JP2007258619A - 発光素子収納用パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性に優れた両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを提供する。
【解決手段】発光素子収納用パッケージが、ヒートシンクと、前記ヒートシンクを挟んで対向するように接合され、発光素子と電気的に接続されるパッドをそれぞれ備えた第一及び第二の絶縁性基板と、を具備する
【選択図】図2

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)などの発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージに関する。

LEDチップ等の発光素子を実装する発光素子収納用パッケージは、両面発光が要求される場合や、広い照射領域を要求される場合があり、一つのパッケージで両面発光が可能なものが求められている。
両面発光が可能な発光素子収納用パッケージとして、基板の表面と裏面とにそれぞれLEDチップを実装したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−347677号公報

しかしながら、このような従来の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージでは、放熱性が不十分となる可能性がある。一般にLEDは発光光量が少ないので、光量を増加させるためにはLEDに流す電流を大きくする必要があるが、それに応じて発熱量も増大する。また、従来の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージは、基板の表面と裏面にそれぞれLEDチップを搭載しているため、さらに発熱量が増大する。発熱量が増大してLEDの温度が上昇すると発光効率が低下し、LEDの寿命も短縮してしまう。そのため、従来の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージでは、発光素子から発せられる熱の放熱が不十分となり、発光素子収納用パッケージの放熱性が十分であるとは限らないという問題がある。

そこで、本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなされたもので、放熱性に優れた両面発光が可能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。

上記目的を達成するため、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、ヒートシンクと、前記ヒートシンクを挟んで対向するように接合され、発光素子と電気的に接続されるパッドをそれぞれ備えた第一及び第二の絶縁性基板と、を具備することを特徴とする。

これによれば、発光素子から発せられた熱を、ヒートシンクを通じて外部に放熱することができるので、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージの放熱性を向上させることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記第一及び第二の絶縁性基板と前記ヒートシンクとがロウ材によりそれぞれ接合されていることも特徴とする。

これによれば、ヒートシンクと第一及び第二の絶縁性基板とが、熱伝導率の良いロウ材によってそれぞれ接合されるので、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージの放熱性を向上させることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記第一の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第一の絶縁性基板上に配置される第一の枠体と、前記第二の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第二の絶縁性基板上に配置される第二の枠体と、をさらに具備することも特徴とする。

これによれば、第一の枠体及び第二の枠体が発光素子の発光光束をそれぞれ反射するため、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージの反射効率を高めることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記ヒートシンクが、前記第一及び第二の絶縁性基板の外縁から突出する突出端を有していることも特徴とする。

これによれば、ヒートシンクの突出端を、大気等と接触させたり、外部の放熱部材等に熱的に接触させることが容易になるので、放熱性の向上を図ることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記突出端の少なくとも一部が前記第一および前記第二の枠体の外側面から突出していることも特徴とする。

これによれば、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを、例えば、機器類の実装基板等に実装する場合に、ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を機器類の実装基板等に埋め込んで外部の放熱部材等と熱的に接触させることができる。ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を機器類の実装基板等に埋め込んで実装することにより、発光素子収納用パッケージを実装基板等に安定に固定できるとともに、実装基板等の表面からの高さを大きく低減して全体の小型化を図ることができる。また、ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を機器類の実装基板等に埋め込んで外部の放熱部材等と熱的に接触させることにより、放熱性の向上を図ることもできる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記第一の枠体の外側面が、前記突出端の近傍に配置される第一の平坦部を有し、前記第二の枠体の外側面が、前記第一の平坦部と略同一平面上に配置される第二の平坦部を有していることも特徴とする。

これによれば、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを、例えば、機器類の実装基板等に実装する場合に、ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を実装基板等に埋め込み、さらに、第一の平坦部及び第二の平坦部を実装基板等の表面上に接触させて固定することができる。そのため、発光素子収納用パッケージを実装基板等に、より安定に固定して実装することが可能になる。
また、第一の平坦部及び第二の平坦部に、外部から発光素子の駆動電流が供給される外部電極を形成すれば、この外部電極を実装基板等の表面上に接触させて固定することができるので、実装基板等から発光素子の駆動電流を供給することが容易になる。

本発明によれば、放熱性に優れた両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージ1を表す上面図である。また、図2は、発光素子収納用パッケージ1を図1のA−Aに沿って切断した状態を表す断面図である。

図1及び図2に示すように、本実施形態の発光素子収納用パッケージ1は、ヒートシンク2と、第一のパッケージ部3と、第二のパッケージ部4とで構成されている。本実施形態の発光素子収納用パッケージ1は、第一のパッケージ部3の底部(後述する絶縁性基板5)と第二のパッケージ部4の底部(後述する絶縁性基板13)とがヒートシンク2を挟んで対向するように接合されている。第一のパッケージ部3の底部(絶縁性基板5)と第二のパッケージ部4の底部(絶縁性基板13)がヒートシンク2と接合される面(後述する5b、13b)と相異なる面(後述する5r、13r)にそれぞれ発光素子を実装することができるので、発光素子収納用パッケージ1は、両面発光が可能である。

図1及び図2では、発光素子24が、第一のパッケージ部3に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ25aを介してパッド8と電気的に接続され、パッド8は、外部電極12と電気的に接続されている。また、発光素子24は、金線からなるボンディングワイヤ25bを介してパッド7と電気的に接続されている。
発光素子26は、第二のパッケージ部4に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ27aを介してパッド16と電気的に接続され、パッド16は、外部電極20と電気的に接続されている。また、発光素子26は、金線からなるボンディングワイヤ27bを介してパッド15と電気的に接続されている。
さらに、パッド7は、ビア9、17及び金属製のヒートシンク2を介してパッド15と電気的に接続されている。

ヒートシンク2は、平面視が四角形で所要の厚みを有する板状のものであり、平面視で四角形の第一の絶縁性基板5と第二の絶縁性基板13の一側面から突出する突出端21を有し、Cuで構成されている。ヒートシンク2の構成材料としては、上述したCu以外に、例えば、Cu合金、KOVAR等を適用してもよい。ヒートシンク2は、発光素子24、26から発せられた熱を外部に放熱する。

第一のパッケージ部3は、第一の絶縁性基板5と、実装領域6と、パッド7、8と、ビア9と、第一の枠体32と、外部電極12とで構成されている。第二のパッケージ部4は、第二の絶縁性基板13と、実装領域14と、パッド15、16と、ビア17と、第二の枠体33と、外部電極20とで構成されている。本実施の形態では、第一のパッケージ部3と第二のパッケージ部4は、同じ構造であり、ヒートシンク2を挟んで対称に配置されている。なお、第一のパッケージ部3と第二のパッケージ部4を、異なる構造としてもよく、また、ヒートシンク2を挟んで対称に配置しなくてもよい。

第一の絶縁性基板5は、その表面5rに発光素子24の実装領域6を有している絶縁性の基板であり、第二の絶縁性基板13は、その表面13rに発光素子26の実装領域14を有している絶縁性の基板である。第一の絶縁性基板5の裏面5bとヒートシンク2の表面、及び第二の絶縁性基板13の裏面13bとヒートシンク2の裏面とが、Ag系ロウ材によりそれぞれ接合されており、第一の絶縁性基板5とヒートシンク2と第二の絶縁性基板13とは、互いに積層して配置されている。なお、ロウ材としては、上述したAg系ロウ材以外に例えば、ニッケル系、アルミニウム系等のロウ材を適用してもよい。

第一の絶縁性基板5、第二の絶縁性基板13は、いずれも平面視が四角形で所要の厚みを有する直方体を呈し、アルミナを主成分とするグリーンシートを焼成した板状のものである。
第一の絶縁性基板5、第二の絶縁性基板13の構成材料としては、上述したアルミナ以外に例えば、ガラス−アルミナ系のガラス−セラミックや窒化アルミニウム等のセラミックス材料を適用してもよいし、エポキシ樹脂等の各種樹脂を適用してもよい。
また、第一の絶縁性基板5、第二の絶縁性基板13の形状は、例えば、平面視で円形、楕円形、三角形、多角形の平板であってもよい。

なお、本実施の形態では、第一の絶縁性基板5と第二の絶縁性基板13の外縁、及び第一の枠体32と第二の枠体33の外側面は、略同一平面上に配置されている。

実装領域6は、第一の絶縁性基板5の表面5r上に配置され、実装領域14は、第二の絶縁性基板13の表面13r上に配置されている。実装領域6、14は、いずれもWまたはMoを主成分とする金属で構成されたメタライズ層として形成されている。実装領域6、14は、例えば、Mo−Mn、W−Mn等の金属からなるメタライズ層で構成することもできる。
また、このメタライズ層上に、Ni層、Ag層(又はNi層、Au層)の順に金属メッキ層を形成してもよい。

本実施例では、実装領域6上に1つの発光素子24が実装され、実装領域14上に1つの発光素子26が実装されているが、1つの実装領域上に複数の発光素子を実装してもよい。また、本実施例では、メタライズ層で構成された実装領域6に発光素子24が実装され、メタライズ層で構成された実装領域14に発光素子26が実装されているが、第一の絶縁性基板5上に直に発光素子24を実装し、第二の絶縁性基板13上に直に発光素子26を実装してもよい。また、発光素子24、26をそれぞれ電気接続用パターンに接続する方法としては、本実施例ではボンディングワイヤを介して接続しているが、発光素子24、26の下面で半田バンプ等によりパッドと接続するフリップチップボンディング方式により接続してもよい。

パッド7とパッド15は、ビア9、17及び金属製のヒートシンク2を介して電気的に接続されている。パッド7は、第一の絶縁性基板5の表面5r上に配置され、パッド15は、第二の絶縁性基板13の表面13r上に配置されている。パッド7、15は、WまたはMoを主成分とする金属で構成されたメタライズ層としてそれぞれ形成されている。パッド7、15は、例えば、Mo−Mn、W−Mn等の金属からなるメタライズ層で形成することもできる。
また、このメタライズ層上に、Ni層、Ag層(又はNi層、Au層)の順に金属メッキ層を形成してもよい。

パッド8は、第一の絶縁性基板5の表面5r上に配置され、外部電極12と電気的に接続されている。パッド16は、第二の絶縁性基板13の表面13r上に配置され、外部電極20と電気的に接続されている。パッド8、16は、WまたはMoを主成分とする金属で構成されたメタライズ層としてそれぞれ形成されている。パッド8、16は、例えば、Mo−Mn、W−Mn等の金属からなるメタライズ層で形成することもできる。
また、このメタライズ層上に、Ni層、Ag層(又はNi層、Au層)の順に金属メッキ層を形成してもよい。

ビア9は、パッド7とヒートシンク2を電気的に接続するものであり、第一の絶縁性基板5の表面5rと裏面5bとの間を貫通するように形成されている。ビア17は、パッド15とヒートシンク2を電気的に接続するものであり、第二の絶縁性基板13の表面13rと裏面13bとの間を貫通するように形成されている。ビア9は、WまたはMoを主成分とする金属粉末を含む導電性ペーストが第一の絶縁性基板5の表面5rと裏面5bとの間を貫く貫通孔内に充填され、ビア17は、WまたはMoを主成分とする金属粉末を含む導電性ペーストが第二の絶縁性基板13の表面13rと裏面13bとの間を貫く貫通孔内に充填されている。
なお、ビア9、17は、例えば、Mo−Mn、W−Mn等の金属からなる導電性ペーストで形成してもよい。

第一の枠体32は、パッド8の一部及びパッド7を囲み、かつ実装領域6の周囲を囲むように第一の絶縁性基板5の表面5r上に形成され、その中央部に発光素子24を収容するための貫通穴22を有し、発光素子24の発光光束を反射する。

第一の枠体32は、アルミナで構成される枠体ベース部10と、枠体ベース部10の貫通穴22の内壁面上に形成された金属層11とで構成されている。枠体ベース部10は、第一の絶縁性基板5と実質的に同一組成のセラミックスからなり、第一の絶縁性基板5の表面5r上に積層されて焼結一体化されている。
金属層11は、枠体ベース部10の貫通穴22の内壁面上に形成されたWまたはMoを主成分とする金属で構成されたメタライズ層と、このメタライズ層上にNi層、Ag層の順に配置された金属メッキ層とで構成されている。

第二の枠体33は、パッド16の一部及びパッド15を囲み、かつ実装領域14の周囲を囲むように第二の絶縁性基板13の表面13r上に形成され、その中央部に発光素子26を収容するための貫通穴23を有し、発光素子26の発光光束を反射する。

第二の枠体33は、アルミナで構成される枠体ベース部18と、枠体ベース部18の貫通穴23の内壁面上に形成された金属層19とで構成されている。枠体ベース部18は、第二の絶縁性基板13と実質的に同一組成のセラミックスからなり、第二の絶縁性基板13の表面13r上に積層されて焼結一体化されている。
金属層19は、枠体ベース部18の貫通穴23の内壁面上に形成されたWまたはMoを主成分とする金属で構成されたメタライズ層と、このメタライズ層上にNi層、Ag層の順に配置された金属メッキ層とで構成されている。

なお、枠体ベース部10、18は、上述したアルミナ以外に、例えば、窒化アルミニウム等のセラミックス材料を適用してもよい。金属層11、19の一部を構成するメタライズ層は、例えば、Mo−Mn、W−Mn等の金属で形成することもできる。
金属層11、19の一部を構成する金属メッキ層は、例えば、Pt、Pd、アルミニウム等の金属で構成されていてもよい。
また、第一の枠体32全体、第二の枠体33全体が、光反射率の高い、例えばアルミナ等の白色のセラミックスで構成されていてもよい。

本実施形態では、第一の枠体32は、平面視で略円形の貫通穴22を備え、外形が略正方形の枠体である。第一の枠体32は、貫通穴22(開口)の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴22の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。
第二の枠体33も、平面視で略円形の貫通穴23を備え、外形が略正方形の枠体である。第二の枠体33は、貫通穴23(開口)の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴23の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。

図2に示すように、本実施の形態では、第一の枠体32の内周面が第一の絶縁性基板5の表面5rに対して傾斜して形成され、貫通穴22の直径が上方に向かって大きくなるようになっている。なお、第一の枠体32の内周面は、第一の絶縁性基板5の表面5rに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴22の直径が上方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。
本実施の形態では、第二の枠体33の内周面は第二の絶縁性基板13の表面13rに対して傾斜して形成され、貫通穴22の直径が下方に向かって大きくなるようになっている。第二の枠体33の内周面は、第二の絶縁性基板13の表面13rに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴23の直径が下方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。

外部電極12は、発光素子24の駆動電流が供給される電極で、第一の枠体32の4つの外側面のうち、ヒートシンク2の突出端21が位置している側の1つの外側面(以下、「第一の平坦部」と称する)上に形成されている。外部電極20は、発光素子26の駆動電流が供給される電極で、第二の枠体33の4つの外側面のうち、ヒートシンク2の突出端21が位置している側の1つの外側面(以下、「第二の平坦部」と称する)上に形成されている。第一の平坦部と第二の平坦部は、略同一平面上に配置されているので、第一の平坦部の表面に形成された外部電極12と第二の平坦部の表面に形成された外部電極20も略同一平面上に配置されている。

外部電極12、20は、いずれもWまたはMoを主成分とする金属で構成されたメタライズ層上に、Ni層、Ag層(又はNi層、Au層)の順に配置された金属メッキ層が形成されている。
なお、外部電極12、20は、例えば、Mo−Mn、W−Mn等の金属からなるメタライズ層で形成してもよい。

本実施形態の発光素子収納用パッケージ1の製造方法を説明する。図3A〜図3Fは、発光素子収納用パッケージ1の製造工程を表す断面図である。

まず、第一の絶縁性基板5となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート5aと、第二の絶縁性基板13となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート13aと、枠体ベース部10となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート10aと、枠体ベース部18となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート18aとを用意した(図3A)。このようなセラミックスグリーンシートは、アルミナ(Al)セラミックス微粉末と有機結合材、可塑剤、溶剤などのセラミックススラリーを、周知のドクターブレード法を用いて得た。

セラミックスグリーンシート5aにビア9となるべき貫通孔9aを打ち抜き金型を用いて打ち抜き、セラミックスグリーンシート13aにビア17となるべき貫通孔17aを打ち抜き金型を用いて打ち抜いた。セラミックスグリーンシート10aに貫通穴22をテーパをつけて打ち抜き形成し、セラミックスグリーンシート18aに貫通穴23をテーパをつけて打ち抜き形成した(図3B)。なお、貫通穴22、23は、図3Bに示すようにテーパをつけて打ち抜くこともできるほか、厚さ方向に垂直に打ち抜くこともできる。

セラミックスグリーンシート5aの表面及び貫通孔9aにメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層6a、7a、8a、9bを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート13aの表面及び貫通孔17aにメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層14a、15a、16a、17bを形成した。
また、セラミックスグリーンシート10aの外側面の1つ(第一の平坦部)と、貫通穴22の内周面にもメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層11a、12aを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート18aの外側面の1つ(第二の平坦部)と、貫通穴23の内周面にもメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層19a、20aを形成した。(図3C)。グリーンシート表面への印刷には公知のスクリーン印刷方法を、貫通孔9a、17aの充填印刷には印刷面の反対側から吸引しながら印刷する方法を採用した。メタライズペーストには、WまたはMoを主成分とする金属粉末と溶剤とを混合したものを用いた。

未焼成メタライズ層6a、7a、8a、9bが形成されたセラミックスグリーンシート5aと、未焼成メタライズ層11a、12aが形成されたセラミックスグリーンシート10aとを積層し焼成すると、金属層11の一部を構成するメタライズ層、メタライズ層で構成された実装領域6、パッド7、8、ビア9、外部電極12が形成された、焼結一体化された第一の絶縁性基板5と第一の枠体10が得られた。
さらに、その後、実装領域6、パッド7、パッド8(第一の絶縁性基板5の表面5rと枠体ベース部10とに挟まれた領域を除く)、外部電極12のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ(図示せず)を施し、実装領域6、パッド7、8、外部電極12を形成した。また、金属層11の一部を構成するメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および銀メッキ層をこの順に形成する金属メッキ(図示せず)を施して、金属層11を形成し、第一の枠体32を形成した。このようにして、第一のパッケージ部3が得られた(図3D)。

同様に、未焼成メタライズ層14a、15a、16a、17bが形成されたセラミックスグリーンシート13aと、未焼成メタライズ層19a、20aが形成されたセラミックスグリーンシート18aとを積層し焼成すると、金属層19の一部を構成するメタライズ層、メタライズ層で構成された実装領域14、パッド15、16、ビア17、外部電極20が形成された、焼結一体化された第二の絶縁性基板13と第二の枠体18が得られた。
さらに、その後、実装領域14、パッド15、16(第二の絶縁性基板13の表面13rと枠体ベース部18とに挟まれた領域を除く)、外部電極20のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ(図示せず)を施し、実装領域14、パッド15、16、外部電極20を形成した。また、金属層19の一部を構成するメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および銀メッキ層をこの順に形成する金属メッキ(図示せず)を施して、金属層19を形成し、第二の枠体33を形成した。このようにして、第二のパッケージ部4が得られた(図3D)。

ヒートシンク2を用意した(図3E)。

第一のパッケージ部3と第二のパッケージ部4とがヒートシンク2を狭持するように、ヒートシンク2の表面と第一の絶縁性基板5の裏面5b、及びヒートシンク2の裏面と第二の絶縁性基板13の裏面13bをAg系ロウ材によりそれぞれ接合した(図3F)。このようにして、発光素子収納用パッケージ1が得られた。

なお、取り扱いを容易とし、多数の発光素子収納用パッケージ1を同時に効率よく製造するために、複数の発光素子収納用パッケージ1が縦横に配列された多数個取り用の基板を用いて作製することができる。多数個取り用の基板を用いて作製した場合には、例えば、上記のAg系ロウ材による接合後に、多数個取り用の基板に分割溝を形成しておき、これに沿って分割したり、スライシング法等により分割線に沿って切断することにより、個々の発光素子収納用パッケージ1が得られる。

以上のように、本実施形態の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ1は、発光素子24の実装領域6を有する第一のパッケージ部3と発光素子26の実装領域14を有する第二のパッケージ部4が、ヒートシンク2を挟んで対称に配置されている。そのため、発光素子24、26から発せられた熱を、ヒートシンクを通じて外部に放熱することができたので、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ1の放熱性を向上させることができた。

また、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ1は、第一のパッケージ部3の底部(第一の絶縁性基板5の裏面5b)及び第二のパッケージ部4の底部(第二の絶縁性基板13の裏面13b)が、ヒートシンク2の2つの主面(表面と裏面)と、ロウ材によってそれぞれ接合されている。ヒートシンク2と、第一の絶縁性基板5や第二の絶縁性基板13とが、熱伝導率の良いロウ材によってそれぞれ接合されるので、発光素子24、26から発せられた熱を、ヒートシンク2を通じて外部に放熱すること容易となり、発光素子収納用パッケージ1の放熱性を向上させることができた。

また、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ1は、発光素子24の実装領域6の周囲を囲む第一の枠体32と発光素子26の実装領域14の周囲を囲む第二の枠体33とを備えている。そのため、第一の枠体32及び第二の枠体33が発光素子24、26の発光光束をそれぞれ反射するため、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ1の反射効率を高めることができた。

図4は、発光素子収納用パッケージ1を機器類の実装基板51に実装した構造の一例を示す断面図である。発光素子収納用パッケージ1は、ヒートシンク2の突出端21が、第一の絶縁性基板5と第二の絶縁性基板13の外縁、及び第一の枠体32と第二の枠体33の外側面から突出している。このため、ヒートシンク2の突出端21を機器類の実装基板51に埋め込んで外部の放熱部材等(図示せず)と熱的に接触させることができた。ヒートシンク2の突出端21を機器類の実装基板51に埋め込んで実装することにより、発光素子収納用パッケージ1を実装基板51に安定に固定できるとともに、実装基板51の表面からの高さを大きく低減して全体の小型化を図ることができる。また、ヒートシンク2の突出端21を機器類の実装基板51に埋め込んで外部の放熱部材等と熱的に接触させることにより、放熱性の向上を図ることもできた。

また、発光素子収納用パッケージ1は、第一の枠体32の外側面のうちの突出端21の近傍に配置される第一の平坦部に外部電極12が形成され、第二の枠体33の外側面のうちの第一の平坦部と略同一平面上に配置される第二の平坦部に外部電極20が形成されている。このため、発光素子収納用パッケージ1を、機器類の実装基板51に実装する場合に、ヒートシンク2の突出端21を実装基板51に埋め込み、さらに、外部電極12、20がそれぞれ形成された第一の平坦部及び第二の平坦部を実装基板51の表面上に固定することができた。そのため、発光素子収納用パッケージ1を、より安定に固定して実装基板51に実装することが可能になった。また、外部電極12、20を実装基板51の表面上に接触させて固定することができたので、実装基板51から発光素子24、26の駆動電流を供給することが容易になった。

図5は、本発明の第一の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの変形例を表す上面図である。図6は、図5の発光素子収納用パッケージを図5のB−Bに沿って切断した状態を表す断面図である。この変形例は、以下の点において図1、図2に示した発光素子収納用パッケージ1と相違する。第一に、ヒートシンク28の周縁部が、第一の絶縁性基板5と第二の絶縁性基板13の外縁から突出する突出端29となっている。第二に、突出端29の表面がフィン形状で凹凸を有している。そのため、この変形例では、ヒートシンク28の突出端29の表面積を大きくすることができたので、前述した発光素子収納用パッケージ1と同様な効果が得られただけでなく、発光素子収納用パッケージの放熱性をより向上させることができた。

(第2の実施形態)
図7は本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージ35を表す上面図である。また、図8は、発光素子収納用パッケージ35を図7のC−Cに沿って切断した状態を表す断面図である。図1、図2に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図7及び図8に示すように、本実施形態の発光素子収納用パッケージ35は、ヒートシンク36と、第一のパッケージ部37と、第二のパッケージ部38とで構成されている。

図7及び図8では、発光素子24が、第一のパッケージ部37に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ25aを介してパッド8と電気的に接続され、パッド8は、外部電極12と電気的に接続されている。
発光素子26は、第二のパッケージ部38に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ27aを介してパッド16と電気的に接続され、パッド16は、外部電極20と電気的に接続されている。
さらに、発光素子24は、金属製のヒートシンク36を介して発光素子26と電気的に接続されている。

本実施形態の発光素子収納用パッケージ35は、以下の点において第一の実施形態での発光素子収納用パッケージ1と相違する。第一に、第一のパッケージ部37の第一の絶縁性基板39がその中央部に貫通孔49を備え、第二のパッケージ部43の第二の絶縁性基板43がその中央部に貫通孔50を備えている。第二に、ヒートシンク36が、基体部36aと、凸部36b、36cと、突出部36dとに区分できる。第三に、凸部36bは貫通孔49に挿入され、凸部36bの上面は発光素子24の実装領域とされ、凸部36cは貫通孔50に挿入され、凸部36cの下面は発光素子26の実装領域とされている。第四に、第一の絶縁性基板39の裏面39bとヒートシンク36の基体部36aの上面との接合面積や、第二の絶縁性基板43の裏面43bとヒートシンク36の基体部36aの下面との接合面積が小さくされている。第五に、第一の枠体41全体と第二の枠体45全体は、アルミナからなる白色のセラミックスで構成され、第一の枠体41の内周面と、第二の枠体45の内周面が反射面となっている。

ヒートシンク36は、基体部36aと、凸部36b、36cと、突出部36dとに区分できる。基体部36aの上面、下面の面積は、第一の絶縁性基板39や第二の絶縁性基板の裏面39b、43bの面積よりも小さく形成されている。
凸部36bは、基体部36aの上面上に配置され、基体部36aよりも第一の絶縁性基板39の表面に略平行な方向の幅が狭く、第一の絶縁性基板39の貫通孔49に挿入され、その上面を発光素子24の実装領域としている。
凸部36cは、基体部36aの下面上に配置され、基体部36aよりも第一の絶縁性基板39の表面に略平行な方向の幅が狭く、第二の絶縁性基板43の貫通孔50に挿入され、その下面を発光素子26の実装領域としている。

突出部36dは、基体部36aよりも第一の絶縁性基板39の表面に垂直な方向の幅が狭く、第一の絶縁性基板39の裏面39bや第二の絶縁性基板43の裏面43bとは接触せずに突出する部分である。また、突出部36dは、平面視で四角形の第一の絶縁性基板39と第二の絶縁性基板43の一側面から突出する突出端48を有している。
ヒートシンク36は、Cuで構成されている。ヒートシンク36の構成材料としては、上述したCu以外に、例えば、Cu合金、KOVAR等を適用してもよい。ヒートシンク36は、発光素子24、26から発せられた熱を外部に放熱する。

第一のパッケージ部37は、第一の絶縁性基板39と、パッド8と、第一の枠体41と、外部電極12とで構成されている。第二のパッケージ部38は、第二の絶縁性基板43と、パッド16と、第二の枠体45と、外部電極20とで構成されている。
本実施の形態では、第一のパッケージ部37と第二のパッケージ部38は、同じ構造であり、ヒートシンク36を挟んで対称に配置されている。なお、第一のパッケージ部37と第二のパッケージ部38を、異なる構造としてもよく、また、ヒートシンク36を挟んで対称に配置しなくてもよい。

第一の絶縁性基板39は、その中央に平面視で略円形の貫通孔49を備え、その外形は平面視が四角形で所要の厚みを有する直方体を呈し、アルミナを主成分とするグリーンシートを焼成した板状のものである。第二の絶縁性基板43は、その中央に平面視で略円形の貫通孔50を有しており、その外形は平面視が四角形で所要の厚みを有する直方体を呈し、アルミナを主成分とするグリーンシートを焼成した板状のものである。
貫通孔49は、第一の絶縁性基板39の表面39rと裏面39bとの間を貫通するように形成され、貫通孔50は、第二の絶縁性基板43の表面43rと裏面43bとの間を貫通するように形成されている。
なお、貫通孔49、50の形状が、平面視で略正方形としてもよい。

第一の絶縁性基板39、第二の絶縁性基板43の構成材料としては、上述したアルミナ以外に例えば、ガラス−アルミナ系のガラス−セラミックや窒化アルミニウム等のセラミックス材料を適用してもよいし、エポキシ樹脂等の各種樹脂を適用してもよい。
また、第一の絶縁性基板39、第二の絶縁性基板43の形状は、例えば、平面視で円形、楕円形、三角形、多角形の平板であってもよい。

第一の絶縁性基板39の裏面39bは、ヒートシンク36の基体部36aの上面のみとAg系ロウ材により接合され、第二の絶縁性基板43の裏面43bは、ヒートシンク49の基体部36aの下面のみとAg系ロウ材により接合されている。基体部36aの上面、下面の面積は、第一の絶縁性基板39や第二の絶縁性基板43の裏面39b、43bの面積よりも小さい。そのため、第一の絶縁性基板39の裏面39bと基体部36aの上面との接合面積や、第二の絶縁性基板43の裏面43bと基体部36aの下面との接合面積が小さくなっている。
なお、ロウ材としては、上述したAg系ロウ材以外に例えば、ニッケル系、アルミニウム系等のロウ材を適用してもよい。
なお、凸部36bの側面と貫通孔49の内壁面、及び凸部36cの側面と貫通孔50の内壁面は、接合されておらず空間となっている。

本実施の形態では、第一の絶縁性基板39と第二の絶縁性基板43の外縁、及び第一の枠体41と第二の枠体45の外側面は、略同一平面上に配置されている。

第一の枠体41は、パッド8の一部を囲み、かつ凸部36bを囲むように第一の絶縁性基板5の表面5r上に形成され、その中央部に発光素子24を収容するための貫通穴47を有している。第一の枠体41は、アルミナからなる白色のセラミックスで構成され、第一の枠体の内周面が反射面となって発光素子24の発光光束を反射する。
第一の枠体41は、第一の絶縁性基板39の表面39r上に焼結一体化され、第一の絶縁性基板39の貫通孔49と第一の枠体41の貫通穴47は連通している。

第二の枠体45は、パッド16の一部を囲み、かつ凸部36cを囲むように第二の絶縁性基板43の表面43r上に形成され、その中央部に発光素子26を収容するための貫通穴48を有している。第二の枠体45は、アルミナからなる白色のセラミックスで構成され、第二の枠体の内周面が反射面となって発光素子26の発光光束を反射する。
第二の枠体45は、第二の絶縁性基板43の表面43r上に焼結一体化され、第二の絶縁性基板43の貫通孔50と第二の枠体45の貫通穴48は連通している。

なお、第一の枠体41、第二の枠体45は、例えば、アルミナ等のセラミックス材料でベース部を構成し、このベース部の表面に、例えば、WまたはMoを主成分とする金属で構成されるメタライズ層を形成し、このメタライズ層上に、例えば、Ni層、Ag層の順に配置される金属メッキ層を施してもよい。

本実施形態では、第一の枠体41は、平面視で略円形の貫通穴47を備え、外形が略正方形の枠体である。第一の枠体41は、貫通穴47(開口)の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴47の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。
第二の枠体45も、平面視で略円形の貫通穴48を備え、外形が略正方形の枠体である。第二の枠体45は、貫通穴48(開口)の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴48の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。

図8に示すように、本実施の形態では、第一の枠体41の内周面が第一の絶縁性基板39の表面39rに対して傾斜して形成され、貫通穴47の直径が上方に向かって大きくなるようになっている。なお、第一の枠体41の内周面は、第一の絶縁性基板39の表面39rに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴47の直径が上方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。
本実施の形態では、第二の枠体45の内周面も第二の絶縁性基板43の表面43rに対して傾斜して形成され、貫通穴48の直径が下方に向かって大きくなるようになっている。第二の枠体45の内周面は、第二の絶縁性基板43の表面43rに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴48の直径が下方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。

外部電極12は、発光素子24の駆動電流が供給される電極で、第一の枠体41の4つの外側面のうち、ヒートシンク36の突出端48が位置している側の1つの外側面(以下、「第一の平坦部」と称する)上に形成されている。外部電極20は、発光素子26の駆動電流が供給される電極で、第二の枠体45の4つの外側面のうち、ヒートシンク36の突出端48が位置している側の1つの外側面(以下、「第二の平坦部」と称する)上に形成されている。第一の平坦部と第二の平坦部は、略同一平面上に配置されているので、第一の平坦部の表面に形成された外部電極12と第二の平坦部の表面に形成された外部電極20も略同一平面上に配置されている。

本実施形態の発光素子収納用パッケージ35の製造方法を説明する。図9A〜図9Fは、発光素子収納用パッケージ35の製造工程を表す断面図である。

まず、第一の絶縁性基板39となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート39aと、第二の絶縁性基板43となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート43aと、第一の枠体41となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート41aと、第二の枠体45となるべきアルミナ(Al)を主成分とするセラミックスグリーンシート45aとを用意した(図9A)。このようなセラミックスグリーンシートは、アルミナ(Al)セラミックス微粉末と有機結合材、可塑剤、溶剤などのセラミックススラリーを、周知のドクターブレード法を用いて得た。

セラミックスグリーンシート39aに貫通孔49を打ち抜き金型を用いて打ち抜き、セラミックスグリーンシート43aに貫通孔50を打ち抜き金型を用いて打ち抜いた。セラミックスグリーンシート41aに貫通穴47をテーパをつけて打ち抜き形成し、セラミックスグリーンシート45aに貫通穴48をテーパをつけて打ち抜き形成した(図9B)。なお、貫通穴47、48は、図9Bに示すようにテーパをつけて打ち抜くこともできるほか、厚さ方向に垂直に打ち抜くこともできる。

セラミックスグリーンシート39aの表面にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層8aを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート43aの表面にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層16aを形成した。
また、セラミックスグリーンシート41aの外側面の1つ(第一の平坦部)にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層12aを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート45aの外側面の1つ(第二の平坦部)にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層20aを形成した。(図9C)。グリーンシート表面への印刷には公知のスクリーン印刷方法を採用した。メタライズペーストには、WまたはMoを主成分とする金属粉末と溶剤とを混合したものを用いた。

未焼成メタライズ層8aが形成されたセラミックスグリーンシート39aと、未焼成メタライズ層12aが形成されたセラミックスグリーンシート41aとを積層し焼成すると、メタライズ層で構成されたパッド8、外部電極12が形成された、焼結一体化された第一の絶縁性基板39と第一の枠体41が得られた。
さらに、その後、パッド8(第一の絶縁性基板39の表面39rと第一の枠体41とに挟まれた領域を除く)、外部電極12のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ(図示せず)を施し、パッド8、外部電極12を形成した。このようにして、第一のパッケージ部37が得られた(図9D)。

同様に、未焼成メタライズ層16aが形成されたセラミックスグリーンシート43aと、未焼成メタライズ層20aが形成されたセラミックスグリーンシート45aとを積層し焼成すると、メタライズ層で構成されたパッド16、外部電極20が形成された、焼結一体化された第二の絶縁性基板43と第二の枠体45が得られた。
さらに、その後、パッド16(第二の絶縁性基板43の表面43rと第二の枠体45とに挟まれた領域を除く)、外部電極20のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ(図示せず)を施し、パッド16、外部電極20形成した。このようにして、第二のパッケージ部38が得られた(図9D)。

ヒートシンク36を用意した(図9E)。

ヒートシンク36の凸部36bが、第一の絶縁性基板39の貫通孔49に挿入され、ヒートシンク36の基体部36aの上面と第一の絶縁性基板39の裏面39bとをAg系ロウ材により接合した。ヒートシンク36の凸部36cが、第二の絶縁性基板43の貫通孔50に挿入され、ヒートシンク36の基体部36aの下面と第二の絶縁性基板43の裏面43bとをAg系ロウ材により接合した(図9F)。このようにして、発光素子収納用パッケージ35が得られた。

なお、前述したように、多数個取り用の基板を用いて作製し、分割して、個々の発光素子収納用パッケージ35を得てもよい。

以上のように、本実施形態の発光素子収納用パッケージ35も、突出端48を有するヒートシンク36と、第一の枠体41及び第一の平坦部に形成された外部電極12を有する第一のパッケージ部37と、第二の枠体45及び第二の平坦部に形成された外部電極20を有する第二のパッケージ部38とで構成されているため、第1の実施形態での発光素子収納用パッケージ1と同様の効果を得ることができた。
発光素子収納用パッケージ1と同様の効果に加えて、発光素子24、26がヒートシンク36に直接実装されるため、発光素子収納用パッケージ35の放熱性をさらに向上させることができた。
さらに、第一の絶縁性基板39とヒートシンク36との接合面積や、第二の絶縁性基板43とヒートシンク36との接合面積が小さくされている。そのため、これらをロウ付けにより接合しても、熱膨張係数の違いによる接合時の残留応力が緩和され、クラック発生等を低減できるので、発光素子収納用パッケージ35の耐久性を向上させることができた。

(その他の実施形態)
本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明の実施形態は、上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、発光素子収納用パッケージ1、35に実装される発光素子24、26としては、図1等に例示した発光ダイオード(LED)だけでなく、レーザーダイオード(LD)等の他の発光素子を適用することもできる。

本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを表す上面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを図1のA−Aに沿って切断した状態を表す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを機器類の実装基板に実装した構造の一例を示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの変形例を表す上面図である。 図5の発光素子収納用パッケージを図5のB−Bに沿って切断した状態を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを表す上面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを図7のC−Cに沿って切断した状態を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。

符号の説明

1,35…発光素子収納用パッケージ、2,28,36…ヒートシンク、3,30,37…第一のパッケージ部、4,31,38…第二のパッケージ部、5,39…第一の絶縁性基板、6,14…実装領域、7,8,15,16…パッド、9,17…ビア、10,18…枠体ベース部、11,19…金属層、12,20…外部電極、13,43…第二の絶縁性基板、21,29,48…突出端、22,23,47,48…貫通穴、24,26…発光素子、25a,25b,27a,27b…ボンディングワイヤ、32,41…第一の枠体、33,45…第二の枠体、36a…基体部、36b,36c…凸部、36d…突出部、49,50…貫通孔、51…実装基板。

Claims (6)

  1. ヒートシンクと、
    前記ヒートシンクを挟んで対向するように接合され、発光素子と電気的に接続されるパッドをそれぞれ備えた第一及び第二の絶縁性基板と、
    を具備することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  2. 前記第一及び第二の絶縁性基板と前記ヒートシンクとがロウ材によりそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子収納用パッケージ。
  3. 前記第一の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第一の絶縁性基板上に配置される第一の枠体と、
    前記第二の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第二の絶縁性基板上に配置される第二の枠体と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子収納用パッケージ。
  4. 前記ヒートシンクが、前記第一及び第二の絶縁性基板の外縁から突出する突出端を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光素子収納用パッケージ。
  5. 前記突出端の少なくとも一部が前記第一および前記第二の枠体の外側面から突出していることを特徴とする請求項4に記載の発光素子収納用パッケージ。
  6. 前記第一の枠体の外側面が、前記突出端の近傍に配置される第一の平坦部を有し、
    前記第二の枠体の外側面が、前記第一の平坦部と略同一平面上に配置される第二の平坦部を有していることを特徴とする請求項5に記載の発光素子収納用パッケージ。
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