JPH03243736A - プレス性の優れたリードフレーム用銅合金材料 - 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１ 本発明は、特にリードフレームを高速精密プレスで打抜
いて製造する所謂スタンピング製法において極めて優れ
た打抜き成形性を発揮し得るリードフレーム用銅合金材
料に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体装置は高機能化、大容量化、高信頼性化へ
の要求が高まり、例えばＩＣにおいても高集積化あるい
は高密度実装化が進められつつある。

このような半導体装置においてリード素子となるリード
フレームが極めて重要な部品となりつつあることはいう
までもない、半導体用リードフレームとしては、導電性
が良好でなければならないことは勿論であるが、機械的
強度も同時に必要であり、しかも適当な延性を保持する
上、耐熱性をも要求されるなど、様々な特性を満足する
ことが求められている。

このような背景から、銅系リードフレーム用として種々
な銅合金が開発され、実用に供されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来より提案されてきているリードフレーム用銅合金は
、銅の優れた導電性やその比較的良好な機械的性質に着
目するものであり、専電率の低下を小さくシシかも機械
的強度を向上させるために、固溶度の小さい元素を合金
として添加し、溶体化加熱処理及びその後の時効析出処
理を行なう種類の銅合金が主流を占めている。そして、
そのための添加元素の選定や加工技術など数多くの提案
がなされてきた。

そのような銅合金をリードフレームに成形するには、一
部にエツチング法などの提案もなされてはいるものの、
量産性とコスト低減の上からすれば、高速精密プレスに
よる打抜き成形すなわちスタンピングが主体となる。こ
のため、昨今では金型の製造にもＣＡＤやＣＡＭを導入
し、微細形状の成形に対応しようとする試みも行なわれ
るようになった。

しかし、そのような金型の製造技術の向上もさることな
がら、リードフレームの多ビン化への志向は非常に強く
、しかもパッケージ化するに当り、素子自体が大型化し
つつあるにも拘らず外形からの全体形状を小型化するこ
とが求められるといった実情にあり、微細なパターンの
リードフレームを上記スタンピングによって製造するこ
とが要望されるようになった。

しかし、このような現状にも拘らず、リードフレーム材
料自体の打抜き性に着目した提案は未だ見られず、プレ
ス時の打抜精度の向上やそのための金型の寿命確保につ
いては、専らプレス機械の調整に依存しようとしている
のが実情である。

本発明の目的は、上記したような状況にかんがみ、金型
やプレス機械の面からのアプローチによる代りに、プレ
スされる材料そのものに着目し、リードフレームのパタ
ーンが微細化しても、優れた打抜き成形性を発揮し、精
度よいプレス性を保持することにより金型の寿命をも格
段に伸ばし得るプレス成形性に優れた新規なリードフレ
ーム用銅合金材料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、高速精密プレスにより打抜成形して使用する
銅合金材料自体の特性に着目するものであって、材料を
板状としこれを引張試験により引張破断させた際に、引
張り前の板厚をＴ、引張りにより破断部が絞られて破断
した後の絞り破断端部の板厚をｔとしたとき、その板厚
絞りすなわち（Ｔ−ｔ）／Ｔが８０％以下である特性を
保有させるようにしたものであり、そのための具体的な
合金として、Ｚｒを０．０１〜０．２重量％含有し、残
部が不可避なる不純物よりなる銅合金からなり、引張試
験における破断強度が ４５ｈｇｆ／ｃｍ”以上、伸びが６％以上であって、か
つ破断時の板厚絞りが８０％以下であるような特性を保
有させた銅合金材料を提供するものである。

［作用］ 発明者らは、微細精密プレスを可能にすることを検討す
るに当り、従来かえりみられなかった材料そのものの有
する特性に着目した。そして、試行錯誤の実験を繰返す
間に、引張試験における破断時の板厚絞りと材料のプレ
ス成形性の間に密接な関係のあることを見出した。

種々な実験の結果、板厚絞りが小さいほど優れたプレス
性を示すことが判明し、リードフレーム用として精密微
細なプレスを可能にする臨界的板厚絞りが８０％にあり
、それ以下の板厚絞りを保有させることで、効率よくし
かも金型の寿命を大巾に伸ばしてブレス底形し得ること
を見出したのである。

［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照し説明する。

第２図は、本発明にいう板厚絞りを定義するための説明
図である。

引張り前の板厚がＴである板材１０より引張試験片を作
製し、これを引張試験機で引張れば、破断部にネッキン
グが生じ、やがてその部分が絞られて行き、ついに破断
に至る。このときの絞り破断部１１の厚さをｔとする。

板厚絞りとはこのときの板厚差（Ｔ−ｔ）の引張り前の
厚さＴに対する百分率すなわち（Ｔ−ｔ）／Ｔを％で表
したものである。

また、第１図は、リードフレーム用銅合金をプレス成形
した場合のプレス破面１の様子を示した説明見取図であ
る。

プレスは、図中上方より行なわれ下方に打抜かれている
。プレスの初期から所定の厚さまでは材料の剪断すべり
による変形がもっばら先行し、外観において特有の模様
を示す剪断面１ａが形成されるが、全部が剪断変形のみ
で終るのではなく、プレスの後半の所定厚さ部分からは
破断荷重をもって破断せしめられ、いわば機械的に切り
裂かれた状態の破断面１ｂが形成される。この剪断面１
ａとＭＩ７ｉ面ｌｂとでは、外観的に明らかな差異があ
り、両者の境界は肉眼によっても一見明確に区別するこ
とができる。

プレス成形性の良否とこの剪断面１ａおよび破断面１ｂ
の形成割合との間には密接な関係があり、発明者らの研
究によれば、優れたプレス製品を得るには、プレス破面
１に占める剪断面１ａが少なく、破断面１ｂを多く形成
し得る材料を入手する必要のあることがわかった。

発明者らは、この破断面１ｂの増大ひいては剪断面１ａ
の減少と、前述した板厚絞りとの間の密接な関係を見出
し本発明に到ったものである。

すなわち、板厚絞りが９０％以上といった大きな値を示
すような材料をプレス成形すると、剪断面１ａがプレス
破面１の大半を占めるようになり、プレス後のパリの発
生を生じ、プレス金型の摩耗が大きくなって、金型の寿
命を低下させる結果となる。

しかし、板厚絞りの値が次第に小さくなるような段階的
な試料を作製し、各板厚絞りと破断面１ｂの形成割合と
を詳細に調査したところ、板厚絞りが８０％以下になる
と、破断面１ｂの形成が増大するようになり、プレスバ
リの発生のない良好なプレス成形が可能となることが判
明した。

このような良好なプレス成形の可能となる臨界条件が板
厚絞りにおいて８０％程度のところにあり、優れたプレ
ス成形性を得るには板厚絞りが８０％以下となるような
材料特性を持たせる必要のあることも、数々の実験によ
り確認することができた。

一方、リードフレーム材料としての銅合金の応用は、そ
の高導電性を生かし、トランジスタ用から各種ＩＣへと
その適用が拡大しており、半導体の前述したような高集
積化、高密度化、高信頼性化、コスト低減などの動向か
ら、リードフレーム用銅合金に要求される機能は高強度
、高導電率及び樹脂や半田などの異種材料との高接合性
が重要視されてきている。

銅合金の強度を上げるためには、添加元素及びそれらの
濃度の調整で対応するのが一般的であるが、添加元素濃
度を上げると、導電率さらには異種材料との接合性が低
下する傾向にある。これら相反するニーズを満足する銅
合金の具体的組成として、出願人は先にＣｕ−Ｚｒ系合
金を市場に提供し、その優れた特性について高い評価を
得るに至った。

Ｚ「は少量の添加で銅の耐熱性を向上させる効果があり
、反面添加によって銅の導電率の低下が少ない添加元素
でもあるため、Ｃｕ−Ｚｒ合金は高い導電率を維持しな
がら十分な耐熱性を保持させることができる。また、２
「は鋼中に添加すると、Ｃｕｓ　ｚｒとして微細に析出
分布するため、強度の改善効果も有する。リードフレー
ム用として使用するためには、２「の添加量として０．
０１％以下では耐熱性や強度の向上に効果が少なく、０
．２％以上添加したのでは導電率の低下が大きく好まし
くない。

また、引張特性としてはプレス打抜きによりリードフレ
ームに成形された後半導体部品の実装工程においてリー
ドの曲がり変形を防止するため一定の強度が必要であり
、実用上におけるＣｕ−Ｚｒ合金では４５１ｑｒｆ／ｍ
”以上の強度を有することが必要である。また、伸びに
関しては、実装後のリードの折り曲げ成形時に曲げ部で
の折れ、割れが発生しない十分な伸びが必要とされ、６
％以上の沖びを持つ材料であればこの種の曲げ成形に十
分耐え得ることが確認された。

上記の如き特性を有するＣｕ−Ｚｒ合金において、本発
明においては、さらに板厚絞りが８０％以下となる特性
を付与させる。このような特性の付与については、後述
するように加工度や熱処理条件などを選択するすること
によりかなりの自在性をもって付与することが可能であ
る。しかして、Ｃｕ−Ｚｒ合金の場合には板厚絞りの下
限を４０％程度のところに置くようにすることが好まし
く、これ以下にまで板厚絞り特性を低下させると、前記
した別な必要特性である伸び６％を確保することが困難
となる。

なお、本発明に係る具体的合金として上記したＣｕ−Ｚ
ｒ合金を挙げたが、それにのみ限定されないことは勿論
である。

添加元素としては２「以外にＦｅ　、Ｓｎ　、　Ｎｓ＊
　、ｚｎ　、ｃｒなどを添加した銅合金でも８０％以下
の板厚絞りを持つものであれば本発明の対象となり得る
ものである。

実施例 酸素含有量がｌ０ｐＩ）ｌ以下の銅に０．０７％の２「
を添加したＣｕ−Ｚｒ合金のゲータを２１０閣厚におい
て連続鋳造法にて鋳造し、これを約８００℃に加熱し熱
間圧延により１０ｍｍ厚に圧延した。さらに両面面ｔｌ
’Ｊ　ｆ＆、中間焼鈍を入れずに冷間圧延にて０．２５
ｍ厚に圧延し４００’ＣＸ　３０分熱処理して試験片と
した。この試験片を引彊試験により特性を評価したとこ
ろ、引張強さ５　ｏｋｇｒ　／ｍＩｇ　、伸び８％、板
厚絞り７５％であった。

この材料をプレス打抜成形し、その破面を調査したとこ
ろ、全破面に対する破断面の割合は３１％と全体の約１
／３を古め、プレスバリも殆んど発生せず優れたプレス
性を示した。

比較例 実施例に用いた１０−厚の熱間圧延材の両面面削後、冷
間圧延にて中間焼鈍を加え乍ら１．Ｏｍｎ厚に圧延し、
さらに焼鈍を加え０．２５−厚まで圧延し供試片とした
。この材料での破断時の板厚絞りは９０％であり、プレ
ス成形後の破断面の割合は１５％程度と小さく、若干の
プレスバリも発生し実施例の材料に較べ明らかにプレス
性は低下した。

上記実施例及び比較例は、途中まで同じ組成及び製造条
件であるが、その後の加工条件を変化させることにより
、板厚絞りに変化が生じ、プレス性が向上したり低下し
たりするようになることが、この実施例と比較例の対比
からよくわかる。これによって、本発明の有する本質を
よく理解し得るであろう。

［発明の効果］ 以上詳記の通り、本発明によれば、今後ますますリード
フレームのパターンの微細化が進み、リードフレーム材
としての緒特性を十分に保有しつつしかもプレス性に優
れたリードフレーム用材料の開発への期待が大きい折柄
、かかる要望に十分応え得る材料を市場に提供し得るこ
ととなるものであり、その工業上における価値は極めて
大きなものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレス破面の外観見取図、第２図は板厚絞りを
定義するための説明図である。 １ニブレス破面、 １ａ：剪断面、 １ｂ＝破断面、 １０：板材、 １１：絞り破断部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高速精密プレスにより打抜成形して使用する銅合
   金材料であって、当該材料を板状としこれを引張試験に
   より引張破断させた際に、引張り前の板厚をＴ、引張り
   により破断部が絞られて破断した後の絞り破断端部の板
   厚をｔとしたとき、その板厚絞りすなわち （Ｔ−ｔ）／Ｔが８０％以下である特性を保有させてな
   るプレス性の優れたリードフレーム用銅合金材料。
2. （２）Ｚｒを０．０１〜０．２重量％含有し、残部が不
   可避なる不純物よりなる銅合金からなり、引張試験にお
   ける破断強度が ４５ｋｇ／ｍｍ＾２以上、伸びが６％以上であって、か
   つ破断時の板厚絞りが８０％以下である特性を保有せし
   めてなるプレス性の優れたリードフレーム用銅合金材料
   。