JPH0366813B2 - - Google Patents

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JPH0366813B2
JPH0366813B2 JP62312264A JP31226487A JPH0366813B2 JP H0366813 B2 JPH0366813 B2 JP H0366813B2 JP 62312264 A JP62312264 A JP 62312264A JP 31226487 A JP31226487 A JP 31226487A JP H0366813 B2 JPH0366813 B2 JP H0366813B2
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JP
Japan
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solder
layer
lead frame
electronic component
weight
Prior art date
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Application number
JP62312264A
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English (en)
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JPS63158859A (ja
Inventor
Michihiko Inaba
Koichi Tejima
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は電子部品に関し、さらに詳しくは、民
生用製品に用いられて好適な電子部品に関する。 (従来の技術) 民生用製品、例えば半導体素子は高出力、多機
能化が要求されており、しかもこれらは生産性が
よく低価格であることが条件とされている。 このような条件を充分満足させるための種々の
開発が進められている。この中では樹脂モールド
等が上記を満たす有力なものであるが、これらに
おいても次のような問題点があつてその解決が要
望されている。 すなわち、製造工程では避けて通れないマウン
ト工程、半導体素子とリード線とのボンデイグ工
程等があり、これに用いられるリード素子である
リードフレームは重要な部品である。このリード
フレームは、次のような過酷な条件を満足すれば
製造工程、価格及び特性等に極めて有利である。
すなわち、電気抵抗が小さいこと、表面酸化が少
ないこと、引張り強度が強いこと、延性が充分で
曲げ加工に対し強いこと、高温特性、例えば250
℃以上における機械的強度が充分であること、半
田とのぬれ性、耐候性が充分であること等であ
る。 このように種々の条件を全て満足するものはな
かなか得難いが、電気抵抗の小さい銅(Cu)基
合金がその中でも上記条件に近い特性を有するこ
とが知られている。このCuは導電率が高いこと、
加工が容易であること等上記条件には有利な金属
であるが、耐熱強度、耐酸化性、機械的強度等に
おいて不充分である。したがつて、上記条件を全
て満足する金属はないので、できるだけ多くの特
性を発揮する金属を主成分として選定し、これに
いくつかの添加成分を混合した合金を用いてい
る。しかしながら、例えばCuを主成分とし、こ
れにSn及びPを添加した合金は、強度的に不充
分であり、また、Snの代わりにFeを添加した合
金は、上記の要件を満足するまでに至つていな
い。 さらに、従来のCu基合金にあつては、これを
用いたIC用リードフレームにリード線等を固着
する際にSn半田を用いた場合、特に次の如き不
都合な現象が生じた。第1図は、リードフレーム
1をSn−Pb半田2で接合した場合における接合
部の走査型電子顕微鏡による拡大断面図である。
該図は、150℃における300時間経過後の組織図で
あり、IC作動中の熱等の付加による過酷な条件
が揃うことにより組織変化を生じ、半田を構成す
るSnがリードフレームのCuと結合していくつか
の層を形成する。第1層は、ε−Cu3Snからなる
a層、第2層はη−Cu6Sn5からなるb層、第3
層はPbのみ又は極めて高密度のPbからなるc層
である。この現象が著しい場合は、IC素子の半
田付けの信頼性を維持する上で好ましいものでは
ない。 諸現象を防止するには、金ボンデイング性低下
の原因となるSnの添加量を下げ、かつこれに伴
うリードフレームの強度低下を防ぐため、Ni又
はFeを添加することが考えられる。しかしなが
ら、第2図に示したように、Ni又はFeを添加す
ると、Ni及びFeとSnとが結合して、リードフレ
ーム1と半田2との接合面に約0.5μm厚以下の
Ni(Fe)−Snからなる金属間化合物層3が形成さ
れる(使用条件は前記と同様)。 この金属間化合物層は、ミクロ的に見て、Ni
(Fe)とSnとの蜂巣状態を呈している、該層3の
形成は、リードフレーム1と半田との接合強度を
極度に低下せしめて両者の剥離原因となるもので
あり、IC素子の信頼性を低下させるため、致命
的欠点となり得る。この現象は、Snを含まない
場合と比べ、Sn及びNi又はFeが合金中に共存す
る場合に、上記金属間化合物層の成長が著しく促
進され、容易に剥離が起こつててしまう。 上記の如き剥離の原因は、次のように推定され
る。すなわち、リードフレームと半田との接合を
強固にするCu−Snの固溶状態部分が、Ni(Fe)−
Snの金属間化合物層のバリア形成により低下し、
CuとSnの相互拡散が不充分となることにより剥
離が起こるものと考えられる。 以上のことから、Ni、Fe及びSnの添加量を下
げて、剥離を防止しなければならないが、Ni又
はFeを添加しないと強度が向上せず、この場合
にNi−Sn−Cu合金と同等の強度を得るためには
Snを0.3%以上添加する必要がある。しかし、Sn
の増量は、前記のように金ボンデイング性等に悪
影響を及ぼす。一方、Ni又はFeの増量は剥離を
容易に引き起こす原因となる。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記の問題点を解決し、電子部品と
して要求される特性を充分に有し、かつ電子部品
基材と半田との接合に伴う接合力の弱い金属間化
合物の生成が極めて少なく、接合力の優れた特性
を有する電子部品を提供することを目的とする。 [発明の構成] (問題点を解決するための手段及び作用) 本発明の電子部品は、主成分がCuで、第1添
加成分としてFeを0.05〜5重量%含有し(ただし
Niを含まない)、第2添加成分としてSnを0.05〜
4重量%含有し、第3添加成分としてZnを0.1〜
3重量%含有する合金から形成される基材と、そ
の表面に形成された半田層との間にFe集中拡散
軽減層を有することを特徴とする。 以下、本発明をさらに詳細に説明する。 本発明の電子部品としては、例えば、表面に半
田層を有するリードフレーム及びリード線が挙げ
られる。 該電子部品の基材となる合金の組成は、Feが
0.05〜5重量%の範囲であり、Niを含まずSnが
0.05〜4重量%の範囲であり、Znが0.1〜3重量
%の範囲であり、残部がCuからなる。 合金の添加成分として用いるFe、Sn及びZn
は、上記条件に加えて、各成分に対するZnの重
量比が、次式; Zn≧1/20(Fe、Sn) で示される関係を満たすことが好ましい。 本発明の電子部品の基材となる合金組成におい
て、Fe及びSnの添加量がそれぞれ0.05重量%未
満の場合には、電子部品の強度が不充分となり、
リードフレーム等にあつてはソケツトへの挿入困
難及び変形という不都合な事態を招来し、Fe添
加量が5重量%を超え、又はSnの添加量が4重
量%を超えると導電率の低下を招来し、熱伝導効
果も不充分となる。また、Znの添加量が0.1重量
%未満の場合は、後述するFeの集中拡散軽減層
がわずかしか形成されず、Fe−Snの拡散結合に
よる金属間化合物を生成してしまい、3重量%を
超えると、金ボンデイング性を低下せしめてIC
素子の信頼性を損ない、歩留りが悪くなる。さら
にZnの添加量が多い場合は、半田付けの際にZn
が瞬時に半田内に拡散し、半田の表面が荒れた
り、接合力が低下する等の種々の問題が発生す
る。 本発明の電子部品は前記合金から次のようにし
て製造される。例えば、まずリードフレームの場
合は、常法にしたがい、前記合金からなるインゴ
ツトを製造する。次にこれを圧延後、コイル化
し、プレス又はエツチング加工を施したのち、表
面に半田を溶着することにより得られる。 本発明における合金を用いた場合に前記問題点
が解消される理由を第3図に基づいて説明する。
第3図は、Cu−Fe−Sn−Zn合金のリードフレー
ムを製造し、該フレームの一部にSn−Pb半田を
溶着後、これを約150℃で300時間強性加熱した場
合における接合部の拡大断面図であり、図中、4
はFeの集中拡散軽減層である。すなわち、Sn−
Pb半田で接合した場合は、Fe−Snの金属間化合
物層の形成がほとんど起こらず、これに代わつて
Zn−Cu固溶体のZn濃縮に伴なうFe集中拡散軽減
層4が形成されている。該層4は、Cuに分散し
ているFeと半田内のSnとの拡散結合を能率よく
軽減もしくは抑制する作用を有しているため、
Cu内におけるFeの移動が制限され、Feの安定し
た分散状態が長期にわたつて維持されることにな
る。したがつて、Fe−Sn金属間化合物の生成が
ほとんど起こらず、Zn濃縮に伴なうFe集中拡散
軽減層が形成されるため、Sn−Pb半田とCu−Fe
−Sn−Zn合金とが強固に結合している。 (実施例) 本発明の電子部品を、以下の方法によつて製造
した。 表に示した各元素をそれぞれボールミル内に装
填したのち、Arガスを充填して撹拌混合した。
なお、Fe及びSnに対するZnの重量比は、Zn≧1/
20(Fe、Sn)で示される関係を有している。 次に、得られた複合体を脱気した容器に装填
し、これを加熱溶融後、熱押出してインゴツトを
成形した。次に、このインゴツトを熱間及び冷間
圧延したのち、切断加工してコイルを得た。しか
るのち、このコイルをプレス加工してリードフレ
ームを製造した。その後、このリードフレームに
Sn−Pb半田を溶着して、本発明の電子部品とし
た。また、比較例として表に示す合金組成のリー
ドフレームの表面にSn−Pb半田を溶着したもの
を製造した。 上記の半田付けしたリードフレームについて表
に示した試験を行つた。各試験項目における判定
基準はほぼ次のとおりである。 半田付け性:目視観察により判定した。 ○−優 △−良 ×−不良 半田耐候性:約150℃で300時間強制加熱したの
ち、90℃の繰り返し曲げを3回行い、剥離の有
無で判定した。 ○−剥離せず △−2回で剥離 ×−1回で剥
離 機械的強度:マイクロビツカース硬度計により判
定した。 ○−130MHv以上 ×−130MHv以下 導電性:純銅からなるリードフレームの導電率を
100とした場合に、何パーセントの導電率を有
しているかにより判定した。 ○−30%以上 △−30〜20% ×−20%以下 Fe集中拡散軽減層:約150℃で300時間強制加熱
したのち、該層が生成しているか否かをXMA
法により判定した。 有−生成 無−生成せず 試験結果を表に一括して記載した。
【表】 [発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明の電子
部品は優れた各種の効果を有している。 すなわち、本発明の電子部品においては、上記
の如く、Fe−Sn結合に基づく界面での剥離現象
の解消に伴い、耐半田性及び半田耐候性が向上し
ている。また、Cu内にFeを最大に添加すること
が可能となるため、電子部品の強度をそれだけ増
大できるという効果がある。さらにCu内におけ
るZn−Cu固溶体のZn濃縮に伴ないFeの集中拡散
が抑制されるため、安定した分散状態が得られ、
基材合金と半田層との接合部分における機械的強
度の部分的低下が回避される。また、これらの元
素添加によつても、本発明の電子部品は依然とし
てCuに基づく高導電率及び加工容易性等の諸特
性を維持している。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電子部品におけるリードフレー
ムとPb−Sn半田との接合部について、経時変化
後の組織状態を示した拡大断面図、第2図は電子
部品におけるリードフレームの合金組成として
Feを増量させた場合の接合部の組織状態を示し
た拡大断面図、第3図は本発明の電子部品におい
て基材となるリードフレームとSn−Pb半田との
接合部について、経時変化後の組織状態を示した
拡大断面図である。 1:リードフレーム、2:Sn−Pb半田、a:
ε−Cu3Sn層、b:η−Cu6Sn5層、c:Pb層、
3:Fe−Sn金属間化合物層、4:Fe集中拡散軽
減層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 主成分がCuで、第1添加成分としてFeを
    0.05〜5重量%含有し(ただしNiを含まない)、
    第2添加成分としてSnを0.05〜4重量%含有し、
    第3添加成分としてZnを0.1〜3重量%含有する
    合金から形成される基材と、その表面に形成され
    た半田層との間にFe集中拡散軽減層を有するこ
    とを特徴とする電子部品。 2 Fe及びSnに対するZnの重量比が、次式; Zn≧1/20(Fe,Sn) で示される関係を有する特許請求の範囲第1項記
    載の電子部品。
JP62312264A 1987-12-11 1987-12-11 電子部品 Granted JPS63158859A (ja)

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JPS58112813A (ja) * 1981-12-25 1983-07-05 Niigata Eng Co Ltd 軌道車両における空気タイヤ異常検出方法
JPS605550A (ja) * 1983-06-24 1985-01-12 Toshiba Corp 電子部品

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