【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は鉄系材料に匹敵する優れた強度、耐熱
性と曲げ加工性を有する半導体機器のリード材用
銅合金に関するものである。
一般に半導体を要素とするIC、LSI等の機器は
何れも半導体の導体ペレツト、リード、ボンデイ
ングワイヤーによつて構成されたものをハーメチ
ツクシール、セラミツクシールによつて封止した
もので種々の型式のものが使用されている。
これらの機器のリード材としては次の特性が要
求されている。
(1) 熱及び電気の伝導性に優れていること
(2) 耐熱性がよいこと
(3) 曲げ加工性に優れていること
(4) 強度が大きいこと
従来この半導体機器のリード材としては鉄系材
料としてコバール（Fe−29wt％Ni−17wt％Co
合金）、42合金（Fe−42wt％Ni合金）、銅合金と
してリン青銅、アロイ194（Cu−2.4wt％Fe−
0.13wt％Zn−0.1wt％Ｐ合金）、Cu−0.15wt％Sn
−0.01wt％Ｐ合金等が用いられている。
しかしながらコバール、42合金は十分な強度、
耐熱性及び曲げ加工性を有するも電気及び熱伝導
性が劣り、電気及び熱伝導性に優れた上記銅合金
は耐熱性、曲げ加工性が十分でない。
本発明はこれに鑑み種々研究の結果十分な電気
及び熱伝導性を有し、鉄系材料に匹敵する曲げ加
工性、耐熱性、強度を有するリード材用銅合金を
開発したもので、Ni0.5〜3.0wt％、Sn0.5〜3.0wt
％、Cr0.01〜2.0wt％、Al0.01〜2.0wt％、P0.01
〜0.3wt％を含み残部Cuからなることを特徴とす
るものである。
即ち本発明はCuを基材としてこれにNiを添加
することにより強度並びに耐熱性を著しく向上せ
しめ、更にSn，Cr，Al，Ｐを添加することによ
り強度、耐熱性の向上に寄与せしめるとともに
Cu特有の導電率（熱伝導性）の劣化を防止し、
強度、耐熱性に優れリード材として十分な電気
（熱）伝導性を有する銅合金を得たものである。
しかして本発明合金の組成範囲を上記の如く限
定したのは次の理由によるものである。
Ni，Snが0.5wt％、Cr，Al，Ｐが0.01wt％未
満では強度、耐熱性が充分に得られず、Ni，Sn
が3.0wt％、Cr，Alが2.0wt％、Ｐが0.3wt％を越
えると強度、耐熱性は優れたものが得られるが、
熱及び電気伝導性が劣化するとともに曲げ加工性
が低下するためである。
以下本発明を実施例を用いて説明する。
黒鉛ルツボを使用してCuを溶解しその湯面に
木炭粉末で覆い充分に溶解した後Ni，Ｐ，Cu，
Sn，Alを順次添加してこれを鋳造し第１表に示
す組成の巾150mm、長さ200mm、厚さ25mmの鋳塊を
得た。
次にこの鋳塊表面を一面あたり2.5mm面削した
後熱間圧延を行なつて厚さ８mm、巾150mmの板と
し、しかる後この板に冷間圧延と焼鈍を繰り返し
加え最終圧延率60％にて厚さ0.3mmの板に仕上げ
た。
これらの板について曲げ加工性、導電率、引張
り強さ及び耐熱性を測定した。これらの結果を第
１表に示す、なお比較のために第１表に示す従来
のリード材用銅合金についても同様な測定を行な
いその結果を第１表に併記した。
曲げ加工性はこの板材より巾10mm長さ50mmの短
冊試験片を切り出しその中央部で180°密着曲げを
行い、該曲げ部の表面状態を観察し、割れ、しわ
の発生がなく平滑なものを曲げ加工性が良いとい
うことで○印、割れが明らかに発生しているもの
を曲げ加工性が不良ということで×印、その中間
で割れ、しわがわずかに発生しているものを△印
で表わした。導電率及び引張り強さの測定はJIS
−H0505、JIS−Z2241に基いて行なつた。
また耐熱性は前記圧延材よりJIS−Z2201に規
定する引張り試験片を切り出し、これをアルゴン
ガス雰囲気中で400℃５分間加熱焼鈍した後引張
り試験を行ない、その引張り強さを焼鈍前と比較
し低下率が30％以下のものを耐熱性良好として○
印、30％を越えるものを耐熱性不良として×印で
表わした。
The present invention relates to a copper alloy for lead materials of semiconductor devices, which has excellent strength, heat resistance, and bending workability comparable to iron-based materials. In general, devices such as ICs and LSIs that use semiconductors as elements are composed of semiconductor conductor pellets, leads, and bonding wires, which are sealed with hermetic seals and ceramic seals, and come in various types. are used. Lead materials for these devices are required to have the following properties. (1) Excellent thermal and electrical conductivity (2) Good heat resistance (3) Excellent bending workability (4) High strength Conventionally, iron has been used as the lead material for semiconductor devices. Kovar (Fe-29wt%Ni-17wt%Co) is used as a system material.
alloy), 42 alloy (Fe-42wt%Ni alloy), phosphor bronze as a copper alloy, alloy 194 (Cu-2.4wt%Fe-
0.13wt%Zn-0.1wt%P alloy), Cu-0.15wt%Sn
-0.01wt%P alloy etc. are used. However, Kovar and 42 alloys have sufficient strength,
Although it has heat resistance and bending workability, it has poor electrical and thermal conductivity, and the above-mentioned copper alloy, which has excellent electrical and thermal conductivity, does not have sufficient heat resistance and bending workability. In view of this, as a result of various studies, the present invention has developed a copper alloy for lead materials that has sufficient electrical and thermal conductivity, and has bending workability, heat resistance, and strength comparable to iron-based materials. 5~3.0wt%, Sn0.5~3.0wt
%, Cr0.01~2.0wt%, Al0.01~2.0wt%, P0.01
It is characterized by containing ~0.3wt% Cu with the remainder being Cu. That is, the present invention significantly improves strength and heat resistance by adding Ni to Cu as a base material, and further contributes to improvement of strength and heat resistance by adding Sn, Cr, Al, and P.
Prevents deterioration of electrical conductivity (thermal conductivity) peculiar to Cu,
A copper alloy has been obtained that has excellent strength, heat resistance, and sufficient electrical (thermal) conductivity as a lead material. The reason why the composition range of the alloy of the present invention is limited as described above is as follows. If Ni, Sn is less than 0.5wt% and Cr, Al, P is less than 0.01wt%, sufficient strength and heat resistance cannot be obtained, and Ni, Sn
If the content exceeds 3.0wt%, Cr and Al exceeds 2.0wt%, and P exceeds 0.3wt%, excellent strength and heat resistance can be obtained.
This is because the thermal and electrical conductivity deteriorate and the bending workability decreases. The present invention will be explained below using examples. After melting Cu using a graphite crucible and covering the melt surface with charcoal powder, Ni, P, Cu,
Sn and Al were sequentially added and cast to obtain an ingot having the composition shown in Table 1 and having a width of 150 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 25 mm. Next, the surface of this ingot was milled by 2.5 mm per side, and then hot rolled into a plate with a thickness of 8 mm and a width of 150 mm.The plate was then repeatedly cold rolled and annealed to achieve a final rolling rate of 60%. Finished into a plate with a thickness of 0.3 mm. The bending workability, electrical conductivity, tensile strength, and heat resistance of these plates were measured. These results are shown in Table 1. For comparison, similar measurements were also performed on the conventional copper alloys for lead materials shown in Table 1, and the results are also listed in Table 1. For bending workability, cut a strip test piece with a width of 10 mm and a length of 50 mm from this sheet material, bend it closely at 180 degrees at the center, observe the surface condition of the bent part, and check whether it is smooth and free of cracks or wrinkles. Good bending workability is marked with ○, those with obvious cracks are marked with poor bending workability, and those with cracks and wrinkles in the middle are marked with △. expressed. Measurement of conductivity and tensile strength is based on JIS
-Conducted based on H0505 and JIS-Z2241. Heat resistance was determined by cutting out a tensile test piece specified in JIS-Z2201 from the rolled material, annealing it at 400°C for 5 minutes in an argon gas atmosphere, then conducting a tensile test, and comparing the tensile strength with that before annealing. Those with a reduction rate of 30% or less are considered to have good heat resistance ○
If it exceeds 30%, it is marked as poor heat resistance and is marked with an x.
【表】【table】
【表】
第１表から明らかな如く本発明合金は導電率20
〜32％IACS、引張り強さ58〜69Kgｆ／mm2の特性
を示し、曲げ加工性、耐熱性が良好であり従来合
金である鉄系コバール（No.20）よりはるかに優れ
た導電性（熱電導性）を有し、従来使用されてい
る銅合金のアロイ194より導電性は若干劣るが曲
げ加工性、耐熱性に優れていることがわかる。ま
たCu−Sn−Ｐ合金より導電性は劣るが曲げ加工
性、引張り強さ、耐熱性に優れていることがわか
る。
これに対し本発明合金の組成範囲より、Ni含
有量、Sn含有量、Cr含有量、Al含有量、のいず
れか１種又は２種が少ない比較合金No.11，13，
15，17，19ではいずれも耐熱性は改善されず、本
発明組成範囲より、Ni含有量、Sn含有量、Cr含
有量、Al含有量、Ｐ含有量の多いNo.12，14，16，
18では引張り強度、耐熱性は充分であるが、導電
性の低下が著しいことがわかる。
以下詳述したように本発明合金は優れた強度、
耐熱性と充分な導電性を併せ持ち、かつ曲げ加工
性も良好な銅合金であり、半導体機器のリード材
として顕著な効果を奏するものである。[Table] As is clear from Table 1, the alloy of the present invention has a conductivity of 20
~32% IACS, tensile strength of 58~69 Kgf/ mm2 , good bending workability and heat resistance, and far superior conductivity (thermal conductivity) than the conventional alloy iron-based Kovar (No. 20). Although the conductivity is slightly inferior to the conventionally used copper alloy Alloy 194, it has excellent bending workability and heat resistance. It is also found that although the conductivity is inferior to the Cu-Sn-P alloy, it is superior in bending workability, tensile strength, and heat resistance. On the other hand, comparative alloys No. 11, 13, which have a lower content of any one or both of Ni content, Sn content, Cr content, and Al content than the composition range of the present invention alloy,
No. 15, 17, and 19 showed no improvement in heat resistance, and No. 12, 14, 16, and No. 12, 14, 16, which had higher Ni content, Sn content, Cr content, Al content, and P content than the composition range of the present invention.
It can be seen that although No. 18 has sufficient tensile strength and heat resistance, the conductivity is significantly reduced. As detailed below, the alloy of the present invention has excellent strength and
It is a copper alloy that has both heat resistance and sufficient electrical conductivity, and also has good bending workability, and has a remarkable effect as a lead material for semiconductor devices.