JPH0249379B2 - Riidofureemuyokokyododogokinoyobisonoseizoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路などに使用されるリ
ードフレーム材として好適な高強度高導電型銅基
合金に関する。 〔従来の技術および発明の背景〕 半導体素子の高集積化技術の飛躍的な進展から
1MビツトDRAMた256KビツトSRAMなどの
VLSIが現実のものとなりつつあるが、このよう
なVLSIの開発に伴つて、使用されるリードフレ
ーム材に要求される性能も一段と厳しくなつてお
り、従来のリードフレーム材ではこの要求に対応
しきれなくなつてきた。 例えば高集積化により熱の発生が大量となるの
でそのリードフレーム材は高伝導性および熱放散
性が必要となる。またリードフレームのリードピ
ンも例えば従来の厚さ0.25mm、ピン間隔2.5mmか
ら、厚さ0.15mm、ピン間隔1.25mmへとより薄く且
つより挟いものへと変わつてくるであろうが、そ
れにつれて、強度、ステイフネス、繰り返し曲げ
性、折り曲げ性などに対する信頼性が重要となつ
てくる。更に、リードフレームは必要に応じて銀
メツキや半田メツキが施されるので、メツキ性が
良好で且つ加熱時および曲げ加工時にそのメツキ
が剥離しないことが必要であるし、さらにはチツ
プ装着時や封止時には加熱工程を経るので軟化温
度の高い材料であることも要求される。 従来より各種のリードフレーム材が提案されて
いるが、一般に強度が高いものは伝導性が不足し
たり折り曲げ性やメツキ性が悪化し、また伝導性
のよいものは強度や軟化温度の点で不十分となつ
て、既述のような最近の高集積化の要求には満足
に応えることは困難な状況にある。 〔発明の目的〕 本発明は、最近のVLSIの進歩に伴なつてリー
ドフレーム材に要求される諸特性を兼備したリー
ドフレーム材の開発を目的としたものであり、よ
り具体的には、強度と伝導性が共に良好で、折り
曲げ性、半田付け性、耐熱性（軟化温度）、硬さ
などの特性に優れた高強度高伝導型のリードフレ
ーム用高強度銅合金の提供を目的としたものであ
る。 〔発明の要旨〕 前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とす
るところは、重量％において、Ti；0.1〜3.0％、
Si；0.03〜1.5％、ただし、Ti／Siの重量百分率
の比率が２〜４の範囲、残部がCuおよび不可避
的不純物からなり、Cuマトリツクス中にTi―Si
系金属間化合物が分散析出した組織を有するリー
ドフレーム用高強度銅合金に存する。 本発明の銅基合金の基本的な特徴は、Tiおよ
びSiの適量の添加によつてTi―Si系金属間化合
物を均一微細にCuマトリツクス中に析出させた
組織とし、これによつて前記の目的を達成した点
にある。このリードフレーム用高強度銅合金を有
利に製造する方法として、さらに本発明は、 重量％において、Ti；0.1〜3.0％、Si；0.03〜
1.5％、ただし、Ti／Siの重量百分率の比率が２
〜４の範囲、残部がCuおよび不可避的不純物か
らなる鋳片を製造する工程、 この鋳片を圧下率60％以上、熱延仕上温度800
℃以上のもとで熱間圧延したうえ、該熱延仕上温
度から250℃以下の温度まで30℃／分以上の冷却
速度で冷却して熱延板を得る工程、 該熱延板を圧下率50％以上のもとで第一回目の
冷間圧延を行い、次いで300〜600℃の温度で５〜
720分間の焼鈍を行う工程、 得られた焼鈍材を目標板厚まで冷間圧延によつ
て（数回の冷間圧延を行う場合には中間焼鈍を挟
んだ冷間圧延によつて）板厚減少を行う工程、 最終冷間圧延後に300〜750℃の温度で５〜180
秒のテンシヨン・アニールを行う工程、 からなる製造法を提供するものである。 〔発明の構成と作用〕 以下に、本発明合金の添加元素の含有量の範囲
選定理由、更には各製造工程の条件について個別
に説明する。 本発明の銅基合金はTi―Si系金属間化合物に
よる析出強化および分散強化を図つた点に基本的
な特徴があり、このためにTiとSiは本発明合金
において不可欠の元素である。Ti含有量が0.1％
（重量％、以下同じ）未満ではSiとの共存下でも
強度、耐熱性の向上効果が少ない。一方、Ti含
有量が3.0％を超えると析出物が過度に多くなつ
て合金の延性、折り曲げ、メツキ性を低下させ
る。したがつて、本発明合金のTi含有量は0.1〜
3.0％の範囲とする。 Siは、Tiと化合物を形成し、強度および耐熱
性の向上に寄与する元素である。また、鋳造組織
および熱間組織を微細にする効果がある。このよ
うな効果を発揮するには、0.03％以上の含有が必
要であるが、1.5％を超えて含有すると、電気お
よび熱の伝導性の低下が顕著となる。したがつて
Si含有量は0.03〜1.5％の範囲とする。 また、TiとSiはTi―Si系金属間化合物として
析出するときに本発明の目的が達成される。この
Ti―Si系金属間化合物の析出による強化を十分
に発揮するには、Ti／Siの重量百分率による比
率を２〜４の範囲にすることが必要であることが
わかつた。Ti／Si比が４より大きい場合にはTi
とCuとの化合物であるTi―Cu系金属間化合物が
時効析出する。このTi―Cu系金属間化合物の析
出によると強度の向上は大きくなるが電気および
熱の伝導性が著しく低下するようになり、さらに
鋳造性および熱間加工性も悪くなる。他方Ti／
Si比が２より小さい場合には、マトリツクスに残
留するSi量が多くなつて電気および熱の伝導性を
低下させる。このような理由から本発明合金の特
性を十分に発揮するにはTi／Si比を２〜４の範
囲にすることが必要である。 このような成分組成に調整した本発明の銅基合
金はTi―Si系金属間化合物を均一微細に分散析
出させることによつて高集積化の要求に満足する
諸特性を具備したリードフレーム材とすることが
できる。このような諸特性は鋳片から熱間圧延お
よび冷間圧延を経て所望の板厚の材料まで加工す
るさいの条件を適切にコントロールすることによ
つて有利に発現させることができる。以下にその
製造法の詳細を説明する。 まず、Ti；0.1〜3.0％、Si；0.03〜1.5％、ただ
し、Ti／Siの重量百分率の比率が２〜４の範囲、
残部がCuおよび不可避的不純物からなる鋳片を
溶解鋳造によつて製造する。 この鋳片（鋳塊）を熱間圧延に供するのである
が、この熱間圧延では鋳片を850℃以上の温度に
加熱し、圧下率60％以上、熱延仕上温度800℃以
上のもとで熱間圧延する。これによつて鋳造組織
をほぼ完全につぶすことができ且つ鋳塊に生じて
いる偏析の影響を無くすことができる。 そして、熱延仕上温度から250℃以下の温度ま
で30℃／分以上の冷却速度で冷却する。この冷却
は熱延したあと直ちに急水冷を実施することによ
つて行うのがよい。これによつてTiおよびSiが
完全に固溶した熱延板を得ることができる。この
熱延後の冷却を30℃／分より遅い冷却速度で行う
とその冷却過程でこれらの元素が析出して粗大な
化合物が生じてしまう。30℃／分以上の冷却速度
であつてもこの急冷開始温度が800℃より低いと、
また急冷開始温度が800℃以上であつても30℃／
分より遅い冷却速度では、この間に粗大な析出物
が析出することがわかつた。この段階で析出した
析出物は粗大であり、これによる強度や耐熱性の
向上は期待できず、逆に折り曲げ性やメツキ性に
悪影響を及ぼすので、避けねばならない。この段
階で析出した析出物は溶体化処理によつて消失さ
せることが可能であるが、工程数が増加してコス
ト高になることを覚悟しなければならない。本発
明においては、熱延条件をこのように適切に制御
することによつてTiおよびSiが完全に固溶した
状態の熱延板を得ることに一つの特徴があり、
Ti―Si系金属間化合物の析出は後の段階で行わ
せるのである。なお、急冷のさいの冷却終点温度
については250℃以下であればよい。250℃以下の
温度であればTi―Si系金属間化合物の析出は実
質上起こらないからである。 次いで、得られた熱延板は、必要に応じて表面
研削あるいは酸洗を行つたあと、冷間圧延に供し
て目標板厚まで板厚減少を行うのであるが、最初
の冷間圧延とこの最初の冷間圧延後の焼鈍の条件
を適切に調整することによつて、この段階で微細
なTi―Si系金属間化合物を均一に析出させる。 すなわち、第一回目の冷間圧延を50％以上の圧
下率のもとで行い、この第一回目の冷間圧延後の
焼鈍を300〜600℃の温度で５〜720分間の条件で
実施する。この第一回目の冷間圧延および焼鈍の
条件は本発明において極めて重要である。第一回
目の冷間圧延の圧下率が50％未満では圧延組織が
十分に均質化しがたくなり、このために引き続く
焼鈍においてTi―Si系金属間化合物が均一微細
に析出できなくなる。このために第一回目の冷間
圧延は50％以上の圧下率で実施する。引き続く焼
鈍では600℃を超える温度で実施すると析出物が
凝集化してしまつて特性の向上が期待できなくな
り、また300℃未満の温度では析出するに要する
時間が長くなり過ぎるので好ましくない。したが
つて、この焼鈍温度は300〜600℃の温度範囲で行
うことが必要である。この場合、焼鈍時間が５分
未満では析出物の形成が不十分であり、720分を
超えるような長時間では析出物の成長の点からも
経済面からも好ましくない。 このようにして、第一回目の冷間圧延と焼鈍を
適切に実施することによつてTi―Si系金属間化
合物が微細且つ均一に析出した焼鈍材を得ること
ができる。以後は、この焼鈍材を所望の板厚まで
冷延して板厚減少を行えばよく、そのさいに数回
の冷間圧延を行う場合には中間焼鈍を挟んで行う
ことができる。 所望板厚まで冷間圧延して得た冷延材は、次に
300〜750℃の温度で５〜180秒のテンシヨン・ア
ニールを実施することにより、各種特性のバラツ
キを無くし且つ平坦度の高い製品材料にすること
が出来ると共に延性および析り曲げ性を改善する
ことができる。このテンシヨン・アニール処理の
実施にさいし、300℃未満の温度では前記のよう
な効果を発揮するに要する時間が長くなつて酸化
の問題が生じ、また経済性の面からも好ましくな
い。また750℃を超える温度で実施すると材料が
軟化してしまう。また、テンシヨン・アニールの
処理時間については５秒未満では均質な材料とは
なりえず、180秒を超えてもその効果には有益な
差は現れない。したがつて、この最終のテンシヨ
ン・アニール処理は300〜750℃の温度で５〜180
秒の条件のもとで実施するのがよい。 以上の製造工程を経ることによつて、Ti―Si
系金属間化合物がCuマトリツクス中に微細且つ
均一に分散析出した組織の銅基合金の薄板が製造
でき、これは、後記の実施例に示すように高強度
と高伝導性を兼備し且つ耐熱性、メツキ性、曲げ
性等に優れるので、近年の半導体集積回路の高実
装密度化を可能にするリードフレーム用材料とし
て好適なものである。 実施例 第１表にその化学成分値（重量％）を示す銅基
合金No.１〜No.８を高周波溶解炉を用いて溶製し、
40mm×40mm×140mmの鋳塊に鋳造した。この鋳塊
を40mm×40mm×10mmの大きさに切断し、この鋳片
を900℃で均熱したあと、厚さ３mmまで熱延仕上
温度850℃のもとで熱間圧延を行い、850℃の温度
から直ちに常温の水中に冷却した。この時の冷却
速度は30℃／分を十分に超え且つ終点温度も250
℃を十分に下回つていた。 得られた各熱延板（３mm）を酸洗後、第一回目
の冷間圧延によつて厚さ1.0mmまで冷延し、次い
で550℃×60分間の焼鈍を行つた。 そして、圧下率50％で冷間圧延して厚さ0.5mm
の冷延板を得た。得られた冷延板を8kgf／mm²の
張力を加えながら350℃×30秒のテンシヨン・ア
ニール処理を施した。この処理を終えた材料を以
下の各試験に供して、硬度、引張強さ、導電率、
耐熱性、半田ぬれ性、折り曲げ性を調べた。その
結果を第１表に併記した。 硬度、引張強さおよび導電率の測定は
JISZ2244、JISZ2241およびJISH0505に従つて行
つた。また耐熱性は400℃の温度で30分間の加熱
保持後の硬度が初期硬度の80％以上であれば〇、
80％より小さくなつた場合には×として評価し
た。半田ぬれ性についてはメニスコグラフ法によ
り半田浴（Sn―40wt.％Pb、230℃±５℃、弱活
性ロジンフラツクス使用）に試料が浸漬されてか
ら浮力が零になるまでの時間で評価した。折り曲
げ性は90゜W曲げ試験（CES―M0002―６，Ｒ＝
0.4mm）を行い、中央部山表面が良好なものを〇，
割れが発生したものを×として評価した。

【表】 第１表の結果から次のことが明らかである。 本発明によるNo.１〜No.４の合金は、いずれも硬
度、引張強さ、導電率のバランスが優れ且つ半田
ぬれ性および折り曲げ性も良好である。したがつ
てリードフレーム用高強度銅合金として非常に優
れた特性を有する合金であることがわかる。 これに対し、Ti／Si比が４より大きい比較合
金No.５は、硬度と引張強さは高いが導電率が低す
ぎる。これはTi―Cu系金属間化合物の析出に由
来するものである。Si無添加の比較合金No.６も導
電率が低い。これもTi―Cu系金属間化合物の析
出に由来するものである。したがつて、このNo.５
と６の結果はTiを添加する場合のSiの適量の添
加が本発明合金において重要な意味をもつことの
査証となる。Ti／Si比が２より小さくSi含有量
が比較的多い比較合金No.７でも導電率は低くなつ
ている。これはマトリツクス中に残留するSi量に
よつてCuが本来有する伝導性を阻害するからで
あると考えることができる。また、Ti／Si比が
本発明で定める２〜４の範囲にあつてもTi量が
３％を超える比較合金No.８では半田ぬれ性および
折り曲げ性が劣下している。したがつて3.0％を
超える過剰のTiは本発明の目的にとつては好ま
しくない。 以上のように、本発明はTi―Si系金属間化合
物の適切な分散析出によつて高強度で高伝導性を
有し、且つ耐熱性、メツキ性、曲げ性に優れたリ
ードフレーム用高強度銅合金を得たものであり、
近年の半導体集積回路の高密度化に十分に対応で
きるリードフレーム材を提供するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％において、Ti；0.1〜3.0％、Si；0.03
   〜1.5％、ただし、Ti／Siの重量百分率の比率が
   ２〜４の範囲、残部がCuおよび不可避的不純物
   からなり、Cuマトリツクス中にTi―Si系金属間
   化合物が分散析出した組織を有するリードフレー
   ム用高強度銅合金。 ２ 重量％において、Ti；0.1〜3.0％、Si；0.03
   〜1.5％、ただし、Ti／Siの重量百分率の比率が
   ２〜４の範囲、残部がCuおよび不可避的不純物
   からなる鋳片を製造する工程、 この鋳片を圧下率60％以上、熱延仕上温度800
   ℃以上のもとで熱間圧延したうえ、該熱延仕上温
   度から250℃以下の温度まで30℃／分以上の冷却
   速度で冷却して熱延板を得る工程、 該熱延板を圧下率50％以上のもとで第一回目の
   冷間圧延を行い、次いで300〜600℃の温度で５〜
   720分間の焼鈍を行う工程、 得られた焼鈍材を目標板厚まで冷間圧延によつ
   て板厚減少を行う工程、そして、 最終冷間圧延後に300〜750℃の温度で５〜180
   秒のテンシヨン・アニールを行う工程、 からなるCuマトリツクス中にTi―Si系金属間
   化合物が分散析出した組織を有するリードフレー
   ム用高強度銅合金の製造法。 ３ 焼鈍材を目標板厚まで冷間圧延を行う工程は
   中間焼鈍を挟んだ数回の冷間圧延によつて行う特
   許請求の範囲第２項記載の製造法。