JP2008218761A - Light emitting element storage package - Google Patents

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JP2008218761A JP2007054962A JP2007054962A JP2008218761A JP 2008218761 A JP2008218761 A JP 2008218761A JP 2007054962 A JP2007054962 A JP 2007054962A JP 2007054962 A JP2007054962 A JP 2007054962A JP 2008218761 A JP2008218761 A JP 2008218761A
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JP2007054962A
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Akihiro Hidaka
明弘 日高
Norikazu Fukunaga
憲和 福永
Yoshio Tsukiyama
良男 築山
Yoshikazu Mihara
芳和 三原
Masashi Tezuka
将志 手塚
Akihiko Sakamoto
晃彦 坂本
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting element storage package, excellent in reliability in its joint and inexpensive, which accurately flip-chip bonds the light emitting element and efficiently dissipates heat. <P>SOLUTION: The light emitting element storage package has, in the central part of an upper surface of an aluminum nitride multi-layered substrate 11, a connection pad 12 with a Cu film formed by an etching method for flip-chip bonding a light emitting element and a reflector 13 for surrounding the whole light emitting element to reflect light emitted, and in the outer periphery thereof, has an external connecting terminal 15 with a Cu film formed by the etching method to make an electrically conductive state with the external whilst being in a state electrically conductive with the connection pad 12, and plus, a heat plate 16 is installed by a clamping method such that it is in contact with the whole lower surface of the aluminum nitride multi-layered substrate 11, the heat plate 16 for dissipating heat from the light emitting element. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数個のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等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し、より詳細には、発光素子を窒化アルミニウム多層基板の上面にフリップチップ方式で実装でき、発光素子からの発光を反射体で反射させると共に、発光素子からの発熱を放熱させるための放熱体を取り付けできる発光素子収納用パッケージに関する。   The present invention relates to a light emitting element storage package for storing light emitting elements such as a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes), and more particularly, the light emitting elements can be mounted on an upper surface of an aluminum nitride multilayer substrate by a flip chip method. The present invention relates to a light-emitting element storage package in which light emitted from a light-emitting element is reflected by a reflector, and a heat dissipator for dissipating heat generated from the light-emitting element can be attached.

図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、複数個の発光素子がフリップチップ方式で実装される従来の発光素子収納用パッケージ、他の発光素子収納用パッケージを説明する。
図３（Ａ）に示すように、従来の発光素子収納用パッケージ５０は、発光素子を載置するために、セラミックや、樹脂を用いて基体５１を作製している。しかしながら、樹脂は、セラミックに比較して熱伝導率が低いので、放熱性を要求される発光素子収納用パッケージには不向きとなっている。そこで、基体５１には、例えば、樹脂に比較して熱伝導率の高いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックを用いることが多くなってきている。発光素子収納用パッケージにアルミナのセラミックを用いる場合には、先ず、アルミナからなる複数枚のセラミックグリーンシートを作製している。そして、それぞれのセラミックグリーンシートには、タングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を用いてスクリーン印刷し、それぞれのセラミックグリーンシートを重ね合わせて積層した後、焼成して導体配線パターンを設けたセラミック多層基板からなる基体５１を形成している。これにより、この発光素子収納用パッケージ５０には、基体５１の上面に発光素子をワイヤボンド方式や、フリップチップ方式で実装させるためのタングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる接続パッド５２が形成されている。また、発光素子収納用パッケージ５０には、基体５１の上面に発光素子を囲繞して発光素子からの発光を反射させるためのセラミックや、金属等からなる枠状の反射体５３が形成されている。更に、この発光素子収納用パッケージ５０には、基体５１の下面に、基体５１の上面の接続パッド５２と電気的に接続状態でタングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる外部接続端子パッド５４が形成されている。 With reference to FIGS. 3A and 3B, a conventional light-emitting element storage package in which a plurality of light-emitting elements are mounted in a flip-chip manner, and another light-emitting element storage package will be described.
As shown in FIG. 3A, a conventional light emitting element storage package 50 has a base 51 made of ceramic or resin for mounting the light emitting elements. However, since resin has a lower thermal conductivity than ceramic, it is not suitable for a light emitting element storage package that requires heat dissipation. Therefore, for example, an alumina (Al 2 O 3 ) ceramic having a higher thermal conductivity than that of a resin is often used for the base 51. When alumina ceramic is used for the light emitting element storage package, first, a plurality of ceramic green sheets made of alumina are produced. Each ceramic green sheet is screen-printed using a high melting point metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), and the ceramic green sheets are stacked and stacked, and then fired to form a conductor wiring. A substrate 51 made of a ceramic multilayer substrate provided with a pattern is formed. As a result, the light emitting element storage package 50 is formed with connection pads 52 made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum for mounting the light emitting elements on the upper surface of the substrate 51 by the wire bond method or the flip chip method. Has been. In the light emitting element storage package 50, a frame-like reflector 53 made of ceramic, metal, or the like is formed on the upper surface of the base 51 to surround the light emitting element and reflect light emitted from the light emitting element. . Further, the light emitting element storage package 50 has an external connection terminal pad 54 made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum in an electrically connected state with the connection pad 52 on the upper surface of the base 51 on the lower surface of the base 51. Is formed.

上記の発光素子収納用パッケージ５０は、発光素子からの発熱を放熱させるための、例えば、アルミニウム等を用いてフィン状に形成された放熱体５５を接合するのに、基体５１の下面に外部接続端子パッド５４を有するので、金属コア樹脂基板等のような比較的高熱伝導性を有する中継基板５６が用いられている。この中継基板５６には、上面に設ける導体配線５７に外部接続端子パッド５４を半田５９で接続した後、中継基板５６の下面に設ける接続用導体５８を介して放熱体５５に半田５９で接合している。なお、上記の発光素子収納用パッケージ５０に実装された発光素子は、外部接続端子パッド５４を接合させた中継基板５６上面の導体配線５７の延設先に電線等からなる外部接続端子６０を接合させることで外部と電気的な導通状態を形成している。   The light emitting element storage package 50 is connected to the lower surface of the base 51 for connecting a heat dissipation element 55 formed in a fin shape using, for example, aluminum to dissipate heat generated from the light emitting element. Since the terminal pad 54 is provided, a relay substrate 56 having a relatively high thermal conductivity such as a metal core resin substrate is used. After connecting the external connection terminal pad 54 to the conductor wiring 57 provided on the upper surface with the solder 59, the relay substrate 56 is joined to the radiator 55 via the connection conductor 58 provided on the lower surface of the relay substrate 56 with the solder 59. ing. The light-emitting element mounted on the light-emitting element storage package 50 has an external connection terminal 60 made of an electric wire or the like bonded to an extension destination of the conductor wiring 57 on the upper surface of the relay substrate 56 to which the external connection terminal pad 54 is bonded. By doing so, an electrical conduction state with the outside is formed.

図３（Ｂ）に示すように、従来の発光素子収納用パッケージ５０ａは、上記と同様のセラミックグリーンシートを用いて導体配線パターンを設けたセラミック多層基板からなる基体５１ａを形成している。そして、この発光素子収納用パッケージ５０ａの基体５１ａの上面には、上記の発光素子収納用パッケージ５０の場合と同様に、タングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる導体接続パッド５２や、セラミックや、金属等からなる枠状の反射体５３が形成されている。また、発光素子収納用パッケージ５０ａの基体５１ａの上面には、反射体５３の外側周辺部に、導体接続パッド５２と電気的に接続状態でタングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる外部接続端子パッド５４ａが形成されている。そして、発光素子収納用パッケージ５０ａに実装された発光素子は、外部接続端子パッド５４ａに電線等からなる外部接続端子６０を接合させることで外部と電気的な導通状態を形成している。また、この発光素子収納用パッケージ５０ａは、発光素子からの発熱を放熱させるための放熱体５５を接合するのに、基体５１ａの下面に設ける接続用導体５８ａを介して放熱体５５に直接半田５９で接合している。   As shown in FIG. 3B, a conventional light emitting element storage package 50a has a base 51a made of a ceramic multilayer substrate provided with a conductor wiring pattern using a ceramic green sheet similar to the above. Further, on the upper surface of the base 51a of the light emitting element storage package 50a, as in the case of the light emitting element storage package 50, a conductor connection pad 52 made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum, ceramic, A frame-like reflector 53 made of metal or the like is formed. Further, on the upper surface of the base 51a of the light emitting element storage package 50a, an external connection terminal made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is electrically connected to the conductor connection pad 52 on the outer periphery of the reflector 53. A pad 54a is formed. The light-emitting element mounted on the light-emitting element storage package 50a is electrically connected to the outside by bonding the external connection terminal 60 made of an electric wire or the like to the external connection terminal pad 54a. The light emitting element storage package 50a is directly soldered to the heat dissipating member 55 via a connecting conductor 58a provided on the lower surface of the base 51a to join the heat dissipating member 55 for dissipating heat generated from the light emitting element. It is joined with.

しかしながら、上記の発光素子収納用パッケージ５０は、基体５１と、放熱体５５との間の中継基板５６と、基体５１と中継基板５６との間に接続部を除いて隙間があるので、発光素子からの発熱の基体５１を通して放熱体５５への熱伝導性が低くなり、放熱性の低下となっている。また、上記の発光素子収納用パッケージ５０ａは、それぞれの熱膨張係数の異なるセラミックからなる基体５１ａと、金属からなる放熱体５５を半田５９で接合しているので、繰り返しの加熱、冷却によって接合部材間のそれぞれの熱膨張係数の差からの歪みで半田５９にクラック等が発生し、接合信頼性の低下となっている。更に、上記の発光素子収納用パッケージ５０、５０ａは、熱伝導率が樹脂より優れるアルミナを用いたセラミック多層基板からなる基体５１、５１ａを用いて形成されたとしても、近年の発光効率の向上が求められる電子機器への使用では、発光素子からの発熱が増大して、この発熱を効率的に放熱させるための熱伝導率が小さく、発光効率を向上させることができなくなっている。   However, since the light emitting element storage package 50 has a gap except for the connecting portion between the base 51 and the heat dissipation body 55 and the connection between the base 51 and the relay board 56, the light emitting element The heat conductivity to the heat radiating body 55 is reduced through the base body 51 that generates heat from the heat, and the heat radiating performance is lowered. Further, in the light emitting element storage package 50a, the base 51a made of ceramic having different thermal expansion coefficients and the heat radiating body 55 made of metal are joined by the solder 59, so that the joining member is repeatedly heated and cooled. Cracks and the like are generated in the solder 59 due to distortions due to differences in thermal expansion coefficients between them, resulting in a decrease in bonding reliability. Further, even if the light emitting element storage packages 50 and 50a described above are formed using the bases 51 and 51a made of a ceramic multilayer substrate using alumina whose thermal conductivity is superior to that of the resin, the recent improvement in luminous efficiency can be achieved. In the required use for electronic equipment, heat generation from the light emitting element is increased, the thermal conductivity for efficiently radiating the heat generation is small, and the light emission efficiency cannot be improved.

従来の発光素子収納用パッケージには、セラミック多層基板に窒化アルミニウムからなるセラミックグリーンシートを積層し、焼成して白色度が高く、発光素子からの発光の反射率を向上させることができると共に、熱伝導率が高く、発光素子からの発熱を効率的に放熱させることができるパッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の発光素子収納用パッケージには、フリップチップ方式で発光素子を実装するための基体が第１の金属板と、第２の金属板との間に互いの金属板を絶縁する絶縁体を対向する側縁間に介在させたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子が上面に実装される実装基板の下面の外周辺部に弾性変形可能な外部接続用電極と、中央部に金属板からなる放熱体を設けた構成のパッケージや、セラミック多層基板の中央部を刳り貫いた部分に放熱体を設けて、この放熱体の上面に発光素子を搭載するパッケージが提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子が実装されるシリコンサブマウントを放熱体に接合させたものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。 In a conventional light emitting element storage package, a ceramic green sheet made of aluminum nitride is laminated on a ceramic multilayer substrate and fired to increase whiteness, improve the reflectance of light emitted from the light emitting element, A package that has high conductivity and can efficiently dissipate heat generated from a light emitting element has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In a conventional light-emitting element storage package, a base for mounting a light-emitting element by a flip-chip method has an insulator that insulates a metal plate between a first metal plate and a second metal plate. The thing intervened between the side edges which do is proposed (for example, refer patent document 2).
A conventional light emitting element storage package is provided with an external connection electrode that can be elastically deformed on the outer periphery of the lower surface of the mounting substrate on which the light emitting element is mounted, and a heat radiator made of a metal plate at the center. And a package in which a heat radiating body is provided in a portion penetrating the central portion of the ceramic multilayer substrate and a light emitting element is mounted on the upper surface of the heat radiating body (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). ).
As a conventional light emitting element storage package, a silicon submount on which a light emitting element is mounted is bonded to a heat radiator (for example, see Patent Document 5).

特開２００５−１９１０６５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-191065 特開２００４−１５２８０８号公報JP 2004-152808 A 特開２００６−３０３３９６号公報JP 2006-303396 A 特開２００６−３２８０４号公報JP 2006-32804 A 特開２００５−３５４０６７号公報JP 2005-354067 A

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）特開２００５−１９１０６５号公報で開示されるような発光素子収納用パッケージは、セラミック多層基板に熱伝導率に優れる窒化アルミニウム多層基板を用いたとしても、近い将来の発光素子が１００ｌｍ／Ｗ（ルーメン毎ワット）を超えるような発光効率を求められる自動車用ヘッドランプや、街路灯等のランプとして用いられる場合には、発光素子からの発熱が大きく、放熱性が充分でないので、ランプの発光効率の低下となり、厳しい信頼性要求品質を満足させることができなくなっている。
（２）特開２００４−１５２８０８号公報で開示されるような発光素子収納用パッケージは、１個の発光素子を搭載する場合の基体には、放熱性に優れるパッケージとして好ましい形態であるが、複数個の発光素子を搭載させる場合には、電気的導通を形成するための配線が複雑となり、発光素子収納用パッケージのコストアップとなっている。
（３）特開２００６−３０３３９６号公報、特開２００６−３２８０４号公報で開示されるような発光素子収納用パッケージは、基体の下面の中央部にのみ放熱体が接合されるので、発光素子からの発熱の放熱性が充分でなく、発光素子の発光効率を向上させることができなくなっている。
（４）特開２００５−３５４０６７号公報で開示されるような発光素子収納用パッケージは、発光素子が搭載されるシリコンサブマウントが熱伝導率が低いので、例え、シリコンサブマウントの下面に放熱体を接合して設けたとしても、充分な放熱性が得られなく、発光素子の発光効率を向上させることができなくなっている。 However, the conventional light emitting element storage package as described above has the following problems.
(1) In the light emitting element storage package as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-191665, even if an aluminum nitride multilayer substrate having excellent thermal conductivity is used for the ceramic multilayer substrate, the light emitting element in the near future is 100 lm / When used as an automotive headlamp or street lamp that requires a luminous efficiency exceeding W (lumen per watt), the heat generated from the light emitting element is large and the heat dissipation is not sufficient. Luminous efficiency is reduced, and it is impossible to satisfy strict reliability required quality.
(2) A package for housing a light emitting element as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-152808 is a preferable form as a package having excellent heat dissipation for a substrate in which one light emitting element is mounted. In the case of mounting individual light emitting elements, wiring for forming electrical continuity is complicated, which increases the cost of the light emitting element storage package.
(3) In the light emitting element storage package as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-303396 and 2006-32804, the heat radiating body is bonded only to the central portion of the lower surface of the base. The heat dissipation of the heat generation is not sufficient, and the light emission efficiency of the light emitting element cannot be improved.
(4) In the light emitting element storage package as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-354067, the silicon submount on which the light emitting element is mounted has low thermal conductivity. Even if they are joined, sufficient heat dissipation cannot be obtained, and the light emission efficiency of the light emitting element cannot be improved.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、複数個の発光素子を精度よくフリップチップ方式で実装でき、発光素子からの発熱を効率的に放熱させることができ、接続部の信頼性に優れる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。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a plurality of light emitting elements can be mounted with high accuracy by a flip chip method, heat generated from the light emitting elements can be efficiently radiated, and the reliability of the connection portion can be reduced. An object of the present invention is to provide an inexpensive light-emitting element storage package that is excellent in performance.

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、窒化アルミニウム多層基板の上面の中央部に、複数個の発光素子をフリップチップ方式で実装させるためのＣｕ膜のエッチング方式で形成される接続パッドと、発光素子の全てを囲繞して発光素子からの発光を反射させるための反射体を有すると共に、窒化アルミニウム多層基板の上面の反射体の外側周辺部に、接続パッドと電気的に導通状態で外部とフレキシブル配線基板を介して電気的に導通状態とするためのＣｕ膜のエッチング方式で形成される外部接続端子パッドを有し、しかも、窒化アルミニウム多層基板の下面全面に当接して、発光素子からの発熱を放熱させるための放熱体が反射体の外側周辺部においての締め付け方式で取り付けられる。   The light-emitting element storage package according to the present invention that meets the above-described object is a connection formed by etching a Cu film for mounting a plurality of light-emitting elements in a flip-chip manner at the center of the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate. A pad and a reflector that surrounds all of the light emitting elements and reflects light emitted from the light emitting elements, and is electrically connected to the connection pads on the outer periphery of the reflector on the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate And having external connection terminal pads formed by an etching method of Cu film for electrically connecting to the outside through a flexible wiring board, and in contact with the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate to emit light A heat radiator for dissipating heat generated from the element is attached by a tightening method in the outer peripheral portion of the reflector.

ここで、上記の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム多層基板の下面全面にＣｕ膜を有し、発光素子からの発熱をＣｕ膜を介して放熱させるための放熱体が当接され、締め付け方式で取り付けられるのがよい。   Here, the light emitting element storage package has a Cu film on the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate, and a heat dissipator for dissipating heat from the light emitting element through the Cu film is in contact with the package. It is good to be attached with.

請求項１又はこれに従属する請求項２記載の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム多層基板の上面の中央部に、複数個の発光素子をフリップチップ方式で実装させるためのＣｕ膜のエッチング方式で形成される接続パッドと、発光素子の全てを囲繞して発光素子からの発光を反射させるための反射体を有すると共に、窒化アルミニウム多層基板の上面の反射体の外側周辺部に、接続パッドと電気的に導通状態で外部とフレキシブル配線基板を介して電気的に導通状態とするためのＣｕ膜のエッチング方式で形成される外部接続端子パッドを有し、しかも、窒化アルミニウム多層基板の下面全面に当接して、発光素子からの発熱を放熱させるための放熱体が反射体の外側周辺部においての締め付け方式で取り付けられるので、高熱伝導率のＣｕ膜の接続パッドを設ける高熱伝導率の窒化アルミニウム多層基板、これを直接半田のような剛体接続ではなく、締め付け方式で窒化アルミニウム多層基板の下面全面に取れ付けた放熱体からなり、それぞれの部材に熱膨張係数の差があったとしても、接合に半田を用いた場合のような半田クラックを発生させるようなことなく実装され、接合信頼性を向上できると共に、発光素子からの発熱を速やかにパッケージ外部へ放熱させることができ、発光素子の発熱による発光効率の低下を抑えて発光効率を向上させることができる。また、複数個のそれぞれの発光素子をＣｕ膜のエッチング方式で形成される高寸法精度の接続パッドにフリップチップ方式で実装してそれぞれの発光素子の発光効率を最大限に引き出すことができると共に、全体としての発光効率を向上でき、しかも、発光素子の全てを囲繞する反射体で全体としての発光効率を更に向上させることができる。更に、複数個の発光素子を搭載させるための接続パッド等の導体配線は、Ｃｕ膜のエッチング方式で容易に形成することができるので、安価な発光素子収納用パッケージを提供することができる。更に、また、発光素子は、搭載するための接続パッドがＣｕ膜のエッチング方式で形成され、寸法精度に優れるので、シリコンからなるサブマウント上に搭載する必要がなく、直接窒化アルミニウム多層基板に搭載でき、発熱を熱伝導率の高い窒化アルミニウム多層基板に速やかに伝熱させることができる。   The light-emitting element storage package according to claim 1 or claim 2 dependent thereon is a Cu film etching method for mounting a plurality of light-emitting elements in a flip-chip manner at the center of the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate. And a connection pad that surrounds all of the light-emitting elements and reflects light emitted from the light-emitting elements, and on the outer periphery of the reflector on the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate, It has an external connection terminal pad formed by an etching method of a Cu film for electrically connecting with the outside through a flexible wiring board in an electrically conductive state, and on the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate. A heat sink for contacting and dissipating the heat generated from the light emitting element is attached by tightening the outer periphery of the reflector. High thermal conductivity aluminum nitride multilayer board with a Cu film connection pad with a high rate of heat, this is not a rigid connection like direct solder, but a heat sink attached to the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer board by a clamping method, Even if there is a difference in coefficient of thermal expansion between the components, it can be mounted without generating solder cracks as in the case of using solder for bonding, improving the bonding reliability and generating heat from the light emitting element. The heat can be quickly radiated to the outside of the package, and the light emission efficiency can be improved by suppressing the decrease in the light emission efficiency due to the heat generation of the light emitting element. In addition, a plurality of light emitting elements can be mounted on a high dimensional accuracy connection pad formed by a Cu film etching method by a flip chip method to maximize the light emission efficiency of each light emitting device, The light emission efficiency as a whole can be improved, and the light emission efficiency as a whole can be further improved by a reflector surrounding all of the light emitting elements. Furthermore, since conductor wiring such as connection pads for mounting a plurality of light emitting elements can be easily formed by a Cu film etching method, an inexpensive light emitting element storage package can be provided. In addition, the light-emitting element is mounted directly on the aluminum nitride multilayer substrate without the need to mount it on a silicon submount because the connection pads for mounting are formed by a Cu film etching method and have excellent dimensional accuracy. The generated heat can be quickly transferred to the aluminum nitride multilayer substrate having a high thermal conductivity.

特に、請求項２記載の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム多層基板の下面全面にＣｕ膜を有し、発光素子からの発熱をＣｕ膜を介して放熱させるための放熱体が当接され、締め付け方式で取り付けられるので、熱伝導率の高いＣｕ膜が窒化アルミニウム多層基板と、放熱体との間の密着性を向上でき、発光素子からの発熱を速やかに放熱体に伝熱させて放熱効率を向上でき、発光素子の発熱による発光効率の低下を抑えて発光素子の発光効率を向上させることができる。   In particular, the light emitting element storage package according to claim 2 has a Cu film on the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate, and a heat radiator for dissipating heat generated from the light emitting element through the Cu film is in contact with the Cu film. Since it is attached by the tightening method, the Cu film with high thermal conductivity can improve the adhesion between the aluminum nitride multilayer substrate and the heat sink, and the heat generated from the light emitting element is quickly transferred to the heat sink. The light emission efficiency of the light emitting element can be improved by suppressing the decrease of the light emission efficiency due to the heat generation of the light emitting element.

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は同発光素子収納用パッケージの変形例の説明図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
FIG. 1 is an explanatory view of a light emitting element storage package according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of a modification of the light emitting element storage package.

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、形状を限定するものではないが、例えば、四角形からなる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）多層基板１１を複数個のＬＥＤ等の発光素子を搭載させるための基体としている。この窒化アルミニウムは、例えば、１２０Ｗ／ｍ・Ｋや、１７０Ｗ／ｍ・Ｋといった高熱伝導率を有しているので、高熱を発する発光素子の熱による発光効率の低下を抑えるために、速やかな放熱を促進できる基体として好適な材料となっている。この発光素子収納用パッケージ１０は、窒化アルミニウム多層基板１１の上面の中央部に、複数個の発光素子をフリップチップ方式で実装させるための接続パッド１２を有している。フリップチップ方式で実装される発光素子は、下面側を接続端子として、上面側の発光部分を大きくすることができると同時に、ボンディング方式のような上面側にボンディングワイヤ等の発光を遮るような障害物がないので、発光素子からの発光を効率的に発光させることができる。上記の接続パッド１２は、発光素子をフリップチップ方式で精度よく接合して搭載するために、窒化アルミニウム多層基板１１にＣｕ厚膜印刷焼成法でＣｕ膜を形成した後、パッドパターンを残すようにして形成するエッチング方式で寸法精度のよいパッドパターンに形成している。また、接続パッド１２は、Ｃｕ膜で形成されるＣｕの高熱伝導率によって、発光素子からの発熱を速やかに伝熱させることができる。   As shown in FIG. 1, the light emitting element storage package 10 according to an embodiment of the present invention is not limited in shape, but, for example, a plurality of aluminum nitride (AlN) multilayer substrates 11 each having a quadrangular shape are provided. The substrate is used for mounting a light emitting element such as an LED. Since this aluminum nitride has a high thermal conductivity such as 120 W / m · K or 170 W / m · K, for example, rapid heat dissipation is possible in order to suppress a decrease in luminous efficiency due to heat of the light emitting element that emits high heat. It is a material suitable as a substrate capable of promoting the above. The light emitting element storage package 10 has a connection pad 12 for mounting a plurality of light emitting elements in a flip-chip manner at the center of the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate 11. Light-emitting elements mounted by flip-chip method can use the lower surface side as a connection terminal to enlarge the light-emitting part on the upper surface side, and at the same time, obstruct the light emission of bonding wires etc. on the upper surface side like the bonding method Since there is no thing, the light emission from the light emitting element can be efficiently emitted. In order to attach and mount the light emitting element with a flip chip method with high accuracy, the connection pad 12 is formed by leaving a pad pattern after forming a Cu film on the aluminum nitride multilayer substrate 11 by a Cu thick film printing and baking method. The pad pattern with good dimensional accuracy is formed by an etching method. Further, the connection pad 12 can quickly transfer heat generated from the light emitting element due to the high thermal conductivity of Cu formed of the Cu film.

ここで、窒化アルミニウムのセラミックグリーンシートを用いて形成する窒化アルミニウム多層基板１１の製造方法を簡単に説明する。窒化アルミニウムのセラミックグリーンシートは、先ず、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を適当量加えた粉末に、可塑剤と、バインダー、及び溶剤を加え、十分に混練し、脱泡してスラリーを作製し、ドクターブレード法等によって、所望の厚みのシート状にしている。そして、シート状からは、適当なサイズの矩形状に切断したセラミックグリーンシートを作製している。次いで、セラミックグリーンシートには、１又は複数枚に、接続パッド１２と外部接続端子パッド１５を多層構造で電気的に導通状態とするために、ビア用の貫通孔を打ち抜きプレス等で成形して形成している。次いで、それぞれのセラミックグリーンシートには、タングステンや、モリブデン等の高融点金属を用いてビア導体や、配線導体パターンをスクリーン印刷で形成した後、全てのセラミックグリーンシートを重ね合わせて温度と圧力をかけて一体化して積層体を形成している。次いで、積層体は、高温で焼成して窒化アルミニウム多層基板１１を作製している。   Here, a method of manufacturing the aluminum nitride multilayer substrate 11 formed using an aluminum nitride ceramic green sheet will be briefly described. First, a ceramic green sheet of aluminum nitride is prepared by adding a plasticizer, a binder, and a solvent to a powder obtained by adding an appropriate amount of a sintering aid to aluminum nitride powder, thoroughly kneading, and defoaming to prepare a slurry. The sheet has a desired thickness by a doctor blade method or the like. And from the sheet form, the ceramic green sheet cut | disconnected to the rectangular shape of a suitable size is produced. Next, in the ceramic green sheet, via holes are formed by punching or the like in one or a plurality of sheets in order to electrically connect the connection pads 12 and the external connection terminal pads 15 with a multilayer structure. Forming. Next, on each ceramic green sheet, via conductors and wiring conductor patterns are formed by screen printing using a refractory metal such as tungsten or molybdenum, and then all ceramic green sheets are superposed to adjust the temperature and pressure. To form a laminate. Next, the laminate is fired at a high temperature to produce the aluminum nitride multilayer substrate 11.

上記の発光素子収納用パッケージ１０は、窒化アルミニウム多層基板１１の上面の中央部に実装される複数個の発光素子の全てを囲繞して発光素子からの発光を反射させるための反射体１３を有している。この反射体１３は、形状を限定するものではないが、例えば、平面視して円形のセラミックや、金属等からなり、通常、内周面に傾斜を持たせ、更に傾斜面に銀めっき被膜等を形成したりして反射効率を向上できるようにしている。窒化アルミニウム多層基板１１と反射体１３の接合には、樹脂や、ガラスや、ろう材等が用いられている。   The light emitting element storage package 10 includes a reflector 13 that surrounds all of the plurality of light emitting elements mounted on the central portion of the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate 11 and reflects light emitted from the light emitting elements. is doing. Although this reflector 13 is not limited in shape, it is made of, for example, a circular ceramic or metal in plan view, and usually has an inner peripheral surface with an inclination, and a silver plating film on the inclined surface. In this way, the reflection efficiency can be improved. For joining the aluminum nitride multilayer substrate 11 and the reflector 13, resin, glass, brazing material, or the like is used.

また、この発光素子収納用パッケージ１０は、窒化アルミニウム多層基板１１の上面の反射体１３の外側周辺部に、接続パッド１２と電気的に導通状態で外部とフレキシブル配線基板１４を介して電気的に導通状態とするための外部接続端子パッド１５を有している。この外部接続端子パッド１５は、接続パッド１２と同様に、窒化アルミニウム多層基板１１にＣｕ厚膜印刷焼成法でＣｕ膜を形成した後、パッドパターンを残すようにして形成するエッチング方式で形成している。なお、外部接続端子パッド１５と接続パッド１２は、反射体１３が形成される前の窒化アルミニウム多層基板１１の同一面にあるので、同時に形成することができる。   The light-emitting element storage package 10 is electrically connected to the outside periphery of the reflector 13 on the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate 11 through the flexible wiring board 14 and the outside in an electrically conductive state with the connection pads 12. An external connection terminal pad 15 is provided for conducting. As with the connection pads 12, the external connection terminal pads 15 are formed by an etching method in which a Cu film is formed on the aluminum nitride multilayer substrate 11 by a Cu thick film printing and baking method, and then the pad pattern is left. Yes. Note that the external connection terminal pads 15 and the connection pads 12 are on the same surface of the aluminum nitride multilayer substrate 11 before the reflector 13 is formed, and thus can be formed simultaneously.

更に、この発光素子収納用パッケージ１０には、窒化アルミニウム多層基板１１の下面全面に当接して、発光素子からの発熱を放熱させるためのアルミニウム等の金属からなるフィン状の放熱体１６が取り付けられるようになっている。この放熱体１６と窒化アルミニウム多層基板１１は、反射体１３の外側周辺部においての締め付け方式で取り付けられるようになっている。この締め付け方式での取り付けには、かしめ止め、ねじ止め、挟み止め等があり、いずれも両者を機械的に締め付けることで当接させている。放熱体１６と窒化アルミニウム多層基板１１の締め付け方式での放熱効果は、従来の中継基板を用いて半田で接合の場合に比して、１．４倍の性能の向上がシミュレーションによって確認されている。   Furthermore, a fin-like heat radiator 16 made of a metal such as aluminum for dissipating heat generated from the light-emitting element is attached to the light-emitting element storage package 10 in contact with the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate 11. It is like that. The heat dissipating body 16 and the aluminum nitride multilayer substrate 11 are attached by a fastening method at the outer peripheral portion of the reflector 13. Mounting by this tightening method includes caulking, screwing, pinching, and the like, all of which are brought into contact by mechanically tightening. The heat dissipation effect in the fastening method of the radiator 16 and the aluminum nitride multilayer substrate 11 has been confirmed by simulation to be 1.4 times the performance improvement as compared with the case of joining with solder using a conventional relay substrate. .

次いで、図２を参照しながら、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の変形例を説明する。
図２に示すように、発光素子収納用パッケージ１０の変形例の発光素子収納用パッケージ１０ａは、基本的に発光素子収納用パッケージ１０と同様な形態を有しているので、異なる部分のみ説明する。この発光素子収納用パッケージ１０ａには、下面全面にＣｕ厚膜印刷焼成法等で形成されるベタ状のＣｕ膜１７を有する窒化アルミニウム多層基板１１ａが用いられている。この発光素子収納用パッケージ１０ａは、放熱体１６と窒化アルミニウム多層基板１１ａを締め付け方式で当接させた時に、窒化アルミニウム多層基板１１ａ上に搭載された発光素子からの発熱をベタ状のＣｕ膜１７を介して速やかに放熱体１６に伝熱させることができ、放熱性を向上させることができるようになっている。 Next, a modification of the light emitting element storage package 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, a light emitting element housing package 10a, which is a modification of the light emitting element housing package 10, basically has the same form as the light emitting element housing package 10, and therefore only different parts will be described. . In this light emitting element storage package 10a, an aluminum nitride multilayer substrate 11a having a solid Cu film 17 formed on the entire lower surface by a Cu thick film printing and firing method or the like is used. The light-emitting element storage package 10a has a solid Cu film 17 that generates heat from the light-emitting elements mounted on the aluminum nitride multilayer substrate 11a when the radiator 16 and the aluminum nitride multilayer substrate 11a are brought into contact with each other by a fastening method. It is possible to quickly transfer heat to the heat dissipating body 16 through the heat exchanger, thereby improving heat dissipation.

本発明の発光素子収納用パッケージは、１００ｌｍ／Ｗ（ルーメン毎ワット）を超えるような発光効率を求められる自動車用ヘッドランプや、街路灯等のランプとして用いることができる。   The light-emitting element storage package of the present invention can be used as a lamp for automobile headlamps or street lamps that require light-emitting efficiency exceeding 100 lm / W (lumen per watt).

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である。These are explanatory drawings of the package for light emitting element accommodation which concerns on one embodiment of this invention. は同発光素子収納用パッケージの変形例の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a modification of the light emitting element storage package. （Ａ）、（Ｂ）は従来の発光素子収納用パッケージ、他の従来の発光素子収納用パッケージの説明図である。(A), (B) is explanatory drawing of the conventional light emitting element accommodation package and the other conventional light emitting element accommodation package.

符号の説明Explanation of symbols

１０、１０ａ：発光素子収納用パッケージ、１１、１１ａ：窒化アルミニウム多層基板、１２：接続パッド、１３：反射体、１４：フレキシブル配線基板、１５：外部接続端子パッド、１６：放熱体、１７：Ｃｕ膜   10, 10a: Light-emitting element storage package, 11, 11a: Aluminum nitride multilayer substrate, 12: Connection pad, 13: Reflector, 14: Flexible wiring board, 15: External connection terminal pad, 16: Heat radiator, 17: Cu film

Claims (2)

窒化アルミニウム多層基板の上面の中央部に、複数個の発光素子をフリップチップ方式で実装させるためのＣｕ膜のエッチング方式で形成される接続パッドと、前記発光素子の全てを囲繞して該発光素子からの発光を反射させるための反射体を有すると共に、前記窒化アルミニウム多層基板の上面の前記反射体の外側周辺部に、前記接続パッドと電気的に導通状態で外部とフレキシブル配線基板を介して電気的に導通状態とするための前記Ｃｕ膜のエッチング方式で形成される外部接続端子パッドを有し、しかも、前記窒化アルミニウム多層基板の下面全面に当接して、前記発光素子からの発熱を放熱させるための放熱体が前記反射体の外側周辺部においての締め付け方式で取り付けられることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。   A connection pad formed by a Cu film etching method for mounting a plurality of light emitting elements in a flip-chip manner at the central portion of the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate, and surrounding all of the light emitting elements A reflector for reflecting light emitted from the aluminum nitride multi-layer substrate, and the outer peripheral portion of the reflector on the upper surface of the aluminum nitride multilayer substrate is electrically connected to the connection pad through the outside and a flexible wiring board. An external connection terminal pad formed by the etching method of the Cu film for making it electrically conductive, and in contact with the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate to dissipate heat generated from the light emitting element. A light emitting element storage package, wherein a heat dissipating body is attached by a tightening method in an outer peripheral portion of the reflector. 請求項１記載の発光素子収納用パッケージにおいて、前記窒化アルミニウム多層基板の下面全面に前記Ｃｕ膜を有し、前記発光素子からの発熱を前記Ｃｕ膜を介して放熱させるための前記放熱体が当接され、前記締め付け方式で取り付けられることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。   2. The light emitting element storage package according to claim 1, wherein the Cu film is provided on the entire lower surface of the aluminum nitride multilayer substrate, and the heat radiator for dissipating heat from the light emitting element through the Cu film is applied. A package for storing light emitting elements, wherein the package is attached and attached by the tightening method.
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