JPS607157A - Ｉｃ用リ−ドフレ−ム - Google Patents

Ｉｃ用リ−ドフレ−ム

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JPS607157A
JPS607157A JP58113659A JP11365983A JPS607157A JP S607157 A JPS607157 A JP S607157A JP 58113659 A JP58113659 A JP 58113659A JP 11365983 A JP11365983 A JP 11365983A JP S607157 A JPS607157 A JP S607157A
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lead frame
alloy
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thin
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Masami Kobayashi
正巳 小林
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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】 ニッケル４２チを含むニッケル・鉄合金（俗称４２アロ
イ）は、膨張系数が低い特性から、古くより真空管の部
材としてガラスとの組合せ（１） に使用されていた電子材料であり、現在ではＩＣ用リー
ドフレーム材として銅合金と並ぶ主要な材料である。し
かし、激増する電子材料の需要は性能と作業性の向上に
加えて、コストの低減が最大の目標となっている。
集積回路の材料として使用された初期の４２アロイのＩ
Ｃ用リードフレームは全面にＡｕｉだはＡｇが１μｍ　
＝　５μｍ程度メッキされていたが、使用量の激増と貴
金属の高騰に伴い、これがＡｇの全面メッキとなり、次
にＡｇの縞状部分メッキに変わり、現在の大勢は、チッ
プの接着とワイヤーボンディングのための部分のみにＡ
ｇなどのスポットメッキを２μｍ−６μｍ施しコストの
低減を計る手段が講じられている。リードフレーム表面
の具備すべき必須要件は、チップの接着とワイヤーボン
ディングが可能であり、樹脂のモールディングが容易で
、かつ、ビン部分に半田性を付与していなければならな
い。
このため、従来、４２７０イのＩＣ用リードフレーム材
では、３ＤｃＩｎ程度に切断した短冊形（１）’１ の材料にチップ接着部とワイヤーボンディング部のみに
、コスト低減のだめ、主としてＡｇのスポットメッキを
施している。
また、打抜加工された４２７０イのフープ材も前記短冊
形のＩＣ用リードフレームと同様、部分的にＡｇなどの
スポラ）・メッキが行なわれているが、ＩＣ用リードフ
レームに必要ガピン部分の半田性が劣っている。
す々わち、ピン部分は金属素地のままであり、半田性に
貧しく、そのため、ＩＣやＬＳＩの組立後の最終工程に
おいて半田性を付与するため、製品の個々のビンに半田
メッキなどをする必要があり、複雑なメッキ作業による
コストアップは免れない。
このように短冊形に切断されたＩＣ用リードフレームの
部分メッキは極めて非能率的であって、コストの低減は
困難であり、また、フープ状のものでも部分メッキする
ためには、メッキ装置においてフープ材の間欠送り方法
などの低速メッキ法が必要であり、コストの低減効果は
（３） 部分メッキによるメッキ金属の使用量を少なくする効果
以外には見当ら々い。
また、いずれの方法においても、ピン部分に半田性が々
く、再度半田メッキの必要があり、集積回路製品の生産
性の向上を阻害している。
この発明の発明者は、４２７０イのＩＣ用リードフレー
ムの打抜加工されたフープ材に表面処理を施し、従来の
短冊形の素材およびフープ材の表面処理法と異なり［チ
ップの接着、ワイヤーボンディング、樹脂モールディン
グ、半田性」よりなるＩＣ用リードフレームとしての不
可欠な４つの要素をすべて備えた安価な４２アロイフー
プ材を開発すれば、集積回路製品の組立が能率的であり
、かつ、コストの低減に結びつくものであるとの知見に
基づいて、この発明を完成した。
打抜加工後のリードフレームフープ材に、この発明によ
る表面処理を施す理由は、ピン部分の断面もすべて半田
が可能であり、フープ材に処理したものでは打抜かれた
断面に半田性が欠（４） けるためである。
以上の目的から、経時変化の少ない貴金属を極く微量使
用して、４２アロイリードフレームの具備すべき諸条件
を満たすだめの研究を重ねた結果、Ａｕ、ＡｇＸＰｄの
単独メッキでは、この発明の目的に合わ々いことが判明
した。
すなわち、Ａｕの極薄メッキでは、良好な半田ぬれ性を
示さない、これはＡｕが半田に拡散し、素地の４２７０
イと半田の合金層ができないためである。
また、Ａｇは厚づけメッキでは優れた半田性を示すが、
極薄メッキでは半田性が劣り、特にメッキ後７２時間経
過すると、表面酸化のため著しく半田性は低下した。
Ｐｄの単独極薄メッキも半田性が悪く、ＩＪ−ドフレー
ムとして使用することは困難であることが、これも実験
により判明した。
ところが、４２７０イリードフレームの表面を特殊な前
処理により活性化し、先ずＮｉの薄づけメッキを行ない
、この直後にＡｕ、、Ａｇ、　Ｐｄ（５） およびこれらの合金の極薄メッキを施すと、優れた半田
性のある表面状態となシ、１００％に近い半田ぬれ性を
示す４２アロイリードフレーム材を、長期間にわたる実
験研究の結果完成しだ０ このことは、特殊な前処理後にＮｉ　Ｏ薄づけメッキを
すると、活性化され素材表面に露出したＮｉ原子に、メ
ッキのＮｉが選択的に結合し、その直後にＡｕの極薄メ
ッキを施すと、極めて活性化の強い表面状態のＮｉにＡ
ｕが結合し、あたかも、Ｎ１とＡｕが合金化された如き
構造となり、Ｎｉの表面酸化を防ぎ、この上に半田する
と、半田とＮｉ−Ａｕの合金層が容易に、かつ急速にで
き、半田ぬれ性の優れた表面状態となることを実験的に
発見した。
半田ぬれ性の良否は、半田と被半田金属の合金層の生成
の良否に関係するが、半田とＡｕは合金層が急速にでき
、半田とＮ１は合金層ができにくい。
しかし、この発明の処理工程により、４２ア（６） ロイの表面に強固に電着したＮ１と、その直後にメッキ
したＡ、ｕとが結合しているので、この上に半田付けす
ると、半田は速やかにＡ、ｕと合金化し、これに伴って
Ｎｉも合金化する優れた半田性を示すとともに、Ｆｅ上
への半田性も次の反応により良好な半田付けが可能とな
った。
すなわち、Ｎ１とＦｅの合金である４２アロイのＦｅの
表面は、この発明の処理ではＮｉおよびＡｕの析出量が
微量なので、全部のＦｅがＮ１およびＡ、ｕで覆われず
、Ｆｅ単独でその表面に露出している部分が多い。
しかし、ロジン系のフラックスを半田付は作業に使用す
ると、ステンレスの主成分はアビエチン酸の酸性であシ
、半田は２３０℃〜２５０℃の高温になるため、この高
温の雰囲気中で、Ａｕは（−）電荷を帯び、Ｆｅはアノ
ード（＋）となるので、Ｆｅの表面酸化物は瞬間的に溶
解され清浄化され、半田性の良好な表面状態となシ、半
田はＦｅとも容易に合金層を形成し、４２アロイ表面の
Ｎｉ上へもＦｅ上へも密着性に優れた半田付けが可能と
なった。
従来、４２アロイリードフ）／−ムに半田性とワイヤー
ボンディング性を付与するためには、Ａｇなどを２〜６
μｍ程度厚づけメッキすることが常識となっていたのが
、この発明により、Ｎ１の薄づけメッキ後のＡｕなどの
極薄メッキが、４２アロイに対する優れた表面処理法で
あり、従来の一般常識に反した、予期せざる有効な方法
であることを実験的に発見した。
また、この発明の４２アロイの極薄メッキ表面に対し、
リードフレームの具備すべき最大要件である極細金線の
ワイヤーボンディングも、容易にかつ強固にボンディン
グが可能であるが、その原理は４２７０イの熱伝導性が
低いので、金線先端の溶融部の微小の熱量が素地金属に
吸収拡散し冷却凝固しないので、溶融した金線の先端は
、Ｎ１およびＡｕの極薄メッキ表面に対し瞬間的なボン
ディングが可能となった。
これに反し、リードフレーム材として多用されている熱
伝導性の高い銅合金へのワイヤーボンデインクは溶融し
た金の熱が素地に急速に吸収拡散し、冷却して固壕るの
で、’Ａｕ、　Ａｇ、　８ｎ。
Ｓｎ　−Ｐｂなどのボンディング性の良い金属の厚づけ
メッキを施す必要がある。
この発明によれば、貴金属を使用するといえども、その
使用量は極く微量であって、製品コストへの影響は少な
く、また、製造方法が打抜加工されたフープ材を高速で
メッキできることから、生産性に優れているため必要な
緒特性のすべてを備えた４２アロイリードフレームを従
来のスポットメッキ製品よシ安価に供給することが可能
と々っだ。
実施例１ ４２％Ｎ１．５７％Ｆｅ（俗称４２アロイ）の厚さ０２
５陥、ｒｌ］２５．１４　ｍｍ、長さ８００ｍのリード
フレーム形に打抜加工されたフープ材を次の工程■乃至
■を経て、Ｎ１フラッシュメッキを行ない、その直後に
Ａｕの極薄メッキを行なった。
■アルカリ脱脂工程 （９） 市販されているアルカリ脱脂液をステンレス槽中で７０
〜８０℃に加温し、上記リードフレーム材を逐次この槽
中を通過させて一次脱脂を行ない、次に４０〜６０℃の
アルカリ浴中でステンレス鋼板を陽極とし、このリード
フレーム材を陰極として６ボルトの電圧を印加して直流
電解脱脂を行なった。
■化学研摩工程 続いて、このリードフレーム材を、塩酸（′５５％溶液
）２０容量係、硫酸（８５％溶液）１０容量チ、クエン
酸（粉末）１００重量％酢酸（９０％溶液）１容量チお
よび硝酸（６８％溶液）５容量係よりなる混酸に、ポリ
エチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレング
リコール脂肪酸エステルなどの非イオンまたはアミノ酸
類の両性界面活性剤０、２重量％およびアミン系腐食抑
制剤０．１重量％を加えた浴中を通過させ、このリード
フレーム材表面の酸化物および不純物を除去した。
（１０） ■電解活性化工程 燐酸（８５％溶液）１０容量係、硫酸 （８５％溶液）１０重量世襲クエン酸（粉末）５重量幅
、酢酸（９０襲溶液）１重世襲に、上記と同様の非イオ
ンまだは両性界面活性剤０２重量世襲よび腐食抑制剤０
１重量世襲加えた浴を６０′Ｇに加温し・、リードフレ
ーム拐に（−）電流を、チタン白金メツキ板に（１−）
電流を通じ４ボルトにセットして浴中を通過させてリー
ドフレーム材の表面の活性化を行なったＯ ■Ｎ１メッキ工程 硫酸ニッケルｓ　ｏ　ｏ　９／ｌ、　塩化ニッケルＡＣ
Ｊｇｌｌ、硼酸”、０９／ｌのメッキ浴で、液温５０°
Ｃにセットし、リードフレーム材に（−）電流を、ニッ
ケル板に（＋）電流を通じ、６Ａ／Ｄｍ２の電流密度で
１５秒間フラッシュメッキを施しだ。
■Ａｕメノメッキ クエン酸１２ＣＪｇ／ｌ、クエン酸ソーダ（１１） １２０．９／’Ａ、スルファミン酸ニッケル６０９／ｌ
、　シアン化金カリ８　ｇ／ｌのメッキ浴中で電流密度
１０　Ａ　／　Ｄｍ２〜３　Ａ　／　Ｄｍ２の範囲でメ
ッキ液温′５５℃で、リードフレーム材に（−）電流を
、チタン白金メツキ板に（＋）電流を通じ２秒間Ａｕメ
ッキを行なった。
その結果、リードフレーム材の両側に ０００７μの厚さのＡｕメッキ層が形成され、この発明
の４２アロイリードフレーム材が得られた。
なお、Ａｕメッキ層の厚さ０００７μについては、実測
値ではなく、Ａｕの付着量を面積で除した平均値であり
、目視したところ、４２アロイ単体の色調とＡｕ単体の
色調との中間の色調を呈している。
実施例２ ４２７０イの厚さ０．２５ｍｍ、巾２５．１４　ｍｍ、
長さ７００ｍのリードフレーム形に打抜加工されたフー
プ材を次の工程を■乃至■を経て、該フープ材のＩＣチ
ップを接着する側のみにＡｕ（１２） の極薄メッキを行なった。
■アルカリ脱脂工程 ■化学研摩工程 ■電解活性化工程 ■Ｎｉメッキ工程 上記工程■乃至■はいずれも実施例１と同様に行々った
。
■Ａｕメノメッキ クエン酸１２０９／ｌ、クエン酸ソーダ１２０ｇ／１１
スルファミン酸ニッケル３０ｇ／ｌ、シアン化金カリ８
ｇ／ｌのメッキ浴中で、該フープ材の片側にシリコンゴ
ム板をメッキ槽に固定し、フープ材をこのシリコンゴム
板の上を摺動させ、電流密度１０Ａ／Ｄｍ２〜５Ａ／Ｄ
ｍ２の範囲で、メッキ液温３５℃にセットし、フープ材
に（−）電流を、シリコンゴム板と反対側にチタン白金
メツキ板の陽極を設け、これに（＋）電流を通じ、３秒
間Ａｕメッキを行々った。
その結果、該フープ材の片側に厚さ０００７（１３） μｍのＡｕメッキが形成され、この発明の４２アロイリ
ードフレーム材が得られた。
なお、Ａｕメッキ層の厚さ０００７μｍについては、実
測値ではなく、Ａｕの付着量を面積で除した平均値であ
り、目視したところ、４２アロイ単体の色調とＡｕ単体
の色調との中間の色調を呈している。
実施例３ ４２アロイの厚さ０．２５　ｍｍ、巾６６咽、長さ５０
０ｍのリードフレーム形に打抜加工されたフープ材を次
の工程■乃至■を経て、Ａｇの極薄メッキを施した。
■アルカリ脱脂工程 ■化学研摩工程 ■電解活性化工程 ■Ｎｉメソメッキ 上記工程■乃至■はいずれも実施例１と同様に行なった
。
■Ａｇメソメッキ シアン化銀６重世襲、シアン化銅１５重量（１４） 係、７アン化カリウム６０重量係のメッキ浴中で液温５
０　’Ｃにセリトン、４２アロイリードフレーム拐に（
−）電流を、Ａｇ板に（＋）電流を通じ、１０　Ａ、／
Ｄｍ’の電流密度で３秒間フラッシュメッキを施しだ。
実施例４ ４２アロイの厚さ０．２５　ｍｍ、巾２６ｍｍ、長さ７
００ｍの打抜加工されたＩＪ−１−フレーム材を、次の
工程■乃至■を経て、Ｎｌフラッシュメッキを行ない、
その直後にＰｄの柾薄メッキを行なったＯ ■アルカリ脱脂工程 ■化学研摩工程 ■電解活性化工程 ■Ｎ１メノキ工程 上記工程はいずれも実施例１と同様に行なっだＯ ■ＰｄＰｄメッキ 層ｄのメタル分として１５Ｅ／／ｌの中性メッキ液で、
液温を４５°Ｃにセノトシ、チタン白（１５） 金板に（」−）電流を、４２７０イリードフレームに（
−）％流を通じ、５Ａ、／Ｉ）ｍ２の電流密度で５秒間
メッキを施した。
その結果、４２アロイリードフレーム材の表面に０．０
０７μｍの厚さのＰｄメッキ層が形成され、この発明の
リードフレームが得られた。
なお、Ｐ（１メッキ層の厚さ０．０ロアμｍについては
、実測値で々く、Ｐｄの付着量を面積で除した平均値で
あり、目視したところ、ステンレス鋼単体の色調とＰｄ
単体の色調との中間の色調を呈している。
実施例５ Ｎｉ３８％、Ｆｅ　６１％のＮｉ　−Ｆｅ合金の厚さ０
２５−１巾２１陥、長さ８００ｍの打抜加工されたり一
トフレーム材を、次の工程■乃至■を経て、Ｎｌフラッ
シュメッキを行ない、その直後にＰｄ　−Ｎｉ合金の極
薄メッキを行なった。
■アルカリ脱脂工程 ■化学研摩工程 （１６） ■電解活性化工程 ■Ｎ１メノキ工程 上記工程はいずれも実施例１と同様に行なっだＯ ■Ｐｄ　−Ｎｉメ・ノキ工程 スルファミノ酸８％、Ｐｄメタル分２０ｇ／ｌ、Ｎ１メ
タル分１０９／ｌの中性溶液で、電流密度８Ａ／Ｄｍ２
〜６Ａ／Ｄｍ２の範囲で、メッキ液温４０°Ｃで、該リ
ードフレーム材に（−）電流を、チタン白金メツキ板に
（＋）電流を通じ、２秒間、Ｐｄ−Ｎｉ合金メッキを行
なった。
その結果、Ｎ１・Ｆｅ合金の表面に、約００１μのＰｄ
−Ｎｉ合金メッキが施され、この発明のリードフレーム
材が得られた。
なお、メッキ層の厚さ０．０１μについては、実測値で
は々く、Ｐｄ−Ｎｉ合金の付着量を面積で除した平均値
であり、目視したところ、Ｎｉ−Ｐｅ合金単体の色調と
Ｐｄ−Ｎｉ合金の色調との中間の色調を呈しているＯ この発明によるＩＣ用ステンレス鋼リードフ（１７） レームの物理的および化学的性能テストを次の通り行な
った。
■物理的性能 ◎基盤目剥離テスト この発明によるＮ１とＡｕメッキを施しだ４２アロイの
リードフレーム材に、経緯中１　ｍｍの基盤目をカッタ
ーで傷つけ、粘着テープで剥離テストを行なったがＡｕ
およびＮｉの剥離は認められなかった。
◎折曲げテスト 上記の試料を１８０度折曲げ、粘着テープで剥離テスト
を行なったが、ＡｕおよびＮｉの剥離がなく、更に折曲
げを繰り返えし破断させてテストしたが、破断面のＡｕ
およびＮｉの剥離も力いことが認められた。
■化学的性能 ◎高温多湿テスト この発明による極薄ＮｉとＡｕメッキを施した４２７０
イのリードフレーム材をＭＩＬ−８ＴＤ−２０２Ｄ−１
０６Ｃの規格であ（１８） る９８多湿度、６５℃の雰囲気で、７日間テスト後、半
田性およびワイヤーボンディング性のテストを行なった
が、半田性およびワイヤーボンディング性は同等低下ぜ
す、良好な結果が得られた。
◎熱衝撃テスト この発明による極薄ＮｉとＡｔ、＋メッキを施した４２
アロイのリードフレーム材ヲ＋８５°ＧＫ３０分間、−
１５°Ｃに３０分間のサイクルを５回繰り返えした後、
半田づけおよびワイヤーボンディングテストを行なった
がテスト前の試料と同様、良好な半田性およびワイヤー
ボンディング性が得られた○ 以上の方法によって得られた４２アロイＩＪ　−ドフレ
ームの半田性を次の方法によりテストしたＯ ■ンルダーテストによる方法 ＮｉとＡｕ、ＮｉとＡｇ、ＮｉとＰｄ、ＮｉとＰｄ−Ｎ
ｉの極薄メッキを施した４２アロイのり一（１９） ドフレームをテスト機にセットし、半田の「ぬれ」現象
を電気的に検知したが、半田の表面張力による浸漬初期
の反発現象が少なく、極めて良好な「ぬれ」性を計測し
、同一条件でテストしたリン青銅への半田性よりも優れ
ていることが判明した。
■半田槽によるテスト 錫６：鉛４の半田を半田槽に溶かし、温度２３０℃にセ
ットし、この発明によるＮｉとＡｕ、ＮｉとＡｇ、Ｎｉ
とＰｄの極薄メッキした４２７０イおよび５８％の低Ｎ
１合金の各リードフレーム材を、６秒および５秒の浸漬
時間で半田づけしたが、いずれも良好な半田性を示し、
すべて９５ヴ以上の「半田のり」を認めだ。
■電気半田ゴテによるテスト 市販の電気半田ゴテで、線状ヤニ入り半田（錫６：鉛４
）を用い、この発明によって得られた３種類の極薄メッ
キをした４２アロイのリードフレーム材と、同じ（Ｎｉ
とＡ、ｕの極（２０） 薄メッキした３８％Ｎ１．６１％ＦｅのΩ０．２陥の線
材とを半田づけしたが、半田性の優れた接合を認め、組
成の異なるＮｉ−Ｆｅ合金の半田も同等支障のないこと
を発見した。
また、この発明によって得られた４２７０イリードフレ
ームの表面に、高速ボンディング機により径′５０μｍ
の金線をボンディングしたが、この接合強度は平均７ｇ
あり、ワイヤーボンディング性にも優れていることが判
明した。
以上説明したように、４２７０イを中心とするニッケル
・鉄合金で作られたリードフレーム材の表面に、この発
明による表面処理を施すことにより、ＩＣの主要材料で
あるリードフレームが、従来法によるリードフレーム材
と異なり、その表面処理費用の低減と、ＩＣ製造工程の
短縮とあいまって、著しるしくコストを引き下げること
が可能となり、工業上有意義な発明であ手続補正書 昭和５９年３　月菫２日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 特願昭５８−１１５６５９号 ２発明の名称 ＩＣ用リードフレーム ６、補正をする者 事件との関係　特許出願人 自発補正 ５補正の対象 明細書中の発明の詳細な説明の欄 ゝ−２ ６、’ｆｍ　ｆ　（７）ｌ’Ｆ　＊　（。９　）、＜、
７．、・り 侘さ〆 （１）明細書第１１ページ第１８行目と第１９行目の間
に［その結果、ニッケル・鉄合金フープ材の両側に約０
．０５μの厚さのニッケルメッキ層が形成された。なお
、このニッケルメッキ層の厚さり、　０５μについては
実測値ではなく、ニッケルの付着量を面積で除した平均
値であり、目視したところ、二ノクール・鉄合金単体の
色調とニッケル単体の色調との中間の色調を呈している
。」を挿入し捷す。
（２）明細書第１７ページ第２０行目の［ＩＣ用ステン
レス鋼］を「ニッケル・鉄合金のＩＣ用」と補正します
。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ＩＣ用リードフレーム形に打抜加工されたニッケル・鉄
    合金のフープ材に、ＮｉＯ薄づけメッキを行ない、その
    直後にＡ、ｕ　、　Ａｇ　、　Ｐｄのうちの一種寸たは
    、Ａｕ　、　Ａｇ　、　Ｐｄのうちの一種の合金の極薄
    メッキを施し、メッキすべき上記金属の付着量は、ニッ
    ケル・鉄合金の色調と、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄｉたは、その
    合金の色調との中間の色調を呈する程度の極微量メッキ
    であることを特徴とする、チップの接着、ワイヤーボン
    ディング樹脂モールディングおよび、半田性を付与して
    なるニッケル・鉄合金のＩＣ用リードフレーム
JP58113659A 1983-06-25 1983-06-25 Ｉｃ用リ−ドフレ−ム Pending JPS607157A (ja)

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EP0132596A3 (en) 1985-11-21

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