JPH0775252B2 - リードフレーム材の製造方法 - Google Patents

リードフレーム材の製造方法

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JPH0775252B2
JPH0775252B2 JP63014983A JP1498388A JPH0775252B2 JP H0775252 B2 JPH0775252 B2 JP H0775252B2 JP 63014983 A JP63014983 A JP 63014983A JP 1498388 A JP1498388 A JP 1498388A JP H0775252 B2 JPH0775252 B2 JP H0775252B2
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晴夫 幸野
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

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  • 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、集積回路素子の製造に使用されるリードフレ
ームの材料に係わり、特に、めっき層の介在なしにワイ
ヤを直接接合できるリードフレーム材の製造方法に関す
る。
「従来の技術」 一般のリードフレームは、銅または銅合金からなる板材
を打抜形成し、さらに、ワイヤボンディングを行なう箇
所に金または銀めっきを施して製造されている。このよ
うに金(銀)めっきを施すのは、金属板から打ち抜き成
形したままの状態では、金または銅製のワイヤを十分な
強度で接合できないためである。
しかし、前記めっきの良否はワイヤボンディングに極め
て大きな影響を与えるため、リードフレーム材にめっき
を行なうに際しては極めて高い精度が要求され、生産性
が低いとともに、微小量ではあっても貴金属を用いるた
めコストが高いという欠点があった。
そこで、金(銀)めっきを施さずに、リードフレーム材
に直接ワイヤーボンディングができれば著しいコスト低
減が可能であるとの観点から、例えば特公昭62−46071
号公報においては、銅または銅合金製のリードフレーム
材の表面粗さを最大高さ(Rmax)で0.5μm以下にする
とともに、表面に現れる析出物や介在物等の単一面積を
3×10-6mm2以下とすることにより、金ワイヤの直接接
合が可能であるとの提案がなされている。
「発明が解決しようとする課題」 しかし、本発明者らが実際に実験を行なった結果、Rmax
を0.5μm以下、かつ表面に現れる析出物や介在物等の
単一面積を3×10-6mm2以下としても、ワイヤの接合が
必ずしもうまくいかず、十分な接合強度が得られない場
合のあることが判明した。また、析出物や介在物の単一
面積を3×10-6mm2以下にまで微細化することは、前記
公報では「圧延の加工度と焼鈍条件を選択することによ
り可能」と記載されているものの、実際は予想以上に困
難で、製造コストも高くついてしまうことがわかった。
なお、リードフレーム材の表面に存在する析出物とは、
FeP等の金属間化合物が主であり、他方、介在物とはZr,
Cr,Si,Al等の酸化物が主である。
そこで本発明者らは、これら析出物や介在物をさらに詳
細に調べ、前記従来品の欠点を補いうる、次のような全
く新たな知見を得るに至った。
すなわち、前記公報のように析出物や介在物の単一面積
そのものを極端に微細化するのではなく、これら析出物
や介在物の単一面積が比較的大きい場合にも、これらを
酸処理等により溶解除去し、その跡に微細な凹部を多数
形成する。このようにリードフレーム材表面に多数の微
細な凹部を形成すると、ワイヤを周知の接合方法で圧接
した際に、ワイヤ接合部が凹部内にまで侵入して食い込
み、非常に高い接合強度が得られるのである。
本発明者らは、さらに凹部の大きさについても子細な検
討を行ない、1〜3000×10-8mm2の場合に特に良好な接
合強度が得られことを突き止めた。なお、この場合の上
限面積である3000×10-8mm2という数値は、前記公報に
おける面積上限の10倍に相当している。
「課題を解決するための手段」 本発明は上記知見に基づいてなされたもので、ジルコン
銅、鉄入銅、および錫入銅から選択される材質で形成さ
れ介在物または析出物が表面に露出した板材を用意する
工程と、前記板材に、その表面がRa:0.12μm以下の極
平滑面とされた圧延ロールを用いて、変形量が1〜5%
となるように仕上軽圧延を行うことにより、前記板材の
表面粗さをRa:0.15μm以下とする表面平滑化工程と、
前記表面平滑化工程の前または後において、前記板材の
表面から前記介在物および析出物を溶解除去することに
より、前記板材の表面に、開口面積が1〜3000×10-8mm
2の凹部を500〜10000個/mm2の分布密度で形成する多孔
化工程とを具備することを特徴としている。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に使用するリードフレーム材の材質としては、ジ
ルコン銅,鉄入銅,錫入銅など従来同様のものが使用さ
れ、特に、Zr等の含有率が高く介在物を発生しやすいC1
5000,C15100や、FeP等の析出物を発生しやすいC19400等
が好適である(以上、いずれもCDA番号)。
そして、まずこの板材を通常の圧延加工により、例えば
厚さ0.3mm程度に成形し、次いで通常の仕上圧延を施し
て0.26mm程度とした後、必要に応じてバフ研磨等を施
す。次に、表面が極平滑面とされた圧延ロールにより、
前記板材に軽荷重をかけて仕上軽圧延を施す。この圧延
ロールに要求される表面粗さはRa:0.12μm以下であ
り、また仕上軽圧延の際の荷重は、板材の変形量が1〜
5%程度となるように設定されることが望ましい。
圧延ロールの表面が上記範囲より粗いと、圧延による変
形量をどのように設定しても板材の表面粗さがRa:0.15
μm以下にならない。また、板材の変形量が1%より小
では、圧延ロールの表面粗さが十分小さくとも板材の表
面粗さを十分高めることができず、逆に、板材の変形量
が5%より大きいと、圧延ロール表面に存在する凹部が
板材の表面に凸部として転写され、表面粗さをかえって
低下させるのみならず、板材表面に加工歪みによる表面
硬化が生じてワイヤボンディング制を低下させてしま
う。
以上の仕上軽圧延により、リードフレーム材の中心線平
均粗さ(Ra)を0.15μm以下に平滑化する。この値が0.
15μmより大きいと、ワイヤの接合部とリードフレーム
表面との間に微小な隙間が生じやすく、接合強度を低下
させる。
次に、仕上軽圧延を終えた板材を処理液に浸漬し、その
表面に存在するFeP等の析出物、および各種金属の酸化
物等からなる介在物を溶解除去し、その跡に多数の凹部
を形成する。前記処理液としては、塩化第二鉄等の塩素
系処理液や、フッ化水素酸等のフッ素系処理液等の溶液
が使用される。また、前記凹部の個々の開口面積は、前
述の圧延条件を選定することにより1〜3000×10-8mm2
とされる。凹部が前記範囲よりも小さいとワイヤ接合部
が噛み込むことができず、接合強度向上効果が得られな
い。また、前記範囲より大きいと凹部へのワイヤ噛み込
みが安定せず、やはり接合強度が低下する。また、リー
ドフレーム材表面における凹部の分布密度は、500〜100
00個/mm2程度であることが望ましく、それより少ないと
噛み込み不足して接合強度向上効果が得られず、他方、
多すぎると接合強度が安定しない。さらに凹部の形状
は、圧延条件等の選定により比較的深い壺状とされるこ
とが望ましい。
以上の構成からなるリードフレーム材の製造方法によれ
ば、表面平滑化工程において、板材の表面硬化を防ぎつ
つ板材の表面をRa:0.15μm以下にまで平滑化する一
方、多孔化工程では、板材の表面に露出した介在物およ
び析出物を溶解除去することより、板材の表面に介在物
等の粒子形状に対応した比較的深い微小凹部を形成する
ことができる。こうして得られたリードフレーム材の表
面にワイヤボンディングを行うと、リードフレーム材表
面のベースとなる平坦部にワイヤがほぼ隙間なく接合さ
れ、両者間の空隙に水分等が進入してワイヤ接合強度を
低下させるなどの問題を防ぐことができると同時に、平
坦部の所々に生じている深い微小凹部にワイヤ材質が塑
性変形して局部的に噛み込むため、そのアンカー効果に
より、単なる平坦面にワイヤボンディングを行った場合
以上の接合強度が得られる。
なお、介在物の溶解除去によりリードフレーム材の表面
に深い微小凹部を形成したとしても、表面粗さがRa:0.1
5μmより粗ければ、塑性変形により微小凹部内にワイ
ヤ材質を十分深く進入させることが困難となり、十分な
アンカー効果が得られないだけでなく、前述のように水
分等の進入により接合強度が低下するおそれが生じる。
逆に、リードフレーム材の表面粗さがいくら良好であっ
ても、微小凹部が存在しないと良好なアンカー効果が得
られず、ワイヤ接合強度は低下する。すなわち、リード
フレーム材の表面粗さをRa:0.15μm以下とする表面平
滑化工程と、リードフレーム材の表面に微小凹部を形成
する多孔化工程とを組み合わせて始めて、ワイヤボンデ
ィング性を著しく向上することが可能となるのである。
さらに、本発明の方法では、従来法のように析出物や介
在物の単一面積を極端に低減する必要がないので、複雑
な処理が要らず、その分、製造コストが安く済むという
利点も得られる。
なお、上記実施例では、仕上軽圧延を行なってから析出
物や介在物の溶解処理を施していたが、その順序は逆で
あってもよいし、必要に応じてこれらの前後に他の処理
を加えてもよい。
「実施例」 次に実施例を挙げて、本発明の効果を実証する。
C15100(CDA番号)の銅合金板から通常の圧延加工によ
り0.255厚×25.4幅×200mm長のリードフレーム材を6枚
成形した。
次いで、そのうち3枚に、表面粗さがRa:0.07、0.09、
0.11μmの計3種の表面平滑化圧延ロールによりそれぞ
れ変形量2%で仕上軽圧延を行なった(順に実施例1,2,
3とする)。さらにこれらを25℃の塩化第二鉄5wt%およ
び塩酸10wt%を含む溶液に1分間浸漬し、表面に露出し
ている析出物および介在物を完全に溶解した。
一方、比較例として、Ra:0.12であるが析出物や介在物
を除去していないもの(比較例1)、析出物や介在物を
除去しているがRaが本発明の条件を満たさないもの(比
較例2)、Ra:0.34で析出物除去も行っていないもの
(比較例3)を用意した。
そして、以上全てのリードフレーム材の表面粗さを表面
粗さ計等により測定するとともに、表面の凹部の大きさ
や、分布密度、凹部形状を走査顕微鏡を用いて計測し
た。
次に、これらのリードフレーム材を自動ワイヤ接合装置
にセットし、実際にワイヤボンディングを行なった。そ
の条件を以下に示す。
接合方法:サーモソニック法 ワイヤ材質:金 ワイヤ直径:25μm リードフレーム:温度:225℃ 接合荷重:40g 超音波出力:0.25W 超音波発生時間:20msec. その後、接合し終えたワイヤをフックにより引き上げ
て、ワイヤを切断するのに要する引上荷重を測定した。
併せて、接合強度の評価も行なった。この評価は、接合
部がワイヤ引上荷重に耐えてワイヤ切断に至るまで何の
変化も見られない場合が「○」、接合部が一部剥離した
後ワイヤが切断したものが「△」、完全に剥離したもの
が「×」である。その結果を次表に示す。なお表中、実
1〜3は実施例、比1〜3は比較例である。
以上説明したように、本発明に係るリードフレーム材の
製造方法では、表面平滑化工程において、板材の表面硬
化を防ぎつつ板材の表面をRa:0.15μm以下にまで平滑
化する一方、多孔化工程では、板材の表面に露出してい
る介在物および析出物を溶解除去することにより、介在
物等の粒子形状に対応した比較的深い微小凹部を形成す
ることができる。こうして得られたリードフレーム材の
表面にワイヤボンディングを行うと、リードフレーム材
表面のベースとなる平坦部にワイヤがほぼ隙間なく接合
され、両者間の空隙に水分等が進入してワイヤ接合強度
を低下させるなどの問題を防ぐことができると同時に、
平坦部の所々に生じている深い微小凹部にワイヤ材質が
塑性変化して局部的に噛み込むため、そのアンカー効果
により、単なる平坦面にワイヤボンディングを行った場
合以上の接合強度が得られ、ワイヤ直接接合の信頼性を
格段に向上することが可能である。特に本発明では、板
材として介在物および析出物を多く含むジルコン銅、鉄
入銅および錫入銅から選択される材質を使用しているか
ら、板材の表面に、開口面積が1〜3000×10-8mm2の凹
部を500〜10000個/mm2の分布密度で形成することがで
き、前記アンカー効果をいっそう効果的にすることが可
能である。また、析出物や介在物の単一面積を極端に低
減する必要がないので、複雑な処理が要らず、その分、
製造コストが安く済むという利点もある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジルコン銅、鉄入銅、および錫入銅から選
    択される材質で形成され介在物または析出物が表面に露
    出した板材を用意する工程と、 前記板材に、その表面がRa:0.12μm以下の極平滑面と
    された圧延ロールを用いて、変形量が1〜5%となるよ
    うに仕上軽圧延を行うことにより、前記板材の表面粗さ
    をRa:0.15μm以下とする表面平滑化工程と、 前記表面平滑化工程の前または後において、前記板材の
    表面から前記介在物および析出物を溶解除去することに
    より、前記板材の表面に、開口面積が1〜3000×10-8mm
    2の凹部を500〜10000個/mm2の分布密度で形成する多孔
    化工程とを具備することを特徴とするリードフレーム材
    の製造方法。
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