JPH0424879B2 - - Google Patents
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- JPH0424879B2 JPH0424879B2 JP4537585A JP4537585A JPH0424879B2 JP H0424879 B2 JPH0424879 B2 JP H0424879B2 JP 4537585 A JP4537585 A JP 4537585A JP 4537585 A JP4537585 A JP 4537585A JP H0424879 B2 JPH0424879 B2 JP H0424879B2
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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- H10H20/85—Packages
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/753—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between laterally-adjacent chips
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Led Devices (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、放熱特性を改善した半導体発光ダイ
オード装置に関する。
オード装置に関する。
〔従来の技術とその問題点〕
半導体発光ダイオード装置における重要な課題
の１つに、放熱効率をいかにして高めるかがあ
る。即ち、発光ダイオードは、電流駆動による大
電力消費素子であるので動作中の発熱量が大き
く、適切な放熱設計がなされていない場合には、
発熱による性能劣化や寿命の短縮、或いはダイオ
ードペレツトの破壊等をも招く恐れがある。
の１つに、放熱効率をいかにして高めるかがあ
る。即ち、発光ダイオードは、電流駆動による大
電力消費素子であるので動作中の発熱量が大き
く、適切な放熱設計がなされていない場合には、
発熱による性能劣化や寿命の短縮、或いはダイオ
ードペレツトの破壊等をも招く恐れがある。
ところが、発光ダイオード装置は、小型である
特性を生かして高密度に実装されることが多く、
放熱器の使用に対する制約が大きい。このため、
装置自体の放熱性を少しでも良くする必要があ
る。しかし、従来の装置はその要求に対して次の
欠点を有する。
特性を生かして高密度に実装されることが多く、
放熱器の使用に対する制約が大きい。このため、
装置自体の放熱性を少しでも良くする必要があ
る。しかし、従来の装置はその要求に対して次の
欠点を有する。
例えば、第２図に示すいわゆるTO−18型と呼
ばれる周知の発光ダイオード用パツケージの場
合、ステム１はプレス成形が可能なため、加工性
に優れるが図のようにステム内部は電極引出し用
リード線２の一方とステムとを絶縁するガラス３
で充填されるため、発光ダイオードペレツト４
（５はボンデイングワイヤ）から外部への熱伝導
性が悪く、放熱効率が低い。
ばれる周知の発光ダイオード用パツケージの場
合、ステム１はプレス成形が可能なため、加工性
に優れるが図のようにステム内部は電極引出し用
リード線２の一方とステムとを絶縁するガラス３
で充填されるため、発光ダイオードペレツト４
（５はボンデイングワイヤ）から外部への熱伝導
性が悪く、放熱効率が低い。
一方、その対策としていわゆるTO−46型と呼
ばれる第２図のような全金属ステム１′を使つて
ステム全体から放熱するようにしたものも存在す
る。この装置のステム材には気密封止ガラスとの
接着性に優れるFeやFe−Ni−Co合金のコバール
（商品名）が広く用いられているが、これ等の材
料は熱伝導性が必ずしも良くないので、TO−18
型に比して放熱抵抗は小さくなるにしても、その
値はせいぜい数10〜100℃／Ｗ程度に迄しか下げ
られないため、大出力素子の定格温度を維持する
には充分でない。
ばれる第２図のような全金属ステム１′を使つて
ステム全体から放熱するようにしたものも存在す
る。この装置のステム材には気密封止ガラスとの
接着性に優れるFeやFe−Ni−Co合金のコバール
（商品名）が広く用いられているが、これ等の材
料は熱伝導性が必ずしも良くないので、TO−18
型に比して放熱抵抗は小さくなるにしても、その
値はせいぜい数10〜100℃／Ｗ程度に迄しか下げ
られないため、大出力素子の定格温度を維持する
には充分でない。
このため、熱膨張係数をガラス封止可能な範囲
に限定した上で熱伝導性の良好なCuW合金や
CuMo合金をステム材として用いることも一部で
提案されている。この場合、放熱抵抗を10〜20
℃／Ｗまで下げることが可能である。しかし、こ
れ等の材料はプレス加工、高精度加工が困難なた
め、装置の製造コストが非常に高くつき、なおか
つ、使用範囲も限定される欠点がある。
に限定した上で熱伝導性の良好なCuW合金や
CuMo合金をステム材として用いることも一部で
提案されている。この場合、放熱抵抗を10〜20
℃／Ｗまで下げることが可能である。しかし、こ
れ等の材料はプレス加工、高精度加工が困難なた
め、装置の製造コストが非常に高くつき、なおか
つ、使用範囲も限定される欠点がある。
本発明は、上記の相反する問題を解決し、発光
ダイオード装置の信頼性、生産性、性能を高める
ことを目的としている。
ダイオード装置の信頼性、生産性、性能を高める
ことを目的としている。
上記の目的を達成する本発明の発光ダイオード
装置は、パツケージのFe−Ni−Co合金を材料と
したステムに少なくとも１個の貫通孔を設け、そ
の孔の１つにCuを５〜30重量％含有するCuW合
金、CuMo合金又はCuWMo合金から成る素子支
持リードを孔内面に対して非接触状態に貫通させ
ると共にこのリードの頂部には発光ダイオード素
子を直接又はサブマウントを介して装着し、かつ
リードの底部にCu被覆比率が断面積比で50〜90
％のCu被覆鉄リードを接続し、さらに、素子支
持リードの外面とそのリードを通した貫通孔の内
面との間の隙間をガラスで気密に封止したことを
特徴とする。
装置は、パツケージのFe−Ni−Co合金を材料と
したステムに少なくとも１個の貫通孔を設け、そ
の孔の１つにCuを５〜30重量％含有するCuW合
金、CuMo合金又はCuWMo合金から成る素子支
持リードを孔内面に対して非接触状態に貫通させ
ると共にこのリードの頂部には発光ダイオード素
子を直接又はサブマウントを介して装着し、かつ
リードの底部にCu被覆比率が断面積比で50〜90
％のCu被覆鉄リードを接続し、さらに、素子支
持リードの外面とそのリードを通した貫通孔の内
面との間の隙間をガラスで気密に封止したことを
特徴とする。
ここで、ステム材にいわゆるコバールを用いた
のは、プレス成形が可能であり、かつ良好なガラ
ス封止性が得られるからである。
のは、プレス成形が可能であり、かつ良好なガラ
ス封止性が得られるからである。
また、素子支持リードの材料を上記に限定した
のは、放熱路の一部となすこのリードの熱膨張係
数を５〜10.0×10-6cm／cm℃の範囲に収めること
によつてガラス封止を可能ならしめるため、及び
その頂部に装着されるInP、GaAs等の化合物半
導体結晶の発光ダイオード素子との熱膨張係数を
整合させることにより、素子に対する熱応力の影
響を小さくして素子の信頼性、寿命を向上させ
つゝリードの熱伝導率を極力高め、それによつて
可能になる入力パワーの増加により発光出力を増
大させるためである。この素子支持リードは、目
的とする２つの効果を充分に発揮し得るように、
Ｗ又はMoの組織中にCuを均一に分散させること
と、封止ガラスの接着性をより高めることが望ま
れる。そのうち、前者の要求には素子支持リード
を粉末焼結法で製造することによつて応えること
ができる。一方、後者の要求には、リード表面
に、Fe、Ni、Fe−Ni−Co等のFe、Ni、Co、Cu
のうち少なくとも１種以上の元素から成る被覆層
を施すことによつて応えることができる。なお、
このリードは、CuWMo合金を材料とした場合も
同じ効果が得られる。
のは、放熱路の一部となすこのリードの熱膨張係
数を５〜10.0×10-6cm／cm℃の範囲に収めること
によつてガラス封止を可能ならしめるため、及び
その頂部に装着されるInP、GaAs等の化合物半
導体結晶の発光ダイオード素子との熱膨張係数を
整合させることにより、素子に対する熱応力の影
響を小さくして素子の信頼性、寿命を向上させ
つゝリードの熱伝導率を極力高め、それによつて
可能になる入力パワーの増加により発光出力を増
大させるためである。この素子支持リードは、目
的とする２つの効果を充分に発揮し得るように、
Ｗ又はMoの組織中にCuを均一に分散させること
と、封止ガラスの接着性をより高めることが望ま
れる。そのうち、前者の要求には素子支持リード
を粉末焼結法で製造することによつて応えること
ができる。一方、後者の要求には、リード表面
に、Fe、Ni、Fe−Ni−Co等のFe、Ni、Co、Cu
のうち少なくとも１種以上の元素から成る被覆層
を施すことによつて応えることができる。なお、
このリードは、CuWMo合金を材料とした場合も
同じ効果が得られる。
さらに、上記素子支持リードの底部に接続する
リード線として、Cu被覆鉄リードを用いたのは、
これによる放熱をも考慮してCu被覆鉄リードそ
のものゝ熱伝導度を上げるためである。このリー
ドは装置実装時の良好な作業性を維持し得る強度
を確保するため、Cuの被覆比率を上記した50〜
90％の範囲に収める必要がある。
リード線として、Cu被覆鉄リードを用いたのは、
これによる放熱をも考慮してCu被覆鉄リードそ
のものゝ熱伝導度を上げるためである。このリー
ドは装置実装時の良好な作業性を維持し得る強度
を確保するため、Cuの被覆比率を上記した50〜
90％の範囲に収める必要がある。
以上の如く構成された本発明の装置は、ダイオ
ード素子の発した熱の一部がパツケージを通じ
て、残りの一部がリードを通じて周囲の空気又は
外囲器へ放散される。従来の装置もリードによる
放熱効果は得られるが、主にコバールを使つた従
来のリード線を通じての放熱抵抗は非常に大き
い。例えば、TO−18型に採用されている直径
0.45mmのコバールリード線のそれは実験により
1500℃／Ｗにも達することが判明している。従つ
て、リードによる放熱量は微々たるものである。
これに対し、本発明の装置は、ダイオード素子を
熱伝導性の良いリード上に設けているのでリード
を介しての放熱量が非常に多い。
ード素子の発した熱の一部がパツケージを通じ
て、残りの一部がリードを通じて周囲の空気又は
外囲器へ放散される。従来の装置もリードによる
放熱効果は得られるが、主にコバールを使つた従
来のリード線を通じての放熱抵抗は非常に大き
い。例えば、TO−18型に採用されている直径
0.45mmのコバールリード線のそれは実験により
1500℃／Ｗにも達することが判明している。従つ
て、リードによる放熱量は微々たるものである。
これに対し、本発明の装置は、ダイオード素子を
熱伝導性の良いリード上に設けているのでリード
を介しての放熱量が非常に多い。
また、加工性の悪い材料から成る素子支持リー
ドをステムから分離しているのでステムのプレス
加工が可能であり、一方、素子支持リードは材料
の成形性は悪くても簡単な丸棒形状でよいので比
較的容易に製造でき、このために全体としての生
産性が向上し、装置のコスト低下につながる。
ドをステムから分離しているのでステムのプレス
加工が可能であり、一方、素子支持リードは材料
の成形性は悪くても簡単な丸棒形状でよいので比
較的容易に製造でき、このために全体としての生
産性が向上し、装置のコスト低下につながる。
第１図に、通信用発光ダイオード装置への適用
例を示す。図の符号１１はステム、１２は電極引
出し用リード線、１３は絶縁ガラス、１４は発光
ダイオードペレツト、１５はボンデイングワイ
ヤ、１６は本発明の特徴をなす素子支持リード、
１７はその底部に接続したCu被覆鉄リード線を
示している。
例を示す。図の符号１１はステム、１２は電極引
出し用リード線、１３は絶縁ガラス、１４は発光
ダイオードペレツト、１５はボンデイングワイ
ヤ、１６は本発明の特徴をなす素子支持リード、
１７はその底部に接続したCu被覆鉄リード線を
示している。
この装置のステム１１は、コバールをプレス成
形したものであつて、直径３mmの貫通孔１８と直
径１mmの貫通孔１９を有する。そして、前者の貫
通孔１８には全面を厚さ2μｍの50％Ni−Fe合金
メツキ層で被覆した直径２mmの20重量％Cu−Ｗ
合金から成る素子支持リード１６が挿通され、か
つその外周の隙間はコバールガラス１３によつて
ステムとリード間の絶縁性を保つように気密に封
止されている。また、このリード１６の底部に
は、ステムへのリード取付後にCu被覆比率が断
面積比で80％のCu被覆リード線１７を銀鑞を使
つて接合してある。一方、後者の貫通孔１９には
周知のリード線１２が挿通され、外周が同様にガ
ラス封止されている。
形したものであつて、直径３mmの貫通孔１８と直
径１mmの貫通孔１９を有する。そして、前者の貫
通孔１８には全面を厚さ2μｍの50％Ni−Fe合金
メツキ層で被覆した直径２mmの20重量％Cu−Ｗ
合金から成る素子支持リード１６が挿通され、か
つその外周の隙間はコバールガラス１３によつて
ステムとリード間の絶縁性を保つように気密に封
止されている。また、このリード１６の底部に
は、ステムへのリード取付後にCu被覆比率が断
面積比で80％のCu被覆リード線１７を銀鑞を使
つて接合してある。一方、後者の貫通孔１９には
周知のリード線１２が挿通され、外周が同様にガ
ラス封止されている。
２本のリード取付後、パツケージの全面にAu
被覆が1.5μｍ厚さに施され、その後、素子支持リ
ード１６の頂部にInPから成る長波長の発光ダイ
オードペレツト１４を装着し、リード線１２との
間にワイヤボンデイングを施してある。
被覆が1.5μｍ厚さに施され、その後、素子支持リ
ード１６の頂部にInPから成る長波長の発光ダイ
オードペレツト１４を装着し、リード線１２との
間にワイヤボンデイングを施してある。
このようにして得られた例示のパツケージは、
第３図のパツケージに比較して放熱性に優れ、発
光パワーを約30％向上させ得ることが実験により
確認された。
第３図のパツケージに比較して放熱性に優れ、発
光パワーを約30％向上させ得ることが実験により
確認された。
なお、ダイオードペレツト１４は、素子支持リ
ードの頂部にダイヤモンド、CBN（高圧相型窒化
硼素）、Si等のサブマウンを介して装着してもよ
い。
ードの頂部にダイヤモンド、CBN（高圧相型窒化
硼素）、Si等のサブマウンを介して装着してもよ
い。
また、素子を外気から保護する目的で、ステム
の上部を従来と同様にガラス窓の付いた或いは透
明なキヤツプシールで封止することも自由であ
る。
の上部を従来と同様にガラス窓の付いた或いは透
明なキヤツプシールで封止することも自由であ
る。
さらに、リード線１２とボンデイングワイヤ１
５をステムに接続し、ステムを導電路の一部とし
た通電を行うことも可能であり、この場合、ステ
ムの貫通孔は１個で済むことがある。
５をステムに接続し、ステムを導電路の一部とし
た通電を行うことも可能であり、この場合、ステ
ムの貫通孔は１個で済むことがある。
以上述べたように、本発明によれば、コバール
ステムの貫通孔に通されてガラス封止された
CuW、CuMo又はCuWMo合金製の素子支持リー
ド上に発光ダイオード素子が装着されているの
で、全金属ステムを通じての放熱効果が得られる
のは勿論、素子支持リードとその底部に接続した
Cu被覆リードを通じての効率の良い放熱が行わ
れる。従つて素子の熱劣化や熱破壊等が抑制さ
れ、装置の信頼性が高まると共に発光パワーを増
大させることも可能になる。
ステムの貫通孔に通されてガラス封止された
CuW、CuMo又はCuWMo合金製の素子支持リー
ド上に発光ダイオード素子が装着されているの
で、全金属ステムを通じての放熱効果が得られる
のは勿論、素子支持リードとその底部に接続した
Cu被覆リードを通じての効率の良い放熱が行わ
れる。従つて素子の熱劣化や熱破壊等が抑制さ
れ、装置の信頼性が高まると共に発光パワーを増
大させることも可能になる。
また、ステム本体はコバールを用いているため
プレス加工が可能であり、加工し難い素子支持リ
ードは丸棒をそのまゝ使用できるため装置の量産
化が計れ、コスト面でも有利となる。
プレス加工が可能であり、加工し難い素子支持リ
ードは丸棒をそのまゝ使用できるため装置の量産
化が計れ、コスト面でも有利となる。
さらに、第３図に示すような構造にすることに
よつて、素子とステムとを電気的に絶縁できるた
め、装置の設計面、レイアウト面での自由度も大
巾に高め得る。
よつて、素子とステムとを電気的に絶縁できるた
め、装置の設計面、レイアウト面での自由度も大
巾に高め得る。
第１図は、本発明の発光ダイオード装置の一例
を示す図、第２図及び第３図は従来の発光ダイオ
ード装置を示す図であり、それぞれａは中央部の
断面ｂは上面を示している。 １１……ステム、１２……電極引出し用リード
線、１３……絶縁ガラス、１４……発光ダイオー
ドペレツト、１５……ボンデイングワイヤ、１６
……素子支持リード、１７……Cu被覆リード線、
１８，１９……貫通孔。
を示す図、第２図及び第３図は従来の発光ダイオ
ード装置を示す図であり、それぞれａは中央部の
断面ｂは上面を示している。 １１……ステム、１２……電極引出し用リード
線、１３……絶縁ガラス、１４……発光ダイオー
ドペレツト、１５……ボンデイングワイヤ、１６
……素子支持リード、１７……Cu被覆リード線、
１８，１９……貫通孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ パツケージのFe−Ni−Co合金を材料とした
ステムに少なくとも１個の貫通孔を設け、その孔
の１つにCuを５〜30重量％含有するCuW合金、
CuMo合金又はCuWMo合金から成る素子支持リ
ードを孔内面に対して非接触状態に貫通させると
共にこのリードの頂部には発光ダイオード素子を
直接又はサブマウントを介して装着し、かつリー
ドの底部にCu被覆比率が断面積比で50〜90％の
Cu被覆鉄リードを接続し、さらに、素子支持リ
ードの外面とそのリードを通した貫通孔の内面と
の間の隙間をガラスで気密に封止したことを特徴
とする発光ダイオード装置。 ２ 上記素子支持リードの表面に、Fe、Ni、
Co、Cuのうち少なくとも１種以上の元素から成
る被覆層が施されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の発光ダイオード装置。 ３ 上記素子リードが組織中にCuを均一に含有
していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
又は第２項記載の発光ダイオード装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60045375A JPS61202484A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 発光ダイオ−ド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60045375A JPS61202484A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 発光ダイオ−ド装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61202484A JPS61202484A (ja) | 1986-09-08 |
| JPH0424879B2 true JPH0424879B2 (ja) | 1992-04-28 |
Family
ID=12717518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60045375A Granted JPS61202484A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 発光ダイオ−ド装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61202484A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7731177B1 (ja) * | 2025-01-08 | 2025-08-29 | 新興窯業株式会社 | 金属材料および圧縮封止型ガラスハーメチックシールの構成部材 |
| JP7836600B1 (ja) * | 2025-07-22 | 2026-03-27 | 新興窯業株式会社 | 整合封止型ガラスハーメチックシールのステムベースおよびリードピン、並びに気密端子および半導体装置 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4055373B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2008-03-05 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置の製造方法 |
| KR100631521B1 (ko) | 2004-04-17 | 2006-10-11 | 엘지전자 주식회사 | 발광 장치 와 그의 제조방법 |
| EP1596440A1 (en) * | 2004-05-11 | 2005-11-16 | Excel Cell Electronic Co., Ltd. | Light emitting device |
| JP2005347375A (ja) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 発光素子用ステム及び光半導体装置 |
| WO2009081470A1 (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-02 | Mitsubishi Electric Corporation | レーザ光源モジュール |
| US8362513B2 (en) * | 2008-02-22 | 2013-01-29 | Illinois Tool Works Inc. | Surface mount LED and holder |
| JP2009272656A (ja) * | 2009-08-20 | 2009-11-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-03-05 JP JP60045375A patent/JPS61202484A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7731177B1 (ja) * | 2025-01-08 | 2025-08-29 | 新興窯業株式会社 | 金属材料および圧縮封止型ガラスハーメチックシールの構成部材 |
| JP7836600B1 (ja) * | 2025-07-22 | 2026-03-27 | 新興窯業株式会社 | 整合封止型ガラスハーメチックシールのステムベースおよびリードピン、並びに気密端子および半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61202484A (ja) | 1986-09-08 |
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