JP2001329323A - 表面特性に優れた電子機器用銅合金 - Google Patents

表面特性に優れた電子機器用銅合金

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JP2001329323A
JP2001329323A JP2001103859A JP2001103859A JP2001329323A JP 2001329323 A JP2001329323 A JP 2001329323A JP 2001103859 A JP2001103859 A JP 2001103859A JP 2001103859 A JP2001103859 A JP 2001103859A JP 2001329323 A JP2001329323 A JP 2001329323A
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Takao Hirai
崇夫 平井
Tatsuhiko Eguchi
立彦 江口
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 機械的・物理的性質が高度に維持され、表面
特性に優れ、又低コストで製造できるCuー Niー Si系電
子機器用銅合金を提供する。 【解決手段】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
主成分とし、副成分として 0.001〜0.1wt%のP 、0.05〜
1.0wt%のZn、0.01〜0.5wt%のMn、 0.005〜0.1wt%のAgの
うち何れか1種又は2種以上を合計で 0.005〜2.0wt%を
含み、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面から1
μmまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが
0.1μm以下である表面特性に優れた電子機器用銅合
金。 【効果】 半田濡れ性等の表面特性を害する 0.1μmを
超える大きさのSi酸化物が表層に存在しないので表面特
性が向上する。非酸化性雰囲気等での熱処理を要さない
ので低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半田濡れ性、Agめっ
き耐加熱膨れ性などの表面特性に優れ、かつ機械的、物
理的特性にも優れた銅合金に関し、特に半導体リードフ
レーム、端子、コネクター等の電子機器用部材に適した
銅合金である。
【0002】
【従来の技術】半導体リ−ドフレ−ムやコネクター等に
は、強度、耐熱性等の機械的性質、電気・熱伝導性等の
物理的性質に優れ、且つ錫や半田めっきの耐熱剥離性、
半田濡れ性等の表面特性にも優れた銅合金が要求されて
いる。そして、近年、古くから知られた高強度・中導電
性タイプのCu-Ni-Si系合金が半導体リ−ドフレ−ムを始
めとする電子機器部材に使用されるようになってきた。
Cu-Ni-Si系合金は、Ni-Si 化合物を析出物とする析出強
化型銅合金で、機械的・物理的性質に優れているが、半
田との濡れ性が悪いという致命的欠点があり、又リ−ド
フレ−ム等に使用した場合に重要となるAgめっき耐加熱
膨れ性も芳しくないことが知られている。前記Cu-Ni-Si
系合金は、通常の析出強化型銅合金と同様に、鋳塊を熱
間及び冷間圧延後、溶体化処理、時効処理等を施して製
造されており、前述の半田濡れ性やAgめっき耐加熱膨れ
性等の表面特性に劣る原因は、溶体化処理等の加熱処理
時に生成する銅の酸化皮膜にあると考えられていた。こ
のようなことから、Cu-Ni-Si系合金の半田濡れ性を改善
する方法として、熱処理雰囲気を非酸化性又は還元性雰
囲気に極度に制限管理して銅の酸化皮膜を生成させない
方法、又は製造途中で酸化皮膜を研削或いは溶解して除
去する方法が採られてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の熱処理
雰囲気を制限管理する方法はコスト的に不利であり、前
記酸化皮膜を除去する方法では、半田濡れ性やAgめっき
耐加熱膨れ性等の表面特性が充分に改善されなかった。
本発明者等は、酸化皮膜を除去しても表面特性が改善さ
れない原因を調査した。その結果、前記NiとSiは、実際
は、添加した全てが析出するわけではなく、一部はCuマ
トリックス中に固溶した状態で残存し、この固溶Siの一
部が製造工程中の溶体化、時効、焼鈍などの様々な熱処
理によって酸化物となり、これが粗大化して表層に存在
すると、半田濡れ性やAgめっき耐加熱膨れ性等の表面特
性が悪化することを見出した。そして、その改善策とし
てSi酸化物の生成を阻止するか、表層の粗大なSi酸化物
を除去する方法について研究を進め、本発明を完成させ
るに到った。本発明は、機械的・物理的性質が高度に維
持され、表面特性に優れ、又低コストで製造できるCuー
Niー Si系電子機器用銅合金の提供を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを主成分とし、副
成分として 0.001〜0.1wt%のP 、0.05〜1.0wt%のZn、0.
01〜0.5wt%のMn、 0.005〜0.1wt%のAgのうち何れか1種
又は2種以上を合計で 0.005〜2.0wt%を含み、残部がCu
と不可避的不純物からなり、表面から1μmまでの深さ
の表層に存在するSi酸化物の大きさが 0.1μm以下であ
ることを特徴とする表面特性に優れた電子機器用銅合金
である。
【0005】請求項2記載の発明は、 0.4〜4.0wt%のN
i、 0.1〜1.0wt%のSiを主成分とし、副成分として 0.00
1〜0.1wt%のP 、0.05〜1.0wt%のZn、0.01〜0.5wt%のM
n、 0.005〜0.1wt%のAgのうち何れか1種又は2種以上
を合計で 0.005〜2.0wt%を含み、さらに金属Siよりも酸
化物として安定な元素を含み、残部がCuと不可避的不純
物からなり、表面から1μmまでの深さの表層に存在す
るSi酸化物の大きさが 0.1μm以下であることを特徴と
する表面特性に優れた電子機器用銅合金である。
【0006】
【発明の実施の形態】請求項1記載発明において、Niと
SiはCuマトリックス中に Ni-Si系化合物(Ni2Si相) とし
て析出して、導電率を低下させずに強度を向上させる元
素である。本発明でNiを 0.4〜4.0wt%、Siを 0.1〜1.0w
t%に規定した理由は、Niが0.4wt%未満でもSiが0.1wt%未
満でも、 Ni-Si化合物の析出量が少なくなり目標とする
強度が得られず、又Niが4.0wt%を超えてもSiが1.0wt%を
超えても、鋳造又は熱間加工時に強度向上に寄与しない
析出物が生じて添加量に見合う強度が得られず、又熱間
加工性や曲げ加工性にも悪影響を及ぼす為である。
【0007】次に、副成分の P、Zn、Mn、Agについて説
明する。PはCuマトリックス中のNi、Siの固溶量を減少
させる作用を有する。即ち、 PはNiー Si化合物の析出
量を増加させ、強度と導電率を向上させる。その上 Pは
酸素をトラップしてSi酸化物の生成を抑える作用も有す
る。Pを 0.001〜0.1wt%に規定した理由は、 Pが0.001wt
%未満ではその効果が十分に得られず、0.1wt%を超える
と熱間加工性が低下し、又錫や半田めっきの耐熱剥離性
が低下する為である。
【0008】Znは錫や半田めっきの耐熱剥離性を向上さ
せる。しかし、そのメカニズムは定かでない。Znが 0.0
5wt%未満では所望の効果が得られず、1.0wt%を超えると
その効果が飽和してしまう上、半田濡れ性が悪化する。
従ってZnは0.05〜1.0wt%に規定した。
【0009】Mnは、Cu中に不純物レベルで存在する固溶
Sを取込み、 Sによる熱間加工性の低下を抑制する。Mn
が 0.01wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.5wt%
を超えると導電率が大幅に低下する上、半田濡れ性も低
下する。従ってMnは0.01〜0.5wt%に規定した。
【0010】Agは強度と耐熱性を向上させる。Agが0.00
5wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.1wt%を超え
てはコスト的に不利である。従ってAgは 0.005〜0.1wt%
に規定した。前記副成分元素を2種以上添加する場合の
総量は、半田濡れ性、Agめっき耐加熱膨れ性、錫や半田
めっきの耐熱剥離性、導電性等を考慮して 0.005〜2.0w
t%に規定した。
【0011】この発明において、表面から1μmまでの
深さの表層に存在するSi酸化物の大きさを 0.1μm以下
に規定した理由は、Siの酸化物の大きさが 0.1μmを超
えると半田濡れ性やAgめっき耐加熱膨れ性等の表面特性
が悪化する為である。熱処理により試料表面近傍に生成
するSi酸化物は表面に近い程大きく内部程小さくなる。
従って、試料表面近傍のSi酸化物が 0.1μmを超える場
合は、Si酸化物の大きさが 0.1μm以下になるまで表層
を除去することにより、表面特性は改善される。表層の
除去には、研削、バフ研磨、化学的溶解(酸洗)等の任
意の方法が適用できる。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載発明
の銅合金にさらに金属Siよりも酸化物として安定な元素
を添加したもので、その添加理由は、製造工程中の熱処
理で前記元素が酸化物となって酸素をトラップし、Si酸
化物の生成又は粗大化を阻止する為である。この方法に
よれば、銅合金表層の除去が軽減又は省略できる。
【0013】Siよりも酸化物として安定な元素として
は、Al、Ti、Mg等が挙げられる。Alの含有量は、0.005w
t%未満ではSi酸化物の生成又は粗大化を阻止できず、0.
3wt%を超えては導電率が大幅に低下する上、半田濡れ性
も低下するので、 0.005〜0.3wt%に規定する。
【0014】Tiの含有量は、0.005wt%未満ではSi酸化物
の生成又は粗大化を阻止できず、0.2wt%を超えると導電
率の大幅な低下を招く上、表面特性も低下するので 0.0
05〜0.2wt%に規定する。Tiは、Si酸化物の生成又は粗大
化を阻止する他に、表面特性を悪化させる固溶NiとSiを
Ti-Ni化合物や Ti-Si化合物等として析出させて無害化
する。しかしTiを0.2wt%を超えて添加すると前記Ti-Ni
化合物等が多量に析出して肝心のNi-Si 化合物が減少し
て強度低下を来すことがある。
【0015】Mgの含有量は、 0.01wt%未満ではSi酸化物
の生成又は粗大化を阻止できず、0.5wt%を超えると導電
率が大幅に低下する上、表面特性も低下してしまうの
で、0.01〜0.5wt%に規定する。この他、Mgには熱間加工
性を改善する作用もある。これらAl、Ti、Mgの添加量は
要求性能に応じて個々に調整する。Al、Ti、Mgを2種以
上同時に添加する場合の総量は、0.005wt%未満では半田
濡れ性が改善されず、 0.5wt%を超えては導電率が大幅
に低下するばかりでなく、 表面特性も悪化する。従っ
て前記総量は 0.005〜0.5wt%に規定する。
【0016】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。表1に示す組成の合金を高周波溶解炉にて溶解し、
次いで厚さ50mm、幅120mmの鋳塊に鋳造した。この鋳塊
を 950℃、1時間の再熱溶体化処理後、厚さ11mmまで熱
間圧延した。熱間圧延後表面を研削して、熱間圧延時に
生成した酸化スケールを除去し、次いで 0.3mmの厚さま
で冷間圧延した。冷間圧延後、一部の試料については連
続式焼鈍炉を用いて中間溶体化処理(800℃で60秒加熱後
水焼入れ) を施した。次に、中間溶体化処理を施した試
料と冷間圧延しただけの試料の全てについて300〜600
℃で1〜6時間加熱する熱処理を施し、熱処理後更に0.
25mmの厚さまで冷間圧延し、次いで低温焼鈍で調質して
製品とした。調質後の製品の一部は、表面を研磨して表
層を除去した。
【0017】得られた製品について、引張強度、導電
率、半田濡れ性、Agめっき耐加熱膨れ性を測定した。結
果を、合金組成と製造条件を併記して表1に示す。尚、
引張強度は JIS-Z2241、導電率はJIS-H0505 に準じて測
定した。半田濡れ性は、電解脱脂後、10%H2SO4で酸洗
し、ロジン等のフラックスで前処理した幅10mm、長さ50
mmの試験片を 230℃の共晶半田浴中に浸漬し、目視にて
濡れ状態を観察した。Agめっき耐加熱膨れ性は、電解脱
脂後、10%H2SO4で酸洗し、次いでAgめっきを施し、これ
を大気中で 450℃、10分間加熱した後に、膨れの有無を
顕微鏡にて20倍に拡大して観察した。又透過型電子顕微
鏡(TEM) を用いて、表面から1μmまでの深さの表層に
存在するSi酸化物の大きさを観察した。尚、2万倍〜10
万倍で観察した視野内に見られる最大のSi酸化物の短部
の径をSi酸化物の大きさとした。
【0018】
【表1】
【0019】表1より明かなように、本発明例品 (No.1
〜11) はいずれも、半田濡れ性、Agめっき耐加熱膨れ性
において優れた特性を示した。金属Siよりも酸化物が安
定な元素を添加したものは、表面研磨の回数が1回以下
でもSi酸化物は小さかった。又副成分のZnを添加したN
o.1,2,5,6,9,10,11は半田めっきの耐熱剥離性が特に優
れるものとなった。更にZnに加えMnを添加したNo.5,6,1
0,11は熱間加工性に優れ、Agを添加したNo.9は引張強度
と耐熱性に優れるものであった。 Pを添加したNo.7,8は
Pを添加しないNo.3,4に較べて引張強度と導電率が向上
した。尚、 No.11の導電率が低いのは中間溶体化処理を
含む工程で製造した為である。
【0020】これに対し、比較例品のNo.12 は表面研磨
を行わず、又 No.13は表面研磨を1回行っただけの為、
製品表層(表面から1μm深さまでの層)のSi酸化物の
大きさが共に 0.1μmを超えた。その為表面特性(半田
濡れ性とAgめっき耐加熱膨れ性)が劣った。No.14は中
間溶体化処理を施した為表面研磨を2回行っても製品表
層に 0.1μmを超えるSi酸化物が残存し表面特性が劣っ
た。No.15は本発明の規定を超える量のNi、Siを含んで
いる為熱間圧延時に割れが生じ、正常に製造することが
できなかった。No.16は金属Siよりも酸化物が安定な元
素のAlの添加量が少なく、しかも表面を研磨しなかった
為、 表層のSi酸化物が 0.1μmを超え、表面特性が改
善されなかった。No.17,18,19 は金属Siよりも酸化物が
安定な元素のAl,Mg のいずれかが添加されている為、製
品表層のSi酸化物の大きさが、表面研磨なしで 0.1μm
以下となりAgめっき耐加熱膨れ性が改善された。しか
し、Al、Mg、又は副成分のZnの添加量が多過ぎた為、い
ずれも半田濡れ性と導電率が低下した。No.20 は本発明
の規定を超える量の Pを含んでいる為、熱間圧延時に割
れが生じ、製品を正常に製造することができなかった。
No.21 は Ni,Si以外の添加元素がSiよりも酸化物が不安
定な元素(Fe)の為、Si酸化物の生成又は粗大化が阻止さ
れず、No.12 と同じに表面特性が低下した。
【0021】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電子機器
用銅合金は、機械的・物理的性質が高度に維持され、又
表面特性を害する 0.1μmを超える大きさのSi酸化物が
表層に存在しないので表面特性に優れ、又非酸化性雰囲
気等での熱処理を要さないので低コストで製造できる。
依って工業上顕著な効果を奏する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
    主成分とし、副成分として 0.001〜0.1wt%のP 、0.05〜
    1.0wt%のZn、0.01〜0.5wt%のMn、 0.005〜0.1wt%のAgの
    うち何れか1種又は2種以上を合計で 0.005〜2.0wt%を
    含み、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面から1
    μmまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが
    0.1μm以下であることを特徴とする表面特性に優れた
    電子機器用銅合金。
  2. 【請求項2】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
    主成分とし、副成分として 0.001〜0.1wt%のP 、0.05〜
    1.0wt%のZn、0.01〜0.5wt%のMn、 0.005〜0.1wt%のAgの
    うち何れか1種又は2種以上を合計で 0.005〜2.0wt%を
    含み、さらに金属Siよりも酸化物として安定な元素を含
    み、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面から1μ
    mまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが 0.1
    μm以下であることを特徴とする表面特性に優れた電子
    機器用銅合金。
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