JP7248803B2 - 発光素子搭載用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

Description

本開示は、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置に関する。

近年、ＬＥＤ（light emitting diode）は、自動車のヘッドランプに用いられている。ＬＥＤを用いた光源装置は高い放熱性が求められる。このような光源装置では、例えば、金属製の基板上に絶縁層が設けられている。この場合、絶縁層は枠状である。また、絶縁層はセラミック製である（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開２０１７／１８８２３７号公報

本開示の発光素子搭載用パッケージは、基板と、絶縁層と、金属層と、を有している。前記絶縁層は、厚み方向に貫通した貫通孔を有し、前記基板上に設けられている。前記金属層は、前記基板上の少なくとも前記貫通孔内に配置されており、前記基板上から前記貫通孔の内壁に沿って延在する突出部を有している。

本開示の発光装置は、上記の発光素子搭載用パッケージの金属層上に発光素子を備えている。

実施形態の一例として示す発光素子搭載用パッケージの外観斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図２のＰ１部を拡大した断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図２に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。 図５のＰ２部を拡大した断面図である。 図２に示した発光素子搭載用パッケージについて、貫通孔の幅が高さ方向に変化することを説明するための断面図である。 図２に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。 図８に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。 図９のＰ３部を拡大した断面図である。 図９に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。 図１１のＰ４部を拡大した断面図である。 発光素子搭載用パッケージの他の態様を示す断面図である。 発光素子搭載用パッケージの他の態様を示す断面図である。 発光素子搭載用パッケージの他の態様を示す断面図である。 実施形態の一例として示す発光装置の外観斜視図である。 図１６のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線断面図である。 実施形態の一例として示す発光素子搭載用パッケージおよび発光装置の製造方法を示す断面図である。

特許文献１に開示された発光素子搭載用パッケージは、金属製の基板上にセラミック製の絶縁層を有している。この場合、基板と絶縁層とが異なる材料によって形成されている。このため基板と絶縁層との間で剥がれるおそれがある。剥がれの原因の一つは、基板と絶縁層との間に発生する歪である。歪は、基板および絶縁層の互いに異なる熱膨張率およびヤング率に起因する。基板および絶縁層が互いに異なる熱膨張率およびヤング率を有しているため、両部材間に発生する熱応力によって歪みが発生する。

そこで本開示では、基板と絶縁層との間で剥がれにくい発光素子搭載用パッケージおよび発光装置を提供する。

図１～図１８は、実施形態の発光素子搭載用パッケージおよび発光装置を詳細に説明するためのものである。なお、本開示は、以下に記述する特定の実施形態に限定されるものではない。また、開示した態様は、添付の特許請求の範囲によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲に沿ったものであれば、様々な態様を含むものとなる。

図１は、実施形態の一例として示す発光素子搭載用パッケージの外観斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図３は、図２のＰ１部を拡大した断面図である。

実施形態の一例として示す発光素子搭載用パッケージＡは、基板１と、絶縁層３と、金属層５とを有する。絶縁層３は、厚み方向に貫通した貫通孔７を有する。絶縁層３は、基板１上に配置されている。貫通孔７を有する絶縁層３が基板１上に配置している構造は、いわゆる絶縁層３が基板１上においてキャビティを形成している構造となる。ここで、基板１上とは、基板１の表面に直接接している場合の他、基板１の表面に他の部材を介して配置している場合を含む意である。以下において「上」と記した場合には同じ意味になる。

金属層５は基板１上に配置されている。金属層５は基板１上の少なくとも貫通孔７内に配置されている。金属層５は、基板１上において、貫通孔７の内側の領域を占めるように配置されている。言い換えると、金属層５は、基板１上において、少なくとも貫通孔７の内側の領域を占める部分を有する。また、金属層５は基板１上から貫通孔７の内壁９に沿って延在する部分を有している。金属層５のうち、基板１上から貫通孔７の内壁９に沿って延在する部分を突出部１１という。突出部１１は金属層５上に設けられている。突出部１１は金属層５から成長した構造を成している。また、突出部１１は平坦部６から連続的につながる構造を有している。なお、本開示では、金属層５のうち、基板１上に沿う部分を平坦部６とする。

本開示の発光素子搭載用パッケージＡは、図２および図３に示すように、金属層５の一部である突出部１１が貫通孔７の内壁９に貼り付くように設けられている。突出部１１によれば、絶縁層３が熱膨張により貫通孔７の中心部７ａへ動こうとするのを抑えることができる。言い換えると、突出部１１は、基板１上における絶縁層３の動きを抑える役割を担っている。突出部１１が貫通孔７の内壁９に貼り付くように設けられているため、基板１上では、絶縁層３が基板１の表面１ａに沿う方向へ動き難くなっている。つまり、突出部１１は基板１と絶縁層３との間の変形量を小さくすることができる。こうして、絶縁層３が基板１上から剥がれ難くなる。ここで、基板１の表面１ａとは、絶縁層３が接している表面のことである。

この場合、基板１は金属製であるのが良い。絶縁層３は有機樹脂製であるのが良い。基板１の材料としては、アルミニウム、亜鉛、銅などの群から選ばれる少なくとも１種であるのが良い。これらの材料の中で、発光素子搭載用パッケージが、例えば、自動車のヘッドランプに適用される場合には、軽量であり、耐酸化性が高いという点からアルミニウムが良い。

有機樹脂の材料としては、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂の群から選ばれる少なくとも１種であるのが良い。これらの材料の中で、耐熱性が高く、また、高い機械的強度を有し、材料の価格が比較的安価であるという点からエポキシ樹脂が良い。この場合、絶縁層３は無機フィラーを含んでいても良い。絶縁層３が無機フィラーを含む構成であると、絶縁層３の機械的強度をさらに高くすることが可能になる。絶縁層３が無機フィラーを含む構成であると、絶縁層３の熱膨張率を小さくすることができる。絶縁層３が無機フィラーを含む構成であると、絶縁層３の熱膨張率を基板１の熱膨張率に近づけることができる。無機フィラーの材料としては、シリカ、アルミナ、ムライトおよびガラスなどの群から選ばれる少なくとも１種が良い。これらの材料の中で、粒径が小さくかつ均一な粒径のものを採用できるという点からシリカがよい。

金属層５の材料（成分）としては、亜鉛、ニッケル、銅、パラジウム、金の群から選ばれる少なくとも１種であるのが良い。金属層５は、これらの材料（成分）が層状に重なる構造を有していてもよい。

図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図４に示すように、突出部１１は絶縁層３に設けられた貫通孔７の内壁９を周回するように設けられているのがよい。なお、突出部１１は貫通孔７内において金属層５の平坦部６の外縁部に立設されている。ここで、貫通孔７の内壁９を周回するとは、突出部１１が貫通孔７の内壁９の全周囲に形成されている状態のことをいう。突出部１１が絶縁層３に設けられた貫通孔７の内壁９を周回するように設けられていると、基板１上において、絶縁層３が貫通孔７の全周囲から貫通孔７の中心部分へ向かう動きを抑えることが可能になる。この場合、突出部１１は、図２に示すように、絶縁層３の貫通孔７の中心方向への動きを止めることのできる所定以上の高さｈを有していればよい。突出部１１の高さｈは、絶縁層３の厚みｔの１／１００以上１／５以下であればよい。具体的な突出部１１の高さｈとしては１μｍ以上であればよい。

図５は、図２に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。図６は、図５のＰ２部を拡大した断面図である。図５および図６は、突出部１１の表面が凹凸形状を成している場合の断面図である。図５に示した発光素子搭載用パッケージの符号はＢである。

突出部１１は、金属粒子１３が連結した構造を成していてもよい。金属粒子１３が連結した構造のことを、以下、連結体と表記する。また、金属粒子１３のサイズよりも小さい部分のことをネック部と表記する場合がある。金属粒子１３の連結体では、突出部１１の表面がでこぼこしている。言い換えると、突出部１１の表面は凹凸の形状となっている。

この場合、突出部１１の表面が凹凸を有するとは、凹部１１ａの底の位置と凸部１１ｂの頂きの位置との間の幅Ｗ１が、その突出部１１の最大の幅Ｗ０の１／５以上であるような形状である。この場合、突出部１１の表面の凹凸は、突出部１１の表面における表面粗さを基板１側からその突出部１１の先端まで測定することにより求められる。金属層５のうち平坦部６は膜状であるのがよい。平坦部６の表面粗さ（Ｒａ）は、突出部１１の１／１０以下であるのがよい。なお、図１、図２および図３に示した金属層５の表面粗さ（Ｒａ）は、平坦部６および突出部１１ともに、図５および図６に示した平坦部６の表面粗さ（Ｒａ）と同等である。

突出部１１の表面が凹凸形状であると、突出部１１に変形しやすい部分ができる。金属層５と絶縁層３との間で熱膨張率が異なり、周囲の温度変化によって金属層５と絶縁層３との間に歪が発生する場合を想定する。突出部１１は金属によって形成されている。突出部１１は展延性を有する。このため突出部１１は変形しやすい部分を有する。このため、突出部１１が金属層５の平坦部６と繋がりかつ絶縁層３に接着していても、突出部１１は破壊され難い。つまり、突出部１１の表面が凹凸形状であると、金属層５と絶縁層３の熱膨張率の違いに起因する変形が生じた際にも、突出部１１は部分的にその変形に追従しやすい。その結果、突出部１１は、金属層５の平坦部６および絶縁層３から剥がれ難くい。突出部１１が破壊されにくいため、突出部１１を含む金属層５は絶縁層３から剥がれ難い。絶縁層３が突出部１１を含む金属層５から剥がれ難いことから、絶縁層３は基板１から剥がれ難い。

図７は、図２に示した発光素子搭載用パッケージＡについて、貫通孔の幅が高さ方向に変化することを説明するための断面図である。図７に示した発光素子搭載用パッケージの符号はＡ’とする。図７では、図２に示した発光素子搭載用パッケージＡを例にして、貫通孔の高さ方向における幅の違いが際立つように、便宜上、傾斜面９ａを拡大して示している。図７に示した発光素子搭載用パッケージＡ’では、基板１の表面１ａに近い方の貫通孔７の幅Ｗ３が基板１の表面１ａから遠い方の貫通孔７の幅Ｗ４よりも大きい。つまり、発光素子搭載用パッケージＡ’では、図７に示したように、絶縁層３の内壁９は、基板１の表面１ａに近い方で貫通孔７の幅が広くなるように傾斜しているのがよい。内壁９のうち、基板１の表面１ａに近い方で貫通孔７の幅が広くなるように傾斜している内壁９の部分を、以下、傾斜面９ａという場合がある。絶縁層３の内壁９は、基板１の表面１ａに近い方から上側に向かう方向で貫通孔７の中心部７ａ側に次第にせり出した形状を成している。貫通孔７の幅Ｗ３は、図７においては、金属層５の表面から基板１にかけて最大となる。絶縁層３の内壁９が基板１の表面１ａに近い方で貫通孔７の幅が大きくなる構造（内壁９が部分的に傾斜した構造）では、基板１の表面１ａに近い方の絶縁層３の幅Ｗ５が基板１の表面１ａから遠い方の絶縁層３の幅Ｗ６よりも小さい構造となる。

つまり、絶縁層３の内壁９が基板１の表面１ａに近い方で傾斜した傾斜面で突出部１１の基板１側の厚みが厚くなるため突出部１１の剛性が高くなる、特に応力の大きくなる基板１側の剛性が高くなるため、絶縁層３の変形をより抑えやすくなり、絶縁層３が基板１からより剥がれ難くなる。

また、突出部１１は、外側（絶縁層３側）に厚みが増えるので、絶縁層３の幅すなわち絶縁層３と基板１との接合幅が小さくなり、絶縁層３の熱応力による変形が小さくなる。また、外側に厚みが増えるので、内側の素子の搭載領域が小さくならず、大型化しない。

貫通孔７を有する絶縁層３がこのような構造であると、絶縁層３は基板１の表面１ａに近い方の幅Ｗ５が基板１の表面１ａから遠い方の幅Ｗ６よりも狭い分、絶縁層３と基板１の表面１ａとの間に接している面積が小さくなる。これにより基板１と絶縁層３との間に発生する歪量が小さくなる。その結果、基板１上から絶縁層３が剥がれ難くなる。この場合、突出部１１は、傾斜面９ａに接するように配置されているのがよい。また、突出部１１は、基板１の表面１ａに近い方の厚みが厚く、基板１の表面１ａから遠くなる方の厚みが薄くなっていても良い。図３に示したＰ１部の場合と同じように、基板１の表面１ａに近い方の厚みｔ１が基板１の表面１ａから遠くなる方の厚みｔ２よりも大きい方がよい。つまり、発光素子搭載用パッケージＡ、Ａ’を縦断面視したときに、突出部１１は三角形状を成す形状であるのがよい。ここで、三角形状とは、その形状が三角形だけではなく、角の部分が多少丸みを帯びていたり、辺が多少うねっている形状も含むという意味である。突出部１１が、図３および図７に示したように、断面視で三角形状を成す形状である場合には、基板１の表面１ａから遠くなる方でその厚みが薄くなってくる。このため、突出部１１の厚みが一部で薄くなった分だけ突出部１１の剛性が部分的に低くなる。こうして、突出部１１は、剛性が部分的に低くなり、その剛性の低い部分が変形しやすくなる。その結果、突出部１１は、部分的に絶縁層３の内壁９（この場合、傾斜面９ａ）の動きに追従しやすくなる。突出部１１は絶縁層３から剥がれ難くなる。これにより絶縁層３は基板１の表面１ａから剥がれ難くなる。なお、突出部１１の表面が凹凸形状を成す場合でも、外形状が三角形状と見ることのできる場合には同じように剥がれ難くなる。

図８は、図２に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。図８に示した発光素子搭載用パッケージの符号はＣである。図８に示すように、発光素子搭載用パッケージＣでは、金属層５は、第１金属層５ａと第２金属層５ｂとで構成されるものであってもよい。この場合、第１金属層５ａと第２金属層５ｂとは、層状を成していてもよい。この場合、第１金属層５ａと第２金属層５ｂとは重なる構造であってもよい。図８に示しているように、金属層５は、第１金属層５ａが基板１側に位置し、第２金属層５ｂが第１金属層５ａの表面を覆うように設けられた構造となる。第１金属層５ａと第２金属層５ｂとは界面を観察できるものであれば良いが、元素分析によって主成分を区別できるものであってもよい。ここで、主成分とは、例えば、第１金属層５ａに対して元素分析を行ったときに、検出された元素の中で含有量が最も多い成分のことである。例えば、第１金属層５ａは亜鉛を含み主成分がニッケルであり、第２金属層５ｂはパラジウムおよび金のうちの少なくとも１種の元素を含み主成分がニッケルである構成を挙げることができる。この場合、図８に示すように、第２金属層５ｂが貫通孔７の内壁９に接した状態となる。つまり、図８に示した発光素子搭載用パッケージＣでは、突出部１１は第２金属層５ｂによって構成されたものとなる。第２金属層５ｂが突出部１１を形成する場合には、突出部１１を形成する金属はパラジウムおよび金のうちの少なくとも１種の元素を含むニッケルとなる。

例えば、亜鉛とパラジウムまたは金とを比較した場合に、パラジウムまたは金の方が亜鉛よりも酸化されにくい。このためパラジウムおよび金のうちの少なくとも１種の元素を含むニッケルは、亜鉛を含むニッケルよりも酸化され難い。金属層５の耐候性を高めることができるという点から、パラジウムおよび金のうちの少なくとも１種の元素を含むニッケルの金属層が表面に露出する配置にした方が良い。ここで、耐候性とは、金属の耐酸化性を含む意味である。

図９は、図８に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。図１０は、図９のＰ３部を拡大した断面図である。図９に示した発光素子搭載用パッケージの符号はＤである。図９および図１０に示す発光素子搭載用パッケージＤは、第２金属層５ｂが突出部１１を形成している。その突出部１１は金属粒子１３の連結体の構造である。図９および図１０に示すように、突出部１１が複数の金属層のうちのいずれかによって形成されている場合でも、図５および図６に示した発光素子搭載用パッケージＢの場合と同じように、金属層５が絶縁層３から剥がれ難くなることは言うまでもない。この場合も突出部１１を成す金属粒子１３は、主成分がニッケルであり、これにパラジウムおよび金のうちの少なくとも１種の元素を含むものであるのがよい。ここで、主成分とは、金属粒子１３の元素分析を行ったときに、元素のカウント数が最も高いもののことである。

図１１は、図９に示した発光素子搭載用パッケージの変形例として示した断面図である。図１２は、図１１のＰ４部を拡大した断面図である。図１１に示した発光素子搭載用パッケージの符号はＥである。発光素子搭載用パッケージＥでは、第２金属層５ｂの表面に第３金属層５ｃが設けられる構成となる。発光素子搭載用パッケージＥを構成する金属層５は、第１金属層５ａ、第２金属層５ｂおよび第３金属層５ｃを有する。この場合、第２金属層５ｂは金属粒子１３の連結体の形状を成していてもよい。このとき、第３金属層５ｃは第２金属層５ｂを形成している金属粒子１３同士が連結したネック部の形状を残す状態で覆われているのがよい。また、発光素子搭載用パッケージＥの場合には、突出部１１を成している金属粒子１３が第３金属層５ｃを介して連結された構造であってもよい。この場合、第３金属層５ｃの金属としては、耐候性をさらに高められるという点から、ＡｕまたはＰｄ、もしくはこれらの合金が良い。ここで、第３金属層５ｃの平均厚みは第２金属層５ｂの平均厚みよりも薄い方がよい。厚みを比較すると、第３金属層５ｃの平均厚みは第２金属層５ｂの平均厚みの１／５以下であるのがよい。第３金属層５ｃが厚くなると、第２金属層５ｂにより形成される連結体の変形しやすさを損なうことになってしまうからである。なお、第１金属層５ａ、第２金属層５ｂおよび第３金属層５ｃの平均厚みの測定には、金属層５を構成する成分の分析を可能とする点から、例えば、分析器を備えた走査型電子顕微鏡を用いるのがよい。

この場合、各金属層の平均厚みの測定は、以下のようにして行う。まず、発光素子搭載用パッケージの断面から第１金属層５ａ、第２金属層５ｂおよび第３金属層５ｃを同時に見ることのできる特定の領域を選択する。次いで、それぞれの金属層について、主成分を分析した複数の箇所の厚みを測定し、平均値を求める。この場合、複数の箇所としては、任意の範囲からほぼ等間隔に定めた複数の位置とする。測定する箇所は３～１０ヵ所がよい。

この場合、第２金属層５ｂが、第３金属層５ｃによって覆われた層状の構造体となっている場合がある。このような場合であっても、第３金属層５ｃの平均厚みは第２金属層５ｂの平均厚みよりも薄い。このため、第２金属層５ｂと第３金属層５ｃとによって形成される突出部１１の変形のしやすさは維持される。これにより、第２金属層５ｂが第３金属層５ｃによって覆われた構造であっても、上記した発光素子搭載用パッケージＡ～Ｄと同じように、絶縁層３を基板１から剥がれ難くすることができる。また、突出部１１は金属粒子１３同士の間が金属粒子１３の最大径よりも小さく、いわゆるネック部を有する形状がよい。つまり、突出部１１はくびれ部を有する形状であるのがよい。

ここで、上記した発光素子搭載用パッケージＡ、Ａ’Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥにおいて、金属層５もしくは第１金属層５ａは、基板１の表面１ａの周縁部を除く全面あるいは基板１の表面１ａの全面に設けられていてもよい。例えば、図８に示すように、金属層５もしくは第１金属層５ａが基板１の表面１ａの周縁部を除く全面あるいは基板１の表面１ａの全面に設けられていると、突出部１１は第１金属層５ａ上に形成されることになる。そうすると、絶縁層３はともに金属製の第１金属層５ａおよび突出部１１に接した状態となる。

図２に示した発光素子搭載用パッケージＡは、絶縁層３が基板１と金属製の突出部１１という２種の部材に接した構造である。図２に示した発光素子搭載用パッケージＡに比較して、図８に示した発光素子搭載用パッケージＣは、絶縁層３が金属製の第１金属層５ａおよび金属製の突出部１１に接する状態で変形もしくは移動することになる。図８に示した発光素子搭載用パッケージＣの場合には、図２に示した発光素子搭載用パッケージＡのように、絶縁層３が基板１と金属製の突出部１１という２種の部材に接する状態ではない。発光素子搭載用パッケージＣにおける絶縁層３は、いわゆる１種の材料（金属）に接した状態である。発光素子搭載用パッケージＣにおける絶縁層３は、基板１の物性（ヤング率および熱膨張率）に起因する影響を受けにくい分、図２に示した発光素子搭載用パッケージＡに比べて、絶縁層３に生じる歪量を小さくすることができる。この場合、第１金属層５と基板１とをヤング率で比べたときに、第１金属層５ヤング率の方が基板１のヤング率よりも低い方がよい。

図１３、図１４および図１５は、発光素子搭載用パッケージの他の態様を示す断面図である。図１３に示した発光素子搭載用パッケージＦは、上記した発光素子搭載用パッケージＡの貫通孔７内にサブマウント基板１５を配置した状態を示している。図１４に示した発光素子搭載用パッケージＧは、上記した発光素子搭載用パッケージＣの貫通孔７内にサブマウント基板１５を配置した状態を示している。図１５に示した発光素子搭載用パッケージＨは、上記した発光素子搭載用パッケージＥの貫通孔７内にサブマウント基板１５を配置した状態を示している。図１３に示した発光素子搭載用パッケージＦ、図１４に示した発光素子搭載用パッケージＧ、図１５に示した発光素子搭載用パッケージＨは、いずれも絶縁層３の貫通孔７内に設けた金属層５上にサブマウント基板１５を有している。これら発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈは、貫通孔７内に設けた金属層５が貫通孔７の内壁９の基板１側に突出部１１を有している。このためサブマウント基板１５は突出部１１の内側に配置されている。発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈにそれぞれ設けられた突出部１１は、その断面が絶縁層３側から基板１側へ厚みの方向に向けて裾拡がり状である。このため、サブマウント基板１５は突出部１１の裾部間に嵌った状態となる。つまり、サブマウント基板１５は部分的に絶縁層３に接していない状態にある。

この場合、サブマウント基板１５としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナなどの強度の高いセラミックスが良い。発光素子がサブマウント基板１５に実装されて発光すると、発光素子搭載用パッケージは常温よりも高い温度となる。このような場合に、絶縁層３が熱膨張等により変形しても、サブマウント基板１５は絶縁層３の変形による影響を受けにくい。このため発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈによれば、当該発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈが熱的に変形するような場合にも絶縁層３が基板１上から剥がれにくい。また、発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈによれば、発光素子が発光と消灯を繰り返しているような状況においても、サブマウント基板１５の位置精度を高めることができる。なお、これらの発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈでは、サブマウント基板１５の位置精度を実効的に損なわない程度であれば、金属層５とサブマウント基板１５との間に半田などの接合材を設けても良い。言い換えると、サブマウント基板１５は、半田などの接合材を介して金属層５上に設置される構成でもよい。接合材としては、Ａｕ－Ｓｎ、銀ロウ、半田（Ｓｎ－Ｐｂ）、有機樹脂などの群から選ばれる１種が良い。

図１６は、実施形態の一例として示す発光装置の外観斜視図である。図１７は、図１３のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線断面図である。図１６および図１７に示した発光装置Ｉは、発光素子搭載用パッケージの一例として、上記した発光素子搭載用パッケージＧを用いている。発光装置Ｉは、発光素子搭載用パッケージＧに発光素子１７を搭載したものである。この場合、発光素子１７はサブマウント基板１５上に実装されている。発光素子１７の発光素子搭載用パッケージＧへの実装方法は、フリップチップ方式またはワイヤボンディング方式を例示することができる。発光素子１７としては、ＬＥＤ素子の他、ＬＤ（Laser Diode）を例示することができる。発光素子搭載用パッケージＧには、複数の発光素子１７が実装される場合がある。このような場合には、発光素子１７の集積度を高められるという点からフリップチップ方式を用いるのがよい。発光装置Ｉによれば、絶縁層３が基板１から剥がれ難い構造の発光素子搭載用パッケージＧを用いているため、信頼性の高い発光装置を得ることができる。また、発光装置Ｉによれば、サブマウント基板１５の位置精度の高い発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈを用いていることから、発光する光の指向性および光度の安定した発光装置を得ることができる。ここでは、発光装置Ｉは実施形態の一例として示したものに過ぎない。発光素子搭載用パッケージとして、他の態様を適用することができることは言うまでもない。発光素子搭載用パッケージの他の態様として、上記した発光素子搭載用パッケージＡ～Ｆおよび発光素子搭載用パッケージＨを挙げることができる。

図１８は、実施形態の一例として示す発光装置の製造方法を示す断面図である。図１８に示した発光装置の製造方法は、図１６および図１７に示した発光装置Ｉの例である。図１８の（ａ）に示すように、まず、金属板２１および有機樹脂シート２３を用意する。金属板２１は基板１を得るための材料である。有機樹脂シート２３は絶縁層３を得るための材料である。図１８の（ａ）に示すように、金属板２１および有機樹脂シート２３はそれぞれ所定の形状に加工される。有機樹脂シート２３は、後に絶縁層３の貫通孔７となる孔２７を有する。孔２７の形成には金型によるパンチングの他、レーザー加工機を用いる。孔２７の形状が所定以上のサイズである場合には金型を用いる方がよい。有機樹脂シート２３は、金属板２１（基板１）に接着される側の表面に近い部分２９ａの孔２７の内壁２９の表面粗さが厚み方向の中央部分２９ｂの表面粗さよりも粗くなるように加工する。ここで、孔２７の内壁２９は貫通孔７の内壁９に対応したものとなる。有機樹脂シート２３に形成される孔２７の内壁２９を上記のように表面粗さの異なる状態になるように加工するには、例えば、有機樹脂シート２３に金型を用いたパンチングによって孔２７を形成する際の速度を変化させる。パンチングによって孔２７を形成する際の速度の違いは、金型が有機樹脂シート２３の表面に近い部分２９ａを通過する速度を有機樹脂シート２３の厚み方向の中央部分２９ｂを通過するときの速度よりも遅くするというものである。このような条件にて有機樹脂シート２３に孔２７を形成すると、有機樹脂シート２３の、金属板２１（基板１）に接着される側の表面に近い部分２９ａの孔２７の内壁２９の表面粗さは、内壁２９の厚み方向の中央部分２９ｂにおける表面粗さよりも粗くなる。この場合、内壁２９の表面粗さの粗い部分にめっき膜が形成されやすくなり、突出部１１を形成することが可能になる。有機樹脂シート２３にパンチングによって孔２７を形成する際の速度は、上記した厚み方向の中央部分２９ｂを通過するときの速度である。孔２７を形成する際の速度をこのような条件にすると、有機樹脂シート２３の、金属板２１（基板１）に接着される側の表面に近い部分２９ａの表面粗さは有機樹脂シート２３の厚み方向の中央部分２９ｂにおける表面粗さに近いものとなる。このような条件によって形成される孔２７の内壁２９の表面粗さは、全体的に上記した厚み方向の中央部分２９ｂの表面粗さに相当するものとなる。

また、金属ブロックから金属板２１を基板１の形状に切り出して加工する。金属板２１を得る場合の加工にはダイシングなどの機械的切断機を用いるのがよい。金属板２１を得るときの加工を、機械的切断機を用いて行うと、得られた金属板２１の表面に凹凸が形成されやすい。金属板２１の表面に凹凸が形成されているため、有機樹脂シート２３を金属板２１の表面に強固に密着させることができる。

次に、図１８の（ｂ）に示すように、金属板２１上に、後に第１金属層５ａとなる第１金属膜２５を形成する。第１金属膜２５の作製には特定の金属成分を含むめっき液を用いて電解めっき処理を行う。例えば、金属板２１にアルミニウムを用いる場合、亜鉛およびニッケルを含むめっき液を用いる。金属板２１にアルミニウムを用いて、亜鉛およびニッケルを含むめっき液を用いる場合、はじめに、金属板２１に含まれるアルミニウムを亜鉛に置換し、亜鉛を介してニッケルを析出させる。これにより金属板２１の表面にニッケルを主成分として含む第１金属膜２５（第１金属層２５ａ）を形成する。

次に、図１８の（ｃ）に示すように、金属板２１の第１金属膜２５が形成された面に有機樹脂シート２３を接着させて積層体３１を作製する。金属板２１と有機樹脂シート２３との接着は、加温した状態で加圧のできる積層機を用いる。このときの加圧加熱の条件は、有機樹脂シート２３に形成した貫通孔７の断面が変形するほどの条件とする。これにより、有機樹脂シート２３に形成した孔２７の内壁２９に傾斜した部分を形成することができる。貫通孔７の断面が変形する程度としては、孔２７の内壁２９が有機樹脂シート２３の片方の表面に近い部分２９ａで湾曲または屈曲する程度である。金属板２１上に有機樹脂シート２３を接着させる場合、有機樹脂シート２３と金属板２１との接着面は動き難い。有機樹脂シート２３の接着面から離れた厚み方向の他の部分は熱可塑性的に変形する。有機樹脂シート２３のこのような性質を利用して有機樹脂シート２３に形成した孔２７の断面を変形させる。こうして、孔２７の断面の形状が、図３または図６に示したような積層体３１を形成できる。つまり、後に、絶縁層３に設けた貫通孔７の内壁９が傾斜面９ａを有する形状にできる。有機樹脂シート２３に形成した孔２７の断面の形状を変化させる場合には、有機樹脂シート２３の粘弾性、積層機の加熱温度および積層機の加圧圧力の条件を変化させる。有機樹脂シート２３として、孔２７の内壁２９に傾斜した部分（Ｃ面取り）を形成したものを用いてもよい。

次に、図１８の（ｄ）に示すように、積層体３１を構成する有機樹脂シート２３に形成した孔２７内の第１金属膜２５の表面に、後に第２金属層５ｂとなる第２金属膜３３を形成する。第２金属膜３３の形成には、無電解めっき法または電解めっき法を用いる。まず、無電解めっき法によって第１金属膜２５の表面にめっき膜を形成する。このとき、有機樹脂シート２３の孔２７の内壁２９の表面に近い部分２９ａにもめっき膜が形成される。孔２７の内壁２９の表面粗さの大きい部分は他の平坦な部分に比べて無電解めっき法によるめっき膜が形成されやすい。この後、無電解めっき法により形成しためっき膜の表面に電解めっき法によるめっき膜をさらに形成する。こうして、有機樹脂シート２３内の第１金属膜２５の表面に第２金属層５ｂとなる第２金属膜３３を形成することができる。ここで、孔２７の内壁２９の中で有機樹脂シート２３の表面に近い部分２９ａは、表面粗さが内壁２９の厚み方向の中央部分２９ｂよりも粗くなっている。また、孔２７の内壁２９の中で表面粗さが粗い部分は、先に行った積層時に、部分的に湾曲または屈曲している。こうして、孔２７の内壁２９の中で部分的に湾曲または屈曲した部分に面して突出部１１が形成される。この場合、突出部１１は、第２金属膜３３を形成しているめっき膜によって形成される。なお、突出部１１が金属粒子１３の連結体となる形状にする場合には、例えば、電解めっき法を行うときの電流値を通常の２／３以下にする。第２金属膜３３がネック部を有する金属粒子１３の連結体となっている場合には、さらに第３金属層５ｃとなる第３金属膜を形成してもよい。図１８の（ｄ）には、発光素子搭載用パッケージＣを一例として示しているが、異なる製造条件を採用することによって、発光素子搭載用パッケージＤ、Ｅをそれぞれ得ることができる。

次に、図１８の（ｅ）に示しているように、発光素子搭載用パッケージＣに形成された貫通孔７内にサブマウント基板１５を設置する。こうして、発光素子搭載用パッケージＣ、Ｄ、Ｅからそれぞれ発光素子搭載用パッケージＦ、Ｇ、Ｈを得ることができる。サブマウント基板１５は第２金属膜３３の表面に超音波などのエネルギーを付与して第２金属膜３３または第３金属膜に直接接合しても良いが、半田などの接合材を介して接合しても良い。

次に、図１８の（ｆ）に示すように、発光素子搭載用パッケージＧに設置したサブマウント基板１５上に発光素子１７を実装する。こうして発光装置Ｉを得ることができる。

具体的に、発光素子搭載用パッケージを作製し、信頼性を評価した。上記した製造方法を採用して、発光素子搭載用パッケージとしては、図１４に示した発光素子搭載用パッケージＧ（試料１）および図１５に示した発光素子搭載用パッケージＨ（試料２）を作製した。基板にはアルミニウムを用いた。絶縁層にはシリカ粒子を３０体積％含むエポキシ樹脂を用いた。第１金属層は、亜鉛を含むニッケルのめっき液を用いて電解めっき法により形成した。第２金属層は、パラジウム活性処理後にニッケルのめっき液を用いた無電解めっき法および電解めっき法により形成した。第３金属層は、パラジウムおよび金のめっき液を用いて電解めっき法により形成した。積層体を作製するときの加圧加熱の条件は、温度８０℃、圧力５ＭＰａとした。加圧加熱した積層体は、この後に、温度２００℃、保持時間３時間の熱処理を行った。

また、金属層が突出部を有しない発光素子搭載用パッケージを比較例として作製した（試料３）。試料３となる金属層が突出部を有しない発光素子搭載用パッケージを作製する場合には、樹脂シートにパンチングによって孔を形成する際の厚み方向への速度を一定にした。孔の内壁の表面粗さは、試料１および試料２における樹脂シートの厚み方向の中央部分の表面粗さに相当するレベルとした。また、金属板と樹脂シートとを接着するときの加圧加熱を弱めの条件にして貫通孔の断面が屈曲しないようにして加圧加熱を行った。加圧加熱の条件は、温度４０℃、圧力０．５ＭＰａとした。この場合も、加圧加熱した積層体は、この後に、温度２００℃、保持時間３時間の熱処理を行った。

作製した発光素子搭載用パッケージは基板および絶縁層の平面の面積が４０ｍｍ×４０ｍｍ、絶縁層に設けた貫通孔の面積が２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚みが１ｍｍ、金属板（基板）の厚みが０．７ｍｍ、絶縁層の厚みが０．３ｍｍであった。信頼性試験は、温度サイクル試験を用いた。温度サイクル試験の条件は、最低温度が－５５℃、最高温度が１５０℃に設定した。最低温度での保持時間、最高温度での保持時間、および最低温度から最高温度まであるいはその逆の方向へ温度を変化させる時間はいずれも１５分とした。温度サイクルの回数は３０００回および３５００回に設定した。試料数は各試料１０個とした。試験後の評価は基板と絶縁層との間に剥離した箇所が見られるか否かで合否を判定した。基板と絶縁層との間が剥離した状態は、レッドチェック液に浸漬する方法により確認した。貫通孔の内壁側において絶縁層と基板との間にレッドチェック液の浸入が見られた試料を不良と判定した。試験に投入した試料１、試料２および試料３におけるそれぞれ１０個の試料の間では、基板と絶縁層との間の剥離状態に差は見られず同じような状態であった。試験の結果、試料１および試料２は、サイクル数３０００回後も基板と絶縁層との間が剥離した試料が無かった。試料１は３５００回において剥離した試料が見られた。試料２は３５００回においても不良無しであった。試料３は、サイクル数３０００回後において全数不良の判定となった。

１・・・基板
３・・・絶縁層
５・・・金属層
５ａ・・第１金属層
５ｂ・・第２金属層
５ｃ・・第３金属層
６・・・平坦部
７・・・貫通孔
９・・・内壁
１１・・突出部
１３・・金属粒子
１５・・サブマウント基板
１７・・発光素子

Claims (6)

1. 基板と、絶縁層と、金属層と、を有しており、
   前記絶縁層は、厚み方向に貫通した貫通孔を有し、前記基板上に配置されており、
   前記金属層は、前記基板上の少なくとも前記貫通孔内に配置されており、前記基板上から前記貫通孔の内壁に沿って延在する突出部を有しており、
   前記突出部は、表面が凹凸形状を成している、
   発光素子搭載用パッケージ。
2. 基板と、絶縁層と、金属層と、を有しており、
   前記絶縁層は、厚み方向に貫通した貫通孔を有し、前記基板上に配置されており、
   前記金属層は、前記基板上の少なくとも前記貫通孔内に配置されており、前記基板上から前記貫通孔の内壁に沿って延在する突出部を有しており、
   前記内壁は、前記基板に近い方に、前記貫通孔の幅が広くなった傾斜面を有しており、該傾斜面に前記突出部が接している、
   発光素子搭載用パッケージ。
3. 前記突出部は、前記内壁を周回するように配置されている、請求項１または２に記載の発光素子搭載用パッケージ。
4. 前記金属層が第１金属層および第２金属層を有しており、前記第２金属層が前記第１金属層上に重なり、前記突出部を形成している、請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光素子搭載用パッケージ。
5. 前記貫通孔内の前記金属層上に、発光素子を実装するためのサブマウント基板を備えている、請求項１乃至４のうちいずれかに記載の発光素子搭載用パッケージ。
6. 請求項１乃至５のうちいずれかに記載の発光素子搭載用パッケージの金属層上に発光素子を備えている、発光装置。

Images