JPS61198507A - 電子部品用複合材料及びその製造方法 - 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】 発明の分野 本発明は、ＩＣ等の半導体デバイス用のリードフレーム
材、端子、コネクタ等用のバネ材等に代表される銅−錫
系電子部品用複合材料の改善に関するものであシ、特に
はそうした目的用の銅−ニッケルーニッケル／錫金属間
化合物から成る複合材料及びその製造方法に関する。

発明の背景 従来、リードフレーム材としてセラミックと封止性の良
好な高ニッケル合金（ｒｅ−Ｎ１合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金）′が使用されてきたが、近年半導体回路の高密
度化に伴い、ＩＣ，ＬＳＩ化による半導体素子の小型化
は封止コストの低減化を指向し、更にセラミック封止型
パッケージ以外に、樹脂封止型パッケージの増加を招い
ている。熱放散性の向上も一層求められている。こうし
た理由で、リードフレーム材として銅及び銅合金の使用
が急増しつつある。リードフレーム材として銅及び銅合
金が使用される場合、その耐候性を向上させる為また牛
用付性を向上させる為そのアウターリード部表面に錫或
いは錫合金の層を形成するのが一般である。

また、端子、コネクター等のｉ触子用バネ材として岐近
では、銅或いは銅合金−調成いは錫合金複合飼料が用い
られている。例えば、自動車電装用ジヨイントボックス
においては、熱放散性及び耐食性に優れたバネ材として
の銅合金母材に接触抵抗を減少させる表面接点金属とし
て錫または錫合金をめっきしたものが主として用いられ
ている。

斯様に、電子部品用材料として、銅或いは銅合金並びに
調成いは錫合金の持つ特性を利用した銅（合金）−錫（
合金）糸接合材料に対する需要が急増しつつある。

しかしながら、この銅−錫系複合材料の使用下において
幾つかの欠点が認められた。それは、調成いＩＩ′ｉ細
合金めつき層の□剥離と表面酸化の問題である。詳しく
は、リードフレーム材の場合、無酸素銅、シん青銅、組
入ヤ銅、鉄人シ銅のような銅或いは銅合金が使用されて
いるがＩＣ等の半導体の製造工程において、加熱される
と、銅或いは銅合金の表面が酸化し、樹脂封止性等の品
質を低下させていた。また前記銅或いは銅合金のアウタ
ーリード部分には調成いは錫合金がめつきされるがこう
した材料が電子機器内部に使用されると通電によシ長時
間加熱され、銅と錫の熱拡散の結果、錫（合金）被覆層
が銅（合金）母料よシ剥離する。

従って　ＩＪ　　）ｌ’フレーム材として信頼性の高い
半導体デバイス製造の為には、細（合金）めっき密着性
と耐酸化性を向上させることが必要である。

同様の状況は、接触子等用のバネ材として上記複合材料
を使用する場合にも生じる。例え壷ず、自動車のジヨイ
ントボックスに接触子を組込んで使用する場合、接触子
は約１５０°Ｃ程度に昇渇し、また長期に□わたる振動
を受け、更には腐食性の雰囲気に曝される。従って、接
点金属としてのｆｉ！！（合金）被覆層が母材から剥離
しやすく、表面腐食も起シやすい。こうした剥離や腐食
は接触子にとって致命的障害である。従って、ここでも
、錫（合金）めっき密着性と耐食性とが強く求められる
のである。

発明の目的 上記欠点に艦み、本発明は、従来からの銅或いは銅合金
の、リードフレーム材、バネ材等の電子部品用材料とし
ての優れた特長を維持しつつ、上記調成いは錫合金密着
性及び耐酸化性を向上させることを目的とする。

発明の概要 本発明者は、銅或いは銅合金母材上にニッケル中間層と
錫−ニッケル金属間化合物上被層とを有する形態の複合
材料が、上記目的に好適であることを見出した。錫−ニ
ッケル金属間化合物層はきわめて耐酸化性が強くそして
所定厚のニッケル中間層を介在させることによって錫−
ニッケル金属間化合物上被層はもちろんのこと、その上
に錫あるいは半田層を形成し長時間加熱しても剥離は生
じない。上記形態の複合材料は、ニッケル中間層とその
土に錫表層とを形成した後、加熱処理によシニッケル中
間層の一部を残したまま錫−ニッケル金属間化合物上被
層を形成することによシ好都合に作製しうることも判明
した。

斯くして、本発明は、銅或いは銅合金母材の表面にニッ
ケルの中間層と細−ニッケル金属間化合物上被層とを具
備することを特徴とする電子部品用複合材料を提供する
。更に、本発明は上記複合材料を製造する効果的な方法
として、銅或いは銅合金母材の表面にニッケルの中間層
と錫の表層との２層から成る被覆層を形成した後、加熱
処理を施すことによル該被覆層をニッケル中間層と錫−
ニッケル金属間化合物上被層から成る被覆層に変化させ
ることを特徴とする電子部品用複合材料の製造方法をも
提供する。

具体的説明 本発明の複合材料は、銅或いは銅合金を母材とするもの
であシ、銅或いは銅合金の持つ優れた電気伝導性、熱伝
導性、バネ性等を利用する電子部品用途、特にＩＣ等の
半導体デバイス用リードフレーム材、端子、コネクタの
ような接触子用のバネ材において使用するどとを意図す
るものである。

母材は、用途に応じて選択されるが、例えばリードフレ
ームの場合、無酸素銅、ルん青銅、錫人ル銅、鉄人シ銅
等が多く使用される。バネ材の場合、には、青銅、錫入
シ銅、チタン鋼等が多く使用される。

本発明に従えば、銅或いは銅合金母材上にニッケル中間
Ｊｍが形成される。ニッケル中間層の形成は、電気めっ
き或いは無電解めっきいずれでもよい。例えば、標準ワ
ット浴に有機化合物光沢剤を添加した光沢浴を用いて液
温、流速及び電流密度を適正に選択することによシ光沢
連続高速めつきを行う技術が最近確立されている。

次に、ニッケル中間層の土に上被層として錫−ニッケル
金糾問化合物が被覆される。該上被層は電気めっきによ
って形成しうるが、錫−ニッケル金属間化合物を形成す
る一つの効果的な方法は、ニッケル中間層の上に電気め
っき或いは無電解めっきによシ錫表層を形成し、その後
、加熱処理によって錫−ニッケル間に拡散反応を生ゼし
ぬ、ニッケル中ｎｔｔ層を一部残したまま錫−ニッケル
金属間化合物上被層を形成することである。

ニッケル中間層は、錨−ニッケル金属間化合物上被層の
上に形成される錫あるいは半田被覆層の密着性すなわち
半田耐熱剥離性を向上させる機能があシ、充分なる密着
性を保証する為にはニッケル中間層の厚みが０５μｍ以
上であることが好ましい。、従って、上記拡散法による
場合には、加熱処理後によシ金属間化合物を形成しｆｃ
後に残るニッケル層の厚さが０５μｍ以上となるよう初
期ニッケル被覆厚を余剰に形成しておく必要がある。

ニッケル価格に伴う経済性を考慮してニッケル中間層の
厚さはα５〜２μｍとするのが望ましい。

Ｓ−ニッケル金糾問化合物は極めて耐酸化性が高く、０
．０１μｍ程度の化合物層の厚さで、４６０℃において
５分間の大気加熱によっても有害な酸化膜を生成しない
。一般に、α０１〜１．０μｍの厚さで充分である。

加熱拡散法により金属間化合物を生成する場合、錫表層
が厚いと加熱に際しての金属間化合物形成の点で生産性
が低下する。この点からは、Ｑ、０１〜０．５μｍ程度
の錫表層を最初に形成し、これを加熱処理するのが良い
。ニッケル上の０．０１〜Ｇ、５μｍの錫層は、細の融
点直上まで加熱する、所謂加熱溶融処理（リフロー）に
よυ数秒で金属間化合物を形成するので、きわめて効率
的である。

こうして得られた複合材料は、用途に応じて、適宜の形
状に容易に加工されうる。

発明の効果 耐酸化性とはんだ耐熱剥離性に優れた錫−ニッケル金属
間化合物を銅或いは銅合金母祠に形成することが出来る
ので、本複合材から作られた電子部品（リードフレーム
、接触子）は、厳しい条件においても適正動作し、部品
の信頼性を著しく高める。

実施例 各種電子部品用の銅及び銅合金条にＮｌ中間層と錫層を
下記条件で電気めっきした。

Ｎ１めつき条件 組成Ｎ１８０４６１ｂＯ２４０９／ｌ Ｎ１Ｃｈ　６Ｈ２０４５９／Ｉ Ｈａ　ＢＯｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　５
０９／ノ温度５０℃ 電流密度　５　Ａ／　ｄ　ｍ雪 細めつき条件 組成　８ｎＳＯ４７０９／１ Ｈ２ＢＯ３８（Ｊｌ／１ クレゾールスルホン酸　　　　　　　　８０１１／１ゼ
ラチン　　　　　　　　　　　　　　　２９／１βナフ
トール　　　　　　　　　　　　　　１１１／ｌ温度１
５℃ 電流密度　３Ａ／ｄｍ” こうしてめっきされた条を電気炉において６００℃の炉
内温度で１０秒間保持した後冷却しｍニラ　・ケル金属
間化合物層を形成した。各被覆層の厚さを表１に示す。

これらの複合材の試験片について、大気中４６０□　℃
５分間加熱し、これによル得られた各試験片をセロテー
プによシビーりングテストを行い、該セロテープに付着
した酸化膜の存否によシ、酸化膜□　の形成の有無を調
べた。

また表面に錫−ニッケル金属間化合物層が形成された前
記複声材の表、面にはんだを被覆し、これをさらに大気
中１５０℃で１０００時間加熱した後、それら試験片を
９０°曲げ試験に供し前記はんだ被覆層の剥離を目視判
定することによって、はんだ層の耐熱剥離性を計測した
。これらの結果を表１に示す。

尚、はんだを被覆した条件は次の通シである〇フラック
ス　４０°Ｂｅ塩化亜鉛水浴液はんだ　　　８ｎ６０／
Ｐｂ４０ はんだ浴温　２３０°Ｃ 比較例 実施例で用いた電子部品用銅合金に、ニッケルとニッケ
ルー錫金属間化合物の被覆層を形成させずに、前記実施
例と同様の酸化膜形成の有無の試験とはんだ層の耐熱剥
離性の試験を行った。その結果を同じく表１に示す。

以上の本発明品は実施例および比較例から明らかなよう
に、耐酬化性とはんだ耐熱剥）ｉ１１性に優れ　−てい
る。

手続補正書 昭和６０年６月１４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）銅或いは銅合金母材の表面にニッケルの中間層と錫
   −ニッケル金属間化合物上被層とを具備することを特徴
   とする電子部品用複合材料。 ２）銅或いは銅合金母材の表面にニッケルの中間層と錫
   の表層との２層から成る被覆層を形成した後、加熱処理
   を施すことにより該被覆層をニッケル中間層と錫−ニッ
   ケル金属間化合物上被層から成る被覆層に変化させるこ
   とを特徴とする電子部品用複合材料の製造方法。