JPH03166340A

JPH03166340A - 高強度リードフレーム材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH03166340A
Application number: JP2057566A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakamura; 秀一中村; Kazu Sasaki; 計佐々木; Rikizo Watanabe; 力蔵渡辺
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1991-07-18
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: US5026435A; JPH0625395B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は従来のものより高強度の半導体装置用リードフ
レーム材料に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ロジック等の半導体装置の高容量、高集積化およ
びパッケージの薄肉化に伴い、リードフレームは多ビン
化、薄板化の傾向にある。このため、従来にも増して高
強度のリードフレーム材料が要求されている。

これら多ビン用Ｆｅ系リードフレーム材料として、従来
Ｆｅ−４２Ｎｉ，Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（：Ｉバー
ル）が知られている。これらのＦ　ｅ−　Ｎ　ｉ系およ
びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の改良材の提案には、特開昭５５
〜１３１１５５号あるいは種々強化元素を添加した高強
度Ｆｅ−Ｎｉ系合金の提案があり、またＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ系の改良合金については、特開昭５５〜１２８５６５
号、特開昭５７−８２４５５号、特開昭６１−６２５１
号、特公平１−８１７号、特公平１−１５５６２号、本
願発明の出願人が先に提案した特開平１−６１０４２号
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

多ビンリードフレームは、主に微細加工が可能なフォト
エッチング法で製造される。しかし、これら微細加工し
たＦ　ｅ−４２　Ｎ　ｉまたはＦ　ｅ−２９　Ｎ　ｉ−
１７ＣＯの薄板多ビンリードフレームは、リードの強度
不足が原因でパッケージ紐立、搬送、実装などの際に、
反り、曲がりなどリードのバラツキが起こり易く、また
使用中の衝撃で座屈するなど種々の問題があった。

Ｆｅ−Ｎｉ系あるいはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金の改良に
ついては、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを含有させて強化する試み
（特開昭５５〜１３１１５５号）、あるいはその他の強
化元素による高強度化の提案、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
についての熱膨張に関するもの｛（イ）特開昭５５〜１
２８５６５号、（口）特開昭５７−８２４５５号、（ハ
）特開昭６ｌ−６２５１号、（二）特公平１−８１７号
、（ホ）特公平１−１５５６２号、（へ）特開平１−６
１０４２号）があるが、前者は主要元素の他に強化元素
を含有するため、表面酸化が起り易く、リードフレーム
の主要特性であるハンダ性、メッキ性を著しく劣化させ
る問題があり、また、後者のうち、（イ）以外はいずれ
もリードフレームの強度を積極的に改善しようとするも
のではない。なお、前記（イ）のものは、本発明材料と
強化機構を異にするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者は，常温でオーステナイト相が不安定
なＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金に着目して、組成および製造
条件について種々実験を行なった結果、特定の加工率に
よる加工誘起マルテンサイト変態とその後の焼鈍で逆変
態オーステナイト相を析出させて特定の比率で二相組織
とすることにより、リードフレームの各種特性、特にハ
ンダ性、メッキ性を損なわずに高強度化することができ
ることを見出し本発明をなした。

具体的には、本発明は重量％にて、重量％にて、Ｃｏ　
０．５〜２２％、Ｎｉ　２２−３２．５％Ｍｎ１．０％
以下，　　Ｓｉ０．５％以下を含有し、ＮｉとＣＯの含
有量は、００１２％未満ではＮｉ２７〜３２．５％、Ｃ
ｏ　１２％以上では６６％≦２Ｎｉ＋Ｃｏ≦７４％の関
係を満足し、残部は不純物を除き実質的にＦｅからなり
、さらに組織が逆変態オーステナイト相（残留オーステ
ナイト相を伴うことを得）およびマルテンサイト相の二
相からなり、前記オーステナイト相が５０％以上である
ことを特徴とする高強度リードフレーム材料、または前
記組成のＮｉの０．５〜３％を等量のＣｕで置換した高
強度リードフレーム材料、ならびに上記の組成の合金を
、オーステナイト化終了温度以上の温度で溶体化処理し
、次いで４０〜９０％の冷間加工でオーステナイト相の
一部を加工誘起マルテンサイトに変態させ、さらにオー
ステナイト化終了温度未満の温度で最終焼鈍して逆変態
オーステナイト相を析出させることを特徴とする高強度
リードフレーム材料の製造方法である。

すなわち、本Ｕ［ｌのリードフレーム材料の最も重要な
点は、従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ，’ｌ’＋合金はオース
テナイトまたはマルテンサイト単相の強化元素添加によ
る高強度化であるのに対し、ハンダ性、メッキ性を損な
う強化元素を添加することなく、組織的にオーステナイ
ト相とマルテンサイト相の二相組織とした点である。

〔作用ｊ次に本発明の数値限定理由を述べる。

Ｃｏ含有量は、その約１７％付近および約５％付近で熱
膨張係数を極小化するのに最適であり、０．５％より少
ないか、２２％を越えると熱膨張係数が大きくなり、シ
リコンチップとの熱膨張整合性を劣化させる。このため
、Ｃｏ含有量は、０．５〜２２％の範囲に限定する。

Ｎｉ含有量は、Ｃｏ量との関係で決定される。

Ｃｏ　１２％未満でＮｉが２７％より少ないか、Ｃｏ　
１２％以上で（２Ｎｉ十Ｃｏ）が６６％より少ないと、
マルテンサイト開始温度が高く、オーステナイトが不安
定となり、溶体化処理時の冷却過程でマルテンサイト変
態を起し、十分なオーステナイト量が得られない。また
、Ｃｏ　１２％未満でＮｉが３２．５％を越えるか、’
Ｃｏ１２％以上で（２Ｎｉ十Ｃｏ）が７４％を越えると
、室温においてオーステナイト相が安定となり過ぎ、加
工誘起変態が生じにくくなる。このため、Ｃｏ１２％未
満でＮｉ　２７−３２．５％、Ｃｏ　１２％以上で、６
６％≦２Ｎｉ＋Ｃｏ≦７４％の関係を満足するようにＮ
ｉを限定した。つまり、最適組成はマルテンサイト開始
温度が０〜２００℃の範囲になるようにＮｉ，Ｃｏ含有
量を調整することが重要である。

Ｃｕはパッケージ樹脂とリードフレーム間の耐隙間腐食
性を向上させる元素である．Ｃｕは０．５％より少ない
と耐隙間腐食性向上に効果がなく、また３％を越えると
、ハンダとの界面にＣｕとＳｎの脆い金属間化合物を形
成し、ハンダ剥離を起し易くなる。また、Ｃｕはオース
テナイト安定化元素であるため、３％を越えて添加した
場合はオーステナイト相が安定となり過ぎ，加工誘起変
態が生じにくくなるため０．５〜３％に限定する．Ｍｎ
は脱酸剤として作用するが、１．０％を越えると熱膨張
係数を増大させ、また、ハンダ性、メッキ性を劣化させ
るので１．０％以下に限定した６Ｓｉは脱酸剤として添
加され、材料中に残存しない方が望ましいが、０．５％
までは熱膨張係数の極端な上昇や、ハンダ性、メッキ性
の極端な劣化は生じないので許容できる。

不純物であるＣは０．０５％を越えると素材のエッチン
グ性を著しく劣化させるため、０．０５％以下に限定す
べきである．Ｃのより望ましい範囲は０．０１５％以下
である。

また、最終の組織は、溶体化処理での残留オーステナイ
ト相、加工誘起マルテンサイト相、そして最終焼鈍で析
出する逆変態オーステナイト相で決まるが、残留および
逆変態のオーステナイトが５０％より少ないと熱膨張係
数が大きくなり、シリコンチップとの熱膨張整合性を劣
化させる。また、オーステナイト相が１００％になると
基質の強度が著しく低下するため、組織は残留オーステ
ナイト相と逆変態オーステナイト相およびマルテンサイ
ト相の二相からなり、前記オーステナイト相の総和を５
０％以上に限定した。

なお、本発明におけるオーステナイト相の量（冥）は、
後述の実施例にて説明するＸ線回折強度から求めた値と
する。

次に、本発明の材料の製造方法において、冷間加工前の
溶体化処理がオーステナイト化終了温度以下では、オー
ステナイト相が十分な量にならないため、溶体化処理温
度はオーステナイト化終了温度以上とする。ただし、好
ましくは、次工程で結晶粒を微細化する必要から、この
溶体化処理温度は９５０℃以下の温度とすることがより
好ましい。

冷間加工率は、４０％より小さいと十分な量の加工誘起
マルテンサイト変態が起こらず、また、これが９０％を
越えると素材異方性が強くなるため、４０〜９０％に限
定する。

？らに最終焼鈍温度は、これがオーステナイト化終了温
度を越えるとすべての加工誘起マルテンサイト相が逆変
態介一ステナイトに変態し、２相組織による所望の．析
出強化が得られないため、オーステナイト化終了温度未
満に限定する。

なお、α訃Ｔ−ｓ＊＊ｃ室温〜３００゜の平均熱膨張係
数）、硬さ、引張強さについては、パッケージ組立工程
、および使用環境を検討した結果、α１■−，。．は（
３−９）　Ｘ　１０＝　／’Ｃ　，硬さ　Ｈｖ≧２６０
、引張強さ８　０　ｋｇ　ｆ　／　ｍ　”以上で十分に
使用に耐えつるものであると判断した．〔実施例〕本弗明材料を実施例により説明する．第１表に示す組或
の合金を真空誘導溶解炉で溶解、鋳造し、１１００〜１
１５０℃の鍛造、熱間圧延で３ａｍ厚さとし、さらに、
１０００℃×１時間（水冷）の溶体化処理後０．３５印
まで冷間圧延を施した。

第２表に、上記それぞれの材料に、０．３５ｍ＋ａ→７
５０℃溶体化処理→０．１ｍｍまでの冷間圧延（７１％
）→６５０℃最終焼鈍の一連の処理を施した材料の各種
特性を示す。なおＫ′は、上記０．３５ｎ＋ｍのＫ材料
をその標準製造工程により、０．１ｍｍ厚みに仕上げた
材料のそれぞれの特性を示すものである。

なお、オーステナイト相の量（％）は、以下により求め
た値である。

？．オーステナイト相（％）　＝　　　　　　　Ｘ　１００
Ｉ７＋Ｉα ＩＦＩＴｏ＋１｝＋ＩＴｕｏｏ＋＋ＩＴｎ２ｏ＋”ＩＴ
ｎ＋１〉＋ＩＴ＋ｓ＋１）ＩＴｏ＋■）等はオーステナ
イトのＸ線回折強度工α８Ｉα（１１０１”Ｉαｕｏｏ
）　＋　Ｉαｕｚｏ）＋Ｉα（２１１１■α《１，。）
等はマルテンサイトのＸ線回折強度本表から、本発明の
材料Ａ〜工は、オーステナイト単相（オーステナイト量
１００％）である従来材料ＫまたはＫ′に対して、前述
のマルテンサイトとの混合相であり、これにより高い機
械的特性を示すことがわかる。比較材料Ｊは機械的特性
は高いが、オーステナイト量が少なく、熱膨張係数が９
Ｘ１０’／’Ｃを越えてしまう。また、本発明合金Ａ〜
■は、ハンダ性、メッキ性も問題なく良好である。Ｃｕ
を添加したＦ，Ｇ，Ｈは高強度に加え、耐隙間腐食性に
優れることがわかる。

第ｌ図および第２図に本発明合金Ｂについて、最終焼鈍
温度と各特性の関係を示す。第２図のオーステナイト量
の変化より、この試料のオーステナイト化終了温度は６
７５℃以上であると思われる。

第１図から、本発明試料は、該オーステナイト化終了温
度以下の焼鈍温度範囲において、十分に高強度、高硬度
を示すが、それ以上の焼鈍温度では急激に特性が低下す
ることがわかる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明材料はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系
の特定組成において、最終の冷間加工、および最終焼鈍
において加工誘起によるマルテンサイト変態と逆変態オ
ーステナイトの析出を組合せることで、多ビン薄型用リ
ードフレームに必要な高強度を得るものであり、工業上
の効果は極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は最終焼鈍温度と機械的性質の関係を示す図、第
２図は最終焼鈍温度とオーステナイト量およびαＲＴ−
ｓ。．の関係を示す図である。第１図第２図粂外屑棒０飯身（ヒ）手続補正書（自発）事件の表示平成２年発明の名補正をする事件との関係住　　所名　　称特許願第５７５６６号称高強度リードフレーム材料およびその製造方法者

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％にて、Ｃｏ０．５〜２２％、Ｎｉ２２〜３２
．５％Ｍｎ１．０％以下、Ｓｉ０．５％以下を含有し、
ＮｉとＣｏの含有量は、Ｃｏ１２％未満ではＮｉ２７〜
３２．５％、Ｃｏ１２％以上では６６％≦２Ｎｉ＋Ｃｏ
≦７４％の関係を満足し、残部は不純物を除き実質的に
Ｆｅからなり、さらに組織が逆変態オーステナイト相（
残留オーステナイト相を伴うことを得）およびマルテン
サイト相の二相からなり、前記オーステナイト相が５０
％以上であることを特徴とする高強度リードフレーム材
料。２　請求項１の組成の合金のＮｉの０．５〜３％を等量
のＣｕで置換したものからなり、さらに組織が逆変態オ
ーステナイト相（残留オーステナイト相を伴うことを得
）およびマルテンサイト相の二相からなり、前記オース
テナイト相が５０％以上であることを特徴とする高強度
リードフレーム材料。３　室温から３００℃の平均熱膨張系数が、（３〜９）
×１０＾−＾６／℃、硬さがＨｖで２６０以上、引張強
さが８０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とする
請求項１または２に記載の高強度リードフレーム材料。４　請求項１または２の組成の合金を、オーステナイト
化終了温度以上の温度で溶体化処理し、次いで４０〜９
０％の冷間加工でオーステナイト相の一部を加工誘起マ
ルテンサイトに変態させ、さらにオーステナイト化終了
温度を越えない温度で最終焼鈍して逆変態オーステナイ
ト相を析出させることを特徴とする高強度リードフレー
ム材料の製造方法。