发光元件安装用基板及具备其的发光元件安装用电路基板、以及发光元件模块
技术领域
本公开涉及发光元件安装用基板及具备其的发光元件安装用电路基板、以及发光元件模块。
背景技术
通常，在灯具或电致发光板的光源以及手机、个人计算机及电视机等的液晶的背光灯中，广泛使用发光元件(LED)模块。该发光元件模块具有亮度高、寿命长、耗电少等优点。
该发光元件模块是在由发光元件安装用基板单片化而得的基体上通过金属层搭载发光元件而成的。并且，作为该基体、即发光元件安装用基板的材质之一，提出了绝缘性及机械特性优异、经年劣化少的氧化铝质陶瓷(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2012/043659号
发明内容
本公开的发光元件安装用基板包含氧化铝质陶瓷，所述氧化铝质陶瓷含有氧化铝的晶粒，在全部成分100质量％中，以换算为Al2O3的值计含有97质量％以上的Al。并且，该晶粒的等效圆直径的平均值为1.1μm以上且1.8μm以下，等效圆直径的标准偏差为0.6μm以上且1.4μm以下。
另外，本公开的发光元件安装用电路基板具备：由上述构成的发光元件安装用基板单片化而成的基体；和位于该基体上的金属层。
另外，本公开的发光元件模块具备：上述构成的发光元件安装用电路基板；和位于上述金属层上的发光元件。
附图说明
图1为示出本公开的发光元件模块的构成的一例的剖视图。
具体实施方式
从量产性的观点出发，以成为期望尺寸的单片的方式，用镶嵌有工业用金刚石的旋转圆盘等对一片包含氧化铝质陶瓷的发光元件安装用基板进行切割而对其进行分割，从而制造用于搭载发光元件的基体。是所谓的多件同时加工(日文：多数個取り)。因此，对于发光元件安装用基板，不仅要求反射率高，而且要求容易分割。
以下使用图1说明本公开的发光元件安装用基板、及在由发光元件安装用基板单片化而成的基体上具备金属层的发光元件安装用电路基板、以及发光元件模块的一例。需要说明的是，图1为示出本公开的发光元件模块的构成的一例的剖视图。
本公开的发光元件模块10是通过位于基体1的表面1a上的金属层2a(2)搭载发光元件4而成的。换言之，本公开的发光元件模块10也可以称为在本公开的发光元件安装用电路基板3的金属层2上具备发光元件4的发光元件模块。并且，具备基体1和金属层2的构成为本公开的发光元件安装用电路基板3。
在此，图1中示出了发光元件4与金属层2b通过接合线5而电连接的例子。另外，图1中示出了发光元件4、金属层2及接合线5被包含树脂等的密封构件6覆盖的例子。
并且，构成本公开的发光元件模块10及发光元件安装用电路基板3的基体1可通过将发光元件安装用基板分割而得到。
在此，本公开的发光元件安装用基板包含氧化铝质陶瓷，所述氧化铝质陶瓷含有氧化铝的晶粒(以下，也简单记作晶粒)，在全部成分100质量％中，以换算为Al2O3的值计含有97质量％以上的Al。于是，本公开的发光元件安装用基板由于包含氧化铝质陶瓷而具有高导热率和优异的绝缘性。
在此，本公开的发光元件安装用基板中的、将Al换算为Al2O3的值的含量可以如下计算：使用ICP发射光谱分析装置(ICP)或荧光X射线分析装置(XRF)测定Al含量，之后将其换算为Al2O3，由此计算。需要说明的是，也可以使用XRF对Al以外的含有成分的含量进行定性分析，之后用ICP或XRF求出所检测的元素的含量，从100质量％减去该值来作为Al2O3的含量。
进一步地，本公开的发光元件安装用基板中的晶粒的等效圆直径的平均值为1.1μm以上且1.8μm以下，等效圆直径的标准偏差为0.6μm以上且1.4μm以下。
本公开的发光元件安装用基板通过具备上述构成而兼具高反射率及高分割性。在此，高反射率是指500nm下的反射率为91.0％以上。需要说明的是，作为500nm下的反射率的测定方法，使用分光测色计(Minolta制CM－3700A)在基准光源D65、波长范围360～740nm(可见光区)、视野10°、照明直径3×5mm的条件进行测定，从测定结果读出500nm的反射率即可。
若晶粒的等效圆直径的平均值小于1.1μm，则发光元件安装用基板的机械强度变得过高，分割性下降。另外，若晶粒的等效圆直径的平均值超过1.8μm，则等效圆直径大的晶粒变多，等效圆直径大的晶粒容易使可见光区域的波长衰减，因此反射率会下降。另外，若晶粒的等效圆直径的标准偏差小于0.6μm，则在分割时容易产生裂纹的、等效圆直径大的晶粒的数量过少，分割性下降。另外，若晶粒的等效圆直径的标准偏差超过1.4μm，则容易使可见光区域的波长衰减的、等效圆直径大的晶粒的数量过多，反射率下降。
在此，本公开的发光元件安装用基板的晶粒中的等效圆直径的平均值及等效圆直径的标准偏差可以通过以下方法来测定。
首先，对本公开的发光元件安装用基板的表面进行镜面研磨，直至达到10μm左右的深度，在比烧成温度低50～100℃的温度下进行热蚀刻。在此，将进行了热蚀刻的面的测定结果视为本公开的发光元件安装用基板的表面的测定结果。然后，使用扫描型电子显微镜(SEM)以500～3000倍的倍率观察，对面积为1344μm2(例如横向的长度为42μm、纵向的长度为32μm)的范围进行拍摄。然后，对所拍摄的照片描绘晶粒轮廓后，应用图像分析软件“A像くん”(注册商标、旭化成Engineering(株)制，需要说明的是，此后在记为图像分析软件“A像くん”时，表示旭化成Engineering(株)制的图像分析软件。)的粒子分析之类的方法进行图像分析，由此可以求出等效圆直径的平均值及等效圆直径的标准偏差。在此，作为图像分析软件“A像くん”的分析条件，将晶粒的亮度设为“亮”、将二值化的方法设为“手动”、将小图形去除面积设为0.002μm、将表示图像的明暗的指标即阈值设为50以上且200以下即可。
另外，在将晶粒的等效圆直径的平均值设为A、将晶粒的等效圆直径的标准偏差设为B时，比B/A可以为0.6以上且0.8以下。若满足这种构成，则本公开的发光元件安装用基板兼具更优异的反射率及分割性。
另外，就本公开的发光元件安装用基板中的晶粒而言，在总个数100％中，等效圆直径为0.8μm以下的晶粒可以为25％以上且40％以下。在此，等效圆直径为0.8μm以下的晶粒降低可见光的漫反射，提高反射率。并且，若等效圆直径为0.8μm以下的晶粒的个数比率满足上述数值范围，则本公开的发光元件安装用基板维持分割性、并且进一步提高反射率。
在此，等效圆直径为0.8μm以下的晶粒的个数比率可如下算出：通过与测定上述晶粒的等效圆直径的平均值及晶粒的等效圆直径的标准偏差的方法相同的方法，应用图像分析软件“A像くん”的粒子分析之类的方法进行图像分析，由此算出。
另外，在本公开的发光元件安装用基板的表面的1344μm2的面积范围内，等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数可以为10个以上且25个以下。在此，等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒提高分割性。并且，若等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数满足上述数值范围，则本公开的发光元件安装用基板维持反射率，并且分割性进一步提高。
在此，等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数可以如下算出：通过与测定上述晶粒的等效圆直径的平均值及晶粒的等效圆直径的标准偏差的方法相同的方法，应用图像分析软件“A像くん”的粒子分析之类的方法进行图像分析，将得到的“最大/最小”作为长宽比，由此算出。
另外，就本公开的发光元件安装用基板中的晶粒而言，等效圆直径的分布曲线中的偏度可以大于0。在此，晶粒的等效圆直径的分布曲线是指将二维的图中的横轴设为晶粒的等效圆直径、将纵轴设为晶粒的个数的表示晶粒的等效圆直径的分布的曲线，是表示晶粒的等效圆直径的分布范围的分布曲线。
另外，偏度为表示分布的非对称性的指标，可以使用Excel(注册商标、MicrosoftCorporation)中自带的函数SKEW来求出。
需要说明的是，偏度大于0表示：在晶粒的等效圆直径的分布曲线中，具有小于晶粒的等效圆直径的平均值A的等效圆直径的晶粒的个数比具有大于晶粒的等效圆直径的平均值A的等效圆直径的晶粒的个数更多。
于是，若满足这种构成，则有助于降低可见光的漫反射的、具有小于等效圆直径的平均值A的等效圆直径的晶粒的比例多，因此维持分割性、并且反射率进一步提高。
需要说明的是，晶粒的等效圆直径的分布曲线中的偏度可以由通过上述测定方法得到的晶粒的等效圆直径的数据来计算。
另外，本公开的发光元件安装用基板可以具有气孔、且气孔率为4面积％以上且7面积％以下，并且气孔的重心间距离的平均值为3μm以上且9μm以下。若满足这种构成，则气孔有助于有效地提高反射率、且容易按照将气孔彼此之间连接的方式产生裂纹，因此反射率及分割性提高。
在此，气孔率可以如下求出：在与测定上述晶粒的等效圆直径的平均值及晶粒的等效圆直径的标准偏差的方法相同的方法中，不是以晶粒、而是以气孔为对象，应用图像分析软件“A像くん”的粒子分析之类的方法进行图像分析，从而求出。在此，作为图像分析软件“A像くん”的分析条件，可以将晶粒的亮度设为“亮”、将二值化的方法设为“手动”、将小图形去除面积设为0.002μm、将表示图像的明暗的指标的阈值设为50以上且250以下。
另外，气孔的重心间距离的平均值可以如下求出：在与测定上述气孔率的方法相同的方法中，不是应用“A像くん”的粒子分析、而是应用“A像くん”的分散分析之类的方法进行图像分析，从而求出。
另外，在本公开的发光元件安装用基板中，在将气孔的重心间距离的平均值设为C、将气孔的重心间距离的标准偏差设为D时，比D/C可以小于0.7。若满足这种构成，则容易按照将气孔彼此之间连接的方式产生龟裂，因此分割性提高。
然后，对本公开的发光元件安装用基板的制造方法的一例进行说明。
首先，准备氧化铝(Al2O3)粉末、作为烧结助剂的碳酸钙(CaCO3)粉末、氢氧化镁(Mg(OH)2)粉末及氧化硅(SiO2)粉末。
在此，作为氧化铝粉末，准备平均粒径不同的两种氧化铝粉末(第1氧化铝粉末、第2氧化铝粉末)。在此，第1氧化铝粉末的平均粒径为第2氧化铝粉末的平均粒径的5倍以上且8倍以下的大小。并且，将该第1氧化铝粉末与第2氧化铝粉末以适宜比例配合，粉碎到用激光衍射·散射法测定的粉碎粒度达到2.6μm以上且3.0μm以下，从而得到1次原料粉末。需要说明的是，激光衍射·散射法中，也测定多个微小的粒子聚集而成的聚集粒子的粒径，因此实际的氧化铝粉末的粒径小于用激光衍射·散射法测得的平均粒径。
然后，按照在构成发光元件安装用基板的全部成分100质量％中、将Al换算成Al2O3的值为97质量％以上的方式称量1次原料粉末及作为烧结助剂的各粉末(碳酸钙粉末、氢氧化镁粉末及氧化硅粉末)。
然后，向搅拌机内加入一次原料粉末、作为烧结助剂的各粉末、相对于一次原料粉末与作为烧结助剂的各粉末的合计100质量份为3质量份以上且10质量份以下的水溶性丙烯酸类树脂等粘结剂、以及20质量份以上且60质量份以下的溶剂，混合并搅拌，由此得到浆料。
然后，使用该浆料，通过刮板法形成片。或者，将浆料用喷雾造粒装置(喷雾干燥机)进行喷雾造粒，使用所得到的颗粒通过辊压法形成片。
然后，通过模具压制或激光加工对上述片进行加工，由此得到规定的制品形状或近似于制品形状的成型体。
然后，将得到的成型体放入大气(氧化)气氛的烧成炉中，在最高温度1510℃以上且1560℃以下的温度下保持0.2小时以上且4小时以下而进行烧成，从而得到烧结体。如此，通过在上述最高温度下对使用上述粉碎粒度的一次原料粉末的成型体进行烧成，从而可以使晶粒的等效圆直径的平均值为1.1μm以上且1.8μm以下、且使等效圆直径的标准偏差为0.6μm以上且1.4μm以下。
然后，对该烧结体的表面进行研磨，从而得到本公开的发光元件安装用基板。需要说明的是，可以通过该研磨使表面的算术平均粗糙度Ra为0.3μm以下。
需要说明的是，可以按照在最高温度下的保持时间为0.5小时以上且2小时以下的方式进行烧成，使得在本公开的发光元件安装用基板中的晶粒的总个数100％中，等效圆直径为0.8μm以下的晶粒达到25％以上且40％以下。
另外，可以对烧成时的达到最高温度为止的升温速度进行调整，使得在本公开的发光元件安装用基板的表面的1344μm2的面积范围内，等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒个数达到10个以上且25个以下。
另外，在将制作1次原料粉末时的、第1氧化铝粉末与第2氧化铝粉末的配合比率设为E：F时，使该E与F之比E/F为1以下，则可以使本公开的发光元件安装用基板中的晶粒的、等效圆直径的分布曲线的偏度大于0。
另外，使用将第1氧化铝粉末与第2氧化铝粉末的配合比率设为1：1的1次原料粉末，且在最高温度1520℃以上且1530℃以下保持0.5小时以上且2小时以下而进行烧成，则可以使本公开的发光元件安装用基板中的气孔率达到4面积％以上且7面积％以下、并且气孔的重心间距离的平均值达到3μm以上且9μm以下。
另外，使用将第1氧化铝粉末与第2氧化铝粉末的配合比率设为1：1且粉碎粒度调整为2.7μm以上且2.9μm以下的1次原料粉末，则可以使本公开的发光元件安装用基板中的、气孔的重心间距离的平均值C与气孔的重心间距离的标准偏差D之比D/C小于0.7。
然后，对本公开的发光元件安装用电路基板3的制造方法的一例进行说明。首先，准备本公开的发光元件安装用基板。然后，在发光元件安装用基板的表面通过厚膜印刷法涂布包含金、银、铜或这些的混合物等的糊剂，进行热处理，从而设置金属层2。在此，在发光元件安装用基板形成金属层2后，用镶嵌有工业用金刚石的旋转圆盘等进行切割、分割，进行多件同时加工，从而成为期望尺寸的单片，由此得到在基体1上具备金属层2的本公开的发光元件安装用电路基板3。
需要说明的是，对发光元件安装用基板进行钻孔加工或激光加工而设置贯通孔，在该贯通孔中填充糊剂，按照与其接触的方式在发光元件安装用基板的表面及背面涂布糊剂，然后进行热处理，则可以制成在表面及背面具备金属层2、并且具备将这些连接的贯通导体的发光元件安装用电路基板3。需要说明的是，除了用糊剂来形成的方法以外，也可以通过公知的镀敷法、溅射法、活性金属法等来形成金属层2及贯通导体。
另外，可以部分地或整面地对金属层2的表面进行镀敷处理。通过如此进行镀敷处理，可以抑制金属层2的氧化腐蚀。镀敷的种类为公知的镀敷即可，可列举例如镀金、镀银或镀镍－金等。
然后，在本公开的发光元件安装用电路基板3的金属层2上安装包含半导体的发光元件4，由此可以得到本公开的发光元件模块10。需要说明的是，为了制成图1所示的例子的构成，也可以将发光元件4安装在金属层2a上，将发光元件4和金属层2b通过接合线5电连接，之后用包含树脂等的密封构件6被覆。
以下，对本公开的实施例进行具体说明，但是本公开不受这些实施例限定。
实施例1
制作晶粒的等效圆直径的平均值及晶粒的等效圆直径的标准偏差不同的试样，评价反射率及分割性。
首先，准备成为主原料的氧化铝粉末、和作为烧结助剂的碳酸钙粉末、氢氧化镁粉末及氧化硅粉末。在此，作为氧化铝粉末，准备平均粒径不同的两种氧化铝粉末(第1氧化铝粉末、第2氧化铝粉末)。在此，第1氧化铝粉末的平均粒径为第2氧化铝粉末的平均粒径的6倍大小。然后，将该第1氧化铝粉末与第2氧化铝粉末以适宜比例配合，粉碎至用激光衍射·散射法测定的粉碎粒度达到表1的值为止，由此得到1次原料粉末。
然后，称量1次原料粉末及作为烧结助剂的各粉末(碳酸钙粉末、氢氧化镁粉末及氧化硅粉末)，使得在构成发光元件安装用基板的全部成分100质量％中，将Al换算为Al2O3的值为99质量％，且余量的1质量％为将硅、钙及镁分别换算为SiO2、CaO及MgO的值之和。
然后，向搅拌机内加入一次原料粉末、作为烧结助剂的各粉末、相对于一次原料粉末与作为烧结助剂的各粉末的合计100质量份为7质量份的水溶性丙烯酸类树脂的粘结剂、和50质量份的水，混合并搅拌，由此得到浆料。
然后，将得到的浆料用喷雾造粒装置来喷雾造粒，使用得到的颗粒通过辊压法而形成片。需要说明的是，调整该片厚度，使得烧成后的厚度达到1mm。
然后，通过模具压制对上述片进行加工，由此得到烧成后的尺寸(纵×横)为110mm×110mm的成型体。
然后，将得到的成型体放入大气气氛的烧成炉中，在表1所示的最高温度下保持4小时而进行烧成，由此得到烧结体。需要说明的是，达到最高温度为止的升温速度设为1100℃/h。
然后，对该烧结体的表面进行研磨，从而使表面的算术平均粗糙度Ra为0.3μm，由此得到各试样。
然后，镜面研磨至距离各试样的表面为10μm的深度为止，在比烧成温度低约100℃的温度下进行热蚀刻。然后，使用SEM以3000倍的倍率进行观察，对面积为1344μm2(横向的长度为42μm、纵向的长度为32μm)的范围进行拍摄。然后，对所拍摄的照片描绘晶粒轮廓后，应用图像分析软件“A像くん”的粒子分析之类的方法进行图像分析，由此可以求出晶粒的等效圆直径的平均值及晶粒的等效圆直径的标准偏差。在此，作为图像分析软件“A像くん”的分析条件，将晶粒的亮度设为“亮”、将二值化的方法设为“手动”、将小图形去除面积设为0.002μm、将表示图像的明暗的指标即阈值设为100。
然后，对于各试样的表面，使用分光测色计(Minolta制CM－3700A)在基准光源D65、波长范围360～740nm、视野10°、照明直径3×5mm的条件下进行测定，求出各试样的500nm的反射率。
另外，对于各试样评价分割性。首先，对于各试样的表面，使用铺设有粒径1μm的金刚石磨粒的旋转圆盘，以转速2000rpm进行各试样的切割。此时，测定旋转圆盘的旋转轴的负荷电流。然后，从该负荷电流小的试样起依次对于各试样赋予排序。在此，将负荷电流最小的试样设为第1位，将负荷电流最大的试样设为最后一位。在此，负荷电流越小表示越容易分割。将结果示于表1。
[表1]
如表1所示，与试样No.1、2、10、11相比，试样No.3～9的反射率为91.2％以上，并且分割性的序号在9位以内。由该结果可知，若为晶粒的等效圆直径的平均值为1.1μm以上且1.8μm以下、晶粒的等效圆直径的标准偏差为0.6μm以上且1.4μm以下的发光元件安装用基板，则兼具高反射率及高分割性。
另外，在试样No.3～9中，试样No.4～8的反射率为91.7％以上，并且分割性的序号为8位以内。由该结果可知，若是晶粒的等效圆直径的平均值A与晶粒的等效圆直径的标准偏差B的比B/A为0.6以上且0.8以下的发光元件安装用基板，则反射率及分割性进一步提高。
实施例2
然后，制作等效圆直径为0.8μm以下的晶粒的个数比率不同的试样，评价反射率及分割性。
需要说明的是，作为各试样的制作方法，按照最高温度下的保持时间成为表2的值的方式进行烧成，除此以外与实施例1的试样Nо.6的制作方法相同。需要说明的是，试样No.12与实施例1的试样No.6相同。
然后，通过与实施例1的求出等效圆直径的平均值、等效圆直径的标准偏差的方法相同的方法，应用图像分析软件“A像くん”的粒子分析这一方法进行图像分析，由此算出各试样的、等效圆直径为0.8μm以下的晶粒的个数比率。
然后，通过与实施例1相同的方法评价各试样的反射率及分割性。
将结果示于表2。需要说明的是，关于表2中的分割性的排序，是仅对表2所示的试样进行比较而赋予的。另外，在表2中，将等效圆直径为0.8μm以下的晶粒的个数比率简记为个数比率。
[表2]
如表2所示，与试样No.12、16相比，试样No.13～15的反射率为92.7％以上，并且分割性的序号在4位以内。由该结果可知，若是等效圆直径为0.8μm以下的晶粒为25％以上且40％以下的发光元件安装用基板，则反射率及分割性进一步提高。
实施例3
然后，制作了等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数不同的试样，评价反射率及分割性。
需要说明的是，作为各试样的制作方法，使用了以烧成时达到最高温度为止的升温速度为表3的值的方式进行混合的1次原料粉末，除此以外与实施例2的试样Nо.14的制作方法相同。需要说明的是，试样No.17与实施例2的试样No.14相同。
然后，通过与实施例1的求出等效圆直径的平均值、等效圆直径的标准偏差的方法相同的方法，应用图像分析软件“A像くん”的粒子分析这一方法进行图像分析，将得到的“最大/最小”作为长宽比，从而算出各试样的等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数。
然后，通过与实施例1相同的方法评价各试样的反射率及分割性。
将结果示于表3。需要说明的是，关于表3中的分割性的排序，是仅对表3所示的试样进行比较而赋予的。另外，在表3中，将等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数简记为晶粒的个数。
[表3]
如表3所示，与试样No.17、21相比，、试样No.18～20的反射率为92.1％以上，并且分割性的序号在4位以内。由该结果可知，若是等效圆直径为2μm以上且长宽比为2以上的晶粒的个数为10个以上且25个以下的发光元件安装用基板，则反射率及分割性进一步提高。
符号说明
1：基体
2：金属层
3：发光元件安装用电路基板
4：发光元件
5：接合线
6：密封构件
10：发光元件模块
