JPH0243345A - 半導体装置用リードフレーム材 - Google Patents

半導体装置用リードフレーム材

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JPH0243345A
JPH0243345A JP19486688A JP19486688A JPH0243345A JP H0243345 A JPH0243345 A JP H0243345A JP 19486688 A JP19486688 A JP 19486688A JP 19486688 A JP19486688 A JP 19486688A JP H0243345 A JPH0243345 A JP H0243345A
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JP
Japan
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lead frame
chip
frame material
semiconductor device
thermal expansion
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Application number
JP19486688A
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English (en)
Inventor
Naoki Uchiyama
直樹 内山
Masaki Morikawa
正樹 森川
Hideaki Yoshida
秀昭 吉田
Shuichi Osaka
大坂 修一
Katsuyuki Fukutome
勝幸 福留
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、Siチップをダイボンディングし、外部に
端子を取り出すのに用いられる半導体装置用リードフレ
ーム材に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、半導体装置は、 リードフレーム素材よりプレス打抜き加工により製造せ
んとする半導体装置の形状に適したりドフレームを形成
し、 上記リードフレームの所定個所にSiチップをAgペー
ストなどの導電性樹脂を用いて加熱接着するか、あるい
はAu合金ろう材、Pb−5n系ハンダなどを介して接
合し、 上記SiチップとリードフレームとにわたってAu極細
線などによるワイヤボンディングを施し、引続いて、上
記Siチップ、Au極細線およびSiチップが取付けら
れた部分のリードフレームを、これらを保護する目的で
、プラスチックで封止し、最終的に上記リードフレーム
における相互に連なる部分を切除して半導体装置を形成
していた。
上記リードフレーム素材として、Cu合金、Ni−Fe
系合金、Ni  −Co −Fe系合金か用いられてい
た。
これらの合金のうち、Ni−Fe系合金およびNi  
−Co−Fe系合金は、Cu合金よりもSiチップとの
熱膨張係数の相違による歪の発生が小さく、かかる歪発
生をおさえる必要のあるときは、上記Ni−Fe系合金
またはNi  −Co −Fe系合金が用いられること
が多かった。
上記Ni−Fe系合金のうち、代表的なものは、重量%
で(以下、%は重量%を示す) Ni  : 34.5〜37.5%、残り二Feおよび
不可避不純物からなる合金(以下、36Ni−Fe合金
という)および Ni  : 41.0〜43.0%、残り二Feおよび
不可避不純物からなる合金(以下、42Ni−Fe合金
という)があり、 上記Ni  −Co−Fe系合金のうち、代表的なもの
は、 Nj:25.0〜31,0%、Co:13.0〜20.
0%でかツNI +Co : 43.0−48.0%で
あり、残り・Feおよび不可避不純物からなる合金(以
下、29Ni  −17co −Fe合金という)が知
られている。
上記合金の中でも42Ni−Fe合金は、熱膨張係数が
室温から350℃の範囲で4〜5X10−6/’Cと他
の金属材料に比べて小さく、Stの熱膨張係数=3〜4
X106/℃と比較的近似しているために従来最も信頼
性の高い材料として用いられてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、近年、半導体装置は、高集積化、多機能化、
大容量化が進み、中でもメモリーの容量の増大化の傾向
は著しいものがある。
それにともなって、Siチップのサイズも大きくなって
きており、最近ではI00+nm以上のものや一辺の長
さが15mmを越えるものも現われている。
かかる大きなサイズのSiチップと従来のりドフレーム
からなる半導体装置は、Siチップの熱膨張係数と従来
のリードフレーム材の熱膨張係数の差による歪が大きく
現われ、半導体装置に反りが発生して故障を起すことが
多くなってきた。
また、Siチップが大きくなるほどリードフレームとの
ろう付は部分の接合欠陥の発生率が多くなっており、さ
らに、半導体装置を製造する過程で、リードフレーム上
へSiチップを固着する場合、ろう拐では260〜43
0℃、樹脂では180〜200℃の温度が加わる。半導
体素子は一般的には75〜−60℃の環境下で用いられ
ることが多く、特にSiチップの寸法が大きくなるほど
、半導体装置を製造する過程で加わる熱と使用時の環境
温度の差が反り等のSiチップに加わる応力の増加につ
ながってくる。このため高温から低温の温度領域にわた
ってSiチップとの熱膨張率の差の少ないリードフレー
ム材が望まれるようになってきた。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上記要求をみたすリードフレー
ム材を開発すべく研究を行なった結果、Ni:39.0
%以上41.0%未満、残部二Feおよび不可避不純物
からなる組成を有する合金であって、上記不可避不純物
を、S i、 : 0.005〜0.05%、Mn  
: 0.001 〜0.01%、S  : 50ppm
以下I C+ N : 11000pp以下、 に限定することにより、0〜350℃の温度領域におけ
る熱膨張率がSiチップの熱膨張率と極めて近似し、氷
点下においても従来の42Nj−Fe合金と比べて一層
Stチップの熱膨張率に近い値を示し、さらにろう付は
性のすぐれたリードフレー。
ム材が得られるという知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、 Ni  :39.0%以上41,0%未満、S i  
: 0.005〜0.05%、Mn : 0.001〜
0.01%、 S  : 50ppm以下、 C十N : 11000pl)以下、 残部二Feと不可避不純物からなる組成を有する半導体
装置用リードフレーム月に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の半導体装置用リードフレら ム材の組成を上記の如く限定した理由について述べる。
(a)  Nj N1成分を39.0%以上41.0%未満としたのは、
39.0%未満とすると特に低温での熱膨張係数か81
の値と大きく異なってくるからであり、また41.0%
以上とすると高温になるに従いSiの熱膨張係数より大
きくなり、ハンダ付は温度でSiチップの反り現象か顕
著になるからである。
(b)  5t St酸成分0.005〜0,05%としたのは、0.0
05%未満では十分な脱酸効果か得られず、加工性を損
うばかりでなくハンダ付は性も劣化させ、一方0.05
%を越えて含まれるとオーステナイトの安定化を妨げ、
合金の熱膨張係数を下げ過ぎるからである。
(c)  Mn Mn成分を0.001〜0.01%としたのは、0.0
1%を越えるとハンダ濡れ性が低下するばかりでなく粗
加工工程で熱間鍛造性も低下してくるからであり、一方
、0.0旧%未満では十分な脱硫効果か得られず熱間加
工性を損うからである。
(d)  S S成分を50ppm以下としたのは、50ppmを越え
ると熱間加工性改善のためにMnの添加量を増加させる
必要が生じ、この時上記ハンダ濡れ性か問題となるから
であり、S成分の含有量は少なければ少ないほど好まし
い。
(c)  C+N C成分およびN成分は、極微量でもM8点に影響を与え
、合金の熱膨張係数に大きく関係してくる成分であるか
、C+N成分を1100ppを越えて含ませると合金の
熱膨張係数か小さくなりすぎるばかりでなくハンダ付は
性も低下し、良好なSiチップとのダイボンディングか
行なえなくなるために1100pp以下と定めた。これ
らの成分はS成分と同様に少ない程好ましい。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明す
る。
通常の真空溶解法により第1表の実施例1〜7および比
較例1〜8に示される成分組成を有し、直径:[i0m
mX長さ: 100mmのビレットを鋳造した。
これらビレットを温度:1.000°Cの熱間鍛造によ
り厚さ+20mmx幅:100mmの厚板とし、さらに
温度+1.000℃にて熱間圧延を行ない厚さ 10丁
X幅:100mmX長さ:  250mmの板とした。
この板の両面を厚さ:1mmづつフライス盤にて面側し
、冷間圧延素材とした。総減面率50%の冷間圧延を行
なった後、温度: 1000℃のN2+25%H2ガス
雰囲気中で中間焼鈍を行ない、上記冷間圧延および中間
焼鈍を縁り返して、最終冷間圧延のみ総減面率;30%
の冷間圧延を行ない、厚さ二0.25mmの平坦な薄板
に仕上げた。
幅方向と長さ方向の切断を行ない、厚さ 0.25m1
nX幅:90mmX長さ:300+n+nとし、これに
よりエツチング加工にてリードフレーム状に仕上げた。
このリードフレームを温度 350℃、N2+30%H
2雰囲気中で加熱し、上記加熱されたリードフレームの
上に厚さ 0.1mmX幅:2+n+nX長さ9+++
mのPb−5%Snハンダを載せ、ついで厚さ0.25
mmX幅ニアmmX長さ:15mmのSiチップを上か
らかぶせハンダ接合を行なった。常温に戻してからソフ
トX線を上記Siチップの上からあて、ソフI−X線写
真により全81チップ面積に対するホイド面積を測定し
、その比率をボイド発生率として第1表に示した。
上記Siチップをリードフレームにハンダ接合すると、
第1図に示されるように、Siチップ1の熱膨張率とリ
ードフレーム2の熱膨張率の差による歪のために、Si
チップ1、ろう祠3およびリードフレーム2からなる積
層体に反りが発生する。上記反り量 Dを水平面からの
高さで測定し、その結果を第1表に示した。
さらに、比較のために、上記第1表の実施例4のこの発
明の合金、Siチップ、従来のリードフレーム材である
36Nj−Fe合金、42Ni−Fc合金、および29
Ni  −17Co −Fc合金について、温度:30
℃における線膨張率をOとして、長さしの30℃からの
伸び量をΔLとし、温度を横軸にとり、線膨張率:ΔL
/Lを縦軸にとってグラフに表わした。このグラフを第
2図に示す。ここでSiチップは結晶方位が(100,
)の面指数で表わされるSt ウェハの[100]方向
の線膨張率を用いた。
〔発明の効果〕
第1表の結果から、この発明の条件をみたす成分組成の
半導体リードフレーム材は、ボイド発生率が極めて少な
く、また反り量も小さな値を示すに対し、この発明の条
件を外れた比較例(第1表の比較例における※印は、こ
の発明の条件を外れた値を示す)では、ボイド発生率お
よび反り量のうちのいずれか一方または両方か大きな値
を示し、また、第2図の熱膨張曲線にみられるように、
温度;30℃以上の高温域では、この発明の半導体装置
用リードフレーム材(第2図の実施例4)は、Siチッ
プの曲線と極めて近似しており、さらに温度;30℃以
下の低温域でも従来の半導体装置用リードフレーム材(
36Nj  −Fe合金、42NiFe合金および29
Ni  −17Co −Fe合金)よりもSiチップに
近い曲線を示すことがわかる。
したがって、この発明の半導体装置用リードフレーム材
は、サイズの大きなSiチップをハンダ付けしても反り
が少なく、ろう付は性がすくれ、しかも、寒冷地での使
用に十分耐える材料であり、産業上すぐれた効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Siチップを半導体装置用リードフレームに
ハンダ付けした時に生ずる反りを示す概略図、 第2図は、半導体装置用リードフレーム祠の熱膨張曲線
。 1:Siチップ     2:リードフレーム3:ろう
材       D=反り量

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ni:39%以上41%未満、 Si:0.005〜0.05%、 Mn:0.001〜0.01%、 S:50ppm以下、 C+N:1000ppm以下、 残部:Feと不可避不純物からなる組成(以上重量%)
    を有することを特徴とする半導体装置用リードフレーム
    材。
JP19486688A 1988-08-04 1988-08-04 半導体装置用リードフレーム材 Pending JPH0243345A (ja)

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JPH04157136A (ja) * 1990-10-22 1992-05-29 Nkk Corp Agメッキ性に優れたリードフレーム素材用Fe―Ni合金およびその製造方法
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