JP6398541B2 - リードフレーム及び発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、リードフレーム及び発光装置に関する。
従来、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略記することがある）など発光装置用のリードフレームにおいては、銀又は銀合金からなる反射層の硫化腐食による光反射率の低下が問題視されてきた（例えば、特許文献１、２等）。
一方、本発明者らは、このような反射層の硫化腐食の問題とは別に、発光装置の製造工程内の熱履歴により、反射層の下地の銅又は銅合金が酸化し、リードフレームの半田濡れ性が悪化することを新たに見出した。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半田濡れ性に優れるリードフレーム及びこれを用いた発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下の発明を含む。
（１）銅又は銅合金を含む下地層と、
前記下地層上に形成された、銀層に銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物が拡散されてなる中間層と、
前記中間層上に形成された銀を含む反射層とを備えるリードフレーム。
（２）上記リードフレームと、
前記リードフレームの上に載置された発光素子と、
前記発光素子を封止する封止部材とを備える発光装置。
（１）銅又は銅合金を含む下地層と、
前記下地層上に形成された、銀層に銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物が拡散されてなる中間層と、
前記中間層上に形成された銀を含む反射層とを備えるリードフレーム。
（２）上記リードフレームと、
前記リードフレームの上に載置された発光素子と、
前記発光素子を封止する封止部材とを備える発光装置。
本発明によれば、下地層の銅又は銅合金の酸化を抑制することができ、半田濡れ性に優れるリードフレームが得られる。また、それにより、実装接合強度に優れる発光装置が得られる。
本明細書では、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており詳細説明を適宜省略する。
図１は、本発明の原理を説明するための概念図である。まず、本発明者らは、銅の下地層上に銀の反射層が形成されたリードフレームを用いて発光装置を製造し、その発光装置を半田で配線基板に接合する場合に両者の接合不良を生じることがあることを確認した。これは、具体的には、図１（ａ）に示すように、銀は酸素を透過しやすい性質を有しており、反射層の銀（特にその結晶粒界）を通して侵入した酸素により下地層の銅の表層が酸化する。半田付けの際、反射層の銀は半田に溶け込み、主に下地層が半田と接合するが、下地層の酸化領域には半田が濡れないために、接合不良を生じる、というものである。
次に、本発明者らは、この現象の原因について鋭意研究を行った結果、反射層を構成する銀中に下地層の銅が拡散しているものほど、下地層の酸化が抑制されていることを突き止めた。そして、この知見を元に、図１（ｂ）に示すように、下地層と反射層との間に、異種金属の拡散により銀のガスバリア性を高めた層を予め設けておくことによって、発光装置の製造後においても下地層の酸化が抑制されており良好な半田濡れ性が得られることを見出し、本発明の完成に至った。
〔リードフレーム〕
リードフレームは、主として、基体と、下地層と、中間層と、反射層とがこの順に配置されて構成される。リードフレームは、発光素子などの半導体素子を載置し且つ好ましくはその半導体素子に電力を供給するための金属部材である。リードフレームは、ピン挿入型半導体装置（例えば砲弾型ＬＥＤ）用のものでもよいし、表面実装型半導体装置用のものでもよい。主に、前者では柱状（棒状）、後者では板状である。
リードフレームは、主として、基体と、下地層と、中間層と、反射層とがこの順に配置されて構成される。リードフレームは、発光素子などの半導体素子を載置し且つ好ましくはその半導体素子に電力を供給するための金属部材である。リードフレームは、ピン挿入型半導体装置（例えば砲弾型ＬＥＤ）用のものでもよいし、表面実装型半導体装置用のものでもよい。主に、前者では柱状（棒状）、後者では板状である。
（基体）
基体は、リードフレームの基礎を構成する。基体は、例えば、１×１０-6／Ｋ〜５０×１０-6／Ｋ程度の線膨張係数を有する金属が好ましく、５×１０-6／Ｋ〜２５×１０-6／Ｋ程度の線膨張係数を有する金属がより好ましい。具体的には、例えば、鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。なかでも、鉄又は鉄合金が製造コスト等の観点から好ましい。基体の厚みは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ〜２ｍｍ程度が好ましく、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度がより好ましい。なお、基体が銅又は銅合金で形成される場合には、基体と下地層を一体として考えられ、基体も含めて下地層としてもよいし、下地層を省略してもよい。
基体は、リードフレームの基礎を構成する。基体は、例えば、１×１０-6／Ｋ〜５０×１０-6／Ｋ程度の線膨張係数を有する金属が好ましく、５×１０-6／Ｋ〜２５×１０-6／Ｋ程度の線膨張係数を有する金属がより好ましい。具体的には、例えば、鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。なかでも、鉄又は鉄合金が製造コスト等の観点から好ましい。基体の厚みは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ〜２ｍｍ程度が好ましく、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度がより好ましい。なお、基体が銅又は銅合金で形成される場合には、基体と下地層を一体として考えられ、基体も含めて下地層としてもよいし、下地層を省略してもよい。
（下地層）
下地層は、銅及び銅合金を含んで構成される。例えば、銅又は銅合金の単層構造であってもよいし、これらを含む積層構造であってもよい。銅合金としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ及びＲｅからなる群から選択される１種以上の元素との合金が挙げられる。なかでも、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉとの合金が好ましい。下地層は、特に、銅の単層構造によって形成されることが、製造コスト等の観点から好ましい。
下地層は、銅及び銅合金を含んで構成される。例えば、銅又は銅合金の単層構造であってもよいし、これらを含む積層構造であってもよい。銅合金としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ及びＲｅからなる群から選択される１種以上の元素との合金が挙げられる。なかでも、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉとの合金が好ましい。下地層は、特に、銅の単層構造によって形成されることが、製造コスト等の観点から好ましい。
下地層の厚みは、特に限定されないが、上限としては、例えば、２０μｍ程度以下の厚みが挙げられ、１０μｍ程度以下の厚みであることが好ましく、５μｍ程度以下の厚みであることがより好ましい。また、下限としては、例えば、０．５μｍ程度以上の厚みが挙げられ、１μｍ程度以上の厚みであることが好ましく、２μｍ程度以上の厚みであることがより好ましい。
下地層は、基体上に配置されるのであれば、当該分野で公知の方法によって形成することができる。具体的には、メッキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、ＡＬＤ（原子層堆積）法等の種々の方法が挙げられる。なかでも、メッキ法が好ましい。
（中間層）
下地層上には、下地層の表面と接触するように中間層が形成されている。
中間層は、下地層と反射層との間にあって、特に反射層を透過する酸素などの外気の下地層への到達を抑制するための層として機能する。また、下地層を構成する元素の反射層への拡散を抑制するための層としても機能する。
中間層は、銀層に、銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物が拡散されてなる。銀及び銅以外の金属又はその酸化物が銀層内、好ましくは銀の結晶粒界に拡散することで、上述のような機能を発揮する。なお、銀及び銅以外の金属の酸化物は、金属の状態で銀層内に拡散され後に酸化したものでもよいし、元々酸化物の状態で銀層内に拡散されてもよい。中間層に拡散される銀及び銅以外の１種以上の金属は、Ｉｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅ及びＣｏから選択される１種以上が好ましい。なかでも、特にＩｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕから選択される１種以上が好ましい。また、中間層に拡散される銀及び銅以外の１種以上の金属として、銅より酸化しやすい（銅よりイオン化傾向の大きい）金属元素を選択することも、酸素に対するバリア性の観点から好ましい。
中間層は、銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物を、例えば１０ｍｏｌ％程度以下、８ｍｏｌ％程度以下、６ｍｏｌ％程度以下、５ｍｏｌ％程度以下で含むことが好ましい。なお、中間層のこれら拡散物質以外の構成元素は、銀であることが好ましい。
下地層上には、下地層の表面と接触するように中間層が形成されている。
中間層は、下地層と反射層との間にあって、特に反射層を透過する酸素などの外気の下地層への到達を抑制するための層として機能する。また、下地層を構成する元素の反射層への拡散を抑制するための層としても機能する。
中間層は、銀層に、銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物が拡散されてなる。銀及び銅以外の金属又はその酸化物が銀層内、好ましくは銀の結晶粒界に拡散することで、上述のような機能を発揮する。なお、銀及び銅以外の金属の酸化物は、金属の状態で銀層内に拡散され後に酸化したものでもよいし、元々酸化物の状態で銀層内に拡散されてもよい。中間層に拡散される銀及び銅以外の１種以上の金属は、Ｉｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅ及びＣｏから選択される１種以上が好ましい。なかでも、特にＩｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕから選択される１種以上が好ましい。また、中間層に拡散される銀及び銅以外の１種以上の金属として、銅より酸化しやすい（銅よりイオン化傾向の大きい）金属元素を選択することも、酸素に対するバリア性の観点から好ましい。
中間層は、銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物を、例えば１０ｍｏｌ％程度以下、８ｍｏｌ％程度以下、６ｍｏｌ％程度以下、５ｍｏｌ％程度以下で含むことが好ましい。なお、中間層のこれら拡散物質以外の構成元素は、銀であることが好ましい。
中間層の厚みは、特に限定されないが、上記機能の発揮と量産性の観点から、上限としては、例えば、１μｍ程度以下の厚みが挙げられ、５００ｎｍ程度以下の厚みであることが好ましく、２００ｎｍ程度以下の厚みであることがより好ましい。また、下限としては、例えば、５ｎｍ程度以上の厚みが挙げられ、１０ｎｍ程度以上の厚みであることが好ましく、５０ｎｍ程度以上の厚みであることがより好ましい。
中間層は、下地層上に配置されるのであれば、当該分野で公知の方法によって形成することができる。具体的には、メッキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法ＡＬＤ（原子層堆積）等の種々の方法が挙げられる。なかでも、メッキ法が好ましい。
中間層に微量金属を拡散させる場合、銀層を、メッキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、ＡＬＤ（原子層堆積）法等の種々の方法で成膜した後、異種元素を含有する層を、同様の方法で積層し、熱拡散させる方法、銀層を、メッキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法等の種々の方法で成膜した後、異種元素自体を同様の方法で拡散させる方法、又はこれらの方法で同時に成膜する方法等を利用することができる。
中間層に微量金属を拡散させる場合、銀層を、メッキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、ＡＬＤ（原子層堆積）法等の種々の方法で成膜した後、異種元素を含有する層を、同様の方法で積層し、熱拡散させる方法、銀層を、メッキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法等の種々の方法で成膜した後、異種元素自体を同様の方法で拡散させる方法、又はこれらの方法で同時に成膜する方法等を利用することができる。
このような中間層を設けることにより、上述したように、下地層の酸化を有効に抑制することができる。また、下地層を構成する元素の反射層への拡散を抑え、反射層の変質及び／又は変色を抑制することができ、反射層の反射率の低下を抑制又は回避することができる。
（反射層）
反射層は、発光素子から出射される光を効率良く（反射率としては、発光素子から出射される光に対して７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上がよりいっそう好ましい。）反射させることができる層であり、銀を含む。銀以外の元素を含んでいてもよいが、銀層すなわち純銀（但し「純」は現実的な意味で用いる；以下も同様）の層が好ましい。一方、後述する理由から、微量の銀以外の金属（異種金属）が拡散されたものであることが好ましい。
この異種金属としては、例えば、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｗ、Ｉｎ、Ｇｅ等からなる群から選択される１種以上の元素が挙げられる。なかでも、Ｉｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅ及びＣｏから選択される１種以上の金属が好ましい。特にＩｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕから選択される１種以上の金属が好ましい。
ここでの微量とは、例えば、０．１ｍｏｌ％〜１ｍｏｌ％程度の範囲が挙げられ、０．１ｍｏｌ％〜０．８ｍｏｌ％程度が好ましく、０．１ｍｏｌ％〜０．６ｍｏｌ％程度がより好ましい。また、反射層に拡散される異種金属の量は、中間層に拡散される銀及び銅以外の金属並びにその酸化物の量より少ないことが好ましい。
反射層は、発光素子から出射される光を効率良く（反射率としては、発光素子から出射される光に対して７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上がよりいっそう好ましい。）反射させることができる層であり、銀を含む。銀以外の元素を含んでいてもよいが、銀層すなわち純銀（但し「純」は現実的な意味で用いる；以下も同様）の層が好ましい。一方、後述する理由から、微量の銀以外の金属（異種金属）が拡散されたものであることが好ましい。
この異種金属としては、例えば、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｗ、Ｉｎ、Ｇｅ等からなる群から選択される１種以上の元素が挙げられる。なかでも、Ｉｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅ及びＣｏから選択される１種以上の金属が好ましい。特にＩｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕから選択される１種以上の金属が好ましい。
ここでの微量とは、例えば、０．１ｍｏｌ％〜１ｍｏｌ％程度の範囲が挙げられ、０．１ｍｏｌ％〜０．８ｍｏｌ％程度が好ましく、０．１ｍｏｌ％〜０．６ｍｏｌ％程度がより好ましい。また、反射層に拡散される異種金属の量は、中間層に拡散される銀及び銅以外の金属並びにその酸化物の量より少ないことが好ましい。
反射層に拡散されている銀及び銅以外の金属元素は、中間層に拡散されている銀及び銅以外の金属元素と同じでもよいが、異なることが好ましい。言い換えると、反射層に最も多く含まれている銀及び銅以外の金属元素は、中間層に最も多く含まれている銀及び銅以外の金属元素と異なることが好ましい。これは、反射層内の拡散金属と中間層内の拡散金属の其々に優先的に求められる作用が異なるためである。
このように反射層に銀以外の異種金属が拡散されている場合には、異種金属は、銀の結晶粒界に偏析しやすく、また発光装置の製造工程内の熱履歴、若しくは発光素子の駆動時における発熱、又はそれらによる応力等により、銀の結晶粒界への偏析が更に進行し、それによって銀粒子の粗大化を有効に抑制することができる。その結果、銀粒子の粗大化に起因する光の多重散乱による光の吸収を低減することができるため、反射率の低下を抑え、ひいては発光装置の光束低下を有効に抑制することができる。さらに、このような微量の異種金属の拡散であれば、銀本来の反射率への影響を小さく抑えることができる。
さらに、反射層に異種金属が拡散されていることにより、中間層側からの異種元素の拡散を有効に抑制することが可能となり、反射層の変質及び／又は劣化をよりいっそう抑制することができる。
さらに、反射層に異種金属が拡散されていることにより、中間層側からの異種元素の拡散を有効に抑制することが可能となり、反射層の変質及び／又は劣化をよりいっそう抑制することができる。
反射層は、中間層と同様の方法によって形成することができる。なかでも、メッキ法が好ましい。
反射層の厚みは、特に限定されないが、光学特性と量産性の観点から、例えば５０ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲が挙げられ、１００ｎｍ〜５μｍ程度が好ましく、５００ｎｍ〜３μｍ程度がより好ましい。
なお、反射層における銀の平均粒径は、反射率の観点から、５０ｎｍ〜１．０μｍであることが好ましく、５０ｎｍ〜０．５μｍであることがより好ましい。中間層における銀の平均粒径は、これと同等であってよい。
反射層の厚みは、特に限定されないが、光学特性と量産性の観点から、例えば５０ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲が挙げられ、１００ｎｍ〜５μｍ程度が好ましく、５００ｎｍ〜３μｍ程度がより好ましい。
なお、反射層における銀の平均粒径は、反射率の観点から、５０ｎｍ〜１．０μｍであることが好ましく、５０ｎｍ〜０．５μｍであることがより好ましい。中間層における銀の平均粒径は、これと同等であってよい。
〔発光装置〕
発光装置は、上述したリードフレームと、発光素子と、封止部材とを備える。
（半導体発光素子）
発光素子は、主として、基板、半導体発光構造を備えている。
基板は、通常、半導体発光素子を製造する際に用いられるものであればよく、半導体層とは異なる屈折率を有する材料、例えば、半導体層と異なる材料又は異なる組成からなるものが挙げられる。具体的には、窒化物半導体を用いた半導体発光素子用の基板として好適な、サファイア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）、ＳｉＣ、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3）基板、ＬｉＡｌＯ2基板、ＬｉＧａＯ3基板、ＧａＮ等が挙げられる。なかでも、サファイア基板が好ましい。基板の厚みは特に限定されないが、例えば５０〜１０００μｍ程度の厚みが挙げられ、８０〜５００μｍ程度が好ましく、１００〜３００μｍ程度であることがより好ましい。
基板は、透光性であることが好ましいが、限定はされない。ここで、透光性とは、発光素子から出射される光を、５０％以上透過させる性質を指し、７０％以上透過させるものが好ましく、８０％以上透過させるものがより好ましく、９０％以上透過させるものがよりいっそう好ましい。
発光装置は、上述したリードフレームと、発光素子と、封止部材とを備える。
（半導体発光素子）
発光素子は、主として、基板、半導体発光構造を備えている。
基板は、通常、半導体発光素子を製造する際に用いられるものであればよく、半導体層とは異なる屈折率を有する材料、例えば、半導体層と異なる材料又は異なる組成からなるものが挙げられる。具体的には、窒化物半導体を用いた半導体発光素子用の基板として好適な、サファイア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）、ＳｉＣ、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3）基板、ＬｉＡｌＯ2基板、ＬｉＧａＯ3基板、ＧａＮ等が挙げられる。なかでも、サファイア基板が好ましい。基板の厚みは特に限定されないが、例えば５０〜１０００μｍ程度の厚みが挙げられ、８０〜５００μｍ程度が好ましく、１００〜３００μｍ程度であることがより好ましい。
基板は、透光性であることが好ましいが、限定はされない。ここで、透光性とは、発光素子から出射される光を、５０％以上透過させる性質を指し、７０％以上透過させるものが好ましく、８０％以上透過させるものがより好ましく、９０％以上透過させるものがよりいっそう好ましい。
半導体発光構造は、上述した基板の一面上に形成される。
半導体発光構造は、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子を構成するものであればよい。例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって構成される、活性層を含む積層構造が挙げられる。発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、ドープする不純物の種類などによって、紫外域から赤色域まで変化させることができる。
半導体発光構造は、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子を構成するものであればよい。例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって構成される、活性層を含む積層構造が挙げられる。発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、ドープする不純物の種類などによって、紫外域から赤色域まで変化させることができる。
発光素子の形状は、基板及び半導体発光構造によって確定されるが、特に限定されない。例えば、光取り出し側からみた平面形状が、多角形又はこれに近似する形状であることが適しており、特に、四角形、矩形、正方形又はこれらに近似する形状であることがより好ましい。
発光素子は、通常、ｎ電極及びｐ電極を備える。基板に対して同じ側にｎ電極及びｐ電極が形成された片面電極のものであってもよいし、ｎ電極又はｐ電極が基板の裏面に形成された両面電極のものであってもよい。なかでも、基板が電気的絶縁性である場合には片面電極のものが好ましく、基板が導電性である場合には両面電極のものが好ましい。
ｎ電極及びｐ電極は、例えば、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属及びその合金の単層又は積層構造が挙げられる。また、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透光性導電材料を用いてもよい。また、いわゆるオーミック電極とパッド電極との積層構造としてもよい。これら電極の厚みは特に限定されない。
発光素子は、リードフレーム上に載置され、好ましくは更にリードフレームと電気的に接続される。
発光素子は、上述した片面電極の構造を有する場合、フェイスアップ（電極形成面が光取り出し側にある）、フリップチップ（フェイスダウン；電極形成面が光取り出し側と反対側（搭載面側）にある）のいずれの形態の搭載であってもよい。
発光素子のリードフレーム上への搭載は、当該分野で公知の方法により行うことができる。通常、発光素子の搭載は、接着剤を用いて行うことが生産性の観点で好ましい。
接着剤としては、フェイスアップ搭載される発光素子の場合には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材のほか、銀、金、パラジウム等の導電性ペーストを用いることができる。さらに、両面電極構造である発光素子の場合には、上記導電性ペーストのほか、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｄ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｕ−Ｃｕ系の半田等を用いてもよい。なかでも、融点が低く安定性のよいＡｕ−Ｓｎ系の半田が好ましい。
フリップチップ搭載される発光素子の場合には、上記半田を用いることができる。
発光素子は、上述した片面電極の構造を有する場合、フェイスアップ（電極形成面が光取り出し側にある）、フリップチップ（フェイスダウン；電極形成面が光取り出し側と反対側（搭載面側）にある）のいずれの形態の搭載であってもよい。
発光素子のリードフレーム上への搭載は、当該分野で公知の方法により行うことができる。通常、発光素子の搭載は、接着剤を用いて行うことが生産性の観点で好ましい。
接着剤としては、フェイスアップ搭載される発光素子の場合には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材のほか、銀、金、パラジウム等の導電性ペーストを用いることができる。さらに、両面電極構造である発光素子の場合には、上記導電性ペーストのほか、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｄ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｕ−Ｃｕ系の半田等を用いてもよい。なかでも、融点が低く安定性のよいＡｕ−Ｓｎ系の半田が好ましい。
フリップチップ搭載される発光素子の場合には、上記半田を用いることができる。
発光素子とリードフレームとの電気的な接続は、当該分野において公知の方法のいずれを用いてもよい。例えば、ワイヤを用いて電気的に接続することができる。
ワイヤとしては、発光素子の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。熱伝導率としては、０．０１ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上が好ましく、さらに０．５ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上がより好ましい。作業性などを考慮すると、ワイヤの直径は、１０〜２００μｍ程度が挙げられ、２０〜１５０μｍ程度が好ましい。このようなワイヤとしては、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金で形成されたものが挙げられる。
ワイヤとしては、発光素子の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。熱伝導率としては、０．０１ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上が好ましく、さらに０．５ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上がより好ましい。作業性などを考慮すると、ワイヤの直径は、１０〜２００μｍ程度が挙げられ、２０〜１５０μｍ程度が好ましい。このようなワイヤとしては、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金で形成されたものが挙げられる。
（封止部材）
封止部材は、発光素子を封止する部材である。より詳細には、封止部材は、リードフレームと一体化して、発光素子を封止し外気及び外力等から保護するために設けられる部材である。例えば表面実装型発光装置の封止部材は、発光素子を収納する凹部を有し、この凹部底面でリードフレームの一部を露出し、かつリードフレームの一部を埋め込む樹脂成形体と、この凹部内に充填され、発光素子を被覆する透光性部材とを備えていることが好ましい。一方、例えばピン挿入型発光装置（一例として砲弾型ＬＥＤ）の封止部材は、発光素子を被覆する透光性部材を備えていればよく、上記樹脂成形体を省略して、又は上記樹脂成形体を透光性として上記透光性部材と一体化して考えることができる。
封止部材は、発光素子を封止する部材である。より詳細には、封止部材は、リードフレームと一体化して、発光素子を封止し外気及び外力等から保護するために設けられる部材である。例えば表面実装型発光装置の封止部材は、発光素子を収納する凹部を有し、この凹部底面でリードフレームの一部を露出し、かつリードフレームの一部を埋め込む樹脂成形体と、この凹部内に充填され、発光素子を被覆する透光性部材とを備えていることが好ましい。一方、例えばピン挿入型発光装置（一例として砲弾型ＬＥＤ）の封止部材は、発光素子を被覆する透光性部材を備えていればよく、上記樹脂成形体を省略して、又は上記樹脂成形体を透光性として上記透光性部材と一体化して考えることができる。
樹脂成形体は、樹脂パッケージ等として称される部材である。
樹脂成形体は、リードフレームの一部を埋め込み、好ましくは一体的又は塊状に被覆し、発光素子等に対して電気的絶縁性を確保することができればよい。例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ＢＴレジン、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又はポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリカーボネート樹脂、ポリシクロヘキサンテレフタレート等の熱可塑性樹脂によって形成することができる。これらの材料には、当該分野で公知の着色剤、光拡散剤、フィラー、後述する蛍光体などを含有させてもよい。なかでも、反射率の良好な材料を用いることが好ましく、そのために、酸化チタン等の白色の着色剤を添加したものを用いることが好ましい。
樹脂成形体の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円柱、楕円柱、球、卵形、三角柱、四角柱、多角柱又はこれらに近似する形状等どのような形状でもよいが、反射用側壁を備えていることが好ましい。
樹脂成形体には、発光素子を収容する凹部を備えており、この凹部が、反射用側壁として、リードフレーム上に載置される発光素子から出射される光を、光取り出し面側に反射させる。凹部は、発光素子載置面（リードフレームの上面）から樹脂成形体の上面（光取り出し面）側に向かって幅広となる形状、つまり、底面側の平面積が上面側の平面積よりも小さい円錐台又は角錐台及びこれらに近似する形状であることが好ましい。
樹脂成形体及び凹部の大きさは特に限定されるものではなく、発光素子の搭載数、目的とする発光装置の性能等によって適宜調整することができる。
樹脂成形体及び透光性部材は、当該分野で公知の方法、代表的には、トランスファー成形法、射出成形法、キャスティング法、圧縮成形法、ポッティング法等を利用して形成することができる。
樹脂成形体は、リードフレームの一部を埋め込み、好ましくは一体的又は塊状に被覆し、発光素子等に対して電気的絶縁性を確保することができればよい。例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ＢＴレジン、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又はポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリカーボネート樹脂、ポリシクロヘキサンテレフタレート等の熱可塑性樹脂によって形成することができる。これらの材料には、当該分野で公知の着色剤、光拡散剤、フィラー、後述する蛍光体などを含有させてもよい。なかでも、反射率の良好な材料を用いることが好ましく、そのために、酸化チタン等の白色の着色剤を添加したものを用いることが好ましい。
樹脂成形体の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円柱、楕円柱、球、卵形、三角柱、四角柱、多角柱又はこれらに近似する形状等どのような形状でもよいが、反射用側壁を備えていることが好ましい。
樹脂成形体には、発光素子を収容する凹部を備えており、この凹部が、反射用側壁として、リードフレーム上に載置される発光素子から出射される光を、光取り出し面側に反射させる。凹部は、発光素子載置面（リードフレームの上面）から樹脂成形体の上面（光取り出し面）側に向かって幅広となる形状、つまり、底面側の平面積が上面側の平面積よりも小さい円錐台又は角錐台及びこれらに近似する形状であることが好ましい。
樹脂成形体及び凹部の大きさは特に限定されるものではなく、発光素子の搭載数、目的とする発光装置の性能等によって適宜調整することができる。
樹脂成形体及び透光性部材は、当該分野で公知の方法、代表的には、トランスファー成形法、射出成形法、キャスティング法、圧縮成形法、ポッティング法等を利用して形成することができる。
透光性部材は、発光素子の上面の略全面、好ましくは、ワイヤ等が存在する場合には、ワイヤの接続部位も含めて、より好ましくは発光素子の側面にも、透光性部材が接触するように配置されていることが好ましい。
透光性部材は、通常、樹脂によって形成される。ここでの樹脂は、熱硬化性樹脂を好適に用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、及びこれらの変性樹脂等が挙げられる。表面実装型発光装置の透光性部材には、シリコーン樹脂又はその変性樹脂が、耐熱性や耐光性に優れ、硬化後の体積収縮が少ないため、好ましい。ピン挿入型発光装置の透光性部材には、エポキシ樹脂又はその変性樹脂が、耐熱性や耐光性が比較的良く、機械的強度が高いため、好ましい。
透光性部材は、通常、樹脂によって形成される。ここでの樹脂は、熱硬化性樹脂を好適に用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、及びこれらの変性樹脂等が挙げられる。表面実装型発光装置の透光性部材には、シリコーン樹脂又はその変性樹脂が、耐熱性や耐光性に優れ、硬化後の体積収縮が少ないため、好ましい。ピン挿入型発光装置の透光性部材には、エポキシ樹脂又はその変性樹脂が、耐熱性や耐光性が比較的良く、機械的強度が高いため、好ましい。
透光性部材には、拡散剤、蛍光体等を含有させてもよい。拡散剤は、光を拡散させるものであり、発光素子からの光の指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン等が挙げられる。
蛍光体は、発光素子からの光を変換させるものであり、発光素子から透光性部材を通して外部へ出射される光の波長を変換することができる。例えば、有機蛍光体であるペリレン系誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｅｕで賦活されたＳｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Z、Ｍｎで賦活されたＫ2ＳｉＦ6などの無機蛍光体など、種々好適に用いられる。
蛍光体は、発光素子からの光を変換させるものであり、発光素子から透光性部材を通して外部へ出射される光の波長を変換することができる。例えば、有機蛍光体であるペリレン系誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｅｕで賦活されたＳｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Z、Ｍｎで賦活されたＫ2ＳｉＦ6などの無機蛍光体など、種々好適に用いられる。
発光装置は、発光素子のほか、受光素子、発光素子及び受光素子等の半導体素子を過電圧から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオード、コンデンサー）等の１以上を備えていてもよい。
以下に、本発明のリードフレーム及び発光装置を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
実施形態１
図２は、本発明のリードフレーム及びそれを用いた発光装置の実施形態１を示す断面図である。図２に示すように、この実施形態の発光装置２０は、砲弾型ＬＥＤである。発光装置２０は、リードフレーム１０と、このリードフレームの上に載置された発光素子１１と、この発光素子を封止する封止部材１３と、を備えている。
リードフレーム１０は、基体１上に、下地層３、中間層５及び反射層７がメッキ法により順次積層されて構成されている。基体１は、Ｆｅからなる。下地層３は、厚み２μｍのＣｕ層である。中間層５は、厚み１００ｎｍのＡｇ層に１ｍｏｌ％のＭｎが拡散されてなる。反射層７は、厚み１．５μｍの純Ａｇ層である。
図２は、本発明のリードフレーム及びそれを用いた発光装置の実施形態１を示す断面図である。図２に示すように、この実施形態の発光装置２０は、砲弾型ＬＥＤである。発光装置２０は、リードフレーム１０と、このリードフレームの上に載置された発光素子１１と、この発光素子を封止する封止部材１３と、を備えている。
リードフレーム１０は、基体１上に、下地層３、中間層５及び反射層７がメッキ法により順次積層されて構成されている。基体１は、Ｆｅからなる。下地層３は、厚み２μｍのＣｕ層である。中間層５は、厚み１００ｎｍのＡｇ層に１ｍｏｌ％のＭｎが拡散されてなる。反射層７は、厚み１．５μｍの純Ａｇ層である。
発光素子１１は、ＧａＰ基板上に半導体発光構造が形成された、赤色（発光ピーク波長６３０ｎｍ）発光可能なＬＥＤチップである。発光素子１１は、負極側のリードフレーム１０のカップ内に、銀ペーストの接着剤で接着されており、金線のワイヤで正極側のリードフレーム１０に電気的に接続されている。
封止部材１３は、リードフレーム１０のカップ内に充填されたシリカを含有するエポキシ変性樹脂の内側被覆部と、リードフレーム１０の端子部を露出させて残りの全部を覆って砲弾型に成形されたエポキシ樹脂の外側被覆部と、からなっている。内側被覆部はポッティング法、外側被覆部はキャスティング法により形成される。
なお、この発光装置２０の製造工程内での主な熱履歴は、発光素子１１の接着工程において１８０℃（１時間）、ワイヤ接続工程において２１０℃（１０秒）、封止部材１３の成形工程において内側被覆部が１８０℃（２時間）、外側被覆部が１３０℃（１時間強）と１５０℃（５時間）である。
封止部材１３は、リードフレーム１０のカップ内に充填されたシリカを含有するエポキシ変性樹脂の内側被覆部と、リードフレーム１０の端子部を露出させて残りの全部を覆って砲弾型に成形されたエポキシ樹脂の外側被覆部と、からなっている。内側被覆部はポッティング法、外側被覆部はキャスティング法により形成される。
なお、この発光装置２０の製造工程内での主な熱履歴は、発光素子１１の接着工程において１８０℃（１時間）、ワイヤ接続工程において２１０℃（１０秒）、封止部材１３の成形工程において内側被覆部が１８０℃（２時間）、外側被覆部が１３０℃（１時間強）と１５０℃（５時間）である。
また、中間層５として、Ｍｎに代えて、Ｉｎが拡散されたＡｇ層を有する以外、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置２１を作製する。
また、中間層５として、Ｍｎに代えて、Ａｌが拡散されたＡｇ層を有する以外、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置２２を作製する。
さらに、中間層５として、Ｍｎに代えて、Ａｕが拡散されたＡｇ層を有する以外、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置２３を作製する。
なお、比較例として、中間層５を形成しないこと以外は、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置Ｘを作製する。
また、中間層５として、Ｍｎに代えて、Ａｌが拡散されたＡｇ層を有する以外、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置２２を作製する。
さらに、中間層５として、Ｍｎに代えて、Ａｕが拡散されたＡｇ層を有する以外、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置２３を作製する。
なお、比較例として、中間層５を形成しないこと以外は、実施形態１の発光装置２０と同様の構成の発光装置Ｘを作製する。
実施形態１の発光装置２０，２１，２２及び２３と、比較例である発光装置Ｘと、について、リードフレームの端子部の半田濡れ性を確認したところ、発光装置Ｘではリードフレームの端子部において半田が濡れていない下地層の露出領域が数箇所確認されるのに対して、発光装置２０、２１、２２、２３では半田はリードフレーム１０の端子部に一様に濡れ広がっておりそのような下地層の露出領域は確認されない。この結果から、下地層３と反射層７の間に、銀に異種金属が拡散した中間層５を予め設けておくことにより、発光装置の製造工程内の熱履歴による下地層３の酸化を抑制できることが確認される。
本発明の発光装置は、各種発光装置、特に、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用することができる。
１ 基体
３ 下地層
５ 中間層
７ 反射層
１０ リードフレーム
１１ 発光素子
１３ 封止部材
２０ 発光装置
３ 下地層
５ 中間層
７ 反射層
１０ リードフレーム
１１ 発光素子
１３ 封止部材
２０ 発光装置
Claims (7)
- 基体と、
前記基体上に配置された銅又は銅合金を含む下地層と、
前記下地層上に形成された、銀層に銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物が拡散されてなる、厚みが２００ｎｍ以下の中間層と、
前記中間層上に形成された銀を含む反射層とを備えるリードフレーム。 - 前記銀及び銅以外の１種以上の金属は、Ｉｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅ及びＣｏから選択される請求項１に記載のリードフレーム。
- 前記中間層が、前記銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物を１０ｍｏｌ％以下の範囲で含む請求項１又は２に記載のリードフレーム。
- 前記反射層は、銀層、又は銀層にＩｎ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅ及びＣｏから選択される１種以上の金属及び／又はその酸化物が０．１ｍｏｌ％〜１ｍｏｌ％の範囲で拡散されてなる層である請求項１〜３のいずれか１つに記載のリードフレーム。
- 前記反射層に拡散されている銀及び銅以外の金属元素は、前記中間層に拡散されている銀及び銅以外の金属元素と異なる請求項４に記載のリードフレーム。
- 前記反射層は、厚みが５００ｎｍ〜３μｍである請求項１〜５のいずれか一つに記載のリードフレーム。
- 基体と、前記基体上に配置された銅又は銅合金を含む下地層と、前記下地層上に形成された、銀層に銀及び銅以外の１種以上の金属並びに／又はその酸化物が拡散されてなる中間層と、前記中間層上に形成された銀を含む反射層とを備えるリードフレームと、
前記下地層上に半田付けされた発光素子と、
前記発光素子を封止する封止部材とを備え、
前記半田付けされた箇所は、前記半田に前記反射層の銀が溶け込んでいることを特徴とする発光装置。
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