JPS6362833A - 半導体リ−ド用銅合金 - 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〕 本発明は半導体素子のパッケージにリードフレームやリ
ード線として用いる半導体リード用銅合金に関するもの
でおる。

〔従来の技術〕

トランジスター、ダイオード、ＩＣ，ＬＳＩ。

磁気センサー等の半導体は、Ｓｉなどの素子をレジン、
セラミック、メタル缶体などで封止しており、外部又は
内部配線としてリードフレーム、リード線、テープキャ
リヤー等が用いられている。特に近年パッケージの小型
化・高密度化と共に素子の高集積化が強く志向され、放
熱性、成型加工性及び強度の優れたＣｕ合金がＮｒ−Ｆ
６合金、Ｎｔ−Ｆｅ−Ｃｏ合金に代って大量に使用され
るようになった。

このようなＣｕ合金の代表としては、ＣＵ−２，４ｗｔ
％Ｆｅ−０，２ｗｔ％Ｚｒ−Ｐ合金（以下ｗｔ％を％と
略記）やＣｕ−１，５％Ｆｅ−０，８％Ｇｏ−０．６％
５ｎ−Ｐ合金が知られているが、多量のＦｅ−Ｐ化合物
粒子を含むため、メッキ性、ボンディング性、半田付は
性等が劣る。リン青銅は強度や加工性が優れているも、
導電率が２０％ｌＡＣ３以下と低く、半田付は性や応力
腐食割れ性が劣る。このため３ｎ含有母を１〜２％に抑
えてＣｒ、Ｆｅ、’Ｎｉ等を少量、例えば０．１〜０．
３％添加した強度５０〜６０／（ｇ／ｓｉ、導電率３０
〜４０％ｌＡＣ３とした改良合金が用いられているが、
これらも半田付は性やメッキ性が劣るものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 近年半導体の進歩と共にリード材として高精密加工され
、かつ強度及び導電率が優れ、更にメッキ性、半田付は
性、酸化スケール密着性の優れたものが必要となりつつ
あり、小型・高密パッケージ、特に面実装パッケージで
はこの傾向が顕著である。即ち面実装パッケージはスル
ーホール実装と異なってプリント基盤上に半田付は実装
されるので、リード部に予め施すＳｎや５ｎ−Ｐｂ合金
メッキの密着性や長期にわたる半田付は強度が重要視さ
れる。またパッケージの小型化と共にレジンモールドと
リード界面との密着性が半導体の耐湿信頼性に大きく影
響するところから酸化スケールの密着性が重要視されて
いる。更に小型精密なリードフレームの成型に耐える優
れた曲げ加工性が要求されている。

また内部配線、即ちワイヤーボンディングの信頼性のた
めには、ＡＵヤＡ９メッキ性と共に、材料組織の均一性
が強く求められている。特に金属中の介在物や晶出物は
それ自体直接又はメッキ性を介してボンディングの障害
となる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々研究の結果、近時要求が高まり
つつある小型・高密な面実装型パッケージ、高集積度の
高信頼性を要求されるＬＳＩやＶＬＳＩなとのパッケー
ジに好適な特性を有する半導体リード用銅合金を開発し
たものでおる。

本発明銅合金の一つは、Ｓｎ０．１〜０．４％、Ｎ　ｉ
　０．０５〜０．５％と、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍ９．Ｇｏ。

希土類元素（ＲＥ＞、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｂの内の少なくとも
１種以上を合計ｏ、ｏｏｉ〜Ｑ、２％とを含み、Ｐ含有
量をｏ、　ｏｉ％以下、Ｓ含有量を０．００２％以下、
Ｏ２含有量を０．００２％以下に制限し、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。

また本発明合金の他の一つは、３ｎ０．１〜０．４％、
Ｎ　ｉ　Ｏ，０５〜０．５％と、Ｚｎ、　Ｍｎ。

Ｍｇ、Ｇｏ、８土類元素（ＲＥ）、Ｔｉ、Ｓｉ。

Ｂの内の少なくとも１種以上を合計ｏ、　ｏｏｉ〜０．
２％と、更にＣｒ、Ｚｒ、Ｆｅの内の少なくとも１種以
上を合計０．１％以下とを含み、Ｐ含有量をｏ、　ｏｉ
％以下、Ｓ含有量を０．００２％以下、Ｏ２含有量を０
．００２％以下に制限し、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。

即ち本発明合金は上記組成からなり、特に粒径が３μを
越える析出物を１０００個／ｍｔＡ以下とするもので、
精選された原料を用い、クリーンな環境・設備を用いて
製造され、製造工程・条件は既存の技術を活用する。即
ち所望配合された原料を溶解鋳造し、熱間加工を施すか
又は直接冷間加工により所定の寸法に仕上げる。途中焼
鈍を必要に応じて施し、テンションアニーラ−、テンシ
ョンレベラー、スリッター等を適宜組合せる。

〔作　用〕 Ｓｎ含有量を１．０〜４．０％と限定したのは、ｓｎは
Ｃｕ中に原子的に固溶して合金の強度を向上するも、含
有量が１．０％未満では効果が薄く、４．０％を越える
過剰では導電率、熱伝導率を低下する。Ｎｉ含有ｍを０
．０５〜０．５％と限定したのは、Ｎｉはｃｕ−ｓｎ固
溶体の強度を向上するも、含有量が０．００５％未満で
は効果が薄く、０．５％を越える過剰では導電率、熱伝
導率を低下するもので、実用上はＮｉ含有量を０．０５
〜０．３％とすることが望ましい。

Ｚｎ、Ｍｎ、ＶＩ９．Ｃａ、ＲＥ、Ｔｉ、Ｓｉ。

Ｂ等（以下第１副成分）の内の少なくとも１種以上の合
計含有量をｏ、　ｏｏｉ〜０．２％と限定したのは、こ
れ等は近時強く求められている各種実用特性を付与する
不可欠の成分であり、半田付は性、メッキ性、ボンディ
ング性、酸化スケール密着性等を改善する。これ等の作
用は明らかではないが、一部は脱酸・脱硫作用と関係し
ているものと考えられる。しかして含有量が０．００１
％未満では効果が薄く、０．２％を越えると導電率や加
工性を損なう。

Ｆｅ、Ｃｒ’、Ｚｒ等（以下第２副成分）の内の少なく
とも１種以上の合計含有量を０．１％以下と限定したの
は、これ等は応力腐食割れを改善すると共に強度及び耐
熱性を向上する。しかして含有量が０．１％を越えると
晶出物が過剰となって実用特性を損なう。

本発明合金は上記組成からなり、特に不可避的不純物中
Ｐ含有量を０．０１％以下、Ｓ含有量を０．００２％以
下、Ｏ２含有量を０．００２％以下に制限したのは、こ
れを越えて含有すると合金の実用特性を著しく損なうた
めである。即ちＰは導電率を著しく低下せしめると同時
に半田付は性。

メッキ性、酸化スケールの密着性に有害に動く。

更に合金成分であるＮｉ、第１副成分、第２副成分と結
合して粗大品出物となり、合金の実用特性を損なう。Ｓ
も同様に晶出物となって合金の実用特性を損なう。Ｑも
添加成分と結合して合金成分の有効作用を阻害し、かつ
組織の均一性を劣化する。

本発明合金は上記の組成条件と共にマトリックス中の粒
径３μ以上の析出物をｉ　ｏｏｏ個／−以下に制限する
ことにより、半導体の内部結線の信頼性を大きく向上す
ることができる。即ちリードフレームと素子電極とのワ
イヤーボンディングでは線径１５〜３０μのＡｕ、Ａｌ
ｔ、Ｃｕ線が超音波接合させるので、晶出物のサイズが
３μ以上で有害となる場合が多く、粗大な晶出物はボン
ディング性を損なう。

本発明合金の晶出物は上記の如く第１副成分と第２副成
分、更にはＮｉ、第１副成分、第２副成分とｐ、Ｓ、０
２との化合物である場合が多く、上記組成範囲に制限す
ることにより、粗大晶出物を大幅に低減することができ
る。また製造条件のコントロールも有効である。たとえ
ば鋳造時の冷却速度により、鋳塊晶出物を微細化すると
共に均一に分散できる。また加工・熱処理条件を適正化
したり、溶体化処理などを行なうことも有効である。

尚本発明合金において、／’１．Ａｕ、Ｂｅ。

Ｌｉ、Ｎａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｙ、ＡＩ、Ｔ１．Ｇｅ。

Ｐｂ、Ｓｂ等の少量添加も有効である。

（実施例〕 木炭被覆した黒鉛ルツボ中で第１表に示す配合合金を溶
解してから金型に水冷鋳造し、外削して１００ａ角、長
ざ３００　ｔｒｔｔｓとした鋳塊を８５０℃に加熱して
熱間圧延により厚さ８履の板とした。

これを酸洗してから厚さ０．２５Ｍまで冷間圧延した。

途中厚さ１．５　ａｍと０．６０７１１１で５５０℃、
０．５時間の熱処理を施し、厚さ０．２５ｍの板につい
て２５０〜３００℃、１時間の熱処理を施した。これ等
について引張強ざ、伸び、導電率、晶出物の密度、ワイ
ヤーボンド収率、半田接合強度、酸化スケールの密着限
界厚さを調べた。その結果を第２表に示す。

晶出物の密度については、圧延面をＮＨ４０Ｈ−Ｈ２０
２混液によりエツチングしてＳＥＭで観察し、粒径３μ
以上の粗大晶出物の密度を求めた。ワイヤーボンド収率
については、上記エツチング面を１％ＫＧＮにデツプし
てからＡ９ＣＮ浴を用いて厚さ３μのＡ９メッキを施し
、４５０℃で５分加熱してから線径２３μのＡＬＪ線を
用い、自動式超音波併用熱圧着ボンダーにより第１ボン
ドと第２ボンドを行ない、ループ長さ２７７１１１の２
０００個のループを形成し、プル試験を行なってボンデ
ィング収率を求めた。尚ボンド部の剥離等、ワイヤー切
れ以外は不良とした。

半田接合強度は、上記エツチング面の４ｍ角部にＣｕ線
を共晶半田付けし、１５０℃で３００時間保持してから
プル試験を行なって接合強度を求めた。また酸化スケー
ルの密着性については、上記エツチング後、大気中４５
０℃で１０秒〜５分加熱してからテープ剥離テストを行
ない、剥離が始まる限界のスケール厚さを求めた。

第１表及び第２表から明らかなように、本発明合金Ｎα
１〜７は何れも強度、伸び、導電率が優れ、３μを越え
る晶出物が１０００個／ｍｒＡ以下に抑えられ、そのた
め、ワイヤーボンド収率、半田接合強度、Ｍ化スケール
密着性等の実用的特性が満足できる結果を示している。

これに対し第１副成分を含まない比較合金Ｎα８ではＰ
含有量が多く、晶出物も多いため、ワイヤーボンド収率
、半田接合強度１Ｍ化スケール密着性等の実用的特性が
不十分である。第１副成分を含むも、Ｐ含有量の多い比
較合金Ｎα９では、第１副成分の添加により上記実用的
特性が幾分改善されているもなお不十分でおる。Ｓ含有
量の多い比較合金Ｎα１０及びＱ含有量の多い比較合金
Ｎα１１では、何れも晶出物が多く、上記実用的特性が
劣る。また第２副成分の含有量が多い比較合金Ｎα１２
では導電率の低下が著しいことが判る。

（発明の効果） このように本発明は、半導体リード、特に近時要求が高
まりつつある小型高密な面実装型パッケージ及び高集積
度の高信頼性を要求されるＬＳＩやＶＬＳＩなとのパッ
ケージに好適な特性を有する半導体リード用銅合金を提
供するもので、Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金やコバールなどの
高価で、かつ熱・電気伝導性の低い合金に代って利用で
きる等工業上顕著な効果を奏するものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｎ１．０〜４．０ｗｔ％、Ｎｉ０．０５〜０．
   ５ｗｔ％と、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、希土類元素、Ｔ
   ｉ、Ｓｉ、Ｂの内の少なくとも１種以上を合計０．００
   １〜０．２ｗｔ％とを含み、Ｐ含有量を０．０１ｗｔ％
   以下、Ｓ含有量を０．００２ｗｔ％以下、Ｏ＿２含有量
   を０．００２ｗｔ％以下に制限し、残部Ｃｕと不可避的
   不純物からなる半導体リード用銅合金。
2. （２）粒径が３μを越える析出物を１０００個／ｍｍ＾
   ２以下とする特許請求の範囲第１項記載の半導体リード
   用銅合金。
3. （３）Ｓｎ１．０〜４．０ｗｔ％、Ｎｉ０．０５〜０．
   ５ｗｔ％と、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、希土類元素、Ｔ
   ｉ、Ｓｉ、Ｂの内の少なくとも１種以上を合計０．００
   １〜０．２ｗｔ％と、更にＣｒ、Ｚｒ、Ｆｅの内の少な
   くとも１種以上を合計０．１ｗｔ％以下とを含み、Ｐ含
   有量を０．０１ｗｔ％以下、Ｓ含有量を０．００２ｗｔ
   ％以下、Ｏ＿２含有量を０．００２ｗｔ％以下に制限し
   、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる半導体リード用銅
   合金。
4. （４）粒径が３μを越える析出物を１０００個／ｍｍ＾
   ２以下とする特許請求の範囲第３項記載の半導体リード
   用銅合金。