JP2006303092A - 発光素子搭載用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子搭載用パッケージにおいて、光反射面となる銀めっき層表面の変色を長期間に亘って防止できるようにする。
【解決手段】 アルミナ、窒化アルミニウム等の高温焼成セラミックで形成したパッケージ本体１１のキャビティ１３の周側面に、タングステン、モリブデン等の高融点金属よりなる下地メタライズ層１８をパッケージ本体１１と同時焼成する。この後、この下地メタライズ層１８の上に下地ニッケルめっき層１９を形成し、更に、この下地ニッケルめっき層１９の上に銀めっき層２０を形成し、この銀めっき層２０の表面を光反射面２２とする。更に、この銀めっき層２０の表面を銀変色防止剤で処理して銀変色防止被膜２１を形成し、光反射面２２となる銀めっき層２０の表面全体を透明な薄い銀変色防止被膜２１でカバーする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子を搭載するためのキャビティの周側面を発光素子の光を外側に向けて反射する光反射面として用いる発光素子搭載用パッケージに関する発明である。

例えば、特許文献１（特開２００４−２０７６７２号公報）に記載された発光素子搭載用パッケージは、図４に示すように、アルミナ基板１の上面側に形成されたキャビティ２内に発光素子３を搭載し、キャビティ２の周側面に、発光素子３の光を外側に向けて反射する光反射面４を形成した構成となっている。この場合、光反射面４には、タングステン及びモリブデンを含む下地メタライズ層５をアルミナ基板１と同時焼成し、この下地メタライズ層５上にニッケルめっき層６を介して銀めっき層７を形成し、この銀めっき層７の表面を光反射面４として用いるようにしている。ここで、光反射面４として銀めっき層７を用いる理由は、金属色が良好な白色で、入射光と反射光との間で光色の変化が生じないためである（段落［００３２］参照）。

この発光素子搭載用パッケージは、発光素子３を搭載したキャビティ２内に透明樹脂を充填して発光素子３と銀めっき層７を封止するようにしている（段落［００４０］参照）。
特開２００４−２０７６７２号公報（第１頁、第６頁等）

上述したように、光反射面４となる銀めっき層７は、発光素子３と共に透明樹脂で封止されているが、経年変化により銀めっき層７の表面が変色する傾向があった。この銀めっき層７の表面の変色は硫化現象、酸化現象、塩化現象等、様々な現象によって起こされるものと考えられるが、主原因は、硫化現象によるものと思われる。本来、透明樹脂による銀めっき層７の封止が完全なものであれば、銀めっき層７表面の硫化現象が発生しないはずであるが、封止樹脂は若干のガス透過性があるため、封止樹脂を透過するガス中の硫黄成分によって銀めっき層７の表面が硫化したり、或は、封止樹脂に含まれる硫黄成分によって銀めっき層７の表面が硫化するものと推定される。この硫化現象により銀めっき層７の表面が変色すると、光反射率（光沢度）が低下するという不具合が発生する。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、光反射面となる銀めっき層表面の変色を長期間に亘って防止することができる発光素子搭載用パッケージを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、発光素子を搭載するためのキャビティの周側面を発光素子の光を外側に向けて反射する光反射面として用いる発光素子搭載用パッケージにおいて、前記光反射面には、下地金属層を介して銀めっき層を形成し、該銀めっき層の表面を銀変色防止剤による銀変色防止被膜で被覆するようにしたものである。このように、光反射面となる銀めっき層の表面を銀変色防止被膜で被覆すれば、これらを封止する樹脂にガス透過性があったり、封止樹脂に硫黄成分が含まれていたとしても、透過ガス中の硫黄成分や封止樹脂中の硫黄成分が銀めっき層に触れることを銀変色防止被膜によって防止することができ、硫化現象による銀めっき層表面の変色を長期間に亘って防止することができる。

この場合、請求項２のように、銀変色防止被膜として、有機キレート被膜を形成するようにすると良い。有機キレート被膜は、銀変色防止剤の溶液中に銀めっき層を短時間浸漬するだけの極めて簡単な表面処理によって形成することができ、生産性を損なわずに済むと共に、銀めっき層表面の変色防止効果も優れている。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、パッケージ本体１１に発光素子１２を搭載するためのキャビティ１３を１個のみ形成した発光素子搭載用パッケージの構成例であり、図２は、パッケージ本体１１に発光素子１２を搭載するためのキャビティ１３を複数個形成した発光素子搭載用パッケージの構成例である。

パッケージ本体１１は、例えば複数のセラミック層１１ａ〜１１ｃ（セラミックグリーンシート）を積層して焼成一体化した多層セラミック基板により構成され、その最上層のセラミック層１１ａに形成した貫通穴によってキャビティ１３が形成されている。各セラミック層１１ａ〜１１ｃは、アルミナ、窒化アルミニウム等の１０００℃以上で焼成する高温焼成セラミックで形成され、キャビティ１３の周側面は、発光素子１２の光を外側に向けて反射する光反射面２２を形成するために、外側に向けて拡開するように形成されている。

キャビティ１３の底面となる部分には、発光素子１２をボンディングワイヤ１４で接続するためのパッド１５が形成され、各セラミック層１１ｂ，１１ｃには、層間を電気的に接続するビア１６と配線パターン１７がタングステン、モリブデン等の高融点金属導体ペーストにより印刷焼成されている。

キャビティ１３の周側面には、タングステン、モリブデン等の高融点金属よりなる下地メタライズ層１８がパッケージ本体１１と同時焼成され、この下地メタライズ層１８の上に下地ニッケルめっき層１９が形成され、この下地ニッケルめっき層１９の上に銀めっき層２０が形成され、この銀めっき層２０の表面が光反射面２２となっている。この場合、下地金属層は、下地メタライズ層１８と下地ニッケルめっき層１９の二層構造となっているが、下地ニッケルめっき層１９を省略して、下地メタライズ層１８上に銀めっき層２０を直接形成するようにしても良い。

この場合、下地ニッケルめっき層１９の厚みは、銀めっき層２０との接合強度を確保するために１〜８μｍとすることが望ましい。また、銀めっき層２０の厚みが薄すぎると、下地のニッケルが銀めっき層２０表面に浸透して銀めっき層２０表面（光反射面２２）が変色するため、銀めっき層２０の厚みは、２．５μｍ以上とすることが望ましい。また、銀めっき層２０を光沢剤を添加した光沢銀めっきで形成しても良く、同様に、下地ニッケルめっき層１９も光沢ニッケルめっきで形成しても良い。

更に、銀めっき層２０上には、銀変色防止剤による銀変色防止被膜２１（有機被膜）が形成され、光反射面２２となる銀めっき層２０の表面全体が銀変色防止剤で処理されて透明な薄い銀変色防止被膜２１で被覆された構成となっている。この銀変色防止被膜２１を形成する銀変色防止剤としては、例えば水溶系、溶剤系、イソプロピルアルコール系、脂肪族有機化合物系等の有機系のいずれかの銀変色防止剤を用いれば良い。

以上のように構成した発光素子搭載用パッケージを製造する場合は、焼成前の各セラミック層１１ａ〜１１ｃ（セラミックグリーンシート）に、それぞれ下地メタライズ層１８、ビア１６、配線パターン１７をタングステン、モリブデン等の高融点金属の導体ペーストで印刷した後、各セラミック層１１ａ〜１１ｃを積層・圧着して一体化し、これを高温焼成セラミックの焼結温度で焼成する。これにより、パッケージ本体１１と下地メタライズ層１８、ビア１６、配線パターン１７を同時焼成する。

この後、ニッケルめっき行程に進み、ニッケルめっき液を用いて電解めっき法又は無電解めっき法によりキャビティ１３の周側面の下地メタライズ層１８上に下地ニッケルめっき層１９を形成する。

この後、銀めっき行程に進み、銀めっき液を用いて、電解めっき法又は無電解めっき法によりキャビティ１３の周側面の下地ニッケルめっき層１９上に２．５μｍ以上の厚みの銀めっき層２０を形成する。この銀めっき層２０の表面が光反射面２２となる。

この後、銀変色防止処理行程に進み、パッケージ本体１１（少なくとも銀めっき層２０の表面全体）を銀変色防止剤の溶液中に短時間（例えば３０秒〜１分程度）浸漬させて銀めっき層２０の表面に銀変色防止被膜２１（有機被膜）を形成した後、当該パッケージ本体１１を銀変色防止剤の溶液から取り出して、これを水洗して乾燥させる。これにより、光反射面２２となる銀めっき層２０の表面全体が透明な薄い銀変色防止被膜２１で被覆される。

前述したように、従来構造のものは、光反射面となる銀めっき層表面が銀変色防止被膜で被覆されていないため、使用期間が長くなるに従って銀めっき層表面が硫化現象により変色し、光反射率（光沢度）が低下するのを避けられない。

そこで、本実施例では、光反射面２２となる銀めっき層２０の表面を銀変色防止剤による銀変色防止被膜２１で被覆することで、銀めっき層２０の表面を変色環境（硫黄成分）から遮断して、銀めっき層２０表面の変色を長期間に亘って防止するようにしたものである。

本発明者らは、銀変色防止被膜２１を形成する銀変色防止剤の種類と銀めっき層２０表面の変色防止効果との関係を考察する試験を行ったので、その試験結果を説明する。

この試験に用いた実施例サンプルは、パッケージ本体１１を窒化アルミニウムで形成し、下地メタライズ層１８をタングステンペーストの印刷・同時焼成で形成し、この下地メタライズ層１８の上に下地ニッケルめっき層１９を介して銀めっき層２０を形成し、下記の表１に示す水溶系、イソプロピルアルコール系、脂肪族有機化合物系、溶剤系の銀変色防止剤を用いて、銀めっき層２０の表面に銀変色防止被膜２１を形成したものである。銀変色防止被膜２１の形成方法は、下記の表１に示す銀変色防止剤の溶液中に実施例サンプルを１分間浸漬して銀めっき層２０の表面に銀変色防止被膜２１（有機被膜）を形成した後、当該実施例サンプルを銀変色防止剤の溶液から取り出し、これを１分間水洗した後、エアブローして実施例サンプルに付着した水滴を吹き飛ばした上で温風乾燥させる。比較のために、銀変色防止被膜２１が無い従来例に相当するサンプルも作製した。

実施例サンプルＡ−１、Ａ−２、Ａ−３は、それぞれ水溶系の銀変色防止剤（北池産業株式会社の商品名「ＡＣ−２０」、「ＡＣ−７０」、「ＡＣ−８０」）を使用した。
実施例サンプルＢ−１は、イソプロピルアルコール系の銀変色防止剤（日本エレクトロプレイティング・エンクロージャーズ株式会社の商品名「シルバーキーパー」）を使用した。

実施例サンプルＣ−１は、水溶系の銀変色防止剤（メルテックス株式会社の商品名「エンテックＣＵ−５６」）を使用した。
実施例サンプルＤ−１、Ｄ−２は、それぞれ脂肪族有機化合物系の銀変色防止剤（大和化成株式会社の商品名「ニューダインシルバー」、「ニューダインシルバー Ｓ−１」）を使用した。

実施例サンプルＥ−１は、溶剤系の銀変色防止剤（千代田ケミカル株式会社の商品名「Ｂ−１０５７」）を使用した。
実施例サンプルＥ−２は、イソプロピルアルコール系の銀変色防止剤（千代田ケミカル株式会社の商品名「Ｂ−１００９ＮＳ」）を使用した。
従来例サンプルは、銀変色防止剤による表面処理は行わない。

これらのサンプルを用いて、硫化試験を次のようにして行った。
この硫化試験では、硫化現象による変色進行度合いを速めるために、１％硫化アンモニウム溶液入りのデシケータを用意し、上記各サンプルをそれぞれ１％硫化アンモニウム溶液に浸して放置し、経時的に変化する銀めっき層表面の変色レベル（変色度合い）を目視にて５段階で評価した。この硫化試験の結果を表１及び図３に示す。ここで、変色レベルの数値は、大きくなるほど変色度合いが大きいことを意味し、変色レベル＝０は変色無し、変色レベル＝１は僅かに変色、変色レベル＝２は中程度の変色、変色レベル＝３は強く変色、変色レベル＝４は非常に強く変色（黒色化）を意味する。

上記各実施例サンプルは、いずれも、銀めっき層２０の表面に銀変色防止被膜２１（有機被膜）を形成しているため、銀変色防止被膜２１によって銀めっき層２０の表面を変色環境から遮断することができて、銀変色防止被膜２１が無い従来例サンプルでは得られない、銀めっき層２０の表面の変色防止効果が得られる。

具体的には、実施例サンプルＡ−１、Ａ−２、Ａ−３は、Ｓ系脂肪酸化合物で銀めっき層２０の表面に有機被膜（銀変色防止被膜２１）を形成して、銀めっき層２０の表面を空気中の硫化ガスから遮断し、銀めっき層２０の表面の変色を防止する。

実施例サンプルＢ−１は、イソプロピルアルコール系の銀変色防止剤により、銀めっき層２０の表面に有機キレート被膜（銀変色防止被膜２１）を形成して、銀めっき層２０の表面の変色を防止する。

実施例サンプルＣ−１は、水溶系の銀変色防止剤により、銀めっき層２０の表面に厚さ３０オングストローム程度の有機被膜（銀変色防止被膜２１）を形成して、銀めっき層２０の表面の変色を防止する。

実施例サンプルＤ−１、Ｄ−２は、それぞれ脂肪族有機化合物系の銀変色防止剤により、銀めっき層２０の表面に有機キレート被膜（銀変色防止被膜２１）を形成して、銀めっき層２０の表面の変色を防止する。

実施例サンプルＥ−１、Ｅ−２は、溶剤系、イソプロピルアルコール系の銀変色防止剤により銀めっき層２０の表面に有機被膜（銀変色防止被膜２１）を形成して、銀めっき層２０の表面の変色を防止する。

このらの実施例サンプルの中で、特に変色防止効果が大きいものは、有機キレート被膜を形成する脂肪族有機化合物系の銀変色防止剤を用いた実施例サンプルＤ−２、Ｄ−１とイソプロピルアルコール系の銀変色防止剤を用いた実施例サンプルＢ−１、Ｅ−２であった。従って、脂肪族有機化合物系又はイソプロピルアルコール系の銀変色防止剤を用いれば、銀めっき層２０の表面に有機キレート被膜（銀変色防止被膜２１）を形成して、銀めっき層２０表面の変色防止効果を長期間に亘って安定して持続させることができるものと思われる。

一方、水溶系や溶剤系の銀変色防止剤は、脂肪族有機化合物系又はイソプロピルアルコール系の銀変色防止剤と比べれば、全般的に変色防止効果が小さくなるが、水溶系の銀変色防止剤の中でも、Ａ−２だけは、脂肪族有機化合物系やイソプロピルアルコール系の銀変色防止剤に近い変色防止効果が得られた。

これに対して、従来例サンプルは、銀めっき層表面が銀変色防止被膜で被覆されていないため、実施例サンプルよりも短い時間で変色が進行する。

以上説明した本実施例によれば、光反射面２２となる銀めっき層２０の表面を銀変色防止剤で表面処理して透明な薄い銀変色防止被膜２１で被覆するようにしたので、これらを封止する樹脂にガス透過性があったり、封止樹脂に硫黄成分が含まれていたとしても、透過ガス中の硫黄成分や封止樹脂中の硫黄成分が銀めっき層２１に触れることを銀変色防止被膜２１によって防止することができ、硫化現象による銀めっき層２０表面の変色を長期間に亘って防止することができる。

しかも、本実施例では、パッケージ本体１１のキャビティ１３の周側面に下地メタライズ層１８を同時焼成し、この下地メタライズ層１８の上に下地ニッケルめっき層１９を介して銀めっき層２０を形成するようにしたので、パッケージ本体１１（セラミック）と下地メタライズ層１８と下地ニッケルめっき層１９と銀めっき層２０との間の接合強度が強くなり、パッケージ本体１１に発光素子１２を実装する行程や、これを透明樹脂で封止する工程等で、銀めっき層２０に熱負荷が加わっても、銀めっき層２０が剥離することを防止することができる利点もある。

尚、図１及び図２のパッケージ構成例では、キャビティ１３の周側面のみに光反射面２２を形成したが、キャビティ１３の底面に跨がって光反射面２１を形成したり、キャビティ１３の周側面の一部に光反射面２２を形成しない部分があっても良い。

その他、本発明は、パッケージ本体を１０００℃以下で焼成する低温焼成セラミックで形成した発光素子搭載用パッケージに適用することも可能である等、種々変形して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施例における発光素子搭載用パッケージの構成例（その１）を示す縦断面図である。 本発明の一実施例における発光素子搭載用パッケージの構成例（その２）を示す縦断面図である。 各実施例サンプルの硫化試験結果を従来例と比較して示す図である。 従来の発光素子搭載用パッケージの構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１１…パッケージ本体、１２…発光素子、１３…キャビティ、１８…下地メタライズ層（下地金属層）、１９…下地ニッケルめっき層（下地金属層）、２０…銀めっき層、２１…銀変色防止被膜、２２…光反射面

Claims (2)

1. 発光素子を搭載するためのキャビティを有し、このキャビティの周側面を前記発光素子の光を外側に向けて反射する光反射面として用いる発光素子搭載用パッケージにおいて、 前記光反射面には、下地金属層を介して銀めっき層が形成され、該銀めっき層の表面が銀変色防止剤による銀変色防止被膜で被覆されていることを特徴とする発光素子搭載用パッケージ。
2. 前記銀変色防止被膜は、有機キレート被膜であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用パッケージ。

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