JP5573563B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電部材上に発光素子が設けられ、導電性ワイヤを介して導電部材と発光素子とが電気的に接続された発光装置に関する。

発光素子を用いた発光装置において、発光素子からの光に対して高い反射率を有するＡｇめっきを最表面に施したリードフレームなどの導電部材が数多く採用されている。しかしながら、Ａｇは硫黄含有ガスの存在する雰囲気下において反応（硫化）し易い。そのため、Ａｇ上にスパッタ等によってＡｇの硫化を抑制する保護膜を設ける試みがなされている（例えば、特許文献１）

特開２００９−２２４５３８号公報

しかしながら、導電性ワイヤを用いて発光素子に給電する場合、スパッタで保護膜を形成すると、導電性ワイヤの陰となる部分に保護膜が形成されにくく、その部分のＡｇが硫化し易い。

課題を解決するための手段及び発明の効果

前記課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、導電部材上に載置される発光素子と、導電部材と発光素子とを電気的に接続させる導電性ワイヤと、発光素子及び導電性ワイヤを封止する封止部材と、を有する発光装置であって、導電部材は表面層を有し、表面層は、最表面がＡｕ層であり、導電性ワイヤが接続される接続部を有する第１領域と、最表面がＡｇ層であり、発光素子が載置される載置部を有する第２領域と、を有し、接続部と載置部以外の導電部材の表面層上に、透光性の保護層が設けられている。
このような構成によれば、発光素子が載置される領域には、反射率の高い材料（Ａｇ）を使用しているため、光の取出し効率が良く、また、導電性ワイヤが接続される領域は、硫化しにくい材料（Ａｕ）を用いているため、硫黄含有ガスによる影響による接続不良を起こしにくい発光装置とすることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る発光装置を示す概略上面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る発光装置を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＸ−Ｘ線における断面図、（ｃ）は、（ｂ）の部分拡大図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具現化するための発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。

図１を参照して本発明の実施形態に係る発光装置を説明する。図１に示すように、発光装置１０は、導電部材２と、その上に載置される発光素子１とを有している。発光素子１は、導電性ワイヤ４で導電部材２と電気的に接合されており、さらに、これらが透光性の封止部材３によって被覆されている。導電部材２は、金属製の母材２１上に表面層２２、２３を有している。表面層は、導電性ワイヤが接続される接続部を有する第１領域Ａと、発光素子１が載置される載置部を有する第２領域Ｂとを有している。第１領域Ａは、母材２１の上に、Ａｕ層２２が最表面となるように形成されており、このＡｕ層２２と導電性ワイヤ４が電気的に接続されている。第２領域Ｂは、母材２１の上に、Ａｇ層２３が最表面となるように形成されており、発光素子１は、Ａｇ層２３と接するように設けられている。導電性ワイヤ４の接続部と、発光素子１の載置部以外の表面層上に、透光性の保護層（図示せず）が設けられている。

導電性ワイヤを用いて発光素子に給電する場合、その導電性ワイヤを導電部材に接合する際、導電部材の表面に機械的な力が加わる。この時、導電部材の表面層のうち、接合部とそれ以外の部分とでは、表面層の膜質が異なっている。例えば、導電性ワイヤの接合部がＡｇであった場合、その領域は、他の領域に比べて硫黄含有ガスの影響を受けやすい。そのため、徐々にリードフレームと導電性ワイヤとの接続が悪くなり、熱伝導性の低下やＶｆ（順方向電圧）の上昇、場合によっては不灯など信頼性が低下するおそれがある。本実施の形態のように、導電性ワイヤの接続部に、硫黄含有ガスと反応しにくいＡｕ層を最表面とする第１領域を設けることで、そのような問題を生じにくくすることができると共に、発光素子が載置される載置部に、反射率の高いＡｇ層を最表面とする第２領域を設け、その上に保護膜を設けることで、Ａｇの変質を抑制して効率よく光を取り出すことができる。更に、Ａｕ層の下層（母材との間）に１層または複数の中間層を設けることで、より変質を抑えることが可能となる。
以下、各部材について詳述する。

（導電部材）
本実施の形態において、導電部材２は、図１に示すように、母材２１と、その上に設けられる表面層２２、２３とを有している。この導電部材２は、発光素子１に給電するための電極としての機能を有している。また、発光素子からの熱を外部に放出する放熱部材（ヒートシンク）としての機能も有しており、その場合、図１に示すように電極として兼用させてもよく、或いは電極とは別の導電部材を設けてその上に発光素子を載置するのみで電気的に接続せずに用いてもよい。このような導電部材は、その一部が発光装置の外面に露出されており、これによって外部からの給電を行うと共に、発光素子からの熱を外部に放出することができる。

（母材）
導電部材２に用いられる母材２１としては、Ｆｅ又はＣｕ、更にこれらを含む金属（合金）を用いるのが好ましい。板状のリードフレームを、所望の形状に加工したものを用いることができ、更には、セラミックパッケージ等に設けられる配線パターンに、Ｃｕやその合金をめっきしたものを用いてもよい。特に、板状のＣｕ及びＣｕ合金は、機械的特性、電気的特性、加工性等の面において優れているため好ましい。母材の厚みや形状等については、発光装置の形状等に応じて種々選択することができる。

（表面層）
母材２１の表面に設けられる表面層は、最表面がＡｕ層であり、導電性ワイヤが接続される接続部を有する第１領域Ａと、最表面がＡｇ層であり、発光素子が載置される載置部を有する第２領域Ｂと、を有している。尚、複数の導電部材に、それぞれ発光素子が載置されている場合は、各導電部材に第１領域と第２領域とを設けるのが好ましい。また、図１に示すように、発光素子１が載置されていない導電部材は、その全体を第１領域としてもよい。また、第１領域や第２領域と表面層が異なるその他の領域を有していてもよい。

（第１領域）
第１領域Ａは、Ａｕ層を最表面としており、導電性ワイヤとが電気的に接続される接続部を有している。Ａｕ層は、硫黄成分と反応しにくいため、保護膜が形成されにくい接続部であってもＡｇ層のような変質が進行しにくい。Ａｕ層の厚みは０．０００１μｍ〜２μｍが好ましく、更に０．０００５μｍ〜１μｍが好ましく、更には、０．００１μｍ〜０．５μｍが好ましい。このような範囲の厚さとすることで、比較的均一な膜厚の導電部材とすることができる。

また、第１領域は、導電性ワイヤが接続可能な面積であればよく、特に、Ａｕ層はＡｇ層等に比して発光素子からの光に対する反射率が低いため、第２領域よりも、小さい面積とするのが好ましい。尚、ここでの面積は、発光素子からの光が照射される領域内での面積を指し、図２に示すようなパッケージを有する場合はその内部に埋設されている部分や、外部に突出している部分、更に、裏面などを含まない領域を指す。

図２は、発光装置２０の上面図であり、凹部を有するパッケージ５内に複数の発光素子１が載置された発光装置である。図２に示すような、複数の発光素子１を有する発光装置２０のような場合、導電性ワイヤ４を、発光素子間で接合することで、導電部材２と導電性ワイヤ４との接合部を少なくすることができる。そのため、第１領域Ａ（ハッチング部）の面積を少なくすることができる。図２では、９個の発光素子１に対して、導電性ワイヤ４と導電部材２との接合部は、正極側及び負極側で、それぞれ１個所設けられている。これにより、第１領域Ａの面積を少なくして、光の吸収を少なくすることができる。

また、図２において、保護素子６は、第１領域上に載置されているが、このような発光に寄与しない素子は、第１領域と第２領域のいずれの上に載置してもよい。また、パッケージ５の外部に延在している導電部材は、図２に示すようにＡｕ層を最表面とする第１領域が設けられていることが好ましい。これにより、導電性や熱伝導性が低下するのを抑制することができる。

Ａｕ層は、電解めっき（電気めっき）で行うことができる。めっき液としては市販のものを用いることができる。

Ａｕ層を形成するめっきを行う前に、母材の前処理を行うのが好ましく、希硫酸、希硝酸、希塩酸等の酸処理や、水酸化ナトリウムなどのアルカリ処理が挙げられ、これらを１回又は数回、同じ処理又は異なる処理を組み合わせて行うことができる。前処理を数回行う場合は、各処理後に純水を用いて流水洗浄するのが好ましい。ＣｕやＣｕを含む合金からなる母材の場合、希硫酸が好ましく、ＦｅやＦｅを含む合金からなる母材の場合、希塩酸が好ましい。そして、このような処理液の中に母材を浸漬させて行うのが好ましく、更に、その処理液を撹拌させることでムラなく処理を行うことができる。

また、前処理後、Ａｕ層を形成する前に、他の金属のめっきや、ストライクめっきなどの中間層を形成してもよい。ストライク、めっきとしては、例えば、ＮｉやＮｉ合金を用いる場合は、Ｎｉストライク、Ｎｉめっきを行うことができる。或いは、Ｃｕストライクめっき後、更にＮｉストライク、Ｎｉめっきを行うことができる。このようなストライク、Ｎｉめっき後も、純水を用いて流水洗浄する。このような中間層の厚みは、０．０１μｍ〜１５μｍが好ましく、更に０．０５μｍ〜１０μｍ、更に０．１μｍ〜５μｍが好ましい。Ａｕ層とＮｉ層の間に、Ｎｉ以外のめっきを行っても良い。例えば、Ｎｉメッキの上に、Ｐｄストライク、めっきを行っても良い。０．００１μｍ〜５μｍが好ましく、更に０．００５μｍ〜３μｍ、更に０．０１μｍ〜１μｍが好ましい。このような複層からなる中間層を設けることで、Ａｕ層を形成させる面に密着性のよい緻密な金属粒子を析出させることができる。そのため、Ａｕ層と母材との密着性を向上させることができ、剥離しにくく均質なＡｕ層を形成することができる。

（第２領域）
第２領域Ｂは、Ａｇ層を最表面としており、この上に発光素子１が直接又はサブマウントなど別部材を介して載置される載置部を有している。Ａｇ層は、発光素子１からの光に対する反射率が高く、特に可視光領域の波長の光に対する反射率が７０％以上、特に好ましくは８０％以上の反射率であることが好ましい。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。また、高光沢であることが好ましく、光沢度は、好ましくは０．５以上、より好ましくは１．０以上、更に好ましくは１．６以上である。ここで示される光沢度は日本電色工業製 微小面色差計ＶＳＲ ３００Ａを用い、４５°照射、垂直受光で得られる数字である。

第２領域Ｂは、第１領域Ａよりも広い面積で設けることが好ましい。図２に示す発光装置２０のように、パッケージ５の凹部内に発光素子１が設けられる場合、そのパッケージ５が遮光性の樹脂からなるような場合は、凹部内に露出している導電部材のうち、第１領域Ａよりも広い面積となるように第２領域Ｂを設けるのが好ましい。Ａｇ層の厚みは、０．１μｍ〜１５μｍが好ましく、更に１μｍ〜５μｍが好ましい。

Ａｇ層も、Ａｕ層と同様に電解めっき（電気めっき）で行うことができる。めっき液としては市販のものを用いることができる。

Ａｇ層を形成する前に、Ａｕ層と同様に前処理を行うのが好ましい。前処理後のめっき液が酸性の場合は酸性の前処理液、前処理後のめっき液がアルカリ性の場合はアルカリ性の前処理液を使用するのが好ましい。酸性の前処理液としては、希硫酸、希硝酸、希塩酸が挙げられ、アルカリ性の前処理液としては、濃度が５〜１０％のシアン化カリウムが挙げられる。

また、Ａｇ層の下に、Ａｕ層を形成してもよい。母材としてＦｅやＣｕを用いる場合は、Ａｇ層の下にＡｕ層を設けるのが好ましい。例えば図１に示すように、母材２１の上面の全面にＡｕ層２２を形成し、その上の一部にＡｇ層２３を形成することで、第１領域Ａと第２領域Ｂとを形成することができる。

Ａｇは、硫黄含有ガスの中でも、特に、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を含む雰囲気下で反応し易いのに対し、ＦｅやＣｕは、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、特に二酸化硫黄（ＳＯ_２）を含む雰囲気下で反応して変質し易い。そのため、硫化水素と硫黄酸化物の両方が含まれる混合ガス雰囲気下においては、表面のＡｇ層が変質すると、その下のＦｅやＣｕにまでこのガスが侵入しやすくなり、その結果導電部材の深部（内部）にまで変質がおよぶことがある。これによって熱伝導性などが低下し易くなる。そのため、Ａｇ層の下にＡｕ層を設けておくことで、そのような変質を抑制するためのバリア層として機能させることができ、内部の変質を生じにくくすることができる。特に、導電性ワイヤの下方において保護膜が形成されにくい、または他の領域に比べて膜厚が薄く形成され易いなどは、Ａｇ層の下にＡｕ層を設けるのが好ましい。更に、Ａｕ層の下層に、Ａｕ以外の金属を用いた中間層を形成してもよい。

（保護層）
保護層は、導電部材２の表面層と硫黄含有ガスとの反応を抑制するためのものであり、特に、導電部材２の第２領域Ｂの最表面のＡｇ層２３の反射率を低下させないよう、透光性の保護膜を用いる。保護層は、発光素子１の載置部と、導電性ワイヤ４が接続される接続部以外の導電部材の表面に設けられる。このような保護膜としては、酸化珪素、酸化アルミニウムを用いることができる。形成方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＤＬ法で形成することができ、その厚みは、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、更に５ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。

（導電性ワイヤ）
発光素子の電極と、直接又は間接的に導電部材とを接続する導電性ワイヤは、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。特に、熱抵抗などに優れた金を用いるのが好ましい。

（接合部材）
接合部材は、発光素子を導電部材上に固定するものである。好ましい材料としては、導電性接合部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、Ａｕ−Ｓｎ共晶などのはんだ、低融点金属等のろう材を用いることができる。絶縁性接合部材としては、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物やその変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にＡｌやＡｇ膜などの反射率の高い金属層や誘電体反射膜を設けることができる。

（封止部材）
封止部材は、発光素子や導電部材を被覆し、塵芥や水分、更には外力などから保護する部材である。封止部材の材料としては、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。更に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。

このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換部材（蛍光部材）などを含有させることもできる。
封止樹部材の外表面の形状については配光特性などに応じて種々選択することができる。例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状などとすることで、指向特性を調整することができる。

（パッケージ）
図１のように、封止部材によって導電部材等を一体的に保持する形態のほかに、図２に示すように、導電部材を一体的に保持する部材として凹部を有するパッケージ５を用いてその内部に封止部材を設けてもよい。特に、封止部材として、シリコーン樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂などに比してガス透過性が高いため硫黄含有ガスを透過しやすく、導電部材に硫黄成分が達しやすい。そのため、パッケージ５の凹部内に封止部材３を設けることで、図１に示すような、パッケージのない発光装置１０に比べて、封止部材の表面の面積を低下させることができる。これにより、硫黄含有ガスの侵入を抑制することができ、導電部材の変質を低減することができる。このようなパッケージとしては、封止部材３に用いられる樹脂に比してガス透過性の低い樹脂が好ましく、具体的には、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔといった芳香族系ポリアミド、ＬＣＰといった芳香族系ポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物などの熱硬化性樹脂、セラミック、ガラスエポキシなどをあげることができる。これらの材料に、充填材（フィラー）としてＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２などの微粒子などを混入させることで光の反射率を調整し、発光素子からの光の約６０％以上を反射するよう、より好ましくは約８０％以上を反射するようにするのが好ましい。

また、図３に示すような凹部を有するパッケージ５を用いる場合、その凹部の内面において、パッケージ５と導電部材２との境界付近、すなわち、凹部内の側面と底面とが接する隅部において、導電部材（表面層）に、図３（ｂ）（ｃ）に示すような段差を形成させても良い。このような段差は、成形時に金型でフレームを挟み込む際に、導電部材（表面層のみ、もしくは表面層と母材の両方）の上面を変形可能な押圧力によって挟むことによって形成することができる。このように導電部材（特に表面層）を押しつぶすことで、導電部材と金型との隙間を少なくすることができるため、成形時のパッケージ樹脂が隙間に入り混んでバリが生成されるのを抑えることができる。そして、このようにバリの影を減らすことで、保護膜を所望の厚みで形成することができる。尚、成形時に発生するパッケージ樹脂のバリは、乾式ブラスト、湿式ブラスト、ウォータージェット、レーザー等のバリ取りで、除去することもできる。バリ取り工程を省く、または、より容易にバリを取りやすくするために、このように段差を設けることで、バリの発生を抑制することが好ましい。段差の高さ（押しつぶし量）は、０．００１〜１０μｍ、更に、好ましくは、０．０１〜５μｍが好ましい。

（発光素子）
発光素子は、任意の波長の半導体発光素子を選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。さらには、発光素子とともに、受光素子などを搭載することができる。

発光素子は、発光装置の発光面側から見て、その発光面の中心に位置するように載置するのが好ましい（例えば図１）。また、複数の発光素子を用いる場合も、それらの中心点が、発光面の中心に位置するのが好ましい。尚、ここで「中心点」とは、Ｘ方向における両端の発光素子を結ぶ直線と、Ｙ方向における両端の発光素子を結ぶ直線との交点を指すものとする。また、パッケージの凹部の大きさや形状、或いは、導電部材の大きさや形状等によっては、発光素子の中心点が開口部の中心と一致しないように配置してもよい。例えば、図２に示すように、９個の発光素子１の中心点を、パッケージの凹部の中心とややずらした位置としてもよい。特に、保護素子６が載置された導電部材２のような、凹部内において、第１領域（Ａｕ）が占める割合の大きい側（図２では凹部の中心より右側）から、離れる方向（図２では凹部の中心より左側）にずらすのが好ましく、これにより、第１領域のＡｕ層による光の吸収を少なくすることができる。

本発明に係る発光装置は、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置、などにも利用することができる。

１０、２０…発光装置
１…発光素子
２…導電部材
２１…母材
２２…表面層（Ａｕ層）
２３…表面層（Ａｇ層）
Ａ…第１領域
Ｂ…第２領域
３…封止部材
４…導電性ワイヤ
５…パッケージ
６…保護素子

Claims (6)

1. 導電部材上に載置される発光素子と、
   前記導電部材を一体的に保持し、凹部を形成するパッケージと、
   該導電部材と前記発光素子とを電気的に接続させる導電性ワイヤと、
   前記発光素子及び前記導電性ワイヤを封止する封止部材と、
   を有する発光装置であって、
   前記導電部材は、表面層を有し、
   該表面層は、最表面がＡｕ層であり、導電性ワイヤが接続される接続部を有する第１領域と、最表面がＡｇ層であり、前記発光素子が載置される載置部を有する第２領域と、を有し、
   前記導電部材は、前記凹部内の底面と内面との境界付近に段差を有し、
   前記接続部と前記載置部以外の前記導電部材の表面層上に、透光性の保護層が設けられている発光装置。
2. 前記第２領域は、前記第１領域よりも広い面積で設けられる請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第２領域は、前記Ａｇ層の下に、Ａｕ層が設けられている請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記保護層は、酸化珪素、酸化アルミニウムから選択される少なくとも１種を含む請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 導電部材上に載置される発光素子と、前記導電部材を一体的に保持し、凹部を形成するパッケージと、該導電部材と前記発光素子とを電気的に接続させる導電性ワイヤと、前記発光素子及び前記導電性ワイヤを封止する封止部材と、を有する発光装置の製造方法であって、
   母材上に、表面層として、最表面がＡｕ層であり、導電性ワイヤが接続される接続部を有する第１領域と、最表面がＡｇ層であり、前記発光素子が載置される載置部を有する第２領域と、を有する前記導電部材を準備する第１の工程と、
   前記パッケージを、前記導電部材と一体に形成する第２の工程と、
   前記接続部と前記載置部以外の前記表面層上に、透光性の保護層を設ける第３の工程と、を有し、
   前記第２の工程おいて、前記導電部材に、前記凹部内の底面と内面との境界付近に段差を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
6. 前記第２の工程おいて、前記パッケージは金型による成形で形成し、
   前記段差は、前記導電部材を前記金型で挟み込む際に、少なくとも前記表面層を変形可能な押圧力によって挟むことで形成する請求項５に記載の発光装置の製造方法。

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