JPS61179849A - リ−ドフレ−ム材料の製造法 - 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】 本発明は、リードフレーム材料の製造法に関し、特に、
低Ｓｉおよび低塩基度操業による、４２％Ｎｉ　−Ｆｅ
系アロイに代表されるリードフレーム材料の溶製法に関
する。

近時のエレクトロニクス分野等の発展に伴ない、ＺＣ（
集積回路）の需要が飛躍的に増大し、そのリードフレー
ム材料の需要も付随的に著しく増大している。一般にこ
れらリードフレーム材料は典屋的には４２％Ｎｉ　−Ｆ
・合金で代表されるＦｅ　−Ｎｉ系の熱膨張制御合金等
の帯材を裁断、メッキ処理後、打ち抜き加工して形成さ
れるものである。リードフレーム材料位、一般Ｋ、その
中心に、半導体素子（半導体チップ）を搭載するタブと
称される部分があシ、又、そのタブの周囲に、リードと
称される部分があシ、例えば、リードフレームの前記タ
ブ上に半導体チップを搭載し、Ａｕ線、Ａ／線等のワイ
ヤによシ、当該チップとリードとを接続（ボンディング
）−し良後に、合成樹脂等によシ封止して半導体集積回
路装置が得られる。

リードフレーム材料は、ワイヤボンディング性を良好に
したルする等のために、＾ｇ　メッキ等のメッキが施さ
れる。従って、そのメッキ性の良否はリードフレーム材
料の品質につながる重大なポイントでＴｏ！＞、それ故
、良好なメッキ性を保有していることが強く要求される
。

又、リードフレーム表面に疵がないこともリードフレー
ム材料の品質上重要であシ、７クレ疵があシ、上記した
メッキ性を劣化させるようなことがあってはならない。

従来、かかる４２％Ｎｉ　−Ｆｅ系リードフレーム材料
（以下単に４２Ｎｉ　という）を、スラグを用い、溶製
する場合、そのスラグにあっては高塩基度のものをなる
べく使用しなければならないとされていた。

即ち、品質に悪影響を及ばす溶存（０）　ｔ−できるだ
け下げるために社、高塩基度のものを使用しなければな
らないとされ、その丸め、高塩基度のスラグを如何にし
て必要量安定に確保するかく努力が払われてきた。

しかるに、本発明者らは、高塩基度操業による前記した
４２Ｎｉ　リードフレーム材料につｈて、フクレ疵の問
題やＡｇ　　メッキ性の劣化の問題に遭遇し、かかるリ
ードフレーム材料の溶製法について再検討をせまられた
。

そこで、本発明者らは、従来の高塩基度操業の考え方か
らは、（９）が増加し、不可とされてい友低塩基度操業
によシ、４２Ｎｉ　の溶製を行なったところ、驚くべき
ことに、従来、低塩基度操業では（ロ）が増加すると予
測されていたのに反して、（ロ）の増加は殆んどなく、
高塩基度操業の場合の（ロ）と同様の水準を保持できる
ことを知見した。

又、次のような事実も知見した。

即ち、４２Ｎｉ　については、その表面にＭｇ−ムｌ　
主体のスピネル系介在物が形成されるが、低塩基度操業
による、これらスピネル系介在物を構成するＭｇやＩｌ
なとの挙動を調査検討し九ところ、低塩基度操業によれ
ば、Ｍｇ　、　Ａｌ量を減少させ、かかるＭｇ　−Ａｌ
主体のスピネル系介在物の形態（成分組成、融点、表面
肌など）に変化をもたらすことができることが判つ友、
そして、かかるスピネル系介在物の形態の変化によると
思われる、フクレ疵の減少、Ａｇ　　メッキ性の向上を
計ることができることが判った。

低塩基操業によるリードフレーム材料の製造方法につい
て特許出ｊＩＡｔ−シたが、上記の場合、塩基度とＭｇ
　　との間には強い相関関係があシ、塩基度の低下に伴
ないＭｇ　は減少し得るが、Ａｌの減少に対しては低塩
基度操業だけでは不充分で、ムＩ！　を減少させ、かつ
、メッキ性や表面疵の問題を鱗消するには、リードフレ
ーム材料のＳｉ　成分範囲を低くし、低塩基度操業によ
るスラグの塩基度との適正な範囲とのバランスが重要で
あることが判りな。

本発明は上記知見に基づいて完成されたもので、本発明
は、低Ｓ１　　および低塩基度スラグによるリードフレ
ーム材料の製造方法特にその溶製法に係るものである。

本発明は従来の高塩基度操業法に代えて低塩基度操業に
よ、り　４２　Ｎｉ　　などのリードフレーム材料を得
ることにあるが、こζに塩基度としては２．５以下であ
ることが適当である。

塩基度は、鉱滓（スラグ）の性質を表わす値の比であり
、塩基成分として分子にＭｇＯ（χ）やＭｎＯ（％）や
ＦｅＯ（％）を加えたり、酸性成分として分母にＡｌ２
０３（％）などを加えたシする場合もあるが、本発明で
いう塩基度とはＣａ０（Ｘ　）　／　５ｉ０２（％）〔
以下、Ｃ／Ｓという〕を用いたものをいう。

この塩基度（０／８）は２．５以下であるが、好ましく
は２．０以下、特に好ましくは１．５〜２．０であり、
（３７８＝１．５が最適である。このａ７ｓが２．５ヲ
越える場合フクレ疵やＡｇ　　メッキ性に問題を生じ、
一方、ａ７ｓが１．０近傍以下になるとυ〕は極端に増
加し、Ｏ／Ｓ中１．５ではフリー（９）も低くかつ溶製
炉の耐火物溶損汚染による（口）インプットも少ないの
でトータル（ｏ；　ｙｔ低値にする適正スラグとなり、
これらを考慮すると上記Ｃ／Ｓ値とすることが艮い。

スラグ組成の例としては次のものがある。

溶製は、例えば、公知のＬ　Ｐ　（Ｌａｄｌｅ　Ｆｕｒ
ｎａｃｅ）法により行われる。亀１図にＬＦ法の原理図
の一例を示す、このＬＦ法は、電極１からのアークを取
鍋２内溶鋼３上のスラグ４中で発生させるいわゆるサブ
マージド・アーク精錬を行うもので、合成スラグを添加
し、例えば図示のように装置下部よシＡｒガスを吹込み
、Ａｒガスによる攪拌を行ないながら数組（レードル）
２内を強還元性雰囲気に維持した状態で溶製を行なう。

このＬＦ法設備では、加熱、ガス攪拌、脱ガス、除滓（
スラグオフ）が効率よく行われるようになっている。

本発明が適用されるリードフレーム材料の基本組成はＮ
ｉ　−Ｆｅベース合金で１）、Ｎｉ　含有量は３０〜５
４％の範囲内で変化させ得る。Ｎｉ含有量の好ましい範
囲は４０〜４３％であシ、最も好ましく紘４２％である
。

このＮｉ　　はリードフレーム材料の組織をオーステナ
イトする元素であるが、５０％未満ではオーステナイト
が不安定となり、５４％を越えると低温域（例えば３０
〜４５０Ｃの温度範囲）での熱膨張係数が大となシ、半
導体チップ特にシリコン単結晶基板よシ成るチップ（以
下シリコンチップという）との熱膨張係数が大きくなシ
望ましくない。

リードフレーム材料は上記のごとく、Ｎｉ−Ｆｅ　　　
　　“ペース合金であればよいが、リードフレームにあ
ってはメッキ性や打抜き加工性や前記シリコンチップと
の熱膨張係数差などを考慮する必要がある。

リードフレーム材料の具体例をその成分範囲の限定理由
とともに例示すると次の通シである。

〔具体例〕

重量％で、Ｎｉ：５０〜５４％、Ｍｎ’：１．０％以下
、および８ｅ　：　０，２５％以下、Ｃａ　：　０．０
４５％以下、Ｔ・：　０．２０％以下、Ｂｉ　：　Ｏｊ
　０％以下、Ｓｎ　ａ　２．５％以下、Ｐｂ　：　０．
５０％以下の１種または２種以上を合計でｏ、ｏ　ｏ　
ｓ〜２．５％、必要に応じてｓ　：　ｏ、ｏ　ｏ　５〜
０．０２０％、残部Ｆ６および不純物（Ｃ、Ｓｉ　、　
Ｐ　、　Ｏｕ　、　ＡＩ　、　Ｎ。

０等の成分およびＳｉに積極的に添加しない場合のＳな
ど） 〔リードフレーム材料の成分範囲（重量％）の限定理由
〕 Ｎｉ：５０〜５４％ 前述の通シ Ｍｎ：　１．０％以下 Ｍｎ　　はリードフレーム材料の加工性を向上させるの
に有効な元素であるが、１．０％を超えると熱膨張係数
か大となシ、シリコンチップとの熱膨張係数差が大きく
なシすぎるので、１．０％以下とする。

８ｅ　：　０．２５％以下、　Ｇａ　：　０，０６５％
以下。

Ｔｅ　：　０．２０％以下、　Ｂｉ　：　０．５０％以
下、ｓｎ：２．５％以下、　ｐｂ　：　０．３０％以下
の１種まｔは２８ｉ以上を合計でｏ、ｏ　ｏ　ｓ〜２．
５％Ｓｓ　、　Ｃａ　、　Ｔａ　、　Ｂｉ　、　Ｓｎ　
、　Ｐｂはいずれもリードフレーム材料の打ち抜き加工
性を高めるのに有効な元素であシ、このような効果を得
るためにはこれらの元素の１種または２種以上を合計で
ｏ、ｏ　ｏ　ｓ％以上含有させる。しかしながら、含有
量が多すぎると、リードフレーム材料の靭性を低下する
と同時に熱間加工性が著しく劣化するので、上記元素の
１種ま次は２種以上を合計で２．５％以下とし、且つ各
元素の上限をそれぞれ前記した値に定める。

ｓ　：　ｏ、ｏ　０５〜０．０２０％ Ｓはリードフレーム材料の打ち抜き加工性を高めるのに
有効な元素であシ、このような効果を得る九めには０．
００５％以上含有させる。しかし、含有量が多すぎると
熱間加工性が劣化し、鍛造時に角割れを生ずるので、０
．０２０％以下とする。

Ｆｅ：残部 Ｆｅ　　はリードフレーム材料の強度を保持し、上記添
加成分のマトリックスとして残部とする。

そのはか、不純物元素としては、溶解精錬時の脱酸・脱
窒元素、ガス成分および原材料から混入する元素などが
考えられるが、具体的には、Ｃ：　０．０２％以下、Ｐ
：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．２％以下、ｒｉ　：　
ｏ、ｔ％以下、Ｚｒ　：　０，１％以下、Ｎ　：　５０
　ｐｐｍ以下、Ｏ；５０　ｐｐｍ以下に規制することが
よ）望ましい。

Ｍｇ　、　ｈｐ　： 不純物元素として規制されるＭｇ　、　Ａｊについては
本発明によ）後述のごとく低減し得、Ｍｇ＜　５　ｐｐ
ｍ、　Ａｊ＜　２０　ｐｐｍとすることができる。

次に、Ｓｉ　　成分について述べる。

第２図は塩基度（Ｃ／８　）とレードルＡ／　　との関
係をグラフ化したものであるが、レードルＡＩ！　　と
Ｃ／　Ｓとの間には顕著な相関関係は認められない。

しかし、低Ｓ１　　と低塩基度スラグ操業とを併用する
ことによシ、第２図にも示すように、低位安定となる傾
向にあシ、例えばＡｊ　　を上記した２　０　ｐｐｍ以
下の低位安定状態に抑えることができる。

そして、第５図は［＊／］と〔Ｓ１〕との関係をグラフ
化し之ものであるが、Ａｊ　　を低位安定とし、例えば
２０　ｐｐｍ以下に安定して下げるためには。

Ｓｉ　　を０．１０％（ｗｔ）　　未満にすると良いこ
とが判る。

低塩基度操業についての脱酸挙動については、低塩基度
側でＳｉ−＠脱酸に支配され、特にＣ７６が１．０近傍
以下になると（９）は極端に増加したシするので、Ｃ／
　Ｓ値とのバランスが必要である。

かかるバランスをとることによシ、即ち、塩基度につい
ては２．５以下好ましくは１．５〜２．０特に好ましく
は１．５とし、かつ、８ｉ　　を０．１０％未満として
、両者のバランスをとることによシ、＾ｌを低減し、か
つ、　Ｍｇを減少させることができる。

かかる低塩基度操業によっても（ロ）は増加しないこと
は前述の過少であるが、かかる（９）とＳｉとの関係に
ついて、さらに、第４図に従い説明　　　゛する。

第４図からＳｉ　　を０．１０％未満にしても（ロ）の
増加は問題とならず、例えば、Ｓｉ　　も０．０５％程
度に低下させていっても、その際のフリー（ロ）はＳ　
ｐｐｔａ位しか増加しない。

このような成分範囲のリードフレーム材料の製造は、例
えば、上記成分範囲の材料を前記のように溶製したのち
造塊し、鍛造および粗圧延した後９５０Ｃ以下の温度で
焼鈍し、３０％以下程度の圧下率で最終板厚まで冷間圧
延し、その後５００〜７２０Ｃの温度で焼鈍することに
より行えばよい。焼鈍温度、圧下率などに特に制限はな
いが、焼鈍温度を５００〜７２０Ｃの範囲とすることが
望ましいのは、５００Ｃよルも低いと打ち抜きの際に歪
を生じてその後の工程（自動ワイヤボンディング工程な
ど）において支障をきたすことがめシ、７２０Ｃよシも
高いと再結晶を生じて打ち抜き加工性が低下してくるた
めである。

次に、実施例および比較例にょシ本発８Ａ′ｆｔ更に詳
細に説明する。

実施例１、比較例１ ＣａＯと８０％ＣａＦ　２とケイ砂（Ｓｉｎ２）よ）成
シ、塩基度（Ｃ／ｌ　）を変化させたスラグ（低塩基度
スラグ）を用い、Ｏ／　Ｓの変化（値）を横軸に、縦軸
にレードル中のＭｇ　　％（９）をプロットし、これら
塩基度とＭｇ、（ｏ）との関係を観察したところ、それ
ぞれ第５図および第６図に示す通シであった。又、Ａｊ
　　との関係については前記第２図に示す通）てあつ友
。

尚比較のために、ＣａＯと９６％ＣａＦ２　　よシ成る
スラグ（高塩基度スラグ）を用い高塩基度操業を行ない
、同様に第２図、第５図および第６図に示すようにグラ
フ化した。

第２図、第５図および第６図にて、白ぬきのプロットは
高塩基度操業を示す、第５図に示すように、塩基度とレ
ードルＭｇ　　との間には強相関関係があシ、塩基度の
低下に伴ないＭｇ　が減少すること、第６図に示すよう
に、レードル（９）は、塩基度による変化がほとんどな
く、塩基度が低下しても増加しない即ち低塩基度操業で
も高塩基度操業と同様の（９）水準を保持していること
が判る。Ｃ／　ＳとＡ／　　との関係は前記の通シであ
る。

実施例２、比較例２ 第１表に示す材料について溶製を行ない、かつ、これら
材料の清浄度および介在物組成を調べた。

溶製結果を第１表に示す、又、第１表および第２表にＪ
ＩＳ法による清浄度分析結果を、第５表にムＳＴＭ−Ｄ
法による分析値を示す。

第１表〜第５表に示すよりに、低塩基度操業による清浄
度の悪化は無いといえる。

又、上記分析結果にも示すように、低塩基度溶製材では
、〈５μ曹　の介在物中のＭｇＯがはばなくなり、スピ
ネル系介在物が低減した。

さらに、試料Ａ１の溶製材を造塊し、鍛造および粗圧延
し死後９５０Ｃ以下の温度で焼鈍し、約５０％の圧下率
で検閲圧延して冷間圧延材についての表面疵状況ｔ−詞
ぺ九結果、７クレなど素材起因の疵は認められなかった
。

実施例３．比較例 次に示す組成のスラグを用い、第４表に示す材料を溶製
した。結果を第４表に示す。

（本発明例、低塩基度スラグ、ｃ／５＝ｔｓ８）（比較
例、高塩度スラグ、ｃ／ｓ＝に７）脱ガス前後（以下Ｖ
ｍＶ後という）、加熱溶製中（以下Ｈ中という）および
ＬＦ終了時（以ＬＦ未という）に各分析サンプルを採取
し、これらの、＃製過程中での介在物形態および組成に
つき調べ友、結果を次の第５表に示す。

上記第５表に示す結果から、本発明低塩基度操業によれ
ば介在物組成において特に注目すべきは、Ｖ後〜ＬＦ未
において、Ｍｙ　、　Ａ／が著しく少ないことであシ、
スピネル系介在物が生成されにくいことが理解される。

実施例４ 実施例３と同様にして、但し、Ｃ／８を第６表に示すよ
うに変えて、溶製を行った。第６表に結果を示す・ 以上説明してきたように５本発明によれは、低塩基度操
業によっても、（ロ）の増加はほとんどなく高塩基度操
業と同様の水準を保持することができた。

この理由については、本発明者らの実験によれば、次の
ようでｂると考えられる。

即ち、低塩基度スラグは融点が高く、かつ、流動性も悪
いことが本発明者らの実験によシ確められた。これに対
し、高塩基度スラグはスラグ流動性が良く、この流動性
が良いということは取鍋耐火レンガ表面における物質移
動が速く、表面からのＭｇＯの＃度勾配が急になること
によシ、反応速度が大きい状態にめシ、ス２グ流動によ
る摩耗が増大する。

従って、低塩基度スラグは融点が高く、粘性も高く、ス
ラグ酸化物のレンガへの浸透が少なく、レンガ溶損量が
少なく、そのため、（９）も少なくなったものと考えら
れる。

本発明によれば、Ｍｇ　−？　）ｌを低減し、特に、低
Ｓｉ　および低塩基度グラフとすることよシ。

一層ＡＪＦ　　を低減し、Ｍｇ　−Ａ／を主体とする介
在物を低減し、形態を変化させて、メッキ性特にムｇ　
メッキ性を良好にすることができた。

又、表面疵もなく良好でめった。

さらに、低塩基度スラグの使用によシ、耐火物の溶損に
対し有利となった。

【図面の簡単な説明】

第１図はＬＦ法の一例を示す原理図、第２図は塩基度と
ＡＩ！　　との関係を示すグラフ、第５図はムｌとＳｉ
との関係を示すグラフ、第４図はＳｉ　　と（９）との
関係を示すグラフ、第５図は塩基度とＭｇ　　との関係
を示すグラフ、第６図は塩基度と（ロ）との関係を示す
グラフである。 ４・・・スラグ 特許出願人　大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士　佐　　藤　　良　　博 ｓ１５図 第３図 第９−図 第Ｓ図 第６囚 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５９年　特許願　第１５５４２３号２、発明の名称 リードフレーム材料の製造法 ３、補正をする者 特　　許　　出　　願　　人 （３７１）　　大同特殊鋼株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　　　昭和６１年１月２８日（発
送日）６、補正により増加する発明の数　　　　　０７
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 （鮮明に浄書した頁５〜６の明細書） ８、補正の内容 鮮明に浄書した明細書第５頁と第６頁を提出する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、塩基度が２．５以下のスラグにより、溶製を行ない
   、Ｎｉ含有量３０〜５０重量％のＮｉ−Ｆｅ系リードフ
   レーム材料を得るに際し、リードフレーム材料のＳｉ成
   分範囲を０．１重量％未満とすることを特徴とする低塩
   基度操業によるリードフレーム材料の製造法。 ２、Ｎｉ含有量が、４２重量％である、特許請求の範囲
   第１項記載の製造法。 ３、塩基度が１．５で、Ｓｉが０．０６重量％である、
   特許請求の範囲第１項記載の製造法。