JPH03197645A

JPH03197645A - リードフレーム材

Info

Publication number: JPH03197645A
Application number: JP33776489A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Eto; 雅俊衛藤; Norio Yuki; 典夫結城
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-29

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〉この発明は、エツチング加工性、封着性並びに成形加工
性に優れ、かつ強度の高いリードフレーム材に関するも
のである。

く背景技術とその課題〉一般に、半導体機器類においてはリード材の特性もその
性能やコストに大きな影響を及ぼすことが知られている
が、このような半導体機器のリド材としては、従来から
、熱膨張係数が低く、かつ半導体素子やセラミックスと
比較的良好な接着性、封着性を示すＦｅ　−Ｎｉ系合金
が好んで使用されてきた。

しかし、例えば“ＬＳＩをプラスチックパッケージング
するプロセス”でのレジンモールド工程後の冷却過程や
プリント基板への実装時、更には使用環境において温度
サイクルを受けた時にはレジンとリード材との間に熱応
力がかかるのを避けることができないが、この応力が過
大になると、リード材が“従来より用いられてきたＦｅ
−Ｎｉ系合金（例えば４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）製のもの
”であってもパッケージにクランクが発生したり接着界
面が剥離したりして、パフケージの耐湿信頼性が低下す
ると言う問題を如何ともし難かった。つまり、モルトレ
ジンとリード材との熱膨張係数差に起因して生じた上記
微小クラックや剥離界面を通して外部から湿気が浸入し
、内部の半導体素子などを損傷する虞れがあったためで
ある。従って、ＬＳＩの耐湿信頼性を向上させるために
は、熱膨張係数がモールドレジンのそれに近いリードフ
レーム材を使用する必要があった。

一方、最近、上記タイプのＬＳＩにおいても高集積化が
進められており、この傾向は使用するりドフレームの多
ビン化を更に推進する結果をもたらしているが、リード
フレームの多ビン化には素材厚の薄い方が有利であるた
め、薄板化に対応できるように従来にも増して強度及び
硬度の高いリードフレーム材が要求されるようになった
。

また、リードフレームが多ビン化されると必然的にビン
間隔が狭くなり、ビン自体の幅も小さくなるが、それに
対処するには精度の一層高いエツチング加工が必要とな
る。そのため、多ビン用に供されるリードフレーム材で
は、高強度や高硬度の他に、形成されるピン幅やビン間
隔の制御性につながる“エツチング加工性“が優れてい
ることも重要な要求特性となっていた。

ところで、Ｆｅ−Ｎｉ系合金製リードフレーム材のエツ
チング加工工程は、一般に、脱脂したリードフレーム材
の両面にフォトレジストを塗布しパターンを焼き付けて
現像した後、塩化第２鉄を主成分とするエツチング液で
エツチング加工し、その後前記レジストを除去する工程
から構成されているのが普通である。そして、この際の
エツチング性を決める要因としては“レジストの密着性
”や”エツチング速度”等が挙げられるが、これらの中
でも素材のエツチング速度が最も重要な因子となってお
り、工・／チップ速度が速くなるにつれてリードフレー
ム材に形成されるピン幅、ビン間隔の制御性が容易化す
ることから、該エツチング速度によってエツチング加工
性の評価が概ね決定されてしまうと言っても過言ではな
かった。

従って、半導体機器の集積度が上昇するに伴い、リード
フレーム材には優れた封着性や強度特性に加えて“より
速いエツチング速度（即ち良好なエツチング加工性）特
性”も求められてきた訳であるが、未だ十分に満足でき
るエツチング加工性。

封着性９強度及び硬度、更には成形加工性等を兼備した
材料が見出されていないのが現状であった。

このようなことから、本発明の目的は、強度及び硬度が
高く、しかも優れたエツチング加工性。

封着性並びに成形加工性をも併せ持つところの、集積度
の高い半導体機器への適用を意図した場合でも十分な性
能を発揮し得るリードフレーム材を工業的に安定して提
供し得る手段を確立することに置かれた。

〈課題を解決するための手段ン本発明者等は、上記目的を達成すべく、特にＦｅ−Ｎｉ
系合金リードフレーム材が有する比較的高い強度特性や
低い熱膨張係数等に着目して、これらの特性を更に向上
させると共に、そのエツチング加工性や成形加工性を顕
著に改善することの可能性を探りながら研究を重ねた結
果、次のような新しい知見を得ることができた。即ち、（ａ）　　Ｎｉ及びＣｒを主要成分としたＦｅ合金にお
いて、そのＣ，Ｓｉ及びＰの含有量を、更にはＮ含有量
をも特定の低い値に制限した場合には、該合金のエツチ
ング速度が顕著に改善されるようになる２（ｂ）シかも
、上記合金のＭｎ含有量を特定範囲に調整することで良
好な成形加工性の安定確保も可能である。

ＦＣｌ　　更に、この場合、Ｎｉ及びＣｒの含有量を注
意深く調整することによって合金の強度、硬度を効果的
に向上させることができ、同時に熱膨張係数を“半導体
機器の組立てに使用するモールドレジンやシリコンチッ
プ”のそれに橿力近付けることも可能である。

（ｄ）　　また、上記合金材においてもその結晶粒径が
強度及び成形加工性に少なからぬ影響を及ぼすが、該結
晶粒径を特定値以下に抑える手立てを講じることによっ
てリードフレームの多ビン化にとって好ましい“材料強
度の更なる向上”が期待できる上、成形加工性も改善さ
れる。

（ｅ）　　従って、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅを基本成分とした
合金におけるＮｉ、　Ｃｒ、　Ｃ，Ｓｉ、　Ｍｎ及びＰ
等の含有量を総合的に調整するか、或いは更に結晶粒径
調整をも実施すると、強度、熱膨張係数、封着性、成形
加工性等の特性に優れ、しかも非常に良好なエツチング
加工性をも備えたリードフレーム材の実現が可能となる
。

本発明は、上記知見事項等を基にして完成されたもので
あり、「リードフレーム材を、Ｃ：　０．０１５％以下（以降、成分含有割合は重量％
とする）。

Ｓｉ　：　Ｏ，ＯＯ１〜０．１５％、　　、Ｍｎ　：　
０．１〜１．０％。

Ｐ：０．０１％以下、　　　　Ｓ：０．００５％以下。

０　：　０．０１０％以下、　　　Ｎ　：　０．００５
％以下。

Ｃｒ：　２〜１５％、　　　　　　　Ｎｉ　：　３３〜
５５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成
る成分組成に構成することにより、優れたエツチング加
工性、封着性及び成形加工性と、高い強度及び硬度とを
兼備せしめた点」に特徴を有している。

なお、上記本発明に係るリードフレーム材において、ａ）　Ｃ含有量をｏ、ｏｏｓ％以下とする。

ｂ）　Ｓｉ含有量を０．００１〜０．０５％に調整する
。

ｃ）　Ｐ含有量を０．００３％以下とする。

なる条件を単独で、或いは組み合わせて採用すれば、得
られるエツチング加工性改善効果は特に顕著となり、ま
たｄ）最終焼鈍時（最終焼鈍終了時）の結晶粒径を５０ｎ
以下に調整する。

との手立てによって強度や成形性が一層向上して安定化
することから、＆要に応じてこれらの１つ又は幾つかを
適用することにより多ピンリードフレームの製造にも十
分な対応が可能である。

次に、本発明において、リードフレーム材の成分組成を
前記の如くに限定した理由を各成分の作用と共に詳述す
る。

く作用〉ＮｉＮｉはリードフレーム材の熱膨張係数を決定するのに重
要な成分であり、封着時や封着後におけるパッケージと
の熱膨張差を小さくして優れた封着性、耐湿信転性を確
保するためには、Ｎｉ含有量を３３〜５５％に調整する
必要がある。また、Ｎｉにはリードフレーム材の強度及
び硬度を向上させる作用もあるが、Ｎｉ含有量が３３％
未満では所望強度、硬度の確保が困難となる。従って、
Ｎｉ含有量は３３〜５５％と定めた。

ＣｒＣｒもリードフレーム材の熱膨張係数を決定するのに重
要な成分であると同時に、材料の強度及び硬度を向上さ
せるのに有効な成分でもある。しかし、Ｃｒ含有量が２
％未満であると熱膨張係数が所望値を超えて大きくなる
ばかりでなく、リードフレーム材の所望強度、硬度の確
保も困難となる。

一方、１５％を超えてＣｒを含有させても熱膨張係数が
所望値を超えて大きくなってしまう。従って、Ｃｒ含有
量は２〜１５％と定めた。

リードフレーム材中のＣ含有量が０．０１５％を超える
と鉄炭化物の生成が起こり、これがリードフレーム材の
エツチング加工性を害する。従って、Ｃ含有量の上限を
０．０１５％と定めたが、固溶Ｃもエツチング加工性に
悪影響を与えることがらＣ含有量は低いほど良く、出来
れば０．００５％以下にまで抑制するのが望ましい。

ｔＳｉは脱酸材として必要な元素であるが、一方でリード
フレーム材のエツチング加工性に大きな影響を及ぼす元
素でもある。即ち、Ｓｉ含有量が増加するとエツチング
速度が遅くなってエツチング加工性を悪化する。このた
め、良好なエツチング加工性を確保するにはＳｉ含有量
を０．１５％以下に調整する必要がある。特に、多ビン
タイプのリードフレーム材の場合には一段と良好なエツ
チング加工性が要求されることから、Ｓｉ含有量は好ま
しくは０．０５％以下にまで低減するのが良い。ただ、
Ｓｉ含有量を０．００１％未満の領域にまで低減すると
脱酸効果が認められなくなってしまう。従って、Ｓｉ含
有量は０．００１〜０．１５％と定めたが、上述したよ
うに出来ればｏ、ｏｏｔ〜０．０５％に調整するのが好
ましい。

ＭｎＭｎは、リードフレーム材の脱酸及び熱間加工性確保の
ために添加される成分であるが、その含有量が０．１％
未満では所望の脱酸効果が得られないばかりか、熱間加
工性にも劣るようになる。一方、１．０％を超えてＭｎ
を含有させると　リードフレーム材の硬さが上昇し過ぎ
て加工性の悪化を招き、更には熱膨張係数も大きくなっ
てしまう。従って、Ｍｎ含有量は０．１〜１．０％と定
めた。

Ｐも、Ｓ４と同様、過剰に含有させるとリードフレーム
材のエツチング加工性に害を与える元素である。そして
、上記エツチング加工性への悪影響はＰ含有量が０．０
１％を超えるとより顕著化することから、Ｐ含有量は０
．０１％以下と定めた。しかし、Ｐ含有量を０．００３
％以下にまで低減するとエツチング加工性改善効果が一
層顕著となるため、望ましくは０．００３％以下に調整
するのが良い。

なお、Ｓｉ含有量が０．１％を、またＰ含有量が０．０
１％をそれぞれ超えた場合にリードフレーム材のエツチ
ング加工性が害される原因については未だ十分に明らか
ではないが、エツチングを阻害するＳｉ＋Ｐのミクロ的
な成分のバラツキに起因するものと考えられる。

Ｓ含有量が０．００５％を超えると　リードフレーム材
中に硫化物系介在物が多（なり、エツチング加工時の欠
陥となってピン折れ等を引き起こすようになる。従って
、Ｓ含有量は０．００５％以下と限定した。

０含有量が０．０１０％を超えると　リードフレーム材
中に酸化物系介在物が多くなり、やはりエツチング加工
時の穿孔欠陥となることから、０含有量を０．０１ｏ％
と限定した。

Ｎ含有量が０．００５％を超えても　リードフレーム材
のエツチング加工性が悪化することから、Ｎ含有量の上
限を０．００５％と定めた。

なお、先にも説明したように、最終焼鈍を施した際の結
晶粒径を５０悶以下に制御することは強度と成形加工性
の効果的な改善につながることから、好ましくは最終焼
鈍時の結晶粒径を５０μｍ以下に調整する平置てを講じ
るのが良い、ここで、結晶粒度の制御は、焼鈍前の加工
度、焼鈍温度。

焼鈍時間等の調整によって可能であることは言うまでも
ない。

続いて、本発明の効果を実施例により更に具体的に説明
する。

〈実施例〉まず、真空溶解により調整した材料を鋳造し、熱間圧延
及び酸洗の後に冷間圧延と焼鈍を繰り返して、第１表に
示す如き成分組成の冷延板（板厚：０．１５ｗｍ）を製
造した。

次に、これらの冷延板を脱脂後、レジスト膜を塗布し所
定パターンを焼き付けて現像してから、塩化第２鉄溶液
を用いたエツチング加工により何れも同一条件の下で１
２８ビンのリードフレームを作製した。

そして、得られたリードフレームにつき、「エツチング
性」の評価として“エツチング加工後のアウターリード
ビン幅とそのバラツキ”を、「機械的特性」の評価とし
て“引張強さ”、“ピンカス硬さ”及び“加工性（曲げ
性）＃を、また「封着性」の評価として樹脂封着後に熱
サイクル（８０”ｃＸ　６０ｍ１ｎＸ　１００回）を付
与した際のクラック発生の有無をそれぞれ調査した。な
お、前記加工性（曲げ性）の評価は、９０度繰返し曲げ
試験（曲げ半径：０．１５ｍ）に従って実施した。

これらの調査結果を、最終焼鈍時の結晶粒径と共に第１
表に併記した。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明材
では何れも十分な強度と硬度を有し、かつ優れたエツチ
ング性、成形加工性並びに封着性を示すのに対して、成
分組成が本発明で規定する条件を満たしていない比較材
では上記リードフレーム材に要求される特性の何れかが
劣っていることが分かる。

即ち、本発明材１〜８は、同一条件下では比較材に比べ
てピン幅が狭く、エツチング速度が速いことが確認でき
る。また、エツチングによって形成されたピン幅の標準
偏差（Ｓ、Ｉｌ、）も小さく、優れた寸法精度のリード
フレーム製品が得られることも分かる。そして、本発明
材の中でも、特に本発明材１〜６は本発明材７に比較し
てエツチング性が優れており１．更に本発明材１〜２は
Ｃ，Ｓｉ、　　Ｐの含有量が共に十分低いことから特に
優れたエツチング性を示していることも確認できる。

一方、比較材９〜１１は、各々Ｓｌｌ　　ＰＩ　Ｃの含
有量が高いためにエツチングによって形成されたピン幅
が広く、バラツキも大きい。

また、比較材１２．１３は、何れもＮｉ含有量が低いた
め強度や硬さが低く、封着性が悪い。なお、比較材１３
では、上記規定外の条件のほかにＮ含有量が高いことも
あってエツチング性も劣っている。

比較材１４は、Ｎｉ含有量が高いために熱膨張係数が大
きくなって封着性に劣っている。

比較材１５は、Ｍｎ含有量が低いために脱酸が不十分で
、それ故にエツチング性と加工性が劣っている。

比較材１６は、Ｐ含有量が高い上にＣ含有量も比較的高
く、そのためエツチング性が太き（劣っている。

比較材１７は、Ｓ含有量が高いために加工性が劣る上、
エツチングによって形成されたピン幅が若干広く、かつ
バラツキが大きい。

比較材１８はＣｒ含有量が低いために強度が低い上に封
着性が劣り、一方、比較材１９は、逆にＣｒ含有量が高
すぎるためにエツチング性と封着性が劣っている。

く効果の総括〉以上に説明した如く、この発明によれば、優れたエツチ
ング加工性、封着性及び成形加工性と、高い強度及び硬
度とを兼備したリードフレーム材の提供が可能となり、
半導体機器の更なる高集積化を容易化できるなど、産業
上極めて有用な効果がもたらされる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量割合にてＣ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．００１〜０．１５％
、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：
０．００５％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０
０５％以下、Ｃｒ：２〜１５％、Ｎｉ：３３〜５５％で、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成ることを特徴
とする、エッチング加工性及び封着性に優れた高強度リ
ードフレーム材。
（２）Ｃ含有量が０．００５重量％以下である、請求項
１に記載のリードフレーム材。
（３）Ｓｉ含有量が０．００１〜０．０５重量％である
、請求項１又は２に記載のリードフレーム材。
（４）Ｐ含有量が０．００３重量％以下である、請求項
１乃至３の何れかに記載のリードフレーム材。
（５）最終焼鈍時の結晶粒径が５０μｍ以下である、請
求項１乃至４の何れかに記載のリードフレーム材。