JP2014179492A - 光半導体装置用のリードフレーム又は基板 - Google Patents

Abstract

【課題】銀めっき厚を低減しても、初期光束を高く維持し、さらに硫化腐食による光半導体装置の寿命低下を抑制可能な、光半導体装置用のリードフレーム又は基板を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光半導体装置用のリードフレーム又は基板は、銅、銅合金、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、セラミックス、プラスチックスからなる群から選択される母材の表面の上に、厚さ１μｍ以上７μｍ以下の光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっきの第１層と、厚さ０．００５μｍ以上０．１μｍ以下のパラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの第２層と、厚さ０．０５μｍ以上２．０μｍ未満であって、かつ光沢度１．３以上の銀めっきの第３層と、をこの順に有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、光半導体装置用のリードフレーム又は基板に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）などの光半導体装置は、照明や各種ディスプレイ、液晶テレビや携帯電話のバックライトなどの光源として、広く利用されている。これらの光半導体装置は、光半導体素子が、リードフレームや、プリント基板、セラミックス基板又はフレキシブル基板などの各種基板上にダイボンディングやワイヤーボンディングにより実装されて構成されている。そして、実装信頼性向上のため、リードフレームや各種基板上には、金めっきか銀めっきのいずれかが施されることが一般的である。金めっきは、酸化しにくく接合信頼性が高いが、光半導体素子から発せられる可視領域の光を吸収しやすいため、光半導体装置では、可視領域の光に対して光反射性に優れる銀めっきが広く使用されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００７−２５８５１４号公報 特開２０１２−０８９８３０号公報

従来の光半導体装置に使用されるリードフレーム又は基板の銀めっきは、高い光束と信頼性の高いダイボンディング性やワイヤーボンディング性を確保するため、一般的に２．０μｍ以上の厚さに施す必要があった。しかしながら、製造コスト削減のため、光半導体装置用のリードフレーム又は基板の銀めっき厚を低減することが要求されている。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、銀めっき厚を低減しても、初期光束を高く維持し、さらに硫化腐食による光半導体装置の寿命低下を抑制可能な、光半導体装置用のリードフレーム又は基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光半導体装置用のリードフレーム又は基板は、銅、銅合金、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、セラミックス、プラスチックスからなる群から選択される母材の表面の上に、厚さ１μｍ以上７μｍ以下の光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっきの第１層と、厚さ０．００５μｍ以上０．１μｍ以下のパラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの第２層と、厚さ０．０５μｍ以上２．０μｍ未満であって、かつ光沢度１．３以上の銀めっきの第３層と、をこの順に有することを特徴とする。

本発明の光半導体装置用のリードフレーム及び基板によれば、光半導体装置の材料コストを削減することができる。また、銀めっきの硫化腐食の進行を抑制することができるため、光半導体装置の寿命の向上が可能である。さらに、光半導体装置の光束の向上を実現できるため、ＬＥＤ電球や液晶テレビ用バックライト内の搭載部品数低減により、省エネルギ−化とともに製造コストの削減が可能となる。

＜実施の形態１＞
光半導体装置は、電気回路を形成し、電圧を印加すると発光する窒化ガリウムなどの化合物半導体の光半導体素子をリードフレームや基板（プリント基板、セラミック基板、フレキシブル基板など）に、ペーストなどでダイボンディングして固定し、ｐ型とｎ型の電極に金線などでワイヤーボンディングし、樹脂で封止して製造されることが多い。また、光半導体装置は、ＬＥＤ電球などに搭載する際に、はんだリフロ−などで実装される。

このような組み立て工程や実装工程を安定した品質で工業的に行うため、光半導体装置用のリードフレームや基板には、金めっきや銀めっきを行うことが一般的である。特に、銀めっきは、高い反射率が得られるため、広く実用化されている。このような銀めっき皮膜には、高い信頼性のあるワイヤーボンディング性、安定したダイボンディング性、安定したはんだ濡れ性、封止樹脂密着性などの要求のほか、より大きい光束特性が要求される。

銀めっき付きのリードフレーム又は基板は、高い反射率が得られるため、光半導体装置に広く採用されている。しかし、銀は、硫黄含有ガスの中でも、特に、硫化水素を含む雰囲気下で反応しやすい。また、母材の鉄や銅は、硫黄酸化物、特に二酸化硫黄を含む雰囲気下で反応して、変質（腐食）しやすい。なお、本明細書において、これらの硫黄含有ガスを主成分とするガスを「腐食性ガス」、また、このガスによって発生する硫化反応及びそれに付随して発生する複合的な反応を含めて「腐食」と称する。

これらの腐食による接合境界の破壊を抑制するために、また銀めっきと母材との間の局部腐食や変質を抑制するために、各種金属層の組み合わせを検討した。以下、具体的な例を説明するが、使用されるめっき液の組成や操作条件は、一つの例であり、これに限定されるものではない。

第１層としては、硫化腐食抑制又は光束向上のため、厚さ１μｍ以上７μｍ以下の光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっきが好ましい。このニッケル又はニッケル合金は、その表面が光沢性のため、光束の向上の機能を持つ。また、ニッケル又はニッケル合金皮膜中に炭素や硫黄が含まれていると、ニッケル又はニッケル合金皮膜の下地金属又は上層のパラジウム又はパラジウム合金の金属との間の腐食電位が調整されるため、硫化腐食抑制機能を持つ。光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっき皮膜中の炭素含有量や硫黄含有量は、使用する有機物光沢剤の種類及び濃度やめっき条件によって管理することができる。光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっき皮膜中の炭素含有量は、めっき皮膜が光沢性であれば特に制限はないが、３０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下が好ましい。また、光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっき皮膜中の硫黄含有量も、めっき皮膜が光沢性であれば特に制限はないが、５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下が好ましい。

ニッケルめっき又はニッケル合金めっきは、硫黄を含まない有機物又は硫黄を含む有機物を添加して光沢ニッケル又は光沢ニッケル合金めっき液から形成することができる。具体的には、銅リードフレームをアルカリ性の脱脂液で、脱脂したあと、酸中和し、下記光沢ニッケルめっき液でニッケルめっきすることができる。

ニッケルめっき液の組成は、スルファミン酸ニッケル＝４５０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル＝５ｇ／Ｌ、ほう酸＝３０ｇ／Ｌ、光沢剤ＳＮ−１０００（株式会社ムラタ）又はＳＮ−２０（株式会社ムラタ）＝１０ｍｌ／Ｌ、ｐＨ４．０−４．４である。ニッケルめっき条件は、液温５５℃、強攪拌、陰極電流密度５Ａ／ｄｍ^２、めっき時間２分である。

ニッケルめっき又はニッケル合金めっきの厚さは、１μｍ以上が好ましい。ニッケルめっき又はニッケル合金めっきの厚さが１μｍ未満であると、銀めっきを施したときの銀めっき反射率が低下するため、光半導体装置として組み立てたとき、高い光束が得られないほか、腐食しやすくなる。また、ニッケルめっき又はニッケル合金めっきの厚さは、７μｍ以下が好ましい。ニッケルめっき又はニッケル合金めっきの厚さが７μｍを超えると、ニッケルめっき又はニッケル合金めっきの皮膜応力が大きくなり、リードフレームのリード曲げ加工によるクラックが発生するほか、基板を部品に個片化するときに、切断バリが発生しやすくなる。

ニッケル合金としては、 ニッケルコバルト合金、ニッケル錫合金、ニッケルりん合金、ニッケルホウ素合金、ニッケルクロム合金のうちのいずれかが好ましい。

なお、第１層のニッケルめっき又はニッケル合金めっきを施す前に、母材の表面に銅めっき層が設けられてもよい。この銅めっきの厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。銅めっきの厚さが０．１μｍ未満であると、銅素材のキズや孔欠陥などを防止することが十分できないためである。また、銅めっきの厚さが１０μｍを超えると、リードフレームや基板の寸法誤差が大きくなる。

第２層としては、硫化腐食抑制のため、厚さ０．００５μｍ以上０．１μｍ以下のパラジウムめっき又はパラジウム合金めっきが好ましい。パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきは、下地のニッケルめっき層又はニッケル合金めっき層と銀めっき層との間の腐食電位を調整し、硫化腐食の抑制の機能を有する。ニッケルめっき又はニッケル合金めっきを行った後、引き続き水洗し、パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきを行うことが好ましい。

パラジウムめっき液の組成は、パラブライトＳＳＴ−Ｌ（日本高純度化学株式会社製）、パラジウム濃度５ｇ／Ｌ、ｐＨ８．５である。パラジウムめっき条件は、液温５５℃、強攪拌、電流密度１Ａ／ｄｍ^２、めっき時間８秒である。

パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの厚さとしては、０．００５μｍ以上が好ましい。パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの厚さが０．００５μｍ未満であると、下地のニッケルめっき層又はニッケル合金めっき層と銀めっき層の間の腐食電位状態が腐食傾向を示しやすくなる。また、パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの厚さとしては、０．１μｍ以下が好ましい。パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの厚さが０．１μｍを超えると、材料費が高くなる。

パラジウム合金としては、パラジウムニッケル合金、パラジウム銅合金、パラジウム鉄合金、パラジウム錫合金、パラジウムテルル合金、パラジウムビスマス合金、パラジウムゲルマニウム合金、パラジウム白金合金のうちのいずれかが好ましい。

第２層と銀めっき層（第３層とする）の間に、金めっき層又は金合金めっき層が設けられてもよい。金めっき又は金合金めっきの厚さとしては、０．００２μｍ以上が好ましい。金めっき又は金合金めっきの厚さが０．００２μｍ未満であると、下地のパラジウムめっき層又はパラジウム合金めっき層と銀めっき層の腐食電位状態が腐食傾向を示しやすくなる。また、金めっき又は金合金めっきの厚さとしては、０．０５μｍ以下が好ましい。金めっき又は金合金めっきの厚さが０．０５μｍを超えると、材料費が高くなる。パラジウムめっき又はパラジウム合金めっきをした後、水洗し、引き続き金めっき又は金合金めっきを行うことができる。

金めっき液の組成は、シアン化金カリウム＝２ｇ／Ｌ、クエン酸カリウム＝１５０ｇ／Ｌ、ｐＨ５．５である。金めっき条件は、液温５０℃、弱攪拌、電流密度２Ａ／ｄｍ^２、めっき時間５秒である。

金合金としては、金銀合金、金ニッケル合金、金銅合金、金インジウム合金、金錫合金、金亜鉛合金、金タリウム合金、金コバルト合金のうちのいずれかが好ましい。

銀めっき液は、セレン化合物、硫黄化合物、アンチモン化合物を微量添加してシアン化合物を含有しためっき液が好ましい。下地のパラジウムめっき又はパラジウム合金めっきを行った後、若しくは、金めっき又は金合金めっきを行った後、水洗し、引き続き銀めっきを行う。但し、銀めっきを行う前に、密着性向上やめっき外観の均一性維持のために、銀ストライクめっきを行ってもよい。

銀めっき液の組成は、シアン化銀カリウム＝８０ｇ／Ｌ、シアン化カリウム＝１００ｇ／Ｌ、炭酸カリウム＝３０ｇ／Ｌ、シルバーグロー３Ｋ＝３０ｍｌ／Ｌ（メルテックス株式会社）である。銀めっき条件は、液温２５℃、強攪拌、電流密度３Ａ／ｄｍ^２である。

銀めっきの厚さは、０．０５μｍ以上が好ましい。銀めっきの厚さが、０．０５μｍ未満であると、光半導体装置の光束が低下する。また、銀めっきの厚さは、２μｍ未満が好ましい。銀めっきの厚さが２μｍを超えると、材料費が高くなる。さらに、銀めっきの厚さは、１μｍ以下がより好ましい。銀めっきの下地に、上記のような光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっきがあることで、高い初期光束及び耐腐食性を有しながら、銀めっきの厚さを１μｍ以下に低減することができる。

銀めっきの光沢度は、１．３以上が好ましい。銀めっきの光沢度は、銀めっきリードフレーム業界で一般に使用されている光沢度の数値で、例えばＧＡＭ社製のDensitmeter Model 144や日本電色工業株式会社製の微小面色彩計・反射率計ＶＳＲ４００やデンシトメーター（反射濃度計）ＮＤ−１１で測定される数値である。光半導体装置に使用される銀の光沢度は、１．３以上であることが好ましい。銀めっきの光沢度が１．３未満になると、反射率が低下し、光半導体装置の光束が低下する。一方、上限は問わないが、測定機器の検出限界が上限となる。一般には３．０前後となる。

もちろん、本発明の銀めっき皮膜は、高い信頼性のあるワイヤーボンディング性、安定したダイボンディング性、安定したはんだ濡れ性、封止樹脂密着性などにおいても優れている。

本発明のめっきの厚さは、めっき業界で広く使用される微小部蛍光Ｘ線膜厚計で測定することができる。

本発明のめっきは、リードフレーム又は基板を陽極とし、金属銀、ステンレス、白金族金属又は白金族金属を被覆したチタンを陰極とし、本発明の銀めっき液に浸漬し、電気めっきを行うめっき方法により実現可能である。

本発明のめっき方法は、マニュアル又は自動エレベーター方式のいわゆるラック式めっき方法、リールツーリール方式の電気めっき槽がオーバーフロー式のめっき方法、あるいは半導体リードフレームの部分めっきに採用されている噴流式めっき方法のどれにも対応可能である。

また、本発明の銀めっきした後のリードフレームを圧延加工などして塑性変形させることもできる。また、本発明のリードフレームは、本発明のめっき処理を行ったあとに、リード形状をプレス打ち抜きで形成することもできる。さらに、本発明のリードフレーム又は基板の銀めっき表面にスパッタや化学蒸着などの方法により保護膜を設けることができる。この保護膜は、光半導体装置の組み立て前でも組み立て後でも施すことができる。

次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜実施例＞
リードフレームとしては、株式会社神戸製鋼所製の銅合金ＫＬＦ１９４（ＣＤＡ Ｎｏ．Ｃ１９４００、鉄含有率２．３％）の板厚０．１１ｍｍの平板を使用し、株式会社エノモトのＬＥＤ用オープンフレームＦＬＡＳＨ ＬＥＤ ６ＰＩＮ ＯＰ１（外形寸法５０５０）のタイプに型抜きしたものを使用する。アルカリ系の脱脂剤で脱脂処理したあと、希硫酸で酸中和し、その後シアン浴により銅めっきを０．５μｍ施す。その後、本発明の金属めっき層を順次行った後、銀めっきを行い、清浄な純水で洗浄した後、乾燥し、銀めっき付きリードフレームを製作する。銀めっきは、全面銀めっきとする。このリードフレームを金型内に配置し、成形材料として、ポリフタルアミド樹脂を注入し、硬化させて金型から外す。そして、得られた樹脂成形後のリードフレーム上にＩｎＧａＮ系の青色発光ダイオードチップをペーストでダイボンドした後、１５０℃で１時間加熱して接合させる。その後、発光ダイオードチップの電極と、リードフレームを２５μｍ径の金線ワイヤーにてワイヤーボンディングする。次に、変性シリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体を２０％の割合で配合したものを、成形開口部に充填し、熱風乾燥機にて硬化させ（硬化条件：１５０℃、４時間）、封止を完了する。この後、個別のＬＥＤとして個片化する。基板についても同様にしてサンプルを作成する。

製作したリードフレームを、上記手順で製作された光半導体装置として組み立て、ＬＥＤとして積分式全光束測定装置にて初期の全光束Φｖ（ｌｍ）の測定を行う。

また、上記ＬＥＤを下記のような硫化試験にて処理した後、初期光束と同様に積分式全光束測定装置にて、光束を測定する。硫化試験は、硫化水素と硫黄酸化物の混合ガス雰囲気内に光半導体装置を投入することによって行う。具体的には、ＪＩＳ Ｃ００４８に準拠した方法で行い、温度３０℃７５ＲＨで、硫化水素：０．１〜３ｐｐｍ、酸化窒素：０．１〜０．５ｐｐｍ、塩素０．０１〜０．０５ｐｐｍの範囲で行う。光束維持率は、この硫化試験前の光束に対する光束比である。この光束維持率が高いほど、腐食ガスによる影響が小さく、耐腐食性に優れていることを示す。

表１に、比較例と実施例を示す。なお、表１中のカッコ内はめっき厚(μm)を表す。めっき構成は、金属の種類を元素記号で示している。

表１に示すとおり、比較例１〜３に比べて、実施例１〜２５の光束値は、硫化試験処理後の光束維持率が改善されている。

Claims (9)

1. 銅、銅合金、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、セラミックス、プラスチックスからなる群から選択される母材の表面の上に、
   厚さ１μｍ以上７μｍ以下の光沢性のニッケルめっき又は光沢性のニッケル合金めっきの第１層と、
   厚さ０．００５μｍ以上０．１μｍ以下のパラジウムめっき又はパラジウム合金めっきの第２層と、
   厚さ０．０５μｍ以上２．０μｍ未満であって、かつ光沢度１．３以上の銀めっきの第３層と、をこの順に有することを特徴とする光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
2. 前記第３層の厚さは、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
3. 前記第１層は、３０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下の炭素又は／及び５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下の硫黄を含有している請求項１又は２に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
4. 前記母材の表面に、厚さ０．１μｍ以上１０μｍ以下の銅めっき層を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
5. 前記ニッケル合金めっきが、ニッケルコバルト合金、ニッケル錫合金、ニッケルりん合金、ニッケルホウ素合金、ニッケルクロム合金のうちのいずれかである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
6. 前記パラジウム合金めっきが、パラジウムニッケル合金、パラジウム銅合金、パラジウム鉄合金、パラジウム錫合金、パラジウムテルル合金、パラジウムビスマス合金、パラジウムゲルマニウム合金、パラジウム白金合金のうちのいずれかである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
7. 前記第２層と前記第３層の間に、厚さ０．００２μｍ以上０．０５μｍ以下の金めっき層又は金合金めっき層を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
8. 前記金合金が、金銀合金、金ニッケル合金、金銅合金、金インジウム合金、金錫合金、金亜鉛合金、金タリウム合金、金コバルト合金のうちのいずれかである請求項７に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光半導体装置用のリードフレーム又は基板上に光半導体素子を搭載した光半導体装置。