JP5546495B2

JP5546495B2 - 光半導体装置用リードフレーム、その製造方法および光半導体装置

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Publication number: JP5546495B2
Application number: JP2011087432A
Authority: JP
Inventors: 良聡小林; 和宏小関; 伸菊池
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2014-07-09
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Description

本発明は、光半導体装置用リードフレーム、その製造方法および光半導体装置に関する。

光半導体装置用リードフレームは、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）素子等の光半導体素子である発光素子を光源に利用した各種表示用・照明用光源の構成部材として広く利用されている。その光半導体装置は、例えば基板にリードフレームを配し、そのリードフレーム上に発光素子を搭載した後、熱、湿気、酸化等の外部要因による発光素子やその周辺部位の劣化を防止するため、発光素子とその周囲を樹脂で封止している。

ところで、ＬＥＤ素子を照明用光源として用いる場合、リードフレームの反射材には可視光波長（４００〜７００ｎｍ）の全領域において反射率が高い（例えば反射率８０％以上）ことが求められる。さらに近年、紫外線を用いる測定・分析機器の光源としてもＬＥＤ素子が用いられるようになり、その反射材には３００ｎｍ前後の波長において反射率が高いことが求められる。したがって、照明用光源として用いる場合の光半導体装置では、反射材の反射特性が製品性能を左右する極めて重要な要素となる。

このような要求に応じて、ＬＥＤ素子の直下に相当するリードフレーム上には、光反射率（以下、反射率という）の向上を目的として、銀または銀合金からなる層（皮膜）が形成されているものが多い。例えば、銀めっき層を反射面に形成すること（特許文献１）、銀または銀合金皮膜形成後に２００℃以上で３０秒以上の熱処理を施し、当該皮膜の結晶粒径を０．５μｍ〜３０μｍとすること（特許文献２）等が知られている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、銀または銀合金からなる皮膜を単純にリードフレーム上に形成しただけの場合、近紫外領域に相当する波長３００ｎｍ〜４００ｎｍ近傍の領域での光の反射率の低下が大きい。なお、純銀はマイグレーションが生じやすいという問題もある。また、特許文献２に記載の技術のように、結晶粒径を０．５μｍ以上とした場合、可視光領域の光の反射率には若干の改善が見られるものの、近紫外領域の光については、特許文献１に記載の技術と同様に反射率の低下が大きかった。

さらに、特許文献１および２に記載のリードフレームを、ＬＥＤ素子を用いた光半導体装置に用いたところ、経時的に輝度が低下することが分かった。これは、ＬＥＤ素子やその周辺を封止した樹脂に微量ながら含有された硫黄成分が、ＬＥＤ素子が発光した際の発熱によって銀を硫化させて黒色化させていることに起因することが分かった。

この問題を解決するために、各種貴金属による被覆を施すことにより銀または銀合金からなる皮膜における銀の硫化を防止するという方法がある。例えば、ニッケル下地層上にパラジウム層を０．００５〜０．１５μｍ、最表層としてロジウム層を０．００３〜０．０５μｍ形成して、反射率を向上させるという方法が提案されている（特許文献３）。しかしながら、このような方法で形成されたリードフレームは、銀または銀合金からなる皮膜を施したリードフレームよりも反射率が劣り、照明用光源として可視光域に要求される反射率８０％以上というレベルに到達することが難しい。特にロジウム層には銀層よりも反射率を２０％以上も低下してしまう箇所が存在するため、青色系や白色系の光半導体装置において、反射率の要求特性を満たせていなかった。

特開昭６１−１４８８８３号公報特開２００８−０１６６７４号公報特開２００５−１２９９７０号公報

本発明は、特に近紫外領域の反射率特性が良好であり、長期に輝度の低下が生じない光半導体装置用リードフレーム、その製造方法および光半導体装置を提供することを目的とする。

上記問題に鑑み誠意検討を進めた結果、銀または銀合金からなる層の表面に、耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層を形成し、その表層の耐食性に優れた金属成分の濃度は表層の最表部において５０質量％以上であって、かつその被覆厚を０．００１〜０．２５μｍとし、さらに該表層と前記銀または銀合金からなる層との間に固溶体層を形成させると、近紫外領域の反射特性の長期的安定性に優れた半導体装置用リードフレームが得られることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。

すなわち、上記課題は以下の手段により解決される。
（１）導電性基体上に銀または銀合金からなる層が形成され、最外層として耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層を有し、その表層の耐食性に優れた金属成分の濃度は、前記表層の最表部において５０質量％以上であって、かつその被覆厚が０．００１〜０．２５μｍであり、該表層と前記銀または銀合金からなる層との間には、前記表層の主成分である金属材料と銀との固溶体層が形成され、前記表層の耐食性に優れた金属またはその合金は、金、金合金、パラジウム、およびパラジウム合金からなる群から選ばれた半導体装置用リードフレームであって、前記固溶体層は、前記表層を形成する主たる金属成分を含み、かつ該金属成分は前記表層側から前記銀または銀合金からなる層側にかけて濃度分布を有し、前記金属成分の前記固溶体層における濃度分布は、前記表層側が高く、該表層と前記銀または銀合金からなる層側が低く、前記の被覆された最表層金属量のうち５〜５０質量％が、前記銀または銀合金からなる層に拡散して前記固溶体層が形成されたことを特徴とする光半導体装置用リードフレーム。
（２）前記導電性基体は、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする（１）に記載の光半導体装置用リードフレーム。
（３）前記導電性基体と前記銀または銀合金からなる層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、および銅合金からなる群から選ばれた金属または合金からなる中間層が少なくとも１層形成されていることを特徴とする（１）乃至（２）のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
（４）前記銀または銀合金からなる層の厚さが０．２〜５．０μｍであることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
（５）前記表層は、常温で銀または銀合金と固溶体を形成することが可能な材料で形成されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレーム。なお、ここで、常温とは２５℃を意味するものとする。
（６）（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法であって、前記銀または銀合金層の表面に、前記表層を形成した後、１００℃以上の温度でかつ表層を形成する材料と銀または銀合金と固溶体を形成することが可能な温度を超えない温度範囲において加熱処理を施し、表層を形成する材料を銀または銀合金からなる層の内部に拡散させることを特徴とする光半導体装置用リードフレームの製造方法。
（７）（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法であって、前記銀または銀合金からなる層を電気めっき法により形成することを特徴とする、光半導体装置用リードフレームの製造方法。
（８）（３）に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法であって、前記銀または銀合金からなる層および前記中間層を電気めっき法により形成することを特徴とする、光半導体装置用リードフレームの製造方法。
（９）少なくとも光半導体素子を搭載する箇所に（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレームを用いたことを特徴とする光半導体装置。
なお、本発明において「耐食性に優れた金属またはその合金」とは、硫化試験（ＪＩＳＨ８５０２−１９９９参照）において、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を含有する空気中に２４時間保持した後でも、変色が発生しないものをいい、具体的には、硫化水素を３体積％含有する空気中で２４時間保持する硫化試験実施後のレイティングナンバー（ＲＮ）が９以上である金属、合金をいう。

本発明のリードフレームは、最外層として、耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層が形成され、かつ銀または銀合金からなる層に含まれる銀が金属間化合物を形成せずに固溶体層を形成し、さらにその下層に銀または銀合金として残存することにより、銀または銀合金の良好な反射率特性をもち、密着性に優れ、良好な電気伝導率を確保することができる。これらの効果により長期信頼性の高い光半導体用リードフレームを得ることができる。

本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。

図１は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの一実施態様の概略断面図である。図２は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの別の実施態様の概略断面図である。図３は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図である。図４は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図である。図５は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図である。図６は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図である。図７は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図である。

本発明のリードフレームは、最外層として、銀または銀合金からなる層の表面に、耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層が形成されることにより、近紫外領域の光の反射率低下も抑制することができる。特に波長３００ｎｍ付近の光の反射率は、導電性基体上に銀または銀合金からなる層のみを設けた場合には数％程度と低かったが、銀または銀合金からなる層の表面に耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層を形成することにより、数十％にまで向上することができる。

また、本発明のリードフレームは、最外層として、耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層が形成されることにより、銀または銀合金からなる層が露出せず、よって湿度等の影響により銀が溶出してマイグレーションを起こし、形成された回路内での短絡事故を起こす可能性が低減する。また、銀または銀合金からなる層の表面に、耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層が形成されることにより、銀または銀合金からなる層の硫化を抑制することができ、よって銀または銀合金からなる層の変色が抑制される。これらの作用により、本発明のリードフレームを光半導体素子、例えば、ＬＥＤ素子に用いた場合、光半導体装置を１００００時間以上の長期にわたって発光（点灯）させても、当該光半導体装置の輝度低下を数％程度に抑制することが可能である。

さらに、表層と銀または銀合金からなる層との間に、表層の主成分である金属材料と銀との固溶体層が形成されていることにより、表層と銀または銀合金からなる層の間の密着力も向上する。これは、前記固溶体層中において、前記表層を形成する主たる金属成分が表層側から前記銀または銀合金からなる層側にかけて濃度分布を有していることにより、表層と銀または銀合金からなる層の間の格子歪が緩和されて整合性が向上し、よって密着性も向上するものである。
すなわち、本発明のリードフレームは、近紫外領域から近赤外領域までの幅広い波長帯の反射率特性が良好で、かつ長期信頼性の高い光半導体装置のリードフレームとして利用できる。

ここで、表層を合金で形成する場合、銀または銀合金からなる層と固溶体層を形成することが可能な合金系であれば良く、例えば、表層として錫（Ｓｎ）−金（Ａｕ）合金を選択することが可能である。この場合、銀または銀合金からなる層の上に錫層を形成し、該錫層上に金層を形成して、適切な加熱処理を行うことにより、表層はＳｎ−Ａｕ層、固溶体層はＡｇ−Ｓｎ−Ａｕで形成される。

また、本発明のリードフレームは、表層に含まれる耐食性に優れた金属の濃度が、表層の最表部において５０質量％以上であることにより、銀または銀合金からなる層が硫黄成分と結合して変色することを抑制できる。なお、表層の最表部に含まれる耐食性に優れた金属の濃度は、６５質量％以上がさらに好ましい。ここで本発明における最表部とは、表層の表面から内部へ０．０００５〜０．００１μｍまでの部分を示すものとし、この部分の金属濃度は実施例に示すＡＥＳ測定装置の定量分析により測定することができる。
一方、この耐食性に優れた金属は、以下に述べる固溶体層の形成に関与するが、銀または銀合金層に拡散して固溶体層形成を促進する割合は、被覆された最表層金属量のうち５〜５０質量％であることが好ましく、５〜３５質量％であることがより好ましく、５〜１５質量％がさらに好ましい。なお、形成された固溶体は表層の最表部に存在しなくてもよいので、表層の最表部に含まれる耐食性に優れた金属の濃度は不可避不純物を除き１００質量％であってもよい。

本発明のリードフレームは、固溶体層が表層を形成する主たる金属成分を含み、かつ該金属成分は前記表層側から該表層と前記銀または銀合金からなる層側にかけて濃度分布を有していることにより、表層と銀または銀合金からなる層の密着性を向上し、よって熱や格子歪などによる内部応力を緩和して耐熱性を向上させることができる。また、濃度分布を持つことで、例えばプレス工程による塑性変形で表層が失われた後の表面や、表層に存在するピンホールを通じて、内部に侵入した硫黄成分が、銀または銀合金と反応して硫化する程度が深さ方向でも低減できるため、より耐食性を向上させることができる。

また、本発明のリードフレームは、導電性基体を銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金とすることにより、反射率特性がよくかつその表面に皮膜を形成することが容易であり、かつコストダウンにも寄与することができる。さらに、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を導電性基体に用いた本発明のリードフレームは、放熱特性に優れており、発光素子が発光する際に発生する発熱（熱エネルギー）を、リードフレームを介してスムーズに外部に放出することができることによるものである。このことにより、発光素子の長寿命化および長期にわたる反射率特性の安定化が見込まれる。

また、本発明のリードフレームは、導電性基体と銀または銀合金からなる層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、および銅合金からなる群から選ばれた金属または合金からなる中間層が少なくとも１層形成されていることにより、発光素子が発光する際に発生する発熱によって導電性基体を構成する材料が銀または銀合金からなる層へ拡散することによる反射率特性の劣化を防ぎ、反射率特性が長期にわたってより信頼性の高いものとなり、また、基体と銀または銀合金からなる層との密着性も向上する。ここで、当該中間層の厚さは、プレス性、コスト、生産性、耐熱性等を考慮して決定される。通常の条件の場合、当該中間層の総厚は、０．２〜２μｍであることが好ましく、さらには０．５〜１μｍが好ましい。また、中間層を複数の層で形成することも可能であるが、通常は生産性を考慮し、２層以下とすることが好ましい。

また、本発明のリードフレームは、長期信頼性の確保、良好な反射率特性、さらにはプレス性や曲げ加工性を良好とするため、銀または銀合金からなる層の厚さを０．２μｍ以上５．０μｍ以下とすることが好ましい。薄すぎると反射特性が不十分となる一方、厚すぎるとプレス時や曲げ加工を行った際に割れが発生しやすくなるためである。

また、本発明のリードフレームの表層に用いる耐熱性に優れた金属またはその合金が、金、金合金、インジウム、インジウム合金、パラジウム、パラジウム合金、錫、錫合金からなる群から選ばれることにより、耐食性や生産性を良好とすることができ、好ましい。なお、信頼性の観点からは、表層の厚さを０．００１μｍ以上０．２５μｍ以下とすることにより光の反射率を低下させることなく長期信頼性を確保することができる。これは、表層の厚さが薄すぎると、耐食性や波長３００ｎｍにおける反射率向上効果が不十分となり、また、表層の厚さが厚すぎると可視光領域での反射率が不十分になり、かつ曲げ加工性が悪化するためである。

また、本発明のリードフレームの製造方法は、銀または銀合金層の表面に、表層を形成した後、１００℃以上の温度でかつ表層を形成する材料と純銀との間で固溶体を形成することが可能な温度を超えない温度範囲において加熱処理を施し、表層を形成する材料を最表層にはその表層の耐食性に優れた金属成分を上記濃度で残存させつつ、残りの成分を銀または銀合金からなる層の内部に拡散させることにより、固溶体形成を促進し、溶体化処理を行うものである。熱処理温度は、好ましくは１００〜３００℃であり、基材が熱処理で軟化や変質しない温度を選択する必要がある。加熱処理時間は０．２５〜４８時間の範囲で行うことが好適である。また、加熱処理方法は、バッチ処理やインライン等の加熱処理方法を適宜選択することができる。

また、加熱処理雰囲気は、酸素濃度が高いほど表層の酸化を促す可能性があるため、好ましくはアルゴンや窒素、一酸化炭素などの不活性や還元雰囲気ガス中で処理するのが望ましい。さらに好ましくは、残留酸素が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気とすることが望ましい。しかしながら、加熱処理の際に僅かな残留酸素の影響により最表部が酸化皮膜で覆われてしまう場合は、加熱処理後に還元性の酸（たとえば希硫酸や希塩酸）に浸漬し、カソード電解法により酸化皮膜を除去する等の方法で対処することが望ましい。当該酸化皮膜は数Åレベルであるため、これらの除去処理を行っても特性上に悪影響は生じず、むしろ表面が活性化されてワイヤーボンディング性が向上するという効果を得ることができる。

また、本発明のリードフレームの製造方法は、銀または銀合金からなる層を電気めっき法により形成することにより、当該銀または銀合金からなる層の厚さを容易に調整することができる。また、他の形成方法としてはクラッド法やスパッタ法があるが、これらの方法では、厚さの制御が難しくかつコストが高くなる。また、電気めっき法は、形成される銀または銀合金からなる層中に結晶粒界を多数形成できるので、拡散で固溶体層を形成するために有効である。

また、本発明の光半導体装置は、少なくとも光半導体素子を搭載する箇所に本発明のリードフレームを用いたことにより、低コストで効果的に反射率特性を得ることができる。これは、光半導体素子の搭載部にのみ表層を形成することで、銀または銀合金からなる層の変質が防止できれば反射率特性に大きく影響を与えないためである。例えば樹脂封止を行う箇所については銀又は銀合金からなる層が表面に露出していても良い。この場合、表層は銀または銀からなる層上に部分的に形成されていてもよく、例えばストライプめっきやスポットめっきなどの部分めっきで形成しても良い。部分的に形成されるリードフレームを製造することは、不要となる部分の金属使用量を削減できるので、環境に易しく低コストである光半導体装置とすることができる。なお、ここで、銀または銀合金からなる層を表面に露出させると容易に半田濡れ性が確保でき、実装時に有用であるという効果を得ることができる。

図１は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの一実施態様の概略断面図である。ただし、図１では、リードフレームに光半導体素子５が搭載されている状態で示されている（以下の図２〜８でも同様である）。
図１に示すように、本実施態様のリードフレームは、導電性基体１上に銀または銀合金からなる層２が形成され、最外層として耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層４を有し、該表層４と前記銀または銀合金からなる層２との間には、前記表層の主成分である金属材料と銀との固溶体層３が形成されており、表層４の一部の表面上に光半導体素子５が搭載されている。本発明において、本発明のリードフレームは、近紫外可視光域の反射特性に優れ、かつ耐食性および長期信頼性に優れた光半導体装置用リードフレームとなる。

前記導電性基体１は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄または鉄合金などを用いることができるが、放熱性に優れた基体としては、好ましくは銅、銅合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金からなる群から選ばれた金属または合金である。導電性基体１を銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることで、表層４を形成することが容易となり、コストダウンにも寄与できるリードフレームを提供することができる。また、これらリードフレームは導電率が良好であることと関連した特性である熱伝達率が良いことから放熱特性に優れており、光半導体素子が発光する際に発生する発熱（熱エネルギー）を、リードフレームを介してスムーズに外部に放出することができることによるものである。このことにより、発光素子の長寿命化および長期にわたる反射率特性の安定化が見込まれる。
また、本発明において「反射特性が良好」とは、波長４００ｎｍ以上の可視光領域において反射率が８０％以上、かつ波長４００ｎｍ未満の近紫外領域において反射率が３０％以上となることを意味する。なお、反射特性に関しては、波長４００ｎｍ以上の可視光領域において反射率が７０％以上であれば、用途により許容されることもある。

前記銀または銀合金からなる層２の厚さは、０．２〜５．０μｍであることが好ましく、１．０〜３．０μｍであることがさらに好ましい。この厚さは銀または銀合金からなる層２の被覆厚さを調整することで実現可能であり、必要以上に貴金属を使用することなく安価に製造することができる。ここで、前記銀または銀合金からなる層２は、厚さが薄すぎると反射率への寄与が十分ではなく、一方、厚すぎると効果が飽和しているため、コスト高になる。

前記銀または銀合金からなる層に用いる銀合金は、例えば、銀−錫合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、銀−ルテニウム合金、銀−金合金、銀−パラジウム合金、銀−ニッケル合金、銀−セレン合金、銀−アンチモン合金、銀−銅合金、銀−亜鉛合金、銀−ビスマス合金などがあげられ、銀−錫合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、銀−ルテニウム合金、銀−金合金、銀−パラジウム合金、銀−ニッケル合金、銀−セレン合金、銀−アンチモン合金および銀−銅合金からなる群から選ぶことが好ましい。

これらの合金は形成するのに比較的容易であり、また、純銀よりは劣るものの、可視光域で反射率として８０％以上を確保できるため、広い波長域の光に対して良好な反射特性を得ることができる。さらに、合金化することによって銀の硫化を生じにくくさせ、より一層の耐食性が維持される。なお、銀合金中の銀含有率が低くなりすぎると反射率が大幅に低下してしまうため、当該銀含有率は８０質量％以上であることが好ましい。

上記のように、最外層として、耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層４を耐食性に優れた金属成分の濃度を最表部において５０質量％以上、好ましくは６５質量％以上で形成することにより、銀または銀合金の長期信頼性を確保することができる。

本発明のリードフレームは、導電性基体１上に銀または銀合金からなる層２を形成したのち、表層４を形成した後、１００℃以上の温度でかつ表層４を形成する材料と銀または銀合金と固溶体を形成することが可能な温度を超えない温度範囲において加熱処理を施すことにより製造することができる。なお、前記銀または銀合金からなる層２は電気めっき法により形成することが好ましい。また、光半導体素子５としては、ＬＥＤ素子等の任意の光半導体素子を用いることができる。

図２は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの別の実施態様の概略断面図であり、図１に示す態様のリードフレームに対し、導電性基体１および銀または銀合金からなる層２との間に、中間層６が形成されている。
中間層６は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金からなる群から選ばれた金属または合金からなることが好ましい。
導電性基体１および銀または銀合金からなる層２との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅または銅合金からなる中間層６を設けることで、光半導体素子の発熱によって導電性基体を構成する材料が銀または銀合金からなる層へ拡散することによる反射率特性の劣化を防ぎ、長期にわたって信頼性の高い反射率特性を得ることができる。

図３は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図であり、光半導体素子５が搭載される部分にのみ表層４、固溶体層３、銀または銀合金からなる層２が形成されている様子を示している。本発明においてはこのように、黒色化してしまうと問題となる部分にのみに表層４、固溶体層３、銀または銀合金からなる層２を形成することも可能である。本実施態様において、中間層６は導電性基体１の全面に形成されているが、導電性基体１と銀または銀合金からなる層２との間に介在する形態であれば、部分的な形成であってもよい。
なお、図３中の説明において、特に言及しない符号については、図１または２における符号と同じ意味を表すこととする（以下の図においても同様である）。

図４は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図であり、図３に示す光半導体装置用リードフレームと同様、光半導体素子５が搭載される部分にのみ表層４、固溶体層３、銀または銀合金からなる層２が形成されており、さらに固溶体層３において表層４を構成する主たる金属成分が前記表層４側から前記銀または銀合金からなる層側２にかけて濃度分布を有しているものである。

図５は、図２に示す態様と同様の光半導体装置用リードフレームの概略断面図であり、リードフレーム両面に光半導体素子５を搭載している。この態様のように、片面だけでなく両面を使用して光半導体装置を構成することも可能である。

図６は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図であり、導電性基体１に凹部を設けてその凹部内側に光半導体素子５を搭載するものである。この実施形態のように、本発明の光半導体装置用リードフレームは、凹部を設けて集光性を向上させたようなリードフレーム形状にも適応することができる。

図７は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームのさらに別の実施態様の概略断面図であり、導電性基体１に凹部を設けてその凹部内側に光半導体素子５を搭載するものであり、なおかつその凹部にのみ表層４および固溶体層３が形成されている。凹部を有するリードフレームにおいても、このように、光半導体素子の発光する光の反射に寄与する部分にのみ層４および固溶体層３を設けることにより、適宜反射部のみの耐食性を向上させることもできる。

半導体装置用リードフレームの製造は任意の方法を用いることができるが、銀または銀合金からなる層２、表層４および中間層６は電気めっき法により形成することが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１として、厚さ０．３ｍｍ、幅５０ｍｍの表１に示す導電性基体に以下に示す前処理を行った後、以下に示す電気めっき処理を施すことにより、表１に示す構成の参考例１〜２８、本発明例１〜３、従来例１、および比較例１〜２のリードフレームを作成した。
各リードフレームの層構成は、参考例１〜５は導電性基体、銀または銀合金からなる層、固溶体層、表層の順に形成されたものであり、参考例６〜２８、本発明例１〜３および比較例１〜２では導電性基体、中間層、銀または銀合金からなる層、固溶体層、表層の順に形成されたものであり、従来例１は導電性基体、中間層、銀または銀合金層の順に形成されたものである。

なお、表１に示す、中間層厚、銀または銀合金層厚（「銀層厚」として示した）、表層厚は、平均値（任意の１０点の測定値の算術平均）としての厚さである。各層厚は、蛍光Ｘ線膜厚測定装置（ＳＦＴ９４００：商品名、ＳＩＩ社製）を用いて測定した。

また、導電性基体として用いられた材料のうち、「Ｃ１９４００」、「Ｃ１１０００」、「Ｃ２６８００」、「Ｃ５２１００」、および「Ｃ７７０００」は銅または銅合金基体を表し、Ｃの後の数値はＣＤＡ（ＣｏｐｐｅｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格による種類を示す。
また、「Ａ１１００」、「Ａ２０１４」、「Ａ３００３」、および「Ａ５０５２」はアルミニウムまたはアルミニウム合金基体を表し、Ａの後の数値はＪＩＳによる種類を示す。
また、「ＳＵＳ３０４」、および「４２アロイ」は鉄系基体を表し、「ＳＵＳ３０４」はＪＩＳ規定の当該種のステンレス鋼、「４２アロイ」は４２％Ｎｉ含有鉄合金を表す。

前処理としては、導電性基体のうち、銅基体、銅合金基体、および鉄系基体については、下記電解脱脂、次いで下記酸洗を行った。また、アルミニウム基体およびアルミニウム合金基体については、以下の電解脱脂、酸洗、亜鉛置換を行った。なお、銀または銀合金めっきを施す前に銀ストライクめっきを厚さ０．０１μｍで施した。

（前処理条件）
［電解脱脂］
脱脂液：ＮａＯＨ６０ｇ／リットル
脱脂条件：２．５Ａ／ｄｍ^２、温度６０℃、脱脂時間６０秒
［酸洗］
酸洗液：１０％硫酸
酸洗条件：３０秒浸漬、室温
［亜鉛置換］基体がアルミニウムの時に使用
亜鉛置換液：ＮａＯＨ５００ｇ／リットル、ＺｎＯ１００ｇ／リットル、酒石酸（Ｃ_４Ｈ_６Ｏ_６）１０ｇ／リットル、ＦｅＣｌ_２２ｇ／リットル
処理条件：３０秒浸漬、室温
［Ａｇストライクめっき］被覆厚０．０１μｍ
めっき液：ＫＡｇ（ＣＮ）_２５ｇ／リットル、ＫＣＮ６０ｇ／リットル、
めっき条件：電流密度２Ａ／ｄｍ^２、めっき時間５秒、温度２５℃

実施例１において使用した各めっきのめっき液組成およびめっき条件を以下に示す。
（めっき条件）
［Ａｇめっき]
めっき液：ＡｇＣＮ５０ｇ／リットル、ＫＣＮ１００ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ｃｕめっき］
めっき液：ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ２５０ｇ／リットル、Ｈ_２ＳＯ_４５０ｇ／リットル、ＮａＣｌ０．１ｇ／リットル
めっき条件：電流密度６Ａ／ｄｍ^２、温度４０℃
［Ｎｉめっき］
めっき液：Ｎｉ（ＳＯ_３ＮＨ_２）_２・４Ｈ_２Ｏ５００ｇ／リットル、ＮｉＣｌ_２３０ｇ／リットル、Ｈ_３ＢＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度５Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃
［Ｃｏめっき］
めっき液：Ｃｏ（ＳＯ_３ＮＨ_２）_２・４Ｈ_２Ｏ５００ｇ／リットル、ＣｏＣｌ_２３０ｇ／リットル、Ｈ_３ＢＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度５Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃

［Ａｕめっき］
めっき液：ＫＡｕ（ＣＮ）_２１４．６ｇ／リットル、Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_７１５０ｇ／リットル、Ｋ_２Ｃ_６Ｈ_４Ｏ_７１８０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度４０℃
［Ａｕ−Ｃｏめっき］Ａｕ−０．３％Ｃｏ
めっき液：ＫＡｕ（ＣＮ）_２１４．６ｇ／リットル、Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_７１５０ｇ／リットル、Ｋ_２Ｃ_６Ｈ_４Ｏ_７１８０ｇ／リットル、ＥＤＴＡ−Ｃｏ（ＩＩ）３ｇ／リットル、ピペラジン２ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度４０℃

［Ｐｄめっき］
めっき液：Ｐｄ（ＮＨ_３）_２Ｃｌ４５ｇ／リットル、ＮＨ_４ＯＨ９０ミリリットル／リットル、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４５０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ｓｎめっき］
めっき液：ＳｎＳＯ_４８０ｇ／リットル、Ｈ_２ＳＯ_４８０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度２Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ｉｎめっき］
めっき液：ＩｎＣｌ_３４５ｇ／リットル、ＫＣＮ１５０ｇ／リットル、ＫＯＨ３５ｇ／リットル、デキストリン３５ｇ／リットル
めっき条件：電流密度２Ａ／ｄｍ^２、温度２０℃

（固溶体層形成処理条件）
下記の条件で表１に記載のめっき処理を行った各サンプルに対して、残留酸素濃度１００ｐｐｍ以下のアルゴンガス雰囲気中で、１００℃で１２時間の加熱処理を行い、固溶体層を形成した。本処理において固溶体を形成後、表層の最表部をＡＥＳ測定装置において耐食性に優れた金属成分の濃度を確認したところ、耐食性に優れた金属成分の濃度はすべて５０質量％以上であった。

（評価方法）
得られた、本発明例、比較例、参考例、および従来例のリードフレームについて、下記試験および基準により評価を行った。その結果を表２に示す。
（１）反射率測定：分光光度計（Ｕ−４１００（商品名、株式会社日立ハイテクノロジーズ製））において、全反射率を３００ｎｍ〜８００ｎｍにかけて連続測定を実施した。このうち、３００ｎｍ、６００ｎｍ、および８００ｎｍにおける反射率（％）を表２に示す。
（２）固溶体層厚：ＡＥＳ測定装置（Ｍｏｄｅｌ−６８０（商品名、アルバック・ファイ株式会社製））において、深さ方向分析を実施、スパッタレートを厚さに換算して各層の厚さを算出した。
（３）耐食性：硫化試験（ＪＩＳＨ８５０２記載）、Ｈ_２Ｓ３ｐｐｍ、２４時間後の腐食状態について、レイティングナンバー（ＲＮ）評価を実施した。結果を表２に示す。なお、ここで、レイティングナンバーが９以上の場合は、光半導体素子（ＬＥＤ素子）を１００００時間点灯しても輝度の低下が数％程度と小さいことを意味する。
（４）硫化試験後の反射率測定：反射率測定：分光光度計（Ｕ−４１００（商品名、株式会社日立ハイテクノロジーズ製））において、全反射率を３００ｎｍ〜８００ｎｍにかけて連続測定を実施した。このうち、６００ｎｍにおいて、硫化試験前後の反射率を比較した値（％）を表２に示す。
（５）放熱性（熱伝導性）：導電性基材の導電率がＩＡＣＳ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｎｎｅａｌｅｄＣｏｐｐｅｒＳｔａｎｄａｒｄ）で１０％以上であるものを放熱性（熱伝導性）が高く、良であるとして「○」印とし、１０％未満であるものを放熱性（熱伝導性）が低く、不良であるとして「×」印とし、表２に示した。これは、導電率と熱伝導性はほぼ比例関係にあり、ＩＡＣＳで１０％以上の導電率があるものは熱伝導性がよく放熱性も高いと判断されるためである。なお、この項目は参考のために示すものであり、上記（１）〜（４）の各項目の評価を満足すれば、そのサンプルは用途を選択することにより実用上問題ない。
（６）曲げ加工性：作製したリードフレームにおいて、長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍのサンプルを、長さ方向が圧延方向と平行になるように切り出し、プレス機（日本オートマチックマシン株式会社製）で曲げ半径Ｒ＝０．５ｍｍで曲げ加工性を調べた。加工した試験片の最大曲げ加工部を、マイクロスコープ（株式会社キーエンス製）を用いて１７５倍に拡大して観察し、曲げ加工性を判定した。最大曲げ加工部を観察した結果、割れが存在しないものを「良」と判定して表に「○」印を付し、シワや軽微な割れが存在するものを「可」と判定して表に「△」印を付し、大きな割れが存在するものを「不良」と判定して表に「×」印を付して、それぞれ表２に示した。曲げ加工性の評価は、「可」以上の評価のものを実用レベルとした。なお、この項目は参考のために示すものであり、上記（１）〜（４）の各項目の評価を満足すれば、そのサンプルは用途を選択することにより実用上問題ない。

これらの結果から明らかなように、本発明例は、従来例よりも可視領域の反射率が若干低下する場合があるものの要求反射率を満足しており、かつ耐食性試験後の安定性が大変優れていることが分かる。特に銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金上に銀または銀合金からなる層を形成し、その上層に特定の被覆層を設けることで、特に３００ｎｍでの反射率が、従来の銀または銀合金からなる層のみを設けた場合には初期段階において数％レベルだったものが数十％レベルにまで改善した。このことは、近紫外域の反射率向上によりこれらの波長を利用した光半導体に適用できる。また、硫化試験後の反射率もほとんど低下することなく、耐食性に優れたリードフレーム材が得られていることが分かり、これを光半導体装置用リードフレームに適用すれば、きわめて優れた反射率特性と長期信頼性を示すことは明らかである。
参考例２５及び２６においては、放熱性において「×」評価であるが、放熱性が大きく必要とされない光半導体用リードフレームについては、適宜利用することが可能である。また、参考例２７においては、銀層厚が０．２μｍ未満であるため、反射率が不十分な箇所が見られるが、耐食性やその他の特性に関しては比較例１と比べても優れており、７０％程度の反射率が許容される光半導体用リードフレームについては、適宜利用することが可能である。
また、参考例２８においては、銀層厚が５．０μｍを超えているため、曲げ加工性において「×」評価であるが、その他の特性に関しては比較例１と比べても優れており、曲げ加工性が重視されない用途の光半導体用リードフレームについては、適宜利用することが可能である。

（実施例２）
実施例２として、厚さ０．３ｍｍ、幅５０ｍｍのＣ１９４００からなる銅合金からなる導電性基体に実施例１と同様の前処理および下地層にＮｉめっき１．０μｍ、Ａｇストライクめっき０．０１μｍ、Ａｇめっき３．０μｍの順にすべての例において処理を行った後、表層として参考例２９〜３１および比較例３および４は錫（Ｓｎ）めっき、参考例３２はインジウム（Ｉｎ）めっき、本発明例４および比較例５は金（Ａｕ）めっき、本発明例５および比較例６はパラジウム（Ｐｄ）めっきで、すべての被覆厚０．０２μｍで電気めっき処理を行い、参考例２９〜３２、本発明例４〜５のリードフレームを作成した。なお、実施例２においては固溶体層形成の状態を調整するために、表３に示すように熱処理温度を１００〜３００℃、加熱処理時間を１〜２４時間の間で各々適宜調整した。その後、表層に形成した金属成分の深さ方向における濃度（質量％）の変化を実施例１と同様にＡＥＳ測定装置において測定した結果を表４に示す。なお、表４において表層金属の濃度が０の部分は、その部分において、表層金属と銀または銀合金の間で固溶体が形成されておらず、銀または銀合金のままの状態であることを示す。また、これらの数値は特定の深さにおける元素の分析濃度検出値であるので、すべての数値の合計が必ずしも１００％となる必要はないことはいうまでもない。さらに、これらのサンプルについて行った耐食性の評価結果を表５に示す。

この結果から明らかなように、本発明例は表層における耐食性に優れた金属の含有率が本発明で規定する割合を満たすものであるため、耐食性が十分な値を示していることがわかる。これに対し、比較例３では表層における耐食性に優れた金属の含有率が少なすぎるため耐食性が不足していることが分かる。また、さらに表層が消失し、深さ方向の濃度分布を持たないすべて固溶体となっている比較例４〜６も同様に耐食性が劣ることが分かる。この結果から、耐食性に優れた皮膜成分が本発明で規定する特定の割合で残存し、かつ濃度分布を有することで、耐食性に優れた光半導体用リードフレームが提供できることは明白である。

本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。

本願は、２００８年１２月２６日に日本国で特許出願された特願２００８−３３２７３２に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。

１導電性基体
２銀または銀合金からなる層
３固溶体層
４表層
５光半導体素子
６中間層

Claims

導電性基体上に銀または銀合金からなる層が形成され、最外層として耐食性に優れた金属またはその合金からなる表層を有し、その表層の耐食性に優れた金属成分の濃度は、前記表層の最表部において５０質量％以上であって、かつその被覆厚が０．００１〜０．２５μｍであり、該表層と前記銀または銀合金からなる層との間には、前記表層の主成分である金属材料と銀との固溶体層が形成され、前記表層の耐食性に優れた金属またはその合金は、金、金合金、パラジウム、およびパラジウム合金からなる群から選ばれた半導体装置用リードフレームであって、
前記固溶体層は、前記表層を形成する主たる金属成分を含み、かつ該金属成分は前記表層側から前記銀または銀合金からなる層側にかけて濃度分布を有し、前記金属成分の前記固溶体層における濃度分布は、前記表層側が高く、該表層と前記銀または銀合金からなる層側が低く、前記の被覆された最表層金属量のうち５〜５０質量％が、前記銀または銀合金からなる層に拡散して前記固溶体層が形成されたことを特徴とする光半導体装置用リードフレーム。
前記導電性基体は、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置用リードフレーム。
前記導電性基体と前記銀または銀合金からなる層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、および銅合金からなる群から選ばれた金属または合金からなる中間層が少なくとも１層形成されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
前記銀または銀合金からなる層の厚さが０．２〜５．０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
前記表層は、常温で銀または銀合金と固溶体を形成することが可能な材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
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リードフレームの製造方法であって、前記銀または銀合金層の表面に、前記表層を形成した後、１００℃以上の温度でかつ表層を形成する材料と銀または銀合金と固溶体を形成することが可能な温度を超えない温度範囲において加熱処理を施し、表層を形成する材料を銀または銀合金からなる層の内部に拡散させることを特徴とする光半導体装置用リードフレームの製造方法。
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リードフレームの製造方法であって、前記銀または銀合金からなる層を電気めっき法により形成することを特徴とする、光半導体装置用リードフレームの製造方法。
請求項３に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法であって、前記銀または銀合金からなる層および前記中間層を電気めっき法により形成することを特徴とする、光半導体装置用リードフレームの製造方法。
少なくとも光半導体素子を搭載する箇所に請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光半導体装置用リードフレームを用いたことを特徴とする光半導体装置。