JPS6396236A - リードフレーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料 - 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ｆ’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艮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おるいは１．Ｃ
，、ＬＳ　Ｉ、ＳＣＲに使用されるリードフレームがお
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０．１〜０．５Ｈの条材を用意し、その条材
にプレス打央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（但しアウウ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３ｉ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市って
、ＡＣＩペースト等の導電樹脂を用いて加圧接着する方
法、お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、Ａｇ、Ｎｉ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ＡＬＩ−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、ざらには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）上のへ！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あること、さら
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
％Ｎｉ合金である４２合金、おるいはＦｅ−１７％Ｇｏ
−２９％Ｎｉ合金であるコバール、ざらにはＣｕ系合金
のリン青銅（ＣＡ　５０１）　、Ｃｕ　−Ｆｅ−Ｚｎ−
Ｐ　（ＣＡ　１９４）合金、ＣＵ−Ｆｅ−Ｃｏ−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
性に劣り、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諸特性を
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諸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でいなかったのが実情である。

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）、
さ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合金について、前述のよう
なリードフレーム等の電子電気機器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得る成分・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Ａ
ｌ−Ｍｎ系合金で前記諸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、
Ｍｎ０．５〜４．０％を含有し、残部が八！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Ｍｎのほか、ざらにＣｕ０．０１〜３．
０％、Ｚ　ｎ　０．０１〜３．０％のうちの１種または
２種を含有するものである。

さらに第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Ｍｎのほか、ざらにＯｒ０．０１〜０．３
０％、Ｚ　ｒ　０．０１〜０．３０％、■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おる。

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Ｍｎのほか、第２発明で規定するＱｕ、　Ｚ
ｎの１種または２種と、第３発明で規定するＯｒ、Ｚｒ
、■、Ｎ１の１種または２種以上を含有するものである
。

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。

Ｍｎ： Ｍｎは強度向上および耐熱性向上に有効な元素であり、
リードフレーム等の部品として必要な強度、耐繰返し曲
げ性および耐軟化性能を得るに必要である。しかしなが
ら０．５％未満ではこれらの効果が充分に得られず、一
方４．０％を越えて含有させれば、鋳造が困難となると
ともに粗大な晶出物を形成し易くなり、耐熱性の効果が
飽和し、またコスト的に無駄である。したがってＭｎは
０．５〜４．０％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、基本的には上記のＭｎを含有していればリ
ードフレーム等の部品に必要な諸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Ｃｕ、Ｚｎ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ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎ　ｉ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： Ｑｕ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ＣＬＩは０．　ｏｉ
〜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Ｚｎ４．ｔ０．０１
〜３．０％の範囲内とした。

Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎ　ｉ　： これらの元素は強度向上および耐熱性の向上に有効であ
る。それぞれＣｒ０．０１％未満、Ｚｒ０．　ｏｉ％未
満、Ｖ　０．０１％未満、Ｎｉ０．０１％未満ではこれ
らの効果が充分に得られず、一方それぞれＯｒ０．３０
％、Ｚｒ０．３０％、Ｖ　０．３０％、Ｎｉ５．７％を
越えて含有させても上記の効果は飽和し、しかも鋳造時
に巨大な化合物を生成し易くなる。したがってＣｒ　０
．０１〜０．３０％、Ｚｒ０１０１〜０．３０％、ｖ　
０．ｏｉ〜０．３０％、Ｎ１０．ｏｉ〜５．７％の範囲
内とした。

以上の各成分のほかはＡｌ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および３ｉが含有
されるのが通常であるが、Ｆｅは０．６０％程度以下、
Ｓｉは０．５０％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
て待に支障はない。

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Ｔ１、またはＴｉ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
ＴＩ、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ＭＣＩ
を含有するへ１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３ｅ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３ｅ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）ボ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）が一般的で必るが、省エネル
ギや強度向上、特に耐軟化性の向上等の観点から３〜１
５ｍ程度の薄板に直接鋳造する薄板連続鋳造法（連続鋳
造圧延法）を適用することが望ましい。

半連続鋳造により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、最終冷間圧延を行なって厚さ０．１
〜０．５Ｍ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４５０〜６００℃の温度
にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度が４５０°
Ｃ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
くだけでおる。

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℃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、さらに必要に応じて中間焼鈍を施し、ざらに最終冷
間圧延を行なう。

ここで中間焼鈍は、圧延性改良および急速加熱時の耐軟
化性改良のためのものであって、連続焼鈍、バッチ焼鈍
のいずれを適用しても良く、またその焼鈍温度は３００
　’Ｃ〜５８０℃程度とすれば良い。

最終冷間圧延は、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
材としては引張強ざで３０Ｋｓｆ／ｒｒｕＡ以上、耐力
で２５Ｋｓｆ／ｍｒＡ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、耐繰返し曲げ性をざらに
向上させるために最終冷間圧延後に１００℃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、各面を面前して厚さ３
００＃、幅１０００厩、長さ３５００ｍとし、第２表に
示す製造条件Ｎα１で０．３０ｍ厚の圧延板とした。連
続鋳造の場合は鋳造板の厚さは４Ｍもしくは５＃とし、
第２表のＮα２もしくはＮα３に示す製造条件で０．３
０ｍ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°Ｃで数秒間の熱処理を行ない、またＡｕ−
３ｒの共晶を利用したダイボンディングにおいては不活
性ガス中で４００〜５００℃で数秒間の熱処理を行なう
ことから、耐軟化性としては、４５０°ＣＸ　５分間の
熱処理を施してその熱処理後の引張り強さを測定した。

さらに、アルミニウム合金の場合、ＡＵやＡＱ等のメッ
キを施すにあた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段にＮ１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Ｎ＋ｔｃｕのメッキ性が良好となり、さらにそ
の上に施されるＡＵ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板にジンケート処
理を施してそのジンケート処理面のｚｎの分布を光学顕
微鏡で硯察し、Ｚｎの分布か均一な順に○、△、×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　：　　ＮａＯＨ５２５’Ｊ／１酸化亜鉛　　９
Ｂ９／１ 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’片撮
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　　　１　　　表 第　　　３　　　表 第３表から明らかなように、この発明による電子電気別
器導電部品材料としてのアルミニウム基台金は、圧延材
での強度が引張り強さ３０に９ｆ／−以上で充分な強度
を有しており、しかも４５０’ＣＸ　Ｓ分間の熱処理後
の引張り強さも３（Ｌ＋ｆ／−以上を確保することがで
き、したがってＰｂ−３ｎはんだを用いる低温でのダイ
ボンディングはもちろん、ＡＵ−３ｉ共品を利用する高
温でのダイボンディングも適用できる程度の優れた耐軟
化性を有している。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、ざ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、いずれ
の場合も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、メッキ性と高い機
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に適用すれば、半導体
取付部およびワイヤ接続部にＡｕメッキやＡＣＪ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、半導体素子製造コストをざらに下げること
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）Ｍｎ０．５〜４．０％（重量％、以下同じ）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）Ｍｎ０．５〜４．０％を含有し、かつＣｕ０．０
   １〜３．０％、Ｚｎ０．０１〜３．０％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）Ｍｎ０．５〜４．０％を含有し、かつ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）Ｍｎ０．５〜４．０％を含有し、かつＣｕ０．０
   １〜３．０％、Ｚｎ０．０１〜３．０％のうちの１種ま
   たは２種と、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。