(57)【要約】【課題】底面に発光素子を実装するキャビティの側面に上記発光素子側に膨らんだ断面形状の光反射面を形成しており、熱的な変化に耐えられ、容易且つ安価に製造可能な発光素子実装用配線基板を提供する。【解決手段】セラミック（絶縁材）からなり、表面３および裏面４を有する基板本体２と、かかる基板本体２の表面３に開口し、底面６および側面７からなるキャビティ５と、かかるキャビティ５の側面７に形成される側面金属層９およびキャビティ５の側面７に隣接する底面６の周辺に形成される底面金属層８と、かかる側面金属層９および底面金属層８の内隅部に形成され且つこれらの金属層８，９の金属よりも融点が低い金属を含む反射部１０と、を備え、かかる反射部１０の表面が、上記キャビティ５の中央側に膨らんでおり、その断面が円弧形の光反射面である、発光素子実装用配線基板１。【選択図】  図２
2006332320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材からなり、表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面に開口し、底面および側面からなるキャビティと、
上記キャビティの側面に形成される側面金属層および上記キャビティの側面に隣接する底面の周辺に形成される底面金属層と、
上記側面金属層および底面金属層の内隅部に形成され且つこれらの金属層の金属よりも融点が低い金属を含む反射部と、を備え、
上記反射部の表面が、上記キャビティの中央側に膨らんでおり、その断面が円弧形の光反射面である、
ことを特徴とする発光素子実装用配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビティの底面に発光素子を実装する発光素子実装用配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を実装する配線基板においては、かかる発光素子を底面に実装するキャビティの側面に金属からなり且つ当該キャビティの中央側に膨らんだ凸形レンズ面の光反射層を形成することで、上記発光素子から発光された光を効率良く反射し且つ広範囲に拡散して放射することができる。
例えば、上面に発光素子の搭載部を有するセラミック製の平板状の基体の上面に、貫通孔を有するセラミック製の枠体を積層し、かかる貫通孔の内周面の断面形状が発光素子側に膨らんだ弧形状であり、その内周面にメタライズ金属層およびメッキ金属層を形成した発光素子収納用パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、絶縁基体の上面に発光素子を底面に搭載して収容する凹部を設け、かかる凹部に内周面の断面形状が上記発光素子側に膨らんだ弧形状の金属製の枠体を嵌着した発光素子収納用パッケージが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
更に、上記同様の絶縁基体の上面に発光素子を底面に搭載・収容する凹部を設け、凹部に底面から上面に向かい広がるよう傾斜した金属製の枠体が嵌着され、当該枠体は、内周面の上側が下側よりも傾斜角度を小さくなる傾斜角度の変化部を有する発光素子収納用パッケージも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４７７０１号公報（第１〜８頁、図１，４）
【特許文献２】特開２００４−３１１９２０号公報（第１〜１１頁、図１，２）
【特許文献３】特開２００４−２８８９３７号公報（第１〜１２頁、図１，２）
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１のように、前記貫通孔の内周面が断面円弧形状を呈するセラミック製の枠体を製作するには、複数のグリーンシートをパンチおよびダイにより打ち抜き加工した後、これらを積層して得られた貫通孔の傾斜した内周面にペースト状のセラミック材料を塗布する、などの煩雑な工程が必要となる。しかも、打ち抜き加工の直後におけるグリーンシートの貫通孔の内周面は、荒れた表面であるため、上記ペースト状のセラミック材料を所要の曲面にして塗布することは、複雑で且つ工数を要し、コスト高になる、という問題があった。
また、前記特許文献２，３のように、絶縁基体の凹部に金属製の枠体を嵌着する構造では、かかる嵌着工程に高い精度を要しコスト高を招き易くなる。しかも、セラミックなどからなる絶縁基体と金属製の枠体との熱膨張率が異なるため、前記凹部と枠体との間にクリアランスを最少限にすると、嵌着の後で熱膨張しようとする枠体が絶縁基体の凹部にその膨張を阻止されるため、絶縁基体に割れを生じたり、枠体の一部が凹部の上方に飛び出し得る、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記背景技術において説明した問題点を解決し、底面に発光素子を実装するキャビティの側面に上記発光素子側に膨らんだ断面形状の光反射面を形成しており、熱的な変化に耐えられ、容易且つ安価に製造可能な発光素子実装用配線基板を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、キャビティの側面およびこれに隣接する底面に加熱（リフロー）により形成される反射部を配設する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の発光素子実装用配線基板（請求項１）は、絶縁材からなり、表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面に開口し、底面および側面からなるキャビティと、かかるキャビティの側面に形成される側面金属層および上記キャビティの側面に隣接する底面の周辺に形成される底面金属層と、かかる側面金属層および底面金属層の内隅部に形成され且つこれらの金属層の金属よりも融点が低い金属を含む反射部と、を備え、かかる反射部の表面が、上記キャビティの中央側に膨らんでおり、その断面が円弧形の光反射面である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
これによれば、キャビティの側面とかかる側面に隣接する当該キャビティの底面の周辺部とに、互いに接続している側面金属層および底面金属層が形成されていると共に、かかる側面金属層と底面金属層との内隅部にこれらよりも融点が低い金属からなる反射部が一体に形成されている。しかも、かかる反射部の表面が、前記キャビティの中央側に膨らんでおり、その断面が円弧形の光反射面となっているため、キャビティの底面中央部に発光素子を実装した際には、かかる発光素子からの光を、上記反射部の表面で効率良く反射し且つ広範囲に拡散して外部に放射することが可能となる。更に、反射部は、側面金属層および底面金属層に密着しているため、発光素子からの熱的影響を受けても、変形せず前記断面形状を安定して保つことができると共に、素材の金属を上記内隅部にセットして加熱（リフロー）する、という簡単な工程で形成でき、安価に提供可能となる。
【０００８】
尚、前記基板本体を形成する絶縁材には、例えばアルミナを主成分とするセラミック、低温焼成セラミックの一種である例えばガラス−セラミック、あるいは、例えばエポキシ系樹脂などの樹脂が含まれる。
また、前記キャビティには、底面が円形で且つ側面が円筒形、底面が長円形で且つ側面が長円筒形、底面が楕円形で且つ側面が長楕円筒形、底面が矩形で且つ側面が角筒形、あるいは、底面がほぼ矩形で且つ側面がほぼ角筒形などの形態が含まれる。
更に、前記反射部に含まれる金属の融点は、前記側面金属層および底面金属層の融点よりも、少なくとも１００℃以上、好ましくは５００℃以上低いことが推奨される。また、前記側面金属層や底面金属層は、前記絶縁材がセラミックの場合にはＷやＭｏなどが、ガラス−セラミックや樹脂の場合にはＣｕやＡｇなどが用いられる。
加えて、前記発光素子には、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などが含まれる。
【０００９】
付言すれば、本発明には、前記反射部の表面には、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの何れかのメッキ層からなる光反射層が形成されている、発光素子実装用配線基板も含まれ得る。これによる場合、キャビティの底面中央部に実装された発光素子からの光を、前記金属からなる反射部の表面に形成された上記メッキ層の光反射層で、効率良く反射し且つ広範囲に拡散して外部に放射することが可能となる。
【００１０】
また、本発明には、前記反射部は、前記側面金属層および底面金属層の内隅部に沿って配設され且つかかる内隅部よりも大きな断面の金属（ロウ材）を、加熱（リフロー）することで形成される、発光素子実装用配線基板の製造方法も含まれ得る。これによる場合、前記断面形状の表面をキャビティの中央側に有する反射部を、上記側面金属層および底面金属層に密着させて、容易且つ確実に形成することが可能となる。
尚、前記基板本体が樹脂からなる場合には、上記加熱温度に耐え得る樹脂材料を用いるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の発光素子実装用配線基板（以下、単に配線基板と称する）１を示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った断面図である。
配線基板１は、図１，図２に示すように、表面３および裏面４を有し且つセラミック（絶縁材）からなる基板本体２と、かかる基板本体２の表面３に開口し且つ発光ダイオード（発光素子）１４が実装される底面６および側面７からなるキャビティ５と、を含む。
基板本体２は、図１，図２に示すように、平面視がほぼ正方形で所要の厚みを有する直方体を呈し、例えばアルミナを主成分とする複数枚のグリーンシートを積層してセラミックに焼成したものである。因みに、基板本体２のサイズは、約５ｍｍ×５ｍｍ×０．９ｍｍであり、内部にはＷまたはＭｏを主成分とする図示しない所定パターンの配線層やビア導体１５が形成され、且つ裏面４には複数のパッド１６が形成されている。尚、基板本体２には、例えばガラス−アルミナ系のグリーンシートを複数積層して焼成したガラス−セラミックを適用しても良い。
【００１２】
図１，図２に示すように、キャビティ５は、平面視が円形の底面６と、かかる底面６の周辺から基板本体２の表面３に向かって垂直に立設した円筒形の側面７とからなり、全体が円柱形を呈する。かかるキャビティ５は、グリーンシートを最小限のクリアランスを介するポンチとダイとによる打ち抜き加工により、上記円柱形に成形される貫通孔を有するグリーンシートを含んで形成される。因みに、キャビティ５のサイズは、内径約３．６ｍｍ×深さ約０．４５ｍｍである。
上記キャビティ５の側面７には、厚みが約１０〜３０μｍでＷまたはＭｏを主成分とする側面金属層９が全面に形成され、上記側面７に隣接するキャビティ５の底面６の周辺部には、上記同様の底面金属層８が形成されている。
【００１３】
前記側面金属層９と底面金属層８との内隅部には、ＷまたはＭｏよりも融点が約７００℃低いＡｇロウ（金属）からなる反射部１０がリング形状で密着して形成されている。上記Ａｇロウは、例えば７２ｗｔ％Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金などのＡｇ−Ｃｕ系合金からなる。かかる反射部１０のうち、キャビティ５の中央側の表面（内周面）は、当該キャビティ５の中央側に膨らむと共に、その断面が円弧形の光反射面を形成している。
更に、上記反射部１０の表面の上、および側面金属層９と底面金属層８との端面の上には、図２中の一点鎖線部分の部分拡大図で示すように、Ｎｉからなる下地メッキ層１１ａと、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、またはＲｈからなる表層メッキ層１１ｂと、からなる光反射層１１が形成される。
図１，図２に示すように、キャビティ５の底面６には、前記同様の厚みでＷまたはＭｏを主成分とする一対のパッド１２，１３が形成されている。かかるパッド１２，１３は、ビア導体１５と個別に接続され、大きなパッド１３の上面で且つキャビティ５の底面６中央部の位置には、図示しないハンダを介して発光ダイオード１４が実装される。かかる発光ダイオード１４は、図示しないボンディングワイヤを介して、小さいパッド１２と接続される。
【００１４】
以上のような配線基板１によれば、基板本体２の表面３に開口する円柱形のキャビティ５には、底面金属層８と側面金属層９とが底面６の周辺部および側面７に形成され、これらに挟まれた内隅部に、上記キャビティ５の中央側に膨らみ且つ断面が円弧形の表面を有する反射部１０がリング形状に形成され、その表面上に光反射層１１が形成されている。このため、キャビティ５の底面６の中央部で且つパッド１３上に実装される発光ダイオード１４からの光は、上記反射部１０の表面上の光反射層１１で効率良く反射し且つ広範囲に拡散して外部に放射される。しかも、反射部１０は、側面金属層９と底面金属層８とに密着しているため、発光ダイオード１４の熱的影響を受けても、変形せずに前記断面形状を安定して保つことができる、という効果を奏する。
尚、光反射層１１を省略し、反射部１０の表面で上記光を反射しても良い。また、前記キャビティ５内には、上面が基板本体２の表面３と面一となる深さで、図示しない封止用樹脂を充填し且つ固化させても良い。
【００１５】
ここで、前記配線基板１の製造方法について説明する。尚、前記形態の説明で用いた符号と共通する部分には、共通の符号を用いる。
図３に示すように、予め、アルミナを含むセラミック材料からなるグリーンシートｓ１，ｓ２を用意する。下層のグリーンシートｓ１は、複数層のグリーンシートを予め積層した平板形状を呈し、その表面６ａと裏面４との間には、ＷまたはＭｏ粉末を含むペースト状のビア導体１５ａが複数貫通し、かかるビア導体１５ａには、上記グリーンシート間に所定のパターンで形成された図示しないペースト状の配線層が接続されている。また、グリーンシートｓ１の表面６ａには、平面視がリング形を呈する上記同様のペースト状の底面金属層８ａと、その内側において互いに離間するペースト状で小さなパッド１２ａおよび大きなパッド１３ａと、がスクリーン印刷法により形成されている。更に、グリーンシートｓ１の裏面４には、ペースト状の一対のパッド１６ａが上記同様に形成されている。
【００１６】
一方、図３に示すように、上層のグリーンシートｓ２は、単層または複数層のグリーンシート積層した平板形状を呈し、その表面３と裏面３ａと間には、偏平な円柱形の貫通孔３ｂが貫通し、かかる貫通孔３ｂの内周面（側面）には、上記同様ペースト状の側面金属層９ａがほぼ全面に公知の方法により形成されている。
次いで、図３中の矢印で示すように、前記グリーンシートｓ１の表面６ａ上に、上記グリーンシートｓ２を積層し、且つ両者を厚み方向に沿って圧着する。
その結果、図４に示すように、グリーンシートｓ１，ｓ２が積層されたグリーンシート積層体Ｓが形成される。かかるグリーンシート積層体Ｓは、表面３および裏面４を有し、かかる表面３には、平面視が円形の底面６およびその周辺から垂直に立設する円筒形の側面７からなるキャビティ５が開口する。かかるキャビティ５の側面７に形成された側面金属層９ａと、当該キャビティ５の底面６における周辺部に形成された底面金属層８ａとは、互いに直角にして接続される。
【００１７】
かかる状態で、グリーンシート積層体Ｓを図示しない焼成炉に挿入し、所定の温度帯で所要時間加熱する公知の焼成工程を施す。
その結果、図５に示すように、アルミナ系のセラミックからなり表面３および裏面４を有する基板本体２が形成される。かかる基板本体２の表面３には、底面６および側面７からなるキャビティ５が開口し、その側面７と底面６の周辺部とには、焼成された側面金属層９および底面金属層８が断面ほぼＬ字形にして形成される。同時に、キャビティ５の底面６には、焼成されたパッド１２，１３が、基板本体２の裏面４には、焼成された複数のパッド１６が形成され、且つこれらの間には、焼成されたビア導体１５が基板本体２を貫通して接続している。
【００１８】
次に、図５に示すように、底面金属層８と側面金属層９とに挟まれた内隅部に対し、Ａｇロウ（金属）からなり全体がリング形状で断面が楕円形のロウ材１８を挿入する。尚、ロウ材１８と上記側面金属層９とは、一部が接触しているか、両者の間に極く小さな隙間が介在していても良い。また、ロウ材１８の断面は円形でも良い。
かかる状態で、上記ロウ材１８を約７８０℃に約１０〜３０分間加熱（リフロー）する。その結果、溶融した上記ロウ材１８は、図６の右側に示すように、底面金属層８および側面金属層９の表面に高い濡れ性をもって密着する。同時に、上記ロウ材１８のうち、キャビティ５の中央側で自由面となった部分には、Ａｇロウ自体の表面張力により、図６の右側に示すように、当該キャビティ５の中央側に膨らんだ断面が円弧形の表面（内周面）が形成される。この結果、かかる表面を含む反射部１０が形成される。
そして、反射部１０の表面の上に、電解Ｎｉメッキおよび電解Ａｇメッキを順次施し、図６の左側に示すように、光反射層１１を形成する。
以上の各工程を経ることで、図１，図６に示すように、配線基板１が得られる。
尚、前記各工程は、多数個取り用の大判のグリーンシートにより行っても良い。
【００１９】
かかる配線基板１の製造方法は、複数のグリーンシートｓ１，ｓ２を積層および圧着し、得られるグリーンシート積層体Ｓを、そのキャビティ５における底面６および側面７に予め形成したペースト状の底面・側面金属層８ａ，９ａなどを含めて焼成した後、焼成後の底面・側面金属層８，９間の内隅部に前記ロウ材１８を挿入し、且つこれを加熱（リフロー）した後に凝固させる、という比較的簡単な工程により、配線基板１を安価に得ることができる利点を有する。
しかも、前記図１，図２で示したように、大きなパッド１３上に発光ダイオード１４を実装した後で、その熱的影響を受けても、光反射層１１を形成する表面を有する反射部１０は、底面・側面金属層８，９に密着しているため、上記表面および光反射層１１の断面形状を安定して保てる。従って、発光ダイオード１４からの光を、反射部１０の表面に形成した光反射層１１により、効率良く反射し広範囲に拡散して外部に放射させることができる。
【００２０】
図７は、異なる形態の配線基板２０の概略を示す平面図である。
配線基板２０は、図７に示すように、前記同様のセラミックからなり、表面２３および図示しない裏面を有する直方体の基板本体２２と、その表面２３に開口し平面視が長円形の底面２６およびその周辺から垂直に立設する長円筒体の側面２７からなる全体が長円柱体のキャビティ２５と、を備えている。
上記キャビティ２５の側面２７と底面２６の周辺部とには、前記同様の側面金属層２９および底面金属層２８が形成され、これらに挟まれた内隅部には、前記同様の断面形状を有する表面を含む平面視が長円形の反射部１０ａが形成されている。かかる反射部１０ａの表面と、側面金属層２９および底面金属層２８の端面とには、前記下地メッキ層１１ａおよび表層メッキ層１１ｂからなる光反射層１１が形成される。
図７に示すように、上記反射部１０ａに囲まれたキャビティ２５の底面２６には、前記同様のパッド１２，１３が形成され、パッド１３の上には発光ダイオード１４が前記同様に実装される。かかる発光ダイオード１４とパッド１２とは、前記同様にワイヤボンディング（図示せず）により接続される。
【００２１】
図８は、更に異なる形態の配線基板３０の概略を示す平面図である。
配線基板３０は、図８に示すように、前記同様のセラミックからなり、表面３３および図示しない裏面を有する直方体の基板本体３２と、その表面３３に開口し平面視が楕円形の底面３６およびその周辺から垂直に立設する楕円筒体の側面３７からなる全体が楕円柱体のキャビティ３５と、を備えている。かかるキャビティ３５の側面３７と底面３６の周辺部とには、前記同様の側面金属層３９と底面金属層３８とが形成され、これらに挟まれた内隅部には、前記同様の断面形状を有する表面を含む平面視が楕円形の反射部１０ｂが形成されている。かかる反射部１０ｂの表面と、側面金属層３９および底面金属層３８の端面とには、前記同様の光反射層１１が形成される。
図８に示すように、上記反射部１０ｂに囲まれたキャビティ３５の底面３６には、前記同様のパッド１２，１３が形成され、後者の上には発光ダイオード１４が前記同様に実装される。かかる発光ダイオード１４とパッド１２とは、前記同様にワイヤボンディング（図示せず）により接続される。
【００２２】
図９は、別異なる形態の配線基板４０の概略を示す平面図である。
配線基板４０は、図９に示すように、前記同様のセラミックからなり、表面４３および図示しない裏面を有する直方体の基板本体４２と、その表面４３に開口し平面視がほぼ長方形で各コーナにアールを付けた底面４６およびその周辺から垂直に立設するほぼ角筒体の側面４７からなる全体がほぼ四角柱体のキャビティ４５と、を備えている。キャビティ４５の側面４７には、前記同様の側面金属層４９が形成され、キャビティ４５の底面４６の周辺部には、各コーナ付近を幅広とした底面金属層４８が形成され、これらに挟まれた内隅部には、前記同様の断面形状を有する表面を含む平面視がほぼ四角形で内側縁が長円形の反射部１０ｃが形成されている。かかる反射部１０ｃの表面と、側面金属層３９および底面金属層３８の端面とには、前記同様の光反射層１１が形成される。
【００２３】
図９に示すように、上記反射部１０ｃに囲まれたキャビティ４５の長円形を呈する底面４６には、前記同様のパッド１２，１３が形成され、後者の上には発光ダイオード１４が前記同様に実装されると共に、かかる発光ダイオード１４とパッド１２とは、前記同様にワイヤボンディングにより接続される。
以上のような配線基板２０，３０，４０によっても、前記配線基板１と同様な効果を奏することができる。また、これらは、前記図３乃至図６において示した前記の各工程を、前記同様にして施すことにより、容易に製造することができる。
【００２４】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記基板本体２，２２などを形成する絶縁材であるセラミックは、例えばムライトや窒化アルミニウムを主成分とするものとしても良い。あるいは、低温焼成セラミックの一種であるガラス−セラミックとしても良く、この場合、前記底面・側面金属層８，９やパッド１２などは、ＣｕやＡｇなどが用いられる。
また、前記基板本体２，２２などを形成する絶縁材をエポキシ系樹脂などとしても良く、かかる樹脂の薄板または金属の薄板の表面上に、例えばエポキシ系樹脂からなる複数層の樹脂絶縁層を順次積層し、公知のフォトリソグラフィ技術によって、比較的上層の各樹脂絶縁層にキャビティを形成しても良い。かかるキャビティの側面と底面の周辺部に無電解メッキおよび電解メッキにより側面・底面金属層を形成すると共に、これら内隅部に前記ロウ材を形成し且つこれをリフローした後、得られる反射部の表面などに前記光反射層１１を形成しても良い。
【００２５】
更に、キャビティの形状は、前記各形態に限らず、平面視で正方形または長方形とし、これらの四隅の内隅部と側面と底面の周辺部とに、側面・底面金属層を形成すると共に、これら内隅部に前記ロウ材を形成し且つこれをリフローした後、得られる反射部の表面などに光反射層を形成するようにしても良い。
加えて、本発明の配線基板は、１個の配線基板の表面に開口するキャビティを複数としたり、単一のキャビティの底面に複数の実装エリアを配置し、これらの実装エリアに複数の発光素子を個別に実装する形態とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の発光素子実装用配線基板を示す平面図。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った断面図。
【図３】上記配線基板の一製造工程を示す概略図。
【図４】図３に続く製造工程を示す概略図。
【図５】図４に続く製造工程を示す概略図。
【図６】図５に続く製造工程を示す概略図。
【図７】異なる形態の発光素子実装用配線基板の概略を示す平面図。
【図８】更に異なる形態の発光素子実装用配線基板の概略を示す平面図。
【図９】別異なる形態の発光素子実装用配線基板の概略を示す平面図。
【符号の説明】
【００２７】
１，２０，３０，４０…………発光素子実装用配線基板
２，２２，３２，４２…………基板本体
３，２３，３３，４３…………基板本体の表面
４…………………………………基板本体の裏面
５，２５，３５，４５…………キャビティ
６，２６，３６，４６…………キャビティの底面
７，２７，３７，４７…………キャビティの側面
８，２８，３８，４８…………底面金属層
９，２９，３９，４９…………側面金属層
１０，１０a，１０ｂ,１０ｃ…反射部
１１………………………………光反射層
１８………………………………Ａｇロウ（金属）
【図１】
2006332320.tif 000003
【図２】
2006332320.tif 000004
【図３】
2006332320.tif 000005
【図４】
2006332320.tif 000006
【図５】
2006332320.tif 000007
【図６】
2006332320.tif 000008
【図７】
2006332320.tif 000009
【図８】
2006332320.tif 000010
【図９】
2006332320.tif 000011