JPS64458B2

JPS64458B2 -

Info

Publication number: JPS64458B2
Application number: JP18607786A
Authority: JP
Inventors: Shoji Shiga; Yoshimasa Ooyama; Masato Asai; Tsutomu Sato; Shigeo Shinozaki
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1989-01-06
Also published as: JPS6342360A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は半導体機器用銅系リード材の製造法に
関し、特に半導体のリードフレーム等に利用され
る強度と導電性（放熱性）を兼有し、かつ成型加
工性、メツキ性、半田付け性、耐食性等に優れた
リード材を提供するものである。〔従来の技術〕 IC、トランジスター、LSIなどの半導体リード
フレームには、42合金やコーバル合金が使用され
ているが、放熱性の観点から銅系の高強度合金が
求められている。このような銅合金としては、例
えばC195（Cu−1.5wt％Fe−0.8wt％Co−0.6wt％
Sn−Ｐ合金）（以下wt％を％と略記）やリン青銅
が知られている。しかしC195は導電率50％
IACS、引張り強さ55Kg／mm²の特性を示すも、成
型加工性、メツキ性、半田付け性が劣り、リン青
銅は強度や成型加工性が優れているも、導電率が
10〜20％IACSと低く、放熱性が劣る。最近Cu−Ni−Si系の析出を利用したリード材
の製造法が特公昭59−49293号公報により提案さ
れている。これはNi3〜3.5％、Si0.5〜0.9％、
Zn0.1〜５％、Mn0.02〜１％、残部Cuからなる鋳
塊を600℃以上で熱間加工した後、15℃／sec以上
の冷却速度で冷却し、これに冷間加工と熱処理を
施して仕上げるもので、導電率30〜50％IACS、
引張り強さ50〜60Kg／mm²のリードフレーム材が得
られる。また類似の方法が特開昭58−124257号公
報及び特公昭60−45698号公報により提案されて
おり、何れも２〜5μのNi₂Si析出物が分散した組
織を示す。〔発明が解決しようとする問題点〕日進月歩の半導体において、高密度化、高集積
化と同時に高度の信頼性が益々強く志向され、こ
れ等に利用されるリードフレームの特性も一層の
高性能化が望まれている。このためには析出物を
微細均質に析出させて強度と導電率を向上させる
ことが重要であると同時に析出物の量を必要最小
限に押えることが望ましい。即ち析出物が大きい
程、また高濃度程成型加工性に乏しい結果とな
り、必要な強度を得るためにより多量の析出物を
利用すると、メツキのフクレやピンホールが多く
なると共に、半田付け性も低下する等悪循環にお
ち入る。 LSIやVLSIに必要とされるリード数の多い高
精密微細なリードフレーム材には、強度及び導電
率を共に高く保持すると同時に、プレスやエツチ
ングによる打抜き曲げ加工に耐える精密な成型加
工性とAgやSn−Pb合金などのメツキの健全性、
半田付けの信頼性、耐食性等が強く求められてい
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、半導体リ
ードフレーム等に利用される強度と導電性（放熱
性）を兼有し、かつ成型加工性、メツキ性、半田
付け性、耐食性等に優れた半導体機器用銅系リー
ド材の製造法を開発したものである。本発明製造法の一つは、NiとSiをNi0.6〜3.5
％、Siを0.1〜1.0％の範囲内でNiとSiの比（Ni／
Si）が２〜６となるように含み、O₂含有量を
0.0050％以下に制限し、残部Cuと不可避的不純物
からなる銅合金素材を800〜980℃で10秒〜５分間
加熱して急冷した後、５％以上の冷間加工歪を加
え、しかる後360〜600℃で１分以上加熱処理する
ことを特徴とするものである。本発明製造法の他の一つは、NiとSiをNi0.6〜
3.5％、Si0.1〜1.0％の範囲内でNiとSiの比
（Ni／Si）が２〜６となるように含み、更にSn6
％以下、Zn5％以下、Mn0.5％以下の範囲内で何
れか１種以上、又は／及びMg0.1％以下、Ca0.1
％以下、RE0.1％以下の範囲内で何れか１種以上
を含み、O₂含有量を0.0050％以下に制限し、残部
Cuと不可避的不純物からなる銅合金素材を、800
〜900℃で10秒〜５分間加熱して急冷した後５％
以上の冷間加工歪を加え、しかる後360〜600℃で
１分以上加熱処理することを特徴とするものであ
る。即ち本発明は、上記組成からなる銅合金を常法
により溶解鋳造し、得られた鋳塊を700〜900℃に
加熱して熱間加工し、これに必要に応じて所定寸
法まで冷間加工を加えて銅合金素材とする。この
素材を800〜900℃に10秒〜３分間加熱して急冷し
た後、５％以上の冷間加工歪を付与してから360
〜600℃で１分以上加熱処理するものである。尚加熱処理後に、加工を付与したり、加工と熱
処理を繰返して付与することもできる。また加工
後に、200〜350℃の低温加熱処理を施したり、テ
ンシヨンレベラーで仕上げることもできる。また上記組成の合金は、溶解鋳造に際し、脱酸
剤としてＰやＢを0.2％以下の範囲内で添加する
ことができる。更に熱間加工性の向上、脱硫化
用、結晶微細化、析出反応のコントロール、強
度、延び、耐熱性等の改善のため、Fe、Co、
Ti、Zr、Be、Nb、Te、Ta、Ｖ、As、Sb、Ge、
In、Al、Ｙ、Cd、Ag、Au、Pt、Pd等を１％以
下の範囲内で添加することもできる。〔作用〕本発明において、NiとSiをNi0.6〜3.5％、
Si0.1〜1.0％の範囲内でNiとSiの比（Ni／Si）が
２〜６となるように含有せしめたのは、Ni／Si
が２〜６の範囲においてNi₂Si等を析出せしめる
ためで、Ni0.6％未満でもSi0.1％未満でも強度が
不十分であり、Niが3.5％を越えても、Siが1.0％
を越えても析出物が過剰となり、成型加工性、メ
ツキ性、半田付け性等を劣化するためである。ま
たNiとSiの比（Ni／Si）が上記範囲より外れる
と、遊離又は固溶のNiとSiが過剰となり、導電
率を著しく低下せしめるばかりか、半田付けの信
頼性に有害となり、かつメツキ性を劣化する。上記合金は、これにSn、Zn、Mn（以下Ａ群元
素と略記）又は／及びMg、Ca、RE（以下Ｂ群元
素と略記）を付加することにより、リード材に要
求される特性を一層高度に活用できる。即ちＡ群
元素は固溶元素であり、強度や加工性を向上し、
半田付け性を改善する。しかし導電率を低下する
ので、過剰の添加は実用的でない。この傾向は
Sn、Mnで特に著しく、一方過剰のZnは耐食性を
低下するばかりか、半導体パツケージ工程でZn
蒸気による汚染問題を起す。またＢ群元素は析出
元素で導電率を大巾に低下することなく、強度を
改善し、かつ脱硫、脱酸素に有効に作用する。更
に熱間加工性を改善するばかりか、溶体化時の粒
成長を抑え、リード材の加工性や強度向上に働
く。ただし過剰濃度ではメツキ性や半田付け性を
低下するばかりか、溶解鋳造や熱間加工を困難に
する。上記Ａ群及びＢ群の両元素を併用すると
き、その作用効果も併せて奏することができる。
特にこれ等元素の重要な作用は溶体化焼入処理の
完全化と冷却過程で不可避的に起るNi₂Si析出を
極少化することで、これにはSn、Mg、Zn、Mn
等が有効である。またO₂含有量を0.0050％以下と制限したのは過
剰のO₂分は製造加工を困難にするばかりか、強
度、成型加工性、メツキ性、半田付け性等の特性
を劣化するためである。上記組成の合金素材は、800〜980℃で10秒〜５
分間の加熱処理により溶体化できる。しかして下
限未満の処理では溶体化が不十分であり、上限を
越えると結晶粗大化などの不都合を生じる。加熱
後は直ちに急冷し、常温で溶体化状態とする。冷
却速度は約10℃／sec以上、特に望ましくは360℃
までの高温域で25℃／sec以上とする。溶体化さ
れた素材は５％以上の加工歪を加えてから360〜
600℃で１分以上加熱処理することにより、微細
均一な析出を行なうことができる。この加熱処理
に先立つ加工は均質な析出に必要な条件であり、
かつ強度の向上に働くもので、特に望ましくは５
分以上である。以上の処理により析出物は実質的
に1μ以下となり、導電率を回復して機械的強度
を極大化すると共に実用諸特性を最適化できる。上記加熱処理の後、再び冷間加工、特に望まし
くは５〜50％の加工を付加することにより、強度
の向上と調質に有効であり、かつ表面平滑化など
表面品質を向上し、ボンデイングやメツキ性、半
田付け性の向上に大きく寄与する。実施例１第１表に示す組成（分析値）の合金を黒鉛ルツ
ボで溶解して金型鋳型に鋳造し、外削して巾100
mm、厚さ40mm、長さ300mmとした鋳塊を880℃に加
熱して熱間圧延により厚さ８mmの板とした。この
板を酸洗してから冷間圧延、焼鈍、冷間圧延の工
程により厚さ0.5mmの板とし、非酸化雰囲気炉中
で連続的に850℃で１分間加熱してから水シヤワ
ーにより30秒以内で常温まで冷却した。これを厚
さ0.42mmまで冷間圧延した後、420℃で２時間加
熱処理し、次に厚さ0.35mmまで冷間圧延してから
テンシヨンレベラーと300℃・30分の加熱処理を
施した。このようにして仕上げた板について引張強さ、
伸び、導電率、曲げ成型性、半田付け性、Agメ
ツキ性、Sn−Pb合金メツキ性及び耐食性を調べ
た。その結果を第２表に示す。曲げ成型性は、板の圧延方向と、その直角方向
について、先端各種半径（Ｒ）の90゜ポンチを用
いたＶ曲げ法により、板厚（ｔ）に対する割れの
発生しない最少曲げ半径（Ｒ）との比（Ｒ／ｔ）
を求めた。半田付け性は板の直径５mmの部分に
Cuリード線を半田付けし、150℃で150時間処理
した後、プル試験を行なつて接合力（Kg／mm²）を
求めた。Agメツキ性は表面を0.3μエツチングし
てから下記Agストライクメツキ浴とAg厚メツキ
浴を用いて厚さ3μのAgメツキを行ない、これを
450℃で５分間加熱して実体顕微鏡によりフクレ
の有無を調べた。またSn−Pb合金メツキは下記
のSn−Pb合金メツキ浴を用い、厚さ7.5μのSn−
10％Pb合金メツキを施し、100℃で300時間エー
ジングしてから180゜密着曲げを行ない、メツキ層
の剥離を実体顕微鏡で観察した。また耐食性につ
いては、JIS C3806に準じ、３％NH₃蒸気中で引
張強さの75％の荷重をかけ、破断までの時間を測
定した。 Agストライクメツキ浴 AgCn 3.5ｇ／ KCN 35ｇ／電流密度 5Ａ／ｄm² 時間 15sec Ag厚メツキ浴 AgCN 30ｇ／ KCN 50ｇ／ K₂CO₃ 15ｇ／電流密度 2.5A／ｄm² Sn−Pb合金メツキ浴 Sn⁺⁺ 50ｇ／ Pb⁺⁺ 4.4ｇ／ H₃BF₄ 100ｇ／ H₃BO₃ 30ｇ／ β−ナフトール 1.5ｇ／ニカワ 2ｇ／浴温 15℃ 電流密度 4.0A／ｄm² 実施例２第１表中No.5に示す本発明合金を用い、実施
例１と同様にして厚さ0.5mmの板とし、その後の
工程を変えて厚さ0.35mmの板に仕上げ、これ等に
ついて実施例１と同様にして各特性を調べた。そ
の結果を第２表に併記した。表中本発明法No.17は実施例１の850℃・１分
間の加熱に代えて980℃で15秒間加熱した。本発
明法No.18は実施例１の冷間圧延後の420℃・２
時間の加熱処理に代えて、510℃で0.5時間加熱し
た。本発明法No.19は実施例１において急冷後、
0.438mmまで冷間圧延してから420℃で２時間加熱
した。比較法No.20は、実施例１における急冷に
代えて空冷（冷却速度は約４〜５℃／sec）した。
比較法No.21は実施例１の850℃・１分間の加熱
に代えて900℃で７分間加熱した。比較法No.22
は実施例１の420℃・２時間の加熱処理に代えて
650℃で15分間加熱した。比較法No.23は実施例
１の420℃・２時間の加熱処理に代えて330℃で６
時間加熱した。

【表】

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、半導体リードフレ
ーム等に要求される広範な特性を高度に満足でき
るもので、半導体機器用リード材として高集積
化、高機能化と共に高信頼性とコストパフオーマ
ンスを同時に達成することができる等工業上顕著
な効果を奏するものである。

【特許請求の範囲】

１リード用銅合金素材を仕上げ調質圧延した
後、伸び率0.2％以上でテンシヨンレベラーをか
け、150〜600℃の温度で５分〜300分の低温焼鈍
を行なうか、又は300〜800℃の温度で10秒〜５分
の連続焼鈍を行なうことを特徴とする半導体用銅
系リード材の製造法。２リード用銅合金素材を仕上げ調質圧延した
後、伸び率0.2％以上でテンシヨンレベラーをか
け、150〜600℃の温度で５分〜300分の低温焼鈍
を行なうか、又は300〜800℃の温度で10秒〜５分
の連続焼鈍を行ない、しかる後伸び率0.3％未満
のテンシヨンレベラーをかけるか又はローラーレ
ベラーをかけることを特徴とする半導体用銅系リ
ード材の製造法。

Claims

体機器用銅系リード材の製造法。