JPH05209256A - リードフレーム材料及びその製造方法 - Google Patents

リードフレーム材料及びその製造方法

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JPH05209256A
JPH05209256A JP4013919A JP1391992A JPH05209256A JP H05209256 A JPH05209256 A JP H05209256A JP 4013919 A JP4013919 A JP 4013919A JP 1391992 A JP1391992 A JP 1391992A JP H05209256 A JPH05209256 A JP H05209256A
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JP
Japan
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lead frame
silver
base material
frame material
wire
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Pending
Application number
JP4013919A
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English (en)
Inventor
Yoji Nagabuchi
洋二 長渕
Hisatoshi Ito
久敏 伊藤
Yoshiaki Ogawa
義明 小川
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、大気中でのワイヤボンディ
ングが可能であり、安価な表面処理を施したリードフレ
ーム材料を得ることにある。 【構成】 本発明に係るトランジスタやIC等に使用さ
れるリードフレーム材料は、母材の最表面に設けた銀層
が、被覆された後熱処理を施されることによる再結晶組
織であるか、または被覆された後圧延処理されたことに
よる圧延組織であることを特徴とし、このようなリード
フレーム材料は、母材の表面に銀を0.3μm以上被覆
し、不活性ガス雰囲気中あるいは還元雰囲気中で200
℃以上母材軟化点以下の温度で熱処理を5秒以上施す
か、または最終圧延工程前に母材の表面に銀を0.3μ
m以上被覆し、不活性ガス雰囲気中あるいは還元雰囲気
中で400〜800℃の焼鈍を5秒以上行い、最終圧延
を行うことにより得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トランジスタやIC等
に使用されるリードフレーム材料とその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】多くのトランジスタやICには、その電
気信号の伝達等の目的で、銅合金や鉄合金からなるリー
ドフレームと称される金属部材が用いられている。図7
はICの断面を示す図である。図7において、(4)はI
Cチップ、(5)はICチップ(4)を搭載するダイパッド、
(6)はICチップ(4)上の電極とリードフレームを配線す
る金属細線である。この金属細線(6)はボンディングワ
イヤと称され、金線が主流となっており、一部にはアル
ミニウム線や銅線も用いられている。(7)はリードであ
り、モールド樹脂(8)で封止される部分をインナーリー
ド(9)、外部に露出した部分をアウターリード(10)とい
う。以上の中でダイパッド(5)とリード(7)がリードフレ
ームに相当する。
【0003】従来、リードフレームは素材のまま用いら
れることはほとんどなく、通常は表面に金属被覆を設け
る必要があった。インナーリード(9)には、ボンディン
グワイヤ(6)を確実に接続するために、銀めっきが3μ
m以上施され、アウターリード(10)には基板とのはんだ
付けのために錫めっきあるいははんだめっきが施されて
いた。銀めっきを銅合金あるいは鉄合金上に施すときに
は、銀の密着性向上のため、かつ拡散防止のため、ニッ
ケルや銅の下地めっきが施される。リードフレーム材料
の場合も同様であり、一例として鉄−ニッケル合金を母
材とする、あるリードフレームの場合、プレスによって
打抜き加工された後、全面に下地めっきを行い、インナ
ーリード(9)のボンディングワイヤ(6)接続面とダイパッ
ド(5)のICチップ(4)搭載側に、部分的に4μmの銀め
っきを行っている。更に、ICチップ(4)をはんだによ
ってダイパッド(5)に接着し、ICチップ(4)の電極とイ
ンナーリード(9)のボンディングワイヤ(6)で配線し、モ
ールド樹脂(8)で封止した後、アウターリード(10)部の
ニッケルめっき層を剥がし、はんだめっきを行う。ニッ
ケルは一度酸化すると、その酸化膜は強固であり、酸化
膜があるとはんだめっきの密着性が悪いため、上記の例
ではやむなく剥離工程を加えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のリ
ードフレームの表面処理は、大変コストが掛かる工程に
なっている。特に、銀めっきの使用量を減らすために行
っている銀の部分めっきのコストが大きい。低コスト化
を図るために最も有効である手段は、銀めっきを薄く、
リードフレーム全面に施すことであるが、銀めっき厚は
薄くすればするほどワイヤボンディング性が悪くなる。
母材表面のごく小さい領域に凹凸や汚れがある場合、銀
粒子が付着しにくく、その部分だけが露出してしまうピ
ンホール現象が生ずる。徐々にめっき厚を厚くしていく
と露出部が埋められていくが、めっき厚が薄いと母材の
露出部が完全に埋められない。そしてその母材露出部分
は時間の経過と共に、また加熱により、酸化してしま
う。表面が酸化すると、ボンディングワイヤ(6)が付か
なくなったり、簡単に剥がれたりしてしまうわけであ
る。更に、ボンディングワイヤ(6)を接続する工程(以
下、ワイヤボンディングという)では、リードフレーム
を通常300℃前後まで加熱するため、リードフレーム
材料の表面の酸化が促進される。その中に少しでも銅が
含まれると酸化し易くなる。一方、鉄合金の場合は、普
通42アロイと称されるニッケル42%を含む鉄合金が
用いられるが、この表面には加熱する前から極薄い酸化
膜が存在している。
【0005】そのため、銀めっきを薄くしたり、その代
わりに銅めっき処理をした材料を、窒素等の不活性ガス
または窒素に水素を混合した還元ガス雰囲気中でワイヤ
ボンドを行うことが試みられている。例えば特願平2−
97626号では、母材である銅合金の表面に0.005〜
0.5μmの銀めっきを施した後、熱処理を加えて当該
銀めっき層を母材中に拡散させることにより最表面に銀
層が残らないようにし、均一な表面層を得るものである
が、最表面が純粋な銀ではなく、母材中の銅が含まれる
ため、大気中でワイヤボンディングを行おうとすると簡
単に酸化するためボンディングが不可能である。従っ
て、このリードフレーム材料のワイヤボンディングに
は、窒素等の不活性ガスまたは窒素に水素を混合した還
元ガス雰囲気が必要不可欠であった。以上のような方法
では、信頼性の面で問題を残している上、装置やガスの
コストが余計に掛かるため、ほとんど実用化されていな
いのが現状である。
【0006】本発明は係る問題点を克服するためになさ
れたもので、大気中でのワイヤボンディングが可能であ
り、安価な表面処理を施したリードフレーム材料を得る
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るトランジス
タやIC等に使用されるリードフレーム材料は、母材の
最表面に設けた銀層が被覆された後熱処理を施されるこ
とによる再結晶組織であることを特徴とする。
【0008】更に、本発明に係るトランジスタやIC等
に使用されるリードフレーム材料は、母材の最表面に設
けた銀層の構造が被覆された後圧延処理されたことによ
る圧延組織であることを特徴とする。
【0009】また、本発明に係るトランジスタやIC等
に使用されるリードフレーム材料の製造方法は、母材の
表面に銀を0.3μm以上被覆し、不活性ガス雰囲気中
あるいは還元雰囲気中で200℃以上母材軟化点以下の
温度で熱処理を5秒以上施すことを特徴とする。
【0010】更に、本発明に係るトランジスタやIC等
に使用されるリードフレーム材料の製造方法は、最終圧
延工程前に母材の表面に銀を0.3μm以上被覆し、不
活性ガス雰囲気中あるいは還元雰囲気中で400〜80
0℃の焼鈍を5秒以上行い、最終圧延を行うことを特徴
とする。
【0011】
【作用】一般的に、0.3〜3μm程度の極薄い銀めっ
き処理を施すと、銀めっき層(11)には、図1の断面図に
示すようなピンホール(12)と称される銀粒子(13)間の隙
間が現れる。この材料に熱処理を施すと、まず表面の銀
めっき層(11)の銀粒子(13)が再結晶現象により徐々に成
長し、ゆがて図2のようにピンホール(12)を埋めつくし
てしまう。また、同時に銀めっき層(11)と母材(14)成分
は互いに拡散が進み、更に熱処理を加え続けると、最表
面まで母材(14)の成分の拡散が到達する。本発明のリー
ドフレーム材料では、以上のような熱処理を、再結晶銀
粒子(15)がピンホール(11)を埋めた時点で熱処理を終了
させ、銀めっき層(11)と母材(14)の拡散を最小限に抑え
て、最表面にほぼ純粋が残るようにするものである。
【0012】なお、熱処理時の雰囲気は窒素等の不活性
ガスもしくは水素と窒素の混合ガス等の還元ガスにしな
ければならない。仮に大気中で熱処理を施すと、銀粒子
(13)が再結晶する前にピンホール(12)が酸化してしま
い、その後銀粒子(13)が再結晶してもピンホール(12)は
埋めることができない。従って、本発明の効果をもたら
すには以上のような酸化を抑える雰囲気中での熱処理を
行う必要がある。
【0013】以上のようにして得られるリードフレーム
材料は、再結晶した極薄い銀層があるため母材が外気か
ら遮断され、酸化を防止することができる。厳密には、
銀層中に母材成分が拡散するため、加熱すると時間の経
過と共に酸化し易くなるが、ダイパット上にICチップ
を接着するダイレクトボンド工程や、ワイヤボンディン
グ工程程度の加熱では、ワイヤボンディング性を左右す
るような程度の酸化はしない。
【0014】
【実施例】
実施例1.本発明の実施例及び比較例として、リードフ
レーム材料として広く用いられている、MF202合金
(2.0%Sn、0.2%Ni、残部不可避不純物及びC
u)を母材として、本発明の実施例としては銀めっき
後、N2−H2雰囲気中で250℃で5時間及び700℃
で1分の2通りの熱処理を行った試料を用いた。なお、
後者は、熱処理後に仕上圧延を行った。また、比較例
は、実施例と全く同様の条件で銀めっきを施した材料を
そのまま用いたものである。
【0015】本発明の効果を確認するための試験方法
は、ボンディングワイヤの引っ張り試験を採用した。上
記試料片(1)上に大気中でワイヤボンディングを行い、
引っ張り試験機で図3に示すようにボンディングワイヤ
(2)にフック(3)を引っ掛けて引っ張り、ワイヤが破断す
るか、試料との界面で剥離するか調べ、破断した割合を
求めた。
【0016】ワイヤボンディング条件は以下の通りであ
り、引っ張り試験結果を図4のグラフに、また、代表的
なものを表1に示す。 <ワイヤボンディング条件> 接合荷重:50gf 温度:280℃ 超音波出力:0.2W 超音波印加時間:50msec. ワイヤ:φ25μm金線
【0017】図4のグラフにおいて、ワイヤ破断率と
は、ボンディングワイヤ(2)が図5のように荷重に耐え
きれずに切断されてしまう割合であり、正常であれば1
00%となる。リードフレーム材表面が酸化されている
等、清浄でない場合は、ボンディングワイヤ(2)は破断
されるより小さい荷重において図6(a)もしくは図6
(b)のようにリードフレーム材との界面で剥離してしま
う。ICやトランジスタ等の電子部品の信頼性を確保す
るためには、ワイヤの破断率が完全に100%であるこ
とが必要であり、図4のグラフにおいて100%に満た
ないものはリードフレーム材料として不適格である。
【0018】以上のように、本発明のリードフレーム材
は、熱処理前に表面に設けた銀被覆層が0.3μm以上
であれば良好なボンディングワイヤ接合性を示し、従来
の銀めっきを3μm設けたリードフレーム(材)に優ると
も劣らない。
【0019】銀を再結晶させるためには時間よりも温度
の影響の方がはるかに大きいため温度を高くすれば同じ
効果を非常に短時間で得ることができる。そのため本実
施例では2通りの熱処理条件を試みたが、本実施例に用
いた母材は、300℃以上の熱処理を施すと軟化が起こ
ってしまうので、700℃の温度条件で焼鈍した方の試
料については、その後に圧延加工を行うことによって加
工硬化させた。加工率は本実施例では40%、すなわち
板厚を0.6倍に加工する圧延を行ったが、本発明の効
果は、この加工率によらない。なぜならば加工率に比例
して表面銀層も薄くなるが、予めその分を考慮して銀め
っきを厚く施しておけば良いからである。圧延加工する
前は表面の面積が小さいので、使用する銀の量は圧延加
工する場合もしない場合も同じであるのでコスト的にも
大差ない。
【0020】次に、上記実施例と同じ要領で製造した本
発明のリードフレーム材料を、通常のリードフレーム加
工方法で加工することを試みたところ、プレス加工・エ
ッチング加工いずれも母材であるMF202合金と比較
しても加工性は劣っておらず、加工後のワイヤボンディ
ング性も加工前と全く変わらなかった。また、リードフ
レームに加工した後に本発明の表面処理を施した場合で
も、全く同様のボンディングワイヤ接合強度を示した。
【0021】本実施例では、実施例及び比較例の試料の
母材としてMF202合金(2.0%Sn、0.2%N
i、残部不可避不純物及びCu)を用いたが、本発明の
リードフレーム材料の母材としては、最表面に銀被覆層
を設けることができればどのような金属材料であっても
採用可能であり、リードフレーム材料として良く用いら
れる他の銅合金や鉄−ニッケル合金であっても、同様の
効果が期待できることは言うまでもない。
【0022】また、熱処理前の表面の銀被覆層が厚くな
ることは一向に構わないが、コストの面を考慮すると薄
ければ薄い程好ましく、3μmを超えて銀被覆層を設け
ることは無意味であろう。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリー
ドフレーム材料は、母材の最表面に設けた銀層が、被覆
された後熱処理を施されることによる再結晶組織である
か、もしくは被服された後圧延処理されることによる圧
延組織であるので、ワイヤボンディング工程程度の加熱
ではワイヤボンディング性を左右するような程度の酸化
を生ずることなく、低コストでワイヤボンド信頼性の高
いリードフレームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】銀めっきを施した金属材料の断面の模式図であ
る。
【図2】銀めっきを施した金属材料に熱処理を加えて銀
を再結晶させたものの断面の模式図である。
【図3】本発明の実施例の引っ張り試験方法を示す概略
図である。
【図4】本発明の実施例の引っ張り試験結果を示すグラ
フである。
【図5】本発明の実施例において行った引っ張り試験に
よるワイヤの断線を示す概略図である。
【図6】(a)及び(b)は本発明の実施例において行った
引っ張り試験によるワイヤの剥離を示す概略図である。
【図7】本発明の実施例において行った引っ張り試験に
よるワイヤの剥離を示す概略図である。
【符号の説明】
1 試料片 2 ボンディングワイヤ 3 フック 4 ICチップ 5 ダイパッド 6 ボンディングワイヤ 7 リード 8 モールド樹脂 9 インナーリード 10 アウターリード 11 銀層 12 ピンホール 13 銀粒子 14 母材 15 再結晶銀粒子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランジスタやIC等に使用されるリー
    ドフレーム材料において、母材の最表面に設けた銀層
    が、被覆された後熱処理を施されることによる再結晶組
    織であることを特徴とするリードフレーム材料。
  2. 【請求項2】 トランジスタやIC等に使用されるリー
    ドフレーム材料において、母材の最表面に設けた銀層の
    構造が、被覆された後圧延処理されたことによる圧延組
    織であることを特徴とするリードフレーム材料。
  3. 【請求項3】 トランジスタやIC等に使用されるリー
    ドフレーム材料の製造方法において、母材の表面に銀を
    0.3μm以上被覆し、不活性ガス雰囲気中あるいは還
    元雰囲気中で200℃以上母材軟化点以下の温度で熱処
    理を5秒以上施すことを特徴とするリードフレーム材の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 トランジスタやIC等に使用されるリー
    ドフレーム材料の製造方法において、最終圧延工程前に
    母材の表面に銀を0.3μm以上被覆し、不活性ガス雰
    囲気中あるいは還元雰囲気中で400〜800℃の焼鈍
    を5秒以上行い、最終圧延を行うことを特徴とするリー
    ドフレーム材料の製造方法。
JP4013919A 1992-01-29 1992-01-29 リードフレーム材料及びその製造方法 Pending JPH05209256A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016106423A (ja) * 2016-02-15 2016-06-16 大日本印刷株式会社 Led用リードフレームの製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016106423A (ja) * 2016-02-15 2016-06-16 大日本印刷株式会社 Led用リードフレームの製造方法

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