JP2004152952A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡略な構成で発光素子が発する光を良好に反射させて外部に均一かつ効率良く放射できる発光効率が極めて高いものとし、また外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することが可能なものとすること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、基体１の上面に接合された白色のセラミックスから成る枠体２は、内周面８ａと外周面８ｂとの間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、基体１に形成された側面導体６ａ，６ｂは、基体１の４つの角部のそれぞれに、枠体２の下方に位置して平面視で枠体２の厚みよりも小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部６の側面に形成されており、基体１の下面に形成された電極パッド７ａ，７ｂは、側面導体６ａ，６ｂのうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、基体１の上面に接合された白色のセラミックスから成る枠体２は、内周面８ａと外周面８ｂとの間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、基体１に形成された側面導体６ａ，６ｂは、基体１の４つの角部のそれぞれに、枠体２の下方に位置して平面視で枠体２の厚みよりも小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部６の側面に形成されており、基体１の下面に形成された電極パッド７ａ，７ｂは、側面導体６ａ，６ｂのうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられている。従来のセラミック製のパッケージは、図５に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子２３を搭載するための導体層から成る搭載部２１ａを有し、搭載部２１ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂを有する略直方体や略四角形平板状のセラミック製の基体２１と、その上面に積層され、中央部に発光素子２３を収容するための貫通孔２２ａを有する略四角枠状のセラミック製の枠体２２とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
そして、基体２１の上面の一方のメタライズ配線導体２４ａが接続された搭載部２１ａ上に発光素子２３を導電性接合材を介して固着するとともに発光素子２３の電極と他方のメタライズ配線導体２４ｂとをボンディングワイヤ２５を介して電気的に接続し、しかる後、枠体２２の貫通孔２２ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子２３を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する発光装置の電極が外部電気回路に電気的に接続され発光素子へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
このようなセラミック製のパッケージにおいては、内部に収容する発光素子２３が発する光を枠体２２の貫通孔２２ａの内周面で反射させるが、発光装置の発光効率を良好なものとするために貫通孔２２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成る金属めっき層２６ｂを表面に有するメタライズ金属層２６ａを被着させている。
【０００５】
また、このパッケージはセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る基体２１用のグリーンシートと、セラミックスから成る枠体２２用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートにメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂを導出させるための貫通孔や発光素子２３を収容するための貫通孔をグリーンシートの上下面に略垂直に打ち抜く。次に、基体２１用のグリーンシートの上面から下面にかけてメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂ用のタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布し、枠体２２用のグリーンシートの貫通孔２２ａの内周面にメタライズ金属層２６ａ用のＷやＭｏなどの高融点金属粉末から成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布する。基体２１用のグリーンシートと枠体２２用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。その後、搭載部２１ａ、メタライズ配線導体２４ａ，２４ｂおよびメタライズ金属層２６ａの露出表面に、ＮｉやＡｕ等の金属から成る金属めっき層２６ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより、パッケージが製作される。
【０００６】
しかしながら、この従来のパッケージでは、貫通孔２２ａの内周面が基体２１の上面に対して略垂直になっており、そのため、貫通孔２２ａの内周面で反射した光が外部に均一かつ良好に放射されず、このパッケージを用いた発光装置の発光効率がそれ程高くならないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、このような問題点を解消するために、本出願人は、図３に示すように、上面に発光素子１３を搭載するための搭載部１１ａを有する略平板状の基体１１の上面に、発光素子１３を収容するための貫通孔１２ａを有する枠体１２を接合して成るパッケージであって、貫通孔１２ａ内周面は、基体１１上面に対して５５〜７０度の角度で外側に広がっているとともにその表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子１３の光に対する反射率が８０％以上の金属めっき層１６ｂが被着されていることにより、貫通孔１２ａ内に収容する発光素子１３が発する光を傾斜した貫通孔１２ａの内周面の金属めっき層１６ｂにより良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができるパッケージを提案した（下記の特許文献１参照）。
【０００８】
このパッケージは以下のようにして作製される。枠体１２用のグリーンシートに発光素子１３収納用の貫通孔１２ａをその内周面が５５〜７０度の傾斜面となるように穿孔する。次に、この貫通孔１２ａの内周面に金属ペーストを塗布し、枠体１２用のグリーンシートと基体１１用のグリーンシートとを枠体１２用のグリーンシートの貫通孔１２ａの内周面が外側に広がる向きに接合し、これらを焼成して基体１１上に貫通孔１２ａを有する枠体１２が積層一体化されるとともに貫通孔１２ａの内周面にメタライズ金属層１６ａが被着された焼結体を得る。次に、メタライズ金属層１６ａ表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子１３が発する光に対する反射率が８０％以上の金属めっき層１６ｂを被着させる。
【０００９】
また、基体１１に設けたメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末から成り、このメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、図４の基体１１の下面図で示すように、基体１１の下面に延出するように貫通孔を介して導出されており、図示しない外部電気回路基板の配線導体に接続されて、発光素子１３の各電極と外部電気回路とが電気的に接続される。
【００１０】
メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、例えばＷ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって基体１１の所定位置に被着形成される。メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの露出表面にＮｉやＡｕ等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくと、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止でき、またメタライズ配線導体１４ａと発光素子１３、メタライズ配線導体１４ｂとボンディングワイヤ１５との接合、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１４−２３２０１７号公報（図１，図４）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のパッケージによると、貫通孔１２の内周面にメタライズ金属層１６ａが被着されているが、このメタライズ金属層１６ａを被着させるための作業が非常に煩雑であり、また、メタライズ金属層１６ａが被着された部位に発光素子１３の発する熱やその他の外部からの熱が加わると、メタライズ金属層１６ａと枠体１２との間に熱膨張係数差に起因する熱応力が発生し、これがメタライズ金属層１６ａを引き剥がすように作用して、メタライズ金属層１６ａが剥れてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、基体１１の下面に延出しているメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの面積が小さいため、基体１１用のグリーンシートにメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの形状に金属ペーストを印刷塗布する際、金属ペーストが表面張力により盛り上がりメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを一定の厚みに印刷することができず、メタライズ配線導体１４ａとメタライズ配線導体１４ｂとで高さのバラツキが発生する。すると、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続した際に、発光装置が外部電気回路基板に対して傾斜した状態で実装される。その結果、発光装置のメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂと外部電気回路基板の配線導体との間に位置ずれ等が発生するという問題点があった。
【００１４】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、枠体の内周面にメタライズ金属層等を形成する必要がなく、簡略化された構成で発光素子が発する光を良好に反射させて外部に均一かつ効率良く放射できる発光効率が極めて高い発光装置とすることができるとともに、外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することが可能なパッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に導体層から成る発光素子の搭載部および前記発光素子の電極に接続されて電力を供給する配線導体が形成された白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成る枠体と、前記基体の下面に前記基体の４つの角部のそれぞれの側面に形成された側面導体を介して前記配線導体に電気的に接続されるように形成された電極パッドとを具備しており、前記枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、前記側面導体は、前記基体の４つの角部のそれぞれに、前記枠体の下方に位置して平面視で前記枠体の前記厚みよりも小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部の側面に形成されており、前記電極パッドは、前記側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光素子収納用パッケージは、略直方体の基体の上面に、搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成るとともに内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上である枠体が接合されていることから、発光素子の光を枠体の内周面で良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができる。また、枠体の内周面にメタライズ金属層を被着しなくてもよいため、構成が簡略化されるとともに組み立ての作業性が向上する。
【００１７】
また、電極パッドは、側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることから、電極パッドを形成するため金属ペーストを基体用のグリーンシートに印刷塗布する際、金属ペーストの表面張力による盛り上がりがなくなるため、電極パッドを一定の厚みに印刷できるとともに電極パッド間の高さばらつきがなくなる。その結果、電極パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、発光装置が外部電気回路基板に平坦な状態で実装される。従って、発光装置の電極パッドが外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装されることとなる。
【００１８】
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の発光装置は、上記の構成により、簡略な構成で高い発光効率を有する高性能のものとなるとともに、外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することができる信頼性の高いものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は白色セラミックスから成る基体、２は白色セラミックスから成る枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００２１】
本発明の基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る略直方体や略四角平板状のものであり、発光素子３を支持する支持体であり、その上面に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施してこれを複数枚積層し、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２２】
また、基体１は、搭載部１ａおよびその周辺に、基体１の角部の側面に形成された側面導体６ａ，６ｂを介して、基体１下面に形成された電極パッド７ａ，７ｂに電気的に接続されたメタライズ配線導体４ａ，４ｂが被着形成されている。メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ内部に収容する発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、メタライズ配線導体４ａが接続された搭載部１ａには、発光ダイオード等の発光素子３が金−シリコン合金や銀−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、メタライズ配線導体４ｂの搭載部１ａ周辺の部位には、発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続される。そして、基体１下面の電極パッド７ａ，７ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子素子３の各電極と電気的に接続され、発光素子３へ電力が供給される。
【００２３】
メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂは、例えばＷやＭｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２４】
なお、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂの露出する表面にＮｉやＡｕ等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、これらの導体が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、メタライズ配線導体４ａと発光素子３、メタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合、電極パッド７ａ，７ｂおよび側面導体６ａ，６ｂと外部電気回路の配線導体との接合を強固なものとすることができる。したがって、より好ましくは、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂの露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのがよい。
【００２５】
そして、本発明のパッケージにおいては、白色セラミックスから成る基体１の上面に、内側に発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するようにして接合され、枠体２の内周面８ａと外周面８ｂとの間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、この枠体２は光反射にとって良好な白色であることから、発光素子３の光を良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができるとともに、枠体２の内周面８ａにメタライズ金属層を被着しなくてもよく、製造の作業性が向上する。
【００２６】
本発明の枠体２は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等の焼結体（セラミックス）から成る略四角枠状のものであり、例えば枠体２が酸化アルミニウム焼結体から成る場合、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｎＯ２−ＣａＯ系等のセラミックスから成る。
【００２７】
枠体２の内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上で、波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であるためには、枠体２がＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ系のセラミックスから成る場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量が９０〜９９重量％、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１〜１０重量％であることが好ましい。ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１重量％未満では、Ａｌ２Ｏ３の焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくくなる。１０重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまうこととなる。
【００２８】
また、ＳｉＯ２はセラミックスの焼結性と密着性、ＭｇＯとＣａＯはセラミックスの焼結性と熱伝導性を高めるためにセラミックス中に含有されており、それぞれの効果を発揮するためにも、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯのそれぞれが０．０１重量％以上含有されることが好ましい。また、セラミックスの密度、機械的強度を高めるために上記セラミックス中にＺｒＯ２を含有させても構わない。この場合、ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１０重量％であることが好ましい。０．０１重量％未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上に対する効果が十分に発揮されない。１０重量％を超えると、電気絶縁性が悪くなる。また、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯおよびＺｒＯ２の合計の含有量は、多すぎると耐熱性、高強度性が低下するため、１０重量％以下であることが好ましい。
【００２９】
また、枠体２が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体から成る場合、ＡｌＮ−Ｅｒ２Ｏ３系等のセラミックスから成り、枠体２がその内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上で波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であるためには、Ｅｒ２Ｏ３の含有量が窒化アルミニウム質焼結体の総重量に対して１〜１０重量％であることが好ましい。Ｅｒ２Ｏ３の含有量が１重量％未満では、ＡｌＮの焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくくなる。１０重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下することとなる。
【００３０】
枠体２の内周面と外周面との間の厚みがが０．８ｍｍ未満では、鮮明なフルカラー表示が可能な発光素子３の光のピーク波長４００〜７００ｎｍに対する反射率が８０％未満となり、発光素子３の光を良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することが困難になる。一方、枠体２の内周面と外周面との間の厚みは１０ｍｍ以下がよく、１０ｍｍを超えると、パッケージが極度に大型化されることとなる。
【００３１】
なお、基体１も上述した枠体２と実質的に同じ白色のセラミックスから成る。そして、枠体２は、グリーンシートに予め枠体２の中央部に発光素子３を収容するための断面形状が略円形や略四角形の貫通孔２ａを打ち抜き加工で形成するとともにこれを複数枚積層し、基体１となるグリーンシートの上に積層して焼結一体化して、基体１の上面に接合される。
【００３２】
また、枠体２の貫通孔２ａの内周面８ａと基体１の上面とのなす角度θは３５〜７０度とするのが好ましい。７０度を超えると、貫通孔２ａ内に収容する発光素子３が発する光を外部に良好に反射することが困難となる。角度θが３５度未満であると、貫通孔２ａの内周面８ａをそのような角度で打ち抜き法で安定的かつ効率良く形成することが困難となるとともに、枠体２の内周面８ａと外周面８ｂとの間の厚みが非常に厚くなってしまい、枠体２が大型化されて、パッケージが大型化される傾向にある。
【００３３】
枠体２の貫通孔２ａは、枠体２用のグリーンシートの中央部を打ち抜き金型を用いて打ち抜いて形成されるが、このとき、枠体２用のグリーンシートに形成される貫通孔２ａの内周面をグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて３５〜７０度の角度θで広がるように形成する。このように、貫通孔２ａの内周面がグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて３５〜７０度の角度θで広がるように形成することにより、貫通孔２ａの内周面８ａが基体１の上面に対して３５〜７０度の角度θで外側に広がるように形成される。そして、貫通孔２ａはその断面形状は略円形がよく、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光を貫通孔２ａの内周面８ａで全方向に満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができる。
【００３４】
また、貫通孔２ａの内周面８ａの表面の算術平均粗さＲａは１〜１０μｍが好ましい。１μｍ未満であると、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光を均一に反射させることができずに、反射する光の強さに偏りが発生しやすくなる。１０μｍを超えると、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００３５】
本発明においては、電極パッド７ａ，７ｂは、基体１の４つの角部のそれぞれに、枠体２の下方に位置して平面視で枠体２の厚みより小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部の側面に形成された側面導体６ａ，６ｂのうち、隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたって広面積の導体パターンで形成されている。
【００３６】
これにより、電極パッド７ａ，７ｂを形成するための金属ペーストを基体１となるグリーンシートに印刷塗布する際、電極パッド７ａ，７ｂを広い面積に印刷することとなり、金属ペーストの表面張力が抑えられ盛り上がることを有効に防止できる。その結果、金属ペーストを全体にわたって一定の厚みに印刷できるため、電極パッド７ａ，７ｂ間の高さのばらつきがなくなる。従って、電極パッド７ａ，７ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田で接続する際に、発光装置が外部電気回路基板に対して平坦な状態で実装されるとともに、発光装置の電極パッド７ａ，７ｂが外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装されることとなる。
【００３７】
この電極パッド７ａ，７ｂは、表面の平坦度が２０μｍ／１０ｍｍ以下であることが好ましい。平坦度が２０μｍ／１０ｍｍを超えると、外部電子回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、電極パッド７ａ，７ｂ間に高さのばらつきが発生し、電極パッド７ａ，７ｂを外部電子回路基板の配線導体の正確な位置に実装するのが困難となる。
【００３８】
また、電極パッド７ａ，７ｂの広面積の導体パターンは、その面積が基体１の下面の面積に対して１５〜４０％であることが好ましい。１５％未満であると、電極パッド７ａ，７ｂの平坦性が悪化し易くなり、４０％を超えると、電極パッド７ａ，７ｂが短絡する危険性が高くなる。
【００３９】
なお、切欠き部６は、基体１用のグリーンシートの４つの角部を打ち抜き金型で打ち抜いて形成する。このとき、切欠き部６は、枠体２の下方に位置して平面視で枠体２の厚みより小さい曲率半径の円弧状とされてグリーンシートの上下面にわたって切り欠かれるように打ち抜いて形成され、側面導体６ａ，６ｂが切欠き部６の側面に露出して形成される。このように、切欠き部６は枠体２の下方に位置していることから、枠体２の貫通孔２ａ内に充填される透明樹脂が切欠き部６へ流れ出すのを有効に防止して封止が良好なものとなる。また、切欠き部６は平面視で枠体２の厚みより小さい曲率半径の凹んだ円弧状とされていることから、電極パッド７ａ，７ｂと外部電気回路基板の配線導体とを半田により接合する際に、切欠き部６と外部電気回路基板の配線導体との間で良好な半田のメニスカスが形成され接合強度が大きくなる。
【００４０】
かくして、本発明のパッケージによれば、基体１の搭載部１ａに発光素子３を搭載するとともに発光素子３の電極とメタライズ配線導体４ｂとをボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、発光素子３を覆うように透明樹脂を設けて発光素子３を封止することによって発光装置となる。発光素子３を覆う透明樹脂は、枠体２の内側に充填されていてもよい。また、枠体２の上面にガラス，石英，サファイア，透光性樹脂等からなる透光性蓋体を接合してもよい。また、本発明の発光装置は、発光ダイオード等の発光素子３を収納した小型のものであることから、個々に蓋をするよりも透明樹脂で発光素子３を覆った方が封止の作業性が良く、また内部のボンディングワイヤ５等の位置固定や各導体層の腐蝕防止等の点で有利なものである。
【００４１】
【実施例】
本発明の発光素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００４２】
枠体２の内周面と外周面との間の厚みに対する波長３５０〜７５０ｎｍの光の反射率を以下のようにして評価した。まず、ＳｉＯ２を１．５３重量％、Ａｌ２０３を９６．２５重量％、Ｍｇ０を１．９９重量％、ＣａＯを０．２０重量％、ＺｒＯ２を０．０３重量％含むＳｉＯ２−Ａｌ２０３−Ｍｇ０−ＺｒＯ２−ＣａＯ系の白色のセラミックスから成る、直径が５０ｍｍで６種類の厚さ（下記表１参照）のグリーンシートを準備し、これらを１６００℃の高温にて焼成を行なって評価用のセラミック基板（試料Ｎｏ．１〜６）を作製した。
【００４３】
そして、これらの６種類のセラミック基板のそれぞれに、ピーク波長が３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの９種類の光（下記表１参照）を照射し、光の反射率を分光測色計（ミノルタ社製「ＣＭ−３７００ｄ」）にて測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１より、厚みが０．８ｍｍ以上の試料Ｎｏ．４〜６では、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて反射率が８０％以上であった（表中に○で示す）。
【００４６】
厚みが０．８ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２では、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて反射率は全て８０％未満となった（表中に×で示す）。
【００４７】
試料Ｎｏ．３では、光のピーク波長が４５０〜６５０ｎｍにおいてのみ反射率が８０％以上であり、鮮明なフルカラー表示が可能なピーク波長４００〜７００ｎｍの光を効果的に反射することができなかった（表中に×で示す）。
【００４８】
以上より、枠体２の厚みＷを０．８ｍｍ以上とすることが必要であることが判った。これにより、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて光の反射率を８０％以上とすることが可能となり、発光装置の発光効率を極めて高いものとすることができる。
【００４９】
また、枠体２の内周面と外周面との間の厚みが１０ｍｍの枠状のセラミック基板を上記実施例と同様にして作製したところ、ピーク波長４００〜７００ｎｍにおける反射率は８０％以上であったが、極度に大型化となってしまい、発光素子収納用パッケージとしては不適当であった。
【００５０】
そして、上記白色のセラミックスから成る、縦２．８ｍｍ、横１．０ｍｍ、内周面と外周面との間の厚み０．８ｍｍで、高さ０．７ｍｍの枠体２と、上記白色のセラミックスから成る、縦２．８ｍｍ×横１．０ｍｍ×厚さ（高さ）０．５ｍｍの基体１とを用い、基体１の４つの角部に曲率半径が４種（下記表２参照）の値とされた切欠き部６を形成し、切欠き部６の側面にＷのメタライズ層から成る側面導体６ａ，６ｂを被着した。また、側面導体６ａ，６ｂのうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンを基体１の下面の面積に対して２５％として形成されたＷのメタライズ層から成る電極パッド７ａ，７ｂを設けた。これにより、４種のパッケージを作製した。
【００５１】
次に、これらの試料について、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３（米軍仕様書）の試験方法２００４に従って、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂを錫（Ｓｎ）めっきした半硬質の銅線に半田により接合させた後、２．５ｋｇ（２４．５Ｎ）の力で、半田接合面に対して９０°の方向に３０秒間引っ張る引き剥がし試験を行ない、パッケージの側面導体６ａ，６ｂまたは電極パッド７ａ，７ｂと銅線との剥がれの有無について評価を行った。その結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２より、曲率半径が０．８ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２では、銅線の剥がれは発生しなかった（表中に○で示す）。また、曲率半径が０．８ｍｍ以上の試料Ｎｏ．３，４では、曲率半径が大きくなったことにより、電極パッド７ａ，７ｂの接合面積が小さくなるとともに基体１上に半田が這い上がってしまい、電極パッド７ａ，７ｂ上に半田溜りのばらつきが発生し、良好なメニスカスが形成されなくなってしまい、接合強度が低下した。そのため、パッケージの側面導体６ａ，６ｂまたは電極パッド７ａ，７ｂと銅線とが剥がれてしまった（表中に×で示す）。
【００５４】
以上より、切欠き部６の曲率半径を０．８ｍｍ未満とすることにより、外部電気回路基板の配線導体との間で接合強度に優れたパッケージを提供することができることが判った。
【００５５】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、略直方体の基体の上面に、搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成るとともに内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上である枠体が接合されていることから、発光素子の光を枠体の内周面で良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができる。また、枠体の内周面にメタライズ金属層を被着しなくてもよいため、構成が簡略化されるとともに組み立ての作業性が向上する。
【００５７】
また、電極パッドは、側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることから、電極パッドを形成するため金属ペーストを基体用のグリーンシートに印刷塗布する際、金属ペーストの表面張力による盛り上がりがなくなるため、電極パッドを一定の厚みに印刷できるとともに電極パッド間の高さばらつきがなくなる。その結果、電極パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、発光装置が外部電気回路基板に平坦な状態で実装される。従って、発光装置の電極パッドが外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装されることとなる。
【００５８】
さらに、基体の４つの角部に形成された切欠き部は、枠体の下方に位置して平面視で枠体の厚みより小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって形成され、側面導体が切欠き部の側面に形成されることから、枠体の貫通孔内に充填される透明樹脂が切欠き部へ流れ出すのを有効に防止して封止が良好なものとなり、また、電極パッドと外部電機回路基板の配線導体とを半田により接合する際に、切欠き部と外部電気回路基板の配線導体との間で良好な半田のメニスカスが形成されて、基体の接合強度が大きくなる。
【００５９】
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、簡略な構成で高い発光効率を有する高性能のものとなるとともに、外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することができる信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【図３】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図４】図３の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【図５】従来の発光素子収納用パッケージの他の例の断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
３：発光素子
６：切欠き部
６ａ，６ｂ：側面導体
７ａ，７ｂ：電極パッド
８ａ：枠体の内周面
８ｂ：枠体の外周面
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられている。従来のセラミック製のパッケージは、図５に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子２３を搭載するための導体層から成る搭載部２１ａを有し、搭載部２１ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂを有する略直方体や略四角形平板状のセラミック製の基体２１と、その上面に積層され、中央部に発光素子２３を収容するための貫通孔２２ａを有する略四角枠状のセラミック製の枠体２２とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
そして、基体２１の上面の一方のメタライズ配線導体２４ａが接続された搭載部２１ａ上に発光素子２３を導電性接合材を介して固着するとともに発光素子２３の電極と他方のメタライズ配線導体２４ｂとをボンディングワイヤ２５を介して電気的に接続し、しかる後、枠体２２の貫通孔２２ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子２３を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する発光装置の電極が外部電気回路に電気的に接続され発光素子へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
このようなセラミック製のパッケージにおいては、内部に収容する発光素子２３が発する光を枠体２２の貫通孔２２ａの内周面で反射させるが、発光装置の発光効率を良好なものとするために貫通孔２２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成る金属めっき層２６ｂを表面に有するメタライズ金属層２６ａを被着させている。
【０００５】
また、このパッケージはセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る基体２１用のグリーンシートと、セラミックスから成る枠体２２用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートにメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂを導出させるための貫通孔や発光素子２３を収容するための貫通孔をグリーンシートの上下面に略垂直に打ち抜く。次に、基体２１用のグリーンシートの上面から下面にかけてメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂ用のタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布し、枠体２２用のグリーンシートの貫通孔２２ａの内周面にメタライズ金属層２６ａ用のＷやＭｏなどの高融点金属粉末から成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布する。基体２１用のグリーンシートと枠体２２用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。その後、搭載部２１ａ、メタライズ配線導体２４ａ，２４ｂおよびメタライズ金属層２６ａの露出表面に、ＮｉやＡｕ等の金属から成る金属めっき層２６ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより、パッケージが製作される。
【０００６】
しかしながら、この従来のパッケージでは、貫通孔２２ａの内周面が基体２１の上面に対して略垂直になっており、そのため、貫通孔２２ａの内周面で反射した光が外部に均一かつ良好に放射されず、このパッケージを用いた発光装置の発光効率がそれ程高くならないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、このような問題点を解消するために、本出願人は、図３に示すように、上面に発光素子１３を搭載するための搭載部１１ａを有する略平板状の基体１１の上面に、発光素子１３を収容するための貫通孔１２ａを有する枠体１２を接合して成るパッケージであって、貫通孔１２ａ内周面は、基体１１上面に対して５５〜７０度の角度で外側に広がっているとともにその表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子１３の光に対する反射率が８０％以上の金属めっき層１６ｂが被着されていることにより、貫通孔１２ａ内に収容する発光素子１３が発する光を傾斜した貫通孔１２ａの内周面の金属めっき層１６ｂにより良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができるパッケージを提案した（下記の特許文献１参照）。
【０００８】
このパッケージは以下のようにして作製される。枠体１２用のグリーンシートに発光素子１３収納用の貫通孔１２ａをその内周面が５５〜７０度の傾斜面となるように穿孔する。次に、この貫通孔１２ａの内周面に金属ペーストを塗布し、枠体１２用のグリーンシートと基体１１用のグリーンシートとを枠体１２用のグリーンシートの貫通孔１２ａの内周面が外側に広がる向きに接合し、これらを焼成して基体１１上に貫通孔１２ａを有する枠体１２が積層一体化されるとともに貫通孔１２ａの内周面にメタライズ金属層１６ａが被着された焼結体を得る。次に、メタライズ金属層１６ａ表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子１３が発する光に対する反射率が８０％以上の金属めっき層１６ｂを被着させる。
【０００９】
また、基体１１に設けたメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末から成り、このメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、図４の基体１１の下面図で示すように、基体１１の下面に延出するように貫通孔を介して導出されており、図示しない外部電気回路基板の配線導体に接続されて、発光素子１３の各電極と外部電気回路とが電気的に接続される。
【００１０】
メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、例えばＷ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって基体１１の所定位置に被着形成される。メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの露出表面にＮｉやＡｕ等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくと、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止でき、またメタライズ配線導体１４ａと発光素子１３、メタライズ配線導体１４ｂとボンディングワイヤ１５との接合、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１４−２３２０１７号公報（図１，図４）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のパッケージによると、貫通孔１２の内周面にメタライズ金属層１６ａが被着されているが、このメタライズ金属層１６ａを被着させるための作業が非常に煩雑であり、また、メタライズ金属層１６ａが被着された部位に発光素子１３の発する熱やその他の外部からの熱が加わると、メタライズ金属層１６ａと枠体１２との間に熱膨張係数差に起因する熱応力が発生し、これがメタライズ金属層１６ａを引き剥がすように作用して、メタライズ金属層１６ａが剥れてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、基体１１の下面に延出しているメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの面積が小さいため、基体１１用のグリーンシートにメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの形状に金属ペーストを印刷塗布する際、金属ペーストが表面張力により盛り上がりメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを一定の厚みに印刷することができず、メタライズ配線導体１４ａとメタライズ配線導体１４ｂとで高さのバラツキが発生する。すると、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続した際に、発光装置が外部電気回路基板に対して傾斜した状態で実装される。その結果、発光装置のメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂと外部電気回路基板の配線導体との間に位置ずれ等が発生するという問題点があった。
【００１４】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、枠体の内周面にメタライズ金属層等を形成する必要がなく、簡略化された構成で発光素子が発する光を良好に反射させて外部に均一かつ効率良く放射できる発光効率が極めて高い発光装置とすることができるとともに、外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することが可能なパッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に導体層から成る発光素子の搭載部および前記発光素子の電極に接続されて電力を供給する配線導体が形成された白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成る枠体と、前記基体の下面に前記基体の４つの角部のそれぞれの側面に形成された側面導体を介して前記配線導体に電気的に接続されるように形成された電極パッドとを具備しており、前記枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、前記側面導体は、前記基体の４つの角部のそれぞれに、前記枠体の下方に位置して平面視で前記枠体の前記厚みよりも小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部の側面に形成されており、前記電極パッドは、前記側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光素子収納用パッケージは、略直方体の基体の上面に、搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成るとともに内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上である枠体が接合されていることから、発光素子の光を枠体の内周面で良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができる。また、枠体の内周面にメタライズ金属層を被着しなくてもよいため、構成が簡略化されるとともに組み立ての作業性が向上する。
【００１７】
また、電極パッドは、側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることから、電極パッドを形成するため金属ペーストを基体用のグリーンシートに印刷塗布する際、金属ペーストの表面張力による盛り上がりがなくなるため、電極パッドを一定の厚みに印刷できるとともに電極パッド間の高さばらつきがなくなる。その結果、電極パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、発光装置が外部電気回路基板に平坦な状態で実装される。従って、発光装置の電極パッドが外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装されることとなる。
【００１８】
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の発光装置は、上記の構成により、簡略な構成で高い発光効率を有する高性能のものとなるとともに、外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することができる信頼性の高いものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は白色セラミックスから成る基体、２は白色セラミックスから成る枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００２１】
本発明の基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る略直方体や略四角平板状のものであり、発光素子３を支持する支持体であり、その上面に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施してこれを複数枚積層し、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２２】
また、基体１は、搭載部１ａおよびその周辺に、基体１の角部の側面に形成された側面導体６ａ，６ｂを介して、基体１下面に形成された電極パッド７ａ，７ｂに電気的に接続されたメタライズ配線導体４ａ，４ｂが被着形成されている。メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ内部に収容する発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、メタライズ配線導体４ａが接続された搭載部１ａには、発光ダイオード等の発光素子３が金−シリコン合金や銀−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、メタライズ配線導体４ｂの搭載部１ａ周辺の部位には、発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続される。そして、基体１下面の電極パッド７ａ，７ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子素子３の各電極と電気的に接続され、発光素子３へ電力が供給される。
【００２３】
メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂは、例えばＷやＭｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２４】
なお、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂの露出する表面にＮｉやＡｕ等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、これらの導体が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、メタライズ配線導体４ａと発光素子３、メタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合、電極パッド７ａ，７ｂおよび側面導体６ａ，６ｂと外部電気回路の配線導体との接合を強固なものとすることができる。したがって、より好ましくは、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂの露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのがよい。
【００２５】
そして、本発明のパッケージにおいては、白色セラミックスから成る基体１の上面に、内側に発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するようにして接合され、枠体２の内周面８ａと外周面８ｂとの間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、この枠体２は光反射にとって良好な白色であることから、発光素子３の光を良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができるとともに、枠体２の内周面８ａにメタライズ金属層を被着しなくてもよく、製造の作業性が向上する。
【００２６】
本発明の枠体２は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等の焼結体（セラミックス）から成る略四角枠状のものであり、例えば枠体２が酸化アルミニウム焼結体から成る場合、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｎＯ２−ＣａＯ系等のセラミックスから成る。
【００２７】
枠体２の内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上で、波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であるためには、枠体２がＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ系のセラミックスから成る場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量が９０〜９９重量％、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１〜１０重量％であることが好ましい。ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１重量％未満では、Ａｌ２Ｏ３の焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくくなる。１０重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまうこととなる。
【００２８】
また、ＳｉＯ２はセラミックスの焼結性と密着性、ＭｇＯとＣａＯはセラミックスの焼結性と熱伝導性を高めるためにセラミックス中に含有されており、それぞれの効果を発揮するためにも、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯのそれぞれが０．０１重量％以上含有されることが好ましい。また、セラミックスの密度、機械的強度を高めるために上記セラミックス中にＺｒＯ２を含有させても構わない。この場合、ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１０重量％であることが好ましい。０．０１重量％未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上に対する効果が十分に発揮されない。１０重量％を超えると、電気絶縁性が悪くなる。また、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯおよびＺｒＯ２の合計の含有量は、多すぎると耐熱性、高強度性が低下するため、１０重量％以下であることが好ましい。
【００２９】
また、枠体２が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体から成る場合、ＡｌＮ−Ｅｒ２Ｏ３系等のセラミックスから成り、枠体２がその内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上で波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であるためには、Ｅｒ２Ｏ３の含有量が窒化アルミニウム質焼結体の総重量に対して１〜１０重量％であることが好ましい。Ｅｒ２Ｏ３の含有量が１重量％未満では、ＡｌＮの焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくくなる。１０重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下することとなる。
【００３０】
枠体２の内周面と外周面との間の厚みがが０．８ｍｍ未満では、鮮明なフルカラー表示が可能な発光素子３の光のピーク波長４００〜７００ｎｍに対する反射率が８０％未満となり、発光素子３の光を良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することが困難になる。一方、枠体２の内周面と外周面との間の厚みは１０ｍｍ以下がよく、１０ｍｍを超えると、パッケージが極度に大型化されることとなる。
【００３１】
なお、基体１も上述した枠体２と実質的に同じ白色のセラミックスから成る。そして、枠体２は、グリーンシートに予め枠体２の中央部に発光素子３を収容するための断面形状が略円形や略四角形の貫通孔２ａを打ち抜き加工で形成するとともにこれを複数枚積層し、基体１となるグリーンシートの上に積層して焼結一体化して、基体１の上面に接合される。
【００３２】
また、枠体２の貫通孔２ａの内周面８ａと基体１の上面とのなす角度θは３５〜７０度とするのが好ましい。７０度を超えると、貫通孔２ａ内に収容する発光素子３が発する光を外部に良好に反射することが困難となる。角度θが３５度未満であると、貫通孔２ａの内周面８ａをそのような角度で打ち抜き法で安定的かつ効率良く形成することが困難となるとともに、枠体２の内周面８ａと外周面８ｂとの間の厚みが非常に厚くなってしまい、枠体２が大型化されて、パッケージが大型化される傾向にある。
【００３３】
枠体２の貫通孔２ａは、枠体２用のグリーンシートの中央部を打ち抜き金型を用いて打ち抜いて形成されるが、このとき、枠体２用のグリーンシートに形成される貫通孔２ａの内周面をグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて３５〜７０度の角度θで広がるように形成する。このように、貫通孔２ａの内周面がグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて３５〜７０度の角度θで広がるように形成することにより、貫通孔２ａの内周面８ａが基体１の上面に対して３５〜７０度の角度θで外側に広がるように形成される。そして、貫通孔２ａはその断面形状は略円形がよく、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光を貫通孔２ａの内周面８ａで全方向に満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができる。
【００３４】
また、貫通孔２ａの内周面８ａの表面の算術平均粗さＲａは１〜１０μｍが好ましい。１μｍ未満であると、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光を均一に反射させることができずに、反射する光の強さに偏りが発生しやすくなる。１０μｍを超えると、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００３５】
本発明においては、電極パッド７ａ，７ｂは、基体１の４つの角部のそれぞれに、枠体２の下方に位置して平面視で枠体２の厚みより小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部の側面に形成された側面導体６ａ，６ｂのうち、隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたって広面積の導体パターンで形成されている。
【００３６】
これにより、電極パッド７ａ，７ｂを形成するための金属ペーストを基体１となるグリーンシートに印刷塗布する際、電極パッド７ａ，７ｂを広い面積に印刷することとなり、金属ペーストの表面張力が抑えられ盛り上がることを有効に防止できる。その結果、金属ペーストを全体にわたって一定の厚みに印刷できるため、電極パッド７ａ，７ｂ間の高さのばらつきがなくなる。従って、電極パッド７ａ，７ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田で接続する際に、発光装置が外部電気回路基板に対して平坦な状態で実装されるとともに、発光装置の電極パッド７ａ，７ｂが外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装されることとなる。
【００３７】
この電極パッド７ａ，７ｂは、表面の平坦度が２０μｍ／１０ｍｍ以下であることが好ましい。平坦度が２０μｍ／１０ｍｍを超えると、外部電子回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、電極パッド７ａ，７ｂ間に高さのばらつきが発生し、電極パッド７ａ，７ｂを外部電子回路基板の配線導体の正確な位置に実装するのが困難となる。
【００３８】
また、電極パッド７ａ，７ｂの広面積の導体パターンは、その面積が基体１の下面の面積に対して１５〜４０％であることが好ましい。１５％未満であると、電極パッド７ａ，７ｂの平坦性が悪化し易くなり、４０％を超えると、電極パッド７ａ，７ｂが短絡する危険性が高くなる。
【００３９】
なお、切欠き部６は、基体１用のグリーンシートの４つの角部を打ち抜き金型で打ち抜いて形成する。このとき、切欠き部６は、枠体２の下方に位置して平面視で枠体２の厚みより小さい曲率半径の円弧状とされてグリーンシートの上下面にわたって切り欠かれるように打ち抜いて形成され、側面導体６ａ，６ｂが切欠き部６の側面に露出して形成される。このように、切欠き部６は枠体２の下方に位置していることから、枠体２の貫通孔２ａ内に充填される透明樹脂が切欠き部６へ流れ出すのを有効に防止して封止が良好なものとなる。また、切欠き部６は平面視で枠体２の厚みより小さい曲率半径の凹んだ円弧状とされていることから、電極パッド７ａ，７ｂと外部電気回路基板の配線導体とを半田により接合する際に、切欠き部６と外部電気回路基板の配線導体との間で良好な半田のメニスカスが形成され接合強度が大きくなる。
【００４０】
かくして、本発明のパッケージによれば、基体１の搭載部１ａに発光素子３を搭載するとともに発光素子３の電極とメタライズ配線導体４ｂとをボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、発光素子３を覆うように透明樹脂を設けて発光素子３を封止することによって発光装置となる。発光素子３を覆う透明樹脂は、枠体２の内側に充填されていてもよい。また、枠体２の上面にガラス，石英，サファイア，透光性樹脂等からなる透光性蓋体を接合してもよい。また、本発明の発光装置は、発光ダイオード等の発光素子３を収納した小型のものであることから、個々に蓋をするよりも透明樹脂で発光素子３を覆った方が封止の作業性が良く、また内部のボンディングワイヤ５等の位置固定や各導体層の腐蝕防止等の点で有利なものである。
【００４１】
【実施例】
本発明の発光素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００４２】
枠体２の内周面と外周面との間の厚みに対する波長３５０〜７５０ｎｍの光の反射率を以下のようにして評価した。まず、ＳｉＯ２を１．５３重量％、Ａｌ２０３を９６．２５重量％、Ｍｇ０を１．９９重量％、ＣａＯを０．２０重量％、ＺｒＯ２を０．０３重量％含むＳｉＯ２−Ａｌ２０３−Ｍｇ０−ＺｒＯ２−ＣａＯ系の白色のセラミックスから成る、直径が５０ｍｍで６種類の厚さ（下記表１参照）のグリーンシートを準備し、これらを１６００℃の高温にて焼成を行なって評価用のセラミック基板（試料Ｎｏ．１〜６）を作製した。
【００４３】
そして、これらの６種類のセラミック基板のそれぞれに、ピーク波長が３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの９種類の光（下記表１参照）を照射し、光の反射率を分光測色計（ミノルタ社製「ＣＭ−３７００ｄ」）にて測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
表１より、厚みが０．８ｍｍ以上の試料Ｎｏ．４〜６では、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて反射率が８０％以上であった（表中に○で示す）。
【００４６】
厚みが０．８ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２では、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて反射率は全て８０％未満となった（表中に×で示す）。
【００４７】
試料Ｎｏ．３では、光のピーク波長が４５０〜６５０ｎｍにおいてのみ反射率が８０％以上であり、鮮明なフルカラー表示が可能なピーク波長４００〜７００ｎｍの光を効果的に反射することができなかった（表中に×で示す）。
【００４８】
以上より、枠体２の厚みＷを０．８ｍｍ以上とすることが必要であることが判った。これにより、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて光の反射率を８０％以上とすることが可能となり、発光装置の発光効率を極めて高いものとすることができる。
【００４９】
また、枠体２の内周面と外周面との間の厚みが１０ｍｍの枠状のセラミック基板を上記実施例と同様にして作製したところ、ピーク波長４００〜７００ｎｍにおける反射率は８０％以上であったが、極度に大型化となってしまい、発光素子収納用パッケージとしては不適当であった。
【００５０】
そして、上記白色のセラミックスから成る、縦２．８ｍｍ、横１．０ｍｍ、内周面と外周面との間の厚み０．８ｍｍで、高さ０．７ｍｍの枠体２と、上記白色のセラミックスから成る、縦２．８ｍｍ×横１．０ｍｍ×厚さ（高さ）０．５ｍｍの基体１とを用い、基体１の４つの角部に曲率半径が４種（下記表２参照）の値とされた切欠き部６を形成し、切欠き部６の側面にＷのメタライズ層から成る側面導体６ａ，６ｂを被着した。また、側面導体６ａ，６ｂのうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンを基体１の下面の面積に対して２５％として形成されたＷのメタライズ層から成る電極パッド７ａ，７ｂを設けた。これにより、４種のパッケージを作製した。
【００５１】
次に、これらの試料について、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３（米軍仕様書）の試験方法２００４に従って、側面導体６ａ，６ｂおよび電極パッド７ａ，７ｂを錫（Ｓｎ）めっきした半硬質の銅線に半田により接合させた後、２．５ｋｇ（２４．５Ｎ）の力で、半田接合面に対して９０°の方向に３０秒間引っ張る引き剥がし試験を行ない、パッケージの側面導体６ａ，６ｂまたは電極パッド７ａ，７ｂと銅線との剥がれの有無について評価を行った。その結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
表２より、曲率半径が０．８ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２では、銅線の剥がれは発生しなかった（表中に○で示す）。また、曲率半径が０．８ｍｍ以上の試料Ｎｏ．３，４では、曲率半径が大きくなったことにより、電極パッド７ａ，７ｂの接合面積が小さくなるとともに基体１上に半田が這い上がってしまい、電極パッド７ａ，７ｂ上に半田溜りのばらつきが発生し、良好なメニスカスが形成されなくなってしまい、接合強度が低下した。そのため、パッケージの側面導体６ａ，６ｂまたは電極パッド７ａ，７ｂと銅線とが剥がれてしまった（表中に×で示す）。
【００５４】
以上より、切欠き部６の曲率半径を０．８ｍｍ未満とすることにより、外部電気回路基板の配線導体との間で接合強度に優れたパッケージを提供することができることが判った。
【００５５】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、略直方体の基体の上面に、搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成るとともに内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上である枠体が接合されていることから、発光素子の光を枠体の内周面で良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができる。また、枠体の内周面にメタライズ金属層を被着しなくてもよいため、構成が簡略化されるとともに組み立ての作業性が向上する。
【００５７】
また、電極パッドは、側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることから、電極パッドを形成するため金属ペーストを基体用のグリーンシートに印刷塗布する際、金属ペーストの表面張力による盛り上がりがなくなるため、電極パッドを一定の厚みに印刷できるとともに電極パッド間の高さばらつきがなくなる。その結果、電極パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、発光装置が外部電気回路基板に平坦な状態で実装される。従って、発光装置の電極パッドが外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装されることとなる。
【００５８】
さらに、基体の４つの角部に形成された切欠き部は、枠体の下方に位置して平面視で枠体の厚みより小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって形成され、側面導体が切欠き部の側面に形成されることから、枠体の貫通孔内に充填される透明樹脂が切欠き部へ流れ出すのを有効に防止して封止が良好なものとなり、また、電極パッドと外部電機回路基板の配線導体とを半田により接合する際に、切欠き部と外部電気回路基板の配線導体との間で良好な半田のメニスカスが形成されて、基体の接合強度が大きくなる。
【００５９】
本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、簡略な構成で高い発光効率を有する高性能のものとなるとともに、外部電気回路基板の配線導体に位置ずれや傾斜もなく正確に実装することができる信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【図３】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図４】図３の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【図５】従来の発光素子収納用パッケージの他の例の断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
３：発光素子
６：切欠き部
６ａ，６ｂ：側面導体
７ａ，７ｂ：電極パッド
８ａ：枠体の内周面
８ｂ：枠体の外周面
Claims (2)
- 上面に導体層から成る発光素子の搭載部および前記発光素子の電極に接続されて電力を供給する配線導体が形成された白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するようにして接合された白色のセラミックスから成る枠体と、前記基体の下面に前記基体の４つの角部のそれぞれの側面に形成された側面導体を介して前記配線導体に電気的に接続されるように形成された電極パッドとを具備しており、前記枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、前記側面導体は、前記基体の４つの角部のそれぞれに、前記枠体の下方に位置して平面視で前記枠体の前記厚みよりも小さい曲率半径の円弧状とされて上下面にわたって切り欠かれた切欠き部の側面に形成されており、前記電極パッドは、前記側面導体のうち隣接する２つに接続されてそれらの２つの角部にわたる広面積の導体パターンで形成されていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
- 請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする発光装置。
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Legal Events
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050614 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080304 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080701 |