JP4383059B2 - 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
【０００１】
【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容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いる。従来のセラミック製のパッケージは、図５に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子23を搭載するための導体層から成る搭載部21ａを有し、搭載部21ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体24ａ，24ｂを有する略四角平板状のセラミック製の基体21と、その上面に積層され、中央部に発光素子23を収容するための貫通孔22ａを有する四角枠状のセラミック製の枠体22とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
そして、基体21の上面の一方のメタライズ配線導体24ａが接続された搭載部21ａ上に発光素子23を導電性接合材を介して固着するとともに発光素子23の電極と他方のメタライズ配線導体24ｂとをボンディングワイヤ25を介して電気的に接続し、しかる後、枠体22の貫通孔22ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子23を封止することによって発光装置となる。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する発光装置の電極が外部電気回路に電気的に接続され発光素子23へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
このようなセラミック製のパッケージにおいては、内部に収容する発光素子23が発する光を枠体22の貫通孔22ａの内周面で反射させて発光装置の発光効率を良好なものとするために、貫通孔22ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成る金属めっき層26ｂを表面に有するメタライズ金属層26ａを被着させている。
【０００５】
また、従来、半導体素子などを作動させたときに発生する熱をパッケージの外部へ放散させて、半導体素子の破損や電気的な誤動作などを防止するために、パッケージは熱伝導性の良い窒化アルミニウム質焼結体から成るものが使用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００７】
【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、発光素子23に電圧を印加して発光させる際に発光素子23で発生する熱を基体21を介してパッケージ外部へ効率よく放散させるために、基体21を熱伝導性の良い窒化アルミニウム質焼結体で構成した場合であっても、メタライズ層等の導体層から成る搭載部21ａと搭載部21ａおよびその周辺から基体21の下面にかけて形成されたメタライズ配線導体24ａ，24ｂに発光素子23が電気的に接続されていることから、搭載部21ａおよび一対のメタライズ配線導体24ａ，24ｂにより熱が遮られてしまう。すなわち、メタライズ層は、熱伝導性の良い金属粒子を含むとはいえ、焼結した金属粒子の塊の間にはガラス成分が存在しているため、熱伝導率が金属粒子の熱伝導率の１／３程度に低下しており、窒化アルミニウム質焼結体よりも熱伝導率が劣化していることによる。その結果、発光素子23の熱を良好にパッケージ外部へ放散するのが困難であるという問題点があった。
【０００８】
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、発光素子で発生する熱を良好にパッケージ外部へ放散することができ、その結果、発光素子の破損や電気的な誤動作を防止することが可能な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。
【０００９】
【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、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される、前記基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、該搭載部の近傍に、前記発光素子の電極が電気的に接続される、前記基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成る発光素子収納用パッケージであって、前記搭載部は前記発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、前記配線層は第２の導体非形成部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、この凹部の底面に発光素子が搭載される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、この搭載部の近傍に、発光素子の電極が電気的に接続される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成り、搭載部は発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、配線層は第２の導体非形成部が設けられていることから、第１の導体非形成部および第２の導体非形成部の基体が露出している部位から、発光素子で発生した熱を良好にパッケージの外部へ放散させることができる。
【００１１】
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るとともに前記搭載部の周囲の前記配線層に電気的に接続された前記発光素子と、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。
【００１２】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子で発生する熱を良好に放散させることができ、発光素子の破損や電気的な誤動作のない信頼性の高いものとなる。
【００１３】
【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平面図であり、図２は図１の断面図である。１は基体、１ａは発光素子３の搭載部、３は発光素子、２ａは発光素子３を収容するための凹部である。主としてこれらでパッケージが構成されている。
【００１４】
本発明のパッケージは、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部２ａが形成され、凹部２ａの底面に発光素子３が搭載される、基体１よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部１ａが設けられるとともに、搭載部１ａの近傍に、発光素子３の電極が電気的に接続される、基体１よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層７ｂが形成されて成るものであって、搭載部１ａは発光素子３の下面よりも小さい第１の導体非形成部８ａが設けられており、配線層７ｂは第２の導体非形成部８ｂが設けられている。
【００１５】
本発明における基体１は、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱体であり、上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部２ａが形成されている。この基体１は、窒化アルミニウムなど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セラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）を得、しかる後、グリーンシートに凹部２ａ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２ａ用の枠状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。
【００１６】
また、凹部２ａの底面には発光素子３を搭載するための搭載部１ａが形成されており、搭載部１ａ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。
【００１７】
また、基体１は、搭載部１ａおよびその周辺から基体１の下面にかけて形成されるとともに基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂに電気的に接続された配線層７ａ，７ｂが設けられている。配線層７ａ，７ｂおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部２ａ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１ａ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７ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されている。そして、基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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の各電極が外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続され、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は図３，図４に示すように搭載部１ａおよび配線層７ｂにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【００１８】
搭載部１ａ、配線層７ａ，７ｂおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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金属ペーストを、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、基体１の所定位置に被着形成される。
【００１９】
なお、配線層７ｂ、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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７ｂ、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着および配線層７ｂとボンディングワイヤ５との接続、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ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７ｂ、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面に、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。
【００２０】
また、凹部２ａの内周面のメタライズ金属層６ａには発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上であるめっき金属層６ｂが被着形成されていることが好ましい。例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ金属層６ａ上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっき金属層６ｂを被着させてなり、これにより発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。発光素子３が発光する光に対する反射率が80％未満であると、凹部２ａに収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２１】
また、凹部２ａの内周面は、傾斜面となっているとともに凹部２ａ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２ａ内に収容した発光素子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。一方角度θが35°未満であると、凹部２ａ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。
【００２２】
また、凹部２ａの内周面のめっき金属層６ｂの表面の算術平均粗さＲａは１〜３μmが好ましい。１μm未満であると、凹部２ａ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２ａ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。
【００２３】
また、凹部２ａ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２ａに収容された発光素子３が発光する光を凹部２ａの内周面の表面のめっき金属層６ｂ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。
【００２４】
メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、その面積が絶縁基体１の下面に対しておのおの15％以上であるとともに、その表面の平坦度が20μm／10ｍｍ以下であることが好ましい。面積が15％未満であると、メタライズ配線導体４ａ，４ｂの平坦性が劣化しやすくなるとともに、外部電気回路基板の配線導体との接続の強度が低下しやすくなる。また、20μm／10ｍｍを超えると、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ間に高さのバラツキが発生し、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装するのが困難となったり、絶縁基体１が外部電気回路基板に対して傾斜したりする。
【００２５】
また、メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、絶縁基体１の側面に延出させたり、絶縁基体１の角部や側面に切欠き部等を形成してこの切欠き部の側面に延出させても良い。この場合、外部電気回路基板の配線導体との半田等のメニスカスによる接合面積を大きくできるので、メタライズ配線導体４ａ，４ｂと外部電気回路基板との接続性を向上させることができる。また、メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、基体１の下面における面積がおのおの異なっていても構わない。
【００２６】
本発明のパッケージにおいて、搭載部１ａは発光素子３の下面よりも小さい第１の導体非形成部８ａが設けられており、配線層７ｂは第２の導体非形成部８ｂが設けられている。これにより、第１および第２の導体非形成部８ａ，８ｂの基体１が露出している部位から、発光素子３の熱を良好にパッケージ外部へ放散させることができる。
【００２７】
第１および第２の導体非形成部８ａ，８ｂは、搭載部１ａおよび配線層７ｂを形成するための金属ペーストを、基体１となるグリーンシートにスクリーン印刷法により印刷塗布する際に、図１のような所定パターンに形成することができる。
【００２８】
第１および第２の導体非形成部８ａ，８ｂの形状は、図１のような四角形状のものを縦横に並べた格子状に限らず、円形状、楕円形状、三角形状、五角形状等の多角形状などの種々の形状のものを、縦横に並べたり任意に配置することができる。
【００２９】
また、第１の導体非形成部８ａの大きさは発光素子３の下面よりも小さいが、これは、第１の導体非形成部８ａの大きさが発光素子３の下面の大きさ以上であると、発光素子３の下面が搭載部１ａに搭載できなくなる場合が生じるからである。
【００３０】
第１の導体非形成部８ａは、その合計の面積が搭載部１ａの面積の50〜80％であることが好ましい。50％未満では、搭載部１ａにおける放熱性が低下して発光素子３の作動性が劣化し易くなる。80％を超えると、発光素子３を搭載部１ａに搭載するのが難しくなる。また、メタライズ層から成る搭載部１ａは、発光素子３の光が凹部２ａ底面から絶縁基体１内部へ漏れるのを防ぐ効果も有しているため、第１の導体非形成部８ａの面積が大きすぎないようにするのがよく、その点からも第１の導体非形成部８ａの合計の面積が搭載部１ａの面積の80％以下であるのがよい。
【００３１】
第２の導体非形成部８ｂは、配線層７ｂにボンディングワイヤ５や導体バンプが接続できればよいため、第１の導体非形成部８ａよりも大きい形状で形成することができる。したがって、配線層７ｂにボンディングワイヤ５や導体バンプが接続できる縦0.1ｍｍ×横0.1ｍｍ程度の導体領域が残るように、第２の導体非形成部８ｂが形成されていればよい。
【００３２】
また、本発明の実施の形態の他の例を図３の平面図および図４の断面図に示す。これらの図は、発光素子13が搭載部11ａおよび配線層17ｂにフリップチップ実装された場合を示すものである。このようなフリップチップ実装の場合、発光素子13下面の導体バンプ（両電極）を介して電力が供給されることから下面側に多くの熱が発生しやすく、特に複数個の発光素子13を搭載する場合、即ち、フルカラー発光させるパッケージのように多数個の発光素子13を搭載させる場合など、搭載部11ａおよび配線層17ｂ上で発生する熱は非常に大きな熱量となる。このように大きな熱量の熱も良好に放散させられるため、それぞれの発光素子13が破損することもなく、発光素子13の電圧、光の波長、輝度などの仕様も満足させることができる。
【００３３】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、搭載部１ａに搭載されるとともに搭載部１ａの周囲の配線層７ｂに電気的に接続された発光素子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たことから、発光素子３から発生する熱を良好に放散することができ、発光素子３の破損や電気的誤動作のない信頼性の高いものとなる。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３およびその周囲を覆うように設けてもよく、凹部２ａ内に充填させて発光素子３を覆うように設けてもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、凹部の底面に発光素子が搭載される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、搭載部の近傍に、発光素子の電極が電気的に接続される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成り、搭載部は発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、配線層は第２の導体非形成部が設けられていることから、第１の導体非形成部および第２の導体非形成部の基体が露出している部位から、発光素子で発生する熱を良好に発光素子収納用パッケージの外部へ放散させることができる。
【００３６】
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、搭載部に搭載されるとともに搭載部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から、発光素子で発生する熱を良好に放散することができ、発光素子の破損や電気的な誤動作のない信頼性の高いものとなる。
【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について実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図３】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他の例を示す平面図である。
【図４】図３の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図５】従来の発光素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：枠体
３：発光素子
７ａ，７ｂ：配線層
８ａ：第１の導体非形成部
８ｂ：第２の導体非形成部
【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容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いる。従来のセラミック製のパッケージは、図５に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子23を搭載するための導体層から成る搭載部21ａを有し、搭載部21ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体24ａ，24ｂを有する略四角平板状のセラミック製の基体21と、その上面に積層され、中央部に発光素子23を収容するための貫通孔22ａを有する四角枠状のセラミック製の枠体22とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
そして、基体21の上面の一方のメタライズ配線導体24ａが接続された搭載部21ａ上に発光素子23を導電性接合材を介して固着するとともに発光素子23の電極と他方のメタライズ配線導体24ｂとをボンディングワイヤ25を介して電気的に接続し、しかる後、枠体22の貫通孔22ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子23を封止することによって発光装置となる。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する発光装置の電極が外部電気回路に電気的に接続され発光素子23へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
このようなセラミック製のパッケージにおいては、内部に収容する発光素子23が発する光を枠体22の貫通孔22ａの内周面で反射させて発光装置の発光効率を良好なものとするために、貫通孔22ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成る金属めっき層26ｂを表面に有するメタライズ金属層26ａを被着させている。
【０００５】
また、従来、半導体素子などを作動させたときに発生する熱をパッケージの外部へ放散させて、半導体素子の破損や電気的な誤動作などを防止するために、パッケージは熱伝導性の良い窒化アルミニウム質焼結体から成るものが使用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００７】
【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、発光素子23に電圧を印加して発光させる際に発光素子23で発生する熱を基体21を介してパッケージ外部へ効率よく放散させるために、基体21を熱伝導性の良い窒化アルミニウム質焼結体で構成した場合であっても、メタライズ層等の導体層から成る搭載部21ａと搭載部21ａおよびその周辺から基体21の下面にかけて形成されたメタライズ配線導体24ａ，24ｂに発光素子23が電気的に接続されていることから、搭載部21ａおよび一対のメタライズ配線導体24ａ，24ｂにより熱が遮られてしまう。すなわち、メタライズ層は、熱伝導性の良い金属粒子を含むとはいえ、焼結した金属粒子の塊の間にはガラス成分が存在しているため、熱伝導率が金属粒子の熱伝導率の１／３程度に低下しており、窒化アルミニウム質焼結体よりも熱伝導率が劣化していることによる。その結果、発光素子23の熱を良好にパッケージ外部へ放散するのが困難であるという問題点があった。
【０００８】
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、発光素子で発生する熱を良好にパッケージ外部へ放散することができ、その結果、発光素子の破損や電気的な誤動作を防止することが可能な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。
【０００９】
【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、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される、前記基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、該搭載部の近傍に、前記発光素子の電極が電気的に接続される、前記基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成る発光素子収納用パッケージであって、前記搭載部は前記発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、前記配線層は第２の導体非形成部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、この凹部の底面に発光素子が搭載される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、この搭載部の近傍に、発光素子の電極が電気的に接続される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成り、搭載部は発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、配線層は第２の導体非形成部が設けられていることから、第１の導体非形成部および第２の導体非形成部の基体が露出している部位から、発光素子で発生した熱を良好にパッケージの外部へ放散させることができる。
【００１１】
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るとともに前記搭載部の周囲の前記配線層に電気的に接続された前記発光素子と、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。
【００１２】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子で発生する熱を良好に放散させることができ、発光素子の破損や電気的な誤動作のない信頼性の高いものとなる。
【００１３】
【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平面図であり、図２は図１の断面図である。１は基体、１ａは発光素子３の搭載部、３は発光素子、２ａは発光素子３を収容するための凹部である。主としてこれらでパッケージが構成されている。
【００１４】
本発明のパッケージは、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部２ａが形成され、凹部２ａの底面に発光素子３が搭載される、基体１よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部１ａが設けられるとともに、搭載部１ａの近傍に、発光素子３の電極が電気的に接続される、基体１よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層７ｂが形成されて成るものであって、搭載部１ａは発光素子３の下面よりも小さい第１の導体非形成部８ａが設けられており、配線層７ｂは第２の導体非形成部８ｂが設けられている。
【００１５】
本発明における基体１は、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱体であり、上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部２ａが形成されている。この基体１は、窒化アルミニウムなど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セラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）を得、しかる後、グリーンシートに凹部２ａ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２ａ用の枠状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。
【００１６】
また、凹部２ａの底面には発光素子３を搭載するための搭載部１ａが形成されており、搭載部１ａ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。
【００１７】
また、基体１は、搭載部１ａおよびその周辺から基体１の下面にかけて形成されるとともに基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂに電気的に接続された配線層７ａ，７ｂが設けられている。配線層７ａ，７ｂおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部２ａ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１ａ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７ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されている。そして、基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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の各電極が外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続され、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は図３，図４に示すように搭載部１ａおよび配線層７ｂにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【００１８】
搭載部１ａ、配線層７ａ，７ｂおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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金属ペーストを、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、基体１の所定位置に被着形成される。
【００１９】
なお、配線層７ｂ、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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７ｂ、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着および配線層７ｂとボンディングワイヤ５との接続、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ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７ｂ、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面に、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。
【００２０】
また、凹部２ａの内周面のメタライズ金属層６ａには発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上であるめっき金属層６ｂが被着形成されていることが好ましい。例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ金属層６ａ上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっき金属層６ｂを被着させてなり、これにより発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。発光素子３が発光する光に対する反射率が80％未満であると、凹部２ａに収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２１】
また、凹部２ａの内周面は、傾斜面となっているとともに凹部２ａ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２ａ内に収容した発光素子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。一方角度θが35°未満であると、凹部２ａ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。
【００２２】
また、凹部２ａの内周面のめっき金属層６ｂの表面の算術平均粗さＲａは１〜３μmが好ましい。１μm未満であると、凹部２ａ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２ａ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。
【００２３】
また、凹部２ａ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２ａに収容された発光素子３が発光する光を凹部２ａの内周面の表面のめっき金属層６ｂ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。
【００２４】
メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、その面積が絶縁基体１の下面に対しておのおの15％以上であるとともに、その表面の平坦度が20μm／10ｍｍ以下であることが好ましい。面積が15％未満であると、メタライズ配線導体４ａ，４ｂの平坦性が劣化しやすくなるとともに、外部電気回路基板の配線導体との接続の強度が低下しやすくなる。また、20μm／10ｍｍを超えると、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続する際に、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ間に高さのバラツキが発生し、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを外部電気回路基板の配線導体の正確な位置に実装するのが困難となったり、絶縁基体１が外部電気回路基板に対して傾斜したりする。
【００２５】
また、メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、絶縁基体１の側面に延出させたり、絶縁基体１の角部や側面に切欠き部等を形成してこの切欠き部の側面に延出させても良い。この場合、外部電気回路基板の配線導体との半田等のメニスカスによる接合面積を大きくできるので、メタライズ配線導体４ａ，４ｂと外部電気回路基板との接続性を向上させることができる。また、メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、基体１の下面における面積がおのおの異なっていても構わない。
【００２６】
本発明のパッケージにおいて、搭載部１ａは発光素子３の下面よりも小さい第１の導体非形成部８ａが設けられており、配線層７ｂは第２の導体非形成部８ｂが設けられている。これにより、第１および第２の導体非形成部８ａ，８ｂの基体１が露出している部位から、発光素子３の熱を良好にパッケージ外部へ放散させることができる。
【００２７】
第１および第２の導体非形成部８ａ，８ｂは、搭載部１ａおよび配線層７ｂを形成するための金属ペーストを、基体１となるグリーンシートにスクリーン印刷法により印刷塗布する際に、図１のような所定パターンに形成することができる。
【００２８】
第１および第２の導体非形成部８ａ，８ｂの形状は、図１のような四角形状のものを縦横に並べた格子状に限らず、円形状、楕円形状、三角形状、五角形状等の多角形状などの種々の形状のものを、縦横に並べたり任意に配置することができる。
【００２９】
また、第１の導体非形成部８ａの大きさは発光素子３の下面よりも小さいが、これは、第１の導体非形成部８ａの大きさが発光素子３の下面の大きさ以上であると、発光素子３の下面が搭載部１ａに搭載できなくなる場合が生じるからである。
【００３０】
第１の導体非形成部８ａは、その合計の面積が搭載部１ａの面積の50〜80％であることが好ましい。50％未満では、搭載部１ａにおける放熱性が低下して発光素子３の作動性が劣化し易くなる。80％を超えると、発光素子３を搭載部１ａに搭載するのが難しくなる。また、メタライズ層から成る搭載部１ａは、発光素子３の光が凹部２ａ底面から絶縁基体１内部へ漏れるのを防ぐ効果も有しているため、第１の導体非形成部８ａの面積が大きすぎないようにするのがよく、その点からも第１の導体非形成部８ａの合計の面積が搭載部１ａの面積の80％以下であるのがよい。
【００３１】
第２の導体非形成部８ｂは、配線層７ｂにボンディングワイヤ５や導体バンプが接続できればよいため、第１の導体非形成部８ａよりも大きい形状で形成することができる。したがって、配線層７ｂにボンディングワイヤ５や導体バンプが接続できる縦0.1ｍｍ×横0.1ｍｍ程度の導体領域が残るように、第２の導体非形成部８ｂが形成されていればよい。
【００３２】
また、本発明の実施の形態の他の例を図３の平面図および図４の断面図に示す。これらの図は、発光素子13が搭載部11ａおよび配線層17ｂにフリップチップ実装された場合を示すものである。このようなフリップチップ実装の場合、発光素子13下面の導体バンプ（両電極）を介して電力が供給されることから下面側に多くの熱が発生しやすく、特に複数個の発光素子13を搭載する場合、即ち、フルカラー発光させるパッケージのように多数個の発光素子13を搭載させる場合など、搭載部11ａおよび配線層17ｂ上で発生する熱は非常に大きな熱量となる。このように大きな熱量の熱も良好に放散させられるため、それぞれの発光素子13が破損することもなく、発光素子13の電圧、光の波長、輝度などの仕様も満足させることができる。
【００３３】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、搭載部１ａに搭載されるとともに搭載部１ａの周囲の配線層７ｂに電気的に接続された発光素子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たことから、発光素子３から発生する熱を良好に放散することができ、発光素子３の破損や電気的誤動作のない信頼性の高いものとなる。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３およびその周囲を覆うように設けてもよく、凹部２ａ内に充填させて発光素子３を覆うように設けてもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、凹部の底面に発光素子が搭載される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、搭載部の近傍に、発光素子の電極が電気的に接続される、基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成り、搭載部は発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、配線層は第２の導体非形成部が設けられていることから、第１の導体非形成部および第２の導体非形成部の基体が露出している部位から、発光素子で発生する熱を良好に発光素子収納用パッケージの外部へ放散させることができる。
【００３６】
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、搭載部に搭載されるとともに搭載部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から、発光素子で発生する熱を良好に放散することができ、発光素子の破損や電気的な誤動作のない信頼性の高いものとなる。
【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について実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図３】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他の例を示す平面図である。
【図４】図３の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図５】従来の発光素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：枠体
３：発光素子
７ａ，７ｂ：配線層
８ａ：第１の導体非形成部
８ｂ：第２の導体非形成部
Claims (2)
- 窒化アルミニウム質焼結体から成る基体の上面に発光素子を収容するための凹部が形成され、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される、前記基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る搭載部が設けられるとともに、該搭載部の近傍に、前記発光素子の電極が電気的に接続される、前記基体よりも熱伝導率が低いメタライズ層から成る配線層が形成されて成る発光素子収納用パッケージであって、前記搭載部は前記発光素子の下面よりも小さい第１の導体非形成部が設けられており、前記配線層は第２の導体非形成部が設けられていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
- 請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに前記搭載部の周囲の前記配線層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発光装置。
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