JP2006073699A - 発光素子収納用パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子からの発熱を効率よく放熱することができ、安価な発光素子収納用パッケージを提供する。
【解決手段】発光素子１１からの発熱を放熱するためのヒートシンク板１３に発光素子１１が直接搭載される発光素子収納用パッケージ１０において、発光素子１１が搭載される部位の周囲のヒートシンク板１３に貫通孔１５を有すると共に、ヒートシンク板１３の下面に接合されて多層回路基板１６を有し、発光素子１１とボンディングワイヤ１７を介して電気的に導通状態とするための貫通孔１５の底面に露出する多層回路基板１６の表面にヒートシンク板１３と電気的に断線状態からなるボンディングワイヤ１７接続用の導体配線パッド１８を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発行ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージに関し、より詳細には、ＬＤＥ等の発光素子からの高発熱を効率的に放熱できる発光素子収納用パッケージに関する。
従来からＬＥＤ等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージとしては、樹脂製や、セラミック製のパッケージが用いられている。図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、従来の発光素子収納用パッケージ５０、５０ａを説明する。図３（Ａ）に示すように、従来の樹脂製の発光素子収納用パッケージ５０は、通常、複数枚の樹脂基板を接合して形成した樹脂基体５１からなっている。樹脂基体５１に形成された発光素子搭載部には、発光素子５２が搭載された後、ボンディングワイヤ５３で接続して樹脂基体５１の外部接続端子５４と電気的に導通状態としている。そして、発光素子５２は、透光性のある封止樹脂５５で気密に封止される形態となっている。また、図３（Ｂ）に示すように、従来のセラミック製の発光素子収納用パッケージ５０ａは、通常、複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、焼成して形成したセラミック基体５６からなっている。セラミック基体５６に形成された発光素子搭載部には、発光素子５２が搭載された後、ボンディングワイヤ５３で接続してセラミック基体５６の外部接続端子５４と電気的に導通状態としている。そして、発光素子５２は、レンズ等からなる蓋体５７をセラミック基体５６の上面に接合して気密に封止される形態となっている。
ＬＥＤ等の発光素子は、最近のＬＥＤ等の高輝度化の要求に伴い、光出力を大きくする必要がある。その対応のためには、発光素子に流す電流を増加させることで可能であるが、光出力の増加に併せて発光素子自体の温度も上昇する。従来の樹脂製の発光素子収納用パッケージは、樹脂基体上に接して搭載される発光素子の温度上昇によって、基体が樹脂製では高温に対する耐熱性が十分でなくなり、問題が発生している。そこで、最近では、耐熱性の高いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等からなるセラミック製の発光素子収納用パッケージが多く用いられるようになっている。しかしながら、アルミナ等のセラミック製の発光素子収納用パッケージは、セラミックの熱伝導性が低いので、セラミック基体内部を熱伝導させて速やかに表面から放熱させるための放熱性に問題を抱えている。従って、アルミナ等のセラミック製の発光素子収納用パッケージは、耐熱性は高いものの、発光素子からの高発熱を速やかに放熱させることができないので、発光素子の機能の低下を引き起こす問題を有している。
そこで、発光素子収納用パッケージには、ヒートシンク板上にガラスエポキシ等からなる樹脂基体を接合させて、樹脂基体の開口部から露出するヒートシンク板に設けた突出部に発光素子を搭載させ、放熱性を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、発光素子収納用パッケージには、アルミ基板からなるヒートシンク板上に絶縁膜を介して導通配線となる幅広の第１の金属板及び狭幅の第２の金属板を互いに所定間隔を隔てた状態で貼り付けたものがある。そして、一方の電極を第１の金属板に接続した状態で第１の金属板に設ける絞り加工部分に発光素子をマウントし、発光素子の他方の電極から引き出されたボンディングワイヤを第２の金属板に接続した放熱性を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。更に、発光素子収納用パッケージには、発光素子をフリップチップ方式で実装する基体が、間に絶縁部を有するヒートシンク板を兼ねる第１と第２の金属板からなり、発光素子の接続端子であるアノード電極とカソード電極がそれぞれ第１と第２の金属板に電気的に接続されると同時に、放熱性を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−１５２２２５号公報 特開２００１−３３２７６８号公報 特開２００４−１５２８０８号公報
しかしながら、前述したような従来の発光素子収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）樹脂基体や、絶縁膜の下面側にヒートシンク板を有する発光素子収納用パッケージは、ヒートシンク板が装置の内側に配置されるので、発光素子からの発熱を吸熱したヒートシンク板の熱が装置内部に溜まるようになり、熱を大気中に放熱させる効果が少なくなっている。
（２）発光素子が搭載されるヒートシンク板は、ヒートシンク板に突出部を設けたり、ヒートシンク板を兼ねる第１と第２の金属板の間に絶縁部を設けたりする複雑な加工を要するので、発光素子収納用パッケージが高価なものとなっている。
（３）発光素子収納用パッケージの外部接続端子が上面側に設けられる場合には、発光素子を実装したパッケージを装置に取り付ける時の構造が複雑となり、取付に時間を要している。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、発光素子からの発熱を効率よく放熱することができ、安価な発光素子収納用パッケージを提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る発光素子収納用パッケージは、発光素子からの発熱を放熱するためのヒートシンク板に発光素子が直接搭載される発光素子収納用パッケージにおいて、発光素子が搭載される部位の周囲のヒートシンク板に貫通孔を有すると共に、ヒートシンク板の下面に接合されて多層回路基板を有し、発光素子とボンディングワイヤを介して電気的に導通状態とするための貫通孔の底面に露出する多層回路基板の表面にヒートシンク板と電気的に断線状態からなるボンディングワイヤ接続用の導体配線パッドを有する。
ここで、発光素子収納用パッケージは、導電配線パッドが多層回路基板に設けられるビア及び内層導体配線を介して外部接続端子と接続しているのがよい。
また、発光素子収納用パッケージは、多層回路基板が窒化アルミニウムセラミック基板からなるのがよい。
前記目的に沿う本発明に係る他の発光素子収納用パッケージは、発光素子からの発熱を放熱するためのヒートシンク板に発光素子が直接搭載される発光素子収納用パッケージにおいて、発光素子が搭載される部位の周囲のヒートシンク板に貫通孔を有すると共に、ヒートシンク板の下面に接合されて多層回路基板を有し、発光素子と電気的に導通状態とするための貫通孔の底面に露出する多層回路基板の表面にヒートシンク板と電気的に断線状態からなる導体配線パッドを有し、しかも導体配線パッドと接続し、貫通孔の上面以上に立設してヒートシンク板と電気的に断線状態からなるボンディングワイヤ接続用の導電体を有する。
ここで、発光素子収納用パッケージは、導電体と貫通孔の壁面との間に絶縁体を有するのがよい。
また、発光素子収納用パッケージは、導電配線パッドが多層回路基板に設けられるビア及び内層導体配線を介して外部接続端子と接続しているのがよい。
更に、発光素子収納用パッケージは、多層回路基板が窒化アルミニウムセラミック基板からなるのがよい。
請求項１及びこれに従属する請求項４又は５記載の発光素子収納用パッケージは、発光素子が搭載される部位の周囲のヒートシンク板に貫通孔を有すると共に、ヒートシンク板の下面に接合されて多層回路基板を有し、発光素子とボンディングワイヤを介して電気的に導通状態とするための貫通孔の底面に露出する多層回路基板の表面にヒートシンク板と電気的に断線状態からなるボンディングワイヤ接続用の導体配線パッドを有するので、ヒートシンク板をパッケージの上面側に配置して発光素子を直接ヒートシンク板上に搭載して発光素子からの高発熱を吸熱するヒートシンク板の高熱を容易に大気中に放熱することができると共に、発光素子と多層回路基板の導体配線パッドをボンディングワイヤで電気的に接続するのにヒートシンク板に貫通孔を施すだけの安価なヒートシンク板を用いたり、多層回路基板に従来からのセラミック基体や樹脂基体を用いることもでき、発光素子収納用パッケージを安価にすることができる。また、発光素子収納用パッケージの外部接続端子は、下面側、又は下面側部に設けることができるので、発光素子が実装された発光素子収納用パッケージを容易に装置に接続させることができる。
特に、請求項４記載の発光素子収納用パッケージは、導電配線パッドが多層回路基板に設けられるビア及び内層導体配線を介して外部接続端子と接続しているので、発光素子収納用パッケージの外部接続端子を容易にパッケージの下面側、又は下面側部に設けることができ、発光素子が搭載されたヒートシンク板と電気的に短絡させることなく発光素子が実装された発光素子収納用パッケージを容易に装置に接続させることができる。
また、特に、請求項５記載の発光素子収納用パッケージは、多層回路基板が窒化アルミニウムセラミック基板からなるので、熱伝導性の優れた窒化アルミニウムセラミック基板によって、装置の下側への放熱も可能となると共に、セラミック基板の高い耐熱性を兼ね備えた発光素子収納用パッケージとすることができる。
請求項２及びこれに従属する請求項３〜５のいずれか１項記載の発光素子収納用パッケージは、発光素子が搭載される部位の周囲のヒートシンク板に貫通孔を有すると共に、ヒートシンク板の下面に接合されて多層回路基板を有し、発光素子と電気的に導通状態とするための貫通孔の底面に露出する多層回路基板の表面にヒートシンク板と電気的に断線状態からなる導体配線パッドを有し、しかも導体配線パッドと接続し、貫通孔の上面以上に立設してヒートシンク板と電気的に断線状態からなるボンディングワイヤ接続用の導電体を有するので、ヒートシンク板をパッケージの上面側に配置して発光素子を直接ヒートシンク板上に搭載して発光素子からの高発熱を吸熱するヒートシンク板の高熱を容易に大気中に放熱することができると共に、発光素子と多層回路基板の導体配線パッドに接続する導電体によって、ボンディングワイヤで電気的に接続するのに高低差の少ないワイヤボンドで接続信頼性を高くでき、しかも、ヒートシンク板に貫通孔を施すだけの安価なヒートシンク板を用いることや、多層回路基板に従来からのセラミック基体や樹脂基体を用いこともでき、発光素子収納用パッケージを安価にすることができる。また、発光素子収納用パッケージの外部接続端子は、下面側、又は下面側部に設けることができるので、発光素子が実装された発光素子収納用パッケージを容易に装置に接続させることができる。
特に、請求項３記載の発光素子収納用パッケージは、導電体と貫通孔の壁面との間に絶縁体を有するので、導電体と貫通孔との間の電気的な短絡を防止することができる。
また、特に、請求項４記載の発光素子収納用パッケージは、導電配線パッドが多層回路基板に設けられるビア及び内層導体配線を介して外部接続端子と接続しているので、発光素子収納用パッケージの外部接続端子を容易にパッケージの下面側、又は下面側部に設けることができ、発光素子が搭載されたヒートシンク板と電気的に短絡させることなく発光素子が実装された発光素子収納用パッケージを容易に装置に接続させることができる。
更に、特に、請求項５記載の発光素子収納用パッケージは、多層回路基板が窒化アルミニウムセラミック基板からなるので、熱伝導性の優れた窒化アルミニウムセラミック基板によって、装置の下側への放熱も可能となると共に、セラミック基板の高い耐熱性を兼ね備えた発光素子収納用パッケージとすることができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は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説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同他の発光素子収納用パッケージの説明図である。
図１に示すように、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１０は、平面視してそれぞれが矩形状や、多角形や、円形等の１つ、又は複数個集合体からなり、それぞれの中心部に発光素子１１を搭載するためのキャビティ部１２を有している。この発光素子収納用パッケージ１０には、発光素子１１からの発熱を放熱するための熱伝導性のよい、例えば、ＣｕやＣｕ合金等の金属板からなるヒートシンク板１３上に発光素子１１が直接搭載されるようになっている。発光素子１１が搭載されるキャビティ部１２は、例えば、ヒートシンク板１３に、熱伝導性のよい、例えば、ＣｕやＣｕ合金等の金属板でリング状や、多角状等の窓枠形状に形成された枠体１４を接合することで形成することができる。キャビティ部１２の底面となるヒートシンク板１３には、発光素子１１が搭載される部位の周囲に１、又は複数個の貫通孔１５を有している。ヒートシンク板１３の下面には、例えば、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジンを主成分にした樹脂）、ポリイミド樹脂等からなる樹脂基板や、アルミナ、窒化アルミニウム、低温焼成セラミック等からなるセラミック基板を複数枚積層して形成され、配線回路を有する多層回路基板１６が接合されて設けられている。
発光素子収納用パッケージ１０のヒートシンク板１３に設けられた貫通孔１５の底面に露出する多層回路基板１６の表面には、発光素子１１とボンディングワイヤ１７を介して電気的に導通状態とするためのボンディングワイヤ１７接続用の導体配線パッド１８を有している。この導体配線パッド１８は、ヒートシンク板１３とは電気的に断線状態に形成されている。また、この導体配線パッド１８は、多層回路基板１６の内部に設けられるビア１９や、内層導体配線２０を介して外部接続端子２１と接続し電気的に導通状態に形成されている。この外部接続端子２１は、多層回路基板１６の下面に設けられている、あるいは、下面側部に集中させて設けられている。なお、貫通孔１５の壁面には、ボンディングワイヤ１７との短絡を防止するための絶縁膜を形成してもよい。そして、発光素子１１が実装された発光素子収納用パッケージ１０は、例えば、枠体１４の上面に透明や、半透明のガラス板や、レンズ等からなる蓋体２２を接合させて発光素子１１を気密に封止している。
図２（Ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る他の発光素子収納用パッケージ１０ａは、発光素子収納用パッケージ１０と同様に、平面視してそれぞれが矩形状や、多角形や、円形等の１つ、又は複数個集合体からなり、それぞれの中心部に発光素子１１を搭載するためのキャビティ部１２を有している。この発光素子収納用パッケージ１０ａには、発光素子収納用パッケージ１０と同様に、ヒートシンク板１３上に発光素子１１が直接搭載されるようになっている。発光素子１１が搭載されるキャビティ部１２は、発光素子収納用パッケージ１０と同様に、例えば、ヒートシンク板１３に、窓枠形状に形成された枠体１４を接合することで形成することができる。キャビティ部１２の底面となるヒートシンク板１３には、発光素子１１が搭載される部位の周囲に１、又は複数個の貫通孔１５を有している。ヒートシンク板１３の下面には、発光素子収納用パッケージ１０と同様に、多層回路基板１６が接合されて設けられている。
発光素子収納用パッケージ１０ａのヒートシンク板１３に設けられた貫通孔１５の底面に露出する多層回路基板１６の表面には、発光素子１１と電気的に導通状態とするための導体配線パッド１８を有している。この導体配線パッド１８は、ヒートシンク板１３とは電気的に断線状態に形成されている。しかも、この導体配線パッド１８には、導電配線パッド１８と下面をろう付け等で接合させ、導電配線パッド１８に接続して貫通孔１５の上面以上に立設して電気的に導通状態にすることができる角柱体や、円柱体等からなる導電体２３を有している。この導電体２３は、ヒートシンク板１３とは電気的に断線状態となっており、上面がボンディングワイヤ１７の接続用となっている。導体配線パッド１８は、発光素子収納用パッケージ１０と同様に、多層回路基板１６の内部に設けられるビア１９や、内層導体配線２０を介して外部接続端子２１と接続し電気的に導通状態を形成している。この外部接続端子２１は、多層回路基板１６の下面に設けられている、あるいは、下面側部に集中させて設けられている。そして、発光素子１１が実装された発光素子収納用パッケージ１０ａは、例えば、枠体１４の上面に透明や、半透明のガラス板や、レンズ等からなる蓋体２２を接合させて発光素子１１を気密に封止している。
ここで、図２（Ｂ）に示すように、発光素子収納用パッケージ１０ａは、導電体２３と貫通孔１５の壁面との間に、例えば、絶縁性樹脂等からなる絶縁体２４を有するのがよい。この絶縁体２４によって、導電体２３は、貫通孔１５内で強固に固定することができると共に、ヒートシンク板１３との電気的な短絡を防止することができる。
また、発光素子収納用パッケージ１０、１０ａは、多層回路基板１６の上面に設けられる導電配線パッド１８が多層回路基板１６の下面に設けられる外部接続端子２１と電気的に導通状態とするのに、多層回路基板１６の上層と下層を電気的に導通状態とするためのビア１９と、多層回路基板１６の層間に設けられる内層導体配線２０を介して接続しているのがよい。これにより、外部接続端子２１は、容易に多層回路基板１６の下面の所望の位置の下面側、又は下面側部に設けることができ、発光素子１１が搭載されたヒートシンク板１３と電気的に短絡させることなく発光素子１１が実装されたパッケージを容易に装置に接続させることができる。
更に、発光素子収納用パッケージ１０、１０ａは、多層回路基板１６が熱伝導性に優れる窒化アルミニウムセラミック基板からなるのがよい。なお、この時の導体配線パッド１８や、ビア１９や、内層導体配線２０等の形成に用いられる金属導体には、タングステン等の高融点金属を用いることができ、窒化アルミニウムからなるセラミックグリーンシートにペースト状の金属導体でスクリーン印刷し、セラミックと高融点金属を同時焼成することで多層回路基板１６が作製されている。窒化アルミニウムセラミック基板は、熱伝導性が優れていると共に、セラミック基板としての高い耐熱性を有しているので、装置の下側への放熱も行うことができ、発光素子１１からの発熱を更に効率的に放熱させることができる。
本発明の発光素子収納用パッケージは、ＬＥＤ等の発光素子を搭載させて照明や、ディスプレイ等に用いることができる。
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説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同他の発光素子収納用パッケージの説明図である。 従来の発光素子収納用パッケージの説明図である。
符号の説明
１０、１０ａ：発光素子収納用パッケージ、１１：発光素子、１２：キャビティ部、１３：ヒートシンク板、１４：枠体、１５：貫通孔、１６：多層回路基板、１７：ボンディングワイヤ、１８：導体配線パッド、１９：ビア、２０：内層導体配線、２１：外部接続端子、２２：蓋体、２３：導電体、２４：絶縁体

Claims (5)

  1. 発光素子からの発熱を放熱するためのヒートシンク板に前記発光素子が直接搭載される発光素子収納用パッケージにおいて、
    前記発光素子が搭載される部位の周囲の前記ヒートシンク板に貫通孔を有すると共に、前記ヒートシンク板の下面に接合されて多層回路基板を有し、前記発光素子とボンディングワイヤを介して電気的に導通状態とするための前記貫通孔の底面に露出する前記多層回路基板の表面に前記ヒートシンク板と電気的に断線状態からなる前記ボンディングワイヤ接続用の導体配線パッドを有することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  2. 発光素子からの発熱を放熱するためのヒートシンク板に前記発光素子が直接搭載される発光素子収納用パッケージにおいて、
    前記発光素子が搭載される部位の周囲の前記ヒートシンク板に貫通孔を有すると共に、前記ヒートシンク板の下面に接合されて多層回路基板を有し、前記発光素子と電気的に導通状態とするための前記貫通孔の底面に露出する前記多層回路基板の表面に前記ヒートシンク板と電気的に断線状態からなる導体配線パッドを有し、しかも該導体配線パッドと接続し、前記貫通孔の上面以上に立設して前記ヒートシンク板と電気的に断線状態からなるボンディングワイヤ接続用の導電体を有することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  3. 請求項２記載の発光素子収納用パッケージにおいて、前記導電体と前記貫通孔の壁面との間に絶縁体を有することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の発光素子収納用パッケージにおいて、前記導電配線パッドが前記多層回路基板に設けられるビア及び内層導体配線を介して外部接続端子と接続していることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の発光素子収納用パッケージにおいて、前記多層回路基板が窒化アルミニウムセラミック基板からなることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
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