JPH04120245A

JPH04120245A - 高強度リードフレーム材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04120245A
Application number: JP22084590A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakamura; 秀一中村; Kazu Sasaki; 計佐々木; Hiroki Nakanishi; 中西　寛紀; Tsutomu Inui; 乾　勉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1992-04-21

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〕本発明は従来のものより高強度の半導体装置用リードフ
レーム材料に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ロジック等の半導体装置の高容量、高集積化およ
びパッケージの薄肉化に伴い、リードフレームは多ビン
化、薄板化の傾向にある。このため、従来にも増して高
強度のリードフレーム材料が要求されている。

これら多ビン用Ｆｅ系リードフレーム材料として、従来
Ｆｅ−４２Ｎｉ、　　Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（コパ
ール）が知られている。これらのＦ　ｅ−Ｎ　ｉ系およ
びＦｅ−Ｎ１〜Ｃｏ系の改良材の提案には、特開昭５５
〜１３１１５５号あるいは種々強化元素を添加した高強
度Ｆｅ〜Ｎｉ系合金の提案があり、またＦｅ−Ｎ１〜Ｃ
ｏ系の改良合金については、特開昭５５〜１２８５６５
号、特開昭５７−８２４５５号、特開昭６１〜６２５１
号、特公平１〜８１７号、特公平１〜１５５６２号、本
願発明の出願人が先に提案した特開平１〜６１０４２号
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

多ビンリードフレームは、主に微細加工が可能なフォト
エツチング法で製造される。しかし、これら微細加工し
たＦ　ｅ−４２Ｎ　ｉまたはＦ　ｅ−２９Ｎ　１〜１７
Ｃｏの薄板多ピンリードフレームは、リードの強度不足
が原因でパッケージ組立、搬送、実装などの際に、反り
、曲がりなどリードのバラツキが起こり易く、また使月
中の衝撃で座屈するなど種々の問題があった。

Ｆｅ−Ｎｉ系あるいはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金の改良に
ついては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｏｒを含有させて強化する試み
（特開昭５５〜１３１１５５号）、あるいはその他の強
化元素による高強度化の提案、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
についての熱膨張に関するもの（（ａ）特開昭５５〜１
２８５６５号、（ｂ）特開昭５７−８２４５５号、（Ｃ
）特開昭６１〜６２５１号、（ｄ）特公平１〜８１７号
、（ｅ）特公平１〜１５５６２号、（ｆ）特開平１〜６
１０４２号）があるが、前者は主要元素の他に強化元素
を過剰に含有するため、表面酸化が起り易く、リードフ
レームの主要特性であるハンダ性、メツキ性を著しく劣
化させる問題があり、また、後者のうち、（ａ）以外は
いずれもリードフレームの強度を積極的に改善しようと
するものではない６なお、前記（ａ）のものは、本発明
材料と強化機構を異にするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者は、常温でオーステナイト相が不安定
なＦｅ−Ｎ１〜Ｃｏ系合金に着目して、組成および製造
条件について種々実験を行なった結果、特定の加工率に
よる加工誘起マルテンサイト変態とその後の焼鈍で逆変
態オーステナイト相を析出させて特定の比率で二相組織
とすることにより、リードフレームの各種特性、特にハ
ンダ性、メツキ性を損なわずに高強度化することができ
ることを見出した。

しかしながら、マルテンサイト相がらオーステナイト相
への逆変態は、温度に敏感であるため、強度の焼鈍温度
依存性が大きく安定生産上問題が多い。そこで、マルテ
ンサイト相がらオーステナイト相への逆変態以外に固溶
硬化、あるいは析出強化を利用して焼鈍温度依存性を緩
和させることにより、ハンダ性、メツキ性、熱膨張特性
を損なうことなく高強度化できることを見出したもので
ある。

本発明の材料はその組織制御と特定元素にょる固溶強化
あるいは析出強化に特徴を有するが、本発明合金につい
てハンダ性、メツキ性を評価していく過程で、脱酸剤と
して添加され残留するＭｎ、Ｓｉ、および炭素、硫黄、
酸素、窒素の不純物については、特定の値以下に規制す
ると、−段とＡンダ性、メツキ性が向上し、強度や熱膨
張特性以外に求められる実用特性が改善されることがわ
かった。すなわち、本発明の材料は合金組成およびその
組織制御の組み合わせにおいて全く新規な材料であり、
強度と熱膨張特性の優れたリードフレーム材であるが、
さらに望ましくは前述の不純物を特定の値以下に規制し
た材料とすることにより、本発明の材料の用途であるリ
ードフレームの製造を一段と容易にするものである。

本発明をより具体的に説明すると、本発明のうちの第１
発明は、重量％にて、Ｃ：、ｏ　Ｏ，５〜２２％、Ｎｉ
２２−３２．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓｉ０．５％以
下を含有し、Ｎ１とＣｏの含有量は、Ｃｏ１２％未満で
はＮｉ２７〜３２．５％、００１２％以上では６６％≦
２Ｎｉ＋Ｃｏ≦７４％の関係を満足し、さらにＮｂ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ。

Ｂｅのいずれか１種または２種以上を０．１〜３．０％
含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さら
に組織が逆変態オーステナイト相（残留オーステナイト
相を伴うことを得）およびマルテンサイト相の二相から
なり、前記オーステナイト相が５０％以上であることを
特徴とする高強度リードフレーム材料であり、第２発明
は、重量％にて、Ｃｏ　０．５〜２２％、Ｎｉ　２２−
３２．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓｉ０．５％以下を含
有し、ＮｉとＣＯの含有量は、Ｃｏ１２％未満ではＮｉ
２７〜３２．５％、Ｃｏ　１２％以上では６６％≦２Ｎ
ｉ＋Ｃｏ≦７４％の関係を満足し、さらにＮｂ、Ｔｉ。

Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｂｅのいずれか１種または２種以
上を０．１〜３．０％含有し、残部　Ｆｅおよび不可避
的不純物からなる組成を有し、不可避的不純物のうち、
Ｃが０．０２％以下、Ｓが０．０１５％以下、Ｏが１５
０ｐｐｍ以下、Ｎが１１００ｐｐ以下であり、さらに組
織が逆変態オーステナイト相（残留オーステナイト相を
伴うことを得）およびマルテンサイト相の二相からなり
、前記オーステナイト相が５０％以下゛であることを特
徴とする高強度リードフレーム材料であり、第３発明は
重量％にて、Ｃｏ　０．５〜２２％、Ｎｉ２２〜３２．
５％、Ｍｎ　０．１〜０．８％、Ｓｉ０．５％以下を含
有し、ＮｉとＣｏの含有量は、Ｃｏ１２％未満ではＮｉ
２７〜３２．５％、Ｇ　ｏ１２％以上では６６％≦２Ｎ
ｉ＋Ｃｏ≦７４％の関係を満足し、さらにＮｂ、Ｔｉ、
Ｚｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ。

Ｂｅのいずれか１種または２種以上を０．１〜３．０％
含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を
有し、不可避的不純物のうち、Ｃが０．０１５％以下、
Ｓが０．０１０％１０％未満１１００ｐｐ以下、Ｎが５
０ｐｐｍ以下であり、さらに組成が逆変態オーステナイ
ト相（残留オーステナイト相を伴うことを得）およびマ
ルテンサイト相の二相からなり、前記オーステナイト相
が５０％以上であることを特徴とする高強度リードフレ
ーム材料であり、第４発明は室温から３００℃の平均熱
膨張係数が、（３〜９）　Ｘ　１０”　／”Ｃ１硬さが
Ｈｖで２６０以上、引張強さが８０ｋｇｆ／ｍｍ’以上
であることを特徴とする第１ないし第３発明のいずれか
に記載の高強度リードフレーム材料であり、第５発明は
第１ないし第３発明のいずれかの組成の合金を、オース
テナイト化終了温度以上の温度で溶体化処理し、次いで
４０〜９０％の冷間加工でオーステナイト相の一部を加
工誘起マルテンサイトに変態させ、さらにオーステナイ
ト化終了温度を越えない温度で最終焼鈍して逆変態オー
ステナイト相を析出させることを特徴とする高強度リー
ドフレーム材料の製造方法である。

〔作用〕

次に本発明の数値限定理由を述べる。

Ｃｏ含有量は、その約１７％付近および約５％付近で本
発明材料の熱膨張係数を極小化するのに最適であり、０
．５％より少ないか、２２％を越えると熱膨張係数が大
きくなり、シリコンチップとの熱膨張整合性を劣化させ
る。このため、Ｃｏ含有量は、０．５〜２２％の範囲に
限定する。

Ｎｉ含有量は、Ｃｏ量との関係で決定される。

Ｃｏ　１２％未満でＮ１が２７％より少ないか、Ｃｏ　
１２％以上で（２Ｎｉ＋Ｃｏ）が６６％より少ないと、
マルテンサイト開始温度が高く、オーステナイトが不安
定となり、溶体化処理時の冷却過程でマルテンサイト変
態を起し、十分なオーステナイト量が得られない。また
、Ｃｏ１２％未満でＮｉが３２．５％を越えるか、Ｃｏ
　１２％以上で（ｚＮｉ十ＣＯ）が７４％を越えると、
室温においてオーステナイト相が安定となり過ぎ、加工
誘起変態が生じにくくなる。このため、Ｃｏ１２％未満
でＮｉ　２７−３２．５％、Ｃｏ　１２％以上で、６６
％≦２Ｎｉ＋Ｃｏ≦７４％の関係を満足するようにＮｉ
を限定した。また、最適組成はマルテンサイト開始温度
が０℃以下になるようにＮｉ、Ｃｏ含有量を調整するこ
とが重要である。

Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｂｅは、本発明合金
の固溶強化あるいは析出強化により基地を強化する元素
として重要である。本発明合金は、最終焼鈍の際の逆変
態オーステナイト相の析出により強化されるが、熱膨張
特性の点からオーステナイト量は多い方が望ましく、最
終焼鈍温度はできるだけ高くとる必要がある。しかし、
第１図の実線に示すようにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ糸では、焼
鈍温度の上昇とともに、機械的特性を左右する硬さが急
激に低下する。このため、生産安定上高温焼鈍側の機械
的特性を安定化させる必要がある。

本発明は、これら固溶強化あるいは析出強化元素を添加
する二とで、第１図の点線に示すように高温側の最終焼
鈍による硬さの変動、すなわち機械的特性の低下を改善
できることを見出したことによるものである。

これら元素の添加量が０．１％未満では、安定化に効果
がなく、３％を越えると表面酸化を促進し、ハンダ性、
メツキ性を著しく損ない、また、これら元素はオーステ
ナイト生成側に作用するので添加量が増えると基質のオ
ーステナイトが不安定化し過ぎるため０．１〜３％に限
定する。

Ｍｎは脱酸剤として作用するが、１．０％を越えると熱
膨張係数を増大させ、また、ハンダ性、メツキ性を劣化
させるので１．０％以下に限定した。Ｍｎの望ましい範
囲は０．１〜０．８％である。

Ｓｉは脱酸剤として添加され、材料中に残存しない方が
望ましいが、０．５％までは熱膨張係数の極端な上昇や
、ハンダ性、メツキ性の極端な劣化は生じないので許容
できる。

Ｃは０．０２％を越えるとエツチング穿孔性が劣化し、
さらに炭化物の過剰析出によりハンダ性、メツキ性を悪
くするため０．０２％以下とする。Ｃの望ましい範囲は
０．０１５％以下である。

Ｓは０．０１５％を越えると、過剰のＭｎＳが形成され
表面疵等が発生しやすくなり、また、固溶Ｓは熱間加工
性を低下させるため、０．０１５％以下に限定する。Ｓ
の望ましい範囲は０．０１０％未満である。

Ｏは１５０ｐｐｍを越えると脱酸剤のＳｉおよび不可避
的に混入したＡＩ、Ｍｇ等、○との親和力の強い元素と
過剰の酸化物を形成し、それが表面清浄度を悪くし、ハ
ンダ性、メツキ性を低下させるためｉｏｏｐｐｍ以下と
する。○の望ましい範囲は１１００ｐｐ以下である。

Ｎはオーステナイト安定化作用があるため、１１００ｐ
ｐを越えて添加させるとオーステナイト相が安定しすぎ
、加工誘起変態が起こりにくくなる。さらに窒化物が過
剰に析出しハンダ性、メツキ性を低下させるため、好ま
しいＮ量は５０ｐｐｍ以下とする。

また、最終の組織は、溶体化処理での残留オーステナイ
ト相、加工誘起マルテンサイト相、そして最終焼鈍で析
出する逆変態オーステナイト相で決まるが、残留および
逆変態のオーステナイトが５０％より少ないと熱膨張係
数が大きくなり、シリコンチップとの熱膨張整合性を劣
化させる。また、オーステナイト相が１００％に近づく
程基質の強度が著しく低下するため、組織は残留オース
テナイト相と逆変態オーステナイト相およびマルテンサ
イト相の二相からなり、前記オーステナイト相の総和を
５０％以上に限定した。

なお、本発明におけるオーステナイト相のＪｉ（％）は
、後述の実施例にて説明するＸ線回折強度から求めた値
とする。

次に、本発明の材料の製造方法において、冷間加工前の
溶体化処理がオーステナイト化終了温度以下では、オー
ステナイト相が十分な量にならないため、溶体化処理温
度はオーステナイト化終了温度以上とする。ただし、次
工程で結晶粒をできるだけ微細化する必要から、この溶
体化処理温度は１０５０℃以下の温度とすることが好ま
しい。

冷間加工率は、４０％より小さいと十分な量の加工誘起
マルテンサイト変態が起こらず、また、これが９０％を
越えると素材異方性が強くなり、寸法精度が悪くなるた
め４０〜９０％に限定する。

さらに最終焼鈍温度は、これがオーステナイト化終了温
度を越えるとすべての加工誘起マルテンサイト相が逆変
態オーステナイトに変態し、２相組織による所望の析出
強化が得られないため、オーステナイト化終了温度未溝
に限定する。

なお、α８．Ｔ、。。（室温〜３００℃の平均熱膨張係
数）、硬さ、引張強さについては、パッケージ組立工程
、および使用環境を検討した結果、αＲ４−３゜。は（
３−９）　Ｘ　１０４／’Ｃ１硬さ　Ｈｖ≧２６０、引
張強さ８０鞄ｆ／皿′以上で十分に使用に酎えうるもの
であるとことがわかった。

〔実施例〕

本発明材料を実施例により説明する。第１表に示す組成
の合金を真空誘導溶解炉で溶解、鋳造し、１１００〜１
１５０℃の鍛造、熱間圧延で３−厚さとし、統いて、９
５０℃×１時間（水冷）の溶体化処理後０．３５ｍｍま
で冷間圧延を施した。

これらの材料は、０．３５ｍｍ→７５０℃溶体化処理→
０．１胴までの冷間圧延（７１％）→５００〜６５０’
Ｃ最終焼鈍の一連の処理を施した後、各種特性を調査し
、その結果を第２表に示す。なお従来合金の材料２につ
いては、本願発明方法である上記一連の処理を施した材
料Ｚ−１と、従来法によりＯ，１ｍｍ厚みに仕上げた材
料Ｚ−２の、二通りの材料について特性調査を行なった
。

また、オーステナイト相の量（％）は、以下により求め
た値である。

１丁ＩＦＩＴ（ＩＩＩｌ＋　ＩＴｔｚｏｏ＋＋ＩＴｔｚａｏ
＋＋　ＩＴ＋ｓ＋ｏ＋ＩＴｎ２ｚ＋Ｉ７（＋＋＋１等は
オーステナイトのＸｔａ回折強度１α２工αＣ］ｅｏ）
＋Ｉα＋ｚｏｏ）　＋Ｉα＋２１１）工α。１０１等は
マルテンサイトのＸ線回折強度木表によれば、従来合金
ＺはＣｏが１２％以上で、しかも（２Ｎｉ＋Ｃｏ）が７
４％を越えるために本発明の製造方法を適用した材料Ｚ
−１の場合でも、オーステナイト単相（オーステナイト
量１００％）となり高い機械的特性が得られない。これ
に対して本発明の材料Ａ−Ｑは適正量のＮｉ、Ｃｏを含
有し、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｂｅの
１種または２種以上添加することで、５００℃以上の温
度で最終焼鈍を行なっても適正な熱膨張係数と高い機械
的特性が同時に得られる。

比較材料Ｘは固溶強化あるいは析出強化元素が添加され
ていないため、適正な熱膨張係数と高い機械的特性をと
もに兼備させるには約５１０℃の温度で最終焼鈍を行な
う必要がある。ところが第１図に示すように最終焼鈍を
行なう５００〜５５０℃の温度範囲は急激に機械的特性
が低下するため安定した特性が得られない問題がある。

また比較材料Ｒ〜■のうちＮｉまたはＮｉ＋Ｃｏが高い
場合は、オーステナイト相が安定となりすぎて高い機械
的特性が得られず、逆に低い場合は、高い機械的特性が
得られるものの熱膨張係数が大きくなる欠点がある。さ
らに、固溶強化あるいは析出強化元素が３％を越える材
料■はメツキ性、ハンダ性が著しく低下する。

また本発明材料のうち、Ｓｉ、Ｍｎの他、不純物元素の
Ｃ，Ｓ、Ｏ，Ｎなどが特に低い材料Ａ−Ｌは材料Ｍ−Ｑ
に比較してメツキ性、ハンダ性が優れていることがわか
る。これに対して比較材料ＷはＭｎが高く、比較材料Ｙ
はＳｉが高いためにそれぞれメツキ性、ハンダ性が著し
く低下する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明材料はＦ　ｅ−Ｎ　１〜Ｃ
ｏ系の特定組成において、最終の冷間加工、および最終
焼鈍において加工誘起によるマルテンサイト変態と逆変
態オーステナイトの析出を組合せ、さらに特定元素によ
る固溶強化あるいは析出強化により高温側の強度を安定
させることで、多ビン薄型用リードフレームに必要な高
い硬さ（）ｌｖ≧２６０）と８０ｋｇｆ／ｍｉ”以上の
高強度を適正な熱膨張係数の範囲（３〜９ｘ１ｏ＝　／
’ｃ）で得ることができ来るものである。また本発明材
料の特定の不純物を規制することにより、メツキ性やハ
ンダ性といったリードフレームの製造が安定しかつ容易
になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は最終焼鈍温度と機械的性質の関係を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％にて、Ｃｏ０．５〜２２％、Ｎｉ２２〜３２
．５％、Ｍｎ１．０以下、Ｓｉ０．５％以下を含有し、
ＮｉとＣｏの含有量は、Ｃｏ１２％未満ではＮｉ２７〜
３２．５％、Ｃｏ１２％以上では６６％≦２Ｎｉ＋Ｃｏ
≦７４％の関係を満足し、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍ
ｏ、Ｖ、Ｗ、Ｂｅのいずれか１種または２種以上を０．
１〜３．０％含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物か
らなり、さらに組織が逆変態オーステナイト相（残留オ
ーステナイト相を伴うことを得）およびマルテンサイト
相の二相からなり、前記オーステナイト相が５０％以上
であることを特徴とする高強度リードフレーム材料。２　重量％にて、Ｃｏ０．５〜２２％、Ｎｉ２２〜３２
．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓｉ０．５％以下を含有し
、ＮｉとＣｏの含有量は、Ｃｏ１２％未満ではＮｉ２７
〜３２．５％、Ｃｏ１２％以上では６６％≦２Ｎｉ＋Ｃ
ｏ≦７４％の関係を満足し、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｂｅのいずれか１種または２種以上を０
．１〜３．０％含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなる組成を有し、不可避的不純物のうち、Ｃが０．
０２％以下、Ｓが０．０１５％以下、Ｏが１５０ｐｐｍ
以下、Ｎが１００ｐｐｍ以下であり、さらに組織が逆変
態オーステナイト相（残留オーステナイト相を伴うこと
を得）およびマルテンサイト相の二相からなり、前記オ
ーステナイト相が５０％以上であることを特徴とする高
強度リードフレーム材料。３　重量％にて、Ｃｏ０．５〜２２％、Ｎｉ２２〜３２
．５％、Ｍｎ０．１〜０．８％Ｓｉ０．５％以下を含有
し、ＮｉとＣｏの含有量は、Ｃｏ１２％未満ではＮｉ２
７〜３２．５％、Ｃｏ１２％以上では６６％≦２Ｎｉ＋
Ｃｏ≦７４％の関係を満足し、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｚｉ
、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｂｅのいずれか１種または２種以上を
０．１〜３．０％含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純
物からなる組成を有し、不可避的不純物のうち、Ｃが０
．０１５％以下、Ｓが０．０１０％未満、Ｏが１００ｐ
ｐｍ以下、Ｎが５０ｐｐｍ以下であり、さらに組成が逆
変態オーステナイト相（残留オーステナイト相を伴うこ
とを得）およびマルテンサイト相の二相からなり、前記
オーステナイト相が５０％以上であることを特徴とする
高強度リードフレーム材料。４　室温から３００℃の平均熱膨張係数が、（３〜９）
×１０＾−＾６／℃、硬さがＨｖで２６０以上、引張強
さが８０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載の高強度リードフレ
ーム材料。５　請求項１ないし３のいずれかの組成の合金を、オー
ステナイト化終了温度以上の温度で溶体化処理し、次い
で４０〜９０％の冷間加工でオーステナイト相の一部を
加工誘起マルテンサイトに変態させ、さらにオーステナ
イト化終了温度を越えない温度で最終焼鈍して逆変態オ
ーステナイト相を析出させることを特徴とする高強度リ
ードフレーム材料の製造方法。