WO1988002411A1

WO1988002411A1 - Material for conductive parts of electronic and electric appliances

Info

Publication number: WO1988002411A1
Application number: PCT/JP1987/000717
Authority: WO
Inventors: Toshiki Muramatsu; Mamoru Matsuo
Original assignee: Sky Aluminium Co., Ltd.
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1988-04-07
Also published as: JPS6389640A; KR880701783A; KR950013291B1

Description

明細書

電子電気機器導電部品用材料

S 術分野

この発明は半導体や I c (集積回路》のリードフレームあるいはコネクタゃスイツチなどの導電部品に 1更用される電子電気機器導電部品用材料に関し、待に良好な酎軟化性、電気伝導性、熱伝導性（放熱性）、はんだ付け性、メツキ性、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ォ料に関するものである。

背景技術

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や I C、 L S I (大規模集積回路）、 S C R ( Si I icon Control iea Recti fie サイリスタ）に使用されるリードフレームがある。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 I C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〜 0.5顧の条材を用意し、その条材にブレス打抜き加工またはエッ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運なつている ¾の）とし、次いでそのリードフレームの所定箇所に高純度 S i などからなる半導体素子（ S 〖チップ》を接合する。この接合は、ダィボデイツ " t称れるものであつて、 A gぺース卜等の導電樹脂を用いて加圧接着する方法、あるいは予めリ一ドフレーム素材の片面もしくは半導

5 1本素子 ί S I チップ〉の面 (こ、 A u 、 A g に等

のうちの Ί種の単層または 2種以上の多重層からなるメツキ罾を形成しておき、このメツキ層を介し加熱拡歆圧着して A u— S i などの共晶を利用してリノ - レ一ム半導体業子を凝合す :法、さひには P D — S Πはんだ等を用いて接合する方法など

がある _c この後、蟇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（ S 〖チップ〉上の A 電極とリードフレームの導体端子（ィンナーリード）とを A u もしく A 線で接続する。5 '痛おヮ: ャ' ディン^ 称さ^ 、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 rnァケタ ― F雜互に響碰を切獠す 0 る _c

以上のような工程を経て使用されるリードフレー

Λ材とし X Μ,, 良-好な.プス組ェ胜も、しツチ - ング性を有すること、および半導体素子（ S i 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（酎?欠化性）ゃメツキ性、はんだ付け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ゃ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。

従采このようなリードフレー厶材としては、 F e -42 ；\ ！合金である 42合金、あるいは F e— 17? 〇 0 - 299-6 ί 合金であるコバール、さらには C u 系合金のリン胃銅（ CA 501) 、 C u - F e - Z n 一 P ( c A 194) 合金、 C u - F e - C o - S n - P ( C A 195) 合金等が使用されている。

しかしながら従釆のリードフレーム材のうち、コバールや 42合金はいずれも高価な N ！を多量に含有するため高衝格とならざるを得ず、また C u系合金は繰返し曲げ性が劣り、しかも価格的な面でも間題があった。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♦ '旲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、したがってアルミ二ゥム合金のリードフレーム材は実用化されていなかつたのが実情である。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、 ϋ軟化性および良好な電気伝導性、熟伝導性 (放熟性》 , さらに良好なはんだ付け性、メツキ性、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 i 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である ₀

発明の開示

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、 ¾ 戒側猶¾ £ — ϊ 金で湔特性を篛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 Ί発明の電子電気機器導電部品材料は、 Mg マダネゥ） 1 〜 u% (重量％、以下同じ》および S i (珪素） 0. 2〜 2. 0%を含有し、残部が A （アルミニウム）および不可避的不純翁よ^ ¾ると^ 裔る-。

また第 2発明の電子電気機器導電部品材料は、第 1発明で規している M g、 S i のほか、さらに C u (銅〉 0.01 〜 3.0%、 Z n (亜鉛） 0,01 〜 3.0? のうちの Ί 種または 2種を含有するものである。

さらに第 3発明の電子電気機器導電部品材料は、第 Ί 発明で規定する M g、 S i のほか、さらに! VI η

(マンガン） 0.01 〜 3.096、 C 「（クロム） 0.01 〜 0.30 %、 Ζ 「（ジルコニウム〉 0.01 〜 0.30 % , V (バナジウム） 0.01 〜ひ.30 %、！NM (二ッケル》 0.01 〜 5.7%のうちの Ί 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 M g、 S i のほか、第 2発明で規する C u、 Z nの Ί 種または 2種と、第 3発明で規定する M n、 C 「、 Z 「、 V、 i の Ί 種または 2種以上を含有するものである。

次に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。

g ：

,V1 gは S ί と共存することにより析出物を形成して強度向上に寄与する元素であり、リードフレーム等の部品として必要な強度および耐繰返し曲げ性を得るに必要である。しかしながら 0.2%未満では強度向上効果が充分に得られず、一方 3.0%を越えて含有させても強度向上の効果が飽和し、コスト上昇を招くだけである。 1たがって Mgはひ.2〜 3.0% の範囲内とした。

S ！：

S i は M gと共存することにより析出物を形成して強度向上に寄与する元素であり、 M gと同様にリードフレーム等の部品として必要な強度、酎繰返し曲げ性を得るに必要な元素である。しかしながら

2 % m は m d^ 渤粜赤分避: れず、一方 2.0%を越えて含有させても強度向上の効果は飽和し、コス卜上昇を招くだけである。したがって

S i は 0.2〜 2.096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ァルミニゥ厶合金は、基本的には以上の M g、 S i を

待性を確保できるが、より一層の特性向上を図るため、第 2発明およぴ第 4発明においてはさらに C u、 Z π·のうちの 1種または 2種が含有され、また第 3 発顼 ¾? 第 '発项て¾ ^ M 、 G r、 Z「、 V、 N i のうちの Ί種または 2種以上が含有される。これらの元素の添加理由および限定理由は

C u ：

C uはメッキ性やはんだ付け性をより一層向上させるために有効な元素である。 C u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 C u は 0.01 〜 3.0%の範囲内とした。なお C Uは、この範囲内でも特に 0.59 を越えて含有させることがメツキ性、ハンダ性の向上の観点から好ましい。 Z n ：

Z nもメツキ性やはんだ付け性をより一層向上させるために有効な元素である。 Z nが 0.01 %未満ではその効果が充分に得られず、一方 3.096を越えて含有されれば耐食性が低下する。したがって Z n は 0.01 〜 .3.0?/₀の範囲内とした。

VI n ：

VI nは中間焼鈍時（溶体化処理時〉の再結晶粒を微細化し、より一層の強度向上および耐熱性（耐軟化性）の向上を図るに有効な元素である。： M nが 0.01 96禾満ではこれらの効果が充分に得られず、一万 3.0%を越えて含有させても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また铸造時に巨大化合物を生成し易くなる。したがって' M Πは 0.01 〜 3.0

？の範囲内とした。

C r ：

G rも中間焼鈍時（溶体化処理時〉の再結晶粒を微細化して、強度および耐熱性を一層向上させるに有効な元素である。 C「が %未満ではこれらの効果が充'分に得"られず、一方 0.30 %を前えて含有させても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また籙造時に巨大な化合物を生成し易くなる。 5 したがって C「はひ.01 〜 0.30 96の範囲内とした , Z「：

Z「¾再結晶粒の微細化および強度向上、耐熱性の向上に有効な元素である。 Z「が 0.01 %未満で - ：:はら麵菜 ; 得ちず、 — ^ 0. % ¾ - 0 越えて含有させても強度向上および耐熱性向上の効果は飽和し、また铸造時に巨大な化合物を生成し易ぐなるから、 Ζ「は 0.01 〜 Q.30 %の範囲内とした。

V ：

¾ w m ^ 養洵上香熟性

向上に有効な元素である。 Vが 0.01 %未満ではこれらの効果が充分に得られず、一方 0.30 %を越えて含有されても強度向上および耐熱性向上の効果は m し、た凝荷管大合物を生锒易ぐなる 0 から、 Vは 0.01 〜 0.30 の範囲内に限定した。

( ：

^ 〗あ ¾の Mi化よ »度向.上、耐熟性向上に有効な元素である。 iが 0.01 %未満ではこれらの効果が充分に得られず、一方 5.7%を越えて多量に含有させても強度向上および耐熟性向上の効果は飽和し、また铸造時に巨大な化合物を生成し易くなるから、 N i は 0. 01 〜 5. 7%の範囲内とした。

以上の各成分のほかは A ぉよび不可避的不純物とすれば艮ぃ。不可避的不純物としては F eが含有されるのが通常であるが、 F eは 0. 60 %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、アルミニウム合金錶塊の製造においては、一般に铸塊結晶粒の微細化のために T i (チタン）、または T i および B (硼素〉を添加することが多いが、この発明の材料の場合も丁 i 、または T ！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、 T ！ 0. 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 VI gを含有する A 合金の铸造にあたっては、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 B e (ベリリウム）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 B eを必要に応じて 50ppin 程度以下添加することができる。

以上のような成分組成からなるこの発明の電子電 ro 機器導霉暴品材磐は .、 ⁷ルミニ: :ム:基合金であるため、従釆の 42合金やコバールあるいは C U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 Ϊ欠化性、良好な電気伝導性、熟伝導性、放熱性を有し、かつまた良好なはんだ付け性、メツキ性と高い璣械的強度、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 I C、半導体のリードフレー厶材ゃスィッチ、コネクタ等の電子電気機器'導電部- 用材として最雷である。なお特にリ一ドフレーム材においてワイヤボンディングを A I線で行なう場合にこの発明の材料をリードフレームとして使用すれば、半導体素子取付部おょぴヮィャ接続部に A uメツキや A gメツキ等を施す必要がなく、その.ままワインデイダカが H.撒となり、半導体素子製造のコス卜をさらに下げることができるというメ'リッ卜 ¾ある。

製造方法

U 棻,朋量子機器募墨 I品弒翁 ± Lてのアルミニウム蔓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合金溶湯を常法にしたがって铸造する。この铸造方法と u Xは竿運銃籙造法 { 铸造法ー ¾釣あるが、省エネルギゃ耐軟化性の向上等の観点から薄板運続铸造法（運続铸造圧延法）を適用しても良い。得られた铸塊に対しては、均熟処理（均質化処理〉および熟間圧延を行ない、必要に応じて冷間圧延、中間焼鈍（溶体化処理〉、最終冷間圧延を行なって厚さ 0. 1〜 0. 5纖程度の圧延板とする。但し薄板運続铸造钣の場合は、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°Cの温度にて時間以内保持すれば良い。均熱温度が 450 Ό禾満では熟間圧延性が低下し、一方均熟温度が 600 C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、エネルギコス卜の増大を招くだけである。

均熟処理後は通常は再加熟してから熟間圧延を行なう。この再加熱は、常法に従って 400〜 550°Cで行ない、熟間圧延も 40ひ〜 550。Cで行なえば良い。なお均熟処理（均質化処理〉と熟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、均質化処理と熟間圧延のための加熱を兼ねて Ί 回の加熱処理を行ない、引続いて熱間圧延を行なって ¾ 良い。

熟間圧延終了後は、必要に応じて一次冷間圧延を施した後、中間焼鈍（溶体化処理）を施し、さらに最終冷間圧延を行なう。ここで ra間焼鈍は、 M g、 S I による時効硬化性を与えるべく I g、 S i を予め'固溶させておくためのものであって、一般の J IS 6000系合金の溶体化処理条件に準じた条件で行なえば良い。すなわち焼 h 鈍温度は 48G〜 560°Cとし、板厚によっても異なるがその焼鈍温度で 1時間以内保持し、冷却速度 rc

Z see以上で冷郜する。冷卸速度が rc / see未満では時効による硬化が少なく、また同時に加工硬化性も低く-な; ^か 6 m ^& ^ ^ u \₀0 なおコイル fォに对してこの中間焼鈍（溶体化処理〉を行なう場合は連続焼鈍炉を用いるのが通常であるが、連続焼鈍の場合は保持時間がほとんど零であつても、その後の時効硬化性、加工硬化性が著しく損なわれることはない。

こ^ょう間誦潜， n理) 儘しだ後、冷間圧延を施す。この冷間圧延は、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、リードフレ一ム对等の露璣器筹著部と υ 引鞭強さ0 で 30k5f Z 以上、耐力で 25l¾f ZM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 )dE延弒癢^し Γ」充分こ直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 1 0(TC以上で最終焼鈍を行なっても良い。

発明を実施するための最良の形態

第 Ί 表に示本発明合金及び比較合金を通常の半運続铸造 ¾ ¾しくは薄板運続铸造法（連続铸造圧延）により铸造した。半運続铸造した铸塊は、各面を面削して厚さ ¾ 00. 、幅 1 000腳、長さ 3500細とし、第 2表に示す製造条件〜： \'0. 3で 0. 30 腳厚の圧延板とした。運続铸造の場合は铸造板の厚さは 4應とし、第 2表の ¾ 4もしくは to. 5に示す製造条件で 0. 30 聊板厚の圧延板とした。

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、メツキ性、はんだ付け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 p D — S nはんだを用いる場合は不活性ガス甲で 200〜 30(TCで数秒間の熱処理を行なうことから、酎欠化性としては、 250°C X 5分間の熱処理を施してその熱処理後の引張強さを測定した。

さらに、アルミニウム合金の場合、 A Uや A g等のメツキを施すにあたってメツキを健全に行なうためには一般にメツキ前に予め表面処理を行なう必要 • n がある。またはんだを付ける場合も表面処理を事前に行なうておげぼはんだが付き易く、はんだ付け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殺に '; ί メツキや c uメツキがあり、さらにこの表面処理の前処理としてはジンケー卜処運が有効である。このジンケー卜処理時の Ζ ηの分布が均一であるほど、そのジンケー卜処理面上への i や C uのメッキ性が良好となり、さらにその上

良好となる。そこでこの実施例においても、メツキ性やはんだ ίォけ性を判定するために圧延板にジンケ

―卜処理を施してそのジンケー卜処理面の Ζ ηの分布を光学顕微鏡で観祭し、 Ζ ηの分布か均一な順に〇、 Δ、 Xと評 ffiした。厶以上であればメツキ性やんだ有判 ¾される。なお^の^ ンケー卜処理条件は、次の通りである。

浴組成： a O H 525 ^ X £ 酸化亜鉛

m 度 v

浸置時間： 30秒

また繰返し曲げ性は、 0. 30 舰の圧延材を 90° 片蘼返.：し ^鏃顯こ: る ^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間題はない。第 Ί

*1 ：炉の下方に水槽があり、水焼入れを行なう事ができるバッチタイプの工業規模の烷鈍炉

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さ 30l¾f Z腿²以上で充分な強度を有しており、しかも 250°C X 5分間の熟処理後も 3 Q !¾f / 以上の引張強さを確保することができ、したがって耐熱性も良好であり、さらに線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ォである 42合金と比較して格段に高くて、疣熟塾綠姓^ 気©導性^«れ.、ジンケー卜処理時の Z Πの均一性が良好であることから、メ Vキ性やはんだ付け性に優れることが判る。なお第 3表中には特に示さなかったが、耐食性も優れていることが確認されている。

産業上の利用可能性

こ発毒子電気猶^ 電都枒.料、 ¾来の 42合金やコバ一ルあるいは C U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、熟伝導性、放熱性を有し、かつまた好な'はだけ性、メキ性と高裔着械的強度、良好な繰返し曲げ性を有しており、したがつてこれらの特性が要求される I C、 L S I、 S C R、その他各獯竽導体^) #一?ド 7»レ一材スィチ、ュ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 A 線で行なう場合にこの発明の材料をリードフレームとして使用すれば、半導体素子取付部およびワイヤ接続部に A uメツキや A g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、半導体素子製造のコス卜をさらに下げることがでぎる。

Claims

請求の範囲

. Mg o.z〜 3r % r重量％、 K HU および

S i 0.2〜 2.ひ 9 を含有し、残部が A 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 5 機器導電部品用材料。

2. M g 0.2〜 3.096および S i 0.2〜 2.0%を含有し、かつ Gu 0.01 〜 3.0? 、 Z n 0.01 〜

3.0%のうちの Ί種または 2種を含有し、残部が , A t ょ¾» 遨 R純ょ ¾K ^ 凝.徴 t0 する電子電気機器導電部品用材料。

3. VI g 0·2〜 3.0%および S i ひ.2〜 2.0%を含有し、かつ; Μ π 0.01 〜 3,G%、 C「 0.01 〜ひ.30 %、 Z「 0.01 〜 0.3ひ％、 V 0.01 〜 0.3ひ 3も、 ί 0.01 〜 5.7? のうちの Ί種また¾ ^ ^^香有し、聽が^ ぉ不！？避釣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用材料。

4. g 0.2〜 3.ひ％、 S i 0.2〜 2 0%を含有し、かつ C u 〜 0^:%< 0. 1 〜 ^§%の0 うちの Ί種または 2種と、 M n 0.01 〜 3.0%、 C「 0.01 〜 0.30 ?z₀、 Z「 0.ひ1 〜 0.30 %、 V U! 〜 ). 、 _¾N j 〜うちの；]種または 2種以上を含有し、残部が A およぴ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用材料。