JP2019145568A - 発光素子収納用パッケージ、発光装置および発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱導電性の高い発光素子収納用パッケージと、それを用いた、放熱性に優れる発光装置および発光モジュールを提供する。【解決手段】本開示の発光素子収納用パッケージは、発光素子搭載用の第１凹部１ｂを有する第１面１ａを含む素子基板１を備え、前記第１凹部１ｂの底面における、少なくとも前記搭載される発光素子と対向する領域の表面粗さＳａは、前記第１面１ａにおける、前記第１凹部以外の領域の表面粗さＳａより小さいことを特徴とする。また、本開示の発光装置は、前述の発光素子収納用パッケージと、該パッケージに収納された発光素子と、を備える。さらに、また、本開示の発光モジュールは、前記の発光装置と、該発光装置を搭載するモジュール基板と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品収納用または発光素子収納用のパッケージ、発光装置および発光モジュールに関する。

たとえば、特許文献１には、レーザダイオード・ペレット（ＬＤペレット）がサブマウント基板（モジュール用基板）を介してステムに固定・実装された半導体レーザ装置、が開示されている。

特開平７−３８２０８号公報

このような装置では、放熱性の向上が求められている。

本発明の目的は、熱導電性の高い発光素子収納用パッケージと、それを用いた、放熱性に優れる発光装置および発光モジュールを提供することである。

本開示の発光素子収納用パッケージは、発光素子搭載用の第１凹部を有する第１面を含む基部を備え、
前記第１凹部の底面における、少なくとも前記搭載される発光素子と対向する領域の表面粗さＳａは、前記第１面における、前記第１凹部以外の領域の表面粗さＳａより小さいことを特徴とする。

本開示の発光装置は、前述の発光素子収納用パッケージと、該パッケージに収納された発光素子と、を備える。

また、本開示の発光モジュールは、前記の発光装置と、該発光装置を搭載するモジュール基板と、を備える。

本開示の発光素子収納用パッケージは、熱導電性が高いため、発熱量が大きな発光素子でも安定して搭載することができる。また、前記の発光素子収納用パッケージを搭載・実装した発光装置および発光モジュールは、放熱性に優れる発光装置および発光モジュールとすることができる。

第１実施形態の発光素子収納用パッケージの構成を示す（ａ）斜視図および（ｂ）断面図である。 第２実施形態の発光素子収納用パッケージの構成を示す（ａ）斜視図および（ｂ）断面図である。 第３実施形態の発光装置の構成を示す（ａ）斜視図および（ｂ）断面図である。 第４実施形態の発光モジュールの構成を示す断面図である。示す概略構成図である。

以下に、本開示の発光素子収納用パッケージの一例について、添付の図面を参照しつつ説明する。図１および図２は、それぞれ、第１実施形態および第２実施形態の発光素子収納用パッケージの（ａ）斜視図と（ｂ）断面図である。なお、同様の図面において同じ機能を有する部材には、同じ符号を付与してその詳細な説明を省略する。

図１に示す第１実施形態の発光素子収納用パッケージ１０は、以降の各実施形態でも用いられる、最も基本的な構成である。発光素子収納用パッケージ１０は、平板状または略直方体状の基部（素子基板１）と、その図示上面である第１面１ａに設けられた第１配線導体１１および第２配線導体１２と、素子基板１の幅方向（図示左右方向）中央部の、素子搭載領域に配設された金属膜（導電体層１ｄ）とを備える。

第１配線導体１１および第２配線導体１２と導電体層１ｄは、たとえばタングステン、モリブデン、銅、銀または銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。なかでも、導電体層１ｄの材料としては、金が好適に使用される。

素子基板１は、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス、または、ガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁材料等からなる。素子基板１は、絶縁材料を用いて一体的に作製されたものであってもよく、絶縁材料からなる絶縁層を複数積層して作製されたものであってもよい。

素子基板１上面の、発光素子搭載面である第１面１ａには、図１（ｂ）の断面図に示すように、発光素子（符号ＬＤ，仮想線：二点鎖線で表示）と対向する発光素子搭載領域の直下に、発光素子の外形形状に対応する第１凹部１ｂが形成されており、その底面１ｃの表面粗さＳａは、第１凹部１ｂ以外の第１面１ａの表面粗さＳａより小さくなっている。

具体的には、発光素子（ＬＤ）と対向する底面１ｃの表面粗さＳａは０．１μｍ以下になっており、第１凹部１ｂ以外の第１面１ａの表面粗さＳａは、約１μｍになっている。

なお、以下、表面粗さＳａが０．１μｍ以下の平坦な面を「平坦面」と呼ぶ場合がある。前述の「表面粗さＳａ」は、ＩＳＯ２５１７８に準拠して測定を行ったものであり、測定機器として、レーザ顕微鏡や走査型プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＰＭ）等を用いた。

また、前述の第１凹部１ｂの表面粗さは、プラズマを用いた研磨加工や、基板成形時に、底面１ｃに対応する面の表面粗さＳａが０．１μｍ以下になっている成形型を用いて、その平坦面（鏡面）を前記底面１ｃに転写することにより、調整することができる。また、これらの方法により、第１面１ａの表面（基板表面の高さ基準面）からの深さが、１００ｎｍ以上５０μｍ以下の凹部を形成することができる。

さらに、第１凹部１ｂの深さを１〜２００μｍ程度とし、その深い第１凹部１ｂに発光素子（ＬＤ）の底部または底面を嵌合させることにより、第１凹部１ｂを、発光素子（ＬＤ）の位置決め、あるいは、光軸合わせ（アライメント）に用いてもよい。

以上の構成により、発光素子（ＬＤ）の位置決め精度と、導電体層１ｄを介した、発光素子（ＬＤ）と素子基板１との間の熱伝導が、底面１ｃが平坦でない従来のものより、向上する。したがって、発光素子（ＬＤ）から発せられる熱の放熱を、下側の素子基板１に向けて、効率的に行うことができる。

なお、第１凹部１ｂ以外の第１面１ａは、表面粗さＳａが０．１μｍを超える、表面積の大きな平坦でない面であるため、素子基板１上方に向けての放熱効果は、変わらず維持されている。

また、発光素子（ＬＤ）における、第１凹部１ｂと当接する面（底面もしくは下面）の表面に、前記導電体層１ｄと同様の金属膜（たとえば、金等）を形成してもよい。これにより、発光素子（ＬＤ）と、素子基板１との熱伝導を、より向上させることができる。

つぎに、図２に示す第２実施形態の発光素子収納用パッケージ２０は、発光素子収納用パッケージ１０の構成に加え、上面である第１面１ａに、第１凹部１ｂの周囲を囲む枠部（枠体２）を備えており、この枠体２内の空間が、発光素子（ＬＤ）収容用の第２凹部２ａとなっている。また、枠体２の上端面２ｂが、第２凹部２ａの開口を封止するための封止部材（後記の蓋体３）が載置される封止面となっている。

なお、枠体２の上端面２ｂには、この面の熱伝導を向上させる金属膜２ｃが配設されているが、図２（ｂ）の断面図では、記載を省略している。

また、枠体２の図示奥側の切り欠き２ｄは、発光素子収納用パッケージ２０内の発光素子搭載領域（導電体層１ｄ上）に対応して設けられているものであり、この切り欠き２ｄ部から図示後方に向かって、レーザ光線等の発光が通り抜けできるようになっている。この切り欠き２ｄ内には、ガラス製や樹脂製等の、透明で透光性を有するブロックが、第２凹部２ａの密封（封止）のために配設される。

また、第２凹部２ａの上面開口の密封（封止）ために、枠体２の上側には、前記上端面２ｂに当接する封止部材（後記の蓋体３）が配設される。

上記構成によっても、導電体層１ｄを介した、発光素子（ＬＤ）と素子基板１との間の熱伝導が、底面１ｃが平坦でない従来のものより、向上する。したがって、発光素子（ＬＤ）から発せられる熱の放熱を、下側の素子基板１に向けて、効率的に行うことができる。

さらに、発光素子収納用パッケージ２０は、枠体２の上端面２ｂに金属膜２ｃが設けられているため、その上側に位置する封止部材に向けて、効率的に放熱を行うことができる。

なお、枠体上端面２ｂの金属膜２ｃの構成方法は限定されるものではない。金属材料の塗布や焼成等に形成してもよく、金属板等を蓋体３との間に介在配置させてもよい。また、金属膜２ｃは、たとえばタングステン、モリブデン、銅、銀または銀パラジウム等の金属粉末から構成されている。なかでも、熱導電性の高い金が、好適に使用される。

さらに、金属膜２ｃの下地となる枠体２の上端面２ｂは、他の部位より、表面粗さＳａの小さい平坦な面としてもよい。具体的には、上端面２ｂの表面粗さＳａを０．１μｍ以下としてもよい。これにより、より熱伝導を向上させることができる。

つぎに、図３に示す第３実施形態の発光装置３０は、前述（第２実施形態）の発光素子収納用パッケージ２０の所定位置（搭載位置）に、発光素子ＬＤを搭載するとともに、発光素子ＬＤ上側の電極を、ボンディングワイヤＢＷを介して、第２配線導体１２に接続したものである。なお、発光素子ＬＤ下側の電極は、先に述べた金属膜（導電体層１ｄ）を介して、第１配線導体１１に接続されている。

また、発光素子ＬＤが搭載された発光装置３０の枠体２の上には、金属製の蓋体３が載置されており、前述の金属膜２ｃを介して、発光素子ＬＤから発せられた熱が、この蓋体３に向けて伝達されるようになっている。

以上の構成によっても、発光素子ＬＤから発せられた熱が、下側の素子基板１に向けて、および、上側の蓋体３に向けて、それぞれ効率的に放熱される。したがって、第３実施形態の発光装置３０は、発光素子ＬＤから発せられる熱の放熱が効果的に行われ、結果、発光素子ＬＤの温度を低下させることができる。また、発光素子ＬＤの温度が低下することにより、その寿命を向上させることができる。

また、発光素子ＬＤにおける、第１凹部１ｂと当接する面（底面もしくは下面）の表面に、前記導電体層１ｄと同様の金属膜（たとえば、金等）を形成してもよい。これにより、発光素子ＬＤと素子基板１との間の熱伝導を、より向上させることができる。

つぎに、図４に示す第４実施形態の発光モジュール４０は、第３実施形態の発光装置３０を、このような発光装置３０を複数搭載可能なモジュール基板４に実装したものである。モジュール基板４には、図示のような第３凹部４ａが、複数形成されている。

このモジュール基板４の第３凹部４ａは、発光装置３０の底部もしくは底面と嵌合可能な形状に形成されている。また、第３凹部４ａの底面およびその周囲のモジュール基板４の上面（発光装置搭載面）には、先に述べた金属膜２ｃ等と同様の金属膜４ｂが形成されている。

なお、図４のように、上記第３凹部４ａに嵌合する素子基板１の底面にも、金属膜４ｂと同様の金属膜１ｅを配設してもよい。これにより、素子基板１とモジュール基板４との間の熱伝導を向上させることができる。また、金属膜４ｂおよび金属膜１ｅも、たとえばタングステン、モリブデン、銅、銀または銀パラジウム等の金属粉末から構成されている。なかでも、熱導電性の高い金が、好適に使用される。

以上の構成によって、各発光装置３０とモジュール基板４との間を、熱伝導性の高い接続とすることができる。したがって、第４実施形態の発光モジュール４０は、発光素子ＬＤから発せられる熱の放熱が効果的に行われ、結果、発光素子ＬＤの温度を低下させることができる。また、発光素子ＬＤの温度が低下することにより、その寿命を向上させることができる。

また、第４実施形態の発光モジュール４０は、モジュール基板４の前記第３凹部４ａと発光装置３０の嵌め合いにより、各発光装置３０を、予め決められた所定位置に正確に光軸合わせ（アライメント）して、位置決め・固定することができる。したがって、発光装置３０および発光モジュール４０の生産性と歩留まりとを、向上させることができる。

さらに、素子基板１下面１の金属膜１ｅおよびモジュール基板上面の金属膜４ｂの下地となる面は、他の部位より、表面粗さＳａの小さい平坦な面としてもよい。具体的には、これら下地面の表面粗さＳａを０．１μｍ以下としてもよい。これにより、より熱伝導を向上させることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

１ 素子基板
１ａ 第１面
１ｂ 第１凹部
１ｃ 底面
１ｄ 導電体層
１ｅ 金属膜
２ 枠体
２ａ 第２凹部
２ｂ 上端面
２ｃ 金属膜
２ｄ 切り欠き
３ 蓋体
４ モジュール基板
４ａ 第３凹部
４ｂ 金属膜
１０ 発光素子収納用パッケージ
１１ 第１配線導体
１２ 第２配線導体
２０ 発光素子収納用パッケージ
３０ 発光装置
４０ 発光モジュール

Claims (13)

1. 発光素子搭載用の第１凹部を有する第１面を含む基部を備え、
   前記第１凹部の底面における、少なくとも前記搭載される発光素子と対向する領域の表面粗さＳａは、前記第１面における、前記第１凹部以外の領域の表面粗さＳａより小さい、発光素子収納用パッケージ。
2. 前記発光素子と対向する領域の表面粗さＳａが０．１μｍ以下であり、前記第１凹部以外の領域の表面粗さＳａが０．１μｍより大きい、請求項１に記載の発光素子収納用パッケージ。
3. 前記第１凹部の底面の、前記第１面の上面からの深さが１００ｎｍ以上５０μｍ以下である、請求項１または２に記載の発光素子収納用パッケージ。
4. 前記第１凹部の底面の、前記発光素子と対向する領域は、その表面に金属からなる膜を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子収納用パッケージ。
5. 前記第１面に、前記第１凹部の周囲を囲む枠部を備え、
   前記枠部内の空間が、発光素子収容用の第２凹部であり、
   該枠部の上端面が、前記第２凹部の開口を封止する封止部材が載置される封止面である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子収納用パッケージ。
6. 前記封止面の表面粗さＳａが０．１μｍ以下である、請求項５に記載の発光素子収納用パッケージ。
7. 前記封止面は、その表面に金属からなる膜を有する、請求項５または６に記載の発光素子収納用パッケージ。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光素子収納用パッケージと、該パッケージに収納された発光素子と、を備える発光装置。
9. 前記発光素子は、半導体レーザ素子を含む、請求項８に記載の発光装置。
10. 請求項８または９に記載の発光装置と、該発光装置を搭載するモジュール基板と、を備える発光モジュール。
11. 前記モジュール基板の発光装置搭載面は、前記発光装置位置決め用の第３凹部を含む、請求項１０に記載の発光モジュール。
12. 前記３凹部の底面の表面粗さＳａが０．１μｍ以下である、請求項１１に記載の発光モジュール。
13. 前記第３凹部の底面は、その表面に金属からなる膜を有する、請求項１１または１２に記載の発光モジュール。