JPH03193834A - 酸化膜密着性に優れた半導体機器のリード材用銅合金 - 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、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、バラ
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すこと。

（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）価格が低廉であること。

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。

一方、Ｃｕ−Ｃｒ−５ｎ系合金は上述の要求特性をかな
り満足するため、従来から、第３元素の添加等により特
性の改善が図られ新合金が開発されてきた。

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、現状まで
に開発されたＣｕ−Ｃｒ−３ｎ系合金においても満足す
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
−３ｎ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　０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｓ
ｎ０．０５〜０．７ｗｔ％、　Ｎ　　ｉ　　０．０１〜
０．５ｗｔ％、　　Ｚｎ０．Ｑ１〜３，０ｗｔ％、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（Ｒ
ｍａｘ）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 ０．０５〜１，０ｗｔ％、Ｓ　ｎ　０．０５〜０．７ｗ
ｔ％、Ｎｉｐ、０１〜０．５ｗｔ％、Ｚ　ｎ　０．０１
〜３．０ｗｔ％、さらに副成分として、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ１Ｍｇ、Ｍｎ、ｐ、”ｒｉ、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％、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
機器のリード材用鋼合金に関するものである。

ｆ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。Ｓｎの含有量を０．０
５〜０．７ｗｔ％、　Ｎｉの含有量を０．０１〜０．５
ｗｔ％としたのは、　これらの添加元素のいずれかが下
限未満では、所望の強度が得られず、また上限を超える
と導電性の著しい低下が起こるためである。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０．０１〜
３　、０ｗｔ％とするのは、０．０１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。さらに、副成分と
して、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍ
ｎ、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、０．０１〜２．０ｗｔ％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、０．０ｈｔ％未
満では前述の効果が期待できず、逆に、２．０ｗｔ％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。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して酸化膜
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（Ｒ１＋ａｘ）で１．５μｍ以下とする必要がある。

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Ｌ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。

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側の厚
さとし、面側後、厚さ１．５圃まで冷間圧延した。その
後、９５０℃にて１０分間溶体化処理を行い、冷間圧延
で厚さ０．２５＋ｍ＋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（％工ＡＣ５）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
ｗｔ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！！！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２００〜５００℃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。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ＮＣＬｌ、２．６，９は本特許の基本合金
系のもので、引張強さ６０．０ｋｇｆ／ｒｒｎ２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、Ｒｍａ
ｘ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、若干強度が上昇し
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Ｎα１２はＣｒの添加量が十分でなく、また
Ｎα１３はＳｎの添加量が十分でないためＮα１２は引
張強さ、耐熱性が、Ｎα１３は引張強さが本発明合金に
比べ劣っている。比較合金のＮａＬ４．１５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、　Ｒｍａｘ）　１．５
０μｍ）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　、　Ｏｕｔ％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
Ｎα１７はＳｎの添加量が０．”１ｗｔ％を超えている
ため、また、Ｎα１８はＮ１の添加量が０．５ｗｔ％を
超−えているため導電性が本発明合金に比べ劣っている
。Ｎ（１１９はＺｎを添加していないため半田耐熱剥離
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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｓｎ０．０５〜０
   ．７ｗｔ％、Ｎｉ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｚｎ０．０
   １〜３．０ｗｔ％、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（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. （２）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｓｎ０．０５〜０
   ．７ｗｔ％、Ｎｉ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｚｎ０．０
   １〜３．０ｗｔ％、さらに副成分として、Ａｌ、Ｂｅ、
   Ｃｏ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、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
   ．０１〜２．０ｗｔ％、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０．２
   ０μｍ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。