JPS6283442A - 半田耐熱剥離性に優れた高力高導電銅合金 - 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】 〔目　的〕 本発明は、トランジスタや集積回路（Ｉ　Ｃ）などの半
導体機器のリード材、コネクター、端子、リレー、スイ
ッチ等の導電性ばね材に適する銅合金に関するものであ
る。特に半田耐熱剥離性（ここで耐熱剥離性とは半田付
けを行った材料が熱等の影響に対して耐剥離効果を有す
る性質を意味する。）に優れた銅合金に関するものであ
る。

〔従来技術及び問題点〕

従来、半導体機器のリード材としては、熱膨張係数が低
く、素子及びセラミックとの接着及び封着性の良好なコ
バール（Ｆｅ−２９Ｎｉ−１６Ｃｏ）　、　４２合金（
Ｆｅ−４２Ｎｉ）などの高ニッケル合金が好んで使われ
てきた。しかし、近年、半導体回路の集積度の向上に伴
い消費電力の高いＩＣが多くなってきたことと、封止材
料として樹脂が多く使用され、かつ素子とリードフレー
ムの接着も改良が加えられたことにより、使用されるリ
ード材も放熱性のよい銅基合金が使われるようになって
きた。

一般に半導体機器のリード材としては以下のような特性
が要求されている。

（１）リードが電気信号伝達部であるとともに。

パッケージング工程中及び回路使用中に発生する熱を外
部に放出する機能を併せ持つことを要求される為、優れ
た熱及び電気伝導性を示すもの。

（２）リードとモールドとの密着性が半導体素子保護の
観点から重要であるため、リード材とモールド材の熱膨
張係数が近いこと。

（３）パッケージング時に種々の加熱工程が加わる為、
耐熱性が良好であること。

（４）リードはリード材を抜き打ち加工し、又曲げ加工
して作製されるものがほとんどである為。

これらの加工性が良好なこと。

（５）リードは表面に貴金属のメッキを行う為、これら
貴金属とのメッキ密着性が良好であること。

（６）パッケージング後に封止材の外に露出している、
いわゆるアウター・リード部に半田付けするものが多い
ので良好な半田付は性を示すこと。

（７）機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好な
こと。

（８）価格が低廉であること。

これら各種の要求特性に対し、りん青銅及び若干の添加
元素を加えた改良合金が広く使われてきた。しかし、近
年、半導体に対する信頼度の要求がより厳しくなるとと
もに、小型化に対応した面付実装タイプが多くなってき
た為、従来問題とされていなかった半田耐熱剥離性が非
常に重要な特−３＝ 性項目となってきた。

すなわち、リードフレームとプリント基板とが半田付け
をされるが、使用中外的温度及び通電による発熱により
最高１２０℃程度までリードフレーム、及び半田付は部
が温度上昇する。このような温度に長時間さらされると
半田とリードフレームとの剥離が生じ、半導体が動作し
ない事が起こりえるため、寿命という観点から高信頼度
が要求される場合、この半田耐熱剥離性は最も重要な特
性の１つとなるわけである。とりわけ、ＰＰＰ（ＦＬＡ
Ｔ　ＰＬＡＳＴＩＣＰＡＣＫＡＧＥ）やＰ　Ｌ　ＣＣ（
ＰＬＡＳＴＩＣＬＥＡＤＥＤ　ＣＨＩＰ　ＣＡＲＲＩＥ
Ｒ）に代表される面付実装タイプはプリント基板に装入
するのではなく、面接触になる為、より半田耐熱剥離性
が重要になってくるわけである。

又、従来、電気機器用ばね、計測器用ばね、スイッチ、
コネクター等に用いられるばね用材料としては、安価な
黄銅、優れたばね特性及び耐食性を有する洋白、あるい
は優れたばね特性を有するりん青銅が使用されていた。

しかし、黄銅は強度、ばね特性が劣っており、洋白は導
電性が悪い為、りん青銅が信頼性の高い材料として最も
広く使用されている。この導電性ばね材の分野でも、接
触抵抗低減、耐食性の向上等の理由でＳｎ又は半田めっ
きが施され、又、半田付けが実施される事が多い為、先
に述べたような半田耐熱剥離性が、近年の信頼性向上の
要求から極めて重要となってきている。

こういった半田耐熱剥離性の厳しい要求に対して、現状
のりん青銅系合金ではこたえることができず、半田耐熱
剥離性を改善した高力高導電銅合金の現出が待たれてい
た。

〔発明の構成〕

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、従来の銅基合
金のもつ欠点を改良し、半導体機器のリード材及び導電
性ばね材として好適な諸特性を有する銅合金を提供しよ
うとするものである。

本発明は、 （１）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ　０．００５〜０
．０８重景気、Ｍ　ｎ　０　、２超〜１．０重量％を含
み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から成ることを特徴
とする半田耐熱剥離性に優れた高力高導電銅合金。

（２）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ０．００５〜０．
０８重量％、Ｎｊ０．０５〜１．０重量％、Ｍｎ０．２
超〜１．０重量％を含み、残部がＣｕ及び不可避的不純
物から成ることを特徴とする半田耐熱剥離性に優れた高
力高導電銅合金。

（３）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ０．００５−０．
０８重量％、Ｍｎ０．２超〜１．０重量％、及びＡ１．
Ｂｅ、Ｃ０．Ｃｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍ０．Ｍｇ、Ｐ
ｂ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｔｊ、Ｚｎ、Ｚｒの１種又は２種以上
を０．０５〜１．０重量％含み、残部がＣｕ及び不可避
的不純物から成ることを特徴とする半田耐熱剥離性に優
れた高力高導電銅合金。

（４）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ　０．００５〜０
．０８重量％、Ｎｉ０．０５〜１．０重量％、Ｍ　ｎ　
０　、２超〜１．０重量％、及びＡｌ、Ｂｅ、ｃ０．Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍ０．Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｔｅ
、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒの１種又は２種以上を０．０５〜１
．０重量％含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から成
ることを特徴とする半田耐熱剥離性に優れた高力高導電
銅合金。

であり、半導体機器のリード材用銅合金及び導電性ばね
材として優れた電気及び熱伝導性、耐熱性、加工性、メ
ッキ密着性、半田付は性、耐食性、ばね特性を有するば
かりでなく、半田耐熱剥離性をも著しく改良したことを
特徴とするものである。

〔発明の詳細な説明〕

次に本発明合金を構成する合金成分の限定理由を説明す
る。

Ｓｎの含有量を０．８〜２．０重量％とする理由は、Ｓ
ｎ含有量が０．８重量％未満ではＰの共添を伴っても期
待するな強度が得られず、逆にＳｎ含有量が２．０重量
％を超えると、導電性の低下が著しく、半導体機器用リ
ード材又は導電性ばね材として、特に導電性が強く求め
られるところでは不適当であり、また価格も上昇するた
めである。

Ｐ含有量を０．００５〜０．０８重量％とじた理由−７
＝ は、Ｐ含有量が０．００５重量％未満ではＰ含有による
強度と耐熱性の向上は顕著ではなく、Ｐ含有量が０．０
８重量％をこえると半田耐熱剥離性が著しく劣化する為
である。従来のりん青銅は通常０．１〜０．１５重量％
前後であるが、半田耐熱剥離性に及ぼす影響を種々検討
したところ０゜０８重量％を超えたところで急激に悪影
響を及ぼす事がわかった為、上限を０．０８重量％とし
たものである。

Ｍｎ含有量を０．２超〜１．０重量％とする理由は、Ｍ
ｎ添加により半田耐熱剥離性は非常に改善され、Ｐ含有
量の規定により著しく改善された半田耐熱剥離性をさら
に著しく改善できるということが判明したが、Ｍｎ含有
量が０．２重量％以下では強度上昇が小さく、特にＭｎ
の添加によって、半田耐熱剥離性とともに、強度が要求
されるところでは不充分であり、逆にＭｎ含有量が１．
０重量％を超えると導電率の低下が著しくなるためであ
る。

Ｎｉ含有量を０．０５〜１．０重量％とする理由は、Ｎ
ｉ含有量が０．０５重量％未満では期待する強度が得ら
れず、かつ半田耐熱剥離性を改良する効果が得られない
為であり、１．０重量％を超えると導電率の低下が著し
いためである。さらに副成分としてＡ１．Ｂｅ、Ｃ０．
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉ　ｎ、Ｍ０．Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓ　ｉ
、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒの１種又は２種以上を含有す
ると強度、ばね特性を向上させるが、その含有量が０．
０５重重景未満では効果があまり期待できず、又、１．
０重量％を超えると導電率の低下が著しくなることから
０．０５〜１．０重量％とした。前記副成分のＺｎも所
定量の添加において半田耐熱剥離性が良好となる。この
半田耐熱剥離性を特に良好にせしめるためにはＺｎ含有
量を０．１〜０．６重量％とすることが望ましい。

〔効　果〕

このように本発明合金は、りん青銅系の成分を限定する
ことにより、又、Ｍｎの微量添加により従来考えられな
かったような半田耐熱剥離性の著しい改善がはかられ、
電気・電子機器部品の高信順化要求にこたえられるとと
もに、りん青銅のもつ優れた強度、ばね特性、耐熱性と
電気伝導性を具備し、半田付は性、メッキ密着性も良好
な銅合金である。なお、メッキ密着性は不純物中の酸素
含有量を低くする事により、改善される。本合金系では
好ましくは重量％で２０ｐｐｍ以下にすることが推奨さ
れる。又、熱膨張係数はプラスチックに近く、半導体機
器のリード材としてはプラスチックパッケージ用に適し
ている。従って、本発明合金は半導体機器のリード材及
び導電性ばね材として好適な材料であり、先行技術の合
金においてこのような総合的特性を兼備するものはない
。

以下に本発明材料を実施例をもって説明する。

〔実施例〕

第１表に示される本発明合金に係る各種成分組成のイン
ゴットを電気鋼あるいは無酸素銅を原料として、高周波
溶解炉で大気、不活性又は還元性雰囲気中で溶解鋳造し
た。次にこれを８００℃で熱間圧延して厚さ４ｎｎ＋の
板とした後、面前を行って冷間圧延で厚さ１，０■とし
た。これを５００℃にて１時間焼鈍したのち、冷間圧延
で０．８冊の板とし、リード材としての評価を行った。

評価としては強度、伸びを引張試験により、耐熱性を加
熱時間５分における軟化温度により、電気伝導性（放熱
性）を導電率（％ＩＡＣ８）によって示した。　半田付
は性は、垂直式浸漬法で２３０±５℃の半田浴（すず６
０％、鉛４０％）に５秒間浸漬し、半田のぬれの状態を
目視ａ察することにより評価した。メッキ密着性は試料
に厚さ３μのＡｇメッキを施し、４５０℃にて５分間加
熱し、表面に発生するフクレの有無を目視観察すること
により評価した。これらの結果を比較合金とともに第１
表に示した。

又、ばね材としての評価を行う為に、同一合金の１．０
ｍ材を５００℃にて１時間焼鈍したのち、冷間圧延で厚
さ０．５＋ｍ＋の板とし、これを１５０〜５００℃の各
種温度で歪とり焼鈍を行い、強度、伸びを引張試験によ
り評価し、ばね性をＫｂ値により評価した。これに電気
伝導度の結果を加え、比較合金とともに第２表に示した
。

１１一 本特許のポイントである半田耐熱剥離性については、素
材に５μの半田めっき（６０％Ｓｎ、４０％Ｐｂ）を施
し、１５０℃の恒温槽に２０００ｈｒまで保持し、１０
０ｈｒ毎に取り出して９０°曲げ往復１回を施して半田
の剥離の有無を調べた。これらの結果を第１表及び第２
表に示した。

これらの第１表及び第２表から本発明の合金は半田耐熱
剥離性が著しく改善されて半田の安定性が向上し、高力
高導電鋼合金として優れた特性を有することが明らかで
ある。

以下余白 ＝１２−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ０．００５〜０．
   ０８重量％、Ｍｎ０．２超〜１．０重量％を含み、残部
   がＣｕ及び不可避的不純物から成ることを特徴とする半
   田耐熱剥離性に優れた高力高導電銅合金。
2. （２）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ０．００５〜０．
   ０８重量％、Ｎｉ０．０５〜１．０重量％、Ｍｎ０．２
   超〜１．０重量％を含み、残部がＣｕ及び不可避的不純
   物から成ることを特徴とする半田耐熱剥離性に優れた高
   力高導電銅合金。
3. （３）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ０．００５〜０．
   ０８重量％、Ｍｎ０．２超〜１．０重量％、及びＡｌ、
   Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｐ
   ｂ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒの１種又は２種以上
   を０．０５〜１．０重量％含み、残部がＣｕ及び不可避
   的不純物から成ることを特徴とする半田耐熱剥離性に優
   れた高力高導電銅合金。
4. （４）Ｓｎ０．８〜２．０重量％、Ｐ０．００５〜０．
   ０８重量％、Ｎｉ０．０５〜１．０重量％、Ｍｎ０．２
   超〜１．０重量％、及びＡｌ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ
   、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｔｉ、
   Ｚｎ、Ｚｒの１種又は２種以上を０．０５〜１．０重量
   ％含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から成ることを
   特徴とする半田耐熱剥離性に優れた高力高導電銅合金。