JP2007258619A - 発光素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れた両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを提供する。
【解決手段】発光素子収納用パッケージが、ヒートシンクと、前記ヒートシンクを挟んで対向するように接合され、発光素子と電気的に接続されるパッドをそれぞれ備えた第一及び第二の絶縁性基板と、を具備する
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）など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に関する。

ＬＥＤチップ等の発光素子を実装する発光素子収納用パッケージは、両面発光が要求される場合や、広い照射領域を要求される場合があり、一つのパッケージで両面発光が可能なものが求められている。
両面発光が可能な発光素子収納用パッケージとして、基板の表面と裏面とにそれぞれＬＥＤチップを実装したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３４７６７７号公報

しかしながら、このような従来の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージでは、放熱性が不十分となる可能性がある。一般にＬＥＤは発光光量が少ないので、光量を増加させるためにはＬＥＤに流す電流を大きくする必要があるが、それに応じて発熱量も増大する。また、従来の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージは、基板の表面と裏面にそれぞれＬＥＤチップを搭載しているため、さらに発熱量が増大する。発熱量が増大してＬＥＤの温度が上昇すると発光効率が低下し、ＬＥＤの寿命も短縮してしまう。そのため、従来の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージでは、発光素子から発せられる熱の放熱が不十分となり、発光素子収納用パッケージの放熱性が十分であるとは限らないという問題がある。

そこで、本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなされたもので、放熱性に優れた両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、ヒートシンクと、前記ヒートシンクを挟んで対向するように接合され、発光素子と電気的に接続されるパッドをそれぞれ備えた第一及び第二の絶縁性基板と、を具備することを特徴とする。

これによれば、発光素子から発せられた熱を、ヒートシンクを通じて外部に放熱することができるので、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージの放熱性を向上させることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記第一及び第二の絶縁性基板と前記ヒートシンクとがロウ材によりそれぞれ接合されていることも特徴とする。

これによれば、ヒートシンクと第一及び第二の絶縁性基板とが、熱伝導率の良いロウ材によってそれぞれ接合されるので、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージの放熱性を向上させることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記第一の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第一の絶縁性基板上に配置される第一の枠体と、前記第二の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第二の絶縁性基板上に配置される第二の枠体と、をさらに具備することも特徴とする。

これによれば、第一の枠体及び第二の枠体が発光素子の発光光束をそれぞれ反射するため、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージの反射効率を高めることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記ヒートシンクが、前記第一及び第二の絶縁性基板の外縁から突出する突出端を有していることも特徴とする。

これによれば、ヒートシンクの突出端を、大気等と接触させたり、外部の放熱部材等に熱的に接触させることが容易になるので、放熱性の向上を図ることができる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記突出端の少なくとも一部が前記第一および前記第二の枠体の外側面から突出していることも特徴とする。

これによれば、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを、例えば、機器類の実装基板等に実装する場合に、ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を機器類の実装基板等に埋め込んで外部の放熱部材等と熱的に接触させることができる。ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を機器類の実装基板等に埋め込んで実装することにより、発光素子収納用パッケージを実装基板等に安定に固定できるとともに、実装基板等の表面からの高さを大きく低減して全体の小型化を図ることができる。また、ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を機器類の実装基板等に埋め込んで外部の放熱部材等と熱的に接触させることにより、放熱性の向上を図ることもできる。

また、本発明に係る発光素子収納用パッケージは、前記第一の枠体の外側面が、前記突出端の近傍に配置される第一の平坦部を有し、前記第二の枠体の外側面が、前記第一の平坦部と略同一平面上に配置される第二の平坦部を有していることも特徴とする。

これによれば、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを、例えば、機器類の実装基板等に実装する場合に、ヒートシンクの突出端の少なくとも一部を実装基板等に埋め込み、さらに、第一の平坦部及び第二の平坦部を実装基板等の表面上に接触させて固定することができる。そのため、発光素子収納用パッケージを実装基板等に、より安定に固定して実装することが可能になる。
また、第一の平坦部及び第二の平坦部に、外部から発光素子の駆動電流が供給される外部電極を形成すれば、この外部電極を実装基板等の表面上に接触させて固定することができるので、実装基板等から発光素子の駆動電流を供給することが容易になる。

本発明によれば、放熱性に優れた両面発光が可能な発光素子収納用パッケージを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージ１を表す上面図である。また、図２は、発光素子収納用パッケージ１を図１のＡ−Ａに沿って切断した状態を表す断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の発光素子収納用パッケージ１は、ヒートシンク２と、第一のパッケージ部３と、第二のパッケージ部４とで構成されている。本実施形態の発光素子収納用パッケージ１は、第一のパッケージ部３の底部（後述する絶縁性基板５）と第二のパッケージ部４の底部（後述する絶縁性基板１３）とがヒートシンク２を挟んで対向するように接合されている。第一のパッケージ部３の底部（絶縁性基板５）と第二のパッケージ部４の底部（絶縁性基板１３）がヒートシンク２と接合される面（後述する５ｂ、１３ｂ）と相異なる面（後述する５ｒ、１３ｒ）にそれぞれ発光素子を実装することができるので、発光素子収納用パッケージ１は、両面発光が可能である。

図１及び図２では、発光素子２４が、第一のパッケージ部３に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ２５ａを介してパッド８と電気的に接続され、パッド８は、外部電極１２と電気的に接続されている。また、発光素子２４は、金線からなるボンディングワイヤ２５ｂを介してパッド７と電気的に接続されている。
発光素子２６は、第二のパッケージ部４に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ２７ａを介してパッド１６と電気的に接続され、パッド１６は、外部電極２０と電気的に接続されている。また、発光素子２６は、金線からなるボンディングワイヤ２７ｂを介してパッド１５と電気的に接続されている。
さらに、パッド７は、ビア９、１７及び金属製のヒートシンク２を介してパッド１５と電気的に接続されている。

ヒートシンク２は、平面視が四角形で所要の厚みを有する板状のものであり、平面視で四角形の第一の絶縁性基板５と第二の絶縁性基板１３の一側面から突出する突出端２１を有し、Ｃｕで構成されている。ヒートシンク２の構成材料としては、上述したＣｕ以外に、例えば、Ｃｕ合金、ＫＯＶＡＲ等を適用してもよい。ヒートシンク２は、発光素子２４、２６から発せられた熱を外部に放熱する。

第一のパッケージ部３は、第一の絶縁性基板５と、実装領域６と、パッド７、８と、ビア９と、第一の枠体３２と、外部電極１２とで構成されている。第二のパッケージ部４は、第二の絶縁性基板１３と、実装領域１４と、パッド１５、１６と、ビア１７と、第二の枠体３３と、外部電極２０とで構成されている。本実施の形態では、第一のパッケージ部３と第二のパッケージ部４は、同じ構造であり、ヒートシンク２を挟んで対称に配置されている。なお、第一のパッケージ部３と第二のパッケージ部４を、異なる構造としてもよく、また、ヒートシンク２を挟んで対称に配置しなくてもよい。

第一の絶縁性基板５は、その表面５ｒに発光素子２４の実装領域６を有している絶縁性の基板であり、第二の絶縁性基板１３は、その表面１３ｒに発光素子２６の実装領域１４を有している絶縁性の基板である。第一の絶縁性基板５の裏面５ｂとヒートシンク２の表面、及び第二の絶縁性基板１３の裏面１３ｂとヒートシンク２の裏面とが、Ａｇ系ロウ材によりそれぞれ接合されており、第一の絶縁性基板５とヒートシンク２と第二の絶縁性基板１３とは、互いに積層して配置されている。なお、ロウ材としては、上述したＡｇ系ロウ材以外に例えば、ニッケル系、アルミニウム系等のロウ材を適用してもよい。

第一の絶縁性基板５、第二の絶縁性基板１３は、いずれも平面視が四角形で所要の厚みを有する直方体を呈し、アルミナを主成分とするグリーンシートを焼成した板状のものである。
第一の絶縁性基板５、第二の絶縁性基板１３の構成材料としては、上述したアルミナ以外に例えば、ガラス−アルミナ系のガラス−セラミックや窒化アルミニウム等のセラミックス材料を適用してもよいし、エポキシ樹脂等の各種樹脂を適用してもよい。
また、第一の絶縁性基板５、第二の絶縁性基板１３の形状は、例えば、平面視で円形、楕円形、三角形、多角形の平板であってもよい。

なお、本実施の形態では、第一の絶縁性基板５と第二の絶縁性基板１３の外縁、及び第一の枠体３２と第二の枠体３３の外側面は、略同一平面上に配置されている。

実装領域６は、第一の絶縁性基板５の表面５ｒ上に配置され、実装領域１４は、第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒ上に配置されている。実装領域６、１４は、いずれもＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されたメタライズ層として形成されている。実装領域６、１４は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ等の金属からなるメタライズ層で構成することもできる。
また、このメタライズ層上に、Ｎｉ層、Ａｇ層（又はＮｉ層、Ａｕ層）の順に金属メッキ層を形成してもよい。

本実施例では、実装領域６上に１つの発光素子２４が実装され、実装領域１４上に１つの発光素子２６が実装されているが、１つの実装領域上に複数の発光素子を実装してもよい。また、本実施例では、メタライズ層で構成された実装領域６に発光素子２４が実装され、メタライズ層で構成された実装領域１４に発光素子２６が実装されているが、第一の絶縁性基板５上に直に発光素子２４を実装し、第二の絶縁性基板１３上に直に発光素子２６を実装してもよい。また、発光素子２４、２６をそれぞれ電気接続用パターンに接続する方法としては、本実施例ではボンディングワイヤを介して接続しているが、発光素子２４、２６の下面で半田バンプ等によりパッドと接続するフリップチップボンディング方式により接続してもよい。

パッド７とパッド１５は、ビア９、１７及び金属製のヒートシンク２を介して電気的に接続されている。パッド７は、第一の絶縁性基板５の表面５ｒ上に配置され、パッド１５は、第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒ上に配置されている。パッド７、１５は、ＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されたメタライズ層としてそれぞれ形成されている。パッド７、１５は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ等の金属からなるメタライズ層で形成することもできる。
また、このメタライズ層上に、Ｎｉ層、Ａｇ層（又はＮｉ層、Ａｕ層）の順に金属メッキ層を形成してもよい。

パッド８は、第一の絶縁性基板５の表面５ｒ上に配置され、外部電極１２と電気的に接続されている。パッド１６は、第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒ上に配置され、外部電極２０と電気的に接続されている。パッド８、１６は、ＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されたメタライズ層としてそれぞれ形成されている。パッド８、１６は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ等の金属からなるメタライズ層で形成することもできる。
また、このメタライズ層上に、Ｎｉ層、Ａｇ層（又はＮｉ層、Ａｕ層）の順に金属メッキ層を形成してもよい。

ビア９は、パッド７とヒートシンク２を電気的に接続するものであり、第一の絶縁性基板５の表面５ｒと裏面５ｂとの間を貫通するように形成されている。ビア１７は、パッド１５とヒートシンク２を電気的に接続するものであり、第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒと裏面１３ｂとの間を貫通するように形成されている。ビア９は、ＷまたはＭｏを主成分とする金属粉末を含む導電性ペーストが第一の絶縁性基板５の表面５ｒと裏面５ｂとの間を貫く貫通孔内に充填され、ビア１７は、ＷまたはＭｏを主成分とする金属粉末を含む導電性ペーストが第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒと裏面１３ｂとの間を貫く貫通孔内に充填されている。
なお、ビア９、１７は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ等の金属からなる導電性ペーストで形成してもよい。

第一の枠体３２は、パッド８の一部及びパッド７を囲み、かつ実装領域６の周囲を囲むように第一の絶縁性基板５の表面５ｒ上に形成され、その中央部に発光素子２４を収容するための貫通穴２２を有し、発光素子２４の発光光束を反射する。

第一の枠体３２は、アルミナで構成される枠体ベース部１０と、枠体ベース部１０の貫通穴２２の内壁面上に形成された金属層１１とで構成されている。枠体ベース部１０は、第一の絶縁性基板５と実質的に同一組成のセラミックスからなり、第一の絶縁性基板５の表面５ｒ上に積層されて焼結一体化されている。
金属層１１は、枠体ベース部１０の貫通穴２２の内壁面上に形成されたＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されたメタライズ層と、このメタライズ層上にＮｉ層、Ａｇ層の順に配置された金属メッキ層とで構成されている。

第二の枠体３３は、パッド１６の一部及びパッド１５を囲み、かつ実装領域１４の周囲を囲むように第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒ上に形成され、その中央部に発光素子２６を収容するための貫通穴２３を有し、発光素子２６の発光光束を反射する。

第二の枠体３３は、アルミナで構成される枠体ベース部１８と、枠体ベース部１８の貫通穴２３の内壁面上に形成された金属層１９とで構成されている。枠体ベース部１８は、第二の絶縁性基板１３と実質的に同一組成のセラミックスからなり、第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒ上に積層されて焼結一体化されている。
金属層１９は、枠体ベース部１８の貫通穴２３の内壁面上に形成されたＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されたメタライズ層と、このメタライズ層上にＮｉ層、Ａｇ層の順に配置された金属メッキ層とで構成されている。

なお、枠体ベース部１０、１８は、上述したアルミナ以外に、例えば、窒化アルミニウム等のセラミックス材料を適用してもよい。金属層１１、１９の一部を構成するメタライズ層は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ等の金属で形成することもできる。
金属層１１、１９の一部を構成する金属メッキ層は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、アルミニウム等の金属で構成されていてもよい。
また、第一の枠体３２全体、第二の枠体３３全体が、光反射率の高い、例えばアルミナ等の白色のセラミックスで構成されていてもよい。

本実施形態では、第一の枠体３２は、平面視で略円形の貫通穴２２を備え、外形が略正方形の枠体である。第一の枠体３２は、貫通穴２２（開口）の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴２２の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。
第二の枠体３３も、平面視で略円形の貫通穴２３を備え、外形が略正方形の枠体である。第二の枠体３３は、貫通穴２３（開口）の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴２３の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。

図２に示すように、本実施の形態では、第一の枠体３２の内周面が第一の絶縁性基板５の表面５ｒに対して傾斜して形成され、貫通穴２２の直径が上方に向かって大きくなるようになっている。なお、第一の枠体３２の内周面は、第一の絶縁性基板５の表面５ｒに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴２２の直径が上方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。
本実施の形態では、第二の枠体３３の内周面は第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒに対して傾斜して形成され、貫通穴２２の直径が下方に向かって大きくなるようになっている。第二の枠体３３の内周面は、第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴２３の直径が下方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。

外部電極１２は、発光素子２４の駆動電流が供給される電極で、第一の枠体３２の４つの外側面のうち、ヒートシンク２の突出端２１が位置している側の１つの外側面（以下、「第一の平坦部」と称する）上に形成されている。外部電極２０は、発光素子２６の駆動電流が供給される電極で、第二の枠体３３の４つの外側面のうち、ヒートシンク２の突出端２１が位置している側の１つの外側面（以下、「第二の平坦部」と称する）上に形成されている。第一の平坦部と第二の平坦部は、略同一平面上に配置されているので、第一の平坦部の表面に形成された外部電極１２と第二の平坦部の表面に形成された外部電極２０も略同一平面上に配置されている。

外部電極１２、２０は、いずれもＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されたメタライズ層上に、Ｎｉ層、Ａｇ層（又はＮｉ層、Ａｕ層）の順に配置された金属メッキ層が形成されている。
なお、外部電極１２、２０は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ等の金属からなるメタライズ層で形成してもよい。

本実施形態の発光素子収納用パッケージ１の製造方法を説明する。図３Ａ〜図３Ｆは、発光素子収納用パッケージ１の製造工程を表す断面図である。

まず、第一の絶縁性基板５となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート５ａと、第二の絶縁性基板１３となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート１３ａと、枠体ベース部１０となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート１０ａと、枠体ベース部１８となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート１８ａとを用意した（図３Ａ）。このようなセラミックスグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックス微粉末と有機結合材、可塑剤、溶剤などのセラミックススラリーを、周知のドクターブレード法を用いて得た。

セラミックスグリーンシート５ａにビア９となるべき貫通孔９ａを打ち抜き金型を用いて打ち抜き、セラミックスグリーンシート１３ａにビア１７となるべき貫通孔１７ａを打ち抜き金型を用いて打ち抜いた。セラミックスグリーンシート１０ａに貫通穴２２をテーパをつけて打ち抜き形成し、セラミックスグリーンシート１８ａに貫通穴２３をテーパをつけて打ち抜き形成した（図３Ｂ）。なお、貫通穴２２、２３は、図３Ｂに示すようにテーパをつけて打ち抜くこともできるほか、厚さ方向に垂直に打ち抜くこともできる。

セラミックスグリーンシート５ａの表面及び貫通孔９ａにメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層６ａ、７ａ、８ａ、９ｂを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート１３ａの表面及び貫通孔１７ａにメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ｂを形成した。
また、セラミックスグリーンシート１０ａの外側面の１つ（第一の平坦部）と、貫通穴２２の内周面にもメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層１１ａ、１２ａを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート１８ａの外側面の１つ（第二の平坦部）と、貫通穴２３の内周面にもメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層１９ａ、２０ａを形成した。（図３Ｃ）。グリーンシート表面への印刷には公知のスクリーン印刷方法を、貫通孔９ａ、１７ａの充填印刷には印刷面の反対側から吸引しながら印刷する方法を採用した。メタライズペーストには、ＷまたはＭｏを主成分とする金属粉末と溶剤とを混合したものを用いた。

未焼成メタライズ層６ａ、７ａ、８ａ、９ｂが形成されたセラミックスグリーンシート５ａと、未焼成メタライズ層１１ａ、１２ａが形成されたセラミックスグリーンシート１０ａとを積層し焼成すると、金属層１１の一部を構成するメタライズ層、メタライズ層で構成された実装領域６、パッド７、８、ビア９、外部電極１２が形成された、焼結一体化された第一の絶縁性基板５と第一の枠体１０が得られた。
さらに、その後、実装領域６、パッド７、パッド８（第一の絶縁性基板５の表面５ｒと枠体ベース部１０とに挟まれた領域を除く）、外部電極１２のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ（図示せず）を施し、実装領域６、パッド７、８、外部電極１２を形成した。また、金属層１１の一部を構成するメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および銀メッキ層をこの順に形成する金属メッキ（図示せず）を施して、金属層１１を形成し、第一の枠体３２を形成した。このようにして、第一のパッケージ部３が得られた（図３Ｄ）。

同様に、未焼成メタライズ層１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ｂが形成されたセラミックスグリーンシート１３ａと、未焼成メタライズ層１９ａ、２０ａが形成されたセラミックスグリーンシート１８ａとを積層し焼成すると、金属層１９の一部を構成するメタライズ層、メタライズ層で構成された実装領域１４、パッド１５、１６、ビア１７、外部電極２０が形成された、焼結一体化された第二の絶縁性基板１３と第二の枠体１８が得られた。
さらに、その後、実装領域１４、パッド１５、１６（第二の絶縁性基板１３の表面１３ｒと枠体ベース部１８とに挟まれた領域を除く）、外部電極２０のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ（図示せず）を施し、実装領域１４、パッド１５、１６、外部電極２０を形成した。また、金属層１９の一部を構成するメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および銀メッキ層をこの順に形成する金属メッキ（図示せず）を施して、金属層１９を形成し、第二の枠体３３を形成した。このようにして、第二のパッケージ部４が得られた（図３Ｄ）。

ヒートシンク２を用意した（図３Ｅ）。

第一のパッケージ部３と第二のパッケージ部４とがヒートシンク２を狭持するように、ヒートシンク２の表面と第一の絶縁性基板５の裏面５ｂ、及びヒートシンク２の裏面と第二の絶縁性基板１３の裏面１３ｂをＡｇ系ロウ材によりそれぞれ接合した（図３Ｆ）。このようにして、発光素子収納用パッケージ１が得られた。

なお、取り扱いを容易とし、多数の発光素子収納用パッケージ１を同時に効率よく製造するために、複数の発光素子収納用パッケージ１が縦横に配列された多数個取り用の基板を用いて作製することができる。多数個取り用の基板を用いて作製した場合には、例えば、上記のＡｇ系ロウ材による接合後に、多数個取り用の基板に分割溝を形成しておき、これに沿って分割したり、スライシング法等により分割線に沿って切断することにより、個々の発光素子収納用パッケージ１が得られる。

以上のように、本実施形態の両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ１は、発光素子２４の実装領域６を有する第一のパッケージ部３と発光素子２６の実装領域１４を有する第二のパッケージ部４が、ヒートシンク２を挟んで対称に配置されている。そのため、発光素子２４、２６から発せられた熱を、ヒートシンクを通じて外部に放熱することができたので、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ１の放熱性を向上させることができた。

また、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ１は、第一のパッケージ部３の底部（第一の絶縁性基板５の裏面５ｂ）及び第二のパッケージ部４の底部（第二の絶縁性基板１３の裏面１３ｂ）が、ヒートシンク２の２つの主面（表面と裏面）と、ロウ材によってそれぞれ接合されている。ヒートシンク２と、第一の絶縁性基板５や第二の絶縁性基板１３とが、熱伝導率の良いロウ材によってそれぞれ接合されるので、発光素子２４、２６から発せられた熱を、ヒートシンク２を通じて外部に放熱すること容易となり、発光素子収納用パッケージ１の放熱性を向上させることができた。

また、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ１は、発光素子２４の実装領域６の周囲を囲む第一の枠体３２と発光素子２６の実装領域１４の周囲を囲む第二の枠体３３とを備えている。そのため、第一の枠体３２及び第二の枠体３３が発光素子２４、２６の発光光束をそれぞれ反射するため、両面発光が可能な発光素子収納用パッケージ１の反射効率を高めることができた。

図４は、発光素子収納用パッケージ１を機器類の実装基板５１に実装した構造の一例を示す断面図である。発光素子収納用パッケージ１は、ヒートシンク２の突出端２１が、第一の絶縁性基板５と第二の絶縁性基板１３の外縁、及び第一の枠体３２と第二の枠体３３の外側面から突出している。このため、ヒートシンク２の突出端２１を機器類の実装基板５１に埋め込んで外部の放熱部材等(図示せず)と熱的に接触させることができた。ヒートシンク２の突出端２１を機器類の実装基板５１に埋め込んで実装することにより、発光素子収納用パッケージ１を実装基板５１に安定に固定できるとともに、実装基板５１の表面からの高さを大きく低減して全体の小型化を図ることができる。また、ヒートシンク２の突出端２１を機器類の実装基板５１に埋め込んで外部の放熱部材等と熱的に接触させることにより、放熱性の向上を図ることもできた。

また、発光素子収納用パッケージ１は、第一の枠体３２の外側面のうちの突出端２１の近傍に配置される第一の平坦部に外部電極１２が形成され、第二の枠体３３の外側面のうちの第一の平坦部と略同一平面上に配置される第二の平坦部に外部電極２０が形成されている。このため、発光素子収納用パッケージ１を、機器類の実装基板５１に実装する場合に、ヒートシンク２の突出端２１を実装基板５１に埋め込み、さらに、外部電極１２、２０がそれぞれ形成された第一の平坦部及び第二の平坦部を実装基板５１の表面上に固定することができた。そのため、発光素子収納用パッケージ１を、より安定に固定して実装基板５１に実装することが可能になった。また、外部電極１２、２０を実装基板５１の表面上に接触させて固定することができたので、実装基板５１から発光素子２４、２６の駆動電流を供給することが容易になった。

図５は、本発明の第一の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの変形例を表す上面図である。図６は、図５の発光素子収納用パッケージを図５のＢ−Ｂに沿って切断した状態を表す断面図である。この変形例は、以下の点において図１、図２に示した発光素子収納用パッケージ１と相違する。第一に、ヒートシンク２８の周縁部が、第一の絶縁性基板５と第二の絶縁性基板１３の外縁から突出する突出端２９となっている。第二に、突出端２９の表面がフィン形状で凹凸を有している。そのため、この変形例では、ヒートシンク２８の突出端２９の表面積を大きくすることができたので、前述した発光素子収納用パッケージ１と同様な効果が得られただけでなく、発光素子収納用パッケージの放熱性をより向上させることができた。

（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージ３５を表す上面図である。また、図８は、発光素子収納用パッケージ３５を図７のＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図である。図１、図２に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図７及び図８に示すように、本実施形態の発光素子収納用パッケージ３５は、ヒートシンク３６と、第一のパッケージ部３７と、第二のパッケージ部３８とで構成されている。

図７及び図８では、発光素子２４が、第一のパッケージ部３７に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ２５ａを介してパッド８と電気的に接続され、パッド８は、外部電極１２と電気的に接続されている。
発光素子２６は、第二のパッケージ部３８に実装されるとともに、金線からなるボンディングワイヤ２７ａを介してパッド１６と電気的に接続され、パッド１６は、外部電極２０と電気的に接続されている。
さらに、発光素子２４は、金属製のヒートシンク３６を介して発光素子２６と電気的に接続されている。

本実施形態の発光素子収納用パッケージ３５は、以下の点において第一の実施形態での発光素子収納用パッケージ１と相違する。第一に、第一のパッケージ部３７の第一の絶縁性基板３９がその中央部に貫通孔４９を備え、第二のパッケージ部４３の第二の絶縁性基板４３がその中央部に貫通孔５０を備えている。第二に、ヒートシンク３６が、基体部３６ａと、凸部３６ｂ、３６ｃと、突出部３６ｄとに区分できる。第三に、凸部３６ｂは貫通孔４９に挿入され、凸部３６ｂの上面は発光素子２４の実装領域とされ、凸部３６ｃは貫通孔５０に挿入され、凸部３６ｃの下面は発光素子２６の実装領域とされている。第四に、第一の絶縁性基板３９の裏面３９ｂとヒートシンク３６の基体部３６ａの上面との接合面積や、第二の絶縁性基板４３の裏面４３ｂとヒートシンク３６の基体部３６ａの下面との接合面積が小さくされている。第五に、第一の枠体４１全体と第二の枠体４５全体は、アルミナからなる白色のセラミックスで構成され、第一の枠体４１の内周面と、第二の枠体４５の内周面が反射面となっている。

ヒートシンク３６は、基体部３６ａと、凸部３６ｂ、３６ｃと、突出部３６ｄとに区分できる。基体部３６ａの上面、下面の面積は、第一の絶縁性基板３９や第二の絶縁性基板の裏面３９ｂ、４３ｂの面積よりも小さく形成されている。
凸部３６ｂは、基体部３６ａの上面上に配置され、基体部３６ａよりも第一の絶縁性基板３９の表面に略平行な方向の幅が狭く、第一の絶縁性基板３９の貫通孔４９に挿入され、その上面を発光素子２４の実装領域としている。
凸部３６ｃは、基体部３６ａの下面上に配置され、基体部３６ａよりも第一の絶縁性基板３９の表面に略平行な方向の幅が狭く、第二の絶縁性基板４３の貫通孔５０に挿入され、その下面を発光素子２６の実装領域としている。

突出部３６ｄは、基体部３６ａよりも第一の絶縁性基板３９の表面に垂直な方向の幅が狭く、第一の絶縁性基板３９の裏面３９ｂや第二の絶縁性基板４３の裏面４３ｂとは接触せずに突出する部分である。また、突出部３６ｄは、平面視で四角形の第一の絶縁性基板３９と第二の絶縁性基板４３の一側面から突出する突出端４８を有している。
ヒートシンク３６は、Ｃｕで構成されている。ヒートシンク３６の構成材料としては、上述したＣｕ以外に、例えば、Ｃｕ合金、ＫＯＶＡＲ等を適用してもよい。ヒートシンク３６は、発光素子２４、２６から発せられた熱を外部に放熱する。

第一のパッケージ部３７は、第一の絶縁性基板３９と、パッド８と、第一の枠体４１と、外部電極１２とで構成されている。第二のパッケージ部３８は、第二の絶縁性基板４３と、パッド１６と、第二の枠体４５と、外部電極２０とで構成されている。
本実施の形態では、第一のパッケージ部３７と第二のパッケージ部３８は、同じ構造であり、ヒートシンク３６を挟んで対称に配置されている。なお、第一のパッケージ部３７と第二のパッケージ部３８を、異なる構造としてもよく、また、ヒートシンク３６を挟んで対称に配置しなくてもよい。

第一の絶縁性基板３９は、その中央に平面視で略円形の貫通孔４９を備え、その外形は平面視が四角形で所要の厚みを有する直方体を呈し、アルミナを主成分とするグリーンシートを焼成した板状のものである。第二の絶縁性基板４３は、その中央に平面視で略円形の貫通孔５０を有しており、その外形は平面視が四角形で所要の厚みを有する直方体を呈し、アルミナを主成分とするグリーンシートを焼成した板状のものである。
貫通孔４９は、第一の絶縁性基板３９の表面３９ｒと裏面３９ｂとの間を貫通するように形成され、貫通孔５０は、第二の絶縁性基板４３の表面４３ｒと裏面４３ｂとの間を貫通するように形成されている。
なお、貫通孔４９、５０の形状が、平面視で略正方形としてもよい。

第一の絶縁性基板３９、第二の絶縁性基板４３の構成材料としては、上述したアルミナ以外に例えば、ガラス−アルミナ系のガラス−セラミックや窒化アルミニウム等のセラミックス材料を適用してもよいし、エポキシ樹脂等の各種樹脂を適用してもよい。
また、第一の絶縁性基板３９、第二の絶縁性基板４３の形状は、例えば、平面視で円形、楕円形、三角形、多角形の平板であってもよい。

第一の絶縁性基板３９の裏面３９ｂは、ヒートシンク３６の基体部３６ａの上面のみとＡｇ系ロウ材により接合され、第二の絶縁性基板４３の裏面４３ｂは、ヒートシンク４９の基体部３６ａの下面のみとＡｇ系ロウ材により接合されている。基体部３６ａの上面、下面の面積は、第一の絶縁性基板３９や第二の絶縁性基板４３の裏面３９ｂ、４３ｂの面積よりも小さい。そのため、第一の絶縁性基板３９の裏面３９ｂと基体部３６ａの上面との接合面積や、第二の絶縁性基板４３の裏面４３ｂと基体部３６ａの下面との接合面積が小さくなっている。
なお、ロウ材としては、上述したＡｇ系ロウ材以外に例えば、ニッケル系、アルミニウム系等のロウ材を適用してもよい。
なお、凸部３６ｂの側面と貫通孔４９の内壁面、及び凸部３６ｃの側面と貫通孔５０の内壁面は、接合されておらず空間となっている。

本実施の形態では、第一の絶縁性基板３９と第二の絶縁性基板４３の外縁、及び第一の枠体４１と第二の枠体４５の外側面は、略同一平面上に配置されている。

第一の枠体４１は、パッド８の一部を囲み、かつ凸部３６ｂを囲むように第一の絶縁性基板５の表面５ｒ上に形成され、その中央部に発光素子２４を収容するための貫通穴４７を有している。第一の枠体４１は、アルミナからなる白色のセラミックスで構成され、第一の枠体の内周面が反射面となって発光素子２４の発光光束を反射する。
第一の枠体４１は、第一の絶縁性基板３９の表面３９ｒ上に焼結一体化され、第一の絶縁性基板３９の貫通孔４９と第一の枠体４１の貫通穴４７は連通している。

第二の枠体４５は、パッド１６の一部を囲み、かつ凸部３６ｃを囲むように第二の絶縁性基板４３の表面４３ｒ上に形成され、その中央部に発光素子２６を収容するための貫通穴４８を有している。第二の枠体４５は、アルミナからなる白色のセラミックスで構成され、第二の枠体の内周面が反射面となって発光素子２６の発光光束を反射する。
第二の枠体４５は、第二の絶縁性基板４３の表面４３ｒ上に焼結一体化され、第二の絶縁性基板４３の貫通孔５０と第二の枠体４５の貫通穴４８は連通している。

なお、第一の枠体４１、第二の枠体４５は、例えば、アルミナ等のセラミックス材料でベース部を構成し、このベース部の表面に、例えば、ＷまたはＭｏを主成分とする金属で構成されるメタライズ層を形成し、このメタライズ層上に、例えば、Ｎｉ層、Ａｇ層の順に配置される金属メッキ層を施してもよい。

本実施形態では、第一の枠体４１は、平面視で略円形の貫通穴４７を備え、外形が略正方形の枠体である。第一の枠体４１は、貫通穴４７（開口）の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴４７の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。
第二の枠体４５も、平面視で略円形の貫通穴４８を備え、外形が略正方形の枠体である。第二の枠体４５は、貫通穴４８（開口）の形状が平面視で略楕円形としてもよく、貫通穴４８の平面視での形状と外形の形状が同じ枠体としてもよい。

図８に示すように、本実施の形態では、第一の枠体４１の内周面が第一の絶縁性基板３９の表面３９ｒに対して傾斜して形成され、貫通穴４７の直径が上方に向かって大きくなるようになっている。なお、第一の枠体４１の内周面は、第一の絶縁性基板３９の表面３９ｒに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴４７の直径が上方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。
本実施の形態では、第二の枠体４５の内周面も第二の絶縁性基板４３の表面４３ｒに対して傾斜して形成され、貫通穴４８の直径が下方に向かって大きくなるようになっている。第二の枠体４５の内周面は、第二の絶縁性基板４３の表面４３ｒに対して垂直に形成されてもよく、貫通穴４８の直径が下方に向かって小さくなるように傾斜して形成されてもよい。

外部電極１２は、発光素子２４の駆動電流が供給される電極で、第一の枠体４１の４つの外側面のうち、ヒートシンク３６の突出端４８が位置している側の１つの外側面（以下、「第一の平坦部」と称する）上に形成されている。外部電極２０は、発光素子２６の駆動電流が供給される電極で、第二の枠体４５の４つの外側面のうち、ヒートシンク３６の突出端４８が位置している側の１つの外側面（以下、「第二の平坦部」と称する）上に形成されている。第一の平坦部と第二の平坦部は、略同一平面上に配置されているので、第一の平坦部の表面に形成された外部電極１２と第二の平坦部の表面に形成された外部電極２０も略同一平面上に配置されている。

本実施形態の発光素子収納用パッケージ３５の製造方法を説明する。図９Ａ〜図９Ｆは、発光素子収納用パッケージ３５の製造工程を表す断面図である。

まず、第一の絶縁性基板３９となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート３９ａと、第二の絶縁性基板４３となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート４３ａと、第一の枠体４１となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート４１ａと、第二の枠体４５となるべきアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスグリーンシート４５ａとを用意した（図９Ａ）。このようなセラミックスグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックス微粉末と有機結合材、可塑剤、溶剤などのセラミックススラリーを、周知のドクターブレード法を用いて得た。

セラミックスグリーンシート３９ａに貫通孔４９を打ち抜き金型を用いて打ち抜き、セラミックスグリーンシート４３ａに貫通孔５０を打ち抜き金型を用いて打ち抜いた。セラミックスグリーンシート４１ａに貫通穴４７をテーパをつけて打ち抜き形成し、セラミックスグリーンシート４５ａに貫通穴４８をテーパをつけて打ち抜き形成した（図９Ｂ）。なお、貫通穴４７、４８は、図９Ｂに示すようにテーパをつけて打ち抜くこともできるほか、厚さ方向に垂直に打ち抜くこともできる。

セラミックスグリーンシート３９ａの表面にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層８ａを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート４３ａの表面にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層１６ａを形成した。
また、セラミックスグリーンシート４１ａの外側面の１つ（第一の平坦部）にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層１２ａを形成した。同様に、セラミックスグリーンシート４５ａの外側面の１つ（第二の平坦部）にメタライズペーストを印刷し、焼成後にメタライズ層となる未焼成メタライズ層２０ａを形成した。（図９Ｃ）。グリーンシート表面への印刷には公知のスクリーン印刷方法を採用した。メタライズペーストには、ＷまたはＭｏを主成分とする金属粉末と溶剤とを混合したものを用いた。

未焼成メタライズ層８ａが形成されたセラミックスグリーンシート３９ａと、未焼成メタライズ層１２ａが形成されたセラミックスグリーンシート４１ａとを積層し焼成すると、メタライズ層で構成されたパッド８、外部電極１２が形成された、焼結一体化された第一の絶縁性基板３９と第一の枠体４１が得られた。
さらに、その後、パッド８（第一の絶縁性基板３９の表面３９ｒと第一の枠体４１とに挟まれた領域を除く）、外部電極１２のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ（図示せず）を施し、パッド８、外部電極１２を形成した。このようにして、第一のパッケージ部３７が得られた（図９Ｄ）。

同様に、未焼成メタライズ層１６ａが形成されたセラミックスグリーンシート４３ａと、未焼成メタライズ層２０ａが形成されたセラミックスグリーンシート４５ａとを積層し焼成すると、メタライズ層で構成されたパッド１６、外部電極２０が形成された、焼結一体化された第二の絶縁性基板４３と第二の枠体４５が得られた。
さらに、その後、パッド１６（第二の絶縁性基板４３の表面４３ｒと第二の枠体４５とに挟まれた領域を除く）、外部電極２０のメタライズ層上に、電解メッキ法により、ニッケルメッキ層および金メッキ層をこの順に形成する金属メッキ（図示せず）を施し、パッド１６、外部電極２０形成した。このようにして、第二のパッケージ部３８が得られた（図９Ｄ）。

ヒートシンク３６を用意した（図９Ｅ）。

ヒートシンク３６の凸部３６ｂが、第一の絶縁性基板３９の貫通孔４９に挿入され、ヒートシンク３６の基体部３６ａの上面と第一の絶縁性基板３９の裏面３９ｂとをＡｇ系ロウ材により接合した。ヒートシンク３６の凸部３６ｃが、第二の絶縁性基板４３の貫通孔５０に挿入され、ヒートシンク３６の基体部３６ａの下面と第二の絶縁性基板４３の裏面４３ｂとをＡｇ系ロウ材により接合した（図９Ｆ）。このようにして、発光素子収納用パッケージ３５が得られた。

なお、前述したように、多数個取り用の基板を用いて作製し、分割して、個々の発光素子収納用パッケージ３５を得てもよい。

以上のように、本実施形態の発光素子収納用パッケージ３５も、突出端４８を有するヒートシンク３６と、第一の枠体４１及び第一の平坦部に形成された外部電極１２を有する第一のパッケージ部３７と、第二の枠体４５及び第二の平坦部に形成された外部電極２０を有する第二のパッケージ部３８とで構成されているため、第１の実施形態での発光素子収納用パッケージ１と同様の効果を得ることができた。
発光素子収納用パッケージ１と同様の効果に加えて、発光素子２４、２６がヒートシンク３６に直接実装されるため、発光素子収納用パッケージ３５の放熱性をさらに向上させることができた。
さらに、第一の絶縁性基板３９とヒートシンク３６との接合面積や、第二の絶縁性基板４３とヒートシンク３６との接合面積が小さくされている。そのため、これらをロウ付けにより接合しても、熱膨張係数の違いによる接合時の残留応力が緩和され、クラック発生等を低減できるので、発光素子収納用パッケージ３５の耐久性を向上させることができた。

（その他の実施形態）
本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明の実施形態は、上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、発光素子収納用パッケージ１、３５に実装される発光素子２４、２６としては、図１等に例示した発光ダイオード（ＬＥＤ）だけでなく、レーザーダイオード（ＬＤ）等の他の発光素子を適用することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを表す上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを図１のＡ−Ａに沿って切断した状態を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを機器類の実装基板に実装した構造の一例を示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの変形例を表す上面図である。 図５の発光素子収納用パッケージを図５のＢ−Ｂに沿って切断した状態を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを表す上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージを図７のＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子収納用パッケージの製造工程を表す断面図である。

符号の説明

１，３５…発光素子収納用パッケージ、２，２８，３６…ヒートシンク、３，３０，３７…第一のパッケージ部、４，３１，３８…第二のパッケージ部、５，３９…第一の絶縁性基板、６，１４…実装領域、７，８，１５，１６…パッド、９，１７…ビア、１０，１８…枠体ベース部、１１，１９…金属層、１２，２０…外部電極、１３，４３…第二の絶縁性基板、２１，２９，４８…突出端、２２，２３，４７，４８…貫通穴、２４，２６…発光素子、２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ…ボンディングワイヤ、３２，４１…第一の枠体、３３，４５…第二の枠体、３６ａ…基体部、３６ｂ，３６ｃ…凸部、３６ｄ…突出部、４９，５０…貫通孔、５１…実装基板。

Claims (6)

1. ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを挟んで対向するように接合され、発光素子と電気的に接続されるパッドをそれぞれ備えた第一及び第二の絶縁性基板と、
   を具備することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 前記第一及び第二の絶縁性基板と前記ヒートシンクとがロウ材によりそれぞれ接合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ジ。
3. 前記第一の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第一の絶縁性基板上に配置される第一の枠体と、
   前記第二の絶縁性基板上の前記パッドの少なくとも一部を囲み、前記第二の絶縁性基板上に配置される第二の枠体と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子収納用パッケージ。
4. 前記ヒートシンクが、前記第一及び第二の絶縁性基板の外縁から突出する突出端を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージ。
5. 前記突出端の少なくとも一部が前記第一および前記第二の枠体の外側面から突出していることを特徴とする請求項４に記載の発光素子収納用パッケージ。
6. 前記第一の枠体の外側面が、前記突出端の近傍に配置される第一の平坦部を有し、
   前記第二の枠体の外側面が、前記第一の平坦部と略同一平面上に配置される第二の平坦部を有していることを特徴とする請求項５に記載の発光素子収納用パッケージ。

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