(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード用基材の製造方法あって、
前記基材は、発光ダイオード素子を搭載するための金属部を有し、前記金属部は前記発光ダイオード素子が搭載される面側に光反射部が形成され、前記光反射部は銀層とチタン層とアルミニウム層とがその順に積層された構造を有し、当該光反射部における波長460 nmの光に対する反射率が、初期反射率で85％以上を示しかつ加速硫化試験後の反射率で前記初期反射率の95％以上を示すものであり、
前記製造方法は、前記基材上に前記光反射部を積層製膜する工程を有し、
当該光反射部を積層製膜する工程は、少なくとも前記チタン層と前記アルミニウム層とを製膜する工程であって、多元スパッタリング機構を具備するDCマグネトロンスパッタ装置を用いた１室構成の真空チャンバ内での連続製膜プロセスであり、製膜開始前の到達真空度が2×10-2 Pa以下2×10-3 Pa以上であることを特徴とする発光ダイオード用基材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオード用基材の製造方法において、
前記銀層の厚さが0.01μm以上5μm以下であり、
前記チタン層の厚さが0.01μm以上0.2μm以下であり、
前記アルミニウム層の厚さが0.006μm以上2μm以下であることを特徴とする発光ダイオード用基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子を搭載するための基材に関し、特に、光反射部を具備する発光ダイオード用基材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置（例えば、発光ダイオード（LED）やレーザーダイオード（LD））は、一般的に、端子が形成された基材（例えば、金属基材や金属樹脂複合基材）の上に発光素子が搭載され、発光素子と基材の一部とが外囲器（例えば、モールド樹脂による）で包囲された構成となっている。基材に形成された端子の一端は、外囲器内でボンティングワイヤ等により発光素子と電気的に接続され、端子の他端は、外囲器から露出して外部端子となる。
【０００３】
このような構成の半導体発光装置のなかでLEDでは、素子で発生した光を効率よく外部に取り出すために、LEDチップを搭載する基材の表面に光反射層を形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、一対の導電部と、一方の導電部に設けられた素子実装部上に接合されると共に、双方の導電部に対して電気的に接続された半導体発光素子とを含み、透明樹脂部、または、枠状部と枠状部内を充填する透明樹脂部にて、上記半導体発光素子及び各導電部の一部を覆う半導体発光装置において、上記各導電部は、少なくとも表面が金属層から構成され、上記各導電部は、素子実装部及びその周辺領域において、上記金属層の表面にAg（銀）層を備え、上記各導電部は、上記透明樹脂部、または、枠状部から導出される端子部において、上記金属層の最表面にAu（金）層を備え、当該Au層の上記素子実装部側の端部は、上記透明樹脂部または枠状部により覆われていることを特徴とする半導体発光装置が、開示されている。特許文献１によると、半導体発光素子から基材側に向かって出射された光が光反射率の高いAg層で反射されるため、光の取り出し効率が向上するとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、基板と、上記基板の表面に形成された金属部と、上記基板上に搭載されたLEDチップと、上記金属部の少なくとも一部を覆う樹脂製のプライマーと、上記LEDチップと上記プライマーの少なくとも一部とを覆って上記LEDチップを封止する封止樹脂部とを備え、上記プライマーは、上記封止樹脂部よりもガス遮断性が高い樹脂で作製されていることを特徴とする発光装置が、開示されている。特許文献２によると、該プライマーは、封止樹脂部よりもガス遮断性が高い樹脂で作製されていて基板の表面に形成された金属部を覆っているので、熱や光を受ける環境下でもガス遮断性を向上でき、その結果、金属部の硫化を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９８２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された半導体発光装置では、外囲器として利用される透明樹脂部が透明エポキシ樹脂等から構成されており、硫化水素等の大気中のガスが透明樹脂部を透過してしまうことがある。その場合、該ガスと銀層とが反応して硫化物を生成して黒化するため、銀層の反射率が大きく低下するという問題が生じる。特許文献２に記載された半導体発光装置は特許文献１の問題を解決する一方法を開示していると考えられるが、利用する外囲器樹脂材料の耐熱性・耐光性に起因した制限があるのは特許文献２に記載の通りである。
【０００７】
また、特許文献１の問題を解決する別の方法としては、銀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。しかしながら、当該技術では、ワイヤーボンディング性を安定化させるためにワイヤーボンディング工程の前に通常行われるプラズマ洗浄工程等により、有機保護膜が劣化する可能性が高く、その結果、銀層の硫化防止効果が失われるという問題がある。
【０００８】
近年、半導体発光装置に対する高輝度化の要求、高耐久性化（長期信頼性向上）の要求、低コスト化の要求は、ますます強まっている。高輝度化および高耐久性化にあたっては、光反射層の硫化を防止して高い反射率を長期間維持することが一つの解になる。一方、低コスト化にあたっては、製造プロセスの簡素化が一つの解になる。特に、半導体発光装置の製造プロセス（発光素子の製造プロセスや基材の製造プロセスを含む）は、真空プロセスによってなされることが多く、真空排気のための待ち時間が大きなコスト要因になっている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、上記要求を満たすために、光反射層の硫化を防止して高い反射率が長期間維持される光反射部を具備する発光ダイオード用基材を、低コストで製造することができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（I）本発明の一態様によると、発光ダイオード用基材の製造方法あって、前記基材は、発光ダイオード素子を搭載するための金属部を有し、前記金属部は前記発光ダイオード素子が搭載される面側（反射面側）に光反射部が形成され、前記光反射部は銀層とチタン層とアルミニウム層とがその順に積層された構造を有するものであり、少なくとも前記チタン層と前記アルミニウム層とを製膜する工程は、DCマグネトロンスパッタ装置を用いた１室構成の真空チャンバ内での連続製膜プロセスであり、製膜開始前の到達真空度が2×10-2 Pa以下であることを特徴とする発光ダイオード用基材の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明は、上記の本発明に係る発光ダイオード用基材の製造方法において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（i）前記銀層の厚さが0.01μm以上5μm以下であり、前記チタン層の厚さが0.01μm以上0.2μm以下であり、前記アルミニウム層の厚さが0.006μm以上2μm以下である。
（ii）前記到達真空度が2×10-2 Pa以下2×10-3 Pa以上である。
【００１２】
（II）本発明の他の態様によると、上記の本発明に係る発光ダイオード用基材の製造方法により製造されたことを特徴とする発光ダイオード用基材が提供される。
【００１３】
（III）本発明の更に他の態様によると、上記の本発明に係る発光ダイオード用基材の上に前記発光ダイオード素子が搭載された発光ダイオードであって、前記基材は前記発光ダイオード素子と電気的に接続される端子を有し、前記発光ダイオード素子と前記端子とのボンディングワイヤによる2ndボンディングの平均強度が80 mN以上であることを特徴とする発光ダイオードが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光反射層の硫化を防止して高い反射率が長期間維持される光反射部を具備する発光ダイオード用基材を、低コストで製造する製造方法を提供することができる。また、当該製造方法を利用することによって、光反射層の硫化を防止して高い反射率が長期間維持される光反射部を具備しかつ低コストな発光ダイオード用基材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発光ダイオード用基材の光反射部のチタン層とアルミニウム層とを連続的に積層形成するDCマグネトロンスパッタ装置の構成を示す概略模式図である。
【図２】本発明で用いたスパッタ装置における排気時間と到達真空度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を説明する。
【００１７】
（発光ダイオード用基材）
前述したように、本発明に係る発光ダイオード用基材は、発光ダイオード素子を搭載するための金属部を有し、前記金属部は前記発光ダイオード素子が搭載される面側に光反射部が形成され、前記光反射部は銀層とチタン層とアルミニウム層とがその順に積層された構造を有するものである。光反射部を構成する銀層は、ワイヤーボンディング強度を向上させる下地層として機能する。良好なワイヤーボンディング強度を実現するためには、銀層の厚さは0.01μm以上が望ましい。一方、5μmを超えると、材料コストが増大することに加えて、銀層の表面平滑性が低下して表面のアルミニウム層の反射効率が低下するため、銀層の厚さは5μm以下が望ましい。なお、本発明において、銀層は銀合金層を含むものとする。
【００１８】
光反射部を構成するチタン層は、前述の銀層と後述するアルミニウム層との金属反応を抑制する層（バリア層）として機能する。チタン層の厚さは、0.01μm以上であればバリア層として十分機能する。一方、0.2μmを超えると、チタン層の表面平滑性が低下し、表面のアルミニウム層の反射効率が低下するため、チタン層の厚さは0.2μm以下が望ましい。
【００１９】
光反射部を構成するアルミニウム層は、光反射層として機能する。アルミニウムは、銀に比してはるかに硫化しにくい金属である。また、アルミニウムは高い光反射率を有し、その紫外線領域での反射率は、銀のそれの３倍以上と高い。また、言うまでもないが、有機保護膜よりもはるかに高い耐熱性を有する。
【００２０】
アルミニウム層の厚さは、光反射率の観点から、0.006μm以上が望ましく、0.02μm以上がより望ましい。一方、2μmを超えると、アルミニウム層の表面平滑性が低下して光の反射効率が低下するため、アルミニウム層の厚さは2μm以下が望ましい。
【００２１】
発光ダイオード素子を搭載する基材に特段の限定はなく、従前のものを利用できる。例えば、金属リードフレームや、金属シートと樹脂材との複合材が挙げられる。金属種としては、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などが挙げられ、複合する樹脂材としては、ガラスエポキシ基板、ポリイミド樹脂シートなどが挙げられる。
【００２２】
上記の発光ダイオード用基材の構成は一例を示したものであり、本発明に係る発光ダイオード用基材は、それに限定されるものではない。例えば、本発明者等の先行発明（例えば、特願2011-157252）に記載された半導体発光素子搭載用基板を参酌して取り込むことができる。
【実施例】
【００２３】
以下、具体的な実施例および比較例により、本発明に係る発光ダイオード用基材の製造方法、発光ダイオード用基材、および発光ダイオードについてより詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（スパッタ装置）
発光ダイオード用基材の光反射部を形成するスパッタ装置について説明する。図１は、発光ダイオード用基材の光反射部のチタン層とアルミニウム層とを連続的に積層形成するDCマグネトロンスパッタ装置の構成を示す概略模式図である。図１に示したように、本発明で用いたスパッタ装置10は、１室構成の真空チャンバ11内に、長尺の基材21を搬送する機構（22〜26）と多元スパッタリングの機構（31〜34）とを具備するDCマグネトロンスパッタ装置である。真空チャンバ11には、真空排気する機構（ゲートバルブ12、ターボ分子ポンプ13、ロータリーポンプ14）とガス導入の機構（マスフローコントローラ15）とが接続されている。ターボ分子ポンプ13は株式会社大阪真空機器製作所製のTG1400F（排気速度1400 L/s）を用い、ロータリーポンプ14はアルカテル社製のT2033SD（排気速度500 L/min）を用いた。
【００２５】
長尺の基材21を搬送する機構は、長尺の基材21が送り出しロール22から送り出されて、送り出し側テンションロール24、スパッタ領域ロール26、および巻き取り側テンションロール25を経て、巻き取りロール23で巻き取られる構成を有している。多元スパッタリングの機構は、第１カソード31、チタンターゲット32、第２カソード33、およびアルミニウムターゲット34を具備する。なお、本実施例ではスパッタ装置10として２元スパッタ装置を用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、３元以上のスパッタ装置を当然利用することができる。
【００２６】
チタンターゲット32およびアルミニウムターゲット34は、それぞれ幅50 mm、長さ100 mm、厚さ10 mmのものを用いた。長尺の基材21は、LED用の銅リードフレーム（幅49 mm、長さ100 m）を用いた。長尺の基材21のLED素子が搭載される面（反射面）には、あらかじめ銀層（厚さ3μm）を電解めっきにより形成した。
【００２７】
はじめに、スパッタ装置10における排気時間と到達真空度との関係を調査した。図２は、本発明で用いたスパッタ装置における排気時間と到達真空度との関係を示すグラフである。図２に示したように、真空度を上げようとする（圧力を下げようとする）につれて排気時間が急激に増大することが判る。アルミニウム膜をスパッタ成膜する場合、従来は10-5 Pa台の真空度まで一旦排気するのが通常であり、真空排気に多大な時間を要するためにコスト高の要因になっていた。なお、排気時間と到達真空度との絶対的な関係は装置の構成に依存するが、図２のような傾向は一般化できると言える。
【００２８】
（実施例１〜３および比較例１〜２の発光ダイオード用基材の作製）
図２に示したスパッタ装置10を用い、製膜開始前の到達真空度を変えた条件で、長尺の基材21の反射面に対してチタン層（厚さ0.01μm）とアルミニウム層（厚さ0.05μm）とを連続的に積層製膜して光反射部を有する発光ダイオード用基材を作製した。到達真空度としては、2×10-2 Pa（実施例１）、2×10-3 Pa（実施例２）、2×10-4 Pa（実施例３）、および2×10-1 Pa（比較例２）とした。スパッタ製膜時には、アルゴンガスを真空チャンバ11中に導入し、内部圧力を1 Paに制御した。また、チタン層（Ti層）とアルミニウム層（Al層）とを製膜せずに銀層（Ag層）のみで光反射部とした発光ダイオード用基材（比較例１）を別途用意した。各発光ダイオード用基材の光反射部の構成を後述する表１に示す。
【００２９】
なお、アルミニウム層およびチタン層の厚さ測定には、二次イオン質量分析装置（アルバック・ファイ株式会社、PHI ADEPT-1010）を用いた。形成した光反射部の表面から深さ方向でアルミニウムおよびチタンのエッチングプロファイルを測定し、アルミニウムの信号強度がピーク強度の1/2となった深さをアルミニウム層の厚さと定義し、その深さから始まってチタンの信号強度がピーク強度の1/2となった深さまでをチタン層の厚さと定義した。
【００３０】
（実施例１〜３および比較例１〜２の評価）
（１）光反射部の初期反射率
実施例１〜３および比較例１〜２の発光ダイオード用基材に対し、波長460 nmの光を利用して光反射部の初期反射率を測定した。光の反射率測定には、分光測色計（コニカミノルタセンシング株式会社、CM-2600d）を使用した。測定された反射率は正反射と拡散反射との合計であり、その値が、85％以上を「合格」と判定し、85％未満を「不合格」と判定した。結果を表１に併記する。
【００３１】
（２）光反射部の耐硫化特性
実施例１〜３および比較例１〜２の発光ダイオード用基材に対し、加速硫化試験を施した後、上記と同様に光反射部の反射率を測定した。加速硫化試験の条件は、温度40℃、相対湿度80％、硫化水素（H2S）濃度3 ppmの雰囲気中で100時間放置とした（JIS H 8502：めっきの耐食性試験方法に準拠）。加速硫化試験後の反射率が、初期反射率の95％以上を「合格」と判定し、95％未満を「不合格」と判定した。結果を表１に併記する。
【００３２】
（実施例１〜３および比較例１〜２の発光ダイオードの作製と評価）
上記で用意した発光ダイオード用基材に発光ダイオード素子を搭載し、基材と素子とをワイヤーボンディングで接続して、実施例１〜３および比較例１〜２の発光ダイオードを作製した。ワイヤーボンディングには、マニュアルワイヤーボンダ（WEST-BOND, INC.、Model 7700D）を使用した。ボンディング条件は、金ボンディングワイヤ（直径25μm）を用い、荷重100 g、超音波強度350 mW、超音波印加時間100 msとした。
【００３３】
ワイヤーボンディングは、まず、放電によってワイヤ先端を球状にしたもの（ワイヤーボール、直径70μm）を素子側の電極にボンディングし（1stボンディング）、その後、該ボンディングワイヤを基材側の対応する電極にステッチボンディングすること（2ndボンディング）で行った。なお、本実施例では、簡便化のためモールド樹脂による外囲器の形成を省略した。
【００３４】
作製した実施例１〜３および比較例１〜２の発光ダイオードに対し、2ndボンディング強度の測定を行った。ボンディング強度の測定は、ボンディングテスタ（株式会社レスカ、PTR-1）を用いてワイヤピールテストで行った。測定された強度の平均（10点平均）が、80 mN以上を「合格」と判定し、80 mN未満を「不合格」と判定した。結果を表１に併記する。
【００３５】
【表１】
0005807274.tif 000002
【００３６】
表１に示したように、光反射部が銀層のみからなる比較例１は、初期反射率と2ndボンディング強度とが高いが、耐硫化特性が極めて低い結果であり、従来技術の問題点が再現された。光反射部としてチタン層とアルミニウム層とを有するが製膜開始前の到達真空度が低い比較例２は、排気時間を非常に短くできる利点があるが、初期反射率と2ndボンディング強度とが「不合格」であった。
【００３７】
一方、本発明に係る実施例１〜３は、高い初期反射率と、高い耐硫化特性と、高い2ndボンディング強度とを兼ね備えていることが確認された。また、製膜開始前の到達真空度を従来技術よりも低く抑えることで、排気時間を大幅に短縮できる利点がある。特に、初期反射率、耐硫化特性および2ndボンディング強度の測定結果と到達真空度とのバランスをかんがみると、膜開始前の到達真空度としては2×10-2 Pa以下2×10-3 Pa以上が、より好ましいと言える。
【００３８】
表１のような結果となった要因を確認するため、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、発光ダイオード用基材の光反射部表面の微細組織を観察した。その結果、比較例１では、結晶化したと思われるアルミニウム粒子が観察され、表面形状が比較的大きな凹凸を有しているように観察された。これは、膜開始前の到達真空度が低かったために残留した水分などに起因して、アルミニウムの結晶化が促進されたものと考えられた。また、アルミニウムの結晶化および表面凹凸形状に起因して、初期反射率と2ndボンディング強度とが低くなったと考えられた。
【００３９】
これに対し、実施例１〜３では、結晶化したと思われるアルミニウム粒子がほとんど観察されず、かつ滑らかな表面形状が観察された。そのような微細組織に起因して、前述のような良好な結果が得られたものと考えられた。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、光反射層の硫化を防止して高い反射率が長期間維持される光反射部を具備する発光ダイオード用基材が得られることが実証された。また、製造における真空排気時間を大幅に短縮できることから、それに伴って生産効率を大幅に向上させることができ、製造の低コスト化に大きく貢献できる。
【符号の説明】
【００４１】
10…スパッタ装置、11…真空チャンバ、
12…ゲートバルブ、13…ターボ分子ポンプ、14…ロータリーポンプ、
15…マスフローコントローラ、
21…長尺の基材、
22…送り出しロール、23…巻き取りロール、
24…送り出し側テンションロール、25…巻き取り側テンションロール、
26…スパッタ領域ロール、
31…第１カソード、32…チタンターゲット、
33…第２カソード、34…アルミニウムターゲット。
【図１】
0005807274.tif 000003
【図２】
0005807274.tif 000004