JP5602578B2 - Led用リードフレーム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係るLED用リードフレーム(以下、リードフレーム)について、図1を参照して説明する。本発明に係るリードフレーム1は、例えば図2および図3に示す発光装置10に組み込んだときに、光源であるLED素子にこのLED素子を発光させる駆動電流を供給するための配線であり、かつ、LED素子の発光した光を反射させる反射板である。
基板11は、銅または銅合金からなり、リードフレーム1の形状に成形される。銅合金としては、銅を主成分とし、Ni,Si,Fe,Zn,Sn,Mg,P,Cr,Mn,Zr,Ti,Sb等の元素の1種または2種以上を含有する合金、例えばCu−Fe−P系銅合金を用いることができる。基板11の板厚は特に限定されないが、形状と同様に、発光装置の形状および形態等に応じて決定され、圧延等により、この所要の厚さの素板(圧延板)とし、これをプレス加工やエッチング加工等により所要の形状に成形することによって製造することができる。
本発明に係るリードフレーム1において、Agめっき膜13は、発光装置としたときにLED素子から照射される光を反射する役割を有する。Ag膜はスパッタリング法等の物理蒸着によっても成膜できるが、物理蒸着による膜は、厚く形成されても下地の表面形状が膜の表面形状に保持される。すなわち、Agめっき膜13は、基板11の表面の凹凸を埋めるように形成されて表面が平滑になるため、Agの有する高反射率だけでなく、リードフレーム1の反射面を平滑にして反射率をいっそう高くする。さらに、Agめっき膜13は結晶粒径が比較的大きく、熱によりAgが凝集することを抑制する作用(耐凝集性)が得られる。
金属酸化膜15は、Agめっき膜13上の、リードフレーム1の最表面に設けられ、発光装置としたときに、Agめっき膜13のAgが大気や封止樹脂に含まれるハロゲンイオンや硫黄と反応して黒褐色化や凝集することを防止し、かつAgめっき膜13からAgが封止樹脂に拡散することを防止するための保護膜としての役割を有する。金属酸化膜15は、Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選択される1種の金属の酸化膜または2種以上の合金の酸化膜である。
リードフレーム1Bにおいて、Niめっき膜12は基板11の表面に形成されてAgめっき膜13の下地として設けられる。NiはCuの熱による拡散を抑制する効果(耐Cu拡散性)がAgよりも高いため、Niめっき膜12は、リードフレーム1Bが発光装置10として使用したときの熱により基板11からCuが当該Niめっき膜12を経由してAgめっき膜13へ拡散することを抑制する。その結果、リードフレーム1よりもAgめっき膜13の膜厚を薄くしても、Agめっき膜13の表面までCuが到達して当該Agめっき膜13の表面が変色して反射率が低下することを防止できる。Niめっき膜12による耐Cu拡散性すなわち耐熱性を十分に得るために、Niめっき膜12の膜厚は好ましくは0.5μm以上、より好ましくは0.8μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。
リードフレーム1は、表面(金属酸化膜15が形成された側の表面)の二乗平均粗さRrms(Root Mean Square Roughness:粗さの二乗平均平方根値)を30nm以下とする。本発明において表面の平滑性を表す指標として用いる二乗平均粗さRrmsは、下式(1)で表される値であり、表面に存在する凹凸の表面高さの標準偏差である。したがって、例えば算術平均粗さRaが同等であっても、高い突起や深い谷が多い表面ほどRrmsは大きくなる。すなわち、Rrmsが大きいほど表面の凹凸が激しいことを示し、そのような表面に入射した光は拡散反射による反射が多くなって正反射率が減少する。リードフレーム1において、表面の正反射率が低く、拡散反射による反射が多いと、発光装置としたときに光の取出し効率が低下する。具体的にはRrmsが30nmを超えると、発光装置としたときに十分な照明光が得られない場合がある。反対に、Rrmsが小さいほど表面が平滑となって正反射率が向上し、発光装置としたときの光の取出し効率が向上する。したがって、本発明に係るリードフレーム1の表面のRrmsは、30nm以下とし、好ましくは25nm以下、より好ましくは20nm以下である。
具体的には、例えば、原子間力顕微鏡を用いて、任意の領域について表面高さ(Zji)を測定して、式(1)によってRrmsを算出することができる。好ましくは、複数の領域について測定し、その平均値を適用する。
本発明に係るリードフレームは、前記の構成を形成できる方法であれば特に制限されず、いずれの方法により製造してもよい。例えば、図1(a)に示すリードフレーム1は、基板11を作製する基板作製工程S1、基板11にAgめっき膜13を形成するAgめっき工程S3、そして、Agめっき膜13表面に金属酸化膜15を形成する金属酸化膜形成工程S4を含む方法によって製造することができる。また、図1(b)に示すリードフレーム1Bは、Agめっき工程S3の前に、基板11にNiめっき膜12を形成するNiめっき工程S2をさらに行う方法によって製造することができる(図示省略)。なお、各工程には説明のために符号を付す。以下に、リードフレーム1Bの製造方法の一例を説明する。
基板作製工程S1は、材料の銅または銅合金を連続鋳造して鋳造板(例えば、薄板鋳塊)を製造し、次に、焼鈍、冷間圧延、中間焼鈍および時効処理、さらに、仕上げ圧延、研磨等の工程を経て、所要の厚さの素板を製造する。この素板をプレス加工等により所要の形状に成形して基板11を得ることができる。
Niめっき膜12の成膜に際して、予め基板11を脱脂液による脱脂、電解脱脂、および酸溶液によって前処理を行うことが好ましい。前処理は、例えば、基板11を、脱脂液に浸漬して脱脂した後、対極をステンレス304として、リードフレーム側がマイナスとなるようにして直流電圧を印加して30秒間程度電解脱脂を行い、さらに、10%硫酸水溶液に10秒程度浸漬することによって行うことができる。
Agめっき膜13は、例えば、シアン浴、チオ硫酸塩浴等の公知のめっき浴を用い、Ag(純度99.99%)板を対極とし、電流密度5A/dm2、めっき浴温度15℃等の条件で電気めっきを行うことによって成膜することができる。また、光沢剤を添加しためっき浴を用いて光沢Agめっき膜とすることもできる。この電気めっきにおいては、Niめっき工程S2と同様に、電流密度やめっき通板速度(めっき時間)等を調整することによって、所望の膜厚のAgめっき膜13を得ることができる。また、Niめっき工程S2の後にAgめっき工程S3を行う場合においては、Niめっき工程S2にてNiめっき膜12を成膜(Niめっき)した後の基板11をめっき浴から引き上げて水洗し、表面を乾燥させることなく、連続して行うことが好ましい。したがって、Niめっき工程S2にてマスキングした場合は、基板11のNiめっき膜12を形成した領域と同じ領域に、すなわちNiめっき膜12の表面全体にAgめっき膜13が形成される。
金属酸化膜形成工程S4では、スパッタリング法を用いてAgめっき膜13表面に金属酸化膜15を形成するが、Agめっき膜13と金属酸化膜15との密着性をよくするために、成膜前に、Agめっき膜13にArイオンビームを照射したり、Ar雰囲気中で高周波を印加することにより、Agめっき膜13表面に存在する汚れを除去してもよい。まず、成膜する金属酸化膜15の組成に合わせて組成が調整された金属酸化物ターゲットをスパッタリング装置の電極に設置し、Agめっき膜13を形成した基板11をスパッタリング装置のチャンバー内に載置する。次に、チャンバー内を1.3×10-3Pa以下の圧力まで真空排気した後、チャンバー内にArガスを導入して、チャンバー内圧力を所定の圧力、例えば2×10-2Pa程度に調整する。そして、イオンガンに所定の放電電圧を印加してArイオンを発生させ、さらに所定の加速電圧とビーム電圧を印加することにより、ArイオンビームをAgめっき膜13に照射する。その後、チャンバー内にArガスを導入しながら、チャンバー内の圧力を0.27Pa程度に調整し、金属酸化物ターゲットに直流電圧(出力100W)を印加することによりスパッタリングを行って、金属酸化膜15を成膜する。なお、この方法による場合は、ピンホールが形成されないように、金属酸化膜15の膜厚を2nm超とする。
次に、本発明に係るリードフレームを組み込んだ発光装置についてその一例を説明する。発光装置10は、前記した通り、一般的な表面実装型の発光装置である。図2および図3に示すように、発光装置10においては、本発明に係るリードフレーム1(またはリードフレーム1B)は帯状の一対のリードフレーム1a,1bとして、凹状のLED素子実装部22が形成されたカップ状の樹脂成形体2により支持される。詳しくは、リードフレーム1a,1bは、それぞれが樹脂成形体2の外側からLED素子実装部22内側へ貫通して、金属酸化膜15が形成された側の面を上にしてLED素子実装部22の底面に配設されている。そして、LED素子実装部22の底面における略中央に載置されるように、リードフレーム1a上に、LED素子(図中では「LED」と記載する。)が接着されている。LED素子は、その電極が、LED素子実装部22において一対のリードフレーム1a,1b(インナーリード部)にボンディングワイヤ(ワイヤ)で接続されている。また、LED素子実装部22内は、透明な封止樹脂(図示省略)が充填されて封止されている。
下記のようにして、図1(a)、(b)に示す積層構造のリードフレーム1,1Bの試料を、Niめっき膜の膜厚、Agめっき膜の膜厚、ならびに金属酸化膜の成分および膜厚を変化させて作製した。
厚さ0.1mmのCu−Fe−P系銅合金板(KLF194H、(株)神戸製鋼所製)を、プレス加工して、図4(a)に示す形状の基板(基板11A)を作製した。この基板の表面の二乗平均粗さRrmsを後記の方法で測定したところ、70nmであった。
前記基板を、めっき前処理として、脱脂液に浸漬して、対極をステンレス304として、基板側がマイナスとなるようにして直流電圧を印加して30秒間電解脱脂を行った後、10%硫酸水溶液に10秒浸漬した。
前処理後の基板の表面(全面)に、下記成分、液温50℃のワット浴で、対極をNi板とし、電流密度:5A/dm2で、光沢Niめっきを施して、表1に示す膜厚のNiめっき膜を形成し、Niめっき浴から引き上げて水洗した。
Niめっき浴成分
硫酸Ni:250g/L
塩化Ni: 40g/L
硼酸 : 35g/L
添加剤A: 3ml/L
添加剤B:10ml/L
前処理後の基板、または前記Niめっき膜を形成した基板に、下記の方法で表1に示す膜厚および組成のAgめっき膜を形成した。
Agめっき浴成分
シアン化銀カリウム(I):50g/L
シアン化カリウム :40g/L
炭酸カリウム :35g/L
添加剤C :3ml/L
Agめっきを施した基板に、下記の方法で金属酸化膜を形成した。Agめっき膜またはNi/Agめっき膜を形成した基板を、表1に示す金属酸化膜用の金属ターゲット(直径10.16cm(4インチφ)×厚さ5mm)を設けたスパッタリング装置のチャンバー内に配置した。次に、真空ポンプでチャンバー内圧力が1.3×10-3Pa以下となるように真空排気した後、Arガスをチャンバー内に導入してチャンバー内圧力を0.27Paに調整した。この状態で、前記金属ターゲットに直流電圧(出力100W)を印加してスパッタリングを行い、Agめっき膜の上に膜厚を変化させて金属膜を成膜し、チャンバーから取り出して大気中で金属膜を酸化させて金属酸化膜として、リードフレーム1の試料を作製した。
得られたリードフレームの試料について、下記の方法で、金属酸化膜の膜厚を測定し、表面(金属酸化膜を形成した側の面、以下同じ)の二乗平均粗さRrmsを測定した。また、表面の正反射率を測定し、耐熱性および耐硫化性を評価した。結果を表1に示す。
金属酸化膜の膜厚は、X線光電子分光分析(XPS)を行って測定した。試料の表面について、全自動走行型X線光電子分光分析装置(Physical Electronics社製Quantera SXM)を用いて、表1に示す金属酸化膜に含まれる金属元素および酸素元素O、ならびにAgの各濃度を、表面から深さ方向へ測定した。測定条件は、X線源:単色化Al−Kα、X線出力:43.7W、X線ビーム径:200μm、光電子取出し角:45°、Ar+スパッタ速度:SiO2換算で約0.6nm/分とした。金属酸化膜に含まれる金属元素の濃度が、最高濃度の1/2まで減少した深さを金属酸化膜の膜厚とした。
原子間力顕微鏡(AFM)(SPI−4000、SII社製)を用いて、任意の3箇所の領域について表面の二乗平均粗さRrmsを測定した。測定条件は、たわみ量:−1.0、Iゲイン:0.2、Pゲイン:0.1、走査エリア:10μm×10μm、走査周波数:1Hzとした。得られた3箇所の測定値から平均値を算出した。
自動絶対反射率測定システム(日本分光株式会社製)を用いて、入射角5°、反射角5°の条件で、波長250〜850nmまでの分光反射率を測定することにより正反射率を求め、70%以上のものを合格とした。
耐熱試験として、試料を、恒温槽内で150℃で6時間加熱し、引き続き260℃で5分間加熱した。試験後、前記と同様の方法で表面の正反射率を測定し、耐熱試験による正反射率の低下が5ポイント未満のものを合格とした。
耐硫化試験として、硫化水素濃度3ppm、温度40℃、湿度80%に調整したチャンバー内に、試料を96時間暴露した。試験後、前記と同様に正反射率を測定し、耐硫化試験による正反射率の低下が20ポイント未満のものを合格とした。
11,11A 基板
12 Niめっき膜
13 Agめっき膜
14 Ni/Agめっき膜
15 金属酸化膜
Claims (2)
- 銅または銅合金からなる基板と、この基板上の少なくとも片面側に形成された膜厚0.6μm以上8μm以下のAgめっき膜と、を備え、
さらに前記Agめっき膜上に、V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選択される1種の金属または2種以上からなる合金のいずれかの金属酸化膜を膜厚0.5nm以上15nm以下で形成されて備え、
前記金属酸化膜を備えた側の表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とするLED用リードフレーム。 - 銅または銅合金からなる基板と、この基板上の少なくとも片面側に形成された膜厚0.5μm以上のNiめっき膜と、このNiめっき膜上に形成された膜厚0.2μm以上のAgめっき膜と、を備えて、前記Niめっき膜と前記Agめっき膜の膜厚の合計が8μm以下であり、
さらに前記Agめっき膜上に、V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選択される1種の金属または2種以上からなる合金のいずれかの金属酸化膜を膜厚0.5nm以上15nm以下で形成されて備え、
前記金属酸化膜を備えた側の表面の二乗平均粗さが30nm以下であることを特徴とするLED用リードフレーム。
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