JPH04191316A - リードフレーム材の製造方法 - 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〉 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、かつ高強度を有したリードフレーム材の製造
方法に関するものである。

く背景技術とその課題〉 一般に、半導体機器類にあっては、使用されるリード材
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、従来、このような半導体機器のリード
材には、熱膨張係数が低（、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ｒ　Ｌ　Ｓ　Ｉをプラスチックパッケー
ジングするプロセスＪにおけるレジンモールド工程後の
冷却過程やプリント基盤への実装時、更には使用環境に
おいて温度サイクルを受けた時等ではレジンとリード材
との間に熱応力がかかるのを避けることができないが、
この応力が過大になった場合には、使用するリード材が
「従来から用いられてきた実績のあるＦｅ−Ｎｉ系合金
（例えば４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）製のものｊであったと
し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幀性が低下すると言
う問題を避けることは難しかった。この問題は、モール
ドレジンとリード材との熱膨張係数差に起因したもので
、熱膨張係数差のために上記微小クラックや剥離界面が
生じると、これを通して外部から湿気が侵入し内部の半
導体素子等を損傷する虞れがあった訳である。

従って、ＬＳＩの耐湿信軌性を向上させるためには、リ
ードフレーム材として熱膨張係数かモールドレジンのそ
れにできるだけ近い化学組成のものを使用する必要があ
った。そのため、最近、Ｎｉの他にＣｏをも主要成分と
し、Ｎｉ及びＣＯの含有量を調整することにより熱膨張
係数をモールドレジンの熱膨張係数に極力近付けたＮｉ
−Ｃｏ−Ｆｅ合金製のリードフレーム材も開発され、そ
の性能が着目されるようにもなっている。

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リードフレームの
多ピン化を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対処するためにはより強度の高い素
材を使用することが要求される。

なぜなら、リードフレームが多ピン化されると必然的に
ビン間隔が狭くなり、ビン自体の幅も小さくなるが、そ
れを実現するには精度が一段と高いエツチング加工或い
はプレス加工を要することとなる上、ビン幅に比べて厚
さが厚くなると言う事態を生じて加工がより一層難しく
なる懸念も生じる。そこで、これに対処すべく素材厚を
薄くする必要が出てくるが、薄板化するためには従来以
上の強度（リード変形に対する抵抗力）を持ったリード
フレーム材が要求される訳である。

また、特に多ピン或いは超多ビン用のリードフレーム材
では、成形のための加工はエツチング加工が中心となる
ため「エツチング加工性が優れていることＪも重要な要
求特性となってきた。

ここで、Ｆｅ−Ｎｉ系合金或いはＦｅ−Ｎｉ　−Ｃｏ系
合金製リードフレーム材のエンチング加工工程は、−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
速度が最も重要な要因となっており、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
、ビ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特性（即ち良好なエツチング加工性
）」　も求められるようになってきた訳であるが、未だ
エツチング加工性、封着性１強度、更には成形加工性等
の何れもを十分に満足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、本発明が目的としたのは、強度が
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が発揮される
リードフレーム材の工業的量産手段を確立することであ
った。

〈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
−Ｃｏ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、その強度を更に向上
させ、かつエツチング加工性や成形加工性をも顕著に改
善すると共に安定して製造できる製造方法の研究を重ね
た結果、次のような新しい知見を得ることができた。即
ち、（ａｌ　　リードフレーム材として好ましいとされ
てきたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、そのＣ，Ｓｉ
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。

（ｂｌ　　Ｌかも、上記合金に幾つか選ばれた特定元素
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必要特性に格別な悪影響を
及ぼさずに材料強度の更なる向上が達成される上、Ｎｉ
含有量の注意深い調整の下での上記特定元素の添加は、
その熱膨張係数をよりモールドレジンのそれに近づける
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平置てを講じることに
よってリッ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）　　上記合金系において、混粒にすることなく結
晶粒径の微細化を安定的に達成するには、最終焼鈍前の
圧延加工度を制御して特定範囲内となるように調整する
ことが必要である。

（ｅｌ　　更に、異方性を大きくすることなく強度の向
上を図るには、最終冷間圧延の圧延加工度を特定の範囲
に制御する必要がある。

ｆｆ）　　従って、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏを基本成分とした
合金におけるＮｉ、　　Ｃ，Ｓｉ及びＰ等の含有量を総
合的に調整すると同時に、必要に応じてこれに特定合金
元素の添加を行い、更に最終焼鈍前の圧延加工度。

最終焼鈍時の結晶粒径、最終圧延の加工度を適正範囲に
制御すると、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を安定的に製造
することが可能となる。

本発明は、上記知見事項等を基に完成されたもので、 ｒＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金リードフレーム材を製造する
に際し、重量割合にて Ｃ：　０．０１５％以下（以降、重量割合を表わす％は
重量％とする）。

Ｓｉ　：　Ｏ，ＱＯ１＝０．１５％、　　　　Ｍｎ　：
　０．１〜１．０％。

Ｐ：０．０１％以下、　　　　　Ｓ　：　０．００５％
以下。

０　：　０．０１０％以下、　　　　Ｎ　：　０．００
５％以下。

Ｃｏ：５〜３０％、　　　　　　Ｎｉ　：　１５〜５５
％が含まれるか、或いは更に Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｖ、　Ｎｂ＋　Ｔａ、　Ｔｉｔ
　Ｚｒ、　Ｉｆ、　Ｃｕ＋　Ｕ＋Ｂｅ、月ｇ及びＣａの
１種以上： 合計で０．０１〜５．０％。

をも含有し、残部がＦｅ及びその他の不可避的不純物か
ら成る合金を素材とすると共に、最終焼鈍は加工度：４
０〜９０％（好ましくは５０〜８５％）の圧延を施した
後に結晶粒径が３Ｌｏａ以下（好ましくは２０悶以下）
となる条件で実施し、続く最終冷間圧延の加工度を４０
〜８５％（好ましくは５０〜８０％）に調整することに
より、優れたエツチング加工性、封着性及び成形加工性
と高い強度とを兼備したリードフレーム材を安定して製
造できるようにした点」 に大きな特徴を有している。

なお、この場合、 （ａ）　　最終冷間圧延後に歪取り焼鈍を行う。

（ｂ）　　Ｃ含有量を０．００５％以下に規制する。

（ｃｌ　　Ｓｉ含有量を０．００１〜０．０５％に調整
する。

（ｄｌ　　Ｐ含有量を０．００３％以下に規制する。

なる条件を単独或いは組み合わせて採用すると、得られ
るリードフレーム材の成形加工性や工・ノチング加工性
の改善効果は一段と顕著になり、多ピンリードフレーム
材の製造にもより一層十分に対応できるようになる。

続いて、本発明において素材合金の成分組成。

最終焼鈍前における圧延の加工度、最終焼鈍時の結晶粒
径、並びに最終冷間圧延の加工度を前記の如くに数値限
定した理由を、その作用と共に説明する。

〈作用〉 Ａ）素材合金の成分組成 と Ｎｉば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、封着性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１５〜５５％の範囲に調整
する必要がある。従って、Ｎ１含有量は１５〜５５％と
定めたが、特に好ましい範囲は４０〜５３％である。

並 Ｃｏ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。そして、封着性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
輔性を確保するためにはＣｏ含有量を５〜３０の範囲に
調整する必要があり、この範囲を外れると上記所望の性
能を確保することが困難となる。

一 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
エノチンク性を害する。従って、Ｃ含有量の上限を０．
０１５％と定めたが、固溶Ｃもエツチング加工性に悪影
響を与えることがらＣ含有量は低ければ低いほど良く、
出来れば０．００５％以下にまで抑制するのが望ましい
。

針 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が悪化する。このた
め、良好なエツチング加工性を確保するためにはＳｉ含
有量を０．１５％以下に調整する必要がある。特に、多
ピ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
０３０５％以下にまで低減するのが望ましい。ただ、Ｓ
ｉ含有量をｏ、ｏｏｉ％未滴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％に調整するのが望ま
しい。

勘 Ｍｎはリードフレーム材の脱酸及び熱間加工性を確保す
るために添加される成分であるが、その含有量が０．１
％未満では所望の脱酸効果が得られないばかりか、熱間
加工性も劣るようになる。一方、１．０％を超えてＭｎ
を含有させると　リードフレーム材の硬さが上昇し過ぎ
て加工性の悪化を招き、更には熱膨張係数も大きくなっ
てしまう。従って、Ｍｎ含有量は０．１〜１．０％と定
めた。

ＰもＳｉと同様、含有量が多くな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０．０１
％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
顕著となって多ビンタイプのリードフレームへ適用する
場合でも十分満足できる結果が安定して確保できるよう
になることから、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。

旦 Ｏ含有量がｏ、ｏｉｏ％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、Ｏ含有量は０．０１０％
以下と限定した。

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
限は０．００５％と定めた。

Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ
、　Ｚｒ　　びＨｆ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
る目的で必要に応じ１種又は２種以上が含有せしめられ
る。また、これらの元素は、炭化物を形成して固溶炭素
を減少させるために工・ノチング性向上効果も有してお
り、また炭化物の分散によって結晶粒を微細化し、強度
上昇及び曲げ性改善の効果をももたらす。

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、−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
て成形加工性の劣化を招くほか、適正な熱膨張係数の確
保も困難となることから、上記成分の含有量は合計量で
０．０１〜５．０％と定めた。

Ｃｕ、　Ａ１．　Ｂｅ、　Ｍｇ　　びＣａこれらの元素
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必要に応じ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、−方、合計の
含有量が５．０％を超えた場合にはやはり良好な成形加
工性や適正な熱膨張係数の確保が困難となる。従って、
上記成分の含有量は合計量で０．０１〜５．０％と定め
た。

Ｂ）最終焼鈍前における圧延の加工度 最終焼鈍前の圧延加工度はリードフレーム材に所望強度
を確保する上で重要であるが、その加工度を特に４０〜
９０％に限定する理由は、圧延加工度が４０％未満の場
合には最終焼鈍時に安定して所望の微細な結晶粒が得ら
れずに混粒となってしまい、一方、９０％を超える圧延
加工度になると最終焼鈍時に立方体組織が発達し過ぎて
異常な組織となり、この結果、異方性が発達し最終冷間
圧延、歪取り焼鈍を行っても所望する強度が得られなく
なることにある。

Ｃ）最終焼鈍時の結晶粒径 最終焼鈍条件もリードフレーム材に所望強度を確保する
上で重要であり、またエツチング性やプレス加工性にも
大きく影響する因子となるが、特に得られる結晶粒径が
３０卿以下となる条件で最終焼鈍を実施する理由は、結
晶粒径の微細化が高強度化に大きく寄与する上、エツチ
ング性やプレス加工性にも好結果が得られて高精度リー
ドフレームの実現に有効であるのに対して、結晶粒径が
３０７！Ｉ１１を超えるとこれらの効果を確保すること
ができなくなるためである。なお、最終焼鈍時の結晶粒
径の調整は、周知のように焼鈍温度及び処理時間の調節
によって容易に行うことができる。

Ｄ）最終冷間圧延の加工度 最終圧延での加工度もリードフレーム材の強度に大きな
影響を与えるが、該加工度を特に４０〜８５％と限定す
る理由は、該圧延加工度が４０％未満の場合には強度改
善に顕著な効果が得られず、一方、８５％を超えると強
度の異方性が顕著となるためである。

Ｅ）歪取り焼鈍 最終圧延後に適正な歪取り焼鈍を行うことによってＫｂ
値が向上し、その異方性も飛躍的に改善されると共に、
曲げ加工性及び封着性も改善される。従って、最終圧延
後に歪取り焼鈍を実施することは好ましい手段である。

次いで、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・鋳造によって第１表に示される如き化
学成分組成のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金インゴ。

トを得た後、これらに熱間圧延、酸洗を施し、次に冷間
圧延と焼鈍とを繰り返して板厚：０．１２５ｍの冷延板
を製造した。なお、この時の“最終焼鈍前の冷間圧延”
の加工度、最終焼鈍時の結晶粒径、並びに最終冷間圧延
の加工度は前記第１表に示した通りであった。

続いて、このように製造されたＦｅ−Ｎｉ　−Ｃｏ系合
金リードフレーム材につき“機械的特性”、′エツチン
グ性”、“曲げ加工性”及び“封着性”を調査し、その
結果を第１表に併せて示した。

ここで、機械的特性については、曲げモーメントに対す
る材料の強度をＫｂ値（ばね限界値）でもって評価した
。

エツチング性については、製造された前記各冷延板を脱
脂してからレジスト膜を塗布し、パターンを焼付けて現
像した後、塩化第２鉄にて１２８ピンのリードフレーム
を全て同一条件下でエツチング加工したものにつき、ア
ウターリードピン幅とそのバラツキを測定して評価した
。

曲げ加工性は、９０度繰り返し曲げ試験を行って評価し
た。

そして、封着性の評価は、樹脂封着後に熱サイクルを付
与してクラックが生じるかどうかを調べることによって
行った。

第１表に示される結果からは次の事項が明らかである。

即ち、本発明例１〜４に係わる材料は、比較例２２〜３
５に係わるものに比べ機械的性質、エツチング性９曲げ
加工性、封着性の全てに亘って優れている。その中でも
、本発明例１に係わるものはＣ１Ｓｉ、　　Ｐの各含有
量ともより好ましい範囲にコントロールされているため
、本発明例２〜４に係わるものと比較してもエツチング
性が更に優れている。

また、本発明例５〜２１に係わるものは、Ｚｒ、　Ｍｏ
。

Ｗ等を添加しているために強度が一層向上している。

一方、比較例２２に係わるものは、最終焼鈍前圧延の加
工度が低すぎるためにその後の焼鈍によって小さい結晶
粒径を実現することができず、Ｋｂ値が低くなっている
。

逆に、比較例２３に係わるものは、最終焼鈍前圧延の加
工度が大きすぎるためにその後の焼鈍により立方体組織
が発達してしまい、Ｋｂ値が低くなっている。

比較例２４に係わるものは、最終冷間圧延の加工度が小
さすぎるためにＫｂ値が低くなっている。

比較例２５に係わるものは、最終焼鈍時の結晶粒径が大
きかったためにＫｂ値が低くなっている。

比較例２６に係わるものは、最終圧延加工度が大きすぎ
たために曲げ加工性が劣っている。

比較例２７〜２９に係わるものは、Ｃ，Ｓｉ及びＰの含
有量が多いためにエツチング加工性２曲げ加工性及び封
着性が劣るものとなっている。

比較例３０〜３３に係わるものは、Ｗ、　Ｍｏ、　　Ｖ
等の添加量が多すぎたために曲げ加工性や封着性が劣る
結果となっている。

なお、第１図は、本発明例１と比較例３４及び３５に係
わるものの“曲げモーメントとへたり量との関係”を示
したグラフである。ここで、比較例３４に係わるものは
板厚が０．１２５ｎ＋、比較例３５に係わるものは板厚
が０．１５ｍであって、何れも従来の製造方法により作
成したものである。

この第１図からは、本発明で規定された通りの条件で製
造されたリードフレーム材は、その板厚を０．１５ｍか
ら０．１２５ｍに薄クシたとしても同じ曲げモーメント
に対するへたり量が少なく、変形に対する材料強度が強
いことを確認することができる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、エツチング加
工性、封着性成形加工性に優れ、かつ強度の高いリード
フレーム材を安定して製造することができ、半導体機器
の更なる高集積化を可能とするなど、産業上極めて有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、「曲げモーメントとへたり量との関係」を本
発明法に係る材料と比較法に係る材料とで対比したグラ
フである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金リードフレーム材を製造
   するに際し、重量割合にて Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．００１〜０．１５％
   、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：
   ０．００５％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０
   ０５％以下、Ｃｏ：５〜３０％、Ｎｉ：１５〜５５％が
   含まれ、残部がＦｅ及びその他の不可避的不純物から成
   る合金を素材とすると共に、最終焼鈍は加工度：４０〜
   ９０％の圧延を施した後に結晶粒径が３０μｍ以下とな
   る条件で実施し、続く最終冷間圧延の加工度を４０〜８
   ５％に調整す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の製造方法。
2. （２）素材として、更にＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
   ａ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの１種以上を合計で０．０１〜
   ５．０重量％含み、残部がＦｅ及びその他の不可避的不
   純物から成る合金を使用する、請求項１に記載のエッチ
   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
   の製造方法。
3. （３）素材として、更にＣｕ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｍｇ及びＣ
   ａの１種以上を合計で０．０１〜５．０重量％含み、残
   部がＦｅ及びその他の不可避的不純物から成る合金を使
   用する、請求項１又は２に記載の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の製造方法。
4. （４）最終冷間圧延後に歪取り焼鈍を行う、請求項１乃
   至３の何れかに記載の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の製造方法。
5. （５）素材としてＣ含有量が０．００５重量％以下の合
   金を使用する、請求項１乃至４の何れかに記載のエッチ
   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
   の製造方法。
6. （６）素材としてＳｉ含有量が０．００１〜０．０５重
   量％の合金を使用する、請求項１乃至５の何れかに記載
   のエッチング加工性及び封着性に優れた高強度リードフ
   レーム材の製造方法。
7. （７）素材としてＰ含有量が０．００３重量％以下の合
   金を使用する、請求項１乃至６の何れかに記載のエッチ
   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
   の製造方法。