JP4183175B2 - 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(LED)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5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成るとともに上面に凹部14が形成されている直方体状の絶縁基体の凹部14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12が設けられた基体11と、基体11の搭載部12およびその周辺から基体11の下面に形成された一対の配線層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、基体11の凹部14内に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】
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の内周面にニッケル(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】
また、上記のパッケージはセラミックグリーンシート積層法により以下のようにして製作される。まず、基体11の搭載部(搭載部から下側)を形成するためのセラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)と、基体11の凹部14を形成するためのグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線層15を導出させるための貫通孔や凹部14となる貫通穴を打ち抜き法で形成する。
【0006】
次に、搭載部12を形成するためのグリーンシートの積層体Aの貫通孔および所定の部位に、メタライズ層から成る配線層15形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布し、また凹部14の内面にメタライズ層を被着する場合、凹部14を形成するためのグリーンシートの積層体Bの貫通穴内面に金属層17形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。
【0007】
次に、積層体Aと積層体Bとを重ねて接着して基体11を形成するための積層体とし、これを所定寸法に切断して成形体となし、高温(1600℃程度)で焼成して焼結体となす。その後、配線層15および金属層17の露出表面にニッケル,金,パラジウム,白金等の金属から成るめっき層を無電解めっき法や電解めっき法により被着させることによって、パッケージが製作される。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−232017号公報
【0009】
【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、スクリーン印刷法で凹部14の内周面に導体ペーストを印刷塗布して金属層17を形成することから、導体ペーストの粘度の影響等により、凹部14の上部と下部で金属層17の厚みが異なりやすく、凹部14の内周面に均一な角度で金属層17を形成するのが困難になるという問題点を有していた。また、金属層17の表面粗さもばらつきやすいという問題点を有していた。従って、発光素子13が発光する光を効率よく反射し、外部に均一に放射しにくくなるという問題点を有していた。
【0010】
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、発光素子が発光する光を良好に反射して、外部に均一かつ効率良く放射することができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、発光素子が搭載されるべき領域を凹部の底部に有するアルミナセラミックスから成る絶縁基体と、前記底部に設けられ、前記発光素子と電気的に接続するための配線層と、前記凹部の内周面の形状に沿って取着され、筒状、若しくは貫通孔を有する円錐台状又は角錐台状のFe−Ni−Co合金から成り、上端部が前記基体の上面に延出している金属板と、該金属板の表面に被着されているアルミニウムから成る金属層と、を具備したものである。
【0012】
本発明の発光素子収納用パッケージによれば、凹部の内周面に金属板が取着されていることから、凹部の内周面の表面状態に影響を受けることなく発光素子が発光する光を金属板の表面で良好に反射することができるので、外部に均一かつ効率良く反射することができる。また、金属板として、アルミナセラミックスから成る絶縁基体に熱膨張係数の近いFe−Ni−Co合金を使用することにより、金属板の剥がれ等を有効に防止することができるので、この金属板にアルミニウムから成る金属層を被着すると、金属板を強固に取着できるとともに、発光素子の発光する光に対する反射率を高いものとすることができる。また、金属層はアルミニウムから成ることにより、酸化腐食やマイグレーション等の不具合が発生しにくいとともに、発光素子の光波長の変動による反射率の変化も小さいので、広い用途に使用することができる。また、金属板の上端部が絶縁基体の上面に延出していることから、金属板の凹部への上下方向での嵌め込み位置を正確に位置決めすることができるとともに、金属板の接着強度が向上することとなる。
【0015】
また、本発明の発光素子収納用パッケージは、前記金属板は、表面にアルミニウムから成る金属層が被着されていることを特徴とする。
【0016】
本発明の発光素子収納用パッケージは、金属板は表面にアルミニウムから成る金属層が被着されていることから、発光素子が発光する光を金属板に被着されている反射率の高い金属層で良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【0017】
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、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする。
【0018】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高いものとなる。
【0019】
【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、3は発光素子、4は発光素子3を収容するための凹部である。
【0020】
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が設けられるとともに、凹部4の底面に発光素子3が搭載される搭載部2および発光素子3の電極が接続される配線層5a,5bが形成されているものであって、凹部4の内周面に金属板8が取着されている。
【0021】
本発明の絶縁基体1はセラミックスや樹脂から成り、セラミックスからなる場合、例えば酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス),窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱状であり、この上面の中央部に発光素子3を収容するための凹部4が形成されている。絶縁基体1が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート(セラミック生シート)を得、しかる後、グリーンシートに凹部4用の貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、発光素子3を搭載するためのグリーンシートと凹部4用のグリーンシートとを複数枚積層し、高温(約1600℃)で焼成し、一体化することで形成される。
【0022】
また、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。
【0023】
また、絶縁基体1は、搭載部2およびその周辺から絶縁基体1の下面かけて形成された配線層5a,5bが被着形成されている。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、凹部4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(LED),半導体レーザ(LD)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。そして、絶縁基体1下面の配線層5a,5bが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子3の各電極と電気的に接続され、発光素子3へ電力や駆動信号が供給される。また、発光素子3は搭載部2および配線層5bにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【0024】
配線層5a,5bは、例えばWやMo等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た導体ペーストを絶縁基体1となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体1の所定位置に被着形成される。
【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との接続、配線層5a,5bと外部電気回路基板の配線導体との接続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の内周面は、傾斜面となっているとともに凹部4の底面から絶縁基体1の上面に向けて35〜70°の角度で外側に広がっていることが好ましい。角度θが70°を超えると、凹部4内に収容された発光素子3が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にある。他方角度θが35°未満であると、凹部4の内周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傾向にあるとともに、パッケージが大型化してしまう。
【0027】
そして、本発明において、凹部4の内周面に金属板8が取着されている。これにより、凹部4の内周面の表面状態に影響を受けることなく発光素子3が発光する光を金属板8の表面で良好に反射し、均一かつ効率良く反射することができる。
【0028】
この金属板8は、エポキシ樹脂等の樹脂接着剤により凹部4の内周面に取着されていても良いし、凹部4の内周面に接合用のメタライズ層を形成し、Agろう等によりろう付けで接合されていても良い。また、凹部4内に発光素子3を収容し、ボンディングワイヤ6等を介して電気的接続を行なった後に、凹部4内に封入される透明樹脂によって、発光素子3とともに金属板8を覆って封止して、凹部4の内周面に取着された状態としても良い。
【0029】
本発明において、図2(a),(b)に示すように、凹部4の内周面の形状に沿った金属板8を凹部4の内周面に取着することができる。凹部4の横断面形状が円形状であれば、円筒状や貫通孔を有する円錐台状の金属板を凹部4の内周面に取着し、凹部4の横断面形状が四角形状であれば、四角筒状や貫通孔を有する角錐台状の金属板8を凹部4の内周面に取着することができる。
【0031】
また、凹部4に取着された金属板8の露出表面の算術平均粗Raは1〜3μmが好ましい。1μm未満であると、凹部4内に収容された発光素子3が発光する光を均一に反射させることが難しくなり、反射する光の強さに偏りが発生し易くなる。3μmを超えると、凹部4内に収容された発光素子3が発光する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【0032】
また、凹部4は、その横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に収容された発光素子3が発光する光を凹部4の内周面の金属板8の表面で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。
【0035】
また、金属板8は、その内周面(発光素子3側の面)が凹んだ曲面状とされていてもよい。これにより、発光素子3の光を効果的に収束させて反射させることができる。また、金属板8の上端部が絶縁基体1の上面に延出していることが重要である。このことから、金属板8の凹部4への上下方向での嵌め込み位置を正確に位置決めすることができるとともに、金属板8の接着強度が向上することとなる。
【0036】
さらに、金属板8は、その内周面の発光素子3の発光部よりも低い部位に穴、貫通孔、溝、突起を設けたり、下端面に切欠きを形成するとよく、その場合、透明樹脂が穴、貫通孔、溝、切欠きに入り込んだり、突起に引っ掛かって接着力が向上する。
【0037】
また、金属板8は、その下端に発光素子3側へ張り出した張り出し部を形成するとよく、その場合その張り出し部が凹部4の底面の外周部に取着されて金属板8が強固かつ安定的に取着されることとなる。
【0038】
また本発明において、図4に示すように、凹部4の内周面に被着されている金属板8は、表面にアルミニウムから成る金属層8aが被着されていることが重要である。これにより、発光素子3が発光する光を金属板8に被着された金属層8aで良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。金属層8aはアルミニウムから成り、これにより、酸化腐食やマイグレーション等の不具合が発生しにくいとともに、発光素子3の光波長の変動による反射率の変化も小さいので、広い用途に使用することができる。
【0039】
また、金属板8として、絶縁基体1に熱膨張係数の近い材質のものを使用することが重要である。アルミナセラミックス(熱膨張係数7×10−6〜8×10−6/℃)から成る絶縁基体1に熱膨張係数の近いFe−Ni−Co合金(熱膨張係数6×10−6〜10×10−6/℃)を使用することにより、金属板8の剥がれ等を有効に防止することができるので、この金属板8にアルミニウムから成る金属層8aを被着すると、金属板8を強固に取着できるとともに、発光素子3の発光する光に対する反射率を高いものとすることができる。
【0040】
また、金属層8aは、金属板8の発光素子3側の表面(内周面)のみに被着してもよいし、金属板8の全面に被着してもよい。
【0042】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、搭載部2に搭載された発光素子3と、発光素子3を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子3が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高いものとなる。発光素子3を覆う透明樹脂は、発光素子3およびその周囲のみを覆っていてもよいし、凹部4内に充填されて発光素子3を覆っていてもよい。
【0044】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、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。例えば、図6のパッケージの断面図に示すように、搭載部2を、凹部4の底面の絶縁基体1の上面の搭載領域に直接搭載するようにし、搭載部2の周囲に発光素子3の電極が接続される配線層5a,5bを形成しても良い。この場合、搭載部2に、発光素子3が搭載されるとともに、配線層5a,5bに発光素子3の電極がボンディングワイヤ6a,6b等を介して電気的に接続される。また、金属製の枠体8と金属層8aとの間にニッケル等から成る金属層等を介在させていても良い。
【0045】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージによれば、凹部の内周面に金属板が取着されていることから、凹部の内周面の表面状態に影響を受けることなく発光素子が発光する光を金属板の表面で良好に反射することができるので、外部に均一かつ効率良く反射することができる。また、金属板として、アルミナセラミックスから成る絶縁基体に熱膨張係数の近いFe−Ni−Co合金を使用することにより、金属板の剥がれ等を有効に防止することができるので、この金属板にアルミニウムから成る金属層を被着すると、金属板を強固に取着できるとともに、発光素子の発光する光に対する反射率を高いものとすることができる。また、金属層はアルミニウムから成ることにより、酸化腐食やマイグレーション等の不具合が発生しにくいとともに、発光素子の光波長の変動による反射率の変化も小さいので、広い用途に使用することができる。
【0047】
また、本発明の発光素子収納用パッケージは、金属板は表面にアルミニウムから成る金属層が被着されていることから、発光素子が発光する光を金属板に被着されている反射率の高い金属層でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【0048】
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、搭載部に搭載された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることにより、発光素子が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高いものとなる。
【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の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】(a),(b)は本発明の発光素子収納用パッケージの製造工程を示すものであり、それぞれ発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図3】(a),(b)は本発明の発光素子収納用パッケージの製造工程を示すものであり、それぞれ発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図4】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図5】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図6】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基体
2:搭載部
3:発光素子
4:凹部
5a,5b:配線層
8:金属板
Claims (4)
- 発光素子が搭載されるべき領域を凹部の底部に有するアルミナセラミックスから成る絶縁基体と、
前記底部に設けられ、前記発光素子と電気的に接続するための配線層と、
前記凹部の内周面の形状に沿って取着され、筒状、若しくは貫通孔を有する円錐台状又は角錐台状のFe−Ni−Co合金から成り、上端部が前記基体の上面に延出している金属板と、
該金属板の表面に被着されているアルミニウムから成る金属層と、
を具備した発光素子収納用パッケージ。 - 前記金属板の下端部は、前記基体の凹部の底部に張り出し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。
- 前記金属板は、前記発光素子の発光部よりも低い部位に穴、貫通孔、溝、若しくは突起を、又は下端面に切欠きを形成してなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光素子収納用パッケージ。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージと、
前記領域に搭載された発光素子と、
該発光素子を覆う透明樹脂と、
を具備した発光装置。
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