JP5950563B2 - 光半導体装置用リードフレーム、光半導体装置用リードフレームの製造方法、および光半導体装置 - Google Patents
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Description
リードフレームを用いたLEDの場合、銅条などの素材をプレスやエッチング加工により、抜き形状とした後にAgやAu/Pdなどのめっきが施されて使用される。
さらに、白色光を用いる照明用やバックライト向けのLEDにおいても、演色性の観点から、従来用いられていた青色LED素子と黄色蛍光体に代えて、近紫外・紫外LED素子とRGB蛍光体(赤色、緑色、青色)を用いる手法が開発されている。この手法において、光半導体装置の反射材には、近紫外域(波長340〜400nm)および可視光域(波長400〜800nm)における反射率が高いことが求められる。
(1)導電性基体の最表面の、少なくとも片面もしくは両面に、一部もしくは全面に反射層を具備してなる光半導体装置用リードフレームであって、前記反射層が、少なくとも光半導体素子が発する光を反射する領域の最表面において、銀または銀合金からなるめっき組織の少なくとも表面が圧延変形組織であり、前記光半導体装置用リードフレームの圧延加工面が、光半導体素子を搭載するための凹部を有し、その凹部における反射率は、波長375nmでの反射率が75%以上、波長450nmでの反射率が85%以上、波長600nmでの反射率が90%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)前記凹部の最大深さが、前記圧延処理後のリードフレームの厚さの0.5倍以上3倍以下であることを特徴とする、(1)項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
(3)前記凹部の底部における前記圧延処理後のリードフレームの厚さの減少率が、凹部形成前の厚さの10%以下であることを特徴とする、(1)又は(2)項に記載の光半導体装置用リードフレーム。
(4)前記反射層を形成する銀または銀合金が、銀、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、または銀−白金合金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)(1)〜(4)のいずれか1項に記載の半導体装置用リードフレームを製造する方法であって、前記導電性基体の最表面であって少なくとも光半導体素子が発する光を反射する領域に銀または銀合金からなる層を、電気めっき法、無電解めっき法又はスパッタ法のいずれかで形成する工程と、圧延加工を施して、銀または銀合金からなるめっき組織の少なくとも表面が圧延処理された組織を有する反射層を形成する工程と、前記反射層が形成された後の前記光半導体装置用リードフレームの圧延加工面に、光半導体素子が搭載される箇所にプレス法により凹部を形成する工程と、該凹部形成時と同一時もしくは別工程において、該凹部の外側に抜き加工を施して、その抜き加工された箇所では前記導電性基体を露出させる工程、とを含むことを特徴とする、光半導体装置用リードフレームの製造方法。
(6)前記反射層を形成するための圧延加工率が1%以上80%以下であることを特徴とする、(5)項に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法。
(7)前記反射層を形成するための圧延加工に用いる圧延ロールの算術平均高さRaが、0.001〜0.15μmであることを特徴とする、(5)又は(6)項に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法。
(8)(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に光半導体素子が搭載されたことを特徴とする、光半導体装置。
(9)前記光半導体素子の発光波長が340nmから800nmであることを特徴とする、(8)項に記載の光半導体装置。
本発明の好ましい実施形態を適宜図面を参照して説明する。
特に反射層形成後の圧延加工時の加工率を1%以上とすることで、従来の光沢銀めっき等では達成し得なかった、近紫外光から可視光域までの広範囲にわたって反射率を銀の理論値レベルにまで容易に向上させることができる。その結果、反射特性が良好で、特に近紫外域である波長340〜400nmと、さらには可視光域である400〜800nmの発光素子を使用する際に、従来の銀めっき材よりも反射特性に優れた光半導体装置用リードフレームを提供することができる。
また、そのリードフレームに形成されている凹部の深さを、前記圧延処理後のリードフレームの厚さの0.5倍以上3倍以下とすることで、さらに好ましい光の取り出し効率を達成することができる。これは、光の取り出し効率を考慮すると、光が反射層で反射する回数が多いほど輝度が低下するため、凹部の深さは反射回数を最小限にとどめる必要があることによる。また、凹部が深いほど曲げ部における割れ発生確率が高まるので、圧延処理後のリードフレームの厚さの0.5倍以上かつ3倍以下の深さが形成されることが好ましい。この結果、光の取り出し効率が高まり、かつ凹部形成時に生じる曲げ部での割れが発生するのを抑制することができる。
ここで、図からも明らかなとおり、本発明においてリードフレームの厚さとは、その導電性基体の板厚とその上に設けられる反射層の厚さの合計をいう。また、導電性基体と反射層との間に中間層が設けられる場合には、リードフレームの厚さとは、その導電性基体の板厚と反射層の厚さと中間層の厚さの合計をいう。さらにまた、後述するように、反射層と中間層は導電性基体上の光半導体装置が搭載される面上にのみ設けてもよいので、この場合の反射層の厚さと中間層の厚さとは、導電性基体の片側表面のみに設けられたそれぞれの厚さを意味する。一方、反射層と中間層を導電性基体上の光半導体装置が搭載される面(表面)とその裏面の両方に設けることもできるので、この場合の反射層の厚さと中間層の厚さとは、導電性基体の表裏両面に設けられたそれぞれ2層の厚さを意味する。さらには、中間層は1層に限らず2層以上設けてもよいので、中間層の厚さとは、導電性基体上に設けられた全ての中間層の厚さの合計を意味する。
めっき後にプレス加工を行う方法で光沢を出して反射効率を向上させる方法が従来例において開示されているが、反射率を高めるためには比較的高い加工率が必要となる。このため、平面部の一部のみのプレス加工ではプレス加工部と元の平面部の曲げ加工箇所により形成される凸箇所(図1中、符号R1’やR2’を付して示される部分)において、割れが大変発生し易い。その結果、割れが発生した部位において下地の導電性基体(例えば、銅)が露出してしまい、光半導体装置搭載後において露出部の腐食やリードフレーム表面の銅汚染による反射率の低下、さらには銅イオンの溶出によって素子にダメージを与える場合があるため好ましくない。本発明によれば、めっき後に圧延加工することで反射層を形成しているので、導電性基体と反射層との密着性が向上し、反射層の曲げ加工に追従する能力が高まる。さらに、すでに高反射化された反射層を圧延により形成してあるので、低い加工率で凹部を形成することができるため、このような従来技術での問題が起こることが少ない。
また、この凹部内に光半導体素子が搭載されるので、光の反射に寄与する部位である光半導体素子搭載位置周辺の反射層が、リードフレームの抜き加工時に金型と摺動することが防止される。その結果、光半導体素子が搭載される箇所近辺では摺動による傷形成が最小限にとどめられるため、反射層の高反射率化された表面状態を最大限維持できる。その上、凹部側面として形成された箇所も高反射率化された表面状態であるので、その場所での反射層も反射率に優れる。これにより、従来は主に白色樹脂で形成された部分も金属リードフレームで形成することができるので、樹脂の劣化等による反射率低下の懸念がなく、また高反射化された反射層で形成されていることから、光の反射率および放熱性に優れた半導体装置用リードフレームが得られる。さらにこの凹部は、比較的加工が容易な例えばプレス法による張り出し加工などで形成されることで、煩雑な工程を経ることなく加工が可能であり、凹部の底面(図1中、符号2aで示される面)および側面(図1中、符号2bで示される面)のそれぞれポンチとの摺動による傷形成をいずれも最小限に留めることができる。
また、リードフレームを形成するプレス加工によって形成された破断面(図1〜4中、符号6で示される面)が、素子搭載部である凹部の底面(図1中、符号2aで示される面)とは同一平面にならない加工が施される。このため、摺動による傷形成が最小限にとどめられるため、高反射化された表面状態を最大限維持できる。その上、凹部側面として形成された箇所も高反射化された反射層により形成されている。この為、従来では主に白色樹脂で形成された部分も金属リードフレームで形成することにより、樹脂の劣化等による反射率低下の懸念がなく、かつ反射率に優れた光半導体装置が提供できる。さらなる効果として、プレス端部(図1〜4中、符号6で示される面)においてあえて導電性基体(例えば、銅)を露出させることで、モールド樹脂との密着性を従来の銀めっきの場合に比べて著しく高めることができる。
また、本発明の光半導体装置用リードフレームにおいては、銀または銀合金からなる圧延加工後の反射層の厚さに関して特に限定されるものではないが、例えば下限値は0.2μm以上とすることにより、反射率を安定して高めることができ、また、後工程であるワイヤーボンドや樹脂またはガラスでの封止などでの加熱による劣化を抑えることができる。下限よりも薄い場合(例えば、0.1μm)には、加熱による変色が発生するとともに、凹加工によって導電性基体が露出しやすくなる。このため、加熱や加工による変色をより安定して防止するには、圧延加工後の反射層の厚さは好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1.0μm以上である。一方、該反射層の厚さの上限値は、貴金属である銀の削減やめっき加工費などの観点から、好ましくは30μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μmである。
なお、貴金属使用量削減のため、光半導体素子を搭載する面と、その裏面とで反射層の被覆厚が異なっていても良い。これは、裏面については半田付け性が確保されれば良い程度の場合もあるため、例えば裏面の銀または銀合金からなる反射層の厚さは、0.1μm程度であっても構わない。こうすることで、貴金属使用量削減のみならず、製造時の電力使用量が低減されるので、環境にやさしくかつ低コストな光半導体装置用リードフレームを提供することができる。
本発明において、前記凹部の形成後における当該凹部底部でのリードフレームの厚さ(図1及び図2中の符号t’)は、特に限定されるものではないが、通常0.05〜1mmであり、0.1〜0.5mmの範囲内であることが好ましい。すなわち、前記凹部の形成後における導電性基体の厚さは、当該部位での前記リードフレームの厚さt’から、反射層の厚さを引いた差として表わされ、あるいは、もし設けていれば中間層の厚さと反射層の厚さの合計を引いた差として表わされる。
銅または銅合金を導電性基体として用いた場合は、発光素子が発光する際の発熱による基体成分の反射層への拡散を抑制するために、中間層としてニッケル、ニッケル合金、コバルト、またはコバルト合金の層を設けることが有効である。
これらの中間層の厚さは、本発明においては特に限定されるものではないが、0.05〜2.0μm、さらに好ましくは0.2〜1.0μmの範囲が好ましい。
また、リードフレームにおいて導電性基体と反射層の密着性を高めるためには、中間層を構成する材質として銅または銅合金を用いることが好ましい。さらには、銅(Cu)めっき後にニッケル(Ni)めっきを施す等して、2層からなる中間層を反射層の下地としても良い。
導電性の基体(例えば条材)の両面または片面の、一部又は全部に、電気めっき法、無電解めっき法またはスパッタ法を用いて、銀または銀合金からなるめっき層を形成し、さらに圧延加工を施すことによって、反射率が高められた反射層を形成する。次に、光半導体素子が搭載される箇所に、例えばプレス法により凹部が施される工程と、該凹部形成時と同一時もしくは別工程において、該凹部の外側に抜き加工を施して、その抜き加工された破断部では基体を露出する工程とを経ることにより、所定のリードフレームの形状とする。このリードフレームに外郭樹脂モールド、光半導体素子の搭載、ワイヤボンディング、蛍光体を含有させた樹脂やガラスで封止して光半導体モジュールを製造する。
従来の方法では、一般的に、導電性の基体(条材など)をプレス加工やエッチングによりリードフレームの形状とした後に、光沢銀めっきや金/パラジウム/ニッケルめっき等を行っている。本発明と従来の方法とは、本発明が機械的な加工上がりとしてめっき組織を変性したものであるのに対して、従来法ではめっき上がりであるか又は反射率を考慮に入れていないめっき−圧延−熱処理上がりである点で、組織や反射率において全く相違する。
なお「加工率」とは、「(加工前の板厚−加工後の板厚)×100/(加工前の板厚)」で示される割合のことを示すものである。
圧延加工での加工率は、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは20%以上で、銀または銀合金の結晶粒界の間隙を狭く十分に潰して圧延変形組織とすることができ、かつ圧延加工されることで基体と反射層の密着性が向上し、反射層の曲げ加工部に追従する能力が高めることができる。
圧延加工に用いる圧延ロールは、ロール目の転写によって形成されるリードフレーム側の反射率を向上させることを考慮すると、表面粗度の算術平均(Ra)で、好ましくは0.15μm未満、さらに好ましくはRaで0.05μm未満である。粗度が大きくなると、反射率を十分に高めることが出来ないのと、曲げ加工時に圧延ロール目が転写された凹凸が比較的大きいことにより、その凹凸が起点となって基体に割れが発生しやすくなる。一方、前記圧延ロールにおける表面粗度の算術平均(Ra)の下限値には特に制限はなく、通常用いられる圧延ロールの下限値とすればよい。
このような圧延加工等の機械的な加工の後に施される熱処理の条件としては、特に制限されるものではないが、例えば、温度50〜150℃で、0.08〜3時間の熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度が高すぎたり時間が長すぎると熱履歴が過剰となり、反射率が低下してしまう。
また、図示した形態は説明に必要な限度で省略して示しており、寸法や具体的なリードフレームないしは素子の構造が図示したものに限定して解釈されるものではない。
また図1のような凹部の側面が曲面ではない場合、凹部の底面と側面とのなす角の角度7を、底面の垂線から10°〜60°とすることが好ましく、20°〜45°とすることがさらに好ましい。この角度7は、チップの形状などにより適宜変化させて光の取り出し効率を高めるために調整することも可能である。
曲げ部R1、R2における曲げ半径については、曲げによる割れが発生するのを防ぐため、凹部形成後の凹部底部におけるリードフレームの厚さの5倍以下とすることが好ましく、該厚さの0.5〜3倍とすることがさらに好ましい。なお、これらR1、R2の全2つ曲げ部における曲げ半径は、場所により互いに同じであっても異なっていても良いが、同じ曲げ半径で形成されることが好ましい。
さらには、形成された凹部の底部におけるリードフレームの厚さ(図1及び図2中、符号t’)の、圧延された後のリードフレームの厚さ(図1及び図2中、符号t)からの減少率が、10%以下であることが好ましい。つまり、t≧t’≧0.9×tを満たすことで、曲げ加工部における割れ発生を、より一層抑制することが出来る。
これにより、工程(3)において形成された反射層に、次工程(4)により光半導体素子を搭載する凹部を形成することで、光半導体素子が搭載される箇所近辺では摺動による傷形成が最小限にとどめられるため、高反射化された表面状態を最大限維持できる。また、凹部内側面(図1中の2b)として形成された箇所も高反射化された表面状態であるので、従来では主に白色樹脂で形成された部分も金属リードフレームで形成することにより、樹脂の劣化等による反射率低下の懸念がなくなるため、長期信頼性のある光半導体装置が提供できる。さらに工程(5)において形成された破断部(図1〜図4中の6)に導電性基体を露出させることにより、工程(6)で形成されたモールド樹脂との密着性を、従来の銀めっきの場合よりも著しく改善することが出来る。
これらの効果から、装置として組み込んだときの長期信頼性が向上し、モールド樹脂との密着性が向上し、高反射化された表面状態を最大限維持できる光半導体装置用リードフレームが得るのに好適な製造方法が提供される。
実施例1として、導電性基体として、幅50mmの基体:C18045(Cu−0.3Cr−0.25Sn−0.5Zn、古河電気工業(株)製、商品名:EFTEC−64T)、厚さは0.3mm又は0.15mmを準備した。これに、以下に示す前処理を行った。その後、厚さ0.3mmの基体には以下に示す厚さ5μmの無光沢銀(Ag)めっきを形成した。また、厚さ0.15mmの基体には以下に示す厚さ2.5μmの光沢銀(Ag−Se合金)めっきを施した。
合金番号はCDA(Copper Development Association)規格による種類を示す。なお、各元素の前の数字は含有量を表わしその単位は質量%である。
なお、いずれの場合も、電解脱脂・酸洗の工程を経た前処理を行った。また、それぞれ銀または銀合金のめっきを行う前は、銀ストライクめっきを行い、最表層めっき厚は銀ストライクめっき厚を含めた圧延後の厚さ(形成された凹部の底部上の位置での厚さ)として表記した。
(前処理条件)
[陰極電解脱脂]
脱脂液:NaOH 60g/リットル
脱脂条件:2.5A/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
[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℃
(銀めっき条件)
[Agめっき]:無光沢銀めっき
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 1A/dm2、温度 30℃
[Ag−Se合金めっき]:光沢銀めっき
めっき液:KCN 150g/リットル、K2CO3 15g/リットル、KAg[CN]2 75g/リットル、Na2O3Se・5H2O 5g/リットル
めっき条件:電流密度 2A/dm2、温度 50℃
また、従来例1として、板厚0.3mmの導電性基体を用いて得られたAgストライクめっき品に両面5μmの無光沢銀めっき皮膜を形成した後、プレス機にてプレス加工率50%で押し潰しながら、同上の寸法にて凹部を形成したリードフレームを準備した。このときの板厚減少率をマイクロメータで測定したところ、50%であった。さらに従来例2として、板厚0.15mmの導電性基体を用いて得られたAgストライクめっき品に上記と同じ寸法(2.0mm×1.5mmの長方形)にて、プレス加工に付して凹部を形成した後に、光沢銀めっきを2.5μm形成したリードフレームを準備した。この従来例2では、めっき形成後には圧延加工もプレス加工も行っていないので、反射層の厚さは減少せずに不変である。
上記のようにして得られた、発明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。
(1A)反射率測定:分光光度計(V660(商品名、日本分光(株)製))において、硫酸バリウム標準板を100%とした時の全反射率を波長300nm〜800nmにかけて凹部の底部中心φ0.5mmにおける反射率について連続測定を実施した。このうち、近紫外域である波長375nm、さらには可視光域である波長450nmおよび600nmにおける全反射率(%)を表1に示す。それぞれ近紫外域の波長375nmでの反射率を75%以上、可視光域の波長450nmでの反射率を85%以上、波長600nmにおいては90%以上であることが要求特性とした。
(1B)耐曲げ割れ性:凹部形成により生じた曲げ加工部(図1中のR1、R1’R2、R2’に相当する箇所)において、マイクロスコープ(VH−8000(商品名、(株)キーエンス製))で200倍に拡大して観察し、基体が露出する曲げ割れの有無を調査した。観察の結果、1箇所でも割れが発生していたものを「あり」、1箇所も割れていなかったものを「なし」としてそれぞれ表記した。「なし」であることを要求特性とした。
以上の結果を表1に示す。
発明例1では、底部の反射率がそれぞれ波長375nmでの反射率を75%以上、可視光域の波長450nmでの反射率を85%以上、波長600nmにおいては90%以上であることを満足し、かつ凹部形成時の曲げ部においても割れの発生は認められなかった。
一方、反射層を圧延加工ではなくプレス加工で形成した従来例1では、反射層を圧延加工で形成した発明例1と比べて、要求特性は満たしているものの反射率が低かった。また、曲げ部における割れが発生しており、導電性基体が露出している様子が見られた。これは、プレス加工で反射層を形成する際は、局部的に加工率を高くする必要があるため、その板厚差によって割れが発生しやすくなってしまうためである。
また、凹部形成後に光沢めっきで反射層を形成し、圧延加工や全面でのプレス加工には付していない従来例2では、可視光における波長450nmでの反射率85%以上という要求特性を満足しておらず、発明例と比較して反射特性が低いため、本発明例の方が優れた輝度を示す光半導体装置が提供できることが分かる。
これらの結果、本発明に従って、反射層を銀又は銀合金のめっき後に圧延加工で形成し、かつ、反射層形成後にプレス加工によって凹部を形成してなり、その際に凹部底部における圧延処理後のリードフレームの厚さの減少率(図1の符号で表わすと、t’×100/t)を10%以下とするように凹部を形成することによって、従来品では為し得なかった反射層が物理特性に近い反射率をもち、かつ曲げ加工性に優れた光半導体装置用リードフレームを提供することができることがわかる。
実施例2として、導電性基体として、表2に示す幅50mmの基体に以下に示す前処理を行った後、それぞれ表2に示す中間層(該当する場合)および反射層を以下に示す電気めっきにより形成し、さらに実施例1と同様の形状の凹部をプレス加工により形成し、凹部の底面における圧延処理後のリードフレームの厚さの減少率が、圧延処理前の厚さの10%以下である発明例、参考例、従来例を得た。なお、各圧延加工率と同様の減少率で各被覆層厚が変化することが分かっており、反射層形成後の圧延後の導電性基体の厚さと中間層(該当する場合)および反射層の各被覆厚さを含めた全板厚、つまりリードフレームの厚さを0.2mmとするため、圧延加工率を考慮して初期の板厚、中間層厚、反射層初期被覆(めっき時)厚を変化させて形成した。その後、6段圧延機(日立製作所製)を用い、圧延ワークロールの表面粗度Raを表2に示したように変化させたロールを使用して圧延加工を施すことにより、表2に示す構成の発明例、参考例のリードフレームを得た。また従来例として、実施例1で形成したのと同一の、凹部を形成した後に光沢銀めっきを施した従来例2のリードフレームで比較を行った。なお、従来の電気接点材料として、参考例5として特許文献3の比較例1を模擬したものを、参考例6として特許文献3の実施例2を模したものを、それぞれを準備するため、圧延加工を行った後に大気雰囲気において240℃で4時間の熱処理を行ったものを準備した。
なお、それぞれ電解脱脂及び酸洗を前記実施例1と同様に行った。
(前処理条件)
[陰極電解脱脂]
脱脂液:NaOH 60g/リットル
脱脂条件:2.5A/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
[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℃
(中間層めっき条件)
[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℃
(反射層めっき条件)
[Agめっき]:無光沢銀めっき
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 1A/dm2、温度 30℃
[Ag−Sn合金めっき]
めっき液:KCN 100g/リットル、NaOH 50g/リットル、AgCN 10g/リットル、K2Sn(OH)6 80g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 40℃
[Ag−In合金めっき]
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℃
[Ag−Se合金めっき]
めっき液:KCN 150g/リットル、K2CO3 15g/リットル、KAg[CN]2 75g/リットル、Na2O3Se・5H2O 5g/リットル
めっき条件:電流密度 2A/dm2、温度 50℃
[Ag−Sb合金めっき]
めっき液:KCN 150g/リットル、K2CO3 15g/リットル、KAg[CN]2 75g/リットル、C4H4KOSb 10g/リットル
めっき条件:電流密度 1A/dm2、温度 50℃
それぞれ銀または銀合金のめっきを行う前は、銀ストライクめっきを行い、最表層めっき厚は銀ストライクめっき厚を含めた圧延後の厚さ(形成された凹部の底部上の位置での厚さ)として表記した。
上記のようにして得られた、発明例、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。
(2A)反射率測定:分光光度計(V660(商品名、日本分光(株)製))において、硫酸バリウム標準板を100%とした時の全反射率を、波長300nm〜800nmにかけて凹部の底部中心φ0.5mmにおける反射率について連続測定を実施した。このうち、近紫外域である波長375nm、さらには可視光域である波長450nmおよび600nmにおける全反射率(%)を表3に示す。それぞれ近紫外域の波長375nmでの反射率を75%以上、可視光域の波長450nmでの反射率を85%以上、波長600nmにおいては90%以上であることが要求特性とした。
(2B)耐曲げ割れ性:凹部形成により生じた曲げ加工部(図1中のR1、R1’R2、R2’に相当する箇所)において、マイクロスコープ(VH−8000(商品名、(株)キーエンス製))で200倍に拡大して観察し、基体が露出する曲げ割れの有無を調査し、それぞれ割れ発生のないものを「優」として「◎」、割れてはいないがシワ状になっているものを「良」として「○」、僅かに割れているが基体が露出していないものを「可」として「△」、割れが発生して基体が露出しているものを「不可」として「×」でそれぞれ表記した。「可」以上を実用レベルとした。
(2C)耐熱性:各リードフレームを200℃の温度で2時間大気中にて熱処理に付した後の反射率を測定し、加熱前後での反射率の変化を耐熱性とした。加熱前の反射率からの低下率で評価した。加熱後の波長450nmにおける反射率の低下率が5%未満のものを「良」と判定して「○」、反射率の低下率が5%以上10%未満のものを「可」と判定して「△」、反射率の低下率が10%以上のものを「不可」と判定して「×」でそれぞれ表わした。「可」以上を実用レベルとした。
以上の結果を表3に示す。
また参考例2では、反射層を構成するためのめっき層形成後の圧延加工時の加工率が0.5%と低いため、反射率が十分とはいえないレベルに留まっている。
さらに参考例3では、反射層を構成するためのめっき層形成後の圧延加工時の加工率(減面率)が80%を越えている状態であるが、反射率及び耐熱性は優れるものの、曲げ加工性において劣っていることが確認された。
これらの参考例2及び参考例3の結果から、減面率は1〜80%であることが好ましいことが分かる。さらに曲げ加工性及び反射率を重視すると、20〜60%の減面率がより好適である。
さらに参考例4では、圧延加工のロール粗度が0.15μmを超えているものであるが、この場合は反射率は高いものの、ロール粗度がより細かい方が一層の反射率改善効果を示していることが分かる。また、ロール粗度転写の凹凸により、曲げ加工性において劣っていることが確認される。このため、圧延加工時のロール粗度は、Raで0.15μm以下のロールで実施することが好ましく、0.05μm以下のロールで実施することがさらに好ましい。
さらに参考例5及び参考例6では、めっき、圧延の後、熱処理(低温焼鈍)を行った例であり、それぞれ特許文献3を模擬したものであるが、低温焼鈍による熱履歴が過剰であったために反射率が全体的に低下した。また、特許文献3に記載のような従来の技術では圧延ロール粗度の考慮がなされていないため、反射率向上も不十分であり、かつ曲げ加工性にも劣っていることがわかる。このように、従来の技術を単に展開するだけでは本発明は容易に達成することができないことがわかる。このため、圧延の後に熱処理を施す場合は、反射率を十分に考慮しつつ適用する必要があることが分かる。
実施例3として、基体:C14410(Cu−0.15Sn−0.01P、古河電気工業社製、商品名:EFTEC−3)、幅30mm、厚さ0.3mmを準備した。これに、以下に示す前処理を行った後、中間層を形成せずに以下に示す無光沢銀(Ag)めっきもしくは光沢銀(Ag−Se合金)めっきを施し、厚さ6μmのめっき皮膜を得た。
なお、いずれの場合も、電解脱脂・酸洗の工程を経た前処理を行った。また、それぞれ銀または銀合金のめっきを行う前は、銀ストライクめっきを行い、最表層めっき厚は銀ストライクめっき厚を含めた圧延後の厚さ(形成された凹部の底部上の位置での厚さ)として表記した。
(前処理条件)
[陰極電解脱脂]
脱脂液:NaOH 60g/リットル
脱脂条件:2.5A/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
[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℃
(反射層めっき条件)
[Agめっき]:無光沢銀めっき
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 1A/dm2、温度 30℃
[Ag−Se合金めっき]:光沢銀めっき
めっき液:KCN 150g/リットル、K2CO3 15g/リットル、KAg[CN]2 75g/リットル、Na2O3Se・5H2O 5g/リットル
めっき条件:電流密度 2A/dm2、温度 50℃
また、前記工程にて得られた光沢銀めっき品である、実施例1および実施例2で形成したのと同一の従来例2について、凹部形成後にめっきを施して反射層を形成した従来例2の光半導体装置用リードフレームを作製して比較を行った。
さらに比較例1として、前記と同様の無光沢銀めっき、圧延により反射層を形成した後に、凹部を形成せずに、前記リードフレームを形成するプレス工程、つまり光半導体装置搭載位置の外側での抜き加工のためのプレス加工を経て得た光半導体装置用リードフレームを準備して、凹部形成品との比較を実施した。
上記のようにして得られた、発明例、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。
(3A)反射率比の測定:分光光度計(V660(商品名、日本分光(株)製))において、リードフレーム形成のプレス工程、つまり前記抜き加工のためのプレス加工を経た後に、硫酸バリウム標準板を100%とした時の全反射率を波長300nm〜800nmにかけて凹部の全域(図1中の4に相当する箇所、つまり底面2aと側面2bの全域)における反射率について連続測定を実施した。このうち、可視光域である波長450nmの全反射率(%)を、測定した凹部の底部面積(図1中の2aの面積)および内側面(図1中の2bの面積)の和、つまり凹部の内表面積(mm2)で乗じた反射率比(全反射率/凹部内表面積;%/mm2)を算出し、従来例2の光沢めっき後の反射率比を1.00(%/mm2)とした時の割合で示した。すなわち、この数値が1以上であれば従来例よりも反射率が高まっており、かつ光の取り出し効率が高いことを意味する。
(3B)耐曲げ割れ性:凹部形成により生じた曲げ加工部(図1中のR1、R1’R2、R2’に相当する箇所)において、マイクロスコープ(VH−8000(商品名、(株)キーエンス製))で200倍に拡大して観察し、基体が露出する曲げ割れの有無を調査し、それぞれ割れ発生のないものを「優」として「◎」、割れてはいないがシワ状になっているものを「良」として「○」、僅かに割れているが基体が露出していないものを「可」として「△」、割れが発生して基体が露出しているものを「不可」として「×」でそれぞれ表記した。「可」以上を実用レベルとした。
以上の結果を表4に示す。
さらに、表4の結果より、形成された凹部の最大深さがリードフレームの厚さの3倍以上ある参考例7では、曲げ加工部に割れが発生しており、かつ反射率比も1.05と、深さがリードフレームの厚さの3倍以下である以外は同条件の発明例39のものほど光の反射率が良くない様子が伺える。一方、凹部の最大深さがリードフレームの厚さの0.5倍未満である参考例8では、反射率比に向上が見られず、反射効率がそれほど高められておらず、光の取り出し効率が従来品と比べて変わらないことが分かる。この結果、形成される凹部の最大深さは、最小でリードフレームの厚さの0.5倍以上、最大でリードフレームの厚さの3倍以下、より好ましくは2倍以下にすることで、曲げ加工部における割れを発生させずに光半導体装置用リードフレームを形成でき、かつ光の取り出し効率が高いことがわかる。
また、凹部が形成された箇所の曲げ加工における曲げ半径は、リードフレームの厚さの5倍以下とすることで、曲げ割れが好ましく抑制できていることが分かる。
さらに、表4の結果、参考例9は、角度(凹部の底面垂線と凹部の側面のなす角の角度)が0°のため光の取り出し効率があまり向上しておらず、さらに、曲げ加工部において割れが発生していることが分かる。このことより、曲げ加工性改善および反射効率向上の観点から、凹部の底面と側面のなす角の角度は、底面の垂線から10°〜60°が好ましく、20°〜45°とするのがさらに好ましいことがわかり、この場合に高輝度な光半導体装置用リードフレームが提供できることが分かる。
2 反射層(圧延加工された層)
3 光半導体素子
4 凹部
5 ボンディングワイヤ
6 リードフレーム形成後のプレス端部(導電性基体の露出部)
7 凹部の底面垂線と側面のなす角
8 中間層
9 モールド樹脂
10 封止樹脂
Claims (9)
- 導電性基体の最表面の、少なくとも片面もしくは両面に、一部もしくは全面に反射層を具備してなる光半導体装置用リードフレームであって、前記反射層が、少なくとも光半導体素子が発する光を反射する領域の最表面において、銀または銀合金からなるめっき組織の少なくとも表面が圧延変形組織であり、前記光半導体装置用リードフレームの圧延加工面が、光半導体素子を搭載するための凹部を有し、その凹部における反射率は、波長375nmでの反射率が75%以上、波長450nmでの反射率が85%以上、波長600nmでの反射率が90%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。
- 前記凹部の最大深さが、前記圧延処理後のリードフレームの厚さの0.5倍以上3倍以下であ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。
- 前記凹部の底部における前記圧延処理後のリードフレームの厚さの減少率が、凹部形成前の厚さの10%以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光半導体装置用リードフレーム。
- 前記反射層を形成する銀または銀合金が、銀、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、または銀−白金合金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。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置用リードフレームを製造する方法であって、前記導電性基体の最表面であって少なくとも光半導体素子が発する光を反射する領域に銀または銀合金からなる層を、電気めっき法、無電解めっき法又はスパッタ法のいずれかで形成する工程と、圧延加工を施して、銀または銀合金からなるめっき組織の少なくとも表面が圧延処理された組織を有する反射層を形成する工程と、前記反射層が形成された後の前記光半導体装置用リードフレームの圧延加工面に、光半導体素子が搭載される箇所にプレス法により凹部を形成する工程と、該凹部形成時と同一時もしくは別工程において、該凹部の外側に抜き加工を施して、その抜き加工された箇所では前記導電性基体を露出させる工程、とを含むことを特徴とする、光半導体装置用リードフレームの製造方法。
- 前記反射層を形成するための圧延加工率が1%以上80%以下であることを特徴とする、請求項5に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法。
- 前記反射層を形成するための圧延加工に用いる圧延ロールの算術平均高さRaが、0.001〜0.15μmであることを特徴とする、請求項5又は6に記載の光半導体装置用リードフレームの製造方法。
- 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に光半導体素子が搭載されたことを特徴とする、光半導体装置。
- 前記光半導体素子の発光波長が340nmから800nmであることを特徴とする、請求項8に記載の光半導体装置。
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