JPS63176443A - リ−ドフレ−ム用高強度銅合金およびその製造法 - 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８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伝導型銅基台金に関する。

〔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Ｙｒａ的な進展から１Ｍ
ビットＤＲＡＭや２５６にビットＳＲＡＭなどノＶＬＳ
Ｉが現実のものとなりつつある。このようなＶＬＳＩの
開発に伴って、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っており、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ってきたのが実情
である。

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い熱伝導性および熱放散性が必要と
なる。また、リードフレームのり−ドピンも５例えば従
来の厚さ０．２５ｍｍ、　　ピン間隔２．５ｍｍから、
厚さ０．１５ｍｍ、　　ビン間隔１．２５ｍｍへと。

より薄く且つより狭いものへと変わってくるであろうが
、それにつれて１強度、スティフ不ス、繰り返し曲げ性
および折り曲げ性などに対する信耕性が重要となってく
る。更に、リードフレームは必要に応じて恨メッキや半
田メッキが施されるので、メッキ性が良好で且つ加熱時
および曲げ加工時にそのメッキが剥離しないことが必要
である。

また、リードフレームはチップ装着時や封止時に加熱工
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捷案されているが５
強度を高めると伝導性が不足したり、伝導性を高めると
強度や軟化温度の点で不足したりして、この様な高集積
化の要求に満足に応じられる大きく諸特性を併せて具備
する材料を得ることには種々の問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、最近のＶＬＳＩの進歩に伴なってリードフレ
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１強度
と伝導性が共に良好で、折り曲げ性、半田付は性、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２重量％において、Ｎｉ：１．０〜４．０％。

Ｔｉ；０．５〜２．０％、ただし、Ｎｉ／Ｔｉの重量百
分率の比率が１．２〜３．３の範囲、　　Ｚ　ｒ　：　
０．０１〜０．５％。

０□含有量が３０ｐｐｍ以下、残部がＣｕおよび不可避
的不純物からなるリードフレーム用高強度銅合金に存す
る。　　　゛ 本発明の！ｌｉ４基合金の基本的な特徴は、Ｎｉおよび
Ｔｉの適量の添加によってＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物を
均一微細にＣｕマトリックス中に析出させた＆ｆｌ織と
し、これによっ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、Ｎｉ：１．０〜４．０％、Ｔｉ；０．
５〜２．０％、ただし、Ｎｉ／Ｔｉの重量百分率の比率
が１．２〜３．３の範囲、　　Ｚｒ　：　０．０１〜０
．５％、０□含有量が３０ｐｐｍ以下、残部がＣｕおよ
び不可避的不純物からなる銅合金の板素材を製造し、こ
れを９００℃−以上の温度で溶体化処理し、最終板厚ま
で冷間圧延したあと９次いで４００〜６００℃の温度で
５〜７２０分間の時効処理を行なうことを特徴とするリ
ードフレーム用高強度銅合金の製造法を提供するもので
ある。

〔発明の構成と作用〕

以下に１本発明合金の添加元素の含有量の範囲選定理由
、更には製造法の製造条件について個別に説明する。

本発明の銅基合金はＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物による析
出強化および分散強化を図った点に基本的な特徴があり
、このためにＮｉとＴｉは本発明合金において不可欠の
元素である。

Ｔｉ含有量は０．５％（重量％、以下同じ）未満ではＮ
ｉ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２．０％を超えると析出物が過度に多
くなって合金の延性、折り曲げ性、メッキ性を低下させ
る。したがって３本発明合金のＴｉ含有量は０．５〜２
．０％の範囲とする。

Ｎｉは＋Ｔｉと化合物を形成し１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
織を微細にし且つ溶体化処理時の結晶粒粗大化を防止す
る効果がある。このような効果を発揮するには、１．０
％以上の含有が必要であるが、４．０％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
がってＮｉ含有量は１．０〜４．０％の範囲とする。

また、ＮｉとＴｉはＮｉ−Ｔｉ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Ｎ１−Ｔ
ｉ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、Ｎｉ／Ｔｉの重量百分率による比率を１．２〜３．
３の範囲にすることが必要であることがわかった。Ｎｉ
／Ｔｉ比が１．２より小さい場合には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系金属間化合物が析出しても電気および
熱の伝導性の向上は少ない。また、溶体化処理時に結晶
粒が粗大化し易く１従って曲げ加工時に表面肌荒れを生
じ易くなる。このようなことからＮ　ｉ／　Ｔ　ｉ比は
１．２以上とする必要がある。他方、Ｎｉ／Ｔｉ比が３
．３より大・きい場合には、マトリックスに残留するＮ
ｉ量が多くなっ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Ｎｉ／Ｔｉ比を１．２〜３．３の範囲にすることが
必要である。

Ｚｒは１本発明合金の溶製時において脱酸剤として機能
し１合金中の０．含有量を低下させると共に、添加元素
のＮｉやＴｉの酸化防止作用も供する。また９時効処理
のさいの過時効の抑制効果を有するので１時効処理条件
に幅を持たせることができるという本発明合金の製造に
とって有益な役割を果たす。このような効果を発揮する
ためには０．０１％以上の含有が必要であるが、０．５
％を超えて含有すると導電率および加工性が低下してく
る。

従ってＺｒ含有量は、　０．０１〜０．５％の範囲とす
る。

０２含有量については、　３０ｐｐｎより多量に合金中
に含有すると、析出したＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が○
と三元の化合物を作ってＮ　ｉ−Ｔ　ｉ−０系の化合物
となり、メッキ信幀性をはじめ、特性の劣下を招くこと
になる。したがって、０□含有量は３０ｐｐｍ以下の範
囲とする。

このような成分組成に調整した本発明の銅基合金はＮ　
ｉ−Ｔ　ｉ基金属間化合物を均一微細に分散析出させる
ことによっ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
特性は特に熱処理条件を適切にコントロールした製造法
によっ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、　　Ｎｉ：１．Ｏ〜４．０％、Ｔｉ；０．５〜２
．０％。

ただし、Ｎｉ／Ｔｉの重量百分率の比率が１．２〜３．
３の範囲、　　Ｚ　ｒ　：　０．０１〜０．５％、ｏ２
含有量が３０ｐｐｍ以下。

残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる鋳片を溶解鋳
造によって製造する。この熔解鋳造は不活性ガスあるい
は還元ガス雰囲気中で行なうのが望ましい。次いで鋳片
（鋳塊）を熱間圧延して熱延板を製造し、脱スケールを
行なう。

次いで、必要に応じて中間焼鈍を挟んだ冷間圧延によっ
て所望の板厚まで板厚減少を行なうのであるが、この冷
間圧延の途中または後において溶体化処理を行い、最終
冷延のあとに時効処理を行なう。なお、この時効処理の
あとの材料にさらに冷間圧延を行ってもよい。この場合
には最終工程で再び時効処理してもよいが、時効処理を
行わない場合には低温焼鈍を行って局部的な残留応力を
除去した方がよい。

溶体化処理については９００℃以上で行なうのがよい。

９００℃未満の温度では十分に溶体化せず。

したがって、熱延および焼鈍の工程で生じた粗大な析出
物が十分に消失しないので特性の向上が図れない。また
、９００℃未満の温度では結晶粒の調整も難しい。この
溶体化処理の時期については。

最終冷間圧延（仕上冷間圧延）の後に行ってもよいが、
実際には、溶体化処理によって生じることもある板のう
ねり等を消去し且つ適度の加工硬化を付与する意味で、
仕上冷間圧延をその後に実施するのが好ましく、シたが
って、溶体化処理は最終冷間圧延の前に実施するのがよ
いが、前述のように時効処理後に冷間圧延を行なう場合
にはこの限りではない。

時効処理は、好ましくは板材製造の最終工程として実施
するのであるが、これは４００〜６００℃の温度で５〜
７２０分間の条件で実施する。６００℃を超える温度で
は析出するＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が凝集粗大化して
特性の向上が期待できなくなり。

また４００℃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、したがって時効温度は
４００〜６００℃の範囲とする。時効時間については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うえからもまた経
済性のうえがらも好ましくない。

以上の熱処理を経ることによって、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間
化合物がＣｕマトリッ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。

高弾性、高伝導性を兼備し、且つ耐熱性、メッキ信転性
２曲げ加工性等に優れるので１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１ｍ
１−ＮｌＢを高周波溶解炉を用いて溶製し。

４０ＩＩｌｌ×４０ＩＩ輪Ｘ　１４０ｍ−の鋳塊に鋳造
した。ただし。

１１ｋｌ−Ｉｌ＆１７の合金については溶解鋳造雰囲気
を完全に不活性ガスでシールドして行ない、阻８の合金
は大気雰囲気下で溶解鋳造した。各鋳塊を４０ｓ＋ｍ×
４０ｆｆｉ嗜Ｘ　１０ｍｍの大きさに切断し、この鋳片
を９００℃で熱間圧延し、厚さ３ｍｍの熱延板を得た。

これを固剤したあと、１ｍｍまで冷延し、９００℃の温
度で６０分間焼鈍した。その後、Ｗ、さ０．５ｍｍまで
冷延したうえ、９５０℃で６０分間の溶体化処理を行っ
た。

これを水急冷、酸洗したあと、厚さ０．２５ｍ−まで最
終冷延し、５００℃の温度で６０分間の時効処理を施し
、この処理を終えた材料を試験材とした。なお、前述の
各熱処理についてはその雰囲気を不活性ガスまたは還元
性ガス雰囲気として材料表面および内部の酸化をできる
だけ抑制した。

得られた試験材を用いて、硬度、引張強さ、ばね限界値
、導電率、耐熱性、折り曲げ性、半田密着性を調べた結
果を第１表に併記した。

硬度、引張強さ、ばね限界値および導電率の測定はそれ
ぞれＪｒＳＺ２２４４．　ＪＴＳＺ２２４１．　ＪｒＳ
Ｒ３１３０およびＪＩＳ１１０５０５に従って行った。

また耐熱性は６００℃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０．８０％より小
さくなった場合にはＸとして評価した。折り曲げ性は９
０’−曲げ試験（ＣＢＳ−ＭＯＯＯ２−６，ｌ？・０．
４ｍｍ）を行い、中央郡山表面が良好なものを０１割れ
が発生したものを×として評価した。半田密着性は、半
田メッキ　（ディップ：　Ｓ　ｎ−４０ｗｔ、χＰｂ、
　２３０℃±５℃５弱活性ロジンフラックス使用）をし
た後、１ｓＯ℃の温度で５００時間加熱保持後、密着面
げし、セロハンテープにてピーリングテストし、メッキ
が＠離しないものを○、ＩＩ離したものを×として評価
した。

第１表の結果から次のことが明らかである。

本発明による隘１〜寛４の合金は、硬度、引張強さ、ば
ね限界値、導電率のバランスが優れ、且つ耐熱性、折り
曲げ性および半田密着性も良好である。したがってリー
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、Ｎｉが本発明で規定する量より少ない比較
合金ＮＱ５．およびＮｉ、Ｔｉが本発明で規定する範囲
であってもＮｉ／Ｔｉ比が１．２より小さい比較合金階
６は、導電率が低い。

また、Ｎｉ、Ｔｉ量が本発明で規定する範囲であっても
Ｚｒを含有していない比較合金Ｎ１７は、　　Ｚｒ添加
合金に比べて耐熱性に劣る。これはＺｒの添加が過時効
を遅らせる効果があることを示すものであり、したがっ
てＺｒは時効条件に幅を持たせることができることの裏
付けとなる。

０２含有量が本発明で規定する量より多く含有する比較
合金患８は＋　　Ｎ　ｉ　＋　Ｔ　ｉ　＋　Ｎ　ｉ／　
Ｔ　ｉ比、　　Ｚｒが本発明で規定する範囲であっても
、半田密着性が悪い。

また、Ｔｉが本発明で規定する量より多い比較合金１１
ｋＬ９は曲げ加工性に劣っている。

以上のように１本発明はＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物の適
切な分散析出によって高強度、高弾性、高伝導性を有し
、且つ耐熱性、折り曲げ性、メッキ信幀性に優れたリー
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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％において、Ｎｉ：１．０〜４．０％、Ｔｉ
   ：０．５〜２．０％、ただし、Ｎｉ／Ｔｉの重量百分率
   の比率が１．２〜３．３の範囲、Ｚｒ：０．０１〜０．
   ５％、Ｏ＿２含有量が３０ｐｐｍ以下、残部がＣｕおよ
   び不可避的不純物からなるリードフレーム用高強度銅合
   金。
2. （２）重量％において、Ｎｉ：１．０〜４．０％、Ｔｉ
   ：０．５〜２．０％、ただし、Ｎｉ／Ｔｉの重量百分率
   の比率が１．２〜３．３の範囲、Ｚｒ：０．０１〜０．
   ５％、Ｏ＿２含有量が３０ｐｐｍ以下、残部がＣｕおよ
   び不可避的不純物からなる銅合金の板素材を製造し、こ
   れを９００℃以上の温度で溶体化処理し、最終板厚まで
   冷間圧延したあと、次いで４００〜６００℃の温度で５
   〜７２０分間の時効処理を行なうことを特徴とするリー
   ドフレーム用高強度銅合金の製造法。