JPH1197609A - 酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金及びその製造方法 - Google Patents
酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金及びその製造方法Info
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- JPH1197609A JPH1197609A JP9291482A JP29148297A JPH1197609A JP H1197609 A JPH1197609 A JP H1197609A JP 9291482 A JP9291482 A JP 9291482A JP 29148297 A JP29148297 A JP 29148297A JP H1197609 A JPH1197609 A JP H1197609A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
Landscapes
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイレクトボンディング性やはんだ付け性等
の特性に悪影響を及ぼすことなく、酸化膜密着性に優れ
たリードフレーム用の銅合金とその製造方法を提案す
る。 【解決手段】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及び不
可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比率が
Co/P=1.5〜10であることを特徴とする酸化膜
密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
の特性に悪影響を及ぼすことなく、酸化膜密着性に優れ
たリードフレーム用の銅合金とその製造方法を提案す
る。 【解決手段】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及び不
可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比率が
Co/P=1.5〜10であることを特徴とする酸化膜
密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体機器のリー
ドフレームに用いられる酸化膜密着性の良好な銅合金と
その製造方法に関するものである。
ドフレームに用いられる酸化膜密着性の良好な銅合金と
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体機器のリードフレームとし
ては、42合金(Fe−42Ni)が使用されて来てお
り、現在では半導体回路の小型化や高密度化に伴い、熱
伝導度の優れた銅系材料が用いられるようになった。
ては、42合金(Fe−42Ni)が使用されて来てお
り、現在では半導体回路の小型化や高密度化に伴い、熱
伝導度の優れた銅系材料が用いられるようになった。
【0003】一般に、半導体機器のリードフレームに
は、以下のような特性が要求されている。 (1)熱・電気伝導性に優れていること。リードフレー
ムの働きとしてはチップの劣化を防ぐため、チップの生
ずる熱を放散することが挙げられる。熱放散の効率を上
げ、リード部の発熱を小さくするため、熱伝導性、電気
伝導性の良いことが要求される。
は、以下のような特性が要求されている。 (1)熱・電気伝導性に優れていること。リードフレー
ムの働きとしてはチップの劣化を防ぐため、チップの生
ずる熱を放散することが挙げられる。熱放散の効率を上
げ、リード部の発熱を小さくするため、熱伝導性、電気
伝導性の良いことが要求される。
【0004】(2)強度が高いこと。リードフレームは
製造工程、あるいは製造後にチップを支えるため、十分
な強度が要求される。
製造工程、あるいは製造後にチップを支えるため、十分
な強度が要求される。
【0005】(3)耐熱性が良好であること。リードフ
レームは製造工程中に種々の加熱を受ける。従って、熱
的負荷による強度劣化を起こさないよう耐熱性が必要に
なる。
レームは製造工程中に種々の加熱を受ける。従って、熱
的負荷による強度劣化を起こさないよう耐熱性が必要に
なる。
【0006】(4)成形加工性が良好であること。リー
ドフレームは、ほとんどの場合プレス成形加工を行うこ
とが多い。そのため、成形加工性が良好であることが要
求される。
ドフレームは、ほとんどの場合プレス成形加工を行うこ
とが多い。そのため、成形加工性が良好であることが要
求される。
【0007】(5)めっき性及びはんだ付け性が良好で
あること。リードフレームはAgめっきやはんだめっき
等のめっきやはんだ付けが施される場合が多い。このた
め、良好なめっき性やはんだ付け性、またそれらの耐候
性が必要となってくる。
あること。リードフレームはAgめっきやはんだめっき
等のめっきやはんだ付けが施される場合が多い。このた
め、良好なめっき性やはんだ付け性、またそれらの耐候
性が必要となってくる。
【0008】上記のような特性のほか、最近注目されて
いる特性として、素材−酸化膜の密着性が挙げられる。
リードフレームは製造工程において、ダイボンディン
グ、ワイヤボンディング、樹脂封止等の際に300〜4
00℃の高温で加熱処理を行うが、これらの熱処理時
に、素材表面に生成した酸化膜−素材間の密着性は、酸
化膜−樹脂間の密着性に比べて劣ることが多い。
いる特性として、素材−酸化膜の密着性が挙げられる。
リードフレームは製造工程において、ダイボンディン
グ、ワイヤボンディング、樹脂封止等の際に300〜4
00℃の高温で加熱処理を行うが、これらの熱処理時
に、素材表面に生成した酸化膜−素材間の密着性は、酸
化膜−樹脂間の密着性に比べて劣ることが多い。
【0009】通常、リードフレームは加熱処理後の酸化
膜が成長した状態で樹脂封止されるため、酸化膜−素材
間の密着性に劣る場合、そのままリードフレーム−樹脂
間の密着性の劣化につながり、隙間からの水分の進入に
よりチップとリードフレームをつないでいる配線が腐食
し、耐湿性の不良を引き起こす。また、他にも工程汚染
やワイヤボンディング不良、パッケージクラック等の原
因となる。
膜が成長した状態で樹脂封止されるため、酸化膜−素材
間の密着性に劣る場合、そのままリードフレーム−樹脂
間の密着性の劣化につながり、隙間からの水分の進入に
よりチップとリードフレームをつないでいる配線が腐食
し、耐湿性の不良を引き起こす。また、他にも工程汚染
やワイヤボンディング不良、パッケージクラック等の原
因となる。
【0010】ここ数年、半導体の形状については、小型
化や多ピン化、面付実装タイプの増加が進み、部品全体
の大きさに対し、チップ自体の大きさやリードフレーム
−樹脂間の密着している面積の割合が大きくなってきて
いる。それと共に、素材−酸化膜間の密着性は、半導体
機器の信頼性に関わる特性としてその重要度を増してい
る。また、製造工程においては、高速化のためにはんだ
付けやボンディング等の加熱処理温度が上昇してきてお
り、リードフレームには耐熱特性と共に、高温での酸化
膜密着特性が求められるようになって来ている。具体的
には、350℃以上、好ましくは380℃以上の加熱に
よっても酸化膜が密着していることが要求されて来てい
るのである。
化や多ピン化、面付実装タイプの増加が進み、部品全体
の大きさに対し、チップ自体の大きさやリードフレーム
−樹脂間の密着している面積の割合が大きくなってきて
いる。それと共に、素材−酸化膜間の密着性は、半導体
機器の信頼性に関わる特性としてその重要度を増してい
る。また、製造工程においては、高速化のためにはんだ
付けやボンディング等の加熱処理温度が上昇してきてお
り、リードフレームには耐熱特性と共に、高温での酸化
膜密着特性が求められるようになって来ている。具体的
には、350℃以上、好ましくは380℃以上の加熱に
よっても酸化膜が密着していることが要求されて来てい
るのである。
【0011】ところで、銅系材料は、コストや加工性、
電気・熱伝導性において42合金より優れた特性を有し
ているものの、加熱処理の際に素材表面の酸化膜が生成
しやすく、また剥離しやすい。
電気・熱伝導性において42合金より優れた特性を有し
ているものの、加熱処理の際に素材表面の酸化膜が生成
しやすく、また剥離しやすい。
【0012】銅系材料の中で最も酸化膜密着性に優れて
いるのは無酸素銅であるが、耐熱性や引張強度等のリー
ドフレームに必要な特性を満足するものではない。一
方、耐熱性や引張強さを改善するために、Pを添加した
燐脱酸銅については、マトリックス中に固溶したPによ
り酸化膜密着性は大きく低下することが分った。
いるのは無酸素銅であるが、耐熱性や引張強度等のリー
ドフレームに必要な特性を満足するものではない。一
方、耐熱性や引張強さを改善するために、Pを添加した
燐脱酸銅については、マトリックス中に固溶したPによ
り酸化膜密着性は大きく低下することが分った。
【0013】また、機械的特性向上のため、他の添加元
素を加えたCu−Fe−P系、Cu−Sn−P系等をは
じめとした銅合金についても、酸化膜密着性については
良好とはいえないことが分かった。このため、リードフ
レーム用として充分な強度や耐熱性等の特性を持ちなが
ら、素材−酸化膜間の密着性の良好な銅合金が要求され
て来ている。
素を加えたCu−Fe−P系、Cu−Sn−P系等をは
じめとした銅合金についても、酸化膜密着性については
良好とはいえないことが分かった。このため、リードフ
レーム用として充分な強度や耐熱性等の特性を持ちなが
ら、素材−酸化膜間の密着性の良好な銅合金が要求され
て来ている。
【0014】このような現状に対し、さまざまな方法で
酸化膜の密着性を改善しようという試みがなされて来
た。例えば、特許2564633号では、素材表面に銅
めっきを施し、その後に冷間圧延、熱処理を行うこと
で、無酸素銅・タフピッチ銅と同等の酸化膜密着性を得
る製造方法が開示されている。しかし、この場合には、
めっき、冷間圧延、熱処理といった工程を余分に行うこ
とになり、製造コストは通常の銅合金に比較して増加し
てしまう。
酸化膜の密着性を改善しようという試みがなされて来
た。例えば、特許2564633号では、素材表面に銅
めっきを施し、その後に冷間圧延、熱処理を行うこと
で、無酸素銅・タフピッチ銅と同等の酸化膜密着性を得
る製造方法が開示されている。しかし、この場合には、
めっき、冷間圧延、熱処理といった工程を余分に行うこ
とになり、製造コストは通常の銅合金に比較して増加し
てしまう。
【0015】また、特開平2−173248号公報で
は、中間熱処理後あるいは最終圧延後の表面を研磨し、
熱処理による添加元素の濃縮層を取り去ることにより、
密着性を改善する方法が開示されている。しかしなが
ら、この方法による充分な濃縮層を除去するための研磨
工程では、表面粗さが粗くなってしまうこと、研磨時の
摩擦熱によって材料表面の酸化膜の厚さが通常より厚く
なることから、ダイレクトボンディングやはんだ付け等
の特性に対して悪影響を及ぼすことが分かっている。ま
た、これらの先願には、酸化膜の厚さは規定されておら
ず、高温熱処理後の酸化膜の密着性が劣っている。
は、中間熱処理後あるいは最終圧延後の表面を研磨し、
熱処理による添加元素の濃縮層を取り去ることにより、
密着性を改善する方法が開示されている。しかしなが
ら、この方法による充分な濃縮層を除去するための研磨
工程では、表面粗さが粗くなってしまうこと、研磨時の
摩擦熱によって材料表面の酸化膜の厚さが通常より厚く
なることから、ダイレクトボンディングやはんだ付け等
の特性に対して悪影響を及ぼすことが分かっている。ま
た、これらの先願には、酸化膜の厚さは規定されておら
ず、高温熱処理後の酸化膜の密着性が劣っている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ダ
イレクトボンディング性やはんだ付け性等の特性に悪影
響を及ぼすことなく、酸化膜密着性に優れたリードフレ
ーム用銅合金とその製造方法を提案するものである。
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ダ
イレクトボンディング性やはんだ付け性等の特性に悪影
響を及ぼすことなく、酸化膜密着性に優れたリードフレ
ーム用銅合金とその製造方法を提案するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、酸化膜密
着性に及ぼす種々の材料因子について鋭意検討を行った
ところ、材料表層の添加元素の分布、および常温で生成
している酸化膜の厚さを制御することが重要であること
を見い出した。
着性に及ぼす種々の材料因子について鋭意検討を行った
ところ、材料表層の添加元素の分布、および常温で生成
している酸化膜の厚さを制御することが重要であること
を見い出した。
【0018】銅合金の添加元素としてよく用いられるP
は、脱酸効果や他の元素と化合して析出することによる
特性向上の効果を持つ重要な元素であり、実際に銅合金
を製造していく上で非常に有用である。しかしながら、
Pは少量の添加でも酸化膜密着性に悪影響を及ぼすこ
と、P以外の添加元素についても程度の違いはあるもの
の酸化膜密着性を劣化させることが分った。
は、脱酸効果や他の元素と化合して析出することによる
特性向上の効果を持つ重要な元素であり、実際に銅合金
を製造していく上で非常に有用である。しかしながら、
Pは少量の添加でも酸化膜密着性に悪影響を及ぼすこ
と、P以外の添加元素についても程度の違いはあるもの
の酸化膜密着性を劣化させることが分った。
【0019】即ち、P等の添加元素が固溶した合金は、
高温においては、素材表層の酸化膜にPが偏析してしま
い、このことが高温で生成した酸化膜の密着性を低下さ
せていることが分った。
高温においては、素材表層の酸化膜にPが偏析してしま
い、このことが高温で生成した酸化膜の密着性を低下さ
せていることが分った。
【0020】そこで、本発明者は銅マトリックス中に固
溶しているPをはじめとする添加元素を低減すること、
即ちマトリックスを無酸素銅の状態に近くすることで酸
化膜密着性を改善することを試みた。
溶しているPをはじめとする添加元素を低減すること、
即ちマトリックスを無酸素銅の状態に近くすることで酸
化膜密着性を改善することを試みた。
【0021】そこで、各種合金系について調査した結
果、本発明の添加元素であるCoがFe、Ni等のPと
析出物を形成する元素のうち、最もPのマトリックス中
への固溶を防ぐ効果が大きいこと、また析出しきれずに
固溶している微量のPについても、酸化膜−金属界面付
近のCoがPの酸化膜中への拡散を阻害し、酸化膜中へ
の偏析を防ぐ効果をもっていることが分った。
果、本発明の添加元素であるCoがFe、Ni等のPと
析出物を形成する元素のうち、最もPのマトリックス中
への固溶を防ぐ効果が大きいこと、また析出しきれずに
固溶している微量のPについても、酸化膜−金属界面付
近のCoがPの酸化膜中への拡散を阻害し、酸化膜中へ
の偏析を防ぐ効果をもっていることが分った。
【0022】銅マトリックス中にCo−Pの化合物を析
出させ、機械的特性を向上させた合金としては、例えば
特開平3−180437号公報等がある。しかし、これ
らの特許では、酸化膜厚さを規定していないため、高温
における酸化膜の密着性については不充分であった。
出させ、機械的特性を向上させた合金としては、例えば
特開平3−180437号公報等がある。しかし、これ
らの特許では、酸化膜厚さを規定していないため、高温
における酸化膜の密着性については不充分であった。
【0023】また、リードフレーム用材料において酸化
膜の厚さを規定した合金に関する技術として、例えば特
開昭60−225455号公報等が開示されている。し
かし、これらの技術はダイレクトボンディング性の向上
という観点から規定されているものであり、加熱後に生
成する酸化膜の密着性に関しては何ら記載されていな
い。
膜の厚さを規定した合金に関する技術として、例えば特
開昭60−225455号公報等が開示されている。し
かし、これらの技術はダイレクトボンディング性の向上
という観点から規定されているものであり、加熱後に生
成する酸化膜の密着性に関しては何ら記載されていな
い。
【0024】従って、CoとPの添加量、Co/P比、
常温にて生成している酸化膜厚さの範囲を適正なものに
制御することにより、リードフレーム用として必要な機
械的特性や耐熱特性をもちながら、無酸素銅と同等の酸
化膜密着性の良好な銅合金を得ることが可能となった。
常温にて生成している酸化膜厚さの範囲を適正なものに
制御することにより、リードフレーム用として必要な機
械的特性や耐熱特性をもちながら、無酸素銅と同等の酸
化膜密着性の良好な銅合金を得ることが可能となった。
【0025】即ち、本発明は、次のリードフレーム用銅
合金とその製造方法である。1)重量%において、P:
0.001〜0.25%、Co:0.01〜0.50
%、残部Cu及び不可避的不純物からなり、CoとPの
重量百分率の比率がCo/P=1.5〜10であること
を特徴とする酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅
合金。
合金とその製造方法である。1)重量%において、P:
0.001〜0.25%、Co:0.01〜0.50
%、残部Cu及び不可避的不純物からなり、CoとPの
重量百分率の比率がCo/P=1.5〜10であること
を特徴とする酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅
合金。
【0026】2)重量%において、P:0.001〜
0.25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及
び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比
率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚さ
が10nm以下であることを特徴とする酸化膜密着性に
優れたリードフレーム用銅合金。
0.25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及
び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比
率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚さ
が10nm以下であることを特徴とする酸化膜密着性に
優れたリードフレーム用銅合金。
【0027】3)重量%において、P:0.001〜
0.25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及
び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比
率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚さ
が10nm以下で、かつ酸化膜剥離率が10%以上にな
る加熱温度が380℃以上であることを特徴とする酸化
膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
0.25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及
び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比
率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚さ
が10nm以下で、かつ酸化膜剥離率が10%以上にな
る加熱温度が380℃以上であることを特徴とする酸化
膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
【0028】4)重量%において、P:0.001〜
0.25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、
Ni、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であることを特徴とする
酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
0.25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、
Ni、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であることを特徴とする
酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
【0029】5)重量%において、P:0.001〜
0.25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、
Ni、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚
さが10nm以下であることを特徴とする酸化膜密着性
に優れたリードフレーム用銅合金。
0.25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、
Ni、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚
さが10nm以下であることを特徴とする酸化膜密着性
に優れたリードフレーム用銅合金。
【0030】6)重量%において、P:0.001〜
0.25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、
Ni、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚
さが10nm以下で、かつ酸化膜剥離率が10%以上に
なる加熱温度が380℃以上であることを特徴とする酸
化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
0.25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、
Ni、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚
さが10nm以下で、かつ酸化膜剥離率が10%以上に
なる加熱温度が380℃以上であることを特徴とする酸
化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。
【0031】7)上記1)〜6)において、酸化膜厚さ
を制御するために最終板厚での熱処理後に化学的及び/
又は機械的方法で酸化膜を除去し、酸化膜厚さを10n
m以下にすることを特徴とする酸化膜密着性に優れたリ
ードフレーム用銅合金の製造方法。
を制御するために最終板厚での熱処理後に化学的及び/
又は機械的方法で酸化膜を除去し、酸化膜厚さを10n
m以下にすることを特徴とする酸化膜密着性に優れたリ
ードフレーム用銅合金の製造方法。
【0032】8)上記7)において、前記化学的処理方
法が酸による洗浄であり、前記機械的処理方法がバフや
ブラシ等による表面研磨である酸化膜密着性に優れたリ
ードフレーム用銅合金の製造方法。
法が酸による洗浄であり、前記機械的処理方法がバフや
ブラシ等による表面研磨である酸化膜密着性に優れたリ
ードフレーム用銅合金の製造方法。
【0033】
【作用】以下に、本発明の内容を具体的に説明する。ま
ず、本発明に係わる銅合金の添加元素の選択と、その含
有量の範囲の限定理由について述べる。
ず、本発明に係わる銅合金の添加元素の選択と、その含
有量の範囲の限定理由について述べる。
【0034】(1)P Pは溶湯の脱酸剤として使用するほか、他の元素と化合
して析出物をつくることで電気・熱伝導性を低下させる
ことなく強度や耐熱性等を向上させる元素である。しか
し、P含有量が0.001重量%未満では強度や耐熱
性,弾性の向上が不充分であり、また他の添加元素と化
合物を形成して分散析出する効果も充分に引き出せな
い。また、0.25重量%を越えるとCo共存下でも酸
化膜密着性が劣化し、電気伝導性やはんだ耐候性等が低
下する。従って、Pの含有量は0.001〜0.25重
量%とする。さらに好ましくは、0.001〜0.15
重量%である。
して析出物をつくることで電気・熱伝導性を低下させる
ことなく強度や耐熱性等を向上させる元素である。しか
し、P含有量が0.001重量%未満では強度や耐熱
性,弾性の向上が不充分であり、また他の添加元素と化
合物を形成して分散析出する効果も充分に引き出せな
い。また、0.25重量%を越えるとCo共存下でも酸
化膜密着性が劣化し、電気伝導性やはんだ耐候性等が低
下する。従って、Pの含有量は0.001〜0.25重
量%とする。さらに好ましくは、0.001〜0.15
重量%である。
【0035】(2)Co CoはPとCo−P系化合物を形成して分散析出される
ことにより、マトリックス中に固溶するPの量を減少さ
せ、酸化膜密着性や耐熱性、電気伝導性、機械的特性を
向上させる。また、析出しきれずにマトリックス中に固
溶している微量のPについても、酸化膜−金属界面付近
のCoがPの酸化膜中への拡散を阻害し、酸化膜中への
偏析を防ぐことで、酸化膜密着性を向上させる効果を持
つ。これらの効果を発揮させるためには、0.01重量
%以上の含有が必要であるが、0.50重量%を越えて
含有すると電気伝導性の低下が顕著になり、Co自体が
酸化膜密着性に悪影響を及ぼすようになる上、更には経
済的にも不利になる。従って、これらの含有量の総量は
0.01〜0.50重量%の範囲とする。さらに好まし
くは、0.25〜0.45重量%である。
ことにより、マトリックス中に固溶するPの量を減少さ
せ、酸化膜密着性や耐熱性、電気伝導性、機械的特性を
向上させる。また、析出しきれずにマトリックス中に固
溶している微量のPについても、酸化膜−金属界面付近
のCoがPの酸化膜中への拡散を阻害し、酸化膜中への
偏析を防ぐことで、酸化膜密着性を向上させる効果を持
つ。これらの効果を発揮させるためには、0.01重量
%以上の含有が必要であるが、0.50重量%を越えて
含有すると電気伝導性の低下が顕著になり、Co自体が
酸化膜密着性に悪影響を及ぼすようになる上、更には経
済的にも不利になる。従って、これらの含有量の総量は
0.01〜0.50重量%の範囲とする。さらに好まし
くは、0.25〜0.45重量%である。
【0036】(3)副成分について さらに、副成分としてFe、Ni、Sn、Zn、Ti、
Mg、Zr、Ca、Si、Mn、Cd、Al、Pb、B
e、Te、In、Ag、B、Y、La、Cr、Ce、A
uの群から選ばれる1種または2種以上を総量で0.0
01〜2.0%含有させると、リードフレームに必要な
上記諸特性をより向上させる。即ち、これらの元素の添
加により、本発明に係る銅合金の電気伝導性を低下させ
ることなく、強度や弾性,耐熱性を向上させる。
Mg、Zr、Ca、Si、Mn、Cd、Al、Pb、B
e、Te、In、Ag、B、Y、La、Cr、Ce、A
uの群から選ばれる1種または2種以上を総量で0.0
01〜2.0%含有させると、リードフレームに必要な
上記諸特性をより向上させる。即ち、これらの元素の添
加により、本発明に係る銅合金の電気伝導性を低下させ
ることなく、強度や弾性,耐熱性を向上させる。
【0037】(4)Co/P比について Co/P比が1.5以下の場合、CoによるPの偏析を
抑制する効果が期待できず、この結果、酸化膜密着性は
大きく低下する。また、Co/P比が10以上の場合は
Coが銅マトリックス中に固溶するため、電気伝導性が
著しく低下する。従って、Co/P比の範囲は1.5〜
10、好ましくは3〜5の範囲とする。
抑制する効果が期待できず、この結果、酸化膜密着性は
大きく低下する。また、Co/P比が10以上の場合は
Coが銅マトリックス中に固溶するため、電気伝導性が
著しく低下する。従って、Co/P比の範囲は1.5〜
10、好ましくは3〜5の範囲とする。
【0038】また、酸化膜密着性の観点からは、これら
の元素を含む銅マトリックスは固溶元素が少ない状態、
即ち無酸素銅に近い状態であることが求められる。そこ
で、導電率は70%IACS以上、さらに好ましくは7
5%IACS以上とする。
の元素を含む銅マトリックスは固溶元素が少ない状態、
即ち無酸素銅に近い状態であることが求められる。そこ
で、導電率は70%IACS以上、さらに好ましくは7
5%IACS以上とする。
【0039】次に、酸化膜について述べる。銅合金は通
常の保管雰囲気下では8〜10nmの酸化膜が生成して
いる。この酸化膜は、常温であっても周囲の環境の変
化、特に湿度の影響を受けやすく、容易に10nmを越
えて成長する。この場合、加熱後の酸化膜密着性は大き
く低下する。従って、酸化膜厚さは10nm以下である
ものとし、好ましくは7nm以下とする。なお、ここで
は、酸化膜厚さの定義として、定電流電解法による酸化
物の還元電気量をCuOに換算した値を用いた。
常の保管雰囲気下では8〜10nmの酸化膜が生成して
いる。この酸化膜は、常温であっても周囲の環境の変
化、特に湿度の影響を受けやすく、容易に10nmを越
えて成長する。この場合、加熱後の酸化膜密着性は大き
く低下する。従って、酸化膜厚さは10nm以下である
ものとし、好ましくは7nm以下とする。なお、ここで
は、酸化膜厚さの定義として、定電流電解法による酸化
物の還元電気量をCuOに換算した値を用いた。
【0040】しかし、通常の工程では最終板厚に加工後
に、ひずみ除去や特性改善等の目的で焼鈍を行う。この
とき、素材表面の酸化膜厚さは10nmを越えてしまう
可能性がある。従って、機械的、化学的に酸化膜を除去
する等の方法で素材表面の酸化膜厚さを制御して、10
nm以下にする必要がある。ここで、機械的除去法とし
てはバフ・ブラシ等による表面研磨、化学的除去法とし
ては酸による洗浄等を行うものとする。
に、ひずみ除去や特性改善等の目的で焼鈍を行う。この
とき、素材表面の酸化膜厚さは10nmを越えてしまう
可能性がある。従って、機械的、化学的に酸化膜を除去
する等の方法で素材表面の酸化膜厚さを制御して、10
nm以下にする必要がある。ここで、機械的除去法とし
てはバフ・ブラシ等による表面研磨、化学的除去法とし
ては酸による洗浄等を行うものとする。
【0041】ここで、機械的除去法によって酸化膜を除
去するに際し、表面粗さが最大表面粗さ(Rmax)で
1μm、中心線平均粗さ(Ra)で0.1μmのいずれ
かを越えると、ダイレクトボンディング性が低下する。
従って、Rmax:1μm以下で、かつRa:0.1μ
m以下であることが好ましいのである。
去するに際し、表面粗さが最大表面粗さ(Rmax)で
1μm、中心線平均粗さ(Ra)で0.1μmのいずれ
かを越えると、ダイレクトボンディング性が低下する。
従って、Rmax:1μm以下で、かつRa:0.1μ
m以下であることが好ましいのである。
【0042】また、この他に酸化膜厚さを制御する方法
としては、焼鈍時の雰囲気の酸素濃度を制御する方法も
有効である。次に、本発明の実施の形態を実施例により
更に具体的に説明する。
としては、焼鈍時の雰囲気の酸素濃度を制御する方法も
有効である。次に、本発明の実施の形態を実施例により
更に具体的に説明する。
【0043】
実施例 表1に示す組成の合金を高周波溶解炉を用いて溶製し、
850℃に加熱した後、厚さ5.0mmまで熱間圧延し
た。次に、表面の面削により4.8mmとし、冷間圧延
と熱処理を繰り返して、板厚0.25mmの板材を得
た。
850℃に加熱した後、厚さ5.0mmまで熱間圧延し
た。次に、表面の面削により4.8mmとし、冷間圧延
と熱処理を繰り返して、板厚0.25mmの板材を得
た。
【0044】そこで、上記材料について硬度、引張強
さ、導電率、耐熱温度、酸化膜厚さ、酸化膜密着性を調
査した。なお、硬度、引張強さ、導電率の測定は、それ
ぞれJIS−Z−2244、JIS−Z−2241およ
びJIS−H−0505に従って行なった。
さ、導電率、耐熱温度、酸化膜厚さ、酸化膜密着性を調
査した。なお、硬度、引張強さ、導電率の測定は、それ
ぞれJIS−Z−2244、JIS−Z−2241およ
びJIS−H−0505に従って行なった。
【0045】耐熱温度は、試料を30分間加熱保持した
後、硬度を測定し、加熱後の試料の硬度が初期硬度の8
0%となるときの温度とした。
後、硬度を測定し、加熱後の試料の硬度が初期硬度の8
0%となるときの温度とした。
【0046】酸化膜厚測定には、電解液:0.1N−K
Cl、電流密度:0.25mA/cm2の条件で定電流
電解を行い、その還元電気量をもって酸化膜厚さに換算
した(カソード還元法)。なお、酸化物は全てCuOで
あるものとして計算した。
Cl、電流密度:0.25mA/cm2の条件で定電流
電解を行い、その還元電気量をもって酸化膜厚さに換算
した(カソード還元法)。なお、酸化物は全てCuOで
あるものとして計算した。
【0047】酸化膜密着性については、試料を大気中で
200〜500℃で5分間加熱した後に1分間放冷し、
常温まで冷却した。しかる後、表面に18mm×20m
mの粘着テープを貼り、剥したテープに付着する酸化膜
の有無を調査した。
200〜500℃で5分間加熱した後に1分間放冷し、
常温まで冷却した。しかる後、表面に18mm×20m
mの粘着テープを貼り、剥したテープに付着する酸化膜
の有無を調査した。
【0048】このとき、母材より剥離しテープに付着し
た酸化膜の面積と貼付したテープの面積の比を酸化膜剥
離率とし、酸化膜剥離率が10%以上となったときの加
熱温度をその合金の酸化膜剥離温度とした。ここで、剥
離率を10%以上としたのは、10%を越えるとわずか
な加熱温度の上昇で急激に全体の剥離が進み、ほぼテー
プ全面で酸化膜の剥離を起こしてしまうからである。さ
らに、360℃で5分間の加熱後の試料についても酸化
膜剥離率を測定した。これらの試験結果を表1に示す。
た酸化膜の面積と貼付したテープの面積の比を酸化膜剥
離率とし、酸化膜剥離率が10%以上となったときの加
熱温度をその合金の酸化膜剥離温度とした。ここで、剥
離率を10%以上としたのは、10%を越えるとわずか
な加熱温度の上昇で急激に全体の剥離が進み、ほぼテー
プ全面で酸化膜の剥離を起こしてしまうからである。さ
らに、360℃で5分間の加熱後の試料についても酸化
膜剥離率を測定した。これらの試験結果を表1に示す。
【0049】
【表1】
【0050】本発明合金1〜8は酸化膜剥離温度が38
0℃以上であり、しかも360℃加熱後の酸化膜剥離率
が10%以下となっており、高温での酸化膜密着性に優
れていて、高い引張強度と耐熱温度を有しており、リー
ドフレーム用として適した材料である。
0℃以上であり、しかも360℃加熱後の酸化膜剥離率
が10%以下となっており、高温での酸化膜密着性に優
れていて、高い引張強度と耐熱温度を有しており、リー
ドフレーム用として適した材料である。
【0051】これに対し、現在リードフレーム用として
一般に使用されている合金を比較例9〜13に示す。比
較例9はいわゆる燐脱酸銅、比較例10はいわゆる無酸
素銅であり、比鮫例11、12、13はそれぞれCu−
Fe−P系、Cu−Ni−Si−Mg系、Cu−Ni−
Sn−Zn−P系の銅合金である。比較例10を除い
て、酸化膜密着性についてはいずれも350℃以下で剥
離を起こしている上、360℃加熱後の酸化膜剥離率も
95%以上と充分な酸化膜密着性を有しているとはいい
難い。また、比較例10については酸化膜密着性は良好
なものの、機械的特性や耐熱性については劣っており、
リードフレームに要求される特性を満たしているとはい
えない。
一般に使用されている合金を比較例9〜13に示す。比
較例9はいわゆる燐脱酸銅、比較例10はいわゆる無酸
素銅であり、比鮫例11、12、13はそれぞれCu−
Fe−P系、Cu−Ni−Si−Mg系、Cu−Ni−
Sn−Zn−P系の銅合金である。比較例10を除い
て、酸化膜密着性についてはいずれも350℃以下で剥
離を起こしている上、360℃加熱後の酸化膜剥離率も
95%以上と充分な酸化膜密着性を有しているとはいい
難い。また、比較例10については酸化膜密着性は良好
なものの、機械的特性や耐熱性については劣っており、
リードフレームに要求される特性を満たしているとはい
えない。
【0052】比較例14〜17は本発明合金と同組成で
あるが、酸化膜厚さが本発明合金に比較して厚い試料で
ある。これらについては、酸化膜剥離温度及び360℃
加熱後の酸化膜剥離率がともに本発明合金より劣ってい
る。
あるが、酸化膜厚さが本発明合金に比較して厚い試料で
ある。これらについては、酸化膜剥離温度及び360℃
加熱後の酸化膜剥離率がともに本発明合金より劣ってい
る。
【0053】比較例18はCo/P比が1.5以下、比
較例19はCo/P比が10以上の試料である。どちら
も酸化膜密着性と導電率の特性が劣っている。即ち、添
加元素として規定量のP、Coを含み、しかも酸化膜厚
さが10nm以下である本発明品のみが、従来の無酸素
銅並みの良好な酸化膜密着性と優れた機械的特性を併せ
持つことができる。
較例19はCo/P比が10以上の試料である。どちら
も酸化膜密着性と導電率の特性が劣っている。即ち、添
加元素として規定量のP、Coを含み、しかも酸化膜厚
さが10nm以下である本発明品のみが、従来の無酸素
銅並みの良好な酸化膜密着性と優れた機械的特性を併せ
持つことができる。
【0054】
【発明の効果】本発明は上述の通り、銅合金において、
添加元素の種類と比率、特にCo/P比を制御し、更に
酸化膜厚さを制御することによって、これまでなし得な
かったリードフレーム用としての特性向上と酸化膜密着
性の改善を同時に可能としたものであり、高い信頼性が
要求される半導体機器用として極めて実用価値の高いも
のである。
添加元素の種類と比率、特にCo/P比を制御し、更に
酸化膜厚さを制御することによって、これまでなし得な
かったリードフレーム用としての特性向上と酸化膜密着
性の改善を同時に可能としたものであり、高い信頼性が
要求される半導体機器用として極めて実用価値の高いも
のである。
Claims (8)
- 【請求項1】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及び不
可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比率が
Co/P=1.5〜10であることを特徴とする酸化膜
密着性に優れたリードフレーム用銅合金。 - 【請求項2】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及び不
可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比率が
Co/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚さが1
0nm以下であることを特徴とする酸化膜密着性に優れ
たリードフレーム用銅合金。 - 【請求項3】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、残部Cu及び不
可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の比率が
Co/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚さが1
0nm以下で、かつ酸化膜剥離率が10%以上になる加
熱温度が380℃以上であることを特徴とする酸化膜密
着性に優れたリードフレーム用銅合金。 - 【請求項4】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、N
i、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、 La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又
は2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部C
u及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率
の比率がCo/P=1.5〜10であることを特徴とす
る酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。 - 【請求項5】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、N
i、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚
さが10nm以下であることを特徴とする酸化膜密着性
に優れたリードフレーム用銅合金。 - 【請求項6】 重量%において、P:0.001〜0.
25%、Co:0.01〜0.50%、更にFe、N
i、Sn、Zn、Ti、Mg、Zr、Ca、Si、M
n、Cd、Al、Pb、Be、Te、In、Ag、B、
Y、La、Cr、Ce、Auの群から選ばれる1種又は
2種以上を総量で0.01〜2.0%含有し、残部Cu
及び不可避的不純物からなり、CoとPの重量百分率の
比率がCo/P=1.5〜10であり、さらに酸化膜厚
さが10nm以下で、かつ酸化膜剥離率が10%以上に
なる加熱温度が380℃以上であることを特徴とする酸
化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金。 - 【請求項7】 請求項1〜6において、酸化膜厚さを制
御するために最終板厚での熱処理後に化学的及び/又は
機械的方法で酸化膜を除去し、酸化膜厚さを10nm以
下にすることを特徴とする酸化膜密着性に優れたリード
フレーム用銅合金の製造方法。 - 【請求項8】 前記化学的処理方法が酸による洗浄であ
り、前記機械的処理方法がバフやブラシ等による表面研
磨である請求項7記載の酸化膜密着性に優れたリードフ
レーム用銅合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291482A JPH1197609A (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291482A JPH1197609A (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197609A true JPH1197609A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17769460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9291482A Pending JPH1197609A (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 酸化膜密着性に優れたリードフレーム用銅合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1197609A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003098641A1 (fr) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Idemitsu Kousan Co., Ltd. | Materiau de cablage et tableau de connexions mettant en oeuvre ce materiau |
| WO2004079026A1 (ja) * | 2003-03-03 | 2004-09-16 | Sambo Copper Alloy Co.,Ltd. | 耐熱性銅合金材 |
| WO2010079708A1 (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | 三菱伸銅株式会社 | 高強度高導電銅合金圧延板及びその製造方法 |
| WO2010079707A1 (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | 三菱伸銅株式会社 | 高強度高導電銅合金圧延板及びその製造方法 |
| US8664046B2 (en) | 2002-06-07 | 2014-03-04 | Fujitsu Semiconductor Limited | Manufacturing method thereof and a semiconductor device |
| US8986471B2 (en) | 2007-12-21 | 2015-03-24 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | High strength and high thermal conductivity copper alloy tube and method for producing the same |
| US9163300B2 (en) | 2008-03-28 | 2015-10-20 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | High strength and high conductivity copper alloy pipe, rod, or wire |
| JP2016167474A (ja) * | 2014-12-05 | 2016-09-15 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板と、それを使用した半導体パッケージと半導体モジュール |
| US9512506B2 (en) | 2008-02-26 | 2016-12-06 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | High strength and high conductivity copper alloy rod or wire |
-
1997
- 1997-09-17 JP JP9291482A patent/JPH1197609A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN1296500C (zh) * | 2003-03-03 | 2007-01-24 | 三宝伸铜工业株式会社 | 耐热铜合金 |
| US7608157B2 (en) | 2003-03-03 | 2009-10-27 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | Heat resistance copper alloy materials |
| US10266917B2 (en) | 2003-03-03 | 2019-04-23 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | Heat resistance copper alloy materials |
| US8986471B2 (en) | 2007-12-21 | 2015-03-24 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | High strength and high thermal conductivity copper alloy tube and method for producing the same |
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| US9512506B2 (en) | 2008-02-26 | 2016-12-06 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | High strength and high conductivity copper alloy rod or wire |
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| WO2010079708A1 (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | 三菱伸銅株式会社 | 高強度高導電銅合金圧延板及びその製造方法 |
| KR101291012B1 (ko) * | 2009-01-09 | 2013-07-30 | 미쓰비시 신도 가부시키가이샤 | 고강도 고도전 동합금 압연판 및 그 제조 방법 |
| US9455058B2 (en) | 2009-01-09 | 2016-09-27 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | High-strength and high-electrical conductivity copper alloy rolled sheet and method of manufacturing the same |
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