JPH0625395B2 - 高強度リードフレーム材料およびその製造方法 - Google Patents

高強度リードフレーム材料およびその製造方法

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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ピン
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。
これら多ピン用Fe系リードフレーム材料として、従来
Fe-42Ni、Fe-29Ni-17Co(コバール)が知られ
ている。これらのFe-Ni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係合金の提案があ
り、またFe-Ni-Co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〕
多ピ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Fe-42NiまたはFe-29Ni-17Coの薄板多ピン
リードフレームは、リードの強度不足が原因でパッケー
ジ組立、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55-128565号、(ロ)特開
昭57-82455号、(ハ)特開昭61-6251号、(ニ)特公平1-817
号、(ホ)特公平1-15562号、(ヘ)特開平1-61042号}があ
るが、前者は主要元素の他に強化元素を過剰に含有する
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、オーステナイト相を50%
以上とすることにより、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、Co 0.5〜22%、Ni
22〜32.5%、Mn 1.0%以下、Si 0.5%以下を含有し、
NiとCoの含有量は、Co 12%未満ではNi 27〜32.
5%、Co 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(フェライ
トを伴うことを得)からなり、前記オーステナイト相が5
0%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以下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、本発明のリードフレーム材料の最も重要な点
は、従来のFe-Ni-Co系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、基本的な組織を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。
本発明でいうオーステナイト相とマルテンサイト相とは
次のとおりである。
本発明において、溶体化処理後のオーステナイト相は、
冷間加工によりその一部が加工誘起変態してマルテンサ
イトとなり、他の一部が未変態のままオーステナイト相
として残留してもよい(これを本発明では残留オーステ
ナイトと記す)。
上記マルテンサイトは、最終焼鈍により逆変態してオー
ステナイトとなるが、これはX線的には上記残留オース
テナイトと定量的に区別がつけ難いものであり、本願発
明では逆変態で生じたオーステナイト相および残留オー
ステナイトを伴う場合は、これらを総称してオーステナ
イト相と呼ぶものである。
また、マルテンサイトを逆変態させてオーステナイト相
とする過程においても、一部フェライトが生じることも
ある。この場合もマルテンサイト相と、逆変態後にオー
ステナイト相に付随して生じるフェライトは、定量的に
区別し難いものであり、したがって本願発明では一部フ
ェライトを含むマルテンサイト相、および完全なマルテ
ンサイト相の場合を総称してマルテンサイト相と称する
ものである。
〔作用〕
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、Co12%以上で
(2Ni+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、Co 12%以上で(2Ni+C
o)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、Co 12%未満でNi27〜32.5%、Co 12%以上
で、66%≦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。
Si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、組織はオーステナイト相
(残留オーステナイトを伴ってもよい)およびマルテンサ
イト相(フェライトを伴ってもよい)からなり、前記オ
ーステナイト相の総和を50%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(%)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。
さ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
態オー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、αR・T-300(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、αR・T-300は(3〜9)×10-6
℃、硬さHv≧ 260、引張強さ 80kgf/mm2以上で十分
に使用に耐えうるものであると判断した。
〔実施例〕
本発明材料を実施例により説明する。第1表に示す組成
の合金を真空誘導溶解炉で溶解、鋳造し、1100〜1150℃
の鍛造、熱間圧延で3mm厚さとし、さらに、1000℃×1
時間(水冷)の溶体化処理後0.35mmまで冷間圧延を施し
た。
第2表に、上記それぞれの材料に、0.35mm→750℃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0.35mm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。
Iγ=Iγ(111)+Iγ(200)+Iγ(220)+Iγ(311)
Iγ(222) Iγ(111)等はオーステナイトのX線回折強度 Iα=Iα(110)+Iα(200)+Iα(211) Iα(110)等はマルテンサイトのX線回折強度 本表から、本発明の材料合A〜I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9×10-6/℃を越えてしまう。ま
た、本発明合金A〜I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1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67
5℃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、多ピン薄型用リー
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α
R・T-300の関係を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%にて、Co 0.5〜22%、Ni 22〜32.
    5%、Mn 1.0%以下、Si 0.5%以下を含有し、NiとC
    oの含有量は、Co 12%未満ではNi 27〜32.5%、Co
    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(フェライトを伴う
    ことを得)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(フェライトを伴うことを
    得)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. 【請求項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/
    mm2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
    40〜90%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。
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