(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置や、電子部品のリードフレームに使用する、鉄合金又は銅合金からなる素材に下地メッキとスズメッキを施した複合金属材において、耐熱性及び耐クラック性が共に優れるリードフレーム材に好適な複合金属材の提供。【解決手段】複合金属材１０は、鉄合金又は銅合金からなる素材１１と、素材１１の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキ１２と、銅メッキ１２の表面に形成されたニッケルメッキ１３と、ニッケルメッキ１３の表面に形成されたスズメッキ１４を備えるリードフレーム用複合金属材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄合金または銅合金からなる素材と、
前記素材の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキと、
前記銅メッキの表面に形成されたニッケルメッキと、
前記ニッケルメッキの表面に形成されたスズメッキを備えた複合金属材。
【請求項２】
前記銅メッキの厚さが１μｍ〜７μｍであり、
前記ニッケルメッキの厚さが０．７μｍ〜１．５μｍである請求項１に記載の複合金属材。
【請求項３】
鉄合金または銅合金からなる素材と、
前記素材の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキと、
前記銅メッキの表面に形成されたニッケルメッキと、
前記ニッケルメッキの表面に形成されたスズ合金メッキを備えた複合金属材。
【請求項４】
前記銅メッキの厚さが１μｍ〜７μｍであり、
前記ニッケルメッキの厚さが０．７μｍ〜１．５μｍである請求項３に記載の複合金属材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置（トランジスタ、ＩＣ、ダイオードなど）や電子部品（コンデンサ、コイル、抵抗など）のリードフレームに好適な複合金属材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や電子部品は、リードフレーム上にシリコンチップやコンデンサチップ、抵抗チップなどを搭載して製造される。リードフレーム上にシリコンチップやコンデンサチップ、抵抗チップを搭載し、半田やワイヤボンディングなどで電気的接続を行なった後、エポキシ樹脂などで外装し、リードフレームを切断して、個々の半導体装置や電子部品を得る。特に面実装型の半導体装置や電子部品は、リードフレームの先端をＬ型あるいはＺ型に折り曲げて、リードフレームの先端を配線基板に半田付けしやすくする。
【０００３】
リードフレーム素材は鉄合金または銅合金であるため、そのままでは半田付けができない。そのため、リードフレーム素材に、スズメッキあるいはスズ合金メッキを行なう。なおスズメッキあるいはスズ合金メッキを、一括して、スズ（合金）メッキと表現することにする。
【０００４】
リードフレーム素材に直接スズ（合金）メッキを施しても、スズ（合金）メッキがうまく付着しない。そのため、リードフレーム素材にまず下地メッキを行ない、次にスズ（合金）メッキを行なう。下地メッキとして銅メッキが用いられる（特許文献１：特開２０１２−１６７３１０）。このような複合金属材を、リードフレーム素材／下地銅メッキ／スズ（合金）メッキと表現することにする。
【０００５】
しかし、リードフレーム素材／下地銅メッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は耐熱性が低いという問題がある。その理由は、スズと銅は低温でも相互拡散しやすいため、スズ（合金）メッキの一部が、スズ―銅金属間化合物となり、スズ（合金）が減少するためである。スズ（合金）が減少すると、良好な半田付けができなくなる。
【０００６】
リードフレーム素材／下地銅メッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材の耐熱性が低いという欠点をなくすため、下地メッキの材料を変更した、リードフレーム素材／下地ニッケルメッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材が用いられる（特許文献２：特開２０１０−１６８６４３）。スズ（合金）とニッケルは１５０℃程度では相互拡散しないため、スズ（合金）が減少することはなく、リードフレーム素材／下地ニッケルメッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材の耐熱性はよい（加熱により半田付け性が悪くなることがない）。
【０００７】
しかし、リードフレームの先端をＬ字型あるいはＺ字型に折り曲げたとき、リードフレーム素材／下地ニッケルメッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は、クラックが発生しやすいという問題がある。リードフレームの先端をＬ字型あるいはＺ字型に折り曲げたとき、まずリードフレーム素材（鉄合金または銅合金）にクラックが発生し、次にリードフレーム素材のクラックの影響により下地ニッケルメッキにクラックが発生し、最後にスズ（合金）メッキにクラックが発生する。下地ニッケルメッキにクラックが発生しやすい理由は、下地ニッケルメッキが硬く、また、柱状構造のためである。
【０００８】
スズ（合金）メッキにクラックが発生すると、下地ニッケルメッキまたはリードフレーム素材が露出する。下地ニッケルメッキおよびリードフレーム素材は半田付け性の悪い材料であるから、配線基板にリードフレームの良好な半田付けができなくなる。
【０００９】
一方、リードフレーム素材／下地銅メッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は、リードフレーム素材にクラックが発生しても、下地銅メッキにクラックが発生しにくい。これは、下地銅メッキが下地ニッケルメッキに比べて柔らかく、延性が高いためである。
【００１０】
すなわち、リードフレーム素材／下地銅メッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は、耐クラック性がよいが、耐熱性が低いという問題がある。逆に、リードフレーム素材／下地ニッケルメッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は、耐熱性がよいが、耐クラック性が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−１６７３１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６８６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
リードフレーム素材／下地銅メッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は、耐クラック性がよいが、耐熱性が低い。リードフレーム素材／下地ニッケルメッキ／スズ（合金）メッキという複合金属材は、耐熱性がよいが、耐クラック性が低い。なおリードフレーム素材は鉄合金または銅合金である。本発明の目的は、従来にない、耐クラック性がよく、耐熱性もよい複合金属材を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明の複合金属材は、鉄合金または銅合金からなる素材と、素材の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキと、銅メッキの表面に形成されたニッケルメッキと、ニッケルメッキの表面に形成されたスズメッキを備える。
（２）本発明の複合金属材は、（１）の複合金属材において、銅メッキの厚さが１μｍ〜７μｍであり、ニッケルメッキの厚さが０．７μｍ〜１．５μｍである。
（３）本発明の複合金属材は、鉄合金または銅合金からなる素材と、素材の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキと、銅メッキの表面に形成されたニッケルメッキと、ニッケルメッキの表面に形成されたスズ合金メッキを備える。
（４）本発明の複合金属材は、（３）の複合金属材において、銅メッキの厚さが１μｍ〜７μｍであり、ニッケルメッキの厚さが０．７μｍ〜１．５μｍである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、耐クラック性がよく、耐熱性もよい複合金属材が実現された。本発明の複合金属材は、特に、リードフレームの先端を曲率半径の小さなＬ型あるいはＺ型に折り曲げる必要のある面実装型の半導体装置や電子部品のリードフレームに適している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）本発明の複合金属材の第一の実施形態、（ｂ）本発明の複合金属材の第二の実施形態を示す拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１（ａ）に本発明の複合金属材１０の第一の実施形態を示す。本発明の複合金属材１０は、鉄合金または銅合金からなる素材１１と、素材１１の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキ１２と、銅メッキの表面に形成されたニッケルメッキ１３と、ニッケルメッキ１３の表面に形成されたスズメッキ１４を備える。
【００１７】
鉄合金からなる素材１１は、例えば４２合金（４２重量％ニッケル、残部鉄）である。銅合金からなる素材１１は、例えば、それぞれ１重量％以下のスズ、クロム、亜鉛を含んだ銅合金である。銅メッキ１２はいわゆる下地銅メッキである。ニッケルメッキ１３はいわゆる下地ニッケルメッキである。
【００１８】
図１（ａ）では、銅メッキ１２、ニッケルメッキ１３、スズメッキ１４が素材１１の片面に形成されているが、これらのメッキは素材１１の両面に形成されてもよい。また半田付けと無関係の部分は銅メッキ１２、ニッケルメッキ１３、スズメッキ１４が無くてもよい。このような部分メッキは素材１１を部分的にマスクしてメッキすることにより得られる。
【００１９】
複合金属材１０（鉄合金または銅合金）を曲率半径の小さなＬ型あるいはＺ型に折り曲げたとき、従来と同様、素材１１にクラックが発生することがある。しかし、銅メッキ１２が柔らかく、延性が高いため、素材１１のクラックは銅メッキ１２に伝播しない。そのため、素材１１にクラックが発生しても、銅メッキ１２にはクラックが発生しない。銅メッキ１２にクラックが発生しないため、クラックが発生しやすいニッケルメッキ１３にもクラックが発生せず、スズメッキ１４にもクラックが発生しない。その結果、複合金属材１０を曲率半径の小さなＬ型あるいはＺ型に折り曲げたとき、ニッケルメッキ１３や素材１１が露出することはなく、複合金属材１０の半田付け性が低下することがない。すなわち、本発明の複合金属材１０は耐クラック性がよい。
【００２０】
本発明の複合金属材１０では、スズメッキ１４と、銅メッキ１２および素材１１の間に、ニッケルメッキ１３が挟まれている。一般に、ニッケルメッキ１３はスズと銅の拡散のバリアとなるため、１５０℃程度では、スズメッキ１４と、銅メッキ１２および素材１１が、相互拡散することがない。そのため、本発明の複合金属材１０は、加熱してもスズメッキ１４が減少することはなく、半田付け性が低下することがない。すなわち、本発明の複合金属材１０は耐熱性がよい。
【００２１】
図１（ｂ）に本発明の複合金属材２０の第二の実施形態を示す。本発明の複合金属材２０は、鉄合金または銅合金からなる素材２１と、素材２１の表面の少なくとも一部に形成された銅メッキ２２と、銅メッキ２２の表面に形成されたニッケルメッキ２３と、ニッケルメッキ２３の表面に形成されたスズ合金メッキ２４を備える。
【００２２】
鉄合金からなる素材２１は、例えば４２合金（４２重量％ニッケル、残部鉄）である。銅合金からなる素材２１は、例えば、それぞれ１重量％以下のスズ、クロム、亜鉛を含んだ銅合金である。銅メッキ２２はいわゆる下地銅メッキである。ニッケルメッキ２３はいわゆる下地ニッケルメッキである。
【００２３】
図１（ｂ）では、銅メッキ２２、ニッケルメッキ２３、スズ合金メッキ２４が素材２１の片面に形成されているが、これらのメッキは素材２１の両面に形成されてもよい。また半田付けと無関係の部分は銅メッキ２２、ニッケルメッキ２３、スズ合金メッキ２４が無くてもよい。このような部分メッキは素材２１を部分的にマスクしてメッキすることにより得られる。
【００２４】
スズ合金メッキ２４の例として、スズ−銀合金メッキ、スズ−ビスマス合金メッキ、スズ−銅合金メッキがある。
【００２５】
スズメッキ１４の代わりにスズ合金メッキ２４を用いるメリットは、スズ合金メッキ２４とすることによりスズメッキ１４より融点を下げ、半田付け性をより改善することにある。
【００２６】
本発明の複合金属材２０の、耐クラック性がよい理由、および耐熱性がよい理由は、本発明の複合金属材１０と同様である。
【実施例】
【００２７】
表１に、本発明の実施例および比較例の複合金属材の、Ｌ曲げによるクラック発生状況を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
本発明の実施例の複合金属材１０は、図１（ａ）に示す構造である。素材１１は厚さが０．１ｍｍの銅合金であり、それぞれ１重量％以下のスズ、クロム、亜鉛を含む。銅メッキ１２の厚さは１μｍ、３μｍ、５μｍ、７μｍの４種類である。ニッケルメッキ１３の厚さは０．７μｍ、１μｍ、１．５μｍの３種類である。スズメッキ１４の厚さはいずれのサンプルも７μｍである。
【００３０】
比較例の複合金属材は、銅メッキは無く、ニッケルメッキの厚さは０．７μｍ、１μｍ、１．５μｍの３種類である。スズメッキの厚さはいずれのサンプルも７μｍである。要するに比較例は銅メッキの無いことのみが実施例と異なる。
【００３１】
素材１１の銅合金のビッカース硬度は約１８０である。銅メッキ１２のビッカース硬度は１１０である。ニッケルメッキ１３のビッカース硬度は３００である。スズメッキ１４のビッカース硬度は１５である。
【００３２】
クラックテストの条件は、曲げ角度が９０°、曲率半径が０．２ｍｍである。
【００３３】
クラックテストは、メッキ後熱処理無しのサンプルと、メッキ後熱処理有りのサンプルについて実施した。熱処理条件は１８０℃、４時間である。この熱処理条件は、半導体装置や電子部品の、外装エポキシ樹脂のポストキュア条件と同一である。従って、複合金属材のクラックテストは、熱処理後のサンプルの方が、実際の半導体装置や電子部品のリードフレームに近い。エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂であり射出成型法で使用されるが、成形直後は硬化が十分でない。そのため、成形金型から取り出した後、炉内で、１８０℃、４時間程度の熱処理を行ない、完全に硬化させる。これをエポキシ樹脂のポストキュアという。このとき同時に、複合金属材（リードフレーム）も１８０℃、４時間の熱処理を受ける。
【００３４】
表１のクラック発生欄で、○はクラックの発生が無く、△は微小なクラックが発生しているが実用的には問題なく、×は実用的に問題があるクラックが発生していることを示す。
【００３５】
まず比較例１〜３について検討する。メッキ後熱処理無しの全サンプルと、メッキ後熱処理有りの全サンプルにおいて、実用的に問題があるクラックが発生している。従って、比較例のように銅メッキが無い場合、ニッケルメッキの厚さが０．７μｍ〜１．５μｍ、スズメッキが７μｍの仕様では、実用的に問題があるクラックの発生が避けられない。すなわち、比較例の複合金属材は折り曲げ部分にクラックが発生するため、半田付け性がよくない。
【００３６】
次に銅メッキ１２の厚さが１μｍの実施例１〜３について検討する。熱処理が無い場合、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１．５μｍの全サンプルで実用的に問題があるクラックが発生している。しかし熱処理が有る場合は、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１μｍのサンプルではクラックが発生していない。またニッケルメッキ１３の厚さが１．５μｍのサンプルで微小なクラックが発生しているが実用的には問題ない。通常、半導体装置や電子部品では外装エポキシ樹脂の熱処理後にリードフレームの曲げ加工が行なわれるため、銅メッキ１２の厚さが１μｍの実施例１〜３でも実用的な問題は無いと考えられる。
【００３７】
次に銅メッキ１２の厚さが３μｍの実施例４〜６について検討する。熱処理が無い場合、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１μｍのサンプルではクラックが発生していない。ニッケルメッキ１３の厚さが１．５μｍのサンプルでは実用的に問題があるクラックが発生している。しかし熱処理が有る場合は、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１．５μｍの全サンプルでクラックが発生していない。通常、半導体装置や電子部品では外装エポキシ樹脂の熱処理後にリードフレームの曲げ加工が行なわれるため、銅メッキ１２の厚さが３μｍの実施例４〜６に実用的な問題は無いと考えられる。
【００３８】
次に銅メッキ１２の厚さが５μｍの実施例７〜９について検討する。熱処理が無い場合、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１μｍのサンプルではクラックが発生していない。ニッケルメッキ１３の厚さが１．５μｍのサンプルでは実用的に問題が無い微小クラックが発生している。しかし熱処理が有る場合は、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１．５μｍの全サンプルでクラックが発生していない。従って銅メッキ１２の厚さが５μｍの実施例７〜９に実用的な問題は無いと考えられる。
【００３９】
次に銅メッキ１２の厚さが７μｍの実施例１０〜１２について検討する。熱処理が無い場合、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１．５μｍの全サンプルでクラックが発生していない。熱処理が有る場合、ニッケルメッキ１３の厚さが０．７μｍ〜１．５μｍの全サンプルでクラックが発生していない。従って銅メッキ１２の厚さが７μｍの実施例１０〜１２は全く問題が無い。
【００４０】
以上のように、ニッケルメッキ１３と素材１１の間に銅メッキ１２を施すことにより、曲げによるクラックが発生することが防止できる。
【００４１】
またスズメッキ１４と銅メッキ１２の間にニッケルメッキ１３を施すことにより、スズメッキ１４が銅メッキ１２に拡散してスズメッキ１４の半田付け性が低下することが防止できる。このことは表１の実施例の熱処理後（１８０℃、４時間）のサンプルの半田付け性のテストにより確認した。すなわち、表１の実施例の熱処理後のサンプルはスズメッキ１４の半田付け性が低下していなかった。すなわち、素材１１とニッケルメッキ１３の間に銅メッキ１２を施しても、ニッケルメッキ１３のスズ拡散バリア性は維持される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の複合金属材は、特にリードフレームの先端をＬ型あるいはＺ型に折り曲げる、面実装型の半導体装置や電子部品のリードフレームに適する。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 複合金属材
１１ 素材
１２ 銅メッキ
１３ ニッケルメッキ
１４ スズメッキ
２０ 複合金属材
２１ 素材
２２ 銅メッキ
２３ ニッケルメッキ
２４ スズ合金メッキ
【図１】
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