JPH03191034A

JPH03191034A - 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: JPH03191034A
Application number: JP32953189A
Authority: JP
Inventors: Junji Miyake; 淳司三宅; Hiroaki Watanabe; 宏昭渡辺
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
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（Ｆ
ｅ　−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、又曲げ加工
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、従来がら使用されている
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−Ｔｊ　−Ｆｅ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
銅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−Ｃ
ｒ−Ｔｉ−Ｆｅ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
材用銅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−Ｃｒ
−Ｔｉ−Ｆｅ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緒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　０００５〜］、０ｗｔ％、Ｔ
ｉ０．０２〜０．６ｗｔ％、Ｎ　ｉ　　０００５〜２．
４ｗｔ％、Ｚｎ０．Ｏ１〜３．０ｗｔ％を含み、さらに
、重量比でＮｉ／Ｔｉが１〜４であり、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、及びＣｒ
ｙ、０５〜１．０ｗｔ％、Ｔ　ｉ　０００２〜０．６ｗ
ｔ％、Ｎ　ｉ　０．０５〜２．４ｗｔ％、Ｚ　ｎ　０．
０１〜３，０ｗｔ％を含み、また、重量比でＮｉ／Ｔ１
が１〜４であり、さらに、副成分として、Ａｌ、Ｂｅ５
Ｃｏ、Ｈｆ、Ｉ　ｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｎ、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．
Ｏ１〜２，０ｗｔ％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、並びにＯの含有量
が２０ｐｐｍ以下で、かつ、Ｓの含有量が１５ｐｐｍ以
下である、　前記に記載の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、０．０５ｗｔ％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。Ｔ１は、時効処理を行う
ことにより母材中に、Ｎ１と金属間化合物を形成し、強
度、耐熱性、導電性の向」二が図られるためで、特に導
電性はＮｉ。

Ｔ１の金属間化合物を形成させることでＴｉ単独添加に
比べ、著しい改善が見られる。Ｔｉの含有量を０．０２
〜０．６ｗｔ％とするのは、０．０２ｗｔ％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Ｔｉ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。Ｎｉ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れるため添加するも
ので、その含有量を０．０５〜２．４ｗｔ％とするのは
、０．０５ｗｔ％未満では前述の効果が期待できず、逆
に２．４ｗｔ％を超えると導電性、半だ付は性が劣化す
るためである。さらに、重量比でＮｉ／Ｔｉ比を１〜４
としたのは、この範囲内においてＮｉ、Ｔｉの析出量が
最大となり適度の強度及び導電性が得られるからである
。

Ｚｎは、導電性を大きく低下させずに著しい半田耐熱剥
離性の改善が期待できるため添加するもので、その添加
量を０．Ｏ１〜３．０ｗｔ％とするのは、０．０１ｗｔ
％未満では前述の効果が期待できず、逆に、３．０ｗｔ
％を超えると、　著しい導電性の低下が起こるためであ
る。更に、副成分として、Ａｌ、Ｂｅ。

ＣＯ、Ｆｅ、Ｈｆ　　、　　Ｉ　　ｎ、　　　Ｍｇ、　
　　Ｍｎ　　、　　Ｐ、　　　Ｔ　　ｉ。

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．Ｏ１〜２．０ｗｔ％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．（ｈｔ％を超えると、著
しい導電性、加工性の劣化が起こるためである。

更に、表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２０μ
ｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．５μｍ以下とする
のは、樹脂モールド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
化膜が均一に生成して酸化膜の密着強度が向」二するた
めである。ここでいう中心線平均粗さ（Ｒａ）とは、Ｊ
ＩＳ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）で表わしたもの」
をいう。

０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
）で表わしたちの」をいう。

また、０及びＳ含有量をそれぞれ２０ｐｐｍ以下、１５
ｐｐｍ以下とした理由は、Ｏ含有量が２０ｐρｍを、ま
た、Ｓ含有量が１５ｐｐｍを超えると、　めっき密着性
が低下するためである。

〔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
ト細則を行った後、８５０°Ｃで熱間圧延を行い８ｍｍ
の厚さとし、固剤後、厚さ１．５ｍまで冷間圧延した。

その後、９５０．’Ｃにて１０分間溶体化処理を行い、
冷間圧延で厚さ０．２５ｗ１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。

リードフレーム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（％丁ΔＣＳ）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％、ｇ（７４０％）に５秒間浸漬し、半田のぬれ
の状態を目視観察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
格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２００〜５００℃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。半田耐熱剥離性の評価は
、素材に５μｍの半田メツキ（錫６０％、鉛４０％）を
施し、１５０℃の恒温槽に１０００ｈｒまで保持し、９
０°曲げ往復１回を施し、半田の剥離の有無を調べた。

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Ｎｏ、Ｉ、２．３．６．９は本特許の基本
成分系のもので、いずれも強度、導電性、酸化膜密着性
に優れており、又その他の特性についても良好である。

本発明合金の１１ｈ４．５．７．８．１０〜１５は副成
分を添加したもので、基本成分系のものと同様に優れた
特性が得られる。

比較合金であるＮｃＬ１９はＣｒ１Ｎｕ／＋７は１１％
Ｎ１１Ｌ２０はＮｉがそれぞれ十分な添加量でないため
、強度が本発明合金に比べ劣っている。比較合金階１８
．１９．２０は表面粗さの程度が大きいため酸化膜密着
性が劣る。比較合金患２０はＣｒ、Ｎｏ、２１はＮｉが
それぞれ１．０ｗｔ％及び２．４ｗｔ％を超えているた
め、両方の合金とも導電性が本発明合金に比べ劣ってい
る。さらに比較合金Ｎｏ、２０は繰り返し曲げ性も劣っ
ている。

〔発明の効果〕

以上詳述した様に１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ており、半導体機器のリ
ード材用銅合金として好適である。

以下余白

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．０２〜０
．６ｗｔ％、Ｎｉ０．０５〜２．４ｗｔ％、Ｚｎ０．０
１〜３．０ｗｔ％を含み、さらに、重量比でＮｉ／Ｔｉ
が１〜４であり、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、０．２０
μｍ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％、Ｎｉ０．０５〜２．４ｗｔ％、Ｚｎ０．０
１〜３．０ｗｔ％を含み、また、重量比でＮｉ／Ｔｉが
１〜４であり、さらに、副成分として、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃ
ｏ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｇ、、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｎ、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％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、１．５０
μｍ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。
（３）Ｏの含有量が２０ｐｐｍ以下で、かつ、Ｓの含有
量が１５ｐｐｍ以下である、請求項１項並びに２項に記
載の酸化膜密着性に優れた半導体機器のリード材用銅合
金。