专利名称：氧化铝陶瓷的制作方法
技术领域：
本发明涉及光反射性优异的氧化铝陶瓷。
背景技术：
以往，作为用于收纳高亮度的发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)等发光元 件的发光元件收纳用封装体(以下也仅称为封装体)，使用陶瓷制的封装体。以往的陶瓷制的封装体具备搭载发光元件的基体和设置在基体上且具有贯通孔 的框体。在基体上设有用于从外部通电的配电导体，发光元件与该配电导体通过接合线 而电连接。而且，发光元件经由配电导体和接合线由外部通电而发光，其发出的光被直 接释放到外部，或在基体的表面或框体的贯通孔的内周面反射而释放到外部。因此，基 体的表面以及框体的贯通孔内周面的形状和组成对发光装置的发光效率有很大的影响。作为上述发光装置的框体，已知有由反射率高的金属形成的框体。此时，由于 由陶瓷形成的基体与由金属形成的框体的热膨胀率不同，有时会因发光元件产生的热而 使框体从基体剥离。另外，为了防止这样的剥离，还已知有在陶瓷制的框体上被覆金属 镀层的框体(例如参照专利文献1)。作为反射率高的镀材，已知有Ag，此时，在波长为 约460nm的光下，相对于硫酸钡的反射率，其具有约90%的反射率。但是，在约460nm 以下的波长的光下反射率低，在250nm 800nm的范围内平均反射率为77%。如上所述，以往的陶瓷制的封装体即使在陶瓷表面被覆金属镀层，也无法得到 充分的光反射性能。专利文献1 日本特开2004-228531号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供无需在陶瓷上被覆金属镀层 而光反射性能优异的氧化铝陶瓷。尤其是提供波长为300 400nm的光的反射率优异的 氧化铝陶瓷。另外，还提供光反射性能优异的发光元件用光反射材料。本发明人等为了实现上述目的进行了潜心研究，结果发现含有 Ba0.808AlL71Si2.29O8相的氧化铝陶瓷具有优异的光反射性能。特别是，如果以在X射线衍 射中衍射角度(2 Θ)为43.3°的峰与衍射角度(2 Θ)为22.5°的峰的强度比(前者/后 者)为0.5 2.5的范围的方式在氧化铝陶瓷中含有Bao-AlmSimC^相，能显示出优异的 光反射性能。S卩，在X射线衍射中，刚玉(Al2O3)相的衍射角度(2 Θ)为43.3°的峰与 Ba0.808AlL71Si2.29O8相的衍射角度(2 θ )为22.5°的峰的强度比为0.5 2.5范围的氧化铝陶 瓷光反射性能优异。另夕卜，本发明人等还发现，在含有Ba_8AlmSi2.2908相的氧化铝陶瓷中，Ba与 Si的摩尔比(Ba/Si)在8/1 8/12的范围内的氧化铝陶瓷在波长为300 400nm的光下 的反射率优异。本发明的含有Baa8ci8AlmSii29O8相的氧化铝陶瓷具有优异的光反射性能。此外，以在X射线衍射中衍射角度(2 θ )为43.3°的峰与衍射角度(2 θ )为22.5°的峰的强度比 为0.5 2.5的范围内的方式含有B^-AlmSimC^相的氧化铝陶瓷，能显示出特别优异 的光反射性能。另外，本发明的氧化铝陶瓷特别是在波长为300 400nm的光下反射率 优异。
图1是实施例1的本发明的氧化铝陶瓷的X射线衍射图。图2是实施例2的本发明的氧化铝陶瓷的X射线衍射图。图3是表示对实施例1 4的本发明的氧化铝陶瓷以及比较例1的以往的氧化铝 基板测定各波长的光的反射率而得到的结果的曲线。图4是ICDD卡号01-088-1050中记载的Baa8tl8AlmSi2.2908相所示的X射线衍射 图。图5是ICDD卡号01-070-7049中记载的刚玉(Al2O3)相所示的X射线衍射图。
具体实施例方式本发明的含有Baa8tl8AlmSk29O8相的氧化铝陶瓷可以通过将含有氧化铝 (Al2O3)、氧化硅(SiO2)以及钡化合物的原料烧成来制作。作为上述氧化铝，优选使用平均粒径5 μ m以下的氧化铝。考虑到氧化铝陶瓷的 光反射性能、可挠性、制造时的烧结性等，特别优选使用平均粒径为0.1 3μιη的氧化
ο另外，在本发明的氧化铝陶瓷的制造时，为了调节上述光反射性能、可挠性、 烧结性，可以根据需要混合具有不同平均粒径的多种氧化铝而使用。例如，作为平均 粒径不同的2种氧化铝的组合，可以列举平均粒径分别为3μιη和0.2μιη、3μιη和 0.3 μ m、3ymfn0.4ym、3 μ m 禾口 0.5 μ m、3 μ m 禾口 0.6 μ m、2 μ m 禾口 0.2 μ m、2 μ m 禾口 0.3 μ m、2ymfP0.4ym、2 μ m禾口 0.5 μ m、2 μ m 禾口 0.6 μ m 的组合等，但不限于这些， 还可以组合3种以上。当使用平均粒径不同的2种氧化铝时，由大粒径氧化铝/小粒径 氧化铝的重量份数得出的配比优选为100/1 60/40。特别是为了得到将不同平均粒径的 氧化铝混合后产生的效果，由大粒径氧化铝/小粒径氧化铝的重量份数得出的配比优选 为 85/15 65/35，更优选为 80/20 70/30。作为在本发明的氧化铝陶瓷的制作中使用的氧化硅，优选使用平均粒径为Iym 以下的氧化硅。特别是为了降低氧化铝陶瓷的吸湿性，优选使用平均粒径0.1 0.7 μ m 的氧化硅，更优选平均粒径为0.3 0.6 μ m的氧化硅。作为在本发明的氧化铝陶瓷的制作中使用的钡化合物，没有特殊限制，可以列 举氢化钡、氟化钡、氢氧化钡、氧化钡、氯化钡、碳酸钡、硫酸钡、硝酸钡等，其中优 选氧化钡、碳酸钡，特别优选碳酸钡。上述钡化合物优选使用平均粒径为1.0 2.0 μ m 的钡化合物。本发明的氧化铝陶瓷的制作中使用的氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、钡化合物 (BaO换算)的重量份数得出的配比优选为(BaCHSiO2)/(Al2O3) = 4/96 24/76的范围。另外，本发明的氧化铝陶瓷的制作中使用的钡化合物(BaO换算)和氧化硅(SiO2)的重量份数得出的配比优选为BaCVSiO2 = 8/1 8/12。此外，为了制作波长为300 400nm的光的反射率优异的氧化铝陶瓷，优选以 原料烧结后的氧化铝陶瓷中的Ba和Si的摩尔比(Ba/Si)为8/1 8/12的方式配合钡化 合物和氧化硅，更优选使上述摩尔比为8/3 8/12。本发明的氧化铝陶瓷的制造方法没有特殊限制，可以使用周知的方法。例如可 以采用生片法(green sheet method)来制作在上述含有氧化铝、氧化硅、钡化合物的原 料中添加混合适当的粘合剂、溶剂等制成浆料状，将其用刮刀法或压辊法等制成生片， 然后在高温(1400°C 1600°C )下烧成。另外，还可以采用粉体成型法来制作将原料 粉体填充到成型机中压密成型后，将成型体烧成。在得到板状的陶瓷烧结体时，优选采 用生片法来制造。以下，对本发明的含有Baa8ci8AlmSii29O8相的氧化铝陶瓷的采用粉体成型法的制 造方法的一个例子进行说明。首先，将氧化铝、氧化硅、钡化合物分别粉碎成规定的尺寸来制作原料粉末 后，将这些原料粉末按上述配比称量，在其中加入粘合剂树脂、润滑剂以及溶剂并混 合，得到浆料。上述原料的粉碎和原料粉末等的混合可以采用例如球磨机。另外，粉碎 工序可以适当省略。作为上述粘合剂树脂，例如可以使用丙烯酸类、PVA(聚乙烯醇)类等粘合剂树 月旨。另外，浆料中的粘合剂树脂相对于固体成分的含量优选为0.5质量％ 5.0质量％， 更优选为1.5质量％ 3.5质量％。若浆料的固体成分中的粘合剂树脂的量多，则在原料 粉末的造粒时粒子变硬，容易产生疏密。另外，若粘合剂树脂的量少，则粉末成型品的 强度变弱。作为上述润滑剂，例如可以使用硬脂酸乳液，浆料中的润滑剂相对于固体成分 的含量优选为0.05质量％ 0.5质量％，更优选为0.1质量％ 0.3质量％。作为上述溶剂，例如可以使用水。溶剂的用量优选为20 80质量％，更优选 为40 60质量％。接着，将浆料干燥，将原料粉末的粒子造粒成适合用粉末成型机成型的尺寸。 粒子的造粒例如可以使用喷雾干燥机。造粒得到的粒径优选为25 μ m 200 μ m，更优选 为30 μ m 150 μ m。经造粒处理后的粉末使用筛子等进行分级。若粉末成型时粒子过 大，则向模具中的填充性下降；若粒子过小，则粒子进入模具的间隙，容易产生毛边。接着，将造粒后的原料粉末填充到模具中，在常温下加压成型。此时，施加于 粉末的压力优选为0.5t/cm2 2.0t/cm2，更优选为0.7t/cm2 1.5t/cm2。将由上述成型 得到的成型体用烧成炉烧成。烧成的温度条件优选为1400°C 1600°C。关于烧成，适当选择适于制作含有Ba_8AlmSi2.2908相的氧化铝陶瓷的升温至 烧成温度的升温速度、烧成时间、从烧成温度冷却的冷却速度等来进行。举一例子，将 上述成型体首先在60(TC下保持8小时，接着花8小时升温至160(TC，在此条件下保持2 小时后，花6小时放冷。烧成后，根据需要使用滚筒研磨机等进行研磨以除去毛边等。如此操作即可制作本发明的含有Baa8tl8AlmSk29O8相的氧化铝陶瓷。另外，对本发明的含有Baa8tl8AlmSii29O8相的氧化铝陶瓷的采用生片法的制造方 法的一个例子进行说明。
将氧化铝、氧化硅、钡化合物分别粉碎成规定的尺寸制作原料粉末后，将这些 原料粉末按上述配比称量，在其中加入溶剂、粘合剂树脂、分散剂、增塑剂等并混炼， 由此得到浆料。上述原料的粉碎和原料粉末等的混炼可以采用例如球磨机。作为上述粘合剂树脂，例如可以使用丙烯酸类、PVB (聚乙烯醇缩丁醛)类等 粘合剂。另外，浆料中的粘合剂树脂相对于固体成分的含量优选为4.0质量％ 20质 量％，更优选为6.0质量％ 8.0质量％。 作为上述分散剂，可以使用各种表面活性剂，浆料中的分散剂相对于固体成分 的含量优选为0.1质量％ 1.0质量％，更优选为0.3质量％ 0.5质量％。作为上述增塑剂，例如可以使用DOP(邻苯二甲酸二辛酯，DioctylPhthalate)、 DBP (邻苯二甲酸二丁酯，Dibutyl Phthalate)等，浆料中的增塑剂相对于固体成分的含量 优选为3.0质量％ 15质量％，更优选为4.0质量％ 6.0质量％。作为上述溶剂，例如可以使用醇或甲苯等，关于溶剂的用量，优选使浆料的固 体成分的总量为70质量％ 80质量％。另外，浆料的粘度优选为3000cps 30000cps， 更优选为 lOOOOcps 20000cps。接着，将得到的浆料注入涂布了脱模剂的薄膜上，通过干燥使溶剂蒸发。此 时，作为干燥温度，优选为80°C 130°C，更优选为100°C 120°C。另外，干燥速度优 选为 0.2m/min 2.0m/min。之后，将薄膜剥离，即生成生片。将该生片用加压成型机冲压成所需的形状， 在烧成炉中烧成。此时，烧成温度优选为1400°C 1600°C。关于烧成，适当选择适于 制作含有Baa8tl8AlmSi2,908相的氧化铝陶瓷的升温至烧成温度的升温速度、烧成时间、从 烧成温度冷却的冷却速度等来进行。举一例子，首先在600°C下保持8小时，接着花8小 时升温至160(TC，在此条件下保持2小时后，花6小时放冷。烧成后，可以根据需要使 用喷砂研磨机等进行研磨。如此操作即可制作本发明的含有Baa8tl8AlmSk29O8相的氧化铝陶瓷。关于本发明的氧化铝陶瓷中的Baa8tl8Al171Sk29O8相的存在，可以通过用下述[X 射线衍射测定方法]测定X射线衍射来确认。另外，本发明的氧化铝陶瓷的光反射性能 由下述[反射率测定方法]来评价。[X射线衍射测定方法]关于X射线衍射，使用Spectris公司制X射线衍射装置X，pert PRO,根据 JIS1481的石棉定性分析条件来测定。测定条件如下所述。测定结果与ICDD(国际衍射数 据中心，International Centre for Diffraction Data)的参考数据比较，确认 Baa8tl8AlljlSi2.2908 相的存在。测定条件X射线对阴极Cu管电压(kV)40管电流(mA)40扫描速度0.02° X10秒单色化(K β射线的除去)Ni滤片扫描范围(°、2 θ )5 80
发散狭缝(° )1[反射率测定方法]反射率使用日立制 作所制分光光度计U-4000来测定。根据JISK7105，求出镜 面反射和扩散反射之和的波长依存性。作为标准白板，使用氧化铝，将该标准白板的反 射率设为100%，用相对值来评价各材料的反射率。本发明的含有Baa8ci8AlmSiu9O8相的氧化铝陶瓷可以用作发光元件搭载用的基板 或使从发光元件发出的光反射的框体等发光元件用反射材料。实施例以下，基于实施例，对本发明的含有Bl-AlmSimC^相的氧化铝陶瓷的制作方 法进行说明，但本发明不限于这些实施例。[实施例1]将住友化学公司制的高纯度氧化铝“AES_12(平均粒径0.4μιη)”(纯度 99.5%)89重量份、日本化学公司制的高纯度碳酸钡“LSR(平均粒径1.4μιη)” 8重 量份、信越石英公司制的微粒氧化硅“SO_C2(平均粒径0.5μιη)” 3重量份、大日本 油墨公司制的粘合剂“NCB-156” 3重量份、以及中京油脂公司制的润滑剂“Cellosol 920” 0.1重量份配合并加入水，通过在球磨机中混合得到浆料。接着，在110°C的温度 条件下干燥、造粒，使用孔径为25 μ m和150 μ m的筛子，除去微细粒子和粗大粒子。将该造粒物填充到框体用的模具中，使用三研精机公司制的IOt压力机，在室温 下施加lt/cm2的压力来成型，得到框体形状物。然后，将该框体形状物在1550°C下烧成 2小时，制作了氧化铝陶瓷制框体。[实施例2]将住友化学公司制的低钠氧化铝“ALM-42E(平均粒径2.0μιη)”(纯度 99.9%)68.8重量份、住友化学公司制的高纯度氧化铝“入￡3-12(平均粒径0.4 4 111)”(纯 度99.5% ) 17.2重量份、日本化学公司制的高纯度碳酸钡“LSR(平均粒径1.4μιη)” 8 重量份、信越石英公司制的微粒氧化硅“SO_C2(平均粒径0.5μιη)” 6重量份、作为粘 合剂的积水化学公司制的缩丁醛树脂“BLS” 4重量份和积水化学公司制的“BL-SZ” 4 重量份、作为增塑剂的“DOP” 4重量份、以及作为润滑剂的山梨坦倍半油酸酯0.5重量 份配合，在其中加入甲苯/乙醇混合溶剂(重量比50/50)30重量份，在球磨机中混合48 小时，由此得到浆料。接着，在脱膜PET薄膜上涂布浆料，在110°C的温度条件下干燥 后，将薄膜剥离，得到生片。将其冲压成任意的形状，在1600°C下烧成2小时，由此制 作了氧化铝陶瓷制基板。[实施例3]作为氧化铝，使用低钠氧化铝“ALM-42E(平均粒径2.0μιη)”(纯度 99.9% ) 60.2重量份以及高纯度氧化铝“AES_12(平均粒径0.4μιη)”(纯度99.5% ) 25.8 重量份，除此以外均与实施例2同样操作，制作了氧化铝陶瓷制基板。[实施例4]作为氧化铝，使用低钠氧化铝“ALM-42E(平均粒径2.0μιη)”(纯度 99.9%)86重量份，除此以外均与实施例2同样操作，制作了氧化铝陶瓷制基板。[X射线衍射的测定]
按照上述X射线衍 射测定方法，对实施例1和实施例2中制作的氧化铝陶瓷制 框体以及氧化铝陶瓷制基板进行X射线衍射测定。其结果示于图1和图2。图1和图2 表明，由本发明的氧化铝陶瓷形成的框体和陶瓷基板在衍射角度(2 θ )为22.5°的位置存 在峰，证实含有Baa8tl8AlmSk29O8相。另外，实施例1和实施例2的氧化铝陶瓷的刚玉 (Al2O3)相产生的衍射角度(2 θ )为43.3°的峰与上述衍射角度(2 θ )为22.5°的峰的强度 之比分别为2.0禾Π 1.1。另外，图4表示ICDD卡号01-088-1050中记载的Baa8ci8AlmSi2^O8 相所示的X射线衍射图，图5表示ICDD卡号01-070-7049中记载的刚玉(Al2O3)相所示 的X射线衍射图。[反射率的测定]按照上述反射率测定方法对实施例1 4中制作的氧化铝陶瓷制框体和氧化铝陶 瓷制基板进行反射率测定。另外，测定了作为比较例1的北陆陶瓷公司制的氧化铝基板 (氧化铝纯度96% )的反射率。其结果示于图3。
权利要求
1.一种氧化铝陶瓷，其特征在于，其含有Bh-Al^SimC^相。
2.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷，其特征在于，在X射线衍射中，衍射角度2θ为 43.3°的峰与衍射角度2 θ为22.5°的峰的强度比即前者/后者为0.5 2.5。
3.如权利要求1或2所述的氧化铝陶瓷，其特征在于，氧化铝陶瓷中的Ba与Si的摩 尔比即Ba/Si为8/1 8/12。
4.一种发光元件用光反射材料，其使用了权利要求1 3中任一项所述的氧化铝陶瓷。
全文摘要
本发明的氧化铝陶瓷含有Ba0.808Al1.71Si2.29O8相。本发明的氧化铝陶瓷具有优异的光反射性能，且作为发光元件用光反射材料是有用的。特别是，含有在X射线衍射中衍射角度(2θ)为43.3°的峰与衍射角度(2θ)为22.5°的峰的强度比为0.5～2.5的范围的Ba0.808Al1.71Si2.29O8相的氧化铝陶瓷显示出优异的光反射性能。另外，本发明的氧化铝陶瓷在波长为300～400nm的光下的反射率特别优异。
文档编号H01L33/00GK102026935SQ20098011742
公开日2011年4月20日 申请日期2009年6月22日 优先权日2008年6月30日
发明者井田诚, 寺石良明, 山下卓也, 石田文男 申请人:日本碳化物工业株式会社