JP2012140289A - 被覆アルミナフィラー、ガラスセラミックス組成物、発光素子用基板、および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子用基板におけるガラスセラミックスの変色を抑制できるアルミナフィラーを提供すること。
【解決手段】発光素子を搭載する発光素子用基板の製造に用いられるアルミナフィラーであって、アルミナフィラーと、前記アルミナフィラーの表面を被覆し、アルミニウム以外の金属の酸化物からなる被覆層とを有することを特徴とする被覆アルミナフィラー。
【選択図】なし

Description

本発明は、発光素子用基板の製造に用いられる被覆アルミナフィラーと、これを用いたガラスセラミックス組成物、発光素子用基板、および発光装置に関する。

近年、発光ダイオード素子等の発光素子を有する発光装置の高輝度、白色化に伴い、照明、各種ディスプレイ、大型液晶ＴＶのバックライト等への適用が進んでいる。発光装置は、発光素子と、これを搭載する発光素子用基板とから主として構成されている。発光素子用基板としては、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板等のセラミックス基板が知られている。また、これらのセラミックス基板に比べて低温で焼成できるガラスセラミックス基板、すなわちガラスとセラミックスフィラーとからなるものも知られている。セラミックスフィラーとしては、例えばアルミナフィラー、ジルコニアフィラー等が知られている。

ガラスセラミックス基板は、ガラスとセラミックスフィラーとの屈折率差が大きく、また光を反射する界面の面積も大きいことから、高い反射率を得ることができる。しかしながら、ガラスセラミックス基板の熱伝導率は必ずしも十分でなく、発光素子の温度上昇に伴う輝度の低下が発生しやすい。ガラスセラミックス基板の放熱特性を向上させる方法として、例えば表裏面を貫通する放熱ビア、いわゆるサーマルビアを設けることが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

国際公開第２００７／１２８３５４号パンフレット 特開２００７−１２９１９１号公報

上記したように、ガラスセラミックス基板については、放熱ビアにより放熱特性を向上させることが知られている。また、より放熱特性や反射特性を向上させるために、基板本体上に放熱機能と反射機能とを有する水平状の放熱反射層を設けることが検討されている。放熱反射層は、例えば基板本体上に形成される素子接続端子等に接触しないように、該基板本体上の略中央部を中心として形成され、また放熱特性や反射特性に優れることから銀を主成分とするものとされる。通常、放熱反射層上には、酸化や硫化等の腐食による反射特性の低下を抑制するために、ガラスセラミックスからなる保護層が形成される。

放熱ビアや放熱反射層を設けることで放熱特性や反射特性は向上するが、自動車の照明用途等にも適用できるように、さらに特性を向上させることが求められている。例えば、放熱特性を向上させる方法として、熱伝導率が必ずしも高くないガラスセラミックスからなる保護層を薄くする方法が考えられる。

しかしながら、保護層がアルミナフィラーを含有する場合、放熱反射層の周辺部が変色することがある。この原因は必ずしも明確ではないが、放熱反射層から保護層に銀イオンが拡散し、これがアルミナフィラーの表面部で還元されるためと考えられる。従来、変色部分での反射特性の低下を考慮して、保護層は少なくとも１００μｍ程度の厚さとされている。アルミナフィラーを使用しないことで変色を抑制し、これにより保護層を薄くできるが、一方で強度および熱伝導率が低下する問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、発光素子用基板における保護層等のガラスセラミックスの変色を抑制できるアルミナフィラーを提供することを目的としている。また、本発明は、このようなアルミナフィラーを有するガラスセラミックス組成物、発光素子用基板、および発光装置を提供することを目的としている。

本発明の被覆アルミナフィラーは、発光素子を搭載する発光素子用基板の製造に用いられるものであって、アルミナフィラーと、前記アルミナフィラーの表面を被覆し、アルミニウム以外の金属の酸化物からなる被覆層とを有することを特徴とする。

本発明のガラスセラミックス組成物は、発光素子を搭載する発光素子用基板の製造に用いられるものであって、ガラス粉末と、上記した本発明の被覆アルミナフィラーとを含むことを特徴とする。

本発明の発光素子用基板は、本体部と、前記本体部上に設けられた銀を主成分とする放熱反射層と、前記放熱反射層を被覆する保護層とを有する基板本体を具備する発光素子用基板であって、前記保護層は、上記した本発明のガラスセラミックス組成物の焼結体からなることを特徴とする。

本発明の発光装置は、発光素子用基板と、前記発光素子用基板に搭載された発光素子とを有するものであって、前記発光素子用基板は、上記した本発明の発光素子用基板であることを特徴とする。

本発明の被覆アルミナフィラーによれば、表面にアルミニウム以外の金属の酸化物からなる被覆層を有することから、発光素子用基板における保護層等のガラスセラミックスの変色を抑制できる。これにより、発光素子用基板の反射特性や放熱特性を向上させることができる。

実施形態の発光素子用基板の一例を示す断面図。 図１に示す発光素子用基板を有する発光装置の一例を示す断面図。 実施例、比較例の評価用基板本体を示す断面図。 実施例１（保護層の厚さが７０μｍ）、比較例１（保護層の厚さが１１５μｍ）の評価用基板本体の反射率の測定結果を示す図。 実施例１、比較例１の評価用基板本体の保護層の厚さと反射率との関係を示す図。

以下、本発明の被覆アルミナフィラーについて説明する。
被覆アルミナフィラーは、発光素子を搭載する発光素子用基板の製造に用いられる。具体的には、発光素子用基板におけるガラスセラミックス部分、特に銀を含有する部材と接触するガラスセラミックス部分の形成に好適に用いられる。このようなガラスセラミックス部分としては、例えば発光素子用基板が銀を主成分とする放熱反射層を有する場合、この放熱反射層を保護するために形成される保護層が挙げられる。

被覆アルミナフィラーは、アルミナフィラーと、このアルミナフィラーの表面を被覆するアルミニウム以外の金属の酸化物からなる被覆層とを有する。このような被覆アルミナフィラーによれば、表面がアルミニウム以外の金属の酸化物によって被覆されていることから、銀を含む部材と接触するガラスセラミックスに用いた場合に、その変色を抑制できる。

変色の抑制作用については必ずしも明確ではないが、以下のようなものと推測される。すなわち、ガラスセラミックスの焼成では、ガラス成分が軟化し、流動することにより焼結が進行する。このとき、ガラスセラミックスに銀を含有する部材が接触していると、銀を含有する部材からガラスセラミックス中に銀イオンが拡散する。アルミナフィラーが被覆されていない場合、表面が溶融し、その近傍のガラス成分中にアルミニウムが拡散する。これにより、ガラス成分中のアルミニウム濃度が高くなる。

アルミニウムはガラス成分中で［ＡｌＯ_４］⁻の形態をとり、電荷補償のために正の電荷を有するアルカリ元素に代表されるイオンが引きつけられる。銀イオンはガラス成分中で１価の陽イオン（Ａｇ^＋）となっており、アルカリ元素と同様にアルミニウムに引きつけられる。また、アルミナフィラーの表面は、いわゆるダングリングボンドといわれる不対電子を有する未結合の結合手を有する。アルミニウムは酸素との結合力が強いために、未結合の結合手が周囲から酸素を奪い取り、安定化する。この過程で、銀イオンがＡｇ^０に還元されてコロイド化し、発色すると考えられる。

アルミナフィラーの表面をアルミニウム以外の金属の酸化物で被覆することで、上記したアルミニウムの拡散を抑制できる。これにより、ガラス成分中のアルミニウム濃度の上昇を抑制し、その後の銀イオンの還元を抑制し、結果として発色を抑制できると考えられる。

アルミナフィラーとしては、ガラスセラミックス基板の製造に一般的に用いられるものであれば特に制限されないが、例えば体積基準での５０％粒径（Ｄ_５０）が０．５〜４μｍ程度のものが好適に用いられる。なお、５０％粒径（Ｄ_５０）は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定したものとする。

被覆層を構成するアルミニウム以外の金属の酸化物としては、ガラスセラミックスの発色を抑制できるものであれば必ずしも制限されないが、例えば酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル等が挙げられ、特に酸化ジルコニウムが好適なものとして挙げられる。酸化ジルコニウムとしては、酸化イットリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の添加により少なくとも一部が安定化されたものであってもよいし、安定化されていないものであってもよい。

被覆層の厚さについても、ガラスセラミックスの発色を抑制できるものであれば必ずしも制限されるものではないが、例えば０．０１〜３μｍが好ましい。厚さを０．０１μｍ以上とすることで、ガラス成分へのアルミニウムの拡散を効果的に抑制し、ガラスセラミックスの発色を抑制できる。発色の抑制には３μｍもあれば十分であり、これ以下の厚さとすることで被覆層の形成が容易となり、生産性も良好にすることができる。なお、被覆層の有無、厚さについては、例えばＳＥＭによる観察、ＥＰＭＡによる組成分析等により行うことができる。

アルミナフィラーに被覆層が形成された被覆アルミナフィラーの５０％粒径（Ｄ_５０）は、例えば０．５〜７μｍが好ましく、０．５〜６μｍがより好ましい。５０％粒径を０．５μｍ以上とすることで、分散が容易となり、ガラスセラミックスの抗折強度を高くすることができる。また、５０％粒径を７μｍ以下とすることで、ガラスセラミックスの緻密化が容易となり、かつ表面も平滑にできる。

被覆層の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えばアルミナフィラーと、アルミニウム以外の金属の酸化物粉末とを混合し、焼成する方法、アルミニウム以外の金属の金属塩の中和反応によりアルミナフィラーの表面に水酸化物等の酸化物となる前駆体を被着させ、焼成して酸化物とする方法、アルミナフィラーの表面に加水分解反応により酸化物となるアルコキシド等を被着させ、加水分解反応により酸化物を形成する方法等が挙げられる。

アルミナフィラーと酸化物粉末とを混合し、焼成する方法は、例えばアルミナフィラーと、金属酸化物粉末とを均一に撹拌、混合し、アルミナフィラーが軟化融着しない程度の温度、時間で焼成する。焼成温度、焼成時間は、酸化物の種類によっても異なるが、例えば７００〜１４００℃、２〜２０時間が好ましい。また、酸化物を介してアルミナフィラーが凝集した場合等、必要な場合には、焼成後に凝集物の解砕、分級を行う。被覆層の厚さは、アルミナフィラーと酸化物粉末との混合割合を変更することにより調整でき、例えばアルミナフィラーと酸化物粉末との合計中、酸化物粉末が０．１〜１０質量％となるように調整することが好ましい。

金属塩を用いる方法は、例えばアルミナフィラーと、硫酸塩、硝酸塩等の金属塩とを含む溶液に、アルカリ水溶液を添加して中和反応によってアルミナフィラーの表面に水酸化物等の酸化物となる前駆体を被着させる。被覆層の厚さは、主としてこのときの金属塩の添加量により調整でき、例えばアルミナフィラーと、この金属塩から得られる最終的な酸化物との合計中、酸化物が０．１〜１０質量％となるように調整する。

前駆体が被着されたアルミナフィラーは濾過し、十分に水洗を行う。その後、例えば１００〜１５０℃で１０〜２０時間乾燥させる。乾燥物を解砕した後、解砕物を７００〜１４００℃で１０〜６０分間保持する焼成を行う。この焼成により、アルミナフィラーの表面に被着された水酸化物等の前駆体を酸化物とすることができる。焼成後、再度解砕し、必要な場合には分級等を行うことで、被覆アルミナフィラーを得ることができる。

アルコキシドを用いる方法は、例えばアルミニウム以外の金属のアルコキシド、例えばメトキシド、エトキシド等を含有する溶液をアルミナフィラーに塗布し、乾燥、焼成して加水分解反応により酸化物を形成する。被覆層の厚さは、アルコキシド溶液の濃度、塗布量等により調整できる。

被覆層の形成方法としては、上記した方法以外にも、例えばアルミナフィラーの表面にスパッタリング法等により酸化物を形成する方法が挙げられる。しかし、多量のアルミナフィラーの表面に効率的に、かつ低コストで均一に酸化物からなる被覆層を形成できることから、上記したような方法、特に金属塩の中和反応を利用した方法が好ましい。

次に、実施形態の発光素子用基板について説明する。

図１は、実施形態の発光素子用基板の一例を示す断面図である。
発光素子用基板１は、例えば発光ダイオード素子等の発光素子が搭載される素子搭載面２ａを有する略平板状の基板本体２と、該発光素子からの光を効率的に反射させるために素子搭載面２ａを囲むように設けられる枠部３とを有する。

基板本体２は、この基板本体２を主として構成する板状の本体部４を有する。本体部４の表面上には放熱機能と反射機能とを有する放熱反射層５が設けられ、また放熱反射層５を被覆するように保護層６が設けられる。なお、保護層６は、図示するように本体部４の全体を被覆するものであってもよいし、放熱反射層５だけを被覆するものであってもよい。放熱反射層５の裏面側には、複数の放熱ビア７が設けられる。放熱ビア７は、放熱反射層５から基板本体２の裏面に達するように連続して設けられる。

素子搭載面２ａには、発光素子と電気的に接続される１対の素子接続端子８が設けられる。一方、基板本体２の裏面には、１対の素子接続端子８に電気的に接続されるとともに、外部回路との電気的な接続に用いられる１対の外部電極端子９が設けられる。

基板本体２（本体部４、保護層６）の内部には、素子接続端子８とこれに対応する外部電極端子９とを電気的に接続する通電ビア１０が設けられる。通電ビア１０は、例えば基板本体２の厚さ方向に分割して形成され、一部が素子接続端子８の直下に形成されるとともに、他部が外部電極端子９の直上に形成される。これらは本体部４の表面上に形成された配線層１１を介して接続される。

本体部４は、例えばガラスとセラミックスフィラーとからなるガラスセラミックスにより構成される。セラミックスフィラーとしては、アルミナフィラー、ジルコニアフィラー等が挙げられる。アルミナフィラーとしては、上記した被覆アルミナフィラーを用いることができるが、本体部４は放熱反射層５の裏面側に位置し、必ずしも変色による反射特性の低下は問題とならないことから、被覆アルミナフィラーに限定されず、従来の被覆されていないアルミナフィラーを用いることもできる。なお、本体部４は、必ずしもガラスセラミックスに限られず、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスであってもよい。

放熱反射層５は、銀を主成分とし、例えば銀、銀パラジウム合金、銀白金合金等からなる。放熱反射層５としては、特に銀を８０質量％以上含有するものが好ましく、９０質量％以上含有するものがより好ましい。放熱反射層５は、例えば素子搭載面２ａのうち実際に発光素子が搭載される搭載部の直下に少なくとも位置するように、また配線層１１等と接触しない程度の大きさとなるように、円形状、四角形状等に形成される。

保護層６は、ガラスとセラミックスフィラーとからなるガラスセラミックスにより構成される。セラミックスフィラーとしては、アルミナフィラー、ジルコニアフィラー等が挙げられる。保護層６は、セラミックスフィラーとして少なくともアルミナフィラーを含み、このアルミナフィラーが上記した被覆アルミナフィラーとされる。

このような発光素子用基板１によれば、保護層６のアルミナフィラーが被覆アルミナフィラーであることから、保護層６の変色を抑制でき、反射特性の低下を抑制できる。また、変色を抑制できることから、保護層６を薄くすることができ、結果として放熱特性を向上させることができる。保護層６の厚さは、放熱特性の向上、放熱反射層５の酸化や硫化の抑制等の観点から、１０〜７０μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。

図２は、発光素子用基板１を有する発光装置の一例を示す断面図である。発光装置３０は、発光素子用基板１を有し、その素子搭載面２ａに発光素子３１が搭載される。発光素子３１は、ダイボンド材３２により素子搭載面２ａに固定されている。発光素子３１の図示しない１対の電極はボンディングワイヤ３３によって素子接続端子８に電気的に接続されている。そして、発光素子３１やボンディングワイヤ３３を覆うようにモールド材３４が設けられる。

モールド材３４は、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂からなり、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好ましい。モールド材３４には、蛍光体等を混合または分散させることにより、発光装置３０から放出される光を所望の発光色に調整できる。

このような発光装置３０は、携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、自動車用あるいは装飾用の照明、その他の光源として好適に用いることができる。特に、放熱特性に優れる発光素子用基板１を有することから、高い放熱特性が求められる自動車用の照明に好適に用いられる。

次に、発光素子用基板１の製造方法について説明する。
以下、グリーンシートを用いて保護層６を形成する製造方法（第１の製造方法）について説明する。

まず、基板本体２（本体部４、保護層６）となるグリーンシートを形成する。すなわち、グリーンシート用ガラス粉末とセラミックスフィラーとからなるガラスセラミックス組成物（以下、グリーンシート用組成物という）にバインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加してスラリーとし、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させてグリーンシートとする。

グリーンシート用ガラス粉末は、必ずしも限定されないが、ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０〜７００℃のものが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃未満の場合、後述する脱脂が困難となるおそれがある。一方、ガラス転移点（Ｔｇ）が７００℃を超える場合、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。

グリーンシート用ガラス粉末は、例えばＳｉＯ_２を５７〜６５ｍｏｌ％、Ｂ_２Ｏ_３を１３〜１８ｍｏｌ％、ＣａＯを９〜２３ｍｏｌ％、Ａｌ_２Ｏ_３を３〜８ｍｏｌ％、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で０．５〜６ｍｏｌ％含有するものである。なお、グリーンシート用ガラス粉末は、必ずしも上記成分に制限されず、ガラス転移点等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有できる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０ｍｏｌ％以下が好ましい。

ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークフォーマであり、ガラスの結晶化を抑制して安定性を向上させるとともに、耐酸性等の化学的耐久性を向上させる成分である。ＳｉＯ_２の含有量は５７ｍｏｌ％以上が好ましい。５７ｍｏｌ％未満の場合、焼成時に結晶が析出して基板が反りやすく、また化学的耐久性も十分でなくなるおそれがある。より安定性、化学的耐久性に優れたものとする観点から、ＳｉＯ_２の含有量は５８ｍｏｌ％以上がより好ましく、５９ｍｏｌ％以上がさらに好ましく、特に６０ｍｏｌ％以上が好ましい。

一方、ＳｉＯ_２の含有量は６５ｍｏｌ％以下が好ましい。６５ｍｏｌ％を超える場合、ガラス溶融温度あるいはガラス転移温度（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがあり、均質なガラスを安価に生産することが難しく、またガラスの焼結性も低下するために緻密な基板を得られないおそれがある。より生産性、焼結性に優れたものとする観点から、ＳｉＯ_２の含有量は６４ｍｏｌ％以下がより好ましく、６３ｍｏｌ％以下がさらに好ましい。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスのネットワークフォーマであり、ガラスの焼結性を向上させる成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１３ｍｏｌ％以上が好ましい。１３ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度またはガラス転移温度（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがあり、均質なガラスを安価に生産することが難しく、またガラスの焼結性も低下するために緻密な基板を得られないおそれがある。より生産性、焼結性に優れたものとする観点から、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、１４ｍｏｌ％以上がより好ましく、１５ｍｏｌ％以上がさらに好ましい。

一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１８ｍｏｌ％以下が好ましい。１８ｍｏｌ％を超える場合、ガラスが分相しやすくなるために安定して量産できないおそれがあり、また耐酸性等の化学的耐久性も十分でなくなるおそれがある。より安定して量産でき、化学的耐久性に優れたものとする観点から、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、１７ｍｏｌ％以下がより好ましく、１６ｍｏｌ％以下がさらに好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３はガラスの分相を抑制して安定性を向上させるとともに、化学的耐久性や強度を向上させる成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は３ｍｏｌ％以上が好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３ｍｏｌ％未満の場合、ガラスが分相しやすくなるために基板を安定して量産することができないおそれがある。より分相しにくいものとする観点から、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、４ｍｏｌ％以上がより好ましく、５ｍｏｌ％以上がさらに好ましい。

一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は８ｍｏｌ％以下が好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が８ｍｏｌ％を超える場合、ガラス溶融温度またはガラス転移温度（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがあり、また焼成時にアノーサイト（ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ）に代表される結晶が析出して基板が反りやすくなるおそれがある。より生産性、焼結性に優れ、結晶の析出が少ないものとする観点から、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、７ｍｏｌ％以下が好ましく、６．５ｍｏｌ％以下がより好ましい。

ＣａＯは、ガラスを安定化させるとともに、ガラス溶融温度を低下させ、焼結性を向上させる成分である。ＣａＯの含有量は９ｍｏｌ％以上が好ましい。ＣａＯの含有量が９ｍｏｌ％未満の場合、ガラスの安定性が低下し、またガラス溶融温度が過度に高くなるおそれがある。より安定なガラスを得る観点から、ＣａＯの含有量は、１０ｍｏｌ％以上が好ましく、また特にガラス溶融温度を低下させたい場合には１２ｍｏｌ％以上が好ましく、１３ｍｏｌ％以上がより好ましく、１４ｍｏｌ％以上がさらに好ましくい。

一方、ＣａＯの含有量は２３ｍｏｌ％以下が好ましい。ＣａＯの含有量が２３ｍｏｌ％を超える場合、ガラスの安定性が低下するおそれがあり、また焼成時にアノーサイトに代表される結晶が析出するために基板が反りやすくなり、さらに耐酸性等の化学的耐久性も十分でなくなるおそれがある。より安定性、化学的耐久性に優れたものとする観点から、ＣａＯの含有量は、２２ｍｏｌ％以下がより好ましく、２１ｍｏｌ％以下がさらに好ましく、典型的には２０ｍｏｌ％以下が好ましく、特に１８ｍｏｌ％以下が好ましい。

Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏは、ガラス溶融温度またはガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させ、焼結性を向上させる成分であり、少なくとも一方を含有することが好ましい。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量は０．５ｍｏｌ％以上が好ましい。０．５ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度またはガラス転移温度（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量は０．８ｍｏｌ％以上がより好ましい。

一方、Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量は６ｍｏｌ％以下が好ましい。６ｍｏｌ％を超える場合、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、また基板の電気絶縁性も低下するおそれがある。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量は５ｍｏｌ％以下がより好ましく、４ｍｏｌ％以下がさらに好ましい。

グリーンシート用ガラス粉末は、上記したようなガラス組成を有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕することにより得ることができる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。また、粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いて行うことができる。

グリーンシート用ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ_５０）は０．５〜４μｍが好ましい。グリーンシート用ガラス粉末の５０％粒径が０．５μｍ未満の場合、凝集しやすく、取り扱いが困難となるとともに、均一に分散させることが困難となる。一方、５０％粒径が４μｍを超える場合、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径の調整は、例えば粉砕後に必要に応じて分級することにより行うことができる。

セラミックスフィラーとしては、アルミナフィラーやジルコニアフィラーが用いられ、このアルミナフィラーとして被覆アルミナフィラーが用いられる。なお、本体部４となるグリーンシートと、保護層６となるグリーンシートとを別々に製造する場合、保護層６となるグリーンシートの製造にのみ被覆アルミナフィラーを用いてもよい。

グリーンシート用ガラス粉末とセラミックスフィラーとは、例えばグリーンシート用ガラス粉末が３０〜５０質量％、セラミックスフィラーが５０〜７０質量％となるように配合、混合することによりグリーンシート用組成物とする。グリーンシート用ガラス粉末を３０質量％以上とすることで、緻密化を良好とすることができる。また、７０質量％以下とすることで、抗折強度も良好とすることができる。

被覆アルミナフィラーは、グリーンシート用組成物の全体中、例えば３５〜５０質量％が好ましい。被覆アルミナフィラーの含有量を３５質量％以上とすることで、抗折強度、熱伝導率を高くすることができる。また、被覆アルミナフィラーの含有量を５０質量％以下とすることで、緻密で、かつ表面の平滑性が良好なものを得ることができる。なお、被覆アルミナフィラー以外のセラミックスフィラーは、ジルコニアフィラーとすることが好ましい。

このグリーンシート用組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加することによりスラリーを得る。バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に用いることができる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を用いることができる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、ブタノール等の芳香族系またはアルコール系の有機溶剤を用いることができる。さらに、分散剤やレベリング剤を使用することも可能である。

このスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで、グリーンシートを製造する。このようにして製造されたグリーンシートは、打ち抜き型あるいはパンチングマシーンを使用して所定の寸法角に切断し、同時に所定位置に放熱ビア７や通電ビア１０となるビアホールを打ち抜き形成する。

そして、本体部４となるグリーンシートの表面に、金属ペーストをスクリーン印刷等により印刷して放熱反射層５となる未焼成放熱反射層、配線層１１となる未焼成配線層を形成する。金属ペーストとしては、例えば銅、銀、金等を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いることができる。なお、未焼成放熱反射層の形成には、銀を主成分とする金属ペーストを用いることが好ましい。また、本体部４となるグリーンシート、保護層６となるグリーンシートのビアホール内には、金属ペーストを充填し、未焼成通電ビア、未焼成放熱ビア等を形成する。

これらのグリーンシートは、位置を合わせて重ね合わせ、加熱、加圧により一体化して基板本体２となる未焼成基板本体、さらには発光素子用基板１となる未焼成基板とする。これを５００〜６００℃で１〜１０時間保持し、グリーンシートに含まれる樹脂等のバインダーを分解・除去する脱脂を行う。脱脂温度を５００℃以上、また脱脂時間を１時間以上とすることで、バインダー等を効果的に除去できる。一方、脱脂温度を６００℃程度、脱脂時間を１０時間程度とすることで、十分にバインダー等を除去でき、生産性も良好にできる。

その後、８５０〜９００℃で２０〜６０分間保持して焼成する。この焼成により、グリーンシートおよび金属ペーストが焼成されて発光素子用基板１を得ることができる。焼成温度を８５０℃以上、焼成時間を２０分以上とすることで、十分に緻密化させることができる。また、焼成温度を９００℃以下、焼成時間を６０分以下とすることで、生産性も良好にできる。焼成温度は、特に８６０〜８８０℃が好ましい。焼成温度を８８０℃以下とすることで、銀を主成分とする金属ペーストの過度な軟化を抑制し、所定の形状を維持できる。

以上、グリーンシートを用いて保護層６を形成する第１の製造方法について説明したが、保護層６はガラスペーストの塗布、焼成により形成してもよい（第２の製造方法）。すなわち、第２の製造方法では、まず第１の製造方法と同様にして、本体部４となるグリーンシートを形成し、このグリーンシートに未焼成放熱反射層、未焼成配線層等を形成する。その後、このグリーンシート上にガラスペーストを塗布して保護層６となる未焼成保護層を形成し、基板本体２となる未焼成基板本体、さらには発光素子用基板１となる未焼成基板とする。以降は、第１の製造方法と同様にして、脱脂、焼成を行う。

ガラスペーストは、例えばペースト用ガラス粉末にセラミックスフィラーを配合したガラスセラミックス組成物（以下、ペースト用組成物）にエチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものである。

ペースト用ガラス粉末は、グリーンシート用ガラス粉末と同様の組成としてもよいし、その他の組成としてもよい。ペースト用ガラス粉末の５０％粒径は０．５〜４μｍが好ましい。５０％粒径が０．５μｍ未満の場合、凝集しやすく、取り扱いが困難となるとともに、均一に分散させることが困難となる。一方、５０％粒径が４μｍを超える場合、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。

セラミックスフィラーとしては、アルミナフィラーやジルコニアフィラーが用いられ、このアルミナフィラーとして被覆アルミナフィラーが用いられる。セラミックスフィラーの５０％粒径（Ｄ_５０）は、例えば０．５〜７μｍが好ましく、０．５〜６μｍがより好ましい。

ペースト用ガラス粉末とセラミックスフィラーとは、例えばペースト用ガラス粉末が３０〜９０質量％、セラミックスフィラーが１０〜７０質量％となるように配合、混合することによりペースト用組成物とする。セラミックスフィラーを１０〜７０質量％とすることで、緻密化を良好にするとともに、抗折強度、熱伝導率等も良好にすることができる。

被覆アルミナフィラーは、ペースト用組成物の全体中、例えば１０〜６０質量％が好ましい。被覆アルミナフィラーの含有量を１０〜６０質量％とすることで、抗折強度、熱伝導率が高く、また緻密で表面の平滑性が良好なものとすることができる。なお、被覆アルミナフィラー以外のセラミックスフィラーは、ジルコニアフィラーとすることが好ましい。

このようなガラスペーストは、上記した未焼成放熱反射層が形成されたグリーンシート上にスクリーン印刷等により印刷して未焼成保護層とする。このようにして未焼成保護層を形成したグリーンシートは、第１の製造方法と同様にして、脱脂、焼成を行うことで、発光素子用基板１とすることができる。

以下、本発明について実施例を参照してさらに詳細に説明する。

まず、被覆アルミナフィラーを製造した。被覆アルミナフィラーは、アルミナフィラーの表面に酸化ジルコニウムからなる被覆層を有するものとした。すなわち、１Ｌの水にアルミナフィラー（昭和電工製、商品名：ＡＬ４５Ｈ）１００ｇを懸濁、分散させた。この分散液に硫酸ジルコニウム（サンゴバン製、商品名：ＡＺＳＴ、５０％粒径：２μｍ）を添加して撹拌した。なお、硫酸ジルコニウムはアルミナフィラーを被覆する酸化ジルコニウムとなるものであり、アルミナフィラーと酸化ジルコニウムとの合計量に対して酸化ジルコニウムが１．２質量％となるように添加した。その後、水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨ７〜８となるように中和した。

この分散液をメンブランフィルター（ミリポア製、開口径：０．４５μｍ）を用いて脱水濾過し、水洗を繰り返した。得られた脱水濾過ケーキを１２０℃で６時間乾燥させた。さらに、乾燥ケーキを解砕した後、解砕粉体を１０００℃で３０分間保持して焼成した。その後、焼成物を解砕し、５０％粒径が３μｍ、被複層の厚さが約６０ｎｍの被覆アルミナフィラーを得た。

（実施例１）
評価用基板本体２として、図３に示すような本体部４上に放熱反射層５および保護層６を有するとともに、保護層６がグリーンシートからなるものを製造した。なお、放熱反射層５、保護層６の大きさは、後述する反射率の測定に必要なことから、それぞれ直径１０ｍｍ程度とした。

まず、ＳｉＯ_２が６０．４ｍｏｌ％、Ｂ_２Ｏ_３が１５．６ｍｏｌ％、Ａｌ_２Ｏ_３が６ｍｏｌ％、ＣａＯが１５ｍｏｌ％、Ｋ_２Ｏが１ｍｏｌ％、Ｎａ_２Ｏが２ｍｏｌ％となるように原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて１６００℃で６０分溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより４０時間粉砕してグリーンシート用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕の溶媒にはエチルアルコールを用いた。

このグリーンシート用ガラス粉末３８質量％、ジルコニアフィラー（第一稀元素工業製、商品名：ＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ）２４質量％、被覆アルミナフィラー３８質量％を配合、混合してグリーンシート用組成物を製造した。このグリーンシート用組成物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、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、さらに分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇを配合し、混合してスラリーを調製した。

このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し、乾燥させ、基板本体２、すなわち本体部４および保護層６となるグリーンシートを製造した。別途、銀粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ４００−２）、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比８５：１５の割合で配合し、固形分が８５質量％となるように溶剤としての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回分散を行って銀ペーストを製造した。

本体部用グリーンシート上にスクリーン印刷法により銀ペーストを塗布して放熱反射層５となる未焼成放熱反射層を形成した。この本体部用グリーンシート上に保護層用グリーンシートを重ね合わせ、熱圧着により一体化して、未焼成基板本体を得た。

この未焼成基板本体について５５０℃で５時間保持して脱脂を行い、さらに８７０℃で３０分間保持して焼成を行うことにより評価用基板本体２を製造した。なお、本体部４の厚さは３００μｍ、保護層６の厚さは４０〜１２０μｍとした。

（比較例１）
グリーンシート用組成物の被覆アルミナフィラーを被覆処理が行われていないアルミナフィラー（昭和電工製、商品名：ＡＬ４５Ｈ）に変更した以外は実施例１と同様にして評価用基板本体２を製造した。

次に、実施例１、比較例１の評価用基板本体２について反射率（％）を測定した。反射率の測定は、通常の反射スペクトルの測定方法に準じ、分光器（オーシャンオプティクス社製、商品名：ＵＳＢ２０００）および小型積分球（オーシャンオプティクス社製、商品名：ＩＳＰ−ＲＦ）を用いて、可視光域である４００〜８００ｎｍの反射率（％）を測定した。

図４に、実施例１（保護層６の厚さが７０μｍ）、比較例１（保護層６の厚さが１１５μｍ）の評価用基板本体２の４００〜８００ｎｍにおける反射率を示す。また、図５に、実施例１、比較例１の評価用基板本体２について、保護層６の厚さと４６０ｎｍの反射率（％）との関係を示す。

図４に示されるように、実施例１の評価用基板本体２によれば、保護層６の変色が抑制されることから、その厚さを薄くしても比較例１の評価用基板本体２と略同様の反射率が得られる。また、図５に示されるように、同様の厚さであれば、比較例１の評価用基板本体２に比べて高い反射率を得られる。これらの結果から、従来に比べて保護層６を薄くし、これにより放熱特性を向上できることがわかる。

（実施例２）
保護層６をガラスペーストにより形成したこと以外は実施例１と同様にして評価用基板本体２を製造した。まず、実施例１と同様にして、本体部用グリーンシートを製造し、この本体部用グリーンシート上に未焼成放熱反射層を形成した。別途、ペースト用ガラス粉末３８質量％、ジルコニアフィラー（第一稀元素工業製、商品名：ＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ）２４質量％、被覆アルミナフィラー３８質量％を配合し、混合してペースト用組成物を製造した。なお、ペースト用ガラス粉末の組成は、グリーンシート用ガラス粉末の組成と同一とした。

ペースト用組成物、ビヒクルを質量比６８：３２の割合で配合し、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回分散を行ってガラスペーストを調製した。なお、ビヒクルは、トリメチルペンタンジオールモノイソブチレートにエチルセルロースを溶解したものであり、エチルセルロースを７質量％含有するものである。

そして、未焼成放熱反射層が形成された本体部用グリーンシート上にスクリーン印刷法によりガラスペーストを印刷して保護層６となる未焼成保護層を形成し、未焼成基板本体とした。以降は、実施例１と同様にして、脱脂、焼成を行って評価用基板本体２を製造した。なお、本体部４の厚さは３００μｍ、保護層６の厚さは４０〜５０μｍとした。

（比較例２）
ペースト用組成物の被覆アルミナフィラーを被覆処理が行われていないアルミナフィラー（昭和電工製、商品名：ＡＬ４５Ｈ）に変更した以外は実施例２と同様にして評価用基板本体２を製造した。

次に、実施例２、比較例２の評価用基板本体２について、実施例１と同様にして反射率（％）を測定した。実施例２の保護層６は、実施例１の保護層６とは形成方法が異なるが、実質的な構成は実施例１の保護層６と同様である。このため、実施例２の評価用基板本体２は、実施例１の評価用基板本体２と同様の効果を有しており、比較例２の評価用基板本体２に比べて反射特性に優れ、放熱特性を向上できることがわかる。

１…発光素子用基板、２…基板本体（２ａ…素子搭載面）、４…本体部、５…放熱反射層、６…保護層、３０…発光装置、３１…発光素子

Claims (7)

1. 発光素子を搭載する発光素子用基板の製造に用いられるアルミナフィラーであって、
   アルミナフィラーと、
   前記アルミナフィラーの表面を被覆し、アルミニウム以外の金属の酸化物からなる被覆層と
   を有することを特徴とする被覆アルミナフィラー。
2. 前記酸化物は、酸化ジルコニウムであることを特徴とする請求項１記載の被覆アルミナフィラー。
3. 前記被覆層は、前記アルミナフィラーの表面に前記金属の水酸化物を被着させた後、前記水酸化物を焼成することにより形成されたものであること特徴とする請求項１または２記載の被覆アルミナフィラー。
4. 前記水酸化物は、前記金属の金属塩の中和反応により得られたものであること特徴とする請求項３記載の被覆アルミナフィラー。
5. 発光素子を搭載する発光素子用基板の製造に用いられるガラスセラミックス組成物であって、
   ガラス粉末と、
   請求項１乃至４のいずれか１項記載の被覆アルミナフィラーと
   を含むことを特徴とするガラスセラミックス組成物。
6. 本体部と、前記本体部上に設けられた銀を主成分とする放熱反射層と、前記放熱反射層を被覆する保護層とを有する基板本体を具備する発光素子用基板であって、
   前記保護層は、請求項５記載のガラスセラミックス組成物の焼結体からなることを特徴とする発光素子用基板。
7. 発光素子用基板と、前記発光素子用基板に搭載された発光素子とを有する発光装置であって、
   前記発光素子用基板は、請求項６記載の発光素子用基板であることを特徴とする発光装置。

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