JP4639103B2 - 発光素子用セラミックパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子用セラミックパッケージ及びその製造方法に係り、特にはセラミック基板に形成されたキャビティ内に発光素子を実装したときにその発光素子の発光光束を所定の方向に反射しうる構造を有したセラミックパッケージ及びその製造方法に関する。

発光素子の一種として、発光ダイオード（Light emission diode：以下ＬＥＤ素子とも記す）がよく知られている。近年においては、高輝度青色発光ダイオードが実用化された結果、赤色、緑色及び青色のＬＥＤ素子を組み合わせて高輝度の白色光が得られるようになった。そのため、これら３色のＬＥＤ素子を電球や自動車のヘッドライトとして使用するための開発が進められている。ＬＥＤ素子は電力消費量が少ないという利点を有するため、ヘッドライトにＬＥＤ素子を使用すればバッテリーの負荷を減らすことが可能である。そのほか、ＬＥＤ素子は長寿命という利点も有するため、蛍光灯や電球などといった室内照明への適用も検討されている。上記のような用途でＬＥＤ素子を使用する場合、ＬＥＤ素子の利点を最大限引き出すためには、ＬＥＤ素子を実装するためのパッケージ自体の性能がよいことも重要なファクターとなる。その点、セラミックパッケージは、例えばオーガニックパッケージと比較して耐久性、耐熱性、耐食性、放熱性に優れることから、ＬＥＤ素子の実装に好適であると考えられている。

図１６に示す従来のＬＥＤ素子用セラミックパッケージ３０１は、セラミック基板３０２を用いて構成されている。セラミック基板３０２の上面中央部にはＬＥＤ素子３０３が収容可能な大きさのキャビティ３０４が形成されている。キャビティ３０４の底面３０５の略中央部には、ＬＥＤ素子３０３の実装領域である導体層３０６がメタライズによって形成されている。その導体層３０６上にはＬＥＤ素子３０３が接合されている。キャビティ３０４の側面３０７上にはメタライズ層３０８が形成され、さらにそのメタライズ層３０８上にはニッケルや金等からなるめっき層３０９が形成されている。そして、このようなパッケージ３０１ではめっき層３０９の表面が光反射面として機能し、ＬＥＤ素子３０３の発光光束をセラミック基板３０２の厚さ方向（図１６の上方）に反射するようになっている。なお、これと同様の技術は、例えば特許文献１，２にも開示されている。

このパッケージ３０１は、セラミックグリーンシート積層法により、以下のような手順で製造される。まず、下層用のグリーンシートと上層用のグリーンシートとを準備し、これら２枚のグリーンシートに打ち抜き加工を施す。具体的には、下層用のグリーンシートにはビア穴を形成し、上層用のグリーンシートには後にキャビティ３０４となるべき貫通穴を形成する。次に、下層用のグリーンシートの表面及び裏面に、Ｗ，Ｍｏなどの高融点金属粉末からなる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等で塗布する。また、下層用のグリーンシートの貫通穴内周面に、メタライズ層３０８の形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で塗布する。次に、２枚のグリーンシートを積層、圧着したものを高温で焼成することにより、メタライズ配線層３１０、ビア導体３１１及びメタライズ層３０８を有するセラミック焼結体とする。その後、メタライズ配線層３１０及びメタライズ層３０８上にニッケルや金等のめっきを施してめっき層３０９を形成し、パッケージ３０１を完成させる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３２０１７号公報 特開２００４−３５６３４４号公報

ところが、特許文献１に記載の従来技術では、グリーンシートに対する打ち抜き加工により貫通穴を形成するため、貫通穴の表面に凹凸が生じやすく、キャビティ３０４の側面３０７が粗くなる。そして、このように粗くなった側面３０７上にメタライズ層３０８及びめっき層３０９を形成した場合、凹凸の影響がそれらにも及んで粗くなってしまい、光の反射効率のよい光反射面を得ることが難しくなる。
その点、特許文献２に記載の従来技術では、メタライズ層３０８とめっき層３０９との間にガラス層を介在させることにより、ある程度滑らかな光反射面を得るようにしている。しかしながら、金属及びガラスは互いに性質が大きく異なる材料であるため、メタライズ層３０８とガラス層との間や、めっき層３０９とガラス層との間に十分な密着性を確保することができない。よって、信頼性の高いパッケージ３０１を実現することが難しい。また、ガラス層上にはめっき層３０９を形成しにくいため、このような構造を実現しようとすると、製造工程が複雑になり、製造コスト増につながりやすい。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子からの発光光束を効率よく反射しうる良質な光反射部を備えた発光素子用セラミックパッケージを提供することにある。また、本発明の別の目的は、上記の優れたセラミックパッケージの製造に好適な方法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定されたセラミック基板と、前記側面上に形成される一方で前記底面の外周部には形成されないメタライズ層と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなり、溶融を経て冷却固化することで前記メタライズ層上に形成された金属層としてのロウ材層とを備え、前記ロウ材層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成するとともに、前記ロウ材層の最表層には前記光反射部における光反射面をなす最表部の金属めっき層が形成され、前記ロウ材層と前記最表部の金属めっき層との間には前記最表部の金属めっき層内に前記ロウ材層の成分が拡散するのを阻止するためのバリアめっき層が介在されていることを特徴とする発光素子用セラミックパッケージがある。

また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定され、前記底面の外周部においてセラミック面が露出しているセラミック基板と、前記側面上に形成されたメタライズ層と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなり、溶融を経て冷却固化することで前記メタライズ層上に形成された金属層としてのロウ材層とを備え、前記ロウ材層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成するとともに、前記ロウ材層の最表層には前記光反射部における光反射面をなす最表部の金属めっき層が形成され、前記ロウ材層と前記最表部の金属めっき層との間には前記最表部の金属めっき層内に前記ロウ材層の成分が拡散するのを阻止するためのバリアめっき層が介在されていることを特徴とする発光素子用セラミックパッケージがある。

従って、手段１，２の構造によると、キャビティ側面にあるメタライズ層上に金属層が形成されているため、光反射部の表面（光反射面）が従来のものに比べて平滑になり、発光素子からの発光光束を効率よく反射することが可能となる。また、ガラス層を採用した従来のものとは異なり、金属層とメタライズ層との間には比較的高い密着性を確保することができる。しかも、金属層上に例えばめっき層を形成するような場合には、そのめっき層と金属層との間にも比較的高い密着性を確保することができる。それゆえ、信頼性に優れたセラミックパッケージが実現可能となる。

上記セラミックパッケージを構成するセラミック基板は、基板主面を有する平板状部材であって、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライトなどのセラミック絶縁材料を主体として構成されている。セラミック基板は発光素子に電力を供給するための導体層を有していることがよく、特にはこのような導体層を２層以上に有するセラミック多層基板を用いることが好ましい。

セラミック基板は、側面及び底面により区画され、基板主面にて開口するキャビティを１つまたは２つ以上有している。このキャビティの底面の略中央部には、発光素子のための実装領域が設定される。その具体例を挙げると、メタライズ等の手法によって形成された実装用パッドなどがある。

実装領域に実装される発光素子の好適例としてはＬＥＤ素子が挙げられるが、これ以外のもの、例えば半導体レーザ素子（ＬＤ素子）やＶＣＳＥＬなどを用いてもよい。１つのキャビティ内に実装される発光素子は１つであっても、複数であってもよい。例えば、赤色、緑色及び青色のＬＥＤ素子を１つのキャビティ内に実装することで、白色光を得るように構成してもよい。

キャビティの側面は例えばキャビティの底面に対して２０°以上７０°未満の角度、特には３０°以上６０°未満の角度をもって傾斜し、キャビティは底面から基板主面に向かうに従って広がっていることがよい。この構成であると、発光素子の発光光束をセラミック基板の厚さ方向に反射させやすくなる。なお、キャビティの側面はキャビティの底面に対して９０°の角度をなす垂直面であってもよい。

上記セラミックパッケージを構成するメタライズ層は、キャビティの側面上に形成されるが、その一方でキャビティの底面の外周部には形成されていない。つまり、キャビティの底面の外周部においては、セラミック面が露出した状態となっている。メタライズ層は、例えば高融点金属粉末からなる導体ペーストを従来周知の手法、例えばメタライズ印刷法で塗布した後に焼成することにより、形成される。

上記セラミックパッケージを構成する金属層は、セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなり、メタライズ層上に形成されている。前記金属層は、発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成する。即ち、金属層自体の表面が最表層に位置していて光反射面となっていてもよいほか、金属層の表面上にさらに別の金属層が形成されていてもよい。

前記金属層は、溶融を経て固化した金属層であることが望ましい。キャビティの側面は凹凸の存在によって粗くなっており、その凹凸の影響は通常メタライズ層の表面にも及んでいる。しかし、メタライズ層上にて金属を溶融させて固化させれば、凹凸の影響を小さくすることができ、平滑な表面を有する金属層を比較的簡単に形成することができる。かかる金属層の厚さは特に限定されないが、少なくとも５μｍ以上であることが望ましく、さらには５μｍ以上３０μｍ以下であることがより望ましい。５μｍ未満であると、金属層の厚さが少なすぎて凹凸の影響を十分に小さくできないおそれがあるからである。また、３０μｍ以下であれば、金属層を形成するための材料の使用量を少なくできるので、製造コスト増を回避することができる。

金属層は、セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなる。仮にセラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも高融点の金属材を用いた場合には、金属層の溶融のために千数百℃を越える高温に加熱する必要が生じてしまい、製造困難化及び製造コスト増につながるからである。さらに金属層は、メタライズ層を構成する金属の融点よりも低融点の金属材からなることがよい。金属材の溶融、固化の際にメタライズ層の形態が変化しないほうが、金属層の表面の平滑化を実現するうえで好ましいからである。ここでメタライズ層は、通常、タングステン、モリブデン、マンガン等といった高融点金属（即ち融点が千数百℃以上の金属）を材料として形成される。従って金属層は融点が１０００℃以下の金属材からなることが好ましく、さらには６００℃以上１０００℃以下の金属材からなることがより好ましい。

前記金属層を形成するための材料としては、例えば銀または銅を主成分とする金属材が好適であり、特には銀系ロウ材または銅系ロウ材が好適である。銀系ロウ材または銅系ロウ材は、一般に６００℃〜１０００℃といった好適範囲の融点を有しているからである。また、ロウ材を用いたロウ付けによれば、例えばめっき、スパッタ、蒸着といった手法に比べて、厚さ５μｍ以上の金属層を比較的簡単にかつ短時間で形成可能だからである。銀系ロウ材とは、銀（Ａｇ）を主成分として、これに銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属を加えた合金のことを指す。銅系ロウ材とは、銅（Ｃｕ）を主成分として、これに銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属を加えた合金のことを指す。ちなみに、銀系ロウ材及び銅系ロウ材以外のロウ材としては、金ロウ材、ニッケルロウ材、アルミニウムロウ材などがあるが、これらのロウ材を金属層形成用の金属材として用いることも可能である。あるいは、低融点のロウ材であるはんだを金属層形成用の金属材として用いることも可能である。

例えば、銀系ロウ材または銅系ロウ材を用いて金属層を形成した場合、銀または銅が光沢を有していることから、金属層自体の表面を好適な光反射面として機能させることが可能である。しかし、金属層の表面には金属めっき層が施されてなり、前記金属めっき層の表面が前記光反射部における光反射面をなすことが、より好適である。金属めっき層としては、例えば、金めっき、銀めっき、銅めっき、白金めっき、ニッケルめっき、アルミニウムめっき、パラジウムめっきなどで構成される層を挙げることができる。このような金属めっき層は目的に応じて形成され、例えば、光反射面の反射率をより向上させる目的がある場合には、銀めっきを選択することが好ましい。

金属層上に形成される金属めっき層は、光反射面をなす最表部の金属めっき層と、その最表部の金属めっき層内に金属層の成分が拡散するのを阻止するためのバリア層とにより構成されることが望ましい。このようなバリア層の例としては、ニッケル層を挙げることができ、特にニッケルめっき層が好適である。さらに、これを光沢ニッケルめっき層とすれば、金属めっき層の表面平滑性がいっそう高くなる。ニッケルめっき層上には、めっき等によって金層が形成されていてもよい。

また、手段１または手段２の発光素子用セラミックパッケージを製造するのに好適な手段（手段３）としては、キャビティの側面上にメタライズ層が形成されたセラミック基板を準備する工程と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材を前記メタライズ層のある箇所に対応させて配置し、前記焼成温度よりも低くて前記金属材の融点よりも高い温度に加熱して前記金属材を溶融させる工程と、前記金属材を冷却固化して前記メタライズ層上に金属層を形成する工程とを含むことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージの製造方法がある。

従って、この手段３の製造方法によると、メタライズ層上に供給された溶融状態の金属材は、深層部においてメタライズ層の凹凸に追従する一方で、表層部においては表面張力の作用によって平滑な状態となる。そして、このような金属材を冷却固化させれば、凹凸の影響を小さくすることができ、平滑な表面を有する金属層を比較的簡単に形成することができる。その結果、発光素子からの発光光束を効率よく反射しうる良質な光反射部を備えた発光素子用セラミックパッケージを、従来方法に比べて簡単に製造することができる。

以下、手段３の製造方法について説明する。

この製造方法では、まず、キャビティの側面上にメタライズ層が形成されたセラミック基板を準備する工程を行う。

セラミック基板は、例えば、キャビティとなるべき部分があらかじめ形成されたセラミックグリーンシートを作製する工程と、前記キャビティの側面となるべき部分にメタライズ層形成用材料を配置する工程と、前記セラミックグリーンシート及び前記メタライズ層形成用材料を同時焼成する工程と、を経て作製することができる。あるいは、セラミック基板は、キャビティとなるべき部分があらかじめ形成されたセラミックグリーンシートを作製する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成して焼結体とする工程と、前記焼結体における前記キャビティの側面にメタライズ層形成用材料を配置する工程と、前記メタライズ層形成用材料を焼結させる工程と、を経て作製することができる。

この場合、セラミックグリーンシートは、セラミック原料粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合して得たスラリーをシート状に成形することにより作製される。キャビティとなるべき部分（具体的には貫通穴）の形成は、例えば、従来周知の打ち抜き加工によって行われる。好適な方法の一例を挙げると、まず、第１セラミックグリーンシートと、後にキャビティの一部となるべき貫通穴が打ち抜き加工により形成された第２セラミックグリーンシートとをそれぞれ作製する。次に、第２セラミックグリーンシートの有する貫通穴の内周面に、メタライズ層形成用材料を配置する。この場合に好適なメタライズ層形成用材料としては高融点金属粉末からなる導体ペーストがあり、その導体ペーストは従来周知の手法により前記貫通穴の内周面に塗布される。メタライズ配線層やビア導体などを形成する必要がある場合には、第１セラミックグリーンシートに導体ペーストを塗布してもよい。次に、第１セラミックグリーンシートと第２セラミックグリーンシートとを積層、圧着して積層体を得た後、その積層体をセラミックの焼成温度に加熱する。その結果、キャビティを有するセラミック基板が得られるとともに、メタライズ層形成用材料の焼結によってメタライズ層が形成される。なお、光反射部の一部であるメタライズ層は、キャビティの側面上には存在するが、キャビティの底面の外周部には存在していない。

続いて、セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材を前記メタライズ層のある箇所に対応させて配置し、前記金属材を溶融させる工程を行う。この場合、金属材を、セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低くて、金属材の融点よりも高い温度に加熱する。その理由はすでに述べたとおりである。なお、メタライズ層の形状変化を回避するために、金属材を加熱するときの温度は、メタライズ層の融点よりも低い温度に設定されることがよい。

溶融した金属材は、メタライズ層の表面を濡らすことができる反面、メタライズ層が形成されていないセラミック露出面ではその表面を濡らすことができず、セラミックに弾かれてしまう。ここでは、メタライズ層はキャビティの側面上に形成される一方でキャビティの底面の外周部には形成されていないため、金属層がフィレット状に形成されにくい。

金属材としては、例えば銀系ロウ材または銀系ロウ材が好適である。ロウ材の供給形態は特に限定されず、例えば、粒状、ペースト状、線材状、リボン状（帯状）の形態のものが使用可能である。これらのなかでも特にリボン状の形態が好ましい。リボン状の形態であると、例えば粒状やペースト状のものに比べて、メタライズ層のある箇所に対応させて適量分を配置しやすいからである。それゆえ、所望とする位置において所望とする厚さの金属層が形成しやすくなるからである。

このようなリボン状ロウ材は、環状に成形してキャビティの側面付近に対応させて配置することがよい。ただし、リボン状ロウ材は無端状であってもそうでなくてもよい。なお、キャビティがテーパ状である場合には、リボン状ロウ材もそれに合わせてテーパ状に成形してもよい。

そしてこの後、金属材を冷却固化すれば、表面が平滑な所望の金属層がメタライズ層上、または、メタライズ層上に形成された下地金属めっき層（例えばニッケルめっき層）上に形成される。このような下地金属めっき層の好適例としては、例えばニッケルめっき層、ニッケル−コバルト合金のめっき層などがある。メタライズ層と金属層との間にこのような下地金属めっき層を介在させると、メタライズ層表面の濡れ性が向上し、金属層がより均一にかつより平滑に形成可能となる。この後、必要に応じて上記金属めっき（バリア層及び金属めっき層の形成）を行ってもよい。なお、従来技術においてはメタライズ層が絶縁体であるガラス層により覆われるため、例えば電解めっき等により直接めっきを析出させることができず、このことが製造工程の複雑化などの原因となっていた。その点、手段３の製造方法においては、メタライズ層が導体である金属層により覆われるため、その金属層上に電解めっき等の手法によりめっきを困難なく形成できるという利点がある。

以下、本発明を具体化した実施形態の発光素子用セラミックパッケージ１０及びその製造方法を図１〜図１２に基づき説明する。

図１に示されるように、本実施形態の発光素子用セラミックパッケージ１０は、発光素子であるＬＥＤ素子２１を実装するための装置である。このセラミックパッケージ１０を構成するセラミック基板１１は、図２に示されるように、上面１２（基板主面）及び下面１３を有する矩形平板状の部材である。このセラミック基板１１は、上側セラミック焼結層１４と下側セラミック焼結層１５とからなる２層構造を有している。本実施形態において、上側セラミック焼結層１４及び下側セラミック焼結層１５は、いずれもアルミナ焼結体からなる。

セラミック基板１１の上面１２の中央部には、ＬＥＤ素子２１が収容可能な大きさを有する有底のキャビティ３１が形成されている。このキャビティ３１は平面視で円形状を呈しており、その深さは上側セラミック焼結層１４の厚さ分に相当する。キャビティ３１の底面３３の中央部には、ＬＥＤ素子２１の実装領域である導体層３４が、タングステンのメタライズによって矩形状に形成されている。その導体層３４上には、例えば熱硬化性接着剤等を用いてＬＥＤ素子２１が接合されている。なお、このような導体層３４は必須ではないため、ＬＥＤ素子２１をキャビティ３１の底面３３の中央部に直接接合してもよい。

図１，図３に示されるように、底面３３において導体層３４の周囲には、ボンディングパッド３５が一対形成されている。本実施形態においてボンディングパッド３５は、タングステンを主体とするメタライズ層３８上にニッケルめっき層４５及び金めっき層４６を形成した構造を有している。ニッケルめっき層４５に代えて光沢ニッケルめっき層を形成してもよく、また、金めっき層４６上にさらに銀めっき層を形成してもよい。それらボンディングパッド３５上には、ＬＥＤ素子２１側の導体とセラミック基板１１側の導体とを電気的に接続するボンディングワイヤ２２が接合されている。下側セラミック焼結層１５においてボンディングパッド３５に対応した箇所にはそれぞれビア穴１６が形成され、これらのビア穴１６内にはタングステンを主体とするビア導体３６が設けられている。セラミック基板１１の下面１３にはタングステンを主体とするメタライズ配線層３７がパターン形成されていて、それらメタライズ配線層３７はビア導体３６の下端に対してそれぞれ電気的に接続されている。

図１に示されるように、キャビティ３１の側面３２は、底面３３を基準として約４５°の傾斜角θを有する面となっている。このため、キャビティ３１は底面３３から上面１２に向かうに従って径が徐々に広がったテーパ形状となっている。キャビティ３１の側面３２上には、タングステンを主体とする厚さ１０μｍ〜３０μｍ程度のメタライズ層４２が形成されている。このメタライズ層４２上には、凹凸の影響を軽減するための金属層であるロウ材層４３がメタライズ層４２の全体を覆うようにして形成されている。本実施形態において具体的には、銀系ロウ材を用いて厚さ１０μｍ〜２０μｍのロウ材層４３を形成している。なお、銀系ロウ材の代わりに銅系ロウ材を用いて同程度の厚さのロウ材層４３を形成してもよい。

図３にて詳細に示されるように、ロウ材層４３上には２層構造のバリア層（ニッケルめっき層４５及び金めっき層４６）が形成され、さらにそのバリア層上には銀めっき層４７が形成されている。ニッケルめっき層４５、金めっき層４６及び銀めっき層４７からなる金属めっき層４４において、最表層に位置する銀めっき層４７は、その表面が光反射面として機能する。即ち本実施形態では、メタライズ層４２、ロウ材層４３、ニッケルめっき層４５、金めっき層４６及び銀めっき層４７によって、光反射部４１が構成されている。なお、ニッケルめっき層４５の厚さは０．５μｍ〜１１μｍの範囲内で設定されることが好適なため、本実施形態ではその値を約５μｍに設定している。金めっき層４６の厚さは０．０３μｍ〜５μｍの範囲内で設定されることが好適なため、本実施形態ではその値を約０．１０μｍに設定している。銀めっき層４７の厚さは３μｍ〜１０μｍの範囲内で設定されることが好適なため、本実施形態ではその値を約６μｍに設定している。

そして、このようなセラミックパッケージ１０では、銀めっき層４７の表面において、ＬＥＤ素子２１の発光光束がセラミック基板１１の厚さ方向（図１の上方）に反射されるようになっている。

次に、上記構造のセラミックパッケージ１０を製造する方法について説明する。

まず、アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合してスラリーを作製する。そしてこのスラリーを従来周知の手法（例えばドクターブレード法やカレンダーロール法）によりシート状に成形して、セラミックグリーンシートを２枚作製する。次に、これらセラミックグリーンシートに対する穴明けを下記のように行う。図４に示されるように、２枚のうちの一方のもの（上側セラミックグリーンシート６４）に対しては、図示しない従来周知の打ち抜き金型を用いて打ち抜き加工を行い、貫通穴６６を形成する。この貫通穴６６は後にキャビティ３１の一部となるため、テーパ状をなすように形成される。一方、２枚のうちの他方のもの（下側セラミックグリーンシート６５）に対しては、従来周知のパンチング（打ち抜き）加工によって、シート表裏面を貫通するビア穴１６を形成する。なお、レーザ加工やドリル加工などの手法によって、ビア穴１６を形成することも可能である。

次に、従来周知のペースト印刷装置を用いて、上側セラミックグリーンシート６４の有する貫通穴６６の内周面に、メタライズ層形成用材料であるタングステンペースト７１を塗布する。また、同じ装置を用いて、タングステンペースト７１を下側セラミックグリーンシート６５の表裏面の所定箇所に塗布するとともに、ビア穴１６内に充填する（図５参照）。

次に、下側セラミックグリーンシート６５の上に上側セラミックグリーンシート６４を積層し、従来周知のラミネート装置を用いて厚さ方向に所定の荷重を加えることにより、これらを圧着、一体化して積層体を形成する（図６参照）。その後、この積層体をアルミナが焼結しうる所定の温度（例えば１５００℃〜１８００℃程度の温度）に加熱する焼成工程を行う。この焼成を経ると、図７に示されるように、下側セラミックグリーンシート６５及び上側セラミックグリーンシート６４が焼結して、キャビティ３１を有するセラミック基板１１が得られる。また、タングステンペースト７１の焼結によって、光反射部４１の一部をなすメタライズ層４２がキャビティ３１の側面３２に形成される。セラミック基板１１の所定箇所には、ビア導体３６と、メタライズ配線層３７と、ボンディングパッド３５の一部をなすメタライズ層３８とがそれぞれ形成される。

次に、図８に示されるように、金属材である銀系ロウ材７４をリボン状にしたもの（リボン状ロウ材７５）を用意し、このリボン状ロウ材７５を環状に成形する。本実施形態においてリボン状ロウ材７５の幅、厚さは、得ようとするロウ材層４３の厚さに面積を乗じて算出される体積に換算して設定される。リボン状ロウ材７５の幅は一定であることがよい。そして、リボン状ロウ材７５をキャビティ３１の側面３２付近に対応させて配置する。この場合、リボン状ロウ材７５の一部をメタライズ層４２の表面に接触させて配置しておくことが好ましい。その理由は、リボン状ロウ材７５が位置ずれしにくくなることに加え、溶融時にメタライズ層４２に対して付着しやすくなるからである。このような配置は、均一厚みであってかつ平滑なロウ材層４３を形成するうえで好ましい。

このような方法のほか、例えば図９のような態様にしてもよい。図９では、銀系ロウ材７４を環状かつテーパ状に成形したリボン状ロウ材７６を用い、それをキャビティ３１の側面３２に対応させて配置している。このような態様であると、メタライズ層４２の表面に対するリボン状ロウ材７６の接触面積が大きくなる。そのため、リボン状ロウ材７６の位置ずれを確実に防止でき、しかもメタライズ層４２に対する付着性が確実に向上する。あるいは図１０のような態様にすることもできる。図１０では、シート状の銀系ロウ材７４を環状に打ち抜いたロウ材シート７７を用い、それをキャビティ３１の開口縁に対応させて配置している。

上記のように所定の金属材をメタライズ層４２のある箇所に対応させて配置した後、次いでその金属材を加熱して溶融させる。本実施形態では、金属材として銀系ロウ材７４を用いているため、その融点よりも高い温度である７００℃〜１０００℃程度の温度に加熱してその銀系ロウ材７４を溶融させる。すると、溶融した銀系ロウ材７４によりメタライズ層４２の表面が濡れて、被覆された状態となる。ただし、光反射部４１の一部となるべきメタライズ層４２はキャビティ３１の側面３２にのみ形成されていて、キャビティ３１の底面３３の外周部には形成されていない。そのため、溶融した銀系ロウ材７４は、露出したセラミック部分により弾かれてしまう。このような加熱溶融の後、金属材を冷却固化することで、表面が平坦であって所望の厚さを有するロウ材層４３がメタライズ層４２上に形成される（図１１参照）。なお、ロウ材層４３はフィレット状（即ち表面に凹面を有する形状）になりにくく、むしろ表面が平面状または凸面状になりやすい。

なお、金属材の加熱溶融温度は、セラミック基板１１を構成するアルミナの焼成温度や、メタライズ層４２の融点よりも、数百℃ほど低くなるように設定されている。それゆえ、セラミック基板１１やメタライズ層４２の形態変化が回避され、しかも高温加熱に起因する製造困難化及び製造コスト増も回避される。

そして、電解ニッケルめっきを行って、ロウ材層４３上にニッケルめっき層４５を形成する。このとき併せてボンディングパッド３５の一部をなすメタライズ層３８上にニッケルめっき層４５を形成してもよい。次に、電解金めっきを行って、ニッケルめっき層４５上に金めっき層４６を形成する。さらに、電解銀めっきを行って、金めっき層４６上に銀めっき層４７を形成し、光反射部４１を完成させれば、発光素子用セラミックパッケージ１０が完成する（図３，図１２参照）。この後、さらに従来公知の手法によりＬＥＤ素子２１の実装及びワイヤボンディングを実施すれば、発光素子付きのセラミックパッケージが完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、キャビティ３１の側面３２にあるメタライズ層４２上に、溶融を経て固化した金属層であるロウ材層４３を形成したことを特徴としている。本実施形態では打ち抜き加工によりキャビティ３１を形成している都合上、図３に示されるように、キャビティ３１の側面３２は凹凸を有する粗い面となっている。このような凹凸の影響は通常メタライズ層４２の表面にも及び、当該表面もいくぶん粗い面となっている。しかし、本実施形態のようにメタライズ層４２上にて金属を溶融させて固化させれば、凹凸の影響を小さくすることができ、平滑な表面を有するロウ材層４３を比較的簡単に形成することができる。
従って、ロウ材層４３上にバリア層及び銀めっき層４７を形成して光反射部４１を構成した場合、光反射面が従来のものに比べて平滑になり、ＬＥＤ素子２１からの発光光束を効率よく反射することが可能となる。

（２）本実施形態では、ガラス層を採用した従来のものとは異なり、ロウ材層４３を採用している。従って、ロウ材層４３とメタライズ層４２との間に、比較的高い密着性を確保することができる。しかも、ロウ材層４３上に形成された金属めっき層４４とロウ材層４３との間にも、比較的高い密着性を確保することができる。それゆえ、信頼性に優れた発光素子用セラミックパッケージ１０が実現可能となる。

（３）本実施形態では、ロウ材層４３上にバリア層を介して銀めっき層４７が形成されていて、その銀めっき層４７の表面が光反射部４１における光反射面をなしている。ゆえに、ロウ材層４３の表面をそのまま光反射面として機能させる場合に比べて、より一層光反射率（及び光沢度）の高い光反射面を得ることができる。また、ロウ材層４３上にバリア層を介して銀めっき層４７を形成しているので、従来のメタライズ層とめっき層との間にガラス層を介在させた構造に比べて、めっき層の密着性が良く、ボイドなどが発生しない。よって、ＬＥＤ素子２１からの発光光束を効率よく反射しうる良質で平滑な光反射部４１を備えた発光素子用セラミックパッケージ１０を提供することができる。また、ロウ材層４３と銀めっき層４７との間にバリア層を介在させているため、銀めっき層４７内にロウ材層４３の成分（銅、亜鉛など）が拡散するのを阻止することができる。従って、銀めっき層４７の変色などによる光沢の低下を防止することができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態ではキャビティ３１の側面３２が底面３３を基準として約４５°傾斜していたが、例えば図１３に示す別の実施形態のセラミックパッケージ１１０のように底面３３に対して垂直な側面３２を有するものとしてもよい。

・例えば、図１４に示す別の実施形態のセラミックパッケージ１２０のように、メタライズ層４２とロウ材層４３（金属層）との間に、下地金属めっき層であるニッケルめっき層４５を介在させてもよい。このような下地金属めっき層を設けることにより、メタライズ層４２表面の濡れ性が向上する。よって、溶融時にロウ材が広がりやすくなる結果、ロウ材層４３をより均一にかつより平滑に形成することができる。勿論、この構成は光反射面の反射率の向上に貢献する。

・上記実施形態ではキャビティ３１内にＬＥＤ素子２１を１つ実装した構造を例示したが、その数は２つ以上であっても構わない。例えば、図１５に示す別の実施形態のセラミックパッケージ１３０では、平面視で長円形状のキャビティ３１が形成され、そのキャビティ３１の底面３３の略中央部に導体層３４が３つ形成されている。そしてこれら３つの導体層３４上には、赤色のＬＥＤ素子２１、緑色のＬＥＤ素子２１及び青色のＬＥＤ素子２１がそれぞれ実装されている。このように構成すると、高輝度の白色光が得られる装置を実現することができる。

・上記実施形態では、ロウ材層４３上に、ニッケルめっき層４５、金めっき層４６及び銀めっき層４７の順序でめっきを積層し、銀めっき層４７の表面を光反射面として機能させている。これに代えて、例えば、ロウ材層４３上に、ニッケルめっき層４５、銀めっき層４７及び金めっき層４６の順序でめっきを積層し、金めっき層４６の表面を光反射面として機能させることも可能である。

・上記実施形態では、ロウ材層４３と銀めっき層４７との間に、ニッケルめっき層４５及び金めっき層４６の２層からなるバリア層を介在させたが、これをいずれか１層のみとしてもよい。あるいは、バリア層を省略してロウ材層４３上に直接銀めっき層４７を形成した構造としてもよい。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定され、前記底面の外周部においてセラミック面が露出しているセラミック基板と、前記側面上に形成されたメタライズ層と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなり、前記メタライズ層上に形成された金属層とを備え、前記金属層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成し、前記側面が前記底面に対して傾斜し、前記キャビティが前記底面から前記基板主面に向かうに従って広がっていることを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。

（２）基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定され、前記底面の外周部においてセラミック面が露出しているセラミック基板と、前記側面上に形成されたメタライズ層と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度及び前記メタライズ層を構成する金属の融点よりも低融点のロウ材からなり、前記メタライズ層上に形成されたロウ材層とを備え、前記ロウ材層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成し、前記側面が前記底面に対して傾斜し、前記キャビティが前記底面から前記基板主面に向かうに従って広がっていることを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。

（３）基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定され、前記底面の外周部においてセラミック面が露出しているセラミック基板と、前記側面上に形成されたメタライズ層と、前記メタライズ層の濡れ性を改善すべく前記メタライズ層上に形成された下地金属めっき層と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度及び前記メタライズ層を構成する金属の融点よりも低融点のロウ材からなり、前記メタライズ層上にある前記下地金属めっき層上に形成されたロウ材層とを備え、前記ロウ材層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成することを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。

（４）上記（２）または（３）において、前記ロウ材層は、銀系ロウ材または銅系ロウ材からなることを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。

（５）上記（２）乃至（４）のいずれか１項において、前記ロウ材層の表面に銀めっき層が形成され、前記銀めっき層の表面が前記光反射部における光反射面をなすことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。

（６）上記（２）乃至（４）のいずれか１項において、前記ロウ材層の表面にバリア層を介して銀めっき層が形成され、前記バリア層は、前記ロウ材層の成分が前記銀めっき層内に拡散するのを阻止し、前記銀めっき層は、その表面が前記光反射部における光反射面をなすことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。

（７）上記（１）に記載の発光素子用セラミックパッケージの製造方法であって、第１セラミックグリーンシートと、後にキャビティの一部となるべき貫通穴が打ち抜き加工により形成された第２セラミックグリーンシートとを積層し、前記貫通穴の内周面にメタライズ層形成用材料を配置して焼成することにより、前記キャビティの側面上にメタライズ層が形成されたセラミック基板を準備する工程と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点のロウ材を前記メタライズ層のある箇所に対応させて配置し、前記焼成温度よりも低くて前記ロウ材の融点よりも高い温度に加熱して前記ロウ材を溶融させる工程と、前記ロウ材を冷却固化して前記メタライズ層上にロウ材層を形成する工程とを含むことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージの製造方法。

（８）上記（３）に記載の発光素子用セラミックパッケージの製造方法であって、第１セラミックグリーンシートと、後にキャビティの一部となるべき貫通穴が打ち抜き加工により形成された第２セラミックグリーンシートとを積層し、前記貫通穴の内周面にメタライズ層形成用材料を配置して焼成することにより、前記キャビティの側面上にメタライズ層が形成されたセラミック基板を準備する工程と、前記メタライズ層上にニッケルを含む下地金属めっき層を形成する工程と、前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点のロウ材を前記下地金属めっき層のある箇所に対応させて配置し、前記焼成温度よりも低くて前記ロウ材の融点よりも高い温度に加熱して前記ロウ材を溶融させる工程と、前記ロウ材を冷却固化して前記メタライズ層上にある前記下地金属めっき層上にロウ材層を形成する工程とを含むことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージの製造方法。

本発明を具体化した一実施形態の発光素子用セラミックパッケージを示す概略断面図。 同セラミックパッケージを示す概略平面図。 同セラミックパッケージの要部を示す概略断面図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 同セラミックパッケージの製造方法を説明するための工程図。 別の実施形態のセラミックパッケージの要部を示す概略断面図。 別の実施形態のセラミックパッケージを示す概略断面図。 別の実施形態のセラミックパッケージを示す概略平面図。 従来のセラミックパッケージを示す概略断面図。

符号の説明

１０，１１０，１２０，１３０…発光素子用セラミックパッケージ
１１…セラミック基板
１２…基板主面としての上面
２１…発光素子としてのＬＥＤ素子
３１…キャビティ
３２…（キャビティの）側面
３３…（キャビティの）底面
３４…実装領域としての導体層
４１…光反射部
４２…メタライズ層
４３…金属層としてのロウ材層
４４…金属めっき層
４７…金属めっき層の一部をなす銀めっき層
７４…金属材としての銀系ロウ材

Claims (7)

1. 基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定されたセラミック基板と、
   前記側面上に形成される一方で前記底面の外周部には形成されないメタライズ層と、
   前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなり、溶融を経て冷却固化することで前記メタライズ層上に形成された金属層としてのロウ材層と
   を備え、前記ロウ材層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成するとともに、前記ロウ材層の最表層には前記光反射部における光反射面をなす最表部の金属めっき層が形成され、前記ロウ材層と前記最表部の金属めっき層との間には前記最表部の金属めっき層内に前記ロウ材層の成分が拡散するのを阻止するためのバリアめっき層が介在されている
   ことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。
2. 基板主面を有し、側面及び底面により区画され前記基板主面にて開口するキャビティを有し、前記底面に発光素子の実装領域が設定され、前記底面の外周部においてセラミック面が露出しているセラミック基板と、
   前記側面上に形成されたメタライズ層と、
   前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材からなり、溶融を経て冷却固化することで前記メタライズ層上に形成された金属層としてのロウ材層と
   を備え、前記ロウ材層が、前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射しうる光反射部の少なくとも一部を構成するとともに、前記ロウ材層の最表層には前記光反射部における光反射面をなす最表部の金属めっき層が形成され、前記ロウ材層と前記最表部の金属めっき層との間には前記最表部の金属めっき層内に前記ロウ材層の成分が拡散するのを阻止するためのバリアめっき層が介在されている
   ことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージ。
3. 前記ロウ材層は、銀系ロウ材または銅系ロウ材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子用セラミックパッケージ。
4. 前記ロウ材層は、前記メタライズ層を構成する金属の融点よりも低融点の金属材からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子用セラミックパッケージ。
5. 前記バリアめっき層はニッケルめっき層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光素子用セラミックパッケージ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子用セラミックパッケージの製造方法であって、
   キャビティの側面上にメタライズ層が形成されたセラミック基板を準備する工程と、
   前記セラミック基板を構成するセラミックの焼成温度よりも低融点の金属材を前記メタライズ層のある箇所に対応させて配置し、前記焼成温度よりも低くて前記金属材の融点よりも高い温度に加熱して前記金属材を溶融させる工程と、
   前記金属材を冷却固化して前記メタライズ層上に金属層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする発光素子用セラミックパッケージの製造方法。
7. 前記金属材を溶融させる工程では、リボン状に形成された銀系ロウ材または銅系ロウ材を前記金属材として用いることを特徴とする請求項６に記載の発光素子用セラミックパッケージの製造方法。

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