JP2012177194A

JP2012177194A - 集積回路リードフレームグリッド製造用の鉄ニッケル合金ストリップ

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Publication number: JP2012177194A
Application number: JP2012058896A
Authority: JP
Inventors: Georges Martinez; ジヨルジユ・マルテイネ; Pieree Louis Reydet; ピエール−ルイ・レイデ; Gilles Bresson; ジル・ブレゾン; Gilles Coccoz; ジル・コツコ; Jean-Luc Spire; ジヤン−リユツク・スピール; Jerome Giusti; ジエローム・ジウステイ
Original assignee: Imphy Alloys SA
Current assignee: Aperam Alloys Imphy SAS
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-09-13
Also published as: EP1809780A2; JP2008519161A; US8328961B2; WO2006051188A3; US20090120542A1; FR2877678B1; CN101084321A; FR2877678A1; WO2006051188A2; JP5037352B2

Abstract

【課題】寸法安定性と折り曲げ性とを改善した、鉄ニッケル合金のストリップを提供する。
【解決手段】３２≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦４５重量％、０≦Ｃｏ≦６．５重量％、０≦Ｃｒ≦６．５重量％、Ｃｕ≦３重量％、Ｓｉ≦０．５重量％、Ｍｎ≦０．７５重量％を含み、残りが鉄と、製錬により生じた不可避の不純物とであり、その微細構造が、再結晶体積率３％〜９７％、および厚み０．５ｍｍ未満である、鉄ニッケル合金ストリップ、およびそれを用いた集積回路リードフレーム。
【選択図】なし

Description

本発明は、スタティックメモリ、ダイナミックメモリまたはプログラマブルメモリ、およびマイクロプロセッサ等の広範な電子部品における集積回路リードフレーム（仏語でｓｕｐｐｏｒｔ）グリッドの製造のために特に使用可能な鉄ニッケル合金ストリップに関する。

電子部品は、特に集積回路の接続端子を形成するためのグリッドにシリコンチップをエッチングおよび貼り合わせて製造される集積回路を含む。これらのグリッドを構成する合金は、「電子チップ」と名づけられたシリコンチップと適合可能な多数の特性を持ち、良好な条件で電子部品を製造可能でなければならない。特に、合金の熱膨張率をシリコンの熱膨張率よりもわずかに高くして、電子部品の製造方法における熱サイクルの冷却時に、また電子部品の使用中に、電子部品を圧縮保持し、強い機械応力が出ないようにしなければならない。

さらに、合金は、機械強度Ｒｍを十分に大きくして、自動装置による操作時に接続端子が変形しないようにしなければならない。一方では、また、良好な成形性を備えなければならず、すなわち、全体の伸張が５％より大きいことを特徴とする十分な伸張性を有するとともに、弾性限界Ｒ_{ｐ０．２％}とヤング率Ｅとの比率を十分に小さくして、端子の折り曲げ時の弾性的な戻りを少なくすることが必要である。これらの特徴全体によって、成形時の端子のあらゆる損傷を回避できる。

さらに、得られたストリップならびに製造された端子は、カット後だけでなく、製造方法のさまざまな熱サイクルに沿ってずっと、またその使用中にも、できるだけ大きな寸法安定性を有することが必要である。

このような寸法安定性は、グリッドの内部および外部の端子を同一平面上におくためにストリップの残留ひずみを小さくするだけでなく、電子部品の製造に使用される熱処理時の収縮を少なくする段階を経る。そのため、４分間に５００℃の加熱サイクルを受ける長さ１８０ｍｍのストリップの収縮値は、いかなる場合も１５μｍを超えてはならず、すなわち、変形λｒは８・１０^−３％未満とし、最も厳密な電子部品に対して、好適には４・１０^−３％未満としなければならない。

一般に、集積回路リードフレームグリッドは、約４１％のニッケルを含む鉄ニッケル合金であるＮ４２（登録商標）合金で製造される。使用されるストリップは、中間の再結晶焼きなましを伴う一連の冷間圧延操作を含む標準的な製造方法により得られ、最終操作は、冷間加工率（すなわち厚み減少率）によって機械的な特徴、特に、製造されるグリッドの機械強度Ｒｍを調整可能な、冷間圧延である。しかし、得られたストリップの特性は、折り曲げ性だけでなく寸法安定性に関して、また特に収縮に関して不十分である。実際、よく観察される収縮は、４０・１０^−３％にまで及ぶことがあり、６・１０^−３％未満にはならない。

上記の不都合を解消するために、再結晶温度よりもずっと低い温度で応力除去と呼ばれる最終的な追加熱処理を行ったストリップを使用することが通常行われており、これによって、機械強度を著しく下げることなく残留ひずみと収縮とを低減している。しかし、この処理では、収縮を５・１０^−３％未満に減らすことはできず、また、残留ひずみ全体を低減することはできないので、最も厳しい用途専用のグリッドの場合に寸法安定性の問題が出てくる。

従って、本発明の目的は、集積回路リードフレームグリッドの製造にいっそう適していて、特に従来技術の解決方法に比べて寸法安定性と折り曲げ性とを改善した、鉄ニッケル合金のストリップを提供することにある。

このため、本発明の第一の目的は、
３２≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦４５重量％
０≦Ｃｏ≦６．５重量％
０≦Ｃｒ≦６．５重量％
Ｃｕ≦３重量％
Ｓｉ≦０．５重量％
Ｍｎ≦０．７５重量％
を含み、残りが、鉄と、製錬により生じた不可避の不純物とであり、その微細構造が、再結晶体積率３％〜９７％、厚み０．５ｍｍ未満である、鉄ニッケル合金ストリップから構成される。

実際、発明者は、このような微細構造が、意外にも、提起された各種の技術的な問題全体を解決できることを確認した。

本発明による合金ストリップは、さらに、単独または組み合わせにより選択される以下のような任意の特徴の一つを含むことができる。

−上記微細構造は、薄膜上で透過型電子顕微鏡（ＭＥＴ）により観察可能な最大粒径２０μｍの完全には再結晶されていない粒子を含む。

−ストリップの機械強度Ｒｍが５４０ＭＰａ〜７５５ＭＰａである。

−ストリップの機械強度Ｒｍが５４０ＭＰａ〜６００ＭＰａであり、再結晶体積率が３％〜９７％で、好適には４５％〜９５％である。

−ストリップの機械強度Ｒｍが６２０ＭＰａ〜７５５ＭＰａであり、再結晶体積率が３％〜７０％、好適には４０％〜７０％である。

−ストリップの収縮が、５００℃で４分間の試験後、４・１０^−３％以下であり、好適には３・１０^−３％以下である。

本発明の第二の目的は、本発明による鉄ニッケル合金ストリップの製造方法からなり、この方法によれば、次のような連続操作を実施する。

３２≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦４５重量％
０≦Ｃｏ≦６．５重量％
０≦Ｃｒ≦６．５重量％
Ｃｕ≦３重量％
Ｓｉ≦０．５重量％
Ｍｎ≦０．７５重量％
を含み、残りが、鉄と、製錬により生じた不可避の不純物とである、鉄ニッケル合金のインゴット、ビレット、またはスラブを供給する操作と、
熱間加工してストリップを得るための操作と、
第一の冷間圧延操作でストリップを冷却してから、場合によっては、全面的に再結晶したストリップを得るために、冷間圧延されたストリップに焼きなまし熱処理を施して、第二の冷間圧延操作を行って、場合によっては、目標とする厚みを得るまでこの二つの操作を繰り返す操作と、および、
得られたストリップに、部分的な再結晶の最終熱処理を行って、再結晶体積率が３％〜９７％のストリップを得るための操作とを含む。

本発明によるストリップを構成する鉄ニッケル合金は、３２重量％〜４５重量％、好適には３８重量％〜４３重量％、さらに好適には４０重量％〜４２重量％のニッケルと、累積含有量が１％未満のＣｕ、Ｃｏ、およびＣｒとを組み合わせて含む。

ニッケルは、最大６．５％程度、好適には４．５％程度のコバルトに部分的に代えてもよく、コバルトの最低含有量は０％とすることができる。

成分は、腐蝕抵抗と、空気酸化抵抗とを改善するために、３％まで銅を含むことができるが（最低含有量は０％か、または微量）、熱膨張率を劣化させないようにするには、この含有量を超えてはならない。

成分のクロム含有率は、ニッケル含有量を調整しながら６．５重量％まで上げられるが、この含有率を超えてはならず、これを超えると、熱膨張率が劣化する。好適には、５．５重量％を超えないようにする。この元素の添加によって、グリッドの端子の錫めっき段階および蝋付け段階の間、特に、合金の腐食抵抗と酸化抵抗とを改善できる。

ニッケル、コバルト、銅、およびクロムの含有量は、２０℃と、２０℃〜３００℃のあらゆる温度との間で、３．５・１０^−６から６．５・１０^−６／Ｋの熱膨張率を得るように選択される。

成分は、また０．５％までのシリコンと、０．７５％までのマンガンとを含み、これらは、様々な程度の（ｄｅｌａｎｕａｎｃｅ）脱酸を行うために、場合によっては製錬時に導入される。これらの元素の最低含有量は微量である。

成分の残りは、鉄と、製錬によって生じる不可避の不純物とからなる。

本発明による合金は、精錬段階の後に、たとえば加熱鍋で冶金ステップが行われるアーク電気炉で製錬可能である。また、真空誘導炉もしくは他のあらゆる適切な方法で同様に製錬可能である。

その後、合金は、インゴット、ビレット、スラブ、または再溶融電極等の半製品として鋳込まれる。合金が再溶融電極として鋳込まれる場合、再溶融電極は、より高い純度を得るとともに、より均質な半製品を得るために、真空で、または導電性スラグで鋳直される。

半製品は、その断面に応じて、９５０℃以上、好適には１０５０℃以上、好適には１３００℃未満の温度により、１回または２回の操作で熱間加工され、厚みが一般に２ｍｍ〜６ｍｍ、好適には２．５ｍｍ〜５ｍｍの高温ストリップを得る。熱間加工操作は、分塊圧延および／または熱間圧延を含むことができ、必要であれば９５０℃〜１３００℃の均質化熱処理を施してもよい。この熱処理は、数分から数時間続けることができる。熱間加工後、得られたストリップは、室温に近い温度まで冷却される。

薄いストリップの連続鋳込みにより同等のストリップを直接得ることも可能であり、その場合、この方法は、場合によっては直線の熱間圧延を含む。

冷却されたストリップに対しては、その後、第一の冷間圧延操作を実施して、たとえば厚さ１ｍｍ〜２ｍｍのストリップを得る。この操作は、１回または複数回の連続パス（仏語でｐａｓｓｅ）で実施可能である。

第一の冷間圧延操作後、全体的な再結晶焼きなましからなる熱処理をストリップに行うことができる。この熱処理は、７００℃を超える温度で１０分間から数時間にわたってスタティック炉で実施するか、あるいは、好適には不活性雰囲気または還元雰囲気のもと、炉の保持領域で好適には８００度を超える温度で、数秒から約１分間にわたって連続焼きなまし炉にて実施可能である。処理温度に関して時間を調整するこうした熱処理の終了時に、ストリップは完全に再結晶化されるので、後段の冷間加工のために改めて引き伸ばしができる延性の合金が得られる。

また、上記のような全体的な再結晶焼きなましを行わずに、冷間圧延操作を１回だけ行ってから、部分的な再結晶の最終的な熱処理を実施することによっても同様に、本発明によるストリップを製造可能である。

全体的な再結晶焼きなましを行う場合、最終的な厚みがたとえば０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍのストリップを得るために第二の冷間圧延操作を行う。この操作は、一回または複数回の連続パスにより実施可能である。

第二の冷間圧延操作後、冷間圧延と、それに続く全体的な再結晶焼きなましとからなる熱サイクルを一回または複数回繰り返してもよいし、あるいは、合金ストリップに対して目標とされる最終厚みに応じて、部分的な再結晶の最終熱処理をストリップに直接実施してもよい。

部分的な再結晶の熱処理は、好適には不活性雰囲気または還元雰囲気のもとで、６５０℃〜８２５℃の温度Ｔで１２０秒未満の時間にわたって、好適には６６０℃を超える温度で６０秒未満の時間にわたって、好適には通過炉内を次々と移動させて実施される。特に、熱処理温度は、好適には、２０秒未満の時間にわたって６９５℃を超え、さらに好適には、１０秒未満の時間にわたって７１０℃を超える。一般に、本発明による時間ｔ（単位：秒）および熱処理温度Ｔ（単位：℃）は、次の等式により関係付けられる。

Ｔ＝７７５−２７ｌｎ（ｔ）
このとき、精度は±１５℃である。

比較として、従来技術による熱処理は、次の等式に従う。

Ｔ＝７００−２７ｌｎ（ｔ）
このとき、精度は±１５℃である。

本発明により得られた微細構造は混合構造であり、特に、回復された粒子と、部分的に再結晶化した粒子とを含む。

これは、特に、添付図により示される。

従来技術により冷間加工された合金ストリップの薄膜で、透過型電子顕微鏡（ＭＥＴ）により観察された微細構造を示す図である。本発明による合金ストリップの薄膜で、ＭＥＴにより観察された微細構造を示す図である。従来技術により全体的に再結晶化された合金ストリップの薄膜で、ＭＥＴにより観察された微細構造を示す図である。

図１を参照すると、焼きなまし熱処理と、２５％の冷間加工による最終冷間圧延とで終了する従来の方法で得られた冷間ストリップの微細構造がみられる。図では、転位密度が高いことが分かる。このストリップの再結晶体積率は０％である。

再結晶体積率Ｆｖｒは、特に、次の等式により決定可能である。

Ｆｖｒ＝１００×（Ｒ_ｍ ^０−Ｒ_ｍ）／（Ｒ_ｍ ^０−５２５）
ここで、
Ｒｍ^０：冷間加工状態におけるストリップの機械強度、
Ｒｍ：部分的な再結晶処理後のストリップの機械強度である。

図１のストリップの場合、ストリップは部分的な再結晶の最終熱処理を施されていないので、機械強度Ｒｍは、Ｒｍ^０に等しく、従って、再結晶体積率はゼロである。

図２に示された微細構造は、部分的な再結晶の最終的な熱処理で終了する本発明の方法で得られた、本発明の実施形態によるストリップに対応する。回復粒子（セル構造）が、部分的な再結晶粒子（転位のない構造）で囲まれていることが観察される。

この実施形態は、機械強度Ｒｍが５４０ＭＰａ〜６００ＭＰａの「１／４硬度」と呼ばれる商業品質に対応する。その再結晶体積率は８５％であり、熱処理後の機械強度Ｒｍは５６５ＭＰａ、熱処理前の機械強度Ｒｍ^０は、７９５ＭＰａ（＋／−１０ＭＰａ）である。

また、機械強度Ｒｍが６２０ＭＰａ〜７５５ＭＰａである「１／２硬度」と呼ばれる別の商品品質が存在し、本発明によれば、特に、再結晶体積率を３％〜７０％の範囲で調節することによって、この品質を得られる。標準的な再結晶体積率は５０％であり、熱処理後の６６０ＭＰａの機械強度Ｒｍと、熱処理前の７９５ＭＰａ（＋／−１０ＭＰａ）の機械強度Ｒｍ^０とに対応する。

図３に示した微細構造は、全体的な再結晶の最終熱処理で終了する従来の方法で得られた、従来技術による合金ストリップである。従って、再結晶体積率は１００％である。

熱応力を除去したストリップの微細構造は、図１の冷間加工状態のストリップと区別されない。その再結晶体積率は、非常に０％に近く、いずれにしても３％よりずっと低い。

例１−寸法安定性
１．１．収縮試験
ニッケル４１％、コバルト０．０５％、シリコン０．１５％、マンガン０．５０％、銅０．０５％を含み、残りは鉄である同一の合金成分から、厚み０．１ｍｍの一連の試料を製造した。

シリーズＡと呼ばれる第一の試料区分は、１０％〜２５％の冷間加工を伴う冷間圧延で終了する従来技術の一般的な方法に従って製造された。

シリーズＡ’と呼ばれる第二の試料区分は、６秒間、温度６５０℃の応力除去熱処理で終了する従来技術の一般的な方法に従って製造された。

シリーズＢと呼ばれる第三の試料区分は、１０秒未満の間、温度７００℃〜７８０℃で、通過炉内を次々と移動させて実施される部分的な再結晶の最終的な熱処理を実施することにより、本発明に従って製造された。

収縮試験は、３０×２００ｍｍの帯で実施される。これは、次の３段階からなる。

（ａ）約１８０ｍｍ離れた微小硬度の２個のくぼみ（ｅｍｐｒｅｉｎｔｅ）を製造し、電動台板を備えた光学顕微鏡により（ｘ、ｙ、ｚ方向の移動精度−０．１μｍ）、２個のくぼみ間の相互距離Ｌ_０（＋／−２μｍ）を測定する。

（ｂ）アルゴン下で４分間、５００℃で帯を熱処理する。

（ｃ）処理後、２個のくぼみ間の相互距離Ｌ_１を測定し、収縮を計算する。

λｒ＝（Ｌ_０−Ｌ_１）／Ｌ_０
測定結果を下表にまとめた。

本発明によるストリップの収縮レベルは、この測定方法による検出限度で従来技術により得られた値よりもずっと低い。

１．２．片面の化学腐食後の湾曲試験
化学腐食または他の方法による片面の厚み減少に応じた薄いストリップの湾曲面の変化は、薄い製品の厚みに存在する残留ひずみレベルを特徴付ける通常の方法である。

この技術を、室温で過塩化鉄溶液（４８℃で４１．５ボーメ度、ｐＨ＝０．８の溶液）による片面化学腐食に適用した。観察される湾曲は、幅１０ｍｍの帯で圧延方向のレーザ距離測定により、５０ｍｍの弦のたわみを測定して決定された。

結果を表２にまとめた。

シリーズＢの試料は、シリーズＡおよびシリーズＡ’の試料と違って、たわみが全くないことが確認できる。横方向の湾曲測定でも同じ結果が観察された。

従って、本発明による試料の寸法安定性は優れている。

例２折り曲げ性
２．１．Ｒ_{ｐ０．２％}／Ｅの比率
例１で定義した３つのシリーズの試料Ａ、Ａ’、Ｂを再び使用して、それらの弾性限度Ｒ_{ｐ０．２％}、ヤング率Ｅ、機械強度を測定し、再結晶体積率を決定する。

得られた結果を表３にまとめた。

本発明によるシリーズＢは、シリーズＡに比べてＲ_{ｐ０．２％}／Ｅの比率が２０％〜３０％減少し、シリーズＡ’に比べて１０％〜２０％減少したことが確認できる。そのため、折り曲げ性は、著しく改善されている。

２．２．全体伸張率Ａｔ％
偏平牽引により実施された全体伸張率の測定を、例１で定義されたシリーズＡ、Ａ’、Ｂの試料で実施した。

目標とされた機械強度値Ｒｍに対して、本発明による試料の全体伸張率は、従来技術による試料の伸張率よりも大きいことが確認される。

Claims

３２≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦４５重量％
０≦Ｃｏ≦６．５重量％
０≦Ｃｒ≦６．５重量％
Ｃｕ≦３重量％
Ｓｉ≦０．５重量％
Ｍｎ≦０．７５重量％
を含み、残りが、鉄と、製錬により生じた不可避の不純物とであり、その微細構造が、再結晶体積率３％〜９７％、厚み０．５ｍｍ未満である、鉄ニッケル合金ストリップ。
前記微細構造が、薄膜上で透過型電子顕微鏡により観察可能な最大粒径２０μｍの完全には再結晶されていない粒子を含むことを特徴とする、請求項１に記載のストリップ。
ストリップの機械強度Ｒｍが５４０ＭＰａ〜７５５ＭＰａであることを特徴とする、請求項１または２に記載のストリップ。
ストリップの機械強度Ｒｍが５４０ＭＰａ〜６００ＭＰａであり、再結晶体積率が３％〜９７％であることを特徴とする、請求項３に記載のストリップ。
ストリップの機械強度Ｒｍが６２０ＭＰａ〜７５５ＭＰａであり、再結晶体積率が３％〜７０％であることを特徴とする、請求項３に記載のストリップ。
ストリップの収縮が、５００℃で４分間の試験後、４・１０^−３％以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストリップ。
３２≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦４５重量％
０≦Ｃｏ≦６．５重量％
０≦Ｃｒ≦６．５重量％
Ｃｕ≦３重量％
Ｓｉ≦０．５重量％
Ｍｎ≦０．７５重量％
を含み、残りが、鉄と、製錬により生じた不可避の不純物とである、鉄ニッケル合金のインゴット、ビレット、またはスラブを供給する操作と、
熱間加工してストリップを得るための操作と、
第一の冷間圧延操作でストリップを冷却してから、場合によっては、全面的に再結晶したストリップを得るために、冷間圧延されたストリップに焼きなまし熱処理を施して、第二の冷間圧延操作を行って、場合によっては、目標とする厚みを得るまでこの二つの操作を繰り返す操作と、および、
得られたストリップに、部分的な再結晶の最終熱処理を行って、再結晶体積率が３％〜９７％のストリップを得るための操作との、連続操作を行う、請求項１から６のいずれか一項に記載のニッケル鉄合金ストリップの製造方法。
３２≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦４５重量％
０≦Ｃｏ≦６．５重量％
０≦Ｃｒ≦６．５重量％
Ｃｕ≦３重量％
Ｓｉ≦０．５重量％
Ｍｎ≦０．７５重量％
を含み、残りが、鉄と、製錬により生じた不可避の不純物とである、鉄ニッケル合金の薄型ストリップを供給する操作と、
場合によっては、熱間圧延する操作と、
第一の冷間圧延操作でストリップを冷却してから、場合によっては、全面的に再結晶したストリップを得るために、冷間圧延されたストリップに焼きなまし熱処理を施して、第二の冷間圧延操作を行って、場合によっては、目標とする厚みを得るまでこの二つの操作を繰り返す操作と、
得られたストリップに、部分的な再結晶の最終熱処理を行って、再結晶体積率が３％〜９７％のストリップを得るための操作との、連続操作を行う、請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄ニッケル合金ストリップの製造方法。
部分的な再結晶の最終熱処理が、１２０秒以下の時間ｔにわたって６５０℃〜８２５℃の温度Ｔで実施される、請求項７または８に記載の方法。
部分的な再結晶の熱処理温度Ｔ（単位：℃）および前記熱処理の時間ｔ（単位：秒）が、次の等式により関係付けられ、
Ｔ＝７７５−２７ｌｎ（ｔ）
このとき、精度が±１５℃である、請求項７または８に記載の方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄ニッケル合金ストリップのカットおよび成形により得られ、または請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法により得られる、集積回路のリードフレームグリッド。