JPH01162754A - 電子電気機器導電部品用材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は半導体やＩＣのリードフレームあるいはコネ
クタやスイッチなどの導電部品に使用される電子電気■
器導電部品用材料の製造方法に関し、良好な耐軟化性、
電気伝導性、熱伝導性（放熱性）、はんだ付は性、メツ
キ性、繰返し曲げ性および特に高い橢械的強度を示す電
子・電気握器導電部品用材料の製造方法に関するもので
ある。

従来の技術 電子・電気別器に使用される導電部品の代表的なものど
しては、トランジスタなどの個別半導体や１．Ｃ，、Ｌ
Ｓ　Ｉ、ＳＣＲに使用されるリードフレームがある。こ
のリードフレームは、代表的には次のような工程を経て
ＩＣや半導体に粗造まれる。

すなわち先ずリードフレーム用材料としての導主材料か
らなる板厚０．１〜０．５．、の条材を用意し、その条
材にプレス打抜き加工またはエツチングを施して所要の
リードフレーム形状（但しアウターリード側が相互に連
なっているもの）とし、次いでそのリードフレームの所
定箇所に高純度Ｓｉなどからなる半導体素子（Ｓｉチッ
プ）を接合する。

この接合は、ダイボンディングと称されるものであって
、Ａ９ペースト等の導電樹脂を用いて加圧接着する方法
、あるいは予めリードフレーム素材の片面もしくは半導
体素子（Ｓｉチップ）の面に、ＡＬＩ、ＡＱ、Ｎ　ｉ等
のうちの１種の単層または２種以上の多重層からなるメ
ツキ層を形成しておき、このメツキ層を介し加熱拡散圧
着してＡｕ−Ｓｉなどの共晶を利用してリードフレーム
と半導体素子とを接合する方法、さらにはＰｂ−８ｎは
んだ等を用いて接合する方法などがある。この後、基板
上のリードフレームの所定箇所にダイボンディングされ
た半導体素子（Ｓｉチップ）上のＡｌ電極とリードフレ
ームの導体端子（インナーリード）とをＡＬＩ線もしく
Ａｌ線で接続する。この接続はワイヤポンディングと称
されている。引続いて半導体素子、結線部分、および半
導体素子が取付けられた部分のリードフレームを保護す
るために樹脂やセラミック等で封止し、最終的にリード
フレームのアウタリードの相互に運なる部分を切除する
。

以上のような工程を経て使用されるリードフレーム材と
しては、良好なプレス加工性もしくはエツチング性を有
すること、および半導体素子（Ｓｉチップ）とリードフ
レームをダイボンディングする工程での耐熱性（耐軟化
性）やメツキ性、はんだ付は性が良好であること、さら
には良好な放熱性（熱伝導性）、導電性を有し、しかも
半導体装置の輸送や電子機器への粗込みに際しての曲が
りや繰返し曲げによって破損が生じない強度や延性を有
し、また耐食性を有することが要求される。

従来このようなリードフレーム材としては、Ｆｅ−４２
％Ｎ１合金である４２合金、あるいはＦｅ−１７％Ｑｏ
−２９％Ｎｉ合金であるコバール、さらにはＣｕ系合金
のリン青銅（ＣＡ　５０１）　、Ｃｕ　−・Ｆｅ−Ｚｎ
−Ｐ　（ＣＡ　１９４）合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｏ−８ｎ
−Ｐ　（ＣＡ　１９５）合金等が使用されている。

発明が解決すべき問題点 従来のリードフレーム材として用いられているコバール
や４２合金はいずれも高価なＮｉを多量に含有プるため
高価格とならざるを得ず、またＣｕ系合金は繰返し曲げ
性が劣り、しかも価格的な面でも問題があった。そこで
リードフレーム材で代表される電子・電気別器導電部品
の導電材料として、これらの部品に要求される開時性を
満足ししかも安価な材料の開発・実用化が強く望まれて
いる。

一般に安価な導電材料としてはアルミニウム合金が知ら
れており、アルミニウム合金を用いたリードフレーム材
料としては、既に特開昭６２−９６６３８号や特開昭６
２−９６６４４号等に記載のものが提案されている。し
かしながらこれらのアルミニウム合金では、従来のリー
ドフレーム材である４２合金やリン青銅と比較して強度
が低く、そこでより強度の高いアルミニウム合金基の材
料の開発が望まれている。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、耐
軟化性および良好な電気伝導性、熱伝導性（放熱性）、
さらに良好なはんだ付は性、メツキ性、繰返し曲げ性、
および特に高い機械的強度を有するアルミニウム基合金
からなる電子・電気機器導電部品材料を製造する方法を
提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等はアルミニウム基台金について、前述のよう
なリードフレーム等の電子電気機器導電部品に使用され
る材料として必要な特性、特に高い強度を満足させ得る
成分と製造方法について種々実験・検討を重ねた結果、
この発明をなすに至ったのである。

具体的には、第１発明の電子電気機器導電部品材料の製
造方法は、必須合金成分としてＭｃｌ０．２〜３．０ｗ
ｔ％および３　ｉ　　０．２〜２．５ｗｔ％を含有し、
残部がＡｌを主成分とするＡｆ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金から
なる板材を４８０〜５６０℃で溶体化処理して、冷却速
度１℃／５ｅｃｉＸ上で冷却することにより焼入れし、
その後、１００〜２００℃で人工時効処理を施すかまた
は冷間圧延後１００〜２００℃で人工時効処理を施し、
さらに冷間圧延することをｖｆ徴とするものである。

また第２発明の電子電気鵬器導電部品材料の製造方法は
、第１発明と同様にＡｆ−Ｍｃ＋−Ｓｉ系合金からなる
板材に、溶体化処理−焼入れ、人工時効処理（または冷
開圧延後人工時効処理）、冷間圧延を施した後、さらに
１００〜２００℃で最終焼鈍を施すことを特徴とするも
のである。

作　　　用 この発明の電子電気機器４電部品材料製造方法の素材の
アルミニウム基合金としては、時効硬化性を有する熱処
理型合金であるＡＮ−ＭＱ−Ｓｉ系の合金を用いる。こ
こでＡＩ−Ｍｃ＋−ｓｉｉ系合金は、必須合金成分とし
て、ＭＣＩを０．２％（重量％、以下同じ）以上、３．
０％以下含有し、かつＳｌを０．２％以上、２．５％以
下含有するものである。次にこれらのｓｉ、ＭＣＩ含有
吊限定理由について説明する。

Ｍｇ： ＭｇはＳｉと共存することにより析出物を形成して強度
向上に寄与する元素であり、リードフレーム等の部品と
して必要な強度および耐繰返し曲げ性を得るに必要であ
る。しかしながら０．２％未満では強度向上効果が充分
に得られず、一方３．０％を越えて含有させても強度向
上の効果が飽和し、コスト上昇を招くだけである。した
がってん１ｇは０．２〜３．０％の範囲内とした。

Ｓｉ： ＳｌはＭｇと共存することにより析出物を形成して強度
向上に寄与する元来であり、ＭＣＩと同様にリードフレ
ーム等の部品どして必要な強度、耐繰返し曲げ性を得る
に必要な元素である。しかしながら０．２％未満では強
度向上の効果が充分に得られず、一方２．５％を越えて
含有させても強度向上の効果は飽和し、コスト上昇をＪ
Ｈ＜たけである。

したがってＳｉは０．２〜２．５％の範囲内とした。

この発明の電子電気」器導電部品材料として用いるアル
ミニウム基合金は、基本的には以上のＭＣＩ、Ｓ　ｉを
含有するＡ＆−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であればリードフレー
ム等の部品に必要な緒特性を確保できるが、さらにメツ
キ性やはんだ付は性、強度を向上させるために必要に応
じてＣｕ３．０％以下、７ｎ３．０％以下のうちの１種
または２種を添加しても良い。また、さらに耐熱性を向
上させるために、必要に応じてＭｎ３．０％以下、Ｑｒ
０．３０　％ｊＸ下、Ｚｒ’　０．３０　％ＪＸ下、Ｖ
　Ｏ，３０％以下、Ｎｉ５．７％以下のうちの１種また
は２種以上を添加しても良い。これらの必要に応じて添
加される元素の添加量限定理由は次の通りである。

Ｃｕ： Ｃｕはメツキ性やはんだ付は性、強度をより一層向上さ
せるために有効な元素であるが、３．０％を越えて含有
されれば耐食性が低下する。したがってＣｕの添加量は
３，０％以下とした。

ｚｎ： Ｚｎもメツキ性やはんだ付は性、強度をより一層向上さ
せるために有効な元素であるが、３．０％を越えて含有
されれば耐食性が低下する。したがってＺｎの添加量は
３．０％以下とした。

Ｍｎ： Ｍｎは溶体化処理時の再結晶粒を＠細化し、より一層の
強度向上および耐熱性（ｉ４軟化性）の向上を図るに有
効な元素であるが、３，０％を越えて含有させても強度
向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造時に巨
大化合物を生成し易くなる。したがってＭｎの添加量は
３．０％以下とした。

Ｃｒ： Ｃｒも溶体化９８哩時の再結晶粒を微細化して、強度お
よび耐熱性を一層向上させるに有効な元素であるが、０
．３０％を越えて含有させても強度向上および耐熱性向
上の効果は飽和し、また鋳造時に巨大な化合物を生成し
易くなる。したがってＯｒの添加量は０．３０％以下と
した。

Ｚｒ： Ｚｒも再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上
に有効な元素であるが、０．３０％を越えて含有させて
も強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造
時に巨大な化合物を生成し易くなるから、Ｚｒの添加量
は０．３０％以下とした。

■： ■も再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上に
有効な元素であるが、０．３０％を越えて含有されても
強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造時
に巨大化合物を生成し易くなるから、■の添加量は０．
３０％以下とした。

Ｎ１： Ｎｉも再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱曲向上に
有効な元素であるが、５．７％を越えて多量に含有させ
ても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳
造時に巨大な化合物を生成し易くなるから、Ｎｉの添加
量は５．７％以下とした。

以上の各成分のほかは八！および不可避的不純物とすれ
ば良い。不可避的不純物としては「ｅが含有されるのが
通常であるが、ｌ”ｅは０．６０％程度以下であればこ
の発明で対象とするリードフレーム材等の電子電気機器
導電部品材料として特に支障はない。

そのほか、アルミニウム合金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴｉ、または７ｉおよ
びＢを添加することが多いが、この発明の材料の場合も
Ｔ　ｉ　ＮまたはＴｉおよびＢが添加されていても特に
リードフレーム材等の電子電気機器導電部品材料として
支障はない。但しその添加量は、ｌ’−ｉ０．２％以下
、［３０，０４％以下が望ましい。

またこの発明の系のアルミニウム基合金のようにＭＱを
含有するへ２合金の鋳造にあたっては、溶湯の酸化を防
止したりあるいは圧延性を改善する目的で３ｅを必要に
応じて添加することがあるが、この発明の材料の場合も
３ｅを必要に応じて５０ｐｐｎ＋程度以下添加すること
ができる。

次にこの発明の電子電気別器導電部品材料の製造方法に
ついて詳述する。

先ず前述のような成分組成のアルミニウム基台金溶湧を
常法にしたがって鋳造する。この鋳造方法としては半連
続鋳造法（ＤＣ鋳造法）が−数的であるが、省エネルギ
や耐軟化性の向上等の観点から薄板連続鋳造法（連続鋳
造圧延法）を適用しても良い。

得られた′！ｉＲ１ｍに対しては、均熱処理（均質化処
理）および熱間圧延を行ない、必要に応じて冷間圧延を
行なった後、溶体化処理−焼入れを行なう。

この溶体化処理−焼入れは、その後の人工時効処理およ
び冷間圧延により強度を増すために必要な工程である。

このように溶体化処理−焼入れを行なった後には、人工
時効処理を施すか、または必要に応じて冷間圧延を行な
ってから人工時効処理を施し、さらに最終冷間圧延を行
なって厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度の圧延板とする。但
し薄板連続鋳造板の場合は、これらの工程のうち熱間圧
延までの工程を省略することができる。

上記各工程のうち、均熱処理は４５０〜５６０℃の温度
にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度が４５０℃
未満では熱間圧延性が低下し、一方力熱温度が５６０℃
を越えれば共晶溶融が発生し易くなる。

また保持時間が４８時間を越しても均熱によるｌｌ１１
８の均質化効果はほとんど飽和し、エネルギコストの増
大を招くだけである。

均熱処理後は通常は再加熱してから熱間圧延を行なう。

この再加熱は、常法に従って４００〜５５０℃で行ない
、熱間圧延も４００〜５５０℃で行なえば良い。なお均
熱処理（均質化処理）と熱間圧延のための加熱処理は、
上述のように個別に行なう必要はなく、均質化処理と熱
間圧延のための加熱を兼ねて１回の加熱処理を行ない、
引続いて熱間圧延を行なっても良い。

熱間圧延終了後は、必要に応じて一次冷間圧延を施した
後、溶体化処理、焼入れを行なう。溶体化処理、焼入れ
は、時効硬化性を与えるべく、ＭＱ、５ｉｑＣｕ等の元
素を予め固溶させておくためのものであり、溶体化処理
温度は４８０〜５６０℃の範囲内の温度とする必要があ
る。溶体化処理温度が４８０℃未満では、その後の時効
硬化性、加工硬化性が低下して充分な強度が得られなく
なる。

一方溶体化処理温度が５６０℃を越えれば、共晶溶融が
発生して好ましくない。また溶体化処理温度での保持１
間は板厚によって異なるが、３問以下の板厚であれば、
１時間以内の保持で充分である。

溶体化処理温度で保持後の冷却（焼入れ）は、１℃／Ｓ
ｅｃ以上の冷却速度とする。冷却速度が１℃／ｓｅｃ未
満では時効硬化が少なく、また同時に加工硬化性も低く
なるから、１℃／ｓ８Ｃ以上の冷ｎ】速度とづる必要が
ある。なおコイル材に対してこの溶体化処理を行なう場
合は連続焼鈍炉を用いるのが通常であるが、連続焼鈍の
場合は保持時間が短かくても冷へ〇速度が１℃／Ｓ８Ｃ
以上であれば、その後の時効硬化性、加工硬化性が著し
く損なわれることはない。

このように溶体化処理、焼入れを行なった後、１００〜
２００℃で人工時効処理を施すか、または必要に応じて
冷間圧延を行なってから１００〜２００℃で人工時効処
理を施し、さらに最終冷間圧延を行なう。

この１００〜２００℃の範囲内の温度での人工時効処理
は、Ｒ終冷間圧延後の強度を著しく向上させるために有
効な処理である。人工時効処理温度が１００℃未満の場
合および２００℃を越える場合は、いずれも最終冷間圧
延後の強度向上にあまり効果がなく、したがって人工時
効処理温度は１００〜２００℃の範囲内とした。一方、
人工時効処理時間は０．５〜２４時間が好ましい。処理
時間が０．５時間未満の場合および２４時間を越えた場
合は、時効硬化およびその加工硬化が充分ではなくなる
。

人工時効処理後の最終冷間圧延は、３０％以上の圧延率
で行なうことが望ましい。３０％未満の圧延率では、加
工硬化による強度上昇が充分ではなく、最終圧延板の強
度が劣るおそれがある。

最終圧延板の強度については、従来の４２合金やＣｕ系
合金のリードフレーム材等の電子電気ＲＰ４導電部品用
材料と同等以上の性能を得るためには引張強さで４０ｋ
ｇ？／−以上が必要であるが、以上のようなこの発明の
方法によるアルミニウム基合金材料の場合、最終冷間圧
延後の強度として充分にその値を満足することができる
。

なお第２発明の方法の場合、繰返し曲げ性をさらに向上
させるために、最終冷間圧延後に１００〜２００　’Ｃ
で最終焼鈍を行なう。最終焼鈍温度が１００℃未満では
強度向上の効果が少なく、また伸びも向上しないから、
繰返し曲げ性が余り向上せず、一方２００℃を越える温
度では、伸びは向上するが強度向上の効果は少なく、前
記同様に繰返し曲げ性が余り向上しない。したがって最
終焼鈍は１００〜２００℃の範囲内で行なう必要がある
。なおこのように最終冷間圧延後に、＠終焼鈍を施す場
合、溶体化処理−焼入れ後の人工時効を１００〜１８０
℃程度で１ｖｆ間以内の亜時効条件で行えば、最終焼鈍
によりさらに強度が向上しかつ伸びも向上し、より一層
の高強度でかつ繰返し曲げ性の優れた材料が冑られる。

実　　施　　例 第１表に示す合金Ｎ０．　１〜Ｎ０．　５を通常の半連
続鋳造法により跡潰した。半連続鋳造した鋳塊は、各面
を面側して厚さ５００ｍ＃Ｉ、幅１ｏｏｏｓ、長さ３５
００門とし、第２表に示づ゛製造条件Ｎ０．　１〜Ｎ０
．　８で０．３０ｍｍ厚の圧延板とした。

これらのアルミニウム合金圧延板について、礪械的性賀
及び耐軟化性、導電率、メツキ性、はんだ付は性につい
て調査した。その結果を第３表に示す。

なおここで握械的性質としては、圧延材の性能を調査し
た。

また一般にリードフレーム材のダイボンディングにおい
てｐｂ−３ｎはんだを用いる場合は不活性ガス中で２０
０〜３００℃で数秒間の熱処理を行なうことから、耐軟
化性としては、２５０℃Ｘ　５分間の前処理を施してそ
の熱処理後の引張強さを測定した。

さらに、アルミニウム合金の場合、ＡＬＩやＡｇ等のメ
ツキを施すにあたってメツキを背金に行なうためには一
般にメツキ前に予め表面処理を行なう必要がある。また
はんだを付ける場合も表面処理を事前に行なっておけば
はんだが付き易く、はんだ付は部の剥離が生じにくくな
る。このような事前の表面処理としては一般にＮｉメツ
キやＣＬＩメツキがあり、さらにこの表面処理の前処理
としてはジンケート処理が有効である。このジンケート
処理時のｚｎの分布が均一であるほど、そのジンケート
処理面上へのＮｉやＣＵのメツキ性が良好となり、さら
にその上に施されるＡｕやＡＣ＋のメツキ性やはんだ付
は性が良好となる。そこでこの実施例においても、メツ
キ性やはんだ付は性を判定するために圧延板にジンケー
ト処理を施してそのジンケート処理面のｚｎの分布を光
学顕微鏡で観察し、Ｚｎの分布か均一な順にＯ１Δ、×
と評価した。６以上であればメツキ性やはんだ付は性は
一応合格と判定される。なおこのジンケート処理条件は
、次の通りである。

浴組成　：　　ＮａＯＨ５２５ｆｊ／１酸化亜鉛　　９
８ｇ／β 浴温度　：２０℃ 浸漬時間　＝３０秒 また繰返し曲げ性は、０．３０ｍｍの圧延材を９０゜片
振りで繰返し曲げを行ない、破断に至るまでの往復回数
を測定した。この繰返し曲げ性は５回以上あれば性能上
問題はない。

第　　　１　　　表 第３表から明らかなように、この発明の製造方法による
電子電気機器導電部品材料としてのアルミニウム基合金
は、圧延材での強度が引張り強さ４ｏｗ／ｒａｙＡ以上
で充分な強度を有しており、しかも２５０℃Ｘ　５分間
の熱処理後も４０ｋｌ／ｒｉｄ以上の引張強さを確保す
ることができ、したがって耐熱性も良好であり、さらに
繰返し曲げ性も良好であり、また導電率は従来のリード
フレーム材である４２合金（導電率３　ＪＡＣ５％〉と
比較して格段に高くて、放熱性や熱伝導性、電気伝導性
にゆれ、さらにジンケート処理時のｚｎの均一性が良好
であることから、メツキ性やはんだ付は性に優れること
が判る。なお第３表中には特に示さなかったが、耐食性
も優れていることが確認されている。

発明の効果 この発明の製造方法によれば、従来の４２合金やコバー
ルあるいはＣＬＪ系材料と同等以上の特に高い強度を有
し、しかも優れた耐軟化性、良好な電気伝導性、熱伝導
性、放熱性を有し、かつまた良好なはんだ付は性、メツ
キ性と良好な繰返し曲げ性を有するアルミラム基の電子
電気機器導電部品用材料を得ることができる。したがっ
てこれらの特性が要求されるＩＣ，半導体のリードフレ
ーム材やスイッチ、コネクタ等の電子電気顆器導電部品
用の材料の製造に最適である。なＪ３特にリードフレー
ム材においてワイヤボンディングをＡＺｆｉｌで行なう
場合にこの光間の製造方法による材料をリードフレーム
どして使用すれば、半導体素子取付部およびワイヤ接続
部に金メツキや銀メツキ等を施す必要がなく、そのまま
でワイヤボンディングが可能となり、半導体素子製造の
コストをさらに下げることができるというメリットもあ
る。

出願人　　スカイアルミニウム株式会社代理人　　弁理
士　　登　１）武　久 （ほか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）必須合金成分としてＭｇ０．２〜３．０ｗｔ％お
   よびＳｉ０．２〜２．５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌを
   主成分とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる板材を４
   ８０〜５６０℃で溶体化処理して、冷却速度１℃／ｓｅ
   ｃ以上で冷却することにより焼入れし、その後、１００
   〜２００℃で人工時効処理を施すかまたは冷間圧延後１
   ００〜２００℃で人工時効処理を施し、さらに冷間圧延
   することを特徴とする電子電気機器導電部品用材料の製
   造方法。
2. （２）必須合金成分としてＭｇ０．２〜３．０ｗｔ％お
   よびＳｉ０．２〜２．５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌを
   主成分とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる板材を４
   ８０〜５６０℃で溶体化処理して、冷却速度１℃／ｓｅ
   ｃ以上で冷却することにより焼入れし、その後、１００
   〜２００℃で人工時効処理を施すかまたは冷間圧延後１
   ００〜２００℃で人工時効処理を施し、さらに冷間圧延
   した後、１００〜２００℃で最終焼鈍することを特徴と
   する電子電気機器導電部品用材料の製造方法。