JPH0572455B2 - - Google Patents

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JPH0572455B2
JPH0572455B2 JP6722186A JP6722186A JPH0572455B2 JP H0572455 B2 JPH0572455 B2 JP H0572455B2 JP 6722186 A JP6722186 A JP 6722186A JP 6722186 A JP6722186 A JP 6722186A JP H0572455 B2 JPH0572455 B2 JP H0572455B2
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JP
Japan
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less
bendability
strength
lead frame
present
Prior art date
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JP6722186A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS62224652A (en
Inventor
Haruyumi Kosuge
Katsuaki Kamio
Tomoaki Sano
Koichi Ito
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Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[発明の目的] 本発明はリードフレーム用アルミニウム合金に
係り、熱履歴後の強度、固さ並びに曲げ加工性が
良好で、低コストなリードフレーム用アルミニウ
ム合金を提供しようとするものである。 産業上の利用分野 半導体を要素とするIC、LEDなどの機器にお
けるリードフレーム用アルミニウム合金。 従来の技術 半導体を要素とするIC、LSI、LED等の機器は
何れも半導体ペレツト、リード、ボンデイングワ
イヤによつて構成されたものをセラミツクスや樹
脂によつて封止したもので、種々の形式のものが
用いられている。然してこの種機器に使用される
リード用フレームは薄板をプレス打ち抜きして所
定の形状に形成した後、半導体の取りつけ、ワイ
ヤのボンデイング、樹脂の熱硬化、さらに組み付
けを容易にするため溶融ハンダ材が被覆されるこ
ととなり、多様な熱履歴を受ける。ところで従来
これらの機器におけるリードフレーム材として
は、鉄系材料としてコバール(Fe−29%Ni−17
%Co)、Fe−42%Ni合金、Fe−Ni合金にAlをク
ラツドした材料が用いられ、又銅系材料として
194合金、(Cu−Fe−Zn−P系)、195合金(Cu−
Fe−Co−Sn−P系)等が使用されてきた。即ち
前記鉄系材料は耐熱性、強度等が優れており、
MOS型IC、LSI等に広く採用され、銅系材料は
良好な熱伝導性や曲げ性を有し、しかも鉄系材料
に比較して安価であることから近年パワートラン
ジスタ、ダイオード、サイリスタ等の個別半導体
のリードフレーム材として広く使用されている。
近時、高集積化がますます進む中で、電気抵抗の
小さい、高熱伝導性、高強度の、銅合金も開発さ
れ、、鉄系材料に代わつて次第に使用されつつあ
る。なお、一部の銅合金より更に低価格な材料と
して、アルミニウム合金の使用が検討されている
が、実用に至つていない。 発明が解決しようとする問題点 しかし前記した鉄系材料のものは相当に高価格
であり、しかも熱伝導性や耐食性に劣る不利であ
る。この点銅系材料は鉄系材料よりは安価で、熱
伝導性、耐食性、曲げ性に優れたものであるが、
耐熱性、強度等は鉄系材料より劣り、しかもやは
りそれなりに高価格とならざるを得ない。 アルミニウム合金によるものは価格的には最も
有利であるが、曲げ性等の機械的性質が劣るとい
う問題点を有している。 「発明の構成」 問題点を解決するための手段 Mg:3.0〜6.0wt%、Zn:0.5〜2.0wt%、 Cu:0.1〜0.5wt% を含有し、しかも Mn:0.20〜1.0wt%、Cr:0.05〜0.30wt%、 Zr:0.05〜0.25wt%、V:0.05〜0.20wt%、 Ti:0.01〜0.15wt% の何れか1種または2種以上を合計量で1.2wt%
以下含有し、残部がAlと不純物より成ることを
特徴とするリードフレーム用アルミニウム合金。 作 用 Mg:3.0%以上、Zn:0.5%以上、Cu:0.1%以
上を含有させることにより強度の向上が得られ、
且つ半田づけ性も向上される。 Mg:6.0%以下、Zn:2.0%以下、Cu:0.5%以
下とすることにより曲げ性を良好に維持し、しか
もこのものにMn:0.20%以上、Cr:0.05%以上、
Zr:0.05%以上、V:0.05%以上、Ti:0.01%以
上の何れか1種または2種以上含有させることに
よつて結晶粒を微細化して曲げ加工性を良好にす
る。 Mn:1.0%以下、Cr:0.30%以下、Zr:0.25%
以下、V:0.20%以下、Ti:0.15%以下とし、且
つそれらの複合添加時における合計量を1.2%以
下とすることによつて粗大な化合物の生成などに
よる曲げ加工性劣化を回避する。 アルミニウムをベースとし前記のような関係で
夫々の元素を含有させることにより、リードフレ
ーム材を従来のものより適切に低コストでしかも
好ましい特性をもつたもとして提供する。 なおMgが6.0%以下たることにより応力腐食割
れに敏感となる傾向をなからしめ、Znを0.5%以
上とすることにより半田づけ性が改善される。
Cuが0.5%以下たることで耐食性劣化をなからし
める。 実施例 上記した本発明について更に説明すると、本発
明においては前記のようにMg、Zn、Cuの適量を
アルミニウムに含有させることによりリードフレ
ーム材として必要な強度を高価格化を来すことな
しに得しめるもので、このような適量のMg、
Zn、CuはAl中に固溶して固溶体強化および加工
硬化により大きな強度を与える。 即ちwt%(以下単に%という)で、Mgが3.0
%未満ではこのような効果が充分に得られず、一
方6.0%を超えると曲げ性を劣化し、しかも応力
腐食割れに敏感となるので、3.0〜6.0%とする。 Znは、0.5%以上の含有によつて強度の向上だ
けでなく、半田づけ性の向上が得られる。しかし
2.0%を超えると曲げ性の劣化が認められるので
これを上限とする。 Cuは、0.1%以上の添加で強度の向上が得られ
るが、0.5%を超えると曲げ性が劣化するので0.1
〜0.5%とする。 本発明においては前記のような成分組成のもの
に体して、Mn:0.20〜1.0%、Cr:0.05〜0.30%、
Zr:0.05〜0.25%、V:0.05〜0.20%、Ti:0.01〜
0.15%の何れか1種または2種以上を含有させる
ことにより結晶粒を微細化し曲げ加工性を良好に
する。 即ちこれらのものが下限値以下では効果が少な
く、又上限値以上となると金属間化合物、例えば
MnAl6、AlMnSi、CrAl7、ZrAl3、VAl10
TiAl3などの粗大な化合物が生成して曲げ加工性
を低下させる。特にMn、Cr、Zr、Vの場合は上
記した効果の他に耐熱性を付与することができ、
このような場合にはそれら元素についての上記化
合物をマトリツクス中に微細に分散して生成させ
ると該耐熱性をより効果的に付与することができ
る。なおこれらの元素を複合して添加する場合の
合計量としては1.2%以下とすることが好ましく、
1.2%を超えると曲げ性を劣化する傾向が認めら
れる。 またこれらの元素をできるだけAl中に固溶さ
せた状態とすれば導電率および熱伝導率を低下さ
せることができ、LED用として利用する場合に
有効である。 更に本発明によるものは、Bは0.001〜0.1%の
範囲では鋳造割れ防止および結晶粒微細化に有効
であり、添加させ得る。又不純物として、Fe≦
0.3%、Si≦0.2%の範囲であれば本発明の特性を
劣化させることがない。 本発明合金によるリードフレーム材の製造は、
通常のアルミニウム合金と同様に溶解され、前記
した結晶粒微細化のためのTi又はBが溶解炉又
は鋳造機への溶湯移送樋中へ連続的に添加され、
次いで溶湯の酸化物などの非金属介在物を除去す
べく濾過され、最後にDC鋳造などの半連続鋳造
法や、ハンター鋳造法などの連続鋳造圧延によつ
て鋳塊とされる。次いで鋳塊の均質化処理、熱間
圧延、または冷間圧延によつて所定の厚さの板と
し、最後に熱処理が施される。なお中間焼鈍のよ
うな熱処理は圧延の中間段階でも施されることが
ある。 本発明によるものの具体的な製造例について説
明すると以下の如くである。 次の第1表に示す成分を有する本発明例1〜9
および比較例A−JのAl−Mg−Zn系合金を溶解
し、半連続鋳造にて厚さ70mmの鋳塊となした。
[Object of the Invention] The present invention relates to an aluminum alloy for lead frames, and an object of the present invention is to provide an aluminum alloy for lead frames that has good strength, hardness, and bending workability after thermal history, and is inexpensive. Industrial Application Fields Aluminum alloys for lead frames in devices such as ICs and LEDs that use semiconductors as elements. Conventional technology Devices that use semiconductors such as ICs, LSIs, and LEDs are made of semiconductor pellets, leads, and bonding wires that are sealed with ceramics or resin. something is being used. However, the lead frame used in this type of equipment is formed by press punching a thin plate into a predetermined shape, and then attaching the semiconductor, bonding the wire, thermosetting the resin, and applying molten solder material to facilitate assembly. It is coated and subjected to various thermal histories. By the way, the lead frame material for these devices has traditionally been Kovar (Fe-29%Ni-17), which is an iron-based material.
%Co), Fe-42%Ni alloy, Fe-Ni alloy clad with Al, and as a copper-based material.
194 alloy, (Cu-Fe-Zn-P system), 195 alloy (Cu-
Fe-Co-Sn-P system) etc. have been used. That is, the iron-based material has excellent heat resistance, strength, etc.
Widely used in MOS ICs, LSIs, etc., copper-based materials have good thermal conductivity and bendability, and are cheaper than iron-based materials. Widely used as lead frame material for semiconductors.
In recent years, with increasing integration, copper alloys with low electrical resistance, high thermal conductivity, and high strength have been developed and are gradually being used in place of iron-based materials. Note that the use of aluminum alloy is being considered as a material that is even cheaper than some copper alloys, but it has not been put to practical use. Problems to be Solved by the Invention However, the iron-based materials described above are disadvantageous in that they are considerably expensive and have poor thermal conductivity and corrosion resistance. In this point, copper-based materials are cheaper than iron-based materials and have excellent thermal conductivity, corrosion resistance, and bendability.
It is inferior to iron-based materials in terms of heat resistance, strength, etc., and is also relatively expensive. Aluminum alloys are most advantageous in terms of cost, but have the problem of poor mechanical properties such as bendability. "Structure of the invention" Means for solving the problem Contains Mg: 3.0 to 6.0 wt%, Zn: 0.5 to 2.0 wt%, Cu: 0.1 to 0.5 wt%, and Mn: 0.20 to 1.0 wt%, Cr :0.05~0.30wt%, Zr: 0.05~0.25wt%, V: 0.05~0.20wt%, Ti: 0.01~0.15wt%, the total amount of one or more of these is 1.2wt%.
An aluminum alloy for lead frames, characterized in that it contains the following, with the remainder consisting of Al and impurities. Effect Strength can be improved by containing Mg: 3.0% or more, Zn: 0.5% or more, Cu: 0.1% or more.
Moreover, solderability is also improved. By setting Mg: 6.0% or less, Zn: 2.0% or less, Cu: 0.5% or less, bendability is maintained well, and in addition, Mn: 0.20% or more, Cr: 0.05% or more,
By containing one or more of Zr: 0.05% or more, V: 0.05% or more, and Ti: 0.01% or more, crystal grains are made finer and bending workability is improved. Mn: 1.0% or less, Cr: 0.30% or less, Zr: 0.25%
Hereinafter, V: 0.20% or less, Ti: 0.15% or less, and the total amount when these are added in combination is 1.2% or less to avoid deterioration of bending workability due to the formation of coarse compounds. By using aluminum as a base and containing each of the elements in the relationship as described above, a lead frame material can be provided at a lower cost than conventional materials and has preferable characteristics. Note that when the Mg content is 6.0% or less, the tendency to become sensitive to stress corrosion cracking is alleviated, and when the Zn content is 0.5% or more, the solderability is improved.
When Cu is 0.5% or less, corrosion resistance deteriorates completely. EXAMPLE To further explain the present invention described above, in the present invention, as mentioned above, by incorporating appropriate amounts of Mg, Zn, and Cu into aluminum, the strength necessary for a lead frame material can be achieved without increasing the price. This kind of appropriate amount of Mg,
Zn and Cu form a solid solution in Al and provide greater strength through solid solution strengthening and work hardening. In other words, in wt% (hereinafter simply referred to as %), Mg is 3.0
If the content is less than 3.0%, such effects cannot be obtained sufficiently, while if it exceeds 6.0%, the bendability deteriorates and the content becomes sensitive to stress corrosion cracking. By containing Zn in an amount of 0.5% or more, not only strength but also solderability can be improved. but
If it exceeds 2.0%, deterioration of bendability is observed, so this is set as the upper limit. Cu can improve strength by adding 0.1% or more, but if it exceeds 0.5%, bendability deteriorates, so 0.1% or more
~0.5%. In the present invention, the component composition as described above includes Mn: 0.20 to 1.0%, Cr: 0.05 to 0.30%,
Zr: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, Ti: 0.01~
By containing 0.15% of one or more of these, crystal grains are made finer and bending workability is improved. In other words, if these substances are below the lower limit, there is little effect, and if they are above the upper limit, intermetallic compounds such as
MnAl6 , AlMnSi, CrAl7 , ZrAl3 , VAl10 ,
Coarse compounds such as TiAl 3 are formed and reduce bending workability. In particular, in the case of Mn, Cr, Zr, and V, in addition to the above effects, heat resistance can be imparted.
In such cases, the heat resistance can be imparted more effectively by finely dispersing and producing the above-mentioned compounds of these elements in the matrix. In addition, when adding these elements in combination, the total amount is preferably 1.2% or less,
If it exceeds 1.2%, there is a tendency for bendability to deteriorate. Furthermore, if these elements are dissolved in Al as much as possible, the electrical conductivity and thermal conductivity can be lowered, which is effective when used for LEDs. Further, in the present invention, B is effective in preventing casting cracks and refining crystal grains in a range of 0.001 to 0.1%, and can be added. Also, as an impurity, Fe≦
If Si is in the range of 0.3% and Si≦0.2%, the characteristics of the present invention will not be deteriorated. The production of lead frame material using the alloy of the present invention is as follows:
It is melted in the same way as a normal aluminum alloy, and the above-mentioned Ti or B for grain refinement is continuously added to the molten metal transfer gutter to the melting furnace or casting machine,
The molten metal is then filtered to remove non-metallic inclusions such as oxides, and finally it is made into an ingot by semi-continuous casting such as DC casting or continuous casting and rolling such as Hunter casting. The ingot is then homogenized, hot rolled, or cold rolled to form a plate of a predetermined thickness, and finally heat treated. Note that heat treatment such as intermediate annealing may also be performed at an intermediate stage of rolling. A specific manufacturing example of the product according to the present invention will be described below. Examples 1 to 9 of the present invention having the components shown in Table 1 below
The Al-Mg-Zn alloys of Comparative Examples A-J were melted and semi-continuously cast to form ingots with a thickness of 70 mm.

【表】 前記のような各鋳塊は、530℃で4時間加熱し
た後、熱間圧延により6mm厚さまで圧延した。さ
らに0.5mm厚さまで冷間圧延し、最後に500℃10分
間の焼鈍を行なつた。これらの板について、ハン
ダ付けに相当する275℃で30秒間加熱してから強
度、硬さ、繰り返し曲げ性および導電率を測定し
た結果は次の第2表の如くである。
[Table] Each ingot as described above was heated at 530° C. for 4 hours and then hot rolled to a thickness of 6 mm. It was further cold rolled to a thickness of 0.5 mm and finally annealed at 500°C for 10 minutes. These plates were heated at 275° C. for 30 seconds, which corresponds to soldering, and then their strength, hardness, repeated bendability, and electrical conductivity were measured, and the results are shown in Table 2 below.

【表】【table】

【表】 なお上記第2表における繰り返し曲げ性の評価
基準は、繰り返し曲げ操作を3回以上行なつても
割れの生じないものを「良」とし、割れの生じた
ものは「不良」とした。総合評価については強
度、硬さ、繰り返し曲げ性の全般について判断し
評価した。 又LED溶リードフレームとして使用する場合、
275℃で30秒の加熱後の導電率が35%IACS以下、
好ましくは30%IACS以下であることが求められ、
可視光線の全波長域に亘つて良好な反射率が要求
される。従来の銅合金材料や鉄系材料で銅メツキ
の施されているものの場合可視光線の短波長側で
反射率が劣り、そのため銀メツキが施されている
が、上記のような本発明のものは何等の処理を必
要としないで良好な反射特性を有し、即ち0.38〜
0.77μmの波長範囲において普通仕上げ板で65〜
75%、光輝仕上げ板で75〜80%を得ることがき
る。 更に上記した製造例のものについてハンダ付け
評価のために、Sn−Pb系の共晶ハンダを用い、
超音波ハンダ付けおよびフラクツスを用いなデイ
ツプ式のハンダ付けを行ないその評価をなした結
果は次の第3表の如くである。
[Table] The evaluation criteria for repeated bendability in Table 2 above is that those that do not crack even after repeated bending operations three or more times are rated as "good", and those that crack are rated as "poor". . Regarding the overall evaluation, overall strength, hardness, and repeated bendability were judged and evaluated. Also, when used as an LED lead frame,
Conductivity less than 35% IACS after heating at 275℃ for 30 seconds,
Preferably it is required to be 30% IACS or less,
Good reflectance is required over the entire wavelength range of visible light. Conventional copper alloy materials and iron-based materials that are plated with copper have poor reflectance on the short wavelength side of visible light, so they are plated with silver, but the materials of the present invention as described above It has good reflection properties without the need for any treatment, i.e. 0.38~
65~ for a normal finish plate in the wavelength range of 0.77μm
75%, and 75-80% can be obtained with bright finish board. Furthermore, for the soldering evaluation of the above manufacturing example, Sn-Pb-based eutectic solder was used,
The results of ultrasonic soldering and dip type soldering using flux are shown in Table 3 below.

【表】 「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは、この
種リードフレームとして要求される耐熱性、特に
強度、硬さと共に曲げ性を適切に具備し、好まし
いバランスをもつた材質が得られ、又ハンダづけ
性などにおいても良好であつて、好ましいリード
フレームを低コストに提供し得るものであるから
工業的にその効果の大きい発明である。
[Table] "Effects of the Invention" According to the present invention as explained above, it is possible to create a material that has a suitable balance of heat resistance, especially strength, hardness, and bendability required for this type of lead frame. This invention is industrially very effective because it has good solderability and can provide a desirable lead frame at a low cost.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 Mg:3.0〜6.0wt%、Zn:0.5〜2.0wt%、 Cu:0.1〜0.5wt% を含有し、しかも Mn:0.20〜1.0wt%、Cr:0.05〜0.30wt%、 Zr:0.05〜0.25wt%、V:0.05〜0.20wt%、 Ti:0.01〜0.15wt% の何れか1種または2種以上を合計量で1.2wt%
以下含有し、残部がAlと不純物より成ることを
特徴とするリードフレーム用アルミニウム合金。
[Claims] 1 Contains Mg: 3.0 to 6.0 wt%, Zn: 0.5 to 2.0 wt%, Cu: 0.1 to 0.5 wt%, and Mn: 0.20 to 1.0 wt%, Cr: 0.05 to 0.30 wt%. , Zr: 0.05-0.25wt%, V: 0.05-0.20wt%, Ti: 0.01-0.15wt%, the total amount of one or more of these is 1.2wt%
An aluminum alloy for lead frames, characterized in that it contains the following, with the remainder consisting of Al and impurities.
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