JP2004207363A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の発光する光を絶縁基体下面側から漏洩することなく、また外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に接合することができるものを提供すること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、複数の絶縁層が積層されており、上面に発光素子３を収容し搭載する凹部４が形成された絶縁基体１に、発光素子３が電気的に接続される配線層５ｂが凹部４の底面から下面にかけて形成されているとともに、凹部４の底面から下面にかけて貫通孔８が形成されており、絶縁基体１の下面に貫通孔８を塞ぐように板部材９が接合されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられており、その一例を図６に示す（例えば、下記の特許文献１参照）。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されているとともに上面に凹部44が形成されている略直方体の絶縁基体の凹部44の底面の発光素子43搭載される部位に導体層から成る搭載部42が設けられた基体41と、基体41の搭載部42およびその周辺から基体41の下面に形成され、搭載部42に一方が電気的に接続された一対の配線層45とから主に構成されている。
【０００３】
そして、搭載部42上に発光素子43を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子43の電極と一対の配線層45の他方とをボンディングワイヤ46を介して電気的に接続し、しかる後、基体41の凹部44内に図示しない封止用の透明樹脂を充填して発光素子43を封止することによって、発光装置が作製される。
【０００４】
また、凹部44の内面で発光素子23の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部44の内面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層47を被着させていることもある。
【０００５】
しかしながら、従来のパッケージにおいては、発光素子43が発する熱により、凹部44に封入した透明樹脂が凹部44の基体41表面や金属層47等から剥がれるという問題点があった。
【０００６】
そこで、この問題点を解消するため、本出願人は、図３に示すように絶縁基体21の下面に溝状の凹部を形成し、熱放散性を高めて透明樹脂の剥れを防止するために、さらに溝状の凹部から凹部24の底面にかけて貫通する貫通孔28を形成した構成（特願2002−344732号）を提案した。また、図４、図５に示すように、透明樹脂を強固に取着するために凹部24の底面から絶縁基体21の下面にかけて、内周面に段差28ａを有する貫通孔28を形成したり、凹部34の底面から絶縁基体31の下面にかけて、内寸法が上側よりも下側が大きい貫通孔38を形成するという構成も提案した。
【０００７】
なお、図３、図４において、22は搭載部、23は発光素子、25は配線導体、26はボンディングワイヤ、27は金属層であり、図５において、32は搭載部、33は発光素子、35は配線導体、36はボンディングワイヤ、37は金属層である。
【０００８】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、基体の凹部底面から下面にかけて貫通孔が形成されていることから、貫通孔から発光素子の光が漏洩する場合があった。また、凹部に封入した透明樹脂が貫通孔を通過し基体下面へと流出した場合、外部電気回路基板の配線導体に取着したパッケージの平坦性や外部電気回路基板との接合強度が低下するおそれがあった。
【００１０】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子の光をパッケージの上面方向以外に漏洩させることなく、また外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に取着することができるパッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、複数の絶縁層が積層されており、上面に発光素子を収容し搭載する凹部が形成された絶縁基体に、前記発光素子が電気的に接続される配線層が前記凹部の底面から下面にかけて形成されているとともに、前記凹部の底面から下面にかけて貫通孔が形成されており、前記絶縁基体の下面に前記貫通孔を塞ぐように板部材が接合されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の下面に貫通孔を塞ぐように板部材が接合されていることから、発光素子が発光する光は貫通孔を通過しても板部材により遮断されて外部に漏洩するのを防止することができるとともに、凹部に封入した透明樹脂が絶縁基体の下面側に流出するのを防ぐことができ、発光素子収納用パッケージを外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に接合することができる。
【００１３】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記凹部に収容され搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が高く外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に接合することができる、高性能で高信頼性のものとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、１は絶縁基体、２は発光素子３が搭載される部位に形成された導体層から成る搭載部、４は発光素子３を収容するための凹部である。
【００１６】
本発明のパッケージは、複数の絶縁層が積層されており、上面に発光素子３を収容し搭載する凹部４が形成された絶縁基体１に、発光素子３が電気的に接続される配線層５ｂが凹部４の底面から下面にかけて形成されており、凹部４の底面から下面にかけて貫通孔８が形成されているものであって、絶縁基体１の下面に貫通孔８を塞ぐように板部材９が接合されている。
【００１７】
絶縁基体１には、発光素子３が搭載される搭載部２に接続されている配線層５ａおよび発光素子３の電極が接続される配線層５ｂが、凹部４の底面から絶縁基体１の下面にかけて形成されている。
【００１８】
本発明の絶縁基体１はセラミックスや透明樹脂から成り、セラミックスからなる場合、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる略直方体の箱状であり、この上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部４が形成されている。
【００１９】
絶縁基体１が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー，溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）を得、しかる後、グリーンシートに凹部４用の貫通孔を打ち抜き加工で形成し、発光素子３を搭載するためのグリーンシートと凹部４用のグリーンシートとを複数枚積層し、高温（約1600℃）で焼成し一体化することで形成される。
【００２０】
また、凹部４の底面には発光素子３を搭載するための導体層から成る搭載部２が形成されており、搭載部２はタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００２１】
また、絶縁基体１は、搭載部２およびその周辺から絶縁基体１の下面に形成された配線層５ａ，５ｂが被着形成されている。配線層５ａ，５ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部４に収容する発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、搭載部２には発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子３が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−エポキシ透明樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、配線層５ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。そして、絶縁基体１下面の配線層５ａ，５ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子３の各電極と電気的に接続され、発光素子３へ電力や駆動信号が供給される。また、発光素子３は搭載部２および配線層５ｂにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【００２２】
配線層５ａ，５ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を点か混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の所定位置に被着形成される。
【００２３】
なお、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部２と発光素子３との固着および配線層５ｂとボンディングワイヤ６との接合、配線層５ａ，５ｂと外部電気回路基板の配線層との接合を強固にすることができる。従って、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層またはＡｇめっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【００２４】
また、凹部４の内面にはメタライズ金属層および発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上である金属めっき層を被着した金属層７が形成されていることが好ましい。この金属層７は、例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ金属層上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層を被着させてなり、これにより発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。発光素子３が発光する光に対する反射率が80％未満であると、凹部４に収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２５】
また、凹部４の内周面は、傾斜面となっているとともに凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて35〜70°の角度で外側に広がっていることが好ましい。角度θが70°を超えると、凹部４内に収容する発光素子３が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にある。一方、角度θが35°未満であると、凹部４の内周面をそのような角度で安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にあるとともに、パッケージが大型化してしまう。
【００２６】
また、凹部４の内周面の金属層７の表面の算術平均粗さＲａは１〜３μｍが好ましい。１μｍ未満であると、凹部４内に収容される発光素子３が発光する光を均一に反射させることが難しくなり、反射する光の強さに偏りが発生し易くなる。３μｍを超えると、凹部４内に収容される発光素子３が発光する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００２７】
また、凹部４は、その断面形状が円形状であることが好ましい。この場合、凹部４に収容される発光素子３が発光する光を、凹部４の内周面の金属層７表面の金属めっき層でパッケージの上方に満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができるという利点がある。
【００２８】
貫通孔８は、凹部４の底面から絶縁基体１の下面にかけて形成されており、発光素子３が発する熱の放散性を高めるとともに、貫通孔８の内面に段差を形成したり、貫通孔８の内寸法が上側よりも下側が大きくしたりすることで、凹部４に封入した透明樹脂を強固に取着することもできる。
【００２９】
このような貫通孔８は、例えば、図１のように内寸法が上側よりも下側大きい場合は、グリーンシートに貫通孔８を形成する打ち抜き金型を用いて打ち抜くことで形成される。グリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて内寸法が広がるように形成する。このグリーンシートを凹部４を形成するためのグリーンシートと上側から下側にかけて内寸法が広がるように積層することで、内寸法が上側よりも下側が大きい貫通孔８を形成することもできる。
【００３０】
また、貫通孔８の内面には、凹部４の内面と同様にメタライズ金属層および発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上である金属めっき層を被着した金属層（図示せず）が形成されていても良い。この金属層は、例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ金属層上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層を被着させてなり、これにより発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。発光素子３が発光する光に対する反射率が80％未満であると、凹部４に収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００３１】
板部材９は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックス、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，ステンレススチール，真鍮，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属などから成る。
【００３２】
この板部材９は、絶縁基体１の下面に貫通孔８を塞ぐように接合されている。板部材９は、樹脂接着剤により絶縁基体１の下面に接合されていても良いし、絶縁基体１の下面と板部材９に接合用のメタライズ層を形成し、Ａｇろう等によりろう付けして接合されていても良い。板部材９がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る場合、絶縁基体１の下面に直接ろう付けしてもよい。
【００３３】
また、板部材９は白色のものであることが好ましい。これにより、貫通孔８を通過した光を白色の板部材９の表面で反射して、パッケージの上面に向けて光を効率良く放射することができる。この場合、板部材９は例えば白色のアルミナセラミックスから成る。
【００３４】
また、図２に図１と同様に断面図に示すように、板部材９がセラミックスや樹脂等の絶縁体から成る場合、貫通孔８側の主面に金属層10が形成されていても良い。これにより、貫通孔８を通過した光を板部材９の金属層10で反射して、パッケージの上面に向けて光を効率良く放射することができる。また、金属層10は、凹部４の内面に形成された金属層７と同様に発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上であることがより好ましい。板部材10が金属から成る場合は、金属層10を形成した場合と同様の効果が得られ好ましい。
【００３５】
また、板部材９は、貫通孔８側の主面の表面の算術平均粗さが１〜３μｍ程度であることが好ましい。１μｍ未満では、板部材９の貫通孔８側の主面に対する透明樹脂のアンカー効果による付着力が低下して剥がれ易くなる。３μｍを超えると、板部材９の貫通孔８側の主面と透明樹脂との間に空隙が形成されやすくなるとともに板部材９の貫通孔８側の主面における光の反射率が低下しやすくなる。
【００３６】
さらに、板部材９が金属から成る場合、配線層５ａと電気的に接続されていてもよい。この場合、発光素子３の接地性が安定化されて発光特性が向上する。また、板部材９がＣｕ−Ｗ合金等の放熱性の高い金属から成るのがよく、発光素子３の熱を効率的に放熱させることができる。
【００３７】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、凹部に収容され搭載された発光素子３と、発光素子３を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂とを具備した構成である。この透明樹脂は、発光素子３およびその周囲を覆うように設けられていてもよいし、凹部に充填されていてもよい。本発明の発光装置は、このような構成により、発光効率が高く外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に接合することができるものとなる。
【００３８】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、複数の絶縁層が積層されており、上面に発光素子を収容し搭載する凹部が形成された絶縁基体に、発光素子が電気的に接続される配線層が凹部の底面から下面にかけて形成されているとともに、凹部の底面から下面にかけて貫通孔が形成されており、絶縁基体の下面に貫通孔を塞ぐように板部材が接合されていることにより、発光素子が発光する光は貫通孔を通過しても板部材により遮断されて外部に漏洩するのを防止することができるとともに、凹部に封入した透明樹脂が絶縁基体の下面側に流出するのを防ぐことができ、発光素子収納用パッケージを外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に接合することができる。
【００４０】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、凹部に収容され搭載された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、発光効率が高く外部電気回路基板に平坦性を保持して強固に接合することができる、高性能で高信頼性のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図４】従来の発光素子収納用パッケージの他の例の断面図である。
【図５】従来の発光素子収納用パッケージの他の例の断面図である。
【図６】従来の発光素子収納用パッケージの他の例の断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：搭載部
３：発光素子
４：凹部
５ａ，５ｂ：配線層
８：貫通孔
９：板部材

Claims (2)

1. 複数の絶縁層が積層されており、上面に発光素子を収容し搭載する凹部が形成された絶縁基体に、前記発光素子が電気的に接続される配線層が前記凹部の底面から下面にかけて形成されているとともに、前記凹部の底面から下面にかけて貫通孔が形成されており、前記絶縁基体の下面に前記貫通孔を塞ぐように板部材が接合されていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、前記凹部に収容され搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする発光装置。

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