JPH03223451A - 高強度リードフレーム用金属板の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は、強度と熱放散性および電気伝導性のバランス
に優れたリードフレーム用金属板、または銀メッキを省
略して金、銅線のワイヤーボンドを行う技術（以下ペア
ポンドと略す）を可能にす６　低コストＩＣ，ＬＳＩ用
リードフレーム用金属板、その他コンデンサなど高強度
リードフレーム用金属板の製造方法に関する。

［従来の技＃Ｔ］ ＩＣ，ＬＳＩなどのリードフレーム材としては、たとえ
ば特開昭５９−１９８７４１号公報に記載されている鉄
に２６〜３０重量ｔニッケル、１１〜１６重量亀コバル
トを含む合金（コバール合金）、また特開昭６０−１１
１４４７号公報に記載されている鉄に３０〜５５１１ニ
ツケルを含む合金（４２Ｎｉ合金が代表的成分）等かガ
ラス封止剤やＳｉと熱膨張特性かマツチングしている理
由で用いられているが、コバール合金や４２Ｎｉ合金は
強度、耐熱性は優れているか、熱・電気伝導性か悪くコ
ストか高いために近年ＩＣの高集積化に伴う熱放散性に
対する要求から安価で熱・電気伝導性の良い銅合金への
移行か加速している。

しかしなから、一般に銅合金は耐熱性ならびに強度か劣
るために、たとえばＣＡ−１９５合金、あるいは特開昭
６０−２］８４４２号公報記載の合金はその欠点を改善
するために錫、鉄、珪素、燐、ニッケル、クロム、チタ
ン、コバルトなどを添加したものであるが、これらの元
素添加により合金コストの上昇や熱・電気伝導性を劣化
させる問題かある以外に、今日のＩＣパッケージアセン
ブルニーズの銀メッキ省略またはベアホントて安定な接
合強度か得らＦＬｔ＜、コストタウンかできないことや
、今後金ワイヤーから銅ワイヤーに変−化した時にもヘ
アホントてきないなとの問題がある。また、特開昭６２
−％５７、特開昭６２−％５８、特開昭６２−１８７４
４、特開昭６３−１２０４５１、特開昭６３−２０２０
５０号公報なと記載の銅合金表面に所定の銅メッキを施
す技術は製造プロセスの簡略化すなわちベアボンドによ
り信頼性向上と同時にコストタウンを図ることを目的と
したものであるか、母材に銅合金を用いるため強度が低
い問題かある。一方それを改善した析出型銅合金に銅メ
ッキを施すのでは母材の価格が高いためヘアホントのメ
リットか消えてしまう。

またこれらの強度とコストの面を考慮した特開昭５８−
１９］４５６．特開昭５９−５８８３３、特開昭６３−
５５％８号公報の記載技術があるが、これは今日のＩＣ
１ＬＳＩの大きな要求特性である熱・電気伝導性への要
求に応えていない問題や、鉄系基材への銅メッキはメッ
キ安定性、密着性を充分満足させるためには、ニッケル
下地メッキ処理やラインの能力向上などの考慮が必要に
なり、母材の価格メリットか消滅してしまうなどの問題
がある。

Ｃ発明が解決しようとする課ＭＥ 本発明はこれらのリードフレーム用金属板として優れた
特性と低コストを実現しようとするものである。鉄鋼ク
ロム合金が具備すべき条件を明らかにするために、発明
者らは種々の組合せの合金を用いて問題点解決のため多
くの研究を行い、鉄中にクロムの含有する相（以下鉄相
と略す）こ銅相を均一分散した形態で結晶粒度番号１０
番以上にすることと、その後に化学的に鉄相を選択エツ
チングして銅相のみを残して、その後の加工により鉄相
の空孔を展延性のある銅相で被覆し、また密着性、緻密
性を上げるために５０＊以上の一次冷間圧延を施し、さ
らに引き続く焼鈍時の拡散反応により緻密性をより向上
させた銅薄膜層を板面全体に設けることによる半田性に
優れた高強度リードフレーム用金属板または、銅メッキ
することにより優れたメッキ安定性ならびに平滑性を有
する金・銅線のヘアボンドを可能にする銅メッキ被覆高
強度リードフレーム用金属板の製造方法を発明するに至
った。

［課題を解決するための手段Ｊ すなわち、本発明か構成するところは、銅を２０重量を
以上９５重量を以下、残部が不可避的不純物以外は鉄お
よびクロムであり、かつクロムが鉄に対し６重量本以上
１２重量を以下の比率からなる組成を持つ合金金属板か
完全凝固するまでの表面冷却速度を１００℃／秒以上で
鋳造し、続いて酸洗処理で表面酸化皮膜の除去と鉄相を
選択エツチングしてから、圧下率５０％以上て一次冷間
圧延後、焼鈍・時効処理を施してから圧下率５＊以上５
０本以下の二次冷間圧延を施すことを特徴とする高強度
リードフレーム用金属板の製造方法である。

また、本発明は、上記発明において、二次冷間圧延後、
銅メッキすることか好ましい。

さらに、本発明は、上記の合金の組成がさらにＳｉ、　
ＡＭ、　Ｔｊ、　Ｎｉ、　Ｚｎ、　Ｓｎ、　Ｎｂ、　Ｚ
ｒ、　Ｐ　、　Ｌａ、　Ｃｅ。

Ｙ　、　Ｍｎ、　Ｖ　、　Ｇａ、　Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｗ
の１種または２種以上をＡＭ、　Ｔｊ、　Ｎｉ、　Ｎｂ
、　Ｚｒ、　Ｐ　、　Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｙ　、　Ｍｎ。

Ｖ　、　Ｇａ、　Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｗは０．５重量を以
下、加、　Ｓｉは１重量＊以下、Ｎｉ、　Ｓｎは４重　
量を以下の範囲て添加したものとすることか望ましい。

［作用］ 以下本構成要件の限定理由を説明する。

まず、合金の化学組成の限定理由は以下の通りである。

熱・電気伝導性を向上させるためには銅の含有量か高い
ほど好ましいか、リードフレームの強度要求に対しては
鉄の含有量を制御して目的とする熱・電気伝導性と強度
のバランスを得ることが望ましく第１図に示すように銅
含有量が２０重量を未満てはり−トフレームとして必要
な熱・電気伝導性か得られず、強度への効果しか得られ
ないのてこれを下限とする。また上限を９５重量を以下
とするのは、鉄およびクロムの総合有量が５重量を未満
では組織の微細化ならびに強度に有効に働くクロムを含
む鉄相の分布か不十分になり、本合金の特徴とする強度
と導電性のバランスが得られなくなる。

つきに、クロムを鉄に対して６重量を以上添加するのは
集材での保存中やアセンブル過程、パッケージング後の
赤錆の発生を防止するものであり、６．０重量を未満で
はその効果か充分てない。

また、上限を１２重量本とするのは１２重量＊を超える
と耐錆性への効果が飽和する上、銅、ニッケルなどのメ
ッキ性か悪くなることや、半田付は性が劣化するからで
ある。

さらにＳｉ、＾ｌ、　Ｔｉ、　Ｎｉ、　Ｚｎ、　Ｓｎ、
　Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｐ。

１、ａ、　Ｃｅ、　Ｙ　、　Ｍｎ、　Ｖ　、　Ｃａ、　
Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｗの１種または２種以上をＡＱ、　Ｔ
ｉ、　Ｎｉ、　Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｐ　、　Ｌａ、　Ｃｅ
。

Ｙ　、　Ｍｎ、　Ｖ　、　Ｃａ、　Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｗ
は０．５重量を以下、Ｚｎ、　Ｓｉは１１１以下、Ｎｉ
、　Ｓｎは４重量零以下の範囲で添加することは、鋳造
組織制御や強度向上、加工性、メッキ性ならびに半田耐
候性（半田付けした後の１５０℃で１０００時間以上の
長時間加熱別層性）なとの改善に役立つのて必要に応じ
て添加したほうか好ましい。とくに鉄中のＣｒ含有量が
８重量％を超える成分では鋳造組織の制御のためにＰ　
、　Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｉ、　Ｔｉ、　Ａｌｌ、　Ｎｂ
、　Ｚｎ、　Ｎｉ、　Ｓｎ。

Ｙ　、　Ｍｎ、　Ｖ　、　（：ａ、　Ｂｅ、　Ｍｇ、　
Ｗなどを０．０５重量を以上上記範囲内て添加すること
はクロムを含む鉄相と銅相か均一に分散して結晶粒度番
号１０番以上の組織をｉ：する１−て重要である。　上
記以外は原料および溶製時に不可避的に混入される不純
物元素と１−る。

本発明ては双ロール法なとの急冷凝固的手法によって鋳
造するものであり、組織を細粒化すると同時に、冷延と
焼鈍の繰り返しなとでは得られないクロムを含む鉄相と
銅相か微細に均一分散した形態をｍ能にするものである
。またさらに本プロセスにより熱間加工性か乏しい鉄鋼
クロム合金において熱間加工工程を省略てきることや、
歩留り向上のメリットも仔する。

そしてこのときの冷却速度は金属板か完全凝固するまて
表面て１００℃／秒以上にすることか重要である。冷却
速度と結晶粒度番号の関係は第２図に示す通りである。

第２図にように凝固時の冷却速度を大きくすると、凝固
組織のサイズは微細化する。また本プロセスて結晶粒度
番号１０番以上を得るためには１００℃′秒以上にする
ことか必要であり、この時クロムを含む鉄相と銅相か均
一分散した組織が得られる。またその後冷間圧延と焼鈍
を行ってもその効果か、さらに凝固冷却時の過飽和度の
向上による時効処理時のクロムを含む鉄相と銅相の微細
分散効果か得られることによる強度向上、時効時間短縮
の効果も得られる。

また本発明においては銅メッキを行うことによる銀メッ
キ省略およびベアホント性付与が目的であることより、
メッキの安定性と密着性ならびに平滑性が大きなポイン
トであり、前処理として化学的に銅薄膜層を生成させる
処理を行う。この処理は結晶粒度番号１０番以上で鉄相
と銅相が均一分散した状態で鉄相のみ薄帯の酸化皮膜除
去を兼ねて硫酸、硝酸、塩酸などの５から５０体積木の
水溶液を４０から６０℃に加熱して選択エツチングして
銅薄膜層形成の下地をつくる。またこの処理は通常の酸
洗ラインて処理することでこの効果が充分得られるため
、生産性が良く、新規設備投資を必要としない。

引続いて一次冷間圧延を行う。これはリードフレームに
必要な板厚を得ることと強度と加工性を付与することを
目的とするが、ここではさらに先に鉄相を選択エツチン
グして銅相のみを残しであるのて、５０％以上に一次冷
間圧延を実施することにより銅自身の展延性を利用して
表面全体に銅薄膜層を形成させるものである。５０％以
上の冷間圧延を施すのは焼鈍時の回復・再結晶に必要な
加工歪の導入と、残フている銅相かエツチングされた鉄
相を充分被覆するために必要な加工率および銅メッキ後
表面粗度Ｒ□８で０．８μｍ以下を得るための下限であ
る。

次に、強度・加工性の付与および調整ならびに表面銅薄
膜層の緻密性を充分にするための拡散処理を目的とする
焼鈍を実施する。焼鈍の方法としては一次冷間圧延で蓄
積した加工歪の解放たけて強度を重視して、加工性や異
方性を多少犠牲にした方法としての徐加熱、徐冷却処理
で時効処理も兼ねる方法と、また−次冷間圧延で蓄積し
た加工歪により再結晶を生じさせ加工性が良好で異方性
の小さい材料を得る。ざらにこの場合には焼鈍後または
冷却途中で時効処理を行う一０時効処理は熱・電気伝導
性を向上させるために製造工程上必須のものであり、化
学組成と前工程条件により適正な温度を選定すべきであ
り、第３図のような時効条件と導電性ならびに硬度の関
係より低温過ぎると析出物の周りに歪か生しるため母材
の特性としての導電性の劣化や伸びの低下が生じること
や、目的の導電性を得るための加熱時間が長くなるため
設備制約や製造効率に影響してコスト増なる。

また高温過ぎると析出量か少なくなり高い導電性が得ら
れないことと、析出が粗大化して強度が低下するため４
５０〜６５０℃で５００分以下の時効処理が適性条件で
ある。合わせてそれらの処理中に銅の拡散処理を行うこ
とで表面銅薄膜層の緻密性を向上させる。

次に表面粗度と形状調整ならびに強度向上を図るために
二次冷間圧延を行うが、第４図に表面粗度と強度および
伸びの圧下率依存性を示した。表面粗度調整には５を以
上の冷間圧延が必要であり、５０ｔを超えて冷間圧延を
行うと加工性が大幅に劣化してしまうから上限を５０零
とする。

上記金属板は、コイルまたはスリット状で銅メッキを施
した後パンチング°またはエツチングされる場合と、先
にリードフレームとしてパンチングまたはエツチングし
た後に銅メッキを施し使用される。予め銅メッキする場
合も、パンチング、エツチングなとの加工後であっても
銅メッキは以下の条件で行う。

銅メッキはかかる素仮に弱アルカリ系脱脂剤を用いて電
解脱脂を行い、さらに弱酸により表面を活性化した後に
硫酸銅、ピロリン酸銅、シアン銅、ホウフッ化銅浴など
を用いて銅メッキを行う。厚みと密着性、厚み安定性な
らびに経済性からは０．２〜１ＯｐＩＩ＋程度が良好な
範囲で０．２０〜３．ＯＪＪＩＩ＋の範囲か最良である
。これは第５図に示すように厚過ぎると半田耐候性が劣
化する。すなわち１５０℃で１０００時間あるいは１５
００時間で剥離するからである。

また連続処理ラインとしては、他の連続電気、ｗ＃電解
メッキラインによる処理か可能であり、新規設備投資が
いらないメリットがある。

［実施例］ （実施例１） 第１表に本発明の成分範囲の合金Ａ−Ｅ、Ｊ〜Ｄ′と比
較の成分範囲の比較材Ｆ〜■の化学組成を示す。

＼ ＼ 第２表には得られた合金の材質特性を示す。ここで試料
番号１〜３０は双ロール鋳造機を用いて、３．２Ｘ　１
０’秒の冷却速度で板厚２．２ｍｍと、試料番５）３１
は本発明の範囲外のＩＯＸ　１０−’秒の冷却速度で板
ノリＩＯ，Ｏｎ＋［Ｉ＋に水平連続鋳造機により鋳造し
たものである。また冷間圧延時の割れ対策として鋳片に
８００℃で１時間の軟化焼鈍を施してからｌＯ体積主の
硝酸水溶液を５０℃に加熱した１、５ｍの槽中をＩＩＩ
Ｉ／ｒａｉｎの速度で通板して鉄相を選択エツチング処
理して一次冷間圧延を８５＊行い、焼鈍を５５０℃で３
時間行い引続く冷却途中で時効を４８０℃で３時間行い
同０℃まて５０℃／時間で冷却して抽出し、さらに二次
冷間圧延を８を行った。

結晶粒度番号はＡＳＴＭ、引張強さ・全伸びはＪＩＳ１
３号Ｂ、導電率は４端子法、耐食性は塩水噴霧試験４８
時間による赤錆発生率てＦｅ−４’ｌＮｉレヘルを基準
にした。また半田性は濡れ面積率９５を以上を合格とし
、Ｃｕメッキ性はＣｕメッキを２μｍ！した後大気中て
３５０℃において５分処理後表面の膨れ発生の有り無し
て判定した。表中にはＦｅ−４２Ｎｉ、リン青銅、ＣＤ
Ａｌ９４の特性も比較に加えた。

また、ここで試料番号７はＣｕ添加量か２０重量を以下
の場合であり、リン青銅なみの低い導電性しか得られて
いない。試料番号８はＣｕ添加量が９５重量亀以上の場
合で鉄の添加量が少ないため強度が低い。試料番号９は
鉄に対してのＣｒの添加量が６重量を以下の場合てあっ
て耐食性が不十分であり、試料番号１０はＣｒか１２重
量＊以上の場合半田性・銅メッキ性が劣り、試料番号２
４は冷却速度が本発明の範囲外の小さい場合で結晶粒度
ｌＯ以下で半田性・銅メッキ性が劣り、さらに強度も低
く本発明の特性か優れていることは明らかである。

（実施例２） 第３表では、第１表のＤ試料を用いて双ロール鋳造機を
用いて３．２ｘ　１０２秒の冷却速度で２．２ｍｍに鋳
造して、冷間圧延時の割れ対策として鋳片に８００℃て
１時間の軟化焼鈍を施してから１０体積主の硝酸水溶液
を５０℃に加熱した１、５ｍの槽中を１１＋］／ｍｉｎ
の速度処理して一次冷間圧延を３５．５５．８５！にの
３水準で行い、焼鈍を５５０℃で３時間行い引続く冷却
途中で時効を４８０℃て３時間行い１００℃まて５０℃
／時間て冷却して抽出した。さらに二次冷間圧延を８１
テフだ。評価は実施例１と同様に行った。結果より明ら
かなように試料番号３３の一次冷間圧延率の低いものは
表面銅薄膜層の密着性、緻密性が充分てないため、耐食
性・Ｃｕメッキ性か悪く、表面粗度も大きい。

（実施例３） 第４表ては、第１表のＢ、Ｄ、Ｅ試料を用いて双ロール
鋳造機を用いて３．２Ｘ　１０２秒の冷却速度て２．２
ｍｍに鋳造して、冷間圧延時の割れ対策として鋳片に８
００℃で１時間の軟化焼鈍を施してから１０体積主の硝
酸水溶液を５０℃に加熱した１、５ｍの槽中を１　ｍ／
ｍｉｎの速度処理して一次冷間圧延を８５％て行い、焼
鈍を５５０℃で３時間行い引続く冷却途中で時効を４８
０℃で３時間行い１００℃まで５０℃／時間で冷却して
抽出した。さらに二次冷間圧延を８１行った。さらにそ
のコイルにピロリン酸銅メッキ浴中で電流密度２　Ａ　
／　ｃｍの条件で２μＩ厚の銅メッキを施し、そのコイ
ルを２５．６４ｍｍにスリットしてＤＩＰ−１６Ｐｉｎ
用にパンチングしてＳｔチップをダイボンディングした
後に２５μｌΦのＡｕ線を雰囲気超音波熱圧着法により
ワイヤーホントを行った。ボンディングの条件は雰囲気
１０％Ｈ２−Ｎ２、リードフレーム１ｉ１９５℃、ファ
ーストボンディング圧５０ｇ、セカンドボンディング圧
９０ｇで実施した。

接合性の評価はプルテスターにてボンディング強度測定
し、さらにボンディングしたり−トフレームをエポキン
樹脂でモールドして、１３０℃でプレッシャークツカー
に２００時間、＋２　Ｖ印加で保定して断線および短絡
の確率を測定した。その結果は第４表に示した通っであ
る。無酸素銅なみの優れた特性を有する。

（実施例４） 第１表のＢ、Ｄ、Ｅ試料のＣｕメッキコイルを２５．６
４ｍｍにスリットしてＤＴＰ−１６Ｐｉｎ用にバンチン
グしてＳｉチップをダイホンデインクした後に２５＋ｕ
ｍΦのＣｕ線を雰囲気超音波熱圧着法によりワイヤーホ
ントを行フた。ホンディンクの条件は雰囲気ｌ。

％）１２−１１７２、ソートフレーム温度１９５℃、フ
ァーストホンティンク圧５０ｇ、セカンドポンディング
圧９０ｇで実施した。その結果を第５表に示す。

接合性の評価はプルテスターにてホンディング強度測定
し、さらにポンディングしたリードフレームをエポキシ
樹脂でモールドして、＋３０”Ｃてプレッシャークツカ
ーに２００時間、１２　Ｖ印加で保定して断線および短
絡の確率を測定した。その結果は第５表に示した通っで
あり、無酸素銅なみの優れた特性を有する。

［発明の効果コ 本発明方法によりば、従来よりＩＣ，ＬＳＩ、トランジ
スタおよびコンテンサーに用いられてきた、リードフレ
ーム用金属板に代わり、鉄鋼クロム合金とその製造方法
の組合せにより、従来材を上回る高強度と導電性のバラ
ンスならびにベアホントを可能にした、安価な高強度リ
ードフレームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄に銅を添加した時の添加量を変化させた時の
、強度と導電性の関係を示すグラフ、第２図は鋳片表面
冷却速度と結晶粒度番号の関係を示すグラフ、第３図は
時効処理時の温度と時間におよぼす導電性と硬度（強度
）の関係を示すグラフ、第４図は二次冷間圧延率と強度
および伸びの関係を示すグラフ、第５図は半田耐候性と
Ｃｕメッキ厚みの関係を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．銅を２０重量％以上９５重量％以下、残部が不可避
   的不純物以外は鉄およびクロムであり、かつクロムが鉄
   に対し６重量％以上１２重量％以下の比率からなる組成
   を持つ合金金属板が完全凝固するまでの表面冷却速度を
   １００℃／秒以上で鋳造し、続いて酸洗処理で表面酸化
   皮膜の除去と鉄相を選択エッチングしてから、圧下率５
   ０％以上で一次冷間圧延後、焼鈍・時効処理を施してか
   ら圧下率５％以上５０％以下の二次冷間圧延を施すこと
   を特徴とする高強度リードフレーム用金属板の製造方法
   。
2. ２．二次冷間圧延後、銅メッキすることを特徴とする請
   求項１記載の高強度リードフレーム用金属板の製造方法
   。
3. ３．合金の組成がさらにＳｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｚｎ
   ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，Ｍｎ，Ｖ，
   Ｃａ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｗの１種または２種以上をＡｌ，Ｔ
   ｉ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，Ｍｎ，Ｖ
   ，Ｃａ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｗは０．５重量％以下、Ｚｎ，Ｓ
   ｉは１重量％以下、Ｎｉ，Ｓｎは４重量％以下の範囲で
   添加したものであることを特徴とする請求項１又は２記
   載の高強度リードフレーム用金属板の製造方法。