JPH04218632A - ベアボンディング用リードフレーム材料 - Google Patents

ベアボンディング用リードフレーム材料

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JPH04218632A
JPH04218632A JP3080706A JP8070691A JPH04218632A JP H04218632 A JPH04218632 A JP H04218632A JP 3080706 A JP3080706 A JP 3080706A JP 8070691 A JP8070691 A JP 8070691A JP H04218632 A JPH04218632 A JP H04218632A
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宮藤 元久
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安啓 中島
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はベアボンディング用リー
ドフレーム材料に係り、さらに詳しくはAu−Siの共
晶合金法を利用してベアボンディングを行なっても半導
体素子へのリードフレーム材料の成分元素による悪影響
の無い銅系リードフレーム材料に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体の組立工程は、素子(半導体チッ
プ)とリードフレームを接合するダイボンディング工程
、素子の配線とリードフレームをAuやAlのワイヤで
接続するワイヤボンディング工程および樹脂で封止する
工程よりなる。これらの工程においてリードフレームは
加熱されるため、使用されるリードフレーム材料はこれ
らの加熱によっても軟化しないこと、即ち耐熱性が要求
される。
【0003】一方、熱伝導性や電気伝導性に優れる銅合
金はトランジスタ等、良好な熱放散性が要求される用途
を中心にリードフレーム材料として使用されている。
【0004】これらの銅系リードフレーム材料は、耐熱
性や機械的強度、半田付け性など、リードフレーム材料
として要求される特性を満足させるために、各種添加元
素を含有した銅合金となっている。
【0005】上記組立工程の内、ダイボンディング工程
では、通常三種類の方法により素子とリードフレームが
接合されている。即ち、Au−Si共晶合金法、半田接
着法、導電性樹脂接着法である。これらの方法の内、A
u−Si共晶合金法は、370℃の共晶温度より50〜
70℃高い420〜440℃の温度に素子およびリード
フレームを数十秒間加熱することにより接合を行うもの
である。
【0006】ところで、半導体装置におけるコストダウ
ンの要求は強く、その一つの手段として、従来行ってい
たリードフレームへのめっきを省略してダイボンディン
グやワイヤボンディングを行うベアボンディングと称す
る技術がトランジスタを中心に広まりつつある。
【0007】しかるに、各種添加元素を含有した従来の
合金よりなるリードフレームにつき前記のAu−Si共
晶合金法によりベアボンディングを行ったところ、半導
体素子の特性に変化をきたすことが判明した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Au−Si
共晶合金法を用いてベアボンディングを行っても、半導
体素子の特性に変化をきたすことがなく、かつ、耐熱性
や機械的強度にも優れたベアボンディング用リードフレ
ーム材料を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係るベアボンデ
ィング用リードフレーム材料の第1の特徴とするところ
は、Ni:0.1〜1.0wt%、Si:0.01〜0
.25wt%、Zn:0.05〜1.0wt%を含有し
、IIIb族の元素を総量で0.01wt%以下、Vb
族の元素を総量で0.01wt%以下に制限し、残部実
質的にCuよりなることを特徴とするベアボンディング
用リードフレーム材料。
【0010】本発明に係るベアボンディング用リードフ
レーム材料の第2の特徴とするところは、Ni:0.1
〜1.0wt%、Si:0.01〜0.25wt%、Z
n:0.05〜1.0wt%、Mn:0.01〜0.0
5wt%、Mg:0.001〜0.01wt%、Cr,
Ti,Zrの内から選ばれる1種または2種以上を0.
001〜0.01wt%を含有し、IIIb族の元素を
総量で0.01wt%以下、Vb族の元素を総量で0.
01wt%以下に制限し、残部実質的にCuよりなるこ
とを特徴とするベアボンディング用リードフレーム材料
に存在する。
【0011】
【作用】以下に、本発明の作用を本発明をなすに際して
得た知見及び成分の限定理由とともに説明する。
【0012】本発明者は、従来合金について、Au−S
i共晶合金法を用いてベアボンディングを行った場合に
半導体素子の特性に変化をきたす原因の解明をまず行っ
た。
【0013】その結果、次のことが判明した。すなわち
、420〜440℃に数十秒間加熱される間に溶融した
Au−Si層に接した銅合金リードフレーム中の成分元
素はAu−Si層を通過し、半導体素子中に拡散する。
【0014】半導体素子中に拡散する元素の中でも、周
期表のIIIb族に属するB,Al,Ga,InやVb
族に属するN,P,As,SbなどはSi半導体に対し
アクセプターおよびドナーとして作用しそれぞれP型お
よびN型半導体を形成する。トランジスタの場合、一般
にリードフレームと接合されるSi素子の底面部はコレ
クターになっており、この部分に前記のIIIb族ある
いはVb族に属する元素がリードフレームから侵入し、
不純物半導体を形成し、トランジスタの電気的特性に悪
影響を及ぼすものであることを見い出した。すなわち、
従来の銅合金は、耐熱性、機械的強度を高めるために各
種添加元素を含有せしめていたが、この添加元素や不純
物が、Au−Si共晶合金法を用いたベアボンディング
を行った場合には、半導体素子の電気的特性を悪化させ
る原因となっていたわけである。
【0015】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のである。
【0016】まず本発明に係るベアボンディング用リー
ドフレーム材料の含有成分および成分の割合について説
明する。 (Ni)Niは次に説明するSiとともに強度および耐
熱性の向上に寄与する元素である。NiとSiは金属間
化合物を形成することにより強度および耐熱性を向上さ
せる。
【0017】Niの含有量が0.1wt%未満ではその
効果は少なく、また1.0wt%を超えて含有されると
強度や耐熱性は向上するものの導電率が低下する。よっ
てNi含有量は0.1〜1.0wt%とする。 (Si)SiもNiとともに強度および耐熱性を向上さ
せる元素である。Si含有量が0.01wt%未満では
その効果は少なく、また0.25wt%を超えて含有さ
れると強度や耐熱性は向上するものの導電率が低下する
。よってSi含有量は0.01〜0.25wt%とする
。
【0018】NiとSiは金属間化合物を形成すること
により強度や耐熱性の向上に寄与することから、Niと
Siの含有量の比率はNi/Si=4〜7であることが
望ましい。また、NiとSiの金属間化合物を均一微細
に析出させるための溶体化処理、冷間加工および時効処
理を含む製造工程を経ることによりその性能が発揮され
る。 (Zn)Znは半田の耐剥離性を向上させる元素であり
、含有量が0.05wt%未満ではその効果は少なく、
また1.0wt%を超えて含有されてもその効果は飽和
する一方、導電率が低下する。よってZn含有量は0.
05〜1.0wt%とする。 (Mn)Mnは熱間加工性を向上させる元素であり、含
有量が0.01wt%未満ではその効果は少なく、また
0.05wt%を超えて含有されると造塊時の湯流れ性
が悪化して造塊歩留りが低下する。よってMn含有量は
0.01〜0.05wt%とする。 (Mg)Mgは不可避的に混入してくるSを安定したM
gとの化合物の形で母相中に固定させて熱間加工を可能
にするための必須の元素であり、含有量が0.001w
t%未満ではSは、MgSという安定した化合物の形と
はならず、Sは単体あるいはMnSの形で存在し、その
結果、SあるいはMnSは熱間圧延の加熱時または熱間
圧延中に粒界に移動して割れを生じさせるようになる。
【0019】また、0.01wt%を超える含有量では
鋳塊中にCu+MgCu2の共晶(融点722℃)を生
じ、722℃以上の温度に加熱すると割れを発生し、溶
湯が酸化し、湯流れ性が悪化し、鋳塊を不健全とし、造
塊歩留りが低下する。よってMg含有量は0.001〜
0.01wt%とする。(Cr,Ti,Zr)Cr,T
i,Zrはいずれの元素も熱間加工性を向上させる元素
であり、含有量が0.001wt%未満はこの効果は少
なく、また、0.01wt%を超える含有量では造塊時
の湯流れ性が悪化し、造塊歩留りが低下する。よって、
Cr,Ti,Zrの含有量は0.001〜0.01wt
%とする。また、Cr,Ti,Zrの2種以上を含有す
る場合でも上記に説明した同じ理由から合計含有量は0
.001〜0.01wt%とする。(IIIb族、Vb
族元素)一方、IIIb族、Vb族に属するB,Al,
Ga,In,N,P,As,Sbなどの元素は不純物と
して原料に含まれており、製造された銅合金中に侵入し
て来る。以上の説明から明らかなように、これらの不純
物の含有量は少ない方が良く、使用される半導体によっ
ても異なるが、いずれの元素も総量で0.01wt%以
下とする。0.01wt%以下とすれば、Au−Si共
晶合金法によりベアボンディングを行ったとしても半導
体素子への拡散はほとんど防止することができる。
【0020】これらの元素が不純物として合金中に侵入
するのを防ぐためには、例えば次の手段を講ずればよい
。使用する原料中の不純物の含有量を規制する。これら
の元素を含む合金を溶解した後には十分に炉洗いを行い
、炉材に付着したこれらの元素を除去してから溶解する
。また、るつぼもこれら元素を含まない材料からなるも
のを選ぶ。
【0021】以上説明したように、本発明では、銅合金
において組成比を所定の割合にするとともに、IIIb
族、Vb族の元素の含有量を制限することにより、Au
−Si共晶合金法によるベアボンディングという用途の
適性の拡大を行うことができる。
【0022】
【実施例】本発明に係るベアボンディング用リードフレ
ーム材料を実施例により説明する。
【0023】表1に示す含有成分および含有の割合の合
金をクリプトル炉を使用し、木炭被覆下において大気中
で溶解し、鋳鉄製ブックモールドを用いて45mmt×
80mmw×200mmlの鋳塊を鋳造した後、この鋳
塊の表裏面を2.5mmずつ面削後870℃の温度で1
5mmtまで熱間圧延し、700℃以上の温度から30
℃/秒の速度で水冷した。
【0024】さらに、冷間圧延により0.5mmの板厚
にした後、500℃の温度で120分間の焼鈍を行ない
、その後冷間圧延により0.4mmtの板材を得た。 この板材につき導電率、硬さ、耐熱性の試験を行った。
【0025】これらの試料の試験結果を表2に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】試験方法は以下に説明する通りである。 (1)導電率は15mmw×300mlの試験片を用い
、ダブルブリッジにより測定した電気抵抗の値から算出
した。 (2)硬さは、マイクロビッカース硬さ計を用い荷重5
00grで測定した。 (3)耐熱性はソルトバスを用い、各温度で5分間の加
熱を行なった後硬さを測定し、加熱後の硬さが加熱前の
硬さの80%になる温度をもって評価した。 (4)半田の耐剥離性は、20mmw×50mmlの試
験片に60Sn−40Pbの半田を弱活性フラックスを
用い230℃の温度で5秒間浸漬して半田付けした後、
150℃の温度で500時間加熱後、2mmRで180
°曲げ戻しを行ない、剥離の有無を調べ評価した。
【0029】表2から明らかなように、本発明合金No
.1〜No.5は55%IACS以上の良好な導電率と
Hv100以上の硬さ、および400℃以上の耐熱性を
有している。また、Znの効果により半田の耐剥離性も
良好である。
【0030】これに対し比較例No.6はNiおよびS
i量が高く硬さや耐熱性には優れるものの導電率が48
%IACSと低い。またNo.7はNiおよびSi量が
低いため導電率は高いが耐熱性が370℃と低い。No
.8はZn含有量が低いため半田の耐剥離性に劣ってい
る。
【0031】また、本発明合金No.1〜No.5はI
IIb族およびV族bに属する元素がそれぞれ0.01
wt%以下であるためAu−Si合金法によりベアボン
ディングされてもSi素子の特性を劣化させない。これ
に対し比較例No.6〜No.8はIIIb族およびV
b族の元素をそれぞれ0.01wt%を越えて含有して
いるためAu−Si共晶合金法によりベアボンディング
されるとSi素子の特性を劣化させる。
【0032】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るベアボン
ディング用リードフレーム材料は上記の構成を有してい
るため、導電性、強度、および耐熱性に優れ、かつ安価
であり、めっきを省略しAu−Si共晶合金法によるダ
イボンディングを行ってもSi素子に悪影響を及ぼさな
いという効果を有している。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  Ni:0.1〜1.0wt%、Si:
    0.01〜0.25wt%、Zn:0.05〜1.0w
    t%を含有し、IIIb族の元素を総量で0.01wt
    %以下、Vb族の元素を総量で0.01wt%以下に制
    限し、残部実質的にCuよりなることを特徴とするベア
    ボンディング用リードフレーム材料。
  2. 【請求項2】  Ni:0.1〜1.0wt%、Si:
    0.01〜0.25wt%、Zn:0.05〜1.0w
    t%、Mn:0.01〜0.05wt%、Mg:0.0
    01〜0.01wt%、Cr,Ti,Zrの内から選ば
    れる1種または2種以上を0.001〜0.01wt%
    を含有し、IIIb族の元素を総量で0.01wt%以
    下、Vb族の元素を総量で0.01wt%以下に制限し
    、残部実質的にCuよりなることを特徴とするベアボン
    ディング用リードフレーム材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0949343A1 (en) * 1998-03-26 1999-10-13 KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO also known as Kobe Steel Ltd. Copper alloy sheet for electronic parts

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JPS572851A (en) * 1980-06-06 1982-01-08 Nippon Mining Co Ltd Copper alloy for lead material of semiconductor device
JPS63297531A (ja) * 1987-05-29 1988-12-05 Kobe Steel Ltd 熱間加工性に優れた端子、リ−ドフレ−ム用銅合金およびその製造方法

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