JPH11172350A - 晶出物および析出物が微細で、その分布割合が低いＣｕ合金圧延薄板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 晶出物および析出物が微細で、かつその分布
割合がきわめて低いＣｕ合金圧延薄板を提供する。 【解決手段】 Ｃｕ合金圧延薄板を、重量％で、Ｆｅ：
１．５〜２．３％、Ｐ：０．０１５〜０．０４５％、Ｚ
ｎ：０．０５〜０．２％、Ｃ：３〜９ｐｐｍ、を含有
し、残りがＣｕと不可避不純物からなり、かつ前記不可
避不純物として含有する酸素の含有量が８ｐｐｍ以下で
ある組成を有するＣｕ合金で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、素地中に分散分
布する晶出物および析出物が微細で、その分布割合がき
わめて低く、特に半導体装置のリードフレームとして用
いるのに適したＣｕ合金圧延薄板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に半導体装置の製造に際し
て、厚さ：０．１〜０．２５ｍｍのＣｕ合金圧延薄板の
表面に、フォトレジストを施し、これにエッチング処理
を施して製造しようとする半導体装置の形状に適合した
リードフレームを形成することが行われている。また、
上記Ｃｕ合金圧延薄板が、通常の溶解炉を用い、表面を
炭素粉で覆いながら、あるいは還元性雰囲気中、所定組
成のＣｕ合金溶湯を調製し、このＣｕ合金溶湯を直接、
あるいは取鍋に取って、連続鋳造して、例えば厚さ：１
８０ｍｍ×幅：４５０ｍｍ×長さ：２４００ｍｍの寸法
をもった鋳塊となし、この鋳塊に熱間圧延を施して、例
えば厚さ：１１ｍｍの熱延板とし、この熱延板に、上下
面それぞれに０．５ｍｍの面削を施した状態で、必要に
応じて例えば４５０℃での中間焼鈍を加えながら冷間圧
延を行い、この冷間圧延工程中に、例えば不活性ガスで
シールされた加熱炉で６００℃に加熱保持の時効処理を
施して、厚さ：０．１〜０．２５ｍｍの冷延板とするこ
とにより製造されることも知られている。さらに、上記
Ｃｕ合金圧延薄板を構成するＣｕ合金としても多数のＣ
ｕ合金が提案され、実用に供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の半導体装
置の高集積化の進展は著しく、このため前記半導体装置
の構造部材であるリードフレームにおけるリードピッチ
は益々狭小化の傾向にあるが、上記の従来Ｃｕ合金圧延
薄板においては、いずれも素地中に分散分布する晶出物
および析出物の寸法が相対的に大きく、最大長さで０．
２ｍｍを越えるのが普通であり、中には同じく最大長さ
で１０ｍｍを越えるものが存在し、かつその分布割合も
高いものであり、しかもリードフレーム形成のためのエ
ッチング処理に際して、この晶出物および析出物はエッ
チング除去されることがないために、エッチング処理
後、前記晶出物および析出物がリード間にブリッジを形
成する場合が生じ、このブリッジ形成度合は高集積化が
進むほど高くなり、高集積化の大きな弊害となってい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、晶出物および析出物が微細で、
かつその分布割合ができるだけ少ないＣｕ合金圧延薄板
を開発すべく、特に半導体装置のリードフレーム用Ｃｕ
合金としてすぐれた特性を有する特公昭４５−１０６２
３号公報に記載されるＣｕ合金、すなわち重量％（以
下、％は重量％を示す）で、Ｆｅ：１．５〜３．５％、
Ｐ ：０．０１〜０．１５％、Ｚｎ：０．０３〜２．０
％、を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成
を有するＣｕ合金に着目し、研究を行った結果、 （ａ） 一般に、通常のＣｕ合金溶製では、溶湯表面を
炭素粉で覆っても、溶解雰囲気を還元性にしても、さら
にこれら両者を行ってもＣ成分は前記溶湯中には全く含
有せず、かつ不可避不純物としての酸素含有量（通常２
０〜１００ｐｐｍ程度含有）を１０ｐｐｍ以下に低減す
ることはできないこと。 （ｂ） 例えば電気炉などの通常の溶解炉で、９９．９
９％以上の純度を有する電気銅（酸素：２０〜３０ｐｐ
ｍ程度含有）を、溶湯表面を炭素粉で覆い、かつ溶解雰
囲気を例えばＮ₂ ＋ＣＯの混合ガスからなる還元性雰囲
気として溶解し、この溶湯を同じく例えばＮ₂ ＋ＣＯの
混合ガスからなる還元性ガスでシールされた樋を通っ
て、例えばＣＯガスからなる還元性ガスでシールされた
保温炉に移し、ここで溶湯温度を１３００℃以上に加熱
した状態で、例えば粒状のＣｕ−Ｐ合金（例えばＰ：１
５％含有）とＺｎを、溶湯中のＰおよびＺｎの含有量
が、それぞれ、Ｐ ：０．０１５〜０．０４５％、Ｚ
ｎ：０．０５〜０．２％、となる割合で添加すると、溶
湯中の酸素含有量が８ｐｐｍ以下に低減するようになる
こと。 （ｃ） このようにＰおよびＺｎの含有によって酸素含
有量が８ｐｐｍ以下に低減した溶湯に、微量の炭素、望
ましくは０．０３〜０．１５％の炭素（Ｃ）を含有する
鉄、すなわちＦｅ−Ｃ合金を添加すると、前記溶湯中に
Ｆｅと共に、Ｃ成分が含有するようになり、溶湯中のＦ
ｅおよびＣの含有量を、それぞれ、Ｆｅ：１．５〜２．
３％、Ｃ ：３〜９ｐｐｍ、とした時点で、望ましくは
１０分以内に還元性ガスまたは不活性ガス雰囲気中で、
連続鋳造して鋳塊とすると、この鋳塊から通常の条件で
の熱間圧延、並びに時効処理および中間焼鈍を含む冷間
圧延にて製造された、例えば厚さ：０．１〜０．２５ｍ
ｍのＣｕ合金圧延薄板においては、特に不可避不純物で
ある酸素の含有量が８ｐｐｍ以下に低減した状態での前
記微量含有のＣ成分の作用で、晶出物および析出物は最
大長さで０．１ｍｍを越えたものが存在しなくなると共
に、その素地中の分布割合も著しく低くなり、特にリー
ドフレームとして用いた場合に半導体装置の高集積化に
十分満足に対応することができるものとなること。以上
（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｆｅ：１．５〜２．３％、Ｐ
：０．０１５〜０．０４５％、Ｚｎ：０．０５〜０．
２％、Ｃ ：３〜９ｐｐｍ、を含有し、残りがＣｕと不
可避不純物からなり、かつ前記不可避不純物として含有
する酸素の含有量が８ｐｐｍ以下である組成を有するＣ
ｕ合金で構成してなる、晶出物および析出物が微細で、
かつその分布割合がきわめて低いＣｕ合金圧延薄板に特
徴を有するものである。

【０００６】つぎに、この発明のＣｕ合金圧延薄板にお
いて、これを構成するＣｕ合金の成分組成を上記の通り
に限定した理由を説明する。 （ａ） Ｆｅ Ｆｅ成分は、その一部が鋳造時に鋳塊素地に晶出する
が、大部分は素地に固溶し、冷間圧延工程中に施される
時効処理で微細なＦｅ₃ Ｐとして析出して、強度および
耐熱性を向上させる作用をもつが、その含有量が１．５
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が２．３％を越えると、鋳塊中の晶出物が粗大化
し、これは薄板での晶出物の長尺化の原因となり、高集
積化半導体装置のリードフレームとして実用に供するこ
とができなくなることから、その含有量を１．５〜２．
３％と定めた。

【０００７】（ｂ） Ｐ Ｐ成分には、上記の通り冷間圧延工程中の時効処理でＦ
ｅ成分と共に、析出して強度および耐熱性を向上させる
と共に、Ｚｎと共に脱酸剤として作用し、溶湯中の酸素
含有量を８ｐｐｍ以下に低減する作用をもつが、その含
有量が０．０１５％未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方その含有量が０．０４５％を越えると、導
電性が低下するようになることから、その含有量を０．
０１５〜０．０４５％と定めた。

【０００８】（ｃ） Ｚｎ Ｚｎ成分には、上記の通りＰ成分との共存において、脱
酸作用を発揮し、溶湯の酸素含有量を低減する作用があ
るほか、リードフレームとして用いた場合に、これに施
されるはんだのぬれ性を向上させる作用があるが、その
含有量が０．０５％未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方その含有量が０．２％を越えると、導電性
が低下するようになることから、その含有量を０．０５
〜０．２％と定めた。

【０００９】（ｄ） 炭素および酸素 上記の通り還元性雰囲気で溶製した溶湯にＰとＺｎを所
定量含有させることにより前記溶湯中の酸素含有量を８
ｐｐｍ以下にすることができ、かつこのように酸素含有
量が低減した溶湯に上記Ｆｅ−Ｃ合金を添加することに
よりＦｅ成分と共に、Ｃ成分を含有させることが可能と
なり、この酸素含有量低減下で含有するＣ成分には晶出
物および析出物を微細化する作用があり、したがって酸
素含有量が８ｐｐｍを越えて多くなると、Ｃ成分含有量
は３ｐｐｍ以下になってしまい、晶出物および析出物の
微細化効果は発揮されず、一方酸素含有量が８ｐｐｍ以
下であってもＣ成分含有量が９ｐｐｍを越えるとメッキ
性が損なわれるようになることから、不可避不純物とし
ての酸素含有量を８ｐｐｍ以下、Ｃ成分含有量を３〜９
ｐｐｍと定めた。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明のＣｕ合金圧延
薄板を実施例により具体的に説明する。電気炉に９９．
９９８％の純度を有し、かつ酸素含有量が２０ｐｐｍの
電気銅を装入し、表面を炭素粉で覆うと共に、雰囲気を
Ｎ₂ ＋３０容量％ＣＯの混合ガスからなる還元性雰囲気
として溶解し、前記電気炉の溶湯を、酸素含有量：２０
ｐｐｍ以下、溶湯温度：１２５０℃となった時点で、同
じくＮ₂ ＋３０容量％ＣＯの還元性ガスでシールされた
樋を通して、ＣＯガスからなる還元性雰囲気の保温炉に
移し、ここで溶湯温度を１３００℃に上昇させた時点
で、平均粒径：３ｍｍのＣｕ−１５％Ｐ合金粒と同１０
ｍｍのＺｎ粒を、溶湯中のＰおよびＺｎの含有量がそれ
ぞれ表１に示される含有量となるように添加し、脱酸し
て酸素含有量を同じく表１に示される含有量とし、つい
で、平均粒径：５ｍｍを有し、かつＣ：０．０９％含有
のＦｅ−Ｃ合金粒および鉄粒を添加して、ＦｅおよびＣ
の含有量を同じく表１に示される含有量とした後、直ち
に鋳造温度を１２５０℃に設定し、鋳造雰囲気を同じく
Ｎ₂ ＋３０容量％ＣＯの還元性雰囲気とし、鋳型内の溶
湯表面を炭素粉で覆って連続鋳造を行い、厚さ：１８０
ｍｍ×幅：４５０ｍｍ×長さ：２４００ｍｍの寸法をも
った鋳塊を形成し、この鋳塊をＣＯガス濃度が３容量％
のブタン燃焼ガスの還元性雰囲気中、９７０℃に２時間
保持して鋳塊組織の均一化をはかった後、この鋳塊に圧
延開始温度：９７０℃で１２回の圧延を繰り返し施して
厚さ：１１ｍｍの熱延板とし、この熱延板に、表面酸化
層を除去する目的で、上下面をそれぞれ０．５ｍｍの厚
さで面削を行って厚さ：１０ｍｍとし、これに冷間圧延
を施して厚さ：２．６ｍｍとした後、窒素雰囲気中、６
００℃に１時間保持の条件で時効処理を行い、時効処理
後、表面をロールバフ研磨すると共に、酸洗いを行って
表面清浄化をはかり、ついで２回目の冷間圧延を行って
厚さ：１．０ｍｍの冷延板とし、この冷延板に、連続焼
鈍炉にて４５０℃に加熱の中間焼鈍を施した状態で、最
終冷間圧延を施すことにより厚さ：０．１８ｍｍの本発
明Ｃｕ合金圧延薄板（以下、本発明圧延薄板と云う）１
〜１０をそれぞれ製造した。

【００１１】また、比較の目的で、電気炉内の電気銅か
らなる溶湯の温度が１３００℃になった時点で、電気炉
内の溶湯に鉄粒、Ｃｕ−１５％Ｐ合金粒、およびＺｎ粒
を添加して、それぞれ合金成分としてのＦｅ、Ｐ、およ
びＺｎの含有量が表２に示される含有量の溶湯とする以
外は同一の条件で従来Ｃｕ合金圧延薄板（以下、従来圧
延薄板と云う）１〜１０をそれぞれ製造した。なお、表
２には、上記従来圧延薄板１〜１０の炭素と酸素の分析
値も合わせて示した。

【００１２】ついで、この結果得られた各種の圧延薄板
のそれぞれから、５０ｍｍ×５０ｍｍの平面寸法を有す
る試片を任意１０箇所から採取し、この試片の表面の任
意箇所を、希塩酸でエッチングした状態で金属顕微鏡で
観察し、倍率：５０倍の組織写真を撮影し、この組織写
真の任意箇所における１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲内の晶
出物および析出物の個数を測定するすると共に、これら
の晶出物および析出物のうちの最大長さを測定した。こ
れらの測定結果のうち、晶出物および析出物の個数につ
いては１０箇所の測定結果の平均値を、また晶出物およ
び析出物の最大長さについては１０箇所の測定結果のう
ちの最も大きな最大長さをそれぞれ表１、２に示した。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【発明の効果】表１、２に示される結果から、本発明圧
延薄板１〜１０は、いずれも酸素含有量が８ｐｐｍ以下
と低く、かつ５〜９ｐｐｍの炭素を実質的に含有し、こ
れによって素地に分散分布する晶出物および析出物が微
細となり、最大長さで０．１ｍｍを越えたものが存在せ
ず、かつその分散割合もきわめて低くなるのに対して、
従来圧延薄板１〜１０は、実質的に炭素の含有がなく、
その上酸素含有量が１８ｐｐｍ以上、多いものでは９０
ｐｐｍにも達し、これが原因で晶出物および析出物が相
対的に粗大となり、大きいものでは最大長さ：１２ｍｍ
に達するものもあり、しかもその分散割合も相対的に高
いことが明らかである。上述のように、この発明のＣｕ
合金圧延薄板は、晶出物および析出物の寸法がきわめて
微細で、かつその分散割合も著しく低い組織を有し、こ
の組織であれば半導体装置の高集積化に伴うリードフレ
ームにおけるリードピッチの狭小化にも前記晶出物およ
び析出物がリード間にブリッジを形成することはないの
で、半導体装置の高集積化の進展に寄与するものである
など工業上有用な特性を有するのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｆｅ：１．５〜２．３％、 Ｐ ：０．０１５〜０．０４５％、 Ｚｎ：０．０５〜０．２％、 Ｃ ：３〜９ｐｐｍ、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなり、かつ前
   記不可避不純物として含有する酸素の含有量が８ｐｐｍ
   以下である組成を有するＣｕ合金で構成したことを特徴
   とする晶出物および析出物が微細で、その分布割合が低
   いＣｕ合金圧延薄板。