KR20150026774A - 내흑변성이 우수한 도금층을 갖는 전기, 전자기기 부품 및 그 제조방법. - Google Patents

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Abstract

본 발명은 은도금 층이 시간이 경과되거나 온도상승으로, 황이 포함된 분위기에서 그 표면이 변색되어 손상을 받는 일이 없는 도금된 전기 및 전자부품과 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가서, 발광소자(LED)를 실장한 발광장치용의, 황화 방지에 대한 내열성이 우수하고, 와이어 본딩성도 우수하며, 초기 광 반사율도 우수하고, 광 신뢰성도 우수한 도금구조를 갖는 반사면을 구비하는 발광소자 탑재용 지지체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이러한 다층의 은합금 전해도금 구조를 갖고, 열이나 황화에 의해 변색되기 어렵고, 은 본래의 광택을 갖고, 접촉저항이 작은 전기부품용 도금 방법을 제공하고자 한다. 이러한 도금 방법은 도금용 지지체의 표면에 니켈 또는 동 하지 도금층을 형성하고, 은도금 층을 형성하고, 또한 상기 은도금 층 표면에 두께 0.001∼10.0㎛의 주석, 인듐, 아연, 망간, 니켈, 구리, 코발트, 카드늄, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2 이상의 금속과 은합금 도금층을 전해도금방법으로 형성하여 이루어지는 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.

Description

내흑변성이 우수한 도금층을 갖는 전기, 전자기기 부품 및 그 제조방법. {A COATING ELECTRONIC COMPONENT WITH SULFURIZATION, THERMAL-RESISTANCE AND THE SAME METHOD.}
본 발명은 전기, 전자기기 표면에 반사면을 형성하기 위하여 도금된 금속이 시간이 경과됨에 따라 색상이 검게 변하는 문제점을 개선하기 위한 것으로, 특히 황을 함유하는 분위기에서 황과의 반응을 억제하고 열에 대한 변색을 방지하기 위하여 전자 및 전기 기기부품용 재료의 표면에 특정한 합금을 갖는 도금층을 형성하는 전기, 전자부품과 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 발광다이오드용 금속 리드 프레임이나 인쇄회로기판, 또는 세라믹의 비도전성 기판에 설치된 리드 선, 리드 핀, 반사판이나 단자, 커넥터, 스위치 등의 전기 접점부품으로 이용하기에 적합한 내흑변성이 우수한 은(Ag) 전해도금 전자부품과 그 제조방법에 관한 것이다. 이와 더불어, 본 발명은 전해도금된 전자 부품이 우수한 내흑변성을 갖는 동시에 접촉 저항이 매우 낮고, 표면의 광 반사율이 높으며, 와이어와의 본딩(bonding)성과 광 반사 신뢰성까지도 탁월한 전해도금된 전자 및 전기 부품과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)와 같은 발광소자는 상당한 열을 외부로 방출하게 된다. 그리고 발광다이오드(LED)와 같은 발광소자를 탑재한 발광장치는, 밝기를 더욱 향상시키기 위한 광 반사면을 구비하게 된다. 광 반사면은 발광소자의 측면부와 바닥면에 반사하는 빛이 예를 들면, 조사의 주축방향을 향하도록 발광소자의 바닥 및 주변에 부착된다. 광 반사면은 주로 표면에 금속을 도금하여 형성되며, 여러 금속 중에서도 은을 도금하는 것이 광을 높게 반사시키므로 반사면으로 은(Ag) 도금층이 많이 채택되고 있다.
그러나, 은(Ag) 도금층은 황(Sulfur)이 포함되는 환경에서는, 시간이 경과되거나 온도가 상승함에 따라 은(Ag) 도금된 표면과 황이 반응하게 되고, 이 반응으로 색상이 점진적으로 검게 변하여 광 반사율이 저하된다는 문제가 있다. 이 때문에, 은(Ag)이 도금된 반사면에 유기물의 보호피막 층을 형성하는 방법이 시행되고 있다. 이들 대책은 그 나름대로 효과가 있지만, 발광다이오드(LED) 패키지 제조 시 전처리 및 제조과정의 고온 등에 의하여 은도금 층의 표면이 변하는 것을 방지하기 위한 유기물 보호피막 층이 많이 제거되거나 벗겨지고, 이에 따라 변색을 일으키는 황화반응을 방지하는 효과가 큰 폭으로 감소해 버림으로써, 발광소자의 발열에 기인하는 표면 변색이나 장치의 장시간 사용 시의 황화반응을 억제할 수 없는 점에서 만족할 만한 효과를 얻을 수 없다고 할 것이다.
이러한 점을 감안하여 전기 전자부품의 도금된 표면에서 발생하는 황과의 반응이나 열에 대하여 우수한 내흑변성을 갖는 은도금 반사면을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 은(Ag) 도금구조가 스위치 등과 같은 접점으로도 넓게 이용되지만(특허문헌 1,2 참조), 접점을 도금한 그 표면도 시간이 경과하거나 스위치 온, 오프 시의 방전으로 인한 온도상승으로 그 표면이 변색되는 손상을 받는 경우가 있다. 이러한 점을 고려하여 내흑변성이 우수한 도금 접점재료를 발명하는 것이 요구되어 진다.
이와 같이, 시간의 경과나 발생되는 열에 의해 은도금 표면이 검게 변색되는 손상을 받는 일이 없는 도금구조를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 각종 금속기재의 표면을 은으로 도금하여 내식성, 전기 접속성 등을 개량하는 방법을 종래부터 여러 가지 시도해 왔고, 근래에 발광다이오드에서는 은 특유의 반사 성능을 살린 반사면으로서 이용되고 있는 것으로, 발광다이오드에서는 바닥면과 일부 측면에도 은도금이 반사면으로 적용되고 있다. 이 경우에는 광 반사 기능은 물론 발광다이오드 발광소자의 실장 시, 골드와이어(Au wire)와의 본딩(bonding)성도 우수하기 때문이다. 그러나 은(Ag) 표면은 황과의 반응 및 열에 의해 검게 변색되기 쉽다고 하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 특징 때문에, 인쇄회로기판에서는 은 도금 시, 납땜 특성에 대한 요구에 부응하기 위하여 주석 또는 주석과 은 합금 층을 표면에 형성하는 것이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조). 이 경우, 주석 또는 주석과 은 합금 층이 두꺼워지면 접촉 저항이 증대한다고 하는 문제가 발생하고, 은이 가지고 있는 본래의 광택 및 반사 성능이 저하되어 그 기능을 상실하게 된다. 이외에도 표면에 유기물을 코팅하여 은도금 층의 황화를 억제하는 것도 행하여지지만(특허문헌 3 참조), 유기물 박막은 발광다이오드를 패키징하는 과정에서 상당량이 제거되고, 이에 따라 내열성이 부족하게 되어 고온 하에서 내흑변성에 문제가 있다.
[특허문헌 1] 공개특허공보 10-2011-0007062호 [특허문헌 2] 공개특허공보 10-2007-0041759호 [특허문헌 3] 공개특허공보 특2000-0006010호
본 발명은 시간이 경과되거나 온도 상승에 의해 표면에 도금된 은(Ag)이 변색되거나, 황이 포함된 분위기에서 황과 반응하여 그 표면이 황화됨으로써 검게 변색되는 것을 방지하기 위한 은합금 도금층을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 발광다이오드와 같은 발광소자를 실장한 발광장치가 황이 함유된 분위기에서 황과 반응하여 표면이 황화되는 현상를 방지하는 동시에, 내열성이 우수한 은합금 전해도금 구조를 갖는 반사면을 구비하는 발광장치 탑재용 지지체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이와 더불어 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 은합금 전해도금으로 인하여, 은 본래의 광택을 갖는 동시에 접촉저항이 적으며, 와이어와의 본딩(wire bonding)성도 우수한 은합금 전해도금 층을 갖는 전자 및 전기 기기 부품 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
위에서 설명된 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 예시의 목적을 위하여 개시된 것이고, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능한 것으로 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 표면에 도금층이 형성된 전기, 전자 기기부품에 있어서, 상기 부품의 표면에 니켈 또는 동으로 이루어진 하지 도금층; 상기 하지 도금층 상부에 은(Ag) 도금층이 도금되고, 은 도금층 위에 전해도금으로 은합금 도금층이 형성되며, 상기 은합금 도금층은 3원계 이상으로 이루어진 은합금인 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 은과 주석, 인듐, 아연, 망간, 니켈, 구리, 코발트, 카드늄, 팔라듐, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 은(Ag) 85~97 wt%와 2 이상의 상기 금속이 3~ 15 wt%로 이루어진 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 은 85~97 wt%와 주석 1~10 wt%, 아연 1~10 wt%로 이루어진 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 동 또는 니켈을 1~5 wt% 더 포함하는 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 Ag-Sn-Zn의 3원계와 Ag-Cu-Sn-Zn, Ag-Ni-Sn-Zn의 4원계 합금 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 하지 도금층은 두께 0.001~10㎛인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은도금 층은 두께 0.001~100㎛인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 두께 0.001~10㎛인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 전기, 전자 기기부품이 발광소자 탑재용 지지체인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 전기 및 전자기기 부품의 표면에 도금층을 형성하는 방법에 있어서, 상기 전기, 전자기기 부품의 표면에 니켈 또는 동으로 이루어진 하지 도금층을 형성하는 단계; 상기 하지 도금층 위에 은도금 층을 도금하는 단계, 상기 은도금층 상에 3원계 이상으로 이루어진 은합금 도금층을 전해도금하는 단계;로 이루어진 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 하지도금 층을 형성하기 전에 전기, 전자기기 부품을 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은도금 층 및 은합금 도금층은 전해도금법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 하지도금층은 니켈 또는 동 도금용액을 이용하여 도금을 하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은 도금층은 시안화은과 시안화칼륨으로 이루어진 은도금 용액에서 도금되는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 은합금 도금층은 은과 주석, 인듐, 아연, 망간, 니켈, 구리, 코발트, 카드늄, 팔라듐, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 전기, 전자기기 표면에 형성된 전기 접점에 있어서, 전기, 전자기기 부품의 표면에 니켈 또는 동으로 이루어진 하지 도금층; 상기 하지 도금층 위에 은도금 층이 형성되고, 은 도금층 위에 3원계 이상으로 이루어진 은합금 도금층;으로 도금된 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 접점에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 상기 접점이 스위치 접점이나 전기, 전자기기 부품의 접점인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 접점에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 요지로 하는 것은, 위의 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법으로 제조된 전기, 전자기기 부품을 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 발광소자의 온도상승이나 시간 경과에 의한 발광다이오드 패키지 지지체의 은(Ag) 도금층이 변색되거나, 특히 황이 포함된 분위기에서 황과 반응하여 변색되는 것을 방지하여 광반사에 대한 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 발광소자를 실장한 발광장치의, 골드 와이어(Au wire)와의 본딩성과 내열성이 우수하게 되고, 초기 광 반사율이 향상된 도금구조를 갖는 반사면을 구비하는 발광소자 탑재용 지지체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 높은 온도나 황이 포함된 분위기에서 황과의 반응을 방지하여 표면이 검게 변색되기 않고, 은 본래의 광택을 가지며, 표면에서의 전기저항 뿐만 아니라 접촉 저항이 작은 전기 접점재나 전기부품용 반사재, 그 외의 전자기기 부품용 코팅재로 제공된다.
도 1은 본 발명의 도금 구조를 얻기 위한 은합금 전해도금 구조체의 형태의 일례를 도시하는 단면 설명도이다.
도 2(a), (b)는 본 발명의 도금 구조를 갖는 리드 프레임 형태의 일례를 도시하는 단면 모식도이다.
도 3(a), (b), (c)는 본 발명의 도금 구조를 형성하는 각 단계의 기판 형태들을 도시하는 단면 모식도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 은합금 전해도금 층을 갖는 전기, 전자부품과 그의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명의 전기, 전자부품에 은합금이 전해도금되는 다층의 도금 층 구조는 도 1에서 도시하는 바와 같이, 도금용 지지체(102)인 리드 프레임(Lead Frame) 표면에 우선, 탈지 등을 실시하여 표면에 부착되어 있는 유분을 제거하여 그 표면을 깨끗이 세정한 다음, 동 또는 니켈 하지 도금 층(103)을 0.001~10㎛ 형성하고, 은도금 층(104)을 0.001~100㎛ 형성하고, 은도금 층(104)의 표면 위에 두께 0.001∼10㎛의 은합금 도금층(105)을 전해도금하여 이루어지는 다층의 도금층을 갖는 구조이다.
도금용 지지체(102)는, 전해도금이 가능한 전도체이고 금속판으로 이루어지는 것이 좋다. 예를 들면 동계 금속, 철계 금속, 알루미늄계 금속, 스테인리스 계열의 금속이 예시되지만 이러한 금속들에 한정되지 않는다. 한편, 통상적으로 동계 금속판을 이용하는 경우에는 도금용 지지체(102)에 은(Ag)도금을 실시하기 전에 하지(下地) 도금으로서 동 또는 니켈도금이 실시된다. 또한, 도금용 지지체(102)가 세라믹이나 수지를 베이스로 하는 경우에는 그 표면에 무전해 도금, 증착, 금속 층의 확산 형성에 의한 메탈라이징 가공으로 도전성의 피막을 형성할 수도 있다. 도금용 지지체(102)의 형상은 도 1에 도시하는 것에 한정하지 않고, 막대형상의 것이라도 좋다. 본 발명의 도금구조는 도금용 지지체가 금속선이나 와이어와 같이 길이가 긴 부재로 이루어질 수 있으며, 그 둘레 표면에 동 또는 니켈을 하지 도금한 하지도금 층, 은도금 층, 전해도금으로 은합금 전해도금 층이 순서대로 형성된 다층의 은도금 층을 가지는 것이다.
본 발명에 의한 은합금 전해도금 층(105)의 두께는 0.001∼10.0㎛인 것이 바람직하다. 0.001∼10.0㎛의 두께를 갖는 은합금 도금 층(105)은 Au 와이어와의 본딩 특성과 초기 광 반사율도 우수하며, 시간이 경과하거나 열에 의해 은합금 도금 층(105)이 열에 의해 변색되거나 황이 포함된 분위기에서 황과 반응하여 황화가 촉진되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 양호한 광 반사성이나 표면 전기전도성을 갖는 동시에 은 특유의 광택을 가지며, 초기 광 반사율도 은과 같이 매우 우수한 수준으로, 골드와이어(Au wire)와의 본딩성(bonding)도 양호하게 된다. 은합금 도금층(105)의 두께가 0.001㎛ 이하이면 황이 함유된 분위기에서 내흑변성이 불충분하고 와이어 본딩성이 나쁘게 된다. 은합금 도금 층(105)의 두께 10.0㎛ 이상이면, 은 특유의 표면 특성인 광 반사성이나 표면 전기전도성이 저하되어 그 기능이 악화되기 시작하는 동시에 도금비용의 증가로 경제적으로도 손실이 되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 전해도금방법으로 형성된 은합금 도금층은 Ag-Sn-Zn의 3원계 은합금 도금층으로, 본 발명에서는 그 은합금 도금층의 은(Ag)이 85~97 wt%, 주석(Sn)이 1~10 wt%. 아연(Zn) 1~10 wt%인 것이 바람직하다. 은합금 도금층의 성분들 중 은(Ag)이 85 wt% 이하로 되면 은 본연의 특성인 전기전도성과 광 반사도가 떨어지는 문제가 발생되며, 97 wt% 이상이 되면 광 반사도는 높아지게 되나 황변색이 발생되기 쉽게 된다. 주석 및 아연의 경우 각각 1 wt% 이하가 되면 황변색이 되기 쉽게 되고, 10 wt% 이상이 되면 전기전도성이 떨어지는 동시에 골드와이어(Au wire)와의 본딩성과 광 반사도가 나쁘게 된다. 이외에도 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 하나의 금속을 1~5 wt% 첨가한 4원계 은합금 도금층을 형성하는 것도 바람직하다.
위와 같은 은합금 도금층을 형성하기 위하여 시안화은, 주석산나트륨, 시안화 동, 염화니켈, 황산아연, 시안화칼륨, 수산화나트륨, 광택제 및 레벨러 등의 3원계 및 4원계 은합금 전해도금의 용액구성에서 시안화은 첨가량은 전체 용액 첨가량을 100중량부로 하였을 때, 10~30 중량부 첨가한다. 시안화은(AgCN)이 하한치인 10 중량부 미만으로 유지하게 되면 피막이 버닝현상이 발생하여 색상의 광택이 없게 되고, 시안화은(AgCN) 첨가량이 상한치인 30 중량부를 초과하게 되면, 은(Ag)에 비하여 용액으로부터 합금되는 금속들의 전해 석출량이 감소하여 황변색이 쉽게 될 수 있다.
위의 은합금 도금 층(105)의 은과 합금을 구성하는 3원계 및 4원계 금속으로서는, 주석, 니켈, 코발트, 인듐, 망간, 동, 아연, 카드늄, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 등을 들 수 있으며 은과 이들 원소 중 2 이상의 원소로 구성된 합금으로 은합금도금 층을 형성할 수 있다. 그 중에서도, 주석, 인듐, 아연, 구리, 니켈, 금 및 백금은 황이 함유된 환경에서 내황화성이 우수하여 특히 바람직하다.
본 발명의 도금구조는 동 또는 니켈 하지도금을 형성한 다음 하지도금층 위에 은도금 층을 구성하고 내황화 및 내열특성이 우수한 은합금 층을 전기도금으로 형성하는 구조로 은도금 층 위에 은을 함유하지 않는 다른 금속으로, 보호 도금층을 형성하고 가열에 의한 은도금 층과의 기계적 확산에 의해 은도금 층의 계면에서 다른 금속과 혼합하는 층을 이루는 형태와는 다른 것이며, 주석과 은을 전기도금으로 합금을 하여 표면의 변색을 억제하는 형태와는 주석을 주성분으로 하여 은 본연 광택과 골드와이어(Au wire) 본딩성이 떨어짐은 물론 표면 전기저항이 증가하는 점에서 다르다.
은도금 층(104)은 도금용 지지체(102)의 표면에 일반적인 도금방법으로 은도금하여 얻을 수 있다. 무전해 도금 및 진공증착 등 그 외의 피막 형성법에 의해서 은도금 층(104)이 형성될 수 있으며, 은도금 층(104)의 두께는 0.001∼100㎛인 것이 바람직하다. 은도금하는 도금용 지지체(102)는 표면에 동 또는 니켈 등의 하지 도금(103)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 고신뢰성, 내흑변성을 갖는 은도금 구조체(101)는, 은합금 도금 층(105)의 두께가 0.001∼10㎛로 얇음에도 불구하고, 극히 우수한 은도금 층(104)의 색이 변하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 이것은 은합금 층을 전해도금으로 도금하여 은 도금층을 보호하는 층을 형성함으로써, 이와 같이 도금된 은합금 조직이 황화 작용을 억제하기 때문이라고 생각된다. 이러한 은도금 층(104)과 은합금 도금 층(105)은 각각 전해도금에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 도금구조를 구비한 발광다이오드(LED) 탑재용 지지체의 형태의 일례를 도 2에 도시한다. 도면 번호 201은 은 및 은합금 전해도금 완료된 LED용 리드 프레임이고 202는 발광소재를 탑재한 Au 와이어 본딩 후이고 203은 패키징 완료된 발광장치에 대한 도면이다. 발광소자 탑재용 지지체(200)는, 발광소자(204)를 탑재하는 부분 또는 오목부(206)를 갖는 리드 프레임(Lead Frame)이라고 하는 기판이다. 리드 프레임 형태의 기판은 랜드(208)와 리드(209)로 이루어지고, 랜드(208)에 발광소자를 보다 용이하게 탑재할 수 있도록 오목부(206)가 형성될 수 있다. 발광소자(204)는 오목부(206)의 바닥면에 상부에 위치하여 발광소자(204)의 한쪽의 단자가 랜드(208)와 본딩와이어(205)를 통하여 전기가 통전하게 되고, 다른 쪽의 단자가 와이어(214)를 통하여 리드(209)와 통전하게 된다. 오목부(206)의 바닥면과 측면에는 반사면이 형성되어 있으며, 본 발명에 있어서는 반사면에 동 또는 니켈로 하지 도금을 실시한 후, 은도금을 하고 그 은도금 층의 상부 표면에 전해도금에 의해 은과 주석, 인듐, 망간, 동, 니켈, 코발트, 아연, 카드늄, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2개 이상의 금속과 3원계 이상의 합금으로 이루어진 은합금 전해도금 층을 형성하여 얻을 수 있다.
도 2는 발광소자(204)가 실장된 발광장치에 대하여 도시한 것이다. 발광소자(204)의 실장 공정에서는 케이스의 몰드, 칩과의 와이어 본딩, 수지의 큐어(curing)를 위한 가열로 황화 방지 피막이 벗겨지거나 비산할 수 있다. 이에 은 도금 층의 변색방지 효과가 감소함에 따라 반사면에 도금된 금속이 고열에서 반응하거나 황이 함유된 환경에서 황과 반응하게 되고, 변색이 더욱 진행되는 것에 의해 반사율이 저하되는 것이 문제가 되고 있다. 발광소자(204)가 발광하면 발열이 수반하고, 종래의 은도금 층으로 이루어지는 반사면에 있어서는 이러한 발열에 의한 변색 방지 효과의 감소로 변색이 더욱 진행하게 된다.
이에 반하여, 본 발명의 발광소자 탑재용 지지체(200)의 반사면은 시간의 경과나 반사면의 온도상승 등에 의한 변색이 거의 발생하지 않아, 장기간에 걸쳐 높은 반사율을 유지할 수 있다. 즉, 발광소자(LED)용 고신뢰성 광 반사 은도금 층을 얻을 수 있다.
한편, 도 2의 (b)는 기판의 리드(209) 부분이 와이어를 통하여 연결 되지 않고 flip chip(214)형태로 연결되는 구조를 나타낸다. 215는 측면의 반사면 및 패키지의 틀을 유지하는 수지이고, 216은 형광체 및 렌즈를 구성하는 수지를 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명을 응용한 PCB형 발광다이오드(LED) 패키징 구조의 일례를 도시한 것이다. 발광소자(LED)가 본 발명에 의한 은도금과 은합금 도금이 실시된 반사면(314)상에 배치되게 구성된다. 본 발명에 의한 반사면(314)이 은 고유의 광 반사성을 갖고, 또한 시간의 경과에 의한 열이나 황화에 기인하는 변색이 거의 발생하지 않기 때문에, 발광소자(LED)는 출사광량이 크고 또한 시간 경과에 의한 출사광량의 감소가 거의 없기 때문에 고신뢰성을 갖는다.
도 3의 (a), (b)와 (C)의 301, 311과 321은 발광다이오드(LED)용 PCB에 관한 것이고 302와 312와 발광다이오드를 탑재 및 와이어본딩 후의 배치도이며 322는 flip형 LED의 탑재 후의 배치도이다. 303, 313과 323은 패키징을 완료한 후의 배치도면인 것이다.
본 발명의 도금 구조는 PCB제품의 금도금 등의 후처리를 대신할 수 있으며, 스위치 및 부스바와 같은 접점뿐만 아니라 단자에도 적용할 수 있다. 본 발명의 도금 구조를 갖는 스위치 접점이나 단자는 은 특유의 광택과 양호한 표면 전기전도성을 갖고, 장기간의 사용에 의해서도 열해 의하거나 황을 함유된 환경에서 황과의 반응을 방지하기 때문에 이들 표면 특성의 변화가 적다.
본 발명의 효과는 이하에 도시하는 실시예 1 내지 3에 의해 확인되는 것이다.
동합금 리드 프레임은 도 1의 도금용 지지체(102)와 동일한 것으로 도금시료 자재로 이용하였다. 이 도금시료의 일면에 0.5㎛의 동 또는 니켈의 하지도금을 실시한 후, 두께 0.5㎛의 은도금을 실시하여 기본시료로 하고, 이 기본시료에 이하의 각 실험 수준에 따라서 은과 주석, 인듐, 망간, 동, 니켈, 코발트, 아연, 카드늄, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2개 이상의 금속과 3원계 이상의 합금으로 이루어진 은합금 전해도금 층을 형성하기 위하여 전해도금을 실시하였다.
황변색 시험은 침적방식보다 황화를 가속 시험할 수 있는 가스발생 방식으로 하였으며, 물 50ml에 K2S 0.7g을 용해한 용액을 밀폐용기에 넣고, 시험시료를 용액에 직접 접촉이 되지 않도록 용기에 넣는다. 그리고 항온을 유지할 수 있는 오븐에 밀폐용기를 넣고 온도를 50도로 세팅 후 시간의 경과에 따라서 시료온도의 상승과 습도 및 황화에 의한 색상을 육안으로 다음과 같이 판별하도록 한다.
판정 기준은,
○…표면에 황화가 거의 인정되지 않고 은 표면의 광택과 색조가 거의 유지
△…표면에 황화가 약간 인정되지만, 은 표면의 광택과 색조를 어느 정도 유지
Ｘ …표면에 황화가 진행되어 은 표면의 광택과 색조가 없음
초기 광 반사율은 본 발명의 3원계 및 4원계 은합금 전해도금된 LED 실장용 리드 프레임의 사출 및 패키징 완료 후 각각 350mA, 700mA의 전류를 통전하여, LED 발광 시 그 발현하는 빛에 의한 초기 광 반사율을 기존의 은도금된 LED 패키지 시료를 비교예로 하여 각각 측정하였다.
이러한 본 발명의 발광다이오드(LED), PCB 또한 전기 및 전자기기 부품용 다원계 은합금 전해도금 층 제조에 의해 얻어진 각종 부품의 표면은 대기 중의 황과 반응하여 변색되기 어렵고, 또한 접촉 저항이 은에 가까운 것이다. 특히, Au 와이어와의 본딩(bonding)성도 매우 우수하며, 은과 같은 광택을 구비함은 물론 시간의 경과에도 광 반사율이 유지되는 것이다. 은과 합금되는 금속에 따라서 각각의 특성에 기여하는 성질에 차이가 있으며, 그 중에서 동, 주석, 팔라듐, 니켈, 금, 인듐과 아연을 비교하면, 본 발명에 있어서 주석과 아연을 은과 합금하여 그 도금층으로 하는 경우외 이 은합금 도금층에 니켈과 구리를 포함하는 것이 다른 합금 금속보다 더욱 황화가 발생하지 않아 보다 바람직하다.
[실시예 1]
도 2에 도시된 기판 형상의 리드 프레임에 니켈 하지도금 및 은도금, 3원계의 은합금 전해도금을 각각 실시하였다. 리드 프레임은 동합금을 이용하여 타발 가공에 의해 성형하였다. 성형된 리드 프레임을 탈지처리 후 세정하고, 니켈 도금용액(썰퍼민산 니켈 500g/L, 붕산 50g/L, 염화니켈 5g/L)으로 하지 니켈 도금을 실시하였다. 하지 니켈 도금의 피막두께는 0.3㎛이었다. 이어서, 은도금액(시안화은 90g/L, 시안화칼륨 100g/L)으로 도금피막 두께 0.5㎛의 은도금을 실시하였다. 은도금을 실시한 후, 3원계 은합금 전해도금액(시안화은 20g/L, 주석산나트륨 5 g/L, 황산아연 5g/L, 시안화칼륨 100g/L, 수산화나트륨 20g/L, 광택제 및 레벨러 각각 3ml/L)으로 도금 피막두께 0.2㎛의 Ag-Sn-Zn의 3원계 은합금 전해도금을 실시한 후, 세정 및 건조하여 다층 도금된 리드 프레임을 얻었다.
[실시예 2]
도 2에 도시된 기판 형상의 리드 프레임에 니켈 하지도금 및 은도금, 4원계 은합금 전해도금을 각각 실시하였다. 리드 프레임은 동합금을 이용하여 타발 가공에 의해 성형하였다. 성형된 리드 프레임을 탈지처리 후 세정하고, 니켈도금용액(설퍼민산 니켈 500g/L, 붕산 50g/L, 염화니켈 5g/L)으로 하지 니켈 도금을 실시하였다. 하지 니켈 도금의 피막두께는 0.3㎛이었다. 이어서, 은도금액(시안화은 90g/L, 시안화칼륨 100g/L)으로 도금피막 두께 0.5㎛의 은도금을 실시하였다. 은도금을 실시한 후, 4원계 은합금 전해도금액(시안화은 20g/L, 주석산나트륨 5g/L, 시안화동 3g/L, 황산아연 5g/L, 시안화칼륨 100g/L, 수산화나트륨 20g/L, 광택제 및 레벨러 각각 3ml/L)으로 도금 피막두께 0.2㎛의 Ag-Cu-Sn-Zn의 4원계 은합금 전해도금을 실시한 후, 세정 및 건조하여 다층 도금된 리드 프레임을 얻었다.
[실시예 3]
도 2에 도시된 기판 형상의 리드 프레임에 니켈 하지도금 및 은도금, 4원계 은합금 전해도금을 각각 실시하였다. 리드 프레임은 동합금을 이용하여 타발 가공에 의해 성형하였다. 성형된 리드 프레임을 탈지처리 후 세정하고, 니켈도금용액(설퍼민산 니켈 500g/L, 붕산 50g/L, 염화니켈 5g/L)으로 하지 니켈 도금을 실시하였다. 하지 니켈 도금의 피막두께는 0.3㎛이었다. 이어서, 은도금액(시안화은 90g/L, 시안화칼륨 100g/L)으로 도금피막 두께 0.5㎛의 은도금을 실시하였다. 은도금을 실시한 후, 4원계 은합금 전해도금액(시안화은 20g/L, 주석산나트륨 5g/L, 염화니켈 3g/L, 황산아연 5g/L, 시안화칼륨 100g/L, 수산화나트륨 20g/L, 광택제 및 레벨러 각각 3ml/L)으로 도금 피막두께 0.2㎛의 Ag-Ni-Sn-Zn의 4원계 은합금 전해도금을 실시한 후, 세정 및 건조하여 다층 도금된 리드 프레임을 얻었다.
그리고 비교예와 함께 Au 와이어 본딩 특성, 초기 광반사율, 광속 신뢰성 및 황변색 테스트를 행하였다. 실시예 1 내지 3 에서 얻어진 리드 프레임의 시험분석 평가 결과를 표 1~4에 나타내었다.
표 1은 실험시료 도금 후에 사출 및 패키징 완료 후 전류를 통전하여 발광다이오드(LED) 발광시 초기 광 반사율 비교한 것이다.
종 류 인가전류
350mA 700mA
실시예 1 99.14% 99.23%
실시예 2 99.74% 100.14%
실시예 3 97.45% 97.60%
비교예 100% 100%
표 2는 물 50ml에 K2S 0.7g을 용해한 용액을 밀폐용기에 실험시료와 함께 오븐 내에 넣고, 온도는 50도를 유지하고 시간이 지남에 따른 변색 정도를 분석 비교한 것이다. 은합금 도금층을 형성한 실시예는 2시간 경과되어도 표면의 광택과 색조가 변화하지 않고 처음과 거의 같은 광택면을 유지하고 있으나, 비교예는 1시간이 경과되면 표면에 황화가 약간 나타나기 시작되고 2시간이 되면 황화가 진행되어 광택이 사라지고 색조가 사라지는 것을 알 수 있다.
종 류 경과시간
1hr 2hr
실시예 1 △ △
실시예 2 ○ ○
실시예 3 ○ △
비교예 △ ×
표 3에서는, 실험시료 도금 후에 사출 및 패키징 완료 후, 시험조건을 온도 85℃, 습도 85%의 고온 고습 환경에서, 인가전류 IF=150mA를 통전 LED 발광하여 시간의 경과에 따른 광반사 신뢰성 비교한 것이다.
구 분 시간경과에 따른 광 신뢰성
0hr 250hr 500hr 750hr 1000hr
실시예 1 100% 100.0% 99.9% 97.3% 92.8%
실시예 2 100% 100.3% 100.4% 99.5% 96.4%
실시예 3 100% 100.1% 99.4% 96.7% 92.6%
비교예 100% 99.5% 98.6% 92.6% 88.4%
표 3을 볼 때, 실시예가 시간이 지남에 따라 기존의 LED 패키지 시료를 가지고 시험한 비교예에 비해 광신뢰성이 매우 우수함을 알 수 있다. 특히 실시예는 500시간이 경과한 후에도 광신뢰성이 거의 감소하지 않으나, 비교예는 급격히 나빠지기 시작하면서 1000시간이 경과하면 광신뢰성 차이가 4% 이상이나 현격하게 벌어지는 것을 인지할 수 있다.
표 4에서는, 시간경과에 따른 가장 우수한 광 신뢰성 특성을 보이고 있는 실시예 2의 Ag-Cu_Zn-Sn의 4원계 합금을 전해도금 후에 사출 및 패키징 완료 후, 미국 에너지스타의 LED조명 인증시험인 LM80을 실시한 결과를 나타낸 것이다. 시험조건을 온도 55, 85, 105℃에서 상대습도 12.3, 9.4, 4.2%의 환경에서, 인가전류 IF=450mA를 통전 LED 발광하여 6,000시간 동안 시간 경과에 따른 광속 신뢰성 비교한 것이다.
표 4를 볼 때, 실시예 2에 대한 3가지 조건의 시험은 모두 시간이 지남에 따라 광속 신뢰성이 처음과 거의 차이가 없을 정도로 매우 우수함을 알 수 있다.
Figure pat00001
본 발명은, 금속 은의 높은 광 반사 특성이나, 높은 전기전도도 및 골드 와이어(Au wire) 본딩 특성 등을 이용하여 각종 전기 및 전자기기의 표면에 다층 4원계 은합금 전해도금 층을 형성한 것에 있어서, 도금된 은 표면의 황화 및 변색방지에 적합하도록 적용될 수 있다. 특히, LED용 리드 프레임 및 반사판, PCB 후처리, 스위치, 부품 접점, 부품 단자, 진공 단열재, 연료 전지용의 도전부, IC 패키지의 리드 또는 리드선 등에 적합하게 적용할 수 있다.
101 : 은도금 구조체 102 : 전기전도성 지지체
103 : 동 또는 니켈 하지 도금 층 104 : 은도금 층
105 : 은 합금도금 층
201 : 은 및 은합금 도금 완료된 LED용 리드 프레임
202 : 발광소자 탑재 및 와이어본딩 후
203 : 패키징 완료 204 : LED발광다이오드
205 : Au wire bonding 206 : 백색수지 하우징
207 : 형광체 및 실리콘 수지 301 : COB LED용 PCB
302 : 발광소자 탑재 및 와이어본딩 후
303 : 패키징 완료
304 : 은 및 은합금 도금 완료된 LED용 기판 및 회로부
311 : COM LED용 PCB 312 : 발광소자 탑재 및 와이어본딩 후
313 : 패키징 완료
314 : 은 및 은합금 도금 완료된 LED용 금속부(metal)
315 : 은 및 은합금 도금 완료된 LED용 회로부

Claims (19)

  1. 표면에 도금층이 형성된 전기, 전자기기 부품에 있어서,
    상기 부품의 표면에 니켈 또는 동으로 이루어진 하지 도금층;
    상기 하지 도금층 상부에 은(Ag) 도금층이 도금되고, 은 도금층 위에 전해도금으로 은합금 도금층이 형성되며,
    상기 은합금 도금층은 3원계 이상으로 이루어진 은합금인 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 은과 주석, 인듐, 아연, 망간, 니켈, 구리, 코발트, 카드늄, 팔라듐, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 은(Ag) 85~97 wt%와 2 이상의 상기 금속이 3~ 15 wt%로 이루어진 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 은 85~97 wt%와 주석 1~10 wt%, 아연 1~10 wt%로 이루어진 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 동 또는 니켈을 1~5 wt% 더 포함하는 것에 특징이 있는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 Ag-Sn-Zn의 3원계와 Ag-Cu-Sn-Zn, Ag-Ni-Sn-Zn의 4원계 합금 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하지 도금층은 두께 0.001~10㎛인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 은도금 층은 두께 0.001~100㎛인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 두께 0.001~10㎛인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전기, 전자기기 부품이 발광소자 탑재용 지지체인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 부품.
  11. 전기, 전자기기 부품의 표면에 도금층을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 전기, 전자기기 부품의 표면에 니켈 또는 동으로 이루어진 하지 도금층을 형성하는 단계;
    상기 하지 도금층 위에 은도금 층을 도금하는 단계,
    상기 은도금층 상에 3원계 이상으로 이루어진 은합금 도금층을 전해도금하는 단계;로 이루어진 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 하지도금 층을 형성하기 전에 전기, 전자기기 부품을 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 은도금 층 및 은합금 도금층은 전해도금법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 하지 도금층은 니켈 또는 동 도금용액을 이용하여 도금을 하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 은 도금층은 시안화은과 시안화칼륨으로 이루어진 도금 용액에서 도금되는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 은합금 도금층은 은과 주석, 인듐, 아연, 망간, 니켈, 구리, 코발트, 카드늄, 팔라듐, 팔라듐, 안티몬, 금 및 백금 중 2 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기, 전자기기 부품에 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법.
  17. 표면에 도금층이 형성된 전기 접점에 있어서,
    전기, 전자기기 부품의 표면에 니켈 또는 동으로 이루어진 하지 도금층;
    상기 하지 도금층 위에 은도금 층이 형성되고,
    은 도금층 위에 3원계 이상으로 이루어진 은합금 도금층;으로 도금된 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 접점.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 접점이 스위치 접점이나 전기, 전자기기 부품의 접점인 것을 특징으로 하는 내흑변성이 우수한 도금층을 구비한 전기, 전자기기 접점.
  19. 청구항 11 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 내흑변성이 우수한 도금층을 형성하는 방법으로 제조된 전기, 전자기기 부품을 포함하는 발광장치.
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