JP2008218678A

JP2008218678A - 発光装置

Info

Publication number: JP2008218678A
Application number: JP2007053594A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nishijima; 慎二西島; Takahiro Amo; 隆裕天羽; Satoshi Okada; 岡田　　聡; Hiroto Tamaoki; 寛人玉置
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-05
Also published as: JP5200394B2

Abstract

【課題】信頼性の高い発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージと、前記放熱体の上面に載置された発光素子と、を有する発光装置であって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とする発光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置およびその製造方法に係り、特に発光素子からの発熱を有効に放熱する構造を有する発光装置およびその製造方法に関する。

各種光源として使用される発光装置には、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）や半導体レーザなどの発光素子が利用されている。このような発光素子は、通電により発光する際に熱を生じる。特に、高精細な表示装置などを得ようとする場合に、これらの発光素子を搭載した発光装置を基板等に高密度に実装すると、発光素子から発生する熱により装置自体の特性が悪化したり、周囲の部材や部品に熱的悪影響を与えたりすることになる。

そこで、従来の発光装置として以下の構成を有するものがある。例えば、特許文献１（図２０）には、基体１４０に形成された貫通孔１２１にヒートシンク１３０ａが挿入された発光装置が開示されている。ヒートシンク１３０ａの上面には、熱伝導性の高いサブマウント１３０ｂが、貫通孔１２１の内部に収納されるように設けられている。サブマウント１３０ｂの上面には、発光ダイオード１１０が載置されている。これにより、発光ダイオード１１０から発生した熱をサブマウント１３０ｂ、ヒートシンク１３０ａ、及び、発光装置が配置される配線基板（図示しない）を介して外部に逃がすことができ、発光装置が熱などにより劣化することを防止することができる。

特開２００７−１２７６４号公報

しかしながら、基体１４０に形成された貫通孔１２１に放熱体１３０（ヒートシンク１３０ａおよびサブマウント１３０ｂ）を挿入して接合した場合、放熱体１３０の側面と、貫通孔１２１が形成された基体１４０の内側面（貫通孔１２１の内壁）とが、離間した状態となる。つまり、放熱体１３０は、基体１４０との間に溝部１２１が形成されており、基体１４０とは接合部１４１のみで接していることになる。
このため、例えば半田等を用いて回路基板等に実装する際および実装した後の使用時において、溶融半田または発光素子１１０から生じる熱応力や、外部からの物理的な応力などが接合部１４１にのみ集中してしまい、発光装置の強度が非常に弱くなってしまう問題が発生する。
さらに、放熱体１３０は、基体１４０に形成された貫通孔１２１に挿入され接合されるため、貫通孔１２１の径を放熱体１３０の径よりも大きくする必要がある。このため、放熱体１３０が所定の位置よりもズレたり、回転した状態で接合されてしまうといった問題も発生する。
これらの問題を解決するために、単に放熱体１３０の側面と基体１４０の内側面とが離間しないように、貫通孔１２１の径を小さくする（放熱体１３０と貫通孔１２１との径を合わせる）ことが考えられる。しかし、製造工程上、基体１４０の内側面にバリが発生したり、基体１４０ごとに形成された貫通孔１２１の径に個体差が発生したりするため、放熱体１３０を貫通孔１２１に挿入できないといった問題が発生する。
また、挿入できたとしても、放熱体１３０と基体１４０とを接合する際、または、発光装置を使用する際の熱に起因する放熱体１３０の変形などにより、放熱体１３０が勘合された基体１４０の内側面に応力が集中する。これにより、基体１４０にクラックが起こるといった問題も発生する。

そこで、本発明は、これらの問題を解決した信頼性の高い発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、前記課題は次の手段により解決される。

本発明の発光装置は、放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージと、前記放熱体の上面に載置された発光素子と、を有する発光装置であって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とする。これにより、信頼性の高い発光装置を得ることができる。

上記発光装置において、前記突部は、前記放熱体を挟むように対向して設けることもできる。これにより、熱応力および外部応力を安定して突部へ逃がすことができる。
前記突部は、第１の一対の突部および第２の一対の突部を有し、前記放熱体の上面側からみて、前記第１の一対の突部は、前記第２の一対の突部と異なる位置に設けることもできる。これにより、一つの突部にかかる熱応力および外部応力を減らすことができるため、各応力をさらに安定して突部へ逃がすことができる。
また、前記溝部内における前記基体の側面には、第１の突部および第２の突部からなる前記一対の突部に加え、第３の突部を有しており、前記第１の突部および前記第２の突部は、前記第３の突部が突出された方向に伸びる線に対して対向する位置に設けることもできる。これにより、一つの突部にかかる熱応力および外部応力を減らすと共に、放熱体に対して突部のバランスを容易にとることができるため、各応力をさらに安定して突部へ逃がすことができる。
前記放熱体は、その側面に段差を有するように突出した突出面を有し、前記突部は、前記突出面に向かって突出していることが好ましい。これにより、放熱体にかかる熱応力および外部応力をさらに緩和することができる。
前記放熱体は、その上面の形状が円形状または四角形状であることが好ましい。これにより、放熱体に対して突部の効果が有効に作用し、さらに信頼性の高い発光装置を得ることができる。

本発明のパッケージは、放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージであって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とする。これにより、信頼性の高いパッケージを得ることができる。

本発明の発光装置の製造方法は、放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージと、前記放熱体の上面に載置された発光素子と、を有する発光装置であって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とする発光装置の製造方法であって、内側面に少なくとも一つの突部を有するように貫通孔が形成された前記基体に、前記放熱体を挿入して接合する第1の工程と、前記放熱体の上面に前記発光素子を接着する第２の工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。これにより、所定の位置からズレたり、回転したりすることなく放熱体を貫通孔に挿入し固定することができるため、発光素子を載置する際の位置決めを容易にすることができる。

本発明のパッケージの製造方法は、放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージであって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とするパッケージの製造方法であって、内側面に少なくとも一つの突部を有するように貫通孔が形成された前記基体に、前記放熱体を挿入して接合する工程を有することを特徴とする。これにより、所定の位置からズレたり、回転したりすることなく放熱体を貫通孔に挿入し固定することができる。

本発明によれば、信頼性の高い発光装置およびその製造方法を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る発光装置は、以下の構成を採る。図１乃至４は、第１の実施の形態に係る発光装置を示す概略図である。図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の概略斜視図を示す。図２は、第１の実施の形態に係る発光装置の概略平面図を示す。図３は、第１の実施の形態に係る発光装置の概略平面図（図２）におけるＡ−Ａ線にて切断した際に得られる概略断面図を示す。図４は、第１の実施の形態に係る発光装置の概略底面図を示す。

第１の実施の形態に係る発光装置は、発光素子１０と接着部材２０と放熱体３０と基体４０と透光性部材５０と導電性部材６１、６２とワイヤ７０とを備えて構成されている。
本実施の形態において、パッケージは、放熱体３０の周囲に基体４０が設けられており、放熱体３０と基体４０とが接する部分４１にて接着部材２０により固着されている。パッケージである基体４０と放熱体３０との間には溝部２１が形成されており、溝部（貫通孔）２１内における基体４０の側面（基体４０の内側面）には、放熱体３０に向かって突出された少なくとも一つの突部８０を有している。発光素子１０は、放熱体３０の上面にダイボンド部材（図示しない）を介して固着されている。基体４０は、その表面に導電性部材６１、６２が形成され、導電性部材６１、６２は発光素子１０の電極と電気的に接続されている。本例では、発光素子１０の電極と導電性部材６１、６２とはワイヤ７０により接続されている。パッケージの上面には、発光素子１０、ワイヤ７０を少なくとも封止するように透光性部材５０が設けられている。このとき、透光性部材５０には、蛍光体（図示しない）を含有させることができ、少なくとも発光素子１０の周辺に蛍光体が沈降するように配置される方が好ましい。

パッケージは、本例では、上面の形状が略四角形状である放熱体３０と、略中央領域に放熱体貫通用の貫通孔（溝部）２１が形成された基板４０とを具備する。そして、放熱体３０は、その上面が基体４０の上面より突出するように貫通孔２１に挿入され、貫通孔２１の内壁（基体４０の内側面）と接着部材２０を用いて部分的に接合されている。
基体４０は、その内側面に突部８０を有しており、突部８０が放熱体３０を挟むように対向して設けられている。突部８０は、本例では図２に示すように、それぞれが放熱体３０の隣り合う２つの側面に添うように、放熱体３０の角部に向かって対向して延びている。さらに、図３に示すように、突部８０は、その上面が基体４０の上面と略水平となるような位置に設けられている。
また、図８に示すように、放熱体３０の上面の形状を円形状にすることもできる。このとき、突部８０は、その先端部を放熱体３０の側面形状にあわせて略円形状とするほうが、放熱体３０を安定して補助することができるため好ましい。
また、基体４０は、一対の対向する側面に上下方向に貫通する切り欠き部４２を有し、表面には導電性部材６１、６２がパターン形成されており、基体４０の下面側において導電性部材６１、６２の下面は放熱体３０の下面と略水平である。

ただし、本願発明における「挟むように対向する」とは、必ずしも挟持のことではなく、位置関係を示すものである。また、本願発明における「対向」とは、完全に向かい合った状態を示しているのではなく、位置が多少ずれていても良いものとする。

以上の構成より、第１の実施の形態に係る発明は、半田等を用いて回路基板等に実装する際および実装した後の使用時において、溶融半田または発光素子１０によって生じる熱応力や、外部からの物理的な応力などが接合部２０のみに集中することを抑制することができる。つまり、熱応力や外部応力を突部８０にも逃がすことができるため、接合部２０にかかる負担を減らし、放熱体３０と基体４０とが分離するなどの問題を防止することができる。また、突部８０は、放熱体３０を挟むように対向して設けられることにより、さらに安定して各応力を突部８０へ逃がす（放熱体３０を安定して補助する）ことができる。
さらに、従来のように放熱体３０の周囲を完全に基体４０で覆うのではなく、放熱体３０と基体４０との間に溝部２１を部分的に形成しているため、熱に起因する放熱体３０の変形により基体４０の内側面にかかる応力を溝部２１へ逃がすことができ、基体４０にクラックが発生することを防止することができる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る発光装置の概略平面図を、図５乃至７に示す。また、第２の実施の形態に係る発光装置は、突部８０の配置または放熱体３０の形状以外は、第１の実施の形態と実質的に同様の構造を有している。なお、同じ構造については説明を省略する部分もある（以下の実施の形態および実施例でも同様とする）。

第２の実施の形態に係る発明は、発光素子１０と接着部材２０と放熱体３０と基体４０と透光性部材５０と導電性部材６１、６２とワイヤ７０とを備えて構成されている。
本実施の形態におけるパッケージは、放熱体３０の周囲に基体４０が設けられており、基体４０と放熱体３０との間に溝部２１が形成されている。溝部２１内における基体４０の側面（基体４０の内側面）には、放熱体３０に向かって突出された第１の一対の突部および第２の一対の突部を有しており、放熱体３０の上面側からみて、第１の一対の突部は、第２の一対の突部と異なる位置に設けられている。
これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、突部８０を４つに増やすことにより、一つの突部にかかる熱応力および外部応力を減らし、各応力を安定して突部へ逃がすことができる。このため、各応力が一箇所に集中することをさらに抑制し、より信頼性の高い発光装置を提供することができる。
また、図９、図１２に示すように、放熱体３０の上面からみた形状を円形状や六角形状とすることもできる。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態に係る発光装置の概略平面図を、図１０、図１１に示す。また、第３の実施の形態に係る発光装置は、突部８０の配置または放熱体３０の形状以外は、第１の実施の形態と実質的に同様の構造を有している。

第３の実施の形態に係る発明は、発光素子１０と接着部材２０と放熱体３０と基体４０と透光性部材５０と導電性部材６１、６２とワイヤ７０とを備えて構成されている。
本実施の形態におけるパッケージは、放熱体３０の周囲に基体４０が設けられており、基体４０と放熱体３０との間に溝部２１を有している。溝部２１内における基体４０の側面（基体４０の内側面）には、第１の突部および第２の突部からなる一対の突部に加え、第３の突部を有している。第１の突部および第２の突部は、第３の突部が突出された方向に伸びる線５に対して対向する位置に設けられている。
これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、突部８０は、３点で放熱体３０を補助しているため、放熱体３０に対して突部８０のバランスを容易にとることができる。さらに、一つの突部８０にかかる熱応力および外部応力も減らすことができるため、安定して各応力を突部へ逃がすことができる。
したがって、各応力が一箇所に集中することをさらに抑制し、より信頼性の高い発光装置を提供することができる。

以下、本形態の各構成について詳述する。

（発光素子１０）
発光素子１０は、基板上にGaAlN 、ZnS 、ZnSe、SiC 、GaP 、GaAlAs、AlN 、InN 、AlInGaP 、InGaN 、GaN 、AlInGaN 等の半導体を発光層（図示しない）として形成したものが用いられる。半導体の構造としては、MIS 接合、PIN 接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造が挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。
発光装置を屋外などで使用する場合、高輝度な発光素子を形成可能な半導体材料として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましい。また、赤色ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体や、アルミニウム・インジウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましいが、用途によって種々利用することもできる。窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板はサファイヤ、スピネル、SiC 、Si、ZnO やGaN 単結晶等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを量産性良く形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましい。
発光素子１０は、所望に応じて適宜複数個用いることができ、その色の組み合わせや配列状態によっては種々の形態の発光装置を実現することができる。例えば、ドットマトリクスや直線状など種々選択することができ、これにより、実装密度が極めて高く、熱引きに優れた発光装置が得られる。また、表示装置用のフルカラ―発光装置として利用するためには、発光波長が６１０ｎｍから７００ｎｍである赤色系発光素子と、発光波長が４９５ｎｍから５６５ｎｍである緑色系発光素子と、発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍである青色系発光素子とを組み合わせることが好ましい。
また、本実施形態の発光装置において、蛍光体（図示しない）を用いて白色系などの混色光を発光させるためには、蛍光体からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、発光素子１０の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子１０と蛍光体との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、比較的紫外線により劣化され難い部材との組み合わせにより、４００ｎｍより短い紫外線領域、あるいは可視光の短波長領域を主発光波長とするＬＥＤを用いることもできる。

（ダイボンド部材図示しない）
ダイボンド部材は、発光素子１０と放熱体３０とを固定させるための部材であり、これらを接着可能な部材であれば特に限定されない。特に、熱引きを考慮すると、発光素子１０と放熱体３０との固定は、Agぺ―スト、カ―ボンペ―スト、ITO ぺ―ストあるいは金属バンプ等を用いることが好ましい。特に、発熱量の多い発光装置の場合、融点が高いことから高温下にて組織的構造が変化することが少なく、力学特性の低下が少ないAu-Sn系の共晶半田を用いることが好ましく、さらに、発光素子１０の下面と放熱体３０の上面が部分的に接合されていることが好ましい。これにより、ダイボンド部材により発光素子１０の下面から発光される光が全反射されることによる発光素子１０内部の光閉じ込めを抑制することができる。この光閉じこめの抑制は、発光素子１０の光取り出し効率を向上させることができるだけでなく、発光装置の温度上昇をも抑制することができる。

（透光性部材５０）
透光性部材５０は、発光素子１０、放熱体３０および基体４０の上面を少なくとも被覆しており、外部環境からの外力や水分などから発光素子１０を保護するものである。また、発光素子１０からの光を効率よく外部に放出させるためのものである。
このような透光性部材５０を構成する具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコ―ン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコ―ン樹脂、ポリアミドなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。高密度に発光素子１０を配置させた場合は、熱衝撃による各部材間の接合破壊を抑制するために、エポキシ樹脂、シリコ―ン樹脂やそれらを組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。
また、透光性部材５０中には、後述する蛍光体を含有させることができ、放熱体３０の上面である発光素子１０の周辺に少なくとも蛍光体を沈降させて配置させる方が好ましい。これにより、色ムラの少ない混色光を得ることができる。透光性部材５０は、蛍光体を含有させるために、耐熱性および耐光性に優れ、紫外線を含む短波長の高エネルギー光に曝されても着色劣化し難いシリコ―ン樹脂や変性シリコ―ン樹脂であることが好ましく、これにより色ズレや色ムラの発生がさらに抑制される。
また、透光性部材５０中には、視野角をさらに増やすために拡散剤（図示しない）を含有させることができる。拡散剤および蛍光体を同時に透光性部材５０に含有させる場合は、拡散剤と蛍光体とが混合された状態で沈降している方が好ましい。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。また、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることができる。

（蛍光体図示しない）
蛍光体は、発光素子１０の光を変換させるものであり、発光素子１０からの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。発光素子１０の励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有する蛍光体を使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する蛍光体も使用することができる。これらの蛍光体を種々組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。
発光素子１０からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、蛍光体として、アルミニウム酸化物系蛍光体の―種であるＹ₃ Ａ_ｌ5 Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ_0.8 Ｇｄ_0.2 ）₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｙ₃ （Ａｌ_0.8 Ｇａ_0.2 ）₅ Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃ （Ａｌ，Ｇａ）₅ Ｏ₁₂の組成式で表されるＹＡＧ蛍光体や、ＣＡ₂ Ｓｉ₅ Ｎ₈ 蛍光体が好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を―部吸収して補色となる黄色系の光を発するので、白色系の混色光を発する高出力な発光装置を比較的簡単に形成することができる。例えば、青色に発光するＧａＮ系化合物半導体を用いて、Ｙ₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂：Ｃｅ若しくは（Ｙ_0.8 Ｇｄ_0.2 ）₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂：Ｃｅの蛍光体に照射し、波長変換を行う。発光素子１０からの光と、蛍光体からの光との混合色により白色に発光する発光装置を提供することができる。

（ワイヤ７０）
ワイヤ７０は、発光素子１０と導電性部材６１、６２とを電気的に接続するものである。ワイヤ７０は、発光素子１０の電極とのオ―ミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性が良いものが求められる。熱伝導率として１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１程度以上が好ましく、より好ましくは１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１程度以上である。

（基体４０）
基体４０は、平面（上面）が略正方形である薄型直方体であり、ほぼ中央に貫通孔２１が厚さ方向に形成されている。貫通孔２１の内壁である基体４０の内側面には、少なくとも一つの突部８０が形成されている。また、貫通孔２１の平面形状は、略正方形で角部に丸みを帯びた形状をしており、貫通孔２１の縦断面は略凸形状をしている。ただし、貫通孔２１の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状でも用いることができ、特に、放熱体３０の平面の形状と略同一の形状であることが好ましい。また、基体４０の対向する―対の側面には、平面形状が略矩形で内側角部に丸みを帯びた切り欠き４２が形成されている。
基体４０に形成された貫通孔２１には、貫通孔２１を塞ぐように放熱体３０が挿入されている。言いかえると、パッケージは、放熱体３０と基体４０との間に溝部２１を有するように放熱体３０の周囲に基体４０が設けられている。放熱体３０の上面には発光素子１０が載置されている。ただし、基体４０の内側面に設けられた突部８０は、それぞれが放熱体３０に対してお互いの応力を打ち消し合うような位置に設けられていることが好ましい。これにより、放熱体３０にかかる熱応力や外部応力を突部８０へ安定して逃がすことができ、接合部４１のみに各応力が集中することを緩和することができる。また、基体４０の上面には、貫通孔２１を囲むように複数の導電性部材６１、６２が形成されている。導電性部材６１、６２は、基体４０の切り欠き４２および下面に連続的に形成されている。ここで、基体４０、貫通孔２１、突部８０および切り欠き４２の形状や個数は、目的に合わせて種々選択することができる。

基体４０の材料としては、樹脂基板や、有機物に無機物が含有されてなるガラスエポキシ基板などのハイブリッド基板、セラミック基板などの無機物基板などを用いることができる。特に、高耐熱性、高耐候性が望まれる場合、ハイブリッド基板や無機物基板を用いることが好ましい。
セラミック基板の主材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。これらの主材料に焼結助剤などが加え、焼結することでセラミック基板が得られる。例えば、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として、粘度、タルク、マグネ、シア，カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され、１５００℃から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや、原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで、焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸ガラス、コ―ジュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され、８００℃〜１２００℃での温度範囲で焼結させたセラミックス等が挙げられる。

このようなセラミック基板は、焼成前のグリーンシート段階で種々の形状をとることができる。まず、焼成前の母材であるグリーンシートに所望とする切り欠き４２、内壁に突部８０が形成された貫通孔２１が得られるように加工を施す。場合によっては多層に張り合わせる。次に、スクリーン印刷などの方法により、タングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたペースト状の材料を用いて、導電性部材６１、６２を所望とする場所にパターン形成する。このように加工された母材を焼結することにより、内壁に突部８０が形成された貫通孔２１、切り欠き４２および導電性部材６１、６２、が形成された基体４０とすることができる。

基体４０に形成されている貫通孔２１は、内壁が階段状である。これは、発光正面側から見て孔の大きさが異なる基体４０を積層接合することで形成することができる。放熱体３０は、貫通孔２１の内壁に形成された突部８０および接合部４１により、位置決めされて接合される。ここで、積層接合される基体４０のうち、上方の基体４０の貫通孔２１は上方に開口幅が大きくなるように形成し、下方の基体４０の貫通孔２１は下方に開口幅が大きくなるように形成することができる。これにより、放熱体３０との位置決めや接合面となる接合部４１を保持しつつ、基体４０の上面および下面に形成される導電性部材６１、６２と放熱体３０の側面との距離を大きくすることができる。このため、さらに小型な発光装置を歩留まり良く得ることができる。
―定の方向に開口幅が大きくなる貫通孔２１は、同様の形状に―定の方向に体積幅が大きくなった形状の刃を有する切削具を使用して、切削加工により形成することができる。あるいは、通常の貫通孔２１を形成する際に使用する切削具において、基体表面に対する当接角度を変化させることにより形成することが可能である。さらには、それぞれに貫通孔２１が形成された複数の基体４０を積層することにより、階段状の内壁面を形成する。その後、該階段状の内壁面に成型金型を押し当て平滑面とすることにより、ある―定の方向に内径が大きくなる貫通孔２１を有する基体４０を形成することができる。

突部８０は、放熱体３０の形状に応じて適宜配置および形状を変更することができる。例えば、図５乃至７、図１３に示すように、放熱体３０が略四角形であるものに対して突部８０を配置したり、図８乃至１０に示すように、放熱体３０が円形状であるものに対して突部８０を配置したり、図１１、図１２に示すように、放熱体３０が六角形状であるものに対して突部８０を配置したりすることができる。
突部８０は、放熱体３０の側面との隙間が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下となるように、溝部２１内における基体４０の側面（基体４０の内側面）に設けることが好ましい。これにより、熱応力や外部応力が基体４０の内側面または接合部４１にのみ集中することを緩和することができる。
特に、０．０３ｍｍ以上であることにより、製造工程上、基体４０の内側面（貫通孔２１の内壁）にできるバリや、各基体に個体差が発生しても放熱体３０を貫通孔２１に十分挿入できる。また、０．１ｍｍ以下であることにより、放熱体３０が所定の位置よりもズレたり、回転したりするのを十分に抑制することができる。
また、突部８０は、図１４乃至１９に示すように、基板４０の厚さ方向における位置についても適宜変更することができる。
特に、図１４、図１５に示すように、発光装置の上面側に形成された溝部２１内において、突部８０が基体４０の上面よりも低くなるように基体４０の内側面に設けることができる。これにより、透光性部材５０に含有させた蛍光体（図示しない）を沈降させる際、蛍光体が溝部２１に入り込み、放熱体３０の側面の一部が蛍光体から露出するように透光性部材５０を成形することができる。つまり、発光素子１０が載置される放熱体３０の上面部分を点光源とすることができるため、色ムラの少ない発光装置にすることができる。
さらに、図１６、図１７に示すように、突部８０は、発光装置の下面側に形成された溝部２１内における基板４０の内側面に設けることもできる。さらに、突部８０は、放熱体３０の側面が段差を有するように突出した突出面に向かって突出していることが好ましい。これにより、放熱体３０にかかる熱応力（熱ストレスによる変形）や、外部応力（ズレや回転）をさらに緩和することができる。特に、外部応力に対しては、放熱体３０の上面側からみて、放熱体３０の径の大きい突出面に向かって突部８０を設けることが好ましい。これにより、突部８０への負担を減らすことができる。
また、突部８０は、溝部２１内において、発光装置を実装する面よりも０．２ｍｍ以上の高さに設けることが好ましい。これにより、半田などを用いて発光装置を実装基板に実装する際、発光装置の下面側の溝部２１に半田フィレットを形成させることができる。これにより、実装基板との放熱性を高めることができると共に、電極間がショートすることを防止できる。
また、図１９に示すように、発光装置の上面側および下面側にある溝部２１に突部８０をそれぞれ設けたり、図１３、図１８に示すように、一つの突部８０を設けたりすることによっても本発明の効果を得ることができる。

切り欠き４２は、基体４０の上面から下面まで貫通し、平面形状が略矩形で内側角部に丸みを帯びた切り欠き４２が２つずつ形成されている。各切り欠き４２の内壁には、基体４０の上面に形成された導電性部材６１、６２が延在形成されている。このように構成された発光装置は、切り欠き４２の内壁にて外部と導通を取ることができ、発光装置の実装性を高めることができる。

また、本実施形態の発光装置は、基体４０に他の部材を複数組み立て加工し、発光装置の集合体を形成した後で個々に分割することにより、複数の発光装置を低コストで得ることができる。また、高いコントラストが要求される発光装置を形成する場合は、基体４０の母材自体にＣｒ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 などを含有させることにより、暗色系の基体４０とすることが好ましい。
また、図１４、図１６に示すように、発光素子１０を囲うように反射部材９０を基体４０に設けることができる。これにより、光の取り出し効率が向上する。

（放熱体３０）
放熱体３０は、基体４０に形成された貫通孔２１に挿入され固定されており、上面には発光素子１０が載置されている。放熱体３０の上面は、基体４０の上面より突出しており、０．０５ｍｍ以上の高低差を有するほうが好ましく、さらに好ましくは、０．１ｍｍ以上である。基体４０の下面側において、放熱体３０の下面が基体４０の下面に形成された導電性部材６１、６２の下面と略水平であるほうが好ましい。これにより、発光装置に蓄積された熱を発光装置の表面にて空気中に放熱するのではなく、発光装置を実装する配線板に効率よく熱を引き放つことにより、発光装置の温度上昇を抑制することが可能となる。放熱体３０は、基体４０に形成された貫通孔２１の内壁と部分的に接合されている（基体４０と放熱体３０との間に溝部２１が形成されている）ほうが好ましく、これにより各部材が熱ストレスにより―体性を損なうことを抑制することができる。放熱体３０の形状は、載置される発光素子１０の消費電力等に応じて十分な熱引き効果が得られる厚みおよび大きさを有していれば特に限定されない。また、放熱体３０は、上面より下面の面積が大きいほうが好ましい。これにより、放熱体３０の上面側で発光素子１０から伝達された熱を効率よく下面へ伝導することができる。特に、放熱体３０の形状を上面に対して垂直に切断した際の断面形状が略凸形状とした場合、貫通孔２１の内壁の形状も略凸形状とし、放熱体３０の第２の上面と貫通孔２１内の平面部（接合部４１）とで接合を行うことが好ましい。これにより、精度良く信頼性の高い発光装置を得ることができる。
また、放熱体３０の上面の形状は特に限定はしないが、略四角形であるほうが好ましい。これにより、透光性部材５０に含有された蛍光体を沈降させる際、発光素子１０の周囲に蛍光体を均一に堆積することができるため、色ムラを抑制することができる。
ここで、放熱体３０に用いられる材料は、熱伝導性に優れた金属を主原料とする金属材であれば特に限定されず、銅やアルミニウム、マグネシウムなどを好適に用いることができる。なお、放熱体３０の上面には、ダイボンド部材との接触面積を増大させるための多数のアンカー（図示せず）を形成しておくことが望ましい。

（接着部材２０）
放熱体３０と基体４０に形成された貫通孔２１の内壁（基体４０の内側面）との接合に用いられる接着部材２０の材料は、固着可能であれば特に限定されないが、放熱体３０の主成分が含有された接着部材２０を用いると、固着強度を高めることができる。特にセラミック基板を用いる場合、耐熱性に優れているので、高強度の接着が可能な硬ロウ接合や共晶接合により放熱体３０を固着することができる。例えば、銀と銅の合金を主原料とする銀ロウや、銅と亜鉛の合金が主材料である真鍮ロウ、アルミニウムが主原料であるアルミニウムロウ、ニッケルロウなどを用いることができる。特に、放熱体３０と基体４０の内側面との接合には、放熱体３０の主成分が含有された接着部材２０により部分的に接合することが好ましい。これにより、放熱体３０と基体４０との熱膨張係数差による残留応力を緩和することができる。

（導電性部材６１、６２）
基体４０に形成された導電性部材６１、６２は、カソード電極６１とアノ―ド電極６２とされ、基体４０の上面から下面まで連続的に形成されている。この導電性部材６１、６２の配線パターンは、発光素子の個数、種類，大きさなどにより、適宜変更することができる。導電性部材６１、６２の材料は、導電性を有していれば特に限定されず、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、タングステン、クロム、チタン，コバルト、モリブデンやこれらの合金などが挙げられる。また、導電性部材６１、６２の最表面は、搭載する発光素子１０からの光に対して高い反射率を有する部材にて被覆されていることが好ましい。基体４０の上面に形成された導電性部材６１、６２の大部分は、透光性部材５０にて被覆されていることが好ましい。これにより、発光装置の劣化を抑制することができる。また、表面に露出している導電性部材６１、６２には、酸化防止膜が形成されていることが好ましい。
基体４０の上面から溝部２１へ連続的に形成されたカソード電極６１とアノ―ド電極６２は、基体４０の下面まで延在形成されている。基体４０の下面に形成されたカソード電極６１とアノ―ド電極６２は、基体４０の側面に形成された溝部２１から基体４０の角部側へ面積が広くなるように形成されている。
これにより、本実施形態の発光装置を実装配線板（図示せず）の表面に半田実装した際、半田が放熱体３０側へ流動してショ―トすることを防ぎ、信頼性高く実装することができる。また、本実施の形態の発光装置では、カソード電極６１およびアノ―ド電極６２がそれぞれ２つずつ設けられているが、配線板の回路部形状にあわせて、カソード電極６１同士およびアノ―ド電極６２電極同士を基体４０の下両側にて連結させ、１つずつにすることも可能である。
発光素子１０を載置する放熱体３０の上面が基体４０の上面から突出していることにより、発光素子１０からの光を効率よく外部へ取り出すことができる。しかし、これらの発光素子１０、放熱体３０等を透光性部材５０により封止すると、製造時や発光時に透光性部材５０にかかる熱ストレスは、発光素子１０に集中する傾向にあり、発光素子１０と他部材との接合が破壊される恐れがある。したがって、放熱体３０の上面と透光性部材５０の外周面との成す角度は、９０度以下であることが好ましい。これにより、熱ストレスが周囲より突出して配置された発光素子１０に集中することを抑制することができる。また、このように形成された透光性部材５０から外部への光の半値角は、９０度より大きいことが好ましい。これにより、均―な光が広範囲で得られると共に、光の取り出し効率も高いので、発光装置の温度上昇を抑制することができる。

（その他）
本実施の形態の発光装置は、さらに発光素子１０の保護素子としてツェナーダイオードを設けることもできる。この場合、発光素子１０と同様に導電性部材６１、６２の表面にツェナーダイオードを載置したり、導電性部材６１、６２の表面に載置されたツェナーダイオードの上面に発光素子１０を載置する構成にすることもできる。また、基体４０の上面側に凹部を形成し、ツェナ―ダイオードを収納実装するスペ―スを設けることもできる。

＜実施例１＞
実施例１として、第１の実施の形態を用いて説明する。

実施例１は、発光素子１０と接着部材２０と放熱体３０と基体４０と透光性部材５０と導電性部材６１、６２とワイヤ７０と、蛍光体と、拡散剤とを備えて構成される。
なお、発光素子１０として窒化ガリウム系化合物半導体、接着部材２０として銀ロウ、放熱体３０として銅塊、基体４０としてセラミック基板、透光性部材５０としてシリコーン樹脂、蛍光物質１４としてＹＡＧ蛍光体、拡散剤としてシリカフィラーを用いる。
本実施例において、パッケージは、放熱体３０の周囲に基体４０が設けられ、放熱体３０と基体４０とが接する部分４１にて接着部材２０により接合される。このとき、放熱体３０の上面は、基体４０の上面よりも０．１ｍｍ以上突出するように設けられる。さらに、パッケージは、その上面側および下面側において、基体４０と放熱体３０との間に溝部２１が形成される。パッケージの上面側に形成された溝部２１内には、基体４０の側面から突出して形成された突部８０を有する。突部８０は、放熱体３０を挟むように対向して配置される。このとき、突部８０は、放熱体３０の側面との隙間を約０．３ｍｍとする。
発光素子１０は、放熱体３０の上面にＡｇペーストを介して固着される。基体４０は、その表面に導電性部材６１、６２が形成される。導電性部材６１、６２は、発光素子１０の電極とワイヤ７０により電気的に接続される。また、パッケージの上面には、発光素子１０と、ワイヤ７０とを少なくとも封止するように透光性部材５０が設けられる。このとき、透光性部材５０には、蛍光体および拡散剤（図示しない）が含有させており、少なくとも発光素子１０の周辺に蛍光体および拡散剤が混合した状態で沈降して配置される。このとき、放熱体３０は、その側面の一部に蛍光体および拡散剤から露出した部分を有する。
以上のようにして作製した発光装置は、高い信頼性を得ることができる。

以下、本実施例に係る発光装置の製造方法について詳述する。また、本実施例では、複数の発光装置を同時に製造する方法について述べるがこれに限定されず、発光装置単体を製造することもできる。

（１）
まず、基体４０の母材に複数の貫通孔２１を形成する。本実施例では、基体４０としてセラミック基板を用いる。セラミック基板の母材として、縦６．０ｍｍ、横８．０ｍｍ、厚み４００μｍの主材がアルミナからなるグリーンシートを２枚用いる。第一のグリーンシートには、突部８０が内壁に形成されるように、２．１ｍｍ角で角部に丸みを帯びた略正方形である略四角柱の第一の貫通孔を数百個打ち抜きく。
第二のグリーンシートには、平面形状が１．３ｍｍ角で角部に丸みを帯びた略正方形の略四角柱の第二貫通孔を前記第一の貫通孔と重なるように同じ個数形成する。

（２）
次に、前記母材の上面から下面まで連続した導電性部材６１、６２を形成する。本実施例では、第一のグリーンシートの下面側および第二のグリーンシートの上面側に、外部との導通を取るための配線をタングステンペーストを用いて印刷にてパターン形成する。また、第二のグリーンシートの下面において、成形体において中間平面（接合部）４１となる部分には、放熱体３０との接合強度を高めるために導電性部材を形成する。このように形成された第一のグリーンシート上に第二のグリーンシートを積層してなる積層体は、前記第一の貫通孔および第二の貫通孔が重なることにより、平面に対して垂直に切断した際の断面形状が略凸形状である貫通孔２１を複数有している。また、本実施例では、各発光装置の一対の側面にそれぞれ２つの切り欠き４２が得られるように、積層体において、平面形状が０．５ｍｍ×０．３ｍｍの矩形で角部に丸みを帯びた略長方形である略四角柱の第三の貫通孔を形成する。

（３）
次に、前記複数の貫通孔２１に、それぞれ下方から放熱体３０の下面が突出するように挿入し、接合する。つまり、内側面に少なくとも一つの突部８０を有するように貫通孔２１が形成された基体４０に、放熱体３０を挿入して接合した状態となる（第１の工程）。このとき、貫通孔２１の内壁（基体４０の内側面）に設けられた突部８０により、貫通孔２１に挿入された放熱体３０は、所定の位置からズレたり回転したりすることなく接合することができる。これにより、特に複数の発光装置を同時に製造する本実施例においては、各パッケージの個体差を容易に減らすことができため、後述する発光素子を載置する際の位置決めを容易にすることができる。
本実施例では、放熱体３０として、貫通孔２１の形状と類似でかつ一回り小さいサイズである銅塊を用いる。また、銅塊の中間平面（接合部）４１と接触する貫通孔２１の内壁には、上記第二の工程の際に予めタングステン膜が形成されていることが好ましく、これにより基体４０と放熱体３０との接合強度を高めることができる。また、銅塊の中間平面には、予めは、銀ロウが塗布されており、接合した後、タングステン膜、銅塊、および銀ロウの表面に同時に銀メッキを施す。これにより、各部材の放熱体３０の腐食を抑制することができる。このように加工されたグリーンシートを、所定の温度で焼成し、基体４０とする。所定の温度とは、８００度以上で数時間かけて焼成し、一段階で焼成するのではなく他段階で順次昇温しながら焼成することが好ましく、これにより基体４０の収縮を抑制することができる。

（４）
次に、前記放熱体３０の上面に発光素子１０を載置して（第２の工程）、発光素子１０と導電性部材６１、６２とを電気的に接続する。

発光素子１０は、青色系に発光する窒化物系半導体からなり、上面に正および負の電極をそれぞれ２対有し平面形状が６００μｍ角の略正方形である直方体ダイスを用い、下面には予めＡｕ−Ｚｎからなる共晶材料が部分的に塗布されている。このように処理された発光素子１０を金属塊３０の銀メッキ上に共晶接合した後、発光素子１０の各電極と基体４０の上面に形成された導電性部材６０とをワイヤ７０にて電気的に接合する。

（５）
次に、前記各放熱体３０単位に、蛍光体および拡散剤を含有した透光性部材を形成する。本実施例では、透光性部材５０の材料として硬性シリコーン樹脂を用い、圧縮成型にて上面が下面より面積の小さく角部に丸みを帯びた略四角柱型の透光性部材５０を形成する。成型方法はこれに限定されず、ポッティングや型抜き等が上げられる。また、本実施例において、放熱体３０の上面と透光性部材５０の外周面との成す角度は約４５度であり、発光装置から発光される光の半値角は約１２０度である。

ここで、透光性部材５０は、母材の一面に形成することも可能であるが、後工程にて基板を個々に分割する際に透光性部材５０も切断することとなる。このように切断されてなる発光装置は、側面からの水分浸透による透光性部材５０の剥がれが生じたり、透光性部材５０の側面部の透光性が低下したりするため、好ましくない。

（６）
最後に、前記（１）乃至（４）の過程にて加工された前記母材を個々の切断し、平面が
３ｍｍ角からなる実施例１に係る発光装置を得る。

本発明の発光装置は、発光素子を搭載することにより、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等における画像読取装置に利用される照明装置のみならず、照明用光源、フラッシュ用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等の種々の照明装置に利用することができる。

第１の実施の形態に係る発光装置の概略斜視図である。第１の実施の形態に係る発光装置の概略平面図である。第１の実施の形態に係る発光装置の概略平面図（図２）におけるＡ−Ａ線にて切断した際に得られる概略断面図である。第１の実施の形態に係る発光装置の概略底面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図である。本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図である。従来の発光装置の概略断面図である。

符号の説明

10…発光素子、20…接着部材、21…溝部、30…放熱体、40…基体、41…接合部、50…透光性部材、61…導電性部材（カソード電極）、62…導電性部材（アノ―ド電極）、70…ワイヤ、80…突部、90…反射部材。

Claims

放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージと、前記放熱体の上面に載置された発光素子と、を有する発光装置であって、
前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、
前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とする発光装置。
前記突部は、前記放熱体を挟むように対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記突部は、第１の一対の突部および第２の一対の突部を有し、
前記放熱体の上面側からみて、前記第１の一対の突部は、前記第２の一対の突部と異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、前記溝部内における前記基体の側面には、第１の突部および第２の突部からなる前記一対の突部に加え、第３の突部を有しており、
前記第１の突部および前記第２の突部は、前記第３の突部が突出された方向に伸びる線に対して対向する位置に設けられていることを特徴とする発光装置。
前記放熱体は、その側面に段差を有するように突出した突出面を有し、
前記突部は、前記突出面に向かって突出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の発光装置。
前記放熱体は、その上面の形状が円形状または四角形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発光装置。
放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージであって、
前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、
前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とするパッケージ。
放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージと、前記放熱体の上面に載置された発光素子と、を有する発光装置であって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とする発光装置の製造方法であって、
内側面に少なくとも一つの突部を有するように貫通孔が形成された前記基体に、前記放熱体を挿入して接合する第1の工程と、
前記放熱体の上面に前記発光素子を接着する第２の工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
放熱体の周囲に基体が設けられたパッケージであって、前記パッケージは、前記基体と前記放熱体との間に溝部を有しており、前記溝部内における前記基体の側面には、前記放熱体に向かって突出された少なくとも一つの突部を有していることを特徴とするパッケージの製造方法であって、
内側面に少なくとも一つの突部を有するように貫通孔が形成された前記基体に、前記放熱体を挿入して接合する工程を有することを特徴とするパッケージの製造方法。