JP2007173271A

JP2007173271A - 発光素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2007173271A
Application number: JP2005364403A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tsukiyama; 良男築山
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】反射面のすべてがテーパー状の壁面で、高さを一定にする枠体で発光素子からの発光を効率よく反射させることができ、接合材の劣化や、樹脂どうしの接合部での反応を防止できる発光素子収納用パッケージを提供する。
【解決手段】平板状の基体１１と、中央部に貫通孔１４を設けその壁面を反射面とする枠体１２とが接合材１３を介して接合され、貫通孔１４の開口から露出する基体１１の上面と、枠体１２の壁面で発光素子１５収納用のキャビティ部１６が形成される発光素子収納用パッケージ１０において、枠体１２の基体１１との接合面に貫通孔１４の稜から内周辺部にかけて凸部１７を有し、その表面が基体１１に当接すると共に、凸部１７の枠体１２下面の内周辺部側稜から枠体１２の外周にかけて段差状の切り欠き部１８を有し、しかも、切り欠き部１８に接合材１３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基体と枠体からなるパッケージのキャビティ部に発行ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）等の発光素子を搭載し収納するための発光素子収納用パッケージに関する。

最近では、ＬＥＤ等の発光素子は、消費電力が少なく、輝度が高い特徴を生かして様々な用途に用いられるようになってきている。特に、この特徴を有するＬＥＤ等の発光素子は、世界的な電気エネルギー不足が迫っている中で、一般照明、大画面液晶用バックライト、自動車用ランプ等のような高い光出力を必要とするような用途において、更に僅かな電力で輝度を高くすることができるものの開発が盛んに行われている。また、ＬＥＤ等の発光素子を様々な用途に用いるためには、ＬＥＤ等の発光素子がこのままでの状態では非常に壊れやすいので、これを外部から保護するための発光素子収納用パッケージに収納することが必要となっている。この発光素子収納用パッケージには、発光素子から発生する高い発熱を速やかに放熱できると共に、発光素子から発生する光の発光効率を向上できることが求められている。この様な発光素子収納用パッケージには、絶縁性で放熱性に優れる基体と、絶縁性、又は導電性の枠体が接合されて形成される発光素子収納用パッケージが用いられるようになっている。

図２に示すように、従来の発光素子収納用パッケージ５０は、通常、基体５１と、枠体５２を接合材５３を介して接合する接合体からなっている。この基体５１は、樹脂製や、セラミック製の平板状からなり、例えば、上、下面側に電気的導通端子を有する発光素子５４を実装する場合に、上面に発光素子５４を搭載するすると共に、発光素子５４の下面側の一方の端子と接合して電気的導通状態とするための導体パターンからなるダイボンドパッド５５と、ボンディングワイヤ５６を介して発光素子５４の上面側の他方の端子を電気的に導通状態とするための導体パターンからなるワイヤボンドパッド５７を有している。また、この基体５１は、ダイボンドパッド５５や、ワイヤボンドパッド５７と接続して基体５１の厚み方向に設けた導体ビア５８等を介して接続する導体パターンからなる外部接続端子パッド５９を下面に有し、ダイボンドパッド５５や、ワイヤボンドパッド５７と外部接続端子パッド５９が電気的に導通状態となるようにしている。一方、枠体５２は、中央部に上方に向かって開口径を大きくする貫通孔６０を有し、この貫通孔６０のテーパー状の壁面を発光素子５４からの発光の反射面とし、例えば、所定波長での反射率の大きい金属めっき被膜等を施すことで発光効率を向上させる工夫がなされている。そして、基体５１と枠体５２は、基体５１の上面と枠体５２の下面とが接合材５３を介して接合されることで発光素子収納用パッケージ５０を形成している。この発光素子収納用パッケージ５０は、枠体５２の貫通孔６０の開口から露出する基体５１の上面と、貫通孔６０の壁面とで、発光素子５４を収納するためのキャビティ部６１を形成し、貫通孔６０の壁面をキャビティ部６１に収納した発光素子５４からの発光の上方側への発光効率を向上させる構造となっている。

従来の発光素子収納用パッケージには、枠体の貫通孔の壁面に金属めっき被膜を施すときのめっき液の循環をよくするためや、壁面の金属めっき被膜と、ダイボンドパッド及び／又はワイヤボンドパッドとの短絡を防止するためや、キャビティ部に充填される透明樹脂の剥がれを防止するため等を目的として、枠体の下面の中央部から内周部にかけて基体との間に接合材を設けない間隙を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子の発熱によるパッケージの歪みによって発生する発光素子の光束の乱れを防止する等を目的として、基体の外周部に取着された第１の枠体と、内周面が反射面とされ下面に段差が設けられた第２の枠体とが段差部分で接合されているものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２８９１０６号公報特開２００５−１０１４７７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）基体と枠体を接合する接合材は、接合した時に接合材の厚さ分だけ枠体を持ち上げることとなり、枠体の貫通孔稜線部の下側に発光素子からの発光を反射させるためのテーパー状の壁面がなくなるので、発光素子からの発光を効率よく反射させることができなくなっている。
（２）枠体は、接合材の接合後の厚さが一定でなく、枠体の高さを一定にすることができないので、発光素子からの発光に光束の乱れを発生させて発光を効率よく反射させることができなくなっている。
（３）接合材が光劣化を受けやすい樹脂からなる場合には、発光素子からの光が接合材である樹脂に吸収されることによって発生する接合材の劣化を防止することができなくなっている。
（４）接合材が封止用樹脂と異なる樹脂からなる場合には、接合部から露出した樹脂と、キャビティ部内に発光素子を搭載した後に充填される封止用樹脂との間で互いに反応しやすい樹脂、例えば、接合材がエポキシ系樹脂、封止用樹脂がシリコーン系樹脂のような樹脂の種類によっては、接合部で反応が発生することがある。
（５）特開２００４−２８９１０６号公報や、特開２００５−１０１４７７号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、キャビティ部の底面に露出する基体と、枠体との間に形成された隙間にめっき被膜形成時のめっき液が残留してパッケージを汚染し、発光素子の収納ができなくなっている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、反射面のすべてがテーパー状の壁面で、高さを一定にする枠体で発光素子からの発光を効率よく反射させることができ、接合材の劣化や、樹脂どうしの接合部での反応を防止できる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、平板状の基体と、中央部に上方側の開口径を大きくする貫通孔を設け貫通孔のテーパー状の壁面を反射面とする枠体とが接合材を介して接合され、貫通孔の開口から露出する基体の上面と、枠体の壁面で発光素子を収納するためのキャビティ部が形成される発光素子収納用パッケージにおいて、枠体の基体との接合面である下面に貫通孔の稜から内周辺部にかけて凸部を有し、凸部の表面が基体に当接すると共に、凸部の枠体下面の内周辺部側稜から枠体の外周にかけて段差状の切り欠き部を有し、しかも、切り欠き部に接合材を有する。

請求項１記載の発光素子収納用パッケージは、枠体の基体との接合面である下面に貫通孔の稜から内周辺部にかけて凸部を有し、凸部の表面が基体に当接すると共に、凸部の枠体下面の内周辺部側稜から枠体の外周にかけて段差状の切り欠き部を有し、しかも、切り欠き部に接合材を有するので、枠体の下面に形成される凸部が基体に当接して接合材がキャビティ部内に露出するのを防止して枠体の貫通孔のテーパー状の壁面をキャビティ部底面に当接でき、発光素子からの発光を効率よく反射させることができる。また、枠体は、凸部の表面が基体に当接して切り欠き部の接合材の接合後の厚さが一定となり、枠体の高さを一定にすることができるので、発光素子からの発光に光束の乱れの発生を防止して効率よく反射させることができる。また、接合材が光劣化を受けやすい樹脂からなる場合には、発光素子からの光を受ける部分に樹脂が存在しなく、発光素子からの光を吸収することがないので、樹脂の光劣化を防止することができる。また、接合材が封止用樹脂と異なる樹脂からなる場合には、互いの樹脂が直接接触することがないので、互いに反応が発生しやすい樹脂、例えば、接合材がエポキシ系樹脂、封止用樹脂がシリコーン系樹脂のような樹脂が使用されたとしても、接合部での反応の発生を防止することができる。更に、発光素子収納用パッケージは、キャビティ部の底面に露出する基体と、枠体との間に隙間が存在しないので、めっき被膜形成時のめっき液が残留することがなく、パッケージの汚染を防止することができる。

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断面図である。

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、セラミック製や、樹脂製等の１又は複数枚からなる平板状の基体１１と、セラミック製や、樹脂製や、金属製等からなる枠体１２とを、接着用の樹脂や、ガラスや、金属ろう等からなる接合材１３を介して接合する接合体からなっている。この発光素子収納用パッケージ１０は、基体１１の外形形状が平面視して、四角形や、多角形や、円形等からなり、枠体１２の中央部には、上方側の開口径を大きくするテーパー状の壁面を有する貫通孔１４を設けている。そして、発光素子収納用パッケージ１０には、この貫通孔１４の開口から露出する基体１１の上面と、枠体１２の貫通孔２０のテーパー状の壁面で、中央部にＬＥＤ等の発光素子１５を収納するために平面視して、四角形や、多角形や、円形等からなるキャビティ部１６を形成している。枠体１２の貫通孔１４のテーパー状の壁面は、キャビティ部１６に発光素子１５を収納した時に発光素子１５からの発光の反射面として用い、更に必要に応じて、例えば、所定波長での反射率の大きい金属めっき被膜等を施すことで発光効率を向上させる工夫がなされている。なお、発光素子収納用パッケージ１０は、基体１１の平面視した外形形状及び外形寸法と、枠体１２の平面視した外形形状及び外形寸法が同一、又は異なっていてもよく、限定されるものではない。

この発光素子収納用パッケージ１０の枠体１２には、基体１１との接合面である下面に、貫通孔１４の下側の稜から下面の内周辺部にかけて凸部１７が設けられている。そして、この発光素子収納用パッケージ１０は、枠体１２の凸部１７の表面が基体１１の上面との間に若干の接合材１３の滲みはあるものの実質的には接合材１３を介すことなく当接している。また、この発光素子収納用パッケージ１０の枠体１２には、凸部１７の枠体１２下面の内周辺部側稜から、枠体１２の外周にかけて段差状の切り欠き部１８が設けられている。しかも、この切り欠き部１８には、接合材１３を有していることで、基体１１と枠体１２が強固に接合された接合体が形成されている。この発光素子収納用パッケージ１０は、基体１１と枠体１２を接合する接合材１３が切り欠き部１８に収納されて、凸部１７で接合材１３の流動防止の堰となるので、接合材１３によって、その厚み分だけ枠体１２を持ち上げたり、接合材１３のキャビティ部１６への露出や、はみ出しを防止することができる。また、この発光素子収納用パッケージ１０は、基体１１と枠体１２を接合する時の枠体１２の高さが、剛体である枠体１２の凸部１７と、基体１１とが当接することで制御することができるので、接合材１３に影響されることなく高さを一定にすることができる。

上記の発光素子収納用パッケージ１０の基体１１には、例えば、上、下面側に電気的導通端子を有するＬＥＤ等の発光素子１５を実装する場合に、上面に発光素子１５を搭載するすると共に、発光素子１５の下面側の一方の端子と接合して電気的導通状態とするための導体パターンからなるダイボンドパッド１９が設けられている。また、基体１１の上面には、ボンディングワイヤ２０を介して発光素子１５の上面側の他方の端子を電気的に導通状態とするための導体パターンからなるワイヤボンドパッド２１が設けられている。更に、この基体１１には、ダイボンドパッド１９や、ワイヤボンドパッド２１と接続して基体１１の厚み方向に設けた導体ビア２２等を介して接続する導体パターンからなる外部接続端子パッド２３が下面に設けられ、ワイヤボンドパッド２１と外部接続端子パッド２３とを電気的に導通状態となるようにしている。

この基体１１が、セラミック製の場合には、例えば、セラミックにアルミナや、低温焼成セラミックや、窒化アルミニウム等の１又は複数枚のセラミックグリーンシートが用いられ、所定位置に導体ビア２２等の孔を穿孔して設けている。また、導体パターンを形成するための導体金属には、例えば、セラミックがアルミナや、窒化アルミニウム等の高温焼成のセラミックグリーンシートの場合には、セラミックグリーンシートと同時焼成が可能なタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属が用いられ、セラミックグリーンシートに導体パターンをスクリーン印刷して設けている。そして、複数枚のセラミックグリーンシートの場合には、重ね合わせて積層し、例えば、セラミックがアルミナからなる場合には、還元雰囲気中の１６００℃程度の高温で焼成してセラミック基板からなる平板状の基体１１を作製している。上記の基体１１が、樹脂製の場合には、機械的強度が強く、耐熱性のある樹脂材である、例えば、ＰＣ樹脂（ポリカーボネート）や、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジンを主成分とした樹脂）や、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等からなる樹脂板が用いられている。そして、導体パターンを形成するための導体金属には、銅箔が用いられ、樹脂板に貼り付けられた銅箔をめっきや、エッチング等で導体パターン成形し、複数枚の場合には樹脂板をプリプレグで接着させて樹脂基板からなる平板状の基体１１を作製している。

一方、上記の発光素子収納用パッケージ１０の枠体１２が、例えば、セラミック製の場合には、セラミック製の基体１１の場合と同様に、セラミックにアルミナや、低温焼成セラミックや、窒化アルミニウム等の１又は複数枚のセラミックグリーンシートが用いられ、それぞれのセラミックグリーンシートの所定位置にテーパー状の壁面からなる貫通孔１４や、切り欠き部１８を穿孔して設けている。また、セラミック製の枠体１２は、セラミック粉末をプレス成形して形成することもできる。そして、複数枚のセラミックグリーンシートの場合には、重ね合わせて積層し、プレス成形の場合には、成形品をそれぞれ酸化雰囲気中で焼成してセラミック基板からなる平板状の基体１１を作製している。なお、必要に応じて貫通孔１４の壁面に導体パターンを設ける場合には、還元雰囲気中でセラミックと同時焼成してセラミック基板からなる平板状の基体１１を作製している。

また、上記の発光素子収納用パッケージ１０の枠体１２が、例えば、樹脂製の場合には、耐熱性の高い樹脂を用いて、通常一般的に樹脂成形体を形成する時に使用されているような樹脂用金型による鋳込み成形を行うことによって、貫通孔１４と、切り欠き部１８を設けた樹脂成形体として作製している。

更に、上記の発光素子収納用パッケージ１０の枠体１２が、例えば、金属製の場合には、熱膨張係数が基体１１の熱膨張係数と比較的近似する材料が好ましいが、一般的にＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）や、アルミニウム等の金属が用いられている。そして、金属板を用いて形成される枠体１２は、切削や、鍛造や、切断等の各種機械加工によって、貫通孔１４や、切り欠き部１８を設けながら作製している。また、金属製の枠体１２は、鋳造によって作製することもできる。

上記の発光素子収納用パッケージ１０の接合材１３が、例えば、樹脂からなる場合には、基体１１と枠体１２を接合するのに、基体１１がセラミック製や、樹脂製等、枠体１２がセラミック製や、樹脂製や、金属製等のあらゆる組み合わせの接合に対応して適用することができる。この樹脂製の接合材１３には、例えば、エポキシ系樹脂や、シリコーン系接着樹脂や、オレフィン系接着樹脂や、ポリイミド系接着樹脂等からなるシート状や、ペースト状の接着樹脂を用いることができる。特に、シリコーン系接着樹脂は、昇降温の熱工程を通る時に基体１１と、枠体１２との熱膨張係数の差による応力歪みを緩和させることができ、枠体１２の貫通孔１４壁面形状の変形を防ぐことができるので、発光素子１５からの発光の発光効率を向上させることができる。

また、上記の発光素子収納用パッケージ１０の接合材１３が、例えば、ガラスからなる場合には、溶融温度の低い低融点ガラスが用いられ、セラミック製の基体１１と枠体１２の接合に問題なく適用することができる。しかしながら、接合材１３の溶融温度が比較的高いガラスの場合には、樹脂製の基体１１や、枠体１２を用いると、樹脂の耐熱性がガラスの溶融温度より低くなり、適用することが難しい場合がある。また、このガラスからなる接合材１３を金属製の枠体１２との接合に用いる場合には、ガラスと金属との接合強度が低いので、適用することには問題がある。

更に、上記の発光素子収納用パッケージ１０の接合材１３が、例えば、金属ろうからなる場合には、溶融温度の高い高融点ろうである、例えば、Ａｇ−Ｃｕろう等が用いられるので、セラミック製の基体１１と、枠体１２の組み合わせ接合や、セラミック製の基体１１と、金属製の枠体１２の組み合わせ接合に適用することができるが、樹脂製の基体１１や、枠体１２を用いる場合には、適用することができない。

上記のようにして作製された発光素子収納用パッケージ１０には、キャビティ部１６の底面に発光素子１５が搭載され、発光素子１５とボンディングワイヤ２０や、発光素子１５をフリップチップ方式で接合する場合（図示せず）にはバンプで接続し、外部接続端子２３を介して外部から発光素子１５と電気的に導通させることができるようになっている。また、発光素子収納用パッケージ１０には、発光素子１５をキャビティ部１６に搭載し、キャビティ部１６内に蛍光体入りの樹脂等が充填された後、枠体１２の開口部の上面側の開口周縁部まで覆うようにして透明樹脂を接合したり、レンズ（図示せず）を樹脂接合材等を用いて接合したりして、発光素子１５が封止されるようになっている。

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断面図である。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

１０：発光素子収納用パッケージ、１１：基体、１２：枠体、１３：接合材、１４：貫通孔、１５：発光素子、１６：キャビティ部、１７：凸部、１８：切り欠き部、１９：ダイボンドパッド、２０：ボンディングワイヤ、２１：ワイヤボンドパッド、２２：導体ビア、２３：外部接続端子パッド

Claims

平板状の基体と、中央部に上方側の開口径を大きくする貫通孔を設け該貫通孔のテーパー状の壁面を反射面とする枠体とが接合材を介して接合され、前記貫通孔の開口から露出する前記基体の上面と、前記枠体の前記壁面で発光素子を収納するためのキャビティ部が形成される発光素子収納用パッケージにおいて、
前記枠体の前記基体との接合面である下面に前記貫通孔の稜から内周辺部にかけて凸部を有し、該凸部の表面が前記基体に当接すると共に、前記凸部の前記枠体下面の内周辺部側稜から前記枠体の外周にかけて段差状の切り欠き部を有し、しかも、該切り欠き部に前記接合材を有することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。