【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
この発明は、ICやLSIなどの半導体装置のCu合
金リード素材に関するものである。
［従来の技術］
従来、一般に、ICやLSIなどの半導体装置の製
造法の一つに、
(a) まず、リード素材とした厚さ：0.1〜0.3mmの
Cu合金条材を用意し、
(b) このリード素材から製造しようとする半導体
装置の形状に適合したリードフレームを打抜き
加工により形成し、
(c) このリードフレームの所定個所に高純度Siや
Ga−Asなどの半導体素子を、Agピーストなど
の導電性樹脂を用いて加熱接着するか、あるい
は予め上記リード素材の片面にめつきしておい
たAu，Ag，Ni，あるいはこれらの複合めつき
層を介して加熱拡散圧着するかし、
(d) 上記の半導体素子とリードフレームとに渡つ
てAu線などによるワイヤボンデイング（結線）
を施し、
(e) 上記の半導体素子、結線、および半導体素子
が取り付けられた部分のリードフレームなど
を、これらを保護する目的でプラスチツク封止
し、
(f) 最終的に、上記リードフレームにおける相互
に連なる部分を切除してリード材とする、
以上(a)〜(f)の主要工程からなる方法が知られてい
る。
したがつて、半導体装置のリード材となるCu
合金リード素材には、
(1) 良好なプレス打ち抜き性、
(2) 半導体素子の加熱接着あるいは加熱拡散圧着
に際して熱歪および熱軟化が生じない耐熱性、
(3) 良好な放熱性と導電性、
(4) 半導体装置の輸送あるいは電気機器への組込
みに際して曲がりや繰り返し曲げによつて破損
が生じない強度、
が、要求され、特性的には、
引張強さ、：50Kgｆ／mm2以上、
伸び：４％以上、
導電率（放熱性、すなわち熱伝導性は導電率で
換算評価される）：13％IACS以上、
軟化点（耐熱性の評価に用いられる）：350℃以
上、
を具備することが必要とされるが、これらの特性
を有するCu合金リード素材としては材料的に多
数のものが提案され、実用に供されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、近年の半導体装置における集積度の
益々の向上に伴つて、Cu合金リード素材には、
上記の特性を具備した上で、さらに高い放熱性、
すなわち導電性が要求されるようになつており、
この要求に十分対応できる特性を具備したCu合
金リード素材の開発が強く望まれている。
（問題点を解決するための手段）
そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、半導体装置用Cu合金リード素材に要求され
る特性を具備した上で、さらに一段とすぐれた導
電性を有するCu合金リード素材を開発すべく研
究を行なつた結果、重量％で（以下％は重量％を
示す）、
Mg：0.25〜0.85％、
Ｐ：0.02〜0.7％、
Sn：0.05〜0.5％、
を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組
成を有するCu合金で構成されたリード素材は、
引張強さ、：54Kgｆ／mm2以上、
伸び：10％以上、
導電率：54％IACS以上、
軟化点：375℃以上、
の特性を有し、これらの特性を具備するCu合金
リード素材は、集積度の高い半導体装置のリード
材として十分満足する性能を発揮するという知見
を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成を上記の通りに限定
した理由を説明する。
(a) Mg
Mg成分には、高い導電性を保持した状態で、
強度および軟化点を向上させる作用があるが、そ
の含有量が0.25％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方その含有量が0.85％を越えると
導電性に悪影響が現われるようになることから、
その含有量を0.25〜0.85％と定めた。
(b) Ｐ
Ｐ成分には、特に導電性を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.02％未満では、導電性に所
望の向上効果が得られず、一方その含有量が0.7
％を越えると、かえつて導電性に悪影響が現われ
るようになることから、その含有量を0.02〜0.7
％と定めた。
(c) Sn
Sn成分には、強度と軟化点を一段と向上させ
る作用があるが、その含有量が0.05％未満では前
記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含
有量が0.5％を越えると導電性に悪影響を及ぼす
ようになることから、その含有量を0.05〜0.5％
と定めた。
［実施例］
つぎに、この発明のCu合金リード素材を実施
例により具体的に説明する。
通常の低周波溝型誘導炉を用い、それぞれ第１
表に示される成分組成をもつたCu合金溶湯を調
製し、半連続鋳造法にて、厚さ：150mm×幅：400
mm×長さ：1500mmの寸法をもつた鋳塊とした後、
この鋳塊に圧延開始温度：800℃にて熱間圧延を
施して厚さ：11mmの熱延板とし、ついで水冷後、
前記熱延板の上下両面を0.5mmづつ面削して厚
さ：10mmとし、引続いてこれに通常の条件で冷間
圧延と焼鈍を交互に繰返し施し、仕上圧延率：70
％にて最終冷間圧延を行なつて厚さ：0.25mmの条
件とし、最終的に250〜350℃の範囲内の所定温度
に15分間保持の歪取り焼鈍を施すことによつて本
発明Cu合金リード素材１〜７をそれぞれ製造し
た。
ついで、この結果得られた本発明Cu合金リー
ド素材１〜７について、引張強さ、伸び、導電
率、および軟化点を測定すると共に、はんだ密着
性試験を行なった。
なお、はんだ密着性試験は、予めフラツクス処
理した試験片に、230℃に加熱溶融した60％Sn−
40％Pbのはんだ融液に５秒間浸漬の条件ではん
だめつきを施し、引続いて大気中で150℃の温度
に1000時間保持の条件で加熱し、加熱後の試験片
に180度の折り曲げ後、再び元に戻す曲げ加工を
加え、試験片曲げ部のはんだめつきの剥離状況を
観察することによつて行なつた。
[Industrial Application Field] This invention relates to a Cu alloy lead material for semiconductor devices such as ICs and LSIs. [Conventional technology] Conventionally, one of the methods for manufacturing semiconductor devices such as ICs and LSIs is: (a) First, a lead material with a thickness of 0.1 to 0.3 mm is
Prepare a Cu alloy strip, (b) form a lead frame by punching that matches the shape of the semiconductor device to be manufactured from this lead material, and (c) attach high-purity Si or
Semiconductor elements such as Ga-As are heat bonded using conductive resin such as Ag pie-st, or Au, Ag, Ni, or a combination of these is plated on one side of the lead material in advance. (d) Wire bonding (connection) using Au wire, etc. between the above semiconductor element and lead frame.
(e) encapsulating the above semiconductor element, wiring, and the lead frame where the semiconductor element is attached with plastic for the purpose of protecting them; A method is known that consists of the main steps (a) to (f) above, in which the part connected to the lead material is cut out to form a lead material. Therefore, Cu, which is the lead material for semiconductor devices,
The alloy lead material has (1) good press punchability, (2) heat resistance that does not cause thermal distortion or thermal softening during heat bonding or heat diffusion compression bonding of semiconductor elements, (3) good heat dissipation and conductivity, (4) Strength that prevents damage from bending or repeated bending when transporting semiconductor devices or incorporating them into electrical equipment is required, and the characteristics include: Tensile strength: 50 kgf/mm 2 or more; Elongation: 4% or more, electrical conductivity (heat dissipation, that is, thermal conductivity is evaluated in terms of electrical conductivity): 13% IACS or more, softening point (used to evaluate heat resistance): 350℃ or more. Many materials have been proposed and put into practical use as Cu alloy lead materials having these characteristics. [Problems to be solved by the invention] However, with the increasing degree of integration of semiconductor devices in recent years, Cu alloy lead materials have
In addition to having the above characteristics, even higher heat dissipation,
In other words, conductivity is now required,
There is a strong desire to develop a Cu alloy lead material that has properties that can meet these demands. (Means for Solving the Problems) Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors have developed a Cu alloy lead material for semiconductor devices that has the characteristics required and has even better conductivity. As a result of conducting research to develop a Cu alloy lead material that has the following properties, we found that, in weight percent (hereinafter % indicates weight percent), Mg: 0.25 to 0.85%, P: 0.02 to 0.7%, Sn: 0.05 to 0.5%, The lead material is made of a Cu alloy with a composition of Cu and unavoidable impurities.Tensile strength: 54Kgf/ mm2 or more, elongation: 10% or more, electrical conductivity: 54%IACS or more, Softening point: 375°C or higher, and we have found that a Cu alloy lead material with these characteristics exhibits sufficiently satisfactory performance as a lead material for highly integrated semiconductor devices. This invention was made based on the above knowledge, and the reason why the component composition was limited as described above will be explained below. (a) Mg The Mg component has high conductivity and
It has the effect of improving strength and softening point, but if its content is less than 0.25%, the desired effect will not be obtained, while if its content exceeds 0.85%, it will have an adverse effect on conductivity. Therefore,
Its content was set at 0.25-0.85%. (b) P The P component has the effect of particularly improving conductivity, but if its content is less than 0.02%, the desired effect of improving conductivity cannot be obtained;
If the content exceeds 0.02 to 0.7%, the conductivity will be adversely affected.
%. (c) Sn The Sn component has the effect of further improving strength and softening point, but if its content is less than 0.05%, the desired effect of improving the above effects cannot be obtained; If the content exceeds 0.05% to 0.5%, it will have a negative effect on conductivity.
It was determined that [Example] Next, the Cu alloy lead material of the present invention will be specifically explained using Examples. Using an ordinary low frequency groove induction furnace, the first
A Cu alloy molten metal having the composition shown in the table was prepared and cast using a semi-continuous casting method to a thickness of 150 mm x width of 400 mm.
After making an ingot with dimensions of mm x length: 1500 mm,
This ingot was hot-rolled at a rolling start temperature of 800°C to form a hot-rolled plate with a thickness of 11 mm, and then water-cooled.
Both the upper and lower sides of the hot-rolled plate were faceted by 0.5 mm each to a thickness of 10 mm, and then cold rolling and annealing were alternately repeated under normal conditions to achieve a finishing rolling rate of 70.
% to a thickness of 0.25 mm, and finally subjected to strain relief annealing at a predetermined temperature within the range of 250 to 350°C for 15 minutes. Alloy lead materials 1 to 7 were manufactured, respectively. Next, the resulting Cu alloy lead materials 1 to 7 of the present invention were measured for tensile strength, elongation, electrical conductivity, and softening point, and also subjected to a solder adhesion test. In addition, in the solder adhesion test, 60% Sn− heated and melted at 230°C was applied to a test piece that had been fluxed in advance.
Soldering was performed by dipping in a 40% Pb solder melt for 5 seconds, followed by heating in the air at a temperature of 150°C for 1000 hours, and after heating, the test piece was bent at 180 degrees. After that, the test piece was bent again to its original state, and the peeling of the solder at the bent portion of the test piece was observed.
〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕
第１表に示される結果から、本発明Cu合金リ
ード素材は、
引張強さ：54Kgｆ／mm2以上、
伸び：10％以上、
導電率：54％IACS以上、
軟化点：375℃以上、
の特性、並びにすぐれたはんだ密着性を有し、高
集積度の半導体装置のリード素材に要求される特
性を具備することが明らかである。
上述のように、この発明のCu合金リード素材
は、通常の半導体装置のCu合金リード素材に要
求される強度、伸び、および軟化点を具備した上
で、さらに一段とすぐれた導電性を有し、良好な
スタンピング性およびエツチング性を具備するこ
とと合まつて、通常の半導体装置は勿論のこと、
集積度の高い半導体装置のリード素材としてすぐ
れた性能を発揮するものである。
From the results shown in Table 1, the Cu alloy lead material of the present invention has the following properties: tensile strength: 54 Kgf/mm 2 or more, elongation: 10% or more, electrical conductivity: 54% IACS or more, softening point: 375°C or more. It is clear that the material has excellent solder adhesion and has properties required for lead materials for highly integrated semiconductor devices. As mentioned above, the Cu alloy lead material of the present invention not only has the strength, elongation, and softening point required of Cu alloy lead materials for ordinary semiconductor devices, but also has even better conductivity. In addition to having good stamping and etching properties, it can be used not only for ordinary semiconductor devices but also for
It exhibits excellent performance as a lead material for highly integrated semiconductor devices.