JP2000311980A - Lead frame and semiconductor device - Google Patents

Lead frame and semiconductor device

Info

Publication number
JP2000311980A
JP2000311980A JP11121283A JP12128399A JP2000311980A JP 2000311980 A JP2000311980 A JP 2000311980A JP 11121283 A JP11121283 A JP 11121283A JP 12128399 A JP12128399 A JP 12128399A JP 2000311980 A JP2000311980 A JP 2000311980A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead frame
particles
metal
thermal expansion
compound particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11121283A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Saito
隆一 齋藤
Yasuo Kondo
保夫 近藤
Yoshihiko Koike
義彦 小池
Junya Kaneda
潤也 金田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP11121283A priority Critical patent/JP2000311980A/en
Publication of JP2000311980A publication Critical patent/JP2000311980A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49171Fan-out arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a low thermal expansion, high thermal conductivity lead frame excellent in deformation, and a semiconductor device employing it, by dispersing a specified ratio of compound particles as a mass of intricate shape where a plurality of particles are coupled. SOLUTION: Electrolytic Cu powder and Cu2O powder are employed as material powder, mixed at a specified ratio, injected into a die and cold pressed to produce a preliminary molding which is then sintered in an argon atmosphere. Cu2O aggregates in mixing process and swells in sintering process but the grain size is 50 μm or less and a fine texture is provided where Cu phase and Cu2O phase are dispersed uniformly. 95% or more of Cu2O particles, in cross-sectional area rate, are dispersed as a mass of irregular shape where a plurality of particles are coupled. Consequently, excellent workability is provided and the shape can be imparted easily.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は新規なリードフレー
ム及び半導体装置に関する。
The present invention relates to a novel lead frame and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、リードフレーム材料には大別して
鉄系合金と銅系合金がある。熱膨張特性の点からみる
と、鉄系合金(42合金,コバール)は熱膨張係数が小
さく、シリコンやセラミックスとの整合性に優れてお
り、一方銅系合金は熱膨張係数が大きく、レジンとの整
合性に優れているという特徴がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, lead frame materials are roughly classified into iron-based alloys and copper-based alloys. From the viewpoint of thermal expansion characteristics, iron-based alloys (42 alloy, Kovar) have a low coefficient of thermal expansion and are excellent in compatibility with silicon and ceramics, while copper-based alloys have a large coefficient of thermal expansion, and Is characterized by having excellent consistency.

【0003】代表的な鉄系合金をASTME15 およびF30
はいずれもオーステナイト(面心立方晶)系の合金であ
る。
[0003] Representative iron-based alloys are ASTME15 and F30.
Are all austenitic (face-centered cubic) alloys.

【0004】F15の鉄・ニッケル・コバルト合金は通
称をコバールと言い、シリコンとの熱膨張特性の整合性
が最も優れた材料であるため、リードフレーム材料に使
われてきた。その後、コバルトの価格が高騰したのを契
機に、リードフレーム材料の主流は鉄・ニッケルの42
合金に移行したが、コバールはセラミックスとの熱膨張
特性の整合性も良いことから、現在でも一部でセラミッ
クスパッケージ用に使われている。
[0004] The iron-nickel-cobalt alloy of F15 is commonly called kovar, and has been used as a lead frame material because it is the material having the best matching of thermal expansion characteristics with silicon. After that, as the price of cobalt soared, the mainstream of leadframe materials was 42% of iron and nickel.
Although Kovar has been changed to an alloy, Kovar is still used in some ceramic packages even now because of its good matching of thermal expansion characteristics with ceramics.

【0005】一方、電子回路を1つの半導体チップ上に
集積させた集積回路(IC)は、その機能に応じたメモ
リー,ロジック,マイクロプロセッサ等に分類される。
ここでは電力用半導体素子に対し、電子用半導体素子と
呼ぶ。これらの半導体素子は、年々集積度や演算速度が
増加し、それに伴い発熱量も増大している。ところで、
一般に電子用半導体素子は、外気から遮断して故障や劣
化を防止する目的で、パッケージ内に収納されている。
この多くは、半導体素子がセラミックスにダイボンディ
ングされ、密封されているセラミックスパッケージ及び
樹脂で封止されているプラスチックパッケージである。
また、高信頼性,高速化に対応するために、複数個の半
導体装置を1つの基板上に搭載したマルチチップモジュ
ール(MCM)も製造されている。
On the other hand, integrated circuits (ICs) in which electronic circuits are integrated on a single semiconductor chip are classified into memories, logics, microprocessors, and the like according to their functions.
Here, the power semiconductor element is called an electronic semiconductor element. The degree of integration and the operation speed of these semiconductor elements have been increasing year by year, and accordingly, the amount of heat generated has also increased. by the way,
In general, an electronic semiconductor element is housed in a package for the purpose of shutting it off from the outside air and preventing failure and deterioration.
Many of these are a ceramic package in which a semiconductor element is die-bonded to ceramics and sealed, and a plastic package in which the semiconductor element is sealed with resin.
Further, in order to cope with high reliability and high speed, a multi-chip module (MCM) in which a plurality of semiconductor devices are mounted on one substrate is also manufactured.

【0006】プラスチックパッケージは、リードフレー
ムと半導体素子の端子がボンディングワイヤにより接続
され、これを樹脂で封止する構造になっている。近年
は、半導体素子の発熱量の増大に伴い、リードフレーム
に熱放散性を持たせたパッケージや熱放散のための放熱
板を搭載するパッケージも出現している。熱放散のため
には、熱伝導率の大きい銅系のリードフレームや放熱板
が多用されているが、Siとの熱膨張差による不具合が
懸念されている。
The plastic package has a structure in which a lead frame and terminals of a semiconductor element are connected by a bonding wire, and this is sealed with a resin. In recent years, with an increase in the amount of heat generated by a semiconductor element, a package in which a lead frame has heat dissipation properties and a package in which a heat dissipation plate for heat dissipation is mounted have appeared. For heat dissipation, a copper-based lead frame or a heat radiating plate having a large thermal conductivity is often used, but there is a concern about a problem due to a difference in thermal expansion from Si.

【0007】一方、セラミックスパッケージは、配線が
プリントされたセラミックス基板上に半導体素子が搭載
され、金属やセラミックスのキャップで密封する構造を
持つ。さらに、セラミックス基板にはCu−MoやCu
−Wの複合材料あるいはコバール合金などが接合され、
放熱板として用いられているが、それぞれの材料におい
て低熱膨張化あるいは高熱伝導化とともに加工性の向
上,低コストが要求されている。
On the other hand, the ceramic package has a structure in which a semiconductor element is mounted on a ceramic substrate on which wiring is printed, and is sealed with a metal or ceramic cap. Furthermore, Cu-Mo or Cu
-W composite material or Kovar alloy is joined,
Although it is used as a heat radiating plate, each material is required to have low thermal expansion or high thermal conductivity as well as improved workability and low cost.

【0008】MCMはSi,金属、あるいはセラミック
スの基板上に形成された薄膜配線に複数個の半導体素子
をベアチップで搭載し、これをセラミックスパッケージ
に入れ、リッドで封止する構造を持つ。放熱性が要求さ
れる場合には、パッケージに放熱板や放熱フィンを設置
する。金属製の基板材料として、銅やアルミニウムが使
用されており、これらは熱伝導度が高いという長所を持
つが、熱膨張係数が大きく半導体素子との整合性が悪
い。このため、高信頼性MCMの基板にはSiや窒化ア
ルミニウム(AlN)が用いられている。また、放熱板
はセラミックスパッケージと接合されるため、熱膨張率
の点でパッケージ材料と整合性が良く、熱伝導率が大き
な材料が望まれている。
The MCM has a structure in which a plurality of semiconductor elements are mounted on a thin film wiring formed on a substrate made of Si, metal, or ceramics by a bare chip, placed in a ceramics package, and sealed with a lid. When heat dissipation is required, a heat sink or a heat dissipation fin is installed on the package. Copper or aluminum is used as a metal substrate material, which has the advantage of high thermal conductivity, but has a large coefficient of thermal expansion and poor compatibility with semiconductor elements. For this reason, Si or aluminum nitride (AlN) is used for the substrate of the highly reliable MCM. Further, since the heat radiating plate is bonded to the ceramic package, a material having good compatibility with the package material in terms of the coefficient of thermal expansion and having a large thermal conductivity is desired.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、半導体
素子を搭載した半導体装置は、いずれもその動作におい
て熱を発生し、蓄熱されると半導体素子の機能を損ねる
恐れがある。このため、発生する熱を外部に放散するた
めの熱伝導性に優れた放熱板が必要となる。放熱板は、
直接あるいは絶縁層を介して半導体素子と接合されるた
め、熱伝導性だけでなく、熱膨張の点でも半導体素子と
の整合性が要求される。
As described above, any semiconductor device having a semiconductor element mounted thereon generates heat during its operation, and if stored, the function of the semiconductor element may be impaired. Therefore, a heat radiating plate having excellent thermal conductivity for dissipating generated heat to the outside is required. The heat sink is
Since the semiconductor element is bonded directly or via an insulating layer, the semiconductor element is required to have not only thermal conductivity but also thermal expansion.

【0010】現在用いられている半導体素子は、主にS
i及びGaAsである。これらの熱膨張係数は、それぞ
れ2.6×10-6〜3.6×10-6/℃,5.7×10-6
〜6.9×10-6/℃である。これらに近い熱膨張係数を
もつ放熱板材料には、従来よりAlN,SiC,Mo,
W,Cu−W等が知られているが、これらは単一材料で
あるため、熱伝達係数と熱伝導率を任意にコントロール
することは困難であるとともに、加工性に乏しくコスト
が高いという問題がある。特開平8−78578号公報にはC
u−Mo焼結合金,特開平9−181220 号公報にはCu−
W−Ni焼結合金,特開平9−209058 号公報にはCu−
SiC焼結合金,特開平9−15773号公報にはAl−Si
Cが提案されている。これらの従来公知の複合材は、両
成分の比率を変えることによって熱伝達係数及び熱伝導
率を広範囲にコントロールできるが、塑性加工性が低
く、薄板の製造が困難であり、更に製造工程が多くなる
ものである。
Currently used semiconductor elements are mainly S
i and GaAs. These thermal expansion coefficients, respectively 2.6 × 10 -6 ~3.6 × 10 -6 /℃,5.7×10 -6
6.9 × 10 −6 / ° C. Heat sink materials having a thermal expansion coefficient close to these include AlN, SiC, Mo,
Although W, Cu-W, etc. are known, since these are single materials, it is difficult to arbitrarily control the heat transfer coefficient and the thermal conductivity, and the workability is poor and the cost is high. There is. JP-A-8-78578 discloses C
A u-Mo sintered alloy is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-181220.
W-Ni sintered alloy is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-209058.
SiC sintered alloys are disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-15773.
C has been proposed. These conventionally known composite materials can control the heat transfer coefficient and the thermal conductivity over a wide range by changing the ratio of both components, but have low plastic workability, it is difficult to manufacture a thin plate, and the number of production steps is large. It becomes.

【0011】本発明の目的は、低熱膨張・高熱伝導性
で、かつ塑性加工性に優れたリードフレーム及びそれを
用いた半導体装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a lead frame having low thermal expansion, high thermal conductivity, and excellent plastic workability, and a semiconductor device using the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属と該金属
よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有するリ
ードフレームであって、前記化合物粒子は断面の面積率
で前記粒子の全体の95%以上が複数個の粒子が互いに
連なった複雑形状の塊となって分散していることを特徴
とする。
According to the present invention, there is provided a lead frame having a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the compound particles have a cross-sectional area ratio of the whole of the particles. 95% or more are characterized in that a plurality of particles are dispersed as a complex-shaped mass in which they are connected to each other.

【0013】本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数
が小さい無機化合物粒子とを有するリードフレームであ
って、前記化合物粒子は単独で存在する粒子の数が断面
で100μm平方内に100個以下であり、残りの前記
化合物粒子は複数個の粒子が互いに連なった複雑形状の
塊となって分散していることを特徴とする。
The present invention provides a lead frame having a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the number of the compound particles alone is 100 per 100 μm square in cross section. In the following, the remaining compound particles are characterized in that a plurality of particles are dispersed in the form of a complex-shaped mass connected to each other.

【0014】本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数
が小さい無機化合物粒子とを有するリードフレームであ
って、前記化合物粒子はヴィッカース硬さが300以下
であることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a lead frame including a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the compound particles have a Vickers hardness of 300 or less.

【0015】本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数
が小さい無機化合物粒子とを有するリードフレームであ
って、20℃での熱伝導率1W/m・K当りの20〜1
50℃での平均熱膨張係数の増加率が0.025〜0.0
35ppm/℃ であることを特徴とする。
The present invention relates to a lead frame comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the lead frame has a thermal conductivity at 20 ° C. of 20 to 1 per 1 W / m · K.
The rate of increase of the average coefficient of thermal expansion at 50 ° C. is 0.025 to 0.0.
35 ppm / ° C.

【0016】本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数
が小さい無機化合物粒子とを有するリードフレームであ
って、前記化合物粒子は複数個の粒子が互いに連なり塊
となって分散しており、前記塊は塑性加工によって伸ば
された方向に延びていることを特徴とする。
The present invention is a lead frame comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the compound particles are composed of a plurality of particles connected to each other and dispersed as a lump, The lump extends in a direction extended by plastic working.

【0017】本発明は、銅と、酸化銅,酸化アルミニウ
ム及び酸化珪素の少なくとも1つの粒子を含むことを特
徴とするリードフレームにある。
According to the present invention, there is provided a lead frame comprising copper and at least one particle of copper oxide, aluminum oxide and silicon oxide.

【0018】本発明は、銅と酸化銅粒子とを有するリー
ドフレームであって、前記酸化銅粒子は断面の面積率で
前記粒子全体の95%以上が複数個の粒子が互いに連な
った複雑形状の塊となって分散していることを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a lead frame having copper and copper oxide particles, wherein the copper oxide particles have a complex shape in which a plurality of particles are connected to each other by 95% or more of the total area of the particles in cross-sectional area ratio. It is characterized by being dispersed as a lump.

【0019】本発明は、前述に記載のリードフレームの
表面にNiめっき層を有することを特徴とする半導体装
置用放熱板にある。
According to the present invention, there is provided a heat sink for a semiconductor device, characterized in that a Ni plating layer is provided on the surface of the lead frame described above.

【0020】本発明は、半導体素子と、該素子を搭載し
たリードフレームと、該リードフレームと半導体素子と
を電気的に接続する金属ワイヤとを備え、前記半導体素
子を樹脂組成物によって封止されている半導体装置にお
いて、前記リードフレームは前述に記載のリードフレー
ムよりなることを特徴とする。
The present invention comprises a semiconductor element, a lead frame on which the element is mounted, and a metal wire for electrically connecting the lead frame and the semiconductor element, wherein the semiconductor element is sealed with a resin composition. In the semiconductor device described above, the lead frame includes the lead frame described above.

【0021】本発明は、前述に記載の半導体装置が、エ
ポキシ樹脂,球形石英粉及びシリコン重合体を含む又は
シリコン重合体を含まない組成物により封止されたこと
を特徴とする面付実装型又は非面実装型樹脂封止半導体
装置にある。球形石英粉は組成物全体の70重量%以
上、より好ましくは80〜95重量%である。特に、本
発明は、ロジック又はメモリ半導体装置として、厚さ
1.5mm 以下の薄形に対して石英粉が82〜90重量%
を有し、シリコン重合体を含まず、石英粉の90%以上
が溶融球形石英粉からなり、3〜10%が非球形(角
形)の石英粉が用いられる。また、本発明は、ロジック
又はメモリ半導体装置として、厚さ1.5mm 以上のロジ
ックにおいては普通の面実装型のQFP,非面実装型の
DILP,メモリにおいてはSOJ,TSOPの面実装
型,非面実装型のDILPに対して充填剤、好ましくは
石英粉が75〜81%及びシリコンを有するエポキシ樹
脂組成物によって封止されるものである。充填剤のうち
粒径5μm〜100μmのものの60〜80%が溶融球
形石英粉が用いられ、残りが粒径5μm未満、好ましく
は3μm以下の角形石英粉(粉砕石英粉)を用いるのが
好ましい。球形石英粉は65〜75%とするのが好まし
い。
According to the present invention, the semiconductor device described above is sealed with a composition containing epoxy resin, spherical quartz powder and a silicone polymer or containing no silicone polymer. Or in a non-surface-mount type resin-sealed semiconductor device. The spherical quartz powder accounts for 70% by weight or more, more preferably 80 to 95% by weight of the whole composition. In particular, according to the present invention, as a logic or memory semiconductor device, 82 to 90% by weight of quartz
And 90% or more of quartz powder is made of fused spherical quartz powder, and non-spherical (square) quartz powder is used for 3 to 10%. The present invention also provides a logic or memory semiconductor device having a surface-mount type QFP, a non-surface-mount type DILP for a logic having a thickness of 1.5 mm or more, and a SOJ or TSOP surface-mount type for a memory. A filler, preferably quartz powder, is sealed with a epoxy resin composition having 75 to 81% and silicon with respect to the surface mount type DILP. It is preferable to use 60 to 80% of the filler having a particle size of 5 μm to 100 μm in which fused spherical quartz powder is used, and to use the residual quartz powder having a particle size of less than 5 μm, preferably 3 μm or less (pulverized quartz powder). The spherical quartz powder is preferably 65 to 75%.

【0022】本発明に係る樹脂封止半導体装置として、
SOP,PLCC,MSP等の構造に対しても用いられ
る。
As the resin-sealed semiconductor device according to the present invention,
It is also used for structures such as SOP, PLCC and MSP.

【0023】即ち、本発明に係るリードフレームは金属
として電気導電性の高いAu,Ag,Cu,Alが用い
られ、特にCuは高融点で高強度を有する点で最も優れ
ている。また、無機化合物として前述の様にベースの金
属に対して極端に硬さの違う従来のSiC,Al23
の化合物ではなく比較的軟らかい粒子で焼結後に安定
で、20〜150℃の範囲での平均熱膨張係数が好まし
くは5.0×10-6/℃以下、より好ましくは3.5×1
-6/℃ 以下で、ヴィッカース硬さが300以下のも
のが好ましい。このように無機化合物粒子として軟らか
いものを用いることによって焼結後の熱間,冷間による
高い塑性加工性が得られ、特にこれらの圧延が可能にな
ることから製造時間が短縮されるとともに比較的薄い板
を得ることができる。そして、その複合材料は無機粒子
を分散させているため高い強度を得ることができる。無
機化合物粒子として酸化銅,酸化錫,酸化鉛,酸化ニッ
ケル等が考えられる。しかし、特に熱膨張係数の最も小
さく軟らかい酸化銅が好ましい。
That is, the lead frame according to the present invention uses Au, Ag, Cu, Al having high electric conductivity as a metal, and Cu is most excellent in that it has a high melting point and a high strength. Also, as described above, the inorganic compound is not a compound such as conventional SiC or Al 2 O 3 having extremely different hardness with respect to the base metal, but is relatively soft particles, and is stable after sintering. The average coefficient of thermal expansion in the range is preferably 5.0 × 10 −6 / ° C. or less, more preferably 3.5 × 1
Those having a Vickers hardness of 300 or less at 0 -6 / ° C or less are preferable. By using soft inorganic compound particles in this way, high plastic workability by hot and cold after sintering can be obtained. A thin plate can be obtained. And since the composite material has the inorganic particles dispersed therein, high strength can be obtained. Copper oxide, tin oxide, lead oxide, nickel oxide and the like can be considered as the inorganic compound particles. However, soft copper oxide having the smallest thermal expansion coefficient is particularly preferable.

【0024】更に、本発明のリードフレームはSiC,
Al23等のよりヴィッカース硬さが1000以上の硬
い平均粒径3μm以下の微細なセラミックス粒子を5体
積%以下含有させてより強化させるのが好ましい。
Further, the lead frame of the present invention is made of SiC,
It is preferable to include 5% by volume or less of fine ceramic particles having a Vickers hardness of 1000 or more and a hard average particle size of 3 μm or less, such as Al 2 O 3 , for further strengthening.

【0025】本発明におけるリードフレームは、溶解又
は焼結後、圧延等によって所望の厚さとし、更にプレス
による塑性加工と切断によって最終形状に形成すること
ができる。
After melting or sintering, the lead frame of the present invention can be formed into a desired thickness by rolling or the like, and can be formed into a final shape by plastic working and cutting by pressing.

【0026】特に、本発明に係るリードフレームとして
は、第一酸化銅(Cu2O)を20〜80体積%含む銅
(Cu)合金からなり、前記Cu2O 相及びCu相がそ
れぞれ分散した組織を有し、室温から300℃における
熱膨張係数が5×10-6〜14×10-6/℃及び熱伝導
率が30〜325W/m・Kであるものが好ましい。
In particular, the lead frame according to the present invention is made of a copper (Cu) alloy containing 20 to 80% by volume of cuprous oxide (Cu 2 O), in which the Cu 2 O phase and the Cu phase are dispersed. It is preferable that the material has a texture, a coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. of 5 × 10 −6 to 14 × 10 −6 / ° C., and a thermal conductivity of 30 to 325 W / m · K.

【0027】また、この銅−酸化銅リードフレームは、
第一酸化銅(Cu2O)を20〜80体積%含み、残部が
銅(Cu)で、前記Cu2O 相及びCu相が配向した組
織を有し、室温から300℃における熱膨張係数が5×
10-6〜14×10-6/℃であり、また熱伝導率が30
〜325W/m・Kで、かつ配向方向の熱伝導率が配向
方向に直角な方向の2倍以上とするものが好ましい。
The copper-copper oxide lead frame has the following features:
First copper oxide (Cu 2 O) containing 20 to 80 vol%, the balance with the copper (Cu), have a tissue in which the Cu 2 O phase and Cu phase is oriented, the thermal expansion coefficient at 300 ° C. from room temperature 5x
10 −6 to 14 × 10 −6 / ° C. and a heat conductivity of 30
325 W / m · K, and the thermal conductivity in the orientation direction is preferably at least twice the direction perpendicular to the orientation direction.

【0028】本発明に係るリードフレームは溶解法又は
粉末冶金法によって得られる。
The lead frame according to the present invention is obtained by a melting method or a powder metallurgy method.

【0029】粉末冶金法は以下の通りである。The powder metallurgy method is as follows.

【0030】無機化合物粒子の一例として第一酸化銅
(Cu2O )、金属の一例として銅(Cu)粉とを有す
る混合粉末をプレス成形する工程と、800℃〜105
0℃で焼結する工程と、冷間もしくは熱間で塑性加工す
る工程と、を含むことを特徴とする。
Press molding a mixed powder containing copper oxide (Cu 2 O) as an example of inorganic compound particles and copper (Cu) powder as an example of metal;
It is characterized by including a step of sintering at 0 ° C. and a step of performing plastic working in a cold or hot state.

【0031】また、本発明に係る銅リードフレームの製
造方法は、第二酸化銅(CuO)を10.8〜48.8体
積%含み、残部が銅(Cu)と不可避的不純物からなる
混合粉末をプレス成形する工程と、800℃〜1050
℃で成形固化とともにCuOをCuと反応させCu2
に変態させる焼結工程と、冷間もしくは熱間プレスによ
る塑性加工する工程と、その後の焼鈍工程を含むことが
好ましい。
Further, the method of manufacturing a copper lead frame according to the present invention is characterized in that a mixed powder containing 10.8 to 48.8% by volume of copper dioxide (CuO) and the balance consisting of copper (Cu) and unavoidable impurities is used. Press forming process, 800 ° C.-1050
℃ of CuO reacted with Cu with molded solidified Cu 2 O
It is preferable to include a sintering step of transforming into a sphere, a step of performing plastic working by cold or hot pressing, and a subsequent annealing step.

【0032】本発明に係るリードフレームは、17.6
×10-6/℃ の熱膨張係数と391W/m・Kの高い
熱伝導率を有するCuと12W/m・Kの熱伝導率と
2.7 ×10-6/℃ の低熱膨張率を有するCu2Oを複
合化させた材料であり、焼結体組成として、Cu−20
〜80体積%Cu2O の組成範囲で選択され、室温から
300℃における熱膨張係数が5×10-6〜14×10
-6/℃であり、また熱伝導率が30〜325W/m・K
を有することができる。Cu2O 含有量は、20%以上
で放熱板に要求される熱膨張係数が得られ、80体積%
以下で十分な熱伝導性や構造体としての強度が得られる
ためである。
The lead frame according to the present invention has a capacity of 17.6.
Cu with a coefficient of thermal expansion of × 10 -6 / ° C, a high thermal conductivity of 391 W / m · K, and a thermal conductivity of 12 W / m · K and a low coefficient of thermal expansion of 2.7 × 10 -6 / ° C It is a material in which Cu 2 O is compounded and has a sintered body composition of Cu-20.
8080% by volume of Cu 2 O, and the coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. is 5 × 10 −6 to 14 × 10
−6 / ° C. and a thermal conductivity of 30 to 325 W / m · K
Can be provided. When the content of Cu 2 O is 20% or more, the thermal expansion coefficient required for the heat sink can be obtained, and 80% by volume.
This is because sufficient thermal conductivity and strength as a structure can be obtained below.

【0033】本発明において、Cu粉末とCu2O 粉末
もしくはCuO粉末を原料粉として所定比率で混合し、
金型で冷間プレスした後、焼結して作製する。そして、
必要に応じて冷間あるいは熱間で塑性加工が施される。
In the present invention, Cu powder and Cu 2 O powder or CuO powder are mixed at a predetermined ratio as raw material powder,
After being cold-pressed in a mold, it is sintered. And
Plastic working is performed cold or hot as needed.

【0034】原料粉の混合は、Vミキサー,ポットミル
あるいはメカニカルアロイング等によって行われるが、
原料粉末の粒径は、プレス成形性や焼結後のCu2O の
分散性に影響を及ぼすので、Cu粉末は100μm以
下、Cu2O 及びCuO粉末の粒径は10μm以下、特
に1〜2μmが好ましい。
The mixing of the raw material powder is performed by a V mixer, a pot mill, a mechanical alloying, or the like.
Since the particle size of the raw material powder affects the press formability and the dispersibility of Cu 2 O after sintering, the particle size of Cu powder is 100 μm or less, and the particle size of Cu 2 O and CuO powder is 10 μm or less, particularly 1-2 μm. Is preferred.

【0035】次に、混合粉末は金型を用い、400〜1
000kg/cm2 の圧力で冷間プレス成形されるが、Cu
2O 含有量の増加につれて圧力を高めることが望まし
い。
Next, a mixed powder is used in a mold, and
Cold press molding at a pressure of 2,000 kg / cm 2
It is desirable to increase the pressure as the 2 O content increases.

【0036】混合粉末の予備成形体は、アルゴンガス雰
囲気中で常圧焼結,HIPあるいはホットプレスにより
加圧焼結されるが、800℃〜1050℃で3時間程度
が好ましく、Cu2O 含有量の増加につれて温度が高め
られる。焼結温度はベース金属によって異なるが、特に
Cuにおいては800℃以下では、密度の高い焼結体が
得られず、1050℃以上ではCuとCu2O の共晶反
応により部分溶解する危険性があるために好ましくな
く、900℃〜1000℃が好適である。
The preform of the mixed powder is sintered under normal pressure, HIP or hot pressing in an argon gas atmosphere, preferably at 800 ° C. to 1050 ° C. for about 3 hours, and contains Cu 2 O. The temperature increases as the volume increases. Although the sintering temperature varies depending on the base metal, in particular, at 800 ° C. or lower, a sintered body with a high density cannot be obtained. At 1050 ° C. or higher, there is a risk of partial melting due to the eutectic reaction between Cu and Cu 2 O. For this reason, it is not preferable, and 900 ° C. to 1000 ° C. is preferable.

【0037】本発明は、構成するCu及びCu2O の硬
さが低く、延性に富むため、圧延,鍛造などの冷間ある
いは熱間加工が可能であり、焼結後に必要に応じて施さ
れる。加工を付与することによって、材料に熱伝導の異
方性が発現するが、強度向上や一定方向への伝熱が必要
な用途に対して有効である。
According to the present invention, since the constituent Cu and Cu 2 O have low hardness and high ductility, cold or hot working such as rolling and forging can be performed. You. By imparting the processing, the material exhibits heat conduction anisotropy, but it is effective for applications requiring strength improvement and heat transfer in a certain direction.

【0038】本発明においては、原料粉にCuOを用
い、Cu粉末と混合・プレス成形した後に焼結過程でC
uを内部酸化させて、最終的にCu相とCu2O 相が分
散した組織を有する焼結体とすることができる。すなわ
ち、CuOはCuと共存する場合、高温においては
(1)式によりCu2O に変態する方が熱的に安定であ
ることを利用している。
In the present invention, CuO is used as a raw material powder, mixed with Cu powder and press-molded.
By internally oxidizing u, a sintered body having a structure in which a Cu phase and a Cu 2 O phase are dispersed can be finally obtained. That is, when CuO coexists with Cu, it utilizes the fact that it is more thermally stable to transform to Cu 2 O at high temperature according to the equation (1).

【0039】 2Cu+CuO → Cu+Cu2O …(1) (1)式が平衡に到達するためには所定の時間を要する
が、例えば焼結温度が900℃の場合には、3時間程度
で十分である。
2Cu + CuO → Cu + Cu 2 O (1) A predetermined time is required for the equation (1) to reach equilibrium. For example, when the sintering temperature is 900 ° C., about 3 hours is sufficient. .

【0040】焼結体のCu2O の粒径は密度,強度ある
いは塑性加工性に影響するので微細であることが好まし
い。しかしながら、粒径は粉末の混合方法に強く影響さ
れ、混合エネルギーが大きい方が粉同士の凝集が少な
く、焼結後に微細なCu2O 相が得られる。
The particle size of Cu 2 O in the sintered body is preferably fine because it affects density, strength or plastic workability. However, the particle size is strongly affected by the method of mixing the powders, and the larger the mixing energy, the less the agglomeration between the powders, and a fine Cu 2 O phase is obtained after sintering.

【0041】本発明において、混合エネルギーの小さい
VミキサーではCu2O相はCu2O相の50体積%以下
が粒径50〜200μmで、残部が50μm以下とし、
スチールボールを入れたポットミルでは50μm以下、
そして、最も混合エネルギーの大きいメカニカルアロイ
ングでは10μm以下と規定される。粒径が200μm
以上では、気孔率が大きく増加し、塑性加工が困難にな
り、その量がCu2O相の50体積%以上になると、熱伝
導率の減少と特性のばらつきの増加を招き、半導体装置
の放熱板に不適となる。より好ましい組織は、50μm
以下のCu2O相がCu相と均一に分散した組織である。
Cu2O の粒径はきわめて不規則な形状であるが、焼結
前の粒子が連なっているので、より高倍率で見ることに
より、焼結前の粒子径を見ることができる。Cu2O 相
は10μm以下が好ましい。
In the present invention, in a V mixer having a low mixing energy, the Cu 2 O phase has a particle size of 50 to 200 μm in 50% by volume or less of the Cu 2 O phase and the remaining 50 μm or less,
50 μm or less in a pot mill containing steel balls,
For mechanical alloying having the largest mixing energy, the diameter is specified to be 10 μm or less. Particle size 200μm
Above, the porosity greatly increases, and plastic working becomes difficult. When the porosity is 50% by volume or more of the Cu 2 O phase, the thermal conductivity decreases and the variation in characteristics increases, and the heat dissipation of the semiconductor device is caused. Unsuitable for board. More preferred tissue is 50 μm
This is a structure in which the following Cu 2 O phase is uniformly dispersed with the Cu phase.
Although the particle size of Cu 2 O is extremely irregular, since the particles before sintering are continuous, the particle size before sintering can be seen by looking at a higher magnification. The Cu 2 O phase is preferably 10 μm or less.

【0042】本発明は、金属と好ましくは該金属よりも
熱膨張係数が小さい無機化合物を有するリードフレーム
用複合材料において、前記化合物はデンドライト状に形
成されていることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a composite material for a lead frame having a metal and preferably an inorganic compound having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the compound is formed in a dendrite shape.

【0043】本発明は、前記化合物はデンドライト状に
形成され、該デンドライトの成長方向に粒状に分断され
た形態であることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the compound is formed in a dendrite shape and is divided into granules in the growth direction of the dendrite.

【0044】本発明は、前記化合物はデンドライト状に
形成し、かつ該デンドライトの成長方向が一方向に配向
していることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the compound is formed in a dendrite shape, and the growth direction of the dendrite is oriented in one direction.

【0045】本発明は、前述の金属及び無機化合物が
銅,酸化銅と不可避的不純物を有するリードフレーム用
複合材料であり、前記酸化銅はデンドライト状に種々の
形状で形成されていることを特徴とする。
The present invention is a composite material for a lead frame in which the above-mentioned metal and inorganic compound have unavoidable impurities with copper and copper oxide, and the copper oxide is formed in various shapes like dendrites. And

【0046】本発明は、金属と無機化合物とを有する複
合材料において、前記無機化合物はその全体に対して、
断面の面積率で90%以上が径5〜30μmである棒状
であり、塑性加工されていることを特徴とする。
The present invention provides a composite material having a metal and an inorganic compound, wherein the inorganic compound is contained
90% or more of the cross-sectional area ratio is a rod having a diameter of 5 to 30 μm, and is characterized by being plastically processed.

【0047】本発明は、銅,酸化銅と不可避的不純物を
有するリードフレーム用複合材料において、前記酸化銅
は10〜55体積%でデンドライトを形成し、かつ室温
から300℃の線膨張係数が5×10-6〜17×10-6
/℃で熱伝導率が100〜380W/m・Kであること
を特徴とする。
According to the present invention, there is provided a composite material for a lead frame having copper, copper oxide and unavoidable impurities, wherein said copper oxide forms a dendrite at 10 to 55% by volume and has a linear expansion coefficient of 5 from room temperature to 300 ° C. × 10 -6 to 17 × 10 -6
It is characterized by having a thermal conductivity of 100 to 380 W / m · K at / ° C.

【0048】本発明は、前記酸化銅は10〜55体積%
で成長方向が一方向に配向したデンドライトを形成し、
かつ室温から300℃の線膨張係数が5×10-6〜17
×10-6/℃で熱伝導率が100〜380W/m・Kで
あり、さらに配向方向の熱伝導率と配向方向に直角方向
の熱伝導率との差が5〜100W/m・Kであることを
特徴とする。
According to the present invention, the copper oxide is 10 to 55% by volume.
To form dendrites whose growth direction is oriented in one direction,
And a coefficient of linear expansion from room temperature to 300 ° C. is 5 × 10 −6 to 17
The thermal conductivity at × 10 −6 / ° C. is 100 to 380 W / m · K, and the difference between the thermal conductivity in the orientation direction and the thermal conductivity in the direction perpendicular to the orientation direction is 5 to 100 W / m · K. There is a feature.

【0049】本発明は、前述に記載の銅,酸化銅と不可
避的不純物を有するリードフレーム用複合材料におい
て、銅中に共晶酸化銅が分散することを特徴とする。
The present invention is characterized in that the eutectic copper oxide is dispersed in the copper in the above-mentioned composite material for lead frames having copper, copper oxide and unavoidable impurities.

【0050】溶解法は以下の通りである。The dissolution method is as follows.

【0051】本発明は、金属と該金属に対して共晶組織
を形成する無機化合物とを溶解し凝固する製造方法にあ
り、特に銅と酸化銅を有するリードフレーム用複合材料
の製造方法において、銅または銅及び酸化銅を原料と
し、酸素分圧が10-2Pa〜103Pa の雰囲気中で溶
解後鋳造する工程と、800℃〜1050℃で熱処理
後、冷間又は熱間で塑性加工を施すものである。
The present invention resides in a method for producing and solidifying a metal and an inorganic compound which forms a eutectic structure with respect to the metal, and particularly to a method for producing a composite material for lead frames having copper and copper oxide. Casting after melting copper or copper and copper oxide in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 10 −2 Pa to 10 3 Pa; heat treatment at 800 ° C. to 1050 ° C .; plastic working in cold or hot Is applied.

【0052】原料として用いる酸化銅は第一酸化銅(C
2O )または第二酸化銅(CuO)のいずれでもよい。
溶解,鋳造時の酸素分圧は10-2Pa〜103 Paがよ
く、特に10-1Pa〜102 Paが好ましい。また原料
の配合組成,酸素分圧及び凝固時の冷却速度等を変える
ことにより、複合材料のCu相とCu2O 相の比率や、
Cu2O 相の大きさ,形状を制御できる。Cu2O 相の
比率は、10〜55体積%の範囲がよい。特にCu2
相が55体積%以上になると、熱伝導率が低下と特性の
バラツキを招くため、半導体装置の放熱板に不適とな
る。またCu2O相の形状は、凝固時に形成されたデン
ドライト形状が好ましい。これはデンドライト樹枝が複
雑に入り組んでいるため、熱膨張が大きいCu相の膨張
を熱膨張が小さいCu2O 相がピニングするためであ
る。凝固時に形成されるデンドライト樹枝部は、原料の
配合組成または酸素分圧を変えることにより、Cu相の
場合、Cu2O 相の場合及びCuO相の場合に制御でき
る。また共晶反応によりCu相中に粒状で微細なCu2
O 相を分散させ、強度向上を図ることが可能である。
さらに鋳造後、800℃〜1050℃で熱処理すること
により、Cu2O 相の大きさ及び形状を制御できる。ま
た上述の熱処理により凝固時に形成されたCuOを内部
酸化法を用いてCu2O に変態させることも可能であ
る。すなわちCuOはCuと共存する場合、高温におい
ては前述の(1)式によりCu2O に変態する方が熱的
に安定であることを利用している。
Copper oxide used as a raw material is cuprous oxide (C
u 2 O) or cupric dioxide (CuO).
The oxygen partial pressure during melting and casting is preferably 10 −2 Pa to 10 3 Pa, and particularly preferably 10 −1 Pa to 10 2 Pa. Further, by changing the composition of the raw materials, the oxygen partial pressure, the cooling rate during solidification, and the like, the ratio of the Cu phase to the Cu 2 O phase of the composite material,
The size and shape of the Cu 2 O phase can be controlled. The ratio of the Cu 2 O phase is preferably in the range of 10 to 55% by volume. Especially Cu 2 O
When the phase content is 55% by volume or more, the thermal conductivity is reduced and the characteristics are varied, so that the phase becomes unsuitable for a heat sink of a semiconductor device. The shape of the Cu 2 O phase is preferably a dendrite shape formed during solidification. This is because the dendrite tree is intricately intricate, and the expansion of the Cu phase having a large thermal expansion is pinned by the Cu 2 O phase having a small thermal expansion. The dendrite dendrites formed during solidification can be controlled in the case of Cu phase, Cu 2 O phase and CuO phase by changing the composition of the raw materials or the oxygen partial pressure. Also, due to the eutectic reaction, granular and fine Cu 2
It is possible to improve the strength by dispersing the O 2 phase.
Further, after the casting, the size and shape of the Cu 2 O phase can be controlled by performing a heat treatment at 800 ° C. to 1050 ° C. It is also possible to transform CuO formed at the time of solidification by the above-mentioned heat treatment into Cu 2 O using an internal oxidation method. That is, when CuO coexists with Cu, it utilizes the fact that it is more thermally stable to transform to Cu 2 O at a high temperature according to the above formula (1).

【0053】(1)式が平衡に到達するためには所定の
時間を要するが、例えば熱処理温度が900℃の場合に
は、3時間程度で十分である。また前記熱処理によりC
u相中に共晶反応で生成した微細なCu2O 相の大きさ
及び形状を制御できる。
It takes a predetermined time for the equation (1) to reach equilibrium. For example, when the heat treatment temperature is 900 ° C., about 3 hours is sufficient. In addition, C
The size and shape of the fine Cu 2 O phase generated by the eutectic reaction in the u phase can be controlled.

【0054】溶解方法は普通鋳造のほか、一方向凝固法
や薄板連続鋳造法などいずれの方法でもよい。普通鋳造
では、デンドライトが等方的に形成されるため、複合材
料は等方化される。また、一方向凝固法では、Cu相と
Cu2O 相が一方向に配向することにより、複合材料に
異方性を付与できる。さらに薄板連続鋳造法では、凝固
速度が速いため、デンドライトが微細となり、さらにデ
ンドライトは板厚方向に配向し、薄板複合材料に異方性
が付与できるとともに、製造コストの削減が可能とな
る。
The melting method may be any method such as a unidirectional solidification method and a continuous thin plate casting method, in addition to ordinary casting. In ordinary casting, the composite material is isotropic because the dendrites are formed isotropically. In the unidirectional solidification method, the composite material can be provided with anisotropy by orienting the Cu phase and the Cu 2 O phase in one direction. Further, in the continuous casting method of a thin plate, the dendrite becomes fine because the solidification rate is high, and the dendrite is oriented in the thickness direction, so that anisotropy can be imparted to the thin plate composite material, and the production cost can be reduced.

【0055】さらに本発明に係る複合材料は、構成する
Cu相及びCu2O 相の硬さが低く、延性に富むため、
圧延,鍛造などの冷間または熱間加工が可能であり、鋳
造または熱処理後に必要に応じて施される。加工を付与
することにより、複合材料に異方性が発現するほか、強
度向上を図ることができる。特に冷間または熱間加工に
より、Cu2O 相はある方向に配向し、複合材料に異方
性が出現する。この時、配向方向の熱伝導率と配向方向
に直角方向の熱伝導率との差が5〜100W/m・Kと
なる。
Further, in the composite material according to the present invention, the constituent Cu phase and Cu 2 O phase have low hardness and high ductility.
Cold or hot working such as rolling or forging is possible, and is performed as necessary after casting or heat treatment. By giving the processing, the anisotropy is expressed in the composite material, and the strength can be improved. In particular, by cold or hot working, the Cu 2 O phase is oriented in a certain direction, and anisotropy appears in the composite material. At this time, the difference between the thermal conductivity in the orientation direction and the thermal conductivity in the direction perpendicular to the orientation direction is 5 to 100 W / m · K.

【0056】(実施例1)原料粉として、75μm以下
の電解Cu粉末と純度3N,粒径1〜2μmのCu2
粉末を用いた。Cu粉末とCu2O 粉末を表1に示す比
率で1400g調合した後、スチールボールを入れた乾
式のポットミル中で10時間以上混合した。混合粉末を
直径150mmの金型に注入し、Cu2O 含有量に応じて
400〜1000kg/cm2 の圧力で冷間プレスして直径
150mm×高さ17〜19mmの予備成形体を得た。その
後、予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で焼結させて化
学分析,組織観察,熱膨張係数,熱伝導率及びヴィッカ
ース硬さの測定に供した。なお、焼結温度はCu2O 含
有量に応じて900℃〜1000℃の間で変化させ、各
温度で3時間保持した。熱膨張係数は室温から300℃
の温度範囲でTMA(Thermal Mechanical Analysis)装
置を用いて行い、熱伝導率はレーザーフラッシュ法によ
り測定した。その結果を表1に併記した。
Example 1 As raw material powder, electrolytic Cu powder having a particle size of 75 μm or less and Cu 2 O having a purity of 3N and a particle size of 1 to 2 μm were used.
Powder was used. After mixing 1400 g of Cu powder and Cu 2 O powder at the ratio shown in Table 1, they were mixed in a dry pot mill containing steel balls for 10 hours or more. The mixed powder was poured into a mold having a diameter of 150 mm and cold-pressed at a pressure of 400 to 1000 kg / cm 2 depending on the content of Cu 2 O to obtain a preform having a diameter of 150 mm and a height of 17 to 19 mm. Thereafter, the preform was sintered in an argon gas atmosphere and subjected to chemical analysis, structure observation, measurement of thermal expansion coefficient, thermal conductivity, and measurement of Vickers hardness. The sintering temperature was varied between 900 ° C. and 1000 ° C. in accordance with the content of Cu 2 O, and kept at each temperature for 3 hours. Thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ℃
The thermal conductivity was measured using a TMA (Thermal Mechanical Analysis) device in the temperature range described above, and the thermal conductivity was measured by a laser flash method. The results are shown in Table 1.

【0057】焼結体組成は化学分析の結果、配合組成と
一致していた。また、熱膨張係数及び熱伝導率は、表1
より明らかなように、CuとCu2O の組成比を調整す
ることによって、広範囲に亘って変化しており、リード
フレームに求められる熱的特性にコントロールできるこ
とがわかった。
As a result of chemical analysis, the composition of the sintered body was consistent with the composition. Table 1 shows the thermal expansion coefficient and thermal conductivity.
As is clear, by adjusting the composition ratio of Cu and Cu 2 O, the composition changed over a wide range, and it was found that the thermal characteristics required for the lead frame could be controlled.

【0058】[0058]

【表1】 [Table 1]

【0059】一方、300倍でのミクロ組織を観察した
結果、Cu2O は混合工程において凝集,焼結工程にお
いて肥大成長するが、粒径は50μm以下であり、Cu
相とCu2O 相が均一に分散した緻密な組織となってい
た。
On the other hand, as a result of observing the microstructure at a magnification of 300 times, Cu 2 O agglomerates in the mixing step and grows enlarged in the sintering step, but the particle size is 50 μm or less.
The phase and the Cu 2 O phase had a dense structure in which the phases were uniformly dispersed.

【0060】また、Cu2O 粒子は断面の面積率でその
全体の99%以上が複数個の粒子が連なった不規則な形
状の塊となって分散していることが明らかである。
It is also clear that 99% or more of the Cu 2 O particles are dispersed in the form of irregularly shaped masses in which a plurality of particles are continuous in terms of the area ratio of the cross section.

【0061】硬さ測定の結果、Cu相はHv75〜8
0、Cu2O がHv210〜230の硬さであった。ま
た、機械加工性を旋盤及びドリル加工で評価した結果、
加工性は非常に良好であり、形状付与が容易であること
がわかった。
As a result of the hardness measurement, the Cu phase was Hv 75 to 8
0, Cu 2 O had a hardness of Hv 210 to 230. In addition, as a result of evaluating the machinability by lathe and drill processing,
It was found that the workability was very good, and that the shape was easily imparted.

【0062】(実施例2)粉末の混合をVミキサーで行
った以外は、実施例1と同一の条件でCu−55体積%
Cu2O 焼結体を作成し、実施例1と同様に組織観察,
熱膨張係数及び熱伝導率の測定に供した。
(Example 2) Cu-55% by volume was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the mixing of the powder was performed with a V mixer.
A Cu 2 O sintered body was prepared, and the structure was observed and the same as in Example 1.
The thermal expansion coefficient and the thermal conductivity were measured.

【0063】Cu−55体積%Cu2O 焼結体の300
倍ミクロ組織は、サイズが大きく異なるCu2O が混在
した組織となっている。大きなサイズのCu2O 粒子
は、Vミキサーによる混合中にCu2O 粒子同士が凝集
して生成していた。熱膨張係数及び熱伝導率の値は、C
u及びCu2O がそれぞれ均一に分散した同一組成の焼
結体と明らかな差が認められなかったが、測定場所によ
るばらつきが若干大きくなる傾向が認められた。前述と
同様に、Cu2O 粒子のほとんどは複数個の粒子が連な
った不規則な形状で前述よりもより大きな塊となって分
散していることが分かる。
Cu-55 volume% Cu 2 O sintered body 300
The double microstructure is a structure in which Cu 2 O having a large difference in size is mixed. The large-sized Cu 2 O particles were generated by aggregation of the Cu 2 O particles during mixing by the V mixer. The values of the coefficient of thermal expansion and thermal conductivity are C
Although no clear difference was observed with a sintered body of the same composition in which u and Cu 2 O were uniformly dispersed, a tendency that the variation depending on the measurement location tended to be slightly increased was observed. As described above, it can be seen that most of the Cu 2 O particles have an irregular shape in which a plurality of particles are connected and are dispersed in a larger lump than the above.

【0064】(実施例3)原料粉として、74μm以下
の電解Cu粉末と純度3N,粒径1〜2μmのCuO粉
末を用い、Cu粉末とCuO粉末をCu−22.4 体積
%CuOの組成比で300g調合した後、直径8mmの鋼
球を入れた直径120mmの遊星ボールミル容器中で25
時間メカニカルアロイングした。その後、混合粉末を直
径80mmの金型に注入し、1000kg/cm2 の圧力で冷
間プレスして予備成形体を得た。その後、予備成形体を
アルゴンガス雰囲気中で800℃×2時間の焼結を行
い、実施例1と同様に組織観察,熱膨張係数及び熱伝導
率の測定,酸化物X線回折に供した。
Example 3 As raw material powder, electrolytic Cu powder having a particle size of 74 μm or less and CuO powder having a purity of 3N and a particle size of 1 to 2 μm were used, and the composition ratio of the Cu powder and the CuO powder was Cu-22.4% by volume CuO. And 300 g in a 120 mm diameter planetary ball mill container containing 8 mm diameter steel balls.
Time mechanical alloying. Thereafter, the mixed powder was poured into a mold having a diameter of 80 mm, and was cold-pressed at a pressure of 1000 kg / cm 2 to obtain a preform. Thereafter, the preform was sintered at 800 ° C. for 2 hours in an argon gas atmosphere, and subjected to structure observation, measurement of thermal expansion coefficient and thermal conductivity, and oxide X-ray diffraction in the same manner as in Example 1.

【0065】1000倍のミクロ組織を観察した結果、
実施例1あるいは2に比べて、Cu2O は微細であり、
粒径10μm以下のCu2O が均一分散している。組織
の微細化は、強度の向上や冷間圧延性の改善に好適であ
る。また、Cu2O 粒子は95%以上が前述と同様に不
規則な形状で塊を形成しており、100μm平方内に2
0個前後球状の粒子として存在していることが分かっ
た。
As a result of observing the microstructure of 1000 times,
Cu 2 O is finer than that of Example 1 or 2,
Cu 2 O having a particle size of 10 μm or less is uniformly dispersed. Refinement of the structure is suitable for improving strength and improving cold rolling properties. In addition, 95% or more of the Cu 2 O particles form clumps having an irregular shape in the same manner as described above.
It was found that there were around 0 spherical particles.

【0066】焼結体について、X線回折により酸化物の
同定を行った結果、検出された回折ピークはCu2O の
みであり、焼結中にCuOがCu2O に完全に変態した
ことを確認した。また、化学分析の結果、焼結体組成
は、設定通りにCu−40体積%Cu2O であった。
[0066] The sintered body, the result of the identification of the oxide by X-ray diffraction, the detected diffraction peaks are only Cu 2 O, that CuO has completely transformed to Cu 2 O during sintering confirmed. As a result of the chemical analysis, the composition of the sintered body was Cu-40% by volume Cu 2 O as set.

【0067】一方、熱膨張係数及び熱伝導率は、後述の
実施例5の同一組成のものと同等の値であった。
On the other hand, the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity were equivalent to those of the same composition of Example 5 described later.

【0068】(実施例4)実施例1と同じ原料粉を用
い、Cu粉末とCu2O 粉末をCu−55体積%Cu2
O の組成比で550g調合した後、Vミキサー中で混
合した。混合粉末を直径80mmの金型に注入し、600
kg/cm2 の圧力で冷間プレスして直径80mm×22mmの
予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス
雰囲気中で975℃×3時間の焼結を行った。次いで、
得られた焼結体を800℃に加熱して200トンプレス
で鍛練比1.8 まで鍛造した後500℃で軟化焼鈍し、
実施例1と同様に組織観察,熱伝達係数及び熱伝導率の
測定に供した。
Example 4 Using the same raw material powder as in Example 1, Cu powder and Cu 2 O powder were mixed with Cu-55% by volume Cu 2
After mixing 550 g with a composition ratio of O 2, the mixture was mixed in a V mixer. The mixed powder is poured into a mold having a diameter of 80 mm, and
It was cold pressed at a pressure of kg / cm 2 to obtain a preform having a diameter of 80 mm × 22 mm. Thereafter, the preformed body was sintered at 975 ° C. for 3 hours in an argon gas atmosphere. Then
The obtained sintered body was heated to 800 ° C., forged to a forging ratio of 1.8 with a 200-ton press, and then softened and annealed at 500 ° C.
In the same manner as in Example 1, the structure was observed and the heat transfer coefficient and the thermal conductivity were measured.

【0069】鍛造材は、側面に多少の耳割れが観察され
たが、それ以外の部分は健全であり、本発明の銅複合材
料は、塑性加工性に優れることが判明した。
In the forged material, some edge cracks were observed on the side surface, but the other parts were sound. It was found that the copper composite material of the present invention was excellent in plastic workability.

【0070】鍛造材の鍛伸方向に平行な面の300倍の
ミクロ組織では、Cu相及びCu2O相は、変形して鍛伸
方向に配向しているが、クラック等の欠陥は認められな
い。また、Cu2O 粒子は95%以上が連なった塊とな
り、塑性加工によって伸ばされた方向に延ばされている
ことが分かる。
In the microstructure 300 times larger than the plane parallel to the forging direction of the forged material, the Cu phase and Cu 2 O phase are deformed and oriented in the forging direction, but defects such as cracks are recognized. Absent. In addition, it can be seen that the Cu 2 O particles become a mass in which 95% or more are continuous, and are extended in the direction extended by the plastic working.

【0071】表2は、レーザーフラッシュ法による熱伝
導率の測定結果を示すが、鍛造しない焼結ままの状態で
は、熱伝導率の異方性は認められない。しかし、鍛造す
ることによって異方性が生じ、Cu相及びCu2O 相の
配向方向(鍛伸方向)に対して平行なL方向の熱伝導率
は、それに直角なC方向(鍛造方向)の2倍以上の値を示
している。また、室温から300℃までの熱膨張係数を
測定した結果、異方性はほとんど認められず、実施例1
の同一組成のものと同等であった。
Table 2 shows the measurement results of the thermal conductivity by the laser flash method. In the as-sintered state without forging, no anisotropy of the thermal conductivity is observed. However, anisotropy is generated by forging, and the thermal conductivity in the L direction parallel to the orientation direction (forging direction) of the Cu phase and Cu 2 O phase is in the C direction (forging direction) perpendicular to the direction. The value is twice or more. In addition, as a result of measuring the coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C., almost no anisotropy was observed.
Of the same composition.

【0072】[0072]

【表2】 [Table 2]

【0073】(実施例5)原料粉として、74μm以下
の電解Cu粉末と純度3N,粒径1〜2μmのCuO粉
末を用いた。Cu粉末とCuO粉末を表3に示す比率で
1400g調合した後、スチールボールを入れた乾式の
ポットミル中で10時間以上混合した。混合粉末を直径
150mmの金型に注入し、CuO含有量に応じて400
〜1000kg/cm2 の圧力で冷間プレスして予備成形体を得
た。予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で焼結させた
後、酸化物X線回折,組織観察,熱膨張係数及び熱伝導
率の測定に供した。なお、焼結温度はCuO含有量に応
じて900℃〜1000℃の間で変化させ、各温度で3
時間保持した。熱膨張係数は室温から300℃の温度範
囲でTMA(Thermal Mechanical Analysis)装置を用い
て行い、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定し
た。その結果を表3に併記した。
(Example 5) Electrolytic Cu powder having a particle size of 74 µm or less and CuO powder having a purity of 3N and a particle size of 1 to 2 µm were used as raw material powders. After mixing 1400 g of Cu powder and CuO powder at the ratio shown in Table 3, they were mixed in a dry pot mill containing steel balls for 10 hours or more. The mixed powder is poured into a mold having a diameter of 150 mm,
A preform was obtained by cold pressing at a pressure of 10001000 kg / cm 2 . After sintering the preform in an argon gas atmosphere, it was subjected to oxide X-ray diffraction, microstructure observation, and measurement of thermal expansion coefficient and thermal conductivity. The sintering temperature was changed between 900 ° C. and 1000 ° C. in accordance with the CuO content,
Hold for hours. The coefficient of thermal expansion was measured in a temperature range from room temperature to 300 ° C. using a TMA (Thermal Mechanical Analysis) device, and the thermal conductivity was measured by a laser flash method. The results are shown in Table 3.

【0074】[0074]

【表3】 [Table 3]

【0075】焼結体について、X線回折により酸化物の
同定を行った結果、検出された銅酸化物の回折ピークは
Cu2O のみであり、焼結中にCuOからCu2O への
変態が完全になされたことを確認した。
[0075] The sintered body, the result of the identification of the oxide by X-ray diffraction, diffraction peaks of the detected cuprates are only Cu 2 O, transformation from CuO during sintering to Cu 2 O Was confirmed to have been completed.

【0076】得られた試料No.14の300倍ミクロ組
織では、実施例1の同一組成のものと同様の組織を呈し
ており、Cu2O 相はCuとCuOの酸化反応により生
成したCu2O とCuOが分解して生成したCu2O か
らなっている。Cu2O 粒子は実施例1と同様である。
[0076] In the 300 times microstructure of the obtained sample No.14, which exhibits the same tissue of the same composition of Example 1, Cu 2 O phase is Cu 2 produced by the oxidation reaction of Cu and CuO It consists of Cu 2 O generated by decomposition of O 2 and CuO. Cu 2 O particles are the same as in Example 1.

【0077】一方、熱膨張係数は、表3から明らかなよ
うに、Cu2O 粉末を素粉とした実施例1と比べて顕著
な差は見られないが、熱伝導率はCuOを素粉とした方
が、CuO配合量すなわちCu2O 含有量が50体積%
以上で高くなる傾向が見られる。これは焼結体の密度
が、CuOを素粉とする方が高いことに起因している。
図1は表1及び表3に示した熱伝導率(x)と熱膨張係数
(y)との関係を示す線図である。本実施例のこれらの関
係はy=0.031x+4.65によって求められる値以
上で、y=0.031x+5.95で求められる値以下と
なる。従って、傾斜は20℃の熱伝導率1W/m・K当
りの20〜250℃での平均熱膨張係数として0.02
5〜0.035ppm /℃とするものが好ましい。
On the other hand, as is apparent from Table 3, the coefficient of thermal expansion is not significantly different from that of Example 1 in which Cu 2 O powder is used as the raw material, but the thermal conductivity is CuO as the raw material. Is better when the content of CuO, that is, the content of Cu 2 O is 50% by volume.
Above, there is a tendency to increase. This is because the density of the sintered body is higher when CuO is used as the raw powder.
FIG. 1 shows the thermal conductivity (x) and coefficient of thermal expansion shown in Tables 1 and 3.
It is a diagram showing the relationship with (y). In the present embodiment, these relationships are equal to or greater than the value determined by y = 0.31x + 4.65 and equal to or less than the value determined by y = 0.031x + 5.95. Therefore, the slope is 0.02 as an average coefficient of thermal expansion at 20 to 250 ° C. per 1 W / m · K of thermal conductivity at 20 ° C.
It is preferable to set the concentration to 5 to 0.035 ppm / ° C.

【0078】(実施例6)(Embodiment 6)

【0079】[0079]

【表4】 [Table 4]

【0080】銅と純度2NのCu2O 粉末を表4に示す
比率で調合した原料を大気溶解後に鋳造した複合材料に
関して、線膨張係数,熱伝導率及び硬さを測定した。熱
膨張係数は、標準試料をSiO2 とし、押し棒式測定装
置を用いて室温から300℃の温度範囲で測定した。ま
た熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定した。そ
の結果を表1に併記した。また、得られた試料No.3の
ミクロ組織では、酸化銅はデンドライト状に形成されて
おり、更に粒径10〜50μmの粒状のもの、径100
μmの塊のものが見られた。
The linear expansion coefficient, thermal conductivity, and hardness of a composite material obtained by dissolving a raw material prepared by mixing copper and Cu 2 O powder having a purity of 2N at a ratio shown in Table 4 and then casting the material in the air were measured. The coefficient of thermal expansion was measured in a temperature range from room temperature to 300 ° C. using a push bar type measuring device with a standard sample being SiO 2 . The thermal conductivity was measured by a laser flash method. The results are shown in Table 1. Further, in the microstructure of the obtained sample No. 3, the copper oxide was formed in a dendrite shape, and further, a granular material having a particle size of 10 to 50 μm,
A μm mass was observed.

【0081】熱膨張係数及び熱伝導率は、表4より明ら
かなように、CuとCu2O の組成比を調整することに
よって、広範囲にわたって変化しており、放熱板に求め
られる熱的特性に制御できることがわかった。
As is clear from Table 4, the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity vary over a wide range by adjusting the composition ratio of Cu and Cu 2 O. I found that I could control it.

【0082】一方、ミクロ組織より明らかなように、C
2O はデンドライトを形成し、Cu相とCu2O 相が
均一に分散した緻密な組織となっていた。
On the other hand, as is clear from the microstructure, C
u 2 O formed a dendrite and had a dense structure in which the Cu phase and the Cu 2 O phase were uniformly dispersed.

【0083】硬さ測定の結果、Cu相はHv75〜8
0、Cu2O がHv210〜230の硬さであった。ま
た、機械加工性を旋盤及びドリル加工で評価した結果、
加工性は非常に良好であり、形状付与が容易であること
がわかった。
As a result of the hardness measurement, the Cu phase was Hv 75 to 8
0, Cu 2 O had a hardness of Hv 210 to 230. In addition, as a result of evaluating the machinability by lathe and drill processing,
It was found that the workability was very good, and that the shape was easily imparted.

【0084】(実施例7)(Embodiment 7)

【0085】[0085]

【表5】 [Table 5]

【0086】一方向凝固法を用いて、銅と純度3NのC
2O 粉末を表5に示す比率で調合した原料を、種々の
酸素分圧下で溶解後に鋳造し、複合材料を作製した。酸
素分圧10-2Paの雰囲気下で溶解後に鋳造した試料N
o.7のミクロ組織では、Cu2O 相はデンドライトを形
成し、さらに粒径5〜50μmの粒状のものが直線状に
連なって様々な方向に配向した組織となっていた。
Using a unidirectional solidification method, copper and C
Raw materials prepared by mixing the u 2 O powders at the ratios shown in Table 5 were melted under various oxygen partial pressures and then cast to produce composite materials. Sample N cast after melting in an atmosphere with an oxygen partial pressure of 10 -2 Pa
In the microstructure of O.7, the Cu 2 O phase formed dendrites, and the granules having a particle size of 5 to 50 μm continued linearly and were oriented in various directions.

【0087】また、酸素分圧103 Paの雰囲気下で溶
解後に鋳造した試料No.8のミクロ組織では、Cu2
相はデンドライトを形成し、さらに一方向に配向した組
織となっており、さらに原料及び酸素分圧を変化させる
ことにより、Cu2O 相の形状及び密度を制御できるこ
とがわかった。そして、粒径5〜30μmの粒状のも
の,棒状のものが半々位に形成されている。
The microstructure of Sample No. 8, which was cast after melting in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 10 3 Pa, was Cu 2 O
The phase formed dendrites and had a structure oriented in one direction, and it was found that the shape and density of the Cu 2 O phase could be controlled by changing the raw material and the oxygen partial pressure. Granular and rod-shaped particles having a particle size of 5 to 30 μm are formed at about half the height.

【0088】表5に、上記2種類のリードフレーム用複
合材料の線膨張係数及び熱伝導率の測定結果を示す。そ
の結果、いずれの複合材料においても、線膨張係数と熱
伝導率に異方性が認められた。
Table 5 shows the measurement results of the linear expansion coefficient and the thermal conductivity of the above two types of composite materials for lead frames. As a result, in each of the composite materials, anisotropy was recognized in the linear expansion coefficient and the thermal conductivity.

【0089】なお、原料溶湯中に酸素ガスをバブリング
することによっても、雰囲気ガスとして酸素を用いた場
合と同様の結果が得られた。
The same result as in the case of using oxygen as the atmosphere gas was obtained by bubbling oxygen gas into the raw material melt.

【0090】(実施例8)(Embodiment 8)

【0091】[0091]

【表6】 [Table 6]

【0092】前述の試料No.8を900℃において90
%の加工度まで熱間加工した結果、加工性は健全であ
り、本発明の複合材料は、塑性加工性に優れることが判
明した。表6に示す試料No.9のミクロ組織では、鋳造
のままのものに比較して配向性が顕著となり、またCu
2O 相は塑性加工方向に伸ばされ一方向に伸長して棒状
になり、1から20の範囲でアスペクト比を有する組織
となった。棒径は20μm以下で、1〜10μmがほど
んどである。また表6に併記するように、上記試料No.
9の線膨張係数及び熱伝導率には、いっそう顕著な異方
性が認められた。
The above sample No. 8 was heated at 900 ° C. for 90 hours.
%, The workability was sound and the composite material of the present invention was found to be excellent in plastic workability. In the microstructure of Sample No. 9 shown in Table 6, the orientation was remarkable as compared with the as-cast sample, and Cu
The 2 O phase was elongated in the plastic working direction and elongated in one direction to form a rod, and had a structure having an aspect ratio in the range of 1 to 20. The rod diameter is 20 μm or less, and most is 1 to 10 μm. As shown in Table 6, the sample No.
A more remarkable anisotropy was recognized in the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity of No. 9.

【0093】(実施例9)実施例1〜8によって得られ
た焼結材及び鋳造材を用いて塑性加工を施した後、所望
の厚さまで冷間圧延によってリードフレーム用のテープ
を製造した。更に、引き続いてプレス加工によって図2
に示す複数の半導体素子搭載分のリードフレームを得
た。
(Example 9) After performing plastic working using the sintered material and the cast material obtained in Examples 1 to 8, a tape for a lead frame was manufactured by cold rolling to a desired thickness. Further, by pressing, FIG.
A lead frame for mounting a plurality of semiconductor elements shown in FIG.

【0094】図2は本発明の一実施例のリードフレーム
形状を示したものである。本実施例ではリードフレーム
1はCuとCu2O の複合材から構成されている。Cu
とCu2O の複合材は加工性が優れているためこのよう
な形状のリードフレームを薄板の打抜き法により作成で
きる。この表面にNiめっきを施した。
FIG. 2 shows the shape of a lead frame according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the lead frame 1 is made of a composite material of Cu and Cu 2 O. Cu
Since the composite material of Cu and Cu 2 O has excellent workability, a lead frame having such a shape can be formed by a thin plate punching method. This surface was plated with Ni.

【0095】本発明の他の実施例のリードフレーム形状
として、リードフレーム1のチップ搭載部2はリードフ
レーム1の他の部分よりCu2O の含有率が高くなって
いる。このため半導体チップとの熱膨張係数差が小さく
なり熱疲労や熱応力がさらに低減できる。また、他の部
分のCu2O の含有率が低いかあるいはほぼCuから構
成されるため高い導電率であるためパワートランジスタ
の低オン抵抗化やIC等の高容量化に有効である。
As a lead frame shape of another embodiment of the present invention, the chip mounting portion 2 of the lead frame 1 has a higher Cu 2 O content than other portions of the lead frame 1. For this reason, the difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor chip is reduced, and thermal fatigue and thermal stress can be further reduced. In addition, since the content of Cu 2 O in the other portion is low or substantially made of Cu, the conductivity is high, which is effective for reducing the on-resistance of the power transistor and increasing the capacity of an IC or the like.

【0096】(実施例10)図3は、実施例9で得られ
たリードフレームにLSIシリコン素子20を搭載し、
エポキシ樹脂によって樹脂封止した面実装型樹脂封止半
導体装置の斜視図である。エポキシ樹脂19は以下に説
明する充填材を有する樹脂を用いたものである。15は
Au線、16はそのダイボンディング、17はアウター
リード、18はサポートバーである。
(Embodiment 10) FIG. 3 shows that an LSI silicon element 20 is mounted on the lead frame obtained in Embodiment 9,
It is a perspective view of the surface mounting type resin-sealed semiconductor device resin-sealed with epoxy resin. The epoxy resin 19 uses a resin having a filler described below. 15 is an Au wire, 16 is its die bonding, 17 is an outer lead, and 18 is a support bar.

【0097】表7に示す各種充填剤及びエポキシ樹脂組
成物を80℃に加熱した二軸ロールで10分間混練し
た。
The various fillers and epoxy resin compositions shown in Table 7 were kneaded with a biaxial roll heated to 80 ° C. for 10 minutes.

【0098】得られた球状充填材を用いた組成物は、角
状の充填材を用いた組成物とゲル化時間はほとんど同じ
でも、溶融粘度が極めて低く、また、流動性も大きい。
さらに、RRS粒度線図で表示した勾配nが小さな値の
充填材を配合した組成物ほど溶融粘度が低く流動性が大
きいものである。n値が0.6 以下では、溶融粘度(1
80℃)がやや上昇するので好ましくない。
The composition using the obtained spherical filler has an extremely low melt viscosity and a large fluidity even though the gelation time is almost the same as that of the composition using the square filler.
Further, a composition containing a filler having a smaller gradient n represented by an RRS particle size diagram has a lower melt viscosity and a higher fluidity. When the n value is 0.6 or less, the melt viscosity (1
80 ° C.) is undesirably increased.

【0099】[0099]

【表7】 [Table 7]

【0100】また、充填材として球状充填材(球−1)
を用い、その添加量として70,75,80及び85重
量%の樹脂組成物をそれぞれ作成した。
Further, a spherical filler (sphere-1) is used as the filler.
Was used to prepare 70, 75, 80 and 85% by weight of a resin composition, respectively.

【0101】これらの樹脂組成物を用いてトランスファ
成形し、180℃/6時間の後硬化を行って室温の線膨
張係数,曲げ弾性率,熱応力を測定した。
Transfer molding was performed using these resin compositions, post-curing was performed at 180 ° C. for 6 hours, and the linear expansion coefficient, flexural modulus and thermal stress at room temperature were measured.

【0102】さらにまた、表面にアルミニウムのジグザ
ク配線を形成した半導体素子をトランスファプレス封止
し、−55℃/30分⇔+150℃/30分の2000
サイクルの冷熱サイクル試験を行い、封止樹脂層の耐ク
ラック性,リード・金ワイヤボンディング,アルミニウ
ム配線の接続信頼性(抵抗値が50%以上変化した場合
を不良と判定)を評価した。これらの結果を表8に示
す。
Further, the semiconductor element having the zigzag wiring of aluminum formed on the surface is transfer-pressed and sealed at −55 ° C./30 minutes⇔ + 150 ° C./30/2000.
A cycle thermal cycle test was conducted to evaluate the crack resistance of the sealing resin layer, the lead / gold wire bonding, and the connection reliability of the aluminum wiring (if the resistance value changed by 50% or more was judged to be defective). Table 8 shows the results.

【0103】表8より、シリコン重合体を含み充填剤が
80重量%以上の組成物は、線膨張係数が1.3×10
-5/℃ 以下と小さく、弾性率の増加も少ない。従って
インサートに生じる熱応力も小さいことが分かる。
From Table 8, it is found that the composition containing a silicone polymer and containing 80% by weight or more of filler has a linear expansion coefficient of 1.3 × 10
-5 / ° C or less and little increase in elastic modulus. Therefore, it can be seen that the thermal stress generated in the insert is also small.

【0104】本実施例のような樹脂組成物を用いた樹脂
封止型半導体装置は、冷熱サイクル試験のような熱衝撃
が加えられても耐クラック性や配線の接続信頼性が極め
て優れている。
The resin-encapsulated semiconductor device using the resin composition as in this example is extremely excellent in crack resistance and wiring connection reliability even when subjected to a thermal shock such as a thermal cycle test. .

【0105】本実施例においては、シロキサンを含まな
い樹脂組成物に対して粒径100μm以下の球形石英粉
を充填剤の95%とし、残りを粒径10μm以下の角形
石英粉を用い、全体で85重量%とした。また、シロキ
サンを含む樹脂組成物に対して粒径100μm以下の球
形石英粉を充填剤の70%とし、残りを粒径5μm以下
の角形石英粉を用い、全体で80.5重量%とした。
In the present example, a spherical quartz powder having a particle diameter of 100 μm or less was used as 95% of the filler in the resin composition containing no siloxane, and the remainder was a square quartz powder having a particle diameter of 10 μm or less. It was 85% by weight. In addition, spherical quartz powder having a particle size of 100 μm or less was used as 70% of the filler in the resin composition containing siloxane, and the remainder was made up of square quartz powder having a particle size of 5 μm or less, and the total was 80.5% by weight.

【0106】[0106]

【表8】 [Table 8]

【0107】RRS粒度線図とは、Rosin−Rammlerの
式に従う粒度分布を表わす粒度線図(日本粉体工業協会
頒布:粉体工学ハンドブック51〜53頁)のことであ
る。 R(Dp)=100exp(−b・Dpn) …(1) 〔但し、R(Dp):最大粒径から粒径Dpまでの累積重
量%,Dp:粒径,bおよびn:定数〕 RRS粒度線図における勾配とは、RRS粒度線図の最
大粒径からの累積重量%が、25%と75%の二点を結
んだ直線で代表されるRosin−Rammlerの式のnの値の
ことを言う。
The RRS particle size diagram is a particle size diagram showing a particle size distribution according to the Rosin-Rammler equation (distributed by the Japan Powder Industry Association: Powder Engineering Handbook, pp. 51-53). R (Dp) = 100exp (-b · Dp n) ... (1) [where, R (Dp): cumulative weight percent of the maximum particle size to the particle size Dp, Dp: particle size, b and n: constants] RRS The gradient in the particle size diagram is the value of n in the Rosin-Rammler equation where the cumulative weight% from the maximum particle size in the RRS particle size diagram is represented by a straight line connecting two points of 25% and 75%. Say

【0108】充填材の原石を微粉砕した場合の粒度分布
は、Rosin−Rammlerの式と一致し、この式に基づく粒
度分布を表わすRRS粒度線図では、ほぼ直線を示すと
されている。
The particle size distribution when the filler ore is pulverized finely matches the Rosin-Rammler equation, and the RRS particle size diagram showing the particle size distribution based on this equation shows an almost straight line.

【0109】本発明者らは、各種充填材の粒度分布を測
定したところ、特別のふるい分けをしない限り、いずれ
の充填材もその90重量%以上がRRS粒度線図で、ほ
ぼ、直線性を示し、上式によく適合することを確認して
いる。
The present inventors measured the particle size distribution of various fillers. As a result, 90% by weight or more of all the fillers showed an RRS particle size diagram and showed almost linearity, unless special sieving was performed. It has been confirmed that the above formula is well matched.

【0110】本発明で用いる球状の溶融石英粉は、予め
所定の粒度分布に粉砕した溶融石英粉を、プロパン,ブ
タン,アセチレン,水素などの可燃性ガスを燃料とする
溶送装置から発生させた高温火炎中に一定量ずつ供給し
て溶融後冷却した球形のものが最も好ましい。上記の溶
融石英はそれ自身の線膨張係数が比較的小さく、イオン
性不純物も極めて少ないので、半導体素子封止用樹脂組
成物材料として適している。
The spherical fused silica powder used in the present invention is obtained by generating a fused silica powder, which has been previously ground to a predetermined particle size distribution, from a transporting apparatus using a combustible gas such as propane, butane, acetylene or hydrogen as a fuel. Spherical ones, which are fed into a high-temperature flame in a fixed amount and melted and then cooled, are most preferred. The above-mentioned fused quartz has a relatively small coefficient of linear expansion by itself and an extremely small amount of ionic impurities, and thus is suitable as a resin composition material for semiconductor element sealing.

【0111】充填材の90重量%以上が粒径0.5〜1
00μm の範囲とするのが好ましい。0.5μm 未満
の微粒子が多くなると、樹脂組成物のチクソトロピック
性が大きくなり、粘度上昇や流動性が低下する。また、
100μmを超える粒子が多くなると封止する際に、半
導体素子のAu線を変形,切断したり、粗い粒子が金型
中で目詰りを起こして、樹脂の充填不良等が発生し易く
なるためである。
90% by weight or more of the filler has a particle size of 0.5 to 1
It is preferably in the range of 00 μm. When the number of fine particles having a particle size of less than 0.5 μm increases, the thixotropic property of the resin composition increases, and the viscosity increases and the fluidity decreases. Also,
If the number of particles exceeding 100 μm increases, the Au wire of the semiconductor element may be deformed or cut during sealing, or coarse particles may cause clogging in the mold, and resin filling failure may easily occur. is there.

【0112】次に、RRS粒度線図で示す勾配nを0.
6〜0.95とするのが最も好ましく、nが0.95 よ
り大きくなると充填材の嵩張り、樹脂組成物の粒度上昇
や流動性の低下が起こる。そこで、nはできるだけ小さ
い値が望ましいが、本発明において充填材の90%以上
が0.5〜100μm の粒径範囲にあることが望まし
く、n値0.6 と言うのは、この条件内でとり得る最小
の値である。
Next, the gradient n shown in the RRS particle size diagram is set to 0.
It is most preferred to be 6 to 0.95, and when n is larger than 0.95, the filler becomes bulky, the particle size of the resin composition increases and the fluidity decreases. Therefore, it is desirable that n is as small as possible, but in the present invention, it is desirable that 90% or more of the filler is in the particle size range of 0.5 to 100 μm. This is the smallest possible value.

【0113】本発明で用いるシリコン重合体は、アミノ
基,カルボキシル基,エポキシ基,水酸基,ピリミジン
基等の官能基を末端あるいは側鎖に持つポリジメチルシ
ロキサンである。
The silicone polymer used in the present invention is a polydimethylsiloxane having a functional group such as an amino group, a carboxyl group, an epoxy group, a hydroxyl group or a pyrimidine group at a terminal or a side chain.

【0114】常温で固体のエポキシ樹脂は、半導体封止
材料としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂,フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂,ビスフェノールA型
エポキシ樹脂等を指し、硬化剤としてフェノールノボラ
ックやクレゾールノボラック等のノボラック樹脂,無水
ピロメリット酸や無水ベンゾフェノン等の酸無水物等を
用い、さらに硬化促進剤,可撓化剤,カップリング剤,
着色剤,難燃化剤,離型剤等を必要に応じて配合するこ
とができる。
The epoxy resin which is solid at room temperature refers to a cresol novolak type epoxy resin, a phenol novolak type epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin or the like as a semiconductor encapsulating material. An acid anhydride such as pyromellitic anhydride or benzophenone anhydride is used, and a curing accelerator, a flexible agent, a coupling agent,
A coloring agent, a flame retardant, a release agent, and the like can be added as needed.

【0115】このエポキシ樹脂組成物は、各素材を70
〜100℃に加熱した二軸ロールや押出機で混練し、ト
ランスファプレスで金型温度160〜190℃,成形圧
力30〜100kg/cm2 ,硬化時間1〜3分で成形する
ことができる。
This epoxy resin composition was prepared by adding 70% to each material.
The mixture can be kneaded with a biaxial roll or an extruder heated to 100100 ° C. and molded by a transfer press at a mold temperature of 160 to 190 ° C., a molding pressure of 30 to 100 kg / cm 2 , and a curing time of 1 to 3 minutes.

【0116】硬化物の線膨張係数は前述の如く1.3×
10-5/℃以下と小さくすることにより、弾性率も小さ
くできる。従って、封止時の半導体素子のAuボンディ
ングワイヤの変形,断線が少なく、線膨張係数の差に基
づく熱応力が小さいために、耐温度サイクル性,耐熱
性,耐湿性等が良好である。
The linear expansion coefficient of the cured product is 1.3 × as described above.
By making it as low as 10 -5 / ° C or less, the elastic modulus can be made small. Therefore, the deformation and disconnection of the Au bonding wire of the semiconductor element at the time of sealing are small, and the thermal stress based on the difference in linear expansion coefficient is small, so that the temperature cycle resistance, heat resistance, moisture resistance and the like are good.

【0117】充填材として石英粉を溶融し球形化するこ
とにより、かさばりが小さくなり高充填化し易い。さら
に、半導体素子の封止の際、充填材の角部が素子を損傷
して素子特性に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
さらに、シリコン重合体を配合したことにより弾性率を
小さくすることができ、線膨張係数の違いによって生じ
る熱応力をより小さくすることができる。
By melting and spheroidizing quartz powder as a filler, the bulk is reduced and the filler is easily filled. Further, at the time of sealing the semiconductor element, it is possible to prevent the corners of the filler from damaging the element and adversely affecting the element characteristics.
Furthermore, the elastic modulus can be reduced by blending the silicon polymer, and the thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient can be further reduced.

【0118】[0118]

【発明の効果】本発明によれば、低熱膨張で高熱伝導性
を有するとともに高い塑性加工性を有するリードフレー
ムとそれを用いた半導体装置が得られる。
According to the present invention, a lead frame having low thermal expansion, high thermal conductivity and high plastic workability, and a semiconductor device using the same can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】熱膨張係数と熱伝導率との関係を示す線図。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a thermal expansion coefficient and a thermal conductivity.

【図2】リードフレームの平面図。FIG. 2 is a plan view of a lead frame.

【図3】樹脂封止型半導体装置の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a resin-sealed semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…リードフレーム、2…チップ搭載部、15…Au
線、16…ダイボンディング、17…アウターリード、
18…サポートバー、20…LSIシリコン素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lead frame, 2 ... Chip mounting part, 15 ... Au
Wire, 16: die bonding, 17: outer lead,
18 ... Support bar, 20 ... LSI silicon element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 義彦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 金田 潤也 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5F067 EA00  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshihiko Koike 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Junya Kanada 7-chome, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (Reference) 5F067 EA00

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無
機化合物粒子とを有する複合材料において、前記化合物
粒子は断面の面積率が前記粒子の全体の95%以上が複
数個が互いに連なった複雑形状の塊となって分散してい
ることを特徴とするリードフレーム。
1. A composite material comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, a plurality of the compound particles having a cross-sectional area ratio of 95% or more of the whole particles connected to each other. A lead frame characterized in that it is dispersed as a block having a complicated shape.
【請求項2】金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無
機化合物粒子とを有する複合材料において、前記化合物
粒子は単独で存在する粒子の数が断面で100μm平方
内に100個以下であり、残りの前記化合物粒子は複数
個が互いに連なった複雑形状の塊となって分散している
ことを特徴とするリードフレーム。
2. A composite material comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the number of the compound particles alone is 100 or less in a 100 μm square section, A lead frame, wherein the remaining compound particles are dispersed in a complex-shaped mass in which a plurality of the compound particles are connected to each other.
【請求項3】金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無
機化合物粒子とを有する複合材料において、前記化合物
粒子はヴィッカース硬さが300以下であることを特徴
とするリードフレーム。
3. A composite material comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the compound particles have a Vickers hardness of 300 or less.
【請求項4】金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無
機化合物粒子とを有する複合材料において、20℃での
熱伝導率1w/m・K当りの20〜150℃での平均熱
膨張係数の増加率が0.025〜0.035ppm/℃ であ
ることを特徴とするリードフレーム。
4. A composite material comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, the average coefficient of thermal expansion at 20 to 150 ° C. per 1 w / m · K of thermal conductivity at 20 ° C. The lead frame has a rate of increase of 0.025 to 0.035 ppm / ° C.
【請求項5】金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無
機化合物粒子とを有する複合材料において、前記化合物
粒子は互いに連なり塊となって分散しており、前記塊は
塑性加工によって伸ばされた方向に延びていることを特
徴とするリードフレーム。
5. A composite material comprising a metal and inorganic compound particles having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal, wherein the compound particles are connected to each other and dispersed as a lump, and the lump is stretched by plastic working. A lead frame extending in a direction.
【請求項6】銅と、酸化銅,酸化アルミニウム及び酸化
珪素の少なくとも1つの粒子とを含むことを特徴とする
リードフレーム。
6. A lead frame comprising copper and at least one particle of copper oxide, aluminum oxide and silicon oxide.
【請求項7】銅と酸化銅粒子とを有し、前記酸化銅粒子
は前記粒子全体の95%以上が複数個の粒子が互いに連
なった複雑形状の塊となって分散していることを特徴と
するリードフレーム。
7. Copper oxide particles comprising copper and copper oxide particles, wherein 95% or more of the copper oxide particles are dispersed as a complex mass in which a plurality of particles are connected to each other. And lead frame.
【請求項8】金属と無機化合物とを有し、該無機化合物
は棒状であり、塑性加工されていることを特徴とするリ
ードフレーム。
8. A lead frame comprising a metal and an inorganic compound, wherein the inorganic compound is rod-shaped and is plastically processed.
【請求項9】請求項1〜8のいずれかにおいて、表面に
Niめっき層を有することを特徴とするリードフレー
ム。
9. A lead frame according to claim 1, further comprising a Ni plating layer on the surface.
【請求項10】半導体素子と、該半導体素子を搭載した
リードフレームと、該リードフレームと半導体素子とを
電気的に接続する金属ワイヤとを備え、前記半導体素子
が樹脂組成物によって封止されている半導体装置におい
て、前記リードフレームは請求項1〜9のいずれかに記
載のリードフレームよりなることを特徴とする半導体装
置。
10. A semiconductor device comprising: a semiconductor element; a lead frame on which the semiconductor element is mounted; and a metal wire for electrically connecting the lead frame and the semiconductor element, wherein the semiconductor element is sealed with a resin composition. 10. A semiconductor device according to claim 1, wherein said lead frame comprises the lead frame according to claim 1.
【請求項11】前記樹脂組成物はエポキシ樹脂及び無機
充填剤又はエポキシ樹脂,無機充填剤及びシリコン重合
体を含む組成物からなる請求項10に記載の半導体装
置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein said resin composition comprises an epoxy resin and an inorganic filler or a composition containing an epoxy resin, an inorganic filler and a silicon polymer.
【請求項12】前記無機充填剤は球形石英粉からなり、
その90重量%以上が0.5〜100μmの粒径を有す
ることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
12. The inorganic filler comprises spherical quartz powder,
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein 90% by weight or more thereof has a particle size of 0.5 to 100 [mu] m.
【請求項13】前記球形石英粉が石英粉を溶融して球形
化した溶融球形石英粉であることを特徴とする請求項1
2に記載の半導体装置。
13. The fused spherical quartz powder, wherein the spherical quartz powder is a fused spherical quartz powder obtained by melting quartz powder to form a sphere.
3. The semiconductor device according to 2.
JP11121283A 1999-04-28 1999-04-28 Lead frame and semiconductor device Pending JP2000311980A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11121283A JP2000311980A (en) 1999-04-28 1999-04-28 Lead frame and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11121283A JP2000311980A (en) 1999-04-28 1999-04-28 Lead frame and semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000311980A true JP2000311980A (en) 2000-11-07

Family

ID=14807433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11121283A Pending JP2000311980A (en) 1999-04-28 1999-04-28 Lead frame and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000311980A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1036849B1 (en) Metal matrix composite material, process for its production and use
CN100355924C (en) Tungsten copper functional composite material and its preparation technology
JPH06244330A (en) Heat-controlling composite material used in electronic circuit device, and manufacture thereof
JP3451979B2 (en) Semiconductor device
JP3371874B2 (en) Power module
JP2000311980A (en) Lead frame and semiconductor device
EP1473374B1 (en) Copper alloy
JP2000297301A (en) Silicon carbide based composite material, its powder, and their manufacture
JP3552587B2 (en) Composite materials and semiconductor devices
WO2002077304A1 (en) Heat dissipation member for electronic apparatus and method for producing the same
US5605558A (en) Nitrogenous aluminum-silicon powder metallurgical alloy
JP4269853B2 (en) Composite material for substrate for mounting semiconductor element and method for manufacturing the same
JP2000311972A (en) Semiconductor device
JPS62261161A (en) Resin sealed semiconductor device
JPH0116290B2 (en)
JP2000313905A (en) Composite material and its various uses
JP2815656B2 (en) High-strength heat-radiating structural member for packaged semiconductor devices
JP2002121639A (en) Heat radiation substrate, and high-power high-frequency transistor package using it
JPH0995745A (en) Low thermal expansion-high thermal conductivity copper composite material and its production
JPH1017959A (en) Composite material and its production
JP2001189401A (en) Wiring board and semiconductor device
JP2001217364A (en) Al-SiC COMPOSITE
JP3626695B2 (en) Manufacturing method of heat dissipation member for electronic equipment
JP2001223307A (en) Heat sink and manufacturing method therefor
JP2001002476A (en) Aluminum-silicon carbide composite and its production