JP2000144284A - 耐熱性に優れる高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リードフレーム等の電気・電子部品用銅合金
として要求される強度、導電率、はんだ付け性、めっき
性などの特性を通常の銅合金以上に維持しながら、打ち
抜き加工で発生した残留応力を除去するための焼鈍を行
った場合に軟化しにくく、かつ導電率の低下の少ないＣ
ｕ−Ｆｅ系銅合金板を得る。 【解決手段】 Ｆｅ：１．８〜２．６ｗｔ％、Ｐ：０．
０１〜０．１ｗｔ％、Ｚｎ：０．０５〜０．５ｗｔ％、
Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎのうち１種
又は２種以上の合計：０．００５〜０．１ｗｔ％、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ単体で０．０３ｗｔ％以下、
かつ２種以上の合計で０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：１００
ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が実質的
にＣｕ及び不可避不純物からなるＣｕ−Ｆｅ系合金板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム、
端子、コネクタなど、電気電子部品に用いられる高強度
・高導電性銅合金板及びその製造方法に関するものであ
り、より詳しくは、打ち抜き加工を含む複数の剪断加工
により電気電子部品を製造する際、剪断加工時に生じた
残留応力の除去を行うための焼鈍で軟化しにくい高強度
・高導電性銅合金板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に上記の各種電気電子部品に
は、強度、伸び、導電性、耐熱性、Ａｇめっき性、Ｓｎ
めっき及びはんだの耐熱剥離性などの特徴を具備するこ
とが要求されている。このことから、これらの特性をも
った、例えばＣ１９４００（Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−
０．０３ｗｔ％Ｐ−０．１ｗｔ％Ｚｎ）やＣ１９２１０
（Ｃｕ−０．１ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ）をはじ
め、その他多くの銅合金がその製造に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、最近の各種電気
電子機器の軽薄短小化及び実装密度の向上要求に対し
て、使用部品の小形化、リード間距離の縮小などが加速
している。そのため、例えばリードフレームのプレスに
よる打ち抜き加工において、打抜き後のリードツイス
ト、リードシフト、リード段差などが小さいことが求め
られている。これらリードの平坦性とも言うべき性能を
確保するため、プレス打ち抜き時の剪断により発生する
残留応力が小さいことが要求されている。

【０００４】また、これとともに発生した残留応力を小
さくする技術も開発された。この技術はリード打ち抜き
に際して、リード先端を切り落とさず束ねたままの状態
で、一度、数秒〜数分間の短時間熱処理（焼鈍）を行
い、リード側面を打ち抜いた時に生じた残留応力を逃が
し、続いて、残留応力が小さくなった時点でリード先端
部を切り落とし、平坦性を確保するという技術である。
この技術を適用した場合、打ち抜き加工途中の焼鈍によ
って材料自身を軟化させないことが必要である。材料自
身の軟化が生じた場合には、この後のリード先端部の切
り落としの際に強度が足りずに変形したり、例えリード
フレームに加工できたとしても、その後のＬＳＩ組立工
程で変形しやすく取り扱いが困難になり、生産性の低下
につながってしまう。従って、耐熱性が非常に重要視さ
れている。

【０００５】最近では、特開平２−１１１８２９号公報
において、Ｆｅ及びＳｎ並びにＰ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｓｂ、
Ｉｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇのうちの１種以上を含む
組成とし、かつＦｅ析出物のサイズを制御した、耐熱性
に富むリードフレーム用銅合金が提案されている。ま
た、特許第２６７３９６７号公報ではＦｅ、Ｐ、Ｚｎ、
Ｍｇ、Ｓｉの組成を制御した、高強度を有する半導体装
置のＣｕ合金製リードフレーム材が提案されている。し
かしながら、特開平２−１１１８２９号公報には、耐熱
性に富むことは記載されているが、Ｃｕ−Ｆｅ系合金で
問題となる熱間加工性、あるいはリードフレーム材には
必須ともいうべき曲げ加工性、Ａｇめっき性、はんだ耐
熱剥離性については触れられていない。また、特許第２
６７３９６７号公報では、その銅合金が高強度・高導電
性及び耐熱性を有することが記載され、その特性はＭｇ
を０．００１〜０．０５ｗｔ％含有することで達成され
ているが、曲げ加工性、Ａｇめっき性については触れら
れていない。特開平７−９７６４６号公報にも示された
ように、この範囲でＭｇを含有した場合、不可避不純物
であるＳと化合物を形成し、Ａｇめっき性を阻害する。

【０００６】一方、Ｃｕ−Ｆｅ系銅合金板においては、
打ち抜き加工途中の高温短時間焼鈍により材料の導電率
が低下するという問題があり、そのため、導電率が高い
と同時に焼鈍による導電率の低下の少ない材料が要求さ
れている。本発明は、リードフレーム、端子、コネクタ
など電気・電子部品用銅合金として要求される強度、導
電率、はんだ付け性、めっき性などの特性を通常の銅合
金以上に維持しながら、打ち抜き加工で発生した残留応
力を除去するための焼鈍を行った場合に軟化しにくく、
かつ導電率の低下の少ないＣｕ−Ｆｅ系銅合金板を得る
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る耐熱性に優
れる高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板は、Ｆｅ：
１．８〜２．６ｗｔ％、Ｐ：０．０１〜０．１ｗｔ％、
Ｚｎ：０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓ
ｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎのうち１種又は２種以上の合計：
０．００５〜０．１ｗｔ％、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞ
れ単体で０．０３ｗｔ％以下、かつ２種以上の合計で
０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０
ｐｐｍ以下であり、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純
物からなることを特徴とする。このＣｕ−Ｆｅ系合金で
は、不可避不純物として、Ｐｂが０．０１ｗｔ％以下、
Ｓが０．００５ｗｔ％以下、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、
Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、
Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓ
ｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が
０．００１ｗｔ％未満、かつ以上の成分が総量で０．０
１ｗｔ％以下に規制されていることが望ましい。上記組
成のＣｕ−Ｆｅ系合金により、打ち抜き加工時の焼鈍
（代表的な条件として４５０℃×１分間の加熱）前後に
おいて、ビッカース硬さＨｖ１５０以上、導電率６０％
ＩＡＣＳの特性を確保できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明合金において成分を
上記の通りに限定した理由を以下に説明する。 ＜Ｆｅ＞Ｆｅには、Ｐとの化合物を形成し合金中に析出
したり、Ｆｅ単体で合金中に析出することで、合金の強
度及び耐熱性を確保する作用がある。しかし、その含有
量が１．８ｗｔ％未満であると所望の強度及び耐熱性が
得られない。また、鋳造時にＦｅの包晶反応が起きなく
なり鋳塊の組織が粗大化するようになる。この結果、熱
間加工性を低下させる。一方、２．６ｗｔ％を越える割
合で含有させると合金中に粗大なＦｅ析出物が形成され
るようになり、熱間圧延時の加工性が低下すると共に、
製品の曲げ加工性及び導電率の低下が著しくなり、好ま
しくない。従って、Ｆｅ含有量は１．８〜２．６ｗｔ
％、さらに好ましくは２．０〜２．４ｗｔ％である。

【０００９】＜Ｐ＞ＰはＦｅとの化合物を生成し、合金
中に析出して強度及び耐熱性を向上させる。また、溶解
時の脱酸作用により鋳塊の健全化に寄与する。Ｐの含有
量が０．０１ｗｔ％未満の場合は、Ｆｅ−Ｐ化合物の生
成が不十分であり所望の強度及び耐熱性が得られない。
また、溶解時の脱酸作用も不十分であるため健全な鋳塊
が得られない。一方、Ｐの含有量が０．１ｗｔ％を越え
る場合には、Ｆｅ−Ｐ化合物の生成にＦｅがとられ、鋳
造時のＦｅの包晶反応が起きなくなる。その結果、鋳塊
の組織が粗大化するようになり、熱間加工性を低下させ
るため、好ましくない。従って、Ｐの含有量は０．０１
〜０．１ｗｔ％、さらに好ましくは０．０１〜０．０４
ｗｔ％とする。

【００１０】＜Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ＞Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ
は、Ｐとの化合物を生成し合金中に析出する。Ｎｉ−Ｐ
化合物及びＣｏ−Ｐ化合物は形成温度が低く、容易に粗
大化する。また、Ｃｒ−Ｐ化合物は形成温度が熱延を行
う温度に近いため、熱延途中においてすでに粗大に生成
してしまう。粗大に成長したこれらの化合物は合金のマ
トリックスとの整合性が極端に小さく、粗大析出物と母
材との界面は自由界面に近い。このため、転位は粗大析
出物にたどり着くと消滅してしまう。この結果、同じ加
工率で冷間加工を行っても強度が高くならず、曲げ加工
性も低下する。これらは単体ではその含有量が０．０３
ｗｔ％を越えてくると、粗大化合物として析出しやすく
なる。また、２種以上の場合は、その総量が０．０５ｗ
ｔ％を越えてくると、さらに顕著となる。従って、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｒの含有量はそれぞ、単体で０．０３ｗｔ
％以下、２種以上の合計では０．０５ｗｔ％以下、好ま
しくは０．０３ｗｔ％以下、さらに好ましくは０．０１
ｗｔ％以下とする。

【００１１】＜Ｚｎ＞Ｚｎは銅合金のはんだ及びＳｎめ
っきの耐熱剥離性を改善する。しかし、含有量が０．０
５ｗｔ％未満の場合、所望の効果が得られない。一方、
その含有量が０．５ｗｔ％を越えるとはんだ濡れ性が低
下する。また、導電率の低下も激しくなる。従って、Ｚ
ｎの含有量は総量で０．０５〜０．５ｗｔ％、好ましく
は０．１〜０．３％ｗｔとする。 ＜Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎ量＞Ｚ
ｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎは、合金中に
固溶することで強度を向上させるのみならず、Ｆｅ−Ｐ
析出物又はＦｅ析出物と共存した状態で耐熱性を向上さ
せる。これらの原子は合金中の空孔との親和性が強い。
このため空孔による転位の上昇運動が起きにくく、析出
粒子にトラップされた転位は移動しにくくなる。結果、
耐熱性が向上する。また、これらの元素は打ち抜き加工
途中の焼鈍による導電率の低下を低減する作用がある。
この特性は、これらの元素のうち１種又は２種以上の含
有量が０．００５ｗｔ％未満では十分でなく、０．１ｗ
ｔ％を超えると導電率が低下し、４５０℃×１分間加熱
前後において６０％ＩＡＣＳを切るようになる。従っ
て、これらの元素のうち１種又は２種以上の含有量は
０．００５〜０．１ｗｔ％、好ましくは０．０１〜０．
１ｗｔ％、さらに好ましくは０．０２〜０．０８ｗｔ％
とする。

【００１２】＜Ｏ＞ＯはＰと反応しやすい。Ｏが１００
ｐｐｍを越えた場合、反応したＰは上述したＦｅとの化
合物を形成できなくなる。結果、耐熱向上の効果が低下
してしまう。また、Ｏと反応したＰは鋳塊の結晶粒界に
集まり、粒界強度を低下させ、熱間加工性の低下を招
く。従って、Ｏの含有量は１００ｐｐｍ以下、好ましく
は５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３０ｐｐｍ以下と
する。 ＜Ｈ＞Ｈは、Ｏ量が１０ｐｐｍ以上含有されている場
合、Ｈ量が１０ｐｐｍを越えてくると、鋳造時の冷却時
の冷却過程でＯと結び付いて水蒸気となり、この水蒸気
が鋳塊中にブローホール欠陥を生じてしまう。従って、
Ｈの含有量は１０ｐｐｍ以下、好ましくは４ｐｐｍ以
下、さらに好ましくは２ｐｐｍ以下とする。Ｏ、Ｈの低
減については、必要に応じて溶湯を木炭被覆下でＡｒバ
ブリングを行うとよい。

【００１３】＜その他＞Ｐｂが０．０１ｗｔ％を越える
か、Ｓが０．００５ｗｔ％を越えるか、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃ
ｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、
Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａ
ｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタ
ルの合計が０．００１ｗｔ％以上となるか、又は以上の
元素が総量で０．０１ｗｔ％を越えた場合、固溶したこ
れらの原子はＺｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎ原子
と転位との相互作用を阻害し、上述した耐熱性の効果を
妨げ、また、焼鈍後の導電率の低下を大きくする。さら
に、Ａｇめっき性も低下させる。従って、これらの元素
はＰｂが０．０１ｗｔ％以下、Ｓが０．００５ｗｔ％以
下、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌ
ｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍ
ｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、
Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００１ｗｔ％未満、
かつ以上の成分が総量で０．０１ｗｔ％以下、好ましく
は０．００５ｗｔ％以下に規制されるのが望ましい。

【００１４】ところで、先に述べたように、例えばリー
ドフレームのプレスによる打ち抜き加工において、発生
した残留応力を小さくするため、数秒〜数分間の短時間
高温焼鈍を行うことが一般化している。この熱処理は生
産性のためにトンネル炉などを用いて行われ、その代表
的な条件としては４５０℃以下の温度で１分以下の時間
加熱である。この熱処理後の特性がビッカース硬さでＨ
ｖ１５０未満となると、この後のＬＳＩなどの組み立て
工程中に変形を生じやすくなり、生産性を著しく阻害す
る。また、加熱前に６０％ＩＡＣＳ以上の導電率であっ
たものが、加熱後に６０％ＩＡＣＳを下回った場合、Ｌ
ＳＩに組み立て後、製品に実装する際のはんだ付けにお
いて、はんだの経時変化によりはんだの剥離を生じるこ
とになり、好ましくない。本発明のＣｕ−Ｆｅ系銅合金
板では、４５０℃×１分間加熱前後のビッカース硬さが
Ｈｖ１５０以上、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上の特性を
得ることが可能となる。

【００１５】上記特性を持つＣｕ−Ｆｅ系銅合金板は、
上記組成のＣｕ−Ｆｅ系銅合金からなる鋳塊を熱間圧延
した後、急冷し、続いて冷間圧延を施して製造する場合
において、冷間圧延の前又は冷間圧延の途中で５００℃
以上の温度に５分間以上保持する熱処理を行い、その条
件を満たす最終の熱処理以降に８０％以上の加工率で冷
間圧延を行うことにより得ることができる。熱処理条件
を上記のように設定するのは、添加元素を析出させて強
度向上を図り、同時に導電率を改善するためであり、冷
間加工率を上記のように設定した理由は、添加元素と合
わせた強度改善効果を得て４５０℃×１分間加熱後のビ
ッカース硬さをＨｖ１５０以上とするためである。冷間
加工率は、より好ましくは９０％以上、さらに好ましく
は９５％以上である。ただし、５００℃以上の温度で５
分以上の保持時間の熱処理を行う工程の前工程又は後工
程、若しくはその両方に４００℃以下の温度で保持する
熱処理を行う工程があっても差し支えない。また、必要
に応じて仕上げ圧延後に熱処理工程を設け、伸び及び曲
げ加工性の回復を図ることができる。

【００１６】

【実施例】本発明に係わる銅合金板及びその製造方法の
実施例について、比較例及び従来例とともに説明する。
表１〜表２に示す組成の銅合金をクリプトル炉にて木炭
被覆下で大気溶解し、ブックモールドに鋳造して５０ｍ
ｍ×８０ｍｍ×２００ｍｍの鋳塊を作製した。この鋳塊
を約９００℃にて熱間圧延し、直ちに水中急冷し、厚さ
１５ｍｍの熱延材を作製した。この熱延材の表面の酸化
スケールを除去するため、軽く表面切削した後、１．５
ｍｍｔまで冷延した後、５５０℃で４時間の析出処理を
行った。この後、酸洗いを行い表面酸化スケールを除去
した後、０．２５ｍｍｔまで冷延して試験材を作製し
た。得られた試験材について、強度、硬さ、導電率、曲
げ加工性及びＡｇめっき性の測定を下記要領で実施し
た。さらに、この試験材を窒素−水素の混合ガス雰囲気
中で４５０℃×１分間加熱し、加熱後の硬さ、導電率、
はんだ耐熱剥離性を下記要領で調べた。以上の結果を表
３〜表４に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】引張強さは、試験材からＪＩＳ５号試験片
を加工して引張強さを測定し、硬さは、ＪＩＳ Ｚ ２
２４４に規定された方法に基づいて測定した（ただし、
試験加重は５００ｇｆとした）。導電率は、ＪＩＳ Ｈ
０５０５に規定されている方法に基づきダブルブリッ
ジを用いて測定した。曲げ加工性は、ＪＩＳ Ｈ３１３
０の方法で板厚と同等の曲げ半径を有するＷ型の曲げ治
具を用いて加工した。加工後のＷ曲げ部を目視で観察
し、クラックの有無で加工性を評価した。Ａｇめっきテ
ストは、シアン系Ａｇめっきを厚さ１μｍ行った時に、
局所的に厚さが厚くなる現象（突起）の有無を実体顕微
鏡で観察した。はんだ耐熱剥離性は、６Ｓｎ／４Ｐｂは
んだを２４５±５℃×５秒にてはんだ付けした後、１５
０℃のオーブンで１０００Ｈｒまで加熱した。この試験
片を１８０℃曲げ戻しにて加工を加え加工部のはんだが
剥離するか観察した。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】表３より、本発明の規定範囲内に入るＮ
ｏ．１〜１０の試験材は、加熱前において、強度、硬
さ、導電率、曲げ加工性、Ａｇめっき性など、電気電子
部品が要求する特性を具備し、さらに加熱後において
も、Ｈｖ１５０以上、導電率６０％ＩＡＣＳ以上をも
ち、はんだ耐熱剥離性が優れている。一方、表４より、
本発明の規定範囲外の合金から製造されたＮｏ．１１〜
２３の試験材は材料調整ができていないか、いずれかの
性能が低い。例えばＮｉ量が多いＮｏ．１５とＮｉ＋Ｃ
ｏ＋Ｃｒ量が多いＮｏ．１６は、加熱前の強度が低く、
曲げ加工性が劣る。Ｎｏ．１７はＺｎが少なくはんだが
剥離し、Ｎｏ．１８はＺｎが多すぎて導電率が低い。Ｚ
ｒ〜Ｍｎから選ばれる元素の添加量が少ないＮｏ．２１
は加熱後の硬さと導電率の低下が大きく、はんだ耐熱剥
離性も劣り、Ｚｒ〜Ｍｎが多いＮｏ．２２は導電率が低
い。Ｐｂ〜ミッシュメタルの多いＮｏ．２３はＡｇめっ
き性が劣り、加熱後の硬さ、導電率、はんだ耐熱剥離性
も劣る。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、リードフレーム、端
子、コネクタなど電気・電子部品用銅合金として要求さ
れる強度、導電率、Ａｇめっき性、はんだ付け性などの
特性を通常の銅合金以上に維持しながら、プレス打ち抜
き時に発生する残留御力を除去するために行われる焼鈍
時に軟化しにくく、耐熱性のよいＣｕ−Ｆｅ系銅合金を
得ることができる。従って、各種電気電子機器の微細化
による寸法精度に対する厳しい要求に対応が可能とな
る。

フロントページの続き (72)発明者 山口 節夫 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 津野 理一 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 Ｆターム(参考） 5F067 DA11 EA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ：１．８〜２．６ｗｔ％、Ｐ：０．
   ０１〜０．１ｗｔ％、Ｚｎ：０．０５〜０．５ｗｔ％、
   Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎのうち１種
   又は２種以上の合計：０．００５〜０．１ｗｔ％、Ｎ
   ｉ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ単体で０．０３ｗｔ％以下、
   かつ２種以上の合計で０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：１００
   ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が実質的
   にＣｕ及び不可避不純物からなることを特徴とする耐熱
   性に優れる高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板。
2. 【請求項２】 Ｐｂが０．０１ｗｔ％以下、Ｓが０．０
   ０５ｗｔ％以下、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈ
   ｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎ
   ｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂ
   ｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００
   １ｗｔ％未満、かつ以上の成分が総量で０．０１ｗｔ％
   以下に規制されたことを特徴とする請求項１又は２に記
   載された耐熱性に優れる高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系
   合金板。