JP5503388B2 - Led用リードフレーム - Google Patents

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Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライト、照明器具、自動車のヘッドランプやリアランプ等に用いられる発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を光源とする発光装置を構成するLED用リードフレームに関する。
近年、LED素子を光源とする発光装置が、省エネルギかつ長寿命である利点を活かして、広範囲の分野に普及し、各種機器に適用されている。LED素子を光源とする発光装置の一例として、表面実装型の発光装置の構造および動作について、図7および図8を参照して説明する。図7はLED素子を光源とする表面実装型の発光装置の模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のG−G線矢視断面図である。図8は、LED素子を光源とする表面実装型の発光装置における光の拡散反射を説明する概念図で、図7(a)のH−H線矢視断面の部分拡大図に該当する。
図7(a)、(b)に示すように、発光装置40は、LED素子(図中では「LED」と記載する。)と、LED素子が収容される凹状の素子実装部42が形成された樹脂製のLED素子実装体43と、LED素子実装体43の外側から素子実装部42内側へ貫通する帯状の銅等からなる一対のリード部材44a,44bと、備える。LED素子実装体43は、素子実装部42の上方が広がって開口したカップ状で、この開口部42cから、LED素子の発光した光が発光装置40の外部へ照射される。
一対のリード部材44a,44bのそれぞれにおいて、素子実装部42の底面42aに配設された領域をインナーリード部45a,45b、LED素子実装体43の外側に延出された領域をアウターリード部46a,46bと称する。LED素子は、素子実装部42の底面42aの略中央の、一方のリード部材44aのインナーリード部45aの上面にシリコーンダイボンド材等からなる接着剤(接着層)によって接着され、LED素子の電極(図示省略)が一対のリード部材44a,44bのそれぞれのインナーリード部45a,45bにボンディングワイヤ(ワイヤ)で接続されている。また、素子実装部42内は、エポキシ樹脂等の透明な封止樹脂(図示省略)が充填されて封止されている。そして、一対のリード部材44a,44bのそれぞれのアウターリード部46a,46bが図示しない電源に接続されてLED素子に電流が供給される。なお、本明細書における「上」とは、原則として、リード部材のLED素子が搭載される側を指し、図7(b)における上である。
この発光装置40においては、図8に示すように、LED素子の発光部(発光層)が発光して、この発光部を中心に光を放射し、図中に矢印で示す光L0d,L0e,L0fが素子実装部42内のあらゆる方向へ照射される。これらの光のうち、上方へ照射された光L0dは直接、素子実装部42の開口部42cから発光装置40の外部へ出射して照明光等として利用される。しかし、それ以外の方向へ照射された光L0e,L0fは、素子実装部42の側面42bおよび底面42aならびにリード部材44a(44b)のインナーリード部45a(45b)表面に入射する。そこで、これらの面は、LED素子から入射した光をよく反射させるように、光反射率(以下、反射率という)を高くすることが求められている。特にAgやAg合金は、金属の中で最も高い反射率を示すため、このような面における反射膜の材料として最適である。
例えば、特許文献1には、外囲器(図7のLED素子実装体43に相当)に囲繞されるリードのインナー部(図7のインナーリード部45a,45bに相当)に、AgまたはAg合金からなる被膜を設けることによって、LED素子が発光する光を効率よく反射して高い反射率を得ることが記載されている。
また、前記LED素子実装体43は、通常、素子実装部42の各面42a,42bで光を多く反射するように白色の樹脂で形成されるが、発光装置40の使用時間の経過と共にLED素子から発生する熱により樹脂が黄変して反射率が劣化し易い。そこで、特許文献2には、樹脂製カップ部(図7のLED素子実装体43に相当)の内側面(図7の素子実装部42の側面42bに相当)にAg膜を被覆して、このAg膜に光を反射させることで高反射率を維持することが記載されている。
また、Agで形成される膜は、熱や硫黄、ハロゲンイオンの存在によりAgが凝集して膜表面が荒れたり、膜表面に塩化物(AgCl)等のハロゲン化物や硫化物(Ag2S)を形成するために黒褐色に変色して、反射率が劣化するという問題がある。さらには、素子実装部42内に充填されたエポキシ樹脂等の透明な封止樹脂に膜中のAgが拡散してAgのナノ粒子として析出し、封止樹脂を褐色に変色させて光透過性を劣化させるため、LED素子から放射される光が吸収されて照明光が暗くなるという問題がある。
この問題を解決するために、例えば、特許文献3には、封止樹脂にシリコーン樹脂を適用し、反射面の純Agめっき層に、塩化物や硫化物を形成し難いAg−Au合金めっき層をさらに被覆したリードフレームが記載されている。また、特許文献4には、Ge,Biを含有するAg合金膜をめっき等で成膜した後、熱可塑性樹脂でリフレクタ(図7のLED素子実装体102に相当)を形成することで、あるいは熱処理を行うことで、その際の加熱により前記Ag合金膜のGe,Biを拡散させて表面に濃化させ、ハロゲン化銀を形成し難くしたリードフレームが記載されている。
特開2004−241766号公報(請求項1、段落番号0020) 特開2007−266373号公報(請求項1) 特開2008−91818号公報(請求項1,2、段落番号0015〜0016) 特開2008−192635号公報(請求項1)
しかしながら、特許文献1において向上させた反射率は、硫酸バリウムからなる反射膜を基準として測定される反射率であり、これは拡散反射率である。拡散反射(乱反射)とは、ある入射角で反射面に入射した光が入射角に対してあらゆる角度で反射する現象であり、拡散反射率は、あらゆる方向へ反射した反射光のすべての光量の合計の、入射光量に対する割合を表す値である。これに対して、光がその入射角と同じ角度で反射する現象を正反射といい、この正反射による反射光のみの光量の、入射光量に対する割合を正反射率という。
ここで、図8を参照して、発光装置40において、LED素子の発光した光が素子実装部42の各面42a,42bやリード部材44a,44b表面で拡散反射する場合の反射光について説明する。前記したように、通常、LED素子実装体43は反射率の高い白色樹脂で形成され、また、リード部材44a,44b(インナーリード部45a,45b)の表面も、反射率を高くするためにAg膜で被覆されている。しかし、これらの高反射率は拡散反射によるものであり、したがって、素子実装部42の各面42a,42bやインナーリード部45a,45b表面に入射した光は拡散反射する。
LED素子の発光部から側方(図中、左方)へ照射された光L0eは、素子実装部42の側面42bで拡散反射し、この側面42bから反射光L1eがあらゆる方向へ照射される。反射光L1eの一部は、上方へ照射されて開口部42cから発光装置40の外部へ出射する。しかし、それ以外の光は、素子実装部42の別の側面42bや底面42aおよびインナーリード部45a,45b表面に入射して、これらの面で再び拡散反射したり、あるいはLED素子に入射する。LED素子から下方へ照射された光L0fも、リード部材44aのインナーリード部45a表面で拡散反射し、反射光L1fの一部は外部へ出射し、別の一部は素子実装部42内で再び拡散反射を繰り返す(反射光L2f)。そのため、LED素子が発光した光の一部は、発光装置40の外部へ出射するまでに何度も反射を繰り返される(多重反射する)ことになる。
光は、反射する度、反射面に一部が吸収されて減衰する。したがって、図8に示す光L0fから反射光L1f、反射光L1fから反射光L2fと反射を繰り返すにしたがい、反射光の光量は段階的に減少する。前記従来技術のように、反射面に高い反射率を有するAg膜を被覆することにより、反射1回あたりの光の損失量は抑制できるが、反射率の内訳として拡散反射が多いと、多重反射により損失量が累積されて、LED素子の発光した光に対して、最終的な出射光の光量は大きく減少する。これは、発光装置40において、LED素子の発光した光から実際に照明光等として有効に利用される光の光量が減少して照明光が暗くなることになる。
また、特許文献3のAg−Au合金膜は、塩化物や硫化物を形成し難くするためにAg含有量を50質量%未満に制限したAuを主成分とする合金からなり、Agと比較して反射率に劣り、さらにコストも高くなる。特許文献4のAg合金膜では、めっきでGe,Bi濃度を制御したAg合金膜を成膜することが困難である上、その後の熱処理によりAg合金膜表面で安定してGe,Biを濃化させることも困難である。特に、硫化物形成を防止するGeの拡散には温度および時間が不十分であり、このようなAg合金膜では硫化物の形成が十分に抑制できない上、封止樹脂とするシリコーン樹脂には、樹脂の硬化触媒として塩化白金酸のような金属塩化物や金属硫化物等が含まれている。
本発明の課題は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、多重反射による光量の損失を抑制するとともに、反射膜にAgを適用しても反射率が劣化することがなく、また反射膜中のAgが素子実装部の封止樹脂を変色させることがなく、出射光の光量を高く維持できる、LED素子が発光した光を高効率で長期間利用することを可能とするLED用リードフレームを提供することにある。
本発明者らは、LED用リードフレームの反射面を、反射率の中でも正反射率を高くすることが、拡散反射に伴う多重反射を減らして光量の損失を抑え、発光装置から出射される光量を増加させるために有効であることに想到した。すなわち、表面の粗い反射面では光が拡散反射することから、これに対して、正反射率を高くするために表面の平滑な反射面にすることにした。
そして、本発明者らは、鋭意研究の結果、高い正反射率となる表面の平滑性を表す指標としては、二乗平均粗さRrmsを用いることが好ましいことを知見した。二乗平均粗さは、粗さの標準偏差に相当する値であるので、算術平均粗さRaが同じであったとしても、高い突起や深い谷が多い表面ほどRrmsは大きくなる。つまり、Rrmsが大きいほど表面の凹凸が激しいことになるため、そのような表面に入射した光は拡散反射が大きくなり正反射が減少する。そこで、表面の二乗平均粗さが30nm以下である反射膜が、大きな正反射率を示し、LED用リードフレームおよび素子実装部の内面に形成する反射膜として有効であることを知見した。従来、LED素子を光源とする発光装置から照射される光を明るくするために、反射面の表面粗さを低減して正反射率を向上させることまで考慮したものはなかった。
また、本発明者らは、反射膜を特定の元素を添加したAg合金で形成することにより、熱や硫黄、ハロゲンイオン等によりAgが凝集して反射膜表面が荒れたり黒褐色に変色したり、Agが封止樹脂に拡散することを防止して、耐久性を向上させるために有効であることを知見した。
本発明に係るLED用リードフレームは、前記知見に基づくものであり、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合金膜がGe:0.2〜0.5at%を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなり、表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る別のLED用リードフレームは、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、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:0.2〜0.5at%を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなり、表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とする。
このように、基板上に光沢Niめっき膜を介して表面にAg合金膜が積層されることにより、銅または銅合金からなる基板の表面に対して二乗平均粗さの小さい平滑な表面となって高い正反射率を示す反射膜となる。また、Geを所定量含有させたAg合金膜とすることにより、熱や硫黄、ハロゲンイオン等によるAgの凝集や変色を引き起こさず耐久性に優れた反射膜となり、さらにAgが封止樹脂に拡散して変色させることがないため、搭載されたLED素子の発光した光を高効率で継続して利用することを可能とする。また、LED素子を囲繞するLED素子実装体を備えたLED用リードフレームにおいては、このLED素子実装体の内面にも前記のAg合金膜を被覆することで、LED素子から側方へ照射された光も高効率で外部へ出射される。
また、本発明に係るLED用リードフレームにおいて、前記Ag合金膜が、Ge:0.06〜0.5at%を含有し、さらにAu:0.5〜5at%、Pd:0.5〜2at%、Nd:0.05at%〜1at%から選択される1種以上を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなるものとしてもよい。AuおよびPdはハロゲン化物の形成を抑制する作用を、Ndは熱によるAgの凝集を抑制する作用を、それぞれ有するため、Geと共に所定量含有させることでいっそう耐久性に優れた反射膜となる。
また、本発明に係るLED用リードフレームは、前記のLED用リードフレームのAg合金膜上に、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以下で備えてなる構成としてもよい。これらの金属または合金の酸化膜を表面に備えることで、Ag合金膜に外部から硫黄が接触することを防止し、いっそう耐久性に優れた反射膜となる。
本発明のLED用リードフレームは、LED素子を搭載して、その発光した光を高効率で利用して照明光の明るさを向上させ、使用時間の経過による照明光の減衰等の劣化を抑えた発光装置とすることができる。
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図である。 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。 本発明の第2実施形態の変形例に係るLED用リードフレームおよびその基板の模式図であり、(a)は基板の平面図、(b)は(a)の部分拡大図、(c)はLED用リードフレームの断面図である。 本発明の第2実施形態に係るLED用リードフレームのAg合金膜を形成される前の模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線矢視断面図、(c)は(a)のE−E線矢視断面図である。 本発明の第2実施形態の別の変形例に係る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F−F線矢視断面図である。 本発明の第2実施形態に係るLED用リードフレームを組み込んだ発光装置における光の反射を説明する概念図である。 LED素子を光源とする表面実装型の発光装置の構造を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のG−G線矢視断面図である。 従来のLED素子を光源とする発光装置における光の拡散反射を説明する概念図である。
本発明のLED用リードフレームは、LED素子を光源として実装される発光装置を構成するための部品であり、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、所要の形状および形態に構成される。以下、本発明のLED用リードフレームについて、図面を参照して詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
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。
第1実施形態に係るLED用リードフレーム10は、基板11と、基板11の少なくとも一方の面に形成された光沢Niめっき膜12と、さらにその上に形成されたAg合金膜13と、を備える。光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13は、図1(a)に示すように、基板11のLED素子が搭載される側の面になる上面(以下、適宜表面という)のみに形成されていてもよいし、基板11の下面(裏面)を含めた両面に形成されていてもよい。さらには、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13は、基板11の表面の一部の領域、例えば発光装置に組み込まれたときにLED素子の発光した光が入射する領域のみに形成されていてもよい。したがって、LED用リードフレーム10は、裏面や、表面の前記以外の領域においては、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13が積層されていてもよいし、基板11が露出していても、あるいは光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13の一方のみが形成されていてもよい(例えば、図1(b)参照)。また、LED用リードフレーム10の平面視形状は特に限定されず、発光装置の形状および形態等に応じて設計され、例えば、後記の第2実施形態の変形例に係るLED用リードフレームの基板11A(図3(a)参照)のように、複数個のLED用リードフレーム10が連結された構成としてもよい。
(基板)
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。
(光沢Niめっき膜)
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。
光沢Niめっき膜12は、平滑な表面を形成するめっき膜であれば、成分はNi単体に限定されず、例えば、Ni−Co合金、Ni−P合金、Ni−Fe合金等のNi合金で形成されるめっき膜であってもよく、また、電気めっき等の公知のめっき方法で形成することができる。
光沢Niめっき膜12の膜厚は、0.4μm以上10μm以下とする。基板11の表面粗さにも影響されるが、光沢Niめっき膜12の膜厚が0.4μm未満であると、その表面が十分に平滑にならず、光沢Niめっき膜12の上に成膜されるAg合金膜13の表面の二乗平均粗さを小さくすることができないため、反射面(Ag合金膜13の表面)の正反射率が向上しない。好ましくは1μm以上、より好ましくは2.2μm以上である。一方、光沢Niめっき膜12の膜厚が10μmを超えても、平滑化の効果が飽和する。好ましくは8μm以下、より好ましくは6μm以下である。
(Ag合金膜)
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。
Ag合金膜13を構成するAg合金において、Geは、熱によりAgが凝集することを抑制する作用(耐熱性)、硫黄により硫化銀を形成することを抑制する作用(耐硫化性)、およびハロゲンイオンによりハロゲン化銀を形成することを抑制する作用(耐ハロゲン化性)を有する。Geの含有率が0.06at%未満では、前記効果が十分に得られず、Ag合金膜13の表面が黒褐色化したり荒れて反射率が劣化する。したがって、Geの含有率は0.06at%以上とし、好ましくは0.1at%以上、より好ましくは0.2at%以上である。一方、Geの含有率が0.5at%を超えて多く添加されても、Geによる効果の向上は飽和する上、添加元素の量が多くなるにしたがい、Ag合金膜13の表面が黄色化して反射率が低下する。したがって、Geの含有率は0.5at%以下とする。
前記Geの含有率はAg合金膜13の膜全体での平均値であるが、スパッタリング法にて形成されたAg合金膜13においては、実際には表面から10nm程度までの深さの領域にGeが高濃度に分布していることで、Geによる前記効果が得られる。したがって、このような濃度分布の膜とするため、Ag合金膜13はスパッタリング法にて形成することが好ましい。
Ag合金膜13を構成するAg合金は、0.02〜0.2at%のBiをさらに含有することが好ましい。Biも耐熱性および耐ハロゲン化性を有し、特に、耐ハロゲン化性の効果に優れるため、Geと共に添加することで、Ag合金膜13の表面がハロゲンイオンにより黒褐色化することをいっそう防止できる。この効果を十分に得るために、Biの含有率は好ましくは0.02at%以上であり、より好ましくは0.04at%以上、さらに好ましくは0.07at%以上である。一方、Geと同様に、過剰に添加されると効果の向上は飽和する上、Ag合金膜13の表面が黄色化して反射率が低下する。したがって、Biの含有率は0.2at%以下とする。好ましくは、Ge,Biの各含有率(at%)を[Ge]、[Bi]と表したとき、(7×[Ge]+13×[Bi])が4以下とする。
前記Biの含有率もAg合金膜13の膜全体での平均値であり、Geと同様に、スパッタリング法にて形成されたAg合金膜13においては、表面から10nm程度までの深さの領域にBiが高濃度に分布していることで、Biによる前記効果が得られる。
Ag合金膜13を構成するAg合金は、0.5〜5at%のAu、0.5〜2at%のPd、0.05at%〜1at%のNdから選択される1種または2種以上をさらに含有することが好ましい。Au,Pdもそれぞれ耐ハロゲン化性を有するため、Geと共に添加することで、Ag合金膜13の表面がハロゲンイオンにより黒褐色化することをいっそう防止できる。また、Ndは耐熱性を有するため、Geと共に添加することで、Ag合金膜13の表面が熱により荒れることをいっそう防止できる。これらの効果を十分に得るために、Auの含有率は好ましくは0.5at%以上であり、より好ましくは1at%以上、さらに好ましくは2at%以上である。同様に、Pdの含有率は好ましくは0.5at%以上であり、より好ましくは1at%以上である。また、Ndの含有率は好ましくは0.05at%以上であり、より好ましくは0.1at%以上である。一方、Geと同様に、いずれの元素も過剰に添加されると効果の向上は飽和する上、Ag合金膜13の表面が黄色化して反射率が低下する。特にNdは1at%を超えて添加されると急激にAg合金膜13の表面が黄色化するため、Ndの含有率は1at%以下とし、好ましくは0.8at%以下、より好ましくは0.5at%以下である。また、Auの含有率は5at%以下、Pdの含有率は2at%以下とする。
熱、硫黄、ハロゲンイオンのすべてに対して優れた耐久性を備えるAg合金としては、Ag−Ge−Bi,Ag−Au−Ge−Bi,Ag−Au−Ge,Ag−Au−Ge−Ndが好ましく、中でもAg−Ge−Bi,Ag−Au−Ge−Biが特に好ましい。Ag−Ge合金にBiを混合添加することで、耐熱性および耐ハロゲン化性がいっそう向上し、さらにAuを添加することにより耐ハロゲン化性がよりいっそう向上するからである。
Ag合金膜13の膜厚は200nm以上5μm以下とする。反射膜としては膜厚が70nm以上であればよいが、Ag合金膜13の膜厚が200nm未満であると、LED用リードフレーム10を発光装置に組み込んでLED素子を実装する際の、当該LED用リードフレーム10のワイヤボンディング性が低下する。好ましくは250nm以上、より好ましくは300nm以上である。一方、Ag合金膜13の膜厚が5μmを超えても、正反射率およびワイヤボンディング性の向上効果は飽和する。好ましくは3μm以下、より好ましくは1μm以下である。
また、Ag合金膜13は、表面の二乗平均粗さRrms(Root Mean Square Roughness:粗さの二乗平均平方根値)を30nm以下とする。Rrmsが30nmを超えると、Ag合金膜の正反射率が50%未満となり、入射した光の半分以上が拡散反射してしまうためである。好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下である。
本発明において、表面の平滑性を表す指標として用いる二乗平均粗さRrmsは、下式(1)で表される値であり、表面に存在する凹凸の表面高さの標準偏差である。したがって、例えば算術平均粗さRaが同等であっても、高い突起や深い谷が多い表面ほどRrmsは大きくなる。つまり、Rrmsが大きいほど表面の凹凸が激しいことを示し、そのような表面に入射した光は拡散反射による反射が多くなり、正反射率が減少する。
Figure 0005503388
ここで、Zave:表面高さの平均値、Zji:個々の表面高さの測定値、N:測定点の数を示す。
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。
このような表面の二乗平均粗さRrmsが小さいAg合金膜13を形成するためには、下地表面の凹凸を小さくして同程度のRrmsにすればよい。しかしながら、基板11をこのような平滑な表面とすることは困難である。前記したように、基板11は銅または銅合金からなる圧延板を成形加工して製造されるが、圧延面に形成された酸化皮膜や、この酸化皮膜が脱落して圧延により埋め込まれた酸化物を除去するために、圧延後の研磨工程が必須である。この工程により研磨痕が表面に残るため、基板11表面が粗くなり、Rrmsでは60〜100nmになる。そこで、Ag合金膜13が形成される下地表面を平滑にするために、基板11の表面に、光沢Niめっき膜12を成膜して平滑な下地表面とする。また、光沢Niめっき膜12を成膜する前に、基板11の表面を硝酸を主成分とする強酸の混合液(キリンス酸)等を用いて酸によるエッチングを行ったり、コイニングにより基板11の表面の凹凸を潰しておけば、光沢Niめっき膜12の膜厚を薄く形成しても平滑性が得られるので、より好ましい。
Ag合金膜13は、めっきによって成膜することが困難な合金からなるため、物理蒸着によって成膜することが好ましい。物理蒸着の方法としては、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法が挙げられる。特に、所定の組成の合金ターゲットを形成できれば容易に狙いの組成の膜を成膜できることから、スパッタリング法が好ましい。
特に、Ag合金膜13を構成する、GeあるいはさらにBiを含むAg合金は、前記したように、スパッタリング法で成膜されると、膜の表面から10nm程度までの深さの領域においてGeやBiが高濃度に分布するために、多量の添加で反射率を低下させることなく、GeやBiの作用による耐久性が高い膜が得られる。したがって、Ag合金膜13はスパッタリング法で成膜することが好ましい。
また、光沢Niめっき膜12とAg合金膜13との密着性をよくするために、Ag合金膜13を成膜する前に、光沢Niめっき膜12の表面にアルゴンのイオンビームを照射したり、アルゴン雰囲気中で、光沢Niめっき膜12を形成された基板11に高周波を印加することにより、光沢Niめっき膜12の表面の酸化皮膜や汚れを除去してもよい。また、光沢Niめっき膜12の表面に、スパッタリング法によりTi,Zr,Pd等の活性な金属元素を含有する金属膜を予め成膜してからAg合金膜13を成膜してもよい。
(金属酸化膜)
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)。
Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wは、大気中等で表面に安定した酸化膜(不働態皮膜)を形成するため、硫黄と反応し難い。また、これらの金属は、元の金属に対する酸化物の体積比(PB比:Pilling-bedworth ratio)が1を超えるものであり、酸化により膨張するため、極めて薄い金属膜として成膜した時点でピンホールが形成されていた場合、酸化して金属酸化膜となることでピンホールが塞がれる。このような金属酸化膜は、極めて薄い、具体的には膜厚2nm以下であっても、Ag合金膜13表面を被覆する緻密な保護膜を構成し、Ag合金膜13が外部からの硫黄と接触することを防止する。
前記した通り、Ag合金膜13はGeを含有するAg合金で構成されることで、Ag合金膜13自体が耐硫化性を有する。しかし、LED用リードフレーム10が発光装置に組み込まれて、LED素子を搭載されて封止されるための封止樹脂にシリコーン樹脂を適用する場合、そしてこのシリコーン樹脂が金属硫化物を含有する材料である場合は、Ag合金膜13表面は常に硫黄と接触していることになる。あるいは、発光装置の使用環境に硫化水素が存在する場合、硫化水素が封止樹脂に拡散してAg合金膜13表面に到達する虞がある。これらのように、LED用リードフレーム10が発光装置として使用された際に、表面すなわちAg合金膜13表面が比較的高濃度の硫黄に曝され続けた場合、Ag合金膜13を構成するAg合金の成分による耐硫化性だけでは不十分で、長期間の使用で表面が黒褐色化して反射率が劣化する虞がある。したがって、LED用リードフレーム10が発光装置に組み込まれた際の封止樹脂の材料や使用環境によっては、Ag合金膜13上に金属酸化膜を備えることが好ましい。
Ag合金膜13上に金属酸化膜を形成する場合、その膜厚は0.1nm以上5nm以下とする。金属酸化膜の膜厚が0.1nm未満では、硫黄に対するAg合金膜13の保護膜として不十分である。金属酸化膜の膜厚は、厚いほどAg合金膜13の耐硫化性への効果が高いため、好ましくは0.2nm以上、より好ましくは0.3nm以上である。一方、Ag合金膜13は、LED用リードフレーム10を発光装置に組み込んでLED素子を実装する際の、当該LED用リードフレーム10へのワイヤボンディングのための層でもあるため、それを被覆する金属酸化膜の膜厚が厚くなると、LED用リードフレーム10のワイヤボンディング性が低下する。したがって、金属酸化膜の膜厚は5nm以下とし、好ましくは4.5nm以下、より好ましくは4nm以下である。
また、金属酸化膜は、その下地であるAg合金膜13の表面が平滑であるほど、薄い膜でもピンホールが形成され難くなるため、Ag合金膜13の耐硫化性への効果が高くなる。言い換えると、Ag合金膜13の表面が粗い場合は、金属酸化膜の膜厚を厚くする必要がある。前記した通り、本実施形態に係るLED用リードフレーム10は、Ag合金膜13の表面の二乗平均粗さRrmsを30nm以下としているため、この範囲の表面粗さであれば、金属酸化膜の膜厚を5nm以下において調整することでピンホールが形成され難くすることができる。
金属酸化膜は物理蒸着によって成膜することが好ましく、特にAg合金膜13と同じくスパッタリング法が好ましい。Ag合金膜13と同じ成膜方法であれば、同じ装置でAg合金膜13と金属酸化膜を連続的に成膜することができる。スパッタリング法を用いて金属酸化膜を形成する場合、金属酸化膜と同じ組成の金属酸化物ターゲットを用いて直接に金属酸化膜を成膜してもよいし、金属(合金)ターゲットを用いて金属膜(合金膜)を成膜後、大気中等の酸素雰囲気で金属膜を酸化して金属酸化膜としてもよい。ただし、前記したように、膜厚2nm以下の金属酸化膜を形成する場合は、成膜時はピンホールが形成されている場合があるので、金属膜として成膜した後に酸化処理を行う。膜厚2nmを超える金属酸化膜を形成する場合は、どちらのターゲットを用いてもよい。
Ag合金膜13上の金属酸化膜の膜厚は、X線光電子分光分析(XPS)法で測定することができる。具体的にはX線光電子分光分析装置を用いて、LED用リードフレーム10の表面(金属酸化膜の表面)から深さ(膜厚)方向へ、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の各濃度を測定し、表面から深さ方向へのプロファイルを得る。金属酸化膜に含まれる金属元素の濃度(含有率)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規定することができる。
(製造方法)
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。
基板作製工程S1では、材料の銅または銅合金を連続鋳造して鋳造板(例えば、薄板鋳塊)を製造し、次に、焼鈍、冷間圧延、中間焼鈍および時効処理、さらに、仕上げ圧延、研磨等の工程を経て、所要の厚さの素板を製造する。この素板をプレス加工等により所要の形状に成形して基板11を得ることができる。
Niめっき工程S2では、基板11の表面に光沢Niめっき膜12を形成する。光沢Niめっき膜12の成膜は、例えば、ワット浴、ウッド浴、スルファミン酸浴等の公知のめっき浴に光沢剤を添加したものを用い、Ni板を対極とし、電流密度5A/dm2、めっき浴温度50℃等の条件で電気めっきすることによって行うことができる。また、この電気めっきにおいて、電流密度やめっき通板速度(めっき時間)等を調整することによって、所望の膜厚の光沢Niめっき膜12を得ることができる。この光沢Niめっき膜12の成膜に際して、予め基板11を脱脂液による脱脂、電解脱脂、および酸溶液によって前処理することが好ましい。前処理は、例えば、基板11を、脱脂液に浸漬して脱脂した後、対極をステンレス304として、リードフレーム側がマイナスとなるようにして直流電圧を印加して30秒間程度電解脱脂を行い、さらに、10%硫酸水溶液に10秒程度浸漬することによって行うことができる。なお、基板11の片面(上面)のみ、あるいはさらに一部の領域のみに光沢Niめっき膜12を形成する場合は、下面や前記領域以外にマスキングテープ等でマスキングした後、めっき浴でNiめっきを行うことによって、基板11の所望の部位のみに光沢Niめっき膜12を形成することができる。
Ag合金成膜工程S5では、光沢Niめっき膜12上に前記の所定の組成および膜厚のAg合金膜13を形成できる方法であれば、めっき法や物理蒸着法のいずれを適用してもよい。以下に、スパッタリング法による成膜方法の一例を示す。成膜するAg合金膜13の組成に合わせて組成が調整されたAg合金ターゲットをスパッタリング装置の電極に設置し、光沢Niめっき膜12を形成した基板11をスパッタリング装置のチャンバー内に載置する。次に、チャンバー内を1.3×10-3Pa以下の圧力まで真空排気した後、チャンバー内にアルゴンガスを導入して、チャンバー内圧力を所定の圧力、例えば2×10-2Pa程度に調整する。そして、イオンガンに所定の放電電圧を印加してアルゴンイオンを発生させ、さらに所定の加速電圧とビーム電圧を印加することにより、アルゴンイオンビームを光沢Niめっき膜12に照射して光沢Niめっき膜12表面に存在する酸化皮膜や汚れを除去する。その後、チャンバー内にアルゴンガスを導入しながら、チャンバー内の圧力を0.27Pa程度に調整し、Ag合金ターゲットに直流電圧(出力200W)を印加することによりスパッタリングを行って、Ag合金膜13を成膜する。
以上のように、前記工程S1,S2,S5をこの順に行うことにより、第1実施形態に係るLED用リードフレーム10を製造することができる。なお、Niめっき工程S2において、基板11をマスキングせず両面に光沢Niめっき膜12を形成し、Ag合金成膜工程S5にて、片面(表面)にのみAg合金膜13を形成すると、図1(b)に示す第1実施形態の変形例に係るLED用リードフレーム10Aを製造することができる。また、基板作製工程S1における成形前に、工程S2、あるいはさらに工程S5を行ってから、所望の形状に加工して製造することもできる。
また、Ag合金膜13上に金属酸化膜を形成する場合は、前記Ag合金成膜工程S5の次に金属酸化膜形成工程S6を行う。以下に、Ag合金成膜工程S5と同じくスパッタリング法を用いた方法の一例として、金属酸化膜を成膜する方法を示す。成膜する金属酸化膜の組成に合わせて組成が調整された金属酸化物ターゲットをスパッタリング装置の電極に設置し、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13を形成した基板11をスパッタリング装置のチャンバー内に載置する。次に、チャンバー内を1.3×10-3Pa以下の圧力まで真空排気した後、チャンバー内にアルゴンガスを導入して、チャンバー内の圧力を0.27Pa程度に調整し、金属酸化物ターゲットに直流電圧(出力100W)を印加することによりスパッタリングを行って、金属酸化膜を成膜する。なお、この方法による場合は、ピンホールが形成されないように、金属酸化膜の膜厚を2nm超とする。
また、別の例として、ターゲットを非酸化物の金属(合金)材料として、Ag合金膜13上に金属膜(または合金膜)を成膜後、この金属膜を酸化して金属酸化膜とする方法を示す。スパッタリング装置にて成膜する工程は、電極に、成膜する金属酸化膜の組成の金属成分に合わせて組成が調整された金属(合金)ターゲットを設置する以外は、前記と同様である。金属膜を成膜後、チャンバーを開放して、またはチャンバーから取り出して大気中に曝すことで、金属膜が酸化して金属酸化膜となる。なお、Ag合金膜13上に金属酸化膜、金属膜のいずれを成膜する場合も、Ag合金成膜工程S5において、スパッタリング装置に、金属酸化膜の組成に合わせた金属酸化物ターゲットまたは金属ターゲットをAg合金ターゲットとは別の電極に設置しておくことが好ましい。このようにすることで、Ag合金膜13の成膜後、チャンバー内雰囲気をそのままに金属酸化膜形成工程S6に移行して、印加する電極(ターゲット)を切り替えるだけで、連続して金属酸化膜または金属膜を成膜できる。
〔第2実施形態〕
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。
図2(a)、(b)に示すように、第2実施形態に係るLED用リードフレーム10Bは、上方に開口した凹状の素子実装部22が形成されたLED素子実装体2と、このLED素子実装体2に支持された一対のリード部材1a,1bと、を備える。一対のリード部材1a,1bは、素子実装部22の底面22aに、互いに離間して配設されて、それぞれが当該素子実装部22からLED素子実装体2の外側に延出、すなわちLED素子実装体2の内側(素子実装部22)から外側へ突き抜けた構成となる。LED用リードフレーム10Bが発光装置に組み込まれたとき、LED素子実装体2は素子実装部22の内側に光源であるLED素子を収容するための器および台座であり、リード部材1a,1bはこのLED素子に電流を供給するための配線になる。本明細書では、リード部材1a,1bの、素子実装部22の底面22aに配置された領域をインナーリード部15a,15b、LED素子実装体2の外側に延出された領域をアウターリード部16a,16bと称する。インナーリード部15a,15bは、実装されるLED素子を電気的に接続するための領域であり、同時に、このLED素子の発光した光を反射させる反射板を構成する。そして、アウターリード部16a,16bは、外部の電源または配線に電気的に接続するための領域である。
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。
(リード部材)
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。
素子実装部22におけるリード部材1a,1b(インナーリード部15a,15b)に挟まれた領域(空間)を、素子実装部22の底面22aおよび側面22b,22bを含めて、離間領域28と称する。前記挟まれた領域(空間)とは、詳しくは、底面22aにおけるインナーリード部15a,15b間の領域の、上下方向および短辺方向(図2(a)における上下方向)の延長上を指す。また、この延長上の、さらにLED素子実装体2の外側表面までの領域を、離間領域28の延長上という。そして、素子実装部22における、リード部材1a,1b(インナーリード部15a,15b)の形状および配置、ならびに離間領域28の位置は、前記したように、LED用リードフレームを組み込む発光装置(以下、適宜、発光装置という)の形状および形態、ならびにLED素子の実装形態等に応じて設計される。
また、LED素子実装体2の外側において、リード部材1a,1b(アウターリード部16a,16b)は、その長手方向にまっすぐに延出され、したがって、図2(b)に示すように、素子実装部22の対向する側面22c,22cをそれぞれ貫通する構成となる。ただし、前記したように、アウターリード部16a,16bは、発光装置に組み込んだときに外部の電源または配線に電気的に接続するための部位であり、この形状および配置に限られず、発光装置の形状および形態等に応じて設計される。例えば、アウターリード部16a,16bは、後記の変形例(図3(b)参照)のように平面視で屈曲したL字型に形成されたり、LED素子実装体2の外側の同じ側に突出したり、または折り曲げて、あるいはLED素子実装体2に埋設した領域で折り曲げてLED素子実装体2の下方や下面に配設されてもよい。なお、このようにリード部材1a,1bがLED素子実装体2を内側から外側へ(外側から内側へ)貫通する構造とするためには、例えば後記するように、リード部材1a,1bを所要の形状に加工したものを、樹脂と一体に射出成形して、LED素子実装体2の基体である樹脂成形体21を作製すればよい。また、リード部材1a,1bは、以下、適宜まとめてリード部材1と称する。
リード部材1は、基板11と、基板11のLED素子が搭載される側の面である上面(以下、適宜表面という)に形成された光沢Niめっき膜12と、さらにその上に形成されたAg合金膜13と、を備える。すなわち、リード部材1は、図1(a)に示す第1実施形態に係るLED用リードフレーム10と同じ積層構造を有する。第1実施形態と同様に、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13は、基板11の片面すなわち表面のみに形成されていてもよいし、基板11の下面(裏面)を含めた両面に形成されていてもよい。さらには、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13は、発光装置としてLED素子を実装されたときに素子実装部22内に露出する領域のみに、すなわち、インナーリード部15a表面のLED素子搭載領域(図2(a)参照)を除く領域、およびインナーリード部15bの表面に形成されていればよい。したがって、リード部材1は、裏面、端面や、表面のアウターリード部16a,16b等の領域においては、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13が積層されていてもよいし、基板11が露出していても、あるいは光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13の一方のみが形成されていてもよい(例えば、図1(b)参照)。本実施形態に係るLED用リードフレーム10Bでは、インナーリード部15a,15bにおいて、表面に光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13を積層した図1(a)に示す構造となる。また、第1実施形態に係るLED用リードフレーム10と同様に、Ag合金膜13上に金属酸化膜(図示せず)を備える構造としてもよい。
基板11は、リード部材1a,1bの形状に成形され、材料および製造方法等は第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、図3に示す形状の基板(リード部材)とすることもできる。図3は、第2実施形態の変形例に係るLED用リードフレームおよびその基板の模式図であり、(a)は基板の平面図、(b)は(a)の部分拡大図、(c)はLED用リードフレームの断面図で、(b)のC−C線矢視断面図に相当する。
第2実施形態の変形例に係るLED用リードフレーム10Cの基板11Aは、図3(a)に示すように、複数個が連続して、マトリクス状の打ち抜きパターンを形成されたロール状または短冊状の板を構成している。図3(b)は1個のパターンを拡大した図で、図中の破線で示す位置に、第2実施形態と同様にLED素子実装体2を貫通させて、図3(c)に示すLED用リードフレーム10Cに形成される。すなわち、基板11Aは、1個のパターンが1個のLED用リードフレーム10Cの一対のリード部材1a,1bを構成する。また、本変形例において、リード部材1a,1bは、アウターリード部16a,16bが平面視で屈曲したL字型に形成されている。基板11Aは、図3(a)では、板幅方向(図における左右方向)に4個、板の送り方向に3個の合計12個分のリード部材1a,1bを構成し、さらに両縁(図における左右)に送り穴を形成されている。このように連続したリード部材1a,1bの基板11Aは、リール・トゥ・リールまたは短冊状の板の1枚単位の搬送で、LED用リードフレーム10Cに製造される部材である。
第2実施形態およびその変形例において、光沢Niめっき膜12、Ag合金膜13のそれぞれの構成、すなわち光沢Niめっき膜12の材料および膜厚、ならびにAg合金膜13の材料、膜厚および表面の二乗平均粗さRrmsは、いずれも第1実施形態における光沢Niめっき膜12、Ag合金膜13と同様であり、第1実施形態のNiめっき工程S2、Ag合金成膜工程S5と同様の方法でそれぞれ形成できる。さらに、Ag合金膜13上に金属酸化膜を備える場合は、当該金属酸化膜の材料および膜厚は第1実施形態における金属酸化膜と同様であり、第1実施形態の金属酸化膜形成工程S6と同様の方法で形成できる。
(LED素子実装体)
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。
樹脂成形体21はLED素子実装体2の基体であり、絶縁材料である樹脂をLED素子実装体2の形状に成形してなる。したがって、樹脂成形体21は、その外側から内側(素子実装部22)へリード部材1a,1bがそれぞれ貫通するように、射出成形(インサート成形)等によって、リード部材1a,1bと一体的に成形されることが好ましい。樹脂は、耐熱性が200℃以上のものであればよく、ポリアミド(PA)樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチック等を用いることができる。
LED素子実装体2の内面すなわち素子実装部22の表面(面22a,22b,22c)における離間領域28を除く領域には、Ag合金膜23を備える。Ag合金膜23を構成するAg合金は、リード部材1における前記のAg合金膜13を構成するAg合金の組成成分の範囲であれば、Ag合金膜13と同一の組成であっても異なる組成であってもよい。また、リード部材1がAg合金膜13上に金属酸化膜を備える構造である場合は、Ag合金膜23上にも金属酸化膜を備えることが好ましい。この金属酸化膜についても、第1実施形態における金属酸化膜として規定された金属の種類および膜厚の範囲であれば、Ag合金膜13上の金属酸化膜と組成や膜厚が同一であっても異なってもよい。なお、底面22aにおけるリード部材1a,1bの配置される領域(インナーリード部15a,15bの下)にはAg合金膜23が形成されなくてよい。
このことから、リード部材1a,1bと一体的に射出成形された樹脂成形体21に対して、Ag合金膜23を成膜することができる。したがって、後記するように、樹脂成形体21を、Ag合金膜13を形成する前のリード部材1a,1b(光沢Niめっき膜12を形成した基材11)と一体的に射出成形し、インナーリード部15a,15b(光沢Niめっき膜12)および素子実装部22(樹脂成形体21)の表面に、Ag合金膜13,23を一体に成膜することができる。さらに、素子実装部22を上方に広がって開口した形状とすることで、インナーリード部15a,15bにAg合金膜13を物理蒸着で成膜すれば、同時に素子実装部22の底面22aだけでなく、傾斜した側面22b,22cにもAg合金膜23が成膜される。なお、図2(b)、図3(c)、および後記変形例の図5(b)において、素子実装部22の表面に、インナーリード部15a(15b)表面を含めて一体にAg合金膜を示しているが、樹脂成形体21上に形成されたものはAg合金膜23、光沢Niめっき膜12上すなわちリード部材1表面に形成されたものはAg合金膜13とする。
ここで、素子実装部22の表面(底面22aおよび側面22b,22c)の全領域にAg合金膜が形成されていると、このAg合金膜を介してリード部材1a,1b間(インナーリード部15a,15b間)が短絡する。したがって、底面22aおよび側面22b,22bの離間領域28における領域には、Ag合金膜23は形成されない。また、Ag合金膜23は、素子実装部22の表面以外、すなわち図3(c)に示すようにLED素子実装体2の上面(側壁の上端面)や外側の側面等にも形成されてもよいが、離間領域28の延長上で、インナーリード部15a,15bから連続して形成されないようにする。すなわち、Ag合金膜23は、インナーリード部15aの配置される領域に連続する領域と、インナーリード部15bの配置される領域に連続する領域とで、離間領域28を隔てて完全に分離される。このようなAg合金膜23の形成方法は、後記のLED用リードフレームの製造方法で詳細に説明する。
Ag合金膜23は、膜厚が70nm以上5μm以下とする。素子実装部22の表面に形成されるAg合金膜の膜厚が70nm未満では、光がAg合金膜を透過して下地である樹脂成形体21に吸収されるため反射率が低下する。好ましくは100nm以上、より好ましくは120nm以上である。一方、リード部材1の光沢Niめっき膜12上におけるAg合金膜13と同様に、Ag合金膜23の膜厚が5μmを超えても、正反射率の向上効果は飽和する。好ましくは3μm以下、より好ましくは1μm以下である。
また、Ag合金膜23も、リード部材1におけるAg合金膜13と同様に、正反射率を高くするため、表面の二乗平均粗さRrmsを30nm以下とする。好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下である。このような平滑な表面のAg合金膜23は、その下地である樹脂成形体21の素子実装部22における表面を同程度のRrmsとすればよい。例えば、樹脂成形体21の成形に用いる金型を、同程度のRrmsの表面に作製すれば、金型の表面粗さが樹脂成形体21の表面に転写されるため、このような平滑な表面に形成することができる。
(製造方法)
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。
基板作製工程S1およびNiめっき工程S2は、前記第1実施形態における工程S1,S2と同様であるので、説明を省略する。
樹脂成形工程S3は、射出成形(インサート成形)等によって、樹脂成形体21をリード部材1a,1bと一体的に成形する。詳しくは、樹脂成形体21の外側から内側(素子実装部22)へ、光沢Niめっき膜12を形成された基板11(または基板11A)が貫通するように、樹脂を前記基板11と一体的に成形する。なお、樹脂成形体21の底面22aとなる面は、リード部材1a,1bの光沢Niめっき膜12表面と面一であることが好ましいが、例えば基板11の下面と面一に成形されてもよい。
次に、インナーリード部15a,15bにおける光沢Niめっき膜12表面にAg合金膜13を、樹脂成形体21の素子実装部22における表面にAg合金膜23を、それぞれ形成する(Ag合金成膜工程S5)。しかしながら、素子実装部22の開口部22dから底面22aに向けて、そのまま、すなわち素子実装部22表面の全領域にAg合金膜を成膜すると、前記したように、素子実装部22表面のAg合金膜を介してインナーリード部15a,15b間(リード部材1a,1b間)が短絡することになる。そこで、インナーリード部15a,15b間の短絡を防止するため、Ag合金成膜工程S5の前にマスク工程S4を行う。
以下、マスク工程S4について、図4を参照して説明する。図4は、第2実施形態に係るLED用リードフレームのAg合金膜を形成される前の模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線矢視断面図、(c)は(a)のE−E線矢視断面図である。マスク工程S4では、図4(b)に示すように、素子実装部22内に、開口部22dから、底面22aのインナーリード部15a,15b間に向けて、インナーリード部15a,15b間距離と同じ厚さの板状のマスク33を嵌装する。マスク33は、図4(c)に示すように、素子実装部22内側のE−E線矢視断面形状と同じ逆台形の上にLED素子実装体2(樹脂成形体21)の側方へ張り出す耳部を有する形状である。マスク33の構成は特に制限されず、例えば、銅、アルミニウム、チタン、SUS等の金属材料をエッチングやプレス加工等で作製されたものを用いることができる。このマスク33を素子実装部22内に嵌装した状態で、Ag合金成膜工程S5を行う。なお、このとき、LED素子実装体2における素子実装部22の外部を覆うマスク(図示せず)も設けて、LED素子実装体2の外側表面のAg合金膜でインナーリード部15a,15b間が短絡しないようにする。
Ag合金成膜工程S5は、前記第1実施形態における工程と同様であり、所定の組成および膜厚のAg合金膜13,23を、インナーリード部15a,15bも含めて素子実装部22内に、一体に成膜する。このとき、素子実装部22の側面22b,22cの傾斜角度にもよるが、樹脂成形体21表面のAg合金膜23よりインナーリード部15a,15b表面のAg合金膜13の方が必要な膜厚が厚いため、インナーリード部15a,15bにおけるAg合金膜の膜厚に合わせて成膜すればよい。
Ag合金膜13,23を成膜した後、素子実装部22からマスク33を外すと、図2(a)、(b)に示すように、素子実装部22の表面において、底面22aおよび側面22b,22bにわたって、Ag合金膜23が形成されず樹脂成形体21が露出した領域が、離間領域28に沿って帯状に存在するLED素子実装体2となる。このように離間領域28にAg合金膜が形成されないようにすることによって、Ag合金膜23を介してインナーリード部15a,15b間で短絡することを防止して、リード部材1a,1b間の絶縁性を確保することができる。なお、インナーリード部15a,15b間(離間領域28)には、樹脂成形体21を構成する樹脂、あるいは発光装置に組み込んだときに封止樹脂が充填されるので、リード部材1a,1b間の絶縁性は保持される。なお、本実施形態は、マスク33の他に、LED素子実装体2における素子実装部22の外部全体を覆うマスク(図示せず)を用いて、LED素子実装体2における素子実装部22以外の表面、およびアウターリード部16a,16bには、Ag合金膜23,13が形成されないようにしたものである。さらに、アウターリード部16a,16bは、Niめっき工程S2においてマスキングを施して、銅または銅合金からなる基板11が剥き出しになる構成とすることもできる。
また、図3(c)に示す変形例のLED用リードフレーム10Cのように、LED素子実装体2の上面および外側の側面、アウターリード部16a,16b(図3(b)参照)、およびLED用リードフレーム10C,10C間の基板11A上にもAg合金膜23,13が形成されてもよい。ただし、前記したように、LED素子実装体2の全表面において、離間領域28とその延長上にはAg合金膜23が連続して形成されないようにする。LED素子実装体2の側壁の上端面においては、図4(a)、(c)に示すようにマスク33の上部にLED素子実装体2の上面の離間領域28の延長上を覆う耳部を有しているので、この領域にはAg合金膜23が形成されない。さらに、LED素子実装体2の外側の長手(長辺)方向の側面(図3(c)不図示)における、少なくとも離間領域28の延長上を別のマスクで覆うことにより、インナーリード部15a,15b間の短絡を防止できる。また、本変形例のLED用リードフレーム10Cにおいては、Niめっき工程S2にて基板11Aの全面(両面および端面)に光沢Niめっき膜12を形成し、Ag合金成膜工程S5にて表面(上面)のみにAg合金膜13を形成したことで、インナーリード部15a,15b(リード部材1A)は、図1(b)に示す積層構造となる。
第2実施形態においては、マスク33の板厚をインナーリード部15a,15b間距離(離間領域28の幅)と同じとし、図2(a)、(b)に示すように、Ag合金膜23の形成されない領域を離間領域28に一致させて、Ag合金膜23の境界がインナーリード部15a,15b(リード部材1a,1b)の端面に沿うように構成している。しかし、離間領域28において、インナーリード部15a,15b間の短絡を防止できれば、Ag合金膜23の形成されない領域はこれに限られず、離間領域28より広くても狭くてもよい。
以上のように、前記の工程S1,S2,S3,S4,S5をこの順に行うことにより、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を製造することができる。なお、Ag合金膜13,23上に金属酸化膜を形成する場合は、Ag合金成膜工程S5の次に、金属酸化膜形成工程S6を前記第1実施形態における工程と同様に行い、金属酸化膜を形成した後、素子実装部22からマスク33を外す。しかし、本実施形態に係るLED用リードフレームにおいては、光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13が形成される部位に応じて、これらの工程を行う順序を変更して製造することができる。例えば、基板11を作製し(工程S1)、光沢Niめっき膜12の形成前に、この基板11と一体的に樹脂成形体21を成形する(工程S3)。次に、樹脂成形体21を貫通した基板11に、電気めっきにより光沢Niめっき膜12を形成する(工程S2)。電気めっきによれば、絶縁材料からなる樹脂成形体21の表面には光沢Niめっき膜は形成されない。そして、前記と同様に、樹脂成形体21の素子実装部22にマスク33を嵌装して(工程S4)から、基板11および樹脂成形体21の表面にAg合金膜13,23を形成する(工程S5)。このような工程S2,S3の順序を入れ替えて製造されたLED用リードフレームにおいては、リード部材1a,1bのLED素子実装体2の側面に埋設された領域(15a−16a間、15b−16b間)は基板11のみで構成され、インナーリード部15a,15bの下面(裏面)にも光沢Niめっき膜12は形成されない。
ここで、第2実施形態の別の変形例に係るLED用リードフレームについて、図5を参照して説明する。図5は、第2実施形態の別の変形例に係る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F−F線矢視断面図である。第2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。本変形例のLED用リードフレーム10Dは、図5(a)に示すように、LED素子実装体2Aが、素子実装部22の側面22b,22bを離間領域28に沿って切り欠いた形状で、底面22aは離間領域28において素子実装部22の外側へ延出する平面22eを構成する。このような形状のLED素子実装体2Aとするために、樹脂成形工程S3の後、樹脂成形体21に、開口部22dから底面22aまで離間領域28に沿って切込みを入れ、あるいは切込みを有する樹脂成形体21を成形する。
本変形例は、LED素子実装体2A(樹脂成形体21)に離間領域28に沿って切込みが形成されているため、マスク工程S4において、図5(b)に二点鎖線で示すように、LED素子実装体2AのF−F線矢視断面形状より大きく、切込みの幅と同じまたはそれより薄い板厚のマスク34を切込みに挟んで嵌装することができる。マスク34の材料は前記マスク33と同様である。また、LED素子実装体2Aの外側表面においては、少なくとも長辺方向の側面の素子実装部22の底面22a(平面22e)から下の、離間領域28(平面22e)の延長上を覆う別のマスクを設ける。このようなマスク34を嵌装してAg合金膜13,23を成膜する(工程S5)と、図5(a)、(b)に示すように、素子実装部22の離間領域28における底面22aすなわち平面22eにはAg合金膜23が形成されず樹脂成形体21が露出した状態となり、Ag合金膜23をインナーリード部15a側とインナーリード部15b側とに分離して形成することができる。
〔発光装置〕
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。
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も、前記の第2実施形態に係るLED用リードフレーム10B等と同様に、表面実装型の発光装置に組み込むことができる。例えば、図3(a)に示す第2実施形態の変形例における基板11Aを適用してLED用リードフレーム10を製造した場合、LED用リードフレーム10表面の図3(b)の破線で示すLED素子実装体2の位置に、枠状の樹脂を取り付ける。あるいは、第2実施形態に係るLED用リードフレームの製造方法における樹脂成形工程S3のように、樹脂をLED用リードフレーム10と一体的に射出成形してもよい。そして、この枠状の樹脂の内側におけるLED用リードフレーム10の一方の端部(図3(b)のインナーリード部15a)にLED素子を搭載する。LED素子を搭載したら、前記の第2実施形態と同様に、ワイヤボンディングを行い、枠状の樹脂の内側に封止樹脂を充填して、LED素子を光源とする発光装置となる。このような発光装置とすることで、LED用リードフレーム10,10Aは、LED素子の背面(下方)の反射面を構成する。なお、LED素子を囲む枠状の樹脂は、第2実施形態に係るLED用リードフレーム10B等のLED素子実装体2のように、その内側の表面にAg合金膜を形成されることが好ましい。このような発光装置とすることで、第2実施形態に係るLED用リードフレーム10B等を組み込んだ発光装置と同様の後記の効果が得られる。
第1実施形態に係るLED用リードフレーム10,10Aを組み込んだ発光装置は、枠状の樹脂を備えず、LED用リードフレーム10,10Aを下方のみならず側方の反射面に構成することもできる。例えば、基板11を、異形条材(圧延幅方向に板厚の異なる圧延板)の板厚の厚い部位をプレス鍛造でカップ形状に成型して、このカップ形状の外側に板厚の薄い部位が帯状に延出された形状に作製する。そして、この基板11のカップ形状の内側表面に光沢Niめっき膜12およびAg合金膜13を形成してLED用リードフレームとする(図示せず)。このように構成することで、第2実施形態におけるリード部材1aに相当する部材とLED素子実装体2に相当する部材とが一体に構成されたLED用リードフレームとなる。詳しくは、カップ形状の内面がリード部材1aのインナーリード部15aと素子実装部22とを兼ね、帯状の部位がアウターリード部16aとなる。これに、別部材で作製したリード部材1b(基板11のみで構成されてもよい)を合わせて一組のLED用リードフレームとする。このようなLED用リードフレームでは、LED素子はカップ形状の内底面に搭載されて実装され、カップ形状の内部に封止樹脂を充填して封止されて、例えば砲弾型の発光装置に製造される。
このようなLED用リードフレーム10,10A〜10Dを用いて得られる発光装置において、Ag合金膜13,23はLED素子が発光する光の多くを正反射させて拡散反射を抑えられるため、後記するように多重反射による光量の損失を低減し、LED素子を搭載した発光装置の明るさを向上させることができる。特に、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のように、LED素子の側方における反射面にも表面の二乗平均粗さRrmsを制限したAg合金膜23が形成されていると、明るさをさらに向上させることができる。また、Ag合金膜13,23は、耐久性に優れ、熱や硫黄、ハロゲンイオン等によるAgの凝集を引き起こさず、LED素子から発光した光を安定して反射して発光装置から光として取り出すことができる。さらに、Ag合金膜13,23は、Agのナノ粒子の析出を引き起こさず、エポキシ樹脂等の封止樹脂を変色させることがないため、LED素子が発光した光を高効率で利用することを可能とする。
ここで、本発明のLED用リードフレームを適用した発光装置の動作について、図6を参照して説明する。図6は、第2実施形態のLED用リードフレームを組み込んだLED素子を光源とする表面実装型の発光装置における光の反射を説明する概念図で、図2(a)のB−B線矢視断面図の部分拡大図に該当する。従来の発光装置40(図8参照)と同様に、図6に示すように、LED素子の発光部(発光層)が発光する光L0a,L0b,L0cは、当該発光部を中心に放射されて素子実装部22内のあらゆる方向へ照射される。上方へ照射された光L0aは直接、素子実装部22の開口部22dから外部へ出射する。一方、側方(図中、左方)へ照射された光L0bは素子実装部22の側面22cに、下方(LED素子の背面側)へ照射された光L0cは、リード部材1a(インナーリード部15a)や素子実装部22の底面22aに、それぞれ入射する。LED用リードフレーム10Bにおいて、これら光L0b,L0cの入射面となるリード部材1(インナーリード部15a,15b)表面および素子実装部22表面の各面22a,22b,22cには、高い正反射率を有するAg合金膜13,23が形成されている。そのため、これらの面に入射した光の多くは反射光L1b,L1cとして正反射され、この1回目の反射で(反射光L1b)、あるいはさらに2回目程度の反射で(反射光L1c)上方へ照射されて開口部22dから出射する。このように、LED素子の発光する光の多くが、何度も反射を繰り返さずに1、2回程度の反射で発光装置の外部へ出射するので、発光装置の照明光として有効に利用される光の光量の損失を少なくして、発光装置から照射される光が明るくなることになる。
以下、本発明の実施例によって、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。
〔試料作製〕
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。
(基板の作製)
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。
(光沢Niめっき膜の形成)
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
なお、光沢Niめっき膜の膜厚は、めっき速度に基づいてめっき時間を調整することで制御した。すなわち、ダミー基板に前記と同じ条件で一定時間めっきを施して、ダミー基板のめっき前との重量差を測定することによりNiの付着量を求め、この付着量をめっき面積、Niの理論密度、およびめっき時間で割ることにより単位時間に析出するNiめっき膜厚(めっき速度)を算出し、めっき速度から所望の膜厚を形成するめっき時間を算出した。
(Ag合金膜の成膜)
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。
次に、チャンバー内にアルゴンガスを導入しながら真空排気を続けることにより、チャンバー内圧力を0.27Paに調整した。この状態で、前記Ag合金ターゲットに直流電圧(出力200W)を印加してスパッタリングを行い、基板の上面側の光沢Niめっき膜の上に、膜厚300nmの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.1)を作製した。
なお、Ag合金膜の膜厚は、成膜速度に基づいて成膜時間を調整することで制御した。すなわち、ダミー基板に前記と同じ条件で一定時間成膜して、ダミー基板の成膜前との重量差を測定することによりAg合金の付着量を求め、この付着量を成膜面積、Agの理論密度、および成膜時間で割ることにより単位時間に成膜するAg合金膜厚(成膜速度)を算出し、成膜速度から所望の膜厚を形成する成膜時間を算出した。
(Ag合金膜の組成分析)
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)。
一方、比較例として、光沢Niめっき膜が形成されていない基板の表面に直接、前記と同様の方法で膜厚300nmのAg合金膜を成膜した試料No.2を作製した。
〔測定、評価〕
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。
(二乗平均粗さの測定)
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。
(正反射率の測定)
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。
Figure 0005503388
表1に示すように、光沢Niめっき膜の上にAg合金膜を形成した試料No.1では、表面のRrmsが小さくなっているため、高い正反射率を示した。一方、光沢Niめっき膜がない比較例の試料No.2では、試料表面のRrmsが基板表面のRrmsと同程度で大きく、正反射率が低かった。
実施例1と同様に、図1(b)に示す積層構造を有し、光沢Niめっき膜の膜厚、ならびにAg合金膜の組成および膜厚が異なるLED用リードフレームの試料を作製し、これらの膜厚や組成による効果を比較した。
〔試料の作製〕
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。
〔測定、評価〕
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。
(耐熱性評価)
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。
(耐湿性評価)
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。
ここで、耐湿試験で発生する白点は、大気中に浮遊している飛来塩分や塵芥に付着している塩素が、試験片表面に付着して湿潤雰囲気中で試験片表面に生じた水膜に溶解して、試験片のAgと反応することによって形成された、Ag凝集によるものである。したがって、この耐湿試験は、ハロゲンイオンによるAg凝集の試験(耐ハロゲン化試験)に代わるものである。
(ワイヤボンディング試験)
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。
Figure 0005503388
表2に示すように、本発明の範囲の膜厚の光沢Niめっき膜上に本発明の範囲のAg合金膜を備えた実施例に該当する試料No.6〜9,12は、正反射率が高く、耐久性(耐熱性、耐湿性)およびワイヤボンディング性も良好であった。特に、光沢Niめっき膜の膜厚が3μm以上の試料No.8,9,12は、表面のRrmsが十分に小さく、正反射率が大きく向上した。これに対して、試料No.3は光沢Niめっき膜の膜厚が薄いため、Ag合金膜の表面のRrmsが大きく、正反射率が低かった。一方、試料No.5はAg合金膜の膜厚が薄いため、ワイヤボンディング性が不十分であった。
試料No.4,10は、Ag合金膜のGeの含有率が不足したため、耐熱試験および耐湿試験において、それぞれAgの凝集により、白点発生と表面荒れによる反射率の劣化を生じ、特にGeが無添加のAg膜を備える試料No.4は、反射率の劣化が大きかった。一方、試料No.11は、Ndの含有率が過剰なため、Ag合金膜の表面が黄色化して反射率全体が低下し、表面のRrmsが十分に小さくても、正反射率の低下に至った。
下記のようにして、LED素子実装体を備える図5に示す構造の第2実施形態の変形例に係るLED用リードフレーム10Dの試料を作製し、LED素子実装体におけるAg合金膜の効果を比較した。なお、リード部材1a,1bの構成(基板形状および断面構造)は、図3(b)、(c)に示す第2実施形態の変形例に係るLED用リードフレーム10Cと同様とした。
〔試料作製〕
(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。
(樹脂成形体の形成)
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。
(Ag合金膜の成膜)
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。
得られた試料No.13のLED用リードフレーム10Dの1個分を切り出して(図3(b)、(c)の太破線参照)、インナーリード部15aとインナーリード部15bとの間の電気導通性をテスターで検査した結果、導通はなく、絶縁されていることを確認できた。
また、比較例として、Ag合金膜に代えてAg膜を成膜したLED用リードフレームの試料(試料No.14)を、試料No.13と同様の方法で作製した。
〔測定、評価〕
(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。
(耐湿性評価)
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。
Figure 0005503388
本発明の第2実施形態およびその変形例に係るLED用リードフレームにおいて、LED素子実装体を構成する樹脂(樹脂成形体)の表面に形成されるAg合金膜は、リード部材(インナーリード部)の光沢Niめっき膜上のAg合金膜と一体に成膜することができた。そして、本発明の範囲の組成のAg合金膜(試料No.13)は、耐湿試験において表面外観に変化が認められず、LED用リードフレームのLED素子実装体を構成する樹脂の表面に形成されても耐久性が高いことがわかった。これに対してAg膜(試料No.14)は、耐湿試験において、Agが凝集して表面に多数の白点が認められた。
実施例1と同様に、図1(b)に示す積層構造を有し、膜厚3μmの光沢Niめっき膜上に、Ag−Ge−Bi合金、Ag−Au−Ge−Bi合金で組成および膜厚を変化させて成膜してLED用リードフレームの試料を作製し、Ag合金膜におけるGe,Bi,Auの効果を比較した。
〔試料作製〕
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。
〔測定、評価〕
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。
(耐硫化性評価)
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。
Figure 0005503388
表4に示すように、本発明の範囲の実施例に該当する試料No.17〜20は、正反射率が高く、耐熱性、耐湿性、さらに耐硫化性も良好で、優れた耐久性を示した。特にAuを添加した試料No.19,20は耐湿試験による劣化が見られず、優れた耐湿性を示した。これに対して、試料No.15はAg合金膜の代わりにAg膜を備えるものであるため、実施例2の試料No.4と同様に、耐熱試験および耐湿試験、さらに耐硫化試験において、Agの凝集や硫化物の生成により、表面荒れや変色、また白点発生による反射率の著しい劣化を生じた。また、試料No.15はGeの含有率が不足し、またBiの含有率が本発明の好ましい範囲より少ないため、Ge,Biのそれぞれによる効果が不十分で、耐熱試験、耐湿試験、および耐硫化試験において反射率の劣化を生じた。なお、試料No.15〜20は、いずれもAg合金膜(Ag膜)の膜厚が本発明の範囲であるため、ワイヤボンディング性は良好であった。
実施例4と同様に、光沢Niめっき膜およびAg(−Au)−Ge−Bi合金からなるAg合金膜を成膜して、その上にさらに金属酸化膜を成分および膜厚を変化させて形成してLED用リードフレームの試料を作製し、金属酸化膜による効果を実施例4と比較した。
〔試料作製〕
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。
〔測定、評価〕
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。
(金属酸化膜の膜厚の測定)
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。
Figure 0005503388
表5に示すように、試料No.21〜26は、本発明の範囲の金属酸化膜をAg合金膜上に備えることで、同程度のGeを含有するAg合金膜上に金属酸化膜を設けない実施例4の試料No.18,20(表4参照)と比較して耐硫化性が向上し、また耐熱性および耐湿性も良好で、特に優れた耐久性を示した。また、Ag合金膜上に金属酸化膜を設けても、高い正反射率および良好なボンディング性が保持された。
10,10A,10B,10C,10D LED用リードフレーム
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 (5)

  1. 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:0.2〜0.5at%を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなり、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。
  2. 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:0.2〜0.5at%を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなり、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。
  3. 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%と、Au:0.5〜5at%、Pd:0.5〜2at%、Nd:0.05〜1at%から選択される1種以上と、を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなり、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。
  4. 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%と、Au:0.5〜5at%、Pd:0.5〜2at%、Nd:0.05〜1at%から選択される1種以上と、を含有し、残部が不可避的不純物およびAgからなり、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。
  5. 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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