JPH0717982B2

JPH0717982B2 - リードフレーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料

Info

Publication number: JPH0717982B2
Application number: JP61240711A
Authority: JP
Inventors: 俊樹村松; 守松尾
Original assignee: スカイアルミニウム株式会社
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPS6396239A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は半導体やICのリードフレーム、あるいはコネ
クタもしくはスイッチとして、圧延を施した状態で使用
される導電圧延材料に関し、特に良好な耐軟化性、電気
伝動性、熱伝導性（放熱性）、はんだ付け性、メッキ
性、および高い機械的強度と良好な繰返し曲げ性を示す
リードフレーム、スイッチもしくはコネクタ用導電圧延
材料に関するものである。

従来の技術電子・電気機器に使用される導電部品の代表なものとし
ては、トランジスタなどの個別半導体やI.C.、LSI、SCR
に使用されるリードフレームがある。このリードフレー
ムは、代表的には次の様な工程を経てICや半導体に組込
まれる。

すなわち先ずリードフレーム用材料としての導電材料か
らなる板厚0.1〜0.5mmの条材を用意し、その条材にプレ
ス打抜き加工またはエッチングを施して所要のリードフ
レーム形状（但しアウターリード側が相互に連なってい
るもの）とし、次いでそのリードフレームの所定箇所に
高純度Siなどからなる半導体素子（Siチップ）を接合す
る。この接合は、ダイボンディングと称されるものであ
って、Agペースト等の導電樹脂を用いて加圧接着する方
法、あるいは予めリードフレーム素材の片面もしくは半
導体素子（Siチップ）の面に、Au、Ag、Ni等のうちの１
種の単層または２種以上の多重層からなるメッキ層を形
成しておき、このメッキ層を介して加熱拡散圧着してAu
−Siなどの共晶を利用してリードフレームを半導体素子
とを接合する方法、さらにはPb−Snはんだ等を用いて接
合する方法などがある。この後、基板上のリードフレー
ムの所定箇所にダイボンディングされた半導体素子（Si
チップ）上のAl電極とリードフレームの導体端子（イン
ナーリード）とをAu線もしくAl線で接続する。この接続
はワイヤボンディングと称されている。引続いて半導体
素子、結線部分、および半導体素子が取付けられた部分
のリードフレームを保護するために樹脂やセラミック等
で封止し、最終的にリードフレームのアウタリードの相
互に連なる部分を切除する。

以上のような工程を経て使用されるリードフレーム材と
しては、良好なプレス加工性もしくはエッチング性を有
すること、および半導体素子（Siチップ）とリードフレ
ームをダイボンディングする工程での耐熱性（耐軟化
性）やメッキ性、はんだ付け性が良好であること、さら
には良好な放熱性（熱伝導性）、導電性を有し、しかも
半導体装置の輸送や電子機器への組込みに際しての曲が
りや繰返し曲げによって破損が生じない強度や延性を有
し、また耐食性を有することが要求される。

従来このようなリードフレーム材としては、Fe−42％Ni
合金である42合金、あるいはFe−17％Co−29％Ni合金で
あるコバール、さらにはCu系合金のリン青銅（CA 50
1）、Cu−Fe−Zn−Ｐ（CA 194）合金、Cu−Fe−Co−Sn
−Ｐ（CA 195）合金等が使用されている。

発明が解決すべき問題点従来のリードフレーム材として用いられているコバール
や42合金はいずれも高価なNiを多量に含有するため高価
格とならざるを得ず、またCu系合金は繰返し曲げ性に劣
り、しかも価格的な面でも問題があった。そこでリード
フレーム材として、これらの部品に要求される諸特性を
満足ししかも安価な材料の開発・実用化が強く望まれて
いる。

一般に安価な導電材料としてはアルミニウム合金が得ら
れているが、従来はアルミニウム合金は前述のようなリ
ードフレーム材に要求される諸特性を充分に満足できな
いものとされ、したがってアルミニウム合金のリードフ
レーム材は実用化されていなかったのが実情である。

またリードフレーム以外の各種の電子電気導電部品のう
ち、スイッチの接点板として使用される導電圧延材や、
各種電子電気機器の相互間の接続に使用されるコネクタ
の電気的接触部に用いられる導電圧延板にも、リードフ
レームとほぼ同様な特性が要求される。すなわちスイッ
トの接点板やコネクタの電気的接触部には、耐軟化性、
電気伝導性、熱伝導性（放熱性）が要求されるのみなら
ず、機械的な外力が繰返し加えられるところから、高い
機械的強度と良好な繰返し曲げ性が要求され、さらに電
線とはんだ付けされることから、はんだ付け性が優れて
いることが要求され、またはんだ付け性と電気伝導性向
上のためにメッキが施される場合が多いことから、メッ
キ性も優れていることが要求される。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、リ
ードフレーム、スイッチもしくはコネクタに使用される
導電圧延材料として、耐軟化性および良好な電気伝導
性、熱伝導性（放熱性）、さらに良好なはんだ付け性、
メッキ性、および高い機械的強度と良好な繰返し曲げ性
を有し、しかも安価なアルミニウム基合金からなる材料
を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段本発明者等はアルミニウム基合金について、前述のよう
なリードフレーム、スイッチもしくはコネクタに使用さ
れる導電圧延材料として必要な特性を満足させ得る成分
・組成について種々実験・検討を重ねた結果、Cuもしく
はZnを添加した特定の成分範囲のAl−Mg系合金で前記諸
特性を満足させ得ることを見出し、この発明をなすに至
ったのである。

具体的には、第１発明のリードフレーム、コネクタもし
くはスイッチ用導電圧延材料は、Mg0.5〜5.0％を含有
し、かつCu0.3〜3.0％、Zn0.1〜3.0％のうちの１種また
は２種を含有し、さらに不純物としてのSiが0.4％未満
とされ、残部がAlおよび不可避的不純物よりなることを
特徴とするものである。。

また第２発明のリードフレーム、コネクタもしくはスイ
ッチ用導電圧延材料は、第１発明で規定しているMgとCu
および／またはZnのほか、さらにCr0.01〜0.30％、Zr0.
01〜0.30％、V0.01〜0.30％、Ni0.01〜5.7％のうちの１
種または２種以上を含有し、かつ第１発明と同様に不純
物としてのSiが0.4％未満とされ、残部がAlおよび不可
避的不純物よりなることを特徴とするものである。

作用先ずこの発明のアルミニウム基合金からなるリードフレ
ーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料の成分
限定理由について説明する。

Mg: Mgは強度向上に寄与する元素であり、リードフレーム等
の部品として必要な強度および耐繰返し曲げ性を得るに
必要である。しかしながら0.5％未満では強度向上効果
が充分に得られず、一方5.0％を越えて含有させても著
しい強度の向上はなく、しかも圧延性が極端に低下す
る。したがってMgは0.5〜5.0％の範囲内とした。

Cu: Cuはメッキ性やはんだ付け性をより一層向上させるため
に有効な元素である。Cuが0.3％未満ではその効果が充
分に得られず、一方3.0％を越えて含有されれば耐食性
が低下する。したがってCuは0.3〜3.0％の範囲内とし
た。なおCuを添加した場合、製造工程で熱処理条件を適
切に制御すれば、加工硬化性や時効硬化性が強くなり、
強度向上にも寄与する。

Zn: Znもメッキ性やはんだ付け性をより一層向上させるため
に有効な元素である。Znが0.1％未満ではその効果が充
分に得られず、一方3.0％を越えて含有されれば耐食性
が低下する。したがってZnは0.1〜3.0％の範囲内とし
た。なおZnを添加した場合も、製造工程で熱処理条件を
適切に制御すれば、加工硬化性や時効硬化性が強くな
り、強度向上にも寄与する。

この発明のリードフレーム、コネクタもしくはスイッチ
用導電圧延材料は、基本的には上記のMgとCuおよび／ま
たはZnを含有していればリードフレーム、スイッチもし
くはコネクタに必要な諸特性を確保することができる
が、より一層の特性向上を図るため、第２発明において
は、さらにCr,Zr,V,Niのうちの１種または２種以上が含
有される。これらの元素の添加理由は次の通りである。

すなわちCr、Zr、Ｖ、Niは強度向上および耐熱性の向上
に有効である。それぞれCr0.01未満、Zr0.01％未満、V
0.01％未満、Ni0.01％未満ではこれらの効果が充分に得
られず、一方それぞれCr0.30％、Zr0.30％、V0.30％、N
i5.7％を越えて含有させても上記の効果は飽和し、しか
も鋳造時に巨大な化合物を生成し易くなる。したがって
Cr0.01〜0.30％、Zr0.01〜0.30％、V0.01〜0.30％、Ni
0.01〜5.7％の範囲内とした。

以上の各成分のほか、通常のアルミニウム合金では不純
物としてSiが含有されるが、この発明の場合不純物のSi
は0.4％未満とする。Siが0.4％以上となれば耐食性が低
下する。そのほか不純物としてFeが含有されることが多
いが、Feは0.60％程度以下であればこの発明で対象とす
るリードフレーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧
延材料として特に支障はない。

そのほか、アルミニウム合金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにTi、またはTiおよびＢ
を添加することが多いが、この発明の材料の場合もTi、
またはTiおよびＢが添加されていても特にリードフレー
ム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料として支
障はない。但しその添加量は、Ti0.2％以下、B0.04％以
下が望ましい。

またこの発明の系のアルミニウム基合金のようにMgを含
有するAl合金の鋳造にあたっては、溶湯の酸化を防止し
たりあるいは圧延性を改善する目的でBeを必要に応じて
添加することがあるが、この発明の材料の場合もBeを必
要に応じて50ppm程度以下添加することができる。

次にこの発明のリードフレーム、コネクタもしくはスイ
ッチ用導電圧延材料としてのアルミニウム基合金の製造
方法について詳述する。

先ず前術のような成分組成のアルミニウム基合金溶湯を
常法にしたがって鋳造する。この鋳造方法としては半連
続鋳造法（DC鋳造法）が一般的であるが、省エネルギや
強度向上、耐軟化性の向上等の観点から３〜15mm程度の
厚さの薄板に直接鋳造する薄板連続鋳造法（連続鋳造圧
延法）を適用することが好ましい。

半連続鋳造により得られた鋳塊に対しては、均熱処理
（均質化処理）および熱間圧延を行ない、必要に応じて
冷間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を行なって厚さ0.1
〜0.5mm程度の圧延板とする。但し薄板連続鋳造板の場
合は、これらの工程のうち熱間圧延までの工程を省略す
ることができる。

上記各工程のうち、均熱処理は450〜600℃の温度にて48
時間以内保持すれば良い。均熱温度が450℃未満では熱
間圧延性が低下し、一方均熱温度が600℃を越えれば共
結溶融が発生し易くなる。また保持時間が48時間を越し
ても均熱による組織の均質化効果はほとんど飽和し、エ
ネルギコストの増大を招くだけである。

均熱処理後は通常は再加熱してから熱間圧延を行なう。
この再加熱は、常法に従って400〜550℃で行ない、熱間
圧延も400〜550℃で行なえば良い。なお均熱処理（均質
化処理）と熱間圧延のための加熱処理は、上述のように
個別に行なう必要はなく、均質化処理と熱間圧延のため
の加熱を兼ねて１回の加熱処理を行ない、引続いて熱間
圧延を行なっても良い。

熱間圧延終了後は、必要に応じて一次冷間圧延を施した
後、必要に応じて中間焼鈍を施し、さらに最終冷間圧延
を行なう。

ここで中間焼鈍は、圧延性改良、もしくはZn、Cu添加合
金においてはその後の冷間圧延による加工硬化性を高め
たり、時効硬化性をもたせるために行なうものである。
圧延時の耳割れ防止や圧延性改良の場合は、連続焼鈍
（加熱速度、冷却速度数10℃/sec）、バッチ焼鈍（加熱
速度、冷却速度10/sec）のいずれでもよく、その焼鈍温
度は300〜450℃程度とすればよい。ZnやCuを含んだ合金
において加工硬化性を高めたり、時効硬化性をもたせる
ために中間焼鈍を用いる場合は、MgとZnやCuをAl中に固
溶させる必要がある。このような目的で中間焼鈍を行な
うには、一般の2000系合金や7000系合金の溶体化処理条
件に準じた条件で行なえばよい。すなわち、焼鈍温度と
しては480〜560℃で行ない、板厚にもよるが焼鈍温度で
１時間以内保持し、冷却速度１℃/sec以上で冷却する。
１℃/sec未満の冷却速度では時効による硬化が少なく、
また加工硬化性も低くなるため、冷却速度は１℃/sec以
上が望ましい。コイルを用いてこの中間焼鈍を行なう場
合は連続焼鈍を用いる。この場合、保持時間がほとんど
なくてもその後の時効硬化性、加工硬化性は著しく損な
われない。

最終冷間圧延は、所要の板厚とするためばかりでなく、
加工硬化による強度向上のために必要である。最終圧延
板の強度は、リードフレーム、コネクタもしくはスイッ
チ用導電圧延材料としては引張強さで30kgf/mm²以上、
耐力で25kgf/mm²以上が必要であるが、この発明のアル
ミニウム基合金の場合、冷間圧延後の圧延材強度として
充分にこれらの値を確保することができる。なお上記の
強度を確保できるならば、耐繰返し曲げ性をさらに向上
させるために最終冷間圧延後に100℃以上で最終焼鈍を
行なっても良い。また中間焼鈍条件で時効硬化性を与え
た場合、100〜250℃程度で時効し、強度向上を図ること
もできる。

実施例第１表に示す本発明合金及び比較合金を通常の半連続鋳
造法もしくは薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延）により鋳
造した。半連続鋳造した鋳塊は、各面を面削して厚さ50
0mm、幅1000mm、長さ3500mmとし、第２表に示す製造条
件No.1〜No.3で0.30mm厚の圧延板とした。連続鋳造の場
合は鋳造板の厚さは4mmとし、第２表のNo.4に示す製造
条件で0.30mm板厚の圧延板とした。

これらのアルミニウム合金圧延板について、機械的性質
及び耐軟化性、導電率、メッキ性、はんだ付け性につい
て調査した。その結果を第３表に示す。

なおここで機械的性質としては、圧延材の性能を調査し
た。

また一般にリードフレーム材のダイボンディングにおい
てPb−Snはんだを用いる場合は不活性ガス中で200〜300
℃で数秒間の熱処理を行なうことから、耐軟化性として
は、250℃×５分間の熱処理を施してその熱処理後の引
張強さを測定した。

さらに、アルミニウム合金の場合、AuやAg等のめっきを
施すにあたってメッキを健全に行なうためには一般にメ
ッキ前に予め表面処理を行なう必要がある。またはんだ
を付ける場合も表面処理を事前に行なっておけばはんだ
が付き易く、はんだ付け部の剥離が生じにくくなる。こ
のような事前の表面処理としては一般にNiメッキやCuメ
ッキがあり、さらにこの表面処理の前処理としてはジン
ケート処理が有効である。このジンケート処理時のZnの
分布が均一であるほど、そのジンケート処理面上へのNi
やCuのメッキ性が良好となり、さらにその上に施される
AuやAgのメッキ性やはんだ付け性が良好となる。そこで
この実施例においても、メッキ性やはんだ付け性を判定
するために圧延板にジンケート処理を施してそのジンケ
ート処理面のZnの分布を光学顕微鏡で観察し、Znの分布
が均一な順に○、△、×と評価した。△以上であればメ
ッキ性やはんだ付け性は一応合格と判定される。なおこ
のジンケート処理条件は、次の通りである。

浴組成： NaOH 525g/l 酸化亜鉛 98g/l 浴温度： 20℃ 浸漬時間： 30秒また繰返し曲げ性は、0.30mmの圧延材を90°片振りで繰
返し曲げを行ない、破断に至るまでの往復回数を測定し
た。この繰返し曲げ性は５回以上あれば性能上問題はな
い。

第３表から明らかなように、この発明によるリードフレ
ーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料として
のアルミニウム基合金は、圧延材での強度が30kgf/mm²
以上で充分な強度を有しており、しかも250℃×５分間
の熱処理後も30kgf/mm²以上を確保することができ、し
たがって耐熱性も良好であり、さらに繰返し曲げ性も良
好であり、また導電率は従来のリードフレーム材である
42合金と比較して格段に高くて、放熱性や熱伝導性、電
気伝導性に優れ、さらにジンケート処理時のZnの均一性
が良好であることから、メッキ性やはんだ付け性に優れ
ることが判る。なお第３表中には特に示されなかった
が、耐食性も優れていることが確認されている。

発明の効果この発明のリードフレーム、コネクタもしくはスイッチ
用導電圧延材料は、アルミニウム基合金であるため、従
来の42合金やコバールあるいはCu系材料などと比較して
格段に安価であり、しかも優れた耐軟化性、良好な電気
伝導性、熱伝導性、放熱性を有し、かつまた良好なはん
だ付け性、メッキ性と高い機械的強度、良好な繰返し曲
げ性を有しており、したがってこれらの特性が要求され
るIC、半導体のリードフレーム、コネクタもしくはスイ
ッチに使用される導電圧延材料として最適である。な
お、特にリードフレーム材においてワイヤボンディング
をAl線で行なう場合にこの発明の材料をリードフレーム
に適用すれば、半導体素子取付部およびワイヤ接続部に
AuメッキやAgメッキ等を施す必要がなく、そのままでワ
イヤボンディングが可能となり、半導体素子製造コスト
をさらに下げることができるというメリットもある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Mg0.5〜5.0％（重量％、以下同じ）を含有
し、かつCu0.3〜3.0％、Zn0.1〜3.0％のうちの１種また
は２種を含有し、さらに不純物としてのSiが0.4％未満
とされ、残部がAlおよび不可避的不純物よりなることを
特徴とするリードフレーム、コネクタもしくはスイッチ
用導電圧延材料。
【請求項２】Mg0.5〜5.0％、を含有し、かつCu0.3〜3.0
％、Zn0.1〜3.0％のうちの１種または２種と、Cu0.01〜
0.30％、Zr0.01〜0.30％、V0.01〜0.30％、Ni0.01〜5.7
％のうちの１種または２種以上を含有し、さらに不純物
としてのSiが0.4％未満とされ、残部がAlおよび不可避
的不純物よりなることを特徴とするリードフレーム、コ
ネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料。