JP2005347375A - 発光素子用ステム及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域での反射率の低下を可及的に少なくし得る発光素子用ステムを提供する。
【解決手段】発光ダイオード２０が搭載される金属製のステム１０の搭載面に、発光ダイオード２０からの光を反射する反射面が形成された発光素子用ステムにおいて、該反射面が形成されるステム１０の素地面に光沢ニッケルめっき層が形成されていると共に、前記光沢ニッケルめっき層上に光沢銀めっき層が形成され、且つ前記光沢銀めっき層に照射した波長４００ｎｍの紫外線の反射率が８０％以上であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光素子用ステム及び光半導体装置に関し、更に詳細には発光素子が搭載される金属製のステムの素地面に、光沢めっき層が形成されて成る発光素子用ステム、及び前記発光素子用ステムを用いた光半導体装置に関する。

発光素子が搭載された光半導体装置としては、下記特許文献１に記載された図３（ａ）（ｂ）に示すものが知られている。
図３（ａ）（ｂ）に示す光半導体装置では、表面に銅めっきや銀めっきを施して形成しためっき皮膜８で覆われた金属製の一対のリード線１，２が設けられており、リード線１の先端部に光反射機能を有する凹部４が形成されている。
かかる凹部４内には、リード線２とワイヤ６によってボンディングされた発光素子５が搭載されており、発光素子５及びワイヤ６は、透明又は半透明の樹脂７によって封止されている。
特開昭５７−４１８４号（第１図）

図３に示す光半導体装置によれば、発光素子５で発光された光のうち、凹部４に向けて発光された光は凹部４の反射面によって光半導体装置の先端部方向に反射される。このため、発光素子５から光半導体装置の先端部方向に発光された光と共に、発光素子５から凹部４の方向に発光された光も、光半導体装置の先端部から照射される。
ところで、リード線１の先端部に形成された凹部４の表面には、通常、光沢銀めっきが施されて光反射機能を付与される。
光沢銀めっきによって金属表面に形成した光沢銀めっき皮膜の反射率は、図４に示す様に、他の光沢めっき皮膜よりも優れている。
しかしながら、光沢銀めっき皮膜でも、波長５００〜１０００ｎｍの波長領域における反射率は８０〜９０％であり、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域では、その反射率が８０％未満に急激に低下する。この様に、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域での反射率が急激に低下する凹部４を具備する光半導体装置を用いた画像処理装置で画像処理を行なうと、良好な画像が得られ難い。
そこで、本発明の課題は、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域での反射率の低下を可及的に少なくし得る発光素子用ステム及び光半導体装置を提供することにある。

本発明者は、先ず、従来の発光素子用ステムについて、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域での反射率が急激に低下する原因について検討したところ、波長の短い紫外光は、光沢銀めっき皮膜の表面に形成された微細凹凸によって乱反射され易いこと、光沢銀めっき皮膜の表面に形成される微小凹凸は、光沢銀めっき皮膜を形成するステムの表面粗さに影響され易いこと、ステムの表面粗さを更に少なくすることは至難のことであることを知った。
このため、本発明者は、ステムの表面に光沢めっき下地層を形成した後、この光沢めっき下地層の表面に光沢銀めっき層を形成することによって、波長４００ｎｍの紫外線光の反射率を向上できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、発光素子が搭載される金属製のステムの搭載面に、前記発光素子からの光を反射する反射面が形成された発光素子用ステムにおいて、該反射面が形成されるステムの素地面に光沢めっき下地層が形成されていると共に、前記光沢めっき下地層上に光沢銀めっき層が形成され、且つ前記光沢銀めっき層に照射した波長４００ｎｍの紫外線の反射率が８０％以上であることを特徴とする発光素子用ステムていることを特徴とする発光素子用ステムにある。
また、本発明は、この発光素子用ステムに形成された発光素子搭載部に、発光素子が搭載されていることを特徴とする光半導体装置にある。

かかる本発明において、光沢めっき下地層を、光沢ニッケルめっき層とし、ステムの素地面と前記光沢ニッケルめっき層との間に、ワット浴を用いた電解ニッケルめっきによるニッケルめっき層を形成することによって、ステムの素材色調が光沢銀めっき層に影響することを効果的に防止できる。
更に、光沢めっき下地層の厚さを２μｍ以上とし、光沢銀めっき層の厚さを３μｍ以上とすることが好ましい。
また、金属製のステムとしては、Fe-Ni-Co合金から成るステムを好適に採用でき、発光素子として、発光ダイオードを好適に採用できる。

本発明に係る発光素子用ステムによれば、発光素子が搭載される金属製のステムの搭載面に形成された反射面は、ステムの素地面に形成された光沢めっき下地層と、この光沢めっき下地層上に形成された光沢銀めっき層とから構成されている。このため、ステムの素地面の表面粗さは光沢めっき下地層によって吸収でき、平坦な光沢めっき下地層の表面上に光沢銀めっき層を形成できる。
このため、ステムの素地面に直接光沢銀めっき層を形成した場合に比較して、波長４００ｎｍ近傍の紫外線の反射率を向上でき、光沢銀めっき層に照射した波長４００ｎｍの紫外線の反射率を８０％以上とすることができる。

本発明に係る光半導体装置の一例を図１に示す。図１に示す光半導体装置は、Fe-Ni-Co合金（コバール）から成る円柱状のステム１０には、その一面側にすり鉢状の凹部１８が形成されている。かかる凹部１８の底面は、発光ダイオード２０が搭載される発光素子搭載部であり、凹部１８の内壁面は、凹部１８の底面に搭載された発光素子としての発光ダイオード２０から発光される光の反射面に形成されている。
また、ステム１０に形成された貫通孔１２内には、リード線１４の一端部近傍が挿入されてガラス１６によって封着されている。このリード線１４は、その一端部がステム１０の一面側に突出しており、リード線１４の突出先端と凹部１８の底面に搭載された発光ダイオード２０とがワイヤ２４によってボンディングされている。
更に、かかるステム１０の他面側には、アースリードとしてのリード線２２の一端が装着されている。
尚、ステム１０の一面側に搭載された発光ダイオード２０やワイヤ２４は、ステム１０に装着されるガラス板２７付きの金属製キャップ２６によって封止される。

図１に示すステム１０には、リード線１４，２２を含むステム１０（以下、単にステム１０と称することがある）の素地面の全面に、光沢めっき下地層としての光沢ニッケルめっき層が形成されており、この光沢ニッケルめっき層上に、光沢銀めっき層が形成されている。
この様に、光沢ニッケルめっき層を形成することによって、ステム１０の素地面の表面粗さを光沢ニッケルめっき層によって吸収し、平坦な光沢ニッケルめっき層の表面上に光沢銀めっき層を形成できる。このため、形成された光沢銀めっき層の表面の平坦性を向上できる。
かかる光沢ニッケルめっき層としては、その厚さを２μｍ以上（特に２〜５μｍ）とし、光沢銀めっき層の厚さを３μｍ以上（特に３〜７μｍ）とすることが好ましい。光沢ニッケルめっき層の厚さを２μｍ未満とすると、ステム１０の素地面の表面粗さを充分に吸収し難くなる傾向にある。
尚、ステムの素地面に形成するめっき層の厚さの上限は、経済上の観点から１０μｍ程度とすることが好ましい。

図１に示すステム１０の素地面の全面に光沢ニッケルめっき層を形成する際には、ステム１０を光沢ニッケル浴に浸漬して電解ニッケルめっきを施す。この光沢ニッケル浴としては、光沢剤としてサッカリン化合物が添加された公知の光沢ニッケル浴、例えば化学便覧「応用化学編Ｉプロセス編」第４１２頁表５．７５（日本化学会編、昭和６３年１１月
１５日第２刷発行、丸善株式会社）に掲載されている光沢ニッケル浴を用いることができる。
かかる光沢ニッケルめっき層上に、光沢銀めっき層を形成する際には、光沢ニッケルめっき層を形成したステム１０を光沢銀めっき浴に浸漬して電解銀めっきを施す。この光沢銀めっき浴としては、例えばシアン化銀カリウム、シアン化カリウム及び炭酸ナトリウムに、光沢剤としての二酸化セレンや市販されている光沢剤を添加した光沢銀めっき浴を用いることができる。

この様に、ステム１０の素地面に直接光沢ニッケルめっき層を形成すると、ステムの素材色調が光沢銀めっき層に影響を及ぼす場合がある。この場合、ステム１０の素地面にワット浴を用いた電解ニッケルめっきによるニッケルめっき層（以下、ワットＮｉめっき層と称することがある）を形成した後、光沢ニッケルめっき層を形成することによって、ステムの素材色調の影響を防止できる。かかるワットＮｉめっき層は、２〜５μｍ程度とすることが好ましい。このワット浴としては、公知のワット浴、例えば化学便覧「応用化学編Ｉプロセス編」第４１２頁表５．７３（日本化学会編、昭和６３年１１月１５日第２刷発行、丸善株式会社）に掲載されているワット浴を用いることができる。
また、光沢ニッケルめっき層上に光沢銀めっき層を形成する際に、両層の密着性を向上すべく、光沢ニッケルめっき層上に、厚さ１μｍ程度の銀ストライクめっき層を形成した後、光沢銀めっき層を形成することが好ましい。この銀ストライクめっき層を形成するめっき浴も、公知の銀ストライク浴、例えば化学便覧「応用化学編Ｉプロセス編」第４１４頁表５．８３（日本化学会編、昭和６３年１１月１５日第２刷発行、丸善株式会社）に掲載されている銀ストライク浴を用いることができる。

これまで説明した様に、素地面の全面に形成した光沢ニッケルめっき層上に、光沢銀めっき層を形成したステム１０では、その光沢銀めっき層に波長４００ｎｍの紫外線を照射したときの反射率は８０％以上を呈し、素地面に直接光沢銀めっき層を形成した場合に比較して、波長４００ｎｍ近傍の紫外線領域での反射率を向上できる。
更に、波長５００〜１０００ｎｍの波長領域でも、その反射率は９０％を越えており、素地面に直接光沢銀めっき層を形成した場合よりも反射率を向上できる。
以上、説明したステム１０では、リード線１４，２２を含むステム１０の素地面の全面に光沢ニッケルめっき層及び光沢銀めっき層を形成しているが、凹部１８が形成されたステム１０の一面側のみに光沢ニッケルめっき層及び光沢銀めっき層を形成してもよい。
また、光沢めっき下地層としての光沢ニッケルめっき層を形成しているが、光沢ニッケルめっき層に代えて光沢銅めっき層を形成してもよい。

図１に示すFe-Ni-Co合金（コバール）から成る円柱状のステム１０及びリード線１４，２２の素地面の全面を下記表１の組成のワット浴に浸漬し、浴温６０℃で電流密度０．５Ａ／ｄｍ²の条件で電解ニッケルめっきを施して、平均厚さ２μｍのニッケルめっき層を形成した。

更に、素地全面にニッケルめっき層を形成したリード線１４，２２を含むステム１０を、下記表２に示す光沢ニッケル浴に浸漬し、浴温５０℃で電流密度０．５Ａ／ｄｍ²の条件で電解ニッケルめっきを施して、リード線１４，２２を含むステム１０に形成したニッケルめっき層の全面に平均厚さ７μｍの光沢ニッケルめっき層を形成した。

この様に、素地全面にニッケルめっき層及び光沢ニッケルめっき層を形成したリード線１４，２２を含むステム１０を、下記表３に示す銀ストライク浴に浸漬し、浴温２５℃で４Ｖ定電圧の条件で電解銀めっきを施して、リード線１４，２２を含むステム１０の光沢ニッケルめっき層の全面に平均厚さ１μｍの銀ストライクめっき層を形成した。

その後、素地全面にニッケルめっき層、光沢ニッケルめっき層及び銀ストライクめっき層を形成したリード線１４，２２を含むステム１０を、下記表４に示す光沢銀めっき浴に浸漬し、浴温２５℃で電流密度１．０Ａ／ｄｍ²の条件で電解銀めっきを施して、リード線１４，２２を含むステム１０の銀ストライクめっき層の全面に平均厚さが３μｍ、５μｍ及び７μｍの光沢銀めっき層を形成した。

実施例１で得た素地全面にニッケルめっき層、光沢ニッケルめっき層、銀ストライクめっき層及び光沢銀めっき層を形成したリード線１４，２２を含むステム１０に種々の波長の光を照射し、その反射率を測定した。かかる反射率について、光沢銀めっき層の厚さを、３μｍ、５μｍ、７μｍとしたステム１０の各々について測定した結果を図２に示す。
実施例１で得たステム１０では、波長４００ｎｍの紫外線を照射したときの反射率は８０％以上を呈し、素地面に直接光沢銀めっき層を形成した図４に示す反射率に比較して、波長４００ｎｍ近傍の紫外線領域での反射率が向上されていることが判る。
更に、波長５００〜１０００ｎｍの波長領域でも、その反射率は９０％を越えており、素地面に直接光沢銀めっき層を形成した図４に示す反射率が向上されていることも判る。

本発明に係る光半導体装置の一例を説明するための断面図である。 本発明に係る発光素子用ステムの反射率についてのグラフである。 従来の光半導体装置を説明するための斜視図及び断面図である。 ステムの素地面に直接光沢銀めっき層を形成した場合の反射率についてのグラフである。

符号の説明

１０ ステム
１２ 貫通孔
１４，２２ リード線
１６ ガラス
１８ 凹部
２０ 発光ダイオード（発光素子）
２４ ワイヤ
２６ 透明キャップ

Claims (6)

1. 発光素子が搭載される金属製のステムの搭載面に、前記発光素子からの光を反射する反射面が形成された発光素子用ステムにおいて、
   該反射面が形成されるステムの素地面に光沢めっき下地層が形成されていると共に、前記光沢めっき下地層上に光沢銀めっき層が形成され、
   且つ前記光沢銀めっき層に照射した波長４００ｎｍの紫外線の反射率が８０％以上であることを特徴とする発光素子用ステム。
2. 光沢めっき下地層が、光沢ニッケルめっき層であって、ステムの素地面と前記光沢ニッケルめっき層との間に、ワット浴を用いた電解ニッケルめっきによるニッケルめっき層が形成されている請求項１記載の発光素子用ステム。
3. 光沢めっき下地層の厚さが２μｍ以上であり、光沢銀めっき層の厚さが３μｍ以上である請求項１又は請求項２記載の発光素子用ステム。
4. 金属製のステムが、Fe-Ni-Co合金から成るステムである請求項１〜３のいずれか一項記載の発行素子用ステム。
5. 発光素子が、発光ダイオードである請求項１〜４のいずれか一項記載の発光素子用ステム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項記載の発光素子用ステムに形成された発光素子搭載部に、発光素子が搭載されていることを特徴とする光半導体装置。

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