JP5554155B2 - Lead frame for optical semiconductor device and optical semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、光半導体装置用リードフレームとその製造方法、および光半導体装置に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device lead frame, a method for manufacturing the same, and an optical semiconductor device.
光半導体装置用リードフレームは、例えばLED(Light Emitting Diode)素子等の光半導体素子(発光素子)を光源に利用した各種表示用・照明用光源の構成部材として広く利用されている。その光半導体装置は、例えば基板にリードフレームを配し、そのリードフレーム上に発光素子を搭載した後、熱、湿気、酸化等の外部要因による発光素子やその周辺部位の劣化を防止するため、発光素子とその周囲を樹脂で封止している。 2. Description of the Related Art Lead frames for optical semiconductor devices are widely used as constituent members of various display / illumination light sources that use optical semiconductor elements (light-emitting elements) such as LED (Light Emitting Diode) elements as light sources. In the optical semiconductor device, for example, a lead frame is arranged on a substrate, and after the light emitting element is mounted on the lead frame, the deterioration of the light emitting element and its peripheral parts due to external factors such as heat, moisture, and oxidation are prevented. The light emitting element and its periphery are sealed with resin.
ところで、LED素子を照明用光源として用いる場合、リードフレームの反射材には可視光波長(400〜700nm)の全領域において反射率が高いこと(例えば硫酸バリウムや酸化アルミニウムなどの基準物質に対する反射率が80%以上)が求められる。さらに近年、紫外線を用いる測定・分析機器の光源としてもLED素子が用いられるようになり、その反射材には、近紫外域(波長340〜400nm)においても同様に反射率が高いことが求められてきている。 By the way, when the LED element is used as an illumination light source, the reflective material of the lead frame has a high reflectance in the entire visible light wavelength range (400 to 700 nm) (for example, the reflectance with respect to a reference material such as barium sulfate or aluminum oxide). Is 80% or more). In recent years, LED elements have also been used as light sources for measuring / analyzing instruments using ultraviolet rays, and the reflective material is required to have a high reflectance even in the near ultraviolet region (wavelength of 340 to 400 nm). It is coming.
また、白色光を放射するLEDを実現する手法としては、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色のすべての色を出すチップを3個並べる手法、青色LEDチップに黄色の蛍光体を分散した封止樹脂を用いる手法、さらには紫外から近紫外域の波長を発するLEDチップにそれぞれ赤、緑、青の蛍光体を分散した封止樹脂を用いる手法の、主に3つに大別される。従来は青色チップに黄色の蛍光体を分散した封止樹脂を用いる手法が主流であったが、この方法では特に赤色系統の演色性が不十分であるなどの観点から、近年は発光波長帯に紫外域を含むLEDチップを用いる手法が注目を集めている。 In addition, as a method of realizing an LED that emits white light, a method of arranging three chips that emit all three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), and a yellow LED on a blue LED chip. 3 using a sealing resin in which phosphors are dispersed, and further using a sealing resin in which red, green, and blue phosphors are dispersed in LED chips that emit wavelengths in the ultraviolet to near-ultraviolet region. It is roughly divided into two. Conventionally, a method using a sealing resin in which a yellow phosphor is dispersed in a blue chip has been the mainstream. However, this method has recently been changed to a light emission wavelength band from the viewpoint that the color rendering property of the red system is particularly insufficient. A technique using an LED chip including an ultraviolet region has attracted attention.
このような要求に応じて、LED素子が実装されるリードフレーム上には、特に可視光域の光反射率(以下、反射率という)の向上を目的として、銀または銀合金からなる層(皮膜)が形成されているものが多い。銀の皮膜は、可視光域における反射率が高いことが知られており、例えば特許文献1のように、銀めっき層を反射面に形成することが知られている。 In response to such a demand, a layer (film) made of silver or a silver alloy is formed on the lead frame on which the LED element is mounted, particularly for the purpose of improving the light reflectance in the visible light region (hereinafter referred to as reflectance). ) Is often formed. A silver film is known to have a high reflectance in the visible light region. For example, as disclosed in Patent Document 1, it is known to form a silver plating layer on a reflective surface.
また、銀以外の金属を反射層として利用することも知られており、例えば特許文献2に示すような、最表面がパラジウム(Pd)で被覆されたリードフレームが検討され、さらに半田付け性向上のために特許文献3に示すような、パラジウム層の上に金被覆層を設けたリードフレームが検討されている。
It is also known to use a metal other than silver as the reflective layer. For example, a lead frame whose outermost surface is coated with palladium (Pd) as shown in
また、反射率が紫外から近赤外領域まで比較的良好なロジウム(Rh)を被覆したリードフレームが検討されている。例えば特許文献4に示すような、3層めっき構造のリードフレームであり、1層目がNiなど、2層目がパラジウムまたはパラジウム合金、最表面にロジウムを被覆したリードフレームが提案されている。
In addition, a lead frame coated with rhodium (Rh) having a relatively good reflectivity from the ultraviolet region to the near infrared region has been studied. For example, a lead frame having a three-layer plating structure as shown in
しかしながら、各特許文献のリードフレームには、以下のような問題がある。例えば、特許文献1に記載の技術では、光半導体装置内で反射層が黒変して可視光域の反射率が10%近くまで低下する現象が発生し、上記装置の長期信頼性を損なうことがある。この現象は、封止樹脂とリードフレームとの僅かな隙間がある場合に、大気中の硫黄成分やフラックス残渣中のハロゲン化物などがリードフレーム内部に進入し、リードフレーム表面の銀が硫化銀やハロゲン化銀の化合物となって黒色に変色することが原因で発生すると考えられる。 However, the lead frames of each patent document have the following problems. For example, in the technique described in Patent Document 1, a phenomenon occurs in which the reflection layer in the optical semiconductor device turns black and the reflectance in the visible light region decreases to nearly 10%, thereby impairing the long-term reliability of the device. There is. This phenomenon occurs when there is a slight gap between the sealing resin and the lead frame, sulfur components in the atmosphere, halides in the flux residue, etc. enter the lead frame, and the silver on the lead frame surface becomes silver sulfide or It is thought to be caused by the fact that it becomes a silver halide compound and changes its color to black.
また、特許文献2に記載の技術では、長期信頼性は特許文献1の銀と比べると優れている一方、最表面のパラジウムは紫外域〜近紫外域の反射率が約35〜45%、また可視光域の反射率が約45〜65%であり、反射率の低下はないものの反射率が低い点が問題である。特許文献3に記載の技術では、例えばパラジウムめっき0.01μm施したその上層に金めっきを0.02μm施した際の反射率は波長600〜800nmで70%以上であるが、短波長側で反射率が低く、波長400nmにおける反射率が約30%程度であり、リードフレームの反射率を高めるためには他の技術が必要となる。
In the technique described in
また、特許文献4に記載の技術では、最表層にRhを形成した場合では、反射率に関してはPdおよびAuよりも特に紫外域〜近紫外域の波長300〜340nmにおける反射率は改善され、約50%以上まで高められる一方、LEDチップとの導通を確保するために用いられる金のボンディングワイヤとの間でのボンディング性が悪いという問題がみられることがわかってきた。この詳細な要因は不明であるが、AuとRhは状態図から見ると常温(25℃)近傍では化合物を形成しないため、ワイヤボンディングが難しくなると考えられる。
Moreover, in the technique described in
そこで、本発明は、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において、紫外域から近赤外域における反射率が良好で、かつワイヤボンディング性が良好であり、耐食性および長期信頼性に優れるリードフレームを提供することを課題とする。そしてそのような優れた特性の光半導体装置用リードフレームの製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a lead frame for an optical semiconductor device used for an LED, photocoupler, photointerrupter, etc., having a good reflectivity from the ultraviolet region to the near infrared region, a good wire bonding property, a corrosion resistance and It is an object to provide a lead frame with excellent long-term reliability. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a lead frame for optical semiconductor devices having such excellent characteristics.
上記問題に本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、導電性基体上に光反射層としてロジウムまたはロジウム合金からなる層が形成され、さらにその上層に、金、パラジウム、白金またはこれらの合金からなる最表層が、少なくともワイヤボンディングが施される部分に被覆されている光半導体装置用リードフレームであって、その最表層の厚さが0.001〜0.05μmであり、かつ該最表層表面から深さ0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さHITが500〜3000N/mm2となるよう制御することにより、紫外域から近赤外域、具体的には波長300〜800nmの光の反射率に優れ、耐食性も良好であり、特にワイヤボンディング性優れた半導体装置用リードフレームが得られることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have formed a layer made of rhodium or a rhodium alloy as a light reflecting layer on a conductive substrate, and further, gold, palladium, platinum or an alloy thereof is further formed thereon. The outermost surface layer is a lead frame for an optical semiconductor device coated at least on a portion to which wire bonding is performed, and the outermost surface layer has a thickness of 0.001 to 0.05 μm, and the outermost layer surface hardness H iT by nanoindentation depth 0.005μm from point is by controlling so as to be 500~3000N / mm 2, the near infrared region from ultraviolet region, specifically a wavelength 300~800nm light Based on this finding, we have found that a lead frame for semiconductor devices with excellent reflectivity, corrosion resistance, and particularly excellent wire bonding can be obtained. It has led to the completion of the present invention can.
すなわち、上記課題は以下の手段により解決される。
(1)導電性基体上にロジウムまたはロジウム合金からなる反射層が形成され、前記反射層の表面の少なくとも一部に、金、パラジウム、白金またはこれらの合金からなる最表層が形成されている光半導体装置用リードフレームであって、該最表層の厚さが0.001〜0.05μmであり、かつ該最表層表面から深さ0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さHITが、任意の10点について測定した平均値で500〜3000N/mm2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)前記反射層の厚さが、0.005〜0.5μmであることを特徴とする、(1)記載の光半導体装置用リードフレーム。
(3)前記反射層を形成するロジウムまたはロジウム合金は、ロジウム、ロジウム−錫合金、ロジウム−銅合金、ロジウム−コバルト合金、ロジウム−銀合金、ロジウム−アルミニウム合金、ロジウム−インジウム合金、ロジウム−イリジウム合金、ロジウム−ルテニウム合金、ロジウム−パラジウム合金、ロジウム−ニッケル合金およびロジウム−白金合金からなる群から選ばれた材料からなることを特徴とする、(1)または(2)に記載の光半導体装置用リードフレーム。
(4)前記導電性基体と前記反射層との間に1層以上の中間層が設けられており、該中間層は、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、パラジウムまたはパラジウム合金の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)〜(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)前記中間層が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、銅または銅合金を含むとき、これらの成分からなる層の厚さは、合計で0.2〜2.0μmであることを特徴とする、(4)記載の光半導体用リードフレーム。
(6)前記中間層がパラジウムまたはパラジウム合金を含むとき、前記パラジウムまたはパラジウム合金からなる層の厚さは、合計で0.005〜0.2μmであることを特徴とする、(4)記載の光半導体用リードフレーム。
(7)前記(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と、光半導体素子とを備えた光半導体装置であって、ワイヤボンディングが施される箇所およびその近傍に前記最表層が設けられていることを特徴とする光半導体装置。
(8)さらに前記光半導体素子が搭載される箇所の近傍に前記反射層および最表層が設けられていることを特徴とする、(7)記載の光半導体装置。
That is, the said subject is solved by the following means.
(1) Light in which a reflective layer made of rhodium or a rhodium alloy is formed on a conductive substrate, and an outermost layer made of gold, palladium, platinum or an alloy thereof is formed on at least a part of the surface of the reflective layer. A lead frame for a semiconductor device, the thickness of the outermost layer being 0.001 to 0.05 μm, and the hardness H IT by a nanoindentation method at a depth of 0.005 μm from the surface of the outermost layer , A lead frame for an optical semiconductor device, wherein an average value measured for any 10 points is 500 to 3000 N / mm 2 .
(2) The lead frame for an optical semiconductor device according to (1), wherein the reflective layer has a thickness of 0.005 to 0.5 μm.
(3) Rhodium or rhodium alloy forming the reflective layer is rhodium, rhodium-tin alloy, rhodium-copper alloy, rhodium-cobalt alloy, rhodium-silver alloy, rhodium-aluminum alloy, rhodium-indium alloy, rhodium-iridium. The optical semiconductor device according to (1) or (2), comprising a material selected from the group consisting of an alloy, a rhodium-ruthenium alloy, a rhodium-palladium alloy, a rhodium-nickel alloy, and a rhodium-platinum alloy. Lead frame.
(4) One or more intermediate layers are provided between the conductive substrate and the reflective layer, and the intermediate layer is made of nickel or nickel alloy, cobalt or cobalt alloy, copper or copper alloy, palladium or palladium. The lead frame for optical semiconductor devices according to any one of (1) to (3), wherein the lead frame is made of a metal or alloy selected from a group of alloys.
(5) When the intermediate layer contains nickel or a nickel alloy, cobalt or a cobalt alloy, copper or a copper alloy, the thickness of the layer composed of these components is 0.2 to 2.0 μm in total. The lead frame for optical semiconductors according to (4).
(6) When said intermediate | middle layer contains palladium or a palladium alloy, the thickness of the layer which consists of said palladium or palladium alloy is 0.005-0.2 micrometer in total, It is characterized by the above-mentioned. Lead frame for optical semiconductors.
(7) An optical semiconductor device comprising the optical semiconductor device lead frame according to any one of (1) to (6) above and an optical semiconductor element, and a portion where wire bonding is performed and An optical semiconductor device, wherein the outermost layer is provided in the vicinity.
(8) The optical semiconductor device according to (7), wherein the reflective layer and the outermost layer are provided in the vicinity of a place where the optical semiconductor element is mounted.
本発明によれば、波長が300〜800nmの範囲全体で反射率が、形成直後でも環境試験後でも少なくとも50%以上という優れた反射特性を示し、かつ反射率が経時的に低下することのない、長期信頼性に優れた光半導体用リードフレームが得られる。さらに従来ロジウムまたはロジウム合金では不十分であったワイヤボンディング性が格段に改善された光半導体装置用リードフレームが得られる。
さらに本発明者らは、ロジウムを電解めっきで被覆したとき、硬度が6000〜10000N/mm2にも達し、非常に硬い皮膜となることが知られていることから、このこともワイヤボンディング性を悪化させるものと考えられた。しかし、ワイヤボンディング性に影響を与える表面の硬度において、該最表層表面からの深さ0.005μm地点の硬度を、ナノインデンテーション法による硬さHITで500〜3000N/mm2に制御することにより、ワイヤボンディング性良否に大きく寄与する硬度を最適化し、ボンディング性が格段に向上したリードフレームが提供できるものである。
これらの結果、初期の反射率は銀または銀合金には及ばないものの、長期使用時の反射率低下が銀においては硫化変色のため顕著であったのに対し、本発明では耐食性に優れたリードフレームを提供できる。したがって、長期信頼性に優れた光半導体装置用リードフレームとして好適に用いることができる。また、従来技術では反射率が特に短波長域において30%程度であったものを50%以上にまで改善でき、かつ従来のロジウムを最表層に形成しただけではワイヤボンディング性に難があったものを大幅に改善し、特にワイヤボンディングにおける安定した接合強度を有するリードフレームを提供できる効果を奏する。
According to the present invention, the reflectance is excellent over the entire wavelength range of 300 to 800 nm, at least 50% or more immediately after formation or after an environmental test, and the reflectance does not decrease over time. An optical semiconductor lead frame having excellent long-term reliability can be obtained. Furthermore, a lead frame for an optical semiconductor device can be obtained in which the wire bonding property, which has heretofore been insufficient with rhodium or rhodium alloys, is remarkably improved.
Furthermore, the present inventors have known that when rhodium is coated by electrolytic plating, the hardness reaches 6000 to 10000 N / mm 2 , and a very hard film is obtained. It was thought to worsen. However, the hardness of the surface affecting wire bondability, the hardness of the depth 0.005μm point from the outermost layer surface, by controlling the 500~3000N / mm 2 in hardness H IT by nanoindentation As a result, it is possible to optimize the hardness that greatly contributes to the quality of wire bonding and to provide a lead frame with significantly improved bonding properties.
As a result, although the initial reflectivity is not as high as that of silver or silver alloy, the decrease in reflectivity during long-term use was remarkable due to sulfur discoloration in silver, whereas in the present invention, the lead having excellent corrosion resistance was used. Can provide a frame. Therefore, it can be suitably used as an optical semiconductor device lead frame having excellent long-term reliability. In addition, the conventional technology can improve the reflectance from about 30% especially in the short wavelength region to 50% or more, and it is difficult to wire bonding just by forming the conventional rhodium on the outermost layer. The lead frame having a stable bonding strength, particularly in wire bonding, can be provided.
本発明の好ましい実施の形態を説明する。
本発明のリードフレームは、導電性基体上にロジウムまたはロジウム合金からなる反射層の上層に、金、パラジウム、白金またはこれらの合金で形成された最表層を少なくともワイヤボンディングが施される箇所に有しているリードフレームであって、該最表層の厚さが0.001〜0.05μmであり、かつ該最表層表面からの深さ0.005μm地点の硬度を、ナノインデンテーション法による硬さHITで500〜3000N/mm2であるリードフレームを提供するものである。これは、安定したワイヤボンディングの接合強度を得るには最表面近傍の表層硬度を最適化することが重要であると考え、特に最表層から0.005μm地点の硬度がワイヤボンディング性に大きく影響を与えることを見出したものである。詳細な原因は不明であるが、最表層を形成する金または白金またはパラジウムまたはこれらの合金によってワイヤボンディングを行うことは可能となるが、反射率を極力低下させないよう努めるためには最表層被覆厚を極力薄くしなければならない。このため、最表層から0.005μm地点の硬度はその下層であるロジウムまたはロジウム合金からなる反射層の硬度が、ワイヤボンディングの接合強度を向上させるためには非常に重要な役割を果たしているものと考えられる。本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、該最表層や該反射層の硬度を適宜調整することにより、表面から0.005μm地点の硬度が、ナノインデンテーション法による硬さHIT測定により、500〜3000N/mm2の範囲で制御することで、特に安定したボンディング特性が得られることを見出したものである。
ナノインデンテーション法による硬さが500N/mm2未満であるとワイヤボンディングの接合強度が低くなる。一方、3000N/mm2を越えると接合強度が低くなるだけでなく、ワイヤボンディング接合時のエラーが出現しやすくなってワイヤボンディングの信頼性が悪化し、かつ曲げやプレス時に亀裂が進展しやすくなるため好ましくない。上記範囲であれば良好なボンディング特性が得られるが、より好ましくは500〜2000N/mm2であるとさらに信頼性が高まるため好ましい。
A preferred embodiment of the present invention will be described.
The lead frame of the present invention has an outermost layer formed of gold, palladium, platinum, or an alloy thereof on an upper surface of a reflective layer made of rhodium or a rhodium alloy on a conductive substrate at least at a place where wire bonding is performed. The outermost layer has a thickness of 0.001 to 0.05 μm, and the hardness at a depth of 0.005 μm from the surface of the outermost layer is determined by a nanoindentation method. in H IT is 500~3000N / mm 2 is intended to provide a lead frame. This is because it is important to optimize the surface hardness in the vicinity of the outermost surface in order to obtain a stable bonding strength of wire bonding, and in particular, the hardness at a point of 0.005 μm from the outermost surface greatly affects the wire bonding property. It has been found to give. Although the detailed cause is unknown, it is possible to perform wire bonding by using gold, platinum, palladium, or an alloy thereof, which forms the outermost layer, but in order to reduce the reflectance as much as possible, the outermost layer coating thickness Must be made as thin as possible. For this reason, the hardness at the point of 0.005 μm from the outermost layer is that the hardness of the reflective layer made of rhodium or rhodium alloy, which is the lower layer, plays a very important role in improving the bonding strength of wire bonding. Conceivable. The present inventors have results of extensive studies, by appropriately adjusting the hardness of the outermost layer and the reflective layer, the hardness of 0.005μm point from the surface, the hardness H IT measured by the nanoindentation method, It has been found that particularly stable bonding characteristics can be obtained by controlling in the range of 500 to 3000 N / mm 2 .
When the hardness by the nanoindentation method is less than 500 N / mm 2 , the bonding strength of wire bonding is lowered. On the other hand, when it exceeds 3000 N / mm 2 , not only the bonding strength is lowered, but also an error at the time of wire bonding is likely to appear, the reliability of the wire bonding is deteriorated, and a crack is easily developed at the time of bending or pressing. Therefore, it is not preferable. If it is the said range, a favorable bonding characteristic will be acquired, but since reliability becomes further more preferable, it is more preferable that it is 500-2000 N / mm < 2 >.
なお、ナノインデンテーション法による硬さHITとは、ISO−14577に記載されている硬度であり、微小膜厚における硬度測定に適した手法である。ワイヤボンディングにおいて、接合に寄与する表面膜厚はせいぜい数μmレベルであるため、その厚さでの硬度規定が重要であり、従来のビッカース硬度やヌープ硬度では測定が難しく、これらの硬度で数μmオーダーの最表面硬度を規定するのは不可能である。このため、ナノインデンテーション法による硬さHITでの測定が重要である。 Note that the hardness H IT by the nanoindentation method, a hardness that is described in ISO-14577, is a technique that is suitable for the hardness measurement in small thickness. In wire bonding, the surface film thickness that contributes to bonding is at most several μm level, so it is important to define the hardness at that thickness, and it is difficult to measure with conventional Vickers hardness or Knoop hardness, and these hardnesses are several μm. It is impossible to define the outermost surface hardness of the order. Therefore, it is important measurement in hardness H IT nanoindentation method.
また、金、パラジウム、白金またはこれらの合金からなる最表層の厚さは、0.001〜0.05μmである。最表層の厚さが0.001μmより薄いと、十分なワイヤボンディング強度が確保できず、好ましくない。一方、最表層の厚さが0.05μmより厚いと、ワイヤボンディング性向上の効果は飽和するだけでなく、最表層の材料となる貴金属使用量が増加し、被覆するための時間が掛かるため工業的に好ましくない。また、最表層の厚さが0.05μmより厚いと、光の反射層までの到達量が大幅に減少し、さらに最表層における反射率が反射層における反射率と比べて劣るため、反射層として用いるロジウムまたはロジウム合金の反射率を有効に活用できず輝度低下の要因となる。そのため反射層の表面に最表層を形成する場合にも、その厚さは0.05μm以下とする。反射率低下を最小限に抑え、かつワイヤボンディング性を向上させるようにその厚さは、好ましくは0.003〜0.03μm、さらに好ましくは0.005〜0.02μmとするのが良い。 The thickness of the outermost layer made of gold, palladium, platinum, or an alloy thereof is 0.001 to 0.05 μm. If the thickness of the outermost layer is less than 0.001 μm, it is not preferable because sufficient wire bonding strength cannot be secured. On the other hand, if the thickness of the outermost layer is larger than 0.05 μm, not only the effect of improving the wire bonding property is saturated, but also the amount of noble metal used as the material of the outermost layer is increased and it takes time to cover it. Is not preferable. In addition, when the thickness of the outermost layer is thicker than 0.05 μm, the amount of light reaching the reflective layer is greatly reduced, and the reflectance at the outermost layer is inferior to the reflectance at the reflective layer. The reflectance of the rhodium or rhodium alloy to be used cannot be effectively used, causing a reduction in luminance. Therefore, even when the outermost layer is formed on the surface of the reflective layer, the thickness is 0.05 μm or less. The thickness is preferably 0.003 to 0.03 [mu] m, more preferably 0.005 to 0.02 [mu] m so as to minimize the decrease in reflectivity and improve the wire bonding property.
また、最表層を形成する金属(金、パラジウムまたは白金)またはこれらの合金の純度は、好ましくは90%以上、より好ましくは99%以上とすることで、よりワイヤボンディング性の信頼性を高めることができる。これは、LEDチップを例えば金のワイヤでリードフレームにワイヤボンディングで接合しようとするとき、封止樹脂の耐熱温度が約170℃程度の樹脂が多く利用される関係上、LEDの製造工程上ではワイヤボンディングの際の温度は約150℃とする場合があるが、最表層を形成する金属の純度を90%以上とすると、この温度でボンディングしても、接続信頼性を高めることができるからである。これに対して、最表層を形成する金属の純度が90%未満の場合、ワイヤボンディングした際の接合強度が不足したり、ワイヤボンディングのエラー回数が増えて生産効率が低下したりするなどの問題が生じることがある。なお、これら金属成分が合金となっている場合は、金、パラジウムまたは白金の成分純度が合計で90%以上、より好ましくは99%以上であればよく、例えばAu(金)−50%Pt(白金)などでも良好なワイヤボンディング性が得られる。 Further, the purity of the metal (gold, palladium or platinum) or an alloy thereof forming the outermost layer is preferably 90% or more, more preferably 99% or more, thereby further improving the reliability of the wire bonding property. Can do. This is because when a LED chip is to be bonded to a lead frame with, for example, a gold wire, a resin having a heat resistant temperature of about 170 ° C. is often used in the LED manufacturing process. The temperature at the time of wire bonding may be about 150 ° C. However, if the purity of the metal forming the outermost layer is 90% or more, the connection reliability can be improved even if bonding is performed at this temperature. is there. On the other hand, when the purity of the metal forming the outermost layer is less than 90%, the bonding strength at the time of wire bonding is insufficient, the number of wire bonding errors increases, and the production efficiency decreases. May occur. When these metal components are alloys, the total component purity of gold, palladium, or platinum may be 90% or more, more preferably 99% or more. For example, Au (gold) -50% Pt ( Good wire bonding properties can be obtained even with platinum.
なお、本発明の光半導体装置用リードフレームの導電性基体としては、例えば銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金などが好適に用いられる。
基体のうち、銅合金の例としては、CDA(Copper Development Association)規格合金の例として、C19400(Cu−Fe系合金材料:例えば、Cu−2.3Fe−0.03P−0.15Zn)、C26000(黄銅:Cu−30Zn)、C26800(黄銅:Cu−35Zn)、C52100(リン青銅:Cu−8Sn−P)、C77000(洋白:Cu−18Ni−27Zn)、が挙げられる。また、CDA規格合金のC14410(Cu−0.15Sn:古河電気工業(株)製EFTEC−3)、C18045(Cu−0.3Cr−0.25Sn−0.2Zn系合金:同社製EFTEC−64T)、C52180(Cu−8Sn−0.1Fe−0.05Ni−0.04P:同社製F5218)、C70250(Cu−3.0Ni−0.65Si−0.15Mg:同社製EFTEC−7025)なども好適な例として挙げられる。
また、基体のうち、鉄合金の例としては、日本工業規格(JIS G 4305:2005)規定のステンレス鋼(SUS301、SUS304、SUS401)や、Fe−Ni合金である42アロイ(Fe−42%Ni)などが挙げられる。
また、基体のうち、アルミニウム合金例としては、日本工業規格(JIS H 4000:2006 など)に規定されるA1100、A2014、A3003、A5052などがあげられる。
As the conductive substrate of the lead frame for optical semiconductor devices of the present invention, for example, copper or copper alloy, iron or iron alloy, aluminum or aluminum alloy, etc. are preferably used.
Among the substrates, examples of the copper alloy include C19400 (Cu-Fe based alloy material: for example, Cu-2.3Fe-0.03P-0.15Zn), C26000 as examples of CDA (Copper Development Association) standard alloys. (Brass: Cu-30Zn), C26800 (Brass: Cu-35Zn), C52100 (Phosphor Bronze: Cu-8Sn-P), C77000 (Western White: Cu-18Ni-27Zn). Also, CDA standard alloys C14410 (Cu-0.15Sn: EFTEC-3 manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.), C18045 (Cu-0.3Cr-0.25Sn-0.2Zn-based alloy: EFTEC-64T manufactured by the same company) C52180 (Cu-8Sn-0.1Fe-0.05Ni-0.04P: F52218 made by the company), C70250 (Cu-3.0Ni-0.65Si-0.15Mg: EFTEC-7025 made by the company), etc. are also suitable. Take as an example.
Examples of the iron alloy in the substrate include stainless steel (SUS301, SUS304, SUS401) stipulated by Japanese Industrial Standard (JIS G 4305: 2005) and 42 alloy (Fe-42% Ni) that is an Fe—Ni alloy. ) And the like.
Among the substrates, examples of the aluminum alloy include A1100, A2014, A3003, A5052 and the like defined in Japanese Industrial Standards (JIS H 4000: 2006, etc.).
これら基体上には、前記反射層や最表層皮膜を形成するのが容易であり、生産性のよいリードフレームが提供できる。また、これらの金属を基体とするリードフレームは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率特性の安定化が見込まれる。これは、基体の導電率に依存するものであり、例えば10%IACS(International Annealed Copper Standard)以上であるものが好ましく、50%IACS以上であるものがさらに好ましい。
なお、鉄合金系のSUS304などや42アロイなどは、一般に10%IACS未満であるが、リードフレームとしての強度が要求される用途、放熱性が強く要求されない用途や汎用LED用途であれば、好適に用いることができる。
It is easy to form the reflective layer and the outermost layer film on these substrates, and a lead frame with good productivity can be provided. In addition, the lead frame based on these metals has excellent heat dissipation characteristics, and heat energy generated when the light emitter emits light can be smoothly discharged to the outside through the lead frame. Long life and long-term stabilization of reflectance characteristics are expected. This depends on the conductivity of the substrate, and is preferably 10% IACS (International Annealed Copper Standard) or more, and more preferably 50% IACS or more.
Iron alloy SUS304, etc. and 42 alloy are generally less than 10% IACS, but suitable for applications that require strength as a lead frame, applications that do not require strong heat dissipation, and general-purpose LED applications. Can be used.
また、導電性基体の板厚や板幅は特に問わないが、LEDにおけるリードフレームのサイズとしては、板厚0.05〜1.0mm、板幅10〜200mm程度が一般的であり、本発明の光半導体装置用リードフレームは、少なくとも上記サイズにおいて諸特性を満足するのがよい。 The plate thickness and the plate width of the conductive substrate are not particularly limited, but the lead frame size in the LED is generally 0.05 to 1.0 mm and the plate width is about 10 to 200 mm. The optical semiconductor device lead frame should satisfy various characteristics at least in the above size.
また、本発明の光半導体装置用リードフレームは、ロジウムまたはロジウム合金からなる反射層の厚さを0.005μm以上とすることにより、光の反射率の長期信頼性を確保することができる。反射層の厚さは、厚すぎると長期信頼性の効果が飽和するとともに、プレス時に割れが発生しやすくなるため、0.5μm以下であることが好ましい。反射層の厚さは、特性および生産コスト等の観点から、さらに好ましくは0.01〜0.2μmの範囲でより好適に使用される。 In the lead frame for an optical semiconductor device of the present invention, the long-term reliability of the light reflectance can be ensured by setting the thickness of the reflective layer made of rhodium or rhodium alloy to 0.005 μm or more. If the thickness of the reflective layer is too thick, the effect of long-term reliability is saturated, and cracking is likely to occur during pressing. Therefore, the thickness is preferably 0.5 μm or less. The thickness of the reflective layer is more preferably used in the range of 0.01 to 0.2 μm from the viewpoint of characteristics and production cost.
また、本発明の光半導体装置用リードフレームにおける反射層を形成するロジウムまたはロジウム合金は、ロジウム、ロジウム−錫合金、ロジウム−銅合金、ロジウム−コバルト合金、ロジウム−銀合金、ロジウム−アルミニウム合金、ロジウム−インジウム合金、ロジウム−イリジウム合金、ロジウム−ルテニウム合金、ロジウム−パラジウム合金、ロジウム−ニッケル合金、ロジウム−白金合金の群から選ばれた材料からなることにより、反射率が良好で生産性の良いリードフレームが得られるが、反射率を良好とする観点からはロジウムを使用することが好ましい。 The rhodium or rhodium alloy forming the reflective layer in the optical semiconductor device lead frame of the present invention is rhodium, rhodium-tin alloy, rhodium-copper alloy, rhodium-cobalt alloy, rhodium-silver alloy, rhodium-aluminum alloy, It is made of a material selected from the group consisting of rhodium-indium alloy, rhodium-iridium alloy, rhodium-ruthenium alloy, rhodium-palladium alloy, rhodium-nickel alloy, rhodium-platinum alloy, so that the reflectivity is good and the productivity is good. Although a lead frame can be obtained, rhodium is preferably used from the viewpoint of improving the reflectance.
また、前記最表層表面から0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さを容易に制御する方法としては、最表層および/または反射層を形成する条件を適宜選択することが必要である。最表層表面から0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さは、最表層の硬度だけでなく反射層の硬度の影響も受けるため、適切に制御することが重要である。例えば前記最表層および/または前記反射層を形成する手法がめっき法の場合は、めっき時の電流密度を0.05A/dm2〜3A/dm2で調整する、めっき浴に含まれる添加剤の種類(例えばチオ尿素、アリルチオ尿素、サッカリン、スルファミン酸塩など)を適宜選択および添加量を調整し、皮膜中に含まれる炭素、硫黄、窒素のうち、1つ以上のいずれかからなる成分の含有量が、0.01〜2.0質量%程度含有させるなどで調整することなどにより、好適に制御することが可能である。なお、先述のように最表層金属の純度は好ましくは99%以上のため、反射層の硬度を調整する方が好ましい。
なお、皮膜中の炭素、硫黄、窒素成分の含有量を調整するのは、皮膜を形成後、例えばエネルギー分散型X線分光測定法、蛍光X線分析法、グロー放電発光分光分析法、オージェ電子分光分析装置などの定性定量分析装置で測定を行ってなされる。
Further, as a method for easily controlling the hardness by the nanoindentation method at a point of 0.005 μm from the surface of the outermost layer, it is necessary to appropriately select conditions for forming the outermost layer and / or the reflective layer. The hardness by the nanoindentation method at a point of 0.005 μm from the surface of the outermost layer is affected not only by the hardness of the outermost layer but also by the hardness of the reflective layer, and therefore it is important to control it appropriately. For example, when the method for forming the outermost layer and / or the reflective layer is a plating method, the current density during plating is adjusted to 0.05 A / dm 2 to 3 A / dm 2 . Inclusion of a component consisting of one or more of carbon, sulfur and nitrogen contained in the film by appropriately selecting the type (for example, thiourea, allylthiourea, saccharin, sulfamate, etc.) and adjusting the addition amount The amount can be suitably controlled, for example, by adjusting the amount by including about 0.01 to 2.0% by mass. Since the purity of the outermost layer metal is preferably 99% or more as described above, it is preferable to adjust the hardness of the reflective layer.
The content of carbon, sulfur, and nitrogen components in the film is adjusted after the film is formed, for example, energy dispersive X-ray spectrometry, fluorescent X-ray analysis, glow discharge emission spectrometry, Auger electron Measurement is performed with a qualitative quantitative analyzer such as a spectroscopic analyzer.
また、本発明の光半導体装置用リードフレームは、導電性基体とロジウムまたはロジウム合金からなる反射層との間に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、パラジウム、およびパラジウム合金の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層以上形成されていることにより、発光素子が発光する際に発生する発熱によって導電性基体を構成する材料が反射層へ拡散することによる反射率特性の劣化を防ぎ、反射率特性が長期にわたって安定したものとなる。中間層が形成されることによって、長期信頼性が向上するため、反射層の厚さを本発明の範囲内の厚さにおいて、比較的薄く形成することが可能となる。また、基体と反射層との密着性も向上する。 The lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention includes nickel, a nickel alloy, cobalt, a cobalt alloy, copper, a copper alloy, palladium, and a palladium alloy between the conductive substrate and the reflective layer made of rhodium or rhodium alloy. By forming at least one intermediate layer made of a metal or alloy selected from the group, the material constituting the conductive substrate diffuses into the reflective layer due to heat generated when the light emitting element emits light. Therefore, the deterioration of the reflectance characteristic due to the light is prevented, and the reflectance characteristic becomes stable over a long period of time. Since the long-term reliability is improved by forming the intermediate layer, it is possible to form the reflective layer relatively thin with the thickness within the range of the present invention. In addition, the adhesion between the substrate and the reflective layer is improved.
ここで、当該中間層の厚さは、プレス性、耐熱性、生産性等を考慮して決定される。当該中間層が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、銅または銅合金を含むとき、これら成分からなる中間層の総厚(厚さの合計)は、0.2〜2.0μmであることが好ましく、さらには0.5〜1.0μmが好ましい。また、中間層がパラジウムまたはパラジウム合金を含む場合、特に耐熱性に優れるのでこれら成分の中間層の総厚は0.005〜0.2μm、さらに好ましくは0.008〜0.1μmが好ましい。また、中間層が上記二種類以上の混合層からなる場合は、例えばニッケル層およびパラジウム層の二層からなるとき、ニッケル層の厚さは0.2〜2.0μmであれば良く、パラジウム層の厚さは0.005〜0.2μmであることで要求特性を満足する。さらにパラジウムを中間層として形成する場合は、1層目にニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金のうちいずれかの層を形成した後に形成することにより、より一層の耐食性の効果が得られる。なお、中間層を複数の層で形成することも可能であるが、通常は生産性を考慮し、2層以下とすることが好ましい。 Here, the thickness of the intermediate layer is determined in consideration of pressability, heat resistance, productivity, and the like. When the intermediate layer contains nickel or nickel alloy, cobalt or cobalt alloy, copper or copper alloy, the total thickness (total thickness) of the intermediate layer composed of these components is 0.2 to 2.0 μm. More preferably, 0.5 to 1.0 μm is preferable. Further, when the intermediate layer contains palladium or a palladium alloy, since the heat resistance is particularly excellent, the total thickness of the intermediate layer of these components is preferably 0.005 to 0.2 μm, more preferably 0.008 to 0.1 μm. When the intermediate layer is composed of two or more kinds of mixed layers, for example, when the intermediate layer is composed of two layers of a nickel layer and a palladium layer, the thickness of the nickel layer may be 0.2 to 2.0 μm. The thickness of 0.005 to 0.2 μm satisfies the required characteristics. Further, when palladium is formed as an intermediate layer, a further effect of corrosion resistance can be obtained by forming any layer of nickel, nickel alloy, cobalt, and cobalt alloy after forming the first layer. Although the intermediate layer can be formed of a plurality of layers, it is usually preferable to have two or less layers in consideration of productivity.
また、本発明の光半導体装置用リードフレームは、被覆厚さを好適に調整しながら形成できる手法として、湿式または乾式のめっき法で形成することが好ましい。他の形成方法としてはクラッド法があるが、サブマイクロメートルオーダーでの厚さの制御が容易なことや、皮膜硬度を調整する手法が豊富であるという観点からも、湿式または乾式のめっき法が好ましい。 The lead frame for an optical semiconductor device of the present invention is preferably formed by a wet or dry plating method as a method that can be formed while suitably adjusting the coating thickness. There is a cladding method as another forming method, but from the viewpoint of easy control of the thickness on the order of submicrometers and abundant methods for adjusting the film hardness, a wet or dry plating method is used. preferable.
また、本発明の光半導体装置用リードフレームを用いて光半導体素子を搭載して形成された光半導体装置は、少なくとも光半導体素子を搭載する箇所近傍、すなわち光発光素子とその周囲を封止してなる樹脂の内部に本発明のリードフレームを用いることにより、低コストで効果的に反射率特性を得ることができる。これは、光半導体素子の搭載部を含めた箇所近傍にのみロジウムまたはロジウム合金からなる反射層を形成することで、反射率特性を高めることができるためである。この場合、ロジウムまたはロジウム合金からなる反射層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。反射層が部分的に形成されるリードフレームを製造することは、反射層が形成されない部分の金属使用量を削減できるので、環境への負荷が少ない光半導体装置とすることができる。 In addition, an optical semiconductor device formed by mounting an optical semiconductor element using the lead frame for an optical semiconductor device of the present invention seals at least the vicinity where the optical semiconductor element is mounted, that is, the light emitting element and its periphery. By using the lead frame of the present invention inside the formed resin, the reflectance characteristics can be obtained effectively at low cost. This is because the reflectance characteristic can be enhanced by forming a reflective layer made of rhodium or a rhodium alloy only in the vicinity of the portion including the mounting portion of the optical semiconductor element. In this case, the reflective layer made of rhodium or rhodium alloy may be partially formed, and may be formed by, for example, partial plating such as stripe plating or spot plating. Manufacturing a lead frame in which the reflective layer is partially formed can reduce the amount of metal used in the portion where the reflective layer is not formed, and thus can be an optical semiconductor device with less environmental load.
また、本発明の光半導体装置は、さらに少なくともワイヤボンディングが施される箇所にのみ最表層が形成されたリードフレームを用いることにより、低コストでワイヤボンディング性が良好な光半導体装置が得られる。これは、ワイヤボンディングが施される箇所にのみボンディング性に優れた最表層が形成されることで、反射層であるロジウムまたはロジウム合金の反射率が大きく低下することなくワイヤボンディング性が向上する効果が得られる。この場合、リードフレームの全面または部分的に形成された反射層の上層に、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最表層を形成しても良い。最表層が部分的に形成されるリードフレームを製造することは、ボンディング性が不要な箇所における金属使用量を削減できるため、環境への負荷が少ない光半導体装置とすることができる。 In addition, the optical semiconductor device of the present invention can provide an optical semiconductor device with good wire bonding performance at low cost by using a lead frame having an outermost layer formed only at a location where wire bonding is performed. This is because the outermost layer with excellent bonding properties is formed only at the places where wire bonding is performed, and the effect of improving the wire bonding properties without greatly reducing the reflectivity of the rhodium or rhodium alloy as the reflective layer Is obtained. In this case, the outermost layer may be formed by partial plating such as stripe plating or spot plating on the entire surface of the lead frame or an upper layer of the reflection layer formed partially. Manufacturing a lead frame in which the outermost layer is partially formed can reduce the amount of metal used in a place where bonding properties are not required, so that an optical semiconductor device with less environmental load can be obtained.
以下、本発明の光半導体装置用リードフレームの好ましい実施の形態を、適宜、図面を参照して説明する。各図において、リードフレームに光半導体素子が搭載されている状態を示す。各図において同符号は同じものを示す。なお、各実施形態はあくまでも一例であり、本発明の範囲は各実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of a lead frame for optical semiconductor devices according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Each figure shows a state in which an optical semiconductor element is mounted on a lead frame. In each figure, the same symbol indicates the same thing. Each embodiment is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to each embodiment.
図1は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの第1の実施形態の概略断面図である。本実施形態のリードフレームは、導電性基体1上にロジウムまたはロジウム合金からなる反射層2が形成され、反射層2の上層に金、パラジウム、白金またはこれらの合金からなる最表層3が形成され、その上の一部に光半導体素子4が搭載され、最表層3と光半導体素子4との間にワイヤボンディング5が施されている。本実施形態のリードフレームは、最表層3の厚さが0.001〜0.05μmで形成されており、最表層3表面からの深さが0.02μm地点の硬度が、ナノインデンテーション法による硬さHITで500〜3000N/mm2である。この結果、反射率がほぼ低下せず、紫外から近赤外域の300〜800nmにおいて反射特性に優れ、ボンディングの安定した接合強度を有し、ボンディングエラーのない光半導体装置用リードフレームとなる。なお、概略断面図には簡略的に破線部分に絶縁物等を介して回路が形成され、光半導体用途に好適に用いられている様子を示している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention. In the lead frame of this embodiment, a
図2は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの第1の実施形態における断面A箇所を拡大した概略断面図である。金、パラジウム、白金またはこれらの合金からなる最表層3の表面から0.002μm地点を模式的に示した図であり、点線で示した部分におけるナノインデンテーション法による硬さHITが500〜3000N/mm2であることが本発明において重要である。なお、最表層3の厚さによっては最表面からの深さ0.005μmの地点が異なり、図2左側は最表層3の厚さtが、0.001≦t<0.005μmの模式図であり、図2右側は最表層3の厚さtが0.005≦tμmのときを示している。いずれの場合でも、ワイヤボンディング性には最表面からの深さが0.005μm地点の硬度が重要であるため、0.005μm地点の層の位置は最表層3内でも反射層2内でもどちらでも良い。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view enlarging a cross-section A portion in the first embodiment of the lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention. Gold, palladium, platinum or drawing a 0.002μm point schematically showing the surface of the
図3は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの第2の実施形態の概略断面図である。図3に示す実施形態のリードフレームが、図1に示すリードフレームと異なる点は、導電性基体1と反射層2との間に、中間層6が形成されていることである。その他の点については、図1に示すリードフレームと同様である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention. The lead frame of the embodiment shown in FIG. 3 is different from the lead frame shown in FIG. 1 in that an
図4は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの第3の実施形態の概略断面図である。図4は、光半導体素子4が搭載される部分およびその近傍、すなわち光発光素子とその周囲を封止してなる樹脂の内部を含む部分に反射層2および最表層3が形成されている様子を示している。本発明においては、このように、少なくとも光反射に寄与する部分にロジウムまたはロジウム合金からなる反射層2を形成することも可能である。なお、この形態の場合は、最表層3の最表面から深さ0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さが500〜3000N/mm2の範囲であることが必要であり、中間層6が最表面に露出している箇所における硬度を規定するものではない。
本実施形態において、中間層6は導電性基体1の全面に形成されているが、導電性基体1と反射層2との間に介在する形態であれば、部分的に形成されていてもよい。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention. FIG. 4 shows a state in which the
In the present embodiment, the
図5は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの第4の実施形態の概略断面図である。図5において、光半導体素子4が搭載される部分およびその近傍にのみ反射層2が形成されており、さらにその上層である最表層3はワイヤボンディングに必要な部分近傍にのみ形成されている様子を示している。この態様のように、最表層3はワイヤボンディングが必要な部分にのみ形成することも可能である。なお、この形態の場合は、最表層3の最表面から深さ0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さが500〜3000N/mm2の範囲である。反射層2や中間層6が最表面に露出している箇所における硬度を規定するものではない。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention. In FIG. 5, the
図6は、本発明に係る光半導体装置用リードフレームの第5の実施形態の概略断面図である。図6において、光半導体素子4が搭載される部分およびその近傍にのみ反射層2が形成されており、さらにその上層である最表層3は、ワイヤボンディングに必要な箇所を含めた全面に形成されている様子を示している。このため、例えば図6中の領域Aにおいても最表層3が形成されており、その最表層3は金、パラジウム、白金またはこれらの合金からなるため、光半導体装置として形成する際に、領域Aへの半田付けが容易にできる。この実施形態のように、最表層3を、半田付け性を付与する目的で全面的に形成することも可能である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a fifth embodiment of the lead frame for an optical semiconductor device according to the present invention. In FIG. 6, the
半導体装置用リードフレームの製造は任意の方法を用いることができるが、反射層2、最表層3および中間層6は、湿式または乾式のめっき法で形成することが望ましい。
Although any method can be used to manufacture the lead frame for a semiconductor device, the
次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples.
(実施例1)
実施例1として、厚さ0.3mm、幅50mmの表1に示す導電性基体に以下に示す前処理を行った後、以下に示す電気めっき処理を施すことにより、図1または図3に示す基本構造で、表1に示す構成の発明例1〜53、比較例1〜4、および従来例1〜3のリードフレームを作製した。これらのうち、発明例39〜42は、中間層が2層となっていて、導電性基体に近い側から「左/右」の元素の順に構成されていることを示しており、被覆厚も同じように示した。
導電性基体として用いられた材料のうち、「C14410」、「C18045」、「C19400」、「C26800」、「C52100」、「C52180」、「C70250」、および「C77000」は銅または銅合金の基体を表し、Cの後の数値は前述のCDA規格による種類を示す。
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の基体を表し、それぞれ日本工業規格(JIS H 4000:2006 など)にその成分が規定されている。
また、「SUS304」、および「42アロイ」は鉄系基体を表し、「SUS304」は日本工業規格(JIS G 4305:2005)規定のステンレス鋼(クロムを18質量%、ニッケルを8質量%含有し、残部が鉄と不可避不純物からなる鉄基合金)、「42アロイ」はニッケルを42質量%含有し、残部が鉄と不可避不純物からなる合金を表す。
なお、基体がアルミニウムのときは電解脱脂・酸洗・亜鉛置換処理の工程を経て、ステンレス鋼のときは電解脱脂・活性化処理の工程を経て、その他の基体の場合は電解脱脂・酸洗の工程を経た前処理を行った。
Example 1
As Example 1, the conductive substrate shown in Table 1 having a thickness of 0.3 mm and a width of 50 mm is subjected to the following pretreatment, and then subjected to the following electroplating treatment, whereby it is shown in FIG. 1 or FIG. Lead frames of Invention Examples 1 to 53, Comparative Examples 1 to 4, and Conventional Examples 1 to 3 having the basic structure and the configurations shown in Table 1 were produced. Among these, the inventive examples 39 to 42 show that the intermediate layer has two layers, and is configured in the order of “left / right” elements from the side close to the conductive substrate, and the coating thickness is also Shown in the same way.
Among the materials used as the conductive substrate, “C14410”, “C18045”, “C19400”, “C26800”, “C52100”, “C52180”, “C70250”, and “C77000” are copper or copper alloy substrates The numerical value after C indicates the type according to the aforementioned CDA standard.
Further, “A1100”, “A2014”, “A3003”, and “A5052” represent aluminum or aluminum alloy bases, and their components are defined in Japanese Industrial Standards (JIS H 4000: 2006, etc.), respectively.
“SUS304” and “42 alloy” represent an iron-based substrate, and “SUS304” is a stainless steel according to Japanese Industrial Standard (JIS G 4305: 2005) (containing 18 mass% of chromium and 8 mass% of nickel). , “42 alloy” represents an alloy containing 42 mass% of nickel and the balance of iron and inevitable impurities.
When the substrate is aluminum, it undergoes electrolytic degreasing / pickling / zinc replacement process, when it is stainless steel, it undergoes electrolytic degreasing / activation process, and in the case of other substrates, electrolytic degreasing / pickling. The pre-processing which passed through the process was performed.
実施例1において使用した、各前処理の処理液組成と処理条件、および各めっきのめっき液組成とめっき条件を以下に示す。
(前処理条件)
[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
[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
[活性化処理]基体がステンレス鋼の時に使用
活性化処理液:NiCl2 40g/リットル、HCl 400g/リットル
処理条件:1.5A/dm2、温度 40℃、処理時間 10秒
The treatment solution composition and treatment conditions for each pretreatment and the plating solution composition and plating conditions for each plating used in Example 1 are shown below.
(Pretreatment conditions)
[Electrolytic degreasing]
Degreasing solution: NaOH 60 g / liter Degreasing conditions: 2.5 A / dm 2 , temperature 60 ° C., degreasing time 60 seconds [pickling]
Pickling solution: 10% sulfuric acid pickling condition: 30 seconds immersion, room temperature [zinc replacement] Used when the substrate is aluminum Zinc replacement solution: NaOH 500 g / liter, ZnO 100 g / liter, tartaric acid (C 4 H 6 O 6 ) 10 g / Liter, FeCl 2 2 g / liter treatment condition: 30 seconds immersion, room temperature [activation treatment] used when the substrate is stainless steel Activation treatment solution: NiCl 2 40 g / liter, HCl 400 g / liter treatment condition: 1.5 A / liter dm 2 , temperature 40 ° C, treatment time 10 seconds
(中間層のめっき条件)
[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℃
[Pdめっき]
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めっき]Pd−20%Niめっき
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℃
[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℃
(Intermediate layer plating conditions)
[Ni plating]
[Co plating]
[Pd plating]
Plating solution: Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 45 g / liter, NH 4 OH 90 ml / liter, (NH 4 ) 2 SO 4 50 g / liter Plating condition: current density 1 A / dm 2 , temperature 30 ° C.
[Pd—Ni plating] Pd-20% Ni plating plating solution: Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 40 g / liter, NiSO 4 45 g / liter, NH 4 OH 90 ml / liter, (NH 4 ) 2 SO 4 50 g / liter Liter plating conditions: current density 1A / dm 2 , temperature 30 ° C
[Cu plating]
Plating solution: CuSO 4 .5H 2 O 250 g / liter, H 2 SO 4 50 g / liter, NaCl 0.1 g / liter Plating condition: current density 6 A / dm 2 , temperature 40 ° C.
(反射層のめっき条件)
[Rhめっき1]
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℃
[Rhめっき2]
めっき液:プレシャスRH02(商品名、中央化学産業(株)製)、添加剤としてスルファミン酸塩 5〜10g/リットル
めっき条件:0.5〜2.0A/dm2、温度 50℃
[Agめっき] (従来例)
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 0.05〜5A/dm2、温度 30℃
[Pdめっき] (従来例)
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℃
(Plating conditions for the reflective layer)
[Rh plating 1]
Plating solution: RHODEX (trade name, manufactured by Nippon Electroplating Engineers Co., Ltd.)
Plating conditions: 1.3 A / dm 2 , temperature 50 ° C.
[Rh plating 2]
Plating solution: Precious RH02 (trade name, manufactured by Chuo Chemical Industry Co., Ltd.), sulfamate as an additive 5-10 g / liter plating condition: 0.5-2.0 A / dm 2 , temperature 50 ° C.
[Ag plating] (Conventional example)
Plating solution: AgCN 50 g / liter, KCN 100 g / liter, K 2 CO 3 30 g / liter Plating condition: current density 0.05 to 5 A / dm 2 , temperature 30 ° C.
[Pd plating] (Conventional example)
Plating solution: Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 45 g / liter, NH 4 OH 90 ml / liter, (NH 4 ) 2 SO 4 50 g / liter Plating condition: current density 1 A / dm 2 , temperature 30 ° C.
(最表層のめっき条件)
[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
めっき液:オートロネクスGVC(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:5A/dm2、温度 50℃
[Pdめっき]
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℃
[Ptめっき]
めっき液:Pt(NO2)(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 80℃
(Outermost layer plating conditions)
[Au plating]
Plating solution: KAu (CN) 2 14.6 g / liter, C 6 H 8 O 7 150 g / liter, K 2 C 6 H 4 O 7 180 g / liter Plating condition: current density 1 A / dm 2 , temperature 40 ° C.
[Au-Co plating] Au-0.3% Co plating solution: Autoronex GVC (trade name, manufactured by Nippon Electroplating Engineers Co., Ltd.)
Plating conditions: 5 A / dm 2 , temperature 50 ° C.
[Pd plating]
Plating solution: Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 45 g / liter, NH 4 OH 90 ml / liter, (NH 4 ) 2 SO 4 50 g / liter Plating condition: current density 1 A / dm 2 , temperature 30 ° C.
[Pt plating]
Plating solution: Pt (NO 2 ) (NH 3 ) 2 10 g / liter, NaNO 2 10 g / liter, NH 4 NO 3 100 g / liter, NH 3 50 ml / liter Plating conditions: current density 5 A / dm 2 , temperature 80 ° C.
(めっき厚測定)
蛍光X線膜厚測定装置(SFT9400:製品名、エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製)を用いて、コリメータ径2mmで各めっき厚構成の検量線を作製後、測定を行った。
(炭素、硫黄、窒素成分含有量測定)
反射層皮膜中の炭素、硫黄、窒素成分の含有量測定においては、オージェ電子分光分析装置(Model−680:製品名、アルバック−ファイ(株)製)を用いて反射層の深さ方向分析を実施後、前記成分の皮膜中に含有する割合を積分換算して算出した。
(ナノインデンテーション法による硬さHIT測定)
最表層形成部表面において、超微小押し込み硬さ試験機(ENT−2100:製品名、(株)エリオニクス製)を用いて、押し込み深さが0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さHITを任意の10点について測定し、その平均値を算出した。
(Plating thickness measurement)
Using a fluorescent X-ray film thickness measuring device (SFT9400: product name, manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.), a calibration curve having a plating thickness configuration with a collimator diameter of 2 mm was prepared and then measured.
(Measurement of carbon, sulfur and nitrogen content)
In measuring the content of carbon, sulfur, and nitrogen components in the reflective layer coating, the depth direction analysis of the reflective layer is performed using an Auger electron spectroscopic analyzer (Model-680: product name, manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd.). After the implementation, the ratio of the components contained in the film was calculated by integral conversion.
(Hardness H IT measured by the nanoindentation method)
On the surface of the outermost layer forming part, hardness H by the nanoindentation method with an indentation depth of 0.005 μm using an ultra-fine indentation hardness tester (ENT-2100: product name, manufactured by Elionix Co., Ltd.) IT was measured for any 10 points, and the average value was calculated.
(評価方法)
上記のようにして得られた、表1の発明例および比較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。その結果を表2に示す。
(1)反射率測定:分光光度計(V660(商品名、日本分光(株)製))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、340nm、400nm、600nmおよび800nmにおける全反射率(%)を表2に示す。評価基準として、波長300〜800nmすべての領域において、反射率が50%を超えるものを良好とし、光半導体用リードフレームに好適に使用される目安となることを意味する。
(2)ワイヤボンディング性(WB性):下記のワイヤボンディング条件において、10点テスト後に接合強度測定を行い、その(強度−3σ)の値が49.0mN以上のものを「優」と判定して表に「◎」印を付し、29.4mN以上49.0mN未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、29.4mN未満であるが接合可能なものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく接合しなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付して、それぞれ表2に示した。さらに、ボンディング時にエラーの発生有無について、エラーがない場合を「無」、エラーが1回でも発生した場合を「有」と表記し、合わせて表2に示した。
ワイヤボンダ:SWB−FA−CUB−10、(株)新川製
ワイヤ:25μm 金ワイヤ
ボンディング温度:150℃
キャピラリ:1570−17−437GM
1st条件:10msec.、45Bit、45g
2nd条件:10msec.、100Bit、130g
なお、耐熱性評価のため、温度150℃で3時間大気加熱を施したものにおいても同じワイヤボンディング性評価を行い、それぞれ「可」以上の評価のものおよびボンディングエラーについては「無」のみを実用レベルとした。
(3)耐食性:硫化試験(JIS H8502記載)、H2S 3ppm、24時間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。なお、ここで、レイティングナンバーが9以上の場合は、光半導体素子(LED素子)を10000時間点灯しても輝度の低下が数%程度と小さいことを意味し、長期信頼性が高いことを示す。
(4)硫化試験後の反射率測定:分光光度計(V−660(商品名、日本分光(株)製))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、400nmにおいて、硫化試験前後の反射率を比較した値(%)を表2に示す。
(5)曲げ加工性:作製したリードフレームにおいて、長さ30mm、幅10mmのサンプルを、長さ方向が圧延方向と平行になるように切り出し、プレス機(日本オートマチックマシン(株)製)で曲げ半径R=0.5mmで曲げ加工性を調べた。加工した試験片の最大曲げ加工部をマイクロスコープ((株)キーエンス製)を用いて175倍に拡大して観察し、曲げ加工性を判定した。最大曲げ加工部を観察した結果、割れが存在しないものを「良」と判定して表に「○」印を付し、シワや軽微な割れが存在するものを「良」と判定して表に「△」印を付し、大きな割れが存在するものを「不可」と判定して表に「×」印を付して、それぞれ表2に示した。曲げ加工性の評価は、「可」以上の評価のものを実用レベルとした。
(Evaluation method)
The lead frames of the invention examples and comparative examples in Table 1 obtained as described above were evaluated according to the following tests and standards. The results are shown in Table 2.
(1) Reflectivity measurement: In a spectrophotometer (V660 (trade name, manufactured by JASCO Corp.)), continuous measurement was performed with a total reflectance of 300 nm to 800 nm. Among these, Table 2 shows total reflectance (%) at 300 nm, 340 nm, 400 nm, 600 nm, and 800 nm. As an evaluation standard, it means that a reflectance exceeding 50% is good in all the wavelength region of 300 to 800 nm, and it becomes a standard that is suitably used for an optical semiconductor lead frame.
(2) Wire bonding property (WB property): Under the following wire bonding conditions, a bonding strength measurement is performed after a 10-point test, and a material having a (strength-3σ) value of 49.0 mN or more is determined as “excellent”. The table is marked with “◎”, and those with 29.4 mN or more and less than 49.0 mN are judged as “good”, and the table is marked with “O” and less than 29.4 mN but can be joined. Was determined as “possible” and the table was marked with “Δ”, and those that were not joined at all were judged as “impossible” and marked with “x” in the table. Further, regarding the presence / absence of an error during bonding, “No” is indicated when there is no error, and “Yes” is indicated when an error occurs even once.
Wire bonder: SWB-FA-CUB-10, manufactured by Shinkawa Co., Ltd. Wire: 25 μm Gold wire Bonding temperature: 150 ° C.
Capillary: 1570-17-437GM
1st condition: 10 msec. , 45Bit, 45g
2nd condition: 10 msec. , 100bit, 130g
In addition, for the heat resistance evaluation, the same wire bonding property evaluation is performed even when the air heating is performed at a temperature of 150 ° C. for 3 hours. Level.
(3) Corrosion resistance: Rating number (RN) evaluation was performed about the sulfide state (described in JIS H8502), H 2 S 3 ppm, and the corrosion state after 24 hours. The results are shown in Table 2. Here, when the rating number is 9 or more, it means that the decrease in luminance is as small as several percent even when the optical semiconductor element (LED element) is lit for 10,000 hours, indicating that long-term reliability is high. .
(4) Reflectivity measurement after the sulfurization test: In a spectrophotometer (V-660 (trade name, manufactured by JASCO Corporation)), continuous measurement was carried out over a total reflectance of 300 nm to 800 nm. Of these, at 400 nm, the value (%) comparing the reflectance before and after the sulfidation test is shown in Table 2.
(5) Bending workability: In the produced lead frame, a sample having a length of 30 mm and a width of 10 mm was cut out so that the length direction was parallel to the rolling direction, and bent by a press machine (manufactured by Nippon Automatic Machine Co., Ltd.). Bending workability was examined at a radius R = 0.5 mm. The maximum bending portion of the processed test piece was observed using a microscope (manufactured by Keyence Co., Ltd.) at a magnification of 175 to determine the bending workability. As a result of observing the maximum bending part, it is determined that the crack does not exist as “good” and the table is marked with “○”, and the one with wrinkles and minor cracks is determined as “good”. Are marked with “Δ”, those having large cracks are judged as “impossible”, and “x” is marked in the table, respectively. The bending workability was evaluated as “practical” or higher.
これらの結果から明らかなように、ロジウムの上層に、厚さ0.001〜0.05μmの金(Au−Co合金はAu−0.3%Co合金)、パラジウム、白金を被覆した発明例1〜53は、波長300nm〜800nmにおける反射率が、すべての波長で反射率50%以上を満足した。また、ワイヤボンディング性においてもすべて良好である一方、従来例2のロジウムが最表層に形成されている場合、ワイヤボンディングができないことが明らかであり、本発明によってワイヤボンディング性が大きく改善されていることがわかる。特に発明例1〜11に示すように、金の厚さが0.001〜0.02μmの範囲であれば300〜800nmの領域において反射率がすべて60%以上を示しており、かつ0.005μm以上においてワイヤボンディング性が特に優れることがわかる。このため、最表層厚が0.003〜0.03μmが好ましく、0.005〜0.02μmがより好ましいと判断される。
さらに、発明例1〜53は、従来例1に記載されている最表面が銀である例と比べても耐食性が大きく改善されており、この結果は従来の銀めっき品よりも長期信頼性があることを示唆している。
さらに、発明例1〜53を、従来例3に記載されている最表面がAu/Pdめっき構成の例と比較すると、反射率が発明例のほうが良好であることから、発明例のリードフレームを用いた光半導体装置(LED)は、従来品よりも高輝度であることが期待される。
さらに、発明例19〜24記載のように、ロジウムの厚さ0.005μmを超えると、反射率が300〜800nmの領域ですべて60%以上となり、より一層輝度改善の効果が期待される。一方、厚さが0.5μmを超えると、反射率改善の効果は飽和しているが、プレス性が悪化している傾向が伺える。
さらに、発明例13〜18記載のように、中間層がNiのとき、厚さが0.2μm以上あると耐食性がより一層良好になるが、2.0μmを超えると曲げ加工性が悪くなる傾向がわかる。一方、発明例31〜38記載のように、中間層がPdのとき、厚さが0.005μm以上あると耐食性がより一層良好になるが、0.2μmを超えると曲げ加工性が悪くなる傾向がわかる。また、これらの中間層を2層とした発明例39〜42記載のように、耐食性が各単層のときよりも格段に向上しているが、Pd厚が0.2μmを超えるときやNi層厚が2.0μmを超えるときは、曲げ加工性が悪化する傾向がわかる。
As is apparent from these results, Invention Example 1 in which the upper layer of rhodium is coated with gold (Au—Co alloy is Au—0.3% Co alloy), palladium, and platinum having a thickness of 0.001 to 0.05 μm. -53, the reflectance in wavelength 300nm -800nm satisfied reflectance 50% or more in all the wavelengths. In addition, all the wire bonding properties are good, but when rhodium of Conventional Example 2 is formed on the outermost layer, it is clear that wire bonding cannot be performed, and the wire bonding properties are greatly improved by the present invention. I understand that. In particular, as shown in Invention Examples 1 to 11, if the thickness of the gold is in the range of 0.001 to 0.02 μm, the reflectivity is 60% or more in the region of 300 to 800 nm, and 0.005 μm. It can be seen from the above that the wire bonding property is particularly excellent. For this reason, it is judged that the outermost layer thickness is preferably 0.003 to 0.03 μm, and more preferably 0.005 to 0.02 μm.
Further, the inventive examples 1 to 53 are greatly improved in corrosion resistance as compared with the example in which the outermost surface described in the conventional example 1 is silver, and this result is longer-term reliability than the conventional silver-plated product. It suggests that there is.
Further, when the inventive examples 1 to 53 are compared with the example in which the outermost surface described in Conventional Example 3 has an Au / Pd plating structure, the reflectance is better in the inventive example. The used optical semiconductor device (LED) is expected to have higher brightness than conventional products.
Further, as described in Invention Examples 19 to 24, when the rhodium thickness exceeds 0.005 μm, the reflectance is all 60% or more in the region of 300 to 800 nm, and a further improvement in luminance is expected. On the other hand, when the thickness exceeds 0.5 μm, the effect of improving the reflectivity is saturated, but the pressability tends to be deteriorated.
Furthermore, as described in Invention Examples 13 to 18, when the intermediate layer is Ni, if the thickness is 0.2 μm or more, the corrosion resistance is further improved, but if it exceeds 2.0 μm, the bending workability tends to deteriorate. I understand. On the other hand, as described in Invention Examples 31 to 38, when the intermediate layer is Pd, the corrosion resistance is further improved when the thickness is 0.005 μm or more, but when it exceeds 0.2 μm, the bending workability tends to deteriorate. I understand. Further, as described in Invention Examples 39 to 42 in which these intermediate layers are two layers, the corrosion resistance is remarkably improved as compared with the case of each single layer, but when the Pd thickness exceeds 0.2 μm or Ni layer When the thickness exceeds 2.0 μm, it can be seen that the bending workability tends to deteriorate.
また、比較例1のように、最表層厚が本発明範囲よりも薄い場合は、ワイヤボンディングのプル強度が低下し、かつ耐熱試験後でのボンディング性が不良となっていることがわかる。
また比較例2では、最表層厚が本発明範囲よりも厚い場合は、ワイヤボンディングは保たれるものの波長300〜400nmにおける反射率が50%を下回ってしまうことがわかる。
また比較例3のように、最表層表面から深さ0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さHITが500未満の場合は、ボンディングのエラー発生が生じており、接合強度も低下する傾向にあることから、安定性に欠ける様子がわかる。
また比較例4のように、HITが3000を超えている場合も、同様にボンディングエラーが発生して安定性に欠ける様子が分かる。これらのことから、本発明の適正な被覆厚構成範囲において製造したリードフレームを光半導体装置に用いることにより、300nmの紫外域から800nmの近赤外域まで反射率に優れ、かつ長期信頼性およびワイヤボンディング性に優れた光半導体装置を作製することができることは明白である。
Further, as in Comparative Example 1, when the outermost layer thickness is thinner than the range of the present invention, it can be seen that the pull strength of wire bonding is lowered and the bonding property after the heat resistance test is poor.
In Comparative Example 2, it can be seen that when the outermost layer thickness is thicker than the range of the present invention, the wire bonding is maintained, but the reflectance at a wavelength of 300 to 400 nm is less than 50%.
Also as in Comparative Example 3, if the hardness H IT by nanoindentation depth 0.005μm point the outermost layer surface is less than 500, and an error occurs in the bonding occurs, it tends to bonding strength decreases From the above, it can be seen that it lacks stability.
Also, as Comparative Example 4, even if the H IT is greater than 3000, it can be seen that similarly less stable bonding error occurs. From these facts, by using a lead frame manufactured in an appropriate coating thickness constitution range of the present invention for an optical semiconductor device, it has excellent reflectivity from 300 nm ultraviolet region to 800 nm near infrared region, and has long-term reliability and wire It is obvious that an optical semiconductor device excellent in bonding property can be manufactured.
(実施例2)
実施例2として、導電性基体として板厚0.3mm、30mm角の古河電気工業(株)製の銅合金EFTEC−3(Cu−0.15%Sn:CDA規格合金のC14410に相当)を用い、前記脱脂工程および酸洗工程を経た後、全面に中間層としてNiめっきを0.5μm、反射層としてRhめっきを0.02μm、最表層としてAuめっきを0.01μmに形成したものを作製し、全面めっき品として発明例54を作製した。一方、めっき構成は同じくして、最表層のAuめっき被覆部のみを基体の中央部に3mm角に部分的に形成したものを作製し、部分めっき品として発明例55を作製した。部分めっき品は、めっきを施さない部分において、反射層形成後に絶縁性のマスキングテープ(#631S;製品名、(株)寺岡製作所製)を貼ることでマスキングを行った。なお、すべての前処理条件、めっき条件は、実施例1と同様の条件で行った。また、最表層の最表面から0.005μm地点のナノインデンテーション法による硬さHITを測定した結果、双方とも1220N/mm2であった。
ここでナノインデンテーション法による硬さとは、装置としてENT−2100(製品名、株式会社エリオニクス社製)を用い、試料のサイズ2mm角で、温度は室温にて測定した。
(Example 2)
As Example 2, a copper alloy EFTEC-3 (Cu-0.15% Sn: equivalent to CDA standard alloy C14410) manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd. having a plate thickness of 0.3 mm and a 30 mm square was used as the conductive substrate. After the degreasing step and the pickling step, the whole surface was formed with Ni plating as 0.5 μm as an intermediate layer, Rh plating as 0.02 μm as a reflective layer, and Au plating as 0.01 μm as the outermost layer. Invention Example 54 was produced as a full-surface plated product. On the other hand, the plating configuration was the same, and an Au plating covering portion only of the outermost layer was partially formed in a 3 mm square at the central portion of the substrate, and Invention Example 55 was manufactured as a partially plated product. The partially plated product was masked by applying an insulating masking tape (# 631S; product name, manufactured by Teraoka Seisakusho Co., Ltd.) after forming the reflective layer in the portion where plating was not performed. All pretreatment conditions and plating conditions were the same as in Example 1. As a result of measurement of a hardness H IT by the nanoindentation method 0.005μm point the outermost layer of the outermost surface was both 1220N / mm 2.
Here, the hardness by the nanoindentation method was measured using an ENT-2100 (product name, manufactured by Elionix Co., Ltd.) as an apparatus, a sample size of 2 mm square, and a temperature at room temperature.
(評価方法)
上記のようにして得られた全面めっき品および部分めっき品について、以下の評価を行った。
(1)反射率測定:分光光度計(V660(商品名、日本分光(株)製))において、全反射率を300nm〜800nmにかけて連続測定を実施した。測定面積は、試験片中央の20mm角の面積とした。これは、全面めっき品は最表層が反射率測定領域を完全に覆っているのに対し、部分めっき品は3mm角の部分のみ最表層が形成されており、反射層が露出している箇所が存在していることを意味する。
300nm、340nm、400nm、600nmおよび800nmにおける全反射率(%)を表3に示す。評価基準として、波長300〜800nmすべての領域において、反射率が50%を超えるものを良好とし、光半導体用リードフレームに好適に使用される目安となることを意味する。
(2)ワイヤボンディング性(WB性):下記のワイヤボンディング条件において、10点テスト後に接合強度測定を行い、その(強度−3σ)の値が49.0mN以上のものを「優」と判定して表に「◎」印を付し、29.4mN以上49.0mN未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、29.4mN未満であるが接合可能なものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく接合しなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付して、それぞれ表3に示した。なお、ワイヤボンディング領域は1st側および2nd側ともに最表層が形成されている部分に実施した。
ワイヤボンダ:SWB−FA−CUB−10、(株)新川製
ワイヤ:25μm 金ワイヤ
ボンディング温度:150℃
キャピラリ:1570−17−437GM
1st条件:10msec.、45Bit、45g
2nd条件:10msec.、100Bit、130g
また、耐熱性評価のため、温度150℃で3時間の大気加熱を施したものにおいても同じワイヤボンディング性評価を行った。
(3)最表層被覆率:最表層めっき面積から、全面めっき時および部分めっき時の最表層貴金属の被覆率を計算した。被覆率は、最表層めっきの被覆面積を被めっき物の面積の割合をパーセントで表記した。
(Evaluation method)
The following evaluation was performed about the full plating product and partial plating product which were obtained as mentioned above.
(1) Reflectivity measurement: In a spectrophotometer (V660 (trade name, manufactured by JASCO Corp.)), continuous measurement was performed with a total reflectance of 300 nm to 800 nm. The measurement area was a 20 mm square area at the center of the test piece. This is because the outermost layer of the overall plated product completely covers the reflectance measurement region, whereas the partially plated product has the outermost layer formed only in the 3 mm square portion, and the portion where the reflective layer is exposed It means that it exists.
Table 3 shows the total reflectance (%) at 300 nm, 340 nm, 400 nm, 600 nm, and 800 nm. As an evaluation standard, it means that a reflectance exceeding 50% is good in all the wavelength region of 300 to 800 nm, and it becomes a standard that is suitably used for an optical semiconductor lead frame.
(2) Wire bonding property (WB property): Under the following wire bonding conditions, a bonding strength measurement is performed after a 10-point test, and a material having a (strength-3σ) value of 49.0 mN or more is determined as “excellent”. The table is marked with “◎”, and those with 29.4 mN or more and less than 49.0 mN are judged as “good”, and the table is marked with “O” and less than 29.4 mN but can be joined. Was determined as “possible” and the table was marked with “Δ”, and those that were not joined at all were judged as “impossible” and marked with “x” in the table. In addition, the wire bonding area | region was implemented in the part in which the outermost layer was formed in 1st side and 2nd side.
Wire bonder: SWB-FA-CUB-10, manufactured by Shinkawa Co., Ltd. Wire: 25 μm Gold wire Bonding temperature: 150 ° C.
Capillary: 1570-17-437GM
1st condition: 10 msec. , 45Bit, 45g
2nd condition: 10 msec. , 100bit, 130g
In addition, for the heat resistance evaluation, the same wire bonding property evaluation was carried out even for those subjected to atmospheric heating at a temperature of 150 ° C. for 3 hours.
(3) Outermost layer coverage: From the outermost layer plating area, the outermost layer noble metal coverage during the entire plating and partial plating was calculated. The coverage was expressed as a percentage of the area of the object to be plated with respect to the covering area of the outermost layer plating.
この結果から、双方の発明例ともに全波長域で反射率50%以上、および優れたワイヤボンディング性を示しているが、部分めっき品のほうが全面めっき品よりも特に300〜600nmの波長域において反射率がやや良好であり、純粋なロジウムの反射率に近いあるいはほぼそれと同じである。これは、ワイヤボンディングに必要な箇所にのみ最表層を形成することにより、反射率低下を最小限に抑えて反射層の反射率を最大限生かせている結果であり、最表層が部分的に形成されることがより好ましいことがわかる。また、最表層の貴金属被覆率は、部分めっき品のほうが100分の1にまで抑制されており、この結果最表層に関する貴金属使用量が100分の1に低減できるため、環境負荷を軽減できることがわかる。これらのことから、全面に最表層を被覆するよりも、ワイヤボンディングが必要な箇所にのみ被覆を施したリードフレームのほうが、より特性にも製造コストにも優れていることがわかる。 From these results, both of the invention examples show a reflectance of 50% or more in the entire wavelength range and excellent wire bonding properties, but the partially plated product reflects in the wavelength region of 300 to 600 nm more than the entire plated product. The rate is slightly better, close to or nearly the same as that of pure rhodium. This is the result of maximizing the reflectivity of the reflective layer by minimizing the decrease in reflectivity by forming the outermost layer only where it is necessary for wire bonding. The outermost layer is partially formed. It can be seen that this is more preferable. In addition, the precious metal coverage of the outermost layer is suppressed to 1/100 of the partially plated product, and as a result, the amount of precious metal used for the outermost layer can be reduced to 1/100, which can reduce the environmental burden. Recognize. From these facts, it can be seen that the lead frame in which only the portion requiring wire bonding is coated is more excellent in characteristics and manufacturing cost than the coating of the outermost layer on the entire surface.
1 導電性基体
2 反射層
3 最表層
4 光半導体素子
5 ワイヤ(ボンディングワイヤ)
6 中間層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive base |
6 Middle class
Claims (8)
For an optical semiconductor device in which a reflective layer made of rhodium or a rhodium alloy is formed on a conductive substrate, and an outermost layer made of gold, palladium, platinum or an alloy thereof is formed on at least a part of the surface of the reflective layer The lead frame has a thickness of the outermost layer of 0.001 to 0.05 μm, and a hardness H IT by a nanoindentation method at a depth of 0.005 μm from the surface of the outermost layer is an arbitrary 10 A lead frame for an optical semiconductor device, characterized in that the average value measured for the points is 500 to 3000 N / mm 2 .
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