KR20010085422A - Lead frame and copper alloy to be used for lead frame - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 소위 수지밀봉형 반도체 패키지(package)의 구리합금 리드프레임(lead frame) 및 신규인 표면층구조를 갖는 구리합금에 관한 것이다.The present invention relates to a copper alloy lead frame of a so-called resin sealed semiconductor package and a copper alloy having a novel surface layer structure.
반도체 디바이스(device)의 플라스틱 패키지는 열경화성 수지에 의해 반도체 칩을 밀봉하는 패키지가, 경제성과 양산성이 우수한 점에서, 주류를 이루고 있다. 플라스틱 패키지의 구조로서는, 이전에는 리드장입 실장(實裝) 디바이스인 DIP (Dual In-line Package) 가 주류이었다. 현재는, 실장밀도의 향상의 요구로부터, 표면실장디바이스인 SOP (Small Out-line Package), QFP (Quad Flat Package) 등이 점점 주류로 되고, 특히 입출력신호의 증가에 대응 가능한 QFP 가 많이 이용되고 있다. 또한, 최근의 전자부품의 소형화 요구에 따라 두께 1 ㎜ 의 TSOP(Thin Small Out-line Package) 나 TQFP (Thin Quad Flat Package), 두께 0.5 ㎜ 의 USOP (Ultra Small Outline In-line Package) 라는 박형의 패키지도 등장하고 있다.The plastic package of a semiconductor device is mainstream because the package which seals a semiconductor chip with a thermosetting resin is excellent in economy and mass productivity. As the structure of a plastic package, DIP (Dual In-line Package) which was a lead-mounting mounting device was mainstream previously. At present, due to the demand for improvement in package density, surface mount devices such as small out-line package (SOP), quad flat package (QFP), etc. are becoming more and more mainstream. have. In addition, according to the recent demand for miniaturization of electronic components, a thin type of thin small out-line package (TSOP), thin quad flat package (TQFP), and ultra small outline in-line package (USOP) having a thickness of 0.5 mm Packages are also emerging.
이들의 패키지의 조립에 있어서, Ag 페이스트 등을 사용하여 리드프레임에 반도체 칩을 가열압착하거나, 또는 Au, Ag 등의 도금층을 통하여 리드프레임에 반도체 칩이 납땜 또는 Ag 납땜되고, 그 후 수지밀봉을 행하고, 수지밀봉을 행한 후에, 외측 리드 (outer lead) 에 전기도금에 의한 외장을 실시하는 것이 일반적이다. 외장도금의 목적은, 리드의 내식성을 향상시키기 위해, 그리고 나중의 실장공정에서 기판실장을 용이하게 하기 위해서이다. 외장전기도금을 실시하기 위한 전처리로서는, 화학연마가 실시된다. 이 목적은, 전(前) 공정에서 밀봉수지를 경화(cure)했을 때에 외측리드가 가열되어 발생된 산화층을 제거하기 위해서이고, 화학연마에 의해 제거하는 두께는 수 ㎛ 정도이다. 외장도금용 재료로서는, 습윤성 (wettability) 이 양호한 땜납이 사용된다. 땜납은 63 질량 % Sn - 37 질량 % Pb 부근의 공정(共晶)조성에 있어서 융점이 183 ℃ 로 가장 낮아져 습성도 양호해지지만, 이어지는 트리밍(trimming)공정에서 외측 리드가 마찰되었을 때에 땜납찌거기가 발생하지 않도록 경도를 올릴 필요가 있어, Sn 농도를 80 ∼ 90 wt% 로 하는 것이 일반적이다.In assembling these packages, the semiconductor chip is heat-compressed to the lead frame using Ag paste or the like, or the semiconductor chip is soldered or Ag soldered to the lead frame through a plating layer such as Au or Ag, and then the resin sealing is performed. After carrying out the resin sealing, the exterior lead is generally covered with an electroplating. The purpose of the exterior plating is to improve the corrosion resistance of the lead and to facilitate substrate mounting in a later mounting process. As a pretreatment for performing external electroplating, chemical polishing is performed. The purpose is to remove the oxide layer generated when the outer lead is heated when the sealing resin is cured in the previous step, and the thickness removed by chemical polishing is about several 탆. As the exterior plating material, a solder having good wettability is used. Solder has the lowest melting point as low as 183 ℃ in the process composition near 63 mass% Sn-37 mass% Pb, but also improves the wettability. It is necessary to raise hardness so that it will not generate | occur | produce, and it is common to make Sn concentration into 80 to 90 wt%.
이들의 패키지의 신뢰성에 관한 최대 과제는, 표면실장시에 발생하는 패키지 크랙(crack) 또는 박리(剝離)의 문제이다. 패키지의 박리 메카니즘은, 반도체 패키지를 조립한 후, 수지와 다이패드 (die pad, 리드프레임의 반도체 칩을 올리는부분) 와의 밀착성이 낮은 경우, 후속 열처리시의 열응력에 의해 발생하는 것이다. 패키지 크랙의 발생메카니즘은 이하와 같다. 반도체 패키지를 조립한 후, 몰드수지가 대기보다 흡습성(吸濕性)이 크기 때문에, 나중의 표면실장에서의 가열에서 수분이 기화되어, 패키지내부에 크랙이 있으면, 박리면에 수증기가 인가되어 내압으로 작용한다. 이 내압에 의해 패키지에 팽창이 발생되거나, 수지가 내압에 견디지 못해 크랙을 발생시키기도 한다. 표면실장후의 패키지에 크랙이 발생하면 수분이나 불순물이 칩입하여 칩을 부식시키기 때문에 반도체로서의 기능을 손상시킨다. 또한, 패키지가 팽창됨으로써 외관이 불량해져 상품가치가 떨어진다. 이와 같은 패키지 크랙이나 박리의 문제는, 근년에 패키지의 박형의 진전에 따라 현저해지고 있다.The biggest problem regarding the reliability of these packages is a problem of package cracking or peeling occurring during surface mounting. The peeling mechanism of the package is caused by thermal stress during subsequent heat treatment when the adhesiveness between the resin and the die pad (the portion where the semiconductor chip is raised on the lead frame) is low after the semiconductor package is assembled. The mechanism of generating a package crack is as follows. After assembling the semiconductor package, the mold resin is more hygroscopic than the atmosphere, so that moisture is vaporized by heating at a later surface mount, and if there is a crack in the package, water vapor is applied to the peeling surface and the internal pressure is reduced. Acts as. This internal pressure may cause expansion of the package, or the resin may not crack the internal pressure. If a crack occurs in the package after surface mounting, moisture or impurities enter the corrosion and damage the chip, thereby impairing its function as a semiconductor. In addition, as the package is expanded, the appearance is poor and the product value is lowered. The problem of such a package crack and peeling becomes remarkable in recent years with the progress of the thin shape of a package.
여기에서, 패키지 크랙이나 박리의 문제는 수지와 다이패드와의 밀착성불량에 기인하지만, 수지와 다이패드와의 밀착성에 가장 큰 영향을 미치고 있는 것은, 리드프레임 모재가 패키지 조립공정중에 다이본딩 (die-bonding) 이나 와이어본딩 (wire bonding) 등의 여러 가지의 가열공정을 거치고 있기 때문에 수지밀봉전에 모재의 표면에 수십 ∼ 수백 ㎚ 의 두께로 형성되는 산화막이다. 다이패드표면은 이 산화막을 통하여 리드프레임 모재와 수지가 접하고 있기 때문에, 이 산화막과 리드프레임 모재와의 밀착성이 수지와 리드프레임 모재와의 밀착성에 중대한 영향은 미친다.Here, the problem of package cracking or peeling is due to poor adhesion between the resin and the die pad, but the biggest influence on the adhesion between the resin and the die pad is that the lead frame base material is die-bonded during the package assembly process. It is an oxide film formed on the surface of the base material in the thickness of tens to hundreds of nm before sealing the resin because it undergoes various heating processes such as -bonding) and wire bonding. Since the die pad surface is in contact with the lead frame base material and the resin through this oxide film, the adhesion between the oxide film and the lead frame base material has a significant effect on the adhesion between the resin and the lead frame base material.
그러나 리드프레임용 소재로서는, 42% Ni-Fe 합금을 대표로 하는 Fe-Ni 계 합금과, 구리합금이 사용되고 있다. 42% Ni-Fe 합금은 세라믹과 열팽창계수가근사하기 때문에 세라믹스 패키지용 소재로서 종래부터 사용되고, 플라스틱 패키지에 있어서도 고신뢰성 리드프레임 소재로서 사용되어 왔다. 그러나, Fe-Ni 계 합금은 Cu 합금에 비하여 도전율이 낮은 결점이 있고, 근년의 패키지에서 요구되는 높은 열발산이나 신호전달의 고속화에의 대응에는 불리하다. 이 점에서, 높은 도전성을 갖는 구리합금은 열발산이나 고속신호전달에 있어서 유리하고, 보다 고성능인 패키지의 설계가 가능하다.However, as a raw material for lead frames, Fe-Ni-based alloys representing a 42% Ni-Fe alloy and copper alloys are used. 42% Ni-Fe alloy has been used as a material for ceramic packages because of its approximate coefficient of thermal expansion and has been used as a high reliability lead frame material in plastic packages. However, Fe-Ni-based alloys have disadvantages of lower electrical conductivity than Cu alloys, and are disadvantageous in response to the high heat dissipation and high speed signal transmission required in recent years. In this respect, copper alloy having high conductivity is advantageous in heat dissipation and high speed signal transmission, and it is possible to design a higher performance package.
그러나, 구리합금은 상술의 산화막 밀착성에 있어서 Fe-Ni 합금에 비하여 떨어지기 때문에 수지와 다이패드 사이에 박리를 일으키기 쉬워, 패키지 크랙이나 박리라는 문제가 발생하기 쉬웠다. 따라서 신뢰성이 높은 패키지를 제조하기 위한 산화막 밀착성이 높은 구리합금의 개발이 필요하게 되었다.However, since copper alloys are inferior to Fe-Ni alloys in the above-mentioned oxide film adhesiveness, peeling easily occurs between the resin and the die pad, and problems such as package cracking and peeling are likely to occur. Therefore, it is necessary to develop a copper alloy having high oxide film adhesion for producing a highly reliable package.
또한, 상술한 것 이외에, 리드프레임 재에는 다음과 같은 성능이 요구된다. 먼저, 패키지의 박형화의 요구로부터는, 리드프레임 재를 얇게 할 필요가 있고, 그 결과, 판두께는, 최근에는 0.15 ㎜, 0.125 ㎜ 의 얇은 재료가 주류가 되고 있다. 이와 같은 리드프레임의 박형화, 협소화는 프레임전체나 리드의 강성을 저하시키고, 조립 공정 내에서의 내측 리드의 변형이나 디바이스 실장시의 외측리드의 변형을 일으킨다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해서는, 사용되는 리드프레임 재료에 대하여, 보다 높은 강도가 요구된다. 또한, 리드프레임의 패턴형성시에 필요한 우수한 에칭성 및 프레스 가공성을 갖고, 또한 실장후의 땜납접합부의 신뢰성이 높은 것 등의 다종다양한 특성이 요구된다.In addition to the above, the following performance is required for the lead frame material. First, from the request for thinner packages, it is necessary to thin the lead frame material, and as a result, thin materials of 0.15 mm and 0.125 mm have become mainstream in recent years. Such thinning and narrowing of the lead frame lowers the rigidity of the entire frame and the lead and causes deformation of the inner lead in the assembling process and deformation of the outer lead during device mounting. In order to prevent such a problem, higher strength is required for the leadframe material to be used. In addition, various characteristics such as excellent etching property and press formability necessary for pattern formation of the lead frame and high reliability of the solder joint after mounting are required.
본 발명은, 패키지 크랙이나 박리의 문제에 대처하기 위해 산화막 밀착성을 향상시키고, 또한 패키지의 열발산성이나 동작속도를 높인 구리합금 리드프레임 및 신규인 극표층구조를 갖는 구리합금을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a copper alloy lead frame having improved oxide film adhesion and improved package heat dissipation and operating speed in order to cope with problems of package cracking and peeling, and a copper alloy having a novel polar surface structure. I am doing it.
도 1 은 극표층의 평가방법의 설명도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing of the evaluation method of a polar surface layer.
도 2 는 통상적인 방법에 의한 X-선 회절법의 설명도이다.2 is an explanatory diagram of an X-ray diffraction method according to a conventional method.
도 3 은 박막법에 의한 X-선 회절법의 설명도이다.3 is an explanatory diagram of an X-ray diffraction method using a thin film method.
본 발명자들은, 특히 연마 등에 의한 산화막 제거처리가 실시되지 않은 구리합금의 산화막 밀착성과 모재의 극표면의 결정배향 사이의 관계에 대하여 예의연구를 행한 결과, 놀랍게도, 구리합금 극표층의 결정배향을 제어함으로써 산화막 밀착성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 이하에 그 구체적인 방법에 대하여 서술한다.The inventors of the present invention have conducted a intensive study on the relationship between the oxide film adhesion of the copper alloy and the crystal orientation of the polar surface of the base material, which are not particularly subjected to the oxide film removal treatment by polishing or the like. It was discovered that the oxide film adhesiveness can be improved by doing so. The specific method is described below.
본 발명의 구리합금 리드프레임은, XRD (X-ray diffraction) 박막법으로 평가되는 극표면의 결정배향에 있어서, {111} 피크강도에 대한 {100} 피크강도의 비를 0.04 이하로 함으로써 산화막 밀착성을 향상시킨 것을 특징으로 한다. 이 리드프레임은 수지밀봉되는 모든 리드프레임이어도 되지만, 특히, 수지밀봉전에 반도체 칩과의 접착면에 귀금속이나 니켈 등의 도금이 실시되는 리드프레임이 바람직하다.In the copper alloy lead frame of the present invention, in the crystal orientation of the polar surface evaluated by the X-ray diffraction (XRD) thin film method, the ratio of the {100} peak intensity to the {111} peak intensity is set to 0.04 or less, so that the oxide film adhesion Characterized in that improved. The lead frame may be any lead frame sealed by resin, but in particular, a lead frame in which precious metal, nickel, or the like is plated on an adhesive surface with a semiconductor chip before resin sealing is preferable.
또, 구리합금은, 리드프레임용의 모든 구리합금이어도 되고, 특히 본 발명이 특징으로 하는 결정배향은, 입자분산형이나 석출경화형 등의 각종 성분계의 구리합금으로 실현된다. 그러나, 특히 바람직한 구리합금은, 질량비율로, Cr:0.04 ∼ 0.4%, Zr:0.03 ∼ 0.25% 및 Zn:0.06 ∼ 2.0% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 (이하, 잔부에 대해서는 동일) 구리합금, Cr:0.04 ∼ 0.4%,Zr:0.03 ∼ 0.25% 및 Zn:0.06 ∼ 2.0% 를 함유하고, 추가로, Ni, Sn, In, Mn, P, Mg 및 Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 0.01 ∼ 1.0% 를 함유하는 구리합금, Cr:0.04 ∼ 0.4%, Zr:0.03 ∼ 0.25%, Zn:0.06 ∼ 2.0%, Fe:0.1 ∼ 1.8% 및 Ti:0.1 ∼ 0.8% 를 함유하는 구리합금 및, Cr:0.04 ∼ 0.4%, Zr:0.03 ∼ 0.25%, Zn:0.06 ∼ 2.0%, Fe:0.1 ∼ 1.8%, Ti:0.1 ∼ 0.8% 를 함유하고, 추가로 Ni, Sn, In, Mn, P, Mg 및 Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 0.01 ∼ 1.0% 를 함유하는 구리합금이 바람직하다.The copper alloy may be any copper alloy for a lead frame, and the crystal orientation particularly characterized by the present invention is realized by copper alloys of various component systems such as particle dispersion type and precipitation hardening type. However, particularly preferable copper alloys contain Cr: 0.04 to 0.4%, Zr: 0.03 to 0.25%, and Zn: 0.06 to 2.0% by mass ratio, and the balance consists of Cu and unavoidable impurities (hereinafter, The same) for the copper alloy, Cr: 0.04 to 0.4%, Zr: 0.03 to 0.25%, and Zn: 0.06 to 2.0%, and further in the group consisting of Ni, Sn, In, Mn, P, Mg and Si Copper alloy containing 0.01 to 1.0% in total of one kind or two or more kinds selected, Cr: 0.04 to 0.4%, Zr: 0.03 to 0.25%, Zn: 0.06 to 2.0%, Fe: 0.1 to 1.8% and Ti Copper alloy containing: 0.1 to 0.8%, Cr: 0.04 to 0.4%, Zr: 0.03 to 0.25%, Zn: 0.06 to 2.0%, Fe: 0.1 to 1.8%, Ti: 0.1 to 0.8%, Furthermore, the copper alloy which contains 0.01-1.0% in total of 1 type, or 2 or more types chosen from the group which consists of Ni, Sn, In, Mn, P, Mg, and Si is preferable.
또한, XRD (X-ray diffraction) 에 의해 측정되는 리드프레임의 극표층의 결정배향이란, 예컨대, 리카꾸덴끼(理學電氣(株))의 제품인 X-선회절장치 (RINT2000) 에 있어서 Co 관구(管球;bulb)를 사용하여, 주사면 (2θ) 이 시료에 대해 수직이며 압연방향 (RD) 을 포함하고, 또한 X-선의 입사각 (α) 이 시료면에 대하여 5°의 각도로 되도록 입사시켜 (도1), 주사(2 θ)로 검출되는 {111} 면의 적분강도와 {200} 면으로부터의 회절선의 피크의 적분강도를 각각 구하여, 이들의 비를 산출하여 평가하는 것이다.In addition, the crystal orientation of the polar surface layer of the lead frame measured by XRD (X-ray diffraction) means, for example, the Co tube (RINT2000) manufactured by Rikakudenki Co., Ltd. Using a tube, the scanning surface 2θ is perpendicular to the sample and includes the rolling direction RD, and the incident angle α of the X-rays is incident at an angle of 5 ° with respect to the sample surface. 1, the integral intensity of the {111} plane and the intensity of the peak of the diffraction line peak from the {200} plane are respectively determined by scanning (2θ), and these ratios are calculated and evaluated.
통상의 X-선 회절측정방법에 있어서는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 시료면에 대하여 X-선의 입사각과 반대각이 같아지는 관계를 유지한다. 따라서, 실제의 장치에서는, X-선 발생원(發生源)인 관구가 고정되고, 시료면이 입사각에 대하여 θ 의 각도에 있을 때에, 계수관 (計數管) 이 입사선에 대하여 2 θ 가 되도록 시료면과 계수관이 회전한다. 이 때, 통상적인 방법에서는, 측정대상면이 항상 시료면에 평행한 면으로 된다, 박막법의 경우, 입사각은 고정이기 때문에, θ와 구별하기 위해, α와의 표시가 사용되고, 2θ에 대해서는, 입사선에 대한 계수관의 위치라는 의미에 있어서, 통상적인 방법과 동일하므로 동일하게 표시를 하고 있다. 단, 이 경우 통상적인 방법과 다른 것은, 도 3 에 나타낸 바와 같이 측정대상면은 입사각과 반대각이 동일 각도가 되는 면이 되기 때문에, 시료면에 평행인 면이 아니라, 2θ과 함께 변화하게 된다.In the conventional X-ray diffraction measurement method, as shown in Fig. 2, the relationship in which the incidence angle and the opposite angle of the X-ray with respect to the sample surface are equal is maintained. Therefore, in an actual apparatus, the tube which is the X-ray generating source is fixed, and when the sample surface is at an angle of θ with respect to the angle of incidence, the sample surface is such that the counter tube is 2 θ with respect to the incident line. And the counter tube rotates. At this time, in a conventional method, the measurement target surface is always a plane parallel to the sample surface. In the case of the thin film method, the angle of incidence is fixed, so that the display with α is used to distinguish from θ, and for 2θ, In the sense of the position of the counter tube with respect to the line, since it is the same as a normal method, it displays similarly. In this case, however, the difference from the conventional method is that, as shown in FIG. 3, the measurement target surface becomes a plane at which the angle of incidence is opposite to the angle of incidence, and thus changes with 2θ rather than a plane parallel to the sample plane. .
극표층에서는, 압연롤로부터의 마찰을 강하게 받기 때문에, 내부와는 다른 결정배향을 가지며, 따라서 극표층의 결정배향을 평가하기 위해서는 상술의 박막법에 의한 X-선회절이 필요하다.In the pole surface layer, since it receives the friction from the rolling rolls strongly, it has a crystal orientation different from that inside. Therefore, in order to evaluate the crystal orientation of the pole surface layer, the X-ray diffraction by the above-described thin film method is necessary.
구리합금압연의 결정방위에 관해서는, (110)[112] 가 주된 압연방위인 것이 오래전부터 알려져 있고, (Progress in Metal Physics,I.By Bruce Chalmers, 1949, 제 297면).Regarding the crystal orientation of copper alloy rolling, it has long been known that (110) [112] is the main rolling orientation (Progress in Metal Physics, I. By Bruce Chalmers, 1949, p. 297).
근년의 보다 정밀한 측정에서는,In recent years the more precise measurement,
라는 표현도 보인다 (H.Hu and S. Goodman:Trans,AIME,227(1963),(627). 이들의 측정에서는 X-선이 표면으로부터 수십 ㎛ 까지 침입하여 얻어진 것으로, 벌크 (bulk) 의 대략의 평균적 성질을 포착하고 있지만, 표면 1 ㎛ 정도의 극표층의 결정방위의 연구, 또 이 방위와 산화막밀착성과의 관계의 연구 및 표층의 결정방위에 대해서는 지금까지 지견은 없었다.(H.Hu and S. Goodman: Trans, AIME, 227 (1963), (627). In these measurements, the X-rays were obtained by invading tens of micrometers from the surface, which is roughly equivalent to the bulk). Although the average properties of the film were captured, there has been no knowledge about the crystal orientation of the surface layer of the polar surface layer having a surface thickness of about 1 μm, the study of the relationship between the orientation and the oxide film adhesion, and the crystal orientation of the surface layer.
또, 상술한 결정배향을 얻기 위해서는, 일반적으로 20 ∼ 80% 가공공정에서 행하는 최종냉간압연의 압연조건을 제어하면 되는 것을 알 수 있었다. 즉, 롤과 재료와의 사이에 도입되는 압연유 (壓延油) 의 유막두께가 두꺼워진 경우에 {100} 피크강도가 낮아지는 것이 판명되었다. 이를 위한 압연조건으로서는, 냉간압연의 최종 패스의 롤지름을 100 ㎜ 이상, 압연속도를 200m/min 이상, 압연유의 점도를 5cSt 이상, 즉 0.05 ㎠/s 이상으로 하면 {111} 피크강도에 대한 {100} 피크강도의 비가 0.04 이하로 되는 것을 알 수 있었다.Moreover, in order to obtain the crystal orientation mentioned above, it turned out that what is necessary is just to control the rolling conditions of the final cold rolling which are generally performed by 20 to 80% of a process process. In other words, it has been found that the {100} peak strength is lowered when the thickness of the oil film of the rolling oil introduced between the roll and the material becomes thick. As a rolling condition for this, if the roll diameter of the final pass of cold rolling is 100 mm or more, the rolling speed is 200 m / min or more, and the viscosity of rolling oil is 5 cSt or more, ie, 0.05 cm <2> / s or more, {{}} It was found that the ratio of the peak intensity was less than 0.04.
이상, 주로 반도체 패키지의 리드프레임으로서의 용도에 대하여 설명했는데, 모재연마 등의 처리를 생략하고 직접 표면보호막을 도포하는 다른 용도에도 본 발명 합금을 사용할 수 있다.As mentioned above, although the use mainly as a lead frame of a semiconductor package was demonstrated, the alloy of this invention can also be used for the other application which apply | coats a surface protection film directly, omitting the process of a base material grinding etc.
이하, 본 발명의 바람직한 구리합금조성을 설명한다. 여기에서 백분율은 질량% 이다.Hereinafter, the preferable copper alloy composition of this invention is demonstrated. The percentage here is mass%.
Cr 은 합금을 용체화처리후, 시효처리를 행함으로써 모재중에 석출하여 강도를 향상시키는 작용을 하는데, 그 함유량이 0.04% 미만에서는 이 작용에 의한 원하는 효과를 얻을 수 없고, 또한, 0.4% 를 초과하여 함유시키면 제품화후에 조대한 Cr 이 모재중에 잔류된다. 그 결과, 에칭성이 열화된다. 이상의 이유에 의해 Cr 함유량은 0.04 ∼ 0.4 % 가 바람직하다.Cr is precipitated in the base metal to improve the strength by performing aging treatment after solution treatment of the alloy. If the content is less than 0.04%, the desired effect by this action cannot be obtained and more than 0.4%. If it is contained, coarse Cr remains in the base material after commercialization. As a result, the etching property is deteriorated. For the above reason, the Cr content is preferably 0.04 to 0.4%.
Zr 은, 시효처리에 의해 Cu 와 화합물을 형성하여 모재중에 석출하고 그 모재를 강화하는 작용이 있지만, 그 함유량이 0.03% 미만에서는 상기 작용에 의한 원하는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 0.25% 를 초과하여 Zr 을 함유시키면, 용체화처리후에 조대한 미고용 Zr 이 모재료중에 잔류하게 되어 에칭성의 저하를 초래하게 된다. 따라서, Zr 함유량은 0.03 ∼ 0.25% 가 바람직하다.Although Zr has the effect of forming a compound with Cu by aging treatment to precipitate in the base metal and strengthening the base metal, the desired effect by the above action cannot be obtained when the content is less than 0.03%. In addition, when Zr is contained in excess of 0.25%, coarse unused Zr remains in the mother material after solution treatment, resulting in deterioration of the etching property. Therefore, the Zr content is preferably 0.03 to 0.25%.
Zn 은 땜납의 내열박리성 및 산화막의 밀착성을 향상시키는 작용을 하기 때문에 첨가되는 성분이지만, 그 함량이 0.06% 미만에서는, 상기 작용에 의한 원하는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 2.0% 를 초과하여 Zn 을 첨가시키면 도전량이 저하되게 된다. 따라서, Zn 함유량은 0.06 ∼ 2.0% 가 바람직하다.Zn is a component to be added because it serves to improve the thermal peeling resistance of the solder and the adhesion of the oxide film, but when the content is less than 0.06%, the desired effect by the above action cannot be obtained. In addition, when Zn is added in excess of 2.0%, the conductivity decreases. Therefore, the Zn content is preferably 0.06 to 2.0%.
Ti 및 Fe 는, 합금을 시효처리했을 때의 모재중에 Ti 와 Fe 와의 금속간 화합물을 형성하고, 그 결과로서 합금강도를 더욱 향상시키는 작용을 발휘하기 때문에 필요에 따라 첨가시키지만, 이들의 함유량이 각각 0.1% 미만에서는 상기 작용에 의한 원하는 강도를 얻을 수 없다. 또한, Ti 함유량이 0.8% 초과하거나 Fe 함유량이 1.8% 를 초과하는 경우에는, Ti 와 Fe 를 주성분으로 하는 조대한 개재물이 잔존하고, 에칭성이 현저하게 저해된다. 따라서, Ti 함유량은 0.1 ∼ 0.8%, Fe 함유량은 0.1 ∼ 1.8% 가 바람직하다.Ti and Fe are added as necessary because they form an intermetallic compound of Ti and Fe in the base material when the alloy is aged, and as a result have an effect of further improving the alloy strength. If it is less than 0.1%, the desired strength by the above action cannot be obtained. Moreover, when Ti content exceeds 0.8% or Fe content exceeds 1.8%, the coarse interference | inclusion which has Ti and Fe as a main component remain | survives and etching property is remarkably impaired. Therefore, the Ti content is preferably 0.1 to 0.8%, and the Fe content is preferably 0.1 to 1.8%.
Ni, Sn, In, Mn, P, Mg 및 Si 는 이하와 같이 작용한다. 이들의 성분은, 모두 합금의 도전성을 크게 저하시키지 않고 주로 고용강화에 의해 강도를 향상시키는 작용을 갖고 있으며, 따라서 필요에 따라 1 종 또는 2 종 이상의 첨가가 이루어지지만, 그 함유량이 총량으로 0.01% 미만이면 상기 작용에 의한 원하는 효과는 얻을 수 없고, 또한 총량으로 1.0% 를 초과하는 경우에는 합금의 도전율이 현저하게 저하된다. 따라서, 단독첨가 또는 2 종 이상의 복합첨가가 이루어지는 Ni, Sn, In, Mn, P, Mg 및 Si 의 함유량은 총량으로 0.01 ∼ 1.0% 가 바람직하다.Ni, Sn, In, Mn, P, Mg, and Si act as follows. All of these components have the effect of improving the strength mainly by solid solution strengthening without significantly lowering the conductivity of the alloy. Therefore, one or two or more kinds are added as necessary, but the content is 0.01% in total. If it is less than the desired effect by the above-described action is not obtained, and if the total amount exceeds 1.0%, the conductivity of the alloy is significantly reduced. Therefore, as for content of Ni, Sn, In, Mn, P, Mg, and Si which single addition or two or more types of complex addition are made, 0.01 to 1.0% is preferable in total amount.
(실시예)(Example)
다음으로, 본 발명의 효과를 바람직한 조성범위를 나타내는 실시예에 의해구체적으로 설명한다,Next, the effect of this invention is concretely demonstrated by the Example which shows a preferable composition range.
먼저, 전기구리 (Cu) 또는 무산소구리 (Cu) 를 주원료로 하고, 구리크롬 모합금, 구리지르코늄 모합금, 아연, 티탄, 연강, 니켈, 주석, 인듐, 망간, 마그네슘, 실리콘, 구리인 모합금을 부원료 하여, 고주파용해로에서 표 1, 3 에 나타낸 각종 성분조성의 구리합금을 진공중 또는 Ar 분위기중에서 용제하여, 두께 30 ㎜ 의 잉곳으로 주조하였다. 다음에 이들의 각 잉곳에 열간가공 및 용체화처리, 1 회째의 냉간압연, 시효처리, 표 1, 3 에 나타낸 조건의 최종냉간압연 (가공도 50%), 변형제거소둔의 순서로 처리를 하여, 두께 0.15 ㎜ 의 판으로 하였다.First, copper (Cu) or oxygen-free copper (Cu) as the main raw material, copper chromium master alloy, copper zirconium mother alloy, zinc, titanium, mild steel, nickel, tin, indium, manganese, magnesium, silicon, copper phosphorus master alloy Was prepared as a raw material, and the copper alloys of the various component compositions shown in Tables 1 and 3 were melted in a vacuum or in an Ar atmosphere in a high frequency melting furnace, and cast into an ingot having a thickness of 30 mm. Each of these ingots were then treated in the order of hot working and solution treatment, first cold rolling, aging treatment, final cold rolling (processing degree 50%) under the conditions shown in Tables 1 and 3, and strain removal annealing. And a plate having a thickness of 0.15 mm.
이하에 평가방법을 서술한다. 먼저, 제작한 각 판재의 결정배향을 X-선회절장치를 사용하여 상술한 방법으로 평가하였다. 다음에, 산화막 밀착성을 테이프 박리(tape peeling) 시험에 의해 평가하였다. 각 판재로부터 20 ×50㎜ 의 시험편을 잘라내, 대기중 소정온도에서 5분간 가열한 후, 산화막이 생성된 시험편표면에 시판되는 테이프 (상품명 :쓰리엠#851) 를 붙였다 떼어냈다. 이 때, 가열온도를 20℃ 마다 변화시켰을 때, 산화막의 박리가 발생하는 가장 낮은 온도를 구하여, 산화막 박리온도로 하였다. 또, 강도는 인장시험으로 인장강도를 측정함으로써, 도전성은 도전율을 구함으로써 실시하였다.The evaluation method is described below. First, the crystal orientation of each produced sheet was evaluated by the method described above using an X-ray diffraction apparatus. Next, the oxide film adhesion was evaluated by a tape peeling test. 20 x 50 mm of test pieces were cut out from each plate and heated at a predetermined temperature in the air for 5 minutes, and then a commercially available tape (trade name: 3M # 851) was attached and detached from the test piece surface on which the oxide film was formed. At this time, when the heating temperature was changed every 20 ° C., the lowest temperature at which the oxide film was peeled off was determined to be the oxide film peeling temperature. In addition, the strength was measured by measuring the tensile strength by the tensile test, and the conductivity was performed by obtaining the electrical conductivity.
표 3, 4 에 평가결과를 나타낸다. 본 실시예에 대해서는, 양호한 산화막 밀착성을 얻을 수 있었다. 또한, 각 비교예는 압연조건이 적당하지 않기 때문에 극표층의 {100} 배향이 적정범위를 벗어나, 산화막 밀착성이 떨어지는 예이다.Tables 3 and 4 show the results of the evaluation. For this example, good oxide film adhesion could be obtained. In addition, each comparative example is an example in which the {100} orientation of the pole surface layer is out of an appropriate range and the oxide film adhesiveness is inferior because the rolling conditions are not suitable.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 구리합금에 의해, 42 합금 (42% Ni-Fe 합금) 에 비하여 반도체 패키지의 열발산성이나 고속동작을 비약적으로 높이고, 더욱 산화막의 밀착성을 높임으로써 패키지의 신뢰성의 저하도 억제할 수 있다.As described above, the copper alloy of the present invention significantly improves the heat dissipation and high-speed operation of the semiconductor package compared with the 42 alloy (42% Ni-Fe alloy), and further improves the adhesion of the oxide film, thereby improving the reliability of the package. A fall can also be suppressed.
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