JP6048880B2 - LIGHT EMITTING ELEMENT PACKAGE AND LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting element package and a light emitting device using the same.
発光素子を収納する発光素子用パッケージとしては、例えば、図8に示す構成の発光素子収納用パッケージが提案されている(特許文献1)。 As a light emitting element package for accommodating a light emitting element, for example, a light emitting element accommodating package having a configuration shown in FIG. 8 has been proposed (Patent Document 1).
図8に示す構成の発光素子収納用パッケージは、基体101と、枠体102と、蓋体103とを備えている。
The light emitting element storage package having the configuration shown in FIG. 8 includes a
基体101は、セラミックスにより形成されている。また、基体101は、発光素子106を搭載するための搭載部101aを有している。
The
基体101には、メタライズ配線(図示せず)が形成されており、メタライズ配線の一部が、基体101の下面に露出している。
A metallized wiring (not shown) is formed on the
枠体102は、紫外光領域から可視光領域の光に対し反射率が高いAl、Ag、Au等の金属、又はセラミックス、又は樹脂により形成されている。枠体102の中心部には、内周面が上側に向うに伴って外側に広がっている貫通孔102aが形成されている。また、枠体102がセラミックス又は樹脂により形成されている場合、その表面にAl、Ag、Au、Pt、Cu等の金属からなる反射層が形成されている。
The
枠体102は、下面の内周部の全周にわたって凸部105aが形成されており、凸部105aが基体101の上面に接合されている。これにより、枠体102は、下面の外周部が全周にわたって基体101の上面との間に隙間を有している。
The
蓋体103は、ガラス、サファイア、石英、樹脂等の透光性材料により形成されている。特許文献1には、蓋体103をレンズ状にすることにより光学レンズの機能を付加してもよい旨が記載されている。
The
なお、特許文献1には、上述の発光素子収納用パッケージと、搭載部101aに搭載された発光素子106とを備えた発光装置も記載されている。
Note that
また、発光素子用パッケージとしては、例えば、図9に示す構成の発光素子収納用パッケージ210も提案されている(特許文献2)。
As a light emitting element package, for example, a light emitting
発光素子収納用パッケージ210は、セラミック製の絶縁基板211と、絶縁基板211の外周上面に接合されたリフレクター枠体212とを備えている。
The light emitting
リフレクター枠体212が絶縁基板211と同一組成又は異なる材料からなり、絶縁基板211の上面に焼結一体化されている。ここで、リフレクター枠体212は、白色窒化物セラミックスから構成されている。
The
絶縁基板211の下面には、回路基板等に電気的に接続するための供給用配線パターン層215が被着形成されている。また、絶縁基板211の上面には、発光素子接続用配線パターン層214が被着形成されている。
On the lower surface of the
また、絶縁基板211には、その上下面にわたって貫通する配線用貫通孔216が形成されている。この配線用貫通孔216には、導電部材217が充填され、導電部222が形成されている。発光素子収納用パッケージ210は、導電部222を介して、発光素子接続用配線パターン層214と供給用配線パターン層215とが、電気的に導通するようになっている。発光素子収納用パッケージ210は、発光素子接続用配線パターン層214に、バンプ電極220を介して、発光素子206が電気的に接続されるようになっている。
The
また、発光装置としては、例えば、図10に示す構成の発光装置300が提案されている(特許文献3)。
As a light emitting device, for example, a
発光装置300は、LEDチップ306と、実装基板301と、サブマウント部材313と、ボンディングワイヤ317と、リフレクタ302と、封止部305と、レンズ307と、空気層309と、色変換部材308とを備えている。
The
図8の構成の発光素子収納用パッケージでは、枠体102の下面の内周部の全周にわたって形成された凸部105aのみが基体101の上面に接合されているので、蓋体103の上面側からの荷重に対する強度が低くなりやすい。
The structure of the light-emitting
図9の構成の発光素子収納用パッケージ210では、リフレクター枠体212が絶縁基板211と同一組成又は異なる材料からなり、絶縁基板211の上面に焼結一体化されている。このため、発光素子収納用パッケージ210では、リフレクター枠体212の材料として、より反射率の高い金属を採用することができず、光取り出し効率の向上が難しい。
In the light emitting
図10の発光装置300では、LEDチップ306の側面から放射される光の一部がボンディングワイヤ317により遮られ、光取り出し効率が低下してしまう懸念がある。
In the
また、図10の発光装置300では、リフレクタ302とLEDチップ306との間にボンディングワイヤ317があるので、リフレクタ302の開口面積の縮小化が制限され、LEDチップ306の側面から放射された光のうちリフレクタ302に直接入射しない光の光量が増加し、光取り出し効率が低下してしまう懸念がある。
Further, in the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信頼性の向上を図ることが可能で且つ光取り出し効率の向上を図ることが可能な発光素子用パッケージ及びそれを用いた発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a package for a light emitting device capable of improving reliability and improving light extraction efficiency, and the same. The object is to provide a light emitting device.
本発明の発光素子用パッケージは、発光素子を実装する実装基板と、前記実装基板の一表面側で前記実装基板における前記発光素子の実装領域を囲んで配置されたリフレクタと、前記実装基板の前記一表面側で前記リフレクタを覆い前記実装基板に接合された蓋とを備え、前記蓋は、蓋本体と、前記蓋本体において前記実装領域の前方に形成された窓孔を塞ぐように前記蓋本体に接合された光取り出し用の窓材とを備え、前記実装基板は、金属板と、前記金属板の前記一表面側に形成された電気絶縁層と、前記電気絶縁層に形成され前記金属板の前記一表面の一部を露出させる孔と、前記電気絶縁層上に形成された給電用の第1導体層と、前記孔の内側に配置され前記金属板の前記一表面側に接合されたサブマウント部材とを備え、前記サブマウント部材が、前記電気絶縁層よりも熱伝導率が高く且つ電気絶縁性を有する基材と、前記基材における前記金属板側とは反対の表面側に形成された給電用の第2導体層とを備え、前記第1導体層は、前記実装基板における前記蓋の投影領域と当該投影領域の外側とに跨って形成されており、前記リフレクタの投影領域に、内部接続用の第1端子部を有し、前記蓋の外側に、外部接続用の第2端子部を有し、前記第2導体層は、前記実装領域と前記実装基板における前記リフレクタの投影領域とに跨って形成されている配線部を有し、前記配線部と、前記第1端子部とが、ワイヤを介して電気的に接続されており、前記リフレクタは、前記実装基板との対向面に、前記ワイヤを収納する凹所が形成され、前記リフレクタは、前記サブマウント部材に重なる領域では前記実装基板に接合されずに接触し、前記電気絶縁層に重なる領域で前記実装基板に接合部を介して接合されていることを特徴とする。 The light emitting device package of the present invention includes a mounting substrate on which the light emitting device is mounted, a reflector disposed on one surface side of the mounting substrate so as to surround the mounting region of the light emitting device, and the mounting substrate. A lid that covers the reflector on one surface side and is joined to the mounting substrate, and the lid covers the lid body and a window hole formed in front of the mounting area in the lid body. A light extraction window member bonded to the metal plate, and the mounting substrate includes a metal plate, an electric insulation layer formed on the one surface side of the metal plate, and the metal plate formed on the electric insulation layer. A hole exposing a part of the one surface, a first power supply layer formed on the electrical insulating layer, and disposed inside the hole and joined to the one surface side of the metal plate A submount member, A base member having a thermal conductivity higher than that of the electrical insulation layer and having electrical insulation, and a second conductor layer for feeding formed on the surface side of the base material opposite to the metal plate side The first conductor layer is formed across the projection area of the lid and the outside of the projection area on the mounting substrate, and the first terminal portion for internal connection is formed in the projection area of the reflector. A second terminal portion for external connection on the outside of the lid, and the second conductor layer is formed across the mounting region and the projection region of the reflector on the mounting substrate. A wiring portion; and the wiring portion and the first terminal portion are electrically connected via a wire, and the reflector is a concave portion that accommodates the wire on a surface facing the mounting substrate. where is formed, said reflector, said Sabumaun In the region overlapping the members in contact without being bonded to the mounting board, characterized that you have been joined via a joint to the mounting board in the area overlapping the electrically insulating layer.
この発光素子用パッケージにおいて、前記凹所は、前記リフレクタの前記実装基板側の表面における外周端と内周端との両方から離れていることが好ましい。 In the light emitting element package, it is preferable that the recess is separated from both the outer peripheral end and the inner peripheral end of the surface of the reflector on the mounting substrate side.
この発光素子用パッケージにおいて、前記凹所は、空隙であることが好ましい。 In this light emitting device package, the recess is preferably a gap .
この発光素子用パッケージにおいて、前記窓材は、レンズであり、前記リフレクタは、前記実装基板側とは反対の表面に、前記レンズを囲み前記レンズを位置決めする凸部を有することが好ましい。 In this light emitting device package, it is preferable that the window material is a lens, and the reflector has a convex portion that surrounds the lens and positions the lens on a surface opposite to the mounting substrate side.
この発光素子用パッケージにおいて、前記凸部は、環状であり、前記実装基板から離れるにつれて開口面積が徐々に大きっていることが好ましい。 In the light emitting device package, it is preferable that the convex portion is annular, and the opening area gradually increases as the distance from the mounting substrate increases.
この発光素子用パッケージにおいて、前記蓋本体は、筒体と、前記筒体における前記実装基板に近い側の端部である第1端部から外方へ突出した第1フランジと、前記筒体における前記実装基板から遠い側の端部である第2端部から内方へ突出した第2フランジとを備え、前記第2フランジの内周面が前記窓孔の内周面であり、前記レンズは、レンズ部と、前記レンズ部の外周部から全周に亘って外方に突出したベース部とを有し、前記レンズ部が前記窓孔に配置され、前記ベース部が前記第2フランジに接合されていることが好ましい。
また、この発光素子用パッケージにおいて、前記発光素子は、発光波長が210nm〜360nmの紫外波長領域で発光可能であることが好ましい。
In this light emitting device package, the lid body includes a cylinder, a first flange protruding outward from a first end that is an end of the cylinder close to the mounting substrate, and the cylinder. A second flange projecting inward from a second end that is an end far from the mounting substrate, an inner peripheral surface of the second flange being an inner peripheral surface of the window hole, and the lens , A lens part, and a base part protruding outward from the outer peripheral part of the lens part over the entire circumference, the lens part being disposed in the window hole, and the base part being joined to the second flange It is preferable that
In this light emitting device package, it is preferable that the light emitting device can emit light in an ultraviolet wavelength region of 210 nm to 360 nm.
本発明の発光装置は、前記発光素子用パッケージと、前記発光素子とを備えることを特徴とする。 The light emitting device of the present invention includes the light emitting element package and the light emitting element.
本発明の発光素子用パッケージは、信頼性の向上を図ることが可能で且つ光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。 The light emitting device package of the present invention can improve the reliability and improve the light extraction efficiency.
本発明の発光装置は、信頼性の向上を図ることが可能で且つ光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。 The light emitting device of the present invention can improve reliability and improve light extraction efficiency.
以下では、本実施形態の発光素子用パッケージ(以下、「パッケージ」という。)10について、図1〜図3に基づいて説明する。 Hereinafter, a light emitting device package (hereinafter referred to as a “package”) 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
パッケージ10は、実装基板1と、リフレクタ2と、蓋3とを備える。このパッケージ10を用いた発光装置は、このパッケージ10と、このパッケージ10に収納された発光素子6とを備える。発光素子6は、固体発光素子であり、LEDチップを採用しているが、これに限らず、半導体レーザチップを採用することもできる。
The
実装基板1は、発光素子6を実装する基板である。「実装する」とは、発光素子6を配置して機械的に接続すること及び電気的に接続することを含む概念である。このため、実装基板1は、発光素子6を機械的に保持する機能と、発光素子6へ給電するための配線を形成する機能とを備えている。実装基板1は、複数個(例えば、6個)の発光素子6を実装できるように構成されている。実装基板1は、実装可能な発光素子6の個数を特に限定するものではなく、例えば、6個以外の複数個でもよい。
The mounting
リフレクタ2は、実装基板1の一表面側で実装基板1における発光素子6の実装領域1aを囲んで配置されている。逆に言えば、実装基板1は、平面視においてリフレクタの内周線に囲まれた領域が実装領域1aを構成する。つまり、実装領域1aは、リフレクタ2により規定される。
The
蓋3は、実装基板1の前記一表面側でリフレクタ2を覆い実装基板1に接合されている。これにより、パッケージ10は、蓋3の上面側からの荷重に対する強度を向上させることが可能となり、信頼性を向上させることが可能となる。
The
蓋3は、蓋本体31と、蓋本体31において実装領域1aの前方に形成された窓孔31dを塞ぐように接合された光取り出し用の窓材32とを備える。
The
実装基板1は、金属板11と、金属板11の前記一表面側に形成された電気絶縁層12aと、電気絶縁層12aに形成され金属板11の前記一表面の一部を露出させる孔14と、電気絶縁層12a上に形成された給電用の第1導体層12bと、孔14の内側に配置され金属板11の前記一表面側に接合されたサブマウント部材13とを備える。
The mounting
サブマウント部材13は、電気絶縁層12aよりも熱伝導率が高く且つ電気絶縁性を有する基材13aと、基材13aにおける金属板11側とは反対の表面側に形成された給電用の第2導体層13bとを備える。
The
第1導体層12bは、実装基板1における蓋3の投影領域と当該投影領域の外側とに跨って形成されている。第1導体層12bは、2個、設けられている。第1導体層12bは、リフレクタ2の投影領域に、内部接続用の第1端子部12baを有し、蓋3の外側に、外部接続用の第2端子部12bbを有している。実装基板1は、2つの第2端子部12bbのうちの一方が高電位側の外部接続端子を構成し、他方が低電位側の外部接続端子を構成する。
The
第2導体層13bは、実装領域1aと実装基板1におけるリフレクタ2の投影領域とに跨って形成されている配線部13bbを有している。配線部13bbは、2個、設けられている。
The
実装基板1は、隣り合って配置されている配線部13bbと第1端子部12baとが、ワイヤ17を介して電気的に接続されている。実装基板1は、2個のワイヤ17を備えている。なお、本実施形態では、第1導体層12b、第2導体層13b及び各ワイヤ17により、配線を形成している。
In the mounting
リフレクタ2は、実装基板1との対向面に、ワイヤ17を収納する凹所2bが形成されている。これにより、パッケージ10は、発光素子6の側面から放射される光がワイヤ17により遮られるのを防止することができ、しかも、発光素子6の側面から放射された光のうちリフレクタ2に直接入射しない光の光量を低減することが可能となる。よって、パッケージ10は、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
In the
以下、パッケージ10及び発光装置の各構成要素について詳細に説明する。
Hereinafter, each component of the
発光素子6を構成するLEDチップとしては、紫外線(紫外光)を放射する紫外LEDチップを採用している。紫外LEDチップは、例えば、発光層の材料としてAlGaN系材料を採用しており、発光波長が210nm〜360nmの紫外波長領域で発光可能なLEDチップである。
As the LED chip constituting the
紫外LEDチップは、例えば、サファイア基板の一表面側に、AlN層、n形窒化物半導体層、発光層、電子ブロック層、p形窒化物半導体層、p形コンタクト層が積層され、n形窒化物半導体層に電気的に接続された第1電極と、p形コンタクト層を介してp形窒化物半導体層に電気的に接続された第2電極とを備えたLEDチップを採用できる。n形窒化物半導体層は、例えば、n形AlxGa1-xN(0<x<1)層からなる。発光層は、AlGaN系材料からなる量子井戸構造を有している。量子井戸構造は、障壁層と井戸層とからなる。量子井戸構造は、多重量子井戸構造でもよいし、単一量子井戸構造でもよい。発光層は、所望の発光波長の紫外光を発光するように井戸層のAlの組成を設定してある。AlGaN系材料からなる発光層では、Alの組成を変化させることにより、発光波長(発光ピーク波長)を210〜360nmの範囲で任意の発光波長に設定することが可能である。例えば、所望の発光波長が265nm付近である場合には、Alの組成を0.50に設定すればよい。また、紫外LEDチップは、発光層を単層構造として、発光層と発光層の厚み方向の両側の層(例えば、n形窒化物半導体層およびp形窒化物半導体層)とでダブルヘテロ構造が形成されるようにしてもよい。紫外LEDチップの構造は、特に限定するものではない。 For example, an ultraviolet LED chip is formed by laminating an AlN layer, an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, an electron block layer, a p-type nitride semiconductor layer, and a p-type contact layer on one surface side of a sapphire substrate. An LED chip including a first electrode electrically connected to the physical semiconductor layer and a second electrode electrically connected to the p-type nitride semiconductor layer via the p-type contact layer can be employed. The n-type nitride semiconductor layer is composed of, for example, an n-type Al x Ga 1-x N (0 <x <1) layer. The light emitting layer has a quantum well structure made of an AlGaN-based material. The quantum well structure includes a barrier layer and a well layer. The quantum well structure may be a multiple quantum well structure or a single quantum well structure. The light emitting layer has an Al composition of the well layer set so as to emit ultraviolet light having a desired light emitting wavelength. In the light emitting layer made of an AlGaN-based material, the light emission wavelength (light emission peak wavelength) can be set to an arbitrary light emission wavelength in the range of 210 to 360 nm by changing the composition of Al. For example, when the desired emission wavelength is around 265 nm, the Al composition may be set to 0.50. In addition, the ultraviolet LED chip has a light emitting layer having a single layer structure, and has a double hetero structure with the light emitting layer and layers on both sides in the thickness direction of the light emitting layer (for example, an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer). It may be formed. The structure of the ultraviolet LED chip is not particularly limited.
LEDチップは、紫外LEDチップに限らず、例えば、紫色光を放射する紫色LEDチップ、青色光を放射する青色LEDチップ、緑色を放射する緑色LEDチップ、赤色光を放射する赤色LEDチップ等を採用してもよい。また、LEDチップの発光層の材料や発光ピーク波長は特に限定するものではない。また、複数個の発光素子6を備える発光装置では、発光ピーク波長の異なる複数種類のLEDチップを備えていてもよい。
The LED chip is not limited to the ultraviolet LED chip, but, for example, a purple LED chip that emits purple light, a blue LED chip that emits blue light, a green LED chip that emits green light, a red LED chip that emits red light, etc. May be. Further, the material of the light emitting layer of the LED chip and the light emission peak wavelength are not particularly limited. In addition, a light emitting device including a plurality of
LEDチップは、チップサイズを、0.39mm□(0.39mm×0.39mm)としてある。LEDチップのチップサイズは、特に限定するものではなく、例えば、0.3mm□や0.45mm□や1mm□のもの等を用いることができる。また、LEDチップの外周形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状や、正六角形状等でもよい。 The LED chip has a chip size of 0.39 mm □ (0.39 mm × 0.39 mm). The chip size of the LED chip is not particularly limited, and for example, 0.3 mm □, 0.45 mm □, 1 mm □, etc. can be used. Further, the outer peripheral shape of the LED chip is not limited to a square shape, and may be, for example, a rectangular shape or a regular hexagonal shape.
また、LEDチップは、厚みを0.16mm程度としてあるが、特に限定するものではない。 The LED chip has a thickness of about 0.16 mm, but is not particularly limited.
発光素子6は、第1電極及び第2電極の各々が同一面側に配置されており、バンプ7を介して第2導体層13bと電気的に接続することができる。第2導体層13bは、第1電極が接続される部分と、第2電極が接続される部分とが、電気的に絶縁されるように、パターン形成されている。発光素子6は、厚み方向の一面側に第1電極及び第2電極が配置されている構成で当該一面側から光を取り出す場合、第1電極及び第2電極の各々を、ワイヤを介して第2導体層13bと電気的に接続するようにしてもよい。
In the
発光素子6は、厚み方向の一面側に第1電極及び第2電極が設けられたLEDチップに限らず、例えば、厚み方向の一面側に第1電極が設けられ、他面側に第2電極が設けられたLEDチップでもよい。この場合、第1電極と第2電極との一方を導電性の接合材を介して第2導体層13bにダイボンドし、他方をワイヤを介して第2導体層13bと電気的に接続するようにすればよい。
The
発光素子6については、上述のように、LEDチップに限らず、半導体レーザチップを採用することもできる。
As described above, the light-emitting
実装基板1の金属板11の外周形状は、矩形状としてある。金属板11の外周形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状や矩形以外の多角形状等でもよい。
The outer peripheral shape of the
金属板11の材料としては、熱伝導率の高い金属が好ましい。このため、金属板11の材料としては、銅を採用している。金属板11の材料は、銅に限らず、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、リン青銅、銅合金(例えば、42アロイ等)、ニッケル合金等を採用することができる。金属板11は、上述の材料からなる母材の表面に、表面処理層(図示せず)を設けたものでもよい。表面処理層としては、例えば、Au膜、Al膜、Ag膜、Ni膜とPd膜とAu膜との積層膜、Ni膜とAu膜との積層膜、Ag膜とPd膜とAuAg合金膜との積層膜等を採用することができる。表面処理層は、めっき層等により構成することが好ましい。要するに、表面処理層は、めっき法により形成することが好ましい。
As a material of the
電気絶縁層12aは、金属板11の前記一表面上に形成されており、金属板11の前記一表面の中央部を露出させる孔14が形成されている。孔14の開口形状は、矩形状としてある。孔14の開口形状は、サブマウント部材13の外周形状と相似形状であるのが好ましい。孔14の開口形状は、特に限定するものではなく、サブマウント部材13の外周形状に基づいて適宜設計すればよい。なお、金属板11の前記一表面には、サブマウント部材13の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク(図示せず)が形成されているのが好ましい。
The electrical insulating
第1導体層12bの材料としては、例えば、銅、リン青銅、銅合金(例えば、42アロイ等)、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を採用することができる。第1導体層12bは、例えば、金属箔、金属膜等を利用して形成することができる。第1導体層12bは、Cu層とNi層とAu層との積層構造を有し、最表面側がAu層となっているのが好ましい。なお、各第1導体層12bは、電気絶縁層12aの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。
As a material of the
電気絶縁層12a及び第1導体層12bは、例えば、プリント配線板を利用して形成することができる。電気絶縁層12aは、プリント配線板の絶縁性基材と、この絶縁性基材と金属板11とを固着する固着シートとで、構成することができる。絶縁性基材としては、例えば、ポリイミドフィルム、紙フェノール基板、ガラスエポキシ基板等を採用することができる。固着シートとしては、例えば、ポリオレフィン系の固着シートを採用することができる。
The electrical
実装基板1は、金属板11と電気絶縁層12aと第1導体層12bとを、金属ベースプリント配線板を利用して形成してもよい。この場合には、金属ベースプリント配線板の金属板、絶縁層及び銅箔それぞれにより、実装基板1の金属板11、電気絶縁層12a及び第1導体層12bを形成することができる。
The mounting
実装基板1は、第1導体層12b及び電気絶縁層12aにおいて第1導体層12bが形成されていない部位を覆う保護層16が積層されている。保護層16としては、例えば、白色系のレジスト層を採用することができる。このレジスト層の材料としては、例えば、硫酸バリウム(BaSO4)、二酸化チタン(TiO2)等の白色顔料を含有した樹脂(例えば、シリコーン樹脂等)からなる白色レジストを採用することができる。白色レジストとしては、例えば、株式会社朝日ラバーのシリコーン製の白色レジスト材“ASA COLOR RESIST INK”等を採用することができる。白色系のレジスト層は、例えば、塗布法により形成することができる。
The mounting
パッケージ10は、保護層16が白色系のレジスト層からなることにより、発光素子6から実装基板1に入射する光を、保護層16の表面で反射させやすくなる。これにより、パッケージ10は、発光素子6から放射された光が実装基板1に吸収されるのを抑制することが可能となり、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図ることが可能となる。
In the
保護層16は、電気絶縁層12aの孔14の近傍に、第1導体層12bの第1端子部12baを露出させる第1開孔部16aが形成されており、電気絶縁層12aの周部に、第1導体層12bの第2端子部12bbを露出させる第2開孔部16bが形成されている。第1開孔部16aの開口形状は、矩形状としてある。第1開孔部16aの開口形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。第2開孔部16bの開口形状は、矩形状としてある。第2開孔部16bの開口形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
The
発光装置では、発光素子6が、サブマウント部材13を介して金属板11に搭載される。これにより、発光装置では、発光素子6で発生した熱の伝熱経路として、電気絶縁層12aを介さずにサブマウント部材13及び金属板11に伝熱させる伝熱経路が形成される。よって、パッケージ10及び発光装置は、放熱性を向上させることが可能となる。
In the light emitting device, the
サブマウント部材13の基材13aは、板状に形成されている。基材13aは、平面視形状を矩形状としてあるが、これに限らず、例えば、円形状、矩形以外の多角形状等でもよい。サブマウント部材13の平面サイズは、複数個の発光素子6を配置することができ且つこれら複数個の発光素子6を合わせたサイズよりも大きく設定してある。サブマウント部材13の平面サイズは、4.3mm×3mmとしてあるが、一例であり、特に限定するものではない。基材13aの材料としては、熱伝導率が高く、且つ、その線膨張係数が金属板11の線膨張係数と発光素子6の線膨張係数との間の値にある材料が好ましい。これにより、発光装置は、発光素子6とサブマウント部材13との接合部(図1の例では、バンプ7)に熱応力に起因して割れが発生するのを抑制することが可能となる。基材13aの材料としては、AlNを採用している。
The
サブマウント部材13の第2導体層13bは、複数個の発光素子6を直列接続可能となるように、パターン形成されている。第2導体層13bは、複数個の発光素子6を1つの仮想円の円周上に略等間隔で配置できるようにパターン形成されている。第2導体層13bのパターンは、特に限定するものではない。
The
第2導体層13bは、複数個の発光素子6を並列接続可能に構成してもよいし、直並列接続可能に構成してもよい。要するに、発光装置は、複数個の発光素子6が直列接続された構成を有していてもよいし、複数個の発光素子6が並列接続された構成を有してもよいし、複数個の発光素子6が直並列接続された構成を有してもよい。
The
サブマウント部材13は、接合部15を介して金属板11と接合されている。接合部15の材料としては、例えば、AuSn、SnAgCu等の鉛フリー半田が好ましい。ここで、接合部15の材料としてAuSnを採用する場合には、金属板11の前記一表面における接合表面に予めAu又はAgからなる金属層を形成する前処理が必要である。接合部15は、導電ペーストから形成してもよい。導電ペーストとしては、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペースト等を採用することができる。
The
サブマウント部材13の厚み寸法は、第2導体層13bの表面が保護層16の表面よりも金属板11から離れるように設定してある。しかして、パッケージ10は、発光素子6から側方に放射された光が、電気絶縁層12aの孔14の内周面を通して電気絶縁層12aに吸収されるのを抑制することが可能となる。
The thickness dimension of the submount
サブマウント部材13の厚み寸法は、0.3mm程度に設定してあるが、特に限定するものではない。ただし、パッケージ10は、サブマウント部材13の厚み寸法が大きくなるにつれて厚み方向の熱抵抗が大きくなるので、あまり大きくしすぎないように設定するのが好ましい。
Although the thickness dimension of the submount
第2導体層13bの材料としては、例えば、Au、Ag等を採用することができる。発光装置は、発光素子6がバンプ7を介して電気的に接続される場合、第2導体層13bの材料がバンプ7の材料と同じであるのが好ましい。バンプ7の材料がAuの場合、第2導体層13bの材料もAuであるのが好ましい。ただし、第2導体層13bは、単層膜に限らず、多層膜でもよく、この場合、最表層がバンプ7の材料と同じ材料により形成されているのが好ましい。
As the material of the
基材13aの材料は、AlNに限らず、例えば、Si、CuW、複合SiC、等を採用してもよい。基材13aの材料として絶縁体でないSiやCuW等を採用する場合には、基材13aの材料からなる母材の表面に絶縁膜を設け、その絶縁膜上に第2導体層13bをパターン形成すればよい。
The material of the
サブマウント部材13は、基材13aの表面において第2導体層13bが形成されていない領域に、発光素子6から放射された光を反射する反射膜を形成してもよい。これにより、サブマウント部材13は、発光素子6の側面から放射された光がサブマウント部材13に吸収されるのを、より抑制することが可能となり、外部への光取り出し効率を向上させることが可能となる。ここで、サブマウント部材13における反射膜は、例えば、Ni膜とAl膜との積層膜により構成することができる。反射膜の材料は、発光素子6の発光ピーク波長に応じて適宜選択すればよい。
The
サブマウント部材13は、リフレクタ2が接触する可能性のある領域に電気絶縁材料からなる絶縁層を備えていてもよい。これにより、リフレクタ2が金属等により形成されている場合に、第2導体層13bとリフレクタ2とを電気的に絶縁することが可能となる。絶縁層の電気絶縁材料としては、例えば、シリコン酸化物等を採用することができる。
The
発光装置は、発光素子6が厚み方向の一面側に第1電極、他面側に第2電極を有するLEDチップの場合、発光素子6とサブマウント部材13とを、例えば、SnPb、AuSn、SnAgCu等の半田や、銀ペースト等の導電ペーストを用いて接合することができる。発光素子6とサブマウント部材13の第2導体層13bとの接合は、AuSn、SnAgCu等の鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。この場合、第2導体層13bは、Au層、Ag層などの金属層により構成されているのが好ましい。第2導体層13bは、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等を利用して形成すればよい。
In the light emitting device, when the
発光装置は、例えば、発光素子6が厚み方向の一面側に第1電極、他面側に第2電極を有するLEDチップの場合、サブマウント部材13が、発光素子6と金属板11との線膨張率差に起因して発光素子6に働く応力を緩和する機能を有する。サブマウント部材13は、前記応力を緩和する機能だけでなく、発光素子6で発生した熱を金属板11において発光素子6のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有する。したがって、発光装置は、発光素子6で発生した熱をサブマウント部材13及び金属板11を介して効率良く放熱させることが可能となる。
In the light emitting device, for example, when the
ワイヤ17としては、例えば、Au線を採用している。ワイヤ17としては、Au線に限らず、Al線を採用してもよい。Au線としては、例えば、線径が18μm〜25μm程度の細線を採用することができる。Al線としては、例えば、線径が25μm〜200μmの細線を採用することができる。ワイヤ17としてAl線を採用した場合には、Au線を採用した場合に比べて、大電流を流すことが可能となる。凹所2bの深さ寸法は、ワイヤ17が接触しないように設定してある。これにより、ワイヤ17がリフレクタ2に触れて断線するのを抑制することができ、また、ワイヤ17とリフレクタ2とを電気的に絶縁することが可能となる。ここで、ワイヤ17としてAl線を採用した場合には、Au線を採用した場合に比べて、ワイヤ17の高さが高くなるので、リフレクタ2の凹所2bの深さ寸法を、より大きく設定する必要がある。例えば、パッケージ10は、ワイヤ17がAu線の場合、凹所2bの深さ寸法を例えば0.2mm程度とすればよいが、ワイヤ17がAl線の場合、凹所2bの深さ寸法を1mmとするのが好ましい。なお、ワイヤ17としては、Au線やAl線に限らず、Al−Si線、Cu線等を採用してもよい。
As the
パッケージ10は、このパッケージ10を回路基板等の別部材に取り付けることができるように、実装基板1に、実装基板1の厚み方向に貫通する孔19を設けてある。孔19の開口形状は、円形状としてある。パッケージ10は、実装基板1の平面視形状が矩形状であり、実装基板1の4つの角部のうち対向する2つの角部の各々の近傍に第2端子部12bbを設けてあり、残りの2つの角部の各々の近傍に孔19を設けてある。これにより、パッケージ10は、螺子等により回路基板等の別部材に取り付けることも可能である。螺子としては、頭部の外径が孔19の内径よりも大きく、軸部の外径が孔19の内径よりも小さいものを用いればよい。螺子としては、金属製の螺子や樹脂製の螺子等を用いることができる。
The
パッケージ10は、2つの第2端子部12bb及び2つの孔19を上述のようにレイアウトしてあるので、第2端子部12bbと電線との接合部にかかる応力や螺子に起因してかかる応力等に起因して実装基板1に反り等が発生するのを抑制することが可能となる。
Since the
リフレクタ2は、実装基板1から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成されている。リフレクタ2は、発光素子6から放射される光を窓材32側へ反射する機能を有する。
The
リフレクタ2の材料としては、アルミニウムを採用している。リフレクタ2の形成にあたっては、例えば、純アルミニウム(例えば、A1003系)の板を打ち抜き、同時又は順番にプレス成形加工を施し、その後、バリを取ると同時に表面粗さを低下させて反射率を高めるための電解研磨を行えばよい。リフレクタ2の内側面からなる反射面2aの反射率は、例えば265nmの紫外線に対して97%程度である。純アルミニウムの板の厚さは、0.6mm程度に設定してあるが、特に限定するものではない。リフレクタ2における実装基板1側の表面とリフレクタ2の反射面とのなす角度は、55°に設定してあるが、一例であり、特に限定するものではない。リフレクタ2の形成方法は、特に限定するものではない。また、リフレクタ2の材料は、アルミニウムに限らず、樹脂(例えば、PBT等)等でもよく、この場合、枠状の樹脂成形品の内側面にアルミニウム等の金属からなる反射膜を設けるのが好ましい。
As the material of the
リフレクタ2の凹所2bは、リフレクタ2の実装基板1側の表面における外周端と内周端との両方から離れているのが好ましい。つまり、リフレクタ2の凹所2bは、リフレクタ2の実装基板1側の表面における外周部及び内周部を避けて形成してある。これにより、リフレクタ2は、剛性及び耐荷重性を向上させることが可能となる。よって、パッケージ10は、耐荷重性をより向上させることが可能となる。凹所2bは、リフレクタ2の全周に亘って形成されている。これにより、パッケージ10は、組立性の向上を図ることが可能となる。凹所2bは、各ワイヤ17ごとに1つずつ設けてもよい。
The
リフレクタ2は、サブマウント部材13に重なる領域では実装基板1に接合されずに接触しており、電気絶縁層12aに重なる領域で実装基板1に接合されている。つまり、リフレクタ2は、実装基板1側の表面における内周部が実装基板1に接合されておらず、外周部が実装基板1に接合されている。これにより、パッケージ10は、リフレクタ2とサブマウント部材13との間で熱応力が発生するのを抑制することが可能となる。リフレクタ2と実装基板1とは、接合部4を介して接合されている。接合部4は、発光素子6からの光が直接届かない場所に位置している。このため、接合部4の材料としては、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができる。
The
リフレクタ2は、サブマウント部材13に重なる領域のうち、少なくとも凹所2bが形成されていない部位に、電気絶縁層5が形成されている。電気絶縁層5は、シリコーン系の塗布膜や、アルミ酸化膜等を採用することができる。
In the
リフレクタ2は、実装基板1側とは反対の表面に、凸部2dを有している。凸部2dは、窓材32を囲み窓材32を位置決めする機能を有する。これにより、パッケージ10は、窓材32を位置決めすることが可能となる。凸部2dの突出寸法は、0.2mmに設定してあるが、特に限定するものではない。
The
凸部2dは、環状に形成されており、実装基板1から離れるにつれて開口面積が徐々に大きっているのが好ましい。これにより、パッケージ10は、窓材32を、より容易に、高精度に位置決めすることが可能となる。凸部2dは、環状に限らず、窓材32を囲むように窓材32の外周方向において離れて複数設けられていてもよい。
The
蓋3の蓋本体31は、金属により形成されている。蓋本体31の材料である金属としては、ステンレス鋼を採用している。これにより、パッケージ10は、発光素子6として紫外LEDチップを収納した場合、発光素子6からの紫外線による経時劣化を抑制することが可能となる。また、蓋本体31は、ステンレス鋼により形成することによって、放熱性、生産性及び耐食性等を向上させることが可能となる。蓋本体31の形成にあたっては、例えば、ステンレス鋼板に対してプレス成形による加工を施すことにより形成すればよい。ステンレス鋼板の厚さは、0.2mm程度に設定してあるが、特に限定するものではない。
The
蓋本体31の材料である金属は、ステンレス鋼に限らず、例えば、コバール(Kovar)等を採用することもできる。コバールは、鉄にニッケル、コバルトを配合した合金である。コバールの成分比の一例は、重量%で、鉄:53.5重量%、ニッケル:29重量%、コバルト:17重量%、シリコン:0.2重量%、マンガン:0.3重量%、である。コバールの成分比は、特に限定するものではない。蓋本体31は、金属がコバールの場合、この金属からなる母体の表面を酸化することにより酸化膜が形成されたものでもよい。
The metal that is the material of the lid
蓋本体31は、筒体31aと、筒体31aにおける実装基板1に近い側の端部である第1端部から外方へ突出した第1フランジ31bと、筒体31aにおける実装基板1から遠い側の端部である第2端部から内方へ突出した第2フランジ31cとを備える。蓋本体31は、第2フランジ31cの内周面が窓孔31dの内周面である。
The
筒体31aは、円筒状の形状としてある。筒体31aの外径は、8mmに設定してあるが、この値に限定するものではない。筒体31aは、円筒状に限らず、筒状の形状であればよく、例えば、角筒状でもよい。第1フランジ31bの外周形状は、円形状である。第1フランジ31bの外周形状は、円形状に限らず、例えば、楕円形状や多角形状等でもよい。
The
第2フランジ31cの内周形状は、円形状である。よって、窓孔31dは、円形状の孔である。窓孔31dの内径は、3mmに設定してあるが、この値に限定するものではない。第2フランジ31cの内周形状は、円形状に限らず、例えば、楕円形状や多角形状等でもよい。
The inner peripheral shape of the
窓材32は、蓋本体31内に配置されている。また、窓材32は、蓋本体31の内側において第2フランジ31cに接合されているのが好ましい。窓材32は、第2フランジ31cにより囲まれた窓孔31dを塞ぐように第2フランジ31cに溶着されているのが好ましい。窓材32と蓋本体31とは、別途の接合材料により接合してもよい。
The
窓材32は、透過対象の波長の光に対する透過率が70%以上であるのが好ましく、80%以上であるのがより好ましい。発光素子6として紫外LEDチップを想定している場合には、窓材32の材料として、発光素子6から放射される紫外線に対する透過率が80%以上の硼珪酸ガラスを採用することが好ましい。このような硼珪酸ガラスとしては、例えば、SCHOTT社製の8337Bを採用することができる。
The
これにより、発光素子6として紫外LEDチップを備えた発光装置は、発光素子6から放射される光である紫外光に対する窓材32の透過率を80%以上とすることが可能となる。
Thereby, the light-emitting device provided with the ultraviolet LED chip as the light-emitting
蓋3は、蓋本体31の材料である金属と窓材32の材料である硼珪酸ガラスとの線膨張係数差が小さいほうが好ましい。これにより、蓋3は、窓材32と蓋本体31との線膨張係数差に起因して窓材32や蓋本体31と窓材32との境界付近に発生する応力を低減することが可能となる。
The
発光素子6が可視光を放射するLEDチップや半導体レーザチップ等の場合、窓材32の材料は、硼珪酸ガラスに限らず、他のガラスや、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがnmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料等を採用してもよい。
When the
また、窓材32は、発光素子6からの光を波長変換する蛍光体等の波長変換材料を含有させてもよい。
Further, the
蓋3は、第1フランジ31bが、接合部4を介して実装基板1に接合されている。接合部4の材料としては、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができる。パッケージ10は、蓋3の蓋本体31が第1フランジ31bを備えているので、封止代を広くとることが可能となり、気密性を向上させることが可能となる。接合部4は、発光素子6からの光が直接届かない場所に位置している。このため、接合部4の材料としては、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができる。よって、パッケージ10は、蓋本体31がステンレス鋼により形成されている場合、蓋本体31と接合部4との接着力をより高めることが可能となる。
The
窓材32は、レンズであり、非球面レンズ部32aと、非球面レンズ部32aの外周部から全周に亘って外方に突出したベース部32bとを有する。非球面レンズ部32aは、平凸型の非球面レンズ状に形成されている。本実施形態では、非球面レンズ部32aがレンズ部を構成している。
The
ベース部32bは、円環状に形成されている。ベース部32bは、厚み寸法が一様であるのが好ましい。非球面レンズ部32aは、第1レンズ面32aaと、第2レンズ面32abとを備える。非球面レンズ部32aは、第1レンズ面32aaが蓋本体31の内側に位置し、第2レンズ面32abが蓋本体31の外側に位置している。第1レンズ面32aaは、非球面の第1凸曲面である。第2レンズ面32abは、非球面の第2凸曲面である。第1凸曲面及び第2凸曲面は、それぞれ、曲率が連続的に変化している。第1レンズ面32aaと第2レンズ面32abとは、異なる形状としてあるが、これに限らず、同じ形状でもよい。
The
レンズを構成する窓材32は、非球面レンズ部32aが窓孔31dに配置され、ベース部32bが第2フランジ31cに接合されている。ここで、ベース部32bは、第2フランジ31cの厚み方向の一面の全周に亘って接合されているのが好ましい。ベース部32bは、非球面レンズ部32aの径方向に沿った方向の幅寸法が大きいほうが好ましい。要するに、蓋3は、ベース部32bの幅寸法と第2フランジ31cの幅寸法とが略同じであるのが好ましい。これにより、蓋3は、接合信頼性及び気密性を向上させることが可能となる。ここで、蓋3の気密性とは、蓋本体31と窓材32との接合部位の気密性を意味する。
As for the
よって、パッケージ10は、気密性を高めることが可能となり、長寿命化を図ることが可能となる。
Therefore, the
パッケージ10は、窓材32と第2フランジ31cとを接合せずに、図4に示す変形例1のように、蓋3の第2フランジ31cとリフレクタ2との間に、リング状のパッキン8と窓材32のベース部32bとを重ねて挟んだ構成としてもよい。これにより、パッケージ10は、窓材32と第2フランジ31cとを接合せずに、気密性を確保することが可能となる。パッキン8の材料としては、フッ素系樹脂等を採用するのが好ましい。これにより、パッケージ10は、発光素子6が紫外LEDチップの場合に、発光素子6からの紫外線によりパッキン8が劣化するのを抑制することが可能となる。フッ素系樹脂としては、例えば、テフロン(登録商標)を採用することができる。
The
レンズを構成する窓材32の形状は、特に限定するものではない。例えば、パッケージ10における窓材32は、非球面レンズ部32aが両凸型の非球面レンズ状に形成されたものに限らない。パッケージ10における窓材32は、例えば、図5や図6に示すように、非球面レンズ部32aが平凸型の非球面レンズ状に形成されたものでもよい。図5に示した第2変形例のパッケージ10では、第1レンズ面32aaを非球面の凸曲面とし、第2レンズ面32abを平面としてある。また、図6に示した第3変形例のパッケージ10では、第1レンズ面32aaを平面とし、第2レンズ面32abを非球面の凸曲面としてある。
The shape of the
また、パッケージ10は、実装基板1に実装する発光素子6の個数が複数個に限らず、図7に示す変形例4のように1個でもよい。パッケージ10に収納する発光素子6の個数が1個の場合、サブマウント部材13の第2導体層13bは、発光素子6に給電可能となるようにパターン形成されていればよい。
Further, the number of the
図4に示した変形例1のように蓋3の第2フランジ31cとリフレクタ2との間に、リング状のパッキン8と窓材32のベース部32bとを重ねて挟んだ構成は、変形例2〜4のような窓材32の場合や窓材32が平板状の場合にも採用することができる。
A configuration in which the ring-shaped
1 実装基板
1a 実装領域
2 リフレクタ
2b 凹所
2d 凸部
3 蓋
6 発光素子
10 発光素子用パッケージ
11 金属板
12a 電気絶縁層
12b 第1導体層
12ba 第1端子部
12bb 第2端子部
13 サブマウント部材
13a 基材
13b 第2導体層
13bb 配線部
14 孔
17 ワイヤ
31 蓋本体
31a 筒体
31b 第1フランジ
31c 第2フランジ
32 窓材(レンズ)
32a 非球面レンズ部(レンズ部)
32b ベース部
DESCRIPTION OF
32a Aspherical lens part (lens part)
32b Base part
Claims (8)
前記蓋は、蓋本体と、前記蓋本体において前記実装領域の前方に形成された窓孔を塞ぐように前記蓋本体に接合された光取り出し用の窓材とを備え、
前記実装基板は、金属板と、前記金属板の前記一表面側に形成された電気絶縁層と、前記電気絶縁層に形成され前記金属板の前記一表面の一部を露出させる孔と、前記電気絶縁層上に形成された給電用の第1導体層と、前記孔の内側に配置され前記金属板の前記一表面側に接合されたサブマウント部材とを備え、
前記サブマウント部材が、前記電気絶縁層よりも熱伝導率が高く且つ電気絶縁性を有する基材と、前記基材における前記金属板側とは反対の表面側に形成された給電用の第2導体層とを備え、
前記第1導体層は、前記実装基板における前記蓋の投影領域と当該投影領域の外側とに跨って形成されており、前記リフレクタの投影領域に、内部接続用の第1端子部を有し、前記蓋の外側に、外部接続用の第2端子部を有し、
前記第2導体層は、前記実装領域と前記実装基板における前記リフレクタの投影領域とに跨って形成されている配線部を有し、
前記配線部と、前記第1端子部とが、ワイヤを介して電気的に接続されており、
前記リフレクタは、前記実装基板との対向面に、前記ワイヤを収納する凹所が形成され、
前記リフレクタは、前記サブマウント部材に重なる領域では前記実装基板に接合されずに接触し、前記電気絶縁層に重なる領域で前記実装基板に接合部を介して接合されていることを特徴とする発光素子用パッケージ。 A mounting board on which the light emitting element is mounted; a reflector disposed on one surface side of the mounting board so as to surround the mounting region of the light emitting element; and the reflector covering the reflector on the one surface side of the mounting board. A lid bonded to the mounting substrate,
The lid includes a lid body and a light extraction window member joined to the lid body so as to close a window hole formed in front of the mounting region in the lid body.
The mounting board includes a metal plate, an electric insulating layer formed on the one surface side of the metal plate, a hole formed in the electric insulating layer and exposing a part of the one surface of the metal plate, A power supply first conductor layer formed on the electrical insulating layer, and a submount member disposed inside the hole and joined to the one surface side of the metal plate,
The submount member has a base material having a higher thermal conductivity than the electric insulating layer and an electric insulating property, and a second power supply formed on the surface side of the base material opposite to the metal plate side. A conductor layer,
The first conductor layer is formed across the projection area of the lid and the outside of the projection area on the mounting substrate, and has a first terminal portion for internal connection in the projection area of the reflector. A second terminal portion for external connection on the outside of the lid;
The second conductor layer has a wiring portion formed across the mounting region and a projection region of the reflector in the mounting substrate,
The wiring portion and the first terminal portion are electrically connected via a wire,
The reflector is formed with a recess for housing the wire on the surface facing the mounting substrate .
The reflector, the light emitting wherein in a region overlapping the sub-mount member in contact without being bonded to the mounting board, characterized that you have been joined via a joint to the mounting board in the area overlapping the electrically insulating layer Device package.
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