JP2000038627A - 半導体リードフレーム用銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度、導電性、曲げ加工性、打抜加工性、耐
応力腐食割れ性、製造加工性などに優れた半導体リード
フレーム用銅合金を提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｚｎを５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％未満、
Ｓｎを０．１〜３ｗｔ％含み、残部がＣｕと不可避的不
純物からなる銅合金であって、結晶粒度が５〜３５μｍ
であることを特徴とする。また、この銅合金は、更に、
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよびミッシュメ
タルよりなる群より選ばれた１種又は２種以上を総計で
０．００１〜０．５ｗｔ％含むことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器のリード
材などに使用される銅合金に係り、特に、ＩＣなどの半
導体機器のリード材（リードフレーム材）に好適な銅合
金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体機器のリードフレーム
材としては、鉄系材料の他、電気伝導性および熱伝導性
に優れているＣｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｆｅ系等の銅系材料
も広く用いられている。

【０００３】ところで、前記リードフレーム材などに
は、強度、耐熱性、電気伝導性、および熱伝導性の他、
貴金属（Ａｇなど）めっきや半田めっきが施されるた
め、めっき性、半田接合性、表面平滑性等の特性が重視
される。また、条および板からリードフレームを成型す
る際の寸法精度を確保するために、良好なエッチング性
又は打抜加工性などの成型加工性が要求され、さらに、
価格面で実用的なことも重要である。

【０００４】そして、これらの要求される特性は、近年
の半導体機器の高集積化、小型化、高機能化、低コスト
化に対応して、より厳しくなってきている。特に、近
年、リードフレームの多ピン化、小型化、薄肉化などが
進み、高度な寸法精度を確保するために、良好な成型加
工性を有する材料が強く求められている。

【０００５】リードフレームの成型加工法としては、打
抜加工法が主流であり、近年の技術革新により、多ピン
またはファインピッチのリードフレーム、ピン数は少な
いが多列に加工するマトリックス状のリードフレームな
どが、打抜加工により製造されるようになり、材料の打
抜加工性の重要性が、特に増している。また、打抜加工
は、コスト的にも有利な加工法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のＣｕ−Ｓｎ系合
金およびＣｕ−Ｆｅ系合金は、リードフレーム材として
広く用いられているが、打抜加工性がやや劣るという問
題がある。その改善策として、打抜加工性に優れたＣｕ
−Ｚｎ合金をベースとする合金が、特開平１−１６２７
３７号公報や特開平５−３６８７８号公報に開示されて
いる。

【０００７】しかし、前者の特開平１−１６２７３７号
公報に開示されたＣｕ−Ｚｎ合金は、応力腐食割れが発
生し易く、また、１００ピン以上の多ピンリードフレー
ムでは十分な打抜加工性が得られないという問題があ
り、後者の特開平５−３６８７８号公報に開示されたＣ
ｕ−Ｚｎ合金は、表面にＮｉ／Ｐｄめっきを施して応力
腐食割れを改善したものであるが、リードを曲げ加工す
るとＮｉめっき層に亀裂が入って応力腐食割れが生じる
という問題点がある。

【０００８】本発明は、このような事情の下になされ、
強度、導電性、曲げ加工性、打抜加工性、耐応力腐食割
れ性、製造加工性などに優れた半導体リードフレーム用
銅合金を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、Ｚｎを５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％未満、
Ｓｎを０．１〜３ｗｔ％含み、残部がＣｕと不可避的不
純物からなる銅合金であって、結晶粒度が５〜３５μｍ
であることを特徴とする半導体リードフレーム用銅合金
を提供する。

【００１０】また、本発明は、Ｚｎを５ｗｔ％以上、１
０ｗｔ％未満、Ｓｎを０．１〜３ｗｔ％、Ｐｂ、Ｂｉ、
Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよびミッシュメタルよりなる
群より選ばれた１種又は２種以上を総計で０．００１〜
０．５ｗｔ％含み、残部がＣｕと不可避的不純物からな
る銅合金であって、結晶粒度が５〜３５μｍであること
を特徴とする半導体リードフレーム用銅合金を提供す
る。

【００１１】更に、本発明は、Ｚｎを５ｗｔ％以上、１
０ｗｔ％未満、Ｓｎを０．１〜３ｗｔ％、Ｐｂ、Ｂｉ、
Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒおよびミッシュメタルよりなる
群より選ばれた１種又は２種以上を総計で０．００１〜
０．５ｗｔ％含み、更に、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、ＡｇおよびＭｇよりなる群より
選ばれた１種又は２種以上を総計で０．００１〜１ｗｔ
％含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金で
あって、結晶粒度が５〜３５μｍであることを特徴とす
る半導体リードフレーム用銅合金を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】第１の発明に係る銅合金は、Ｃｕ
−Ｚｎ系合金をベースとし、Ｃｕ−Ｚｎ系合金の欠点で
ある応力腐食割れを、Ｓｎを適量添加することと、結晶
粒度を適正に制御することにより改善したものである。
また、Ｓｎは強度向上に、また結晶粒度の適正化は曲げ
加工性の改善にも寄与する。

【００１３】第１の発明に係る銅合金おいて、Ｚｎは打
抜加工時のバリの発生やリードの捩じれを極めて少なく
して、打抜加工性を向上させるという作用を示す。Ｚｎ
の含有量を５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％未満に規定する理
由は、５ｗｔ％未満ではその添加効果が十分には得られ
ず、１０ｗｔ％以上では導電率の低下が著しいためであ
る。好ましいＺｎの含有量は、６〜９．５ｗｔ％であ
る。

【００１４】Ｓｎは、強度向上および耐応力腐食割れ性
の改善に寄与する。Ｓｎの含有量を０．１〜３ｗｔ％に
規定する理由は、０．１ｗｔ％未満ではその添加効果が
十分には得られず、３ｗｔ％を越えると導電性および熱
間加工性が低下するためである。好ましいＳｎの含有量
は、０．３〜２ｗｔ％である。

【００１５】第１の発明に係る銅合金において、結晶粒
度を５〜３５μｍに規定する理由は、結晶粒度が５μｍ
未満でも３５μｍを越えても、その曲げ加工性および耐
応力腐食割れ性の改善効果が十分に得られないためであ
る。好ましい結晶粒度は、５〜２０μｍである。なお、
本発明に係る銅合金において、結晶粒度はＪＩＳ−Ｈ０
５０１に準じて決定される。

【００１６】第２の発明に係る銅合金において、Ｐｂ、
Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒ、ミッシュメタルは、打
抜加工性の向上に寄与する。これら元素の１種または２
種以上の含有量を総計で０．００１〜０．５ｗｔ％に規
定する理由は、０．００１ｗｔ％未満ではその添加効果
が十分に得られず、０．５ｗｔ％を越えると熱間加工性
が低下するためである。これらの元素の好ましい含有量
は、０．００５〜０．５ｗｔ％である。

【００１７】第３の発明に係る銅合金において、Ｎｉ、
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍ
ｇは、合金強度を高めることにより打抜加工性を改善す
る作用を示す。これら元素の１種または２種以上の含有
量を総計で０．００１〜１ｗｔ％に規定するのは、０．
００１ｗｔ％未満ではその添加効果が十分に得られず、
１ｗｔ％を越えると導電率および熱間加工性が著しく低
下するためである。これらの元素の好ましい含有量は、
０．００５〜０．８ｗｔ％である。

【００１８】本発明に係る銅合金において、リードフレ
ーム材や端子材の強度および耐熱性の向上に有効な添加
元素として、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｂｅ、Ｎ
ｂ、Ｐｂ、Ｂ、Ｐ、Ｃなどが挙げられる。その添加量
は、合金の導電率を大幅に低下させない範囲、例えば
０．００１〜１ｗｔ％であるのが望ましい。

【００１９】また、合金の溶解鋳造時に混入するＯおよ
びＳの含有量を５０ｐｐｍ以下にすると、めっき性、半
田性接合性、半田漏れ性などの表面特性を良好に保持す
ることが出来る。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例を示し、本発明につい
てより具体的に説明する。 （実施例）下記表１に示す組成の２０種の合金（Ｎｏ．
１〜２０）を高周波溶解炉により溶解し、これを６℃／
秒の冷却速度で鋳造して、厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍ
ｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を得た。この鋳塊を８５０℃
で熱間圧延し、厚さ１２ｍｍの熱間圧延材にした。次
に、この熱間圧延材を厚さ９ｍｍに両面面削して酸化皮
膜を除去し、次いで、厚さ１．２ｍｍに冷間圧延したの
ち、不活性ガス雰囲気中で５３０℃で１時間焼鈍した。
その後、厚さ０．２１ｍｍに冷間圧延したのち、不活性
ガス中で５３０℃で１時間焼鈍し、更に、厚さ０．１５
ｍｍの板材に仕上げ圧延し、２０種の板材試料を得た。

【００２１】

【表１】

【００２２】（比較例１）下記表２に示す組成の５種の
合金（Ｎｏ．２１〜２５）を、実施例１と同じ方法によ
り板材に加工した。

【００２３】（比較例２）下記表２に示す組成の２種の
合金（Ｎｏ．２６、２７）を、焼鈍条件及び加工率を変
更し、板材に加工した。

【００２４】（従来例１）下記表２に示す組成の合金
（Ｎｏ．２８）を、実施例１と同じ方法により板材に加
工した。

【００２５】

【表２】

【００２６】以上のようにして得られた各々の板材試料
について、（１）結晶粒度、（２）引張強さ（ＴＳ）、
（３）導電率（ＥＣ）、（４）曲げ加工性、（５）打抜
加工性、（６）耐応力腐食割れ性を下記方法により調べ
た。その結果を下記表３、表４に示す。なお、下記表
３、表４では、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｒ、
ミッシュメタルからなる群の元素は第一群添加元素、Ｎ
ｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａ
ｇ、Ｍｇからなる群の元素は第二群添加元素と記した。

【００２７】各特性の測定法は次の通りである。 （１）結晶粒度：結晶組織を光学顕微鏡（２００倍）に
より観察し、ＪＩＳ−Ｈ０５０１の切断法に準じて測定
した。

【００２８】（２）引張強さ（ＴＳ）：ＪＩＳ−Ｚ２２
４１に準じて測定した。 （３）導電率（ＥＣ）：ＪＩＳ−Ｈ０５０５に準じて測
定した。 （４）曲げ加工性：板材を幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ
（長さ方向と圧延方向が平行）に切出し、これに曲げ半
径０．１ｍｍでＷ曲げし、曲げ部における割れの有無を
５０倍の光学顕微鏡で目視観察した。割れおよび肌荒れ
の無いものを○、肌荒れが生じたものを△、割れが生じ
たものを×と評価した。

【００２９】（５）打ち抜き性：板材にＳＫＤ１１製金
型で１ｍｍ×５ｍｍの角穴を開け、５００１回目から１
００００回目までの打抜分からサンプルを２０個無作為
に抽出し、サンプルの厚さｂに対する破断部割合（ａ／
ｂ）×１００％を求めた。この破断部割合は打抜加工性
の目安の一つとされ、この割合が大きい程、打抜加工性
は良好で、打抜での歩留まりが高く、かつ加工が精密に
行えると評価される。

【００３０】（６）耐応力腐食割れ性（耐ＳＣＣ性）：
板材から幅８ｍｍ、長さ５０ｍｍ（長さ方向と圧延方向
が平行）の引張試験片を切出し、これをＪＩＳ−Ｃ８３
０６に準拠するアンモニア雰囲気に曝露した。このサン
プルの両端に２０ｋｇｆ／ｍｍ² の定荷重をかけ、破断
までの時間を測定した。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】上記表３、表４から明らかなように、本発
明例の試料Ｎｏ．１〜２０は、いずれも、総ての特性に
おいて優れている。これに対し、比較例の試料Ｎｏ．２
１はＺｎが少ないため、従来例の試料Ｎｏ．２８はＳｎ
が添加されていないため、いずれも引張強さが低く、打
抜加工性が悪化していた。また、比較例の試料Ｎｏ．２
２〜２５はＺｎ、Ｓｎ、第一添加元素、または第二添加
元素のいずれかが多いため、製造加工性に劣り、特に、
試料Ｎｏ．２４は熱延割れがひどく、製造することがで
きなかった。また、試料Ｎｏ．２６、２７は焼鈍条件が
適正でなく、結晶粒度が本発明の規格値外となり、曲げ
加工性が低下した。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳細に述べたように、本発明の半
導体リードフレーム用銅合金は、打抜加工性に優れたＣ
ｕ−Ｚｎ合金をベースとし、これにＳｎなどを適量添加
するとともに、結晶粒度を制御して、耐応力腐食割れ性
などを改善したものであり、強度、導電性、曲げ加工
性、打抜加工性、耐応力腐食割れ性、製造加工性などに
優れ、工業上顕著な効果を奏する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｚｎを５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％未満、Ｓ
   ｎを０．１〜３ｗｔ％含み、残部がＣｕと不可避的不純
   物からなる銅合金であって、結晶粒度が５〜３５μｍで
   あることを特徴とする半導体リードフレーム用銅合金。
2. 【請求項２】Ｚｎを５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％未満、Ｓ
   ｎを０．１〜３ｗｔ％、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ
   ａ、Ｓｒおよびミッシュメタルよりなる群より選ばれた
   １種又は２種以上を総計で０．００１〜０．５ｗｔ％含
   み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であっ
   て、結晶粒度が５〜３５μｍであることを特徴とする半
   導体リードフレーム用銅合金。
3. 【請求項３】Ｚｎを５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％未満、Ｓ
   ｎを０．１〜３ｗｔ％、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ
   ａ、Ｓｒおよびミッシュメタルよりなる群より選ばれた
   １種又は２種以上を総計で０．００１〜０．５ｗｔ％含
   み、更に、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍ
   ｎ、Ａｌ、ＡｇおよびＭｇよりなる群より選ばれた１種
   又は２種以上を総計で０．００１〜１ｗｔ％含み、残部
   がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、結晶
   粒度が５〜３５μｍであることを特徴とする半導体リー
   ドフレーム用銅合金。