JPS6314832A - メッキ密着性及びハンダ接合性に優れた電子機器用銅合金とその製造法 - 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） 本発明は強度が高く、導電性及び耐熱性が優れ、かつ加
工性やメッキ密着性が良好で、ハンダとの界面強度の経
時劣化を起さない電子別器用銅合金とその製造法に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に半導体機器、例えば半導体素子用リードフレーム
には、下記の特性が要求されている。

（１）強度が高く、耐熱性が良いこと、（２）放熱性、
即ち熱伝導性・電気伝導性が高いこと、 （３）フレーム形成後の曲げ成型性が良いこと、（４）
メッキ密着性及び樹脂とのモールド性が良いこと、 （５）ハンダとの接合部の経時劣化が無いこと、このよ
うなリードフレームには主として４２合金（Ｆ　ｅ　−
４２ｗｔ％Ｎｉ＞が用いられている。この合金は引張強
ざ６３Ｋｇ／ｍ、耐熱性６７０°Ｃ（３０分間の加熱に
より初期強度の７０％の強度になる温度）の優れた特性
を示すが、導電率は３％ｌＡＣ３程度と劣るものである
。

近年半導体素子は集積度の増大及び小型化と同時に高信
頼性が求められるようになり、半導体素子の形態も従来
のＤＩＰ型ＩＣからチップキャリヤー型やＰＧＡ型へと
変化しつつある。

このため半導体素子用のリードフレームも薄肉、小型化
され、同時に４２合金を上回る特性が要求されるように
なった。即ち薄肉化による構成部品の強度低下を防ぐた
めの強度向上と、集積度の増大による放熱性の向上のた
めに熱伝導性と同一特性である導電率の向上、更に優れ
た耐熱性と、半導体のフレーム上への固定、及び半導体
からリードフレームの足の部分の配線へのボンディング
前処理としてリードフレーム表面へのメッキ性とメッキ
密着性、封止樹脂とのモールド性の向上、更には信頼性
の問題としてフレームと基板との接合におけるハンダ接
合強度の経時劣化が無いことが望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記４２合金は導電率が３％ｌＡＣ３と低く、放熱性が
劣る欠点があり、これに代えて銅合金を用いれば導電率
を５０〜３０％ｌＡＣ３と飛躍的に向上させることがで
きるも、他の特性について４２合金と同等の性能を得る
ことは極めて困難であった。

（問題点を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、４２合金よりはる
かに優れた導電率を示し、その他の特性についても、４
２合金とほぼ同等の特性を示す半導体機器用銅合金とそ
の製造法を開発したものである。

即ち本発明合金の一つは、Ｎｉ０．１〜３、０ｗｔ％（
以下ｗｔ％を％と略記）、Ｔｉ０．１〜１．０％の範囲
内でＮ１とＴｉをＮｉ／Ｔ；が４未満となるように含み
、かつＳｎ０．１〜６．０％とＭｎ。

Ｍ９．ミツシュメタル（以下ミツシュメタルをＭＭと略
記＞、Ｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｃｏ。

Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計０．００５〜３．
０％とを含み、残部Ｃｕと不可避的不純物からなること
を特徴とするものでおる。

又本発明合金の他の一つはＮｉ０．１〜３．０％、Ｔｉ
０．１〜１．０％の範囲内でＮｉとＴｉをＮ１／Ｔｉが
４未満となるように含み、かつ３ｎ０．１〜６．０％と
Ｍｎ、ｆＶｌｇ、ＭＭ、Ｂ、Ｓｂ。

Ｔｅ、Ｓｉ、Ｇｏ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合
計０．００５〜３．０％とを含み、更にＺｎ。

Ａｌの何れか１種又は２種を合計３．０％以下含み、残
部Ｃｕと不可避的不純物からなることを特徴とするもの
である。

また本発明製造法は、Ｎｉ０．１〜３．０％、Ｔｉ０．
１〜１．０％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４未
満となるように含み、かつＳｎ０．１〜６．０％とＭｎ
、ＩＶＨ？、ＭＭ、Ｂ、Ｓｂ。

ｌｅ、３ｉ、Ｇｏ、　Ｚｒの何れか１種又は２種以上を
合計０．００５〜３．０％を含み、又はこれにＺｎ、Ａ
ｌの何れか１種又は２種を合計３．０％以下を含み、残
部Ｃｕと不可避的不純物からなる合金ｖＩＲを、７５０
〜９６０°Ｃで０．５〜１５時間均質化処理した後、７
００〜９２０℃の温度で熱間圧延を施し、しかる後直ち
に冷却することを特徴とするものである。

［作　用］ 本発明において合金組成を上記の如く限定したのは次の
理由によるものである。

ＮｉとＴｉの添加は、その相乗効果により強度及び導電
率を向上するためであり、その含有■をＮｉ０．１〜３
．０％、Ｔｉ０．１〜１．０％と限定したのは、何れも
下限未満では特性の向上が見られず、上限を越えると鋳
造性、加工性及び曲げ成型性を著しく低下し、合金の製
造を困難にするためでおる。またＮｉとｌ−ｉをＮｉ／
Ｔｉが４未満となるように限定したのは、優れた強度と
高い導電率を得るためで、Ｎｉ／Ｔｉが４以上になると
強度は向上するも導電率の低下が著しくなるためであり
、望ましくはＮｉ／Ｔｉは２程度とすることが好ましい
。

３ｎの添加は更に強度を高めると共に曲げ成型性を向上
し、更に熱間圧延条件（開始温度。

終了温度、冷却速度等）による特性のバラツキを抑制す
るためで、その含有量を０．１〜６．０％と限定したの
は、下限未満では効果が乏しく、上限を越えると導電性
の低下が茗しくなるばかりか加工性が低下し、合金の製
造を困難にするためでおる。

Ｍｎ、Ｍｙ、ＭＭ、Ｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓ　ｉ　。

ｃｏ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上の添加は、何れも
脱酸効果により鋳造性を向上すると共に熱間圧延性、特
に熱間圧延前の均質化処理時の再熱割れや圧延時の割れ
を防止し、更にハンダとの接合界面の強化によりハンダ
接合強度の経時劣化を抑制するためでおる。しかしてそ
の合計含有量を０．００５〜３４０％と限定したのは、
下限未満では効果が乏しく、上限を越えると鋳造性を悪
化させるばかりか、メッキ密着性や曲げ成型性を悪化さ
せるためである。

Ｚｎ、Ａｊ！の何れか１種又は２種は、更に強度を向上
せしめると共にハンダ接合強度の経時劣化を防止するた
めで、その合計含有量を３．０％以下と限定したのは上
限を越えるとメッキ密着性や導電率を低下するためであ
る。

次に■含有量を２０１）ｌ）ｍ以下（望ましくは１０ｐ
ｐｍ以下）としたのは、鋳造時の溶湯中の０２量が２０
ｐｐｍを越えると、Ｔｉが酸化物として溶湯よりスラグ
となり、Ｔ１成分のコントロールを難しくすると共に鋳
造性を悪化させるばかりか、合金のメッキ密着性やハン
ダ＠（ブ性を悪くするためでおる。また析出物の大きざ
を５μｍ以下としたのは、析出物の大きさはメッキの表
面状態や密着性及びハンダ濡れ性に大きく作用し、析出
物が５μｍを越えるとこれ等特性を大きく低下するため
でおる。

本発明製造法は上記組成範囲の合金を半連続又は連続鋳
造により鋳塊とし、これを７５０〜９６０℃で０．５〜
１５時間均質化処理し、続いて７００〜９２０°Ｃから
熱間圧延を施し、しかる後直ちに冷却するもので、本発
明合金に用いられるＴ１は活性に冨んでおり、酸化され
易く、大気中では酸化物となり易く、スラグを発生して
成分不良の原因を作る。しかしながらＡｒやＮ２等の非
酸化性雰囲気中で溶解鋳造を行う事により前記欠点をカ
バーする事が可能となり、生産性の点で大いなる向上が
ｈ」れる。更に半連続又は連続鋳造における冷却速度は
１００　℃／ｓｅｃ以上が望ましく、それ未満では構成
元素による析出物が生じてしまい、熱間圧延前の均質化
処理時に粗大化を示し、その後の特性や製造法に悪影響
を及ばず。

また熱間圧延前の均質化処理を７５０〜９６０°Ｃで０
．５〜１５時間としたのは、それぞれ下限未満では均質
化の効果が見られず、上限を越えると再熱割れや生産コ
ストを悪化させる。均質化処理としては８３０〜９５０
°Ｃで１〜８時間が望ましい。均質化処理後の熱間圧延
開始温度を７００〜９２０℃としたのは、この範囲外で
は熱延割れを生じ易いためである。熱間圧延開始温度と
しては８２０〜９００　℃とすることが望ましい。尚熱
間圧延後の冷却は３ｎ添加の効果により、どのような冷
却速度で行ってもかまわないが、１０００°Ｃ／ｍｉｎ
以上とすることが望ましい。また本発明装造法どしては
、熱間加工後に冷間加工と４００〜８００℃で１０秒〜
３６０分間の焼鈍を繰返し、最終的に２００〜５００°
Ｃの調質焼鈍やテンションレベラー等を組み合わせるこ
とによってより優れた特性を得ることができる。

（実施例〕 雰囲気溶解炉を用い、Ａｒガス中で第１表に示す組成の
銅合金を溶解・鋳造し、厚さ５０ｍｍ、幅１２０馴の鋳
塊を得た。これを面前し、８５０℃で３時間均質化処理
した後、８３０℃で熱間圧延し、これを水冷して厚さ１
０ｍの板とした。

これ等の板について冷間圧延と中間焼鈍（第１表中Ｎα
１〜２１は５７０℃で１時間、Ｎα２２は７００°Ｃで
１時間）を繰返し行ない、最終加工率４０％で厚さ０．
２５ｍの仮に仕上げ、３００℃で０．５時間の調質焼鈍
を施した後、試験片を切り出して引張強ざ１曲げ成型性
（Ｒ／ｌ）、メッキ密着性。

モールド性（酸化膜剥離性）、ハンダ接合強度を調べた
。これ等の結果を第２表に示す。

引張強さはＪＩＳ−７２２４１に基づき、導電率はＪＩ
Ｓ−ＨＯ５０５に基づき測定した。曲げ成型性（Ｒ／１
）はＪＩＳ−Ｚ２２４８のブロック法に基づいて試験を
行ない試験片表面に割れを生じさせる最少曲げ半径（Ｒ
）を試験片の厚さく１＞で割った値で示した。

メッキ密着性は３０Ｘ　３ｏ＃の試験片について、表面
清浄後、Ａ９メッキを行ない、これを大気中で加熱し、
その後のメッキ表面の脹れを観察し、５５０℃で５分間
加熱で脹れの見られないものをＯ印、脹れの見られるも
のをＸ印で示した。

また酸化膜剥離性は１１０Ｘ５０の試験片について、表
面清浄化処理後、大気中４２０℃で１分間加熱した後、
セロテープによる剥離試験を行ない、はとんど剥離が見
られないものをＯ印、全面に剥離が認められるものをＸ
印で示した。ハンダ接合強度については５Ｘ５０ｍの試
験片について、同形状の無酸素板と６０／４０共品ハン
ダにより接合し、１５０℃に５００時間の加熱加速試験
を施した後、引張試験を行ない、その強度が加速試験前
の８０％以上のものをＱ印、５０〜８０％のものをΔ印
、それ以下をＸ印で表わした。

第１表及び第２表から明らかなように、本発明合金Ｎ（
１１〜１３は何れも従来合金である４２合金１１ｏ２２
＞と比較し、同等の強度と、はるかに優れた導電性を有
することが判る。

これに対しｌ−ｉ含有量が少ない比較合金Ｎα１４では
強度及び導電性の向上が劣り、Ｔｉ含有最の多い比較合
金Ｎ０１５では熱間加工が困難であった。またＮｉ含有
量の多い比較合金Ｎ０１６では導電性の改善が認められ
ないばかりか、メッキ密着性やモールド性が劣る。また
３ｎ含有足の多い比較合金Ｎ０１７では、比較合金Ｎ０
１５と同様熱間圧延が困難であった。更にその他の元素
含有量が多い比較合金ＮＱ１８．１９では導電性が劣る
ばかりか、メッキ密着性や曲げ成型性が劣る。またＯＪ
ｉの多い比較合金ＮＯ２Ｏ及び析出粒径の大きい比較合
金Ｎ０２１ではメッキ密着性やハンダ接合性が劣る。

（発明の効果） このように本発明によれば、導電性９強度。

曲げ成型性、ハンダ接合性に優れた銅合金を提供し得る
もので、リードフレーム等の半導体別器材料として使用
し、その薄肉化、小型化を可能にする等工業上顕著な効
果を奏するものでおる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ０．１〜３．０ｗｔ％、Ｔｉ０．１〜１．０
   ｗｔ％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４未満とな
   るように含み、かつＳｎ０．１〜６．０ｗｔ％とＭｎ、
   Ｍｇ、ミッシユメタル（ＭＭ）、Ｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｉ
   、Ｃｏ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計０．００
   ５〜３．０ｗｔ％とを含み、残部Ｃｕと不可避的不純物
   からなる電子機器用銅合金。
2. （２）合金のＯ＿２含有量を２０ｐｐｍ以下とし、析出
   物粒径を５μｍ以下とする特許請求の範囲第１項記載の
   電子機器用銅合金。
3. （３）Ｎｉ０．１〜３．０ｗｔ％、Ｔｉ０．１〜１．０
   ｗｔ％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４未満とな
   るように含み、かつＳｎ０．１〜６．０ｗｔ％とＭｎ、
   Ｍｇ、ミツシユメタル（ＭＭ）、Ｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｉ
   、Ｃｏ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計０．００
   ５〜３．０ｗｔ％とを含み、更にＺｎ、Ａｌの何れか１
   種又は２種を合計３．０ｗｔ％以下含み、残部Ｃｕと不
   可避的不純物からなる電子機器用銅合金。
4. （４）合金のＯ＿２含有量を２０ｐｐｍ以下とし、析出
   物粒径を５μｍ以下とする特許請求の範囲第３項記載の
   電子機器用銅合金。
5. （５）Ｎｉ０．１〜３．０ｗｔ％、Ｔｉ０．１〜１．０
   ｗｔ％の範囲内でＮｉとＴｉをＮｉ／Ｔｉが４未満とな
   るように含み、かつＳｎ０．１〜６．０ｗｔ％とＭｎ、
   Ｍｇ、ミッシユメタル（ＭＭ）、Ｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｉ
   、Ｃｏ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計０．００
   ５〜３．０ｗｔ％を含み、又はこれにＺｎ、Ａｌの何れ
   か１種又は２種を合計３．０ｗｔ％以下含み、残部Ｃｕ
   と不可避的不純物からなる合金鋳塊を、７５０〜９６０
   ℃で０．５〜１５時間均質化処理した後、７００〜９２
   ０℃の温度で熱間圧延を施し、しかる後直ちに冷却する
   ことを特徴とする電子機器用銅合金の製造法。