JP2012001781A - 電気・電子部品用銅合金材、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度と高導電性を有するとともに、ハーフエッチング時においても、均一なエッチング性を確保することを可能とした電気・電子部品用銅合金材、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０５〜０．５質量％のＮｉ、０．０２〜０．２質量％のＰを含有し、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０であり、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉが０．８〜１．２であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であって、銅合金に含まれる粒径が１０ｎｍ以上である晶出物及び析出物のうち、粒径が１００ｎｍ以上である晶出物及び析出物の個数の割合が１．０％以下である電気・電子部品用銅合金材が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばリードフレーム、コネクタや端子などの電気・電子部品の材料として好適に用いられる銅合金材、及びその製造方法に係わり、特に、高強度と高導電性を有するとともに、優れたエッチング性をも有する電気・電子部品用銅合金材、及びその製造方法に関するものである。

近年の半導体パッケージは、小型化や軽量化などが進んでいる。リードフレームには薄い板厚の材料が使用されており、それに伴い強度の高い材料が求められている。この半導体パッケージを更に薄型化するには、エッチングによってリードフレームの板厚を部分的に薄くするハーフエッチング技術が広く使用されている。このハーフエッチング技術を用いることでリードフレームを形成する場合は、エッチング表面が均一に溶解されやすい材料を用いることが重要である。

この半導体パッケージのリードフレームにはＣｕ合金材料が用いられる。この銅合金材料としては、Ｆｅ及びＰを含有するＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金を用いるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

このＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金の一例としては、例えばＦｅ：０．０５〜０．１５質量％、Ｐ：０．０２５〜０．０４質量％含有する銅合金（Ｃ１９２１０）やＦｅ：２．１〜２．６質量％、Ｐ：０．０１５〜０．１５質量％、Ｚｎ：０．０５〜０．２質量％含有する銅合金（Ｃ１９４００）が標準的な合金として広く知られている。この合金は、熱処理することで銅の母相中にＦｅ、あるいはＦｅ−Ｐ化合物を析出させ、それにより導電性、熱伝導性や強度のそれぞれを同時に向上させるという利点を有している。

特開平１−１３９７３６号公報

一般的なＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金としては、引張強さが４００〜５００ＭＰａ程度である。しかしながら、半導体パッケージのリードフレームの薄板化の進行に伴い、リードフレームにますます強度の高い材料を必要とすると考えられる。半導体パッケージを薄型化するため、ハーフエッチングによってリードフレームの板厚を部分的に薄くする場合は、リードフレームの材料中に粗大な晶出物及び析出物が含まれると、エッチング表面の溶解が不均一になるという問題があった。従来のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金の中でも、Ｆｅの含有量が高いものは、Ｆｅの粗大な晶出物及び析出物が生じやすくなり、均一なエッチング性を確保するうえで問題があった。

従って、本発明の目的は、高強度と高導電性を有するとともに、ハーフエッチング時においても、均一なエッチング性を確保することを可能とした電気・電子部品用銅合金材、及びその製造方法を提供することにある。

本件発明者等は上記課題を解決すべく熱意検討を行った結果、本件請求項１及び２に係る発明である電気・電子部品用銅合金材と、請求項３に係る発明である電気・電子部品用銅合金材の製造方法によって効果的に達成することができることを見いだした。

［１］請求項１に係る発明は、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０５〜０．５質量％のＮｉ、０．０２〜０．２質量％のＰを含有し、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０であり、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉが０．８〜１．２であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であって、前記銅合金に含まれる粒径が１０ｎｍ以上である晶出物及び析出物のうち、粒径が１００ｎｍ以上である晶出物及び析出物の個数の割合が、１．０％以下であることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材を提供する。

［２］請求項２に係る発明は、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０５〜０．５質量％のＮｉ、０．０２〜０．２質量％のＰを含有し、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０であり、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉが０．８〜１．２であり、更にＳｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉから選択された１種以上の成分を合計で０．０３〜１．０質量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であって、前記銅合金に含まれる粒径が１０ｎｍ以上である晶出物及び析出物のうち、粒径が１００ｎｍ以上である晶出物及び析出物の個数の割合が、１．０％以下であることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材を提供する。

［３］上記［１］又は［２］記載の銅合金の素材を熱間圧延し、熱間圧延以降の工程で加工度２０％以上の冷間圧延と、４００〜４７０℃で１０秒〜１０分間加熱する熱処理との組み合わせを少なくとも２回以上実施することを特徴とする電気・電子部品用銅合金材の製造方法を提供する。

本発明の銅合金材は、従来のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金に比べて優れた強度を持ち、導電性においても良好な特性を維持する。それに加えて、材料中に粗大な晶出物及び析出物を含有させないことで均一なエッチング表面が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る電気・電子部品用銅合金材のＦｅの含有量、及びＮｉの含有量の関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る電気・電子部品用銅合金材のＦｅ及びＮｉの合計含有量とＰの含有量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
この第１の実施の形態に係る電気・電子部品用の銅合金材は、例えば薄型の半導体パッケージのリードフレームの材料として好適に用いられる。

（銅合金の主成分）
この第１の実施の形態である銅合金は、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０５〜０．５質量％のＮｉ、０．０２〜０．２質量％のＰを含有し、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０であり、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉが０．８〜１．２であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金をベース材料としている。このような銅合金の組成によって、従来のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金よりも優れた強度を持ち、かつ、強度と導電性とをバランスよく兼備した材料を得ることができる。少ない合金元素の添加量で、効率的にＰ化合物の析出を促すことができるようになる。

ＦｅとＮｉは、高強度と高導電率の特性が得られることを期待して添加するものであるが、Ｆｅのみを添加したＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金では、低強度、及び高導電率の特性になりやすい。これとは逆に、Ｎｉだけを添加したＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金では、高強度、及び低導電率の特性になりやすい。よって、強度と導電率とのバランスがよい材料を得るためには、ＦｅとＮｉとを組み合わせて添加することが有効である。その配合比率を検討した結果、ほぼ１対１の比率で添加することで、望ましい強度と導電率との特性が得られる。実用上に支障を生じない範囲としては、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉを０．８〜１．２に規定することが好適である。

このＦｅ及びＮｉは、Ｐと一緒に添加することでＰ化合物を形成して材料中に分散析出し、材料の良好な導電率を維持しながら、強度を向上させる働きを有する。Ｆｅ、Ｎｉ、及びＰの組成比を特定の範囲に規定することで、導電率を低下させるＣｕ中の固溶元素量を抑えながら、析出物の分散による強度の向上を効果的に利用して、導電率及び強度を好ましいバランスで兼備した材料が得られる。

Ｐの添加量を０．０２質量％未満にすると、十分な量のＰ化合物を形成することができず、満足できる強度が得られない。一方、０．２質量％を超えてＰを添加すると、鋳造時や熱間加工時においてＰ化合物の偏析に起因する割れが起こりやすくなる。よって、Ｐの組成範囲としては、０．０２〜０．２質量％に規定することが好適である。

このＰの組成範囲に対して効果的に化合物を形成させ、高強度と高導電性とをバランスよく両立させるためには、Ｆｅ及びＮｉのそれぞれの組成範囲を０．０５〜０．５質量％となるように規定するとともに、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉを０．８〜１．２となるように規定する。そして、Ｆｅ及びＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０となるように規定することが必要である。

Ｆｅ及びＮｉの含有量が組成範囲の下限を下回る場合は、Ｐ化合物の形成量が不十分になり、強度が不足する。一方、Ｆｅ及びＮｉの含有量が組成範囲の上限を超える場合は、余剰のＦｅ及びＮｉがＣｕ中に固溶して導電率を低下させるので好ましくない。

Ｆｅ及びＮｉの合計含有量がＰの添加量の３倍未満になる場合は、化合物形成時においてＰが過剰になる。Ｆｅ及びＮｉの合計含有量がＰの添加量の１０倍を超える場合は、Ｆｅ及びＮｉが過剰になる。このような過剰成分はＣｕ中に固溶状態で存在するため、導電率を阻害する結果となる。よって、過剰成分をより少なくするためには、Ｆｅ及びＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜６となる範囲を選択することが更に望ましい。

ここで、この第１の実施の形態に係る銅合金の主成分の数値規定を下記の表１にまとめて示す。

図１を参照すると、同図には、上記表１に示すＦｅ及びＮｉの含有量の関係をまとめたグラフが示されている。このグラフにおいて、Ｆｅの含有量を横（Ｘ）軸に設定し、Ｎｉの含有量を縦（Ｙ）軸に設定している。

この図１に示したグラフに基づいて、Ｆｅの含有量由来に対する質量比Ｆｅ／Ｎｉの最大含有量由来（以下、「Ｙ（Ｆｅ／Ｎｉ）Ｍａｘ由来」という。）、Ｆｅの含有量由来に対する質量比Ｆｅ／Ｎｉの最小含有量由来（以下、「Ｙ（Ｆｅ／Ｎｉ）Ｍｉｎ由来」という。）、Ｎｉの最大含有量由来（以下、「Ｙ（Ｎｉ）Ｍａｘ由来」という。）、及びＮｉの最小含有量由来（以下、「Ｙ（Ｎｉ）Ｍｉｎ由来」という。）のそれぞれをグラフにプロットすることで、銅合金のＦｅの含有量、Ｎｉの含有量、及びＦｅ／Ｎｉの質量比の数値限定範囲を求めた。

図１に示した斜線部分は、Ｆｅの最小含有量（０．０５質量％）、及びＦｅの最大含有量（０．５質量％）で囲まれた領域と、Ｙ（Ｆｅ／Ｎｉ）Ｍａｘ由来、及びＹ（Ｆｅ／Ｎｉ）Ｍｉｎ由来で囲まれた領域と、Ｙ（Ｎｉ）Ｍａｘ由来、及びＹ（Ｎｉ）Ｍｉｎ由来で囲まれた領域とが互いに重なり合った部分であり、この第１の実施の形態による銅合金のＦｅの含有量、Ｎｉの含有量、及びＦｅ／Ｎｉの質量比の数値限定範囲である。

次に、図２を参照すると、同図には、上記表１に示すＰ及び（Ｆｅ＋Ｎｉ）の含有量の関係をまとめたグラフが示されている。このグラフにおいて、（Ｆｅ＋Ｎｉ）の合計含有量を横（Ｘ）軸に設定し、Ｐの含有量を縦（Ｙ）軸に設定している。

この図２に示したグラフに基づいて、（Ｆｅ＋Ｎｉ）の合計含有量由来に対するＰの最大含有量由来（以下、「Ｙ（Ｐ）１０由来」という。）、（Ｆｅ＋Ｎｉ）の合計含有量由来に対するＰの最小含有量由来（以下、「Ｙ（Ｐ）３由来」という。）、Ｐの最大含有量（以下、「Ｙ（Ｐ）Ｍａｘ由来」という。）、及びＰの最小含有量（以下、「Ｙ（Ｐ）Ｍｉｎ由来」という。）のそれぞれをグラフにプロットすることで、銅合金のＦｅの含有量、Ｎｉの含有量、Ｐの含有量、及び（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐの質量比の数値限定範囲を求めた。

図２に示す斜線部分は、（Ｆｅ＋Ｎｉ）の最小含有量（０．１質量％）、及び（Ｆｅ＋Ｎｉ）の最大含有量（１．０質量％）で囲まれた領域と、Ｙ（Ｐ）Ｍａｘ由来、及びＹ（Ｐ）Ｍｉｎで囲まれた領域と、Ｙ（Ｐ）１０由来、及びＹ（Ｐ）３由来で囲まれた領域とが互いに重なり合った部分であり、この第１の実施の形態による銅合金のＦｅの含有量、Ｎｉの含有量、Ｐの含有量、及び（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐの質量比の数値限定範囲である。

ここで、表１の記載内容、図１及び図２の図示内容からみて、Ｆｅの含有量、Ｎｉの含有量、質量比（Ｆｅ／Ｎｉ）、及び（Ｆｅ＋Ｎｉ）の合計含有量の数値範囲を満足する銅合金の全てが、質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ｝＝３〜１０の関係を満たすものではないということは注意すべきである。

その一例としては、次の銅合金の組成が挙げられる。Ｆｅ：０．４質量％、Ｎｉ：０．４質量％、及びＰ：０．０４質量％を含有する銅合金では、質量比（Ｆｅ／Ｎｉ）＝１、及び合計含有量（Ｆｅ＋Ｎｉ）＝０．８質量％であり、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＰの含有量と同様に、上記表１の数値規定は満足する。しかしながら、この銅合金の組成は、質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ｝＝２０となり、上記表１の数値規定の全てを満足しない。

よって、質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ｝＝３〜１０の関係を満たすように、Ｆｅの含有量、Ｎｉの含有量、（Ｆｅ＋Ｎｉ）の合計含有量、Ｐの含有量、及びＦｅ／Ｎｉの質量比を決定することが肝要である。（Ｆｅ＋Ｎｉ）の合計含有量としては、０．１〜１．０質量％の範囲内に規定することが望ましい。

（銅合金の副成分）
この第１の実施の形態に係る上記銅合金に更に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉから選択された１種以上の成分を、合計で０．０３〜１．０質量％の範囲で添加してもよい。Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉの元素は、強度の向上に効果的に働くとともに、耐熱性を向上させて高温下での強度低下を防ぐ作用を持つので、更に優れた強度を持ち、導電性においても良好な特性を期待することができる。

Ｓｎは、少量の添加でも強度を大きく向上させる効果を持った添加元素であり、耐熱性を向上させる効果も大きい。ただし、Ｓｎ含有量が多くなると、導電性を低下させる悪影響が大きくなる。

Ｚｎは、強度向上の効果を持つとともに、はんだ濡れ性やＳｎめっき密着性の改善に大きな効果がある副成分である。ただし、Ｚｎ含有量が多くなると、Ｓｎと同様に、導電性を低下させる悪影響が大きくなる。

ＺｒやＣｒは、強度や耐熱性を向上させる働きを持つとともに、導電率に与える悪影響が比較的に少ない副成分である。Ｚｒ含有量とＣｒ含有量が多すぎると、鋳造性の悪化などの悪影響が生じる。Ｔｉも、強度や耐熱性を向上させる効果に優れた副成分である。

これらの元素を単独もしくは組み合わせて添加することで、高強度と高導電性を期待できるが、その合計含有量が１．０質量％を超えると、導電率の低下や鋳造性の悪化などの悪影響が顕著になるので、好ましくない。よって、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉの合計の組成範囲としては、１．０質量％以下に規定することが望ましい。

（銅合金材料中の晶出物及び析出物の個数の割合）
この第１の実施の形態に係る銅合金材料では、均一なエッチング性を確保するために、銅合金材料中に含まれる晶出物及び析出物の大きさに注目している。ここで、晶出とは液体の中から固体が形成される現象を指し、析出とは、既に固体になっているものの中で固体の第２相が形成される現象を指す。本実施の形態において、例えば、鋳造工程で溶銅が固まるときに晶出物が生じ、既に固体になっている銅中で熱処理によって析出物が生じる。本願では、「晶出物及び析出物」を、母相である銅の中に生じた合金元素・化合物からなる第２相を包括的に含む表現として用いる。エッチングに悪影響を及ぼす可能性がある粒径１００ｎｍ以上の大きさの晶出物及び析出物を可能な限り生成しないように制御することが肝要である。

この第１の実施の形態に係る銅合金については、その材料中に含まれる粒径が１０ｎｍ以上である晶出物及び析出物のうち、粒径が１００ｎｍ以上である粒子の個数の割合が１．０％以下になるように制御する。

この析出物の大きさは、通常、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた観察結果によって判断することが多い。しかしながら、通常は、１万倍程度の観察では、粒径１０ｎｍ以下の大きさの析出物を観察することは困難である。そこで、この第１の実施の形態では、１万倍程度の観察によって確認できる１０ｎｍ以上の大きさの粒子を対象として、その中で１００ｎｍ以上の大きさの粒子の数を１．０％以下に抑えることで、良好なエッチング性が確保される。１００ｎｍを超える大きさの粒子の数が１．０％を超える場合は、エッチング面に突起などの不均一部分が生じる可能性があるので、好ましくない。

ハーフエッチングで材料の板厚を薄くする際に、銅合金材料中に粗大な晶出物及び析出物が存在すると、その周囲でエッチングされる速度が不均一になり、エッチング後の表面に突起が生じるなどの不具合が生じる。このような不具合の原因となる粒子は１００ｎｍを超えるような大きさのものであり、粒子が１００ｎｍ以下であれば、実用上に問題は生じない。

（第１の実施の形態の効果）
上記第１の実施の形態に係る銅合金は、従来のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金に比べて、より優れた強度と導電性を維持する。銅合金材料中に粗大な晶出物及び析出物を含有しないので、ハーフエッチングで均一なエッチング表面が得られる。このような材料は、リードフレームとして最適であり、特に半導体パッケージの薄型化に対して高い信頼性を持つ。そのため、半導体パッケージの薄型化の進展を材料面から支え、その発展に大きく寄与することができる。

［第２の実施の形態］
（銅合金材の製造方法）
次に、以上のように形成された銅合金材を得るための好適な製造方法の一例を説明する。この第２の実施の形態に係る製造方法は、冷間圧延による加工硬化と熱処理による析出とを一度に急激に実施するのではなく、少しずつ何回にも分けて実施していくことで、冷間圧延による加工硬化や熱処理による析出をバランスよく最大限に引き出すことに特徴部を有している。

この第２の実施の形態では、上記組成を持つ銅合金の素材を熱間圧延した後、熱間圧延以降の工程で、加工度２０％以上の冷間圧延と、４００〜４７０℃で１０秒〜１０分間加熱する熱処理との組み合わせを少なくとも２回以上、好ましくは３回以上実施することが好適である。これにより、粗大な晶出物及び析出物などの粒子が生成されることを防止しつつ、良好な強度と優れた導電性を持った銅合金材を製造することができる。

この第２の実施の形態に係る典型的な製造方法は、先ず、所定の組成の銅合金素材を熱間圧延によって加工する。この熱間圧延時の加熱は、鋳造工程で生じた晶出物及び析出物をいったん母相中に固溶させる溶体化の効果を持つ。より好ましい溶体化状態を得るためには、加熱温度を９００℃以上に設定することが望ましい。熱間圧延終了直後の温度としては、７００℃以上を維持できることが望ましく、熱間圧延後は、できるだけ急速に冷却することが望ましい。

従来のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金では、合金材料を４００〜６００℃で長時間保持する時効を行って強度と導電率の向上を図っていた。しかしながら、長時間の加熱は、析出物の成長を促進し、粗大な析出物が生じる原因となる。

この第２の実施の形態に係る熱間圧延以降の工程においては、上述したように、冷間圧延による加工硬化と熱処理による析出とを組み合わせることで、強度と導電性との特性の向上を図る。析出物の成長を抑えつつ、強度と導電率を向上させるため、冷間圧延と短時間の熱処理とを繰り返して行う。その冷間圧延としては、その加工度が２０％以上になる範囲で実施する。冷間圧延加工度が２０％未満である場合は、銅合金素材の加工硬化が十分でないため、最終的に得られる銅合金の強度が低くなりやすい。

この冷間圧延では、繰り返しを重ねるほど、銅合金素材を加工硬化させ、その強度が向上していく。それに加えて、銅合金素材中には多数の格子欠陥が導入され、これが次の熱処理工程において、新たな析出物形成の起点として働くことから、均一に分散した析出を促進する効果をも持つ。これにより、初期の熱処理で生成した析出物が粗大化するのを抑え、新たな微細析出物を形成させることができる。

冷間圧延に引き続いて、４００〜４７０℃で１０秒〜１０分間加熱する熱処理を行う。この熱処理では、直前の冷間圧延で低下した延性を回復させつつ、繰り返しを重ねるごとに数多くの析出物が形成されて導電率が向上していく。これにより、Ｐ化合物の析出を促進し、導電率と強度との特性を向上させることができる。熱処理条件が４００〜４７０℃で１０秒〜１０分間の範囲より低温、短時間である場合は、析出が十分に起こらないために十分な導電率や強度を得ることができない。熱処理条件が４００〜４７０℃で１０秒〜１０分間の範囲より高温、長時間である場合は、一度の熱処理で一気に析出が進行して析出物が粗大化するおそれがある。

（第２の実施の形態の効果）
上記第２の実施の形態に係る銅合金材の製造方法によれば、従来の合金材料に比べて良好な強度と導電率を維持しつつ、材料内部に含まれる粗大な晶出物及び析出物の発生を抑えることができるようになり、エッチング性を向上させることができる。材料内部に大きな晶出物及び析出物を含まないので、薄い板厚に安定して加工することができる。

以下に、表２〜６を参照しながら、本発明の更に具体的な実施の形態として、実施例１〜１１（試料Ｎｏ．１〜１１）及び比較例１〜１３（試料Ｎｏ．１〜１３）を挙げて詳細に説明する。なお、この実施例では、上記実施の形態の典型的な一例を挙げており、本発明は、これらの実施例及び比較例に限定されるものではないことは勿論である。

下記の表２は実施例１〜１１、及び比較例１〜８として用いた試料の組成を、下記の表３は実施例１の第１〜第３回熱処理後の特性値を、下記の表４は実施例１〜１１、及び比較例１〜８の特性値を、下記の表５は比較例９〜１３の加工熱処理条件を、下記の表６は比較例９〜１３の特性値をそれぞれ示す。

（実施例１）
無酸素銅を母材として、Ｆｅ：０．２質量％、Ｎｉ：０．２質量％、Ｐ：０．１質量％を含有した銅合金素材を高周波溶解炉で溶製し、厚さ２５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのインゴットに鋳造した。これを９５０℃に加熱して厚さ８ｍｍまで熱間圧延した後、厚さ２ｍｍ（加工度７５％）に冷間圧延して４５０℃で１分間焼鈍した。更に、これを厚さ０．７ｍｍ（加工度６５％）に冷間圧延して４５０℃で１分間焼鈍した。更に、これを厚さ０．２５ｍｍ（加工度６４％）に冷間圧延して４５０℃で１分間焼鈍することにより、表２の試料Ｎｏ．１（実施例１）に示す銅合金を製作した。なお、この製作途中において、第１〜第３回の４５０℃熱処理後ごとに中間サンプルを採取し、その導電率、引張強さ、及び伸びの特性を確認した。

以上のように製作した実施例１の銅合金について、第１〜第３回の４５０℃熱処理後の導電率、引張強さ、及び伸びの特性結果を表３にまとめて示す。表３から明らかなように、冷間圧延と熱処理の組み合わせを繰り返すごとに、導電率は上昇し、引張強さも向上していることが分かる。

第２回熱処理終了後には６０％ＩＡＣＳを大きく超える良好な導電率と、５８０ＭＰａを超える高強度とを併せ持った銅合金が得られ、第３回熱処理終了後には更に、導電率と強度が向上した銅合金が得られた。しかも、強度の上昇に伴う伸びの低下量はわずかであり、第３回熱処理後でも、１０％の伸びが確保されるため、良好な曲げ加工性を有する銅合金が得られた。

（実施例２〜１２）
表２に示す組成を有する試料Ｎｏ．２〜１１（実施例２〜１１）の銅合金を溶解鋳造し、上記実施例１と同じ工程で加工熱処理を行い、厚さ０．２５ｍｍの試料を製作した。各実施例２〜１１における銅合金の特性を表４にまとめて示す。表４から明らかなように、実施例２〜１１のいずれも、６０％ＩＡＣＳを超える高い導電率と、５５０ＭＰａを超える高強度を併せ持った銅合金が得られた。しかも、１０％の伸びが確保されており、良好な曲げ加工性を有する銅合金が得られた。

上記実施例１〜１１の銅合金について、透過型電子顕微鏡を用いて晶出物及び析出物を観察した。粒径が１０ｎｍ以上、及び粒径が１００ｎｍ以上である晶出物及び析出物をカウントし、粒径が１００ｎｍ以上である粒子の個数の割合を求めた。

その結果、表４に示すように、各実施例１〜１１の銅合金材料中に含まれる粒径１００ｎｍ以上の晶出物及び析出物の個数の割合は１．０％以下であり、エッチング性の良い材料であることが判明した。各実施例１〜１１の銅合金は、例えば薄型半導体パッケージのリードフレームとして十分な導電性と強度が得られるということが分かった。

［比較例］
次に、上記実施の形態に係る銅合金の組成の限定理由を、比較例を挙げて説明する。

表２に示す組成を有する比較例１〜８の銅合金を溶解鋳造し、上記実施例１と同じ工程で加工熱処理を行い、厚さ０．２５ｍｍの試料Ｎｏ．１〜８を製作した。各比較例１〜８における銅合金の特性を表４にまとめて示す。

（比較例１及び２）
比較例１及び２の銅合金は、表２に示すように、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐの含有量が上記実施の形態に係る銅合金の規定範囲から外れたものである。この比較例１の銅合金は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐの含有量が低すぎる一例であり、表４に示すように、上記実施例に比べて引張強さが低く、十分な強度が得られない結果となった。この比較例２の銅合金は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐの含有量が多すぎる一例である。この比較例２の銅合金では、特に、伸びの値が低くなっており、曲げ加工での割れが発生しやすいことから、本発明の初期の目的を満足させることはできない。

（比較例３及び４）
比較例３及び４の銅合金は、表２に示すように、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比が規定範囲から外れた一例である。表４から明らかなように、比較例３及び４の銅合金は、Ｆｅ、Ｎｉの添加量が過剰になった場合やＰの添加量が過剰になった場合でも、導電率が低下していることが分かる。比較例３及び４の銅合金の引張強さについても、上記実施例に比べて低い値となっていることが分かる。

（比較例５及び６）
比較例５及び６の銅合金は、表２に示すように、ＦｅとＮｉの質量比が規定範囲から外れた一例である。表４から明らかなように、Ｆｅの比率が高すぎる比較例５は、上記実施例に比べて引張強さが不足していることが分かる。Ｎｉの比率が高すぎる比較例６は、上記実施例に比べて導電率が低くなっていることが分かる。

（比較例７及び８）
比較例７及び８の銅合金は、表２に示すように、副成分として添加したＳｎ、Ｚｎなどの含有量が過剰になった一例である。表４から明らかなように、比較例７及び８の銅合金のいずれもが、引張強さは良好であるが、上記実施例に比べて導電率が大きく低下していることが分かる。

（比較例９〜１３）
次に、比較例９〜１３を挙げて、上記実施の形態に係る銅合金に適した製造方法における加工熱処理条件の限定理由を説明する。

上記実施例１と同様の組成成分を有する銅合金に熱間圧延を行った後、表５に示す条件下で冷間圧延と熱処理との組み合わせを繰り返して実施し、試料Ｎｏ．９〜１３（比較例９〜１３）の銅合金を製作した。各比較例９〜１３における銅合金の特性、及び析出物の観察結果を表６にまとめて表す。

（比較例９）
比較例９は、表５に示すように、冷間圧延の加工度が規定条件より低い一例である。この比較例９の銅合金では、表６に示すように、引張強さが低くなるのに伴い、導電率も、上記実施例の銅合金に比べて低くなっていることが分かる。

（比較例１０）
比較例１０は、表５に示すように、冷間圧延の加工度が規定条件より低い場合であって、冷間圧延及び熱処理の繰り返し実施回数を増やした一例である。この比較例１０の銅合金は、表６に示すように、比較例９の銅合金に比べて引張強さ及び導電率ともに向上しているが、上記実施例の銅合金に比べて引張強さが劣る結果になったことが分かる。冷間圧延及び熱処理の繰り返し実施回数を増やせば、銅合金の特性を向上させることは期待できる。しかしながら、その繰り返し実施回数の増加は、製造コストの増加に直結するため、５回を超える冷間圧延及び熱処理の繰り返し処理は好ましくない。

（比較例１１〜１３）
比較例１１〜１３は、表５に示すように、熱処理条件が規定範囲を外れた一例であるが、表６に示すように、十分な導電率が得られないということが分かる。

比較例１１は、表５に示すように、熱処理温度が低い一例である。この比較例１１の銅合金は、表６に示すように、十分な導電率が得られないということが分かる。

比較例１２は、表５に示すように、熱処理温度が高い一例である。この比較例１２の銅合金は、表６に示すように、上記実施例と同等の良好な引張強さ、及び導電率が得られる。しかしながら、析出物の観察結果から、粒径１００ｎｍ以上の大きな析出物が、より多く発生していることが分かり、上記実施例の銅合金のように均一なエッチング性を維持することはできない。

比較例１３は、表５に示すように、熱処理の加熱時間が短すぎる一例である。この比較例１３の銅合金では、表６に示すように、良好な導電率を得ることはできなかった。

以上のように上記実施の形態で規定した条件範囲を外れた比較例の銅合金のいずれもが、上記実施例の銅合金に比べて不十分な特性しか得られないということが理解できる。

上記実施の形態に係る銅合金は、従来よりも高強度を持つ圧延銅箔の製造が可能になる。半導体パッケージのリードフレーム、コネクタ、リレーやスイッチなどの電気・電子部品の材料として用いられるだけでなく、例えばプリント配線板や電池の集電体などの用途で使われる圧延銅箔の材料としても有効に活用できる。

Claims (3)

1. ０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０５〜０．５質量％のＮｉ、０．０２〜０．２質量％のＰを含有し、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０であり、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉが０．８〜１．２であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であって、
   前記銅合金に含まれる粒径が１０ｎｍ以上である晶出物及び析出物のうち、粒径が１００ｎｍ以上である晶出物及び析出物の個数の割合が、１．０％以下であることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
2. ０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０５〜０．５質量％のＮｉ、０．０２〜０．２質量％のＰを含有し、ＦｅとＮｉの合計とＰの質量比（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐが３〜１０であり、ＦｅとＮｉの質量比Ｆｅ／Ｎｉが０．８〜１．２であり、更にＳｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉから選択された１種以上の成分を合計で０．０３〜１．０質量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であって、
   前記銅合金に含まれる粒径が１０ｎｍ以上である晶出物及び析出物のうち、粒径が１００ｎｍ以上である晶出物及び析出物の個数の割合が、１．０％以下であることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
3. 上記請求項１又は２記載の銅合金の素材を熱間圧延し、熱間圧延以降の工程で加工度２０％以上の冷間圧延と、４００〜４７０℃で１０秒〜１０分間加熱する熱処理との組み合わせを少なくとも２回以上実施することを特徴とする電気・電子部品用銅合金材の製造方法。

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