JPS6396239A - 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 この発明は半導体やＩＣのリードフレームおるいはコネ
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や１．Ｃ，、Ｌ
ＳＬ　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Ｉ
Ｃ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０．１〜０．５鯨の条材を用意し、その条材
にプレス打抜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
、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、Ａｕ１ＡｑＳＮ１等のう
ちの１種の単層または２種以上の多１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
ＡＬ＋−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おる。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Ａｌ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。引続いて半導体系子、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、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
％Ｎｉ合金でおる４２合金、めるいはＦｅ−１７％Ｃｏ
−２９％Ｎｉ合金であるコバール、ざらにはＱｕ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）合金等カ使用すレテいる。

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冑ず、またＣｕ系合金は繰返し曲げ
性が劣り、かつ価格的な面でも問題がめった。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開時性を満
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開時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
ミニウム基台金からなる電子・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 本発明省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−ＭＣＪ系合金で前記開時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必る。

具体的には、第１発明の電子電気機器導電部品材料は、
ＭＣ１０５〜５．０％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必る。

また第２発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発明
で限定しているＭＣＩＩ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ＭＱのほか、ざらにＣｒ０．０１〜０．３
０％、ｚ　ｒ　０．ｏｉ　〜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Ｍｇのほか、第２発明で規定するＣｕ、ｚｎ
の１種または２種と、第３発明で規定するＣｒ、　Ｚｒ
、■、Ｎｉ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。

Ｍｇ： Ｍｇは強度向上に奇与する元素で必り、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０．５％未満では強度向上
効果が充分に得られず、一方５．０％を越えて含有させ
ても著しい強度の向上はなく、しかも圧延性が極端に低
下する。したがってＭＯは０．５〜５．０％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Ｍｇを含有していればリ
ードフレーム等の部品に必要な開時性を確保できるが、
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： 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。ＣＬＩ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。しだがってＣｕは０．０１〜
３゜０％の範囲内とした。なおＣｕを添ｎ口した場合、
製造工程で熱処理条件を適切に制御すれば、加工硬化性
や時効硬化性が強くなり、強度向上にも奇与する。

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
めに有効な元素でおる。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Ｚｎは０．０１〜３
．０％の範囲内とした。なおＺｎを添加した場合も、製
造工程で熱処理条件を適切に制御すれば、加工硬化性や
時効硬化性が強くなり、強度向上にも奇与する。

Ｃｒ　ｓ　Ｚ　ｒ　Ｎ　Ｖ　Ｎ　Ｎ　ｊ　：これらの元
素は強度向上および耐熱性の向上に有効でめる。それぞ
れＯｒ０．０１％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Ｃｒ０．３０％、ｚｒ０
．３ｏ％、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％、Ｚｒ０．０１〜０．３０％、Ｖ　０．０１〜
０．３０％、Ｎｉ０３０１〜５．７％の範囲内とした。

以上の各成分のほかはＡＩ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や３ｉが含有され
るのが通常で必るが、ＦｅＧ、ｔ０．６０％程度以下、
ＳｉはＯ１５％程度以下でお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、ｉ３０
．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Ｍ（Ｊ
を含有するＡｌ合金の鋳造にあたっては、溶湯の醸化を
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おるが、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）本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）が一般的で市るが、省エネル
ギや強度向上、耐軟化性の向上等の観点から３〜１５．
程度の厚さの薄板に直接鋳造する薄板連続鋳造法（連続
鋳造圧延法）を適用することが好ましい。

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
〜０．５ｓ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　’Ｃの
温度にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度が４５
０°Ｃ未満では熱間圧延性が低下し、−５均熱温度が６
００℃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（
召くだけである。

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、必要に応じて中間焼鈍を施し、さらに最終冷間圧延
を行なう。

ここで中間焼鈍は、圧延性改良、もしくはｚｎ、ＣＵ添
加合金においてはその後の冷間圧延による加工硬化性を
高めたり、時効硬化性をもたせるために行なうものであ
る。圧延時の耳割れ防止や圧延性改良の場合は、連続焼
鈍（加熱速度、冷却速度数１０″Ｃ／ｓｓｃ＞、バッチ
焼鈍（加熱速度、冷却速度数１０℃／　ＳｅＣ＞のいず
れでもよく、その焼鈍温度は３００〜４５０℃程度とす
ればよい。ＺｎやＣｕを含んだ合金において加工硬化性
を高めたり、時効硬化性をもたせるために中間焼鈍を用
いる場合は、Ｍ（７とＺｎやＣｕをＡｌ中に固溶させる
必要がおる。このような目的で中間焼鈍を行なうには、
一般の２０００系合金や７０００系合金の溶体化処理条
件に準じた条件で行なえばよい。すなわち、焼鈍温度と
しては４８０〜５６０℃で行ない、板厚にもよるが焼鈍
温度で１時間以内保持し、冷却速度１℃／　ｓｅｃ以上
で冷却する。１℃／　ＳｅＣ未満の冷却速度では時効に
よる硬化が少なく、また加工硬化性も低くなるため、冷
却速度は１℃／　ｓｅｃ以上が望ましい。コイルを用い
てこの中間焼鈍を行なう場合は連続焼鈍を用いる。この
場合、保持時間がほとんどなくてもその後の時効硬化性
、加工硬化性は著しく損なわれない。

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３０に９ｆ／７以上、耐力で２５
ＫｇＦ／−以上が必要でおるが、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℃以上で最終焼鈍を行な
っても良い。また中間焼鈍条件で時効硬化性を与えた場
合、１００〜２５０℃程度で時効し、強度向上を図るこ
ともできる。

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、各面を面前して厚ざ５
００＃、幅１０００ａｎ、長さ３５００ｍとし、第２表
に示す製造条件Ｎα１〜Ｎ０９３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４馴とし、
第２表のＮα４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’Ｃ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、ＡＩＪやＡＣｔ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
一段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メッキがおり、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やＣｕのメッキ性が良好となり、ざら
にその上に施されるＡＬＪ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グー１〜処理面の７−ｎの分
布を光学顕微鏡で観察し、ｚｎの分布か均一な順に○、
Δ、Ｘと評価した。Δ以上でお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、次の通りでおる。

浴組成　：　　ＮａＯ８５２５ｇ／ｌ 酸化亜鉛　　９８９／１ 浴温度　：　　２０’Ｃ 浸涜時間　：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回以上おれば性能上問
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３０Ｋｓｆ／ｍ以上で充分な強度を有してお
り、しかも２５０’ＣＸ　Ｓ分間の熱処理後も３０＜ａ
ｆ／−以上を確保することができ、したがって耐熱性も
良好でおり、ざらに繰返し曲げ性も良好でおり、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ｖ１理時のＺｎの均一性が良好でお
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別器導電部品材料は、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ＩＣ１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必る。なお、特にリードフレーム
材においてワイヤポンディングを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
素子取付部およびワイヤ接続部にＡＬＩメッキやＡＣＪ
メッキ等を施す必要がなく、そのままでワイヤポンディ
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める。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．５〜５．０％（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）Ｍｇ０．５〜５．０％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）Ｍｇ０．５〜５．０％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）Ｍｇ０．５〜５．０％、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、Ｃｒ０．０１〜０．３０％、Ｚｒ０．０
   １〜０．３０％、Ｖ０．０１〜０．３０％、Ｎｉ０．０
   １〜５．７％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。