JPS6396237A - リードフレーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料 - 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 この発明は半導体やＩＣのリードフレームあるいはコネ
クタやスイッチなどの導電部品に使用される電子電気機
器導電部品用材料に関し、特に良好な耐軟化性、電気伝
導性、熱伝導性（放熱性）、はんだ付は性、メッキ性、
および高い機械的強度と良好な繰返し曲げ性を示す電子
・電気機器導電部品用材料に関するものである。

従来の技術 電子・電気機器に使用される導電部品の代表的なものと
しては、トランジスタなどの個別半導体あるいは１．Ｃ
，、ＬＳ　Ｉ、ＳＣＲに使用されるリードフレームがお
る。このリードフレームは、代表的には次のような工程
を経てＩＣや半導体に組込まれる。

すなわち先ずリードフレーム用材料としての導電材料か
らなる板厚０．１〜０．５ｍの条材を用意し、その条材
にプレス打投き加工またはエツチングを施して所要のリ
ードフレーム形状（但しアウターリード側が相互に連な
っているもの）とし、次いでそのリードフレームの所定
箇所に高純度３ｉなどからなる半導体素子（Ｓｉチップ
）を接合する。

この接合は、ダイボンディングと称されるものであって
、ＡＱペース１−等の導電樹脂を用いて加圧接着する方
法、あるいは予めリードフレーム素材の片面もしくは半
導体素子（Ｓｉチップ）の面に、ＡＬＩ、　Ａｑ、Ｎ　
ｒ等のうちの１種の単層または２種以上の多重層からな
るメッキ層を形成しておき、このメッキ層を介し加熱拡
散圧着してＡＬＪ−３ｉなどの共晶を利用してリードフ
レームと半導体素子とを接合する方法、ざらにはＰｂ−
３ｎはんだ等を用いて接合する方法などがおる。この後
、基板上のリードフレームの所定箇所にダイボンディン
グされた半導体素子（Ｓｉチップ）上のＡｌ電極とリー
ドフレームの導体端子（インナーリード）とをＡｕ線も
しくＡｌ線で接続する。この接続はワイヤボンディング
と称されている。引続いて半導体素子、結線部分、およ
び半導体素子が取付けられた部分のリードフレームを保
護するために樹脂やセラミック等で封止し、最終的にリ
ードフレームのアウタリードの相互に連なる部分を切除
する。

以上のような工程を経て使用されるリードフレーム材と
しては、良好なプレス加工性もしくはエツチング性を有
すること、および半導体素子（Ｓｉチップ）とリードフ
レームをダイボンディングする工程での耐熱性（耐軟化
性）やメッキ性、はんだ付は性が良好であること、さら
には良好な放熱性（熱伝導性）、導電性を有し、しかも
半導体装置の輸送や電子機器への組込みに際しての曲が
りや繰返し曲げによって破損が生じない強度や延性を有
し、また耐食性を有することが要求される。

従来このようなリードフレーム材としては、Ｆｅ−４２
％Ｎｔ合金でおる４２合金、あるいはＦｅ−１７％Ｃ○
−２９％Ｎｉ合金であるコバール、ざらにはＣＵ系合金
のリン青銅（ＣＡ　５０１）　、Ｃｕ　−Ｆｅ−Ｚｎ−
ｐ　（ＣＡ　１９４）合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｏ−８ｎ−
Ｐ　（ＣＡ　１９５）合金等が使用されている。

発明が解決すべき問題点 従来のリードフレーム材として用いられているコバール
や４２合金はいずれも高価なＮｉを多量に含有するため
高価格とならざるを得ず、またＣｕ系合金は繰返し曲げ
性に劣り、しかも価格的な面でも問題がおった。そこで
リードフレーム材で代表される電子・電気機器導電部品
の導電材料として、これらの部品に要求される諸特性を
満足ししかも安価な材料の開発・実用化が強く望まれて
いる。

一般に安価な導電材料としてはアルミニウム合金が知ら
れているが、従来はアルミニウム合金は前述のようなリ
ードフレーム等に要求される諸特性を充分に満足できな
いものとされ、したがってアルミニウム合金のリードフ
レーム材は実用化されていなかったのが実情である。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、耐
軟化性および良好な電気伝導性、熱伝導性（放熱性）、
ざらに良好なはんだ付は性、メッキ性、および高い機械
的強度と良好な繰返し曲げ性を有し、しかも安価なアル
ミニウム基合金からなる電子・電気機器導電部品材料を
提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等はアルミニウム基合金について、前述のよう
なリードフレーム等の電子電気機器導電部品に使用され
る材料として必要な特性を満足させ得る成分・組成につ
いて種々実験・検討を重ねた結果、特定の成分範囲のＡ
ｌ−Ｍｎ−ＭＯ系合金で前記諸特性を満足させ得ること
を見出し、この発明をなすに至ったのである。

具体的には、第１発明の電子電気機器導電部品材料は、
Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭに１０．１０〜５．０％
を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるこ
とを特徴とするものでおる。

また第２発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発明
で規定しているＭｎおよびＭｇのほか、ざらにＣｕ　０
．０１〜３．０％、Ｚ　ｎ　０．０１〜３．０％のうち
の１種または２種を含有するものである。

ざらに第３発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発
明で規定するＭｎおよびＭＣＪのほか、さらにＯｒ０、
０１〜０．３０％、Ｚ　ｒ　０．０１〜０．３０％、Ｖ
　０．０１〜０．３０％、Ｎｉ０．０１〜５．７％のう
ちの１種または２種以上を含有するものである。

また第４発明の電子電気機器導電部品材料は、第１発明
で規定するＭｎおよびＭＣＪのほか、第２発明で規定す
るＣｕ、　Ｚｎの１種または２種と、第３発明で規定す
るＱｒ、　Ｚｒ、Ｖ、Ｎ　ｉの１種または２種以上を含
有するものである。

作　　　用 先ずこの発明のアルミニウム基合金からなる電子電気機
器導電部品材料の成分限定理由について説明する。

Ｍｎ： Ｍｎは強度向上および耐熱性向上に有効な元素でおり、
リードフレーム等の部品として必要な強度、耐繰返し曲
げ性および耐軟化性能を得るに必要である。しかしなが
ら０．３％未満ではこれらの効果が充分に得られず、一
方４．０％を越えて含有させれば、鋳造が困難となると
ともに粗大な晶出物を形成し易くなり、耐熱性の効果が
飽和し、またコスト的に無駄である。したがってＭｎは
０．３〜４．０％の範囲内とした。

Ｍｑ： Ｍｇも強度向上に有効な元素でおり、リードフレーム等
の部品として充分な強度、耐繰返し曲げ性を与えるため
にＭｎとともに添加される。しかしながらＭ（Ｊが０．
１０％未満では強度向上効果が充分に得られず、一方５
．０％を越えて添加すれば圧延性が極端に低下する。し
たがってＭＣＩは０．１０〜５．０％の範囲内とした。

この発明の電子電気機器導電部品材料としてのアルミニ
ウム合金は、基本的には上記のＭｎおよびＭ（Ｊを含有
していればリードフレーム等の部品に必要な諸特性を確
保できるが、より一層の特性向上を図るため、第２発明
および第４発明においてはざらにＣｕ、Ｚｎのうちの１
種または２種が含有され、また第３発明および第４発明
においてはざらにＣｒ　ｚ　Ｚ　ｒ　、　ＶＳＮ　ｒの
うちの１種または２種以上が含有される。これらの元素
の添力す理由および限定理由は次の通りである。

Ｃｕ： Ｃｕはメッキ性やはんだ付は性をより一層向上させるた
めに有効な元素である。Ｃｕが０．０１％未満ではその
効果が充分に得られず、一方３．０％を越えて含有され
れば耐食性が低下する。したがってＣｕは０．０１〜３
．０％の範囲内とした。なおＣｕ添加の場合、製造工程
で熱処理条件を適切に制御すれば加工硬化性や時効硬化
性が強くなり、強度向上に寄与する。

Ｚｎ： Ｚｎもメッキ性やはんだ付は性をより一層向上させるた
めに有効な元素でおる。Ｚｎが０．０１％未満ではその
効果が充分に得られず、一方３，０％を越えて含有され
れば耐食性が低下する。したがってＺｎは０、　ｏｉ〜
３．０％の範囲内とした。なおｚｎ添加の場合も、製造
工程で熱処理条件を適切に制御すれば加工硬化性や時効
硬化性が強くなり、強度向上に寄与する。

ｃｒ、ｚｒ、ｖ、Ｎｉ： これらの元素は強度向上および耐熱性の向上に有効であ
る。それぞれＣｒ０．０１％未満、ｚｒ０、　ｏｉ％未
満、Ｖ　０．０１％未満、Ｎｉ０．０１％未満ではこれ
らの効果が充分に得られず、一方それぞれＣｒ０．３０
％、Ｚｒ０６３０％、Ｖ　０．３０％、Ｎｉ５．７％を
越えて含有させても上記の効果は飽和し、しかも鋳造時
に巨大な化合物を生成し易くなる。したがってＣｒ　０
．０１〜０．３０％、Ｚｒ０、０１〜０．３０％、Ｖ　
０．０１〜０．３０％、Ｎ１０．０１〜５．７％の範囲
内とした。

以上の各成分のほかはＡ！および不可避的不純物とすれ
ば良い。不可避的不純物としてはＦｅおよび３ｉが含有
されるのが通常であるが、Ｆｅは０．６０％程度以下、
３ｉは０．５０％程度以下であればこの発明で対象とす
るリードフレーム材等の電子電気機器導電部品材料とし
て特に支障はない。

そのほか、アルミニウム合金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴｉ、またはＴｉおよ
びＢを添加することが多いが、この発明の材料の場合も
Ｔｉ、またはｌｉおよびＢが添加されていても特にリー
ドフレーム材等の電子電気機器導電部品材料として支障
はない。但しその添加量は、Ｔｉ０．２％以下、Ｂ　０
．０４％以下が望ましい。

またこの発明の系のアルミニウム基合金のようにＭＣＩ
を含有するへ２合金の鋳造にあたっては、溶湯の酸化を
防止したりあるいは圧延性を改善する目的でＢｅを必要
に応じて添加することがあるが、この発明の材料の場合
も３ｅを必要に応じて５０ｐｐｍ程度以下添加すること
ができる。

次にこの発明の電子電気機器導電部品材料としてのアル
ミニウム基合金の製造方法について詳述する。

先ず前述のような成分組成のアルミニウム基台金溶湯を
常法にしたがって鋳造する。この鋳造方法としては半連
続鋳造法（ＤＣ鋳造法）が一般的でおるが、省エネルギ
や強度向上、特に耐軟化性の向上等の観点から３〜１５
７１１１１１程度の薄板に直接鋳造する薄板連続鋳造法
（連続鋳造圧延法）を適用することが望ましい。

半連続鋳造により得られた鋳塊に対しては、均熱処理（
均質化処理）および熱間圧延を行ない、必要に応じて冷
間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を行なって厚さ０．１
〜０．５ｅ程度の圧延板とする。

但し薄板連続鋳造板の場合は、これらの工程のうち熱間
圧延までの工程を省略することができる。

上記各工程のうち、均熱処理は４５０〜６００℃の温度
にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度が４５０℃
未満では熱間圧延性が低下し、−５均熱温度が６００℃
を越えれば共晶溶融が発生し易くなる。

また保持時間が４８時間を越しても均熱による組織の均
質化効果はほとんど飽和し、エネルギコストの増大を招
くだけである。

均熱処理後は通常は再加熱してから熱間圧延を行なう。

この再加熱は、常法に従って４００〜５５０℃で行ない
、熱間圧延も４００〜５５０℃で行なえば良い。なお均
熱処理（均質化処理）と熱間圧延のための加熱処理は、
上述のように個別に行なう必要はなく、均質化処理と熱
間圧延のための加熱を兼ねて１回の加熱処理を行ない、
引続いて熱間圧延を行なっても良い。

熱間圧延終了後は、必要に応じて一次冷間圧延を施した
後、ざらに必要に応じて中間焼鈍を施し、さらに最終冷
間圧延を行なう。

ここで中間焼鈍は、圧延性改良、もしくはＺｎ。

Ｃｕ添加合金においてはその後の冷間圧延による加工硬
化性を高めたり、時効硬化性をもたせるために行なうも
のである。圧延時の耳割れ防止や圧延性改良の場合は、
連続焼鈍（加熱速度、冷却速度数１０’Ｃ／　ｓｅｃ　
＞　、バッチ焼鈍（加熱速度、冷却速度数１０℃／　Ｓ
ｅＣ）のいずれでもよく、その焼鈍温度は３００〜４５
０℃程度とすればよい。７−ｎやＣｕを含んだ合金にお
いて加工硬化性を高めたり、時効硬化性をもたせるため
に中間焼鈍を用いる場合は、ＭｇとＺｎヤＣｕをＡ！中
に固溶させる必要がおる。このような目的で中間焼鈍を
行なうには、一般の２０００系合金や７０００系合金の
溶体化処理条件に準じた条件で行なえばよい。すなわち
、焼鈍温度としては４８０〜５６０℃で行ない、板厚に
もよるが焼鈍温度で１時間以内保持し、冷却速度１℃／
　ｓｅｃ以上で冷却する。１℃／　５８８未満の冷却速
度では時効による硬化が少なく、また加工硬化性も低く
なるため、冷却速度は１℃／　５８０以上が望ましい。

コイルを用いてこの中間焼鈍を行なう場合は連続焼鈍を
用いる。この場合、保持時間がほとんどなくてもその侵
の時効硬化性、加工硬化性は著しく損なわれない。

最終冷間圧延は、所要の板厚とするためばかりでなく、
加工硬化による強度向上のために必要である。最終圧延
板の強度は、リードフレーム材等の電子電気機器導電部
材としては引張強ざで３０Ｋｓｆ／７以上、耐力で２５
に９ｆ／ｍ以上が必要であるが、この発明のアルミニウ
ム基合金の場合、冷間圧延後の圧延材強度として充分に
これらの値を確保することができる。なお上記の強度を
確保できるならば、耐繰返し曲げ性をさらに向上させる
ために最終冷間圧延後に１００℃以上で最終焼鈍を行な
っても良い。また中間焼鈍条件によって時効硬化性を与
えた場合、１００〜２５０’Ｃ程度で時効し、強度向上
を図ることもできる。

実施例 第１表に示す本発明合金及び比較合金を通常の半連続鋳
造法もしくは薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延）により鋳
造した。半連続鋳造した鋳塊は、各面を面前して厚ざ３
００＃、幅１０００簡、長さ３５００頭とし、第２表に
示す製造条件Ｎα１で０．３０ｍ厚の圧延板とした。連
続鋳造の場合は鋳造板の厚さは４ｍもしくは５ｍｆ１１
とし、第２表のＮＨ３もしくはＮ０、　３に示す製造条
件で０．３０ｍ厚の圧延板とした。

これらのアルミニウム合金圧延板について、機械的性質
及び耐軟化性、導電率、メッキ性、はんだ付は性につい
て調査した。その結果を第３表に示す。

なおここで機械的性質としては、圧延材の性能を調査し
た。

また一般にリードフレーム材のダイボンディングにおい
てＰｂ−３ｎはんだを用いる場合は不活性ガス中で２０
０〜３００℃で数秒間の熱処理を行ない、またＡｕ−３
ｉの共晶を利用したダイボンディングにおいては不活性
ガス中で４００〜５００℃で数秒間の熱処理を行なう”
ことから、耐軟化性としては、４５０’ＣＸ　Ｓ分間の
熱処理を施してその熱処理後の引張り強さを測定した。

ざらに、アルミニウム合金の場合、ＡｕやＡｇ等のメッ
キを施すに必たってメッキを健全に行なうためには一般
にメッキ前に予め表面処理を行なう必要がおる。または
んだを付ける場合も表面処理を事前に行なっておけばは
んだが付き易く、はんだ付は部の剥離が生じにくくなる
。このような事前の表面処理としては一般にＮｉメッキ
ャＣｕメッキがあり、ざらにこの表面処理の前処理とし
てはジンケート処理が有効である。このジンケート処理
時のＺｎの分布が均一であるほど、そのジンケート処理
面上へのＮｉやＣＵのメッキ性が良好となり、ざらにそ
の上に施されるＡｕやＡｇのメッキ性やはんだ付は性が
良好となる。そこでこの実施例においても、メッキ性や
はんだ付は性を判定するために圧延板にジンケート処理
を施してそのジンケート処理面のＺｎの分布を光学顕微
鏡で観察し、Ｚｎの分布か均一な順に０１へ、×と評価
した。Δ以上であればメッキ性やはんだ付は性は一応合
格と判定される。なおこのジンケート処理条件は、次の
通りでおる。

浴組成　：　　ＮａＯＨ５２５９／１ 酸化亜鉛　　９８ｇ／ｌ 浴温度　＝２０℃ 浸漬時間　：３０秒 また繰返し曲げ性は、０．３０ｍの圧延材を９０゜片振
りで繰返し曲げを行ない、破断に至るまでの往復回数を
測定した。この繰返し曲げ性は５回以上あれば性能上問
題はない。

第　　　１　　　表 第　　　３　　　表 第３表から明らかなように、この発明による電子電気機
器導電部品材料としてのアルミニウム基合金は、圧延材
での強度が引張り強ざ３０Ｋｑｆ／−以上で充分な強度
を有しており、しかも４５０℃×５分間の熱処理後の引
張り強さも３０に９ｆ／−以上を確保することができ、
したがってＰｂ−３ｎはんだを用いる低温でのダイボン
ディングはもちろん、ＡＬＪ−３＋共晶を利用する高温
でのダイボンディングも充分に適用できる程度の優れた
耐軟化性を有している。ざらに繰返し曲げ性も良好であ
り、また導電率は従来のリードフレーム材でおる４２合
金と比較して格段に高くて、放熱性や熱伝導性、電気伝
導性に優れ、ざらにジンケート処理時のｚｎの均一性が
良好で必ることから、メッキ性やはんだ付は性に優れる
ことが判る。なお第３表中には待に示さなかったが、い
ずれの場合も耐食性も優れていることが確認されている
。

発明の効果 この発明の電子電気機器導電部品材料は、アルミニウム
基合金であるため、従来の４２合金やコバール必るいは
Ｃｕ系材料などと比較して格段に安価であり、しかも優
れた耐軟化性、良好な電気伝導性、熱伝導性、放熱性を
有し、かつまた良好なはんだ付は性、メッキ性と高い機
械的強度、良好な繰返し曲げ性を有しており、したがっ
てこれらの特性が要求されるＩＣ，半導体のリードフレ
ーム材やスイッチ、コネクタ等の電子電気機器導電部品
用の材料として最適である。なお、特にリードフレーム
材においてワイヤボンディングを△！線で行なう場合に
この発明の材料をリードフレームに適用すれば、半導体
取付部およびワイヤ接続部にＡＬＩメッキやＡＱメッキ
等を施す必要がなく、そのままでワイヤボンディングが
可能となり、半導体素子製造コス１〜をざらに下げるこ
とができるというメリッ１〜もめる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ０．３〜４．０％（重量％、以下同じ）およ
   びＭｇ０．１０〜５．０％を含有し、残部がＡｌおよび
   不可避的不純物よりなることを特徴とする電子電気機器
   導電部品材料。
2. （２）Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭｇ０．１０〜５．
   ０％を含有し、かつＣｕ０．０１〜３．０％、Ｚｎ０．
   ０１〜３．０％のうちの１種または２種を含有し、残部
   がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする
   電子電気機器導電部品材料。
3. （３）Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭｇ０．１０〜５．
   ０％を含有し、かつＣｒ０．０１〜０．３０％、Ｚｒ０
   ．０１〜０．３０％、Ｖ０．０１〜０．３０％、Ｎｉ０
   ．０１〜５．７％のうちの１種または２種以上を含有し
   、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴
   とする電子電気機器導電部品材料。
4. （４）Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭｇ０．１０〜５．
   ０％を含有し、かつＣｕ０．０１〜３．０％、Ｚｎ０．
   ０１〜３．０％のうちの１種または２種と、Ｃｒ０．０
   １〜０．３０％、Ｚｒ０．０１〜０．３０％、Ｖ０、０
   １〜０．３０％、Ｎｉ０．０１〜５．７％のうちの１種
   または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不
   純物よりなることを特徴とする電子電気機器導電部品材
   料。