説明

LED用リードフレーム

【課題】高い反射率を長期間維持でき、また安定してかつ容易に形成できる反射膜を備えたLED用リードフレームを提供する。
【解決手段】リードフレーム1は、銅または銅合金からなる基板11に、膜厚0.6μm以上8μm以下のAgめっき膜13を備え、さらにAgめっき膜13上にTi,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15を膜厚0.5nm以上15nm以下で形成されて備え、金属酸化膜15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。金属酸化膜15をAgめっき膜13に被覆することにより、Agめっき膜13に外部からハロゲンイオンや硫黄が接触することを防止し、耐久性に優れた反射膜となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶ディスプレイのバックライト、照明器具、自動車のヘッドランプやリアランプ等に用いられる発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を光源とする発光装置を構成するLED用リードフレームに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、LED素子を光源とする発光装置が、省エネルギかつ長寿命である利点を活かして、広範囲の分野に普及し、各種機器に適用されている。LED素子を光源とする発光装置の一例として、表面実装型の発光装置の構造および動作について、図2を参照して説明する。図2はLED素子を光源とする表面実装型の発光装置の外観図であり、(a)は俯瞰図、(b)は平面図(上面図)である。
【0003】
図2(a)、(b)に示すように、発光装置10は、LED素子(図中では「LED」と記載する。)と、LED素子の電極(図示省略)に電気的に接続して当該LED素子に駆動電流を供給するための導体である一対のリードフレーム1a,1bと、これらを支持する樹脂成形体2と、を備える。詳しくは、樹脂成形体2は、LED素子が収容される凹状のLED素子実装部22が形成されて、LED素子実装部22の上方が広がって開口したカップ状である。リードフレーム1a,1bは、帯状で、それぞれが樹脂成形体2の外側からLED素子実装部22内側へ貫通している。リードフレーム1a,1bのそれぞれにおいて、LED素子実装部22の底面に配設された領域をインナーリード部、樹脂成形体2の外側に延出された領域をアウターリード部と称する。
【0004】
LED素子は、LED素子実装部22の底面の略中央に載置されるが、この位置には一方のリードフレーム1aが配設されているので、リードフレーム1aの上面に図示しない接着剤によって接着される。LED素子の電極が一対のリードフレーム1a,1bのそれぞれの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、エポキシ樹脂等の透明な封止樹脂(図示省略)が充填されて封止されている。そして、一対のリードフレーム1a,1bのそれぞれのアウターリード部が図示しない電源に接続されてLED素子に駆動電流が供給され、LED素子が発光し、この光がLED素子実装部22の開口部から発光装置10の外部へ照射される。なお、本明細書における「上」とは、原則として、リードフレームのLED素子が搭載される側を指す。
【0005】
このような発光装置10においては、LED素子の発光部(発光層)が発光して、この発光部を中心に光を放射して全方位へ照射される。これらの光のうち、上方へ照射された光は直接、LED素子実装部22の開口部から発光装置10の外部へ出射して照明光等として利用される。しかし、それ以外の、側方や下方へ照射された光は、LED素子実装部22の側面および底面ならびにこの底面上のリードフレーム1a,1b(インナーリード部)表面に入射する。そこで、これらの面がLED素子から入射した光をよく反射させるように、樹脂成形体2やリードフレーム1a,1bは表面の光反射率(以下、反射率という)を高くすることが求められている。例えば樹脂成形体2は、白色樹脂で形成され、あるいはLED素子実装部22の各面に反射膜を形成する(図示省略)。一方、リードフレーム1a,1bは、導電性に優れてリードフレーム材料として一般的なCuまたはCu合金を基板としてその表面に反射膜を形成したものが知られている。特にAgは、金属の中で最も高い反射率を示して多くの光を反射させるために、このような反射膜の材料として最適である。
【0006】
しかし、Agは、発光装置10の使用時間の経過と共に、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表面に塩化物(AgCl)等のハロゲン化物や硫化物(Ag2S)を形成するため、これらの生成物により反射膜の表面が黒褐色に変色したり凝集して表面が荒れ、またAgはLED素子から発生する熱によっても凝集するため、反射率が劣化するという問題がある。また、封止樹脂にエポキシ樹脂を用いた場合には、この透明なエポキシ樹脂に反射膜中のAgが拡散してAgのナノ粒子として析出し、褐色に変色させて光透過性を劣化させる。
【0007】
この問題を解決するために、例えば、特許文献1には、封止樹脂にシリコーン樹脂を適用し、反射面の純Agめっき層に、塩化物や硫化物を形成し難いAg−Au合金めっき層をさらに被覆したリードフレームが記載されている。また、特許文献2には、Ge,Biを含有するAg合金膜をめっき等で成膜した後、熱可塑性樹脂でリフレクタ(図2の樹脂成形体2に相当)を形成することで、あるいは熱処理を行うことで、その際の加熱により前記Ag合金膜のGe,Biを拡散させて表面に濃化させ、ハロゲン化銀を形成し難くしたリードフレームが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2008−91818号公報(請求項1,2、段落番号0015〜0016)
【特許文献2】特開2008−192635号公報(請求項1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1のAg−Au合金膜は、塩化物や硫化物を形成し難くするためにAg含有量を50質量%未満に制限したAuを主成分とする合金からなり、Agと比較して反射率に劣り、さらにコストも高くなる。特許文献2のAg合金膜では、めっきでGe,Bi濃度を制御したAg合金膜を成膜することが困難である上、その後の熱処理によりAg合金膜表面で安定してGe,Biを濃化させることも困難である。特に、硫化物形成を防止するGeの拡散には温度および時間が不十分であり、このようなAg合金膜では硫化物の形成が十分に抑制できない上、封止樹脂とするシリコーン樹脂には、樹脂の硬化触媒として塩化白金酸のような金属塩化物や金属硫化物等が含まれている。
【0010】
本発明の課題は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、高い反射率を長期間維持でき、また安定してかつ容易に形成できる反射膜を備えたLED用リードフレームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、Cu基板の表面形状に対して平滑な表面形状とするためにめっきにてAg膜を形成して、その上にAg膜(Agめっき膜)を環境中の硫化物から保護する保護膜を形成することに想到した。さらに、Agの熱による凝集は結晶粒径が大きくなると抑制される傾向があるため、Agを含む膜は結晶粒径の比較的大きいAgめっき膜のみとした。そして、保護膜について、Agめっき膜の高い反射率を損なわないような薄膜であってもAgめっき膜に対するバリア性を確保できる成分を見出した。
【0012】
すなわち本発明に係るLED用リードフレームは、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Ti,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。
【0013】
このように、反射率の高いAgめっき膜を形成し、さらにその表面に所定の金属または合金の酸化膜を表面に備えることで、Agめっき膜に外部からハロゲンイオンや硫黄が接触することを防止し、耐久性に優れた反射膜となる。
【0014】
前記の本発明に係るLED用リードフレームにおいて、基板とAgめっき膜との間に、さらに膜厚0.5μm以上のNiめっき膜を形成してもよい。このとき、Agめっき膜の膜厚は0.2μm以上であればよく、またNiめっき膜とAgめっき膜の膜厚の合計が8μm以下となるようにする。
【0015】
このように、基板上に、熱による基板からのCuの拡散を抑制する効果の大きいNiのめっき膜を形成することで、基板からの表面へのCuの拡散が抑制されるため、耐熱性にいっそう優れた反射膜となる。また、Ni膜をめっきにて形成することで、Agめっき膜の膜厚を抑えても表面を十分に平滑化できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明のLED用リードフレームは、LED素子を搭載して、その発光した光を高効率で利用して照明光の明るさを向上させ、使用時間の経過による照明光の減衰等の劣化を抑えた発光装置とすることができる。また、Agに耐久性を付与する元素を反射率が損なわれない範囲で添加する等、反射膜の成分を緻密に制御する必要がなく、容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】(a)、(b)は本発明の実施形態に係るLED用リードフレームの構成を示す断面図である。
【図2】LED素子を光源とする表面実装型の発光装置の構造を示す外観図であり、(a)は俯瞰図、(b)は平面図である。
【図3】本発明に係るLED用リードフレームを使用した発光装置の構造を示す断面図であり、図2のA−A線矢視断面図に対応する図である。
【図4】本発明の別の実施形態に係るLED用リードフレームおよびその基板の模式図であり、(a)は基板の平面図、(b)はLED用リードフレームに樹脂成形体を設けた平面図で(a)の部分拡大図に対応する図、(c)は(b)のB−B線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明のLED用リードフレームは、LED素子を光源として実装される発光装置を構成するための部品であり、発光装置の形状および形態、ならびにLED素子の実装形態、製品としてユーザに提供する形態等に応じて、所要の形状および形態に構成される。以下、本発明のLED用リードフレームについて、図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
〔リードフレーム〕
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。
【0020】
図1(a)に示す実施形態に係るリードフレーム1は、基板11と、基板11の少なくとも一方の面に形成されたAgめっき膜13と、さらにその上に形成された金属酸化膜15と、を備える。Agめっき膜13および金属酸化膜15は、基板11のLED素子が搭載される側の面になる上面(以下、適宜表面という)のみに形成されていてもよいし、基板11の下面(裏面)を含めた両面に形成されていてもよく、さらには、基板11の表面の一部の領域、例えば発光装置10に組み込まれたときにLED素子の発光した光が入射する領域のみに形成されていてもよい。したがって、リードフレーム1は、裏面や、表面の前記以外の領域においては、基板11が露出していてもよいし、これらの膜13,15の2層またはいずれか1層のみが形成されていてもよい(例えば図4(c)参照)。
【0021】
(基板)
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。
【0022】
(Agめっき膜)
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。
【0023】
Agめっき膜13は、平滑な表面を形成するめっき膜であれば、公知のめっき方法で形成される無光沢Agめっき、半光沢Agめっき、光沢Agめっきのいずれであってもよいが、発光装置としたときにLED素子から照射された光を高効率で外部へ出射するためには光沢Agめっきが最も好ましい。また、成分はAg単体(純Ag)に限定されず、Agの高反射率が保持されればAg合金で形成されるめっき膜であってもよい。例えば、Ag−Au合金やAg−Pd合金のような貴金属との合金、あるいはAg−Bi合金等が挙げられる。
【0024】
Agめっき膜13の膜厚は0.6μm以上8μm以下とする。Agめっき膜13の膜厚が薄いと、基板11の表面粗さにも影響されるが、Agめっき膜13の表面が十分に平滑にならない。Agめっき膜13の上に成膜されてリードフレーム1の最表面となる金属酸化膜15は極めて薄く、かつ物理蒸着による膜であるために下地の表面形状が保持され、Agめっき膜13の表面粗さがリードフレーム1の表面粗さと略一致する。すなわちリードフレーム1の表面(反射面)が平滑にならないため、発光装置としたときに、反射における拡散反射が多くなって出射光の光量の損失が多くなる。さらに、リードフレーム1が発光装置10として使用されたときに、熱により基板11からCuがAgめっき膜13に拡散するが、Agめっき膜13の膜厚が薄いと、その表面までCuが到達し、Agめっき膜13の表面が変色して反射率が低下する虞がある。したがって、リードフレーム1の表面(金属酸化膜15の表面)を平滑にするため、Agめっき膜13の膜厚は、0.6μm以上とし、好ましくは0.7μm以上、より好ましくは1μm以上である。Agめっき膜13は、膜厚が8μmを超えて厚くても表面の平滑化の効果が飽和し、不必要に厚く形成されるとコスト高となるため、Agめっき膜13の膜厚は8μm以下とし、好ましくは7μm以下、より好ましくは6μm以下である。
【0025】
(金属酸化膜)
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。
【0026】
Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wは、それぞれ大気中等で表面に安定した酸化膜(不働態皮膜)を形成するため、ハロゲンイオンや硫黄と反応し難い。また、これらの金属は、元の金属に対する酸化物の体積比(PB比:Pilling-bedworth ratio)が1を超えるものであり、酸化により膨張するため、極めて薄い金属膜として成膜した時点でピンホールが形成されていた場合、酸化して金属酸化膜となることでピンホールが塞がれる。このような金属酸化膜15は、極めて薄い、具体的には膜厚2nm以下であっても、Agめっき膜13表面を被覆する緻密な保護膜を構成し、Agめっき膜13が外部からのハロゲンイオンや硫黄と接触することを防止する。
【0027】
また、これらの金属の酸化膜をAgめっき膜13表面に被覆しても、リードフレーム1の反射率がAgめっき膜13の有する高反射率から大きく低下することがない。特に、金属酸化膜15をTi,Zr,Taのいずれかの金属の酸化膜またはこれらの金属の合金の酸化膜とした場合は、金属酸化膜15をある程度まで厚く形成してもリードフレーム1の反射率があまり低下せず、Agめっき膜13の保護膜として十分な厚さとすることができるため好ましい。
【0028】
金属酸化膜15の膜厚は0.5nm以上とする。金属酸化膜15の膜厚が0.5nm未満では、Agめっき膜13の保護膜として不十分である。金属酸化膜15の膜厚は、厚いほど保護膜としての効果が高いため、好ましくは0.8nm以上、より好ましくは1.0nm以上である。一方、金属酸化膜15は、膜厚が厚くなると光を多く吸収し、膜厚が15nmを超えると、リードフレーム1の反射率の低下が顕著になる。したがって、金属酸化膜15の膜厚は15nm以下とし、好ましくは13nm以下である。
【0029】
金属酸化膜15の膜厚は、X線光電子分光分析(XPS)法で測定することができる。具体的にはX線光電子分光分析装置を用いて、リードフレーム1の表面(金属酸化膜15の表面)から深さ(膜厚)方向へ、金属酸化膜15に含まれる金属元素および酸素元素O、ならびにAgめっき膜13に含まれるAgの各濃度を測定し、表面から深さ方向へのプロファイルを得る。金属酸化膜15に含まれる金属元素の濃度(含有率)が、最高濃度の1/2まで減少した深さを金属酸化膜15の膜厚と規定することができる。
【0030】
金属酸化膜15は物理蒸着によって成膜することが好ましく、特にスパッタリング法を用いることが好ましい。スパッタリング法を用いて金属酸化膜を形成する場合、金属酸化膜と同じ組成の金属酸化物ターゲットを用いて直接に金属酸化膜を成膜してもよいし、金属(合金)ターゲットを用いて金属膜(合金膜)を成膜後、大気中等の酸素雰囲気で金属膜を酸化して金属酸化膜としてもよい。ただし、膜厚2nm以下の金属酸化膜を形成する場合は、成膜時はピンホールが形成されている場合があるので、金属膜として成膜した後に酸化処理を行う。膜厚2nmを超える金属酸化膜を形成する場合は、金属酸化物、金属(合金)のいずれのターゲットを用いてもよい。
【0031】
本発明の別の実施形態として、Agめっき膜の下にNiめっき膜をさらに形成してもよい。すなわち、図1(b)に示す実施形態に係るリードフレーム1Bは、基板11と、基板11の少なくとも一方の面に形成されたNiめっき膜12と、その上に形成されたAgめっき膜13と、さらにその上に形成された金属酸化膜15と、を備える。Niめっき膜12についても、Agめっき膜13および金属酸化膜15と同様に、少なくとも発光装置10に組み込まれたときにLED素子の発光した光が入射する領域のみに形成されていればよく、上面や両面の全体に形成されていてもよい。基板11、Agめっき膜13、および金属酸化膜15は、それぞれ図1(a)に示すリードフレーム1と同じであるため、同じ符号を付し説明を省略する。また、Niめっき膜12とAgめっき膜13の積層膜を、適宜、Ni/Agめっき膜14として示す。以下、Niめっき膜12について説明する。
【0032】
(Niめっき膜)
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。
【0033】
また、Niめっき膜12は、Agめっき膜13と同様に、基板11の表面の凹凸を埋めて表面が平滑になるため、Agめっき膜13と合わせて当該Agめっき膜13の表面を平滑にする役割も有する。Niめっき膜12の膜厚の上限は規定しないが、Agめっき膜13との合計の厚さ(Ni/Agめっき膜14の膜厚)で、膜厚が8μmを超えて厚くても表面の平滑化および耐Cu拡散性の効果が飽和し、不必要に厚く形成されるとコスト高となるため、Niめっき膜12とAgめっき膜13との合計の膜厚は8μm以下とする。
【0034】
Niめっき膜12は、平滑な表面を形成するめっき膜であれば、成分はNi単体に限定されず、例えば、Ni−Co合金、Ni−P合金、Ni−Fe合金等のNi合金で形成されるめっき膜であってもよく、また、電気めっき等の公知のめっき方法で形成することができる。さらに、光沢Niめっき膜であれば、基板11の表面粗さに対して平滑な表面を形成することができ、その上に形成されるAgめっき膜13の表面をいっそう平滑にすることができるため、好ましい。
【0035】
前記した通り、Niめっき膜12がAgめっき膜13と共に当該Agめっき膜13の表面を平滑化するため、Agめっき膜13は、リードフレーム1のように単独で表面を平滑化するよりも膜厚を薄くすることができる。具体的には、Agめっき膜13の膜厚は0.2μm以上であればよく、Ni/Agめっき膜14全体で、Agめっき膜13の表面を十分に平滑にすることができる。このように、リードフレーム1Bにおいては、Niめっき膜12を基板11上に形成してAgめっき膜13の下地とすることで、原料費の高いAgを含む膜であるAgめっき膜13を厚膜化する必要がない。
【0036】
リードフレーム1,1B(以下、適宜まとめてリードフレーム1という)の平面視形状は特に限定されず、発光装置の形状および形態等に応じて設計され、例えば、後記の発光装置の基板11A(図4(a)参照)のように、複数個のリードフレーム1Aが連結された構成としてもよい。また、リードフレーム1はコイル状の条材等でもよく、この場合は、発光装置の製造時に当該発光装置の形状等に応じて切断、成形等加工される。
【0037】
(表面粗さ)
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。
【0038】
【数1】

ここで、Zave:表面高さの平均値、Zji:個々の表面高さの測定値、N:測定点の数を示す。
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。
【0039】
このような表面の二乗平均粗さRrmsが小さいリードフレーム1を形成するためには、下地表面の凹凸を小さくして同程度のRrmsにすればよい。しかしながら、基板11をこのような平滑な表面とすることは困難である。前記したように、基板11は銅または銅合金からなる圧延板を成形加工して製造されるが、圧延面に形成された酸化皮膜や、この酸化皮膜が脱落して圧延により埋め込まれた酸化物を除去するために、圧延後の研磨工程が必須である。この工程により研磨痕が表面に残るため、基板11表面が粗くなり、Rrmsでは60〜100nmになる。前記した通り、最表面の金属酸化膜15は極めて薄く、また物理蒸着で成膜されるために下地の表面形状が保持される。そこで、Agめっき膜13、あるいはさらにその下地のNiめっき膜12により、基板11表面の凹凸を埋めて、金属酸化膜15が形成される下地表面すなわちAgめっき膜13表面を平滑にする。具体的には、Agめっき膜13またはNi/Agめっき膜14の膜厚が厚くなるほど、基板11の表面粗さに対して平滑化が大きくなる(Rrmsの減少量が大きくなる)。また、予め、基板11の表面を硝酸を主成分とする強酸の混合液(キリンス酸)等を用いて酸によるエッチングを行ったり、コイニングにより基板11の表面の凹凸を潰しておけば、Agめっき膜13またはNi/Agめっき膜14の膜厚を薄く形成しても平滑性が得られるので、より好ましい。
【0040】
また、金属酸化膜15は、その下地であるAgめっき膜13の表面が平滑であるほど、薄い膜でもピンホールが形成され難くなるため、Agめっき膜13の保護膜としての効果が高くなる。言い換えると、Agめっき膜13の表面が粗い場合は、金属酸化膜15の膜厚を厚くする必要がある。本実施形態に係るリードフレーム1は、前記した通り、光の取出し効率を向上させるべく表面の二乗平均粗さRrmsが30nm以下となるように、この表面粗さと略一致するAgめっき膜13を形成するが、Agめっき膜13をこのような表面粗さとすることにより、金属酸化膜15の膜厚が0.5nm以上であればピンホールが形成され難くなる。
【0041】
〔リードフレームの製造方法〕
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。
【0042】
(基板作製工程)
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。
【0043】
(Niめっき工程)
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。
【0044】
Niめっき膜12の成膜は、例えば、ワット浴、ウッド浴、スルファミン酸浴等の公知のめっき浴を用い、Ni板を対極とし、電流密度5A/dm2、めっき浴温度50℃等の条件で電気めっきを行うことによって行うことができる。また、光沢剤を添加しためっき浴を用いて光沢Ni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、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Niめっき膜12を得ることができる。また、基板11の片面(上面)のみ、あるいはさらに一部の領域のみにNiめっき膜12を形成する場合は、下面や前記領域以外にマスキングテープ等でマスキングした後、めっき浴で電気めっきを行うことによって、基板11の所望の部位のみにNiめっき膜12を形成することができる。
【0045】
(Agめっき工程)
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。
【0046】
リードフレーム1を製造する場合は、Niめっき工程S2を行わずに、基板11に直接にAgめっき膜13を形成するため、Niめっき工程S2と同様の前処理を基板11に行うことが好ましい。また、基板11の片面(上面)のみ、あるいはさらに一部の領域のみにAgめっき膜13を形成する場合は、下面や前記領域以外にマスキングテープ等でマスキングした後、めっき浴で電気めっきを行うことによって、基板11の所望の部位のみにAgめっき膜13を形成することができる。
【0047】
(金属酸化膜形成工程)
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。
【0048】
また、金属酸化膜形成工程S4の別の例として、ターゲットを非酸化物の金属(合金)材料として、Agめっき膜13上に金属膜(または合金膜)を成膜後、この金属膜を酸化して金属酸化膜15とする方法を示す。スパッタリング装置にて成膜する工程は、電極に、成膜する金属酸化膜の組成の金属成分に合わせて組成が調整された金属(合金)ターゲットを設置する以外は、前記と同様である。金属膜を成膜後、チャンバーを開放して、またはチャンバーから取り出して大気中に曝すことで、金属膜が酸化して金属酸化膜15となる。
【0049】
以上のように、前記工程S1,S2,S3,S4をこの順に行うことによりリードフレーム1Bを製造することができる。また、工程S1,S3,S4をこの順に行うことによりリードフレーム1を製造することができる。また、Niめっき工程S2およびAgめっき工程S3において、基板11(11A)をマスキングせず全面にAgめっき膜13またはNi/Agめっき膜14を形成し、金属酸化膜形成工程S4にて、片面(表面)にのみ金属酸化膜15を形成すると、図4(c)に示すリードフレーム1,1Bを製造することができる。また、基板作製工程S1における成形前に、Niめっき工程S2およびAgめっき工程S3、あるいはさらに金属酸化膜形成工程S4を行ってから、所望の形状に加工して製造することもできる。
【0050】
〔発光装置〕
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。
【0051】
このような発光装置10は、リードフレーム1(1a,1b)が貫通するように樹脂成形体2を形成した後、LED素子を実装し、封止することにより製造される。以下、本発明に係るリードフレーム1を組み込んで、発光装置10を製造する方法の一例を説明する。
【0052】
樹脂成形体2は、絶縁材料である樹脂を成形してなる。したがって、樹脂成形体2は、その外側から内側(LED素子実装部22)へリードフレーム1a,1bがそれぞれ貫通するように、射出成形(インサート成形)等によって、リードフレーム1a,1bと一体的に成形されることが好ましい。樹脂は、耐熱性が200℃以上のものであればよく、ポリアミド(PA)樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチック等を用いることができる。
【0053】
樹脂成形体2により支持されたリードフレーム1a,1bに、LED素子を実装する。まず、LED素子実装部22底面の略中央におけるリードフレーム1a(インナーリード部)の表面にシリコーンダイボンド材等からなる接着剤(図示省略)を塗布して、その上にLED素子を接着して搭載する。次に、ワイヤボンディングにより、金ワイヤでLED素子の電極を、リードフレーム1a,1bのLED素子実装部22底面に配設された部分(インナーリード部)に接続する。そして、LED素子実装部22内にエポキシ樹脂等の封止樹脂を充填することにより封止して、LED素子を光源として搭載した発光装置10となる。なお、図4(a)に示す基板11Aで複数個を連結されたリードフレーム1Aの場合は、連結された状態で図4(b)、(c)に示すように樹脂成形体2Aが成形され、LED素子を実装、封止して発光装置に製造されてから、太破線で切り離されて使用される。
【0054】
リードフレーム1は、樹脂成形体2を形成せずに、例えば砲弾型の発光装置に製造されてもよい(図示せず)。この場合は、基板11を、異形条材(圧延幅方向に板厚の異なる圧延板)の板厚の厚い部位をプレス鍛造でカップ形状に成型して、このカップ形状の外側に板厚の薄い部位が帯状に延出された形状に作製する。そして、この基板11のカップ形状の内側表面にNiめっき膜12、Agめっき膜13、および金属酸化膜15を形成してリードフレームとする。カップ形状の内面がリードフレーム1aのインナーリード部とLED素子実装部22とを兼ね、帯状の部位がアウターリード部となる。これに、別部材で作製したリードフレーム1b(基板11のみで構成されてもよい)を合わせて一組のリードフレームとする。このようなリードフレームでは、LED素子はカップ形状の内底面に搭載されて実装され、カップ形状の内部に封止樹脂を充填して封止される。このような構造とすることで、リードフレーム1をLED素子の下方のみならず側方の反射面に構成することもできる。
【0055】
このようなリードフレーム1を用いて得られる発光装置において、Agめっき膜13は、熱によるAgの凝集や変色が生じ難く、さらに金属酸化膜15に被覆されていることにより、ハロゲンイオンや硫黄等によるAgの凝集を引き起こさず耐久性に優れ、LED素子から発光した光を安定して反射して発光装置から光として取り出すことができる。さらに、Agめっき膜13は、Agのナノ粒子の析出を引き起こさず、エポキシ樹脂等の封止樹脂を変色させることがないため、LED素子が発光した光を高効率で利用することを可能とする。また、リードフレーム1の表面(反射面)は、LED素子が発光する光の多くを正反射させて拡散反射を抑えられるため、LED素子を搭載した発光装置の明るさを向上させることができる。
【0056】
以下、本発明の実施例によって、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【実施例1】
【0057】
〔試料作製〕
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。
【0058】
(基板の作製)
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。
【0059】
(めっき前処理)
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。
【0060】
(Niめっき膜の形成)
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
【0061】
なお、Niめっき膜の膜厚は、めっき速度に基づいてめっき時間を調整することで制御した。すなわち、ダミー基板に前記と同じ条件で一定時間めっきを施して、ダミー基板のめっき前との重量差を測定することによりNiの付着量を求め、この付着量をめっき面積、Niの理論密度、およびめっき時間で割ることにより単位時間に析出するNiめっき膜厚(めっき速度)を算出し、めっき速度から所望の膜厚を形成するめっき時間を算出した。
【0062】
(Agめっき膜の形成)
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。
【0063】
組成がAg(純Ag)であるAgめっき膜は、下記成分、液温50℃のシアン浴で、対極をAg(純度99.99%)板とし、電流密度:5A/dm2で、光沢Agめっきを施した。なお、Agめっき膜の膜厚は、前記Niめっき膜の膜厚と同様に、ダミー基板へのめっきにより算出したAgのめっき速度に基づいて、めっき時間を調整することで制御した。
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
【0064】
組成がAg−0.2at%Bi合金であるAgめっき膜は、液温25℃の、Bi濃度:100mg/LのAg−Bi合金めっき浴で、対極をPt板とし、電流密度:3A/dm2で、Ag−Bi合金めっきを施した。なお、Ag−Bi合金めっき膜の膜厚は、ダミー基板に前記と同じ条件で一定時間めっきを施し、めっき膜の膜厚を断面SEM観察により測定してめっき速度を算出し、めっき速度から所望の膜厚を形成するめっき時間を算出した。また、Agめっき膜の組成を分析するために、ステンレス304をダミー基板として前記と同じ条件でめっき膜を形成した。このめっき膜をダミー基板から剥離させて硝酸で溶解後、溶解した硝酸の液を、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析装置(ICPS−8000、島津製作所製)を用いて分析することにより、組成を求めた。
【0065】
(金属酸化膜の成膜)
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。
【0066】
〔測定、評価〕
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。
【0067】
(金属酸化膜の膜厚の測定)
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。
【0068】
(二乗平均粗さの測定)
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。
【0069】
(正反射率の測定)
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。
【0070】
(耐熱性評価)
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。
【0071】
(耐硫化性評価)
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。
【0072】
【表1】

【0073】
表1に示すように、試料No.1〜12は、Agめっき膜の膜厚が本発明の範囲であるために表面の二乗平均粗さが十分に小さく、さらに金属酸化膜の成分および膜厚が本発明の範囲であるため、初期反射率が高く、優れた耐熱性および耐硫化性を示した。特に、耐硫化試験による劣化が抑制されたことから、金属酸化膜がAgめっき膜へのバリア性を十分に有することが確認できた。また、試料No.4は、Agめっき膜が薄くても、その下地としてNiめっき膜を設けたことにより、Niめっき膜を設けずに、Ag(純Ag)めっき膜および金属(Ta)酸化膜をそれぞれ同じ膜厚で形成した試料No.1と比較して、耐熱性が向上した。
【0074】
これに対して、試料No.17は、十分な膜厚のNi/Agめっき膜を形成したことにより初期反射率は高かったが、表面に金属酸化膜を形成しなかったために耐熱試験、耐硫化試験によるAgめっき膜の劣化が著しく、反射率が劣化した。また、試料No.14,15は、金属酸化膜の膜厚が不足し、保護膜として十分な効果が得られなかった。特に試料No.14は、Niめっき膜を形成せずかつAgめっき膜の膜厚が不足したため、下地表面が粗い上に薄い金属酸化膜を成膜したために、ピンホールを生じたと推察され、試料No.15よりも耐久性がさらに低下した。同様に試料No.13は、金属酸化膜の膜厚は本発明の範囲であるが、下地表面が粗かったためにピンホールを生じたと推察され、保護膜として十分な効果が得られなかった。また、試料No.13,14は、Niめっき膜を形成せずかつAgめっき膜の膜厚が不足したことにより、耐熱試験により基板のCuが表面に拡散して酸化し、表面が変色して反射率が劣化した。一方、試料No.16は、金属酸化膜の膜厚が過剰であるために、初期反射率が低下した。
【0075】
試料No.18は本発明の金属酸化膜ではないSn酸化膜を形成したが、Sn膜を2nmの厚さで成膜すると、下地の表面粗さにかかわらずSnはお互いに凝集し合って島状に分散した状態で付着するために、大気中で酸化した後も平滑な膜に形成されなかった。そのため、Sn酸化膜は、表面の二乗平均粗さが大きくて初期反射率が低く、さらに連続した膜としてAgめっき膜を完全には被覆せず、保護膜としての効果が得られなかった。
【符号の説明】
【0076】
1,1A,1B リードフレーム(LED用リードフレーム)
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

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、Ti,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。
【請求項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0.5μm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、Ti,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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−89638(P2012−89638A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−234227(P2010−234227)
【出願日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】(393017111)神鋼リードミック株式会社 (16)
【Fターム(参考)】