JP2790220B2 - ベアボンディング用リードフレーム材料 - Google Patents
ベアボンディング用リードフレーム材料Info
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- JP2790220B2 JP2790220B2 JP2165953A JP16595390A JP2790220B2 JP 2790220 B2 JP2790220 B2 JP 2790220B2 JP 2165953 A JP2165953 A JP 2165953A JP 16595390 A JP16595390 A JP 16595390A JP 2790220 B2 JP2790220 B2 JP 2790220B2
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- JP
- Japan
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- lead frame
- frame material
- bonding
- group
- heat resistance
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はベアボディング用リードフレーム材料に係
り、さらに詳しくはAu−Si共晶合金法を利用したベアボ
ンディングを行なっても半導体素子へのリードフレーム
材料の成分元素の悪影響の無いベアボンディング用リー
ドフレーム材料に関する。
り、さらに詳しくはAu−Si共晶合金法を利用したベアボ
ンディングを行なっても半導体素子へのリードフレーム
材料の成分元素の悪影響の無いベアボンディング用リー
ドフレーム材料に関する。
［従来の技術］ 半導体の組立工程は、素子（半導体チップ）とリード
フレームを接合するダイボンディング工程、素子の配線
とリードフレームをAuやAlのワイヤで接続するワイヤボ
ンディング工程および樹脂で封止する工程よりなる。こ
れらの工程においてリードフレームは加熱されるため、
使用されるリードフレーム材料はこれらの加熱によって
も軟化しないこと、即ち耐熱性が要求される。
フレームを接合するダイボンディング工程、素子の配線
とリードフレームをAuやAlのワイヤで接続するワイヤボ
ンディング工程および樹脂で封止する工程よりなる。こ
れらの工程においてリードフレームは加熱されるため、
使用されるリードフレーム材料はこれらの加熱によって
も軟化しないこと、即ち耐熱性が要求される。
一方、熱伝導性や電気伝導性に優れる銅合金はトラン
ジスタ等、良好な熱放散性が要求される用途を中心にリ
ードフレーム材料として使用されて来た。
ジスタ等、良好な熱放散性が要求される用途を中心にリ
ードフレーム材料として使用されて来た。
これらの銅系リードフレーム材料は上記の耐熱性や機
械的強度など、リードフレーム材として要求される特性
を満足させるために、各種添加元素を含有した銅合金と
なっている。
械的強度など、リードフレーム材として要求される特性
を満足させるために、各種添加元素を含有した銅合金と
なっている。
上記組立工程の内、ダイボンディング工程では、通常
三種類の方法により素子とリードフレームが接合されて
いる。即ち、Au−Si共晶合金法、半田接着法、導電性樹
脂接着法である。これらの方法の内、Au−Si共晶合金法
は、370℃の共晶温度より50〜70℃高い420〜440℃の温
度に素子およびリードフレームを数十秒間加熱すること
により接合を行うものである。
三種類の方法により素子とリードフレームが接合されて
いる。即ち、Au−Si共晶合金法、半田接着法、導電性樹
脂接着法である。これらの方法の内、Au−Si共晶合金法
は、370℃の共晶温度より50〜70℃高い420〜440℃の温
度に素子およびリードフレームを数十秒間加熱すること
により接合を行うものである。
ところで、半導体装置におけるコストダウンの要求は
強く、その一つの手段として従来行なっていたリードフ
レームへのめっきを省略してダイボンディングやワイヤ
ボンディングを行なうベアボンディングと称する技術が
トランジスタを中心に広まりつつある。このベアボンデ
ィングにおいて上記のAu−Si共晶合金法によりダイボン
ディングを行ったところ、半導体素子の特性に変化をき
たすことが判明した。
強く、その一つの手段として従来行なっていたリードフ
レームへのめっきを省略してダイボンディングやワイヤ
ボンディングを行なうベアボンディングと称する技術が
トランジスタを中心に広まりつつある。このベアボンデ
ィングにおいて上記のAu−Si共晶合金法によりダイボン
ディングを行ったところ、半導体素子の特性に変化をき
たすことが判明した。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、Au−Si共晶合金法を用いてベアボンディン
グを行っても、半導体素子の特性に変化をきたすことが
なく、かつ、耐熱性や機械的強度にも優れたベアボンデ
ィング用リードフレーム材料を提供することを目的とす
る。
グを行っても、半導体素子の特性に変化をきたすことが
なく、かつ、耐熱性や機械的強度にも優れたベアボンデ
ィング用リードフレーム材料を提供することを目的とす
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係るベアボンディング用リードフレーム材料
の特徴とするところは、Ni:0.1〜0.4wt％、Si:0.01〜0.
1wt％、Zn;0.05〜1.0wt％を含有し、III b属元素が0.00
2wt％以下であり、V b属元素が0.002wt％以下であり、
残部実質的にCuよりなることにある。
の特徴とするところは、Ni:0.1〜0.4wt％、Si:0.01〜0.
1wt％、Zn;0.05〜1.0wt％を含有し、III b属元素が0.00
2wt％以下であり、V b属元素が0.002wt％以下であり、
残部実質的にCuよりなることにある。
［作用］ 以下に、本発明の作用を本発明をなすに際して得た知
見及び成分限定理由とともに説明する。
見及び成分限定理由とともに説明する。
本発明は、Au−Si共晶合金法を用いてベアボンディン
グを行った場合に半導体素子の特性に変化をたす原因の
解明をまず行った。
グを行った場合に半導体素子の特性に変化をたす原因の
解明をまず行った。
その結果、次のことが判明した。すなわち、420〜440
℃に数十秒間加熱される間に溶融したAu−Si層に接した
銅合金リードフレーム中の成分元素はAu−Si層を通過
し、Si素子中に拡散することである。
℃に数十秒間加熱される間に溶融したAu−Si層に接した
銅合金リードフレーム中の成分元素はAu−Si層を通過
し、Si素子中に拡散することである。
Si中に拡散する元素の中でも、周期表のIII b族に属
するB,Au,Ga,InやV b族に属するN,P,As,SbなどはSi半導
体に対しアクセプターおよびドナーとして作用しそれぞ
れＰ型およびＮ型半導体を形成する。素子がトランジス
タの場合、一般にリードフレームと接合されるSi素子の
底面部はコレクターになっており、この部分に上記のII
I b族あるいはV b族に属する元素がリードフレームから
侵入し、不純物半導体を形成し、トランジスタの電気的
特性に悪影響を及ぼすものであることを見い出した。す
なわち、従来の銅合金は、耐熱性、機械的強度を高める
ために各種添加元素を含有せしめていたが、この添加元
素が、半導体素子の電気特性を悪化させる原因となって
いたわけである。
するB,Au,Ga,InやV b族に属するN,P,As,SbなどはSi半導
体に対しアクセプターおよびドナーとして作用しそれぞ
れＰ型およびＮ型半導体を形成する。素子がトランジス
タの場合、一般にリードフレームと接合されるSi素子の
底面部はコレクターになっており、この部分に上記のII
I b族あるいはV b族に属する元素がリードフレームから
侵入し、不純物半導体を形成し、トランジスタの電気的
特性に悪影響を及ぼすものであることを見い出した。す
なわち、従来の銅合金は、耐熱性、機械的強度を高める
ために各種添加元素を含有せしめていたが、この添加元
素が、半導体素子の電気特性を悪化させる原因となって
いたわけである。
ベアボンディングをAu−Si共晶合金法において適用す
る場合に、使用する銅系リードフレーム材料がIII b族
あるいはV b族に属する成分元素を含有していると、上
記の通りSi素子に悪影響を及ぼすという問題を生じるわ
けである。従って、このようなケースでは高い耐熱性、
導電性、機械的強度を有する銅合金であってIII b族あ
るいはV b族に属する成分元素を含有しない安価なリー
ドフレーム材料が求められる。
る場合に、使用する銅系リードフレーム材料がIII b族
あるいはV b族に属する成分元素を含有していると、上
記の通りSi素子に悪影響を及ぼすという問題を生じるわ
けである。従って、このようなケースでは高い耐熱性、
導電性、機械的強度を有する銅合金であってIII b族あ
るいはV b族に属する成分元素を含有しない安価なリー
ドフレーム材料が求められる。
そこで本発明者は、Si素子に悪影響を及ぼすIII b族
およびV b族に属する元素の含有量を制御して、素子に
影響を与えず高い導電性と必要な強度を有し耐熱性に優
れる安価なベアボンディング用銅系リードフレーム材料
を探求した。
およびV b族に属する元素の含有量を制御して、素子に
影響を与えず高い導電性と必要な強度を有し耐熱性に優
れる安価なベアボンディング用銅系リードフレーム材料
を探求した。
その結果、III b族およびV b族に属する添加元素をそ
れぞれ0.002wt％以下に制御し、基本成分を所定の範囲
に制限すれば、優れた耐熱性、機械的強度を有するリー
ドフレームが得られることを知見し、本発明をなすにい
たったものである。
れぞれ0.002wt％以下に制御し、基本成分を所定の範囲
に制限すれば、優れた耐熱性、機械的強度を有するリー
ドフレームが得られることを知見し、本発明をなすにい
たったものである。
まず本発明に係るベアボンディング用リードフレーム
材料の含有成分および成分割合について説明する。
材料の含有成分および成分割合について説明する。
（Ni） Niは次に説明するSiとともに強度および耐熱性の向上
に寄与する元素である。NiとSiは金属間化合物を形成す
ることにより強度および耐熱性を向上させる。
に寄与する元素である。NiとSiは金属間化合物を形成す
ることにより強度および耐熱性を向上させる。
Niの含有量が0.1wt％未満ではその効果は少なく、ま
た0.4wt％を超えて含有されると強度や耐熱性は向上す
るものの導電率が低下する。よってNi含有量は0.1〜0.4
wt％とする。
た0.4wt％を超えて含有されると強度や耐熱性は向上す
るものの導電率が低下する。よってNi含有量は0.1〜0.4
wt％とする。
（Si） SiもNiとともに強度および耐熱性を向上させる元素で
ある。Si含有量が0.01wt％未満ではその効果は少なく、
また0.1wt％を超えて含有されると強度や耐熱性は向上
するものの導電率が低下する。よってSi含有量は0.01〜
0.1wt％とする。
ある。Si含有量が0.01wt％未満ではその効果は少なく、
また0.1wt％を超えて含有されると強度や耐熱性は向上
するものの導電率が低下する。よってSi含有量は0.01〜
0.1wt％とする。
NiとSiは金属間化合物を形成することにより強度や耐
熱性の向上に寄与することから、NiとSiの含有量の比率
はNi/Si＝４〜７であることが望ましい。また、NiとSi
の金属間化合物を均一微細に析出させるための溶体化処
理、冷間加工および時効処理を含む製造工程を経ること
によりその性能が発揮される。
熱性の向上に寄与することから、NiとSiの含有量の比率
はNi/Si＝４〜７であることが望ましい。また、NiとSi
の金属間化合物を均一微細に析出させるための溶体化処
理、冷間加工および時効処理を含む製造工程を経ること
によりその性能が発揮される。
（Zn） Znは半田の耐剥離性を向上させる元素であり、含有量
が0.1wt％未満ではその効果は少なく、また1wt％を超え
て含有されてもその効果は飽和する一方、導電率が低下
する。よってSi含有量は0.1〜1wt％とする。
が0.1wt％未満ではその効果は少なく、また1wt％を超え
て含有されてもその効果は飽和する一方、導電率が低下
する。よってSi含有量は0.1〜1wt％とする。
以上の成分元素はいずれもIII b族あるいはV b族に属
する元素ではない。従って、本発明に係るリードフレー
ム材料をめっきを省略し、Au−Si共晶合金法によりダイ
ボンディングを行なってもこれらの元素がSi素子に拡散
し、Si素子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
する元素ではない。従って、本発明に係るリードフレー
ム材料をめっきを省略し、Au−Si共晶合金法によりダイ
ボンディングを行なってもこれらの元素がSi素子に拡散
し、Si素子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
一方、III b族、V b族に属するB,Al,Ga,In,N,P,As,Sb
などの元素は不純物として原料に含まれており、製造さ
れた銅合金中に侵入して来る。従って、原料中の含有量
を規制することにより目的とする銅合金中への浸入を防
止する。以上の説明から明らかなように、これらの不純
物の含有量は少ない方が良く、使用される半導体によっ
ても異なるが、いずれも0.002wt％以下とする。
などの元素は不純物として原料に含まれており、製造さ
れた銅合金中に侵入して来る。従って、原料中の含有量
を規制することにより目的とする銅合金中への浸入を防
止する。以上の説明から明らかなように、これらの不純
物の含有量は少ない方が良く、使用される半導体によっ
ても異なるが、いずれも0.002wt％以下とする。
［実施例］ 本発明に係るベアボンディング用リードフレーム材料
を実施例により説明する。
を実施例により説明する。
第１表に示す含有成分および含有割合の合金をクリプ
トル炉を使用し、木炭被覆下において大気中で溶解し、
鋳鉄製ブックモールドを用いて45mmt×80mmw×200mmlの
鋳塊を鋳造した後、この鋳塊の表裏面を2.5mmずつ面削
後870℃の温度で15mmtまで熱間圧延し、700℃以上の温
度から30℃／秒の速度で水冷した。なお、III b族に属
する元素及びV b族に属する元素はいずれも0.002wt％以
下である。
トル炉を使用し、木炭被覆下において大気中で溶解し、
鋳鉄製ブックモールドを用いて45mmt×80mmw×200mmlの
鋳塊を鋳造した後、この鋳塊の表裏面を2.5mmずつ面削
後870℃の温度で15mmtまで熱間圧延し、700℃以上の温
度から30℃／秒の速度で水冷した。なお、III b族に属
する元素及びV b族に属する元素はいずれも0.002wt％以
下である。
さらに、冷間圧延により0.5mmの板厚にした後、400℃
の温度で120分間の焼鈍を行ない、その後冷間圧延によ
り0.4mmtの板材を得た。
の温度で120分間の焼鈍を行ない、その後冷間圧延によ
り0.4mmtの板材を得た。
これらの試料につき以下の試験を行った。その試験結
果を第２表に示す。
果を第２表に示す。
試験方法は以下に説明する通りである。
（１）導電率は15mmw×300mlの試験片を用い、ダブルブ
リッジにより測定した電気抵抗の値から算出した。
リッジにより測定した電気抵抗の値から算出した。
（２）硬さは、マイクロビッカース硬さ計を用い荷重50
0grで測定した。
0grで測定した。
（３）耐熱性はソルトバスを用い、各温度で５分間の加
熱を行なった後硬さを測定し、加熱後の硬さが加熱前の
硬さの80％になる温度をもって評価した。
熱を行なった後硬さを測定し、加熱後の硬さが加熱前の
硬さの80％になる温度をもって評価した。
（４）半田の耐剥離性は、20mmw×50mmlの試験片に60Sn
−40Pbの半田を弱活性フラックスを用い230℃の温度で
５秒間浸漬して半田付けした後、150℃の温度で500時間
加熱後、2mmRで180゜曲げ戻しを行ない、剥離の有無を
調べ評価した。
−40Pbの半田を弱活性フラックスを用い230℃の温度で
５秒間浸漬して半田付けした後、150℃の温度で500時間
加熱後、2mmRで180゜曲げ戻しを行ない、剥離の有無を
調べ評価した。
第２表から明らかなように、本発明合金No.1〜No.5は
60％IACS以上の良好な導電率とビッカース硬さHv100以
上の硬さ、および500℃以上の耐熱性を有している。ま
た、Znの効果により半田の耐剥離性も良好である。
60％IACS以上の良好な導電率とビッカース硬さHv100以
上の硬さ、および500℃以上の耐熱性を有している。ま
た、Znの効果により半田の耐剥離性も良好である。
これに対し比較例No.6はNiおよびSi量が高く硬さや耐
熱性には優れるものの導電率が54％IACSと低い。またN
o.7がNiおよびSi量が低いため導電率は高いが耐熱性が3
70℃と低い。No.8はZn含有量が低いため半田の耐剥離性
に劣っている。
熱性には優れるものの導電率が54％IACSと低い。またN
o.7がNiおよびSi量が低いため導電率は高いが耐熱性が3
70℃と低い。No.8はZn含有量が低いため半田の耐剥離性
に劣っている。
［発明の効果］ 以上説明の通り、本発明に係るベアボンディング用リ
ードフレーム材料は上記の構成を有しているものである
から、導電性、強度、および耐熱性に優れ、かつ安価で
あり、めっきを省略したAu−Si共晶法によるダイボンデ
ィングを行なっても素子に悪影響を及ぼさないという効
果を有している。
ードフレーム材料は上記の構成を有しているものである
から、導電性、強度、および耐熱性に優れ、かつ安価で
あり、めっきを省略したAu−Si共晶法によるダイボンデ
ィングを行なっても素子に悪影響を及ぼさないという効
果を有している。
Claims (1)
- 【請求項１】Ni:0.1〜0.4wt％、Si:0.01〜0.1wt％、Zn:
0.05〜1.0wt％を含有し、III b属元素が0.002wt％以下
であり、V b属元素が0.002wt％以下であり、残部実質的
にCuよりなることを特徴とするベアボンディング用リー
ドフレーム材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165953A JP2790220B2 (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | ベアボンディング用リードフレーム材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165953A JP2790220B2 (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | ベアボンディング用リードフレーム材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0456740A JPH0456740A (ja) | 1992-02-24 |
| JP2790220B2 true JP2790220B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=15822156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2165953A Expired - Lifetime JP2790220B2 (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | ベアボンディング用リードフレーム材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2790220B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5834536B2 (ja) * | 1980-06-06 | 1983-07-27 | 日本鉱業株式会社 | 半導体機器のリ−ド材用の銅合金 |
-
1990
- 1990-06-25 JP JP2165953A patent/JP2790220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0456740A (ja) | 1992-02-24 |
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