JPH0243336A - 半導体装置用Ｃｕ合金製リードフレーム材 - 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、特にすぐれたはんだの耐剥離性と高強度を
有し、さらに半導体装置のリードフレームに要求される
曲げ加工性、放熱性、導電性、およびめっき密着性を具
備したＣｕ合金製リードフレームに関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置の構造部材であ
るリードフレーム材には、 （ａ）　　電気機器への組込みに際して破損が生じない
ための強度。

（ｂ）　　曲は加工の際に割れが生じない良好な曲は加
工性。

（Ｃ）良好な放熱性と導電性。

（ｄ）　　はんだの耐剥離性。

ｔｅｔ　　良好なめつき密着性。

などの特性を具備することが要求され、これらの特性を
具備するＣＵ合金製リードフレーム材として。

例えば特開昭６１−１８３４２６号公報、第３頁。

第１ＮＫ記載されるＣｕ−Ｔｉ　−Ｚｒ合金やＣｕ　−
Ｔｉ　−Ｎｉ合金、さらにＣｕ−Ｔｉ　−Ｎｉ　−Ｏｒ
金合金どのＣｕ合金で構成されたリードフレーム材が知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、近年の半導体装置の高集積化および小型軽量化に
伴い、これを構成するリードフレーム材にも高強度が要
求されるようになっている。

しかし、上記の従来Ｃｕ合金製リードフレーム材は、リ
ードフレーム材に要求される。良好な曲げ加工性、放熱
性、導電性、およびめっき密着性を具備するものの１強
度が十分でなく、４０〜〒ＯＩｆ／１１３１２程度の引
張強さをもつＫすぎず、この程度の強度では上記の要求
に十分に対応することができないものであり、さらには
んだの耐剥離性にも問題があり、信頼性の点で満足する
ものでないのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

そこで１本発明者等は、上述のような観点から。

高強度を有し、かつはんだの耐剥離性のすぐれた半導体
装置用リードフレーム材を開発すべく研究を行なった結
果５重量％で（以下チは重量％を示す）。

Ｎｉ：１　〜３．５％　　、　　　　　　　　　　Ｔｉ
　　二　　〇、３　〜１．５　　％。

Ｃｒ：　０．２〜１　＊、　　　　Ｚｒ　：　０．０５
〜０．５　％。

を含有し、さらに必要に応じて。

Ｍｇ：　Ｏ，ＯＯｌ　〜０．２％およびＺｎ：　Ｏ−０
５〜０．５　％のうちの１ｍまたは２種。

を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成を有
するＣｕ合金は、引張強さ：　７０　ＫＨ２ｍ２以上の
高強度を有し、かつはんだの耐剥離性にもすぐれ。

さらにリードフレーム材に要求される曲は加工性。

放熱性、導電性、およびめっき密着性にもすぐれた特性
をもつという知見を得たのである。

したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって。

Ｎｉ：ｌ〜３．５％、Ｔｌ：０．３〜１．５チ。

Ｏｒ：　０．２〜ｌ　％、　　　　Ｚｒ：　０．０５〜
０．５　％。

を含有し、さらに必要に応じて。

Ｍｇ：　Ｏ，ＯＯ１〜Ｏ−２％およびＺｎ：　０．０５
〜Ｏ−５％のうちの１種または２種。

を含有し、残）がＣｕと不可避不純物からなる組成を有
するＣｕ合金で構成することにより高強度とすぐれたは
んだの耐剥離性とを具備せしめた半導体装置のＣＵ合金
製リードフレーム材に特徴を有するものである。

以下に、この発明のリードフレーム材において。

これを構成するＣｕ合金の成分組成を上記の通りに限定
した理由を説明する。

（ａ）　　ＮｉおよびＴ１ これら２成分は、結合して、結晶粒内（素地中）に微細
に分散析出するＮ１ｚＴｉｙの金属間化合物を形成し、
もって強度を飛躍的に向上させる作用をもつが、その含
有量がＮ１およびＴ１のいずれかでも。

Ｎ１にあっては１％未満、　Ｔｉにあっては０．３−未
満になると、金属間化合物の析出が不十分となって所望
の高強度を確保することができず、−万Ｎ１およびＴ１
のいずれかでも、Ｎｉにあっては３．５％、Ｔｉにあっ
ては１．５％を越えると、主成分のＣｕによってもたら
されるすぐれた放熱性および導電性が急激に低下するよ
うになシ１反面強化現象は飽和し。

より一層の向上効果は現われないことから、その含有量
を、　Ｎｉ：　１〜３．５　％、　Ｔに〇、　ｓ　〜１
．５　％と定めた。

（ｂ）　　Ｃｒ 半導体装置は、外部回路との接続の際に、リードフレー
ム材の一部を構成するリード部ではんだ付けされるが、
このはんだ付は部が半導体装置の使用時の発熱や高温環
境で剥離しないことが必要であって、　Ｃｒ成分がこの
はんだの耐剥離性を著しく向上させる作用をもつもので
ある。すなわち。

Ｃｒ成分は、リード部とはんだ材との界面に拡散して、
バリアー（障壁）となり、一般に界面に生成するＣｕ５
８ｎ（ｇ相）やＣｕ４Ｓｎ５　（η相）などの化合物の
成長を著しく抑制し、もってはんだの耐剥離性を飛躍的
に向上させる作用をもつが、その含有量が０２％未満で
は、所望のすぐれたはんだの耐剥離性を確保することが
できず、一方その含有量が１．を越えると、粗大なｃｒ
晶出物が形成されるようになって、めっき密着性が阻害
されるようになるほか、溶解・鋳造が困難になることか
ら、その含有量を０．２〜ｌチと定めた。

（ｃ）　　Ｚｒ Ｚｒ成分は、　ｃｒ酸成分よってもたらされるバリアー
作用並びに化合物成長抑制作用を促進させ、もってすぐ
れたはんだの耐剥離性を確保するのに不可欠の成分であ
ると共に、　ＣＵと結合して、結晶粒内および粒界に微
細に析出するＣｕ３Ｚｒなとの金属間化合物を形成する
ほか、結晶粒を微細化する作用をもち、この金属間化合
物の形成および結晶粒微細化によって延性（伸び）が向
上し、すぐれた曲げ加工性をもつようになるほか、Ｎｉ
およびＴ１との共存において強度が著しく向上するよう
になるが、その含有量が０．０５−未満では前記作用に
所望の効果を確保することができず、一方α５％を越え
て含有させても、前記作用は飽和し、逆に溶解・鋳造性
が困難になるばかシでなく、介在物の多量の発生によシ
めつき密着性が低下するようになることから、その含有
量を００５〜０５％と定めた。

（ｄ）　　ＭｇおよびＺｎ これらの成分には、　Ｏｒとの共存において、はんだの
耐剥離性を一層向上させる作用があるので。

必要に応じて含有させるが、その含有量がＭｇ：０、　
ＯＯ−１チ未満およびＺｎ：０．０５−未満では所望の
はんだ耐剥離性向上効果が得られず、一方その含有量が
Ｍｇ：０．２チおよびＺｎ：０．５チを越えると。

放熱性および導電性が急激に低下するようになることか
ら、その含有量をそれぞれＭｇ：　Ｑ、　ＯＯｌ〜０、
２　％＆Ｚｎ：　０．０５〜０．５チと定めた。

〔実施例〕

つぎに、この発明のＣｕ合金製リードフレーム材を実施
例によシ具体的に説明する。

通常の真空溶解炉を用い、黒鉛るつは中で、それぞれ第
１表に示される成分組成をもったＣｕ合金溶湯を５ｋＩ
Ｉづつ溶製し、金型に鋳造し、内削した後、熱間鍛造お
よび熱間圧延を施して幅＝１５０１１１×厚さ：ｌＯＨ
の板材とし、ついでこの板材に。

温度：９８０℃１ｃ３０分間保持後水冷焼入れの溶体化
処理を施し１面削して板厚を８鵡とした状態で、冷間圧
延と中間焼鈍（温度：５００℃に１時間保持）を繰り返
し施し、最終圧延を５０％の圧延率で行なって板厚１０
．２５ｍを有する冷延材とし、これに最終的に温度＝３
５０℃に５分間保持の条件で低温焼鈍を施すことによっ
て１本発明Ｃｕ合金製リードフレーム素材（以下本発明
リード素材という）１〜１フ、比較Ｃｕ合金製リードフ
レーム素材（以下比較リード素材という）１〜１０゜お
よび従来Ｃｕ合金製リードフレーム素材（以下従来リー
ド素材という）１〜３をそれぞれ製造した。

なお、比較リード素材１−１０は、いずれもこれを構成
するＣｕ合金の組成成分のうちのいずれかの成分含有量
（第１表に峯印を付す）がこの発明の範囲から外れたも
のである。

つぎに、この結果得られた各種のリード素材について、
強度と延性を評価する目的で引張強さと伸び、放熱性お
よび導電性を評価する目的で電気伝導度（ＩＡＣ８％）
をそれぞれ測定し、さらに曲げ加工性、めっき密着性、
およびはんだの耐剥離性を評価する目的で、繰り返し曲
げ試験、めっき密着試験、およびはんだ剥離試験を以下
の条件でそれぞれ行なった。

すなわち、繰り返し曲は試験は、半導体装置のリード形
状に打ち抜いた試片を用い、荷！：２２’７ｇで、角度
：９０＠の繰シ返し曲げにて行ない１曲げて戻した状態
を１回として数え、破断に至るまでの曲げ回数を測定し
た。この場合、リードフレーム材としてはＭＩＬ規格で
３回以上の曲げ回数を示すことが要求される。

また、めっき密着試験は、幅：３５ｍＸ長さ＝１００１
１Ｘ厚さ：０．２５Ｍの試片を用い、この試片の表面に
厚さ＝２μｍの電気Ａ、ｇめっきを施した状態で、これ
に温度：４００℃に３分間保持後。

空冷の熱処理を施すことによシ行ない、試験後の試片表
面における「ふくれ」の発生状況を観察した。

さらに、はんだ剥離試験は、６３チ５ｎ−３７％ｐｂの
組成をもった共晶はんたを用い１幅二１０ＨＸ長さ：３
０ｏ＋Ｘ厚さ：０．２５１ＥＩＩの寸法をもった試片を
前記はんだの２３０℃の浴中に浸漬して。

その表面に前記はんだを付着させ、この状態で。

温度：１５０℃に１０００時間、並びに１００℃に１０
０００時間の条件で加熱することにより行ない、加熱温
度が１５０℃の場合は１００時間毎に。

また加熱温度が１００℃の場合は１０００時間毎に取り
出して、試片とはんだの界面（断面）を光学顕微鏡にて
観察し、剥離発生の有無を観察した。

これらの結果を第１表に示した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から１本発明リード素材１〜１７
は、いずれも従来リード素材１〜３ともどもリードフレ
ーム材に要求される繰シ返し曲げ回数：３回以上、！気
侭導度：５０チ（ＩＡＣ８）以上を示し、かつめっき密
着性も良好であシ。

方強度およびはんだの耐剥離性に関しては１本発明リー
ド素材１−１７は、従来リード素材１〜３に比して一段
とすぐれていることが示されており。

また比較リード素材１〜１０に見られるように。

これを構成するＣｕ合金のうちのいすｔｌかの成分含有
量でもこの発明の範囲から外れると、上記の特性のうち
の少なくともいずれかの特性が劣ったものになることが
明らかである。

上述のように、この発明のＣｕ＠金製リーすフレーム材
は、これに要求される曲げ加工性、放熱性。

導電性、およびめっき密着性を十分満足して具備した上
で、さらに−段とすぐれた強度とはんだの耐剥離性を有
するので、近年の半導体装置の高集積化および小型軽量
化に十分対応することができるのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ：１〜３．５％、Ｔｉ：０．３〜１．５％、
   Ｃｒ：０．２〜１％、Ｚｒ：０．０５〜０．５％、を含
   有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成（以上重
   量％）を有するＣｕ合金で構成したことを特徴とする高
   強度とすぐれたはんだの耐剥離性を有する半導体装置用
   Ｃｕ合金製リードフレーム材。
2. （２）Ｎｉ：１〜３．５％、Ｔｉ：０．３〜１．５％、
   Ｃｒ：０．２〜１％、Ｚｒ：０．０５〜０．５％、を含
   有し、さらに、 Ｍｇ：０．００１〜０．２％およびＺｎ：０．０５〜０
   ．６％のうちの１種または２種 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有するＣｕ合金で構成したことを特徴とす
   る高強度とすぐれたはんだの耐剥離性を有する半導体装
   置用Ｃｕ合金製リードフレーム材。