JPH02129349A - 電子電気機器導電部品用材料の製造方法 - 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 この弁明は半導体や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
器導電部品用材料の製造方法に関し、良好な電気伝導性
、熱伝導性（放熱性）、はんだ付は性、・メツキ性、機
械的強度および特に優れた繰返し曲げ性を示す電子・電
気機器導電部品用材料の製造方法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ヤ１．Ｃ，、Ｌ
Ｓ　Ｉ、ＳＣＲに使用されるリードフレームがある。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。

ダなわら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闇の条材を用意し、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５ｉ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あって
、Ａｇペースト等の導電樹脂を用いて加圧接着する方法
、あ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、ＡＣｔ、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ツ
キ層を形成しておき、このメツキ層を介し加熱拡散圧着
してＡＬＪ−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、さらにはＰｂ−８ｎ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β電極とリードフレ
ームの導体端子（インナーリード）とをＡＬＪ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、Ｉ＆終的にリー
ドフレームのアウク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）やメツキ性、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１０が生じないＩ械的強度や
優れた耐繰返し曲げ性を有し、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
％Ｎ；合金である４２合金、あるいは「０１７％Ｃｏ−
２９％Ｎｉ合金であるコバール、さらにはＣＬＩ系合金
のリン青銅（ＣＡ　５０１）　、Ｃｕ　−Ｆｅ−Ｚｎ−
Ｐ　（ＣＡ　１９４）合金、Ｑｕ−１”ｅ−ｃｏ−ｓｎ
−ｐ　（ＣＡ　１９５）合金等が使用されている。

発明が解決しようとする課題 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を多量に含有づるため
高価格とならざるを得す、またＣｕ系合金は繰返し曲げ
性が劣り、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緒特性を
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
れており、アルミニウム合金を用いたリードフレーム材
料としては、既に特開昭６２−９６６３８号や特開昭６
２−９６６４４号等に記載のものが提案されている。し
かしながらこれらのアルミニウム合金では、従来のリー
ドフレーム材である４２合金やリン青銅と比較して強度
が低く、また繰返し曲げ性が充分でなく、そこでより強
度が高くかつ繰返し曲げ性に優れたアルミニウム合金基
の材料の開弁が望まれている。

この発明は以上の事情を背ｑとしてなされたもので、特
に優れた繰返し曲げ性を有するとともに機械的強度も高
く、かつその他の緒特性、すなわち電気伝導性、熱伝導
性（放熱性）、はんだ付は性、メツキ性も優れたアルミ
ニウム基合金からなる電子・電気機器導電部品材料を製
造する方法を提供することを目的とするものである。

課題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
なリードフレーム笠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、特に優れた繰返し曲げ性と高
い強度を満足させ得る成分と製造方法について種々実験
・検討を重ねた結果、この発明をなすに至ったのである
。

具体的には、請求項１の発明の電子電気機器導電部品用
材料の製造方法は、Ｑｕ０．５〜４，５％、Ｍｇ０．２
〜２．０％を含有し、残部が八！および不可避的不純物
よりなるアルミニウム合金圧延板を、４５０〜５３０℃
で溶体化処理して、冷入り速度１℃／露以上で冷却し、
その後の冷間加工のｈロエ率を０〜５０％として最終板
厚の材料を得ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明の方法は、前述のように溶体化処理
後の冷間加工率を０〜５０％として得られた最終板厚の
材料に、さらに１００〜２２０℃で最終処理を施すこと
を特徴とするものである。

さらに請求項３の発明の方法は、素材合金の成分として
、前述のＣＬＩ、Ｍｇのほか、さらにＭｎ１．０％以下
、Ｑｒ０．３％以下、Ｚｒ０．３％以下、Ｖ０．３％以
下、Ｎｉ５．７％以下のうちの１種または２種以上を含
有づるものを用い、請求項１の発明と同様な処理を施ず
ものである。

そしてまた請求項４の発明の方法は、請求項３と同様に
素材合金成分としてＱｕ、ＭＱのほかＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ
、Ｖ、Ｎ　ｉのうちの１種まタハ２種以上を含有するも
のを用い、かつ請求項２と同様に溶体化処理後の冷間加
工率を０〜５０％として得られた最終板厚の材料に、さ
らに１００−・２２０℃で最終熱処理を施すものである
。

作　　　用 この発明の電子電気機器導電部品材料製造方法の木材の
アルミニウム基台金としては、時効硬化性を有する熱処
理型合金であるＡｊ７−Ｃｕ−Ｍｑ系の合金を用いる。

ここでＡ＆−Ｃｕ−Ｍｑ系合金とは、必須合金成分とし
て、Ｑｕを０．５％（重量％、以下同じ）以上、４．５
％以下含有し、かつＭｇを０．２％以上、２．０％以下
含有するものである。次にこれらのＣｕ、ＭＱ含有吊限
定理由について説明する。

Ｃｕ： Ｃｕは強度向上に寄与するとともに、メツキ性やはんだ
性を向上させる元素であるが、Ｃｕが０．５％未満では
強度向上の効果が充分に得られず、一方４．５％を越え
て含有させれば圧延性が低下して圧延が困難となる。し
たがってＣＩＪは０．５〜４．５％の範囲内とした。

Ｍｑ： ＭｇはＱｕと共存することにより析出物を形成して強度
向上に寄与する元素であり、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０．２％未満では強度向上効果が充分
に得られず、一方２．０％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Ｍｑは０．２〜２．０％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用いるアル
ミニウム基合金は、基本的には以上のＣＩＪ、ＭＣＩを
含有する。１７−Ｃｕ−Ｍｃｈ系合金であればリードフ
レーム等の部品に必要な緒特性を確保できるが、さらに
耐熱性（耐軟化性）を向上させるために、請求項３また
は請求項４の発明においては、Ｍｎ１．０％以下、Ｑｒ
０．３０％以下、Ｚｒ０．３０％以下、Ｖ　０．３０％
以下、Ｎｉ５．７％以下のうちの１種または２種以上を
添加しても良い。これらの元素の請求項３または請求項
４の発明における添加量限定理由は次の通りである。

Ｍｎ： Ｍｎは溶体化処ｙｆ！時の再結晶粒を微細化し、より一
層の強度向上および耐熱性（耐軟化性）の向七を図るに
有効な元素であるが、１．０％を越えて含有させても強
度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また溶体化９
８即時の焼入れ感受性を高めて製造が困難となる。した
がってＭｎの添加量は１．０％以下とした。

Ｃｒ： Ｏｒも溶体化処理時の再結晶粒を微細化して、強度およ
び耐熱性を一層向上させるに有効な元素であるが、０．
３０％を越えて含有させても強度向上および耐熱性向上
の効果は飽和し、また鋳造時に巨大な化合物を生成し易
くなる。したがってＯｒの添加量は０．３０％以下とし
た。

Ｚｒ： Ｚｒも再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上
に有効な元素であるが、０．３０％を越えて含有させて
も強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造
時に巨大な化合物を生成し易くなるから、ｚｒの添加量
は０．３０％以下とした。

Ｖ： ■も再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上に
有効な元素であるが、０．３０％を越えて含有されても
強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳造時
に巨大化合物を生成し易くなるから、■の添加量は０，
３０％以下とした。

Ｎｉ： Ｎ１も再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性向上に
有効な元素であるが、５．７％を越えて予示に含有させ
ても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また鋳
造時に巨大な化合物を生成し易くなるから、Ｎｉの添加
量は５．７％以下とした。

以上の各成分のほかはＡＩ２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、３ｉが含有さ
れるのが通常であるが、これらのＦｅｆｆ１．５ｉｆｆ
ｉが多くなれば晶出物サイズが大ぎくなって繰返し曲げ
性が低下するから、Ｆｅは０．５０％程度以下、Ｓｉは
０．３０％程度以下とすることが望ましく、より好適に
はＦｅは０．３０％以下、Ｓｉは０．１５％以下とする
ことが望ましい。

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−「ｉお
よびＢを添加プることが多いが、この弁明の材料の場合
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別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、［３
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Ｍｇを
含有するＡ２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づる目的でＢｅを必要に
応じて添加することがあるが、この弁明の材料の場合も
３ｅを必要に応じて５０ｐｐｒｎ　Ｐｉ！度以下添加す
ることができる。

次にこの弁明の電子電気別器導電部品材料の製造方法に
ついて詳述する。

先ず前述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−膜内であるが、省エネルギ
や耐軟化性の向上等の観点から薄板連続鋳造法（連続蒋
造圧延法）を適用しても良い。

得られた鍔塊に対しては、均熱処理（均質化処理）およ
び熱間圧延を行ない、さらに冷間圧延を行なった後、溶
体化処理−焼入れを行なう。この溶体化処理−焼入れは
強度を増すために必要な工程である。このように溶体化
処理−焼入れを行なった後、０〜５０％の冷間加工率で
所定の製品板厚の圧延板とする。すなわち冷間加工を施
さないか、また施しても５０％以下の小さい加工率とす
る。なお−膜内には板厚０．１〜１．２問程度で製品板
厚となる。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４５０〜５３０℃の温度
にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度が４５０℃
未満では熱間圧延性が低下し、一方均熱湿度が５３０℃
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時間を越えても、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
招くだけである。

灼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４５０〜５３０℃で行ない
、熱間圧延も４５０〜５３０℃で行なえば良い。なお灼
熱処理（均質化処理）と熱間圧延のための加熱！２！ｌ
！浬は、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とを兼ねて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、−次冷間圧延を施して圧延板中間体
とし、さらにこの圧延板中間体に対して溶体化処理、焼
入れを行なう。溶体化処理、焼入れは、時効硬化性を与
えるべく、Ｍ（Ｊ、ＣＬＪ等の元素を予め固溶させてお
くためのものであり、溶体化処理温度は４５０〜５３０
℃の範囲内の温度とする必要がある。溶体化処理温度が
４５０℃未満では、その後の時効硬化性、加工硬化性が
低下して充分な強度が得られなくなる。一方溶体化処理
温度が５３０℃を越えれば、共晶溶融が発生して好まし
くない。また溶体化処理温度での保持時間は板厚によっ
て異なるが、１闇以下の板厚であれば、４０分以内の保
持で充分である。溶体化処理温度で保持後の冷却（焼入
れ）は、１℃／５１１ｃ以上の冷却速度とげる。冷五〇
速度が１℃／ｓｅｃ未満では時効硬化が少なく、また同
時に加工硬化性も低くなって、充分な強度が冑られなく
なるから、１℃／Ｓに以上の冷却速度とする必要がある
。なおコイル状の圧延板中間体に対してこの溶体化処理
を行なう場合は連続焼鈍炉を用いるのが通常であるが、
連続焼鈍の場合は保持時間が短かくても冷却速度が１℃
／式以上であれば、その後の時効硬化性、加工硬化性が
著しく損なわれることはない。

このように溶体化処理、焼入れを行なった後には、その
まま製品板としても良いが、必要に応じて、強度を増づ
ためあるいは焼入れ時の歪を矯正するため、冷間圧延や
レベリング等の冷間前■を行なうことができる。但し、
冷間加工を過剰に行なえば繰返し曲げ性が低下するから
、この発明では特に優れた繰返し曲げ性を得るため溶体
化！ＬＩｙＪｌ、焼入れ後の冷間加工率は０〜５０％の
範囲内とする必要がある。５０％を越える冷間加工率で
は、強度は高くなるが繰返し曲げ性が低下してこの発明
の目的に沿わなくなる。

最終圧延板の強度については、従来の４２合金やＣＬＪ
系合金のリードフレーム材等の電子電気機器５４電部品
用月料と同等以上の性能を得るためには引張強さで４０
ｋｌＩＦ／ｎｒ−以上、繰返し曲げ３回以上が必要であ
るが、以上のようなこの発明の方法によるアルミニウム
塁合金材料の場合、強度および繰返し曲げ性ともに充分
にその値を満足１Ｊることかできる。

なお請求項２および請求項４の発明の方法の場合、繰返
し曲げ性をさらに向上させるために、上述のような０〜
５０％の冷間加工率で最終板厚とした後に１００〜２２
０℃で最終焼鈍を行なう。最終焼鈍温度が１００℃未満
では、伸びの向上も少ないから、繰返し曲げ性が余り向
上せず、一方２２０℃を越える温度では、伸びは向上し
て繰返し曲げ性も向上するが、強度は低下してしまい、
また温度によっては過時効となって繰返し曲げ性が逆に
低下してしまうこともある。しＩＣがって最終焼鈍は１
００〜２２０℃の範囲内で行なう必要がある。

実　　施　　例 第１表に示７合金Ｎ０．　１〜Ｎ０．　３を通常の半連
続Ｍ造法により鋳造した。半連続鋳造した詩興は、各面
を面側して厚さ　５００　ｒｎｍ、幅＋０００／ｌＩｎ
、長さ３５００　ｒｎｒｎとし、第２表に示す製造条件
Ｎ０．　１〜Ｎ０．６で０．３０市厚の圧延板とした。

これらのアルミニウム合金圧延板について、引張り強さ
、繰返し曲げ性、導電率、メツキ性、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ζこで引張試験は、溶体化処理−焼入れ後、室温で
７日間放置してから行なった。また最終焼鈍のある場合
は、溶体化９８哩−焼入れ後、７日間室温絞首してから
最終焼鈍し、引張試験を行なった。

また、アルミニウム合金の場合、ＡＬＪヤＡｃｔ等のメ
ツキを施すにあたってメツキを叶今に行なうためには一
般にメツ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’ｌ！を浬を事前に行なって
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Ｎ
１メツキやＣｕメツキがあり、さ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ＣＬＩのメツキ性が良好となり
、さらにその上に施されるＡｕやＡＱのメツキ性やはん
だ付は性が良好となる。そこでこの実施例においても、
メツ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
を光学顕微鏡で観察し、Ｚｎの分布か均一な順に○、△
、×と評価した。△以上であればメツキ性やはんだ付は
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　：　　ＮａＯ８５２５ｇ／＆ 酸化亜鉛　　９８ｇ／ｌ 浴温度　２２０℃ 浸漬時間　：３０秒 また繰返し曲げ性は、０．３０ｒＲｍ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３回以上あれば性能
上問題はない。

第 表 第 表 第３表から明らかなように、この発明の製造方法による
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、圧延材での強度が引張り強さ４０Ｍ／ＩＲｄ以上で
充分な強度を有しているばかりでなく、繰返し曲げ性が
著しく優れており、そのほか導電率は従来のリードフレ
ーム材である４２合金（導電率３１ＡＣ８％）と比較し
て格段に高くて電気伝導性に優れ、さらにジンケート処
理時のＺｎの均一性が良好であることから、メツキ性や
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、耐食性や放熱性（熱伝導性）も優れ
ていることが確認されている。

発明の効果 この発明の製造方法によれば、繰返し曲げ性が優れると
ともに、従来の４２合金やコバールあるいはＣＵ系系材
上同等以上の高い強度を有し、しかも良好な電気伝導性
、熱伝導性、放熱性を有し、かつまた良好なはんだ付は
性、メツキ性を有するアルミラム基の電子電気機器導電
部品用材料を得ることができる。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の製
造に最適である。なお特にリードフレーム材においてソ
イ１ボンデイングをへ２線で行なう場合にこの発明の製
造方法による材料をリードフレームとして使用すれば、
半導体素子取付部およびワイヤ接続部に金メツキや銀メ
ツキ等を施す必要がなく、そのままでワイヤホンディン
グが可能となり、半導体素子製造のコストをさらに下げ
ることがでさるというメリットもある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕ０．５〜４．５％（重量％、以下同じ）、Ｍ
   ｇ０．２〜２．０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避
   的不純物よりなるアルミニウム合金圧延板を、４５０〜
   ５３０℃で溶体化処理して、冷却速度１℃／ｓｅｃ以上
   で冷却し、その後の冷間加工の加工率を０〜５０％とし
   て最終板厚の材料を得ることを特徴とする電子電気機器
   導電部品用材料の製造方法。
2. （２）Ｃｕ０．５〜４．５％、Ｍｇ０．２〜２．０％を
   含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるアル
   ミニウム合金圧延板を、４５０〜５３０℃で溶体化処理
   して、冷却速度１℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後の冷
   間加工の加工率を０〜５０％として得られた最終板厚の
   材料に、さらに１００〜２２０℃で最終熱処理を施すこ
   とを特徴とする電子電気機器導電部品用材料の製造方法
   。
3. （３）Ｃｕ０．５〜４．５％、Ｍｇ０．２〜２．０％を
   含有し、さらにＭｎ１．０％以下、Ｃｒ０．３％以下、
   Ｚｒ０．３％以下、Ｖ０．３％以下、Ｎｉ５．７％以下
   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アルミニウム合金圧延板を、
   ４５０〜５３０℃で溶体化処理して、冷却速度１℃／ｓ
   ｅｃ以上で冷却し、その後の冷間加工の加工率を０〜５
   ０％として最終板厚の材料を得ることを特徴とする電子
   電気機器導電部品用材料の製造方法。
4. （４）Ｃｕ０．５〜４．５％、Ｍｇ０．２〜２．０％を
   含有し、さらにＭｎ１．０％以下、Ｃｒ０．３％以下、
   Ｚｒ０．３％以下、Ｖ０．３％以下、Ｎｉ５．７％以下
   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アルミニウム合金圧延板を、
   ４５０〜５３０℃で溶体化処理して、冷却速度１℃／ｓ
   ｅｃ以上で冷却し、その後の冷間加工の加工率を０〜５
   ０％として得られた最終板厚の材料に、さらに１００〜
   ２２０℃で最終熱処理を施すことを特徴とする電子電気
   機器導電部品用材料の製造方法。