JPH03191033A

JPH03191033A - 酸化膜密着性に優れた半導体機器のリード材用銅合金

Info

Publication number: JPH03191033A
Application number: JP32742889A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Watanabe; 宏昭渡辺
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1991-08-21

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、トランジスタや集積回路（ＩＣ）などの半導
体機器のリード材用銅合金に関するものである。

〔従来の技術及び問題点〕

従来、半導体機器のリード材としては、熱膨張係数が低
く、素子及びセラミックスとの接着及び封着性の良好な
コバール（Ｆｅ　−２９Ｎｉ　−１６Ｃｏ）、４２合金
（Ｆｅ−４２Ｎｉ）などの高ニッケル合金が好んで使わ
れてきた。しかし、近年、半導体回路の集積度の向上に
伴い消費電力の高いＩＣが多くなってきたことと、封止
材料として樹脂が多く使用され、かつ素子とリードフレ
ームの接着も改良が加えられたことにより、使用される
リード材も放熱性のよい銅基合金が使われるようになっ
てきた。

一般に半導体機器のリード材としては以下のような特性
が要求されている。

（１）リードが電気信号伝達部であるとともに、パッケ
ージング工程中及び回路使用中に発生する熱を外部に放
出する機能を併せ持つことを要求されるため、優れた熱
及び電気伝導性を示こと。

（２）リードとモールドとの密着性が半導体素子保護の
観点から重要であるため、リード材とモールド材の熱膨
張係数が近いこと。

（３）パッケージング時に種々の加熱工程が加わるため
、耐熱性が良好であること。

（４）パッケージング時に種々の加熱工程が加わる際、
樹脂と素材の間に酸化膜が生じるため、酸化膜密着性が
良好なこと。

（５）リードはリード材を抜き打ち加工し、又１１０ｆ
加工して作製されるものがほとんどであるため、これら
の加工性が良好なこと。

（６）リードは表面に貴金属のメツキを行うため、これ
ら貴金属とのメツキ密着性が良好であること。

（７）パッケージング後に封止材の外に露出している。

いわゆるアウターリード部に半田付けするものが多いの
で良好な半田付は性を示すこと。

（８）機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好な
こと。

（９）価格が低順であること。

これら各種の要求特性に対し、従来から使用されている
無酸素銅、錫入り銅、りん青銅、コバール、４２合金は
、いずれも一長一短があり、これらすべての特性を満足
するものではない。

そこで、本出願人は先にＣｕ−Ｃｒ−Ｔｉ−ＦＣ系合金
を提案した。

しかし、近年、半導体に対する信頼度の要求がより厳し
くなるとともに、小型化に対応した面付実装タイプが多
くなってきたため、従来、あまり問題とされていなかっ
た酸化膜密着性が非常に重要な特性項目となってきた。

すなわち、リードフレームはパッケージングの過程で熱
が加わるため、酸化膜が必ず生成される。

樹脂等で封止された場合、樹脂と酸化膜、酸化膜と母材
との密着強度を比べると酸化膜と母材との密着強度が一
般に低い。この場合、酸化膜と母材との間に剥離が入り
、ＩＣの信頼性を著しく低下させてしまう。従って、酸
化膜密着性はリードフレーム材に用いられる高力高導電
鋼合金として最も重要な特性の一つになっている。

このような酸化膜密着性の厳しい要求に対し、Ｃｕ　−
Ｃｒ　−Ｔ　ｉ　−Ｆ　ｅ系合金においても十分満足す
るとは言えず、更に、酸化膜密着性を改善した半導体機
器のリード材用鋼合金の現出が待たれている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、Ｃｕ　−Ｃ
ｒ　−Ｔ　ｉ　−Ｆ　ｅ系合金の酸化膜密着性を改善し
、半導体機器のリード材として好適な諸特性を有する銅
合金を提供しようとするものである。

すなわち本発明は、Ｃｒ　０．０５〜１．０１％、Ｔｉ
０．０２〜０．６ｗｔ％、Ｆ　ｅ　０．０５〜１．５ｗ
ｔ％を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなり、かつ
、表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で、　０．２０μ
ｍ以下、最大高さ（Ｒ＋５ａｘ）で、１．５０μｍ以下
であることを特徴とする酸化膜密着性に優れた半導体機
器のリード材用銅合金、及びＣｒ　０．０５〜１．０ｗ
ｔ％、　Ｔ　ｉ　０．０２〜０．６ｉ＋ｔ％、Ｆ　ｅ　
０．０５〜１．５ｔｚｔ％、　さらに副成分として、Ａ
１．Ｂｅ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、
Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒからなる群より選択された１種又は２
種以上を総量で、０．０１〜２．０ｉＩｔ％を含み、残
部Ｃｕ及び不可避不純物からなり、かつ、表面粗さが中
心線平均粗さ（Ｒａ）で、０．２０μｍ以下、最大高さ
（Ｒｍａｘ）で、１．５０μｍ以下であることを特徴と
する酸化膜密着性に優れた半導体機器のリード材用銅合
金に関するものである。

〔発明の詳細な説明〕

次に、本発明合金を構成する合金成分の限定理由を説明
する。

Ｃｒは時効処理を行うことにより、母材中に金属Ｃｒを
析出させ、強度及び耐熱性を向上させるために添加する
もので、その含有量を０．０５〜１．０ｗｔ％とするの
は、０．０５ｖｔ％未満では前述の効果が期待できず、
逆に、１　、０ｗｔ％を超えると、溶体化処理後におい
ても未溶解Ｃｒが母材中に残留し、著しい導電率及び加
工性の低下が起こるためである。Ｔｉは、時効処理を行
うことにより母材中に、Ｆｅと金属間化合物を形成し、
強度、耐熱性、導電性の向上が図られるためで、特に導
電性はＴ１−Ｆｅの金属間化合物を形成させることで１
゛１単独添加に比べ、著しい改善が見られる。Ｔｉの含
有量を０．０ｚ〜０．６シｔ％とするのは、０．０２ｗ
ｔ％未満では前述の効果が期待できず、逆に０．６ｗｔ
％を超えると、Ｃｒと同様、溶体化処理後においても未
溶解Ｔ１が母材中に残留し、著しい導電性及び加工性の
低下が起こるためである。ＦｅはＴ１と金属間化合物を
形成させることにより、強度及び導電性の向上が図られ
るため添加するもので、その含有量を０．０５〜１．５
ｔｉｔ％とするのは、　　０．０５ｗｔ％未満では前述
の効果が期待できず、逆に１．５ｗｔ％を超えると導電
性、半だ付は性が劣化するためである。好ましくは、Ｔ
　ｉ　／　Ｆ　ｅ比を０．４〜０．５程度にすることが
推奨される。又、副成分として、Ａ１、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｈｆ、Ｉ　ｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｔｉ、Ｚｒからな
る群より選択された１種又は２種以上を総量で、０．０
１〜２．０ｗｔ％添加させるのは導電性を大きく低下さ
せずに強度を向上させる効果が期待できるためで、添加
量が総量で、０．０１ｗｔ％未満では前述の効果が期待
できず、逆に、２．０ｗｔ％超えると、著しい導電性、
加工性の劣化が起こるためである。本発明の合金表面を
平滑にする理由は、パッケージング時に加熱工程が加わ
る際、樹脂と素材との間に酸化膜が生成するが、その酸
化膜が均一に生成することにより酸化膜の密着強度が向
上するためである。すなわち、表面粗さを中心線平均粗
さ（Ｒａ）で０．２０μｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ　
）で１．５μｍ以下とする必要が有る。

ここでいう中心線平均粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳ規格で
定義されているように［粗さ曲線からその中心線の方向
に測定長さしの部分を抜き取り、この抜取り部分の中心
線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ曲線をｙ　＝
　ｆ　（ｘ）で表わしたとき、次の式によって求められ
る値をマイクロメートルμｍ）で表わしたちの」をいう
。

Ｏ又、最大高さ（Ｒｍａｘ）とは、「断面曲線から基準長
さだけ抜き取った部分の平均線に平行な２直線で抜取り
部分を挾んだとき、この２直線の間隔を断面曲線の縦倍
率の方向に測定して、この値をマイクロメートル（μｍ
）で表わしたもの」をいう。

〔実施例〕

次に、本発明を具体的に説明する。第１表に示す本発明
合金及び比較合金に係わる各種成分組成のインゴットを
電気銅あるいは無酸素銅を原料として、高周波溶解炉で
、大気、不活性、又は還元性雰囲気中溶製し、インゴッ
ト固剤を行った後、８５０℃で熱間圧延を行い８＋ｎｍ
の厚さとし、固剤後、厚さ１　、５　ｎｕまで冷間圧延
した。その後、９５０℃にて１０分間溶体化処理を行い
、冷間圧延で厚さ０．２５ｎｎの板とした。

これらの供試材を真空焼鈍炉にて、表面が酸化されない
ように、４００℃にて所定時間時効処理を行った。なお
、供試材の表面粗さは、最終冷間圧延のロールの種類を
換えることにより調整した。

リード材としての評価項目として強度、伸びを引張試験
により、曲げ性を９０°繰り返し曲げ試験により一往復
を１回として破断までの曲げ回数を測定し、導電性（放
熱性）を導電率（％ＩＡＣ５）によって示した。半田付
は性は、垂直式浸漬法２３０±５℃の半田浴（錫６０％
、鉛４０％）に５秒間浸漬し。

半田のぬれの状態を目視ａｍすることにより評価した。

メツキ密着性は試料に厚さ３μｍのＡｇメツキを施し、
４５０℃にて５分間加熱し、表面に発生するフクレの有
無を目視観察することにより評価した。耐熱性は５分間
焼鈍した場合、焼鈍前の硬さの８０％となる焼鈍温度で
示した。酸化膜密着性については、　素材を２００〜５
００℃で３分間大気中で加熱して表面に酸化膜を生成さ
せ、その酸化膜に粘着テープを貼った後、−気に剥して
酸化膜の剥離の有無により評価を行った。これらの結果
を第１表に示す。

本発明合金及び比較合金について、以下に説明を加える
。

本発明合金のＮｃｌ、２．６．９は本特許の基本合金系
のもので、引張強さ６０．０ｋｇｆ／ｍｓ２以上、導電
率６０．０％ｌＡＣ３以上を有し、高強度と高導電を兼
ね備えている。また、本特許のポイントである酸化膜密
着性は、表面粗さＲａで０．２０μｍ以下、　Ｒｍａｘ
で１゜５０μｍ以下に調整しているため良好である。さ
らに、その他の特性についても優れていることがわかる
。本発明合金のＮα３〜５，７．８．１０．１１は基本
合金系に副成分を添加したもので、強度が向」−シ、酸
化膜密着性も基本合金系のものと同等であることがわか
る。

比較合金のＮａ１２はＣｒの添加量が十分でなく、また
Ｎａ１３はＴｉの添加量が十分でないためどちらの合金
とも引張強さ、耐熱性が本発明合金に比べ劣っている。

比較合金のＮｎ１４．１５は基本合金系のものであるが
、表面粗さがＲａ、　Ｒｍａｘともに、大きい（Ｒａ）
　０．２μｍ　、　Ｒｎ＋ａｘ＞　１．５０μｍ）ため
どちらの合金とも酸化膜密着性が本発明合金に比べ劣っ
ている。比較合金のＮα１６はＣｒの添加量が１．ｏＩ
ｆｔ％を超えているため、導電性、繰り返し曲げ性が本
発明合金に比べ劣っている。比較合金のＮａ１７はＦｅ
の添加量が１．５ｔｚｔ％を超えているため、導電性、
半田付は性が本発明合金に比べ劣っている。

〔発明の効果〕

以上詳述した様に、本発明合金は、高強度、高導電を有
し、しかも酸化膜密着性に優れ半導体機器のリード材用
銅合金として適している。

以下余白

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．０２〜０
．６ｗｔ％、Ｆｅ０．０５〜１．５ｗｔ％を含み、残部
Ｃｕ及び不可避不純物からなり、かつ、表面粗さが中心
線平均粗さ（Ｒａ）で、０．２０μｍ以下、最大高さ（
Ｒｍａｘ）で。１．５０μｍ以下であることを特徴とする酸化膜密着性
に優れた半導体機器のリード材用銅合金。
（２）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．０２〜０
．６ｗｔ％、Ｆｅ０．０５〜１．５ｗｔ％、さらに副成
分として、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍｎ
、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒからなる群より選択され
た１種又は２種以上を総量で、０．０１〜２．０ｗｔ％
を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなり、かつ、表
面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で、０．２０μｍ以下
、最大高さ（Ｒｍａｘ）で、１．５０μｍ以下であるこ
とを特徴とする酸化膜密着性に優れた半導体機器のリー
ド材用銅合金。