JPS61177344A - セラミツクパツケ−ジic用リ−ド材 - Google Patents

セラミツクパツケ−ジic用リ−ド材

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JPS61177344A
JPS61177344A JP1843185A JP1843185A JPS61177344A JP S61177344 A JPS61177344 A JP S61177344A JP 1843185 A JP1843185 A JP 1843185A JP 1843185 A JP1843185 A JP 1843185A JP S61177344 A JPS61177344 A JP S61177344A
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JP
Japan
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lead material
brazing
lead
ceramic
strength
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Pending
Application number
JP1843185A
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English (en)
Inventor
Motohisa Miyato
宮藤 元久
Takeo Yuji
湯地 建夫
Riichi Tsuno
津野 理一
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49579Lead-frames or other flat leads characterised by the materials of the lead frames or layers thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/06Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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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1 本発明はセラミックパッケージIC用リード材に関し、
さらに詳しくは、デュアル・イン・ライン型セラミック
パッケージのサイドブレーズ用のリードフレーム条およ
びピン・グリッド・アレイIC用のリード線であり、8
00〜900℃の加熱下にろう付は接合されて入出力端
子とし、さらに、ろう付は後のビッカース硬度が少なく
とも130であるセラミックパッケージIC用リード材
に関する。
[従来技術] 一般に、サイドブレーズ用ICの基盤はセラミックから
なり、基盤の両側面のメタライズ部と端子としてのリー
ドフレームとは銀ろう付げにより接合されている。
このリードフレームの材料としては、Fe−42Ni合
金(ASTM規格のF−30合金)が使用されており、
そして、このF−30合金はセラミックと近似の熱膨張
係数を有しているので、800〜900°Cの温度で銀
ろう付は後、常温まで冷却する際にセラミック基盤に歪
応力が加わらず、セラミック基盤の破損4を起らないと
いう理由から使用されている。
また、このF−30合金は、800〜900℃の温度に
おけるろう付は後においてもビッカース硬度が130以
上であるという長所を有している。
しかしながら、このF−30合金は、導電率が3%lA
C3と小さく、従って、熱伝導率も小さいのでIC用リ
ード材としてはジュール熱が発生し易く、さらに、IC
素子の内部で発生する熱量の放散性も不充分である。
特に、最近のIC素子の高密度化に伴なって、IC素子
の内部で発生する熱量が増加するようになり、F−30
合金は熱量の放散性が悪いことが呟これに代る材料が望
まれている。
そして、この要望に沿う材料として銅合金が挙げられる
が、一般に銅合金は、800〜900℃の温度での銀ろ
う付けの際の加熱により軟化し、強度が失なわれるとい
う基本的な問題があり、さらに、強度および耐熱性の良
好な銅合金はF−30合金と同じく導電率が低いという
問題がある。
また、従来において、ビン・グリッド・アレイICはサ
イドブレーズICと同じようにメタライズされた電極部
とヘッダー加工された線材の頂部とが銀ろう付けにより
接合され、この銀ろう付は温度が800〜900℃であ
り、サイドブレーズのリードフレームが条より製作され
るが、線材という寸法の相違の外はろう材およびろう付
は後の冷却による歪応力等は同じであるが、このビン・
グリッド・アレイICのリード材はF−30合金が使用
されているので、上記に説明したように、熱量の放散性
が悪く、これに代わる材料が望まれている。
[発明が解決しようとする問題点1 本発明は上記に説明したような従来のセラミックパッケ
ージIC用リード祭、例えば、デュアル・イン・ライン
型セラミックパッケージのサイドブレーズIC用および
ビン・グリッド・アレイIC用のリード線として使用さ
れて軽たF−30合金およびこの代替としての銅合金に
おける導電性、熱伝導性および強度等の問題点に鑑みな
されたものであり、即ち、熱膨張係数が大きく、銀ろう
付は後の冷却過程にお一部でセラミック基盤の破損がな
く、800〜900℃の温度における銀ろう付は後にお
いても強度、繰り返し曲げ性、導電率、熱伝導率、はん
だ付は性、はんだの加熱下に、おける耐剥離性等に優れ
、結晶粒の大きさが50μm以下であるセラミックパッ
ケージI用Cリード材を提供するものである。
[問題点を解決するための手段1 本発明に係るセラミックパッケージIC用リード材の特
徴とするところは、 N i 1.O〜5.0wt%、coo、2〜1.0I
llt%、S i 0.2−1,5u+t%、Zn 0
.05−5,0wt%、S n 0.1−2.0wt%
、Cr 0.001〜0,5wt%を含有し、残部Cu
および不可避不純物からなるものである。
本発明に係るセラミックパッケージIC用リード材につ
いて以下詳細に説明する。
先ず、本発明に係るセラミックパッケージIC用リード
材の含有成分および成分割合について説明する。
Ni、Co、Siは強度を向上させる元素であり、特に
、Niは単独或いは一部をcoと置換した状態において
Siとの金属間化合物を形成することにより強度向上に
寄与する。
Ni含有量が1,0wt%未満、Si含有量が0.2w
t%未満ではCo含有量が1,0Illt%を越えて含
有されても充分な強度を得ることができず、また、Ni
、Si含有量を増加させていくと800〜900℃の温
度でのろう付は後においても充分な強度と導電率が得ら
れるが、Ni含有量が5.0wt%を越えるとこの効果
が飽和してしまい、Si含有量が1.5wt%を越える
と熱間加工性が劣化するようになる。よって、Ni含有
量は1.0〜5.Owt%、Si含有量は0.2〜1,
5wt%とする。
CoはNiと同様に強度向上に寄与する元素であり、特
に、800〜900℃の温度でのろう付は時の結晶粒の
r&長を抑制して効果を発揮し、800〜900℃の温
度でのろう付は後、結晶粒の大きさが50μmを越えて
大きくなると繰り返し曲げ回数の低下、リード材のめっ
き後の表面の肌荒れ、疲労強度の低下が生じ易くなり、
含有量が0,2wt%未満ではこのような効果は少なく
、また、1.0wt%を越えて含有されても効果はある
が高価となり、高価となる割には効果の向上は少ない。
よって、Co含有量は0.2〜1.0wt%とする。
SnはCu中に固溶して強度および伸びを向上させ、さ
らに、繰り返し曲げ回数を向上させる元素であり、含有
量が001wt%未満ではこのような効果は少なく、ま
た、21%を越える含有量では導電性が低下する。よっ
て、Sn含有量は0.1〜2.0wt%とする。
Znはリード材の表面に施した錫めっき或いは錫合金め
っき層の熱的な耐剥離性を改善するための必須の元素で
あり、含有量が0.05wt%未満ではこの効果は少な
く、また、5,0wt%を越えて含有されるとはんだ付
は性が劣化する。よって、Zn含有量は0.05〜5.
0wj%とする。
Crは鋳塊の粒界が強化され、熱間加工性を向上させる
元素であり、含有量がQ、00bwt%未満ではこの効
果は少なく、また、0.5tut%を越えて含有される
と溶湯が酸化し、鋳造性が劣化する。よって、Cr含有
量は0.001〜0,5wL%とする。
なお、上記の含有成分以外に、A8、A1、In、Fe
、Mnを1種或いは2種以上を0,2wL%まで、また
、B、Be%Mg%Ti、Zr%Pを1種或いは2種以
上を0,1wL%までの含有は、銀ろう付は性、引張強
さ、導電性、はんだ付は性、はんだの加熱下における耐
剥離性およびリード材の繰り返し曲げ回数等の問題を生
じることなく維持することができるので、上記含有量は
許容される。
しかして、本発明に係るセラミックパッケージIC用リ
ード材は、上記に説明した銅合金を圧延或いは押し出し
等の熱間加工、圧延或いは抽伸等の冷間加工および焼鈍
工程により製作されるが、この工程は特に限定的なもの
ではなく、また、ろう付は後の冷却速度もセラミックが
割れない程度であればよい。
また、本発明に係るセラミックパッケージIC用+7−
 )’材は、銀ろう付は後さらに400〜550℃の温
度で5〜30分間熱処理を行なうことにより、硬度およ
び導電率を向上させることができるにのように、本発明
に係るセラミックパッケージIC用リード材が硬ろう付
は後においても硬度が高く、かつ、導電率が大きいのは
、ろう付は後の冷却過程中に400〜550℃の温度域
を通過する際に、(N i、 −XCOX)2S iが
析出して母相を強化し、純度が向上するからである。
[実 施 例1 次に、本発明に係るセラミックパッケージIC用リード
材の実施例を説明する。
実施例 PA1表に示す含有成分および成分割合の銅合金をクリ
プトル炉で大気中で木炭被覆下において溶解し、傾注式
の債鉄製のブックモールドに箭込み、厚さ60mm、幅
60關、長さ180+mの鋳塊を作製した。
このs塊の表面および裏面を各5開面削し、850℃の
温度で熱間圧延を行ない、厚さ10mmの板材とし、こ
の板材の表面および裏面の酸化スケールを開削により除
去した後、冷間圧延により0.25mmtの板材を作製
した。
なお、比較材として市販のF−30合金を使用した。
これらの板材をセラミックにメタライズして形成した電
極に、JIS規格のBAg−8等の銀ろうで接合する条
件を想定して、850℃の温度で5分間加熱後、約14
°C/分の速度で室温まで冷却し、soo’cの温度で
15分間時効処理を行ない、導電率、引張強さ、伸び、
ビッカース硬さ、スティ7ネス強度、リードの繰り返し
曲げ性、結晶粒の大きさの測定およびはんだの加熱下に
おける耐剥離性等の特性を測定した。
第2表に測定結果を示す。
「試験条件」 (1)導電率はダブルブリッジを使用し、JISH05
05に基いて測定した。算出方法は平均断面積法によっ
た。
(2)引張試験および伸びは圧延方向1こ平行に切出し
たJIS13号B試験片を用い、また、硬度はマイクロ
ビッカース硬度計、荷重300gで測定した。
(3)スティ7ネス強度は圧延方向に平行に切出した0
、25mm tX10關すX60mm lの試験片を用
い、曲げ半径40a+mで曲げを与え、変位角度が20
度になる時の曲げモーメントとして求めた。
(4)リードの曲げ繰り返し性はインターナルリード幅
1.5■、エクスターナルリード幅0.5mmの実際の
ICリードフレームをプレスで打抜き、エクスターナル
リード部に227gの錘りを吊して、往復90度の1方
向曲げを行ない破断に至るまでの回数を往復を1回と数
え、試験片数5の平均値として求めた。曲げは圧延方向
と直角である。
(5)はんだの加熱剥離性は弱活性7ラツクスを用い、
230℃の温度の5n60〜Pb40のはんだ浴中では
んだ付けした試験片を、150℃の温度で500時間保
持した後90度曲げを行ない、はんだの密着性を調べた
この第2表から明らかなように、本発明に係るセラミッ
クパッケージIC用リード材NO61,2はセラミック
パッケージIC用リード材として総合的に優れた性能を
有していることがわかる。
そして、比較材No、3.4.5.6に比較して以下説
明するように特性が改善されている。
即ち、本発明No、1およびNo、2はCoを0.2w
t%以上含有することにより、比較材No、3.4.5
のCo含有量が帆2wt%未満のものに比してsso’
cxs分の銀ろう付けの条件下で結晶粒の大きさが50
μl以下と微細であって、比較材No。
6と略同等である。
また、本発明No、1およびNo、2はCo含有量が0
.2wt%以上で、かつ、Sn含有量を0,2wt%以
上とすることにより、銀ろう付は条件、即ち、850℃
の温度で5分加熱後のビッカース硬さが130以上であ
り、さらに、500℃の温度で15分の時効処理を行な
うことによって150以上となり、かつ、比較材No、
6よりスティ7ネス強度、即ち、腰が強くなっているこ
とがわかる。
本発明No、1、No、2は導電率が20%lAC3以
上であって、比較材No、6より格段に優れている。
本発明N011、No、2は比較材No、5に比し、Z
nを0.05u+t%以上含有しているのではんだの加
熱後の耐剥離性が改善されていることが明らかである。
さらに、本発明No、1、No、2は400〜550℃
の温度で5〜30分間の時効処理を行なうことにより、
比較材No、6に比して導電率、引張強さ、硬さ、ステ
ィ7ネス強度等のリード材として必須の特性が優れてい
ることがわかる。゛ [発明の効果] 以上説明したように、本発明に係るセラミックパッケー
ジIC用リード材は上記の構成を有しているものである
から、セラミックスの熱膨張係数とは近似していないに
も拘わらず、800〜900℃の温度下の銀ろう付は後
の冷却過程でセラミックスの割れの発生は皆無とするこ
とが可能であり、セラミックスとリード材との熱膨張係
数を近似させる必要はなく、ろう付は後においても強度
が高く、導電率が大きいという優れた効果を有するもの
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Ni1.0〜5.0wt%、Co0.2〜1.0wt
    %、Si0.2〜1.5wt%、Zn0.05〜5.0
    wt%、Sn0.1〜2.0wt%、Cr0.001〜
    0.5wt%を含有し、残部Cuおよび不可避不純物か
    らなることを特徴とするセラミックパッケージIC用リ
    ード材。
JP1843185A 1985-02-01 1985-02-01 セラミツクパツケ−ジic用リ−ド材 Pending JPS61177344A (ja)

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EP86100029A EP0189745B1 (en) 1985-02-01 1986-01-03 Lead material for ceramic package ic
DE8686100029T DE3660351D1 (en) 1985-02-01 1986-01-03 Lead material for ceramic package ic
US06/816,897 US4687633A (en) 1985-02-01 1986-01-07 Lead material for ceramic package IC

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