JP6827150B1 - リードフレーム材およびその製造方法ならびにリードフレームおよび電気電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなる板状の基材が、両面および端面を有し、前記基材の両面のうちの少なくとも片面に、NiまたはNi合金からなり、厚さが0.05〜1.00μmの範囲である第1のNi系層と、銅(Cu)またはCu合金からなり、厚さが0.01〜0.30μmの範囲である第1のCu系層と、銀(Ag)またはAg合金からなり、厚さが0.30〜2.00μmの範囲である第1のAg系層とを順に積層形成してなる表面被膜を備え、前記基材の端面に、NiまたはNi合金からなる第2のNi系層、CuまたはCu合金からなる第2のCu系層、および銀(Ag)またはAg合金からなる第2のAg系層のうち、少なくとも第2のNi系層を形成してなる端面被膜を備える、リードフレーム材。
(2)前記端面被膜が、前記第2のNi系層と、前記第2のCu系層と、前記第2のAg系層とを順に積層形成してなる、上記(1)に記載のリードフレーム材。
(3)前記端面被膜の結晶粒径が、前記表面被膜の結晶粒径よりも大きい、上記(1)または(2)に記載のリードフレーム材。
(4)前記端面被膜の結晶粒径が、前記表面被膜の結晶粒径に対する比が、1.1〜2.0の範囲である、上記(3)に記載のリードフレーム材。
(5)前記基材の厚さが0.02〜0.10mmである、上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のリードフレーム材。
(6)上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載のリードフレーム材からなるリードフレーム。
(7)上記(6)に記載のリードフレームを有する電気電子部品。
(8)クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなる条材に、プレス加工またはエッチング加工を施すことによって、両面および端面を有するリードフレーム材用基材を形成する成形工程と、前記基材の両面のうちの少なくとも片面に、NiまたはNi合金からなり、厚さが0.05〜1.00μmの範囲である第1のNi系層を形成する下地層形成工程と、前記第1のNi系層上に、銅(Cu)またはCu合金からなり、厚さが0.01〜0.30μmの範囲である第1のCu系層を形成する中間層形成工程と、前記第1のCu系層上に、銀(Ag)またはAg合金からなり、厚さが0.30〜2.00μmの範囲である第1のAg系層を形成する表層形成工程とを有し、前記下地層形成工程では、前記第1のNi系層の形成だけではなく、前記基材の端面に、NiまたはNi合金からなる第2のNi系層も形成する、リードフレーム材の製造方法。
(9)前記中間層形成工程では、前記第1のCu系層の形成だけではなく、前記第2のNi系層上に、CuまたはCu合金からなる第2のCu系層も形成し、かつ、前記表層形成工程では、前記第1のAg系層の形成だけではなく、前記第2のCu系層上に、AgまたはAg合金からなる第2のAg系層も形成する、上記(8)に記載のリードフレーム材の製造方法。
<リードフレーム材>
本発明に従うリードフレーム材は、クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなる板状の基材が、両面および端面を有し、前記基材の両面のうちの少なくとも片面に、NiまたはNi合金からなり、厚さが0.05〜1.00μmの範囲である第1のNi系層と、銅(Cu)またはCu合金からなり、厚さが0.01〜0.30μmの範囲である第1のCu系層と、銀(Ag)またはAg合金からなり、厚さが0.30〜2.00μmの範囲である第1のAg系層とを順に積層形成してなる表面被膜を備え、前記基材の端面に、NiまたはNi合金からなる第2のNi系層、CuまたはCu合金からなる第2のCu系層、および銀(Ag)またはAg合金からなる第2のAg系層のうち、少なくとも第2のNi系層を形成してなる端面被膜を備える、リードフレーム材である。
図示するリードフレーム材10は、半導体チップ(図示せず)を搭載するダイパッド1の周囲に、複数本のインナーリード2が互いに離隔して配置され、このインナーリード2はダムバー部3を介してアウターリード4と連結して構成されたものである。
リードフレーム材10は、基材5と表面被膜6と端面被膜7とを主として備えている。
基材5は、図3に示すように、表面8と裏面(図示せず)の2つの面である両面と、両面同士を連結する端面9とを有し、板状をなしている。基材5は、クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなっている。Niを含有する鉄基合金としては、例えば、42アロイ(Fe−42質量%Ni)等が挙げられ、また、Cr(およびNi)を含有する鉄基合金としては、例えば、SUS301、SUS304等のステンレス鋼が挙げられる。
表面被膜6は、基材5の両面のうちの少なくとも片面に形成され、基材5の両面のうちの少なくとも片面(図3では表面8)に、下地層である第1のNi系層11と、中間層である第1のCu系層12と、表層である第1のAg系層13とを順に積層することによって形成したものである。
端面被膜7は、基材5の端面9に、NiまたはNi合金からなる第2のNi系層、CuまたはCu合金からなる第2のCu系層(図示せず)、および銀(Ag)またはAg合金からなる第2のAg系層(図示せず)のうち、少なくとも第2のNi系層14、図4では第2のNi系層14のみを形成したものである。従来のリードフレーム材では、基材の端面を十分に被覆していなかったため、基材中のFe成分が、基材の端面まで拡散して腐食変色が生じるといった問題もあった。このため、本発明のリードフレーム材は、端面被膜7の形成により、また、基材5中のFe成分が、基材5の端面9まで拡散しても、基材5の端面9が端面被膜7で完全に覆われているため、腐食変色を有効に抑制することが可能になる。
次に、本発明のリードフレーム材の製造方法の一例を以下で説明する。
本発明のリードフレーム材の製造方法は、成形工程、脱脂工程、活性化工程、下地層形成工程、中間層形成工程および表層形成工程を少なくとも有する。なお、上述したいずれか一の工程と次の工程の間は、必要に応じて水洗工程を有するのが好ましい。
成形工程は、クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなる条材に、プレス加工またはエッチング加工を施すことによって、両面および端面を有するリードフレーム材用基材を形成する。
脱脂工程は、
一例として、カソード電解脱脂工程で用いる液組成および処理条件を以下に示す。
[電解脱脂処理の液組成および処理条件]
処理液:オルソケイ酸ソーダ100g/リットル
処理温度:60℃
陰極電流密度:2.5A/dm2
処理時間:10秒
活性化工程は、
一例として、活性化工程で用いる液組成及び処理条件を以下に示す。
[活性化処理の液組成および処理条件]
処理液:10%塩酸
処理温度:30℃
浸漬処理時間:10秒
下地層形成工程は、前記基材の両面のうちの少なくとも片面に、NiまたはNi合金からなり、厚さが0.05〜1.00μmの範囲である第1のNi系層を形成する。
また、下地層形成工程では、前記第1のNi系層の形成だけではなく、前記基材の端面に、NiまたはNi合金からなる第2のNi系層も形成する。
一例として、下地層形成工程で用いる液組成および処理条件を以下に示す。
処理液:塩化ニッケル250g/リットル、
遊離塩酸50g/リットル
処理温度:40℃
電流密度:5A/dm2
めっき厚:0.01〜0.2μm
処理時間:めっき厚毎に時間を調整
中間層形成工程は、前記第1のNi系層上に、銅(Cu)またはCu合金からなり、厚さが0.01〜0.30μmの範囲である第1のCu系層を形成する。
一例として、中間層形成工程で用いる液組成および処理条件を以下に示す。
処理液:硫酸銅150g/リットル、
遊離硫酸100g/リットル、
遊離塩酸50g/リットル
処理温度:30℃
電流密度:5A/dm2
めっき厚:0.05〜0.3μm
処理時間:めっき厚毎に時間を調整
表層形成工程は、前記第1のCu系層上に、銀(Ag)またはAg合金からなり、厚さが0.30〜2.00μmの範囲である第1のAg系層を形成する。
また、表層形成工程では、第1のAg系層の形成だけではなく、第2のCu系層上に、AgまたはAg合金からなる第2のAg系層も形成することができる。
一例として、表層形成工程で用いる液組成および処理条件を以下に示す。
処理液:シアン化銀50g/リットル、
シアン化カリウム50g/リットル、
炭酸カリウム30g/リットル、
添加剤(ここではチオ硫酸ナトリウム 0.5g/リットル)
処理温度:40℃
電流密度:0.05〜15A/dm2の範囲で変化させて結晶粒径を調整
めっき厚:0.5〜2.0μm
処理時間:めっき厚毎に時間を調整
ところで、リードフレームに半導体チップを接続するダイボンディング用樹脂は、低弾性化に伴って、リードフレームに樹脂が染み出す、いわゆるエポキシブリードアウト(EBO)と呼ばれる現象が生じやすく、EBOの発生により樹脂密着性が低下し、パッケージの信頼性低下の原因となる。
このため、このような場合には、表層形成工程後に、必要に応じて、エポキシブリードアウト防止処理(EBO処理)工程を行ってもよい。
本発明のリードフレーム材の用途としては、例えば、上述したリードフレーム材からなるリードフレームを有し、例えばワイヤなどによって半導体素子(半導体チップ)に電気的に接続され、モールド樹脂によって封止して形成される樹脂封止型半導体デバイス(半導体パッケージ)のような電気電子部品が挙げられる。
実施例1〜8は、幅が100mmおよび厚さが表1に示す厚さであり、SUS301からなる基材を、下記に示す製造方法Aを行うことによって、表1に示すNi/Cu/Agの3層めっきからなる表面被膜、およびNiめっきのみからなる端面被膜を形成したリードフレーム材を作製した。表面被膜は、基材の両面に形成した。
基材にスタンピング加工を施すことにより、所望のリードフレーム形状の基材に成形した後、電解脱脂工程、水洗工程、活性化工程、水洗工程、Niめっき(下地層)形成工程、水洗、Cuめっき(中間層)形成工程、水洗工程、Agめっき(表層)形成工程、水洗工程、水洗工程および乾燥工程を施す。
実施例9〜16は、幅が100mmおよび厚さが表1に示す厚さであり、表1に示す材質(種類)からなる基材を、下記に示す製造方法Bを行うことによって、表1に示すNi/Cu/Agの3層めっきからなる表面被膜、およびNi/Cu/Agの3層めっきからなる端面被膜を有するリードフレーム材を作製した。表面被膜は、基材の両面に形成した。
基材にスタンピング加工を施すことにより、所望のリードフレーム形状の基材に成形した後、電解脱脂工程、水洗工程、活性化工程、水洗工程、Niめっき(下地層)形成工程、水洗、Cuめっき(中間層)形成工程、水洗工程、Agめっき(表層)形成工程、水洗工程、エポキシブリードアウト防止処理(EBO処理)工程、水洗工程および乾燥工程を施す。
実施例17〜24は、幅が100mmおよび厚さが表1に示す厚さであり、表1に示す材質(種類)からなる基材を、下記に示す製造方法Cを行うことによって、表1に示すNi/Cu/Agの3層めっきからなる表面被膜、およびNiめっきのみまたはNi/Cu/Agの3層めっきからなる端面被膜を有するリードフレーム材を作製した。表面被膜は基材の両面に形成した。
基材にエッチング加工を施すことにより、所望のリードフレーム形状の基材に成形した後、電解脱脂工程、水洗工程、活性化工程、水洗工程、Niめっき(下地層)形成工程、水洗、Cuめっき(中間層)形成工程、水洗工程、Agめっき(表層)形成工程、水洗工程を施す。なお、必要に応じてエポキシブリードアウト防止処理(EBO処理)工程と水洗工程を乾燥工程の前に行う。
比較例1は、幅が100mmおよび厚さが0.05mmであり、SUS301からなる基材にスタンピング加工を施すことにより、所望のリードフレーム形状の基材に成形してリードフレーム材を作製した。このリードフレーム材は、表面被膜および端面被膜を有していない。
比較例2および比較例3は、幅が100mmおよび厚さが0.05mmであり、SUS301からなる基材を、上記に示す製造方法Aを行うことによって、表1に示すNi単層めっきからなる表面被膜、およびNi単層めっきからなる端面被膜を有するリードフレーム材を作製した。表面被膜は基材の両面に形成した。
比較例4〜11は、幅が100mmおよび厚さが0.05mmであり、SUS301からなる基材を、上記に示す製造方法Bを行い、比較例4〜7が、表1に示す表面被膜および端面被膜を有するリードフレーム材、比較例8〜11が、表1に示す表面被膜を有し、端面被膜は形成しないリードフレーム材を作製した。表面被膜は基材の両面に形成した。
比較例12および13は、幅が100mmおよび厚さが0.05mmであり、SUS301からなる基材を、上記に示す製造方法Cを行うことによって、表1に示すNi/Cu/Agの3層めっきからなる表面被膜を有するリードフレーム材を作製した。このリードフレーム材は、端面被膜を有していない。表面被膜は基材の両面に形成した。
比較例14〜19は、幅が100mmおよび厚さが0.05mmであり、SUS301からなる基材を、上記に示す製造方法Bを行うことによって、表1に示す表面被膜および端面被膜を有するリードフレーム材を作製した。表面被膜は基材の両面に形成した。
(各被膜の結晶粒径の算出方法)
めっき皮膜の結晶粒径の測定は、断面試料作製装置(クロスセクションポリッシャ:日本電子株式会社製)にてリードフレームに対して垂直断面試料を作製し、電子線後方散乱回折法(EBSD:Electron Backscatter Diffraction)にて観察し、面積法にて求める。具体的には視野範囲内に20個以上の結晶粒が入るような矩形測定領域を設定し、矩形測定領域を区画する縦横の線分から、矩形測定領域の面積を求める。次に、矩形測定領域内にある結晶粒は、矩形測定領域を区画する縦横の線分で分断されていない結晶粒を1個と数え、矩形測定領域を区画する線分で分断された結晶粒を1/2個と数え、矩形測定領域の面積を、矩形測定領域内で数えた結晶粒の個数の総和で除することにより、結晶粒1個当たりの平均(断)面積を算出する。そして、平均(断)面積から、結晶粒が真円形状であるとしたときの直径を結晶粒径(μm)として算出した。各被膜の結晶粒径を表1に示す。
各供試材に形成した、表面被膜を構成する各層(下地層、中間層、表層)の厚さは、
蛍光X線膜厚計(日立ハイテクサイエンス:FT9400)で測定する他に、断面試料作製装置(クロスセクションポリッシャ:日本電子株式会社製)にてリードフレームに対して垂直断面試料を作製し、電子線後方散乱回折法(EBSD:Electron Backscatter Diffraction)にて観察し、直接間接法により測定した。また、端面被膜は、表面被膜の各層の厚さと同様の測定方法で、合計厚さとして測定した。
[密着性]
密着性は、乾燥工程後のサンプルに対してJIS H 8504:1999で規定する引き剥がし試験を行い、基材に対する表面被膜の剥離が認められない場合を「〇」、基材に対する表面被膜の剥離が認められる場合を「×」として評価した。密着性の評価結果を表1に示す。
加熱密着性は、300℃に設定した大気加熱炉中で5分の条件で加熱を行い、そののちにJIS H 8504:1999で規定する引き剥がし試験を行い、基材に対する表面被膜の剥離が認められない場合を「〇」、基材に対する表面被膜の剥離が認められる場合を「×」として評価した。また、加熱密着性の評価で「〇」であったサンプルについては、さらに、350℃に設定した大気加熱炉中で5分の条件で加熱を行い、基材に対する表面被膜の剥離が認められない場合を「◎」として評価した。加熱密着性の評価結果を表1に示す。
ワイヤボンディング(WB)性は、樹脂モールド工程における熱履歴を模擬して150℃に設定したエアバス中で3時間の大気加熱を行った後、下記の条件にてワイヤボンディングを10点実施する。10点テスト後に接合強度測定を行い、その(強度−3σ)の値が29.4mN以上のものを「優」と判定して、表1中に「◎」印を付し、29.4mN未満であるがエラー無く接合可能なものを「良」と判定して、表1中に「○」印を付し、そして、1点でもエラーが発生するかもしくはまったく接合しないものを「不可」と判定して、表1中に「×」印を付した。
<ワイヤボンディング性の測定条件>
ワイヤボンダ:SWB−FA−CUB−10、(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:1570−15−437GM
1st条件:10msec.、45Bit、45g
2nd条件:10msec.、100Bit、130g
ワイヤボンディング(WB)性は、「○」以上である場合を、実用レベルであるとして評価した。
はんだ濡れ性は、樹脂モールド工程における熱履歴を模擬して、大気加熱炉中で3時間の加熱を行った後、ソルダーチェッカー(SAT−5100(商品名、(株)レスカ製))を用いてはんだ濡れ時間を評価した。測定条件の詳細は、以下の条件とし、はんだ濡れ時間が3秒未満である場合を「優」であると判定し、「◎」印を付し、3秒以上10秒未満であるものを「良」であると判定し、「○」印を付し、そして、10秒以上浸漬してもはんだが濡れ上がらず接合しなかったものをなかったものを「不可」と判定し、「×」印を付した。
<半田濡れ性の測定条件>
はんだ種類:Sn−3Ag−0.5Cu
温度:250℃
フラックス:イソプロピルアルコール−25%ロジン
浸漬速度:25mm/sec.
浸漬時間:10秒
浸漬深さ:10mm
はんだ濡れ性は、「○」以上である場合を、実用レベルであるとして評価した。
端面での耐食性(端面変色)は、めっき後もしくはチップ実装後のリードフレームに対して、105℃で100%RHのプレッシャクッカー試験を96時間実施し、端面をデジタルマイクロスコープで拡大して観察する。端面での変色がなかった場合を「〇」、端面での変色があった場合を「×」として評価した。表1に端面変色を評価した結果を示す。
一方、基材(SUS301)のみからなり、表面被膜および端面被膜を形成しない比較例1のリードフレーム材は、ワイヤボンディング性(WB性)、半田濡れ性および端面変色がいずれも劣っていた。
基材(SUS301)に、第1のNi系層の1層のみからなる表面被膜と、第2のNi系層の1層のみからなる端面被膜とを形成した比較例2および3のリードフレーム材は、いずれもWB性および半田濡れ性が劣っていた。
基材(SUS301)に、第1のNi系層および第1のAg系層の2層からなる表面被膜と、第2のNi系層および第2のAg系層の2層からなる端面被膜とを形成した比較例4〜7のリードフレーム材は、いずれも加熱密着性が劣っていた。
基材(SUS301)に、第1のNi系層および第1のCu系層を形成せずに、第1のAg系層のみからなる表面被膜を形成し、端面被膜は形成しない比較例8および9のリードフレーム材、および、基材(SUS301)に、第1のNi系層を形成せずに、第1のCu系層および第1のAg系層の2層からなる表面被膜を形成し、端面被膜は形成しない比較例10および11のリードフレーム材は、いずれも密着性、加熱密着性およびワイヤボンディング性(WB性)が劣り、加えて、端面変色が生じていた。
基材(SUS301)に、第1のNi系層、第1のCu系層および第1のAg系層の3層からなる表面被膜を形成し、端面被膜は形成しない比較例12および13のリードフレーム材は、いずれも端面変色が生じていた。
基材(SUS301)に、第1のNi系層、第1のCu系層および第1のAg系層の3層からなる表面被膜と、第2のNi系層、第2のCu系層および第2のAg系層の3層からなる端面被膜を形成したものの、表面被膜を構成する、第1のNi系層、第1のCu系層および第1のAg系層のいずれかの層の厚さが適正範囲外である比較例14〜19のリードフレーム材は、密着性、加熱密着性、ワイヤボンディング性(WB性)、半田濡れ性および端面変色の少なくとも一つの特性が劣っていた。
2 インナーリード
3 ダムバー部
4 アウターリード
5 基材
6 表面被膜
7 端面被膜
8 基材の表面
9 基材の端面
10 リードフレーム材
11 第1のNi系層
12 第1のCu系層
13 第1のAg系層
14 第2のNi系層
Claims (9)
- クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなる板状の基材が、両面および端面を有し、
前記基材の両面のうちの少なくとも片面に、
NiまたはNi合金からなり、厚さが0.05〜1.00μmの範囲である第1のNi系層と、
銅(Cu)またはCu合金からなり、厚さが0.01〜0.30μmの範囲である第1のCu系層と、
銀(Ag)またはAg合金からなり、厚さが0.30〜2.00μmの範囲である第1のAg系層とを順に積層形成してなる表面被膜を備え、
前記基材の端面に、
NiまたはNi合金からなる第2のNi系層、CuまたはCu合金からなる第2のCu系層、および銀(Ag)またはAg合金からなる第2のAg系層のうち、少なくとも第2のNi系層を形成してなる端面被膜を備える、リードフレーム材。 - 前記端面被膜が、前記第2のNi系層と、前記第2のCu系層と、前記第2のAg系層とを順に積層形成してなる、請求項1に記載のリードフレーム材。
- 前記端面被膜の結晶粒径が、前記表面被膜の結晶粒径よりも大きい、請求項1または2に記載のリードフレーム材。
- 前記端面被膜の結晶粒径が、前記表面被膜の結晶粒径に対する比が、1.1〜2.0の範囲である、請求項3に記載のリードフレーム材。
- 前記基材の厚さが0.02〜0.10mmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリードフレーム材。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のリードフレーム材からなるリードフレーム。
- 請求項6に記載のリードフレームを有する電気電子部品。
- クロム(Cr)およびニッケル(Ni)の少なくとも一種を含有する鉄基合金からなる条材に、プレス加工またはエッチング加工を施すことによって、両面および端面を有するリードフレーム材用基材を形成する成形工程と、
前記基材の両面のうちの少なくとも片面に、NiまたはNi合金からなり、厚さが0.05〜1.00μmの範囲である第1のNi系層を形成する下地層形成工程と、
前記第1のNi系層上に、銅(Cu)またはCu合金からなり、厚さが0.01〜0.30μmの範囲である第1のCu系層を形成する中間層形成工程と、
前記第1のCu系層上に、銀(Ag)またはAg合金からなり、厚さが0.30〜2.00μmの範囲である第1のAg系層を形成する表層形成工程と
を有し、
前記下地層形成工程では、前記第1のNi系層の形成だけではなく、前記基材の端面に、NiまたはNi合金からなる第2のNi系層も形成する、リードフレーム材の製造方法。 - 前記中間層形成工程では、前記第1のCu系層の形成だけではなく、前記第2のNi系層上に、CuまたはCu合金からなる第2のCu系層も形成し、かつ、
前記表層形成工程では、前記第1のAg系層の形成だけではなく、前記第2のCu系層上に、AgまたはAg合金からなる第2のAg系層も形成する、請求項8に記載のリードフレーム材の製造方法。
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