JPH07258775A

JPH07258775A - 電子機器用高力高導電性銅合金

Info

Publication number: JPH07258775A
Application number: JP6075420A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sawato; 広信沢渡
Original assignee: Nikko Kinzoku KK
Current assignee: Nikko Kinzoku KK
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体機器のリ−ドフレ−ム材等として要求
される強度（引張強度で６５kgf/mm²以上），電気伝導
度（導電率で５０％IACS以上），エッチング性，曲げ加
工性及び半田接合部の信頼性等の諸性質を高いレベルで
兼ね備えた銅合金を提供する。【構成】リ−ドフレ−ム材等の電子機器用銅合金を、
Cr：0.05〜0.40％，Zr：0.03〜0.25％，Fe：0.10〜1.80
％，Ti：0.10〜0.80％を含むか、あるいは更に Zn：0.05〜2.0 ％，Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以
上：総量で0.01〜１％のうちの１種又は２種以上を含有すると共に、“0.10％
≦Ti≦0.60％”ではFe／Ti重量比が0.66〜2.6 を満足
し、また“0.60％＜Ti≦0.80％”ではFe／Ti重量比が1.
1 〜2.6 を満足していて残部がCu及び不可避的不純物か
ら成り、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下に調整されて
成る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トランジスタや集積
回路（ＩＣ）等のような半導体機器のリ−ド材として好
適な、高い強度や電気伝導性等に加えて優れたエッチン
グ性及び曲げ加工性をも備えた電子機器用高力高導電性
銅合金に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年のＩＣパッケ−ジの動向は
“軽薄短小化”に象徴されてきたが、最近、表面パッケ
−ジの普及によってその傾向は益々促進され、更にＩＣ
チップの高機能化に伴う多ピン化及び低発熱化も同時に
進んでいる。一方、ＩＣパッケ−ジの形態に係る具体的
な変遷過程を見ると、従来はＤＩＰに代表されるピン挿
入型パッケ−ジが多用されてきたが、実装密度向上を目
的とした“表面実装”が主流になるにつれてＳＯＪ，Ｓ
ＯＰ，ＱＦＰ等の表面実装型への移行が進んでいる。そ
して、最近では、多ピン化に伴ってリ−ドピッチを縮小
したファインピッチＱＦＰが増加し、更にＴＳＯＰ，Ｔ
ＱＦＰ等に代表される薄板化が進行している。

【０００３】ところで、多ピン，狭ピッチのフレ−ムの
大半はエッチング加工により作られるのが一般的である
が、このエッチング加工では狙いとする板厚方向への食
刻のみならず板幅方向へのサイドエッチも起こることか
ら、リ−ド幅やリ−ド間隔に関する加工精度の観点から
素材板厚は薄いほど加工上有利となる。また、パッケ−
ジの薄肉化要求からもリ−ドフレ−ム材を薄くする必要
があり、そのため最近では板厚が0.15mmから0.125 mm、
更には0.10mmへと薄くなる傾向を示している。

【０００４】しかし、このようなリ−ドフレ−ムの薄板
化やリ−ドの狭小化はリ−ド強度を低下させ、アセンブ
リ−工程中やデバイス実装時におけるリ−ドの変形を引
き起こす。そこで、このような問題を解決するためには
使用されるリ−ドフレ−ム材料の強度をできるだけ向上
させる必要がある。また、ＩＣの高集積化や多ピン化が
進むと、これに伴い消費電力も大きくなってチップから
発生する熱の放散対策が無視できない重要な問題とな
る。

【０００５】このように、半導体機器のリ−ドフレ−ム
材には一般に次のような多岐多用な特性が要求されてい
る。 a) リ−ドが容易に変形することがない機械的強度を有
すること， b) リ−ドフレ−ムのパタ−ン形成に必要な優れたエッ
チング性及びプレス加工性を有すること， c) チップの発熱に対して効率良く熱放散させるための
高い熱伝導率を有すること， d) 電気的特性に優れていること， e) デバイス実装時における半田付け性に優れ、かつ半
田接合部の信頼性が高いこと， f) ボンディングのためのAgメッキ性に優れること， g) 加熱工程で表面が酸化することのない優れた耐酸化
性を有していること， h) 繰り返し曲げ性に優れていること， i) 価格が安価であること。

【０００６】しかしながら、これら各種の要求特性に対
し、従来より使用されてきたリン青銅等の銅合金や４２
アロイ（42wt%Ni-Fe）には何れも一長一短があり、前記
特性の全てを満足し得るものはなかった。特に、リ−ド
の多ピン化，小型化の進展に伴って形状の複雑化やピン
の狭小化が進み、リ−ドフレ−ム材料に一層良好な強
度，エッチング性及び曲げ加工性が求められていること
を考慮すれば、上記従来材はこれらの点で十分な性能を
有しているとは言い難かった。

【０００７】このようなことから、本発明が目的とする
のは、半導体機器のリ−ドフレ−ム材等として要求され
る前記各特性の何れをも満たす材料、特にビッカ−ス硬
さで約２００以上の強度（引張強度で６５kgf/mm²以
上）を有すると共に５０％IACS（４２アロイの約１５倍
程度）以上の導電率を示し、かつ曲げ加工性及びエッチ
ング性にも十分に優れた金属材料を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意検討を行ったところ、まず次のような
結論に達した。即ち、元々熱伝導度で４２アロイをはる
かに上回る銅をベ−スとした銅合金は熱放散性において
他のリ−ドフレ−ム材料に比べ非常に有利である上、電
気的特性，Agめっき性，半田付け性，耐酸化性，延性等
の面でも比較的良好な特性を確保することができる。従
って、これらの特性を損なうことなく薄板化に対応可能
な強度と繰り返し曲げ性，エッチング性等を付与して従
来の銅合金の持つ欠点を改良できれば、半導体機器のリ
−ドフレ−ム材や導電性ばね材等として優れた材料を実
現できると考えられる。

【０００９】そこで、固溶型銅合金に比べ導電率を低下
させずに高強度化が可能な、析出型銅合金の一つである
Cu−Cr−Zr合金に着目して研究を行った結果、以下に示
す知見を得ることができた。 (a) Cr及びZrは銅合金の高強度化に非常に効果的な元
素であり、しかもCrは電気伝導性の向上にも資する成分
であるが、これらの添加だけではリ−ドフレ−ム材や導
電性ばね材等として十分に満足できる強度を確保するこ
とができず、その強度を更に向上させるのにTi及びFeの
添加が有効である。 (b) ただ、Ti，Feは合金の強度向上に非常に有効であ
るものの、それらの含有量はエッチング性や電気伝導度
等に大きく影響するので無秩序な添加は慎まなければな
らない。しかし、Ti及びFeを添加した前記銅合金におい
て、Cr，Zr，Ti及びFe等の合金成分及び合金成分比を厳
密に制御すると、強度，電気伝導性及びエッチング性等
の諸特性を高いレベルでバランスさせることができるよ
うになる。しかも、その溶体化処理温度を選定すること
により平均結晶粒径を６０μｍ以下に制御すると、前記
特性と共に曲げ加工性をも高いレベルでバランスさせる
ことができる。 (c) 更に、この合金に所定量のZn，Sn，In，Mn，Ｐ，M
gあるいはSiの添加を行うことで、その半田接合部の信
頼性や合金の強度特性を更に改善することが可能であ
る。

【００１０】本発明は、上記知見事項等を基にしてなさ
れたもので、「電子機器用銅合金を、 Cr：0.05〜0.40％（以降、成分割合を表す％は重量割合
とする),Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.10〜1.80％，
Ti：0.10〜0.80％を含むか、あるいは更に Zn：0.05〜2.0 ％，Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以
上：総量で0.01〜１％のうちの１種又は２種以上を含有すると共に、 “0.10％
≦Ti≦0.60％”ではFe／Ti重量比が0.66〜2.6 を満足
し、また“0.60％＜Ti≦0.80％”ではFe／Ti重量比が1.
1 〜2.6 を満足していて残部がCu及び不可避的不純物か
ら成り、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下に調整されて
成る構成とすることによって、強度，電気伝導度，エッ
チング性，曲げ加工性及び半田接合部の信頼性等の諸性
質を高いレベルでバランスさせ得るようにした点」に大
きな特徴を有している。

【００１１】次に、本発明において“合金の成分組成及
び結晶粒径を前記の如くに数値限定した理由”をその作
用と共に詳述する。 A) 成分組成 (a) Cr Cr，Zr，Ti及びFe等を含む本発明に係る銅合金におい
て、Crは合金の溶体化処理に次ぐ時効処理によって母相
中に析出し、その強度及び電気伝導性を向上させる作用
を発揮するが、Cr含有量が0.05％未満では前記作用によ
る所望の効果が得られない。一方、Cr含有量が0.30％付
近を超えると溶体化処理後にも未溶解Crが母相中に残留
するようになり、更にCr含有量が0.40％を超えると粗大
介在物として存在するようになって（圧延垂直断面をエ
ッチングした時にヒゲバリ状粗大介在物として現れ
る）、合金のエッチング性及び繰り返し曲げ性を劣化す
る。従って、Cr含有量は0.05〜0.40％と定めた。

【００１２】(b) Zr 本発明に係る銅合金において、Zrは時効処理によりCuと
化合物を形成して母相中に析出しこれを強化する作用を
発揮するが、Zr含有量が0.03％未満では前記作用による
所望の効果が得られず、一方、0.25％を超えて含有させ
ると溶体化処理後にも未溶解Zrが母相中に残留し電気伝
導度及び曲げ加工性を低下させることから、Zr含有量は
0.03〜0.25％と定めた。

【００１３】(c) Ti及びFe 本発明に係る銅合金において、Ti及びFeは合金を時効処
理した時に母相中にTiとFeの金属間化合物を形成し、そ
の結果として合金強度を更に向上させる作用を発揮する
が、これらの含有量がそれぞれ0.01％未満では前記作用
による所望の効果が得られない。一方、Ti含有量が0.80
％を超えたり、Fe含有量が1.80％を超える場合には、Ti
とFeを主成分とする未溶解介在物が５μｍ以上の大きさ
となってエッチング性を著しく阻害する。ここで、注目
すべきは、合金の強度と電気伝導性に及ぼすTi含有量，
Fe含有量の影響であり、合金の強度と電気伝導性はTiと
Feの含有量の和が一定であってもFe／Ti重量比により大
きく変化するという点である。即ち、「0.10％≦Ti≦0.
60％」の範囲ではFe／Ti重量比が0.66未満である場合
に、また「0.60％＜Ti≦0.80％」の範囲ではFe／Ti重量
比が1.1 未満であると何れも電気伝導性は著しく低下す
る。これに対し、合金の強度は「0.10％≦Ti≦0.80％」
の全Ti含有量範囲においてFe／Ti重量比がが2.6 を超え
ると減少する。つまり、Fe／Ti重量比に関して電気伝導
性と強度は相反する関係にあり、両者を高位にバランス
させる最適なFe／Ti重量比は、「0.10％≦Ti≦0.60％」
では0.66〜2.6 に、また「0.60％＜Ti≦0.80％」では1.
1 〜2.6 ということになる。以上のことを踏まえて、合
金の強度，電気伝導性及びエッチング性を満足させるべ
くTi含有量は0.10〜0.80％、Fe含有量は0.10〜1.8 ％と
それぞれ定め、かつ「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比を0.66〜2.6 に、また「0.60％＜Ti≦0.80％」で
はFe／Ti重量比を1.1 〜2.6 にそれぞれ限定した。

【００１４】(d) Zn 本発明に係る合金においてZnは半田の耐熱剥離性を向上
させる作用を発揮し、そのため必要に応じて含有せしめ
られる成分であるが、その含有量が0.05％以下では前記
作用による所望の効果が得られず、一方、2.0 ％を超え
て含有させると導電率の低下を招くことから、Zn含有量
は0.05〜2.0 ％と定めた。

【００１５】(e) Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSi 本発明に係る合金において、Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSi
は何れも合金の導電率を大きく低下させずに主として固
溶強化により強度を向上させる作用を発揮するため、必
要に応じてこれらの１種又は２種以上が添加されるが、
それらの含有量が総量で0.01％未満であると前記作用に
よる所望の効果が得られない。一方、これらの含有量が
総量で1.0 ％を超えると合金の導電率及び曲げ加工性が
劣化するようになる。従って、Sn，In，Mn，Ｐ，Mgある
いはSiの含有量は総量で0.01〜１％と定めた。

【００１６】B) 結晶粒径合金の結晶粒度は曲げ加工性に著しく大きな影響を与
え、結晶粒度が小さいほど曲げ加工性（即ち繰り返し曲
げ性）が向上する。なお、結晶粒度は溶体化温度により
調整できるが、平均結晶粒径が６０μｍを超えると繰り
返し曲げ回数が著しく減少することから、本発明におい
ては平均結晶粒径を６０μｍ以下に調整することと定め
た。

【００１７】続いて、本発明の効果を実施例によって更
に具体的に説明する。

【実施例】電気銅を原料として高周波溶解炉で表１及び
表２に示す各種成分組成の銅合金を１２００℃で溶製
し、インゴットに鋳造した。そして、このインゴットを
面削した後、９５０℃に１時間加熱し、熱間圧延によっ
て８mm厚の板材とした。次に、この板材に９００℃で溶
体化処理を施し、更に冷間圧延によって0.3 mm厚の板材
としてから、更に４４０℃で１２〜２４時間の時効処理
と0.15mm厚への冷間圧延を行い、最後に５００℃での歪
み取り焼鈍を施した。このようにして得られた各板材の
結晶粒度（平均結晶粒径）を調査したが、その結果を表
１及び表２に併せて示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】次いで、得られたこれら板材につき、リ−
ドフレ−ム材としての評価項目として“引張強度", "伸
び", "電気伝導性", "繰り返し曲げ性", "半田付け性",
"半田耐熱剥離性", "Agめっき性" 及び "エッチング
性" を調べた。

【００２１】ここで、“引張強度" と "伸び" は引張試
験によって測定し、 "電気伝導性"は導電率(%IACS) に
より評価した。なお、引張強度と導電率の評価基準は、
引張強度については６５kgf/mm²以上を可とし、導電率
については５０％IACS以上を可とした。"繰り返し曲げ
性" は、「（曲げ半径）／（板厚）＝１」の曲げ条件で
同一方向の９０度繰り返し曲げ試験を行い、往復を１回
と数える方法で破断するまでの回数を数えて評価した。
なお、繰り返し曲げ性の評価基準は、曲げ回数４回以上
を可（○）とし、曲げ回数４回未満を否（×）とした。

【００２２】"半田濡れ性" は、ソルダ−チェッカ−を
用いメニスコグラフによる表面張力法でゼロクロス時間
を測定して評価した。なお、半田は 60%Sn-40%Pbを用
い、半田浴槽温度は２３０±５℃に設定したが、この
時、ゼロクロス時間が１秒未満を可（○）とし、１秒以
上を否（×）と評価した。"半田耐熱剥離性" は、試料
に約５μｍ厚の 90%Sn-10%Pb半田メッキを施してから１
５０℃の大気中で１０００時間まで保持し、この間１０
０時間毎に取り出して「（曲げ半径）／（板厚）＝１」
の曲げ条件で９０度曲げを往復一回行い、曲げ部のめっ
き剥離の有無を調べて評価した。なお、半田耐熱剥離性
の評価基準は、剥離開始時間が５００時間を超える場合
は可（○）とし、５００時間以下を否（×）とした。

【００２３】"銀めっき性" は、試料表面に厚さ約５μ
ｍの銀めっきを施し、この試料を大気中にて３５０℃で
３分間加熱した後、銀めっき表面の膨れの有無を観察し
て評価した。なお、銀めっき性の評価基準は、膨れの発
生しなかった場合を可（○）とし、膨れが発生した場合
を否（×）とした。そして、 "エッチング性" は試料を
塩化第二鉄でエッチングして最大介在物サイズを走査型
電子顕微鏡で測定する方法で評価した。なお、エッチン
グ性の評価基準は、最大介在物サイズが１μｍ未満を良
好（◎），１μｍ以上５μｍ未満を可（○），５μｍ以
上を否（×）とした。これらの評価結果を、表３及び表
４に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】さて、表３及び表４に示される結果からは
次のことが明らかである。即ち、本発明合金１〜28は、
何れも６５kgf/mm²以上の引張強度，５０％IACS以上の
導電性を有し、更に繰り返し曲げ性，半田付け性，半田
耐熱剥離性，Agめっき性及びエッチング性の全てに優れ
ていることが分かる。

【００２７】これに対して、比較合金29はCr含有量が本
発明で規定する上限値を超えているため介在物が５μｍ
以上と粗大化しており、エッチング性及び繰り返し曲げ
性を劣化している。比較合金30は、Cr含有量が本発明で
規定する下限値を下回っているため、強度が６５kgf/mm
²未満と低い。比較合金31は、Zr含有量が本発明で規定
する上限値を超えているために繰り返し曲げ性が劣り、
また比較合金32はZr含有量が本発明で規定する下限値未
満であるために強度が低い。

【００２８】比較合金33は、Ti及びFeの各含有量が本発
明で規定する上限値を超えているため導電率が５０％IA
CS未満に減少し、更に繰り返し曲げ性，Agめっき性及び
エッチング性が劣化している。比較合金35，38及び40
は、Fe／Ti重量比が本発明で規定する下限値未満である
ため導電率が５０％IACS未満に低下しており、一方、比
較合金36，37及び39はFe／Ti重量比が本発明で規定する
上限値を上回っているので強度が６５kgf/mm²未満と低
い。

【００２９】また、比較合金42〜48は、Sn，In，Mn，
Ｐ，Mg及びSiの総量が本発明で規定する上限値を上回っ
ており、導電率が低下している。比較合金34は、結晶粒
径が６０μｍを超えていて本発明の規定範囲を外れてい
るため繰り返し曲げ性が劣化している。そして、比較例
41はZn含有量が本発明で規定する上限値を上回っている
ので、得られる板材の導電率が低くなっている。

【００３０】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、引張強度，伸び，電気伝導性，曲げ加工性，エッチ
ング性，Agめっき性，半田付け性及び半田耐熱剥離性が
高く、表面特性や信頼性にも優れた“リ−ドフレ−ム材
等の電子機器用として好適な高力高導電性銅合金”を提
供することが可能となり、電子機器の性能向上に大きく
寄与し得るなど、産業上極めて有用な効果がもたらされ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。
【請求項２】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％， Zn：0.05〜2.0 ％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。
【請求項３】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％を含み、更に Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以上：総量で0.01〜１
％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。
【請求項４】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％， Zn：0.05〜2.0 ％を含み、更に Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以上：総量で0.01〜１
％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。