JP3014673B2 - 半導体装置用リードフレーム - Google Patents

半導体装置用リードフレーム

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JP3014673B2
JP3014673B2 JP13518298A JP13518298A JP3014673B2 JP 3014673 B2 JP3014673 B2 JP 3014673B2 JP 13518298 A JP13518298 A JP 13518298A JP 13518298 A JP13518298 A JP 13518298A JP 3014673 B2 JP3014673 B2 JP 3014673B2
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Shinko Electric Industries Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、打抜加工性、耐食
性、曲げ加工性などに優れるIC等の半導体装置用のリ
ードフレームに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体機器のリードフレーム
材、端子材などには、鉄系材料の他、電気伝導性および
熱伝導性に優れるCu−Sn系合金、Cu−Fe系合金
などの銅系材料が広く用いられている。
【0003】ところで、前記リードフレーム材などに
は、強度、耐熱性、電気伝導性、および熱伝導性の他、
貴金属(Agなど)めっきや半田めっきが施されるた
め、めっき性、半田接合性、表面平滑性等の特性が重視
される。また、条および板からリードフレームを成型す
る際の寸法精度を確保するために、エッチング加工性ま
たは打抜加工性が良好なことも要求される。さらに、価
格が実用的なことも重要であるそして、これらの特性
は、半導体機器が、高集積化、小型化、高機能化、低コ
スト化するに伴って、益々強く要求されるようになり、
それに応じて、リードフレームは多ピン化、小型化、薄
肉化などが進み、その中でファインピッチのリードフレ
ーム、ピン数は少ないが多列に加工するマトリックス状
のリードフレームなどが開発されるようになっている。
これらのリードフレームは、高精度、低コストの打抜加
工法により製造されるため、リードフレーム材には打抜
加工性の向上が強く求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のCu−Sn系合
金およびCu−Fe系合金は、打抜加工性に劣るため、
その代替としてCu−Zn系合金が提案されている(特
開平1−162737号公報)が、この合金は、打抜加
工性には優れているものの、耐応力腐食割れ性に劣ると
いう問題があった。
【0005】そこで、Cu−Zn系合金上にNiとPd
を順にめっきして、耐応力腐食割れ性を改善した材料が
提案された(特開平5−36878号公報)。しかし、
この材料は、Pd層が高価なため、その厚さを0.01
μm程度に薄くしようとすると、十分な耐食性が得られ
なくなり、またリードを曲げ加工すると、めっき層に亀
裂が入って、合金素地が露出した部分や、タイバーカッ
トされて合金素地が露出した部分に、応力腐食割れが生
じるといった問題があった。また、100ピン以上の多
ピンリードフレームに対しては、打抜加工性が不十分で
あった。更に、前記めっき層の亀裂の発生は、素地(銅
合金)の割れが原因する場合があり、銅合金そのものの
曲げ加工性の改善も求められていた。
【0006】本発明は、このような事情の下になされ、
打抜加工性、耐食性、曲げ加工性、耐応力腐食割れ性、
強度、導電性、製造加工性などに優れた半導体装置用リ
ードフレームを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明(請求項1)は、 Znを5〜35wt%、
Snを0.1〜3wt%、Pb、Bi、Se、Te、C
a、Srおよび希土類元素からなる群より選ばれた1種
又は2種以上を総計で0.001〜0.5wt%含み、
OおよびSの含有量がいずれも50ppm以下であり、
残部Cuと不可避的不純物からなり、結晶粒度が5〜
35μmの銅合金部材上に、Pdが0.01μm以上の
厚さの層状に形成されていることを特徴とする半導体装
置用リードフレームを提供する。
【0008】また、本発明(請求項2)は、Znを5〜
35wt%、Snを0.1〜3wt%含み、Pb、B
i、Se、Te、Ca、Srおよび希土類元素からなる
群より選ばれた1種又は2種以上を総計で0.001〜
0.5wt%含み、更にNi、Si、Cr、Zr、F
e、Co、Mn、Al、Ag、MgおよびPからなる群
より選ばれた1種又は2種以上を総計で0.001〜1
wt%含み、OおよびSの含有量がいずれも50ppm
以下であり、残部がCuと不可避的不純物からなり、結
晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上に、Pdが0.0
1μm以上の厚さの層状に形成されていることを特徴と
する半導体装置用リードフレームを提供する。
【0009】更に、本発明(請求項3)は、Znを5〜
35wt%、Snを0.1〜3wt%、Pb、Bi、S
e、Te、Ca、Srおよび希土類元素からなる群より
選ばれた1種又は2種以上を総計で0.001〜0.5
wt%含み、OおよびSの含有量がいずれも50ppm
以下であり、残部がCuと不可避的不純物からなり、結
晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上に、Pdが0.0
1〜0.15μmの厚さの層状に形成されていることを
特徴とする半導体装置用リードフレームを提供する。
た、本発明(請求項4)は、Znを5〜35wt%、S
nを0.1〜3wt%、Pb、Bi、Se、Te、C
a、Srおよび希土類元素からなる群より選ばれた1種
又は2種以上を総計で0.001〜0.5wt%含み、
更にNi、Si、Cr、Zr、Fe、Co、Mn、A
l、Ag、MgおよびPからなる群より選ばれた1種又
は2種以上を総計で0.001〜1wt%含み、Oおよ
びSの含有量がいずれも50ppm以下であり、残部が
Cuと不可避的不純物からなり、結晶粒度が5〜35μ
mの銅合金部材上に、Pdが0.01〜0.15μmの
厚さの層状に形成されていることを特徴とする半導体装
置用リードフレームを提供する。
【0010】また、本発明(請求項)は、Znを5〜
35wt%、Snを0.1〜3wt%、Pb、Bi、S
e、Te、Ca、Srおよび希土類元素からなる群より
選ばれた1種又は2種以上を総計で0.001〜0.5
wt%含み、OおよびSの含有量がいずれも50ppm
以下であり、残部がCuと不可避的不純物からなり、結
晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上に、Pdが0.0
1μm以上(ただし、0.2μm以上を除く)の厚さの
層状に形成されていることを特徴とする半導体装置用リ
ードフレームを提供する。また、本発明(請求項6)
は、Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3wt%、
Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希土類元素
からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総計で0.
001〜0.5wt%含み、更にNi、Si、Cr、Z
r、Fe、Co、Mn、Al、Ag、MgおよびPから
なる群より選ばれた1種又は2種以上を総計で0.00
1〜1wt%含み、OおよびSの含有量がいずれも50
ppm以下であり、残部がCuと不可避的不純物からな
り、結晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上に、Pdが
0.01μm以上(ただし、0.2μm以上を除く)の
厚さの層状に形成されていることを特徴とする半導体装
置用リードフレームを提供する。
【0011】また、本発明(請求項)は、上述の半導
体装置用リードフレーム(請求項1〜)において、前
記銅合金とPd層の間に、Ni、Co、Ni−Co合
金、およびNi−Pd合金からなる群から選ばれた1種
または2種以上が層状に形成されていることを特徴とす
る。また、本発明(請求項8)は、上述の半導体装置用
リードフレーム(請求項1〜7)において、前記結晶粒
度が5〜30μmであることを特徴とする。
【0012】第1の発明に係る半導体装置用リードフレ
ームは、所定の結晶粒度からなるCu−Zn−Sn系の
銅合金部材上に、Pd層を形成したことを特徴とする。
かかる半導体装置用リードフレームにおいて、前記銅合
金に含まれるZnは、打抜加工でのバリの発生やリード
の捩じれを抑制する作用を有する。その含有量を5〜3
5wt%に規定する理由は、5wt%未満では、本発明
の効果が十分に得られず、35wt%を超えると、β相
が出現して、冷間加工性が悪化するためである。
【0013】Snは強度向上、耐応力腐食割れ性の改
善、およびPdめっき後の耐食性の改善に寄与する。そ
の含有量を0.1〜3wt%に規定する理由は、0.1
wt%未満では、本発明の効果が十分に得られず、3w
t%を超えると、導電率および熱間加工性が低下するた
めである。好ましいSnの含有量は、0.1〜2wt%
である。
【0014】本発明において、銅合金の結晶粒度5〜3
5μmに規定する理由は、結晶粒度が5μm未満でも、
35μmを超えても、その曲げ加工性の改善効果が十分
に得られないためである。なお、結晶粒度はJIS−H
0501に準じて測定されるものとする。銅合金の好ま
しい結晶粒度は、10〜30μmである。
【0015】なお、前記の結晶粒度の規定は、本発明者
等が従来合金(Cu−Zn系合金)の曲げ加工性に劣る
原因について種々検討し、それが結晶粒度に起因するこ
とを突き止め、さらに詳細に研究を行ってなされたもの
である。
【0016】前記銅合金部材上に形成するPd層は、耐
応力腐食割れ性、ワイヤボンディング性、半田濡れ性を
改善する作用を有する。このPd層は、その厚さが0.
01μm以上においてその効果が十分発現される。Pd
層の厚さの上限は特に規定しないが、1μm以上に厚く
してもその効果は飽和し、加工費や材料費が嵩むだけで
不経済である。
【0017】第の発明に係る半導体装置用リードフレ
ームでは、さらにPb、Bi、Se、Te、Ca、Sr
および希土類元素からなる群より選ばれた1種または2
種以上を含有させて、打抜加工性を向上させたものであ
る。その含有量を総計で0.001〜0.5wt%に規
定する理由は、0.001wt%未満では、本発明の効
果が十分に得られず、0.5wt%を超えると、熱間加
工性が低下するためである。
【0018】第の発明に係る半導体装置用リードフレ
ームでは、第の発明における銅合金に、さらにNi、
Si、Cr、Zr、Fe、Co、Mn、Al、Ag、M
gおよびPからなる群より選ばれた1種または2種以上
を含有させて、合金強度を高め、それにより打抜加工性
を向上させたものである。その含有量を総計で0.00
1〜1wt%に規定する理由は、0.001wt%未満
では、本発明の効果が十分に得られず、1wt%を超え
ると、導電率および熱間加工性が低下するためである。
【0019】第1及び第2の発明における銅合金の強度
および耐熱性の向上に有効な添加元素として、Ti、I
n、Ba、Sb、Hf、Be、Nb、Pd、B、Cなど
が挙げられる。その添加量は、導電率を大幅に低下させ
ない範囲が望ましい。また、溶解鋳造時に混入するOお
よびSの含有量を50ppm以下にすると、めっき性、
半田接合性、半田濡れ性などの表面特性が良好に保持さ
れる。
【0020】本発明に係る半導体装置用リードフレーム
では、銅合金とPd層の間に、Ni、Co、Ni−Co
系合金、およびNi−Pd系合金からなる群から選ばれ
た1種または2種以上を層状に形成することにより、耐
応力腐食割れ性が改善される。また、半導体装置の組立
てが高温で行われても、銅合金のCuやZnがPd層に
熱拡散するのが抑制され、ワイヤボンディング性や半田
濡れ性が良好に保持される。このような中間層を形成す
ることで、Pd層を信頼性を損なわずに薄くでき、コス
ト低減が図れる。前記中間層は、0.1μm以上の厚さ
でその効果を十分発現する。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の種々の実施例によ
り、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 (実施例1)下記表1および表2に示す組成の銅合金を
高周波溶解炉にて溶解し、これを6℃/秒の冷却速度で
鋳造して、厚さ30mm、幅200mm、長さ300m
mの鋳塊を得た。
【0022】次に、この鋳塊を850℃で熱間圧延し
て、厚さ12mmの熱間圧延板とし、これを厚さ9mm
に両面面削して、酸化皮膜を除去し、次いで、厚さ1.
2mmに冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で53
0℃で1時間焼鈍し、更に、厚さ0.21mmに冷間圧
延したのち、不活性ガス中で530℃で1時間焼鈍し、
その後、厚さ0.15mmの板材に仕上圧延した。
【0023】このようにして得られた各々の板材につい
て、(1)引張強さ(TS)、(2)導電率(EC)、
(3)打抜加工性、(4)曲げ加工性を調べた。また、
前記板材から28pinDIPのリードフレームを打抜
き、このリードフレーム上にNiを0.5μmの厚さに
電気めっきし、更にその上にPdを0.01μmの厚さ
に電気めっきした。このようにして得たリードフレーム
サンプルについて、(5)耐応力腐食割れ性、(6)耐
食性を調べた。それらの結果を下記表3および表4に示
す。
【0024】なお、下記表1では、Pb、Bi、Se、
Te、Ca、Srおよび希土類元素からなる群を第一群
添加元素、Ni、Si、Cr、Zr、Fe、Co、M
n、Al、Ag、MgおよびPからなる群を第二群添加
元素と記した。
【0025】前記(1)〜(6)の試験方法を以下に示
す。 (1)引張強さ(TS):JIS−Z2241に準じて
測定した。 (2)導電率(EC):JIS−H0505に準じて測
定した。
【0026】(3)打ち抜き性:SKD11製金型で1
mm×5mmの角穴を開け、5001回目から1000
0回目までの打抜き分から20個のサンプルを無作為に
抽出し、各々のバリの高さを測定した。また、打抜き面
における破断部の厚さaを計測し、試験片の厚さbに対
する破断部割合(a/b)×100%を求めた。この破
断部は、打抜加工性の目安の一つとされ、この値が大き
い程、打抜加工性は良好で、打抜加工での歩留まりが高
く、かつ加工が精密に行えると評価される。
【0027】(4)曲げ加工性:板材を幅10mm、長
さ(圧延方向と平行)50mmに切出し、これに曲げ半
径0.1mmでW曲げし、曲げ部における割れの有無を
50倍の光学顕微鏡で目視観察した。結果は、割れおよ
び肌荒れのないものを○、肌荒れが生じたものを△、割
れが生じたものを×で示した。
【0028】(5)耐応力腐食割れ性(耐SCC性):
前記のリードフレームサンプルのアウターリードを曲げ
半径0.1mmで曲げ加工したのち、JIS−C830
6に準拠するアンモニア雰囲気中で最長500時間曝露
試験し、試験中定期的にサンプルを取出して、曲げ加工
部の応力腐食割れ状況を電子顕微鏡により観察した。耐
SCC性は、割れ発生までの時間で評価した。
【0029】(6)耐食性:(5)で用いたのと同じサ
ンプルをJIS−Z2371に準じて塩水噴霧試験(塩
水:5%NaCl、35℃)を24時間行ったのち、腐
食状況を目視観察した。腐食しなかったものを○、若干
腐食したものを△、腐食の激しかったものを×で示し
た。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】上記表3および表4から明らかなように、
本発明例のNo.〜22は、いずれも、打抜加工性
(バリ高さ、破断部割合)、耐食性などの種々の特性に
優れるものであった。
【0035】これに対し、比較例のNo.23は、Zn
が少ないため、引張強さが低く、また打抜加工性に劣っ
ていた。No.24は、Znが多いため、耐食性に劣
り、また冷間圧延で割れが発生した。No.25は、S
nが少ないため、耐応力腐食割れと耐食性が著しく劣っ
た。
【0036】また、No.26は、Snが多いため、導
電率が低く、また熱間圧延で割れが生じた。No.27
は、結晶粒度が小さいため、No.28は、結晶粒度が
大きいため、いずれも曲げ加工性が劣った。No.29
は、第一添加元素が多いため、熱間圧延割れがひどく製
造ができなかった。No.30は、第二添加元素が多い
ため、導電率が低下し、また熱間圧延で割れが生じた。
No.31は、従来のCu−Zn合金であり、引張強
さ、打抜加工性、曲げ加工性、耐応力腐食割れ性、耐食
性に劣っていた。
【0037】(実施例2)実施例1で用いたNo.13
の板材上に、種々の金属層を電気めっき法により形成し
てサンプルとし、これらサンプルについて、(7)ワイ
ヤボンディング性と(8)半田濡れ性を調べた。それら
の結果を下記表5に示す。
【0038】前記(7)、(8)の試験方法を以下に示
す。 (7)ワイヤボンディング性:前記サンプルに30μm
φの金線を100本ボンディングし、100本全てのワ
イヤについてプルテストを行い、ワイヤー部で破断した
本数の割合をワイヤ破断率として評価した。ワイヤ破断
率が大きい程、ボンディング性に優れる。ボンディング
は、フルオートワイヤーボンダーを用いて、荷重50
g、超音波出力0.1W、超音波印加時間30mse
c、ステージ温度240℃の条件で行なった。
【0039】(8)半田濡れ性:前記サンプルを250
℃に加熱したホットプレート上に3分間保持したのち、
メニスコグラフ法により、半田濡れ時間を下記条件で測
定した。
【0040】 使用半田:Sn−40%Pb、 温度:230℃、 浸漬速度:25mm/秒、 浸漬時間:10秒、 フラックス:RMAタイプのフラックス。
【0041】
【表5】
【0042】上記表5より明らかなように、No.31
〜40は、いずれもPd層が0.01μm以上の厚さに
形成されており、ワイヤボンディング性と半田濡れ性が
ともに優れている。それらの中でも、No.35〜38
は、中間層が設けられ、銅合金成分のPd層への拡散が
抑制されたため、半田濡れ性が一段と向上した。
【0043】No.39,40は、他に比べて特性が若
干劣っているが、これはPd層が薄かったためである。
No.40は、中間層が設けられた分、No.39より
特性が優れている。
【0044】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
リードフレームは、打抜加工性、耐食性、曲げ加工性、
耐応力腐食割れ性、強度、導電性、製造加工性に優れ、
工業上顕著な効果を奏する。
フロントページの続き (72)発明者 平井 崇夫 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河電気工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 9/00 - 9/10 H01L 23/48 - 23/50

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3
    wt%、Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希
    土類元素からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総
    計で0.001〜0.5wt%含み、OおよびSの含有
    量がいずれも50ppm以下であり、残部がCuと不可
    避的不純物からなり、結晶粒度が5〜35μmの銅合金
    部材上に、Pdが0.01μm以上の厚さの層状に形成
    されていることを特徴とする半導体装置用リードフレー
    ム。
  2. 【請求項2】Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3
    wt%、Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希
    土類元素からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総
    計で0.001〜0.5wt%含み、更にNi、Si、
    Cr、Zr、Fe、Co、Mn、Al、Ag、Mgおよ
    びPからなる群より選ばれた1種又は2種以上を総計で
    0.001〜1wt%含み、OおよびSの含有量がいず
    れも50ppm以下であり、残部がCuと不可避的不純
    物からなり、結晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上
    に、Pdが0.01μm以上の厚さの層状に形成されて
    いることを特徴とする半導体装置用リードフレーム。
  3. 【請求項3】Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3
    wt%、Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希
    土類元素からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総
    計で0.001〜0.5wt%含み、OおよびSの含有
    量がいずれも50ppm以下であり、残部がCuと不可
    避的不純物からなり、結晶粒度が5〜35μmの銅合金
    部材上に、Pdが0.01〜0.1μmの厚さの層状
    に形成されていることを特徴とする半導体装置用リード
    フレーム。
  4. 【請求項4】Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3
    wt%、Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希
    土類元素からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総
    計で0.001〜0.5wt%含み、更にNi、Si、
    Cr、Zr、Fe、Co、Mn、Al、Ag、Mgおよ
    びPからなる群より選ばれた1種又は2種以上を総計で
    0.001〜1wt%含み、OおよびSの含有量がいず
    れも50ppm以下であり、残部がCuと不可避的不純
    物からなり、結晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上
    に、Pdが0.01〜0.1μmの厚さの層状に形成
    されていることを特徴とする半導体装置用リードフレー
    ム。
  5. 【請求項5】Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3
    wt%、Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希
    土類元素からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総
    計で0.001〜0.5wt%含み、OおよびSの含有
    量がいずれも50ppm以下であり、残部がCuと不可
    避的不純物からなり、結晶粒度が5〜35μmの銅合金
    部材上に、Pdが0.01μm以上(ただし、0.2μ
    m以上を除く)の厚さの層状に形成されていることを特
    徴とする半導体装置用リードフレーム。
  6. 【請求項6】Znを5〜35wt%、Snを0.1〜3
    wt%、Pb、Bi、Se、Te、Ca、Srおよび希
    土類元素からなる群より選ばれた1種又は2種以上を総
    計で0.001〜0.5wt%含み、更にNi、Si、
    Cr、Zr、Fe、Co、Mn、Al、Ag、Mgおよ
    びPからなる群より選ばれた1種又は2種以上を総計で
    0.001〜1wt%含み、OおよびSの含有量がいず
    れも50ppm以下であり、残部がCuと不可避的不純
    物からなり、結晶粒度が5〜35μmの銅合金部材上
    に、Pdが0.01μm以上(ただし、0.2μm以上
    を除く)の厚さの層状に形成されていることを特徴とす
    る半導体装置用リードフレーム。
  7. 【請求項7】前記銅合金とPd層の間に、Ni、Co、
    Ni−Co合金、およびNi−Pd合金からなる群から
    選ばれた1種または2種以上が層状に形成されているこ
    とを特徴とする請求項1ないし6のいずれかの項に記載
    の半導体装置用リードフレーム。
  8. 【請求項8】前記結晶粒度が5〜30μmであることを
    特徴とする請求項1ないし7のいずれかの項に記載の半
    導体装置用リードフレーム。
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