JP2797846B2 - 樹脂封止型半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム材 - Google Patents
樹脂封止型半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エポキシ樹脂封止材
に対して高い密着強度を有する樹脂封止型半導体装置の
Ｃｕ合金製リードフレーム材に関するものである。
に対して高い密着強度を有する樹脂封止型半導体装置の
Ｃｕ合金製リードフレーム材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、半導体装置として、トラ
ンジスタやＩＣ、さらにＬＳＩなどが知られているが、
これらの中で、例えば樹脂封止型ＩＣの製造法の１つと
して、（ａ） まず、リードフレーム材として板厚：
０．１〜０．３mmを有するＣｕ合金条材を用意し、
（ｂ） 上記リードフレーム材よりエッチングまたはプ
レス打抜き加工にて製造しようとするＩＣの形状に適合
したリードフレームを形成し、（ｃ） ついで、上記リ
ードフレームの所定箇所に高純度ＳｉあるいはＧｅなど
の半導体チップを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用
いて加熱接着するか、あるいは予め上記半導体チップお
よびリードフレーム材の片面に形成しておいたＡｕ，Ａ
ｇ，Ｎｉ，Ｃｕ、あるいはこれらの合金で構成されため
っき層を介してはんだ付け、あるいはＡｕろう付けし、
（ｄ） 上記半導体チップと上記リードフレームに渡っ
て、ボンディングワイヤとしてＡｕ極細線やＣｕ極細線
などを用いて結線を施し、（ｅ） 引続いて、上記の半
導体チップ、ボンディングワイヤ、および半導体チップ
が取付けられた部分のリードフレームを、これを保護す
る目的で封止材としてエポキシ樹脂を用いて、これを封
止し、（ｆ） 最終的に、上記リードフレームにおける
相互に連なる部分を切除すると共に、リードフレームの
取付け足部に、浸漬法にてＳｎ−Ｐｂ合金はんだ材をめ
っきすることによりＩＣを形成する、以上（ａ）〜
（ｆ）の基本工程からなる方法が知られている。
ンジスタやＩＣ、さらにＬＳＩなどが知られているが、
これらの中で、例えば樹脂封止型ＩＣの製造法の１つと
して、（ａ） まず、リードフレーム材として板厚：
０．１〜０．３mmを有するＣｕ合金条材を用意し、
（ｂ） 上記リードフレーム材よりエッチングまたはプ
レス打抜き加工にて製造しようとするＩＣの形状に適合
したリードフレームを形成し、（ｃ） ついで、上記リ
ードフレームの所定箇所に高純度ＳｉあるいはＧｅなど
の半導体チップを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用
いて加熱接着するか、あるいは予め上記半導体チップお
よびリードフレーム材の片面に形成しておいたＡｕ，Ａ
ｇ，Ｎｉ，Ｃｕ、あるいはこれらの合金で構成されため
っき層を介してはんだ付け、あるいはＡｕろう付けし、
（ｄ） 上記半導体チップと上記リードフレームに渡っ
て、ボンディングワイヤとしてＡｕ極細線やＣｕ極細線
などを用いて結線を施し、（ｅ） 引続いて、上記の半
導体チップ、ボンディングワイヤ、および半導体チップ
が取付けられた部分のリードフレームを、これを保護す
る目的で封止材としてエポキシ樹脂を用いて、これを封
止し、（ｆ） 最終的に、上記リードフレームにおける
相互に連なる部分を切除すると共に、リードフレームの
取付け足部に、浸漬法にてＳｎ−Ｐｂ合金はんだ材をめ
っきすることによりＩＣを形成する、以上（ａ）〜
（ｆ）の基本工程からなる方法が知られている。
【０００３】また、上記樹脂封止型半導体装置の製造
に、リードフレーム材として各種のＣｕ合金が用いら
れ、これらのＣｕ合金のうちの１つとして、重量％で
（以下、％は重量％を示す）、 Ｎｉ：１〜４％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 Ｚｎ：０．１〜２％、 Ｍｇ：０．００１〜０．０
５％、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成を有
するＣｕ合金が知られ、さらにこのＣｕ合金がすぐれた
強度とはんだの耐熱剥離性を具備することから広く実用
に供されていることも知られている。
に、リードフレーム材として各種のＣｕ合金が用いら
れ、これらのＣｕ合金のうちの１つとして、重量％で
（以下、％は重量％を示す）、 Ｎｉ：１〜４％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 Ｚｎ：０．１〜２％、 Ｍｇ：０．００１〜０．０
５％、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成を有
するＣｕ合金が知られ、さらにこのＣｕ合金がすぐれた
強度とはんだの耐熱剥離性を具備することから広く実用
に供されていることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の半導体装
置の高集積化はめざましく、これに伴ない、上記の樹脂
封止型半導体装置においても苛酷な条件での使用が予儀
なくされているが、これを構成する上記の従来Ｃｕ合金
製リードフレーム材は、封止材であるエポキシ樹脂に対
する密着強度が十分でないために、比較的短時間の実用
で剥離が発生し易く、この結果リードフレームと封止材
との間に形成された僅かな隙間から外気（特に水分）が
侵入し、これによって構成部材に腐食が発生することに
なることから、信頼性の点で問題が生じているのが現状
である。
置の高集積化はめざましく、これに伴ない、上記の樹脂
封止型半導体装置においても苛酷な条件での使用が予儀
なくされているが、これを構成する上記の従来Ｃｕ合金
製リードフレーム材は、封止材であるエポキシ樹脂に対
する密着強度が十分でないために、比較的短時間の実用
で剥離が発生し易く、この結果リードフレームと封止材
との間に形成された僅かな隙間から外気（特に水分）が
侵入し、これによって構成部材に腐食が発生することに
なることから、信頼性の点で問題が生じているのが現状
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の樹脂封止型半導体装置に
用いられているＣｕ合金製リードフレーム材に着目し、
これの封止材としてのエポキシ樹脂に対する密着強度を
向上させるべく研究を行なった結果、上記の樹脂封止型
半導体装置に用いられている上記の従来Ｃｕ合金製リー
ドフレーム材に、不可避不純物として含有する硫黄
（Ｓ）および炭素（Ｃ）の含有量をそれぞれ Ｓ：２０ppm 以下、 Ｃ：２０ppm 以下、 とした状態で、合金成分としてＳｎを０．０５〜１％含
有させると、この結果のＣｕ合金製リードフレーム材
は、強度およびはんだの耐熱剥離性が損なわれることな
く、エポキシ樹脂の封止材に対する密着強度が著しく向
上するようになり、苛酷な条件下での使用でも剥離の発
生が抑制されるようになるという研究結果を得たのであ
る。
上述のような観点から、上記の樹脂封止型半導体装置に
用いられているＣｕ合金製リードフレーム材に着目し、
これの封止材としてのエポキシ樹脂に対する密着強度を
向上させるべく研究を行なった結果、上記の樹脂封止型
半導体装置に用いられている上記の従来Ｃｕ合金製リー
ドフレーム材に、不可避不純物として含有する硫黄
（Ｓ）および炭素（Ｃ）の含有量をそれぞれ Ｓ：２０ppm 以下、 Ｃ：２０ppm 以下、 とした状態で、合金成分としてＳｎを０．０５〜１％含
有させると、この結果のＣｕ合金製リードフレーム材
は、強度およびはんだの耐熱剥離性が損なわれることな
く、エポキシ樹脂の封止材に対する密着強度が著しく向
上するようになり、苛酷な条件下での使用でも剥離の発
生が抑制されるようになるという研究結果を得たのであ
る。
【０００６】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、 Ｎｉ：１〜４％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 Ｚｎ：０．１〜２％、 Ｍｇ：０．００１〜０．０
５％、 Ｓｎ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなり、かつ不
可避不純物として含有するＳおよびＣの含有量を、それ
ぞれ、 Ｓ：２０ppm 以下、 Ｃ：２０ppm 以下、 とした組成を有するＣｕ合金で構成した樹脂封止型半導
体装置のＣｕ合金製リードフレーム材に特徴を有するも
のである。
なされたものであって、 Ｎｉ：１〜４％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 Ｚｎ：０．１〜２％、 Ｍｇ：０．００１〜０．０
５％、 Ｓｎ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなり、かつ不
可避不純物として含有するＳおよびＣの含有量を、それ
ぞれ、 Ｓ：２０ppm 以下、 Ｃ：２０ppm 以下、 とした組成を有するＣｕ合金で構成した樹脂封止型半導
体装置のＣｕ合金製リードフレーム材に特徴を有するも
のである。
【０００７】つぎに、この発明のリードフレーム材を構
成するＣｕ合金の成分組成を上記の通りに限定した理由
を説明する。 （ａ） ＮｉおよびＳｉ これら両成分は、結合して素地に微細に析出分散する、
主体がＮｉ2 Ｓｉからなる金属間化合物を形成し、もっ
て強度を向上させる作用をもつが、その含有量がＮｉ：
１％未満およびＳｉ：０．１％未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方Ｎｉの含有量が４％を越えると導
電率が低下するようになり、またＳｉの含有量が１％を
越えると熱間加工性が低下するようになることから、そ
の含有量をそれぞれＮｉ：１〜４％、Ｓｉ：０．１〜１
％と定めた。
成するＣｕ合金の成分組成を上記の通りに限定した理由
を説明する。 （ａ） ＮｉおよびＳｉ これら両成分は、結合して素地に微細に析出分散する、
主体がＮｉ2 Ｓｉからなる金属間化合物を形成し、もっ
て強度を向上させる作用をもつが、その含有量がＮｉ：
１％未満およびＳｉ：０．１％未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方Ｎｉの含有量が４％を越えると導
電率が低下するようになり、またＳｉの含有量が１％を
越えると熱間加工性が低下するようになることから、そ
の含有量をそれぞれＮｉ：１〜４％、Ｓｉ：０．１〜１
％と定めた。
【０００８】（ｂ） Ｚｎ Ｚｎ成分には、はんだの耐熱剥離性を向上させる作用が
あるが、その含有量が０．１％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が２％を越えると導
電性が急激に低下するようになることから、その含有量
を０．１〜２％と定めた。
あるが、その含有量が０．１％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が２％を越えると導
電性が急激に低下するようになることから、その含有量
を０．１〜２％と定めた。
【０００９】（ｃ） Ｍｇ Ｍｇ成分には、熱間加工性を向上させる作用があるが、
その含有量が０．００１％未満では所望の熱間加工性向
上効果が得られず、一方その含有量が０．０５％を越え
てもより一層の向上効果が現われないことから、その含
有量を０．００１〜０．０５％と定めた。
その含有量が０．００１％未満では所望の熱間加工性向
上効果が得られず、一方その含有量が０．０５％を越え
てもより一層の向上効果が現われないことから、その含
有量を０．００１〜０．０５％と定めた。
【００１０】（ｄ） Ｓｎ Ｓｎ成分には、上記の通り封止材であるエポキシ樹脂と
の密着強度を向上させる作用があるが、その含有量が
０．０５％未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
ず、一方その含有量が１％を越えると導電性が低下する
ようになることから、その含有量を０．０５〜１％と定
めた。
の密着強度を向上させる作用があるが、その含有量が
０．０５％未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
ず、一方その含有量が１％を越えると導電性が低下する
ようになることから、その含有量を０．０５〜１％と定
めた。
【００１１】（ｅ） 不可避不純物としてのＳおよびＣ 一般に、この種Ｃｕ合金は不可避不純物としてＳおよび
Ｃをそれぞれ３０ppm以下含有するが、これらＳおよび
Ｃの含有量をそれぞれ２０ppm 以下にしないと、上記の
Ｓｎによる所望の密着強度向上効果が得られないことか
ら、これらＳおよびＣの含有量をそれぞれ２０ppm 以下
に制限しなければならない。
Ｃをそれぞれ３０ppm以下含有するが、これらＳおよび
Ｃの含有量をそれぞれ２０ppm 以下にしないと、上記の
Ｓｎによる所望の密着強度向上効果が得られないことか
ら、これらＳおよびＣの含有量をそれぞれ２０ppm 以下
に制限しなければならない。
【００１２】
【実施例】つぎに、この発明のＣｕ合金製リードフレー
ム材を実施例により具体的に説明する。通常の高周波誘
導溶解炉を用い、それぞれ表１〜３に示される成分組成
をもったＣｕ合金溶湯を調製し、半連続鋳造法にて厚
さ：１５０mm×幅５００mm×長さ：３０００mmの寸法を
もった鋳塊とし、この鋳塊に９５０℃の圧延開始温度で
熱間圧延を施して厚さ：１１mmの熱延板とし、水冷後、
前記熱延板の上下両面を面削して厚さ：１０mmとした状
態で、これに冷間圧延、焼鈍、および酸洗を繰り返し施
して厚さ：０．４mmの冷延板とし、ついで前記冷延板
に、温度：９００℃に２分間保持後水冷の条件で連続溶
体化処理を施した後、最終冷間圧延を施して、その厚さ
を０．２５mmとし、さらにこれに温度：４５０℃に３時
間保持の条件で時効処理を施すことにより本発明リード
フレーム材１〜１１、合金成分としてＳｎを含有しない
従来リードフレーム材１〜９、さらに構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（表２に＊印を付したもの）がこ
の発明の範囲から外れた組成のＣｕ合金で構成された比
較リードフレーム材１〜７をそれぞれ製造した。
ム材を実施例により具体的に説明する。通常の高周波誘
導溶解炉を用い、それぞれ表１〜３に示される成分組成
をもったＣｕ合金溶湯を調製し、半連続鋳造法にて厚
さ：１５０mm×幅５００mm×長さ：３０００mmの寸法を
もった鋳塊とし、この鋳塊に９５０℃の圧延開始温度で
熱間圧延を施して厚さ：１１mmの熱延板とし、水冷後、
前記熱延板の上下両面を面削して厚さ：１０mmとした状
態で、これに冷間圧延、焼鈍、および酸洗を繰り返し施
して厚さ：０．４mmの冷延板とし、ついで前記冷延板
に、温度：９００℃に２分間保持後水冷の条件で連続溶
体化処理を施した後、最終冷間圧延を施して、その厚さ
を０．２５mmとし、さらにこれに温度：４５０℃に３時
間保持の条件で時効処理を施すことにより本発明リード
フレーム材１〜１１、合金成分としてＳｎを含有しない
従来リードフレーム材１〜９、さらに構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（表２に＊印を付したもの）がこ
の発明の範囲から外れた組成のＣｕ合金で構成された比
較リードフレーム材１〜７をそれぞれ製造した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】つぎに、この結果得られた各種のリードフ
レーム材について、強度を評価する目的でビッカース硬
さ（荷重：５００ｇ）を測定し、さらに導電率を測定す
ると共に、エポキシ樹脂密着試験およびはんだの熱剥離
試験を行なった。
レーム材について、強度を評価する目的でビッカース硬
さ（荷重：５００ｇ）を測定し、さらに導電率を測定す
ると共に、エポキシ樹脂密着試験およびはんだの熱剥離
試験を行なった。
【００１７】はんだの熱剥離試験は、幅：１５mm×長
さ：６０mmの寸法をもった試験片を用い、これをロジン
フラックスで処理した後、温度：２３０℃の６０％Ｓｎ
−４０％Ｐｂ合金からなるはんだ浴中に浸漬して、その
表面を前記はんだでめっきし、ついでこれを大気中、温
度：１５０℃に１０００時間保持の条件で加熱した後、
試験片の中央部で１８０°折り曲げて重ね合わせ、つい
でこれを元の状態に戻す１８０°曲げを再度行なうこと
により行ない、前記折り曲げ部におけるはんだ剥離の有
無を観察した。
さ：６０mmの寸法をもった試験片を用い、これをロジン
フラックスで処理した後、温度：２３０℃の６０％Ｓｎ
−４０％Ｐｂ合金からなるはんだ浴中に浸漬して、その
表面を前記はんだでめっきし、ついでこれを大気中、温
度：１５０℃に１０００時間保持の条件で加熱した後、
試験片の中央部で１８０°折り曲げて重ね合わせ、つい
でこれを元の状態に戻す１８０°曲げを再度行なうこと
により行ない、前記折り曲げ部におけるはんだ剥離の有
無を観察した。
【００１８】また、エポキシ樹脂密着試験は、平面寸
法：２０mm×２０mmの試験片を用い、この試験片を樹脂
射出成形機の金型内に装入し、金型と共に、温度：１７
５℃に２０分間加熱した後、これにエポキシ樹脂を吹込
んで、前記試験片の片側面中央部に直径：１５mm×長
さ：２０mmの寸法をもったエポキシ樹脂片が接着してな
る複合片を成形し、ついでこの複合片に、雰囲気圧力：
２気圧、温度：８５℃、湿度：８５％、保持時間：２４
時間の条件でのプレッシャークッカーテスト処理を施
し、さらに引続いて大気中、温度：２１５℃に１分間保
持の条件での加熱処理を施した状態で、前記試験片とエ
ポキシ樹脂片の密着強度を測定することにより行なっ
た。これらの測定結果を表１〜３に示した。
法：２０mm×２０mmの試験片を用い、この試験片を樹脂
射出成形機の金型内に装入し、金型と共に、温度：１７
５℃に２０分間加熱した後、これにエポキシ樹脂を吹込
んで、前記試験片の片側面中央部に直径：１５mm×長
さ：２０mmの寸法をもったエポキシ樹脂片が接着してな
る複合片を成形し、ついでこの複合片に、雰囲気圧力：
２気圧、温度：８５℃、湿度：８５％、保持時間：２４
時間の条件でのプレッシャークッカーテスト処理を施
し、さらに引続いて大気中、温度：２１５℃に１分間保
持の条件での加熱処理を施した状態で、前記試験片とエ
ポキシ樹脂片の密着強度を測定することにより行なっ
た。これらの測定結果を表１〜３に示した。
【００１９】
【発明の効果】表１〜３に示される結果から、本発明リ
ードフレーム材１〜１１は、合金成分としてＳｎを含有
しない従来リードフレーム材１〜９と同等の強度（硬
さ）、導電率、およびはんだの耐熱剥離性を具備した上
で、これより封止材であるエポキシ樹脂との密着性が一
段とすぐれていることが明らかであり、一方比較リード
フレーム材１〜７に見られるように、構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（表に※印を付したもの）がこの
発明の範囲から外れると、強度、導電性、およびはんだ
の耐熱剥離性のうちの少なくともいずれかの特性が劣っ
たものになることが明らかである。
ードフレーム材１〜１１は、合金成分としてＳｎを含有
しない従来リードフレーム材１〜９と同等の強度（硬
さ）、導電率、およびはんだの耐熱剥離性を具備した上
で、これより封止材であるエポキシ樹脂との密着性が一
段とすぐれていることが明らかであり、一方比較リード
フレーム材１〜７に見られるように、構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（表に※印を付したもの）がこの
発明の範囲から外れると、強度、導電性、およびはんだ
の耐熱剥離性のうちの少なくともいずれかの特性が劣っ
たものになることが明らかである。
【００２０】上述のように、この発明のＣｕ合金製リー
ドフレーム材は、封止材であるエポキシ樹脂との間に著
しく高い密着強度を確保することができるので、これを
組込んだ樹脂封止型半導体装置においては、苛酷な条件
下での使用に際してもリードフレーム材が封止材から剥
れることがなくなることから、高い信頼性が得られるよ
うになるのである。
ドフレーム材は、封止材であるエポキシ樹脂との間に著
しく高い密着強度を確保することができるので、これを
組込んだ樹脂封止型半導体装置においては、苛酷な条件
下での使用に際してもリードフレーム材が封止材から剥
れることがなくなることから、高い信頼性が得られるよ
うになるのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−130739（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232327（ＪＰ，Ａ) 二塚錬成，「銅系リードフレーム材の 開発動向と二、三の問題」、金属、株式 会社アグネ、1989年、第59巻、第７号、 第77−85頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10 H01L 23/48 H01L 23/50
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｎｉ：１〜４％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 Ｚｎ：０．１〜２％、 Ｍｇ：０．００１〜０．０
５％、 Ｓｎ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなり、かつ不
可避不純物としての硫黄（Ｓ）および炭素（Ｃ）の含有
量を、それぞれ、 Ｓ：２０ppm 以下、 Ｃ：２０ppm 以下、 とした組成を有するＣｕ合金で構成したことを特徴とす
る樹脂封止型半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム
材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4177500A JP2797846B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 樹脂封止型半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム材 |
| DE19934319249 DE4319249C2 (de) | 1992-06-11 | 1993-06-09 | Anschlußrahmenmaterial, das aus einer Kupferlegierung geformt ist, für mit Epoxyharz gekapselte Halbleitervorrichtungen |
| US08/196,316 US5463247A (en) | 1992-06-11 | 1994-02-15 | Lead frame material formed of copper alloy for resin sealed type semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4177500A JP2797846B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 樹脂封止型半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05345941A JPH05345941A (ja) | 1993-12-27 |
| JP2797846B2 true JP2797846B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=16031995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4177500A Expired - Lifetime JP2797846B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 樹脂封止型半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム材 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2797846B2 (ja) |
| DE (1) | DE4319249C2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3739214B2 (ja) | 1998-03-26 | 2006-01-25 | 株式会社神戸製鋼所 | 電子部品用銅合金板 |
| JP3520034B2 (ja) | 2000-07-25 | 2004-04-19 | 古河電気工業株式会社 | 電子電気機器部品用銅合金材 |
| JP3520046B2 (ja) | 2000-12-15 | 2004-04-19 | 古河電気工業株式会社 | 高強度銅合金 |
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 二塚錬成，「銅系リードフレーム材の開発動向と二、三の問題」、金属、株式会社アグネ、１９８９年、第５９巻、第７号、第７７−８５頁 |
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