JPS6389640A - 電子電気機器導電部品材料 - 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 この発明は半導体やＩＣのリードフレームあるいはコネ
クタやスイッチなどの導電部品に使用される電子電気機
器導電部品用材料に関し、特に良好な耐軟化性、電気伝
導性、熱伝導性（放熱性）、はんだ付は性、メッキ性、
および高い機械的強度と良好な繰返し曲げ性を示す電子
・電気機器導電部品用材料に関するものである。

従来の技術 電子・電気機器に使用される導電部品の代表的なものと
しては、トランジスタなどの個別半導体やｒ、Ｃ，、Ｌ
Ｓ　ｌ５ＳＣＲに使用されるリードフレームがある。こ
のリードフレームは、代表的には次のような工程を経て
ＩＣや半導体に組込まれる。

すなわち先ずリードフレーム用材料としての導電材料か
らなる板厚０．１〜０．５ｍの条材を用窓し、その条材
にプレス打法き加工またはエツチングを施して所要のリ
ードフレーム形状（但しアウターリード側が相互に連な
っているもの）とし、次いでそのリードフレームの所定
箇所に高純度Ｓｉなどからなる半導体素子（Ｓｉチップ
）を接合する。

この接合は、ダイボンディングと称されるもので必って
、Ａｇペースト等の導電樹脂を用いて加圧接着する方法
、あるいは予めリードフレーム素材の片面もしくは半導
体素子（Ｓｉチップ）の面に、Ａｕ、ＡＱ、Ｎ　＋等の
うちの１種の単層または２種以上の多重層からなるメッ
キ層を形成しておき、このメッキ層を介し加熱拡散圧着
してＡＬＪ−３ｉなどの共晶を利用してリードフレーム
と半導体素子とを接合する方法、さらにはＰｂ−３ｎは
んだ等を用いて接合する方法などがある。この後、基板
上のリードフレームの所定箇所にダイボンディングされ
た半導体素子（Ｓｉチップ）上のＡｌ電極とリードフレ
ームの導体端子（インナーリード）とをＡｕ線もしくＡ
ｌ線で接続する。この接続はワイヤボンディングと称さ
れている。引続いて半導体素子、結線部分、および半導
体素子が取付けられた部分のリードフレームを保護する
ために樹脂やセラミック等で封止し、最終的にリードフ
レームのアウタリードの相互に連なる部分を切除する。

以上のような工程を経て使用されるリードフレーム材と
しては、良好なプレス加工性もしくはエツチング性を有
すること、および半導体素子（Ｓｉチップ）とリードフ
レームをダイボンディングする工程での耐熱性（耐軟化
性）やメッキ性、はんだ付は性が良好でおること、ざら
には良好な放熱性（熱伝導性）、導電性を有し、しかも
半導体装置の輸送や電子機器への組込みに際しての曲が
りや繰返し曲げによって破損が生じない強度や延性を有
し、また耐食性を有することが要求される。

従来このようなリードフレーム材としては、Ｆｅ−４２
％Ｎ１合金である４２合金、あるいはＦｅ−１７％Ｇｏ
−２９％Ｎ１合金であるコバール、さらにはＣｕ系合金
のリン青銅（ＣＡ　５０１）　、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｚｎ−Ｐ
　（ＣＡ　１９４）合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｇｏ−３ｎ−Ｐ
　（ＣＡ　１９５）合金等が使用されている。

発明が解決すべき問題点 従来のリードフレーム材として用いられているコバール
や４２合金はいずれも高価なＮｉを多量に含有するため
高価格とならざるを得ず、またＣｕ系合金は繰返し曲げ
性が劣り、しかも価格的な面でも問題があった。そこで
リードフレーム材で代表される電子・電気機器導電部品
の導電材料として、これらの部品に要求される緒特性を
満足ししかも安価な材料の開発・実用化が強く望まれて
いる。

一般に安価な導電材料としてはアルミニウム合金が知ら
れているが、従来はアルミニウム合金は前述のようなリ
ードフレーム等に要求される緒特性を充分に満足できな
いものとされ、したがってアルミニウム合金のリードフ
レーム材は実用化されていなかったのが実情でおる。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、耐
軟化性および良好な電気伝導性、熱伝導性（放熱性）、
ざらに良好なはんだ付は性、メッキ性、および高い機械
的強度と良好な繰返し曲げ性を有し、しかも安価なアル
ミニウム基合金からなる電子・電気機器導電部品材料を
提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等はアルミニウム基台金について、前述のよう
なリードフレーム等の電子電気成型導電部品に使用され
る材料として必要な特性を満足させ１ｑる成分・組成に
ついて種々実験・検討を重ねた結果、特定の成分範囲の
Ａｌ−Ｍｇ−５ｒ系合金で前記緒特性を満足させ得るこ
とを見出し、この発明をなすに至ったのである。

具体的には、第１発明の電子電気機器導電部品材料は、
Ｍｃｌｏ、２〜３．０％およびＳｉ０．２〜２．０％を
含有し、残部が八２および不可避的不純物よりなること
を特徴とするものでおる。

また第２発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発明
で規定しているＭＣＩ、　Ｓ　ｔのほか、ざらにＣｕ　
０．０１〜３．０％、Ｚｎ　０．０１〜３．０％のうち
の１種または２種を含有するものでおる。

ざらに第３発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発
明で規定するＭｇ、５ｉのほか、ざらにＭｎ　０．０１
〜３．０％、Ｃ：、　ｒ　０．０１〜０．３０％、Ｚ　
ｒ　０．０１〜０．３０％、Ｖ　０．０１〜０．３０％
、Ｎｉ０．０１〜５．７％のうちの１種または２種以上
を含有するものである。

また第４発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発明
で規定するＭＣＩ、３ｉのほか、第２発明で規定するＣ
１．Ｊ、　７−ｎの１種または２種と、第３発明で規定
するＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＶＳＮ　ｉの１種または２種以
上を含有するものでおる。

作　　用 先ずこの発明のアルミニウム基合金からなる電子電気機
器導電部品材料の成分限定理由について説明する。

Ｍｑ： ＭｇはＳｌと共存することにより析出物を形成して強度
向上に寄与する元素であり、リードフレーム等の部品と
して必要な強度および耐繰返し曲げ性を得るに必要であ
る。しかしながら０１２％未満では強度向上効果が充分
に得られず、一方３．０％を越えて含有させても強度向
上の効果が飽和し、コスト上昇を招くだけである。した
がってＭｇは０．２〜３．０％の範囲内とした。

Ｓｉ： ＳｌはＭｇと共存することにより析出物を形成して強度
向上に寄与する元素であり、Ｍｇと同様にリードフレー
ム等の部品として必要な強度、耐繰返し曲げ性を得るに
必要な元素でおる。しかしながら０．２％未満では強度
向上の効果が充分に得られず、一方２．０％を越えて含
有させても強度向上の効果は飽和し、コスト上昇を招く
だけである。

したがって３ｉは０．２〜２．０％の範囲内とした。

この発明の電子電気機器導電部品材料としてのアルミニ
ウム合金は、基本的には以上のＭ（］、３ｉを含有して
いればリードフレーム等の部品に必要な比特性を確保で
きるが、より一層の特性向上を図るため、第２発明およ
び第４発明においてはざらにＣｕＳＺｎのうちの１種ま
たは２種が含有され、また第３発明および第４発明にお
いてはざらにＭｎ、ｃｒ、ｚｒ、Ｖ、Ｎ　ｒのうちの１
種または２種以上が含有される。これらの元素の添加理
由および限定理由は次の通りである。

Ｃｕ： Ｃｕはメッキ性やはんだ付は性をより一層向上させるた
めに有効な元素である。ＣＵが０．０１％未満ではその
効果が充分に得られず、一方３．０％を越えて含有され
れば耐食性が低下する。したがってＣｕは０．０１〜３
．０％の範囲内とした。

Ｚｎ： ｚｎもメッキ性やはんだ付は性をより一層向上させるた
めに有効な元素である。Ｚｎがｏ、　ｏｉ％未満ではそ
の効果が充分に得られず、一方３．０％を越えて含有さ
れれば耐食性が低下する。したがってＺｎは０．０１〜
３．０％の範囲内とした。

Ｍｎ： Ｍｎは中間焼鈍時（溶体化処理時）の再結晶粒を微細化
し、より一層の強度向上および耐熱性（耐軟化性）の向
上を図るに有効な元素でおる。

Ｍｎが０．０１％未満ではこれらの効果が充分に得られ
ず、一方３．０％を越えて含有させても強度向上および
耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造時に巨大化合物を
生成し易くなる。したがってＭｎは０．０１〜３．０％
の範囲内とした。

Ｃｒ： Ｃｒも中間焼鈍時（溶体化処理時）の再結晶粒を微細化
して、強度および耐熱性を一層向上させるに有効な元素
である。ｃｒが０．０１％未満ではこれらの効果が充分
に得られず、一方０．３０％を越えて含有させても強度
向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造時に巨
大な化合物を生成し易くなる。したがってＣｒは０６０
１〜０．３０％の範囲内とした。

Ｚｒ： ｚｒも再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上
に有効な元素である。ｚｒが０．０１％未満ではこれら
の効果が充分に得られず、一方０．３０％を越えて含有
させても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、ま
た鋳造時に巨大な化合物を生成し易くなるから、Ｚｒは
０．０１〜０．３０％の範囲内とした。

■： ■も再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上に
有効な元素である。■が０．０１％未満ではこれらの効
果が充分に得られず、一方０．３０％を越えて含有され
ても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳
造時に巨大化合物を生成し易くなるから、■は０．０１
〜０．３０％の範囲内に限定した。

Ｎｉ： Ｎｉも再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性向上に
有効な元素である。Ｎ１が０．０１％未満ではこれらの
効果が充分に得られず、一方５．７％を越えて多量に含
有させても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、
また鋳造時に巨大な化合物を生成し易くなるから、Ｎｔ
は０．０１〜５．７％の範囲内とした。

以上の各成分のほかはＡｊ２および不可避的不純物とす
れば良い。不可避的不純物としてはＦｅが含有されるの
が通常であるが、Ｆｅは０．６０％程度以下であればこ
の発明で対象とするリードフレーム材等の電子電気機器
導電部品材料として特に支障はない。

そのほか、アルミニウム合金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴｉ、またはＴ１およ
びＢを添加することが多いが、この発明の材料の場合も
Ｔｉ１またはＴｉおよびＢが添加されていても特にリー
ドフレーム材等の電子電気機器導電部品材料として支障
はない。但しその添加量は、Ｔｉ０．２％以下、Ｂ　０
．０４％以下が望ましい。

またこの発明の系のアルミニウム基合金のようにＭｇを
含有するＡ１合金の鋳造にあたっては、溶湯の酸化を防
止したりあるいは圧延性を改善する目的でＢｅを必要に
応じて添加することがあるが、この発明の材料の場合も
Ｂｅを必要に応じて５０ｐｐｍ程度以下添加することが
できる。

次にこの発明の電子電気機器導電部品材料としてのアル
ミニウム基合金の製造方法について詳述する。

先ず前述のような成分組成のアルミニウム基台金溶湯を
常法にしたがって鋳造する。この鋳造方法としては半連
続鋳造法（ＤＣ鋳造法）が一般的であるが、省エネルギ
や耐軟化性の向上等の観点から薄板連続鋳造法（連続鋳
造圧延法）を適用しても良い。

得られた鋳塊に対しては、均熱処理（均質化処理）およ
び熱間圧延を行ない、必要に応じて冷間圧延、中間焼鈍
（溶体化処理）、最終冷間圧延を行なって厚さ０．１〜
０．５ｍｍ程度の圧延板とする。

但し薄板連続鋳造板の場合は、これらの工程のうち熱間
圧延までの工程を省略することができる。

上記各工程のうち、均熱処理は４５０〜ｅｏｏ’ｃの温
度にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度が４５０
℃未満では熱間圧延性が低下し、一方均熱温度が６００
℃を越えれば共晶溶融が発生し易くなる。

また保持時間が４８時間を越しても均熱による組織の均
質化効果はほとんど飽和し、エネルギコストの増大を招
くだけである。

均熱処理後は通常は再加熱してから熱間圧延を行なう。

この再加熱は、常法に従って４００〜５５０°Ｃで行な
い、熱間圧延も４００〜５５０℃で行なえば良い。なお
均熱処理（均質化処理）と熱間圧延のための加熱処理は
、上述のように個別に行なう必要はなく、均質化処理と
熱間圧延のための加熱を兼ねて１回の加熱処理を行ない
、引続いて熱間圧延を行なっても良い。

熱間圧延終了後は、必要に応じて一次冷間圧延を施した
後、中間焼鈍（溶体化処理）を施し、さらに最終冷間圧
延を行なう。

ここで中間焼鈍は、Ｍｇ、３ｉによる時効硬化性を与え
るべく、ＭＣＩ、　Ｓ　ｒを予め固溶させておくための
ものであって、一般のＪＩＳ　６０００系合金の溶体化
処理条件に準じた条件で行なえば良い。すなわち焼鈍温
度は４８０〜５６０’Ｃとし、板厚によっても異なるが
その焼鈍温度で１時間以内保持し、冷却速度１°Ｃ／　
ＳｅＣ以上で冷却する。冷却速度が１”Ｃ／　Ｓ９０未
満では時効による硬化が少なく、また同時に加工硬化性
も低くなるから、１℃／　ＳｅＣ以上の冷却速度が好ま
しい。なおコイル材に対してこの中間焼鈍（溶体化処理
）を行なう場合は連続焼鈍炉を用いるのが通常であるが
、連続焼鈍の場合は保持時間がほとんど零でおっても、
その後の時効硬化性、加工硬化性が著しく損なわれるこ
とはない。

このように中間焼鈍（溶体化処理）を施した後、冷間圧
延を施す。この冷間圧延は、所要の板厚とするためばか
りでなく、加工硬化による強度向上のために必要である
。最終圧延板の強度は、リードフレーム材等の電子電気
機器導電部材としては引張強さで３０ｙ／−以上、耐力
で２５Ｋｇｆ／−以上が必要であるが、この発明のアル
ミニウム基合金の場合、冷間圧延後の圧延材強度として
充分にこれらの値を確保することができる。なお上記の
強度を確保できるならば、耐繰返し曲げ性をさらに向上
させるために最終冷間圧延後に１００°Ｃ以上で最終焼
鈍を行なっても良い。

実施例 第１表に示す本発明合金及び比較合金を通常の半連続鋳
造法もしくは薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延）により鋳
造した。半連続鋳造した鋳塊は、各面を面側して厚さ５
００ｍ、幅１０００ｍ、長さ３５００ｍとし、第２表に
示す製造条件Ｎα１〜Ｎα３で０．３０頭厚の圧延板と
した。連続鋳造の場合は鋳造板の厚さは４ｍとし、第２
表のＮα４もしくはＮα５に示す製造条件で０．３０ｍ
板厚の圧延板とした。

これらのアルミニウム合金圧延板について、機械的性質
及び耐軟化性、導電率、メッキ性、はんだ付は性につい
て調査した。その結果を第３表に示す。

なおここで機械的性質としては、圧延材の性能を調査し
た。

また一般にリードフレーム材のダイボンディングにおい
てＰｂ−３ｎはんだを用いる場合は不活性ガス中で２０
０〜３００℃で数秒間の熱処理を行なうことから、耐軟
化性としては、２５０℃×５分間の熱処理を施してその
熱処理後の引張強さを測定した。

ざらに、アルミニウム合金の場合、ＡｕやＡｇ等のメッ
キを施すにめだってメッキを健全に行なうためには一般
にメッキ前に予め表面処理を行なう必要がある。または
んだを付ける場合も表面処理を事前に行なっておけばは
んだが付き易く、はんだ付は部の剥離が生じにくくなる
。このような事前の表面処理としては一般にＮｉメッキ
やＣｕメッキがあり、ざらにこの表面処理の前処理とし
てはジンケート処理が有効である。このジンケート処理
時のＺｎの分布が均一であるほど、そのジンケート処理
面上へのＮｉヤＣｕのメッキ性が良好となり、ざらにそ
の上に施されるＡＬＩやＡｃｔのメッキ性やはんだ付は
性が良好となる。そこでこの実施例においても、メッキ
性やはんだ付は性を判定するために圧延仮にジンケート
処理を施してそのジンケート処理面のＺｎの分布を光学
顕微鏡で観察し、Ｚｎの分布か均一な順に○、△、Ｘと
評価した。Δ以上であればメッキ性やはんだ付は性は一
応合格と判定される。なおこのジンケート処理条件は、
次の通りである。

浴組成　：　　ＮａＯ８５２５ｇ／ｌ 酸化亜鉛　　９Ｂ３／１ 浴温度　：２０℃ 浸漬時間　：３０秒 また繰返し曲げ性は、０．３０ｍの圧延材を９０’片振
りで繰返し曲げを行ない、破断に至るまでの往復回数を
測定した。この繰返し曲げ性は５回以上あれば性能上問
題はない。

第３表から明らかなように、この発明による電子電気機
器導電部品材料としてのアルミニウム基合金は、圧延材
での強度が引張り強ざ３０１Ｑｆ／−以上で充分な強度
を有しており、しかも２５０℃×５分間の熱処理後も３
０ｖ／−以上の引張強さを確保することができ、したが
って耐熱性も良好であり、ざらに繰返し曲げ性も良好で
あり、また導電率は従来のリードフレーム材である４２
合金と比較して格段に高くて、放熱性や熱伝導性、電気
伝導性に優れ、さらにジンケート処理時のＺｎの均一性
が良好であることから、メッキ性やはんだ付は性に優れ
ることが判る。なお第３表中には特に示さなかったが、
耐食性も優れていることが確認されている。

発明の効果 この発明の電子電気機器導電部品材料は、アルミニウム
基合金であるため、従来の４２合金やコバールあるいは
Ｃｕ系材料などと比較して格段に安価であり、しかも優
れた耐軟化性、良好な電気伝導性、熱伝導性、放熱性を
有し、かつまた良好なはんだ付は性、メッキ性と高い殿
械的強度、良好な繰返し曲げ性を有しており、したがっ
てこれらの特性が要求されるＩＣ，半導体のリードフレ
ーム材やスイッチ、コネクタ等の電子電気機器導電部品
用の材料として最適である。なお特にリードフレーム材
においてワイヤボンディングをＡｌ線で行なう場合にこ
の発明の材料をリードフレームとして使用すれば、半導
体素子取付部およびワイヤ接続部にＡｕメッキやＡｇメ
ッキ等を施す必要がなく、そのままでワイヤボンディン
グが可能となり、半導体素子製造のコストをさらに下げ
ることができるというメリットもある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．２〜３．０％（重量％、以下同じ）およ
   びＳｉ０．２〜２．０％を含有し、残部がＡｌおよび不
   可避的不純物よりなることを特徴とする電子電気機器導
   電部品材料。
2. （２）Ｍｇ０．２〜３．０％およびＳｉ０．２〜２．０
   ％を含有し、かつＣｕ０．０１〜３．０％、Ｚｎ０．０
   １〜３．０％のうちの１種または２種を含有し、残部が
   Ａｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする電
   子電気機器導電部品材料。
3. （３）Ｍｇ０．２〜３．０％およびＳｉ０．２〜２．０
   ％を含有し、かつＭｎ０．０１〜３．０％、Ｃｒ０．０
   １〜０．３０％、Ｚｒ０．０１〜０．３０％、Ｖ０．０
   １〜０．３０％、Ｎｉ０．０１〜５．７％のうちの１種
   または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不
   純物よりなることを特徴とする電子電気機器導電部品材
   料。
4. （４）Ｍｇ０．２〜３．０％、Ｓｉ０．２〜２．０％を
   含有し、かつＣｕ０．０１〜３．０％、Ｚｎ０．０１〜
   ３．０％のうちの１種または２種と、Ｍｎ０．０１〜３
   ．０％、Ｃｒ０．０１〜０．３０％、Ｚｒ０．０１〜０
   ．３０％、Ｖ０．０１〜０．３０％、Ｎｉ０．０１〜５
   ．７％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡ
   ｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする電子
   電気機器導電部品材料。