JP2012028626A - パッケージ成型体、ランプおよびパッケージ成型体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い反射率が得られ、しかも長期に渡って高い反射率を維持できるリード電極を備えたパッケージ成型体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】支持体４と、支持体４に設けられ、発光素子５が載置される底部４ｂを有する凹部４ａと、発光素子５と電気的に接続されるものであって底部４ｂに一部が露出されたリード電極３とを備え、リード電極３が、配線層３１と、配線層３１上に設けられたＡｇ層３２と、Ａｇ層３２上に設けられたＡｇ合金層３３とを備えるパッケージ成型体とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージ成型体、ランプおよびパッケージ成型体の製造方法に関し、特に長期に渡って高い反射率が得られるリード電極を備えたパッケージ成型体およびその製造方法に関する。

近年、発光素子を利用した発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」ともいう）などのランプの開発が進められている。ＬＥＤとしては、パッケージ成型体に形成された凹部の底面にＬＥＤ素子（発光素子）が載置され、ＬＥＤ素子の電極とリード電極とがワイヤーなどの導電材料で電気的に接続されたものが知られている。
このようなＬＥＤを構成するＬＥＤ素子は、上面だけでなく側面や底面からも発光する。このため、従来から、パッケージ成型体の凹部内の反射率を高くして、凹部内に配置されたＬＥＤ素子の側面や底面から発光された光を凹部内で反射させることにより、ＬＥＤの発光効率を向上させる技術が用いられている。

パッケージ成型体の凹部内の反射率を高くする方法としては、反射光の色味に影響を及ぼすことがなく、高い反射率を有する銀からなる膜を、パッケージ成型体の凹部内に形成する方法などが挙げられる。
しかしながら、銀からなる膜は、空気中の硫黄成分などと反応して表面に硫化物が形成されることにより、黄色〜黒色に徐々に変色するため、時間の経過に伴って反射率が低下するという問題があった。このため、従来のパッケージ成型体では、長期にわたって高い反射率を維持することは困難であった。

このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献１には、窓枠の半導体発光素子を囲む内面に、基材側から順に、少なくとも１層の下地金属層と、金、パラジウムおよび白金からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を含む中間金属層と、少なくともロジウムを含む表面金属層とを有する光反射膜が形成されて、当該内面が光反射面とされた発光ダイオード用パッケージが提案されている。

また、例えば、特許文献２には、長期間にわたって高い反射率を維持できる反射層を備えた支持体として、素子載置領域の底部に露出した電極層と、素子載置領域の内壁に形成された周辺部反射層とを備え、電極層が、電極反射層と、電極反射層の上側に積層された接合層とを含み、電極反射層と周辺部反射層とはＡｇ合金膜から形成され、接合層は、発光素子での発光を透過可能な薄さのＡｕ膜又はＡｕ合金膜から形成されている発光装置用の支持体が提案されている。

また、特許文献３には、内部リードに施されている銀メッキの表面の硫化を防止でき、時間経過に伴う光出力の低下を防止する技術として、発光素子収納用の開口部を有する支持体の開口部内面の一部に内部リードが露出し、支持体の開口部内において少なくとも内部リードの銀メッキ表面を被覆するように膜厚が１μｍ以下の銀メッキ硫化防止用の薄膜コートが形成されているパッケージが記載されている。

また、特許文献４には、硫化による黄色化を生じにくい反射電極膜を形成しうるＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ−Ｇｅ系銀合金で形成された銀合金スパッタリングターゲット材が提案されている。
また、特許文献５には、Ｂｉを含有するＡｇ合金薄膜の表面および／または該Ａｇ合金薄膜上の他層との界面にＢｉ層および／またはＢｉ酸化物層が形成された構造を有するリフレクター用Ａｇ合金反射膜や、Ａｇ合金薄膜を形成するために用いられるＡｇ合金スパッタリングターゲットが記載されている。

また、非特許文献１には、光ディスク用高耐久性および高反射率反射膜として、Ａｇ−Ｂｉ系合金反射膜が記載されている。さらに、非特許文献１には、高耐久性Ａｇ合金反射膜としてＡｇ−Ｎｄ系合金薄膜が記載されている。

特開２００６−２６９６６７号公報 特開２００８−１３５５８８号公報 特開２００８−１０５９１号公報 国際公開第２００５／０３１０１６号 特開２００５−１５８９３号公報

神戸製鋼技報Ｖｏｌ．５５、Ｎｏ．１、Ａｐｒ．２００５、ｐ１７〜ｐ２０、光ディスク用高耐久性および高反射率Ａｇ−Ｂｉ系合金反射膜の開発。

しかしながら、従来のパッケージ成型体は、リード電極の反射率が十分に高く、かつ、長期に渡って維持できるものではなく、リード電極の反射率が不十分であったり時間の経過に伴って低下したりするために、長期に渡って十分に高い反射率が得られない場合があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高い反射率が得られ、しかも長期に渡って高い反射率を維持できるリード電極を備えたパッケージ成型体およびその製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明のパッケージ成型体を備えることにより、長期にわたって高い発光効率が得られるランプを提供することを課題とする。

本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成した。即ち、本発明は以下に関する。
（１） 支持体と、前記支持体に設けられ、発光素子が載置される底部を有する凹部と、前記発光素子と電気的に接続されるものであって前記底部に一部が露出されたリード電極とを備え、前記リード電極が、配線層と、前記配線層上に設けられたＡｇ層と、前記Ａｇ層上に設けられたＡｇ合金層とを備えることを特徴とするパッケージ成型体。
（２） 前記Ａｇ合金層の光沢度が０．０５〜１の範囲であることを特徴とする（１）に記載のパッケージ成型体。
（３） 前記Ａｇ合金層の厚みが５〜１００ｎｍの範囲であることを特徴とする（１）または（２）に記載のパッケージ成型体。
（４） 前記Ａｇ合金層が、ＡｇとＰｄとＣｕとを含む合金、ＡｇとＢｉとＮｄとを含む合金、ＡｇとＮｄとＣｕとを含む合金のいずれかの合金からなるものであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のパッケージ成型体。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載のパッケージ成型体と、前記パッケージ成型体の凹部に載置され、前記リード電極と電気的に接続された発光素子とを備えることを特徴とするランプ。

（６） 発光素子と電気的に接続されるリード電極を形成する工程と、前記発光素子が載置される底部であって前記リード電極の一部が露出された底部を有する凹部を備えた支持体を形成する工程とを有し、前記リード電極を形成する工程が、配線層を形成する工程と、めっき法により前記配線層上にＡｇ層を設ける工程と、スパッタ法により前記Ａｇ層上にＡｇ合金層を設ける工程とを含むことを特徴とするパッケージ成型体の製造方法。
（７） 前記Ａｇ層を設ける工程において、光沢剤を用いることを特徴とする（６）に記載のパッケージ成型体の製造方法。

本発明のパッケージ成型体は、リード電極が、配線層と、配線層上に設けられたＡｇ層と、前記Ａｇ層上に設けられたＡｇ合金層とを備えるものであるので、高い反射率が得られ、しかも長期に渡って高い反射率を維持できるリード電極を備えたものとなる。

また、本発明のランプは、本発明のパッケージ成型体と、前記パッケージ成型体の凹部に載置され、前記リード電極と電気的に接続された発光素子とを備えるものであるので、長期にわたって高い発光効率が得られるものとなる。

また、本発明のパッケージ成型体の製造方法においては、リード電極を形成する工程が、配線層を形成する工程と、めっき法により前記配線層上にＡｇ層を設ける工程と、スパッタ法により前記Ａｇ層上にＡｇ合金層を設ける工程とを含むので、Ａｇ層を設ける工程において、配線層の色味の影響を受けることがなく、Ａｇ合金層の光沢度を好ましい範囲とすることができる十分な厚みおよび光沢度のＡｇ層を容易に形成することができる。したがって、Ａｇ合金層を設ける工程において、リード電極の変色を防止できる好ましい組成のＡｇ合金層を高精度で容易に形成できる。その結果、本発明のパッケージ成型体の製造方法によれば、高い反射率が得られ、しかも長期に渡って高い反射率を維持できるリード電極を備えたパッケージ成型体を容易に実現できる。

図１は、本発明のランプの一例を模式的に示した概略図である。

以下、本発明のパッケージ成型体、ランプおよびパッケージ成型体の製造方法について、詳細に説明する。
図１は、本発明のランプの一例を模式的に示した概略図であり、図１（ａ）はランプの断面図であり、図１（ｂ）はランプの平面図であり、図１（ｃ）はランプを構成するリード電極のみを模式的に示した拡大断面図である。図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すランプは、パッケージ成型体１と、パッケージ成型体１の凹部４ａに載置され、パッケージ成型体１のリード電極３と電気的に接続されたＬＥＤ素子（発光素子）５とを備えたものである。

パッケージ成型体１は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板２と、基板２上に設けられた第１電極３ａと第２電極３ｂとからなる一対のリード電極３と、基板２と一体化された支持体４と、支持体４に設けられた凹部４ａとを備えている。

支持体４としては、例えば、ポリフタルアミドやポリフェニレンスルフィドなどからなる白色の耐熱性樹脂からなるものなどが用いられる。
また、凹部４ａは、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、平面視円形のすり鉢状（カップ状）の形状とされている。凹部４ａの底部４ｂには、ＬＥＤ素子５が載置されており、ＬＥＤ素子５と電気的に接続されたリード電極３の一部が露出されている。リード電極３を構成する第１電極３ａと第２電極３ｂは、図１（ｂ）に示すように、基板２の帯状の絶縁領域９によって電気的に絶縁されている。

第１電極３ａおよび第２電極３ｂは、図１（ｃ）に示すように、配線層３１と、配線層上に設けられたＡｇ層３２と、Ａｇ層３２上に設けられたＡｇ合金層３３とを備えている。
配線層３１としては、例えば、ＣｕやＣｕ系合金、Ｆｅ系合金、Ｎｉなどを用いることができるが、ＣｕまたはＣｕ系合金を用いることが好ましい。

Ａｇ層３２は、めっき光沢度(ＧＡＭ光沢度)が０．０５〜１の範囲であることが好ましく、０．１〜０．６の範囲であることがより好ましい。Ａｇ層３２の光沢度が０．０５未満である場合や１を超える場合、Ａｇ層３２上に設けられるＡｇ合金層３３の光沢度が好ましい範囲にならず、リード電極３の反射率が不十分となる場合がある。
また、Ａｇ層３２の厚みは、１μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましく、２μｍ〜３μｍの範囲であることがより好ましい。Ａｇ層３２の厚みが１μｍ未満であると、配線層３１の金属のマイグレーションにより反射率が低下する。また、光沢度が高精度で制御されたＡｇ層３２が得られにくくなり、Ａｇ層３２の光沢度のばらつきが大きくなる。また、Ａｇ層３２の厚みが５μｍを超えると、めっき処理時間が長くなりＡｇ使用量が増加してコスト高となるため好ましくない。

また、Ａｇ合金層３３は、ＡｇとＰｄとＣｕとを含む合金、ＡｇとＢｉとＮｄとを含む合金、ＡｇとＮｄとＣｕとを含む合金のいずれかの合金からなるものであることが好ましい。Ａｇ合金層３３がこれらの合金からなるものであると、Ａｇ層３２の形状に基づく好ましい光沢度が得られる程度に薄い厚みでＡｇ層３２上にＡｇ合金層３３を形成した場合であっても、リード電極３の変色を効果的に防止できる。
また、Ａｇ合金層３３の光沢度(ＧＡＭ光沢度)は０．０５〜１の範囲であることが好ましく、０．１〜０．６の範囲であることがより好ましい。Ａｇ合金層３３の光沢度が０．０５未満である場合や１を超える場合、リード電極３の反射率が不十分となる場合がある。

また、Ａｇ合金層３３の厚みは５〜１００ｎｍの範囲であることが好ましく、１０〜２０ｎｍの範囲であることがより好ましい。Ａｇ合金層３３の厚みが、５ｎｍ未満であると、リード電極３の変色を防止する効果が不十分となる場合がある。また、Ａｇ合金層３３の厚みが１００ｎｍを超えると、Ａｇ層３２の形状に基づく好ましい光沢度を有するＡｇ合金層３３が得られにくくなるとともに、Ａｇ合金層３３による光吸収の影響が生じやすくなるため、リード電極３の反射率が不十分となる場合がある。

また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、凹部４ａの底部４ｂに露出された第２電極３ｂ上には、表面実装型のＬＥＤ素子５がダイアタッチペースト６によって接着されている。ＬＥＤ素子５には、図１（ｂ）に示すように、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕなどからなる陽極ボンディングパッド５ａおよび陰極ボンディングパッド５ｂが設けられており、それぞれＡｕやＡｌなどからなるワイヤー７、７を介して第１電極３ａおよび第２電極３ｂと電気的に接続されている。また、凹部４ａの内部にはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などからなる透光性樹脂が充填され、ＬＥＤ素子５が透光性樹脂の硬化物８によって被覆され、封止されている。

図１に示すランプを製造するには、まず、ＬＥＤ素子５とパッケージ成型体１とを製造する。
パッケージ成型体１を製造するには、まず、基板２上に、ＬＥＤ素子５と電気的に接続されるリード電極３を形成する。本実施形態においてリード電極３を形成する工程は、フォトリソグラフィ技術を用いる方法など公知の方法によって配線層３１を形成する工程と、光沢剤を用いるめっき法により配線層３１上にＡｇ層３２を設ける工程と、スパッタ法によりＡｇ層３２上にＡｇ合金層３３を設ける工程とを含むことが好ましい。

リード電極３を形成する工程において、光沢剤を用いるめっき法により配線層３１上にＡｇ層３２を設ける場合、スパッタ法によりＡｇ層３２を設ける場合と比較して、Ａｇ層３２の厚みを容易に厚くすることができるとともに、光沢剤の種類や量を制御する方法などによりＡｇ層３２の光沢度を容易に制御することができる。このため、光沢剤を用いるめっき法により配線層３１上にＡｇ層３２を設ける場合、配線層３１の色味の影響を受けることがなく、Ａｇ合金層３３の光沢度を好ましい範囲とすることができる十分な厚みおよび光沢度のＡｇ層３２を容易に形成できる。Ａｇ層３２の光沢度は、めっき法において用いられるめっき浴中の光沢剤の濃度を調整することによっての制御できる。Ａｇ層３２の光沢度を調整できる光沢剤としては、例えば、Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｓｅから選ばれる無機光沢剤や有機光沢剤などが挙げられる。

また、リード電極３を形成する工程において、スパッタ法によりＡｇ層３２上にＡｇ合金層３３を設ける場合、スパッタターゲットの組成を所定の組成とする方法などにより、Ａｇ合金層３３の組成を高精度で容易に制御することができる。したがって、スパッタ法によりＡｇ層３２上にＡｇ合金層３３を設ける場合、めっき法によりＡｇ合金層３３を設ける場合と比較して、リード電極３の変色を防止できる好ましい組成のＡｇ合金層を高精度で容易に形成できる。
なお、Ａｇ層３２は、めっき法により設けることが好ましいが、スパッタ法など他の方法で設けてもよい。また、Ａｇ合金層３３はスパッタ法により設けることが好ましいがめっき法など他の方法で設けてもよい。

続いて、リード電極３の形成された基板２と一体化された支持体４を、白色の耐熱性樹脂などを用いて成型法などにより所定の形状に形成する。このことにより、ＬＥＤ素子５が載置される底部４ｂであってリード電極３の一部が露出された底部４ｂを有する凹部４ａを備えた支持体４が得られ、本実施形態のパッケージ成型体１が得られる。

その後、支持体４の凹部４ａの底部４ｂに露出された第２電極３ｂ上にＬＥＤ素子５を接着する。次に、ボンディングパッド５ａ、５ｂと第１電極３ａ、第２電極３ｂをワイヤー７、７により接続する。
続いて、凹部４ａの内部に透光性樹脂を充填して、ＬＥＤ素子５を被覆し、透光性樹脂を硬化させて硬化物８とする。このことにより、図１に示すランプが得られる。

本実施形態のパッケージ成型体１は、リード電極３が、配線層３１と、配線層３１上に設けられたＡｇ層３２と、Ａｇ層３２上に設けられたＡｇ合金層３３とを備えるものであるので、高い反射率が得られ、しかも長期に渡って高い反射率を維持できるリード電極３を備えたものとなる。

また、本実施形態のランプは、本実施形態のパッケージ成型体１と、パッケージ成型体１の凹部４ａに載置され、リード電極３と電気的に接続されたＬＥＤ素子５とを備えるものであるので、長期にわたって高い発光効率が得られる。

また、本実施形態のパッケージ成型体１の製造方法において、リード電極３を形成する工程が、配線層３１を形成する工程と、めっき法により配線層３１上にＡｇ層３２を設ける工程と、スパッタ法によりＡｇ層３２上にＡｇ合金層３３を設ける工程とを含む場合、高い反射率が得られ、しかも長期に渡って高い反射率を維持できるリード電極を備えたパッケージ成型体１が容易に得られる。

「実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３」
以下に示す方法により、実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のパッケージ成型体を製造した。
まず、基板上に、Ｃｕからなる厚み１５０μｍの配線層を形成した。次に、光沢剤としてセレンシアン酸カリウムなどセレン化合物を含む中性シアン浴からなるめっき浴を用い、温度７０〜８０℃、電流密度４０〜１２０Ａ／ｄｍ^２で電解銀めっき法を行うことにより、配線層上にそれぞれ表１に示す厚みおよび光沢度のＡｇ層を設けた。

続いて、実験例１〜実験例５、比較例３のパッケージ成型体となるＡｇ層上に、スパッタ法により表１に示す材料からなる表１に示す厚みのＡｇ合金層を設けた。このことにより、実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のリード電極を得た。
このようにして得られた実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のリード電極について、以下に示す方法により、Ａｇ合金層の光沢度と相対反射率とを測定した。その結果を表１に示す。

「Ａｇ合金層の光沢度」
ＳＥＭＩ Ｇ５５−９３（リードフレーム銀めっき光沢度の測定方法）に従い、ＧＡＭデントシメーターを用いて、リード電極に垂直な光源から照射される光が、リード電極表面から４５度の角度に反射される比率から求めた。
「相対反射率」
積分球の付属した分光光度計を用いて、リード電極の４５０ｎｍでの反射率と、リード電極と同じ光沢度のＡｇの４５０ｎｍでの反射率とを求め、同じ光沢度のＡｇに対するリード電極の相対反射率を算出した。

続いて、白色の耐熱性樹脂である９Ｔナイロン（商品名：クラレジェネスタ）を所定の形状に成形して、リード電極の形成された基板と一体化された支持体を形成した。このことにより、リード電極の一部が露出された底部を有する凹部を備えた支持体を有する実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のパッケージ成型体を得た。

その後、実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のパッケージ成型体を構成する支持体の凹部の底部に露出されたリード電極上に、ＬＥＤ素子を接着した。ＬＥＤ素子としては、市販品のＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤ（昭和電工株式会社製ＧＵ３５Ｒ４６０Ｔ）を使用した。次に、ＬＥＤ素子のボンディングパッドとリード電極とをワイヤーにより接続した。続いて、凹部の内部に透光性樹脂を充填して、ＬＥＤ素子を被覆し、透光性樹脂を硬化させた。このことにより、図１に示す実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のランプを得た。

このようにして得られた実験例１〜実験例５、比較例１〜比較例３のランプについて、以下に示す方法により、初期光度（ｃｄ）と光度維持率(％)とを調べた。その結果を表１に示す。
「初期光度（ｃｄ）」
ランプに２０ｍＡの通電を行って光度を測定した。
「光度維持率」
前述の方法で製造したランプについて、８５℃の高温オーブン中で２０ｍＡの通電を２０００時間行う前と後での光度を測定し、その経時変化（光度維持率（％）＝（初期光度／８５℃の高温オーブン中で２０ｍＡの通電を２０００時間行った後の光度）×１００）を算出した。

表１に示すように、実験例１〜５のランプは、Ａｇ合金層に代えてＲｈからなる層を設けた比較例３のランプと比べて、初期光度（ｃｄ）が高かった。この理由は、比較例３のランプでは、同じ光沢度のＡｇに対する相対反射率が低いためである。
また、表１に示すように、実験例１〜５のランプは、光度維持率（％）が９３％以上であり、Ａｇ合金層のない比較例１及び比較例２のランプと比較して、極めて高かった。
このことから、本発明のパッケージ成型体１を構成する、配線層３１と配線層３１上に設けられたＡｇ層３２とＡｇ層３２上に設けられたＡｇ合金層３３とを備えるリード電極３が、高い反射率（相対反射率）を有し、長期（例えば２０００時間）に渡って高い反射率を維持できるものであることが確認できた。

１…パッケージ成型体、２…基板、３…リード電極、３ａ…第１電極、３ｂ…第２電極、４…支持体、４ａ…凹部、４ｂ…底部、５…ＬＥＤ素子（発光素子）、６…ダイアタッチペースト、７…ワイヤー、９…絶縁領域、３１…配線層、３２…Ａｇ層、３３…Ａｇ合金層。

Claims (7)

1. 支持体と、
   前記支持体に設けられ、発光素子が載置される底部を有する凹部と、
   前記発光素子と電気的に接続されるものであって前記底部に一部が露出されたリード電極とを備え、
   前記リード電極が、配線層と、前記配線層上に設けられたＡｇ層と、前記Ａｇ層上に設けられたＡｇ合金層とを備えることを特徴とするパッケージ成型体。
2. 前記Ａｇ合金層の光沢度が０．０５〜１の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ成型体。
3. 前記Ａｇ合金層の厚みが５〜１００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパッケージ成型体。
4. 前記Ａｇ合金層が、ＡｇとＰｄとＣｕとを含む合金、ＡｇとＢｉとＮｄとを含む合金、ＡｇとＮｄとＣｕとを含む合金のいずれかの合金からなるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のパッケージ成型体。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のパッケージ成型体と、
   前記パッケージ成型体の凹部に載置され、前記リード電極と電気的に接続された発光素子とを備えることを特徴とするランプ。
6. 発光素子と電気的に接続されるリード電極を形成する工程と、
   前記発光素子が載置される底部であって前記リード電極の一部が露出された底部を有する凹部を備えた支持体を形成する工程とを有し、
   前記リード電極を形成する工程が、配線層を形成する工程と、めっき法により前記配線層上にＡｇ層を設ける工程と、スパッタ法により前記Ａｇ層上にＡｇ合金層を設ける工程とを含むことを特徴とするパッケージ成型体の製造方法。
7. 前記Ａｇ層を設ける工程において、光沢剤を用いることを特徴とする請求項６に記載のパッケージ成型体の製造方法。

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