JPH0734200A

JPH0734200A - リードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板

Info

Publication number: JPH0734200A
Application number: JP5196881A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tomita; 昌明冨田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1993-07-13
Publication date: 1995-02-03

Abstract

(57)【要約】【目的】４方向にリードピンを有するＱｕａｄ形等の
半導体パッケージに対応可能な、高精度化とともに多ピ
ン化を達成するリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板の
提供。【構成】リードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板を板厚
が０．２６ｍｍ以下に圧延加工した際の、圧延方向に対
して平行方向と直角方向の各々断面１０ｍｍ²当たりに
おける個々の非金属介在物を所定寸法以下、すなわち、
平行方向では９０％以上が長さ１５μｍ以下、直角方向
では非金属介在物の幅を１０μｍ以下にする。【効果】圧延方向に対する平行方向と圧延方向に対す
る直角方向との機械的特性等の差異（異方性）が極めて
小さいことから、プレス打ち抜き加工による、リード部
における剪断面と破断面との境界線の乱れ、エグレの発
生、金属粉の発生、バリの発生等、リード部の高精度化
を妨げる種々の要因を低減、防止することが可能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リードフレームに使
用されるＦｅ−Ｎｉ系合金板の改良に係り、特に、材料
中に存在する非金属介在物を所定長さ以下に調整するこ
とによって、圧延方向に対する機械的特性等の異方性を
低減し、高精度のプレス打ち抜きが可能となったリード
フレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体パッケージにおいては、半
導体素子の大型化、高集積化、多機能化等にともない、
４方向にリードピンを有するＱｕａｄ形、すなわち、Ｐ
ＬＣＣ（ＰｌａｓｔｉｃＬｅａｄｅｄＣｈｉｐＣ
ａｒｒｉｅｒ）、ＱＦＰ（ＱｕａｄＩｎｌｉｎｅＦ
ｌａｔＰａｃｋａｇｅ）等が多用される傾向にあり、
リードフレーム自体にも、高精度化とともに多ピン化へ
の要求が強まる一方である。これらの半導体パッケージ
に使用されるリードフレーム用材料には、パッケージ部
材との熱的な整合性等を考慮して、従来からＦｅ−Ｎｉ
系合金が用いられてきた。

【０００３】また、Ｆｅ−Ｎｉ系合金が有する諸特性の
うち、特に、エッチング加工性、プレス加工性、メッキ
性等は、材料中の非金属介在物の存在形態によって大き
く影響を受けることが知られている。エッチング加工
性、メッキ性については、材料中に存在する非金属介在
物が小さく、かつ少ない程良好であるとされるが、プレ
ス加工性については、このような存在形態が必ずしも良
好であるとは言い難く、要求されるリードフレームの形
状、寸法等により、それに適した非金属介在物の存在形
態がある。

【０００４】このような観点から、材料中に存在する非
金属介在物の大きさや数を所定範囲に設定することによ
ってプレス打ち抜き性を向上させたリードフレーム用の
Ｆｅ−Ｎｉ系合金が提案されている（特開昭６１−４４
１５６号）。すなわち、最終の製品厚さにまで加工した
Ｆｅ−Ｎｉ系合金からなる圧延材（リードフレーム用材
料）において、該圧延材の圧延方向に平行な断面におけ
る介在物の大きさが直径又は長さの最大で５μｍ以下で
あり、かつＡ系介在物とＢ系介在物群の総数が１ｍｍ²
断面積当たり２０個以上含有するように調整することに
よって、プレス打ち抜き性の向上を可能とし、バリの発
生を低減するとともに、高価なプレス金型の寿命を延ば
すことができるというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のリードフレーム
用材料のように、Ａ系介在物とＢ系介在物を所定量含有
し、また硬さをＨｖ２００程度に調質し、さらに公知の
手段によって残留応力を低減したＦｅ−Ｎｉ系合金は、
板厚０．２５ｍｍ程度でリードピンの数が数十〜百程度
の、例えば、２方向にリードピンを有するＤＩＰ（Ｄｕ
ａｌＩｎｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）形パッケージ等
のリードフレームとして採用する場合には、プレス後の
リードフレームの平坦度、リード片寄り等のリードフレ
ーム形状が良く、プレス金型の寿命を延ばすことも可能
である。しかし、リードピンの数が数百以上の、例え
ば、４方向にリードピンを有するＱｕａｄ形パッケージ
等のリードフレームにおいては、各々のリード幅も狭く
なり、プレス後のリードフレーム形状に要求される諸条
件も、従来のリードピンの数が少ない構成の場合とは異
なる。従って、リードフレーム用材料中に存在する非金
属介在物の存在形態についても必然的に要求される条件
が異なり、特に前述の構成からなるリードフレーム用材
料におけるＡ系介在物の存在が最近の該技術分野におけ
る要求を満足させることができない一要因となってい
る。

【０００６】すなわち、Ａ系介在物とはＪＩＳＧ０５
５５「鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法」に定義され
るように、加工によって粘性変形したもので、圧延材の
圧延方向に連続して長く存在するため、該圧延材の圧延
方向に対して平行方向の機械的特性と圧延方向に対して
直角方向の機械的特性とに差異（異方性）が生じ、特に
Ｑｕａｄ形パッケージ等のリードフレームに打ち抜き加
工を施した際、それぞれの方向によって打ち抜き性が異
なり、リード幅が狭く、リードピンの数が数百以上とな
る構成においては、リード形状の不均一を招くこととな
る。また、Ａ系介在物の存在はプレス金型の磨耗を減少
しこれら工具の寿命を延ばすことができるが、プレス加
工後の破断面が粗く、高精度のリード部を形成すること
が困難であるだけでなく、プレス加工時に金属粉の発生
を招きリードフレーム表面にプレス打痕を形成する等、
歩留り低下の一要因ともなっていた。

【０００７】図１によって、さらに詳述する。すなわ
ち、所要厚さＴに圧延加工されたリードフレーム用Ｆｅ
−Ｎｉ系合金板にプレス打ち抜き加工を施し、幅Ｗ₁の
複数のリード部１（図においてはその一部のみを図示）
を形成すると、圧延方向（図中矢印イにて示す）と平行
方向におけるプレス打ち抜き加工面には、剪断面２と破
断面３とが形成される。上記のＡ系介在物を含有するリ
ードフレーム用材料では、剪断面２と破断面３との境界
線４の乱れとともに、破断面３のエグレｔも大きく、プ
レス打ち抜き加工による機械的な変形だけでなく、リー
ド部１上面部の隣接間距離（リード間隔）Ｌ₁とリード
部１下面部の隣接間距離（リード間隔）Ｌ₂とに寸法差
が生じ、高精度の形状、寸法を有するリード部を形成す
ることが困難であった。なお、このような現象は、特に
圧延方向に平行な断面において著しい。

【０００８】この発明は、上記の問題点を解決し、特
に、半導体素子の大型化、高集積化、多機能化等が一層
強まる４方向にリードピンを有するＱｕａｄ形等の半導
体パッケージに対応可能な、高精度化とともに多ピン化
を達成するリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板の提供
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、先に説明した
Ａ系介在物の存在に着目し、該Ａ系介在物の存在によっ
て発生する問題点はその存在形態、すなわち、１つの非
金属介在物が圧延材の圧延方向に連続して長く存在する
ことにあるためであり、圧延方向に対して平行方向と直
角方向の各々断面における非金属介在物の寸法（非金属
介在物の長さと幅）に大きな差異が発生し、Ｆｅ−Ｎｉ
系合金板全体として機械的特性に異方性を有するとの判
断から、Ｆｅ−Ｎｉ系合金板を所定厚さに圧延加工した
際の、圧延方向に対して平行方向と直角方向の各々断面
における個々の非金属介在物を所定寸法以下にすること
によって目的を達成することが可能であることを知見
し、この発明を完成したのである。

【００１０】すなわち、この発明は、Ｎｉ４０ｗｔ％〜
５５ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とし、板厚が０．２６ｍ
ｍ以下の圧延材からなる板状のＦｅ−Ｎｉ系合金であ
り、圧延方向に対して平行な断面１０ｍｍ²当たりに存
在する長さ１μｍ以上の非金属介在物のうち９０％以上
が長さ１５μｍ以下であるとともに、長さ１５μｍを超
える非金属介在物が２０個以下であり、かつ、圧延方向
に対して直角な断面１０ｍｍ²当たりに存在する非金属
介在物の幅が１０μｍ以下であることを特徴とするリー
ドフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板である。また、上記リ
ードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板において、圧延方向
に対して平行な断面１０ｍｍ²に存在する非金属介在物
の４０％以上が長さ１μｍ以上で２μｍ未満であるリー
ドフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板を併せて提案する。特
に、上記条件を満足するＦｅ−Ｎｉ系合金に所定の処理
を施し、その硬度をＨｖ２００〜２５０の範囲に設定す
ることによってプレス打ち抜き加工時のゆがみ等による
断面形状の変形を低減することが可能となり、リードフ
レームに採用した際に該リード部の断面をほぼ長方形状
（各コーナーが９０°近くになり、かつ各辺が略直線状
となる）とし、一層の高精度化を実現することができ
る。

【００１１】この発明において、リードフレーム用Ｆｅ
−Ｎｉ系合金板内に存在する非金属介在物の寸法は、Ｊ
ＩＳＧ０５５５「鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方
法」に定義されるＡ系介在物、Ｂ系介在物、Ｃ系介在物
の分類にこだわることなく、圧延方向に対して平行な断
面における個々に独立する非金属介在物の個々の寸法
（長さ）、また、圧延方向に対して直角な断面における
個々に独立する非金属介在物の個々の寸法（幅）を測定
することによって決定するものである。ただし、上記個
々に独立する非金属介在物のうち、個々の非金属介在物
の厚みの３倍以内の距離に接近して位置する互いの非金
属介在物は１個の非金属介在物として計測する。上記の
非金属介在物の個々の寸法（長さ及び幅）及び数（個
数）については、後述する実施例にて示すように、各々
１０ｍｍ²の断面内における存在形態を測定したもの
で、倍率１０００倍の光学顕微鏡によって測定した結果
によって表している。また、上記の所定寸法以下の非金
属介在物は、ＪＩＳＧ０５５５に定義されるＡ系介在
物ではなく、実質的にＣ系介在物のみ、またはＢ系介在
物とＣ系介在物によって構成されていることを確認し
た。

【００１２】

【作用】この発明は、圧延材からなるリードフレーム用
Ｆｅ−Ｎｉ系合金板を対象とし、該合金板内に存在する
非金属介在物の存在形態を主たる特徴としている。従っ
て、先にも説明したように良好なる非金属介在物の存在
形態は材料の厚さ等によって異なり、また、現在Ｑｕａ
ｄ形パッケージ等のリードフレームとして使用される所
謂多ピンリードフレーム用材料の厚さが０．２６ｍｍ以
下であることから、この発明の対象を０．２６ｍｍ以下
のＦｅ−Ｎｉ系合金板とした。

【００１３】この発明において、Ｆｅ−Ｎｉ系合金と
は、Ｎｉ４０ｗｔ％〜５５ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分と
し、要求される物理的特性や機械的特性等に応じて公知
の添加元素を含有させることも可能である。Ｎｉは基本
成分であり４０ｗｔ％未満では、熱膨張係数の変位点が
低くなりすぎ、５５ｗｔ％を超えると熱膨張係数が大き
くなりすぎることから４０ｗｔ％〜５５ｗｔ％の範囲で
含有することが必要であり、好ましくは４０ｗｔ％〜４
５ｗｔ％である。Ｆｅも基本成分であり実質的に前記Ｎ
ｉを含有した残余の範囲とする。添加元素は、要求され
る諸特性に応じて特定元素やその含有量を選定するが、
この発明の介在物の生成にも影響を与えることから、数
ｗｔ％以下とすることが望ましい。

【００１４】圧延方向に対して平行な断面及び直角な断
面において存在する非金属介在物の寸法、数量の測定方
法については、先に説明した通りであり、圧延方向に対
して平行な断面１０ｍｍ²当たりに存在する長さ１μｍ
以上の非金属介在物のうち９０％以上が長さ１５μｍ以
下であるとともに、長さ１５μｍを超える非金属介在物
が２０個以下であり、かつ、圧延方向に対して直角な断
面１０ｍｍ²当たりに存在する非金属介在物の幅が１０
μｍ以下の範囲でなければ目的とするプレス打ち抜き性
を得ることができない。ここで、圧延方向に対して平行
な断面１０ｍｍ²当たりに存在する非金属介在物として
長さ１μｍ以上の非金属介在物を対象としたのは、長さ
１μｍ未満の非金属介在物の存在による機械的特性の異
方性に与える影響は極めて小さく、現在リードフレーム
用材料に要求される諸特性については、長さ１μｍ以上
の非金属介在物の存在形態によるところが大きいと判断
したからであり、また、後述する実施例においてもその
ことが明らかとなる。圧延方向に対して平行な断面１０
ｍｍ²当たりに存在する長さ１μｍ以上の非金属介在物
のうち、長さが１５μｍを超える非金属介在物が１０％
を超え、その数が２０個を超えて存在すると、圧延方向
に対して平行方向の機械的特性と直角方向の機械的特性
との間に大きな差異が生じ、良好なるプレス打ち抜き性
を得ることができなくなるのである。

【００１５】上記リードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板
において、圧延方向に対して平行な断面１０ｍｍ²当た
りに存在する長さ１μｍ以上の非金属介在物のうち９５
％以上が長さ１５μｍ以下である場合は、一層良好なプ
レス打ち抜き性を得ることができる。同様に、上記の長
さが１５μｍを超える非金属介在物の数が少ない程良好
なプレス打ち抜き性を得ることができ、その数が１５個
以下が好ましく、１０個以下が最も好ましい。また、上
記リードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板において、圧延
方向に対して平行な断面１０ｍｍ²当たりに存在する長
さ１μｍ以上の非金属介在物のうち、４０％以上が長さ
１μｍ以上で２μｍ未満であるである構成、さらに、圧
延方向に対して平行な断面１０ｍｍ²当たりに存在する
非金属介在物だけでなく、圧延方向に対して直角な断面
１０ｍｍ²当たりに存在する非金属介在物の４０％以上
が長さ１μｍ以上で２μｍ未満であるリードフレーム用
Ｆｅ−Ｎｉ系合金板は、圧延方向に起因する機械的特性
の異方性が極めて小さく、目的とする良好なプレス打ち
抜き性を得ることができる。

【００１６】上記の如き、所定寸法、所定数量の非金属
介在物を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金は、原料中に含まれ
るＰ、Ｓ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｏ等の不純物や、溶解の
際に投入するＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ等の脱酸剤、さらに
スラグ組成や溶解中の脱ガス条件等を調整することによ
って得ることができる。リードフレームは、通常、機械
的な特性として硬度をＨｖ１８０〜２２０の範囲にする
よう要求されているが、Ｈｖ２００未満ではリード部の
形状が変形しやすく、例えば、プレス打ち抜き加工時に
リード部上面端部のダレが大きく、全体としてリード部
上面より下面が小さな略台形状になってしまう。したが
って、この発明のＦｅ−Ｎｉ系合金をリードフレームに
採用する場合、例えば、仕上げ圧延率を通常の圧延率
（２０％〜２５％程度）より高め（２５％超え〜４５％
程度）に設定することによって、硬度をＨｖ２００〜２
５０の範囲に調整することが可能であり、上記の特定介
在物との相乗効果により、リード部の断面をほぼゆがみ
のない長方形状（各コーナーが９０°近くになり、各辺
が略直線状となる）とし、一層の高精度化を実現するこ
とができる。

【００１７】

【実施例】４２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅを主成分とするＦｅ−
Ｎｉ系合金を得るべく各原料を配合するとともに、公知
の誘導型真空溶解炉にてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ
の含有量と真空度を調整しながら５種類の各々５００ｋ
ｇからなる所定寸法のインゴットを得た。上記インゴッ
トを、それぞれ熱間鍛造後、熱間圧延にて板厚１０ｍｍ
とし、さらに３回の中間焼鈍を介して所定の圧延率にて
冷間圧延を施し板厚０．１５ｍｍとした。さらに上記板
厚０．１５ｍｍの圧延材を所定幅寸法にスリットした
後、材料中の残留応力を低減するために７００°Ｃの連
続炉にて歪取焼鈍を施し、リードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ
系合金板を得た。

【００１８】表１は、上記５種類のインゴットをもとに
圧延された各々リードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板の
最終組成と、溶解時の到達真空度を示すもので、試料Ｎ
ｏ．１〜３がこの発明のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系
合金板であり、試料Ｎｏ．４〜５が比較例である。ま
た、表２は、表１に示す各々試料における非金属介在物
の存在形態を示す。すなわち、各々試料における非金属
介在物の存在形態は先に説明した通り、倍率１０００倍
の光学顕微鏡にて、圧延方向に対して平行な断面及び直
角な断面の各々１０ｍｍ²内の非金属介在物の寸法と数
量を測定した結果である。表３は、表１に示す各々試料
における機械的特性の異方性有無を評価するポンチスト
ロークの測定結果、プレス打ち抜き性を評価するプレス
破面の乱れ、リード形状等を各々試料の硬さに関連させ
て示している。

【００１９】ここで、ポンチストロークは、公知のプレ
ステスト法（特開昭６１−９５５２号）に基づくもの
で、それぞれ圧延方向に対して平行方向または直角方向
の長さを５０ｍｍとする厚さ０．１５ｍｍ×幅１０ｍｍ
の試料を用い、所定寸法からなるポンチとダイス（ポン
チの外周面とダイスの内周面とのクリアランス：１０μ
ｍ）にて試料を打ち抜く際の打ち抜き荷重と試料が切れ
るまでのポンチの変位量とのチャートを描き、それぞれ
の試料におけるポンチの変位量の比（圧延方向に対して
平行方向を長さ方向とする試料の幅方向にポンチを当接
して打ち抜き荷重を加えた場合のポンチの変位量／圧延
方向に対して直角方向を長さ方向とする試料の幅方向に
ポンチを当接して打ち抜き荷重を加えた場合のポンチの
変位量）によって示した。その比が１に近い程、機械的
特性の異方性が小さいと判断することができる。

【００２０】また、プレス打ち抜き性は、４方向に各々
幅０．２ｍｍの多数のリードピンを有するＱＦＰ（Ｑｕ
ａｄＩｎｌｉｎｅＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）用リ
ードフレームにプレス打ち抜き加工し、その加工面から
プレス破面の乱れ及びリード形状を評価した。すなわ
ち、プレス破面の乱れは、圧延方向に対して平行方向及
び直角方向に形成された各々のリード部について、図１
にて示す剪断面２と破断面３との境界線４の乱れが小さ
く、破断面３内に二次剪断面が発生していない場合を○
印で、破断面３内に二次剪断面が発生していないが境界
線４の乱れが比較的大きい場合を△印で、境界線４の乱
れが大きく、しかも破断面３内に二次剪断面が発生して
いる場合を×印にて示している。リード形状は、図１に
て示すリード部の下面の幅寸法Ｗ２と上面の幅寸法Ｗ１
との比（Ｗ１／Ｗ２）によって示した。その比が１に近
い程、リード形状が良好であると判断することができ
る。また、表３中に示す仕上げ圧延率とは、スリット及
び歪取焼鈍の前の最終冷間圧延時の圧延率であり、最終
製品の硬さを調整するために、それぞれ同一組成からな
る材料に対して仕上げ圧延率を２５％とした場合と、３
５％とした場合の各々２種類の試料を作成し、これら硬
さの異なる材料（試料）とポンチストローク、プレス破
面の乱れ、リード形状等を比較することによって、この
発明の効果を一層明確にしたものである。

【００２１】以上の表１〜表３に示す測定結果から、こ
の発明のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金板によれ
ば、機械的特性の異方性が小さいことに伴い、プレス破
面の乱れが小さく、リード形状を良好とすることが可能
であることが分かる。しかも、仕上げ圧延率を若干大き
くすることで材料の硬度を向上させると、機械的特性の
異方性にあまり大きな差異がない場合でも、リード形が
大幅に改善されることが分かる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、材
料中に存在する非金属介在物の寸法と数量を所定範囲と
した圧延材料からなるこの発明のリードフレーム用Ｆｅ
−Ｎｉ系合金板を使用した場合、圧延方向に対する平行
方向と圧延方向に対する直角方向との機械的特性等の差
異（異方性）が極めて小さいことから、プレス打ち抜き
加工によって、いずれの方向にリード部を形成しても形
状、寸法等のバラツキが少なく、高精度化のリード部を
形成することができる。特に、プレス打ち抜き加工によ
る、リード部における剪断面と破断面との境界線の乱
れ、エグレの発生、金属粉の発生、バリの発生等、リー
ド部の高精度化を妨げる種々の要因を低減、防止するこ
とが可能となり、４方向にリードピンを有するＱｕａｄ
形、すなわち、ＰＬＣＣ（ＰｌａｓｔｉｃＬｅａｄｅ
ｄＣｈｉｐＣａｒｒｉｅｒ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ
ＩｎｌｉｎｅＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）等の多ピン
構成からなる高精度のリードフレームを工業的規模にお
いて安定して量産、供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リードフレームのリード部の概要を示す部分斜
視説明図である。

【符号の説明】

１リード部２剪断面３破断面４境界線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ４０ｗｔ％〜５５ｗｔ％、残部Ｆｅ
を主成分とし、板厚が０．２６ｍｍ以下の圧延材からな
る板状のＦｅ−Ｎｉ系合金であり、圧延方向に対して平
行な断面１０ｍｍ²当たりに存在する長さ１μｍ以上の
非金属介在物のうち９０％以上が長さ１５μｍ以下であ
るとともに、長さ１５μｍを超える非金属介在物が２０
個以下であり、かつ、圧延方向に対して直角な断面１０
ｍｍ²当たりに存在する非金属介在物の幅が１０μｍ以
下であることを特徴とするリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ
系合金板。