JPH04165055A

JPH04165055A - 半導体装置用リードフレーム材

Info

Publication number: JPH04165055A
Application number: JP29144990A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Takemura; 竹村　正俊; Toru Matsui; 透松井; Hajime Abe; 元阿部; Hiroshi Kato; 博史加藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-10

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、半導体装置に用いるリードフレーム材に関し
、さらに詳しくは、表面にめっきを施さずにリードワイ
ヤを直接ボンディングするダイレクトボンディング用リ
ードフレーム材に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置に用いられるリードフレームは、銅等のフレ
ーム材に通常はＮｉ、Ａｇ、Ａｕ等のめっき処理を施し
て半導体チップ、リードワイヤ、レジン等との接着力を
向上させたものが使用される。しかし、コスト増を招く
めっき処理は近年の半導体装置のコスト低減要求を満た
さず、また、めっき処理によりめっきされるＡｇ等のマ
イグレーシランによる不具合も問題となっていた。そこ
で、リードフレーム表面にめっき処理を行わず、リード
ワイヤを直接ボンディングするダイレクトボンディング
用のめっきレスフレームの適用検討がなされるに至った
。

一方、最近の半導体装置の高集積化、多機能化、高密度
実装化等の流れから、より強度が高く、曲げ特性の良い
リードフレーム材が要求されるようになり、上記のよう
な銅系リードフレーム材については、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｓｎ
等の第二、第三の元素を添加して合金化することにより
リードフレーム材の強度の向上を図ってきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、銅に上記各元素を添加した銅合金材から成るリ
ードフレーム材で表面にめっきを施していない従来のリ
ードフレーム材は、添加元素量が多い場合、グイボンデ
ィングやワイヤボンディング等を行う際のフレーム加熱
によって添加元素が選択酸化されるので、ダイレクトボ
ンダビリティが著しく劣化し、導電性も悪くなるという
問題点かあっ４こ。

一方、添加する元素量を少なくすると、半導体装置が要
求するリードフレームの強度を満足することができない
という問題点があった。

〔発明の目的〕

そこで本発明の目的は、半導体装置に要求される十分な
強度を有し、かつ、ダイレクトボンダビリティの良好な
半導体装置用リードフレーム材を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、Ｃｕを主成分とし
、０．０１重量％以上、０．２重量％以下のＺｒを添加
元素として含み、かつ、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下で
、残部が通常の不純物から成る銅合金材を、８０％以上
の冷間圧延加工度を与えて仕上げ圧延してリードフレー
ム材を構成したものである。

なお、上記Ｚｒ０代わりに、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐ。

Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ。

Ｔｅ、Ａｇの少なくとも一種又は二種以上を添加元素と
してもよく、この場合、これらの添加元素の合計が０．
０１重量％以上、１．０重量％以下となるように添加す
る。

Ｚｒの添加量の範囲を０．０１重量％以上、０．２重量
％以下としたのは、０．０１重量％以下ではリードフレ
ームとしての耐熱性、高強度を満足させることができな
いからであり、０．２重量％以上では析出物の析出量が
多くなり、めっき性、曲げ性に悪影響を与えるからであ
る。

一方、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ。

Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ａｇの少なくとも一種
又は二種以上を添加する場合の添加元素量の範囲を０．
０１重量％以上、１．０重量％以下としたのは、０．０
１重量％だとＺｒを添加する場合と同様にリードフレー
ムに必要な耐熱性、高強度等の特性を得ることができな
いからであり、１．０重量％以上だとダイレクトボンダ
ビリティを劣化させ、導電率も著しく低下するからであ
る。

冷間圧延加工度を８０％以上としたのは、冷間圧延加工
度が大きくなるほどリードフレーム材の引張強さが上昇
し、８０％を越えると急激に立ち上がるからである。ま
た、冷間圧延加工度が８０％までは、伸びは２％程度に
留まるが、８０％を越えると伸びが急速に回復していく
。従って、８０％以上の冷間圧延加工度によりリードフ
レーム材に必要な強度を与えることができる。

なお、鋳造後に熱間圧延し、中間焼鈍しなしに、冷間圧
延加工を行うと、引張強さ及び伸びのいずれも向上する
。さらに、最終圧延後に熱処理を加えることにより、よ
り一層の伸びが得られ、それに伴い良好な曲げ特性を得
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

実施例１酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の無酸素銅に、Ｚｒを０．０
２重量％となるよう添加・調整し、この銅合金を連続鋳
造してケークを製造し、このケークを熱間圧延により１
０ｍｍｔまで圧延した後、焼鈍しと圧延を繰り返し、種
々異なる最終冷間加工度を持つ０．２５ｔの条材を作製
した。

図は、上記のようにして作製した最終冷間圧延加工度の
異なる条材について、条材の（２２０）面におけるＸ線
回折強度比及び機械的特性と冷間加工度との関係を示し
たものである。

図から分かるように、条材の機械的特性は、冷間圧延加
工度が８０％を越えると引張強さが急激に上昇するとと
もに伸びも回復する。また、銅合金の圧延面に平行な面
での（２２０）面のＸ線回折結果によると、冷間圧延加
工度が８０％を越えたところでその強度比が太き（変化
している。これは、機械的特性が結晶配向性に依存して
いることを示し、本発明に係るリードフレーム材は、（
２２０）面の強度比が７５％以上となる。

実施例２酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の無酸素銅を用い、第１表に
示すように、添加元素を含まない純Ｃｕ試料（Ｎｏ、ｌ
）、Ｚｒを０．０２重量％含む試料（Ｎｏ、２．３）、
Ｚｒを０．１重量％含む試料（Ｎｏ、４．５）、Ｆｅを
２．３重量％及びＰを０．０３重量％含む試料（Ｎｏ、
６）、Ｓｎを２重量％及びＮｉを０．２重量％含む試料
（Ｎｏ。

７）及びＳｎを１．３重量％含む試料（ＮＯ０８）とな
るようそれぞれ添加元素を添加・調整して銅合金を作製
した。これらの銅合金を連続鋳造してケークを製造し、
これらのケークを熱間圧延により１０ｍｍｔまで圧延し
た後、焼鈍しと圧延を繰り返し、最終冷間加工度が４０
〜７０％となるような０．２５ｔの条材を作製した。な
お、試料Ｎｏ、３及び５は、鋳造後に熱間圧延を行い、
中間焼鈍しをせずに０．２５ｔまで冷間圧延（加工度９
７．５％）したものである。これらを幅３０ｍｍにスリ
ット後、所定のパターンにプレスで打ち抜きリードフレ
ームを完成した。

これらのリードフレームに、ＮＺ　＋Ｈ，雰囲気中で熱
及び超音波を付加しながらＡｕ線のボンディングを行い
、ボンダビリティを調査した。その結果を第１表に示す
。

第１表Ｚｒを０．０２重量％含有する試料（Ｎｏ、２゜３）及
び０．１重量％含有する試料（Ｎｏ、４゜５）では、機
械的特性に関わらず、純Ｃｕから成る試料（Ｎｏ、１）
と同等の良好なボンダビリティを示すが、添加元素量の
多い試料（Ｎｏ、６゜７．８）では、良好なボンダビリ
ティは得られなかった。また、鋳造後に熱間圧延をし、
中間焼鈍しなしに冷間圧延した試料（Ｎｏ、３．５）は
、特に機械的特性が向上した。

実施例３酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の無酸素Ｃｕに、Ｚｒが０．
０９重量％になるよう添加調整し、この銅合金を連続鋳
造して製造したケークを熱間圧延により１０ｍｍ’まで
圧延した後、焼鈍しをせずに０．２５ｍｍ’まで冷間圧
延（加工度９７．５％）した。

この材料の機械的特性は、引張強さが５０．５Ｋｇ／ｍ
ｍ”、伸びが７％、繰り返し曲げ回数が６．４回となっ
た。この冷間圧延材に焼鈍しを加えた後の機械的特性は
、引張強さが４９．７Ｋｇ／　ｍ　ｍ　”　、伸びが１
１％、繰り返し曲げ回数が８．８回となった。従って、
引張強さがあまり低下していない一方で、伸び及び繰り
返し曲げ性が大幅に改善されていることが分かる。

本発明に係るダイレクトボンディング用リードフレーム
材は、従来のリードフレーム材に比べてリードワイヤと
のボンダビリティを改善したものであるが、その効果は
材料表面にある酸化膜によるものである。また、リード
フレームとチップ、レジンとのボンダビリティも表面酸
化皮膜の有無に起因するものである。従って、本発明に
係るリードフレーム材は、リードワイヤのみでなく、チ
ップやレジンに対しても良好なボンダビリティを持つも
のである。

さらに、仕上げ圧延後あるいはリードフレーム加工前後
に材料表面に酸処理、電解研磨処理、化学研磨処理の少
なくとも一種を加えて、材料表面の酸化皮膜、防腐剤、
油脂膜、有機物質、表面加工層等を低減又は除去するこ
とにより、−層ボンダビリティを改善することができる
。

【発明の効果〕

以上説明した通り、本発明は、Ｃｕを主成分と、　　し
、所定量の添加元素を含み、酸素含有量が１０ｐｐｍ以
下で残部が通常の不純物から成る銅合金材を、８０％以
上の冷間圧延加工度を与えて仕上げ圧延するようにした
ので、半導体装置に必要な強度を持ち、かつ、表面がめ
つき処理されていないにも関わらずダイレクトボンダビ
リティの良好な半導体装置用リードフレーム材を提供す
ることができた。従って、トランジスタ、バイポーラＩ
Ｃのみでなく、ＭＯＳ−ＩＣへのめっきレスフレームの
適用が可能となり、高導電率、高強度で曲げ特性の良い
、より安価なリードフレームを供給することができた。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の実施例のリードフレーム材の（２２０）
面のＸ線回折強度比及び機械的特性と冷間圧延加工度と
の関係を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面にめっきを施さずにＣｕ、Ａｕ、Ａｌ等のリ
ードワイヤを直接ボンディングする半導体装置用リード
フレーム材において、Ｃｕを主成分とし、０．０１重量％以上、０．２重量％以下のＺｒを添加元素として含み、かつ、
酸素含有量が１０ｐｐｍ以下で、残部が通常の不純物か
ら成る銅合金材を、８０％以上の冷間圧延加工度を与え
て仕上げ圧延して成ることを特徴とする半導体装置用リ
ードフレーム材。
（２）表面にめっきを施さずにＣｕ、Ａｕ、Ａｌ等のリ
ードワイヤを直接ボンディングする半導体装置用リード
フレーム材において、Ｃｕを主成分とし、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ
、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ａｇの少なくとも一
種又は二種以上を添加元素として含み、かつ、これらの
添加元素の合計が０．０１重量％以上、１．０重量％以
下で、残部が通常の不純物からなる銅合金材を、８０％
以上の冷間圧延加工度を与えて仕上げ圧延して成るを特
徴とする半導体装置用リードフレーム。
（３）前記銅合金材が、鋳造後に熱間圧延を受け、中間
焼鈍なしに、前記冷間圧延加工度の仕上げ圧延を受けて
成る、請求項第１項又は第２項に記載の半導体装置用リ
ードフレーム材。
（４）前記銅合金材が前記仕上げ圧延後に熱処理を受け
て成る、請求項第１項又は第２項に記載の半導体装置用
リードフレーム材。
（５）前記銅合金材が、圧延面に平行な面でのＸ線回折
強度比で（２２０）面が７５％以上を占める結晶配向性
を持ち、ａｎｄ／ｏｒ圧延材の縦断面組織で厚さ方向の
結晶粒界の幅が５μｍ以下のファイバー状組織である、
請求項第１項ないし第４項に記載の半導体装置用リード
フレーム材。