JP2870780B2 - 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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- JP2870780B2 JP2870780B2 JP1022843A JP2284389A JP2870780B2 JP 2870780 B2 JP2870780 B2 JP 2870780B2 JP 1022843 A JP1022843 A JP 1022843A JP 2284389 A JP2284389 A JP 2284389A JP 2870780 B2 JP2870780 B2 JP 2870780B2
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- lead frames
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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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
共に加工硬化による強度向上特性を有する高強度銅合金
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
共に加工硬化による強度向上特性を有する高強度銅合金
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、ある種の合金元素を添加すると熱処理
により強度を増大し得る析出硬化型合金とすることがで
きる。しかし、この析出硬化に依存しても十分に大きな
強度が得られないことがあり、そのような場合には固溶
硬化型の合金元素を添加し、冷間加工による硬化をも併
用する必要がある。
により強度を増大し得る析出硬化型合金とすることがで
きる。しかし、この析出硬化に依存しても十分に大きな
強度が得られないことがあり、そのような場合には固溶
硬化型の合金元素を添加し、冷間加工による硬化をも併
用する必要がある。
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％、Sn0.5〜2.5％、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をもって構成した銅合金にある。
％、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、熱処理によって析出硬化し強度を
向上させることができる。
硬化型合金を構成し、熱処理によって析出硬化し強度を
向上させることができる。
しかし、十分に大きな強度を求める場合には、析出硬
化にのみ依存することは適当でなく、固溶硬化型の元素
を添加し、加工硬化に基く強度の向上をも図る必要があ
る。
化にのみ依存することは適当でなく、固溶硬化型の元素
を添加し、加工硬化に基く強度の向上をも図る必要があ
る。
Snは、そのように加工硬化させ得る元素として添加し
固溶体化処理するものであるが、含有量が0.5％以下で
はその効果が不十分であり、2.5％を越えると導電率の
低下が大きくなり好ましくない。
固溶体化処理するものであるが、含有量が0.5％以下で
はその効果が不十分であり、2.5％を越えると導電率の
低下が大きくなり好ましくない。
また、Ni含有量については、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。
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。
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、冷間圧延を繰返し、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66％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、冷間圧延を繰返し、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66％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。
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、析出硬化に加工硬化が加わり、
引張強さにおいていずれも69kgf/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。
引張強さにおいていずれも69kgf/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の含有量が高いも
のにあっては、Znを2.5％あるいは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。
合も界面剥離が生じている。また、Siの含有量が高いも
のにあっては、Znを2.5％あるいは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、析出硬化
に加え加工硬化がみられる結果、高ニッケル合金にまさ
る強度を保持することができ、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。
に加え加工硬化がみられる結果、高ニッケル合金にまさ
る強度を保持することができ、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 (1)
- 【請求項１】Ni1.0〜5.0％、Sn0.5〜2.5％、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 |
|---|---|---|---|
| JP1022843A JP2870780B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP1022843A JP2870780B2 (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 |
|---|---|
| JPH02205642A JPH02205642A (ja) | 1990-08-15 |
| JP2870780B2 true JP2870780B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=12093991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1022843A Expired - Fee Related JP2870780B2 (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) | JP2870780B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4501818B2 (ja) * | 2005-09-02 | 2010-07-14 | 日立電線株式会社 | 銅合金材およびその製造方法 |
| CN115896536B (zh) * | 2022-12-26 | 2025-04-08 | 江西科美格新材料有限公司 | 一种锡锌铜合金及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 JP1022843A patent/JP2870780B2/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 |
|---|---|
| JPH02205642A (ja) | 1990-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |