JPH083134B2 - Ａｕ―Ｓｉ共晶接合用リードフレーム材料 - Google Patents
Ａｕ―Ｓｉ共晶接合用リードフレーム材料Info
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- JPH083134B2 JPH083134B2 JP2203990A JP20399090A JPH083134B2 JP H083134 B2 JPH083134 B2 JP H083134B2 JP 2203990 A JP2203990 A JP 2203990A JP 20399090 A JP20399090 A JP 20399090A JP H083134 B2 JPH083134 B2 JP H083134B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Die Bonding (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はベアボンディング用リードフレーム材料に係
り、さらに詳しくはAu−Si共晶合金法を利用したベアボ
ンディングを行なっても半導体素子へのリードフレーム
材料の成分元素の悪影響の無いベアボンディング用リー
ドフレーム材料に関する。
り、さらに詳しくはAu−Si共晶合金法を利用したベアボ
ンディングを行なっても半導体素子へのリードフレーム
材料の成分元素の悪影響の無いベアボンディング用リー
ドフレーム材料に関する。
［従来の技術］ 半導体の組立工程は、素子（半導体チップ）とリード
フレームを接合するダイボンディング工程、素子の配線
とリードフレームをAuやAlのワイヤで接続するワイヤボ
ンディング工程および樹脂で封止する工程よりなる。こ
れらの工程においてリードフレームは加熱されるため、
使用されるリードフレーム材料はこれらの加熱によって
も軟化しないこと、即ち耐熱性が要求される。
フレームを接合するダイボンディング工程、素子の配線
とリードフレームをAuやAlのワイヤで接続するワイヤボ
ンディング工程および樹脂で封止する工程よりなる。こ
れらの工程においてリードフレームは加熱されるため、
使用されるリードフレーム材料はこれらの加熱によって
も軟化しないこと、即ち耐熱性が要求される。
一方、熱伝導性や電気伝導性に優れる銅合金はトラン
ジスタ等、良好な熱放散性が要求される用途を中心にリ
ードフレーム材料として使用されて来た。
ジスタ等、良好な熱放散性が要求される用途を中心にリ
ードフレーム材料として使用されて来た。
これらの銅系リードフレーム材料は上記の耐熱性や機
械的強度など、リードフレーム材として要求される特性
を満足させるために、各種添加元素を含有した銅合金と
なっている。
械的強度など、リードフレーム材として要求される特性
を満足させるために、各種添加元素を含有した銅合金と
なっている。
上記組立工程の内、ダイボンディング工程では、通常
三種類の方法により素子とリードフレームが接合されて
いる。即ち、Au−Si共晶合金接着法、半田接着法、導電
性樹脂接着法である。これらの方法の内、Au−Si共晶合
金法は、370℃の共晶温度より50〜70℃高い420〜440℃
の温度に素子およびリードフレームを数十秒間加熱する
ことにより接合を行うものである。
三種類の方法により素子とリードフレームが接合されて
いる。即ち、Au−Si共晶合金接着法、半田接着法、導電
性樹脂接着法である。これらの方法の内、Au−Si共晶合
金法は、370℃の共晶温度より50〜70℃高い420〜440℃
の温度に素子およびリードフレームを数十秒間加熱する
ことにより接合を行うものである。
ところで、半導体装置におけるコストダウンの要求は
強く、その一つの手段として従来行なっていたリードフ
レームへのめっきを省略してダイボンディングやワイヤ
ボンディングを行なうベアボンディングと称する技術が
トランジスタを中心に広まりつつある。このベアボンデ
ィングにおいて上記のAu−Si共晶合金法によりダイボン
ディングを行ったところ、半導体素子の特性に変化をき
たすことが判明した。
強く、その一つの手段として従来行なっていたリードフ
レームへのめっきを省略してダイボンディングやワイヤ
ボンディングを行なうベアボンディングと称する技術が
トランジスタを中心に広まりつつある。このベアボンデ
ィングにおいて上記のAu−Si共晶合金法によりダイボン
ディングを行ったところ、半導体素子の特性に変化をき
たすことが判明した。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、Au−Si共晶合金接着法を用いてベアボンデ
ィングを行っても、半導体素子の特性に変化をきたすこ
とがなく、かつ、耐熱性や機械的強度にも優れたベアボ
ンディング用リードフレーム材料を提供することを目的
とする。
ィングを行っても、半導体素子の特性に変化をきたすこ
とがなく、かつ、耐熱性や機械的強度にも優れたベアボ
ンディング用リードフレーム材料を提供することを目的
とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係るAu−Si共晶接合用リードフレーム材料の
特徴とするところは、 Fe:0.5〜3.0wt％,Si:0.005〜0.25wt％,Zn:0.05〜1.0wt
％を含有すると共に、不純物としてIIIb族、Vb族に属す
る元素を0.002％以下に規制し、残部実質的にCuよりな
ることにある。
特徴とするところは、 Fe:0.5〜3.0wt％,Si:0.005〜0.25wt％,Zn:0.05〜1.0wt
％を含有すると共に、不純物としてIIIb族、Vb族に属す
る元素を0.002％以下に規制し、残部実質的にCuよりな
ることにある。
［作用］ 以下に、本発明の作用を本発明をなすに際して得た知
見及び成分限定理由とともに説明する。
見及び成分限定理由とともに説明する。
本発明者は、Au−Si共晶合金接着法を用いてベアボン
ディングを行った場合に半導体素子の特性に変化をきた
す原因の解明をまず行った。
ディングを行った場合に半導体素子の特性に変化をきた
す原因の解明をまず行った。
その結果、次のことが判明した。すなわち、400〜440
℃に数十秒間加熱される間に溶融したAu−Si層に接した
銅合金リードフレーム中の成分元素はAu−Si層を通過
し、Si素子中に拡散することである。
℃に数十秒間加熱される間に溶融したAu−Si層に接した
銅合金リードフレーム中の成分元素はAu−Si層を通過
し、Si素子中に拡散することである。
Si中に拡散する元素の中でも、周期表のIIIb族に属す
るB,Al,Ga,InやVb族に属するN,P,As,SbなどはSi半導体
に対しアクセプターおよびドナーとして作用しそれぞれ
Ｐ型およびＮ型半導体を形成する。素子がトランジスタ
の場合、一般にリードフレームと接合されるSi素子の底
面部はコレクターになっており、この部分に上記のIIIb
族あるいはVb族に属する元素がリードフレームから侵入
し、不純物半導体を形成し、トランジスタの電気的特性
に悪影響を及ぼすものであることを見い出した。すなわ
ち、従来の銅合金は、耐熱性、機械的強度を高めるため
に各種添加元素を含有せしめていたが、この添加元素
が、半導体素子の電気特性を悪化させる原因となってい
たわけである。
るB,Al,Ga,InやVb族に属するN,P,As,SbなどはSi半導体
に対しアクセプターおよびドナーとして作用しそれぞれ
Ｐ型およびＮ型半導体を形成する。素子がトランジスタ
の場合、一般にリードフレームと接合されるSi素子の底
面部はコレクターになっており、この部分に上記のIIIb
族あるいはVb族に属する元素がリードフレームから侵入
し、不純物半導体を形成し、トランジスタの電気的特性
に悪影響を及ぼすものであることを見い出した。すなわ
ち、従来の銅合金は、耐熱性、機械的強度を高めるため
に各種添加元素を含有せしめていたが、この添加元素
が、半導体素子の電気特性を悪化させる原因となってい
たわけである。
ベアボンディングにAu−Si共晶合金接着法を適用する
場合に、使用する銅系リードフレーム材料がIIIb族ある
いはVb族に属する成分元素を含有していると、上記の通
りSi素子に悪影響を及ぼすという問題を生じるわけであ
る。従って、このようなケースでは高い耐熱性、導電
性、機械的強度を有する銅合金であってIIIb族あるいは
Vb族に属する成分元素を含有しない安価なリードフレー
ム材料が求められる。
場合に、使用する銅系リードフレーム材料がIIIb族ある
いはVb族に属する成分元素を含有していると、上記の通
りSi素子に悪影響を及ぼすという問題を生じるわけであ
る。従って、このようなケースでは高い耐熱性、導電
性、機械的強度を有する銅合金であってIIIb族あるいは
Vb族に属する成分元素を含有しない安価なリードフレー
ム材料が求められる。
そこで本発明者は、Si素子に悪影響を及ぼすIIIb族お
よびVb族に属する元素を成分元素として含有せず、か
つ、高い導電性と必要な強度を有し耐熱性に優れる安価
なベアボンディング用銅系リードフレーム材料を探究し
た。
よびVb族に属する元素を成分元素として含有せず、か
つ、高い導電性と必要な強度を有し耐熱性に優れる安価
なベアボンディング用銅系リードフレーム材料を探究し
た。
その結果、添加元素を含有せしめなくても、基本成分
を所定の範囲に制限すれば、優れた耐熱性、機械的強度
を有するリードフレームが得られることを知見し、本発
明をなすにいたったものである。
を所定の範囲に制限すれば、優れた耐熱性、機械的強度
を有するリードフレームが得られることを知見し、本発
明をなすにいたったものである。
まず本発明に係るベアボンディング用リードフレーム
材料の含有成分および成分割合について説明する。
材料の含有成分および成分割合について説明する。
（Fe） FeはCu中に微細に析出することにより強度および耐熱
性の向上に寄与する元素である。Feの含有量が0.5wt％
未満ではその効果は少なく、また3.0wt％を超えて含有
されると強度や耐熱性は向上するものの、Feリッチとな
るため熱間加工性が悪くなる。さらに、晶出したFeが出
やすくなるため、めっき時において不具合が生じる。ま
た、溶解時においてFeが溶落するのに時間がかかりコス
トアップとなる。よってFe含有量が0.5wt％〜3.0wt％と
する。
性の向上に寄与する元素である。Feの含有量が0.5wt％
未満ではその効果は少なく、また3.0wt％を超えて含有
されると強度や耐熱性は向上するものの、Feリッチとな
るため熱間加工性が悪くなる。さらに、晶出したFeが出
やすくなるため、めっき時において不具合が生じる。ま
た、溶解時においてFeが溶落するのに時間がかかりコス
トアップとなる。よってFe含有量が0.5wt％〜3.0wt％と
する。
（Si） Siは造塊時、脱酸剤となり、溶湯中の酸素を減少さ
せ、鋳塊内部に発生する欠陥を無くし、良好な鋳塊を作
成する元素である。その効果は0.005wt％未満では少な
く、0.25wt％を超えて含有されると脱酸効果はあるが、
冷間加工性および熱間加工性が低下する。さらに、半田
の耐剥離性の劣化および導電率の低下を生じる。よって
Si含有量は0.005〜0.25wt％とする。
せ、鋳塊内部に発生する欠陥を無くし、良好な鋳塊を作
成する元素である。その効果は0.005wt％未満では少な
く、0.25wt％を超えて含有されると脱酸効果はあるが、
冷間加工性および熱間加工性が低下する。さらに、半田
の耐剥離性の劣化および導電率の低下を生じる。よって
Si含有量は0.005〜0.25wt％とする。
（Zn） Znは半田の耐剥離性を向上させる元素であり、含有量
が0.05wt％未満ではその効果は少なく、また1wt％を超
えて含有されてもその効果は飽和する一方、導電率が低
下する。よってZn含有量は0.05〜1wt％とする。
が0.05wt％未満ではその効果は少なく、また1wt％を超
えて含有されてもその効果は飽和する一方、導電率が低
下する。よってZn含有量は0.05〜1wt％とする。
以上の成分元素はいずれもIIIb族あるいはVb族に属す
る元素ではない。従って、本発明に係るリードフレーム
材料をめっきを省略し、Au−Si共晶合金法によりダイボ
ンディングを行なってもこれらの元素がSi素子に拡散
し、Si素子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
る元素ではない。従って、本発明に係るリードフレーム
材料をめっきを省略し、Au−Si共晶合金法によりダイボ
ンディングを行なってもこれらの元素がSi素子に拡散
し、Si素子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
一方、IIIb族、Vb族に属するB,Al,Ga,In,N,P,As,Sbな
どの元素は不純物として原料に含まれており、製造され
た銅合金中に侵入して来る。従って、原料中の含有量を
規制することにより目的とする銅合金中への侵入を防止
する。以上の説明から明らかなように、これらの不純物
の含有量は少ない方が良く、使用される半導体によって
も異なるが、いずれも0.002％以下であることが望まし
い。
どの元素は不純物として原料に含まれており、製造され
た銅合金中に侵入して来る。従って、原料中の含有量を
規制することにより目的とする銅合金中への侵入を防止
する。以上の説明から明らかなように、これらの不純物
の含有量は少ない方が良く、使用される半導体によって
も異なるが、いずれも0.002％以下であることが望まし
い。
［実施例］ 本発明に係るベアボンディング用リードフレーム材料
を実施例により説明する。
を実施例により説明する。
第１表に示す含有成分および含有割合の合金をクリプ
トル炉を使用し、木炭被覆下において大気中で溶解し、
鋳鉄製ブックモールドを用いて45mmt×75mmw×200mmlの
鋳塊を鋳造した。比較例No.7は鋳塊内部に脱酸不足によ
る欠陥を生じたため、以後の試料調整を断念した。次
に、この鋳塊の表裏面を2.5mmずつ面削後850℃の温度で
15mmtまで熱間圧延し、700℃以上の温度から30℃／秒の
速度で水冷した。
トル炉を使用し、木炭被覆下において大気中で溶解し、
鋳鉄製ブックモールドを用いて45mmt×75mmw×200mmlの
鋳塊を鋳造した。比較例No.7は鋳塊内部に脱酸不足によ
る欠陥を生じたため、以後の試料調整を断念した。次
に、この鋳塊の表裏面を2.5mmずつ面削後850℃の温度で
15mmtまで熱間圧延し、700℃以上の温度から30℃／秒の
速度で水冷した。
さらに、冷間圧延により0.5mmの板厚にした後、580℃
の温度で２時間焼鈍後、冷却の途中で500℃に達した
時、さらに４時間の焼鈍を行った。
の温度で２時間焼鈍後、冷却の途中で500℃に達した
時、さらに４時間の焼鈍を行った。
その後冷間圧延により0.3mmtの板材を得た。
これらの試料につき以下の試験を行った。その試験結
果を第２表に示す。
果を第２表に示す。
試験方法は以下に説明する通りである。
（１）導電率は15mmw×300mlの試験片を用い、ダブルブ
リッジにより測定した電気抵抗の値から算出した。
リッジにより測定した電気抵抗の値から算出した。
（２）硬さは、マイクロビッカース硬さ計を用い荷重50
0grで測定した。
0grで測定した。
（３）耐熱性は硝石炉を用い、各温度で５分間の加熱を
行なった後硬さを測定し、加熱後の硬さが加熱前の硬さ
の80％になる温度をもって評価した。
行なった後硬さを測定し、加熱後の硬さが加熱前の硬さ
の80％になる温度をもって評価した。
（４）半田の耐剥離性は、20mmw×50mmlの試験片に60Sn
−40Pbの半田を弱活性フラックスを用い230℃の温度で
５秒間浸漬して半田付けした後、150℃の温度で1000時
間加熱後、2mmRで180゜曲げ戻しを行ない、剥離の有無
を調べ評価した。
−40Pbの半田を弱活性フラックスを用い230℃の温度で
５秒間浸漬して半田付けした後、150℃の温度で1000時
間加熱後、2mmRで180゜曲げ戻しを行ない、剥離の有無
を調べ評価した。
第２表から明らかなように、本発明合金No.1〜No.4は
70％IACS以上の良好な導電率とビッカース硬さHv110以
上の硬さ、および400℃以上の耐熱性を有している。
70％IACS以上の良好な導電率とビッカース硬さHv110以
上の硬さ、および400℃以上の耐熱性を有している。
また、Znの効果により半田の耐剥離性も良好である。
これに対し比較例No.5は導電率に優れるものの、硬さ
が劣っており、さらに耐熱性が380℃と低い。No.6は硬
さ、耐熱性導電率、半田の耐剥離性も良好であるが、Fe
を3.0wt％を超えて含有するため、溶解時Feの溶落に時
間がかかり、コストアップとなる。No.8はSi含有量が0.
2wt％を超えており、さらに、No.9はZn含有量が0.05wt
％未満であるため、半田の剥離を生じている。No.10はZ
n含有量が1.0wt％を超えているため、導電率が低下して
いる。
が劣っており、さらに耐熱性が380℃と低い。No.6は硬
さ、耐熱性導電率、半田の耐剥離性も良好であるが、Fe
を3.0wt％を超えて含有するため、溶解時Feの溶落に時
間がかかり、コストアップとなる。No.8はSi含有量が0.
2wt％を超えており、さらに、No.9はZn含有量が0.05wt
％未満であるため、半田の剥離を生じている。No.10はZ
n含有量が1.0wt％を超えているため、導電率が低下して
いる。
［発明の効果］ 以上説明の通り、本発明に係るベアボンディング用リー
ドフレーム材料は上記の構成を有しているものであるか
ら、導電性、強度、および耐熱性に優れ、かつ安価であ
り、めっきを省略したAu−Si共晶接着法によるダイボン
ディングを行なっても素子に悪影響を及ぼさないという
効果を有している。
ドフレーム材料は上記の構成を有しているものであるか
ら、導電性、強度、および耐熱性に優れ、かつ安価であ
り、めっきを省略したAu−Si共晶接着法によるダイボン
ディングを行なっても素子に悪影響を及ぼさないという
効果を有している。
Claims (1)
- 【請求項１】Fe:0.5〜3.0wt％,Si:0.005〜0.25wt％,Zn:
0.05〜1.0wt％を含有すると共に、不純物としてIIIb
族、Vb族に属する元素を0.002％以下に規制し、残部実
質的にCuよりなることを特徴とするAu−Si共晶接合用リ
ードフレーム材料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2203990A JPH083134B2 (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Ａｕ―Ｓｉ共晶接合用リードフレーム材料 |
| KR1019910012790A KR930012180B1 (ko) | 1990-08-02 | 1991-07-25 | 베어본딩용 리드프레임재료 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2203990A JPH083134B2 (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Ａｕ―Ｓｉ共晶接合用リードフレーム材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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