(57)【要約】【課題】  放熱効率の高い半導体パッケージを得る。【解決手段】  セラミック基板の主面上に設けた一対の上面電極のランド上にＬＥＤ素子などの半導体素子を搭載した半導体パッケージにおいて、セラミック基板１１の下面に設けた一対の下面電極１２ｃ、１３ｃに、光拡散反射手段を設けた絶縁体２１を挟んで左右に設けた一対の導電体２２、２３からなる基板２０を接合し、更に、内面に導電金属膜１４を設けたビア１１ｃ、１１ｅをセラミック基板１１に設けると共に、ビア１１ｃ、１１ｅの導電金属膜１４を上面電極１２ａ、１３ａ、下面電極１２ｃ、１３ｃ、並びに導電体２２、２３に連結して、ビアを介する放熱バイパス経路を形成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の主面上に設けた一対の上面電極のランド上に半導体素子を搭載した半導体パッケージにおいて、前記セラミック基板の主面の反対側にあたる下面に、光拡散反射手段を設けた絶縁体と、該絶縁体を挟んで左右に設けた一対の導電体と、を備えたことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
前記絶縁体は前記搭載した半導体素子の真下の位置に配したことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記絶縁体と前記一対の導電体は連結されて１枚の基板を成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記光拡散反射手段は前記絶縁体の表面に設けた微少な凹凸のある梨地面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記光拡散反射手段は前記絶縁体の中に分散した微粒子粉末であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記一対の導電体はＣｕ金属板にＡｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｄなどの金属メッキを少なくとも１種施したものであることを特徴とする請求項１、３に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記一対の導電体は前記セラミック基板の下面に設けた一対の下面電極とそれぞれ導電接合材を介して接合していることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項８】
前記導電接合材は銀ロー材であることを特徴とする請求項７に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記前記セラミック基板に設けた一対の上面電極のそれぞれの電極形成領域内にそれぞれ少なくとも１個のビアを設け、該ビアの内面に導電金属膜又は該ビアの内部に導電金属ペーストを設けると共に、該導電金属膜又は該導電金属ペーストを前記上面電極、及び前記セラミック基板の下面に設けた一対の下面電極、並びに下面電極と接合した導電体とそれぞれ連結したことを特徴とする請求項１、３、６、７のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記ビアの大きさは、φ０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載の半導体パッケージ
【請求項１１】
前記ビアの内面に設けた導電金属膜は、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ金属の少なくとも１種からなる金属膜であることを特徴とする請求項９に記載の半導体パッケージ。
【請求項１２】
前記ビアの内面に設けた導電金属膜は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ金属の少なくとも一種からなる金属ペーストを焼成して金属膜を形成し、該形成した金属膜の上にＮｉメッキやＡｕメッキなどを施してＮｉ金属膜やＡｕ金属膜などを積層した金属膜であることを特徴とする請求項９又は１１に記載の半導体パッケージ。
【請求項１３】
前記ビアの内部に設けた導電金属ペーストは、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ金属の少なくとも１種を分散した金属ペーストであることを特徴とする請求項９に記載の半導体パッケージ。
【請求項１４】
前記セラミック基板は、アルミナよりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項１５】
前記一対の上面電極、及び前記一対の下面電極、及び該上面電極と下面電極に接続して前記セラミック基板の両端の長穴スルホールに設けた一対の側面電極は、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜の積層膜からなることを特徴とする請求項１、７、９、１４のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装型の半導体パッケージに関し、特に発光ダイオードのように発熱が生じる半導体の放熱性を高める半導体パッケージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以降、ＬＥＤと呼ぶ）などの半導体素子は発光することにより発熱し、その発熱した熱によって機能が低下すると云う問題を有する。以下、ＬＥＤのパッケージを取り上げて従来技術を説明する。
【０００３】
ＬＥＤはＡｌＩｎＧａＰやＧａＮなどの化合物半導体で形成し、その上にＰＮ接合を形成して、これに順方向電流を通じて可視光などの発光を得るものである。近年、照明の他に、表示、通信、計測、制御などに広く応用されている。一方、近年の電子機器は、高性能化、多機能化と共に、小型化、軽量化も求められ、プリント基板上に表面実装ができるパッケージ構造の装置部品としたものが多くなってきている。
【０００４】
従来のＬＥＤパッケージ装置の構造は、概ね、図７、図８に示すような構造を取っている。図７は従来のＬＥＤパッケージの斜視図を示しており、図８は図７における要部断面図を示したものである。図７、図８より、従来のＬＥＤパッケージ６０は、ＬＥＤ素子６１と配線基板６５とが主要構成部品になって構成されている。ここでのＬＥＤ素子６１はフリップチップ実装した素子を示しており、その下面に２極（カソード電極とアノード電極）のバンプ６１ａ、６１ｂを持っていて、平面実装型のＬＥＤ素子になっている。配線基板６５は絶縁基板６６とその表面の一部分に設けた一対の電極（カソード電極、アノード電極）６７、６８とから構成されている。  そして、一対の電極６７、６８のランド部分において、電極６７、６８とＬＥＤ素子６１のバンプ６１ａ、６１ｂとがフリップチップ実装されて接合される。そして、このＬＥＤパッケージはマザーボード上に半田付けされて使用される。
【０００５】
ここで、絶縁基板６６は絶縁性・耐熱性に優れたガラスエポキシ樹脂などの樹脂で形成し、一対の電極６７、６８は、銀ペーストを印刷で形成し、その上に金メッキなどを施して形成する方法などが取られている。この一対の電極６７、６８は、絶縁基板６６の図中左右に対向した状態で一対形成され、電極６７は上面側の電極６７ａ、側面側の電極６７ｂ、下面側の電極６７ｃとの３つの電極部分から構成されている。同様に、電極６８も上面側の電極６８ａ、側面側の電極６８ｂ、下面側の電極６８ｃとの３つの電極部分から構成されている。対向している上面側の電極６７ａ、６８ａは一部分中心側に向かって突き出た部分を持っており、その突き出た部分のランド部分でＬＥＤ素子６１のバンプ６１ａ、６１ｂとボンデングされるようになっている。また、下面側の電極６７ｃ、６８ｃはマザーボードと半田付けされるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤ素子は駆動すると発熱し、長時間の使用中に劣化してくる。このため、放熱性を高めることが求められている。この放熱性を高める技術の一つとして下記の特許文献１に開示されたものがある。
【０００７】
【特許文献１】特許公開２００２−２７０９０４号公報
【０００８】
図９に示すものは、上記特許文献１に示されたもので、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出して示したもので、（ａ）図は素子マウント部材の一主面側を示す平面図で、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。この半導体パッケージ装置は、素子マウント部材７６の主面側に設けた素子パターン電極上に発光素子７１が導電ペーストまたは半田などを介して固着されている。また、素子マウント部材７６の主面側の左右には導電パターン７７、７８が設けられて、その上面にリードフレームのインナーリード７２ａが一対接合されている。また、素子マウント部材７６には貫通穴７６ａが設けられており、この貫通穴７６ａを通して発光素子７１の発光した光が放射されるような発光素子７１の配置になっていて、発光素子７１の発光面側の発光面電極が導電パターン７８と接続した素子パターン電極と接合されている。一方、発光素子７１の非発光面側の基板面電極７１ａは金細線７３を介してリードフレームの所定のインナーリード７２ａとワイヤボンディングされている。
【０００９】
上記構成における素子マウント部材７６は熱伝導率が比較的高いアルミナや窒化アルミなどの絶縁材から形成しており、また、インナーリード７２ａを構成するリードフレームはＦｅ合金またはＣｕ合金で形成している。
【００１０】
上記の構成を取ることで、発光素子７１の主に発光面より発生する熱を、直ちに熱伝導率の高いアルミナなどからなる素子マウント部材に伝えることになり、熱の放熱経路を従来より短くすることができ、放熱効率を高める効果を得たものである。
【００１１】
しかしながら、上記構成のものは、熱伝導率の高いアルミナを用いて放熱経路を従来のものより短くしたとは云え、アルミナの熱伝導率は２１ｗ／ｍ・ｋ前後であることからして、放熱効率が十分であると云える状態にはない。
【００１２】
また、図７に示される所のフリップチップ実装したＬＥＤ素子のパッケージにおいては、配線基板をアルミナで形成した場合に、基板の光透過率も高くなり、ＬＥＤの発光した光が基板を介して外部に漏れていくことが起こる。このため、光の利用効率が悪くなると云う問題を有する。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みて成されたもので、更に、放熱効率が高く、且つ、光の利用効率が高いパッケージ構成を見いだすことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、セラミック基板の主面上に設けた一対の上面電極のランド上に半導体素子を搭載した半導体パッケージにおいて、前記セラミック基板の主面の反対側にあたる下面に、光拡散反射手段を設けた絶縁体と、該絶縁体を挟んで左右に設けた一対の導電体と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記の絶縁体を搭載した半導体素子の真下の位置に配したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、前記の絶縁体と前記の一対の導電体は連結されて１枚の基板を成していることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項４に記載の発明は、前記の光拡散反射手段は前記絶縁体の表面に設けた微少な凹凸のある梨地面であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項５に記載の発明は、前記の光拡散反射手段は前記絶縁体の中に分散した微粒子粉末であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項６に記載の発明は、前記の一対の導電体はＣｕ金属板にＡｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｄなどの金属メッキを少なくとも１種施したものであることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項７に記載の発明は、前記の一対の導電体をセラミック基板の下面に設けた一対の下面電極とそれぞれ導電接合材を介して接合していることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項８に記載の発明は、前記の導電接合材は銀ロー材であることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項９に記載の発明は、前記のセラミック基板に設けた一対の上面電極のそれぞれの電極形成領域内にそれぞれ少なくとも１個のビアを設け、該ビアの内面に導電金属膜又は該ビアの内部に導電金属ペーストを設けると共に、該導電金属膜又は該導電金属ペーストを前記の上面電極、及び前記のセラミック基板の下面に設けた一対の下面電極、並びに下面電極と接合した導電体とそれぞれ連結したことを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項１０に記載の発明は、前記のビアの大きさがφ０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の請求項１１に記載の発明は、前記のビアの内面に設けた導電金属膜は、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ金属の少なくとも１種からなる金属膜であることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の請求項１２に記載の発明は、前記のビアの内面に設けた導電金属膜は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ金属の少なくとも一種からなる金属ペーストを焼成して金属膜を形成し、該形成した金属膜の上にＮｉメッキやＡｕメッキなどを施してＮｉ金属膜やＡｕ金属膜などを積層した金属膜であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の請求項１３に記載の発明は、前記のビアの内部に設けた導電金属ペーストは、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ金属の少なくとも１種を分散した金属ペーストであることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の請求項１４記載の発明は、前記のセラミック基板がアルミナよりなることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の請求項１５に記載の発明は、前記の一対の上面電極、及び前記一対の下面電極、及び該上面電極と下面電極に接続して前記セラミック基板の両端の長穴スルホールに設けた一対の側面電極が、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜の積層膜からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
発明の効果として、請求項１に記載の発明によれば、一対の導電体は放熱効率を高めるために設けるもので、導電体を請求項６に記載のＣｕ金属板で形成し、更に、この導電体を請求項７と請求項８に記載のセラミック基板の下面電極に銀ロー材で接合し、更に、請求項９に記載の導電金属膜を内面に形成したビアを設けて導電体と連結する構造を作り、ビアの内面の導電金属膜を請求項１１又は請求項１２に記載の金属膜にすることによって、熱伝導率の高い金属での放熱バイパス経路が形成される。そして、この放熱バイパス経路によって更なる放熱が促進されて、高い放熱効果が得られるパッケージになる。また、ここに使用される熱伝導率の高い金属は導電率の高い金属でもあるので電気的抵抗は低い。
【００３０】
また、請求項１に記載の発明によれば、光拡散反射手段を設けた絶縁体を請求項２に記載の半導体素子の真下に配置する構造を取っている。ＬＥＤ素子などの半導体素子では絶縁体に設けた光拡散反射手段によって、セラミック基板を透過した光を散乱反射させてＬＥＤ素子の搭載側の方に光を放射する。これによって、ＬＥＤ素子の光放射面側に光が集光することになり、光の利用効率を高めることになって明るい輝度が得られる効果を生む。
【００３１】
また、光拡散反射手段を請求項４に記載の梨地面で構成すれば、サンドブラスト法や化学的エッチング法などで容易に形成することができるので、形成方法が簡単でコストもかからない。又、光拡散反射手段を請求項５に記載の絶縁体の中に分散した微粒子粉末で構成すると、絶縁体の基材に微粒子粉末を混ぜ合わせることによって形成することができるので、これも簡単でコストがかからない。
【００３２】
また、この絶縁体と一対の導電体を連結して、請求項３に記載の如く、１枚の基板に形成すれば、ユニット化されるので取扱いが容易になると共に、セラミック基板への接合作業が楽になる。
【００３３】
また、上記のビアの大きさを、請求項１０に記載の如く、φ０．１〜０．３ｍｍにすることによって、その内面に均一な膜厚の導電金属膜を形成することができる。或いはまた、その内部にムラなく導電金属ペースト層を設けることができる。このことは放熱効率を高める効果を生む。
【００３４】
また、上記のセラミック基板を、請求項１４に記載の如く、アルミナで形成すると、アルミナは絶縁性が良いと同時に比較的熱伝導率が高いので放熱効率を高める。  
【００３５】
また、上記のセラミック基板に設ける電極を、請求項１５に記載の如く、Ａｇ金属膜、Ｎｉ金属膜、Ａｕ金属膜の積層膜で形成することによって、これらの金属が電導性、熱伝導性、耐腐蝕性などに優れていることにより、放熱効果を高めて初期の品質を長期間に渡って維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の最良の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態を説明するに当たって、発熱が生じる半導体素子としてＬＥＤ素子を取り上げて説明することにする。図１は本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの斜視図であり、図２は図１における半導体パッケージの上面図、図３は図２におけるＤ−Ｄ断面図、図４は図１における半導体パッケージの下面図を示している。また、図５は本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージの斜視図であり、図６は図５における半導体パッケージの要部断面図を示している。尚、背景技術で説明した構成部品と全く同一の構成部品は同一符号を付して説明する。
【００３７】
図１、図２、図３、図４より、本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージ３０は、配線基板１０と、その上に搭載したＬＥＤ素子（発光ダイオード）６１と、配線基板１０の下面に設けた基板２０とが主要構成部品になって構成されている。ここでのＬＥＤ素子６１は、従来例と同様に、フリップチップ実装した素子を用いており、その下面に２極（カソード電極とアノード電極）のバンプ６１ａ、６１ｂを持っていて、平面実装型のＬＥＤ素子になっている。配線基板１０は、アルミナよりなるセラミック基板１１にカソード電極とアノード電極に対応する一対の電極１２、１３をその表面の一部分に設けたもので、一対の電極１２、１３のランド部分（ＬＥＤ素子をボンデングする部分）でＬＥＤ素子６１のバンプ６１ａ、６１ｂがボンデングされて一体的にＬＥＤ素子６１が搭載される。配線基板１０の下面に設けられる基板２０は、光拡散反射手段を設けた絶縁体２１と、この絶縁体２１を挟んで一体的に左右に設けた一対の導電体２２、２３とから構成されており、ロー付けなどの接合手段によって配線基板１０と一体になっている。そして、この一対の導電体２２、２３がマザーボードに半田付けされることによってこのパッケージ３０がマザーボードに固定されて使用されるようになっている。
【００３８】
配線基板１０を構成するセラミック基板１１は、アルミナ材で図中方形な形状に形成されていて、左右に一対の長穴スルホール１１ａ、１１ｂを設けている。また、一対の電極１２、１３の形成領域内のそれぞれの２箇所に、小孔なるビア１１ｃ、１１ｄと１１ｅ、１１ｆを設けている。図中では、電極１２の形成領域内にビア１１ｃ、１１ｄを、電極１３の形成領域内にビア１１ｅ、１１ｆを設けている。このセラミック基板１１は特に方形な形状に限定するものではなく、適宜製品仕様に合った形状が選択される。
【００３９】
セラミック基板１１の表面の一部分に設ける一対の電極１２、１３は、それぞれセラミック基板１１の上面側、側面側、下面側にと連結した電極になっており、電極１２は上面電極１２ａと側面電極１２ｂと下面電極１２ｃとから構成されている。また同様に、電極１３は上面電極１３ａと側面電極１３ｂと下面電極１３ｃとから構成されている。セラミック基板１１の主面にあたる上面に設けられた一対の上面電極１２ａ、１３ａは対向した状態で設けられており、それぞれ中央に向かって突出した部分を持っている。そして、その突出部分の先端側がＬＥＤ素子６１とボンデングされるランドの部分になっている。また、セラミック基板１１に設けるビア１１ｃ、１１ｄと１１ｅ、１１ｆはそれぞれ上面電極１２ａ、１３ａの形成領域の中に設けられている。
【００４０】
側面側の一対の側面電極１２ｂ、１３ｂはセラミック基板１１に設けた一対の長穴スルホール１１ａ、１１ｂの部分にそれぞれ設けてあり、下面側の一対の下面電極１２ｃ、１３ｃはそれぞれ対向した状態で設けてある。セラミック基板１１の上面電極１２の形成領域内に設けたビア１１ｃ、１１ｄは下面電極１２ｃの形成領域内にあり、上面電極１３の形成領域内に設けたビア１１ｅ、１１ｆは下面電極１３ｃの形成領域内にある。
【００４１】
一対の電極１２、１３は、５〜１０μｍ膜厚のＡｇ金属膜と５μｍ前後の膜厚のＮｉ金属膜と０．１μｍ以下の膜厚のＡｕ金属膜の３層からなる金属膜でできている。導電性や熱伝導性の優れたＡｇ金属を用い、また、導電性や熱伝導性、耐腐蝕性に優れたＡｕ金属を用いているので、導電性、放熱性、耐触性に優れたものとなっている。
【００４２】
この一対の電極１２、１３の形成方法は、最初に、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷などの印刷方法でセラミック基板１１上にＡｇペースト膜を形成する。ＡｇペーストはＡｇ金属粉をバインダーに混ぜ合わせてペースト状にしたものである。次に、焼成を行ってバインダー成分を蒸発させ、Ａｇ金属粉をセラミック基板１１上に焼き付けてＡｇ金属膜を作る。焼成温度は用いたバインダーによって異なるが、概ね、６００°Ｃ〜８５０°Ｃの範囲の中で設定される。次に、セラミック基板１１のＡｇ金属膜の上にＮｉメッキを施してＮｉ金属膜を形成し、更に、Ａｕメッキを施してＡｕ金属膜を形成する。これにより、Ａｇ金属膜、Ｎｉ金属膜、Ａｕ金属膜の３層からなる積層膜が形成される。
【００４３】
上記の一対の電極１２、１３の形成領域内でランドの近傍に設けた小孔からなるそれぞれ２個のビアは、孔径がφ０．１〜０．３ｍｍの範囲にあって、その内面に、一対の電極１２、１３と同じ金属材料で導電金属膜１４を設けてある。即ち、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜の３層からなる導電金属膜になっている。そして、それぞれ２個のビアの内面に設けた導電金属膜１４は上面電極１２ａ、１３ａ及び下面電極１２ｃ、１３ｃとそれぞれ連結して接続している。この導電金属膜１４は、一対の電極１２、１３と同じ形成方法を取っており、最初に、Ａｇペーストを印刷方法でビアの中に流し込み、高温焼成して内面にＡｇ金属膜を形成させ、その後にメッキ方法でＮｉ金属膜とＡｕ金属膜を積層している。
【００４４】
ビアの孔径はφ０．１〜０．３ｍｍの範囲が最良である。孔径がφ０．１ｍｍより小さいと印刷時に金属ペーストが内部に十分流し込むことができなくなる。また、φ０．３ｍｍより大きくなると金属ペーストを内部に流し込むことは容易になるが、内面への付着量にバラツキが現れて、金属膜としたときに膜厚のバラツキが現れてくる。そして、膜厚の不均一は放熱効率を下げる結果を生む。ビアの孔径はセラミック基板の厚みも考慮して設計するのが好ましい。セラミック基板の厚みが厚いにも拘わらずビアの孔径を小さく取ると金属ペーストを十分に奥の方まで流し込むことができなくなる。従って、セラミック基板が厚い場合は上記範囲の中で少し大きめの孔径を選択するのが良い。また、セラミック基板１１の厚みが薄くなってくると小さ目の孔径を選択しても良い。
【００４５】
ビアの内面に設ける導電金属膜は、特にＡｇ金属膜、Ｎｉ金属膜、Ａｕ金属膜などに限定するものではない。導電性があって熱伝導性が高い金属を用いると良い。Ｃｕ金属などは熱伝導率が３９４ｗ／ｍ・ｋ前後とあってＡｇ金属の４１９ｗ／ｍ・ｋ前後の数値に近い熱伝導率を持っている。Ａｌ金属なども好適で、Ｓｎ金属なども選択することができる。
【００４６】
また、導電金属膜は、本実施形態の如く３層の積層した金属膜に限定するものではない。Ａｌ金属膜やＡｕ金属膜などは熱伝導性や耐触性にも優れているので１層でも十分な効果を生む。Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉなどの金属から導電性、熱伝導性、耐触性、コスト性などを考慮して適宜に選択して金属膜を形成するのが良い。そして、１層からなる金属膜で構成しても良いし、複数の金属膜を積層して構成しても良い。また、異なった金属を混ぜ合わせた金属膜としても良い。
【００４７】
ビアは、本実施形態においては、一対の電極１２、１３にそれぞれ２個ずつ設けているが、特に２個に限定するものではない。ビアは数が多ければ多いほど良い。放熱面積を大きく取ることにもなり、また、下面電極や後述する導電体に早めに熱を伝えることにもなり、放熱効率を高める効果を生む。また、ビアはできるだけランドに近い位置に設けるのが好ましい。ＬＥＤ素子の発熱した熱が一対の電極や複数のビアを経由して伝わっていくので、伝わる経路が発生源の近くに沢山有って、且つ、その経路の面積が大きければ大きいほど放熱効率がアップする。ビアの数や配設位置は電極１２、１３の面積の大きさや、放熱効率などを考慮して適宜に設定するのが良い。
【００４８】
セラミック基板１１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材から形成している。アルミナは熱伝導率が２１ｗ／ｍ・ｋ前後と比較的高いので放熱効果を助ける。また、高温・高圧の下で焼き固めて生成しているので、金属ペーストを６００°Ｃ〜８５０°Ｃの温度で焼成しても基板に何らの問題も生じない。配線基板１０のセラミック基板１１をアルミナで形成することによって、基板自体の放熱性を高めて、且つ、導電性や熱伝導性の高い金属膜を設けることができる。
【００４９】
本実施形態の基板２０は左右一対の導電体２２、２３の間に光拡散反射手段を設けた絶縁体２１が一体になったもので構成している。また、一対の導電体２２、２３はＣｕ金属板にＮｉメッキとＡｕメッキを施して、Ｎｉ金属膜とＡｕ金属膜を形成したものを用いている。Ｃｕの熱伝導率は３９４ｗ／ｍ・ｋ前後で、非常に高い熱伝導率を持っている。また、導電性も優れている。この熱伝導率の高いＣｕ金属板にＮｉ金属膜、Ａｕ金属膜を設けることによって導電性や耐触性、並びに、半田性にも優れたものが得られる。本実施形態では、Ｃｕ金属板にＮｉメッキとＡｕメッキを施したものを用いたが、特にこれらのメッキに限定するものではなく、これ以外にＡｇ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｄなどの金属メッキも半田性に優れたものであるので同じ様な効果を与える。これらの金属から導電性、熱伝導性、耐触性、半田性などを考慮して少なくとも１種選択するのが好ましい。また、一対の導電体２２、２３はある程度の厚みをもって形成される。本実施の形態では略０．３ｍｍの厚みに形成している。この導電体の厚みはパッケージの厚みなどを考慮して設定する。できれば厚い方が好ましいので、セラミック基板を薄くしてこの導電体を厚くする設計も選択できる。厚くすることによってその断面積が大きくなるので熱の伝わり方も早くなる。
【００５０】
絶縁体２１は光拡散反射手段を設けている。これは、セラミック基板１１を透過した光を散乱反射させて、ＬＥＤ素子６１の発光面側に再度放射させるために設けるものである。絶縁体２１に入射した光は、散乱しながらＬＥＤ素子６１側に反射する光と、散乱しながら絶縁体を透過する光に分けられる。従って、透過光が少なくなって光の利用効率が高まると共に、その反射光が散乱していることによって反射光の明るさにムラが生じない。このことはＬＥＤ素子の発光輝度ムラに好効果を生む。この絶縁体２１は絶縁基材に光拡散反射手段を設けたもので、絶縁基材としては透明な樹脂，白色系セラミック，透明ガラスなどを選択することができる。光拡散反射手段としては絶縁基材の表面を微少な凹凸ある梨地面にすることによって光散乱・反射の作用が得られる。また、絶縁基材の表面に光散乱・反射塗膜を設けることによって散乱・反射作用が得られる。また、絶縁基材の中に微粒子粉末を分散させることによっても散乱・反射の作用が得られる。絶縁基材の中に微粒子粉末を分散させる場合は、微粒子粉末の粒径が５〜１５μｍ、分散割合は１〜１５重量％の範囲で行うのが好適で、この範囲のものが散乱効果が良く現れる。また、微粒子粉末としては酸化チタン粉末、酸化シリコン粉末などを選択することができる。本実施形態では透明なガラスからなる絶縁基材２１ａに酸化チタンの微粒子粉末２１ｂを分散させて絶縁体２１を形成している。絶縁基材の表面に微少な凹凸ある梨地面を形成する方法としてはサンドブラスト法や化学的エッチング法、或いは転写法などを用いることができる。絶縁基材の表面に光散乱・反射塗膜を設ける方法は酸化チタン粉末や酸化シリコン粉末などの拡散剤をバインダーに配合して塗装方法や印刷方法などで形成する。
【００５１】
前述した一対の導電体２２、２３の間に設ける上記の光拡散反射手段を設けた絶縁体２１は、搭載したＬＥＤ素子の真下にくるような位置に、一対の導電体２２、２３と一体的に設けて基板２０を形成する。そして、この基板２０の一対の導電体２２、２３とセラミック基板１１の下面に設けた下面電極１２ｃ、１３ｃとを導電接合材を介して接合することによって基板２０と配線基板１０とが一体化する。ここで、導電接合材としては、導電性に優れて熱伝導率の高い金属ロー材などが挙げられ、銀ローなどは最適に適用できる。金属ロー材以外に導電性接着剤などを用いても良い。本実施形態では、銀ローで一対の導電体２２、２３と一対の下面電極１２ｃ、１３ｃとを接合している。
【００５２】
本実施形態では、絶縁体２１と一対の導電体２２、２３は予め一体化して基板２０を構成し、それを配線基板１０に接合している。予め一体化して基板２０を構成しておくと、その取り扱いも容易になり、また、配線基板１０との接合も一対の導電体２２、２３の接合だけで絶縁体２１をＬＥＤ素子６１の真下の位置に配置することができる。また、接合作業の回数も少なくすることができてコスト低減の効果も生まれる。
【００５３】
以上の構成を取るＬＥＤ素子のパッケージはマザーボードに半田付けされて使用される。マザーボードとの半田付けは基板２０の一対の導電体２２、２３が半田付けされる。一対の導電体２２、２３には半田が付き易い金属メッキ膜を形成しているので容易に半田付けができる。
【００５４】
セラミック基板１１の複数のビア１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆの内面に形成した導電金属膜１４は一対の電極１２、１３並びに一対の導電体２２、２３と接続している。従って、ＬＥＤ素子６１から発熱した熱は、電極１２、１３（上面電極１２ａ、１３ａ→側面電極１２ｂ、１３ｂ→下面電極１２ｃ、１３ｃ）→導電体２２、２３→マザーボードへと逃げる経路と、上面電極１２ａ、１３ａ→導電金属膜１４→導電体２２、２３→マザーボードへと逃げる経路の２経路が形成される。そして、上面電極１２ａ、１３ａ→導電金属膜１４→導電体２２、２３→マザーボードへと逃げる経路の方が距離的に短くなっている。ビア内に設けた導電金属膜は放熱経路のバイパス役目をなしており、放熱効率を非常に高める機能を果たしている。また、これらの経路を伝わりながら放熱も行われることから、ビアを設けることによって放熱面積も大きくなり、放熱効率を更に良くする。また、上記の経路は何れも熱伝導率の高い材料で形成している。また、一対の導電体も比較的厚く形成している。従って、熱が早く伝わって逃げていくのでＬＥＤ素子の温度を上昇させることなく一定の温度にとどめる効果を生む。これにより、ＬＥＤ素子の劣化が防止できる。
【００５５】
半導体パッケージを以上の構成にすることにより、放熱効率が高められてＬＥＤ素子の劣化が防止できると共に、光の利用効率も高められるので高い輝度の状態をいつまでも維持できるようになる。
【００５６】
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体素子のパッケージを図５、図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態に係る半導体素子のパッケージの斜視図を示しており、図６は図５における半導体素子のパッケージの要部断面図を示している。
【００５７】
本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージ５０は、配線基板４０と、その上に搭載したＬＥＤ素子（発光ダイオード）６１なる半導体素子と、配線基板４０の下面に備えた光拡散反射手段を設けた絶縁体５１と、同じく、配線基板４０の下面に備えた一対の導電体５２、５３とが主要構成部品になって構成されている。ここでのＬＥＤ素子は第１実施形態で用いたＬＥＤ素子６１と同じ素子を用いている。配線基板４０はアルミナからなるセラミック基板４１に一対の電極４２、４３を設けたものからなっている。セラミック基板４１には、左右一対の長穴スルホール４１ａ、４１ｂと、一対の電極４２、４３が設けられる領域部分にそれぞれ２個のビア４１ｃ、４１ｄと４１ｅ、４１ｆとが設けられている。一対の電極４２、４３で、電極４２は、前述の第１実施形態と同様に、上面電極４２ａと側面電極４２ｂと下面電極４２ｃとで構成されており、電極４３は上面電極４３ａと側面電極４３ｂと下面電極４３ｃとで構成されている。ここで、側面電極４２ｂ、４３ｂは一対の長穴スルホール４１ａ、４１ｂの部分に所に設けられる。
【００５８】
一対の電極４２、４３は、前述の第１実施形態と同様に、Ａｇ金属膜とＮｉ金属膜とＡｕ金属膜との３層からなる積層の金属膜からなっている。それぞれ２個のビア４１ｃ、４１ｄと４１ｅ、４１ｆの孔の内部には導電金属ペースト４４が埋め込まれている。導電金属ペースト４４は、本実施の形態では、導電率及び熱伝導率の高いＡｇペーストを用いているが、特にＡｇペーストに限定するものではなく、熱伝導率の比較的高いＣｕ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉなどの金属ペーストでも良い。
【００５９】
導電金属ペースト４４は、金属粉を熱硬化性のエポキシ樹脂などに混ぜ合わせてペースト状にし、印刷方法などでビアの内部に埋め込み、加熱処理を施して硬化させて形成する。この導電金属ペースト４４は一対の電極４２、４３を形成した後に設ける工程を取る。
【００６０】
配線基板４０の下面に備えた光拡散反射手段を設けた絶縁体５１は、本実施形態では、酸化チタン微粒子粉末を透明な熱硬化性樹脂などの絶縁基材に分散させて、硬化処理を施して形成している。そして、ＬＥＤ素子６１の真下の位置に当たるセラミック基板４１に接着剤を介して接合している。この構成により、セラミック基板４１を透過した光は散乱反射してＬＥＤ素子６１の発光面側に再び放射される。透過光を少なくして光の利用効率を高め、ムラのない明るい発光輝度が得られる。この光拡散反射手段を設けた絶縁体５１は、前述の第１実施形態で説明した材料を適宜に選択できることは云うまでもない。また、光拡散反射手段としては絶縁基材の表面を微少な凹凸を設けた梨地面を選択できることも云うまでもない。また、これら両方を組み合わせることも可能である。
【００６１】
配線基板４０の下面に備えた一対の導電体５２、５３は、前述の第１実施形態と同様に、Ｃｕ金属板にＮｉメッキとＡｕメッキを施したものを使用している。このＣｕ金属板で形成した一対の導電体５２、５３をセラミック基板４１の下面に設けた一対の下面電極４２ｃ、４３ｃに銀ローのロー付けをおこなって配線基板４０と一体化している。また、この一対の導電体５２、５３はマザーボードに半田付けされるようになっている。
【００６２】
前述の４個のビア４１ｃ、４１ｄと４１ｅ、４１ｆの内部に充填した金属ペースト４４は一対の上面電極４２ａ、４３ａ及び一対の下面電極４２ｃ、４３ｃに連結していると共に、一対の導電体５２、５３にも連結している。
【００６３】
以上の構成を取る半導体パッケージ５０にあっては、ＬＥＤ素子６１から発熱した熱は、前述の第１実施形態と同様に、導電金属ペースト４４を介して逃げる経路ができる。これによって、前述の第１実施形態と同じように、放熱効率の高いパッケージ装置が得られる。また、光の利用効率も良くなり明るい発光輝度が得られる。
【００６４】
以上述べた構成にすることによってパッケージ装置の放熱効率を高めることができる。そして、従来例からみると、格段に放熱性の良いパッケージを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上、発熱性を有するＬＥＤ素子を用いた場合のパッケージについて説明したが、発熱性のある半導体のパッケージには有効に作用する。また、受光素子や撮像素子などのパッケージにも利用できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの斜視図である。
【図２】図１における半導体パッケージの上面図である。
【図３】図２におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図４】図１における半導体パッケージの下面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージの斜視図である。
【図６】図５における半導体パッケージの要部断面図である。
【図７】従来のＬＥＤパッケージの斜視図である。
【図８】図７における要部断面図である。
【図９】特許文献１に示されたところの、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出して示した図で、（ａ）図は素子マウント部材の一主面側を示す平面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０、４０    配線基板  
１１、４１    セラミック基板
１１ａ、１１ｂ、４１ａ、４１ｂ    長穴スルホール
１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ    ビア
１２、１３、４２、４３    電極  
１２ａ、１３ａ、４２ａ、４３ａ    上面電極
１２ｂ、１３ｂ、４２ｂ、４３ｂ    側面電極
１２ｃ、１３ｃ、４２ｃ、４３ｃ    下面電極
１４      導電金属膜
２０      基板
２１、５１    絶縁体
２１ａ    絶縁基材
２１ｂ    微粒子粉末
２２、２３、５２、５３    導電体
３０、５０    半導体パッケージ
４４      導電金属ペースト
６１      ＬＥＤ素子
６１ａ、６１ｂ    バンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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