(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、長尺状の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用の基材を送り出す送り出しロールと、
前記基材の表面上の少なくとも一部に製膜することにより半導体発光素子搭載用リードフレーム材を形成するための平板マグネトロンカソード電極と、
前記半導体発光素子搭載用リードフレーム材を巻き取る巻き取りロールと、
を備え、
前記平板マグネトロンカソード電極は、ターゲットの裏面に平面視で長方形状の内周部マグネットを取り囲むように外周部マグネットを配置してなり、前記送り出しロールと前記巻き取りロールとの間で搬送される前記基材と対向するように設けられると共に、前記内周部マグネットの長辺方向が前記基材の搬送方向と一致するように配置される
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置。
【請求項２】
前記平板マグネトロンカソード電極のターゲットの短辺方向の幅が１５０ｍｍ以下である
請求項１記載の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置。
【請求項３】
前記平板マグネトロンカソード電極のターゲットとしてアルミニウムからなるものを用いる
請求項１または２記載の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置。
【請求項４】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、長尺状の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用の基材を送り出す送り出しロールと、
前記基材の表面上の少なくとも一部に製膜することにより半導体発光素子搭載用リードフレーム材を形成するための平板マグネトロンカソード電極と、
前記半導体発光素子搭載用リードフレーム材を巻き取る巻き取りロールと、
を備え、
前記平板マグネトロンカソード電極は、ターゲットの裏面に平面視で長方形状の内周部マグネットを取り囲むように外周部マグネットを配置してなり、前記送り出しロールと前記巻き取りロールとの間で搬送される前記基材と対向するように設けられると共に、前記内周部マグネットの長辺方向が前記基材の搬送方向と一致するように配置される半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置を用い、
前記基材にアルミニウムからなる前記薄膜を形成して前記半導体発光素子搭載用リードフレーム材を製造する
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置および半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、レーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）に代表される半導体発光装置は、銅に代表される金属基材もしくは金属樹脂複合基材からなる半導体発光素子搭載用リードフレーム（以下、単にリードフレームという）上に、ＬＥＤチップ又はＬＤチップなどの半導体発光素子を搭載し、半導体発光素子及びリードフレームの一部をモールド樹脂などの外囲器で包囲した構成となっている。
【０００３】
リードフレームは一対備えられており、半導体発光素子は一方のリードフレームの先端部に実装され、他方のリードフレームとボンディングワイヤにより電気的に接続される。外囲器から露出する両リードフレームの端部が外部端子となる。
【０００４】
このような構成の半導体発光装置のなかでＬＥＤでは、ＬＥＤチップで発生した光を効率よく外部に取り出すために、ＬＥＤチップを搭載するリードフレームとして、基材の表面に光反射率の高い銀めっき層を形成したものを用い、ＬＥＤチップの裏面（リードフレーム側）に放出された光を表面側（リードフレームと反対側）に反射させるよう構成したものが知られている（特許文献１参照）。しかし、この特許文献１の半導体発光装置では、外囲器として使用する樹脂が硫化水素等の大気中のガスを透過させるため、これらのガスと銀めっき層が反応して硫化を生じ銀めっき層が黒化し、銀めっき層の反射率が急激に低下してしまうという問題がある。
【０００５】
この問題を解決した半導体発光装置として、特許文献２では、ＬＥＤチップの周囲の外囲器に、リードフレームから離れるにしたがって広がるテーパ状の開口を形成し、その開口の周囲の傾斜面に光反射率の高い銀、銀ビスマス、銀ネオジウムから選ばれた金属層を形成して、ＬＥＤチップから側方に放出された光を開口の出口方向（リードフレームと反対側）に反射させるように構成した半導体発光装置において、金属層をガス遮断性の高い樹脂層で覆うことにより、硫化水素等の大気中のガスが侵入して銀と反応して黒化し反射率が低下してしまうことを防止することが提案されている。しかし、特許文献２の半導体発光装置では、外囲器に用いる樹脂材料の耐熱性に課題があり、使用可能な温度範囲が限定されるという問題がある。
【０００６】
銀めっき層の黒化を防止する他の方法として、銀めっき層の表面に硫化防止用の薄い有機保護膜を施すことも提案されているが、この場合、ワイヤーボンディング性を安定化させるために行うプラズマ洗浄等により有機保護膜に劣化もしくは剥がれが生じ、硫化防止効果が失われてしまうという問題がある。
【０００７】
本出願人は、この問題を解決するため、半導体発光素子の光反射層としてアルミニウムの薄膜を形成することを先の出願にて提案している。
【０００８】
ところで、従来、半導体発光素子搭載用リードフレーム材の基材への表面コーティング法としては、湿式めっき法での金属コーティングが用いられるのがほとんどであった。しかし、アルミニウムをコーティングする際には、水を媒体とした湿式めっき法ではアルミニウムイオンを金属まで還元することができないため、用いることができない。
【０００９】
従来より、アルミニウムの薄膜は、その目的によって、いろいろな製膜技術により、各種素材上に形成され、使用されている。代表的なものとして、例えば、ＰＥＴ等樹脂フィルムにアルミニウムを蒸着したものは、食品包装用材料として広く用いられている。アルミニウムの製膜技術として、現状で最も多く使用されているのが、アルミニウムに対して不活性なＣ（カーボン）、ＰＢＮ（パイロテックボロンナイトライド）にアルミニウムをセットし、ＥＢ（電子ビーム）照射によりアルミニウムを気化、蒸着するＥＢ加熱蒸着方式である。その他にも、真空を用いた蒸着法、スパッタリング法、溶射法等が知られている。
【００１０】
現在、半導体材料や表示パネル素子などのアルミニウム配線用途には、厚さの均一性や、電気伝導性、低欠陥性、量産性が要求されることから、スパッタリング装置を用いたメタライズ技術が広く用いられている。このようなスパッタリング装置として、ターゲット上に閉ループとなるプラズマリングを形成するように永久磁石（マグネット）を配置した平板マグネトロンカソード電極を用いたものが工業的に数多く利用されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４９８２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０２７９号公報
【特許文献３】特許第３８０８１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述の従来の平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置では、製膜対象が、主にＬＣＤ用パネルの絶縁材料であるガラス基材であり、半導体発光素子搭載用リードフレーム材の基材など導電性の金属基材への表面コーティングへの応用は皆無であった。
【００１３】
従来の平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置では、製膜速度が遅くコストがかかるといった問題もあり、長尺の半導体発光素子搭載用リードフレーム材を高速で製造可能なスパッタリング装置が望まれる。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、長尺の半導体発光素子搭載用リードフレーム材を高速で製造可能な半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置および半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、長尺状の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用の基材を送り出す送り出しロールと、前記基材の表面上の少なくとも一部に製膜することにより半導体発光素子搭載用リードフレーム材を形成するための平板マグネトロンカソード電極と、前記半導体発光素子搭載用リードフレーム材を巻き取る巻き取りロールと、を備え、前記平板マグネトロンカソード電極は、ターゲットの裏面に平面視で長方形状の内周部マグネットを取り囲むように外周部マグネットを配置してなり、前記送り出しロールと前記巻き取りロールとの間で搬送される前記基材と対向するように設けられると共に、前記内周部マグネットの長辺方向が前記基材の搬送方向と一致するように配置される半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置である。
【００１６】
前記平板マグネトロンカソード電極のターゲットの短辺方向の幅が１５０ｍｍ以下であってもよい。
【００１７】
前記平板マグネトロンカソード電極のターゲットとしてアルミニウムからなるものを用いてもよい。
【００１８】
また、本発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、長尺状の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用の基材を送り出す送り出しロールと、前記基材の表面上の少なくとも一部に製膜することにより半導体発光素子搭載用リードフレーム材を形成するための平板マグネトロンカソード電極と、前記半導体発光素子搭載用リードフレーム材を巻き取る巻き取りロールと、を備え、前記平板マグネトロンカソード電極は、ターゲットの裏面に平面視で長方形状の内周部マグネットを取り囲むように外周部マグネットを配置してなり、前記送り出しロールと前記巻き取りロールとの間で搬送される前記基材と対向するように設けられると共に、前記内周部マグネットの長辺方向が前記基材の搬送方向と一致するように配置される半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置を用い、前記基材にアルミニウムからなる前記薄膜を形成して前記半導体発光素子搭載用リードフレーム材を製造する半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、長尺の半導体発光素子搭載用リードフレーム材を高速で製造可能な半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置および半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置の概略構成図である。
【図２】図１の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置に用いる平板マグネトロンカソード電極を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は金属テープを含む平面図、（ｃ）はその２Ｃ−２Ｃ線断面図である。
【図３】図１の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置で製造した実施例の半導体発光素子搭載用リードフレーム材の幅方向の膜厚分布の測定結果、および比較例の半導体発光素子搭載用リードフレーム材の幅方向の膜厚分布の測定結果を示すグラフ図である。
【図４】図１の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置で製造した実施例の半導体発光素子搭載用リードフレーム材の長さ方向の膜厚分布の測定結果を示すグラフ図である。
【図５】本発明の比較となる比較例での平板マグネトロンカソード電極の配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置の概略構成図である。
【００２３】
図１に示すように、半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置（以下、単にスパッタリング装置という）１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２内の空気を排気する排気装置３と、真空チャンバ２内に設けられ、薄膜の形成対象となるテープ状の半導体発光素子搭載用リードフレーム材用の基材４ａを送り出す送り出しロール５と、基材４ａの表面上の少なくとも一部に製膜することにより半導体発光素子搭載用リードフレーム材（以下、単にリードフレーム材という）４を形成するための平板マグネトロンカソード電極７と、送り出しロール５から送り出された基材４ａの表面に薄膜を形成したリードフレーム材４を巻き取る巻き取りロール６と、を備えている。
【００２４】
本実施の形態では、真空チャンバ２として１室構成のものを用いている。真空チャンバ２には、マスフローコントローラ８を通してＡｒガスを導入可能なガス導入ライン９が接続されている。また、真空チャンバ２には、排気装置３により真空チャンバ２内の空気を排気するための排気ライン１０がゲートバルブ１０ａを介して接続されている。排気装置３は、ターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）３ａとロータリポンプ（ＲＰ）３ｂとからなる。本実施の形態では、ターボ分子真空ポンプ３ａとして株式会社大阪真空機器製作所製ＴＧ１４００Ｆ（排気速度１４００Ｌ／ｓ）、ロータリポンプ３ｂとしてアルカテル製ロータリポンプＴ２０３３ＳＤ（排気速度５００Ｌ／ｍｉｎ）を用いた。
【００２５】
送り出しロール５と巻き取りロール６間には、送り出し側テンションロール１１、複数（ここでは５個）の製膜ロール１２、および巻き取り側テンションロール１３が順次設けられており、基材４ａ（および製膜後のリードフレーム材４）は、両テンションロール１１，１３で弛みが抑制された状態で通搬されるようになっている。複数の製膜ロール１２はほぼ直線状に設けられており、平板マグネトロンカソード電極７は、製膜ロール１２と基材４ａを挟んで対向する位置に設けられる。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るスパッタリング装置１では、平板マグネトロンカソード電極７は、平面視（上面視）で長方形状であり、送り出しロール５と巻き取りロール６との間で搬送される基材４ａと対向するように設けられ、その長辺方向が基材４ａの搬送方向と一致するように配置される。
【００２７】
平板マグネトロンカソード電極７は、平板状のターゲット２１の裏面に、内周部マグネット２２を取り囲むように内周部マグネット２２と極性が異なる外周部マグネット２３を配置したものである。内周部マグネット２２と外周部マグネット２３は、両者の距離が場所によらず一定となるように設けられている。本実施の形態では、ターゲット２１としてアルミニウムからなるものを用い、基材４ａの表面にアルミニウムの薄膜を形成する。なお、図２（ｃ）に示す符号２４は電力供給用のアノードである。
【００２８】
平板マグネトロンカソード電極７のターゲット２１の短辺方向の幅Ｗ2は、１５０ｍｍ以下に形成される。これは、ターゲット２１の幅Ｗ2は基材４ａの幅Ｗ1よりも大きく形成される必要があるが、基材４ａの幅Ｗ1は通常１５０ｍｍ以下とされるため、ターゲット２１の幅Ｗ2は１５０ｍｍ以下とすればよい。
【００２９】
より具体的には、リードフレームを用いた半導体発光装置の製作工程では、樹脂モールド装置の注入効率や、ワイヤーボンディング装置でのステージ駆動範囲との関係により、製造時に幅方向に配列できる個数（列数）には限界があり、具体的には４個分、５０ｍｍ程度の幅とすることが多い。よって、半導体発光装置の組み立て前にリードフレーム材を製造する工程では、幅５０ｍｍのリードフレーム材を形成すればよいことになる。量産性やコストを考慮すると、リードフレーム材を複数列分繋げて製作し、最終的にスリット分離するのが有効であるが、スリット分離する際の打ち抜きプレス工程での精度やプレス荷重を鑑みると３列までが限界であり、リードフレーム材４の基材４ａの幅Ｗ1は幅１５０ｍｍ程度が最大（つまり１５０ｍｍ以下）となる。よって、ターゲット２１の幅Ｗ2は１５０ｍｍ以下（基材４ａの幅Ｗ1以上）とすればよい。
【００３０】
本実施の形態では、平板マグネトロンカソード電極７の幅を１６０ｍｍ、長さを２８０ｍｍとし、アルミニウムからなるターゲット２１の幅Ｗ2を１２０ｍｍ、長さを２５０ｍｍとした。また、基材４ａとしては、幅Ｗ1１００ｍｍ、長さ１００ｍの銅からなるものを用いた。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法を説明する。
【００３２】
本実施の形態に係る半導体発光素子搭載用リードフレーム材の製造方法は、図１のリードフレーム材用スパッタリング装置１を用い、基材４ａにアルミニウムからなる薄膜を形成して半導体発光素子搭載用リードフレーム材４を製造する方法である。
【００３３】
まず、アルミニウムからなるターゲット２１の残量の確認等を実施した後、真空チャンバ２の扉を閉めて真空チャンバ２内を６×１０-4まで排気し、純度５Ｎの高純度アルゴンガスをマスフローコントローラ８を通して１００ｃＭ／ｍｉｎで導入し、ゲートバルブ１０ａの開度を調整して、真空チャンバ２の内部圧力を１Ｐａに制御する。
【００３４】
アルゴンガスが真空チャンバ２に充填された後、平板マグネトロンカソード電極７に１０．８ｋＷの電力を入力し、基材４ａを５ｍ／ｍｉｎで搬送しつつアルミニウムからなる薄膜を製膜し、リードフレーム材４を製造する。
【００３５】
作製した半導体発光素子搭載用リードフレーム材４のアルミニウムからなる薄膜の膜厚分布を測定した。膜厚分布の測定には、エスイアイアイ社製の蛍光Ｘ線膜厚測定装置ＳＦＴ９５００を使用した。幅方向の膜厚分布の測定結果を図３に、幅方向中心部での長さ方向の膜厚分布の測定結果を図４に示す。また、図５に示すように、平板マグネトロンカソード電極７を９０度回転させて、その短辺方向が基材４ａの搬送方向と一致するようにして製膜を行った比較例の幅方向の膜厚分布の測定結果を図３に併せて示す。
【００３６】
図３に示すように、本発明により製造した実施例のリードフレーム材４は、平均膜厚が０．０９９μｍであり、膜厚ばらつきが平均値に対して±９％であった。なお、反射率（全反射）の幅方向の分布を測定したところ、９０．３％±１％と均一であり、特に膜厚のばらつきとの相関はみられなかった。これに対して比較例のリードフレーム材は、膜厚ばらつきが±４％と均一性はよいものの、平均膜厚が０．０４７μｍと薄く、実施例の約１／２程度であった。このように、本発明によれば、スパッタリングの欠点ともいえる製膜速度の遅さを著しく改善することが可能であり、生産コストを大幅に改善できることがわかる。
【００３７】
また、図４に示すように、実施例のリードフレーム材４の長さ方向の膜厚分布は、平均膜厚０．０９３μｍに対して膜厚ばらつきが±１％であり、非常に安定していることが分かる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態に係るスパッタリング装置１では、平板マグネトロンカソード電極７を、その長辺方向が基材４ａの搬送方向と一致するように配置している。
【００３９】
これにより、基材４ａへの製膜量を増加させることができるため、基材４ａの通搬速度を大きくすることが可能となり、長尺のリードフレーム材４を高速で製造可能なスパッタリング装置１を実現できる。具体的には、アルミニウムからなる薄膜の膜厚を１μｍとする場合、０．５ｍ／ｍｉｎもの通搬速度を得ることが可能である。本発明によれば、長尺のリードフレーム材４を高速で製造可能となるため、量産性を高め、大幅なコストダウンが可能になる。
【００４０】
また、本発明では、スパッタリングされたアルミニウムが有効に基材４ａに付着するため、真空チャンバ２の内壁等に付着するアルミニウムが低減され、真空チャンバ２の内壁等に付着したアルミニウムを除去する作業を短くすることが可能となり、メンテナンス作業を短くすることが可能になる。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００４２】
例えば、上記実施の形態では、基材４ａとして銅からなるものを用いた場合を説明したが、これに限らず、基材４ａとしては、樹脂基材に銅箔を貼り付け、もしくはメタライジングしたものを用いてもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、１つの平板マグネトロンカソード電極７を用いて一層構造の薄膜を形成する場合を説明したが、これに限らず、平板マグネトロンカソード電極７を複数直列、あるいは並列に並べて使用することも勿論可能である。平板マグネトロンカソード電極７を複数直列に並べて使用する場合、ターゲットの材料を同じとしてもよいし、異なる材料のターゲットを配置して多層構造の薄膜を形成するようにしても構わない。さらに、平板マグネトロンカソード電極７のターゲット２１の裏面に、鉄などの磁性体でできたシャント板等を配置して、幅方向のプラズマ密度の均一性をより向上させることも可能である。
【００４４】
さらに、基材４ａの表面の一部にマスキングテープを施して、基材４ａの一部に製膜することも可能である。
【００４５】
また、上記実施の形態では、平板マグネトロンカソード電極７を平面視で長方形状（矩形状）とする場合について説明したが、平板マグネトロンカソード電極７の形状は、平面視で基材４ａの搬送方向に長く、基材４ａの幅方向に短い形状となっていればよく、例えば、平面視で楕円形状や多角形状としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  半導体発光素子搭載用リードフレーム材用スパッタリング装置
２  真空チャンバ
３  排気装置
４  半導体発光素子搭載用リードフレーム材
４ａ  基材
５  送り出しロール
６  巻き取りロール
７  平板マグネトロンカソード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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