JPH04160112A - リードフレーム材の製造方法 - Google Patents

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、かつ高強度を有したリードフレーム材の製造
方法に関するものである。

く前景技術とその課題〉 一般に、半導体機器類にあっては、使用されるリード材
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、従来、このような半導体機器のリード
材には、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をプラスチックバフケージング
するプロセス”におけるレジンモールド工程後の冷却過
程やプリント基盤への実装時、更には使用環境において
温度サイクルを受けた時等で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
力が過大になった場合には、使用するリード材が“従来
から用いられてきた実績のあるＦｅ−Ｎｉ系合金（例え
ば４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）製のもの１であったとしても
パンケージにクランクが発生したり、接着界面が剥離し
たりしてパッケージの耐湿信頼性が低下すると言う問題
を避けることは難しかった。この問題は、モールドレジ
ンとリード材との熱膨張係数差に起因したもので、熱膨
張係数差のために上記微小クランクや剥離界面が生じる
と、これを通して外部から湿気が侵入し内部の半導体素
子等を損傷する虞れがあった訳である。

従って、ＬＳＩの耐湿信頼性を向上させるためには、リ
ードフレーム材として熱膨張係数がモールドレジンのそ
れにできるだけ近い化学組成のもの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リードフレームの
多ビン化を推進する結果をもたらしているが、リードフ
レームの多ピン化に対処するためにはより強度の高い素
材を使用することが要求される。

なぜなら、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
れを実現するには精度が一段と高いエツチング加工或い
はプレス加工を要することとなる上、ピン幅に比べて厚
さが厚くなると言う事態を生じて加工がより一層難しく
なる懸念も生じる。そこで、これに対処すべく素材厚を
薄くする必要が出てくるが、薄板化するためには従来以
上の強度（リード変形に対する抵抗力）を持ったリード
フレーム材が要求される訳である。

また、特に多ピン或いは超多ピン用のリードフレーム材
では、成形のための加工はエツチング加工が中心となる
ため「エツチング加工性が優れていること」も重要な要
求特性となってきた。

ここで、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要因となってお
り、エツチング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、ピ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特性（即ち良好なエツチング加工性
）」も求められるようになってきた訳であるが、未だエ
ツチング加工性、封着性。

強度、更には成形加工性等の何れもを十分に満足した材
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、本発明が目的としたのは、強度が
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
器への通用を意図した場合でも十分な性能が発揮される
リードフレーム材の工業的量産手段を確立することであ
った。

く課題を解決するための手段〉 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、その強度を更に向上させ、
かつエツチング加工性や成形加工性をも顕著に改善する
と共に安定して製造できる製造方法の研究を重ねた結果
、次のような新しい知見を得ることができた。即ち、 （ａｌ　　リードフレーム材として比較的好ましいとさ
れてきたＦｅ　−Ｎｉ系合金において、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。

（ｂ）シかも、上記合金に幾つかの選ばれた特定の元素
の１種又は２種以上を所定の割合で含有させた場合には
、リードフレーム材としての緒特性に格別な悪影響を及
ぼすことなく材料の強度を効果的に向上させことができ
る上、Ｎｉ含有量の注意深い調整の下での上記特定元素
の添加は、その熱膨張係数をモールドレジンのそれに近
づけるのに極めて有効な手段となる。

（Ｃ）　　また、上記合金材料においても、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平文てを講じることに
よってリッ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。

（ｄ）　　上記合金系において、結晶粒径の微細化を混
粒にすることなく安定的に製造するには、最終焼鈍前の
圧延加工度を特定の範囲に制御する必要がある。

（ｅ）　　更に、異方性を太き（することなく強度の向
上を図るには、最終冷間圧延の圧延加工度を特定の範囲
に制御する必要がある。

（ｆ）　　従って、Ｆｅ−Ｎｉを基本成分とした合金に
おけるＮｉ、　Ｃ，Ｓｔ及びＰ等の含有量を総合的に調
整すると同時に、必要に応じてこれに特定合金元素の添
加を行い、更に最終焼鈍前の圧延加工度、最終焼鈍時の
結晶粒径、最終圧延の加工度を適正範囲に制御すると、
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
ドフレーム材を安定的に製造することが可能となる。

本発明は、上記知見事項等を基に完成されたもので、 ｒＦｅ−Ｎｉ系合金リードフレーム材を製造するに際し
、重量割合にて Ｃ：　０．０１５％以下（以降、重量割合を表わす％は
重量％とする）。

Ｓｔ　：　０．００１〜０．１５％、　　　Ｍｎ　：　
０．１〜１．０％。

Ｐ　：　０．０１％以下、　　　　　ｓ：ｏ、ｏｏｓ％
以下。

０　：　０．０１０％以下、　　　　　Ｎ　：　０．０
０５％以下。

Ｎｉ：３３〜５５％ が含まれるか、或いは更に Ｃｏ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ
、　Ｔｉ、　Ｚｒ＋　Ｈｆ、　Ｃｕ。

ＡＩ、　Ｂｅ、　Ｍｇ及びＣａの１種以上：合計で０．
０１〜５．０％。

をも含有し、残部がＦｅ及びその他の不可避的不純物か
ら成る合金を素材とすると共に、最終焼鈍は加工度：４
０〜９０％（好ましくは５０〜８５％）の圧延を施した
後に結晶粒径が３０−以下（好ましくは２０趨以下）と
なる条件で実施し、続く最終冷間圧延の加工度を４０〜
８５％（好ましくは５０〜８０％）に調整することによ
り、優れたエツチング加工性、封着性及び成形加工性と
高い強度とを兼備したリードフレーム材を安定して製造
できるようにした点」 に大きな特徴を有している。

なお、この場合、 （ａ）　　最終冷間圧延後に歪取り焼鈍を行う。

（ｂ）　　Ｃ含有量を０．００５％以下に規制する。

（Ｃ）　　Ｓｉ含有量を０．００１〜０．０５％に調整
する。

（ｄ）　　Ｐ含有量を０．００３％以下に規制する。

なる条件を単独或いは組み合わせて採用すると、得られ
るリードフレーム材の成形加工性やエツチング加工性の
改善効果は一段と顕著になり、多ビンリードフレーム材
の製造にもより一層十分に対応できるようになる。

続いて、本発明において素材合金の成分組成。

最終焼鈍前における圧延の加工度、最終焼鈍時の結晶粒
径、並びに最終冷間圧延の加工度を前記の如くに数値限
定した理由を、その作用と共に説明する。

〈作用〉 Ａ）索材合金の成分組成 と Ｎｉ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、封着性や封着後におけるパンケージと
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％の範囲に調整
する必要がある。従って、Ｎｉ含有量は３３〜５５％と
定めたが、特に好ましい範囲は４０〜５３％である。

旦 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含有量は低ければ低いほど良く、
出来れば０．００５％以下にまで抑制するのが望ましい
。

呈 Ｓｔ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が悪化する。このた
め、良好なエツチング加工性を確保するためにはＳｉ含
有量を０．１５％以下に調整する必要がある。特に、多
ピ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
０．０５％以下にまで低減するのが望ましい。ただ、Ｓ
ｉ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、ｏｏｉ〜０．０５％に調整するのが望ま
しい。

ハ Ｍｎはリードフレーム材の脱酸及び熱間加工性を確保す
る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。

旦 ＰもＳｔと同様、含有量が多くな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工
％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ンチング加工性改善効果が一層
顕著となって多ピンタイプのリードフレームへ適用する
場合でも十分満足できる結果が安定して確保できるよう
になることから、望ましくは０．００３％以下に調整す
るのが良い。

盈 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くなり、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。

Ｃ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、やはりエンチング加工
時の穿孔欠陥となることがら、０含有量は０．０１０％
以下と限定した。

Σ 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
限は０．００５％と定めた。

これらの元素は何れもリードフレーム材の強度や熱膨張
係数を上昇させる作用を有しているため、材料強度の向
上、並びに熱膨張係数を上げてレジンモールドのそれに
近付けることで封着性をより改善する目的で必要に応じ
１種又は２種以上が含有せしめられる。特に、Ｃｏ、　
Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　　Ｖ、　Ｎｂ。

Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｚｒ及びＨｆは、炭化物を形成して固
溶炭素を減少させるためにエツチング性向上効果も有し
ており、また炭化物の分散によって結晶粒を微細化し、
強度上昇及び曲げ性改善の効果をももたらす。

しかし、それらの含有量が合計で０．０１％未満である
と前記作用による所望の効果が得られず、−方、合計の
含有量が５．０％を超えた場合には材料が硬くなり過ぎ
て成形加工性の劣化を招くほか、適正な熱膨張係数の確
保も困難となることから、上記成分の含有量は合計量で
０．０１〜５．０％と定めた。

Ｂ）最終焼鈍前における圧延の加工度 最終焼鈍前の圧延加工度はり−ドフリーム材に所望強度
を確保する上で重要であるが、その加工度を特に４０〜
９０％に限定する理由は、圧延加工度が４０％未満の場
合には最終焼鈍時に安定して所望の微細な結晶粒が得ら
れずに混粒となってしまい、一方、９０％を超える圧延
加工度になると最終焼鈍時に立方体組織が発達し過ぎて
異常な組織となり、この結果、異方性が発達し最終冷間
圧延、歪取り焼鈍を行っても所望する強度が得られなく
なることにある。

Ｃ）最終焼鈍時の結晶粒径 最終焼鈍条件もリードフレーム材に所望強度を確保する
上で重要であり、またエツチング性やプレス加工性にも
大きく影響する因子となるが、特に得られる結晶粒径が
３０Ｉｍ以下となる条件で最終焼鈍を実施する理由は、
結晶粒径の微細化が高強度化に大きく寄与する上、エツ
チング性やブレス加工性にも好結果が得られて高精度リ
ードフレームの実現に・有効であるのに対して、結晶粒
径が３０Ｑを超えるとこれらの効果を確保することがで
きなくなるためである。なお、最終焼鈍時の結晶粒径の
調整は、周知のように焼鈍温度及び処理時間の調節によ
って容易に行うことができる。

Ｄ）最終冷間圧延の加工度 最終圧延での加工度もリードフレーム材の強度に大きな
影響を与えるが、該加工度を特に４０〜８５％と限定す
る理由は、該圧延加工度が４０％未満の場合には強度改
善に顕著な効果が得られず、一方、８５％を超えると強
度の異方性が顕著となるためである。

Ｅ）歪取り焼鈍 最終圧延後に適正な歪取り焼鈍を行うことによってＫｂ
値が向上し、その異方性も飛躍的に改善されると共に、
曲げ加工性及び封着性も改善されることから歪取り焼鈍
が行われる。例えば、還元性雰囲気中での連続焼鈍炉に
おいて炉温：　５００〜９００℃、材料の炉内滞留時間
＝１０〜１２０秒間で熱処理することによって上記効果
が得られる。

次いで、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・鋳造によって第１表に示される如き化
学成分組成のＦｅ　−Ｎｉ系合金インゴットを得た後、
これらに熱間圧延、酸洗を施し、次に冷間圧延と焼鈍と
を繰り返して板厚：０．１２５ｍの冷延板を製造した。

なお、この時の“最終焼鈍前の冷間圧延”の加工度、最
終焼鈍時の結晶粒径、並びに最終冷間圧延の加工度は前
記第１表に示した通りであった。

続いて、このように製造されたＦｅ−Ｎｊ系合金リード
フレーム材につき“機械的特性”、“エツチング性”、
“曲げ加工性“及び“封着性″を調査し、その結果を第
１表に併せて示した。

ここで、機械的特性については、曲げモーメントに対す
る材料の強度をＫｂ値（ばね限界（Ｉりでもって評価し
た。

エツチング性については、製造された前記各冷延板を脱
脂してからレジスト膜を塗布し、パターンを焼付けて現
像した後、塩化第２鉄にて１２８ピンのリードフレーム
を全て同一条件下でエツチング加工したものにつき、ア
ウターリードピン幅とそのバラツキを測定して評価した
。

曲げ加工性は、９０”繰り返し曲げ試験を行って評価し
た。

そして、封着性の評価は、樹脂封着後に熱サイクルを付
与してクラックが生じるかどうかを調べることによって
行った。

第１表に示される結果からは次の事項が明らかである。

即ち、本発明例１〜４に係る材料は、比較例２２〜３５
に係るものに比べ機械的性質、エツチング性。

曲げ加工性、封着性の全てに亘って優れている。

その中でも、本発明例１に係るものはＣ，Ｓｉ、　　Ｐ
の各含有量ともより好ましい範囲にコントロールされて
いるため、本発明例２〜４に係るものと比較してもエツ
チング性が更に優れている。

また、本発明例５〜２１に係るものは、Ｎｂ、　Ｍｏ。

Ｔｉ等を添加しているために強度が一層向上している。

一方、比較例２２に係るものは、最終焼鈍前圧延の加工
度が低すぎるためにその後の焼鈍によって小さい結晶粒
径を実現することができず、Ｋｂ値が低くなっている。

逆に、比較例２３に係るものは、最終焼鈍前圧延の加工
度が大きすぎるためにその後の焼鈍により立方体組織が
発達してしまい、Ｋｂ値が低くなっている。

比較例２４に係るものは、最終冷間圧延の加工度が小さ
すぎるためにＫｂ値が低くなっている。

比較例２５に係るものは、最終焼鈍時の結晶粒径が大き
かったためにＫｂ値が低くなっている。

比較例２６に係るものは、最終圧延加工度が大きすぎた
ために曲げ加工性が劣っている。

比較例２７〜２９に係るものは、Ｃ，Ｓｉ及びＰの含有
量が多いためにエツチング加工性１曲げ加工性及び封着
性が劣るものとなっている。

比較例３０〜３３に係るものは、Ｗ、　Ｍｏ、　Ｃｏ等
の添加量が多すぎたために曲げ加工性や封着性が劣る結
果となっている。

なお、第１図は、本発明例１と比較例３４及び３５に係
るものの“曲げモーメントとへたり量との関係１を示し
たグラフである。ここで、比較例３４に係るものは板厚
が０．１２５■、比較例３５に係るものは板厚が０．１
５ｍであって、何れも従来の製造方法により作成したも
のである。

この第１図からは、本発明で規定された通りの条件で製
造されたリードフレーム材は、その板厚を０．１５ｍか
ら０．１２５ｍに薄くしたとしても同じ曲げモーメント
に対するへたり量が少なく、変形に対する材料強度が強
いことを確認することができる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、エツチング加
工性、封着性成形加工性に優れ、かつ強度の高いリード
フレーム材を安定して製造することができ、半導体機器
の更なる高集積化を可能とするなど、産業上極めて有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、“曲げモーメントとへたり量との関係”を本
発明法に係る材料と比較法に係る材料とで対比したグラ
フである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ−Ｎｉ系合金リードフレーム材を製造するに
   際し、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、Ｎｉ：３３〜５５％が含まれ、残部がＦｅ
   及びその他の不可避的不純物から成る合金を素材とする
   と共に、最終焼鈍は加工度：４０〜９０％の圧延を施し
   た後に結晶粒径が３０μｍ以下となる条件で実施し、続
   く最終冷間圧延の加工度を４０〜８５％に調整すること
   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の製造方法。
2. （２）素材として、更にＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎ
   ｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの１種以上を合計で０．
   ０１〜５．０重量％含み、残部がＦｅ及びその他の不可
   避的不純物から成る合金を使用する、請求項１に記載の
   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
   ーム材の製造方法。
3. （３）素材として、更にＣｕ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｍｇ及びＣ
   ａの１種以上を合計で０．０１〜５．０重量％含み、残
   部がＦｅ及びその他の不可避的不純物から成る合金を使
   用する、請求項１又は２に記載の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の製造方法。
4. （４）最終冷間圧延後に歪取り焼鈍を行う、請求項１乃
   至３の何れかに記載の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の製造方法。
5. （５）素材としてＣ含有量が０．００５重量％以下の合
   金を使用する、請求項１乃至４の何れかに記載のエッチ
   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
   の製造方法。
6. （６）素材としてＳｉ含有量が０．００１〜０．０５重
   量％の合金を使用する、請求項１乃至５の何れかに記載
   のエッチング加工性及び封着性に優れた高強度リードフ
   レーム材の製造方法。
7. （７）素材としてＰ含有量が０．００３重量％以下の合
   金を使用する、請求項１乃至６の何れかに記載のエッチ
   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
   の製造方法。