JP5473738B2

JP5473738B2 - Ｌｅｄパッケージ

Info

Publication number: JP5473738B2
Application number: JP2010092881A
Authority: JP
Inventors: 武海秋元; 文夫大下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: JP2011222881A

Description

この発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）のチップが装填されるキャビティの反射面を改善したＬＥＤパッケージに関する。

発光ダイオードは、電流を流すことによって発光する半導体発光素子であって、ＧａＡｓやＧａＮ等の半導体からなるＰＮ接合ダイオードで、これに順方向の電圧（Ｐ型にプラス、Ｎ型にマイナス）を加えると、Ｐ型半導体の内部にプラスの荷電をもつホール（正孔）が、Ｎ型半導体の内部にはマイナスの電荷をもった電子がそれぞれ発生し、この二つが結合するときに光が発生する。この光の色はＰＮ接合ダイオードを作る材料などにより、いろいろなものが出せるようになっている。

最近脚光を浴びている白色ＬＥＤは、様々な表示や照明に用いられているが、この発光原理には二つあり、その一つは光の三原色である赤、緑、青を合成して白色とするもので、もう一つは青色ＬＥＤを蛍光物質で覆い、これらが発する黄色と元々の青色とが合成されて白色を発光するものである。どちらも、青色ＬＥＤが必要であるが、これは発明に成功したメーカーの日亜化学工業株式会社が大きなシェアを占めている。

ＬＥＤの外観については、砲弾型、チップ型、多セグメント型などがある。これを形作るパッケージは、その部材をアノード（陽極）とカソード（陰極）に分け、少なくともその一方が底面となるように逆台形のキャビティ形成され、その底面にＬＥＤ素子（チップ）が接着され、アノードとカソードとにワイヤーで接続され、そしてキャビティに透明樹脂が充填して封止される。したがって、ＬＥＤ素子から発する光はキャビティの内面に反射し、透明封入材から外部に放出される。

キャビティの底面を反射面（リフレクター）とするために、アノードとカソードの基材を金または銀メッキされる。そのうち金は様々な化合物に対して不活性で変色を起こさない点で優れているが、青色光を吸収するため、銀メッキに比較し輝度が低下するというデメリットがある。一方、銀メッキ部分を湿気や化学物質による腐食から保護するため、銀メッキ上にアクリル系樹脂をプライマーとして塗布することにより、銀メッキが変色して光の取り出し効果が低下するのを防止する提案がなされている（特許文献１、特許文献２）。

また従来、一般的に銀メッキに変色防止処理を施す場合、メッキ工程については、パッケージの基材は、アノードとカソードとに分けて成形され、その両方について、脱脂および酸活性処理の後、下地メッキ（Ｃｕ・Ｎｉ合金など）をなし、その上に銀メッキを施してから、変色防止処理を施す。これには有機系変色防止剤（２‐ヘプタデルイミダゾール、２‐メルカプトベンゾチアゾール、チオナリドなど）を使用し、浸漬または塗布により銀メッキに表面処理が施される。

２００９−２０６１２４号公報２００９−２９０１８０号公報

しかしながら、上記のような従来の変色防止処理によれば、作業性がよくないばかりか、パッケージ基材の表面の銀メッキの変色を安定して防止することができなかった。特に、有機系の変色防止剤を使用したときには、それが熱に弱いため、ＬＥＤから発する熱を受けることにより機能を喪失し、銀の大気中の硫化物と反応する性質から、銀メッキが次第に変色するという事態は避けられなかった。また、反射効率の低下はＬＥＤの熱がこもる原因となるため悪循環を招くという問題もあった。

この発明は、上記のような実情に鑑みて、パッケージ基材に清浄に光を反射する銀メッキを施すもので、その銀メッキの上にインジウム・コバルト合金メッキ処理を施すことにより、経時的に熱を受けてもＬＥＤの光の反射面が高輝度を維持するＬＥＤパッケージを提供することを課題とした。

上記の課題を解決するために、この発明は、ＬＥＤチップが凹部の底面に接合されて納められ透明封入材が充填されるキャビティを有し、キャビティの少なくとも底面が銀メッキによる反射面であるＬＥＤパッケージにおいて、該銀メッキの上にその保護膜として、インジウム５０〜９８％・コバルト５０〜２％の合金比率であるインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキが施されていることを特徴とするＬＥＤパッケージを提供する。

ＬＥＤパッケージを上記のように構成したから、銀メッキは上記合金比率のインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキにより変色しないように保護されるが、このインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキは高温に耐えるために、経時的に変色が防止され、ＬＥＤに係る高温でも高輝度且つ高効率な反射面を安定して維持することができるという機能が確実に発揮される。

インジウム（Ｉｎ）は、原子番号４９の元素で、第３族元素の一つである。インジウムの色調は銀白色の柔らかい金属で、常温、空気中で安定する金属である。現在、インジウムは透明導電皮膜、光デバイスや半導体などの用途向けに要求が高まっている。特に、インジウム・コバルト合金皮膜は耐熱性が強く、熱に対して銀などの皮膜との熱拡散しにくいため、これからの工業向け電子部品に採用することにも最適である。

本発明に係るインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキの皮膜の特徴については、それが０．０００１μｍであっても次のような特徴を有する。
（１）柔らかい銀白色の均一でピンホールのない皮膜が得られる。
（２）下地メッキ金属の色調及び光沢度に影響しない。
（３）皮膜の結晶は均一の微細粒子である。
（４）インジウム・コバルト合金メッキ皮膜のうち、インジウム５０〜９８％・コバルト５０〜２％の合金比率が最適である。
（５）皮膜の厚さがたとえ、わずか０．０００１μｍでも耐酸アルカリ性、耐硫化ガスなどに優れている。
なお、本発明に係るインジウム・コバルト合金メッキの合金比率は、上記したようにインジウム５０〜９８％・コバルト５０〜２％であるが、以下の説明において、便宜上この合金比率を省略して説明に行くことにする。

今まで銀の表面に無機又は有機化合物を使用する銀変色防止剤が開発、使用されてきたが、ＬＥＤの環境下では効果が得られなかった。本発明は、上記のインジウム・コバルト合金メッキの特徴に着目し、特に安定した高度反射率を要求するＬＥＤパッケージのキャビティの反射面において、銀メッキ皮膜上にインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキをたとえ０．０００１μｍの僅少な厚みでメッキされていても銀の変色を確実に防止することができるという知見を得て所期の目的を達成し得たものである。

以上説明したように、この発明のＬＥＤパッケージによれば、パッケージ基材に清浄に光を反射する銀メッキを施すもので、変色しやすいという銀メッキの欠点を解決し、その銀メッキの上にインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキを施すことにより、経時的に変色が防止され、ＬＥＤに係る高温でも高輝度且つ高効率な反射面を安定して維持することができるという優れた効果がある。

この発明のＬＥＤパッケージをＬＥＤの概略の制作要領で示す一の手順の断面説明図である。次の手順の説明図である。次の手順の説明図である。次の手順の説明図である。次の手順の説明図である。ＬＥＤが完成した説明図である。他の実施例を示す図６に対応する断面説明図である。他の実施例を示す図６に対応する断面説明図である。

本発明は、ＬＥＤパッケージを構成するアノード基材１ａとカソード基材１ｂとの両方又は一方に銀メッキ５を施すとともにその上に変色防止を主目的とするインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７を施すものである。メッキ浴としては、スルファミン酸などの無機酸化合物又はクエン酸などの有機酸化合物より構成をしたメッキ浴が使用される。

スルファミン酸化合物のインジウム・コバルト合金メッキ浴は、浴温及びｐＨが低く、合金皮膜の結晶が緻密なので、耐硫化ガスなど良好である。
〔スルファミン酸化合物浴組成及びメッキ条件〕
スルファミン酸インジウム１００ｇ／Ｌ
硫酸コバルト２０ｇ／Ｌ
スルファミン酸カリウム２００ｇ／Ｌ
リン酸二水素一カリウム３０ｇ／Ｌ
添加剤適量
ｐＨ１．５〜３．０
浴温度２０〜３０℃
陰極電流密度０．５〜３．０Ａ／ｄｍ^２
メッキ時間５〜〜４０秒

有機酸化合物のインジウム・コバルト合金メッキ浴の特徴は、弱酸性、メッキの付き回りが良く、合金皮膜の比率が安定し、合金皮膜の結晶がもっとも緻密のため銀メッキ皮膜の耐硫化ガスなどが良好である。
〔有機酸化合物のインジウム・コバルト合金浴組成及びメッキ条件〕
インジウムメタル濃度３０ｇ／Ｌ
コバルトメタル濃度５ｇ／Ｌ
酒石酸１２０ｇ／Ｌ
酒石酸カリウムナトリウム５０ｇ／Ｌ
ポリエチレングリコール＃１０００１〜２ｇ／Ｌ
ｐＨ３．６〜５．４
浴温度３０〜６５℃
攪拌機械・中攪拌
陰極電流密度０．２〜５Ａ／ｄｍ^２
メッキ時間３〜６０秒

インジウム・コバルト合金メッキ皮膜の特徴としては、インジウム５０〜９８％及びコバルト５０〜２％の合金比率で、合金皮膜の結晶がもっとも緻密のため、銀メッキ皮膜の耐硫化ガス、耐酸アルカリなどが良好である。そのためこれからの電子部品などの分野で広く使用される可能性が高い。

図１ないし図６は、表面実装型ＬＥＤ（チップ型）の製造手順でパッケージを示したもので、メッキ厚は微小であるが、これらの図では分かりやすく説明の都合から断面においてメッキ厚を過度な厚みで示した。

パッケージの基材は、アノード基材１ａとカソード基材１ｂとからなり、板材をプレス３で加工することにより両方が得られる（図１）。その両方に脱脂、酸活性（アルカリ脱脂後に表面を清浄にする）処理を施した外面に、銅合金の下地メッキの後、銀メッキ５とインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７とが順次施される（図２）。メッキ浴及び条件は上記の［００１８］又は［００１９］にて施される。

次に、一種のインサート成形により、アノード基材１ａとカソード基材１ｂとを樹脂成形部９により一体に結合するとともに、樹脂成形部９の中央部にキャビティ１１を設ける（図３）。キャビティ１１は、底面が両基材１ａ，１ｂの露出面であって、上面に銀メッキ５がインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７に透かして清浄な反射面となっている。なお、その底面ではアノード基材１ａとカソード基材１ｂとの間に樹脂が充填され間隔が保持されている。また、キャビティ１１の内側面は外側への反射光が得られるように傾斜してある。

カソード基材１ｂの上面にはＬＥＤチップ１３が銀ペーストを介して固定される（図４）。そして、ＬＥＤチップ１３はアノード基材１ａと、カソード基材１ｂとにそれぞれ金線のワイヤー１５ａ，１５ｂを介して接続（ボンディング）される（図５）。この状態でキャビティ１１にアクリル樹脂の透明封入材１７が充填される。

図７は、上記実施例と類例の表面実装型ＬＥＤを示したものである（なお、図１〜図６とは違ってメッキ厚は断面では示さない。図８についても同じ）。

この場合は、銅合金のメッキを下地として、銀メッキ５とインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７とが施されたアノード基材１ａとカソード基材１ｂとが互いに口合する断面コ字形であって、上部において、カソード基材１ｂ側が長くアノード基材１ａ側が短く形成されている。こうすれば、ＬＥＤチップ１３を出来るだけ中央部に位置してカソード基材１ｂに接着できる。

図８は、砲弾型ＬＥＤを示したもので、アノード基材１ａとカソード基材１ｂとのうち、カソード基材１ｂの上端部に膨出部１４を設け、そこに凹部を設けることによりキャビティ１１が形成されているので、このカソード基材１ｂ（全体）にだけ銅合金メッキを下地として銀メッキ５とインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７とが施される。

この場合も、ＬＥＤチップ１３は、アノード基材１ａとカソード基材１ｂとにワイヤー１５ａ，１５ｂを介して接続され、キャビティ１１には透明封入材１７が充填されるが、レンズ１９をインサート成形することによりアノード基材１ａとカソード基材１ｂとがインサートとして一体化される。

ＬＥＤ用銀メッキについては次の品質が要求されるが、これらはインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７により有効に保持される結果となった。
（１）光沢度（０．４〜０．８）
（２）反射率維持
（３）耐熱後（３００°Ｃ）の耐硫化特性（経時変色について）
（４）ワイヤーボンデング性
これら特性について、次の試験を行ってこれらの要求が確保されることを確認できた。
（イ）変色試験として二酸化硫黄ガス試験（ＳＯ_２２５±５ｐｐｍ室温±１°Ｃ湿度８０±５％）
（ロ）硫化水素ガス試験（Ｈ_２Ｓ１０±２ｐｐｍ室温４０±１°Ｃ湿度８０±５％）
なお、比較例としていえば、従来は、一般的に有機系の変色防止を施していたわけであるが、この皮膜は２００°Ｃ程度で破壊された。インジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ７は３００°Ｃで耐えるので本発明が一段と優れていることが分かる。

１ａアノード基材
１ｂカソード基材
５銀メッキ
７インジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキ
９樹脂成形部
１４膨出部

Claims

ＬＥＤチップが凹部の底面に接合されて納められ透明封入材が充填されるキャビティを有し、キャビティの少なくとも底面が銀メッキによる反射面であるＬＥＤパッケージにおいて、該銀メッキの上にその保護膜として、インジウム５０〜９８％・コバルト５０〜２％の合金比率であるインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキが施されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
アノード基材とカソード基材とを間隔を隔てて樹脂成形部の成形により一体化するとともに、樹脂成形部の中央部に凹部を設けることにより両基材が底面に露出するキャビティが形成され、両基材に銀メッキとその保護膜として、インジウム５０〜９８％・コバルト５０〜２％の合金比率であるインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキを施すことにより、キャビティの底面が銀メッキの上に上記インジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキを保護膜として施されている反射面となっていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤパッケージ。
レンズの樹脂成形により一体化されるアノード基材とカソード基材とが間隔を隔てて設けられ、カソード基材は、上端部にアノード基材に向かって突出する膨出部を設けるとともに、膨出部に凹部を設けることによりキャビティが形成され、カソード基材に銀メッキとその保護膜として、インジウム５０〜９８％・コバルト５０〜２％の合金比率であるインジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキとを施すことにより、キャビティの内面の全面が、銀メッキの上に上記インジウム・コバルト（Ｉｎ−Ｃｏ）合金メッキを保護膜として施されている反射面となっていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤパッケージ。