JPH034613B2 - - Google Patents

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JPH034613B2
JPH034613B2 JP25264386A JP25264386A JPH034613B2 JP H034613 B2 JPH034613 B2 JP H034613B2 JP 25264386 A JP25264386 A JP 25264386A JP 25264386 A JP25264386 A JP 25264386A JP H034613 B2 JPH034613 B2 JP H034613B2
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Masato Asai
Michiaki Terashita
Yoshimasa Ooyama
Shigeo Shinozaki
Shoji Shiga
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は高い強度と導電性とを有し、優れた耐
熱性、成型加工性を示し、半田接合における界面
強度の経時劣化を起さないリードフレーム用銅合
金とその製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 一般に半導体機器用のリードフレームには、下
記の特性が要求されている。 (1) 強度が高く、耐熱性が優れていること。 (2) 放熱性、即ち熱伝導性が良いこと。 (3) 電気伝導性が高いこと。 (4) フレーム成型後の曲げ加工性が良いこと。 (5) メツキ密着性及び樹脂によるモールド性が良
いこと。 (6) 半田接合部の経時劣化がないこと。 従来半導体機器リードフレームには、主として
42合金(Fe−42wt%Ni)が用いられている。こ
の合金は引張強さ63Kg/mm2、耐熱性670℃(30分
の加熱により強度が初期強度の70%となる温度)
の優れた特性を示すも、導電率は3%IACS程度
となるものである。 近年半導体素子は集積度の増大及び小型化と同
時に高信頼性が求められるようになり、半導体素
子の形態も、従来のDIP型ICからチツプキヤリア
ー型やPGA型へ変化しつつある。このため半導
体素子のリードフレームも薄肉・小型化され、同
時に42合金を上廻る特性が要求されるようになつ
た。即ち薄肉化による構成部品の強度低下を防ぐ
ための強度向上と、集積度の増大による放熱性向
上のために熱伝導性と同一特性である導電率の向
上、更には優れた耐熱性と、半導体のフレーム上
の固定及び半導体からリードフレームの足の部分
の配線のためのボンデイング前処理として、リー
ドフレーム表面へのメツキ性及びメツキ密着性、
更には封止樹脂によるモールド性の向上及び信頼
性の問題としてフレームと基板との接合における
半田接合強度の経時劣化がないことが望まれてい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記42合金は導電率が3%IACSと低く、放熱
性が劣る欠点があり、これに変えて銅合金を用い
れば導電率を50〜80%IACSと飛躍的に向上させ
ることができるも、42合金と同等の他の特性を得
ることは困難であつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、42合金と
同等以上の強度とはるかに優れた導電率を有し、
かつ良好な成型加工性と半田付け性を示すリード
フレーム用銅合金とその製造法を開発したもので
ある。 即ち本発明銅合金の一つは、Ni0.1〜4.0wt%
(以下wt%を%と略記)、Si0.05〜0.8%の範囲内
でNiとSiの比(Ni/Si)が2〜6となるように
NiとSiを含み、かつAg、希土類元素(RE)、
Nb、Te、Bの内何れか1種以上を総計0.0005〜
0.3%含み、O2含有量を40ppm以下、析出物の大
きさを10μm以下に制限し、残部Cuと不可避的不
純物からなることを特徴とするものである。 また本発明銅合金の他の一つは、Ni0.1〜4.0
%、Si0.05〜0.8%の範囲内でNiとSiの比(Ni/
Si)が2〜6となるようにNiとSiを含み、かつ
Ag、RE、Nb、Te、Bの内何れか1種以上を総
計0.0005〜0.3%含み、更にMn、Al、Ti、Mg、
Be、Zr、Fe、Co、Cr、Ba、Caの内何れか1種
以上を総計1.5%以下含み、O2含有量を40ppm以
下、析出物の大きさを10μm以下に制限し、残部
Cuと不可避的不純物からなることを特徴とする
ものである。 また本発明銅合金の製造法は、Ni0.1〜4.0%、
Si0.05〜0.8%の範囲内でNiとSiの比(Ni/Si)
が2〜6となるようにNiとSiを含み、かつAg、
RE、Nb、Te、Bの内何れか1種以上を総計
0.0005〜0.3%含み、又はこれにMn、Al、Mg、
Be、Zr、Fe、Co、Cr、Ba、Caの内何れか1種
以上を総計1.5%以下含み、O2含有量を40ppm以
下に制限し、残部Cuと不可避的不純物からなる
合金鋳塊に、熱間加工と冷間加工を施した後、
600〜950℃で5秒〜12時間の加熱処理を加え、し
かる後冷間加工と250〜850℃で5秒〜12時間の焼
鈍とを1回以上繰返し行なうことを特徴とするも
のである。 〔作用〕 本発明銅合金は上記組成からなり、Ni含有量
を0.1〜4.0%、Si含有量を0.05〜0.8%の範囲内で
NiとSiの比(Ni/Si)が2〜6となるようにNi
とSiを含有せしめたのは、この範囲内において高
い強度と優れた導電性が同時に得られるためであ
る。しかしてNi含有量とSi含有量の何れかが下
限未満では充分な感度が得られず、上限を越える
と半田付け性を悪化させると共に加工性、特に熱
間加工性を悪くし、製造性を害する。またNiと
Siの比(Ni/Si)を2〜6としたのはこの範囲
内において十分な強度と優れた導電率を示し、か
つメツキ性、鋳造性、加工性等が良好なためで、
この範囲を外れると上記特性が著しく損なわれる
ためである。 Ag、RE、Nb、Te、B(第1副成分)の何れ
か1種以上を総計0.0005〜0.3%含有せしめるの
は、これ等副成分は脱O2効果により建全な鋳塊
とし、かつCuと半田との接合部におけるCuの拡
散を抑制して半田接合強度の経時劣化を防止し、
リードフレームとしての信頼性を向上せしめる。
しかして含有量が下限未満では効果がなく、上限
を越えると加工性、特に熱間加工性を悪くし、生
産性を害する。 Mn、Al、Ti、Mg、Be、Zr、Fe、Co、Cr、
Ba、Ca(第2副成分)の何れか1種以上を総計
1.5%以下含有せしめるのは、これ等副成分は脱
O2、脱S効果が大きく、鋳塊の健全性や熱間加
工性を向上し、生産性を容易にすると共に、導電
性やメツキ性等の諸特性を低下するこなく、成型
加工性、特に曲げ加工時の成型性(表面性状、寸
法精度)を良好にする。しかして上限を越えると
加工性、特に熱間加工性を悪くし、生産性を害す
る。尚第2副成分の他にV、Y、Au、Ga、Ge、
In、Sb、Bi、ランタノイド系、アクチノイド系
にも同様の効果が見られる。 O2含有量を40ppm以下に制限したのは、これ
を越える本発明銅合金の成分であるNiχSiの均一
な析出に有害となり、粗大析出粒を作り易く、そ
のために強度の向上を阻害するばかりか、メツキ
性や半田付け性を劣化させ、更には成型加工性を
も悪化させ、リードフレームに要求される精密加
工に有害となる。また析出物の大きさを10μm以
下に制限したのは、析出物の大きさやその分布密
度が強度、メツキ密着性、半田付け性、成型加工
性等を左右し、析出物の大きさが10μmを越える
と上記特性を損ねるためであり、望ましくは析出
物の大きさを3μm以下、分布密度を10000個/mm2
以下に制限するとよい。 次に本発明銅合金の製造において、上記組成の
合金に熱間加工とそれに続く冷間加工を施した
後、600〜950℃で5秒〜12時間の加熱処理するこ
とにより、再結晶させ、しかる後冷間加工と250
〜850℃で5秒〜12時間の焼鈍を1回以上繰返す
ことにより、NiχSiを析出させて、その析出効果
と加工硬化により強度、導電性、成型加工性等の
諸特性を合せ得たものである。しかして熱間加工
とそれに続く冷間加工後の加熱処理を600〜950℃
で5秒〜12時間と限定したのは、温度が600℃未
満でも時間が5秒未満でも再結晶が不十分とな
り、その後の工程においてバラツキを生じ、製品
の不安定を招き、温度が95℃を越えると結晶粒の
成長が著しく進み、結晶粒が粗大化して曲げ加工
性を大巾に低下し、また12時間を越えて加熱処理
することは、より以上の特性の改善が望めないば
かりか、コスト面や生産性を悪化するためであ
る。尚加熱処理後の冷却は導電率を優先する場合
には30℃/sec未満の冷却速度で行ない、強度を
優先する場合には30℃/sec以上の冷却速度で行
なうことが望ましい。 上記加熱処理後の冷間加工続く焼鈍を250〜850
℃で5秒〜12時間と限定したのは、温度が250℃
未満でも、時間が5秒未満でも加工性が著しく悪
化し、製造が困難となり、温度が850℃を越える
と、NiχSiの析出が不十分となつたり、再固溶を
起し、導電性を回復させることが困難となり、ま
た12時間を越える焼鈍は、より以上の特性の改善
が望めないばかりか、コスト面や生産性を著しく
悪化させるためである。尚この焼鈍において導電
性を優先する時には、450〜850℃で5秒〜12時
間、望ましくは600〜850℃で15秒〜5時間焼鈍
し、特に導電性と合せて強度を得ようとする時は
焼鈍後の冷間加工率を大きくするのがよく、加工
率40%までは他の諸特性、特に成型加工性を劣化
させることなく、良好な強度を得ることができ
る。またより以上の強度を得たい場合には前記再
結晶させる加熱処理後の冷却を30℃/sec以上と
した合金を用い、250〜450℃で5秒〜12時間焼鈍
するとよい。 尚本発明合金の製造において、熱間加工は700
〜880℃で開始し、終了後NiχSi等の析出分を固
溶状態に保つておく点から迅速に冷却することが
望ましいが、徐冷以外の冷却であれば特性にあま
り影響を及ぼさない。また最終の冷間加工後に
200〜550℃の調質焼鈍、テンシヨンレベラー、テ
ンシヨンアニーリング等と組合せることにより、
より高い特性を得ることができる。 〔実施例〕 第1表に示す組成の銅合金を冷却鋳型を用いて
半連続鋳造し、850℃で熱間圧延を施してから面
削して厚さ10mmの板とした。これに加工率96%の
冷間圧延を加えて厚さ0.4mmの板とした後、830℃
で100秒間加熱処理して急冷した。これに加工率
25%の冷間圧延を施して厚さ0.3mmの板とし、更
に400℃で1時間焼鈍した後、加工率16.7%の冷
間圧延を施して厚さ0.25mmの板とし、これに250
℃、30分の調質焼鈍を施した。これ等について析
出物粒及び析出物の分布密度を測定し、その結果
を第1表に併記した。また引張強さ、伸び、導電
率、曲げ加工性、半田接合強度、応力腐食割れ及
びメツキ性を試験し、その結果を従来材である42
合金(Fe−42%Ni)、C194(Cu−2.3%Fe−0.12%
Zn−P)及びリン青銅(Cu−6%Sn−P)と比
較して第2表に示す。 引張強さ及び伸びはJIS−Z2241に基づいて測
定し、導電率はJIS−H0505に基づいて測定した。
曲げ加工性はJIS−Z2248のVブロツク法により
試験を行ない、試験片表面に割れを生じる最少曲
げ半径(R)を同試験片の厚さ(t)で割つた値
(R/t)で示した。半田接合強度は25mm角のサ
ンプルを切り出し、これに直径2mmの無酸素銅線
を60/40共晶半田により直径9mmの部分に接合し
た後、150℃で500時間加速試験を施してから引張
試験を行なつて求めた。応力腐食割れはJIS−
C8306に準じ、3vol%NH3蒸気中の定荷重法によ
り割れ時間を求めた。荷重は引張強さの50%とし
た。メツキ性はホウフツ化物浴を用いてSn−5
%Pb合金を7.5μmの厚さにメツキしてから105℃
で2000時間保持した後、180℃に折曲げ、折曲げ
部のメツキ層の剥離を検鏡した。 尚表中No.24は上記製造工程中、厚さ0.4mmの板
とした後の加熱処理を再結晶を起さない条件であ
る400℃で1時間処理したものである。またNo.25
はNo.24と同一組成の合金を上記製造工程中、厚さ
0.4mmの板とした後の加熱処理を1000℃で30分と
し、続いて急冷してから厚さ0.3mmまで冷間圧延
し、しかる後400℃で1時間焼鈍し、更に厚さ
0.25mmまで冷間圧延してから250℃で30分の調質
焼鈍を施したものである。
【表】
【表】
【表】
〔発明の効果〕
このように本発明によれば優れた導電性と強度
を合せて有し、同時に良好な曲げ加工性と半田付
けを有し、電子機器等のリードフレームに使用
し、その薄肉及び小型化を可能にする等、工業上
顕著な効果を奏するものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Ni0.1〜4.0wt%、Si0.05〜0.8wt%の範囲内
    でNiとSiの比(Ni/Si)が2〜6となるように
    NiとSiを含み、かつAg、希土類元素、Nb、Te、
    Bの内何れか1種以上を総計0.0005〜0.3wt%含
    み、O2含有量を40ppm以下、析出物の大きさを
    10μm以下に制限し、残部Cuと不可避的不純物か
    らなるリードフレーム用銅合金。 2 Ni0.1〜4.0wt%、Si0.05〜0.8wt%の範囲内
    でNiとSiの比(Ni/Si)が2〜6となるように
    NiとSiを含み、かつAg、希土類元素、Nb、Te、
    Bの内何れか1種以上を総計0.0005〜0.3wt%含
    み、更にMn、Al、Ti、Mg、Be、Zr、Fe、Co、
    Cr、Ba、Caの内何れか1種以上を総計1.5wt%
    以下含み、O2含有量を40ppm以下、析出物の大
    きさを10μm以下に制限し、残部Cuと不可避的不
    純物からなるリードフレーム用銅合金。 3 Ni0.1〜4.0wt%、Si0.05〜0.8wt%の範囲内
    でNiとSiの比(Ni/Si)が2〜6となるように
    NiとSiを含み、かつAg、希土類元素、Nb、Te、
    Bの内何れか1種以上を総計0.0005〜0.3wt%含
    み、又はこれにMn、Al、Ti、Mg、Be、Zr、
    Fe、Co、Cr、Ba、Caの内何れか1種以上を総
    計1.5wt%以下含み、O2含有量を40ppm以下に制
    限し、残部Cuと不可避的不純物からなる合金鋳
    塊に、熱間加工と冷間加工を施した後、600〜950
    ℃で5秒〜12時間の加熱処理を加え、しかる後冷
    間加工と250〜850℃で5秒〜12時間の焼鈍とを1
    回以上繰返し行なうことを特徴とするリードフレ
    ーム用銅合金の製造法。
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