JPS61149449A

JPS61149449A - 半導体装置用リ−ドフレ−ム複合材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPS61149449A
Application number: JP59275424A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Ito; 嘉朗伊藤; Atsushi Kuroishi; 黒石　農士
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1986-07-08

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】［産業上の利用分野］この発明は、各種の集積回路等に用いられる半導体装置
用リードフレーム複合材料およびその製造方法の改良に
関する。

［従来の技術］半導体装置用リードフレームでは、■熱および電気に対
する伝導性が優れること、■高強度であること、■耐熱
性が良好であることおよび■めっき性が良好であること
が要求される。

ところで、従来の半導体装２用リードフレームは、大別
してＦｅ−ｐ４＋系合金を用いたものと、銅合金を用い
たものとがある。前者のＦｅ　−Ｎｉ合金は、上記要求
特性のうち■、■および■の特権を満すものであり、た
とえばコバールもしくはＦｅ−４２Ｎｉ合金などが用い
られている。

使方、銅合金は上記要求特性のうち■および■の特性を
満すものであり、たとえばりん青銅、ＣＡ１９４．ＣＡ
１９５などに代表される銅合金が用いられている。

しかしながら、近年の半導体技術の進歩は、素子の集積
度の増加および搭載装置の小形化を招来しており、その
結果リードフレームを構成する材料に対しては一段と高
強度であり、かつ高い熱伝導性に優れるものであること
が要求されている。

このような要望に対して、熱および電気伝導性に優れた
銅をベースとして、種々の元素を添加することにより強
度に優れた銅合金が開発されている。これらの銅合金の
強度と、電気伝導度の関係を第１図に示す。

一般に、銅合金の強化機構としては、金属元素を添加し
た固溶強化、時効析出強化またはスピノーダル分解など
が利用されているが、第１図に示されているように、こ
の種の強化機構では、強度を向上させると電気伝導度が
低下するという問題があり、良好な電気伝導度および高
強度の双方の要請を満すことは極めて困難である。

他方、上述の強化機構とは異なり、微粒子を分散させて
なる分散強化型と呼ばれる強化機構では、電気伝導度は
、含有される微粒子の体積分しか低下せず、したがって
強度および電気伝導度の双方における要求を満たすこと
が可能である。このような強化機構を有する分散粒子強
化銅合金の製造方法としては、例えばアメリカ合衆国特
許第４゜４６２．８４５号に開示されている内部酸化法
、および例えばｒ　［）　１ｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｌ−１
ａｒｄｅｎｉｎｇ　−ＡＬｏｗ　　Ｃｏ５ｔ　Ｔｅｃｈ
ｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　　Ｉ　ｍｐｒｏｖｉｎａ　ｔｈｅ
Ｈｏｔ　　３ｔｒｅｎｇｔｈ　Ｃｏｐｐｅｒ　ａｌｌｏ
ｙｓＪ　　（Ｌｅｉｆ　３ｅｒｇｌｉｎ　　Ｑｌｏｆ　
５ｊ６ｄｅｎ　、　３ｗｅｅｄｉｓｈ　Ｉｎ５Ｎｔｕｄ
ｅｆｏｒ　Ｍｅｔａｌ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　５ｃａｄ
ｉｎａｖｉａｎ　　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　Ｍｅｔａｌｌ
ｕｒ（ＩＶ　１２．１９８３、Ｐ２Ｓ５）に記載の粉末
混合法などがある。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記の分散粒子強化銅合金の製造方法の
うち、内部酸化法では、マトリックス金属である銅の酸
化が生じること、ならびに酸化させる元素が内部酸化処
理中に銅マトリックス中に固溶することにより、もしく
は内部酸化が不十分であることにより所望の電気伝導度
および強度を得ることができないのが現状であった。ま
た、内部酸化処理のコントロールが困難であり、たとえ
可能であってもコストが極めて高くつくという問題があ
った。さらに、実際に製造可能な合金の種類および量が
限定されるという問題もあった。

他方、粉末による混合法では、分散粒子を均一かつ微細
に分散させることが困難であり、したがって十分な強度
を得ることができないという欠点があった。

それゆえに、この発明の目的は、上述の問題点を解消し
、電気および熱に対する伝導性ならびに強度の双方にお
いて優れた半導体装置用リードフレーム複合材料および
その製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本願発明者達は上記目的を達成するために鋭意検討した
結果、粒径１μｍ以下の硬質分散粒子を用いれば熱伝導
性および強度に優れた銅合金を得ることを見出した。す
なわちこの発明は、粒径１μｍ以下の硬質分散粒子が銅
マトリックス中に均一かつ微細に分散されてなる半導体
装置用リードフレーム複合材料であり、また粒径１μｍ
以下の分散粒子を銅粉末中に機械的合金化法により、均
一にかつ微細に分散させて複合粉末を作成し、しかる侵
該粉末を熱間塑性加工法により成形することを特徴とす
る半導体装置用リードフレーム複合材料の製造方法であ
る。

この発明は、上記のように１μｍ以下の粒径の分散粒子
を用いることを基本的特徴とする。これは、分散粒子の
粒径が数μｍ以上に達すると転位に対する障害よりも、
むしろ合金の破壊原因となり材料の強度を劣化させるか
らであり、またリードフレームとして金型で打抜く際の
打扱き性も劣化するからである。この硬質分散粒子とし
ては、たとえばＴｈ２０．Ａ　旦ｚ○３１　Ｚｒ　２０
３およびＹ２Ｏ３などの酸化物、Ａ見ｓＣ３および３ｉ
Ｃなどの炭化物、８１３Ｎ＜などの窒化物またはＷなど
の高融点金属粒子などを用いることができ、いずれの場
合においても高い強度を達成することが可能である。ま
た、上記分散粒子は、１種のみならず２種以上を合わせ
て用いてもよい。

なお、好ましくは、上記分散粒子は、重量％で合計で１
．３〜１０％含まれる。１．３重量％未満では、所望の
強度を得ることができず、他方１０重醪％を越えると７
５％■八Ｃ８へ上の高い電気伝導度を実現することが不
可能であり、同時に伸びの低下も著しくなるからである
。

この発明では、所望により、たとえば少滑の合金元素を
添加することにより固溶強化に基づ（強化機構を組合わ
せることも可能であり、それによってより一層高い強度
を達成することができる。

この場合の添加元素としては、たとえばＢ、Ｃ。

Ｍｏ、Ａ（、、ｓｉ、Ｐ、ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ　、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ。

Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａ（Ｊ、Ｃｄ。

Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉおよび
ｐｂの元素が用いられ得る。

この発明の半導体装置用リードフレーム複合材料の製造
方法では、機械的合金化法が用いられる。

機械的合金化法は、高い混合エネルギを有するアトリッ
タまたはボールミルを用いて、マトリックス金属中に微
細粒子を均一にかつ微細に分散させるものである。この
機械的合金化法によれば、ボールの打撃により粉末の冷
間接合と破砕とが繰返され、第２図の模式図に示すよう
な過程を軽ることにより、粒子の分散が均一な複合粉末
を得ることができる。このようにして得られた複合粉末
は、たとえば熱間押出し加工などの熱間塑性加工により
成形し、真密度の材料とされる。

なお、この発明の半導体装置用リードフレーム複゛合材
料では、はんだ付は性あるいはめっき性が要求される場
合には、表面に被覆層を形成してもよく、該被覆層は、
はんだ付は性およびめっき性に優れた金属、たとえば銅
、銅合金、ｌ”ｅ　−Ｎｉ合金などにより構成すること
ができる。

［実施例］以下、実施例に基づき、この発明をより詳細に説明する
。

実施例　１一１００メッシコの電解銅粉に、平均位径０゜４μｍの
Ａ１１ｊ２０．粉末を、重量％でそれぞれ、１．５％、
３％、５％および８％混合した。混合は、Ｖ型ミキサー
によって３０分間行なった。しかる後、混合粉末をＡｒ
ガスを封入した乾式のアトリッタを用いて、攪拌装置の
回転数１５０〜２５０　ｒｐｍで３０時間の間機械的合
金化処理を行なった。このようにして得られた複合粉末
を、銅製の容器に入れ、４００℃の温度で１０−　’　
ｔｏｒｒの真空中にて脱気し封入した後、８００℃の温
度で１時匍加熱し、押出比５ｏ：１で熱間押出加工を行
ない、しかる後めっき性およびはんだ付は性に優れた銅
で表面を被覆することにより複合材料を得た。このよう
にして得られた複合材料の電気伝導度、引張強度、伸び
および硬さを試験したところ、第１表に示す結果が得ら
れた。

（以下余白）第１表から明らかなように、この実施例の複合材料の電
気伝導度は、すべて７５％ＴＡＣ８を越えており、かつ
引張強度もかなり高いことがわかる。特に、第１図にプ
ロットされている従来の銅合金とを比較すれば、この実
施例の複合材料が、電気伝導度および引張強度の双方に
おいて優れていることがわかる。

実施例１で得られた各銅被覆複合材料に圧延・焼鈍を繰
返しく７５０℃、３０分）、厚さ０．２５　ｍｍ、幅５
０ｍｍの条材を得た。各条材において被覆した銅の厚み
は２μ僧であった。この条材を４５０℃の温度で５分間
大気中にて加熱した後、塩化亜鉛系水溶液フラックスに
２秒間浸漬し、しかる後６０％５ｎ−４０％Ｐｂの溶融
はんだ（２３０℃）中に５秒間浸漬し、はんだの濡れ性
を顕微鏡により観察した。いずれの条材においても均一
な濡れ性を示すことがわかった。

Ｘｌ」Ｌ」と実施例１で試作した銅被覆複合材のうち３％八へ、０３
を含むものに対し、断面減少率６０％で冷間圧延加工を
施し、しかる後１００〜１０００℃までの種々の温度で
１時間還元雰囲気中で焼鈍処理を施し、硬さの変化を調
べた。結果を第３図に示す。

第３図から明らかなように、Ａｕ２０．の添加量が増加
するにつれて強度が高くなっていることがわかる。この
合金の再結晶温度は、Ａ　ｕ　２０　ｓの添加量が増加
するにしたがって高温鋼に移行する。リードフレーム月
利としての十分な軟化特性を示すことがわかる。

実施例　４一１００メツシュの電解銅粉に平均粒径０．０７．０．
４．０．８μｓのＡ　Ｑ　２０−粉末を重量％で、それ
ぞれ、１．５％、３％、５％、８％まで変化させて添加
し、■型ミキサーにより３０分間混合した。しかる後該
混合粉末をＡｒガスを封入した軟式のアトリッタを用い
て、攪拌装置の回転数１５０〜２５Ｏｒｐｍで３０時間
、機械的合金化処理を行なった。

このようにして得られた複合粉末を銅製の容器に入れ、
４００℃で１０−’７ｏｒｒの真空中にて脱気し封入し
た後、８００℃の温度で１時間加熱し、しかる後押出比
５０：１で熱間押出加工を行なってめっき性およびはん
だ付は性に優れた銅で表面を被覆された複合材を得た。

このようにして得られた複合材の電気伝導度、引張強度
、伸びおよび硬さを試験したところ、第２表に示す結果
が得られた。

（を人千束白）第２表から明らかなように、Ａ　Ｌ　２０３粉末の粒径
を０．０７〜０．８μｍと変化させた場合であってもい
ずれにおいても電気伝導度は７５％■ＡＣ３以上と高く
、また引張強度についても第１図にプロットされている
従来の銅合金に比べて優れていることがわかる。

［発明の効果］以上のようにこの発明の半導体装置用リードフレーム複
合材料は、粒径１μｍ以下の硬質分散粒子を銅マトリッ
クス中に均一にかつ微細に分散させてなるものであるた
め、強度ならびに電気伝導度および熱伝導度の双方に優
れた特性を有することがわかる。したがって、半導体素
子の集積度の増大および搭載装置の小形化に対応し得る
、半導体装置用リードフレーム複合材料を得ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の銅および銅合金の強度と電気伝導度と
の関係を示す図である。第２図は、機械的合金化法の進
行過程を示す図である。第３図は、ＡＱ、２０−の含有
量を変化させたときの硬さと焼鈍温度の関係を示す図で
ある。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒径１μｍ以下の硬質分散粒子を銅マトリックス
中に均一かつ微細に分散させてなることを特徴とする、
半導体装置用リードフレーム複合材料。
（２）前記分散粒子は、ＴｈＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿２、
Ｚｒ＿２Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿４
Ｃ＿３、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４およびＷから
なる群より選択された１種または２種以上よりなり、か
つ合計で１．３〜１０重量％まで含まれている、特許請
求の範囲第１項記載の半導体装置用リードフレーム複合
材料。
（３）前記銅マトリックス中には、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ
、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ
、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、
Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、ＢｉおよびＰｂよりなる群より
選択された１種または２種以上が合計で１０重量％以下
含まれる、特許請求の範囲第１項または第２項記載の半
導体装置用リードフレーム複合材料。
（４）電気伝導度が７５％ＩＡＣＳ以上である、特許請
求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の半導体
装置用リードフレーム複合材料。
（５）被覆層をさらに備える、特許請求の範囲第１項な
いし第４項のいずれかに記載の半導体装置用リードフレ
ーム複合材料。
（６）前記被覆層は、銅または銅合金より構成されてい
る、特許請求の範囲第５項記載の半導体装置用リードフ
レーム複合材料。
（７）前記被覆層は、鉄−ニッケル合金よりなる、特許
請求の範囲第５項記載の半導体装置用リードフレーム複
合材料。
（８）前記鉄−ニッケル合金は、Ｎｉを３０〜９０重量
％含有する、特許請求の範囲第７項記載の半導体装置用
リードフレーム複合材料。
（９）粒径１μｍ以下の分散粒子を銅粉末中に機械的合
金化法によって、均一・微細に分散させて複合粉末を作
成し、しかる後該粉末を熱間塑性加工法により成形する
ことを特徴とする、半導体装置用リードフレーム複合材
料の製造方法。
（１０）前記分散粒子は、ＴｈＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３
、Ｚｒ＿２Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿
４Ｃ＿３、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４およびＷか
らなる群より選択された１種または２種以上よりなり、
かつ合計で１．３〜１０重量％含有されている、特許請
求の範囲第９項記載の半導体装置用リードフレーム複合
材料の製造方法。
（１１）前記銅マトリックス中には、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ
、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ
、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、ＢｉおよびＰｂよりなる群よ
り選択した１種または２種以上が合計で１０重量％以下
含まれている、特許請求の範囲第９項または第１０項記
載の半導体装置用リードフレーム複合材料の製造方法。