JPH02205643A - リードフレーム用高強度銅合金 - 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］ 本発明は、リードフレーム用として有用な高強度銅合金
に関し、とくに優れた耐半田付界面剥離性を有すると共
に高い導電性を保持し得る高強度鋼合金に関するもので
ある。

［従来の技術ｌ 従来、半導体機器用リードフレーム材としては、熱膨張
係数が低く、半導体素子や封止材との接着性や封着性の
良好な４２合金（Ｆｅ　−４２％Ｎｉ　）やコバール（
Ｆｅ　−２９％Ｎｉ　−１７％ＣＯ）などの高ニッケル
合金が主に用いられてきた。

しかし、最近半導体素子の集積度が益々増大し、電力消
費の高い素子が多くなり、導電性および熱伝導性の良好
なリードフレーム材への要求が一層高まってきている。

上記高ニッケル合金は、引張強さにおいては、６５　ｈ
ｇｆ　／　ｃｕｒ２と良好であるが、導電率は３％ｒＡ
ｃｓ程度と極めて低く、道常導電率とほぼ並行した性質
を示す熱伝導性においても十分なものとはいえない。

そこで、上記高ニッケル合金に代えて、導電率および熱
伝導性共に優れている銅合金をリードフレーム材として
使用しようという傾向が顕著になってきた。

上述した半導体機器のリードフレーム材として一般に要
求される特性には、上記導電性や熱伝導性に優れている
ことのほかに、信頼性の上から実装時や機器への組込み
等に付加される外力に十分側え得る強度を有することお
よび半田付は工程を有するなめに半田付は特性に優れて
いることが、不可欠な条件とされる。

通常の銅系材料をリードフレーム材に適用しようとして
も、強度の上で不十分であり、なんらかの強度向上策が
必要である。金属材料の強度を上げる一般的方法として
は、合金元素を添加する方法および冷間加工度を大きく
する方法の二つがあり、リードフレーム材においてもそ
のような施策がとられてきた。

［発明が解決しようとする課題］ リードフレームにおいてはアウターリードを基板に取付
けるために半田付けして使用することが多い。

’Ｗｔｒｆを向上させるために上記のように合金元素を
添加した銅合金を用いたリードフレーム材においては、
半田付けを行なった後に、半田付けの界面において経時
的に脆性剥離が発生する現象がみられることがあり、信
頼性の上から大きな問題となっている。このような脆性
層の形成は、素材としてのＣｕと半田の中のＳｎ成分お
よび添加元素が拡散することによって生ずるものと考え
られており、Ｘ線マイクロアナライザによる所見によっ
ても、銅合金と半田との界面にＣｕ−３ｎ系におけるε
相あるいはη相といった脆性の大きい金属間化合物が拡
散形成されることが確認されている。

さらに、添加元素のマイグレーション層が界面に拡散形
成され（Ｆｅ　、Ｐ、Ｓｉにおいてとくに顕著である）
、これらが前記脆性剥離の原因となることも明らかにな
っている。

このような半田付界面剥離の発生を防止するには、その
理由は不明乍らＺｎの添加が非常に有効であることがわ
かっている。

第１表は、各種元素を表示した量だけ添加した銅合金に
２０を表中に示した種々な量をもって添加し、５ｎ−４
０％ｐｂ半田にドブ付はメツキしな後、１５０℃で表に
それぞれ示した時間だけ加熱し、これを０．２５Ｒで９
０°曲げ゛しその後曲げ戻した場合の界面の剥離の有無
を顕微鏡で観察した結果を示すものである。

第 ■ 表 表において、○は界面剥離の生じないもの、Ｘは界面１
１１ＡＩを生じた場合をそれぞれ示す。

第１表よりわかるように、添加元素の違いによってその
効果に差異があるものの、Ｚｎを添加することにより半
田付界面剥離を適確に防止することが可能となる。

一方、合金元素を添加して銅系合金の強度を上げるには
、導電率に比較的影響を及ぼすことの少い析出硬化型の
元素を添加することが好ましく、かかる析出硬化型のリ
ードフレーム用銅合金としてｃｕ　−Ｎｒ−ｓｒ系合金
がすでに提案されている。

しかし、前記した高ニッケル合金に匹敵する強度を得る
には、Ｎｉ　、Ｓｉともにかなり高濃度に添加をする必
要がある。この場合、上記第１表からもわかるように８
１の濃度が高くなると、界面剥離を防止するためのｚｎ
の添加量を大巾に増大せねばならず、導電率の低下に及
ぼす影響が大きくなり、電力消費量の大きな半導体素子
用のリードフレーム材としては、好ましくないことにな
る。

従って、そのように導電率保持への要求の強いリードフ
レーム材用としてはＳｌの添加を行なわず、銅合金の強
度を析出硬化に依存する代りに主として固溶硬化に依存
し、必要なＺｎの添加量を低減可能とすることが望まれ
る。

本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を解
消し、銅系合金の強度を主として冷間加工により向上さ
せ得ると共に半田付界面剥離性についても大ｒｊＪに改
善し、併せて導電率についても相応に保持し得る新規な
リードフレーム用高強度銅合金を提供しようとするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、Ｎｉ１．２〜２．８％、Ｓｎ　１．０〜５．
０％、Ｚｎ０．３〜１．３％、Ｐｏ、００３〜０．３％
、を含み、残部Ｃｕおよび不可避なる不純物よりなるも
のである。

［作用］ 上記範囲において、ｓｎを添加した場合には、加熱急冷
することにより固溶体を形成し、加工硬化による強度向
上効果が大きい、それによって、Ｓｉを添加し析出硬化
させた場合と余り差のない強度が得られるばかりでなく
、Ｓｌの添加がない分Ｚｎの添加量を低減することがで
き、導電率を大巾に低下させるおそれも回避される。

しかして、Ｎｉ含有凰が１．２％以下では高強度効果が
低く、２．８％以上になると導電率を低下させるため好
ましくない。

ｓｎ含有量については、１．０％以下では同じく強度の
向上効果が小さく、５．０％以上になると導電率の低下
が大きくなり好ましくない。

ｚｎは、先に説明したように、銅合金の半田付けにおけ
る界面剥離防止に非常に有効に作用する。

しかし、この含有量が０．３％以下では半田界面剥離防
止効果が不十分となり好ましくなく、１．３％以上にな
ると導電率の低下傾向が大きくなり同じく好ましくない
。

Ｐはａ酸剤として添加するものであり、上記界面剥離防
止に有効なＺｎが脱酸のために消費され本来の界面剥離
防止効果が低下する結果となるのを防止するためのもの
である。しかし、Ｐの含有量が０．００３％以下では脱
酸効果が小さくｚｎの消費が大きくなり、０．３％以上
になると加工性が低下する１導電率の低下が大きくなり
好ましくないのである。

〔実施例］ 以下に、本発明について実線例を参照し説明する。

４０％ｐｂ半田浴中においてドブ付はメツキし、これを
大気中において１５０℃ｘｔｏｏｏ時間加熱した後、０
．２５Ｒで９０゛曲げしその後曲げ戻して界面における
剥離の有無を１００倍のＷ４微鏡で観察評価した。

第２表に評価結果を示す。

実施例 第２表に示す組成よりなる銅合金を水冷鋳型を用いて半
連続鋳造し、８５０℃で熱間圧延を艙して５５０℃ｍ’
Ｘ１０聞ｔの板とした。これを焼鈍、冷間圧延を繰返し
、５５０ｗ’　ｘＱ、７５＋ｍ＋’の板とし、さらに７
００℃Ｘ３０分熱処理した。その後加工度６６％で冷間
圧延し、５５０ｗ’ｘＯ，２５ｍ’の板とした。

つぎに、上記板材より１５ｍｍ’　Ｘ　０　、２５ａｍ
’Ｘ５０ａｍ’の供試片を切り出し、半田付界面剥離性
について評価した。

各ｇ＋試片を２５０℃に保持したＳｎ　−第　　　２　
　　表 本発明に係る合金は、引張強さにおいていずれも６２ｋ
ｔｒ／ｒａｍ２以上という高い値を示しており、前記し
た高ニッケル合金に比較して遜色のない強度を保持し得
ることがわかる。

しかも、第２表かられかるように本発明合金は、所定量
以上のＺｎを含有させることにより半田付界面剥離の発
生を完全に防止することができる。

これに対し、Ｚｎを含有しない比較例では、いずれの場
合も界面剥離が生じている。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明に係る銅合金によれば、十分な加工
硬化がみられる結果、６６％程度の加工度であり乍ら高
ニッケル合金に比較して遜色のない強度を保持すること
ができ、また、適切にｚｎが添加されることで導電率の
低下に大きな影響を及ぼすことなく半田付界面剥離を完
全に防止することが可能となるものであって、これによ
ってリードフレームの銅合金化に適切に対応できること
となる意義は大きい。

代理人　　弁理士　　佐　藤　不二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ１．２〜２．８％、Ｓｎ１．０〜５．０％、
   Ｚｎ０．３〜１．３％、Ｐ ０．００３〜０．３％、を含み、残部Ｃｕ および不可避なる不純物よりなるリードフ レーム用高強度銅合金。