JP6623108B2 - リードフレーム材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リードフレーム材料およびその製造方法に関する。特に、貴金属めっきが被覆されたリードフレーム材料およびその製造方法において、ワイヤボンディング性に優れるとともに、樹脂密着性にも優れ、さらに貴金属の凝着粉発生を大きく抑制することができるリードフレーム材料およびその製造方法に関する。
電子部品の小型化や複雑形状化により、金属部材内でのワイヤボンディング性が要求されるエリアと樹脂接着性が要求されるエリアとが近接するようになった。
ワイヤボンディング性を満たすためには、ワイヤと被ボンディング部との実効接触面積を大きくするために一般的には被ボンディング部の表面が平滑な方が良い。例えば特許文献１では、多層銅めっき層を形成した樹脂成形品において最上層の銅めっき層のめっき粗さＲｍａｘは１０μｍ以下であることが望ましいとされている。
ワイヤボンディング性を満たすためには、ワイヤと被ボンディング部との実効接触面積を大きくするために一般的には被ボンディング部の表面が平滑な方が良い。例えば特許文献１では、多層銅めっき層を形成した樹脂成形品において最上層の銅めっき層のめっき粗さＲｍａｘは１０μｍ以下であることが望ましいとされている。
一方で、樹脂密着性とワイヤボンディング性の両立のため、例えば特許文献２において、少なくとも０．２μｍの平均膜厚を有する銀めっき膜からなる下層と、前記銀めっき膜の表面上に形成された銀めっき層であって表面の平均結晶粒径が０．５μｍ以上、表面粗さＲｍａｘが１０〜４０μｍである上層とで構成される銀めっき構造を最表面に持つ金属部材が提案されている。
ところが、特許文献１のように表面粗さを平滑にすると、樹脂密着性に劣るだけでなく、ワイヤボンディングを行った際のキャピラリ先端に貴金属が凝着摩耗を発生しやすくなり、キャピラリの交換サイクルが短くなる問題がある。一方で、特許文献２の手法で形成された銀めっき材は、表面粗さが大きいためにボンディング強度が不十分であるケースが生じるとともに、表面が粗化されているためにワイヤボンディング時に銀の粉が発生し易いことが分かった。その粉の影響により、リードフレーム間の短絡の懸念や、その粉がキャピラリ先端に付着してキャピラリの交換サイクルが短くなることが分かった。
これらの結果を受け、本発明は、リードフレーム材料であって、ワイヤボンディングの接合強度が高く、樹脂密着性も優れ、さらに貴金属の凝着粉発生を大きく抑制することができるリードフレーム材料を提供することを課題とする。
上記問題点に対して研究開発を進めた結果、本発明者らは、導電性基体上に、ワイヤボンディングが行われる個所における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつ粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下であるリードフレーム材料であって、平滑性が高いためにワイヤボンディング性に優れ、樹脂密着性も優れ、さらに粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが長いことにより算術平均では現れない凹凸を形成することができ、その結果、キャピラリ先端に発生する貴金属の凝着粉発生を大きく抑制することができて、キャピラリの交換サイクルを長くできるため備品コストを低減できることを見出した。
すなわち、上記課題は以下の手段により解決される。
（１）導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料であって、少なくともワイヤボンディングが施される箇所の表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその表面における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下である、リードフレーム材料。
（２）前記導電性基体は、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、（１）に記載のリードフレーム材料。
（３）前記ワイヤボンディングが施される箇所の表面は、銀または銀合金、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなる、（１）又は（２）に記載のリードフレーム材料。
（４）前記ワイヤボンディングが施される箇所の表面が、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなり、かつその下層がパラジウム、パラジウム合金、ロジウム、ロジウム合金、ルテニウム、ルテニウム合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる層を有する、（１）〜（３）のいずれかに記載のリードフレーム材料。
（５）前記表面において、楔形状の突起が線分長さ１μｍあたり平均１〜５個存在する、（１）〜（４）のいずれかに記載のリードフレーム材料。
（６）導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料の製造方法であって、そのワイヤボンディングが施される箇所の表面においてめっき法にて表面を形成した後、そのめっきをさらに電解法にて１〜１０％の厚さ分を溶解することで該ワイヤボンディングが施される箇所表面を形成する、（１）〜（５）のいずれかに記載のリードフレーム材料の製造方法。
（１）導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料であって、少なくともワイヤボンディングが施される箇所の表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその表面における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下である、リードフレーム材料。
（２）前記導電性基体は、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、（１）に記載のリードフレーム材料。
（３）前記ワイヤボンディングが施される箇所の表面は、銀または銀合金、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなる、（１）又は（２）に記載のリードフレーム材料。
（４）前記ワイヤボンディングが施される箇所の表面が、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなり、かつその下層がパラジウム、パラジウム合金、ロジウム、ロジウム合金、ルテニウム、ルテニウム合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる層を有する、（１）〜（３）のいずれかに記載のリードフレーム材料。
（５）前記表面において、楔形状の突起が線分長さ１μｍあたり平均１〜５個存在する、（１）〜（４）のいずれかに記載のリードフレーム材料。
（６）導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料の製造方法であって、そのワイヤボンディングが施される箇所の表面においてめっき法にて表面を形成した後、そのめっきをさらに電解法にて１〜１０％の厚さ分を溶解することで該ワイヤボンディングが施される箇所表面を形成する、（１）〜（５）のいずれかに記載のリードフレーム材料の製造方法。
本発明において、算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ： ２００１で規定される。また、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ： ２００１で規定される。
本発明のリードフレーム材料によれば、導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料において、少なくともワイヤボンディングが施される箇所の表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下であることにより、表面の平滑性が高いのでワイヤボンディング性が容易かつ接合強度を強くでき、樹脂密着性も優れ、さらにその粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを５μｍ以上３０μｍ以下に制御することで、平滑度が高いながらも凝着摩耗を抑制できる。
さらに好ましくは、表面において、楔形状の突起が線分長さ１μｍあたり平均１〜５個存在することにより、ワイヤボンディングの際の金属結合のみならず、強度が機械的結合力により一層高められるものである。
また、本発明のリードフレーム材料の製造方法によれば、その表面をめっき法にて形成後、さらにその被覆厚に対する１〜１０％を表面から溶解することで、表面の粗度Ｒａを大きく変化させることなく楔形凸状形状を形成することができるものである。
さらに好ましくは、表面において、楔形状の突起が線分長さ１μｍあたり平均１〜５個存在することにより、ワイヤボンディングの際の金属結合のみならず、強度が機械的結合力により一層高められるものである。
また、本発明のリードフレーム材料の製造方法によれば、その表面をめっき法にて形成後、さらにその被覆厚に対する１〜１０％を表面から溶解することで、表面の粗度Ｒａを大きく変化させることなく楔形凸状形状を形成することができるものである。
（表面粗度Ｒａについて）
本発明は、導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料において、少なくともワイヤボンディングが施される箇所の表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下であるリードフレーム材料を提供するものである。
特に表面の算術平均粗さＲａを規定する理由として、Ｒａが大きいほど粗く、小さいほど平滑であるが、Ｒａが０．１μｍを超えるとその粗度が大きすぎるためにワイヤボンディング時に平滑が故にキャピラリ先端部とワイヤボンディングされる箇所にある表面金属との凝着摩耗が発生しやすい。この結果、金属の粉落ちが発生しやすく、キャピラリ先端に粉が堆積してワイヤボンディング不良となる可能性が高くなる。また、凝着が頻繁に発生すると、その都度キャピラリ先端を研磨したり洗浄したりする必要が生じ、生産効率の低下にもつながる。
本発明は、導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料において、少なくともワイヤボンディングが施される箇所の表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下であるリードフレーム材料を提供するものである。
特に表面の算術平均粗さＲａを規定する理由として、Ｒａが大きいほど粗く、小さいほど平滑であるが、Ｒａが０．１μｍを超えるとその粗度が大きすぎるためにワイヤボンディング時に平滑が故にキャピラリ先端部とワイヤボンディングされる箇所にある表面金属との凝着摩耗が発生しやすい。この結果、金属の粉落ちが発生しやすく、キャピラリ先端に粉が堆積してワイヤボンディング不良となる可能性が高くなる。また、凝着が頻繁に発生すると、その都度キャピラリ先端を研磨したり洗浄したりする必要が生じ、生産効率の低下にもつながる。
（表面粗度ＲＳｍについて）
さらに本発明のリードフレーム材料として、算術平均粗さＲａのみならず、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下である。このＲＳｍは、粗さ曲線要素の平均長さを示しており、このＲＳｍの値は、一般的にはＲａが小さいほど小さくなる。本発明では、その数値とワイヤボンディングの粉落ち性に関連性があることを見出した。特にＲａが小さいと、表面の金属とワイヤボンディング用キャピラリとの間で凝着が生じ、キャピラリ先端に金属粉が移着しやすい課題があったが、ＲＳｍを５〜３０μｍに制御することで、金属粉の移着量が大幅に低減してキャピラリ洗浄頻度が少なくなり、生産性が向上する効果が上げられる。
ＲＳｍの値は、少なくとも５μｍ以上であることが必要であり、これよりも小さいと移着が発生しやすくなる。一方、ＲＳｍが３０μｍを超えると、表面の微細な凹凸が多くなることにより金属移着が逆に増加するため好ましくない。したがって、ＲＳｍの値は５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍに制御することで、粉落ちや移着が少なく良好なワイヤボンディング性が得られる。
さらに本発明のリードフレーム材料として、算術平均粗さＲａのみならず、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下である。このＲＳｍは、粗さ曲線要素の平均長さを示しており、このＲＳｍの値は、一般的にはＲａが小さいほど小さくなる。本発明では、その数値とワイヤボンディングの粉落ち性に関連性があることを見出した。特にＲａが小さいと、表面の金属とワイヤボンディング用キャピラリとの間で凝着が生じ、キャピラリ先端に金属粉が移着しやすい課題があったが、ＲＳｍを５〜３０μｍに制御することで、金属粉の移着量が大幅に低減してキャピラリ洗浄頻度が少なくなり、生産性が向上する効果が上げられる。
ＲＳｍの値は、少なくとも５μｍ以上であることが必要であり、これよりも小さいと移着が発生しやすくなる。一方、ＲＳｍが３０μｍを超えると、表面の微細な凹凸が多くなることにより金属移着が逆に増加するため好ましくない。したがって、ＲＳｍの値は５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍに制御することで、粉落ちや移着が少なく良好なワイヤボンディング性が得られる。
（基材について）
また、使用する金属基体（導電性基体）成分としては、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等が好ましく、中でも導電率の良い銅または銅合金が好ましい。
例えば銅合金の一例として、ＣＤＡ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）掲載合金である「Ｃ１４４１０（Ｃｕ−０．１５Ｓｎ、古河電気工業（株）製、商品名：ＥＦＴＥＣ（登録商標）−３）」、「Ｃ１９４００（Ｃｕ−Ｆｅ系合金材料、Ｃｕ−２．３Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１５Ｚｎ）」、「Ｃ１８０４５（Ｃｕ−０．３Ｃｒ−０．２５Ｓｎ−０．５Ｚｎ、古河電気工業（株）製、商品名：ＥＦＴＥＣ−６４Ｔ）」等を用いることができる。なお、各元素の前の数字の単位は質量％である。これら銅合金基体はそれぞれ導電率や強度が異なるため、適宜要求特性により選定されて使用される。この内、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上の銅合金の条材とすることが好ましい。
また、鉄もしくは鉄合金としては、例えば、４２アロイ（Ｆｅ−４２ｍａｓｓ％Ｎｉ）やステンレス鋼などが用いられる。これら鉄合金基体は、導電率はそれほど高くないが、導電率をそれほど要求せず、電気信号の伝達を目的とするようなリードフレーム材料には適用することができる。
また、アルミニウムもしくはアルミニウム合金としては、例えば、Ａ５０５２などが用いられる。
基体の厚さには特に制限はないが、通常、０．０５ｍｍ〜２ｍｍであり、好ましくは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
また、使用する金属基体（導電性基体）成分としては、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等が好ましく、中でも導電率の良い銅または銅合金が好ましい。
例えば銅合金の一例として、ＣＤＡ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）掲載合金である「Ｃ１４４１０（Ｃｕ−０．１５Ｓｎ、古河電気工業（株）製、商品名：ＥＦＴＥＣ（登録商標）−３）」、「Ｃ１９４００（Ｃｕ−Ｆｅ系合金材料、Ｃｕ−２．３Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１５Ｚｎ）」、「Ｃ１８０４５（Ｃｕ−０．３Ｃｒ−０．２５Ｓｎ−０．５Ｚｎ、古河電気工業（株）製、商品名：ＥＦＴＥＣ−６４Ｔ）」等を用いることができる。なお、各元素の前の数字の単位は質量％である。これら銅合金基体はそれぞれ導電率や強度が異なるため、適宜要求特性により選定されて使用される。この内、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上の銅合金の条材とすることが好ましい。
また、鉄もしくは鉄合金としては、例えば、４２アロイ（Ｆｅ−４２ｍａｓｓ％Ｎｉ）やステンレス鋼などが用いられる。これら鉄合金基体は、導電率はそれほど高くないが、導電率をそれほど要求せず、電気信号の伝達を目的とするようなリードフレーム材料には適用することができる。
また、アルミニウムもしくはアルミニウム合金としては、例えば、Ａ５０５２などが用いられる。
基体の厚さには特に制限はないが、通常、０．０５ｍｍ〜２ｍｍであり、好ましくは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
（表層について）
本発明において、ワイヤボンディングが施される箇所の表面は、銀または銀合金、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなる皮膜（表層）であることが好ましい。この表層の役割としては、ワイヤボンディング可能な金属からなることが必要であり、特に金、銀であることがより好ましい。
なお、この表層の被覆厚については、特に規定するものではないが、コストや曲げ加工性を考慮すると、通常、０．００１〜３μｍ、さらには０．０５〜１μｍであることが好ましい。
本発明において、ワイヤボンディングが施される箇所の表面は、銀または銀合金、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなる皮膜（表層）であることが好ましい。この表層の役割としては、ワイヤボンディング可能な金属からなることが必要であり、特に金、銀であることがより好ましい。
なお、この表層の被覆厚については、特に規定するものではないが、コストや曲げ加工性を考慮すると、通常、０．００１〜３μｍ、さらには０．０５〜１μｍであることが好ましい。
（表層の下層について）
特に、表層が金、金合金、白金又は白金合金のうちいずれかからなるときは、表層での貴金属の使用量を省略（低減化）する為にその下層にパラジウム、パラジウム合金、ロジウム、ロジウム合金、ルテニウム、ルテニウム合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる層を、例えば０．００５〜０．２μｍ、好ましくは０．０１〜０．１μｍの厚さで形成することで、基材及び／又は中間層との拡散防止のために大変効果的である。この表層の下層は、耐熱性が高いために高温環境下でも表層金属の拡散を防止でき、さらに高硬度なためにワイヤボンディングの際の高反発力が得られ、結果的に接合強度の向上につながる効果があるため好ましい。
特に、表層が金、金合金、白金又は白金合金のうちいずれかからなるときは、表層での貴金属の使用量を省略（低減化）する為にその下層にパラジウム、パラジウム合金、ロジウム、ロジウム合金、ルテニウム、ルテニウム合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる層を、例えば０．００５〜０．２μｍ、好ましくは０．０１〜０．１μｍの厚さで形成することで、基材及び／又は中間層との拡散防止のために大変効果的である。この表層の下層は、耐熱性が高いために高温環境下でも表層金属の拡散を防止でき、さらに高硬度なためにワイヤボンディングの際の高反発力が得られ、結果的に接合強度の向上につながる効果があるため好ましい。
（中間層について）
本発明のリードフレーム材料には、中間層は設けても設けなくてもよいが、例えばニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅又は銅合金のうちいずれかからなる中間層を、表層の拡散バリアー層として及び／又は密着性向上のために設けてもよい。特に導電性基体よりも貴な金属をめっき処理において形成する場合は、密着性向上及び／又は置換防止のためにフラッシュめっき又はストライクめっきなどの下地処理をすることも有効である。また、中間層は複数層あっても良く、被覆仕様用途等に応じて各種の構成を設けるのが好ましい。中間層の合計の厚さは０．０５〜３μｍが好ましく、０．２〜１μｍがさらに好ましい。
本発明のリードフレーム材料には、中間層は設けても設けなくてもよいが、例えばニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅又は銅合金のうちいずれかからなる中間層を、表層の拡散バリアー層として及び／又は密着性向上のために設けてもよい。特に導電性基体よりも貴な金属をめっき処理において形成する場合は、密着性向上及び／又は置換防止のためにフラッシュめっき又はストライクめっきなどの下地処理をすることも有効である。また、中間層は複数層あっても良く、被覆仕様用途等に応じて各種の構成を設けるのが好ましい。中間層の合計の厚さは０．０５〜３μｍが好ましく、０．２〜１μｍがさらに好ましい。
（表層の表面形状について）
以下、図面に基づいて、本発明を説明する。
以下、図面に基づいて、本発明を説明する。
図１は、本発明のリードフレームを用いた時のワイヤボンディング（４）が形成された箇所における概略断面図を示す。本発明では、ワイヤボンディング（４）近傍ないしは直下における表面は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその表面における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下で形成されている。
図２は、本発明のリードフレームにおける表層付近の概略断面図の好ましい一例であり、図１の表層部のみを拡大した様子を示している。このように、表層（３）の表面には楔型状の突起（５）を有することにより、よりワイヤボンディング性の強度が向上し、平滑なＲａを持った表面においても良好なボンディング性を示すために好ましい。
図３は、単位長さあたりの楔状突起（５）個数を算出する際の説明図である。このように、測定長（図３では１０μｍ）あたりの楔状突起（凸状突起）個数（図３では２５個）をカウントすることで、好ましい楔状突起の個数を定義するものとする。
図４（ａ）及び４（ｂ）は、本発明のリードフレームにおける表層付近の概略断面図の他の例である。このように、凸部の先端が平坦な砲弾状（図４（ａ））又は凸部の先端が平坦な台形状（図４（ｂ））のものは、本発明における好ましい形状である楔型状突起（５）の個数とはカウントせず、図１、図２又は図３に示すような楔型状突起（凸状突起）の形状のみをカウントするものとする。
図２は、本発明のリードフレームにおける表層付近の概略断面図の好ましい一例であり、図１の表層部のみを拡大した様子を示している。このように、表層（３）の表面には楔型状の突起（５）を有することにより、よりワイヤボンディング性の強度が向上し、平滑なＲａを持った表面においても良好なボンディング性を示すために好ましい。
図３は、単位長さあたりの楔状突起（５）個数を算出する際の説明図である。このように、測定長（図３では１０μｍ）あたりの楔状突起（凸状突起）個数（図３では２５個）をカウントすることで、好ましい楔状突起の個数を定義するものとする。
図４（ａ）及び４（ｂ）は、本発明のリードフレームにおける表層付近の概略断面図の他の例である。このように、凸部の先端が平坦な砲弾状（図４（ａ））又は凸部の先端が平坦な台形状（図４（ｂ））のものは、本発明における好ましい形状である楔型状突起（５）の個数とはカウントせず、図１、図２又は図３に示すような楔型状突起（凸状突起）の形状のみをカウントするものとする。
なお、突起の形状における定義を、図４（ａ）及び４（ｂ）に示す例に基づいて説明する。例えばＦＩＢなどの加工法にて断面資料を作製し、電子顕微鏡にて１００００倍に拡大して断面観察した時に、突起物の稜線の線分が最も長く直線状である場所を凸方向に伸ばし、その交点と突起の底部との間の長さをＡ、その突起の最大高さと突起の底部との間の長さをＢとした時、Ｂ／Ａ≧２／３を満足する突起を「楔型状突起」と定義する。また、凸部の先端が平坦なものに関しては、凸部の断面根本部長さをＣ、凸部の先端の平坦部の断面長さをＤとした時、Ｄ／Ｃ≦１／５を満たすものを「楔型状突起」と定義する。
さらに本発明のリードフレーム材料は、表面層の形状が楔形状に突起が形成されていることが好ましく、その個数は線分長さ１μｍあたり平均値で１〜５個であることが好ましい。この個数は、先述の表面粗度を測定する際に得られたプロファイル形状から数えることができる。測定については、各個々の山の形状が測定できるよう、測定長さ１０μｍ程度が好ましく、そのプロファイルを観察して楔状であるものを数えるものとし、凸部の先端が平坦な砲弾状（図４（ａ））や台形状（図４（ｂ））のようなものはカウントしない。例えば１０μｍ中に楔状凸部の個数が２５個存在していた時、その楔形状突起の個数は２．５個／μｍとなる。この値が１〜５個／μｍであることが好ましく、さらに好ましくは１．５〜３．５個／μｍである。この個数が上記範囲に存在することで、ワイヤボンディングの結合強度を増加させる一方、凝着摩耗や移着の生じにくい表面形状となる。
（被覆法の説明）
本発明のリードフレーム材料を製造するためには、めっき、クラッド、蒸着、スパッタ等の各種皮膜形成法が利用できるが、特に薄膜を容易に形成する方法として、表層、表層の下層、中間層のうち少なくとも一層を電気めっき法で設けることが好ましく、全部の層を電気めっき法で形成することがより好ましい。電解めっき液の組成およびめっき条件は、常法により行うことができる。また、必要金属量を抑制するために、表層（第１層）あるいは表層の下層（第２層）、またはその両方の金属被覆層を、ストライプ状又はスポット状等の部分的に施すことも有用である。
本発明のリードフレーム材料を製造するためには、めっき、クラッド、蒸着、スパッタ等の各種皮膜形成法が利用できるが、特に薄膜を容易に形成する方法として、表層、表層の下層、中間層のうち少なくとも一層を電気めっき法で設けることが好ましく、全部の層を電気めっき法で形成することがより好ましい。電解めっき液の組成およびめっき条件は、常法により行うことができる。また、必要金属量を抑制するために、表層（第１層）あるいは表層の下層（第２層）、またはその両方の金属被覆層を、ストライプ状又はスポット状等の部分的に施すことも有用である。
さらに、本発明における表層について、所望の形状を形成する手法としては、ブラスト処理法やエッチング法などが挙げられる。なかでもそのワイヤボンディングが施される箇所の表面をめっき法にて形成した後、そのめっき皮膜をさらに電解法にて初期に形成した厚さに対してその１〜１０％の厚さ分を溶解することで形成することによって、表面に楔形形状を上記の密度にて製造することができるため好ましい。その溶解に関しては、めっきを行う際のめっき液条件において、被覆金属成分を除いた液組成を用い、かつリードフレーム材料をアノード側（＋側）に配位することで容易に溶解できる。この手法により、結晶粒界から優先的に溶解することで各結晶において凸部が形成されやすくなり、その結果容易に単位長さ当たりの楔状突起出現個数を制御することができる。その結果、接合強度、耐粉落ち性及び／又は耐凝着摩耗性に優れた表面を形成することができる。なお、その溶解厚は、初期形成皮膜厚の１〜１０％とすることが好ましい。その具体的数値に関しては所望の被覆厚から決定することができる。
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１〜１２として、厚さ０．１５ｍｍ、幅５０ｍｍの表１に示す導電性基体に以下に示す前処理を行った後、表に示す中間層、表層の下層、表層を施して表１に示す発明例および比較例を得た。ここで、導電性基体上にワイヤボンディングが施される箇所の表面においてめっき法にて表層を形成した後、そのめっきをさらに電解法にて１〜１０％の厚さ分を溶解することで、表層の表面に楔形状突起を形成した（図１、図２、図３参照）。
なお、各被覆厚は蛍光Ｘ線膜厚測定装置（ＳＦＴ−９４００：ＳＩＩ社製（商品名））を使用し、コリメータ径０．５ｍｍを使用して任意の箇所１０点を測定し、その平均値を算出することで被覆厚とした。
なお、各被覆厚は蛍光Ｘ線膜厚測定装置（ＳＦＴ−９４００：ＳＩＩ社製（商品名））を使用し、コリメータ径０．５ｍｍを使用して任意の箇所１０点を測定し、その平均値を算出することで被覆厚とした。
（前処理条件）
［カソード電解脱脂］
脱脂液：ＮａＯＨ ６０ｇ／Ｌ
脱脂条件：２．５Ａ／ｄｍ２、温度６０℃、脱脂時間６０秒
［酸洗］
酸洗液：１０％硫酸
酸洗条件：３０秒 浸漬、室温
［カソード電解脱脂］
脱脂液：ＮａＯＨ ６０ｇ／Ｌ
脱脂条件：２．５Ａ／ｄｍ２、温度６０℃、脱脂時間６０秒
［酸洗］
酸洗液：１０％硫酸
酸洗条件：３０秒 浸漬、室温
（中間層めっき条件）
［Ｎｉめっき］
めっき液：Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ ５００ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ２ ３０ｇ／Ｌ、Ｈ３ＢＯ３ ３０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １０Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
［Ｃｏめっき］
めっき液：Ｃｏ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ ５００ｇ／Ｌ、ＣｏＣｌ２ ３０ｇ／Ｌ、Ｈ３ＢＯ３ ３０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １０Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
［Ｎｉめっき］
めっき液：Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ ５００ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ２ ３０ｇ／Ｌ、Ｈ３ＢＯ３ ３０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １０Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
［Ｃｏめっき］
めっき液：Ｃｏ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ ５００ｇ／Ｌ、ＣｏＣｌ２ ３０ｇ／Ｌ、Ｈ３ＢＯ３ ３０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １０Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
（表層の下層めっき条件）
［Ｐｄめっき］
めっき液：Ｐｄ（ＮＨ３）２Ｃｌ２ ４５ｇ／Ｌ、ＮＨ４ＯＨ ９０ｍｌ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４ ５０ｇ／Ｌ、パラシグマ光沢剤（商品名、松田産業（株）社製） １０ｍｌ／Ｌ
めっき条件：電流密度 ５Ａ／ｄｍ２、温度 ６０℃
［Ｒｈめっき］
めっき液：ＲＨＯＤＥＸ（商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース（株）製）
めっき条件：電流密度 １．３Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
［Ｒｕめっき］
めっき液：ＲＵＴＨＥＮＥＸ１００（商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース（株）製）
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ６５℃
［Ｉｒめっき］
めっき液：ＩＲＩＤＥＸ１００（商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース（株）製）
めっき条件：電流密度 ０．２Ａ／ｄｍ２、温度 ８５℃
［Ｐｄめっき］
めっき液：Ｐｄ（ＮＨ３）２Ｃｌ２ ４５ｇ／Ｌ、ＮＨ４ＯＨ ９０ｍｌ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４ ５０ｇ／Ｌ、パラシグマ光沢剤（商品名、松田産業（株）社製） １０ｍｌ／Ｌ
めっき条件：電流密度 ５Ａ／ｄｍ２、温度 ６０℃
［Ｒｈめっき］
めっき液：ＲＨＯＤＥＸ（商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース（株）製）
めっき条件：電流密度 １．３Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
［Ｒｕめっき］
めっき液：ＲＵＴＨＥＮＥＸ１００（商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース（株）製）
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ６５℃
［Ｉｒめっき］
めっき液：ＩＲＩＤＥＸ１００（商品名、日本エレクトロプレイティングエンジニヤース（株）製）
めっき条件：電流密度 ０．２Ａ／ｄｍ２、温度 ８５℃
（表層めっき条件）
［Ａｕめっき］
めっき液：ＫＡｕ（ＣＮ）２ １４．６ｇ／Ｌ、Ｃ６Ｈ８Ｏ７ １５０ｇ／Ｌ、Ｋ２Ｃ６Ｈ４Ｏ７ １８０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ４０℃
［Ｐｔめっき］
めっき液：Ｐｔ（ＮＯ２）（ＮＨ３）２ １０ｇ／Ｌ、ＮａＮＯ２ １０ｇ／Ｌ、ＮＨ４ＮＯ３ １００ｇ／Ｌ、ＮＨ３ ５０ｍｌ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ８０℃
［Ａｇめっき］
めっき液：ＡｇＣＮ ５０ｇ／Ｌ、ＫＣＮ １００ｇ／Ｌ、Ｋ２ＣＯ３ ３０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ３０℃
［Ａｇ−Ｓｅ合金めっき］
めっき液：ＫＣＮ １５０ｇ／Ｌ、Ｋ２ＣＯ３ １５ｇ／Ｌ、ＫＡｇ［ＣＮ］２ ７５ｇ／Ｌ、Ｎａ２Ｏ３Ｓｅ・５Ｈ２Ｏ ５ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 ２Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
［Ａｕめっき］
めっき液：ＫＡｕ（ＣＮ）２ １４．６ｇ／Ｌ、Ｃ６Ｈ８Ｏ７ １５０ｇ／Ｌ、Ｋ２Ｃ６Ｈ４Ｏ７ １８０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ４０℃
［Ｐｔめっき］
めっき液：Ｐｔ（ＮＯ２）（ＮＨ３）２ １０ｇ／Ｌ、ＮａＮＯ２ １０ｇ／Ｌ、ＮＨ４ＮＯ３ １００ｇ／Ｌ、ＮＨ３ ５０ｍｌ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ８０℃
［Ａｇめっき］
めっき液：ＡｇＣＮ ５０ｇ／Ｌ、ＫＣＮ １００ｇ／Ｌ、Ｋ２ＣＯ３ ３０ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 １Ａ／ｄｍ２、温度 ３０℃
［Ａｇ−Ｓｅ合金めっき］
めっき液：ＫＣＮ １５０ｇ／Ｌ、Ｋ２ＣＯ３ １５ｇ／Ｌ、ＫＡｇ［ＣＮ］２ ７５ｇ／Ｌ、Ｎａ２Ｏ３Ｓｅ・５Ｈ２Ｏ ５ｇ／Ｌ
めっき条件：電流密度 ２Ａ／ｄｍ２、温度 ５０℃
（１Ａ）ワイヤボンディング性（ＷＢ性）：
下記のワイヤボンディング条件において、１０点テスト後に接合強度測定を行った。その初期における（強度−３σ）の値が７ｇｆ以上のものを「優」と判定して表に「◎」印を付し、５ｇｆ以上７ｇｆ未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、５ｇｆ未満であるが接合可能なものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく接合しなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付した。その結果をそれぞれ表２に示した。「可」以上の評価のものを実用レベルとした。
ワイヤボンダ：ＳＷＢ−ＦＡ−ＣＵＢ−１０、商品名、（株）新川製
ワイヤ：２５μｍ 金ワイヤ
ボンディング温度：１５０℃
キャピラリ：１８２０−１５−４３７ＧＭ、型番名、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ， Ｉｎｃ社製
１ｓｔ条件：１０ｍｓｅｃ．、４５Ｂｉｔ、４５ｇ
２ｎｄ条件：１０ｍｓｅｃ．、１００Ｂｉｔ、１３０ｇ
下記のワイヤボンディング条件において、１０点テスト後に接合強度測定を行った。その初期における（強度−３σ）の値が７ｇｆ以上のものを「優」と判定して表に「◎」印を付し、５ｇｆ以上７ｇｆ未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、５ｇｆ未満であるが接合可能なものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく接合しなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付した。その結果をそれぞれ表２に示した。「可」以上の評価のものを実用レベルとした。
ワイヤボンダ：ＳＷＢ−ＦＡ−ＣＵＢ−１０、商品名、（株）新川製
ワイヤ：２５μｍ 金ワイヤ
ボンディング温度：１５０℃
キャピラリ：１８２０−１５−４３７ＧＭ、型番名、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ， Ｉｎｃ社製
１ｓｔ条件：１０ｍｓｅｃ．、４５Ｂｉｔ、４５ｇ
２ｎｄ条件：１０ｍｓｅｃ．、１００Ｂｉｔ、１３０ｇ
（１Ｂ）凝着状況：
１００万ショット完了後のキャピラリ先端における凝着状況について、多量の凝着が認められキャピラリ先端の交換又は研磨が必要なものを「不可」として「×」印を付し、凝着が少量であるものの洗浄で十分なものを「良」として「○」印を付し、凝着がほとんど認められず、引き続き継続使用が可能なものを「優」として「◎」印を付した。その結果をそれぞれ表２に示した。
１００万ショット完了後のキャピラリ先端における凝着状況について、多量の凝着が認められキャピラリ先端の交換又は研磨が必要なものを「不可」として「×」印を付し、凝着が少量であるものの洗浄で十分なものを「良」として「○」印を付し、凝着がほとんど認められず、引き続き継続使用が可能なものを「優」として「◎」印を付した。その結果をそれぞれ表２に示した。
（１Ｃ）半田濡れ性−製造直後（表中には、Ａｓと示す）：
下記半田濡れ試験条件において、サンプル数３個についてゼロクロスタイムを測定した。その濡れ時間が１秒未満のものを「優」として「◎」印を付し、１秒以上５秒未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、５秒以上１０秒未満であるものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく半田が濡れなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付した。その結果をそれぞれ表２に示した。
半田濡れ試験装置：ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５１００、商品名、（株）レスカ製
試験片サイズ：幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍ
使用半田：Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ Ｐｂ−ｆｒｅｅ半田
フラックス：イソプロピルアルコール−２５％ロジンフラックス
温度：２４５℃
浸漬時間：１０秒
浸漬長さ：１ｍｍ
浸漬速度：１００ｍｍ／ｓｅｃ．
（１Ｄ）半田濡れ性−耐熱試験後：
耐熱性評価のため、温度２５０℃で３０分大気加熱を施したものにおいても同じ半田濡れ試験を実施した。
下記半田濡れ試験条件において、サンプル数３個についてゼロクロスタイムを測定した。その濡れ時間が１秒未満のものを「優」として「◎」印を付し、１秒以上５秒未満のものを「良」と判定して表に「○」印を付し、５秒以上１０秒未満であるものを「可」と判定して表に「△」印を付し、まったく半田が濡れなかったものを「不可」と判定して表に「×」印を付した。その結果をそれぞれ表２に示した。
半田濡れ試験装置：ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５１００、商品名、（株）レスカ製
試験片サイズ：幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍ
使用半田：Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ Ｐｂ−ｆｒｅｅ半田
フラックス：イソプロピルアルコール−２５％ロジンフラックス
温度：２４５℃
浸漬時間：１０秒
浸漬長さ：１ｍｍ
浸漬速度：１００ｍｍ／ｓｅｃ．
（１Ｄ）半田濡れ性−耐熱試験後：
耐熱性評価のため、温度２５０℃で３０分大気加熱を施したものにおいても同じ半田濡れ試験を実施した。
上記の（１Ｃ）半田濡れ性−製造直後と（１Ｄ）半田濡れ性−耐熱試験後は、それぞれ「可」以上のものを実用レベルと判断した。
実施例によれば、ＲａなしいはＲＳｍのうちいずれかが本発明の規定する範囲より外れている比較例又は従来例において、Ｒａが大きくなるとワイヤボンディング性が低下し、またＲＳｍが本発明の規定する範囲より外れているとキャピラリにおける凝着が発生し、好ましくないことが分かる。また、同じＲａ（実施例２、３および実施例５、６）でもＲＳｍの値が大きいほどワイヤボンディングの接合強度が強くなる一方、ＲＳｍの値が大きくなると凝着の発生傾向が強くなる（実施例７）ことが分かる。
１ 基体
２ 中間層（例えばＮｉ層）
３ 表層（例えばＡｇ層）
４ ワイヤボンディング
５ 楔形状突起
２ 中間層（例えばＮｉ層）
３ 表層（例えばＡｇ層）
４ ワイヤボンディング
５ 楔形状突起
Claims (6)
- 導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料であって、少なくともワイヤボンディングが施される箇所の表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、かつその表面における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５μｍ以上３０μｍ以下である、リードフレーム材料。
- 前記導電性基体は、銅または銅合金、鉄または鉄合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、請求項１に記載のリードフレーム材料。
- 前記ワイヤボンディングが施される箇所表面は、銀または銀合金、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなる、請求項１又は２に記載のリードフレーム材料。
- 前記ワイヤボンディングが施される箇所表面が、金または金合金、白金または白金合金のうちいずれかからなり、かつその下層にパラジウム、パラジウム合金、ロジウム、ロジウム合金、ルテニウム、ルテニウム合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる層を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリードフレーム材料。
- 前記表面において、楔形状の突起が線分長さ１μｍあたり平均１〜５個存在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリードフレーム材料。
- 導電性基体上にワイヤボンディングが施されるリードフレーム材料の製造方法であって、そのワイヤボンディングが施される箇所表面においてめっき法にて表面を形成した後、そのめっきをさらに電解法にて１〜１０％の厚さ分を溶解することで該ワイヤボンディングが施される箇所表面を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリードフレーム材料の製造方法。
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