JP2012151289A

JP2012151289A - 光半導体実装用基板、その製造方法、及び光半導体装置

Info

Publication number: JP2012151289A
Application number: JP2011009004A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kobayashi; 良聡小林; Satoru Zama; 悟座間
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】可視光域である波長４００〜８００ｎｍの反射率が８０％以上を維持すると同時に、近紫外域である波長３４０〜３８０ｎｍ付近に出現する反射率吸収ピークを減衰あるいは消滅させて反射率低下を抑制することができる光半導体実装用基板を提供する。
【解決手段】導電性基板１上にめっき法で銀または銀合金からなる皮膜を形成し、該皮膜表面を電解処理、好ましくは該被膜を外気に曝すことなく電解処理して、原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満の反射層２とする光半導体実装用基板の製造方法である。導電性基板上にめっき法で銀または銀合金からなる皮膜を形成した後、該皮膜を外気に曝すことなく電解処理することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体実装用基板、その製造方法、および光半導体装置に関するものである。

光半導体装置は、光源に光半導体素子、例えばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）素子等を利用して各種表示用・照明用光源として広く利用されている。この光半導体装置は、例えば基板にリードフレームを配し、そのリードフレーム上に光半導体素子（発光素子）を搭載した後、発光素子とその周囲を樹脂やセラミックなどで封止し熱、湿気、酸化等の外部要因による発光素子やその周辺部位の劣化を防止している。

ところで、ＬＥＤ素子を照明用光源として用いる場合、リードフレームの反射材には可視光波長（４００〜７００ｎｍ）の全領域において反射率が高い（例えば硫酸バリウムや酸化アルミニウムなどの基準物質に対する反射率が８０％以上）ことが求められる。さらに近年、紫外線を用いる測定・分析機器の光源としてもＬＥＤ素子が用いられるようになり、その反射材には、近紫外域（波長３４０〜４００ｎｍ）においても同様に反射率が高いことが求められてきている。
さらに、照明用やバックライト向けのＬＥＤ素子においても、演色性の観点から、従来用いられていた青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体に換えて、紫・近紫外・紫外ＬＥＤ素子とＲＧＢ蛍光体（赤、緑、青）を用いる手法が開発されている。

また、白色光を放射するＬＥＤを実現する手法としては、
（１）赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色を出す素子を３個並べる手法、
（２）青色ＬＥＤ素子に黄色の蛍光体を分散した封止樹脂を用いる手法、
（３）紫外から近紫外域の波長を発するＬＥＤ素子にそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体を分散した封止樹脂を用いる手法
の主に３つに大別される。従来は青色ＬＥＤ素子に黄色の蛍光体を分散した封止樹脂を用いる手法が主流であったが、この方法では特に赤色系統の演色性が不十分であるなどの観点から、近年は発光波長帯に紫外域を含むＬＥＤ素子を用いる手法が注目を集めており、例えば波長３７５ｎｍ近辺のＬＥＤ素子を使用し、ＲＧＢ蛍光体を封止樹脂に混ぜて白色光を発光する手法が検討されている。

このような要求に応じて、ＬＥＤ素子が実装されるリードフレーム上には、特に可視光域の光反射率（以下、反射率という）の向上を目的として、銀または銀合金からなる層（皮膜）が形成されているものが多い。銀の皮膜は、可視光域における反射率が高いことが知られており、具体的には、銀めっき層を反射面に形成すること（特許文献１参照）や、銀または銀合金皮膜形成後に２００℃以上で３０秒以上の熱処理を施し、当該皮膜の結晶粒径を０．５μｍ〜３０μｍとすること（特許文献２参照）等が知られている。

特開昭６１−１４８８８３号公報特開２００８−０１６６７４号公報

特許文献１に開示されている技術は、銀またはその合金皮膜を単純にめっきで形成しただけの反射層であり、波長４００〜８００ｎｍの可視光域における反射率は８０％を超え、優れた反射特性を示すが、特に近紫外域（波長３４０〜４００ｎｍ）における反射率の低下率が大きく、定法の銀めっき処理では４００ｎｍ付近から短波長側の反射率低下が避けられない状況にある。

また、特許文献２に開示されている技術のように、銀または銀合金の皮膜の結晶粒径を０．５μｍ〜３０μｍとすると、可視光域の反射率は良好で、全体的には反射率改善効果が認められるが、特許文献２の図８および図９に見られるように、近紫外域（３４０〜４００ｎｍ）、特に３５５ｎｍ付近に吸収ピークが見られており、発光波長３７５ｎｍのＬＥＤ素子を使用すると、可視光領域よりも反射率が低いという課題が指摘されている。例えば発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤ素子搭載の場合と、発光波長３７５ｎｍのＬＥＤ素子を使用したときとを比べると、後者は反射率が約１０％も低くなる。この吸収ピーク出現は、詳細に関しては不明であるが、単に結晶粒径の調整だけでは近紫外域、特に３４０〜３８０ｎｍ付近の反射率が改善され難く、結晶粒径とは別の要因が反射率改善に寄与することを示唆している。
さらに、特許文献２ではＬＥＤ素子を樹脂製の実装基板に搭載しているが、近年の高出力ＬＥＤ素子等の出現により、放熱性が問題となってきている。放熱性の課題に対しては、放熱性に優れる銅または銅合金のリードフレームに銀または銀合金を反射層としたタイプが推測されるが、高出力のＬＥＤ素子においてはその発熱で基材の銅成分が銀表面に拡散してしまい、使用中に反射率が低下する現象が生じるために、簡単にリードフレームに展開することはできなかった。このため、高出力ＬＥＤ素子に使用しても近紫外域から可視光域において反射率が良好で長期間変化しないリードフレームの要求が期待されている。

そこで、本発明は、ＬＥＤ、フォトカプラ、フォトインタラプタなどの光半導体装置用に使用される光半導体実装用基板（リードフレームを含む）において、可視光域（波長４００〜８００ｎｍ）においては従来通りの反射率が８０％以上を満足し、かつ近紫外域である波長３４０〜４００ｎｍにおいても優れた反射率、具体的には波長３４０ｎｍで６５％以上、波長３７５ｎｍで７５％以上を示す、高輝度かつ放熱性に優れた光半導体実装用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。特に近紫外域である光半導体素子を搭載した光半導体装置に好適に使用できる光半導体実装用基板（リードフレームを含む）及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は上記問題に鑑み鋭意検討を進めた結果、光半導体実装用基板において、導電性基板に銀または銀合金からなる反射層（皮膜）を定法のめっきで形成したのでは、反射層皮膜表面に微細な組織が出現し、この組織が波長３４０〜３８０ｎｍ付近に出現する反射率吸収ピークを減衰させていたものと推測し、このめっき表面に出現する微細な組織を平滑にすることで、詳細に関しては不明であるものの、波長３４０〜３８０ｎｍ付近に出現する反射率吸収ピークを減衰あるいは消滅させることができることを見出した。その結果、従来技術のような熱処理を施すことなく、また結晶粒径を制御することなく、可視光域である波長４００〜８００ｎｍの反射率を８０％以上に維持しつつ、かつ波長３４０〜４００ｎｍでも優れた反射率が実現できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成させた。

本発明の光半導体実装用基板の製造方法は、導電性基板上にめっき法で銀または銀合金からなる皮膜を形成し、該皮膜表面を電解処理して、原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満の反射層とすることを特徴とする。

また、本発明の光半導体実装用基板の製造方法は、導電性基板上にめっき法で銀または銀合金からなる皮膜を形成した後、該皮膜を外気に曝すことなく電解処理して、原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下ＡＦＭと略記することがある。）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満の反射層とすることを特徴とする。

前記導電性基板は、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成することが好ましい。
また、前記めっき法は、電解研磨処理であることが好ましい。

本発明の光半導体実装用基板は前記本発明の製造方法で製造された光半導体実装用基板である。

本発明の光半導体装置は、前記本発明光半導体装置用基板の反射層に光半導体素子が搭載されている光半導体装置である。

本発明によれば、導電性基板上の最表面に銀または銀合金からなる反射層をめっき法で形成した後、さらにその反射層を電解処理で平滑にする光半導体装置用基板の製造方法であり、製造した該光半導体実装用基板は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満となっている。この光半導体装置用基板は可視光域である波長４００〜８００ｎｍの反射率が８０％以上を維持すると同時に、従来技術で回避できなかった近紫外域である波長３４０〜３８０ｎｍ付近に出現する反射率吸収ピークを減衰あるいは消滅させ、反射率低下を抑制することができる。
また、本発明光半導体実装用基板を使用することにより、絶縁樹脂からなる実装基板上の回路へ直接半導体素子を実装するよりも放熱性に優れ、熱による光半導体装置の劣化を遅延させることができ、光半導体の長寿命化を図ることができる。
また、反射層の平滑法を電解処理とすることで、反射層を形成後、同一ラインの後工程で電解処理できる。このため生産性が著しく向上する。

本発明に係る光半導体実装用基板の第１の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る光半導体実装用基板の第２の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る光半導体実装用基板の第３の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る光半導体実装用基板の第４の実施形態を示す概略断面図である。本発明光半導体実装用基板のＡＦＭで撮影した平滑層表面の写真である。

本発明の光半導体実装用基板（リードフレームを含む。以下同様）は、導電性基板に銀または銀合金からなる反射層をめっき法で形成した後、さらにその反射層の最表面めっき組織を、塑性加工工程および／または熱処理工程を経ずに、めっき後よりも平滑にした形状を有することを特徴としている。また、平滑後の表面は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満とする。このようにすることでめっき表面組織によって発生する光の吸収ピークを減衰あるいは消滅させることができるため、その結果波長３４０〜４００ｎｍの近紫外域における反射率を向上させることができ、特に波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍの光半導体発光素子を搭載する光半導体装置に好適に使用できる。光半導体装置の中でも、特にＬＥＤ、フォトカプラ、フォトインタラプタにおいて効果を発揮する。

本発明の光半導体実装用基板の表面は、ＡＦＭで５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ以下である。この下限値である２ｎｍ以下では、ワイヤボンディング性がエラーを生じやすくなるため好ましくなく、５ｎｍ以上であることがより好ましい。一方の上限値である５０ｎｍ以上では、反射率が吸収ピークの出現により要求レベルに達しないために好ましくなく、好ましくは３０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。このＳａが低いほど優れた反射特性が得られ、より高輝度な光半導体高源であるＬＥＤ用として適用できる。
ワイヤボンディング性と反射特性との兼ね合いから最も好ましいＳａの範囲は５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲である。

ここで、ＡＦＭによる５μｍ×５μｍ視野内で撮影した写真の一例を写真（図５参照）に示す。この写真は、任意の５μｍ×５μｍ視野内を観察したものであり、本発明はこの測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満である必要がある。なお、図５の写真における表面粗さＳａ≒６．２ｎｍである。

また、本発明の光半導体実装用基板は、基板を銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることで、反射率特性がよくかつ銀皮膜をめっきで形成するのが容易であり、コストダウンにも寄与できる。また、これらの金属を基板とする光半導体実装用基板は放熱特性に優れており、発光体が発光する際に発生する熱エネルギーを、光半導体実装用基板を介してスムーズに外部に放出することができ、発光素子の長寿命化及び長期にわたる反射率特性の安定化が可能となる。
これは、基板の導電率（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｎｎｅａｌｅｄＣｏｐｐｅｒＳｔａｎｄａｒｄ、ＩＡＣＳ）に依存するものであり、少なくとも１０％以上あるものが好ましく、５０％以上であるものがさらに好ましい。なお、これら基板の材質が変化しても、反射率は反射層の表面状態に依存するため、反射率変化は見られず、放熱性及び基板の物理特性や機械的特性のみが変化する。

本発明の光半導体実装用基板は、組織平滑後の銀または銀合金からなる反射層の厚さを０．２μｍ以上とすることにより、光の反射現象に最低限必要な厚さを確保し、かつ銀反射層が基板表面の金属と拡散するのを長期に亘り防止できて長期信頼性を確保することができる。また、厚さを１０μｍ以下とすることにより、必要以上に貴金属を使用することなくコストダウンを図ることができる。即ち、長期信頼性は反射層の厚さが１０μｍで飽和することによる。反射層の厚さは０．２〜１０μｍであれば効果は十分期待されるが、好ましくは０．５〜７μｍ、さらに好ましくは１〜５μｍである。

反射層に形成される銀または銀合金としては、銀、銀−錫合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、銀−ルテニウム合金、銀−金合金、銀−パラジウム合金、銀−ニッケル合金、銀−セレン合金、銀−アンチモン合金、銀−銅合金、銀−亜鉛合金、銀−ビスマス合金などがあげられ、銀、銀−錫合金、銀−インジウム合金、銀−金合金、銀−パラジウム合金、銀−セレン合金、銀−アンチモン合金からなる群から選ばれる銀または銀合金が好ましい。なお、銀合金に含まれる銀以外の成分の含有量は、反射率の大幅な低下を防止するために１０％以下、さらに好ましくは１％以下であることが好ましい。

また、本発明の光半導体実装用基板は、導電性基板と銀または銀合金からなる反射層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、および銅合金からなる群から選ばれた金属または合金からなる中間層を形成してもよい。
例えば、鉄系の基材を用いた場合は材料の熱伝導度が比較的低いため、下地めっきに銅および銅合金層を施すことにより、反射率を損なうことなく放熱性を向上させることができる。
さらに、前記の銅めっきは銀または銀合金とのめっき密着性向上にも寄与するため発光素子が発光する際の発熱による密着性の劣化を防止できる。
銅および銅合金基材を用いた場合は、発光素子が発光する際の発熱による基材成分の反射層への拡散を抑制するために、下地にニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金層を施すことが有効である。
これらの下地めっきの厚さは限定するものではないが、０．２〜２．０μmの範囲が好ましい。

また、本発明の光半導体実装用基板の製造方法として、最表面めっき組織の平滑法が、電解処理、具体的には電解研磨処理であることが好ましい。この方法によると、最表層を電解或いは無電解めっきで形成した直後に同一ラインの後処理工程で処理できるので、リードタイムが短縮できるために表面汚染が少なく、生産性が高くなる。他の平滑方法として圧延法、プレス法、鍛造法、転造法などの塑性加工法があるが、１次プレスされた表面にこれらの塑性加工法を適用するのは大変困難であるだけでなく、塑性加工時に必要なオイルが反射層表面を汚染し、その結果ワイヤボンディング性や半田付け性を阻害する可能性が高くなるため好ましくない。また、組織を平滑化するのに熱拡散現象を利用して平滑にすることも考えられるが、熱による表面酸化や硫化により同様にワイヤボンディング性や半田付け性を阻害する可能性が高くなり、好ましくない。

また、光半導体実装用基板の製造方法において、最表面めっき組織の平滑法が電解処理である場合、めっき後に平滑化した後の厚さが０．２μｍ〜１０μｍであるので、それ以上に初期のめっきを形成する必要がある。電解処理で溶解する最表層の厚さは、初期のめっき後の厚さの好ましくは５〜５０％、さらに経済的観点や生産性の観点から１０〜２０％の厚さを溶解することが好ましい。溶解厚が５％以下であると十分な平滑性が得られない一方、５０％を超えて除去すると銀または銀合金の溶液への溶解量が多量となって電解処理液が短期間で劣化してしまうためと、貴金属の使用量が多くなるため好ましくない。
平滑層をめっきで形成する際、電流密度やめっき液組成によりめっき表面粗度が影響されるが、例えば最終的な反射層厚さを５μｍで調整する時は、めっき厚５．５５μｍを形成後、その１０％である０．５５μｍを溶解することで調整できる。

なお、反射層面の表面粗度Ｓａの調整は、電解処理に使用する溶液の組成や電流密度、時間等で調整可能であるが、電流密度で調整するのが最も容易で好ましい。例えば電解研磨液として、シアン化ナトリウム５０ｇ／リットルとフェロシアン化カリウム５０ｇ／リットルと界面活性剤１ｇ／リットルの溶液によって液温４０度、電流密度２〜６Ａ／ｄｍ^２で材料側を陽極に、不溶性電極（例えばＰｔ／Ｔｉ電極など）を陰極にして電解することで、表面粗さＳａを２〜５０ｎｍで調整することができる。

また、少なくとも光半導体素子を搭載する箇所にのみ本発明の光半導体実装用基板を用いたことにより、低コストで効果的に反射率特性を得ることができる。これは、光半導体素子の搭載部にのみ銀または銀合金からなる反射層を形成した後、電解処理することで、反射率特性は十分効果が上げられるためである。この場合、銀または銀合金からなる反射層は部分的に形成されていてもよく、例えばストライプめっきやスポットめっきなどの部分めっきで形成し、その後マスキング冶具などを用いて部分的な平滑化処理（電解処理）により形成しても良い。反射層が部分的に形成される光半導体実装用基板を製造することは、反射層が不要となる部分の金属使用量を削減でき、かつ除去される金属量も最小限に出来るので、環境にやさしく低コストである光半導体装置とすることができる。

また、本発明の光半導体実装用基板は、特に光半導体素子の発光波長ピークが、３４０ｎｍ〜４００ｎｍであるときに、より効果を発揮する。これは、従来技術では反射率の吸収が発生している領域である波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍの発光波長をもつ光半導体素子を搭載すれば、本発明基板は従来の光半導体よりも反射率が高いので、より高輝度な光半導体装置が提供できるので好ましい。

以下、本発明の光半導体実装用基板の実施形態を、図面を用いて説明する。各図において、リードフレームに光半導体素子が搭載されている状態を示す。なお、各実施形態はあくまでも一例であり、本発明の範囲は各実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る光半導体実装用基板の第１の実施形態を示す概略断面図である。図１に示す実施形態は、本発明の光半導体実装用基板をリードフレーム１０に具現化したものである。図１において光半導体実装用リードフレーム１０は、該リードフレームの形状に１次プレスされた導電性基板１上に銀または銀合金からなる反射層２が形成されている。反射層２の一部の表面上に光半導体素子３が搭載され、光半導体素子３はボンディングワイヤ７により絶縁された他方のリードフレーム１０とつながれて回路が形成されている。
本実施形態のリードフレーム１０の反射層２は電気めっきで形成された後、最表面めっき組織を塑性加工工程および／または熱処理工程を経ずに電解処理して、めっき後よりも平滑にした形状とされ、その表面粗さＳａは、原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定したＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満となっている。
本実施形態におけるリードフレーム１０の表面反射率は、可視光域である波長４００〜８００ｎｍにおいて反射率８０％以上を維持しつつ、さらに近紫外域である波長３４０〜４００ｎｍでも優れた反射率を有し、反射特性に優れた光半導体実装用リードフレームとなっている。
なお、搭載される光半導体素子３の発光波長ピークは波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍであることがより好ましい。
本実施形態はこのように、１次プレスが行われた導電性基板１に反射層２を形成してリードフレームに仕上げることができ、塑性加工法では成し得ない形状にも本発明は適用できる。

図２は、本発明に係る光半導体実装用基板をリードフレームとした第２の実施形態を示す概略断面図である。図２に示す実施形態のリードフレーム２０が図１に示すリードフレーム１０と異なる点は、導電性基板１と反射層２との間に、中間層４が形成されていることである。その他の点については、図１に示すリードフレームと同様である。

図３は、本発明に係る光半導体実装用基板をリードフレームとした第３の実施形態の概略断面図である。図３は、モールド樹脂５および封止樹脂６によってＬＥＤモジュールが形成されている様子を便宜的に示しており、光半導体素子３が搭載される部分及びその近傍である反射現象を起こす箇所、モールド樹脂５の内部、さらにはモールド樹脂５の外側に形成されたリードフレーム部分であって、半田付け性を要求される領域Ａの箇所も含めた全面に銀または銀合金からなる反射層２が形成されている。

図４は、本発明に係る光半導体実装用基板をリードフレームとした第４の実施形態を示す概略断面図である。図４は、モールド樹脂５および封止樹脂６によってＬＥＤモジュールが形成されている様子を便宜的に示しており、光半導体素子３が搭載される部分及びその近傍である反射現象を起こす箇所、およびモールド樹脂５の内部にのみ反射層２が形成されている。本実施形態においては、このように、光反射に寄与する部分近傍にのみ銀または銀合金からなる反射層２を形成することも可能である。
本実施形態において、中間層４は導電性基板１の全面に形成されているが、導電性基板１と反射層２との間に介在する形態であれば、部分的に形成されていてもよい。
なお、これらの場合はモールド樹脂５の外部の部分に半田付け性を付与するため、半田付け性が要求される領域Ａに半田めっきや錫めっきを施すことで半田付けを確保することも可能である。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例として、厚さ０．２５ｍｍ、幅３０ｍｍの表１に示す導電性基板（基体）に以下に示す前処理を行った後、以下に示す電気めっき処理を施し銀または銀合金からなる反射層を形成した。その後、銀または銀合金からなる反射層の最表面を外気に曝すことなく電解研磨法により溶解し、その処理条件を変化させて本発明例１〜２９、比較例１および参考例１〜２のリードフレームを作製した。なお、この表における最表層の被覆厚とは、初期において溶解厚分を余分に被覆した後、表に示す厚さを溶解することで最終的な最表層被覆厚を形成していることを意味する。例えば、実施例１において、初期に反射層被覆厚を４．０μｍ形成後、２．０μｍ溶解して最表層２．０μｍを形成したことを意味している。

また、従来例１は、板厚０．２５ｍｍ、幅１８０ｍｍの表１に示す導電性基板に以下に示す前処理を行った後、以下に示す電気めっき処理を施すことで、リードフレームを作製した。
また従来例２では、従来例１で得られためっき材に残留酸素濃度５００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気にて、３００℃で５分熱処理を行い、結晶粒径を熱処理によって調整したリードフレームを準備した。

導電性基板として用いられた表１に示す材料の、「Ｃ１８０４５」は（ＥＦＴＥＣ−６４Ｔ、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金材料：Ｃｕ−０．３Ｃｒ−０．２５Ｓｎ−０．５Ｚｎ）、「Ｃ１９４００」は（Ｃｕ−Ｆｅ系合金材料：Ｃｕ−２．３Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１５Ｚｎ）、「Ｃ５２１００」は（リン青銅：Ｃｕ−８Ｓｎ−Ｐ）、「Ｃ２６８００」は（黄銅：Ｃｕ−３５Ｚｎ）であり、Ｃの後の数値はＣＤＡ（ＣｏｐｐｅｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格による種類を示す。なお、「Ｃ１８０４５（ＥＦＴＥＣ−６４Ｔ）」は、古河電気工業社製の銅合金である。
また、「４２アロイ」は鉄系基板を表し、ニッケルを４２質量％含有し、残部が鉄と不可避不純物からなる合金を表す。
また、「Ａ２０１４」はアルミニウムまたはアルミニウム合金の基板を表し、日本工業規格（ＪＩＳＨ４０００：２００６など）にその成分が規定されている。
なお、基板が「Ａ２０１４」は電解脱脂・酸洗・亜鉛置換処理の工程を経て、その他の基板の場合は電解脱脂・酸洗の工程を経た前処理を行った。また、それぞれ銀または銀合金めっきを行う前に銀ストライクめっきを行った。

（前処理条件）
［電解脱脂］
脱脂液：ＮａＯＨ６０ｇ／リットル
脱脂条件：２．５Ａ／ｄｍ^２、温度６０℃、脱脂時間６０秒
［酸洗］
酸洗液：１０％硫酸
酸洗条件：３０秒浸漬、室温
［亜鉛置換］基板がアルミニウムの時に使用
亜鉛置換液：ＮａＯＨ５００ｇ／リットル、ＺｎＯ１００ｇ／リットル、酒石酸（Ｃ_４Ｈ_６Ｏ_６）１０ｇ／リットル、ＦｅＣｌ_２２ｇ／リットル
処理条件：３０秒浸漬、室温
［Ａｇストライクめっき］被覆厚０．０１μｍ
めっき液：ＫＡｇ（ＣＮ）_２５ｇ／リットル、ＫＣＮ６０ｇ／リットル、
めっき条件：電流密度２Ａ／ｄｍ^２、めっき時間４秒、温度２５℃

（下地めっき条件）
［Ｎｉめっき］
めっき液：Ｎｉ（ＳＯ_３ＮＨ_２）_２・４Ｈ_２Ｏ５００ｇ／リットル、ＮｉＣｌ_２３０ｇ／リットル、Ｈ_３ＢＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度５Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃
［Ｃｏめっき］
めっき液：Ｃｏ（ＳＯ_３ＮＨ_２）_２・４Ｈ_２Ｏ５００ｇ／リットル、ＣｏＣｌ_２３０ｇ／リットル、Ｈ_３ＢＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度５Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃
［Ｃｕめっき］
めっき液：ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ２５０ｇ／リットル、Ｈ_２ＳＯ_４５０ｇ／リットル、ＮａＣｌ０．１ｇ／リットル
めっき条件：電流密度６Ａ／ｄｍ^２、温度４０℃

（銀めっき条件）
［Ａｇめっき]
めっき液：ＡｇＣＮ５０ｇ／リットル、ＫＣＮ１００ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
（銀合金めっき条件）
［Ａｇ−Ｓｅ合金めっき］（Ａｇ−０．５％Ｓｅ）
めっき液：ＫＣＮ１５０ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３１５ｇ／リットル、ＫＡｇ［ＣＮ］_２７５ｇ／リットル、Ｎａ_２Ｏ_３Ｓｅ・５Ｈ_２Ｏ５ｇ／リットル
めっき条件：電流密度２Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃
［Ａｇ−Ｓｂ合金めっき］（Ａｇ−１％Ｓｂ）
めっき液：ＫＣＮ１５０ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３１５ｇ／リットル、ＫＡｇ［ＣＮ］_２７５ｇ／リットル、Ｃ_４Ｈ_４ＫＯＳｂ１０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃

（電解研磨条件）
電解研磨液：ＮａＣＮ５０ｇ／リットル、Ｋ_４［Ｆｅ（ＣＮ）_６］５０ｇ／リットル、界面活性剤：１ｇ／リットル
電流密度：２〜６Ａ／ｄｍ^２
処理時間：１〜９５秒
陰極：Ｐｔ／Ｔｉ電極

（ＡＦＭ測定条件）
ＡＦＭ装置名：Ｎａｎｏｓｕｒｆ社製ＭｏｂｉｌｅＳ
触針：ＣＯＮＴＲ−10＃
測定視野：５μｍ×５μｍ

（評価方法）
上記のようにして作成した光半導体実装用（表１に示す本発明例、比較例、参考例および従来例）のリードフレームについて、下記試験および基準により評価を行った。その結果を表２に示す。

（１Ａ）反射率測定：
分光光度計（Ｖ６６０（商品名、日本分光（株）製））において、全反射率を３００ｎｍ〜８００ｎｍにかけて連続測定を実施した。このうち、３４０ｎｍ、３７５ｎｍ、４００ｎｍおよび６００ｎｍにおける全反射率（％）を表２に示す。それぞれ波長３４０ｎｍでの反射率を６５％以上、波長３７５ｎｍでの反射率を７５％以上、波長４００ｎｍ〜波長６００ｎｍでの反射率を８０％以上であることを要求特性とした。

（１Ｂ）ワイヤボンディング性：
樹脂モールド工程を想定した熱履歴として１５０℃−３時間の大気加熱を行った後、下記のワイヤボンディング条件において、１０点テスト後に接合強度測定を行い、その「強度−３σ」の値が４９．０ｍＮ以上のものを「優」と判定して表に「◎」印を付し、２９．４ｍＮ以上４９．０ｍＮ未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、２９．４ｍＮ未満であるが接合可能なものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく接合しなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付して、それぞれ表２に示した。なお、１５０℃−３時間の熱処理では結晶粒径はほとんど変化しないことを確認し、ワイヤボンディングの要求レベルは「△」以上とした。
ワイヤボンダ：
測定器：ＳＷＢ−ＦＡ−ＣＵＢ−１０、（株）新川製
ワイヤ：２５μｍ金ワイヤ
ボンディング温度：１５０℃
キャピラリ：１５７０−１７−４３７ＧＭ
１ｓｔ条件：１０ｍｓｅｃ．、４５Ｂｉｔ、４５ｇ
２ｎｄ条件：１０ｍｓｅｃ．、１００Ｂｉｔ、１３０ｇ

これらの結果から明らかなように、本発明光半導体実装用基板は、波長４００〜８００ｎｍにおける反射率が従来例や比較例と同等あるいはそれ以上であり、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍで８０％以上を満足した。さらに、従来例や比較例では達成できなかった波長３４０ｎｍで反射率６５％以上、波長３７５ｎｍで反射率７５％以上を満足し、特にＳａが２ｎｍを越えて５０ｎｍ未満、さらには５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である本発明においては、反射率も優れかつワイヤボンディング性も非常に優れた特性を示しており、従来の技術では達成し得なかった非常に優れたリードフレームが得られていることが分かる。

一方、従来例１は通常の銀めっき品であるが、波長４００ｎｍの反射率が８０％以下、さらに波長３４０ｎｍでは反射率が６１％、波長３７５ｎｍでは６７％であり、吸収ピークの発生による反射率低下が見られることが分かる。この結果、波長３７５ｎｍ発光の素子を搭載した場合、本発明の方が８〜１８％も反射率が高いため、輝度が高いことを意味する。このことは、反射率向上によりこれらの波長を利用した光半導体に好適に用いられる。

さらに従来例２は、銀めっき後に熱処理を施して結晶粒径を０．５μｍ以上に粗大化させた例であるが、初期の反射率が波長３７５ｎｍでは７５％を下回っており、さらにワイヤボンディング性も劣っていることが分かる。これは、リードフレームタイプに従来例２のような熱処理を施すと、基材の銅成分が表層にまで拡散しやすくなり、その結果反射率も僅かに低下して表面が酸化してワイヤボンディング性に劣るものと考えられる。このため、熱処理を用いていない本発明では耐熱性にも優れ、反射率が熱劣化しにくい光半導体用リードフレームが提供できる。

さらに比較例１においては、反射層の表面粗さＳａが５０ｎｍを上回っており、その結果波長３４０ｎｍおよび波長３７５ｎｍの反射率がそれぞれ６５％および７５％を下回っていることから、本発明よりも反射率改善が不十分であることが分かる。
さらに参考例１は、最表層の厚さが０．２μｍ未満のものであり、表面粗さＳａを５２ｎｍに調整したものである。波長３４０ｎｍおよび波長３７５ｎｍでそれぞれ反射率６５％以下、および反射率７５％以下であり、また、ワイヤボンディング性に劣ることが分かる。
また、参考例２は、最表層の厚さが０．２μｍ未満のものであり、表面粗さＳａを５．４ｎｍに調整したものである。波長３４０ｎｍ〜波長６００ｎｍでそれぞれ反射率を満足しているものの、ワイヤボンディング性に劣ることが分かる。
参考例１，２は、銀からなる反射層被覆厚が０．２μｍ以下であるため基材の銅成分が表面にまで拡散しやすくなることから、最表面に基材の銅成分が露出してワイヤボンディングを阻害したものと考えられる。これらの結果から、少なくとも０．２μｍ以上の最表層被覆厚が形成されることが好ましいことを意味している。しかしながら、ワイヤボンディングの不要なフリップチップタイプの光半導体や封止樹脂硬化温度の低い樹脂等を使用することで、本問題を解決できる場合は、好適に使用できるものである。

これらの結果から、最表層の銀または銀合金からなる反射層を電気めっき法で形成後、その電解研磨法によりめっき組織を平滑にし、その表面粗さＳａを２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満にすることによって、可視光域である波長４００〜６００ｎｍでの優れた反射率を堅持しつつ、近紫外域の波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍにおける反射率を高めることができる。そのため、本発明のリードフレームを光半導体装置に用いることで、優れた反射率によって高輝度を示し、またワイヤボンディング性に優れた光半導体装置が提供できる。さらに、従来技術では達成できなかった光の吸収ピークを減衰もしくは消滅させることで、特に波長３４０〜４００ｎｍに光の発光ピークを持つ光半導体素子を搭載すると、より一層従来よりも高輝度な光半導体装置を提供できる。

本発明によれば、導電性基板上の最表面に銀または銀合金からなる反射層をめっき法で製膜した後、さらにその反射層を電解処理で、好ましくは製膜した反射層を外気に曝すことなく電解処理で平滑にする光半導体装置用基板の製造方法であり、製造した該光半導体装置用基板は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満となっている。この光半導体装置用基板は可視光域である波長４００〜８００ｎｍの反射率が８０％以上を維持すると同時に、従来技術で回避できなかった近紫外域である波長３４０〜３８０ｎｍ付近に出現する反射率吸収ピークを減衰あるいは消滅させ、反射率低下を抑制することができ、その結果優れた反射率、具体的には波長３４０ｎｍで６５％以上、波長３７５ｎｍで７５％以上を示す光半導体実装用基板が得られる。
また、本発明光半導体実装用基板を使用することにより、基板上の回路へ直接光半導体を実装しても、基板は放熱性に優れ、熱による光半導体装置の劣化を遅延させることができ、光半導体の長寿命化を図ることが出来る。
また、最表面めっき組織の平滑法が、電解処理（電解剥離および／または電解研磨処理）であることで、最表面の反射層を形成後、同一のライン中の後工程で処理できる。このため生産性が向上し、さらに塑性加工法や熱処理工程を経ないことにより、プレス油や圧延油が付着することがなく、かつ銀叉は銀合金めっき直後に電解処理を行うのでリードタイムがほとんどなく、その結果、次工程までの時間が短縮されるので最表面の酸化や硫化の度合が小さくなり、ワイヤボンディング性や半田付け性も優れた光半導体実装用基板が生産できる。
すなわち、本発明によれば、可視光域である波長４００〜８００ｎｍにおいても反射率８０％以上であり、特に従来技術よりも近紫外域である波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍ近辺を発光する光半導体素子搭載時に反射率が優れているので、高輝度かつ放熱性にすぐれ、さらにワイヤボンディング性や半田付け性に優れた光半導体実装用基板およびその製造方法を提供でき、作成した光半導体実装用基板に光半導体を実装した光案導体装置を提供することができる。

１導電性基板
２反射層
３光半導体素子
４中間層
５モールド樹脂
６封止樹脂
７ボンディングワイヤ
１０リードフレーム
２０リードフレーム

Claims

導電性基板上にめっき法で銀または銀合金からなる皮膜を形成し、該皮膜表面を電解処理して、原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満の反射層とする光半導体実装用基板の製造方法。
導電性基板上にめっき法で銀または銀合金からなる皮膜を形成した後、該皮膜を外気に曝すことなく電解処理して、原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍの視野内で測定した表面粗さＳａが２ｎｍを超えて５０ｎｍ未満の反射層とする光半導体実装用基板の製造方法。
前記導電性基板は、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体実装用基板の製造方法。
前記反射層を形成する電解処理は電解研磨処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体実装用基板の製造方法。
請求項１又は２の製造方法で製造した光半導体実装用基板。
請求項５に記載の光半導体実装用基板の反射層に光半導体素子が搭載されている光半導体装置。