JPWO2010071182A1 - 光半導体装置用リードフレーム及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2に記載の技術のように結晶粒径を0.5μm以上に形成すると、確かに可視光域での反射率には若干の改善が見られたが、400nm以下の波長に対しては特許文献1に記載の技術と同じ現象が見られ、紫外域における反射率の低下は避けられなかった。また、熱処理により上記結晶粒径に調整すると、残留酸素の影響により銀が酸化し、逆に反射率が低下してしまい反射率改善に十分な効果が得られないことが推測される。
さらに、特許文献2には、表層銀膜の下地材料の表面粗さについて最大高さRyを0.5μm以上としたものが記載されているが、光の反射現象を構成するのは下地部分の粗度ではなく、最表層近傍の粗度が影響を与える。このため、基体や下地めっきの上に反射層を構成するめっきや蒸着などで銀膜が形成されるので、下地の粗さを規定しても意味をなさない可能性がある。また、Ryでは粗さの最大値と最小値の差を意味し、表面のある特定の箇所のみの凹凸、例えば線状に形成された傷などの微小部の数値を意味してしまう可能が高く、反射に依存する全体的な範囲の粗度を示すものではないことから、反射層の特性を示すパラメータとして適していない場合がある。
また、特許文献3に記載のリードフレームでは、光半導体装置に重要な反射特性を、特に重要な可視光域を含む、例えば波長400〜800nmの反射率をロジウムでは銀よりも20%以上低下させてしまうため、単純にロジウムを薄く被覆しただけでは青色系や白色系の光半導体装置には反射率の要求特性を満たせていなかった。
(1)基体上に純銀からなる純銀層が形成された光半導体装置用リードフレームであって、該純銀層の算術平均高さRaが0.001〜0.2μmであって、かつその表面に、硫化腐食に対する耐食性に優れた金属材料からなる平均膜厚0.001μm以上0.2μm以下の皮膜が形成されていることを特徴とする、光半導体装置用リードフレーム、
(2)前記基体は、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からなることを特徴とする(1)項記載の光半導体装置用リードフレーム、
(3)前記基体および前記純銀層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、およびまたは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)または(2)項記載の光半導体装置用リードフレーム、
(4)前記純銀層の厚さが0.2〜5.0μmであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(5)前記皮膜を形成する金属材料が、金、金合金、銀合金、白金、白金合金、ロジウム、ロジウム合金、インジウム、およびインジ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ことを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(6)前記皮膜を形成する金属材料が、銀−銅合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、および銀−金合金、からなる群から選ばれた銀合金であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(7)(1)〜(6)のいずれか1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、前記純銀層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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、および、
(8)(3)〜(6)のいずれか1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、前記純銀層、前記中間層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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
を提供するものである。
また、本発明の製造方法は、LED・フォトカプラ・フォトインタラプタなどに使用される光半導体装置用リードフレームとして好適な、光の波長が紫外域の300nmから近赤外域の800nmにおける反射特性の良好で、さらには放熱性、耐食性(特に硫化腐食に対する耐食性)、反射率の長期安定性に優れたリードフレームを製造することができる。
図1に示すように、本実施態様のリードフレームは、基体1上に純銀からなる純銀層2が形成され、その純銀層2の表層に、耐食性に優れた金属材料からなる皮膜3が形成されている。本発明において、純銀層2の算術平均高さRaは0.001〜0.2μmで形成されており、皮膜3の厚さは0.001μm以上0.2μm以下である。本発明のリードフレームは、可視光域の反射特性に優れ、かつ耐食性(特に硫化腐食に対する耐食性)および耐マイグレーション性に優れた光半導体装置用リードフレームとなる。
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、皮膜を形成するのが容易であり、コストダウンにも寄与できるリードフレームが提供できる。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、発光体が発光する際に発生する熱エネルギーを、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、発光素子の長寿命化及び長期にわたる反射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」とは反射率が波長300〜400nmにおいて30%以上、かつ波長400〜800nmにおいて70%以上を示すことを意味する。
なお、Raの制御方法としては、純銀めっき液への添加剤やめっき時の電流密度により適宜調整可能である。
銀の反射率をより有効に活用できるのは銀合金であり、比較的に安価に製造できる。特に上記合金が形成するのに比較的容易であり、防錆処理効果が高く反射特性も良好である。
皮膜3の形成箇所は、光半導体チップ4が搭載される箇所に少なくとも形成されている必要がある。言い換えると、光半導体チップ4が搭載される場所以外には皮膜3が形成されている必要はない。これは、光半導体チップ4の搭載部にのみ皮膜3を形成することで、反射板として作用する純銀層2の変色が防止できれば反射特性に大きく影響を与えないものであるためであり、例えば樹脂をモールドする箇所は最表層が純銀層3であっても良い。このため、形成される皮膜3は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、環境に易しく省コストな光半導体用リードフレームが提供できる。
また、半導体チップ4としては、LED素子等などの任意の光半導体を用いることができる。
中間層5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。
純銀層2と基体1との間にニッケルまたはニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金、銅または銅合金からなる中間層5を設けることで、発光素子の発熱によって基体の拡散による反射特性の劣化を防ぎ、反射特性が長期にわたってより信頼性の高いものとなる。
厚さ0.3mm、幅50mmの表1に示す基体に下記前処理を行った後、下記電気めっき処理により、表1に示す構成の本発明例1〜39、従来例1および比較例1、2のリードフレームを得た。
各リードフレームの層構成は、本発明例1〜6では基体、純銀層、最表層皮膜の順に形成されたものであり、従来例1は基体、下地層、純銀層の順に形成されたものであり、本発明例7〜39、および比較例1、2では基体、下地層、純銀層、最表層皮膜の順に形成されたものである。また、純銀層は下記Agめっき条件によりすべての例において厚さ1μmで形成されたものであり、最表層皮膜形成前に表面粗度を接触式表面粗さ計(サーフコーダ SE−30H(商品名):(株)小坂研究所製)で測定したところ、算術平均高さRa=0.12μmであった。
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」は鉄合金基体を表し、「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。
(前処理条件)
[電解脱脂]
脱脂液:NaOH 60g/リットル
脱脂条件:2.5 A/dm2、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:NaOH 500g/リットル、ZnO 100g/リットル、酒石酸(C4H6O6) 10g/リットル、FeCl2 2g/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)2 5g/リットル、KCN 60g/リットル、
めっき条件:電流密度 2A/dm2、めっき時間 4秒、温度 25℃
[Agめっき]被覆厚1.0μm
めっき液:AgCN 50g/リットル、KCN 100g/リットル、K2CO3 30g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 30℃、処理時間 96秒
[Niめっき]
めっき液:Ni(SO3NH2)2・4H2O 500g/リットル、NiCl2 30g/リットル、H3BO3 30g/リットル
めっき条件:電流密度 5A/dm2、温度 50℃
[Coめっき]
めっき液:Co(SO3NH2)2・4H2O 500g/リットル、CoCl2 30g/リットル、H3BO3 30g/リットル
めっき条件:電流密度 5A/dm2、温度 50℃
[Cuめっき]
めっき液:CuSO4・5H2O 250g/リットル、H2SO4 50g/リットル、NaCl 0.1g/リットル
めっき条件:電流密度 6A/dm2、温度 40℃
めっき液:InCl3 45 g/リットル、KCN 150g/リットル、KOH 35g/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/dm2、温度 20℃
[Auめっき]
めっき液:KAu(CN)2 14.6g/リットル、C6H8O7 150g/リットル、K2C6H4O7 180g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 40℃
[Au−Coめっき]Au−0.3%Co
めっき液:KAu(CN)2 14.6g/リットル、C6H8O7 150g/リットル、K2C6H4O7 180g/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/dm2、温度 40℃
[Ag−Cu合金めっき]Ag−20%Cu
めっき液:AgCN 2.5g/リットル、CuCN 70g/リットル、KCN 60g/リットル、K2CO3 20g/リットル
めっき条件:電流密度 0.5A/dm2、温度 50℃
[Ag−In合金めっき]Ag−10%In
めっき液:KCN 100g/リットル、NaOH 50g/リットル、AgCN 10g/リットル、InCl3 20g/リットル
めっき条件:電流密度 2A/dm2、温度 30℃
めっき液:Pt(NO2)2(NH3)2 10g/リットル、NaNO2 10g/リットル、NH4NO3 100g/リットル、NH3 50ミリリットル/リットル
めっき条件:電流密度 5A/dm2、温度 90℃
[Rhめっき]
めっき液:RHODEX(商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース(株)製)
めっき条件:1.3A/dm2、温度 50℃
[Snめっき]
めっき液:SnSO4 80g/リットル、H2SO4 80g/リットル
めっき条件:電流密度 2A/dm2、温度 30℃
[Ni−P合金めっき]Ni−3%P
めっき液:NiSO4 20g/リットル、NaH2PO2 25g/リットル、C3H6O3 25g/リットル、C3H6O2 3g/リットル
めっき条件:無電解めっき、温度 90℃
めっき液:Pd(NH3)2Cl2 45g/リットル、NH4OH 90ミリリットル/リットル、(NH4)2SO4 50g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 30℃
[Pd−Ni合金めっき]Pd−20%Ni
めっき液:Pd(NH3)2Cl2 40g/リットル、NiSO4 45g/リットル、NH4OH 90ミリリットル/リットル、(NH4)2SO4 50g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 30℃
[Ag−Pd合金めっき]Ag−10%Pd
めっき液:KAg[CN]2 20g/リットル、PdCl2 25g/リットル、K4O7P2 60g/リットル、KSCN 150g/リットル
めっき条件:電流密度 0.5A/dm2、温度 40℃
[Ruめっき]
めっき液:RuNOCl3・5H2O 10g/リットル、NH2SO3H 15g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 50℃
(1)反射率:分光光度計((株)日立ハイテクノロジーズ製、商品名:U−4100)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、500nm、および800nmにおける反射率(%)を表2に示す。ここで、波長300nmの反射率が30%以上、波長500nm及び800nmの反射率が70%以上を実用レベルと判断した。
(2)耐食性:硫化試験(JIS H 8502記載)、H2S 3ppm、24h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。ここで、耐食性が良好なレベルとして、RNが9以上で長期信頼性が良好であると判断した。
(3)放熱性(熱伝導性):基材の導電率がIACS(International Annealed Copper Standard)で10%以上であるものを熱伝導性が高いとして「○」とし、10%未満であるものを熱伝導性が低いとして「×」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。なお、この評価は参考評価であって、熱伝導性が低いものであっても、実用性を否定するものではない。
表2に示される結果から明らかなように、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金上に純銀層を設け、その上層に耐食性に優れた金属材料からなる皮膜を本発明で規定する厚さの範囲内で設けることで、反射特性、特に300nmでの反射率が、従来の銀では数%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、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、最表層の皮膜の厚さが厚すぎると、光が純銀層まで到達することができないので最表層の光学特性が強まるため、純銀の可視広域における良好な反射特性を消失してしまい、実用レベルである70%を割ってしまうことが分かる。
放熱特性に関しては、導電率の良好な金属またはその合金をリードフレーム基体として利用すると、鉄または鉄合金(本発明例38、39)などと比較して良好である。なお、本発明例38、39のリードフレームは、放熱性よりも機械的強度が求められる用途に適している。
厚さ0.15mm、幅30mmのC19400からなる銅合金上に、下地層としてニッケルめっき層を1.0μm、その上層に純銀層を形成し、最表層としてPtめっき層を表3に示す厚さで形成し、本発明例40〜63および比較例3〜7のリードフレームを得た。それぞれのめっき手順や液組成は実施例1の手順と同様であり、純銀層の形成については光沢銀めっき及び無光沢銀めっきを用いた。また、純銀層のRaおよびめっき厚を調整するに当たり、光沢銀めっきおよび無光沢銀めっきにおいて、電流密度を0.1〜10A/dm2の条件で調整した。また、純銀層のRaは実施例1と同様、接触式表面粗さ計(サーフコーダ SE−30H(商品名):(株)小坂研究所製)により測定した。
めっき液:AgCN 50g/リットル、KCN 100g/リットル、K2CO3 30g/リットル、Na2S2O3 5g/リットル
めっき条件:電流密度 2〜10A/dm2、温度 30℃
[無光沢Agめっき]
めっき液:AgCN 50g/リットル、KCN 100g/リットル、K2CO3 30g/リットル
めっき条件:電流密度 0.1〜5A/dm2、温度 30℃
2 純銀層
3 耐食性に優れた金属材料からなる皮膜
4 光半導体チップ
5 中間層
(1)基体上に純銀からなる純銀層が形成された光半導体装置用リードフレームであって、該純銀層の算術平均高さRaが0.001〜0.2μmであって、かつその表面に、硫化腐食に対する耐食性に優れた金属材料からなる平均膜厚0.001μm以上0.2μm以下であり前記光半導体チップが直接搭載される皮膜が形成されており、前記皮膜を形成する金属材料が、金、金合金、銀合金、白金、白金合金、ロジウム、ロジウム合金、インジウム、およびインジ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)前記基体は、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からなることを特徴とする(1)項記載の光半導体装置用リードフレーム、
(3)前記基体および前記純銀層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、およびまたは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)または(2)項記載の光半導体装置用リードフレーム、
(4)前記純銀層の厚さが0.2〜5.0μmであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(5)前記皮膜を形成する金属材料が、銀−銅合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、および銀−金合金、からなる群から選ばれた銀合金であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(6)(1)〜(5)のいずれか1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、前記純銀層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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、および、
(7)(3)〜(5)のいずれか1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、前記純銀層、前記中間層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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
を提供するものである。
(1)基体上に純銀からなる純銀層が形成された光半導体装置用リードフレームであって、
該純銀層の算術平均高さRaが0.001〜0.2μmであり、かつその表面に、硫化腐食に対する耐食性に優れた金属材料からなる平均膜厚0.001μm以上0.2μm以下であり前記光半導体チップが直接搭載される皮膜が形成されており、
前記皮膜を形成する金属材料が、金、金合金、銀合金、白金、白金合金、ロジウム、ロジウム合金、インジウム、およびインジウム合金からなる群から選ばれた金属または合金であり、
JIS H 8502に規定する硫化水素ガス濃度3ppm、24時間後のレイティングナンバーが9以上であることを特徴とする、光半導体装置用リードフレーム、
(2)前記基体は、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からなることを特徴とする(1)項記載の光半導体装置用リードフレーム、
(3)前記基体および前記純銀層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、およびまたは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)または(2)項記載の光半導体装置用リードフレーム、
(4)前記純銀層の厚さが0.2〜5.0μmであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(5)前記皮膜を形成する金属材料が、銀−銅合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、および銀−金合金、からなる群から選ばれた銀合金であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム、
(6)(1)〜(5)のいずれか1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、前記純銀層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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、および、
(7)(3)〜(5)のいずれか1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、前記純銀層、前記中間層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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
を提供するものである。
Claims (8)
- 基体上に純銀からなる純銀層が形成された光半導体装置用リードフレームであって、該純銀層の算術平均高さRaが0.001〜0.2μmであって、かつその表面に、硫化腐食に対する耐食性に優れた金属材料からなる平均膜厚0.001μm以上0.2μm以下の皮膜が形成されていることを特徴とする、光半導体装置用リードフレーム。
- 前記基体は、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からなることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置用リードフレーム。
- 前記基体および前記純銀層との間に、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または2記載の光半導体装置用リードフレーム。
- 前記純銀層の厚さが0.2〜5.0μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
- 前記皮膜を形成する金属材料が、金、金合金、銀合金、白金、白金合金、ロジウム、ロジウム合金、インジウム、およびインジ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ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
- 前記皮膜を形成する金属材料が、銀−銅合金、銀−インジウム合金、銀−ロジウム合金、および銀−金合金、からなる群から選ばれた銀合金であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレームを製造する方法であって、前記純銀層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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3〜6のいずれか1項に記載の光半導体装置用リードフレームを製造する方法であって、前記純銀層、前記中間層および前記皮膜が電気めっき法により形成され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。
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