JP4070195B2

JP4070195B2 - 発光素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP4070195B2
Application number: JP2002344733A
Authority: JP
Inventors: 敏幸千歳; 陽介森山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004179439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられている。従来のセラミック製のパッケージは、図４に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子23を搭載するための導体層から成る搭載部21ａを有し、搭載部21ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体24ａ，24ｂを有する略直方体や略四角形平板状のセラミック製の基体21と、その上面に積層され、中央部に発光素子23を収容するための貫通孔22ａを有する略四角枠状のセラミック製の枠体22とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
そして、基体21の上面の一方のメタライズ配線導体24ａが接続された搭載部21ａ上に発光素子23を導電性接合材を介して固着するとともに、発光素子23の電極と他方のメタライズ配線導体24ｂとをボンディングワイヤ25を介して電気的に接続し、しかる後、枠体22の貫通孔22ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子23を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する発光装置の電極が外部電気回路に電気的に接続され発光素子23へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
このようなセラミック製のパッケージにおいては、内部に収容する発光素子23が発光する光を枠体22の貫通孔22ａの内周面で反射させるが、発光装置の発光効率を良好なものとするために貫通孔22ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成るめっき金属層26ｂを表面に有するメタライズ金属層26ａを被着させている。
【０００５】
また、このパッケージはセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る基体21用のグリーンシートと、セラミックスから成る枠体22用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートにメタライズ配線導体24ａ，24ｂを導出させるための貫通孔や発光素子23を収容するための貫通孔22ａをグリーンシートの上下面に略垂直に打ち抜く。次に、基体21用のグリーンシートの上面から下面にかけてメタライズ配線導体24ａ，24ｂ用のタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布し、枠体22用のグリーンシートの貫通孔22ａの内周面にメタライズ金属層26ａ用のＷやＭｏなどの高融点金属粉末から成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布する。基体21用のグリーンシートと枠体22用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。その後、搭載部21ａ，メタライズ配線導体24ａ，24ｂおよびメタライズ金属層26ａの露出表面に、ＮｉやＡｕ等の金属から成るめっき金属層26ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより、パッケージが製作される。
【０００６】
しかしながら、この従来のパッケージでは、貫通孔22ａの内周面が基体21の上面に対して略垂直になっており、そのため、貫通孔22ａの内周面で反射した光が外部に均一かつ良好に放射されず、このパッケージを用いた発光装置の発光効率がそれ程高くならないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、このような問題点を解消するために、本出願人は、図３に示すように、上面に発光素子13を搭載するための搭載部11ａを有する略平板状の基体11の上面に、発光素子13を収容するための貫通孔12ａを有する枠体12を接合して成るパッケージであって、貫通孔12ａの内周面は、基体11上面に対して55〜70度の角度で外側に広がっているとともにその表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子13の光に対する反射率が80％以上のめっき金属層16ｂが被着されていることにより、貫通孔12ａ内に収容する発光素子13が発する光を傾斜した貫通孔12ａの内周面のめっき金属層16ｂにより良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができるパッケージを提案した（下記の特許文献１参照）。
【０００８】
このパッケージは以下のようにして作製される。枠体12用のグリーンシートに発光素子13収納用の貫通孔12ａをその内周面が55〜70度の傾斜面となるように穿孔する。次に、この貫通孔12ａの内周面に金属ペーストを塗布し、枠体12用のグリーンシートと基体11用のグリーンシートとを枠体12用のグリーンシートの貫通孔12ａの内周面が外側に広がる向きに接合し、これらを焼成して基体11上に貫通孔12ａを有する枠体12が積層一体化されるとともに貫通孔12ａの内周面にメタライズ金属層16ａが被着された焼結体を得る。次に、メタライズ金属層16ａ表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子13が発する光に対する反射率が80％以上のめっき金属層16ｂを被着させる。
【０００９】
メタライズ配線導体14ａ，14ｂは、例えばＷ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体11となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって基体11の所定位置に被着形成される。メタライズ配線導体14ａ，14ｂの露出表面にＮｉやＡｕ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくと、メタライズ配線導体14ａ，14ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止でき、またメタライズ配線導体14ａと発光素子13、メタライズ配線導体14ｂとボンディングワイヤ15との接合、メタライズ配線導体14ａ，14ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、メタライズ配線導体14ａ，14ｂの露出表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平14−232017号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のパッケージにおいては、貫通孔12ａの内周面の基体11に対する角度が一定の角度で形成されていることから、発光素子13が発光する光を貫通孔12ａの内周面に被着しためっき金属層16ｂで効率良く反射するためには、平面視において発光素子13を枠体12の貫通孔12ａの開口の中心に搭載することが必要であった。そして、平面視において搭載部11ａを貫通孔12ａの開口の中心に形成し、メタライズ配線導体14ｂを搭載部11ａの周囲に形成するためには、基体11上の搭載部11ａおよびメタライズ配線導体14ｂの領域を広領域に形成する必要があるとともに、貫通孔12ａの下面側開口も広くする必要がある。このことから、パッケージが大型化してしまいやすいという問題点を有していた。
【００１２】
また、発光素子13が枠体12の貫通孔12ａの開口の中心以外に搭載されると、発光素子13に対する反射角度が貫通孔12ａの内周面の場所によって大きく異なってくるので、発光素子13が発光する光を貫通孔12ａの内周面で効率良く反射しにくくなり、外部に均一に放射できなくなるという問題点を有していた。
【００１３】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、基体上の搭載部およびメタライズ配線導体の領域を広くする必要がなく、また貫通孔の下面側開口も広くする必要がなくなるとともに、発光素子の光を外部に効率良くかつ収束して放射でき、その結果発光装置の発光効率を極めて高いものとすることが可能な小型で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にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する略平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体を積層してなる発光素子収納用パッケージであって、前記貫通孔は、前記枠体の上面側開口が下面側開口よりも大きく、かつ前記上面側開口の中心を前記下面側開口の中心に対して前記搭載部と反対側にずらせて形成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明の発光素子収納用パッケージによれば、貫通孔は、枠体の上面側開口が下面側開口よりも大きく、かつ上面側開口の中心を下面側開口の中心に対して搭載部と反対側にずらせて形成されていることから、発光素子を貫通孔の開口の中心に搭載する必要がなくなり、その結果搭載部およびメタライズ配線導体を基体上に広領域に渡って形成する必要がなくなり、貫通孔の下面側開口も広領域に渡って形成する必要がなくなるとともに、発光素子の光を貫通孔の内周面や内周面に被着しためっき金属層で効率良く反射して外部に放射することができる小型化された発光素子収納用パッケージとすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す正面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線における断面図を示しており、１は基体、２は枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００１７】
本発明のパッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する略平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有する枠体２を積層してなるものであって、貫通孔２ａは、枠体２の上面側開口が下面側開口よりも大きく、かつ上面側開口の中心を下面側開口の中心に対して搭載部１ａと反対側にずらせて形成されている。
【００１８】
本発明の基体１はセラミックス，樹脂等から成り、セラミックスからなる場合は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る略直方体や略四角平板状のものであり、発光素子３を支持する支持体であり、その上面に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施してこれを複数枚積層し、高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。
【００１９】
また基体１は、その搭載部１ａから下面にかけて導出されるメタライズ配線導体４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出されるメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。メタライズ配線導体４ａ，４ｂはタングステンやモリブデン等の金属粉末メタライズから成り、内部に収容する発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路として機能する。そして、搭載部１ａには発光ダイオード，半導体レーザ等の発光素子３が金−シリコン合金や銀−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、メタライズ配線導体４ｂの搭載部１ａには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続される。また、発光素子３は、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。
【００２０】
なお、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みに被着させておくと、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着およびメタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合を強固なものとすることができる。したがって、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面には、厚み１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚み0.1〜３μｍ程度の金メッキ層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されている。
【００２１】
枠体２は、基体１と実質的に同じ組成のセラミックスから成り、基体１の上面に積層されて焼結一体化されて接合されている。枠体２は、その中央部に発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有しており、この貫通孔２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。
【００２２】
本発明においては、枠体２の貫通孔２ａは、枠体２の上面側開口が下面側開口よりも大きく、かつ上面側開口の中心を下面側開口の中心に対して搭載部１ａと反対側にずらせて形成されている。これにより、貫通孔２ａの内周面の搭載部１ａ近傍の角度θ１は、その反対側の角度θ２よりも大きくなるので、発光素子３が発光する光を貫通孔２ａの内周面で効率良く反射し、外部に放射することができる。また、発光素子３および搭載部１ａを枠体２の貫通孔２ａの開口の中心に形成する必要がなくなるために、基体１上における搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ｂの形成領域を小さくすることができ、かつ貫通孔２ａの下面側開口も小さくすることができるので、パッケージを小型化することができる。
【００２３】
また、枠体２の貫通孔２ａの内周面は基体１の上面に対する角度（θ１，θ２）が35〜70°であることが好ましく、70°を超えると貫通孔２ａ内に収容する発光素子３の光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にあり、35°未満では、パッケージが大型化してしまう傾向にある
また、本発明ではθ１＞θ２であるが、（θ１−θ２）は25°以下がよい。（θ１−θ２）が25°を超えると、そのような角度の差を有する貫通孔２ａを安定的に形成するのが困難となる。
【００２４】
本発明の枠体２は、枠体２用のグリーンシートに貫通孔を打ち抜き金型を用いて打ち抜くことによって形成される。このとき、枠体２用のグリーンシートに形成される貫通孔２ａの開口がグリーンシートの上面側と下面側とで大きさが異なるとともに、かつ上面側と下面側とで開口の中心がずれているように形成する。そして、基体１用のグリーンシート上に枠体２用のグリーンシートを、貫通孔２ａが一方の主面から他方の主面に向けて広がるとともに、貫通孔２ａの上面側開口の中心が下面側開口の中心に対して、基体１用セラミックグリーンシート上に形成された搭載部１ａと反対側となるように、順に積層していく。これにより、枠体２の貫通孔２ａの上面側開口が下側開口よりも大きく、かつ上面側開口の中心が下面側開口の中心に対して搭載部１ａと反対側にずれて形成される。
【００２５】
また、貫通孔２ａの開口の形状は、略円形状、略四角形状、略楕円形状、略多角形状等の種々の形状で構わないが、貫通孔２ａの製作の容易さや形状の安定化等の点から上面側開口と下面側開口が略同形状であるのが好ましい。また、開口の形状として特に略円形を用いるとより好ましく、この場合、貫通孔２ａに収容された発光素子３が発する光を略円形の貫通孔２ａの内周面で効率良く反射させて外部に放射することができる。
【００２６】
また、枠体２の貫通孔２ａの内周面の略全面には、メタライズ金属層６ａおよびめっき金属層６ｂが形成されているのが好ましく、例えば、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ金属層６ａ上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっき金属層６ｂが被着されている。そして、めっき金属層６ｂは発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることが好ましいが、めっき金属層６ｂがＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等から成ることによって、発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。反射率が80％未満であると、枠体２の貫通孔２ａに収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２７】
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で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、貫通孔は、枠体の上面側開口が下面側開口よりも大きく、かつ上面側開口の中心を下面側開口の中心に対して搭載部と反対側にずらせて形成されていることから、発光素子を貫通孔の開口の中心に搭載する必要がなくなり、その結果搭載部およびメタライズ配線導体を基体上に広領域に渡って形成する必要がなくなり、貫通孔の下面側開口も広領域に渡って形成する必要がなくなるとともに、発光素子の光を貫通孔の内周面や内周面に被着しためっき金属層で効率良く反射して外部に放射することができる小型化された発光素子収納用パッケージとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す正面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線における実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】従来の発光素子収納用パッケージの一例を示す断面図である。
【図４】従来の発光素子収納用パッケージの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
２ａ：貫通孔
３：発光素子

Claims

上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する略平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体を積層してなる発光素子収納用パッケージであって、前記貫通孔は、前記枠体の上面側開口が下面側開口よりも大きく、かつ前記上面側開口の中心を前記下面側開口の中心に対して前記搭載部と反対側にずらせて形成されていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。