JP5682341B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、めっきが施されたリードフレームを有する発光装置に関する。

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金属などのリードフレーム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、Ａｕ等の硫化しにくい金属層を、Ａｇの表面に部分的に設ける試みがなされている（例えば、特許文献１）

特開２００７−１４９８２３号公報

しかしながら、図２に示すように、部分的に異なる積層構造の金属層を設けると、樹脂製の枠状部材を成型する際に、膜厚が薄い部分に成型樹脂が入り込んでバリ（フラッシュバリ）が形成され易い。そして、このバリが、発光素子や導電性ワイヤなどの接合領域に形成されると、接合不良となり、導通が取れない場合がある。また、接合領域以外の領域にバリが形成された場合であっても、その厚みや大きさによっては、剥離して不要な位置に付着し、光学特性の低下の原因になるなどの問題が生じる可能性もある。

前記課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、凹部が形成された樹脂成形体と、表面にめっき層を有し、樹脂成形体を介して設けられる少なくとも一対のリードフレームと、リードフレームと電気的に接続される発光素子と、を有する発光装置であって、リードフレームは、その一部が前記樹脂形成体の凹部内の底面において露出され、めっき層は、下地層と、その下地層の上面の一部が露出するよう積層される表面層とを有し、下地層は、凹部の底面において前記樹脂成形体から離間する位置で露出されていることを特徴とする。

このような構成によれば、高反射率を有するとともに、導通部材の密着性にも優れた導電性部材を有する発光装置を、バリが発生しにくく、電子部品の接続不良を生じにくくすることができる。

図１Ａは、本発明の実施形態に係る発光装置を示す上面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｘ線における断面図である。 図１Ｃは、図１Ｂの部分拡大図である。 図２は、従来例を示す断面図である。

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１Ａは発光装置１０の上面図であり、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ線における断面図、図１Ｃは図１Ｂの部分拡大図である。

図１Ａに示すように、発光装置１０は、正負一対の電極として機能するリードフレーム２が絶縁部材である樹脂成形体５を介して配置されるとともに、一体的に保持されてなるパッケージを有している。ここでは、樹脂成形体５は、底面部と側壁部からなり、上面側から光を放出可能な開口部とする凹部が形成されているパッケージについて説明する。第１リードフレーム２１及び第２リードフレーム２２は、その一部が凹部内の底面において露出するように設けられている。凹部内の第１リードフレーム２１上には発光素子１が載置されており、発光素子１と第１及び第２リードフレームとは、導電性ワイヤ４で直接或いは間接的に電気的に接続されている。そして、発光素子１を被覆するように、リードフレーム上に透光性の封止部材３が設けられている。

発光素子１が載置される第１リードフレーム２１は、母材２１ａの表面に、めっき層として下地層２１ｂと、その上に積層される表面層２１ｃとを有している。表面層２１ｃは、凹部内の底面において、下地層２１ｂの上の全面ではなく、その一部が露出されるように部分的に形成されている。すなわち、リードフレームの表面に、発光素子からの光に対する反射率の高い領域（表面層２２ｃ）と、導電性ワイヤの接続性が良好な領域（下地層２２ｂ）と、それぞれ特性の異なる領域を設けている。これにより、光の取り出し効率に優れ、且つ、導電性ワイヤの接続不良が生じにくい信頼性の高い発光装置とすることができる。

そして、図１Ａに示すように、露出された下地層２１ｃが、樹脂成形体５から離間する位置に設けられている。すなわち、成形時に、溶融樹脂の流路に接するリードフレームの上面が表面層のみとなっている。これにより、表面層よりも高さの低い上面を有する下地層の上に、意図しない溶融樹脂が流れ込むことを抑制することができる。特に、樹脂成形体が熱硬化性樹脂である場合、熱可塑性樹脂に比べて流路を流れる樹脂の粘度が極めて低いため、厚みの薄いめっき層（表面層）分の高さしかない隙間であっても入り込み易くなる。そして、隙間、すなわち、下地層の上面に流れ込んだ樹脂が、硬化後にバリ（フラッシュバリ）となる。このようなバリが形成されると、導電性ワイヤと下地層と接合不良の原因となり、導通が取れない、又は、取りにくい状態となる。これに対し、本実施の形態のように、高さの低い下地層が溶融樹脂の流路から離間する位置で露出するようにすることで、バリが形成されにくくなる。
以下、各部材について詳述する。

（リードフレーム）
リードフレームは、母材である金属板と、その上に設けられるめっき層を有している。このリードフレームは、発光装置としたときに、発光素子や保護素子に給電するための電極として機能するよう、樹脂成形体を介して電気的に離間するよう設けられ、図１Ａに示すよう正極と負極とが一対設けられるほか、複数対設けてもよい。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いる。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。本実施の形態では、発光素子が載置される側を第１リードフレーム、発光素子が載置されていない側を第２リードフレームとしているが、第２リードフレームに発光素子を載置しても構わない。以下、母材、めっき層（下地層、表面層）の説明において、図１Ｃ等に図示する第１リードフレーム２１の符号等を用いて説明するが、第２リードフレームは、第１リードフレームと同様の材料を用いることができる。

（金属板）
リードフレーム２の母材として用いられる金属板２１ａ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も含む。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。

（めっき層）
金属板２１ａの表面に設けられるめっき層は、母材よりも反射率を高くする、また、導電性ワイヤとの密着性を良好とする、など、母材の表面特性を調整するために設けられる。本実施の形態では、金属板のほぼ全面を覆うように設けられ、凹部内の底面において、表面層よりも硫化しにくい下地層２１ｂと、その上に積層され発光素子からの光に対して高い反射率を有する表面層２１ｃとを有する。尚、これらめっき層と金属板の間や、各めっき層の間に、下地層や表面層とは別のめっき層を有していてもよい。また、樹脂成形体５の外側面においては、発光素子からの光は照射されない領域であるため、反射率の高い表面層を設ける必要はなく、図１Ａに示すように下地層のみが最表面となるようにする。その場合、下地層は、樹脂成形体と離間させる必要はなく、接するように設けるのが好ましい。すなわち、樹脂成形体とリードフレームのめっき層は、凹部の内部では表面層のみと接し、凹部の外部（側壁部の外側面）では下地層のみと接している。更に、樹脂成形体５の裏面側においても、図１Ｃに示すように下地層のみと接している。このように、内側と外側とで異なるめっき層と接するように樹脂成形体を形成することで、樹脂成形体とリードフレームの密着性を上げることができる。

（下地層）
下地層２１ｂは、主として導電性ワイヤとの密着性が良好で、且つ、表面層２１ｃよりも反射率が低いものの、硫黄成分と反応しにくい金属を用いる。具体的にはＡｕ、Ａｕ合金、Ｐｄ、Ｐｄ合金等が好ましく、特に最表面としてはＡｕが好ましい。この下地層２１ｂに導電性ワイヤが電気的に接続される。下地層は、母材の表面（上面、下面、側面）のほぼ全面にわたって設けるのが好ましい。特に、硫黄成分と反応しにくい金属を用いるのが好ましく、これにより、母材としてＦｅ、Ｃｕを用いた場合、その金属板に硫黄成分が浸透するの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る。下地層の厚みは、０．００１μｍ〜３μｍが好ましく、更に０．００１μｍ〜１μｍが好ましい。このような範囲の厚さとすることで、硫黄含有ガスの侵入を防ぐバリア層としての効果を充分に確保しつつ、比較的均一な膜厚の導電部材とすることができる。

樹脂成形体の凹部内の底面において、第１リードフレーム２１の上面で露出される下地層２１ｂは、樹脂成形体（底面部と側壁部）から離間する位置に設けられ、導電性ワイヤ４が接続可能な面積であればよい。特に、下地層２１ｂは表面層２１ｃに比べて発光素子１からの光に対する反射率が低いため、その露出する面積は小さい程好ましく、図１Ａに示すように、凹部内の底面において、表面層２１ｃよりも小さい面積とするのが好ましい。樹脂成形体からの距離は、表面層形成時のマスク等の厚みや、成形時の金型とリードフレームのズレ、ボンディング性等を考慮して設定することができる。全て同じ距離だけ離間してもよく、或いは、位置や形状等に応じて異なる距離だけ離間させてもよい。

また、保護素子６を載置させる場合は、反射率を考慮する必要がないため、第１リードフレームと第２リードフレームのいずれに載置しても構わないが、図１Ａに示すように、第２リードフレーム２２上に載置し、少しでも発光素子１から離れるように設けるのが好ましい。そして、このような保護素子６を載置する場合、その保護素子６に接続する導電性ワイヤも接続可能なように、下地層２１ｂ、２１ｃの露出面積を確保するのが好ましい。

また、複数の発光素子１を有する発光装置１０の場合、導電性ワイヤ４を、発光素子１間で接合することで、導電部材２１と導電性ワイヤ４との接合個所の数を少なくすることができる。そのため、下地層２１ｂの露出面積を少なくすることができる。例えば、図１Ａ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との接合個所は、正極（第１リードフレーム）２１側及び負極（第２リードフレーム）２２側で、それぞれ１個所設けられている。これにより、下地層２１ｂの露出面積を、導電性ワイヤ４の一本分の接続面積を確保するだけでよい。これにより、リードフレームの大きさを小さくでき、ひいてはこれらを保持する樹脂成形体の大きさも、不要に大型化することを抑制することができる。また、隣接する発光素子１間で導電性ワイヤ４を接続することで、その長さを比較的短くすることができるため、封止部材硬化時の応力の影響を受けにくくし、断線等を生じにくくすることができる。

下地層をめっきにより形成する前に、金属板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、各処理後に純粋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金属板の場合、希硫酸が好ましく、ＦｅやＦｅを含む合金からなる金属板の場合、希塩酸が好ましい。

下地層としては、最表面をＡｕ層とするのが好ましく、他にも、Ａｕ合金、Ｐｄ、Ｐｄ合金などを用いることができる。また、これら最表面層を形成する前に、上記以外の金属のめっきや、ストライクめっきなどの中間層を形成してもよい。

（表面層）
下地層の上に設けられる表面層は、発光素子からの光に対する反射率が下地層よりも高い金属を用いるのが好ましい。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、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。

このような表面層は、図１Ａに示す発光装置１０のように、樹脂成形体５の側壁部５１で囲まれた凹部内に発光素子１が設けられる場合、そして、その樹脂成形体５が遮光性（発光素子からの光を透過しにくい）の樹脂からなるような場合は、凹部内の底面に露出している第１リードフレームのなかで、下地層の露出部２１ｂよりも広い面積となるように表面層を設けるのが好ましい。このように部分的に表面層を設ける場合、あらかじめ下地層の上面に、表面層を形成しない領域をレジスト等でマスクすることで、容易に形成することができる。表面層は、単層又は複数層とすることができ、最表面はＡｇ又はＡｇ合金が好ましい。表面層の厚みは、０．１μｍ〜２０μｍが好ましく、更に１μｍ〜５μｍが好ましい。

表面層を形成する前に、下地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。

（接合部材）
接合部材は、発光素子をリードフレーム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、発光素子やリードフレームを被覆し、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。

（樹脂成形体）
樹脂成形体５は、第１及び第２リードフレームを一体的に保持する部材であり、一対のリードフレームの間に設けられる。また、図１Ａ等に示すように、側壁部５１と底面部５２からなる凹部を有していてもよい。底面部５２は、図１Ｃに示すように、第１リードフレーム２１の表面層２１Ｃと、第２リードフレーム２２の表面層２２Ｃと同じ高さとなるように形成されており、露出された下地層２１ｂ、２２ｂよりも高い位置に形成される。

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、樹脂パッケージの凹部内に封止部材３を設けることで、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、リードフレームの変質を低減することができる。このような樹脂パッケージに用いる熱硬化性樹脂としては、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透過率を調整し、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９０％を反射するようにするのが好ましい。

（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。

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…発光装置
１…発光素子
２…リードフレーム
２１…第１リードフレーム
２１ａ…母材
２１ｂ…下地層
２１ｃ…表面層
２２…第２リードフレーム
２２ａ…母材
２２ｂ…下地層
２２ｃ…表面層
３…封止部材
４…導電性ワイヤ
５…樹脂成形体
５１…側壁部
５２…底面部
６…保護素子

Claims (3)

1. 凹部が形成された樹脂成形体と、
   表面にめっき層を有し、前記樹脂成形体を介して設けられる少なくとも一対のリードフレームと、
   該リードフレームと電気的に接続される発光素子と、
   を有する発光装置であって、
   前記リードフレームは、その一部が前記樹脂形成体の凹部内の底面において露出され、
   前記めっき層は、下地層と、その下地層の上面の一部が露出するよう積層される表面層とを有し、前記下地層は、前記凹部の底面において前記樹脂成形体から離間する位置で露出されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記下地層は、最表面がＡｕ、Ａｕ合金、Ｐｄ、Ｐｄ合金から選択される少なくとも１種である請求項１記載の発光装置。
3. 前記表面層は、Ａｇ又はＡｇ合金である請求項１又は請求項２に記載の発光装置。

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