透光性配線基板
【課題】透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板の表面に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板において、熱サイクル印加後に配線パターンの透光性アルミナ基板への接着を維持し、かつ配線基板の透光性が得られるようにする。
【解決手段】配線基板８は、透光性アルミナ基板１の表面１ａに形成されている下地層７と、この下地層７上に形成されている配線パターン２を備える。透光性アルミナ基板１の表面１ａのうち配線パターン２によって被覆されていない領域５に平滑面が露出している。下地層７が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ９５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなり、あるいは、５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなる。
【解決手段】配線基板８は、透光性アルミナ基板１の表面１ａに形成されている下地層７と、この下地層７上に形成されている配線パターン２を備える。透光性アルミナ基板１の表面１ａのうち配線パターン２によって被覆されていない領域５に平滑面が露出している。下地層７が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ９５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなり、あるいは、５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性が高く、かつ熱サイクル後にも配線パターンの付着強度の高い透光性配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミナセラミックスは電気絶縁性、化学的安定性といった特徴から電子部品用基板として広く使われている。近年では高熱伝導性といった特徴を活かし、半導体発光素子用の基板として使われるケースも増加している。ただし、一般的なアルミナセラミックスは不透明であり、半導体発光素子から出射される光のうち、直接利用できるのは片面のみであり、基板反対面側に出射する光は反射等の処置を行い利用している（特許文献１）。透光性のある基板を用いれば、こういった構造は必要なくなるが、一般的な透光性材料であるガラスや樹脂を基板として用いると熱伝導率が低いため、半導体発光素子の温度が上昇し、発光素子の発光効率そのものが落ちてしまう。
【０００３】
一方、アルミナセラミックスの中でも特に高純度なものは、真空や水素といった還元雰囲気焼成を行うことで高い透光性を有するようになり、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプといった高輝度放電灯用の発光管として使われている（特許文献２）。
【０００４】
透光性アルミナセラミックスは、透光性に加えて高い熱伝導性を持ち、これを半導体発光素子用の基板として使用することができれば、温度上昇による発光効率低下を起こすことなく、発光素子両面からの光の取出しが可能となる（特許文献３）。
【０００５】
また、アルミナ基板の表面に、金属による配線パターンを形成することが行われている。ここで配線パターンとアルミナ基板との接着性を向上させるために、アルミナ基板の全面にわたってアルカリ、酸またはイオンビーム等を用いてエッチングし、次いで配線パターンを形成することが知られている（特許文献４，５）。また、アルミナ基板の表面に、アルミナ粒子よりも大きな凹凸を設ける方法が知られている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４３７１７号公報
【特許文献２】特許２７８０９４１号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９９２５号公報
【特許文献４】特開昭６１−２５１５８９号公報
【特許文献５】特開平５−２４９５９号公報
【特許文献６】特開２０１０−３０２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミナ基板を半導体発光素子用の基板として用いる場合、発光素子への給電のための配線パターンを基板表面に形成する必要がある。配線パターンは通常、銀や銅のペーストを厚膜プロセスで印刷したあと、加熱処理をすることで、ペースト内に含まれるバインダー成分と基板に含まれるアルミナ以外の成分（主としてＳｉＯ２）とを結合させることで密着させる。ところが、透光性アルミナセラミックスは一般アルミナに比べ高純度であり、不純物の量が極めて少ないため密着性が不足し、点灯による温度サイクルの繰り返しにより配線パターンが剥がれ易くなる。
【０００８】
透光性アルミナセラミックスにおいても、結晶粒界には少量ながら不純物が存在するが、透光性を高めるためには結晶粒子の径をできるだけ大きくする必要があり、結晶粒子径が大きくなると相対的に基板表面に現れる結晶粒界の面積が小さくなるため、更にこの問題が顕著となる。
【０００９】
アルミナ中の不純物成分を多くすれば、配線パターンへの密着性を高めることが可能であるが、透光性が低下し、発光素子から出射される光の利用が難しくなる。また、結晶粒子径を小さくすれば、密着性の改善は可能であるが、透光性が低下し、発光素子から出射される光の利用が難しくなる。
【００１０】
本発明者は、この問題を解決するため、特許文献４、５、６に記載のような方法も試みてみた。特許文献４では、透光性ではないアルミナ基板を酸・アルカリによってエッチングしており、これによってアルミナ基板表面を全面にわたって微細に粗している。エッチング前後において面粗度は変わらない。次いでアルミナ基板上に配線パターンを蒸着している。
【００１１】
しかし、本発明者の検討では、酸・アルカリエッチングによって透光性アルミナ基板の表面を処理しても、透光性アルミナの場合には前述のように不純物が少ない上、平滑度も高い。このため、特許文献４記載のような、面粗度が上がらないような微細なエッチングでは、配線パターンの密着性改善の効果がなく、熱サイクル後に配線パターンが剥離する。また、エッチングによって透光性アルミナ基板の面粗度を粗くすると、光の透過率が低下する。
【００１２】
また、特許文献５記載のようにイオンビームを用いて透光性アルミナ基板の表面をエッチングすることも検討した。しかし、この方法でも、特許文献４と同様の問題が生ずる。
【００１３】
特許文献６記載のように、アルミナ粒子よりも大きな凹凸を設ける方法も検討した。しかし、透光性アルミナの場合には、透光性を発現させるためにアルミナ粒子の平均粒径が非常に大きい。このため、アルミナ粒子よりも十分に大きな凹凸を設けると、微細なパターンや複雑なパターンを基板表面に形成することができず、配線の微細化に対応できない。このため、透光性配線基板の分野では産業上利用できない技術である。しかも、透光性アルミナ粒子よりも十分に大きい凹凸が基板表面にあると、配線パターンを基板表面にスクリーン印刷するときに、印刷用製版の損傷を引き起こす。
【００１４】
本発明の課題は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板の表面に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板において、熱サイクル印加後に配線パターンの透光性アルミナ基板への接着を維持し、かつ配線基板の透光性が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第一の発明は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち前記配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、下地層が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ９５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなることを特徴とする。
【００１６】
また、第二の発明は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、下地層が、５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、透光性アルミナ基板の表面に平滑面を形成することでその透光性を維持しつつ、熱サイクル印加後にも配線パターンのアルミナ基板表面からの剥離を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る配線基板８を模式的に示す平面図である。
【図２】（ａ）は、透光性アルミナ基板１の配線パターン形成領域６に下地層７を形成した状態を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、下地層７上に配線パターン２を設けた後の配線基板８の断面図である。
【図３】配線基板の透光性の測定法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（配線基板の形成手順）
アルミナ原料粉末を成形、焼結させることによって、透光性アルミナ基板を作製する。この時点では、透光性アルミナ基板の表面は平滑面をなしている。これは、基板表面が粗れていると、基板の全透過率が著しく低下するからである。
【００２０】
図１、図２（ａ）に示すように、透光性アルミナ基板１の表面１ａを平滑面とする。次いで、図２（ａ）（ｂ）に示すように、配線パターン形成領域６において、表面１ａ上に下地層７を形成する。本実施形態では、非形成領域５には下地層７を形成しない。次いで、下地層７上に配線パターン２を形成する。配線パターン２は、下地層７上に形成されており、下地層７の存在しない非形成領域５には形成されていない。３ははんだ付け部分である。
【００２１】
（透光性アルミナ基板）
透光性アルミナは、例えば発光ダイオード素子用をマウントする基板として使用でき、これによって発光ダイオード素子の寿命を飛躍的に延長することが可能である。
【００２２】
透光性アルミナ基板の厚さは0.2ｍｍ以上、2mm以下であることが好ましい。基板が薄すぎると、衝撃で割れやすくなり、あるいは直線透過光の比率が高くなりすぎ、光の拡散が不足する。基板が厚すぎると、全光線透過率が低くなり、放熱性も低下する。
【００２３】
透光性アルミナ基板の可視光域の直線透過率は、光の拡散のため、４０％以下とすることが好ましく、１５％以下とすることが更に好ましい。透光性アルミナ基板の前方全透過率は、発光効率の観点から３０％以上が好ましい。
【００２４】
基板を構成する透光性アルミナの平均結晶粒径は特に限定されないが、透光性を得るという観点から、１５μｍ以上とすることが好ましく、２０μｍ以上とすることが更に好ましい。また、アルミナの結晶粒径は、基板強度を維持する、および直線透過光の比率が多くなりすぎないように、１００μｍ以下とすることが好ましく、４０μｍ以下とすることが更に好ましい。
【００２５】
また、基板を構成する透光性アルミナの相対密度は、透光性を確保するという観点からは、９８％以上とすることが好ましく、９９％以上とすることが更に好ましい。アルミナ内の気孔は、入射する光を散乱させ、全光線透過率を著しく低下させる。
【００２６】
透光性アルミナ基板の成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法など任意の方法であってよい。特に好ましくは、基板をゲルキャスト法を用いて製造する。好適な実施形態においては、セラミック粉末、分散媒およびゲル化剤を含むスラリーを注型し、このスラリーをゲル化させることによって成形体を得、この成形体を焼結させる。
【００２７】
特に好ましくは、純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。
前述した助剤は、高純度アルミナ粉末の焼結を促進する助剤であり、MgO、ZrO2, Y2O3,La2O3,
Sc2O3を例示でき、酸化マグネシウムが特に好ましい。
【００２８】
好適な実施形態においては、透光性アルミナ基板における助剤以外アルミナの純度が９９．８質量％以上であり、これによって全透過率が向上する。不純物量が少ないことによって、配線パターンとの熱サイクル印加後の接着性が低下するので、本発明が特に有効である。透光性アルミナ基板におけるアルミナの純度が９９．９質量％以上が更に好ましく、９９．９５％以上が一層好ましい。基板のアルミナ純度は蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ質量分析、等を用いることで測定することができる。
【００２９】
透光性アルミナ基板を構成する透光性アルミナにおいては、透光性の観点から、シリカ量が少ないことが好ましい。このシリカ量は、５０質量ｐｐｍ以下が好ましく、添加されていないことがもっとも好ましい。
【００３０】
透光性アルミナ基板の原料粉末の平均粒径は特に限定されないが、低温焼結での緻密化および透光性向上という観点からは、０．５μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下が更に好ましい。一層好ましくは、原料粉末の平均粒子径は０．３μｍ以下（一次粒子径）である。この平均粒径の下限は特に限定されない。原料粉末の平均粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による原料粉末の直接観察によって決定できる。
なお、ここでいう平均粒子径とはＳＥＭ写真(倍率：Ｘ３００００。任意の２視野)上における２次凝集粒子を除く１次粒子の（最長軸長＋最短軸長）／２の値のｎ＝５００平均値のことである。
【００３１】
ゲルキャスト法は、以下の方法を例示できる。
（１） 無機物粉体とともに、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。
（２） 反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。
【００３２】
（サーメットからなる下地層）
第一の発明では、下地層が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ9５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなる。ただし、前記金属とアルミナとの合計量を１００容量％として組成を算出する。
【００３３】
ここで、サーメットを構成する金属は、モリブデンのみであってよく、タングステンのみであってよく、両者の混合物であってよい。また、前記サーメットにおける前記金属の比率を５質量％〜６０質量％とすることによって、熱サイクル印加後の配線パターンとの接着力が著しく上昇する。この観点からは、前記サーメットにおける前記金属の比率は２０質量％以上とすることが更に好ましく、また、 ４５質量％以下とすることが更に好ましい。
【００３４】
（サーメットの形成方法）
前記サーメットからなる下地層を形成するには、サーメットペーストを製造し、透光性アルミナ基板の仮焼体表面に塗布し、常法によって基板の仮焼体と共に還元性雰囲気下で焼結させる。塗布の際には、ペーストをスクリーン印刷、インクジェット印刷、パッド印刷することができる。
【００３５】
ペースト中には、溶媒および重合体を含有させる。溶媒としては、ブチルカルビトール、テルピネオールを例示できる。また、重合体としては、ポリビニルアルコール、エチルセルロースを例示できる。
【００３６】
ペーストを焼結させる際の還元性雰囲気は、水素と窒素との混合雰囲気が好ましい。この場合、水素と窒素との比率は、３：１〜１０：０であることが好ましい。また、焼結温度は、１７００〜１８５０℃が好ましい。
【００３７】
（下地層を構成するアルミナ）
第二の発明においては、下地層が、５０〜２００質量ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなる。これによって、熱サイクル印加後の配線パターンの接着力が著しく向上する。この観点からは、シリカ含有量は、１００質量ｐｐｍ以上とすることが更に好ましく、また１５０質量ｐｐｍ以下とすることが更に好ましい。
【００３８】
下地層を構成するアルミナは、１５０〜１０００ｐｐｍの焼結助剤を更に含有することが好ましく、これによって透光性基板との接着力が向上する。前述した助剤は、高純度アルミナ粉末の焼結を促進する助剤であり、MgO、ZrO2, Y2O3,La2O3,
Sc2O3を例示でき、酸化マグネシウムが特に好ましい。
【００３９】
特に好ましくは、純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。
【００４０】
好適な実施形態においては、下地層におけるアルミナ純度が９９．８質量％以上である。透光性アルミナ基板におけるアルミナ純度は９９．９質量％以上が更に好ましく、９９．９５質量％以上が一層好ましい。基板のアルミナ純度は蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ質量分析等を用いることで測定することができる。
【００４１】
（アルミナ下地層の形成方法）
前記アルミナからなる下地層を形成するには、アルミナペーストを製造し、透光性アルミナ基板の仮焼体表面に塗布し、常法によって基板の仮焼体と共に還元性雰囲気下で焼結させる。塗布の際には、ペーストをスクリーン印刷、インクジェット印刷、パッド印刷することができる。
【００４２】
ペースト中には、溶媒および重合体を含有させる。溶媒としては、ブチルカルビトール、テルピネオールを例示できる。また、重合体としては、エチルセルロース、ポリビニルアルコールを例示できる。
【００４３】
ペーストを焼結させる際の還元性雰囲気は、水素と窒素との混合雰囲気が好ましい。この場合、水素と窒素との比率は、３：１〜１０：０であることが好ましい。また、焼結温度は、１７００〜１８５０℃が好ましい。
【００４４】
本発明においては、下地層上に配線パターンを形成し、配線パターンが透光性アルミナ基板表面に直接に接触しないようにすることで、熱サイクル印加後の配線パターンの接着力を確保する。
【００４５】
好適な実施形態においては、下地層が配線パターンによって被覆されており、下地層が透光性アルミナ基板の表面に露出していない。これによって、下地層による透光性の低下を防止し、透光性アルミナ基板の高い透光性を最大限に利用できる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、配線パターン２が下地層７の全面を被覆しており、下地層７が基板表面側に露出していない。ただし、下地層７の一部が配線パターン２に被覆されずに基板表面に露出していても良い。この場合には、下地層７のうち露出部分の面積が下地層７の全面積の１０％以下であることが好ましい。また、平滑面は基板表面に露出している。
【００４６】
（平滑面）
本発明では、透光性アルミナ基板の表面に平滑面が形成されており、配線パターンに被覆されていない領域に露出している。これによって、配線基板全体の透過率を向上させ、確保することができる。平滑面の面粗度Ｒａは、全透過率の向上という観点から、０．３μｍ以下が更に好ましい。また、平滑面の面粗度の下限は特にないが、加工上は０．１μｍ以上が実際的である。
【００４７】
平滑面は、配線パターンに被覆されていない領域に露出しているが、好ましくは、配線パターンまたは下地層に被覆されていない領域の全面にわたって平滑面が露出している。平滑面の面粗度Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均表面粗さであり、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６５１で規定されるような触針式表面粗さ測定器によって測定する。
【００４８】
（平滑面の形成方法）
透光性アルミナ基板に平滑面を形成するには、成形金型に平滑面に対応する平滑部を設けることができる。また、透光性アルミナ基板の表面をダイヤモンドペースト等を用いて、研磨加工することによって、平滑面を形成できる。
【００４９】
（下地層の直下）
また、下地層の直下は、平滑面であってよく、粗面であってもよい。この場合、粗面の面粗度Ｒａは、熱サイクル印加後の配線パターンとの接着性という観点からは、０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることが更に好ましい。また、粗面の損粗度Ｒａを３．０μｍ以下とすることによって、微細なパターンを印刷する際のかすれや断線、印刷時のスクリーンマスクの破損を防止できる。
【００５０】
透光性アルミナ基板に粗面を形成するには、成形金型に粗面に対応する粗面部を設けることができる。また、透光性アルミナ基板の表面を全面にわたって平滑面とした後、この平滑面のうち配線パターン形成領域を軸付き砥石等によりフライス加工することによって粗面を形成できる。
【００５１】
（配線パターン）
配線パターンを形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、パッド印刷法がある。
【００５２】
また、配線パターンを形成する際の熱処理温度は、５００〜１０００℃が好ましい。また、配線パターンの材質は、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、またはこれらを含む化合物が好ましい。更に配線パターンの厚さは 本発明の観点からは、０．５〜２０μｍが好ましい。
【実施例】
【００５３】
（実施例Ａ１）
透光性アルミナセラミックス基板１を、以下のようにして作製した。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末１００重量部（純度９９．９５質量％以上）、及びマグネシア０．０２５重量部、分散媒として多塩基酸エステル３０重量部、ゲル化剤として、MDI樹脂４重量部、分散剤としてマリアリムAKM0351（商品名、日本油脂株式会社製）２重量部及び触媒としてトリエチルアミン０．２重量部を混合したものを用いた。このスラリーを、アルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で１時間放置し、固化してから離型した。さらに、室温、次いで９０℃のそれぞれの温度にて2時間放置して、基板状の粉末成形体を得た。これを大気中１２００℃で仮焼し、仮焼体を得た。
【００５４】
サーメットペーストは以下のように作製した。すなわち、原料粉末として、アルミナ粉末（純度９９．９５質量％以上）とタングステン粉末を混合したもの１００重量部、ブチルカルビトール１８重量部、エチルセルロース３重量部を混合してサーメットペーストとした。ただし、アルミナ粉末とタングステン粉末の混合比率は容積比で４０：６０となるよう調整した。
【００５５】
スクリーン製版として、乳剤厚さ１００μm、＃２９０メッシュ、焼成収縮後のパターンが配線パターンと等しくなるものを用い、スクリーン製版が仮焼体の表面に平行になるようにスクリーン印刷機ステージに固定し、製版との位置合わせをした。次いで、調製したサーメットペーストを、製版を用いてスクリーン印刷機にて仮焼体の表面に印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させた。次いで、印刷された仮焼体を、水素：窒素＝3:1の雰囲気中１８００℃で焼成し、緻密化及び透光化させた。この結果、表面に配線パターンと同じサーメット層を持つ透光性アルミナセラミックス基板を得ることができた。
【００５６】
得られた基板表面に、所望の配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させ、８５０℃の温度で熱処理を行い、配線パターンを基板表面に密着させた。
【００５７】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行った後、接着強度を測定したところ、１０Ｎ/ｍｍ２であり、初期値よりは劣るものの依然として十分な強さがあることがわかった。
【００５８】
また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。ただし、前方全透過率は、図３に模式的に示す装置で測定した。すなわち、光源１０から波長５５５ｎｍの単色光を矢印Ａのように配線基板８の表面１ａに入射させ、背面１ｂ側から矢印Ｂのように積分球１2の各点に向かって放射される放射光を検出器１１によって検出する。
また、この基板の配線パターン以外の部分の組成を誘導結合プラズマ質量分析を用いて測定したところ、アルミナの純度は９９．９％であった。
【００５９】
（実施例Ａ２−Ａ６）
実施例Ａ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のサーメットについて、実施例Ａ２、Ａ３においてはタングステン粉末を用い、実施例Ａ４〜Ａ６ではモリブデン粉末を用いた。また、サーメットにおけるモリブデン、タングステンの質量比率を、表１に示すように変更した。結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１から分かるように、本発明の実施例Ａ１〜Ａ６では、熱サイクルを１０００サイクル印加した後の配線パターンの接合強度が高く維持されており、配線基板の全透過率も高い。
【００６２】
（比較例Ａ１）
実施例Ａ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成せず、アルミナ基板表面に前記配線パターンを直接形成した。得られた基板表面に配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させ、８５０℃の温度で熱処理を行い、配線パターンを基板表面に密着させた。
【００６３】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行ったところ、半田が自然に剥がれてしまい強度測定を行うことができなかった。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。結果を表２に示す。
【００６４】
（比較例Ａ２、Ａ３）
実施例Ａ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のサーメットについて、比較例Ａ２、Ａ３においてはタングステン粉末、モリブデン粉末の質量比率を７０質量％に増加させた。
【００６５】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行ったところ、半田が自然に剥がれてしまい強度測定を行うことができなかった。剥がれ部を観察したところ、サーメット層が基板から剥がれている部分が見られた。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】
（実施例Ｂ１）
透光性アルミナセラミックス基板１を、以下のようにして作製した。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末１００重量部（純度９９．９５質量％以上）及びマグネシア０．０２５重量部、分散媒として多塩基酸エステル３０重量部、ゲル化剤として、MDI樹脂４重量部、分散剤としてマリアリムAKM0351（商品名、日本油脂株式会社製）２重量部及び触媒としてトリエチルアミン０．２重量部を混合したものを用いた。このスラリーを、アルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で１時間放置し、固化してから離型した。さらに、室温、次いで９０℃のそれぞれの温度にて2時間放置して、基板状の粉末成形体を得た。これを大気中１２００℃で仮焼し、仮焼体を得た。
【００６８】
シリカ含有アルミナペーストは以下のように作製した。すなわち、原料粉末として、アルミナ粉末（純度）９９．９５質量％以上）とシリカ粉末を混合したもの１００重量部、テルピネオール４０重量部、ポリビニルアルコール９重量部を混合してシリカ含有アルミナペーストとした。ただし、アルミナ粉末に対するシリカ粉末の分量が２００質量ｐｐｍとなるよう調整した。
【００６９】
スクリーン製版として、乳剤厚さ１００μm、＃２９０メッシュ、焼成収縮後のパターンが配線パターンと等しくなるものを用い、スクリーン製版が仮焼体の表面に平行になるようにスクリーン印刷機ステージに固定し、製版との位置合わせをした。次いで、調製したシリカ含有アルミナペーストを、製版を用いてスクリーン印刷機にて仮焼体の表面に印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させた。
【００７０】
次いで、印刷された仮焼体を、水素：窒素＝3:1の雰囲気中１８００℃で焼成し、緻密化及び透光化させた。この結果、表面に配線パターンと同じシリカを多く含む層を持つ透光性アルミナセラミックス基板を得ることができた。
【００７１】
得られた基板表面に、所望の配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させ、８５０℃の温度で熱処理を行い、配線パターンを基板表面に密着させた。
【００７２】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行った後、接着強度を測定したところ、１２Ｎ/ｍｍ２と初期値よりは劣るものの依然として十分な強さがあることがわかった。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。
【００７３】
（実施例Ｂ２、Ｂ３）
実施例Ｂ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のアルミナペーストについて、実施例Ｂ２、Ｂ３においてはシリカ比率を５０、１００質量ｐｐｍに変更した。結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
【００７５】
表３から分かるように、本発明の実施例Ｂ１〜Ｂ３では、熱サイクルを１０００サイクル印加した後の配線パターンの接合強度が高く維持されており、配線基板の全透過率も高い。
【００７６】
（比較例Ｂ１、Ｂ２）
実施例Ｂ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のアルミナペーストについて、比較例Ｂ１、Ｂ２においてはシリカ比率を３００質量ｐｐｍ、３０質量ｐｐｍに変更した。
【００７７】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行った。その後、比較例Ｂ１の接着強度を測定したところ、１２Ｎ/ｍｍ２と初期値よりは劣るものの依然として十分な強さがあることがわかった。ただし、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、５５％であった。特に下地層の付近では基板の一部が白濁し、透光性が失われてしまう現象が見られた。また、比較例Ｂ２については半田が自然に剥がれてしまい強度測定を行うことができなかった。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。結果を表４に示す。なお、表４には、比較例Ａ１の結果も示した。
【００７８】
【表４】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性が高く、かつ熱サイクル後にも配線パターンの付着強度の高い透光性配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミナセラミックスは電気絶縁性、化学的安定性といった特徴から電子部品用基板として広く使われている。近年では高熱伝導性といった特徴を活かし、半導体発光素子用の基板として使われるケースも増加している。ただし、一般的なアルミナセラミックスは不透明であり、半導体発光素子から出射される光のうち、直接利用できるのは片面のみであり、基板反対面側に出射する光は反射等の処置を行い利用している（特許文献１）。透光性のある基板を用いれば、こういった構造は必要なくなるが、一般的な透光性材料であるガラスや樹脂を基板として用いると熱伝導率が低いため、半導体発光素子の温度が上昇し、発光素子の発光効率そのものが落ちてしまう。
【０００３】
一方、アルミナセラミックスの中でも特に高純度なものは、真空や水素といった還元雰囲気焼成を行うことで高い透光性を有するようになり、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプといった高輝度放電灯用の発光管として使われている（特許文献２）。
【０００４】
透光性アルミナセラミックスは、透光性に加えて高い熱伝導性を持ち、これを半導体発光素子用の基板として使用することができれば、温度上昇による発光効率低下を起こすことなく、発光素子両面からの光の取出しが可能となる（特許文献３）。
【０００５】
また、アルミナ基板の表面に、金属による配線パターンを形成することが行われている。ここで配線パターンとアルミナ基板との接着性を向上させるために、アルミナ基板の全面にわたってアルカリ、酸またはイオンビーム等を用いてエッチングし、次いで配線パターンを形成することが知られている（特許文献４，５）。また、アルミナ基板の表面に、アルミナ粒子よりも大きな凹凸を設ける方法が知られている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４３７１７号公報
【特許文献２】特許２７８０９４１号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９９２５号公報
【特許文献４】特開昭６１−２５１５８９号公報
【特許文献５】特開平５−２４９５９号公報
【特許文献６】特開２０１０−３０２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミナ基板を半導体発光素子用の基板として用いる場合、発光素子への給電のための配線パターンを基板表面に形成する必要がある。配線パターンは通常、銀や銅のペーストを厚膜プロセスで印刷したあと、加熱処理をすることで、ペースト内に含まれるバインダー成分と基板に含まれるアルミナ以外の成分（主としてＳｉＯ２）とを結合させることで密着させる。ところが、透光性アルミナセラミックスは一般アルミナに比べ高純度であり、不純物の量が極めて少ないため密着性が不足し、点灯による温度サイクルの繰り返しにより配線パターンが剥がれ易くなる。
【０００８】
透光性アルミナセラミックスにおいても、結晶粒界には少量ながら不純物が存在するが、透光性を高めるためには結晶粒子の径をできるだけ大きくする必要があり、結晶粒子径が大きくなると相対的に基板表面に現れる結晶粒界の面積が小さくなるため、更にこの問題が顕著となる。
【０００９】
アルミナ中の不純物成分を多くすれば、配線パターンへの密着性を高めることが可能であるが、透光性が低下し、発光素子から出射される光の利用が難しくなる。また、結晶粒子径を小さくすれば、密着性の改善は可能であるが、透光性が低下し、発光素子から出射される光の利用が難しくなる。
【００１０】
本発明者は、この問題を解決するため、特許文献４、５、６に記載のような方法も試みてみた。特許文献４では、透光性ではないアルミナ基板を酸・アルカリによってエッチングしており、これによってアルミナ基板表面を全面にわたって微細に粗している。エッチング前後において面粗度は変わらない。次いでアルミナ基板上に配線パターンを蒸着している。
【００１１】
しかし、本発明者の検討では、酸・アルカリエッチングによって透光性アルミナ基板の表面を処理しても、透光性アルミナの場合には前述のように不純物が少ない上、平滑度も高い。このため、特許文献４記載のような、面粗度が上がらないような微細なエッチングでは、配線パターンの密着性改善の効果がなく、熱サイクル後に配線パターンが剥離する。また、エッチングによって透光性アルミナ基板の面粗度を粗くすると、光の透過率が低下する。
【００１２】
また、特許文献５記載のようにイオンビームを用いて透光性アルミナ基板の表面をエッチングすることも検討した。しかし、この方法でも、特許文献４と同様の問題が生ずる。
【００１３】
特許文献６記載のように、アルミナ粒子よりも大きな凹凸を設ける方法も検討した。しかし、透光性アルミナの場合には、透光性を発現させるためにアルミナ粒子の平均粒径が非常に大きい。このため、アルミナ粒子よりも十分に大きな凹凸を設けると、微細なパターンや複雑なパターンを基板表面に形成することができず、配線の微細化に対応できない。このため、透光性配線基板の分野では産業上利用できない技術である。しかも、透光性アルミナ粒子よりも十分に大きい凹凸が基板表面にあると、配線パターンを基板表面にスクリーン印刷するときに、印刷用製版の損傷を引き起こす。
【００１４】
本発明の課題は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板の表面に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板において、熱サイクル印加後に配線パターンの透光性アルミナ基板への接着を維持し、かつ配線基板の透光性が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第一の発明は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち前記配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、下地層が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ９５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなることを特徴とする。
【００１６】
また、第二の発明は、透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、下地層が、５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、透光性アルミナ基板の表面に平滑面を形成することでその透光性を維持しつつ、熱サイクル印加後にも配線パターンのアルミナ基板表面からの剥離を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る配線基板８を模式的に示す平面図である。
【図２】（ａ）は、透光性アルミナ基板１の配線パターン形成領域６に下地層７を形成した状態を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、下地層７上に配線パターン２を設けた後の配線基板８の断面図である。
【図３】配線基板の透光性の測定法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（配線基板の形成手順）
アルミナ原料粉末を成形、焼結させることによって、透光性アルミナ基板を作製する。この時点では、透光性アルミナ基板の表面は平滑面をなしている。これは、基板表面が粗れていると、基板の全透過率が著しく低下するからである。
【００２０】
図１、図２（ａ）に示すように、透光性アルミナ基板１の表面１ａを平滑面とする。次いで、図２（ａ）（ｂ）に示すように、配線パターン形成領域６において、表面１ａ上に下地層７を形成する。本実施形態では、非形成領域５には下地層７を形成しない。次いで、下地層７上に配線パターン２を形成する。配線パターン２は、下地層７上に形成されており、下地層７の存在しない非形成領域５には形成されていない。３ははんだ付け部分である。
【００２１】
（透光性アルミナ基板）
透光性アルミナは、例えば発光ダイオード素子用をマウントする基板として使用でき、これによって発光ダイオード素子の寿命を飛躍的に延長することが可能である。
【００２２】
透光性アルミナ基板の厚さは0.2ｍｍ以上、2mm以下であることが好ましい。基板が薄すぎると、衝撃で割れやすくなり、あるいは直線透過光の比率が高くなりすぎ、光の拡散が不足する。基板が厚すぎると、全光線透過率が低くなり、放熱性も低下する。
【００２３】
透光性アルミナ基板の可視光域の直線透過率は、光の拡散のため、４０％以下とすることが好ましく、１５％以下とすることが更に好ましい。透光性アルミナ基板の前方全透過率は、発光効率の観点から３０％以上が好ましい。
【００２４】
基板を構成する透光性アルミナの平均結晶粒径は特に限定されないが、透光性を得るという観点から、１５μｍ以上とすることが好ましく、２０μｍ以上とすることが更に好ましい。また、アルミナの結晶粒径は、基板強度を維持する、および直線透過光の比率が多くなりすぎないように、１００μｍ以下とすることが好ましく、４０μｍ以下とすることが更に好ましい。
【００２５】
また、基板を構成する透光性アルミナの相対密度は、透光性を確保するという観点からは、９８％以上とすることが好ましく、９９％以上とすることが更に好ましい。アルミナ内の気孔は、入射する光を散乱させ、全光線透過率を著しく低下させる。
【００２６】
透光性アルミナ基板の成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法など任意の方法であってよい。特に好ましくは、基板をゲルキャスト法を用いて製造する。好適な実施形態においては、セラミック粉末、分散媒およびゲル化剤を含むスラリーを注型し、このスラリーをゲル化させることによって成形体を得、この成形体を焼結させる。
【００２７】
特に好ましくは、純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。
前述した助剤は、高純度アルミナ粉末の焼結を促進する助剤であり、MgO、ZrO2, Y2O3,La2O3,
Sc2O3を例示でき、酸化マグネシウムが特に好ましい。
【００２８】
好適な実施形態においては、透光性アルミナ基板における助剤以外アルミナの純度が９９．８質量％以上であり、これによって全透過率が向上する。不純物量が少ないことによって、配線パターンとの熱サイクル印加後の接着性が低下するので、本発明が特に有効である。透光性アルミナ基板におけるアルミナの純度が９９．９質量％以上が更に好ましく、９９．９５％以上が一層好ましい。基板のアルミナ純度は蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ質量分析、等を用いることで測定することができる。
【００２９】
透光性アルミナ基板を構成する透光性アルミナにおいては、透光性の観点から、シリカ量が少ないことが好ましい。このシリカ量は、５０質量ｐｐｍ以下が好ましく、添加されていないことがもっとも好ましい。
【００３０】
透光性アルミナ基板の原料粉末の平均粒径は特に限定されないが、低温焼結での緻密化および透光性向上という観点からは、０．５μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下が更に好ましい。一層好ましくは、原料粉末の平均粒子径は０．３μｍ以下（一次粒子径）である。この平均粒径の下限は特に限定されない。原料粉末の平均粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による原料粉末の直接観察によって決定できる。
なお、ここでいう平均粒子径とはＳＥＭ写真(倍率：Ｘ３００００。任意の２視野)上における２次凝集粒子を除く１次粒子の（最長軸長＋最短軸長）／２の値のｎ＝５００平均値のことである。
【００３１】
ゲルキャスト法は、以下の方法を例示できる。
（１） 無機物粉体とともに、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。
（２） 反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。
【００３２】
（サーメットからなる下地層）
第一の発明では、下地層が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ9５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなる。ただし、前記金属とアルミナとの合計量を１００容量％として組成を算出する。
【００３３】
ここで、サーメットを構成する金属は、モリブデンのみであってよく、タングステンのみであってよく、両者の混合物であってよい。また、前記サーメットにおける前記金属の比率を５質量％〜６０質量％とすることによって、熱サイクル印加後の配線パターンとの接着力が著しく上昇する。この観点からは、前記サーメットにおける前記金属の比率は２０質量％以上とすることが更に好ましく、また、 ４５質量％以下とすることが更に好ましい。
【００３４】
（サーメットの形成方法）
前記サーメットからなる下地層を形成するには、サーメットペーストを製造し、透光性アルミナ基板の仮焼体表面に塗布し、常法によって基板の仮焼体と共に還元性雰囲気下で焼結させる。塗布の際には、ペーストをスクリーン印刷、インクジェット印刷、パッド印刷することができる。
【００３５】
ペースト中には、溶媒および重合体を含有させる。溶媒としては、ブチルカルビトール、テルピネオールを例示できる。また、重合体としては、ポリビニルアルコール、エチルセルロースを例示できる。
【００３６】
ペーストを焼結させる際の還元性雰囲気は、水素と窒素との混合雰囲気が好ましい。この場合、水素と窒素との比率は、３：１〜１０：０であることが好ましい。また、焼結温度は、１７００〜１８５０℃が好ましい。
【００３７】
（下地層を構成するアルミナ）
第二の発明においては、下地層が、５０〜２００質量ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなる。これによって、熱サイクル印加後の配線パターンの接着力が著しく向上する。この観点からは、シリカ含有量は、１００質量ｐｐｍ以上とすることが更に好ましく、また１５０質量ｐｐｍ以下とすることが更に好ましい。
【００３８】
下地層を構成するアルミナは、１５０〜１０００ｐｐｍの焼結助剤を更に含有することが好ましく、これによって透光性基板との接着力が向上する。前述した助剤は、高純度アルミナ粉末の焼結を促進する助剤であり、MgO、ZrO2, Y2O3,La2O3,
Sc2O3を例示でき、酸化マグネシウムが特に好ましい。
【００３９】
特に好ましくは、純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。
【００４０】
好適な実施形態においては、下地層におけるアルミナ純度が９９．８質量％以上である。透光性アルミナ基板におけるアルミナ純度は９９．９質量％以上が更に好ましく、９９．９５質量％以上が一層好ましい。基板のアルミナ純度は蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ質量分析等を用いることで測定することができる。
【００４１】
（アルミナ下地層の形成方法）
前記アルミナからなる下地層を形成するには、アルミナペーストを製造し、透光性アルミナ基板の仮焼体表面に塗布し、常法によって基板の仮焼体と共に還元性雰囲気下で焼結させる。塗布の際には、ペーストをスクリーン印刷、インクジェット印刷、パッド印刷することができる。
【００４２】
ペースト中には、溶媒および重合体を含有させる。溶媒としては、ブチルカルビトール、テルピネオールを例示できる。また、重合体としては、エチルセルロース、ポリビニルアルコールを例示できる。
【００４３】
ペーストを焼結させる際の還元性雰囲気は、水素と窒素との混合雰囲気が好ましい。この場合、水素と窒素との比率は、３：１〜１０：０であることが好ましい。また、焼結温度は、１７００〜１８５０℃が好ましい。
【００４４】
本発明においては、下地層上に配線パターンを形成し、配線パターンが透光性アルミナ基板表面に直接に接触しないようにすることで、熱サイクル印加後の配線パターンの接着力を確保する。
【００４５】
好適な実施形態においては、下地層が配線パターンによって被覆されており、下地層が透光性アルミナ基板の表面に露出していない。これによって、下地層による透光性の低下を防止し、透光性アルミナ基板の高い透光性を最大限に利用できる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、配線パターン２が下地層７の全面を被覆しており、下地層７が基板表面側に露出していない。ただし、下地層７の一部が配線パターン２に被覆されずに基板表面に露出していても良い。この場合には、下地層７のうち露出部分の面積が下地層７の全面積の１０％以下であることが好ましい。また、平滑面は基板表面に露出している。
【００４６】
（平滑面）
本発明では、透光性アルミナ基板の表面に平滑面が形成されており、配線パターンに被覆されていない領域に露出している。これによって、配線基板全体の透過率を向上させ、確保することができる。平滑面の面粗度Ｒａは、全透過率の向上という観点から、０．３μｍ以下が更に好ましい。また、平滑面の面粗度の下限は特にないが、加工上は０．１μｍ以上が実際的である。
【００４７】
平滑面は、配線パターンに被覆されていない領域に露出しているが、好ましくは、配線パターンまたは下地層に被覆されていない領域の全面にわたって平滑面が露出している。平滑面の面粗度Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均表面粗さであり、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６５１で規定されるような触針式表面粗さ測定器によって測定する。
【００４８】
（平滑面の形成方法）
透光性アルミナ基板に平滑面を形成するには、成形金型に平滑面に対応する平滑部を設けることができる。また、透光性アルミナ基板の表面をダイヤモンドペースト等を用いて、研磨加工することによって、平滑面を形成できる。
【００４９】
（下地層の直下）
また、下地層の直下は、平滑面であってよく、粗面であってもよい。この場合、粗面の面粗度Ｒａは、熱サイクル印加後の配線パターンとの接着性という観点からは、０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることが更に好ましい。また、粗面の損粗度Ｒａを３．０μｍ以下とすることによって、微細なパターンを印刷する際のかすれや断線、印刷時のスクリーンマスクの破損を防止できる。
【００５０】
透光性アルミナ基板に粗面を形成するには、成形金型に粗面に対応する粗面部を設けることができる。また、透光性アルミナ基板の表面を全面にわたって平滑面とした後、この平滑面のうち配線パターン形成領域を軸付き砥石等によりフライス加工することによって粗面を形成できる。
【００５１】
（配線パターン）
配線パターンを形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、パッド印刷法がある。
【００５２】
また、配線パターンを形成する際の熱処理温度は、５００〜１０００℃が好ましい。また、配線パターンの材質は、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、またはこれらを含む化合物が好ましい。更に配線パターンの厚さは 本発明の観点からは、０．５〜２０μｍが好ましい。
【実施例】
【００５３】
（実施例Ａ１）
透光性アルミナセラミックス基板１を、以下のようにして作製した。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末１００重量部（純度９９．９５質量％以上）、及びマグネシア０．０２５重量部、分散媒として多塩基酸エステル３０重量部、ゲル化剤として、MDI樹脂４重量部、分散剤としてマリアリムAKM0351（商品名、日本油脂株式会社製）２重量部及び触媒としてトリエチルアミン０．２重量部を混合したものを用いた。このスラリーを、アルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で１時間放置し、固化してから離型した。さらに、室温、次いで９０℃のそれぞれの温度にて2時間放置して、基板状の粉末成形体を得た。これを大気中１２００℃で仮焼し、仮焼体を得た。
【００５４】
サーメットペーストは以下のように作製した。すなわち、原料粉末として、アルミナ粉末（純度９９．９５質量％以上）とタングステン粉末を混合したもの１００重量部、ブチルカルビトール１８重量部、エチルセルロース３重量部を混合してサーメットペーストとした。ただし、アルミナ粉末とタングステン粉末の混合比率は容積比で４０：６０となるよう調整した。
【００５５】
スクリーン製版として、乳剤厚さ１００μm、＃２９０メッシュ、焼成収縮後のパターンが配線パターンと等しくなるものを用い、スクリーン製版が仮焼体の表面に平行になるようにスクリーン印刷機ステージに固定し、製版との位置合わせをした。次いで、調製したサーメットペーストを、製版を用いてスクリーン印刷機にて仮焼体の表面に印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させた。次いで、印刷された仮焼体を、水素：窒素＝3:1の雰囲気中１８００℃で焼成し、緻密化及び透光化させた。この結果、表面に配線パターンと同じサーメット層を持つ透光性アルミナセラミックス基板を得ることができた。
【００５６】
得られた基板表面に、所望の配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させ、８５０℃の温度で熱処理を行い、配線パターンを基板表面に密着させた。
【００５７】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行った後、接着強度を測定したところ、１０Ｎ/ｍｍ２であり、初期値よりは劣るものの依然として十分な強さがあることがわかった。
【００５８】
また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。ただし、前方全透過率は、図３に模式的に示す装置で測定した。すなわち、光源１０から波長５５５ｎｍの単色光を矢印Ａのように配線基板８の表面１ａに入射させ、背面１ｂ側から矢印Ｂのように積分球１2の各点に向かって放射される放射光を検出器１１によって検出する。
また、この基板の配線パターン以外の部分の組成を誘導結合プラズマ質量分析を用いて測定したところ、アルミナの純度は９９．９％であった。
【００５９】
（実施例Ａ２−Ａ６）
実施例Ａ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のサーメットについて、実施例Ａ２、Ａ３においてはタングステン粉末を用い、実施例Ａ４〜Ａ６ではモリブデン粉末を用いた。また、サーメットにおけるモリブデン、タングステンの質量比率を、表１に示すように変更した。結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１から分かるように、本発明の実施例Ａ１〜Ａ６では、熱サイクルを１０００サイクル印加した後の配線パターンの接合強度が高く維持されており、配線基板の全透過率も高い。
【００６２】
（比較例Ａ１）
実施例Ａ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成せず、アルミナ基板表面に前記配線パターンを直接形成した。得られた基板表面に配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させ、８５０℃の温度で熱処理を行い、配線パターンを基板表面に密着させた。
【００６３】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行ったところ、半田が自然に剥がれてしまい強度測定を行うことができなかった。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。結果を表２に示す。
【００６４】
（比較例Ａ２、Ａ３）
実施例Ａ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のサーメットについて、比較例Ａ２、Ａ３においてはタングステン粉末、モリブデン粉末の質量比率を７０質量％に増加させた。
【００６５】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行ったところ、半田が自然に剥がれてしまい強度測定を行うことができなかった。剥がれ部を観察したところ、サーメット層が基板から剥がれている部分が見られた。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】
（実施例Ｂ１）
透光性アルミナセラミックス基板１を、以下のようにして作製した。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末１００重量部（純度９９．９５質量％以上）及びマグネシア０．０２５重量部、分散媒として多塩基酸エステル３０重量部、ゲル化剤として、MDI樹脂４重量部、分散剤としてマリアリムAKM0351（商品名、日本油脂株式会社製）２重量部及び触媒としてトリエチルアミン０．２重量部を混合したものを用いた。このスラリーを、アルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で１時間放置し、固化してから離型した。さらに、室温、次いで９０℃のそれぞれの温度にて2時間放置して、基板状の粉末成形体を得た。これを大気中１２００℃で仮焼し、仮焼体を得た。
【００６８】
シリカ含有アルミナペーストは以下のように作製した。すなわち、原料粉末として、アルミナ粉末（純度）９９．９５質量％以上）とシリカ粉末を混合したもの１００重量部、テルピネオール４０重量部、ポリビニルアルコール９重量部を混合してシリカ含有アルミナペーストとした。ただし、アルミナ粉末に対するシリカ粉末の分量が２００質量ｐｐｍとなるよう調整した。
【００６９】
スクリーン製版として、乳剤厚さ１００μm、＃２９０メッシュ、焼成収縮後のパターンが配線パターンと等しくなるものを用い、スクリーン製版が仮焼体の表面に平行になるようにスクリーン印刷機ステージに固定し、製版との位置合わせをした。次いで、調製したシリカ含有アルミナペーストを、製版を用いてスクリーン印刷機にて仮焼体の表面に印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させた。
【００７０】
次いで、印刷された仮焼体を、水素：窒素＝3:1の雰囲気中１８００℃で焼成し、緻密化及び透光化させた。この結果、表面に配線パターンと同じシリカを多く含む層を持つ透光性アルミナセラミックス基板を得ることができた。
【００７１】
得られた基板表面に、所望の配線パターンを持つスクリーン製版を用いて銀ペーストを印刷した。その後、９５℃の乾燥器で15分乾燥させ、８５０℃の温度で熱処理を行い、配線パターンを基板表面に密着させた。
【００７２】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行った後、接着強度を測定したところ、１２Ｎ/ｍｍ２と初期値よりは劣るものの依然として十分な強さがあることがわかった。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。
【００７３】
（実施例Ｂ２、Ｂ３）
実施例Ｂ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のアルミナペーストについて、実施例Ｂ２、Ｂ３においてはシリカ比率を５０、１００質量ｐｐｍに変更した。結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
【００７５】
表３から分かるように、本発明の実施例Ｂ１〜Ｂ３では、熱サイクルを１０００サイクル印加した後の配線パターンの接合強度が高く維持されており、配線基板の全透過率も高い。
【００７６】
（比較例Ｂ１、Ｂ２）
実施例Ｂ１と同様にして配線基板を製造し、各種特性を測定した。ただし、下地層を形成する際のアルミナペーストについて、比較例Ｂ１、Ｂ２においてはシリカ比率を３００質量ｐｐｍ、３０質量ｐｐｍに変更した。
【００７７】
この配線パターン上に半田付けを行い、接着強度を測定したところ、１８Ｎ/mm２であり、十分な強さがあることがわかった。更に、−４０℃と２００℃を３０分毎に交互に繰り返す温度サイクルを１０００回行った。その後、比較例Ｂ１の接着強度を測定したところ、１２Ｎ/ｍｍ２と初期値よりは劣るものの依然として十分な強さがあることがわかった。ただし、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、５５％であった。特に下地層の付近では基板の一部が白濁し、透光性が失われてしまう現象が見られた。また、比較例Ｂ２については半田が自然に剥がれてしまい強度測定を行うことができなかった。また、この基板の配線パターン以外の部分の前方全透過率を測定したところ、６５％であった。結果を表４に示す。なお、表４には、比較例Ａ１の結果も示した。
【００７８】
【表４】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
前記透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち前記配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、前記下地層が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ９５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなることを特徴とする、透光性配線基板。
【請求項２】
透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
前記透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち前記配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、前記下地層が、５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなることを特徴とする、透光性配線基板。
【請求項３】
前記下地層を構成するアルミナが、１５０〜１０００ｐｐｍの焼結助剤および５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナ焼結体からなることを特徴とする、請求項２記載の透光性配線基板。
【請求項４】
前記下地層が前記配線パターンによって被覆されており、前記透光性アルミナ基板の前記表面に露出していないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項５】
前記平滑面の面粗度Ｒａが０．３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項６】
前記透光性アルミナ基板が、１５０〜１０００ｐｐｍの焼結助剤を含有するアルミナ焼結体からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項７】
前記透光性アルミナ基板を構成する前記アルミナ焼結体における前記焼結助剤を除くアルミナの純度が９９．８質量％以上であることを特徴とする、請求項６記載の透光性配線基板。
【請求項８】
前記透光性アルミナ基板の平均粒径が１５μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項９】
前記配線パターンがスクリーン印刷により形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項１】
透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
前記透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち前記配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、前記下地層が、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれた一種以上の金属５〜６０容量％およびアルミナ９５〜４０容量％の組成を有するサーメットからなることを特徴とする、透光性配線基板。
【請求項２】
透光性アルミナ基板と、この透光性アルミナ基板上に形成されている配線パターンとを備えている透光性配線基板であって、
前記透光性アルミナ基板の表面に形成されている下地層と、この下地層上に形成されている配線パターンとを備えており、前記透光性アルミナ基板の前記表面のうち前記配線パターンによって被覆されていない領域に平滑面が露出しており、前記下地層が、５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナからなることを特徴とする、透光性配線基板。
【請求項３】
前記下地層を構成するアルミナが、１５０〜１０００ｐｐｍの焼結助剤および５０〜２００ｐｐｍのシリカを含有するアルミナ焼結体からなることを特徴とする、請求項２記載の透光性配線基板。
【請求項４】
前記下地層が前記配線パターンによって被覆されており、前記透光性アルミナ基板の前記表面に露出していないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項５】
前記平滑面の面粗度Ｒａが０．３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項６】
前記透光性アルミナ基板が、１５０〜１０００ｐｐｍの焼結助剤を含有するアルミナ焼結体からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項７】
前記透光性アルミナ基板を構成する前記アルミナ焼結体における前記焼結助剤を除くアルミナの純度が９９．８質量％以上であることを特徴とする、請求項６記載の透光性配線基板。
【請求項８】
前記透光性アルミナ基板の平均粒径が１５μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【請求項９】
前記配線パターンがスクリーン印刷により形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の透光性配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−３３７９８（Ｐ２０１３−３３７９８Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６８２５０（Ｐ２０１１−１６８２５０）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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