JPH0674496B2 - リードフレーム材料の製造方法 - Google Patents

リードフレーム材料の製造方法

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JPH0674496B2
JPH0674496B2 JP62174392A JP17439287A JPH0674496B2 JP H0674496 B2 JPH0674496 B2 JP H0674496B2 JP 62174392 A JP62174392 A JP 62174392A JP 17439287 A JP17439287 A JP 17439287A JP H0674496 B2 JPH0674496 B2 JP H0674496B2
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C9/00Alloys based on copper

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はリードフレーム材料の製造方法に関し、さらに
詳しくはトランジスターやIC等の半導体素子を搭載する
のに好適であり、特にボンディングワイヤのAu線あるい
はCu線を直接接合することができるリードフレーム材料
の製造方法に関する。
[従来の技術] 一般に半導体用リードフレーム材料には主として銅合金
が使用されている。
リードフレームは、シリコン基板上に形成された半導体
素子が接合されるダイパット部あるいはアイランド部、
Au線が接合されて樹脂封じされるインナーリード部、さ
らには、信号を出入するためのリード線の役割を果た
し、通常は半田めっきされているエクスターナルリード
部の三部分から成っている。
まず、ダイパット部については、半導体素子がAu−Si,A
g−Si等の共晶接合、または、拡散接合、導電ペースト
材による接合あるいは半田付けで取り付けられる。
この素子の電極とインナーリード部の先端のフィンガー
アームと称されるところは、Au線あるいはCu線で熱圧着
加熱あるいは超音波併用加熱により接合されるが、リー
ドフレーム材料は取り扱い上強度と成形加工性とのバラ
ンスのとれた特性が必要であり、合金化によりその特性
が備えられているため、種々の含有元素が目的に応じて
適量含有されている。
しかして、純銅のみであればAu線は安定した接合性を有
するが、強度が不足するため純銅リードフレームは採用
することができず、また、リードフレーム材料は含有元
素の種類およびその含有量によって特性が変化し易く、
従って、信頼性の高い安定した接合性を得るため従来、
インナーリード部のフィンガーリードにはAgめっきが施
されるのが常識であった。ただし、フィンガーリード部
のみのAgめっきは困難であり、通常ダイパット部も同時
にAgめっきがなされていた。また、エクスターナルリー
ド部は錫あるいは半田めっきが施されており燐青銅3種
等のP含有量の高い銅合金を除外すれば錫あるいは半田
は剥離することがなく実用上問題はなかった。
しかしながら、Agめっきは高価であり、それにかわる元
素が切望されていた。すなわち、一般的にAu線は還元雰
囲気で純銅と熱圧接が可能であることが知られており、
AgめっきのかわりにCuめっきが近年使用されてきた。
しかしながら、Cuめっきを使用する場合、めっき直後で
あればCuめっきにAu線の熱圧接は可能であるが、Cuめっ
きは短時間に室温で酸化し、またAu線との加熱接合中に
も酸化しやすく、さらに耐熱性に劣るため母材が高強度
である場合その製造工程における歪取り焼鈍で軟化しや
すく、Au線との加熱接合中にも軟化して、多ピンのリー
ドを持つIC等ではピン全数の接合強度が安定しなくなる
という問題があった。
また、エクスターナルリード部は特別の銅合金を除外す
れば錫あるいは半田が剥離することなく使用できるもの
であるが、銅合金の上に厚さ0.5μm以上の銅めっきを
施して、その上に錫あるいは半田めっきを行うとCuめっ
きのポロシティが高いために半導体として必須である15
0℃の温度で1000時間保持後錫あるいは半田が剥離する
ことなく密着していることは難しい。即ち、銅めっき層
と錫あるいは半田めっき層との間の表層側にη相(Cu6S
n5)、その下にε相(Cu3Sn)が生じ、ε相と銅めっき
相の界面にボイドが発生し、これらのボイドが連なり剥
離を生じることが判明している。
この剥離を防止するために銅めっき浴に青化銅浴を選択
すると効果はあるが完全には剥離を防止することはでき
ない。
このようなことから、ダイパッド部およびフィンガーリ
ード部のみ部分銅めっきを行うことが考えられるが、部
分めっきを行うのであればコスト面からさほどの利点は
なく、かえってマスキング工程およびその剥離工程が加
わりコストアップとなる。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、以上説明した従来技術の問題点を解決し、接
合強度の安定した、さらには錫あるいは半田めっきが剥
離することのないリードフレーム材料の製造方法を提供
する目的でなされたものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明のリードフレーム材料の製造方法は、リードフレ
ーム材料の表面に0.005wt%以上のAgを含有するCu−Ag
合金層を厚さ0.5μm以上で形成し、さらに、当該Cu−A
g合金層を減面率5%以上で加工し、当該加工後200〜50
0℃の温度で少なくとも5秒間歪取焼鈍することを特徴
とする。
[作用] 本発明に係るリードフレーム材料の製造方法について以
下詳細に説明する。
本発明に係るリードフレーム材料方法では、リードフレ
ーム材料の母材表面に少なくとも0.005wt%のAgを含有
するCu−Ag合金層を形成する。その厚さは0.5μm以上
とする。上記の構成によれば、従来に比べて耐熱性に優
れ、製造工程中の歪取焼鈍時に軟化することなく、また
Au線の加熱圧接中にも軟化せずボンディング強度が安定
したものになる。
以下にCu−Ag合金層におけるAg含有理由と厚さ限定理由
をそれぞれ詳細に説明する。
一般にワイヤボンディングにおける素材の硬度とAu線の
硬度とその差は大きすぎても小さすぎてもボンディング
が不可能となる。すなわち素材硬度が大なる場合には素
材の変形量が小さくなるためであり、素材硬度が小なる
場合にはAu線の変形量が小さくなるためである。したが
って一般的にAu線の硬度はHv50〜60であるから、素材の
硬度としてはHv70〜150程度が望ましい。
本発明ではリードフレーム材料の表面に、少なくとも0.
005wt%以上のAgを含有するCu−Ag合金層を形成するた
め、表面が純度の高い銅層である従来のリードフレーム
材に比べて、Au線の加熱接合中にも酸化しにくく、ボン
ディング強度が安定する。すなわち、銀の含有量は少な
くとも0.005wt%以上が必要であり、多い程耐熱性およ
び耐食性が向上した安定したワイヤボンディング性が得
られるが、コスト面から考慮して10wt%以下に抑えるこ
とが好ましい。
また、本発明においては、Cu−Ag合金層は0.5μm以上
の厚さに形成するものであり、0.5μm以上とすること
により母材焼鈍時に母材成分が表面へ拡散することもな
くワイヤボンディング性が安定する。
さらに、本発明に係るリードフレーム材料は表面のCu−
Ag合金めっき層を少なくとも5%以上の減面率で加工
(冷間圧延)することによって、めっき時に保有してい
たボイドを変形させる。その後Cu−Ag合金めっきを施し
た銅合金を200〜500℃で少なくとも5秒間焼鈍すること
により変形したボイドを減少させると同時にめっき時に
含まれたH2ガスおよび不純物を除去拡散させ表面性状の
安定したリードフレーム材料とすることができる。
本発明方法のリードフレーム材料の母材は、Hv100以
上、導電率30%IACS以上および軟化温度400℃以上の銅
合金であり、パワートランジスタ搭載用として用いられ
る。これはパワートランジスターとして必要な最低の硬
度、ICを設計する上で最小の導電率、さらには、トラン
ジスターやICの製造工程を加味した必須の耐熱性を有し
ているものである。
母材の含有成分および含有割合としては、例えばZn≦0.
5wt%,Sn≦3.0wt%を含有し、残部Cuおよび不可避不純
物よりなる銅合金が好適に用いられる。
なお、母材としてZn≦0.5wt%,Sn≦3.0wt%を含有する
銅合金について説明したが、他の合金としてはCu−0.1w
t%Fe−0.03wt%P、あるいは、Cu−2.3wt%Fe−0.03wt
%P−0.15wt%Znを代表とするCu−Fe−P系合金、Cu−
3.2wt%Ni−0.7wt%Si−0.3wt%Zn、Cu−3.2wt%Ni−0.
7wt%Si−1.25wt%Sn−0.3wt%Zn、あるいは、Cu−1.6w
t%Ni−0.35wt%Si−0.3wt%Znを代表とするCu−Ni2
合金、Cu−1wt%Sn−0.1wt%Fe−0.03wt%P、Cu−2wt
%Sn−0.1wt%Fe−0.03wt%PおよびCu−2wt%Sn−0.2w
t%Ni−0.05wt%Pを代表するCu−Sn−P系合金を挙げ
ることができる。
本発明で製造したリードフレーム材料に適用されるワイ
ヤとしてはAu以外にCu,Ag,Alおよびこれらの合金も挙げ
られる。
[実施例] 以下に本発明に係るリードフレーム材料の製造方法につ
いて実施例をあげて詳細に説明する。
Cu−2wt%Sn−0.1wt%Fe−0.03wt%PのH/2材、板厚0.1
5mmの材料にシアン浴よりCu−Ag合金めっき(Cu−0.01w
t%Ag,Cu−0.1wt%Ag)を施し、10%の減面率で圧延加
工した後N2雰囲気中、250℃,10秒間の歪取り焼鈍を行っ
て調整した。
以上により得られた試料、すなわち、Cu−Ag合金層がCu
−0.01wt%Agである試料を、Cu−0.1wt%Agである試
料を、Cu−1.0wt%Agである試料をとし、めっきを
施さなかった試料をとした。第1図は上記試料のCu−
Ag層の軟化特性を示すものであり、熱処理時間は5分間
である。
第1図において、試料、およびは本発明に係るCu
−Ag合金層を施した合金であり、試料は上記めっきを
施さない純Cuである。第1図より、以上のAgを含有する
Cu−Ag合金層を形成した試料は、純Cuに比べて著
しく耐熱性が向上することがわかる。
次にNo.IとしてCu−2wt%Sn−0.1wt%Fe−0.03wt%Pの
H/2材、板厚0.15mm,No.IIとしてCu−3.2wt%Ni−0.7wt
%Si−1.25wt%Sn−0.3wt%ZnのH材、板厚0.15mmの材
料にシアン浴より銅−銀合金めっきを行い、銅−銀合金
層の厚さ、銀の含有量、加工後の減面率、焼鈍条件、お
よびAu線によるワイヤボンディング性、湿潤試験(温度
40℃、湿度95%以上、時間4時間)による耐食性、さら
に半田付け(Pb−Sn共晶半田、フラックスアルファ10
0、温度230℃、浸漬時間5秒間)後150℃の温度で1000
時間の恒温保持試験を行い半田の密着性を調べた。ま
た、いずれの材料も予めESCAによる表面分析を行った。
結果を第1表に示す。
ワイヤボンディング試験 熱圧着式ワイヤボンダーのホルダーにリードフレーム材
料を装着し、100ppmのH2を含むN2ガスでシールドし、ホ
ルダーのステージの温度250℃、接圧荷重30gの条件下で
直径30μmのAuワイヤで接合間距離を1mmとしてウェッ
ジ型の接合を行う。その後、プルテスターで破断強度お
よびワイヤ破断率 (ワイヤ破断本数/全試験本数)×100 を測定した。
表1においてNo.1〜No.6は本発明に係るリードフレーム
材料であり、0.01〜1wt%のAgを含有するめっき厚さ1.0
〜3.0μmのめっき層を圧延加工で厚さ0.9〜2.7μmと
し、その後200〜500℃の温度で5秒間以上熱処理するこ
とによってワイヤボイディング性は破断強度も高くワイ
ヤ破断率100%と安定することを示している。
さらに、Cu−Ag合金層がAg0.005wt%以上を含有するこ
とにより耐食性が向上し変色がみられなく、半田の150
℃×1000時間後の密着性も良好である。
一方、比較例に示すようにNo.8,No.10はCu−Ag合金層で
のAg含有量が0.005wt%に満たなく、No.8においては変
色がみられ耐食性が良くない。また、No.10においては
耐熱性が低いため加工後の焼鈍により軟化してワイヤボ
ンディング性が安定しないことがわかる。また、No.7は
Cu−Ag合金層が0.5μm未満であり、焼鈍により母材成
分が表面に拡散するためワイヤボンディング性が安定し
ていない。またNo.9においては、めっきままの状態では
半田の150℃×1000時間後の密着が不良となることがわ
かる。
[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
の製造方法は上記の構成を有しているものであり、Cu−
Ag層中のボイドの減少、H2ガスの除去および母材の圧延
時に生じた局部応力を除去しており、Cu−Ag合金層を形
成することにより耐熱性が向上するため、加工後の母材
の歪取焼鈍時およびAu線のワイヤボンディング時に軟化
せず、ボンディング時の接合性が安定し、外部リードに
おいても半田の剥離のないリードフレーム材料を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図はCu−Ag合金層の軟化特性を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リードフレーム材料の母材表面に0.005wt
    %以上のAgを含有するCu−Ag合金層を厚さ0.5μm以上
    で形成し、さらに、当該Cu−Ag合金層を減面率5%以上
    で加工し、当該加工後200〜500℃の温度で少なくとも5
    秒間歪取焼鈍することを特徴とするリードフレーム材料
    の製造方法。
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