JP2004228550A

JP2004228550A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置

Info

Publication number: JP2004228550A
Application number: JP2003146631A
Authority: JP
Inventors: Koji Kinomura; 浩司木野村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】発光素子が発光する光を外部に効率良くかつより集光させて放射することができる小型の発光素子収納用パッケージを提供すること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、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穴２ａを有する枠体２を搭載部１ａを囲繞するように接合して成るものであって、枠体２は、それぞれ内面の角度が異なる貫通穴２ａを有する複数の枠部材２ｂ，２ｃをそれらの貫通穴が上下に重なるように積層して形成されている。
【選択図】図１

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および発光装置に関する。
【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６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２５ａ，２５ｂ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穴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２５ａ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２５ｂとをボンディングワイヤ２６を介して電気的に接続し、しかる後、枠体２２の貫通穴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の貫通穴２２ａの内面で反射させるが、発光装置の発光効率を良好なものとするために貫通穴２２ａの内面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成るめっき金属層２７ｂを表面に有するメタライズ金属層２７ａ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２５ａ，２５ｂ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穴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２５ａ，２５ｂ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穴２２ａの内面にメタライズ金属層２７ａ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２５ａ，２５ｂおよびメタライズ金属層２７ａの露出表面に、ＮｉやＡｕ等の金属から成るめっき金属層２７ｂ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、貫通穴２２ａの内面が基体２１の上面に対して略垂直になっており、そのため、貫通穴２２ａの内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５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穴１２ａを有する枠体１２を接合して成るパッケージであって、貫通穴１２ａの内面は、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、貫通穴１２ａ内に収容する発光素子１３が発する光を傾斜した貫通穴１２ａの内面のめっき金属層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収納用の貫通穴１２ａをその内面が５５〜７０度の傾斜面となるように穿孔する。次に、この貫通穴１２ａの内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穴１２ａの内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上に貫通穴１２ａを有する枠体１２が積層一体化されるとともに貫通穴１２ａの内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】
搭載部１１ａと、搭載部１１ａおよびその周辺から基体１１の下面に導出された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。搭載部１１ａおよび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、搭載部１１ａおよび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、また搭載部１１ａ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（図１，図４）
【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、貫通穴１２ａの傾斜は一定の角度で形成されていることから、パッケージが大型化しやすいとともに、発光素子１３が発光する光を略一定の方向に反射させる領域（光軸方向に直交する面で略平行光となっている領域）を広くして放射させるのが難しいという問題点を有していた。
【００１２】
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、発光素子が発光する光を外部に効率良く放射することができるとともに、略一定の方向に反射させる領域を広くして放射させることができ、その結果発光効率を極めて高いものとすることが可能な小型の発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１３】
【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穴を有する枠体を前記搭載部を囲繞するように接合して成る発光素子収納用パッケージであって、前記枠体は、それぞれ内面の角度が異なる貫通穴を有する複数の枠部材をそれらの貫通穴が上下に重なるように積層して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体はそれぞれ内面の角度が異なる貫通穴を有する複数の枠部材をそれら貫通穴が上下に重なるように積層して形成されていることから、例えば上方に向かうにつれて貫通穴の内面の角度を急角度にして発光素子の光を略一定の方向に反射させる領域を広くして放射することができるとともに発光素子収納用パッケージを小型化することができる。また、貫通穴の内面にめっき金属層等の反射膜を形成すれば、発光素子が発光する光を効率良く反射して外部に効率良くかつより集光させて放射することができる。
【００１５】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備具備していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が高い小型化されたものとなる。
【００１７】
【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断面図であり、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。
【００１８】
本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部を有する平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通穴２ａを有する枠体２を搭載部１ａを囲繞するように接合して成るものであって、枠体２は、それぞれ内面の角度が異なる貫通穴を有する複数の枠部材２ｂ，２ｃをそれらの貫通穴が上下に重なるように積層して形成されている。
【００１９】
本発明の基体１は、セラミックス、樹脂、金属等から成る略直方体や略四角平板状のものであり、セラミックスからなる場合、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、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。
【００２０】
また、基体１は、その搭載部１ａから下面にかけて導出す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するメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。搭載部１ａおよび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。
【００２１】
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することができるとともに、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との接合を強固にすることができる。したがって、メタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面には、好ましくは厚さ１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ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。
【００２２】
本発明の枠体２は、基体１と実質的に同じ組成のセラミックス等から成り、例えば基体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を収容するための断面形状が略円形や略四角形の貫通穴２ａを有しており、この貫通穴２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。
【００２３】
本発明において、枠体２は、それぞれ内面の角度が異なる貫通穴を有する複数の枠部材をそれら貫通穴が上下に重なるように積層して形成されている。この際、枠体２の貫通穴２ａの内面の角度は、枠部材それぞれの内面の角度が枠体２の下層側から上層側に向かって基体１の上面に対する角度が大きくなるとともに、９０°以下であることが好ましい。
【００２４】
枠部材の貫通穴２ａの基体１の上面に対する角度が小さくなるとパッケージが大型化するとともに、発光素子３が発光する光を効率良く反射するのが困難となる。また、基体１の上面に対する角度が下層側から上層側に向かって小さくなっていると、発光素子３の光を効果的に集光することができなくなる。また、上記角度が９０°以上である（貫通穴２ａの内面が発光素子３側に傾斜している）と、貫通穴２ａを覆うことになるので、発光素子３の光を貫通穴２ａ内面で反射して略一定の方向に反射させる領域を広くして効果的に放射するのが困難となる。
【００２５】
また、枠体は、複数の枠部材より形成されるが、例えば、枠体２が２層の枠部材２ｂ，２ｃからなる場合は、下層の枠部材２ｂは基体１の上面に対する角度が３５〜７０°、上層の枠部材２ｃは基体１の上面に対する角度が４０〜９０°が好ましい。
【００２６】
枠部材２ｂの内面の基体１の上面となす角度が７０°を超えると、貫通穴２ａ内に収容される発光素子３が発光する光を外部に良好に反射することが困難となる傾向にあり、角度が３５°未満であると、貫通穴２ａの内面をそのような角度で打ち抜き法で安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にあるとともに、パッケージが大型化してしまう。
【００２７】
また、枠部材２ｃの基体１の上面に対する角度が４０°未満であると、枠部材２ｃを積層した枠体２の貫通穴２ａが大きくなるため、枠体２およびパッケージが大型化してしまい、９０°を超えると、枠部材２ｃが貫通穴２ａを覆うことになるので、発光素子３が発光する光を効率よく外部に放射することができなくなる。
【００２８】
また、発光素子３が発光する光を貫通穴２ａの内面で反射して外部に光を効率良く放射するために、枠部材２ｂ，２ｃの接合面は、搭載部１ａに搭載された発光素子３の上面よりも上側にあることが好ましい。また、枠部材の数が多い場合、貫通穴の内面の角度が同じ枠部材が含まれていても構わない。さらに、基体１の上面に対する貫通穴内面の角度が７０°以下の枠部材が、発光素子３の上面よりも上側にまで形成されているのが好ましい。
【００２９】
なお、枠体２が２層の枠部材２ｂ，２ｃからなる場合の貫通穴２ａは、枠部材２ｂ，２ｃ用のグリーンシートに貫通穴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、枠部材２ｂ用のグリーンシートに形成される貫通穴の内面をグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて３５〜７０度の角度で広がるように形成し、枠部材２ｃ用のグリーンシートに形成される貫通穴の内面をグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて４０〜９０度の角度で広がるように形成する。このように、基体１用のセラミックグリーンシート上に枠部材２ｂ，２ｃ用のグリーンシートを、貫通穴２ａの内面がグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて広がるように順に積層することにより、枠体２の貫通穴２ａ内面が基体１の上面に対して外側に広がるとともに、徐々に角度が大きくなるように形成される。
【００３０】
また、貫通穴２ａはその断面形状が略円形であるのがよく、この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発する光を略円形の貫通穴２ａの内面で全方向に満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができる。
【００３１】
貫通穴２ａの内面の略全面には反射層６が形成されており、この反射層６は、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が被着されて成る。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が８０％未満であると、枠体２の貫通穴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ことから、発光素子３が発光する光に対する反射率が８０％以上であることが好ましい。
【００３２】
また、枠体２の貫通穴２ａの径は、図１に示すように、上側の枠部材２ｃの下端の径と下側の枠部材２ｂの上端の径とが略同径であるか、または図２に示すように、枠部材２ｂ，２ｃ間の積層ずれにより発光素子３の光が貫通穴２ａ内面で反射するのが妨げられるのを防止するために、上側の枠部材２ｃの下端の径を下側の枠部材２ｂの上端の径よりも大きくし、積層ずれが発生しても影響を受けにくくすることもできる。
【００３３】
また図３に示すように、図２の構成において、枠部材２ｂ，２ｃ間の段差部の表面に反射層６を形成しても良い。これにより、段差部の反射率が低下して外部から発光装置をみた際に段差部が円形の暗部等となるのを防ぐことができる。
【００３４】
また、図４に示すように、基体１の上面と枠体２の下面との間に枠体２の下面と略同じ形状の絶縁層２ｄを形成してもよく、この場合、貫通穴２ａ内面に被着した反射層６、搭載部１ａ、メタライズ配線導体４ｂが短絡するのを有効に防止することができる。また、この絶縁層２ｄは、積層性を向上させて枠体２の強度を高めるためには、基体１の上面に対する絶縁層２ｄ内面の角度が９０°未満である（絶縁層２ｄ内面が発光素子３と反対側に傾斜している）ことが好ましい。また、絶縁層２ｄ内面は発光素子３の光を反射する反射部としては使用されないので、絶縁層２ｄ内面の角度は絶縁層２ｄ上の枠部材２ｂの貫通穴２ａ内面の角度よりも大きくなっても構わない。また、絶縁層２ｄの厚みは、搭載部１ａに搭載された発光素子３の発光部よりも低い位置に形成されるのが良い。
【００３５】
さらに、発光素子３よりも遠い枠部材２ｃの貫通穴２ａ内面に、発光素子３に近い枠部材２ｂの反射層６よりも高反射率の反射層６を形成して、発光素子３の光をより効果的に反射することもできる。
【００３６】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部１ａに搭載された発光素子３と、発光素子３を覆う、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等から成る透明樹脂とを具備したものである。これにより、発光効率が高い小型化された発光装置となる。
【００３７】
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。例えば、図７のパッケージの断面図に示すように、搭載部１ａを導体層として形成せずに、発光素子３を基体１の上面に直接搭載し、その周囲に発光素子３の電極と電気的に接続されるメタライズ配線導体４ａ，４ｂを形成してもよい。この場合、発光素子３が搭載部１ａに搭載されるとともに、発光素子３の電極とメタライズ配線導体４ａ，４ｂとをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等を介して、電気的に接続されることとなる。
【００３８】
【発明の効果】
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平板状の基体の上面に、発光素子を収容するための貫通穴を有する枠体を搭載部を囲繞するように接合して成るものであって、枠体は、それぞれ内面の角度が異なる貫通穴を有する複数の枠部材をそれら貫通穴が上下に重なるように積層して形成されていることにより、例えば上方に向かうにつれて貫通穴の内面の角度を急角度にして発光素子の光をより略一定の方向に反射させる領域を広くして放射することができるとともに発光素子収納用パッケージを小型化することができる。また、貫通穴の内面にめっき金属層等の反射膜を形成すれば、発光素子が発光する光を効率良く反射して外部に効率良くかつより集光させて放射することができる。
【００３９】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、発光効率が高い小型化されたものとなる。
【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断面図である。
【図２】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他の例を示す断面図である。
【図３】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他の例を示す断面図である。
【図４】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他の例を示す断面図である。
【図５】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図６】従来の発光素子収納用パッケージの他の例の断面図である。
【図７】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：搭載部
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穴を有する枠体を前記搭載部を囲繞するように接合して成る発光素子収納用パッケージであって、前記枠体は、それぞれ内面の角度が異なる貫通穴を有する複数の枠部材をそれらの貫通穴が上下に重なるように積層し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。
請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする発光装置。