JP2005191065A - 発光素子収納用パッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックグリーンシートに導体配線パターン14が形成され、セラミックグリーンシートの複数枚の積層体を導体配線パターン14と同時焼成して形成される窒化アルミニウム基板11の一方の主面の略中央部に発光素子が搭載される発光素子収納用パッケージ10であって、窒化アルミニウム基板11がセラミックグリーンシートの焼成後の呈色を色彩色差計の白色100から黒色0間において70以上有し、焼成後の表面粗さを0.3μmRa未満有する。
【選択図】図1
Description
(1)セラミックにAl2O3を用いる発光素子収納用パッケージは、通常、セラミックが黒色や、黒褐色であるので、基板面の反射率が低い。そこで、発光素子収納用パッケージは、反射率を向上させるために、表面にめっきや、蒸着等によって金属被膜を形成している。この金属被膜を形成するには、材料や作製するための労力が必要となり発光素子収納用パッケージのコストアップとなっている。
(2)セラミックにAl2O3を用いる発光素子収納用パッケージは、セラミックを白色とすることが容易にでき、基板面の反射率を向上でき、表面に金属被膜を形成する必要はなくなるが、白色、黒色、黒褐色のいずれのAl2O3も熱伝導率が低いので、放熱のための工夫を要し、高放熱を必要とするLED等の発光素子の放熱には、限界が生じている。
(3)セラミックに窒化アルミニウム(AlN)を用いる発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウムの熱伝導率が高いので、発光素子の放熱には非常に好ましい。しかしながら、この窒化アルミニウム基板を用いる従来の発光素子収納用パッケージの製造方法では、窒化アルミニウムの複数枚のセラミックグリーンシートと、これに形成した導体配線パターンの積層体を同時焼成する時に、セラミックグリーンシートの組成や、焼成に用いるセッターや、焼成炉の発熱体や、焼成方法等によって窒化アルミニウム内にカーボンが残留し、窒化アルミニウム基板自体が斑状に黒くなる。この斑状発色の解消は、従来の窒化アルミニウム基板の製造方法では難しいので、焼成した時に積極的に黒く発色するようにタングステン(W)等の発色効果のある添加物を予めセラミックグリーンシートに混入させて黒色や、黒褐色になるようにして作製している。従って、窒化アルミニウムを用いた発光素子収納用パッケージは、基板面の反射率の低さをカバーするために、表面にめっきや、蒸着等によって金属被膜を形成しているので、コストアップとなっている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、発光素子の発光効率を向上できると同時に、発光素子の放熱性を向上できる、安価な発光素子収納用パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。
ここで、発光素子収納用パッケージは、セラミックグリーンシートがCaCO31〜6重量%、Y2O30.5〜2重量%、Al2O30.5〜2重量%、残部をAlNとするシート状からなるのがよい。
ここに、図1(A)、(B)はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの平面図、A−A’線縦断面図、図2(A)、(B)はそれぞれ同発光素子収納用パッケージの変形例の説明図である。
(1)セラミックグリーンシートの形成工程
AlN粉末90〜98重量%にCaCO31〜6重量%、Y2O30.5〜2重量%、Al2O30.5〜2重量%の焼結助剤が加えられた粉末は、ブチラール樹脂等のバインダーと、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、分散剤と、及びトルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤が加えられ、樹脂製のボールミルで十分に混練した後、粘度を調整し、真空脱泡してスラリーに形成している。次いで、このスラリーは、ドクターブレード法等によって、例えば、厚さ0.2mm程度のシート状に形成され、適当なサイズにカットして窒化アルミニウム基板11用のセラミックグリーンシートを作製している。
セラミックグリーンシートには、打ち抜き金型や、パンチィングマシーン等を用いて、それぞれの所定位置に上、下層の間の導通を形成するためのビア18や、キャスタレーション19用の貫通孔が穿設される。次に、窒化アルミニウム基板11となる複数のセラミックグリーンシートには、タングステンや、モリブデン等のセラミックと同時焼成できる高融点金属からなる金属導体ペースト用いてスクリーン印刷で複数の導体配線パターン14や、めっき被膜を形成するためのめっき引き回し配線パターン等を形成している。この導体配線パターン14には、表面に発光素子を搭載する部位のダイボンドパッド15や、枠体12を接合させるための配線パターンや、発光素子と電気的に導通状態とするためのボンディングパッド16、外部と接続するための外部接続端子パッド17等として複数の導体配線パターン14等が含まれている。また、セラミックグリーンシートには、金属導体ペースト用いて、スクリーン印刷でビア18用の孔に充填したり、キャスタレーション19用の孔壁に塗布したり、高融点金属の導電体膜からなる複数の導体配線パターン14を形成している。そして、これらの印刷が完了したセラミックグリーンシートは、複数枚が重ね合わされ、温度と圧力をかけて接着して積層体を形成している。なお、セラミック基板11の両主面のうちの一方の主面側に発光素子を収納するためのキャビティ部13を設けるのにセラミック製の枠体12aで形成する場合には、セラミックグリーンシートにキャビティ部13部分となる壁面用として、垂直や、テーパ状の打ち抜き孔を穿設し、必要に応じて内周側面に金属導体ペーストを塗布した後、窒化アルミニウム基板11となる部分のセラミックグリーンシートと、枠体12aの部分のセラミックグリーンシートも含めて積層体を形成している。
積層体は、焼成した白色系の窒化アルミニウム焼成体からなる板体で両面から挟み込みでモリブデン等からなる耐熱性が高く変形発生の少ないセッター上に載置している。この板体は、1枚のセラミックグリーンシートのみ、又は複数枚のセラミックグリーンシートのみを積層したものを焼成して形成している。積層体が載置されたそれぞれのセッターは、焼成効率を向上させるためにセッター間にスぺーサー等を挟んで多段に積み上げることもできる。
セッターに載置された状態の積層体は、発熱体がモリブデンや、タングステンや、白金ロジウム等の金属からなるメタル焼成炉内に投入している。焼成炉は、炉内を非酸化性雰囲気として昇温する。焼成炉内の積層体は、温度1300〜1400℃に時間2〜10時間通過させてセラミックグリーンシートの脱脂を行っている。そして、積層体は、最高温度1650〜1700℃で焼結を行い窒化アルミニウム基板11を作製している。焼成炉には、発熱体が金属からなるメタル焼成炉を用いているので、窒化アルミニウムの焼成温度がカーボン焼成炉のように1800℃以上の焼成が可能とはならないものの、窒化アルミニウムの焼結温度をCaCO3の増加と、AlN粉末原料の微細化、例えば、平均粒径1μm程度のものを選定することで低温焼成化をし、1700℃未満の低温での焼成を可能とすると共に、炉内からのカーボン汚染が発生するのを防止することができるようにしている。また、板体は、白色系の窒化アルミニウム焼成体で形成され、セッターは、モリブデン等で形成されているので、板体や、セッターからのカーボン汚染を防止することができる。なお、積層体の脱脂のための温度は、1300℃を下まわると、樹脂の分解効果がなく脱脂できなくなり、1400℃を超えると、セラミックグリーンシート内のガラス成分が溶け出し表面を塞ぐことで脱脂を行うことができなくなる。また、この脱脂のための時間は、2時間を下まわると、窒化アルミニウム基板11内のカーボンの残留が多くなり黒色化傾向になると同時に、熱伝導率が低くなり、10時間を超える場合には、カーボン除去の効果が少なくなる。
窒化アルミニウム基板11の一方の主面側に発光素子を収納するためのキャビティ部13を設けるのに金属製の枠体12で形成する場合には、焼成済みの窒化アルミニウム基板11に金属製の枠体12を接合用の配線パターンにNiめっき被膜を施した後、AgCuろう等からなるろう材でろう付け接合して形成している。また、枠体12のろう付け接合後は、導体配線パターン14上や、枠体12の内周側面に、Niめっき被膜及びAuめっき被膜や、Agめっき被膜を形成することで、窒化アルミニウム基板11の一方の主面の略中央部に発光素子を搭載するための発光素子収納用パッケージ10を作製している。
Claims (3)
- セラミックグリーンシートに導体配線パターンが形成され、前記セラミックグリーンシートの複数枚の積層体を前記導体配線パターンと同時焼成して形成される窒化アルミニウム基板の一方の主面の略中央部に発光素子が搭載される発光素子収納用パッケージであって、
前記窒化アルミニウム基板が前記セラミックグリーンシートの焼成後の呈色を色彩色差計の白色100から黒色0間において70以上有し、焼成後の表面粗さを0.3μmRa未満有す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において、前記セラミックグリーンシートがCaCO31〜6重量%、Y2O30.5〜2重量%、Al2O30.5〜2重量%、残部をAlNとするシート状からなることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
- セラミックグリーンシートと導体配線パターンを同時焼成して形成する窒化アルミニウム基板の一方の主面の略中央部に発光素子を搭載するための発光素子収納用パッケージの製造方法であって、
前記セラミックグリーンシートをCaCO31〜6重量%、Y2O30.5〜2重量%、Al2O30.5〜2重量%、残部がAlNからなるシート状に形成する工程と、
前記セラミックグリーンシートの複数枚のそれぞれに導体配線パターンを形成し、該複数枚のセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を白色系の窒化アルミニウム焼成体からなる板体で両面から挟み込んでセッター上に載置する工程と、
前記積層体をメタルの発熱体からなる非酸化性雰囲気メタル焼成炉内の温度1300〜1400℃、2〜10時間で前記セラミックグリーンシートの脱脂を行った後、最高温度1650〜1700℃で焼結する工程を有することを特徴とする発光素子収納用パッケージの製造方法。
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