DE3332482A1

DE3332482A1 - Kupferlegierung mit hoher oxidationsbestaendigkeit, die sich fuer leiter in halbleitervorrichtungen eignet, und diese legierung enthaltendes verbundmaterial

Info

Publication number: DE3332482A1
Application number: DE19833332482
Authority: DE
Inventors: Kunio Ohmiya Saitama Kishida; Masaki Iwatsuki Saitama Morikawa; Hideaki Kasukabe Saitama Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1982-10-19
Filing date: 1983-09-08
Publication date: 1984-04-19
Also published as: GB2131831A; GB8323876D0; US4632806A; GB2131831B; JPS5976453A; JPS6252464B2; US4525434A; DE3332482C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupferlegierung mit hoher Oxidationsbeständigkeit, die sich zur Verwendung für Leiter bzw. Leiterbahnen in Halbleitervorrichtungen eignet, sowie ein Verbundmaterial, das diese Kupferlegierung enthält.

Halbleitervorrichtungen, wie integrierte Schaltungen (ICs) und integrierte Großschaltungen (LSIs) werden mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt, für das die nachstehenden Verfahrensschritte typisch sind:

(a) Herstellen eines Leitermaterials aus einem Streifen einer Dicke von 0,1 bis 0,3 mm;

(b) Ausstanzen eines Leiterrahmens entsprechend der Gestalt der herzustellenden Halbleitervorrichtung;

(c) Auftragen von Halbleiterelementen aus hochreinem Si oder Ge auf vorbestimmte Bereiche des Leiterrahmens durch Heißpressen (Thermokompression) mit einem elektrisch leitfähigen Harz, wie Silber-Paste,oder durch Diffusion durch eine Plattierungsschicht aus Au, Ag, Ni oder deren

-A-

Legierungen, die auf einer Oberfläche des Leitermaterials ausgebildet ist und die auf eine Temperatur von 35O°C oder darüber erhitzt ist, oder durch Auflöten mit einer binären eutektischen Legierung/ wie Au-Si oder Au-Ge;

(d) Verbinden der Halbleiterelemente mit dem Leiterrahmen durch Golddrähte (Verbindungsstufe);

(e) Umschließen der Halbleiterelemente/ Golddrähte und Teile des Leiterrahmens, mit dem die Halbleiterelemente verbunden worden sind, mit einer Schutz-Umhüllung aus Kunststoff oder keramischem Material;

(f) Entfernen von nicht erforderlichen Teilen des Leiterrahmens zur Ausbildung von gesonderten Leiterbahnen; und

(g) Aufbringen eines Lötmittels auf die Füsse der

Leiter, um den Anschluß der Halbleitervorrichtung an dem Substrat zu ermöglichen.

Das Material, aus dem die Leiter in Halbleitervorrichtungen hergestellt werden, muß verschiedenen Anforderungen

20 genügen : 1) Gute Stanzbarkeit, 2) ausreichende Wärmebeständigkeit, um eine Deformation und Erweichung unter der Wärmeeinwirkung zu vermeiden, die beim Verbinden der Leitungen mit den Halbleitervorrichtungen stattfindet, 3) gute Wärmeleitung und elektrische Leitfähigkeit,

und 4) ausreichend hohe Festigkeit, um ein Brechen

durch das Biegen oder andere mechanische Beanspruchungen zu vermeiden, die während des Transports der Halbleitervorrichtungen oder ihres Einbaus in elektrische Maschinen einwirken.

30 Ausgedrückt als charakteristische Werte von Eigenschaften muß das Material eine Zugfestigkeit von mindestens 28 kg/mm² eine Vickers-Härte von mindestens 80, eine Dehnung von mindestens 2 %, eine elektrische Leitfähigkeit (die ein Zeichen für die Wärme-Ableitung bzw. -Leitfähigkeit ist) von

mindestens 2 % IACS und einen Erweichungspunkt (ein Maß für die Wärmebeständigkeit) von mindestens 35O°C aufweisen, übliche Materialien, welche diese Erfordernisse erfüllen, sind Kupferlegierungen, wie Fe-dotiertes Kupfer, Phosphorbronze und Ag-dotiertes Kupfer.

Diese Materialien haben hohe elektrische Leitfähigkeit und daher auch gute Wärmeleitung, jedoch ist ihre Oxidationsbeständigkeit so gering, daß aus ihnen hergestellte Leiter einen Oxidfilm ausbilden, wenn sie durch Löten bzw. Schweißen mit Halbleitervorrichtungen verbunden werden oder wenn die letzteren mit Kunststoffen umhüllt werden. Dieser Oxidfilm muß entfernt werden, bevor die Leitungen mit einem Lötmittel überzogen werden oder an dem Substrat jeder Halbleitervorrichtung angelötet werden. Um jedoch den Oxidfilm zu entfernen, müssen übliche Flußmittel, die korrosive Einwirkung auf die Halbleitervorrichtung zeigen, durch nicht korrosive Flußmittel ersetzt werden. Nicht korrosive Flußmittel haben jedoch sehr geringe Wirksamkeit und sind nicht befähigt, den Oxidfilm vollständig zu entfernen. Aus diesem Grund muß daher bei nahezu jeder Halbleiter-Herstellung auf chemische Behandlungen zurückgegriffen werden, wie die Reinigung mit Säuren, um den Oxidfilm zu entfernen. Diese Methode hat jedoch einen schwerwiegenden Nachteil :

Es ist sehr schwierig, nur den Fußteil der Leitungen mit Säurelösungen zu behandeln, was zu Schwierigkeiten im Hinblick auf die Qualitätskontrolle, die Ausbeute und die Kosten des Verfahrens führt.

Die Anmelderin hat die verschiedensten Untersuchungen zur Auffindung eines Materials durchgeführt, welches die Erfordernisse erfüllt, die an übliche Materialien für Leitungen in Halbleitervorrichtungen gestellt werden und welches darüber hinaus hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist und keinen Oxidfilm bildet, wenn aus diesem Materia bestehende Leiter oder Leiterbahnen durch Schweißen bzw.

Löten mit der Halbleitervorrichtung verbunden werden oder wenn diese mit Kunststoffen umhüllt bzw. in Kunststoffe eingebettet wird.

Dabei wurde gefunden, daß dieses Problem mit Hilfe einer Kupferlegierung gelöst werden kann, die im wesentlichen aus 7 bis 15 Gew.-% Mn, 10 bis 30 Gew.-% Zn, 0,2 bis 10 Gew.-% Ni und 0,1 bis 3 Gew.-% Al und gegebenenfalls 0,2 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Co und Sn, wobei der restliche Anteil aus Kupfer und

10 zufälligen Verunreinigungen besteht, gebildet ist.

Diese Legierung genügt allen Anforderungen, welche von den üblichen Materialien für Leiter in Halbleitervorrichtungen erfüllt werden und hat jedoch gleichzeitig eine so hohe Oxidationsbeständigkeit, daß kein oder nur ein äußerst geringfügiger Oxidfilm gebildet wird, wenn aus diesem Material bestehende Leiter durch Schmelzbonden mit der Halbleitervorrichtung verbunden werden oder wenn die Halbleitervorrichtung in Kunststoffe eingebettet wird. Es ist daher keine chemische Behandlung, wie eine Reinigung mit Säuren, erforderlich, bevor der Leiter in der Endstufe der Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Lötmittel überzogen wird und der gewünschte Lötmittelüberzug kann unter einfacher Verwendung eines nicht korrosiven Flußmittels ausgebildet werden.

25 Es wurde außerdem gefunden, daß ähnliche Ergebnisse

mit Hilfe eines Verbundmaterials erhalten werden können, dessen Substrat aus reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung, wie einer Phosphorbronze, Ag-, Cr-, Zr- oder Fe-dotiertem Kupfer besteht und dessen Plattierungsauflage oder teilweise Plattierungsauflage (d.h. eine Auflage, die nur den Oberflächenbereich bedeckt, der mit Lötmittel überzogen werden soll) aus einer Kupferlegierung der vorstehend definierten Zusammensetzung besteht. In einem solchen Verbundmaterial gewährleistet das Substrat die

hohe elektrische Leitfähigkeit (und daher gute Wärmeleitung) und die Auflage gewährleistet die hohe Oxidationsbeständigkeit .

Die vorliegende Erfindung beruht auf den beschriebenen Erkenntnissen. Nachstehend wird die kritische Bedeutung der einzelnen Komponenten in der Zusammensetzung der Kupferlegierung beschrieben, die entweder für sich oder als Plattierungsauflage angewendet wird.

(a) Mn

Mangan erhöht die Festigkeit der Legierung und verhindert weitgehend die Ausbildung eines Oxidfilms in Gegenwart von Zink. Wenn der Mangangehalt weniger als 7 Gew.-% beträgt, können die angestrebten Vorteile nicht erhalten werden. Wenn der Mangangehalt 15 Gew.-% überschreitet, treten Schwierigkeiten beim Schmelzen des Gemisches der Legierungselemente auf und die Kaltverformbarkeit der gebildeten Legierung wird vermindert. Für den Mangangehalt ist daher ein Bereich von 7 bis 15 Gew.-% definiert.

(b) Zn

Wie bereits erwähnt, hat Zink die Fähigkeit, die Bildung eines Oxidfilms in Gegenwart von Mangan zu unterdrücken. Außerdem erhöht Zink die Festigkeit der Legierung und vermindert Gußfehler wegen seiner Fähigkeit, während des Schmelzens eine Dehydrierung zu bewirken. Wenn der Zinkgehalt weniger als 10 Gew.-% beträgt, werden seine beabsichtigten Vorteile nicht erzielt. Wenn sein Gehalt 30 Gew.-% überschreitet, wird keine große Verbesserung der Festigkeit mehr erzielt, jedoch zeigt andererseits die gebildete Legierung eine sehr geringe Duktilität und eignet sich nicht sehr gut für die Verformung bzw. Bearbeitung, wie Walzen. Der Zinkgehalt ist daher definiert als ein Wert im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%.

(c) Ni

Nickel ist ein Element, welches erhöhte Festigkeit und Wärmebeständigkeit verursacht. Wenn sein Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, wird dieser Vorteil nicht erreicht und wenn sein Gehalt 10 Gew.-% überschreitet, ist die gebildete Legierung nicht sehr gut geeignet zur Verformung, wie Walzen. Der Nickelgehalt ist daher als ein Wert im Bereich von 0,2 bis 10 Gew.-% definiert.

(d) Al

Aluminium ist ein wirksames Element für eine wesentliche Erhöhung der Festigkeit und Wärmebeständigkeit der Legierungen. Es dient außerdem als wirksames Desoxidationsmittel während des Schmelzens und fördert die Herstellung eines brauchbaren Gusses. Wenn jedoch der Aluminiumgehalt weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, können die gewünschten Wirkungen nicht erzielt werden und wenn sein Gehalt 3 Gew.-% überschreitet, ist die gebildete Legierung nicht sehr gut geeignet für die Verformung, wie durch Walzen. Der Aluminiumgehalt ist daher auf einen Wert

20 im Bereich von 0,1 bis 3 Gew.-% festgelegt.

(e) Fe, Co und Sn

Diese Elemente sind wirksam zum Erzielen einer weiteren Erhöhung der Festigkeit der Legierung und können zugesetzt werden, wenn eine höhere Festigkeit erforderlich ist. Dieser Vorteil wird jedoch nicht erreicht, wenn ihr Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt. Wenn andererseits der Gehalt an Fe, Co oder Sn 3 Gew.-% überschreitet, eignet sich die gebildete Legierung nicht sehr gut zur Verformung, wie durch Walzen. Ihr Höchstgehalt beträgt daher 3 Gew.-% und vorzugsweise ist ihr Gehalt auf den Bereich von 0,2 bis 3 Gew.-% festgelegt.

Die erfindungsgemäße Kupferlegierung und das unter Verwendung dieser Legierung hergestellte Verbundmaterial werden nachstehend ausführlicher anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

5 Beispiel 1

Schmelzen der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen wurden in einem Graphittiegel, der sich in einem üblichen Hochfrequenz-Heizofen befand/ an der Atmosphäre hergestellt. Die Schmelzen wurden mit Hilfe der üblichen kontinuierliehen Gießtechnik .zu Tafeln vergossen (40 mm χ 200 mm χ 3000 mm). Nach dem Schleifen der Oberfläche wurden die Tafeln zu 10 mm dicken Platten heißgewalzt. Die Platten wurden wiederholten Behandlungszyklen aus Kaltwalzen und Blankglühen unterworfen. Die so behandelten Platten bzw. Bleche wurden in 19 halbgehärtete Proben einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,25 mm zerschnitten. 16 dieser Proben waren erfindungsgemäße Proben und die übrigen waren Proben aus den drei Materialien, die üblicherweise für Leiter in Halbleitervorrichtungen verwendet werden, d.h. Fe-dotiertes Kupfer, Phosphorbronze und Ag-dotiertes Kupfer.

Die Zugfestigkeit, Vickers-Härte, Dehnung,-elektrische Leitfähigkeit, der Wärmeausdehnungskoeffizient und Erweichungspunkt der einzelnen Proben wurden gemessen.

Außerdem wurden die Proben an der Atmosphäre während 10, 20 bzw. 30 Minuten bei 250⁰C gehalten (die Temperatur, bei der übliche Halbleiter mit Kunststoffen umhüllt werden) und danach wurde ihre Benetzbarkeit durch Lötmittel unter Verwendung von Kolophonium als nicht korrosives Flußmittel geprüft. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. In dieser Tabelle bedeuten 0 gute Haftung am Lötmittel und X unvollständige Haftung.

Beispiel 2

Schmelzen von Cu und Cu-Legierungen zur Herstellung des Substrats und der Plattierungsschicht mit den in Tabelle angegebenen verschiedenen Zusammensetzungen wurden in einem Graphittiegel, der sich in einem üblichen Hochfrequenz-Heizofen befand, an der Atmosphäre hergestellt. Die Schmelzen wurden mit Hilfe der üblichen kontinuierlichen Gießtechnik zu Tafeln einer Größe von 40 mm χ 200 mm χ 3000 mm vergossen. Nach dem Schleifen der Oberfläche

TO wurden die Tafeln zu 10 mm dicken Platten heißgewalzt. Die Platten wurden wiederholten Behandlungszyklen aus Kaltwalzen und Blankglühen unterworfen. Durch Vereinigen der kaltgewalzten Bleche in den in Tabelle 2 angegebenen Kombinationen wurden 16 halbgehärtete Proben von Verbundmaterialien erhalten, die eine Breite von 30 mm und eine Dicke von 0,25 mm hatten und welche den in Tabelle 2 angegebenen Aufbau hatten (A : das Substrat wurde zwischen 0,025 mm dicke Plattierungsschichten gelegt; B : das Substrat wurde auf einer Seite mit einer 0,03 mm dicken Schicht belegt; C : eine Plattierungsschicht von 7,5 mm Breite und 0,05 mm Dicke wurde längs zwei Seitenstreifen auf eine Oberfläche des Substrats aufgetragen; D : eine 7,5 mm breite und 0,05 mm dicke Plattierungsschicht wurde längs zwei Seitenstreifen auf beide Oberflächen des Substrats aufgetragen; E : das Substrat wurde auf einer Seite mit einer Auflageschicht einer Dicke von 0,05 mm versehen; F : das Substrat wurde in Sandwich-Struktur durch eine 0,05 mm dicke Plattierung eingeschlossen.)

Die einzelnen Verbundmaterialproben wurden im Hinblick auf ihre Zugfestigkeit, Dehnung und Elektroleitfähigkeit geprüft. Außerdem wurde die Vickers-Härte des Substrats und der Plattierungsschicht jeder Probe gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Wie in Beispiel 1

wurden die Verbundmaterialproben während 10, 20 bzw. 30 Minuten an der Atmosphäre bei 25O°C gehalten und danach wurde ihre Benetzbarkeit mit Lötmittel unter Verwendung von Kolophonium als nicht korrosives Flußmittel geprüft. Auch die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt, worin 0 vollständige Haftung am Lötmittel und X unvollständige Haftung am Lötmittel bedeuten.

Zu Vergleichszwecken wurden die Substrate oder die übliehen Proben von Kupferlegierung den gleichen Messungen unterworfen. Die entsprechenden Vergleichsergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt.

TABELLE 1

Proben der Cu- Legie- rung	1	Zusammensetzung (Gew.-%)	Mn	Zn	Ni	Al	Fe	Co	Sn	Cu	Zugfe stig keit (kg/mm²)	Deh nung (%)	Här te (Hv)	elektr. Leit fähig keit (%IACS)	Wärme- ausdeh- nungsko- effizient (10~⁶/°C)	Er- wei- chungs punkt (⁰C)	Benetzbarkeit mit Lötmit--	20 min. Erhit zen	30 min. Erhit zen
erfindunqsgemäße Proben	2	7,3	29,3	3,1	0,9	-	-		Rest	51	2,9	135	2,8	17,0	625	10 min. "Erhit zen	O	0
3	10,2	21,0	3,0	0,8	-	-	-	Rest	52	3,0	135	3,0	17,0	620	0	O	0
4	14,5	10,8	3,3	1,1	-			Rest	50	2,5	130	3,1	17,5	630	0	O	O
5	10.1	24,9	0,3	1,0	-	-	-	Rest	47	2,3	130	2,8	17,5	620	O	0	0
6	9,8	25,3	9,8	1,1	-	-	-	Rest	63	2,0	155	2,7	17,0	680	O	0	O
7	14,2	25,0	2,0	0,2	-	-	-	Rest	55	2,1	140	2,8	17,5	635	0	0	O
8	10,4	25,0	3,0	2,8	-	-	-	Rest	58	• 2,1	145	2,6	17,0	660	O	0	O
9	10,1	25,2	5,3	0,8	0,3	-	-	Rest	56	2,3	142	2,7	17,1	663	O	0	O
10	9,8	24,7	5,0	0,9	1,0	0,4	-	Rest	58	2,2	145	2,5	17,1	680	O	0	0
11	10,3	24,9	4,3	0,7	2,5	-	0,2	Rest	59	2,0	149	2,7	17,0	673	O	0	O
12	10,2	25,1	4,1	0,7	0,5	1,1	0,9	Rest	63	2,1	155	2,8	17,3	682	O	0	0
9/7	24,8	4,5	0,8	-	2,8		Rest	62	2,2	153	2,7	17,2	680	0	0	O
O

TABELLE 1 (Fortsetzung)

Proben der Cu- Legie- rung	13	Zusarnmensetzung (Gew. -%)	Mn	Zn	Ni	Al	Fe	Co	Sn	Cu	Zugfe stig keit (kg/mm²)	Deh nung (%)	Här te (Hv)	elektr. Leit fähig keit (%IACS)	Wärme- ausdeh- nungsko- effizient (10"⁶/°C)	I Benetzbarkeit mit Lötmittel	10 min. Erhit zen	20 min. Erhit zen	30 min. Erhit zen ι
erfindungs gemäße Proben	14	10,0	25,0	4,4	0,8	-	0,6	2,0	Rest	64	2,1	155	2,9	17,3	Erwei chungs punkt (⁰C)	O	O	0
gebräuch liche Pro ben	15	13,8	18,2	3,1	1,0	IrI	-		Rest	59	2,3	149	2,9	17,1	670	O	O	0
16	10,0	11,0	4,0	0,3	1,0	-	-	Rest	55	2,5	140	3,0	17,5	673	O	O	O
1	10,1	25,5	3,0	0,7	-	-	1,0	Rest	55	2,6'	141	2,9	17,8	660	O	O	0
2	Cu - 0,l%Zn - 2,4%Fe - 0,03%P	41	2,9	120	65,0	16,3	660	X	-	-
3	Cu - 6%Sn - 0\|2%P	65	3,5	150	17,0	16,5	550	X	-	-
Cu - 0,l%Ag	28	• 3,0	82	98,0	17,7	350	X	-	-
350

GO GO GO NJ

TABELLE 2

Proben des Cu- Verbund- raate- rials	1	Substrat Zusammen setzung (Gew.-%)	Zusammensetzung der Plattierung (Gew.-%)	Zn	Ni	Al	Fe	Co	Sn	Cu	Auf bau	Zug festig keit (kg/mm²)	Deh nung (%)'	Härte (Hv)	Plat tie rung	elek trische Leit fähig keit" (%IACS)	Benetzbarkeit mit Lötmittel	ÜO min Er hit zen	30 min Er hit zen
erfindungsgemäße Proben	2	Zn: 0,1, Fe: 2,4, P: 0,03, Cu: Rest (Fe-dotiert tiert)	Mn	29,6	3,0	0,9		-	-	Rest	A	43	2,8	Sub strat	133	52,5	10 min Er hit zen	O	O
3	Sn: 6, P: 0,2, Cu: Rest (Phosphor bronze)	7,4	21,2	3,1	0,8	-		-	Rest	A	43	2,9	121	134	52,6	0	0	O
4	Ag: 0,1, Cu:Rest (Ag-do- tiert)	lOfl	10,9	3,2	1,1	-	-	-	Rest	A	42	2,6	122	131	52,6	0	O	O
5	Cr: 0,8, Cu: Rest (Cr-do- •Mpr+)	14,5	25,1	0,3	1,0	-	-	-	Rest	B	63	3,3	119	133	15,3	0	O	O
6	10,0	25,7	10,1	1,2	-	-	-	Rest	B	64	3,0	150	155	15,2	0	O	O
7	9,8	24,8	2,0	0,2	-	-	-	Rest	B	63	3,1	151	143	15,3	0	O	0
8	14,4	25,0	3,0	2,8	-	-	-	Rest	C	31	2,6	150	141	88,5	0	O	O
9	10,3	25,1	5,3	0,8	0,3			Rest	C	³P	2,8	83	140	88,5	O	O	O
10	10,2	25,0	5,1	0,9	0,8	0 5	-	Rest	C	31	2,8	84	142	88,4	0	O	O
11	9,8	24,8	4,3	0,7	2,4		0,3	Rest	D	50	2,2	83	148	68,5	0	O	O
10,6	25,2	4,0	0,7	0,5	1,1	0,8	Rest-	D	51	2,1	135	154	68,6	O	0	0
10,0	132	O

(Fortsetzung)

Proben des Cu- Verbund- mate- rials	12	Substrat Zusammen setzung (Gew.-%)	Zusammensetzung der Plattierung (Gew.-%)	Zn	Ni	Al	Fe	Co	Sn	Cu	Auf bau	-	Zugfe stig keit (kg/ran²)	Härte Hv	Sub strat	Plat tie rung	elektr. leit fähig keit (%IACS)	Benetzbarkeit mit Lötmittel	20min Er hit zen	30min Er- hit- zen-
erfindup.gsgemäße Proben	13	Zr: 0,5 Cu: Rest (Zr-dotiert	Mn	24,6	4,4	0,8		2,8		Rest	E	-	48	Deh nung (%)	105	153	69,3	1Onin Er hit zen	0	O
I -H	14	sauerstoff freies Cu (reines Cu)	9,8	24,9	4,5	0,7		0,6	2,1	Rest	E	49	2,2	107	154	69,5	0	O '	O
15	Zn: 0,1, Fe: 2,4, P: 0,03, Cu: Rest Fe-do- tiert)	10,1	18,0	3,2	1,0	1,2	-	pm	Rest	F	40	2,2	81	148	61,2.	O	0	O
16	Sn: 6, P: 0,2, Cu: Rest (Phosphor bronze)	.13,9	11,2	3,9	0,3	1,1			Rest	F ·	38	3,6	81	140	61,3	O	O	O
1	9,9	24,8	3,1	0,7	-	-	0,9	[test	F	38	3,5	80	142	61,2	0	0	O
2	9,7	' 39,1	3,5	118	-	65,0	0	X	X
44,6	3,1	149	-	15,1	X	X	X
2,8	X

CO GO CO

(Fortsetzung)

Proben
des Cu-
Verbund-
mate-
rials

3

Substrat-
Zusammen-
setzung
(Gew.-%)

Zusarttnensetzung der
Plattierung (Gew.-%)

Zn

Ni

Al

Fe

Co

Sn

Cu

Auf
bau

Zug
festig
keit
(kg/mm²)

Deh
nung
(%)

Härte
Hv
Sub
strat

Plat
tie
rung

elek
trische
Leit
fähig-
keit
(%IACS)

Benetzbarkeit
mit Lötmittel

20min
Er
hit
zen

30min
Er
hit
zen

übliche Proben

4

Ag: 0,1,
Cu: Rest
(Ag-dotiert

Mn

26,9

3,6

83

-

98,0

10min
Er
hit-

X

Cr: 0,8,
Cu:Rest
(Cr-dotiert

50,1

2,9

135

-

86,2

X

Tabelle 1 zeigt, daß die Proben Nr. 1 bis 16 der erfindungsgemäßen Kupferlegierung gute Eigenschaften im Hinblick auf Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Wärmebeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus zeigten sie gute Benetzbarkeit gegenüber Lötmittel sogar nachdem sie 30 Minuten lang bei 25O°C an der Atmosphäre gehalten worden waren. Die drei üblichen Proben hatten jedoch keine hohe Oxidationsbeständigkeit; wenn sie daher 10 Minuten lang bei 25O°C an der Atmosphäre gehalten wurden, bildete sich ein dicker Oxidfilm, so daß ihre Benetzbarkeit mit Lötmittel vermindert wurde.

Tabelle 2 zeigt, daß die Proben 1 bis 16 des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Verbundmaterials eine Zugfestigkeit von 28 kg/mm² oder darüber, eine Vickers-Härte von 80 oder darüber, eine Dehnung von 2 % oder darüber und eine elektrische Leitfähigkeit von 2 % IACS oder mehr hatten. Darüber hinaus waren sie hochbeständig gegenüber Oxidation und zeigten gute Benetzbarkeit durch Lötmittel. Andererseits zeigten die üblichen Kupferlegierungs-Proben 1 bis 4 geringe Oxidationsbeständigkeit und sehr schlechte Benetzbarkeit durch Lötmittel.

Wegen der beschriebenen Vorteile kann die erfindungsgemäße Kupferlegierung in wirksamer Weise als Material für Leiter bzw. Leiterbahnen in Halbleitern verwendet werden und der Fußbereich der aus dieser Legierung hergestellten Leiter kann mit Lötmittel überzogen oder an dem Substrat eines Halbleiters festgelötet werden, indem lediglich ein nicht korrosives Flußmittel angewendet wird, ohne daß mühsame chemische Behandlungen erforderlich sind.

Die gleichen Ergebnisse können bei Verwendung eines Verbundmaterials erzielt werden, das eine oxidationsbeständige Plattierung bzw. Auflage aus der erfindungsgemässen Legierung zumindest in dem mit Lötmittel zu behandelnde Bereich aufweist.

Claims

I)H1I-. ING. I1ETEK STUIiIII. I)II1L. CIIICM. I)K. IJKSUI-Λ SCIIl)HIiL-IIOI1I I)II1L.-I'UYS. I)K. KOTCKK SCHULZ AUCH KECHTSANWALT HEI DEN 1.ANI)CIiKICIITEN MÜNCHEN I UND II ALSO EUKOI1IiAN PATENT ATTORNEYS TELEFON (089) 223011 TELEX 52140:10 SSSM D TELECOI'IEK 1089) 223915 DEA-13 832 8. September 1983 PATENTANSPRÜCHE

1. Kupferlegierung mit hoher Oxidationsbeständigkeit, die sich zur Verwendung für Leiter bzw. Leiterbahnen in Halbleitervorrichtungen eignet/ dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus
7 bis 15 Gew.-% Mangan,

10 bis 30 Gew.-% Zink, 0,2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,1 bis 3 Gew.-% Aluminium, und

zum restlichen Anteil aus Kupfer und zufälligen Verunreinigungen
besteht.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß sie im wesentlichen aus

7 bis 15 Gew.-% Mangan, 15 10 bis 30 Gew.-% Zink, 0,2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,1 bis 3 Gew,-% Aluminium,

0,2 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Metalle Eisen, Kobalt und Zinn, und
zum restlichen Anteil aus Kupfer und zufälligen

Verunreinigungen besteht.

3. Verbundmaterial, das sich zur Verwendung für Leiter- bzw. Leiterbahnen in Halbleitervorrichtungen eignet, mit einem Substrat aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und guter Wärmeleitung und einer Plattierungsauflage oder teilweisen Auflage aus einer Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet , daß die Plattierungsauflage bzw. teilweise Auflage aus einer Kupferlegierung mit hoher Oxidationsbeständigkeit besteht, die im wesentlichen aus 7 bis 15 Gew.-% Mangan,

zum restlichen Anteil aus Kupfer und zufälligen Verunreinigungen
besteht.

4. Verbundmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Plattierungsauflage bzw. teilweise Auflage aus einer Kupferlegierung mit hoher Oxidations-

20 beständigkeit gebildet ist, die im wesentlichen aus

7 bis 15 Gew.-% Mangan, 10 bis 30 Gew.-% Zink,
0,2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,1 bis 3 Gew.-% Aluminium,

0,2 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Metalle Eisen, Kobalt und Zinn, und

zum restlichen Anteil aus Kupfer und zufälligen Verunreinigungen
besteht.