JPH01180932A - ピン・グリッド・アレイｉｃリードピン用高力高導電性銅合金 - 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」 本発明はピン・グリッド・アレイＩＣリードピン用高力
高導電性銅合金に関し、さらに詳しくは、Ａｕ−２０ｗ
ｔ％Ｓｎ共晶ろうのような軟ろう祠（４００℃未満）に
よりろう付け接合することができるピン・グリッド・ア
レイＩＣリードピン用高力高導電性銅合金に関する。

［従来技術］ 一般に、ピン・グリッド・アレイＩＣの基盤はセラミッ
クからなり、方形のセラミック基盤の表面には数個のＩ
Ｃ素子が搭載され、基盤の電極とＩＣ素子の電極がボン
ティングワイヤを介して結線され、抵抗等が付加されて
回路が形成される。

また、裏面は表面の各電極に対応した入出力用リードピ
ンから構成されている。そして、これらのリードピンは
ヘッダ加工されたピンの頭部をろう付けすることにより
、メタライズされた電極部にろう付けされて接合される
。

特に、大型コンピューター等に使用されるピン・グリッ
ド・アレイＩＣは、極めて高い信頼性を　　゛要求され
るため、このリートピンの接合にはＡｕ−２０ｗｔ％Ｓ
ｎ共晶ろう（融点２８０’Ｃ）が使用され、水素還元雰
囲気中において４００〜５００℃の温度でろう付けされ
る。また、リードピンにはＮ１またはＰｄ下地めっき後
、Ａｕめっきが施されるのが通例である。そして、この
リードピンとしては、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金（ＡＳＴＭ
規格Ｆ−１５合金）が使用されている。

しかして、このＦ−１５合金は優れた耐熱性、高強度を
有しているため、リードの変形等の信頼性の面で使用さ
れてきているが、しかし、Ｆ−１５合金は導電率が３％
ＩＡＣＳと小さく、ＩＣリード線としてはジュール熱が
発生し易く、かっ、熱伝導率が小さいのでＩＣ内部で発
生ずる熱量の放散性が不充分である。

特に、最近のＩＣ素子の高密度化に伴い、ＩＣ素子内部
で発生する熱量が増加するようになり、Ｆ−１５合金は
熱量の放散性か悪いということが指摘され、Ｆ−１５合
金に代わる祠料が要望されてきている。

このような、要望に対しては銅合金が挙げられるが、−
船釣に銅合金は４００〜５００℃の温度におけるろう付
け時に軟化し、強度が失われ、硬度１−１ｖ２００以上
を保持することは困難である。

また、強度および耐熱性か良好な銅合金はＦ−１５合金
と同様に導電率が小さいという問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記に説明したような従来技術の種々の問題点
に鑑み、本発明者が鋭意研究を行ない、検訃ｊを重ねた
結果、４００〜５００°Ｃの温度におけろろうイ」け後
し、ビッカース硬さが２００以上、導電率３０％ＩＡＣ
Ｓ以」ユ、かつ、耐熱性、繰り返し曲げ性、貴金属めっ
きが優れているピン・グリッド・アレイＩｃリードピン
用高力高導電性銅−合金を開発したのである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るピン・フリント・アレイＩＣリードピン用
高力高導電性銅合金の特徴とするところは、 Ｎ　ｉ　３．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉ　Ｏ，５−０，９
ｗｔ％、−Ｚｎ　０．０５−５ｗｔ％、Ｓｎ　０．２〜
２．０ｗｔ％、Ｃｒ　　０．００１〜０．１ｗｔ％、　
Ｍｇ　　Ｏ，００１−０，０１ｗＬ％を含有し、残部Ｃ
ｕおよび不可避不純物からなる〜３− 銅合金であり、かつ、４．５０　℃未満の軟ろう付け処
理後、ビッカース硬さ２００以上、導電率３０％ＩＡＣ
Ｓ以上、耐熱性、スティフネス強度、繰り返し曲げ性、
貴金属めっき性が優れていることにある。

本発明に係るピン・グリッド・アレイＩＣリードピン用
高力高導電性銅合金について、以下詳細に説明する。

先ず、本発明に係るピン・グリッド・アレイＩＣリード
ピン用高力高導電性銅合金の含有成分および含有割合に
ついて説明する。

Ｎ１は強度向上に寄与する元素であり、含有量が３．０
ｗｔ％未満ではＳｉが０５〜０．９ｗｔ％含有されてい
ても強度向上は期待できず、また、３．５ｗｔ％を越え
て含有されると効果が飽和し、導電性が低下する。よっ
て、Ｎｉ含有量は３０〜３．５ｗｔ％とする。

ＳｉはＮ１と共に強度向上に寄与する元素であり、含有
量が０５１％未満ではＮｉが３０〜３．５ｗｔ％含有さ
れていても強度向上は期待できず、また、０．９ｗｔ％
を越えて含有されると導電性が低下すると共に熱間押出
し加工性が悪化する。よって、Ｓ１含有量は０５〜０．
９ｗｔ％とする。

Ｚｎは貴金属めっき、錫めっき、錫合金めっきおよびは
んだの耐剥離性を著しく改善する元素であり、含有量が
０．０５ｗｔ％未満ではこの効果は少なく、また、５ｗ
ｔ％を越えて含有されるとはんだ付け性が悪くなる。よ
って、Ｚｎ含有量は００５〜５ｗｔ％とする。

Ｓｎ！ｊ：Ｃｕ中に固溶して強度、スティフネス強度お
よび繰り返し曲げ性の向上に寄与する元素であり、含有
量が０．２ｗｔ％未満ではこのような効果は少なく、ま
た、２．０ｗｔ％を越えて含有されると導電性および熱
間押出し加工性を低下さ仕る。よって、Ｓｎ含有重は０
２〜２．０ｗｔ％とする。

Ｃｒは鋳塊の粒界か強化され、熱間押出し加工性を向上
させる元素であり、含有量が０．００１ｗｔ％未満では
この効果は少なく、また、０．１ｗｔ％を越えて含有さ
れると溶湯が酸化し、鋳造性を劣化さ什る。よって、Ｃ
ｒ含有層は０００１〜０．１ｗｔ％とすＭｇは不可避的
に混入してくるＳを安定したＭｇとの化合物ＭｇＳとし
て、同相中に固定し、熱間押出し加工を可能にする元素
であり、含有量が０．００１ｗｔ％未満てはこの効果は
少なく、また、０．０１ｗｔ％を越えて含有されると鋳
塊中にＣｕ十ＭｇＣｕ２の共晶（融点７２２°Ｃ）を生
し、ごの７２２℃以上の温度に加熱されると割れを発生
し、溶場　−が酸化し、鋳造性が劣化する。よって、Ｍ
ｇ含有量は０．００１〜Ｏ、Ｏｌｖｔ％とする。

なお、上記に説明した含有成分以外に、Ａｇ、Ａ１、Ｉ
　ｎ、　Ｆｅ、　Ｍｎを１種或いは２種以上を０２ｗｔ
％まで、また、Ｂ５Ｂｅ、　Ｔ１、Ｚｒ、Ｐを１種或い
は２種以上をＯ，１ｗｔ％までの含有は、強度、導電性
、繰り返し曲げ性、貴金属めっき性、はんた付け性、は
んだの耐熱剥離性等の特性を問題なく維持することがで
き、」二足含有量までは許容することができる。

［実　施　例］ 本発明に係るピン・グリッド・アレイＩＣり一ドピン用
高力高導電性銅合金の実施例を説明する。

実施例 第１表に示す含有成分および含有割合の銅合金を、クリ
プトル炉において大気中で木炭被覆下に溶解し、傾斜式
鋳鉄製の円筒モールドに鋳込み、直径７０ｍｍ、、長さ
１８０ｍｍの鋳塊を作製した。

この鋳塊の外周面を２５ｍｍ面削し、８２０℃の温度に
加熱し、直径１０闘の棒に熱間押出し加工を行なった後
、７５０’Ｃの温度から水中急冷を行なった。

比較材Ｎｏ、４はＳｉ含有嵐が０．９ｗｔ％を越えて含
有されており、熱間押出し加工時、割れを発生したため
、後の試料調整から除外した。

また、比較材Ｎｏ、１１はＣｒを、比較材Ｎ０１２はＭ
ｇを含有しておらず、熱間押出し加工時に割れを発生し
たため、その後の試ＮＩＭ整から除外した。

次に、酸化スケールを除去した後、１パス加工率約２０
％の冷間伸線加工を繰り返し、直径５．２ｍｍの線材と
した。

次いで、ｌパス加工率約２０％の冷間伸線加工を繰り返
し、直径０．５０ｍｍの線材を作製し、４７５°Ｃの温
度でＮ２ガス雰囲気中で２時間の焼鈍を行なった後、冷
間伸線加工により、直径０．４０ｍｍの線材を作製した
。

なお、その他の比較材として、市販品のＦ−１５合金の
直径０．４０ｍｍの線材を使用した。

このようにして、作製された試料について、以下説明す
る試験条件により試験を行ない、試料ままのビッカース
硬さ、導電率、はんだ付け性、はんだの密着性およびＡ
ｕ−２０ｗｔ％９ｎ共晶ろう付けする温度条件である４
２５℃の温度で１５分加熱処理した後の、ビッカース硬
さ、導電率、スティフネス強度、繰り返し曲げ性および
Ａｕめっきの密着性を調査し、その結果について第２表
に示す。

［試験条件］ （１）ビッカース硬さは、マイクロヒラカース硬度計、
荷重１００ｇｆで測定した。

（２）導電率はダブルブリッジを使用し、Ｊ　Ｉ　Ｓ　
Ｉ（０５０５に基ついて測定した。算出法は平均断面積
による。

（３）はんだ付（′：Ｉ試験およびはん）ａの耐熱剥離
性試験は、φ０．４０ｍｍＸ　８０ｍｍ１の試験片を酸
洗後、Ｍ　Ｉ　Ｌ　Ｓ　’ＦＤ　−２０２１尤Ｍｅｔｈ
ｏｄ２０８　Ｃに括ついて、弱活性フラックスを使用し
、２３０℃の温度において、５ｎ６０〜Ｐｂ４．Ｏ浴中
ではんたイ」けを行ない、さらに、１５０℃の温度にお
いて５００時間大気中に保持した。後９０°曲げを行な
いはんだの密着性を拡大鏡により調べた。

（４）スティフネス強度はφ０．４０ｍｍｘ６０ｍｍ１
の試験片を用０、曲げ半径４０ｍｍで応力を加え、変位
角度か１００となる時のモーメントを求めた。

（５）リードの繰り返し曲げ性は、４５０ｇの荷重を端
部に吊して、往復９０°の一方向曲げを行ない、破断す
るまでの回数を往復１回と数え、試験片数１０の平均値
として求めた。

（６）Ａｕめっきの密着性は、下地Ｎ１めつき２μ、Ａ
ｕめっきを３ｚｌを施し、ろつイ・］（ｊ温度４２５°
Ｃで１５分間加熱後、膨れの発生の有無を拡大鏡により
調へた。

第１表 第２表から明らかなように、本発明に係るピン・グリッ
ド・アレイＩＣＩリートピン用高力高導電性銅合金（以
下、本発明側として説明する。）は、比較材に比してピ
ン・グリッ）・・アレイＩｃＩリートピンとして、以下
説明するように優れた特性を有していることがわかる。

本発明４−’ｌ’Ｎｏ、ＩおよびＮｏ、２にたいして、
比較材Ｎｏ、３はＳｉ含有量か０．５ｗｔ％未１ｉＲｉ
であり、Ｎ１、Ｓｉそれぞれの含有量のバランスが悪く
、ＡＬＩろう例は温度に加熱後、ビッカース硬さが２０
０以下となっている。

比較材ＮｏはＮ１含有量が３．５ｗｔ％を越えており、
Ｎｉ、Ｓｉのバランスが悪く、導電率か３０％Ｉ　ＡＣ
８未満である。

比較材Ｎｏ、６はＮ１含有量が３．０ｗｔ％未満であり
、Ｎ１、Ｓ】のバランスが悪く、ビッカース硬さの２０
０以上を満足しない。

比較材Ｎｏ、７はＺｎを含有しておらず、Ａｕめっきお
よびはんだの密着性か悪い。

比較材Ｎｏ、８はＺｎ含有が５．０ｗｔ％を越えており
、はんだ付け性が悪く、かつ、導電率も３０％ＩΔＣＳ
未満である。

比較材Ｎｏ、９はＳｎ含有量が０．２ｗｔ％未満であり
、導電率は高い値を有しているが、ビッカース硬さが２
００以下であり、スティフネス強度、繰り返し曲げ性は
低下している。

比較材Ｎｏ、　Ｉ　ＯはＳｎｎ含有熱２．０ｗｔ％を越
えており、ビッカース硬さ、スティフネス強度、繰り返
し曲げ性は、本発明材Ｎｏ、ｌおよびＮｏ、　２１同等
の特性を有しているが、導電率が３０％ｊＡＣＳ未満で
ある。

また、本発明材のＮｏ、］およびＮｏ、２はＰ−１５合
金と比較しても、ビッカース硬さ、スティフネス強度、
繰り返し曲げ性、Ａｕめっき性、はんノコ付け性および
はんだの密着性は同等であり、導電率は１０倍以−ヒの
値を示している。

［発明の効果］ 以」二説明したように、本発明に係るピン・グリッド・
アレイＩＣＩリートピン用高力高導電性銅合金は上記の
構成であるから、４００〜５００°Ｃの温度においてろ
う付け処理した後においても、ビッカース硬さは２００
以上であり、導電率も３ｏ％ＩＡＣＳ以上て、耐熱性、
スティフネス強度、繰り返し１ｉｔａｉヂ性、貴金属め
っき性に優れているという効果を有するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎｉ３．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜０．９ｗｔ％
   、Ｚｎ０．０５〜５ｗｔ％、Ｓｎ０．２〜２．０ｗｔ％
   、Ｃｒ０．００１〜０．１ｗｔ％、Ｍｇ０．００１〜０
   ．０１ｗｔ％を含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物か
   らなる銅合金であり、かつ、４５０℃未満の軟ろう付け
   処理後、ビッカース硬さ２００以上、導電率３０％ＩＡ
   ＣＳ以上、耐熱性、スティフネス強度、繰り返し曲げ性
   、貴金属めっき性が優れていることを特徴とするピン・
   グリッド・アレイＩＣリードピン用高力高導電性銅合金
   。