JP2009272345A

JP2009272345A - 発光素子用リードフレームのめっき構造

Info

Publication number: JP2009272345A
Application number: JP2008119222A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ono; 靖則小野; Shunichi Nakayama; 俊一中山
Original assignee: Panasonic Electric Works Tatsuno Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Tatsuno Co Ltd
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-19

Abstract

【課題】銀めっき層の変色を防いで高い反射率を保持することができると共に、ワイヤーボンディング性にも優れた発光素子用リードフレームのめっき構造を提供する。
【解決手段】リードフレーム１の上に形成された銀めっき層２の表面に、パラジウムめっき層３を介して金−銀合金めっき層４を形成する。銀めっき層２を金−銀合金めっき層４で被覆して、銀めっき層２が硫化物等で腐食されることを防ぐことができる。また最表面の金−銀合金めっき層４によって、ワイヤーボンディング性を高く得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置においてＬＥＤなどの発光素子の実装に用いられるリードフレームのめっき構造に関するものである。

ＬＥＤ発光装置など半導体発光装置は、例えば図２に示すように、パッケージ１０の実装用凹部１１内にＬＥＤなどの発光素子１２を実装すると共に透明封止材１３で封止することによって、形成されている。そしてパッケージ１０にはリードフレーム１が、その一端部を実装用凹部１１内の底部に配置させると共に他端部をパッケージ１０の外方へ突出させるように設けてあり、発光素子１２をこのリードフレーム１の上に搭載してワイヤーボンディング１４を行なうことによって、発光素子１２を実装するようにしてある。

このような半導体発光装置にあって、発光素子１２から発光した光の一部は、実装用凹部１１内に位置するリードフレーム１の表面で反射して、実装用凹部１１の開口から出射されることになる。

そこでリードフレーム１の表面に銀めっき層２を設けてリードフレーム１の表面を高い反射率に形成し、半導体発光装置の発光効率を高めるようにしている。図３はその一例を示すものであり、リードフレーム１の素材表面に銅ストライクめっき層１５を介して銀めっき層２を設けるようにしてある。

光の反射率は銀が最も高いので、リードフレーム１の表面に銀めっき層２を設けることによって、発光効率を高めることができるのであるが、一方、銀は耐変色性に劣り、とりわけ硫化物で腐食されることによる変色が顕著である。従って、銀めっき層２がこのように変色すると反射率も大きく低下することになり、半導体発光装置の発光効率を高く得ることができなくなる。

そこで、特許文献１では、リードフレーム１のうち、パッケージ１０の実装用凹部１１内に位置するインナーリード部１ａは最表面を上記のように銀めっき層２で形成して高い光反射率を実現し、パッケージ１０の外部に位置するアウターリード部１ｂは最表面を耐食性の高い金のめっき層で形成するようにしている。

また特許文献２では、銀めっき層を銀以外のめっき層で覆い、さらにガラスなどで形成される透光性の層で覆うようにしている。
特開２００４−２４１７６６号公報特開２００６−７２０１３号公報

しかし、上記特許文献１のものでは、透明封止材１３で封止される実装用凹部１１に位置するインナーリード部１ａに銀めっき層２が設けられているため、半導体発光装置を組み立てた後は、銀めっき層２に変色が生じることを防ぐことができるが、インナーリード部１ａに銀めっき層２を形成した後、半導体発光装置に組み付けるまでの間に、周囲環境（特に硫化雰囲気）の影響により変色が発生することを防止することについては考慮されていない。

また引用文献２のものでは、銀めっき層２をガラス等の透光性材料で被覆するために、ワイヤーボンディング性に問題が生じるものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、銀めっき層の変色を防いで高い反射率を保持することができると共に、ワイヤーボンディング性にも優れた発光素子用リードフレームのめっき構造を提供することを目的とするものである。

本発明に係る発光素子用リードフレームのめっき構造は、リードフレーム１の上に形成された銀めっき層２の表面に、パラジウムめっき層３を介して金−銀合金めっき層４を形成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、銀めっき層２を金−銀合金めっき層４で被覆して、銀めっき層２が硫化物等で腐食されることを防ぐことができ、変色を防止して高い反射率を保持することができるものであり、また銀めっき層２から銀が金−銀合金めっき層４に拡散することをパラジウムめっき層３で防ぐことができるものである。しかも最表面の金−銀合金めっき層４によって、ワイヤーボンディング性を高く得ることができるものである。

また本発明において、上記の金−銀合金めっき層４は、金を５〜２０質量％含有する金−銀合金からなることを特徴とするものである。

この発明によれば、金−銀合金めっき層４の金と銀の合金質量比率を金が５〜２０質量％となるように設定することによって、反射率を低下させることなく、金の耐食性で銀めっき層２の変色を防ぐ効果を高く得ることができるものである。

また本発明において、上記の金−銀合金めっき層４の膜厚は、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とするものである。

この発明によれば、反射率を低下させることなく、金の耐食性で銀めっき層２の変色を防ぐ効果を高く得ることができるものである。

また本発明において、上記のパラジウムめっき層の膜厚は、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とするものである。

本発明によれば、銀めっき層２を金−銀合金めっき層４で被覆して、銀めっき層２が硫化物等で腐食されることを防ぐことができ、変色を防止して高い反射率を保持することができるものであり、また銀めっき層２から銀が金−銀合金めっき層４に拡散することをパラジウムめっき層３で防ぐことができるものである。しかも最表面の金−銀合金めっき層４によって、ワイヤーボンディング性を高く得ることができるものである。

この結果、半導体発光素子の高発光効率を達成することができると共に長寿命化を図ることができるものであり、また金−銀合金めっき層４の形成によって、銀めっき層２の膜厚を薄く形成することが可能になって、コスト低減が可能になるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１に、本発明においてリードフレーム１に形成されるめっき構造を示す。まず鉄合金や銅合金など任意の金属で形成されるリードフレーム１の表面に銅などの薄いストライクめっきを施す。銅ストライクめっきを行なう際のめっき浴としては、例えば金属銅１５〜３０ｇ／Ｌ、遊離シアン１５〜３０ｇ／Ｌ、炭酸アルカリ３０ｇ／Ｌ以下の組成のものを用いることができ、液温４０〜６０℃、電流密度１〜３Ａ／ｄｍ^２の条件でめっきすることによって、０．３〜１．０μｍ厚程度の銅ストライクめっき層１５を形成することができる。

次に銅ストライクめっき層１５の上に銀めっき層２を形成する。銀めっきを行なう際のめっき浴としては、例えば金属銀４０〜８０ｇ／Ｌ、遊離シアン６０〜１２０ｇ／Ｌ、炭酸アルカリ１０〜５０ｇ／Ｌ、光沢剤適量の組成のものを用いることができ、液温２０〜３０℃、電流密度０．５〜５Ａ／ｄｍ^２の条件でめっきすることによって、銀めっき層２を形成することができる。リードフレーム１の表面の反射率を高めるために形成されるこの銀めっき層２の膜厚は、３〜８μｍが一般的であるが、本発明では後述のように最表面に金−銀合金めっき層４を設けることによって、銀めっき層２の厚みを薄く形成することができ、１〜２μｍ程度に薄く形成することが可能である。

そして本発明は、この銀めっき層２の上にまずパラジウムめっき層３を形成し、さらにその上に金−銀合金めっき層４を形成するものである。

パラジウムめっきに用いるめっき浴としては、例えば金属パラジウム５〜２０ｇ／Ｌ、塩化アンモニウム１５〜３０ｇ／Ｌの組成のものを用いることができ、液温２０〜５０℃、電流密度１〜２Ａ／ｄｍ^２の条件でめっきすることによって、パラジウムめっき層３を形成することができる。このパラジウムめっき層３は膜厚を０．０１〜０．１μｍの範囲で形成することが好ましい。

また金−銀合金めっきに用いるめっき浴としては、例えば金属金１〜５ｇ／Ｌ、金属銀２〜１０ｇ／Ｌ、シアン５〜１５ｇ／Ｌ、光沢剤適量の組成のものを用いることができ、液温２０〜３０℃、電流密度０．５〜２Ａ／ｄｍ^２の条件でめっきすることによって、金−銀合金めっき層４を形成することができる。この金−銀合金めっき層４は膜厚を０．０１〜０．１μｍの範囲で形成することが好ましい。またこの金−銀合金めっき層４は金を５〜２０質量％（残りは銀）含有する合金組成で形成するのが好ましい。

上記のようなめっき構造でめっきを施したリードフレーム１は、既述の図２のようにＬＥＤなどの発光素子１２を実装する半導体発光装置に用いられるものである。すなわち、リードフレーム１の一端部のインナーリード部１ａが実装用凹部１１内の底部に位置し、他端部のアウターリード部１ｂを外部に突出させるように、リードフレーム１がパッケージ１０に取り付けてある。そしてパッケージ１０の実装用凹部１１内にＬＥＤなどの発光素子１２を搭載して、発光素子１２とリードフレーム１のインナーリード部１ａの間にワイヤーボンディング１４を行ない、実装用凹部１１内に発光素子１２を実装した後、さらに実装用凹部１１内に透明封止材１３を充填して封止することによって、半導体発光装置を形成することができるものである。

このように形成される半導体発光装置にあって、発光素子１２から発光された光は実装用凹部１１の開口を通して取り出されるが、発光素子１２から発光された光の一部は、リードフレーム１のインナーリード部１ａの表面で反射されて、実装用凹部１１の開口を通して取り出される。このとき、リードフレーム１のインナーリード部１ａの表面には金−銀合金めっき層４が設けてあるので、半導体発光装置の発光効率を高く得ることができるものである。また上記のようにワイヤーボンディングを行なうにあたって、銀めっき層２によって適度な硬さ、溶着度、粗さをリードフレーム１に付与することができ、良好なワイヤーボンディング性を安定して確保することができるものである。

ここで、既述のように銀めっき層２は、リードフレーム１に銀めっき層２を形成した後、半導体発光装置に組み付けるまでの間に変色が発生し易く、また半導体発光装置に組み付けた後においても硫化雰囲気など周囲環境の影響によって変色が発生するおそれがあるが、銀めっき層２の表面は金−銀合金めっき層４で被覆してあるので、金を含有して耐食性の高い金−銀合金めっき層４で銀めっき層２を保護することができ、銀めっき層２に変色が発生することを防ぐことができるものである。

また最表面の金−銀合金めっき層４は銀を含有するために、光の反射率を高く形成することができるものであり、発光素子１２から発光された光の反射率を高く保持することができるものである。このとき金−銀合金めっき層４において、金の含有率が低くなると耐食性が低下する傾向を示し、金の含有率が高くなると反射率が低下する傾向を示すため、金−銀合金めっき層４の金の含有率を上記のように５〜２０質量％の範囲に設定するのが好ましいのである。

ここで、金−銀合金めっき層４の膜厚が０．０１μｍ未満であると、銀めっき層２の変色を防止する効果を十分に得ることができないものであり、また金−銀合金めっき層４の膜厚を０．１μｍを超えて厚くしてもこの変色防止の効果は殆ど変らず、金の消費量が多くなるためにコスト的に不利になると共に、銀めっき層２による光の反射を阻害することになるおそれもある。このため、金−銀合金めっき層４の膜厚は上記のように０．０１〜０．１μｍの範囲に設定するのが好ましいのである。

また銀は拡散し易く、特に熱が加わった際に拡散し易い。例えばリードフレーム１にめっきを施した後の成形加工やワイヤーボンディングの際などに熱が加わり、銀が拡散し易い。このために本発明では、銀めっき層２と金−銀合金めっき層４の間にパラジウムめっき層３を設け、層間での銀の拡散を防いで、金−銀合金めっき層４に組成変化が生じることを防止し、金−銀合金めっき層４の性能が変化することを防いでいるものである。このとき、パラジウムめっき層３の膜厚が０．０１μｍ未満であると、銀の拡散を防止する効果を十分に得ることができないものであり、またパラジウムめっき層３の膜厚を０．１μｍを超えて厚くしてもこの拡散防止の効果は殆ど変らず、光の反射を阻害することになるおそれもある。このため、パラジウムめっき層３の膜厚は上記のように０．０１〜０．１μｍの範囲に設定するのが好ましいのである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
リードフレーム１の表面に銅ストライクめっき層１５を０．４μｍの膜厚で形成し、その上に銀めっき層２を３μｍの膜厚で形成した。次に、銀めっき層２の上にパラジウムめっき層３を０．０１μｍの膜厚で形成し、さらにその上に金の含有率が１０質量％の金−銀合金めっき層４を０．０１μｍの膜厚で形成して、リードフレーム１の表面をめっき加工した。

（実施例２〜６）
パラジウムめっき層３の膜厚、金-銀合金めっき層４の膜厚、金-銀合金めっき層４の金の含有比率を、表１のように設定するようにした他は、実施例１と同様にしてリードフレーム１の表面をめっき加工した。

（比較例１）
パラジウムめっき層３及び金-銀合金めっき層４を形成しないようにした他は、実施例１と同様にしてリードフレーム１の表面をめっき加工した。

（比較例２）
パラジウムめっき層３を膜厚０．１μｍで形成し、金-銀合金めっき層４を形成しないようにした他は、実施例１と同様にしてリードフレーム１の表面をめっき加工した。

（比較例３）
金の含有率２０質量％の金−銀合金めっき層４を０．１μｍの膜厚で形成し、パラジウムめっき層３を形成しないようにした他は、実施例１と同様にしてリードフレーム１の表面をめっき加工した。

（実施例７）
リードフレーム１の表面に銅ストライクめっき層１５を０．４μｍの膜厚で形成し、その上に銀めっき層２を１．５μｍの膜厚で形成した。次に、銀めっき層２の上にパラジウムめっき層３を０．０１μｍの膜厚で形成し、さらにその上に金の含有率が２０質量％の金−銀合金めっき層４を０．０１μｍの膜厚で形成して、リードフレーム１の表面をめっき加工した。

（実施例８〜１０）
パラジウムめっき層３の膜厚、金-銀合金めっき層４の膜厚を、表１のように設定するようにした他は、実施例７と同様にしてリードフレーム１の表面をめっき加工した。

（比較例４）
パラジウムめっき層３及び金-銀合金めっき層４を形成しないようにした他は、実施例７と同様にしてリードフレーム１の表面をめっき加工した。

上記のように実施例１〜１０及び比較例１〜４で得たリードフレーム１のめっき加工部について、耐変色性、反射率、ワイヤーボンディング性を測定した。

耐変色性の試験は、リードフレーム１の表面の色度（白さを表す値）を色差計を用いて測定し、次にこのリードフレーム１を２質量％濃度の硫化カリウム溶液に３０秒間浸漬した後、再度リードフレーム１の表面の色度を色差計で測定し、硫化カリウム溶液への浸漬の前後の色度の差を求めて変色変化量に数値化することによって行なった。そして変色変化量が０〜０．０２未満のものを「○」、０．０２〜０．０４未満のものを「△」、０．０４以上のものを「×」と評価した。

反射率の測定は、分光光度計によって全光線反射率を測定することによって行ない、波長５５０ｎｍと４５０ｎｍの２点の平均値を求めた。そして比較例１を１００として相対比を求め、９６〜１００を「○」、９０〜９６未満を「△」、９０未満を「×」と評価した。

ワイヤーボンディング性は、２５μｍ径の金線を用い、発光素子（ＬＥＤ）１２への金線の接合を荷重１０ｇ、超音波出力２０ｍＷの条件に、リードフレーム１への金線の接合を荷重３０ｇ、超音波出力３０ｍＷの条件に、それぞれ設定してワイヤーボンディングを行ない、ボンディングした金線のプル強度を測定することによって評価した。そして１０個の試料の平均値をとり、比較例１と比較して５％以内であるものを「○」、それ以下を「×」と判定した。

表１にみられるように、銀めっき層２が表層となる比較例１や比較例４では、反射率は高いが、耐変色性が劣るものであった。一方、この銀めっき層２の上にパラジウムめっき層３を介して金−銀合金めっき層４が最表層となるように形成した各実施例では、反射率を大きく低下させることなく、耐変色性を向上することができるものであった。

また金−銀合金めっき層４を形成することによって、実施例７〜１０にみられるように、銀めっき層２の厚みを半分にしても、同等の反射率や耐変色性を確保することができることが確認される。

本発明の実施の形態の一例を示す、一部の拡大した断面図である。半導体発光装置を示す断面図である。従来例（比較例１）を示す、一部の拡大した断面図である。

符号の説明

１リードフレーム
２銀めっき層
３パラジウムめっき層
４金−銀合金めっき層

Claims

リードフレームの上に形成された銀めっき層の表面に、パラジウムめっき層を介して金−銀合金めっき層を形成して成ることを特徴とする発光素子用リードフレームのめっき構造。
金−銀合金めっき層は、金を５〜２０質量％含有する金−銀合金からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用リードフレームのめっき構造。
金−銀合金めっき層の膜厚は、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子用リードフレームのめっき構造。
パラジウムめっき層の膜厚は、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子用リードフレームのめっき構造。