JPH05271876A

JPH05271876A - 高強度リードフレーム材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05271876A
Application number: JP6585992A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakamura; 秀一中村; Kazu Sasaki; 計佐々木; Takayuki Nagashio; 隆之長塩
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-19

Abstract

(57)【要約】【目的】異方性が小さく、板形状が良好な高強度リー
ドフレーム材料およびその製造方法の提供。【構成】Ｃｏ 0.5〜12%ではＮi 20〜27%、Ｃo 12〜22
%では52%≦（２Ｎｉ＋Ｃｏ）＜66%、Ｍｎ 1.0%以下、Ｓ
ｉ 0.5%以下、残部Ｆｅからなり、主要組織がマルテン
サイト相とオーステナイト相の少なくとも２相からな
り、オーステナイト相が30%以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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パッケー
ジは多ピン化、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。これら多ピン用Ｆｅ系リードフレーム材料として、
従来Ｆｅ-42Ｎｉ，Ｆｅ-29Ｎｉ-17Ｃｏ（コバール）が
知られている。これらＦｅ-Ｎｉ系の改良材の提案には
特開昭55-131155号あるいは特開平3-39446号があり、ま
たＦｅ-Ｎｉ-Ｃｏ系の改良材については特開昭55-12856
5号、特開昭57-82455号、特開昭61-6251号、特公平1-81
7号、特公平1-5562号、特開平3-39447号および本願発明
の出願人が先に提案した特開平3-166340号等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】多ピンリードフレーム
は主に微細加工が可能なフォトエッチング法で製造され
る。しかし、これら微細加工したＦｅ-42ＮｉまたはＦ
ｅ-29Ｎｉ-17Ｃｏ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て、搬送、実装など
の際に反り、曲がりなどリードばらつきが起こり易く、
また使用中の衝撃で座屈するなど種々問題があった。

【０００４】Ｆｅ-Ｎｉ系あるいはＦｅ-Ｎｉ-Ｃｏ系合
金の改良については、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを含有させて強
化する試み（(a)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（(b)特開平3-39446号、
(c)特開平3-39447号）、Ｆｅ-Ｎｉ-Ｃｏ系合金について
の熱膨張に関するもの（(イ)特開昭55-128565号、(ロ)特
開昭57-82455号、(ハ)特開昭61-6251号、(ニ)特公平1-817
号、(ホ)特公平1-5562号、(ヘ)特開平1-61042号）や、本
出願人が先に提案した２相組織強化によるもの（(A)特
開平3-116340号）があるが、(a)〜(c)は主要元素の他に
強化元素を含有するため、表面酸化が起こり易くリード
フレームの主要特性であるハンダ性、メッキ性を著しく
劣化させる問題があり、また、(イ)〜(ヘ)のうち(イ)以外
のものは、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。なお前記(イ)のものは、
強化機構が高Ｃ（0.2〜0.35%程度)またはさらにＨf,Ｎ
b,Ｖ，Ｚr,Ｔa,Ｗ,Ａlの１種以上または２種以上添加す
るものであり、異質のものである。また、前記(A)は加
工誘起マルテンサイトと逆変態オーステナイト析出に主
眼があるため、高強度特性を得るのに十分な冷間加工を
要するものであり、これに伴い、多ピンかつ薄板のリー
ドフレームに必要な素材異方性（圧延方向と板幅方向の
諸特性の差）および形状（強圧延による材料の幅そり、
うねり等）の点で改良する部分があることがわかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者はＦｅ
-Ｎｉ-Ｃｏ系合金の相変態機構に着目して、組成および
製造条件について種々実験を行った結果、焼鈍および冷
間加工時のマルテンサイト変態と最終焼鈍で逆変態オー
ステナイト相を析出させて少なくとも２相組織化するこ
とによりリードフレームの各種特性、特にハンダ性、メ
ッキ性を損なわずに高強度化することができるととも
に、前記の異方性および板形状の問題も解決できること
を見出し本発明をなした。

【０００６】具体的には本発明は、重量％にてＣｏ 0.5
〜22%、Ｎｉ 15〜27%、Ｍｎ 1.0%以下、Ｓｉ 0.5%以
下、ＮｉとＣｏの含有量はＣｏ 12%未満ではＮｉ 20%〜
27%未満、Ｃｏ12%以上では52%≦（２Ｎｉ＋Ｃｏ）＜66%
の関係を満足し、残部は不純物を除き実質的にＦｅから
なり、さらに主要組織がマルテンサイト相およびオース
テナイト相の少なくとも２相組織であり、前記オーステ
ナイト相が30%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、または前記記載のＮｉ0.5〜3%と等量
をＣｕで置換した前記と同様組織の高強度リードフレー
ム材料、ならびに上記それぞれの組成の合金をオーステ
ナイト化終了温度以上の固溶化処理後80%以下の冷間圧
延を施して50%以上のマルテンサイト相を得、その後オ
ーステナイト化終了温度を越えない温度で焼鈍して逆変
態オーステナイト相を30%以上とす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。

【０００７】すなわち、本発明の高強度リードフレーム
材料とその製造方法の最も重要な点は、先に本発明者等
が提案したＦｅ-Ｎｉ-Ｃｏ系合金の冷間加工による加工
誘起マルテンサイト変態とその後の逆変態オーステナイ
ト相による析出強化に対し、組成的に低Ｎｉ,Ｃｏ化す
ることで固溶化処理後の冷却過程およびその後、比較的
低い冷間加工を施して、マルテンサイト相を得、これを
さらに焼鈍して逆変態オーステナイト相を析出させ強化
するもので、高強度はもとより、形状、異方性の点で多
ピン化対応に適したリードフレーム材料が得られる。ま
た本発明材料は従来に比べコスト的にも安価なものとな
る。

【０００８】

【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%付近およびで5%付近で熱膨張係数を極
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。Ｃｏ12%未満ではＮｉが20%より少ないか
Ｃｏ12%以上で（２Ｎｉ＋Ｃｏ）が52%より少ないとオー
ステナイトが不安定となり過ぎ、最終焼鈍時に析出する
逆変態オーステナイトが冷却過程でマルテンサイト変態
を起こし熱膨張係数が大きくなる。また、Ｃｏ12%未満
ではＮｉが27%またはこれより多いか、Ｃｏ12%以上で
（２Ｎｉ＋Ｃｏ）が66%またはこれより多いと、焼鈍お
よび冷間加工時のマルテンサイト変態が不十分となるた
め、Ｃｏ12%未満ではＮｉ20%〜27%未満、Ｃｏ12%以上で
は52%≦（２Ｎｉ＋Ｃｏ）＜66%の関係を満足するように
Ｎｉを限定した。

【０００９】Ｃｕは本発明では必須ではないが、パッケ
ージ樹脂とリードフレーム間の耐隙間腐食性を向上させ
る元素であるので、必要により添加するとよい。Ｃｕは
添加する場合には0.5%より少ないと耐隙間腐食性向上に
効果がなく、また3%を越えるとハンダとの界面にＣｕと
Ｓｎの脆い金属間化合物を形成し、ハンダ剥離を起こし
易くなる。またＣｕはオーステナイト安定化元素である
ため、3%を越えて添加した場合はオーステナイト相が安
定となり過ぎ、マルテンサイト変態が生じにくくなるた
めＣｕ0.5%〜3%に限定する。Ｍｎは脱酸剤として使用す
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、メッキ性を劣化させるので1.0%以下に限定した。
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んな上昇やハン
ダ性、メッキ性の極端な劣化は生じないので許容でき
る。なお、不純物であるＣは0.05%を越えると素材のエ
ッチング性を著しく劣化させるため、0.05%以下に限定
すべきである。Ｃの望ましい範囲は0.015%以下である。

【００１０】また、最終の主要組織は、実質的にマルテ
ンサイト相とオーステナイト相（一部残留オーステナイ
トを含んでも可）からなる少なくとも２相でなる組織を
示すが、オーステナイト相が30%以下では十分な析出強
化が得られず、また熱膨張係数も大きくなり、シリコン
チップとの整合性が悪くなるため、オーステナイト相は
30%以上に限定する。なお、本発明におけるオーステナ
イト相の量(%)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。

【００１１】次に、本発明の材料の製造方法において、
冷間加工前の固溶化処理温度がオーステナイト化終了温
度以下では室温までの冷却でマルテンサイト変態が起こ
らないため、冷間加工前の固溶化処理温度はオーステナ
イト化終了温度以上とする。オーステナイト化終了温度
は成分系で変化するが、本発明成分では800℃以上が望
ましい範囲である。また、固溶化処理後に加工誘起マル
テンサイト変態させる冷間加工率は、80%を越えると圧
延方向と板幅方向の素材異方性が強くなり、また形状的
に幅反り、うねり等の点で好ましくないため、冷間加工
率は80%以下に限定する。望ましくは、冷間加工は60%以
下、さらに望ましくは50%以下に抑えることでより良好
な素材形状が得られる。また、この冷間加工では固溶化
処理時に残留したオーステナイト相を加工誘起マルテン
サイトに変態させる効果もある。

【００１２】このようにして上記固溶化処理とその後の
冷却過程で得たマルテンサイト相は、50%以下であると
次工程の焼鈍で十分な逆変態オーステナイト析出強化が
得られないため、焼鈍前のマルテンサイト量は50%以上
に限定するが、より安定した析出強化を得るために70%
以上とするのがより望ましい範囲である。さらに上記の
冷間加工後の焼鈍温度は、これがオーステナイト化終了
温度を越えると全てのマルテンサイト相がオーステナイ
ト相に変態し、少なくとも２相からなる組織とすること
ができず、所望の析出強化が得られないためオーステナ
イト化終了温度以下に限定する。

【００１３】

【実施例】本発明材料を実施例により説明する。表１に
示す組成の合金を真空溶解炉で溶解、鋳造し、1100〜11
50℃の鍛造と熱間圧延で3mm厚さとし、さらに1000℃×1
Hrの溶体化処理後0.25mmまで冷間圧延を施した。表の試
料Ｎo.のうちA〜Kは本発明の材料であり、UはＮi,Ｃoが
本発明の規定より低いもの、VはＮi,Ｃoが本発明の規定
より高い比較材料である。また、Zは従来のコバール合
金であり、やはりＮi,Ｃoが本発明の規定より高いもの
である。表２に、上記各々の材料(0.25mm厚さ)に800℃
焼鈍と0.125mmまでの冷間圧延(50%)、続いて580℃最終
焼鈍の一連の処理を施した材料の各種特性(測定条件等
は表に付記)を示す。なお、組織比率Ｉは、800℃の固溶
化処理冷却後のマルテンサイト量、同IIはさらに50%の
冷間圧延した後のマルテンサイト量、および同IIIは、
またさらに580℃で焼鈍した後のオーステナイト量をそ
れぞれ%でを示したもので、その測定は、以下により求
めた値である。マルテンサイト相(%)＝{Ｉα／(Ｉα＋Ｉγ)}×100 オーステナイト相(%)＝100−マルテンサイト相(%) Ｉα＝Ｉα₍₁₁₀₎＋Ｉα₍₂₀₀₎＋Ｉα₍₂₁₁₎ Ｉα₍₁₁₀₎等はマルテンサイトのＸ線回折強度Ｉγ＝Ｉγ₍₁₁₁₎＋Ｉγ₍₂₀₀₎＋Ｉγ₍₂₂₀₎＋Ｉγ₍₃₁₁₎ Ｉγ₍₁₁₁₎等はオーステナイトのＸ線回折強度

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】本表から本発明材料A〜Kの最終焼鈍後の組
織比率IIIは、オーステナイト単相である（オーステナ
イト100%)Zに対して、前述のマルテンサイトとの混合相
であり、これにより高い機械的特性を示すことがわか
る。さらに比較材料U、Vとの比較において、組成上から
オーステナイトが不安定になり過ぎたUは、固溶化処理
後（Ｉ）および冷間圧延後（II）ともマルテンサイト10
0%になるが、最終焼鈍で逆変態オーステナイトが析出し
ないため所望の強度が得られず、熱膨張係数も高い。ま
た、組成上からオーステナイトが安定になり過ぎたV
は、0.25mm厚さでの固溶化処理後マルテンサイト変態が
起こらず(組成比率Ｉが0%)、また冷間加工後の加工誘起
マルテンサイト変態も16%と不十分になるため、最終焼
鈍での逆変態オーステナイト析出量が98-84=14%と少な
く、このため、強度も小さいことがわかる。また、本発
明合金A〜Kはハンダ性、メッキ性も問題なく良好であ
る。また、Ｃｕを添加したJ,Kは他の実施例と比較して
も高強度に加え、耐隙間腐食性に優れることがわかる。
図１および図２に、それぞれ本発明合金Gの最終焼鈍温
度に対する硬さと常温引張強さおよび熱膨張係数とオー
ステナイト量との関係を示す。本発明合金は広い温度範
囲において高強度特性を示すことがわかる。

【００１７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明材料はＦｅ
-Ｎｉ-Ｃｏ系の特定組成において、固溶化処理と冷間加
工でマルテンサイト変態をさせ、これをその後の焼鈍で
逆変態オーステナイトとすることで、メッキ性やハンダ
性を損なわずに多ピン薄型用リードフレームに必要な高
強度を得ることができる。また、本発明の材料は広い温
度範囲で熱膨張が安定して低いにもかかわらず、高い強
度が得られるのでリードの反りや曲りがなく安定してパ
ッケージの組立ができる。さらに、Ｃuを添加した本発
明の材料は一層の高強度比が達成でき、耐隙間腐食性も
向上するものである。本発明の方法によれば、材料の組
成との組合せ効果で、比較的低い冷間圧延率にもかかわ
らず、冷間圧延の前後の熱処理で実質的に少なくとも２
相からなる組織にすることができるので、材料の異方性
が小さく形状的にも優れた高強度リードフレーム材料を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】最終焼鈍温度と機械的特性を示す図である。

【図２】最終焼鈍温度とオーステナイト量およびα
_RT-300の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にてＣｏ 0.5〜22%、Ｎｉ 15〜27
%未満、Ｍｎ 1.0%以下、Ｓｉ 0.5%以下、ＮｉとＣｏの
含有量はＣｏ 12%未満ではＮｉ 20%〜27%未満、Ｃｏ 12
%以上では52%≦（２Ｎｉ＋Ｃｏ）＜66%の関係を満足
し、残部は不純物を除き実質的にＦｅからなり、さらに
主要組織がマルテンサイト相およびオーステナイト相の
少なくとも２相組織であり、前記オーステナイト相が30
%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。
【請求項２】請求項１の組成の合金のＮｉ0.5〜3%を
等量のＣｕで置換したものからなり、さらに主要組織が
マルテンサイト相およびオーステナイト相の少なくとも
２相組織であり、前記オーステナイト相が30%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。
【請求項３】室温から300℃までの平均熱膨張係数が
(3〜9)×10マイナス6乗/℃、硬さがHVで260以上、引張
強さが80kg/mm²以上であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の高強度リードフレーム材料。
【請求項４】請求項１または２に記載の組成の合金を
オーステナイト化終了温度以上の固溶化処理後、80%以
下の冷間圧延を施して50%以上のマルテンサイト相を
得、その後、オーステナイト化終了温度を越えない温度
で燒鈍して逆変態オーステナイト相（残留オーステナイ
トを伴うことを可）を30%以上とす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。