JP6266369B2 - 発光素子搭載用セラミックパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を搭載するために用いられるセラミックパッケージに関するものである。

発光素子の一種として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ素子」という）がよく知られている。近年、高輝度青色発光ダイオードが実用化された結果、赤色、緑色及び青色のＬＥＤ素子を組み合わせて高輝度の白色光が得られるようになった。そのため、これら３色のＬＥＤ素子を自動車のヘッドライトとして使用する技術が実用化されている。ＬＥＤ素子は電力消費量が少ないという利点を有するため、ヘッドライトにＬＥＤ素子を使用すればバッテリーの負荷を減らすことが可能である。その他、ＬＥＤ素子は長寿命という利点も有するため、蛍光灯などの室内照明にも用いられている。上記のような用途でＬＥＤ素子を使用する場合、ＬＥＤ素子の利点を最大限引き出すためには、ＬＥＤ素子を搭載するためのパッケージ自体の性能が良いことも重要なファクターとなる。その点、セラミックパッケージは、例えばオーガニックパッケージと比較して耐久性、耐熱性、耐食性、放熱性に優れることから、ＬＥＤ素子の実装に好適であると考えられている。

例えば、図１２に示されるように、従来の発光素子搭載用セラミックパッケージは、セラミック層１０１からなるセラミック基板を備えている。セラミック基板の基板主面上に設定された搭載部には、ＬＥＤ素子が搭載されている。また、搭載部に搭載されたＬＥＤ素子は、透明樹脂に封止されることによって保護されている。このように構成すれば、ＬＥＤ素子からの光Ｌ２がセラミック層１０１に入射するようになる。この際、光Ｌ２の一部がセラミック層１０１の表面で反射されるとともに、残りの部分がセラミック層１０１内に入射する。

また、セラミック層１０１に高屈折率材料１０２を含有させることにより、セラミック層１０１の内部で光Ｌ２を効率良く反射させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この場合、セラミック層１０１に入射した光Ｌ２が高屈折率材料１０２に到達すると、光Ｌ２の一部がセラミック層１０１の表面側に反射するとともに、残りの部分が屈折してセラミック層１０１の裏面側から外部に放出されるようになる。

特開２００９−０６４８４２号公報（段落［００３１］、図１等）

ところで、特許文献１に記載の従来技術では、五酸化ニオビウム、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル及び酸化亜鉛の少なくとも１つを高屈折率材料として用いている。しかし、これらの高屈折率材料は、１５００℃以上の高温で加熱した際に白色とは異なる色に変色する材料である。このため、高屈折率材料をアルミナに含有させてグリーンシートを形成し、形成したグリーンシートを焼成してセラミック層を形成すると、セラミック層、ひいてはセラミック基板の白色度が低下するおそれがある。

この問題を解決するためには、１０００℃未満の温度で焼成できるガラスセラミックに対して高屈折率材料を含有させることにより、グリーンシートを形成することも考えられる。このようにすれば、グリーンシートを焼成したとしても高屈折率材料が変色しないため、セラミック層（及びセラミック基板）の白色度の低下を防止することができる。しかしながら、ガラスセラミックは熱伝導率が低いため、セラミック基板の放熱性が低下し、ひいてはセラミックパッケージの信頼性が低下するという問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子からの光を効率良く反射させることができ、かつ信頼性の高い発光素子搭載用セラミックパッケージを提供することにある。

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、基板主面及び基板裏面を有するとともに、アルミナを主成分とする複数のセラミック層を積層配置してなるセラミック基板を備え、前記基板主面上に発光素子を搭載可能な搭載部が設定された発光素子搭載用セラミックパッケージであって、前記複数のセラミック層は、高屈折率無機材料を含有しない第１のセラミック層と、前記高屈折率無機材料を含有する第２のセラミック層とを含み、前記第１のセラミック層は、前記基板主面側の最外層に配置され、第１の屈折率を有しており、前記第２のセラミック層は、前記第１のセラミック層よりも前記基板裏面側に配置され、前記高屈折率無機材料が前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有していることを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージがある。

従って、手段１に記載の発明によると、発光素子からの光が第１のセラミック層に入射する場合、光の一部が第１のセラミック層の表面で反射し、残りが第１のセラミック層内に入射する。そして、第１のセラミック層内に入射した光は、第１のセラミック層よりも基板裏面側に配置された第２のセラミック層にそのまま入射する。さらに、第２のセラミック層内に入射した光が第２のセラミック層に含有される高屈折率無機材料に到達すると、光の一部が基板主面側に反射し、残りが屈折して基板裏面側に進行する。また、光が別の高屈折率無機材料に到達した場合であっても、光の一部が基板主面側に反射し、残りが屈折して基板裏面側に進行する。以上の結果、発光素子からの光の一部は基板裏面側から外部に放出されるが、大部分の光は、高屈折率無機材料によって基板主面側に反射するため、発光素子からの光を効率良く反射させることができる。

また、第２のセラミック層よりも基板主面側に、高屈折率無機材料を含有しない第１のセラミック層が配置されているため、高屈折率無機材料はセラミック基板の内部に隠れるようになる。従って、セラミック基板の製造時（焼成時）に第２のセラミック層の高屈折率無機材料が変色したとしても、基板主面に露出する第１のセラミック層は変色しないため、変色に起因するセラミック基板の白色度の低下を防止することができる。さらに、セラミック層が、例えば、ガラスセラミック等よりも熱伝導率が高いアルミナを主成分とするため、セラミック基板の放熱性が向上する。ゆえに、信頼性に優れた発光素子搭載用セラミックパッケージが実現可能となる。

上記発光素子搭載用セラミックパッケージを構成するセラミック基板は、基板主面及び基板裏面を有する板状部材であって、アルミナを主成分とする複数のセラミック層を積層配置してなる。なお、「アルミナを主成分とするセラミック層」とは、アルミナの含有率が例えば９０重量％以上となるセラミック層のことをいう。セラミック基板は発光素子に電力を供給するための導体層を有していることがよく、特には、このような導体層を２層以上有するセラミック多層基板を用いることがよい。

セラミック基板の基板主面上には、発光素子を搭載可能な搭載部が設定されている。その具体例を挙げると、メタライズ印刷等の手法によって形成された実装用パッドなどがある。

搭載部に搭載されるべき発光素子の具体例としてはＬＥＤ素子が挙げられるが、これ以外のもの、例えば、半導体レーザーダイオード（Laser Diode ；ＬＤ）や面発光レーザー（Vertical-Cavity-Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）などを用いてもよい。１つの搭載部に搭載される発光素子は、１つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、赤色、緑色及び青色のＬＥＤ素子を１つの搭載部に実装することにより、白色光を得るように構成してもよい。

また、セラミック基板を構成する複数のセラミック層は、第１の屈折率を有する第１のセラミック層と、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する高屈折率無機材料を含有する第２のセラミック層とを含んでいる。ここで、高屈折率無機材料としては特に限定されないが、例えば無機化合物が挙げられる。無機化合物としては、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）などが挙げられる。なお、二酸化チタンの屈折率（２．３〜２．５５）、五酸化タンタルの屈折率（２．１６）、酸化ジルコニウムの屈折率（２．０５）、酸化ランタンの屈折率（１．８８）、酸化イットリウムの屈折率（１．８７）、炭酸カルシウムの屈折率（１．６５８５）、窒化アルミニウムの屈折率（１．９〜２．２）、硫酸バリウムの屈折率（１．６４）、チタン酸バリウムの屈折率（２．４１１）、チタン酸ストロンチウムの屈折率（２．４０９）、チタン酸鉛の屈折率（２．７）は、それぞれアルミナの屈折率（１．６３）よりも高くなっている。そして、無機化合物（高屈折率無機材料）としては特に限定されないが、例えば、二酸化チタン、五酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ランタン及び酸化イットリウムの少なくとも１つからなる金属酸化物が選択可能である。即ち、アルミナよりも屈折率が高い高屈折率無機材料を用いれば、第２のセラミック層内に入射した光を高屈折率無機材料によってより効率良く反射させることができる。

また、高屈折率無機材料の融点は、アルミナの融点とほぼ等しくてもよい。このようにすれば、同時焼成法によって第１のセラミック層及び第２のセラミック層を形成することができるため、工数が少なくなり、生産効率の向上及び製造コストの低減が達成しやすくなる。なお、高屈折率無機材料として例えば融点が１８５０℃の二酸化チタンを用いると、高屈折率無機材料の融点をアルミナの融点（２０５０℃）に近付けることができる。ここで、高屈折率無機材料の融点が「アルミナの融点とほぼ等しい」とは、高屈折率無機材料の融点がアルミナの融点に対して±３００℃以内であることをいう。但し、焼結助剤の調整次第では、高屈折率無機材料の融点がアルミナの融点に対して±７００℃以内となるものも、「アルミナの融点とほぼ等しい」ものとして含めることが可能である。

第２のセラミック層の熱伝導率は、第１のセラミック層の熱伝導率とほぼ等しくなっていてもよい。このようにすれば、第２のセラミック層の熱伝導率がアルミナの高い熱伝導率とほぼ等しくなるため、セラミック基板の放熱性が確実に向上する。ここで、第２のセラミック層の熱伝導率が「第１のセラミック層の熱伝導率とほぼ等しい」とは、第２のセラミック層の熱伝導率が第１のセラミック層の熱伝導率に対して例えば±２０％以内であることをいう。また、高屈折率無機材料の反射率（％）は、アルミナの反射率（％）よりも高くてもよい。このようにすれば、第２のセラミック層内に入射した光を高屈折率無機材料によってより一層効率良く反射させることができる。さらに、第２のセラミック層の光透過率（％）は、第１のセラミック層の光透過率（％）よりも小さくてもよい。このようにすれば、光が第２のセラミック層を通過しにくくなるため、第２のセラミック層内に入射した光を確実に高屈折率無機材料によって反射させることができる。

また、第１のセラミック層の白色度（％）は、第２のセラミック層の白色度（％）よりも高くてもよい。即ち、基板主面に露出する部分（第１のセラミック層）の白色度が高くなるため、セラミック基板の品質向上を図ることができる。なお、「白色度」とは、ＪＩＳ Ｚ８７２２に規定する分光測色方法などによって測定されるものである。

また、第２のセラミック層における高屈折率無機材料の含有率は特に限定されないが、例えば、１重量％以上５重量％以下であることがよい。仮に、高屈折率無機材料の含有率が１重量％未満になると、第２のセラミック層内に入射した光が高屈折率無機材料に到達しにくくなるため、第２のセラミック層内に入射した光をさほど反射させることができなくなる。一方、高屈折率無機材料の含有率が５重量％よりも大きくなると、第２のセラミック層の融点が下がり過ぎる可能性があるため、焼成によって第２のセラミック層を形成する場合に、第２のセラミック層が変形するおそれがある。

本発明を具体化した一実施形態の発光素子搭載用セラミックパッケージを示す概略断面図。 発光素子搭載用セラミックパッケージを示す要部断面図。 反射率の測定方法を説明するための概略図。 セラミックグリーンシートを作製する工程を示す説明図。 セラミックグリーンシートを加工する工程を示す説明図。 ペーストを充填する工程を示す説明図。 ペーストを塗布する工程を示す説明図。 積層体を形成する工程を示す説明図。 他の実施形態における発光素子搭載用セラミックパッケージを示す概略断面図。 他の実施形態における発光素子搭載用セラミックパッケージを示す概略断面図。 他の実施形態における発光素子搭載用セラミックパッケージを示す概略断面図。 従来技術における発光素子搭載用セラミックパッケージを示す要部断面図。

以下、本発明の発光素子搭載用セラミックパッケージを具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の発光素子搭載用セラミックパッケージ１０（以下「セラミックパッケージ１０」という）は、発光素子であるＬＥＤ素子２１を搭載するための装置である。このセラミックパッケージ１０を構成するセラミック基板１１は、基板主面１２及び基板裏面１３を有する矩形平板状の部材である。

セラミック基板１１の中央部には、基板主面１２側にて開口し、ＬＥＤ素子２１を収容可能な大きさを有する有底のキャビティ３１が形成されている。このキャビティ３１は平面視で円形状を呈しており、その深さは、基板主面１２上に積層されたセラミック層１４の厚さ分に相当する。キャビティ３１の底面３３（基板主面１２）上の中央部には、ＬＥＤ素子２１を搭載可能な搭載部であるカソード導体層３４及びアノード導体層３５が、タングステンのメタライズ印刷によってそれぞれ矩形状に形成されている。なお、アノード導体層３５にはＬＥＤ素子２１が搭載されるとともに、ＬＥＤ素子２１のアノード端子がはんだ付け等により接合されている。一方、カソード導体層３４には、ＬＥＤ素子２１の上面にあるカソード端子が、ボンディングワイヤ２２を介して電気的に接続されている。カソード導体層３４及びアノード導体層３５は、いずれもタングステンメタライズ層上にニッケルめっき、金めっき、銀めっき等を施した層構造を有している。

図１に示されるように、キャビティ３１の側面３２は、底面３３を基準として約４５°の傾斜角を有するテーパ面となっている。キャビティ３１の側面３２上には、タングステンメタライズ層上にニッケルめっき、金めっき、銀めっき等を施した層構造の光反射層２３が形成されている。従って、この光反射層２３により、ＬＥＤ素子２１からの光がセラミック基板１１の厚さ方向（図１では上方）に反射されるようになっている。また、キャビティ３１内にはエポキシ等の熱硬化性樹脂からなる透明樹脂２５が充填され、その透明樹脂２５によりＬＥＤ素子２１が全体的に覆われている。

また、セラミック基板１１は、３層のセラミック層１５，１６，１７を積層配置した構造を有している。セラミック層１６，１７の表面（図１では上面）には、タングステンからなる導体層１８がそれぞれ形成されている。また、各セラミック層１５〜１７においてカソード導体層３４及びアノード導体層３５に対応した箇所には、キャビティ３１の底面３３とセラミック基板１１の基板裏面１３とを連通するビアホール３６がそれぞれ形成されている。これらのビアホール３６内には、タングステンを主体とするビア導体３７が設けられている。セラミック基板１１の基板裏面１３には、タングステンを主体とするメタライズ配線層３８がパターン形成され、メタライズ配線層３８は、ビア導体３７を介して導体層１８に電気的に接続されている。

図１，図２に示されるように、本実施形態では、各セラミック層１５〜１７のうち、第１層，第３層のセラミック層１５，１７が第１のセラミック層となり、第２層のセラミック層１６が第２のセラミック層となっている。よって、基板主面１２側の最外層に配置されたセラミック層は第１のセラミック層（第１のセラミック層１５）となり、基板裏面１３側の最外層に配置されたセラミック層も第１のセラミック層（第１のセラミック層１７）となる。また、第２のセラミック層１６は、第１のセラミック層１５よりも基板裏面１３側であって、第１のセラミック層１７よりも基板主面１２側に配置されている。なお、各セラミック層１５〜１７の厚さは、４０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、第１のセラミック層１５の厚さが２５０μｍに設定され、第２のセラミック層１６及び第１のセラミック層１７の厚さがそれぞれ１５０μｍに設定されている。

図１，図２に示される各セラミック層１５〜１７は、光透過性を有する無機材料、具体的にはアルミナ焼結体からなる。よって、各セラミック層１５〜１７には、ＬＥＤ素子２１からの光Ｌ１（図２参照）が入射するようになっている。なお、上述したセラミック層１４も、光透過性を有するアルミナ焼結体からなっている。また、第１のセラミック層１５，１７（及びセラミック層１４）は、第１の屈折率（本実施形態では１．６３）を有している。第１のセラミック層１５，１７は、白色を呈しており、光透過率が１８％、熱伝導率が１８Ｗ／ｍ・Ｋに設定されている。さらに、第１のセラミック層１５，１７を構成するアルミナは、融点が２０５０℃、反射率が８２％（５５０ｎｍ）となっている。

一方、第２のセラミック層１６は、二酸化チタンからなる高屈折率無機材料１９を含有している。高屈折率無機材料１９は、粒状をなしており、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率（本実施形態では２．３〜２．５５）を有している。なお、本実施形態では、第２のセラミック層１６が高屈折率無機材料１９を含有する一方、第１のセラミック層１５，１７は、高屈折率無機材料１９を含有しないようになっている。第２のセラミック層１６における高屈折率無機材料１９の含有率は、１重量％以上５重量％以下（本実施形態では１重量％）である。

また、図１，図２に示される第２のセラミック層１６の光透過率は、第１のセラミック層１５，１７の光透過率（１８％）よりも小さくなっており、本実施形態では１０％に設定されている。第２のセラミック層１６は、灰色を呈しており、第１のセラミック層１５，１７に比べて白色度が低くなっている。第２のセラミック層１６の熱伝導率は、第１のセラミック層１５，１７の熱伝導率（１８Ｗ／ｍ・Ｋ）とほぼ等しくなっており、本実施形態では１６Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。また、第２のセラミック層１６を構成する高屈折率無機材料１９の融点は、アルミナの融点（２０５０℃）とほぼ等しくなっており、本実施形態では１８５０℃となっている。さらに、高屈折率無機材料１９の反射率は、アルミナの反射率（８２％）よりも高くなっており、本実施形態では９０％となっている。

なお、アルミナ及び高屈折率無機材料１９の反射率の測定は、図３に示す測定装置を用いて行われる。この測定装置は、測定対象物８３を支持する支持台８０と、支持台８０上の測定対象物８３を覆う積分球８４とを備えている。測定装置は、積分球８４の外側（図３では積分球８４の左側の箇所）に、光源８１及びミラー８５を備えている。光源８１の先端は、ミラー８５を介して測定対象物８３の被測定面を狙っている。一方、この測定装置は、積分球８４の外側であって測定対象物８３の被測定面の上方となる位置（図３では測定対象物８３の略真上の位置）に、受光手段８２を備えている。受光手段８２の受光部は、測定対象物８３の被測定面に対向して配置されている。

この測定装置を用いた測定では、まず、光源８１を所定強度で発光させ、ミラー８５に対して光を入射させる。この光は、ミラー８５によって反射して積分球８４内に入射し、積分球８４の内面で反射した後、測定対象物８３の被測定面に対して入射する。そして、測定対象物８３に入射した入射光の反射光を受光手段８２で受光するとともに、その反射光の強度を求める。次に、反射光強度から入射光強度を割った値を算出し、この算出値を１００倍することにより、反射率（％）が算出される。

次に、セラミックパッケージ１０の動作について説明する。

ＬＥＤ素子２１は、セラミック基板１１や配線に接続された回路デバイス（図示略）を介して動作する。ＬＥＤ素子２１に電気信号が出力されると、ＬＥＤ素子２１は入力した電子信号を光信号に変換した後、その光信号を光Ｌ１（図２参照）として出射する。そして、ＬＥＤ素子２１から出射した光Ｌ１は、第１のセラミック層１５（第１層のセラミック層）に入射する。このとき、光Ｌ１の一部が第１のセラミック層１５の表面（図２では上面）で反射するとともに、光Ｌ１の残りの部分が第１のセラミック層１５に入射する。

また、図２では、第１のセラミック層１５と第２のセラミック層１６（第２層のセラミック層）との界面を破線で示しているが、実際には明確な界面が存在している訳ではない。このため、第１のセラミック層１５に入射した光Ｌ１は、第１のセラミック層１５と第２のセラミック層１６との界面をそのまま直進し、第２のセラミック層１６に入射する。そして、光Ｌ１が第２のセラミック層１６内に存在する高屈折率無機材料１９に到達すると、光Ｌ１の一部が基板主面１２側に反射するとともに、光Ｌ１の残りが屈折して基板裏面１３側へ進行する。さらに、基板裏面１３側へ進行する光Ｌ１が第２のセラミック層１６内に存在する別の高屈折率無機材料１９に到達すると、光Ｌ１の一部が基板主面１２側に反射するとともに、光Ｌ１の残りが屈折して基板裏面１３側へ進行する。本実施形態では、第２のセラミック層１６に入射した光Ｌ１の大部分が、高屈折率無機材料１９によって基板主面１２側に反射するようになっている。

また、図２では、第２のセラミック層１６と第１のセラミック層１７（第３層のセラミック層）との界面も破線で示されているが、実際に明確な界面が存在している訳ではない。よって、第２のセラミック層１６の裏面（図２では下面）付近に到達した光Ｌ１は、第２のセラミック層１６と第１のセラミック層１７との界面をそのまま直進し、第１のセラミック層１７に入射する。その後、第１のセラミック層１７に入射した光Ｌ１は、第１のセラミック層１７の裏面（基板裏面１３）からセラミック基板１１の外部に放出される。

次に、上記構造のセラミックパッケージ１０を製造する方法について説明する。

まず、アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーを従来周知の手法（本実施形態ではドクターブレード法）によりシート状に成形し、所定サイズに切断して、３枚のセラミックグリーンシート６１，６２，６４（図４参照）を作製する。また、アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤、高屈折率無機材料１９（本実施形態では二酸化チタン）等を混合して、高屈折率無機材料含有スラリーを作製する。なお、高屈折率無機材料１９は、アルミナ粉末と高屈折率無機材料１９との重量の合計（１００重量％）に対して、１重量％以上５重量％以下（本実施形態では１重量％）の割合で含有される。そして、この高屈折率無機材料含有スラリーを従来周知の手法（本実施形態ではドクターブレード法）によりシート状に成形し、所定サイズに切断して、１枚のセラミックグリーンシート６３（図４参照）を作製する。

次に、セラミックグリーンシート６１〜６４に対する孔あけを下記のように行う。図５に示されるように、１つのセラミックグリーンシート６１に対して従来周知の打抜金型（図示略）を用いた打抜加工を行い、貫通孔６５を形成する。この貫通孔６５は、後にキャビティ３１の一部となるため、テーパ状をなすように形成される。また、他のセラミックグリーンシート６２〜６４に対して従来周知のパンチング（打抜）加工を行い、シート表裏面を貫通するビアホール３６を形成する。なお、レーザー加工やドリル加工などの手法によって、ビアホール３６を形成することも可能である。

次に、従来周知のペースト印刷装置を用いて、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはそれらの合金を含有するペースト７１を、ビアホール３６内に充填する（図６参照）。また、同じ装置を用いて、セラミックグリーンシート６１に設けられた貫通孔６５の内周面にペースト７１を塗布するとともに、セラミックグリーンシート６２〜６４の表裏面の所定箇所にペースト７１を塗布する（図７参照）。

次に、セラミックグリーンシート６４、セラミックグリーンシート６３、セラミックグリーンシート６２、セラミックグリーンシート６１の順で積層し、従来周知のラミネート装置を用いて厚さ方向に所定の荷重を加えることにより、これらを圧着、一体化して積層体を形成する（図８参照）。その後、この積層体をアルミナ及びタングステンが焼結しうる温度（例えば１４００℃〜１８００℃程度の温度）に加熱する焼成工程を行う。この焼成を経ると、セラミックグリーンシート６１〜６４が焼結して、キャビティ３１を有するセラミック基板１１が得られる。また、ペースト７１の焼結によって、セラミック基板１１において光反射層２３となるべき箇所（キャビティ３１の側面３２）に、光反射層２３の一部をなすタングステンメタライズ層が形成される。さらに、セラミック基板１１においてカソード導体層３４及びアノード導体層３５となるべき箇所（キャビティ３１の底面３３）に、カソード導体層３４及びアノード導体層３５の一部をなすタングステンメタライズ層が形成される。また、セラミック基板１１の所定箇所には、ビア導体３７とメタライズ配線層３８とがそれぞれ形成される。次に、電解ニッケルめっき及び電解金めっきを行ってタングステンメタライズ層上にニッケル層及び金層を形成し、さらに電解銀めっきを行ってニッケル層及び金層上に銀層を形成する。その結果、光反射層２３、カソード導体層３４及びアノード導体層３５が完成し、セラミックパッケージ１０が得られる。

その後、セラミックパッケージ１０に対して素子搭載工程を行い、ＬＥＤ素子２１の実装及びワイヤボンディングを実施する。次に、充填工程を行い、キャビティ３１内に透明樹脂２５を充填して熱硬化させることにより、ＬＥＤ素子２１付きのセラミックパッケージ１０が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のセラミックパッケージ１０では、ＬＥＤ素子２１からの光Ｌ１が第１のセラミック層１５に入射する際に、光Ｌ１の一部が第１のセラミック層１５の表面で反射し、残りが第１のセラミック層１５内に入射する。そして、第１のセラミック層１５内に入射した光Ｌ１は、第１のセラミック層１５よりも基板裏面１３側に配置された第２のセラミック層１６にそのまま入射する。さらに、第２のセラミック層１６内に入射した光Ｌ１が第２のセラミック層１６に含有される高屈折率無機材料１９に到達すると、光Ｌ１の一部が基板主面１２側に反射し、残りが屈折して基板裏面１３側に進行する。また、光Ｌ１が別の高屈折率無機材料１９に到達した場合であっても、光Ｌ１の一部が基板主面１２側に反射し、残りが屈折して基板裏面１３側に進行する。以上の結果、ＬＥＤ素子２１からの光Ｌ１の一部は基板裏面１３側から外部に放出されるが、大部分の光Ｌ１は、高屈折率無機材料１９によって基板主面１２側に反射するため、ＬＥＤ素子２１からの光Ｌ１を効率良く反射させることができる。

（２）また、本実施形態では、第２のセラミック層１６よりも基板主面１２側に、高屈折率無機材料１９を含有しない第１のセラミック層１５が配置されるとともに、第２のセラミック層１６よりも基板裏面１３側に、高屈折率無機材料１９を含有しない第１のセラミック層１７が配置されているため、高屈折率無機材料１９はセラミック基板１１の内部に隠れるようになる。従って、セラミック基板１１の製造時（焼成時）に第２のセラミック層１６の高屈折率無機材料１９が変色したとしても、基板主面１２に露出する第１のセラミック層１５や基板裏面１３に露出する第１のセラミック層１７は変色しないため、変色に起因するセラミック基板１１の白色度の低下を防止することができる。さらに、セラミック基板１１を構成するセラミック層１４〜１７が、ガラスセラミック等よりも熱伝導率が高いアルミナを主成分とするため、セラミック基板１１の放熱性が向上する。ゆえに、信頼性に優れたセラミックパッケージ１０が実現可能となる。

（３）本実施形態では、光反射層２３、カソード導体層３４及びアノード導体層３５を同時に形成し、光反射層２３、カソード導体層３４及びアノード導体層３５を構成するニッケル層、金層及び銀層の形成を廉価な手法であるめっき法により行っているため、製造コストの上昇を防止することができる。

なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態のセラミック基板１１は、１層の第２のセラミック層１６を備えていた。しかし、セラミック基板は、複数層の第２のセラミック層を備えていてもよい。例えば、図９のセラミックパッケージ１１０に示されるように、セラミック基板１１１が２層の第２のセラミック層１１２，１１３を有し、所定の第２のセラミック層１１２が、他の第２のセラミック層１１３上に直接的に積層されていてもよい。また、図１０のセラミックパッケージ１２０に示されるように、セラミック基板１２１が２層の第２のセラミック層１２２，１２３を有し、所定の第２のセラミック層１２２が、第２のセラミック層１２２，１２３とは別のセラミック層（第１のセラミック層１２４）を介して、他の第２のセラミック層１２３上に間接的に積層されていてもよい。以上のようにすれば、第２のセラミック層が１層しかない場合に比べて、ＬＥＤ素子２１からの光Ｌ１を基板主面１２側に反射させやすくなる。

・上記実施形態のセラミック基板１１では、基板裏面１３側の最外層となるセラミック層が、第１のセラミック層１７となっていた。しかし、図１１のセラミックパッケージ１３０に示されるように、セラミック基板１３１の基板裏面１３２側の最外層となるセラミック層が、第２のセラミック層１３３となっていてもよい。

・上記実施形態では、キャビティ３１内にＬＥＤ素子２１を１つ実装した構造を例示したが、その数は２つ以上であっても構わない。具体例を挙げると、平面視で長円形状のキャビティを形成し、そのキャビティの底面の略中央部にカソード導体層を３つ形成する。そして、これら３つのカソード導体層上に、赤色、緑色及び青色のＬＥＤ素子をそれぞれ実装する。このように構成すると、高輝度の白色光が得られる装置を実現することができる。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）上記手段１において、前記第２のセラミック層の光透過率は、前記第１のセラミック層の光透過率よりも小さいことを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。

（２）上記手段１において、前記第２のセラミック層の白色度は、前記第１のセラミック層の白色度よりも低いことを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。

（３）上記手段１において、前記セラミック基板は複数の前記第２のセラミック層を有し、所定の第２のセラミック層は、他の第２のセラミック層上に直接的に積層されていることを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。

（４）上記手段１において、前記セラミック基板は複数の前記第２のセラミック層を有し、所定の第２のセラミック層は、前記第２のセラミック層とは別のセラミック層を介して、他の第２のセラミック層上に間接的に積層されていることを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。

（５）上記手段１において、前記基板裏面側の最外層となる前記セラミック層が、前記第２のセラミック層となることを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。

（６）上記手段１において、前記基板裏面側の最外層となる前記セラミック層が、前記第１のセラミック層となることを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。

１０，１１０，１２０，１３０…発光素子搭載用セラミックパッケージ（セラミックパッケージ）
１１，１１１，１２１，１３１…セラミック基板
１２…基板主面
１３，１３２…基板裏面
１５，１７，１２４…セラミック層としての第１のセラミック層
１６，１１２，１１３，１２２，１２３，１３３…セラミック層としての第２のセラミック層
１９…高屈折率無機材料
２１…発光素子としてのＬＥＤ素子
３４…搭載部としてのカソード導体層
３５…搭載部としてのアノード導体層

Claims (6)

1. 基板主面及び基板裏面を有するとともに、アルミナを主成分とする複数のセラミック層を積層配置してなるセラミック基板を備え、前記基板主面上に発光素子を搭載可能な搭載部が設定された発光素子搭載用セラミックパッケージであって、
   前記複数のセラミック層は、高屈折率無機材料を含有しない第１のセラミック層と、前記高屈折率無機材料を含有する第２のセラミック層とを含み、
   前記第１のセラミック層は、前記基板主面側の最外層に配置され、第１の屈折率を有しており、
   前記第２のセラミック層は、前記第１のセラミック層よりも前記基板裏面側に配置され、前記高屈折率無機材料が前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有している
   ことを特徴とする発光素子搭載用セラミックパッケージ。
2. 前記高屈折率無機材料の融点は、アルミナの融点とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用セラミックパッケージ。
3. 前記第２のセラミック層の熱伝導率は、前記第１のセラミック層の熱伝導率とほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子搭載用セラミックパッケージ。
4. 前記高屈折率無機材料の反射率は、アルミナの反射率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子搭載用セラミックパッケージ。
5. 前記高屈折率無機材料は、二酸化チタン、五酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ランタン及び酸化イットリウムの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光素子搭載用セラミックパッケージ。
6. 前記第２のセラミック層における前記高屈折率無機材料の含有率は、１重量％以上５重量％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子搭載用セラミックパッケージ。

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