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KR101059361B1 - 리드 프레임 및 반도체 발광장치 - Google Patents

리드 프레임 및 반도체 발광장치 Download PDF

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KR101059361B1
KR101059361B1 KR1020057012373A KR20057012373A KR101059361B1 KR 101059361 B1 KR101059361 B1 KR 101059361B1 KR 1020057012373 A KR1020057012373 A KR 1020057012373A KR 20057012373 A KR20057012373 A KR 20057012373A KR 101059361 B1 KR101059361 B1 KR 101059361B1
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KR
South Korea
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lead frame
alloy coating
silver
palladium
nickel
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KR1020057012373A
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Inventor
히데카즈 도모히로
마사유키 후지이
노리오 사토우
도모유키 야마다
도미오 구사노
Original Assignee
파나소닉 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

반도체 장치용 리드 프레임(100)은, 구리 박판과 같은 리드 프레임 몸체(101)에 니켈 도금(102), 팔라듐 도금(103), 및 금 플래시 도금(104)을 이 순서대로 실질적으로 완전히 적용하고, 반도체 장치의 패키지로 둘러쌓인 인너부의 부분에 선택적으로 은 도금(105)을 적용함으로써 형성된다. 리드 프레임(100)은 또한 패키지의 베이스를 포함할 수 있다. 은 도금은 우수한 광 반사율과 인너부의 와이어 본딩 효율에 기여하고, 금 플래시 도금은 우수한 내부식성과 패키지의 외부인 아우터부의 솔더링 성능에 기여한다.
Figure R1020057012373
광 반사율, 은 도금, 인너부, 내부식성

Description

리드 프레임 및 반도체 발광장치{LEAD FRAME, AND SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 반도체 장치용 리드 프레임에 관한 것으로, 특히 리드 프레임의 광 반사율을 개선하는 기술에 관한 것이다.
종래, 금-은 합금 플래시(flash) 도금은 반도체 장치용 리드 프레임의 최외곽층에 형성되어 높은 내부식성을 보장한다. 이러한 기술의 일 예가 일본 특허출원 공개 평11-008341호에 개시되어 있다.
도 6은 상기한 문헌에 기재된 리드 프레임의 구성을 보여주고 있다. 도면에서, 리드 프레임(900)은 니켈 도금(902), 팔라듐 도금(903), 및 금-은 합금 플래시 도금(904)을 이 순서대로 리드 프레임 몸체(901)에 적용하여 형성된다. 문헌에 따르면, 이러한 구성을 갖는 리드 프레임(900)은 염(salt)-분사 시험에 우수한 내부식성을 보였다.
그러나, 이러한 구성은 확실히 높은 내부식성을 갖지만, 낮은 광 반사율을 갖는다. 특히, 반도체 발광장치를 형성하기 위하여 LED와 같은 반도체 발광소자가 리드 프레임이 실장될 때 더욱 그러하기 때문에, 리드 프레임은, 전체 장치의 발광휘도를 약화시키는 발광소자의 이면 광(rear light)을 충분히 반사할 수 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 고려하여 착상되었으며, 개선된 광반사율을 구비한 반도체 장치용 리드 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 특히 반도체 발광장치용 리드 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적은, 반도체 발광장치용 리드 프레임으로, 리드 프레임 몸체; 및 상기 리드 프레임의 몸체에 형성된 복수의 금속 코팅을 포함하며, 상기 리드 프레임의 기설정된 부분은 갭에 의해 분리되는 한 쌍의 인너 리드가 서로를 향하여 연장하여 형성되고, 상기 기설정된 부분은 상기 반도체 발광장치의 패키지로 둘러싸이며, 상기 복수의 금속 코팅은 상기 한 쌍의 인너 리드의 최 외곽(outermost) 금속 코팅인 은 또는 은-합금 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치용 리드 프레임에 의해 달성될 수 있다.
삭제
여기서, 은 또는 은-합금 코팅은 0.1㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다.
여기서, 상기 기설정된 부분의 일부가 베이스로 둘러싸여 있는 상태에서 상기 패키지의 한 부분인 상기 베이스가 삽입될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 은 또는 은-합금 코팅은 패키지로 둘러싸인 기설정된 부분의 우수한 광 반사율과 와이어 본딩 효율을 제공한다.
이와 같이, 리드 프레임은 기설정된 부분에서 높은 광 반사율을 보인다. 따라서, 반도체 발광장치에 사용될 때, 리드 프레임은 방도체 발광소자의 이면 광을 효율적으로 반사하여 전체 장치의 발광휘도를 개선할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 금속 코팅은 금 또는 금-합금 코팅, 니켈 또는 니켈-합금 코팅 및 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅을 더 포함하고, 상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅, 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅, 상기 금 또는 금-합금 코팅, 및 상기 은 또는 은-합금 코팅은 기재된 순서로 형성되며, 상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅과 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅은 상기 리드 프레임 몸체를 완전히 커버한다.
삭제
삭제
이러한 구성에 의하면, 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅은 높은 고온 안정성을 가지며, 이는 리드 프레임을 고온 무연 솔더링에 적합하게 만든다.
여기서, 상기 복수의 금속 코팅은 금 또는 금-합금 코팅을 더 포함하고, 상기 은 또는 은-합금 코팅은 상기 리드 프레임 몸체를 완전히 커버하며, 상기 금 또는 금-합금 코팅은 상기 기설정된 부분 이외의 상기 리드 프레임 부분에서만 상기 은 또는 음-합금 코팅 위에 적용된다.
이러한 구성에 의하면, 금 또는 금-합금 코팅은 리드 프레임 몸체를 부분적으로 커버하고, 은 또는 은-합금 코팅은 리드 프레임 몸체를 완전히 커버한다. 이는 리드 프레임의 제조공정을 간단하게 한다.
여기서, 상기 복수의 금속 코팅은 니켈 또는 니켈-합금 코팅과 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅을 더 포함하고, 상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅, 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅, 상기 은 또는 은-합금 코팅, 및 상기 금 또는 금-합금 코팅은 기재된 순서로 형성되며, 상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅과 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅은 상기 리드 프레임 몸체를 완전히 커버한다.
이러한 구성에 의하면, 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅은 높은 고온 안정성을 가지며, 이는 리드 프레임을 고온 무연 솔더링에 적합하게 만든다.
여기서, 상기 은 또는 은-합금 코팅은 상기 베이스로 둘러싸인 부분의 적어도 일부를 제외하고 적용될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 리드 프레임과 패키지를 구성하는 수지 사이의 접착력이, 기설정된 부분에 은 또는 은-합금 코팅이 없는 영역에서 강하다. 이는 패키지의 밀봉을 유지하고 기설정된 부분에서의 내부식성을 개선한다.
여기서, 반도체 발광장치를 형성하도록 반도체 발광소자가 리드 프레임에 실장될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 반도체 발광장치는 기설정된 부분에서 우수한 광 반사율을 갖는 리드 프레임을 사용하여 형성된다. 이에 따라 전체 장치의 고발광휘도에 기여하는, 반도체 발광소자의 이면 광을 효율적으로 반사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 리드 프레임의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리드 프레임의 도금 구성을 보여준다.
도 3은 패키지가 형성된 후의 리드 프레임의 사시도이다.
도 4는 리드 프레임을 사용하는 반도체 발광소자의 단면도를 보여준다.
도 5는 리드 프레임의 반사율을 비교하는 그래프이다.
도 6은 종래의 리드 프레임의 도금 구성을 보여준다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
(리드 프레임의 패턴)
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 리드 프레임의 평면도이다.
도면에서, 리드 프레임(100)은 리드 프레임 몸체를 도시된 패턴으로 프레싱 또는 에칭하고 리드 프레임 몸체를 후술하는 바와 같이 도금함으로써 형성된다. 예를 들어, 리드 프레임 몸체는 철 합금 또는 구리 합금의 박판이다.
리드 프레임(100)의 부분을 밀봉하고 반도체 발광소자와 같은 반도체 소자를 수용하는 패키지는 점선 박스로 표시한 각 영역에 제공된다. 패키지는 베이스와 커버를 포함한다. 베이스는 반도체 발광소자를 실장하기 위한 오목부를 구비한다. 커버는 반도체 발광소자가 실장된 오목부를 밀봉한다.
이 명세서에서, 점선 박스로 표시한 각 영역의 내부에 있는 리드 프레임(100) 부분, 즉 패키지로 둘러쌓인 부분은 인너부(inner part)라 부르고, 패키지의 외부에 있는 리드 프레임(100) 부분은 아우터부(outer part)라 부른다. 인너부는 인너 리드(inner lead)를 포함한다. 도 1에서, 참조번호 (101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g 및 101h)는 인너 리드를 나타낸다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 인너 리드(101a, 101b)는 갭에 의해 분리되고, 서로를 향하는 방향으로 연장된다. 인너 리드 쌍(101c, 101d), 인너 리드 쌍(101e, 101f) 그리고 인너 리드 쌍(101g, 101h)도 갭에 의해 분리되고 서로를 향해 연장된다. 인너 리드(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g 및 101h)의 연장된 단부는 도면에 도시된 바와 같이 확대된다. 이러한 확대된 단부는 소자 실장부(도 4 참조)로 기능한다. 즉, 하나의 반도체 발광소자가 인너 리드 쌍(101a, 101b)의 연장된 단부 중 하나 위에 또는 인너 리드 쌍(101a, 101b)의 연장된 단부 위에 실장된다. 인너 리드 쌍(101c, 101d), 인너 리드 쌍(101e, 101f) 그리고 인너 리드 쌍(101g, 101h)에도 동일하게 적용된다.
(도금)
도 2는 도 1의 A-A'를 따라 절단한, 리드 프레임(100)의 도금 구성을 보여준 다.
리드 프레임(100)은, 니켈 도금(102), 팔라듐 도금(103), 및 금 플래시 도금(104)를 이 순서로 리드 프레임 몸체(101)에 적용하고, 은 도금(105)을 인너부 부분에 더 적용함으로써 형성된다.
예를 들어, 니켈 도금(102)은 0.5 내지 2.0㎛의 두께를 갖고, 팔라듐 도금(103)은 0.005 내지 0.07㎛의 두께를 갖고, 금 플래시 도금(104)는 0.003 내지 0.01㎛의 두께를 가지며, 은 도금(105)은 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는다.
여기서, 이 도금층들은 합금으로 대신 구성될 수 있다. 즉, 니켈 도금(102)은 니켈-합금 도금일 수 있고, 팔라듐 도금(103)은 팔라듐-합금 도금일 수 있고, 금 플래시 도금(104)은 금-합금 플래시 도금일 수 있으며, 은 도금(105)은 은-합금 도금일 수 있다.
도금 후, 패키지의 베이스가 점선으로 표시된 영역에 삽입된다. 베이스는, 폴리프탈아미드와 같은 백색 또는 광색(light-colored) 절연수지로 구성된다. 베이스는 도면에 도시된 바와 같이, 오목부를 가지며, 오목부에 위치한 발광소자의 빛을 위쪽으로 방출한다. 반도체 발광소자가 오목부에 위치한 후, 오목부는 커버를 형성하도록 밀봉용 투명수지(예를 들어, 에폭시 수지)로 채워진다. 베이스와 커버는 함께 패키지를 구성한다.
여기서, 은 도금(105)은 부분적으로만 인너부를 덮는 것, 즉 베이스로 밀봉된 인너부 부분은 부분적으로 은으로 도금되지 않는 것에 유의해야 한다.
(리드 프레임(100)을 이용한 반도체 장치)
도 3은 베이스(200)가 형성된 후의 리드 프레임(100)의 사시도이다.
도 4는 리드 프레임(100)을 이용하는 발광장치(700)의 단면도를 보여준다.
반도체 발광장치(700)는 반도체 발광소자(400)를 베이스(200)의 오목부에 노출된 인너부 부분에 실장하고, 본딩 와이어(500)를 이용하여 반도체 발광소자(400)를 인너부와 연결하고, 그후 커버를 형성하도록 오목부에 투명수지(300)를 넣음으로써 형성된다.
반도체 발광소자(400)로부터의 빛(601)은 직접 위쪽으로 방출되고, 반면에 반도체 발광소자(400)의 다른 빛(602)은 인너부와 베이스(200)에서 반사되어 방출된다.
본 발명의 발명자들은 이와 같이 구성된 리드 프레임은 다음의 우수한 특성을 갖는 것을 확인하였다.
(광반사율)
도 5는 리드 프레임의 광 반사율을 비교하는 그래프이다. 샘플 1(본 발명의 은-도금된 리드 프레임 부분), 샘플 2(비교예) 및 샘플 3(종래예) 각각의 리드 프레임의 광 반사율이 가시자외선 분광광도계(visible-ultraviolet spectrophotometer)로 측정되었고, 여기서 바륨 황산염의 광 반사율은 100이다.
샘플 1은 상기한 구성을 갖는다.
샘플 2는 리드 프레임 몸체로 구리 합금 박판에 구리 스트라이크(strike) 합금과 3㎛의 두께를 갖는 은 도금을 이 순서로 적용하여 형성한다. 샘플 2는 단일층 은 도금으로, 본 발명과 유시한 광 반사율을 전달할 수 있는 비교예로 사용된다.
샘플 3은 종래의 리드 프레임이다. 샘플 3은 1.0 내지 1.2㎛ 두께의 니켈 도금, 0.03㎛ 두께의 팔라듐 도금, 및 0.008㎛ 두께의 금 플래시 도금을 리드 프레임으로 구리 합금 박판에 이 순서로 적용하여 형성한다.
그래프에 도시된 바와 같이, 본 발명의 은-도금된 리드 프레임 부분은, 400 내지 700㎚의 가시광 파장에 대해, 종래예보다 적어도 25% 이상인 광 반사율을 가지며 비교예보다 약간 높다.
(수지 접착제)
또한, 본 발명의 발명자들은 베이스를 형성하는 수지와 팔라듐-도금된 리드 프레임 부분의 접촉면의 전단(shear) 접착강도와 수지와 은-도금된 리드 프레임 부분의 접촉면의 전단 접착강도를 측정하였다. 그 결과, 발명자들은 수지와 팔라듐-도금된 리드 프레임 부분의 전단 접착강도가 수지와 은-도금된 리드 프레임 부분보다 크다는 것을 발견하였다. 이러한 측면에서, 은 도금은 인너부에 부분적으로만 제공된다. 즉, 은 도금은 베이스로 둘러쌓인 영역 부분을 제외한 인너부에 제공된다.
결과적으로, 수지는 은으로 도금되지 않은 인너부의 부분에 금 플래시 도금층을 통하여 팔라듐 도금층에 접착된다. 이는 은으로 도금된 인너부의 부분에서보다 더 큰 전단 접착강도를 생성한다. 금 플래시 도금층은 극히 얇기 때문에, 전단 접착강도에 중요한 영향을 끼치지 않는다.
본 발명의 발명자들은 샘플 1과 2를 동일한 조건에서 적색 잉크에 담그는 실험을 하였다. 그 결과, 적색 잉크는 베이스로 둘러쌓인 영역 부분에 은으로 도금되 지 않은 샘플 1에 스며들지 않았고, 반면에 적색 잉크는 은으로 완전히 도금된 샘플 2에 스며들었다.
(다른 특성)
또한, 리드 프레임의 각 도금층은 다음의 우수한 특성을 갖는다.
은 도금은 상기한 바와 같이 우수한 광 반사율을 이룰 뿐만 아니라, 그 위에 실장된 반도체 발광소자와 우수한 결합성을 가지며 높은 와이어 본딩 효율을 갖는다.
금 플래시 도금은 아우터부의 솔더링 효율을 향상시키는 높은 열적 안정성을 갖는다.
팔라듐 도금은 높은 화학적 안정성을 가지며 따라서 고온 환경에서 우수한 내부식성을 보여준다.
니켈 도금은 베이스 도금으로 기능하며, 높은 와이어 본딩 효율, 높은 무연 솔더링 효율, 높은 내부식성 및 패키지를 형성하는 수지와의 높은 접착 강도에 기여한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 리드 프레임은, 은 또는 은-합금 도금이 인너부의 최외곽 코팅으로 적용되어 우수한 광 반사율을 이루는 특징적 구성을 갖는다.
상기한 실시예에서, 이러한 특징적 구성은 리드 프레임 몸체를 니켈 도금, 팔라듐 도금, 및 금 플래시 도금을 이 순서대로 전체적으로 코팅하고 리드 프레임의 인너부를 은 도금으로 더 코팅함으로써 실현된다. 그러나, 본 발명의 구성은 리드 프레임 몸체를 니켈 도금, 팔라듐 도금, 및 은 도금으로 전체적으로 코팅하고, 리드 프레임의 아우터부를 금 플래시 도금으로 더 코팅함으로써 똑같이 실현된다. 따라서, 이러한 리드 프레임 역시 본 발명에 포함된다.
상기한 실시예에서, 리드 프레임 몸체에 적용된 금속 코팅 각각은 간단하게 하기 위하여 도금으로 언급하였다. 그러나, 본 발명의 금속 코팅 방법은 도금에 한정되지 않는다. 예를 들어, 금속 코팅은 전기도금, 화학도금, 증착, 스퍼터링 또는 확산과 같은 공지의 금속 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
여기서, 원하는 영역을 금속으로 코팅하기 위해서, 마스킹(masking)이나 블라스팅(blasting)과 같은 종래의 방법이 적용될 수 있다.
본 발명은, 조명, 표시, 장식, 통신 등에 적용되는 LED 장치와 같이 높은 발광휘도를 필요로 하는 반도체 발광소자에 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 반도체 발광장치용 리드 프레임으로,
    리드 프레임 몸체(body)와,
    상기 리드 프레임 몸체 상에 형성된 복수 층의 금속 코팅으로 이루어지며,
    상기 리드 프레임은,
    상기 반도체 발광장치의 패키지에 둘러싸이게 되는 인너부가 공극에 의해 이격된 한 쌍의 인너 리드를 서로 가까워지는 방향으로 연장하여 구성되고,
    상기 패키지는 비 투명 수지로 이루어지는 베이스부와 투명 수지로 이루어지는 덮개부로 구성되며,
    상기 인너 리드 중 상기 덮개부에 접하는 부분의 최 외곽(outermost) 층은 은 또는 은-합금 코팅인 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 인너 리드에는 다른 한 쌍의 인너 리드가 상기 한 쌍의 인너 리드와 동일한 위치 관계를 가지고 상기 한 쌍의 인너 리드에 인접하여 설치되어 있고,
    2쌍의 인너 리드 각각의 소정의 위치에는 발광소자가 탑재되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 층의 금속 코팅은 금 또는 금-합금 코팅, 니켈 또는 니켈-합금 코팅 및 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅을 더 포함하고,
    상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅, 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금코팅, 상기 금 또는 금-합금 코팅 및 상기 은 또는 은-합금 코팅은 기재된 순서로 형성되며, 상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅과 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅은 상기 리드 프레임의 몸체를 완전히 커버하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 층의 금속 코팅은 금 또는 금-합금 코팅을 더 포함하고,
    상기 은 또는 은-합금 코팅은 상기 리드 프레임 몸체를 완전히 커버하며,
    상기 금 또는 금-합금 코팅은 상기 리드 프레임의 상기 인너 리드 중 상기 덮개부에 접하는 부분 이외의 부분에서만 상기 은 또는 은-합금 코팅 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 금속 코팅은 니켈 또는 니켈-합금 코팅과 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅을 더 포함하고,
    상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅, 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅, 상기 은 또는 은-합금 코팅 및 상기 금 또는 금-합금 코팅은 기재된 순서로 형성되며, 상기 니켈 또는 니켈-합금 코팅과 상기 팔라듐 또는 팔라듐-합금 코팅은 상기 리드 프레임 몸체를 완전히 커버하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 은 또는 은-합금 코팅은 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 발광장치를 형성하도록 반도체 발광소자가 실장되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
  11. 반도체 발광소자와, 상기 반도체 발광소자를 둘러싸는 패키지와, 복수 층의 금속 코팅이 형성된 리드 프레임으로 이루어지는 반도체 발광장치로,
    상기 패키지는 비 투명 수지로 이루어지는 베이스부와 투명 수지로 이루어지는 덮개부로 구성되며,
    상기 리드 프레임은,
    상기 패키지에 둘러싸이게 되는 인너부가 공극에 의해 이격된 한 쌍의 인너 리드를 서로 가까워지는 방향으로 연장하여 구성되고,
    상기 인너 리드 중 상기 덮개부에 접하는 부분의 최 외곽 층은 은 또는 은-합금 코팅인 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
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