JPWO2009130743A1 - 光素子用パッケージ、半導体発光装置および照明装置 - Google Patents

光素子用パッケージ、半導体発光装置および照明装置 Download PDF

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Abstract

半導体発光装置において、放熱性の向上、ハンダクラック発生の防止、組み立て精度の向上を目的とする。そのため、光素子用パッケージ１は、搭載部１３を挟んで一対の貫通孔１１，１２が形成されているベース１０と、貫通孔１１，１２に挿入されたリード２１，２２と、貫通孔１１，１２に充填された絶縁材３１，３２とを備え、リード２１，２２は絶縁材３１，３２によってベース１０から絶縁した状態で固定されている。リードの外方に延伸する延伸部分２１ｃ，２２ｃは、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の外周方向に折り曲げられ、ベース１０の底面に沿って延在している。そして、延伸部分２１ｃ、２２ｃは、ベース１０の外延よりも外側まで延在し、その終端部２１ｄ，２２ｄは、垂直方向上面側に折り曲げられている。

Description

本発明は、ＬＥＤをはじめとする光素子を搭載するベースと、光素子を外部に電気接続するためのリードとを備える光素子用パッケージに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光素子をパッケージするための光素子用パッケージとして、当該光素子を搭載するベースを有し、光素子から外部回路に電気接続するためのリードが設けられたものが知られている。そして、この光素子用パッケージに、光素子を搭載し、当該光素子と導電部材とをワイヤボンディングし、透明樹脂で封止することによって半導体発光装置が形成される。
図８は特許文献１に開示された半導体発光装置を示す図である。この半導体発光装置は、ベースとして、第一セラミック基板１０１と、中央部がくり抜かれてキャビティが形成された第二セラミック基板１０２とを備えている。第一セラミック基板１０１の上面には、ＬＥＤ素子１０５が搭載する領域が設けられ、第二セラミック基板１０２のキャビティ内面にはＬＥＤ素子１０５を囲繞するように金属反射板１０６が配設されている。
そして、第一セラミック基板１０１の表面に、ＬＥＤ素子１０５と外部回路とを電気接続するための導電パターン１０３が形成され、導電パターン１０３とＬＥＤ素子１０５がワイヤ１０４で接続されている。キャビティ内はシリコン系樹脂などの封止樹脂１０８が充填されて封止される。
このような半導体発光装置は、外部回路を備えた実装基板などに実装されて、照明装置などに用いられる。
特開２００３-１９７９４７号公報
このような半導体発光装置において、放熱性の問題、ハンダクラック発生の問題、並びに組み立て精度の問題がある。
例えば、上記半導体発光装置において、ＬＥＤ素子１０５から外周部への放熱経路を見ると、金属反射板１０６は熱伝導性が高いものの、セラミック基板１０１，１０２もしくは封止樹脂１０８が介在するので外部に放熱されにくい。
また、ＬＥＤ素子１０５直下のパッケージ底面から実装基板への放熱経路に関しても、外部電極が第一セラミック基板１０１の表面上に形成されて、当該第一セラミック基板１０１の底面１０７から突出しているため、実装基板に実装したときに、ＬＥＤ素子１０５直下の底面１０７と実装基板との間に隙間が生じ、この点も放熱効率が低い要因となる。
また、半導体発光装置を、銅やアルミなどの金属で形成された実装基板に実装するときに、導電パターン１０３と実装基板とをハンダ接合するので、実装後、ヒートサイクル試験をすると、第一セラミック基板１０１と実装基板との間で熱膨張差に起因してハンダ接合部に応力がかかる。ここで上記のように第一セラミック基板１０１と導電パターン１０３とが一体構造になっているためハンダ接合部にクラックが発生しやすい。
その他、組み立て精度上の問題として、セラミック基板１０１，１０２は、セラミックを焼結して作製するため寸法精度よく成形することが難しい。従って、これに金属反射板１０６を接合すると、安定した接合ができず、衝撃により金属反射板が脱落しやすい。
また、セラミック基板１０２を成形する時にクリアランスを小さくすると、これに接合する金属反射板１０６が変形しやすい。一方、クリアランスを大きくすると、セラミック基板１０２と金属反射板１０６との接合界面にボイドが発生しやすく、放熱性の低下につながる。
本発明は、半導体発光装置において、放熱性の向上、ハンダクラック発生の防止、組み立て精度の向上を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、光素子をパッケージするために用いられる光素子用パッケージにおいて、貫通孔が形成されていると共に光素子を搭載するための搭載部を上面側に備えたベースと、貫通孔に挿入され、一端側が搭載部に隣接し他端側がベース底面から外方に延伸するリードと、貫通孔を封着すると共に、リードをベースに対して電気的に絶縁した状態で固定する絶縁材とを設け、リードの外方に延伸する部分を、貫通孔を貫通する部分に対して、ベースの外周方向に折り曲げ、ベースの底面に沿わせることとした。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、さらに以下のようにすることが好ましい。
ベースを、金属を含む材料、特に無酸素銅、銅合金で形成する。
ベースにおいて、搭載部の背面に凸部を形成し、当該凸部の頂面と、リードの底面に沿っている部分の表面とを、同一面上に存在させる。
リードにおける貫通孔内を貫通する位置を、貫通孔の中央に対してベースの外周側にオフセットさせて、搭載部に近い端部を、ベースの中央側に折り曲げる。
ベース上面の中央部に凹部を形成し、光素子搭載部よりも外周部を高く形成する。
ベースの凹部内面に、銀または銀を含む合金でメッキを施す。
絶縁材を、白色の高反射ガラスで構成する。
リードの外方に延伸する部分を、ベースの外延よりも外側まで延在させ、その終端部を上面側に折り曲げる。
リードにおいて、折り曲げ形成されている終端部分の幅を、ベースの底面に沿っている部分の幅よりも狭くする。
絶縁材を、リードのベースの底面に沿っている部分とベースの底面との間にも介在させる。
絶縁材として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いる。
リードを、鉄−ニッケル合金系で構成する。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、搭載部をベースに一体で形成してもよいが、ベースに対して絶縁した状態で固着された補助ベース部を設けて、搭載部を、補助ベース部の上面に形成してもよい。
この場合、補助ベース部を、ベースに対して複数個設け、搭載部を、各補助ベース部ごとに設けてもよい。
上記本発明の電子部品用パッケージに、光素子を搭載し、当該光素子とリードとをワイヤボンドして半導体発光装置を構成することができる。
その半導体発光装置を、駆動回路に接続された配線を備えた基板に実装することによって照明装置を構成することができる。
本発明の光素子用パッケージによれば、リードが絶縁材によってベースに対して電気的に絶縁した状態で固定されているので、ベースを導電性材料で形成しても、ベースとリードと絶縁性が確保される。従って、熱伝導性の良好な金属材料を用いてベースを形成することによって、光素子から発生する熱は当該ベースを介して良好に外部に伝達されるので、良好な放熱性が得られる。
特に、リードの外方に延伸する部分を、貫通孔を貫通する部分に対して、ベースの外周方向に折り曲げ、ベースの底面に沿っているので、本発明の光素子用パッケージを用いて光半導体装置を構成し基板に実装するときに、ベース底面に沿っているリード部分を、実装基板に接続すれば、光素子搭載部直下のベース底面は、実装基板に接近もしくは接触する。従って、光素子で発生した熱が、ベースの搭載部から直下に伝わって実装基板に効率よく放熱される。
また、リードがベース表面に直接接合されているのではなく、絶縁材を介して固着されており、さらに、リードの外方に延伸する部分が、貫通孔を貫通する部分に対して、ベースの外周方向に折り曲げられ、ベースの底面に沿っているので、リードはある程度自由に変形できる。
従って、パッケージのベースと実装基板との間の熱膨張差に起因してリードに外力が加わったとしても、リードが変形してこの力を吸収するので、ハンダ接合部にかかる応力は小さい。よって、基板実装後のヒートサイクル試験においても、リードと実装基板の配線との間のハンダ接合部にクラックは発生しにくい。
特に、実装基板が、銅やアルミなどの金属で形成されている場合、ベースを金属材料で構成すれば、熱膨張差自体も小さくなるので、ハンダクラック発生を抑える効果が大きい。
また、本発明の光素子用パッケージによれば、ベース及びリードをそれぞれ加工して、リードを貫通孔内にセットし、絶縁材を貫通孔に充填する方法で作製することができる。従って、ベース及びリードを、プレス加工を用いて精度よく作製することもできる。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、ベースを、金属を含む材料、特に無酸素銅、銅合金で形成すれば、熱伝導性が良好なので、優れた放熱性が得られる。
ベースにおいて、搭載部に対して背面側に凸部を形成し、当該凸部の頂面と、リードの底面に沿っている部分の表面とを、同一面上に存在させれば、実装基板に実装した時に、凸部の頂面が実装基板に接触するので、実装基板への放熱性がより良好となる。
リードにおける貫通孔内を貫通する位置を、貫通孔の中央に対してベースの外周側にオフセットさせれば、リードの搭載部に近い端部を、ベースの中央側に折り曲げても、リードとベースとの絶縁性を保つエリアを確保できる。すなわち、このようにリードの端部をベースの中央側に折り曲げれば、パッドエリアが広くなり、当該リード端部にワイヤボンドするのが容易である。
また、リードにおける貫通孔内を貫通する位置を外側にオフセットさせることで、搭載部の背面に凸部を形成した場合に当該凸部とリードとの距離を稼ぐことができるので、実装基板に実装する時に短絡防止効果を奏する。
ベース上面の中央部に凹部を形成し、光素子搭載部よりも外周部を高く形成すれば、凹部内面をリフレクタとして機能させることができる。
ここで、ベースの凹部内面に、銀または銀を含む合金でメッキを施せば、青色光（短波長可視光）に対するリフレクタの反射率が向上する。
絶縁材を、白色の高反射ガラスで構成することも、リフレクタの反射率を高めるのに有効である。
リードの外方に延伸する部分を、ベースの外延よりも外側まで延在させ、その終端部を上面側に折り曲げれば、ハンダ接合部にフィレットが形成されてハンダ接合強度が高められるので、ハンダクラックの発生がより抑えられる。
リードにおいて、折り曲げ形成されている終端部分の幅を、ベースの底面に沿っている部分の幅よりも狭くすれば、ベースの底面に沿ったリード部分における端部に角部分が形成されるので、パッケージ組立時にこの角部分を治具で容易に押えることができ、パッケージ組立精度の向上に寄与する。
絶縁材を、ベース底面に沿っているリード部分とベース底面との間にも介在させれば、両者間の絶縁性を確保できる。
絶縁材として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いれば、ガラス材が樹脂と比べて高粘性であるため、一般に広いクリアランスの接合に有効であるため、リードを安定して固定できる。
実施の形態に係る光素子用パッケージの上面図及び底面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。 上記光素子用パッケージに光素子を搭載した半導体発光装置、並びにこれを実装基板に実装する様子を示す図である。 光素子用パッケージ及び半導体発光装置の製造方法を示す工程フロー図である。 リードを折り曲げ加工する前の金属板材を示す図である。 ガラス封着工程を示す図である。 半導体発光装置を作製する工程を示す図である。 従来技術にかかる半導体発光装置を示す図である。 実施例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。
符号の説明
１ 光素子用パッケージ
２ 半導体発光装置
３ 実装基板
１０ ベース
１１，１２ 貫通孔
１３ 搭載部
１４ 凹部
１５ 外周部
１６ 凸部
１６ａ 凸部頂面
２１，２２ リード
２１ａ，２２ａ リード端部
２１ｂ，２２ｂ 貫通部分
２１ｃ，２２ｃ 延伸部分
２１ｄ，２２ｄ 終端部
３１，３２ 絶縁材
５０ ＬＥＤチップ
５１，５２ ワイヤ
６２ ハンダ接合部
７３ ガラス柱体
１．光素子用パッケージの構成
図１は、実施の形態に係る光素子用パッケージ１を示すものであって、（ａ）は上面図（ｂ）は底面図である。図２は、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
光素子用パッケージ１の構成について、図１，２を参照しながら説明する。説明上、図１の紙面に沿った方向を水平方向、これに垂直な方向を垂直方向ということとする。
光素子用パッケージ１は、光素子をパッケージするために用いられるものであって、
一対の貫通孔１１，１２が形成されているベース１０と、貫通孔１１，１２に挿入されたリード２１，２２と、貫通孔１１，１２に充填されて、リード２１，２２をベース１０から絶縁した状態で固定する絶縁材３１，３２とを備えている。
（ベースの構成）
ベース１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、垂直方向から平面視したときに略正方形状であって、その上面側の中央部に、光素子を搭載するための搭載部１３が設けられている。
上記一対の貫通孔１１，１２は、搭載部１３をはさんでその両側に位置し、ベース１０の上面と底面との間を貫通するように垂直方向に開設されている。
また、ベース１０の上面には凹部１４が形成されており、上記搭載部１３は、当該凹部の底に形成されている。ベース１０の外周部１５は、搭載部１３よりも高くなっている。
凹部１４は、図２に示すようにすり鉢状であって、図１（ａ）に示すように上面からみると円形状である。
このようなベース１０は、全体を銅などの金属材料で一体成型することが好ましい。
この凹部１４の内面には、メッキ層（不図示）が被覆されている。このメッキ層は、ニッケル層の上に、金，銀，金合金、銀合金から選択された材料の層が積層されて形成され、搭載部１３に搭載される光素子から発光される光を反射するようになっている。
ベース１０において、搭載部１３の直下底面に凸部１６が形成されている。
凸部１６の高さは、当該凸部１６の頂面１６ａと、リードの２１ｃ，２２ｃの下表面とが、同一面上に存在するよう設定されている。
（リードの構成）
リード２１，２２は、長尺状の金属板材が折り曲げ加工されたものである。金属板としては、例えば、鉄−ニッケル系合金からなる板材が用いられる。
リード２１，２２は、ベース１０の貫通孔１１，１２を貫通するよう挿入された貫通部分２１ｂ，２２ｂを有し、当該貫通部分２１ｂ，２２ｂは、貫通孔１１，１２に充填された絶縁材３１，３２に埋まり込んで固定されている。
リードの貫通部分２１ｂ，２２ｂが、貫通孔１１，１２内を貫通する水平方向位置は、貫通孔１１，１２の中央に対してベース１０の外周側にオフセットされている。図２では、貫通孔１２の中央を一点鎖線Ａ、貫通部分２２ｂの位置を一点鎖線Ｂで示し、貫通部分２２ｂの位置が、ベース１０の外周側（図２において右側）にオフセットされている状態を表わしている。
リード２１，２２において、搭載部１３に隣接する側の端部２１ａ，２２ａは、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の内側に向けて折り曲げられている。すなわち、貫通部分２１ｂ，２２ｂは垂直方向に伸び、リード端部２１ａ，２２ａは水平方向に伸びてパッドエリアとなっている。
上記のように貫通部分２１ｂ，２２ｂの位置が外周側にオフセットされているので、リード端部２１ａ，２２ａの水平方向の長さをその分大きく設定しても、リード端部２１ａ，２２ａの先端がベース１０に接触しないのでリード２１，２２とベース１０との絶縁性が確保できる。このように、リード端部２１ａ，２２ａの水平方向長さを確保することによって、パッドエリアが広くなるので、ワイヤボンディング工程が容易となる。
また、貫通部分２１ｂ，２２ｂの位置が外周側にオフセットされていることで、凸部１６とリード２１，２２との距離を稼ぐことができるので、実装基板３に実装する時に両者の短絡を防止する効果を奏する。
一方、貫通孔１１，１２から外方に延伸する延伸部分２１ｃ，２２ｃは、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の外周方向に折り曲げられ、ベース１０の底面に沿って延在している。
そして、延伸部分２１ｃ，２２ｃは、ベース１０の外延よりも外側まで延在し、その終端部２１ｄ，２２ｄは、垂直方向上面側に折り曲げられている。
リードにおいて、終端部２１ｄ，２２ｄの幅（図１中、Ｗ2）は、ベースの底面に沿った延伸部分２１ｃ，２２ｃの幅（図１中、Ｗ1）よりも狭く設定されている（図５参照）。
詳しくは製造方法のところで述べるが、それによって、金属板材を折り曲げ加工してリード２１，２２を成形する際に、終端部２１ｄ，２２ｄの折り曲げ加工を容易に行うことができる。
なお、リード２１，２２において、絶縁材３１，３２と接触する領域には、開口部２１ｅ，２２ｅが開設されている。
（絶縁材の構成）
絶縁材３１，３２は、貫通孔１１，１２内に充填されて、リード２１，２２の貫通部分２１ｂ，２２ｂを覆っている。
さらに、図２に示されるように、絶縁材３１，３２は、開口部２１ｅ，２２ｅ内にも充填され、リード２１，２２の端部２１ａ，２２ａの下面にも接触している。
このような絶縁材３１，３２によって、リード２１，２２は、ベース１０に対して、絶縁状態でしっかりと固定されているとともに、貫通孔１１，１２が封止されている。
また、絶縁材３１，３２の一部は、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃとベース１０の底面との間にも介在して、この両者間の絶縁性も確保している。
絶縁材３１，３２としては、リード２１，２２をベース１０の貫通孔１１，１２内に固定できるものを用いる。具体的には、樹脂を用いることもできるが、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスが好ましい。
一般に樹脂と比べてガラス材は溶融時にも高粘性であるため、広いクリアランスの接合にも有効である。従って、絶縁材３１，３２としてガラス材を用いれば、ガラス材料を溶融時にも貫通孔１１，１２内にとどめてリード２１，２２を安定して接合できる。
また、絶縁材３１，３２として、白色の高反射ガラスを用いることも、凹部１４内面の反射率を高める上で好ましい。
（半導体発光装置２、照明装置の構成）
図３は、上記光素子用パッケージ１に光素子を搭載した半導体発光装置２、並びにこれを実装基板３に実装する様子を示す図である。
光素子として、ここでは発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることとするが、レーザーダイオードなどを用いてもよい。
図３（ａ）に示すように、半導体発光装置２は、光素子用パッケージ１の搭載部１３上にＬＥＤチップ５０が搭載され、ＬＥＤチップ５０の端子とリード端部２１ａ，２２ａとをワイヤ５１，５２で接続されて構成されている。この半導体発光装置２において、凹部１４内に透明樹脂が充填されてＬＥＤチップ５０が封止されている。
図３（ｂ）に示すように、半導体発光装置２は、実装基板３上に実装され、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃにハンダ接合されて、照明装置として用いられる。なお、実装基板３の表面には、銅などの金属で配線パターン（不図示）が形成されてり、半導体発光装置２との不必要な電気的接触を避けるため、絶縁膜６０が設けられている。
２．光素子用パッケージ１，半導体発光装置２の製造方法
図４は、光素子用パッケージ１及び半導体発光装置２の製造方法を示す工程フロー図である。
当図を参照しながら説明する。
Ｐ１〜Ｐ３では、ガラス封着工程で用いるガラス柱体、ベース１０、リード２１，２２を作製する。
無酸素銅又は銅合金からなる素材をプレス加工機でプレス成形することによってベース１０を作製する（Ｐ１）。
鉄−ニッケル系合金からなる板材を折り曲げ加工することによってリード２１，２２を作製する（Ｐ２）。必要に応じて、空気中で６５０℃に加熱して酸化処理する。
このリード作製工程を、図５を参照しながら説明する。図５は、リード２１を折り曲げ加工する前の金属板材を示す。この金属板材を図中破線Ｙ1，Ｙ2，Ｙ3で折り曲げ加工することによってリード２１を作製する。
破線Ｙ3での折り曲げに関して、延伸部分２１ｃの幅Ｗ1よりも、終端部２１ｄの幅Ｗ2が狭く設定されているので、延伸部分２１ｃにおける端部に角部（図４のＣで示す部分）が形成される。
ガラス粉末を柱体形状にプレス成形して仮焼成することによってガラス柱体を作製する（Ｐ３）。
ガラス封着工程（Ｐ４）：
図６はガラス封着工程を示す図である。当該図６を参照しながら説明する。
ベース１０をカーボン治具７１にマウントし（図６（ａ））、リード２１，２２を、ベース１０の貫通孔１１，１２を貫通するようにセットしてカーボン治具７２で固定する（図６（ｂ））。ガラス柱体７３を、貫通孔１１，１２に挿入し（図６（ｃ））、ガラスが溶融する温度以上（例えば１０００℃）に加熱して冷却する。加熱冷却する間、リード２１，２２及びベース１０の位置をカーボン治具７１，７２で固定しておく（図６（ｄ））。
ここで、リード２１，２２には、上記のように延伸部分２１ｃ，２２ｃの端部に角部（図５のＣ参照）が形成されているので、図６（ｂ）の工程において、カーボン治具７２でこの角部を押え付けて、リード２１，２２を把持することができる。また、カーボン治具７２を、リードの終端側から水平方向にスライドさせて、角部を押え付ける位置に移動させることもできるので、パッケージの組立を容易に行うことができる。
加熱されたガラスは溶融して、一部がリード２１，２２の開口部２１ｅ，２２ｅを通って、貫通孔１１，１２内全体に充填される。また、溶融したガラスの一部は、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃとベース１０の底面との間にも流れる。そして、ガラスが冷却されると、固化して絶縁材３１，３２となり、この絶縁材３１，３２によってリード２１，２２がベース１０に対してしっかりと固定される。
以上のように組み立てたものに対して、メッキ処理を施す（図４のＰ５）。
この工程では、ニッケルメッキ処理で下地層を形成し、続いて金，銀，金銀合金から選択された材料でメッキ処理を施すことが好ましい。
当該メッキ処理によって、ベース１０、リード２１，２２などの露出表面全体に、ニッケル下地層と、金，銀あるいは金銀合金のメッキ層が形成される。
以上で光素子用パッケージ１が作製される。
（半導体発光装置の作製と実装）
上記光素子用パッケージ１を用いて、ダイスボンディング工程（図４のＰ６），ワイヤボンディング工程（図４のＰ７），エンキャップ工程（図４のＰ８）を通して半導体発光装置２を作製する。
これらの工程を、図７（ａ）を参照しながら説明する。なお、図７（ａ）は、上記図３に示したリフレクタありレンズなしの場合について示し、図７（ｂ）は、変形例として、リフレクタなし、レンズありの場合について示している。
ダイスボンディング工程Ｐ６では、光素子用パッケージ１の搭載部１３上に、Ａｕ−Ｓｎ合金あるいはＡｇのペーストを塗布し、ＬＥＤチップ５０を搭載して、加熱することによって接合する。加熱温度は、Ａｕ−Ｓｎ合金の場合３２０℃、Ａｇの場合１５０℃である。
ワイヤボンディング工程Ｐ７では、搭載したＬＥＤチップ５０の端子とリード端部２１ａ，２２ａとをワイヤ（Ａｕワイヤ）５１，５２で接続する。ここで、上記のようにリード端部２１ａ，２２ａが水平方向に伸びているので、リード端部２１ａ，２２ａとワイヤ５１，５２との接続が容易に行える。
エンキャップ工程Ｐ８では、凹部１４内に封止用透明樹脂（エポキシ樹脂あるいはシリコン系樹脂）を流し込み硬化させることによって、ＬＥＤチップ５０を封止する。
図７（ｂ）に示した変形例では、ベース１０の外周部１５が中央部よりも高く形成されておらず、従ってリフレクタは形成されない。その代わりに、ワイヤボンディング工程の後に、ＬＥＤチップ５０を覆うようにレンズ８０を搭載するレンズキャッピング工程が加わっている。そしてエンキャップ工程では、レンズ８０とベース１０との間に封止用透明樹脂を流し込んで硬化させることによって、ＬＥＤチップ５０が封止される。
なお、別の変形例として、ワイヤボンディング工程までは、図７（ａ）のようにベース１０の外周部１５が中央部よりも高くしてリフレクタを形成し、レンズキャッピング工程、エンキャップ工程は、図７（ｂ）のようにレンズ８０を搭載してもよい。
以上のようにして作製した半導体発光装置２を、実装基板３に実装する。
上記のように実装基板３の表面部分には配線パターン（不図示）が形成され、絶縁膜６０が設けられている。また、実装基板３上のリード２１，２２が載置される位置には、配線パターン上にクリームハンダ６１が塗布されている。
半導体発光装置２を実装基板３上に載置して、リフロー炉で加熱することによって、クリームハンダ６１が溶融して、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃが実装基板３上にハンダ付けされる。このとき、溶融したハンダが、終端部２１ｄ，２２ｄの表面を濡らすように流れて、ハンダ接合部６２に丸みを帯びたフィレットが形成され、ハンダ接合部６２の強度が高められる。また、このフィレット形状を観察することによって、ハンダ付けの状態を確認することもできる。
３．光素子用パッケージ１による効果
以上のように、本実施形態にかかる光素子用パッケージ１は、リード２１，２２が絶縁材３１，３２によってベース１０に対して絶縁した状態で固定されているので、ベース１０及びリード２１，２２を熱伝導性の良好な金属材料で成形しておいて、リード２１，２２を、ベース１０の貫通孔内にセットし、ガラス材を貫通孔に充填する方法で作製することができる。
従って、ベース１０、リード２１，２２を、プレス加工によって高精度で作製することができる。
また、ＬＥＤチップ５０から発生する熱は、熱伝導性の良好なベース１０を介して外部に伝達されるので、良好な放熱性が得られる。
特に、リード２１，２２の外方に延伸する延伸部分２１ｃ，２２ｃを、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の外周方向に折り曲げ、ベース１０の底面に沿って並行させているので、図３に示すように、実装時に延伸部分２１ｃ，２２ｃを、実装基板３にハンダ接続すれば、搭載部１３直下の頂面１６ａは、実装基板３に接近もしくは接触する。従って、ＬＥＤチップ５０で発生した熱が、ベース１０の搭載部１３から直下に伝わって実装基板３に効率よく放熱される。
特にベース１０を、銅材（無酸素銅あるいは銅合金）で形成すれば、熱伝導性が良好なので、優れた放熱性が得られる。
さらに、ベース１０には、搭載部１３に対して背面側に凸部１６を形成し、当該凸部１６の頂面と、延伸部分２１ｃ，２２ｃの表面とが、同一面上に存在しているため、実装基板３に実装した時に、凸部１６の頂面１６ａが実装基板３に接触するので、実装基板３への放熱性がより良好となる。
また、リード２１，２２は、ベース１０上に直接接合されているのではなく、絶縁材３１，３２を介してベース１０に固着されている上、リードの延伸部分２１ｃ，２２ｃが、ベースの外周方向に折り曲げられてベース１０の底面に沿って間隔をあけて並行しているので、リード２１，２２はある程度自由に変形できる。
従って、ベース１０と実装基板３との間の熱膨張差に起因してリード２１，２２に外力が加わったとしても、リード２１，２２が変形してこの力を吸収するので、ハンダ接合部６２にかかる応力は小さい。よって、ヒートサイクル試験においても、ハンダ接合部６２にクラックが発生しにくい。
リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃがベース１０の外延よりも外側まで延在され、その終端部２１ｃ，２２ｃが上面側に折り曲げられているので、ハンダ接合部６２にフィレットが形成されてハンダ接合強度が高められる。この点もハンダクラックの抑制効果を奏する。
また、ベース１０と実装基板３の両方が金属で形成されており、両者の熱膨張差が小さいことも、ハンダクラックの発生を抑える効果を奏する。
上記製造方法で説明したように、ベース１０及びリード２１，２２をそれぞれプレス加工などで成形して、リード２１，２２を貫通孔１１，１２内にセットし、ガラス材を貫通孔に充填する方法で光素子パッケージ１を作製することができるので、ベース１０及びリード２１，２２を精度よく作製することができる。
上述したように、リード２１，２２の貫通孔１１，１２内を貫通する位置が、貫通孔１１，１２の中央に対してベース１０の外周側にオフセットされ、リード端部２１ａ，２２ａがベース１０の中央側に折り曲げられているので、リード端部２１ａ，２２ａにワイヤ５１，５２を接続するのが容易である。
ベース１０上面の中央部に凹部１４を形成し、搭載部１３よりも外周部１５を高く形成しているので、凹部１４内面をリフレクタとして機能させることができ、凹部１４の内面に、銀または銀を含む合金でメッキを施せば、青色光に対するリフレクタの反射率が向上する。
絶縁材３１，３２を、白色の高反射ガラスで構成すれば、リフレクタの反射率を高めることができる。
絶縁材３１，３２の一部が、リードの延伸部２１ｃ，２２ｃとベース１０の底面との間にも介在されているので、両者間の絶縁性が確保される。
ガラス材料は高粘性であるため、一般に広いクリアランスの接合にも有効である。従って、絶縁材３１，３２として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いれば、リード２１，２２を安定して固定できる。
（実施例、変形例）
図９は、上記光素子パッケージ１と同様の実施例にかかる光素子パッケージを示す図面、図１０〜１３は、上記光素子パッケージ１を変形した実施例にかかる光素子パッケージを示す図面であって、各図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は断面図である。なお、左側面図は右側面図と対称、背面図は正面図と対称なので省略している。
図１０に示す光素子パッケージは、図９に示すものと同様であるが、ベース１０の上面に凹部（リフレクタ）が形成されていない。
図１１〜図１３に示す光素子パッケージでは、ベース１０の上面に複数の搭載部が配列され、複数のＬＥＤチップを搭載することができるようになっている。
図１１に示す光素子パッケージでは、４個の搭載部１３ａ〜１３ｄが一列に配列され、１対のリード２１，２２が１対の貫通孔１１，１２を貫通するように設けられている。
図１２に示す光素子パッケージでは、４個の搭載部１３ａ〜１３ｄが二行二列に配列され、２対のリード２１，２２、２７，２８が、２対の貫通孔１１，１２、１７，１８を貫通するように設けられている。
図１３に示す光素子パッケージでは、８個の搭載部１３ａ〜１３ｈが四行二列に配列され、１対のリード２１，２２が１対の貫通孔１１，１２を貫通するように設けられている。
なお、この光素子パッケージも、ベース１０の上面に凹部（リフレクタ）は形成されていない。
図１１〜１３に示す光素子パッケージのように、複数のＬＥＤチップを搭載できる場合、同じ発光色のＬＥＤチップを搭載してもよいが、異なる発光色のＬＥＤチップを混ぜて搭載してもよい。例えば、ＲＧＢ各色のＬＥＤチップを混載することによって、全体で白色光を発光させることもできる。
なお、光素子パッケージ１では、ベース１０の上面側に搭載部１３が一体形成されている例を示したが、ベース１０とは別体の第２ベースをベース１０に対して絶縁した状態で固着して、当該第２ベースの上面に搭載部形成してもよい。ここで、搭載部を形成した第２ベースの数は１つに限定されることなく、複数個設けてもよい。
具体的には、たとえば、ベース１０の中央部分に第２貫通孔を複数個開設し、各第２貫通孔内を貫通できる形状で金属材料で第２ベースを成形し、各第２ベースの上面側に搭載部を形成する。そして、各第２ベースを、各第２貫通孔にガラス材などの絶縁材を介して固着する。
この場合、搭載した複数の光素子を電気的に共通に短絡させることなく動作させることができる。
また、ベース１０にリード用の貫通孔１１，１２を複数個開設したが、ベース自体が端子を兼ねるようにすれば、リードの数は１つでよいので、ベースに開設する貫通孔の数も１つでよい。
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光素子をパッケージする光素子用パッケージに適用することができ、光半導体素子を形成して照明装置などに利用することができる。
特に放熱性が良好なため、ハイパワー用の光半導体素子に適している。
本発明は、ＬＥＤをはじめとする光素子を搭載するベースと、光素子を外部に電気接続するためのリードとを備える光素子用パッケージに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光素子をパッケージするための光素子用パッケージとして、当該光素子を搭載するベースを有し、光素子から外部回路に電気接続するためのリードが設けられたものが知られている。そして、この光素子用パッケージに、光素子を搭載し、当該光素子と導電部材とをワイヤボンディングし、透明樹脂で封止することによって半導体発光装置が形成される。
図８は特許文献１に開示された半導体発光装置を示す図である。この半導体発光装置は、ベースとして、第一セラミック基板１０１と、中央部がくり抜かれてキャビティが形成された第二セラミック基板１０２とを備えている。第一セラミック基板１０１の上面には、ＬＥＤ素子１０５が搭載する領域が設けられ、第二セラミック基板１０２のキャビティ内面にはＬＥＤ素子１０５を囲繞するように金属反射板１０６が配設されている。
そして、第一セラミック基板１０１の表面に、ＬＥＤ素子１０５と外部回路とを電気接続するための導電パターン１０３が形成され、導電パターン１０３とＬＥＤ素子１０５がワイヤ１０４で接続されている。キャビティ内はシリコン系樹脂などの封止樹脂１０８が充填されて封止される。
このような半導体発光装置は、外部回路を備えた実装基板などに実装されて、照明装置などに用いられる。
特開２００３-１９７９４７号公報
このような半導体発光装置において、放熱性の問題、ハンダクラック発生の問題、並びに組み立て精度の問題がある。
例えば、上記半導体発光装置において、ＬＥＤ素子１０５から外周部への放熱経路を見ると、金属反射板１０６は熱伝導性が高いものの、セラミック基板１０１，１０２もしくは封止樹脂１０８が介在するので外部に放熱されにくい。
また、ＬＥＤ素子１０５直下のパッケージ底面から実装基板への放熱経路に関しても、外部電極が第一セラミック基板１０１の表面上に形成されて、当該第一セラミック基板１０１の底面１０７から突出しているため、実装基板に実装したときに、ＬＥＤ素子１０５直下の底面１０７と実装基板との間に隙間が生じ、この点も放熱効率が低い要因となる。
また、半導体発光装置を、銅やアルミなどの金属で形成された実装基板に実装するときに、導電パターン１０３と実装基板とをハンダ接合するので、実装後、ヒートサイクル試験をすると、第一セラミック基板１０１と実装基板との間で熱膨張差に起因してハンダ接合部に応力がかかる。ここで上記のように第一セラミック基板１０１と導電パターン１０３とが一体構造になっているためハンダ接合部にクラックが発生しやすい。
その他、組み立て精度上の問題として、セラミック基板１０１，１０２は、セラミックを焼結して作製するため寸法精度よく成形することが難しい。従って、これに金属反射板１０６を接合すると、安定した接合ができず、衝撃により金属反射板が脱落しやすい。
また、セラミック基板１０２を成形する時にクリアランスを小さくすると、これに接合する金属反射板１０６が変形しやすい。一方、クリアランスを大きくすると、セラミック基板１０２と金属反射板１０６との接合界面にボイドが発生しやすく、放熱性の低下につながる。
本発明は、半導体発光装置において、放熱性の向上、ハンダクラック発生の防止、組み立て精度の向上を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、光素子をパッケージするために用いられる光素子用パッケージにおいて、貫通孔が形成されていると共に光素子を搭載するための搭載部を上面側に備えたベースと、貫通孔に挿入され、一端側が搭載部に隣接し他端側がベース底面から外方に延伸するリードと、貫通孔を封着すると共に、リードをベースに対して電気的に絶縁した状態で固定する絶縁材とを設け、リードの外方に延伸する部分を、貫通孔を貫通する部分に対して、ベースの外周方向に折り曲げ、ベースの底面に沿わせることとした。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、さらに以下のようにすることが好ましい。
ベースを、金属を含む材料、特に無酸素銅、銅合金で形成する。
ベースにおいて、搭載部の背面に凸部を形成し、当該凸部の頂面と、リードの底面に沿っている部分の表面とを、同一面上に存在させる。
リードにおける貫通孔内を貫通する位置を、貫通孔の中央に対してベースの外周側にオフセットさせて、搭載部に近い端部を、ベースの中央側に折り曲げる。
ベース上面の中央部に凹部を形成し、光素子搭載部よりも外周部を高く形成する。
ベースの凹部内面に、銀または銀を含む合金でメッキを施す。
絶縁材を、白色の高反射ガラスで構成する。
リードの外方に延伸する部分を、ベースの外延よりも外側まで延在させ、その終端部を上面側に折り曲げる。
リードにおいて、折り曲げ形成されている終端部分の幅を、ベースの底面に沿っている部分の幅よりも狭くする。
絶縁材を、リードのベースの底面に沿っている部分とベースの底面との間にも介在させる。
絶縁材として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いる。
リードを、鉄−ニッケル合金系で構成する。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、搭載部をベースに一体で形成してもよいが、ベースに対して絶縁した状態で固着された補助ベース部を設けて、搭載部を、補助ベース部の上面に形成してもよい。
この場合、補助ベース部を、ベースに対して複数個設け、搭載部を、各補助ベース部ごとに設けてもよい。
上記本発明の電子部品用パッケージに、光素子を搭載し、当該光素子とリードとをワイヤボンドして半導体発光装置を構成することができる。
その半導体発光装置を、駆動回路に接続された配線を備えた基板に実装することによって照明装置を構成することができる。
本発明の光素子用パッケージによれば、リードが絶縁材によってベースに対して電気的に絶縁した状態で固定されているので、ベースを導電性材料で形成しても、ベースとリードと絶縁性が確保される。従って、熱伝導性の良好な金属材料を用いてベースを形成することによって、光素子から発生する熱は当該ベースを介して良好に外部に伝達されるので、良好な放熱性が得られる。
特に、リードの外方に延伸する部分を、貫通孔を貫通する部分に対して、ベースの外周方向に折り曲げ、ベースの底面に沿っているので、本発明の光素子用パッケージを用いて光半導体装置を構成し基板に実装するときに、ベース底面に沿っているリード部分を、実装基板に接続すれば、光素子搭載部直下のベース底面は、実装基板に接近もしくは接触する。従って、光素子で発生した熱が、ベースの搭載部から直下に伝わって実装基板に効率よく放熱される。
また、リードがベース表面に直接接合されているのではなく、絶縁材を介して固着されており、さらに、リードの外方に延伸する部分が、貫通孔を貫通する部分に対して、ベースの外周方向に折り曲げられ、ベースの底面に沿っているので、リードはある程度自由に変形できる。
従って、パッケージのベースと実装基板との間の熱膨張差に起因してリードに外力が加わったとしても、リードが変形してこの力を吸収するので、ハンダ接合部にかかる応力は小さい。よって、基板実装後のヒートサイクル試験においても、リードと実装基板の配線との間のハンダ接合部にクラックは発生しにくい。
特に、実装基板が、銅やアルミなどの金属で形成されている場合、ベースを金属材料で構成すれば、熱膨張差自体も小さくなるので、ハンダクラック発生を抑える効果が大きい。
また、本発明の光素子用パッケージによれば、ベース及びリードをそれぞれ加工して、リードを貫通孔内にセットし、絶縁材を貫通孔に充填する方法で作製することができる。従って、ベース及びリードを、プレス加工を用いて精度よく作製することもできる。
上記本発明の光素子用パッケージにおいて、ベースを、金属を含む材料、特に無酸素銅、銅合金で形成すれば、熱伝導性が良好なので、優れた放熱性が得られる。
ベースにおいて、搭載部に対して背面側に凸部を形成し、当該凸部の頂面と、リードの底面に沿っている部分の表面とを、同一面上に存在させれば、実装基板に実装した時に、凸部の頂面が実装基板に接触するので、実装基板への放熱性がより良好となる。
リードにおける貫通孔内を貫通する位置を、貫通孔の中央に対してベースの外周側にオフセットさせれば、リードの搭載部に近い端部を、ベースの中央側に折り曲げても、リードとベースとの絶縁性を保つエリアを確保できる。すなわち、このようにリードの端部をベースの中央側に折り曲げれば、パッドエリアが広くなり、当該リード端部にワイヤボンドするのが容易である。
また、リードにおける貫通孔内を貫通する位置を外側にオフセットさせることで、搭載部の背面に凸部を形成した場合に当該凸部とリードとの距離を稼ぐことができるので、実装基板に実装する時に短絡防止効果を奏する。
ベース上面の中央部に凹部を形成し、光素子搭載部よりも外周部を高く形成すれば、凹部内面をリフレクタとして機能させることができる。
ここで、ベースの凹部内面に、銀または銀を含む合金でメッキを施せば、青色光（短波長可視光）に対するリフレクタの反射率が向上する。
絶縁材を、白色の高反射ガラスで構成することも、リフレクタの反射率を高めるのに有効である。
リードの外方に延伸する部分を、ベースの外延よりも外側まで延在させ、その終端部を上面側に折り曲げれば、ハンダ接合部にフィレットが形成されてハンダ接合強度が高められるので、ハンダクラックの発生がより抑えられる。
リードにおいて、折り曲げ形成されている終端部分の幅を、ベースの底面に沿っている部分の幅よりも狭くすれば、ベースの底面に沿ったリード部分における端部に角部分が形成されるので、パッケージ組立時にこの角部分を治具で容易に押えることができ、パッケージ組立精度の向上に寄与する。
絶縁材を、ベース底面に沿っているリード部分とベース底面との間にも介在させれば、両者間の絶縁性を確保できる。
絶縁材として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いれば、ガラス材が樹脂と比べて高粘性であるため、一般に広いクリアランスの接合に有効であるため、リードを安定して固定できる。
実施の形態に係る光素子用パッケージの上面図及び底面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。 上記光素子用パッケージに光素子を搭載した半導体発光装置、並びにこれを実装基板に実装する様子を示す図である。 光素子用パッケージ及び半導体発光装置の製造方法を示す工程フロー図である。 リードを折り曲げ加工する前の金属板材を示す図である。 ガラス封着工程を示す図である。 半導体発光装置を作製する工程を示す図である。 従来技術にかかる半導体発光装置を示す図である。 実施例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。 変形例に係る光素子用パッケージを示す図である。
１．光素子用パッケージの構成
図１は、実施の形態に係る光素子用パッケージ１を示すものであって、（ａ）は上面図（ｂ）は底面図である。図２は、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
光素子用パッケージ１の構成について、図１，２を参照しながら説明する。説明上、図１の紙面に沿った方向を水平方向、これに垂直な方向を垂直方向ということとする。
光素子用パッケージ１は、光素子をパッケージするために用いられるものであって、
一対の貫通孔１１，１２が形成されているベース１０と、貫通孔１１，１２に挿入されたリード２１，２２と、貫通孔１１，１２に充填されて、リード２１，２２をベース１０から絶縁した状態で固定する絶縁材３１，３２とを備えている。
（ベースの構成）
ベース１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、垂直方向から平面視したときに略正方形状であって、その上面側の中央部に、光素子を搭載するための搭載部１３が設けられている。
上記一対の貫通孔１１，１２は、搭載部１３をはさんでその両側に位置し、ベース１０の上面と底面との間を貫通するように垂直方向に開設されている。
また、ベース１０の上面には凹部１４が形成されており、上記搭載部１３は、当該凹部の底に形成されている。ベース１０の外周部１５は、搭載部１３よりも高くなっている。
凹部１４は、図２に示すようにすり鉢状であって、図１（ａ）に示すように上面からみると円形状である。
このようなベース１０は、全体を銅などの金属材料で一体成型することが好ましい。
この凹部１４の内面には、メッキ層（不図示）が被覆されている。このメッキ層は、ニッケル層の上に、金，銀，金合金、銀合金から選択された材料の層が積層されて形成され、搭載部１３に搭載される光素子から発光される光を反射するようになっている。
ベース１０において、搭載部１３の直下底面に凸部１６が形成されている。
凸部１６の高さは、当該凸部１６の頂面１６ａと、リードの２１ｃ，２２ｃの下表面とが、同一面上に存在するよう設定されている。
（リードの構成）
リード２１，２２は、長尺状の金属板材が折り曲げ加工されたものである。金属板としては、例えば、鉄−ニッケル系合金からなる板材が用いられる。
リード２１，２２は、ベース１０の貫通孔１１，１２を貫通するよう挿入された貫通部分２１ｂ，２２ｂを有し、当該貫通部分２１ｂ，２２ｂは、貫通孔１１，１２に充填された絶縁材３１，３２に埋まり込んで固定されている。
リードの貫通部分２１ｂ，２２ｂが、貫通孔１１，１２内を貫通する水平方向位置は、貫通孔１１，１２の中央に対してベース１０の外周側にオフセットされている。図２では、貫通孔１２の中央を一点鎖線Ａ、貫通部分２２ｂの位置を一点鎖線Ｂで示し、貫通部分２２ｂの位置が、ベース１０の外周側（図２において右側）にオフセットされている状態を表わしている。
リード２１，２２において、搭載部１３に隣接する側の端部２１ａ，２２ａは、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の内側に向けて折り曲げられている。すなわち、貫通部分２１ｂ，２２ｂは垂直方向に伸び、リード端部２１ａ，２２ａは水平方向に伸びてパッドエリアとなっている。
上記のように貫通部分２１ｂ，２２ｂの位置が外周側にオフセットされているので、リード端部２１ａ，２２ａの水平方向の長さをその分大きく設定しても、リード端部２１ａ，２２ａの先端がベース１０に接触しないのでリード２１，２２とベース１０との絶縁性が確保できる。このように、リード端部２１ａ，２２ａの水平方向長さを確保することによって、パッドエリアが広くなるので、ワイヤボンディング工程が容易となる。
また、貫通部分２１ｂ，２２ｂの位置が外周側にオフセットされていることで、凸部１６とリード２１，２２との距離を稼ぐことができるので、実装基板３に実装する時に両者の短絡を防止する効果を奏する。
一方、貫通孔１１，１２から外方に延伸する延伸部分２１ｃ，２２ｃは、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の外周方向に折り曲げられ、ベース１０の底面に沿って延在している。
そして、延伸部分２１ｃ，２２ｃは、ベース１０の外延よりも外側まで延在し、その終端部２１ｄ，２２ｄは、垂直方向上面側に折り曲げられている。
リードにおいて、終端部２１ｄ，２２ｄの幅（図１中、Ｗ2）は、ベースの底面に沿った延伸部分２１ｃ，２２ｃの幅（図１中、Ｗ1）よりも狭く設定されている（図５参照）。
詳しくは製造方法のところで述べるが、それによって、金属板材を折り曲げ加工してリード２１，２２を成形する際に、終端部２１ｄ，２２ｄの折り曲げ加工を容易に行うことができる。
なお、リード２１，２２において、絶縁材３１，３２と接触する領域には、開口部２１ｅ，２２ｅが開設されている。
（絶縁材の構成）
絶縁材３１，３２は、貫通孔１１，１２内に充填されて、リード２１，２２の貫通部分２１ｂ，２２ｂを覆っている。
さらに、図２に示されるように、絶縁材３１，３２は、開口部２１ｅ，２２ｅ内にも充填され、リード２１，２２の端部２１ａ，２２ａの下面にも接触している。
このような絶縁材３１，３２によって、リード２１，２２は、ベース１０に対して、絶縁状態でしっかりと固定されているとともに、貫通孔１１，１２が封止されている。
また、絶縁材３１，３２の一部は、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃとベース１０の底面との間にも介在して、この両者間の絶縁性も確保している。
絶縁材３１，３２としては、リード２１，２２をベース１０の貫通孔１１，１２内に固定できるものを用いる。具体的には、樹脂を用いることもできるが、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスが好ましい。
一般に樹脂と比べてガラス材は溶融時にも高粘性であるため、広いクリアランスの接合にも有効である。従って、絶縁材３１，３２としてガラス材を用いれば、ガラス材料を溶融時にも貫通孔１１，１２内にとどめてリード２１，２２を安定して接合できる。
また、絶縁材３１，３２として、白色の高反射ガラスを用いることも、凹部１４内面の反射率を高める上で好ましい。
（半導体発光装置２、照明装置の構成）
図３は、上記光素子用パッケージ１に光素子を搭載した半導体発光装置２、並びにこれを実装基板３に実装する様子を示す図である。
光素子として、ここでは発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることとするが、レーザーダイオードなどを用いてもよい。
図３（ａ）に示すように、半導体発光装置２は、光素子用パッケージ１の搭載部１３上にＬＥＤチップ５０が搭載され、ＬＥＤチップ５０の端子とリード端部２１ａ，２２ａとをワイヤ５１，５２で接続されて構成されている。この半導体発光装置２において、凹部１４内に透明樹脂が充填されてＬＥＤチップ５０が封止されている。
図３（ｂ）に示すように、半導体発光装置２は、実装基板３上に実装され、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃにハンダ接合されて、照明装置として用いられる。なお、実装基板３の表面には、銅などの金属で配線パターン（不図示）が形成されてり、半導体発光装置２との不必要な電気的接触を避けるため、絶縁膜６０が設けられている。
２．光素子用パッケージ１，半導体発光装置２の製造方法
図４は、光素子用パッケージ１及び半導体発光装置２の製造方法を示す工程フロー図である。
当図を参照しながら説明する。
Ｐ１〜Ｐ３では、ガラス封着工程で用いるガラス柱体、ベース１０、リード２１，２２を作製する。
無酸素銅又は銅合金からなる素材をプレス加工機でプレス成形することによってベース１０を作製する（Ｐ１）。
鉄−ニッケル系合金からなる板材を折り曲げ加工することによってリード２１，２２を作製する（Ｐ２）。必要に応じて、空気中で６５０℃に加熱して酸化処理する。
このリード作製工程を、図５を参照しながら説明する。図５は、リード２１を折り曲げ加工する前の金属板材を示す。この金属板材を図中破線Ｙ1，Ｙ2，Ｙ3で折り曲げ加工することによってリード２１を作製する。
破線Ｙ3での折り曲げに関して、延伸部分２１ｃの幅Ｗ1よりも、終端部２１ｄの幅Ｗ2が狭く設定されているので、延伸部分２１ｃにおける端部に角部（図４のＣで示す部分）が形成される。
ガラス粉末を柱体形状にプレス成形して仮焼成することによってガラス柱体を作製する（Ｐ３）。
ガラス封着工程（Ｐ４）：
図６はガラス封着工程を示す図である。当該図６を参照しながら説明する。
ベース１０をカーボン治具７１にマウントし（図６（ａ））、リード２１，２２を、ベース１０の貫通孔１１，１２を貫通するようにセットしてカーボン治具７２で固定する（図６（ｂ））。ガラス柱体７３を、貫通孔１１，１２に挿入し（図６（ｃ））、ガラスが溶融する温度以上（例えば１０００℃）に加熱して冷却する。加熱冷却する間、リード２１，２２及びベース１０の位置をカーボン治具７１，７２で固定しておく（図６（ｄ））。
ここで、リード２１，２２には、上記のように延伸部分２１ｃ，２２ｃの端部に角部（図５のＣ参照）が形成されているので、図６（ｂ）の工程において、カーボン治具７２でこの角部を押え付けて、リード２１，２２を把持することができる。また、カーボン治具７２を、リードの終端側から水平方向にスライドさせて、角部を押え付ける位置に移動させることもできるので、パッケージの組立を容易に行うことができる。
加熱されたガラスは溶融して、一部がリード２１，２２の開口部２１ｅ，２２ｅを通って、貫通孔１１，１２内全体に充填される。また、溶融したガラスの一部は、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃとベース１０の底面との間にも流れる。そして、ガラスが冷却されると、固化して絶縁材３１，３２となり、この絶縁材３１，３２によってリード２１，２２がベース１０に対してしっかりと固定される。
以上のように組み立てたものに対して、メッキ処理を施す（図４のＰ５）。
この工程では、ニッケルメッキ処理で下地層を形成し、続いて金，銀，金銀合金から選択された材料でメッキ処理を施すことが好ましい。
当該メッキ処理によって、ベース１０、リード２１，２２などの露出表面全体に、ニッケル下地層と、金，銀あるいは金銀合金のメッキ層が形成される。
以上で光素子用パッケージ１が作製される。
（半導体発光装置の作製と実装）
上記光素子用パッケージ１を用いて、ダイスボンディング工程（図４のＰ６），ワイヤボンディング工程（図４のＰ７），エンキャップ工程（図４のＰ８）を通して半導体発光装置２を作製する。
これらの工程を、図７（ａ）を参照しながら説明する。なお、図７（ａ）は、上記図３に示したリフレクタありレンズなしの場合について示し、図７（ｂ）は、変形例として、リフレクタなし、レンズありの場合について示している。
ダイスボンディング工程Ｐ６では、光素子用パッケージ１の搭載部１３上に、Ａｕ−Ｓｎ合金あるいはＡｇのペーストを塗布し、ＬＥＤチップ５０を搭載して、加熱することによって接合する。加熱温度は、Ａｕ−Ｓｎ合金の場合３２０℃、Ａｇの場合１５０℃である。
ワイヤボンディング工程Ｐ７では、搭載したＬＥＤチップ５０の端子とリード端部２１ａ，２２ａとをワイヤ（Ａｕワイヤ）５１，５２で接続する。ここで、上記のようにリード端部２１ａ，２２ａが水平方向に伸びているので、リード端部２１ａ，２２ａとワイヤ５１，５２との接続が容易に行える。
エンキャップ工程Ｐ８では、凹部１４内に封止用透明樹脂（エポキシ樹脂あるいはシリコン系樹脂）を流し込み硬化させることによって、ＬＥＤチップ５０を封止する。
図７（ｂ）に示した変形例では、ベース１０の外周部１５が中央部よりも高く形成されておらず、従ってリフレクタは形成されない。その代わりに、ワイヤボンディング工程の後に、ＬＥＤチップ５０を覆うようにレンズ８０を搭載するレンズキャッピング工程が加わっている。そしてエンキャップ工程では、レンズ８０とベース１０との間に封止用透明樹脂を流し込んで硬化させることによって、ＬＥＤチップ５０が封止される。
なお、別の変形例として、ワイヤボンディング工程までは、図７（ａ）のようにベース１０の外周部１５が中央部よりも高くしてリフレクタを形成し、レンズキャッピング工程、エンキャップ工程は、図７（ｂ）のようにレンズ８０を搭載してもよい。
以上のようにして作製した半導体発光装置２を、実装基板３に実装する。
上記のように実装基板３の表面部分には配線パターン（不図示）が形成され、絶縁膜６０が設けられている。また、実装基板３上のリード２１，２２が載置される位置には、配線パターン上にクリームハンダ６１が塗布されている。
半導体発光装置２を実装基板３上に載置して、リフロー炉で加熱することによって、クリームハンダ６１が溶融して、リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃが実装基板３上にハンダ付けされる。このとき、溶融したハンダが、終端部２１ｄ，２２ｄの表面を濡らすように流れて、ハンダ接合部６２に丸みを帯びたフィレットが形成され、ハンダ接合部６２の強度が高められる。また、このフィレット形状を観察することによって、ハンダ付けの状態を確認することもできる。
３．光素子用パッケージ１による効果
以上のように、本実施形態にかかる光素子用パッケージ１は、リード２１，２２が絶縁材３１，３２によってベース１０に対して絶縁した状態で固定されているので、ベース１０及びリード２１，２２を熱伝導性の良好な金属材料で成形しておいて、リード２１，２２を、ベース１０の貫通孔内にセットし、ガラス材を貫通孔に充填する方法で作製することができる。
従って、ベース１０、リード２１，２２を、プレス加工によって高精度で作製することができる。
また、ＬＥＤチップ５０から発生する熱は、熱伝導性の良好なベース１０を介して外部に伝達されるので、良好な放熱性が得られる。
特に、リード２１，２２の外方に延伸する延伸部分２１ｃ，２２ｃを、貫通部分２１ｂ，２２ｂに対して、ベース１０の外周方向に折り曲げ、ベース１０の底面に沿って並行させているので、図３に示すように、実装時に延伸部分２１ｃ，２２ｃを、実装基板３にハンダ接続すれば、搭載部１３直下の頂面１６ａは、実装基板３に接近もしくは接触する。従って、ＬＥＤチップ５０で発生した熱が、ベース１０の搭載部１３から直下に伝わって実装基板３に効率よく放熱される。
特にベース１０を、銅材（無酸素銅あるいは銅合金）で形成すれば、熱伝導性が良好なので、優れた放熱性が得られる。
さらに、ベース１０には、搭載部１３に対して背面側に凸部１６を形成し、当該凸部１６の頂面と、延伸部分２１ｃ，２２ｃの表面とが、同一面上に存在しているため、実装基板３に実装した時に、凸部１６の頂面１６ａが実装基板３に接触するので、実装基板３への放熱性がより良好となる。
また、リード２１，２２は、ベース１０上に直接接合されているのではなく、絶縁材３１，３２を介してベース１０に固着されている上、リードの延伸部分２１ｃ，２２ｃが、ベースの外周方向に折り曲げられてベース１０の底面に沿って間隔をあけて並行しているので、リード２１，２２はある程度自由に変形できる。
従って、ベース１０と実装基板３との間の熱膨張差に起因してリード２１，２２に外力が加わったとしても、リード２１，２２が変形してこの力を吸収するので、ハンダ接合部６２にかかる応力は小さい。よって、ヒートサイクル試験においても、ハンダ接合部６２にクラックが発生しにくい。
リード２１，２２の延伸部分２１ｃ，２２ｃがベース１０の外延よりも外側まで延在され、その終端部２１ｃ，２２ｃが上面側に折り曲げられているので、ハンダ接合部６２にフィレットが形成されてハンダ接合強度が高められる。この点もハンダクラックの抑制効果を奏する。
また、ベース１０と実装基板３の両方が金属で形成されており、両者の熱膨張差が小さいことも、ハンダクラックの発生を抑える効果を奏する。
上記製造方法で説明したように、ベース１０及びリード２１，２２をそれぞれプレス加工などで成形して、リード２１，２２を貫通孔１１，１２内にセットし、ガラス材を貫通孔に充填する方法で光素子パッケージ１を作製することができるので、ベース１０及びリード２１，２２を精度よく作製することができる。
上述したように、リード２１，２２の貫通孔１１，１２内を貫通する位置が、貫通孔１１，１２の中央に対してベース１０の外周側にオフセットされ、リード端部２１ａ，２２ａがベース１０の中央側に折り曲げられているので、リード端部２１ａ，２２ａにワイヤ５１，５２を接続するのが容易である。
ベース１０上面の中央部に凹部１４を形成し、搭載部１３よりも外周部１５を高く形成しているので、凹部１４内面をリフレクタとして機能させることができ、凹部１４の内面に、銀または銀を含む合金でメッキを施せば、青色光に対するリフレクタの反射率が向上する。
絶縁材３１，３２を、白色の高反射ガラスで構成すれば、リフレクタの反射率を高めることができる。
絶縁材３１，３２の一部が、リードの延伸部２１ｃ，２２ｃとベース１０の底面との間にも介在されているので、両者間の絶縁性が確保される。
ガラス材料は高粘性であるため、一般に広いクリアランスの接合にも有効である。従って、絶縁材３１，３２として、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスを用いれば、リード２１，２２を安定して固定できる。
（実施例、変形例）
図９は、上記光素子パッケージ１と同様の実施例にかかる光素子パッケージを示す図面、図１０〜１３は、上記光素子パッケージ１を変形した実施例にかかる光素子パッケージを示す図面であって、各図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は断面図である。なお、左側面図は右側面図と対称、背面図は正面図と対称なので省略している。
図１０に示す光素子パッケージは、図９に示すものと同様であるが、ベース１０の上面に凹部（リフレクタ）が形成されていない。
図１１〜図１３に示す光素子パッケージでは、ベース１０の上面に複数の搭載部が配列され、複数のＬＥＤチップを搭載することができるようになっている。
図１１に示す光素子パッケージでは、４個の搭載部１３ａ〜１３ｄが一列に配列され、１対のリード２１，２２が１対の貫通孔１１，１２を貫通するように設けられている。
図１２に示す光素子パッケージでは、４個の搭載部１３ａ〜１３ｄが二行二列に配列され、２対のリード２１，２２、２７，２８が、２対の貫通孔１１，１２、１７，１８を貫通するように設けられている。
図１３に示す光素子パッケージでは、８個の搭載部１３ａ〜１３ｈが四行二列に配列され、１対のリード２１，２２が１対の貫通孔１１，１２を貫通するように設けられている。
なお、この光素子パッケージも、ベース１０の上面に凹部（リフレクタ）は形成されていない。
図１１〜１３に示す光素子パッケージのように、複数のＬＥＤチップを搭載できる場合、同じ発光色のＬＥＤチップを搭載してもよいが、異なる発光色のＬＥＤチップを混ぜて搭載してもよい。例えば、ＲＧＢ各色のＬＥＤチップを混載することによって、全体で白色光を発光させることもできる。
なお、光素子パッケージ１では、ベース１０の上面側に搭載部１３が一体形成されている例を示したが、ベース１０とは別体の第２ベースをベース１０に対して絶縁した状態で固着して、当該第２ベースの上面に搭載部形成してもよい。ここで、搭載部を形成した第２ベースの数は１つに限定されることなく、複数個設けてもよい。
具体的には、たとえば、ベース１０の中央部分に第２貫通孔を複数個開設し、各第２貫通孔内を貫通できる形状で金属材料で第２ベースを成形し、各第２ベースの上面側に搭載部を形成する。そして、各第２ベースを、各第２貫通孔にガラス材などの絶縁材を介して固着する。
この場合、搭載した複数の光素子を電気的に共通に短絡させることなく動作させることができる。
また、ベース１０にリード用の貫通孔１１，１２を複数個開設したが、ベース自体が端子を兼ねるようにすれば、リードの数は１つでよいので、ベースに開設する貫通孔の数も１つでよい。
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光素子をパッケージする光素子用パッケージに適用することができ、光半導体素子を形成して照明装置などに利用することができる。
特に放熱性が良好なため、ハイパワー用の光半導体素子に適している。
１ 光素子用パッケージ
２ 半導体発光装置
３ 実装基板
１０ ベース
１１，１２ 貫通孔
１３ 搭載部
１４ 凹部
１５ 外周部
１６ 凸部
１６ａ 凸部頂面
２１，２２ リード
２１ａ，２２ａ リード端部
２１ｂ，２２ｂ 貫通部分
２１ｃ，２２ｃ 延伸部分
２１ｄ，２２ｄ 終端部
３１，３２ 絶縁材
５０ ＬＥＤチップ
５１，５２ ワイヤ
６２ ハンダ接合部
７３ ガラス柱体

Claims (17)

  1. 光素子をパッケージするために用いられる光素子用パッケージであって、
    貫通孔が形成されていると共に光素子を搭載するための搭載部を上面側に備えたベースと、
    前記貫通孔に挿入されたリードと、
    前記貫通孔に充填され、前記リードを前記ベースから絶縁した状態で固定する絶縁材とを備え、
    前記リードは、その一端側が前記貫通孔から外方に延伸し、
    前記貫通孔を貫通する部分に対して、前記ベースの外周方向に折り曲げられ、前記ベースの底面に沿って延在していることを特徴とする光素子用パッケージ。
  2. 前記ベースは、金属を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  3. 前記ベースは、無酸素銅又は銅合金で形成されていることを特徴とする請求項２記載の光素子用パッケージ。
  4. 前記ベースは、前記搭載部に対して背面側に凸部を有し、
    当該凸部の頂面と、前記リードの底面に沿って部分の表面とが、同一面上に存在することを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  5. 前記リードは、
    前記貫通孔内を貫通する位置が、前記貫通孔の中央に対してベースの外周側にオフセットされており、
    前記搭載部に近い端部が、前記ベースの中央側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  6. 前記ベースは、
    上面の中央部に凹部が形成されて、前記光素子搭載部よりも外周部が高くなっていることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  7. 前記ベースの凹部内面は、
    銀または銀を含む合金でメッキされていることを特徴とする請求項４記載の光素子用パッケージ。
  8. 前記絶縁材は、白色の高反射ガラスで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品用パッケージ。
  9. 前記リードの外方に延伸する部分は、前記ベースの外延よりも外側まで延在し、その終端部が上面側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  10. 前記リードにおいて、
    折り曲げ形成されている終端部分の幅は、前記ベースの底面に沿っている部分の幅よりも狭いことを特徴とする請求項９記載の光素子用パッケージ。
  11. 前記絶縁材が、
    前記ベースの底面に沿っている部分と、前記ベースの底面との間にも介在することを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  12. 前記絶縁材は、ソーダ系ガラスもしくは硼珪酸系ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  13. 前記リードは、鉄−ニッケル合金系で構成されていることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  14. 前記ベースに対して絶縁した状態で固着された補助ベース部を備え、
    前記搭載部は、当該補助ベース部の上面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
  15. 前記補助ベース部は、当該ベースの本体部に対して複数個設けられ、
    前記搭載部は、各補助ベース部ごとに設けられていることを特徴とする請求項１４記載の光素子用パッケージ。
  16. 請求項１に記載の電子部品用パッケージに、
    光素子が搭載され、当該光素子とリードとがワイヤボンドされてなる半導体発光装置。
  17. 請求項１６記載の半導体発光装置が、
    駆動回路に接続された配線を備えた基板に実装されてなる照明装置。
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