JPH04221020A - リ−ドフレ−ム材の製造方法 - Google Patents

リ−ドフレ−ム材の製造方法

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JPH04221020A
JPH04221020A JP41317790A JP41317790A JPH04221020A JP H04221020 A JPH04221020 A JP H04221020A JP 41317790 A JP41317790 A JP 41317790A JP 41317790 A JP41317790 A JP 41317790A JP H04221020 A JPH04221020 A JP H04221020A
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Masatoshi Eto
雅俊 衛藤
Norio Yuki
典夫 結城
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Nippon Mining Co Ltd
Nikko Kyodo Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エッチング加工性,
封着性並びに成形加工性に優れ、かつ高強度を有したリ
−ドフレ−ム材の製造方法に関するものである。
【0002】
【背景技術とその課題】一般に、半導体機器類にあって
は、使用されるリ−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−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
【0003】しかし、例えば『LSIをプラスチックパ
ッケ−ジングするプロセス』におけるレジンモ−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
−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−
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』であ
ったとしてもパッケ−ジにクラックが発生したり、接着
界面が剥離したりしてパッケ−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−ルドレジンとリ−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ックや剥離
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−
ドフレ−ム材として熱膨張係数がモ−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。
【0004】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−
ドフレ−ムの多ピン化を推進する結果をもたらしている
が、リ−ドフレ−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−ドフレ−ムが多ピン化されると必然的にピン間隔
が狭くなり、ピ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ッ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材以上の強
度(リ−ド変形に対する抵抗力)を持ったリ−ドフレ−
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−ドフレ−ム材では、成形のための加工は
エッチング加工が中心となるため「エッチング加工性が
優れていること」も重要な要求特性となってきた。
【0005】ここで、Fe−Ni系合金製リ−ドフレ−
ム材のエッチング加工工程は、脱脂したリ−ドフレ−ム
材の両面にフォトレジストを塗布し、パタ−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ッチング
液でエッチング加工し、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一般的である。そして、こ
の際のエッチング性を決める要因としては ”レジスト
の密着性” や ”エッチング速度” 等が挙げられる
が、これらの中でも素材のエッチング速度が最も重要な
要因となっており、エッチング速度が速くなるにつれて
リ−ドフレ−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、該エッチング速度によりエッ
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、リ−ドフレ−ム材には、半
導体機器の集積度が上昇するに伴い、優れた封着性や強
度特性に加えて「より速いエッチング速度特性(即ち良
好なエッチング加工性)」も求められるようになってき
た訳であるが、未だエッチング加工性,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。
【0006】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、しかも優れたエッチング加工性,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
が発揮されるリ−ドフレ−ム材の工業的量産手段を確立
することであった。
【0007】
【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−ドフレ−ム材
が備えてい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、かつエッチング加工
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、 (a) リ−ドフレ−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、該合金のエッチング速度が顕著に改善さ
れるようになる。 (b) しかも、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−ドフレ−ム材としての諸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−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) ところで、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手立てを講じること
によってリ−ドフレ−ムの多ピ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実現するには、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、異方性を大きく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) また、上記最終冷間圧延後に特定条件を満たす
歪取り熱処理を行った場合には、得られるリ−ドフレ−
ム材の強度及び異方性が一段と改善される。 (g) 従って、Fe−Niを基本成分とした合金にお
けるNi, C, Si及びP等の含有量を総合的に調
整すると共に、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し、最終冷
間圧延後に歪取り熱処理として300〜600℃の温度
で10分〜10時間の加熱を真空中,不活性ガス中及び
還元性ガス中の雰囲気の下で行うと強度,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
なエッチング加工性をも備えたリ−ドフレ−ム材を安定
的に製造することが可能となる。
【0008】本発明は、上記知見事項等を基に完成され
たもので、「Fe−Ni系合金リ−ドフレ−ム材を製造
するに際し、 素材としてC:0.015 %以下 (
以降、 重量割合を表わす%は重量%とする),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:0.005 %以下,Ni:33〜5
5%を含有するか、 或いは更にCo, Cr, Mo
, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, H
f, Cu, Al, Be, Mg及びCaの1種以
上:合計で0.01〜5.0%, をも含み、 残部が
Fe及び他の不可避的不純物から成る合金を用いると共
に、 最終焼鈍は加工度:40〜90% (好ましくは
50〜85%) の圧延を施した後に結晶粒径が30μ
m以下 (好ましくは20μm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%) に調整した上で、 最終冷
間圧延後に温度:300〜600℃, 処理時間:10分〜10時間, 処理雰囲気:真空中,不活性ガス中及び還元ガス中の何
れか,なる条件にて歪取り熱処理を施すことにより、 
優れたエッチング加工性,封着性及び成形加工性と高い
強度とを兼備したリ−ドフレ−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。
【0009】なお、この場合、 a) C含有量を 0.005%以下に規制する,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−ドフレ−ム材の成形加工性やエッチング加工性の改
善効果は一段と顕著になり、多ピンリ−ドフレ−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,最終冷間
圧延の加工度、並びに歪取り熱処理の条件を前記の如く
に限定した理由を、その作用と共に説明する。
【00010】
【作用】A) 素材合金の成分組成 Ni Niはリ−ドフレ−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−ジと
の熱膨張差を小さくして優れた封着性,耐湿信頼性を確
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。
【00011】C リ−ドフレ−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−ドフレ−ム
材のエッチング性を害する。従って、C含有量の上限を
0.015 %と定めたが、固溶Cもエッチング加工性
に悪影響を与えることから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。
【00012】Si Siは脱酸剤として必要な元素であるが、一方でリ−ド
フレ−ム材のエッチング加工性に大きな影響を及ぼす。 即ち、Si含有量が増加するとエッチング速度が遅くな
ってエッチング加工性が悪化する。このため、良好なエ
ッチング加工性を確保するためにはSi含有量を0.1
5%以下に調整する必要がある。特に、多ピンタイプの
リ−ドフレ−ム材の場合には一段と良好なエッチング加
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、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0.001〜0.05%
に調整するのが望ましい。
【00013】Mn Mnはリ−ドフレ−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−ドフレ−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。
【00014】P Pも、Siと同様、含有量が多くなるとリ−ドフレ−ム
材のエッチング加工性に害を与える元素である。そして
、上記エッ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 0.00
3%以下にまで低減するとエッ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−ドフレ−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。SS含有量が 0.005%を超え
るとリ−ドフレ−ム材中に硫化物系介在物が多くなり、
エッ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。OO含有量が 0.010%を超えるとリ−
ドフレ−ム材中に酸化物系介在物が多くなり、やはりエ
ッチング加工時の穿孔欠陥となることから、O含有量は
0.010%以下と限定した。NN含有量が 0.00
5%を超えてもリ−ドフレ−ム材のエッチング加工性が
悪化することから、N含有量の上限は0.005%と定
めた。
【00015】Co, Cr, Mo, W, V, 
Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Cu, A
l, Be, Mg及びCaこれらの元素は何れもリ−
ドフレ−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−ルドのそれに近付けることで封着性
をより改善する」との目的で必要に応じ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ッチ
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、
一方、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。
【00016】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リ−ドフリ−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。
【00017】C) 最終焼鈍時の結晶粒径最終焼鈍条
件もリ−ドフレ−ム材に所望強度を確保する上で重要で
あり、またエッ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30μm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、エッチング性や
プレス加工性にも好結果が得られて高精度リ−ドフレ−
ムの実現に有効であるのに対して、結晶粒径が30μm
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を調節することによっ
て容易に行うことができる。
【00018】D) 最終冷間圧延の加工度最終圧延で
の加工度もリ−ドフレ−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。
【00019】E) 歪取り熱処理 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(ばね限界値)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。た
だ、歪取り熱処理による上記効果は、歪取り熱処理が3
00〜600℃の温度で10分〜10時間の加熱を真空
中,不活性ガス中又は還元性ガス中で行うことによって
初めて十分となるが、この条件を外れると工業的に所望
特性を安定して確保することが難しくなる。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。
【00020】
【実施例】まず、真空溶解・鋳造によって表1及び表2
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:0.125mmの冷
延板を製造し、最終冷間圧延後に還元性雰囲気中で40
0℃,3時間の歪取り熱処理を行った。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表1及び表2
に示した通りであった。
【表1】
【表2】
【00021】続いて、このように製造されたFe−N
i系合金リ−ドフレ−ム材につき ”機械的特性”, 
”エッチング性”, ”曲げ加工性” 及び ”封着性
” を調査し、その結果を表1及び表2に併せて示した
。ここで、機械的特性については、曲げモ−メントに対
する材料の強度をKb値(ばね限界値)でもって評価し
た。エッ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−ンを焼付け
て現像した後、塩化第2鉄にて128ピンのリ−ドフレ
−ムを全て同一条件下でエッチング加工したものにつき
、アウタ−リ−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度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。
【00022】表1及び表2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に係わる材
料は、比較例23〜39に係わるものに比べ機械的性質
,エッチング性, 曲げ加工性,封着性の全てに優れて
いる。 その中でも、本発明例1に係わるものはC, Si, 
Pの各含有量ともより好ましい範囲にコントロ−ルされ
ているため、本発明例2〜4に係わるものと比較しても
エッチング性が更に優れている。また、本発明例5〜2
2に係わるものは、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。
【00023】一方、比較例23に係わるものは、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24に係わるものは、最
終焼鈍前圧延の加工度が大きすぎるため、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25に係わるものは、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26に係わるものは、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27に係わ
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。
【00024】比較例28〜30に係わるものは、C,
Si及びPの含有量が多いためにエッチング加工性,曲
げ加工性及び封着性が劣るものとなっている。比較例3
1〜34に係わるものは、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。比較例35〜36に係わるものは、最終圧延後
に歪取り焼鈍を行わないためにKb値が低い上に、その
異方性が大きく、曲げ加工性及び封着性が劣っている。
【00025】なお、図1は、本発明例1と比較例37
及び38に係わるものの『曲げモ−メントとへたり量と
の関係』を示したグラフである。ここで、比較例37に
係わるものは板厚が 0.125mm、比較例38に係
るものは板厚が0.15mm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。この図1からは、本
発明で規定された通りの条件で製造されたリ−ドフレ−
ム材は、その板厚を0.15mmから 0.125mm
に薄くしたとしても同じ曲げモ−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。
【00026】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれば
、エッチング加工性,封着性,成形加工性に優れ、かつ
強度の高いリ−ドフレ−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】
【図1】「曲げモ−メントとへたり量との関係」を本発
明法に係わる材料と比較法に係わる材料とで対比したグ
ラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  Fe−Ni系合金リ−ドフレ−ム材を
    製造するに際し、素材としてC:0.015 %以下,
        Si:0.001 〜0.15%,    M
    n:0.1 〜1.0 %,P:0.01%以下,  
        S:0.005 %以下,      O:0
    .010 %以下,N:0.005 %以下,    
    Ni:33〜55%(何れも重量%)を含み残部がFe
    及び他の不可避的不純物から成る合金を用いると共に、
    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%に調整した上で、最終冷
    間圧延後に 温度:300〜600℃, 処理時間:10分〜10時間, 処理雰囲気:真空中,不活性ガス中及び還元ガス中の何
    れか, なる条件にて歪取り熱処理を施すことを特徴とする、エ
    ッチング加工性、曲げ加工性及び封着性に優れた高強度
    リ−ドフレ−ム材の製造方法。
  2. 【請求項2】  素材として、重量割合でC:0.01
    5 %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:0.005 %以下,    
    Ni:33〜55%を含有すると共に、更にCo, C
    r, Mo, W,V,Nb, Ta, Ti, Zr
    及びHfの1種以上:合計で0.01〜5.0%をも含
    み、残部がFe及びその他不可避的不純物から成る合金
    を用いる、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−ドフレ−ム材の製造方法。
  3. 【請求項3】  素材として、重量割合でC:0.01
    5 %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:0.005 %以下,    
    Ni:33〜55%を含有すると共に、更にCu, A
    l, Be, Mg,及びCaの1種以上:合計で0.
    01〜5.0 %をも含み、残部がFe及びその他不可
    避的不純物から成る合金を用いる、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−ドフレ−
    ム材の製造方法。
  4. 【請求項4】  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−
    ドフレ−ム材の製造方法。
  5. 【請求項5】  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−ドフレ−ム材の製造方法。
  6. 【請求項6】  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−
    ドフレ−ム材の製造方法。
JP41317790A 1989-12-26 1990-12-23 リ−ドフレ−ム材の製造方法 Pending JPH04221020A (ja)

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