JP2006351568A - 発光素子搭載パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子搭載パッケージの製造方法において、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する。
【解決手段】 パッケージ本体１１のキャビティ１３の周側面に銀めっき層２０を形成した後、キャビティ１３内の素子搭載部２４上にシート状の半田プリフォーム２３を挟んで発光素子１２を載置し、発光素子１２を素子搭載部２４上に半田付けした後、発光素子１２の電極とパッド１５とをボンディングワイヤ１４で接続する。この後、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浸漬させて銀めっき層２０の表面に銀変色防止処理被膜２１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の表面全体を透明な薄い銀変色防止処理被膜２１で被覆する。 【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子を実装するキャビティ内面に該発光素子の光を反射する光反射面を形成した発光素子搭載パッケージの製造方法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パッケージは、図５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、封止樹脂に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。

この問題を解決するために、本出願人は、最近、特願２００５−１２１０６８号の出願明細書に示すように、キャビティ周側面の光反射面を銀変色防止剤により銀変色防止処理する技術を研究しているが、この研究過程で、次のような新たな問題が判明した。

発光素子搭載パッケージの製造工程に銀変色防止処理工程を追加する場合、図４に示す比較例のように、銀めっき工程終了後に、パッケージ本体（特許文献１ではアルミナ基板１）のキャビティ内面の光反射面となる銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理を行った後、パッケージ本体のキャビティ内に発光素子を実装することが考えられる。この際、発光素子の実装は、接着剤を用いて熱をかけないで行う場合もあるが、半田等で２３０℃程度の熱をかけて行う場合の方が多い。従って、発光素子を実装する前に、銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理すると、その後、発光素子の実装を半田等で２３０℃程度の熱をかけて行う際に、銀めっき層の表面の銀変色防止処理被膜が実装時の熱でほぼ焼失して、銀変色防止効果がほとんど無くなることが判明した。

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パッケージの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の発光素子搭載パッケージの製造方法は、パッケージ本体のキャビティ内面のうちの少なくとも光反射面を形成する部分に銀めっき層を形成する銀めっき工程と、前記パッケージ本体のキャビティ内に発光素子を実装する素子実装工程と、前記発光素子の実装後に前記光反射面となる前記銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理する銀変色防止処理工程とを含むことを特徴とするものである。この製造方法では、発光素子の実装後に銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理するため、発光素子の実装を２３０℃程度の熱をかけて行う場合でも、銀めっき層の表面の銀変色防止処理被膜が実装時の熱で焼失するという不具合は全く起こり得ず、銀変色防止処理による銀変色防止効果を長期間に亘って維持できて、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することができる。

更に、本発明は、銀変色防止処理工程において、前記発光素子が実装された前記パッケージ本体のうちの少なくとも前記光反射面となる前記銀めっき層の表面を銀変色防止剤の溶液に浸漬することで、該銀めっき層の表面を銀変色防止処理するようにすると良い。このようにすれば、浸漬という極めて簡単な方法で銀めっき層の表面を能率良く銀変色防止処理することができて、生産性・コスト性の要求も満たすことができる。

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パッケージの構成例である。このパッケージ本体１１に発光素子１２を搭載するためのキャビティ１３を複数個形成しても良いことは言うまでもない。

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テーパ面状に形成されている。

キャビティ１３の底面となる部分には、発光素子１２を半田プリフォーム２３により実装するための素子搭載部２４と、発光素子１２の電極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、発光素子１２の実装後に銀変色防止剤による銀変色防止処理被膜２１（有機被膜）が形成され、光反射面２２となる銀めっき層２０の表面全体が透明な薄い銀変色防止処理被膜２１で被覆された構成となっている。この銀変色防止処理被膜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、素子搭載部２４、パッド１５のいずれかをタングステン、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と高融点金属（下地メタライズ層１８、ビア１６、配線パターン１７、素子搭載部２４、パッド１５）を同時焼成する。

この後、ニッケルめっき工程に進み、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、銀めっき工程に進み、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上に例えば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。

この銀めっき工程の終了後に、素子実装工程に進み、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、キャビティ１３内の素子搭載部２４上にシート状の半田プリフォーム２３を挟んで発光素子１２を載置し、この状態で、２３０℃程度の熱をかけて半田プリフォーム２３を溶融し、発光素子１２を素子搭載部２４上に半田付けする。この後、図２（ｃ）に示すように、発光素子１２の電極とパッド１５とをボンディングワイヤ１４で接続する。

この素子実装工程の終了後に、銀変色防止処理工程に進み、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処理被膜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処理被膜２１で被覆される。

この後、パッケージ本体１１のキャビティ１３内に透明樹脂を充填して発光素子１２と光反射面２２を封止するようにしても良い。

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処理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等により変色し、光反射率（光沢度）が低下するのを避けられない。

これに対して、本実施例では、パッケージ本体１１のキャビティ１３内に発光素子１２を実装した後、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り銀変色防止処理するようにしたので、銀めっき層２０の表面を銀変色防止処理被膜２１で被覆することができる。これにより、銀めっき層２０の表面を銀変色防止処理被膜２１によって変色環境（硫黄成分）から遮断することができて、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。

本発明者は、上述した実施例の製造方法（図３参照）で発光素子搭載パッケージのサンプルを作製して、銀変色防止処理被膜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を形成した後、パッケージ本体１１のキャビティ１３内に半田プリフォーム２３を用いて２３０℃程度で加熱して発光素子１２を実装し、この後、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処理被膜２１を形成したものである。

銀変色防止処理被膜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処理被膜２１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、銀変色防止処理被膜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処理被膜２１（有機被膜）を形成しているため、銀変色防止処理被膜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、銀変色防止処理被膜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（銀変色防止処理被膜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（銀変色防止処理被膜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（銀変色防止処理被膜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（銀変色防止処理被膜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（銀変色防止処理被膜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（銀変色防止処理被膜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処理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、発光素子１２の実装後に、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処理被膜２１を形成するようにしたので、後述する比較例（図４参照）のように、発光素子の実装前に、銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理した後に発光素子の実装を行う場合とは異なり、発光素子１２の実装を２３０℃程度の熱をかけて行う場合でも、銀めっき層２０の表面の銀変色防止処理被膜２１が実装時の熱で焼失するという不具合は全く起こり得ず、銀変色防止処理被膜２１による銀変色防止効果を長期間に亘って維持できる。このため、キャビティ１３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処理被膜２１によって防止することができ、硫化現象等による銀めっき層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を実装する工程や、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。

前述したように、発光素子搭載パッケージの製造工程に銀変色防止処理工程を追加する場合、図４に示す比較例のように、銀めっき工程終了後に、パッケージ本体のキャビティ内面の光反射面となる銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理を行った後、パッケージ本体のキャビティ内に発光素子を実装することが考えられる。この比較例についても、実施例（表１）と同じ銀変色防止剤を用いて、銀変色防止剤の種類と銀めっき層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、その試験結果を次の表２に示す。この比較例のサンプルは、発光素子の実装前に、銀変色防止処理を行った後、半田プリフォームを用いて２３０℃程度で加熱して発光素子を実装した点が、実施例のサンプルと異なる。

この試験結果から明らかなように、比較例では、銀変色防止処理を行った後に２３０℃程度で加熱して発光素子の実装を行うようにしたので、いずれの銀変色防止剤を用いても、銀めっき層の表面の銀変色防止処理被膜が実装時の熱でほぼ焼失して、銀変色防止効果がほとんど無くなることが判明した。従って、実装時の熱による銀変色防止処理被膜の焼失を避けるためには、発光素子の実装後に銀変色防止処理を行う必要がある。

尚、図１のパッケージ構成例では、キャビティ１３内面のうち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。

また、キャビティ１３内に発光素子１２を実装する方法は、半田プリフォーム２３を用いる方法に限定されず、例えば、クリーム半田を素子搭載部２４に塗布して発光素子１２を半田付けするようにしても良く、勿論、発光素子の実装を、接着剤を用いて熱をかけずに行うようにしても良い。

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を示す縦断面図である。 実施例の素子実装工程の作業手順を説明する図である。 実施例の製造方法の主要部の工程の順序を示す図である。 比較例の製造方法の主要部の工程の順序を示す図である。 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、１９…下地ニッケルめっき層、２０…銀めっき層、２１…銀変色防止処理被膜、２２…光反射面、２３…半田プリフォーム、２４…素子搭載部

Claims (2)

1. パッケージ本体のキャビティ内に発光素子を実装すると共に、該キャビティ内面に該発光素子の光を反射する光反射面を形成した発光素子搭載パッケージを製造する方法において、
   前記パッケージ本体のキャビティ内面のうちの少なくとも前記光反射面を形成する部分に銀めっき層を形成する銀めっき工程と、
   前記パッケージ本体のキャビティ内に前記発光素子を実装する素子実装工程と、
   前記発光素子の実装後に前記光反射面となる前記銀めっき層の表面を銀変色防止剤により銀変色防止処理する銀変色防止処理工程と
   を含むことを特徴とする発光素子搭載パッケージの製造方法。
2. 前記銀変色防止処理工程において、前記発光素子が実装された前記パッケージ本体のうちの少なくとも前記光反射面となる前記銀めっき層の表面を銀変色防止剤の溶液に浸漬することで、該銀めっき層の表面を銀変色防止処理することを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載パッケージの製造方法。

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