JPS63105943A

JPS63105943A - 半導体機器用銅合金とその製造法

Info

Publication number: JPS63105943A
Application number: JP13437587A
Authority: JP
Inventors: Masato Asai; 真人浅井; Yoshimasa Oyama; 大山　好正; Shigeo Shinozaki; 篠崎　重雄; Toru Tanigawa; 徹谷川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-05-11
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0788549B2

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〕本発明は強度が高く、導電率と耐熱性が優れ、かつ加工
性やメッキ密着性が良好で、ハンダとの界面強度の経時
劣化を起さない半導体機器用銅合金とその製造法に関す
るものである。

（従来の技術）一般に半導体機器、例えば半導体素子用リードフレーム
には次の特性が要求されている。

■　強度が高く、耐熱性が良いこと。

■　放熱性、即ち熱伝導性が高いこと。

■　電気伝導性が高いこと。

■　フレーム形成後、曲げ加工性が良いこと。

■　メッキ密着性及び樹脂とのモールド性が良いこと。

■　ハンダとの接合部の経時劣化が無いこと。

このようなリードフレームには主として４２合金（Ｆ　
ｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ）が用いられている。この合金は引
張強さ６３Ｎｇ／ｉ、耐熱性６７０℃（３０分間の加熱
により初期強度の７０％の強度になる温度）の優れた特
性を示すが、導電率は３％ｌＡＣ３程度と劣るものでお
る。

近年半導体素子は集積度の増大及び小型化と同時に高信
頼性が求められるようになり、半導体素子の形態も従来
のＤＩＰ型ＩＣからチップキャリアー型、ＰＧＡ型へと
変化しつつある。このためリードフレームも薄肉、小型
化され、同時に４２合金を上回る特性が要求されるよう
になった。

即ち薄肉化による構成部品の強度低下を防ぐための強度
向上、集積度の増大による放熱性の向上のために熱伝導
性と同一特性である導電率の向上、更に優れた耐熱性と
半導体のフレーム上の固定、半導体からリードフレーム
の足の部分の配線へのボンディング前処理としてのリー
ドフレーム面へのメッキ性及びメッキ密着性、封止樹脂
とのモールド性の向上、更には信頼性の問題としてフレ
ームと基板との接合におけるハンダ接合強度の経時劣化
がないこと等が望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記４２合金は導電率が３％ｌＡＣ３と低く、放熱性が
劣る欠点があり、これに代えて銅合金を用いれば導電率
を５０〜３０％ｌＡＣ３と飛躍的に向上させることがで
きるも、４２合金と同等の他の性能を得ることは難しい
。

〔間・角点を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、４２合金と同等以
上の強度及びはるかに優れた導電率を示す半導体機器用
鋼合金とその製造法を開発したものである。

即ち本発明合金は、Ｎｉ１．０〜４．０％、ＳｉＯ，２
〜１．０％、　ＡｇＯ，ｏｏ０５〜０．５％を含み、更
にＺｎ、Ｍｎ、Ｍ９．Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ。

Ｙ、希土類元素（以下ＲＥと略記＞、ＣＯ。

ｒｔ、ｚｒ、ｖの内何れか１種又は２種以上を合計２．
０％以下を含み、α含有量を２０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量
をｉｏｐｐｍ以下とし、残部Ｃｕと不可避的不純物から
なることを特徴とするものである。

また本発明製造法は、Ｎｉ１．ｏ〜４．０％。

Ｓｉ０．２〜１．０％、　Ａ９０．０００５〜０．５％
を含み、更にＺｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ
。

Ｙ、ＲＥ、Ｇｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖの内何れか１種又は２
種以上を合計２．０％以下を含み、α含有量を２０ｐｐ
ｍ以下、Ｓ含有量を１０ｐｐｍ以下とし、残部ＣＬＪと
不可避的不純物からなる銅合金に熱間加工と冷間加工を
施した後、７００〜９５０℃の温度で連続溶体化焼入れ
処理を施し、しかる後冷間加工と時効処理を繰返し行な
うことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明において合金組成を上記の如く限定したのは下記
の理由によるものである。

Ｎｉの添加は合金の強度を向上させるためであり、その
含有量を１．０〜４．０％と限定したのは、含有量が１
．０％未満では本発明製造法においても十分な強度が得
られず、４．０％を越えるとハンダ付は性が悪くなるた
めである。Ｓｉの添加はＮｉとの相乗効果により更に強
度を高めるためで、その含有量を０．２〜１．０％と限
定したのは、含有量が０．２％未満では効果が小さく、
１．０％を越えると導電率を低下するばかりか、ハンダ
付は性を悪くするためである。Ａ９の添加はハンダ接合
部の経時劣化を抑制すると共に、合金の溶体化焼入れ処
理を安定化させるためで、その含有口を０．０００５〜
０．５％と限定したのは、含有量が０．０００５％未満
ではその効果が見られず、０．５％を越えると効果が飽
和するばかりか、合金がコスト高になるためである。

次に上記組成の合金に更にＺｎ、Ｍｎ、Ｍｇ。

３ｎ、ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｙ、ＲＥ、Ｃｏ、”ｒｉ。

ｚｒ、ｖの何れか１種又は２種以上を添加するのは、合
金のハンダ接合性、強度、鋳造性及び加工性を改善し、
更に製造工程における溶体化処理時の結晶の粗大化を抑
制し、望ましき靭性を得ることにより、曲げ成形性を高
めるためであり、その含有ｍを合計２．０％以下と限定
したのは含有量がこれを越えると逆に鋳造性と加工性を
損ね、更に導電率とメッキ密着性の低下を招くためであ
る。

またα含有量を２０ｐｐｍ以下に限定したのは、α含有
量が２０ｐｐｍを越えるとメッキ密着性やハンダ接合性
を低下するためである。更にＳ含有量を１０ｐｐｍ以下
と限定したのは、Ｓは粒界に濃化することにより、熱間
加工性や溶体化処理後の特性を劣化させるため１０ｐｐ
ｍ以下に限定したものである。

次に本発明製造法は、上記組成の銅合金を１１００〜１
３５０℃の溶湯温度から連続又は半連続鋳造法により１
００℃／秒以上の凝固速度で鋳造し、これに熱間加工と
冷間加工を施した後、実体温度が７００〜９５０℃にな
るような溶体化処理炉内を連続走行させて溶体化焼入れ
処理を行い、更に冷間加工と２５０〜６００℃で数時間
（０，２〜８時間、好ましくは０．２〜４時間）の時効
処理を繰返し行うものである。

しかして溶体化焼入れ処理において、溶体化温度を７０
０〜９５０℃と限定したのは、温度が９５０’Ｃを越え
ると第３元素を添加しても結晶粒の粗大化を招き、曲げ
加工性や靭性が低下する。

また温度が７００　’Ｃ未満では溶体化の効果がなく、
溶質元素の固溶が不十分となり、その後の冷間加工と時
効処理によって目的とする導電性が得られないためであ
る。

（実施例）第１表に示す組成の銅合金を水冷鋳型を用いて半連続鋳
造し、得られた鋳塊に熱間圧延と冷間圧延を加えた侵、
溶体化焼入れ処理を行い、次いで冷間圧延１１４５０℃
１時間の時効処理を施し、更に冷間圧延を行なって厚さ
０．２５　ｍｔｎの条に仕上げ、更に３００℃で０．５
時間の時効処理を施した。これ等について引張強さ、導
電率、半田接合強度、曲げ加工性を調べ、その結果を従
来合金（４２合金）と比較して第２表に示す。尚溶体化
焼入れ条件として、合金Ｎ′ａ１〜２５については９０
０℃で行ない、Ｎα２７については１０１０’Ｃ。

Ｎα２８については６５０℃で行なった。

引張強さの測定はＪＩＳ−２２２４１に基づき、また導
電率の測定はＪＩＳ−）１０５０５に基づいて行なった
。

また曲げ加工性はＪＩＳ−Ｚ２２４８の■ブロック法に
おいて試験を行ない、試験片表面に割れを生じさせる最
少曲げ半径（Ｒ）を試験片の厚さく１）で割った値（Ｒ
／ｌ）で示した。

半田接合強度については、巾５闇長ざ５０ｒｒｖｎのサ
ンプルを切出し、これを同形状の無酸素銅と共晶ハンダ
（Ｓｎ６０％、Ｐｂ４０％）により接合し、１５０℃の
温度で５００時間加熱試験を行なった後、引張試験を行
い、その強度が加熱試験前の強度の８０％以上を○印、
８０〜５０％をΔ印、５０％以下をＸ印で表わした。メ
ッキ密着性については切出したサンプルを脱脂俊、酸洗
処理してから厚さ５μのｓｎメッキを施し、１２０℃で
１０ｏｏ時間加熱処理し、これについて密着折り曲げ試
験を行ない、Ｓｎメッキ層の剥離を１０倍で検鏡し、剥
離の無いものを○印、あるものをＸ印で表わした。また
結晶粒度についてはＪＩＳＨ０５０１に基づき、比較法
で測定した。

第１表及び第２表から明らかなように、本発明合金を本
発明製造法により溶体化焼入れ処理した合金Ｎα１〜１
８は従来合金である４２合金Ｎα２９と比較し、同等以
上の強度、曲げ加工性、ハンダ接合強度及びメッキ密着
性を有し、かつはるかに優れた導電性を示すことが判る
。これに対し本発明合金でおっても溶体化焼入れ処理条
件が外れる合金ＮＱ２７．２８は導電率及び曲げ加工性
が低下し、特にＮα２７では結晶粒も粗大化している。

またＮｉ或いはＳｉ量の少ない比較合金Ｎα１９、２２
では本発明製造法によっても強度の向上が見られないば
かりか、導電率、ハンダ接合強度及びメッキ密着性が劣
り、Ｎｉ或いはＳｉ含有量の多い比較合金Ｎα２０．２
１では強度は十分なるも、導電率、曲げ加工性、ハンダ
接合強度及びメッキ密着性が劣る。またその他の添加元
素が多い比較合金Ｎα２４では導電性及びハンダ接合強
度が劣り、更にＡｇ口の少ない比較合金ＮＱ２３及び０
２量の多い比較合金Ｎα２５では何れもハンダ接合強度
とメッキ密着性が劣る。またＳ量の多い比較合金Ｎα２
６は熱間加工で甚しい割れを生じ、供試材を作成するこ
とができなかった。

（発明の効果）このように本発明によれば導電率、強度、曲げ加工性、
半田接合強度及びメッキ密着性が優れた合金が得られ、
リードフレーム等の半導体機器に使用し、その薄肉化、
小型化を可能にする等工業上顕著な効果を奏するもので
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｎｉ１．０〜４．０ｗｔ％、Ｓｉ０．２〜１．０
ｗｔ％、Ａｇ０．０００５〜０．５ｗｔ％を含み、更に
Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｙ、希土類
元素（ＲＥ）、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖの内の何れか１種
又は２種以上を合計２．０ｗｔ％以下を含み、Ｏ＿２含
有量を２０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量を１０ｐｐｍ以下とし
、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる半導体機器用銅合
金。
（２）Ｎｉ１．０〜４．０ｗｔ％、Ｓｉ０．２〜１．０
ｗｔ％、Ａｇ０．０００５〜０．５ｗｔ％を含み、更に
Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｙ、希土類
元素（ＲＥ）、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖの内の何れか１種
又は２種以上を合計２．０ｗｔ％以下を含み、Ｏ＿２含
有量を２０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量を１０ｐｐｍ以下とし
、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる銅合金に熱間加工
と冷間加工を施した後７００〜９５０℃の温度で連続溶
体化焼入れ処理を施し、しかる後冷間加工と時効処理を
繰返し行なうことを特徴とする半導体機器用銅合金の製
造法。