WO1998010105A1

WO1998010105A1 - Alliage de cuivre pour dispositifs electroniques

Info

Publication number: WO1998010105A1
Application number: PCT/JP1997/003080
Authority: WO
Inventors: Tatsuhiko Eguchi; Takao Hirai; Masaaki Kurihara
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.; Shinko Electric Industries Co., Ltd.
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1998-03-12
Also published as: KR20000064324A; TW434324B

Description

明細書電子機器用鐄合金技術分野

本発明は、電子機器用のリード（ I C等の半導体衆子用リードフレーム等）、端子、コネクター、スィッチ等を構成する材料として適した鋇合金、特にリードフレーム用銅合金、およびこのような阈合金により構成されたリードフレームに関する。背景技術

電子機器用材料には、電気 ·熱伝導性（導 S率）、強度が高いこと、 A g等の置金属のめつき性や半田めつき性に優れること、半田付け性に優れること等が求められ、従来より鉄系材料や C u合金が多用されている。

ところで、前記諸特性の要求は、半導体機器の小型薄肉化、高集積化、高密度化に対応してより厳しくなりつつある。

このような状況の中で、電子機器用材料には、折出硬化型の C u— F e系 (C19 40) 、 C u— N i— S i系 (C7025)、 C u— C r— S n系等の鋇合金が用いられるようになった。

これらの銅合金は、導電率を高めるために、添加元素量をできるだけ少なくし、又不純物量も極力微量に抑えたものが使用されている。このため、エッチング性には優れる力 ms加工性に劣るという間題があつた。

ところで、リードフレー厶材などには、強度、耐熱性、電気伝導性、および熱伝導性の特性の他、貴金属（Agなど）めっきや半田めつきが施されるため、めつき性、半田接合性、表面平滑性等の特性が重視される。また条および板からリードフレームを成形する際の寸法精度を確保するために、良好なェッチング性または打抜加工性などの成形加工性が要求され、さらに、実用性の点から価格が低いことも重要である。

そして、これらの要求特性は、近年の半導体機器の高集積化、小型化、高機能化、低コスト化などに対応してより厳しくなつてきている。特に、近年、リードフレームの多ピン化、小型化、薄肉化など力《進み、高度な寸法精度を確保するために良好な成形加工性を有する材料が強く求められている。

リ一ドフレームの成形加工法としては打抜加工法力主流であり、近年の技術革新により、多ピンまたはファインピッチのリードフレーム、ピン数は少ないが多列に加工するマトリックス状のリードフレームなどが、打抜加工により製造されるようになり、材料の打抜加工性の重要性が増している。また打抜加工はコスト的にも有利である。

前述の C u— S n系合金および C u— F e系合金は、リードフレーム材として広く用いられているが、打抜加工性がやや劣る。その改善策として、打抜加工性に優れる C u— Z n合金をベースとする合金が、特開平 1一 1 6 2 7 3 7号公報ゃ特開平 5— 3 6 8 7 8号公報に開示されている。

しかし、前者の公報に記載されている材料は、打抜加工性には優れているものの、応力腐食割れが発生し易く、また 1 0 0ピン以上の多ピンリードフレームでは十分な打抜加工性が得られないという問題がある。また、後者の公報に記載されている材料は、 C u— Z n系合金の表面に P d ZN iめっきを施して応力腐食割れを改善したものであるが、 P d層が高価であるため、厚さを 0. 0 程度に薄くしょうとすると、十分な耐蝕性が得られなくなり、また、リードを曲げ加工すると、 N iめっき層に亀裂が入って、合金素地が露出した部分や、タイバ一カットされて合金素地が露出した部分に応力腐食割れが生じるという問題がある。また、銅合金そのものの曲げ加工性の改善も求められていた。更に、 1 0 0 ピン以上の多ピンリードフレームでは、十分な打抜加工性が得られないという問題もあった。発明の開示

本発明の目的は、熱 ·電気伝導性（導電率）、強度、熱間加工性、打抜加工性、半田付け性、およびめつき性等の特性に優れた電子機器用銅合金を提供することにある。

本発明の他の目的は、強度、導電性、曲げ加工性、打抜加工性、耐応力腐食割れ性、および製造加工性に優れた半導体装置のリードフレーム用銅合金を提供すると *しあ ) ₀

本発明の更に他の目的は、上記銅合金により構成されたリードフレームを提供することにある。

本発明の第 1の態様は、 z nを 5〜42wt¾含み、 Sn、 S i、 A l、 N i、 M n、 T i、 Z r、 I n、 Mg、 0.005 〜0.5 ¾の？13、および 0.005 ~0.5wtXの T eからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0. l〜3w«含み、更に、 B i、 C a、 S rおよび B aからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.0 05~3w«含み、かつ残部 C uと不可避的不純物からなる電子機器用鋦合金を提供する。

本発明の第 2の態様は、 Z nを 10~35wtX 、 S nを 0. l〜2w«含み、残部が C uと不可避的不純物からなる銅合金であって、結晶粒度が 5〜35〃mである、半導体装置のリードフレーム用銅合金を提供する。

本発明の第 3の態様は、 211を10〜35*1:%、 81 を0. ：!〜 2wt%含み、残部が C uと不可避的不純物からなる銅合金部材表面に、 P d層力、'形成されている半導体装置用リ一ドフレームを提供する。

本発明の第 4の態様は、 ∑ 11を10〜35 ％、 311を0. l〜2wt%含み、残部が C uと不可避的不純物からなり、結晶粒度が 5 ~ 35 / mの銅合金部材上に P dが層状に形成されている半導体装置用リ一ドフレームを提供する。

以上の第 1〜第 4の発明において、好ましい銅合金は、 Z nを 10〜35wt!¾ 、 S nを 0. l〜2wt 、 P b、 B i、 S e、 T e、 C a、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wt含み、残部が C uと不可避的不純物からなるものである。また、更に好ましい銅合金は、 Znを 10〜35 wt 、 S nを 0.1 〜2wtX、 Pb、 B i、 S e、 T e、 C a、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wtX含み、さらに N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A 1、 Ag、 Mgよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜： bft¾含み、残部が C uと不可避的不純物からなる銅合金であって、結晶粒度が 5〜35 mであるものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施例に係る半導体装置用リ―ドフレームを示す平面図である o 発明を実施するための最良の形態

まず、本発明の第 1の態様に係る電子機器用銅合金について説明する。

この電子機器用銅合金は、 Z nを 5〜42wtX含み、 Sn、 S i、 A l、 N i、 Mn、 T i、 Z r、 I n、 Mg、 0.005〜0.5wtXの Pb、および 0.005 ~0.5wt¾ の T eからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.1〜3w 含み、更に、 B i、 C a、 S rおよび B aからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0. 005〜3wt含み、残部 Cuと不可避的不純物からなることを特徴とする。

以下に、本発明の第 1の態様に係る電子機器用銅合金を構成する各添加元素について説明する。

Znは、打抜加工性を向上させるために添加される。その含有量を 5〜42wtX に規定した理由は、 5w«未満でも 42wt¾を超えても、その打抜加工性向上効果が十分に得られなくなるためである。また、 5wt¾未満では、強度も十分に得られなず、 42wtXを超えると、導電率、熱間加工性、半田付け性、およびめつき性も低下する。特に望ましい Z n含有虽は、 15〜38wt!«である。

Sn、 S i、 A l、 N i、 Mn、 T i、 Z r、 I n、 Mg、 Pb、および T e は、各々強度、打抜加工性、半田付け性、めっき性を向上させるために添加される。その含有量を総計で 0. l〜3wt¾に規定した理由は、 0. lwtX未満ではその効果が十分に得られず、 3wtXを超えると熱間加工性および導電率力、'低下するためである o

上記諸元素のうち、 P bと T eは、熱間加工後の酸化皮膜除去の際に行う切削加工性をも改善する。その含有量を各々 0.005〜0.5wt¾に規定した理由は、 0.00 5wtX未満ではその効果が十分に得られず、 0.5wtを超えると打抜加工性が低下するためである。

上記諸元素のうち、 Sn、 S i、 A l、 N i、 Mn、 T i、 Z r、 I n、 Mg の含有量は、 0. l〜2wt であるの力、'好ましい。 B i、 Ca、 S r、 B aは、各々打抜加工性と半田付け性を向上させるために添加される。その含有量を総計で 0.005~3w«に規定した理由は、 0.005wt¾未満ではその効果が十分に得られず、 3wtXを超えると熱間加工性と導電率が低下するためである。これらは単独で添加しても効果がある力、複数元素を含有させると、それら力、'相互に化合物を形成して、その効果がより向上する。

本発明の銅合金に対し、更に Au、 Ag、 N i、 Pd、これらの合金、又は半田等をめつきすることにより、半田付け性、耐応力腐食割れ性等を、一層向上させることが出来る。

本発明の銅合金は、特に半導体装置のリードフレーム用材料として、好適に使用される。即ち、本発明の第 2の態様は、リードフレーム用銅合金を提供する。

このリードフレーム用銅合金は、 211を10〜351»1: 、 S nを 0. l〜2wt含み、残部が C uと不可避的不純物からなる鋦合金であつて、結晶粒度が 5〜35 β mであるものである。好ましい結晶粒度は、 10〜30〃mである

また、より好ましいリードフレーム用銅合金は、 Znを 10~35wtX、 Snを 0. l〜2wt¾、 Pb、 B i、 S e、 Te、 Ca、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001-0.5wtX含み、残部が C uと不可避的不純物からなる銅合金であって、結晶粒度が 5〜35//mであるものである。

更に、最も好ましいリードフレーム用銅合金は、 Znを 10〜35wt¾、 Snを 0. 1〜2wtX、 P b、 B i、 S e、 T e、 C a、 S r、ミツシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wtX含み、さらに N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A l、 Ag、 Mgよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001~lwt含み、残部が C uと不可避的不純物からなる銅合金であって、結晶粒度が 5〜35/ mであるものである。

本発明の第 2の態様に係る銅合金は、 Cu—Zn合金をベースとし、その欠点である応力腐食割れを、 S nを適量添加することと、結晶粒度を適正に制御することにより改善したものである。この他、 Snは強度向上に、また結晶粒度の適正化は曲げ加工性の改善に寄与する。

本発明の第 2の態様に係る鋦合金において、 Z nは打抜加工時のバリの発生やリードの捩じれを極めて少なくして、打抜加工性を向上させる。その含有量を 10 〜35w«に規定する理由は、 lOwtX未満ではその効果が十分に得られず、 35wt¾ を超えると /3相が出現して冷間加工性が悪化するためである。

Snは強度向上、耐応力腐食割れ性の改善に寄与する。その含有量を 0.1〜2w に規定する理由は、 0.1wt未満ではその効果が十分に得られず、 2wtXを超えると導電性および熱間加工性が低下するためである。

本発明の第 2の態様に係る銅合金において、結晶粒度を 5〜35μπιに規定する理由は、結晶粒度が 5〃m未満でも 35 mを超えてもその曲げ加工性および耐応力腐食割れ性の改善効果力、'十分に得られないためである。なお、結晶粒度は、 J I S-H0501に準じて決定される。

本発明の第 2の態様に係る銅合金において、 Pb、 B i、 Se、 Te、 Ca、 S r、ミッシュメタルは打抜加工性の向上に寄与する。これら元素の少なくとも 1種の含有量を総計で 0.001〜0.5wt¾に規定する理由は、 0.001wt¾未満ではその効果が十分に得られず、 0.5wtXを超えると熱間加工性が低下するためである。

N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A l、 Ag、 Mgは合金強度を高めることにより打抜加工性を改善する。これら元素の少なくとも 1種の含有量を総計で 0.001〜： lwt¾に規定するのは、 O.OOlwtX未満ではその効果が十分に得られず、 lwtXを超えると導電率および熱間加工性が著しく低下するためである。

本発明の第 2の態様に係る銅合金において、リードフレーム材ゃ端子材の強度および耐熱性の向上に有効な添加元素として、 T i、 I n、 Ba、 Sb、 Hf、 Be、 Nb、 Pd、 B、 P、 Cなどが挙げられる。その添加量は導電率を大幅に低下させない範囲、例えば 0. 001~0. 5 力、'推奨される。また溶解铸造時に混入する 0および Sの含有量を 50ppm以下にすると、めっき性、半田接合性、半田濡れ性などの表面特性力良好に保持される。

本発明の第 3の態様は、半導体装置用リードフレームを提供する。

即ち、本発明の第 3の態様に係る半導体装置用リードフレームは、 Znを 10 〜35wt%、 311を0. l~2wt%含み、残部が Cuと不可避的不純物からなる鋦合金部材表面に、 P dが層状に形成されていることを特徴とする。

銅合金の構成元素およびその役割については、第 2の態様に係る銅合金と同様であるので、説明を省略する。図 1は、半導体装置用リードフレームを示す平面図である。図 1において、参照数字 1はインナーリード、 2はアウターリード、 3はダイパッドをそれぞれ示す。インナーリード 1は、封止後、モールドレジン内に収容され、アウターリード 2はモールドレジン外に露出する部分である。なお、ダイパッド 3上には、半導体チップが搭載される。

本発明の第 3の態様に係る半導体装置用リードフレームにおいて、鐧合金部材表面に形成する P d層は、耐応力腐食割れ性、ワイヤボンディング性、半田濡れ性を改善する役割を果たす。前記 P d層は、その厚さが 0. 0 1 / m以上においてその効果が十分発現される。 P d層の厚さの上限は特に規定しないが、 1 μ Ά 以上に厚くしてもその効果は飽和し、加工費や材料費が嵩むだけであり、不経済である。

本発明の第 3の態様に係る半導体装置用リ一ドフレームでは、銅合金と P d層の間に N i 、 C o、 N i— C o系合金、 N i— P d系合金の群から選ばれた少なくとも 1種を層状に形成することにより、耐応力腐食割れ性が改善される。また、半導体装置の組立てが高温で行われても、銅合金の C uや Z nが P d層に熱拡散するのが抑制され、ワイヤボンディング性や半田濡れ性が良好に保持される。このような中間層を形成することで P d層を信頼性を損なわずに薄くでき、コスト低減が図れる。前記中間層は、 0. 1 以上の厚さでその効果を十分発現する。本発明の第 4の態様は、第 2の態様と第 3の態様との組合せに係る半導体装置用リードフレームを提供する。即ち本発明の第 4の態様に係る半導体装置用リ一ドフレームは、 2 11を1 0〜 3 5 ％、 8 ! を0. 1 〜2 wt%含み、残部が C u と不可避的不純物からなり、結晶粒度が 5〜 3 5 mの銅合金部材上に P dが層状に形成されていることを特徴とする。 '

銅合金の詳細については、第 2の態様と同一であり、銅合金部材上の P d層については、第 3の態様と同一であるので、その説明を省略する。

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例 1

下記表 1、 2に示す種々の組成の合金を高周波溶解炉にて溶解し、铸造して、厚さ 30mm、幅 100隨、長さ 150議の铸塊を得た。次に、これら铸塊を 980 で厚さ 10mmに熱間圧延し、表面の酸化被膜を切削して除去したのち、種々の厚さの素板に冷間圧延し、次いでこの素板に不活性棼囲気中で 45(TCx2hr の熱処理を施し、更に各々を厚さ 0.15DUDの板材に冷間圧延した。

6m£0/L6dtl∑Dd 0

表 2

No Zn Sn, Si. Al, Ni, Mn. Ti, Zr, In, Mg, Pb, Te Bi, Ca, Sr, Ba 比 12 3wt¾ 較 13 50wtX 例 14 20 t¾ Sn 0. 07wt¾ Bi 0. 01wt¾

15 20wt» Sn 3. 2wt¾ Ca 0. 01wt¾

16 20wt¾ Sn 1. 2wt¾

17 20wtX Si 0. 04, Al 0. 04wt¾ Sr 0. 03wt¾

18 20wtX Ni 3. 5wt¾ Ba 0. 02wt¾

19 23wtX Sn 1. 5wt¾ Bi 3. 5wt¾

20 20wt¾ Si 1. 5wt¾ Ca 3. 3wtX

21 22wt¾ Sn 0. 3. Ni 0. 7. In 0. 6wt¾ Sr 3. 2wt¾

22 22wtX Sn 0. 3wtX Ca 2. 3wtX

Ba 2. lwt¾ 従 23 Cu-0. a tXSi-2. 5wt¾Ni 合金

来

例 24 Cu-2. 3kt Fe合金得られた各々の板材について、導電率、引張強さ、熱間加工性、打抜加工性、半田付け性、めっき性を調べた。

導電率は、 JIS- H- 0505に、引張強さは： TIS-Z- 2241にそれぞれ準じて測定した。熱間加工性は、熱間圧延後の表面割れを目視観察して調べた。割れのないものを〇、割れを生じたものを Xで表示した。

スタンピング性は、板材から QFP160ピンタイプのリードフレームを SKD11製金型を用いて打抜き、インナーリードの段差を測定して評価した。段差は小さい程スタンピングの良いことを示す。

半田付け性は、板材に共晶半田 (Pb-63wt¾Sn)を接着し、これを大気中で 150 で 1000時間加熱したのち、 180度の密着曲げと曲げ戻しを行い、曲げ戻し部分の前記共晶半田の接合状態を目視観察して評価した。剥離のないものを〇、剥離のあるものを Xと表示した。

めっき性は、電解脱脂後、 H₂ S 0₄ 一 H₉ 0₂ 溶液でエッチングし、 A gめつき浴に浸潰して A gを 5〃mの厚さにめっきし、その後 475でで 5分間加熱して膨れの有無を顕微鏡により観察して評価した。膨れのないものを〇、膨れのあるものを Xと表示した。

その結果を下記表 3、 4に示す。

2 表 3

(注） *：ィンナ一リ一ドの段差、単位/ /m_c 3 表 4

(注） *：ィンナ一リードの段差、単位^ m_c 上記表 3、 4より明らかなように、試料 No. 1〜11に係る板材は、全調査項目に対し、いずれも優れた特性を示している。 Pbを適量添加した試料 No. 1、 T eを適量添加した試料 N o. 5は、熱間圧延材の面削がとりわけ良好に行えた。

これに対し、比較例に係る試料 No. 12は、 Znが少ないため打抜加工性に劣り、強度も低下した。

試料 No. 13、は Zn力《多かったため打抜加工性に劣り、その上、導電率、熱間加工性、半田付け性、めつき性力《低下した。試料 N o. 14は S nが少なかつたため、試料 No. 17は S iと Λ 1の量が少なかったため、いずれも強度、打抜加工性、半田付け性が低下した。

試料 No. 16は、 B i、 Ca、 S r、 B aのいずれも含有されていないため、打抜加工性と半田付け性が劣つた。

試料 No. 15は Snの量が多く、試料 No. 18は N iの量が多く、試料 N o. 19は B iの量が多く、試料 No. 20は C aの量が多く、試料 No. 21 はは S rの量が多く、試料 No. 22は C aと B aの量が多いため、いずれも導電率が低下し、又熱間加工で割れが生じた。

従来例の試料 No. 23, 24は共に打抜加工性に劣った。 No. 24は強度も低かった。

得られた板材について応力腐食割れ感受性を、 ASTM法 (G37) に準じて調べた。その結果、いずれも耐応力腐食割れ性に優れることが確認された。

以上に述べたように、実施例 1, 2に係る電子機器用鋦合金は、電気，熱伝導性、強度、熱間加工性、打抜加工性、半田付け性、めっき性に優れるので、電子機器の高密度化、高集積化等に十分対応できる。本発明はリードフレームに特に適するが、端子、コネクター、電極等、他の導電材料に適用しても同様の効果が得られる。依って、工業上顕著な効果を奏する。

実施例 2

下記表 5に示す組成の合金を高周波溶解炉により溶解し、これを 6で Z秒の冷却速度で踌造して、厚さ 30min、幅 100mm、長さ 150,の铸塊を得た。次いで、この铸塊を 850°Cで熱間圧延して、厚さ 12mmにした。次に、この熱間圧延材を厚さ 9 mmに両面面削して酸化皮膜を除去し、その後、厚さ 1.2隨に冷間圧延し、更に不活性ガス雰囲気中で 530 で 1時間焼鈍し、次いで 0.21mmに冷間圧延し、次に不活性ガス雰囲気中で 530 で 1時間焼鈍し、更に 0, 15匪の板材に仕上げ圧延した。

比較例 1

下記表 6に示す組成の合金 (Νο.19〜23) を実施例 2と同じ方法により板材に加ェした。

比較例 2

下記表 6に示す組成の合金 (No.24.25)を焼鈍条件以外は実施例 2と同じ方法により板材にカ Πェした。

従来例 1

下記表 6に示す組成の合金 (No.26) を実施例 2と同じ方法により板材に加工した。

このようにして得られた各々の板材について、下記の方法により、結晶粒度、引張強さ（TS) 、導電率（EC) 、曲げ加工性、打抜加工性、耐応力腐食割れ性を調べた。それらの結果を下記表 7、 8に示す。表 7、 8では、 Pb、 B i、 S e、 Te、 Ca、 S r、ミッシュメタルからなる群の元素は第一群添加元素、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A l、 Ag、 Mgからなる群の元素は第二群添加元素と記した。

各特性の測定方法は、次の通りである。

結晶粒度：結晶組織を光学顕微鏡 (200倍）により観察し J I S— H0501の切断法に準じて測定した。

曲げ加工性：板材を幅 10ΙΜ、長さ 50mm く長さ方向と圧延方向が平行）に切出し、これに曲げ半径 0.1mmで W曲げし、曲げ部における割れの有無を 50倍の光学顕微鏡で目視観察した。割れおよび肌荒れの無いものを〇、肌荒れが生じたものを△、割れが生じたものを Xと評価した。

打抜加工性：板材に SKD11製金型で lmm X 5 mmの角穴を開け、 5001回目から 10000回目までの打抜分からサンプルを 20個無作為に抽出し、サンプルのバリの大きさを測定した。また打抜面を観察して破断部の厚さ aを計測し、サンプルの厚さ bに対する破断部割合（a/b) X100¾を求めた。この破断部割合は打抜加工性の目安の 1つとされ、この割合力、'大きい程打抜加工性力、'良好で、打抜での歩留まりが高く、かつ加工が精密に行えると評価される。

耐応力腐食割れ性（耐 SCC性）：板材から幅 8mm、長さ 50mm (長さ方向と圧延方向が平行）の引張試験片を切出し、これを J I S— C 8306に準拠するァンモニァ棼囲気に曝露した。このサンプルの両端に 20kgf/mm2 の定荷重をかけ破断までの時間を測定した。

なお、引張強さ（TS) 、導電率（EC) は、実施例 1で用いた方法と同様であ

7

表 5

(注) *単位 im_c 8

表 6

(注)☆ No. 19~23は比絞例 1、 No. 24.25 は比較例 2、 ※従来例、 *単位; i m。

9

表 7

表 8

(注） ☆試料 . 19〜23は比較例1、試料 o. 24, 25 は比校例 2、 ※は従来例

上記表 7、 8より明らかなように、本発明例の試料 No. 1〜18はいずれも、総ての特性に優れている。

これに対し、比較例の試料 No. 19 は、 Z n力、'少ないため、従来例の試料 No. 26 は S nが添加されていないため、いずれも引張強さ力《低く、打抜加工性が悪化した。また、比較例の試料 ^. 20〜23は2 11、 S n、第一群添加元素、または第二群添加元素のいずれかが多いため、製造加工性に劣り、特に試料 No. 22 は熱延割れがひどく、製造ができなかつた。試料 No. 24, 25は、焼鈍条件が適正でなく、結晶粒度が本発明の規定値外となり、曲げ加工性が低下した。

以上に述べたように、実施例 2に係る半導体リードフレーム用鋦合金は、打抜加工性に優れる C u— Z n合金をベースとし、これに S nなどを適量添加し、また結晶粒度を制御して耐応力腐食割れ性などを改善したもので、強度、導電性、曲げ加工性、打抜加工性、耐応力腐食割れ性、製造加工性などに優れ、工業上顕著な効果を奏する。

実施例 3

下記表 9に示す組成の銅合金を高周波溶解炉により溶解し、これを 6°CZ秒の冷却速度で銪造して、厚さ 3 Omm, 幅 200mm, 長さ 300mmの祷塊を得た。次いで、この铸塊を 850 で熱間圧延して、厚さ 12 mmの熱間圧延板とし、これを厚さ 9 mmに両面面削して酸化皮膜を除去し、次に、厚さ 1. 2mm に冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で 530でで 1時間焼鈍し、次いで厚さ 0. 21 mmに冷間圧延し、その後、不活性ガス雰囲気中で 530でで 1時間焼鈍し、更に、厚さ 0. 15 mmの板材に仕上圧延した。

このようにして得られた各々の板材について、引張強さ（TS) 、導電率 (E C) 、打抜加工性を調べた。

また前記板材から 28 p i nD I Pのリードフレームを打抜き、このリードフレーム上に N iを 0. 5 #mの厚さに電気めつきし、更にその上に P dを 0. 0 1〃mの厚さに電気めつきし、このリードフレームサンプルについて、耐応力腐食割れ性、耐食性を調べた。その結果を下記表 10、 11に示す。

なお、表 9では、 Pb、 B i、 S e、 Te、 Ca、 S r、希土類元素の群を第 1群添加元素、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A l、 Ag、 Mg の群を第 2群添加元素と記した。

耐応力腐食割れ性の試験方法は、実施例 1および実施例 2で用いた方法と同様である。

耐食性：耐応力腐食割れ性の試験で用いたのと同じサンプルを J I S— Z 23 71に準じて塩水噴霧試験（塩水： 5%Na C l、 35V を 24時間行ったのち、腐食状況を目視観察した。腐食しなかったものを〇、若干腐食したものを△、腐食の激しかったものを Xで示した。表 9

No Z n S n 第 1群添加元素ノ第 2群添加元素 wt% 備考本 1 21 0. 14 添加元素 2 19 0. 85 なし 3 26 1. 72 明 33 0. 58 BiO. 003 PbO. 06/ 第 1群添加

21 0. 63 PbO. 15/ 元素例 19 0. 91 SeO. 21 TeO. 0/

20 0. 72 PbO. 21 CaO. 19 SrO. 07/·

20 1. 22 MMO. 21/

9 18 0. 47 PbO. 17//AgO. 003 第 1群及び

10 26 0. 35 BiO. 02 CaO. 11 /NiO. 39 SiO. 12 第 2群添加 11 13 1. 87 SeO. 13 TeO. 27 /CrO. 12 ZrO. 09 A10. 04 元素 12 28 0. 96 PbO. 14 SrO. 07//MnO. 43 AgO. 25 FeO. 10

13 19 1. 34 MHO. 03//MgO. 40 CoO. 09 比 14 5 0. 14

15 39 0. 88 'ん

較 16 25 0. 07

17 30 2. 32

例 18 21 1. 03 PbO. 09 SeO. 13 MMO. 36/……

19 31 0. 57 BiO. 004 CaO. 11/SiO. 64 MgO. 51

20 21 従来例

(注） *単位表 10

(注）単位： T S

は N/mmS 、 ECは％I ACS、ノリ高さは mm、耐 S CCは H r。 No TS E C バリ高破断部割合耐 SCし耐食性製造性

14 468 51 0.019 32% >500 〇良好比 15 632 23 0.010 55% 〉500 Δ 冷延割発生較 16 533 28 0.010 56% 18 X 良好

17 640 16 0.008 51% >500 〇熱延割発生例

18 熱 Jれ Cトどく製 ϋ できず

19 655 14 0.006 61% >500 〇熱延割発生

# 20 504 32 0.021 35% 3 X 良好

(注）単位： TSは NZmm2 、 E Cは％ I A C S、バリ高さは mm、耐 SCCは H r、 #：従来例。表 2、 3より明らかなように、本発明例の試料 No.1〜13は、いずれも、打拔加ェ性（バリ高さ、破断部割合）、および耐食性などの種々の特性に優れるものでめった 0

他方、比較例の試料 No.14は、 Znが少ないため弓 I張強さが低く、また打抜加ェ性に劣った。試料 No.15は、 Znが多いため耐食性に劣り、また冷間圧延で割れが発生した。試料 No.16は、 Snが少ないため耐応力腐食割れと耐食性が著しく劣った。

また、試料 No.17は、 S nが多いため導電率が低く、また熱間圧延で割れが生じた。試料 No.18は、第 1群添加元素が多いため熱間圧延割れがひどく、製造ができなかった。試料 No.19は、第 2群添加元素が多いため導電率が低下し、また熱間圧延で割れが生じた。試料 No. 20は、従来の C u— Z n合金で、引張強さ、打抜加工性、耐応力腐食割れ性、耐食性に劣った。

実施例 4

実施例 3で用いた試料 No. 5の板材上に種々の金属層を電気めつき法により形成してサンプルとし、このサンブルについて、ワイヤボンディング性と半田濡れ性を調べた。結果を下記表 1 2に示す。

試験方法を以下に示す。

ワイヤボンディング性：前記サンプルに 3 0 の金線を 1 0 0本ボンディングし、 1 0 0本全てのワイヤについてプルテストを行い、ワイヤ部で破断した本数の割合をワイヤ破断率として評価した。ワイヤ破断率が大きい程ボンディング性に優れる。ボンディングは、フルオートワイヤーボンダ一を用いて、荷重 5 0 g、超音波出力 0. 1 W、超音波印加時間 3 0 m s e c、ステージ温度 2 4 0 の条件で行なった。

半田濡れ性：前記サンプルを 2 5 0 に加熱したホットプレート上に 3分間保持したのち、メニスコグラフ法により半田濡れ時間を下記条件で測定した。使用半田： S n— 4 0wt% P b、温度： 2 3 0 、浸漬速度： 2 5 mmZ秒、浸漬時間： 1 0秒、フラックス： RM Aタイプのフラックス。

表 1 2

上記表 1 2より明らかなように、試料 No. 21〜27はいずれも P d層が 0. 0 1 ja m以上の厚さに形成されており、ワイヤボンディング性と半田濡れ性がともに優れている。中でも試料 No. 24〜27は、中間層が設けられ、銅合金成分の P d層への拡散が抑制されたため、半田濡れ性が一段と向上した。

試料 No. 28, 29は、他に較べて特性力、'若干劣っている力これは P d層が薄かつたためである。また、試料 No. 29は中間層が設けられた分、試料 No. 28より特性が優れている。

以上に述べたように、実施例 3， 4に係るリードフレームは、打抜加工性、耐食性、耐応力腐食割れ性、強度、導電性、製造加工性に優れ、工業上顕著な効果を奏する。実施例 5

下記表 13、 14に示す組成の鋦合金を高周波溶解炉にて溶解し、これを 6 Z秒の冷却速度で铸造して、厚さ 3 Omm、幅 20 Omm、長さ 30 Ommの銬塊を得た。

次に、この鋅塊を 85 Otで熱間圧延して厚さ 12 mmの熱間圧延板とし、これを厚さ 9 mmに両面面削して酸化皮膜を除去し、次いで、厚さ 1. 2mmに冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で 530でで 1時間焼鈍し、次いで厚さ 0. 2 lmmに冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で 530でで 1時間焼鈍し、更に厚さ 0. 15 mmの板材に仕上圧延した。

このようにして得られた各々の板材について、引張強さ（TS) 、導電率（E C) 、打抜加工性、曲げ加工性を調べた。

また、前記板材から 28 p i nD I Pのリードフレームを打抜き、このリードフレーム上に N iを 0. 5〃mの厚さに電気めつきし、更にその上に Pdを 0. 01〃mの厚さに電気めつきし、このリードフレームサンプルについて、耐応力腐食割れ性、耐食性を調べた。その結果を下記表 15、 16に示す。

なお、下記表 13では、 Pb、 B i、 Se、 Te、 Ca、 S r、希土類元素の群を第 1群添加元素、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A Ag、 M gの群を第 2群添加元素と記した。

試験方法は、上述の実施例で用いたのと同様である。

表 1 3

No Z n S n 第 1群添加元素 Z第 2群添加元素 wt% 結晶粒度

21 0. 14 1 5 /ί m 本 19 0. 85 1 5 jt/ m

26 1. 72 2 0

33 0. 58 BiO.003 PbO. 06/· 2 5 m 明 21 0. 63 PbO. 15/ 1 5 ^ m 例 19 0. 91 SeO. 21 TeO.08 / 1 O « m

20 0. 72 PbO.21 CaO. 19 SrO. 07/· 1 O t m 20 1. 22 脚. 21/ 2 O m

9 18 0. 47 PbO. 17/AgO. 003 2 5 / m

10 26 0. 35 BiO. 02 CaO. 11 /NiO. 39 SiO. 12 1 O it m

11 13 1. 87 SeO. 13 TeO. 27 /CrO. 12 ZrO. 09 AlO. 0 5 jt£ m 12 28 0. 96 PbO. 14 SrO. 07 /MnO. 43 AgO. 25 FeO. 10 5 13 19 1. 34 HMO.03/HgO. 40 CoO. 09 0

(注） *単位 wt%、 ※試料 No. l〜3 は添加元素なし

試料 No.4〜8 は第 1群添加元素あり

試料 No. 9〜13は第 1群および第 2群添加元素あり表 14

No Z n S n 第 1群添加元素第 2群添加元素 wt% 結晶粒度

14 5 0.14 25 //m 比 15 39 0.88 20 ιη 校 16 25 0.07 '/' 20 jum

17 30 2.32 20 //m 例

18 21 0.16 3 19 20 0.15 40

20 21 1.03 PbO.09 SeO.13 MHO.36/…… 15 i m 21 31 0.57 BiO.004 CaO.11/SiO.64 MgO.51 20 tm

22 21 40 im

(注） * ：単位 wt%、 #：従来例

表 15

(注）単位： TSは N/mm2 、 ECは％I ACS、耐 SCCは Hr, 3

表 16

(注）単位： TSは NZmmS 、 E ^i% I ACS、耐 S CCは H

#：従来例。上記表 15、 16より明らかなように、本発明例の試料 No.1~13は、いずれも、打抜加工性（バリ高さ、破断部割合）、耐食性などの種々の特性に優れるものであった。

他方、比較例の試料 No.14は Znが少ないため引張強さ力、'低く、また、打抜加ェ性に劣った。試料 No.15は、 Znが多いため耐食性に劣り、また冷間圧延で割れが発生した。試料 No.16は S nが少な ^ゝため耐応力腐食割れと耐食性が著しく劣った。試料 No. 17は S n力、'多いため導電率が低く、また熱間圧延で割れが生じた。

試料 No. 18は結晶粒度が小さいため、試料 No. 19は結晶粒度が大きいためいずれも曲げ加工性が劣つた。試料 No. 20は第 1群添加元素が多いため熱間圧延割れがひどく製造ができなかつた。試料 No. 21は第 2群添加元素が多、ため導電率が低下し、また熱間圧延で割れが生じた。試料 No. 22は従来の C u— Z n合金で、引張強さ、打抜加工性、曲げ加工性、耐応力腐食割れ性、耐食性に劣った。実施例 6

実施例 5で用、た試料 No. 5の板材上に種々の金属層を電気めつき法により形成してサンプルとし、このサンプルについて、ワイヤボンディング性と半田濡れ性を調べた。それらの結果を下記表 1 7に示す。

試験方法は、上述の実施例で用いたのと同様である。

表 1 7

No P d層中間層 m ワイヤ破断率半田濡れ時間 μ m % 秒

31 0. 03 1 0 0 0. 7

32 0. 12 1 0 0 0. 6 本 33 0. 29 1 0 0 0. 5 発 34 0. 09 NiO. 71 1 0 0 0. 5

35 0. 15 CoO. 59 1 0 0 0. 4 明 36 0. 44 Ni-Co/Ni : 0. 24/0. 41 1 0 0 0. 4

37 0. 05 Ni/Ni-Pd/Ni : l. 07/0. 14/0. 09 1 0 0 0. 5 例

38 0. 008 9 2 0. 8

39 0. 008 Nil. 41 9 7 0. 7 上記表 1 7より明らかなように、試料 1<0. 31〜37はぃずれも？01層が0. 0 1 〃m以上の厚さに形成されており、ワイヤボンディング性と半田濡れ性がともに優れている。中でも試料 No. 34〜37は、中間層が設けられ、銅合金成分の P d層への拡散が抑制されたため、半田濡れ性が一段と向上した。

試料 No. 38， 39は、他に較べて特性が若干劣っているが、これは P d層が薄かつたためである。

試料 No. 39は、中間層が設けられた分、試料 No. 38より特性が優れている。以上のように、実施例 5 , 6に係るリードフレームは、打抜加工性、耐食性、曲げ加工性、耐応力腐食割れ性、強度、導電性、製造加工性に優れ、工業上顕著な効果を奏する。

以上説明したように、本発明の電子機器用銅合金は、電気，熱伝導性、強度、熱間加工性、打抜加工性、半田付け性、めっき性に優れるので、電子機器の高密度化、高集積化等に十分対応できる。また、本発明の半導体リードフレーム用鐧合金は、打抜加工性に優れる C u— Z n合金をベースとし、これに S nなどを適量添加し、また結晶粒度を制御して耐応力腐食割れ性などを改善したものであるため、強度、導電性、曲げ加工性、打抜加工性、耐応力腐食割れ性、製造加工性などに傻れ、工業上顕著な効果を奏する。

更に、本発明のリードフレームは、打抜加工性、耐食性、耐応力腐食割れ性、強度、導電性、製造加工性に優れ、工業上顕著な効果を奏する。

Claims

請求の範囲

1. Z nを 5~42wt 含み、 Sn、 S i、 A I、 N i、 Mn、 T i、 Z r、 I n、 Mg、 0.005 〜0.5 ¾の？15、および 0.005 〜0.5wtXの T eからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0. l〜3wt¾含み、更に、 B i、 C a、 S rおよび B aからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.005〜3wtX含み、残部 C uと不可避的不純物からなる電子機器用銅合金。

2. 前記 S n、 S i、 A 1、 N i、 Mn、 T i、 Z r、 I nおよび Mgからなる群から選ばれた少なくとも 1種は、総計で 0. l〜2wtX含まれる請求項 1に記載の電子機器用銅合金。

3. 表面に Au、 Ag、 N i、 Pd、これらの合金、および半田からなる群から選ばれた少なくとも 1種の金属層が被覆されている請求項 1に記載の電子機器用鋦合金。

4. Znを 10〜35wtX 、 S nを 0. l〜2wt¾含み、残部が C uと不可避的不純物力、らなり、結晶粒度が 5〜35//mである、リードフレーム用の、請求項 1に記載の電子機器用銅合金。

5. 更に、 Pb、 B i、 S e、 T e、 C a、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wt¾含む請求項 4に記載の電子機器用銅合金。

6. 更に、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A l、 Ag、 Mgよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001~lw«含む請求項 5に記載の電子機器用銅合金。

7. 更に、 T i、 I n、 B a、 Sb、 Η ί、 B e、 Nb、 Pd、 B、 P、およびじよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5 wtX含む請求項 4に記載の電子機器用銅合金。

8. 2：1を10〜351^%、 811を0. 1〜2wt%含み、残部が C uと不可避的不純物からなる銅合金部材表面に、 P d層が形成されている半導体装置用リ一ドフレーム。

9. 前記 P d層は、 0. 01~1〃mの厚さを有する請求項 8に記載の半導体装置用リードフレーム。

10. 前記鋦合金は、更に、 Pb、 B i、 Se、 Te、 Ca、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wt¾含む請求項 8に記載の半導体装置用リ一ドフレーム。

11. 前記銅合金は、更に、 N i、 S i、 Cr、 Z r、 Fe、 Co、 Mn、 A 1、 Ag、 Mgよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜： hrtX含む請求項 10に記載の半導体装置用リードフレーム。

12. 更に、 T i、 I n、 B a、 S b、 H f、 B e、 Nb、 P d、 B、 P、および Cよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜 0.5wt 含む請求項 8に記載の半導体装置用リードフレーム。

13. 前記銅合金部材と Pd層の間に N i、 Co、 N i - Co系合金、 N i— P d系合金の群から選ばれた少なくとも 1種からなる中間層が層状に形成されている請求項 8に記載の半導体装置用リ一ドフレーム。

14. 前記中間層は、 0. l/ m以上の厚さを有する請求項 13に記載の半導体装置用リードフレーム。

15. 前記鋦合金の結晶粒度が 5〜35/^mである請求項 8に記載の半導体装置用リードフレーム。

16. 前記 Pd層は、 0. 01〜1 mの厚さを有する請求項 15に記載の半導体装置用リードフレーム。

17. 前記鋦合金は、更に、 P b、 B i、 S e、 T e、 C a、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wtX含む請求項 15に記載の半導体装匱用リ一ドフレーム。

18. 前記銅合金は、更に、 N i、 S i、 C r、 Z r、 Fe、 Co、 Mn、 A 1、 A g、 M gよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜lwtX含む請求項 17に記載の半導体装置用リードフレーム。

19. 更に、 T i、 I n、 Ba、 Sb、 Hf、 Be、 Nb、 Pd、 B、 P、および Cよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜 0.5wt¾含む請求項 15に記載の半導体装置用リードフレーム。

20. 前記銅合金部材と Pd層の間に N i、 Co、 N i— Co系合金、 N i— P d系合金の群から選ばれた少なくとも 1種からなる中間層が層状に形成されている請求項 1 5に記載の半導体装置用リードフレーム。

2 1. 前記中間層は、 0. 1 以上の厚さを有する請求項 2 0に記載の半導体装置用リードフレーム。

補正書の請求の範囲

[1 998年 2月 1 3日（1 3. 02. 98 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 4は補正された；他の請求の範囲は変更なし。（3頁） ]

1. Z nを 5~42 ¾ 含み、 S n、 S i、 A l、 N i、 Mn、 T i、 Z r、 I n、 M g、 0.005 〜(！ .5?tXの P b、および 0.005 〜0.5wtXの T eからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で 0. l~3wtX含み、更に、 B i、 C a、 S rおよび B aからなる群から選ばれた少なくとも 1種を総計で Q.005〜3wt¾含み、残部

C uと不可避的不純物からなる電子機器用錮合金。

2. 前記 S n、 S i、 A 1、 N i、 M n、 T i、 Z r、 ί nおよび M gからなる群から選ばれた少なくとも 1種は、総計で 0. 1 ~ 2wtX 含まれる請求項 1に記載の電子機器用銅合金。

3. 表面に A u、 A g、 N i、 P d、これらの合金、および半田からなる群から選ばれた少なくとも 1種の金属盾が被 Sされている請求項 1に記載の電子機器用銅合金。

4. (補正後） Z nを 10〜35wt¾ 、 S nを 0. l〜2wt¾含み、残部が C uと不可避的不純物からなり、拮晶粒度が 5〜35 mであるリードフレーム用電子機器用銅合金。

5. 更に、 P b、 B i、 S e、 T e、 C a、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で Q.001~0.5wt 含む請求項 4に記載の電子機器用銅合金。

6. 更に、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 C o、 Mn、 A l、 A g、 M gよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜1 ¾含む請求項 5に記載の電子機器用鏑台金。

7. 更に、 T i、 I n、 B a、 S b、 Η ί、 B e、 Nb、 P d、 B、 P、および Cよりなる群より選ばれた少なくと 1種を総計で 0.001~0.5 wt¾ 含む請求項 4に記載の電子機器用鋦台金。

8. Z nを 1 0~35wt%、 S nを 0. 1 ~ 2 wt%含み、残部が C uと不可避的不純物からなる鋦合金部材表面に、 P d層が形成されている半導体装置用リ一

ドフレーム。

9. 前記 P d層は、 0. 0 1〜 1 の厚さを有する請求項 8に記載の半導体補正さた用紙 (条約苐 19条）装置用リードフレーム。

10. 前記銅合金は、更に、 Pb、 B i、 S e、 Te、 Ca、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wt¾!含む請求項 8に記載の半導体装置用リ―ドフレーム。

11. 前記鐧合金は、更に、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A 1、 A g、 M gよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001~1*^含む請求項 10に記載の半導体装置用リードフレーム。

12. 更に、 T i、 I n、 Ba、 Sb、 H f、 B e、 Nb、 P d、 B、 P、および Cよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001~ 0.5wt¾含む請求項 8に記載の半導体装置用リードフレーム。

13. 前記銅合金部材と P d層の間に N i、 C o、 N i一 C o系合金、 N i一 P d系合金の群から選ばれた少なくとも 1種からなる中間層力層状に形成されている請求項 8に記載の半導体装置用リードフレーム。

14. 前記中間層は、 0. 1 m以上の厚さを有する請求項 13に記載の半導体装置用リードフレーム。

15. 前記銅合金の結晶粒度が 5〜35 μ mである請求項 8に記載の半導体装置用リードフレーム。

16. 前記 Pd層は、 0. 01〜1 の厚さを有する請求項 15に記載の半導体装置用リードフレーム。

17. 前記銅合金は、更に、 Pb、 B i、 S e、 Te、 Ca、 S r、ミッシュメタルよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜0.5wt¾含む請求項 15に記載の半導体装置用リードフレーム。

18. 前記銅合金は、更に、 N i、 S i、 C r、 Z r、 F e、 Co、 Mn、 A 1、 A g、 M gよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜1 含む請求項 17に記載の半導体装置用リードフレーム。

19. 更に、 T i、 I n、 Ba、 Sb、 Η ί、 B e、 Nb、 Pd、 B、 P、および Cよりなる群より選ばれた少なくとも 1種を総計で 0.001〜 0.5wt!¾含む請求項 15に記載の半導体装置用リードフレーム。

20, 前記鋇合金部材と P d層の間に N i、 Co、 N i—Co系合金、 N i―

補正された用紙 (条約第 1 ) P d系合金の群から選ばれた少なくとも 1種からなる中間層力《層状に形成されている請求項 1 5に記載の半導体装置用リードフレーム。

2 1. 前記中間層は、 0. l ; m以上の厚さを有する請求項 2 0に記載の半導体装置用リードフレーム。

補正された用紙 (条約第 19条)