高精細に製造し、かつ、高信頼化を実現するための光感光性樹脂組成物を提供することにある。また、その組成物の皮膜を有する配線基板とその製造方法、光半導体パッケージ、および照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願発明者は、上記課題について様々な検討を加える中で、根本的な課題は白色顔料の主成分を酸化チタンとする点にあることに気付き、酸化チタンに替わる白色顔料を探索し、紫外吸光がなく高反射率、かつ化学的に安定な顔料を見出して本発明に至った。
【００２０】
まず、紫外線硬化樹脂に混練しても樹脂の紫外線硬化反応を阻害しない白色顔料という観点から調査・検討に着手した。
【００２１】
樹脂の紫外線硬化反応を阻害しないという観点を満足させるためには、紫外線領域（400nm未満）における吸光度が十分に小さいことが必要である（第１の分光吸光特性）。なお、配線基板製造に適用されるフォトリソグラフィー工法では、概ね、350〜400nm波長範囲の紫外線領域に感度を有する紫外線硬化型樹脂を使用するため、考慮すべき紫外線領域を350〜400nmとした。
【００２２】
また、照明光源の反射部材として使用するという観点を満足させるためには、可視光範囲において白色、言い換えると、可視光領域（400〜800nm）において吸光度変動が十分に小さいことも必要となる（第２の分光吸光特性）。
【００２３】
上記第１および第２の分光吸光特性を満足する材料としては、例えば、シリカやアルミナ、あるいはこれらを主成分とする顔料がある。しかしながら、これらの材料を主成分とする顔料は、その屈折率が1.3〜1.7の範囲であって樹脂との屈折率差が小さいので、これらの材料を樹脂に混練しても十分な反射率（白色度）が得られないことは既に述べたとおりである。そこで本発明で使用する白色顔料では、上記第１および第２の分光吸光特性を満足する材料を主成分とする顔料の内部に中空の構造を持たせた上で、その含有量を調整することによって可視光領域における反射率（白色度）を確保する。顔料内部に中空構造を導入することによって、光の反射は顔料と樹脂の界面ではなく、顔料と顔料内部の中空部（空気）との界面で発生することになる。
【００２４】
従来の酸化チタンを主成分とする白色顔料の場合は、例えばルチル型酸化チタン（屈折率=2.7）と樹脂（屈折率=1.5）との界面での反射であり、上記式１に基づく反射率の計算から、反射量は当初照射光の約8%となる。顔料粒子表面で反射されなかった光は顔料内部を透過した後に顔料裏面と樹脂との界面で再度反射される。顔料裏面での光の反射は同様の計算から当初照射光量の約7%となり、表面でも裏面でも反射されなかった残りの光（当初照射光量の約85%）は顔料を透過することになる（総反射量は約15%）。白色顔料を透過した光は再び別の顔料粒子表面および裏面で反射を繰り返すので、所望の反射率が得られるように白色顔料皮膜中の顔料濃度が調整される。
【００２５】
一方、本願発明で使用する中空構造を有する白色顔料では、例えば、シリカ（屈折率=1.5）あるいはアルミナ（屈折率=1.5）と中空構造内部の空気（屈折率=1.0）との界面での反射となり、上記式１に基づく反射率計算から、顔料表面および顔料裏面でそれぞれ約4%ずつ反射され、残りの約92%は透過することになる（総反射量は酸化チタンの場合の約1／2の約8%）。この計算に基づき、本願発明において使用する屈折率が1.3〜1.7であって中空構造を有する顔料は、ルチル型酸化チタン白色顔料が混練された樹脂における混練量と比べて、体積濃度で２倍程度以上となる範囲で使用することが望ましい。なお、樹脂中に混練した顔料の反射率は顔料粒子の形状や粒径分布によっても変化するので、白色顔料を含有させてなる白色樹脂の使用目的・用途や必要とする反射率を考慮して含有量を調整することは言うまでもない。
【００２６】
紫外線硬化型樹脂をフォトリソ工法によって微細加工するためには、樹脂中の紫外線硬化反応成分に紫外光を到達させる必要がある。従来のルチル型酸化チタン白色顔料を含有する白色樹脂では、酸化チタン顔料表面で反射されなかった光は顔料内部を透過する過程でほぼ定量的に吸収されて酸化チタン顔料粒子透過後の紫外線の光量は顔料に入射した光量の約5%以下となり、その結果として、樹脂中の紫外線硬化反応に必要な紫外線量に到達しないことは既に述べたとおりである（正確に言えば、樹脂皮膜表面に最も近い顔料よりも上部に位置する樹脂部分では紫外光が到達し、それより深部では紫外光が到達しない）。
【００２７】
一方、本発明で使用する第１および第２の分光吸光特性と中空構造を有する白色顔料は、酸化チタンと比べて光線透過率が高く、かつ、紫外光領域の吸光率が十分に低いので、顔料の下部に位置する樹脂にも紫外線が到達できる。例えば、中空シリカ粒子を白色顔料とする場合、顔料粒子透過後の紫外線の光量は顔料に入射した光量の約90%であり、中空シリカ粒子含有量を2〜3倍に増加させることになったとしても、フォトリソによる高精細加工に必要な十分な紫外線光量を確保できる。
【００２８】
また、350〜400nmの波長領域での吸光が少ないということは、紫外光照射下においても上述のような光酸化還元・光分解反応を誘起せず、また、300℃程度までの加熱で熱的バンドギャップ励起も起こらないということであり、従来の白色顔料が抱えていたこうした問題は本発明で使用する白色顔料においては発生せず、したがって、樹脂中の顔料濃度を増大させても特に支障はない。
【００２９】
なお、本発明で使用する白色顔料は中空構造を有し、その比重は0.3〜1.5程度である。従って、本発明の白色樹脂は従来のルチル型酸化チタン顔料（比重=4.3）を含有する白色樹脂と比べると軽量であり、その結果として、本発明の白色樹脂を使用する照明装置の軽量化に寄与する。
【００３０】
さらに、本発明で使用する白色顔料は内部中空構造を持つため、ルチル型酸化チタンを含有する従来の白色樹脂と比べると本発明の白色樹脂は低誘電率化できる。従って、本発明の白色樹脂を配線絶縁膜として使用する場合、高速の信号伝送を要求する用途には本発明の白色樹脂を使用する配線基板が特に有利となる。具体的には、照明光輝度を高速に変調させて情報信号を重畳させる、いわゆる可視光通信用照明機器の基板などである。可視光通信用照明機器において光半導体に電力を供給するための配線基板の配線絶縁膜としてルチル型酸化チタンを含有する従来の白色樹脂を使用すると、大きな配線間寄生容量が発生して正常に信号伝送できなくなり、あるいは可視光通信において送受信エラーが発生しやすくなったりするが、本発明の白色樹脂を使用して配線基板を製造すればこのような問題は回避できる。
【００３１】
以上の説明において、樹脂として紫外線硬化樹脂を用い、白色顔料としてシリカ、アルミナを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明は特許請求の範囲の各請求項に記載のとおりである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明により、高精細に加工できる光反射部形成用樹脂組成物および光反射部を有する信頼性の高い配線基板を実現し、さらに、高性能な可視光通信機器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施形態に係る光反射部形成用樹脂組成物、該組成物の皮膜を有する配線基板、該組成物の皮膜を有する配線基板の製造方法のそれぞれについて、以下、説明する。本発明の実施形態に係る光反射部形成用樹脂組成物は典型的には感光性熱硬化性樹脂組成物である。
【００３４】
本発明の実施形態にかかる光反射部形成用樹脂組成物では、屈折率1.3〜1.7となる物質を主成分とし、かつ、内部に空孔を有する充填材を含有させる。本発明の実施形態の技術では、このような内部空孔界面で確実に光を反射する構造を持った充填材を含有させることによって、光反射部として必要な反射率を付与した。本発明の実施形態にかかる光反射部は、光源から出射される光の利用効率を増大させるためにさまざまな光源の近傍に設置して使用される。本発明の実施形態にかかる光反射部は近紫外光〜可視光〜近赤外光範囲の光源において使用できるが、適用する光源の出射波長帯域を考慮して上記充填材の成分を調整することが望ましい。白色光源の場合、具体的には400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動10％以下となるように成分、組成を調整することが望ましい（第２の分光特性）。このように調整することによって、可視光範囲の全領域にわたってほぼ同程度の分光反射特性が得られ、様々な種類の白色光源に対応できる。本発明の実施形態に好適な白色光源の具体例を幾つか挙げると、赤色、緑色、青色の３色の光半導体素子を組み合わせてなる白色光源や、紫外発光ダイオードと白色蛍光体とを組み合わせてなる白色光源などである。これらの白色光源で用いられる光半導体の特性、特に出射波長特性は、その製造メーカによって少しずつ異なっており、また、使用環境によっても出射波長特性が変動するのであるが、本発明の実施形態にかかる充填材の組成や成分を400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動10％以下となるように調整しておけば前記のいずれの方式にも対応できるし、冷陰極管など光半導体を使わない光源の光反射部への転用も可能である。
【００３５】
図２は従来技術と本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物内部の充填材近傍の様子を示す概念図である。図２（ａ）は従来技術の光反射部形成用樹脂組成物に可視光を照射した場合、図２（ａ）’は従来技術の光反射部形成用樹脂組成物に紫外光を照射した場合、図２（ｂ）は本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物に可視光を照射した場合、図２（ｂ）’は本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物に紫外光を照射した場合である。図２（ａ）、図２（ａ）’において、２１は樹脂であり、２２は充填材である。図２（ｂ）、図２（ｂ）’において、２３は樹脂であり、２４は充填材である。各図において、充填材は１個しか示していないが、実際には、樹脂の中に多数の充填材が含まれ、また、充填物は不定形であり、扁平球、多角体、方形などであってもよい。
【００３６】
図２（ａ）に示す従来技術の光反射部形成用樹脂組成物では、樹脂２１は光感光性熱硬化性樹脂（屈折率=1.5）であり、充填材２２はルチル型酸化チタン（屈折率=2.7）を主成分とする充填材である。可視光は樹脂２１と充填材２２の界面で約８％反射され、充填材２２と樹脂２１の界面で約７％反射され、約８５％が充填材を透過する。したがって、入射光の約１５％が１個の充填材によって反射される。
【００３７】
図２（ａ）’は従来技術の光反射部形成用樹脂組成物の紫外光の反射と透過を図示したものである。紫外光は樹脂２１と充填材２２の界面で反射され、充填材２２内を通過中に減衰し、充填材２２と樹脂２１の界面で反射され、約５％が充填材を透過する。紫外光が充填材２２内を通過中に減衰するのは、図１に示すようにルチル型酸化チタンは420nm付近よりも短波長側（紫外光）では吸光（透過率は低下）するためである。その結果、充填材２２に入射した紫外光の約５％だけしか透過できず、そのため、深部まで紫外光が到達せず、製造工程中の紫外線露光が適切に行われないことになる。
【００３８】
図２（ｂ）に示す本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物では、樹脂２３は光感光性熱硬化性樹脂（屈折率=1.5）であり、充填材２４はシリカ（屈折率=1.5）あるいはアルミナ（屈折率=1.5）を主成分とする充填材であり、内部に空孔２５を有している。可視光は、樹脂２３と充填材２４の界面では屈折率がほぼ同じであるためほとんど反射されず、充填材２４内で空孔２５に入る界面で約４％反射され、空孔２５から再び充填材２４内に入る界面で約４％反射され、充填材２４と樹脂２３の界面ではほとんど反射されず、約９２％が充填材２４を透過する。したがって、入射光の約８％が１個の充填材によって反射される。１個の充填材による反射率は従来技術より低いが、樹脂中の充填材の濃度を調整することにより、所望の反射率を得ることができる。
【００３９】
図２（ｂ）’は本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物の紫外光の反射と透過を図示したものである。紫外光は樹脂２３と充填材２４の界面ではほとんど反射されず、充填材２４内で空孔２５に入る界面と空孔２５から再び充填材２４に入る界面で反射され、充填材２４と樹脂２３の界面ではほとんど反射されず、約９０％が充填材２４を透過する。そのため、深部まで紫外光が到達し、製造工程中の紫外線露光が適切に行われることになる。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態にかかる白色顔料（充填材）の分光透過率を示す図である。点線が本発明の実施形態の白色顔料の分光透過率であり、実線は図１に示す従来技術の白色顔料の分光透過率である。図３から明らかなように、従来技術においては紫外光領域で吸光（透過率が低下）するため紫外線露光が適切に行われず、これに対して本発明の実施形態では紫外光領域において吸光（透過率が低下）しないため紫外線露光が適切に行われる。
【００４１】
本発明の実施形態にかかる光反射部形成用樹脂組成物に使用される中空構造の充填材は、有機物質であっても無機物質であっても問題はなく、有機物としては、例えば、多孔性ポリイミドや中空ポリエーテルビーズなどがあり、無機物としては、中空シリカや多孔質アルミナなどが挙げられる。長期間の耐久性が要求される照明器具に使用される場合には、耐熱性や耐光性などの観点で無機物であることが望ましく、また入手容易性や価格などを考慮すれば、中空シリカや中空アルミナなどが最も好ましい充填材と言える。なお、赤外線放射特性を有する物質、例えば、アルミナなどの金属酸化物あるいはセラミックスからなる粒子を充填材とすれば赤外線放射による放熱機能が付与できるので、高放熱が要求される基板では、中空アルミナを主成分とする充填材を使用することが望ましい。
【００４２】
なお、本発明の実施形態において内部に空孔を有する充填材とは、必ずしも球殻形状だけを指すのではなくチューブ状やスポンジ状であっても構わない。充填材と充填材内部に存在している気体との間に界面が存在し、その界面において、当該充填材に入射した光が反射する構造であればよいが、内部に有する空孔の短辺が少なくとも0.2μm以上、50μm以下であることが望ましい。空孔が0.2μmを下回る大きさになるとミー散乱とよばれる光学的散乱現象の作用によって紫外光反射率が増大する可能性が高まり、逆に空孔が50μmを上回る大きさになると高精細加工の障害となる可能性が高まるからである。
【００４３】
図４（ａ）〜（ｃ）に球殻形状以外の形状の本発明の実施形態の充填材の例を示す。図４（ａ）は複雑な外形の充填材２４の内部に複数の空孔２５がある場合である。図４（ｂ）はチューブ状の充填材２４内に外部とつながっている空孔４１がある場合である。この場合、空孔４１内に樹脂２３が侵入していないので、本発明の実施形態の空孔として機能する。図４（ｃ）では空孔４２は外部とつながっており、かつ樹脂２３が内部に侵入しているので、この空孔４２は本発明の実施形態の空孔としては機能しないが、その他に２つの空孔２５があるので、性能は落ちるとしても、本発明の実施形態として使用可能である。図４（ｄ）の充填材４４は、内部に樹脂２３が侵入している空孔４３のみしかなく、本発明の実施形態の充填材としては機能しない。
【００４４】
本発明の実施形態の樹脂組成物では、フォトリソグラフィー工程による高精細加工を実現するために、紫外線領域（400nm未満）における吸光が十分に小さくなるような物質を主成分とする白色顔料を充填材として使用することが望ましい。配線基板製造工法に適用されるフォトリソグラフィー工程における露光光源は高圧水銀灯、あるいは超高圧水銀灯等であり、その主な放射スペクトルは350〜450nmの波長範囲にあるので、本発明の実施形態に好適な白色顔料の主成分は、350〜450nmの波長範囲での吸光率が30%を越えない物質であることが望ましい（第１の分光特性）。より望ましくは、360〜390nmの波長範囲での吸光率が20%以下となる物質である。360〜390nmの波長範囲での吸光率が20%を越えると、フォトリソグラフィー工程において樹脂の紫外線硬化反応が阻害されてフォトリソグラフィー工程による加工に必要な露光量が増大し、基板の生産性低下を招く危険性が高まるからである。
【００４５】
なお、本発明の実施形態にかかる光反射部形成用樹脂組成物は、スクリーン印刷などによってパターン形成した後に熱硬化させる、いわゆる熱硬化型印刷ペーストとして使用することもできる。しかしながら、上述の通り、酸化チタン白色顔料を含有する従来の印刷ペーストよりも紫外線硬化特性を顕著に改善できる組成に調整されているので、そのような性能を最大限に引き出すためには、紫外線を用いて硬化させる用途に用いることが望ましい。スクリーン印刷などによってパターン形成した後に紫外線硬化させてもよいし、所望パターンの紫外線を照射してパターン形成する、いわゆるフォトリソグラフィー用途に用いてもよい。また、配線基板に用いる絶縁皮膜として使用する場合には、電気的絶縁性や基板との密着性を高める目的で、紫外線硬化と熱硬化とを組み合わせて硬化させることが望ましい。具体的な基板製造方法の１例を示すと、本発明の実施形態にかかる光反射部形成用樹脂組成物を基板の最表面に成膜し、この組成物皮膜に所望パターンの紫外線を照射してパターン潜像を形成し、現像によってパターンを定着させ、さらに、そのパターンの絶縁性や密着性、信頼性を高めるために加熱硬化させるという手順を経て配線基板を製造する。すなわち、基材の表面に配線パターンを形成し、基材表面および配線パターンを覆うように感光性の樹脂ワニス（本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物のワニス）を塗布し、樹脂ワニスを仮乾燥した後に所望の紫外線パターンを露光・現像し、その後、熱硬化させて所望の開口パターンを設けると同時に配線パターン間に絶縁膜を形成して配線基板を製造する。
【００４６】
なお、改めて言うまでもないが、上記のような印刷、あるいはフォトリソグラフィーによるパターン形成をレーザ加工と組み合わせて使用しても構わない。本発明の実施形態の中空白色顔料を含む樹脂皮膜のレーザ加工においては、従来の樹脂皮膜の加工と比べて加工残渣（デブリ）が少なく、従って、レーザ加工性は良好である。レーザ加工される光反射部形成用樹脂は、感光性は不要であり光感光性樹脂である必要はないが、底部まで光が十分に透過する特性が必要であり、本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物が有力な技術となる。このように印刷、フォトリソグラフィー、レーザ加工などを適宜組み合わせて樹脂皮膜に開口部を設けるわけであるが、本発明の実施形態では、開口部の少なくとも一部は光半導体素子を接続するための接続端子上部に設けられた開口とすることが望ましい。また、高光量の光半導体素子を搭載接続する場合には、フォトリソグラフィーなどの工程を経て設けた開口部の少なくとも一部は、放熱性部材を接続するための接続箇所を提供するために設けることが望ましい。ここで言う放熱性部材としては放熱フィンに限らず、別の配線基板や装置の筐体などであっても良く、それらの接続方法としては、ネジやビスなどによる機械的締結であっても良いし、はんだ付けでも構わない。
【００４７】
本発明の実施形態で使用する白色顔料は内部中空構造を持つため、その誘電率は一般に十分に低く、その顔料を混練してなる本発明の実施形態の白色樹脂被膜の誘電率も低くなる。その白色樹脂被膜の誘電率は充填材の充填量を増加するほど低誘電率化でき、また、白色度（反射率）も増大するが、フォトリソによる高精細加工性が低下しやすくなる。本発明の実施形態ではフォトリソ加工性を妨げない程度の紫外線透過率が確保できる含有量範囲で調整することが望ましい。具体的を用いて説明すると、例えば、白色顔料として中空シリカを使用する場合、配線絶縁膜硬化後の誘電率ε=1.25〜10程度の範囲で調整できる。一方、白色顔料としてルチル型酸化チタン（誘電率ε=120）を含有する白色樹脂では白色度（反射率）増大と低誘電率化を同時に達成することはできず、ルチル型酸化チタンの体積濃度が約10体積%であってもε≧10以上となる。
【００４８】
本発明の実施形態にかかる充填材の主成分以外の成分として、フォトリソ加工性や誘電特性の制限範囲内であれば、少量の酸化チタンを含んでもよい。ただし、酸化チタンを少しでも使用する場合は、その光酸化還元・光分解作用の影響を最小化するために、酸化チタンの表面と樹脂が直接には接しないようにすることが望ましい。
【００４９】
酸化チタンを少しでも使用する場合において最も好ましい充填材の形態の1例（本発明の実施形態の変形例）を示すと、中空の酸化チタン球状粒子の表面にあらかじめシリカ、あるいはアルミナなどの皮膜を形成した状態で樹脂に混練する。このような形態の白色顔料は、中空の酸化チタンが高反射率を呈する一方、非導電性、屈折率1.3〜1.7、かつ400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下、となる物質をあらかじめ表面にコーティングしたことによって光酸化還元・光分解作用の影響が最小化されている。なお、酸化チタンによる紫外線吸収量を最小化するために、酸化チタンからなる球殻を十分に薄くしておくことが必要であることはいうまでもない。酸化チタンからなる球殻厚の具体例を挙げると、球径の10%以下となることが望ましく、あるいは、前記白色顔料中に占める体積分率が30%以下であることが望ましい。
【００５０】
図５は、この変形例の光反射部形成用樹脂組成物を示す図である。図５において、２３は樹脂であり、５１は酸化チタンであり、５２はシリカあるいはアルミナの皮膜であり、２５は空孔である。もちろん、この変形例においても、図５に示すような球殻形状だけを指すのではなく、様々な形状であっても構わない。
【００５１】
なお、本発明の実施形態にかかる樹脂中に混練する中空白色顔料の粒径は、当該樹脂の使用目的・用途や必要とする反射率を考慮して決定すればよいが、通常は、複数種類の粒径分布を有する粉体をあらかじめ混合して使用することが望ましい。本発明の実施形態において好ましい粒径分布は、平均粒径が0.4〜50μmの範囲である。具体的な白色顔料組成の１例を挙げると、平均粒径が0.7μmとなる中空シリカ、平均粒径が2μmの中空シリカ、平均粒径が20μmの中空アルミナをあらかじめ混合してなる組成であり、このような組成で混合された白色顔料を感光性熱硬化性樹脂混合物に混練して、光反射性部を形成するための材料とした。
【００５２】
本発明の実施形態にかかる光反射部形成用樹脂組成物は、光半導体素子のパッケージ内部の配線基板にも適用できる。本発明の実施形態にかかる光半導体素子パッケージの構成の一例を示すと、光半導体素子と、前記光半導体素子から出射される光束を有効に活用するためのリフレクター構造と、前記光半導体素子へ電力を供給するための配線基板とからなる光半導体パッケージであって、前記配線基板の熱伝導率は2.0〜20.0W/mKの範囲であり、前記配線基板の表面には樹脂硬化被膜が形成されており、前記樹脂硬化被膜は屈折率1.3〜1.7となる物質を主成分とする充填材を含み、該充填材は内部に空孔を有することが望ましい。
【００５３】
光半導体素子パッケージの別の一例は、光半導体素子と、前記光半導体素子に入射あるいは前記光半導体素子から出射される光束を有効に活用するためのリフレクター構造と、前記光半導体素子へ電力を供給するための配線基板とからなる光半導体パッケージであって、前記配線基板の表面には感光性熱硬化性樹脂を硬化させた被膜が形成されており、前記感光性熱硬化性樹脂硬化被膜は屈折率1.3〜1.7となる物質を主成分とする充填材を含み、前記充填材は400〜1000nmの波長範囲での分光吸光率の変動10％以下、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、該充填材は内部に空孔を有するという構成である。本発明の実施形態の場合、前記感光性熱硬化性樹脂硬化被膜の近赤外光領域（800〜1000nm）における反射率も高いので、近赤外線を出射する赤外線光半導体素子用のパッケージとしても使用でき、当然、赤外線を使った送受信のための電子機器、あるいはその一部としても良い。
【００５４】
光半導体素子パッケージのさらに別の一実施形態は、光半導体素子とリフレクター構造と配線基板とからなる光半導体パッケージであって、前記配線基板の表面には感光性熱硬化性樹脂を硬化させた被膜が形成されており、前記感光性熱硬化性樹脂硬化被膜は白色顔料を充填剤として含み、前記白色顔料の表面には、非導電性かつ屈折率1.3〜1.7であって、400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動が10％以下となる物質がコーティングされており、前記白色顔料は内部に空孔を有する酸化チタンであって、酸化チタンが前記白色顔料中に占める体積分率が30%以下である。
【００５５】
図６は、本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物を用いた光半導体パッケージの実施形態の一例を示す概略図である。６１はメタルコア基板であり、６２はサブマウント（ＡＩＮ）であり、６３ははんだまたはダイボンドであり、６４は光半導体素子（ＬＥＤチップ）であり、６５は本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物を硬化して形成された感光性熱硬化性樹脂硬化皮膜である。感光性熱硬化性樹脂硬化皮膜６５からなる構造がリフレクター構造（反射部）であり、光半導体素子６４からの光を反射する。
【００５６】
本発明の実施形態にかかる照明装置では、配線基板と、前記配線基板上に実装された発光部と、前記発光部から出射される光束を反射するための反射部とを含み、前記配線基板の最表面の少なくとも一部には感光性熱硬化性樹脂硬化被膜が設けられており、前記感光性熱硬化性樹脂硬化被膜は屈折率1.3〜1.7となる物質を主成分とする充填材を含み、前記充填材は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動10％以下、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、かつ内部に空孔を有しており、前記発光部は少なくとも１以上の光半導体と少なくとも１以上の放熱部からなる。ここに示したような特定の分光特性と特定の構造的特性を有する充填材を含有する感光性感熱性樹脂硬化被膜を使用することによって、発光部から側方や後方に出射されて配線基板へ到達する光束を効率的に前方へ取り出すことができる。したがって、低消費電力の照明装置を提供できる。
【００５７】
本発明の実施形態にかかる照明装置の別の実施形態では、配線基板と、前記配線基板上に実装された少なくとも１以上の光半導体素子からなる発光部と、前記発光部から出射される光束を反射するための反射部とを含み、前記配線基板の最表面の少なくとも一部には感光性熱硬化性樹脂硬化被膜が設けられており、前記感光性熱硬化性樹脂硬化被膜は屈折率1.3〜1.7となる物質を主成分とする充填材を含み、前記充填材は400〜800nmの波長範囲での分光吸光率の変動10％以下、かつ、360〜390nmの波長範囲での吸光率が30%以下であって、かつ内部に空孔を有しており、光束を受光して光電変換する受光器、受光器から出力される電力に重畳されている変調信号を分離する復調制御ユニット、を少なくとも備える。この実施形態のように、光束を受光して光電変換する受光器や受光器から出力される電力に重畳されている変調信号を分離する復調制御ユニットを持たせたことにより、可視光通信受信機能を実現できる。さらに、所望の送信したい信号を変調して、光源を点灯させている電流に重畳させる変調制御ユニットを有していることが望ましい。更に、このような変調制御ユニットを持たせたことにより、可視光通信送受信機能を実現できる。前記変調制御ユニットの一例として、デジタルマイクロミラーデバイスなどの空間変調器が挙げられる。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来の典型的な白色顔料（酸化チタン）の分光透過率を示す図である。
【図２】従来技術と本発明の実施形態の光反射部形成用樹脂組成物内部の充填材近傍の様子を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる白色顔料の分光透過率を示す図である。
【図４】球殻形状以外の形状の充填材の例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態の充填材として適する例であり、（ｄ）は適さない例である。
【図５】本発明の実施形態の変形例の光反射部形成用樹脂組成物の例を示す図である
【図６】本発明の光反射部形成用樹脂組成物を用いた光半導体パッケージの実施形態の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
２１…樹脂、２２…充填材、２３…樹脂、２４…充填材、２５…空孔、４１…外部とつながっているが樹脂が内部に侵入していない空孔、４２…外部とつながっておりかつ樹脂が内部に侵入している空孔、４３…外部とつながっておりかつ樹脂が内部に侵入している空孔、４４…樹脂が内部に侵入している空孔のみを有する充填材、５１…酸化チタン、５２…シリカあるいはアルミナの皮膜、６１…メタルコア基板、６２…サブマウント（ＡＩＮ）、６３…はんだまたはダイボンド、６４…光半導体素子（ＬＥＤチップ）、６５…光反射部形成用樹脂組成物を硬化した感光性熱硬化性樹脂硬化皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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