JPS62263943A - リ−ドフレ−ム用銅合金 - 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〕 本発明はおもに半導体装置のリードフレーム用として使
用される銅基合金に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に半導体を要素とする集積回路のリードフレーム材
には次のような特性が要求される。

（１）電気および熱の伝導性が良いこと回路部に電気信
号を伝達し、また回路部の発熱をすみやかに外部へ放出
させるため、優れた電気伝導性と熱伝導性が要求される
。

（２）機械的強度が大きいこと 半導体機器は最終的にはそのリード先端部を各種回路基
板のソケットに差し込むか、あるいは半田付けして使用
されるためリード自体の強度が大きいことが必要であり
、またリード部の繰返し折り曲げに対する疲労強度の強
いことが必要である。

（３）耐熱性が良いこと（軟化温度が高いこと）半導体
機器の組立工程中、ダイボンディング、ワイヤボンディ
ング、レジンモールド等の各工程においてリードフレー
ム材は３００〜４５０℃の高温にさらされるため、この
程度の加熱で機械的強度が低下しないことが必要である
。

（４）熱膨張係数が半導体チップあるいはモールドレジ
ンに近いこと 加熱を伴う組立工程中の熱膨張差による歪みに起因する
半導体チップの特性変動あるいはモールドレジンとの密
着性劣化を防ぐため、リードフレーム材には半導体チッ
プあるいはモールドレジンと近似した熱膨張係数が必要
とされる。

（５）めっき性が良いこと ダイボンディングされる部分のリードフレーム表面には
目的に応じて金や銀のめっきが施されるため、めっきの
被着性が良く、めっき欠陥の少ない材料であることが必
要である。

（６）半田付は性が良いこと 最終ユーザーでの半田実装を容易にするため。

ＩＣの外部リードにはあらかじめＳｎや半田の被覆が施
される。従ってリードフレーム材には半田濡れ性の良い
ことまた、半田耐候性の良いこと（長時間使用中の半田
密着性の劣化が少ないこと）などが必要とされる。

（７）モールドレジンとの密着性が良いこと一般に集積
回路は、最終的にはレジンモールドされるタイプが多く
、この場合レジンとの密着性の良いことが必要とされる
。

しかしながら従来よりリードフレーム材料として用いら
れているＦ　ｅ−４２％Ｎ　ｊ、　Ｆ　ｅ−２９％Ｎｉ
−１７％ＣＯなどのＦｅ−Ｎｉ系合金、あるいは鉄人鋼
、リン青銅などのＣｕ基合金はいずれも一長一短があり
、いずれかの必要特性を犠牲にして用途に応じた使い分
けがなされていた。

これらリードフレーム材の中でもＣｕ基合金はＦｅ−Ｎ
ｉ系合金に比べて熱伝導性、電気伝導性が極めてすぐれ
、また安価であるため近年その使用量は急激に増加しは
じめ業界ではＣｕ基合金の欠点である機械的強度や耐熱
性を改良した各種の合金が提案されてきた。

しかしながら、これらの合金はいずれも機械的強度重視
あるいは電気伝導度重視のどちらかに片寄ったものが多
く、半田付は性やレジンとの密着性に対する配慮が十分
でなかった。たとえば、機械的強度向上の目的で添加し
た合金元素が何等かの形で半田濡れ性や半田耐候性を害
するという例が多くあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はかかる点に鑑み高強度と高電気伝導性とを兼ね
備え、さらに半田耐候性を改善しリードフレーム用材料
として好適な諸特性を有する新規な銅合金としてＣｕ−
２Ｎｉ−ＩＴｉ合金にＭｎ、ＭｇあるいはさらにＺｎを
含有せしめた合金を提案した（特願昭６Ｏ−１９３４０
７）が、今回さらに本合金にＡ１あるいはＳｉを適正量
含有せしめることによりレジンとの密着性を改善した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは前述のような問題点を解決するべくＣｕ−
Ｎｉ−Ｔｉ系合金を対象に実験を行なった結果、本合金
にＡ１．ＳｉとＭｎ、Ｍｇとを特定量含有せしめること
により高強度、高電気伝導性および良好なる半田耐候性
とを兼ね備え、さらにレジンとの密着性の優れた合金が
得られることを見出し本発明に到ったものである。

具体的には、重量％にてＮｉ　０．８〜４．０％および
Ｔｉ００２〜４．０を（Ｎｉ／Ｔｉ比率銅基〜４の範囲
内で含有したＣｕ基合金にさらにＭｎ　０．１−１．０
％、Ｍｇ　０．０５−０．６％のうちの１種または２種
を合計で０．０５〜１．０％、そしてさらにＡ１および
Ｓｉのうちの１種または２種を合計で０．００５〜０．
５％を含有せしめたことを特徴とする合金である。

ＮｉおよびＴｉはＣｕマトリックス中にＮｉ３Ｔｉある
いはＮｉＴｉとして微細に析出し、合金の電気伝導性を
あまり低下させずに機械的強度および耐熱性を向上させ
るものでありその組成比率を適正範囲内にコントロール
することが重要なポイントとなる。つまり重量％でのＮ
ｉ／Ｔｉ比率が１未満の場合には過剰のＴｉが、また逆
にＮ　ｉ／　Ｔ　ｉ比率が４を越える場合にはＮｕが、
それぞれＣｕマトリックス中に固溶し合金の電気伝導性
を低下させる。したがって、Ｎｉ／Ｔｉ比率は１〜４と
した。

次にＮｉおよびＴｉの絶対量に関しては、Ｎｉ００８％
未満あるいはＴｉ　０．２％未満では十分に機械的強度
が得られず、またＮｉあるいはＴｉがそれぞれ４．０％
を越えると合金の加工性が劣化するととも１こめつき性
、半田濡れ性等にも悪影響を及ぼすようになるため重量
％にてＮｉ　０．８〜４．０％およびＴｉ００２〜４．
０％に限定した。

Ｍ　ｎ　、　Ｍ　ｇは半田耐候性を改善する合金元素で
あるが今のところその機構については不明な点が多い。

おそらく合金中に微量固溶している元素の半用材は界面
への拡散移動を抑制し半田／母材界面にＴ１やＮｉとＳ
ｎとのもろい金属間化合物が形成されるのを防いでいる
ものと推定されるが、その含有量がＭｎの場合は０．１
％未満、Ｍｇの場合は０．０５２未満では十分な効果が
得られず、逆にＭｎを１．０％を越えて含有せしめても
、またＭｇの場合０．６％を越えて含有せしめてもそれ
以上の効果は得られないうえ、合金の電気伝導度が低下
し過ぎるためそれぞれＭｎ０．１−１．０％、Ｍｇ　０
．０５−０．６％に限定した。

またＭｎおよびＭｇを複合的に含有せしめる場合、その
総和が１．０％を越えると合金の電気伝導度の低下が無
視できなくなるためその総和量を０．０５〜１．０％に
限定した。

Ａｌ、Ｓｉはレジンモールド工程で合金表面に基地合金
やレジンとのなじみの良い微細な酸化物粒子を形成し、
リードフレームとレジンとの密着性向上に寄与している
ものと推定されるが、その含有量が合計で０．００５％
未満では、密着性向上の効果が得られず、逆に０．５％
を超えると合金のはんだ濡れ性の劣化が著しくなるため
、０．００５〜０．５％に限定した。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により説明する。

第１表に示す合金を高周波誘導溶解炉にて溶解。

鋳造し、鍛造および熱間圧延により厚さ５ｍまで圧延し
、ついで研削により表面の酸化スケールを除去したのち
冷間圧延、軟化焼鈍を繰り返し最終冷間圧延率５０％に
て板厚０．２５１１Ｉ１１にしあげ、４５０℃で時効処
理を行なった。これらの試料について電気伝導度、引張
強さ、レジン密着性、半田濡れ性および半田耐候性の試
験を行なった結果を第２表に示す。なお、レジン密着性
の評価は２５ｍｍＸ２５＋ｎｍの試料を用い、３５０℃
×２分間の加熱後、第１図に示す方法で試料（１）の上
に直径１．０ｍｍの穴の開いた金型（２）を重ね、その
穴にレジン粉末（３）を充填した後ホットプレート（４
）上で約１７０℃で２分間加熱し、レジンを硬化させた
後、試料（１）とモールド金型（２）とを水平方向に引
っ張り、その時のせん断剥離強度により評価した。

半田濡れ性については、厚さ０．２５ｎｎ、幅２０ｍ、
長さ３０圃の試料を用いＭＩＬ−５ＴＤ−２０２Ｆ　Ｍ
ＥＴＨＯＤ　２０８０に基いて半田付けを行い、半田の
濡れ状態を目視で観察した。また半田耐候性については
、前記の方法で半田付けし・た試料を大気中１５０℃で
５００時間保持したのち半径２＋＋ｍの曲率に曲げ、再
度曲げを戻した場合の母材からの半田剥離状況により判
定した。第１表、第２表において、従来合金のうち試料
番号１４はＮｉ入り銅合金、番号１５はリン青銅系の高
強度銅合金、番号１６は４２Ｎｉ合金である。

＝８− 第１表 第２表 第１表および第２表の結果から明らかなように本発明合
金は高強度と高電気伝導度とを兼ね備え、さらに、良好
なる半田耐候性とレジン密着性とを有していることがわ
かる。Ｎｉ／Ｔｉ比が１〜４の範囲をはずれると試料番
号１，２の比較例に示すごとく電気伝導度は著しく低下
しＣｕ合金の長所が失われ、Ｍ　ｎ　、　Ｍ　ｇを含有
しないものは試料番号３に示すごとく半田耐候性が劣る
。またＡＩ、Ｓｉを含有しないもの（試料番号４，５．
６）は本発明合金に比してレジン密着性が劣る。本発明
合金は、従来合金の４２Ｎｉ合金に比べ電気伝導度は１
０倍以上あり、またＮｉ入り銅合金やＳｎ、Ｐ入りの高
強度銅合金に比べ強度はほぼ同等であるが、電気伝導度
が高く、かつ半田耐候性およびレジン密着性においても
優れている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る合金は半導体装置用の
リードフレーム材として十分な強度と電気伝導性を具備
し、さらに半田耐候性も良好であるため、極めて信頼性
の高いリードフレーム材となりえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レジン密着性の評価方法を示す図である。 １：試料、２：金型、３ニレジン、４：ホットプレート
。 ＝１２− ３レラ゛ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　重量％にてＮｉ０．８〜４．０％およびＴｉ０．２
   〜４．０％を（Ｎｉ％／Ｔｉ％）＝１〜４の範囲内で含
   有し、さらにＭｎ０．１〜１．０％、Ｍｇ０．０５〜０
   ．６％のうちの１種または２種を合計で０．０５〜１．
   ０％を含有しそしてさらにＡｌおよびＳｉのうちの１種
   または２種を合計で０．００５〜０．５％含有し、残部
   実質的にＣｕよりなることを特徴とするリードフレーム
   用銅合金。