(57)【要約】【課題】反射体の光学的特性が劣化し難く、かつ、安価で製造が容易な発光素子収納用パッケージとその製造方法を提供する。【解決手段】発光素子収納用パッケージ１ａは、内部に複数の発光素子４が収納されるシートアレイタイプのパッケージであり、略矩形平板状のセラミック製の基体２の上面に金属製リングからなる反射体３が接合され、この反射体３を囲むように基体２の上面に金属製の枠体５が接合され、枠体５の上部は集光レンズとして機能する透明なガラス部材からなる蓋体７によって覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板状のセラミック製の基体と、この基体の上面に接合されて内部に発光素子が搭載されるリング状の反射体と、この反射体を囲むように前記基体の上面に接合される枠体と、この枠体の上部に覆設されてその内部を気密に封止するとともにレンズ体を形成する透明な蓋体とを備え、前記反射体は少なくとも内周面に銀メッキが施されて反射面を形成することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
【請求項２】
複数の発光素子を収納するシートアレイタイプの発光素子収納用パッケージであって、各発光素子をそれぞれ囲むように複数の前記反射体が前記基体の上面に接合されることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
【請求項３】
複数の発光素子を収納するシートアレイタイプの発光素子収納用パッケージであって、前記反射体は複数の前記発光素子を囲むように前記基体の上面に接合されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記基体はアルミナ又は窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージ。
【請求項５】
アルミナ又は窒化アルミニウムを主成分とするとともに、内部や表面に導体配線パターンを有するグリーンシートの積層体を形成する工程と、この積層体を焼成してセラミック製の基体を形成する工程と、前記基体の上面にリング状の反射体を接合する工程と、この反射体を囲むように前記基体の上面に枠体を接合する工程と、前記反射体の内周面に銀メッキを施して反射面を形成する工程と、前記基体上面の前記反射体に囲まれた部分に発光素子を実装する工程と、前記枠体の上部に透明な蓋体を接合してその内部を気密に封止する工程とを備えたことを特徴とする発光素子収納用パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を搭載する発光素子収納用パッケージに係り、特に、反射体（リフレクタ）の光学的特性が劣化し難い発光素子収納用パッケージとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子は、パッケージに収納された状態で各種基板に実装される。このパッケージは、略平板状のセラミック製の基体の上面に金属リングが接合され、この金属リングの内部に発光素子が搭載される構造となっている。一般に、金属リングには鉄−ニッケル−コバルト合金であるコバールが使用される。そして、金属リングの内周面にはメッキ処理等が施される。この内周面は、発光素子からの出力光を反射する、いわゆる反射面となる。なお、この金属リングは、通常、反射体（リフレクタ）と呼ばれている。
このように、金属リングの反射面に銀メッキ処理を施すと、発光素子からの出力光を銀メッキ面の反射作用により、パッケージ外部に取り出し易くすることができる。しかしながら、メッキに用いられた銀は酸化や硫化によって変色し易い。すなわち、このようにして形成された反射面は、時間の経過とともに反射率が低下してしまう傾向がある。そこで、従来、このような課題に対処するために様々な検討がなされており、これまでにもいくつかの発明や考案が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「配線基板」という名称で、腐食や変色を生じ難い金属反射層を有する発光素子実装用配線基板に関する発明が開示されている。
この発明は、基板本体の表面に開口するとともに、発光素子が収納されるキャビティの側面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が形成されたことを特徴とするものである。
このような構造の配線基板においては、キャビティの側面に形成された金属層が酸化や硫化によって腐食や変色を生じ難いという作用を有する。これにより、発光素子からの出力光をキャビティの側面で効率良く反射することが可能となる。
【０００４】
次に、特許文献２には、「発光素子収納用パッケージおよび発光装置」という名称で、メッキ層やメタライズ層を必要とせず、安価に製造できるとともに、発光効率の良い発光素子収納用パッケージと発光装置に関する発明が開示されている。
この発明は、タングステン等のメタライズ層からなる搭載部の上面に発光素子を搭載した白色セラミックスからなる略直方体の基体と、この基体の上面に接合された白色セラミックス製の枠体と、搭載部の周辺や下面から導出されるメタライズ配線導体と、発光素子の電極とメタライズ配線導体を電気的に接続するボンディングワイヤなどから構成されている。そして、枠体の内周面と外周面との間の厚みは０．８ｍｍ以上であり、かつ、４００乃至７００ｎｍの波長の光に対する枠体の反射率は８０％以上であることを特徴としている。
このような構造の発光素子収納用パッケージにおいては、メタライズ層および金属めっき層が不要なため、枠体の表面に形成される発光素子からの出力光を反射する反射面が酸化や硫化による腐食あるいは変色を生じ難い。また、枠体の製造工程が簡略化されるため、製造コストも削減される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５６７４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、銀メッキ処理を施した場合に比べてキャビティの側面における光の反射率が劣るという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示された発明では、枠体が基体との一体成形により製造されるため、設計上の制約を受け易いという課題があった。また、枠体と基体には同一組成のセラミックを使用しているため、成形性の向上や材料コストの削減を図ることが難しいという課題があった。
【０００８】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、反射体の光学的特性が劣化し難く、かつ、安価で製造が容易な発光素子収納用パッケージとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である発光素子収納用パッケージは、略平板状のセラミック製の基体と、この基体の上面に接合されて内部に発光素子が搭載されるリング状の反射体と、この反射体を囲むように基体の上面に接合される枠体と、この枠体の上部に覆設されてその内部を気密に封止するとともにレンズ体を形成する透明な蓋体とを備え、反射体は少なくとも内周面に銀メッキが施されて反射面を形成することを特徴とするものである。
このような構造の発光素子収納用パッケージにおいては、発光素子が設置される反射体の内部への水分や外気の侵入を封止用樹脂と反射体が阻止するとともに、枠体及び蓋体が枠体の内部への水分や外気への侵入を阻止するという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光素子収納用パッケージにおいて、複数の発光素子を収納するシートアレイタイプの発光素子収納用パッケージであって、各発光素子をそれぞれ囲むように複数の反射体が基体の上面に接合されることを特徴とするものである。
このような構造の発光素子収納用パッケージにおいては、反射体が発光素子からの出力光をそれぞれ個別に反射して外部に放射するという作用を有する。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発光素子収納用パッケージにおいて、複数の発光素子を収納するシートアレイタイプの発光素子収納用パッケージであって、反射体は複数の発光素子を囲むように基体の上面に接合されることを特徴とするものである。
このような構造の発光素子収納用パッケージにおいては、複数の発光素子が発する光を、一つの反射体が共通に反射して外部に放射するという作用を有する。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージにおいて、基体はアルミナ又は窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とするものである。
このような構造の発光素子収納用パッケージにおいては、アルミナ又は窒化アルミニウムが基体の耐熱性を高めるという作用を有する。また、窒化アルミニウムは基体の伝熱特性を高めてパッケージの放熱特性を良好にするという作用を有する。
【００１３】
請求項５記載の発明である発光素子収納用パッケージの製造方法は、アルミナ又は窒化アルミニウムを主成分とするとともに、内部や表面に導体配線パターンを有するグリーンシートの積層体を形成する工程と、この積層体を焼成してセラミック製の基体を形成する工程と、基体の上面にリング状の反射体を接合する工程と、この反射体を囲むように基体の上面に枠体を接合する工程と、反射体の内周面に銀メッキを施して反射面を形成する工程と、基体上面の反射体に囲まれた部分に発光素子を実装する工程と、枠体の上部に透明な蓋体を接合してその内部を気密に封止する工程とを備えたことを特徴とするものである。
このような製造方法によれば、複雑な製造プロセスを必要としないため、製造コストが削減される。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の発光素子収納用パッケージにおいては、発光素子に対する水分や外気の影響を反射体及び封止用樹脂と枠体及び蓋体によって二重に防ぐことが可能である。これにより、発光素子の故障を防いで高寿命化を図ることができる。また、反射体に対する水分や外気の影響を枠体と蓋体によって防ぐことができる。すなわち、反射体の反射面に施された銀メッキの酸化や硫化による変色を防止して反射面の光学特性の劣化を防ぐことが可能である。これにより、発光素子収納用パッケージの品質を高めるとともに、高寿命化を図ることができる。
【００１５】
本発明の請求項２記載の発明は、個々の発光素子の特性に応じて反射体を個別設計することが可能である。これにより、複数の発光素子の光学特性がばらついている場合でも、各発光素子の特性に応じて反射体を個別に設計することで、全体として発光素子収納用パッケージの品質を高めることが可能である。また、複数の発光素子がそれぞれ異なる色で発光する場合でも、それぞれの色が識別可能な状態で各光を外部に放射することができる。従って、例えば、本発明を装飾用の照明などに用いることが可能となる。
【００１６】
本発明の請求項３記載の発光素子収納用パッケージによれば、複数の発光素子が発する光を一つの反射体によって反射する構成となっているため、部品点数の削減による低価格化を図ることが可能である。
【００１７】
本発明の請求項４記載の発光素子収納用パッケージによれば、熱的特性に優れた高品質な製品を得ることが可能である。
【００１８】
本発明の請求項５記載の発光素子収納用パッケージの製造方法によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子収納用パッケージを安価に、かつ、容易に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
実施例１の発光素子収納用パッケージについて図１乃至図３を用いて説明する（特に、請求項１、請求項３乃至請求項５に対応）。
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの実施例１の平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。また、図２は実施例１の発光素子収納用パッケージの基体の製造プロセスを示す工程図である。そして、図３は実施例１の発光素子収納用パッケージの製造プロセスを示す工程図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光素子収納用パッケージ１ａは、その内部に複数の発光素子４が収納されるシートアレイタイプのパッケージであって、略矩形平板状のアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)を主原料とするセラミック製の基体２の上面に被着されたモリブデンやマンガンあるいはタングステン等からなるメタライズ層に鉄−ニッケル−コバルト合金からなるリング状の反射体３が銀ロウ材を用いてロウ付けされている。反射体３の内周壁面は、基体２の上面に対して所定の角度をなして傾斜するとともに、銀メッキが施されて反射面３ａを形成している。そして、反射体３の内部には複数の発光素子４が設置されるとともに、これらの発光素子４を封止するために封止用樹脂６が充填されている。
基体２は、セラミックグリーンシートにビア用の貫通孔を形成した後、タングステンやモリブデン等の高融点金属からなるメタライズペーストのスクリーン印刷によって表面にパターンを形成し、複数枚を重ね合わせて積層した後、還元雰囲気で焼成し、ビアや各種導体パターンを形成することにより製造される。
基体２の上面に被着されたメタライズ層には、セラミック製や金属製あるいは樹脂製の枠体５が反射体３を囲むようにロウ材やガラスや樹脂等からなる接着剤を用いて接合されている。さらに、反射体３の内部に発光素子４が搭載された後には、反射体３の上部に透明なガラス部材からなる蓋体７が覆設されることとなる。なお、この蓋体７は枠体５の内部を気密に封止するとともに、集光レンズとして機能する。
反射体３の内部に設置される発光素子４はＡｕＳｎ、半田、異方性フィルム又は金バンプなどにより形成される接続用バンプ８によって、基体２上面の接合部材９にフリップチップ方式やワイヤボンド方式（図示せず）等で接続されている。なお、接合部材９はグリーンシートの表面に形成されたタングステンやモリブデン等の高融点金属からなるメタライズ層の焼結体である。
基体２に形成されたビアの内部には導電性部材１０が充填されており、この導電性部材１０を介して接合部材９と、基体２の下面に形成される端子部１１とは電気的に接続される。なお、端子部１１は外部の電子部品等との導通をとるために使用されるものである。これにより、発光素子４は接続用バンプ８、接合部材９、導電性部材１０及び端子部１１を介して外部の電子部品等との電気的な接続が可能となるのである。
【００２１】
このような構造の発光素子収納用パッケージ１ａにおいては、反射体３と封止用樹脂６が反射体３の内部に外気や水分が侵入しないように阻止するという作用を有する。また、枠体５と蓋体７は、発光素子４や反射体３が設置される枠体５の内部に外気や水分を侵入させないように作用する。従って、反射体３の反射面３ａに施された銀メッキの酸化や硫化による変色が防止される。さらに、複数の発光素子４が発した出力光を、反射体３の内周面に形成された反射面３ａが共通に反射して外部に放射するという作用を有する。
【００２２】
以上説明したように、本実施例の発光素子収納用パッケージ１ａにおいては、反射体３が枠体５及び蓋体７によって気密に封止されているため、反射面３ａを形成する銀メッキの酸化や硫化による変色及びそれに伴う反射面３ａの光学的特性の劣化を長期にわたって防止することが可能である。また、発光素子４への外気や水分の影響を反射体３及び封止用樹脂６と枠体５及び蓋体７によって二重に防ぐことが可能である。これにより、外気や水分の影響による発光素子４の故障を確実に防止することができる。すなわち、製品の高寿命化を図ることができる。さらに、反射体３の外周面にも銀メッキが施されていたとしても銀メッキの酸化や硫化による変色を長期にわたって防止することができる。加えて、本実施例の発光素子収納用パッケージ１ａによれば、一つの反射体３を複数の発光素子４に対して共通に使用する構成となっているため、部品点数が削減される。従って、部品コストや製造コストを削減して、製品の低価格化を図ることが可能である。
【００２３】
次に、発光素子収納用パッケージ１ａの製造方法について説明する。まず、図２を用いて、セラミックグリーンシートの積層体の形成方法について説明する。
図２に示すように、ステップＳ１において、アルミナの粉末に焼結助剤としてシリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）などの粉末を添加する(原料粉末の調整)。次に、ステップＳ２で、この原料粉末にポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の有機バインダとエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）等の分散剤とジオクチフタレート等の可塑剤を加えた後、ボールミル等を用いて混合する(スラリー化）。さらに、ステップＳ３において、スラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形する（グリーンシートの形成）。
ステップＳ４では、グリーンシートの表面にタングステン等の高融点金属粉末のペーストをスクリーン印刷して、メタライズ層を形成した後、導体配線パターンを形成する。次に、ステップＳ５において、重ね合わされた複数のグリーンシートを加熱条件下で積層装置によって加圧して積層体を形成する（グリーンシートの積層）。
なお、グリーンシートにはアルミナを用いる代わりに、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることもできる。窒化アルミニウムはアルミナに比べると高価ではあるが、熱伝導性や放熱性に優れた材料であるため、例えば、高い放熱性が要求される場合には、窒化アルミニウムを用いることが望ましい。また、機械的強度を高めるために、アルミナにジルコニア（ＺｒＯ２）を添加した原料粉末を用いても良い。
【００２４】
次に、発光素子収納用パッケージ１ａの製造方法について図３を用いて説明する。なお、図１で示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
まず、ステップＳ１では、窒素及び水素の雰囲気中で加熱して有機バインダや分散剤を除去する(脱脂工程)。また、ステップＳ２では、グリーンシートの積層体を高温焼成炉に入れて焼成する（焼成工程）。これにより、グリーンシートは焼結して基体２となる。そして、このとき、グリーンシート表面のメタライズ層は基体２に焼き付けられる。
ステップＳ３ではメタライズ層に仮止め剤を塗布するとともに、この仮止め剤上に金属層と銀ロウとのクラッド材で形成された反射体３及び枠体５を載置する。その後、反射体３及び枠体５とともに基体２を高温で加熱し、メタライズ層に塗布された仮止め剤を蒸発又は加熱分解させる。このとき、クラッド材に含まれる銀ロウが溶融して、反射体３及び枠体５は基体２に接合される（反射体３及び枠体５の接合）。
次に、ステップＳ４において、反射体３の少なくとも内周面である反射面３ａに銀メッキを施す（反射面３ａの銀メッキ処理）。そして、ステップＳ５では、発光素子４と接合部材９をフリップチップ方式やワイヤボンド方式等で接続する（発光素子４の実装）。さらに、ステップＳ６において、反射体３の内部に例えば、シリコン系樹脂やエポキシ樹脂等の透明性樹脂を充填して発光素子４を封止する(封止用樹脂の充填)。そして、ステップＳ７において、接着剤を用いて枠体５の上部に蓋体７を接合して内部を気密に封止する（蓋体７の接合）。
【００２５】
このような製造方法によれば、仮止め剤が塗布されたメタライズ層に反射体３及び枠体５が載置されるため、反射体３及び枠体５の基体２への位置合わせが正確に行われる。また、複雑な製造プロセスを必要としないため、製造コストが削減される。
以上説明したように、本実施例の発光素子収納用パッケージの製造方法によれば、発光素子収納用パッケージ１ａを安価に、かつ、容易に製造することが可能である。
【００２６】
なお、本実施例では、基体２の上面に形成した導体パターン上にニッケルメッキを施した後、銀ロウ材を用いて反射体３をロウ付けしているが、これに限定されるものではない。すなわち、反射体３の基体２の上面への接合を銀ロウ材によるロウ付けではなく、樹脂やガラスなどからなる接合材を用いて行っても良い。また、反射体３を金属製とする代わりに、セラミック製として、樹脂やガラス等からなる接着剤を用いて基体２に接合することも可能である。
また、発光素子４は枠体５の内部に複数設置する必要はなく、例えば、枠体５の内部に発光素子４を１個のみ設置する構成とすることもできる。さらに、複数の反射体３が枠体５の内部に設置され、この反射体３の内部にさらに複数の発光素子４が設置された構成とすることもできる。加えて、反射体３の内部に充填される封止用樹脂６は、反射体３の内部のみでなく、例えば、枠体５の内部全体を満たすように充填された構造であっても良い。この場合には、銀メッキが施された反射面３ａに対する水分や外気の影響を枠体５や蓋体７だけでなく、封止用樹脂６によっても防ぐことができる。従って、銀メッキの酸化や硫化による変色に伴う反射面３ａの光学特性の劣化を長期間にわたって確実に防ぐことが可能である。なお、封止用樹脂６は省略することもできる。
また、反射体３や枠体５の外形は円形に限らず、矩形あるいはそれ以外の形状としても良い。なお、この場合には、反射体３の反射面３ａを本実施例におけるすり鉢状に形成された反射体３のように、その開口部の口径が下方（基体２側）に向けて徐々に小さくなるように形成する必要がある。
【実施例２】
【００２７】
実施例２の発光素子収納用パッケージについて図４を用いて説明する（特に、請求項２に対応）。
図４（ａ）は本発明の実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの実施例２の平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光素子収納用パッケージ１ｂは、実施例１の発光素子収納用パッケージ１ａにおいて、複数の反射体３を備え、各反射体３の内部に発光素子４がそれぞれ一つずつ設置されたことを特徴とするものである。
このような構造の発光素子収納用パッケージ１ｂにおいては、各反射体３が内部に設置された発光素子４の発する光をそれぞれ反射して外部に放射するという作用を有する。この場合、発光素子４の光学特性がそれぞれ異なる場合でも、各発光素子４に応じて反射体３を個別に設計することが可能であるため、例えば、発光素子４の品質にばらつきがある場合でも、反射体３を個別設計することで、そのばらつきを低減させることができる。これにより、全体としての光学特性を向上させて製品の品質を高めることが可能である。また、発光素子４がそれぞれ異なる色で発光する場合でも、各反射体３によって各色の光が個別に反射されるため、各光はそれぞれの色が識別可能な状態で蓋体７を通って放射される。従って、本実施例の発光素子収納用パッケージ１ｂは、異なる色の光を同時に発するように構成される装飾用の照明等に対しても適用することができる。この場合、それぞれ異なる色で発光する複数の発光素子収納用パッケージが単に配列された構造の従来の装飾用照明とは異なり、本実施例の発光素子収納用パッケージ１ｂにおいては、反射体３の変色に起因する光学特性の劣化を長期間にわたって防止することが可能である。
【００２８】
なお、本願発明の枠体５の内部における反射体３や発光素子４の配置やその個数は本実施例に示す場合に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、蓋体７はガラス部材の代わりに、透明樹脂を用いて成形することもできる。さらに、導電性部材１０が充填されるビアの個数や穿設箇所及び端子部１１の個数や設置箇所も本実施例に示す場合に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上説明したように、請求項１乃至請求項５に記載された発明は、発光素子を基板に搭載するために使用するパッケージに対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの実施例１の平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図２】実施例１の発光素子収納用パッケージの基体の製造プロセスを示す工程図である。
【図３】実施例１の発光素子収納用パッケージの製造プロセスを示す工程図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの実施例２の平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ，１ｂ…発光素子収納用パッケージ  ２…基体  ３…反射体  ３ａ…反射面  ４…発光素子  ５…枠体  ６…封止用樹脂  ７…蓋体  ８…接続用バンプ  ９…接合部材  １０…導電性部材  １１…端子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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