JP2011009707A - Led用リードフレーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】銅または銅合金からなる基板11の表面に、膜厚0.4μm以上10μm以下の光沢Niめっき膜12を介して、膜厚200nm以上5μm以下のAg合金膜13を積層してなるLED用リードフレーム10であって、Ag合金膜13がGe:0.06〜0.5at%を含有し、表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明の第1実施形態に係るLED用リードフレームについて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るLED用リードフレームの構成を模式的に示す断面図であり、(a)は第1実施形態、(b)は第1実施形態の変形例を示す。第1実施形態およびその変形例に係るLED用リードフレーム10,10Aは、発光装置に組み込んだときに、光源であるLED素子にこのLED素子を発光動作させる電流を供給するための配線であり、かつ、LED素子の発光した光を反射させる反射板である。
基板11は、銅または銅合金からなり、LED用リードフレーム10の形状に成形される。銅合金としては、銅を主成分とし、Ni,Si,Fe,Zn,Sn,Mg,P,Cr,Mn,Zr,Ti,Sb等の元素の1種または2種以上を含有する合金、例えばCu−Fe−P系銅合金を用いることができる。基板11の板厚は特に限定されないが、形状と同様に、発光装置の形状および形態等に応じて決定され、圧延等により、この所要の厚さの素板(圧延板)とし、これをプレス加工やエッチング加工等により所要の形状に成形することによって製造することができる。
本実施形態に係るLED用リードフレーム10において、光沢Niめっき膜12は、Ag合金膜13の下地として基板11の表面に設けられる。後記の通り、Ag合金膜13は物理蒸着により成膜されるが、物理蒸着による膜は、厚く形成されても下地の表面形状が膜の表面形状に保持される。光沢Niめっき膜12は、Ag合金膜13の表面すなわちLED用リードフレーム10の反射面を平滑にする役割を有する。さらに、光沢Niめっき膜12は、熱で基板11から銅がAg合金膜13中に拡散することを抑制することにより、Ag合金膜13の表面に銅が析出してAg合金膜13の表面が変色して反射率が劣化することを防止する役割も有する。
Ag合金膜13は、光沢Niめっき膜12上の、LED用リードフレーム10の最表面に設けられ、発光装置としたときにLED素子から照射される光を反射する役割を有する。このAg合金膜13は、0.06〜0.5at%のGeを含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなるAg合金で構成される。
具体的には、例えば、原子間力顕微鏡を用いて、任意の領域について表面高さ(Zji)を測定して式(1)によってRrmsを算出することができる。好ましくは、複数の領域について測定し、その平均値を適用する。
第1実施形態に係るLED用リードフレーム10は、Ag合金膜13上に、さらにTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選択される1種の金属のまたは2種以上の合金の酸化膜(以下、適宜、金属酸化膜という)を設けてもよい(図示せず)。
第1実施形態のLED用リードフレーム10は、前記の構成を形成できる方法であれば特に制限されず、いずれの方法により製造してもよい。例えば、LED用リードフレーム10は、基板11を作製する基板作製工程S1、基板11表面に光沢Niめっき膜12を形成するNiめっき工程S2、および基板11上の光沢Niめっき膜12表面にAg合金膜を形成するAg合金成膜工程S5を含む方法によって製造することができる。以下に、LED用リードフレームの製造方法の一例を説明する。
次に、第2実施形態に係るLED用リードフレームについて説明する。
図2は、本発明の第2実施形態に係るLED用リードフレームの模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線矢視断面図である。第1実施形態に係るLED用リードフレームと同じ要素については、同じ符号を付し、説明を省略する。第2実施形態に係るLED用リードフレームは、LED素子を光源として実装される表面実装型の発光装置(図7参照)を構成するための部品である。
以下、第2実施形態に係るLED用リードフレームを構成する要素について、詳細に説明する。
図2(a)に示すように、本実施形態においては、リード部材1a,1bは帯状で、その長手方向に沿って並設され、素子実装部22にて、長手方向中心に対して右寄りの位置で、間隔を空けて対向する。したがって、図2(a)、(b)において左側のインナーリード部15aが、右側のインナーリード部15bより長く、素子実装部22の底面22aの中央まで配置されている。これは、後記するように、LED用リードフレーム10Bが、ワイヤボンディングで実装されるLED素子を搭載する発光装置に組み込まれるためである。詳しくは、インナーリード部15a上の、底面22aの略中央(図2(a)に太破線の枠で示す領域)にLED素子が搭載され、さらにインナーリード部15a,15bのLED素子の両側(図における左右)における領域が、ワイヤボンディングのための領域となる。また、例えばフリップチップ実装のLED素子を搭載する発光装置に組み込まれるLED用リードフレーム(図示せず)の場合は、このLED素子が搭載される底面22aの領域の、当該LED素子の底面に設けられた一対の電極のそれぞれに対向する位置に、インナーリード部15a,15bが配置される。
LED素子実装体2は、図2(a)、(b)に示すように、凹状の素子実装部22が形成されたカップ状の樹脂成形体(基体)21と、素子実装部22の表面に形成されたAg合金膜23とを備える。素子実装部22は上方に広がって開口し、底面22aとこれを囲む4面の側面22b,22c,22b,22cとから構成される平面視で長方形の四角錐台である。素子実装部22の形状はこれに限定されず、例えば平面視で正方形であったり、上方に広がって開口した円錐台でもよい。LED素子実装体2は、LED用リードフレーム10B,10Cを組み込む発光装置の形状および形態、ならびにLED素子の実装形態、製品としてユーザに提供する形態等に応じて所要の形状に成形される。
第2実施形態およびその変形例に係るLED用リードフレーム10B,10Cは、前記の構成を形成できる方法であれば特に制限されず、いずれの方法により製造してもよい。例えば、LED用リードフレーム10B,10Cは、第1実施形態における基板作製工程S1、Niめっき工程S2、Ag合金成膜工程S5に、さらに樹脂成形工程S3およびマスク工程S4を含む方法によって製造することができる。以下に、第2実施形態に係るLED用リードフレームの製造方法の一例を説明する。
次に、本発明の第1、第2実施形態および各変形例に係るLED用リードフレームを組み込んだ発光装置について説明する。
第2実施形態およびその変形例に係るLED用リードフレーム10B,10C,10Dを組み込んで発光装置に製造する方法の一例は、次の通りである。まず、リード部材1aの素子実装部22の略中央におけるインナーリード部15aの表面(図2(a)に示すLED素子搭載領域)にシリコーンダイボンド材等からなる接着剤を塗布して、その上にLED素子を接着して搭載する。次に、ワイヤボンディングにより、金ワイヤでLED素子の電極をインナーリード部15a,15bに接続する。そして、素子実装部22内にエポキシ樹脂等の封止樹脂を充填することにより封止して、LED素子を光源として搭載した表面実装型の発光装置(図7参照)となる。なお、LED用リードフレーム10Cにおいては、基板11Aで複数個を連結された状態で発光装置に製造されてから図3(b)、(c)に示す太破線で切り離されて使用される。
下記のようにして、図1(b)に示す積層構造の第1実施形態の変形例に係るLED用リードフレーム10Aの試料を作製した。
厚さ0.1mmのCu−Fe−P系銅合金板(KLF194H、(株)神戸製鋼所製)を、プレス加工して、図3(a)に示す形状の基板(基板11A)を作製した。なお、この基板11Aのインナーリード部15a,15b(図3(b)参照)間の距離は0.09mmである。この基板の表面の二乗平均粗さRrmsを後記の方法で測定したところ、62nmであった。
前記基板を、めっき前処理として、脱脂液に浸漬して、対極をステンレス304として、基板側がマイナスとなるようにして直流電圧を印加して30秒間電解脱脂を行った後、10%硫酸水溶液に10秒浸漬した。次に、基板の表面(全面)に、下記成分、液温50℃のワット浴で、対極をNi板とし、電流密度:5A/dm2で、光沢Niめっきを施して、膜厚3μmの光沢Niめっき膜を有する基板を製造した。
Niめっき浴成分
硫酸Ni:250g/L
塩化Ni: 40g/L
硼酸 : 35g/L
添加剤A: 3ml/L
添加剤B:10ml/L
光沢Niめっきを施した基板に、下記の方法でAg合金膜を形成した。
光沢Niめっき膜を形成した基板を、Ag−1at%Ge合金ターゲット(直径10.16cm(4インチφ)×厚さ5mm)を設けたスパッタリング装置のチャンバー内に配置した。次に、真空ポンプで、チャンバー内圧力が1.3×10-3Pa以下となるように真空排気した。その後、イオンガン(3cm DC Ion Source、イオンテック社製)を通してアルゴンガスをチャンバー内に導入してチャンバー内圧力を2×10-2Paに調整し、イオンガンに放電電圧60V、加速電圧500V、ビーム電圧500Vを印加して、アルゴンイオンビームを発生させ、基板の光沢Niめっき膜の表面に300秒間照射した。
また、Ag合金膜の組成を分析するために、ソーダライムガラス基板上に前記と同様にしてAg合金膜を成膜した。このAg合金膜を硝酸で溶解後、溶解した硝酸の液を、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析装置(ICPS−8000、島津製作所製)を用いて分析することにより、ソーダライムガラス基板に形成したAg合金膜の組成を求めた。得られたAg合金膜中のGeの含有率は0.3at%であった(Ag−0.3at%Ge合金)。
得られたLED用リードフレームの試料No.1(Ag合金膜/光沢Niめっき膜/基板)と、比較例として作製した試料No.2(Ag合金膜/基板)とについて、下記の方法で表面(Ag合金膜を形成した側の面、以下同じ)の二乗平均粗さRrmsおよび正反射率を測定し、結果を表1に示す。
原子間力顕微鏡(AFM)(SPI−4000、SII社製)を用いて、任意の3箇所の10μm角の領域について表面の二乗平均粗さRrmsを測定し、得られた3つの値の平均を算出した。
自動絶対反射率測定システム(日本分光株式会社製)を用いて、入射角5°、反射角5°の条件で、波長250〜850nmまでの分光反射率を測定することにより、正反射率を求めた。正反射率の合格基準は50%以上とする。
実施例1に適用したものと同様の基板(図3(a)参照)を作製し、その表面に光沢Niめっき膜を、めっき時間を変化させて表2に示す膜厚で形成した。さらに実施例1と同様にして、スパッタリング装置で、表2に示す組成のAg合金またはAgからなるターゲットを用いて、成膜時間を変化させて光沢Niめっき膜の上の膜厚が表2に示す値となるようにAg合金膜またはAg膜を成膜して、LED用リードフレーム10Aの試料(試料No.3〜12)を作製した。また、それぞれの組成のターゲットを用いてソーダライムガラス基板上に成膜して、実施例1と同様の方法でAg合金膜の組成を求めた。得られた組成を表2に示す。
得られた試料No.3〜12について、実施例1と同様にして、表面の二乗平均粗さRrmsおよび正反射率を測定し、また下記の方法で、耐熱性および耐湿性を評価し、ワイヤボンディング試験を行った。結果を表2に示す。
耐熱試験として、試料を、恒温槽内で170℃で2時間加熱し、引き続き150℃で5時間加熱し、さらに引き続き260℃で5分間加熱した。試験後、前記と同様の方法で表面の正反射率を測定し、耐熱試験による正反射率の劣化が5ポイント未満のものを合格とした。
試料から4cm×5cmの試験片(基板面積約18cm2)を切り出し、耐湿試験として、恒温恒湿試験機内で、50℃、95RH%の雰囲気に240時間暴露した。試験後、試験片の表面を目視観察して白点の数を計測した。白点の数が5個以下のものを耐湿性が良好であるとして「○」、白点の数が6個以上のものを耐湿性が不良であるとして「×」で評価した。
試料の表面(上面)を、インナーリード部15a,15b(図3(b)参照)間にて、金線(線径:φ25μm)でワイヤボンディングした後、光学顕微鏡で観察しながら金線の中央をピンセットで掴んで引っ張ることにより試験を行った。その結果、試料のボンディング箇所に剥離がなく、金線を切ることができた場合をワイヤボンディング性が良好であるとして「○」、少なくとも一方のボンディング箇所(金線とLED用リードフレームとの界面)から金線が剥がれた場合を不良であるとして「×」で評価した。
(基板の作製および光沢Niめっき膜の形成)
実施例1に適用したものと同様の基板(図3(a)参照)を作製し、その表面に、実施例1の試料No.1と同様に膜厚3μmの光沢Niめっき膜を形成した。
耐熱性ポリアミド樹脂(ジェネスタTA112、クラレ製)を射出成形(インサート成形)して、図5(a)、(b)に示すように、凹状の素子実装部22に切込みを有するLED素子実装体2Aの樹脂成形体21を、光沢Niめっき膜12を形成された基板11Aの一対のリード部材1a,1bのそれぞれが貫通するように作製した。なお、樹脂成形体21は、素子実装部22の底面22a(平面22e)がインナーリード部15a,15bの光沢Niめっき膜12の表面とほぼ面一となるように成形して、インナーリード部15a,15b間に、前記樹脂が存在する(充填された)ようにした。
図5(b)に示すように、厚さ0.1mmの銅板からなるマスク34を、樹脂成形体21の素子実装部22の切込みに、下端が平面22e(インナーリード部15a,15b間に充填された樹脂の表面)に接するように嵌装した。また、樹脂成形体21の外側の長辺方向の側面にもマスクを設けた。このマスク34を嵌装した試料をスパッタリング装置のチャンバー内に設置し、実施例1の試料No.1,2と同じAg−1at%Ge合金ターゲットを用いて、Ag−0.3at%Geの組成を有するAg合金膜を、インナーリード部15a,15bの光沢Niめっき膜12の上の膜厚が300nmになるように成膜した。これによって、図5(a)、(b)に示す構造(断面は図3(c)に示す構造)を有するLED用リードフレーム10Dの試料(試料No.13)を得た。
(素子実装部の表面のAg合金膜の膜厚と二乗平均粗さの測定)
試料の樹脂部分(LED素子実装体2)を、内側の表面(素子実装部22の側面22b)と直交する面で切断して、切断面をFE−SEM(日立製作所製SU−70)にて加速電圧2kVで5万倍の倍率で観察することにより、素子実装部の表面のAg合金膜(Ag膜)の膜厚を測定した。また、同Ag合金膜(Ag膜)について、実施例1と同様の方法で表面の二乗平均粗さRrmsを測定した。これらの結果を表3に示す。
得られた試料について、実施例2と同様に耐湿試験を行った。耐湿試験後にLED素子実装体を切断して、内側(素子実装部22)の表面が外部から観察できるようにし、素子実装部22のAg合金膜(Ag膜)の表面を、光学顕微鏡で50倍に拡大して観察した。白点のないものを耐湿性が良好であるとして「○」、白点が発生したものを耐湿性が不良であるとして「×」で評価し、表3に示す。
実施例1に適用したものと同様の基板(図3(a)参照)を作製し、その表面に実施例1の試料No.1と同様に膜厚3μmの光沢Niめっき膜を形成した。さらに実施例1、実施例2と同様にして、スパッタリング装置で、表4に示す組成のAgまたはAg−Ge−Bi,Ag−Au−Ge−Bi合金からなるターゲットを用いて、成膜時間を変化させて光沢Niめっき膜の上の膜厚が表4に示す値となるようにAg合金膜を成膜して、LED用リードフレーム10Aの試料(試料No.15〜20)を作製した。また、それぞれの組成のターゲットを用いてソーダライムガラス基板上に成膜して、実施例1と同様の方法でAg合金膜の組成を求めた。得られた組成を表4に示す。
得られた試料No.15〜20について、実施例1と同様にして、表面の二乗平均粗さRrmsおよび正反射率を測定し、また実施例2と同様にして、耐熱性および耐湿性を評価し、ワイヤボンディング試験を行った。なお、耐湿性評価においては、計測した白点の数を表4に示し、さらに試験後の正反射率の測定も行い、耐湿試験による正反射率の劣化が5ポイント未満かつ白点の数が5個以下のものを合格とした。また下記の方法で耐硫化性を評価した。結果を表4に示す。
硫化アンモニウムを水に溶解して、5wt%の硫化アンモニウム水溶液を調整した。この硫化アンモニウム水溶液の液面から3cmの高さ位置に表面が液面に対向するように試料を水平に載置し、耐硫化試験として、硫化アンモニウム水溶液から蒸発する硫化水素に10分間暴露した。試験後、正反射率を測定し、耐硫化試験による正反射率の低下が20ポイント以下のものを合格とした。
実施例1に適用したものと同様の基板(図3(a)参照)を作製し、その表面に実施例1と同様に、膜厚3μmの光沢Niめっき膜を形成した後、スパッタリング装置で、表5に示す組成のAg−Ge−Bi,Ag−Au−Ge−Bi合金からなるターゲットを用いて、光沢Niめっき膜の上の膜厚が200nmとなるようにAg合金膜を成膜した。次に、表5に示す金属酸化膜用の金属ターゲット(前記Ag合金ターゲットと同形状)をスパッタリング装置の電極に設置し、再び、真空ポンプでチャンバー内圧力が1.3×10-3Pa以下となるように真空排気した後、アルゴンガスをチャンバー内に導入してチャンバー内圧力を0.27Paに調整した。この状態で、前記金属ターゲットに直流電圧(出力100W)を印加してスパッタリングを行い、Ag合金膜の上に膜厚を変化させて金属膜を成膜し、チャンバーから取り出して大気中で金属膜を酸化させて金属酸化膜として、LED用リードフレーム10Aの試料(試料No.21〜26)を作製した。また、Ag合金膜については、それぞれの組成のターゲットを用いてソーダライムガラス基板上に成膜して、実施例1と同様の方法で組成を求めた。得られた組成を表5に示す。
得られた試料No.21〜26について、下記の通り、X線光電子分光分析(XPS)を行って、Ag合金膜上の金属酸化膜の膜厚を測定した。また、実施例1と同様にして表面の正反射率を測定し、実施例2と同様の方法で耐熱性評価およびワイヤボンディング試験を行い、実施例4と同様の方法で耐湿性および耐硫化性を評価した。結果を表5に示す。
試料の表面(Ag合金膜および金属酸化膜を形成した側)について、全自動走行型X線光電子分光分析装置(Physical Electronics社製Quantera SXM)を用いて、表5に示す金属酸化膜に含まれる金属元素および酸素元素O、ならびにAgの各濃度を、表面から深さ方向へ測定した。測定条件は、X線源:単色化Al−Kα、X線出力:43.7W、X線ビーム径:200μm、光電子取出し角:45°、Ar+スパッタ速度:SiO2換算で約0.6nm/分とした。金属酸化膜に含まれる金属元素の濃度が、最高濃度の1/2まで減少した深さを金属酸化膜の膜厚とした。
1,1A リード部材
11,11A 基板
12 光沢Niめっき膜
13 Ag合金膜
1a,1b リード部材
15a,15b インナーリード部
16a,16b アウターリード部
2,2A LED素子実装体
21 樹脂成形体(基体)
22 素子実装部
22a 底面
22b,22c 側面
22d 開口部
22e 平面
23 Ag合金膜
28 離間領域
33,34 マスク
Claims (6)
- 銅または銅合金からなる基板と、この基板上の少なくとも片面側に形成された膜厚0.4μm以上10μm以下の光沢Niめっき膜と、この光沢Niめっき膜上かつ最表面に形成された膜厚200nm以上5μm以下のAg合金膜と、を備え、
前記Ag合金膜は、Ge:0.06〜0.5at%を含有し、表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とするLED用リードフレーム。 - 上方に開口した凹状の素子実装部が形成されたLED素子実装体と、このLED素子実装体に支持された一対のリード部材と、を備えるLED用リードフレームであって、
前記一対のリード部材は、前記素子実装部の底面に互いに離間領域を隔てて配設されて、それぞれが当該素子実装部から前記LED素子実装体の外側に延出し、
前記リード部材は、銅または銅合金からなる基板と、前記素子実装部の内側において前記基板上に形成された膜厚0.4μm以上10μm以下の光沢Niめっき膜と、この光沢Niめっき膜上かつ最表面に形成された膜厚200nm以上5μm以下のAg合金膜と、を備え、
前記LED素子実装体は、絶縁材料からなる基体と、前記離間領域を除く領域において前記素子実装部の表面に形成された膜厚70nm以上5μm以下のAg合金膜と、を備え、
前記リード部材および前記LED素子実装体のそれぞれが備えるAg合金膜は、Ge:0.06〜0.5at%を含有し、表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とするLED用リードフレーム。 - 前記Ag合金膜が、さらにBi:0.02〜0.2at%を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のLED用リードフレーム。
- 前記Ag合金膜が、さらにAu:0.5〜5at%を含有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のLED用リードフレーム。
- 前記Ag合金膜が、さらにPd:0.5〜2at%、Nd:0.05〜1at%から選択される1種または2種を含有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のLED用リードフレーム。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のLED用リードフレームの前記Ag合金膜上に、Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選択される1種の金属の金属酸化膜または2種以上からなる合金の金属酸化膜を膜厚0.1nm以上5nm以下で備えてなることを特徴とするLED用リードフレーム。
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