(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、Ｎｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、残部がＣｕと不可避不純物からなり、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、かつ結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍであることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金。
【請求項２】
質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、さらにＣｏ、Ｍｇのうち少なくとも一種を総量で０．０１〜２．０％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなり、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍであることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金。
【請求項３】
質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成の銅合金を溶製し、熱間圧延後の冷却速度を７００℃から３００℃の温度範囲で１℃／秒以上とし、５０％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼鈍を４００〜６５０℃で１〜７２０分間行い、この焼鈍後、続いて圧下率１０％以上の最終の冷間圧延を行い、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、かつ結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍである材料を得ることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金の製造方法。
【請求項４】
質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、さらにＣｏ、Ｍｇのうち少なくとも一種を総量で０．０１〜２．０％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成の銅合金を溶製し、熱間圧延後の冷却速度を７００℃から３００℃の温度範囲で１℃／秒以上とし、５０％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼鈍を４００〜６５０℃で１〜７２０分間行い、この焼鈍後、続いて圧下率１０％以上の最終の冷間圧延を行い、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、かつ結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍである材料を得ることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金の製造方法。
【請求項５】
最終圧延後に３００〜７５０℃で５〜８０秒間のアニール処理を行う請求項３又は４記載のエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体機器のリードフレームに適したエッチング加工性に優れた銅合金とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体機器のリードフレームには４２合金（Ｆｅ−４２Ｎｉ）などのＦｅ−Ｎｉ合金をプレス打ち抜き加工もしくはエッチング加工したものが使用されていた。しかし、ＬＳＩの高密度化に伴ってリードフレームの多ピン化が進み、高熱伝導性、高電気伝導性が必要とされ、Ｆｅ−Ｎｉ合金よりも熱・電気伝導性に優れた各種銅合金が使用されるようになっている。また、多ピン化されたリードフレームは、そのパターンの多様性の面からエッチング加工がより多く用いられるようになっている。従って、銅合金リードフレームのエッチング加工性の向上が要求されている。
【０００３】
ここで、エッチング加工性の向上は、エッチング加工後の寸法精度の向上であり、エッチング速度および微細加工性を向上させることが重要である。エッチング加工における微細加工性には、
（１）断面形状の直線性が良好であること、
（２）局所的なオーバーエッチが発生しないこと、
が要求される。
【０００４】
これに対して、現在エッチング加工における微細加工性を向上させるために、レジストパターンの解像度の向上やレジスト膜と銅合金表面との密着性の改良が行われている。しかしながら、実際には材料の貫通過程において、サイド方向へエッチング反応が進行し、断面形状の直線性が悪くなるという問題がある。
【０００５】
また、現在一般的に用いられているＣｕ−Ｃｒ−Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系などのリードフレーム用銅合金では、エッチング加工における微細加工性およびエッチング速度の向上が要求されているのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の問題点に対して、エッチング加工におけるエッチング速度を向上させ、かつ材料の貫通過程におけるサイド方向への反応を抑制し、局所的なオーバーエッチの防止を行うためには、材料の構成要素を改良していくことが不可欠である。
【０００７】
本発明は、エッチング加工性に対する銅合金の添加成分、析出物の粒径および結晶粒径の効果を定量的に詳しく調査することによって、エッチング加工における微細加工性、エッチング速度に優れ、さらに強度等に優れたリードフレーム用銅合金とその製造方法を提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、エッチング加工における微細加工性やエッチング速度に優れ、さらに強度に優れたリードフレーム用銅合金を開発すべく、種々の添加成分や析出物粒径、結晶粒径の効果を鋭意検討したところ、質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５．〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率が１０〜５０であり、残部がＣｕと不可避不純物からなり、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍである銅合金がエッチング加工性に優れ、かつ強度に優れていることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、エッチング加工性に優れ、かつ強度的にも優れていて、リードフレームに適した銅合金とその製造方法であり、次のものである。
（１）質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、Ｎｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、残部がＣｕと不可避不純物からなり、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、かつ結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍであることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金。
（２）質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、さらにＣｏ、Ｍｇのうち少なくとも一種を総量で０．０１〜２．０％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなり、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍであることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金。
（３）質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成の銅合金を溶製し、熱間圧延後の冷却速度を７００℃から３００℃の温度範囲で１℃／秒以上とし、５０％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼鈍を４００〜６５０℃で１〜７２０分間行い、この焼鈍後、続いて圧下率１０％以上の最終の冷間圧延を行い、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、かつ結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍである材料を得ることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金の製造方法。
（４）質量％において、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｓｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．２０％を含有し、かつＮｉ／Ｐの質量百分率の比が１０〜５０であり、さらにＣｏ、Ｍｇのうち少なくとも一種を総量で０．０１〜２．０％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成の銅合金を溶製し、熱間圧延後の冷却速度を７００℃から３００℃の温度範囲で１℃／秒以上とし、５０％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼鈍を４００〜６５０℃で１〜７２０分間行い、この焼鈍後、続いて圧下率１０％以上の最終の冷間圧延を行い、析出物の大きさが１００ｎｍ以下であり、かつ結晶粒径が板厚方向に０．５〜１５μｍである材料を得ることを特徴とするエッチング加工性に優れたリードフレーム用銅合金の製造方法。
（５）最終圧延後に３００〜７５０℃で５〜８０秒間のアニール処理を行う上記（３）〜（４）に記載の銅合金の製造方法。
【００１０】
次に、本発明成分範囲の限定理由等について説明する。ＮｉはＣｕマトリックス中に固溶して、マトリックスのエッチング速度の増大をもたらす。また、強度を向上させ、さらにＰ化合物を形成して分散析出することにより、導電率や耐熱性等を向上させる。このように、Ｎｉはエッチング速度の向上とともにリードフレームとして要求される特性の向上に効果がある。ただし、０．５％未満では所望の効果は得られず、３．０％を越えると効果が飽和し、微細加工性に悪影響を及ぼすことから、好ましいＮｉの範囲としては、０．５〜３．０
質量％である。
【００１１】
ＳｎはＣｕマトリックス中に固溶し、強度を向上させる働きがある。ただし、０．５％未満では所定の効果は得られず、２．０％を越えるとエッチング速度および微細加工性に悪影響を与えることから、好ましいＳｎの範囲としては、０．５〜２．０質量％である。
【００１２】
Ｐは溶湯の脱酸剤として作用すると共に、Ｎｉと化合物を形成して分散析出することにより、エッチング加工における微細加工性を向上させるとともに、導電率、強度等も向上させる。ただし、０．００５％未満では所望の効果が得られず、０．２０％を越えると効果が飽和してしまうので、好ましいＰの範囲としては０．００５〜０．２０質量％である。
【００１３】
析出物の大きさ及びＮｉ／Ｐの質量百分率比はエッチング加工における微細加工性および速度、導電率、強度等に影響する。析出物の大きさが１００ｎｍを越える場合には微細加工性エッチング速度、導電率、強度等に悪影響を及ぼすことから、好ましい析出物の大きさは１００ｎｍ以下であり、更に好ましい析出物の大きさは１０〜５０ｎｍである。また、好ましいＮｉ／Ｐの質量百分率比は１０〜５０である。
【００１４】
さらに、副成分として、Ｃｏ又はＭｇのうち少なくとも一種を含有させると、エッチング速度や微細加工性に効果があり、また強度を向上させる。ただし、総量０．０１％未満では所望の効果が得られず、２．０％を越えると効果が飽和し、また微細加工性に悪影響を与えることから、好ましい含有量として０．０１〜２．０質量％である。
【００１５】
また、結晶粒径の大きさは深さ方向のエッチング速度および強度等に影響する。結晶粒径の板厚方向の大きさが１５μｍを越えるとエッチング速度が低下し、強度も低下する。結晶粒径の板厚方向の大きさが０．５μｍ未満ではエッチング速度への効果は飽和し、生産性も低下するために、好ましい結晶粒径の大きさは板厚方向に０．５〜１５μｍである。
【００１６】
次に、本願発明における銅合金の製造方法について説明する。結晶粒径を０．５〜１５μｍにするために、最終圧延工程前における焼鈍条件を３００〜７００℃で０．０１〜１２時間とし、その後に圧下率１０％以上で冷間圧延を行う。
【００１７】
また、１００ｎｍ以下の大きさのＮｉ−Ｐ化合物を分散析出させるためには、まず熱間圧延後の冷却過程で粗大な析出物の形成を防ぎ、さらに冷間圧延で均一な結晶粒径を形成させた後、焼鈍によって析出物を均一微細に析出させる。このための条件は、７００℃から３００℃の温度範囲で冷却速度は１℃／秒以上、圧延加工率は５０％以上、焼鈍条件は４００〜６５０℃で１〜７２０分間である。
【００１８】
そして、微細加工性に悪影響を与える残留応力を取り除くために、最終圧延後に３００〜７５０℃で５〜８０秒間のアニール処理を行うと更に好ましい。以下、本願発明の実施の形態を実施例により説明する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施例
表１のＮｏ．１〜１１に示す組成の銅合金を、高周波溶解炉を用いて溶製し、熱間圧延後、７００℃から３００℃の温度範囲で１℃／秒以上で水冷法を用いて冷却した。その後、Ｎｏ．１〜９及びＮｏ．１１〜１２合金は圧延加工率７５％で、またＮｏ．１０の合金は圧延加工率５０％で冷間圧延を行った。焼鈍条件は、Ｎｏ．１〜８、Ｎｏ．１０〜１２の銅合金で５５０℃で６時間、Ｎｏ．９の合金で６７０℃で１時間とし、その後にＮｏ．１〜９、Ｎｏ．１１〜１２の銅合金を圧延加工率６８％で冷間圧延し、Ｎｏ．１０の銅合金での圧延加工率は７％とした。最終圧延後の低温焼鈍条件は５００℃で５秒間とした。板厚は０．１５ｍｍとした。なお、Ｎｏ．１３〜１６の合金は従来合金である。
【００２０】
厚さ方向の結晶粒径は、板材を埋め込み、板厚方向の結晶粒界を測定して求めた。測定は６個所実施し、その平均を示した。また、析出物の粒径は透過型電子顕微鏡を用いて５万倍で観察し、大きな析出物５個の平均値を示した。
【００２１】
その後、全ての合金についてカゼイン−重クロム酸塩のフォトレジストによって、レジスト幅が０．０５５〜０．０７０ｍｍ、長さが８ｍｍのスリットを作製し、塩化第二鉄溶液を用いてエッチング処理を行った後、以下に示すスリット部分の深さ方向のエッチング速度および微細加工性の評価を行った。
【００２２】
深さ方向のエッチング速度は、片面エッチング処理後の非貫通部分のスリット断面を観察することにより導出した。エッチング処理後のスリットの断面形状を図１に示す。深さ方向エッチング速度はエッチング処理後の深さｄとエッチング時間ｔのとき、ｄ／ｔで表せる。Ｆｅ−４２Ｎｉの深さ方向エッチング速度を１としたときの相対速度を表１に併せて示した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
微細加工性の評価項目として、両面エッチング処理後の貫通されたスリットにおける長手方向直線性（図２〜４参照）および断面形状の直線性（図５〜７参照）について評価を行った。
【００２５】
スリットの長手方向直線性は、オーバーエッチがスリット両端および中央部分に生じておらず、かつ直線性が良いものを○印（図２）とし、直線性は悪いがオーバーエッチがスリット両端のみに生じているものを△印（図３）とした。また、オーバーエッチがスリット両端および中央部分に生じているものは×印（図７）として評価を行った。
【００２６】
断面形状の直線性は、図５〜７に示すように表裏のエッジ部分が共に突出していないものを○印（図５）とし、表面または裏面のみが突出しているものを△印（図６）とした。さらに、表裏ともに突出しているものを×印（図７）として評価を行った。深さ方向のエッチング速度の結果と共に、スリットの長手方向直線性および断面形状直線性の評価結果を表１に併せて示す。
【００２７】
表１から、本発明合金に係るＮｏ．１〜６の合金では、深さ方向エッチング速度が大きく、さらに長手方向の直線性と断面形状の直線性に優れていることが分かる。これに対して、Ｎｉの含有量が本発明合金よりも多い比較合金Ｎｏ．７では、深さ方向エッチング速度、スリット長手方向直線性および断面形状直線性が劣っている。
【００２８】
Ｓｎの含有量が本発明合金よりも多い比較合金Ｎｏ．８は、深さ方向のエッチング速度、スリット長手方向直線性および断面形状直線性が劣っている。さらにＳｎの含有量が多い従来合金Ｎｏ．１５は、深さ方向のエッチング速度、スリット長手方向直線性および断面形状直線性に著しく劣っている。
【００２９】
Ｐの含有量が本発明合金よりも多い比較合金Ｎｏ．１２は、深さ方向エッチング速度、スリット長手方向直線性および断面形状直線性に劣っている。
【００３０】
Ｎｉ／Ｐの質量百分率の比が本発明合金よりも小さく、析出物粒径が大きい比較合金Ｎｏ．９は、スリット長手方向直線性および断面形状直線性に劣っている。
【００３１】
Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐ以外の添加元素の含有量が０．０１〜２．０％の範囲内の本発明合金Ｎｏ．５〜６は良好なエッチング加工性を示し、強度にも優れている。これに対して、Ｃｏの含有量が本発明合金よりも多い比較合金Ｎｏ．１１では、スリット長手方向直線性に著しく劣っている。
【００３２】
また、板厚方向の結晶粒径が本発明合金よりも大きい比較合金Ｎｏ．１０では、深さ方向のエッチング速度およびスリット長手方向直線性が低下している。
【００３３】
さらに、従来のリードフレーム用銅合金Ｎｏ．１３〜１６は、本発明合金よりも深さ方向エッチング速度および微細加工性が劣っている。
【００３４】
以上より、本発明に係る銅合金は、微細加工性のみならず、深さ方向のエッチング速度に優れ、しかも高強度であることから、エッチング加工用のリードフレーム銅合金として極めて優れている。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る銅合金は、エッチング加工において微細加工性に優れ、かつエッチング速度に優れていることから、本発明の銅合金をエッチング加工に使用することにより、より寸法精度の高い多種多様な多ピンリードフレームを製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  エッチング処理後の断面形状と形状パラメータを示す断面説明図である。
【図２】  微細加工性に係るスリットの長手方向直線性を示す説明図（○印のもの）である。
【図３】  微細加工性に係るスリットの長手方向直線性を示す説明図（△印のもの）である。
【図４】  微細加工性に係るスリットの長手方向直線性を示す説明図（×印のもの）である。
【図５】  微細加工性に係る断面形状直線性を示す説明図（○印のもの）である。
【図６】  微細加工性に係る断面形状直線性を示す説明図（△印のもの）である。
【図７】  微細加工性に係る断面形状直線性を示す説明図（×印のもの）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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