KR101341159B1

KR101341159B1 - 고반사율을 갖는 ｌｅｄ 리드프레임 도금 방법

Info

Publication number: KR101341159B1
Application number: KR1020110093457A
Authority: KR
Inventors: 정재필; 허증봉; 기세호
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-12-13
Also published as: KR20130029990A

Abstract

본 발명은 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법으로서, 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법은, (A) 구리 기판과 상기 구리 기판 상에 구리층을 형성하기 위한 전해 도금액을 도금조에 준비하는 단계; (B) 전해 도금을 실시하여 상기 구리 기판 상에 구리층(131)을 형성하는 단계; (C) 상기 구리층 상에 주석-은 합금층을 형성하기 위한 무전해 도금액을 도금조에 준비하는 단계 및 (D) 무전해 도금을 실시하여 상기 구리층 상에 주석-은 합금층을 형성하는 단계를 포함하고, 본 발명에 따라 제조된 고반사율을 갖는 LED 리드프레임은, 베이스를 이루는 구리 기판; 상기 구리 기판 상에 형성된 구리층 및 상기 구리층 상에 형성된 주석-은 합금층을 포함함으로써, 도금공정이 단순화되고, LED 리드프레임의 반사율을 향상시킴과 동시에 발광효율을 증가시킬 수 있다.

Description

고반사율을 갖는 ＬＥＤ 리드프레임 도금 방법{METHOD FOR PLATING LIGHT EMITTING DIODE LEAD FRAME HAVING HIGH REFLECTIVITY}

본 발명은 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED 리드프레임에 전해 도금을 통해 1차로 구리층을 형성하고, 상기 구리층 상에 무전해 도금을 통해 2차로 주석-은 합금층을 형성하여 이루어진 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 리드프레임은 반도체 칩(chip)과 함께 반도체 패키지를 이루는 핵심 구성요소의 하나로서, 반도체 패키지의 내부와 외부 회로를 연결해주는 도선(lead)의 역할과, 반도체 칩을 지지해주는 지지체(frame)의 역할을 한다.

그리고, 상기 반도체 패키지 제조용 리드프레임은 공기중에서 산화 및 부식이 쉽게 일어나기 때문에, 반도체 패키지 제조 후 외부로 노출된 외부 리드에 대하여 산화 및 부식 방지용으로 솔더를 도금하게 된다.

이러한 종래기술에 따른 리드프레임의 일예가 대한민국 특허출원 제10-2002-0004177호에 개시되어 있다.

즉, 통상적인 반도체 패키지 제조용 리드프레임은 도 1에 도시된 바와 같이, 기억소자 등의 칩을 탑재하여 정적인 상태로 유지하여 주는 패드(11)와, 와이어 본딩에 의해 칩과 연결되는 이너 리드(12, inner lead) 및 외부회로와의 연결을 위한 아우터 리드(13, outer lead)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.

이때, 반도체 조립 공정중 반도체 칩과 리드프레임의 이너 리드(12)와의 와이어 본딩성과 다이 패드부의 다이 특성을 개선하기 위하여, 다이 패드(11)와 이너 리드(12)에 소정 특성을 갖는 금속 소재를 도금하게 되며, 몰딩 후 기판실장을 위한 납땜성 향상을 위해 아우터 리드(13)의 일정 부위에 산화 및 부식 방지용으로 솔더 도금을 수행하는 것이다.

그러나, 상기 솔더 도금 과정에 있어서 도금액이 이너 리드(12)까지 침투하게 되는 경우가 빈번히 발생되는 문제점이 있는데, 이 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이 선도금 리드프레임(pre-plated frame) 방법인 바, 이 방법은 반도체 패키지 공정전에 납 젖음성이 양호한 소재를 반도체 기판에 미리 도포하여 도금층을 형성하는 것이다.

일예로서, 종래기술에 따른 선도금을 이용한 다층도금 리드프레임은, 도 2에 도시된 바와 같이, 얼로이 소재의 기판(31) 상에 구리 스트라이크 도금층(32), 제1합금 도금층(33), 제1스트라이크 도금층(34), 니켈 도금층(35) 및 팔라듐 합금도금층(36)이 차례로 적층되어 있되, 상기 제1합금 도금층(33)은 대표적으로 은(Ag) 또는 다른 물질과의 합금으로 이루어지고, 상기 제1스트라이크 도금층(34)은 팔라듐(Pd), 플라티늄(Pt) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 그 합금으로 이루어져 있다.

대한민국 특허출원 제2002-0004177호(명칭 : 다층도금 리드프레임 및 이 리드프레임 제조방법, 출원인 : 삼성테크윈 주식회사, 출원일 : 2002, 01, 24)

그러나, 상기와 같은 종래의 다층도금 리드프레임 제조방법은, 도금층의 두께가 너무 두꺼워져서 리드 성형단계에 균열이 발생하므로 납땜성 및 와이어 본딩성 등 리드프레임에서 요구되는 품질이 저하되고 공정이 매우 복잡한 문제점이 있다.

또한, 은을 포함하는 제1합금 도금층(33) 상에 제1스트라이크 도금층(34), 니켈 도금층(35) 및 팔라듐 합금도금층(36)이 적층되어 있기 때문에, 은층의 광반사율이 현저히 저하되어 LED 리드프레임의 발광효율이 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 LED 리드프레임에 전해 도금을 통해 1차로 구리층을 형성하고, 상기 구리층 상에 무전해 도금을 통해 2차로 주석-은 합금층을 형성함으로써, LED 리드프레임의 반사율을 향상시킴과 동시에 발광효율을 증가시킬 수 있는 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법은, (A) 구리 기판(130)과 상기 구리 기판(130) 상에 구리층을 형성하기 위한 전해 도금액을 도금조(110)에 준비하는 단계; (B) 전해 도금을 실시하여 상기 구리 기판(130) 상에 구리층(131)을 형성하는 단계; (C) 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)을 형성하기 위한 무전해 도금액을 도금조(135)에 준비하는 단계 및 (D) 무전해 도금을 실시하여 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)을 형성하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 구리 기판(130)은 연마포로 연마하고 염화수소(HCL) 용액에서 10~20초 동안 에칭후 세척되어 준비된다.

더 바람직하게, 상기 전해 도금액은 증류수 10~20ml, 황산구리(CuSO₄·5H₂O) 200~240g/L, 황산(H₂SO₄) 40~65g/L, 티오우레아(Tiourea) 0.03~0.06g/L 및 염화수소(HCl) 0.05~0.07g/L의 조성을 갖는다.

또한, 상기 무전해 도금액은 증류수 10~20ml, 황산주석(SnSO₄) 40~60g/L, 황산은(Ag₂SO₄) 0.05~0.1g/L, 황산(H₂SO₄) 20~40g/L, 티오우레아(Tiourea) 20~25g/L 및 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene Lauryl Ether) 0.5~2g/L의 조성을 갖는다.

또한, 상기 구리층(131)은 주석-은 합금층(132)을 형성하기 위한 무전해 도금액에 2~4분 동안 수용되어 무전해 도금이 실시된다.

삭제

본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법에 따르면, LED 리드프레임에 전해 도금을 통해 1차로 구리층을 형성하고, 상기 1차 구리층 상에 무전해 도금을 통해 2차로 주석-은 합금층을 치밀하고 균일한 두께로 형성함으로써, 도금공정이 단순화되고, 방열특성이 향상될 뿐만 아니라, LED 리드프레임의 반사율을 향상시킴과 동시에 발광효율을 증가시킬 수 있다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 1은 통상적인 반도체 패키지 제조용 리드프레임을 나타내는 도면.
도 2는 종래기술에 따른 다층도금 리드프레임 제조방법에 의한 리드프레임 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 전해 도금 설비의 일예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 무전해 도금 설비의 일예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법을 통해 제조된 LED 리드프레임을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 고반사율을 갖는 LED 리드프레임의 반사율을 측정한 그래프.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 적용되는 공지의 전해 도금설비와 무전해 도금설비를 간략하게 설명한 후, 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 전해 도금 설비의 일예를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 무전해 도금 설비의 일예를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법을 통해 제조된 LED 리드프레임을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따라 제조된 고반사율을 갖는 LED 리드프레임의 반사율을 측정한 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 1차적으로 구리층을 형성하기 위해 이용된 전해 도금 설비는, 도금조(110), 양극(120), 음극(130), 기준전극(140), 및 전류공급장치(160)를 포함하는 공지의 장치이다.

상기 도금조(110)는 본 발명에 적용되는 구리층을 형성하기 위한 도금액을 수용하여 교반기(도시생략)를 통해 교반하는 수단이다.

양극(+)은 일단이 상기 전류공급장치(150)와 연결되고 타단이 상기 도금조(110)의 하부까지 삽입되어 있는 연결도선이며, 1차적으로 구리층이 이루어지도록 전기적인 양극 역할만을 수행하는 예를 들어 99.95% 이상의 백금 판재(120)가 연결되어 있다.

음극(-)은 일단이 상기 전류공급장치(150)와 연결되고 타단이 상기 도금조(110)의 하부까지 삽입되어 있는 연결도선이며, 전해 도금공정을 통해 구리층이 일측면 상에 형성되는 예를 들어 99.95% 이상의 LED 리드프레임용 구리 기판(130)이 연결되어 있다.

기준전극(140)은 상기 양극(+)과 음극(-) 사이에 위치되어 전해 도금공정중 상기 양극과 음극의 전위차를 측정하는 포화칼로멜 전극이다.

전류공급장치(150)는 구리 테이프와 같은 연결도선을 통해 양극 및 음극에 전류밀도를 인가하여 전해 도금이 이루어지게 하는 수단이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 2차적으로 주석-은 합금층을 형성하기 위한 무전해 도금 설비는, 주석-은 도금액을 수용하기 위한 도금조(135)를 구비하고서, 상기 1차 전해 도금을 통해 형성된 구리층(131)을 수용하여 상기 1차 구리층의 일측면 상에 주석-은 합금층(132)이 형성될 수 있도록 하는 수단이다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 도금 설비를 통해 실시되는, 본 발명에 따른 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법을 설명한다.

먼저, LED 리드프레임용 베이스를 이루는 구리 기판(130)을 세척하여 준비한다.

이때, 상기 구리 기판(130)은 연마포(예를 들어, Grit 100, Grit 2400)로 연마한 후, 2~4%의 염화수소(HCL) 용액에서 10~20초 동안 에칭을 통해 세척된다.

이와 동시에, 상기 구리 기판(130)의 산화를 방지함과 동시에 표면이 평평하고 부드러운 구리층을 형성하기 위한 전해 도금액을 도금조(110)에 준비한다.

여기서, 상기 전해 도금액은, 증류수 10~20ml, 황산구리(CuSO₄·5H₂O) 200~240g/L, 황산(H₂SO₄) 40~65g/L, 티오우레아(Tiourea) 0.03~0.06g/L, 염화수소(HCl) 0.05~0.07g/L의 조성을 갖는 바, 상기 황산구리(CuSO₄·5H₂O)는 구리 이온을 공급하고 상기 도금액의 전기 전도성을 증가시키는 역할을 수행하고, 황산(H₂SO₄)은 도금액의 전도도를 조절하는 역할을 수행하며, 티오우레아(Tiourea)는 구리 이온이 침전되는 것을 방지함과 동시에 도금이 잘 이루어지게 하며, 염산(HCl)은 환원반응을 조절하여 도금막의 성장속도를 제어하는 역할을 수행한다.

다음에, 전류공급장치(150)를 통해 양극 및 음극에 50~60mA/cm²의 전류를 인가함과 동시에 상기 도금액을 교반함으로써 1차적으로 전해 도금을 실시하여, 구리 기판(130) 상에 구리층(131)을 형성한 후, 증류수로 세척한다.

그 다음, 상기 구리층(131)의 산화를 방지하고 더 좋은 반사특성과 젖음성을 갖는 주석-은 합금층을 형성하기 위한 무전해 도금액을 도금조(135)에 준비한다.

여기서, 상기 무전해 도금액은, 증류수 10~20ml, 황산주석(SnSO₄) 40~60 g/L, 황산은(Ag₂SO₄) 0.05~0.1g/L, 황산(H₂SO₄) 20~40g/L, 티오우레아(Tiourea) 20~25g/L, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene Lauryl Ether) 0.5~2 g/L의 조성을 갖는 바, 상기 황산주석(SnSO₄)은 내식성과 주조성을 증가시키는 역할을 수행하고, 황산은(Ag₂SO₄)은 LED 리드프레임의 반사율을 높이는 역할을 수행하며, 황산(H₂SO₄)은 도금액의 전도도를 조절하는 역할을 수행하고, 티오우레아(Tiourea)는 은(Ag) 이온이 침전되는 것을 방지함과 동시에 도금이 잘 이루어지게 하며, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene Lauryl Ether)는 도금반응을 촉진시키는 역할을 수행한다.

이후, 상기 전해 도금을 통해 1차로 형성된 구리층(131)을 상기 도금액에 수용한 후 2~4분 동안 유지함으로써, 2차적으로 무전해 도금을 실시하여 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층을 형성한다.

즉, 상기와 같은 도금 방법에 따라 제조된 고반사율을 갖는 LED 리드프레임이 도 5에 도시되어 있는 바, 리드프레임용 구리 기판(130) 상에 구리층(131)이 형성하고, 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 구리층(131)은 상기 구리 기판(130) 상에 5~10㎛의 두께로 도금되고, 상기 주석-은 합금층(132)은 상기 구리층(131) 상에 0.1~1㎛의 두께로 도금되는 것이 바람직하다.

상기 구리층(131)이 5㎛ 이하의 두께이면 산화 방지 효과가 거의 없게 되고, 10㎛ 이상의 두께이면 두께가 두꺼워져서 초박형 LED 리드프레임을 구현하기 어렵기 때문이며, 또한 주석-은 합금층(132)이 0.1㎛ 이하의 두께이면 LED 리드프레임의 고반사율을 달성하기가 어렵게 되고 1㎛ 이상의 두께이면 고반사율이 향상되기는 하지만 경제성이 떨어지기 때문이다.

따라서, 주석-은 합금층(132)은 먼저 도금된 구리층(131)의 영향을 받아 높은 반사특성을 나타내게 되며, 도금액 속의 주석 이온이 구리층 표면의 원자를 대체하면서 증착되기 때문에 박막의 주석-은 합금층(132)의 표면은 구리층(131)의 표면과 유사한 특성을 가지고서 높은 반사농도를 갖게 된다.

실험예로서, LED와 반도체 리드프레임이 반사율과 도금광택도를 측정하는 VSR-400을 이용하여 상기한 바와 같이 제조된 주석-은 합금층(132)의 반사농도를 측정하였다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 주석-은 합금층(132)의 무전해 도금 시간을 2~10분간 변화시키면서 반사율을 측정해본 바, 2~4분의 범위에서 1.91~1.96GAM의 반사율을 얻었다. 이는 통상적인 리드프레임의 반사율인 1.6GAM 보다 더 높은 반사율을 나타내는 바, 이로써 본 발명에 의하면 고반사율을 가지면서 발광효율이 높은 LED 리드프레임이 제조되었다.

이상, 상술한 본 발명의 바람직한 일실시예에 적용된 여러 가지 수치는 일예에 지나지 않고 다양한 설정 조건 및 함량의 실시예가 가능할 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

130 : 구리 기판 131 : 구리층
132 : 주석-은 합금층

Claims

삭제
(A) 구리 기판(130)과 상기 구리 기판(130) 상에 구리층을 형성하기 위한 전해 도금액을 도금조(110)에 준비하는 단계;
(B) 전해 도금을 실시하여 상기 구리 기판(130) 상에 구리층(131)을 형성하는 단계;
(C) 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)을 형성하기 위한 무전해 도금액을 도금조(135)에 준비하는 단계; 및
(D) 무전해 도금을 실시하여 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 구리 기판(130)은 연마포로 연마하고 염화수소(HCL) 용액에서 10~20초 동안 에칭후 세척되어 준비된 것을 특징으로 하는 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법.
(A) 구리 기판(130)과 상기 구리 기판(130) 상에 구리층을 형성하기 위한 전해 도금액을 도금조(110)에 준비하는 단계;
(B) 전해 도금을 실시하여 상기 구리 기판(130) 상에 구리층(131)을 형성하는 단계;
(C) 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)을 형성하기 위한 무전해 도금액을 도금조(135)에 준비하는 단계; 및
(D) 무전해 도금을 실시하여 상기 구리층(131) 상에 주석-은 합금층(132)을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 전해 도금액은 증류수 10~20ml, 황산구리(CuSO₄·5H₂O) 200~240g/L, 황산(H₂SO₄) 40~65g/L, 티오우레아(Tiourea) 0.03~0.06g/L 및 염화수소(HCl) 0.05~0.07g/L의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 무전해 도금액은 증류수 10~20ml, 황산주석(SnSO₄) 40~60g/L, 황산은(Ag₂SO₄) 0.05~0.1g/L, 황산(H₂SO₄) 20~40g/L, 티오우레아(Tiourea) 20~25g/L 및 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene Lauryl Ether) 0.5~2g/L의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 구리층(131)은 주석-은 합금층(132)을 형성하기 위한 무전해 도금액에 2~4분 동안 수용되어 무전해 도금이 실시되는 것을 특징으로 하는 고반사율을 갖는 LED 리드프레임 도금 방법.
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