【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明はトランジスタや集積回路（IC）など
の半導体機器のリード材に適する銅合金に関する
ものである。
従来、半導体機器のリード材としては熱膨張係
数が低く、素子およびセラミツクスとの接着およ
び封着性の良好なコバール合金、42合金などの高
ニツケル合金が好んで使われてきた。しかし近年
半導体回路の集積度の向上に伴ない消費電力の高
いICが多くなつてきたことと、封止材料として
樹脂が多く使用され、かつ素子とリードフレーム
の接着もペーストが多く用いられたことにより、
使用されるリード材も放熱性のよい銅基合金が使
われるようになつてきた。しかし、リード材とし
ては熱伝導性が良い、耐熱性が良い、ハンダ付け
性・メツキ密着性が良い、強度が高い、廉価であ
る等の広範な諸条件を全て満足する必要がある。
従来より使用されている無酸素銅、すず入り銅、
りん青銅、鉄入り銅などの銅基合金は何れも一長
一短があり、必ずしも満足し得るものではない。
たとえば無酸素銅では強度、耐熱性が低く、すず
入り銅、鉄入り銅では強度的に満足できず、りん
青銅では熱伝導性、耐熱性が低いという欠点を有
している。かかる点に鑑み、従来の銅基合金のも
つ欠点を改良し、半導体機器のリード材として好
適な諸特性を有する銅合金としてCu−Ni−Si合
金が提供されているが、強度的に完全に満足でき
るものではないので、本発明はCu−Ni−Si合金
をさらに改良し、半導体機器のリード材としてよ
り優れた諸特性を有する銅合金を提供しようとす
るものである。
本発明は
Ni；1.0超〜4.0重量％、
Si；0.3超〜1.0重量％、
Mn；0.01〜1.0重量％、
残部Cu及び不可避不純物からなり、合金中に
含まれるO2が10ppm以下であることを特徴とす
る半導体機器のリード材用銅合金に関する。本発
明に係る合金はリード材に要求される放熱性、耐
熱性、強度、ハンダ付け性、メツキ密着性等のす
べてが良好なるものである。
次に本発明合金を構成する合金成分の限定理由
を説明する。Niは所定量のSiと共に添加するこ
とにより、本発明合金の強度を高め、しかも高導
電性を維持する効果があるが、Ni含有量が1.0重
量％以下では、リードフレーム材の中でも、特に
強度を必要とするリードフレーム材においては強
度が不十分である。またNi含有量が4.0重量％を
超えると加工性およびハンダ付け性が低下して好
ましくない。Siの含有量を0.3重量％を超え、1.0
重量％以下とする理由は、Siの含有量が0.3重量
％以下ではNiを共添してもリードフレーム材の
中で特に高強度を必要とするリードフレーム材に
おいては強度が不十分であり、Si含有量が1.0重
量％を超えると加工性が急速に悪化し、またハン
ダ付け性も低下するので、上記1.0重量％を上限
とする範囲におさえる必要がある。
さらにMnが0.01％未満では高強度でかつ耐食
性の合金が得られず、また1.0重量％を超えると
導電性の低下およびハンダ付け性の低下が著しく
なる為である。
そして不純物として含まれる酸素含有量を
10ppm以下とした理由は、酸素含有量を10ppm以
下とすることにより、メツキ密着性が著しく改善
される為である。O210ppm以下とするには溶解
時に銅原料として10ppm以下の無酸素銅を使用
し、さらに酸素が侵入しないように大気溶解（フ
ラツクス、木炭等による表面被覆）、不活性雰囲
気溶解、還元ガス雰囲気溶解（CO等）を行い鋳
造する。
又、銅原料として10ppmを超える銅を用いる場
合は、カーボン、CO等の還元性物質により溶湯
状態で脱酸をし、無酸素銅を使用したと同じ条件
にすることも可能である。
以下に本発明合金を実施例で説明する。
実施例
第１表に示される本発明合金に係る各種成分組
成のインゴツトを高周波溶解炉で大気、不活性又
は還元性雰囲気中で溶解鋳造した。次にこれを
800℃で熱間圧延し、、厚さ４mmの板とした。次に
この板を通常の酸洗処理した後、冷間圧延で厚さ
1.0mmとした。さらに750℃にて５分間の焼鈍を施
した後、冷間圧延で厚さ0.4mmの板とした。最後
にこの板を450℃にて１時間熱処理し試料とした。
このようにして調整された試料の評価として、強
度は引張試験、耐熱性は加熱時間30分における軟
化開始温度、導電性（放熱性）は電気伝導率（％
IACS）によつて示した。ハンダ付け性は垂直式
浸漬法で230℃のハンダ浴（すず60−鉛40）に５
秒間浸漬し、ハンダのぬれの状態を目視観察し
た。メツキ密着性は試料に厚さ3μのAgメツキを
施し、450℃にて５分間加熱して表面に発生する
フクレの数を目視観察した。これらの結果を比較
合金とともに第１表に示した。
第１表に示すごとく本発明に係る合金は十分な
導電性とすぐれた耐熱性、強度、ハンダ付け性、
耐食性およびメツキ密着性を兼ね具えることが明
らかであり、本発明合金は半導体機器のリード材
として最適な合金である。
なお、比較合金のNo.１は不純物として含有され
る酸素が10ppmを超えているため、フクレが生じ
メツキ密着性が劣つていることが分る。
The present invention relates to a copper alloy suitable as a lead material for semiconductor devices such as transistors and integrated circuits (ICs). Conventionally, high nickel alloys such as Kovar alloy and 42 alloy have been preferred as lead materials for semiconductor devices because of their low coefficient of thermal expansion and good adhesion and sealing properties with elements and ceramics. However, in recent years, as the degree of integration of semiconductor circuits has improved, the number of ICs with high power consumption has increased, resins are often used as sealing materials, and pastes are often used to bond elements and lead frames. According to
Copper-based alloys with good heat dissipation properties have also come to be used as lead materials. However, as a lead material, it is necessary to satisfy a wide range of conditions such as good thermal conductivity, good heat resistance, good solderability and plating adhesion, high strength, and low price.
Conventionally used oxygen-free copper, tin-containing copper,
Copper-based alloys such as phosphor bronze and iron-containing copper all have advantages and disadvantages, and are not always satisfactory.
For example, oxygen-free copper has low strength and heat resistance, tin-containing copper and iron-containing copper have unsatisfactory strength, and phosphor bronze has low thermal conductivity and heat resistance. In view of this, Cu-Ni-Si alloys have been offered as copper alloys that have improved the drawbacks of conventional copper-based alloys and have various properties suitable as lead materials for semiconductor devices, but they are not perfect in terms of strength. Therefore, the present invention aims to further improve the Cu-Ni-Si alloy and provide a copper alloy having better properties as a lead material for semiconductor devices. The present invention consists of Ni: more than 1.0 to 4.0% by weight, Si: more than 0.3 to 1.0% by weight, Mn: 0.01 to 1.0% by weight, the balance being Cu and unavoidable impurities, and the O 2 contained in the alloy is 10 ppm or less. The present invention relates to a copper alloy for lead material of semiconductor devices, which is characterized by: The alloy according to the present invention has good heat dissipation, heat resistance, strength, solderability, plating adhesion, etc. required for lead materials. Next, the reason for limiting the alloy components constituting the alloy of the present invention will be explained. By adding Ni together with a predetermined amount of Si, it is effective to increase the strength of the alloy of the present invention and maintain high conductivity. Lead frame materials that require this have insufficient strength. Moreover, if the Ni content exceeds 4.0% by weight, processability and solderability will deteriorate, which is not preferable. Si content exceeds 0.3% by weight and 1.0
The reason why the Si content is 0.3% by weight or less is that even if Ni is co-added, the strength will be insufficient for lead frame materials that require particularly high strength among lead frame materials. If the Si content exceeds 1.0% by weight, processability will rapidly deteriorate and solderability will also decrease, so it is necessary to keep the Si content within the above range of 1.0% by weight as the upper limit. Furthermore, if Mn is less than 0.01%, a high-strength and corrosion-resistant alloy cannot be obtained, and if it exceeds 1.0% by weight, the conductivity and solderability will be significantly reduced. and the oxygen content contained as an impurity.
The reason for setting the oxygen content to 10 ppm or less is that plating adhesion is significantly improved by setting the oxygen content to 10 ppm or less. To achieve an O 2 of 10 ppm or less, oxygen-free copper with a concentration of 10 ppm or less is used as the copper raw material during melting, and to prevent oxygen from entering, atmospheric melting (surface coating with flux, charcoal, etc.), inert atmosphere melting, or reducing gas atmosphere is required. Melt (CO, etc.) and cast. In addition, when using copper with a concentration exceeding 10 ppm as a copper raw material, it is also possible to deoxidize the molten metal with a reducing substance such as carbon or CO to create the same conditions as when oxygen-free copper is used. The alloy of the present invention will be explained below using examples. Examples Ingots having various compositions of the alloys of the present invention shown in Table 1 were melted and cast in a high-frequency melting furnace in air, an inert atmosphere, or a reducing atmosphere. then this
It was hot rolled at 800°C to form a plate with a thickness of 4 mm. Next, this plate is subjected to ordinary pickling treatment, and then cold rolled to a thickness of
It was set to 1.0mm. After further annealing at 750°C for 5 minutes, it was cold rolled into a plate with a thickness of 0.4 mm. Finally, this plate was heat treated at 450°C for 1 hour and used as a sample.
The samples prepared in this way were evaluated by tensile test for strength, softening start temperature at 30 minutes heating time for heat resistance, and electrical conductivity (%) for conductivity (heat dissipation).
IACS). Solderability was tested using the vertical dipping method in a soldering bath (tin 60 - lead 40) at 230℃.
The solder was immersed for a second and the wetting state of the solder was visually observed. Plating adhesion was determined by applying Ag plating to a thickness of 3 μm to a sample, heating it at 450° C. for 5 minutes, and visually observing the number of blisters generated on the surface. These results are shown in Table 1 along with comparative alloys. As shown in Table 1, the alloy according to the present invention has sufficient electrical conductivity, excellent heat resistance, strength, solderability,
It is clear that the alloy of the present invention has both corrosion resistance and plating adhesion, and is an optimal alloy as a lead material for semiconductor devices. Note that Comparative Alloy No. 1 contains more than 10 ppm of oxygen as an impurity, which causes blistering and poor plating adhesion.
【表】【table】
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