JP4129169B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード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(以下、パッケージともいう)として、セラミック製のパッケージが用いられており、その一例を図3に示す(例えば、下記の特許文献1参照)。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されているとともに上面に凹部14が形成され、その底面に発光素子13を搭載するための導体層から成る搭載部導体層12(以下、搭載部ともいう)が設けられた略直方体の絶縁基体11と、絶縁基体11の搭載部12およびその周辺から絶縁基体11の下面に導出された一対のメタライズ配線導体から成る配線層15とから主に構成されている。
【0003】
そして、一方の配線層15の一端が電気的に接続された搭載部12上に発光素子13を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子13の電極と他方の配線層15とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体11の凹部14内に図示しない透明樹脂を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。
【0004】
なお、この発光装置は多数個を互いに隣接するように配列されて使用されることから、上記セラミック製のパッケージにおいては、搭載部12に搭載された発光素子13が発する光が絶縁基体11を透過して、隣接する発光装置同士の光が混色するのを有効に防止するために、絶縁基体11に黒色のセラミックスから成るものを用いている。また、凹部14の内面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部14の内面にニッケル(Ni)めっき層や金(Au)めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層17を被着させていることもある。
【0005】
【特許文献1】
特開平2002−232017号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、絶縁基体11の搭載部12および配線層15と、凹部14の内面の金属層17との間には、電気的短絡を防止するためにセラミックスを露出させた露出領域を形成しているが、黒色のセラミックスを用いた場合、上記露出領域により発光素子13の光が吸収されてしまい、その結果、発光素子13の光をパッケージの上方へ効率良く放射させることができないという問題点があった。
【0007】
また、絶縁基体11に白色のセラミックスを用いて、その厚みを厚くすると、発光素子13の光を絶縁基体11が吸収することなく、絶縁基体11の表面で効率良く反射することができるので、発光素子13の光をパッケージの外部に効率良く放射することができるが、パッケージが大型化してしまうという問題点を有していた。一方、絶縁基体11を薄くした場合、パッケージは小型化されるが、発光素子13の光の一部は絶縁基体11を透過して外部へ漏れ出てしまい、発光装置の発光効率が低下するととともに、隣接する発光装置同士の光が混色するという問題点もあった。
【0008】
さらに、搭載部12を凹部14の底面の全面に形成し、配線層15を凹部14の内面や絶縁基体11上面の凹部14の周囲に形成した場合、ボンディングワイヤ16の接続が難しくなったり、発光装置自体が大型化するいう問題点を有していた。
【0009】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子の光が絶縁基体で吸収されるのを効果的に防止できるとともに、発光素子の光の一部が絶縁基体を透過して外部に漏洩するのを防ぐことができる薄型化された発光素子収納用パッケージ、およびそれを用いた発光効率がきわめて高い発光装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、発光素子収納用パッケージは、白色の絶縁基体、搭載部導体層および配線層を備えている。また、発光素子収納用パッケージは、外部端子導体層をさらに有している。絶縁基体は、凹部が設けられた上面と、下面とを有している。搭載部導体層は、凹部の底面に設けられており、発光素子が搭載される。配線層は、凹部の底面に設けられており、発光素子が電気的に接続される。外部端子導体層は、絶縁基体の下面に設けられており、搭載部導体層と配線層との間の絶縁基体が露出した領域に対応してこの領域に重なるように配置されている。
【0011】
本発明の発光素子収納用パッケージは、外部端子導体層は凹部の底面の搭載部導体層と配線層との間の絶縁基体が露出した領域と重なるように配置されていることから、絶縁基体の底部が薄いため発光素子の光の一部が絶縁基体の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体の底部を透過してきた光は外部端子導体層で反射されるので、絶縁基体の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに、薄型化されたものとなる。
【0012】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部導体層に搭載されるとともに前記搭載部導体層の周囲の前記配線導体に電気的に接続された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする。
【0013】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が高くかつ薄型化されたものとなる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図1は、本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、1は絶縁基体、2は発光素子3の搭載部、4は発光素子3を収容するための凹部である。
【0015】
本発明のパッケージは、絶縁基体1の上面に発光素子3を収容するための凹部4を設け、凹部4の底面に発光素子3が搭載される搭載部導体層(以下、搭載部ともいう)2および発光素子3の電極が接続される配線層5a,5bを形成するとともに、絶縁基体1の下面に配線層5a,5bと電気的に接続された外部端子導体層8a,8bを形成して成るものであって、外部端子導体層8a,8bは、凹部4の底面の搭載部2と配線層5a,5bとの間の絶縁基体1が露出した領域R2(図1)と重なるように配置されている。
【0016】
なお、図1において、R1は凹部4の底面の絶縁基体1が露出していない領域を示す。
【0017】
本発明の絶縁基体1は白色のセラミックスから成るのがよく、黒色等の有色のセラミックスを用いると、絶縁基体1を透過しようとする光が絶縁基体1で吸収されてしまい、外部端子導体層8a,8bで光を反射して外部(図1では上方)に効率よく放射することがきわめて困難になる。
【0018】
本発明の絶縁基体1は、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体等の焼結体(セラミックス)から成る略直方体や略四角平板状のものであり、これらの白色のセラミックスは、絶縁基体1の厚みが0.8mm以上の場合に波長が400乃至700nmの光の反射率を80%以上とすることができる。
【0019】
例えば絶縁基体1が酸化アルミニウム焼結体から成る場合、SiO2−Al2O3−MgO−ZnO2−CaO系等のセラミックスから成る。この場合、絶縁基体1の厚みが0.8mm以上の場合に波長が400乃至700nmの光の反射率を80%以上とするには、Al2O3の含有量が90〜99重量%、SiO2,MgO,CaOの合計の含有量が1〜10重量%であることが好ましい。SiO2,MgO,CaOの合計の含有量が、1重量%未満では、Al2O3の焼結性が悪くなり、パッケージとしての十分な硬度が得られにくい。10重量%を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまう。
【0020】
また、SiO2はセラミックスの焼結性と密着性、MgOとCaOはセラミックスの焼結性と熱伝導性を高めるためにセラミックス中に含有されており、それぞれの効果を発揮するためにも、SiO2,MgO,CaOのそれぞれが0.01重量%以上含有されることが好ましい。また、セラミックスの密度、機械的強度を高めるために上記セラミックス中にZrO2を含有させても構わない。この場合、ZrO2の含有量は0.01〜10重量%であることが好ましい。含有量が0.01重量%未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上の効果が十分に発揮されない。10重量%を超えると、電気絶縁性が劣化する。また、SiO2,MgO,CaOおよびZrO2の合計の含有量は、多すぎると耐熱性、強度が損なわれるため10重量%以下であることが好ましい。
【0021】
また、絶縁基体1が窒化アルミニウム(AlN)質焼結体から成る場合、AlN−Er2O3系等のセラミックスから成り、絶縁基体1の厚みが0.8mm以上で波長が400乃至700nmの光の反射率が80%以上であるためには、Er2O3の含有量が窒化アルミニウム質焼結体の総重量に対して1〜10重量%であることが好ましい。Er2O3の含有量が1重量%未満では、焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくい。10重量%を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまうこととなる。
【0022】
この絶縁基体1は、その上面に発光素子3を収容するための凹部4が形成されており、複数のセラミック層を積層することで形成されている。例えば、凹部4用の貫通孔が形成された枠状のセラミックグリーンシートと発光素子3を搭載するための平板状のセラミックグリーンシートとを複数枚積層し、約1600℃で焼成し一体化することで形成されている。また、枠状のセラミックグリーンシートを1枚あるいは複数枚積層して焼成することにより枠体を作製し、平板状のセラミックグリーンシートを1枚あるいは複数枚積層して焼成することにより直方体状の底板部を作製して、次にこれらを接合して絶縁基体1を作製してもよい。
【0023】
また、絶縁基体1の凹部4の底面には発光素子3を搭載するための搭載部2が形成されており、搭載部2はタングステン(W),モリブデン(Mo),銅(Cu),銀(Ag)等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【0024】
また、絶縁基体1には、搭載部2から下面にかけて導出された配線層5aおよび搭載部2の周辺から下面にかけて導出された配線層5bが被着形成されている。この一対の配線層5a,5bは、WやMo等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ内部に収納する発光素子3を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、搭載部2には発光ダイオード等の発光素子3が金(Au)−シリコン(Si)合金やAg−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、配線層5bの搭載部2の周辺の部位には発光素子3の電極がボンディングワイヤ6を介して電気的に接続されている。
【0025】
なお、配線層5a,5bおよび搭載部2の露出する表面に、ニッケル(Ni),金(Au),Ag等の耐蝕性に優れる金属を1〜20μm程度の厚みで被着させておくのがよく、配線層5a,5bおよび搭載部2が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部2と発光素子3との固着および配線層5bとボンディングワイヤ6との接合を強固にすることができる。従って、配線層5a,5bおよび搭載部2の露出表面には、厚さ1〜10μm程度のNiめっき層と厚さ0.1〜3μm程度のAuめっき層またはAgめっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【0026】
また、凹部4の内面には金属層7が形成されており、この金属層7はWやMo等の金属粉末のメタライズ層から成り、さらに金属層7上にはNi,Au,Ag等の金属めっき層が被着されている。
【0027】
凹部4の底面の配線層5bおよび搭載部2と、金属層7表面の金属めっき層とが、凹部4に収容される発光素子3の光を効果的に反射する反射領域として機能する。このため、凹部4の底面で露出する領域を小さくして反射性能を向上させるために、金属層7は配線層5bおよび搭載部2のいずれか一方と接続されていても構わない。
【0028】
また、凹部4の内面と底面とのなす角度を35〜70°として、凹部4の内面が外側(図1では上方)に向かって漸次広がるような傾斜面となるようにすることが好ましい。この場合、凹部4の底面の配線層5a,5bおよび搭載部2、金属層7表面の金属めっき層で反射した光をパッケージの外部により効率よく放射させることができる。上記角度が35°未満では、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜くことにより凹部4の内面をそのような角度で安定かつ効率良く形成することが困難となるとともに、パッケージが極度に大型化してしまう。70°を超えると、凹部4内に収容する発光素子3が発する光を外部に良好に反射することが困難となる。
【0029】
また、凹部4は、その断面形状が円形状であることが好ましい。この場合、凹部4に収容される発光素子3が発光する光を凹部4の内面の金属層7表面の金属めっき層で全方向に満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができるという利点がある。
【0030】
本発明の外部端子導体層8a,8bは、配線層5a,5bに電気的に接続されて絶縁基体1の下面に形成されており、外部端子導体層8a,8bは、凹部4の底面の搭載部2と配線層5a,5bとの間の絶縁基体1が露出した領域R2と重なるように配置されている。これにより、領域R2から絶縁基体1の底部に侵入し透過した一部の光は、領域R2を覆う外部端子導体層8aによって反射され、光が絶縁基体1の下面から外部に漏れ出るのを防ぐことができる。
【0031】
この場合、領域R2から絶縁基体1の底部に侵入する光は、底面に対して直交しない方向(斜め方向)の成分もあるため、R1をも外部端子導体層8aで覆うことにより、斜め方向の光を反射することができる。また、外部端子導体層8a,8bは絶縁基体1の下面を外部電気回路基板に接続した際に外部端子導体層8a,8bが短絡しないようにして広い領域に形成されていることがよく、上記の斜め方向の光を効果的に反射して外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【0032】
さらに、外部端子導体層8a,8bは絶縁基体1の側面に延出されていてもよく、光が絶縁基体1の側面から外部に漏洩するのを防ぐことができる。この場合、外部端子導体層8a,8bは、絶縁基体1の側面に下面と凹部4の底面との間の高さの1/4以上に延出して形成されていることがよく、光が絶縁基体1の側面から外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【0033】
また、搭載部2の周囲の底面が露出した領域R2のうち、搭載部2と配線層5bとの間の絶縁基体1の底面が露出した領域R2が大きく、この領域R2の直下の部位が外部端子導体層8a,8bで覆われていることにより、光の外部への漏洩を有効に防ぐことができる。
【0034】
外部端子導体層8a,8bは、W,Mo,Cu,Ag等の金属粉末のメタライズ層から成っており、その表面にNi,Au,Ag等の耐蝕性に優れる金属を1〜20μm程度の厚みで被着させておくのがよく、外部端子導体層8a,8bが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、凹部4の底面が露出した領域R2から侵入し絶縁基体1の底部を透過した光を良好に反射することができ、光が外部に漏洩するのを有効に防ぐことができる。従って、外部端子導体層8a,8bの表面には、厚さ1〜10μm程度のNiめっき層と、厚さ0.1〜3μm程度のAuめっき層またはAgめっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【0035】
かくして、本発明の発光素子収納用パッケージは、外部端子導体層8a,8bは、凹部4の底面の搭載部2と配線層5a,5bとの間の絶縁基体1が露出した領域R2と重なるように配置されていることから、絶縁基体1の底部が薄いため発光素子3の光の一部が絶縁基体1の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体1の底部を透過してきた光は外部端子導体層8a,8bで反射されて、絶縁基体1の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに薄型化されたパッケージとなる。
【0036】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【0037】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部を設け、凹部の底面に発光素子が搭載される搭載部導体層および発光素子の電極が接続される配線層を形成するとともに、絶縁基体の下面に配線層と電気的に接続された外部端子導体層を形成して成るものであって、外部端子導体層は、凹部の底面の搭載部導体層と配線層との間の絶縁基体が露出した領域と重なるように配置されていることにより、絶縁基体の底部が薄いため発光素子の光の一部が絶縁基体の底部を透過することが可能な場合であっても、絶縁基体の底部を透過してきた光は外部端子導体層で反射されるので、絶縁基体の底部を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができるとともに、薄型化されたものとなる。
【0038】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部導体層に搭載されるとともに搭載部導体層の周囲の配線導体に電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、発光効率が高くかつ薄型化されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】図1の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【図3】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図4】図3の発光素子収納用パッケージの下面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基体
2:搭載部導体層
3:発光素子
4:凹部
5a,5b:配線層
8a,8b:外部端子導体層
Claims (5)
- 凹部が設けられた上面と下面とを有する白色の絶縁基体と、
前記凹部の底面に設けられており、発光素子が搭載される搭載部導体層と、
前記凹部の前記底面に設けられており、前記発光素子が電気的に接続される配線層と、
前記絶縁基体の前記下面に設けられており、前記搭載部導体層と前記配線層との間の前記絶縁基体が露出した領域に対応して前記領域に重なるように配置された外部端子導体層と、
を備えた発光素子収納用パッケージ。 - 前記外部端子導体層の材料が、W,Mo,CuおよびAgからなる群から選択されることを特徴とする請求項1記載の発光素子収納用パッケージ。
- 前記外部端子導体層の表面に形成されためっき層をさらに備えていることを特徴とする請求項2記載の発光素子収納用パッケージ。
- 前記めっき層の材料が、Ni,AuおよびAgからなる群から選択されることを特徴とする請求項3記載の発光素子収納用パッケージ。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージと、
前記発光素子収納用パッケージの前記配線層に電気的に接続されており、前記搭載部導体層に搭載された発光素子と、
を備えた発光装置。
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