JPS60262933A - 銅、ニツケル、錫、チタンの合金及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 の製造方法に関する。

電気的使用目的のためには、銅合金に対する大きな需要
が存在している．この合金はとりわけ、半導体のための
、例えばトランジスタ又は集積回路のための基板材料と
して必要とされている．半導体のための基板材料は次ざ
のような特別な特性の組み合せを備えていなければなら
ない。

ａ）機械的強さは、製造の際にも輸送又は電子的構成要
素の取り付けの際にも基板の形状安定性が保証されてい
るように、高くなければならない、強さに対する要求は
とりわけ、接続脚の数が多い時、即ち自動加工及び取り
付けのために基板を規則的に整列させることが決定的に
重要となる時に，高くなる。

ｂ）材料は、半導体の製造の際に必要となる、比較的高
い温度の下で実施される加工過程で硬さ及び形状安定性
の低下が生じないように、軟化に対して安定でなければ
ならない。

軟化安定性のための尺度は、第１図にもとづいて軟化曲
線（焼きなまし温度Ｔの関数としてビッカース硬さＨＶ
）から得られるいわゆる半硬さ温度Ｔｈである．その際
、半硬さ温度Ｔｈは次の式％式％ によって与えられる。

熱負荷は主として、接着材が硬化されたり、あるいはシ
リコンのエレメントと基板の金メッキ層との間で共晶反
応が行なわれる、基板の上での半導体構成要素の取り付
けの際に生じる．更に、半導体構成要素をいわゆるポン
ドワイヤの付いた接続脚と結合する際、並びに構成要素
一式を高い温度のプラスチックの中へ封入する際にも生
ずる。

これらの加工過程の間には４００度Ｃ迄の温度が長い時
間にわたって生じることがありうる．それ故、半導体材
料は３５０度〜４００度Ｃ以下ではいかなる顕著な軟化
現象も認められてはならない、一般に、せいぜい初期硬
さの１０％の硬さの低下までしか許されない。

Ｃ）シリコン半導体の七で作動の際に生じる損失電力を
熱の形で排除し、それによって構成要素の自己破壊を防
止することができるように、電気と熱の伝導性はできる
だけ高いべきである．必要な規模の熱排除を保証するた
めに、導電性はできるだけ４０％ＩＡＣＳよりも上であ
るべきであろう．（但し、１００％ＩＡＣＳは５８．０
０ｍ１０ｈｍ＊ｍｍ’である）。

ｄ）とりわけ非精製半導体基板の場合には、中し分の無
いポンドワイヤ接続が保証されるために益々均質な材料
、即ち組織の中にいかなる析出物又は含有物をも含んで
いない材料がめられる。

これによって、ポンドワイヤが、付着を悪化させ又、過
渡抵抗を変化させる不均質部分に当たってしまうという
不安定さが避けられる。

従って、加工と機能の確実性を高めるために、半導体基
板の利用領域では益々均質な材料が要求される。

上述の利用例ではこれ迄銅、鉄合金、例えばＣＤＡ１９
４、ＣＤＡ　Ｉ　９５あるいは、その他の低合金ｃｒ＋
ｃｕ材料、例えばＣｕＮｉ１ＳｎｌＣｒＴｉが広範囲に
わたって採用されている。これらの材料は十分な硬さと
良好な導電性を備えている。

しかしながら、これらの材料の組織は、ポンディングの
際に障害となり得る、はっきりと見ることができる、一
般に線状の析出を含んでいる。完全に又は一部でもこれ
らの不均質部の上へ取り付けられたポンドワイヤは、過
渡抵抗が変化し、又、付着強さが悪化するので、電気的
機能又は要求されている信頼性をもはや実現することが
できない０例えば、ＣｕＺｎＯ，１５、Ｃｕ５ｎ０．１
？、又はＣｕＦｅ０−１等の低合金材料は確かに均質で
あり、上記のような欠点を持つ組織の不均質性は有して
いないものの、多くの利用領域において強さが不足して
いる。

従って、本発明は、十分な軟化安定性の他に４０％ｌＡ
Ｃ３の導電性を有する銅合金を提供することを課題とす
る。この課題は更に、強さカー目に見えるような析出を
断念したにもかかわらず、十分に高い、即ちその組織が
要求に応じて不均質部分、従って析出又は含有物を含ま
ない組織を発見することから成り立っている。

この課題は本発明によれば、０．２５〜３．０％のニッ
ケル、０．２５〜３．０％の錫、ｏ、ｉ２〜１．５％の
チタン、残りは銅及び通常の不純物から成り立っている
ことを特徴とする。銅、ニッケル、錫、チタン合金によ
って解決される。但しパーセンテージの数字は重量％で
ある。

本発明にもとづくニッケル、錫、及びチタンの添加はニ
ッケル、錫、チタン含有相を形成させるが、母体の中に
おけるこの相の溶解度は、導電性が上記の合金の境界の
中では４０〜６０％ｌＡＣ３の間を動く、ように小さい
、この相は極めて微小な形で析出する。

ニッケル、錫、チタン含有相のために、半硬さ温度Ｔｈ
は１時間の連続熱負荷の際にも５００度Ｃ以上である。

ニッケル、錫、チタン含有相の析出の存在は確かに銅、
ニッケル、錫、チタン、クロム含有合金（ＤＥ−ＰＳ２
９４８９１６）によって知られてはいたが、驚くべきこ
とに、クロム成しの合金にすると組織が木質的に均質と
なるという事実を知ることができた。ニッケル、チタン
、及び錫含有の相構成要素は５００Ａよりも小さく、そ
れ放光に述べられたような意味での半導体の基板として
利用するためには障害とならない、ｌ［＜べきことに、
同時に機械的特性も、又わずかしか変化しない。

その他の好ましい合金の組成が特許請求の範囲第２項か
ら第１２項までに示されている。

本発明にもとづく合金の製造は、通常の自然の硬さの合
金の場合と同様に行なうことができる。

何故なら、Ｎ１５ｎＴｉ含有相は、析出硬化合金の場合
ならば、通常必要となる急冷無しに、導電性が最適に高
められ、かつ軟化が阻止されるようなやり方で析出され
るからである。

本発明にもとづく銅、ニッケル、錫、チタン合金は通常
のやり方で鋳造することができる。都合の良い組み合せ
を実現するために、この合金Ｃヨ鋳造の後で好ましくは
８５０度〜９５０度Ｃの温度の下で１時間から２４時間
の間均質化され、６００度〜８００度Ｃの温度の下で１
回又は数回熱間圧延され、かつ、１分出たり１０度Ｃか
ら１分出たり２０００度Ｃまでの冷却速度で室温まで冷
却される。

熱間圧延は、特に、６５０度〜７５０度Ｃの温度の下で
、冷却は特に１分出たり５０度Ｃから１分出たり１００
０度Ｃまでの冷却速度で実施することが推奨される。こ
の方法の１つの好ましい実施態様によれば、冷却の後で
９０％までの変形度で１回又は数回冷間圧延が行なわれ
る。冷間圧延の間に、合金は好ましくは、本発明にもと
づく析出相の均一な分散を達成するために、最高１０時
間まで焼きなまされる。

その際、最高の導電性を達成するためには、焼きなまし
はベル型焼きなまし炉の中で帯として３５０度〜５００
１ｊ［Ｃの温度の下で、最高の強さを達成するためには
連続的に連続炉の中で４５０度〜６００度Ｃの温度の下
で行なわれることが推奨される。

最後の冷却圧延の後に好ましくは焼戻し処理が上述の温
度の下で行なわれる。

本発明によれば、この銅、ニッケル、錫、チタン合金は
半導体、とりわけトランジスタ又は集積回路のための基
板材料として利用することができる。

軟化及び半硬さ温度Ｔｈの概念の説明のために、第１図
に軟化曲線の図式的動きが示されている、その際、ビッ
カース硬さＨＶが焼きなまし温度Ｔの上に描かれている
。硬さの最大値ＨＶｍａｘと硬さの最小値ＨＶｍｉｎを
確定した後、半硬さの温度Ｔｈが次の式によって与えら
れる。

ＨＶｍｉｎ＋　ＨＶｍａｘ−ＨＶｍｉｎ本発明が以下の
実施例にもとづいて詳しく説明される。

例： 第１表は本発明にもとづく合金（Ｎｏ、１）と既知のク
ロム含有の対照合金ＣｕＮｉ１ＳｎｌＣｒＴｉ（Ｎｏ、
２）木の組成を示している。（数字は重量％） 第１表：試料の組成 ｎ、ｎ＝検出不能 本）ＤＥ−ＰＳ２．９４８．９１６による。

これらの合金は次にようにして製造された。

電気銅が陰極ニッケル及び精製銀と共に餉導炉の中で約
１２００ｆｆｉＣの温度で木炭層の下で溶解された。こ
れが完全に溶解した後、まえもって適当な銅、チタン中
間合金の形にされたチタンが加えられた。この中間合金
は純粋な形のチタンを２８％膏んでいた。これを溶解し
た後、湯が２５×５０Ｘ１００ｍｍの寸法の鉄の鋳型の
中へ注がれた。できたブロックは１時間９００度Ｃの温
度で均質化され、続いて７５０度Ｃの温度で１．８７ｍ
ｍに圧延された。帯状のストライプの冷却は連続的に空
気中で行なわれた。続いて、このストライプから、冷間
圧延、１時間／４７０度Ｃの最終焼きなまし、及び是れ
に続く希釈された硫酸の中での酸洗いによって０．３ｍ
ｍ厚の帯状のストライプが作られた。最終圧延はいずれ
の試料の場合にもすべて６０％であった。１時間１５０
０度Ｃで焼戻しした後、試料は機械的及び物理的特性に
ついて、又、組織の均質性について調べられた。

強さ、弾性曲げ限界、及び導電性についての値が第２表
にまとめられ、又、組織の構造は第２図及び第３図によ
って説明されている。

第２表：焼戻された状態の０．３ｍｍの帯状試料の強さ
、弾性曲げ限界、及び導電性Ｅ記の値は、この場合には
、本発明にもとづく銅合金の導電性がクロム含有合金の
導電性と比べて、わずかしか劣っていないということを
示している。

しかし、２つの合金の均質化された鋳造組織の研摩面を
比較してみると、とりわけ、本発明にもとづく合金の方
には線状の析出Ａが実際状はとんど無いということがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金の軟化曲線を示すグラフ、第２図はクロム
含有合金の鋳造組織の研摩面を５００＝１の倍率で示す
拡大正面図、第３図は本発明に係る合金の鋳造組織の研
摩面を同じ倍率で示す拡大正面図である。 Ａ・・・線状の析出 特許出願人　ヴイーラント　ヴエルケ　アクチーエンゲ
ゼルシャフト 代理人　弁理士　佐原　彰芳 ＦＩＧ−／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）銅、ニッケル、錫、チタンの合金にして、０．２
   ５〜３．０％のニッケル、０．２５〜３．０％の錫、０
   ．１２〜１，５％のチタン、残りは銅及び通常の不純物
   から成り立っていることを特徴とする銅合金。 （２）０．３〜２．８％のニッケルを含んでいることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の銅合金。 （３）０．５〜１．５％のニッケルを含んでいることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の銅合金。 （４）０．９〜１．１％のニッケルを含んでいることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項、又は第３項に記載の
   銅合金。 （５）０．３〜２．８％の錫を含んでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第４項に記載の銅合金。 （６）０．５〜１．５％の錫を含んでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項、又は第６項に記載の銅合金
   。 （７）０．９〜１．１％の錫を含んでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項、又は第６項に記載の銅合金
   。 （８）０．２〜１，４％のチタンを含んでいることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項に記載の銅合
   金。 （９）０．２５〜０．７５％のチタンを含んでいること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の銅合金。 （１０）０．４５〜０，５５％のチタンを含んでいるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８項、又は第９項に記
   載の銅合金。 （１１）ニッケル、錫、チタンの合金成分がａ：　ｂ　
   ：　ＣＴ７）関係にあり、その際ａ＝１．８〜２゜２、
   ｂ＝１．８〜２．２．又ｃ＝０．９〜１．１であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至１１０項に記載
   の銅合金。 （１２）ニッケル、錫、チタンの合金成分が２：２：ｌ
   の関係にあることを特徴とする特許請求の範囲第１１項
   に記載の銅合金。 （１３）前記銅、ニッケル、錫、チタンの合金の製造方
   法にして、この合金が、８５０度〜９５０度Ｃの下で１
   時間から２４時間の間均質化され、６００度〜８００度
   Ｃの温度の下で１回又は数回熱間圧延され、かつ、１分
   当たりｌＯ度Ｃから１分当たり２０００度Ｃ迄の冷却速
   度で室温に迄冷却されることを特徴とする方法。 （１４）６５０度〜７５０度Ｃの温度の下で熱間圧延さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の
   方法。 （１５）１分当たり５０度Ｃから１０００度Ｃ迄の冷却
   速度で冷却されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ３項、又は第１４項に記載の方法（１６）冷却の後で９
   ５％迄の変形度で１回又は数回冷間圧延されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１３項乃至ｗ４１５項に記載
   の方法。 （１７）冷間圧延の間にそれぞれ１０時間以Ｆの間焼き
   なまされることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に
   記載の方法。 （１８）最後の冷却圧延の後に焼戻し処理が行なわれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項、又は第１７
   項に記載の方法。 （１９）半導体、特にトランジスタ又は集積回路の為の
   基板材料として使用することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第１２項に記載の銅合金。