JPH03197648A

JPH03197648A - リードフレーム材

Info

Publication number: JPH03197648A
Application number: JP33776789A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Eto; 雅俊衛藤; Norio Yuki; 典夫結城
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-29

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、エツチング加工性、封着性並びに成形加工
性に優れ、かつ強度の高いリードフレーム材に関するも
のである。

く背景技術とその課題〉一般に、半導体機器類において（よリード材の特性もそ
の性能やコストに大きな影響を及ぼすことが知られてい
るが、このような半導体機器のリド材としては、従来か
ら、熱膨張係数が低く、かつ半導体素子やセラミックス
と比較的良好な接着性、封着性を示すＦｅ−Ｎｉ系合金
が好んで使用されてきた。

しかし、例えば“ＬＳＩをプラスチックパッケージング
するプロセス”でのレジンモールド工程後の冷却過程や
プリント基板への実装時、更には使用環境において温度
サイクルを受けた時にはレジンとリード材との間に熱応
力がかがるのを避けることができないが、この応力が過
大になると、リード材が０従来より用いられてきたＦｅ
−Ｎｉ系合金（例えば４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）製のもの
”であってもパッケージにクラックが発生したり接着界
面が剥離したりして、パッケージの耐湿信頼性が低下す
ると言う問題を如何ともし難がった。つまり、モールド
レジンとリード材との熱膨張係数差に起因して生じた上
記微小クラックや剥離界面を通して外部から湿気が浸入
し、内部の半導体素子などを損傷する虞れがあったため
である。従って、ＬＳＩの耐湿信頼性を向上させるため
には、熱膨張係数がモールドレジンのそれに近いリード
フレーム材を使用する必要があった。

一方、最近、上記タイプのＬＳＩにおいても高集積化が
進められており、この傾向は使用するり一ドフレームの
多ビン化を更に推進する結果をもたらしているが、リー
ドフレームの多ビン化には素材厚の薄い方が有利である
ため、薄板化に対応できるように従来にも増して強度及
び硬度の高いリードフレーム材が要求されるようになっ
た。

また、リードフレームが多ビン化されると必然的にピン
間隔が狭（なり、ピン自体の幅も小さくなるが、それに
対処するには精度の一層高いエツチング加工が必要とな
る。そのため、多ビン用に供されるリードフレーム材で
は、高強度や高硬度の他に、形成されるピン幅やピン間
隔の制御性につながる“エツチング加工性“が優れてい
ることも重要な要求特性となっていた。

ところで、Ｆｅ−Ｎｉ系合金製リードフレーム材のエツ
チング加工工程は、一般に、脱脂したリードフレーム材
の両面にフォトレジストを塗布しパターンを焼き付けて
現像した後、塩化第２鉄を主成分とするエツチング液で
エツチング加工し、その後前記レジストを除去する工程
から構成されているのが普通である。そして、この際の
エツチング性を決める要因としては“レジストの密着性
“や“エツチング速度”等が挙げられるが、これらの中
でも素材のエツチング速度が最も重要な因子となってお
り、エツチング速度が速くなるにつれてリードフレーム
材に形成されるピン幅、ピン間隔の制御性が容易化する
ことから、該エツチング速度によってエツチング加工性
の評価が概ね決定されてしまうと言っても過言ではなか
った。

従って、半導体機器の集積度が上昇するに伴い、リード
フレーム材には優れた封着性や強度特性に加えて“より
速いエツチング速度（即ち良好なエツチング加工性）特
性０も求められてきた訳であるが、未だ十分に満足でき
るエツチング加工性２封着性１強度及び硬度、更には成
形加工性等を兼備した材料が見出されていないのが現状
であった。

このようなことから、本発明の目的は、強度及び硬度が
高く、しかも優れたエツチング加工性。

封着性並びに成形加工性をも併せ持つところの、集積度
の高い半導体機器への適用を意図した場合でも十分な性
能を発揮し得るリードフレーム材を工業的に安定して提
供し得る手段を確立することに置かれた。

く課題を解決するための手段〉本発明者等は、上記目的を達成すべく、特にＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｒ系合金リードフレーム材が有する比較的高い強度
特性や低い熱膨張係数等に着目して、その強度を更に向
上させると共に熱膨張係数を半導体チップやモールドレ
ジンのそれに一段と近似させ、かつそのエツチング加工
性や成形加工性を顕著に改善することの可能性を探りな
がら研究を重ねた結果、次のような新しい知見を得るこ
とができた。即ち、（ａ）　　Ｎｉ及びＣｒを主要成分としたＦｅ合金にお
いて、そのＣ，Ｓｔ及びＰの含有量を、更にはＮ含有量
をも特定の低い値に制限した場合には、該合金のエツチ
ング速度が顕著に改善されるようになる。

（′ｂ）シかも、上記合金に幾つかの選ばれた特定の元
素の１種又は２種以上を所定の割合で含有させた場合に
は、リードフレーム材としての所要特性に格別な悪影響
を及ぼすことなく材料の強度を効果的に向上することが
できる上、Ｎｉ及びＣｒ含を量の注意深い調整の下での
上記特定元素の添加は、その熱膨張係数をモールドレジ
ンや半導体チップのそれに近付けるのに極めて有効な手
段となる。

（Ｃ）　　また、上記合金材料においてもその結晶粒径
が強度及び成形加工性に少なからぬ影響を及ぼすが、該
結晶粒径を特定値以下に抑える手立てを講じることによ
ってリードフレームの多ピン化にとって好ましい“材料
強度の更なる向上”が期待できる上、成形加工性も改善
される。

（ｄ）　　従って、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒを基本成分とした
合金におけるＮｉ、　Ｃｒ、　　Ｃ，Ｓｉ及びＰ等の含
有量を総合的に調整すると同時に、これに特定合金元素
の添加を行うか、或いは更に結晶粒径調整をも実施する
と、強度、熱膨張係数、封着性、成形加工性等の特性に
優れ、しかも非常に良好なエツチング加工性をも備えた
リードフレーム材の実現が可能となる。

本発明は、上記知見事項等゛を基にして完成されたもの
であり、「リードフレーム材を、Ｃ：　０．０１５％以下（以降、成分含有割合は重量％
とする）。

Ｓｉ　：　０．００１〜０．１５％、　　　Ｐ：０．０
１％以下。

Ｓ　：　０．００５％以下、　　　Ｏ：　０．０１０％
以下。

Ｎ　：　０．００５％以下、　　　Ｃｒ：２〜１５％。

Ｎｉ：３３〜５５％であって、更にＣｕ、　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｍｏ＋　Ｗ、
　Ｖ、　Ｎｂ＋　ＴａｔＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　　Ｂ
、　Ｂｅ＋　Ｍｇ及びＣａの１種以上をも合計で０．０
１〜５．０％含むと共に残部がＦｅ及び不可避的不純物
から成る成分組成に構成することにより、優れたエツチ
ング加工性、封着性及び成形加工性と、高い強度、硬度
とを兼備せしめた点」に特徴を有している。

なお、上記本発明に係るリードフレーム材において、ａ）　Ｃ含有量を０．００５％以下とする。

ｂ）　Ｓｔ含有量を０．００１〜０．０５％に調整する
。

ｃ）　Ｐ含有量を０．００３％以下とする。

なる条件を単独で、或いは組み合わせて採用すれば、得
られるエツチング加工性改善効果は特に顕著となり、ま
たｄ）最終焼鈍時（最終焼鈍終了時）の結晶粒径を５０趨
以下に調整する。

との手立てによって強度や成形性が一層向上して安定化
することから、必要に応じてこれらの１つ又は幾つかを
適用することにより多ピンリードフレームの製造にも十
分な対応が可能である。

次に、本発明において、リードフレーム材の成分組成を
前記の如くに限定した理由を各成分の作用と共に詳述す
る。

く作用〉 ■ Ｎｉはリードフレーム材の熱膨張係数を決定するのに重
要な成分であり、封着時や封着後におけるパッケージと
の熱膨張差を小さくして優れた封着性、耐湿信顛性を確
保するためには、Ｎｉ含有量を３３〜５５％に調整する
必要がある。また、Ｎｉにはリードフレーム材の強度及
び硬度を向上させる作用もあるが、Ｎｉ含有量が３３％
未満では所望強度、硬度の確保が困難となる。従って、
Ｎｉ含有量は３３〜５５％と定めた。

虹Ｃｒもリードフレーム材の熱膨張係数を決定するのに重
要な成分であると同時に、材料の強度及び硬度を向上さ
せるのに有効な成分でもある。しかし、Ｃｒ含有量が２
％未満であると熱膨張係数が所望値を超えて太き（なる
ばかりでなく、リードフレーム材の所望強度、硬度の確
保も困難となる。

一方、１５％を超えてＣｒを含有させても熱膨張係数が
所望値を超えて大きくなってしまう。従って、Ｃｒ含有
量は２〜１５％と定めた。

旦リードフレーム材中のＣ含有量が０．０１５％を超える
と鉄炭化物の生成が起こり、これがリードフレーム材の
エツチング加工性を害する。従って、Ｃ含有量の上限を
０．０１５％と定めたが、固溶Ｃもエンチング加工性に
悪影響を与えることからＣ含有量は低いほど良く、出来
れば０．００５％以下にまで抑制するのが望ましい。

Ｓｉは脱酸材として必要な元素であるが、一方でリード
フレーム材のエツチング加工性に大きな影響を及ぼす元
素でもある。即ち、Ｓｉ含有量が増加するとエツチング
速度が遅くなってエツチング加工性を悪化する。このた
め、良好なエツチング加工性を確保するにはＳｉ含有量
を０．１５％以下に調整する必要がある。特に、多ビン
タイプのリードフレーム材の場合には一段と良好なエツ
チング加工性が要求されることから、Ｓｉ含有量は好ま
しくは０．０５％以下にまで低減するのが良い。ただ、
Ｓｉ含有量を００００１％未満の領域にまで低減すると
脱酸効果が認められなくなってしまう。従って、Ｓｉ含
有量は０．００１〜０．１５％と定めたが、上述したよ
うに出来れば０．００１〜０．０５％に調整するのが好
ましい。

Ｐも、Ｓｉと同様、過剰に含有させるとリードフレーム
材のエツチング加工性に害を与える元素である。そして
、上記エツチング加工性への悪影響はＰ含有量が０．０
１％を超えるとより顕著化することから、Ｐ含有量は０
．０１％以下と定めた。しかし、Ｐ含有量を０．００３
％以下にまで低減するとエツチング加工性改善効果が一
層顕著となるため、望ましくは０．００３％以下に調整
するのが良い。

Ｓ含有量が０．００５％を超えると　リードフレーム材
中に硫化物系介在物が多くなり、エツチング加工時の欠
陥となってピン折れ等を引き起こすようになる。従って
、Ｓ含有量は０．００５％以下と限定した。

０含有量が０．０１０％を超えると　リードフレーム材
中に酸化物系介在物が多くなり、やはりエツチング加工
時の穿孔欠陥となることから、０含有量を０．０１０％
と限定した。

凡Ｎ含有量が０．００５％を超えても　リードフレーム材
のエツチング加工性が悪化することから、Ｎ含有量の上
限を０．００５％と定めた。

ＣｕｌＭｎ＋ＣｏＪｏ、　Ｗ、Ｖ　、Ｎｂ＋Ｔａ、Ｔｉ
、Ｚｒ、Ｈｆ、　Ｂ　＋初ｒ１叉墾釦これらの元素は何れもリードフレーム材の強度や熱膨張
係数を上昇させる作用を有しているため、材料強度の向
上、並びに熱膨張係数を上げてレジンモールドのそれに
近付けることで封着性をより改善する目的で１種又は２
種以上が含有せしめられる。しかし、それらの含有量が
合計で０．０１％未満であると前記作用による所望の効
果が得られず、一方、合計の含有量が５．０％を超えた
場合には材料が硬くなり過ぎて成形加工性の悪化を招く
他、適正な熱膨張係数の確保も困難となることから、上
記成分の含有量を合計量で０．０１〜５．０％と定めた
。

なお、先にも説明したように、最終焼鈍を施した際の結
晶粒径を５０ｍ１以下に制御することは強度と成形加工
性の効果的な改善につながることから、好ましくは最終
焼鈍時の結晶粒径を５０ＩＩｓ以下に調整する平文てを
講じるのが良い。ここで、結晶粒度の制御は、焼鈍前の
加工度、焼鈍温度。

焼鈍時間等の調整によって可能であることは言うまでも
ない。

続いて、本発明の効果を実施例により更に具体的に説明
する。

〈実施例〉まず、真空溶解により調整した材料を鋳造し、熱間圧延
及び酸洗の後に冷間圧延と焼鈍を繰り返すと共に、最終
焼鈍後に加工度：４０％の冷間圧延を施し、更に５００
℃で１時間の歪取り焼鈍を施して第１表に示す如き成分
組成の冷延板（板厚：０．１５ｍｍ）を製造した。

次に、これらの冷延板を脱脂後、レジスト膜を塗布し所
定パターンを焼き付けて現像してから、塩化第２鉄溶液
を用いたエツチング加工により何しモ同一条件の下で１
２８ビンのリードフレームを作製した。

そして、得られたリードフレームにつき、「エツチング
性」の評価として“エツチング加工後のアウターリード
ピン幅とそのバラツキ”を、「機械的特性」の評価とし
て“引張強さ”、“ビッカース硬さ”及び１加工性（曲
げ性）”を、また「封着性」の評価として樹脂封着後に
熱サイクル（８０’ＣＸ６０＋１ｎＸ１００回）を付与
した際のクラック発生の有無をそれぞれ調査した。なお
、前記加工性（曲げ性）の評価は、９０度繰返し曲げ試
験（曲げ半径：０．１５ｍ）に従って実施した。

これらの調査結果を、最終焼鈍時の結晶粒径と共に第１
表に併記した。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明材
では何れも十分な強度と硬度を有し、かつ優れたエツチ
ング性、成形加工性並びに封着性を示すのに対して、成
分組成が本発明で規定する条件を満たしていない比較材
では上記リードフレーム材に要求される特性の何れかが
劣っていることが分かる。

即ち、本発明材１〜２６は、同一条件下では比較材に比
べてピン幅が狭く、エツチング速度が速いことが確認で
きる。また、エツチングによって形成されたピン幅の標
準偏差（Ｓ、Ｄ、）も小さく、優れた寸法精度のリード
フレーム製品が得られることも分かる。

一方、比較材２８〜３０は、各々Ｃ，Ｓｔ、　　Ｐの含
有量が高いためにエツチングによって形成されたピン幅
が広（、バラツキも大きい。

なお、比較材２７は強度改善並びに熱膨張係数上昇成分
が添加されていないために十分な強度が得られず、熱膨
張係数も小さ過ぎて封着性にも劣ることが分かる。

比較材３１は、Ｓ含有量が高いために曲げ加工試験でビ
ン折れが発生した。

比較材３２及び３３は、強度改善成分の含有量が多過ぎ
るため曲げ加工性が悪く、エツチング加工性にも劣って
いる。

比較材３４は結晶粒径が非常に大きくて０含有量も多少
多い材料であるが、このように結晶粒径が５０ｍを１か
に上回る大きさになると十分な強度（硬さ）を確保でき
ない。

比較材３５は、強度改善成分の含有量が少ないために十
分な強度（硬度）を示さない。

（効果の総括）以上に説明した如く、この発明によれば、優れたエツチ
ング加工性、封着性及び成形加工性と、高い強度及び硬
度とを兼備したリードフレーム材の提供が可能となり、
半導体機器の更なる高集積化を容易化できるなど、産業
上極めて有用な効果がもたらされる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量割合にてＣ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．００１〜０．１５％
、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｏ：０
．０１０％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｃｒ：２〜１
５％、Ｎｉ：３３〜５５％であって、更にＣｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ
、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｂｅ、Ｍｇ及びＣａの
１種以上をも合計で０．０１〜５．０％含むと共に残部
がＦｅ及び不可避的不純物から成ることを特徴とする、
エッチング加工性及び封着性に優れた高強度リードフレ
ーム材。
（２）Ｃ含有量が０．００５重量％以下である、請求項
１に記載のリードフレーム材。
（３）Ｓｉ含有量が０．００１〜０．０５重量％である
、請求項１又は２に記載のリードフレーム材。
（４）Ｐ含有量が０．００３重量％以下である、請求項
１乃至３の何れかに記載のリードフレーム材。
（５）最終焼鈍時の結晶粒径が５０μｍ以下である、請
求項１乃至４の何れかに記載のリードフレーム材。