JP2009038161A

JP2009038161A - 発光素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2009038161A
Application number: JP2007200262A
Authority: JP
Inventors: Masashi Tezuka; 将志手塚
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】複数個の隣接する発光素子間の光の干渉を防止すると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させる放熱性と、信頼性の高い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１２を囲繞して収納するためのキャビティ部１３を複数個有するセラミック多層基板１１と、セラミック多層基板１１の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部１３を包含して発光素子１２からの発光を反射させるための反射体１５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）等の複数個の発光素子を搭載し収納するための発光素子収納用パッケージに関し、より詳細には、発光素子からの発光を効率的に発光させることができる発光素子収納用パッケージに関する。

従来からＬＥＤ等の発光素子を収容するためには、樹脂や、セラミックで作製された発光素子収納用パッケージが用いられている。一方、一般照明や大画面液晶用バックライト、自動車用ランプ等のような高い光出力を必要とする用途の発光素子は、消費電力が大きくなり、発熱する発光素子の熱を取り除かなければ、発光素子の温度が上昇して発光効率が低下して高い光出力が得られないという問題を有している。このような発光素子を樹脂製の発光素子収納用パッケージに収納した場合には、樹脂の熱伝導率が低いために発光素子への投入電力を増加させて光出力を上げると発生する高熱を取り除くことができず、発光素子の温度が上昇して逆に高い光出力が得られないこととなっている。また、樹脂製のパッケージは、このパッケージを鉛フリー半田等で実装するとき等に更に加熱があるので、樹脂の耐熱性の問題を抱えている。更に、樹脂製のパッケージは、発光素子に紫外光を含む発光素子を多く用いるので、樹脂の耐光性（ＵＶ劣化）の問題を抱えている。そこで、最近では、発光素子収納用パッケージには、熱伝導性、耐熱性、耐光性が高く、放熱性に優れるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるセラミック製のパッケージが多く用いられるようになってきている。

一方、従来から発光素子収納用パッケージには、明るい光を得るために１つの発光素子収納用パッケージに複数個の発光素子を搭載して全体として輝度を向上させることが行われている。この発光素子収納用パッケージには、平板状のセラミック基板の上面の導体配線パターンにワイヤボンド方式や、フリップチップ方式等で複数個の発光素子を実装している。このワイヤボンド方式とは、発光素子を発光素子収納用パッケージに予め設けるダイボンドパッドに接合させた後、Ａｕ線からなるボンディングワイヤを用いて発光素子の上面に設ける電極パッドと、発光素子収納用パッケージのワイヤボンドパッドを接続させる方式である。また、フリップチップ方式とは、発光素子の下面に設ける電極パッドに予めＡｕ−Ｓｎ等のろう材を蒸着して、このろう材を介して発光素子収納用パッケージの電極端子パッドに直接発光素子を接続させるようにして発光素子の上面側を解放する方式である。あるいは、フリップチップ方式とは、発光素子の下面に設ける電極パッドに電解めっき法や、転写バンプ法や、ボールボンディング法等でＡｕバンプを形成し、このＡｕバンプを介して発光素子収納用パッケージの電極端子パッドに直接発光素子を接続させるようにして発光素子の上面側を解放させる方式である。上記のワイヤボンド方式は、発光素子の上面側にボンディングワイヤが存在することとなり、発光素子からの発光を遮るように作用して発光素子からの発光効率を低下させることとなるので、発光効率の低下を防止するためには、発光素子の上面側を解放させるフリップチップ方式が有利となっている。そして、発光素子収納用パッケージには、複数個の発光素子を囲繞するように反射体が設けられ、全体として輝度を向上させることが行われている。

従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子をフリップチップ方式で接合するキャビティ部を複数個有する回路基板のキャビティ部の壁面を反射面として、発光素子からの発光効率を向上させることができるようにするパッケージが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子をワイヤボンド方式で接合するキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板のキャビティ部に設ける反射体の壁面を反射面として、発光素子からの発光効率を向上させることができるようにするパッケージが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
更に、従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子を容易に位置決めして配列して接合するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板の壁面が垂直からなるキャビティ部に押圧して実装することができるにするパッケージが開示されている（例えば、特許文献４参照）。

特開平１１−１６１１９７号公報特開２００４−３３５５１８号公報特開２００６−９３５２３号公報

しかしながら、前述したような従来の発光素子収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）複数個の発光素子を平板状の同一面にフリップチップ方式で実装する発光素子収納用パッケージは、隣接する発光素子間で光の干渉が発生し、光が吸収されて全体としての輝度の低下となっている。
（２）特開平１１−１６１１９７号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、フリップチップ方式で発光素子の上面側を解放して発光効率を向上させることができると共に、隣接する発光素子間で光の干渉を防止して光の吸収のない発光を前方に発光させることができるものの、キャビティ部がプリント基板に形成されて熱伝導率が低く発光素子の放熱性と、耐熱性が低くパッケージとしての信頼性に問題があると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができなくなっている。
（３）特開２００４−３３５５１８号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、隣接する発光素子間で光の干渉を防止して光の吸収のない発光を前方に発光させることができるものの、ワイヤボンド方式で発光素子の上面側のボンディングワイヤの存在で発光効率を低下させると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができなくなっている。
（４）特開２００６−９３５２３号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、隣接する発光素子間で光の干渉を防止して光の吸収のない発光をさせることができると共に、フリップチップ方式で発光素子の上面側を解放して発光効率を向上させることができるものの、壁面が垂直からなるキャビティ部で発光を前方に発光させる反射効率が低いと共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができなくなっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、複数個の隣接する発光素子間の光の干渉を防止すると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させる放熱性と、信頼性の高い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。

前記目的に沿う本発明に係る発光素子収納用パッケージは、発光素子を囲繞して収納するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板と、セラミック多層基板の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部を包含して発光素子からの発光を反射させるための反射体を有する。

ここで、上記の発光素子収納用パッケージは、キャビティ部の壁面、及び反射体内周側の反射面が上方側の開口を広くするテーパー状からなるのがよい。

また、上記の発光素子収納用パッケージは、反射体の高さがキャビティ部の深さより大きいのがよい。

請求項１又はこれに従属する請求項２又は３記載の発光素子収納用パッケージは、発光素子を囲繞して収納するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板と、セラミック多層基板の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部を包含して発光素子からの発光を反射させるための反射体を有するので、隣接する発光素子間の光の干渉をセラミック多層基板に形成するキャビティ部で防止すると共に、熱伝導率が高く放熱性に優れ、耐熱性が高く信頼性に優れるセラミック多層基板で放熱性と、信頼性を確保し、しかも、セラミック多層基板の上面外周部に設ける複数個のキャビティ部を包含する反射体で複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができる。

特に、請求項２記載の発光素子収納用パッケージは、キャビティ部の壁面、及び反射体内周側の反射面が上方側の開口を広くするテーパー状からなるので、発光素子からの発光を前方に集中させて発光させることができ、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができる。

特に、請求項３記載の発光素子収納用パッケージは、反射体の高さがキャビティ部の深さより大きいので、複数個の発光素子の発光を効率的に反射させて発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージ１０は、熱伝導率に優れ、放熱性のよいセラミック多層基板１１を基体として用いている。このセラミック多層基板１１は、形状を限定するものではないが、外形形状が、例えば、平面視して矩形からなり、中央部にＬＥＤ等の発光素子１２を囲繞して収納するための、例えば、平面視して円形からなるキャビティ部１３を複数個有している。このセラミック多層基板１１には、通常、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、低温焼成セラミック等からなる複数枚のセラミックグリーンシートが用いられ、キャビティ部１３用の貫通孔を形成した１又は複数枚のセラミックグリーンシートと、平板状の１又は複数枚のセラミックグリーンシートが重ね合わされて積層され、焼成して形成されている。このキャビティ部１３は、そこに収納される発光素子１２からの発光の側部側への広がりを壁面１４で制限でき、隣接する発光素子１２間の光の干渉、即ち光の吸収によって発生する輝度の低下を防止することができるように作用している。

また、この発光素子収納用パッケージ１０は、セラミック多層基板１１の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部１３を包含する平面視して、例えば、円形リング状からなる反射体１５を有している。この反射体１５には、上記と同様のセラミック製、ＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等のセラミック多層基板と熱膨張係数が近似する金属製、あるいは、樹脂製等が用いられ、特に材質が限定されるものではないが、反射率の高いものが好ましい。そして、通常、反射体１５は、ろう材や、ガラスや、樹脂等からなる接合剤でセラミック多層基板１１の上面外周部に接合されている。この反射体１５内周側の反射面１６は、複数個の発光素子１２からの発光を全体として反射させることができ、複数個の発光素子１２の全体としての発光効率を向上させることができるように作用している。

上記の発光素子収納用パッケージ１０に収納される発光素子１２は、実装形態として、特に、制限されるものではないが、キャビティ部１３の底部に形成された発光素子接続端子パッド１７にバンプ１８等を介して接合されるフリップチップ方式で実装するのが好ましい。このフリップチップ方式での実装は、ワイヤボンド方式のようなボンディングワイヤが発光素子１２の上面側に存在するというようなことがないので、上面側への発光の発光効率を向上させることができる。上記の発光素子接続端子パッド１７の形成は、セラミックグリーンシートにタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等からなる高融点金属からなる導体ペーストを用いてスクリーン印刷でパターンを形成し、セラミックと、導体金属を還元雰囲気中の１５５０℃程度（セラミックがＡｌ_２Ｏ_３の場合）の高温で同時焼成することで形成することができる。なお、発光素子接続端子パッド１７と電気的に導通状態とする外部接続端子パッド１９を含む導体配線パターン２０や、ビア２１等は、発光素子接続端子パッド１７の形成と同時に形成している。また、図示しないが、セラミック多層基板１１の上面外周部に接合される反射体１５が金属からなる場合には、上記と同様に反射体１５が接合される部位のセラミック多層基板１１の上面に導体パターンを形成することで、ろう材との接合を可能としている。

上記の発光素子収納用パッケージ１０のキャビティ部１３の壁面１４は、上方側の開口を広くするテーパー状からなるのがよい。また、上記の発光素子収納用パッケージ１０の反射体１５内周側の反射面１６は、上記のキャビティ部１３の壁面１４と同様に、上方側の開口を広くするテーパー状からなるのがよい。このキャビティ部１３の壁面１４、及び反射体１５内周側の反射面１６をテーパー状とする発光素子収納用パッケージ１０に収納された発光素子１２は、それぞれの発光素子１２からの発光を前方に集中させて発光させることができ、複数個の発光素子１２の全体の発光の発光効率を向上させることができるように作用している。なお、キャビティ部１３の壁面１４と、反射体１５内周側の反射面１６のテーパー角度は、特に制限されるものではないが、両方が略同じ角度か、反射体１５の方が鋭角からなるのが好ましい。これにより、複数個の発光素子１２からの発光は、より前方に集中させて発光させることが可能となる。

上記の発光素子収納用パッケージ１０の反射体１５の高さｈは、キャビティ部１３の深さｄより大きい、ｈ＞ｄであるのがよい。発光素子収納用パッケージ１０は、キャビティ部１３の深さｄより大きい反射体１５の高さｈによって、発光素子からの発光を前方に集中させて発光させることができ、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができるように作用している。

ここで、発光素子収納用パッケージ１０のセラミック多層基板１１に、セラミックの一例であるアルミナを用いた場合の作製方法を簡単に説明する。この作製には、先ず、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及び、トルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤が加えられ、十分に混練した後、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーが作製される。次に、スラリーは、ドクターブレード法等によって、例えば、厚み０．２５ｍｍのロール状のシートに形成され、適当なサイズにカットして複数枚のセラミックグリーンシートが作製される。

そして、それぞれのセラミックグリーンシートには、打ち抜き金型やパンチングマシーン等を用いて、それぞれの所定位置にキャビティ部１３用の貫通孔や、上層と下層との間の導通を形成するためのビア１６用の貫通孔が穿設される。次いで、セラミックグリーンシートには、タングステンや、モリブデン等からなる導体ペーストを用いてスクリーン印刷でビア２１用の貫通孔に充填したり、発光素子１２と電気的に導通状態とするために表面に導体配線パターン２０用や、発光素子接続端子パッド１７用や、外部接続端子パッド１９用等の導体印刷パターンが形成される。これらの印刷が完了したセラミックグリーンシートは、複数枚が重ね合わされ積層体が形成される。そして、次に、高融点金属と、セラミックグリーンシートとを還元性雰囲気の焼成炉で同時焼成してセラミック多層基板１１が作製されている。

本発明の発光素子収納用パッケージは、ＬＥＤ等の発光素子を搭載させて発光効率のよい照明や、ディスプレイ等に用いることができる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。

符号の説明

１０：発光素子収納用パッケージ、１１：セラミック多層基板、１２：発光素子、１３：キャビティ部、１４：壁面、１５：反射体、１６：反射面、１７：発光素子接続端子パッド、１８：バンプ、１９：外部接続端子パッド、２０：導体配線パターン、２１：ビア

Claims

発光素子を囲繞して収納するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板と、該セラミック多層基板の上面外周部に接合して複数個の前記キャビティ部を包含して前記発光素子からの発光を反射させるための反射体を有す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において、前記キャビティ部の壁面、及び前記反射体内周側の反射面が上方側の開口を広くするテーパー状からな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又は２記載の発光素子収納用パッケージにおいて、前記反射体の高さが前記キャビティ部の深さより大きいことを特徴とする発光素子収納用パッケージ。