JPH1136028A - 半導体装置用リードフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 打抜加工性、耐食性、曲げ加工性、耐応力腐
食割れ性、強度、導電性、製造加工性などに優れた半導
体装置用リードフレームを提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｚｎを５〜３５ｗｔ％、Ｓｎを０．１〜
３ｗｔ％含み、残部Ｃｕと不可避的不純物からなり、結
晶粒度が５〜３５μｍの銅合金部材上に、Ｐｄが層状に
形成されていることを特徴とする。また、この銅合金
は、更に、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよび
希土類元素からなる群より選ばれた１種又は２種以上を
総計で０．００１〜０．５ｗｔ％、更にまた、Ｎｉ、Ｓ
ｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍａ
およびＰからなる群より選ばれた１種又は２種以上を総
計で０．００１〜１ｗｔ％含むことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、打抜加工性、耐食
性、曲げ加工性などに優れるＩＣ等の半導体装置用のリ
ードフレームに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体機器のリードフレーム
材、端子材などには、鉄系材料の他、電気伝導性および
熱伝導性に優れるＣｕ−Ｓｎ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ系合金
などの銅系材料が広く用いられている。

【０００３】ところで、前記リードフレーム材などに
は、強度、耐熱性、電気伝導性、および熱伝導性の他、
貴金属（Ａｇなど）めっきや半田めっきが施されるた
め、めっき性、半田接合性、表面平滑性等の特性が重視
される。また、条および板からリードフレームを成型す
る際の寸法精度を確保するために、エッチング加工性ま
たは打抜加工性が良好なことも要求される。さらに、価
格が実用的なことも重要であるそして、これらの特性
は、半導体機器が、高集積化、小型化、高機能化、低コ
スト化するに伴って、益々強く要求されるようになり、
それに応じて、リードフレームは多ピン化、小型化、薄
肉化などが進み、その中でファインピッチのリードフレ
ーム、ピン数は少ないが多列に加工するマトリックス状
のリードフレームなどが開発されるようになっている。
これらのリードフレームは、高精度、低コストの打抜加
工法により製造されるため、リードフレーム材には打抜
加工性の向上が強く求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のＣｕ−Ｓｎ系合
金およびＣｕ−Ｆｅ系合金は、打抜加工性に劣るため、
その代替としてＣｕ−Ｚｎ系合金が提案されている（特
開平１−１６２７３７号公報）が、この合金は、打抜加
工性には優れているものの、耐応力腐食割れ性に劣ると
いう問題があった。

【０００５】そこで、Ｃｕ−Ｚｎ系合金上にＮｉとＰｄ
を順にめっきして、耐応力腐食割れ性を改善した材料が
提案された（特開平５−３６８７８号公報）。しかし、
この材料は、Ｐｄ層が高価なため、その厚さを０．０１
μｍ程度に薄くしようとすると、十分な耐食性が得られ
なくなり、またリードを曲げ加工すると、めっき層に亀
裂が入って、合金素地が露出した部分や、タイバーカッ
トされて合金素地が露出した部分に、応力腐食割れが生
じるといった問題があった。また、１００ピン以上の多
ピンリードフレームに対しては、打抜加工性が不十分で
あった。更に、前記めっき層の亀裂の発生は、素地（銅
合金）の割れが原因する場合があり、銅合金そのものの
曲げ加工性の改善も求められていた。

【０００６】本発明は、このような事情の下になされ、
打抜加工性、耐食性、曲げ加工性、耐応力腐食割れ性、
強度、導電性、製造加工性などに優れた半導体装置用リ
ードフレームを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、Ｚｎを５〜３５ｗｔ％、Ｓ
ｎを０．１〜３ｗｔ％含み、残部Ｃｕと不可避的不純物
からなり、結晶粒度が５〜３５μｍの銅合金部材上に、
Ｐｄが層状に形成されていることを特徴とする半導体装
置用リードフレームを提供する。

【０００８】また、本発明（請求項２）は、Ｚｎを５〜
３５ｗｔ％、Ｓｎを０．１〜３ｗｔ％含み、Ｐｂ、Ｂ
ｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよび希土類元素からなる
群より選ばれた１種または２種以上を総計で０．００１
〜０．５ｗｔ％含み、残部がＣｕと不可避的不純物から
なり、結晶粒度が５〜３５μｍの銅合金部材上に、Ｐｄ
が層状に形成されていることを特徴とする半導体装置用
リードフレームを提供する。

【０００９】更に、本発明（請求項３）は、Ｚｎを５〜
３５ｗｔ％、Ｓｎを０．１〜３ｗｔ％、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよび希土類元素からなる群より
選ばれた１種または２種以上を総計で０．００１〜０．
５ｗｔ％含み、更にＮｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＰからなる群より選
ばれた１種または２種以上を総計で０．００１〜１ｗｔ
％含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなり、結晶粒
度が５〜３５μｍの銅合金部材上に、Ｐｄが層状に形成
されていることを特徴とする半導体装置用リードフレー
ムを提供する。

【００１０】また、本発明（請求項４）は、上述の半導
体装置用リードフレーム（請求項１〜３）において、前
記Ｐｄ層の厚さが０．０１μｍ以上であることを特徴と
する。

【００１１】また、本発明（請求項５）は、上述の半導
体装置用リードフレーム（請求項１〜４）において、前
記銅合金とＰｄ層の間に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ合
金、およびＮｉ−Ｐｄ合金からなる群から選ばれた１種
または２種以上が層状に形成されていることを特徴とす
る。

【００１２】第１の発明に係る半導体装置用リードフレ
ームは、所定の結晶粒度からなるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系の
銅合金部材上に、Ｐｄ層を形成したことを特徴とする。
かかる半導体装置用リードフレームにおいて、前記銅合
金に含まれるＺｎは、打抜加工でのバリの発生やリード
の捩じれを抑制する作用を有する。その含有量を５〜３
５ｗｔ％に規定する理由は、５ｗｔ％未満では、本発明
の効果が十分に得られず、３５ｗｔ％を超えると、β相
が出現して、冷間加工性が悪化するためである。

【００１３】Ｓｎは強度向上、耐応力腐食割れ性の改
善、およびＰｄめっき後の耐食性の改善に寄与する。そ
の含有量を０．１〜３ｗｔ％に規定する理由は、０．１
ｗｔ％未満では、本発明の効果が十分に得られず、３ｗ
ｔ％を超えると、導電率および熱間加工性が低下するた
めである。好ましいＳｎの含有量は、０．１〜２ｗｔ％
である。

【００１４】本発明において、銅合金の結晶粒度５〜３
５μｍに規定する理由は、結晶粒度が５μｍ未満でも、
３５μｍを超えても、その曲げ加工性の改善効果が十分
に得られないためである。なお、結晶粒度はＪＩＳ−Ｈ
０５０１に準じて測定されるものとする。銅合金の好ま
しい結晶粒度は、１０〜３０μｍである。

【００１５】なお、前記の結晶粒度の規定は、本発明者
等が従来合金（Ｃｕ−Ｚｎ系合金）の曲げ加工性に劣る
原因について種々検討し、それが結晶粒度に起因するこ
とを突き止め、さらに詳細に研究を行ってなされたもの
である。

【００１６】前記銅合金部材上に形成するＰｄ層は、耐
応力腐食割れ性、ワイヤボンディング性、半田濡れ性を
改善する作用を有する。このＰｄ層は、その厚さが０．
０１μｍ以上においてその効果が十分発現される。Ｐｄ
層の厚さの上限は特に規定しないが、１μｍ以上に厚く
してもその効果は飽和し、加工費や材料費が嵩むだけで
不経済である。

【００１７】第２の発明に係る半導体装置用リードフレ
ームでは、第１の発明における銅合金に、さらにＰｂ、
Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよび希土類元素からな
る群より選ばれた１種または２種以上を含有させて、打
抜加工性を向上させたものである。その含有量を総計で
０．００１〜０．５ｗｔ％に規定する理由は、０．００
１ｗｔ％未満では、本発明の効果が十分に得られず、
０．５ｗｔ％を超えると、熱間加工性が低下するためで
ある。

【００１８】第３の発明に係る半導体装置用リードフレ
ームでは、第２の発明における銅合金に、さらにＮｉ、
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍ
ｇおよびＰからなる群より選ばれた１種または２種以上
を含有させて、合金強度を高め、それにより打抜加工性
を向上させたものである。その含有量を総計で０．００
１〜１ｗｔ％に規定する理由は、０．００１ｗｔ％未満
では、本発明の効果が十分に得られず、１ｗｔ％を超え
ると、導電率および熱間加工性が低下するためである。

【００１９】第１〜第３の発明における銅合金の強度お
よび耐熱性の向上に有効な添加元素として、Ｔｉ、Ｉ
ｎ、Ｂａ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｂｅ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｂ、Ｃなど
が挙げられる。その添加量は、導電率を大幅に低下させ
ない範囲が望ましい。また、溶解鋳造時に混入するＯお
よびＳの含有量を５０ｐｐｍ以下にすると、めっき性、
半田接合性、半田濡れ性などの表面特性が良好に保持さ
れる。

【００２０】本発明に係る半導体装置用リードフレーム
では、銅合金とＰｄ層の間に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ
系合金、およびＮｉ−Ｐｄ系合金からなる群から選ばれ
た１種または２種以上を層状に形成することにより、耐
応力腐食割れ性が改善される。また、半導体装置の組立
てが高温で行われても、銅合金のＣｕやＺｎがＰｄ層に
熱拡散するのが抑制され、ワイヤボンディング性や半田
濡れ性が良好に保持される。このような中間層を形成す
ることで、Ｐｄ層を信頼性を損なわずに薄くでき、コス
ト低減が図れる。前記中間層は、０．１μｍ以上の厚さ
でその効果を十分発現する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の種々の実施例によ
り、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 （実施例１）下記表１および表２に示す組成の銅合金を
高周波溶解炉にて溶解し、これを６℃／秒の冷却速度で
鋳造して、厚さ３０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ３００ｍ
ｍの鋳塊を得た。

【００２２】次に、この鋳塊を８５０℃で熱間圧延し
て、厚さ１２ｍｍの熱間圧延板とし、これを厚さ９ｍｍ
に両面面削して、酸化皮膜を除去し、次いで、厚さ１．
２ｍｍに冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で５３
０℃で１時間焼鈍し、更に、厚さ０．２１ｍｍに冷間圧
延したのち、不活性ガス中で５３０℃で１時間焼鈍し、
その後、厚さ０．１５ｍｍの板材に仕上圧延した。

【００２３】このようにして得られた各々の板材につい
て、（１）引張強さ（ＴＳ）、（２）導電率（ＥＣ）、
（３）打抜加工性、（４）曲げ加工性を調べた。また、
前記板材から２８ｐｉｎＤＩＰのリードフレームを打抜
き、このリードフレーム上にＮｉを０．５μｍの厚さに
電気めっきし、更にその上にＰｄを０．０１μｍの厚さ
に電気めっきした。このようにして得たリードフレーム
サンプルについて、（５）耐応力腐食割れ性、（６）耐
食性を調べた。それらの結果を下記表３および表４に示
す。

【００２４】なお、下記表１では、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、
Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよび希土類元素からなる群を第一群
添加元素、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍ
ｎ、Ａｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＰからなる群を第二群添加
元素と記した。

【００２５】前記（１）〜（６）の試験方法を以下に示
す。 （１）引張強さ（ＴＳ）：ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて
測定した。 （２）導電率（ＥＣ）：ＪＩＳ−Ｈ０５０５に準じて測
定した。

【００２６】（３）打ち抜き性：ＳＫＤ１１製金型で１
ｍｍ×５ｍｍの角穴を開け、５００１回目から１０００
０回目までの打抜き分から２０個のサンプルを無作為に
抽出し、各々のバリの高さを測定した。また、打抜き面
における破断部の厚さａを計測し、試験片の厚さｂに対
する破断部割合（ａ／ｂ）×１００％を求めた。この破
断部は、打抜加工性の目安の一つとされ、この値が大き
い程、打抜加工性は良好で、打抜加工での歩留まりが高
く、かつ加工が精密に行えると評価される。

【００２７】（４）曲げ加工性：板材を幅１０ｍｍ、長
さ（圧延方向と平行）５０ｍｍに切出し、これに曲げ半
径０．１ｍｍでＷ曲げし、曲げ部における割れの有無を
５０倍の光学顕微鏡で目視観察した。結果は、割れおよ
び肌荒れのないものを○、肌荒れが生じたものを△、割
れが生じたものを×で示した。

【００２８】（５）耐応力腐食割れ性（耐ＳＣＣ性）：
前記のリードフレームサンプルのアウターリードを曲げ
半径０．１ｍｍで曲げ加工したのち、ＪＩＳ−Ｃ８３０
６に準拠するアンモニア雰囲気中で最長５００時間曝露
試験し、試験中定期的にサンプルを取出して、曲げ加工
部の応力腐食割れ状況を電子顕微鏡により観察した。耐
ＳＣＣ性は、割れ発生までの時間で評価した。

【００２９】（６）耐食性：（５）で用いたのと同じサ
ンプルをＪＩＳ−Ｚ２３７１に準じて塩水噴霧試験（塩
水：５％ＮａＣｌ、３５℃）を２４時間行ったのち、腐
食状況を目視観察した。腐食しなかったものを○、若干
腐食したものを△、腐食の激しかったものを×で示し
た。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】上記表３および表４から明らかなように、
本発明例のＮｏ．１〜２２は、いずれも、打抜加工性
（バリ高さ、破断部割合）、耐食性などの種々の特性に
優れるものであった。

【００３５】これに対し、比較例のＮｏ．２３は、Ｚｎ
が少ないため、引張強さが低く、また打抜加工性に劣っ
ていた。Ｎｏ．２４は、Ｚｎが多いため、耐食性に劣
り、また冷間圧延で割れが発生した。Ｎｏ．２５は、Ｓ
ｎが少ないため、耐応力腐食割れと耐食性が著しく劣っ
た。

【００３６】また、Ｎｏ．２６は、Ｓｎが多いため、導
電率が低く、また熱間圧延で割れが生じた。Ｎｏ．２７
は、結晶粒度が小さいため、Ｎｏ．２８は、結晶粒度が
大きいため、いずれも曲げ加工性が劣った。Ｎｏ．２９
は、第一添加元素が多いため、熱間圧延割れがひどく製
造ができなかった。Ｎｏ．３０は、第二添加元素が多い
ため、導電率が低下し、また熱間圧延で割れが生じた。
Ｎｏ．３１は、従来のＣｕ−Ｚｎ合金であり、引張強
さ、打抜加工性、曲げ加工性、耐応力腐食割れ性、耐食
性に劣っていた。

【００３７】（実施例２）実施例１で用いたＮｏ．１３
の板材上に、種々の金属層を電気めっき法により形成し
てサンプルとし、これらサンプルについて、（７）ワイ
ヤボンディング性と（８）半田濡れ性を調べた。それら
の結果を下記表５に示す。

【００３８】前記（７）、（８）の試験方法を以下に示
す。 （７）ワイヤボンディング性：前記サンプルに３０μｍ
φの金線を１００本ボンディングし、１００本全てのワ
イヤについてプルテストを行い、ワイヤー部で破断した
本数の割合をワイヤ破断率として評価した。ワイヤ破断
率が大きい程、ボンディング性に優れる。ボンディング
は、フルオートワイヤーボンダーを用いて、荷重５０
ｇ、超音波出力０．１Ｗ、超音波印加時間３０ｍｓｅ
ｃ、ステージ温度２４０℃の条件で行なった。

【００３９】（８）半田濡れ性：前記サンプルを２５０
℃に加熱したホットプレート上に３分間保持したのち、
メニスコグラフ法により、半田濡れ時間を下記条件で測
定した。

【００４０】 使用半田：Ｓｎ−４０％Ｐｂ、 温度：２３０℃、 浸漬速度：２５ｍｍ／秒、 浸漬時間：１０秒、 フラックス：ＲＭＡタイプのフラックス。

【００４１】

【表５】

【００４２】上記表５より明らかなように、Ｎｏ．３１
〜４０は、いずれもＰｄ層が０．０１μｍ以上の厚さに
形成されており、ワイヤボンディング性と半田濡れ性が
ともに優れている。それらの中でも、Ｎｏ．３５〜３８
は、中間層が設けられ、銅合金成分のＰｄ層への拡散が
抑制されたため、半田濡れ性が一段と向上した。

【００４３】Ｎｏ．３９，４０は、他に比べて特性が若
干劣っているが、これはＰｄ層が薄かったためである。
Ｎｏ．４０は、中間層が設けられた分、Ｎｏ．３９より
特性が優れている。

【００４４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
リードフレームは、打抜加工性、耐食性、曲げ加工性、
耐応力腐食割れ性、強度、導電性、製造加工性に優れ、
工業上顕著な効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 崇夫 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｚｎを５〜３５ｗｔ％、Ｓｎを０．１〜３
   ｗｔ％含み、残部Ｃｕと不可避的不純物からなり、結晶
   粒度が５〜３５μｍの銅合金部材上に、Ｐｄが層状に形
   成されていることを特徴とする半導体装置用リードフレ
   ーム。
2. 【請求項２】Ｚｎを５〜３５ｗｔ％、Ｓｎを０．１〜３
   ｗｔ％含み、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよ
   び希土類元素からなる群より選ばれた１種または２種以
   上を総計で０．００１〜０．５ｗｔ％含み、残部がＣｕ
   と不可避的不純物からなり、結晶粒度が５〜３５μｍの
   銅合金部材上に、Ｐｄが層状に形成されていることを特
   徴とする半導体装置用リードフレーム。
3. 【請求項３】Ｚｎを５〜３５ｗｔ％、Ｓｎを０．１〜３
   ｗｔ％、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよび希
   土類元素からなる群より選ばれた１種または２種以上を
   総計で０．００１〜０．５ｗｔ％含み、更にＮｉ、Ｓ
   ｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ
   およびＰからなる群より選ばれた１種または２種以上を
   総計で０．００１〜１ｗｔ％含み、残部がＣｕと不可避
   的不純物からなり、結晶粒度が５〜３５μｍの銅合金部
   材上に、Ｐｄが層状に形成されていることを特徴とする
   半導体装置用リードフレーム。
4. 【請求項４】前記Ｐｄ層の厚さが０．０１μｍ以上であ
   ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に
   記載の半導体装置用リードフレーム。
5. 【請求項５】前記銅合金とＰｄ層の間に、Ｎｉ、Ｃｏ、
   Ｎｉ−Ｃｏ合金およびＮｉ−Ｐｄ合金からなる群から選
   ばれた１種または２種以上が層状に形成されていること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の
   半導体装置用リードフレーム。