CN104073677B - Led的引线框用铜合金板条 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种引线框用铜合金板条,其目的在于提高Cu‑Fe系铜合金板条构成的引线框的导电率和导热率,改善LED封装体的放热性。提高在引线框的表面形成的镀Ag反射膜的反射率,实现LED封装体的高亮度化。在Cu‑Fe系铜合金板条中,轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μm以下,RzJIS:1.2μm以下,Rz:1.5μm以下,轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度为1~30μm,沿着轧制平行方向在表面密集地形成有最大深度为400nm以下的凹坑。Ra为算数平均粗糙度,RzJIS为十点平均粗糙度,Rz为最大高度粗糙度。Cu‑Fe系铜合金板条包含Fe:1.8~2.6质量%、P:0.005~0.20质量%、Zn:0.01~0.50质量%,或者包含Fe:0.01~0.5质量%、P:0.01~0.20质量%、Zn:0.01~1.0质量%、Sn:0.01~0.15质量%,余量实质性上由Cu和不可避免的杂质构成。

Description

LED的引线框用铜合金板条
技术领域
本发明涉及例如作为LED的引线框使用的铜合金板条(板和条)。
背景技术
近年来,以发光二极管(LED:Light Emitting Diode)作为光源的发光装置由于节能且长寿命,在广泛的领域内得以普及。LED元件被固定于热传导性和导电性优异的铜合金引线框,被组装到封装体中。为了有效地取出从LED元件发出的光,而在铜合金引线框的表面形成作为反射膜的镀Ag被膜。作为LED用引线框的铜合金,多使用强度:450N/mm2、导电率:70%IACS左右的C194(参照专利文献1、2)。
为了使LED封装体高亮度化,有使LED元件自身高亮度化的方法和使镀Ag高品质化(高反射率化)的方法。但是,LED元件的高亮度化接近极限,只要略微的高亮度化,元件成本就大幅度提高。因此,近年来对镀Ag的高反射率化的要求变强烈。
另一方面,镀Ag大大受到铜合金原材料的表面状态的影响,容易产生凸起、未镀、条纹等,阻碍镀Ag的反射特性的缺陷。特别是,多用作LED用铜合金引线框的C194在原材料中包含着Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子,露出于表面的这些粒子使上述镀Ag缺陷产生,这使镀Ag的反射率降低。
另外,主要用作照明用途的高亮度LED的发热量出乎意料的大,该热量使LED元件自身和周围的树脂劣化,有可能损害作为LED的特长的长寿命,因此LED元件的放热措施被视为很重要。作为该放热措施之一,要求比上述的C194更高的导电率(导热率)的LED引线框。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-252215号公报
专利文献2:日本特开2012-89638号公报(段落0058)
发明内容
本发明目的在于提高在由C194系(Cu-Fe系铜合金)板条构成的引线框的表面形成的镀Ag反射膜的反射率,实现LED封装体的高亮度化。进一步的目的在于作为LED封装体的放热措施的一个环节,采用具有比C194高的导电率的Cu-Fe-P系铜合金作为引线框的原材料,提高在表面形成的镀Ag反射膜的反射率,实现LED封装体的高亮度化。
本发明涉及调整表面形态而使镀Ag反射膜的反射率提高了的LED的引线框用Cu-Fe系铜合金板条(板和条),其特征在于,轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μm以下,RzJIS:1.2μm以下,Rz:1.5μm以下,轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度为1~30μm,沿着轧制平行方向在表面密集地形成有最大深度为400nm以下的凹坑。还有,Ra为算数平均粗糙度,RzJIS为十点平均粗糙度,Rz为最大高度粗糙度。
上述C194系铜合金(Cu-Fe系铜合金)包含Fe:1.8~2.6质量%、P:0.005~0.20质量%、Zn:0.01~0.50质量%,余量由Cu和不可避免的杂质构成。另外,根据需要,还包含合计为0.3质量%以下的Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr中的1种或2种以上。
或者,上述Cu-Fe-P系铜合金包含Fe:0.01~0.5质量%、P:0.01~0.20质量%、Zn:0.01~1.0质量%、Sn:0.01~0.15质量%,余量由Cu和不可避免的杂质构成。另外,根据需要,还包含合计为0.3质量%以下的Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si、Ag中的1种或2种以上。
在上述Cu-Fe-P系铜合金的板条中,优选露出于表面的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子的粒径为5μm以下,并且具有1μm以上的粒径的粒子为3000个/mm2以下。还有,粒子的大小是指该粒子的外接圆的直径。
根据本发明,具有高导电率(导热率)的引线框成为放热路径,可以提高LED封装体的放热性。另外,提高在由Cu-Fe-P系铜合金板条构成的引线框的表面形成的镀Ag反射膜的反射率,可以实现LED封装体的高亮度化。
附图说明
图1是表示本发明涉及的铜合金板条的表面形态的示意图。
图2是本发明涉及的铜合金板条的轧制平行方向的AFM轮廓的一例。
图3是本发明涉及的铜合金板条的轧制垂直方向的AFM轮廓的一例。
图4是本发明涉及的铜合金板条的轧制平行方向的AFM轮廓的一例。
图5是本发明涉及的铜合金板条的轧制垂直方向的AFM轮廓的一例。
具体实施方式
接着,参照图1~5,对本发明进行更具体地说明。
(铜合金板条的表面形态)
欲提高作为反射膜的镀Ag膜的反射特性,则受到作为基材的铜合金板状的表面形态的影响。首先,沿着铜合金板条的轧制平行方向,通过在其表面整面密集地形成无数的细小凹坑,而将从元件发出的光均匀地分散反射,使提高反射率成为可能。
此时的铜合金板条的轧制垂直方向的表面粗糙度要求算数平均粗糙度Ra为0.2μm以下,十点平均粗糙度RzJIS为1.2μm以下,最大高度粗糙度Rz为1.5μm以下。如果Ra超过0.2μm,则基于镀Ag膜的光反射的方向性消失,并且光的均匀散射是不充分的,无法提高反射率。另外,RzJIS超过1.2μm或Rz超过1.5μm时,同样不能得到充分的反射率。
在铜合金板条的表面密集地存在的凹坑要求轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度为1~30μm,沿着轧制平行方向的最大深度为400nm以下。如图1的示意图所示,该凹坑1在铜合金板条的表面密集地存在,后述的AFM轮廓的峰成为其边界。
轧制平行方向的平均长度小于2μm或超过100μm时,基于镀Ag膜的光的均匀散射不充分,不能得到高的反射率。凹坑的轧制平行方向的平均长度优选8~50μm,更优选10~30μm。另外,凹坑的轧制垂直方向的平均长度小于1μm或超过30μm时,基于镀Ag膜的光的均匀散射不充分,无法得到高的反射率。凹坑的轧制垂直方向的平均长度优选3~15μm,更优选4~10μm,在轧制平行方向测定的凹坑的深度超过400nm时,基于镀Ag膜的光的均匀散射不充分,无法得到高的反射率。凹坑的深度优选50~200nm,更优选70~150nm。
露出于C194系(Cu-Fe系)铜合金的最外表面的粒子由Fe、Fe-P或Fe-P-O构成,该露出部分的粒径(外接圆的直径)超过5μm时,或露出部分的粒径为1μm以上的粒子超过3000个/mm2存在时,发生凸起或未镀等镀Ag缺陷,成为镀Ag被膜的反射特性劣化的原因。
本发明涉及的Cu-Fe-P系铜合金,在板条的最外表面露出Fe、Fe-P或Fe-P-O等粒子。这些粒子的露出部分的粒径(外接圆的直径)超过5μm时或露出部分的粒径为1μm以上的粒子超过2000个/mm2而存在时,出现了发生凸起或未镀等的镀Ag缺陷的可能性。因此,在本发明涉及的铜合金板条中,希望露出于最外表面的Fe、Fe-P或Fe-P-O等粒子的露出部分的粒径为5μm以下,并且露出部分的粒径为1μm以上的粒子为2000个/mm2以下。
(C194系(Cu-Fe系)铜合金)
本发明涉及的C194系(Cu-Fe系)铜合金包含Fe:1.8~2.6质量%、P:0.005~0.20质量%、Zn:0.01~0.50质量%,余量由Cu和不可避免的杂质构成,根据需要,还包含合计为0.3质量%以下的Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr中的1种或2种以上。
在上述C194系(Cu-Fe系)铜合金中,Fe和P形成化合物,具有提高强度和导电率特性的作用。但是,如果含有超过2.6质量%,则熔解时不能全部固溶的Fe作为结晶产物残留,该结晶产物为大的粒子且粒径也达到数10μm以上,其露出于铜合金板条的表面,成为镀Ag缺陷的原因。另外,如果小于1.8质量%,则不能得到作为LED用引线框的强度。另一方面,如果P含有超过0.2质量%,则会使作为LED用引线框的导热性和导电性劣化,如果小于0.005质量%,则不能得到作为LED用框架的强度。
在上述C194系(Cu-Fe系)铜合金中,Zn具有提高焊料的耐热剥离性的作用,具有维持将LED封装体组装到基盘时的焊料接合可靠性的作用。如果该Zn小于0.01质量%,则对满足焊料的耐热剥离性是不充分的,如果含有超过0.50质量%,则导热性和导电性劣化。
在上述C194系(Cu-Fe系)铜合金中,Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr使铜合金的强度、耐热性提高,进而也具有提高制造时的热轧性的作用。对于向铜合金添加这些元素得到上述作用时,希望含有合计为0.02质量%以上。但是,这些成分如果含有超过合计为0.3质量%,会造成导热性和导电率劣化。
(Cu-Fe-P系铜合金)
本发明涉及的Cu-Fe-P系铜合金包含Fe:0.01~0.5质量%、P:0.01~0.20质量%、Zn:0.01~1.0质量%、Sn:0.01~0.15质量%,余量由Cu和不可避免的杂质构成,根据需要,还包含合计为0.3质量%以下的Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si、Ag中的1种或2种以上。
在上述Cu-Fe-P系铜合金中,Fe和P形成化合物,具有提高强度和导电率特性的作用。但是,如果含有超过0.5质量%,则引起铜合金的导电率和导热率的降低。另外,如果小于0.01质量%,则不能得到作为LED用引线框的强度。另一方面,如果P含有超过0.2质量%,则使铜合金的导电率和导热率劣化,如果小于0.01质量%,则不能得到作为LED用引线框需要的强度。
在上述Cu-Fe-P系铜合金中,Zn具有提高焊料的耐热剥离性的作用,具有维持将LED封装体组装到基盘时的焊料接合可靠性的作用。如果该Zn小于0.01质量%,则对满足焊料的耐热剥离性是不充分的,如果含有超过1.0质量%,则铜合金的导热性和导电性劣化。
Sn有助于提高铜合金的强度,如果小于0.01质量%,则不能得到充分的强度。另外,如果Sn含有超过0.15质量%,则会造成铜合金的导电率和导热率劣化。
在上述Cu-Fe-P系铜合金中,Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si、Ag使铜合金的强度、耐热性提高,进而也具有提高制造时的热轧性的作用。向铜合金添加这些元素得到上述作用时,希望含有合计为0.02质量%以上。但是,如果这些成分含有超过合计为0.3质量%,则会造成导热性和导电率劣化。
(铜合金板条的制造方法)
关于C194铜合金板条和Cu-Fe-P系铜合金板条,通常是将铸锭端面切削后进行热轧,热轧后急冷或熔体化处理,继而进行冷轧和析出退火,然后进行最终冷轧而制造。可根据需要重复进行冷轧和析出退火,根据需要在最终冷轧后进行低温退火。本发明涉及的铜合金板条的情况也不需要较大地改变该制造工序本身。另一方面,粗大的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子主要是熔解铸造时和热轧时形成,因此必须选择适当的熔解铸造和热轧的条件。具体如下。
在熔解铸造中,1200℃以上的铜合金熔液中添加Fe后熔解,之后也将熔液温度保持在1200℃以上进行铸造。铸锭的冷却在凝固时(固液共存时)和凝固后均按1℃/秒以上的冷却速度进行。因此,连续铸造或半连续铸造时,使铸模内的一次冷却,铸模之后的二次冷却必须充分起效。在热轧中,将均质化处理在900℃以上,希望在950℃以上进行,在该温度下开始热轧,热轧结束温度为650℃以上,希望为700℃以上,热轧结束后立刻用大量的水急冷至300℃以下。
本发明涉及的铜合金板条的表面形态(表面粗糙度、凹部)是在最终冷轧中,通过将轧制辊的表面形状转印到铜合金板条而形成。换言之,需要在轧制辊的表面具有与上述表面形态对应的微细的暗纹图案。作为该轧制辊使用塞隆(SiAlON)等的氮化硅系的辊。使该辊旋转以及沿轴方向平行移动的同时,在其表面使金刚石磨粒的超磨粒砂轮沿同方向旋转并施加力(接触面的移动方向相反),磨削辊的表面而形成暗纹图案。通过改变金刚石磨粒的粒度和分布密度、超磨粒砂轮的施加力、辊的旋转速度和移动速度,由此可以在辊的表面形成粗糙度(长度、宽度、高度)不同的微细的凹凸,即形成暗纹图案。
在最终冷轧中,采用辊径为20~100mm左右的辊,按单个道次或多个道次的通板的合计计进行20~70%的冷加工。进行多个道次的通板的情况下,希望将第1道次的塞隆辊的暗纹设定为比第2道次之后的辊的暗纹粗,将第2道次之后的轧制速度设定为比第1道次的轧制速度慢。轧制速度慢的一方,辊的暗纹被更好地转印到铜合金板条的表面,辊径小的一方可以进行稳定的转印。另外,氮化硅系的辊材质坚固不易变形,因此认为可良好地将辊的暗纹图案转印到铜合金板条的表面。目前只有采用以超磨粒砂轮磨削了表面的氮化硅系的辊实施最终冷轧,才能由此能得到具有本发明规定的表面形态(特别是密集地形成的凹部)的铜合金板条。
实施例
将表1~4中所示成分的铜合金用小型电炉在大气中在木炭皮膜下熔炼,铸造了厚度50mm、宽度80mm、长度180mm的铸锭。对所制作的上述铸锭的正面和背面进行端面切削各5mm后,在950℃下进行均质化处理后热轧,制成厚度12mmt的板材,从700℃以上的温度进行急冷。将该板材的正面和背面分别进行端面切削约1mm。对这些板材反复进行冷轧和500~550℃×2~5小时的析出退火后,采用在表面形成暗纹图案的直径50mm的塞隆辊(仅No.33,130为无暗纹图案的普通的高速钢辊),以40%的加工率进行最终冷轧,制作厚度0.2mm的铜合金条作为试验材料。
【表1】
【表2】
*元素含量过剩或不足之处或特性劣化之处
【表3】
【表4】
*元素含量过剩或不足之处或特性劣化之处
采用所制作的试验材料,按下述要点进行拉伸强度、导电率、露出于表面的粒子的粒径和密度、表面粗糙度和凹坑形状的各测定试验。测定结果示于表1~8中。但是,关于No.14~19,33~40的拉伸强度、导电率、露出于表面的粒子的粒径和密度,视为与No.1相同的值,省略了测定试验本身。另外,关于No.114~119,130~137的拉伸强度、导电率、露出于表面的粒子的粒径和密度,视为与No.101相同的值,省略了测定试验本身。
(拉伸强度的测定)
从试验材料上采样长度方向与轧制方向呈平行的JIS5号试验片,依据JISZ2241的规定进行拉伸试验,测定拉伸强度。拉伸强度对于试验材料No.1~40,400N/mm2以上为合格。对于试验材料No.101~137,450N/mm2以上为合格。
(导电率的测定)
导电率依据JISH0505的规定测定。导电率对于试验材料No.1~40,65%IACS以上为合格。对于试验材料No.101~137,80%IACS以上为合格。
(露出于表面的粒子粒径和密度的测定)
采用所制作的试验材料,利用×2000倍进行表面的SEM观察,在100μm×100μm的范围内计量粒径(外接圆直径)为1μm以上的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子或夹杂物的个数,算出1mm2的平均个数。另外,在同范围中测定上述粒子或夹杂物的最大粒径。
(表面粗糙度的测定)
采用所制作的试验材料,利用AFM(Atomic Force Microscope)沿轧制垂直方向观察试验材料表面状态,求得曲线表面粗糙度(AFM轮廓),由该AFM轮廓求得Ra(算数平均粗糙度),RzJIS(十点平均粗糙度)和Rz(最大高度粗糙度)。轧制垂直方向的AFM轮廓的一例示于图3和图5中。
(凹坑形状的测定)
凹坑的轧制平行方向的平均长度和深度由轧制平行方向的AFM轮廓求得。轧制平行方向的AFM轮廓的一例示于图2和图4。如图2和图4所示,与铜合金板表面的一般的粗糙度曲线不同,在轧制平行方向连续形成有明显的凹坑。另外,凹坑的轧制垂直方向的平均长度由轧制垂直方向的AFM轮廓(图3和图5参照)求得。AFM轮廓的测定长度为500μm。
凹坑的长度为AFM轮廓的相邻的峰之间的距离,并将轧制平行方向和轧制垂直方向均由AFM轮廓求得的Rsm(轮廓曲线要素的平均长度)视为凹坑的平均长度。凹坑的深度为AFM轮廓相邻的峰和谷之间的距离,其最大值作为凹坑的最大深度。
【表5】
【表6】
*不满足规定之处或特定劣化之处
【表7】
【表8】
*不满足规定之处或特定劣化之处
接着,对制作的试验材料在下述条件下进行镀Ag,按下述要点进行有无镀Ag缺陷的观察、耐热剥离性试验和反射率的测定。测定结果示于表1~8中。
(镀Ag条件)
对各试验材料进行电解脱脂(5Adm2×60sec),酸洗(20质量%硫酸×5sec),以平均厚度0.1μm为目标进行Cu闪镀后,进行了厚度2.5μm的镀Ag。Ag镀敷液的成分如下。Ag浓度:80g/L,游离KCN浓度:120gL,碳酸钾浓度:15g/L,添加剂(商品名:Ag20-10T(Metalor Technologies SA制)):20ml/L。
(有无镀Ag缺陷)
SEM观察镀Ag表面,评价1mm2的范围的镀Ag有无缺陷(镀敷未镀、凸起)。
(耐热剥离性)
从各试验材料采样长方形试验片,钎焊后,保持150℃×1000Hr,确认弯曲复原时的焊料的剥离状况。按焊料未剥离的评价为○(合格),剥离的评价为×(不合格)。还有,焊料使用Sn-3质量%Ag-0.5质量%Cu焊料,按浴温260±5℃、浸渍时间5sec来进行。
(反射率的测定)
采用Konica Minolta株式会社制的分光测色计CM-600d测定总反射率(正反射率+漫反射率)。总反射率90%以上为合格。
如表1、2所示,No.1~21的合金成分、试验材料的露出于表面的粒子的尺寸和密度、表面粗糙度及表面的凹坑的大小等均满足本发明的规定,不仅拉伸强度大、导电率高、焊料耐热剥离性优异,而且与未形成凹部的通常的C194(No.33)相比,镀Ag的反射率高。
同样,如表3、4所示,No.101~119的合金成分、表面粗糙度和表面的凹坑的大小等均满足本发明的规定,不仅拉伸强度大、导电率高、焊料耐热剥离性优异,而且与未形成凹部的Cu-Fe-P合金(No.130)相比,镀Ag的反射率高。
另一方面,如表2所示,本发明中规定的合金成分以外的No.22~32中,No.23~32的拉伸强度、导电率和焊料耐热剥离性的任意一项特性均较差,另外,No.22、25、28的表面露出粒子的最大粒径大,粒径1μm以上的露出粒子的密度也高,因此产生镀Ag缺陷,反射率也低。
另外,如表4所示,本发明中规定的合金成分以外的No.120~129的拉伸强度、导电率和焊料耐热剥离性的任意一项特性均较差。还有,No.129与C194相当。
另外,虽然在表面形成有密集的凹部,但是未满足表面粗糙度的规定、凹部的平均长度和凹部的最大深度的规定中的1个或2个以上的No.34~40、131~137的任意一个反射率均低。
本申请对于日本国专利申请第2013-067387号和2013-067467号(申请日:2013年3月27日)要求优先权。该申请的内容通过引用并入本文。

Claims (5)

1.一种引线框用铜合金板条,其是LED的引线框用铜合金板条,其中,轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μm以下,RzJIS:1.2μm以下,Rz:1.5μm以下,并且,在所述铜合金板条的表面密集地形成有凹坑,所述凹坑在轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度1~30μm,沿着轧制平行方向的最大深度为400nm以下,
所述铜合金由Fe:1.8~2.6质量%、P:0.005~0.20质量%、Zn:0.01~0.50质量%构成,余量由Cu和不可避免的杂质构成。
2.一种引线框用铜合金板条,其是LED的引线框用铜合金板条,其中,轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μm以下,RzJIS:1.2μm以下,Rz:1.5μm以下,并且,在所述铜合金板条的表面密集地形成有凹坑,所述凹坑在轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度1~30μm,沿着轧制平行方向的最大深度为400nm以下,
所述铜合金由Fe:0.01~0.5质量%、P:0.01~0.20质量%、Zn:0.01~1.0质量%、Sn:0.01~0.15质量%构成,余量由Cu和不可避免的杂质构成。
3.一种引线框用铜合金板条,其是LED的引线框用铜合金板条,其中,轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μm以下,RzJIS:1.2μm以下,Rz:1.5μm以下,并且,在所述铜合金板条的表面密集地形成有凹坑,所述凹坑在轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度1~30μm,沿着轧制平行方向的最大深度为400nm以下,
所述铜合金由Fe:1.8~2.6质量%、P:0.005~0.20质量%、Zn:0.01~0.50质量%、合计为0.02~0.3质量%的Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr中的1种或2种以上构成,余量由Cu和不可避免的杂质构成。
4.一种引线框用铜合金板条,其是LED的引线框用铜合金板条,其中,轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μm以下,RzJIS:1.2μm以下,Rz:1.5μm以下,并且,在所述铜合金板条的表面密集地形成有凹坑,所述凹坑在轧制平行方向的平均长度为2~100μm,轧制垂直方向的平均长度1~30μm,沿着轧制平行方向的最大深度为400nm以下,
所述铜合金由Fe:0.01~0.5质量%、P:0.01~0.20质量%、Zn:0.01~1.0质量%、Sn:0.01~0.15质量%、合计为0.02~0.3质量%的Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si、Ag中的1种或2种以上构成,余量由Cu和不可避免的杂质构成。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的引线框用铜合金板条,其特征在于,露出于表面的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子的粒径为5μm以下,并且具有1μm以上的粒径的粒子为3000个/mm2以下。
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