(57)【要約】【課題】反射効率の高い反射面を有し、かつ、安価に製造することが可能な発光素子収納用パッケージを提供する。【解決手段】発光素子収納用パッケージ１は、上面に発光素子６が搭載される略矩形平板状の基体２と、この発光素子６を囲むように基体２上面に接合され貫通孔５を形成するリング状の枠体３とからなり、枠体３はその内周面と外周面が基体２表面に対して７０乃至８５度の角度をなす略すり鉢状に形成されるとともに、焼結助剤としてカオリン及びタルクを含有する原料から成形され、焼結後のＡｌ２Ｏ３の成分比が７５乃至８５重量％であることを特徴とする。【選択図】図１
2007242738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に発光素子を搭載する基体と、この基体の表面に接合され貫通孔を形成するリング状の枠体とを有する発光素子収納用パッケージにおいて、この枠体は焼結助剤としてカオリン及びタルクを含有する原料から成形されるとともに、焼結後のＡｌ２Ｏ３の成分比が７５乃至８５重量％であ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】
前記枠体は略すり鉢状に形成され、その内周面は前記基体表面に対して７０乃至８５度の角度をなす第一の傾斜部を前記基体表面に接合される端面から形成す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３】
前記枠体は略すり鉢状に形成され、その外周面は前記基体表面に対して７０乃至８５度の角度をなす第二の傾斜部を前記基体表面に接合される端面から形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記基体は積層されたシート状のセラミック焼結体からなり、前記枠体はセラミック粉体のプレス成形品からな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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を収納するパッケージに関し、特に、高い反射効率を有するとともに、製造コストが安い発光素子収納用パッケージに関する。
【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。一般に、このようなパッケージは、略平板状のセラミック製の基体と、この基体上面に接合される金属リングとからなり、金属リングに囲まれた、いわゆるキャビティに発光素子が搭載され、金属リングの内周面には発光素子からの出力光を反射する反射面が形成された構造となっている。そして、発光素子が発する光を効率良く反射させるために、この反射面にはメッキ処理が施される。また、通常、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。しかしながら、コバールは高価な材料であるため、製造コストが高くなるおそれがある。また、例えば、反射面に銀メッキ処理を施した場合には、時間の経過とともに銀メッキが変色して枠体の反射率が低下してしまうという課題があった。そこで、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、「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。
以下、図４を参照しながら、特許文献１に開示された発明について説明する。
図４は従来技術に係る発光素子収納用パッケージの断面図である。
図４に示すように、従来技術に係る発明である発光素子収納用パッケージは、発光素子５３をタングステン等のメタライズ層からなる搭載部５１ａの上面に搭載した白色セラミックスからなる略直方体の基体５１と、貫通孔５２ａの内部に発光素子５３が配置されるように基体５１の上面に接合された白色セラミックス製の枠体５２とを備え、搭載部５１ａの周辺や下面からメタライズ配線導体５４ａが導出され、発光素子５３の電極とメタライズ配線導体５４ｂがボンディングワイヤ５５を介して電気的に接続された構造となっている。そして、枠体５２は、内周面と外周面との間の厚みＷが０．８ｍｍ以上であり、かつ４００乃至７００ｎｍの波長の光に対する反射率が８０％以上であることを特徴とする。
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、製造工程が簡略化される。従って、製造コストの削減を図ることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、「発光素子収納用パッケージ」という名称で、発光素子の輝度を向上させることができるとともに、製造歩留まりの良い発光素子収納用パッケージに関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、平板状のセラミック基板の上面にテーパ状の壁面からなる挿通孔を有する樹脂板が接合され、セラミック基板とこの樹脂板によって形成されるキャビティに発光素子を搭載するものである。そして、樹脂板の挿通孔の内壁面にはメッキ被膜が施され、発光素子からの出力光を反射する反射面が形成されている。
この特許文献２に開示された発明においては、鉄−ニッケル−コバルト合金などの高価な金属を使用しないため、製品単価を下げることが可能である。
【０００５】
特許文献３には、「発光素子収納用パッケージおよびその製造方法」という名称で、発光素子からの出力光を外部に効率良く放出することが可能な発光素子収納用パッケージおよびその製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、上面に発光素子の搭載部が形成される略平板状のセラミック基体と、このセラミック基体の上面に積層されるセラミック窓枠とを備えるものである。そして、セラミック窓枠に設けられた貫通穴の内壁は、セラミック基体の上面に対して５５乃至７０度の角度で外側に広がっており、その表面には中心線平均粗さＲａが１〜３μｍ、反射率が８０％以上の金属層が被着されている。
上記構造の発光素子収納用パッケージによれば、高価な金属リングを使用していないため、製品単価を安くすることが可能である。また、発光素子からの出力光を貫通孔の内壁に形成された反射面で効率良く反射させることができる。
【特許文献１】特開２００４−２０７６７８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１０９３５号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２０１７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、枠体５２に基体５１と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困難である。また、枠体５２は基体５１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。
【０００７】
また、特許文献２に開示された発明においては、樹脂板の挿通孔の内壁面にメッキ処理を施す必要があるため、工程が煩雑になり、製造性が悪いという課題があった。
【０００８】
さらに、特許文献３に開示された発明においては、反射面に金属層を被着する必要があるため、特許文献２に開示された発明と同様の課題を有する。
【０００９】
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、発光素子からの出力光を効率良く反射するとともに、簡易な工程で安価に製造することが可能な発光素子収納用パッケージ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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、上面に発光素子を搭載する基体と、この基体の表面に接合され貫通孔を形成するリング状の枠体とを有する発光素子収納用パッケージにおいて、この枠体は焼結助剤としてカオリン及びタルクを含有する原料から成形されるとともに、焼結後のＡｌ２Ｏ３の成分比が７５乃至８５重量％であることを特徴とするものである。
このような構成の発光素子収納用パッケージにおいては、枠体にメッキ処理を施す必要がないため、製造工程が簡略化される。また、カオリン及びタルクを原料に添加すると、枠体をプレス成形する際に圧縮比（加圧前の体積を加圧後の体積で除した値）が大きくなり加圧時の原料の流動性が良くなる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光素子収納用パッケージにおいて、枠体は略すり鉢状に形成され、その内周面は基体表面に対して７０乃至８５度の角度をなす第一の傾斜部を基体表面に接合される端面から形成することを特徴とするものである。
上記構成の発光素子収納用パッケージにおいては、発光素子からの出力光が第一の傾斜部によって効率良く反射される。また、基体表面に対して傾斜して設けられる枠体の内周面は、プレス成形した枠体を金型から取り出す際に、枠体と金型との間に発生する摩擦力を小さくするように作用する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発光素子収納用パッケージにおいて、枠体は略すり鉢状に形成され、その外周面は基体表面に対して７０乃至８５度の角度をなす第二の傾斜部を基体表面に接合される端面から形成することを特徴とするものである。
上記構成の発光素子収納用パッケージにおいては、枠体の外周面が基体表面に対して傾斜しているため、プレス成形した枠体を金型から取り出す際の枠体と金型間の摩擦力が小さくなる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、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、基体は積層されたシート状のセラミック焼結体からなり、枠体はセラミック粉体のプレス成形品からなることを特徴とするものである。
上記構成の発光素子収納用パッケージにおいては、基体の材料とは異なる材料を枠体に使用することが可能であり、材料選択の幅が広がる。また、枠体を基体とは別個に形成するため、基体と一体形成する場合に比べて枠体が受ける設計上の制約が少ない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の発光素子収納用パッケージによれば、プレス成形工程において原料粉体の成形性が高まるため、製造効率を向上させることが可能である。また、枠体へのメッキ処理が不要であり、工程が簡略されるため、製造コストの削減を図ることが可能である。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載の発光素子収納用パッケージでは、反射効率を高めて製品の品質を向上させることが可能である。また、枠体をプレス成形によって容易に加工することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発光素子収納用パッケージによれば、離型性が向上するため、プレス成形における製造効率を高めることが可能である。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発光素子収納用パッケージによれば、基体と枠体それぞれに対して適切な材料を選択することにより、製品の性能を向上させるとともに、製造コストを安くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る光通信用パッケージについて図１乃至図３に基づき説明する。
【実施例】
【００１９】
図１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外観斜視図である。また、図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図１の発光素子収納用パッケージの平面図及び縦断面図であり、図３は図１の発光素子収納用パッケージにおける枠体と基体との接合状態を示す模式図である。
図１及び図２に示すように、発光素子収納用パッケージ１は、略矩形平板状の基体２の上面に、貫通孔５を有するリング状の枠体３が合成樹脂や結晶化ガラスなどの接合剤７によって接合され、貫通孔５の開口部から枠体３の内周面を経て露出する基体２までの空間として形成されるキャビティ４に発光素子６が搭載される構造となっている。
図示していないが、基体２には導体配線パターンが形成されており、発光素子６はこの導体配線パターンとボンディングワイヤで接続されて外部と導通がとられている。また、キャビティ４の内部には発光素子６を封止するための樹脂等が充填され、貫通孔５の開口端にはレンズ加工された透明性部材が挿着され低融点ガラス等により接着されている。この透明性部材は、キャビティ４の内部の気密性を保つとともに、発光素子６が発する光を集める、いわゆる集光レンズとして機能する。
【００２０】
基体２は、セラミックグリーンシートに導体ペーストを印刷塗布した後、積層・焼成することにより製造される。ここで、セラミックグリーンシートとは、Ａｌ２Ｏ３粉末に焼結助剤成分を添加・混合して生成したスラリーに合成樹脂のバインダやアルコール類等の溶剤を添加した後、プレス法や圧延法あるいは射出成形法又はドクターブレード法などを用いて成形したものである。そして、本実施例では、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、焼結助剤成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯが添加されるとともに、燒結後のＡｌ２Ｏ３の含有量が９２重量％以上となるセラミックグリーンシートを用いることを特徴とする。
また、枠体３は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする原料粉体をプレス成形した後、１，５００℃の酸化雰囲気中で焼成することにより形成される。原料粉体は、焼結助剤成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯが添加されたＡｌ２Ｏ３の仮焼粉末に、バインダと溶剤及び可塑剤を混合して生成したスラリーをスプレードライヤーで乾燥させて造粒したものを使用する。そして、燒結後のＡｌ２Ｏ３の割合は、７５乃至８５重量％である。一般に、原料に含まれるＡｌ２Ｏ３の割合が大きいほど、強度が高くなるが、同時に材料の価格も高くなってしまう。従って、基体２に比べると高い強度を必要としない枠体３には、原料中のＡｌ２Ｏ３の割合が少なく安価な材料を使用することが望ましい。また、ＢａＯは電気特性を悪化させるため、基体２には使用できないが、基体２とは異なり、導体配線パターンが形成されない枠体３には使用することができる。ＢａＯはＡｌ２Ｏ３の焼成温度を下げる作用があるため、枠体３を基体２よりも低い温度で焼成することができる。従って、製造工程時の無駄なエネルギーの消費を抑えて製造コストを安くすることが可能である。
【００２１】
さらに、枠体３は、焼結助剤のＳｉ源及びＭｇ源として４乃至１０重量％のカオリン（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）と５乃至１５重量％のタルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を使用する。カオリン及びタルクはともに板状構造の微細粘土鉱物であり、粒子の嵩が大きいため、顆粒にした場合に嵩密度が低くなる。また、つぶれ性が良いため、これらを原料の粉体に添加すると、プレス成形する際に圧縮後の体積が小さくなり、生密度が向上する。このため、複雑な形状を保つことができる。このように、圧縮比（加圧前の体積を加圧後の体積で除した値）が大きくなるため、加圧時の原料の流動性が良くなる。従って、成形体の密度を均一にするとともに、焼成後の収縮を小さく、かつ均一にすることができる。さらに、成形体の滑り性が良くなるため、プレス成形時の金型からの取り出しが容易となる。従って、カオリン及びタルクをプレス成形に供する原料の粉体に添加することにより、その成形性を向上させることができる。その結果、薄肉部を有するような製品の成形が可能となり、枠体３を設計する際の自由度が大きくなる。また、カオリン及びタルクは天然原料であり、入手が容易なため、材料コストを安くすることができる。なお、カオリンの含有量が４重量％未満である場合やタルクの含有量が５重量％未満である場合には、上述の作用が不完全となる。また、カオリンの含有量が１０重量％より多い場合やタルクの含有量が１５重量％より多い場合には、粉体の分散性が悪くなり、スプレードライヤーによる造粒が困難となる。すなわち、カオリンの含有量は４乃至１０重量％、タルクの含有量は５乃至１５重量％の範囲内であることが望ましい。
【００２２】
枠体３は、貫通孔５の内径が基体２表面から開口端に向かうにつれて次第に大きくなる、いわゆる略すり鉢状に形成され、その内周面には発光素子６が発する光を反射するための反射面として傾斜面３ａが基体２の表面に接合される端面３ｃから形成されている。また、枠体３の外周面にも端面３ｃから傾斜面３ｂが形成されており、傾斜面３ａ，３ｂはともに基体２の表面に対してそれぞれ７０乃至８５度の角度をなしている（図２（ｂ））。
このような構造の発光素子収納用パッケージ１においては、枠体３の傾斜面３ａが反射面として発光素子６からの出力光を効率よく反射する。なお、傾斜面３ａの基体２に対する角度が７０度より小さい場合には、出力光の周囲への放散が増加するため反射効率が低下する。逆に、傾斜面３ａの基体２に対する角度が８５度よりも大きい場合には、プレス成形工程において、金型との間に生じる摩擦力が大きくなり、離型性が悪くなる。
また、傾斜面３ｂが基体２に対して外側に向かって傾斜しているため、図３に示すように、端面３ｃに接合剤７を塗布した枠体３を基体２の上面に押し付けた場合、接合剤７が表面張力によって、コーナー部３ｄを超えて傾斜面３ｂの一部に這い上がるいわゆるメニスカスの作用を生じ易い。これにより、接合剤７の塗布面積が広がって、基体２と枠体３との接合強度が高まる。
なお、傾斜面３ｂの基体２に対する角度が小さくなると、端面３ｃの面積が狭くなり、接合剤７の塗布面積も狭くなる。これにより、基体２と枠体３との接合強度が低下する。もちろん、端面３ｃの面積を十分広くすることも可能であるが、その場合には傾斜面３ｂの角度が小さいため枠体３の上端部での拡がりが大きくなり、発光素子収納用パッケージ１の小型化が困難となってしまう。従って、傾斜面３ｂの基体２に対する角度は７０度以上であることが望ましい。逆に、傾斜面３ｂの基体２に対する角度が大きくなると、プレス成形工程における離型時の抵抗が大きくなってしまう。従って、傾斜面３ｂの基体２に対する角度は８５度以下であることが望ましい。
【００２３】
本発明の発光素子収納用パッケージ１の材質は上記実施例に限定されるものではない。すなわち、基体２に高い放熱性が要求される場合には、例えば、Ｃｕ−Ｗ等の熱伝導性の高い金属やＡｌＮ（窒化アルミニウム）を主成分とするセラミックを使用しても良い。また、高い寸法精度が要求される場合には、基体２を樹脂製あるいはガラスセラミック製とすることもできる。このように、本実施例の発光素子収納用パッケージ１においては、基体２と枠体３が各々別個に形成されるため、基体２及び３に対してそれぞれの目的に応じた最適な材料を選定することが可能である。また、基体２と枠体３は、ろう付けによって接合しても良い。さらに、枠体３の外形は円形に限らず、矩形あるいはそれ以外の形状とすることもできる。すなわち、本願特許請求の範囲及び明細書においては、すり鉢状とは、円形のみならず、矩形やそれ以外の形状、例えば多角形においてもその開口部の口径が下方に向けて徐々に小さく形成されるような場合を概念とするものである。
【００２４】
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は、枠体に高価な金属を使用しないため、材料単価を下げることが可能である。また、発光素子からの出力光を反射する枠体の傾斜面にメッキ処理を施す必要がないため、製造工程が簡略化される。さらに、この枠体の傾斜面によって発光素子が発する光を効率良く反射することができる。加えて、基体と枠体に対してそれぞれの目的に応じた適切な材料を選択することが可能である。従って、製品の品質向上と材料コストの削減を同時に図ることができる。また、枠体は離型性に優れるため、プレス成形が容易である。従って、製造コストを安くすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の請求項１乃至請求項４に記載された発明は、発光素子を基板に実装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】
【００２６】
【図１】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外観斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図１の発光素子収納用パッケージの平面図及び縦断面図である。
【図３】図１の発光素子収納用パッケージにおける枠体と基体との接合状態を示す模式図である。
【図４】従来技術に係る発光素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…発光素子収納用パッケージ  ２…基体  ３…枠体  ３ａ，３ｂ…傾斜面  ３ｃ…端面  ３ｄ…コーナー部  ４…キャビティ  ５…貫通孔  ６…発光素子  ７…接合剤  ５１…基体  ５１ａ…搭載部  ５２…枠体  ５２ａ…貫通孔  ５３…発光素子  ５４ａ，５４ｂ…メタライズ配線導体  ５５…ボンディングワイヤ  Ｗ…厚み
【図１】
2007242738.tif 000003
【図２】
2007242738.tif 000004
【図３】
2007242738.tif 000005
【図４】
2007242738.tif 000006