JPS62278243A - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路およびそれらのハイブリッド部品の
リード材として好適なリードフレーム材用銅合金および
その製造法に関する。

〔従来の技術〕

従来、リードフレーム材としてはＦ　ｅ−４２％Ｎｉに
代表される鉄系リードフレーム材と、　ＣＤＡ１９４や
リン青銅に代表される銅系リードフレーム材が良く使用
されている。Ｆ　ｅ−４２％Ｎ＋合金はシリコンチップ
と熱膨張率が同等レベルにあり、　ＩＣやＬＳＣ用リー
ドフレーム内で特に信頌性が要求されるセラミックパッ
ケージの産業用ＩＣとして使用されている。また、民生
用として多用されているプラスチックパッケージのＳＩ
Ｐ、　ＤＩＰタイプについてはコスト面から銅系リード
フレーム材が主に適用されている。

リードフレームは、一般に前記のようなパッケージ化さ
れたシリコンチップと外部の電子部品とを電気的に接続
するためのものではあるが、シリコンチップで発生した
熱を放散する役割も兼ねている。これは、パンケージ材
であるセラミックやエポキシ系樹脂は一般に熱伝導性が
劣るからである。

パフケージ材の最近の傾向としては、封止性の点で産業
用にはあまり使用されていなかったプラスチック材がそ
の材料進歩とコスト面からセラミック材に置き変わりつ
つある。また、セラミックパッケージ材についても、封
止材として低融点ガラスやろう材等が使用されていたの
で、熱膨張差によるパッケージ封上部の封止不良が問題
となっていたが、封止材の進歩によりリードフレーム材
とセラミックパッケージ間の熱膨張差による封止不良が
無くなりつつある。

さらに、シリコンチップを搭載するリードフレームのバ
ットとシリコンチップとの熱膨張差はグイボンド材の進
歩により、シリコンチップに近い熱膨張係数をもったも
のでなくても可能となってきた。また、高集積化に伴い
、リードピンのピン巾が小さくなり、ビン−個あたりの
強度保証が必要となり、したがってリードフレーム材自
身に高い強度が要求されつつある。

したがって、高集積化された＋ｃ、ｊｓｒ用のリードフ
レーム材としては、高強度および高熱伝導度の材料への
要求が強くなりつつあるが、これらの要求を満足させる
材料としては、特性、コスト面並びに供給の安定性から
見て、１ｌｉｉＩ系合金が最も好適であろう。

〔発明の目的〕

本発明は最近の集積回路の進歩に伴ってリードフレーム
材に要求されるようになった熱伝導性。

リード部の強度、はんだ付は性等の特性を満たす高集積
化ｒｃ用リードフレーム材用銅合金の提供を目的とする
。

〔発明の構成〕

本発明のリードフレーム材用銅合金は１重量％において
、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．７％
。

Ｓ　ｎ　：　０．２〜３．０％、残部：Ｃｕおよび不可
避的不純物からなる。また９本発明のリードフレーム材
用銅合金は１重量％において、Ｎｉ：０．１〜２．０％
。

Ｔｉ：０．０５〜０．７％、Ｓロニ０．２〜３．０％、
Ｐ：０．０１〜０．１％、残部：Ｃｕおよび不可避的不
純物からなる。

そして１本発明はまた。このリードフレーム材用銅合金
の製造法として２重量％において、Ｎｉ：０．１〜２．
０％、　　Ｔ　ｉ　：　０．０５〜０．７％、　　Ｓｎ
：０．２〜３．０％、必要に応じてＰ　：　０．０１〜
０．１％、残部：Ｃｕおよび不可避的不純物からなる銅
基合金の鋳片から。

熱間圧延、冷間圧延、再結晶軟化焼鈍および仕上冷間圧
延の工程を経てリードフレーム材用銅合金を製造する方
法であって、熱間圧延を９５０℃〜６００℃の温度で実
施し、冷間圧延を６０％以上の圧下率で実施し５そして
再結晶軟化焼鈍を４００℃〜６００℃の温度で実施する
ことにより、過飽和固溶しているＮｉおよびＴｉ原子を
Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ系金属間化合物として該再結晶軟化焼
鈍において時効析出させることを特徴とするリードフレ
ーム材用銅合金の製造法を提供する。そのさい、冷間圧
延と再結晶軟化焼鈍とを繰り返し実施してもよく、また
、仕上冷間圧延のあとに再結晶軟化’／Ｌ　ａ以下の低
温焼鈍を行うことによって曲げ加工性並びに伸び性を改
善することができる。

以下に本発明の内容を具体的に説明する。

本発明合金は胴中にＮｉおよびＴｉを適切にバランスさ
せて含有させたうえでＳｎを適量添加しＮ　ｉ　−Ｔ　
ｉ系金属間化合物による析出強化とＳｎによる固溶強化
を図った点に基本的な特徴がある。

本発明者らは、胴中にＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物を適切
に析出させるとリードフレーム材に要求される強度と耐
熱特性を発現し、且つ通常のＣｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｔ
ｔ合金よりもはるかに優れた熱伝導性を示すことを見出
した。

固溶していたＮｉおよびＴｉが金属間化合物として析出
物を形成した場合には、ＮｉおよびＴｉの固溶によるマ
トリックス強化機構が減少することになり、析出強化を
高めれば固溶強化が弱くなる。高い強度を発現するには
析出強化と固溶強化の両方を十分に発渾させることが必
要となるが。

Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を形成させ且つこの化合物に
寄与しないＮｉを銅マトリツクス中に残存させた場合に
は、導電率、熱伝導率が低くなるという問題が付随する
。このことはＣｕ−Ｎ　ｉ合金が電熱体等の抵抗体とし
て使用されている事実からも明らかである。したがワて
、導電率および熱伝導性を低下させないで、析出強化と
固溶強化の両方を実現させるような合金設計を行うには
Ｎ　ｉ−Ｔ　ｉ比を適切にバランスさせて固’ｆＪ　Ｎ
　ｉの残存量が少なくなるようにＮ　ｉ　−Ｔ　ｉ基金
属間化合物を析出させ、そして、第三元素による固溶強
化を図ることが有利となる。この観点に立って本発明者
らは種々の試験研究を重ねたが、Ｎｉ、Ｔｉとは化合物
を形成せず、比較的安価で且つ鋳造性や加工性を損なわ
ない第三添加元素としてＳｎが最適であることを見出し
た。

以下に本発明の銅合金組成の数値限定の理由について１
既説する。

ＮｉおよびＴｉは鋼中に添加された場合、　　Ｃｕ−Ｆ
ｅ系合金のように腐食環境下で鉄さびの一種である赤色
斑点を示すようなことはない。またＮｉ−Ｔｉ系金属間
化合物は耐熱性および耐食性を示す化合物でもある。さ
て、Ｎｉ量が０．１％未満で。

Ｔｉ量が０゜５％未満ではＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が
殆ど形成されず、したがって析出硬化が見られない。Ｎ
ｉＮおよびＴｉ量が増加するにつれて析出硬化が増強す
るが、Ｎｉ量が２．０％を超え＋Ｔｉ量が０．７％を超
えると、はんだぬれ性が低下してくる。このことは、リ
ード部がプリント基盤等にはんだ付けされるさいの作業
性を低下させ、はんだ付は不良の原因となる。したがっ
て、Ｎｉ量は０．１〜２．０重量％の範囲、Ｔｉ量は０
．０５〜０．７重量％の範囲とする。なお、Ｎｉ−Ｔｉ
系金属間化合物は主としてＮｉ３Ｔｉに近い組成を示す
ので、前記の範囲においてＮｉｌとＴｉ量は、Ｎｉ：Ｔ
ｉ量３　：　１　　（ａｔ、χ）に近くなるように配合
するのがよい、この配合比から掻端に外れると、前記の
範囲のＮｉ、Ｔｉｔでも導電率、熱伝導性が低下する。

これは固溶して残存するＮ　ｔ、　Ｔ　ｉ量が多くなる
からである。

Ｓｎは本発明合金におい、て銅マトリツクス中に固溶し
て固溶体強化元素として作用し、Ｓｎの添加量にしたが
って強度が増大する。Ｓｎの添加量が０．２％未満では
Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物の析出硬化の寄与の方がＳｎ
の固溶強゛化よりも大きくてＳｎの添加効果が顕れない
、一方、Ｓｎを３％を超えて添加するとＳｎの固溶によ
る電気延抗の上昇、すなわち熱伝導率の低下が起きてく
る。　Ｓｎ添加量が０．２〜３重量％の範囲では、Ｎｉ
−Ｔｉ系金属間化合物の析出によるマトリックスの格子
ひずみによる電気砥抗の上昇の方がＳｎの固溶による格
子ひずみのそれに比べて大きいために、熱伝導率の低下
はほとんど見られない、またＳｎを多量に添加するとぎ
間加工性も低下してくる。したがって、Ｓｎ添加量は０
．２〜３重量％の範囲が最適である。

Ｐは本発明合金の製造時の脱酸材として機能する。工業
的規模で本発明合金を製造する場合に銅系スクラップの
再使用が不可避である。一般に銅系スクラップは表面が
酸化しており、これを溶湯に投入すると合金元素とその
酸化膜の酸素とが反応して合金元素のロスが生じる。こ
れを防止するための脱酸材として、安価で脱酸効果の強
いＰを使用するのがよい、この脱酸効果を得るには０．
０１％以上のＰの添加が必要である。しかし、Ｐ量が０
．１％を超えるとＮ　ｉ−Ｔ　ｉ−Ｐ系の３元系の化合
物を形成し１強度、熱伝導率が低下してくる。また耐熱
性も低下してくる。Ｐが０．１〜０．１重量％の範囲で
は強度、熱伝導率、耐熱性等はＰ無添加の場合と同等で
ありながら脱酸効果が得られ、スクラップの使用を可能
とすることができる。

次に本発明合金の製造法について説明する。

本発明合金の特性を十分に発揮させるにはＮｉ−Ｔｉ系
金属間化合物を均一に分散析出させることが重要である
。これを工業的に行うには、鋳造時に発生した鋳造組織
と鋳片に発生した粗大な析出物を加熱および熱間圧延に
よる応力により消失させ、熱間圧延後の時効処理により
Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を均一に分散させるのがよい
。この時効処理は冷間圧延後の再結晶軟化焼鈍処理と同
時的に行うことができる。すなわち、Ｎｉ：０．１〜２
．０％、　　Ｔ　ｉ　：　０．０５〜０．７％、Ｓｎ：
０．２〜３．０％、必要に応じてＰ：０．ｕ〜０．１％
、残部：Ｃｕおよび不可避的不純物から□なる銅合金を
溶製してこの合金の鋳片を製造し、熱間圧延、冷間圧延
、再結晶軟化焼鈍および仕上冷間圧延の工程を経ればよ
く、そのさい、熱間圧延を９５０℃〜６００℃の温度で
実施し、冷間圧延を６０％以上の圧下率で実施し、そし
て再結晶軟化焼鈍を４００℃〜６００℃の温度で実施す
ることにより、２８間圧延中に過飽和固溶していたＮ　
Ｉ−Ｔ　ｉ基金属間化合物をこの再結晶軟化焼鈍におい
て時効析出させるのがよい。本発明合金の時効処理温度
は４００〜６００℃が最適である。４００℃未満の温度
でも長時間加熱すれば時効析出は起きるが工業的には有
利でない。冷延率６０％以上で冷間圧延した本発明合金
の再結晶温度は約４００〜４５０℃であり、焼鈍温度を
４００℃以上とす゛れば。

前記の時効処理温度と一致する。したがって、４００〜
６００℃の焼鈍温度とすれば、再結晶焼鈍と時効処理を
同時的に行うことが可能である。このことは時効処理の
ための特別の工程並びに炉が不必要となり製造コストの
低減が達成できる。また、再結晶焼鈍と時効処理が同時
的に行えるので、冷間圧延と再結晶軟化焼鈍（時効処理
）とは必要回数繰り返しても最終製品になんら悪影響を
及ぼさない、したがって、大きな厚さの鋳片から２００
μｍ以下といった薄板を、必要な特性をもった状態で大
量生産方式で製造することが可能である。

また、仕上冷間圧延のあとに再結晶軟化温度以下の低温
焼鈍を行うと曲げ加工性、ばね限界値を向上させること
ができ、一層、リードフレーム材として好ましい特性を
兼備させることができる。

例えば１本発明合金がリードフレーム材として使用され
る場合に、フラットパッケージ、　［ｌＴＰタイプ等で
はモールド後に曲げ加工が行われるが、このような用途
向は等に好適となる。この低温焼鈍は３５０〜４００℃
で５〜３０分程度程度ましい。

以下１実施例により本発明合金の特徴を具体的に説明す
る。

実施例１ 表１に示す組成の銅基合金を高周波真空溶解炉で溶製し
て鋳造し、厚さ１２ａ＋ｍのケークを切り出して鋳片と
した。鋳片を８５０℃に加熱し熱間圧延を行って厚さ５
ｍｍの熱延板を作製し、熱延終了後はただちに水シヤワ
ーで水冷した。得られた熱延板を、酸化スケールを除去
したあと、冷間圧延して厚さ２１ｎ＋１１の冷延板とし
た。ついで、この冷延板を６００℃×１時間の再結晶軟
化焼鈍（時効処理）を施したあと空冷した。次いで厚さ
ＩＩＩＩｆｆｌまで再冷間圧延し、６００℃×１時間の
再結晶軟化焼鈍（時効処理）を施し空冷した。そして最
終仕上圧延にて厚さ０．４ｎ＋ｍの冷延板とした。

得られた冷延板を用いて強度（引張試験）、熱伝導率の
指標としての導電率、耐熱特性およびはんだぬれ性を調
べた。その結果を表１に併記した。

なお、引張試験は２トン引張試験機を使用し、　ＪＩＳ
　Ｚ　２２４１に基づいて行った。そのさいの試験片は
プレス加工により作製した。熱伝導率と導電率とは比例
関係にあるために熱伝導率の指標として導電率を測定し
たが、これはＪＩＳ　Ｈ０５０５に基づいて４端子法で
電気抵抗を測定し２％ＴＡＣ５で導電率を算出した。耐
熱特性については１　試片を３０分間加熱後、初期硬度
（マイクロビッカース硬度）の８０％に達した温度を軟
化温度として耐熱性の評価を行った。はだぬれ性はメニ
ュコグラフ法によりはんだ浴（６０Ｐ　ｂ−４０Ｓ　ｎ
浴：２３０℃±５℃）に試料が浸漬されてからぬれ始め
るまでの時間で評価した。そのさいのフラフクスとして
は弱活性ロジンを使用した。

表１の結果に見られるように２本発明合金は。

強度、導電率（熱伝導率）、耐熱性、はんだぬれ性が良
好である。

これに対し、Ｎｉ、Ｔｉ＋Ｓｎ量が本発明で規制するよ
り少ない比較例光９の合金は強度が３５．６ｋｇ／ｌｌ
ｌ１１２　と低い。また、Ｎｉおよび５ｎｉｌは十分で
あるが、Ｔｉ量の少ない比較例魚１０の合金は強度が低
い、これはＮ　ｉ−Ｔ　ｉ基金属間化合物による析出強
化の効果が得られていないことを示している。

また固溶Ｎｉが多いことから導電率も低くなっている。

ＮｉとＴｉを本発明で規制するよりも多量に添加した比
較例光１１の合金ははんだぬれ性が悪い。また、この比
較例！１ｈｌｌの合金と例えば本発明合金階８と比べる
と、ＮｉとＴｉを倍以上添加しているにもかかわらずそ
の強度は向上していない。

これは、多量のＮ　ｉ　−Ｔ　ｉの存在によってＮ　ｉ
−Ｔ　ｉ基金属間化合物が粗大化したからであろうと考
えられる。比較例光１２の合金はＰを本発明で規制する
よりも多量に添加したものである。この合金と本発明合
金隅６とを比べると明らかなように、Ｐが０．１％を超
えると強度、導電率、耐熱特性がいずれも低下してしま
う。しかし、Ｐを０．１％以下の量で添加した場合には
、患６と階４の比較から明らかなように１強度、導電率
、耐熱特性の大きな低下は認められない。

実施例２ 前記表１の１１ｈ２の組成の合金を高周波真空溶解炉で
溶製して鋳造し２厚さ１２ｍｍのケークを切り出して鋳
片とした。鋳片を８５０℃に加熱し熱間圧延を行って厚
さ５１の熱延板を作製し、熱延終了後はただちに水シヤ
ワーで水冷した。得られた熱延板の両面を面前して厚さ
２１１１１１１にしたあと、冷間圧延して厚さ１ｍｍの
冷延板とした。この冷延板を使用して次の２ｉｆｆｉり
の後続処理を行った。

（１）該冷延板を６００℃×２時間の再結晶軟化焼鈍（
時効処理）を施したあと空冷した。次いで厚さ０．４ｍ
ｍまで冷間圧延してサンプルを採取した。

（２）該冷延板を８５０℃に３０分加熱し、水シヤワー
で冷却し、冷間圧延によって厚さ０．４ｍｍに圧延して
サンプルを採取した。

各サンプルから引張試験片および導電率測定用試験片を
切り出し、実施例１と同様の方法で強度と導電率を測定
した。その結果を表２に示した。

表２ 表２の結果から明らかなように、サンプル（２）ではサ
ンプル（１）に比べて導電率が低い、これは８５０℃か
らの急冷により、固溶Ｎ　ｉ、　Ｔ　ｉが析出せずに銅
マトリツクス中に過飽和に固溶した状態にあるからであ
る。すなわち、サンプル（２）では固溶Ｎｉによって電
気抵抗が高くなっているのに対し、サンプル（１）では
Ｎ　ｉ−Ｔ　ｉ基金属間化合物の析出によって固溶Ｎｉ
が減少して導電率が高くなっている。そしてサンプル（
１）ではＮ　ｉ−Ｔ　ｉ基金属間化合物の析出によって
強度も増大している。

実施例３ 実施例１の患２の合金について、実施例１の処決に従っ
て得られた冷延板のままの材料と、この冷延板を更に３
５０℃Ｘ３０分の低温焼鈍した材料から、それぞれサン
プルを採取し、くり返し曲げ試験、引張試験、導電率測
定試験およびばね限界値測定試験を行った。ばね限界値
測定はＪＩＳ　Ｈ３１３０に従った。その結果を表３に
示した。

表３ 表３の結果に見られるように１本発明法に従って得られ
た冷延材合金は、さらに低温焼鈍することにより、少な
い強度低下のもとで、くり返し曲げ回数、ばね限界値を
大きく向上させることができ、リードフレーム材として
好適な特性を示すようになる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％において、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｔｉ
   ：０．０５〜０．７％、Ｓｎ：０．２〜３．０％、残部
   ：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）重量％において、Ｎｉ：０．１〜２．
   ０％、Ｔｉ：０．０５〜０．７％、Ｓｎ：０．２〜３．
   ０％、Ｐ：０．０１〜０．１％、残部：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）重量％において、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｔｉ
   ：０．０５〜０．７％、Ｓｎ：０．２〜３．０％、必要
   に応じてＰ：０．０１〜０．１％、残部：Ｃｕおよび不
   可避的不純物からなる銅基合金の鋳片から、熱間圧延、
   冷間圧延、再結晶軟化焼鈍および仕上冷間圧延の工程を
   経てリードフレーム材用銅合金を製造する方法であって
   、 該熱間圧延を９５０℃〜６００℃の温度で実施し、冷間
   圧延を６０％以上の圧下率で実施し、そして再結晶軟化
   焼鈍を４００℃〜６００℃の温度で実施することにより
   、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を該再結晶軟化焼鈍におい
   て時効析出させることを特徴とするリードフレーム材用
   銅合金の製造法。 （４）冷間圧延と再結晶軟化焼鈍とを繰り返す特許請求
   の範囲第３項記載のリードフレーム材用銅合金の製造法
   。 （５）仕上冷間圧延のあとに再結晶軟化温度以下の低温
   焼鈍を行う特許請求の範囲第３項または第４項記載のリ
   ードフレーム材用銅合金の製造法。