JPS61217543A - リ−ドフレ−ム材用銅合金およびその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路を構成するのに好適に使用できるリ
ードフレーム材料に関する。

〔従来の技術〕

半導体技術は高集積化を基軸にしながら長足の進歩を遂
げているが、ＬＭビｙ　トＤ　ＲＡ　Ｍや２５６にビッ
トＳＲＡＭなどのＶＬＳ　Ｉが現実のものとなりつつあ
る。このようなＶＬＳＩの開発にともなって、使用され
るリードフレーム材に要求される性能も一段と厳しくな
っており、従来材ではこの要求に対応できないような場
合がある。

例えば、高集積化により熱の発生が大量となるのでリー
ドフレーム材は熱放散性が良く且つ伝導性の高い（例え
ば１％ｌＡＣ３８５以上）材料であることが先ず必要で
ある。また、リードフレームのり−ドビンは１例えば従
来の厚さ０．２５ｍｍ、　　ビンピンチ２．５　ｍｍか
ら、厚さ０．１５＋ｍｓ、　　ビンピンチ１．２５ｍｍ
へと、より薄く且つより狭いものへと変ってくるであろ
うが、それにつれて１強度、繰り返し曲げ性および折り
曲げ性などに対する信鯨性が重要になってくる。更にリ
ードフレームは必要に応じて銀メッキやはんだメッキが
施されるために、メッキ性が良好で、加熱時および曲げ
加工時にそのメッキ層が剥離しないことが必要であり、
材料の軟化温度が高いことも必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来より、各種のリードフレーム材料が提案されている
が１強度を高めると伝導性が不足したり伝導性を高める
と強度や軟化温度の点で不足したりして、このような高
集積化の要求に満足に応えられる多くの緒特性を併せて
具備する材料を経済的に得ることには種々の問題があっ
た０本発明はこのような要求に応えるべく、伝導性が％
ＴＡＣＳ８５以上で２強度が４０ｋｇｆ／ｍｍ”以上、
軟化温度カ４００℃以上のリードフレーム材料を得るこ
とを目的としてなされたものである。

Ｃ問題点を解決する手段〕 本発明は、前記の目的を達成するリードフレーム材とし
て１重量％において、Ｚｒ：０．０１〜０，１５％、　
　ｒ　ｎ　：　０．０１〜０．１％、　　Ｓ　ｎ　：　
０．００５〜０．１５％。

必要に応じてＰｒｏ。０１％以下、残部がＣｕおよび不
可避的不純物からなる銅合金を提供するものである。そ
して、伝導性が％■＾Ｃ３８５以上で１強度が４０ｋｇ
ｆ／■蒙３以上、軟化温度が４００℃以上の前記目的の
緒特性を具備する材料の製造法として、Ｚｒ：ｏ、ｏｉ
　〜０．１５％、　　Ｉ　ｎ　：　０．０１〜０．１％
、　　Ｓｎ：０．００５〜０．１５％、必要に応じてｐ
：ｏ、ｏ１％以下、残部がＣｕおよび不可避的不純物か
らなる鋳片を８００℃以上の温度で熱間加工したあと直
ちに強制冷却し。

次いで中間焼鈍を挟んだ冷間加工を必要回数だけ施して
所望寸法まで冷間加工し、得られた冷延材を３００℃以
上再結晶温度以下の温度で時効処理することからなるリ
ードフレーム材用銅合金の製造法を提供するものである
。

本発明合金の最も特徴とするところは、Ｃｕマトリック
ス中にＣｕ−Ｚｒの金属間化合物を微細に分散析出させ
て強度の向上を図り、且つ固溶して□も電気抵抗が上昇
しにくいＩｎおよびＳｎを適量固溶させて更に強化を図
ることによって、銅のもつ伝導性を低下させないで高強
度を発現せしめたところにある。

以下に本発明合金の内容を詳述する。

一般に、銅合金は不純物元素が少ないほど電気伝導性が
良好であるが、再結晶温度が低くて耐熱特性に劣る場合
が多い。銅合金の耐熱特性を向上させ且つ強度を上げる
ために固溶強化元素の添加を試みた場合に５通常は固溶
元素量が多くなるにつれて伝導性は低下してくる。そこ
で５本発明者らは、この固溶強化と析出硬化の相互の作
用で前記の目的を達成することを意図して、固溶しても
電気抵抗が上昇しにくいＩｎおよびＳｎを選択し且つそ
の固溶量を必要最小限に抑えたうえで、ｔＲに対する固
溶限が小さいとされているＺｒの添加を試みた。その結
果、ＺｒはＣｕと金属間化合物を生成して所定の条件で
これを微細に分散析出させることができることが判明し
、該固溶元素による固溶強化と共にこの金属間化合物の
析出分散によって、高強度、高耐熱性が高伝導度を維持
したままで発現できることがわかった。このＺｒ−Ｃｕ
金属間化合物を銅マトリツクス中に分散させる場合に１
例えば０．５μ階以下の球状整合析出粒子をマトリック
ス中に分散させることが望ましい。これは本合金の製造
にあたって、その製造過程を適切に調整することによっ
て可能となる。

本発明の銅合金の添加元素の含有量並びに挙動を個別に
説明すると以下の通りである。

Ｚ「は本発明合金の特徴的な元素である。Ｚｒ０Ｃｕ中
への固溶度は、９５０℃で０．１２４ｗｔ％、８５０℃
で０．０６８ｗｔ％、７００℃で０．０２０ｗｔ％であ
るとされているように非常に小さい０本発明ではこれを
利用して時効処理によってマトリックス中にＺｒ−Ｃｕ
金属間化合物の析出を行わせものであるが。

Ｚｒ固溶量が少ないと析出量も少なくなって強度および
耐熱性の向上が充分でなく、固溶量が多くなるにしたが
って時効による析出量は多くなるが導電性が低下してく
る。したがって５本発明合金では導電性の低下が抑えら
れ且つ強度および耐熱性向上を図ることができる量とし
てＺｒは０．０１〜０．１５％の量で添加する。

ｉｎはＣｕ中に固溶し、わずかな固溶量でも耐熱性を向
上させることができる。一般に銅に固溶ど した元素は銅の導電性を損ねるが、Ｉｎは銅に固溶して
もその電気抵抗を上界させる割合が極めて少ないという
特徴がある。０．旧％以上のＩｎを添加して固溶させる
ことによって耐熱性および強度の向上効果が現れるので
Ｉｎはこれ以上の量で含有させるが、高価な元素である
ので多量に添加するのは好ましくないく、この分は安価
なＳｎで補うようにして、その上限を０．１％とする。

ＳｎはＩｎに近い性質を持つので高価なＩｎを多量に添
加するのを避ける意味で、　０．００５〜０．１５％の
量で添加する。この０．００５〜０．１５％のＳｎの添
加によって、Ｉｎの上限を０．１％としても充分な耐熱
性および強度を発現することができる。Ｉｎを０．０１
％以上、Ｓｎを０．００５％以上とする両者の共添によ
って耐熱性および強度の向上を図ることができるが、Ｓ
ｎの添加量が多くなるにしたがって、電気抵抗が上昇す
ることになる。従ってＳｎの上限は０．１５％とする。

ＩｎとＳｎの両者の合計３１１ｎ＋ｓｎは１重量％で０
．１０〜０．１５％の範囲が望ましい。

Ｐは溶湯の脱酸を行うために添加するのが望ましい。胴
中に酸素が固溶した状態では伝導度を著しく低下させる
からである。したがって溶湯を還元性フラックスで覆う
とか不活性ガスでシールするとか減圧雰囲気下で処理す
るとかの特別な対策を取らないで溶解鋳造を実施する場
合には、Ｐによる脱酸処理を行うのが望ましい。前記の
ような特別な対策を取ったうえでＰによる脱酸処理を行
うことは一層望ましい。Ｐが多い程脱酸効果は上昇する
が、胴中に固溶したＰは電気抵抗を上昇させて導電性を
極端に低下させる。Ｐが胴中に固溶した状態で導電性を
損なわないためには、Ｐは重量％で０．０１％以下であ
るのが好ましい。したがって、鋳造後の胴中のＰが０．
０１％以下となるように溶湯にＰを添加するのがよい。

このようにして本発明合金は、胴中に、Ｚｒ：０．０１
　〜ｏ、ｔｓ％、　　Ｅ　ｎ　：　０．０１〜０．１％
、　　Ｓｎ　：　０．００５〜０゜１５％、必要に応じ
てｐ　：　０．０１％以下、を含有させたものであるが
、集積化の要求に応えるリードフレーム材としての緒特
性を持つ材料に製造するには、熱間加工および冷間加工
を適切な条件で行い且つ所定の温度条件での時効処理を
行えばよい。

この製造の条件について次に説明する。まず。

本発明で採用できる基本工程としては、溶解−鋳造一均
質化焼鈍一熱間加工−強制冷却一冷間加工（中間焼鈍を
挿入した数回の冷間加工）一時効処理（最終焼鈍）の諸
工程がある。

溶解工程：溶解にあたっては出来るだけ酸素濃度の低い
銅を使用する。これは、酸素と強い親和力を持つＺｒの
酸化ロスを防ぐ意味からも重要である。そのためには、
溶湯にＰを添加して脱酸した後にＺｒを添加するのがよ
い。この場合に、Ｐが溶湯中に００吋％を越えて含有さ
れるようになると、最終時効後の伝導率が目標とする％
ｌＡＣ３８５以上を達成できなくなるので、Ｐの添加は
できるだけ少なくするのがよい。また、大気と溶湯との
接触を少なくするために溶解を真空中で行うか或いは還
元性フラックスで溶湯を覆ったり不活性ガスでシールド
を行うことも望ましく、これによってＺ「の酸化ロスを
防止できる。この溶解工程で前述の成分組成を持つ銅合
金に調整してこれを鋳造する。

鋳造および均質化焼鈍工程＝Ｃｕ中にＺｒを含有した合
金は焼入れ感受性を受けやすく、鋳造温度および鋳込み
速度がインゴットの性質に影響を与える。また、Ｚｒの
Ｃｕ中への溶解度は既述のように温度によって差がある
ものの少ないので、インゴット　（鋳片）を高温で均質
化焼鈍（均熱）するのがよい。この均熱温度は８５０℃
以上、好ましくは９５０℃以上とするのがよい。

熱間加工：熱間加工は熱延が実際的であり、以後の冷間
加工も冷延が実際的である。このため。

以後は熱延および冷延を採用する場合を例として述べる
が、最終製品が線材である場合の熱間加工および冷間加
工も同様な条件で適用できるものである。前工程の均質
化焼鈍において、鋳片の鋼中にＺ「を固溶させた状態で
熱間圧延を行いその熱延仕上温度を８００℃以上、好ま
しくは８５０℃とすれば、Ｚｒを固溶した均質な高温の
熱延板が得られる。そしてこの高温の状態にある熱延板
をただちに強制冷却することによって、Ｚｒを過飽和に
固溶した熱延板が得られる。この強制冷却は水急冷がよ
い。このＺｒを過飽和に固溶させた熱延板を使用して次
の冷間圧延を行う。

冷間圧延：前記のＺｒを過飽和に固溶した熱延板を冷間
圧延して所望の板厚まで板厚減少を行うが１本発明合金
はこの冷間圧延によって顕著な加工硬化を生ずる。これ
は加工によって材料内部に生じた高密度の転位の存在に
よるものである。この高密度の転位による歪み応力を最
終製品に保持させることが、目標とする４０ｋｇｆ／ｍ
＋＊’以上の強度を得るうえで寄与する。このために、
冷間圧延を数回に分けて行う場合にあっては、最終冷間
圧延での圧下率は４０％以上、好ましくは５０％以上と
するのがよい。また数回の冷間圧延の間に中間焼鈍を挟
む場合にあっては、この中間焼鈍は、再結晶が顕著に進
行しない６００℃以下で、且つ回復の起こる４５０℃以
上の温度で行うのがよい。焼鈍時間は温度によりその最
適範囲は変化するが、１分〜２時間が適当である。この
中間焼鈍の過程でＺｒはＣｕ３Ｚｒ整合析出金属間化合
物を形成することもあるが、中間焼鈍温度が高く時間が
長いと析出物は食い合い（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｓ）を起
こし粗大化することにもなる。。しかし次に冷間圧延を
行えば粗大化していた析出物（整合）を転位が通過して
整合性が崩れ、析出物は分断されるであろうし、消滅す
ることもあるであろう、いずれにしても、Ｊｌｌ終焼鈍
（時効）を後述の条件で実施すれば、析出物はひずみエ
ネルギーのたすけをかりて転位上に優先的に析出する。

時効処理：この処理は、冷間圧延材中の転位の消滅が起
こる再結晶温度以下で行う必要がある。

Ｃｕ中に固噂しているＺｒを該転位上もしくはマトリッ
クス中に金属間化合物として析出させることが必要だか
らである。このＺｒ−Ｃｕ金属間化合物の析出は通常は
３００℃以上で起こるので、この時効処理は３００℃以
上再結晶温度以下で行うことが必要となる。処理時間は
最高２時間程度で充分である。再結晶温度は材料の急激
に軟化する温度に対応し、これはリードフレーム材の耐
軟化性指標の軟化温度に対応することになる。

以上の諸工程を経ることによって２導電性が％■八へ５
８５以上１強度が４０ｋｇｆ／＋ｍ”以上そして軟化温
度が４００℃以上場合によっては５００℃以上を有し硬
度も充分なリードフレーム用材料を工業的存利に製造す
ることができる。

〔実施例〕

第１表にその化学成分値（重量％）を示した各合金を高
周波真空溶解炉を用いて溶製し、これを鋳造して得た鋳
片を８５０℃で均熱し、炉がら取り出したあとただちに
熱間圧延し、厚さ５Ｉ１１＃の熱延板とした。熱間圧延
後はただちに水急冷した。得られた熱延板を酸化スケー
ル除去したあと、冷間圧延と焼鈍を繰り返し最終圧延で
の圧下率を５０％として、板厚０．５＋ｗ蒙の冷延板を
得た。

各冷延板（時効処理前の板））から試験片を採取し、引
張試験と導電率および軟化温度の測定を行った。そして
、軟化温度を測定したあと、得られた軟化温度値より２
０℃低い温度を時効処理温度として各板から採取した試
験片を時効処理した。時効処理時間は１時間であった。

この時効処理後の引張試験および導電率の測定も行った
。得られた値を第１表に総括して示した。なお、引張試
験はＪＩＳ−Ｚ２２４１の規定に従って行い、導電率の
測定はＪＩＳ−１１０５０５の規定に従った。

また、第１表の磁４の時効処理後の試験片について、こ
れを透過電子顕微鏡観察したときの写真（倍率６０００
０倍）を第１図に示した。

第１表の結果から明らかなように１本発明合金は時効処
理を施すことによって導電率が上昇し。

いずれも％ｌＡＣ３８５以上であり且つ時効処理後の強
度は４０ｋｇｆ／ｍｍ”以上であって、伸びも充分で軟
化温度も４００℃よりも充分に高く、リードフレーム材
として非常に良好な特性を有している。また第１図に見
られるように１本発明合金は銅マトリツクス中に非常に
微細な析出物が均一に分散しており、そのき析出物の形
状も概ね球状である。

これに対して、Ｚｒ添加量の少ないもの（−１０および
−１１）は軟化温度が本発明合金より低い。

また、Ｚｒだけを添加したもの（Ｎ１１９）は９本発明
合金より強度および伸びが劣っている。このことは１本
発明合金において、ＩｎおよびＳｎの添加が強度および
伸びの向上に寄与していることを示している。Ｚｒが本
発明で規定する量より多いＮ１２０は１強度、耐熱性、
硬度とも充分であるが。

Ｉｎ無添加であるにもかかわらず本発明合金に比べて導
電率が劣っている。

また、Ｐ量の多い嵐１２およびＮ１１３は導電率、軟化
温度とも本発明合金に較べて劣っている。そして、Ｉｎ
或いはＳｎの一種だけ添加したもの（磁１５および隘１
６）は、伸びと軟化温度が低く、ＺｒにＩｎ或いはＳｎ
の一種だけを添加したもの（ＮＱ１７゜Ｎｌｌ８）は、
伸びが劣っているや

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明合金の実施例（第１表の階４の合金）
の組織を示す透過電子顕微鏡写真（倍率６０００倍）で
ある。 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、重量％において、Ｚｒ：０．０１〜０．１５％
   、Ｉｎ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００５〜０．
   １５％、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるリー
   ドフレーム材用銅合金。
2. （２）、重量％において、Ｚｒ：０．０１〜０．１５％
   、Ｉｎ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００５〜０．
   １５％、Ｐ：０．０１％以下、残部がＣｕおよび不可避
   的不純物からなるリードフレーム材用銅合金。
3. （３）、重量％において、Ｚｒ：０．０１〜０．１５％
   、Ｉｎ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００５〜０．
   １５％、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる鋳片
   を８００℃以上の温度で熱間加工したあと直ちに強制冷
   却し、次いで所望寸法まで最終加工率が４０％以上で冷
   間加工し、得られた冷間加工材を３００℃以上再結晶温
   度以下の温度で時効処理することからなるリードフレー
   ム材用銅合金の製造法。
4. （４）、鋳片はＰを００１％以下の量でさらに含有する
   特許請求の範囲第３項記載の製造法。
5. （５）、冷間加工は４５０〜６００℃の温度で１分〜２
   時間の中間焼鈍を挟んだ数回の冷間加工によって行う特
   許請求の範囲第３項または第４項記載の製造法。