JP2004207537A - 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】発光素子の光が絶縁基体で吸収されるのを効果的に防止できるとともに、発光素子の光の一部が絶縁基体を透過して外部に漏洩するのを防ぐことができる薄型化されたものとすること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４が設けられ、凹部４の底面に発光素子３が搭載される搭載部導体層２および発光素子３が電気的に接続される配線層５ａ，５ｂが形成されるとともに、絶縁基体１の下面の両端部に配線層５ａ，５ｂおよび搭載部導体層２にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層８ａ，８ｂが形成されているものであって、絶縁基体１の下面の外部端子導体層８ａ，８ｂ間に、凹部４の底面の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように中央部導体層９が形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４が設けられ、凹部４の底面に発光素子３が搭載される搭載部導体層２および発光素子３が電気的に接続される配線層５ａ，５ｂが形成されるとともに、絶縁基体１の下面の両端部に配線層５ａ，５ｂおよび搭載部導体層２にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層８ａ，８ｂが形成されているものであって、絶縁基体１の下面の外部端子導体層８ａ，８ｂ間に、凹部４の底面の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように中央部導体層９が形成されている。
【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納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おり、その一例を図５に示す（例えば、下記の特許文献１参照）。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されているとともに上面に凹部14が形成され、その底面に発光素子13を搭載するための導体層から成る搭載部導体層12（以下、搭載部ともいう）が設けられた略直方体の絶縁基体11と、絶縁基体11の搭載部12およびその周辺から絶縁基体11の下面に導出された一対のメタライズ配線導体から成る配線層15とから主に構成されている。
【０００３】
そして、一方の配線層15の一端が電気的に接続された搭載部12上に発光素子13を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子13の電極と他方の配線層15とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体11の凹部14内に透明樹脂を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。
【０００４】
なお、この発光装置は多数個を互いに隣接するように配列されて使用されることから、上記セラミック製のパッケージにおいては、搭載部12に搭載された発光素子13が発する光が絶縁基体11を透過して、隣接する発光装置同士の光が混色するのを有効に防止するために、絶縁基体11に黒色のセラミックスから成るものを用いている。また、凹部14の内面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部14の内面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層17を被着させていることもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平2002−232017号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、絶縁基体11の搭載部12および配線層15と、凹部14の内面の金属層17との間には、電気的短絡を防止するためにセラミックスを露出させた露出領域を形成しているが、黒色のセラミックスを用いた場合、上記露出領域により発光素子13の光が吸収されてしまい、その結果、発光素子13の光をパッケージの上方へ効率良く放射させることができないという問題点があった。
【０００７】
また、絶縁基体11に白色のセラミックスを用いて、その厚みを厚くすると、発光素子13の光を絶縁基体11が吸収することなく、絶縁基体11の表面で効率良く反射できるので、発光素子13の光をパッケージの外部に効率良く放射することができるが、パッケージが大型化するという問題点を有していた。一方、絶縁基体11を薄くした場合、パッケージは小型化されるが、発光素子13の光の一部は絶縁基体11を透過して外部へ漏れ出てしまい、発光装置の発光効率が低下するととともに、隣接する発光装置同士の光が混色するという問題点もあった。
【０００８】
さらに、搭載部12を凹部14の底面の全面に形成し、配線層15を凹部14の内面や絶縁基体11上面の凹部14の周囲に形成した場合、ボンディングワイヤ16の接続が難しくなったり、発光装置自体が大型化するいう問題点を有していた。
【０００９】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子の光が絶縁基体で吸収されるのを効果的に防止できるとともに、発光素子の光の一部が絶縁基体を透過して外部に漏洩するのを防ぐことができる薄型化された発光素子収納用パッケージ、およびそれを用いた発光効率がきわめて高い発光装置を提供することにある。
【００１０】
【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、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられ、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される搭載部導体層および前記発光素子が電気的に接続される配線層が形成されるとともに、前記絶縁基体の下面の両端部に前記配線層および前記搭載部導体層にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記絶縁基体の下面の前記外部端子導体層間に、前記凹部の底面の前記絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の下面の外部端子導体層間に、凹部の底面の絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が形成されていることから、絶縁基体の底部が薄いため発光素子の光の一部が絶縁基体の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体の底部を透過してきた光は中央部導体層で反射されるので、絶縁基体の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに、薄型化されたものとなる。
【００１２】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部導体層に搭載されるとともに前記搭載部導体層の周囲の前記配線導体に電気的に接続された発光素子と、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。
【００１３】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が高くかつ薄型化されたものとなる。
【００１４】
【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について実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、１は絶縁基体、２は発光素子３の搭載部、４は発光素子３を収容するための凹部である。
【００１５】
本発明のパッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４を設け、凹部４の底面に発光素子３が搭載される搭載部導体層（以下、搭載部ともいう）２および発光素子３の電極が接続される配線層５ａ，５ｂを形成するとともに、絶縁基体１の下面の両端部に配線層５ａ，５ｂと電気的に接続された外部端子導体層８ａ，８ｂを形成されているものであって、絶縁基体の下面の外部端子導体層間に、凹部の底面の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２（図１）と重なるように中央部導体層９が形成されている。
【００１６】
なお、図１において、Ｒ１は凹部４の底面の絶縁基体１が露出していない領域を示す。
【００１７】
本発明の絶縁基体１は白色のセラミックスから成るのがよく、黒色等の有色のセラミックスを用いると、絶縁基体１を透過しようとする光が絶縁基体１で吸収されてしまい、中央部導体層９で光を反射して外部（図１では上方）に効率よく放射することがきわめて困難になる。
【００１８】
本発明の絶縁基体１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）から成る略直方体や略四角平板状のものであり、これらの白色のセラミックスは、絶縁基体１の厚みが0.8ｍｍ以上の場合に波長が400乃至700ｎｍの光の反射率を80％以上とすることができる。
【００１９】
例えば絶縁基体１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。この場合、絶縁基体１の厚みが0.8ｍｍ以上の場合に波長が400乃至700ｎｍの光の反射率を80％以上とするには、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、パッケージとしての十分な硬度が得られにくい。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。
【００２０】
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。含有量が0.01重量％未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上の効果が十分に発揮されない。10重量％を超えると、電気絶縁性が劣化する。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、強度が損なわれるため10重量％以下であることが好ましい。
【００２１】
また、絶縁基体１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、絶縁基体１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、焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくい。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。
【００２２】
この絶縁基体１は、その上面に発光素子３を収容するための凹部４が形成されており、複数のセラミック層を積層することで形成されている。例えば、凹部４用の貫通孔が形成された枠状のセラミックグリーンシートと発光素子３を搭載するための平板状のセラミックグリーンシートとを複数枚積層し、約1600℃で焼成し一体化することで形成されている。また、枠状のセラミックグリーンシートを１枚あるいは複数枚積層して焼成することにより枠体を作製し、平板状のセラミックグリーンシートを１枚あるいは複数枚積層して焼成することにより直方体状の底板部を作製して、次にこれらを接合して絶縁基体１を作製してもよい。
【００２３】
また、絶縁基体１の凹部４の底面には発光素子３を搭載するための搭載部２が形成されており、搭載部２はタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００２４】
また、絶縁基体１には、搭載部２から下面にかけて導出された配線層５ａおよび搭載部２の周辺から下面にかけて導出された配線層５ｂが被着形成されている。この一対の配線層５ａ，５ｂ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納する発光素子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、搭載部２には発光ダイオード等の発光素子３が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−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、配線層５ｂの搭載部２の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６を介して電気的に接続されている。
【００２５】
なお、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ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、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部２と発光素子３との固着および配線層５ｂとボンディングワイヤ６との接合を強固にすることができる。従って、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２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めっき層またはＡｇ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ことがより好ましい。
【００２６】
また、凹部４の内面には金属層７が形成されており、この金属層７はＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、さらに金属層７上にはＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層が被着されている。
【００２７】
凹部４の底面の配線層５ｂおよび搭載部２と、金属層７表面の金属めっき層とが、凹部４に収容される発光素子３の光を効果的に反射する反射領域として機能する。このため、凹部４の底面で露出する領域を小さくして反射性能を向上させるために、金属層７は配線層５ｂおよび搭載部２のいずれか一方と接続されていても構わない。
【００２８】
また、凹部４の内面と底面とのなす角度を35〜70°として、凹部４の内面が外側（図１では上方）に向かって漸次広がるような傾斜面となるようにすることが好ましい。この場合、凹部４の底面の配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２、金属層７表面の金属めっき層で反射した光をパッケージの外部により効率よく放射させることができる。上記角度が35°未満では、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜くことにより凹部４の内面をそのような角度で安定かつ効率良く形成することが困難となるとともに、パッケージが極度に大型化してしまう。70°を超えると、凹部４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。
【００２９】
また、凹部４は、その断面形状が円形状であることが好ましい。この場合、凹部４に収容される発光素子３が発光する光を凹部４の内面の金属層７表面の金属めっき層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という利点がある。
【００３０】
また、外部端子導体層８ａ，８ｂは、配線層５ａ，５ｂに電気的に接続されて絶縁基体１の下面の両端部に形成されており、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００３１】
なお、外部端子導体層８ａ，８ｂは、その表面にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ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、外部端子導体層８ａ、８ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、絶縁基体１の下面をはんだ等の接合材を介して外部電気回路基板に接続することができる。
【００３２】
さらに、外部端子導体層８ａ，８ｂは絶縁基体１の側面に延出されていてもよく、光が絶縁基体１の側面から外部に漏洩するのを防ぐことができる。この場合、外部端子導体層８ａ，８ｂは、絶縁基体１の側面に下面と凹部４の底面との間の高さの１／４以上に延出して形成されていることがよく、光が絶縁基体１の側面から外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【００３３】
本発明の中央部導体層９は、絶縁基体１の下面の外部端子導体層８ａ，８ｂ間に形成されており、中央部導体層９は、凹部４の底面の搭載部２と配線層５ａ，５ｂとの間の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように配置されている。これにより、領域Ｒ２から絶縁基体１の底部に侵入し透過した一部の光は、領域Ｒ２を覆う中央部導体層９によって反射され、光が絶縁基体１の下面から外部に漏れ出るのを防ぐことができる。
【００３４】
この場合、領域Ｒ２から絶縁基体１の底部に侵入する光は、底面に対して直交しない方向（斜め方向）の成分もあるため、Ｒ１をも中央部導体層９で覆うことにより、斜め方向の光を反射することができる。また、中央部導体層９は広い領域に形成されていることがよく、上記の斜め方向の光を効果的に反射して外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【００３５】
また、搭載部２の周囲の底面が露出した領域Ｒ２のうち、搭載部２と配線層５ｂとの間の絶縁基体１の底面が露出した領域Ｒ２が大きく、この領域Ｒ２の直下の部位が中央部導体層９で覆われていることにより、光の外部への漏洩を有効に防ぐことができる。
【００３６】
中央部導体層９は、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層から成っており、その表面にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ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、中央部導体層９が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、凹部４の底面が露出した領域Ｒ２から侵入し絶縁基体１の底部を透過した光を良好に反射することができ、光が外部に漏洩するのを有効に防ぐことができる。従って、中央部導体層９の表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と、厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層またはＡｇ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ことがより好ましい。
【００３７】
本発明において、中央部導体層９は、外部端子導体層８ａ，８ｂよりもわずかに厚いのがよい。この場合、絶縁基体１の下面が広面積の中央部導体層９の部位で確実に外部電気回路基板やパッケージに接合され、放熱性が向上するとともに、外部端子導体層８ａ，８ｂにおいてはんだ等のロウ材の量が多くなってロウ材の大きなメニスカスが形成され、外部端子導体層８ａ，８ｂの接合強度が大きくなる。その結果、外部端子導体層８ａ，８ｂの接合性が良好になるとともに接合部の抵抗が小さくなり、発光素子３の発光効率が向上することとなる。
【００３８】
かくして、本発明のパッケージは、中央部導体層９は、凹部４の底面の搭載部２と配線層５ａ，５ｂとの間の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように配置されていることから、絶縁基体１の底部が薄いため発光素子３の光の一部が絶縁基体１の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体１の底部を透過してきた光は中央部導体層９で反射されて、絶縁基体１の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに薄型化されたパッケージとなる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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何等差し支えない。例えば、図３に示すパッケージの断面図のように、パッケージの下面をはんだ等の接合材を介して外部電気回路基板により強固に接続するため、絶縁基体１の下面の両端部に形成された外部端子導体層８ａ，８ｂを大きくし、搭載部導体層２と金属層７、配線層５ｂと金属層７との間にある絶縁基体が露出した領域Ｒ３と重なるように各々外部端子導体層８ａ，８ｂが形成されていてもよい。この場合、領域Ｒ３から絶縁基体１の底部に侵入し透過した一部の光は、領域Ｒ３を覆う外部端子導体層８ａ，８ｂによって反射され、光が絶縁基体１の下面から外部に漏れ出るのを防ぐことができる。したがって、この場合、発光素子３を収容するための凹部４の底面の搭載部２と配線層５ｂとの間にある絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように中央部導体層９が形成されていればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられ、凹部の底面に発光素子が搭載される搭載部導体層および発光素子が電気的に接続される配線層が形成されるとともに、絶縁基体の下面の両端部に配線層および搭載部導体層にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層が形成されているものであって、絶縁基体の下面の外部端子導体層間に、凹部の底面の絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が形成されていることにより、絶縁基体の底部が薄いため発光素子の光の一部が絶縁基体の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体の底部を透過してきた光は中央部導体層で反射されるので、絶縁基体の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに、薄型化されたものとなる。
【００４１】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部導体層に搭載されるとともに搭載部導体層の周囲の配線導体に電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、発光効率が高くかつ薄型化されたものとなる。
【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】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他の例を示す断面図である。
【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断面図である。
【図６】図５の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：搭載部導体層
３：発光素子
４：凹部
５ａ，５ｂ：配線層
８ａ，８ｂ：外部端子導体層
９：中央部導体層
【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納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おり、その一例を図５に示す（例えば、下記の特許文献１参照）。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されているとともに上面に凹部14が形成され、その底面に発光素子13を搭載するための導体層から成る搭載部導体層12（以下、搭載部ともいう）が設けられた略直方体の絶縁基体11と、絶縁基体11の搭載部12およびその周辺から絶縁基体11の下面に導出された一対のメタライズ配線導体から成る配線層15とから主に構成されている。
【０００３】
そして、一方の配線層15の一端が電気的に接続された搭載部12上に発光素子13を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子13の電極と他方の配線層15とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体11の凹部14内に透明樹脂を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。
【０００４】
なお、この発光装置は多数個を互いに隣接するように配列されて使用されることから、上記セラミック製のパッケージにおいては、搭載部12に搭載された発光素子13が発する光が絶縁基体11を透過して、隣接する発光装置同士の光が混色するのを有効に防止するために、絶縁基体11に黒色のセラミックスから成るものを用いている。また、凹部14の内面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部14の内面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層17を被着させていることもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平2002−232017号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、絶縁基体11の搭載部12および配線層15と、凹部14の内面の金属層17との間には、電気的短絡を防止するためにセラミックスを露出させた露出領域を形成しているが、黒色のセラミックスを用いた場合、上記露出領域により発光素子13の光が吸収されてしまい、その結果、発光素子13の光をパッケージの上方へ効率良く放射させることができないという問題点があった。
【０００７】
また、絶縁基体11に白色のセラミックスを用いて、その厚みを厚くすると、発光素子13の光を絶縁基体11が吸収することなく、絶縁基体11の表面で効率良く反射できるので、発光素子13の光をパッケージの外部に効率良く放射することができるが、パッケージが大型化するという問題点を有していた。一方、絶縁基体11を薄くした場合、パッケージは小型化されるが、発光素子13の光の一部は絶縁基体11を透過して外部へ漏れ出てしまい、発光装置の発光効率が低下するととともに、隣接する発光装置同士の光が混色するという問題点もあった。
【０００８】
さらに、搭載部12を凹部14の底面の全面に形成し、配線層15を凹部14の内面や絶縁基体11上面の凹部14の周囲に形成した場合、ボンディングワイヤ16の接続が難しくなったり、発光装置自体が大型化するいう問題点を有していた。
【０００９】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子の光が絶縁基体で吸収されるのを効果的に防止できるとともに、発光素子の光の一部が絶縁基体を透過して外部に漏洩するのを防ぐことができる薄型化された発光素子収納用パッケージ、およびそれを用いた発光効率がきわめて高い発光装置を提供することにある。
【００１０】
【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、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられ、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される搭載部導体層および前記発光素子が電気的に接続される配線層が形成されるとともに、前記絶縁基体の下面の両端部に前記配線層および前記搭載部導体層にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記絶縁基体の下面の前記外部端子導体層間に、前記凹部の底面の前記絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の下面の外部端子導体層間に、凹部の底面の絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が形成されていることから、絶縁基体の底部が薄いため発光素子の光の一部が絶縁基体の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体の底部を透過してきた光は中央部導体層で反射されるので、絶縁基体の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに、薄型化されたものとなる。
【００１２】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部導体層に搭載されるとともに前記搭載部導体層の周囲の前記配線導体に電気的に接続された発光素子と、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。
【００１３】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が高くかつ薄型化されたものとなる。
【００１４】
【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について実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、１は絶縁基体、２は発光素子３の搭載部、４は発光素子３を収容するための凹部である。
【００１５】
本発明のパッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４を設け、凹部４の底面に発光素子３が搭載される搭載部導体層（以下、搭載部ともいう）２および発光素子３の電極が接続される配線層５ａ，５ｂを形成するとともに、絶縁基体１の下面の両端部に配線層５ａ，５ｂと電気的に接続された外部端子導体層８ａ，８ｂを形成されているものであって、絶縁基体の下面の外部端子導体層間に、凹部の底面の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２（図１）と重なるように中央部導体層９が形成されている。
【００１６】
なお、図１において、Ｒ１は凹部４の底面の絶縁基体１が露出していない領域を示す。
【００１７】
本発明の絶縁基体１は白色のセラミックスから成るのがよく、黒色等の有色のセラミックスを用いると、絶縁基体１を透過しようとする光が絶縁基体１で吸収されてしまい、中央部導体層９で光を反射して外部（図１では上方）に効率よく放射することがきわめて困難になる。
【００１８】
本発明の絶縁基体１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）から成る略直方体や略四角平板状のものであり、これらの白色のセラミックスは、絶縁基体１の厚みが0.8ｍｍ以上の場合に波長が400乃至700ｎｍの光の反射率を80％以上とすることができる。
【００１９】
例えば絶縁基体１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。この場合、絶縁基体１の厚みが0.8ｍｍ以上の場合に波長が400乃至700ｎｍの光の反射率を80％以上とするには、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、パッケージとしての十分な硬度が得られにくい。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。
【００２０】
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。含有量が0.01重量％未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上の効果が十分に発揮されない。10重量％を超えると、電気絶縁性が劣化する。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、強度が損なわれるため10重量％以下であることが好ましい。
【００２１】
また、絶縁基体１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、絶縁基体１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、焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくい。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。
【００２２】
この絶縁基体１は、その上面に発光素子３を収容するための凹部４が形成されており、複数のセラミック層を積層することで形成されている。例えば、凹部４用の貫通孔が形成された枠状のセラミックグリーンシートと発光素子３を搭載するための平板状のセラミックグリーンシートとを複数枚積層し、約1600℃で焼成し一体化することで形成されている。また、枠状のセラミックグリーンシートを１枚あるいは複数枚積層して焼成することにより枠体を作製し、平板状のセラミックグリーンシートを１枚あるいは複数枚積層して焼成することにより直方体状の底板部を作製して、次にこれらを接合して絶縁基体１を作製してもよい。
【００２３】
また、絶縁基体１の凹部４の底面には発光素子３を搭載するための搭載部２が形成されており、搭載部２はタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００２４】
また、絶縁基体１には、搭載部２から下面にかけて導出された配線層５ａおよび搭載部２の周辺から下面にかけて導出された配線層５ｂが被着形成されている。この一対の配線層５ａ，５ｂ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納する発光素子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、搭載部２には発光ダイオード等の発光素子３が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−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、配線層５ｂの搭載部２の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６を介して電気的に接続されている。
【００２５】
なお、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ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、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部２と発光素子３との固着および配線層５ｂとボンディングワイヤ６との接合を強固にすることができる。従って、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２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めっき層またはＡｇ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ことがより好ましい。
【００２６】
また、凹部４の内面には金属層７が形成されており、この金属層７はＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、さらに金属層７上にはＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層が被着されている。
【００２７】
凹部４の底面の配線層５ｂおよび搭載部２と、金属層７表面の金属めっき層とが、凹部４に収容される発光素子３の光を効果的に反射する反射領域として機能する。このため、凹部４の底面で露出する領域を小さくして反射性能を向上させるために、金属層７は配線層５ｂおよび搭載部２のいずれか一方と接続されていても構わない。
【００２８】
また、凹部４の内面と底面とのなす角度を35〜70°として、凹部４の内面が外側（図１では上方）に向かって漸次広がるような傾斜面となるようにすることが好ましい。この場合、凹部４の底面の配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２、金属層７表面の金属めっき層で反射した光をパッケージの外部により効率よく放射させることができる。上記角度が35°未満では、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜くことにより凹部４の内面をそのような角度で安定かつ効率良く形成することが困難となるとともに、パッケージが極度に大型化してしまう。70°を超えると、凹部４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。
【００２９】
また、凹部４は、その断面形状が円形状であることが好ましい。この場合、凹部４に収容される発光素子３が発光する光を凹部４の内面の金属層７表面の金属めっき層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という利点がある。
【００３０】
また、外部端子導体層８ａ，８ｂは、配線層５ａ，５ｂに電気的に接続されて絶縁基体１の下面の両端部に形成されており、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００３１】
なお、外部端子導体層８ａ，８ｂは、その表面にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ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、外部端子導体層８ａ、８ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、絶縁基体１の下面をはんだ等の接合材を介して外部電気回路基板に接続することができる。
【００３２】
さらに、外部端子導体層８ａ，８ｂは絶縁基体１の側面に延出されていてもよく、光が絶縁基体１の側面から外部に漏洩するのを防ぐことができる。この場合、外部端子導体層８ａ，８ｂは、絶縁基体１の側面に下面と凹部４の底面との間の高さの１／４以上に延出して形成されていることがよく、光が絶縁基体１の側面から外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【００３３】
本発明の中央部導体層９は、絶縁基体１の下面の外部端子導体層８ａ，８ｂ間に形成されており、中央部導体層９は、凹部４の底面の搭載部２と配線層５ａ，５ｂとの間の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように配置されている。これにより、領域Ｒ２から絶縁基体１の底部に侵入し透過した一部の光は、領域Ｒ２を覆う中央部導体層９によって反射され、光が絶縁基体１の下面から外部に漏れ出るのを防ぐことができる。
【００３４】
この場合、領域Ｒ２から絶縁基体１の底部に侵入する光は、底面に対して直交しない方向（斜め方向）の成分もあるため、Ｒ１をも中央部導体層９で覆うことにより、斜め方向の光を反射することができる。また、中央部導体層９は広い領域に形成されていることがよく、上記の斜め方向の光を効果的に反射して外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【００３５】
また、搭載部２の周囲の底面が露出した領域Ｒ２のうち、搭載部２と配線層５ｂとの間の絶縁基体１の底面が露出した領域Ｒ２が大きく、この領域Ｒ２の直下の部位が中央部導体層９で覆われていることにより、光の外部への漏洩を有効に防ぐことができる。
【００３６】
中央部導体層９は、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層から成っており、その表面にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ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、中央部導体層９が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、凹部４の底面が露出した領域Ｒ２から侵入し絶縁基体１の底部を透過した光を良好に反射することができ、光が外部に漏洩するのを有効に防ぐことができる。従って、中央部導体層９の表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と、厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層またはＡｇ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ことがより好ましい。
【００３７】
本発明において、中央部導体層９は、外部端子導体層８ａ，８ｂよりもわずかに厚いのがよい。この場合、絶縁基体１の下面が広面積の中央部導体層９の部位で確実に外部電気回路基板やパッケージに接合され、放熱性が向上するとともに、外部端子導体層８ａ，８ｂにおいてはんだ等のロウ材の量が多くなってロウ材の大きなメニスカスが形成され、外部端子導体層８ａ，８ｂの接合強度が大きくなる。その結果、外部端子導体層８ａ，８ｂの接合性が良好になるとともに接合部の抵抗が小さくなり、発光素子３の発光効率が向上することとなる。
【００３８】
かくして、本発明のパッケージは、中央部導体層９は、凹部４の底面の搭載部２と配線層５ａ，５ｂとの間の絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように配置されていることから、絶縁基体１の底部が薄いため発光素子３の光の一部が絶縁基体１の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体１の底部を透過してきた光は中央部導体層９で反射されて、絶縁基体１の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに薄型化されたパッケージとなる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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何等差し支えない。例えば、図３に示すパッケージの断面図のように、パッケージの下面をはんだ等の接合材を介して外部電気回路基板により強固に接続するため、絶縁基体１の下面の両端部に形成された外部端子導体層８ａ，８ｂを大きくし、搭載部導体層２と金属層７、配線層５ｂと金属層７との間にある絶縁基体が露出した領域Ｒ３と重なるように各々外部端子導体層８ａ，８ｂが形成されていてもよい。この場合、領域Ｒ３から絶縁基体１の底部に侵入し透過した一部の光は、領域Ｒ３を覆う外部端子導体層８ａ，８ｂによって反射され、光が絶縁基体１の下面から外部に漏れ出るのを防ぐことができる。したがって、この場合、発光素子３を収容するための凹部４の底面の搭載部２と配線層５ｂとの間にある絶縁基体１が露出した領域Ｒ２と重なるように中央部導体層９が形成されていればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられ、凹部の底面に発光素子が搭載される搭載部導体層および発光素子が電気的に接続される配線層が形成されるとともに、絶縁基体の下面の両端部に配線層および搭載部導体層にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層が形成されているものであって、絶縁基体の下面の外部端子導体層間に、凹部の底面の絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が形成されていることにより、絶縁基体の底部が薄いため発光素子の光の一部が絶縁基体の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体の底部を透過してきた光は中央部導体層で反射されるので、絶縁基体の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに、薄型化されたものとなる。
【００４１】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部導体層に搭載されるとともに搭載部導体層の周囲の配線導体に電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、発光効率が高くかつ薄型化されたものとなる。
【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】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他の例を示す断面図である。
【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断面図である。
【図６】図５の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：搭載部導体層
３：発光素子
４：凹部
５ａ，５ｂ：配線層
８ａ，８ｂ：外部端子導体層
９：中央部導体層
Claims (2)
- 絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられ、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される搭載部導体層および前記発光素子が電気的に接続される配線層が形成されるとともに、前記絶縁基体の下面の両端部に前記配線層および前記搭載部導体層にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子導体層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記絶縁基体の下面の前記外部端子導体層間に、前記凹部の底面の前記絶縁基体が露出した領域と重なるように中央部導体層が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、前記搭載部導体層に搭載されるとともに前記搭載部導体層の周囲の前記配線導体に電気的に接続された発光素子と、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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