JP2008198782A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】的確に封止樹脂の剥離を防止することのできる発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を上面に搭載しセラミックからなるマウント部３と、マウント部３の上面に形成され金属からなる回路パターン５と、ＬＥＤ素子２を包囲するようマウント部３上に配置されセラミックからなるリフレクタ部４と、マウント部３とリフレクタ部４との間に介在し回路パターン５と離隔するよう配置されセラミックからなる介在シート部８と、マウント部３、介在シート部８及びリフレクタ部４により形成された空間に充填された封止樹脂７と、マウント部３の露出部３ｂ、介在シート部８の側面８ａ及びリフレクタ部４の下面４ｃにより形成され封止樹脂７の一部が受容される凹部１０と、を備え、凹部１０にて封止樹脂７がセラミックと強固に接合されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、セラミックからなるマウント部に発光素子が搭載され、発光素子の光を反射させるリフレクタ部がマウント部上に配置された発光装置に関する。

従来から、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子をエポキシ系、シリコーン系等の透光性の封止樹脂で封止した発光装置が知られている。この種の発光装置として、セラミック製のベース基板にＬＥＤが実装され、ベース基板の上面に金属リングを介して光反射面を形成する金属製の枠体が接合されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、透光性の封止樹脂は、金属との接合力がセラミックとの接合力よりも劣ることが知られている。すなわち、特許文献１に記載の発光装置では、枠体及びベース基板により形成された空間に、加熱により軟化させた封止樹脂を充填して固化させると、熱収縮により封止樹脂が枠体から剥離してしまうという問題点があった。

また、この種の発光装置として、発光素子のマウント部及びリフレクタ部をセラミックにより形成し、リフレクタ部に金属層を形成して光反射部とするものも知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の発光装置では、光反射部の周囲にセラミック素地部を露出させ、セラミック素地部における封止樹脂との密着力により、熱ストレスによる封止樹脂の剥離が防止されるとされている。しかし、この発光装置においても、リフレクタ部の大半が金属層により覆われていることから、熱収縮による封止樹脂の剥離が生じやすい構造となっている。

さらに、この種の発光装置として、リフレクタ部に金属層を形成せず表面を全面的にセラミックとし、リフレクタ部に封止樹脂を保持するための窪みを形成したものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。マウント部の表面には発光素子へ電力を供給する回路パターンが形成され、回路パターンは、マウント部とリフレクタ部との接合部分から、マウント部の発光素子搭載部分まで延びるよう形成されている。
特開２００６−２６９４８５号公報 特開２００４−１１１９３７号公報 特開平１１−７４５６１号公報

しかしながら、特許文献３に記載の発光装置では、回路パターンが金属からなることから、セラミックと比較して封止樹脂との接合力が小さい。そして、この回路パターンがマウント部とリフレクタ部の会合部分にまで形成されていることから、封止樹脂の収縮時に最も大きな応力が生じるマウント部とリフレクタ部の角部近傍において剥離が生じやすいという問題点があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、的確に封止樹脂の剥離を防止することのできる発光装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、前記発光素子を上面に搭載し、セラミックからなるマウント部と、前記マウント部の上面に形成され、金属からなる回路パターンと、前記発光素子を包囲するよう前記マウント部上に配置され、セラミックからなるリフレクタ部と、前記マウント部と前記リフレクタ部との間に介在し、前記回路パターンと離隔するよう配置され、セラミックからなる介在シート部と、前記マウント部、前記介在シート部及び前記リフレクタ部により形成された空間に充填され、前記発光素子を封止する封止樹脂と、前記マウント部の上面、前記介在シート部の側面及び前記リフレクタ部の下面により形成され、前記封止樹脂の一部が受容される凹部と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。

この発光装置によれば、凹部をなすマウント部の上面、介在シート部の側面及びリフレクタ部の下面が全てセラミックであり、凹部内に受容された封止樹脂はセラミックと接合されることとなる。そして、凹部を形成することにより接合面積が増大が図られていることから、封止樹脂は外縁下部にてセラミックと強固に接合される。

上記発光装置において、前記マウント部、前記介在シート部及び前記リフレクタ部は、積層されたグリーンシートを焼成することにより形成されることが好ましい。

上記発光装置において、前記マウント部、前記介在シート部及び前記リフレクタ部は、アルミナからなることが好ましい。

上記発光装置において、前記リフレクタ部は、内面が上方へ向かって拡がるよう形成されることが好ましい。

上記発光装置において、前記発光素子の発光部は、前記リフレクタ部の下端よりも上方に配置されることが好ましい。

本発明によれば、封止樹脂が外縁下部にてセラミックと強固に接合されるようにしたので、加工時等の熱ストレスにより封止樹脂が収縮し、封止樹脂にリフレクタ部の中心へ向かう内部応力が発生した際に、封止樹脂のマウント部、リフレクタ部等からの剥離を的確に防止することができる。

図１から図３は本発明の第１の実施形態を示し、図１は発光装置の概略上面図である。

図１に示すように、この発光装置１は、上面視にて全体として長方形状を呈し、フェイスアップ型のＧａＮ系半導体材料からなる発光素子としてのＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を上面に搭載しセラミックからなるマウント部３と、マウント部３の上側に配置され上面視にてＬＥＤ素子２を包囲するリフレクタ部４と、を備えている。また、基板３の上面には導電性の金属からなりＬＥＤ素子２へ電力を供給する回路パターン５が形成され、ＬＥＤ素子２の上面に形成された電極と回路パターン５とがボンディングワイヤ６により電気的に接続されている。マウント部３、リフレクタ部４及び後述する介在シート部８によって形成される空間には、ＬＥＤ素子２を封止する封止樹脂７が充填される。

ＬＥＤ素子２は、マウント部３の中央に搭載され、回路パターン５上に接着ペースト９により固定されている。封止樹脂７はシリコーンからなり、上面視にて封止樹脂７を通じてリフレクタ部４の内側にマウント部３の底部が視認されるようになっている。尚、封止樹脂７は、例えばエポキシ等のような他の透明樹脂であってもよい。マウント部３の回路パターン５は、所定の距離をおいて形成される正極パターン５ａ及び負極パターン５ｂを有する。正極パターン５ａと負極パターン５ｂは、マウント部３における直線状の絶縁領域３ａにより離隔されて形成されている。図１に示すように、上面視にて、リフレクタ部４の内周面４ａの内側に、絶縁領域３ａを除いてマウント部３の回路パターン５が位置するよう構成されている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
図２に示すように、発光装置１は、平板状に形成されたマウント部３と、マウント部３とリフレクタ部４の間に介在する介在シート部８と、内周面４ａが上方へ向かって拡径するよう形成されたリフレクタ部４と、が積層されて構成されている。マウント部３、介在シート部８及びリフレクタ部４は、全てセラミックからなり、本実施形態においてはアルミナが用いられている。マウント部３、介在シート部８及びリフレクタ部４は、焼成前の複数のグリーンシートに孔部を形成しておき、各グリーンシートを重ね合わせて焼成することにより形成される。本実施形態においては、マウント部３、介在シート部８及びリフレクタ部４は、同じ粒度分布及び平均粒径のアルミナを焼結して成型されている。

マウント部３は、縦寸法が２．０ｍｍ、横寸法が４．５ｍｍ、厚さ寸法が０．２ｍｍである。回路パターン５は、マウント部３の上面に形成された厚さ１０〜２０μｍのタングステン（Ｗ）に、厚さ２．０〜９．０μｍのニッケル（Ｎｉ）を形成した後、厚さ４．０μｍの銀（Ａｇ）メッキを施すことにより形成されている。

介在シート部８は、厚さ寸法が０．２ｍｍで、外縁がマウント部３と同形状であり、内縁が回路パターン５の端部と距離をおいて形成されている。この結果、図２に示すように、マウント部３の表面には、回路パターン５と介在シート部８との間に直接封止樹脂７と接合する露出部３ｂが形成される。本実施形態においては、介在シート部８の内縁（側面８ａ）はマウント部３に対して垂直に形成されている。

リフレクタ部４は、厚さ寸法が０．５ｍｍで、外縁がマウント部３及び介在シート部８と同形状に形成される。これにより、マウント部３、介在シート８及びリフレクタ部４の外縁は面一となっている。また、リフレクタ部４の内周面４ａは、基板３の上面に対し一定の傾斜角をなすよう形成される。リフレクタ部４はアルミナにより形成され光反射率が良好であることから、ＬＥＤ素子２から出射された光のうち内周面４ａに入射するものについては、リフレクタ部４の上部開口へ反射されることとなる。

また、図２に示すように、リフレクタ部４の下部には、介在シート部８よりも内側へ突出する突出部４ｄが形成されている。突出部４ｄの内側への突出量は、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。本実施形態においては、突出部４ｄの介在シート部８からの突出量と、介在シート部８及び回路パターン５の距離と、が等しいことから、マウント部３の露出部３ｂはリフレクタ部４と上面視にて重なっている。このようにして、リフレクタ部４の突出部４ｄの下面４ｃと、介在シート部８の内縁をなす側面８ａと、マウント部３の露出部３ｂと、により、封止樹脂７の一部を受容する凹部１０が形成されている。凹部１０をなす露出部３ｂ、側面８ａ及び下面４ｃが全てセラミックであり、凹部１０内に受容された封止樹脂７はセラミックと接合されることとなる。そして、凹部１０を形成することにより接合面積が増大が図られていることから、封止樹脂７は外縁下部にてセラミックと強固に接合される。

図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。
図３に示すように、本実施形態においては、凹部１０がＬＥＤ素子２を取り囲むよう形成されており、封止樹脂７の外縁下部が全周にわたって凹部１０内へ入り込んでいる。

尚、マウント部３は、セラミックの積層構造をとっており、回路パターン５にはセラミックの層間に形成される層間パターン５ｃを通じて電力が供給される。この層間パターン５ｃは、マウント部３、リフレクタ部４の外縁角部の各切欠４ｂ，８ｂに形成された金属からなる接続端子と、正極パターン５ａ及び負極パターン５ｂとを電気的に接続する。そして、各接続端子を用いて外部電源と導通をとることにより、ＬＥＤ素子２が発光するようになっている。

以上のように構成された発光装置１によれば、マウント部３の上面部分をなすグリーンシートと、介在シート部８をなすグリーンシートと、リフレクタ部４の下端部分をなすグリーンシートと、を積層して焼成することにより凹部１０を有したセラミックパッケージを作製することができ、凹部１０の製造が簡単容易である。

そして、加工時等の熱ストレスにより封止樹脂７が収縮すると、封止樹脂７にはリフレクタ部４の内周面４ａの中心へ向かう内部応力が発生する。このとき、封止樹脂７内にて最大の内部応力が生じる外縁付近が凹部１０を形成するセラミックと接合されているので、封止樹脂７のマウント部３、リフレクタ部４等からの剥離を防止することができる。

ここで、凹部１０の表面は全てセラミックであることから、表面の一部が金属材により構成された場合のように、封止樹脂７の剥離方向の応力が局所的に生ずることはなく、内部応力を凹部１０内にて分散させることができる。また、封止樹脂７とセラミックの接合面積を大きくとることにより、より大きな剥離方向への応力に抗することができる。

また、回路パターン５が金属からなり、回路パターン５においては封止樹脂７との接合力がセラミックに比して小さいものの、回路パターン５の外側の凹部１０の露出部３ｂにてセラミックと接合していることから、回路パターン５における封止樹脂７の剥離を効果的に抑制することができる。

また、凹部１０に入り込んだ封止樹脂７については、リフレクタ部４の突出部４ｄにより、内周面４ａの中心への移動が阻害される。これにより、凹部１０内の封止樹脂７に生ずる応力が低減され、凹部１０内の封止樹脂７におけるセラミックからの剥離方向の応力が低減される。従って、凹部１０内の封止樹脂７は、凹部１０が全面的にセラミックにより構成されていることと、突出部４ｄにより応力が減じられることとの相乗作用により、封止樹脂７の剥離が効果的に抑制される。

尚、前記実施形態においては、ＬＥＤ素子２としてフェイスアップ型を示したが、フリップチップ型であってもよいことは勿論である。また、ＬＥＤ素子２として青色光を発するものを示したが、例えば緑色光や赤色光を発するものを用いてもよい。また、ＬＥＤ素子２としてＧａＮ系半導体材料からなるものを用いた発光装置１を説明したが、例えばＺｎＳｅ系やＳｉＣ系のように他の半導体材料からなる発光素子であってもよい。

また、前記実施形態においては、封止樹脂７が透明であり青色に発光する発光装置１を例示したが、封止樹脂７に、例えばＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)、珪酸塩等からなり、青色光により励起されると波長変換光として黄色光を発する黄色蛍光体を含有させ、白色に発光する発光装置としてもよいことは勿論である。さらに、ＬＥＤ素子が紫外光を発し、封止樹脂７に青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を含有させても白色の発光装置とすることができる。

また、前記実施形態においては、ＬＥＤ素子２の発光層がリフレクタ部４の下端よりも低い位置であるものを示したが、介在シート部８、接着ペースト９等の厚さ寸法を調整することにより、ＬＥＤ素子２の発光層がリフレクタ部４の下端よりも高い位置となるようにしてもよい。

また、前記実施形態においては、介在シート部８の側面８ａがマウント部３の上面に対して垂直であるものを示したが、例えば図４及び図５に示すように、側面８ａと上面とが垂直でなくともよい。図４は介在シート部８の側面８ａが上方へ向かって拡がるよう形成された変形例を示し、図５は介在シート部８の側面８ａが上方へ向かって窄むよう形成された変形例を示す。

また、前記実施形態においては、介在シート部８が一枚のグリーンシートからなるものを示したが、例えば図６に示すように、介在シート部８１，８２を複数のグリーンシートにより積層して構成してもよい。図６には、２枚のグリーンシートにより介在シート部を構成したものを示す。具体的には、下側の介在シート部８１が上方へ向かって拡がり、上側の介在シート部８２が上方へ向かって窄むようになっている。これにより、凹部１０を形成するセラミックの表面の面積を増大させるとともに、表面の接合部の角度を緩やかにして応力集中をさらに低減することができる。

また、前記実施形態においては、マウント部３、介在シート部８及びリフレクタ部４が同じ粒度分布及び平均粒径のアルミナの焼結体であるものを示したが、粒度分布及び平均粒径や添加物が互いに異なるようにしてもよい。例えば、リフレクタ部４についてはマウント部３及び介在シート部８に比して光反射率の高い焼結体としたり、マウント部３及び介在シート部８についてはリフレクタ部４よりも封止樹脂７との接合力の高い焼結体としてもよい。

また、前記実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ素子を用いたＬＥＤを説明したが、発光素子はＬＥＤ素子に限定されるものではない。さらに、マウント部３、リフレクタ部４等の形状も任意であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示す発光装置の概略上面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 変形例を示す発光装置の一部断面図である。 変形例を示す発光装置の一部断面図である。 変形例を示す発光装置の一部断面図である。

符号の説明

１ 発光装置
２ ＬＥＤ素子
３ マウント部
３ａ 絶縁領域
３ｂ 露出部
４ リフレクタ部
４ａ 内周面
４ｂ 切欠
４ｃ 下面
４ｄ 突出部
５ 回路パターン
５ａ 正極パターン
５ｂ 負極パターン
５ｃ 層間パターン
６ ボンディングワイヤ
７ 封止樹脂
８ 介在シート部
８ａ 側面
８ｂ 切欠
９ 接着ペースト
１０ 凹部
８１ 介在シート部
８２ 介在シート部

Claims (5)

1. 発光素子と、
   前記発光素子を上面に搭載し、セラミックからなるマウント部と、
   前記マウント部の上面に形成され、金属からなる回路パターンと、
   前記発光素子を包囲するよう前記マウント部上に配置され、セラミックからなるリフレクタ部と、
   前記マウント部と前記リフレクタ部との間に介在し、前記回路パターンと離隔するよう配置され、セラミックからなる介在シート部と、
   前記マウント部、前記介在シート部及び前記リフレクタ部により形成された空間に充填され、前記発光素子を封止する封止樹脂と、
   前記マウント部の上面、前記介在シート部の側面及び前記リフレクタ部の下面により形成され、前記封止樹脂の一部が受容される凹部と、を備えたことを特徴とする発光装置。
2. 前記マウント部、前記介在シート部及び前記リフレクタ部は、積層されたグリーンシートを焼成することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記マウント部、前記介在シート部及び前記リフレクタ部は、アルミナからなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記リフレクタ部は、内面が上方へ向かって拡がるよう形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記発光素子の発光部は、前記リフレクタ部の下端よりも上方に配置されることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。

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