発光素子用連結基板および発光装置連結基板
【課題】熱放散性に優れ、分割が容易な発光素子用連結基板並びに発光装置連結を提供する。
【解決手段】複数の発光素子用配線基板３が分割領域を挟んで縦横の並びに整列した発光素子用連結基板１において、前記発光素子用配線基板３が、焼結金属からなる平板状の金属基体５と、該金属基体５の上面に形成された発光素子３７を搭載する搭載部７と、前記金属基体５を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体９と、前記金属基体５と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体９の内側を厚み方向に貫通する貫通導体１１と、該貫通導体１１と電気的に接続されるとともに前記金属基体５と絶縁され前記搭載部７の周囲に設けられた配線１３とを備え、前記分割領域２１に前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に沿って細長い空洞１９を設けたことを特徴とする。
【解決手段】複数の発光素子用配線基板３が分割領域を挟んで縦横の並びに整列した発光素子用連結基板１において、前記発光素子用配線基板３が、焼結金属からなる平板状の金属基体５と、該金属基体５の上面に形成された発光素子３７を搭載する搭載部７と、前記金属基体５を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体９と、前記金属基体５と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体９の内側を厚み方向に貫通する貫通導体１１と、該貫通導体１１と電気的に接続されるとともに前記金属基体５と絶縁され前記搭載部７の周囲に設けられた配線１３とを備え、前記分割領域２１に前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に沿って細長い空洞１９を設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用連結基板おならびに発光装置連結基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを用いた発光装置は非常に発光効率が高く、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きたが、近年では、ＬＥＤ発光装置の高輝度化に伴い、大型液晶ディスプレイのバックライトや、各種インテリア照明など、より広い分野に展開されている。
【０００３】
しかしながら、発光素子の輝度が向上するとともに、発光装置から発生する熱も増加している。発光素子の輝度低下を防止するためには、ＬＥＤ素子から熱を速やかに放散することが可能な高放熱性の発光素子用配線基板が必要となっている（例えば特許文献１、２を参照。）。
【０００４】
このような要求に対し、本出願人は、焼結金属を主体とした発光素子用配線基板を提案した。このように焼結金属を主体とした発光素子用配線基板は放熱性を向上することができるとともに、立体的な配線回路を形成することができるため、放熱性に優れ、しかも小型の発光素子用配線基板を容易に提供することができる。
【０００５】
ところで、従来、小型の基板を作製する場合には取扱い性や生産性を向上させるために、複数の基板が集合した連結基板に分割溝を設け、めっき処理や素子を実装するなどした後で、個片に分割することが行われている（例えば、特許文献３、４を参照。）。
【特許文献１】特許第３２５３２６５号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７６００号公報
【特許文献３】特許第００３３３０１０４号公報
【特許文献４】特公平７−７７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した金属を主体とする発光素子用配線基板は、特許文献３に記載されたセラミックスを主体とする発光素子用配線基板に比べ、延性が高いため、連結基板に分割溝を形成しても容易に分割しにくく、分割性の改善が望まれている。
【０００７】
従って本発明は、焼結金属を主体とし、熱放散性に優れた発光素子用配線基板を容易に提供できる分割性に優れた発光素子用連結基板ならびに、この発光素子用連結基板に発光素子を搭載した発光装置連結基板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】
【０００８】
本発明の発光素子用連結基板は、複数の発光素子用配線基板が分割領域を挟んで縦横の並びに整列した発光素子用連結基板において、前記発光素子用配線基板が、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の上面に形成された発光素子を搭載する搭載部と、前記金属基体を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を厚み方向に貫通する貫通導体と、該貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され前記搭載部の周囲に設けられた配線とを備え、前記分割領域に前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に沿って細長い空洞を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部が形成されていることが望ましい。
【００１０】
そして、前記分割領域において、前記空洞が上下に重なって複数形成されていることが望ましい。
【００１１】
そしてまた、前記分割領域の表面に分割溝が形成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明の発光装置連結基板は、以上説明した発光素子用連結基板の前記搭載部に発光素子が搭載されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光素子用配線基板は、基体を焼結金属で形成することにより、樹脂モールド基板やセラミック基板などよりも高い熱伝導率を有し、発光素子から発生する熱を基体全体から効率良く、速やかに系外へ放散することができ、発光素子が過剰に加熱されることを防止できる。そのため輝度低下防止あるいは、さらなる高輝度化が可能となる。しかも金属基体に、絶縁体を介して電気的に絶縁された配線を表面に形成し、更に前記金属基体に貫通して設ける事で、多層化が可能となり複雑な配線設計への対応や基板の小型化が可能となる。また、前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に細長い空洞が形成された分割領域が形成されているため、本発明のようなセラミックに比べ延性の高い金属を用いた場合でも、特殊な装置を使うことなく容易に分割することができる。
【００１４】
さらに、前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部を形成することで、発光素子搭載部と前記配線とを取り囲むように金属からなる反射部を形成することになり、金属基体からだけでなく反射部からも発光素子が生じる熱を放散することができる。そして反射部によって発光素子を保護できるとともに、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。また、反射部により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、高輝度化を実現することができる。さらに、金属基体および反射部が焼結金属から成ることにより、金属基体と貫通絶縁体と貫通導体と配線と反射部とを同時焼成にて作製することができ、これによりコストを低減することができる。
【００１５】
そして、前記分割領域において、前記空洞が上下に重なって複数形成することで、より分割を容易にし、分割時の金属基体の変形などを抑制し、歩留りを向上させることができる。
【００１６】
そしてまた、前記分割領域の表面に分割溝が形成することで、分割部のバリを減らすことができるため、さらに歩留りを向上させることができる。
【００１７】
以上説明した本発明の発光素子用連結基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置連結基板によれば、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、かつ分割歩留まりの良好な発光装置連結基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１（ａ）に示すように、本発明の発光素子用連結基板１は、複数個の発光素子用配線基板３が分割領域を挟んで縦横の並びに整列したものである。この発光素子用配線基板３は、例えば、図１（ｂ）に示すように、焼結金属からなる平板状の金属基体５と、この金属基体５の上面５ａに形成された、発光素子を搭載する搭載部７と、セラミックスからなり金属基体５を厚み方向に貫通する貫通絶縁体９と、金属基体５と電気的に絶縁されるとともに貫通絶縁体９を厚み方向に貫通する貫通導体１１と、貫通導体１１と電気的に接続されるとともに金属基体５と絶縁され搭載部７の周囲に設けられた配線１３とを備える。
【００１９】
また、発光素子用配線基板３の下面には、発光素子用配線基板３を外部配線基板に接続するための外部接続端子１５が設けられている。さらに、発光素子用配線基板３の基板領域１７の全周に細長い空洞１９を設けることにより、分割領域２１が形成されている。
【００２０】
そして、本発明の発光素子用連結基板１においては、発光素子用配線基板３を構成する金属基体５、貫通絶縁体９、貫通導体１１、配線１３、および外部接続端子１５が同時焼成されている。
【００２１】
本発明の発光素子用連結基板１によれば、金属基体５の材料として焼結金属を用いるとともに、金属基体５を貫通するように貫通絶縁体９および貫通導体１１を設けることが重要である。すなわち、金属基体１の材料として焼結金属を用いることにより、樹脂モールド基板やセラミック基板よりも高い放熱性を確保し、発光素子から発生する熱を発光素子用配線基板３全体から効率よく放出することができる。
【００２２】
また、発光素子用配線基板３の基板領域１７の全周に細長い空洞１９を設けた分割領域２１を形成することが重要である。空洞１９を設けることにより、特殊な装置を使うことなくチョコレートブレイクによって発光素子用連結基板１から個々の発光素子用配線基板３へと容易に分割することができる。
【００２３】
そしてまた、金属基体５と、貫通絶縁体９および貫通導体１１を同時焼成することが重要である。これらを同時焼成することにより、発光素子用配線基板３の多層化、配線設計の多様化、小型化を低コストで実現することができる。
【００２４】
空洞１９の断面形状は、特に限定されるものではないが、光素子用連結基板１の主面側に角が向けられた三角形や菱形であることが望ましい。これにより、分割部に応力が集中しやすくなり、より分割が容易となる。
【００２５】
そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、金属基体５に有底穴２３を設け、この有底穴２３の底面に発光素子搭載部７が形成されていることが望ましい。有底穴２３の底面２３ａに前記搭載部７を形成することで、有底穴２３の内壁面が発光素子搭載部７と配線１３とを取り囲むように反射部２５を形成することになり、金属基体５からだけでなく反射部２５からも発光素子が生じる熱を放散することができる。また、反射部２５によって発光素子を保護できるとともに、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。そして、反射部２５により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、より輝度を高めることができる。さらに、反射部２５は金属基体５、貫通絶縁体９、貫通導体１１、および配線１３と同時焼成にて作製することができるため、別途作製した金属反射部を接着剤等で金属基体に接続する場合よりも工程数を減らし、コストを低減することができる。
【００２６】
さらに、図３に示すように、分割領域２１において空洞１９が上下に重なって複数形成されていることが望ましい。空洞１９が上下に重なって形成されることにより、より分割を容易にし、分割時の金属基体５の変形を抑制し、歩留りを向上させることができる。
【００２７】
そしてまた、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、分割領域２１の表面に分割溝２７を形成することが望ましい。分割領域２１表面に分割溝２７を形成することにより、より分割を容易にし、金属基体５表面に生じるバリを防ぐことができる。ここで、分割溝２７の断面は、Ｖ字形状であることが望ましい。Ｖ字形状にすることにより、分割部に応力が集中し、より分割が容易となる。
【００２８】
また、図５に示すように、金属基体５と貫通絶縁体９との境界は、クラックの発生や隙間の発生が起こりやすいことから、被覆絶縁層２９で覆うことが望ましい。なお、この被覆絶縁層２９は貫通導体１１を露出させて配線１３と接続させるため、例えばリング状に形成されている。この被覆絶縁層２９は貫通絶縁体９との接合性を考慮すれば、貫通絶縁体９と同様の組成物で作製することが望ましい。
【００２９】
また、前記金属基体５の発光素子搭載部７が形成された側の主面５ａに金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。また、反射部２５にも金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。これにより、発光素子から出た光が金属めっきによく反射され、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。本発明では、金属めっきを施す面が焼結金属で形成されているため、樹脂モールド基板やセラミック基板のようにめっき形成部位への金属層の転写や印刷等を行う必要がなく、工程を簡略化することができる。
【００３０】
この金属めっきは、反射率の点からＡｇめっきとすることが望ましく、安価である点ではＮｉメッキが望ましい。
【００３１】
そして、前記金属基体５が、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。ＷおよびＭｏは高融点金属であるため１３００〜１６００℃程度の高温焼成セラミックスと同時焼成することができる。さらに、熱膨張率が絶縁層を形成するセラミックスに近いため信頼性の高い発光素子用配線基板を作製することができる。また、Ｃｕは熱伝導率が高く、特に放熱性に優れている。また、例えば、貫通絶縁体３としていわゆるガラスセラミックスを用いて、Ｃｕの含有率を高めた場合には、１０００℃程度の低い温度で発光素子用配線基板１３を焼成することもできる。また、これらの金属を組み合わせることにより、所望の熱伝導率や熱膨張率をもつ金属基体１を形成することができる。特に放熱性の観点から、金属基体５の熱伝導率が、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。これにより、良好な放熱性を実現することができ、発光素子から生じる熱を速やかに放散することができる。
【００３２】
また、貫通導体１１や配線１３が、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。これにより電気抵抗の低い貫通導体１１や配線１３を形成できる為、優れた電気特性を有する発光素子用配線基板３を得ることができる。また、他にも多少高価ではあるが、金属基体５や貫通導体１１および配線１３としてＡｌ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔなどの金属を用いることができるのは言うまでもない。
【００３３】
また、貫通絶縁体９ならびに被覆絶縁層２９が、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、カルシア、窒化アルミニウム、窒化珪素、そしてガラスセラミックスのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。絶縁性の優れたこれらの材料を用いることにより、貫通絶縁体９ならびに被覆絶縁層２９が薄くても貫通導体１１や配線１３が金属基体５と充分に絶縁をとることが可能となり、貫通絶縁体９ならびに被覆絶縁層２９を高密度で形成する事ができ、さらに金属基体５との同時焼成も容易となる。
【００３４】
また、金属基体５は多層であってもよく、反射部２５には傾斜が設けられていても良い。
【００３５】
そして、例えば、発光素子用配線基板３の内部で平面方向に回路が延設されていてもよい。この場合は発光素子用配線基板３の内部に平面方向に延設された内部配線は金属基体５と絶縁する必要があるため、貫通導体１１との接続部を除いた周囲を内部絶縁層で取り囲むことが重要である。この内部絶縁層は貫通絶縁体９と同様の組成とすることが望ましい。また、内部配線は貫通金属体９や配線１３と同様の組成とすることが望ましい。
【００３６】
そして、例えば図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、以上説明した本発明の発光素子用連結基板１を構成する個々の発光素子用配線基板３の発光素子搭載部７に、金属や樹脂からなる接続層（図示せず）を介して発光素子３７を搭載し、この発光素子３７の端子（図示せず）と、配線１３とをボンディングワイヤ３９で接続し、発光素子３７、配線１３、およびボンディングワイヤ３９をモールド材などの透光性の樹脂４１で覆うことで、本発明の発光装置連結基板４３となる。
【００３７】
次いで、この発光装置連結基板４３を分割領域２１にて分割することにより個々の発光装置４５が得られ、発光素子３７に給電することにより光を生じる。このとき、金属基体５の熱伝導率が高いため、発光素子３７からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。また、発光素子３７を有底穴２３内に搭載することにより、発光素子３７を保護することができ、かつ、発光素子３７の放射する光を金属基体５や反射部２５に反射させて光の取り出し効率を高めることができるため、高効率の発光装置４５を実現することができる。
【００３８】
なお、図２に示した例では、発光素子３７は、接続層により発光素子用配線基板３に固定され、電力の供給はボンディングワイヤ３９によりなされているが、発光素子用配線基板３との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。
【００３９】
また、発光素子３７は、モールド材４１により被覆されているが、モールド材４１を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、モールド材４１と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子３７を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。
【００４０】
また、発光素子３７を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材４１に発光素子３７が放射する光を波長変換するための蛍光体（図示せず）を添加してもよい。
【００４１】
また、発光素子３７の熱を金属基体５に効率よく伝達するという観点から、接続層として半田、インジウム、ＡｕＳｎ合金などの金属を用いることが望ましい。
【００４２】
なお、本発明においてもヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。
【００４３】
次に、本発明における発光素子用連結基板１の製造方法について、図８〜図１２を用いて具体的に説明する。
【００４４】
まず以下に説明するように、焼成することによって金属基体５となる金属シート１０１と貫通絶縁体９となるセラミックグリーンシート１０３および貫通金属体１１となる導体ペースト１０５を予め、作製する。また、必要に応じセラミックペースト１０７を作製する。
【００４５】
金属シート１０１は、金属粉末と樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整した金属スラリーから、従来周知のドクターブレード法などによりシート上に形成される。なお、金属スラリーには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
【００４６】
また、セラミックグリーンシート１０３も、セラミック粉末、樹脂および溶剤などから形成されるセラミックスラリーからドクターブレード法などによりシート状に形成される。
【００４７】
金属シート１０１並びにセラミックグリーンシート１０３に用いるセラミック粉末、金属粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
【００４８】
また、望ましくはＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とする導体ペースト１０５を作製する。金属粉末、樹脂および溶剤を所定の割合で混合し、溶剤を減圧過熱等によって除くことにより作製される。また、導体ペースト１０５は必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
【００４９】
そして、セラミックペースト１０７は導体ペースト１０５と同様にセラミック粉末、樹脂および溶剤を混合し、溶剤を除くことによって作製される。
【００５０】
導体ペースト１０５およびセラミックペースト１０７に用いる金属粉末、セラミック粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
【００５１】
まず、図８（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート１０３にマイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホール１０９を形成し、図８（ｂ）に示すように、このビアホール１０９に導体ペースト１０５を印刷等により埋め込んで貫通導体成形体１０５ａを形成し、導体埋め込みシート１１１を作製する。
【００５２】
また、図８（ｃ）に示すように、打ち抜き穴１１３を具備する金型１１５の上面に、金属シート１０１を配置し、図８（ｄ）に示すように、押し金型１１７で金属シート１０１を打ち抜く。
【００５３】
さらに図９（ａ）に示すように打ち抜いた金属シート１０１の上に、予めセラミックグリーンシート１０３に導体ペースト１０５を埋め込んでおいた導体埋め込みシート１１１を配置し、図９（ｂ）に示すように、押し金型１１７で導体埋め込みシート１１１を打ち抜くと同時に、導体埋め込みシート１１１の一部を金属シート１０１に形成された穴に挿入した。金属シート１０１と導体埋め込みシート１１１の不要な部分を除去することにより、図９（ｃ）に示すような焼成後に貫通導体１１や貫通絶縁体９および金属基体５となる複合成形体１１９を作製することができる。なお、金属シート１０１とセラミックグリーンシート１０３は略同一厚みであることが望ましい。
【００５４】
そして、例えば、図９（ｄ）に示すように、この複合成形体１１９の表面に配線用導体ペースト１２１を印刷等により形成することで、焼成後に配線１３となる配線成形体１２３を形成することができる。また、導体ペーストによって形成された配線成形体１２３は、例えば焼成後に外部接続端子１５や内部配線３１とすることもできることはいうまでもない。ここで、配線用導体ペースト１２１は、導体ペースト１０５と同じペーストを用いることもできるし、導体ペースト１０５と同様の方法で違う組成のペーストを別途作製してもよい。
【００５５】
また、この配線成形体１２３は貫通絶縁体９と貫通導体１１との境界にクラックや隙間が発生することを抑制するために、セラミックグリーンシート１０３と貫通導体成形体１０５ａとの境界を覆うように形成することが望ましい。
【００５６】
そして、例えば、図１０（ａ）に示すように、配線成形体１２３を形成する前に、図９（ｃ）で作製した複合成形体１１９の表面にセラミックペースト１０７を塗布して、焼成後に被覆絶縁層２９となる被覆絶縁層成形体１２７を、貫通導体成形体１０５ａを露出させるとともに金属シート１０１とセラミックグリーンシート１０３との境界を覆うように形成することが望ましい。これにより、金属基体５と貫通絶縁体９との境界にクラックや隙間が発生することを抑制することができる。なお、貫通導体成形体１０５ａを露出させるためには、被覆絶縁層成形体１２７をリング状あるいはドーナツ状に形成すればよい。
【００５７】
そしてさらに、図１０（ｂ）に示すように、貫通導体成形体１０５ａと接続させ、金属シート１０１と接続しないように配線成形体１２３を形成することで、被覆絶縁層成形体１２７と配線成形体１２３とを備えた複合成形体１１９を作製することができる。
【００５８】
なお、例えば配線成形体１２３や被覆絶縁層成形体１２７を備えた複数の複合成形体１１９を積層した場合には配線成形体１２３は焼成後に内部配線３１となる場合があり、また、被覆絶縁層成形体１２７は焼成後に内部絶縁層３３となる場合がある。
【００５９】
次に、空洞１９および分割溝２７の形成方法について説明する。図１１（ａ）に示すように以上のようにして作製した複合成形体１１９に、焼成後に基板領域２１となる領域の全周に、金属刃によって分割領域溝１２５を設けたのち、図１１（ｂ）に示すように、分割領域溝１２５が内部に空洞を形成するようにして各複合成形体１１９を積層した。このとき、積層によって内層に設けられた分割領域溝１２５は、焼成後に空洞１９となり、表層に設けられた分割領域溝１２５は、焼成後に分割溝２７となる。このとき、例えば、鋭角の金属刃を用いた場合は、Ｖ字形状の分割領域溝１２５を形成することができ、回転刃を用いた場合は、矩形や底部に曲率を持った分割領域溝１２５を形成することができる。
【００６０】
また、最表層となる第１層複合成形体１１９以外のすべての複合成形体１１９（第２層〜第ｎ層）を積層し、この積層体の第２層から第（ｎ−１）層まで貫通する分割領域溝１２５を形成した後に、第１層を積層することにより、焼成後に空洞１９を形成することができる。さらに第１層の表と第ｎ層の裏に焼成後に分割溝２７となる分割領域溝１２５を形成することも可能である。以上のように分割領域溝１２５を形成する工程と積層工程を組み合わせることにより、所望の形状の空洞１９や分割溝２７を形成することが可能である。
【００６１】
次に有底穴２３の形成方法について説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、焼成後に有底穴２３となるように、金属シート１０１に貫通孔１２９を設け、有穴成形体１３１を作製し、図１２（ｂ）に示すように、この有穴成形体１３１と図１１（ａ）に示す複合成形体１１９とを積層し、焼成することで有底穴２３を有する発光素子用配線基板３が複数連結してなる発光素子用連結基板１を作製することができる。
【００６２】
なお、反射部２５は、図１（ａ）に示すように金属基体に対して垂直に配設されていてもよいし、図２のように傾斜を有するように配設されてもよい。反射部２５が垂直な場合は、通常の金型で打ち抜いて作製すればよく、また、反射部２５が傾斜を有する場合は、例えばパンチの外径よりもダイスの内径が０．０５〜１ｍｍ程度大きな打ち抜き金型を用いて金属シート１０１を打ち抜き加工して作製することができる。
【００６３】
なお、貫通導体成形体１０５ａは金属シート１０１に複数形成してもよい。
【００６４】
そして、貫通絶縁体９や貫通導体１１の形状は、四角や角柱形状でも良いし、その他円形あるいは円柱形状など所望の形状にすることが可能である。
【００６５】
また、配線成形体１２３は、薄膜法により形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成することもできる。
【実施例】
【００６６】
純度９９％以上、平均粒径２．０μｍのＷ粉末を７０質量％と、純度９９％以上、平均粒径２．０μｍのＣｕ粉末を３０質量％で混合し、さらに成形用有機樹脂（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添加し、金属シートとなるスラリーを調整した。しかる後に、焼成後に厚みが０．２ｍｍとなるようにドクターブレード法にて金属シートを作製した。
【００６７】
また、純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＷ粉末７０質量％および純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＣｕ粉末３０質量％にアクリル系バインダおよび溶媒としてアセトンを混合したのち、減圧過熱によりアセトンを取り除いて導体ペーストを作製した。
【００６８】
また、原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を９０質量％と、純度９９％以上、平均粒子径１．３μｍのＭｎ２Ｏ３粉末を５質量％と、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ２粉末を５質量％の割合で混合して、金属シートと同様に、アクリル系バインダとトルエンを混合し、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Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、金属シートと略同一厚みのセラミックグリーンシートを作製した。
【００６９】
また、セラミックグリーンシートと同様の比率で、Ａｌ２Ｏ３粉末とＭｎ２Ｏ３粉末とＳｉＯ２粉末とを混合し、これにアクリル系バインダおよびアセトンを添加し、その後減圧過熱することにより溶剤を除き、セラミックペーストを作製した。
【００７０】
これらの部材を用いて、０．２ｍｍ×５層からなる外形寸法５０×１００×１ｍｍの本発明の発光素子用連結基板および本発明の範囲外の発光素子用連結基板を作製した。これらの発光素子用連結基板は、８行×１８列、合計１４４個の発光素子用配線基板を含む。個々の発光素子用配線基板の構造は外形５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ、有底穴φ３．０ｍｍ×０．４ｍｍである。
【００７１】
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、直径が２００μｍ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し、導体埋め込みシートを作製した。
【００７２】
ここで、焼成後に有底穴を形成する金属シートには、打抜き加工を施し、焼成後に直径３．０ｍｍとなるような穴を設けた。
【００７３】
そして、金属シートの所定箇所に貫通孔を形成し、金属シートにおける貫通孔形成部分を導体埋め込みシートから押圧することによって、導体埋め込みシートの一部を貫通孔内に嵌め込み、金属シートと導体埋め込みシートとを一体化し、複合成形体を形成した。
【００７４】
そしてまた、セラミックペーストを用いてスクリーン印刷により複合成形体の主面側、および対向面側に、金属シートとセラミックグリーンシートとの境界を覆うように被覆絶縁層成形体をリング状に形成した。なお、このとき複合成形体に設けられたビアホールに充填された貫通導体となる導体ペーストが露出するようにした。さらに、導体ペーストを配線用導体ペーストとしても用い、貫通導体成形体を覆うように、被覆絶縁層成形体上に、導体ペーストを印刷塗布し、焼成後に配線および接続端子となるように配線成形体を形成した。
【００７５】
以上のようにして得られた被覆絶縁層および配線成形体が形成された複合成形体に、次のように分割領域溝の形成と、積層を行い、発光素子用連結基板の成形体を作製した。
【００７６】
本発明の発光素子用連結基板は、金属刃を用いて上から第１層から第４層の複合成形体には表面に、第５層の複合成形体には裏面に、焼成後の深さが０．１ｍｍとなるような分割領域溝を設けた後、各層を位置あわせし、積層圧着して一体化した。
【００７７】
また、本発明の範囲外の発光素子用連結基板は、第１層から第５層の複合成形体を積層した後、比較例１は、最表面と最裏面にそれぞれ焼成後の深さが０．４ｍｍとなるような分割領域溝を設け、比較例２は、同様に最表面と最裏面にそれぞれ焼成後の深さが０．２５ｍｍとなるような分割領域溝を設けた。
【００７８】
そして、以上のようにして得られた発光素子用連結基板の成形体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１３００℃の最高温度で２時間焼成した。
【００７９】
その後、金属基体、配線、接続端子並びに外部電極端子の表面にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施し、図１に示すような本発明の発光素子用連結基板および比較例となる発光素子用連結基板を作製した。
【００８０】
これらの発光素子用連結基板に接続層として半田を用いて出力１．５Ｗの発光素子である□１ｍｍのＬＥＤ素子を発光素子搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤ素子と配線とを接続し、さらに、ＬＥＤ素子と配線とをエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置連結基板を得た。
【００８１】
得られた発光素子用連結基板について形状維持性と分割性の評価を行った。本発明の発光装置連結基板は、分割領域に沿って曲げ応力を負荷した結果、分割領域が破断し、容易に個片に分割することができた。
【００８２】
一方、本発明の範囲外である比較例１は、分割性は良好であったが、製造工程途中の焼成前の段階で、分割領域での分離が見られた。
【００８３】
また、比較例２は、製造工程中に分割領域で分離することはなかったが、分割領域に沿って曲げ応力を負荷しても分割できず、無理に分割すると、個々の発光素子用配線基板に変形が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】（ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図３】、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図４】ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図５】本発明の発光素子用連結基板の要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の発光装置連結基板の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光装置連結基板の断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の発光装置連結基板の他の形態の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光装置連結基板の他の形態の断面図である。
【図８】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・発光素子用連結基板
３・・・発光素子用配線基板
５・・・金属基体
７・・・搭載部
９・・・貫通絶縁体
１１・・・貫通導体
１３・・・配線
１５・・・外部接続端子
１７・・・基板領域
１９・・・空洞
２１・・・分割領域
２３・・・有底穴
２５・・・反射部
２７・・・分割溝
２９・・・被覆絶縁層
３７・・・発光素子
３９・・・ボンディングワイヤ
４１・・・モールド材
４３・・・発光装置連結基板
４５・・・発光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子用連結基板おならびに発光装置連結基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを用いた発光装置は非常に発光効率が高く、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きたが、近年では、ＬＥＤ発光装置の高輝度化に伴い、大型液晶ディスプレイのバックライトや、各種インテリア照明など、より広い分野に展開されている。
【０００３】
しかしながら、発光素子の輝度が向上するとともに、発光装置から発生する熱も増加している。発光素子の輝度低下を防止するためには、ＬＥＤ素子から熱を速やかに放散することが可能な高放熱性の発光素子用配線基板が必要となっている（例えば特許文献１、２を参照。）。
【０００４】
このような要求に対し、本出願人は、焼結金属を主体とした発光素子用配線基板を提案した。このように焼結金属を主体とした発光素子用配線基板は放熱性を向上することができるとともに、立体的な配線回路を形成することができるため、放熱性に優れ、しかも小型の発光素子用配線基板を容易に提供することができる。
【０００５】
ところで、従来、小型の基板を作製する場合には取扱い性や生産性を向上させるために、複数の基板が集合した連結基板に分割溝を設け、めっき処理や素子を実装するなどした後で、個片に分割することが行われている（例えば、特許文献３、４を参照。）。
【特許文献１】特許第３２５３２６５号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７６００号公報
【特許文献３】特許第００３３３０１０４号公報
【特許文献４】特公平７−７７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した金属を主体とする発光素子用配線基板は、特許文献３に記載されたセラミックスを主体とする発光素子用配線基板に比べ、延性が高いため、連結基板に分割溝を形成しても容易に分割しにくく、分割性の改善が望まれている。
【０００７】
従って本発明は、焼結金属を主体とし、熱放散性に優れた発光素子用配線基板を容易に提供できる分割性に優れた発光素子用連結基板ならびに、この発光素子用連結基板に発光素子を搭載した発光装置連結基板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】
【０００８】
本発明の発光素子用連結基板は、複数の発光素子用配線基板が分割領域を挟んで縦横の並びに整列した発光素子用連結基板において、前記発光素子用配線基板が、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の上面に形成された発光素子を搭載する搭載部と、前記金属基体を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を厚み方向に貫通する貫通導体と、該貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され前記搭載部の周囲に設けられた配線とを備え、前記分割領域に前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に沿って細長い空洞を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部が形成されていることが望ましい。
【００１０】
そして、前記分割領域において、前記空洞が上下に重なって複数形成されていることが望ましい。
【００１１】
そしてまた、前記分割領域の表面に分割溝が形成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明の発光装置連結基板は、以上説明した発光素子用連結基板の前記搭載部に発光素子が搭載されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光素子用配線基板は、基体を焼結金属で形成することにより、樹脂モールド基板やセラミック基板などよりも高い熱伝導率を有し、発光素子から発生する熱を基体全体から効率良く、速やかに系外へ放散することができ、発光素子が過剰に加熱されることを防止できる。そのため輝度低下防止あるいは、さらなる高輝度化が可能となる。しかも金属基体に、絶縁体を介して電気的に絶縁された配線を表面に形成し、更に前記金属基体に貫通して設ける事で、多層化が可能となり複雑な配線設計への対応や基板の小型化が可能となる。また、前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に細長い空洞が形成された分割領域が形成されているため、本発明のようなセラミックに比べ延性の高い金属を用いた場合でも、特殊な装置を使うことなく容易に分割することができる。
【００１４】
さらに、前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部を形成することで、発光素子搭載部と前記配線とを取り囲むように金属からなる反射部を形成することになり、金属基体からだけでなく反射部からも発光素子が生じる熱を放散することができる。そして反射部によって発光素子を保護できるとともに、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。また、反射部により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、高輝度化を実現することができる。さらに、金属基体および反射部が焼結金属から成ることにより、金属基体と貫通絶縁体と貫通導体と配線と反射部とを同時焼成にて作製することができ、これによりコストを低減することができる。
【００１５】
そして、前記分割領域において、前記空洞が上下に重なって複数形成することで、より分割を容易にし、分割時の金属基体の変形などを抑制し、歩留りを向上させることができる。
【００１６】
そしてまた、前記分割領域の表面に分割溝が形成することで、分割部のバリを減らすことができるため、さらに歩留りを向上させることができる。
【００１７】
以上説明した本発明の発光素子用連結基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置連結基板によれば、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、かつ分割歩留まりの良好な発光装置連結基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１（ａ）に示すように、本発明の発光素子用連結基板１は、複数個の発光素子用配線基板３が分割領域を挟んで縦横の並びに整列したものである。この発光素子用配線基板３は、例えば、図１（ｂ）に示すように、焼結金属からなる平板状の金属基体５と、この金属基体５の上面５ａに形成された、発光素子を搭載する搭載部７と、セラミックスからなり金属基体５を厚み方向に貫通する貫通絶縁体９と、金属基体５と電気的に絶縁されるとともに貫通絶縁体９を厚み方向に貫通する貫通導体１１と、貫通導体１１と電気的に接続されるとともに金属基体５と絶縁され搭載部７の周囲に設けられた配線１３とを備える。
【００１９】
また、発光素子用配線基板３の下面には、発光素子用配線基板３を外部配線基板に接続するための外部接続端子１５が設けられている。さらに、発光素子用配線基板３の基板領域１７の全周に細長い空洞１９を設けることにより、分割領域２１が形成されている。
【００２０】
そして、本発明の発光素子用連結基板１においては、発光素子用配線基板３を構成する金属基体５、貫通絶縁体９、貫通導体１１、配線１３、および外部接続端子１５が同時焼成されている。
【００２１】
本発明の発光素子用連結基板１によれば、金属基体５の材料として焼結金属を用いるとともに、金属基体５を貫通するように貫通絶縁体９および貫通導体１１を設けることが重要である。すなわち、金属基体１の材料として焼結金属を用いることにより、樹脂モールド基板やセラミック基板よりも高い放熱性を確保し、発光素子から発生する熱を発光素子用配線基板３全体から効率よく放出することができる。
【００２２】
また、発光素子用配線基板３の基板領域１７の全周に細長い空洞１９を設けた分割領域２１を形成することが重要である。空洞１９を設けることにより、特殊な装置を使うことなくチョコレートブレイクによって発光素子用連結基板１から個々の発光素子用配線基板３へと容易に分割することができる。
【００２３】
そしてまた、金属基体５と、貫通絶縁体９および貫通導体１１を同時焼成することが重要である。これらを同時焼成することにより、発光素子用配線基板３の多層化、配線設計の多様化、小型化を低コストで実現することができる。
【００２４】
空洞１９の断面形状は、特に限定されるものではないが、光素子用連結基板１の主面側に角が向けられた三角形や菱形であることが望ましい。これにより、分割部に応力が集中しやすくなり、より分割が容易となる。
【００２５】
そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、金属基体５に有底穴２３を設け、この有底穴２３の底面に発光素子搭載部７が形成されていることが望ましい。有底穴２３の底面２３ａに前記搭載部７を形成することで、有底穴２３の内壁面が発光素子搭載部７と配線１３とを取り囲むように反射部２５を形成することになり、金属基体５からだけでなく反射部２５からも発光素子が生じる熱を放散することができる。また、反射部２５によって発光素子を保護できるとともに、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。そして、反射部２５により発光素子が発する光を反射させて光の取り出し効率を増加させ、より輝度を高めることができる。さらに、反射部２５は金属基体５、貫通絶縁体９、貫通導体１１、および配線１３と同時焼成にて作製することができるため、別途作製した金属反射部を接着剤等で金属基体に接続する場合よりも工程数を減らし、コストを低減することができる。
【００２６】
さらに、図３に示すように、分割領域２１において空洞１９が上下に重なって複数形成されていることが望ましい。空洞１９が上下に重なって形成されることにより、より分割を容易にし、分割時の金属基体５の変形を抑制し、歩留りを向上させることができる。
【００２７】
そしてまた、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、分割領域２１の表面に分割溝２７を形成することが望ましい。分割領域２１表面に分割溝２７を形成することにより、より分割を容易にし、金属基体５表面に生じるバリを防ぐことができる。ここで、分割溝２７の断面は、Ｖ字形状であることが望ましい。Ｖ字形状にすることにより、分割部に応力が集中し、より分割が容易となる。
【００２８】
また、図５に示すように、金属基体５と貫通絶縁体９との境界は、クラックの発生や隙間の発生が起こりやすいことから、被覆絶縁層２９で覆うことが望ましい。なお、この被覆絶縁層２９は貫通導体１１を露出させて配線１３と接続させるため、例えばリング状に形成されている。この被覆絶縁層２９は貫通絶縁体９との接合性を考慮すれば、貫通絶縁体９と同様の組成物で作製することが望ましい。
【００２９】
また、前記金属基体５の発光素子搭載部７が形成された側の主面５ａに金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。また、反射部２５にも金属めっき（図示せず）が施されていることが望ましい。これにより、発光素子から出た光が金属めっきによく反射され、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。本発明では、金属めっきを施す面が焼結金属で形成されているため、樹脂モールド基板やセラミック基板のようにめっき形成部位への金属層の転写や印刷等を行う必要がなく、工程を簡略化することができる。
【００３０】
この金属めっきは、反射率の点からＡｇめっきとすることが望ましく、安価である点ではＮｉメッキが望ましい。
【００３１】
そして、前記金属基体５が、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。ＷおよびＭｏは高融点金属であるため１３００〜１６００℃程度の高温焼成セラミックスと同時焼成することができる。さらに、熱膨張率が絶縁層を形成するセラミックスに近いため信頼性の高い発光素子用配線基板を作製することができる。また、Ｃｕは熱伝導率が高く、特に放熱性に優れている。また、例えば、貫通絶縁体３としていわゆるガラスセラミックスを用いて、Ｃｕの含有率を高めた場合には、１０００℃程度の低い温度で発光素子用配線基板１３を焼成することもできる。また、これらの金属を組み合わせることにより、所望の熱伝導率や熱膨張率をもつ金属基体１を形成することができる。特に放熱性の観点から、金属基体５の熱伝導率が、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。これにより、良好な放熱性を実現することができ、発光素子から生じる熱を速やかに放散することができる。
【００３２】
また、貫通導体１１や配線１３が、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。これにより電気抵抗の低い貫通導体１１や配線１３を形成できる為、優れた電気特性を有する発光素子用配線基板３を得ることができる。また、他にも多少高価ではあるが、金属基体５や貫通導体１１および配線１３としてＡｌ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔなどの金属を用いることができるのは言うまでもない。
【００３３】
また、貫通絶縁体９ならびに被覆絶縁層２９が、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、カルシア、窒化アルミニウム、窒化珪素、そしてガラスセラミックスのうち、少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。絶縁性の優れたこれらの材料を用いることにより、貫通絶縁体９ならびに被覆絶縁層２９が薄くても貫通導体１１や配線１３が金属基体５と充分に絶縁をとることが可能となり、貫通絶縁体９ならびに被覆絶縁層２９を高密度で形成する事ができ、さらに金属基体５との同時焼成も容易となる。
【００３４】
また、金属基体５は多層であってもよく、反射部２５には傾斜が設けられていても良い。
【００３５】
そして、例えば、発光素子用配線基板３の内部で平面方向に回路が延設されていてもよい。この場合は発光素子用配線基板３の内部に平面方向に延設された内部配線は金属基体５と絶縁する必要があるため、貫通導体１１との接続部を除いた周囲を内部絶縁層で取り囲むことが重要である。この内部絶縁層は貫通絶縁体９と同様の組成とすることが望ましい。また、内部配線は貫通金属体９や配線１３と同様の組成とすることが望ましい。
【００３６】
そして、例えば図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、以上説明した本発明の発光素子用連結基板１を構成する個々の発光素子用配線基板３の発光素子搭載部７に、金属や樹脂からなる接続層（図示せず）を介して発光素子３７を搭載し、この発光素子３７の端子（図示せず）と、配線１３とをボンディングワイヤ３９で接続し、発光素子３７、配線１３、およびボンディングワイヤ３９をモールド材などの透光性の樹脂４１で覆うことで、本発明の発光装置連結基板４３となる。
【００３７】
次いで、この発光装置連結基板４３を分割領域２１にて分割することにより個々の発光装置４５が得られ、発光素子３７に給電することにより光を生じる。このとき、金属基体５の熱伝導率が高いため、発光素子３７からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。また、発光素子３７を有底穴２３内に搭載することにより、発光素子３７を保護することができ、かつ、発光素子３７の放射する光を金属基体５や反射部２５に反射させて光の取り出し効率を高めることができるため、高効率の発光装置４５を実現することができる。
【００３８】
なお、図２に示した例では、発光素子３７は、接続層により発光素子用配線基板３に固定され、電力の供給はボンディングワイヤ３９によりなされているが、発光素子用配線基板３との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。
【００３９】
また、発光素子３７は、モールド材４１により被覆されているが、モールド材４１を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、モールド材４１と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子３７を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。
【００４０】
また、発光素子３７を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材４１に発光素子３７が放射する光を波長変換するための蛍光体（図示せず）を添加してもよい。
【００４１】
また、発光素子３７の熱を金属基体５に効率よく伝達するという観点から、接続層として半田、インジウム、ＡｕＳｎ合金などの金属を用いることが望ましい。
【００４２】
なお、本発明においてもヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。
【００４３】
次に、本発明における発光素子用連結基板１の製造方法について、図８〜図１２を用いて具体的に説明する。
【００４４】
まず以下に説明するように、焼成することによって金属基体５となる金属シート１０１と貫通絶縁体９となるセラミックグリーンシート１０３および貫通金属体１１となる導体ペースト１０５を予め、作製する。また、必要に応じセラミックペースト１０７を作製する。
【００４５】
金属シート１０１は、金属粉末と樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整した金属スラリーから、従来周知のドクターブレード法などによりシート上に形成される。なお、金属スラリーには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
【００４６】
また、セラミックグリーンシート１０３も、セラミック粉末、樹脂および溶剤などから形成されるセラミックスラリーからドクターブレード法などによりシート状に形成される。
【００４７】
金属シート１０１並びにセラミックグリーンシート１０３に用いるセラミック粉末、金属粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
【００４８】
また、望ましくはＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とする導体ペースト１０５を作製する。金属粉末、樹脂および溶剤を所定の割合で混合し、溶剤を減圧過熱等によって除くことにより作製される。また、導体ペースト１０５は必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
【００４９】
そして、セラミックペースト１０７は導体ペースト１０５と同様にセラミック粉末、樹脂および溶剤を混合し、溶剤を除くことによって作製される。
【００５０】
導体ペースト１０５およびセラミックペースト１０７に用いる金属粉末、セラミック粉末の粒径は平均粒径で０．０１〜１０μｍ程度のものが好適に用いられ、特に、１〜５μｍの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
【００５１】
まず、図８（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート１０３にマイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホール１０９を形成し、図８（ｂ）に示すように、このビアホール１０９に導体ペースト１０５を印刷等により埋め込んで貫通導体成形体１０５ａを形成し、導体埋め込みシート１１１を作製する。
【００５２】
また、図８（ｃ）に示すように、打ち抜き穴１１３を具備する金型１１５の上面に、金属シート１０１を配置し、図８（ｄ）に示すように、押し金型１１７で金属シート１０１を打ち抜く。
【００５３】
さらに図９（ａ）に示すように打ち抜いた金属シート１０１の上に、予めセラミックグリーンシート１０３に導体ペースト１０５を埋め込んでおいた導体埋め込みシート１１１を配置し、図９（ｂ）に示すように、押し金型１１７で導体埋め込みシート１１１を打ち抜くと同時に、導体埋め込みシート１１１の一部を金属シート１０１に形成された穴に挿入した。金属シート１０１と導体埋め込みシート１１１の不要な部分を除去することにより、図９（ｃ）に示すような焼成後に貫通導体１１や貫通絶縁体９および金属基体５となる複合成形体１１９を作製することができる。なお、金属シート１０１とセラミックグリーンシート１０３は略同一厚みであることが望ましい。
【００５４】
そして、例えば、図９（ｄ）に示すように、この複合成形体１１９の表面に配線用導体ペースト１２１を印刷等により形成することで、焼成後に配線１３となる配線成形体１２３を形成することができる。また、導体ペーストによって形成された配線成形体１２３は、例えば焼成後に外部接続端子１５や内部配線３１とすることもできることはいうまでもない。ここで、配線用導体ペースト１２１は、導体ペースト１０５と同じペーストを用いることもできるし、導体ペースト１０５と同様の方法で違う組成のペーストを別途作製してもよい。
【００５５】
また、この配線成形体１２３は貫通絶縁体９と貫通導体１１との境界にクラックや隙間が発生することを抑制するために、セラミックグリーンシート１０３と貫通導体成形体１０５ａとの境界を覆うように形成することが望ましい。
【００５６】
そして、例えば、図１０（ａ）に示すように、配線成形体１２３を形成する前に、図９（ｃ）で作製した複合成形体１１９の表面にセラミックペースト１０７を塗布して、焼成後に被覆絶縁層２９となる被覆絶縁層成形体１２７を、貫通導体成形体１０５ａを露出させるとともに金属シート１０１とセラミックグリーンシート１０３との境界を覆うように形成することが望ましい。これにより、金属基体５と貫通絶縁体９との境界にクラックや隙間が発生することを抑制することができる。なお、貫通導体成形体１０５ａを露出させるためには、被覆絶縁層成形体１２７をリング状あるいはドーナツ状に形成すればよい。
【００５７】
そしてさらに、図１０（ｂ）に示すように、貫通導体成形体１０５ａと接続させ、金属シート１０１と接続しないように配線成形体１２３を形成することで、被覆絶縁層成形体１２７と配線成形体１２３とを備えた複合成形体１１９を作製することができる。
【００５８】
なお、例えば配線成形体１２３や被覆絶縁層成形体１２７を備えた複数の複合成形体１１９を積層した場合には配線成形体１２３は焼成後に内部配線３１となる場合があり、また、被覆絶縁層成形体１２７は焼成後に内部絶縁層３３となる場合がある。
【００５９】
次に、空洞１９および分割溝２７の形成方法について説明する。図１１（ａ）に示すように以上のようにして作製した複合成形体１１９に、焼成後に基板領域２１となる領域の全周に、金属刃によって分割領域溝１２５を設けたのち、図１１（ｂ）に示すように、分割領域溝１２５が内部に空洞を形成するようにして各複合成形体１１９を積層した。このとき、積層によって内層に設けられた分割領域溝１２５は、焼成後に空洞１９となり、表層に設けられた分割領域溝１２５は、焼成後に分割溝２７となる。このとき、例えば、鋭角の金属刃を用いた場合は、Ｖ字形状の分割領域溝１２５を形成することができ、回転刃を用いた場合は、矩形や底部に曲率を持った分割領域溝１２５を形成することができる。
【００６０】
また、最表層となる第１層複合成形体１１９以外のすべての複合成形体１１９（第２層〜第ｎ層）を積層し、この積層体の第２層から第（ｎ−１）層まで貫通する分割領域溝１２５を形成した後に、第１層を積層することにより、焼成後に空洞１９を形成することができる。さらに第１層の表と第ｎ層の裏に焼成後に分割溝２７となる分割領域溝１２５を形成することも可能である。以上のように分割領域溝１２５を形成する工程と積層工程を組み合わせることにより、所望の形状の空洞１９や分割溝２７を形成することが可能である。
【００６１】
次に有底穴２３の形成方法について説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、焼成後に有底穴２３となるように、金属シート１０１に貫通孔１２９を設け、有穴成形体１３１を作製し、図１２（ｂ）に示すように、この有穴成形体１３１と図１１（ａ）に示す複合成形体１１９とを積層し、焼成することで有底穴２３を有する発光素子用配線基板３が複数連結してなる発光素子用連結基板１を作製することができる。
【００６２】
なお、反射部２５は、図１（ａ）に示すように金属基体に対して垂直に配設されていてもよいし、図２のように傾斜を有するように配設されてもよい。反射部２５が垂直な場合は、通常の金型で打ち抜いて作製すればよく、また、反射部２５が傾斜を有する場合は、例えばパンチの外径よりもダイスの内径が０．０５〜１ｍｍ程度大きな打ち抜き金型を用いて金属シート１０１を打ち抜き加工して作製することができる。
【００６３】
なお、貫通導体成形体１０５ａは金属シート１０１に複数形成してもよい。
【００６４】
そして、貫通絶縁体９や貫通導体１１の形状は、四角や角柱形状でも良いし、その他円形あるいは円柱形状など所望の形状にすることが可能である。
【００６５】
また、配線成形体１２３は、薄膜法により形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成することもできる。
【実施例】
【００６６】
純度９９％以上、平均粒径２．０μｍのＷ粉末を７０質量％と、純度９９％以上、平均粒径２．０μｍのＣｕ粉末を３０質量％で混合し、さらに成形用有機樹脂（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添加し、金属シートとなるスラリーを調整した。しかる後に、焼成後に厚みが０．２ｍｍとなるようにドクターブレード法にて金属シートを作製した。
【００６７】
また、純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＷ粉末７０質量％および純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＣｕ粉末３０質量％にアクリル系バインダおよび溶媒としてアセトンを混合したのち、減圧過熱によりアセトンを取り除いて導体ペーストを作製した。
【００６８】
また、原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を９０質量％と、純度９９％以上、平均粒子径１．３μｍのＭｎ２Ｏ３粉末を５質量％と、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ２粉末を５質量％の割合で混合して、金属シートと同様に、アクリル系バインダとトルエンを混合し、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Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、金属シートと略同一厚みのセラミックグリーンシートを作製した。
【００６９】
また、セラミックグリーンシートと同様の比率で、Ａｌ２Ｏ３粉末とＭｎ２Ｏ３粉末とＳｉＯ２粉末とを混合し、これにアクリル系バインダおよびアセトンを添加し、その後減圧過熱することにより溶剤を除き、セラミックペーストを作製した。
【００７０】
これらの部材を用いて、０．２ｍｍ×５層からなる外形寸法５０×１００×１ｍｍの本発明の発光素子用連結基板および本発明の範囲外の発光素子用連結基板を作製した。これらの発光素子用連結基板は、８行×１８列、合計１４４個の発光素子用配線基板を含む。個々の発光素子用配線基板の構造は外形５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ、有底穴φ３．０ｍｍ×０．４ｍｍである。
【００７１】
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、直径が２００μｍ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し、導体埋め込みシートを作製した。
【００７２】
ここで、焼成後に有底穴を形成する金属シートには、打抜き加工を施し、焼成後に直径３．０ｍｍとなるような穴を設けた。
【００７３】
そして、金属シートの所定箇所に貫通孔を形成し、金属シートにおける貫通孔形成部分を導体埋め込みシートから押圧することによって、導体埋め込みシートの一部を貫通孔内に嵌め込み、金属シートと導体埋め込みシートとを一体化し、複合成形体を形成した。
【００７４】
そしてまた、セラミックペーストを用いてスクリーン印刷により複合成形体の主面側、および対向面側に、金属シートとセラミックグリーンシートとの境界を覆うように被覆絶縁層成形体をリング状に形成した。なお、このとき複合成形体に設けられたビアホールに充填された貫通導体となる導体ペーストが露出するようにした。さらに、導体ペーストを配線用導体ペーストとしても用い、貫通導体成形体を覆うように、被覆絶縁層成形体上に、導体ペーストを印刷塗布し、焼成後に配線および接続端子となるように配線成形体を形成した。
【００７５】
以上のようにして得られた被覆絶縁層および配線成形体が形成された複合成形体に、次のように分割領域溝の形成と、積層を行い、発光素子用連結基板の成形体を作製した。
【００７６】
本発明の発光素子用連結基板は、金属刃を用いて上から第１層から第４層の複合成形体には表面に、第５層の複合成形体には裏面に、焼成後の深さが０．１ｍｍとなるような分割領域溝を設けた後、各層を位置あわせし、積層圧着して一体化した。
【００７７】
また、本発明の範囲外の発光素子用連結基板は、第１層から第５層の複合成形体を積層した後、比較例１は、最表面と最裏面にそれぞれ焼成後の深さが０．４ｍｍとなるような分割領域溝を設け、比較例２は、同様に最表面と最裏面にそれぞれ焼成後の深さが０．２５ｍｍとなるような分割領域溝を設けた。
【００７８】
そして、以上のようにして得られた発光素子用連結基板の成形体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１３００℃の最高温度で２時間焼成した。
【００７９】
その後、金属基体、配線、接続端子並びに外部電極端子の表面にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施し、図１に示すような本発明の発光素子用連結基板および比較例となる発光素子用連結基板を作製した。
【００８０】
これらの発光素子用連結基板に接続層として半田を用いて出力１．５Ｗの発光素子である□１ｍｍのＬＥＤ素子を発光素子搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤ素子と配線とを接続し、さらに、ＬＥＤ素子と配線とをエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置連結基板を得た。
【００８１】
得られた発光素子用連結基板について形状維持性と分割性の評価を行った。本発明の発光装置連結基板は、分割領域に沿って曲げ応力を負荷した結果、分割領域が破断し、容易に個片に分割することができた。
【００８２】
一方、本発明の範囲外である比較例１は、分割性は良好であったが、製造工程途中の焼成前の段階で、分割領域での分離が見られた。
【００８３】
また、比較例２は、製造工程中に分割領域で分離することはなかったが、分割領域に沿って曲げ応力を負荷しても分割できず、無理に分割すると、個々の発光素子用配線基板に変形が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】（ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図３】、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図４】ａ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光素子用連結基板の他の形態の断面図である。
【図５】本発明の発光素子用連結基板の要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の発光装置連結基板の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光装置連結基板の断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の発光装置連結基板の他の形態の平面図であり、（ｂ）は、本発明の発光装置連結基板の他の形態の断面図である。
【図８】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の発光素子用配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・発光素子用連結基板
３・・・発光素子用配線基板
５・・・金属基体
７・・・搭載部
９・・・貫通絶縁体
１１・・・貫通導体
１３・・・配線
１５・・・外部接続端子
１７・・・基板領域
１９・・・空洞
２１・・・分割領域
２３・・・有底穴
２５・・・反射部
２７・・・分割溝
２９・・・被覆絶縁層
３７・・・発光素子
３９・・・ボンディングワイヤ
４１・・・モールド材
４３・・・発光装置連結基板
４５・・・発光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子用配線基板が分割領域を挟んで縦横の並びに整列した発光素子用連結基板において、前記発光素子用配線基板が、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の上面に形成された発光素子を搭載する搭載部と、前記金属基体を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を厚み方向に貫通する貫通導体と、該貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され前記搭載部の周囲に設けられた配線とを備え、前記分割領域に前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に沿って細長い空洞を設けたことを特徴とする発光素子用連結基板。
【請求項２】
前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用連結基板。
【請求項３】
前記分割領域において、前記空洞が上下に重なって複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子用連結基板。
【請求項４】
前記分割領域の表面に分割溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子用連結基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子用連結基板の前記搭載部に発光素子が搭載されたことを特徴とする発光装置連結基板。
【請求項１】
複数の発光素子用配線基板が分割領域を挟んで縦横の並びに整列した発光素子用連結基板において、前記発光素子用配線基板が、焼結金属からなる平板状の金属基体と、該金属基体の上面に形成された発光素子を搭載する搭載部と、前記金属基体を厚み方向に貫通するセラミックスからなる貫通絶縁体と、前記金属基体と電気的に絶縁されるとともに前記貫通絶縁体の内側を厚み方向に貫通する貫通導体と、該貫通導体と電気的に接続されるとともに前記金属基体と絶縁され前記搭載部の周囲に設けられた配線とを備え、前記分割領域に前記発光素子用配線基板の基板領域の全周に沿って細長い空洞を設けたことを特徴とする発光素子用連結基板。
【請求項２】
前記金属基体に有底穴が設けられ、該有底穴の底面に前記搭載部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用連結基板。
【請求項３】
前記分割領域において、前記空洞が上下に重なって複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子用連結基板。
【請求項４】
前記分割領域の表面に分割溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子用連結基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子用連結基板の前記搭載部に発光素子が搭載されたことを特徴とする発光装置連結基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１３５５２５（Ｐ２００８−１３５５２５Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１９９５５（Ｐ２００６−３１９９５５）
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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