(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金線又は銅線を用いてベアボンディングを行うリードフレーム材において、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上７０％ＩＡＣＳ以下、表面の酸化皮膜厚さが１００オングストローム（以下、Ａと表示）以下、引張強度が５００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度銅合金素材と、その表面を被覆するベンゾトリアゾールを含まない酸化防止皮膜からなり、ベンゾトリアゾールを含まない酸化防止皮膜が、アミン系防錆剤、エステル系防錆剤及びアセチレン系化合物のうち２種以上を組み合わせたものを含むことを特徴とするベアボンディング用高強度銅合金リードフレーム材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はめっきを施さない状態で使用されるベアボンディング用高強度銅合金リードフレーム材に関し、特にワイヤボンディング性に優れるベアボンディング用高強度銅合金リードフレーム材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リードフレーム材の表面には貴金属めっきが施されており、これにより熱による表面酸化又ははんだ付性の低下が抑制されていた。このためワイヤボンディング性が問題視されることはなかったが、近年、ダイボンディング技術又はワイヤボンディング技術の発達により、リードフレームが受ける熱量が減少したため、生産性向上及びコストダウンの観点からニッケルめっき又は貴金属めっきの省略が考えられるようになり、ワイヤボンディング性の問題が重要視されるようになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、特許第２７６６６０５号明細書において、ベアボンディング用銅合金リードフレームを提案している。この銅合金リードフレームは、導電率が９０％ＩＡＣＳ以上の銅合金において、酸化皮膜の状態と防錆皮膜付着量を定量化しその値を所定範囲に規制したもので、ワイヤボンディング性に優れ、ダイボンディング及びワイヤボンディングなどの組立工程において加熱された後も酸化皮膜の密着性に優れている。
【０００４】
しかしながら、導電率９０％ＩＡＣＳ以上の銅合金では、銅合金に添加する成分が制限されるため、引張強度５００Ｎ／ｍｍ２以上、望ましくは５５０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度を得ることが難しかった。また、導電率９０％ＩＡＣＳ以上の銅合金は成形加工性（主として打ち抜き加工性）も優れない。一方、ベンゾトリアゾールを含む酸化防止材を使用する前記特許第２７６６６０５号明細書の方法を導電率９０％ＩＡＣＳ未満の高強度銅合金素材に適用した場合、同明細書に開示の条件ではワイヤボンディングができなかった。
そこで、本発明は、導電率９０％ＩＡＣＳ未満の高強度銅合金を素材とするベアボンディング用リードフレーム材に、優れたワイヤボンディング性を付与することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るベアボンディング用高強度銅合金リードフレーム材は、金線又は銅線を用いてベアボンディングを行うリードフレーム材であり、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上７０％ＩＡＣＳ以下、表面の酸化皮膜厚さが１００Ａ以下、引張強度が５００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度銅合金素材と、その表面を被覆するベンゾトリアゾールを含まない酸化防止皮膜からなる。ベンゾトリアゾールを含まない酸化防止皮膜は、アミン系防錆剤、エステル系防錆剤及びアセチレン系化合物のうち２種以上を組み合わせたものを含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】
貴金属めっきを省略して直接ダイボンディング、ワイヤボンディング等（ベアボンディング）を行う場合に、印加された熱による銅合金リードフレーム材のワイヤボンディング性は、銅合金中の添加成分の拡散及び凝縮に影響される。すなわち、銅合金リードフレーム材がダイボンディング、ワイヤボンディング等の組立工程において加熱されると、銅合金中の種々の合金成分が表面へ拡散し、ベアボンディング性が低下する。高温であれば銅合金中の成分の拡散は急速に進むため、ベアボンディングを短時間で行っても、ワイヤボンディング部の信頼性に問題がでてくる。導電率９０％ＩＡＣＳ未満の銅合金素材の場合、もともと合金成分が多く含有されているため、導電率９０％ＩＡＣＳ以上の銅合金素材に比べてその傾向が強く、拡散を抑制してワイヤボンディングを可能にするには、ベアボンディングの間２５０℃以下の温度に維持する必要がある。なお、後述する酸化皮膜の成長抑制やコストダウンの観点からは、ベアボンディングの間２００℃以下の温度に維持するのが望ましい。
【０００７】
ただし、銅合金素材の導電率が２０％ＩＡＣＳ未満であると、ベアボンディング時の温度を２５０℃以下に規制して銅合金中の成分の拡散を抑制しても、すでに表面近くに多くの添加成分が存在するため、ワイヤボンディング部の信頼性が低い。従って、本発明において銅合金素材の導電率は２０％ＩＡＣＳ以上とする。
さらに、銅合金中の添加元素の拡散と析出強化とのバランス、スタンピング性（打ち抜き加工性）に適する範囲として、銅合金素材の導電率は４０〜８５％ＩＡＣＳの範囲が望ましい。
【０００８】
また、ワイヤボンディング性は銅合金素材表面に施す酸化防止皮膜の種類とも関係があり、前記特許第２７６６６０５号明細書のようにベンゾトリアゾール成分を含む酸化防止皮膜の場合、該酸化防止皮膜中のベンゾトリアゾール（トリアゾール類化合物）が銅表面に結合してワイヤボンディング性を低下させる。導電率が９０％ＩＡＣＳ以上の銅合金素材の場合は、前記特許第２７６６６０５号明細書に記載されたように、微量であれば、表面にベンゾトリアゾールを含む酸化防止皮膜があってもワイヤボンデイングが可能であったが、導電率が９０％ＩＡＣＳ未満の銅合金素材の場合、微量でもワイヤボンディングができなくなる。
【０００９】
一方、２５０℃以下の温度でベアボンディングを行う場合、還元ガスによる銅合金素材の表面の還元効果が低下するため、銅合金素材表面の酸化皮膜の厚さを制御するとともに、その状態をベアボンディングまで維持することが必須条件となる。従って、まず、銅合金素材の表面の酸化皮膜の厚さを１００Ａ以下とする必要がある。これは、１００Ａを超える酸化皮膜は２５０℃以下の温度で還元することが難しく、ワイヤボンディング性が低下するためである。
また、酸化防止皮膜がないと銅合金素材の表面が酸化して、保管中に酸化皮膜が１００Ａを超えてしまうため、酸化防止皮膜を施す必要がある。ただし、この酸化防止皮膜がベンゾトリアゾールを含む場合、前記のとおりワイヤボンディング性が劣化するため、ベンゾトリアゾールを含まない酸化防止皮膜とする必要がある。
【００１０】
ベンゾトリアゾール（トリアゾール系化合物）成分を含まない酸化防止皮膜としては、ジメチルエタノールアミンやトリエタノールアミンなどのアミン系防錆剤とコハク酸エステルやカプリル酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステルなどのエステル系防錆剤、２−プロピオン−１−オールやアセチレンアルコールなどアセチレン系化合物などが挙げられ、これらを組み合わせた酸化防止皮膜が望ましい。半導体装置を２５０℃以下の温度で組み立てることにより、ベンゾトリアゾールを含まない上記成分の酸化防止皮膜でも酸化を抑制でき、ベアボンディングが可能となる。
【００１１】
なお、高強度銅合金製リードフレームでは接続数が２００個所を越えるものもあり、不活性ガス又は水素等を含む還元雰囲気中にて加熱され、金線や銅線などで接合される。ベアボンディング雰囲気中の酸素濃度は５００ｐｐｍ以下、さらには１５０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
表１のＮｏ．１〜８に示す種々の組成の銅合金板素材について、下記要領にて導電率、表面酸化皮膜の厚み及び引張強度を測定し、さらに打ち抜き加工性を評価した。また、これに表１に示す種々の酸化防止皮膜を施した後又は施さないまま１０日間保管し、ワイヤボンディングを行ってワイヤボンディング性を評価した。なお、酸化防止処理を行った場合、１０日間程度の保管では酸化皮膜はほとんど成長せず、酸化防止処理時の状態を維持する。
以上の結果を表２に示す。
【００１３】
【表１】
0004475852.tif 000002
【００１４】
【表２】
0004475852.tif 000003
【００１５】
＜導電率＞
ＪＩＳＨ０５０５に規定されている非鉄金属材料導電率測定法に準拠して、ダブルブリッジ法にて求めた。
＜表面酸化皮膜の厚み＞
表面酸化皮膜の測定方法はカソード還元法で行った。銅合金板を０．１Ｎ−ＫＣｌ水溶液中にて０．１ｍＡ／ｃｍ２で電解し、酸化銅が還元されるときの電位と反応に使用された電気量を測定する。得られた電気量から亜酸化銅の量を求め、酸化皮膜厚さに換算した。
＜引張強度＞
ＪＩＳＺ２２４１に規定されている金属材料引張試験方法に準拠し、ＪＩＳ５号試験片にて求めた。５００Ｎ／ｍｍ２以上のものを○（良好）、未満のものを×（不良）と評価した。
【００１６】
＜打ち抜き加工性＞
銅合金板を板厚の３％のクリアランスで打ち抜き加工を行い、打ち抜いた端面を観察して板厚みに占める剪断面の割合を測定する。剪断面が板厚に占める割合が６割以下のものを打ち抜き加工性が良好、６割を越えるものは打ち抜き加工性が悪いと判断した。
＜ワイヤボンディング性の評価＞
２００℃、水素を含む酸素濃度５００ｐｐｍの窒素雰囲気中にて、直径３０μｍの金線を用い、荷重３０ｇ、接合時間３０ｍｓ、超音波出力を０．２Ｗとして、Ｎｏ．１〜８のそれぞれについて３０本ずつワイヤボンディングを行った。２００℃で１０００時間保管後にワイヤプル試験を行い、ワイヤ破断率１００％を○（良好）とし、接合界面で剥離が起こり、１００％でなかったものは×（不良）と評価した。
【００１７】
表２に示すように、導電率及び表面酸化皮膜厚さが本発明の規定範囲内で、かつベンゾトリアゾールを含まない酸化防止皮膜を施したＮｏ．１〜Ｎｏ．３は、いずれも良好なワイヤボンディング性を有し、かつ加熱試験後の信頼性に優れていた。
一方、Ｎｏ．４は、亜鉛含有量が高く導電率が１０％と低いために、ワイヤボンディング部に亜鉛の拡散濃縮が起こり、ワイヤボンディング性が悪かった。また、亜鉛が３５％を越えた銅合金は金属組織の均一化が難しく、生産性が悪いとともに表面粗さの低減や光沢処理が難しいという問題もあった。
Ｎｏ．５は、酸化が進み表面酸化皮膜厚さが厚いため、ワイヤボンディング性及び接合部の信頼性が悪かった。
Ｎｏ．６は、酸化防止皮膜を施していないため酸化皮膜が成長しやすく、保管時に変色が発生し、ワイヤボンディング性も悪かった。
Ｎｏ．７は、ベンゾトリアゾールを含む酸化防止皮膜を施したもので、ベンゾトリアゾールが表面に結合しているため、ワイヤボンディング性が悪かった。
Ｎｏ．８は、ワイヤボンディング性は良好であったが、導電率が９０％以上で強度が低い。また打ち抜き加工性が悪かった。
【００１８】
（実施例２）
表１及び表２のＮｏ．１に示される銅合金及び酸化防止材を用い（酸化防止皮膜を施した後１０日間保持）、ベアボンディング工程での加熱を模して表３に示す温度で５分間加熱した後、前記＜ワイヤボンディング性の評価＞に記載された方法でワイヤボンディングを行い、かつワイヤボンディング性の評価を行った。その結果を表３に示す。
【００１９】
【表３】
0004475852.tif 000004
【００２０】
表３に示すように、加熱温度が２５０℃以下であったものは、すべてワイヤボンディング性が良好であったが、２５０℃を越える温度に加熱したものでは、ワイアボンディング性が劣っていた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、高い強度を持ち、保管時の変色もなく、ワイヤボンディング性に優れる高強度ベアボンディング用銅合金リードフレーム材が得られる。