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JP4336136B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents
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JP4336136B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

発光素子収納用パッケージおよび発光装置 Download PDF

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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液晶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納するための発光素子収納用パッケージ(以下、単に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おり、その一例を図8に示す(例えば、下記の特許文献1参照)。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されて成るとともに上面に凹部14が形成されている直方体状の絶縁基体の凹部14の底面に発光素子13を搭載するため導体層12が設けられた基体11と、基体11の導体層12およびその周辺から基体11の下面に形成された一対の配線層15とから主に構成されている。
【0003】
そして、一方の配線層15の一端が電気的に接続された導体層12上に発光素子13を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子13の電極と他方の配線層15とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、基体11の凹部14内に図示しない透明樹脂を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。
【0004】
また、凹部14の内周面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部14の内周面にニッケル(Ni)めっき層や金(Au)めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層17を被着させていることもある。
【0005】
また、上記のパッケージはセラミックグリーンシート積層法により以下のようにして製作される。まず、基体11の導体層12(導体層12から下側)を形成するための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)と、基体11の凹部14を形成するため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配線導体15を導出させるための貫通孔や凹部14となる貫通穴を打ち抜き法で形成する。
【0006】
次に、導体層12を形成するためのグリーンシートの積層体Aの貫通孔および所定の部位に、メタライズ層から成る配線層15形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布し、また凹部14の内周面にメタライズ層から成る金属層17を被着する場合、凹部14を形成するためのグリーンシートの積層体Bの貫通穴内面に金属層17形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。
【0007】
次に、積層体A,Bを重ねて積層して基体11を形成するための積層体とし、これを所定寸法に切断して成形体となし、高温(1600℃程度)で焼結して焼結体となす。その後、配線層15および金属層17の露出表面にニッケル,金,パラジウム,白金等の金属から成るめっき金属層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って、パッケージが製作される。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−232017号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、凹部14の底面上において導体層12および配線層15とが形成されていない領域、すなわち絶縁基体11が露出している領域より、発光素子13が発光する光が外部に漏れてしまうため、パッケージ上面方向に効率良く光を放射しにくくなるという問題点を有していた。
【0010】
また、導体層12とボンディングワイヤ16が接続される他方の配線層15との短絡を防止するために、金属層17を凹部14の内周面の一部にのみ被着したり、金属層17と凹部14の底面との間に絶縁層を形成するなどして、金属層17の下端部と凹部14の底面とを離間させるという構成が用いられているが、その離間した部位は絶縁基体11が露出していることとなり、その部位より発光素子13の光が漏れ、パッケージ上面の方向に効率良く光を放射しにくくなるという問題点を有していた。
【0011】
また、凹部14の底面に導体層12を形成し、金属層17と導体層12とを連続して形成し一体化したものとし、絶縁基体11の上面に発光素子13にボンディングワイヤ16で電気的に接続される他方の配線層15を形成すると、ボンディングワイヤ16が絶縁基体11上面よりも高くなるため、発光装置が大型化する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技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁基体の凹部内に収容された発光素子が発光する光を効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に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、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられているとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される導体層および該導体層の周囲を取り囲むように形成され、前記発光素子の電極が接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部は、その内周面の全周にわたって前記配線層と電気的に接続される金属層が形成され、その底面は、前記配線層が形成された部位よりも前記導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成され、かつ、該段差よりも上側の前記凹部の底面の全面に前記導体層が形成されているとともに、前記導体層が形成された部位が前記配線層の表面よりも高いことを特徴とする。
【0014】
本発明の発光素子収納用パッケージは、凹部は、その内周面の全周にわたって配線層と電気的に接続される金属層が形成され、その底面は、配線層が形成された部位よりも導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成され、かつ、この段差よりも上側の凹部の底面の全面に導体層が形成されているとともに、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域を小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。また、凹部の内周面の全周にわたって金属層が形成されることから、発光素子の光に対する反射率を80%以上とすることができ、凹部に収容された発光素子の光を良好に反射することができる。また、配線層が導体層の周囲を取り囲むように形成され、また、金属層と配線層とが電気的に接続され、また、この段差よりも上側の凹部の底面の全面に導体層が形成されていることから、凹部内において導体層に搭載された発光素子が発光する光が直接照射される露出する絶縁基体の領域を小さくすることができ、その結果、凹部の内面で発光素子の光を良好に反射し、均一かつ良好に外部に放射することができる。
【0016】
本発明の発光素子収納用パッケージは、配線層は導体層の周囲を取り囲むように形成されていることから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域を小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。
【0017】
また、凹部の内周面に発光素子が発光する光を反射する金属層を形成し、金属層と配線層とが電気的に接続されることから、凹部内において導体層に搭載された発光素子が発光する光が直接照射される露出する絶縁基体の領域を小さくすることができる。
【0018】
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、前記導体層に搭載されるとともに前記配線層に電極が電気的に接続された発光素子と、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。
【0019】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子の光を良好に反射して均一かつ効率良く外部に放射することができるとともに導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる、小型で発光効率の高い高性能かつ高信頼性のものとなる。
【0020】
【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について実施の形態の一例を示す断面図であり、図2は図1のパッケージの平面図である。これらの図において、1は絶縁基体、2は発光素子3の導体層、3は発光素子、4は発光素子3を収容するための凹部である。
【0021】
本発明のパッケージは、絶縁基体1の上面に発光素子3を収容するための凹部4が設けられているとともに、凹部4の底面に発光素子3が搭載される導体層2およびこの導体層2の周囲を取り囲むように形成され、発光素子3の電極が接続される配線層5が形成されているものであって、凹部4は、その内周面の全周にわたって配線層5と電気的に接続される金属層7が形成され、その底面は、配線層5が形成された部位よりも導体層2が形成された部位が高くなるように段差4aが形成され、かつ、この段差4aよりも上側の凹部4の底面の全面に導体層2が形成されているとともに、導体層2が形成された部位が配線層5の表面よりも高くなっている。
【0022】
本発明における絶縁基体1は、セラミックスや樹脂から成り、セラミックスからなる場合、例えば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,ムライト質焼結体,ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱状であり、上面の中央部に発光素子3を収容するための凹部4が形成されている。絶縁基体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、グリーンシートに凹部4用の貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、発光素子3を搭載するためのグリーンシート(導体層2より下側のグリーンシート)と凹部4用のグリーンシートとを複数枚積層し、高温(約1600℃)で焼成し一体化することで形成される。
【0023】
また、凹部4の底面には発光素子3を搭載するための導体層2およびその周辺に発光素子3の電極と接続される配線層5が形成されており、導体層2および配線層5はタングステン(W),モリブデン(Mo),銅(Cu),銀(Ag)等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【0024】
また、絶縁基体1は、導体層2および配線層5が、絶縁基体1の下面または側面に形成された配線導体8a,8bにかけて接続されるようにして、被着形成されている。配線導体8a,8bは、WやMo等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部4に収容された発光素子3を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、導体層2には発光ダイオード(LED),半導体レーザ(LD)等の発光素子3が金(Au)−シリコン(Si)合金やAg−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、配線層5には発光素子3の電極がボンディングワイヤ6を介して電気的に接続されている。そして、絶縁基体1の配線導体8a,8bが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子3の各電極と電気的に接続され、発光素子3へ電力や駆動信号が供給される。
【0025】
導体層2および配線層5、配線導体8a,8bは、例えばWやMo等の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絶縁基体1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、絶縁基体1の所定位置に被着形成される。
【0026】
なお、導体層2、配線層5および配線導体8a,8bの露出する表面に、ニッケル(Ni),金(Au),Ag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のがよく、導体層2、配線層5および配線導体8a,8bが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、導体層2と発光素子3との固着および配線層5とボンディングワイヤ6との接続、配線導体8a,8bと外部電気回路基板の配線導体との接続を強固にすることができる。従って、導体層2、配線層5および配線導体8a,8b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めっき層またはAg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ことがより好ましい。
【0027】
また、凹部4の内周面には、メタライズ層および発光素子3の光に対する反射率が80%以上であるめっき金属層を被着した金属層7が形成されている。この金属層7は、例えば、WやMo等から成るメタライズ層上にNi,Au,Ag等の金属めっき層を被着させて成り、これにより発光素子3の光に対する反射率を80%以上とすることができる。発光素子3の光に対する反射率が80%未満であると、凹部4に収容された発光素子3の光を良好に反射することが困難となる。
【0028】
また、凹部4の内周面は、傾斜面となっているとともに凹部4の底面から絶縁基体1の上面に向けて35〜70°の角度θで外側に広がっていることが好ましい。角度θが70°を超えると、凹部4内に収容された発光素子3の光を外部に良好に反射することが困難となる傾向にある。角度θが35°未満であると、凹部4の内周面をそのような角度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する。
【0029】
また、凹部4の内周面の金属層7の表面の算術平均粗さはRaは3μm以下が好ましい。3μmを超えると、凹部4内に収容された発光素子3の光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【0030】
また、凹部4の横断面形状は、円形状、長円形状、楕円形状、四角形状、多角形状等で良いが、円形状が好ましい。この場合、凹部4に収容された発効素子3が発光する光を、凹部4の内周面の金属層7表面のめっき金属層でパッケージの上方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】
そして、本発明において、凹部4の底面は、配線層5が形成された部位よりも導体層2が形成された部位が高くなるように段差4aが形成されているとともに、導体層2が形成された部位が配線層5の表面よりも高くなっている。これにより、凹部4内において露出する絶縁基体1の領域を小さくすることができるので、発光素子3の光を効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができるとともに、導体層2と配線層5との短絡を確実に防止することができる。
【0032】
段差4aの高さは、配線層5の表面から上方に5〜200μm程度がよい。5μm未満では、導体層2が形成された部位が厚み5〜30μm程度の配線層5の表面に近接して、導体層2および配線層5をスクリーン印刷法等で形成する際の厚さの誤差や、段差4a部への導体層2および配線層5の延出、段差4aおよびその近傍の変形等の影響により、導体層2と配線層5とが短絡する危険性が高くなる。200μmを超えると、段差4aの部位は絶縁基体1が露出した領域であるため、この領域から発光素子3が発光する光が漏れる量が大きくなってしまう。この段差4aは、導体層2用のグリーンシートに打ち抜き加工等で貫通穴等を形成し、導体層2用のグリーンシートと配線層5用のグリーンシートとを積層するといった方法等で形成できる。
【0033】
また、導体層2は段差4aよりも上側の凹部4の底面の全面に形成されるとともに導体層2と金属層7とが接続されているのがよく、この場合、金属層7は導体層2に連続して接続されるが配線層5には接続されないようにして、凹部4の内周面の全面に形成される。これにより、絶縁基体1が凹部4内において露出する領域を小さくすることができる。絶縁基体1の露出する領域は、段差4aが凹部4の底面の外周よりも内側に形成されている場合は、段差4aの部位のみとなり、段差4aの一部が凹部4の底面の外周端にまで形成されている場合は、段差4aの部位および配線層5表面から金属層7の下端までの間の部位になるので、絶縁基体1の凹部4内において露出する領域は非常に小さくなり、凹部4の内面で発光素子3の光を良好に反射し、均一かつ良好に外部に放射することができる。
【0034】
また、配線層5は、段差4aよりも下側の凹部4の底面の全面に形成されていても良いが、段差4aよりも下側の凹部4の底面において、導体層2の段差4a側の上端と発光素子3の発光部とを結ぶ直線の延長線よりも段差4a側の部位で絶縁基体1が露出するように配線層5が形成されていてもよい。図3はこのような構成について示すものであり、発光素子3の発光部が発光素子3の上面側にある場合におけるパッケージの要部拡大断面図である。同図において、仮想線A−A’は、導体層2の段差4a側の上端と発光素子3の発光部とを結ぶ直線である。この場合、凹部4の底面で絶縁基体1が露出した領域には発光素子3の光が直接照射されないので、光の漏れが小さくなる。またこの場合、配線層5を凹部4の底面で段差4aの周囲の全面に形成する際に、絶縁基体1を成す絶縁層の積層ずれ等により、配線層5が導体層2の下方の絶縁基体1の内部に入り込んで形成されると、段差4aの高さが非常に低い場合に、配線層5の厚みの影響により、配線層5が入り込んで形成されている部位の上方の導体層2に隆起や変形等が発生して、発光素子3の光の反射に影響を与えてしまうので、それを有効に防止できる。
【0035】
また、配線層5を段差4aよりも下側の凹部4の底面から段差4aよりも上側の凹部4の底面の下方の絶縁基体1の内部に入り込ませて形成していても良く、この場合、配線層5の入り込ませた部位を発光素子3の光の遮断層とすることができる。したがって、発光素子3の発光部よりも下側の金属層7等で反射した光が、絶縁基体1が露出している段差4aの部位から絶縁基体1の内部に透過して、外部に漏れるのを配線層5で有効に防ぐことができる。
【0036】
また、段差4aの上端と配線層5の表面との間の間隔と、配線層5の表面と金属層7の下端との間の間隔とは同程度であることが好ましい。これにより、配線層5が導体層2および金属層7に接触して短絡するのを防ぐことができる。
【0037】
さらに、図4のパッケージの断面図に示すように、配線導体8a,8bを、絶縁基体1の側面または角部に形成された切欠き部の内面に被着された側面導体を経て絶縁基体1の下面に形成しても良い。
【0038】
また、凹部4の底面に露出する配線層5の平面視形状は、円形状、四角形状、長円形状、多角形状等の種々の形状で良い。図5のパッケージの平面図は、凹部4の底面に露出する配線層5の平面視形状が円形状である例を示し、図6のパッケージの平面図は、凹部4の底面に露出する配線層5の平面視形状が四角形状である例を示す。
【0039】
また、凹部4に複数の発光素子3を収容するために、凹部4の底面に複数の導体層2を形成する場合や複数の配線層5を凹部4に形成する場合にも、図1,図5,図6と同様の構成とすることができる。図7は、凹部4内に発光素子3を搭載する導体層2が一つ設けられ、配線層5が三つ(配線層5a,5b,5c)形成される場合のパッケージの一例を示す平面図である。
【0040】
また、本発明の実施の形態の他の例を、図9のパッケージの断面図、図9のパッケージの平面図である図10に示す。これらの図において、配線層5は導体層2の周囲を取り囲むように形成されている。これにより、凹部4内において発光素子3の光が直接照射される絶縁基体1が露出する領域を小さくすることができ、発光素子3の光の漏れを防いで効率良く外部に放射することができる。
【0041】
また、この場合は、導体層2を金属層7に接続せずに、配線層5を金属層7に電気的に接続することで、凹部4内において発光素子3の光が直接照射される絶縁基体1が露出する領域をより小さくすることができ、発光素子3の光の漏れを防いでより効率良く放射することができる。
【0042】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、導体層2に搭載されるとともに配線層5に電極が電気的に接続された発光素子3と、発光素子3を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子3の光を良好に反射し、外部に均一かつ効率良く放射することができる、小型で発光効率の高い高性能の発光装置となる。発光素子3を覆う透明樹脂は、発光素子3およびその周囲のみを覆っていてもよいし、凹部4内に充填されて発光素子3を覆っていてもよい。
【0043】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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、発光素子3の光を外部に良好に反射するために、凹部4の内周面にめっき層より成る金属層7を形成しているが、金属層7を蒸着法により被着形成したものや、金属板等の高い反射率を有する反射板を凹部4の内周面に接着する等して設けて、発光素子3の光を良好に反射するものとしても良い。
【0044】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、凹部は、その内周面の全周にわたって配線層と電気的に接続される金属層が形成されるとともに、かつ、この金属層と配線層とが電気的に接続され、その底面は、配線層が形成された部位よりも導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成され、この段差よりも上側の凹部の底面の全面に導体層が形成されているとともに、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域を小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。また、凹部の内周面の全周にわたって金属層が形成されることから、発光素子の光に対する反射率を80%以上とすることができ、凹部に収容された発光素子の光を良好に反射することができる。また、金属層と配線層とが電気的に接続され、また、配線層が導体層の周囲を取り囲むように形成され、また、凹部の底面の全面に配線層と導体層とが形成されていることから、凹部内において導体層に搭載された発光素子が発光する光が直接照射される露出する絶縁基体の領域を小さくすることができ、その結果、凹部の内面で発光素子の光を良好に反射し、均一かつ良好に外部に放射することができる。
【0045】
本発明の発光素子収納用パッケージは、配線層は導体層の周囲を取り囲むように形成されていることから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域を小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。
【0046】
また、凹部の内周面に発光素子が発光する光を反射する金属層を形成し、金属層と配線層とが電気的に接続されることから、凹部内において発光素子が発光する光が直接照射される露出する絶縁基体の領域を小さくすることができる。
【0047】
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、導体層に搭載されるとともに配線層に電極が電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることにより、発光素子の光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く外部に放射することができるとともに導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる、小型で発光効率の高い高性能かつ高信頼性のものとなる。
【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】図1の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【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要部拡大断面図である。
【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】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平面図である。
【図6】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平面図である。
【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平面図である。
【図8】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図9】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10】図9の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基体
2:導体層
3:発光素子
4:凹部
4a:段差
5:配線層
8a,8b:配線導体

Claims (2)

  1. 絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられているとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される導体層および該導体層の周囲を取り囲むように形成され、前記発光素子の電極が接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部は、その内周面の全周にわたって前記配線層と電気的に接続される金属層が形成され、その底面は、前記配線層が形成された部位よりも前記導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成され、かつ、該段差よりも上側の前記凹部の底面の全面に前記導体層が形成されているとともに、前記導体層が形成された部位が前記配線層の表面よりも高いことを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  2. 請求項1記載の発光素子収納用パッケージと、前記導体層に搭載されるとともに前記配線層に電極が電気的に接続された発光素子と、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。
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