JP2012122095A - 電気・電子部品用銅合金材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気・電子部品用銅合金材は、0.05〜0.5質量%のFe、0.05〜0.5質量%のNi、0.02〜0.2質量%のP、0.1〜3質量%のZn、0.02〜0.3質量%のSnを含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる。それらの成分の質量比は、(Fe+Ni)/P=3〜10、Fe/Ni=0.8〜1.2、Zn/(Fe+Ni)≧0.5、Sn/(Fe+Ni)≦0.5の関係を有している。
【選択図】なし
Description
こ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、0.1〜3質量%のZn、0.02〜0.3質量%のSnを含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅合金をベースの材料とする。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つとともに、強度と導電性をバランス良く兼備した材料を得ることができる。
この実施の形態に係る銅合金はさらに、Zr、Cr、およびTiから選択された1種以上の成分を合計0.03質量%〜1質量%の範囲で添加してもよい。これらのZr、Cr、および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。金属間化合物の成長を安定して抑制する良好な特性をより一層期待することができる。
上記実施の形態に係る銅合金は、以下の効果を有する。
(1)従来のCu−Fe−P系合金に比べて、より優れた強度を持ち、導電性においても良好な特性を維持する。
(2)はんだ接合後に界面に生じる金属間化合物の成長を抑制して接合部の脆化を防止し、鉛フリーはんだを使用した実装において良好な接合品質を有する特徴を持つ。
(3)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、半導体パッケージなどの電気・電子部品について、安価で高特性の材料を供給するように材料面から支え、その発展に大きく寄与することができる。
無酸素銅を母材にして、Fe:0.2質量%、Ni:0.2質量%、P:0.1質量%、Zn:0.4質量%、Sn: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に冷間圧延して450℃で1分間焼鈍した。さらに、これを厚さ0.25mmに冷間圧延して450℃で1分間焼鈍することにより、表1の実施例1に示す銅合金を製作した。
次に、表1に示す組成を有する試料No.2〜13(実施例2〜13)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。これらの試料No.2〜13についても、上記実施例1と同様の方法で引張強さ、伸び、および導電率の各特性値を測定するとともに、はんだを塗布して加熱した時の金属間化合物層の厚みと欠陥の有無を調査した。
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。
比較例の試料No.1およびNo.2は、表1に示すように、Fe、Ni、およびPの添加量が上記実施の形態に係る銅合金成分の規定範囲から外れたものである。比較例の試料No.1は、Fe、Ni、およびP成分の添加量が低すぎる一例である。この場合は、表2から明らかなように、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。
比較例の試料No.3およびNo.4は、表1に示すように、(Fe+Ni)/Pの質量比が上記実施の形態に係る銅合金成分の規定範囲から外れた一例である。表2から明らかなように、FeとNiが過剰になった場合も、Pが過剰になった場合も、上記実施例に比べて導電率が低下する結果となった。また、引張強さについてみても、上記実施例に比べて低い値となった。
比較例の試料No.5およびNo.6は、表1に示すように、Fe/Niの質量比が上記実施の形態に係る銅合金成分の規定範囲から外れた一例である。表2から明らかなように、Feの比率が高すぎる比較例の試料No.5は、上記実施例に比べて引張強さが不足する結果となった。Niの比率が高すぎる比較例の試料No.6は、上記実施例に比べて導電率が低くなった。
比較例の試料No.7およびNo.8は、表1に示すように、Znの添加量、またはZn/(Fe+Ni)の質量比が上記実施の形態に係る銅合金成分の規定範囲から外れた一例である。Znの添加量が少なく、Zn/(Fe+Ni)の質量比が不足する比較例の試料No.7は、表2から明らかなように、Znによる金属間化合物層の成長抑制効果が不十分であり、金属間化合物層が厚く成長した。また、材料と金属間化合物層の界面にボイドが観察されており、はんだ接合の信頼性が不十分であった。Znの添加量が多すぎる比較例の試料No.8は、上記実施例に比べて導電率が悪化した。
比較例の試料No.9およびNo.10は、表1に示すように、Snの添加量、またはSn/(Fe+Ni)の質量比が上記実施の形態に係る銅合金成分の規定範囲から外れ、Snが過剰に添加された一例である。表2から明らかなように、試料No.9およびNo.10のいずれも、上記実施例に比べて導電率が低下するとともに、はんだ界面の金属間化合物層が厚く成長した。また、材料と金属間化合物層の界面にボイドが観察され、はんだ接合の信頼性が不十分であった。
比較例の試料No.11〜13は、表1に示すように、副成分として添加したZr、Cr、およびTiの添加量が上記実施の形態に係る銅合金成分の規定範囲から外れ、過剰になった一例である。この場合は、表2から明らかなように、上記実施例に比べて導電率が悪化するとともに、伸びも大きく低下しており、曲げ加工などの加工性が悪化する問題が生じる。
Claims (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、0.1〜3質量%のZn、0.02〜0.3質量%のSnを含有し、それらの成分の質量比が(Fe+Ni)/P=3〜10、Fe/Ni=0.8〜1.2、Zn/(Fe+Ni)≧0.5、Sn/(Fe+Ni)≦0.5の関係にあり、残部がCuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
- 0.05〜0.5質量%のFe、0.05〜0.5質量%のNi、0.02〜0.2質量%のP、0.1〜3質量%Zn、0.02〜0.3質量%のSnを含有し、それらの成分の質量比が(Fe+Ni)/P=3〜10、Fe/Ni=0.8〜1.2、Zn/(Fe+Ni)≧0.5、Sn/(Fe+Ni)≦0.5の関係にあり、さらにZr、Cr、Tiから選択された1種以上の成分を合計0.03〜1質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
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