JPH08209270A - メッキ密着性及びハンダ接合性に優れた電子機器用銅合金とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器用銅合金として、従来の42合金に比
べてはるかに優れた導電性を有し、他の特性については
該42合金と同等の性能を有する銅合金の開発。 【解決手段】 Ｎｉ 0.1wt％以上 3.0wt％未満、Ｔｉ
0.1〜 1.0wt％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４
未満となるように含み、かつＳｎ 0.1〜 6.0wt％とＭ
ｎ，Ｍｇ，ミッシュメタル（ＭＭ），Ｂ，Ｓｂ，Ｔｅ，
Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計 0.005〜 3.0wt％
を含み、さらにＺｎ，Ａｌの何れか１種又は２種を合計
3.0wt％以下含み、さらにＯ₂ 含有量を 20ppm以下、析
出物寸法を５μｍ以下とし、残部Ｃｕと不可避的不純物
からなるメッキ密着性及びハンダ接合性に優れた電子機
器用銅合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は強度が高く、導電性
及び耐熱性が優れ、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電子機器
用銅合金とその製造法に関するものである。

【０００２】

【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、下記の特性が要求されている。 (1) 強度が高く、耐熱性が良いこと、(2) 放熱性、即ち
熱伝導性・電気伝導性が高いこと、(3) フレーム形成後
の曲げ成型性が良いこと、(4) メッキ密着性及び樹脂と
のモールド性が良いこと、(5) 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−42wt％Ｎｉ）が用いられている。この
合金は引張強さ63kg／mm² 、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。

【０００３】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からチップキャリヤー型や
ＰＧＡ型へと変化しつつある。このため半導体素子用の
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と、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
ーム上への固定、及び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リードフレー
ム表面へのメッキ性とメッキ密着性、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無いこ
とが望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、他の特性について42
合金と同等の性能を得ることは極めて困難であった。

【０００５】

【課題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合金よりはるかに優れた導電率を示し、
その他の特性についても、42合金とほぼ同等の特性を示
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。

【０００６】即ち本発明合金は、Ｎｉ 0.1wt％以上 3.0
wt％未満、Ｔｉ 0.1〜 1.0wt％の範囲内でＮｉとＴｉを
Ｎｉ／Ｔｉが４未満となるように含み、かつＳｎ 0.1〜
6.0wt％とＭｎ，Ｍｇ，ミッシュメタル（ＭＭ），Ｂ，
Ｓｂ，Ｔｅ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計 0.0
05〜 3.0wt％（以下wt％を％と略記）を含み、さらにＺ
ｎ，Ａｌの何れか１種又は２種を合計 3.0％以下含み、
さらにＯ₂ 含有量を20ppm以下、析出物寸法を５μｍ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。

【０００７】また本発明製造法は、Ｎｉ 0.1％以上 3.0
％未満、Ｔｉ 0.1〜 1.0％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ
／Ｔｉが４未満となるように含み、かつＳｎ 0.1〜 6.0
％とＭｎ，Ｍｇ，ミッシュメタル（ＭＭ），Ｂ，Ｓｂ，
Ｔｅ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計 0.005〜
3.0％を含み、さらにＺｎ，Ａｌの何れか１種又は２種
を合計 3.0％以下含み、残部Ｃｕと不可避的不純物から
なる合金鋳塊を、 750〜960℃で 0.5〜15時間均質化処
理した後、 700〜 920℃の温度で熱間圧延を施し、しか
る後直ちに冷却することを特徴とするものである。

【０００８】本発明において合金組成を上記の如く限定
したのは次の理由によるものである。

【０００９】ＮｉとＴｉの添加は、その相乗効果により
強度及び導電率を向上させるためであり、その含有量を
Ｎｉ 0.1％以上 3.0％未満、Ｔｉ 0.1〜 1.0％と限定し
たのは、何れも下限未満では特性の向上が見られず、上
限を越えると鋳造性、加工性及び曲げ成型性を著しく低
下し、合金の製造を困難にするためである。またＮｉと
ＴｉをＮｉ／Ｔｉが４未満となるように限定したのは、
優れた強度と高い導電率を得るためで、Ｎｉ／Ｔｉが４
以上になると強度は向上するも導電率の低下が著しくな
るためであり、望ましくはＮｉ／Ｔｉは２程度とするこ
とが好ましい。

【００１０】Ｓｎの添加は更に強度を高めると共に曲げ
成型性を向上し、更に熱間圧延条件（開始温度，終了温
度，冷却速度等）による特性のバラツキを抑制するため
で、その含有量を 0.1〜 6.0％と限定したのは、下限未
満では効果が乏しく、上限を越えると導電性の低下が著
しくなるばかりか加工性が低下し、合金の製造を困難に
するためである。

【００１１】Ｍｎ，Ｍｇ，ＭＭ，Ｂ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｚｒ
の何れか１種又は２種以上の添加は、何れも脱酸効果に
より鋳造性を向上させると共に熱間圧延性、特に熱間圧
延前の均質化処理時の再熱割れや圧延時の割れを防止
し、更にハンダとの接合界面の強化によりハンダ接合強
度の経時劣化を抑制するためである。しかしてその合計
含有量を 0.005〜 3.0％と限定したのは、下限未満では
効果が乏しく、上限を越えると鋳造性を悪化させるばか
りか、メッキ密着性や曲げ成型性を悪化させるためであ
る。

【００１２】Ｚｎ，Ａｌの何れか１種又は２種は、更に
強度を向上せしめると共にハンダ接合強度の経時劣化を
防止するためで、その合計含有量を 3.0％以下と限定し
たのは上限を越えるとメッキ密着性や導電率を低下する
ためである。

【００１３】次にＯ₂ 含有量を 20ppm以下（望ましくは
10ppm以下）としたのは、鋳造時の溶湯中のＯ₂ 量が 2
0ppmを越えると、Ｔｉが酸化物として溶湯よりスラグと
なり、Ｔｉ成分のコントロールを難しくすると共に鋳造
性を悪化させるばかりか、合金のメッキ密着性やハンダ
着け性を悪くするためである。また析出物の大きさを５
μｍ以下としたのは、析出物の大きさはメッキの表面状
態や密着性及びハンダ濡れ性に大きく作用し、析出物が
５μｍを越えるとこれ等特性を大きく低下するためであ
る。

【００１４】本発明製造法は上記組成範囲の合金を半連
続又は連続鋳造により鋳塊とし、これを 750〜 960℃で
0.5〜15時間均質化処理し、続いて 700〜 920℃から熱
間圧延を施し、しかる後直ちに冷却するもので、本発明
合金に用いられるＴｉは活性に富んでおり、酸化され易
く、大気中では酸化物となり易く、スラグを発生して成
分不良の原因を作る。しかしながらＡｒやＮ₂ 等の非酸
化性雰囲気中で溶解鋳造を行う事により前記欠点をカバ
ーする事が可能となり、生産性の点で大いなる向上が計
れる。更に半連続又は連続鋳造における冷却速度は 100
℃/sec以上が望ましく、それ未満では構成元素による析
出物が生じてしまい、熱間圧延前の均質化処理時に粗大
化を示し、その後の特性や製造法に悪影響を及ぼす。

【００１５】また熱間圧延前の均質化処理を 750〜 960
℃で 0.5〜15時間としたのは、それぞれ下限未満では均
質化の効果が見られず、上限を越えると再熱割れや生産
コストを悪化させる。均質化処理としては 830〜 950℃
で１〜８時間が望ましい。均質化処理後の熱間圧延開始
温度を 700〜 920℃としたのは、この範囲外では熱延割
れを生じ易いためである。熱間圧延開始温度としては 8
20〜 900℃とすることが望ましい。尚熱間圧延後の冷却
はＳｎ添加の効果により、どのような冷却速度で行って
もかまわないが、1000℃/min以上とすることが望まし
い。また本発明製造法としては、熱間加工後に冷間加工
と 400〜 800℃で10秒〜 360分間の焼鈍を繰返し、最終
的に 200〜 500℃の調質焼鈍やテンションレベラー等を
組み合わせることによってより優れた特性を得ることが
できる。

【００１６】

【実施例】雰囲気溶解炉を用い、Ａｒガス中で表１に示
す組成の銅合金を溶解・鋳造し、厚さ50mm、幅 120mmの
鋳塊を得た。これを面削し、 850℃で３時間均質化処理
した後、 830℃で熱間圧延し、これを水冷して厚さ10mm
の板とした。これ等の板について冷間圧延と中間焼鈍
（表１中Ｎo.１〜10は 570℃で１時間、Ｎo.11は 700℃
で１時間）を繰返し行ない、最終加工率40％で厚さ0.25
mmの板に仕上げ、 300℃で 0.5時間の調質焼鈍を施した
後、試験片を切り出して引張強さ，曲げ成型性（Ｒ／
ｔ），メッキ密着性，モールド性（酸化膜剥離性），ハ
ンダ接合強度を調べた。これ等の結果を表２に示す。

【００１７】引張強さはJIS-Z2241 に基づき、導電率は
JIS-H0505 に基づき測定した。曲げ成型性（Ｒ／ｔ）は
JIS-Z2248 のブロック法に基づ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）で割った値で示した。

【００１８】メッキ密着性は30×30mmの試験片につい
て、表面清浄後、Ａｇメッキを行ない、これを大気中で
加熱し、その後のメッキ表面の脹れを観察し、 550℃で
５分間加熱で脹れの見られないものを○印、脹れの見ら
れるものを×印で示した。

【００１９】また酸化膜剥離性は10×50mmの試験片につ
いて、表面清浄化処理後、大気中420℃で１分間加熱し
た後、セロテープによる剥離試験を行ない、ほとんど剥
離が見られないものを○印、全面に剥離が認められるも
のを×印で示した。

【００２０】ハンダ接合強度については５×50mmの試験
片について、同形状の無酸素板と60／40共晶ハンダによ
り接合し、 150℃に500 時間の加熱加速試験を施した
後、引張試験を行ない、その強度が加速試験前の80％以
上のものを○印、50〜80％のものを△印、それ以下を×
印で表わした。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表１及び表２から明らかなように、本発明
合金Ｎo.１〜３は何れも従来合金である42合金（Ｎo.1
1）と比較し、同等の強度と、はるかに優れた導電性を
有することが判る。これに対しＴｉ含有量が少ない比較
合金Ｎo.４では強度及び導電性の向上が劣り、Ｔｉ含有
量の多い比較合金Ｎo.５では熱間加工が困難であった。
またＮｉ含有量の多い比較合金Ｎo.６では導電性の改善
が認められないばかりか、メッキ密着性やモールド性が
劣る。またＳｎ含有量の多い比較合金Ｎo.７では、比較
合金Ｎo.５と同様熱間圧延が困難であった。更にその他
の元素含有量が多い比較合金Ｎo.８では導電性が劣るば
かりか、メッキ密着性や曲げ成型性が劣る。またＯ₂量
の多い比較合金Ｎo.９及び析出粒径の大きい比較合金Ｎ
o.10ではメッキ密着性やハンダ接合性が劣る。

【００２４】

【発明の効果】このように本発明によれば、導電性，強
度，曲げ成型性，ハンダ接合性に優れた銅合金を提供し
得るもので、リードフレーム等の半導体機器材料として
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。

フロントページの続き (72)発明者 志賀 章二 栃木県日光市清滝町500番地 古河電気工 業株式会社日光電気精銅所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ 0.1wt％以上 3.0wt％未満、Ｔｉ
   0.1〜 1.0wt％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４
   未満となるように含み、かつＳｎ 0.1〜 6.0wt％とＭ
   ｎ，Ｍｇ，ミッシュメタル（ＭＭ），Ｂ，Ｓｂ，Ｔｅ，
   Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計 0.005〜 3.0wt％
   を含み、さらにＺｎ，Ａｌの何れか１種又は２種を合計
   3.0wt％以下含み、さらにＯ₂ 含有量を 20ppm以下、析
   出物寸法を５μｍ以下とし、残部Ｃｕと不可避的不純物
   からなるメッキ密着性及びハンダ接合性に優れた電子機
   器用銅合金。
2. 【請求項２】 Ｎｉ 0.1wt％以上 3.0wt％未満、Ｔｉ
   0.1〜 1.0wt％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４
   未満となるように含み、かつＳｎ 0.1〜 6.0wt％とＭ
   ｎ，Ｍｇ，ミッシュメタル（ＭＭ），Ｂ，Ｓｂ，Ｔｅ，
   Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計 0.005〜 3.0wt％
   を含み、さらにＺｎ，Ａｌの何れか１種又は２種を合計
   3.0wt％以下含み、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる
   合金鋳塊を、750 〜 960℃で 0.5〜15時間均質化処理し
   た後、 700〜 920℃の温度で熱間圧延を施し、しかる後
   直ちに冷却することを特徴とするメッキ密着性及びハン
   ダ接合性に優れた電子機器用銅合金の製造法。