JPH0828450B2 - リードフレームの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に利用されるリードフレームの
製造方法に係り、詳しくは内部残留歪みを除去する際に
生じる形状及び位置決めの基準寸法の極めて僅かな変化
を防止するに効果のあるリードフレームの製造技術の改
良に関する。

〔従来の技術〕

金属に塑性加工を施すと、この加工過程において、加
工程度の差等により不均一な塑性歪み、すなわち、局部
的な寸法変化が生じる。従って、その部分と周辺部分は
弾性的に変形を調整してこの金属内でつりあいを保った
残留応力が発生する。

半導体装置用リードフレームの製造過程においても、
インナーリードやアウターリード及び位置決め基準孔等
のパターンを形成する際に除去した領域とその周辺部に
も同様な残留応力と残留歪みが発生する。

残留応力と残留歪みがリードフレームの形成後や半導
体装置組立て等の後工程の加熱で解放されて、リードフ
レームの歪み，捩れ，反り及び位置ずれ等が発生し、形
状及び寸法精度に大きな影響を及ぼす。この結果、半導
体装置の品質や歩留り等の低下をももたらしている。こ
の残留歪みや残留応力を除去する方法として、一般的に
熱処理が常用されている。

しかしながら、近来では、半導体装置用のリードフレ
ームは多ピン化傾向が著しく、インナーリードやアウタ
ーリードの先端部の間隔等が非常に狭くなり、該リード
の歪み，捩れ，反り及び位置ずれ等の変形の他に、高精
度の位置決め等の寸法精度に対する要求が厳しくなって
いる。従って、前記加工過程によって発生する前記残留
応力が半導体装置の歩留り及び長期信頼性に大きな影響
を与えている。この残留応力を除去する熱処理は重要と
なり、適切な技術開発の要望が高まっている。

残留歪みを除去する従来技術の例としては、特公昭62
-44422号公報や特公昭51-19970号公報等に示されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、従来の熱処理法で残留歪みを除去すると、
内部残留歪みが除去されることに伴ってリードフレーム
の所要の部分に僅かな寸法の変化が発生して、不合格品
が多発する問題がある。

このことを第３図に示したリードフレームの条材Ｃを
一例として次に説明する。

すなわち、第３図は従来方法の熱処理前のリードフレ
ームの条材Ｃを示す平面図である。この図によれば、ス
リッティングされたリードフレーム用の帯状材料には、
まず各加工工程で位置決めに利用する基準ピン孔２や切
欠部６が幅方向の縁部に離間して穿設される。この後、
この基準ピン孔２を利用して素子搭載ステージ3,インナ
ーリード4,アウターリード５及びインナーリード先端を
つなげる連結片８等を適切な順序で所要の形状に打ち抜
き加工されて前記リードフレームの条材Ｃが形成され
る。

ここで、第１図は残留歪みを除去する熱処理を行った
後、抜き残し部を除去して完成したリードフレームの条
材Ａを示す平面図である。

この図で、条材Ａの幅寸法を、基準ピン孔２の幅方
向の距離を、左端の基準ピン孔２を基準として最も近
い素子搭載ステージ３の中心を通る線分（基準ピン孔2a
の中心に相当）迄の距離を、以下２番目,3番目及び４
番目までの距離をそれぞれ，，とする。

第１表は、前記パターンを持つリードフレームの条材
Ｃ（第３図）を従来法によって、製造したリードフレー
ムの条材Ａの各形状寸法や前記距離〜の寸法値の変
化を示す。

この第１表に見られるように、前記リードフレームの
条材Ｃ（第３図）に内部残留歪みを除去する従来方法の
熱処理を施すと、インナーリード４の先端の歪み，捩じ
れ，反り等の変形や位置ずれ等による不合格の発生は抑
制されるが、材料幅や位置決め基準孔の幅及び長手方向
のピッチ寸法等に極めて僅かな変化が生じていることが
判る。

最近のように、寸法精度に対する要求が厳しくなる
と、この極めて僅かな前記寸法変化が半導体組立工程な
どで要求する位置決め等の高精度な寸法公差の範囲外と
なり不合格品となる。

本発明の目的とするところは、上記残留歪みを除去す
る従来法で生じる材料幅や基準孔の幅及び長手方向ピッ
チ等の極めて僅かな寸法の変化の問題を解決して、イン
ナーリード先端の歪み，捩じれ，反り及び位置ずれ等の
変形を防止すると同時に、上記寸法の変化による不合格
品の発生を防止するに効果のあるリードフレームの製造
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

スリッティングやプレス加工等の過程で発生する内部
残留歪みを除去する熱処理の際に発生する極めて僅かな
前記寸法の変化は、前記条材に滞有した内部残留歪みが
除去されるために生ずるものである。

すなわち、前記条材Ｃ（第３図）が加熱されると、こ
の条材の金属原子の移動が容易となって、内部残留応力
に対応して原子が移動する。この原子の移動によって内
部残留歪みが除去され、同時に前記〜の寸法が変化
する。

発明者は、この内部残留歪みが回復する際に生ずる寸
法変化を防止する方法について研究し、最も実用的で効
果の確実な方法として本発明を確立した。

本発明の特徴とするところは、見掛けの内部応力が0.
2〜1.2kg/mm²となるような張力を条材Ｂ（第２図）の長
手方向に加え、400℃〜800℃の温度の雰囲気炉中で前記
条材Ｂを加熱して、これに滞有する内部残留歪みを残し
た状態で内部残留応力を除去する方法である。

なお、本願明細書にいう「見掛けの内部応力」とは、
条材Ｂ（第２図）の長さ方向に加えた張力をプレス加工
開始直前のリードフレームの帯状材料の長さ方向に直角
な断面積で除した値を示す。たとえば、0.15mmの厚さで
50mm幅のリードフレームの帯状材料は、どのようなパタ
ーンでプレスされていても、7.5mm²の仮想の断面積と考
え、これに3kgの張力を加えた場合には、0.4kg/mm²の見
掛けの内部応力が発生したと表現する。

更に、前記範囲の張力を付加して内部残留応力を除去
する熱処理を行うに際して、前記リードフレームの条材
Ｃ（第１図）を形成する際に打ち抜き除去する領域のう
ち、該リードフレームの条材Ｃに滞有する内部残留歪み
の回復を拘束する前記張力を付加した状態を保持する付
加張力に対して許容範囲を越える応力を発生する断面の
応力を減少させるように除去領域の一部を抜き残した形
状でリードフレームの条材Ｂを成形することを特徴とす
るものである。

このような打ち抜き除去する領域のうち所定の領域を
抜き残す目的は、リードフレームの形状によって加えた
張力によって、該リードフレームが局所的な変形をした
り、破損したりするので応力の分布状態が改善されるよ
うに抜き残す部分を付加して局所的な変形や破損の発生
を防止することにある。

すなわち、張力を加えることによって、該条材Ｂ内に
発生する局所的な応力集中の程度を極力弱めるように打
ち抜き除去する領域の一部を残すことが重要である。

第２図において、斜線を施した部分が抜き残す部分を
示す一例である。

抜き残す部分を斜線を施した部分（第２図）の全体と
するか、又は斜線を施した部分（第２図）の一部とする
方が好ましいかは、プレス技術，板厚，板幅，加える張
力の大きさ等によって異なる。

なお、抜き残す部分をどの程度にするかは、経験や予
備テストによって簡単に判断することができる。

リードフレームのパターンのうち、抜き残す領域が多
いまま熱処理すると、張力による変形や破損を防ぐこと
はできるが、熱処理後に行う抜き残した領域を除去する
際に残留歪みが滞有して、変形を生じることになり、不
合格品が発生する。

また、残す部分が少なすぎると、条材Ｂ（第２図）に
加えられる張力によって熱処理中にリードフレームの変
形や破損が生ずる。

以上のような背景から、リードフレームのパターンの
抜き残す領域の程度は、条材Ｂ（第２図）に加える張力
によって生ずるリードフレーム内の見掛けの内部応力が
0.2〜1.2kg/mm²の範囲でリードフレームが変形や破損し
ない程度にできるだけ少なくすることが望ましい。

〔実施例〕

本発明の実施例を明細書に添付した図面及び表に基づ
き説明する。

第１図は、前述のように、残留歪みを除去する熱処理
を行った後抜き残し部分を除去して完成したリードフレ
ームの条材Ａを示す平面図である。

また、本発明の製造方法に用いたリードフレームの一
例として、第２図に条材Ｂの平面図を示した。

本発明の方法において、第２図中の斜線領域を打ち抜
かないまま前記の張力を加えて熱処理するので、熱処理
中及びその後においても前記条材Ｂの全体の変形やイン
ナーリード４の先端の変形が抑えられた状態で残留応力
が除去される。

従って、プレス加工後の熱処理による僅かな寸法変化
も防止され、非常に高精度のリードフレームの製造が可
能となる。そして、熱処理後は、前記斜線部分の領域
（第２図）を打ち抜いて、第１図のような最終的なリー
ドフレームの条材Ａを成形する。

次に、従来の内部残留歪みを除去する熱処理を施した
ときの寸法変化と製品の合否について述べる。

第１図の場合についていえば、寸法及び距離〜の
中で最も大きな値となって表れる距離の寸法変化によ
って、製品の不合格が発生する。なお、距離〜の寸
法変化は、本発明の方法を実施した場合には距離の寸
法変化に大略比例して小さくなる。

第２表は、本発明を第２図のリードフレーム材の条材
Ｂに適用した試験例を示す。

第２表中の試験例１は、加えた張力が小さい場合であ
り、内部残留歪みが比較的自由に除去されるために、熱
処理後の寸法変化が大きくなって不合格となる。

これは、内部残留応力に対して金属原子が比較的自由
に移動することによって内部残留歪みが除去されるため
である。

第２表中の試験例２〜４は、本発明による熱処置を行
ったものであり、金属原子は、内部残留応力と外部から
加えられた張力によって発生した応力の合成応力によっ
て挙動するために、内部残留歪みを残したまま内部残留
応力が除去され、リード先端の歪み，捩れ，反り等の変
形や位置ずれ等の不合格品が全く発生しないことは勿
論、熱処理によって内部残留歪みを除去したとき生ずる
ような寸法変化は発生しないので、寸法変化による不合
格品も発生しない。

第２表中の試験例５は、加えた張力が大きすぎた場合
であり、局部変形が生じて不合格品となった。

更に、第２表中の試験例６は、全く熱処理を行わなか
った場合の例であり、寸法変化による不合格品はないも
のの、リード先端部の歪み，捩れ，反り等の変形によっ
て不合格品となった。

普通一般のNi-Fe系合金のリードフレームの条材に本
発明の方法を適用して、内部残留歪みの回復を拘束する
張力を加えながら、内部残留応力を除去する熱処理を行
うためには、見掛けの内部応力が0.4〜0.8kg/mm²程度に
なるように張力を加え、熱処理温度は該条材の形状，プ
レス加工条件，要求される生産性及び設備等によって変
わるが、620〜720℃の範囲内とすることが最も好まし
い。

同様にCu系合金のリードフレームの条材に本発明の方
法を適用して、内部残留歪みを残して内部残留応力を除
去する熱処理を行うためには、見掛けの内部応力が0.3
〜0.6kg/mm²程度になるように張力を加え、熱処理温度
は該条材の形状，プレス加工等の加工過程の状況，要求
される生産性及び及び設備等によって変わるが、熱処理
温度は、600〜700℃の温度範囲内で熱処理することが最
も好ましい。

なお、本発明の方法によってリードフレームを製造す
ると、製造過程で次のような有利な面がある。

リードフレームの条材を連続炉で熱処理する場合に、
該条材の下面が炉底等と擦過して擦過傷を生じ、不合格
品が発生することも少なくない。これに対して、本発明
の方法を適用した場合では、次述のように、熱処理炉の
入口と出口を結ぶ線と炉底までの距離を該条材の最大撓
み以上にすれば、連続熱処理する際の擦過傷の発生を防
ぐことができる。

たとえば、板厚0.15mm,板幅40mm,打ち抜き比0.5の42N
i合金の該条材を炉内サポート間隔5mの連続熱処理炉を
使用して本発明法を実施すると、炉内の該条材のサポー
ト間の最大撓みは第３表に示す値になる。

この第３表から判るように、この場合における該条材
の最大撓みは30mm程度である。

従って、この場合の連続炉について、入口と出口を結
ぶ線と炉底までの距離を30mm以上にすることによって擦
過傷の発生を防ぐことができる。

更に、本発明を適用した連続熱処理炉においては、連
続熱処理における最も重要な事項の一つである炉内雰囲
気シール部の管理をより的確に行うことができる。たと
えば、炉外から加える張力と炉内のリードフレームの撓
みとから、シール部の摩擦力の良否が判定できる。

また、リードフレームの設計に応じた適正見掛け内部
応力を許容炉内雰囲気成分とシール部の摩擦力に対応し
て選択することもできる。また、炉内雰囲気や炉内のリ
ードフレームの撓みが正常であるにもかかわらず、リー
ドフレームに変形が生じる場合には、熱処理前に打ち抜
きを残している部分や、シール部の摩擦力の変更とそれ
に伴う炉内雰囲気ガスの循環量の変更を考慮して、適切
な処置をとることができる。

〔発明の効果〕

本発明に従って、内部残留歪みを残した状態で内部残
留応力を完全に除去すると、内部残留応力にもとづく一
切の変形が防がれると同時に、従来のプレス加工後の熱
処理中に生ずる僅かな寸法変化も防ぐことができ、非常
に高精度のリードフレームの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は残留歪みを除去して完成したリードフレームの
条材の一例を示す平面図、第２図は本発明の製造方法を
用いたリードフレームの条材の一例を示す平面図、第３
図は従来の製造方法に用いたリードフレームの条材の一
例を示す平面図である。 2:基準ピン孔、3:素子搭載ステージ 4:インナーリード、5:アウターリード 6:切欠部、8:連結片 A,B,C:条材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塑性加工を行ってリードフレームの所要パ
   ターンを形成する過程で、該リードフレームに滞有した
   内部残留応力を除去する熱処理を行うリードフレームの
   製造方法であって、 前記リードフレームを形成する際に、打ち抜き除去する
   領域のうち、付加された外力に対して許容範囲を越える
   応力を発生する断面の応力を減少させるように除去領域
   の一部を残した形状にリードフレームの条材の成形を行
   い、 このリードフレームの条材の長手方向に、該条材の幅方
   向の断面積に対する見掛けの内部応力が0.2〜1.2kg/mm²
   の範囲となるような張力を加え、 該リードフレームの条材に滞有する内部残留歪みの回復
   を拘束する前記張力を付加した状態で、内部残留応力を
   除去する熱処理を行い、 熱処理の後に抜き残した前記領域を除去して所要のリー
   ドフレームを形成することを特徴とするリードフレーム
   の製造方法。