JP2005191135A

JP2005191135A - Semiconductor package

Info

Publication number: JP2005191135A
Application number: JP2003428225A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Nakamura; 忍中村; Hisamitsu Watanabe; 久光渡辺; Kiyomi Komata; 清美小俣
Original assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Current assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-mounting semiconductor package having high heat dissipation efficiency. <P>SOLUTION: In the semiconductor package wherein a semiconductor element such as an LED element is mounted on lands of a pair of top electrodes formed on the principal plane of a ceramic substrate, a substrate 20 composed of a pair of conductors 22 and 23 formed on the right and left of an insulator 21 equipped with a light diffusion and reflection means is bonded to a pair of bottom electrodes 12c and 13c formed on the bottom face of the ceramic substrate 11. Furthermore, vias 11c and 11e formed of a conductive metal film 14 on the inner surface are formed in the ceramic substrate 11, and the conductive metal films 14 of the vias 11c and 11e are connected to the top electrodes 12a and 13a, bottom electrodes 12c and 13c, and conductors 22 and 23 to form a heat dissipation bypass path through the vias. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、表面実装型の半導体パッケージに関し、特に発光ダイオードのように発熱が生じる半導体の放熱性を高める半導体パッケージ装置に関する。 The present invention relates to a surface-mount type semiconductor package, and more particularly to a semiconductor package device that improves heat dissipation of a semiconductor that generates heat, such as a light emitting diode.

発光ダイオード（以降、ＬＥＤと呼ぶ）などの半導体素子は発光することにより発熱し、その発熱した熱によって機能が低下すると云う問題を有する。以下、ＬＥＤのパッケージを取り上げて従来技術を説明する。 A semiconductor element such as a light emitting diode (hereinafter referred to as an LED) generates heat by emitting light, and has a problem that the function is reduced by the generated heat. Hereinafter, the conventional technology will be described by taking up an LED package.

ＬＥＤはＡｌＩｎＧａＰやＧａＮなどの化合物半導体で形成し、その上にＰＮ接合を形成して、これに順方向電流を通じて可視光などの発光を得るものである。近年、照明の他に、表示、通信、計測、制御などに広く応用されている。一方、近年の電子機器は、高性能化、多機能化と共に、小型化、軽量化も求められ、プリント基板上に表面実装ができるパッケージ構造の装置部品としたものが多くなってきている。 The LED is formed of a compound semiconductor such as AlInGaP or GaN, and a PN junction is formed thereon, and light emission such as visible light is obtained through a forward current. In recent years, in addition to illumination, it has been widely applied to display, communication, measurement, control, and the like. On the other hand, recent electronic devices are required to have high performance and multi-functions as well as miniaturization and weight reduction, and an increasing number of devices are packaged device parts that can be surface-mounted on a printed circuit board.

従来のＬＥＤパッケージ装置の構造は、概ね、図７、図８に示すような構造を取っている。図７は従来のＬＥＤパッケージの斜視図を示しており、図８は図７における要部断面図を示したものである。図７、図８より、従来のＬＥＤパッケージ６０は、ＬＥＤ素子６１と配線基板６５とが主要構成部品になって構成されている。ここでのＬＥＤ素子６１はフリップチップ実装した素子を示しており、その下面に２極（カソード電極とアノード電極）のバンプ６１ａ、６１ｂを持っていて、平面実装型のＬＥＤ素子になっている。配線基板６５は絶縁基板６６とその表面の一部分に設けた一対の電極（カソード電極、アノード電極）６７、６８とから構成されている。そして、一対の電極６７、６８のランド部分において、電極６７、６８とＬＥＤ素子６１のバンプ６１ａ、６１ｂとがフリップチップ実装されて接合される。そして、このＬＥＤパッケージはマザーボード上に半田付けされて使用される。 The structure of the conventional LED package device is generally as shown in FIGS. FIG. 7 is a perspective view of a conventional LED package, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part in FIG. 7 and 8, the conventional LED package 60 is configured with an LED element 61 and a wiring board 65 as main components. The LED element 61 here is a flip-chip mounted element, and has two poles (cathode electrode and anode electrode) bumps 61a and 61b on its lower surface, and is a plane-mount type LED element. The wiring substrate 65 includes an insulating substrate 66 and a pair of electrodes (cathode electrode, anode electrode) 67 and 68 provided on a part of the surface of the insulating substrate 66. And in the land part of a pair of electrodes 67 and 68, the electrodes 67 and 68 and the bumps 61a and 61b of the LED element 61 are flip-chip mounted and joined. The LED package is used by being soldered onto a mother board.

ここで、絶縁基板６６は絶縁性・耐熱性に優れたガラスエポキシ樹脂などの樹脂で形成し、一対の電極６７、６８は、銀ペーストを印刷で形成し、その上に金メッキなどを施して形成する方法などが取られている。この一対の電極６７、６８は、絶縁基板６６の図中左右に対向した状態で一対形成され、電極６７は上面側の電極６７ａ、側面側の電極６７ｂ、下面側の電極６７ｃとの３つの電極部分から構成されている。同様に、電極６８も上面側の電極６８ａ、側面側の電極６８ｂ、下面側の電極６８ｃとの３つの電極部分から構成されている。対向している上面側の電極６７ａ、６８ａは一部分中心側に向かって突き出た部分を持っており、その突き出た部分のランド部分でＬＥＤ素子６１のバンプ６１ａ、６１ｂとボンデングされるようになっている。また、下面側の電極６７ｃ、６８ｃはマザーボードと半田付けされるようになっている。 Here, the insulating substrate 66 is formed of a resin such as a glass epoxy resin excellent in insulation and heat resistance, and the pair of electrodes 67 and 68 are formed by printing a silver paste and applying gold plating or the like thereon. The method to do is taken. The pair of electrodes 67 and 68 are formed in a state of facing the left and right sides of the insulating substrate 66 in the figure, and the electrode 67 is composed of three electrodes: an upper surface side electrode 67a, a side surface side electrode 67b, and a lower surface side electrode 67c. It consists of parts. Similarly, the electrode 68 is also composed of three electrode portions: an upper electrode 68a, a side electrode 68b, and a lower electrode 68c. The opposed electrodes 67a and 68a on the upper surface side have a portion protruding toward the center, and are bonded to the bumps 61a and 61b of the LED element 61 at the land portion of the protruding portion. Yes. Further, the electrodes 67c and 68c on the lower surface side are soldered to the mother board.

ＬＥＤ素子は駆動すると発熱し、長時間の使用中に劣化してくる。このため、放熱性を高めることが求められている。この放熱性を高める技術の一つとして下記の特許文献１に開示されたものがある。 The LED element generates heat when driven, and deteriorates during long-time use. For this reason, improving heat dissipation is calculated | required. One technique for improving the heat dissipation is disclosed in Patent Document 1 below.

特許公開２００２−２７０９０４号公報Japanese Patent Publication No. 2002-270904

図９に示すものは、上記特許文献１に示されたもので、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出して示したもので、（ａ）図は素子マウント部材の一主面側を示す平面図で、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。この半導体パッケージ装置は、素子マウント部材７６の主面側に設けた素子パターン電極上に発光素子７１が導電ペーストまたは半田などを介して固着されている。また、素子マウント部材７６の主面側の左右には導電パターン７７、７８が設けられて、その上面にリードフレームのインナーリード７２ａが一対接合されている。また、素子マウント部材７６には貫通穴７６ａが設けられており、この貫通穴７６ａを通して発光素子７１の発光した光が放射されるような発光素子７１の配置になっていて、発光素子７１の発光面側の発光面電極が導電パターン７８と接続した素子パターン電極と接合されている。一方、発光素子７１の非発光面側の基板面電極７１ａは金細線７３を介してリードフレームの所定のインナーリード７２ａとワイヤボンディングされている。 FIG. 9 shows the configuration of the peripheral portion of the element mounting member shown in Patent Document 1, and FIG. 9A is a plan view showing one main surface side of the element mounting member. FIG. 4B is a sectional view taken along line AA in FIG. In this semiconductor package device, a light emitting element 71 is fixed on an element pattern electrode provided on the main surface side of an element mount member 76 via a conductive paste or solder. Conductive patterns 77 and 78 are provided on the left and right sides of the main surface side of the element mounting member 76, and a pair of inner leads 72a of the lead frame are joined to the upper surface thereof. The element mount member 76 is provided with a through hole 76a. The light emitting element 71 is arranged so that light emitted from the light emitting element 71 is emitted through the through hole 76a. The light emitting surface electrode on the surface side is joined to the element pattern electrode connected to the conductive pattern 78. On the other hand, the substrate surface electrode 71a on the non-light emitting surface side of the light emitting element 71 is wire-bonded to a predetermined inner lead 72a of the lead frame through a fine gold wire 73.

上記構成における素子マウント部材７６は熱伝導率が比較的高いアルミナや窒化アルミなどの絶縁材から形成しており、また、インナーリード７２ａを構成するリードフレームはＦｅ合金またはＣｕ合金で形成している。 The element mounting member 76 in the above configuration is formed of an insulating material such as alumina or aluminum nitride having a relatively high thermal conductivity, and the lead frame constituting the inner lead 72a is formed of Fe alloy or Cu alloy. .

上記の構成を取ることで、発光素子７１の主に発光面より発生する熱を、直ちに熱伝導率の高いアルミナなどからなる素子マウント部材に伝えることになり、熱の放熱経路を従来より短くすることができ、放熱効率を高める効果を得たものである。 By adopting the above configuration, the heat generated mainly from the light emitting surface of the light emitting element 71 is immediately transmitted to the element mounting member made of alumina or the like having a high thermal conductivity, and the heat radiation path is made shorter than before. It is possible to obtain the effect of increasing the heat radiation efficiency.

しかしながら、上記構成のものは、熱伝導率の高いアルミナを用いて放熱経路を従来のものより短くしたとは云え、アルミナの熱伝導率は２１ｗ／ｍ・ｋ前後であることからして、放熱効率が十分であると云える状態にはない。 However, in the above configuration, although the heat dissipation path is shorter than that of the conventional one using alumina having high thermal conductivity, the thermal conductivity of alumina is around 21 w / m · k. It is not in a state where efficiency is sufficient.

また、図７に示される所のフリップチップ実装したＬＥＤ素子のパッケージにおいては、配線基板をアルミナで形成した場合に、基板の光透過率も高くなり、ＬＥＤの発光した光が基板を介して外部に漏れていくことが起こる。このため、光の利用効率が悪くなると云う問題を有する。 Further, in the flip-chip mounted LED element package shown in FIG. 7, when the wiring board is formed of alumina, the light transmittance of the board is also increased, and the light emitted from the LED is externally transmitted through the board. It happens to leak. For this reason, there is a problem that the light utilization efficiency deteriorates.

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたもので、更に、放熱効率が高く、且つ、光の利用効率が高いパッケージ構成を見いだすことを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to find a package configuration with high heat dissipation efficiency and high light utilization efficiency.

上記課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、セラミック基板の主面上に設けた一対の上面電極のランド上に半導体素子を搭載した半導体パッケージにおいて、前記セラミック基板の主面の反対側にあたる下面に、光拡散反射手段を設けた絶縁体と、該絶縁体を挟んで左右に設けた一対の導電体と、を備えたことを特徴とするものである。 As means for solving the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present invention is a semiconductor package in which a semiconductor element is mounted on a land of a pair of upper surface electrodes provided on a main surface of a ceramic substrate. The lower surface corresponding to the opposite side of the main surface is provided with an insulator provided with light diffusing and reflecting means, and a pair of conductors provided on the left and right sides of the insulator.

また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記の絶縁体を搭載した半導体素子の真下の位置に配したことを特徴とするものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is characterized in that it is arranged at a position immediately below the semiconductor element on which the insulator is mounted.

また、本発明の請求項３に記載の発明は、前記の絶縁体と前記の一対の導電体は連結されて１枚の基板を成していることを特徴とするものである。 The invention according to claim 3 of the present invention is characterized in that the insulator and the pair of conductors are connected to form a single substrate.

また、本発明の請求項４に記載の発明は、前記の光拡散反射手段は前記絶縁体の表面に設けた微少な凹凸のある梨地面であることを特徴とするものである。 The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that the light diffusing and reflecting means is a textured surface with minute irregularities provided on the surface of the insulator.

また、本発明の請求項５に記載の発明は、前記の光拡散反射手段は前記絶縁体の中に分散した微粒子粉末であることを特徴とするものである。 The invention according to claim 5 of the present invention is characterized in that the light diffuse reflection means is fine particle powder dispersed in the insulator.

また、本発明の請求項６に記載の発明は、前記の一対の導電体はＣｕ金属板にＡｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｄなどの金属メッキを少なくとも１種施したものであることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, the pair of conductors is obtained by applying at least one kind of metal plating such as Ag, Au, Ni, Pd, Sn, Sn-Pd to a Cu metal plate. It is characterized by being.

また、本発明の請求項７に記載の発明は、前記の一対の導電体をセラミック基板の下面に設けた一対の下面電極とそれぞれ導電接合材を介して接合していることを特徴とするものである。 The invention according to claim 7 of the present invention is characterized in that the pair of conductors are bonded to a pair of lower surface electrodes provided on the lower surface of the ceramic substrate through conductive bonding materials, respectively. It is.

また、本発明の請求項８に記載の発明は、前記の導電接合材は銀ロー材であることを特徴とするものである。 The invention according to claim 8 of the present invention is characterized in that the conductive bonding material is a silver brazing material.

また、本発明の請求項９に記載の発明は、前記のセラミック基板に設けた一対の上面電極のそれぞれの電極形成領域内にそれぞれ少なくとも１個のビアを設け、該ビアの内面に導電金属膜又は該ビアの内部に導電金属ペーストを設けると共に、該導電金属膜又は該導電金属ペーストを前記の上面電極、及び前記のセラミック基板の下面に設けた一対の下面電極、並びに下面電極と接合した導電体とそれぞれ連結したことを特徴とするものである。 According to a ninth aspect of the present invention, at least one via is provided in each electrode formation region of the pair of upper surface electrodes provided on the ceramic substrate, and a conductive metal film is formed on the inner surface of the via. Alternatively, a conductive metal paste is provided inside the via, and the conductive metal film or the conductive metal paste is bonded to the upper surface electrode, the pair of lower surface electrodes provided on the lower surface of the ceramic substrate, and the lower surface electrode. It is characterized by being connected to the body.

また、本発明の請求項１０に記載の発明は、前記のビアの大きさがφ０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とするものである。 The invention according to claim 10 of the present invention is characterized in that the size of the via is φ0.1 to 0.3 mm.

また、本発明の請求項１１に記載の発明は、前記のビアの内面に設けた導電金属膜は、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ金属の少なくとも１種からなる金属膜であることを特徴とするものである。 In the eleventh aspect of the present invention, the conductive metal film provided on the inner surface of the via is a metal film made of at least one of Ag, Cu, Sn, Al, Ni, and Au metal. It is characterized by.

また、本発明の請求項１２に記載の発明は、前記のビアの内面に設けた導電金属膜は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ金属の少なくとも一種からなる金属ペーストを焼成して金属膜を形成し、該形成した金属膜の上にＮｉメッキやＡｕメッキなどを施してＮｉ金属膜やＡｕ金属膜などを積層した金属膜であることを特徴とするものである。 In the invention according to claim 12 of the present invention, the conductive metal film provided on the inner surface of the via forms a metal film by firing a metal paste made of at least one of Ag, Cu, Au metal, The metal film is characterized in that a Ni metal film or an Au metal film is applied to the formed metal film and a Ni metal film or an Au metal film is laminated.

また、本発明の請求項１３に記載の発明は、前記のビアの内部に設けた導電金属ペーストは、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ金属の少なくとも１種を分散した金属ペーストであることを特徴とするものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the conductive metal paste provided in the via is a metal paste in which at least one of Ag, Cu, Sn, Al, Ni, and Au metal is dispersed. It is characterized by this.

また、本発明の請求項１４記載の発明は、前記のセラミック基板がアルミナよりなることを特徴とするものである。 The invention according to claim 14 of the present invention is characterized in that the ceramic substrate is made of alumina.

また、本発明の請求項１５に記載の発明は、前記の一対の上面電極、及び前記一対の下面電極、及び該上面電極と下面電極に接続して前記セラミック基板の両端の長穴スルホールに設けた一対の側面電極が、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜の積層膜からなることを特徴とするものである。 According to a fifteenth aspect of the present invention, the pair of upper surface electrodes, the pair of lower surface electrodes, and the upper surface electrode and the lower surface electrode are connected to the long hole through holes at both ends of the ceramic substrate. The pair of side electrodes are made of a laminated film of an Ag metal film, a Ni metal film, and an Au metal film.

発明の効果として、請求項１に記載の発明によれば、一対の導電体は放熱効率を高めるために設けるもので、導電体を請求項６に記載のＣｕ金属板で形成し、更に、この導電体を請求項７と請求項８に記載のセラミック基板の下面電極に銀ロー材で接合し、更に、請求項９に記載の導電金属膜を内面に形成したビアを設けて導電体と連結する構造を作り、ビアの内面の導電金属膜を請求項１１又は請求項１２に記載の金属膜にすることによって、熱伝導率の高い金属での放熱バイパス経路が形成される。そして、この放熱バイパス経路によって更なる放熱が促進されて、高い放熱効果が得られるパッケージになる。また、ここに使用される熱伝導率の高い金属は導電率の高い金属でもあるので電気的抵抗は低い。 As an effect of the invention, according to the invention described in claim 1, the pair of conductors are provided in order to increase heat dissipation efficiency, and the conductor is formed of the Cu metal plate according to claim 6, The conductor is joined to the lower surface electrode of the ceramic substrate according to claim 7 and claim 8 with a silver brazing material, and further connected to the conductor by providing a via having the conductive metal film according to claim 9 formed on the inner surface. By making the conductive metal film on the inner surface of the via into the metal film according to claim 11 or 12, a heat radiation bypass path with a metal having high thermal conductivity is formed. Further, further heat dissipation is promoted by this heat dissipation bypass path, resulting in a package with a high heat dissipation effect. Moreover, since the metal with high heat conductivity used here is also a metal with high conductivity, electrical resistance is low.

また、請求項１に記載の発明によれば、光拡散反射手段を設けた絶縁体を請求項２に記載の半導体素子の真下に配置する構造を取っている。ＬＥＤ素子などの半導体素子では絶縁体に設けた光拡散反射手段によって、セラミック基板を透過した光を散乱反射させてＬＥＤ素子の搭載側の方に光を放射する。これによって、ＬＥＤ素子の光放射面側に光が集光することになり、光の利用効率を高めることになって明るい輝度が得られる効果を生む。 According to the first aspect of the present invention, the insulator provided with the light diffusing and reflecting means is arranged immediately below the semiconductor element according to the second aspect. In a semiconductor element such as an LED element, light transmitted through the ceramic substrate is scattered and reflected by light diffusing and reflecting means provided on an insulator to emit light toward the LED element mounting side. As a result, the light is condensed on the light emitting surface side of the LED element, and the use efficiency of the light is increased, thereby producing an effect of obtaining bright brightness.

また、光拡散反射手段を請求項４に記載の梨地面で構成すれば、サンドブラスト法や化学的エッチング法などで容易に形成することができるので、形成方法が簡単でコストもかからない。又、光拡散反射手段を請求項５に記載の絶縁体の中に分散した微粒子粉末で構成すると、絶縁体の基材に微粒子粉末を混ぜ合わせることによって形成することができるので、これも簡単でコストがかからない。 In addition, if the light diffusing and reflecting means is formed of the satin surface according to the fourth aspect, it can be easily formed by a sandblasting method, a chemical etching method, or the like, so that the forming method is simple and does not cost. Further, when the light diffusing and reflecting means is composed of the fine particle powder dispersed in the insulator according to claim 5, it can be formed by mixing the fine particle powder with the base material of the insulator. There is no cost.

また、この絶縁体と一対の導電体を連結して、請求項３に記載の如く、１枚の基板に形成すれば、ユニット化されるので取扱いが容易になると共に、セラミック基板への接合作業が楽になる。 Further, if this insulator and a pair of conductors are connected and formed on a single substrate as described in claim 3, the unit is unitized so that handling is facilitated and bonding to the ceramic substrate is performed. Becomes easier.

また、上記のビアの大きさを、請求項１０に記載の如く、φ０．１〜０．３ｍｍにすることによって、その内面に均一な膜厚の導電金属膜を形成することができる。或いはまた、その内部にムラなく導電金属ペースト層を設けることができる。このことは放熱効率を高める効果を生む。 Further, by setting the size of the via to φ0.1 to 0.3 mm as described in claim 10, a conductive metal film having a uniform film thickness can be formed on the inner surface. Alternatively, the conductive metal paste layer can be provided without any unevenness therein. This produces an effect of increasing the heat radiation efficiency.

また、上記のセラミック基板を、請求項１４に記載の如く、アルミナで形成すると、アルミナは絶縁性が良いと同時に比較的熱伝導率が高いので放熱効率を高める。 Further, when the ceramic substrate is formed of alumina as described in claim 14, the alumina has good insulating properties and relatively high thermal conductivity, so that the heat radiation efficiency is improved.

また、上記のセラミック基板に設ける電極を、請求項１５に記載の如く、Ａｇ金属膜、Ｎｉ金属膜、Ａｕ金属膜の積層膜で形成することによって、これらの金属が電導性、熱伝導性、耐腐蝕性などに優れていることにより、放熱効果を高めて初期の品質を長期間に渡って維持することができる。 Further, as described in claim 15, the electrodes provided on the ceramic substrate are formed of a laminated film of an Ag metal film, a Ni metal film, and an Au metal film, so that these metals are electrically conductive, thermally conductive, By being excellent in corrosion resistance, it is possible to enhance the heat dissipation effect and maintain the initial quality over a long period of time.

以下、本発明の最良の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態を説明するに当たって、発熱が生じる半導体素子としてＬＥＤ素子を取り上げて説明することにする。図１は本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの斜視図であり、図２は図１における半導体パッケージの上面図、図３は図２におけるＤ−Ｄ断面図、図４は図１における半導体パッケージの下面図を示している。また、図５は本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージの斜視図であり、図６は図５における半導体パッケージの要部断面図を示している。尚、背景技術で説明した構成部品と全く同一の構成部品は同一符号を付して説明する。 Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In describing the embodiment of the present invention, an LED element will be described as a semiconductor element that generates heat. 1 is a perspective view of a semiconductor package according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view of the semiconductor package in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view along DD in FIG. 2, and FIG. The bottom view of a semiconductor package is shown. FIG. 5 is a perspective view of the semiconductor package according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor package in FIG. In addition, the same components as those described in the background art will be described with the same reference numerals.

図１、図２、図３、図４より、本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージ３０は、配線基板１０と、その上に搭載したＬＥＤ素子（発光ダイオード）６１と、配線基板１０の下面に設けた基板２０とが主要構成部品になって構成されている。ここでのＬＥＤ素子６１は、従来例と同様に、フリップチップ実装した素子を用いており、その下面に２極（カソード電極とアノード電極）のバンプ６１ａ、６１ｂを持っていて、平面実装型のＬＥＤ素子になっている。配線基板１０は、アルミナよりなるセラミック基板１１にカソード電極とアノード電極に対応する一対の電極１２、１３をその表面の一部分に設けたもので、一対の電極１２、１３のランド部分（ＬＥＤ素子をボンデングする部分）でＬＥＤ素子６１のバンプ６１ａ、６１ｂがボンデングされて一体的にＬＥＤ素子６１が搭載される。配線基板１０の下面に設けられる基板２０は、光拡散反射手段を設けた絶縁体２１と、この絶縁体２１を挟んで一体的に左右に設けた一対の導電体２２、２３とから構成されており、ロー付けなどの接合手段によって配線基板１０と一体になっている。そして、この一対の導電体２２、２３がマザーボードに半田付けされることによってこのパッケージ３０がマザーボードに固定されて使用されるようになっている。 1, 2, 3, and 4, the semiconductor package 30 according to the first embodiment of the present invention includes a wiring substrate 10, an LED element (light emitting diode) 61 mounted thereon, and a wiring substrate 10. The substrate 20 provided on the lower surface is a main component. The LED element 61 here is a flip-chip mounted element as in the conventional example, and has two poles (cathode electrode and anode electrode) bumps 61a and 61b on its lower surface, and is of a plane mount type. It is an LED element. The wiring substrate 10 is a ceramic substrate 11 made of alumina provided with a pair of electrodes 12 and 13 corresponding to a cathode electrode and an anode electrode on a part of its surface, and land portions (LED elements of the pair of electrodes 12 and 13). The bumps 61a and 61b of the LED element 61 are bonded at the portion to be bonded), and the LED element 61 is mounted integrally. The substrate 20 provided on the lower surface of the wiring substrate 10 is composed of an insulator 21 provided with a light diffusing and reflecting means, and a pair of conductors 22 and 23 integrally provided on the left and right sides of the insulator 21. It is integrated with the wiring board 10 by a joining means such as brazing. The pair of conductors 22 and 23 are soldered to the mother board so that the package 30 is fixed to the mother board and used.

配線基板１０を構成するセラミック基板１１は、アルミナ材で図中方形な形状に形成されていて、左右に一対の長穴スルホール１１ａ、１１ｂを設けている。また、一対の電極１２、１３の形成領域内のそれぞれの２箇所に、小孔なるビア１１ｃ、１１ｄと１１ｅ、１１ｆを設けている。図中では、電極１２の形成領域内にビア１１ｃ、１１ｄを、電極１３の形成領域内にビア１１ｅ、１１ｆを設けている。このセラミック基板１１は特に方形な形状に限定するものではなく、適宜製品仕様に合った形状が選択される。 The ceramic substrate 11 constituting the wiring substrate 10 is made of an alumina material and has a square shape in the figure, and is provided with a pair of long hole through holes 11a and 11b on the left and right. Further, vias 11c, 11d and 11e, 11f, which are small holes, are provided at two locations in the formation region of the pair of electrodes 12, 13, respectively. In the drawing, vias 11 c and 11 d are provided in the formation region of the electrode 12, and vias 11 e and 11 f are provided in the formation region of the electrode 13. The ceramic substrate 11 is not particularly limited to a square shape, and a shape suitable for the product specifications is selected as appropriate.

セラミック基板１１の表面の一部分に設ける一対の電極１２、１３は、それぞれセラミック基板１１の上面側、側面側、下面側にと連結した電極になっており、電極１２は上面電極１２ａと側面電極１２ｂと下面電極１２ｃとから構成されている。また同様に、電極１３は上面電極１３ａと側面電極１３ｂと下面電極１３ｃとから構成されている。セラミック基板１１の主面にあたる上面に設けられた一対の上面電極１２ａ、１３ａは対向した状態で設けられており、それぞれ中央に向かって突出した部分を持っている。そして、その突出部分の先端側がＬＥＤ素子６１とボンデングされるランドの部分になっている。また、セラミック基板１１に設けるビア１１ｃ、１１ｄと１１ｅ、１１ｆはそれぞれ上面電極１２ａ、１３ａの形成領域の中に設けられている。 The pair of electrodes 12 and 13 provided on a part of the surface of the ceramic substrate 11 are electrodes connected to the upper surface side, the side surface side, and the lower surface side of the ceramic substrate 11, respectively. The electrode 12 includes the upper surface electrode 12a and the side surface electrode 12b. And the lower surface electrode 12c. Similarly, the electrode 13 includes an upper surface electrode 13a, a side surface electrode 13b, and a lower surface electrode 13c. The pair of upper surface electrodes 12a and 13a provided on the upper surface corresponding to the main surface of the ceramic substrate 11 are provided in a state of facing each other, and each has a portion protruding toward the center. And the front end side of the protruding portion is a land portion bonded to the LED element 61. Further, vias 11c, 11d and 11e, 11f provided in the ceramic substrate 11 are provided in the formation regions of the upper surface electrodes 12a, 13a, respectively.

側面側の一対の側面電極１２ｂ、１３ｂはセラミック基板１１に設けた一対の長穴スルホール１１ａ、１１ｂの部分にそれぞれ設けてあり、下面側の一対の下面電極１２ｃ、１３ｃはそれぞれ対向した状態で設けてある。セラミック基板１１の上面電極１２の形成領域内に設けたビア１１ｃ、１１ｄは下面電極１２ｃの形成領域内にあり、上面電極１３の形成領域内に設けたビア１１ｅ、１１ｆは下面電極１３ｃの形成領域内にある。 The pair of side surface electrodes 12b and 13b on the side surface side are provided in a portion of the pair of long hole through holes 11a and 11b provided in the ceramic substrate 11, respectively, and the pair of lower surface electrodes 12c and 13c on the lower surface side are provided in a state of facing each other. It is. Vias 11c and 11d provided in the formation region of the upper surface electrode 12 of the ceramic substrate 11 are in the formation region of the lower surface electrode 12c, and vias 11e and 11f provided in the formation region of the upper surface electrode 13 are formation regions of the lower surface electrode 13c. Is in.

一対の電極１２、１３は、５〜１０μｍ膜厚のＡｇ金属膜と５μｍ前後の膜厚のＮｉ金属膜と０．１μｍ以下の膜厚のＡｕ金属膜の３層からなる金属膜でできている。導電性や熱伝導性の優れたＡｇ金属を用い、また、導電性や熱伝導性、耐腐蝕性に優れたＡｕ金属を用いているので、導電性、放熱性、耐触性に優れたものとなっている。 The pair of electrodes 12 and 13 is made of a metal film composed of three layers of an Ag metal film having a thickness of 5 to 10 μm, a Ni metal film having a thickness of about 5 μm, and an Au metal film having a thickness of 0.1 μm or less. . Uses Ag metal with excellent conductivity and thermal conductivity, and uses Au metal with excellent conductivity, thermal conductivity, and corrosion resistance, so it has excellent conductivity, heat dissipation, and touch resistance. It has become.

この一対の電極１２、１３の形成方法は、最初に、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷などの印刷方法でセラミック基板１１上にＡｇペースト膜を形成する。ＡｇペーストはＡｇ金属粉をバインダーに混ぜ合わせてペースト状にしたものである。次に、焼成を行ってバインダー成分を蒸発させ、Ａｇ金属粉をセラミック基板１１上に焼き付けてＡｇ金属膜を作る。焼成温度は用いたバインダーによって異なるが、概ね、６００°Ｃ〜８５０°Ｃの範囲の中で設定される。次に、セラミック基板１１のＡｇ金属膜の上にＮｉメッキを施してＮｉ金属膜を形成し、更に、Ａｕメッキを施してＡｕ金属膜を形成する。これにより、Ａｇ金属膜、Ｎｉ金属膜、Ａｕ金属膜の３層からなる積層膜が形成される。 As a method for forming the pair of electrodes 12 and 13, first, an Ag paste film is formed on the ceramic substrate 11 by using a printing method such as screen printing using Ag paste. Ag paste is a paste formed by mixing Ag metal powder with a binder. Next, baking is performed to evaporate the binder component, and Ag metal powder is baked on the ceramic substrate 11 to form an Ag metal film. The firing temperature varies depending on the binder used, but is generally set in the range of 600 ° C to 850 ° C. Next, Ni plating is performed on the Ag metal film of the ceramic substrate 11 to form a Ni metal film, and further Au plating is performed to form an Au metal film. Thereby, a laminated film composed of three layers of Ag metal film, Ni metal film, and Au metal film is formed.

上記の一対の電極１２、１３の形成領域内でランドの近傍に設けた小孔からなるそれぞれ２個のビアは、孔径がφ０．１〜０．３ｍｍの範囲にあって、その内面に、一対の電極１２、１３と同じ金属材料で導電金属膜１４を設けてある。即ち、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜の３層からなる導電金属膜になっている。そして、それぞれ２個のビアの内面に設けた導電金属膜１４は上面電極１２ａ、１３ａ及び下面電極１２ｃ、１３ｃとそれぞれ連結して接続している。この導電金属膜１４は、一対の電極１２、１３と同じ形成方法を取っており、最初に、Ａｇペーストを印刷方法でビアの中に流し込み、高温焼成して内面にＡｇ金属膜を形成させ、その後にメッキ方法でＮｉ金属膜とＡｕ金属膜を積層している。 Each of the two vias made of small holes provided in the vicinity of the lands in the region where the pair of electrodes 12 and 13 is formed has a hole diameter in the range of φ0.1 to 0.3 mm, The conductive metal film 14 is formed of the same metal material as the electrodes 12 and 13. That is, it is a conductive metal film composed of three layers of an Ag metal film, a Ni metal film, and an Au metal film. The conductive metal films 14 provided on the inner surfaces of the two vias are connected and connected to the upper surface electrodes 12a and 13a and the lower surface electrodes 12c and 13c, respectively. The conductive metal film 14 has the same formation method as the pair of electrodes 12 and 13, and first, an Ag paste is poured into the via by a printing method, and is fired at a high temperature to form an Ag metal film on the inner surface. Thereafter, a Ni metal film and an Au metal film are laminated by a plating method.

ビアの孔径はφ０．１〜０．３ｍｍの範囲が最良である。孔径がφ０．１ｍｍより小さいと印刷時に金属ペーストが内部に十分流し込むことができなくなる。また、φ０．３ｍｍより大きくなると金属ペーストを内部に流し込むことは容易になるが、内面への付着量にバラツキが現れて、金属膜としたときに膜厚のバラツキが現れてくる。そして、膜厚の不均一は放熱効率を下げる結果を生む。ビアの孔径はセラミック基板の厚みも考慮して設計するのが好ましい。セラミック基板の厚みが厚いにも拘わらずビアの孔径を小さく取ると金属ペーストを十分に奥の方まで流し込むことができなくなる。従って、セラミック基板が厚い場合は上記範囲の中で少し大きめの孔径を選択するのが良い。また、セラミック基板１１の厚みが薄くなってくると小さ目の孔径を選択しても良い。 The via hole diameter is best in the range of φ0.1 to 0.3 mm. When the hole diameter is smaller than 0.1 mm, the metal paste cannot be sufficiently poured into the inside during printing. Also, when the diameter is larger than φ0.3 mm, it is easy to pour the metal paste into the inside, but the amount of adhesion to the inner surface varies, and when the metal film is formed, the film thickness varies. And the non-uniformity of the film thickness results in lowering the heat dissipation efficiency. The via hole diameter is preferably designed in consideration of the thickness of the ceramic substrate. Even if the ceramic substrate is thick, if the via hole diameter is small, the metal paste cannot be poured sufficiently deep. Therefore, when the ceramic substrate is thick, it is preferable to select a slightly larger hole diameter within the above range. Further, when the thickness of the ceramic substrate 11 is reduced, a smaller hole diameter may be selected.

ビアの内面に設ける導電金属膜は、特にＡｇ金属膜、Ｎｉ金属膜、Ａｕ金属膜などに限定するものではない。導電性があって熱伝導性が高い金属を用いると良い。Ｃｕ金属などは熱伝導率が３９４ｗ／ｍ・ｋ前後とあってＡｇ金属の４１９ｗ／ｍ・ｋ前後の数値に近い熱伝導率を持っている。Ａｌ金属なども好適で、Ｓｎ金属なども選択することができる。 The conductive metal film provided on the inner surface of the via is not particularly limited to an Ag metal film, a Ni metal film, an Au metal film, or the like. It is preferable to use a metal having conductivity and high thermal conductivity. Cu metal or the like has a thermal conductivity of around 394 w / m · k, and has a thermal conductivity close to the value of Ag metal around 419 w / m · k. Al metal or the like is also suitable, and Sn metal or the like can also be selected.

また、導電金属膜は、本実施形態の如く３層の積層した金属膜に限定するものではない。Ａｌ金属膜やＡｕ金属膜などは熱伝導性や耐触性にも優れているので１層でも十分な効果を生む。Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉなどの金属から導電性、熱伝導性、耐触性、コスト性などを考慮して適宜に選択して金属膜を形成するのが良い。そして、１層からなる金属膜で構成しても良いし、複数の金属膜を積層して構成しても良い。また、異なった金属を混ぜ合わせた金属膜としても良い。 Further, the conductive metal film is not limited to a metal film having three layers as in the present embodiment. Since an Al metal film, an Au metal film, etc. are excellent in thermal conductivity and touch resistance, even a single layer produces a sufficient effect. The metal film may be formed by appropriately selecting from metals such as Ag, Cu, Al, Au, Sn, and Ni in consideration of conductivity, thermal conductivity, contact resistance, cost, and the like. And you may comprise by the metal film which consists of one layer, and may comprise it by laminating | stacking a some metal film. Moreover, it is good also as a metal film which mixed the different metal.

ビアは、本実施形態においては、一対の電極１２、１３にそれぞれ２個ずつ設けているが、特に２個に限定するものではない。ビアは数が多ければ多いほど良い。放熱面積を大きく取ることにもなり、また、下面電極や後述する導電体に早めに熱を伝えることにもなり、放熱効率を高める効果を生む。また、ビアはできるだけランドに近い位置に設けるのが好ましい。ＬＥＤ素子の発熱した熱が一対の電極や複数のビアを経由して伝わっていくので、伝わる経路が発生源の近くに沢山有って、且つ、その経路の面積が大きければ大きいほど放熱効率がアップする。ビアの数や配設位置は電極１２、１３の面積の大きさや、放熱効率などを考慮して適宜に設定するのが良い。 In the present embodiment, two vias are provided for each of the pair of electrodes 12 and 13, but the number of vias is not particularly limited to two. The more vias, the better. This also increases the heat dissipation area and also conducts heat to the lower surface electrode and the conductor described later, thereby producing an effect of increasing the heat dissipation efficiency. The via is preferably provided as close to the land as possible. Since the heat generated by the LED element is transmitted through a pair of electrodes and a plurality of vias, there are many paths to be transmitted near the generation source, and the larger the path area, the higher the heat dissipation efficiency. Up. The number of vias and the location of the vias are preferably set as appropriate in consideration of the area size of the electrodes 12 and 13 and the heat radiation efficiency.

セラミック基板１１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）材から形成している。アルミナは熱伝導率が２１ｗ／ｍ・ｋ前後と比較的高いので放熱効果を助ける。また、高温・高圧の下で焼き固めて生成しているので、金属ペーストを６００°Ｃ〜８５０°Ｃの温度で焼成しても基板に何らの問題も生じない。配線基板１０のセラミック基板１１をアルミナで形成することによって、基板自体の放熱性を高めて、且つ、導電性や熱伝導性の高い金属膜を設けることができる。 The ceramic substrate 11 is formed from an alumina (Al ₂ O ₃ ) material. Alumina has a relatively high thermal conductivity of around 21 w / m · k, which helps the heat dissipation effect. In addition, since it is produced by baking and hardening under high temperature and high pressure, no problem is caused on the substrate even if the metal paste is fired at a temperature of 600 ° C. to 850 ° C. By forming the ceramic substrate 11 of the wiring substrate 10 from alumina, it is possible to improve the heat dissipation of the substrate itself and to provide a metal film having high conductivity and thermal conductivity.

本実施形態の基板２０は左右一対の導電体２２、２３の間に光拡散反射手段を設けた絶縁体２１が一体になったもので構成している。また、一対の導電体２２、２３はＣｕ金属板にＮｉメッキとＡｕメッキを施して、Ｎｉ金属膜とＡｕ金属膜を形成したものを用いている。Ｃｕの熱伝導率は３９４ｗ／ｍ・ｋ前後で、非常に高い熱伝導率を持っている。また、導電性も優れている。この熱伝導率の高いＣｕ金属板にＮｉ金属膜、Ａｕ金属膜を設けることによって導電性や耐触性、並びに、半田性にも優れたものが得られる。本実施形態では、Ｃｕ金属板にＮｉメッキとＡｕメッキを施したものを用いたが、特にこれらのメッキに限定するものではなく、これ以外にＡｇ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｄなどの金属メッキも半田性に優れたものであるので同じ様な効果を与える。これらの金属から導電性、熱伝導性、耐触性、半田性などを考慮して少なくとも１種選択するのが好ましい。また、一対の導電体２２、２３はある程度の厚みをもって形成される。本実施の形態では略０．３ｍｍの厚みに形成している。この導電体の厚みはパッケージの厚みなどを考慮して設定する。できれば厚い方が好ましいので、セラミック基板を薄くしてこの導電体を厚くする設計も選択できる。厚くすることによってその断面積が大きくなるので熱の伝わり方も早くなる。 The substrate 20 of the present embodiment is configured by integrating an insulator 21 provided with light diffusing and reflecting means between a pair of left and right conductors 22 and 23. In addition, the pair of conductors 22 and 23 is formed by forming a Ni metal film and an Au metal film by performing Ni plating and Au plating on a Cu metal plate. The thermal conductivity of Cu is around 394 w / m · k, which is very high. Also, the conductivity is excellent. By providing a Ni metal film or an Au metal film on the Cu metal plate having a high thermal conductivity, it is possible to obtain a material excellent in conductivity, touch resistance and solderability. In this embodiment, a Cu metal plate with Ni plating and Au plating is used. However, the present invention is not particularly limited to these platings, and other metal plating such as Ag, Pd, Sn, Sn—Pd is used. Since it is also excellent in solderability, the same effect is given. It is preferable to select at least one of these metals in consideration of conductivity, thermal conductivity, touch resistance, solderability, and the like. The pair of conductors 22 and 23 is formed with a certain thickness. In this embodiment, it is formed to a thickness of approximately 0.3 mm. The thickness of the conductor is set in consideration of the thickness of the package. Since the thicker one is preferable, a design in which the ceramic substrate is thinned and the conductor is thickened can be selected. By increasing the thickness, the cross-sectional area becomes larger, so that the way heat is transmitted becomes faster.

絶縁体２１は光拡散反射手段を設けている。これは、セラミック基板１１を透過した光を散乱反射させて、ＬＥＤ素子６１の発光面側に再度放射させるために設けるものである。絶縁体２１に入射した光は、散乱しながらＬＥＤ素子６１側に反射する光と、散乱しながら絶縁体を透過する光に分けられる。従って、透過光が少なくなって光の利用効率が高まると共に、その反射光が散乱していることによって反射光の明るさにムラが生じない。このことはＬＥＤ素子の発光輝度ムラに好効果を生む。この絶縁体２１は絶縁基材に光拡散反射手段を設けたもので、絶縁基材としては透明な樹脂，白色系セラミック，透明ガラスなどを選択することができる。光拡散反射手段としては絶縁基材の表面を微少な凹凸ある梨地面にすることによって光散乱・反射の作用が得られる。また、絶縁基材の表面に光散乱・反射塗膜を設けることによって散乱・反射作用が得られる。また、絶縁基材の中に微粒子粉末を分散させることによっても散乱・反射の作用が得られる。絶縁基材の中に微粒子粉末を分散させる場合は、微粒子粉末の粒径が５〜１５μｍ、分散割合は１〜１５重量％の範囲で行うのが好適で、この範囲のものが散乱効果が良く現れる。また、微粒子粉末としては酸化チタン粉末、酸化シリコン粉末などを選択することができる。本実施形態では透明なガラスからなる絶縁基材２１ａに酸化チタンの微粒子粉末２１ｂを分散させて絶縁体２１を形成している。絶縁基材の表面に微少な凹凸ある梨地面を形成する方法としてはサンドブラスト法や化学的エッチング法、或いは転写法などを用いることができる。絶縁基材の表面に光散乱・反射塗膜を設ける方法は酸化チタン粉末や酸化シリコン粉末などの拡散剤をバインダーに配合して塗装方法や印刷方法などで形成する。 The insulator 21 is provided with light diffusing and reflecting means. This is provided to scatter and reflect the light transmitted through the ceramic substrate 11 and to radiate it again to the light emitting surface side of the LED element 61. The light that has entered the insulator 21 is divided into light that is scattered and reflected to the LED element 61 side, and light that is scattered and transmitted through the insulator. Therefore, the transmitted light is reduced and the light use efficiency is increased, and the reflected light is scattered, so that the brightness of the reflected light is not uneven. This has a positive effect on the uneven luminance of the LED element. The insulator 21 is provided with a light diffusing and reflecting means on an insulating base, and a transparent resin, white ceramic, transparent glass or the like can be selected as the insulating base. As the light diffusing and reflecting means, the surface of the insulating base material is made to have a textured surface with minute irregularities, so that the action of light scattering and reflection can be obtained. Further, a scattering / reflecting action can be obtained by providing a light scattering / reflecting coating film on the surface of the insulating substrate. Also, scattering and reflection can be obtained by dispersing fine particle powder in the insulating substrate. When the fine particle powder is dispersed in the insulating base material, it is preferable that the fine particle powder has a particle size of 5 to 15 μm and a dispersion ratio of 1 to 15% by weight. appear. Further, as the fine particle powder, titanium oxide powder, silicon oxide powder, or the like can be selected. In this embodiment, the insulator 21 is formed by dispersing fine particle powder 21b of titanium oxide in an insulating base material 21a made of transparent glass. As a method for forming a textured surface with minute irregularities on the surface of the insulating substrate, a sand blast method, a chemical etching method, a transfer method, or the like can be used. A method of providing a light scattering / reflective coating on the surface of the insulating substrate is formed by blending a diffusing agent such as a titanium oxide powder or a silicon oxide powder with a binder by a coating method or a printing method.

前述した一対の導電体２２、２３の間に設ける上記の光拡散反射手段を設けた絶縁体２１は、搭載したＬＥＤ素子の真下にくるような位置に、一対の導電体２２、２３と一体的に設けて基板２０を形成する。そして、この基板２０の一対の導電体２２、２３とセラミック基板１１の下面に設けた下面電極１２ｃ、１３ｃとを導電接合材を介して接合することによって基板２０と配線基板１０とが一体化する。ここで、導電接合材としては、導電性に優れて熱伝導率の高い金属ロー材などが挙げられ、銀ローなどは最適に適用できる。金属ロー材以外に導電性接着剤などを用いても良い。本実施形態では、銀ローで一対の導電体２２、２３と一対の下面電極１２ｃ、１３ｃとを接合している。 The insulator 21 provided with the light diffusing and reflecting means provided between the pair of conductors 22 and 23 described above is integrated with the pair of conductors 22 and 23 at a position directly below the mounted LED element. The substrate 20 is formed. Then, the substrate 20 and the wiring substrate 10 are integrated by bonding the pair of conductors 22 and 23 of the substrate 20 and the lower surface electrodes 12c and 13c provided on the lower surface of the ceramic substrate 11 via a conductive bonding material. . Here, examples of the conductive bonding material include a metal brazing material having excellent conductivity and high thermal conductivity, and silver brazing can be optimally applied. In addition to the metal brazing material, a conductive adhesive or the like may be used. In the present embodiment, the pair of conductors 22 and 23 and the pair of lower surface electrodes 12c and 13c are joined by silver solder.

本実施形態では、絶縁体２１と一対の導電体２２、２３は予め一体化して基板２０を構成し、それを配線基板１０に接合している。予め一体化して基板２０を構成しておくと、その取り扱いも容易になり、また、配線基板１０との接合も一対の導電体２２、２３の接合だけで絶縁体２１をＬＥＤ素子６１の真下の位置に配置することができる。また、接合作業の回数も少なくすることができてコスト低減の効果も生まれる。 In the present embodiment, the insulator 21 and the pair of conductors 22 and 23 are integrated in advance to form the substrate 20, which is bonded to the wiring substrate 10. When the substrate 20 is configured by integrating in advance, the handling becomes easy, and the insulator 21 is directly below the LED element 61 by joining the wiring substrate 10 only by joining the pair of conductors 22 and 23. Can be placed in position. In addition, the number of joining operations can be reduced, resulting in a cost reduction effect.

以上の構成を取るＬＥＤ素子のパッケージはマザーボードに半田付けされて使用される。マザーボードとの半田付けは基板２０の一対の導電体２２、２３が半田付けされる。一対の導電体２２、２３には半田が付き易い金属メッキ膜を形成しているので容易に半田付けができる。 The LED element package having the above configuration is used by being soldered to a mother board. For soldering to the mother board, the pair of conductors 22 and 23 of the substrate 20 are soldered. Since the pair of conductors 22 and 23 is formed with a metal plating film that is easily soldered, it can be easily soldered.

セラミック基板１１の複数のビア１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆの内面に形成した導電金属膜１４は一対の電極１２、１３並びに一対の導電体２２、２３と接続している。従って、ＬＥＤ素子６１から発熱した熱は、電極１２、１３（上面電極１２ａ、１３ａ→側面電極１２ｂ、１３ｂ→下面電極１２ｃ、１３ｃ）→導電体２２、２３→マザーボードへと逃げる経路と、上面電極１２ａ、１３ａ→導電金属膜１４→導電体２２、２３→マザーボードへと逃げる経路の２経路が形成される。そして、上面電極１２ａ、１３ａ→導電金属膜１４→導電体２２、２３→マザーボードへと逃げる経路の方が距離的に短くなっている。ビア内に設けた導電金属膜は放熱経路のバイパス役目をなしており、放熱効率を非常に高める機能を果たしている。また、これらの経路を伝わりながら放熱も行われることから、ビアを設けることによって放熱面積も大きくなり、放熱効率を更に良くする。また、上記の経路は何れも熱伝導率の高い材料で形成している。また、一対の導電体も比較的厚く形成している。従って、熱が早く伝わって逃げていくのでＬＥＤ素子の温度を上昇させることなく一定の温度にとどめる効果を生む。これにより、ＬＥＤ素子の劣化が防止できる。 The conductive metal film 14 formed on the inner surfaces of the plurality of vias 11c, 11d, 11e, and 11f of the ceramic substrate 11 is connected to the pair of electrodes 12 and 13 and the pair of conductors 22 and 23. Therefore, the heat generated from the LED element 61 is transferred to the electrodes 12 and 13 (upper surface electrodes 12a and 13a → side surface electrodes 12b and 13b → lower surface electrodes 12c and 13c) → the conductors 22 and 23 → the motherboard and the upper surface electrode. Two paths are formed: 12a, 13a → conductive metal film 14 → conductors 22, 23 → path to escape to the mother board. Then, the distance from the top electrode 12a, 13a to the conductive metal film 14, the conductor 22, 23 to the mother board is shorter in terms of distance. The conductive metal film provided in the via serves as a bypass of the heat dissipation path, and functions to greatly increase the heat dissipation efficiency. In addition, since heat is dissipated while traveling through these paths, the provision of vias increases the heat dissipating area and further improves the heat dissipating efficiency. Further, each of the above paths is formed of a material having high thermal conductivity. In addition, the pair of conductors is also formed relatively thick. Therefore, since heat is transmitted quickly and escapes, an effect of keeping the temperature of the LED element at a constant temperature without increasing is produced. Thereby, deterioration of the LED element can be prevented.

半導体パッケージを以上の構成にすることにより、放熱効率が高められてＬＥＤ素子の劣化が防止できると共に、光の利用効率も高められるので高い輝度の状態をいつまでも維持できるようになる。 By configuring the semiconductor package as described above, the heat dissipation efficiency can be increased, the LED element can be prevented from deteriorating, and the light utilization efficiency can be increased, so that a high luminance state can be maintained forever.

次に、本発明の第２実施形態に係る半導体素子のパッケージを図５、図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態に係る半導体素子のパッケージの斜視図を示しており、図６は図５における半導体素子のパッケージの要部断面図を示している。 Next, a semiconductor device package according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a perspective view of a package of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a cross-sectional view of a main part of the package of the semiconductor device in FIG.

本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージ５０は、配線基板４０と、その上に搭載したＬＥＤ素子（発光ダイオード）６１なる半導体素子と、配線基板４０の下面に備えた光拡散反射手段を設けた絶縁体５１と、同じく、配線基板４０の下面に備えた一対の導電体５２、５３とが主要構成部品になって構成されている。ここでのＬＥＤ素子は第１実施形態で用いたＬＥＤ素子６１と同じ素子を用いている。配線基板４０はアルミナからなるセラミック基板４１に一対の電極４２、４３を設けたものからなっている。セラミック基板４１には、左右一対の長穴スルホール４１ａ、４１ｂと、一対の電極４２、４３が設けられる領域部分にそれぞれ２個のビア４１ｃ、４１ｄと４１ｅ、４１ｆとが設けられている。一対の電極４２、４３で、電極４２は、前述の第１実施形態と同様に、上面電極４２ａと側面電極４２ｂと下面電極４２ｃとで構成されており、電極４３は上面電極４３ａと側面電極４３ｂと下面電極４３ｃとで構成されている。ここで、側面電極４２ｂ、４３ｂは一対の長穴スルホール４１ａ、４１ｂの部分に所に設けられる。 A semiconductor package 50 according to the second embodiment of the present invention is provided with a wiring board 40, a semiconductor element which is an LED element (light emitting diode) 61 mounted thereon, and a light diffusing and reflecting means provided on the lower surface of the wiring board 40. The insulator 51 and a pair of conductors 52 and 53 provided on the lower surface of the wiring board 40 are configured as main components. The LED element here is the same element as the LED element 61 used in the first embodiment. The wiring substrate 40 is formed by providing a pair of electrodes 42 and 43 on a ceramic substrate 41 made of alumina. The ceramic substrate 41 is provided with two vias 41c, 41d and 41e, 41f in regions where the pair of left and right elongated hole holes 41a, 41b and the pair of electrodes 42, 43 are provided. In the pair of electrodes 42 and 43, the electrode 42 is composed of the upper surface electrode 42a, the side surface electrode 42b, and the lower surface electrode 42c, as in the first embodiment, and the electrode 43 is composed of the upper surface electrode 43a and the side surface electrode 43b. And the lower surface electrode 43c. Here, the side electrodes 42b and 43b are provided at portions of the pair of long hole through holes 41a and 41b.

一対の電極４２、４３は、前述の第１実施形態と同様に、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜との３層からなる積層の金属膜からなっている。それぞれ２個のビア４１ｃ、４１ｄと４１ｅ、４１ｆの孔の内部には導電金属ペースト４４が埋め込まれている。導電金属ペースト４４は、本実施の形態では、導電率及び熱伝導率の高いＡｇペーストを用いているが、特にＡｇペーストに限定するものではなく、熱伝導率の比較的高いＣｕ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉなどの金属ペーストでも良い。 The pair of electrodes 42 and 43 is formed of a laminated metal film composed of three layers of an Ag metal film, a Ni metal film, and an Au metal film, as in the first embodiment. A conductive metal paste 44 is embedded in the holes of the two vias 41c, 41d and 41e, 41f. In this embodiment, the conductive metal paste 44 uses an Ag paste having high conductivity and high thermal conductivity, but is not limited to Ag paste, and Cu, Au, Sn having relatively high thermal conductivity. Metal paste such as Al, Ni may be used.

導電金属ペースト４４は、金属粉を熱硬化性のエポキシ樹脂などに混ぜ合わせてペースト状にし、印刷方法などでビアの内部に埋め込み、加熱処理を施して硬化させて形成する。この導電金属ペースト４４は一対の電極４２、４３を形成した後に設ける工程を取る。 The conductive metal paste 44 is formed by mixing metal powder into a thermosetting epoxy resin or the like to form a paste, embedding it in the via via a printing method or the like, and applying a heat treatment to cure. The conductive metal paste 44 is provided after the pair of electrodes 42 and 43 are formed.

配線基板４０の下面に備えた光拡散反射手段を設けた絶縁体５１は、本実施形態では、酸化チタン微粒子粉末を透明な熱硬化性樹脂などの絶縁基材に分散させて、硬化処理を施して形成している。そして、ＬＥＤ素子６１の真下の位置に当たるセラミック基板４１に接着剤を介して接合している。この構成により、セラミック基板４１を透過した光は散乱反射してＬＥＤ素子６１の発光面側に再び放射される。透過光を少なくして光の利用効率を高め、ムラのない明るい発光輝度が得られる。この光拡散反射手段を設けた絶縁体５１は、前述の第１実施形態で説明した材料を適宜に選択できることは云うまでもない。また、光拡散反射手段としては絶縁基材の表面を微少な凹凸を設けた梨地面を選択できることも云うまでもない。また、これら両方を組み合わせることも可能である。 In this embodiment, the insulator 51 provided with the light diffusing and reflecting means provided on the lower surface of the wiring board 40 is dispersed by dispersing titanium oxide fine particle powder in an insulating base material such as a transparent thermosetting resin, and performing a curing process. Formed. And it is joined to the ceramic board | substrate 41 which hits the position right under the LED element 61 via an adhesive agent. With this configuration, the light transmitted through the ceramic substrate 41 is scattered and reflected and is emitted again to the light emitting surface side of the LED element 61. By reducing the amount of transmitted light, the light utilization efficiency is increased, and bright light emission brightness without unevenness can be obtained. It goes without saying that the insulator 51 provided with the light diffusing and reflecting means can be appropriately selected from the materials described in the first embodiment. Needless to say, as the light diffusing and reflecting means, it is possible to select a textured surface provided with minute irregularities on the surface of the insulating substrate. It is also possible to combine both of these.

配線基板４０の下面に備えた一対の導電体５２、５３は、前述の第１実施形態と同様に、Ｃｕ金属板にＮｉメッキとＡｕメッキを施したものを使用している。このＣｕ金属板で形成した一対の導電体５２、５３をセラミック基板４１の下面に設けた一対の下面電極４２ｃ、４３ｃに銀ローのロー付けをおこなって配線基板４０と一体化している。また、この一対の導電体５２、５３はマザーボードに半田付けされるようになっている。 As a pair of conductors 52 and 53 provided on the lower surface of the wiring board 40, a Cu metal plate with Ni plating and Au plating is used, as in the first embodiment. A pair of conductors 52 and 53 formed of this Cu metal plate are integrated with the wiring substrate 40 by brazing a pair of lower surface electrodes 42 c and 43 c provided on the lower surface of the ceramic substrate 41. The pair of conductors 52 and 53 are soldered to the mother board.

前述の４個のビア４１ｃ、４１ｄと４１ｅ、４１ｆの内部に充填した金属ペースト４４は一対の上面電極４２ａ、４３ａ及び一対の下面電極４２ｃ、４３ｃに連結していると共に、一対の導電体５２、５３にも連結している。 The metal paste 44 filled in the aforementioned four vias 41c, 41d and 41e, 41f is connected to the pair of upper surface electrodes 42a, 43a and the pair of lower surface electrodes 42c, 43c, and a pair of conductors 52, 53 is also connected.

以上の構成を取る半導体パッケージ５０にあっては、ＬＥＤ素子６１から発熱した熱は、前述の第１実施形態と同様に、導電金属ペースト４４を介して逃げる経路ができる。これによって、前述の第１実施形態と同じように、放熱効率の高いパッケージ装置が得られる。また、光の利用効率も良くなり明るい発光輝度が得られる。 In the semiconductor package 50 having the above configuration, the heat generated from the LED element 61 can be routed through the conductive metal paste 44 as in the first embodiment. As a result, a package device with high heat dissipation efficiency can be obtained as in the first embodiment. In addition, the light utilization efficiency is improved and a bright light emission luminance is obtained.

以上述べた構成にすることによってパッケージ装置の放熱効率を高めることができる。そして、従来例からみると、格段に放熱性の良いパッケージを得ることができる。 With the above-described configuration, the heat dissipation efficiency of the package device can be increased. In view of the conventional example, it is possible to obtain a package with extremely good heat dissipation.

以上、発熱性を有するＬＥＤ素子を用いた場合のパッケージについて説明したが、発熱性のある半導体のパッケージには有効に作用する。また、受光素子や撮像素子などのパッケージにも利用できよう。 As described above, the package in the case where the LED element having the heat generation property is used has been described. However, the package works effectively for the semiconductor package having heat generation property. It can also be used for packages such as light receiving elements and imaging elements.

本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor package according to a first embodiment of the present invention. 図１における半導体パッケージの上面図である。It is a top view of the semiconductor package in FIG. 図２におけるＤ−Ｄ断面図である。It is DD sectional drawing in FIG. 図１における半導体パッケージの下面図である。It is a bottom view of the semiconductor package in FIG. 本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージの斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor package which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図５における半導体パッケージの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor package in FIG. 従来のＬＥＤパッケージの斜視図である。It is a perspective view of the conventional LED package. 図７における要部断面図である。It is principal part sectional drawing in FIG. 特許文献１に示されたところの、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出して示した図で、（ａ）図は素子マウント部材の一主面側を示す平面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the periphery of the element mount member shown in Patent Document 1, wherein (a) is a plan view showing one main surface side of the element mount member, and (b) is ( a) It is sectional drawing which follows the AA line in a figure.

Explanation of symbols

１０、４０配線基板
１１、４１セラミック基板
１１ａ、１１ｂ、４１ａ、４１ｂ長穴スルホール
１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆビア
１２、１３、４２、４３電極
１２ａ、１３ａ、４２ａ、４３ａ上面電極
１２ｂ、１３ｂ、４２ｂ、４３ｂ側面電極
１２ｃ、１３ｃ、４２ｃ、４３ｃ下面電極
１４導電金属膜
２０基板
２１、５１絶縁体
２１ａ絶縁基材
２１ｂ微粒子粉末
２２、２３、５２、５３導電体
３０、５０半導体パッケージ
４４導電金属ペースト
６１ＬＥＤ素子
６１ａ、６１ｂバンプ 10, 40 Wiring board
11, 41 Ceramic substrate 11a, 11b, 41a, 41b Slotted hole 11c, 11d, 11e, 11f, 41c, 41d, 41e, 41f Via 12, 13, 42, 43 Electrode
12a, 13a, 42a, 43a Upper surface electrode 12b, 13b, 42b, 43b Side electrode 12c, 13c, 42c, 43c Lower surface electrode 14 Conductive metal film 20 Substrate 21, 51 Insulator 21a Insulating base material 21b Fine particle powder 22, 23, 52 , 53 Conductor 30, 50 Semiconductor package 44 Conductive metal paste 61 LED element 61a, 61b Bump

Claims

In a semiconductor package in which a semiconductor element is mounted on a land of a pair of upper surface electrodes provided on the main surface of the ceramic substrate, an insulator provided with light diffusing and reflecting means on the lower surface opposite to the main surface of the ceramic substrate; And a pair of conductors provided on the left and right sides of the insulator.

The semiconductor package according to claim 1, wherein the insulator is disposed at a position directly below the mounted semiconductor element.

The semiconductor package according to claim 1, wherein the insulator and the pair of conductors are connected to form a single substrate.

4. The semiconductor package according to claim 1, wherein the light diffusing and reflecting means is a textured surface with minute irregularities provided on a surface of the insulator.

4. The semiconductor package according to claim 1, wherein the light diffusing and reflecting means is a fine particle powder dispersed in the insulator.

4. The semiconductor according to claim 1, wherein the pair of conductors are obtained by applying at least one metal plating such as Ag, Au, Ni, Pd, Sn, Sn—Pd to a Cu metal plate. package.

The pair of conductors are bonded to a pair of lower surface electrodes provided on the lower surface of the ceramic substrate through conductive bonding materials, respectively.

The semiconductor package according to claim 7, wherein the conductive bonding material is a silver brazing material.

At least one via is provided in each electrode formation region of each of the pair of upper surface electrodes provided on the ceramic substrate, and a conductive metal film or a conductive metal paste is provided on the inner surface of the via, The conductive metal film or the conductive metal paste is connected to the upper surface electrode, a pair of lower surface electrodes provided on the lower surface of the ceramic substrate, and a conductor bonded to the lower surface electrode, respectively. 6. The semiconductor package according to any one of 6 and 7.

The semiconductor package according to claim 9, wherein a size of the via is φ0.1 to 0.3 mm.

10. The semiconductor package according to claim 9, wherein the conductive metal film provided on the inner surface of the via is a metal film made of at least one of Ag, Cu, Sn, Al, Ni, and Au metal.

The conductive metal film provided on the inner surface of the via is formed by baking a metal paste made of at least one of Ag, Cu, and Au metal, and forming Ni plating, Au plating, or the like on the formed metal film. The semiconductor package according to claim 9 or 11, wherein the semiconductor package is a metal film obtained by laminating a Ni metal film or an Au metal film.

The semiconductor package according to claim 9, wherein the conductive metal paste provided in the via is a metal paste in which at least one of Ag, Cu, Sn, Al, Ni, and Au metal is dispersed.

The semiconductor package according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of alumina.

The pair of upper surface electrodes, the pair of lower surface electrodes, and the pair of side surface electrodes connected to the upper surface electrode and the lower surface electrode and provided in the long hole through holes on both ends of the ceramic substrate are an Ag metal film and an Ni metal film, The semiconductor package according to claim 1, comprising a laminated film of an Au metal film.