JP2004228239A - Package for storing light emitting element and light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子を収容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(LED),半導体レーザ(LD)等の発光素子を用いた発光装置は、今後さらなる低消費電力化や長寿命化がすすむものとして注目されており、近年種々の分野で使用され始めている。従来の発光素子を搭載する発光素子収納用パッケージ(以下、パッケージともいう)の断面図を図2に示す。
【0003】
図2に示すように、従来のパッケージ11は、各種樹脂やセラミックス等から成る基体12を有する。基体12には、タングステン(W)やモリブデン(Mo)、マンガン(Mn)等を含む導体ペーストを高温で焼結し、その上面にメッキ法によりニッケル(Ni)メッキ層や金(Au)メッキ層を被着して成る配線導体13が形成されている。この配線導体13を介して、外部からパッケージ内部に搭載された発光素子15に電力や駆動電流が供給できるように接続されている。
【0004】
また基体12は、パッケージ11内部側の一方の主面に、各種樹脂やセラミックスから成る、上下面を貫通する貫通孔を有する平面視形状が正方形状の枠体14が設けられており、基体12に700〜900℃の融点を有する銀(Ag)−銅(Cu)等のロウ材、各種樹脂接着剤、高融点ガラス(低融点ガラス)等により固定される。
【0005】
発光素子15は基体12にAgペーストや樹脂接着剤から成る接着剤でダイボンドされており、発光素子15の電極は基体12に設けられた配線導体13とAu製のボンディングワイヤによりワイヤボンディングされる。
【0006】
また、発光素子15を保護するために枠体14の内側に透明部材18が設けられる。この透明部材18は、枠体14の内側に発光素子15を覆うように熱硬化性のエポキシ樹脂などを充填し加熱硬化させることにより設けることができる。透明部材18は、発光素子15や基体12、枠体14と強固に密着して発光素子15をパッケージ11内に強固に固定する働きも有する。さらに、枠体14の上面にガラス,サファイア等から成る透光性で板状の蓋体17が樹脂接着剤等で接着される。これにより、発光素子15を有する発光装置となる。
【0007】
この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子15が起動され、可視光を発光するものとして使用される。その用途は、各種インジケーター,光センサー,ディスプレイ,ホトカプラ,バックライト,光プリンタヘッド等である。
【0008】
近年、この発光装置を照明用として使用するようになってきており、高輝度および放熱性の点でより高特性の発光装置が要求されている。また、照明用に使用される場合、発光装置の長寿命化が特に重要な問題である。
【0009】
そこで、最近は発光装置の発光輝度を向上させる構成が考えられており、枠体14をより反射率の高い材料で構成することが多い。例えば、枠体14を銀(Ag)やアルミニウム(Al)からなる反射率の高い金属で形成したり、それらの金属を枠体14の表面に被着させて、発光素子15から発光される光を効率よくパッケージ11の外部へ放射させることが提案されている。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−344029号公報
【0011】
【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11では、発光素子15から出る熱によりパッケージ11に歪みが発生し、発光素子15で発光した光の放射角度を安定化させることが困難となるという問題点があった。これは、例えば基体12が樹脂やセラミックスから成り、枠体13が金属から成ることで、基体12と枠体14との熱膨張係数の違いにより発生するものである。したがって、従来のパッケージ11では、高輝度化には十分に対応できるが、高輝度化するために発光素子15に入力されるパワー(電力)を上げると、発光素子15から出る熱により安定した光の放射角度、光強度分布等が得られないといった新たな問題点がでている。今後、局部照明等の用途に使用される場合には、光の放射角度は重要な問題である。このような光の放射角度や光強度分布等の光学的特性に優れかつ安定した発光装置が求められている。
【0012】
したがって、本発明はかかる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、発光素子が発光する光を枠体の内面で良好に反射させて外部に均一に効率よく放射でき、また光の放射角度や光強度分布等の光学的特性に優れかつ安定した発光装置を作製できるパッケージおよび発光装置を提供することにある。
【0013】
【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、上面の中央部に発光素子を搭載する搭載部導体層を有するセラミックスから成る基体と、該基体の上面の外周部に前記搭載部を取り囲んで接合され、内面が外側に向かって広がるように傾斜した金属から成る第1の枠体と、該第1の枠体の上面に接合されたセラミックスから成る第2の枠体とを具備したことを特徴とする。
【0014】
本発明の発光素子収納用パッケージは、基体の上面の外周部に搭載部導体層を取り囲んで接合され、内面が外側に向かって広がるように傾斜した金属から成る第1の枠体を有していることから、発光素子から出る光を発光素子収納用パッケージ外に80%以上反射させることができ、高輝度の発光装置を作製することができる。また、セラミックスからなる第2の枠体を有していることから、セラミックスから成る基体と金属から成る第1の枠体との熱膨張係数差によって、第1の枠体が変形するのを抑えることができ、光の放射角度や光強度分布等の光学的特性が優れているとともに安定している発光装置を作製することが可能となる。
【0015】
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た発光素子と、前記第1の枠体の内側または前記第2の枠体の上方の前記発光素子の光軸上に設置された透光性部材とを具備したことを特徴とする。
【0016】
本発明の発光装置は、上記の構成により、輝度、光の放射角度および光強度分布等の光学的特性が優れているとともに安定している、高性能で高信頼性のものとなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージについて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、2は基体、4は第1の枠体、6は第2の枠体であり、主としてこれらで発光素子5を収容するためのパッケージ1が構成されている。
【0018】
本発明のパッケージは、上面の中央部に発光素子5を搭載する搭載部2aを有するセラミックスから成る基体2と、基体2の上面の外周部に搭載部2aを取り囲んで接合され、内面が外側に向かって広がるように傾斜した金属から成る第1の枠体4と、第1の枠体4の上面に接合されたセラミックスから成る第2の枠体6とを具備している。
【0019】
本発明における基体2は、例えば酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)や窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックスから成る四角形状の平板であり、発光素子5を支持するための支持部材として機能し、その上面に発光素子5を搭載するための搭載部2aを有している。
【0020】
また、基体2は、搭載部2aおよびその周囲から下面にかけて導出されるメタライズ層から成る配線導体3が被着されている。配線導体3はW,Mo,Cu,Ag等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ1内部に収容された発光素子5を外部に電気的に接続するための導電路として機能する。そして、搭載部2aにはLED,LD等の発光素子5がAu−Si(シリコン)合金やAg−エポキシ樹脂等の導電性接合材で固着されるとともに、搭載部2a周囲の配線導体3には発光素子5の電極がボンディングワイヤを介して電気的に接続される。
【0021】
なお、配線導体3の露出する表面にNiやAu等の耐食性に優れる金属を1〜20μm程度の厚みに被着させておくのがよく、配線導体3が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、配線導体3と発光素子5との接続および配線導体3とボンディングワイヤとの接続を強固にすることができる。したがって、配線導体3の露出表面には、厚さ1〜10μm程度のNiメッキ層と厚さ0.1〜3μm程度のAuメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されていることがより好ましい。
【0022】
さらに、基体2の熱伝導率は10W/m・K以上が好ましく、10W/m・K以下では、50mA以上の駆動電流を発光素子5に入力した際に発光素子5の表面温度が100℃以上に達し、発光素子5の寿命を劣化させるばかりではなく、発光素子5の光出力を上げられなくなる。
【0023】
金属から成る第1の枠体4は銀(Ag),Al,Pt等から成るのがよく、これらの金属は、発光素子5から出る光をパッケージ外に80%以上の反射率で反射させることができ、高輝度の発光装置を作製することができる。また、第1の枠体4がFe−Ni合金やFe−Ni−Co合金等から成り、その表面にAg,Al,Pt等の高反射率の金属層を形成してもよい。
【0024】
この第1の枠体4は、基体2に250℃以上の融点で溶融するガラスフリットで接合されるか、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂接着剤で接合される。また第1の枠体4は、その中央部に発光素子5を収容するための横断面形状が円形状や四角形状の貫通穴4aを有しており、貫通穴4a内に発光素子5が収容されるとともに搭載部2aに搭載される。
【0025】
また、第1の枠体4の貫通穴4aの内面は、その算術平均粗さRaが0.004〜4μmであることがよく、これにより、第1の枠体4の内面が発光素子5の発光する光を良好に反射させることとなる。Raが4μmを超えると、貫通穴4a内に収容された発光素子5が発光する光を均一に反射させるのが困難となり、反射する光の強さに偏りが発生しやすくなる。0.004μm未満であると、そのような面を安定かつ効率よく形成することが困難となる傾向にある。
【0026】
さらに貫通穴4aの内面に厚さ1〜10μm程度のNiメッキ層と厚さ0.1〜3μm程度のAuメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されていることがよく、第1の枠体4の耐腐食性が向上する。
【0027】
また、貫通穴4aはその横断面形状が円形状であるのがよく、貫通穴4a内に収容された発光素子5が発光する光を貫通穴4aの内面で万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。
【0028】
本発明のパッケージ1においては、第1の枠体4の上面にセラミックスから成る第2の枠体6が接合されており、この第2の枠体6は、例えば基体2と実質的に同じ組成のセラミックスからなるのがよい。すなわち、第2の枠体6は基体2と同じ熱膨張係数の材料から成ることがよい。この場合、セラミックスから成る基体2と金属から成る第1の枠体4との熱膨張係数差によって、第1の枠体4が変形するのを抑えることができ、光の放射角度や光強度分布等の光学的特性が優れているとともに安定している発光装置を作製することができる。
【0029】
発光装置は、使用環境(温度等)によって光の広がり角度(放射角度)の範囲に差はあるが、10度以下に抑えることがよい。10度以下とするには、基体2と第2の枠体6との熱膨張係数の差は5×10−6/℃以下であるのがよい。光の放射角度は、光ビームの光軸に直交する断面での断面形状が円形状であれば、あらゆる断面で一定であり、光ビームの光軸に直交する断面での断面形状が楕円形状等の偏った形状であれば、最大値である。
【0030】
また、基体2および第2の枠体6と第1の枠体4との熱膨張係数の差は20×10−6/℃以下がよく、20×10−6/℃を超えると、第1の枠体4が変形しやすくなる。
【0031】
そして、第2の枠体6は、第1の枠体4の上面に250℃以上の融点で溶融するガラスフリットで接合されるか、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等から成る樹脂接着剤で接合される。この第2の枠体6は、その中央部に発光素子5を収容するための横断面形状が円形状や四角形状の貫通穴6aを有している。
【0032】
また、第2の枠体6は基体2よりも厚いことがよい。すなわち、第1の枠体4と基体2との接合面積が、第1の枠体4と第2の枠体6との接合面積よりも大きいうえ、第2の枠体6よりも基体2の方が面積が大きいことから、第1の枠体4は基体2の熱膨張の影響を受けて変形し易くなっている。したがって、第2の枠体6の厚さを基体2よりも厚くすることによって、第1の枠体4の上部および下部における熱膨張の影響を同じに近づけて、第1の枠体4の変形をより抑えることができる。
【0033】
さらに、第2の枠体6は内面にAg,Al,Pt等の高反射率の金属層をめっき法等で被着されていてもよい。この場合、第2の枠体6の内面で発光素子5の光を効率的に反射させてさらに高輝度の発光装置と成すことができる。
【0034】
かくして、本発明のパッケージ1は、基体2の搭載部2aに発光素子5を搭載するとともに発光素子5の電極と基体2の配線導体3とをボンディングワイヤを介して電気的に接続し、しかる後、第1の枠体4の内側または第2の枠体6の上方の発光素子5の光軸上に透光性部材を設置することによって発光装置となる。透光性部材は、発光素子5を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂であってもよく、第2の枠体6の上面に樹脂接着剤等で接着された、ガラス,サファイア等から成る平板状,レンズ状の透光性の蓋体7であってもよい。
【0035】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。
【0036】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、基体の上面の外周部に搭載部導体層を取り囲んで接合され、内面が外側に向かって広がるように傾斜した金属から成る第1の枠体を有していることから、発光素子から出る光を発光素子収納用パッケージ外に80%以上反射させることができ、高輝度の発光装置を作製することができる。また、セラミックスからなる第2の枠体を有していることから、セラミックスから成る基体と金属から成る第1の枠体との熱膨張係数差によって、第1の枠体が変形するのを抑えることができ、光の放射角度や光強度分布等の光学的特性が優れているとともに安定している発光装置を作製することが可能となる。
【0037】
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た発光素子と、第1の枠体の内側または第2の枠体の上方の発光素子の光軸上に設置された透光性部材とを具備したことにより、輝度、光の放射角度および光強度分布等の光学的特性が優れているとともに安定している、高性能で高信頼性のものとなる。
【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】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
1:発光素子収納用パッケージ
2:基体
2a:搭載部導体層
4:第1の枠体
5:発光素子
6:第2の枠体
7:蓋体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting element housing package for housing a light emitting element and a light emitting device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, light-emitting devices using light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) have been attracting attention in the future as having lower power consumption and longer life, and have recently been used in various fields. Has begun. FIG. 2 is a cross-sectional view of a light emitting element housing package (hereinafter, also referred to as a package) on which a conventional light emitting element is mounted.
[0003]
As shown in FIG. 2, a conventional package 11 has a
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
Further, a
[0007]
In this light emitting device, the
[0008]
In recent years, this light-emitting device has been used for lighting, and a light-emitting device having higher characteristics in terms of high luminance and heat dissipation has been demanded. In addition, when used for lighting, extending the life of the light emitting device is a particularly important problem.
[0009]
Therefore, recently, a configuration for improving the light emission luminance of the light emitting device has been considered, and the
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-344029 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional package 11 has a problem that heat generated from the
[0012]
Therefore, the present invention has been completed in view of such a conventional problem, the purpose of which is to allow the light emitted by the light emitting element to be reflected efficiently on the inner surface of the frame, and to be uniformly and efficiently emitted to the outside, Another object of the present invention is to provide a package and a light-emitting device which can manufacture a stable light-emitting device having excellent optical characteristics such as a light emission angle and a light intensity distribution.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The package for housing a light emitting element of the present invention comprises a base body made of ceramics having a mounting part conductor layer for mounting the light emitting element in the center part of the upper surface, and an outer peripheral part of the upper surface of the base body, which surrounds the mounting part and is joined to the inner surface. And a second frame made of ceramics joined to an upper surface of the first frame, the first frame being made of metal inclined so as to spread outward.
[0014]
The light-emitting element housing package of the present invention has a first frame body made of metal that is joined to the outer peripheral portion of the upper surface of the base body so as to surround the mounting portion conductive layer and that the inner surface is inclined so as to expand outward. Accordingly, light emitted from the light-emitting element can be reflected out of the light-emitting element housing package by 80% or more, so that a light-emitting device with high luminance can be manufactured. Further, since the second frame made of ceramics is provided, the first frame is prevented from being deformed due to a difference in thermal expansion coefficient between the base made of ceramics and the first frame made of metal. This makes it possible to manufacture a light-emitting device having excellent and stable optical characteristics such as light emission angle and light intensity distribution.
[0015]
The light emitting device according to the present invention includes a light emitting element housing package according to the present invention, a light emitting element mounted on the mounting portion conductive layer, and the light emission inside the first frame or above the second frame. A light-transmitting member provided on the optical axis of the element.
[0016]
With the above configuration, the light emitting device of the present invention has excellent and stable optical characteristics such as luminance, light emission angle, and light intensity distribution, and has high performance and high reliability.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The light emitting element housing package of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the package of the present invention.
[0018]
The package of the present invention is joined to a
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
Preferably, a metal having excellent corrosion resistance, such as Ni or Au, is applied to the exposed surface of the
[0022]
Further, the thermal conductivity of the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The inner surface of the through hole 4a of the
[0026]
Further, a Ni plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm and an Au plating layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm are often sequentially applied to the inner surface of the through hole 4 a by an electrolytic plating method or an electroless plating method. In addition, the corrosion resistance of the
[0027]
The through-hole 4a preferably has a circular cross-sectional shape, and the light emitted by the
[0028]
In the package 1 of the present invention, a second frame 6 made of ceramics is joined to the upper surface of the
[0029]
Although the range of the spread angle (radiation angle) of the light varies depending on the use environment (temperature, etc.), the light emitting device is preferably suppressed to 10 degrees or less. In order to make the temperature equal to or less than 10 degrees, the difference in the thermal expansion coefficient between the
[0030]
The difference in the coefficient of thermal expansion between the
[0031]
The second frame 6 is joined to the upper surface of the
[0032]
The second frame 6 is preferably thicker than the
[0033]
Further, the second frame 6 may be provided with a metal layer having a high reflectivity such as Ag, Al, or Pt on its inner surface by plating or the like. In this case, the light of the
[0034]
Thus, in the package 1 of the present invention, the
[0035]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various changes may be made without departing from the scope of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
The light-emitting element housing package of the present invention has a first frame body made of metal that is joined to the outer peripheral portion of the upper surface of the base body so as to surround the mounting portion conductive layer and that the inner surface is inclined so as to expand outward. Accordingly, light emitted from the light-emitting element can be reflected out of the light-emitting element housing package by 80% or more, so that a light-emitting device with high luminance can be manufactured. Further, since the second frame made of ceramics is provided, the first frame is prevented from being deformed due to a difference in thermal expansion coefficient between the base made of ceramics and the first frame made of metal. This makes it possible to manufacture a light-emitting device having excellent and stable optical characteristics such as light emission angle and light intensity distribution.
[0037]
The light-emitting device of the present invention includes a light-emitting element housing package of the present invention, a light-emitting element mounted on a mounting portion conductive layer, and an optical axis of the light-emitting element inside the first frame or above the second frame. By having the translucent member installed on top, the optical characteristics such as brightness, light emission angle and light intensity distribution are excellent and stable, and high performance and high reliability Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an embodiment of a light emitting element housing package of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional light emitting element storage package.
[Explanation of symbols]
1: package for housing light emitting element 2: base 2a: mounting portion conductive layer 4: first frame 5: light emitting element 6: second frame 7: lid
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