JPS634890B2 - - Google Patents
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- JPS634890B2 JPS634890B2 JP59279859A JP27985984A JPS634890B2 JP S634890 B2 JPS634890 B2 JP S634890B2 JP 59279859 A JP59279859 A JP 59279859A JP 27985984 A JP27985984 A JP 27985984A JP S634890 B2 JPS634890 B2 JP S634890B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- alloy
- electrical conductivity
- strength
- alloys
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W70/00—Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
- H10W70/40—Leadframes
- H10W70/456—Materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
イ 産業上の利用分野
本発明は半導体機器のリードフレーム材料に関
するものである。 ロ 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ツトに差し込むかあるいは
はんだ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、ダイボンデイン
グ、ワイヤーボンデイング、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ツ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
膨張差による歪に起因する半導体チツプの特性
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ツプ
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) めつき性やはんだ付け性が良いこと ダイボンデイ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、金や銀のめつきが施
され、また外部リード部にははんだ被覆が施さ
れるため、めつきやはんだ付け性の良好な材質
であることが必要となる。 (6) 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Fe−42％Ni合金あるいはFe
−29Ni−17CoなどのFe−Ni系合金あるいは鉄入
銅、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性にして用途
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−Ni系にくらべて熱伝導性、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
寄つたものが多く、高強度と高電気伝導とをうま
く両立させたものではなかつた。さらにまたこれ
ら銅合金は、Fe−Ni系合金に比してはんだの耐
候性が劣るという重大な欠点を有している。すな
わち、はんだ付け部を高温で長時間保持（たとえ
ば150℃で500〜1000時間程度）すると、はんだ／
銅合金界面に銅合金中の各種添加元素（たとえ
ば、Si、Ni、Feなど）とSnとの金属間化合物層
が形成され、銅合金母材とはんだの接合強度が極
度に低下しはんだが剥離しやすくなる。この現象
は半導体装置の信頼性を著しく低下させるもので
あり、特に多少なりとも高温にさらされる可能性
のある用途においては緻命的な欠点となる。 ハ 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はんだの耐候性を改善し、
リードフレーム用材料として好適な諸特性を有す
る新規な銅合金を提供するものである。 ニ 問題点を解決するための手段 発明者らは前述のような問題点を解決すべく銅
母材に対する各種合金元素の影響について実験を
行つた結果、NiおよびTiを特定の組成比率で含
有せしめ更に第３元素としてZn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
良好なるはんだ耐候性を兼ね備えた合金が得られ
ることを見出し本発明に致つたものであり、具体
的には重量％にてNi0.8〜4.0％、Ti0.2〜4.0％、
Zn0.31％をこえ2.0％以下残部実質的にCuより成
りTi量に対するNi量の比率・Ni／Tiが１〜４で
あることを特徴とするリードフレーム用銅合金で
ある。 ホ 作用 NiおよびTiはCuマトリツクス中に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Ni／Ti比率が１未満の場合
には過剰のTiが、また逆にNi／Ti比率が４を超
える場合には過剰のNiが、それぞれCuマトリツ
クス中に固溶し合金の電気伝導性を低下させる。
従つて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、Ni0.8％未満あるいは
Ti0.2％未満では充分な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％を超えると合
金の加工性が劣化するとともにめつき性、はんだ
濡れ性等にも悪影響をおよぼすようになるため
Ni0.8〜4.0％、Ti0.2〜4.0％に限定した。 Znははんだ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TiやNi
原子のはんだ付け界面への拡散移動を抑制し、は
んだ／母材界面にTiやNiとSnとの金属間化合物
が形成されるのを防いでいるものと推定される
が、その添加量が0.31％以下では充分な効果が得
られず逆に2.0％を超えて含有せしめると合金の
電気伝導性が低下するとともに、耐食性が劣化す
るのでZn0.31％をこえ2.0％以下とした。 ヘ 実施例 以下本発明を実施例により説明する。 第１表に示す組成の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
５mm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0.25mmに仕上
げ、450℃で時効処理を行つた。これらの試料に
ついて電導度、引張強さ、はんだ濡れ性およびは
んだ耐候性の試験を行つた結果を第１表に合わせ
て示す。はんだ濡れ性については、厚さ0.25mm、
幅20mm、長さ30mmの試料を用いMIL−STD−
202F METHOD 208Dに基いてはんだ付けを行
い、はんだの濡れ状態を目視で観察した。または
んだ耐候性については、前記の方法ではんだ付け
した試料を大気中150℃で500時間保持したのち半
径２mmの曲率に曲げ、再度曲げを戻した場合の母
材からのはんだ剥離状況により判定した。従来合
金のうちNo.13はNi入り銅合金、No.14はリン青銅
系の高強度銅合金、No.15は42Ni合金である。
するものである。 ロ 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ツトに差し込むかあるいは
はんだ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、ダイボンデイン
グ、ワイヤーボンデイング、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ツ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
膨張差による歪に起因する半導体チツプの特性
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ツプ
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) めつき性やはんだ付け性が良いこと ダイボンデイ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、金や銀のめつきが施
され、また外部リード部にははんだ被覆が施さ
れるため、めつきやはんだ付け性の良好な材質
であることが必要となる。 (6) 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Fe−42％Ni合金あるいはFe
−29Ni−17CoなどのFe−Ni系合金あるいは鉄入
銅、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性にして用途
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−Ni系にくらべて熱伝導性、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
寄つたものが多く、高強度と高電気伝導とをうま
く両立させたものではなかつた。さらにまたこれ
ら銅合金は、Fe−Ni系合金に比してはんだの耐
候性が劣るという重大な欠点を有している。すな
わち、はんだ付け部を高温で長時間保持（たとえ
ば150℃で500〜1000時間程度）すると、はんだ／
銅合金界面に銅合金中の各種添加元素（たとえ
ば、Si、Ni、Feなど）とSnとの金属間化合物層
が形成され、銅合金母材とはんだの接合強度が極
度に低下しはんだが剥離しやすくなる。この現象
は半導体装置の信頼性を著しく低下させるもので
あり、特に多少なりとも高温にさらされる可能性
のある用途においては緻命的な欠点となる。 ハ 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はんだの耐候性を改善し、
リードフレーム用材料として好適な諸特性を有す
る新規な銅合金を提供するものである。 ニ 問題点を解決するための手段 発明者らは前述のような問題点を解決すべく銅
母材に対する各種合金元素の影響について実験を
行つた結果、NiおよびTiを特定の組成比率で含
有せしめ更に第３元素としてZn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
良好なるはんだ耐候性を兼ね備えた合金が得られ
ることを見出し本発明に致つたものであり、具体
的には重量％にてNi0.8〜4.0％、Ti0.2〜4.0％、
Zn0.31％をこえ2.0％以下残部実質的にCuより成
りTi量に対するNi量の比率・Ni／Tiが１〜４で
あることを特徴とするリードフレーム用銅合金で
ある。 ホ 作用 NiおよびTiはCuマトリツクス中に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Ni／Ti比率が１未満の場合
には過剰のTiが、また逆にNi／Ti比率が４を超
える場合には過剰のNiが、それぞれCuマトリツ
クス中に固溶し合金の電気伝導性を低下させる。
従つて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、Ni0.8％未満あるいは
Ti0.2％未満では充分な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％を超えると合
金の加工性が劣化するとともにめつき性、はんだ
濡れ性等にも悪影響をおよぼすようになるため
Ni0.8〜4.0％、Ti0.2〜4.0％に限定した。 Znははんだ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TiやNi
原子のはんだ付け界面への拡散移動を抑制し、は
んだ／母材界面にTiやNiとSnとの金属間化合物
が形成されるのを防いでいるものと推定される
が、その添加量が0.31％以下では充分な効果が得
られず逆に2.0％を超えて含有せしめると合金の
電気伝導性が低下するとともに、耐食性が劣化す
るのでZn0.31％をこえ2.0％以下とした。 ヘ 実施例 以下本発明を実施例により説明する。 第１表に示す組成の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
５mm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0.25mmに仕上
げ、450℃で時効処理を行つた。これらの試料に
ついて電導度、引張強さ、はんだ濡れ性およびは
んだ耐候性の試験を行つた結果を第１表に合わせ
て示す。はんだ濡れ性については、厚さ0.25mm、
幅20mm、長さ30mmの試料を用いMIL−STD−
202F METHOD 208Dに基いてはんだ付けを行
い、はんだの濡れ状態を目視で観察した。または
んだ耐候性については、前記の方法ではんだ付け
した試料を大気中150℃で500時間保持したのち半
径２mmの曲率に曲げ、再度曲げを戻した場合の母
材からのはんだ剥離状況により判定した。従来合
金のうちNo.13はNi入り銅合金、No.14はリン青銅
系の高強度銅合金、No.15は42Ni合金である。
【表】
第１表から明らかなように、Ni0.8〜4.0％、
Ti0.2〜4.0％、Zn0.1〜2.0％を含有しTi量に対す
るNi量の比率・Ni／Tiが１〜４の範囲内に管理
されたCu基合金は高強度と高電気伝導性とを兼
ね備え、しかも良好なるはんだ耐候性を示すこと
がわかる。NiとTiの組成範囲を図示すると第１
図の四辺形で囲まれた部分になる。 試料番号４および試料番号12のはんだ耐候試験
終了後のはんだ付け部断面写真を第２図に示す。
はんだ／母材界面には150℃高温保持により
Cu3SnおよびCu6Sn5等の金属間化合物層が形成さ
れるが、Znを含有しない試料番号４の場合、母
材／Cu3Sn層の界面にさらにNi、Ti、Sn、Cn等
から成る多孔質の金属間化合物層が形成され、そ
の部分からはんだ剥離が生じる。これに対し、
Znを含有する試料番号12の場合はこのような多
孔質の金属間化合物層は形成されず、はんだ剥離
も生じない。このことは比較例の内、Znを含有
しない試料番号１、２、３及び従来合金の内、
42Ni合金以外のCu合金も同様で、はんだ耐候性
が劣ることは明らかである。また従来合金の
42Ni合金に比べて電導度は８倍以上あり又Ni入
り銅合金、高強度銅合金に比べ強度はほぼ同等で
あるが電導度が高く、はんだ耐候性において優れ
ている。 Ni／Ti比が１〜４の範囲をはずれると電気伝
導度は著しく低下し、Cu合金の長所が失われ、
またNiおよびTiの含有量が４％を超えて多くな
るとはんだ濡れ性が劣化し、リードフレーム材と
しては不適当になる。したがつて、高強度、高電
気伝導性、はんだ付け性、加工性等リードフレー
ム材として必要な諸特性をバランス良く満たすた
めには、NiおよびTi量をできるだけ狭い範囲に
管理することが必要であり、更に限定すればNi
は１〜3.5％、Tiは0.5〜２％であることが望まし
い。 ト 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充分な強度と
電気伝導性を具備し、さらにはんだ耐候性にも優
れているため極めて信頼性の高いリードフレーム
材となり得るものである。
Ti0.2〜4.0％、Zn0.1〜2.0％を含有しTi量に対す
るNi量の比率・Ni／Tiが１〜４の範囲内に管理
されたCu基合金は高強度と高電気伝導性とを兼
ね備え、しかも良好なるはんだ耐候性を示すこと
がわかる。NiとTiの組成範囲を図示すると第１
図の四辺形で囲まれた部分になる。 試料番号４および試料番号12のはんだ耐候試験
終了後のはんだ付け部断面写真を第２図に示す。
はんだ／母材界面には150℃高温保持により
Cu3SnおよびCu6Sn5等の金属間化合物層が形成さ
れるが、Znを含有しない試料番号４の場合、母
材／Cu3Sn層の界面にさらにNi、Ti、Sn、Cn等
から成る多孔質の金属間化合物層が形成され、そ
の部分からはんだ剥離が生じる。これに対し、
Znを含有する試料番号12の場合はこのような多
孔質の金属間化合物層は形成されず、はんだ剥離
も生じない。このことは比較例の内、Znを含有
しない試料番号１、２、３及び従来合金の内、
42Ni合金以外のCu合金も同様で、はんだ耐候性
が劣ることは明らかである。また従来合金の
42Ni合金に比べて電導度は８倍以上あり又Ni入
り銅合金、高強度銅合金に比べ強度はほぼ同等で
あるが電導度が高く、はんだ耐候性において優れ
ている。 Ni／Ti比が１〜４の範囲をはずれると電気伝
導度は著しく低下し、Cu合金の長所が失われ、
またNiおよびTiの含有量が４％を超えて多くな
るとはんだ濡れ性が劣化し、リードフレーム材と
しては不適当になる。したがつて、高強度、高電
気伝導性、はんだ付け性、加工性等リードフレー
ム材として必要な諸特性をバランス良く満たすた
めには、NiおよびTi量をできるだけ狭い範囲に
管理することが必要であり、更に限定すればNi
は１〜3.5％、Tiは0.5〜２％であることが望まし
い。 ト 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充分な強度と
電気伝導性を具備し、さらにはんだ耐候性にも優
れているため極めて信頼性の高いリードフレーム
材となり得るものである。
第１図は、NiとTiの特許請求範囲の関係を示
す図、第２図は、はんだ耐候性試験終了後のはん
だ付け部断面の金属組織顕微鏡写真である。 符号の簡単な説明、第１図中の番号は第１表の
試料番号を示す。
す図、第２図は、はんだ耐候性試験終了後のはん
だ付け部断面の金属組織顕微鏡写真である。 符号の簡単な説明、第１図中の番号は第１表の
試料番号を示す。
Claims (1)
- １ 重量％にてNi0.8〜4.0％、Ti0.2〜4.0％、
Zn0.31％をこえ2.0％以下残部実質的にCuよりな
り、Ti量に対するNi量の比率Ni／Tiが１〜４で
あることを特徴とするリードフレーム用銅合金。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59279859A JPS61159541A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | リ−ドフレ−ム用銅合金 |
| US06/707,206 US4612167A (en) | 1984-03-02 | 1985-03-01 | Copper-base alloys for leadframes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59279859A JPS61159541A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | リ−ドフレ−ム用銅合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61159541A JPS61159541A (ja) | 1986-07-19 |
| JPS634890B2 true JPS634890B2 (ja) | 1988-02-01 |
Family
ID=17616935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59279859A Granted JPS61159541A (ja) | 1984-03-02 | 1984-12-28 | リ−ドフレ−ム用銅合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61159541A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63219540A (ja) * | 1987-03-09 | 1988-09-13 | Dowa Mining Co Ltd | 端子・コネクタ−用高強度銅合金およびその製造法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59177343A (ja) * | 1983-03-29 | 1984-10-08 | Toshiba Corp | リ−ドフレ−ム |
| JPS60116737A (ja) * | 1983-11-29 | 1985-06-24 | Sanpo Shindo Kogyo Kk | 銅基合金 |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP59279859A patent/JPS61159541A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61159541A (ja) | 1986-07-19 |
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