JPH0684533B2

JPH0684533B2 - リードフレームとその製造方法

Info

Publication number: JPH0684533B2
Application number: JP60290366A
Authority: JP
Inventors: 道彦稲葉; 道雄佐藤; 達也畠中
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-25
Filing date: 1985-12-25
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS62149851A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、リードフレームおよびその製造方法に関し、
更に詳しくは、民生用製品、例えば半導体装置のリード
フレームおよびその製造方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］民生用製品例えば半導体装置には、高出力で多機能を有
することが要求されているが、それと並んで高い生産性
をもって低価格で製造されることも必要である。

この要求を満すために種々の製造方法が開発されている
が、それらのうち、樹脂モールドにする方法はかなり有
用な方法である。

しかしながら、この方法には次のような問題がありその
解決が求められている。

すなわち、上記方法にはマウント工程、半導体素子とリ
ード線とのボンディング工程が不可欠の工程として含ま
れるが、問題は、重要な部品であるリードフレームに関
することである。

一般にリードフレームは、表面酸化が少ないこと、引張
り強度が大きいこと、延性が充分で曲げ加工性に富むこ
と、高温特性例えば250℃以上の温度における機械的強
度が優れていること、半田との濡れ性や耐候性が充分で
あること、更にはエッチング性が良好であり、プレス打
抜き性やプレス曲げ性のような加工性が優れること、な
どの条件を満たしていることが、製造；価格及び製品特
性の点からいって極めて有利である。

このような各種の特性を比較的よく満しているというこ
とから、従来リードフレームの材料としては、42Ni−Fe
合金が広く使用されていた。

しかしながら近年、フラットパッケージにみられるよう
にリードフレームの多ピン化が進んでいる。このため、
リードフレームには精度よく微細なエッチングが必要と
なっている。また、一部の品種には、高曲率の曲げ加工
を行なったリードフレームも登場している。しかし、前
述した従来の42Ni−Fe合金では多ピン化に伴う上記要求
に対応できなくなっている。

このため、軟質でエッチング性も良好な銅合金がリード
フレーム材料として多用されはじめているが、しかしこ
の材料は熱膨張係数がシリコンチップと適合せず、しか
もあまりに軟質であるためプレス成形後に変形を起し易
いという欠点がある。

かくして、リードフレームの材料、とりわけフラットパ
ッケージのリードフレーム用の材料には、、エッチン
グ性が優れること、、適当に軟質でプレス加工時にお
ける加工性が優れるとともに加工硬化を起し加工後の変
形が少ないこと、そして、低熱膨張性であること、な
どが解決すべき特性上の主要な課題として浮上してい
る。

［発明の目的］本発明は、リードフレームに求められる上記〜の特
性項目、とりわけ，の項目が向上したNi−Fe系合金
からなるリードフレームとその製造方法の提供を目的と
する。

［発明の概要］本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねる過
程で、上記特性、とりわけのエッチング性の向上に関
して考察を加えた。まず、エッチング性が悪いというこ
とは、エッチング時に形成された部分は、その内壁に大
小不規則な欠け部分が生じて、不規則な内壁となること
をもって判断されている。それゆえ、エッチング性が悪
い材料には設計基準が求める微細なエッチング仕上りを
施せなくなるのである。

このことは、材料を構成する金属組織の種類と均一性、
結晶粒度の大小、結晶方位の集合性などに起因する問題
であると考えられる。そこで、本発明者らは、上記各因
子がリードフレームに求められる特性に与える影響につ
いて種々検討した。同時に、の項目、の項目の好適
な条件の探索ということも明確に考察対象としてすえて
研究を重ね、本発明のリードフレームとその製造方法を
開発するに到った。

すなわち、本発明のリードフレームは、 Ni 25〜45重量％、Cr 0.3〜10重量％、および残部がF
eと不可避的不純物よりなる合金からなり、JIS−G0551
で規定する結晶粒度が６〜12であることを特徴とする。
本発明はまた、上記リードフレームのCrの一部がMnで置
換されているリードフレーム、および更にCoを７重量％
までの量含有するリードフレームに関する。また、この
ようなリードフレームの製造方法は、25〜45重量％のNi
0.3〜10重量％量のCrおよびFeを溶解したのち合金イン
ゴットにする工程（第１の工程）；合金インゴットに複数回の圧延−焼鈍処理を施したの
ち、圧延率40％以上で最終冷延処理を施す工程（第２の
工程）；冷延処理材に500〜1200℃の温度で焼鈍処理を施す工程
（第３の工程）；ならびに焼鈍処理材に圧延率30％以下で調整圧延処理を施す工程
（第４の工程）；と含むことを特徴とする。

本発明のリードフレームにおいて、合金の結晶粒度が６
未満の場合には、その粒径は粗大でありすぎるため、エ
ッチング時におけるエッチング除去が充分に進まず、結
局は開かない部分を生じ、また、結晶粒度が12を超える
場合は、その粒径は微細でありすぎてエッチング時に開
口された孔の内壁には多くの不規則な欠け部分を生じ、
不規則な内壁を形成し易い。実用的には８〜12であるこ
とが好ましく、更に９〜11であることがとくに好まし
い。

この結晶粒度は、上記した第２の工程と第３の工程、と
りわけ第３の工程の温度条件によって大きく規定され
る。

また、エッチング性に関していうと、リードフレームの
金属組織が、フェライト、マルテンサイト、オーステナ
イト等の各組織が混在する状態になっていると、これら
各組織のエッチング速度は異なるのでエッチングが円滑
に進行せず、つまり等の現象を生じる虞れがある。その
ため、組織は一般に単一組織であることが好ましいが、
しかしそのようにすることが困難な場合には、オーステ
ナイトが80％以上存在する組織であれば実用上不都合は
ない。

また、本発明のリードフレームにおいて、合金の結晶方
位は（100）に集合していることが望ましい。それは、
材料をエッチングしたとき、形成された孔の内壁面は従
来のようにガサッぽくなく非常に滑らかになるので微細
なエッチングに適するからである。通常、（100）への
集合の度合は40％以上であることが好ましい。この結晶
方位への集合は、上記した第２工程における圧延率によ
って調整することができる。

本発明の合金において、Niは25〜45重量％の範囲に設定
される。Niの量が上記範囲を外れると、合金の熱膨張係
数は大きくなり低熱膨張、具体的には熱膨張係数100×1
0^-7/℃以下という本発明の目的が達成されなくなる。ま
た、Ni量が多くなる。具体的には50重量％を超えると、
材料の0.2耐力は増大してその加工性が大幅に低下す
る。更には、Ni量が多くなると、エッチング時に不規則
な内壁が多発して微細なエッチングが困難となったり、
または、エッチング液に材料から溶解するNi量が多くな
ってエッチング液が変性しそのエッチング速度の低下現
象が派生してくる。好ましくは35〜45重量％である。

Crは材料の加工性向上に資する成分で、素材にエッチン
グ処理を施して多数の足を有するリードフレームにした
のち、これにボンディング時の加熱処理または封止用エ
ポキシ樹脂の硬化熱処理のときに重要な作用効果を発揮
する。その含有量は0.3〜10重量％の範囲に設定され
る。

すなわち、一般にFe−Ni合金にCrを添加し強圧延処理の
みを施して焼鈍しない場合、その合金は室温下における
0.2％耐力の増大を招いてその強度向上は図られるが、
しかし加工時にリードフレームのリード加工曲率を保持
することが困難な材料、すなわち加工性は向上しない材
料としてとどまってしまう。しかし、後述するように、
この材料に後述のような焼鈍処理を施すと、Cr未添加の
Fe−Ni合金に比べて、その0.2％耐力は著減し、加工性
が向上するのである。

例えば、Crを６重量％添加したNi−Fe合金（Ａ）とCr無
添加の42Ni−Fe合金（Ｂ）との焼鈍温度に対する0.2％
耐力の変化を図に示す。図から明らかなように合金Ａ
（本発明のリードフレームの材料）の0.2％耐力は室温
では大きいが焼鈍温度300℃で合金Ｂ（従来の材料）の
それと逆転して小さくなっている。つまり焼鈍すること
によって加工性は向上しているのである。

しかし、Cr添加量が0.3重量％未満の場合には上記効果
は発揮されず、逆に10重量％より多い場合には熱膨張係
数が100×10^-7/℃以上となって上記特性が満されなく
なる。このようなことから、そしてまたエッチング性、
廃液中の低クロム化、低熱膨張性ということも勘案して
Cr量は１〜４重量％であることが好ましい。

このCrと同様な作用効果を発揮する成分がMnである。し
たがって、本発明の材料にあっては、上記のCrの一部を
Mnで置換することもでき、CrとMnをあわせて0.3〜10重
量％になっていればよい。もち論、Mn単独であっても効
果はでる。通常、その置換量は合金全体に対して0.3〜
７重量％であり、７重量％を超えるMnを含むと、熱膨張
係数が大きくなってしまう。

更にはCoが添加されると、エッチング性が向上する、熱
膨張係数が小さくなる、などの効果が現われて有用であ
る。そのとき、Coの添加量は最高でも７重量％であり、
好ましくは1.0〜6.0重量％である。このCo量があまり多
くなると、0.2％耐力が増大し加工性が悪くなる。

本発明のリードフレームは、次の各工程を含む製造方法
によって製造することができる。

第１の工程は、上記した各成分の所定量を融解し、その
融液から所定組成の合金インゴットを調製する工程であ
る。これは、常用の真空溶解法を適用して行なえっても
よいし、エレクトロスラグ溶解法でもよい。

第２の工程は、得られた合金インゴットに圧延処理を施
す工程である。この工程で重要なことは、最終圧延は冷
延であり、その冷延時の圧延率が40％以上であるという
ことである。この工程で、基本的には（100）面への結
晶方位の集合度合が調節される。圧延率が40％未満の場
合には、投入される加工エネルギーが小さいので、イン
ゴット内の結晶方位を（100）面に配向せしめることが
困難であり、更には、次段の焼鈍処理（第３の工程）に
おいて成長する再結晶粒が所望する大きさにならず、結
晶粒度が小さくなる。しかし、極端に高い圧延率で加工
すると、付加される加工歪みの蓄積により加工過程で亀
裂等の現象が起る。好ましくは80％以上である。

第３の工程は、第２工程で得られた冷延処理材に焼鈍処
理を施して、所定の結晶粒度にすると同時に0.2％耐力
の低下を達成する工程である。

焼鈍温度は500〜1200℃である。温度が500℃未満の場合
には上記した焼鈍効果が充分に発現せず、また1200℃を
超えた温度の場合は、結晶粒度が大きくなり、エッチン
グ性が悪くなる。好ましくは、750〜1100℃である。

第４の工程では、第３の工程で得られた焼鈍処理材は通
常熱変形しているので、この熱変形を修正して平板に調
整する圧延工程である。このときの圧延率は30％以下に
制御される。

圧延率が30％より大きい場合は、既に形成されている結
晶方位の（100）面への集合状態が破壊されるからであ
る。好ましくは20％以下である。

また、この工程で、板材には圧延時の加工歪みが蓄積さ
れていてこの歪みは後段のリードフレーム製作の諸工程
で寸法変形等の問題を起すこともあるので、調整圧延処
理後には更に800℃以下の温度、好ましくは200〜500℃
で焼鈍処理を施すことが有効である。

［発明の実施例］実施例１ Ni 41重量％、Cr ４重量％、付随的成分としてのＣ
0.005重量％、Si 0.01重量％、ＰとＳをそれぞれ0.001
重量％、残部がFeから成り、真空溶解法で調製された合
金インゴットを用意した。

このインゴットを反復熱延したのち酸洗し１次および２
次冷延した。この冷延時における圧延率は80％であっ
た。

ついで圧延材を焼鈍炉に入れ、１×10^-4Torr、800℃で
焼鈍したのち、圧延率100％で調整圧延した。最後に500
℃で焼鈍して熱変形を修正した。

この板材は、JIS−G0551で規定する方法による結晶粒度
は７、（100）面への結晶方位の集合度合60％、オース
テナイト組織の存在比率95％、熱膨張係数６×10^-7/℃
（20〜100℃）であった。

得られた板材の両表面にフォトレジストを塗布し、これ
を乾燥したのち、ここに基準のフレームパターンを形成
したフィルムを密着させフォトレジストを露光・現像し
て未露光部分のフォトレジストを溶解除去した。ついで
残置フォトレジストをバーニングして硬化させたのち、
20％塩化第二鉄溶液でエッチングし、しかるのちに残置
レジストを熱アルカリで除去してリードフレームを製作
した。各リードの幅は1mm、各リード間の間隔は0.5mmで
あった。各リードの側面を顕微鏡観察したところ、不規
則な内壁はなかった。

このリードフレームに1000Åの銅めっきを施したのち更
に全面に２μｍに銀めっきを施した。ついで、ここに銀
ペーストを用いてシリコンチップをダイボンドし、更に
150〜300℃の温度で金ワイヤをボンディングしたのち、
全体をエポキシ樹脂で封止し150℃でキュア処理を施し
た。最後に、所定のプレス機で各リードの折り曲げ加工
を行なったところ、全リードは設計基準通りに加工さ
れ、しかも加工後の変形は認められずプレス加工性は良
好であった。

実施例２合金インゴットの組成が、Ni 36重量％、Cr ３重量
％、Ｃ 0.05重量％、Si 0.02重量％、P,Sはいずれも
0.001重量％、残部はFeであったことを除いては実施例
１と同様にして板材を調製した。

この板材の結晶粒度は10、（100）面への結晶方位の集
合度合45％、オーステナイト組織の存在比率85％、熱膨
張係数32×10^-7/℃（20〜100℃）であった。

この板材を用いて、実施例１と同様の手順でリードフレ
ームを製作した。各リードにはスプリングバックは認め
られなかった。

実施例３合金インゴットの組成が、Ni 36重量％、Cr ８重量
％、Ｃ 0.05重量％、Si 0.02重量％、P,Sはいずれも
0.001重量％、残部はFeであった。実施例１と同様に溶
解、最終圧延は90％で、焼鈍を1000℃で、調製圧延を５
％とし、歪み取り焼鈍を350℃で行なった。

この板材の結晶粒度は９、（100）面への結晶方位の集
合度合80％、オーステナイト組織の存在比率90％、熱膨
張係数70×10^-7/℃（20〜100℃）であった。

実施例４合金インゴットの組成が、Ni 30重量％,Cr ２重量％,
Co ５重量％、Ｃ 0.05重量％、Si 0.02重量％,P,Sは
いずれも0.001重量％，残部はFeであったことを除いて
は実施例１と同様にして本発明の板材を調製した。

この板材の結晶粒度は9,（100）面への結晶方位の集合
度合60,オーステナイト組織の存在比率90％，熱膨張係
数25×10^-7/℃（20〜100℃）であった。

Coを含んだ板材は、上記熱膨張係数の値が示すように低
熱膨張性の材料である。しかし、一般にその0.2％耐力
はCo無添加の場合に比べて２〜5kg/mm²程度高くなりそ
の加工性は劣化する。それゆえ、本発明にあってはCoを
添加すると同時にCrを添加することにより、低熱膨張性
を阻害することなく0.2％耐力を低下せしめることもで
きる。

実施例５合金インゴットの組成が、Ni 36重量％,Cr １重量％,
Mn １重量％,C 0.05重量％,Si 0.02重量％,P,Sはい
ずれも0.001重量％，残部はFeであったことを除いては
実施例１と同様にして板材を調製した。

この板材の結晶粒度は10,（100）面への結晶方位の集合
度合65％，オーステナイト組織の存在比率90％，熱膨張
係数25×10^-7/℃（20〜100℃）であった。

［発明の効果］以上の説明で明らかなように、本発明のリードフレーム
は、その熱膨張係数が120×10^-7/℃以下と低熱膨張性を
備え、シリコンチップとの熱膨張差が小さい材料であ
り、エッチング性が良好で微細なエッチングをすること
ができ、しかも0.2％耐力も小さく加工性に富み、かつ
スプリングバックを起すことがないので、その工業的価
値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】図はNi−Fe系合金にCrを添加した材料の、焼鈍温度と0.
2％耐力との関係図である。Ａ……本発明の材料,B……従来の材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケル25〜45重量％、クロム0.3〜10重
量％、および残部が鉄と不可避的不純物よりなる合金か
らなり、JIS−G0551で規定する結晶粒度が６〜12である
ことを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】オーステナイト組織が80％以上形成されて
おり、かつ結晶方位が（100）に集合している特許請求
の範囲第１項記載のリードフレーム。
【請求項３】ニッケル25〜45重量％、一部がマンガンで
置換されているクロム0.3〜10重量％、および残部が鉄
と不可避的不純物よりなる合金からなり、JIS−G0551で
規定する結晶粒度が６〜12であることを特徴とするリー
ドフレーム。
【請求項４】ニッケル25〜45重量％、クロム0.3〜10重
量％、コバルト７重量％以下、および残部が鉄と不可避
的不純物よりなる合金からなり、JIS−G0551で規定する
結晶粒度が６〜12であることを特徴とするリードフレー
ム。
【請求項５】25〜45重量％量のニッケル、0.3〜10重量
％量のクロムおよび鉄を溶解したのち合金インゴットに
する工程；合金インゴットに複数回の圧延−焼鈍処理を施したの
ち、圧延率40％以上で最終冷延処理を施す工程；冷延処理材に500〜1200℃の温度で焼鈍処理を施す工
程；ならびに焼鈍処理材に圧延率30％以下で調整圧延処
理を施す工程；を含むことを特徴とするリードフレームの製造方法。
【請求項６】最終冷延処理の圧延率が80％以上である特
許請求の範囲第５項記載の方法。
【請求項７】調整圧延処理が、圧延処理ののち800℃以
下の温度で歪取り焼鈍を行なう処理である特許請求の範
囲第５項記載の方法。