JPH0578766A - 導電部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高導電率を有し、かつ高強度あるいは良好な
はんだ密着性を備える導電部品を提供する。 【構成】 Ｃｕを主成分とするＣｕ相１１と、Ｆｅを主
成分とするＦｅ相１２の２相が混在する導電部品におい
て、Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇから成る群から選択
される少なくとも１種類の元素を含有し、前記Ｃｕ相１
１中に含まれる該含有元素の量と前記Ｆｅ相１２中に含
まれる該含有元素の量との比が０．３以上で、かつ３０
以下である、または、Ｃｕを主成分とするＣｕ相２１と
Ｆｅを主成分とするＦｅ相２２の２相が混在するＣｕ−
Ｆｅ導電部品において、Ｚｎを含有し、前記Ｃｕ相２１
中に含まれるＺｎ量と、前記Ｆｅ相２２中に含まれるＺ
ｎ量との比が０．３以上で、且つ３０以下であり、上記
Ｆｅを主成分とするＦｅ相１２または２２に、Ｃｒを０
〜２０ｗｔ％まで含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】．発明は、例えば半導体の導電用
の電子部品用部材としてのリードフレーム、ＴＡＢ（Ｔ
ａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テー
プ、リード線、ヒートシンク等の導電部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品、特に半導体に利用され
ているリードフレーム、ＴＡＢテープ、リード線等の電
子部品用部材の材料として、主としてＦｅ−４２Ｎｉ、
または、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｓｎ等の添加元素を加えた高純度
Ｃｕ合金が使用されていた。このうちＦｅ−４２Ｎｉは
Ｎｉ添加量が多く、耐蝕性や機械的強度の点で優れてい
るが、熱伝導率が１０％ＩＡＣＳ以下であり、導電率が
低いため、リードフレームの利用に限定されていた。

【０００３】一方、Ｃｕ合金は、ＴＡＢテープのリード
やダイオードのリード線等のような、比較的強度を必要
としない電子部品用部材の材料として使用されていた。
しかし、最近、Ｃｕ合金への５％以下のＮｉ，Ｓｎ，Ｃ
ｒ，Ｚｒ等の添加元素が、このＣｕ合金の強度向上に有
効であることから、このような添加元素を加えて強度を
増加させたＣｕ高強度合金がリードフレームの材料とし
て使用されるようになってきた。このＣｕ合金は、Ｆｅ
−４２Ｎｉに比べて、直接はんだ付けが可能で、導電率
が高いという利点がある反面、機械的強度は低く、しか
も熱膨張係数が大きいために、このＣｕ合金をリードフ
レームとして用いて電子部品を製造する際に、Ｓｉとミ
スマッチングを起こすことが多いという欠点があった。

【０００４】上記欠点を改良するために、導電率が高
く、機械的強度もあり、しかもコストが安いという利点
を備えたＣｕとＦｅの合金が開発されている（例えば特
開昭５９−２１５４４５号公報、特開昭６２−２７８２
３１号公報、特開昭６３−２９３１４７号公報，特開昭
６４−１５３４０号公報等に開示されている）。しか
し、このＣｕ−Ｆｅ合金をリードとして用いる場合、Ｃ
ｕ合金のリードに比べて強度が強いが、半導体の微細化
に伴いリード径も細くなる傾向にあるため、リードによ
り一層の強度が要求されており、現在のＣｕ−Ｆｅ合金
の強度では、このＣｕ−Ｆｅ合金をリードとして用いて
電子部品として組み立てた場合に、リードの折れ曲がり
等が生じ、テスティングや実装に支障を来すことが多い
という不具合が生じていた。

【０００５】また、このＣｕ−Ｆｅ合金をリードとして
用いた場合に、良好なはんだ付けを行うことは難しいと
いう欠点もあった。すなわち、このＣｕ−Ｆｅ合金のリ
ードにはんだ付けを行い、耐侯性試験（１５０℃×５０
０時間の加熱）を行うと、はんだ中のＳｎ，ＰｂとＣｕ
Ｆｅ合金中のＣｕ相のＣｕが相互に拡散して両者が接合
するはずであるが、このときＣｕ相中にわずかに固溶し
ているＦｅがはんだ／Ｃｕ相界面に濃化するために、Ｃ
ｕ相とはんだとの密着性が悪く、はんだがリードから剥
離してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、現
在、電子部品用部材の材料として、導電率が高く、かつ
機械的な強度が十分に強い導電用合金、あるいは導電率
と機械的強度が良好で、かつはんだ密着性も良好な導電
用合金が強く要求されている。

【０００７】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、高
導電率を有し、かつ高強度あるいは良好なはんだ密着性
を備える導電部品を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明にあっては、Ｃｕを主成分とするＣ
ｕ相と、Ｆｅを主成分とするＦｅ相の２相が混在する導
電部品において、Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇから成
る群から選択される少なくとも１種類の元素を含有し、
前記Ｃｕ相中に含まれる該含有元素の量と前記Ｆｅ相中
に含まれる該含有元素の量との比が０．３以上で、かつ
３０以下であることを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、Ｃｕを主成分とするＣｕ
相と、Ｆｅを主成分とするＦｅ相の２相が混在する導電
部品において、Ｚｎを含有し、前記Ｃｕ相中に含まれる
Ｚｎ量と前記Ｆｅ相中に含まれるＺｎ量との比が０．３
以上で、かつ３０以下であることを特徴とする。また、
酸化防止用としてＦｅ相にＣｒを０〜２０ｗｔ％まで含
む事を特徴とする。

【００１０】ここで、本発明のＣｕ−Ｆｅ合金は、上記
Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇから成る群から選択され
る少なくとも１種類の元素を含有するが、これらの全種
類の元素を含有することが望ましい。また、上記添加元
素量のＣｕ相中とＦｅ相中との比は、０．３〜３０であ
るが、さらに望ましくは０．５〜１０である。この添加
元素量の比は次の理由により限定した。この比が３０を
越えると、Ｃｕ相の硬さは増すもののＣｕ相中の電気抵
抗が増加し、合金としての導電率が低下するため、この
合金を導電用の電子部品用部材として使用することが困
難となる。一方、この比が０．３を下回ると、Ｃｕ相の
硬さが、不純物元素を含まないＣｕと同程度まで減少
し、この合金をリードフレーム等の材料として用いた場
合に、機械的強度が弱すぎて電子部品用部材として使用
することが難しい。

【００１１】また、上記Ｚｎ量のＣｕ相中とＦｅ相中と
の比は、０．３〜３０であるが、さらに望ましくは０．
５〜１０である。この添加Ｚｎ量の比は次の理由により
限定した。この比が３０を越えると、上記添加元素の場
合と同様に、Ｃｕ相中の電気抵抗が増加し、合金として
の導電率が低下するため、この合金を導電用の電子部品
用部材として使用することが困難となる。一方、この比
が０．３を下回ると、この合金をリード線等の材料とし
て用いてはんだ付けを行う場合に、はんだとＣｕ相との
密着性が悪くなり、はんだがリードから剥離しやすくな
るという不具合を生じる。

【００１２】また、Ｃｒは酸化防止用としてＦｅ相に添
加するもので、２０ｗｔ％以上添加すると、はんだづけ
性が悪くなるため、０〜２０ｗｔ％とした。さらに望ま
しくは、２〜１２ｗｔ％である。

【００１３】なお、本発明の合金において、Ｃｕ相は、
上記添加元素以外の不可避不純物あるいは添加元素とし
て、Ｐ，Ｓ，Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｓ
ｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎ等の元素を５ｗｔ％以下で
あれば含んでもよい。また、上記Ｆｅ相は、５ｗｔ％以
下の不可避不純物あるいは添加元素として、Ｐ，Ｓ，
Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｚｎ等の元素を含んでもよい。また、Ｆｅ相にＺｎ
を含む場合には、はんだ耐侯性に良い結果をもたらす。

【００１４】本発明の導電部品に用いるＣｕ−Ｆｅ合金
を製造する際には、まず、所定量のＣｕ、Ｆｅ、及び上
記添加元素を含む溶湯を、例えばタンデッシュや双ロー
ルを用いて薄板状に形成して、６５０℃より高く、かつ
７５０℃以下の温度で、１０分以上時効処理を行う。そ
の後、この合金を徐冷し、表面のスケールを硝酸等で洗
い落とす。

【００１５】ここで、上記Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍ
ｇから選択された添加元素、あるいはＺｎの添加元素
は、Ｃｕ相、Ｆｅ相の両相に固溶するが、時効処理の温
度を６５０℃より高くすることにより、Ｆｅ相に固溶し
ている上記添加元素がＣｕ相に拡散する。それによっ
て、Ｃｕ相、Ｆｅ相における添加元素量の比を０．３以
上にすることができる。

【００１６】しかし、この時効処理の温度を７５０℃よ
り高い温度に設定すると、合金の結晶粒度が粗大化し
て、本来の合金の強度が低下してしまうので、好ましく
ない。また、時効処理時間は１０分以上であればよい
が、時効処理温度が７５０度に近い場合には、時効処理
時間が長すぎると、Ｆｅ相中からＣｕ相中へ拡散する上
記添加元素の量が多すぎるため、両相におけるこの添加
元素の比が３０を越えてしまう。その結果、上記したよ
うに、Ｃｕ相の導電率が低くなり、この合金を導電用の
電子用部品用部材として使用することが困難になる。従
って、時効処理温度をこのような高温にする場合には、
時効処理時間を２時間よりも短くするべきである。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例のＣｕ−Ｆｅ合金を
製造するために用いた合金製造装置を示す図である。同
図において、この合金製造装置１は、Ｃｕ、Ｆｅ、その
他の添加元素を成分とする溶湯を収容する溶湯炉２と、
この溶湯炉２の近傍に配置されたタンデッシュ３と、タ
ンデッシュ３の下部に設けられた双ロール４Ａ，４Ｂ
と、この双ロール４Ａ，４Ｂの下方に配置されたローラ
５、６、７とから成る。

【００１９】合金を製造する際には、溶湯を溶湯炉２に
入れ、この溶湯炉２の注ぎ口からタンデッシュ３に溶湯
を注入する。タンデッシュ３に注入された溶湯は、タン
デッシュ３の下部に形成された幅５００ｍｍの溝を介し
て、双ロール４Ａ，４Ｂの間に注がれる。この双ロール
は、ａ方向に回転するロール４Ａと、ｂ方向に回転する
ロール４Ｂとから成り、高速で回転している冷却ドラム
である。溶湯は、この双ロール４Ａ，４Ｂにより冷却さ
れながら送り出されることにより、金属帯１０に形成さ
れ、ローラ５、６、７により導かれて矢印ｄ方向に送ら
れる。

【００２０】実施例１〜１０、比較例１、２ まず、表１に示すように、Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍ
ｇを全部で１〜２５ｗｔ％含む成分の試料Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．１０の組成を有する溶湯を、上記合金製造装置１を
用いて金属帯に形成した。また、比較のために、Ｎｉ，
Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇのいずれも含まない表１中の試
料Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２の組成を有する溶湯を同様の
金属帯に形成した。

【００２１】

【表１】

【００２２】そして、各試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２の金
属帯をそれぞれ、表２に示す温度、時間で、時効処理を
行った。

【００２３】

【表２】

【００２４】この後、この金属帯を急速に冷却すると割
れが生じるために、１０℃／分で約２００℃まで徐冷し
た。その後、この金属帯を大気中で放冷し、金属帯表面
に付いたスケールを硝酸で洗い落としてから、コイルに
巻取った。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０の試料から形成された
金属帯をそれぞれ実施例１〜１０のＣｕ−Ｆｅ合金と
し、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２の試料から形成された金属
帯をそれぞれ比較例１、２のＣｕ−Ｆｅ合金とする。

【００２５】各実施例１〜１０の合金は、図２に示すよ
うに、Ｃｕを主成分とするＣｕ相１１と、Ｆｅを主成分
とするＦｅ相１２とから成る２相構造の合金となった。
また、Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇの添加元素が、Ｃ
ｕ相１１、Ｆｅ相１２のいずれにも固溶しており、上記
添加元素量のＣｕ相／Ｆｅ相の比は、それぞれ表３に示
すように、０．５〜５．９となった。各実施例１〜１０
の合金のビッカース硬さを測定したところ、表３に示す
ようになった。表３からわかるように、いずれの実施例
の合金もビッカース硬さがほぼ３００〜３７０Ｈｖであ
り、リードフレームのような高強度を必要とする電子部
品用部材の材料として、十分な硬さを備えている。

【００２６】一方、比較例１、２の合金は、図２と同様
な２相から成る形態を示しているが、上記添加元素はＣ
ｕ相，Ｆｅ相のいずれにも含まれていない。これらの比
較例の合金の硬さを測定したところ、表３に示すように
なった。すなわち、いずれの比較例の合金も、ビッカー
ス硬さが２９０Ｈｖであり、リードフレームのような高
強度を必要とする電子部品用部材の材料としては適して
いない。

【００２７】

【表３】

【００２８】実際に、各実施例１〜１０及び比較例１、
２の合金をプレスで打ち抜き、所定のパターンを持つリ
ードフレームを作成した。このリードフレーム上の台に
ＳｉチップをＡｇろうにより実装し、ワイヤボンディン
グ、樹脂モールド、キュア、リードフレームのカッティ
ング、ベンディングを行った後に、外装リードにはんだ
付けを行い、電子部品を製造した。その結果、実施例１
〜１０の合金のリードフレームを用いた場合には、支障
なく電子部品組み立てることができたが、比較例１、２
の合金のリードフレームを用いた場合には、いずれの場
合にも、リードの折れ曲がりが生じた。

【００２９】実施例１１〜１４、比較例３、４ 表４に示すように、Ｚｎを０．１〜７ｗｔ％含む成分の
試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の組成を有する溶湯を、上記合
金製造装置１を用いて金属帯に形成した。また、比較の
ために、Ｚｎを含まない表４中の試料Ｎｏ．５、Ｎｏ．
６の組成を有する溶湯を同様の金属帯に形成した。

【００３０】

【表４】

【００３１】そして、各試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の金属
帯をそれぞれ、表５に示す温度、時間で、時効処理を行
った。

【００３２】

【表５】

【００３３】この後、各金属帯を１０℃／分で約２００
℃まで徐冷した。その後、この金属帯を大気中で放冷
し、金属帯表面に付いたスケールを硝酸で洗い落として
から、コイルに巻取った。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の試料か
ら形成された金属帯をそれぞれ実施例１１〜１４のＣｕ
−Ｆｅ合金とし、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の試料から形成さ
れた金属帯をそれぞれ比較例３、４のＣｕ−Ｆｅ合金と
する。

【００３４】各実施例１１〜１４の合金は、図３に示す
ように、Ｃｕを主成分とするＣｕ相２１と、Ｆｅを主成
分とするＦｅ相２２とから成る２相構造の合金となっ
た。添加元素Ｚｎは、Ｃｕ相２１、Ｆｅ相２２のいずれ
にも固溶しているが、その半分以上はＣｕ相２１に固溶
していた。このＺｎ量のＣｕ相／Ｆｅ相の比は、それぞ
れ表６に示すようになった。一方、比較例３、４の合金
は、図３と同様な２相から成る形態を示しているが、Ｚ
ｎはＣｕ相，Ｆｅ相のいずれにも含まれていない。

【００３５】

【表６】

【００３６】各実施例１１〜１４の合金に対して、Ｐｂ
Ｓｎ共晶はんだ付けを施し、１５０℃で７００時間加熱
後曲げ試験を行ったところ、いずれの実施例の場合に
も、はんだと各合金のＣｕ相２１との界面にＺｎを積極
的に濃化させることができ、Ｆｅの濃化が防止されたた
め、はんだが合金から剥離することなく、強固な接合が
得られた。一方、比較例３、４の合金に対して同様な試
験を行ったところ、各比較例の合金とはんだとの密着性
が悪く、いずれの比較例の場合にも、はんだが合金から
剥離した。

【００３７】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、種々変形実施
が可能である。例えば、上記実施例においては導電部品
をリードフレームに用いる場合を例にとったが、ＴＡＢ
テープのリードやダイオード等の個別半導体のリード
線、パワー素子のヒートシンク等にも適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導電部品
に用いたＣｕ−Ｆｅ合金は、導電率が高く、かつ高強度
であるので、この合金を用いれば、高導電率で、かつ機
械的強度が強いリードフレーム等の導電用の電子部品用
部材が得られる。この導電用部材を用いれば、テスティ
ング、ソケッティングや実装を容易に行うことができる
電子部品を製造することができる。また、それによっ
て、電子部品の半導体に加わる機械的応力を低減し、半
導体の破壊や特性劣化等の不具合を低減することが可能
となる。

【００３９】また、本発明の導電部品に用いたＣｕ−Ｆ
ｅ合金は、高強度で、導電率が高く、しかもはんだとの
密着性が良好なので、この合金を用いれば、直接はんだ
ディップが可能で、しかも良好なはんだ付けを行うこと
ができる導電用の電子部品用部材が得られる。従って、
この導電用部材を用いて電子部品を製造すれば、リード
線等の導電用部材と配線との接続不良等の不具合を低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の導電部品を製造する際に使用
した合金製造装置の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例１〜１０の導電部品の金属組織
の模式図である。

【図３】本発明の実施例１１〜１４の導電部品の金属組
織の模式図である。

【符号の説明】

１ 合金製造装置 ２ 溶湯炉 ３ タンデッシュ ４Ａ，４Ｂ 双ロール ５、６、７ ロール １０ 金属帯 １１、２１ Ｃｕ相 １２、２２ Ｆｅ相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 廣文 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 工藤 好正 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 清水 真也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 稲葉 道彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｕを主成分とするＣｕ相と、Ｆｅを主
   成分とするＦｅ相の２相が混在する導電部品において、 Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇから成る群から選択され
   る少なくとも１種類の元素を含有し、前記Ｃｕ相中に含
   まれる該含有元素の量と前記Ｆｅ相中に含まれる該含有
   元素の量との比が０．３以上で、かつ３０以下であるこ
   とを特徴とする導電部品。
2. 【請求項２】 Ｃｕを主成分とするＣｕ相と、Ｆｅを主
   成分とするＦｅ相の２相が混在する導電部品において、 Ｚｎを含有し、前記Ｃｕ相中に含まれるＺｎ量と前記Ｆ
   ｅ相中に含まれるＺｎ量との比が０．３以上で、かつ３
   ０以下であることを特徴とする導電部品。
3. 【請求項３】 Ｆｅを主成分とする相にＣｒを０〜２０
   ｗｔ％まで含む事を特徴とする請求項１もしくは２の導
   電部品。