発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物およびこれを用いた発光素子搭載基板、発光装置
【課題】発光素子搭載基板の抗折強度を低下させずにサーマルビアの凸状高さを低くした発光装置を提供する。
【解決手段】モル百分率表示で、ＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、 ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末とセラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【解決手段】モル百分率表示で、ＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、 ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末とセラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードデバイス、高輝度（ＨＢ）光ダイオードバックライト、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ用途を含む照明デバイスの形成に好適な発光装置に用いられる発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、およびこれを用いた発光素子搭載基板、発光装置に関する。ここで発光装置とは発光ダイオードチップを実装して取り付ける発光素子搭載基板（絶縁基板）およびリフレクタを含むものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記すことがある。）デバイスなど発光素子の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトにＬＥＤを用いた発光装置が使われるようになってきた。
しかしながら、発光素子の高輝度化に伴い、発光装置から発生する熱も増加している。そこで、温度上昇による発光素子の輝度の低下をなくすためには、発生した熱を発光素子より速やかに放散する高い熱放散性を有する発光素子搭載基板および発光装置（以下、ＬＥＤパッケージと記すことがある。）が求められている。
【０００３】
発光装置の基板としては、従来から配線基板の絶縁基板に用いられてきたアルミナ基板が使用されることが多かったが、アルミナ基板は熱伝導率が小さく約１５〜２０Ｗ／ｍ・Ｋであるという問題があった。また、アルミナ基板に代わるものとして、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板が注目され始めた。しかし、窒化アルミニウム基板は、原料コストが高い、熱膨張係数が４×１０−６〜５×１０−６／℃と小さいため、汎用品である９×１０−６／℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板へ実装した際に大きな熱膨張係数差により接続信頼性が低下するという問題があった。さらに、アルミナ基板や窒化アルミニウム基板は難焼結性であるため高温焼成が必要であり、プロセスコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、ＬＥＤパッケージ基板として低温同時焼成セラミック基板（以下、ＬＴＣＣまたはＬＴＣＣ基板と記すことがある。）が使われるようになった。
ＬＴＣＣは、ガラスとアルミナフィラーなどセラミックスフィラーとからなり、そのガラスの屈折率とセラミックスフィラーの屈折率の差が大きく、かつ、ＬＴＣＣ中に分散しているセラミックスフィラーの数が多いので光を反射する界面の面積が大きく、しかもその界面の両側のガラスまたはセラミックスフィラーの厚みが光の波長より大きいので反射率が高い。したがって、ＬＴＣＣは発光素子からの光を効率よく反射することができ、また、その結果、熱発生が少なくできる。
【０００５】
また、ＬＴＣＣは無機酸化物により形成されているので、樹脂基板のように、光源による劣化がなく、長期間に渡って色調を安定に保つことができる。
【０００６】
しかし、ＬＴＣＣは熱伝導率が充分大きいとはいえないので発光素子の輝度低下が起こりやすいという問題がある。これを解決するために従来、熱をＬＥＤから基板の反対側のヒートシンクに伝達する放熱用の貫通導体すなわちサーマルビアを設けて熱抵抗を減少することが知られている。なお、貫通導体はビア導体と言われることもある。
【０００７】
図１は、従来の発光ダイオードパッケージの例として特許文献１の図２を転記したものである。発光素子であるＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）２１の直下に貫通導体（サーマルビア）１０を設置し、サーマルビア１０の上に接着剤２９を介してＬＥＤチップ２１を取り付ける。なお、ＬＥＤから基板背後への低い熱抵抗を実現するには比較的大きな直径のビアが必要である。また、サーマルビアの直径が単一のビアによって伝達し得る熱の量を制限するため、サーマルビアは普通多数本のビアによって基板の中に形成することが行われる。
【０００８】
ＬＴＣＣは通常、ガラス粉末とセラミックスフィラー（セラミックス粉末）を主成分とする原料粉末に樹脂等を加えてシート状に成形し、１０００℃以下の温度で焼成して基板とされるものである。前記シート状の成形体はグリーンシートと呼ばれ、必要に応じて切断、穴あけなどの加工が施され、また導体ペーストを用いて導体が印刷され、通常は複数枚が積層されて焼成される。
ＬＴＣＣは、熱伝導率の高い銀導体や銅導体の粉末をペーストにしてグリーンシートに設けた貫通孔に埋め込み等して銀導体や銅導体の粉末と同時に焼成して作製でき、放熱性に優れた貫通導体付き基板を効率的に生産することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４１２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来例として、図１に示すようなＬＥＤパッケージ構造を採用する場合、後述する抗折強度を大きくしようとすると、サーマルビアは同時焼成時にＬＴＣＣ基板（絶縁基板）から突き出て凸状部を形成するので、ＬＥＤチップはそのサーマルビアの凸状部に接着剤を介して取り付けられている。しかし、サーマルビアの凸状部の高さが高いと、接着剤を多く使用しなければならず、熱抵抗が増加することになる。したがって、抗折強度が大きく、かつ、サーマルビアの凸状部の高さが低いものが求められている。
本発明はこのような問題を解決できる発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、本発明は、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１５〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、前記セラミックスフィラーがアルミナ粉末である前記発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、前記セラミックスフィラーがアルミナ粉末およびジルコニア粉末を含有する前記発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
【００１２】
また、前記発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼結して得られた発光素子搭載基板を提供する。
また、前記発光素子搭載基板に発光素子を搭載した発光装置を提供する。
また、前記発光装置であって、発光ダイオード素子が実装されている発光素子搭載基板の面と対向する発光素子搭載基板の他方の面にヒートシンクが形成されており、貫通導体であって、その上に発光ダイオード素子が実装されているものの少なくとも１個がそのヒートシンクと接続されているサーマルビア（Thermal vias）である発光装置、すなわち、サーマルビアを有する発光素子搭載基板の一方の面上の発光ダイオード素子と発光素子搭載基板の他方の面側に形成されたヒートシンクとが、当該発光素子搭載基板中に形成された少なくとも１つのサーマルビアによって接続されている発光装置であって、発光素子搭載基板が、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼成して得られたものである発光装置を提供することができる。
前記発光装置において、前記発光素子搭載基板は、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１５〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼成して得られたものであってもよい。
【００１３】
なお、発光ダイオード素子は発光ダイオードチップまたは単にチップと表わすことがあり、この発光素子搭載基板は絶縁基板と表わすことがある。
【００１４】
また、発光素子搭載基板の抗折強度が２５０ＭＰａ以上である前記発光装置を提供することができる。
また、前記サーマルビアの導体が発光ダイオード素子が実装されている発光素子搭載基板の面から突き出ており、その突き出し量が５μｍ以下である前記発光装置、すなわち、発光ダイオード素子とヒートシンクとを接続しているサーマルビアの導体が、発光ダイオード素子が載っている発光素子搭載基板面から突き出ており、その突き出し量が５μｍ以下である前記発光装置を提供することができる。
【００１５】
本発明における発光素子搭載基板または発光装置は、チップをマウントした後、切れ目を入れた部分を折り曲げて切断するか、発光素子搭載基板を焼成後ダイヤモンド砥石で、いわゆるダイシングすることにより切断する。このとき一緒に発光素子搭載基板自体が割れたり、チッピング（欠け）が起きると発光装置が破損することになり、コストが上昇する。このため発光素子搭載基板の抗折強度が大きいこと、典型的には２５０ＭＰａ以上であることが求められている。なお、抗折強度は通常アルミナ基板で４００ＭＰａ、窒化アルミ基板で３００ＭＰａである。
【００１６】
また、本発明における発光素子搭載基板は耐酸性に優れたものであることが望ましい。その理由は、発光素子搭載基板にはメッキ等が施されることがあり、そのために発光素子搭載基板が酸性のメッキ液等で処理される場合があるからである。
【００１７】
本発明者は、モル％表示でＳｉＯ２を８１．６％、Ｂ２Ｏ３を１６．６％、Ｋ２Ｏを１．８％含有するガラス（後出の例１５のガラス）の粉末とアルミナ粉末とを用いてＬＴＣＣ基板を作製したところ、耐酸性が良好であり、また貫通導体が大きく突き出す現象は認められなかったが、抗折強度は小さく１９０ＭＰａであることを見出した。
【００１８】
そこで、前記ガラス組成にＣａＯ、およびＡｌ２Ｏ３を加えたところ、抗折強度は２５０ＭＰａとなり強度を向上させることができた（後出の例１３のガラス）。これは、ガラスの結晶化傾向が強まったためであると考えている。なお、析出結晶相はアノーサイトであると考えている。
しかし、ＣａＯ、およびＡｌ２Ｏ３を加えることによって貫通導体が大きく突き出す現象が現れた。
【００１９】
貫通導体の突き出しを抑制するためには、貫通導体とグリーンシートとの焼成による収縮挙動のマッチングが重要である。本発明者は、原料粉末に含まれるガラスの組成に少量のアルカリ成分を加えることで、収縮挙動を貫通導体に近づけることに成功した（後出の例１０、例１１、および例１２のガラス）。
【００２０】
しかし、ガラスが結晶化傾向の強いものである場合には貫通導体の突き出しを充分に抑制することは困難であった。これは、ガラスが結晶化することによる体積収縮が大きく、貫通導体との収縮マッチングが困難なためと考えている。
本発明者は、以上の知見をもとに、抗折強度を上げながら、貫通導体の突き出し量を充分に小さくできるガラス組成を見出し、本発明に至った。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、貫通導体の突き出し量が充分に小さく、強度と放熱性に優れた発光装置を効率的に製造可能な発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置を得ることができる。
また、実装信頼性を向上させることができ、寸法精度の高い発光装置を得ることが可能になる。
また、耐酸性が高い発光装置を製造可能な発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置を得ることも可能になる。
【００２２】
また、銀導体とグリーンシートを同時に焼成して発光素子搭載基板を作製するとき、発光素子搭載基板（ＬＴＣＣ基板）に反り等の変形が生じることがある。これは主として銀導体ペーストとグリーンシートの焼成による収縮量が異なるためであり、また、ガラス中に銀イオンが溶け出すことによって銀導体と接する部分のガラス組成が変化し、銀導体から遠い部分と銀導体に接する部分で収縮挙動が異なる結果になるためとも考えられる。
【００２３】
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物によれば、同時焼成時に発光素子搭載基板の反りが生じてもその反りが小さい発光素子搭載基板および発光装置を得ることが可能になる。
【００２４】
また、ＬＴＣＣの原料粉末に含まれるガラスと銀との反応によって発色（銀発色）することがある。これは銀導体からガラス中に溶け出した銀イオンが、その後に還元されてコロイド化するためと考えられる。
【００２５】
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物によれば、銀導体と同時に焼成したときに銀発色が起こらない、または起こりにくく、発光素子搭載基板の反射率を高くでき、または発光素子搭載基板の着色を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されない。
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物（以下、単に本発明の組成物という。）は、通常前記ガラス（以下、本発明の組成物に用いられるこのガラスを本発明のガラスという。）の粉末とセラミックスフィラー（典型的にはアルミナフィラーすなわちアルミナ粉末である。）とを含有し、またはこれらかなるグリーンシート化して使用される。
【００２８】
本発明において、グリーンシートの作製は、好ましくは、以下のように行なわれる。すなわち、まず本発明の組成物とポリビニルブチラール、アクリル樹脂等の樹脂とを、必要に応じてフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等の可塑剤等も添加して混合する。次に、トルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤を添加してスラリーとし、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム上に、ドクターブレード法等によって、このスラリーをシート状に成形する。最後に、このシート状に成形されたものを乾燥して溶剤を除去しグリーンシートとする。
【００２９】
前記のグリーンシートには、必要に応じて、銀ペースト、銀導体等を用いてスクリーン印刷等によって配線パターンや貫通導体であるビアなどが形成される。
本発明のガラスは、発光素子搭載基板用ガラスとして好適である。
【００３０】
前記グリーンシートは、焼成後所望の形状に加工されて基板とされる。この場合、被焼成体は１枚または複数枚の同じグリーンシートを重ねたものである。なお、該基板は本発明の発光素子搭載基板であり、前記焼成は典型的には８５０〜９００℃に２０〜６０分間保持して行われる。より典型的な焼成温度は８６０〜８８０℃である。
なお、銀ペースト等と同時に焼成して配線パターンや貫通導体を焼成体すなわち発光素子搭載基板の内部に形成する場合、焼成温度は８８０℃以下であることが好ましい。焼成温度が８８０℃超では焼成時に銀または銀含有導体が軟化し配線パターンや貫通導体の形状が保持できなくなるおそれがあり、より好ましくは８７０℃以下である。
【００３１】
本発明の組成物は、９００℃以下の温度で焼成しても緻密な焼成体が得られるものであることが好ましい。このようなものであると、銀ペースト等の導体材料と９００℃以下の温度で同時焼成できる。
【００３２】
本発明の組成物は、質量百分率表示で、本発明のガラスの粉末を２５〜５５％、セラミックスフィラーを４５〜７５％含有することが好ましい。本発明のガラスの粉末の含有量が２５％未満であると焼成によって緻密な焼成体を得ることが困難になるおそれがあり、好ましくは３５％以上である。また、ガラスの粉末の含有量が５５％超であると強度が不足するおそれがあり、好ましくは５０％以下、より好ましくは４５％以下である。
【００３３】
セラミックスフィラーは発光素子搭載基板の強度を高くする成分である。その含有量は、より好ましくは５０％以上、特に好ましくは５５％以上である。セラミックスフィラーの含有量が７５％超であると、焼成によって緻密な焼成体を得ることが困難になる、または発光素子搭載基板表面の平滑性が損なわれるおそれがあり、好ましくは６５％以下である。
【００３４】
本発明の組成物は、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分として無機物粉末、たとえば耐熱顔料などを含有することができる。その場合、当該その他の成分の含有量は、典型的には合計で５％以下ある。
【００３５】
本発明の組成物の成分であるセラミックスフィラーは、典型的にはアルミナ粉末である。アルミナ粉末を含有することによって発光素子搭載基板の強度を高くすることができる。発光素子搭載基板の強度を高くするためにはアルミナ粉末を３０％以上含有することが好ましい。
また、後述する発光素子搭載基板の反射率を特に高くしたい場合には、本発明の組成物は、屈折率が２を越える高屈折率セラミックスの粉末を含有することがより好ましい。高屈折率セラミックスとしては、たとえばチタニア、ジルコニアが挙げられる。反射率を高くしたい場合には、ジルコニア粉末の含有量は５％以上であることが好ましく、１０％以上がより好ましい。この場合、アルミナ粉末を３０％以上含有することが好ましい。
【００３６】
セラミックスフィラーの５０％粒径（Ｄ５０）は０．５〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．５μｍ未満では、たとえばグリーンシート中に粉末を均一に分散させることが困難になる、または粉末が凝集しやすくなって取り扱いにくくなる。Ｄ５０は、より好ましくは１μｍ以上である。Ｄ５０が５μｍ超では、緻密な焼成体が得にくくなり、より好ましくは３μｍ以下である。
【００３７】
本発明の組成物の成分である本発明のガラスの粉末は、通常、溶融法によって得られたガラスを粉砕して製造される。粉砕の方法は、本発明の目的を損なわないものであれば限定されず、乾式粉砕でもよいし湿式粉砕でもよい。湿式粉砕の場合には溶媒として水を用いることが好ましい。また粉砕にはロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を適宜用いることができる。ガラスは粉砕後、必要に応じて乾燥され、分級される。
【００３８】
本発明の組成物の成分である本発明のガラスの粉末のＤ５０は、０．５〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．５μｍ未満では、たとえばグリーンシート中にガラスの粉末を均一に分散させることが困難になる、また粉末が凝集しにくくなって、取り扱いにくくなる。Ｄ５０はより好ましくは１μｍ以上である。Ｄ５０が５μｍ超では、緻密な焼成体が得にくくなり、より好ましくは３μｍ以下である。
【００３９】
本発明における発光素子搭載基板には、放熱などの目的で１個以上の貫通導体が設けられており、その貫通導体の少なくとも１個の上にＬＥＤ素子が実装されている。
そして、通常、その貫通導体は熱伝導率が高い銀が主成分である銀導体からなり、同時焼成は９００℃以下で行われることが好ましい。銀導体が用いられるのは、銀は熱伝導率が高く放熱性に優れるからである。
貫通導体は、典型的には、前記グリーンシートの所定の位置に穴を形成して銀ペーストなど導体ペーストを充填したものを積層して焼成する方法によって形成することができる。この場合、貫通導体およびそれを形成するための導体ペーストは、熱伝導率を高くするために導体以外の無機成分を含有しないことが好ましい。
【００４０】
本発明の発光素子搭載基板の発光素子搭載部にサーマルビアが設けられる場合、サーマルビアの導体は発光ダイオード素子が実装されている面から突き出ていることが好ましい。サーマルビアの導体が発光素子搭載基板表面に対して凹になっていると、サーマルビアの導体と発光ダイオード素子との間に隙間が生じ、または接着剤層が厚くなり、発光ダイオード素子からの熱をサーマルビアの導体に効率的に放出することができなくなるからである。サーマルビアの導体の突き出し量は、０〜５μｍであることが好ましい。突き出し量が５μｍを超えサーマルビアの導体が大きく凸になっていると、発光ダイオード素子と発光素子搭載基板の間に隙間が生じて多量の接着剤を使用するために放熱性が低下する、また実装するときに発光ダイオード素子が傾いてしまって、所定の位置への取り付けが難しくなることがあるからである。
【００４１】
本発明のガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は、５５０〜７００℃であることが好ましい。Ｔｇが５５０℃未満であると、グリーンシート中の有機物バインダ（樹脂）を除去しにくくなり、７００℃超であると、焼成時の収縮開始温度が高くなり、発光素子搭載基板の寸法精度が低下するおそれがある。
【００４２】
本発明のガラスは、典型的には８５０〜９００℃で焼成したときに分相が生じるものであることが好ましい。分相が生じるものでなければ、焼成体の機械的強度が低くなるおそれがある。なお、ここでいう分相が生じるものとは、Ｘ線回折で結晶を検出することは困難であるが、高分解能の電子線顕微鏡で観察すると化学組成の異なる相の存在を確認できるものが典型的である。
【００４３】
次に、本発明のガラスの成分について説明する。なお、以下では特に断らない限りガラス組成はモル百分率で表示する。
ＳｉＯ２はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。ＳｉＯ２が５７％未満では安定なガラスを得にくくなり、または化学的耐久性が低下する。耐酸性を高くしたい場合などには、ＳｉＯ２は好ましくは５８％以上、より好ましくは５９％以上、特に好ましくは６０％以上である。ＳｉＯ２が６５％超ではガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは６４％以下、より好ましくは６３％以下である。
【００４４】
Ｂ２Ｏ３はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。Ｂ２Ｏ３が１３％未満ではガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは１４％以上、より好ましくは１５％以上である。Ｂ２Ｏ３が１８％超では安定なガラスを得にくくなる、または化学的耐久性が低下するおそれがあり、好ましくは１７％以下、より好ましくは１６％以下である。
【００４５】
Ａｌ２Ｏ３はガラスの安定性、化学的耐久性または強度を高める成分であり、必須である。Ａｌ２Ｏ３が３％未満ではガラスが不安定となり、好ましくは４％以上、より好ましくは５％以上である。Ａｌ２Ｏ３が８％超ではガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎ、好ましくは７％以下、より好ましくは６％以下である。
【００４６】
ＣａＯはガラスを安定化させる、ガラス溶融温度を低下させる、また焼成時に結晶を析出しやすくする成分であって必須であり、また、ガラスのＴｇを低下させる場合もある。ＣａＯが９％未満ではガラス溶融温度が高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは１０％以上である。ガラスを溶融しやすくしたい場合などには、ＣａＯは好ましくは１２％以上、より好ましくは１３％以上、特に好ましくは１４％以上である。ＣａＯが２３％超ではガラスが不安定になるおそれがあり、好ましくは２２％以下、より好ましくは２１％以下、特に好ましくは２０％以下、典型的には１８％以下である。
【００４７】
Ｎａ２ＯおよびＫ２ＯはＴｇを低下させる成分であり、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。その合計（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が０．５％未満では、ガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは０．８％以上である。Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計量が６％超では化学的耐久性、特に耐酸性が悪化するおそれがある、または焼成体の電気絶縁性が低下するおそれがあり、好ましくは５％以下、より好ましくは４％以下である。
【００４８】
貫通導体が凸状になることを防止または抑制したい場合、あるいは強度または化学的耐久性を高くしたい場合などには、ＣａＯを１７％以下、Ａｌ２Ｏ３を４〜７モル％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計を４％以下とすることが好ましい。
本発明のガラスは、本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。当該その他の成分を含有する場合、それらの成分の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。
【００４９】
たとえば、ガラス融液の粘性を低下させる等の目的でＴｉＯ２を含有してもよい場合があり、その場合のＴｉＯ２の含有量は３％以下であることが好ましい。また、ガラスの安定性を向上する等の目的でＺｒＯ２を含有してもよい場合があり、その場合のＺｒＯ２の含有量は３％以下であることが好ましい。
なお、本発明のガラスは鉛酸化物は含有しないことが好ましい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００５１】
表１の例１〜６、および表２の例１０〜１５においては、ＳｉＯ２からＺｒＯ２までの欄にモル％で示す組成となるように原料を調合、混合し、この混合された原料を白金ルツボに入れて１５５０〜１６００℃で６０分間溶融後、溶融ガラスを流し出し冷却した。得られたガラスを、アルミナ製ボールミルでエチルアルコールを溶媒として、２０〜６０時間粉砕してガラスの粉末を得た。
【００５２】
例２〜５は本発明の実施例であり、例１０〜１５は比較例である。例１、６は参考例である。例７〜９も本発明の実施例であるが、先に述べたようなガラスの粉末の作製は行わなかった。
【００５３】
各ガラスの粉末（例１〜６、および例１０〜１５）のＤ５０（単位：μｍ）を、島津製作所社製ＳＡＬＤ２１００を用いて測定したが、いずれも２．５μｍであった。
また、各ガラスの粉末のＴｇ（単位：℃）、および軟化点Ｔｓ（単位：℃）を、マックサイエンス社製熱分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ２０００）を用いて、昇温速度１０℃／分の条件で１０００℃まで、それぞれ測定した。表中のＴｇ、およびＴｓの欄に「＊」と記載したものは、これらの方法によってはＴｇまたはＴｓを測定できなかったことを示す。なお、表中に括弧で示したものは組成から推定した値であり、後述するＨおよび抗折強度についても同様である。
【００５４】
質量百分率表示で、各ガラス粉末４０％と昭和電工社製アルミナフィラーＡＬ−４５Ｈを６０％の割合で混合した粉末５０ｇに有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル）２．５ｇ、および樹脂（デンカ社製ポリビニルブチラールＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇと分散剤（ビックケミー社製ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ１８０）を混合してスラリーとした。このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法を利用して塗布し、塗膜を乾燥して厚さが０．２ｍｍのグリーンシートを得た。
【００５５】
ビアペースト（導体ペースト）は、導電性粉末（大研化学工業社製の平均粒子径５μｍの球状銀粉末）およびビヒクル（エチルセルロース）を質量比８５：１５の割合で調合し、固形分の濃度が質量百分率表示で８５％となるように溶剤（αテレピネオール）に分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って作製した。
【００５６】
前記で得たグリーンシートに孔空け機を用いて、直径０．３ｍｍの孔をあけ、ビアホールを形成した。ビアホール内に、スクリーン印刷法により上記調合で作製したビアペーストを充填した。次いで、得られたグリーンシートを６枚積層し、５５０℃に５時間保持して樹脂成分を分解除去した後、８７０℃に３０分保持して焼成を行った。得られた焼成体（発光素子搭載基板）を電子顕微鏡（日立ハイテック社製Ｓ３０００Ｈ）によって観察し、導体ビアすなわち貫通導体の凸状高さを５点で計測した。これら５点の計測結果の平均値を表１および表２のＨの欄に示す（単位：μｍ）。Ｈは５μｍ以下であることが好ましい。Ｈが５μｍ超ではＬＥＤチップを実装する時に傾いてしまい、光量が低下してしまうおそれがある。
【００５７】
抗折強度は次のような方法で測定した。すなわち、前記で得られたグリーンシートを６枚積層し、５５０℃に５時間保持して樹脂成分を分解除去した後、８７０℃に３０分保持する焼成を行って抗折強度測定用焼成体を作製した。この焼成体を切断して厚さが約０．８５ｍｍ、幅が５ｍｍの短冊状に加工したもの１０枚を用いて３点曲げ強度を測定した（測定装置：インストロン社製、INSTRON 856I）。スパンは１５ｍｍ、クロスヘッドスピードは０．５ｃｍ／分とした。これら測定結果を表１、および表２の強度の欄に示す（単位：ＭＰａ）。抗折強度は２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
例２と同じガラス粉末と前記アルミナ粉末ＡＬ−４５Ｈと第一稀元素化学工業社製ジルコニア粉末ＨＳＹ-３Ｆ-Ｊとを、表３のガラス粉末欄、アルミナ粉末欄、ジルコニア粉末欄に質量百分率表示で示した割合で混合した混合粉末を用いて前記と同じ方法でグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートを６枚積層し、５５０℃に５時間保持して樹脂成分を除去した。その後、例２Ａは８８５℃に３０分、例２Ｂ、例２Ｃ、例２Ｄ、および例２Ｅは８７５℃に３０分保持する焼成を行って焼成体を作製し、前記の方法で抗折強度を測定した。これら測定結果を例２の結果とあわせて表３の強度の欄に示す（単位：ＭＰａ）。この結果から、例２のガラスを用いて抗折強度を２５０ＭＰａ以上にしたい場合は、本発明の組成物が、質量百分率表示で、ガラスの粉末を２５〜５５％、セラミックスフィラーを４５〜７５％含有することが好ましいことがわかる。
【００６１】
また、反射率は、次のような方法で測定した。前記で得られたグリーンシートを積層して焼成し、一辺が３０ｍｍ程度の正方形で、かつ厚みが３００μｍ程度の各焼成体を得た。得られた焼成体の反射率を、オーシャンオプティクス社製分光器ＵＳＢ２０００とオーシャンオプティクス社製小型積分球ＩＳＰ−ＲＦを用いて測定し、硫酸バリウム標準板の反射率を１００として光波長４６０ｎｍにおける反射率（単位：％）を算出した。結果を表３に示す。
発光素子搭載基板の厚みを薄くしたいなどの使用条件がある場合、反射率は８５％以上であることが好ましい。例２Ｃでは、高い反射率が得られた。反射率が８５％未満では、発光素子搭載基板の厚みを薄くしたときに光のもれが大きくなるおそれがある。
【００６２】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を用いた発光装置は、高輝度（ＨＢ）光ダイオードバックライト、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ用途を含む照明デバイスの用途に好適であり、特には携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトに利用できる。
なお、２００８年４月１８日に出願された日本特許出願２００８−１０８９５３号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１ ：絶縁基板
１ａ、１ｂ：主面
３ａ、３ｂ：接続端子
５ ：外部電極端子
７ ：通電用ビア導体
９ ：搭載部
１０：サーマルビア（貫通導体）
２１：ＬＥＤ素子
２３：ボンディングワイヤ
２５：発光装置
２９：接着剤
３１：モールド材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードデバイス、高輝度（ＨＢ）光ダイオードバックライト、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ用途を含む照明デバイスの形成に好適な発光装置に用いられる発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、およびこれを用いた発光素子搭載基板、発光装置に関する。ここで発光装置とは発光ダイオードチップを実装して取り付ける発光素子搭載基板（絶縁基板）およびリフレクタを含むものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記すことがある。）デバイスなど発光素子の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトにＬＥＤを用いた発光装置が使われるようになってきた。
しかしながら、発光素子の高輝度化に伴い、発光装置から発生する熱も増加している。そこで、温度上昇による発光素子の輝度の低下をなくすためには、発生した熱を発光素子より速やかに放散する高い熱放散性を有する発光素子搭載基板および発光装置（以下、ＬＥＤパッケージと記すことがある。）が求められている。
【０００３】
発光装置の基板としては、従来から配線基板の絶縁基板に用いられてきたアルミナ基板が使用されることが多かったが、アルミナ基板は熱伝導率が小さく約１５〜２０Ｗ／ｍ・Ｋであるという問題があった。また、アルミナ基板に代わるものとして、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板が注目され始めた。しかし、窒化アルミニウム基板は、原料コストが高い、熱膨張係数が４×１０−６〜５×１０−６／℃と小さいため、汎用品である９×１０−６／℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板へ実装した際に大きな熱膨張係数差により接続信頼性が低下するという問題があった。さらに、アルミナ基板や窒化アルミニウム基板は難焼結性であるため高温焼成が必要であり、プロセスコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、ＬＥＤパッケージ基板として低温同時焼成セラミック基板（以下、ＬＴＣＣまたはＬＴＣＣ基板と記すことがある。）が使われるようになった。
ＬＴＣＣは、ガラスとアルミナフィラーなどセラミックスフィラーとからなり、そのガラスの屈折率とセラミックスフィラーの屈折率の差が大きく、かつ、ＬＴＣＣ中に分散しているセラミックスフィラーの数が多いので光を反射する界面の面積が大きく、しかもその界面の両側のガラスまたはセラミックスフィラーの厚みが光の波長より大きいので反射率が高い。したがって、ＬＴＣＣは発光素子からの光を効率よく反射することができ、また、その結果、熱発生が少なくできる。
【０００５】
また、ＬＴＣＣは無機酸化物により形成されているので、樹脂基板のように、光源による劣化がなく、長期間に渡って色調を安定に保つことができる。
【０００６】
しかし、ＬＴＣＣは熱伝導率が充分大きいとはいえないので発光素子の輝度低下が起こりやすいという問題がある。これを解決するために従来、熱をＬＥＤから基板の反対側のヒートシンクに伝達する放熱用の貫通導体すなわちサーマルビアを設けて熱抵抗を減少することが知られている。なお、貫通導体はビア導体と言われることもある。
【０００７】
図１は、従来の発光ダイオードパッケージの例として特許文献１の図２を転記したものである。発光素子であるＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）２１の直下に貫通導体（サーマルビア）１０を設置し、サーマルビア１０の上に接着剤２９を介してＬＥＤチップ２１を取り付ける。なお、ＬＥＤから基板背後への低い熱抵抗を実現するには比較的大きな直径のビアが必要である。また、サーマルビアの直径が単一のビアによって伝達し得る熱の量を制限するため、サーマルビアは普通多数本のビアによって基板の中に形成することが行われる。
【０００８】
ＬＴＣＣは通常、ガラス粉末とセラミックスフィラー（セラミックス粉末）を主成分とする原料粉末に樹脂等を加えてシート状に成形し、１０００℃以下の温度で焼成して基板とされるものである。前記シート状の成形体はグリーンシートと呼ばれ、必要に応じて切断、穴あけなどの加工が施され、また導体ペーストを用いて導体が印刷され、通常は複数枚が積層されて焼成される。
ＬＴＣＣは、熱伝導率の高い銀導体や銅導体の粉末をペーストにしてグリーンシートに設けた貫通孔に埋め込み等して銀導体や銅導体の粉末と同時に焼成して作製でき、放熱性に優れた貫通導体付き基板を効率的に生産することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４１２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来例として、図１に示すようなＬＥＤパッケージ構造を採用する場合、後述する抗折強度を大きくしようとすると、サーマルビアは同時焼成時にＬＴＣＣ基板（絶縁基板）から突き出て凸状部を形成するので、ＬＥＤチップはそのサーマルビアの凸状部に接着剤を介して取り付けられている。しかし、サーマルビアの凸状部の高さが高いと、接着剤を多く使用しなければならず、熱抵抗が増加することになる。したがって、抗折強度が大きく、かつ、サーマルビアの凸状部の高さが低いものが求められている。
本発明はこのような問題を解決できる発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、本発明は、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１５〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、前記セラミックスフィラーがアルミナ粉末である前記発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、前記セラミックスフィラーがアルミナ粉末およびジルコニア粉末を含有する前記発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を提供する。
【００１２】
また、前記発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼結して得られた発光素子搭載基板を提供する。
また、前記発光素子搭載基板に発光素子を搭載した発光装置を提供する。
また、前記発光装置であって、発光ダイオード素子が実装されている発光素子搭載基板の面と対向する発光素子搭載基板の他方の面にヒートシンクが形成されており、貫通導体であって、その上に発光ダイオード素子が実装されているものの少なくとも１個がそのヒートシンクと接続されているサーマルビア（Thermal vias）である発光装置、すなわち、サーマルビアを有する発光素子搭載基板の一方の面上の発光ダイオード素子と発光素子搭載基板の他方の面側に形成されたヒートシンクとが、当該発光素子搭載基板中に形成された少なくとも１つのサーマルビアによって接続されている発光装置であって、発光素子搭載基板が、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼成して得られたものである発光装置を提供することができる。
前記発光装置において、前記発光素子搭載基板は、モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１５〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼成して得られたものであってもよい。
【００１３】
なお、発光ダイオード素子は発光ダイオードチップまたは単にチップと表わすことがあり、この発光素子搭載基板は絶縁基板と表わすことがある。
【００１４】
また、発光素子搭載基板の抗折強度が２５０ＭＰａ以上である前記発光装置を提供することができる。
また、前記サーマルビアの導体が発光ダイオード素子が実装されている発光素子搭載基板の面から突き出ており、その突き出し量が５μｍ以下である前記発光装置、すなわち、発光ダイオード素子とヒートシンクとを接続しているサーマルビアの導体が、発光ダイオード素子が載っている発光素子搭載基板面から突き出ており、その突き出し量が５μｍ以下である前記発光装置を提供することができる。
【００１５】
本発明における発光素子搭載基板または発光装置は、チップをマウントした後、切れ目を入れた部分を折り曲げて切断するか、発光素子搭載基板を焼成後ダイヤモンド砥石で、いわゆるダイシングすることにより切断する。このとき一緒に発光素子搭載基板自体が割れたり、チッピング（欠け）が起きると発光装置が破損することになり、コストが上昇する。このため発光素子搭載基板の抗折強度が大きいこと、典型的には２５０ＭＰａ以上であることが求められている。なお、抗折強度は通常アルミナ基板で４００ＭＰａ、窒化アルミ基板で３００ＭＰａである。
【００１６】
また、本発明における発光素子搭載基板は耐酸性に優れたものであることが望ましい。その理由は、発光素子搭載基板にはメッキ等が施されることがあり、そのために発光素子搭載基板が酸性のメッキ液等で処理される場合があるからである。
【００１７】
本発明者は、モル％表示でＳｉＯ２を８１．６％、Ｂ２Ｏ３を１６．６％、Ｋ２Ｏを１．８％含有するガラス（後出の例１５のガラス）の粉末とアルミナ粉末とを用いてＬＴＣＣ基板を作製したところ、耐酸性が良好であり、また貫通導体が大きく突き出す現象は認められなかったが、抗折強度は小さく１９０ＭＰａであることを見出した。
【００１８】
そこで、前記ガラス組成にＣａＯ、およびＡｌ２Ｏ３を加えたところ、抗折強度は２５０ＭＰａとなり強度を向上させることができた（後出の例１３のガラス）。これは、ガラスの結晶化傾向が強まったためであると考えている。なお、析出結晶相はアノーサイトであると考えている。
しかし、ＣａＯ、およびＡｌ２Ｏ３を加えることによって貫通導体が大きく突き出す現象が現れた。
【００１９】
貫通導体の突き出しを抑制するためには、貫通導体とグリーンシートとの焼成による収縮挙動のマッチングが重要である。本発明者は、原料粉末に含まれるガラスの組成に少量のアルカリ成分を加えることで、収縮挙動を貫通導体に近づけることに成功した（後出の例１０、例１１、および例１２のガラス）。
【００２０】
しかし、ガラスが結晶化傾向の強いものである場合には貫通導体の突き出しを充分に抑制することは困難であった。これは、ガラスが結晶化することによる体積収縮が大きく、貫通導体との収縮マッチングが困難なためと考えている。
本発明者は、以上の知見をもとに、抗折強度を上げながら、貫通導体の突き出し量を充分に小さくできるガラス組成を見出し、本発明に至った。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、貫通導体の突き出し量が充分に小さく、強度と放熱性に優れた発光装置を効率的に製造可能な発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物、ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置を得ることができる。
また、実装信頼性を向上させることができ、寸法精度の高い発光装置を得ることが可能になる。
また、耐酸性が高い発光装置を製造可能な発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物ならびにこれを用いた発光素子搭載基板および発光装置を得ることも可能になる。
【００２２】
また、銀導体とグリーンシートを同時に焼成して発光素子搭載基板を作製するとき、発光素子搭載基板（ＬＴＣＣ基板）に反り等の変形が生じることがある。これは主として銀導体ペーストとグリーンシートの焼成による収縮量が異なるためであり、また、ガラス中に銀イオンが溶け出すことによって銀導体と接する部分のガラス組成が変化し、銀導体から遠い部分と銀導体に接する部分で収縮挙動が異なる結果になるためとも考えられる。
【００２３】
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物によれば、同時焼成時に発光素子搭載基板の反りが生じてもその反りが小さい発光素子搭載基板および発光装置を得ることが可能になる。
【００２４】
また、ＬＴＣＣの原料粉末に含まれるガラスと銀との反応によって発色（銀発色）することがある。これは銀導体からガラス中に溶け出した銀イオンが、その後に還元されてコロイド化するためと考えられる。
【００２５】
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物によれば、銀導体と同時に焼成したときに銀発色が起こらない、または起こりにくく、発光素子搭載基板の反射率を高くでき、または発光素子搭載基板の着色を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されない。
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物（以下、単に本発明の組成物という。）は、通常前記ガラス（以下、本発明の組成物に用いられるこのガラスを本発明のガラスという。）の粉末とセラミックスフィラー（典型的にはアルミナフィラーすなわちアルミナ粉末である。）とを含有し、またはこれらかなるグリーンシート化して使用される。
【００２８】
本発明において、グリーンシートの作製は、好ましくは、以下のように行なわれる。すなわち、まず本発明の組成物とポリビニルブチラール、アクリル樹脂等の樹脂とを、必要に応じてフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等の可塑剤等も添加して混合する。次に、トルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤を添加してスラリーとし、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム上に、ドクターブレード法等によって、このスラリーをシート状に成形する。最後に、このシート状に成形されたものを乾燥して溶剤を除去しグリーンシートとする。
【００２９】
前記のグリーンシートには、必要に応じて、銀ペースト、銀導体等を用いてスクリーン印刷等によって配線パターンや貫通導体であるビアなどが形成される。
本発明のガラスは、発光素子搭載基板用ガラスとして好適である。
【００３０】
前記グリーンシートは、焼成後所望の形状に加工されて基板とされる。この場合、被焼成体は１枚または複数枚の同じグリーンシートを重ねたものである。なお、該基板は本発明の発光素子搭載基板であり、前記焼成は典型的には８５０〜９００℃に２０〜６０分間保持して行われる。より典型的な焼成温度は８６０〜８８０℃である。
なお、銀ペースト等と同時に焼成して配線パターンや貫通導体を焼成体すなわち発光素子搭載基板の内部に形成する場合、焼成温度は８８０℃以下であることが好ましい。焼成温度が８８０℃超では焼成時に銀または銀含有導体が軟化し配線パターンや貫通導体の形状が保持できなくなるおそれがあり、より好ましくは８７０℃以下である。
【００３１】
本発明の組成物は、９００℃以下の温度で焼成しても緻密な焼成体が得られるものであることが好ましい。このようなものであると、銀ペースト等の導体材料と９００℃以下の温度で同時焼成できる。
【００３２】
本発明の組成物は、質量百分率表示で、本発明のガラスの粉末を２５〜５５％、セラミックスフィラーを４５〜７５％含有することが好ましい。本発明のガラスの粉末の含有量が２５％未満であると焼成によって緻密な焼成体を得ることが困難になるおそれがあり、好ましくは３５％以上である。また、ガラスの粉末の含有量が５５％超であると強度が不足するおそれがあり、好ましくは５０％以下、より好ましくは４５％以下である。
【００３３】
セラミックスフィラーは発光素子搭載基板の強度を高くする成分である。その含有量は、より好ましくは５０％以上、特に好ましくは５５％以上である。セラミックスフィラーの含有量が７５％超であると、焼成によって緻密な焼成体を得ることが困難になる、または発光素子搭載基板表面の平滑性が損なわれるおそれがあり、好ましくは６５％以下である。
【００３４】
本発明の組成物は、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分として無機物粉末、たとえば耐熱顔料などを含有することができる。その場合、当該その他の成分の含有量は、典型的には合計で５％以下ある。
【００３５】
本発明の組成物の成分であるセラミックスフィラーは、典型的にはアルミナ粉末である。アルミナ粉末を含有することによって発光素子搭載基板の強度を高くすることができる。発光素子搭載基板の強度を高くするためにはアルミナ粉末を３０％以上含有することが好ましい。
また、後述する発光素子搭載基板の反射率を特に高くしたい場合には、本発明の組成物は、屈折率が２を越える高屈折率セラミックスの粉末を含有することがより好ましい。高屈折率セラミックスとしては、たとえばチタニア、ジルコニアが挙げられる。反射率を高くしたい場合には、ジルコニア粉末の含有量は５％以上であることが好ましく、１０％以上がより好ましい。この場合、アルミナ粉末を３０％以上含有することが好ましい。
【００３６】
セラミックスフィラーの５０％粒径（Ｄ５０）は０．５〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．５μｍ未満では、たとえばグリーンシート中に粉末を均一に分散させることが困難になる、または粉末が凝集しやすくなって取り扱いにくくなる。Ｄ５０は、より好ましくは１μｍ以上である。Ｄ５０が５μｍ超では、緻密な焼成体が得にくくなり、より好ましくは３μｍ以下である。
【００３７】
本発明の組成物の成分である本発明のガラスの粉末は、通常、溶融法によって得られたガラスを粉砕して製造される。粉砕の方法は、本発明の目的を損なわないものであれば限定されず、乾式粉砕でもよいし湿式粉砕でもよい。湿式粉砕の場合には溶媒として水を用いることが好ましい。また粉砕にはロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を適宜用いることができる。ガラスは粉砕後、必要に応じて乾燥され、分級される。
【００３８】
本発明の組成物の成分である本発明のガラスの粉末のＤ５０は、０．５〜５μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．５μｍ未満では、たとえばグリーンシート中にガラスの粉末を均一に分散させることが困難になる、また粉末が凝集しにくくなって、取り扱いにくくなる。Ｄ５０はより好ましくは１μｍ以上である。Ｄ５０が５μｍ超では、緻密な焼成体が得にくくなり、より好ましくは３μｍ以下である。
【００３９】
本発明における発光素子搭載基板には、放熱などの目的で１個以上の貫通導体が設けられており、その貫通導体の少なくとも１個の上にＬＥＤ素子が実装されている。
そして、通常、その貫通導体は熱伝導率が高い銀が主成分である銀導体からなり、同時焼成は９００℃以下で行われることが好ましい。銀導体が用いられるのは、銀は熱伝導率が高く放熱性に優れるからである。
貫通導体は、典型的には、前記グリーンシートの所定の位置に穴を形成して銀ペーストなど導体ペーストを充填したものを積層して焼成する方法によって形成することができる。この場合、貫通導体およびそれを形成するための導体ペーストは、熱伝導率を高くするために導体以外の無機成分を含有しないことが好ましい。
【００４０】
本発明の発光素子搭載基板の発光素子搭載部にサーマルビアが設けられる場合、サーマルビアの導体は発光ダイオード素子が実装されている面から突き出ていることが好ましい。サーマルビアの導体が発光素子搭載基板表面に対して凹になっていると、サーマルビアの導体と発光ダイオード素子との間に隙間が生じ、または接着剤層が厚くなり、発光ダイオード素子からの熱をサーマルビアの導体に効率的に放出することができなくなるからである。サーマルビアの導体の突き出し量は、０〜５μｍであることが好ましい。突き出し量が５μｍを超えサーマルビアの導体が大きく凸になっていると、発光ダイオード素子と発光素子搭載基板の間に隙間が生じて多量の接着剤を使用するために放熱性が低下する、また実装するときに発光ダイオード素子が傾いてしまって、所定の位置への取り付けが難しくなることがあるからである。
【００４１】
本発明のガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は、５５０〜７００℃であることが好ましい。Ｔｇが５５０℃未満であると、グリーンシート中の有機物バインダ（樹脂）を除去しにくくなり、７００℃超であると、焼成時の収縮開始温度が高くなり、発光素子搭載基板の寸法精度が低下するおそれがある。
【００４２】
本発明のガラスは、典型的には８５０〜９００℃で焼成したときに分相が生じるものであることが好ましい。分相が生じるものでなければ、焼成体の機械的強度が低くなるおそれがある。なお、ここでいう分相が生じるものとは、Ｘ線回折で結晶を検出することは困難であるが、高分解能の電子線顕微鏡で観察すると化学組成の異なる相の存在を確認できるものが典型的である。
【００４３】
次に、本発明のガラスの成分について説明する。なお、以下では特に断らない限りガラス組成はモル百分率で表示する。
ＳｉＯ２はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。ＳｉＯ２が５７％未満では安定なガラスを得にくくなり、または化学的耐久性が低下する。耐酸性を高くしたい場合などには、ＳｉＯ２は好ましくは５８％以上、より好ましくは５９％以上、特に好ましくは６０％以上である。ＳｉＯ２が６５％超ではガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは６４％以下、より好ましくは６３％以下である。
【００４４】
Ｂ２Ｏ３はガラスのネットワークフォーマであり、必須である。Ｂ２Ｏ３が１３％未満ではガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは１４％以上、より好ましくは１５％以上である。Ｂ２Ｏ３が１８％超では安定なガラスを得にくくなる、または化学的耐久性が低下するおそれがあり、好ましくは１７％以下、より好ましくは１６％以下である。
【００４５】
Ａｌ２Ｏ３はガラスの安定性、化学的耐久性または強度を高める成分であり、必須である。Ａｌ２Ｏ３が３％未満ではガラスが不安定となり、好ましくは４％以上、より好ましくは５％以上である。Ａｌ２Ｏ３が８％超ではガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎ、好ましくは７％以下、より好ましくは６％以下である。
【００４６】
ＣａＯはガラスを安定化させる、ガラス溶融温度を低下させる、また焼成時に結晶を析出しやすくする成分であって必須であり、また、ガラスのＴｇを低下させる場合もある。ＣａＯが９％未満ではガラス溶融温度が高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは１０％以上である。ガラスを溶融しやすくしたい場合などには、ＣａＯは好ましくは１２％以上、より好ましくは１３％以上、特に好ましくは１４％以上である。ＣａＯが２３％超ではガラスが不安定になるおそれがあり、好ましくは２２％以下、より好ましくは２１％以下、特に好ましくは２０％以下、典型的には１８％以下である。
【００４７】
Ｎａ２ＯおよびＫ２ＯはＴｇを低下させる成分であり、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。その合計（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が０．５％未満では、ガラス溶融温度またはＴｇが高くなりすぎるおそれがあり、好ましくは０．８％以上である。Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計量が６％超では化学的耐久性、特に耐酸性が悪化するおそれがある、または焼成体の電気絶縁性が低下するおそれがあり、好ましくは５％以下、より好ましくは４％以下である。
【００４８】
貫通導体が凸状になることを防止または抑制したい場合、あるいは強度または化学的耐久性を高くしたい場合などには、ＣａＯを１７％以下、Ａｌ２Ｏ３を４〜７モル％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計を４％以下とすることが好ましい。
本発明のガラスは、本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。当該その他の成分を含有する場合、それらの成分の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。
【００４９】
たとえば、ガラス融液の粘性を低下させる等の目的でＴｉＯ２を含有してもよい場合があり、その場合のＴｉＯ２の含有量は３％以下であることが好ましい。また、ガラスの安定性を向上する等の目的でＺｒＯ２を含有してもよい場合があり、その場合のＺｒＯ２の含有量は３％以下であることが好ましい。
なお、本発明のガラスは鉛酸化物は含有しないことが好ましい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００５１】
表１の例１〜６、および表２の例１０〜１５においては、ＳｉＯ２からＺｒＯ２までの欄にモル％で示す組成となるように原料を調合、混合し、この混合された原料を白金ルツボに入れて１５５０〜１６００℃で６０分間溶融後、溶融ガラスを流し出し冷却した。得られたガラスを、アルミナ製ボールミルでエチルアルコールを溶媒として、２０〜６０時間粉砕してガラスの粉末を得た。
【００５２】
例２〜５は本発明の実施例であり、例１０〜１５は比較例である。例１、６は参考例である。例７〜９も本発明の実施例であるが、先に述べたようなガラスの粉末の作製は行わなかった。
【００５３】
各ガラスの粉末（例１〜６、および例１０〜１５）のＤ５０（単位：μｍ）を、島津製作所社製ＳＡＬＤ２１００を用いて測定したが、いずれも２．５μｍであった。
また、各ガラスの粉末のＴｇ（単位：℃）、および軟化点Ｔｓ（単位：℃）を、マックサイエンス社製熱分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ２０００）を用いて、昇温速度１０℃／分の条件で１０００℃まで、それぞれ測定した。表中のＴｇ、およびＴｓの欄に「＊」と記載したものは、これらの方法によってはＴｇまたはＴｓを測定できなかったことを示す。なお、表中に括弧で示したものは組成から推定した値であり、後述するＨおよび抗折強度についても同様である。
【００５４】
質量百分率表示で、各ガラス粉末４０％と昭和電工社製アルミナフィラーＡＬ−４５Ｈを６０％の割合で混合した粉末５０ｇに有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル）２．５ｇ、および樹脂（デンカ社製ポリビニルブチラールＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇと分散剤（ビックケミー社製ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ１８０）を混合してスラリーとした。このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法を利用して塗布し、塗膜を乾燥して厚さが０．２ｍｍのグリーンシートを得た。
【００５５】
ビアペースト（導体ペースト）は、導電性粉末（大研化学工業社製の平均粒子径５μｍの球状銀粉末）およびビヒクル（エチルセルロース）を質量比８５：１５の割合で調合し、固形分の濃度が質量百分率表示で８５％となるように溶剤（αテレピネオール）に分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って作製した。
【００５６】
前記で得たグリーンシートに孔空け機を用いて、直径０．３ｍｍの孔をあけ、ビアホールを形成した。ビアホール内に、スクリーン印刷法により上記調合で作製したビアペーストを充填した。次いで、得られたグリーンシートを６枚積層し、５５０℃に５時間保持して樹脂成分を分解除去した後、８７０℃に３０分保持して焼成を行った。得られた焼成体（発光素子搭載基板）を電子顕微鏡（日立ハイテック社製Ｓ３０００Ｈ）によって観察し、導体ビアすなわち貫通導体の凸状高さを５点で計測した。これら５点の計測結果の平均値を表１および表２のＨの欄に示す（単位：μｍ）。Ｈは５μｍ以下であることが好ましい。Ｈが５μｍ超ではＬＥＤチップを実装する時に傾いてしまい、光量が低下してしまうおそれがある。
【００５７】
抗折強度は次のような方法で測定した。すなわち、前記で得られたグリーンシートを６枚積層し、５５０℃に５時間保持して樹脂成分を分解除去した後、８７０℃に３０分保持する焼成を行って抗折強度測定用焼成体を作製した。この焼成体を切断して厚さが約０．８５ｍｍ、幅が５ｍｍの短冊状に加工したもの１０枚を用いて３点曲げ強度を測定した（測定装置：インストロン社製、INSTRON 856I）。スパンは１５ｍｍ、クロスヘッドスピードは０．５ｃｍ／分とした。これら測定結果を表１、および表２の強度の欄に示す（単位：ＭＰａ）。抗折強度は２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
例２と同じガラス粉末と前記アルミナ粉末ＡＬ−４５Ｈと第一稀元素化学工業社製ジルコニア粉末ＨＳＹ-３Ｆ-Ｊとを、表３のガラス粉末欄、アルミナ粉末欄、ジルコニア粉末欄に質量百分率表示で示した割合で混合した混合粉末を用いて前記と同じ方法でグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートを６枚積層し、５５０℃に５時間保持して樹脂成分を除去した。その後、例２Ａは８８５℃に３０分、例２Ｂ、例２Ｃ、例２Ｄ、および例２Ｅは８７５℃に３０分保持する焼成を行って焼成体を作製し、前記の方法で抗折強度を測定した。これら測定結果を例２の結果とあわせて表３の強度の欄に示す（単位：ＭＰａ）。この結果から、例２のガラスを用いて抗折強度を２５０ＭＰａ以上にしたい場合は、本発明の組成物が、質量百分率表示で、ガラスの粉末を２５〜５５％、セラミックスフィラーを４５〜７５％含有することが好ましいことがわかる。
【００６１】
また、反射率は、次のような方法で測定した。前記で得られたグリーンシートを積層して焼成し、一辺が３０ｍｍ程度の正方形で、かつ厚みが３００μｍ程度の各焼成体を得た。得られた焼成体の反射率を、オーシャンオプティクス社製分光器ＵＳＢ２０００とオーシャンオプティクス社製小型積分球ＩＳＰ−ＲＦを用いて測定し、硫酸バリウム標準板の反射率を１００として光波長４６０ｎｍにおける反射率（単位：％）を算出した。結果を表３に示す。
発光素子搭載基板の厚みを薄くしたいなどの使用条件がある場合、反射率は８５％以上であることが好ましい。例２Ｃでは、高い反射率が得られた。反射率が８５％未満では、発光素子搭載基板の厚みを薄くしたときに光のもれが大きくなるおそれがある。
【００６２】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を用いた発光装置は、高輝度（ＨＢ）光ダイオードバックライト、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ用途を含む照明デバイスの用途に好適であり、特には携帯電話や大型液晶ＴＶ等のバックライトに利用できる。
なお、２００８年４月１８日に出願された日本特許出願２００８−１０８９５３号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１ ：絶縁基板
１ａ、１ｂ：主面
３ａ、３ｂ：接続端子
５ ：外部電極端子
７ ：通電用ビア導体
９ ：搭載部
１０：サーマルビア（貫通導体）
２１：ＬＥＤ素子
２３：ボンディングワイヤ
２５：発光装置
２９：接着剤
３１：モールド材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項２】
モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１５〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項３】
前記セラミックスフィラーが、アルミナ粉末である請求項１または２記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項４】
前記セラミックスフィラーが、アルミナ粉末およびジルコニア粉末を含有する請求項３記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項５】
質量百分率表示で、前記ガラス粉末を２５〜５５％、前記セラミックスフィラーを
４５〜７５％含有する請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項６】
質量百分率表示で、アルミナ粉末を３０％以上含有する請求項５記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項７】
質量百分率表示で、ジルコニア粉末を５％以上含有する請求項６記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼結して得られた発光素子搭載基板。
【請求項９】
請求項８記載の発光素子搭載基板に発光素子を搭載した発光装置。
【請求項１】
モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１４〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項２】
モル百分率表示でＳｉＯ２を５７〜６５％、Ｂ２Ｏ３を１５〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ２Ｏ３を３〜８％、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を合計で３〜６％でかつＮａ２Ｏを２％以上含有し、鉛酸化物を含有しないガラス粉末と、セラミックスフィラーとを含有する発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項３】
前記セラミックスフィラーが、アルミナ粉末である請求項１または２記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項４】
前記セラミックスフィラーが、アルミナ粉末およびジルコニア粉末を含有する請求項３記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項５】
質量百分率表示で、前記ガラス粉末を２５〜５５％、前記セラミックスフィラーを
４５〜７５％含有する請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項６】
質量百分率表示で、アルミナ粉末を３０％以上含有する請求項５記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項７】
質量百分率表示で、ジルコニア粉末を５％以上含有する請求項６記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の発光素子搭載基板用ガラスセラミックス組成物を焼結して得られた発光素子搭載基板。
【請求項９】
請求項８記載の発光素子搭載基板に発光素子を搭載した発光装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−２２９１６０（Ｐ２０１２−２２９１６０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６９１６４（Ｐ２０１２−１６９１６４）
【出願日】平成２４年７月３１日（２０１２．７．３１）
【分割の表示】特願２０１０−５０８１７３（Ｐ２０１０−５０８１７３）の分割
【原出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月３１日（２０１２．７．３１）
【分割の表示】特願２０１０−５０８１７３（Ｐ２０１０−５０８１７３）の分割
【原出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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