WO2006035913A1 - 発光素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents

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light emitting
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wiring pattern
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Masakatsu Maeda
Yasuyuki Yamamoto
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Tokuyama Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element housing package used for housing a light emitting element such as a light emitting diode (LED) and a method for manufacturing the light emitting element housing package.
  • a light emitting element such as a light emitting diode (LED)
  • a method for manufacturing the light emitting element housing package
  • light-emitting elements such as light-emitting diodes have been widely used, for example, as light sources for light-emitting display boards, backlight light sources for mobile phones, computers, etc. due to the improvement in luminance.
  • Such a light emitting device is used in a state of being housed in a light emitting device housing package for housing the light emitting device.
  • a light emitting element storage package for accommodating such a light emitting element has a recess for accommodating the light emitting element on an upper surface of an insulating substrate formed by stacking one or more insulating layers. Forming.
  • a power is supplied to the light emitting element so that an external electric circuit force is also supplied to form a wiring pattern layer that acts to emit light with a predetermined luminance.
  • a transparent resin such as epoxy resin is placed in the recess.
  • a light emitting device as a final product is manufactured by filling glass and hermetically sealing the light emitting element.
  • a reflective layer is applied. This light reflecting layer brightens the light emitted from the light emitting element, making the characters and images displayed on the electric display board bright and extremely clear.
  • gold, silver, nickel, aluminum, rhodium, platinum or the like is preferably used.
  • a metallized metal layer is previously applied to the inner wall surface of the recess of the insulating substrate, Gold, silver, nickel, aluminum, rhodium, platinum, or the like is deposited on the metallized metal layer by a plating method, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, so as to be deposited on the inner wall surface of the concave portion of the insulating substrate.
  • the light reflecting layer is not provided on the entire inner wall surface of the recess, but is formed with a space between the bottom surface of the recess and the electric pattern between the light reflecting layer and the wiring pattern layer on the bottom surface of the recess. Effective short circuit prevention.
  • the light emitting element storage package 100 of Patent Document 1 includes an insulating substrate 111 and a reflector frame 112 disposed on the outer peripheral portion of the insulating substrate 111, as shown in FIG.
  • a light emitting element storage recess 119 is defined between the insulating substrate 111 and the reflector frame 112.
  • a wiring through hole penetrating the insulating substrate 111 vertically.
  • the through hole 116 for wiring is filled with a conductive member 117, and the wiring pattern layers 114, 115 on the upper and lower surfaces of the insulating substrate 111 are conducted through the conductive member 117, and the wiring pattern layer 114 on the upper surface is electrically connected.
  • the light-emitting element 118 mounted on is electrically connected to an external electric circuit.
  • the light-emitting element storage package 200 of Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 8-274378
  • FIG. 5 the light-emitting element storage of the insulating substrate 212 is performed.
  • a wiring through-hole 216 extending from the lower side of the concave portion 219 to the lower surface of the insulating substrate 212 is formed through an intermediate wiring portion 213 formed at an intermediate position of the insulating substrate 212.
  • the conductive member 217 is filled in the wiring through-hole 216, and the wiring pattern layers 214 and 215 on the upper and lower surfaces of the insulating substrate 212 are conducted through the conductive member 217, so that The light emitting element 218 mounted on the wiring pattern layer 214 is configured to be electrically connected to an external electric circuit.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-37298
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-2734 05
  • FIG. 3 11 No through-hole for wiring is provided, and it is placed between the reflector frame 312 and the insulating substrate 311.
  • the wiring pattern layer 301 passes through the outer surface of the insulating substrate 311, the wiring pattern layers 314 and 315 attached to the upper and lower surfaces of the insulating substrate 311 are electrically connected through the wiring pattern layer 301.
  • the light emitting element 318 mounted on the wiring pattern layer 314 on the upper surface can be electrically connected to an external electric circuit.
  • Patent Document 1 JP 2002-232017
  • Patent Document 2 JP-A-8-274378
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-37298
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-273405
  • the light emitting element housing recesses 119 and 219 are directly penetrated from above and below the insulating substrates 111 and 211, respectively.
  • Wiring through-holes (so-called via holes) 116 and 216 are provided.
  • the via hole and the wiring pattern electrically connected to the via hole are mainly composed of a refractory metal such as tungsten in a through hole formed in the green sheet by a method such as punching.
  • the conductive paste is screen printed so as to block the exposed surface of the filling portion, and a pattern is formed at a predetermined position, followed by force degreasing and sintering (firing). Is common.
  • the wiring pattern layer 301 passes through the outer surface of the substrate in this way, there is a case where wiring is concentrated on a part and a complicated wiring pattern layer must be used. In addition, this complicated wiring pattern layer increases the time required for circuit design and is part of the factor that raises development costs.
  • a substrate having a wiring pattern layer passing through the surface first has a through hole formed in the substrate (or a green sheet as a precursor thereof), and then a paste containing a refractory metal on the inner wall of the through hole is about 15 m thick.
  • the metal paste is sintered by the co-fire method, and then the surface is cut and then the substrate is cut along the plane passing through the center of the through hole. In this case, two substrates are obtained at a time by cutting).
  • the thickness of the wiring pattern layer 301 is comparatively thin at about 20 m even if the thickness of the thickness is added, so that the electric resistance is large. As a result, a large current cannot be passed through the light emitting element 318, resulting in a decrease in luminance.
  • the exposed surface is formed of a plating layer, in the above manufacturing method, plating is performed in advance so that the plating layer is exposed when the through hole is cut from the viewpoint of efficiency. .
  • the present invention is for connecting a light-emitting element and a light-emitting element, in which when the light-emitting element is mounted, a part of the light-emitting element is not displaced, disconnected, disconnected, or poorly connected.
  • a light emitting element storage package that can securely connect the wiring pattern layer, and that some of the headlights, lighting fixtures, etc. on which the light emitting elements are mounted do not light up. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently manufacturing a light emitting element storage package.
  • the present invention provides a light-emitting element storage package having a wiring pattern layer that can be conducted to a light-emitting element without using a complicated wiring pattern layer, and also provides a light-emitting element storage package. It aims at providing the manufacturing method of.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting element storage package that can simplify circuit design of the wiring pattern layer, reduce development cost, and can be manufactured at low cost.
  • the present invention provides a light-emitting element storage package that can flow a large current to the light-emitting element and improve luminance, and also provides a method for manufacturing the light-emitting element storage package. With the goal.
  • the present inventors consider that when the via hole is provided below the reflector frame in the light emitting element storage package, the above-described problems in the prior art are solved.
  • the wiring through hole is provided in the insulating substrate below the light emitting element housing recess for housing the element, for the reasons described above, the wiring pattern layer for connecting the light emitting element, particularly the wiring through hole below the wiring pattern layer Concavities and convexities are generated in the wiring pattern layer in the region where there is. Therefore, the flatness of the wiring pattern for connecting the light emitting element located in the concave portion for storing the light emitting element ⁇ in the present invention, the flatness is the wiring pattern exposed on the surface.
  • the portion where the irregularities are generated due to the formation of the wiring through hole is always located below the part of the reflector.
  • the exposed portion of the wiring pattern for connecting the light-emitting element that is actually bonded to the light-emitting element has a flatness of less than ZO. Can be connected to.
  • the wiring pattern layer in the light emitting element housing recess that is electrically connected to the light emitting element may be partly displaced or detached from the light emitting element without being affected by the distortion.
  • the light emitting element that does not cause disconnection or poor conduction can be securely connected to the wiring pattern layer for connecting the light emitting element, and there is no problem that a part of the headlight, lighting fixture or the like on which the light emitting element is mounted does not light. .
  • the light-emitting element storage package in which the via hole is provided below the reflector frame is considered to have many excellent characteristics. Therefore, the present inventors have developed a light-emitting device having such a structure. We have intensively studied how to efficiently manufacture the device storage package.
  • the light emitting element storage package of the present invention is
  • a light emitting element housing package in which the light emitting element is mounted on the wiring pattern layer for connecting the light emitting element in the light emitting element housing recess,
  • a wiring through-hole located below the reflector frame of the insulating substrate and formed so as to penetrate through the insulating substrate;
  • a light-emitting element connection wiring pattern layer formed on an upper surface of the insulating substrate and electrically connected to the conductive portion;
  • the method for manufacturing the light emitting element storage package of the present invention includes:
  • a through-hole for wiring is formed so as to be positioned below the ceramic reflector frame (b), and a conductive paste layer serving as the wiring pattern for connecting the light-emitting elements is formed on the upper surface and the lower surface, respectively.
  • a step of preparing a substrate green sheet comprising a green sheet on which a conductive paste layer to be the supply wiring pattern layer is formed,
  • step D A step of heating and degreasing and sintering the laminate obtained in the step C.
  • the light emitting element storage package and the method for manufacturing the light emitting element storage package of the present invention for example, at a position corresponding to the lower side of the reflector frame of the green sheet for the substrate that forms the base of the insulating substrate. Then, through holes for wiring are formed so as to penetrate the upper and lower sides of the insulating substrate by punching or the like.
  • the wiring through-holes of the insulating substrate thus formed are filled with, for example, a metallized paste such as tungsten paste by press-fitting and the like, and the same metallized paste is applied to the upper surface and the mask of the insulating substrate by, for example, screen printing.
  • Printing is performed to form paste layers that respectively serve as a wiring pattern layer for connecting light emitting elements and a wiring pattern layer for supply
  • a plate-like green sheet is punched out, for example, by punching to form a hole, and a metallized paste is applied to the inner wall surface of the hole to thereby lift the refrigeration.
  • a metallized paste is applied to the inner wall surface of the hole to thereby lift the refrigeration.
  • the green sheet for the substrate and the green sheet for forming the reflector frame are laminated via the paste layer containing the ceramic powder, and are bonded so as to form the recess for housing the light emitting element.
  • the paste layer containing the ceramic powder In order to interpose the paste between the two green sheets, it is only necessary to apply the paste to the joining surface of one of the green sheets. However, this paste need not necessarily be applied when the two green sheets are joined. For example, apply paste to the bottom surface (surface to be joined) of the green sheet for forming the reflector frame before drilling holes.
  • the ceramic substrate and the reflector frame can be integrated, and a light emitting element storage package having a light emitting element storage recess can be obtained.
  • a light-emitting element housing package capable of emitting light emitted from the light-emitting element housed in the concave portion to the outside uniformly and efficiently by the light reflecting layer on the inner wall of the reflector frame, and A method for manufacturing a light emitting element storage package can be provided.
  • the wiring through hole is included in the reflector frame of the insulating substrate. If it is located 200 m or more outside the side surface and 200 m or more inside the outside surface of the reflector frame, the wiring through hole is formed in the vicinity of the wiring through hole. Even if irregularities occur, the flatness of the wiring pattern layer for connecting the light-emitting / emitting element at the lower part of the recess for storing the light-emitting element can be more reliably set to less than 5 m ZO.
  • the insulating substrate, and further the insulating substrate and the reflector frame are made of nitride ceramics, particularly aluminum nitride ceramics, It is preferable to use at least one kind of ceramic selected from silicon nitride ceramics and boron nitride.
  • nitride ceramics Since the thermal conductivity of the dust is relatively good, the heat from the light emitting element is radiated to the outside without being stored in the light emitting element storage package, and the risk of damage to the light emitting element due to heat Decreases.
  • aluminum nitride ceramics are the most preferred because of their excellent heat dissipation with a thermal conductivity of 170 WZm'K or higher.
  • the light-emitting element and the wiring pattern layer for connecting the light-emitting element that does not cause a part of the light-emitting element to be shifted, disconnected, disconnected, or poorly connected are reliably provided.
  • a wiring pattern layer capable of conducting to a light emitting element without using a complicated wiring pattern layer is provided. The light emitting element storage package can be efficiently manufactured.
  • the through hole for wiring does not substantially exist in the lower part of the light emitting element, and the lower part of the light emitting element can be made of ceramics having high thermal conductivity. It becomes possible to raise.
  • the circuit design of the wiring pattern layer can be simplified, the development cost can be reduced, and the light emitting element storage package can be manufactured at a low cost.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a light emitting element storage package according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the light emitting element storage package of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for each step for explaining the manufacturing method of the present invention for manufacturing the light emitting element storage package of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional light emitting element storage package.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of a conventional light emitting element storage package.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a conventional light emitting element storage package. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a light emitting element storage package according to the present invention.
  • 10 indicates a light emitting element storage package 10 according to the present invention as a whole.
  • the light emitting element storage package 10 includes a ceramic rectangular insulating plate 11 having a substantially square plate shape, and a ceramic reflector frame 12 bonded to the upper surface of the outer periphery of the insulating substrate.
  • the insulating substrate 11 and the reflector frame 12 define a light emitting element housing recess 19 for housing the light emitting element 18 at the center thereof.
  • the insulating substrate 11 configured as described above functions as a support for supporting the light emitting element 18, and has a light emitting element accommodating recess 19 for accommodating the light emitting element 18 on the upper surface thereof. .
  • a known ceramic material can be used for the insulating substrate 11, for example, (0 acid-aluminum-based ceramics, acid-silicon-ceramics, acid-calcium-based ceramics, acid-magnesium-based ceramics) Acid ceramics such as GO aluminum nitride ceramics, nitride nitride ceramics, boron nitride and other nitride ceramics; (m) Use oxide beryllium, silicon carbide, mullite, borosilicate glass, etc. It is a ceramic sintered body obtained by sintering these ceramic materials.
  • nitride ceramics such as aluminum nitride ceramics, silicon nitride ceramics, boron nitride ceramics, especially aluminum nitride ceramics, and light emitting element power with relatively high thermal conductivity. This is desirable because it can dissipate heat well.
  • a supply wiring pattern layer 15 for electrical connection such as a circuit board (not shown) is deposited on the lower surface of the insulating substrate 11.
  • the supply wiring pattern layer 15 has a plurality of pattern layer forces that are independent (not electrically connected to each other!).
  • the number is the same as the number of electrodes of the light-emitting element 18 to be accommodated (normally two light-emitting elements per one light-emitting element).
  • the supply wiring pattern layer 15 may be disposed only on a plane, or may be formed on a plane and an end surface to facilitate soldering, or may be connected by a solder bump. It ’s okay to get puttered for that.
  • a light emitting element connecting wiring pattern layer 14 is formed on the upper surface of the insulating substrate 11 so that the outer edge portion force reaches the light emitting element housing recess 19.
  • the light emitting element connection wiring pattern 14 also has a plurality of pattern layer forces that are independent (not electrically connected to each other), and the number of the light emitting element connecting wiring patterns 14 is the number of electrodes of the light emitting element 18 accommodated (light emitting element). It is the same as 2).
  • the insulating substrate 11 at a position below the reflector frame 12 is formed with a wiring through hole 16 penetrating through the upper and lower surfaces.
  • the wiring through-hole 16 is filled with a conductive member 17 to form a conductive portion 22, and the light-emitting element connecting wiring pattern layer 14 and the supply wiring pattern layer 15 are connected via the conductive portion 22. It is designed to be electrically conductive.
  • a conductive circuit is formed from the supply wiring pattern layer 15 to the conductive portion 22 and the light emitting element connection wiring pattern layer 14. Then, in the light emitting element housing recess 19 inside the light emitting element housing package 10, the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 is formed through the bump electrode 20 by, for example, ultrasonic welding, etc. The light-emitting element 18 is electrically connected (mounted)!
  • the number of light-emitting elements 18 to be mounted may be determined as appropriate, but it is preferably 1 to 4, particularly 1 or 2.
  • one light emitting element connecting wiring pattern 14 for each electrode force of the light emitting element 18 is provided so that a short circuit does not occur when current is applied. Connected.
  • the distance L1 of the inner surface force of the reflector frame 12 is preferably 200 ⁇ m or more, more preferably 500 ⁇ m, as the position where the wiring through hole 16 is formed.
  • the distance L2 from the outer surface of the reflector frame 12 is preferably 200 m or more, more preferably 500 m or more. Is desirable.
  • the diameter of the through-hole 16 for wiring is preferably 50 ⁇ m to 500 ⁇ m, and more preferably 100 to 200 / ⁇ ⁇ . A relatively large current of 0.1 to 5 amperes can be passed, and the luminance of the light emitting element 18 can be improved.
  • the shape of the through-hole 16 for wiring can be appropriately selected according to the required energization amount, such as an elliptical shape or a rectangular shape as well as being provided by a substantially circular shape, which is not particularly limited. . Further, the number of wiring through holes 16 is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the energization amount. Further, there is no problem even if the wiring through hole 16 and the wiring pattern layer 301 are disposed in the same package for soldering.
  • one light emitting element connection wiring pattern 14 and one supply wiring pattern layer 15 are joined by two or more, preferably 2 to 6 conductive members 17.
  • the package of the present invention when a plurality of wiring through holes 16 are formed for one light emitting element connecting wiring pattern, all the wiring through holes 16 are located below the bottom surface of the light emitting element housing recess 19. Will not exist. For this reason, when the lower part of the light-emitting element housing recess 19 is made of a ceramic material having a high thermal conductivity, it is more preferable because the heat conductivity is higher than that of the refractory metal, and the heat dissipation is improved.
  • each L1 is preferably 200 m or more, particularly 500 ⁇ m or more.
  • the conductive member 17 is made of, for example, a metal such as tungsten, molybdenum, copper, or silver.
  • a conductive paste containing powder of these metals is filled into the through-hole 16 for wiring by printing, press-fitting, or the like. By heating, the conductive part 22 is formed.
  • a high melting point metal force such as tungsten.
  • the same material as that of the conductive member 17 can be used as a material constituting the light emitting element connection wiring pattern layer 14 and the supply wiring pattern layer 15, the same material as that of the conductive member 17 can be used.
  • a method for forming the wiring pattern layer 14 for connecting the light emitting element and the wiring pattern layer 15 for supply is not particularly limited.
  • the conductive layer containing a refractory metal such as tungsten on an insulating substrate for example, conductive Sex pace After pattern printing, a refractory metal layer is formed by simultaneous firing and nickel, silver, or gold plating is applied thereon; a metal thin film pattern is formed on a GO insulating substrate by sputtering
  • a known pattern forming method can be employed.
  • a metal having excellent corrosion resistance such as nickel or gold
  • the conductive member 17 will be oxidized and corroded. Can be effectively prevented, and the connection between the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 and the light emitting element 18 can be strengthened. Therefore, the nickel plating layer and the gold plating layer are usually deposited sequentially on the surface of the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 by the electrolytic plating method or the electroless plating method.
  • the reflector frame 12 is made of a ceramic material having the same composition as or different from that of the insulating substrate 11, and is integrally sintered on the upper surface of the insulating substrate 11.
  • the reflector frame 12 has a substantially circular or substantially rectangular through hole 19a for accommodating the light emitting element 18 at the center, and the light emitting element is formed from the insulating substrate 11 and the reflector frame 12 by the through hole 19a.
  • a storage recess 19 is formed.
  • the shape of the through hole 19a is not determined, but if it is substantially circular, the light emitted from the light emitting element 18 accommodated in the through hole 19a is uniformly distributed in all directions on the inner wall of the substantially circular through hole 19a. It is preferable because it can be reflected and emitted to the outside uniformly.
  • a metallized metal layer formed by applying a metal powder paste such as tungsten, molybdenum, copper or silver,-nickel metal
  • a light reflecting layer 13 is formed by coating a metallic layer such as.
  • the light reflecting layer 13 is attached to the bottom surface of the light emitting element housing recess 19 which is not attached to the entire inner wall of the through hole 19a of the reflector frame 12 with a predetermined interval. It is desirable to form it in order to prevent short circuit due to contact with the wiring pattern layer 14 for connecting light emitting elements.
  • the light metal layer force in the light reflecting layer 13 functions as a reflecting material that reflects and disperses the light emitted from the light emitting element 18 housed in the through hole 19a, that is, in the light emitting element housing recess 19.
  • the constituent material of the light reflection layer is not limited to these metals, and a metal such as aluminum may be deposited by vapor deposition, or it may be a high substance other than a metal. Those having light reflectivity, such as white rosin, can also be used.
  • vapor deposited metal or white resin as a material for the light reflecting layer, it is not particularly necessary to form a refractory metal such as tungsten on the base, for example, even if the metal is directly deposited on the ceramic. You can also glue the white resin layer with an adhesive! / ⁇ .
  • the angle ⁇ of the light reflecting layer 13 is changed as appropriate, and is combined with the use situation. It is preferable to reflect light.
  • the reflector surface frame 12 is formed in a tapered surface inclined inwardly on the inner surface force of the reflector frame 12.
  • the angle ⁇ formed by the tapered surface 23 inside the reflector frame 12 and the wiring pattern layer 14 for connecting the light emitting element is good for the light emitted from the light emitting element 18 to the outside. In order to reflect the light, it is desirable to set it to 45 to 75 degrees.
  • the degree of reflection of the light emitted by the light emitting element 18 differs depending on the mounting location and use, and therefore, by appropriately adjusting the angle ⁇ , the light emitting element can be accommodated according to the use situation.
  • Package can be provided.
  • the light emitting element storage package 10 of the present invention configured as described above is formed on the light emitting element connection wiring pattern layer 14 in the light emitting element storage recess 19 of the insulating substrate 11, for example, the plate electrode 21.
  • the light-emitting element 18 is mounted (mounted) so as to be electrically connected to the light-emitting element housing recess 19 in which the light-emitting element 18 is accommodated, and a transparent resin such as epoxy resin or silicone resin is used.
  • a light-emitting device is obtained by sealing the light-emitting element 18 in an air-tight manner by filling the resin and appropriately embedding a fluorescent material or the like in the sealing resin and arranging a lens or the like.
  • connection between the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 and the light emitting element 18 is performed by, for example, applying a bump electrode to the light emitting element 18 by ultrasonic welding.
  • the light emitting element 18 was bonded to the insulating substrate 11 in advance using a force adhesive for connecting to the wiring pattern layer with the wiring surface down, and the terminals of the light emitting element 18 and the upper surface of the insulating substrate 11 were attached.
  • the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 may be connected by, for example, a bonding wire such as a gold wire.
  • An electrode (supply electrode) for electrical connection with the circuit board may be formed on the lower surface of the supply wiring pattern layer 15.
  • the number of electrodes is not particularly limited, and may be determined as appropriate according to the circuit pattern of the circuit board.
  • the supply electrode is formed on the supply wiring pattern layer 15, it is preferable to form an insulating layer on the portion without forming the electrode of the supply wiring pattern layer 15.
  • 3A to 3C are cross-sectional views for each process showing a manufacturing method for manufacturing the light-emitting element storage package shown in FIG.
  • a substrate green sheet l la3 and a reflector to be a precursor of the insulating substrate 11 meaning a raw material substrate that will eventually become the insulating substrate 11.
  • a reflector single-frame green sheet 12a3 to be a precursor of the frame body 12 (which means a raw material substrate that will eventually become the insulating substrate 12) is prepared.
  • the green sheet for substrate l la3 is prepared as shown in FIGS. 3 (A) a 1 to a 3. That is, as shown in al, a plate-shaped green sheet l lal is prepared as a base of the insulating substrate 11.
  • Such green sheet l lal is made from ceramic raw material powder and sintering aid, organic solvent such as alcohol, toluene, suitable organic binder, plasticizer such as glycerin compound, dispersant, etc. Is added to and mixed to form a mud-like shape, and this is made into a sheet shape having a necessary thickness by a sheet forming technique such as a doctor blade method.
  • these raw materials used for preparing a green sheet substances usually used in the production of green sheets in the field of ceramics can be used without particular limitation. That is, a known ceramic powder can be used as the ceramic raw material powder.
  • Nitride ceramics such as aluminum nitride ceramics, silicon nitride ceramics, boron nitride ceramics; (m) acid beryllium, Silicon carbide, alumina, mullite, nitriding Powders such as boron and borosilicate glass can be used.
  • nitride ceramic powders such as aluminum nitride ceramics, silicon nitride ceramics, and boron nitride ceramics. These ceramic powders are generally used together with commonly used sintering aids depending on the type.
  • organic binder polybutylbutyral, ethylcelluloses, and attalyl resin are used, so that the green sheet has good moldability.
  • Poly n-butyl methacrylate, polyvinyl Butyral is particularly preferably used.
  • a nitride formed by using a nitride ceramic powder containing a sintering aid as a ceramic raw material powder as a ceramic powder is preferable to use.
  • a green sheet for ceramics particularly a green sheet for aluminum nitride using an aluminum nitride powder containing a sintering aid (for example, yttria or strong lucia) as a raw material powder.
  • a wiring through-hole 16 extending from the upper surface to the lower surface of the insulating substrate 11 is provided at a position corresponding to a position below the reflector frame 12 in the green sheet, and a punching die is attached. Use to punch.
  • each L1 is preferably 200 ⁇ m or more, particularly 500 ⁇ m or more.
  • the conductive paste 17a for the conductive member 17 is inserted into the wiring through-hole 16 of the green sheet lla2 having the wiring through-hole 16 by, for example, press-fitting or screen printing.
  • a conductive paste layer 15 ′ serving as a wiring pattern layer 15 for electrical connection such as a circuit board (not shown) is provided on the lower surface of the insulating substrate 11, and an outer edge portion is provided on the upper surface of the insulating substrate 11.
  • a conductive paste layer 14 ′ to be a light-emitting element connecting wiring pattern layer 14 is formed on each of the light-emitting element housing recesses 19 by printing and applying to a necessary wiring pattern by, for example, a screen printing method.
  • the formation of the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 and the supplying wiring pattern layer 15 is, for example, (0 refractory metal formed after sintering (simultaneous firing) in step C described later) (Ii)
  • a refractory metal layer is formed on the insulating substrate by the co-firing method in the same manner as described above, and a metal thin film pattern is formed thereon by the sputtering method. It is possible to adopt a known pattern forming method such as
  • the green sheet 12a3 for the reflector frame can be prepared as shown in FIG. 3 (B) bl to b3. That is, as shown in bl, prepare a plate-shaped liner sheet 12al which is the base of the reflector frame.
  • the green sheet can be prepared in the same manner as the green sheet l lal. There are no particular limitations on the type and amount of the various components including the ceramic powder used at this time, but it is preferable that the adhesive viewpoint power is the same as that when the green sheet l lal is prepared.
  • the through hole 19a for the light emitting element housing recess 19 is punched out into the green sheet 12al using a punching die.
  • the inner wall of the through hole 19a formed in the ceramic green sheet 12a2 for the reflector frame 12 is tapered from one surface of the ceramic green sheet 12a to the other surface.
  • the inner wall of the through hole 19a of the reflector frame 12 is It can be formed so as to spread outward at a fixed angle with respect to the upper surface of the insulating substrate 11.
  • the metal paste 13a for the light reflecting layer 13 is printed on the inner wall of the through hole 19a by the same screen printing method.
  • the substrate green sheet lla3 and the reflector frame green sheet 12a3 prepared in this way may be joined. In this case, any joining method may be used. However, as shown in FIG. It is preferable to laminate with a “containing paste” (hereinafter also referred to as “adhesive paste”) interposed.
  • a “containing paste” hereinafter also referred to as “adhesive paste”.
  • a ceramic powder in which an organic solvent, an organic binder, a plasticizer, a dispersant, and the like are added and mixed is preferably used. These components are used when preparing green sheet lal for substrates and green sheet 12al for frames. Force that can be used without limitation With regard to the ceramic powder, it is preferable to use the one used when preparing any of these green sheets.
  • the other components are preferably the same, but from the viewpoint of printability and adhesiveness, it is preferable to add a large amount of organic solvent and make the viscosity at 25 ° C 500P to 5000P.
  • the method of interposing the adhesive paste between the two green sheets is not particularly limited. If V ⁇ provides operability and a reliable adhesion effect! It is preferable to employ a method in which the two are joined after being applied to the joint surface of 2a3. As a coating method, it is preferable to employ a printing method because a uniform film thickness can be obtained. In addition, when laminating the green sheet for the frame and the green sheet for the substrate, as a method of aligning the adhesive paste more easily, the adhesive paste is entirely on the plate-shaped green sheet before the reflector frame is formed.
  • the thickness of the adhesive layer is preferably 30 to 400%, particularly 100 to 300% of the thickness of the conductive paste layer to be the light emitting element connecting wiring pattern formed in the step A. is there.
  • the conductive paste layer is provided below the green sheet 12a3 for frame at the time of joining.
  • both the green sheets are stacked and heated at a temperature of about 60 to 140 ° C while being heated to 10K Pa ⁇ 1 It is preferable to crimp with a pressure of about OOKPa!
  • the laminated body thus obtained is heated by degreasing the green body by heating the green body and the conductive pastes 17a and 13a applied thereto at a high temperature as shown in c2.
  • a sintered body in which the insulating substrate 11 and the reflector frame 12 are integrated with each other is obtained.
  • the degreasing of the green body is performed by oxidizing gas such as oxygen and air, reducing gas such as hydrogen, inert gas such as argon and nitrogen, carbon dioxide, and a mixture thereof. This is performed by heat-treating the green body in a humidified gas atmosphere mixed with gas or water vapor. Degreasing is performed at a temperature depending on the type and amount of organic components contained in the green body.
  • retention time 1 minute to 1000 minutes may be selected as appropriate.
  • the conditions normally employed are appropriately employed depending on the type of green sheet (more specifically, the type of ceramic powder used as the raw material).
  • a green sheet for aluminum nitride a green sheet containing aluminum nitride-um powder as a main component of inorganic components
  • the temperature may be calcined for 1 to 20 hours, preferably 2 to LO time.
  • an atmosphere for this sintering it may be performed at normal pressure in an atmosphere of non-oxidizing gas such as nitrogen gas.
  • the thermal conductivity of the sintered body thus sintered can be 170 WZm * K or more, and further limited to 200 WZm'K if the conditions are further limited.
  • the conductive portion of this sintered body that is, the exposed surfaces of the light emitting element connecting wiring pattern layer 14 and the supplying wiring pattern layer 15 are appropriately plated by electrolytic plating or electroless plating.
  • a metal layer such as gold, platinum, noradium, rhodium, silver, or aluminum or a vapor-deposited metal layer, the light-emitting element storage package shown in FIG. 1 is completed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is preferably used by changing it appropriately according to individual usage conditions.
  • a large green sheet in which a plurality of green sheets for a substrate and a green sheet for a reflector frame are connected to each other (a green sheet pattern for a plurality of substrates or a single green sheet) It is preferable to use a method in which a green sheet pattern for a reflector frame is prepared, the two are joined, degreased and sintered, and a plurality of packages are cut out. Such a mode is of course included in the method of the present invention.
  • a through hole 16 having a diameter of ⁇ ⁇ . 2 mm was formed in the substrate green sheet l lal using a punching die, and the through hole 16 was filled with a tungsten paste. After that, the same tank stainless paste is printed on the upper and lower surfaces of the green sheet for substrates (thickness 15 m), and paste layers (conductive paste layer 14 'and conductive paste layer 15' covering both exposed end faces of the through holes) are printed. ) To obtain a green sheet for substrate l la3.
  • the through hole 16 is formed at a position (a position below the frame body) that is covered with the bottom surface of the green sheet when the green sheet 12a3 for the reflector frame having the hole 19a is stacked. Part of the conductive paste layer 14 ′ was formed so as to be located below the hole 19 a (that is, exposed at the bottom surface of the light emitting element housing recess 19).
  • the green sheet 12a3 for the reflector frame was aligned and laminated on the green sheet for substrate lla3 thus produced.
  • the laminated molded body was heat degreased at 850 ° C. for 2 hours in a hydrogen gas atmosphere containing moisture.
  • sintering was performed by heating at 1800 ° C for 5 hours in a nitrogen atmosphere.
  • Ni plating and Au plating were sequentially formed on the tungsten metallized layer of the sintered body taken out after cooling, and the light emitting element storage package of the present invention was manufactured.
  • a light-emitting element connection wiring pattern layer 14 exposed on the bottom surface of the light-emitting element housing recess 19 was used for wire-bonding with a wire bonding apparatus using a ⁇ 25 ⁇ m Au wire, and then used in a tensile testing machine. The strength (strength at the time of wire breakage) was measured and it was 8-12 g.
  • Example 1 the position where the through-hole 16 is formed is the position below the hole 19a of the reflector sheet green sheet 12a3 when the reflector sheet frame green sheet 12a3 is stacked (that is, the light emitting element housing recess 19 bottom surface).
  • the light emitting element storage package was manufactured in the same manner except that the light emitting element storage package was formed.
  • the obtained package was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the flatness of the light emitting element connection wiring pattern layer 14 exposed on the bottom surface of the light emitting element housing recess 19 was 7 to 15 m. . Further, although wire bonding was used in the same manner as in Example 1, the wire could not be connected to the metallized portion.
  • a package was obtained in the same manner as in Example 1, except that the green sheet for substrate and the reflector frame were joined without using an adhesive base.
  • a package obtained using a cutting machine having a diamond blade was cut vertically, and the cross section was observed with an SEM. As a result, voids were observed at the joint surface between the substrate and the reflector frame.

Landscapes

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Abstract

　絶縁基板に貫通するよう設けられた配線用貫通孔をリフレクター枠体の下部に位置するよう構成した発光素子収納用パッケージを目的物とすると共に、基板用グリーンシートと枠体用グリーンシートを別々に準備し、セラミックス粉末を含むペーストを両者間に介在させて両者を接合し、脱脂・焼結することにより一体化する。

Description

明 細 書
発光素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの製造方 法
技術分野
[0001] 本発明は、発光ダイオード (LED)等の発光素子を収容するために使用される発光 素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの製造方法に関する。 背景技術
[0002] 近年、発光ダイオード等の発光素子は、その輝度の向上により、例えば、電光表示 板用の光源、携帯電話、ノ ソコンなどのバックライト光源などとして多用されるようにな つてきている。このような発光素子は、これを収容するための発光素子収納用パッケ ージ内に収められた状態で使用される。
従来、このような発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージは、 1層ま たは複数の絶縁層を積層して構成される絶縁基板の上面に、発光素子を収容する ための凹部を形成している。
[0003] また、その凹部底面力も外部にかけては、発光素子に外部電気回路力も供給され る電力を供給して、所定の輝度の発光をさせる作用をする配線パターン層が被着形 成されている。そして、発光素子の各電極を、配線パターン層に電気的に接続するよ うに、バンプ電極を介して発光素子を凹部の底面に実装した後、凹部内にエポキシ 榭脂等の透明な榭脂ゃガラスを充填して発光素子を気密に封止することによって、 最終製品としての発光装置が製造されている。
[0004] なお、この発光素子収納用パッケージにおいては、絶縁基板の凹部の内壁面に発 光素子の発する光を反射させて、発光素子の発光輝度を実質的に増大させる作用 をなすための光反射層が被着されている。そして、この光反射層により発光素子の発 する光は明るく輝き、電光表示板として表示される文字や画像を明るく極めて鮮明な ものとしている。
この光反射層として、金や銀、ニッケル、アルミニウム、ロジウム、白金等が好適に使 用され、例えば、絶縁基板の凹部内壁面に予めメタライズ金属層を被着させておき、 そのメタライズ金属層に金や銀、ニッケル、アルミニウム、ロジウム、白金等をメツキ法 や真空蒸着法、スパッタ法などにより被着させることによって、絶縁基板の凹部内壁 面に被着形成させている。また、光反射層は凹部内壁面の全面に設けるのではなく 、凹部底面との間に間隔をあけて被着形成されており、それにより、光反射層と凹部 底面の配線パターン層との電気的短絡を有効に防止している。
[0005] また、このような発光素子収納用パッケージにお 、て、発光素子への導電方法とし て、例えば、特許文献 1 (特開 2002— 232017号公報）に開示される導電方法が提 案されている。すなわち、この特許文献 1の発光素子収納用パッケージ 100において は、図 4に示したように、絶縁基板 111と、絶縁基板 111の外周部に配置されたリフレ クタ一枠体 112とを備えており、絶縁基板 111とリフレタター枠体 112との間に発光素 子収納用凹部 119が画成されて 、る。
[0006] そして、この絶縁基板 111の発光素子収納用凹部 119の位置に、すなわち、発光 素子収納用凹部 119の真下に、絶縁基板 111の上下にわたって貫通する配線用貫 通孔（ 、わゆるビアホール） 116が設けられて!/、る。この配線用貫通孔 116の中に、 導電部材 117が充填されており、この導電部材 117を介して、絶縁基板 111の上下 面の配線パターン層 114、 115が導通し、上面の配線パターン層 114に実装されて いる発光素子 118が電気的に外部の電気回路と導通できるよう構成されている。
[0007] また、発光素子への導電方法として、特許文献 2 (特開平 8— 274378号公報)の 発光素子収納用パッケージ 200では、図 5に示したように、絶縁基板 212の発光素 子収納用凹部 219の下方から、絶縁基板 212の中間位置に形成した中間配線部 21 3を介して、絶縁基板 212の下面にいたる配線用貫通孔 216が形成されている。そし て、この配線用貫通孔 216の中に、導電部材 217が充填されており、この導電部材 2 17を介して、絶縁基板 212の上下面の配線パターン層 214、 215が導通し、上面の 配線パターン層 214に実装されている発光素子 218が電気的に外部の電気回路と 導通できるよう構成されて!ヽる。
[0008] さらに、特許文献 3 (特開 2003— 37298号公報）、特許文献 4 (特開 2003— 2734 05号公報）の発光素子収納用パッケージ 300では、図 6に示したように、絶縁基板 3 11に配線用貫通孔を設けず、リフレタター枠体 312と絶縁基板 311との間に配設し た配線パターン層 301が絶縁基板 311の外側面を通ることにより、この配線パターン 層 301を介して、この絶縁基板 311の上下面に被着された配線パターン層 314、 31 5が導通するよう構成されている。そして、これにより、上面の配線パターン層 314に 実装されている発光素子 318が電気的に外部の電気回路と導通できるよう構成され ている。
[0009] このように、発光素子への導電方法は、幾つかの手法によるものがあり、発光素子 はこれらの方法により、外部の電気回路と電気的に導通できるように、発光素子収納 用パッケージ内に実装されて 、る。 特許文献 1 :特開 2002— 232017号公報
特許文献 2：特開平 8 - 274378号公報
特許文献 3：特開 2003 - 37298号公報
特許文献 4：特開 2003 - 273405号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 上述したように特許文献 1、特許文献 2のような従来の発光素子収納用パッケージ ではいずれも、発光素子収納用凹部 119、 219の真下に、絶縁基板 111、 211の上 下にわたって貫通する配線用貫通孔（いわゆるビアホール） 116、 216が設けられて いる。
このビアホール及び該ビアホールと電気的に接続する配線パターンは、絶縁基板 がセラミックス製である場合には、グリーンシートにパンチング等の方法により形成し た貫通孔にタングステン等の高融点金属を主成分とする導体ペーストを充填した後、 更にこの充填部の露出面を塞ぐように導体ペーストをスクリーン印刷して所定の位置 にパターンを形成して力 脱脂 ·焼結 (焼成)することにより形成されるのが一般的で ある。
[0011] このような方法によりビアホール上に配線パターンを形成した場合、パンチングの際 に貫通孔の周縁部が変形したり（パンチングの方向により盛り上がったり或いはへこ んだりする）、貫通孔内に充填した高融点金属とセラミックスの焼結時の収縮挙動が 異なる為に配線用貫通孔 116、 216に充填された高融点金属部分とその周囲が盛り 上がったりすることが避けられない。その結果、絶縁基板上下に被着された配線バタ ーン層 114、 214は平坦でなくなってしまうことになる。なお、貫通孔内に高融点金属 を十分充填しないことにより上記のような盛り上がりを抑制し、平坦なパターンを形成 することは現実的には困難である。なぜならば、充填量を少なくすると、逆に窪みが 発生したり、或いは焼成時の高融点金属の収縮が大き!、為に貫通孔内の導体層に クラックや気孔が発生してしまい電気的な接続不良が発生したり、伝導率が上昇する 力 である。
[0012] このため、このような盛り上がった配線パターン層 114、 214上に、バンプ電極を介 して発光素子を実装した場合には、発光素子の一部がずれたり、外れたり、時には、 断線、導通不良を起こし、発光素子が搭載されるヘッドライト、照明器具等の一部分 が点灯しな 、と 、つた不具合が生じることがある。
また、特許文献 3のように、配線パターン層 301が絶縁基板 311の外側面を通るよう に構成した場合には、絶縁基板 311の下面の配線パターン層 315から、外側面の配 線パターン層 301、上面の配線パターン層 314を介して、発光素子 318へいたる配 線距離が、絶縁基板 311の大きさに依存して大きくなり、短絡、断線といった不具合 を生じるおそれがある。
[0013] また、このように配線パターン層 301は基板の外表面を通るため、配線が一部分に 集中し、複雑な配線パターン層を用いなければならない場合が生じている。さらに、 この複雑な配線パターン層は、回路設計に費やす時間が嵩み、開発コストを吊り上 げる要因の一部となって 、る。
さらに、このように配線パターン層 301が基板の外表面を通る場合には、その製法 の制約力も層の厚さが薄くなる。即ち、表面を通る配線パターン層を有する基板は、 まず基板 (又はその前駆体となるグリーンシート）に貫通孔を開け、次いで貫通孔の 内壁に高融点金属を含むペーストを約 15 mの厚さで塗布して力もコフアイヤー法 により金属ペーストの焼結を行い、その後メツキを行なってから上記貫通穴の中心付 近を通る面を断面として基板を切断することにより製造するのが一般的である (この場 合、切断により一度に 2つの基板が得られる）。このため、配線パターン層 301の厚さ は、メツキ厚みを足しても 20 m程度の厚さと比較的薄くなるため、電気抵抗が大き くなつて、大きな電流を発光素子 318に流すことができず、輝度が低下してしまうこと になる。なお、露出面はメツキ層で形成されるのが好ましいため、上記製造方法では 、効率性の観点から貫通穴を切断したときにメツキ層が露出するように、予めメツキを 施しているものである。
[0014] 本発明は、このような現状に鑑み、発光素子を実装する場合に、発光素子の一部 がずれたり、外れたり、断線、導通不良を起こすことがなぐ発光素子と発光素子接続 用配線パターン層を確実に接続でき、発光素子が搭載されるヘッドライト、照明器具 等の一部分が点灯しな 、と 、つた不具合が生じることがな 、発光素子収納用パッケ ージを提供するとともに、発光素子収納用パッケージを効率よく製造する方法を提供 することを目的とする。
[0015] また、本発明は、複雑な配線パターン層を用いることなぐ発光素子へ導通すること が可能な、配線パターン層を具備する発光素子収納用パッケージを提供するととも に、発光素子収納用パッケージの製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、配線パターン層の、回路設計を簡素化でき、開発コストを下げ、 安価に製造可能な発光素子収納用パッケージの製造方法を提供することを目的とす る。
[0016] また、本発明は、大きな電流を発光素子に流すことができ、輝度を向上することが 可能な発光素子収納用パッケージを提供するとともに、発光素子収納用パッケージ の製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0017] 本発明者らは、発光素子収納用パッケージにおいてビアホールをリフレタター枠体 の下方に設けた場合には、前述したような従来技術における課題は解決されると考 即ち、従来のように発光素子の収納される発光素子収納凹部の下方の絶縁基板に 配線用貫通孔が設けられた場合には、前記したような理由により、発光素子接続用 配線パターン層、特にその下方に配線用貫通孔が存在する領域の配線パターン層 には凹凸が発生してしまう。このため、発光素子収納用凹部に位置する発光素子接 続用配線パターンの平面度 {本発明において平面度とは、表面に露出した配線バタ ーン層の任意の 0. 5mm角の領域における最高点と最低点の高低差 m)を意味 する。 }は、 以上 ZO. 5mm角、実際には 7〜15 mZ〇. 5mm角となり、発光 素子と配線パターン層との接合具合に悪影響が生じる。
[0018] これに対し、リフレクタ一部分の下方の絶縁基板に配線用貫通孔を設けた場合に は、配線用貫通孔の形成に起因して凹凸が発生する部分は常にリフレクタ一部の下 方に位置することになり、実際に発光素子と接合される発光素子接続用配線パター ンの露出部分は、平面度が 未満 ZO. 5mm角と非常に平滑性の高いものにな り、発光素子と良好に接続することができる。
[0019] したがって、このような発光素子収納用パッケージでは、発光素子と導通する発光 素子収納用凹部内の配線パターン層は、歪みの影響を受けることなぐ発光素子の 一部がずれたり、外れたり、断線、導通不良を起こすことがなぐ発光素子と発光素子 接続用配線パターン層を確実に接続でき、発光素子が搭載されるヘッドライト、照明 器具等の一部分が点灯しないといった不具合が生じることがなくなる。
[0020] さらに、このような発光素子収納用パッケージでは、従来のように絶縁基板の外側 面に配線パターンを形成する必要がなぐ配線用貫通孔に導電部を形成しているの で、電気抵抗力 、さくなり、大きな電流を発光素子に流すことができ、輝度を向上す ることがでさる。
このように、ビアホールをリフレタター枠体の下方に設けた発光素子収納用パッケ ージは、多くの優れた特徴を持つと考えられることから、本発明者等は、このような構 造を有する発光素子収納用パッケージを効率的に製造する方法について鋭意検討 を行なった。
[0021] まず、基板となる所定の位置にビアホール及び導電性パターンを形成したグリーン シートとリフレタター枠体となるグリーンシートとを別々に準備し、これらを積層してから 脱脂及び焼結すれば効率的に目的とする発光素子収納用パッケージを製造するこ とができると考えられる。し力しながら、実際にこのような方法を試みたところ基板とリフ レクター枠体の間の接合不良が起こるという新たな問題が発生することが明らかとな つた o
[0022] そこで、この問題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、基板用グリーンシートとリ フレタター枠体用グリーンシートを積層する際に両者間にセラミックス粉末を含むぺ 一ストを介在させた場合には、上記接合不良の発生率が著しく低下するという知見を 得、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の発光素子収納用パッケージは、
板状のセラミックス製絶縁基板と、
前記絶縁基板の外周上面に接合され、その内側面側に光反射層を備えたセラミツ タス製リフレタター枠体と、
前記絶縁基板上面に形成した発光素子接続用配線パターン層と、
前記絶縁基板とリフレタター枠体とで画成される発光素子収納用凹部と、 を備え、
前記発光素子収納用凹部内において、発光素子接続用配線パターン層上に発光 素子を実装するようにした発光素子収納用パッケージであって、
前記絶縁基板のリフレタター枠体の下方に位置し、前記絶縁基板の上下にわたつ て貫通するように形成した配線用貫通孔と、
前記配線用貫通孔に充填された導電部材力 なる導電部と、
前記絶縁基板の上面に形成され、前記導電部に電気的に接続される発光素子接 続用配線パターン層と、
前記絶縁基板の下面に形成され、前記導電部を介して、発光素子接続用配線バタ ーン層に電気的に接続される供給用配線パターン層と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の発光素子収納用パッケージの製造方法は、
(a)板状のセラミックス製絶縁基板と、
(b)前記絶縁基板の外周上面に接合され、その内側面側に光反射層を備えたセラ ミックス製リフレタター枠体と、
(c)前記絶縁基板とリフレタター枠体とで画成される発光素子収納用凹部と、
(d)前記絶縁基板の上下にわたって貫通するように形成した配線用貫通孔に充填 された導電部材からなる導電部と、
(e)前記絶縁基板の上面に形成され、前記導電部に電気的に接続される発光素子 接続用配線パターン層と、
ω前記絶縁基板の下面に形成され、前記導電部を介して、発光素子接続用配線 パターン層に電気的に接続される供給用配線パターン層と、
を備え、前記発光素子収納用凹部内において、発光素子接続用配線パターン層 上に発光素子を実装するようにした発光素子収納用パッケージを製造する方法であ つて、下記工程 A、 B、 C及び Dを含むことを特徴とする。
[0024] A: 前記板状のセラミックス製絶縁基板 (a)の前駆体となる板状のグリーンシートで あって、当該グリーンシートには前記導電部（d)となる導電性ペーストが充填された 配線用貫通孔が、前記セラミックス製リフレタター枠体 (b)の下方に位置するように形 成されていると共に、その上面及び下面には夫々前記発光素子接続用配線パター ンとなる導電性ペースト層及び前記供給用配線パターン層となる導電性ペースト層 が形成されたグリーンシートからなる基板用グリーンシートを準備する工程、
B : 前記セラミックス製リフレタター枠体 (b)の前駆体となるリフレタター枠体用ダリー ンシートを準備する工程、
C : 前記基板用グリーンシートと前記リフレタター枠体用グリーンシートとを、両者の 間にセラミックス粉末を含むペースト層を介在させて積層する工程、及び
D： 前記工程 Cで得られた積層体を加熱して脱脂及び焼結する工程。
[0025] 本発明の発光素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの製造方 法では、絶縁基板を形成する基となる基板用グリーンシートの、リフレタター枠体の下 方に相当する位置に、例えば、パンチングなどによって、絶縁基板の上下にわたって 貫通するように配線用貫通孔を形成する。
そして、このように形成した絶縁基板の配線用貫通孔に、例えば、タングステンぺー ストなどのメタライズペーストを圧入などによって充填すると共に、絶縁基板の上面及 び仮面に同様なメタライズペーストを例えばスクリーン印刷によって印刷し、夫々発光 素子接続用配線パターン層及び供給用配線パターン層となるペースト層を形成する
[0026] 一方、これとは別に板状のグリーンシートを例えばパンチングによって打ち抜いて 穴を形成すると共に、その穴の内壁面にメタライズペーストを塗布することにより、リフ レクター枠体用グリーンシートを準備する。
そして、基板用のグリーンシートと、リフレタター枠体形成用グリーンシートを、セラミ ックス粉末を含有するペースト層を介して積層して、発光素子収納用凹部を形成する ように接着する。両グリーンシート間に上記ペーストを介在させるためには何れか一 方のグリーンシートの接合面にペーストを塗布すればよいが、このペーストの塗布は 必ずしも両グリーンシートを接合する際に行なう必要はなぐ例えば穴をあける前のリ フレタター枠体形成用グリーンシートの底面 (接合面となる面）にペーストを塗布して ちょい。
[0027] そして、これらを加熱し、脱脂した後に焼成することによって、セラミックス基体とリフ レクター枠体とが一体化され、発光素子収納用の凹部を有する発光素子収納用パッ ケージを得ることができる。
さらに、発光素子収納用凹部の内壁に被着されたメタライズ層の表面に、金、銀、 ニッケル、白金、ロジウム、アルミニウムなどの金属をメツキ法あるいは蒸着法により被 着させることによって、発光素子収納用凹部に収容する発光素子が発光する光をリフ レクター枠体の内壁の光反射層により、外部に向力つて均一、且つ、効率良く光を放 出することが可能な発光素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの 製造方法を提供することができる。
[0028] また、本発明の発光素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの製 造方法では、前記配線用貫通孔形成工程において、配線用貫通孔が、前記絶縁基 板のリフレタター枠体の内側面よりも 200 m以上外側に位置し、且つ、リフレタター 枠体の外側面よりも 200 m以上内側に位置するように配置した場合には、配線用 貫通孔の形成により配線用貫通孔の近傍で凹凸が発生したとしても、発光素子収納 用凹部の下部に位置する部分での配発光素子接続用配線パターン層の平面度をよ り確実に 5 m未満 ZO. 5mm角とすることができる。
[0029] また、本発明の発光素子収納用パッケージおよび発光素子収納用パッケージの製 造方法では、前記絶縁基板、さらには絶縁基板とリフレタター枠体とを窒化物セラミツ タス、特に窒化アルミニウム系セラミックス、窒化ケィ素系セラミックス、窒化ホウ素から 選択した少なくとも 1種のセラミックスで構成することが好ま 、。これら窒化物セラミツ タスは熱伝導率が比較的良好であるので、発光素子からの熱が、発光素子収納用パ ッケージ内に蓄熱することなぐ外部に放熱されるようになり、発光素子が熱によって 損傷する危険度が低下する。この中でも窒化アルミニウム系セラミックスは、熱伝導率 が 170WZm'K以上と放熱性に優れて 、るため最も好ま 、。
発明の効果
[0030] 本発明によれば、発光素子を実装する場合に、発光素子の一部がずれたり、外れ たり、断線、導通不良を起こすことがなぐ発光素子と発光素子接続用配線パターン 層を確実に接続できる発光素子収納用パッケージを効率的に製造することができる また、本発明によれば、複雑な配線パターン層を用いることなぐ発光素子へ導通 することが可能な、配線パターン層を具備する発光素子収納用パッケージを効率的 に製造することができる。
[0031] さらに、本発明によれば、実質的に配線用貫通孔が発光素子の下部に存在せず、 発光素子下部を高熱伝導率のセラミックスとすることが可能となるため、より放熱性を 高めることが可能となる。
また、配線パターン層の、回路設計を簡素化でき、開発コストを下げ、安価に発光 素子収納用パッケージを製造することができる。
[0032] また、本発明によれば、大きな電流を発光素子に流すことができ、輝度を向上する ことが可能な発光素子収納用パッケージを効率的に製造することができる。
図面の簡単な説明
[0033] [図 1]図 1は、本発明の発光素子収納用パッケージの実施例を示す断面図である。
[図 2]図 2は、本発明の発光素子収納用パッケージの別の実施例を示す断面図であ る。
[図 3]図 3は、本発明の発光素子収納用パッケージを製造するための本発明の製造 方法を説明するための工程毎の断面図である。
[図 4]図 4は、従来の発光素子収納用パッケージの実施例を示す断面図である。
[図 5]図 5は、従来の発光素子収納用パッケージの別の実施例を示す断面図である。
[図 6]図 6は、従来の発光素子収納用パッケージの別の実施例を示す断面図である。 符号の説明
10 発光素子収納用パッケージ
Hal 基板用グリーンシート
l la2 基板用グリーンシート
l la3 基板用グリーンシート
11 絶縁基板
12al リフレタター枠体用グリーンシート
12a2 リフレタター枠体用グリーンシート
12a3 リフレタター枠体用グリーンシート
12 リフレタター枠体
13 光反射層
13a 金属ペースト
14 発光素子接続用配線パターン層
14 ' 発光素子接続用配線パターン層用導電性ペースト層
15 供給用配線パターン層
15， 供給用配線パターン用導電性ペースト層
16 配線用貫通孔
17a 導電ペースト
17 導電部材
18 発光素子
19 発光素子収納用凹部
19a 貫通穴
0 バンプ電極
1 板部電極
2 導電部
3 テーノヽ一面
4 接着剤ペースト層
00 発光素子収納用パッケージ 111 絶縁基板
112 リフレタタ -枠体
114 配線バタ ク層
116 配線用貫通孔
117 導電部材
118 発光素子
119 発光素子収納用凹部
200 発光素子収納用パッケ -ジ
212 絶縁基板
213 中間配線部
214 配線パタ ク層
215 配線パタ -ン層
216 配線用貫通孔
217 導電部材
218 発光素子
219 発光素子収納用凹部
300 発光素子収納用パッケ -ジ
301 配線パター -ン層
311 絶縁基板
312 リフレタター -枠体
314 配線パター -ン層
315 配線パター -ン層
318 発光素子
し 1 距離
し 2 距離
θ 角度
発明を実施するための最良の形態
先ず、本発明の発光素子収納用パッケージについて、図面に基づいてより詳細に 説明する。
図 1は、本発明の発光素子収納用パッケージの第 1の実施例を示す断面図である 図 1において、 10は全体で、本発明の発光素子収納用パッケージ 10を示している 。発光素子収納用パッケージ 10は、略四角平板状のセラミックス製絶縁基板 11と、 絶縁基板の外周上面に接合されたセラミックス製リフレタター枠体 12を備えている。 そして、これらの絶縁基板 11とリフレタター枠体 12によって、その中央部には、発光 素子 18を収納するための発光素子収納用凹部 19が画成されている。
[0036] このように構成される絶縁基板 11は、発光素子 18を支持するための支持体として 機能し、その上面に発光素子 18を収納するための発光素子収納用凹部 19を有して いる。
この場合、絶縁基板 11は、公知のセラミックス材料が採用可能であり、例えば、 (0 酸ィ匕アルミニウム系セラミックス、酸ィ匕珪素系セラミックス、酸ィ匕カルシウム系セラミック ス、酸ィ匕マグネシウム系セラミックスなどの酸ィ匕物系セラミックス； GO窒化アルミニウム 系セラミックス、窒化ケィ素系セラミックス、窒化ホウ素などの窒化物セラミックス; (m) 酸ィ匕ベリリウム、炭化珪素、ムライト、ホウケィ酸ガラス等を使用することがで き、これらのセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体である。
[0037] この中で、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化ケィ素系セラミックス、窒化ホウ素系 セラミックスなどの窒化物セラミックス、特に窒化アルミニウム系セラミックス力 熱伝導 率が比較的高ぐ発光素子力 発生する熱を効率よく放熱することができるために望 ましい。
また、図 1に示したように、絶縁基板 11の下面には、図示しない回路基板などの電 気的に接続するための供給用配線パターン層 15が被着形成されている。この供給 用配線パターン層 15は、独立した (互いに電気的に接続しな!、)複数のパターン層 力 なっている。その数は、収納される発光素子 18が有する電極の数 (発光素子 1つ にっき通常は 2個）と同じである。
[0038] なお、供給用配線パターン層 15は、平面のみに配置されていても、半田付けを行 ないやすくするために平面と端面に形成されていても、また、半田バンプで接続する 為にパターユングされて ヽても構わな 、。半田バンプ用のパターユングを行なう場合 は、該供給用配線パターン層 15の表面に絶縁層と半田ノリアを兼ねたセラミックス層 を形成することがより好適である。
[0039] また、絶縁基板 11の上面には、外縁部力も発光素子収納用凹部 19内にいたる発 光素子接続用配線パターン層 14が被着形成されて ヽる。該発光素子接続用配線パ ターン 14も、独立した (互いに電気的に接続しな 、)複数のパターン層力もなつてお り、その数は収納される発光素子 18が有する電極の数 (発光素子 1個につき通常は 2 個）と同じである。
[0040] そして、リフレタター枠体 12の下方の位置の絶縁基板 11には、その上下面にわた つて貫通する配線用貫通孔 16が形成されている。この配線用貫通孔 16には、導電 部材 17が充填され、導電部 22が形成されており、この導電部 22を介して、発光素子 接続用配線パターン層 14と供給用配線パターン層 15とが、電気的に導通するように なっている。
[0041] これによつて、供給用配線パターン層 15から、導電部 22、発光素子接続用配線パ ターン層 14にいたる導電回路が形成される。そして、発光素子収納用パッケージ 10 の内部の発光素子収納用凹部 19にお ヽて、発光素子接続用配線パターン層 14〖こ 、例えば、超音波溶接によって、バンプ電極 20を介して、発光ダイオード等の発光素 子 18が、電気的に接続される（実装される）ようになって!/、る。
[0042] なお、実装される発光素子 18の数は適宜決定すればよいが、 1〜4個、特に 1又は 2個であるのが好適である。
また、発光素子 18と発光素子接続用配線パターン 14との接続に際しては、通電し たときに短絡が起こらないように、発光素子 18が有する各電極力 夫々 1つの発光素 子接続用配線パターン 14と接続される。
[0043] 配線用貫通孔 16を形成する位置としては、図 1に示したように、リフレタター枠体 12 の内側面力もの距離 L1が、好ましくは、 200 μ m以上、さらに好ましくは、 500 μ m以 上外側の位置に配置され、且つ、リフレタター枠体 12の外側面からの距離 L2が、好 ましくは、 200 m以上、さらに好ましくは 500 m以上内側の位置になるように配置 するのが望ましい。 [0044] また、配線用貫通孔 16の径は、好ましくは、 50 μ m〜500 μ m、さらに好ましくは、 100〜200 /ζ πιであり、これによつて、発光素子 18に、例えば、 0. 1〜5アンペアの 比較的大きな電流を流すことができ、発光素子 18の輝度を向上することができる。な お、この配線用貫通孔 16の形状は、特に限定されるものではなぐ略円形により設け るばかりでなぐ楕円形、矩角形など必要とする通電量に応じて適宜選択することが 可能である。また、配線用貫通孔 16の数についても特に限定されず、通電量等に応 じて適宜選定すればよい。また、配線用貫通孔 16と半田付け用として配線パターン 層 301を同一パッケージに配置しても何ら問題はない。
[0045] 大電流を流す場合には、 1つの発光素子接続用配線パターンに対して 2以上、好 ましくは 2〜6個の配線用貫通孔 16を有するのが好適である。即ち、 1つの発光素子 接続用配線パターン 14と 1つの供給用配線パターン層 15とが 2以上、好ましくは 2〜 6個の導電部材 17で接合しているのが好適である。
本発明のパッケージに於いて、 1つの発光素子接続用配線パターンに対して複数 の配線用貫通孔 16を形成する場合、全ての配線用貫通孔 16は発光素子収納用凹 部 19の底面の下方には存在しないこととなる。このため、発光素子収納用凹部 19の 下部が高熱伝導率のセラミックス材料で構成される場合には、高融点金属よりも熱伝 導率高くなるため放熱性が上がるためより好適である。
[0046] また、このとき、全ての配線用貫通孔 16について、各 L1は 200 m以上、特に 500 μ m以上であるのが好適である。
導電部材 17は、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀などの金属からなり、例 えば、これら金属の粉末を含む導電性ペーストを印刷、圧入などによって、配線用貫 通孔 16に充填して、加熱することによって、導電部 22が形成される。この中でも、タ ングステンなどの高融点金属力も構成するのが望ましい。
[0047] 一方、発光素子接続用配線パターン層 14と供給用配線パターン層 15を構成する 材料としては、導電部材 17と同様な材料を用いることができる。発光素子接続用配 線パターン層 14と供給用配線パターン層 15を形成する方法としては、特に限定され るものではないが、例えば、（0絶縁基板上に、タングステンなどの高融点金属を含む 導電性ペース トのパターン印刷後、同時焼成して高融点金属層を形成し、その上にニッケル、銀、 金メッキを施す方法; GO絶縁基板上に、スパッタ法によって、金属薄膜パターンを形 成する方法などの公知のパターン形成法を採用することができる。
[0048] なお、発光素子接続用配線パターン層 14の表面にニッケルや金等の耐食性に優 れる金属を 1〜20 m程度の厚みに被着させておくと、導電部材 17が酸化腐食する のを有効に防止することができるとともに、発光素子接続用配線パターン層 14と発光 素子 18との接続を強固なものとすることができる。したがって、発光素子接続用配線 パターン層 14の表面には、通常ニッケルメツキ層と金メッキ層とが電解メツキ法や無 電解メツキ法により順次被着されて 、る。
[0049] リフレタター枠体 12は、絶縁基板 11と同一組成、または異なるセラミックス材料から 成り、絶縁基板 11の上面に焼結一体ィ匕されている。リフレタター枠体 12は、中央部 に発光素子 18を収容するための略円形または略四角形の貫通穴 19aを有しており、 この貫通穴 19aによって、絶縁基板 11とリフレタター枠体 12とから発光素子収納用 凹部 19が形成されるようになっている。貫通穴 19aは、形状を決定するもではないが 、略円形としておくと、貫通穴 19a内に収容される発光素子 18が発光する光を略円 形の貫通穴 19aの内壁で全方向に満遍なく反射させて外部に均一に放出することが でき好ましい。
[0050] また、リフレタター枠体 12の貫通穴 19aの内壁には、例えば、タングステン、モリブ デン、銅 ·銀などの金属粉末ペーストを塗布して形成したメタライズ金属層上に、 -ッ ケルゃ金などのメツキ金属層を被覆させて成る光反射層 13が形成されている。この 場合、光反射層 13は、リフレタター枠体 12の貫通穴 19aの内壁全面に被着されてい るのではなぐ発光素子収納用凹部 19の底面との間に、所定間隔を開けて被着形 成するのが、発光素子接続用配線パターン層 14と接触して短絡するのを防止するた めに望ましい。
[0051] この光反射層 13におけるメツキ金属層力 貫通穴 19aの内部、すなわち、発光素 子収納用凹部 19内に収容した発光素子 18の発光する光を、反射分散させる反射材 として機能する。なお、光反射層の構成材料はこれら金属に限定されるものではなく 、アルミニウム等の金属を蒸着により被着させてもよぐまた金属以外の物質で高い 光反射率を有するもの、例えば白色榭脂等も使用可能である。なお、光反射層の材 料として蒸着金属や白色榭脂を使用する場合には、下地にタングステン等の高融点 金属を形成する必要は特に無ぐ例えば、セラミツス上に直接金属を蒸着してもよぐ また接着剤を用いて白色榭脂層を接着してもよ!/ヽ。
[0052] さらに、図 2に示すように、発光素子 18が発光する光を外部に均一かつ効率的に 放出するためには、光反射層 13の角度 Θを適宜変化させ、使用状況に併せて光を 反射させるのが好ましい。すなわち、リフレタター枠体 12の内側面力 内側に傾斜し たテーパー面状に形成されて 、るのが望まし 、。
この場合、図 2に示したように、リフレタター枠体 12の内側のテーパー面 23と、発光 素子接続用配線パターン層 14のなす角度 Θは、発光素子 18が発光する光を外部 に対して良好に反射させるためには、 45度〜 75度にするのが望ま 、。
[0053] このように、発光素子 18が発光する光を反射させる度合いは、搭載される場所や用 途により異なるため、適宜、角度 Θを調整することにより、使用状況に応じた発光素 子収納用パッケージを提供することができる。
このように構成される本発明の発光素子収納用パッケージ 10は、使用に際して、絶 縁基板 11の発光素子収納用凹部 19内の発光素子接続用配線パターン層 14上に、 例えば、板部電極 21を介して、発光素子 18を電気的に接続するように実装 (搭載） して、発光素子 18が収容された発光素子収納用凹部 19に、エポキシ榭脂ゃシリコ ーン榭脂などの透明な榭脂を充填するとともに、適宜、蛍光材料などを封止榭脂に 埋設し、レンズなどを配置するなどして、発光素子 18を気密に封止することによって 発光装置となる。
[0054] なお、上記実施例では、発光素子接続用配線パターン層 14と発光素子 18との接 続は、例えば、超音波溶接によって、発光素子 18にあら力じめバンプ電極を付けて おき、配線面を下にして、配線パターン層との接続を行った力 接着剤を用いて絶縁 基板 11に予め発光素子 18を接着し、発光素子 18の端子と絶縁基板 11の上面に被 着された発光素子接続用配線パターン層 14とを、例えば、金線などのボンディング ワイヤーで接続しても良い。
[0055] さらに、発光素子収納用パッケージ 10を、他の回路基板へと実装する際には、供 給用配線パターン層 15の下面に、回路基板と電気的接続をとるための電極 (供給用 電極)を形成してもよい。このとき電極の数は特に限定されず、回路基板の回路バタ ーンに応じて適宜決定すればよい。なお、供給用配線パターン層 15上に供給用電 極を形成する場合、供給用配線パターン層 15の電極を形成しな 、部分には絶縁層 を被着形成しておくのが好まし 、。
[0056] 以下に、このように構成される本発明の発光素子収納用パッケージ 10を製造する 方法 (本発明の製造方法）について説明する。
図 3 (A)〜 (C)は、図 1に示した発光素子収納用パッケージを製造する製造方法を 示す工程毎の断面図である。
まず、図 3 (A)及び (B)に示すように、絶縁基板 11の前駆体 (最終的に絶縁基板 1 1となる原料基板の意味である。 )となる基板用グリーンシート l la3とリフレタター枠体 12の前駆体 (最終的に絶縁基板 12となる原料基板の意味である。 )となるリフレクタ 一枠体用グリーンシート 12a3とを準備する。
[0057] 基板用グリーンシート l la3の準備は、図 3 (A) a l〜a3に示すようにして行なわれる 。即ち、 alに示すように絶縁基板 11の基となる板状のグリーンシート l lalを用意す る。このようなグリーンシート l lalは、セラミックス原料粉末及び焼結助剤に、アルコ 一ル類ゃトルエン等の有機溶媒、適当な有機バインダー、および、グリセリンィ匕合物 等の可塑剤、分散剤等を添加混合して泥漿状と成すとともに、これをドクターブレード 法等のシート成形技術によって、適宜必要な厚みのシート状とすることにより作成さ れる。
[0058] グリーンシートを準備するのに使用されるこれら原料としては、セラミックスの分野に おいてグリーンシートを製造する際に通常使用されている物質が特に制限なく使用 できる。即ち、セラミックス原料粉末としては公知のセラミックス粉末が採用可能であり
、例えば、（0酸ィ匕アルミニウム系セラミックス、酸ィ匕珪素系セラミックス、酸化カルシゥ ム系
セラミックス、酸ィ匕マグネシウム系セラミックスなどの酸ィ匕物系セラミックス； (ii)窒化アル ミニゥム系セラミックス、窒化ケィ素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックスなどの窒 化物セラミックス; (m)酸ィ匕ベリリウム、炭化珪素、アルミナ、ムライト、窒化 ホウ素、ホウケィ酸ガラス等の粉末を使用することができる。し力しながら、熱伝導性 の観点から、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化ケィ素系セラミックス、窒化ホウ素 系セラミックスなどの窒化物セラミックス粉末を使用するのが好適である。これらセラミ ックス粉末は、その種類に応じて常用される焼結助剤と共に使用するのが一般的で ある。
[0059] また、有機バインダーとしては、ポリビュルブチラール、ェチルセルロース類やアタリ ル榭脂類が使用され、グリーンシートの成形性が良好になるという理由力 ポリ n—ブ チルメタタリレート、ポリビニルブチラールが特に好適に使用される。
本発明の製造方法においては、基板用グリーンシートとしては、熱伝導性の観点か ら、セラミックス粉末として、焼結助剤を含む窒化物セラミックス粉末をセラミックス原 料粉末として使用して形成した窒化物セラミックス用グリーンシート、特に焼結助剤（ 例えばイットリアや力ルシア）を含む窒化アルミニウム粉末を原料粉末として用いた窒 化アルミニウム用グリーンシートを使用するのが好適である。
[0060] 次いで a2に示すように、該グリーンシートにおいてリフレタター枠体 12の下方の位 置に相当する位置に、絶縁基板 11の上面から下面にいたる配線用貫通孔 16を、パ ンチング金型を用いて打抜く。このとき、本発明の発光素子収納用パッケージのとこ ろで説明したように貫通孔 16は、 1つの発光素子接続用配線パターンに対して 2以 上、特に 2〜6個形成するのが好ましぐ全ての配線用貫通孔 16について、各 L1は 2 00 μ m以上、特に 500 μ m以上であるのが好適である。
[0061] 次に、 a3に示すように、配線用貫通孔 16を有するグリーンシート l la2の配線用貫 通孔 16内に、導電部材 17用の導電ペースト 17aを、例えば、圧入、スクリーン印刷 法を用いて充填して導電部 22を形成する。そして、絶縁基板 11の下面には、図示し ない回路基板などの電気的に接続するための供給用配線パターン層 15となる導電 性ペースト層 15 'を、絶縁基板 11の上面には、外縁部から発光素子収納用凹部 19 内に 、たる発光素子接続用配線パターン層 14となる導電性ペースト層 14 'を、それ ぞれ、例えばスクリーン印刷法によって、必要な配線パターンに印刷塗布して形成す る。このとき、導電性ペースト層 14，と導電性ペースト層 15，を構成する材料としては 、導電部材 17用の導電ペースト 17aと同様な材料を用 V、ることができる。 [0062] なお、発光素子接続用配線パターン層 14と供給用配線パターン層 15との形成は、 例えば、（0後述の工程 Cで焼結（同時焼成)を行なった後に形成された高融点金属 層上にニッケル、銀、金メッキを施す方法; (ii)絶縁基板上に、上記と同様にして同時 焼成法により高融点金属層を形成し、その上にスパッタ法によって、金属薄膜パター ンを形成する方法、などの公知のパターン形成法を採用することができる。
[0063] リフレタター枠体用グリーンシート 12a3の準備は、図 3 (B) bl〜b3に示すようにし て行なうことができる。即ち、 blに示すようにリフレタター枠体の基となる板状のダリー ンシート 12alを用意する。該グリーンシートの準備は、グリーンシート l lalの準備と 同様にして行なうことができる。このとき使用するセラミックス粉末を始めとする各種成 分の種類や配合量は特に限定されないが、密着性の観点力 はグリーンシート l lal を準備するときと同じにするのが好適である。
[0064] 次いで、 b2に示すようにグリーンシート 12alに、発光素子収納用凹部 19用の貫通 穴 19aを、パンチング金型を用いて打抜く。このとき、図に示したように、リフレタター 枠体 12用のセラミックスグリーンシート 12a2に形成される貫通穴 19aの内壁が、セラ ミックスグリーンシート 12aの一方の面から他方の面へテーパー面となるように形成す る。このように貫通穴 19aの内壁がセラミックスグリーンシート 12aの一方の主面から 他方の主面に向けて一定の角度で広がるように形成することにより、リフレタター枠体 12の貫通穴 19aの内壁が、絶縁基板 11の上面に対して一定の角度で外側に広がる よう〖こ形成することができる。次に、 b3に示すように、貫通穴 19aの内壁に、光反射層 13用の金属ペースト 13aを同じくスクリーン印刷法を用 、て印刷塗布する。
[0065] 本発明の発光素子収納用パッケージを製造するには、このようにして準備した基板 用グリーンシート l la3とリフレタター枠体用グリーンシート 12a3とを接合すれば良い 。この場合、接合方法としては、いかなる方法により実施しても良いが、接着性の確 実さ力ゝら、工程 Cにおいて、図 3 (C) clに示す様に、両者間に「セラミックス粉末を含 むペースト」（以下、「接着剤ペースト」ともいう）を介在させて積層するのが好ましい。
[0066] このとき使用する接着剤ペーストとしては、セラミックス粉末に有機溶媒、有機バイン ダー、可塑剤、分散剤等を添加混合したものが好適に使用される。これら各成分とし ては基板用グリーンシート l lalや枠体用グリーンシート 12alを調製するときに使用 できるものが制限なく使用できる力 セラミックス粉体に関しては、これらグリーンシー トのいずれかを調製する際に使用したものを使用するのが好適である。その他の成 分もなるベく同じとするのが好ましいが、印刷性および接着性の観点から、有機溶媒 を多めに配合し、 25°Cにおける粘度を 500P〜5000Pとするのが好適である。
[0067] また、接着剤ペーストを両グリーンシートの間に介在させる方法は特に限定されな Vヽが、操作性及び確実な密着効果が得られると!ヽぅ観点力ゝら枠体用グリーンシート 1 2a3の接合面に塗布してから両者を接合する方法を採用するのが好適である。塗布 方法としては均一な膜厚が得られることから印刷法を採用するのが好ましい。なお、 枠体用グリーンシートと基板用グリーンシートを積層する際、接着剤ペーストをより簡 便に位置合わせする手法として、リフレタター枠体形成前の板状のグリーンシートに 接着剤ペーストを全面ある 、は枠体として残る部分を含みその面積よりも広 、面積の 部分に塗布し、その後枠体形成用の穴を形成する方が接着剤ペースト面積と枠体の 大きさが同一になるためより好適である。このとき、接着剤層の厚さは、前記工程 Aで 形成される発光素子接続用配線パターンとなる導電性ペースト層の厚さの 30〜400 %、特に 100〜300%とするのが好適である。このような厚さとすることにより、ペース ト粘度を前記したような好適な範囲に調整することと相俟って、接合の際に枠体用グ リーンシート 12a3の下方であって導電性ペースト層が形成されて!ヽな ヽ凹部に余剰 の接着剤ペーストが流れ込み易くなり、接合 (積層）後に両者の界面に空洞が形成さ れるのを防ぐことができ、より高 、密着性が得られるようになる。
[0068] なお、上記のようにしてグリーンシート l la3とグリーンシート 12a3とを積層する場合 には、両グリーンシートを重ねて、これらを約 60〜140°Cの温度で加熱しながら 10K Pa〜 1 OOKPa程度の圧力で圧着するのが好まし!/、。
このようにして得られた積層体は、 c2に示すように、これを加熱してグリーン体を脱 脂した後、グリーンシートおよびこれらに塗布された導電ペースト 17a、 13aを高温で 焼成することによって、絶縁基板 11とリフレタター枠体 12とが焼結一体化された焼結 体が得られる。
[0069] この場合、グリーン体の脱脂は、酸素や空気などの酸化性ガス、あるいは水素など の還元性ガス、アルゴンや窒素などの不活性ガス、二酸ィ匕炭素およびこれらの混合 ガスあるいは水蒸気を混合した加湿ガス雰囲気中でグリーン体を熱処理することによ り行われる。また、脱脂は、グリーン体に含まれる有機成分の種類や量に応じて温度
： 250°C〜1200°C、保持時間： 1分〜 1000分の範囲から適宜選択すればよい。
[0070] このような脱脂処理に引き続き行なわれる焼結は、グリーンシートの種類 (より具体 的にはその原料として用いたセラミックス粉末の種類）に応じて、通常採用される条件 が適宜採用される。たとえば、グリーンシートが窒化アルミニウム用のもの（窒化アルミ -ゥム粉末を無機成分の主成分として含むグリーンシート）を用いた場合には、 1600 〜2000°C、好ましくは、 1750〜1850°Cの温度で、 1時間〜 20時間、好ましくは、 2 〜： LO時間の時間焼成すればよい。この焼結の際の雰囲気としては、窒素ガス等の非 酸化性ガスの雰囲気下で、常圧で行えばよい。このようにして焼結した焼結体の熱伝 導率は、 170WZm*K以上、更に条件を限定すれば 200WZm'K以上とすること ができる。
[0071] そして、適宜、この焼結体の導電部、すなわち、発光素子接続用配線パターン層 1 4と供給用配線パターン層 15の露出面に、電解メツキ法や無電解メツキ法により-ッ ケルゃ金、白金、ノ ラジウム、ロジウム、銀、アルミニウム等のメツキ金属層や蒸着金 属層を被着させることにより、図 1に示した発光素子収納用パッケージが完成する。 なお、本発明は、上述の実施の形態例に限定されるものではなぐ個々の使用状 況によって適宜変化させて使用することが望ま 、。
[0072] また、生産効率の観点から、基板用グリーンシート及びリフレタター枠体用グリーン シートについて夫々複数のものが連結したような大きなグリーンシート（1枚のグリーン シートに複数の基板用グリーンシートパターン又はリフレタター枠体用グリーンシート ノ ターンが形成されたもの）を準備し、両者を接合して脱脂 ·焼結した後に複数のパ ッケージを切り出す方法を採用することが好ましい。そしてこのような態様も勿論、本 発明の方法に含まれる。
[0073] 実施例 1
窒化アルミニウム粉末 100重量部に、酸化イットリウム 5. 0重量部、テトラグリセリン モノォレート 1. 0重量部、トルエン 50重量部、ポリ n—プチルメタタリレート 13重量部 、ジブチルフタレート 4. 2重量部、酢酸ブチル 5重量部を加えて混合し、白色の泥漿 を得た。次いで、得られた泥漿を用い、ドクターブレード法により所定の面積を有する 厚さ 0. 4mmのグリーンシート 2枚を作製した。このうちの 1つを基板用グリーンシート l lalとし、もう一方をリフレタター枠体用グリーンシート 12alとした。
[0074] パンチング用金型を用いて基板用グリーンシート l lalに φ θ. 2mmの貫通孔 16を 形成すると共に、該貫通孔 16内にタングステンペーストを充填した。その後、基板用 グリーンシートの上下面に同様のタンクステンペーストを印刷し (厚さ 15 m)、上記 貫通孔の両露出端面を覆うペースト層（導電性ペースト層 14'及び導電性ペースト層 15 ' )を形成することにより基板用グリーンシート l la3を得た。なお、上記貫通孔 16 は穴 19aを開けたリフレタター枠体用グリーンシート 12a3を重ねたときに該グリーンシ ートの底面で覆われる位置 (枠体の下方となる位置）に形成すると共に、上記導電性 ペースト層 14 'の一部は穴 19aの下部に位置するように（即ち、発光素子収納用凹部 19の底面に露出するように）形成した。
[0075] これとは別に、リフレタター枠体用グリーンシート 12alの下面の全面に、窒化アルミ -ゥム粉末を 100重量部に対して酸化イットリウム粉末 5重量部、ェチルセルロース 2 0重量部、テルビネオール 50重量部を添加して調製した窒化アルミニウムペースト（ 接着剤ペースト、 25°Cにおける粘度 1000P)を印刷法により厚さが mとなるよう に塗布した。その後、 3mm角のパンチング用金型にてグリーンシートを打抜き、貫通 孔（穴 19a)を形成し、得られた穴 19aの内壁面にタングステンペーストを塗布し、リフ レクター枠体用グリーンシート 12a3を得た。
[0076] このように作製した基板用グリーンシート l la3上にリフレタター枠体用グリーンシー ト 12a3を位置合わせして重ね、積層した。次いで、積層された成形体を、水分を含 む水素ガス雰囲気中で 850°C、 2時間加熱脱脂を行った。脱脂終了後、窒素雰囲気 中で 1800°C、 5時間加熱して焼結を行なつた。
冷却後取り出した焼結体のタングステンメタライズ層上に Niメツキ及び Auメツキを順 次形成し、本発明の発光素子収納用パッケージを製造した。
[0077] 得られたパッケージについて、発光素子収納用凹部 19の底面に露出した発光素 子接続用配線パターン層 14の平面度を表面粗さ計にて測定したところ、平面度は 2 〜3 /ζ πιであった。なお、平面度とは、水平な台の上に基板を置いて基板中の同一メ タラィズ層内の任意の 0. 5mm角のエリアについて各地点の高さを測定したときにお いて、最高点と最低点の高低差を意味する。
[0078] また、発光素子収納用凹部 19の底面に露出した発光素子接続用配線パターン層 14に φ 25 μ mの Au線を用い、ワイヤーボンド装置にてワイヤーボンディングしたの ち、引っ張り試験機にてその強度 (ワイヤー破断時の強度)を測定したところ、 8〜12 gであつ 7こ o
また、ダイヤモンドブレードを有する切断機を用いてパッケージを縦に切断し、その 断面を SEMにて観察したところ、基板とリフレタター枠体の接合面に空隙は観察され なかった。
[0079] 比較例 1
実施例 1において、貫通孔 16を形成する位置を、リフレタター枠体用グリーンシート 12a3を重ねたときに該リフレタター枠体用グリーンシートの穴 19aの下方となる位置（ 即ち発光素子収納用凹部 19底面となる位置）に形成する以外は同様にして発光素 子収納用パッケージを製造した。得られたパッケージにつ 、て実施例 1と同様の評価 を行なったところ、発光素子収納用凹部 19の底面に露出した発光素子接続用配線 パターン層 14の平面度は 7〜15 mであった。また、実施例 1と同様にしてワイヤー ボンディンッグを使用としたがワイヤーをメタライズ部に接続することはできなカゝつた。
[0080] 比較例 2
実施例 1において、基板用グリーンシートとリフレタター枠体の接合を、接着剤べ一 ストを用いな 、で行なった他は同様にしてパッケージを得た。ダイヤモンドブレードを 有する切断機を用いて得られたパッケージを縦に切断し、その断面を SEMにて観察 したところ、基板とリフレタター枠体の接合面に空隙 (ボイド)が観察された。

Claims

請求の範囲
[1] 板状のセラミックス製絶縁基板と、
前記絶縁基板の外周上面に接合され、その内側面側に光反射層を備えたセラミツ タス製リフレタター枠体と、
前記絶縁基板上面に形成した発光素子接続用配線パターン層と、
前記絶縁基板とリフレタター枠体とで画成される発光素子収納用凹部と、 を備え、
前記発光素子収納用凹部内において、発光素子接続用配線パターン層上に発光 素子を実装するようにした発光素子収納用パッケージであって、
前記絶縁基板のリフレタター枠体の下方に位置し、前記絶縁基板の上下にわたつ て貫通するように形成した配線用貫通孔と、
前記配線用貫通孔に充填された導電部材力 なる導電部と、
前記絶縁基板の上面に形成され、前記導電部に電気的に接続される発光素子接 続用配線パターン層と、
前記絶縁基板の下面に形成され、前記導電部を介して、発光素子接続用配線バタ ーン層に電気的に接続される供給用配線パターン層と、
を備えたことを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
[2] 前記配線用貫通孔が、前記絶縁基板のリフレタター枠体の内側面よりも、 200 μ m 以上外側の位置に配置され、且つ、リフレタター枠体の外側面よりも、 200 /z m以上 内側の位置に配置されていることを特徴とする請求項 1に記載の発光素子収納用パ ッケーン。
[3] 前記リフレタター枠体の内側面が、内側に傾斜したテーパー面状に形成されている ことを特徴とする請求項 1から 2のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージ。
[4] 前記絶縁基板とリフレタター枠体とが、窒化物セラミックス力も構成されて 、ることを 特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージ。
[5] (a)板状のセラミックス製絶縁基板と、
(b)前記絶縁基板の外周上面に接合され、その内側面側に光反射層を備えたセラ ミックス製リフレタター枠体と、 (c)前記絶縁基板とリフレタター枠体とで画成される発光素子収納用凹部と、
(d)前記絶縁基板の上下にわたって貫通するように形成した配線用貫通孔に充填 された導電部材からなる導電部と、
(e)前記絶縁基板の上面に形成され、前記導電部に電気的に接続される発光素子 接続用配線パターン層と、
(f)前記絶縁基板の下面に形成され、前記導電部を介して、発光素子接続用配線 パターン層に電気的に接続される供給用配線パターン層と、
を備え、前記発光素子収納用凹部内において、発光素子接続用配線パターン層 上に発光素子を実装するようにした発光素子収納用パッケージを製造する方法であ つて、下記工程 A、 B、 C及び Dを含むことを特徴とする方法。
A: 前記板状のセラミックス製絶縁基板 (a)の前駆体となる板状のグリーンシートで あって、当該グリーンシートには前記導電部（d)となる導電性ペーストが充填された 配線用貫通孔が、前記セラミックス製リフレタター枠体 (b)の下方に位置するように形 成されていると共に、その上面及び下面には夫々前記発光素子接続用配線パター ンとなる導電性ペースト層及び前記供給用配線パターン層となる導電性ペースト層 が形成されたグリーンシートからなる基板用グリーンシートを準備する工程、
B: 前記セラミックス製リフレタター枠体 (b)の前駆体となるリフレタター枠体用ダリ ーンシートを準備する工程、
C : 前記基板用グリーンシートと前記リフレタター枠体用グリーンシートとを、両者 の間にセラミックス粉末を含むペースト層を介在させて積層する工程、及び
D: 前記工程 Cで得られた積層体を加熱して脱脂及び焼結する工程。
[6] 前記リフレタター枠体の内側面を、内側に傾斜したテーパー面状に形成することを 特徴とする請求項 5に記載の方法。
[7] 前記基板用グリーンシートが窒化物セラミックス用グリーンシートである請求項 5又 は 6に記載の方法。
[8] 前記リフレタター枠体用グリーンシートが窒化物セラミックス用グリーンシートである 請求項 7に記載の方法。
[9] 前記工程 Cにおいて介在させるセラミックス粉末を含むペースト層が、前記基板用 グリーンシートに含まれるセラミックス粉末と同種のセラミックス粉末を含有するペース ト層であることを特徴とする請求項 5乃至 8のいずれかに記載の方法。
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