JPH0788549B2 - 半導体機器用銅合金とその製造法 - Google Patents

半導体機器用銅合金とその製造法

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JPH0788549B2
JPH0788549B2 JP62134375A JP13437587A JPH0788549B2 JP H0788549 B2 JPH0788549 B2 JP H0788549B2 JP 62134375 A JP62134375 A JP 62134375A JP 13437587 A JP13437587 A JP 13437587A JP H0788549 B2 JPH0788549 B2 JP H0788549B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は強度が高く、導電率と耐熱性が優れ、かつ加工
性やメッキ密着性が良好で、ハンダとの界面強度の経時
劣化を起さない半導体機器用銅合金とその製造法に関す
るものである。
〔従来の技術〕
一般に半導体機器、例えば半導体素子用リードフレーム
には次の特性が要求されている。
強度が高く、耐熱性が良いこと。
放熱性、即ち熱伝導性が高いこと。
電気伝導性が高いこと。
フレーム形成後、曲げ加工性が良いこと。
メッキ密着性及び樹脂とのモールド性が良いこと。
ハンダとの接合部の経時劣化が無いこと。
このようなリードフレームには主として42合金(Fe−42
wt%Ni)が用いられている。この合金は引張強さ63kg/m
m2、耐熱性670℃(30分間の加熱により初期強度の70%
の強度になる温度)の優れた特性を示すが、導電率は3
%IACS程度と劣るものである。
近年半導体素子は集積度の増大及び小型化と同時に高信
頼性が求められるようになり、半導体素子の形態も従来
のDIP型ICからチップキャリアー型、PGA型へと変化しつ
つある。このためリードフレームも薄肉、小型化され、
同時に42合金を上回る特性が要求されるようになった。
即ち薄肉化による構成部品の強度低下を防ぐための強度
向上、集積度の増大による放熱性の向上のために熱伝導
性と同一特性である導電率の向上、更に優れた耐熱性と
半導体のフレーム上の固定、半導体からリードフレーム
の足の部分の配線へのボンディング前処理としてのリー
ドフレーム面へのメッキ性及びメッキ密着性、封止樹脂
とのモールド性の向上、更には信頼性の問題としてフレ
ームと基板との接合におけるハンダ接合強度の経時劣化
がないこと等が望まれている。
〔発明が解決しようとする問題点) 上記42合金は導電率が3%IACSと低く、放熱性が劣る欠
点があり、これに代えて銅合金を用いれば導電率を50〜
30%IACSと飛躍的に向上させることができるも、42合金
と同等の他の性能を得ることは難しい。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、42合金と同等以上
の強度及びはるかに優れた導電率を示す半導体機器用銅
合金とその製造法を開発したものである。
即ち本発明合金は、Ni1.0〜4.0%,Si0.2〜1.0%,Ag0.00
05〜0.5%を含み、更にZn,Mn,Mg,Sn,Sb,Cr,B,Y,希土類
元素(以下REと略記),Co,Ti,Zr,Vの内何れか1種又は
2種以上を合計2.0%以下を含み、O2含有量を20ppm以
下、S含有量を10ppm以下とし、残部Cuと不可避的不純
物からなることを特徴とするものである。
また本発明製造法は、Ni1.0〜4.0%,Si0.2〜1.0%,Ag0.
0005〜0.5%を含み、更にZn,Mn,Mg,Sn,Sb,Cr,B,Y,RE,C
o,Ti,Zr,Vの内何れか1種又は2種以上を合計2.0%以下
を含み、O2含有量を20ppm以下、S含有量を10ppm以下と
し、残部Cuと不可避的不純物からなる銅合金に熱間加工
と冷間加工を施した後、700〜950℃の温度で連続溶体化
焼入れ処理を施し、しかる後冷間加工と時効処理を繰返
し行なうことを特徴とするものである。
〔作 用〕
本発明において合金組成を上記の如く限定したのは下記
の理由によるものである。
Niの添加は合金の強度を向上させるためであり、その含
有量を1.0〜4.0%と限定したのは、含有量が1.0%未満
では本発明製造法においても十分な強度が得られず、4.
0%を越えるとハンダ付け性が悪くなるためである。Si
の添加はNiとの相乗効果により更に強度を高めるため
で、その含有量を0.2〜1.0%と限定したのは、含有量が
0.2%未満では効果が小さく、1.0%を越えると導電率を
低下するばかりか、ハンダ付け性を悪くするためであ
る。Agの添加はハンダ接合部の経時劣化を抑制すると共
に、合金の溶体化焼入れ処理を安定化させるためで、そ
の含有量を0.0005〜0.5%と限定したのは、含有量が0.0
005%未満ではその効果が見られず、0.5%を越えると効
果が飽和するばかりか、合金がコスト高になるためであ
る。
次に上記組成の合金に更にZn,Mn,Mg,Sn,Sb,Cr,B,Y,RE,C
o,Ti,Zr,Vの何れか1種又は2種以上を添加するのは、
合金のハンダ接合性、強度、鋳造性及び加工性を改善
し、更に製造工程における溶体化処理時の結晶の粗大化
を抑制し、望ましき靭性を得ることにより、曲げ成形性
を高めるためであり、その含有量を合計2.0%以下と限
定したのは含有量がこれを越えると逆に鋳造性と加工性
を損ね、更に導電率をメッキ密着性の低下を招くためで
ある。
またO2含有量を20ppm以下に限定したのは、O2含有量が2
0ppmを越えるとメッキ密着性やハンダ接合性を低下する
ためである。更にS含有量を10ppm以下と限定したの
は、Sは粒界に濃化することにより、時間加工性や溶体
化処理後の特性を劣化させるため10ppm以下に限定した
ものである。
次に本発明製造法は、上記組成の銅合金を1100〜1350℃
の溶湯温度から連続又は半連続鋳造法により100℃/秒
以上の凝固速度で鋳造し、これに熱間加工と冷間加工を
施した後、実体温度が700〜950℃になるような溶体化処
理炉内を連続走行させて溶体化焼入れ処理を行い、更に
冷間加工と250〜600℃で数時間(0.2〜8時間、好まし
くは0.2〜4時間)の時効処理を繰返し行うものであ
る。
しかして溶体化焼入れ処理において、溶体化温度を700
〜950℃と限定したのは、温度が950℃を越えると第3元
素を添加しても結晶粒の粗大化を招き、曲げ加工性や靭
性が低下する。また温度が700℃未満では溶体化の効果
がなく、溶質元素の固溶が不十分となり、その後の冷間
加工と時効処理にのって目的とする導電性が得られない
ためである。
〔実施例〕
第1表に示す組成の銅合金を水冷鋳型を用いて半連続鋳
造し、得られた鋳塊に熱間圧延と冷間圧延を加えた後、
溶体化焼入れ処理を行い、次いで冷間圧延後450℃1時
間の時効処理を施し、更に冷間圧延を行なって厚さ0.25
mmの条に仕上げ、更に300℃で0.5時間の時効処理を施し
た。これ等について引張強さ、導電率、半田接合強度、
曲げ加工性を調べ、その結果を従来合金(42合金)と比
較して第2表に示す。尚溶体化焼入れ条件として、合金
No.1〜25については900℃で行ない、No.27については10
10℃、No.28については、650℃で行なった。
引張強さの測定はJIS−Z2241に基づき、また導電率の測
定はJIS−H0505に基づいて行なった。また曲げ加工性は
JIS−Z2248のVブロック法において試験を行ない、試験
片表面に割れを生じさせる最少曲げ半径(R)を試験片
の厚さ(t)で割った値(R/t)で示した。
半田接合強度については、巾5mm長さ50mmのサンプルを
切出し、これを同形状の無酸素銅と共晶ハンダ(Sn60
%,Pb40%)により接合し、150℃の温度で500時間加熱
試験を行なった後、引張試験を行い、その強度が加熱試
験前の強度の80%以上を○印、80〜50%を△印、50%以
下を×印で表わした。メッキ密着性については切出した
サンプルを脱脂後、酸洗処理してから厚さ5μのSnメッ
キを施し、120℃で1000時間加熱処理し、これについて
密着折り曲げ試験を行ない、Snメッキ層の剥離を10倍で
検鏡し、剥離の無いものを○印、あるものを×印で表わ
した。また結晶粒度についてはJIS H0501に基づき、比
較法で測定した。
第1表及び第2表から明らかなように、本発明合金を本
発明製造法により液体化焼入れ処理した合金No.1〜18は
従来合金である42合金No.29と比較し、同等以上の強
度、曲げ加工性、ハンダ接合強度及びメッキ密着性を有
し、かつはるかに優れた導電性を示すことが判る。これ
に対し本発明合金であっても液体化焼入れ処理条件が外
れる合金No.27,28は導電率及び曲げ加工性が低下し、特
にNo.27では結晶粒も粗大化している。またNi或いはSi
量の少ない比較合金No.19,22では本発明製造法によって
も強度の向上が見られないばかりか、導電率、ハンダ接
合強度及びメッキ密着性が劣り、Ni或いはSi含有量の多
い比較合金No.20,21では強度は十分なるも、導電率、曲
げ加工性、ハンダ接合強度及びメッキ密着性が劣る。ま
たその他の添加元素が多い比較合金No.24では導電性及
びハンダ接合強度が劣り、更にAg量の少ない比較合金N
o.23及びO2量の多い比較合金No.25では何れもハンダ接
合強度とメッキ密着性が劣る。またS量の多い比較合金
No.26は熱間加工で甚しい割れを生じ、供試材を作成す
ることができなかった。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば導電率、強度、曲げ加工性、
半田接合強度及びメッキ密着性が優れた合金が得られ、
リードフレーム等の半導体機器に使用し、その薄肉化、
小型化を可能にする等工業上顕著な効果を奏するもので
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ni1.0〜4.0wt%,Si0.2〜1.0wt%,Ag0.0005
    〜0.5wt%を含み、更にZn,Mn,Mg,Sn,Sb,Cr,B,Y,希土類
    元素(RE),Co,Ti,Zr,Vの内の何れか1種又は2種以上
    を合計2.0wt%以下を含み、O2含有量を20ppm以下、S含
    有量を10ppm以下とし、残部Cuと不可避的不純物からな
    る半導体機器用銅合金。
  2. 【請求項2】Ni1.0〜4.0wt%,Si0.2〜1.0wt%,Ag0.0005
    〜0.5wt%を含み、更にZn,Mn,Mg,Sn,Sb,Cr,B,Y,希土類
    元素(RE),Co,Ti,Zr,Vの内の何れか1種又は2種以上
    を合計2.0wt%以下を含み、O2含有量を20ppm以下、S含
    有量を10ppm以下とし、残部Cuと不可避的不純物からな
    る銅合金に熱間加工と冷間加工を施した後700〜950℃の
    温度で連続溶体化焼入れ処理を施し、しかる後冷間加工
    と時効処理を繰返し行なうことを特徴とする半導体機器
    用銅合金の製造法。
JP62134375A 1986-06-26 1987-05-29 半導体機器用銅合金とその製造法 Expired - Fee Related JPH0788549B2 (ja)

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