JP5063244B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子収納用パッケージに関し、更に詳しくはキャビティ内に封入剤を充填された時にキャビティ内に気泡が発生しない発光素子収納用パッケージ及び該発光素子収納用パッケージに発光素子を搭載した発光装置に関する。

近年、発光ダイオードをはじめとした発光素子を利用した発光装置は、低消費電力、長寿命、小型であるため、携帯電話、液晶テレビ、電球の代わりとした懐中電灯や信号機、自動車のウィンカーやブレーキランプ、各種の照明に使用され、急激に利用が拡大してきた。
これらの発光素子は、通常発光素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージと記載することがある。）に搭載されて使用されている。

従来のセラミックを基体としたパッケージは、図１の発光装置の模式図に示すように、基体１と枠体２とからなっており、該枠体２は接合層３を介して基体１と接合されており、該基体１には発光素子４を搭載して通電するための配線導体５が配設されている。
上記パッケージに発光素子４を搭載し、配電導体５と発光素子４をボンディングワイヤー６を介して外部から通電して、発光素子４を発光可能とすることにより発光装置が得られている。

通常、発光装置のキャビティの部分には封止剤が充填されて封止層７を設け、全体を強固にして外部の応力、衝撃に対して耐え得るようにするとともに、湿気等の浸入を防止して、発光素子４、配電導体５、ボンディングワイヤー６等を酸価劣化から守るようにされている。配電導体５、ボンディングワイヤー６を介して外部から通電された発光素子４は発光し、発生した光は直接放出されるか、枠体２の貫通孔内周面７に反射して外部に放出されるが、放出される光の配光を特定の状態にするためのレンズ効果を得るために封止層７を設ける場合も多い。

上記発光装置を製造する場合には、概略以下の工程がとられる。
（１）基体１の製造工程
基体１を準備すると共に、基体１上に導電ペーストを印刷する等により配線導体５を基板上に形成する。
（２）基体１と枠体２との接合工程
基体１と枠体２とのいずれか、若しくは両方に接着剤を塗布し、両者を積層、乾燥、焼成して接合する。
（３）発光素子４の搭載と配線接続工程
発光素子４を基板上、若しくは基体１の上に形成された配線導体５上に設置し、配線を施し外部と通電可能とする。
（４）封止剤の充填工程
樹脂又はガラスをキャビティー部分に充填する。

上記の工程は、効率を上げるため通常一枚のセラミック板に縦横の多数の区画を形成し、その一区画を１単位の基体１とし、該一枚のセラミック板上で上記の工程を終了した後に各区画ごとに分割して多数の発光装置が製造されている。

上記（２）基板と枠体２との接合工程においては、通常は基体１上にスクリーン印刷等により
接着剤を塗布し、枠体２を重ね合わして基体１と枠体２とを接合するが、印刷のズレ、枠体２の配置のズレにより、図２（ａ）に示した如く、枠体２の底面の内周部分に空隙部Ａを生ずる場合があり、空隙部Ａが形成されると上記（４）封止剤の充填工程で封止剤が充填される際に空隙部Ａの空気が完全に抜け切らずに残存し、結果として図２（ｂ）の如く、泡８が形成される。上記泡８が形成されると、発光素子４が発光した際に泡８に当たった光が異常反射し、所定の配光が乱れてしまう。

上記トラブルを避けるために、広めに接着剤を印刷した場合には、接着剤がキャビティー内部にまではみ出すためにワイヤボンディング等に必要な有効面積が小さくなったり底部の反射率が低下する。

特開２００６−３３２２６２号公報

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、その目的はキャビティ内部に封止剤で封止する際に、キャビティ内に気泡の発生がなく、接着剤のはみ出しがなく、発光装置としたときに良好な光の配光と反射率が得られる発光素子収納用パッケージおよび該発光素子収納用パッケージを使用した発光装置を提供することである。

本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体を特定の形状とすることにより、発光装置としたときに良好な光の配光と反射率が得られる。
即ち、本発明は以下の構成からなるものである。
１．少なくとも、接着剤層により接合された基体と枠体とから成る発光素子収納用パッケージであって、
該枠体の底面の内周部分に、巾 ０．０１〜０．５mm、高さ ０．０１〜０．２mmの凹部が存在することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
２．少なくとも、接着剤層により接合された基体と、枠体とから成る発光素子収納用パッケージであって、
該枠体の底面の内周部分に、巾 ０．０１〜０．５mm、高さ ０．０１〜０．２mmの凹部が存在する発光素子収納用パッケージに発光素子が搭載され、キャビティ内に封止剤が充填されていることを特徴とする発光装置。

本発明の発光素子４収納用パッケージは、キャビティ内部に封止剤で封止する際に、キャビティ内に気泡の発生がなく、接着剤のはみ出しがなく、発光装置としたときに良好な光の配光と反射率を得ることができる。

本発明の発光素子収納用パッケージは、基体１と枠体２からなり、該基体１と該枠体２は接着剤で接合されており、該枠体２は特定の形状を有している。

本発明の発光素子収納用パッケージを構成する上記基体１は、概略
円形、長方形、正方形の板状の形状をなしている。
基体１は、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）や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等のセラミックスを使用することができる。

基体１の製造方法は、特に限定されるものではないが、セラミックスを使用する場合には、上記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を得、しかる後、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作されるグリーンシート法、原料粉体を成型機に充填して成型した後焼成する粉体成型法等を使用することができるが、板状である関係からグリーンシート法で製造することが好ましい。

上記基体１には、電子素子に通電させるための配線導体５が通常配設されている。
配線導体５は、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ、Pd、Pt等の金属粉末のメタライズ層を使用することができ、配線導体５が酸化腐食するのを有効に防止することができるように、配線導体５の露出する表面にＮｉ、Ａｕ、Ag等の耐食性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくことも可能である。

本発明の発光素子収納用パッケージを構成する前記枠体２は 柱状物で内部に貫通孔を有した形状であり、さらにその底面の内周部分が特定の形状をなしている。

図３は、本発明の好適な一実施形態を示す図であり、
図３（ａ）は、底面の内周部分に凹部９が形成された枠体２の断面図であり、
通常の枠体２を断面が３角形の状態の凹部９を切り欠いた状態となっている。
図３（ｂ）は、該凹部９が枠体２の底面の内周部に環状に形成されている状態を示す平面図である。
図３（ｃ）は、該枠体２を使用してパッケージを作成し、更に発光素子４を搭載して、封止剤を充填して製造した発光装置の断面図である。接着層は凹部９に沿ってわずかに盛り上がった形状となって形成されている。

図４は、凹部９の形状を更に詳しく説明する各種好適な枠体２の断面図である。
上記図４において、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）における各点Ｂは、それぞれの断面図における枠体２の内周面２ｃの延長線と底面２ｂの延長線の交点であり、点Ｃは内周面２ｃの延長線の始点であり、点Ｄは底面２ｂの延長線の始点であり、点Ｅは点Ｃから線ＢＤに対する垂線と該線ＢＤとの交点である。なお、枠体２の内周面２ｃと底面２ｂが直角をなす（ａ）、（ｃ）においては、点Ｅは点Ｂと重なる。
また、ｓは点Ｄと点Ｅとの距離を表わし、
ｔは、点Ｃと点Ｅとの距離を表わす。
本発明において、凹部９とは、上記点Ｃ、点Ｄ、点Ｅが形成する空隙部を意味し、
凹部９の巾とは、上記ｓを意味し、凹部９の高さとは上記ｔを意味する。

本発明の発光素子収納用パッケージの枠体２の凹部９の巾ｓは、０．０１〜０．５ｍｍであり、好適には０．０１〜０．２ｍｍ、更に好適には０．０２〜０．０７ｍｍである。
上記凹部９の巾ｓが上記下限値に未満であれば、接着剤の位置と枠体２の配置のズレのため、空隙が生じやすいために、封止剤を充填する際に泡８が生じやすく、上記上限値を超えると接着剤量、接着面積が不足し接着力が低下する。

本発明の発光素子収納用パッケージの枠体２の凹部９の高さｔは、０．０１〜０．２mmであり、好適には０．０１〜０．１２ｍｍ、更に好適には０．０１〜０．０７ｍｍである。
上記凹部９の高さｔが上記下限値に未満であれば、本発明の効果が無く封止剤を充填する際に泡８が生じ、上記上限値を超えると、接着剤が部分的に不足し泡が発生したり、その部分に当たる発光素子４から発生した光が下向きに反射するため、光の取り出し効率が低下する。

凹部９の断面形状は、図４（ａ）、図４（ｂ）の如く３角形でもよく、図４（ｃ）の１／４円の辺を有する形状でもよい。また、図４（ｃ）において直線ＣＤを中心に１／４円を反転した形状のものであってもよい。

凹部９の平面図における形状は、枠体２の内周部の５０％以上であることが好ましく、更に好ましくは８０％以上であり、特に好ましくは図３の（ｂ）に示された如く１００％である。

上記枠体２の材料としては、前記基体１と同様な材料を使用することができる。
上記枠体２の製造方法は、特に制限はなく、前記グリーンシート法、粉体成型法により製造することができるが、正確な形状の枠体２が製造でき、発光装置の発光効率が高くなる観点から粉体成型法が好ましい。粉体製造法は公知の方法あるいは本出願人の既存出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３２３２３３）に記載の粉体製造法を用いることができる。

本発明の発光素子収納用パッケージの基体１と枠体２は、接合層３を介して、接合されている。
該接合層３は、好ましくは基体１に接着剤を塗布し、枠体２を重ね合せて接合される。

上記接着剤としては、ガラスペースト、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂接着剤、７００〜９００℃の融点を有する銀−銅等のロウ材等を使用することができる。
熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂接着剤を使用して基体１と枠体２とを接合する場合には、接着剤を基体１若しくは枠体２に塗布後、基体１と枠体２とを重ね合せ所定の硬化条件で接着剤を硬化させる。

ガラスペーストで基体１と枠体２とを接合する場合には、ガラスペーストは、ガラス粉末、有機バインダー、溶媒、更に必要に応じて酸化ケイ素、アルミナ等の充填剤を含有したペースト状の組成物であるため、溶媒の乾燥およびガラスの焼結を行う必要がある。

接着剤を塗布する場合は、スクリーン印刷、ディスペンサー等の装置を使用して塗布することができる。
接着剤の塗布厚みは、樹脂系の接着剤の場合０．０１〜 ０．１５mm が好ましく、０．０２ 〜 ０．０７ mm が更に好ましく、ガラス系の接着剤の場合 ０．０２〜 ０．３ ｍｍ が好ましく、０．０５ 〜 ０．１５ が更に好ましい。接着剤の塗布厚みが上記下限値未満であると、接着剤層と枠体との間に隙間が生じ、接着不足となり、又、上記上限値を超えると接着剤層が流れてキャビティ側に流れ出て、反射効率が低下する傾向になる。

また、接着剤の基体１上の塗布位置は、基体１上において枠体２の底面および更にＣ点が配置されると予定される部分まで塗布されることが好ましい。

塗布された各種接着剤は、それぞれの接着剤の推奨される乾燥、及び焼成条件で乾燥、及び焼成等されて基体１と枠体２とが接合される。

本発明の発光素子収納用パッケージは、その枠体２の底面の内周部分に、前記の特定の形状の
の凹部９が存在するため、枠体２を重ね合わして基体１と枠体２とを接合する際に、印刷のズレ、枠体２の配置のズレにより、図２（ａ）に示した如く、枠体２の底面の内周部分に空隙部Ａを生じた場合においても、封止剤の充填工程で封止剤が充填される際に空隙部Ａの空気が抜け安い構造となっている。
特に、接着剤がその表面張力で、枠体２の凹部９の傾斜に沿って盛り上がるため、一層泡が抜けやすくなる。

本発明の発光素子収納用パッケージに発光素子を設置して、配線を施し、封止剤をキャビティに充填して発光装置とすることができる。

上記発光素子４としては、特に限定されるものではなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）等を使用することができる。

上記封止剤としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、イミド樹脂等の樹脂系の封止剤、ガラス系の封止剤を使用することができる。

実施例１
図３（ｃ）において、基板１となるセラミック板の配線導体５の位置に導体ペーストを塗布し、乾燥した後焼成した。具体的には、北陸セラミック社製の純度９６％の厚み０．３ｍｍ、 ８．０ｍｍ×８．０ｍｍのアルミナ基板を準備し、導体の貫通位置に貫通孔を穿ち、これにデュポン社のグレード名「５１６４」の導体ペーストを塗布して１５０℃の温度で１０分間乾燥させた後、昇温して最高温度８５０℃で１０分間保持することにより配線導体５を図３（ｃ）に示した状態に形成した。

次いで、上記基板と同様の９６％アルミナ原料をPVA等のバインダーを用い粉体成型して１６００℃で焼成して枠体を製作した。
枠体２の厚み、即ち外周面の高さは１．５ｍｍ、外周面２ａの平面図における直径は６．５ｍｍ、内周面２ｃの平面図における直径は３．７ｍｍ、凹部９の巾は０．０５ｍｍ、凹部９の高さは０．０５ｍｍであった。

上記基体１の表面における枠体２が設置予定される部分に、東レダウ社製のシリコン樹脂「ＳＥ１７２０Ｖ」を厚み６０μにスクリーン印刷で塗布した。塗布形状は、図３（ｂ）における外周面と内周面とに挟まれた部分に相当する形状である。
次いで枠体２を基体１上に配置し、１２０℃の温度にて３０分保持して発光素子収納用パッケージをえた。
パッケージの基体１のほぼ中央部に発光素子４を固定し、配線を施し、エポキシ系封止剤（信越化学工業社製： グレード名 LPS-L400 ）をキャビティ内に充填し、１５０℃６０分の条件で充填硬化して発光装置をえた。

上記発光装置を２０個作成し、キャビティー内を肉眼で観測したところ、全ての発光装置において全く泡８の発生は見られず、発光素子４に通電して発光させたところ、配光に異常は認められなかった。

実施例２
枠体２の形状を図４（ｃ）に示した枠体２の形状とする以外は、実施例１と全く同様にしてパッケージおよび発光装置を作成した。
枠体２の厚み、即ち外周面の高さは１．５ｍｍ、外周面２ａの平面図における直径は６．５ ｍｍ、内周面２ｃの平面図における直径は３．７ｍｍ、凹部９の巾は０．０７ｍｍ、凹部９の高さは ０．０７ｍｍであった。
実施例１と同様にして上記発光装置を２０個作成し、キャビティー内を肉眼で観測したところ、全ての発光装置において全く泡８の発生は見られず、発光素子４に通電して発光させたところ、配光に異常は認められなかった。

比較例１
枠体２の形状を図１に示した枠体２の形状とする以外は、実施例１と全く同様にしてパッケージおよび発光装置を作成した。
枠体２の厚み、即ち外周面の高さは１．５ｍｍ、外周面２ａの平面図における直径は６．５ｍｍ、内周面２ｃの平面図における直径は３．７ｍｍ、凹部９の巾は０μｍ、凹部９の高さは０μｍであった。
実施例１と同様にして上記発光装置を２０個作成し、キャビティー内を肉眼で観測したところ、２０個のうち１２個に泡８の発生が確認され、泡８の発生した発光素子４に通電して発光させたところ、配光に異常が認められた。

本発明のセラミックパッケージは、良好な光の配光性、反射率を有するため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）等の発光素子を収納する電子部品収納用パッケージに使用することができる。

）従来のパッケージに発光素子４が搭載された発光装置の構造を説明する模式図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は従来のパッケージの製造において、基体１と枠体２とを接合する際に、印刷のズレ、枠体２の配置のズレにより、枠体２の底面の内周部分に空隙部Ａを生じたパッケージの断面図であり、（ｂ）はそのパッケージを使用して製造した発光装置の断面構造を示す模式図である。 ）本発明の好適な一実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、底面の内周部分に凹部９が形成された枠体２の断面図であり、 通常の枠体２を断面が３角形の状態の凹部９を切り欠いた状態となっている。（ｂ）は、上記凹部９が枠体２の底面の内周部に環状に形成されている状態を示す平面図である。（ｃ）は、上記枠体２を使用してパッケージを作成し、更に発光素子４を搭載して、封止剤を充填して製造した発光装置の断面図である。 枠体２の凹部９の形状を更に詳しく説明する各種好適な枠体２の断面模式図である。

符号の説明

１ 基体
２ 枠体
２ａ 枠体の外周面
２ｂ 枠体の底面
２ｃ 内周面
３ 接合層
４ 発光素子
５ 配線導体
６ ボンディングワイヤー
７ 封止層
８ 泡
Ａ 空隙部
Ｂ 枠体の内周面２ｃの延長線と底面２ｂの延長線の交点
Ｃ 内周面２ｃの延長線の始点
Ｄ 底面２ｂの延長線の始点
Ｅ 点Ｃから線ＢＤに対する垂線と該線ＢＤとの交点
ｍ 凹部９の巾
ｎ 凹部９の高さ

Claims (2)

1. 少なくとも、接着剤により接合された基体と枠体とから成る発光素子収納用パッケージであって、
   該枠体の底面の内周部分に、巾０．０１〜０．５ｍｍ、高さ０．０１〜０．２ｍｍの凹部が形成され、
   該凹部は、該枠体の内周面から外周面に向かって狭くなるように傾斜し、
   該凹部に、該接着剤が設けられる
   ことを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 請求項１に記載の発光素子収納用パッケージに発光素子が搭載され、キャビティ内に封止材が充填されていることを特徴とする発光装置。

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