JP2005019688A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】メタライズ配線導体の短絡を防止するとともに、発光素子が発光する光を良好に反射して均一かつ効率良く外部に放射することができるものとすること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通穴２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するように接合されており、枠体２は、貫通穴２ａの内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子３が発する光を反射する反射層６が形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通穴２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するように接合されており、枠体２は、貫通穴２ａの内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子３が発する光を反射する反射層６が形成されている。
【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、単に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いる。従来のセラミック製のパッケージは、図７の断面図に示すように、上面の中央部に発光素子１３を搭載するための導体層から成る搭載部１１ａを有し、搭載部１１ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを有する基体１１と、中央部に発光素子１３を収容するための貫通穴１２ａを有する枠体１２とから主に構成されている。
【０００３】
そして、基体１１の上面に形成されるとともに一方のメタライズ配線導体１４ａが接続された搭載部１１ａ上に、発光素子１３を半田等の導電性接合材を介して固着するとともに、発光素子１３の電極と他方のメタライズ配線導体１４ｂとをボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続し、しかる後、枠体１２の貫通穴１２ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子１３を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されて発光素子１３へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
また、枠体１２の貫通穴１２ａの内周面で発光素子１３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、貫通穴１２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層等の金属層１６ｂを表面に有するメタライズ層１６ａから成る反射層１６を被着させていることもある。
【０００５】
また、このパッケージは、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作されており、具体的には以下のように製作される。基体１１用のグリーンシートと枠体１２用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートにメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを導出させるための貫通穴や発光素子１３を収容するための貫通穴１２ａを打ち抜き法で形成する。
【０００６】
次に、基体１１用のグリーンシートの上面から下面にかけて、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂ形成用のＷ，Ｍｏなどの高融点金属粉末から成る導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等で塗布し、枠体１２用のグリーンシートの貫通穴内周面にメタライズ金属層１６ａ形成用の上記導体ペーストをスクリーン印刷法等で塗布する。基体１１用のグリーンシートと枠体１２用のグリーンシートとを上下に積層し、これを高温で焼成して焼結体と成す。その後、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂおよびメタライズ金属層１６ａの露出する表面にＮｉやＡｕ等の金属から成るめっき金属層１６ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより製作される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２３２０１７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のパッケージにおいては発光素子１３の発光する光が基体１１の下面側へ漏れるのを防止するために、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを基体１１の上面の広領域に形成しており、このため、基体１１の上面に形成されたメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが枠体１２の貫通穴１２ａの内周面に形成された反射層１６と接触しやすくなってしまい、反射層１６を介してメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが短絡することがあるという問題点を有していた。
【０００９】
また、枠体１２用のグリーンシートの貫通穴１２ａの内周面にメタライズ金属層１６ａ形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法により塗布しているために、枠体１２用のグリーンシートの貫通穴１２ａの開口周辺、すなわち枠体１２用のグリーンシートの上面または下面にメタライズ金属層１６ａ形成用の導体ペーストが延出されてしまい、基体１１と枠体１２とを接合されて成るパッケージとした際に、反射層１６がパッケージ表面に必要以上に形成されてしまうこととなり、この延出した部位はパッケージの表面に不明瞭な形状として形成されてしまうことがあり、発光装置を上面から見た際の外観や区別を不明瞭な状態としたり、この部位を明瞭な形状とするために、枠体１２の表面にもこの部位を覆うようなメタライズ金属層１６ａ形成するなどの手間を有するという問題点を有していた。
【００１０】
また、パッケージが小型なものである場合等には、その取り扱いや製造を容易とするために、パッケージを縦横に多数配列した多数個取り基板として製作することがあり、この際、反射層１６が多数個取り基板の表面にも形成されて、多数個取り基板を個々のパッケージの大きさに切断して分割するための多数個取り基板の分割線上にあると、反射層１６のめっき金属層１６ｂを切断することとなり、めっき金属層１６ｂの剥がれやひげ等が発生するという問題点があった。特に、枠体１２の側壁部の厚みが小さいパッケージが縦横に多数個配列された多数個取り基板は、枠体１２の貫通穴１２ａから分割線上までの距離が狭いために、反射層１６が多数個取り配線基板の表面に延出した反射層１６が分割線上に形成されやすくなり、上記の問題点が発生しやすいものであった。
【００１１】
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、メタライズ配線導体の短絡を発生させることがなく、また外観を良好なものにするとともに、発光素子が発光する光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く放射することができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１２】
【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、上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通穴を有する枠体が前記搭載部を囲繞するように接合されている発光素子収納用パッケージであって、前記枠体は、前記貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて前記発光素子が発する光を反射する反射層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体は、貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子が発する光を反射する反射層が形成されていることから、上端部は反射層が形成されないのでパッケージ上面に反射層が延出して形成されることがなくなり、上面側から発光装置を見た際にパッケージの上面を明瞭に区別することができる。また、枠体の内周面の下端部にも反射層が形成されないので、反射層がメタライズ配線導体と接触するのを確実に防止できるとともに、メタライズ配線導体同士が短絡するのを有効に防止できる。
【００１４】
また、本発明の発光素子収納用パッケージを縦横に多数個配列した多数個取り基板として製作する場合、多数個取り基板を分割する際にパッケージ上面側に延出した反射層を切断することがなくなるので、めっき金属層が剥がれたりひげが発生したりするのを防止できる。
【００１５】
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、前記搭載部に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ていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子が発光する光を良好に反射し均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを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、図１において、１は基体、２は枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００１８】
本発明のパッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通穴２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するように接合されているものであって、枠体２は、貫通穴２ａの内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子３が発する光を反射する反射層６が形成されている。
【００１９】
本発明における基体１は、セラミックス，樹脂等の絶縁体から成る直方体状や四角平板状のものであり、セラミックスから成る場合、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り、発光素子３を支持する支持体であり、その上面の中央部に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が例えば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、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２０】
また、基体１は、搭載部１ａから下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ内部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として機能する。そして、搭載部１ａ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−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、メタライズ配線導体４ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されている。そして、基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、その配線導体と発光素子３の各電極とが電気的に接続され、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１ａおよびメタライズ配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。
【００２１】
搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、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、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２２】
なお、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着、メタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合、およびメタライズ配線導体４ａ，４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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。
【００２３】
また、本発明の枠体２は、セラミックスや樹脂等から成り、基体１の上面に、積層されて焼結一体化されて接合されたり、ろう材や樹脂接着剤等により接合されている。枠体２は、セラミックスから成る場合は、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り、その中央部に発光素子３を収容するための横断面形状が円形状や四角形状の貫通穴２ａを有しており、この貫通穴２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。枠体２は、例えば、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グリーンシートを得、しかる後、グリーンシートに貫通穴２ａとなる貫通穴を適当な打ち抜き加工を施して、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２４】
また本発明において、枠体２は貫通穴２ａの内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子３が発する光を反射する反射層６が形成されている。これにより、上端部は反射層６が形成されていないので、パッケージ上面に反射層６が延出して形成されることがなくなり、上面から発光装置を見た際にパッケージの上面を明瞭に区別することができる。また、貫通穴２ａの内周面の下端部にも反射層６が形成されていないので、反射層６がメタライズ配線導体４ａ，４ｂに接触するのを防止して、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ同士が短絡するのを有効に防止できる。
【００２５】
反射層６は、例えばＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ金属層６ａ上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっき金属層６ｂが被着されて成る。そして、めっき金属層６ｂは、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、枠体２の貫通穴２ａ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であることから、発光素子３が発光する光に対する反射率が８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面は、傾斜面となっているとともに、基体１の上面となす角度が３５〜７０°の角度で上方に向かうに伴って外側に広がっていることが好ましい。角度が７０°を超えると、貫通穴２ａ内に収容された発光素子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、角度が３５°未満であると、貫通穴２ａ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。
【００２７】
また、貫通穴２ａの内周面の反射層６の表面の算術平均粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。３μｍを超えると、貫通穴２ａ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。
【００２８】
また、枠体２の貫通穴２ａの横断面形状は、円形状、長円形状、楕円形状、四角形状、多角形状等の種々の形状で良いが、特に円形状が好ましい。この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発光する光を、貫通穴２ａの内周面に形成された反射層６の表面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。
【００２９】
この枠体２は、例えば、枠体２が３層の枠部材２ｂ，２ｃ，２ｄの３層から成る場合、枠部材２ｂ，２ｃ，２ｄとなるグリーンシートにそれぞれ打ち抜き金型等を用いて貫通孔を形成し、枠部材２ｃとなるグリーンシートの貫通孔の内周面にメタライズ金属層６ａ形成用の導体ペーストを塗布した後、これらの枠部材２ｂ，２ｃ，２ｄのグリーンシートを貫通穴２ａを形成するように順に積層することにより、枠体２が形成される。
【００３０】
これにより、枠体２の内周面に上端部および下端部を除いて、メタライズ金属層６ａが形成されることとなる。このメタライズ金属層６ａ上にめっき金属層６ａを被着することで、発光素子３が発光する光を反射する反射層６とすることができる。また、枠部材２ｃとなるグリーンシートの上面または下面にメタライズ金属層６ａ形成用の導体ペーストが延出したとしても、この部位のメタライズ金属層６ａは、枠部材２ｃと枠部材２ｂ，２ｄとの層間に形成されることとなるので、パッケージ上面から見えることがなく、パッケージ上面の形状を明瞭にするとともに、パッケージ上面にめっき金属層６ｂが被着されることはない。従って、多数のパッケージを縦横に配列した多数個取り基板を用いて、スライシング法等により個々のパッケージに切断して分割する際に、めっき金属層６ｂを切断することはないので、めっき金属層６ｂの剥がれやひげが発生することはない。
【００３１】
枠体２の反射層６が形成されない下端部の厚みは０．０２〜０．２ｍｍ程度が好ましい。０．０２ｍｍ未満であると、反射層６とメタライズ配線層４ａ，４ｂとが短絡する危険性が高くなり、０．２ｍｍを超えると、反射層６が形成されていない部位が大きくなり、下端部から発光素子３が発光する光が漏洩して、発光装置の発光効率が低下しやすくなる。
【００３２】
また、枠体２の反射層６が形成されない上端部の厚みは０．０１〜０．２ｍｍ程度が好ましい。０．０１ｍｍ未満であると、上端部が枠部材２ｄから成る場合にその下面にメタライズ金属層６ａが延出していると、パッケージの上面に凹凸ができやすくなり、０．２ｍｍを超えると、反射層６が形成されていない部位が大きくなり、上端部から発光素子３が発光する光が漏洩して発光装置の発光効率が低下しやすくなる。
【００３３】
また、図２のパッケージの断面図に示すように、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを枠体２の下面側にまで延出させても良い。これにより、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを短絡させることなく、基体１の上面の枠体２に囲繞される領域にメタライズ配線導体４ａ，４ｂを広領域に形成することができるので、発光素子３が発光する光を効率良く外部に放射することができる。
【００３４】
また、図３のパッケージの断面図に示すように、上端部の枠部材２ｄの貫通穴が枠部材２ｃの貫通穴よりも大きくなるように段差を設けても良い。これにより、枠部材２ｃ，２ｄの積層ずれにより枠部材２ｄの内周面が枠部材２ｃの貫通穴２ａから内側に突出して、発光素子３が発光する光が外部に放射されるのを妨げるのを防止できる。この場合、枠部材２ｃと枠部材２ｄとの貫通穴の径の大きさの差は０．２ｍｍ以下が好ましい。０．２ｍｍを超えると、枠体２の側壁部の幅が小さくなってパッケージの機械的強度が小さくなったり、パッケージが大型化するという問題点が生じやすい。
【００３５】
また、図４のパッケージの断面図に示すように、下端部の枠部材２ｂの貫通穴が枠部材２ｃの貫通穴よりも大きくなるように段差を設けても良い。これにより、この段差の部位に発光素子を覆う樹脂を流入させることができるので、樹脂を強固に接着することができる。
【００３６】
また、基体１と枠体２とを接合した状態で、メタライズ金属層６ａ上にめっき金属層６ｂを被着するような場合は、下端部の枠部材２ｂの貫通穴が枠部材２ｃの貫通穴よりも小さくなるような発光素子３側に突出する段差を設けても良い。この場合、枠部材２ｂと枠部材２ｃとの段差にエアー溜まり等が発生するのを有効に防止することができるので、めっき金属層６ｂが被着されずにめっき欠け等が発生することを有効に防止することができる。
【００３７】
また、下端部の枠部材２ｂを２層以上の異なる層とし、上部の層を半導体素子３側に突出させ下部の層を上部の層よりも外側に凹部を有した形状にしても良い。
【００３８】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面の上端部と下端部は発光素子３の発光する光の反射層６とはならないので、基体１の上面に対して、貫通穴２ａの上端部および下端部の傾斜角度と貫通穴２ａの反射層６が形成されている部位との傾斜角度とが異なるようにしても良い。例えば、図５のパッケージの断面図で示すように、貫通穴２ａの内周面の反射層６が形成される部位が上側に向かうに伴って広がるように傾斜角度を設定するとともに、貫通穴２ａの内周面の上端部および下端部を基体１の上面に対して垂直にすることができる。この場合、貫通穴２ａの内周面の上端部および下端部は傾斜をつけていないので、パッケージが外周方向に大きくならず小型化されるとともに、上端部または下端部と反射層６の部位との間に段差を形成する際に、パッケージを大きくすることなく段差の領域を確保することができる。
【００３９】
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。例えば、図６のパッケージの断面図に示すように、搭載部１ａを導体層として形成せずに発光素子３を基体１の上面に直接搭載し、その周囲に発光素子３の電極と電気的に接続されるメタライズ配線導体４ａ，４ｂを形成してもよい。この場合、メタライズ配線導体４ａ，４ｂと発光素子３の電極とをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等で電気的に接続する。また、複数の発光素子３を搭載したり、複数のメタライズ配線導体を形成したものであっても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体は、貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子が発する光を反射する反射層が形成されていることから、上端部は反射層が形成されないのでパッケージ上面に反射層が延出して形成されることがなくなり、上面側から発光装置を見た際にパッケージの上面を明瞭に区別することができる。また、枠体の内周面の下端部にも反射層が形成されないので、反射層がメタライズ配線導体と接触するのを確実に防止できるとともに、メタライズ配線導体同士が短絡するのを有効に防止できる。
【００４１】
また、本発明の発光素子収納用パッケージを縦横に多数個配列した多数個取り基板として製作する場合、多数個取り基板を分割する際にパッケージ上面側に延出した反射層のめっき金属層を切断することがなくなるので、めっき金属層が剥がれたりひげが発生したりするのを防止できる。
【００４２】
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、搭載部に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ていることにより、発光素子が発光する光を良好に反射し均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【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の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の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
２ａ：貫通穴
３：発光素子
４ａ，４ｂ：メタライズ配線導体
６：反射層
６ａ：メタライズ金属層
６ｂ：めっき金属層
【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、単に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いる。従来のセラミック製のパッケージは、図７の断面図に示すように、上面の中央部に発光素子１３を搭載するための導体層から成る搭載部１１ａを有し、搭載部１１ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを有する基体１１と、中央部に発光素子１３を収容するための貫通穴１２ａを有する枠体１２とから主に構成されている。
【０００３】
そして、基体１１の上面に形成されるとともに一方のメタライズ配線導体１４ａが接続された搭載部１１ａ上に、発光素子１３を半田等の導電性接合材を介して固着するとともに、発光素子１３の電極と他方のメタライズ配線導体１４ｂとをボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続し、しかる後、枠体１２の貫通穴１２ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子１３を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されて発光素子１３へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
また、枠体１２の貫通穴１２ａの内周面で発光素子１３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、貫通穴１２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層等の金属層１６ｂを表面に有するメタライズ層１６ａから成る反射層１６を被着させていることもある。
【０００５】
また、このパッケージは、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作されており、具体的には以下のように製作される。基体１１用のグリーンシートと枠体１２用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートにメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを導出させるための貫通穴や発光素子１３を収容するための貫通穴１２ａを打ち抜き法で形成する。
【０００６】
次に、基体１１用のグリーンシートの上面から下面にかけて、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂ形成用のＷ，Ｍｏなどの高融点金属粉末から成る導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等で塗布し、枠体１２用のグリーンシートの貫通穴内周面にメタライズ金属層１６ａ形成用の上記導体ペーストをスクリーン印刷法等で塗布する。基体１１用のグリーンシートと枠体１２用のグリーンシートとを上下に積層し、これを高温で焼成して焼結体と成す。その後、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂおよびメタライズ金属層１６ａの露出する表面にＮｉやＡｕ等の金属から成るめっき金属層１６ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより製作される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２３２０１７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のパッケージにおいては発光素子１３の発光する光が基体１１の下面側へ漏れるのを防止するために、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂを基体１１の上面の広領域に形成しており、このため、基体１１の上面に形成されたメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが枠体１２の貫通穴１２ａの内周面に形成された反射層１６と接触しやすくなってしまい、反射層１６を介してメタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが短絡することがあるという問題点を有していた。
【０００９】
また、枠体１２用のグリーンシートの貫通穴１２ａの内周面にメタライズ金属層１６ａ形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法により塗布しているために、枠体１２用のグリーンシートの貫通穴１２ａの開口周辺、すなわち枠体１２用のグリーンシートの上面または下面にメタライズ金属層１６ａ形成用の導体ペーストが延出されてしまい、基体１１と枠体１２とを接合されて成るパッケージとした際に、反射層１６がパッケージ表面に必要以上に形成されてしまうこととなり、この延出した部位はパッケージの表面に不明瞭な形状として形成されてしまうことがあり、発光装置を上面から見た際の外観や区別を不明瞭な状態としたり、この部位を明瞭な形状とするために、枠体１２の表面にもこの部位を覆うようなメタライズ金属層１６ａ形成するなどの手間を有するという問題点を有していた。
【００１０】
また、パッケージが小型なものである場合等には、その取り扱いや製造を容易とするために、パッケージを縦横に多数配列した多数個取り基板として製作することがあり、この際、反射層１６が多数個取り基板の表面にも形成されて、多数個取り基板を個々のパッケージの大きさに切断して分割するための多数個取り基板の分割線上にあると、反射層１６のめっき金属層１６ｂを切断することとなり、めっき金属層１６ｂの剥がれやひげ等が発生するという問題点があった。特に、枠体１２の側壁部の厚みが小さいパッケージが縦横に多数個配列された多数個取り基板は、枠体１２の貫通穴１２ａから分割線上までの距離が狭いために、反射層１６が多数個取り配線基板の表面に延出した反射層１６が分割線上に形成されやすくなり、上記の問題点が発生しやすいものであった。
【００１１】
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、メタライズ配線導体の短絡を発生させることがなく、また外観を良好なものにするとともに、発光素子が発光する光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く放射することができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１２】
【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、上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通穴を有する枠体が前記搭載部を囲繞するように接合されている発光素子収納用パッケージであって、前記枠体は、前記貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて前記発光素子が発する光を反射する反射層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体は、貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子が発する光を反射する反射層が形成されていることから、上端部は反射層が形成されないのでパッケージ上面に反射層が延出して形成されることがなくなり、上面側から発光装置を見た際にパッケージの上面を明瞭に区別することができる。また、枠体の内周面の下端部にも反射層が形成されないので、反射層がメタライズ配線導体と接触するのを確実に防止できるとともに、メタライズ配線導体同士が短絡するのを有効に防止できる。
【００１４】
また、本発明の発光素子収納用パッケージを縦横に多数個配列した多数個取り基板として製作する場合、多数個取り基板を分割する際にパッケージ上面側に延出した反射層を切断することがなくなるので、めっき金属層が剥がれたりひげが発生したりするのを防止できる。
【００１５】
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、前記搭載部に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ていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子が発光する光を良好に反射し均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを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、図１において、１は基体、２は枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００１８】
本発明のパッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通穴２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するように接合されているものであって、枠体２は、貫通穴２ａの内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子３が発する光を反射する反射層６が形成されている。
【００１９】
本発明における基体１は、セラミックス，樹脂等の絶縁体から成る直方体状や四角平板状のものであり、セラミックスから成る場合、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り、発光素子３を支持する支持体であり、その上面の中央部に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が例えば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、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２０】
また、基体１は、搭載部１ａから下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ内部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として機能する。そして、搭載部１ａ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−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、メタライズ配線導体４ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されている。そして、基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、その配線導体と発光素子３の各電極とが電気的に接続され、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１ａおよびメタライズ配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。
【００２１】
搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、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、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２２】
なお、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着、メタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合、およびメタライズ配線導体４ａ，４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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。
【００２３】
また、本発明の枠体２は、セラミックスや樹脂等から成り、基体１の上面に、積層されて焼結一体化されて接合されたり、ろう材や樹脂接着剤等により接合されている。枠体２は、セラミックスから成る場合は、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り、その中央部に発光素子３を収容するための横断面形状が円形状や四角形状の貫通穴２ａを有しており、この貫通穴２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。枠体２は、例えば、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グリーンシートを得、しかる後、グリーンシートに貫通穴２ａとなる貫通穴を適当な打ち抜き加工を施して、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２４】
また本発明において、枠体２は貫通穴２ａの内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子３が発する光を反射する反射層６が形成されている。これにより、上端部は反射層６が形成されていないので、パッケージ上面に反射層６が延出して形成されることがなくなり、上面から発光装置を見た際にパッケージの上面を明瞭に区別することができる。また、貫通穴２ａの内周面の下端部にも反射層６が形成されていないので、反射層６がメタライズ配線導体４ａ，４ｂに接触するのを防止して、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ同士が短絡するのを有効に防止できる。
【００２５】
反射層６は、例えばＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ金属層６ａ上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっき金属層６ｂが被着されて成る。そして、めっき金属層６ｂは、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、枠体２の貫通穴２ａ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であることから、発光素子３が発光する光に対する反射率が８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面は、傾斜面となっているとともに、基体１の上面となす角度が３５〜７０°の角度で上方に向かうに伴って外側に広がっていることが好ましい。角度が７０°を超えると、貫通穴２ａ内に収容された発光素子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、角度が３５°未満であると、貫通穴２ａ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。
【００２７】
また、貫通穴２ａの内周面の反射層６の表面の算術平均粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。３μｍを超えると、貫通穴２ａ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。
【００２８】
また、枠体２の貫通穴２ａの横断面形状は、円形状、長円形状、楕円形状、四角形状、多角形状等の種々の形状で良いが、特に円形状が好ましい。この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発光する光を、貫通穴２ａの内周面に形成された反射層６の表面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。
【００２９】
この枠体２は、例えば、枠体２が３層の枠部材２ｂ，２ｃ，２ｄの３層から成る場合、枠部材２ｂ，２ｃ，２ｄとなるグリーンシートにそれぞれ打ち抜き金型等を用いて貫通孔を形成し、枠部材２ｃとなるグリーンシートの貫通孔の内周面にメタライズ金属層６ａ形成用の導体ペーストを塗布した後、これらの枠部材２ｂ，２ｃ，２ｄのグリーンシートを貫通穴２ａを形成するように順に積層することにより、枠体２が形成される。
【００３０】
これにより、枠体２の内周面に上端部および下端部を除いて、メタライズ金属層６ａが形成されることとなる。このメタライズ金属層６ａ上にめっき金属層６ａを被着することで、発光素子３が発光する光を反射する反射層６とすることができる。また、枠部材２ｃとなるグリーンシートの上面または下面にメタライズ金属層６ａ形成用の導体ペーストが延出したとしても、この部位のメタライズ金属層６ａは、枠部材２ｃと枠部材２ｂ，２ｄとの層間に形成されることとなるので、パッケージ上面から見えることがなく、パッケージ上面の形状を明瞭にするとともに、パッケージ上面にめっき金属層６ｂが被着されることはない。従って、多数のパッケージを縦横に配列した多数個取り基板を用いて、スライシング法等により個々のパッケージに切断して分割する際に、めっき金属層６ｂを切断することはないので、めっき金属層６ｂの剥がれやひげが発生することはない。
【００３１】
枠体２の反射層６が形成されない下端部の厚みは０．０２〜０．２ｍｍ程度が好ましい。０．０２ｍｍ未満であると、反射層６とメタライズ配線層４ａ，４ｂとが短絡する危険性が高くなり、０．２ｍｍを超えると、反射層６が形成されていない部位が大きくなり、下端部から発光素子３が発光する光が漏洩して、発光装置の発光効率が低下しやすくなる。
【００３２】
また、枠体２の反射層６が形成されない上端部の厚みは０．０１〜０．２ｍｍ程度が好ましい。０．０１ｍｍ未満であると、上端部が枠部材２ｄから成る場合にその下面にメタライズ金属層６ａが延出していると、パッケージの上面に凹凸ができやすくなり、０．２ｍｍを超えると、反射層６が形成されていない部位が大きくなり、上端部から発光素子３が発光する光が漏洩して発光装置の発光効率が低下しやすくなる。
【００３３】
また、図２のパッケージの断面図に示すように、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを枠体２の下面側にまで延出させても良い。これにより、メタライズ配線導体４ａ，４ｂを短絡させることなく、基体１の上面の枠体２に囲繞される領域にメタライズ配線導体４ａ，４ｂを広領域に形成することができるので、発光素子３が発光する光を効率良く外部に放射することができる。
【００３４】
また、図３のパッケージの断面図に示すように、上端部の枠部材２ｄの貫通穴が枠部材２ｃの貫通穴よりも大きくなるように段差を設けても良い。これにより、枠部材２ｃ，２ｄの積層ずれにより枠部材２ｄの内周面が枠部材２ｃの貫通穴２ａから内側に突出して、発光素子３が発光する光が外部に放射されるのを妨げるのを防止できる。この場合、枠部材２ｃと枠部材２ｄとの貫通穴の径の大きさの差は０．２ｍｍ以下が好ましい。０．２ｍｍを超えると、枠体２の側壁部の幅が小さくなってパッケージの機械的強度が小さくなったり、パッケージが大型化するという問題点が生じやすい。
【００３５】
また、図４のパッケージの断面図に示すように、下端部の枠部材２ｂの貫通穴が枠部材２ｃの貫通穴よりも大きくなるように段差を設けても良い。これにより、この段差の部位に発光素子を覆う樹脂を流入させることができるので、樹脂を強固に接着することができる。
【００３６】
また、基体１と枠体２とを接合した状態で、メタライズ金属層６ａ上にめっき金属層６ｂを被着するような場合は、下端部の枠部材２ｂの貫通穴が枠部材２ｃの貫通穴よりも小さくなるような発光素子３側に突出する段差を設けても良い。この場合、枠部材２ｂと枠部材２ｃとの段差にエアー溜まり等が発生するのを有効に防止することができるので、めっき金属層６ｂが被着されずにめっき欠け等が発生することを有効に防止することができる。
【００３７】
また、下端部の枠部材２ｂを２層以上の異なる層とし、上部の層を半導体素子３側に突出させ下部の層を上部の層よりも外側に凹部を有した形状にしても良い。
【００３８】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面の上端部と下端部は発光素子３の発光する光の反射層６とはならないので、基体１の上面に対して、貫通穴２ａの上端部および下端部の傾斜角度と貫通穴２ａの反射層６が形成されている部位との傾斜角度とが異なるようにしても良い。例えば、図５のパッケージの断面図で示すように、貫通穴２ａの内周面の反射層６が形成される部位が上側に向かうに伴って広がるように傾斜角度を設定するとともに、貫通穴２ａの内周面の上端部および下端部を基体１の上面に対して垂直にすることができる。この場合、貫通穴２ａの内周面の上端部および下端部は傾斜をつけていないので、パッケージが外周方向に大きくならず小型化されるとともに、上端部または下端部と反射層６の部位との間に段差を形成する際に、パッケージを大きくすることなく段差の領域を確保することができる。
【００３９】
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。例えば、図６のパッケージの断面図に示すように、搭載部１ａを導体層として形成せずに発光素子３を基体１の上面に直接搭載し、その周囲に発光素子３の電極と電気的に接続されるメタライズ配線導体４ａ，４ｂを形成してもよい。この場合、メタライズ配線導体４ａ，４ｂと発光素子３の電極とをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等で電気的に接続する。また、複数の発光素子３を搭載したり、複数のメタライズ配線導体を形成したものであっても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体は、貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて発光素子が発する光を反射する反射層が形成されていることから、上端部は反射層が形成されないのでパッケージ上面に反射層が延出して形成されることがなくなり、上面側から発光装置を見た際にパッケージの上面を明瞭に区別することができる。また、枠体の内周面の下端部にも反射層が形成されないので、反射層がメタライズ配線導体と接触するのを確実に防止できるとともに、メタライズ配線導体同士が短絡するのを有効に防止できる。
【００４１】
また、本発明の発光素子収納用パッケージを縦横に多数個配列した多数個取り基板として製作する場合、多数個取り基板を分割する際にパッケージ上面側に延出した反射層のめっき金属層を切断することがなくなるので、めっき金属層が剥がれたりひげが発生したりするのを防止できる。
【００４２】
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、搭載部に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ていることにより、発光素子が発光する光を良好に反射し均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【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の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の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
２ａ：貫通穴
３：発光素子
４ａ，４ｂ：メタライズ配線導体
６：反射層
６ａ：メタライズ金属層
６ｂ：めっき金属層
Claims (2)
- 上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通穴を有する枠体が前記搭載部を囲繞するように接合されている発光素子収納用パッケージであって、前記枠体は、前記貫通穴の内周面にその上端部および下端部を除いて前記発光素子が発する光を反射する反射層が形成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。
- 請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に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ていることを特徴とする発光装置。
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|---|---|---|---|
| JP2003182583A JP2005019688A (ja) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 |
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