KR101267718B1 - 광반도체 장치용 리드 프레임 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
기체상에 순은으로 이루어진 순은층이 형성된 광반도체 장치용 리드 프레임으로서, 상기 순은층의 산술 평균 높이 Ra가 0.001∼0.2㎛이고, 또한 그 표면에, 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 평균 막두께 0.001㎛ 이상 0.2㎛ 이하의 피막이 형성되어 있는, 가시광 영역의 반사 특성이 뛰어나고, 또한 내식성이 뛰어난 광반도체 장치용 리드 프레임.
Description
본 발명은, 광반도체 장치용 리드 프레임 및 그 제조방법에 관한 것이다.
광반도체 장치용 리드 프레임은, 종래부터 LED 소자 등을 광원에 이용한 각종 표시용·조명용 광원으로서 널리 이용되고 있었다. 그 광반도체 장치는, 예를 들면 기판에 리드 프레임을 배치하고, 그 리드 프레임 상에 발광소자를 마운트한 후, 열, 습기, 산화 등에 의한 광원의 열화나 그 주변 부위의 열화를 방지하기 위해서, 상기 광원과 그 주위를 밀봉 수지로 밀봉하여 이루어진다.
또한, 그 광원 바로 아래에는, 빛의 반사 특성이 뛰어난 은 또는 은 합금의 층이 형성되어 있는 것이 많으며, 예를 들면 특허문헌 1 등에는, 은도금층을 반사판 부근에 형성하는 것이 기재되어 있고, 특허문헌 2 등에는, 은 또는 은합금 피막의 결정입경을 0.5㎛∼30㎛로 함으로써, 반사 특성을 향상시키는 것 등이 제시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 은막 형성 후에 열처리를 200도 이상에서 30초 이상 처리함으로써, 상기 결정입경의 은막을 제조하는 방법 등이 제시되어 있다.
한편, 내식성을 향상시키는 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 3과 같이 니켈 바탕층 상에 팔라듐을 0.005∼0.15㎛, 최표층에 로듐을 0.003∼0.05㎛ 형성한다고 하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술과 같이, 은 또는 그 합금 피막을 단순히 형성한 것 뿐인 경우, 특히 자외 영역의 파장의 저하가 크고, 가시광 영역의 약 400nm 부근부터 300nm 부근의 반사율 저하를 피할 수 없었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 기술과 같이 결정입경을 0.5㎛ 이상으로 형성하면, 확실히 가시광 영역에서의 반사율에는 약간의 개선이 보이지만, 400nm 이하의 파장에 대해서는 특허문헌 1에 기재된 기술과 동일한 현상이 보이고, 자외 영역에서의 반사율의 저하는 피할 수 없었다. 또한, 열처리에 의해 상기 결정입경으로 조정하면, 잔류 산소의 영향에 의해 은이 산화하고, 반대로 반사율이 저하해 버려 반사율 개선에 충분한 효과를 얻을 수 없는 것으로 추측된다.
또한, 특허문헌 2에는, 표층 은막의 바탕 재료의 표면 거칠기에 대하여 최대 높이 Ry를 0.5㎛ 이상으로 한 것이 기재되어 있지만, 빛의 반사 현상을 구성하는 것은 바탕 부분의 조도(粗度)가 아니라, 최표층 근방의 조도가 영향을 미치는 것이다. 이 때문에, 기체(基體)나 바탕 도금 상에 반사층을 구성하는 도금이나 증착 등으로 은막이 형성되므로, 바탕의 거칠기를 규정하더라도 의미가 없을 가능성이 있다. 또한, Ry에서는 거칠기의 최대치와 최소치의 차를 의미하며, 표면이 어느 특정의 부분만의 요철, 예를 들면 선 형상으로 형성된 손상 등의 미소부의 수치를 의미해 버릴 가능성이 높고, 반사에 따른 전체적인 범위의 조도를 나타내는 것은 아니기 때문에, 반사층의 특성을 나타내는 파라미터로서 적합하지 않은 경우가 있다.
또한, 이들 문헌에 기재된 기술에 기초하여 제작한 리드 프레임을 LED에 이용하여 사용한 바, 시간의 경과에 따라 휘도의 저하가 보였다. 조사 결과, 밀봉된 수지에 미량이지만 유황 성분이 함유되어 있고, 이것이 리드 프레임 표면의 은을 황화시킨 것에 의해, 은이 흑색으로 변색하여 휘도를 저하시키고 있음을 알 수 있었다. 또한, 순은에는 마이그레이션이 발생하기 쉽다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 리드 프레임에서는, 광반도체 장치에 중요한 반사 특성을, 특히 중요한 가시광 영역을 포함한, 예를 들면 파장 400∼800nm의 반사율을 로듐에서는 은보다 20% 이상 저하시켜 버리기 때문에, 단순히 로듐을 얇게 피복한 것만으로는 청색계나 백색계의 광반도체 장치로는 반사율의 요구 특성을 만족시키지 못하였다.
본 발명은, 빛의 파장이 자외 영역의 300nm로부터 근적외 영역의 800nm까지의 반사 특성이 양호한 리드 프레임으로서, 게다가 방열성, 내식성(특히 황화 부식에 대한 내식성), 반사율의 장기 안정성도 뛰어난 리드 프레임 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 문제에 비추어 예의 검토를 진행한 결과, 0.2㎛ 이하의 두께의 금속층이면, 자외 영역으로부터 근적외 영역까지의 파장 범위의 빛의 반사율이 많든 적든 하층의 금속의 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 또한, 내식성을 보다 향상시키려면, 반사층을 형성하는 순은층의 표면에서의 산술 평균 높이 Ra를 0.001∼0.2㎛의 범위로 제어하면, 상기 내식성 피막을 순은층을 노출시키지 않고 형성할 수 있음을 알 수 있었다. 이들 결과, 기체상에 순은으로 이루어진 순은층이 형성된 광반도체 장치용 리드 프레임으로서, 상기 순은층의 산술 평균 높이 Ra가 0.001∼0.2㎛이고, 또한 그 표면에, 0.001∼0.2㎛의 내식성이 뛰어난 금속층을 형성하는 것에 의해, 순은층이 높은 반사율 특성의 효과를 유지하면서, 또한 황화 부식에 대한 내식성이 뛰어남으로 인한 반사율의 장기 안정성이 뛰어난 광반도체용 리드 프레임을 제공할 수 있다고 하는 것을 알았다.
즉, 본 발명은,
(1) 기체상에 순은으로 이루어진 순은층이 형성된 광반도체 장치용 리드 프레임으로서, 상기 순은층의 산술 평균 높이 Ra가 0.001∼0.2㎛이고, 또한 그 표면에, 황화 부식에 대한 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 평균 막두께 0.001㎛ 이상 0.2㎛ 이하이며, 광반도체 칩이 직접 탑재되는 피막이 형성되어 있고,
상기 피막을 형성하는 금속재료가 금, 금합금, 은합금, 백금, 백금합금, 로듐, 로듐합금, 인듐, 및 인듐합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속 또는 합금이며,
JIS H 8502:1999에서 규정하는 황화수소가스 농도 3ppm, 24시간후의 레이팅 넘버가 9 이상인 것을 특징으로 하는, 광반도체 장치용 리드 프레임,
상기 피막을 형성하는 금속재료가 금, 금합금, 은합금, 백금, 백금합금, 로듐, 로듐합금, 인듐, 및 인듐합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속 또는 합금이며,
JIS H 8502:1999에서 규정하는 황화수소가스 농도 3ppm, 24시간후의 레이팅 넘버가 9 이상인 것을 특징으로 하는, 광반도체 장치용 리드 프레임,
(2) 상기 기체는, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 (1)항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임,
(3) 상기 기체 및 상기 순은층의 사이에, 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금, 구리, 및 또는 구리 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진 중간층이 적어도 1층 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임,
(4) 상기 순은층의 두께가 0.2∼5.0㎛인 것을 특징으로 하는 (1)∼(3)중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임,
(5) 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 금, 금합금, 은합금, 백금, 백금합금, 로듐, 로듐합금, 인듐, 및 인듐합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 (1)∼(4) 중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임,
(6) 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 은합금인 것을 특징으로 하는 (1)∼(5)중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임,
(7) (1)∼(6)중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임의 제조방법으로서, 상기 순은층 및 상기 피막이 전기도금법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임의 제조방법, 및,
(8) (3)∼(6)중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임의 제조방법으로서, 상기 순은층, 상기 중간층 및 상기 피막이 전기도금법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 광반도체 장치용 리드 프레임은, 순은층이 형성된 광반도체용 리드 프레임에 있어서, 상기 순은층의 표면에서의 산술 평균 높이 Ra가 0.001∼0.2㎛의 범위이고, 또한 그 표층에, 내식성이 뛰어난 금속층을 0.001㎛ 이상 0.2㎛ 이하의 두께(평균 막두께)로 형성함으로써, 은의 뛰어난 반사 특성을 살리면서 내식성(특히 황화 부식에 대한 내식성)도 향상시킬 수 있고, 마이그레이션도 방지할 수 있다. 또, 은에서는 400nm 이하의 자외 영역에서의 반사율 저하를 회피할 수 없기 때문에, 특히 300nm의 자외 영역의 반사율이 수% 정도이었던 것이, 은 이외의 금속 또는 그 합금으로 얇게 덮는 것에 의해서 반사율이 수십% 레벨까지 향상시킬 수 있고, 자외로부터 근적외 영역까지를 커버하는 폭넓고 반사 특성이 양호한 광반도체 장치의 리드 프레임으로서 이용할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 제조방법은, LED·포토 커플러·포토 인터럽터 등에 사용되는 광반도체 장치용 리드 프레임으로서 적합한, 빛의 파장이 자외 영역의 300nm부터 근적외 영역의 800nm에서의 반사 특성이 양호하고, 또한 방열성, 내식성(특히 황화 부식에 대한 내식성), 반사율의 장기 안정성이 뛰어난 리드 프레임을 제조할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절히, 첨부 도면을 참조하며, 하기의 기재로 보다 명백해질 것이다.
[도 1] 도 1은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 하나의 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 2] 도 2는, 기체의 상층에 순은층(2)가 형성되고, 그 상층에 최표층이 되는 피막(3)이 형성되어 있는 부분의 모식적인 확대 단면도이다.
[도 3] 도 3은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 4] 도 4는, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 5] 도 5는, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 6] 도 6은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 7] 도 7은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 8] 도 8은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 2] 도 2는, 기체의 상층에 순은층(2)가 형성되고, 그 상층에 최표층이 되는 피막(3)이 형성되어 있는 부분의 모식적인 확대 단면도이다.
[도 3] 도 3은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 4] 도 4는, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 5] 도 5는, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 6] 도 6은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 7] 도 7은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
[도 8] 도 8은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이다.
도 1은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 하나의 실시형태의 개략 단면도이다. 다만, 도 1에서는, 리드 프레임에 광반도체 칩(4)이 탑재되어 있는 상태로 도시되어 있다(이하의 도 3∼8에서도 동일).
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 리드 프레임은, 기체(1) 상에 순은으로 이루어진 순은층(2)이 형성되고, 그 순은층(2)의 표층에, 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막(3)이 형성되어 있다. 본 발명에서, 순은층(2)의 산술 평균 높이 Ra는 0.001∼0.2㎛로 형성되어 있고, 피막(3)의 두께는 0.001㎛ 이상 0.2㎛ 이하이다. 본 발명의 리드 프레임은, 가시광 영역의 반사 특성이 뛰어나고, 또한 내식성(특히 황화 부식에 대한 내식성) 및 내마이그레이션성이 뛰어난 광반도체 장치용 리드 프레임이 된다.
기체(1)는, 예를 들면, 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 철 또는 철 합금 등을 이용할 수 있고, 바람직하게는 구리, 구리 합금, 알루미늄, 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금이다.
기체(1)를 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 함으로써, 피막을 형성하는 것이 용이하고, 비용 삭감에도 기여할 수 있는 리드 프레임을 제공할 수 있다. 또한, 이들 리드 프레임은 도전율이 양호한 것과 관련된 특성인 열전달율이 좋기 때문에 방열 특성이 뛰어나며, 발광체가 발광할 때에 발생하는 열에너지를, 리드 프레임을 통하여 원할하게 외부로 방출할 수 있어, 발광소자의 장기 수명화 및 장기에 걸친 반사 특성의 안정화가 기대된다.
또한, 본 발명에서 '반사 특성이 양호'란 반사율이 파장 300∼400nm에서 30% 이상, 또한 파장 400∼800nm에서 70% 이상을 나타내는 것을 의미한다.
순은층(2)의 두께는, 바람직하게는 0.2∼5.0㎛, 더 바람직하게는 0.5∼4.0㎛, 보다 바람직하게는 1.0∼3.0㎛이다. 순은층의 두께가 너무 얇으면 반사율에 기여하는 두께가 충분하지 않은 경우가 있고, 한편 너무 두꺼워도 효과가 포화하기 때문에, 비용이 상승하게 된다. 순은층(2)의 피복 두께를 상기 범위 내로 함으로써, 필요 이상의 귀금속을 사용하지 않고 염가로 제조할 수 있다. 순은층을 형성하는 은의 농도(순도)는 95질량% 이상이 바람직하고, 98질량% 이상이 더 바람직하다.
도 2는, 기체(1)의 상층에 순은층(2)이 형성되고, 그 상층에 최표층이 되는 피막(3)이 형성되어 있는 부분의 모식적인 확대 단면도이다. 도시된 바와 같이, 순은층(2)의 표면은 요철 형상을 가지고 있으며, 표면의 거칠기를 나타내는 지수인 산술 평균 높이 Ra가 바람직하게는 0.001∼0.2㎛, 더 바람직하게는, 0.01∼0.15㎛, 보다 바람직하게는 0.05∼0.15㎛이다. 한편, 상기 산술 평균 높이 Ra는 일본공업규격(JIS)의 표면거칠기-정의 및 표시(B0601-2001)에 따라 측정한 값이다.
순은층(2)의 산술 평균 높이 Ra를 상기 범위 내로 함으로써, 최표층에 형성되는 내식성(특히 황화 부식에 대한 내식성)이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막(3)을 치밀하게 형성할 수 있다. 이 때문에, 피막(3)이 형성되었을 때에 발생하기 쉬운 핀홀이나 비(非)피복부가 형성되는 것을 방지하는 효과가 있으므로, 여러 가지 요인에 의한 내식성이 뛰어난 피막이 형성된다. 또한, Ra가 너무 큰 경우는, 표층의 요철에 의해 그 후의 칩 탑재 공정이나 본딩 공정에 불량이 발생하기 쉬워지고, 또한 최표층이 되는 피막(3)에 의해서 순은층(2)의 표층을 안정적으로 또한 균일하게 덮을 수 없으며, 순은층(2)의 노출 부분을 형성해 버릴 가능성이 높아진다. 그 결과, 광반도체용 리드 프레임으로서 사용하고 있는 도중에, 순은층(2)이 주로 유황 성분에 의해서 황화 변색하여, 반사율이 저하해 버린다. 이를 개선하기 위해서는, 내식성을 부여하기 위해서 최표층 두께가 보다 두껍고 필요로 하는 비용이 상승하게 되어 바람직하지 않다.
한편, Ra의 제어 방법으로서는, 순은 도금액에의 첨가제나 도금시의 전류 밀도에 의해 적절히 조정이 가능하다.
상기와 같이 순은층(2)의 황화에 의한 변색(부식)을 방지할 수 있는 금속재료로 이루어진 피막(3)을 기체(1)상의 최표층에 형성함으로써, 순은층(2)의 은의 장기 신뢰성을 확보한다. 또한, 피막(3)의 두께(평균 막두께: 피막의 임의의 10점에서 측정한 두께의 산술 평균치)는, 0.001㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 한다. 최표층의 두께가 너무 얇으면 충분한 내식성 효과를 얻을 수 없고, 반대로 너무 두꺼우면, 빛이 반사에 기여하는 은의 반사율을 살릴 수 없게 되어 버리기 때문에, 반사율이 전체 영역에 걸쳐서 급격하게 저하해 버린다. 실질적으로 반사율이 저하하기 시작하는 것은, 산술 평균 높이의 영향도 고려하면, 피막(3)의 평균 막두께가 0.1㎛ 정도보다 두꺼운 경우이지만, 0.2㎛까지의 두께이면 하층{순은층(2)}의 은의 반사율을 충분히 살릴 수 있는 두께이며, 0.2㎛를 넘어 피복되면, 급격하게 반사율이 저하하는 임계점과 같은 거동을 보인다. 이 때문에, 본 발명에서는, 0.001∼0.2㎛의 피복 두께로 치밀하게 균일하게 피복하는 것이 보다 중요하다. 피막(3)의 두께는, 순은층(2)에 의한 반사율을 높은 상태로 유지하기 위해서 0.005∼0.1㎛가 바람직하고, 0.005∼0.05㎛가 더 바람직하다.
최표층이 되는 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막은, 바람직하게는 유황이나 탄소, 산소 등과 반응하기 어렵고, 변색이 발생하기 어려운 내식성을 가진 금속재료로 이루어진 층으로, 금속재료로서는, 예를 들면, 금, 금합금, 은합금, 백금, 백금합금, 주석, 주석합금, 니켈, 니켈합금, 코발트, 코발트합금, 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 이리듐, 이리듐합금, 인듐 및 인듐합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속재료를 들 수 있고, 금, 금합금, 은합금, 백금, 백금합금, 로듐, 로듐 합금, 인듐, 및 인듐 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금이 더 적합하게 이용된다.
또한, 최표층이 되는 피막(3)을 형성하는 내식성이 뛰어난 금속재료가 은합금인 경우, 그 은합금으로서는 은-주석 합금, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 은-루테늄 합금, 은-금 합금, 은-팔라듐 합금, 은-니켈 합금 등이 바람직하고, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 은합금인 것이 특히 더 바람직하다.
은의 반사율을 보다 유효하게 활용할 수 있는 것은 은합금이며, 비교적 염가로 제조할 수 있다. 특히 상기 합금이 형성하는 데에 비교적 용이하고, 방청 처리 효과가 높고 반사 특성도 양호하다.
최표층이 되는 피막(3)은 상기 범위 내의 두께(평균 막두께)이면, 층수에 규정은 없다. 예를 들면 Au층을 0.005㎛, 그 상층에 Pt층을 0.005㎛로 하는 것도 가능하다. 그러나, 생산성이나 비용 등을 생각하면, 2층 이내인 것이 바람직하다.
본 발명의 리드 프레임은, 광반도체 칩(4)을 탑재하고, 적절히, 외부로부터 광반도체 칩(4)에 대해서 전력이 공급되도록 외부 배선을 접속하고, 광반도체 칩(4)과 그 주위를 수지로 몰드하여 광반도체 장치를 형성한다.
피막(3)의 형성 부분은, 광반도체 칩(4)이 탑재되는 부분에 적어도 형성되어 있을 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 광반도체 칩(4)이 탑재되는 장소 이외에는 피막(3)이 형성되어 있을 필요는 없다. 이것은, 광반도체 칩(4)의 탑재부에만 피막(3)을 형성함으로써, 반사판으로서 작용하는 순은층(2)의 변색을 방지할 수 있으면 반사 특성에 크게 영향을 미치지 않는 것이기 때문이고, 예를 들어 수지를 몰드하는 부분은 최표층이 순은층(2)이어도 좋다. 이 때문에, 형성되는 피막(3)은 부분적으로 형성되어 있어도 좋고, 예를 들면 스트라이프 도금이나 스폿 도금 등의 부분 도금으로 형성해도 좋다. 부분적으로 형성되는 리드 프레임을 제조하는 것은, 불필요한 부분의 금속 사용량을 삭감할 수 있으므로, 환경친화적이며 비용이 절약되는 광반도체용 리드 프레임을 제공할 수 있다.
또한, 광반도체 칩(4)으로서는, LED 소자 등등의 임의의 광반도체를 이용할 수 있다.
도 3은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 다른 실시형태의 개략 단면도이고, 도 1에 도시한 형태의 리드 프레임에 대하여, 기체(1) 및 순은층(2)의 사이에, 중간층(5)이 형성되어 있다. 한편, 도면 중에서, 특별히 언급하지 않는 부호에 대해서는, 도 1에서의 부호와 동일한 의미를 나타낸다(이하의 도면에서도 동일).
중간층(5)은, 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금, 구리, 구리 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진 것이 바람직하다.
순은층(2)과 기체(1) 사이에 니켈 또는 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금, 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 중간층(5)을 형성하는 것에 의해, 발광소자의 발열에 의해서 기체의 확산에 의한 반사 특성의 열화를 방지하고, 반사 특성이 장기에 걸쳐 보다 신뢰성이 높은 것이 된다.
중간층(5)의 두께에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 프레스성, 비용, 생산성, 내열성을 고려하면, 바람직하게는 0.2∼2㎛, 더 바람직하게는 0.5∼1㎛가 적당하다. 층수도 특별히 규정은 없지만, 통상적으로는 생산성도 고려하여 1층이 된다.
도 4는, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이며, 광반도체 칩(4)이 탑재되는 부분에만 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막(3)이 형성되어 이루어지는 형태를 도시하고 있다.
도 5는, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이며, 광반도체 칩(4)이 탑재되는 부분에만 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막(3)이 형성되어 있고, 중간층(5)이 더 형성되어 있다.
도 6은, 도 3에 도시한 형태와 동일한 광반도체 장치용 리드 프레임의 개략 단면도이며, 리드 프레임 양면에 광반도체 칩(4)을 탑재하고 있다. 이 형태와 같이, 한 면뿐만 아니라 양면을 사용하여 광반도체 장치를 구성하는 것도 가능하다.
도 7은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 또 다른 실시형태의 개략 단면도이며, 기체(1)에 오목부를 형성하고 그 오목부 안쪽에 광반도체 칩(4)을 탑재하는 것이다. 이 형상과 같이, 본 발명의 광반도체 장치용 리드 프레임은, 오목부를 형성하여 집광성을 향상시키도록 하는 리드 프레임 형상에도 물론 적응할 수 있다.
도 8은, 본 발명에 관한 광반도체 장치용 리드 프레임의 단면도 예이며, 기체(1)에 오목부를 형성하고 그 오목부 안쪽에 광반도체를 탑재하는 것이고, 또한 그 오목부에만 피막(3)이 형성되어 있다. 이와 같이, 광반도체가 발하는 빛의 반사에 기여하는 부분에만 최표층을 실시하는 것에 의해, 반사부만의 내식성을 향상시키는 것에도 적절히 이용할 수 있다.
광반도체 장치용 리드 프레임의 제조에는 임의의 방법을 이용할 수 있지만, 순은층(2), 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막(3), 중간층(5)은 전기도금법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 전기도금법은, 클래드법이나 스퍼터법에 비하여, 두께를 용이하게 조정할 수 있고, 또한, 비용도 적게 든다.
[실시예]
이하에 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세하게 설명하지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 「바탕층」은 상기 「중간층」과 같은 뜻이다.
<실시예 1>
두께 0.3mm, 폭 50mm의 표 1에 나타내는 기체에 하기(下記) 전처리를 행한 후, 하기 전기도금 처리에 의해, 표 1에 나타내는 구성의 본 발명예 1∼39, 종래예 1 및 비교예 1, 2의 리드 프레임을 얻었다.
각 리드 프레임의 층 구성은, 본 발명예 1∼6에서는 기체, 순은층, 최표층 피막의 순서로 형성된 것이며, 종래예 1은 기체, 바탕층, 순은층의 순서로 형성된 것이고, 본 발명예 7∼39, 및 비교예 1, 2에서는 기체, 바탕층, 순은층, 최표층 피막의 순서로 형성된 것이다. 또한, 순은층은 하기 Ag도금 조건에 의해 모든 예에서 두께 1㎛로 형성된 것이고, 최표층 피막 형성 전에 표면 조도를 접촉식 표면 거칠기계(서브 코더 SE-30H(상품명):(주) 고사카 연구소 제품)로 측정한 바, 산술 평균 높이 Ra=0.12㎛였다.
또한, 기체에 이용된 재료 중에서, 「C11000」, 「C26800」, 「C52100」, 「C77000」, 및 「C19400」는 구리 또는 구리 합금 기체를 나타내고, C 뒤의 수치는 CDA(Copper Development Association) 규격에 의한 종류를 나타낸다. 또한, 「EFTEC-3」은 후루카와 전기공업(주) 제품 구리 합금으로, CDA 규격에서는 「C14410」로 나타나는 구리 합금이다.
또한, 「A1100」, 「A2014」, 「A3003」, 및 「A5052」는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기체를 나타내고, A 뒤의 수치는 JIS에 의한 종류를 나타낸다.
또한, 「SUS304」, 및 「42얼로이」는 철 합금 기체를 나타내고, 「SUS304」는 JIS 규정의 해당 종의 스테인리스강, 「42얼로이」는 42%Ni함유 철 합금을 나타낸다.
전처리로서는, 기체 중에서, 구리 기체, 구리 합금 기체, 및 철 합금 기체에 대해서는, 하기 전해 탈지, 이어서 하기 산세정을 행하였다. 또한, 알루미늄 기체 및 알루미늄 합금 기체에 대해서는, 하기 전해 탈지, 이어서 하기 산세정, 이어서 하기 아연 치환을 행하였다. 한편, 순은 도금층을 형성하기 전에 은스트라이크 도금을 두께 0.01㎛로 실시하였다.
전처리 조건을 하기에 나타낸다.
(전처리 조건)
[전해 탈지]
탈지액: NaOH 60g/리터
탈지 조건: 2.5A/d㎡, 온도 60℃, 탈지 시간 60초
[산세정]
산세정액: 10% 황산
산세 조건:30초 침지, 실온
[아연 치환] 기체가 알루미늄일 때에 사용
아연 치환액: NaOH 500g/리터, ZnO 100g/리터, 주석산(C4H6O6) 10g/리터, FeCl2 2g/리터
처리 조건: 30초 침지, 실온
[Ag스트라이크 도금] 피복 두께 0.01㎛
도금액: KAg(CN)2 5g/리터, KCN 60g/리터,
도금 조건: 전류 밀도 2A/d㎡, 도금 시간 4초, 온도 25℃
사용한 각 도금의 도금액 조성 및 도금 조건은 하기에 나타낸다.
[Ag도금] 피복 두께 1.0㎛
도금액: AgCN 50g/리터, KCN 100g/리터, K2CO3 30g/리터
도금 조건: 전류 밀도 1A/d㎡, 온도 30℃, 처리 시간 96초
[Ni도금]
도금액: Ni(SO3NH2)2·4H2O 500g/리터, NiCl2 30g/리터, H3BO3 30g/리터
도금 조건: 전류 밀도 5A/d㎡, 온도 50℃
[Co도금]
도금액: Co(SO3NH2)2·4H2O 500g/리터, CoCl2 30g/리터, H3BO3 30g/리터
도금 조건: 전류 밀도 5A/d㎡, 온도 50℃
[Cu도금]
도금액: CuSO4·5H2O 250g/리터, H2SO4 50g/리터, NaCl 0.1g/리터
도금 조건:전류 밀도 6A/d㎡, 온도 40℃
[In도금]
도금액: InCl3 45g/리터, KCN 150g/리터, KOH 35g/리터, 덱스트린 35g/리터
도금 조건:전류 밀도 2A/d㎡, 온도 20℃
[Au도금]
도금액: KAu(CN)2 14.6g/리터, C6H8O7 150g/리터, K2C6H4O7 180g/리터
도금 조건: 전류 밀도 1A/d㎡, 온도 40℃
[Au-Co도금] Au-0.3%Co
도금액: KAu(CN)2 14.6g/리터, C6H8O7 150g/리터, K2C6H4O7 180g/리터, EDTA-Co(Ⅱ) 3g/리터, 피페라진 2g/리터
도금 조건: 전류 밀도 1A/d㎡, 온도 40℃
[Ag-Cu합금 도금] Ag-20%Cu
도금액: AgCN 2.5g/리터, CuCN 70g/리터, KCN 60g/리터, K2CO3 20g/리터
도금 조건: 전류 밀도 0.5A/d㎡, 온도 50℃
[Ag-In합금 도금] Ag-10%In
도금액: KCN 100g/리터, NaOH 50g/리터, AgCN 10g/리터, InCl3 20g/리터
도금 조건: 전류 밀도 2A/d㎡, 온도 30℃
[Pt도금]
도금액: Pt(NO2)2(NH3)2 10g/리터, NaNO2 10g/리터, NH4NO3 100g/리터, NH3 50밀리리터/리터
도금 조건: 전류 밀도 5A/d㎡, 온도 90℃
[Rh도금]
도금액: RHODEX(상품명, 일본 엘렉트로플레이팅엔지니어스(주) 제품)
도금 조건: 1.3A/d㎡, 온도 50℃
[Sn도금]
도금액: SnSO4 80g/리터, H2SO4 80g/리터
도금 조건: 전류 밀도 2A/d㎡, 온도 30℃
[Ni-P합금 도금] Ni-3%P
도금액: NiSO4 20g/리터, NaH2PO2 25g/리터, C3H6O3 25g/리터, C3H6O2 3g/리터
도금 조건: 무전해도금, 온도 90℃
[Pd도금]
도금액: Pd(NH3)2Cl2 45g/리터, NH4OH 90밀리리터/리터, (NH4)2SO4 50g/리터
도금 조건: 전류 밀도 1A/d㎡, 온도 30℃
[Pd-Ni합금 도금] Pd-20%Ni
도금액: Pd(NH3)2Cl2 40g/리터, NiSO4 45g/리터, NH4OH 90밀리리터/리터, (NH4)2SO4 50g/리터
도금 조건: 전류 밀도 1A/d㎡, 온도 30℃
[Ag-Pd합금 도금] Ag-10%Pd
도금액: KAg[CN]2 20g/리터, PdCl2 25g/리터, K4O7P2 60g/리터, KSCN 150g/리터
도금 조건: 전류 밀도 0.5A/d㎡, 온도 40℃
[Ru도금]
도금액: RuNOCl3·5H2O 10g/리터, NH2SO3H 15g/리터
도금 조건: 전류 밀도 1A/d㎡, 온도 50℃
얻어진, 본 발명예, 비교예, 및 종래예의 리드 프레임에 대하여, 하기 시험 및 기준에 의해 평가를 행하였다.
(1) 반사율: 분광 광도계((주) 히타치 하이테크놀로지즈 제품, 상품명: U-4100)에서, 전반사율을 300nm∼800nm에 걸쳐 연속 측정을 실시하였다. 이 중에서, 300nm, 500nm, 및 800nm에서의 반사율(%)을 표 2에 나타낸다. 여기서, 파장 300nm의 반사율이 30% 이상, 파장 500nm 및 800nm의 반사율이 70% 이상을 실용 레벨로 판단하였다.
(2) 내식성: 황화 시험(JIS H 8502:1999 기재), H2S 3ppm, 24h 후의 부식 상태에 대해서, 레이팅 넘버(RN) 평가를 실시하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 여기서, 내식성이 양호한 레벨로서 RN가 9 이상이면 장기 신뢰성이 양호하다고 판단하였다.
(3) 방열성(열전도성): 기재의 도전율이 IACS(International Annealed Copper Standard)에서 10% 이상인 것을 열전도성이 높은 것으로 「○」으로 하고, 10% 미만인 것을 열전도성이 낮은 것으로 「×」으로 하여, 표 2에 나타냈다. 이것은, 도전율과 열전도성은 거의 비례 관계에 있으며, IACS에서 10% 이상의 도전율이 있는 것은 열전도성이 좋고 방열성도 높은 것으로 판단된다. 한편, 이 평가는 참고 평가로서, 열전도성이 낮은 것이어도, 실용성을 부정하는 것은 아니다.
[표 1]
[표 2]
한편, 표 1에 나타내는, 바탕층 두께, 최표층 두께는 평균치(임의의 10점의 측정치의 산술 평균)로서의 두께이다.
표 2에 나타난 결과로부터 명백하듯이, 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금상에 순은층을 형성하고, 그 상층에 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막을 본 발명에서 규정하는 두께의 범위 내에서 형성함으로써, 반사 특성, 특히 300nm에서의 반사율이, 종래의 은에서는 수% 레벨이었던 것이 수십% 레벨까지 개선되었다. 이것은, 자외 영역의 반사율 향상에 의해 이들 파장을 이용한 광반도체에 적용할 수 있다. 또한, 최표층의 피막의 두께가 너무 두꺼우면, 빛이 순은층까지 도달할 수 없으므로 최표층의 광학 특성이 강해지기 때문에, 순은의 가시 광역에서의 양호한 반사 특성이 소실되어 버려, 실용 레벨인 70%를 밑돌게 되어 버리는 것을 알 수 있다.
방열 특성에 관해서는, 도전율이 양호한 금속 또는 그 합금을 리드 프레임 기체로서 이용하면, 철 또는 철 합금(본 발명예 38, 39) 등과 비교하여 양호하다. 한편, 본 발명예 38, 39의 리드 프레임은, 방열성보다 기계적 강도가 요구되는 용도에 적절하다.
<실시예 2>
두께 0.15mm, 폭 30mm의 C19400로 이루어진 구리 합금 상에, 바탕층으로서 니켈 도금층을 1.0㎛, 그 상층에 순은층을 형성하고, 최표층으로서 Pt도금층을 표 3에 나타내는 두께로 형성하여, 본 발명예 40∼63 및 비교예3∼7의 리드 프레임을 얻었다. 각각 도금의 순서나 액 조성은 실시예 1의 순서와 동일하고, 순은층의 형성에 대해서는 광택 은도금 및 무광택 은도금을 이용하였다. 또한, 순은층의 Ra 및 도금두께를 조정할 때에, 광택 은도금 및 무광택 은도금에 있어서, 전류 밀도를 0.1∼10A/d㎡의 조건으로 조정했다. 또한, 순은층의 Ra는 실시예 1과 마찬가지로, 접촉식 표면거칠기계(서브 코더 SE-30H(상품명):(주)고사카연구소 제품)에 의해 측정했다.
[광택 Ag도금]
도금액: AgCN 50g/리터, KCN 100g/리터, K2CO3 30g/리터, Na2S2O3 5g/리터
도금 조건: 전류 밀도 2∼10A/d㎡, 온도 30℃
[무광택 Ag도금]
도금액: AgCN 50g/리터, KCN 100g/리터, K2CO3 30g/리터
도금 조건: 전류 밀도 0.1∼5A/d㎡, 온도 30℃
얻어진 발명예 및 비교예의 리드 프레임에 대해서, 실시예 1과 마찬가지로 반사율 및 내식성을 측정했다. 이들 결과를 합하여 표 3에 나타낸다.
[표 3]
표 3에 나타내는 결과로부터 명백하듯이, Ra가 본 발명에서 규정하는 범위 내이면 반사 특성도 양호하고 내식성도 우수한 것을 알 수 있다. 그러나, Ra가 너무 크면, 그 요철분을 최표층으로 다 덮을 수 없고 순은 부분이 노출하여, 내식성이 저하하는 것으로 생각된다. 이 때문에, Ra는 본 발명에서 규정하는 범위 내인 것이, 광반도체 리드 프레임을 탑재하는 부분에서는 보다 유용하다.
본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에서도 한정하고자 하는 것은 아니며, 첨부한 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 할 것이라고 생각한다.
본원은, 2008년 12월 19일에 일본에서 특허 출원된 특원2008-324716에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재된 일부로서 넣는다.
1 : 기체
2 : 순은층
3 : 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막
4 : 광반도체 칩
5 : 중간층
2 : 순은층
3 : 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 피막
4 : 광반도체 칩
5 : 중간층
Claims (14)
- 기체상에 순은으로 이루어진 순은층이 형성된 광반도체 장치용 리드 프레임으로서, 상기 순은층의 산술 평균 높이 Ra가 0.001∼0.2㎛이고, 또한 그 표면에, 황화 부식에 대한 내식성이 뛰어난 금속재료로 이루어진 평균 막두께 0.001㎛ 이상 0.2㎛ 이하이며, 광반도체 칩이 직접 탑재되는 피막이 형성되어 있고,
상기 피막을 형성하는 금속재료가 금, 금합금, 은합금, 백금, 백금합금, 로듐, 로듐합금, 인듐, 및 인듐합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속 또는 합금이며,
JIS H 8502:1999에서 규정하는 황화수소가스 농도 3ppm, 24시간후의 레이팅 넘버가 9 이상인 것을 특징으로 하는, 광반도체 장치용 리드 프레임. - 제 1 항에 있어서, 상기 기체는, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기체 및 상기 순은층의 사이에, 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금, 구리, 및 구리 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진 중간층이 적어도 1층 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 2 항에 있어서, 상기 기체 및 상기 순은층의 사이에, 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금, 구리, 및 구리 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진 중간층이 적어도 1층 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 상기 순은층의 두께가 0.2∼5.0㎛인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 2 항에 있어서, 상기 순은층의 두께가 0.2∼5.0㎛인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 3 항에 있어서, 상기 순은층의 두께가 0.2∼5.0㎛인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 은합금인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 2 항에 있어서, 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 은합금인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 3 항에 있어서, 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 은합금인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 4 항에 있어서, 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 은합금인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 5 항에 있어서, 상기 피막을 형성하는 금속재료가, 은-구리 합금, 은-인듐 합금, 은-로듐 합금, 및 은-금 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 은합금인 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임.
- 제 1 항 내지 제 12 항중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임을 제조하는 방법으로서, 상기 순은층 및 상기 피막이 전기도금법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임의 제조방법.
- 제 3 항, 제 4 항, 제 7 항, 제 10 항 및 제 11 항중의 어느 한 항에 기재된 광반도체 장치용 리드 프레임을 제조하는 방법으로서, 상기 순은층, 상기 중간층 및 상기 피막이 전기도금법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치용 리드 프레임의 제조방법.
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