JP4525193B2 - 光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）等の光半導体素子を収容するために使用される光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置ベースに関する。
近年、電子機器の小型化、薄型化の要求に伴い、回路基板に表面実装することが出来る、いわゆるチップ型発光装置の需要が急速に増加している。また、高輝度、高出力への要望も高まっている。従来の光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置としては、セラミック基体にメタライズ配線を形成したパッケージに光半導体素子を収容しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
図５は、前記特許文献１に記載された従来の光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置を示すものである。
図５において、光半導体素子用パッケージ１０１は平板状のセラミック基体１０２にメタライズ配線１０３が形成されている。また、光半導体素子１０４を搭載するための搭載部１０５を有する平板状のセラミック基体１０２の上面に、光半導体素子１０４を収容するための貫通穴１０６を有するセラミック窓枠１０７が積層され、セラミック窓枠１０７の貫通穴内壁１０８は、セラミック基体１０２上面に対して一定の角度で外側に広がっているとともに光半導体素子が発光する光に対する反射率が８０％以上の金属層１０９を被着していた。
特開２００２−２３２０１７号公報
しかしながら、前記従来の構成では、セラミック基体の上面にセラミック窓枠を形成され、さらにセラミック基体を構成しているセラミックはＡｌ2Ｏ3やＡｌＮなどが用いられることが多い。Ａｌ2Ｏ3の熱伝導率は２０〜３５Ｗ/ｍ・Ｋ程度である。比較的熱伝導が良いとされているＡｌＮの熱伝導率は１３０〜１８０Ｗ/ｍ・Ｋであり、金属に比べ放熱特性が著しく劣り、高輝度、高出力の光半導体素子を収容するパッケージとして十分な放熱特性を得ることが困難である。また、放熱特性が不十分なパッケージでは、光半導体素子自身の発熱により光半導体素子自体が破壊に至る場合があるという課題を有していた。
発明は、前記従来の課題を解決するもので、放熱特性に優れた光半導体素子用パッケージと発光装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の光半導体素子用パッケージは、貫通孔と開口部を有するセラミック基体と、貫通孔にガラス封着された素子接続端子と実装端子を有するリード端子と、光半導体素子を搭載する凹部を有する金属成形体と有し、開口部に銅または銅合金からなる金属成形体が配置され、凹部に銀または銀合金被膜が形成されている。さらに、光半導体素子と、貫通孔と開口部を有するセラミック基体と、貫通孔にガラス封着された素子接続端子と実装端子を有するリード端子と、光半導体素子と素子接続端子を導通させる導電性ワイヤーと、光半導体素子を搭載する凹部を有する銅または銅合金からなる金属成形体と有し、凹部に銀または銀合金被膜が形成され、少なくとも光半導体素子の上面に透光部を備えた蓋体により被覆されたものである。
本構成によって、表面実装タイプの光半導体素子用パッケージおよび発光装置は高い放熱性を可能とすることができる。
以上のように、本発明の光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置によれば、光半導体素子を搭載する凹部を有する銅または銅合金からなる金属成形体を有することで、従来のセラミックで構成されたセラミック枠体に対して、高輝度、高出力の光半導体素子を収容するパッケージとして十分な放熱特性を得ることが可能となり、光半導体素子特性の劣化および破壊を防止することができる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における光半導体素子用パッケージを示した斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）において、光半導体素子用パッケージ１はＡｌ２Ｏ３やＡｌＮなどからなるセラミック基体２であり、素子接続端子３、リード部４および実装端子５を備えたリード端子６を挿通する貫通孔７が形成されている。貫通孔７に挿通されたリード端子６はリード部４を貫通孔７内で硼珪酸ガラスからなる封着ガラス８が充填され絶縁性と気密性を保つ様に封着されている。このとき、素子接続端子３はセラミック基体２の上面側に面し、実装端子５はセラミック基体２の底面側に面する様に配置されている。ここで言う絶縁性とはリード端子６各々にＤＣ１００Ｖ印加時に１×１０10Ω以上の絶縁抵抗を有することであり、気密性とはＭＩＬ−ＳＴＤ−２０２Ｅ ＭＥＴＨＯＤ１１２Ｂ ＳＥＡＬ試験条件Ｃを満足する範囲である。これによれば、全高寸法を抑えると共に、絶縁性、気密性に優れ、且つ表面実装を可能とする光半導体素子用パッケージとなる。
セラミック基体２上面には銅または銅合金からなる素子搭載部材９が、Ａｇ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金などからなるろう材１０を介して載置されている。素子搭載部材９には光半導体素子（図示せず）を搭載する素子搭載凹部１１が形成されており、素子搭載凹部１１の凹部は光を効率よく放射するカップ形状に形成されている。また、素子搭載凹部１１には銀または銀合金被膜（図示せず）が形成されている。これによれば、素子搭載部材９は熱伝導率が３８０〜４００Ｗ/ｍ・Ｋと高い熱伝導率を有する銅または銅合金を用いており放熱性、光反射効率に優れた光半導体素子用パッケージ１となる。
（実施の形態２）
図２（ａ）は、本発明の実施の形態２における光半導体素子用パッケージを示した斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）において、図１（ａ）、（ｂ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図２（ａ）、（ｂ）において、セラミック基体２は上面側に有底の開口部１２が形成されている。開口部１２には銅または銅合金からなる素子搭載部材９がＡｇ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金などからなるろう材１０を介して載置されている。このとき、開口部１２の内壁と素子搭載部材９の外壁部には互いに嵌め合される様に階段状の段差が形成されている。これによれば、セラミック基体２と素子搭載部材９とを寸法精度良く設置することが出来る光半導体素子用パッケージ１となる。
（実施の形態３）
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３における光半導体素子用パッケージを示した斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）において、図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）、（ｂ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図３（ａ）、（ｂ）において、セラミック基体２は上面側から底面側に貫通する開口部１２が形成されている。開口部１２には銅または銅合金からなる素子搭載部材９がＡｇ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金などからなるろう材１０を介して載置されている。このとき、素子搭載部材９の底面はセラミック基体２底面から略同一平面に露出している。これによれば、さらに放熱性に優れた光半導体素子用パッケージ１となる。
（実施の形態４）
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態４における発光装置の実施例を示した断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、セラミック基体２はＡｌ２Ｏ３やＡｌＮなどからなり、素子接続端子３、リード部４および実装端子５を備えたリード端子６を挿通する貫通孔７が形成されている。貫通孔７に挿通されたリード端子６はリード部４を貫通孔７内で硼珪酸ガラスからなる封着ガラス８が充填され絶縁性と気密性を保つ様に封着されている。このとき、素子接続端子３はセラミック基体２の上面側に面し、実装端子５はセラミック基体２の底面側に面する様に配置されている。セラミック基体２には銅または銅合金からなる素子搭載部材９がＡｇ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金などからなるろう材１０を介して載置されている。素子搭載部材９には光半導体素子１３を搭載する素子搭載凹部１１が形成されており、素子搭載凹部１１の凹部は光を効率よく放射するカップ形状に形成されている。また、素子搭載凹部１１には銀または銀合金被膜１４が形成されている。光半導体素子１３は素子接続端子３と導電性ワイヤー１５により導通接続されている。
セラミック基体２の上面側には少なくとも光半導体素子１２の上面に透光部１６を備えたセラミック成形体や鉄または鉄−ニッケル合金からなる蓋体１７により被覆され発光装置１８が構成されている。セラミック基体２と蓋体１７とは素子搭載部材９よりも融点の低いＡｇ合金ペースト、Ａｕ−Ｓｎ合金ペースト、Ａｕ−Ｓｉ合金ペーストなどを介して接着される。係る構成によれば、全高寸法を抑えると共に、絶縁性、気密性、放熱性、光反射効率に優れ、且つ表面実装を可能とする発光装置１８となる。
発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）等の光半導体素子を収容するために使用される光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置として有用であり、特に高輝度、高出力用途に適している。
本発明の実施の形態１における光半導体素子用パッケージを示す斜視図及び断面図 本発明の実施の形態２における光半導体素子用パッケージを示す斜視図及び断面図 本発明の実施の形態３における光半導体素子用パッケージを示す斜視図及び断面図 本発明の実施の形態４における発光装置の実施例を示す図 従来の光半導体素子用パッケージとそれを用いた発光装置を示した断面図
符号の説明
１ 光半導体素子用パッケージ
２ セラミック基体
３ 素子接続端子
４ リード部
５ 実装端子
６ リード端子
７ 貫通孔
８ 封着ガラス
９ 素子搭載部材
１０ ろう材
１１ 素子搭載凹部
１２ 開口部
１３ 光半導体素子
１４ 銀または銀合金被膜
１５ 導電性ワイヤー
１６ 透光部
１７ 蓋体
１８ 発光装置
１０１ 光半導体素子用パッケージ
１０２ セラミック基体
１０３ メタライズ配線
１０４ 光半導体素子
１０５ 搭載部
１０６ 貫通穴
１０７ セラミック窓枠
１０８ 貫通穴内壁
１０９ 金属層

Claims (2)

  1. 貫通孔と開口部を有するセラミック基体と、
    前記貫通孔にガラス封着された素子接続端子と実装端子を有するリード端子と、
    光半導体素子を搭載する凹部を有する金属成形体と有し、
    前記開口部に銅または銅合金からなる前記金属成形体が配置され、
    前記凹部に銀または銀合金被膜が形成されたことを特徴とする光半導体素子用パッケージ。
  2. 光半導体素子と、
    貫通孔と開口部を有するセラミック基体と、
    前記貫通孔にガラス封着された素子接続端子と実装端子を有するリード端子と、
    前記光半導体素子と前記素子接続端子を導通させる導電性ワイヤーと、
    前記光半導体素子を搭載する凹部を有する銅または銅合金からなる金属成形体と有し、
    前記凹部に銀または銀合金被膜が形成され、
    少なくとも前記光半導体素子の上面に透光部を備えた蓋体により被覆されたことを特徴とする発光装置。
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