JPH0230727A - 半導体機器リード材又は導電性ばね材用高力高導電銅合金 - 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】 〔目　的〕 本発明は、トランジスタや集積回路（ｒｃ）などの半導
体機器のリード材、コネクター、端子、リレー、スイッ
チ等の導電性ばね材に適する銅合金に関するものである
。

〔従来技術及び問題点〕

従来、半導体機器のリード材としては、熱膨張係数が低
く、素子及びセラミックとの接着及び封着性の良好なコ
バール（Ｆｅ−２９Ｎｉ−１６Ｇｏ）　、４２合金（Ｆ
ｅ−４２Ｎｉ）などの高ニッケル合金が好んで使われて
きた。しかし、近年、半導体回路の集積度の向上に伴い
消費電力の高いＩＣが多くなってきたことと、封止材料
として樹脂が多く使用され、かつ素子とリードフレーム
の接着も改良が加えられたことにより、使用されるリー
ド材も放熱性のよい銅基合金が使われるようになってき
た。

一般に半導体機器のリード材としては以下のような特性
が要求されている。

（１）　　リードが電気信号伝達部であるとともに、パ
ッケージング工程中及び回路使用中に発生する熱を外部
に放出する機能を併せ持つことを要求される為、優れた
熱及び電気伝導性を示すもの。

（２）　　リードとモールドとの密着性が半導体素子保
護の観点から重要であるため、リード材とモールド材の
熱膨張係数が近いこと。

（３）パッケージング時の種々の加熱工程が加わる為、
耐熱性が良好であること。

（４）　　リードはリード材を抜き打ち加工し、又曲げ
加工して作製されるものがほとんどである為、これらの
加工性が良好なこと。

（５）　　リードは表面に貴金属のメツキを行う為。

これら貴金属とのメツキ密着性が良好であること。

（６）パッケージング後に封止材の外に露出している、
いわゆるアウター・リード部に半田付けするものが多い
ので良好な半田付は性を示すこと。

（７）機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好な
こと。

（８）錫又は半田めっきが長時間加熱されても剥離しな
いこと（めっき耐熱剥離性）。

（９）価格が低床であること。

これら各種の要求特性に対し、従来から使用されている
合金は一長一短があり、満足すべきものは見い出されて
いない。

又、従来、電気機器用ばね、計測器用ばね、スイッチ、
コネクター等に用いられるばね用材料としては、安価な
黄銅、優れたばね特性及び耐食性を有する洋白、あるい
は優れたばね特性を有するりん青銅が使用されていた。

しかし、黄銅は強度、ばね特性が劣っており、又強度、
ばね特性の優れた洋白、りん青銅も洋白は１８ｗｔ％の
Ｎｉ、りん青銅は８ｗｔ％のＳｎを含むため、原料の面
及び製造上熱間加工性が悪い等の加工上の制約も加わり
高価な合金であった。さらには電気機器用等に用いられ
る場合、電気伝導度が低いという欠点を有していた。従
って、導電性が良好であり、ばね特性に優れた安価な合
金の現出が待たれていた。

〔発明の構成〕

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、特にＣｕ　−
Ｍ　ｎ　−Ｐ系合金を改良し、半導体機器のリード材及
び導電性ばね材として好適な諸特性を有する銅合金を提
供しようとするものである。

すなわち、Ｃｕ　−Ｍ　ｎ　−Ｐ系合金は優れた強度と
導電性を示し、半導体機器リード材としても導電性ばね
材としても優れた銅合金といえるが、折り曲げ性、半田
付は性、めっき性、エツチング性、めっき耐熱剥離性に
ついては十分満足できるものではなく改良の必要があっ
た。

本発明者らは、強度向上およびこれらの特性低下要因を
種々検討したところ、特性低下要因は合金の結晶粒の粗
大化やＭｎの酸化物や硫化物がその原因であることがわ
かり、結晶粒度を調整することにより折り曲げ性の改善
がはかられ、さらに、合金中の０、Ｓの含有量を限定す
ることにより。

これら諸特性の改善をはかれることを見い出したもので
ある。

また、Ｃｕ　−Ｍ　ｎ　−Ｐ系合金に副成分としてＺｎ
、Ｓｎ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｇ０．
Ａ１．Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｉ
、Ｈｆ、Ｔｅ、Ｇａからなる１種又は２種を添加するこ
とにより、ばね用りん青銅と同程度以上の強度が得られ
、そして曲げ性も向上し、さらにめっき耐熱剥離性も向
上することを見い出したものである。

すなわち本発明は、Ｍ　ｎ　０　、５〜４　、　Ｏｗ　
ｔ％、Ｐ　　Ｏ，０５〜１．０ｗｔ％を含み、かつＭｎ
とＰの重量比がＰ／Ｍｎで０．１〜０．５であり、さら
に副成分としてＺｎ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｉｎ、
Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃ０．Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｐ
ｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｅ、Ｇａからなる１種又
は２種以上を総量で０．００１〜３．０ｗｔ％含み、残
部Ｃｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする半
導体機器リード材又は導電性ばね材用高力高導電性銅合
金及びＭ　ｎ　０　。

５〜４．０ｗｔ％、Ｐ　　Ｏ，０５〜１，０ｗｔ％を含
み、かつＭｎとＰの重量比がＰ／Ｍｎで０．１〜０．５
であり、さらに副成分としてＺｎ、Ｓｎ、Ａｓ。

Ｃｒ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｇ０．Ａ１、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｅ、
Ｇａからなる１種又は２種以上を総量で０．００１−３
．０ｗｔ％含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり
、結晶粒度が０．０２０ｍ以下であることを特徴とする
半導体機器リード材又は導電性ばね材用高力高導電性銅
合金及び不純物のうち、○の含有量が０．００２０ｗｔ
％以下であることを特徴とする前記記載の半導体機器リ
ード材又は導電性ばね材用高力高導電性銅合金並びに不
純物のうち、Ｓの含有量が０．００１５ｗｔ％以下であ
ることを特徴とする前記記載の半導体機器リード材又は
導電性ばね材用高力高導電性銅合金に関する。

〔発明の詳細な説明〕

次に本発明合金を構成する合金成分の限定理由を説明す
る。

ＭｎはＣｕ中にＰと共添し、溶体化処理後時効処理を行
うことにより、Ｍ　ｎ　２Ｐ等の金属間化合物として析
出し、導電率を低下させずに強度を向上させるためであ
るが、０．５〜４　、　ＯＬｗ　ｔ％添加する理由は、
０，５ｗｔ％未満では強度の向上は認められず、４．０
ｗｔ％を超えると導電性および加工性が低下するためで
ある。

Ｐも同様にＭｎと共添し、金属間化合物として析出する
ことにより、導電率を低下させずに強度を向上させる元
素であるが、０．０５〜１．０ｗｔ％添加とする理由は
、０．０５ｗｔ％未満では強度の向上は認められず、１
．０ｗｔ％を超えると導電性および加工性が低下するた
めである。

ＭｎとＰの重量比をＰ／にｎで０．１〜０．５とする理
由は、０．１未満では強度向上が認められず、０．５を
超えると金属間化合物として析出しないＰが多くなり、
導電性および加工性が低下するためである。

さらに副成分として、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｍｇ、
Ｉｎ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｇ０．Ａｌ、Ｔｉ。

Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｅ
、Ｇａからなる１種又は２種以上を　０．Ｏ０１〜３．
０ｗｔ％添加するのは、強度を向上させるためであるが
、Ｏ，００１ｗｔ％未満ではその効果はなく、３．０ｗ
ｔ％を超えると導電性、加工性が低下するためである。

特にこれらの副成分の中で、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃ０１Ｚ
ｒ、Ａｇ、Ｃｒは添加することにより結晶粒を微細化し
、また粒界を強化して折り曲げ性が向上する元素であり
、これらの元素を添加することにより、強度、そして折
り曲げ性が向上する。

また、副成分中のＺｎ、Ｎｉ、Ｃ０．Ｇａは強度を向上
させるとともに、錫や半田めっきの耐熱剥離性を向上さ
せる元素である。

結晶粒度を０．０２０ｍａ＋以下とする理由は、結晶粒
度が０．０２０ｍを超えると折り曲げ性が著しく悪くな
るためである。

なお、時効処理や歪取り焼鈍により結晶粒度が変わる熱
処理条件を選択する場合は、熱処理後の結晶粒度を０．
０２０ｍ以下にする必要がある。

○含有量を０．００２０ｗｔ％以下とする理由は、○が
存在するとＭｎは酸素と結合しやすく容易に酸化物とな
り、いわゆる介在物となって鋼中に存在するようになる
が、○含有量が０．００２０ｗｔ％を超えると介在物が
多数生成され、折り曲げ性、半田付は性、めっき性、エ
ツチング性が著しく低下するためである。

Ｓ含有量をＯ，００１５ｗｔ％以下とする理由は、Ｓが
存在すると、Ｍｎは非常にＳと結合しやすく、容易に硫
化物になり鋼中に存在するようになるが、Ｓ含有量がＯ
，００１５ｗｔ％を超えると硫化物が多数生成され、折
り曲げ性、半田付は性、めっき性、エツチング性が著し
く低下するためである。

以下に本発明材料を実施例をもって説明する。

〔実施例〕

第１表に示される本発明合金に係る各種成分組成のイン
ゴットを電気鋼あるいは無酸素銅を原料として、高周波
溶解炉で大気、不活性又は還元性雰囲気中で溶解鋳造し
た。電気銅を使用する場合は、還元性雰囲気中で溶解し
酸素含有量を低下させることが推奨される。Ｓについて
は本発明合金用としてＳ含有量０．００１５ｗｔ％以下
の銅原料を用いた。

次に、これを８００℃で熱間圧延して厚さ６ｍの、板と
した後、８００℃×１時間の溶体化処理を行ない、面前
を行なって冷間圧延で厚さ１．５１とした。これを７０
０℃〜８００℃で１分〜３０分間熱処理して結晶粒度を
調整し、冷間圧延で厚さ０．３ｍとした。これを３５０
℃で２時間熱処理し、供試材とした。

リード材及びばね材としての評価項目として、強度、伸
びを引張試験により評価し、ばね性をＫｂ値により評価
した。電気伝導性（放熱性）は導電率（％ＩＡＣ５）に
よって示した。折り曲げ性は曲げＲ０．３ｍｍの折り曲
げ治具を用い、９０°往復曲げを行い、破断までの回数
を測定した。

半田付は性は、垂直式浸漬法で２３０±５℃の半田浴（
すず６０％、鉛４０％）に５秒間浸漬し、半田のぬれの
状態を目視１ｏｔａすることにより評価した。メツキ密
着性は試料に厚さ３μのＡｇメツキを施し、４５０℃に
て５分間加熱し、表面に発生するフクレの有無を目視ｗ
４察することにより評価した。

めっき耐熱剥離性は、供試材に６３ｎ／４Ｐｂはんだ溶
融めっきを施し、１５０℃の恒温槽中で１０００ｈｒ加
熱し、１００ｈｒ毎に取り出し９０６曲げ往復１回行な
い、曲げ部でのめっき剥離を調べた。

これらの結果を比較合金とともに第１表に示した。

この表から本発明の合金は折り曲げ性、半田付は性、め
っき性、めっき耐熱剥離性が著しく改善されて、高力高
導電銅合金として優れた特性を有することが明らかであ
る。

〔効　果〕

この様に本発明合金はＣｕ　−Ｍ　ｎ　−Ｐ系合金に副
成分を添加し、時効処理前の溶体化処理あるいは中間焼
鈍での結晶粒度を限定し、かつ不純物としてのＯ，Ｓを
限定することにより、強度を向上させ、折り曲げ性、半
田付は性、めっき性、エツチング性、めっき耐熱剥離性
が著しく改善することができた。

今日、望まれている半導体機器のリード材及び導電性ば
ね材として好適な材料である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ０．５〜４．０ｗｔ％、Ｐ０．０５〜１．０
   ｗｔ％を含み、かつＭｎとＰの重量比がＰ／Ｍｎで０．
   １〜０．５であり、さらに副成分としてＺｎ、Ｓｎ、Ａ
   ｓ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ
   、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔ
   ｅ、Ｇａからなる１種又は２種以上を総量で０．００１
   〜３．０ｗｔ％含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純物から
   なることを特徴とする半導体機器リード材又は導電性ば
   ね材用高力高導電性銅合金。
2. （２）Ｍｎ０．５〜４．０ｗｔ％、Ｐ０．０５〜１．０
   ｗｔ％を含み、かつＭｎとＰの重量比がＰ／Ｍｎで０．
   １〜０．５であり、さらに副成分としてＺｎ、Ｓｎ、Ａ
   ｓ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ
   、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔ
   ｅ、Ｇａからなる１種又は２種以上を総量で０．００１
   〜３．０ｗｔ％含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純物から
   なり、結晶粒度が０．０２０ｍｍ以下であることを特徴
   とする半導体機器リード材又は導電性ばね材用高力高導
   電性銅合金。
3. （３）不純物のうち、Ｏの含有量が０．００２０ｗｔ％
   以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の半導体機器リード材又は導電性ばね材用高
   力高導電性銅合金。
4. （４）不純物のうち、Ｓの含有量が０．００１５ｗｔ％
   以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のそれぞれに記載の半導体機器リード材又は導電
   性ばね材用高力高導電性銅合金。