JPS59177949A - 民生用素子 - Google Patents
民生用素子Info
- Publication number
- JPS59177949A JPS59177949A JP5142283A JP5142283A JPS59177949A JP S59177949 A JPS59177949 A JP S59177949A JP 5142283 A JP5142283 A JP 5142283A JP 5142283 A JP5142283 A JP 5142283A JP S59177949 A JPS59177949 A JP S59177949A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- solder
- diffusion
- concentration
- junction
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の属する技術分野］
本発明は民生用に用いられる素子、特に接合部の改良に
関する。
関する。
［発明の技術的背景と問題点］
民生用に用いられる素子として、半導体装置はその高度
化が進み、高出力、多機能化を要求されている。したが
って、これらに用いられる材料はもとよシ、これ等が発
揮する特性の維持や信頼性の高いものが必要となってい
る。
化が進み、高出力、多機能化を要求されている。したが
って、これらに用いられる材料はもとよシ、これ等が発
揮する特性の維持や信頼性の高いものが必要となってい
る。
一方、上記高性能を維持するさ共に信頼性に富み安価に
製造出来ることも必須の要件となっている。すなわち、
例えばＩＣ用のリードフレームはＩＣ素子と機器のソケ
ットとの間にあって極めて重要な素体であり、上記ＩＣ
素子の特性が良くてもこれに接続されるリードフレーム
を含むリード線等との接続が完全でないと上記ＩＣ素子
の特性を完全に発揮せしめることが出来ない。
製造出来ることも必須の要件となっている。すなわち、
例えばＩＣ用のリードフレームはＩＣ素子と機器のソケ
ットとの間にあって極めて重要な素体であり、上記ＩＣ
素子の特性が良くてもこれに接続されるリードフレーム
を含むリード線等との接続が完全でないと上記ＩＣ素子
の特性を完全に発揮せしめることが出来ない。
従来これ等のことから、上記リード線等には改良が重ね
られかなシの特性向上や信頼性が維持されて来だが、特
に接合部において種々の問題が発生することがあって、
これ等の解決が急がれている０ すなわち、安価に形成するには素子と素線とを接合材（
この場合半田）で直接接合することが好ましい。ところ
が半田との接合性を考慮すると、リード線等にＮｉや３
ｎめっき等を行なわざるを得々いので工程が増大して安
価性が失なわれてしまう。従ってめっきはこれを除去す
ることがリード線等を安価に保つ要素となる。
られかなシの特性向上や信頼性が維持されて来だが、特
に接合部において種々の問題が発生することがあって、
これ等の解決が急がれている０ すなわち、安価に形成するには素子と素線とを接合材（
この場合半田）で直接接合することが好ましい。ところ
が半田との接合性を考慮すると、リード線等にＮｉや３
ｎめっき等を行なわざるを得々いので工程が増大して安
価性が失なわれてしまう。従ってめっきはこれを除去す
ることがリード線等を安価に保つ要素となる。
一方リードフレームやリード線等は１種々の条件があり
、これを全べてクリヤーしなければならないという過酷
なものであり、この条件とは、高熱伝導性、高電導性、
容半田付着性、高半田耐候性（１５０℃で３００時間の
試験）、機株的強度が十分でかつ延性（１！返し曲げ）
が高いこさ、加工性がよく経時変化が少なく安定性が高
い等である。
、これを全べてクリヤーしなければならないという過酷
なものであり、この条件とは、高熱伝導性、高電導性、
容半田付着性、高半田耐候性（１５０℃で３００時間の
試験）、機株的強度が十分でかつ延性（１！返し曲げ）
が高いこさ、加工性がよく経時変化が少なく安定性が高
い等である。
ところで上記条件をほぼ満足させるだめの合金として銅
（ＣＬＩ）、鉄（’Ｆ’ｅ）合金素体が有望であるが、
これを鉛（Ｐｈ）−錫（Ｓｎ）半田で他の金属と接合す
ると半田と合金との間に拡散が起りＳｎ成分があるため
に不所望な金属合金層を形成することが判明した。すな
わち、第１図に示すようＫ（図では相手となる他の金属
素子は省いである）Ｃｕを主成分としこれに少量のＦｅ
（上記リードフレームの特性条件を得るため）を添加成
分として加えた合金素体（１）にＰｂ −Ｓｎ半田（２
）を固着すると加熱と共に、半田層（２）が変化する。
（ＣＬＩ）、鉄（’Ｆ’ｅ）合金素体が有望であるが、
これを鉛（Ｐｈ）−錫（Ｓｎ）半田で他の金属と接合す
ると半田と合金との間に拡散が起りＳｎ成分があるため
に不所望な金属合金層を形成することが判明した。すな
わち、第１図に示すようＫ（図では相手となる他の金属
素子は省いである）Ｃｕを主成分としこれに少量のＦｅ
（上記リードフレームの特性条件を得るため）を添加成
分として加えた合金素体（１）にＰｂ −Ｓｎ半田（２
）を固着すると加熱と共に、半田層（２）が変化する。
すなわち、第１図（局は、合金素体（１）と半田（２）
キが固着された状態であり、これが同図（ｒｌ）に示す
ように変化する。このＢ図は接合部分が時間吉共に変化
したもので経時変化が始まる。すなわち、半田の合金素
体に近い部分は、この素体に添加されているＦｅ及び主
成分であるＣＤとがＰｂ −Ｓｎである半田層（２）内
に拡散されて来る。そしてそれが除々に拡がって半田層
の素体接合面からａ層ε−Ｃｕ３Ｓｎ 。
キが固着された状態であり、これが同図（ｒｌ）に示す
ように変化する。このＢ図は接合部分が時間吉共に変化
したもので経時変化が始まる。すなわち、半田の合金素
体に近い部分は、この素体に添加されているＦｅ及び主
成分であるＣＤとがＰｂ −Ｓｎである半田層（２）内
に拡散されて来る。そしてそれが除々に拡がって半田層
の素体接合面からａ層ε−Ｃｕ３Ｓｎ 。
ｂ層η−ｃｕ６ｓｎ５． ｃ層−ｐｂ−８ｎ、となり、
更にこれが進んで第１図Ｃ図に示すようにＡ層と合金素
体（１）との間にＳｎ −ｐｅ層（３）が出来る。この
ｓｎ −Ｆｅ層（３）は極めて薄い０１５μｍ以下であ
るが、この層は結合力が極めて弱いことが判った。この
現象は、ＣＬＩに添加成分として混合されたＦｅと半田
成分であるＳｎとが金属間化合物の状態で結合したもの
であり、合金素体（１）の半田に近い部分のＦｅのほと
んどがこの部分に集中して来てＳｎすの間に上記結合状
態が発生したものであると考えられる。この状態となる
と金属間化合物部分に含まれるＣ１は半田内のＳｎ成分
と溶解結合してしまいこの部分ではＣｕが抜けて々く力
るためにＳｎ −ｐｅ層は蜂巣状となって剥離し易くな
るという難点が発見された、なお合金素体（１）の半田
（２）に近い部分は強度を持たせるために添加し、た成
分のＦｅ密度が極めて少なくなるためリードフレーム等
の一部の強＋１（が低下するという付随的欠点もでて来
る。
更にこれが進んで第１図Ｃ図に示すようにＡ層と合金素
体（１）との間にＳｎ −ｐｅ層（３）が出来る。この
ｓｎ −Ｆｅ層（３）は極めて薄い０１５μｍ以下であ
るが、この層は結合力が極めて弱いことが判った。この
現象は、ＣＬＩに添加成分として混合されたＦｅと半田
成分であるＳｎとが金属間化合物の状態で結合したもの
であり、合金素体（１）の半田に近い部分のＦｅのほと
んどがこの部分に集中して来てＳｎすの間に上記結合状
態が発生したものであると考えられる。この状態となる
と金属間化合物部分に含まれるＣ１は半田内のＳｎ成分
と溶解結合してしまいこの部分ではＣｕが抜けて々く力
るためにＳｎ −ｐｅ層は蜂巣状となって剥離し易くな
るという難点が発見された、なお合金素体（１）の半田
（２）に近い部分は強度を持たせるために添加し、た成
分のＦｅ密度が極めて少なくなるためリードフレーム等
の一部の強＋１（が低下するという付随的欠点もでて来
る。
［発明の目的］
本発明は上記従来の欠截を除去するように改良したもの
でＣｕを主成分とする合金から成る合金素体とＰｂ −
Ｓｎ成分から々る半田とを接合固定した場合に双方の接
合部に金属間化合物が発生し得ないかまたは極めて少な
くしてこの部分での剥離現象をほとんどなくすようにし
た民生用素子に関する。ここで民生用素子とは半導体装
置、サイリスタ及び電子管等あるいはこれに準するもの
をいう。
でＣｕを主成分とする合金から成る合金素体とＰｂ −
Ｓｎ成分から々る半田とを接合固定した場合に双方の接
合部に金属間化合物が発生し得ないかまたは極めて少な
くしてこの部分での剥離現象をほとんどなくすようにし
た民生用素子に関する。ここで民生用素子とは半導体装
置、サイリスタ及び電子管等あるいはこれに準するもの
をいう。
［発明の概要］
本発明は、０口を主成分としこれに添加成分さしてｐｅ
及びＺｎとを有する合金素体上、これに接合される他の
金属素子と、これ等双方を接合するためのＰｂ −Ｓｎ
成分より成る半田とを具備し、上記半田と金属素体との
接合部に７．ｎの濃縮にょるＦｅの集中拡散軽減層を形
成したことを特徴とするものである。
及びＺｎとを有する合金素体上、これに接合される他の
金属素子と、これ等双方を接合するためのＰｂ −Ｓｎ
成分より成る半田とを具備し、上記半田と金属素体との
接合部に７．ｎの濃縮にょるＦｅの集中拡散軽減層を形
成したことを特徴とするものである。
上記金属素体を構成する成分は主成分として、Ｃｕを用
い添加成分としてＦｅが重量係で１〜５係、好ましくは
１．２〜４チで更に他の添加成分としてＺｎが重量％で
０．１〜３％、好ましくは０３〜２８チとすることが出
来る。更にＦｅに対するＺｎの量はＺｎ（１）≧幻Ｆ
ｅ ％であることが好ましい。
い添加成分としてＦｅが重量係で１〜５係、好ましくは
１．２〜４チで更に他の添加成分としてＺｎが重量％で
０．１〜３％、好ましくは０３〜２８チとすることが出
来る。更にＦｅに対するＺｎの量はＺｎ（１）≧幻Ｆ
ｅ ％であることが好ましい。
このようにすると、第２図に示すように、金属素体（５
）と半田（２）七の間にｃｕ −ｚｎ拡散層のＺｎを濃
縮したＦｅの集中拡散軽減層（４）形成するようにしだ
ものである。
）と半田（２）七の間にｃｕ −ｚｎ拡散層のＺｎを濃
縮したＦｅの集中拡散軽減層（４）形成するようにしだ
ものである。
なお、上記においてＦｅを１〜５係にする理由は下限は
金属素体の強度が不充分であってリードフレーム等にお
いては、ソケットへの挿入、あるいは変形等、リードフ
レームにおける機能が損なわれてしまう。また上記上限
は電気的伝導率が低下あるいは熱伝導効果も期待でき々
い。
金属素体の強度が不充分であってリードフレーム等にお
いては、ソケットへの挿入、あるいは変形等、リードフ
レームにおける機能が損なわれてしまう。また上記上限
は電気的伝導率が低下あるいは熱伝導効果も期待でき々
い。
また、Ｚｎが０．１％未満では、わずかのＺｎ濃縮が出
来るがこれでは不十分でｐｅ −Ｓｎの拡散結合を招く
ことになって本発明の目的の達成が困難である。
来るがこれでは不十分でｐｅ −Ｓｎの拡散結合を招く
ことになって本発明の目的の達成が困難である。
また３チを超えると金ボンデインク性に影響が出はじめ
信頼性を損なう場合があり、歩留が悪くなる。更にまた
Ｚｎがこれ以上多量になると半田付けの際にＺｎが半田
内に瞬時に拡散し半田の表面が不所望に荒れること、あ
るいは固着力が低下する場合もあって好ましくない等の
種々の問題が発生する。
信頼性を損なう場合があり、歩留が悪くなる。更にまた
Ｚｎがこれ以上多量になると半田付けの際にＺｎが半田
内に瞬時に拡散し半田の表面が不所望に荒れること、あ
るいは固着力が低下する場合もあって好ましくない等の
種々の問題が発生する。
上記においては、半田（２）部分は上記と同様にＣｕの
一部が半田部分に拡散してそれぞれａ層（ε−Ｃｕ３Ｓ
ｎ ）、ｂ層（η−ＣＬＩ６８ｎ５ ）形成すると共に
Ｃ層（ｐｂ ）を夫々形成する。
一部が半田部分に拡散してそれぞれａ層（ε−Ｃｕ３Ｓ
ｎ ）、ｂ層（η−ＣＬＩ６８ｎ５ ）形成すると共に
Ｃ層（ｐｂ ）を夫々形成する。
なお、図面では説明を容易にするためにＺｎ濃縮層（Ｆ
ｅの集中拡散軽減層）に直線で記載しであるが実際上で
はかなシの凹凸状を呈するものである。
ｅの集中拡散軽減層）に直線で記載しであるが実際上で
はかなシの凹凸状を呈するものである。
［発明の効果］
本発明による上記Ｆｅ拡散軽減層はＣＬＩとＺｎとの固
溶体層であって接合強度はＦＪ ｎ−Ｃｕ固溶体層とほ
とんど遜色なく、しかも上記の欠点であるＣｕ内に分散
しているＦｅの集中を防止することが可能であることが
判明した。すなわち、ＦｅとＳｎとは拡散結合が極めて
容易であって金属間化合物を作り易いがこれより先にＣ
ＬＩとｚｎとは固溶状態を持ったＦｅの集中拡散軽減層
をあるいはＺｎの濃度の高い緻密層を形成したから、こ
れがためＫＦｅのＳｎ層への集中拡散結合が軽減或いは
阻止され、Ｓｎ −ｐｅ金属間化合物の形成がほさんど
なく々り界面（合金素体の）での剥離現象が見られなく
々っだ。
溶体層であって接合強度はＦＪ ｎ−Ｃｕ固溶体層とほ
とんど遜色なく、しかも上記の欠点であるＣｕ内に分散
しているＦｅの集中を防止することが可能であることが
判明した。すなわち、ＦｅとＳｎとは拡散結合が極めて
容易であって金属間化合物を作り易いがこれより先にＣ
ＬＩとｚｎとは固溶状態を持ったＦｅの集中拡散軽減層
をあるいはＺｎの濃度の高い緻密層を形成したから、こ
れがためＫＦｅのＳｎ層への集中拡散結合が軽減或いは
阻止され、Ｓｎ −ｐｅ金属間化合物の形成がほさんど
なく々り界面（合金素体の）での剥離現象が見られなく
々っだ。
そして更にｐｅ８ ｎ結合の問題が解除されたので、Ｃ
ｕ内にＦｅＯ量を最大に添加することが可能となり、従
って金属素体の強度をそれだけ増大できるという付随的
効果がある。更にＣＬＩ成分内のＦｅの集中拡散がなく
なるのでＣＬＩ内の分散状態もよくなり接合部分の機械
的強度の部分的低下も避けられる。
ｕ内にＦｅＯ量を最大に添加することが可能となり、従
って金属素体の強度をそれだけ増大できるという付随的
効果がある。更にＣＬＩ成分内のＦｅの集中拡散がなく
なるのでＣＬＩ内の分散状態もよくなり接合部分の機械
的強度の部分的低下も避けられる。
［発明の実施例］
以下本発明をＩＣ素子に適用した実施例を表１に示す。
なお合金素体はリードフレームである。
以下余白
以上のように上記実施例においては、ＺｎのＦｅ拡散軽
減層（４）を形成することが出来ることが確認された。
減層（４）を形成することが出来ることが確認された。
なお上記はいずれも電気炉中で約１５０°Ｃで３００時
間加熱保持した場合の特性結果を示しだものである。
間加熱保持した場合の特性結果を示しだものである。
従って第３図に示すように４本の直線で囲まれた部分の
添加量を有すれば本発明の目的が達成される。
添加量を有すれば本発明の目的が達成される。
図はいずれも本発明を説明するだめのもので第１図は試
験結果を示す接合部分の拡大断面図、第２図は本発明に
係る接合部分の拡大断面図、第３図は本発明に係る夫々
の組成範囲を示す説明図である。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第１図 第２図 ｔ ？ ３ａ５（
験結果を示す接合部分の拡大断面図、第２図は本発明に
係る接合部分の拡大断面図、第３図は本発明に係る夫々
の組成範囲を示す説明図である。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第１図 第２図 ｔ ？ ３ａ５（
Claims (1)
- 銅、鉄、亜鉛から成る金属素体上、これに接合される他
の金属素子と、これ等の双方を接合するだめの鉛及び錫
から成る半田とを具備し、上記半田と金属素体との接合
部に亜鉛による鉄の集中拡散軽減層が形成されているこ
とを特徴とする民生用素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5142283A JPS59177949A (ja) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | 民生用素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5142283A JPS59177949A (ja) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | 民生用素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59177949A true JPS59177949A (ja) | 1984-10-08 |
| JPH0151063B2 JPH0151063B2 (ja) | 1989-11-01 |
Family
ID=12886484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5142283A Granted JPS59177949A (ja) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | 民生用素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59177949A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8546933B2 (en) | 2010-07-01 | 2013-10-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor apparatus including resin case |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596664A (en) * | 1979-01-16 | 1980-07-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Copper alloy for lead frame of semiconductor element |
-
1983
- 1983-03-29 JP JP5142283A patent/JPS59177949A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596664A (en) * | 1979-01-16 | 1980-07-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Copper alloy for lead frame of semiconductor element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8546933B2 (en) | 2010-07-01 | 2013-10-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor apparatus including resin case |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0151063B2 (ja) | 1989-11-01 |
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