JPH08232049A - 電子部品用複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた熱放散性を有するリードフレーム等の
電子部品用複合材料およびその製造方法を提供する。 【構成】 本発明は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の少なくと
も一方の面に銅または銅合金を主体とする粉末の焼結層
を形成した電子部品用複合材料である。これにより、熱
放散性と、低熱膨張特性を兼ね備えることができる。本
発明の電子部品用複合材料は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の
少なくとも一方の面に銅または銅合金を主体とする粉末
をつけた後、加熱焼結するか、さらに加熱焼結後に圧延
を施すことにより得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子のリードフレ
ーム素材等の電子部品材料に関し、特に熱放散性を改良
した電子部品用複合材料およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子のリードフレーム等のリード
素材としては、半導体あるいはガラス等との接合のため
に低熱膨張特性が要求されている。この特性を満たす材
料として、Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金、Ｆｅ−２９ｗｔ
％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ合金、Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ−
６ｗｔ％Ｃｒ合金等のＦｅ−Ｎｉ系材料が使用されてい
る。近年、半導体素子の集積回路においては、高集積化
はもちろん、高密度化、高速化が要求されてきており、
そのために発生する熱を如何に外部へ放散させるか、す
なわち熱放散性が重要な問題になってきている。また、
シャドウマスク等に使用されるＦｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ合
金においては、電子線による加熱があり、この場合も熱
放散性が問題となる。

【０００３】このような熱の放散性を確保する手段とし
て、リード素材として銅および銅合金を使用する方法も
一部採用されている。しかしながら、銅系合金は熱膨張
係数が、Ｆｅ−Ｎｉ系合金に比べて大きいために、半導
体素子を構成するＳｉチップや、封止のためのガラスと
の熱膨張差が大きく、使用中の応力発生のために、クラ
ックが発生したりする恐れがある。また、蛍光表示管用
のスペーサフレームにおいては、Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ
−６ｗｔ％Ｃｒ合金が主として用いられているが、表示
管の大型化による消費電力の増加に伴い、上述した半導
体素子のリード素材同様に熱放散性が重要になってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした点を解決する
素材として、特開平３−１７９７６８号等には、Ｆｅ−
Ｎｉ系合金と銅または銅合金との複合材料が挙げられて
いる。しかし、特開平３−１７９７６８号等に記載され
た複合材料は溶製、熱間加工、冷間加工を施した素材を
冷間圧延等により機械的に圧着したものであり、未圧着
部分が発生する場合があるとともに、その製造工数なら
びに歩留の点から大幅にコストのかかるものであった。
また、こうした圧着法以外にも電気メッキ法によって銅
層をＦｅ−Ｎｉ系合金表面に形成する方法が考えられる
が、十分な熱放散性を得るための銅層の厚さは厚くする
ことが求められるため、電気メッキ法でこの膜厚を得る
には、コスト的に極めて不利である。本発明は、コスト
的に有利であり、かつ優れた熱放散性を有する電子部品
用複合材料およびその製造方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、熱放散性に
優れた銅または銅合金を主体とする層をＦｅ−Ｎｉ系合
金素材上に形成する方法を検討し、銅または銅合金を主
体とする粉末をＦｅ−Ｎｉ系合金に粉末冶金的に結合す
ることにより優れた熱放散性を有する複合材料を開発す
ることに成功した。すなわち、本発明はＦｅ−Ｎｉ系合
金薄板の少なくとも一方の面に銅または銅合金を主体と
する粉末の焼結層を形成した電子部品用複合材料であ
る。

【０００６】本発明の電子部品用複合材料は、Ｆｅ−Ｎ
ｉ系合金薄板の少なくとも一方の面に銅または銅合金を
主体とする粉末を塗布した後、加熱焼結するか、あるい
はさらに加熱焼結後圧延を施す本発明の電子部品用複合
材料の製造方法により得ることができる。

【０００７】

【作用】本発明の最大の特徴の一つは、Ｆｅ−Ｎｉ系合
金に複合する銅または銅合金を主体とする層を焼結層と
して形成したことである。焼結層とすることにより、熱
放散性に優れた銅または銅合金を主体とする焼結層と、
低熱膨張特性を有するＦｅ−Ｎｉ系合金とが、界面で十
分に拡散して一体のものとなり、優れた熱放散性を有す
るものとなる。また、さらに焼結後に圧延を追加するこ
とにより、焼結ままの状態では多く存在する空孔を減ら
し、かつＦｅ−Ｎｉ系合金と焼結粒子とを強固に一体化
することができる。また圧延は半導体用途等に要求され
る板厚寸法精度を高いものとできるという利点もある。
また、この圧延は、複合材料の機械的強度を向上させ
る。本発明の銅または銅合金を主体とする焼結層（以下
Ｃｕ焼結層と称する）をＦｅ−Ｎｉ系合金に設けた複合
材料の基本構成を示すと図１に示すようになる。図１
は、本発明の複合材料の断面構成図であり、Ｃｕ焼結層
を片面に有する構成（Ａ）とＣｕ焼結層を両面に有する
構成（Ｂ）を示すものである。

【０００８】また、Ｃｕ焼結層は、その表面に微細な凹
凸を形成させることが可能であり、表面積を増大し、熱
放散性を高めることが可能である。本発明においては、
焼結層の空孔率を０〜３０％にすることが望ましい。こ
れは、３０％を超える空孔率においては、電気伝導度の
低下が顕著となり、また電子部品としての金あるいは銀
めっき時のブリスターの発生および外観の問題を生ずる
ためである。また空孔率を増加し過ぎると、焼結層内に
空気を保持する独立気孔の存在を増加し熱放散性を低下
するので好ましくない。一方、少量の空孔の存在は、表
面積を増大することになるため、表面からの熱放散の点
からは存在してもよいが、全く空孔の存在しないもので
も良い。好ましくは０〜１５％の空孔率とする。

【０００９】本発明においては、Ｃｕ焼結層を銅または
銅合金を主体とすると規定した。純銅は熱伝導性の点で
は非常に優れており有効であるが、機械的強度、ハンダ
付け性、レジンとの密着性、耐熱性など用途に応じた特
性の改善のために、合金元素を添加することが可能であ
る。合金元素の添加は、予め合金化した銅合金粉末を使
用しても良いし、純銅粉と添加元素粉を混合した粉末を
使用してもよい。たとえば、ＳｎやＮｉは銅または銅合
金中に固溶して、機械強度を向上させることができる。
また、ＴｉはＮｉと複合で銅に添加すると、銅マトリッ
クス中にＮｉとＴｉ化合物として析出し、機械強度およ
び耐熱性を向上する。Ｚｒはハンダ耐候性を向上する。
Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｍｇはレジンモールドとの密着性を
改善することが知られている。なお、本発明の焼結層の
第１の目的は、熱放散性であるため、熱放散性を低下す
る上記の銅以外の添加元素は、好ましくは１０ｗｔ％以
下とする。

【００１０】また、本発明でいうＦｅ−Ｎｉ系合金を具
体的に示すと、重量％で３０〜９０重量％のＮｉと残部
Ｆｅの組成を基本として、オーステナイト組織の範囲内
でＮｉに置換する添加元素を含むことができるものであ
る。添加元素としては、Ｃｏであれば３０％以下、Ｃｒ
であれば１５％以下を単独または複合で含有させること
が望ましい。添加元素については、磁気特性、熱膨張特
性、表面酸化膜の形成特性、強度向上など様々の要求に
合わせた選択が可能であり、Ｃｏ，Ｃｒに限定されるも
のではない。

【００１１】例えば、強度等を改善する元素として、５
％以下のＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ、熱間加工
性を改善する元素として５％以下のＳｉ，Ｍｎあるいは
０．１％以下のＣａ，Ｂ，Ｍｇが使用できる。また、本
発明においては、少なくとも一方の面に銅または銅合金
を主体とする粉末の焼結層を形成すると規定した。すな
わち、Ｆｅ−Ｎｉ系合金表面に銅または銅合金を主体と
する粉末の焼結層を形成することもできる。しかし、リ
ードフレームのように、半導体用途等の特に熱膨張特
性、メッキ性等が要求される場合には、銅または銅合金
を主体とする粉末の焼結層を片面のみ形成し、熱膨張特
性、メッキ性等に優れるＦｅ−Ｎｉ系の合金面を露出さ
せた方が望ましい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 （実施例１）低熱膨張合金素材としてＦｅ−４２ｗｔ％
Ｎｉ合金、Ｆｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ合金、Ｆｅ−２９ｗｔ
％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ合金およびＦｅ−４２ｗｔ％Ｎ
ｉ−６ｗｔ％Ｃｒ合金を選び、冷間圧延および焼鈍を施
し、厚さ０．５ｍｍのＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を得た。こ
の薄板に平均粒径 １５μｍの純銅粉（ＪＩＳ ＫＥ２１
相当）をポリビニルアルコールをバインダーとしてスラ
リー状にし、スプレーによりこの素材の片面もしくは両
面に種々の厚さに塗布し、８０℃にて２時間乾燥した。
次に水素中において９５０℃で１時間焼結を行なった。

【００１３】次に得られた焼結材に、冷間圧延を行な
い、厚さ ０．２５ｍｍとし、水素中において９５０℃
で１０分間焼鈍を施した後、厚さ ０．１５ｍｍに冷間
圧延を行ない本発明の電子部品用複合材料を得た。これ
を本発明の冷間圧延材として表１に示す。得られた本発
明の電子部品材料は図１の断面構成図に示すＣｕ焼結層
を片面に有する構成（Ａ）と、Ｃｕ焼結層を両面に有す
る構成（Ｂ）となる。なお、構成（Ａ）に対応する金属
ミクロ組織写真を図２に示す。

【００１４】また、上述した低熱膨張合金素材を用い
て、冷間圧延および焼鈍を施し、厚さ０．１５ｍｍのＦ
ｅ−Ｎｉ系合金薄板を得た。この薄板に平均粒径 １５
μｍの純銅粉をポリビニルアルコールをバインダーとし
てスラリー状にし、スプレーによりこの素材の片面に種
々の厚さに塗布し、８０℃にて２時間乾燥した。次に水
素中において１０００℃で２時間焼結を行ない本発明の
電子部品用複合材料を得た。これを本発明の焼結材とし
て表１に示す。

【００１５】また比較例として、上述した低熱膨張合金
素材を用いて、冷間圧延および焼鈍を施し、厚さ０．２
０ｍｍの素材を得た。この素材に純銅薄板（ＪＩＳ Ｃ
１０２０相当）を冷間圧延により圧着して、比較例の複
合材料を得た。これを圧着材として表１に示す。本発明
および比較例の複合材料の厚さに対するＣｕ焼結層およ
び銅板の厚さをＣｕの比率として表１に示す。また、こ
れらの複合材料について、それぞれの熱伝導率を測定す
るとともに、材料の表面を画像解析し、ボイドとして認
められる部分の面積率を求め、空孔率とした。表１にこ
れらの結果をまとめて示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１に示すように本発明の電子部品用複合
材料は、ほぼ同一の厚さのＣｕの比率を有する比較例で
ある圧着材よりも、高い熱伝導率が得られ、放熱性に優
れた材料になっていることがわかる。また、焼結後に冷
間圧延を加えた本発明の冷間圧延材は、本発明の焼結材
に比べて、空孔率を少なくすることができ、熱伝導率を
さらに高くものとすることができることがわかる。

【００１８】（実施例２）Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金を
冷間圧延および焼鈍を施し、厚さ ０．５ｍｍの素材を
得た。この素材に表２に示す１５０μｍ以下の粒径を有
する銅合金粉をホリビニルアルコールをバインダとして
スラリー状にし、スプレーにより、この素材の片面に種
々の厚さに塗布し、８０℃にて２時間乾燥した。次に水
素中において、９５０℃で１時間焼鈍を行なった。

【００１９】次に得られた焼結材に、冷間圧延を行な
い、厚さ ０．２５ｍｍとし、水素中において、９５０
℃で１０分間焼鈍を施した後、厚さ ０．１５ｍｍに冷
間圧延を行ない、本発明の電子部品用複合材料を得た。
実施例１の表１と同様に評価した結果を表２に示す。ま
た、比較例としてＦｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ単体の熱伝導率
を表２に示す。表２に示すように、銅合金粉末を使用し
た場合においても、Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ単体の場合に
比べて高い熱伝導率を確保できることがわかる。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】本発明の電子部品用複合材料は、銅また
は銅合金を主体とする層を焼結層とすることにより、銅
薄板を圧着して複合材料を形成するものに比べて、熱放
散性に優れた材料となる。したがって、半導体素子ある
いは大型蛍光表示管等の高集積化、高密度比、高速化な
らびに大型化の課題であった熱放散性の確保に極めて有
効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品用複合材料の断面構成の例を
示す図である。

【図２】本発明の電子部品用複合材料の断面構成の金属
ミクロ組織写真の一例である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の少なくとも一方
   の面に銅または銅合金を主体とする粉末の焼結層を形成
   したことを特徴とする電子部品用複合材料。
2. 【請求項２】 Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の少なくとも一方
   の面に銅または銅合金を主体とする粉末をつけた後、加
   熱焼結することを特徴とする電子部品用複合材料の製造
   方法。
3. 【請求項３】 加熱焼結後に圧延を施すことを特徴とす
   る請求項２に記載の電子部品用複合材料の製造方法。