JP2010087181A - Package for optical elements, semiconductor light emitting apparatus, and illuminator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDをはじめとする光素子を搭載するマウント部と、光素子を外部に電気接続するためのリードとを備える光素子用パッケージに関する。 The present invention relates to an optical element package including a mount portion on which an optical element such as an LED is mounted, and leads for electrically connecting the optical element to the outside.
発光ダイオード(LED)などの光素子をパッケージする光素子用パッケージとして、光素子を搭載するベースを有し、光素子から外部回路に電気接続するためのリードが設けられたものが知られている。そして、この光素子用パッケージに、光素子を搭載し、当該光素子と導電部材とをワイヤボンディングし、透明樹脂で封止することによって半導体発光装置が形成される。 2. Description of the Related Art As a package for an optical element for packaging an optical element such as a light emitting diode (LED), a package having a base on which the optical element is mounted and a lead for electrically connecting the optical element to an external circuit is known. . Then, an optical element is mounted on the optical element package, the optical element and the conductive member are wire-bonded, and sealed with a transparent resin to form a semiconductor light emitting device.
図10は特許文献1に開示された半導体発光装置118を示す図である。
この半導体発光装置118において、セラミック基体102は、Al2O3やAlNなどからなり、リード端子106を挿通させる貫通孔107が形成されている。
貫通孔107には、リード端子106のリード部104が貫通し、硼珪酸ガラスからなる封着ガラス108が充填され、絶縁性と気密性を保つ様に封着されている。素子接続端子103は、セラミック基体102の上面側に面し、実装端子105はセラミック基体102の底面側に面する様に配置されている。
FIG. 10 is a diagram showing a semiconductor light emitting device 118 disclosed in
In this semiconductor light emitting device 118, the
The
セラミック基体102上には、銅または銅合金からなる素子搭載部材109が、Ag合金などからなるろう材110でろう付けされている。
素子搭載部材109には、素子搭載凹部111がカップ形状に形成され、凹部表面には銀または銀合金被膜114が形成されている。素子搭載凹部111に搭載された光半導体素子113は、導電性ワイヤー115により素子接続端子103と接続されている。
On the
In the
セラミック基体102上には、光半導体素子113を覆うように、透光部116を有する蓋体117が設けられている。
このような半導体発光装置は、外部回路を備える実装基板などに実装されて、照明装置などに用いられる。
Such a semiconductor light emitting device is mounted on a mounting board or the like having an external circuit and used for a lighting device or the like.
このような半導体発光装置において、光素子で発生する熱を外部に放熱する放熱性をよくする必要性があり、また、組み立て工程を簡素にすることが望まれる。
例えば、上記半導体発光装置118を、実装基板上に実装した場合、光半導体素子113から素子搭載部材109及びセラミック基体102を経由して実装基板へ放熱されるようになっているが、セラミック基体102は金属と比べて熱伝導性が劣る上、ろう材110との界面にボイドが発生しやすいので、その分、光半導体素子113から実装基板に放熱されにくい。
In such a semiconductor light emitting device, there is a need to improve heat dissipation to dissipate heat generated by the optical element to the outside, and it is desired to simplify the assembly process.
For example, when the semiconductor light emitting device 118 is mounted on a mounting substrate, heat is radiated from the
また、この半導体発光装置を組み立てるときに、このセラミック基体102に素子搭載部材109をろう付けする工程が必要となり、このろう付け工程において互いの位置がずれる可能性もある。
本発明は、このような課題を鑑み、半導体発光装置において、放熱性を向上するとともに、精度よく組み立てができ、組立工程が簡素なものを提供する目的とする。
Further, when assembling the semiconductor light emitting device, a step of brazing the
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that improves heat dissipation, can be assembled with high accuracy, and has a simple assembly process.
上記目的を達成するため、本発明は、光素子をパッケージングする光素子用パッケージにおいて、セラミック材料で構成されるリング状のベースと、リング状ベースが囲繞する内部空間に、ベース内周面との間に間隙をあけて配置されたヒートスラグと、当該間隙に充填された絶縁材と、絶縁材を貫通してパッケージ外部から内部へ挿入されたリードとを設け、リードの絶縁材外方側を、ベースの外縁方向に折り曲げ、ベースの底面に沿って延在させ、ヒートスラグは、パッケージ内部側を上面、外部側を底面とすると、上面はパッケージ内部に露出して光素子を搭載するマウント部とし、底面はベース底面とレベルが揃うまで垂下させて、パッケージ外部に露出させた。 To achieve the above object, according to the present invention, there is provided an optical element package for packaging an optical element, wherein a ring-shaped base made of a ceramic material, an inner space surrounded by the ring-shaped base, A heat slag disposed with a gap between them, an insulating material filled in the gap, and a lead that penetrates the insulating material and is inserted from the outside of the package to the inside, and the outside of the insulating material of the lead The heat slug is mounted on the inside of the package as the top surface and the outside side as the bottom surface, and the top surface is exposed inside the package to mount the optical device. The bottom surface was suspended until it was level with the bottom surface of the base, and was exposed outside the package.
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、さらに以下のようにすることが好ましい。
このヒートスラグを、無酸素銅、銅合金で形成する。
ヒートスラグにおいて、マウント部を、垂下されている部分に対して広がりを有する形状とする。
ヒートスラグにおける垂下されている部分を、垂下方向位置によって、断面形状が異なるように形成する。
In the optical element package of the present invention, it is preferable to further perform the following.
This heat slag is formed of oxygen-free copper or a copper alloy.
In the heat slug, the mount portion has a shape that expands with respect to the suspended portion.
The portion of the heat slug that is suspended is formed so that the cross-sectional shape varies depending on the position in the direction of the suspension.
ヒートスラグにおける底面と、リードのベース底面に沿って延在する部分の表面とを、同一面上に存在させる。
ヒートスラグの外周と、ベース内周面に、互いに勘合する勘合部を形成する。
リードにおける間隙内を貫通する貫通部分の位置を、ヒートスラグの外周よりも、前記ベース内周面側にオフセットさせ、マウント部に近いリード端部を、ヒートスラグ側に折り曲げる。
The bottom surface of the heat slug and the surface of the portion extending along the base bottom surface of the lead are present on the same plane.
A fitting portion for fitting with each other is formed on the outer periphery of the heat slug and the inner peripheral surface of the base.
The position of the penetrating portion penetrating through the gap in the lead is offset toward the base inner peripheral surface side with respect to the outer periphery of the heat slag, and the lead end portion close to the mount portion is bent toward the heat slag side.
ベースの外周部を、マウント部よりも高く形成する。
ベースを、波長450nmの光に対する反射率が85%以上である白色高反射アルミナで形成する。
絶縁材を、白色の高反射ガラスで構成する。
リードの延在部分を、ベースの外縁よりも外側まで延ばし、その終端部を上方に折り曲げる。
The outer peripheral part of the base is formed higher than the mount part.
The base is formed of white highly reflective alumina having a reflectance of 85% or more for light having a wavelength of 450 nm.
An insulating material is comprised with white highly reflective glass.
The extended portion of the lead is extended to the outside of the outer edge of the base, and the terminal portion is bent upward.
リードの挿入部分と終端部とで、ベースの底部を挟み込む。
絶縁材として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いる。
リードを、鉄−ニッケル合金系で構成する。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、ヒートスラグを複数個設けてもよい。
上記本発明の電子部品用パッケージに、光素子を搭載し、当該光素子とリードとをワイヤボンドして半導体発光装置を構成することができる。
The bottom part of the base is sandwiched between the lead insertion part and the terminal part.
As the insulating material, soda glass or borosilicate glass is used.
The lead is composed of an iron-nickel alloy system.
In the optical element package of the present invention, a plurality of heat slugs may be provided.
A semiconductor light emitting device can be configured by mounting an optical element on the electronic component package of the present invention and wire bonding the optical element and the lead.
その半導体発光装置を、駆動回路に接続された配線を備えた基板に実装することによって照明装置を構成することができる。 The lighting device can be configured by mounting the semiconductor light emitting device on a substrate provided with wiring connected to a driving circuit.
本発明の光素子用パッケージによれば、ベース内周とヒートスラグ外周との間に充填された絶縁材によって、ヒートスラグがベースの内部空間内に固定され、リードも絶縁材によって固定される。
また、放熱手段であるヒートスラグは、上面がパッケージ内部に露出して光素子を搭載するマウント部となり、ヒートスラグ底面はベース底面とレベルが揃うまで垂下されて、パッケージ外部に露出しており、また、リードの絶縁材外方側を、ベースの外縁方向に折り曲げ、ベースの底面に沿って延在させているので、光素子用パッケージを用いて光半導体装置を構成し基板に実装すれば、ベース底面に沿っているリード部分を、実装基板に接続すれば、ヒートスラグの底面は、実装基板に接近もしくは接触する。
According to the optical element package of the present invention, the heat slag is fixed in the internal space of the base by the insulating material filled between the base inner periphery and the heat slug outer periphery, and the leads are also fixed by the insulating material.
In addition, the heat slag, which is a heat dissipation means, is the mount part on which the top surface is exposed inside the package to mount the optical element, the bottom surface of the heat slag is suspended until it is level with the base bottom surface, and is exposed outside the package, In addition, since the insulating material outer side of the lead is bent in the outer edge direction of the base and extends along the bottom surface of the base, if the optical semiconductor device is configured using the optical element package and mounted on the substrate, If the lead portion extending along the bottom surface of the base is connected to the mounting substrate, the bottom surface of the heat slug approaches or contacts the mounting substrate.
従って、マウント部に搭載される光素子から発生する熱は、熱伝導性の良好なヒートスラグを介して下方に良好に伝達され、ヒートスラグの底面から実装基板へ効率よく放熱される。
また、リードを実装基板にハンダ接合した後もリードはある程度自由に変形できるので、ベースと実装基板との間の熱膨張差に起因してリードに外力が加わったとしても、ハンダ接合部にかかる応力は小さい。従って、基板実装後のヒートサイクル試験においても、リードと実装基板の配線との間のハンダ接合部にクラックは発生しにくい。
Therefore, the heat generated from the optical element mounted on the mount part is well transmitted downward through the heat slug having good thermal conductivity, and is efficiently radiated from the bottom surface of the heat slug to the mounting substrate.
In addition, even after the lead is soldered to the mounting board, the lead can be freely deformed to some extent, so even if an external force is applied to the lead due to a difference in thermal expansion between the base and the mounting board, the lead is applied to the solder joint. The stress is small. Accordingly, even in a heat cycle test after mounting on the substrate, cracks are unlikely to occur at the solder joint between the lead and the wiring on the mounting substrate.
特に、実装基板が、銅やアルミなどの金属で形成されている場合、ベースを金属材料で構成すれば、熱膨張差自体も小さくなるので、ハンダクラック発生を抑える効果が大きい。
また、リードが絶縁材を貫通してパッケージ外部から内部へ挿入されているので、リードとヒートスラグとの絶縁性が確保される。
In particular, when the mounting substrate is made of a metal such as copper or aluminum, if the base is made of a metal material, the difference in thermal expansion itself is reduced, so that the effect of suppressing the occurrence of solder cracks is great.
Moreover, since the lead penetrates the insulating material and is inserted from the outside to the inside of the package, the insulation between the lead and the heat slug is ensured.
また、本発明の光素子用パッケージは、ベース、ヒートスラグ及びリードをそれぞれ加工して、ヒートスラグ及びリードをベースの貫通孔内にセットし、絶縁材を貫通孔に充填する方法で組み立てることができる。従って、ヒートスラグをベースにろう付けする工程が必要なく、ヒートスラグもプレス加工を用いて精度よく作製することができるので、組み立て精度がよく、組立工程も簡単である。 The package for optical elements of the present invention can be assembled by processing the base, the heat slug, and the lead, setting the heat slug and the lead in the through hole of the base, and filling the through hole with the insulating material. it can. Therefore, there is no need to braze the heat slag to the base, and the heat slag can be produced with high precision using press working, so that the assembly accuracy is good and the assembly process is simple.
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、ヒートスラグを無酸素銅、銅合金で形成すれば、特に優れた熱伝導性が得られる。
ヒートスラグにおいて、マウント部を、垂下されている部分に対して広がりを有する形状とすれば、垂下部分は細く形成してもマウント部の面積を確保することができる。
In the optical element package of the present invention, if the heat slug is formed of oxygen-free copper or a copper alloy, particularly excellent thermal conductivity can be obtained.
In the heat slug, if the mount portion has a shape that expands with respect to the suspended portion, the area of the mount portion can be secured even if the suspended portion is formed thin.
ヒートスラグにおける垂下されている部分を、垂下方向位置によって、断面形状が異なるように形成すれば、絶縁材に埋もれた垂下部分がアンカー効果を奏するので、絶縁材によるヒートスラグの固定がしっかりなされる。
ヒートスラグにおける底面と、リードのベース底面に沿って延在する部分の表面とを、同一面上に存在させれば、実装基板に実装した時に、ヒートスラグ底面が実装基板に接触するので、実装基板への放熱性がより良好となる。
If the hanging part of the heat slug is formed so that the cross-sectional shape differs depending on the position in the drooping direction, the hanging part buried in the insulating material has an anchor effect, so the heat slug is firmly fixed by the insulating material. .
If the bottom surface of the heat slug and the surface of the portion extending along the base bottom surface of the lead are present on the same surface, the bottom surface of the heat slug contacts the mounting substrate when mounted on the mounting substrate. The heat dissipation to the substrate becomes better.
ヒートスラグの外周と、ベース内周面に、互いに勘合する勘合部を形成すれば、パッケージ組立時において、ベースの内部空間にヒートスラグを位置決めして配置するのが容易である。
リードにおける間隙内を貫通する貫通部分の位置を、ヒートスラグの外周よりも、前記ベース内周面側にオフセットさせれば、マウント部に近いリード端部を、ヒートスラグ側に折り曲げても、リードとヒートスラグとの絶縁性を保つエリアを確保できる。そして、このようにリード端部をベースの中央側に折り曲げることによって、パッドエリアが広くなり、当該リード端部にワイヤボンドするのが容易となる。また、ヒートスラグ底面とリードとの距離を稼ぐこともできるので、実装基板に実装する時に短絡防止効果を奏する。
If a fitting portion that fits into each other is formed on the outer periphery of the heat slug and the inner peripheral surface of the base, it is easy to position and arrange the heat slug in the inner space of the base at the time of package assembly.
If the position of the penetrating part that penetrates the gap in the lead is offset to the inner peripheral surface side of the base from the outer periphery of the heat slag, the lead end even if the lead end close to the mount is bent to the heat slag side An area that maintains the insulation between the slag and the heat slug can be secured. Then, by bending the lead end portion toward the center side of the base in this way, the pad area becomes wide and it becomes easy to wire bond to the lead end portion. In addition, since the distance between the bottom surface of the heat slug and the lead can be increased, an effect of preventing a short circuit can be achieved when mounting on the mounting board.
ベースの外周部を、マウント部よりも高く形成すれば、ベース外周部の上面に対してマウント部の上面が凹むので、この凹部内面をリフレクタとして機能させることができる。
ベースを、波長450nmの光に対する反射率が85%以上である白色高反射アルミナで形成すれば、ベース表面の青色光(短波長可視光)に対する反射率が向上する。特に、上記のように凹面状のリフレクタが形成されている場合、その反射率向上に寄与する。
If the outer peripheral portion of the base is formed higher than the mount portion, the upper surface of the mount portion is recessed with respect to the upper surface of the outer peripheral portion of the base, so that the inner surface of the concave portion can function as a reflector.
If the base is made of white highly reflective alumina having a reflectance of 85% or more for light having a wavelength of 450 nm, the reflectance for blue light (short wavelength visible light) on the surface of the base is improved. In particular, when the concave reflector is formed as described above, it contributes to the improvement of the reflectance.
リードの延在部分を、ベースの外縁よりも外側まで延ばし、その終端部を上方に折り曲げれば、ハンダ接合部にフィレットが形成されてハンダ接合強度が高められるので、ハンダクラックの発生がより抑えられる。
また、リードの挿入部分と終端部とで、ベースの底部を挟み込めば、パッケージ組立時において、リードをベースの底部に仮止めすることもできるので、位置ずれ防止効果を奏し、パッケージ組立精度の向上に寄与する。
By extending the lead extension part to the outside of the outer edge of the base and bending the end part upward, a fillet is formed in the solder joint and the solder joint strength is increased, so the occurrence of solder cracks is further suppressed. It is done.
In addition, if the bottom part of the base is sandwiched between the lead insertion part and the terminal part, the lead can be temporarily fixed to the bottom part of the base during package assembly. Contributes to improvement.
一般にガラス材は、樹脂と比べて高粘性で、広いクリアランスの接合に有効であるため、絶縁材としてソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いれば、ヒートスラグ及びリードを安定して固定できる。 Generally, a glass material has a higher viscosity than a resin and is effective for bonding with a wide clearance. Therefore, if soda glass or borosilicate glass is used as an insulating material, a heat slag and a lead can be stably fixed.
1.光素子用パッケージの構成
図1は、実施の形態に係る光素子用パッケージ1を示すものであって、(a)は上面図(b)は底面図である。図2は、図1におけるA−A’線断面図である。なお、図1,2では、光素子用パッケージ1に光素子50が装着されたものが示されている。ここでは光素子50としてLEDチップを用いる。
1. Configuration of Optical Element Package FIG. 1 shows an
光素子用パッケージ1の構成について、図1,2を参照しながら説明する。説明上、図1の紙面に沿った方向を水平方向、これに垂直な方向を垂直方向ということとする。
光素子用パッケージ1は、光素子をパッケージするために用いられるものであって、内部空間11が形成されたリング状のベース10と、ベース10の内周面11aとの間に間隙を形成するように、内部空間11に挿入されたヒートスラグ20と、内周面11aとヒートスラグ20との間隙を貫通するように挿入されたリード31,32と、当該間隙に充填され、ヒートスラグ20及びリード31,32を、互いに絶縁した状態で固定する絶縁材40とを備えている。
The configuration of the
The
ヒートスラグ20は、上面側に光素子50を搭載するマウント部21を有し、当該マウント部21から下方に垂下部22が伸びている。この垂下部22は、内部空間11内を垂直方向に貫通して、ベース10の底面と同レベルもしくはそれより下まで垂下している。
垂下部22およびリード31,32貫通部分31b,32bの周囲は絶縁材40が充填されているが、図1(b)に示すように垂下部22の底面22bは露出している。
The
The periphery of the drooping
(ベース10、ヒートスラグ20の構成)
ベース10は、セラミック材で形成され、図1(a),(b)に示すように、垂直方向から平面視したときに外周が略正方形状であって、その中央部を貫通するように円形状の内部空間11が開設されてリング形状となっている。
ベース10を形成するセラミック材として、白色高反射アルミナを用いれば、ベース10の表面の青色光(短波長可視光)に対する反射率が良好となる。特に、波長450nmの光に対する反射率が85%以上である白色高反射アルミナを用いるのが好ましい。
(Configuration of
The
If white highly reflective alumina is used as the ceramic material forming the
ベース10の外周部12は、マウント部21よりも高く形成され、ベース10の上面には、外周部12から内部空間11の上縁にかけて傾斜する傾斜面13が形成されている。すなわち、内部空間11の周囲に、すり鉢状の傾斜面13が形成されている。
ヒートスラグ20は、全体を金属あるいは合金からなる材料で一体成型すれば、熱伝導性が良好となり、精度よく成型できるので好ましい。特に材料として無酸素銅あるいは銅合金を用いれば良好な熱伝導性が得られる。
The outer
It is preferable that the
マウント部21は水平方向に広がる板状に形成され、垂直方向から平面視したときに、概略長方形状であって、図1紙面縦方向の長さは内部空間11の直径とほぼ同等に設定され、内部空間11の中央を縦断するように配置されている。
マウント部21の横方向の長さは、縦方向の長さより短く設定され、マウント部21の両横には、マウント部21の側壁21aと内部空間11の内周面11aとの間に間隙が形成され、各間隙にリード31の上端部31aとリード32の上端部32aが配置されている。なお、マウント部21および上端部31a,32aの周囲も絶縁材40が充填されている。
The
The horizontal length of the
マウント部21の外周と、ベース10の内周面11aには、相互に勘合する勘合部が形成されている。すなわち、マウント部21における内周面11aに近い短辺部分には、図1紙面縦方向に突出する勘合凸部21bが形成され、一方ベース10の内部空間11には、勘合凸部21bが填まり込む勘合凹部11bが形成されている。
これによって、パッケージ組立時にヒートスラグ20を内部空間11内にセットするときに、勘合凸部21bを勘合凹部11bに勘合させると、マウント部21は内部空間11内中央の定位置にセットされることになる。
The outer periphery of the
As a result, when the
なお、このような勘合凸部21bは、垂下部22に形成してもよいが、マウント部21の内周面11aに近い部分に形成することが好ましい。
マウント部21の上面には、メッキ層(不図示)が被覆されている。このメッキ層は、ニッケル層の上に、金,銀,金合金、銀合金から選択された材料の層が積層されて形成され、マウント部21に搭載される光素子50から発光される光を反射するようになっている。
In addition, although such a fitting
The upper surface of the
図2に示すように、垂下部22は、マウント部21の中央部から下方に伸張している。
垂下部22の水平方向断面の形状は、特に限定されることはなく、図1(b)に示す例では円形であるが、多角形などでもよい。
また、垂下部22の水平断面形状は、一様であってもよいが、図2に示すように、垂直方向位置によって断面形状が異なっていることが、絶縁材40によるヒートスラグ20の固定をしっかりなす上で好ましい。
As shown in FIG. 2, the drooping
The shape of the horizontal section of the drooping
Further, the horizontal cross-sectional shape of the drooping
すなわち、ヒートスラグ20は絶縁材40と比べて熱膨張率が大きいので、温度変化に伴ってヒートスラグ20と絶縁材40との界面が剥がれることもあり得るが、垂下部22の水平方向断面が垂直方向位置によって異なっていれば、この垂下部22が絶縁材40に埋もれるとアンカー効果を奏するからである。
基本的に垂下部22に対して、下方側で断面積が拡大する部分を設けておけば、ヒートスラグ20が絶縁材40から上方向に抜けるのが防止できる。例えば、図2に示すように垂下部22を、垂直方向中央部では断面積が大きく、上下端にいくほど断面積が小さくなるように形成してもよいし、逆に垂直方向中央部において両端部よりも断面積を小さく形成してもよい。
That is, since the
Basically, by providing a portion whose cross-sectional area is enlarged on the lower side with respect to the drooping
また、垂下部22の断面積が一律であっても、垂下部22の外周面がストレートでなく変化する部分を有していればアンカー効果が得られる。例えば、垂下部22の外周にネジが形成されている場合もアンカー効果が得られる。
垂下部22の底面22bと、リードの31c,32cの下表面とは、同一面上に存在するよう設定することが好ましい。
Even if the cross-sectional area of the drooping
The
なお、絶縁材40としてガラスを用いる場合、該ガラスは一般に樹脂材よりも熔融時の粘度が高くて気泡が残りやすいので、上述のヒートスラグ20の周面22aに係る形状は、気泡抜けを考慮し、気泡溜りを生じない程度の傾斜や段差とすべきである。
また、絶縁材40にガラスを用い、ヒートスラグ20に銅系材料を用いる場合は、両者の密着性が比較的に良くて、且つ熱膨張係数の差が大きいので、加熱冷却によって応力が生じ、ガラスから成る絶縁材40にクラックが入る恐れがある。これを防止するには、銅系材料から成るヒートスラグ20の表面にニッケルめっきを施してガラスから成る絶縁材40と銅系材料から成るヒートスラグ20との密着を阻止すると良い。
In addition, when glass is used as the insulating
In addition, when glass is used for the insulating
図2に示すように傾斜面13と、マウント部21の上面と、リード上端部31a,32aと、絶縁材40の上面とで、凹面14が形成され、当該凹面14の底部にマウント部21が位置している。この凹面14は、光素子50から出射される光を上方に効率よく反射させるリフレクタとして機能する。
(リード31,32の構成)
リード31,32は、長尺状の金属板材が折り曲げ加工されたものである。金属板としては、例えば、鉄−ニッケル系合金からなる板材が用いられる。
As shown in FIG. 2, the
(Configuration of
The leads 31 and 32 are formed by bending a long metal plate material. As the metal plate, for example, a plate material made of an iron-nickel alloy is used.
リード31,32は、垂下部22の周面22aとベース10の内周面11aとの間の間隙を貫通するよう挿入される貫通部分31b,32bを有し、当該貫通部分31b,32bは、絶縁材40に埋まり込んで固定される。
リードの貫通部分31b,32bは、垂下部22の周面22aと内部空間11の内周面11aとの間を貫通する水平方向位置は、外側(ヒートスラグ20の外周とベース10の内周面11aとの間の中央ではなく、内周面11aに近い側)にオフセットされている。
The leads 31 and 32 have through
The penetrating
また、リード31,32において、マウント部21に隣接する側の端部31a,32aは、マウント部21側に折り曲げられている。すなわち、貫通部分31b,32bは垂直方向に伸び、リード端部31a,32aは水平方向に伸びてパッドエリアとなっている。このように、リード端部31a,32aの水平方向長さを確保してパッドエリアを設けることで、ワイヤボンディング工程が容易となる。
Further, in the
上記のように貫通部分31b,32bの位置が外側にオフセットされているので、リード端部31a,32aの水平方向の長さをその分大きく設定しても、リード端部31a,32aの先端がヒートスラグ20に接触せず、リード31,32とヒートスラグ20との絶縁性が確保できる。また、実装基板3に実装する時にも、リード31,32とヒートスラグ20との短絡を防止する効果を奏する。
As described above, since the positions of the through
一方、絶縁材40から下方に延伸する延伸部分31c,32cは、貫通部分31b,32bに対して、ベース10の外縁方向に折り曲げられ、ベース10の底面に沿って延在している。
そして、延伸部分31c,32cは、ベース10の外延よりも外側まで延在し、その終端部31d,32dは上側に折り曲げられている。これによって、貫通部分31b,32bと、終端部31d,32dとが、ベース10を挟んで水平方向に対向配置される。
On the other hand, the extending
The extending
図5に示すように、貫通部分31bには突部31f、終端部31dには突部31gが設けられ、図2に示すように、突部31fと突部31gとでベース10を挟持している。
同様に、貫通部分32bにも突部32f、終端部32dに突部32gが設けられ、突部32fと突部32gとでベース10を挟持している。
なお、リードにおいて、終端部31d,32dの幅(図5中、W2)は、ベースの底面に沿った延伸部分31c,32cの幅(図5中、W1)よりも狭く設定されている。それによって、金属板材を折り曲げ加工してリード31,32を成形する際に、終端部31d,32dの折り曲げ加工を容易に行うことができる。また、図5に示すようにリード31,32において、絶縁材40に埋まる領域には、開口部31e,32eが開設されている。
As shown in FIG. 5, a
Similarly, a
In the lead, the width of the
(絶縁材の構成)
絶縁材40は、内部空間11内に充填されて、ヒートスラグ20の垂下部22の周面22aを覆い、リード31,32の貫通部分31b,32bも覆い、開口部31e,32e内にも充填されている。さらに、絶縁材40は、リード31,32の端部31a,32aの下面にも接触している。
(Configuration of insulation material)
The insulating
このような絶縁材40によって、ヒートスラグ20及びリード31,32は、互いに絶縁状態でしっかりと固定されるとともに、内部空間11が封止される。
絶縁材40としては、ヒートスラグ20およびリード31,32を、ベース10の内部空間11内に固定できる素材を用いる。具体的には、樹脂を用いることもできるが、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスが好ましい。
With such an insulating
As the insulating
一般に樹脂と比べてガラス材は溶融時にも高粘性であるため、広いクリアランスの接合にも有効である。従って、絶縁材40としてガラス材を用いれば、ガラス材料を溶融時にも内部空間11内に留めて、ヒートスラグ20及びリード31,32を安定して保持することができる。
また、絶縁材40として、白色高反射ガラスを用いれば、絶縁材40の上面の反射率を高める上で好ましい。
In general, glass materials are highly viscous even when melted compared to resins, and are therefore effective for bonding with a wide clearance. Therefore, if a glass material is used as the insulating
In addition, it is preferable to use white highly reflective glass as the insulating
(半導体発光装置2、照明装置の構成)
図2は、上記光素子用パッケージ1に光素子を搭載した半導体発光装置2、図3はこれを実装基板3に実装する様子を示す図である。
光素子として、ここでは発光ダイオード(LED)を用いることとするが、レーザーダイオードなどを用いてもよい。
(Structure of semiconductor light emitting device 2 and lighting device)
FIG. 2 shows a semiconductor light emitting device 2 in which an optical element is mounted on the
Here, a light emitting diode (LED) is used as the optical element, but a laser diode or the like may be used.
図2,3に示すように、半導体発光装置2は、光素子用パッケージ1のマウント部21上に光素子50が搭載され、光素子50の端子とリード端部31a,32aとがワイヤ51,52で接続されて構成されている。この半導体発光装置2において、凹面14の内側に透明樹脂が充填されて光素子50が封止されている。
図3(b)に示すように、半導体発光装置2は、実装基板3上に実装され、リード31,32の延伸部分31c,32cにハンダ接合されて、照明装置として用いられる。なお、実装基板3の表面には、銅などの金属で配線パターン(不図示)が形成されてり、半導体発光装置2との不必要な電気的接触を避けるため、絶縁膜60が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the semiconductor light emitting device 2, the
As shown in FIG. 3B, the semiconductor light emitting device 2 is mounted on the mounting substrate 3 and soldered to the
2.光素子用パッケージ1,半導体発光装置2の製造方法
図4は、光素子用パッケージ1及び半導体発光装置2の製造方法を示す工程フロー図である。
当図を参照しながら説明する。
2. FIG. 4 is a process flow diagram showing a method for manufacturing the
This will be described with reference to this figure.
P1〜P4では、ベース10、ヒートスラグ20、リード31,32及びガラス封着工程で用いるガラス柱体を作製する。
アルミナ粉末からなる素材をプレス加工機でプレス成形することによってベース10を作製する(P1)。
無酸素銅又は銅合金からなる素材をプレス加工機でプレス成形することによってヒートスラグ20を作製する(P2)
鉄−ニッケル系合金からなる板材を折り曲げ加工することによってリード31,32を作製する(P3)。必要に応じて、空気中で650℃に加熱して酸化処理する。
In P1 to P4, the
The
The
Leads 31 and 32 are produced by bending a plate material made of an iron-nickel alloy (P3). As needed, it heats at 650 degreeC in the air, and oxidizes.
図5は、リード31を折り曲げ加工する前の金属板材を示す。この金属板材を図中破線Y1,Y2,Y3で折り曲げ加工することによってリード31を作製する。
ガラス粉末を柱体形状にプレス成形して仮焼成することによってガラス柱体を作製する(P4)。
ガラス封着工程(P5):
図6はガラス封着工程を示す図である。当該図6を参照しながら説明する。
FIG. 5 shows the metal plate before the
A glass column is produced by press-molding glass powder into a columnar shape and pre-baking (P4).
Glass sealing step (P5):
FIG. 6 is a diagram showing a glass sealing step. This will be described with reference to FIG.
ベース10およびヒートスラグ20をカーボン治具71の定位置にマウントする(図6(a))。このとき、マウント部21の勘合凸部21bを内部空間11の勘合凹部11bに勘合させることによって、ヒートスラグ20は内部空間11内の定位置にセットされるので、ヒートスラグ20の位置決めが容易である。
リード31,32を、ヒートスラグ20の両側においてベース10の内部空間11を貫通するようにセットしてカーボン治具72で固定する(図6(b))。リード31をセットするときに、突部31fと突部31gとでベース10を挟み込んで仮止めすれば、定位置に容易にセットできる。
The
The leads 31 and 32 are set so as to penetrate the
ガラス柱体73を、ヒートスラグ20とリード31,32との間に挿入し(図6(c))、ガラスが溶融する温度以上(例えば1000℃)に加熱して冷却する。加熱冷却する間、リード31,32及びベース10の位置をカーボン治具71,72で固定しておく(図6(d))。
加熱されたガラスは溶融して、一部がリード31,32の開口部31e,32eを通って、内部空間11内の間隙全体に充填され、ヒートスラグ20の垂下部22の周面22a、リード31,32の貫通部分31b,32bの表面等を被覆する。
The
The heated glass is melted and partly passes through the
そして、ガラスが冷却されると、固化して絶縁材40となり、この絶縁材40によってヒートスラグ20およびリード31,32がベース10に対してしっかりと固定される。
以上のように組み立てたものに対して、メッキ処理を施す(図4のP6)。
この工程では、ニッケルメッキ処理で下地層を形成し、続いて金,銀,金銀合金から選択された材料でメッキ処理を施すことが好ましい。
When the glass is cooled, it solidifies to become the insulating
The one assembled as described above is plated (P6 in FIG. 4).
In this step, it is preferable to form a base layer by nickel plating, and then perform plating with a material selected from gold, silver, and gold-silver alloy.
当該メッキ処理によって、ヒートスラグ20及びリード31,32などの露出部分に、ニッケル下地層と、金,銀あるいは金銀合金のメッキ層が形成される。このように銀または銀を含む合金でメッキを施した場合は、青色光に対する反射率が向上する。
以上で光素子用パッケージ1が作製される。
(半導体発光装置の作製と実装)
上記光素子用パッケージ1を用いて、ダイスボンディング工程(図4のP7),ワイヤボンディング工程(図4のP8),エンキャップ工程(図4のP9)を通して半導体発光装置2を作製する。
By the plating process, a nickel underlayer and a plated layer of gold, silver, or a gold-silver alloy are formed on exposed portions of the
Thus, the
(Production and mounting of semiconductor light-emitting devices)
Using the
これらの工程を、図7(a)を参照しながら説明する。なお、図7(a)は、上記図2に示したリフレクタありレンズなしの場合について示し、図7(b)は、変形例として、リフレクタなし、レンズありの場合について示している。
ダイスボンディング工程P7では、光素子用パッケージ1におけるマウント部21上に、Au−Sn合金あるいはAgのペーストを塗布し、光素子50を搭載して、加熱することによって接合する。加熱温度は、Au−Sn合金の場合320℃、Agの場合150℃である。
These steps will be described with reference to FIG. 7A shows the case without the lens with reflector shown in FIG. 2, and FIG. 7B shows the case with the lens without reflector as a modification.
In the die bonding step P7, an Au—Sn alloy or Ag paste is applied on the
ワイヤボンディング工程P8では、搭載した光素子50の端子とリード端部31a,32aとをワイヤ(Auワイヤ)51,52で接続する。ここで、上記のようにリード端部31a,32aが水平方向に伸びているので、リード端部31a,32aとワイヤ51,52との接続が容易に行える。
エンキャップ工程P9では、凹面14の内側に封止用透明樹脂(エポキシ樹脂あるいはシリコン系樹脂)を流し込み硬化させることによって、光素子50を封止する。
In the wire bonding step P8, the terminals of the mounted
In the encap process P9, the
図7(b)に示した変形例では、ベース10の外周部がマウント部21より高く形成されておらず、従って凹面状のリフレクタは形成されない。その代わりに、ワイヤボンディング工程の後に、光素子50を覆うようにレンズ80を搭載するレンズキャッピング工程が加わっている。そしてエンキャップ工程では、レンズ80と光素子用パッケージ1との間に封止用透明樹脂を流し込んで硬化させることによって、光素子50が封止される。
In the modification shown in FIG. 7 (b), the outer peripheral portion of the
なお、別の変形例として、ワイヤボンディング工程までは、図7(a)のようにベース10の外周部を高くして凹面状のリフレクタを形成し、レンズキャッピング工程、エンキャップ工程では、図7(b)のようにレンズ80を搭載してもよい。
以上のようにして作製した半導体発光装置2を、実装基板3に実装する。
As another modification, until the wire bonding step, the outer peripheral portion of the
The semiconductor light emitting device 2 manufactured as described above is mounted on the mounting substrate 3.
図3を参照しながら実装工程を説明する。
上記のように実装基板3の表面部分には配線パターン(不図示)が形成され、絶縁膜60が設けられている。また、実装基板3上のリード31,32が載置される位置には、配線パターン上にクリームハンダ61が塗布されている。
半導体発光装置2を実装基板3上に載置して、リフロー炉で加熱することによって、クリームハンダ61が溶融して、リード31,32の延伸部分31c,32cが実装基板3上にハンダ付けされる。このとき、溶融したハンダが、終端部31d,32dの表面を濡らすように流れて、ハンダ接合部62に丸みを帯びたフィレットが形成され、ハンダ接合部62の強度が高められる。また、このフィレット形状を観察することによって、ハンダ付けの状態を確認することもできる。
The mounting process will be described with reference to FIG.
As described above, a wiring pattern (not shown) is formed on the surface portion of the mounting substrate 3, and the insulating
By placing the semiconductor light emitting device 2 on the mounting substrate 3 and heating it in a reflow furnace, the
3.光素子用パッケージ1による効果
以上のように、本実施形態にかかる光素子用パッケージ1は、リード31,32が絶縁材40によってヒートスラグ20に対して絶縁された状態で固定されているので、上記製造方法で説明したように、ベース10,ヒートスラグ20及びリード31,32を予め作製しておいて、ヒートスラグ20及びリード31,32を、ベース10の内部空間11内にセットし、ガラス材を充填する方法で作製することができる。
3. As described above, the
従って、ベース10,ヒートスラグ20,リード31,32を、プレス加工によって精度よく作製することができる。また、それらを絶縁材40で固定する方法で光素子用パッケージ1を作製できるので、ヒートスラグをベースにろう付けする工程も不要であって、製造工程が簡素である。
また、ヒートスラグ20の底面22bは、絶縁材40に被覆されることなく露出しており、且つ、リード31,32の延伸部分31c,32cをベース10の外縁方向に折り曲げてベース10の底面に沿って並行させているので、図3に示すように、実装時に延伸部分31c,32cを、実装基板3にハンダ接続すれば、マウント部21直下の22bは、実装基板3に接近もしくは接触する。従って光素子50から発生する熱は、熱伝導性の良好なヒートスラグ20を介して、下方に伝達され、垂下部22の底面22bから実装基板3に効率よく放熱される。特にヒートスラグ20を、銅材(無酸素銅あるいは銅合金)で形成すれば、熱伝導性が良好なので、優れた放熱性が得られる。
Therefore, the
Further, the
ここで、ヒートスラグ20の底面22bと、リード31,32の延伸部分31c,32cの表面とを、同一面上に位置させていれば、半導体発光装置2を実装基板3に実装した時に、底面22bが実装基板3に接触するので、実装基板3への放熱性がより良好となる。
また、リード31,32は、ベース10に直接接合されているのではなく、絶縁材40を介して固着され、且つ、リードの延伸部分31c,32cが、ベースの外縁方向に折り曲げられてベース10の底面に沿って並行しているので、実装された後も、リード31,32はある程度自由に変形できる。従って、ベース10と実装基板3との間の熱膨張差に起因してリード31,32に外力が加わったとしても、リード31,32が変形してこの力を吸収するので、ハンダ接合部62にかかる応力は小さい。よって、ヒートサイクル試験においても、ハンダ接合部62にクラックが発生しにくい。
Here, when the
Further, the
光素子用パッケージ1において、上記のようにベース10を白色高反射アルミナで形成すれば、ベース表面の青色光に対する反射率が良好となる。この点について、図9を参照しながら説明する。
図9は、350nm〜750nmの範囲で、各波長の光を高反射アルミナ及びAgメッキ層に照射したときの反射率を示す特性図である。
In the
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the reflectance when light of each wavelength is irradiated onto the highly reflective alumina and Ag plating layer in the range of 350 nm to 750 nm.
500nm以上の波長では、いずれも反射率が90%程度である。一方、450nm以下の波長では、Agメッキ層においては反射率が低下しているのに対して、高反射アルミナでは反射率90%程度が維持されている。このように、白色高反射アルミナの表面は、500nm以下の短波長光に対する反射率が良好である。
特に、図2に示すようにベース10の外周部15をマウント部21よりも高くしてリフレクタとなる凹面14が形成されている場合、傾斜面13の反射率向上はリフレクタの反射率向上に大きく寄与する。
At a wavelength of 500 nm or longer, all have a reflectivity of about 90%. On the other hand, at a wavelength of 450 nm or less, the reflectance is reduced in the Ag plating layer, whereas the reflectance of about 90% is maintained in the highly reflective alumina. Thus, the surface of white highly reflective alumina has a good reflectivity for short wavelength light of 500 nm or less.
In particular, as shown in FIG. 2, when the outer peripheral portion 15 of the
また、白色高反射アルミナの表面は、Agメッキ層と比べて、経時的な反射率の低下も少ない。
ガラス材料は高粘性であるため、一般に広いクリアランスの接合にも有効である。従って、絶縁材40として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いれば、内部空間11内の間隙全体を安定して封止し、またヒートスラグ20及びリード31,32を安定して固定できる。
Further, the surface of the white highly reflective alumina is less subject to a decrease in reflectance over time than the Ag plating layer.
Since glass materials are highly viscous, they are generally effective for bonding with a wide clearance. Therefore, if soda glass or borosilicate glass is used as the insulating
また、絶縁材40として白色高反射ガラスを用いれば、リフレクタの反射率を高めることもできる。
(変形例)
上記光素子用パッケージ1においては、ベース10の内部空間11内に、ヒートスラグ20が1個配置され、光素子50が1個搭載されたが、ベース10の内部空間11内に複数のヒートスラグ20を配置し、複数の光素子50を搭載してもよい。
Moreover, if white highly reflective glass is used as the insulating
(Modification)
In the
図8は、そのような変形例にかかる光素子用パッケージを示す図面であって、(a)は平面図、(b)は底面図、(c)は断面図である。なお、当図では、光素子用パッケージに光素子50を搭載しワイヤボンドしたものが示されている。
この光素子用パッケージでは、ベース10の内部空間11内に2個のヒートスラグ20が縦に配列され、各ヒートスラグ20上に光素子50が搭載されている。ここで、2個のヒートスラグ20は、互いに間隔をあけて配置されているので、各ヒートスラグ20に搭載した光素子50は、電気的に短絡されることがない。
FIG. 8 is a drawing showing an optical element package according to such a modification, wherein (a) is a plan view, (b) is a bottom view, and (c) is a cross-sectional view. In this figure, an
In this optical element package, two
そして、内部空間11内において、1対のリード31,32がヒートスラグ20の両側を貫通するように配置されている。
各光素子50は、ワイヤ51,52で、この1対のリード31,32に接続されている。
なお、ベース10の内部空間11内に配置するヒートスラグ20の数や配置形態は、自由に設定することができ、例えば4個のヒートスラグ20を二行二列に配列したり、8個のヒートスラグ20を四行二列に配列してもよい。
In the
Each
In addition, the number and arrangement | positioning form of the
このように、複数のヒートスラグ20を配置する場合、その複数のヒートスラグ20に同じ発光色の光素子を搭載してもよいが、異なる発光色の光素子を混ぜて搭載してもよい。例えば、RGB各色の光素子を混載することによって、全体で白色光を発光させることもできる。
上記光素子用パッケージ1においては、1対のリード31,32を設けたが、ヒートスラグ20自体が端子を兼ねるようにすれば、リードは1本だけ設ければよい。
As described above, when a plurality of heat slugs 20 are disposed, optical elements having the same light emission color may be mounted on the plurality of heat slugs 20, but optical elements having different light emission colors may be mixed and mounted. For example, white light can be emitted as a whole by mixing optical elements of RGB colors.
In the
本発明は、発光ダイオード(LED)などの光素子をパッケージする光素子用パッケージに適用することができ、光半導体素子を形成して照明装置などに利用することができる。
特に放熱性が良好なため、ハイパワー用の光半導体素子に適している。
The present invention can be applied to a package for an optical element that packages an optical element such as a light emitting diode (LED), and can be used for an illumination device by forming an optical semiconductor element.
Particularly, since the heat dissipation is good, it is suitable for an optical semiconductor element for high power.
1 光素子用パッケージ
2 半導体発光装置
3 実装基板
10 ベース
11 内部空間
11a 内周面
11b 勘合凹部
12 外周部
13 傾斜面
14 凹面
15 外周部
20 ヒートスラグ
21 マウント部
31,32 リード
21a 側壁
21b 勘合凸部
22 垂下部
22a 周面
22b 底面
31,32 リード
31a,32a リード上端部
31b,32b 貫通部分
31c,32c 延伸部分
31d,32d 終端部
31e,32e 開口部
31f,32f 突部
32g,32g 突部
40 絶縁材
50 光素子
51,52 ワイヤ
DESCRIPTION OF
40 Insulating
Claims (17)
セラミック材料で構成されるリング状のベースと、
前記リング状ベースが囲繞する内部空間に、ベース内周面との間に間隙をあけて配置されたヒートスラグと、
前記間隙に充填された絶縁材と、
前記絶縁材を貫通してパッケージ外部から内部へ挿入されたリードとを備え、
前記リードの絶縁材外方側は、前記ベースの外縁方向に折り曲げられ、ベースの底面に沿って延在させてあり、
前記ヒートスラグは、パッケージ内部側を上面、外部側を底面とすると、上面はパッケージ内部に露出して光素子を搭載するマウント部とされ、底面はベース底面とレベルが揃うまで垂下され、パッケージ外部に露出させてある
ことを特徴とする光素子用パッケージ。 An optical element package for packaging an optical element,
A ring-shaped base made of ceramic material;
A heat slag disposed in an internal space surrounded by the ring-shaped base with a gap between the inner peripheral surface of the base, and
An insulating material filled in the gap;
A lead that penetrates the insulating material and is inserted from the outside to the inside of the package,
The outer insulating material side of the lead is bent in the direction of the outer edge of the base and extends along the bottom surface of the base,
The heat slug has a top surface on the inner side of the package and a bottom surface on the outer side. The upper surface is exposed to the inside of the package and is used as a mounting portion for mounting an optical element. An optical device package, characterized by being exposed to
垂下方向位置によって、断面形状が異なることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の光素子用パッケージ。 The portion of the heat slag that is suspended is
The optical element package according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross-sectional shape differs depending on a position in a hanging direction.
互いに勘合する勘合部が形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の光素子用パッケージ。 On the outer periphery of the heat slag and the inner peripheral surface of the base,
The optical element package according to any one of claims 1 to 5, wherein a fitting portion for fitting each other is formed.
前記間隙内を貫通する貫通部分の位置が、前記ヒートスラグの外周よりも、前記ベース内周面側にオフセットされており、
前記マウント部に近い端部が、前記ヒートスラグ側に折り曲げられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の光素子用パッケージ。 The lead is
The position of the penetrating portion penetrating through the gap is offset to the base inner peripheral surface side from the outer periphery of the heat slag,
The optical element package according to claim 1, wherein an end portion close to the mount portion is bent toward the heat slug side.
前記マウント部よりも高く形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の光素子用パッケージ。 The outer periphery of the base is
The optical element package according to claim 1, wherein the optical element package is formed higher than the mount portion.
波長450nmの光に対する反射率が85%以上である白色高反射アルミナで形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか記載の光素子用パッケージ。 The base is
9. The optical element package according to claim 1, wherein the optical element package is made of white highly reflective alumina having a reflectance of 85% or more for light having a wavelength of 450 nm.
複数個設けられていることを特徴とする請求項1〜14のいずれか記載の光素子用パッケージ。 The heat slug is
The optical element package according to claim 1, wherein a plurality of the optical element packages are provided.
光素子が搭載され、当該光素子とリードとがワイヤボンドされてなる半導体発光装置。 In the package for optical elements according to any one of claims 1 to 15,
A semiconductor light-emitting device in which an optical element is mounted and the optical element and a lead are wire-bonded.
駆動回路に接続された配線を備えた基板に実装されてなる照明装置。 A semiconductor light-emitting device according to claim 16
An illumination device mounted on a substrate provided with wiring connected to a drive circuit.
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