JP2015203127A - ハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Fe;1.5〜2.4質量%、P;0.008〜0.08質量%、Zn;0.01〜0.5質量%、残部がCuおよび不可避的不純物である組成を有し、SEMによるEBSD測定における結晶方位解析で、βファイバの集積度は、65°<φ2<90°の領域でのODF強度が25以上であり、理想方位から15°以内のCube方位の面積率が5%以下である。
【選択図】図1
Description
特に、ノンリードパッケージの代表であるCSPやBGAでは、チップとそれを支えるアイランド部が完全に樹脂封止され、リード下面がその状態ではんだ付け用ランドとして利用されるのが特徴であり、この様な段差付けには、ハーフエッチングが用いられ、アイランド部およびインナリード先端部が板厚の半分程度にまでエッチング除去されるので、リードフレーム用銅合金板には、ハーフエッチング後に、残留応力による反りが少なく、均質なエッチング表面を有することが要求される。
これらの半導体パッケージのリードフレーム銅合金板には、一般的には、Fe及びPを含有するCu−Fe−P系合金、例えば、C19400銅合金等が多用されている。
特許文献1には、Fe又はCoのいずれか一方、あるいはFe及びCoの両方を合計で0.1〜1.0質量%含有するとともに、0.02〜0.3質量%のPを含有し、Fe及びCoの合計とPの質量比(Fe+Co)/Pが3〜10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、その銅合金中の粒径が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、及びその製造方法が開示されている。
特許文献2には、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、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、及びその製造方法が開示されている。
特許文献3には、0.05〜1.0質量%のFe、0.05〜1.0質量%のNi、0.02〜0.3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、FeとNiの質量比Ni/Feが1〜10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、銅合金中に含まれる粒径が10nm以上の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割合が1%以下である高い強度と導電性を併せ持ち、且つ、ハーフエッチング時の均一なエッチング性に優れた高強度・高導電銅合金及びその製造方法が開示されている。
本発明では、上述の要求に鑑み、残留応力が少なく、ハーフエッチング後の板全体の平坦性、及び、ハーフエッチングされた表面の均質性に優れたリードフレーム用Cu−Fe−P系銅合金板及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、Fe;1.5〜2.4質量%、P;0.008〜0.08質量%、Zn;0.01〜0.5質量%、残部がCuおよび不可避的不純物からなる合金組成を有するCu−Fe−P系銅合金板は、熱間圧延、溶体化処理、中間冷間圧延、中間焼鈍、時効処理、仕上げ冷間圧延、テンションレベリングをこの順序で行って銅合金板を製造するに際して、溶体化処理を800〜900℃にて5〜3600秒間実施し、前記時効処理を500〜650℃にて1〜24時間実施し、テンションレベリングを2回実施し、1回目をラインテンション;15〜90N/mm2、アンコイラテンション;15〜60N/mm2、リコイラテンション;15〜60N/mm2にて実施し、2回目をラインテンション;5〜80N/mm2、アンコイラテンション;10〜60N/mm2、リコイラテンション;10〜60N/mm2にて実施し、且つ、2回目のラインテンションを1回目のラインテンションより10N/mm2以上低いラインテンションにて実施することにより、SEMによるEBSD測定における結晶方位解析で、βファイバの集積度は、65°<φ2<90°の領域でのODF強度が25以上、理想方位から15°以内のCube方位の面積率が5%以下となり、板表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向及び圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が何れも20MPa以下となり、ハーフエッチング特性が良好になることも見出した。
試料をイオンミリング(日立ハイテク製フラットミリング:試料に対する入射角10°、加速電圧6kV、10分)して表面を調整し、日立ハイテク社製のSEM(型番「S−3400N」)と、TSL社製のEBSD測定・解析システムOIM(Orientation Imaging Micrograph)を用いて、300μm×300μmの領域をステップサイズ0.2μmの間隔で測定面積範囲内の全ピクセルの方位を測定し、隣接する測定ピクセル間の方位差が15°以上である境界を結晶粒界とみなし、各ピクセルが対象とするβファイバ方位か否かを判定し、全測定面積におけるβファイバ方位の密度より、結晶方位のオイラー角表示におけるφ2の範囲が65°<φ2<90°の領域で、ランダム方位試料を基準としたときのODF強度を測定した。また、Cube方位面積率は、理想方位から15°以内のCube方位の結晶粒の面積を測定面積で割ることにより求めた。
Feは、銅の母相中に分散する析出物粒子を形成して強度及び耐熱性を向上させる効果があるが、その含有量が1.5質量%未満では析出物の個数が不足し、その効果を奏功せしめることができない。一方、2.4質量%を超えて含有すると、強度及び耐熱性の向上に寄与しない粗大な析出物粒子が存在してしまい、耐熱性に効果のある析出物粒子が不足してしまうことになる。このため、Feの含有量は1.5〜2.4質量%の範囲内とすることが好ましい。
Pは、Feと共に銅の母相中に分散する析出物粒子を形成して強度及び耐熱性を向上させる効果があるが、その含有量が0.008質量%未満では析出物粒子の個数が不足し、その効果を奏功せしめることができない。一方、0.08質量%を超えて含有すると、強度及び耐熱性の向上に寄与しない粗大な析出物が存在してしまい、耐熱性に効果のあるサイズの析出物粒子が不足してしまうことになると共に導電率及び加工性が低下してしまう。このため、Pの含有量は0.008〜0.08質量%の範囲内とすることが好ましい。
Znは、銅の母相中に固溶して半田耐熱剥離性を向上させる効果を有しており、0.01質量%未満ではその効果を奏功せしめることができない。一方、0.5質量%を超えて含有しても、更なる効果を得ることが出来なくなると共に母層中への固溶量が多くなって導電率の低下をきたす。このため、Znの含有量は0.01〜0.5質量%の範囲内とすることが好ましい。
残留応力に関しては、板表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向、および圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が何れも20MPa以下であることにより、ハーフエッチング後の板全体の平坦性及びハーフエッチングされた表面の均質性が良好となり、残留応力の絶対値の何れかが20MPaを超えると、ハーフエッチング後の板全体の平坦性及びハーフエッチングされた表面の均質性は低下する。
板表面から板厚の5%未満の深さでは、ハーフエッチング特性に効果は見られない。
Niは、母相中に固溶して強度を向上させる効果を有しており、0.003質量%未満ではその効果を奏功せしめることができない。一方、0.5質量%を超えて含有すると導電率の低下をきたす。このため、Niを含有する場合には、0.003〜0.5質量%の範囲内とすることが好ましい。
Snは、母相中に固溶して強度を向上させる効果を有しており、0.003質量%未満ではその効果を奏功せしめることができない。一方、0.5質量%を超えて含有すると導電率の低下をきたす。このため、Snを含有する場合には、0.003〜0.5質量%の範囲内とすることが好ましい。
テンションレベリングを2回実施することが重要であり、1回目をラインテンション;15〜90N/mm2、アンコイラテンション;15〜60N/mm2、リコイラテンション;15〜60N/mm2にて実施し、2回目をラインテンション;5〜80N/mm2、アンコイラテンション;10〜60N/mm2、リコイラテンション;10〜60N/mm2にて実施し、且つ、2回目のラインテンションを1回目のラインテンションより10N/mm2以上低いラインテンションにて実施することにより、板表面のSEMによるEBSD測定における結晶方位解析で、βファイバの集積度は、65°<φ2<90°の領域でのODF強度が25以上、理想方位から15°以内のCube方位の面積率が5%以下となり、材料表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向、および圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が共に20MPa以下となり、ハーフエッチング後の板全体の平坦性及びハーフエッチングされた表面の均質性が良好になる。
前述の時効処理、溶体化処理、テンションレベリングの各条件の何れか一つでも数値限定範囲外であると、本発明のハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板を得ることは難しくなるが、製造方法はこれに限定されるものではない。
[銅合金板の成分組成]
本発明のハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板の基本組成は、Fe;1.5〜2.4質量%、P;0.008〜0.08質量%、Zn;0.01〜0.5質量%、残部がCuおよび不可避的不純物である。
Feは、銅の母相中に分散する析出物粒子を形成して強度及び耐熱性を向上させる効果があるが、その含有量が1.5質量%未満では析出物の個数が不足し、その効果を奏功せしめることができない。一方、2.4質量%を超えて含有すると、強度及び耐熱性の向上に寄与しない粗大な析出物粒子が存在してしまい、耐熱性に効果のある析出物粒子が不足してしまうことになる。このため、Feの含有量は1.5〜2.4質量%の範囲内とすることが好ましい。
Pは、Feと共に銅の母相中に分散する析出物粒子を形成して強度及び耐熱性を向上させる効果があるが、その含有量が0.008質量%未満では析出物粒子の個数が不足し、その効果を奏功せしめることができない。一方、0.08質量%を超えて含有すると、強度及び耐熱性の向上に寄与しない粗大な析出物が存在してしまい、耐熱性に効果のあるサイズの析出物粒子が不足してしまうことになると共に導電率及び加工性が低下してしまう。このため、Pの含有量は0.008〜0.08質量%の範囲内とすることが好ましい。
Znは、銅の母相中に固溶して半田耐熱剥離性を向上させる効果を有しており、0.01質量%未満ではその効果を奏功せしめることができない。一方、0.5質量%を超えて含有しても、更なる効果を得ることが出来なくなると共に母層中への固溶量が多くなって導電率の低下をきたす。このため、Znの含有量は0.01〜0.5質量%の範囲内とすることが好ましい。
本発明のハーフエッチング特性に優れた銅合金板は、上述の基本組成に対して、更に、Ni;0.003〜0.5質量%及びSn;0.003〜0.5質量%を含有していても良い。
Niは、母相中に固溶して強度を向上させる効果を有しており、0.003質量%未満ではその効果を奏功せしめることができない。一方、0.5質量%を超えて含有すると導電率の低下をきたす。このため、Niを含有する場合には、0.003〜0.5質量%の範囲内とすることが好ましい。
Snは、母相中に固溶して強度を向上させる効果を有しており、0.003質量%未満ではその効果を奏功せしめることができない。一方、0.5質量%を超えて含有すると導電率の低下をきたす。このため、Snを含有する場合には、0.003〜0.5質量%の範囲内とすることが好ましい。
本発明の上述の成分組成を有するハーフエッチング特性に優れた銅合金板は、SEMによるEBSD測定における結晶方位解析で、βファイバの集積度は、65°<φ2<90°の領域でのODF強度が25以上であり、理想方位から15°以内のCube方位の面積率が5%以下である。
この組織により、板表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向及び圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が何れも20MPa以下となり、優れたハーフエッチング特性を発揮する。
残留応力に関しては、板表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向、および圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が何れも20MPa以下であることにより、ハーフエッチング後の板全体の平坦性及びハーフエッチングされた表面の均質性が良好となり、残留応力の絶対値の何れかが20MPaを超えると、ハーフエッチング後の板全体の平坦性及びハーフエッチングされた表面の均質性は低下する。
板表面から板厚の5%未満の深さでは、ハーフエッチング特性に効果は見られない。
本発明では、SEMによるEBSD測定における結晶方位解析における、βファイバの集積度について、65°<φ2<90°の領域でのODF強度、15°以下のCube方位の面積率は、次の様にして求めた。
試料をイオンミリング(日立ハイテク製フラットミリング:試料に対する入射角10°、加速電圧6kV、10分)して表面を調整し、日立ハイテク社製のSEM(型番「S−3400N」)と、TSL社製のEBSD測定・解析システムOIM(Orientation Imaging Micrograph)を用いて、300μm×300μmの領域をステップサイズ0.2μmの間隔で測定面積範囲内の全ピクセルの方位を測定し、隣接する測定ピクセル間の方位差が15°以上である境界を結晶粒界とみなし、各ピクセルが対象とするβファイバ方位か否かを判定し、全測定面積におけるβファイバ方位の密度より、結晶方位のオイラー角表示におけるφ2の範囲が65°<φ2<90°の領域で、ランダム方位試料を基準としたときのODF強度を測定した。また、Cube方位面積率は、理想方位から15°以内のCube方位の結晶粒の面積を測定面積で割ることにより求めた。
本発明のハーフエッチング特性に優れた銅合金板は、Cu−Fe−P系銅合金板の製造方法は、熱間圧延、溶体化処理、中間冷間圧延、中間焼鈍、時効処理、仕上げ冷間圧延、テンションレベリングをこの順序で行って製造され、溶体化処理を800〜900℃にて5〜3600秒間実施し、時効処理を500〜650℃にて1〜24時間実施し、テンションレベリングを2回実施し、1回目をラインテンション;15〜90N/mm2、アンコイラテンション;15〜60N/mm2、リコイラテンション;15〜60N/mm2にて実施し、2回目をラインテンション;5〜80N/mm2、アンコイラテンション;10〜60N/mm2、リコイラテンション;10〜60N/mm2にて実施し、且つ、2回目のラインテンションを1回目のラインテンションより10N/mm2以上低いラインテンションにて実施することを特徴とする。
溶体化処理を800〜900℃にて5〜3600秒間実施し、時効処理を500〜650℃にて1〜24時間実施することにより、中間圧延、中間焼鈍にて形成され、ハーフエッチング後の表面の平坦性を損なうCube方位の粗大な結晶粒の生成を抑制することが可能となる。Cube方位の粗大な結晶粒が存在すると、ハーフエッチング時に、その周囲でエッチングされる速度が不均一になり、また、エッチング後のエッチング面に突起が生じる可能性が大きくなる。
テンションレベリングを2回実施することが重要であり、1回目をラインテンション;15〜90N/mm2、アンコイラテンション;15〜60N/mm2、リコイラテンション;15〜60N/mm2にて実施し、2回目をラインテンション;5〜80N/mm2、アンコイラテンション;10〜60N/mm2、リコイラテンション;10〜60N/mm2にて実施し、且つ、2回目のラインテンションを1回目のラインテンションより10N/mm2以上低いラインテンションにて実施することにより、板表面のSEMによるEBSD測定における結晶方位解析で、βファイバの集積度は、65°<φ2<90°の領域でのODF強度が25以上、且つ、理想方位から15°以内のCube方位の面積率が5%以下となり、材料表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向、および圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が共に20MPa以下となり、ハーフエッチング後の板全体の平坦性及びハーフエッチングされた表面の均質性が良好になる。
前述の時効処理、溶体化処理、テンションレベリングの各条件の何れか一つでも数値限定範囲外であると、本発明のハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板を得ることは難しくなるが、製造方法はこれに限定されるものではない。
このテンションレベリングのアンコイラテンションとは、アンコイラーと入側テンション負荷装置との間の材料に負荷される張力であり、ラインテンションとは、入側および巻取側テンション負荷装置によりローラーレベラー内の材料に負荷される張力であり、リコイラテンションとはリコイラーと巻取側テンション負荷装置との間の材料に負荷される張力である。
図1に示すように、アンコイラー9に巻かれた銅合金板6は、テンションレベラ10の入側テンション負荷装置11を通過し、ローラーレベラー13により繰り返し曲げ加工されて銅合金板7となり、巻取側テンション負荷装置12を通過後、銅合金板8となりリコイラー14に巻き取られる。この際、アンコイラテンションB1はアンコイラー9と入側テンション負荷装置11との間の銅合金板6に負荷される。ラインテンションLは入側テンション負荷装置11と巻取側テンション負荷装置12の間の銅合金板7に負荷される(ローラーレベラー13内では均一な張力である)。リコイラテンションF1はリコイラー14と巻取側テンション負荷装置12との間の銅合金板8に負荷される張力である。
前述の時効処理、溶体化処理、テンションレベリングの各条件の何れか一つでも数値限定範囲外になると、本発明のハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板を得ることは難しい。
この銅合金板を加工率90%にて粗冷間圧延を実施し、表2に示す溶体化処理を実施した後、加工率65〜75%にて中間冷間圧延を実施し、550℃にて120秒間の中間焼鈍を実施した後、表2に示す時効処理を実施し、加工率30%で仕上げ冷間圧延を行った後、表2に示すテンションレベリングを実施し、実施例1〜10、比較例1〜8の板厚約0.23mmの銅合金薄板を作製した。表2中のBTはリコイラテンション、FTはアンコイラテンション、LTはラインテンションを示す。
試料をイオンミリング(日立ハイテク製フラットミリング:試料に対する入射角10°、加速電圧6kV、10分)して表面を調整し、日立ハイテク社製のSEM(型番「S−3400N」)と、TSL社製のEBSD測定・解析システムOIM(Orientation Imaging Micrograph)を用いて、300μm×300μmの領域をステップサイズ0.2μmの間隔で測定面積範囲内の全ピクセルの方位を測定し、隣接する測定ピクセル間の方位差が15°以上である境界を結晶粒界とみなし、各ピクセルが対象とするβファイバ方位か否かを判定し、全測定面積におけるβファイバ方位の密度より、結晶方位のオイラー角表示におけるφ2の範囲が65°<φ2<90°の領域で、ランダム方位試料を基準としたときのODF強度を測定した。また、Cube方位面積率は、理想方位から15°以内のCube方位の結晶粒の面積を測定面積で割ることにより求めた。
これらの結果を表3に示す。
引張試験は、圧延方向に平行に切り出したJIS5号試験片を作製して実施した。
導電率は、ミーリングにより、幅10mm×長さ300mmの短冊状の試験片を加工し、ダブルブリッジ式抵抗測定装置により電気抵抗を測定して平均断面積法により算出した。
残留応力は、表3に示す測定深さ(測定深さ(%)=(表面からの測定深さ距離/板厚み)×100)における残留応力の絶対値を次ぎの方法により測定した。
10mm×長さ200mmの試験板を切り出し、応力を測定したい方向を長手方向とした。試験片の片面の表層をエッチング液にて徐々に除去しながら、各測定点(測定深さ)における残部試験片の長さ方向の曲率を測定した。曲率は試験片の反りを測定することで求めた(試験片の反りを円周の一部と考え、この円に相当する半径の逆数を曲率とした)。その後、エッチング深さ(測定点)と曲率の関係を図にプロットし、その曲線への近似式(多項式)を求め、数1(参考文献「残留応力とその測定」川田雄一、日本機械学会誌、55(406)、P720−725)によってエッチング深さ(測定点)における残留応力の絶対値σSを得た。
ハーフエッチング特性は、ハーフエッチング後の板全体の反り、及び、ハーフエッチングされた表面の均質性につき、次ぎの試験方法により評価した。
供試材を長さ(圧延方向に平行)200mm、幅(圧延方向に直角)20mmに切断し、塩化第2鉄水溶液(比重1.5)にて液温:45℃,スプレー圧1.5kgf/mm2(14.7N/mm2)でハーフエッチング加工し、図2に示す反りの高さzを測定した。反り高さが2mm未満を合格として○、2mm以上を不合格として×と判定した。
表面の平坦性(均質性)については、ハーフエッチング加工後の表面を40倍の顕微鏡にて観察し、突起(長さ20μm×幅2μm×高さ2μmを超えるもの)の発生密度により3段階で評価した。1mm2あたりの発生個数で、A(非常に良好):0.1箇所未満、B(良好):0.1箇所以上かつ0.2箇所未満、C(突起多数):0.2箇所以上とした。
これらの結果を表3に示す。
9 アンコイラー
10 テンションレベラ
11 入側テンション負荷装置
12 巻取側テンション負荷装置
13 ローラーレベラー
14 リコイラー
B1 アンコイラテンション
F1 リコイラテンション
L ラインテンション
h 反りの高さ
Claims (3)
- Fe;1.5〜2.4質量%、P;0.008〜0.08質量%、Zn;0.01〜0.5質量%、残部がCu及び不可避的不純物である組成を有し、SEMによるEBSD測定における結晶方位解析にて、βファイバの集積度は、65°<φ2<90°の領域でのODF強度が25以上であり、理想方位から15°以内のCube方位の面積率が5%以下であり、且つ、板表面から板厚の5〜50%の深さ範囲にて、圧延方向に平行方向及び圧延方向に直角方向での残留応力の絶対値が何れも20MPa以下であることを特徴とするハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板。
- Ni;0.003〜0.5質量%及びSn;0.003〜0.5質量%を含有することを特徴とする請求項1に記載のハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板。
- 熱間圧延、溶体化処理、中間冷間圧延、中間焼鈍、時効処理、仕上げ冷間圧延、テンションレベリングをこの順序で行って銅合金板を製造するに際して、前記溶体化処理を800〜900℃にて5〜3600秒間実施し、前記時効処理を500〜650℃にて1〜24時間実施し、前記テンションレベリングを2回実施し、1回目をラインテンション;15〜90N/mm2、アンコイラテンション;15〜60N/mm2、リコイラテンション;15〜60N/mm2にて実施し、2回目をラインテンション;5〜80N/mm2、アンコイラテンション;10〜60N/mm2、リコイラテンション;10〜60N/mm2にて実施し、且つ、前記2回目のラインテンションを前記1回目のラインテンションより10N/mm2以上低いラインテンションにて実施することを特徴とする請求項1又は2に記載のハーフエッチング特性に優れたCu−Fe−P系銅合金板の製造方法。
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