JPH061798B2 - リ−ドフレ−ム - Google Patents
リ−ドフレ−ムInfo
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- JPH061798B2 JPH061798B2 JP60157788A JP15778885A JPH061798B2 JP H061798 B2 JPH061798 B2 JP H061798B2 JP 60157788 A JP60157788 A JP 60157788A JP 15778885 A JP15778885 A JP 15778885A JP H061798 B2 JPH061798 B2 JP H061798B2
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- lead frame
- wire
- plating
- alloy
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
Landscapes
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はICやトランジスタ等の半導体利用装置(以下
単に半導体装置という)のリードフレームに関し、特に
Auワイヤを容易に接合することができ且つそれ自身を
経済的に得ることのできるリードフレームに関するもの
である。
単に半導体装置という)のリードフレームに関し、特に
Auワイヤを容易に接合することができ且つそれ自身を
経済的に得ることのできるリードフレームに関するもの
である。
[従来の技術] 半導体装置のリードフレームは一般にCu合金で形成さ
れており、リードフレーム同士やリードフレームと半導
体を電気的に接続する線材としてはAuワイヤが使用さ
れている。そしてリードフレームにAuワイヤを接合す
るに際しては超音波加熱や熱圧着等が採用される。
れており、リードフレーム同士やリードフレームと半導
体を電気的に接続する線材としてはAuワイヤが使用さ
れている。そしてリードフレームにAuワイヤを接合す
るに際しては超音波加熱や熱圧着等が採用される。
ところでCu合金がそのまま露出しているリードフレー
ムにAuワイヤを直接々合した場合には、リードフレー
ム面に対するAuワイヤの凝着性が悪い為十分な接合強
度は得られ難く、しかも接合界面に非接合部分が発生し
て半導体装置の電気的特性に悪影響を与える。
ムにAuワイヤを直接々合した場合には、リードフレー
ム面に対するAuワイヤの凝着性が悪い為十分な接合強
度は得られ難く、しかも接合界面に非接合部分が発生し
て半導体装置の電気的特性に悪影響を与える。
そこでリードフレームにAuワイヤを接合するに当たっ
ては、リードフレーム全面にAgめっきを施し、熱伝導
性等を向上させたうえで該Agめっき面にAuワイヤを
凝着させて接合強度の向上及び接合界面の剥離防止を図
る方法が採用され、それなりの成果を挙げている。しか
しAgめっきに要する費用はかなり高いものであるか
ら、半導体装置の製造コスト低減という観点からすると
上記の方法は必ずしも望ましいもとは言えない。その為
半導体装置の製造コスト低減を期して検討が加えられ、
リードフレームの表面処理法として、 (1)Agめっき処理部を限定する方法、或は (2)Agめっき厚を薄くする方法、 等が提出されたが、これらの方法では十分なコスト低減
効果を得ることができない。又、最近開発された方法と
して、(3)めっきは一切施すことなくN2やAr等の不活
性ガス或はN2はH2を加えた還元性ガス雰囲気中でリー
ドフレーム表面に直接Auワイヤを接合する方法が提案
されたが、この方法にしても接合強度や耐界面剥離性の
点で十分とは言えない。
ては、リードフレーム全面にAgめっきを施し、熱伝導
性等を向上させたうえで該Agめっき面にAuワイヤを
凝着させて接合強度の向上及び接合界面の剥離防止を図
る方法が採用され、それなりの成果を挙げている。しか
しAgめっきに要する費用はかなり高いものであるか
ら、半導体装置の製造コスト低減という観点からすると
上記の方法は必ずしも望ましいもとは言えない。その為
半導体装置の製造コスト低減を期して検討が加えられ、
リードフレームの表面処理法として、 (1)Agめっき処理部を限定する方法、或は (2)Agめっき厚を薄くする方法、 等が提出されたが、これらの方法では十分なコスト低減
効果を得ることができない。又、最近開発された方法と
して、(3)めっきは一切施すことなくN2やAr等の不活
性ガス或はN2はH2を加えた還元性ガス雰囲気中でリー
ドフレーム表面に直接Auワイヤを接合する方法が提案
されたが、この方法にしても接合強度や耐界面剥離性の
点で十分とは言えない。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明者島あこうした状況のもとで、Agめっき等を施
すことなくCu合金リードフレームにAuワイヤを確実
に接合することなできる技術の開発を期してかねてより
研究を進めており、かかる研究の一環として下記の技術
を開発し既に特許出願を済ませている。即ちその方法
は、Cu合金製リードフレームの表面に、膜厚80Å以
下で且つ表面粒度がRmax0.25μm以下の酸化皮膜を形
成する方法であり、この様な酸化皮膜を形成しておくこ
とによってAuワイヤの接合を確実に行なうことができ
る。
すことなくCu合金リードフレームにAuワイヤを確実
に接合することなできる技術の開発を期してかねてより
研究を進めており、かかる研究の一環として下記の技術
を開発し既に特許出願を済ませている。即ちその方法
は、Cu合金製リードフレームの表面に、膜厚80Å以
下で且つ表面粒度がRmax0.25μm以下の酸化皮膜を形
成する方法であり、この様な酸化皮膜を形成しておくこ
とによってAuワイヤの接合を確実に行なうことができ
る。
ところでこの様な極薄肉の酸化皮膜を形成する為には、
圧延加工等により製造したリードフレーム素材を酸洗等
の酸化皮膜除去処理に付した後、水洗・乾燥後真空下で
保存しなければならない。また上記の様な表面粗度を得
る為の手段としては、 (1)バフ研磨等の機械研磨 (2)鏡面ロールによる圧延 (3)化学研磨や電解研磨 等が例示されるが、上記のような高レベルの表面粗度を
得る為には厳密な工程管理と大きな労力を要するばかり
でなく、スリッター工程や巻取り工程等で表面疵を発生
することも多い為歩留りも低くなり、製造コストが非常
に高くなる。
圧延加工等により製造したリードフレーム素材を酸洗等
の酸化皮膜除去処理に付した後、水洗・乾燥後真空下で
保存しなければならない。また上記の様な表面粗度を得
る為の手段としては、 (1)バフ研磨等の機械研磨 (2)鏡面ロールによる圧延 (3)化学研磨や電解研磨 等が例示されるが、上記のような高レベルの表面粗度を
得る為には厳密な工程管理と大きな労力を要するばかり
でなく、スリッター工程や巻取り工程等で表面疵を発生
することも多い為歩留りも低くなり、製造コストが非常
に高くなる。
しかも、リードフレーム材料として添加合金成分の多い
Cu合金を用いた半導体装置においては、 (イ)半導体装置組立時の熱(ダイボンディング、ワイヤ
ボンディング、モールディング) (ロ)半導体製品の回路に取付ける際のはんだ付け時の熱 (ハ)使用環境の熱及び半導体装置自身の発生熱 等の熱影響が加わるとCu合金の添加成分や不純物が接
合界面に拡散して偏析し、その結果接合強度が低下して
断線したり、或は電気特性に変化が生じるといった問題
も現われてくる。
Cu合金を用いた半導体装置においては、 (イ)半導体装置組立時の熱(ダイボンディング、ワイヤ
ボンディング、モールディング) (ロ)半導体製品の回路に取付ける際のはんだ付け時の熱 (ハ)使用環境の熱及び半導体装置自身の発生熱 等の熱影響が加わるとCu合金の添加成分や不純物が接
合界面に拡散して偏析し、その結果接合強度が低下して
断線したり、或は電気特性に変化が生じるといった問題
も現われてくる。
本発明なこの様な知見を基に更に研究の結果完成された
ものであって、その目的は、上記の様な問題を生ずるこ
となくAuワイヤを確実且つ強固に接合することのでき
るCu合金製リードフレームを提供しようとするもので
ある。
ものであって、その目的は、上記の様な問題を生ずるこ
となくAuワイヤを確実且つ強固に接合することのでき
るCu合金製リードフレームを提供しようとするもので
ある。
[問題点を解決する為の手段] 本発明に係るリードフレームの構成は、CU合金製リー
ドフレームの表面に、ビッカース硬さ(Hv)が50〜
100kg/mm2、最大表面粗さが1μm以下であるCu
めっき層を0.5〜5μmの厚みで形成してなるところに
要旨を有するものである。
ドフレームの表面に、ビッカース硬さ(Hv)が50〜
100kg/mm2、最大表面粗さが1μm以下であるCu
めっき層を0.5〜5μmの厚みで形成してなるところに
要旨を有するものである。
[作用] 本発明では、Cu合金製リードフレームの表面に形成す
るCuめっきの硬さ、最大表面粗さ及びその肉厚を特定
したところに最大の特徴があるので、以下それらの設定
理由を明確にする。
るCuめっきの硬さ、最大表面粗さ及びその肉厚を特定
したところに最大の特徴があるので、以下それらの設定
理由を明確にする。
<硬さをHv50〜100kg/mm2に特定した点> リードフレーム表面にAuワイヤを直接々合する場合、
その表面硬さは接合力に大きな影響を与える。通常のワ
イヤ接合に使用されるAuワイヤの硬さはHv50〜6
0kg/mm2であるから、リードフレームの表面硬さがH
v50kg/mm2より低い場合は接合時の押圧によるAu
ワイヤの変形が小さくなる為、凝着が不十分となって満
足のいく接合強度を得ることができず、一方100kg/
mm2を超える場合は接合面においてAuワイヤだけが過
度に変形するため却って凝着不足を起こし、やはり満足
のいく接合強度を得ることができない。Cuめっき層の
より好ましい硬さの範囲はHv70〜80kg/mm2であ
る。
その表面硬さは接合力に大きな影響を与える。通常のワ
イヤ接合に使用されるAuワイヤの硬さはHv50〜6
0kg/mm2であるから、リードフレームの表面硬さがH
v50kg/mm2より低い場合は接合時の押圧によるAu
ワイヤの変形が小さくなる為、凝着が不十分となって満
足のいく接合強度を得ることができず、一方100kg/
mm2を超える場合は接合面においてAuワイヤだけが過
度に変形するため却って凝着不足を起こし、やはり満足
のいく接合強度を得ることができない。Cuめっき層の
より好ましい硬さの範囲はHv70〜80kg/mm2であ
る。
<表面粗度をRmax1μm以下に定めた点> Cuめっき層の表面粗度が大き過ぎると、Auワイヤの
凝着個所がCuめっき表面における凹凸のエッジ部分だ
けで行なわれることにより、実質的な接合面積が小さく
なって十分な接合力が得られなくなる傾向があり、本発
明では目的にかなう最低限の接合強度を確保する為の要
件としてRmax1μm以下と定めたが、より好ましい表
面粗度はRmax0.5μm以下である。
凝着個所がCuめっき表面における凹凸のエッジ部分だ
けで行なわれることにより、実質的な接合面積が小さく
なって十分な接合力が得られなくなる傾向があり、本発
明では目的にかなう最低限の接合強度を確保する為の要
件としてRmax1μm以下と定めたが、より好ましい表
面粗度はRmax0.5μm以下である。
<Cuめっき厚さを0.5〜5μmに定めた点> Cuめっき層の厚みが0.5μm未満では、めっき層自体
のレベリング効果が不十分である為、Cuめっき後の表
面粗度をRmax1μm以下に抑えようとするリードフレ
ーム素材の表面粗度を予備調整しておかなければならな
くなり、予備処理の手数が加重されるばかりでなく、リ
ードフレーム素材中の含有元素(例えばSn,Zn,S
i,P等)の熱拡散による偏析を十分に抑制することが
でき、Auワイヤの接合強度も不十分となる。尚Cuめ
っき層の肉厚を大きくすればするほど上記の偏析抑制効
果は向上するが、経済性を合わせ考えれば5μm以下に
抑えるべきである。より好ましいCuめっき層の肉厚は
2〜3μmである。
のレベリング効果が不十分である為、Cuめっき後の表
面粗度をRmax1μm以下に抑えようとするリードフレ
ーム素材の表面粗度を予備調整しておかなければならな
くなり、予備処理の手数が加重されるばかりでなく、リ
ードフレーム素材中の含有元素(例えばSn,Zn,S
i,P等)の熱拡散による偏析を十分に抑制することが
でき、Auワイヤの接合強度も不十分となる。尚Cuめ
っき層の肉厚を大きくすればするほど上記の偏析抑制効
果は向上するが、経済性を合わせ考えれば5μm以下に
抑えるべきである。より好ましいCuめっき層の肉厚は
2〜3μmである。
以上の様にCuめっき層の硬さ、表面粗度及び肉厚はA
uワイヤとの接合性に著しい影響を及ぼすが、これは接
合性との関係で密接な相互作用を有しており、いずれか
1つでも上記範囲を逸脱しても十分な接合性を得ること
はできない。
uワイヤとの接合性に著しい影響を及ぼすが、これは接
合性との関係で密接な相互作用を有しており、いずれか
1つでも上記範囲を逸脱しても十分な接合性を得ること
はできない。
又、Cuめっき層の形成手段としては、硫酸銅浴やほう
弗化銅浴を用いた電気めっき法或は無電解めっき法等が
好ましい方法として例示されるが、もとよりめっき法自
体はこれらの方法に限定される訳ではない。但しめっき
効果や経済性及び公害防止面等を総合的に考えれば、硫
酸銅浴を用いる電気めっき法が最も一般的と言える。
弗化銅浴を用いた電気めっき法或は無電解めっき法等が
好ましい方法として例示されるが、もとよりめっき法自
体はこれらの方法に限定される訳ではない。但しめっき
効果や経済性及び公害防止面等を総合的に考えれば、硫
酸銅浴を用いる電気めっき法が最も一般的と言える。
本発明においてCu合金製リードフレームにAuワイヤ
を接合する手段は、当業分野における常用手段である超
音波併用熱圧着法が一般的に採用されるが勿論これに限
定される訳ではなく、熱圧着法や超音波加熱法或はレー
ザ加熱法等を採用することもできる。尚Auワイヤの接
合に当たっては、接合部をN2やAr等の不活性ガス或
はN2にH2を混合した還元性ガス等でシールしておくこ
とが推奨される。
を接合する手段は、当業分野における常用手段である超
音波併用熱圧着法が一般的に採用されるが勿論これに限
定される訳ではなく、熱圧着法や超音波加熱法或はレー
ザ加熱法等を採用することもできる。尚Auワイヤの接
合に当たっては、接合部をN2やAr等の不活性ガス或
はN2にH2を混合した還元性ガス等でシールしておくこ
とが推奨される。
尚本発明に係るリードフレームを構成するCu合金の種
類も特に限定されないが、最も一般的なのはCu−Fe
−P,Cu−Ni−Si−Zn,Cu−Sn−Fe−
P,Cu−Sn−P,Cu−Ni−Sn,Cu−Fe−
P−Zn,Cu−Fe−Co−Sn−P合金等である。
類も特に限定されないが、最も一般的なのはCu−Fe
−P,Cu−Ni−Si−Zn,Cu−Sn−Fe−
P,Cu−Sn−P,Cu−Ni−Sn,Cu−Fe−
P−Zn,Cu−Fe−Co−Sn−P合金等である。
[実施例] Cu−3.2%Ni−0.7%Si−0.3%Zn合金製リード
フレームに、硫酸銅浴又はほう弗化銅浴のめっき条件を
種々変えてCuめっきを施し、水洗、乾燥して得た各サ
ンプルを使用し、下記の方法でAuワイヤとの接合試験
を行なった。尚比較の為、Cuめっきなしのリードフレ
ームについても同様の試験を行なった。
フレームに、硫酸銅浴又はほう弗化銅浴のめっき条件を
種々変えてCuめっきを施し、水洗、乾燥して得た各サ
ンプルを使用し、下記の方法でAuワイヤとの接合試験
を行なった。尚比較の為、Cuめっきなしのリードフレ
ームについても同様の試験を行なった。
<接合方法> 超音波併用熱圧着式ワイヤボンダーのフレームホルダー
にリードフレームを装着し、ホルダーをN2ガスでシー
ルドした後ホルダーのステージ温度200℃、超音波出
力0.2W、超音波発振時間35ms、押出荷重30gの
条件下において、直径30μmのAuワイヤを使用しボ
ンド間距離を1mmに設定して接合を行なう。
にリードフレームを装着し、ホルダーをN2ガスでシー
ルドした後ホルダーのステージ温度200℃、超音波出
力0.2W、超音波発振時間35ms、押出荷重30gの
条件下において、直径30μmのAuワイヤを使用しボ
ンド間距離を1mmに設定して接合を行なう。
得られた各接合物について接合強度及び界面剥離増強を
調べたところ、第1表に示す結果が得られた。
調べたところ、第1表に示す結果が得られた。
第1表おいてNo.1〜7は何れも本発明の規定する要件
をすべて満足する実施例であり、何れも接合強度が度く
しかも界面剥離は全く認められない。これに対しNo.
8,9はCuめっき層の硬さが規定範囲を外れている
為、またNo.10はCuめっきの表面粗度が規定範囲を
超えている為、更にNo.11はめっき厚さが不足する
為、何れの場合も接合強度が乏しく且つ界面剥離率も高
くなっている。またNo.12,13は従来例を示すもの
であり、No.12はCuめっき無しとは言え十分な表面
研磨処理を施して表面粗度をRmax0.1μmに調整してい
るので良好な接合強度及び耐界面剥離性が得られてい
る。しかしNo.13は表面粗度が大きい為接合強度が低
く界面剥離率は100%となっている。
をすべて満足する実施例であり、何れも接合強度が度く
しかも界面剥離は全く認められない。これに対しNo.
8,9はCuめっき層の硬さが規定範囲を外れている
為、またNo.10はCuめっきの表面粗度が規定範囲を
超えている為、更にNo.11はめっき厚さが不足する
為、何れの場合も接合強度が乏しく且つ界面剥離率も高
くなっている。またNo.12,13は従来例を示すもの
であり、No.12はCuめっき無しとは言え十分な表面
研磨処理を施して表面粗度をRmax0.1μmに調整してい
るので良好な接合強度及び耐界面剥離性が得られてい
る。しかしNo.13は表面粗度が大きい為接合強度が低
く界面剥離率は100%となっている。
尚上記試験材のうちNo.4(本発明例:表面粗度Rmax1.
0μm)とNo.12(従来例:表面粗度をRmax0.1μmま
で抑えたもの)についてAuワイヤとの凝着状況を走査
電子顕微鏡写真によって調べたところ、両者共緊密に凝
着していることが確認された。
0μm)とNo.12(従来例:表面粗度をRmax0.1μmま
で抑えたもの)についてAuワイヤとの凝着状況を走査
電子顕微鏡写真によって調べたところ、両者共緊密に凝
着していることが確認された。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、Cu合金製リード
フレームの表面に、硬度、表面精度及び肉厚の特定され
たCuめっき層を形成することによって、Auワイヤと
の接合を簡単な操作で確実に行ない得ることになった。
殊に本発明によればリードフレーム素材を製造する際に
予備調整段階等で殊更に表面粗度を小さくしておく必要
がなく、通常の工程を経て製造された素材をそのまま使
用することがえきるので、工程管理が著しく簡素化され
る。また添加元素の多いCu合金製リードフレーム素材
を使用した場合でも、Cuめっき層の存在によって接合
界面への拡散・偏析を抑えることができるので、Agめ
っき等を施さなくとも確実にAuワイヤとの接合を行な
うことができ、経済性と品質を同時に満足せしめ得るこ
とになった。
フレームの表面に、硬度、表面精度及び肉厚の特定され
たCuめっき層を形成することによって、Auワイヤと
の接合を簡単な操作で確実に行ない得ることになった。
殊に本発明によればリードフレーム素材を製造する際に
予備調整段階等で殊更に表面粗度を小さくしておく必要
がなく、通常の工程を経て製造された素材をそのまま使
用することがえきるので、工程管理が著しく簡素化され
る。また添加元素の多いCu合金製リードフレーム素材
を使用した場合でも、Cuめっき層の存在によって接合
界面への拡散・偏析を抑えることができるので、Agめ
っき等を施さなくとも確実にAuワイヤとの接合を行な
うことができ、経済性と品質を同時に満足せしめ得るこ
とになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−183758(JP,A) 特開 昭53−141577(JP,A) 特開 昭58−136794(JP,A) 特公 平1−60948(JP,B2)
Claims (1)
- 【請求項1】半導体装置のリードフレームにAgめっき
層を介在させることなくAuワイヤを直接々合し得る様
に調製したCu合金製リードフレームであって、表面
に、ビッカース硬さ(Hv)が50〜100kg/mm2、
最大表面粗さが1μm以下であるCUめっき層を0.5〜
5μmの厚みで形成してなることを特徴とするCu合金
製リードフレーム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60157788A JPH061798B2 (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | リ−ドフレ−ム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60157788A JPH061798B2 (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | リ−ドフレ−ム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6218744A JPS6218744A (ja) | 1987-01-27 |
| JPH061798B2 true JPH061798B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=15657302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60157788A Expired - Fee Related JPH061798B2 (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | リ−ドフレ−ム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061798B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8945951B2 (en) | 2008-09-05 | 2015-02-03 | Lg Innotek Co., Ltd. | Lead frame and manufacturing method thereof |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800178A (en) * | 1987-09-16 | 1989-01-24 | National Semiconductor Corporation | Method of electroplating a copper lead frame with copper |
| JPH01135057A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Kobe Steel Ltd | リードフレーム材料の製造方法 |
| JP2714560B2 (ja) * | 1988-12-24 | 1998-02-16 | 日鉱金属株式会社 | ダイレクトボンディング性の良好な銅合金 |
| JP2714561B2 (ja) * | 1988-12-24 | 1998-02-16 | 日鉱金属株式会社 | ダイレクトボンディング性の良好な銅合金 |
-
1985
- 1985-07-17 JP JP60157788A patent/JPH061798B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8945951B2 (en) | 2008-09-05 | 2015-02-03 | Lg Innotek Co., Ltd. | Lead frame and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6218744A (ja) | 1987-01-27 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |