JP5771124B2 - Led用リードフレームおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係るLED用リードフレーム(以下、リードフレーム)について、図1を主に参照して説明する。本発明に係るリードフレーム1は、発光装置の光源であるLEDチップ(図2、図3参照)を発光させる駆動電流を供給するための配線であり、かつ、前記LEDチップの発光した光を反射させる反射板である。リードフレーム1は、ここでは図2および図3に示すように、発光装置の正極・負極の一対のリード部材1a,1cとして組み立てられて使用される。
基板11は、銅(Cu)またはCu合金からなり、リードフレーム1の形状に成形される。Cu合金としては、Cu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は、その板厚について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。
本発明に係るリードフレーム1において、反射膜13は、発光装置としたときにLEDチップから照射される光を反射する役割を有し、反射率の高いアルミニウム(Al)で形成される。Alは、熱による凝集が生じ難く、またCuが熱拡散し難いため、基板11からCuが拡散して変色することがない。さらにAlは、大気中等の酸化雰囲気で表面に自然酸化膜(不働態皮膜)を形成することで、発光装置として十分な耐硫化性および耐ハロゲン性を有する。反射膜13の成分はAl単体に限定されず、工業上の純Al(1000系Al)、さらにAlの高反射率が保持されればAl合金で形成されてもよい。例えば、Al−Gd合金であれば耐アルカリ性の高い反射膜となる。このような反射膜13は、当該反射膜13の成分すなわちAlまたはAl合金で形成された蒸発源を用いて物理蒸着法にて成膜することができる(後記の製造方法にて詳細に説明する)。
貴金属膜14は、反射膜13上の、リードフレーム1の最表面に設けられ、パラジウム(Pd)、金(Au)、白金(Pt)から選択される1種以上からなる金属または合金で形成される。貴金属膜14は、リードフレーム1がLEDチップを搭載されて発光装置に組み立てられる際のワイヤボンディング性、および組み立てられた発光装置を配線基板等に実装する際のはんだ付け性を付与する。すなわちPd,Au,Ptは、Au等からなるワイヤの圧着性がよく、またはんだ付け性(はんだとの合金化容易性、はんだの濡れ性)も十分有し、極めて薄い膜であっても十分なワイヤボンディング性およびはんだ付け性が得られる。また、Pd,Au,Ptは、その表面に不動態皮膜を形成しないにも関わらず耐食性に優れているので、リードフレーム1の配線としての導電性を低下させることがなく、また反射率が比較的高いので、リードフレーム1の反射率が反射膜13のAlが有する高反射率から大きく低下することがない。
リードフレーム1Bにおいて、下地めっき膜12は基板11の表面に形成されて反射膜13の下地として設けられる。前記した通り、物理蒸着法にて成膜された反射膜13はその下地の表面性状が保持され易く、すなわち基板11に直接に反射膜13が設けられると基板11の表面形状が保持され、そのままリードフレーム1の表面性状となる。そこで、本変形例においては、当該基板11の表面の凹凸を埋めて平滑な表面を形成するめっき膜を、CuまたはCu合金からなる基板11表面への成膜が容易で比較的反射率の高い金属で形成して、反射膜13の下地とする。このような金属として、ニッケル(Ni)、Ag、Cu、クロム(Cr)、すず(Sn)を適用することができ、特にNi,Agが好ましい。基板11の表面粗さにも影響されるが、当該下地めっき膜12の表面を十分に平滑にするために、膜厚は、Niめっき膜の場合は0.5μm以上、Agめっき膜の場合は0.1μm以上とすることが好ましい。下地めっき膜12の膜厚の上限は規定しないが、膜厚が過剰に厚くても表面の平滑化の効果が飽和し、また不必要に厚く形成されると生産性が低下し、さらにAgめっき膜についてはコストが増大するため、Niめっき膜、Agめっき膜のいずれの場合も8μm以下とすることが好ましい。
本発明の第1実施形態に係るリードフレームは、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、図1(a)に示すリードフレーム1は、基板11を作製する基板作製工程S1、基板11に反射膜13を形成するアルミニウム成膜工程S5、そして、反射膜13表面に貴金属膜14を形成する貴金属成膜工程S6を行う方法によって製造することができる(図示省略)。なお、各工程には説明のために符号を付す。以下に、リードフレーム1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、図5を参照して説明する。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チップを光源として搭載される表面実装型の発光装置(図2参照)を構成するための部品である。
図5(a)に示すように、リード部材1a,1cは帯状で、その長手方向に沿って並設され、LEDチップ搭載部22の底面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し、それぞれが支持部材2Bの外側(図5における左右両側)へ貫通している。したがって、LEDチップ搭載部22において、左側のリード部材1aが、右側のリード部材1cよりも長く、底面の中央まで配設されている。リード部材1a,1cの、LEDチップ搭載部22の底面に配置された領域をインナーリード部、支持部材2Bの外側に延出された領域をアウターリード部と称する(図2(b)参照)。このように、リード部材の一方(リード部材1a)がLEDチップ搭載部22の底面中央に配設されることで、支持部材付リードフレーム10Bに搭載されるLEDチップが安定して載置されて、このリード部材1aがLEDチップから下方へ照射された光を好適に反射することができる。詳しくは、リード部材1aのインナーリード部の、LEDチップ搭載部22の底面の略中央(図5(a)に太破線の枠で示す領域)にLEDチップが載置される。さらにリード部材1a,1cのインナーリード部におけるLEDチップの両側(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。すなわちインナーリード部は、搭載されるLEDチップを電気的に接続するための領域であり、同時に、このLEDチップ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、すなわちはんだ付けのための領域である。
支持部材2Bは、図2に示す発光装置の支持部材2と同様に、凹状のLEDチップ搭載部(凹部)22が形成されたカップ状の樹脂成形体(基体)21を備え、さらにLEDチップ搭載部22の表面に形成された反射膜23を備える。LEDチップ搭載部22は上方に広がって開口し、底面とこれを囲む4面の側面とから構成される平面視で長方形の四角錐台である。LEDチップ搭載部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。また、LEDチップ搭載部22におけるリード部材1a,1cに挟まれた領域(空間)を、底面および側面を含めて、離間領域28と称する。支持部材2Bは、支持部材付リードフレーム10Bが使用される発光装置の形状および形態、ならびにLEDチップの実装形態、製品としてユーザに提供する形態等に応じて所望の形状に成形される。
第2実施形態に係る支持部材付リードフレーム10B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、図5(a)、(b)に示す支持部材付リードフレーム10Bは、第1実施形態に係るリードフレーム1の製造方法における基板作製工程S1、アルミニウム成膜工程S5、貴金属成膜工程S6に、さらに樹脂成形工程S3およびマスク工程S4を行う方法によって製造することができる(図示省略)。以下に、第2実施形態に係る支持部材付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実施形態に係るLED用リードフレーム(リードフレームおよび支持部材付リードフレーム)を用いた発光装置についてその一例を説明する。
第2実施形態およびその変形例に係る支持部材付リードフレーム10B,10Cを用いて発光装置に組み立てる方法の一例は、次の通りである。まず、リード部材1aのインナーリード部表面のLEDチップ搭載部22の略中央(図5(a)に示すLEDチップ載置領域)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チップを接着して固定する。次に、ワイヤボンディングにより、金ワイヤでLEDチップの電極をリード部材1a,1cの各インナーリード部に接続する。そして、LEDチップ搭載部22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チップを光源として搭載した表面実装型の発光装置(図2参照)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6に示す太破線で切り離されて使用される。また、一対の電極が上下両面にそれぞれ設けられたLEDチップを搭載した発光装置を組み立てることもできる。下面にn電極が設けられたLEDチップの場合は、負極のリード電極1cがLEDチップ搭載部22の略中央まで配設された支持部材付リードフレームとし、LEDチップを、導電性の接着剤を用いてn電極をリード電極1cに電気的に接続しつつ搭載し、ワイヤボンディングにより上面のp電極をリード部材1aに接続すればよい。
下記のようにして、図1(a)に示す積層構造のリードフレーム1の試料を、反射膜および貴金属膜のそれぞれの成分および膜厚を変化させて作製し、図1(b)に示す積層構造のリードフレーム1Bの試料を、下地めっき膜の成分および膜厚を変化させて作製した。
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4(a)に示す形状の基板(基板11A)を作製した。
試料No.9〜13,21について、前記基板に下地めっき膜としてNiめっき膜を形成した。めっき前処理として、基板を脱脂液に浸漬して、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。前処理後の基板の表面(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、表1に示す膜厚のNiめっき膜を形成し、めっき浴から引き上げて水洗した。
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
試料No.14〜18について、前記基板に下地めっき膜としてAgめっき膜を形成した。前記Niめっき膜の形成と同様のめっき前処理を基板に行った。そして、試料No.14,15,18について、前処理後の基板の表面(全面)に、下記成分、液温15℃のシアン浴で、対極をAg(純度99.99%)板とし、電流密度:5A/dm2で、光沢Agめっきを施して、表1に示す膜厚のAgめっき膜を形成し、めっき浴から引き上げて水洗した。
Agめっき浴成分
シアン化銀カリウム(I):50g/L
シアン化カリウム :40g/L
炭酸カリウム :35g/L
添加剤C :3ml/L
基板または下地めっき膜を形成した基板に、下記の方法で反射膜および貴金属膜を形成した。基板を、表1に示す反射膜および貴金属膜の組成に合わせた金属ターゲット(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載置した。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後、Ar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、反射膜用の金属ターゲット、貴金属膜用の金属ターゲットに順次、直流電圧(出力100W)を印加してスパッタリングを行い、表1に示す膜厚の反射膜および貴金属膜の2層の金属膜を成膜し、リードフレーム1,1Bの試料を作製した。なお、試料No.19,22は、反射膜のみを形成した。
反射膜および貴金属膜の各膜厚は、X線光電子分光分析(XPS)を行って測定した。試料の表面について、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1に示す貴金属膜に含有される金属元素、反射膜に含有されるAl、および基板のCuまたは下地めっき膜のNi,Agの各濃度を、表面から深さ方向へ測定した。試料表面から、貴金属膜に含まれる金属元素の濃度が最高濃度の1/2まで減少した深さまでを貴金属膜の膜厚とし、さらに前記深さから、Alの濃度が最高濃度の1/2まで減少した深さまでを反射膜の膜厚とした。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。
得られたリードフレームの試料について、下記の方法で、表面の反射率、耐硫化性、ワイヤボンディング性、およびはんだ付け性を評価した。結果を表1に示す。
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における分光反射率を測定して正反射率を求めた。正反射率50%以上を合格とした。
耐硫化試験として、硫化水素濃度3ppm、温度40℃、湿度80%に調整したチャンバー内に、試料を96時間暴露した。試験後、前記と同様に正反射率を測定し、耐硫化試験による正反射率の低下が10ポイント未満のものを合格とした。
試料の図4(b)に示すリード部材1a,1c間(インナーリード部、図2(b)参照)を、マニュアルボンダ(KULICKE and SOFFA INDUSTRIES社製、Model 4127)を用いて、線径φ25μmの金(純Au)線(田中貴金属工業製)をボンディングワイヤとしてワイヤボンディングした。そして、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、金線が試料のボンディング箇所から剥離すること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から金線が剥離した場合を不良であるとして「×」で評価した。また、金線が試料の表面に圧着せず、ワイヤボンディングできなかったものも不良であるとして「××」で評価した。
試料をホットプレートで250℃に加熱し、直径約5mmのはんだボール(Sn−3.0at%Ag−0.5at%Cu)を溶融させて、試料の表面に垂らした後、試料をホットプレートから外して冷却してはんだを凝固させた。そして、凝固したはんだ溶滴の試料表面における濡れ接触角を測定した。図7に示すように、試料を側面視で(試料の表面に水平な方向から見て)観察し、はんだ溶滴の端点と頂点とを結ぶ線分(図中に破線で示す)が試料表面となす角θを測定し、2θをはんだ溶滴の濡れ接触角であるとした。はんだ溶滴の濡れ接触角2θが小さいほどはんだの濡れ性がよいことを示し(図7(a)参照)、濡れ接触角2θが大きくなるとはんだの濡れ性が低下する(図7(b)参照)。濡れ接触角2θが80°以下であれば、はんだの濡れ性を十分に有してはんだ付けによる実装が可能であるので、はんだ付け性合格とし、特に2θ<45°をはんだ付け性優良として「◎」、45°≦2θ≦80°をはんだ付け性良好として「○」で評価した。一方、濡れ接触角2θが80°を超えて大きいとはんだ付けによる実装が困難になり、80°<2θ≦90°を「△」、2θ>90°を「×」で評価した。
実施例1と製造方法の一部を変えて、図1(a)、(b)に示す積層構造のリードフレーム1,1Bの試料を作製した。
得られたリードフレームの試料について、実施例1と同様の方法で、表面の反射率、耐硫化性、ワイヤボンディング性、およびはんだ付け性を評価した。結果を表2に示す。また、表2に実施例1の試料No.1,10の結果を併記する。
10B,10C 支持部材付リードフレーム(LED用リードフレーム)
1a,1c リード部材
1,1B リードフレーム(LED用リードフレーム)
11,11A 基板
12 下地めっき膜(Niめっき膜、Agめっき膜)
13 反射膜
14 貴金属膜
2,2A,2B,2C 支持部材
21 樹脂成形体(基体)
22 LEDチップ搭載部(凹部)
23 反射膜
28 離間領域
Claims (7)
- 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アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる膜厚50nm以上500nm以下の反射膜と、この反射膜上に形成されたPd,Au,Ptから選択される1種以上からなる膜厚5nm以上50nm以下の貴金属膜と、を備えることを特徴とするLED用リードフレーム。
- LEDチップが収容されるための上方に開口した凹部が形成された支持部材と、この支持部材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が、互いに離間領域を隔てて前記凹部の底面に配設されて、それぞれが当該凹部から前記支持部材の外側に延出している支持部材付きのLED用リードフレームであって、
前記支持部材は、絶縁材料からなる基体と、前記凹部の表面において前記離間領域を除く領域に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる膜厚50nm以上の反射膜と、を備え、
前記リード部材は、銅または銅合金からなる基板と、前記凹部の内側において前記基板上に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる膜厚50nm以上500nm以下の反射膜と、この反射膜上に形成されたPd,Au,Ptから選択される1種以上からなる膜厚5nm以上50nm以下の貴金属膜と、を備えることを特徴とするLED用リードフレーム。 - 前記基板と前記反射膜との間に、膜厚0.5μm以上のNiめっき膜または膜厚0.1μm以上のAgめっき膜をさらに備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたLED用リードフレーム。
- 請求項1に記載されたLED用リードフレームの製造方法であって、
前記基板上に、物理蒸着法により、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる蒸発源とPd,Au,Ptから選択される1種以上からなる蒸発源とを順番に用いて、前記反射膜および前記貴金属膜を連続して成膜することを特徴とするLED用リードフレームの製造方法。 - 請求項1に記載されたLED用リードフレームの製造方法であって、
前記基板上に、物理蒸着法により、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる蒸発源を用いて前記反射膜を成膜するアルミニウム成膜工程と、
前記反射膜表面に形成された自然酸化膜を除去した後、物理蒸着法により、Pd,Au,Ptから選択される1種以上からなる蒸発源を用いて前記貴金属膜を成膜する貴金属成膜工程と、を行うことを特徴とするLED用リードフレームの製造方法。 - 請求項2に記載されたLED用リードフレームの製造方法であって、
前記反射膜を成膜する前に、絶縁材料で前記支持部材の基体を成形する基体成形工程をさらに行い、
前記基体成形工程は、前記基体を、前記基板が一対のリード部材として互いに離間領域を隔てて前記支持部材の凹部の底面に配設されるように一体的に成形し、
前記反射膜を、前記基板上と同時に、前記凹部の表面において前記離間領域を除く領域に形成することを特徴とする請求項4または請求項5に記載されたLED用リードフレームの製造方法。 - 請求項3に記載されたLED用リードフレームの製造方法であって、
前記反射膜を成膜する前に、前記基板上に、めっき処理により前記Niめっき膜または前記Agめっき膜を成膜するめっき工程をさらに行うことを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれか一項に記載されたLED用リードフレームの製造方法。
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