JP2011025284A

JP2011025284A - 銅または銅合金材およびその製造方法、並びに半導体パッケージ

Info

Publication number: JP2011025284A
Application number: JP2009173952A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yahata; 健一矢幡
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】表面粗さの値が高くかつロールスクラッチのない表面特性を有する、密着性に優れた銅または銅合金材およびその製造方法、並びにこれをリードフレーム材として備える半導体パッケージを提供する。
【解決手段】表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下、かつ最大高さ（Ｒｚ）で１μｍ以下であり、さらに材料表面にロールスクラッチが存在しない銅または銅合金材を製造する。仕上げ圧延として、フィルムラッピング処理した、Ｒａで０．１〜０．０５μｍの表面粗さを有するロールを用いて、圧延量を１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で圧延を行い、製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、銅または銅合金材およびその製造方法、並びに半導体パッケージに関し、特に、リードフレーム材に使用される、密着性に優れた銅または銅合金材およびその製造方法、並びに当該銅または銅合金材をリードフレーム材として備える半導体パッケージに関するものである。

半導体パッケージを構成するリードフレーム材は、半導体チップとともに重要な構成要素の１つである。このリードフレーム材は、半導体チップを搭載するダイパッド部、ワイヤボンディングによりチップに連結されるインナーリード部、基板等の回路と接続するためのアウターリード部から構成される。

半導体パッケージの組み立て工程においては、半導体チップとインナーリードのワイヤボンディング特性やダイパッド部のはんだ付け特性を向上させるために、ダイパッド部とインナーリード部に銀などの金属めっきをする場合が多い。さらに、モールディング後には、基板等への実装時のはんだ付け特性を向上させるためにアウターリードにはんだめっきを行う。

このアウターリードへのはんだめっき過程において、めっき液がインナーリードまで浸透することが多発するため、改善案が提案されている。これは、特許文献１に開示されている事前めっきリードフレーム（Ｐｒｅ−ＰｌａｔｅｄＦｒａｍｅ、以下ＰＰＦとする）方式である。

このＰＰＦ方式は、半導体パッケージング工程の前にはんだ濡れ性に優れためっきを施すものであり、外層にパラジウムめっきを施すものである。当該パラジウムめっきを施す前に、リードフレーム材の表面にニッケルのような別の金属でめっきし、パラジウムの接着が一層良くなるようにすることが必要である。

最近においては、上記の２層めっき構造に加え、より長時間の熱処理を行っても、ワイヤボンディング特性やはんだ付け特性などが低下しないことが望まれるようになったことから、パラジウムめっき皮膜上にさらに金めっき等の金属を極薄くめっきする３層めっき構造が主流になっている。

上記のようなめっきを施す場合、めっき層の剥げや、ピンホールの発生などのめっき不良の発生リスクがある。このような不具合の原因としては、めっき工程の前処理工程の影響があることは言うまでもないが、リードフレーム材の表面状態も非常に大きく影響する。リードフレーム材の表面粗さが大きいと、めっき品質に悪影響がある。

リードフレーム材として使われる銅または銅合金材の表面粗さを低く抑える改善案として、例えば特許文献２には、表面粗さを低く抑えた圧延ロールを用いて圧延を施す方法が記載されている。

一方、リードフレーム材の表面にロールスクラッチが存在すると大きな問題となる。ここで、ロールスクラッチとは、ロール表面に存在する小さな傷が材料表面に転写されたものも指す。これはロールの研削の際に砥石から剥落した砥粒を巻き込んでしまうことにより出来る。具体的には、幅が約１０μｍ以下、深さが約１０μｍ以下の大きさの小さな傷である。図１は、ロールスクラッチの一例を示す図であり、図中央に示した箇所にロールスクラッチが確認される。

ロール表面の傷の部位で圧延することでロールスクラッチが発生し、材料表面に突起が出来てしまい、材料表面が平坦な面でなくなってしまう。このため、半導体パッケージ製造工程において重要なめっき工程でめっき不具合が発生し、品質の低下、歩留りの低下といった不具合が生じる。

また、ロールの表面に一見傷が見当たらなくても圧延により摩耗し、他の研削表面よりも深く入っていた傷がロールスクラッチとして目立ってしまうこともある。

ロールスクラッチの発生を少なくならしめる方法として、例えば特許文献３には、圧延に用いるワークロールと、該ワークロールに転接する中間ロールを備え、ワークロールの加工面の硬度よりも中間ロールの転接面の硬度を低く設定し、ワークロールに付着した異物が中間ロールに転写され、ロールマーク（ロールスクラッチ）が発生することを防ぐ多段圧延機が記載されている。

特開昭６３−２３５８号公報特開平１１−１２７１４号公報特開２００１−１７９３１２号公報

リードフレーム材の圧延に用いられるロールは通常粉末ハイスで出来ているため、仕上げ研削が出来ない工程となっている。このため、特許文献２に記載の方法は、銅または銅合金材の表面粗さを低く抑えるのには有効であるが、ロールスクラッチの発生を防ぐ手段としては十分とは言い難い。

また、特許文献３に記載の方法では、ワークロールの圧延加工面に付着した異物に起因するロールマーク（ロールスクラッチ）を防ぐ手段としては有効であるが、ワークロール自体に起因するロールスクラッチを防ぐ手段としては十分ではない。

上記問題点に鑑み、本発明は、表面粗さの値が高くかつロールスクラッチの存在しない表面特性を有する、密着性に優れた銅または銅合金材およびその製造方法、並びに当該銅または銅合金材をリードフレーム材として備える半導体パッケージを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下、かつ最大高さ（Ｒｚ）で１μｍ以下であり、さらに材料表面のロールスクラッチのないことを特徴とする銅または銅合金材を提供する。

上記目的を達成するため、本発明は、仕上げ圧延として、フィルムラッピング処理した、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１〜０．０５μｍの表面粗さを有するロールを用いて、圧延量を１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で圧延を行うことを特徴とする銅または銅合金材の製造方法を提供する。

また、本発明は、前記製造方法により製造された銅または銅合金材であって、材料表面のロールスクラッチのないことを特徴とする銅または銅合金材を提供する。

また、本発明は、表面に２層又は３層構造のめっきが施された前記銅または銅合金材をリードフレーム材として備えることを特徴とする半導体パッケージを提供する。

なお、以下において、算術平均粗さ（Ｒａ）を単にＲａと表し、最大高さ（Ｒｚ）を単にＲｚと表すことがある。また、銅または銅合金の表面の算術平均粗さをＲａ_Ｃと表し、ロール表面の算術平均粗さをＲａ_Ｒと表すことがある。

また、フィルムラッピング処理したロールを単にフィルムラッピングロールと表すことがある。

本発明によれば、表面粗さの値が低く、かつロールスクラッチのない表面特性を有する銅または銅合金材、並びに当該銅または銅合金材をリードフレーム材として備える半導体パッケージを提供できる。

ロールスクラッチの一例を示す図である。フィルムラッピングしたロールを用いて圧延した直後の材料表面を示した図である。

［銅または銅合金材の表面特性］
本発明の実施の形態に係る銅または銅合金材は、表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ_Ｃ）で０．１μｍ以下、かつ最大高さ（Ｒｚ）で１μｍ以下であり、さらに材料表面のロールスクラッチが当該表面に存在しないことを特徴とする。

銅合金材としては、リードフレーム材として一般的に使用される銅合金を用いることが望ましく、例えば、Ｃ１９４、Ｃ１５１、コルソン合金等が適している。

表面粗さは、触針式表面粗さ測定器を用いて、ＪＩＳＢ０６５１−１９９６に基づきプロファイルを得る。得られたプロファイルを基に、算術平均粗さ（Ｒａ）および最大高さ（Ｒｚ）を算出する（ＪＩＳＢ０６０１−２００１）。

ロールスクラッチとは、前述のとおり幅が約５００μｍ以下、長さが約１０〜１０００μｍの傷であり、接触タイプの粗さ測定器では検出されない程度の大きさである。ロールスクラッチの数は、金属顕微鏡により表面を拡大してカウントする。

上記表面特性を満たすことにより、リードフレーム材として適した、銅または銅合金材を得ることができる。より望ましくは、Ｒａ_Ｃで０．０８μｍ、Ｒｚで０．８μｍ以下であり、材料表面のロールスクラッチが存在しないことである。

［銅または銅合金材の製造方法］
上記本発明の実施の形態に係る銅または銅合金材は、仕上げ圧延として、フィルムラッピング処理をした、算術平均粗さ（Ｒａ_Ｒ）で０．１〜０．０５μｍの表面粗さを有するロールを用いて、圧延量を１０〜１００μｍの範囲で圧延を行うことにより製造される。

ここで、フィルムラッピングとは、研磨紙を用いて連続的に行う研磨のことである。

本実施の形態では、３Ｍ製ダイヤモンドマイクロフィニッシングフィルムを用いてフィルムラッピングを実施した。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではなく、算術平均粗さ（Ｒａ_Ｒ）で０．１〜０．０５μｍの表面粗さを達成できるフィルムであれば良い。

（仕上げ圧延）
仕上げ前圧延を行った圧延材を用いて仕上げ圧延を実施する。仕上げ圧延の圧延量は１０μｍ以上１００μｍ以下とする。圧延量とは仕上げ圧延にて加工される圧延量の総量であり、パス数は規定しない。

仕上げ圧延においては、積極的に表面を荒らしたフィルムラッピングしたロールを用いて圧延を行う。ロールの表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ_Ｒ）で０．１〜０．０５μｍとする。

仕上げ圧延において、Ｒａ_Ｒが０．０５μｍ未満のロールを使用すると、材料である銅または銅合金材とロールとの間で十分な摩擦抵抗が得られないため、圧延１パスあたり十分な圧延量が得られない。そのような場合、圧延パス回数が増加するため、生産効率が低下してしまう。

ロール表面を、フィルムラッピングにより算術平均粗さ（Ｒａ_Ｒ）で０．１〜０．０５μｍに荒らすことにより、ロールにおいて材料のかみ込みを起こさせ、仕上げ圧延の圧延量を１０μｍ以上１００μｍ以下に設定できてロールスクラッチをなくすことが可能となり、この状態で圧延速度を上げることで生産効率が改善される。

［実施の形態の効果］
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。

（１）本実施の形態に係る銅または銅合金は、材料表面にロールスクラッチも無く、表面粗さも均一な良好な表面特性を有することから良好な密着性を持つため、リードフレーム材として好適に用いることができる。これにより、半導体パッケージ製造工程において重要なめっき工程でめっき不具合の発生を抑え、安定した品質を示すことができる。

（２）表面を荒らしたフィルムラッピングしたロールを使用して圧延するため、材料のかみ込みが良く、圧延速度を上げることが可能となり、生産効率が向上する。１セットあたりのフィルムラッピング加工はそれほど高価ではないため、生産効率向上を考慮すればコストにおいて実用上の問題とはならない。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例］
本発明の実施例として、以下のように試料Ｎｏ．１を製造した。

リードフレーム材として一般的な銅−鉄合金であるＣ１９４００（ＣＤＡ番号）に、熱間圧延、焼鈍および冷間圧延の各工程を施した、幅６００ｍｍ、厚み０．２ｍｍのコイルを共試材として用いた。

上記コイルを、Ｒａ_Ｒで０．１μｍの粗さにフィルムラッピング加工した圧延ロールを用いて、厚み０．１５ｍｍまで圧延した。

次いで、仕上げ圧延として、Ｒａ_Ｒで０．０６μｍの粗さになるようにフィルムラッピングしたロールを用いて、厚み０．１２７ｍｍまで圧延した。このときの圧延量は２３μｍであった。

［比較例１〜８］
次に、実施例とは異なる製造条件の比較例を挙げて説明する。

実施例と同じ組成の銅合金について、熱間圧延、焼鈍および冷間圧延の各工程を施し、幅６００ｍｍ、厚み０．２ｍｍのコイルを共試材として用いた。

上記圧延した共試材について、表１に示すフィルムラッピングしたロールの表面粗さＲａ_Ｒ（μｍ）及び仕上げ圧延での圧延量（μｍ）の条件で仕上げ圧延を実施して、比較例１〜８に該当する試料Ｎｏ．２〜９を製造した。

［評価結果］
得られた実施例および比較例の各試料について、株式会社東京精密製の触針式表面粗さ測定器を用いて、ＪＩＳＢ０６５１−１９９６に基づき、表面粗さを測定した。得られたプロファイルを基に、算術平均粗さ（Ｒａ_Ｃ）および最大高さ（Ｒｚ）を算出した（ＪＩＳＢ０６０１−２００１）。

算出した算術平均粗さＲａ_Ｃについては、Ｒａ_Ｃ≦０．１μｍを許容範囲とした。最大高さＲｚについては、Ｒｚ≦１μｍを許容範囲とした。

また、各試料の表面の任意の１００μｍ角エリア内を金属顕微鏡により拡大し、表面状態を観察してロールスクラッチの有無を目視で確認した。ロールスクラッチについては、ロールスクラッチが確認されなければ○評価、確認されたら×評価とした。

このようにして評価した各試料の仕上げ圧延後の、算術平均粗さＲａ_Ｃ、最大高さＲｚおよび表面粗さ（ロールスクラッチの有無判定）を表２に示す。

本発明の実施例である試料Ｎｏ．１は、Ｒａ_Ｃが０．０６、Ｒｚが０．７であり、いずれも許容範囲内であった。また、共試材表面にロールスクラッチは確認されなかった。

実施例である試料Ｎｏ．１の、フィルムラッピングを施したロールを用いて圧延した直後の材料表面を図２に示す。図２に示すように、本発明の実施例である試料Ｎｏ．１では、表面にロールスクラッチは殆ど観察されない。

これに対し、比較例の結果は以下の通りである。

試料Ｎｏ．２および３（比較例１および２）は、仕上げ圧延での圧延量が規定から外れた例である。圧延量が少ないと（比較例１）、フィルムラッピングしたロール圧延後の凹凸を平滑に圧延しきれないため、材料表面粗さが粗くなる。

圧延量が多いと（比較例２）、材料表面粗さは良好だが、表面にロールスクラッチが見られる。

試料Ｎｏ．４および７（比較例３および６）は、フィルムラッピングしたロールの粗さが規定から外れた例である。ロールの表面粗さが小さいと（比較例３）、ロールスクラッチは大量に発生する。ロールの表面粗さが大きいと（比較例６）、仕上げ圧延後の材料表面粗さが粗くなる。

試料Ｎｏ．５および６（比較例４および５）は、フィルムラッピングしたロールの表面粗さが規定より小さく、圧下量が規定から外れた例である。圧下量が小さいと（比較例４）、仕上げ圧延後の材料表面粗さは良好だがロールスクラッチが大量に発生する。圧下量が大きいと（比較例５）、圧延表面粗さが小さく圧延が困難である。

試料Ｎｏ．８および９（比較例７および８）は、フィルムラッピングしたロールの表面粗さが大きく、仕上げ圧延の圧延量が規定から外れた例である。仕上げ圧延での圧延量が少ないと（比較例７）、材料表面粗さは小さく抑えられるものの、ロールスクラッチが大量に発生する。圧延量が大きいと（比較例８）、ロールスクラッチは抑えられるものの材料表面粗さが大きくなる。

Claims

表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下、かつ最大高さ（Ｒｚ）で１μｍ以下であり、さらに材料表面のロールスクラッチのないことを特徴とする銅または銅合金材。
仕上げ圧延として、フィルムラッピング処理した、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１〜０．０５μｍの表面粗さを有するロールを用いて、圧延量を１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で圧延を行うことを特徴とする銅または銅合金材の製造方法。
請求項２に記載の製造方法により製造された銅または銅合金材であって、材料表面のロールスクラッチのないことを特徴とする銅または銅合金材。
表面に２層又は３層構造のめっきが施された請求項１又は請求項３に記載の銅または銅合金材をリードフレーム材として備えることを特徴とする半導体パッケージ。