JP2870779B2 - リードフレーム用高強度銅合金 - Google Patents
リードフレーム用高強度銅合金Info
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- JP2870779B2 JP2870779B2 JP1022842A JP2284289A JP2870779B2 JP 2870779 B2 JP2870779 B2 JP 2870779B2 JP 1022842 A JP1022842 A JP 1022842A JP 2284289 A JP2284289 A JP 2284289A JP 2870779 B2 JP2870779 B2 JP 2870779B2
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- alloy
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- lead frames
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- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、リードフレーム用として有用な高強度銅合
金に関し、とくに優れた耐半田付界面剥離性を有すると
共にPLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）やQFP（Quad
Fiat Package）など面付実装タイプのパッケージ用リ
ードフレームに適用する上で好適な高強度銅合金に関す
るものである。
金に関し、とくに優れた耐半田付界面剥離性を有すると
共にPLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）やQFP（Quad
Fiat Package）など面付実装タイプのパッケージ用リ
ードフレームに適用する上で好適な高強度銅合金に関す
るものである。
［従来の技術］ 従来、半導体機器用リードフレーム材としては、熱膨
張係数が低く、半導体素子や封止材との接着性や封着性
の良好な42合金（Fe−42％Ni）やコバール（Fe−29％Ni
−17％Co）などの高ニッケル合金が主に用いられてき
た。
張係数が低く、半導体素子や封止材との接着性や封着性
の良好な42合金（Fe−42％Ni）やコバール（Fe−29％Ni
−17％Co）などの高ニッケル合金が主に用いられてき
た。
しかし、最近半導体素子の集積度が益々増大し、電力
消費の高い素子が多くなり、導電性および熱伝導性の良
好なリードフレーム材への要求が一層高まってきてい
る。
消費の高い素子が多くなり、導電性および熱伝導性の良
好なリードフレーム材への要求が一層高まってきてい
る。
上記高ニッケル合金は、引張強さにおいては、65kgf/
mm2と良好であるが、導電率は３％IACS程度と極めて低
く、通常導電率とほぼ並行した性質を示す熱伝導性にお
いても十分なものとはいえない。
mm2と良好であるが、導電率は３％IACS程度と極めて低
く、通常導電率とほぼ並行した性質を示す熱伝導性にお
いても十分なものとはいえない。
そこで、上記高ニッケル合金に代えて、導電率および
熱伝導性共に優れている銅合金をリードフレーム材とし
て使用しようという傾向が顕著になってきた。
熱伝導性共に優れている銅合金をリードフレーム材とし
て使用しようという傾向が顕著になってきた。
上述した半導体機器のリードフレーム材として一般に
要求される特性には、上記導電性や熱伝導性に優れてい
ることのほかに、信頼性の上から実装時や機器への組込
み等に付加される外力に十分耐え得る強度を有すること
および半田付け工程を有するために半田付け特性に優れ
ていることが、不可欠な条件とされる。
要求される特性には、上記導電性や熱伝導性に優れてい
ることのほかに、信頼性の上から実装時や機器への組込
み等に付加される外力に十分耐え得る強度を有すること
および半田付け工程を有するために半田付け特性に優れ
ていることが、不可欠な条件とされる。
通常の銅系材料をリードフレーム材に適用しようとし
ても、強度の上で不十分であり、なんらかの強度向上策
が必要である。金属材料の強度を上げる一般的方法とし
ては、合金元素を添加する方法および冷間加工度を大き
くする方法の二つがあり、リードフレーム材においても
そのような施策がとられてきた。
ても、強度の上で不十分であり、なんらかの強度向上策
が必要である。金属材料の強度を上げる一般的方法とし
ては、合金元素を添加する方法および冷間加工度を大き
くする方法の二つがあり、リードフレーム材においても
そのような施策がとられてきた。
［発明が解決しようとする課題］ 銅合金の場合、添架元素を１〜２％以上含む高濃度銅
合金では冷間加工度を増大させて圧延し機械的強度を向
上させようとすると、圧延方向とこれに直交する方向に
おいて引張強度に差異が出るいわゆる異方性が生じ易
い。対象とするパッケージが最近注目されているPLCCや
QFPのような面付実装タイプのものである場合には、４
方向にリードを持つために、上記異方性の存在が問題と
なることが多い。例えば最近のQFPには300ピンに近いも
のまであり、リードパターンの形成にはフォトエッチン
グを利用する必要があるが、素材に上記異方性がある
と、エッチング条件に大巾な差異が生じ、圧延方向に平
行なリードと直交するリードではエッチング挙動に差異
が生ずると共に、リードの曲げ成形性にも差異が生ずる
のである。
合金では冷間加工度を増大させて圧延し機械的強度を向
上させようとすると、圧延方向とこれに直交する方向に
おいて引張強度に差異が出るいわゆる異方性が生じ易
い。対象とするパッケージが最近注目されているPLCCや
QFPのような面付実装タイプのものである場合には、４
方向にリードを持つために、上記異方性の存在が問題と
なることが多い。例えば最近のQFPには300ピンに近いも
のまであり、リードパターンの形成にはフォトエッチン
グを利用する必要があるが、素材に上記異方性がある
と、エッチング条件に大巾な差異が生じ、圧延方向に平
行なリードと直交するリードではエッチング挙動に差異
が生ずると共に、リードの曲げ成形性にも差異が生ずる
のである。
従って、そのような場合には、かかる異方性が生ずる
ほどに冷間加工度を大きくとることは好ましくないこと
はいうまでもない。
ほどに冷間加工度を大きくとることは好ましくないこと
はいうまでもない。
また、リードフレームにおいてはアウターリードを基
板に半田付けして使用することが多い。
板に半田付けして使用することが多い。
強度を向上させるために合金元素を添加した銅合金を
用いたリードフレーム材においては、上記半田付けを行
なった後に、半田付けの界面において経時的に脆性剥離
が発生する現象がみられることがあり、信頼性の上から
大きな問題となっている。このような脆性層の形成は、
素材としてのCuと半田の中のSn成分および添加元素が拡
散することによって生ずるものと考えられており、Ｘ線
マイクロアナライザによる所見によっても、銅合金と半
田との界面にCu−Sn系におけるε相あるはいη相といっ
た脆性の大きい金属間化合物が拡散形成されることが確
認されている。さらに、添加元素のマイグレーション層
が界面に拡散形成され（Fe、Ｐ、Siにおいてとくに顕著
である）、これらが前記脆性剥離の原因となることも明
らかになっている。
用いたリードフレーム材においては、上記半田付けを行
なった後に、半田付けの界面において経時的に脆性剥離
が発生する現象がみられることがあり、信頼性の上から
大きな問題となっている。このような脆性層の形成は、
素材としてのCuと半田の中のSn成分および添加元素が拡
散することによって生ずるものと考えられており、Ｘ線
マイクロアナライザによる所見によっても、銅合金と半
田との界面にCu−Sn系におけるε相あるはいη相といっ
た脆性の大きい金属間化合物が拡散形成されることが確
認されている。さらに、添加元素のマイグレーション層
が界面に拡散形成され（Fe、Ｐ、Siにおいてとくに顕著
である）、これらが前記脆性剥離の原因となることも明
らかになっている。
本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を
解消し、銅系合金の強度を大きな冷間加工を加えること
なく向上させ得ると共に半田付界面剥離性についても大
巾に改善し得る新規なリードフレーム用高強度銅合金を
提供しようとするものである。
解消し、銅系合金の強度を大きな冷間加工を加えること
なく向上させ得ると共に半田付界面剥離性についても大
巾に改善し得る新規なリードフレーム用高強度銅合金を
提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、Ni1.0〜5.0％、Zn3.3〜7.0％、Si0.2〜1.0
％を含み、あるいはさらにこれにP0.003〜0.3％を含有
させ、残部Cuおよび不可避なる不純物をもって構成した
銅合金にある。
％を含み、あるいはさらにこれにP0.003〜0.3％を含有
させ、残部Cuおよび不可避なる不純物をもって構成した
銅合金にある。
［作用］ CuにNi、Siを上記範囲において添加した合金は、析出
硬化型合金を構成し、大きな冷間加工を加えることなく
熱処理によって析出硬化し十分な強度を保有させること
ができる。従って、先に説明した圧延の異方性を生ずる
ほどに冷間加工度を大きくとる必要がなくなり、PLCCや
QFPのような面付実装型パッケージのリードフレーム材
に適用しても問題の生ずるおそれはなくなるのである。
硬化型合金を構成し、大きな冷間加工を加えることなく
熱処理によって析出硬化し十分な強度を保有させること
ができる。従って、先に説明した圧延の異方性を生ずる
ほどに冷間加工度を大きくとる必要がなくなり、PLCCや
QFPのような面付実装型パッケージのリードフレーム材
に適用しても問題の生ずるおそれはなくなるのである。
しかして、Ni含有量が1.0％以下では高強度効果が低
く、5.0％以上になると加工性が劣化し導電率を低下さ
せるため好ましくない。
く、5.0％以上になると加工性が劣化し導電率を低下さ
せるため好ましくない。
Si含有量については、0.2％以下では同じく強度の向
上効果が小さく、1.0％以上になると後述する第１表か
らもわかるように界面剥離防止に要するZnの添加量を増
大させねばならず、結果的に導電率が低下することとな
り好ましくない。
上効果が小さく、1.0％以上になると後述する第１表か
らもわかるように界面剥離防止に要するZnの添加量を増
大させねばならず、結果的に導電率が低下することとな
り好ましくない。
Znは、その理由の詳細についてはなお不明であるが、
後に詳述するように、銅合金の半田付けにおける界面剥
離防止に非常に有効に作用する。しかし、この含有量が
3.3％以下では析出硬化せしめる上で有効なSi添加との
関係から半田界面剥離防止効果が不十分となり好ましく
なく、7.0％以上になると導電率の低下が大きくなり同
じく好ましくない。
後に詳述するように、銅合金の半田付けにおける界面剥
離防止に非常に有効に作用する。しかし、この含有量が
3.3％以下では析出硬化せしめる上で有効なSi添加との
関係から半田界面剥離防止効果が不十分となり好ましく
なく、7.0％以上になると導電率の低下が大きくなり同
じく好ましくない。
Ｐは脱酸剤として添加するものであり、上記界面剥離
防止に有効なZnが脱酸のために消費され本来の界面剥離
防止効果が低下する結果となるのを防止するためのもの
である。しかし、Ｐの含有量が0.003％以下では脱酸効
果が小さくZnの消費が大きくなり、0.3％以上になると
加工性が低下する上導電率の低下が大きくなり好ましく
ないのである。
防止に有効なZnが脱酸のために消費され本来の界面剥離
防止効果が低下する結果となるのを防止するためのもの
である。しかし、Ｐの含有量が0.003％以下では脱酸効
果が小さくZnの消費が大きくなり、0.3％以上になると
加工性が低下する上導電率の低下が大きくなり好ましく
ないのである。
［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照し説明する。
第１表は、各種元素を表示した量だけ添加した銅合金
にZnを表中に示した種々な量をもって添加し、Sn−40％
Pb半田にドブ付けメッキした後、150℃で表にそれぞれ
示した時間だけ加熱し、これを0.25Rで90°曲げしその
後曲げ戻した場合の界面の剥離の有無を顕微鏡で観察し
た結果を示すものである。
にZnを表中に示した種々な量をもって添加し、Sn−40％
Pb半田にドブ付けメッキした後、150℃で表にそれぞれ
示した時間だけ加熱し、これを0.25Rで90°曲げしその
後曲げ戻した場合の界面の剥離の有無を顕微鏡で観察し
た結果を示すものである。
表において、○は界面剥離の生じないもの、×は界面
剥離を生じた場合をそれぞれ示す。
剥離を生じた場合をそれぞれ示す。
第１表よりかわるように、添加元素の違いによってそ
の効果に差異があるものの、Znを添加することにより半
田付界面剥離を適確に防止することが可能になる。この
ようにZnに界面剥離防止効果のある理由については、前
述したように未だ詳細については不明なところが多い。
しかし、SiやＰの含有量が多くなると、その効果が阻害
される傾向がはっきりと現れる。従って、その有効性が
わかっていいてもSiやＰを余り多く添加することは好ま
しくないことがわかる。
の効果に差異があるものの、Znを添加することにより半
田付界面剥離を適確に防止することが可能になる。この
ようにZnに界面剥離防止効果のある理由については、前
述したように未だ詳細については不明なところが多い。
しかし、SiやＰの含有量が多くなると、その効果が阻害
される傾向がはっきりと現れる。従って、その有効性が
わかっていいてもSiやＰを余り多く添加することは好ま
しくないことがわかる。
実施例 第２表に示す組成よりなる銅合金を水冷鋳型を用いて
半連続鋳造し、850℃で熱間圧延を施して550mmW×10mmt
の板とした。これを焼鈍、冷間加工を繰返し、550mmW×
0.5mmtの板とし、さらに800℃×30分熱処理して急冷し
た。その後加工度50％で冷間圧延し、550mmW×0.25mmt
の板とした後500℃×１分の熱処理を施した。
半連続鋳造し、850℃で熱間圧延を施して550mmW×10mmt
の板とした。これを焼鈍、冷間加工を繰返し、550mmW×
0.5mmtの板とし、さらに800℃×30分熱処理して急冷し
た。その後加工度50％で冷間圧延し、550mmW×0.25mmt
の板とした後500℃×１分の熱処理を施した。
最終板材についてＸ線回折により異方性の形成の有無
について測定したが、圧延方向による異方性は認められ
なかった。
について測定したが、圧延方向による異方性は認められ
なかった。
つぎに、上記板材より15mmW×0.25mmt×50mmlの共試
片を切り出し、半田付界面剥離性について評価した。
片を切り出し、半田付界面剥離性について評価した。
各供試片を250℃に保持したSn−40％Pb半田浴中にお
いてドブ付けメッキし、これを大気中において150℃×1
000時間加熱した後、0.25Rで90°曲げしその後曲げ戻し
て界面における剥離の有無を100倍の顕微鏡で観察評価
した。
いてドブ付けメッキし、これを大気中において150℃×1
000時間加熱した後、0.25Rで90°曲げしその後曲げ戻し
て界面における剥離の有無を100倍の顕微鏡で観察評価
した。
第２表に評価結果を示す。
本発明に係る合金は、引張強さにおいていずれも65kg
f/mm2以上という高い値を示しており、前記した高ニッ
ケル合金にまさる強度を保持し得ることがわかる。
f/mm2以上という高い値を示しており、前記した高ニッ
ケル合金にまさる強度を保持し得ることがわかる。
しかも、第２表からわかるように本発明合金は、所定
量以上のZnを含有させることにより半田付界面剥離の発
生を完全に防止することができる。
量以上のZnを含有させることにより半田付界面剥離の発
生を完全に防止することができる。
これに対し、Znを含有しないか含有量の少ない比較例
では、いずれの場合も界面剥離が生じている。また、Si
の含有量が1.0％と高いものにあっては、Znを3.0％添加
しているにも拘らず界面剥離を生じており、Si含有量を
高くし強度を大きくしようとする場合にはZn量も3.3％
以上添加しないと効果のないことがわかる。
では、いずれの場合も界面剥離が生じている。また、Si
の含有量が1.0％と高いものにあっては、Znを3.0％添加
しているにも拘らず界面剥離を生じており、Si含有量を
高くし強度を大きくしようとする場合にはZn量も3.3％
以上添加しないと効果のないことがわかる。
［発明の効果］ 以上の通り、本発明に係る銅合金によれば、十分な析
出硬化がみられる結果、50％程度の余り大きくない加工
度であり乍ら高ニッケル合金にまさる強度を保持するこ
とができ、しかも異方性をも有しないものであり、ま
た、適切にZnが添加されることで半田付界面剥離を完全
に防止することが可能となるものであって、これによっ
てリードフレームの銅合金化に適切に対応できることと
なる意義は大きい。
出硬化がみられる結果、50％程度の余り大きくない加工
度であり乍ら高ニッケル合金にまさる強度を保持するこ
とができ、しかも異方性をも有しないものであり、ま
た、適切にZnが添加されることで半田付界面剥離を完全
に防止することが可能となるものであって、これによっ
てリードフレームの銅合金化に適切に対応できることと
なる意義は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−2851（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−293130（ＪＰ，Ａ) 欧州公開190386（ＥＰ，Ａ１) 二塚錬成，「銅系リードフレーム材の 開発動向と二、三の問題」，金属アグネ 発行，1989年，第59巻 第７号 ｐ．77 −85 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10 H01L 23/48 - 23/50
Claims (2)
- 【請求項１】Ni1.0〜5.0％、Zn3.3〜7.0％、Si0.2〜1.0
％を含み、残部Cuおよび不可避なる不純物よりなるリー
ドフレーム用高強度銅合金。 - 【請求項２】Ni1.0〜5.0％、Zn3.3〜7.0％、Si0.2〜1.0
％、P0.003〜0.3％、を含み、残部Cuおよび不可避なる
不純物よりなるリードフレーム用高強度銅合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1022842A JP2870779B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | リードフレーム用高強度銅合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1022842A JP2870779B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | リードフレーム用高強度銅合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02205645A JPH02205645A (ja) | 1990-08-15 |
| JP2870779B2 true JP2870779B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=12093964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1022842A Expired - Fee Related JP2870779B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | リードフレーム用高強度銅合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870779B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5834536B2 (ja) * | 1980-06-06 | 1983-07-27 | 日本鉱業株式会社 | 半導体機器のリ−ド材用の銅合金 |
| JPS63293130A (ja) * | 1987-05-26 | 1988-11-30 | Mitsubishi Shindo Kk | 半導体装置用Ｃｕ合金製リ−ドフレ−ム材 |
-
1989
- 1989-02-01 JP JP1022842A patent/JP2870779B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 二塚錬成，「銅系リードフレーム材の開発動向と二、三の問題」，金属アグネ発行，１９８９年，第５９巻 第７号 ｐ．７７−８５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02205645A (ja) | 1990-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |