KR102146502B1 - 리드 프레임, 이를 포함하는 엘이디(ｌｅｄ) 패키지, 및 리드 프레임의 제조 방법 - Google Patents
리드 프레임, 이를 포함하는 엘이디(ｌｅｄ) 패키지, 및 리드 프레임의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 리드 프레임, 이를 포함하는 엘이디(LED) 패키지, 및 리드 프레임의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 일실시예는, 기저 소재와 상기 기저 소재의 상부에 배치되며, 니켈-팔라듐 합금으로 형성된 제1 금속층 및 상기 제1 금속층의 상부에 배치되며, 은으로 형성된 제2 금속층;을 포함하고, 상기 니켈-팔라듐 합금은 니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 큰, 리드 프레임을 개시한다.
Description
본 발명은 리드 프레임, 이를 포함하는 엘이디(LED) 패키지, 및 리드 프레임의 제조 방법에 관한 것이다.
리드 프레임(lead frame)은 반도체 칩을 외부 장치와 전기적으로 연결시켜줄 뿐만 아니라 반도체 칩(chip)을 지지해주는 역할을 한다. 반도체 칩을 리드 프레임의 상면에 접착하고, 본딩 와이어(bonding wire)를 이용하여 반도체 칩을 리드 프레임의 상면을 본딩한 후 몰드(mold) 수지로 리드 프레임의 상면을 밀봉함으로써, 반도체 패키지(semiconductor package)가 제조된다. 한편, 이렇게 제조된 반도체 패키지는 외부 장치에 실장되는데 이 때 리드 프레임의 하면에 솔더 볼(solder ball)을 배치하여 외부 장치, 예를 들어 인쇄 회로 기판(Printed circuit board)과 연결한다.
리드 프레임이 엘이디(Light Emitting Diode, LED)를 사용하여 조명 소자로써 사용할 수 있다. 엘이디(LED) 칩을 리드 프레임의 상면에 본딩한 후 몰드 수지로 리드 프레임의 상면을 밀봉함으로써 엘이디(LED) 패키지(LED package)가 제조한다. 엘이디(LED) 패키지를 조명용 소자로써 성능을 향상시키기 위해서 엘이디(LED) 칩에서 방출되는 빛이 리드 프레임에 흡수되지 않고 외부로 전달되어야 한다.
따라서 외부로 전달되는 빛의 반사도를 증가하기 위해서는 엘이디(LED) 칩과 접촉하는 리드 프레임의 상면에 형성된 도금층의 조도(Roughness)가 중요하다.
상기와 같이 일반적인 리드 프레임을 적용한 반도체 패키지 제조 방법은 한국 공개 특허 제2000-0038929호 (발명의 명칭 : 반도체 패키지 제조 방법)에 구체적으로 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은 표면의 거칠기를 균일하게 형성되는 리드 프레임, 이를 포함하는 엘이디(LED) 패키지, 및 리드 프레임의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 기저 소재와, 상기 기저 소재의 상부에 배치되며, 니켈-팔라듐 합금으로 형성된 제1 금속층 및 상기 제1 금속층의 상부에 배치되며, 은으로 형성된 제2 금속층;을 포함하고, 상기 니켈-팔라듐 합금은 니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 큰, 리드 프레임을 제공한다.
또한, 상기 제1 금속층의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속층에서 니켈-팔라듐 합금에 포함되는 팔라듐은 2∼32 중량%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 금속층은 5~50 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 니켈-팔라듐 합금층은 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 더 포함하는 리드 프레임.
또한, 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층 사이에 배치되며, 팔라듐으로 형성되는 제 3 금속층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 다이 패드와 리드부를 구비하는 기저 소재, 상기 기저 소재의 상부에 배치되며 니켈-팔라듐 합금으로 형성된 제1 금속층, 상기 제1 금속층의 상부에 배치되며 은으로 형성된 제2 금속층;을 포함하고, 상기 니켈-팔라듐 합금은 니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 큰, 리드 프레임과, 상기 다이 패드에 접착되는 엘이디(LED) 칩 및 상기 엘이디(LED) 칩과 상기 리드부를 연결하는 복수개의 본딩 와이어들을 포함하는, 엘이디(LED) 패키지를 제공한다.
또한, 상기 제1 금속층의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속층에서 니켈-팔라듐 합금에 포함되는 팔라듐은 2∼32 중량%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 금속층은 5~50 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층 사이에 배치되며, 팔라듐으로 형성되는 제 3 금속층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 다이 패드와 리드부를 구비하는 기저 소재를 전해탈지 또는 산세척을 수행하는 단계와, 상기 기저 소재의 상부에 배치되는, 니켈-팔라듐 합금층을 전기도금법을 사용하여 형성하는 단계와, 상기 니켈-팔라듐 합금층의 상부에 배치되는, 은 금속층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 니켈-팔라듐 합금층 형성단계는 니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 크게 형성되는, 리드 프레임 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 니켈-팔라듐 합금층의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 니켈-팔라듐 합금층에서 팔라듐은 2∼32 중량%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 은 금속층은 5~50 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 니켈-팔라듐 합금층과 상기 은 금속층 사이에 배치되는, 팔라듐 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 은 금속층 형성단계는 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 방법, 스퍼터링(Sputtering) 방법, 플라즈마 반응방법 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 팔라듐 금속층을 형성하는 단계는 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 방법, 스퍼터링(Sputtering) 방법, 플라즈마 반응방법 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 리드 프레임 표면의 거칠기를 균일하게 형성하여 리드 프레임의 반사도를 향상하고, 상기 리드 프레임을 적용한 엘이디(LED) 패키지의 효율을 증가할 수 있다. 또한 리드 프레임에 열확산 방지층을 형성하여, 상기 리드 프레임 및 이를 적용한 엘이디(LED) 패키지의 내구성을 향상할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 프레임을 이용하여 제조된 엘이디(LED) 패키지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리드 프레임의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 리드 프레임의 일부분의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 리드 프레임의 다른 실시예의 일부분의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 프레임의 표면조직을 나타내는 사진이다.
도 6은 니켈-팔라듐 합금 내 팔라듐의 중량%에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 7은 니켈-팔라듐 합금의 두께에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시된 리드 프레임의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 리드 프레임의 일부분의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 리드 프레임의 다른 실시예의 일부분의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 프레임의 표면조직을 나타내는 사진이다.
도 6은 니켈-팔라듐 합금 내 팔라듐의 중량%에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 7은 니켈-팔라듐 합금의 두께에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, “상면”과 “하면”또는 “상부”와 “하부”는 상대적인 개념으로, 중력의 방향을 기준으로 상대적으로 위쪽에 위치하는 면 또는 부분은 상면 또는 상부라고 지칭한다. 또한, 중력의 방향을 기준으로 상대적으로 아래쪽에 위치하는 면 또는 부분은 하면 또는 하부라고 지칭한다. 각 도면에서는 중력의 방향을 “D1”으로 표시하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 프레임을 이용하여 제조된 엘이디(LED) 패키지의 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 리드 프레임의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 엘이디(Light Emitting Diode, LED) 패키지(1000)는 리드 프레임(101), 리드 프레임(101)에 접착된 엘이디(LED)칩(200), 엘이디(LED) 칩(200)과 리드 프레임(101)을 연결하는 본딩 와이어(300) 및 리드 프레임(101)의 상면, 엘이디(LED) 칩(200) 및 본딩 와이어(300)를 덮어 밀봉(encapsulation)하는 몰드 수지(400)를 포함한다.
먼저, 엘이디(LED) 패키지(1000)에 포함된 본 발명의 일 실시예인 리드 프레임(101)에 대하여 알아본다.
리드 프레임(101)은 다이 패드(die pad)(11)와 리드부(12)를 구비한다. 다이 패드(11)에 대응하는 리드 프레임(101)의 상면에는 엘이디(LED) 칩(200)이 부착된다. 리드부(12)는 복수개의 리드들로 이루어지며, 상기 리드들에 대응하는 리드 프레임(101)의 상면은 본딩 와이어(300)들에 의해 엘이디(LED) 칩(200)과 연결된다. 도시되지 않았으나 리드들에 대응하는 리드 프레임(101)의 하면은 외부 장치(미도시)와 솔더 볼(미도시)을 통해 연결될 수 있다.
따라서, 엘이디(LED) 칩(200)에서 출력되는 전기 신호는 리드부(12)를 통해서 외부 장치로 전달되고, 상기 외부 장치로부터 리드부(12)로 입력되는 전기 신호는 엘이디(LED) 칩(200)으로 전달될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 리드 프레임의 일부분의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 리드 프레임(101)은 기저 소재(10), 제1 금속층(1), 제2 금속층(2)을 포함한다.
기저 소재(10)는 복수의 금속층들이 형성되는 베이스 소재로써 금속판으로 구비된다. 기저 소재(10)는 복수의 금속층들을 평평하게 지지하는 경성(rigid) 소재로 구비된다. 예를 들면, 기저 소재(10)는 구리(Cu), 경성인 구리합금(Cu alloy), 열처리된 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 사용자의 요구에 따라 기저 소재(10)는 구부릴 수 있는 연성(flexible) 소재로 구비될 수 있다. 예를 들면, 기저 소재(10)는 연성인 구리 합금(Cu alloy) 또는 알루미늄(Al)로 형성될 수 있다.
기저 소재(10)의 상면 및 하면은 매끄럽게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 리드 프레임의 상면 및 하면이 서로 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 기저 소재(10)의 상면은 거칠게 형성될 수 있으며, 기저 소재(10)의 하면은 매끄럽게 형성될 수 있다. 이때, 기저 소재(10)의 상면을 거칠게 형성하기 위해 기계적 또는 화학적인 표면 처리를 하거나, 플라즈마 처리를 하거나, 전해 연마 처리를 수행할 수 있다.
또한, 기저 소재(10)의 상면과 하면의 거칠기는 상기와 반대로 형성되는 것도 가능하다. 이때, 거칠게 형성되는 기저 소재(10)의 하면은 상기에서 설명한 거칠게 형성되는 기저 소재(10)의 상면과 동일 유사한 방법으로 형성될 수 있다.
제1 금속층(1)은 기저 소재(10)의 상부에 배치되며 니켈(Nikel, Ni)과 팔라듐(Palladium, Pd)의 합금으로 형성될 수 있다. 니켈-팔라듐 합금 (Ni-Pd alloy)은 니켈(Ni)의 중량%가 팔라듐(Pd)의 중량% 보다 더 크게 형성될 수 있다. 또한 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)은 니켈(Ni) 및 팔라듐(Pd) 이외에도 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 더 포함 하여 형성될 수 있다. 니켈-팔라듐 합금층에 포함되는 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나의 중량은 전체 니켈-팔람듐 합금층의 전체 중량의 약 40%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 리드 프레임(101)의 내화성, 내식성, 열전도성 및 경제성을 고려하여 상기 범위 내에서 형성할 수 있다.
제2 금속층(2)은 제1 금속층(1)의 상부에 배치되며 은(Ag)과 은(Ag)을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 제2 금속층(2)은 은(Ag) 이외에도 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 더 포함 하여 은(Ag) 합금층을 형성될 수 있다. 은(Ag) 합금층에 포함되는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나의 중량은 전체 은(Ag) 합금층의 전체 중량의 약 40%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 리드 프레임(101)의 내화성, 내식성, 열전도성 및 경제성을 고려하여 상기 범위 내에서 형성할 수 있다.
제2 금속층(2)의 두께는 5~50 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다. 이는 제2 금속층(2)은 고가의 금속을 사용하여 형성하는바, 재료비 절감 측면에서 경제성을 향상시키고, 후술하듯이 제2 금속층(2) 표면의 거칠기를 균일하게 유지하기 위함이다.
제2 금속층(2)의 다른 일면에는 엘이디(LED) 칩(200)이 배치될 수 있다. 이때, 엘이디(LED) 칩(200)에서 방출되는 빛은 리드 프레임(101)에 의해 반사되어 외부로 방출된다.
도 4는 도 1에 도시된 리드 프레임의 다른 실시예의 일부분의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 리드 프레임(102)은 기저 소재(10'), 제1 금속층(1'), 제2 금속층(2') 및 제3 금속층(3')을 포함한다. 기저 소재(10'), 제1 금속층(1'), 제2 금속층(2')은 상기에서 설명한 리드 프레임(101)의 구성과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제3 금속층(3')은 제1 금속층(1')과 제2 금속층(2') 사이에 형성되어 배치될 수 있다. 상세하게, 제3 금속층(3')의 일표면은 제1 금속층(1')의 일표면에 접촉하게 형성되고, 제3 금속층(3')의 다른 표면은 제2 금속층(2')의 일표면에 접촉하게 형성될 수 있다.
제3 금속층(3')은 팔라듐(Pd)으로 형성될 수 있다. 또한 리드 프레임(102)의 목적, 구조 및 배치에 따라 팔라듐 합금(Pd alloy)으로 형성될 수 있다. 팔라듐 합금층(Pd alloy)은 팔라듐(Pd) 이외에도 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 더 포함하여 형성될 수 있다. 팔라듐 합금층에 포함되는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나의 중량은 전체 팔람듐 합금층의 전체 중량의 약 40%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 리드 프레임(102)의 내화성, 내식성, 열전도성 및 경제성을 고려하여 상기 범위 내에서 형성할 수 있다.
제3 금속층(3')은 제 3 금속층(3')의 상부 층으로부터 전달된 열이 제 3 금속층(3')의 하부 층으로 침투하지 않도록 한다. 상세하게 제2 금속층(2')의 표면으로부터 열이 유입되고, 상기 열은 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)으로 형성되는 제2 금속층(2')을 통과하여 리드 프레임(102)의 하부에 형성되는 제1 금속층(1')으로로 전달 될 수 있다. 상기 열은 리드 프레임(102)의 잔류응력을 발생시켜서 리드 프레임(102)의 내구성에 영향을 끼친다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 프레임(102)의 표면조직을 나타내는 사진이다. 도 5의 [um]는 마이크로 미터를 나타낸다.
도 5를 참조하면 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 형성여부에 따른 표면조직의 조도를 비교할 수 있다.
도 5a는 니켈로 형성되는 니켈(Ni) 금속층 상부에 팔라듐(Pd)으로 형성되는 팔라듐(Pd) 금속층을 적층하고, 팔라듐(Pd) 금속층 상부에 은(Ag)으로 형성되는 은(Ag) 금속층을 적층하는 리드 프레임(101a)이다. 리드 프레임(101a)의 두께는 40마이크로미터[um]로 형성된다.
도 5b는 니켈(Ni)로 형성되는 니켈(Ni) 금속층 상부에 팔라듐(Pd)으로 형성되는 팔라듐(Pd) 금속층을 적층하고, 팔라듐(Pd) 금속층 상부에 은(Ag)으로 형성되는 은(Ag) 금속층을 적층하는 리드 프레임(101b)이다. 리드 프레임(101b)의 두께는 20마이크로미터[um]로 형성된다.
도 5c는 니켈(Ni)과 팔라듐(Pd)의 합금으로 형성되는 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy) 상부에 팔라듐(Pd)으로 형성되는 팔라듐(Pd) 금속층을 적층하고, 팔라듐(Pd) 금속층 상부에 은(Ag)으로 형성되는 은(Ag) 금속층을 포함하는 리드 프레임(101c)이다. 리드 프레임(101c)의 두께는 20마이크로미터[um]로 형성된다. 리드 프레임(101c)의 구조는 도 4에서 도시된 리드 프레임(102)의 구조와 유사하다. 따라서 하기의 결과를 본 발명의 다른 실시예의 리드 프레임(102)에 적용할 수 있으며, 나아가 본 발명의 일 실시예의 리드 프레임(101)에 적용할 수 있다.
리드 프레임의 최외곽층에 은(Ag)으로 형성되는 은(Ag) 금속층은 상기 은(Ag) 금속층의 하부에 형성된 금속층의 조도에 영향을 받는다. 따라서 상기 은(Ag) 금속층의 하부에 형성된 금속층의 조도가 상기 은(Ag) 금속층의 조도를 결정한다.
도 5a와 도 5b를 비교하면 은(Ag) 금속층 표면의 조도는 도 5a가 도 5b 보다 작다. 금속층을 두껍게 형성하는 경우에는 상기 금속층의 조직이 치밀해지고 상기 금속층의 결정이 단단해진다. 따라서 상기 금속층의 조도는 상기 금속층이 두껍게 형성될수록 감소하여 상기 은(Ag) 금속층의 거칠기가 균일하게 형성될 수 있다. 리드 프레임(101b)의 니켈(Ni) 금속층 보다 리드 프레임(101a)의 니켈(Ni) 금속층이 두껍게 형성되었다. 따라서 리드 프레임(101a)의 니켈(Ni) 금속층이 두껍게 형성되어 니켈(Ni) 금속층의 조직이 치밀해지고 결정이 단단해지므로 은(Ag) 금속층 표면의 조도가 감소한다.
도 5a와 도 5c를 비교하면 은(Ag) 금속층의 표면조도는 도 5c가 도 5b 보다 작다. 도 5c의 리드 프레임(101c)의 두께는 20마이크로미터[um]이고 도 5a의 리드 프레임(101a)의 두께는 40 마이크로미터[um]이다. 즉 도 5a의 니켈(Ni) 금속층을 도 5c의 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)으로 대체하는 경우에는, 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 두께를 줄여 팔라듐(Pd)의 사용량을 줄일 수 있다. 또한 은(Ag) 금속층의 표면 조도를 낮출 수 있다.
도 6은 니켈-팔라듐 합금(Ni-Pd alloy) 내 팔라듐(Pd)의 중량%에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다. 표 1은 니켈-팔라듐 합금(Ni-Pd alloy) 내 팔라듐(Pd)의 중량%에 따른 반사도의 변화에 대한 실험데이터이다.
도 6 및 하기의 표 1를 검토하면 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 두께에 따른 반사도의 변화를 통해 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy) 두께의 한정범위를 파악할 수 있다.
[표 1]
실험조건은 다음과 같다. 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)내 팔라듐(Pd) 함량 조절을 위해서, 합금도금액에서의 팔라듐(Pd) 농도 및 도금을 위해 사용되는 전류의 밀도를 변화시켰다. 상기 합금도금액의 산성도는 PH4로 유지하고, 상기 합금도금액의 온도는 40도로 고정되었다. 또한 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 표면에 형성되는 은(Ag) 금속층의 두께는 20마이크로미터[um]로 고정하였다.
표 1에 표시된 단위는 다음과 같다. 팔라듐(Pd)의 농도는 니켈과 팔라듐의 합금 도금액에서 팔라듐의 % 농도이다. 전류밀도는 평균전류밀도(Average current density, ASD)이며, A/dm²로 나타난다. 도금시간의 단위는 초(S)이다. 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 두께의 단위는 마이크로미터[um] 이다. 팔라듐(Pd)의 분율은 질량을 기준으로 합금내의 팔라듐(Pd)의 질량 분율을 나타낸다.
도 6에서 그래프의 X축은 비교예와 실험예를 나타낸다. 은 금속층 하부에 형성되는 니켈(Ni) 금속층을 포함하는 리드 프레임을 비교예로 설정한다.(비교예) 은(Ag) 금속층 하부에 형성되는 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)을 포함하는 리드 프레임을 실험예로 설정한다.(실험예 1 내지 실험예 6) 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)에서 팔라듐(Pd)의 중량 %에 따라 실험예를 설정한다.
도 6에서 그래프의 Y축은 GAM 의 수치를 나타낸다. GAM 의 수치는 반사도를 측정하는 GAM 장비(VSR-400)에서 측정되는 수치이다. GAM 장비(VSR-400)는 I.C 리드 프레임 이나 엘이디(LED) 리드 프레임의 도금 광택도를 측정하는데 사용된다. GAM의 수치는 0 에서 최대 4.0까지의 범위를 가지고 있으며, 상기 GAM의 수치가 높을수록 반사도가 큰 물질을 나타낸다.
실험예 1 내지 실험예 6을 비교예와 대비하여 판단하면 다음과 같다. 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)을 은(Ag) 금속층 하부에 배치하는 경우에는, 은(Ag) 금속층 하부에 니켈(Ni) 금속층을 형성한 것에 비해 GAM의 수치가 0.2 정도 상승하는 효과가 있다. 또한 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy) 내에 팔라듐(Pd)의 중량% 변화에 따른 GAM의 수치는 거의 일정하다. 다만, 팔라듐(Pd)은 고가의 금속이므로 경제적인 요소를 고려시 팔라듐의 중량%를 32%이내로 형성하는 것이 바람직하다. 니켈-팔라듐 합금층 내에 팔라듐의 중량%는 2% 내지 32%로 설정할 수 있다.
도 7은 니켈-팔라듐 합금층의 두께에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다. 표 2은 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 두께에 따른 반사도의 변화에 대한 실험데이터이다.
도 7 및 표 2를 검토하면 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 두께에 따른 반사도의 변화를 통해 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy) 두께의 한정범위를 파악할 수 있다.
[표 2]
실험조건은 다음과 같다. 니켈-팔라듐 합금층의 두께 조절을 위해 도금시간을 변화시켰다. 상기 합금도금액의 산성도는 PH4로 유지하고, 상기 합금도금액의 온도는 40도로 고정되었다. 또한 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 표면에 형성되는 은 (Ag) 금속층의 두께는 70마이크로미터[um]로 고정하였다. 표 2에 표시된 단위는 상기 표 1에서의 단위와 같다.
도 7의 그래프의 X축은 비교예와 실험예를 나타낸다. 기저 소재 상부에 형성되는 은 (Ag) 금속층을 포함하는 리드 프레임을 비교예로 설정한다.(비교예) 은 (Ag) 금속층 하부에 형성되는 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)을 포함하는 리드 프레임을 실험예로 설정한다.(실험예1 내지 실험예4) 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 두께에 따라 실험예를 설정한다. Y축은 GAM 의 수치를 나타낸다.
실험예1 내지 실험예4를 비교예와 대비하여 판단하면 다음과 같다. 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)을 은 (Ag) 금속층 하부에 배치하는 경우에는, 기저 소재 상부에 은(Ag) 금속층을 형성한 리드 프레임(비교예)에 비해 GAM 상승효과가 있다. 그러나 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 합금 두께가 증가하면, 도금 결정 성장에 따라 GAM이 하락하므로, 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy) 두께의 상한을 설정할 필요가 있다. 또한 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 합금 두께가 감소하는 경우에는, 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 내열성이 약해진다. 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 내열성이 약해지면, 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 하부로의 열확산이 쉽게 발생하여 리드 프레임의 내구성이 약해지므로, 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy) 두께의 하한을 설정할 필요가 있다. 니켈-팔라듐 합금층 (Ni-Pd alloy)의 두께는 0.8(um)에서 5.1(um)으로 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 서술한 리드 프레임(101, 102)을 이용한 엘이디(LED) 패키지(1000)이다. 이하 설명의 편의를 위해 도3의 리드 프레임(101)을 중심으로 설명하기로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 리드 프레임(101)의 상면 중 다이 패드(도 2의 11)에 대응하는 부분에는 엘이디(LED) 칩(200)이 실장된다. 리드 프레임(101)의 상면 중 리드부(도 2의 12)에 대응하는 부분에는 금(Au) 또는 구리(Cu) 성분의 본딩 와이어(300)가 본딩된다. 본딩 와이어(300)는 리드 프레임(101)과 견고하게 접합하여야 이후 신호 전달시 단선의 문제가 발생하지 않는다.
리드 프레임(101)의 상면에 엘이디(LED) 칩(200)을 실장하고, 본딩 와이어(300)를 본딩한 이후에 이들을 덮도록 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Mold Compound)와 같은 몰드 수지(400)로 리드 프레임(101)의 상면의 인캡슐레이션을 수행한다.
리드 프레임(101)의 최외각에 형성되는 은 (Ag) 금속층(도 3의 2) 상에 엘이디(LED) 칩(200)이 실장된다. 엘이디(LED) 패키지(1000)가 조명용 소자로 사용되는 경우, 엘이디(LED) 칩(200)에서 출력되는 전기 신호는 리드부를 통해서 외부장치(미도시)로 전달될 수 있다. 또한 상기 외부 장치로부터 리드부로 입력되는 전기 신호는 엘이디(LED) 칩(200)으로 전달될 수 있다.
엘이디(LED) 칩(200)에서 발생하는 빛은 외부로 방출함으로써 조명 장치의 역할을 수행할 수 있다. 이때 상기 빛은 엘이디(LED) 칩(200)과 접촉하는 리드 프레임(101)의 최외곽에 형성되는 은 (Ag) 금속층(도 3의 2) 표면과 부딪힌다.
상기 빛 중 일부는 반사에 의해서 외부로 방출되고, 일부는 은 (Ag) 금속층(2)에 흡수 된다. 또한 일부는 상기 빛의 간섭에 의해서 사라질 수 있다. 이때, 은 (Ag) 금속층(2)의 표면 조도에 따라 반사되어 외부로 방출 되는 빛의 양이 결정된다.
상세하게, 은 (Ag) 금속층(2)의 표면 조도가 커서 거칠기가 고르지 못한 경우에는, 반사되는 빛들의 간섭현상이 발생하여 일부의 상기 빛은 소멸될 수 있다. 또한 반사되는 빛은 난반사가 일어나므로, 효과적으로 방출하는 빛을 이용할 수 없다.
은 (Ag) 금속층(2)의 표면 조도가 작아 거칠기가 균일한 경우에는, 반사되는 빛의 간섭현상이 적게 발생하여 소멸되는 빛의 양이 줄어들 수 있다. 또한 정반사가 일어나므로 효과적으로 방출하는 빛을 이용할 수 있다.
은(Ag) 금속층(2)의 표면 조도는 은(Ag) 금속층(2) 하부에 형성되는 금속층에 영향을 많이 받는다. 따라서 은(Ag) 금속층(2) 하부에 형성되는 금속층의 거칠기를 균일하게 함으로써 엘이디(LED) 패키지(1000)에서 발생하는 빛을 효과적으로 사용할 수 있다.
은(Ag) 금속층(2) 하부에 형성되는 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)은 니켈(Ni)의 중량%가 팔라듐(Pd)의 중량% 보다 더 크게 형성될 수 있다. 또한 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy, 1)에서 팔라듐(Pd)은 2∼32 중량% 형성되어 은(Ag) 금속층(2)의 거칠기를 균일하게 할 수 있다. 또한 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy, 1)의 두께를 0.8~5.1 마이크로미터[um](um)로 형성하여 은(Ag) 금속층(2)의 거칠기를 균일하게 할 수 있다. 이때, 은(Ag) 금속층(2)을 5~50 마이크로미터[um]로 형성하여 하부에 형성된 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy, 1)의 균일한 거칠기를 효과적으로 유지할 수 있다.
엘이디(LED) 칩(200)에서 발생하는 빛과 함께 열도 발생한다. 열은 외부로 방출하여 엘이디(LED) 칩(200)을 이용하는 조명장치의 내구성을 유지해야 한다. 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy, 도4의 1')의 상부에 팔라듐(Pd) 금속층(도 4의 3')을 형성할 수 있다. 팔라듐(Pd) 금속층(3')은 팔라듐(Pd) 금속층(3') 상부에 형성되는 은(Ag) 금속층(도4의 2')을 총해서 유입되는 열의 확산을 방지한다. 즉, 팔라듐(Pd) 금속층(3')은 열확산 BARRIER의 역할을 수행할 수 있다. 또한 팔라듐(Pd) 금속층(3') 표면의 거칠기는 균일하게 형성되어 상부의 은(Ag) 금속층(2')에서의 빛의 방출을 효과적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리드 프레임(101,102)의 제조방법은 하기와 같다.
다이패드와 리드부를 구비하는 기저소재를 전해탈지 또는 산(acid)세척을 수행하는 단계를 진행한다. 전해탈지는 기저소재 표면에 있는 오염물의 제거하고, 기저 소재의 표면을 활성화 한다. 또한 산(acid)세척은 기저 소재 표면에 있는 오염물을 산(acid)을 이용해 제거한다.
이후, 기저소재의 상부에 배치되는 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)을 전기도금법을 사용하여 형성하는 단계를 진행한다. 니켈과 팔라듐의 합금 도금액을 전기도금을 수행하는 장치에 설치한다. 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)에서 팔라듐(Pd)의 질량% 이나 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 두께에 따라 적정 전류밀도를 제어하여 전기도금을 수행한다.
니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)을 형성하는 단계에서는 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)은 니켈(Ni)의 중량%가 팔라듐(Pd)의 중량% 보다 더 크게 형성될 수 있다. 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성 될 수 있다. 또한 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)에서 팔라듐(Pd)은 2∼32 중량%로 형성될 수 있다.
이후, 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)의 상부에 배치되는 은(Ag) 금속층을 형성하는 단계를 진행한다. 은(Ag) 금속층은 플라즈마 반응 방법, CVD(chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 특히 진공 상태에서 플라즈마 반응을 진행하여 은(Ag) 금속층을 형성하면 팔라듐(Pd) 금속층은 더욱 치밀한 구조로 형성될 수 있다. 이때 은(Ag) 금속층의 두께는 5~50 마이크로미터[um]로 형성될 수 있다.
니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)을 전기 도금법을 사용하여 형성하는 단계 이후에 팔라듐(Pd) 금속층을 형성하는 단계를 진행한 후에, 은(Ag) 금속층을 형성하는 단계를 진행할 수 있다. 팔라듐(Pd) 금속층을 형성하는 단계는 상기 전술한 은(Ag) 금속층을 형성하는 방법과 같이 플라즈마 반응 방법, CVD(chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
리드 프레임(101)의 최외곽에 형성되는 은(Ag) 금속층(2)의 하부에 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy, 1)을 형성하여 최외곽에 형성되는 은(Ag) 금속층(2) 표면의 거칠기를 균일하게 형성할 수 있다. 리드 프레임(101)에 엘이디(LED) 칩(200)을 실장한 엘이디(LED) 패키지(1000)에서, 엘이디(LED) 칩(200)에서 발생한 빛의 반사도를 높여서 엘이디(LED) 패키지(1000)의 효율을 향상할 수 있다.
또한, 리드 프레임(102)의 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy, 1') 상부에 팔라듐(Pd) 금속층(3')를 형성하면, 팔라듐(Pd) 금속층(3')은 열확산 방지의 역할을 할 수 있다. 은(Ag) 금속층(2')을 통과하여 리드 프레임(102) 하부 금속층으로 전달되는 엘이디(LED) 칩(200)에서 발생한 열은 팔라듐(Pd) 금속층(3')에 의해서 차단될 수 있다. 따라서 리드 프레임(102) 및 이를 적용한 엘이디(LED) 패키지(1000)의 내구성을 향상하여 설비의 운용비를 절감할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1, 1' : 제1 금속층, 니켈-팔라듐 합금층(Ni-Pd alloy)
2, 2' : 제2 금속층, 은(Ag) 금속층
3' : 제3 금속층, 팔라듐(Pd) 금속층
10 : 기저 소재
11 : 다이 패드
12 : 리드부
101, 102 : 리드 프레임
200 : 엘이디(LED) 칩
300 : 본딩 와이어
400 : 몰드 수지
1000 : 엘이디(LED) 패키지
2, 2' : 제2 금속층, 은(Ag) 금속층
3' : 제3 금속층, 팔라듐(Pd) 금속층
10 : 기저 소재
11 : 다이 패드
12 : 리드부
101, 102 : 리드 프레임
200 : 엘이디(LED) 칩
300 : 본딩 와이어
400 : 몰드 수지
1000 : 엘이디(LED) 패키지
Claims (18)
- 기저 소재;
상기 기저 소재의 일면에 접촉하게 배치되며, 니켈-팔라듐 합금으로 형성된 제1 금속층; 및
상기 제1 금속층의 상부에 배치되며, 은을 포함하는 제2 금속층;을 포함하고,
상기 니켈-팔라듐 합금은 니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 크며,
상기 제1 금속층의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성된, 리드 프레임. - 기저 소재;
상기 기저 소재의 일면에 접촉하게 배치되며, 니켈-팔라듐 합금으로 형성된 제1 금속층;
상기 제1 금속층의 상부에 배치되며, 은을 포함하는 제2 금속층; 및
상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되며, 팔라듐을 포함하되 니켈을 포함하는 않는 제3 금속층;을 포함하고,
상기 니켈-팔라듐 합금은 니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 크며,
상기 제1 금속층의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성되는, 리드 프레임. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 금속층에서 니켈-팔라듐 합금에 포함되는 팔라듐은 2∼32 중량%로 형성되는, 리드 프레임. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제2 금속층은 5~50 마이크로미터[um]로 형성된, 리드 프레임. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 금속층은 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 더 포함하는 리드 프레임. - 삭제
- 제1 항 또는 제2 항의 리드 프레임;
상기 리드 프레임의 다이 패드에 접착되는 엘이디(LED) 칩; 및
상기 엘이디(LED) 칩과 상기 리드 프레임을 연결하는 복수개의 본딩 와이어들을 포함하는, 엘이디(LED) 패키지. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 다이 패드와 리드부를 구비하는 기저 소재를 전해탈지 또는 산세척을 수행하는 단계;
전기도금법을 사용하여, 상기 기저 소재의 일면에 상기 기저 소재와 접촉하되, 니켈-팔라듐 합금층인 제1 금속층을 형성하는 단계;
상기 니켈-팔라듐 합금층의 상부에 배치되는, 은을 포함하는 제2 금속층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 금속층을 형성하는 단계에서는
니켈의 중량%가 팔라듐의 중량% 보다 더 크게 형성되며, 상기 제1 금속층의 두께는 0.8~5.1 마이크로미터[um]로 형성되는, 리드 프레임 제조방법. - 삭제
- 제12 항에 있어서,
상기 제1 금속층을 형성하는 단계에서는
상기 제1 금속층에서 팔라듐이 2∼32 중량%로 형성되는, 리드 프레임 제조방법. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 금속층을 형성하는 단계에서는
상기 제2 금속층을 5~50 마이크로미터[um]로 형성되는, 리드 프레임 제조방법. - 제12 항에 있어서
상기 제2 금속층을 형성하기 전에 수행되며, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되며, 팔라듐을 포함하되 니켈을 포함하는 않는 제3 금속층을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 리드 프레임 제조 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 금속층을 형성하는 단계에서는
화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 방법, 스퍼터링(Sputtering) 방법, 플라즈마 반응방법 중 어느 하나의 방법으로 형성되는, 리드 프레임 제조방법. - 제16 항에 있어서,
상기 제3 금속층을 형성하는 단계에서는
화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 방법, 스퍼터링(Sputtering) 방법, 플라즈마 반응방법 중 어느 하나의 방법으로 형성되는, 리드 프레임 제조방법
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20191007 Patent event code: PE09021S01D |
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Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20200309 Patent event code: PE09021S02D |
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