JP2019167612A

JP2019167612A - Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条

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Publication number: JP2019167612A
Application number: JP2018058110A
Authority: JP
Inventors: 宗彦中妻; Munehiko Nakatsuma
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: CN110358946A; KR20190112660A; KR102221879B1; TW202041690A; TW201940710A; CN110358946B; TWI724940B; TWI715943B; JP6762333B2

Abstract

【課題】強度を向上させると共に、平坦性の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｎｉ：１．５〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．１質量％を含有し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条であって、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、JCBA-T326-2014に従い、圧延方向の急峻度を、該圧延方向に直交する圧延直角方向に25mm以下のピッチで５点以上測定したとき、急峻度の平均値が0.5以下であり、かつ（急峻度の偏差/急峻度の平均値）×100で表される急峻度の偏差率が12％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、電子材料などの電子部品の製造に好適に使用可能なＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条に関する。

近年、ＩＣパッケージの小型化に伴い、リードフレーム、電子機器の各種端子、コネクタなどの小型化、ひいては、多ピン化が要求されている。特に、QFN（quad flat non-leaded package）と称される、LSIパッケージのランドに電極パッドを配置し、リードピンを出さない構造が開発されており、多ピン化、狭ピッチ化がさらに要求される。
ここで、リードフレームを形成する際には、リードフレーム材料にエッチング加工を施す必要がある。そして、リードフレームの生産性を向上させるため、材料となる銅合金条の材料幅を大きくすることが要求されている。このようなことから、リードフレーム用の銅合金条には幅が広く平坦性に優れた材料が要求され、特にエッチング後の平坦性が要求される。
また、これらの銅合金には高い強度及び導電率も求められており、リードフレーム用材料として時効析出型のCu-Ni-Si系銅合金が用いられている（特許文献１）。

特開平4-231419号公報

ところで、材料の形状を矯正して平坦性を向上させる方法としてスキンパス圧延があるが、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金は材料強度が高いため、スキンパス圧延による形状矯正が十分に行われず、平坦性に劣る場合がある。又、特許文献１には、歪取焼鈍を行った後にスキンパス圧延を実施する点が記載されているが、材料の強度を確保できるものの、平坦性の改善には不十分である。
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、強度を向上させると共に、平坦性の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の提供を目的とする。

本発明者らは種々検討した結果、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金のスキンパス圧延前に中間歪取焼鈍を実施し、かつスキンパス圧延の加工度を制御することで、強度を損なわずに材料の加工性を高めることができ、スキンパス圧延後の平坦性を向上できることを見出した。

すなわち、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条はＮｉ：１．５〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．１質量％を含有し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条であって、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、JCBA-T326-2014に従い、圧延方向の急峻度を、該圧延方向に直交する圧延直角方向に25mm以下のピッチで５点以上測定したとき、前記急峻度が0.5以下であり、かつ（前記急峻度の偏差/前記急峻度の平均値）×100で表される急峻度の偏差率が12％以下である。

さらに、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＣｒの群から選ばれる一種以上を合計で０．００５〜０．８質量％含有することが好ましい。

本発明によれば、強度が高く平坦性の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条が得られる。

本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の材料歪の鳥瞰図の一例を示す図である。急峻度の測定方法を示す模式図である。リードフレーム加工時の平坦性の測定方法を示す模式図である。図３に続く模式図である。

以下、本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条について説明する。なお、本発明の合金組成における％とは、特に断らない限り、質量％を示すものとする。

まず、銅合金条の組成の限定理由について説明する。
＜Ｎｉ及びＳｉ＞
Ｎｉ及びＳｉは、時効処理を行うことによりＮｉとＳｉが微細なＮｉ_２Ｓｉを主とした金属間化合物の析出粒子を形成し、合金の強度を著しく増加させる。また、時効処理でのＮｉ_２Ｓｉの析出に伴い、導電性が向上する。
ただし、Ｎｉ濃度が１．５％未満の場合、またはＳｉ濃度が０．４％未満の場合は、他方の成分を添加しても所望とする強度が得られない。また、Ｎｉ濃度が４．５％を超える場合、またはＳｉ濃度が１．１％を超える場合は十分な強度が得られるものの、導電性の低下を招く。よって、Ｎｉの含有量を１．５〜４．５％とし、Ｓｉの含有量を０．４〜１．１％とする。好ましくは、Ｎｉの含有量を１．６〜３．０％とし、Ｓｉの含有量を０．４〜０．７％とする。

＜その他の元素＞
さらに、上記合金には、合金の強度、耐熱性、耐応力緩和性等を改善する目的で、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＣｒの群から選ばれる一種以上を合計で０．００５〜０．８％含有することができる。これら元素の合計量が０．００５％未満であると、上記効果が生じず、０．８％を超えると所望の特性は得られるものの、導電性が低下することがある。

＜導電率と引張強さＴＳ＞
本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条は、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、引張強さＴＳが８００ＭＰａ以上である。
半導体素子の高機能化に伴う処理能力の増大等により、リードフレーム等の回路の通電発熱が増大するので、銅合金条の導電率を３０％ＩＡＣＳ以上とする。
又、ワイヤボンディングする際のリードフレームの変形等を防止し、形状を維持するため、引張強さＴＳを８００ＭＰａ以上とする。

＜急峻度＞
本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の圧延方向の急峻度の平均値Ａｖが0.5以下であり、かつ（急峻度の偏差Ｄ/急峻度の平均値Ａｖ）×100で表される急峻度の偏差率ＤＲが12％以下である。
急峻度は、JCBA-T326-2014に規定されており、図１に示すように、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の表面の圧延方向及び圧延直角方向の高さの変化（うねり）を測定して求める。
具体的には、図２に示すように、圧延方向の高さプロファイル２の波の谷から谷までの距離を波の長さＬとし、谷から谷の間にひいた直線と波の山までの距離を波の高さｈとし、
急峻度＝（ｈ/Ｌ）×100（％）で表される。
又、圧延方向の高さプロファイル２を、図１に示すように圧延直角方向に25mm以下のピッチＰで５点以上の測定点Ｓ１，Ｓ２・・・で測定し、その平均を急峻度の平均値Ａｖとして採用する。

急峻度の平均値Ａｖが0.5以下であると、リードフレーム加工時の素材の平坦性が高まるのでワイヤボンディング性が良好になり、組立工程における不良が低減する。
又、上記したようにして５点以上測定した急峻度の偏差Ｄを求め、（急峻度の偏差Ｄ/急峻度の平均値Ａｖ）×100（％）で急峻度の偏差率ＤＲを求める。
急峻度の偏差率が12％以下であると、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の端伸びや中伸び形状が抑えられていることを表し、材料が広い幅であっても平坦性が高くなる。

急峻度の平均値Ａｖを0.5以下に制御し、急峻度の偏差率を12％以下に制御する方法としては、後述するように歪取焼鈍及びその後のスキンパス圧延の条件を規定することが挙げられる。

＜Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の製造＞
本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条は、通常、インゴットを熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、時効処理、時効後冷間圧延、歪取焼鈍、スキンパス圧延の順で行って製造することができる。溶体化処理前の冷間圧延は必須ではなく、必要に応じて実施してもよい。また、溶体化処理後で時効処理前に冷間圧延を必要に応じて実施してもよい。上記各工程の間に、表面の酸化スケール除去のための研削、研磨、ショットブラスト、酸洗等を適宜行うことができる。

溶体化処理は、Ｎｉ−Ｓｉ系化合物などのシリサイドをＣｕ母地中に固溶させ、同時にＣｕ母地を再結晶させる熱処理である。溶体化処理を、熱間圧延で兼ねることもできる。
時効処理は、溶体化処理で固溶させたシリサイドを、Ｎｉ_２Ｓｉを主とした金属間化合物の微細粒子として析出させる。この時効処理で強度と導電率が上昇する。時効処理は、例えば３７５〜６２５℃、１〜５０時間の条件で行うことができ、これにより強度を向上させことができる。
時効処理の温度や時間が上記範囲未満であると、Ｎｉ_２Ｓｉの析出量が少なく十分な強度が得られないことがある。時効処理の温度や時間が上記範囲を超えると、析出物の粗大化や再固溶が起こり、強度や導電率が十分に向上しないことがある。

＜時効後冷間圧延＞
次に、時効処理の後に冷間圧延（時効後冷間圧延）を加工度４０％以上で行うとよい。時効後冷間圧延によって材料に加工歪を与え、強度を向上させることができる。
時効後冷間圧延の加工度が４０％未満であると、強度を十分に向上させることが困難な場合がある。時効後冷間圧延の加工度は４０〜９０％が好ましい。加工度が９０％を超えると、強加工の加工歪により導電率が低下する場合がある。
時効後冷間圧延の加工度は、時効後冷間圧延の直前の材料厚みに対する、時効後冷間圧延による厚みの変化率である。
本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条の厚みは特に限定されないが、例えば0.03〜0.6ｍｍとすることができる。

＜歪取焼鈍＞
時効後冷間圧延の後に歪取焼鈍を行う。歪取焼鈍は一般的な条件で行えばよく、例えば300℃〜550℃、保持時間を5秒〜300秒で行うことができる。これにより材料内部の転位の一部を取り除くことで延性を回復させてスキンパス圧延による形状矯正を十分に行うことができる。特に歪取焼鈍後のΔTSが10〜30MPaとするのが望ましい。ΔTSが10MPa未満だと延性が十分に回復せずスキンパス圧延による形状矯正が不十分になる。ΔTSが30MPaを超える場合は加工性は良好だが、焼き鈍しによる強度低下によりTSが800MPa未満となる場合がある。
なお、ΔTS(MPa)は、（歪取焼鈍直前の材料の引張強さTS(MPa)）−（歪取焼鈍直後の材料の引張強さTS(MPa)）で表され、通常、ΔTS＞0である。

＜スキンパス圧延＞
歪取焼鈍後に加工度0.4〜1.6％のスキンパス圧延を行うことで、材料の形状を矯正する。スキンパス圧延の加工度が0.4％未満であると、十分な形状矯正が行われず、圧延歪が残り、平坦性が向上しないことがある。加工度が1.6％を超えると、高圧下により材料に新たに歪みが生じるため、平坦性が向上しないことがある。

＜最終歪取焼鈍＞
スキンパス圧延の後、最終歪取焼鈍を行ってもよい。最終歪取焼鈍は、上述のスキンパス圧延前の歪取焼鈍と同等の条件で行うことができ、これによりスキンパス圧延にて低下した材料のばね性を回復させることができる。

各実施例及び各比較例の試料を、以下のように作製した。
電気銅を原料とし、大気溶解炉を用いて表１に示す組成の銅合金を溶製、鋳造した。このインゴットを９５０℃で板厚１０ｍｍまで熱間圧延を行った。熱間圧延後、研削して幅６００ｍｍの材料を得た後、冷間圧延、溶体化処理、時効処理をこの順に行った。
次に、表１に示す加工度で、板厚０．１５２ｍｍになるまで時効後冷間圧延を行った。さらに表１に示す条件（ΔTS）で歪取焼鈍を行い、次いで表１に示す加工度でスキンパス圧延をした後、最終歪取焼鈍を行って試料を得た。

＜導電率（％IACS）＞
得られた試料につき、ＪＩＳＨ０５０５に基づいて4端子法により、25℃の導電率(%IACS)を測定した。

＜引張強さ（ＴＳ）＞
得られた試料につき、引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向における引張強さ（TS）をそれぞれ測定した。まず、各試料から、引張方向が圧延方向になるように、プレス機を用いてＪＩＳ１３Ｂ号試験片を作製した。引張試験の条件は、試験片幅12.7ｍｍ、室温（１５〜３５℃）、引張速度5mm/min、ゲージ長さ50mmとした。

＜急峻度＞
得られた試料（圧延直角方向の幅６００ｍｍ、圧延方向の長さ１０００ｍｍ）につき、JCBA-T326-2014に従って、非接触式の３次元測定機を用い、圧延方向の急峻度を、圧延直角方向の中央部を中心として25ｍｍピッチで合計5点測定した。
そして、上記したように、急峻度の平均値Ａｖと急峻度の偏差Ｄを求め、急峻度の偏差率ＤＲ＝（急峻度の偏差Ｄ/）×100（％）を算出した。

＜リードフレーム加工時の平坦性＞
得られた試料（圧延直角方向の幅600ｍｍ、圧延方向の長さ20ｍｍ）を用い、図３に示すように、リード長さ8ｍｍ、幅0.25ｍｍ、リードピッチ0.5ｍｍのスリットパターンを、47ボーメ、40℃のエッチング液を試料の片面にスプレーエッチングすることにより形成した。このスリットパターンは、櫛状に多数のリードＬＥが圧延直角方向に隣接して並び、リードフレームの内部リード部を模擬している。
次に、図４に示すように、エッチング加工後のリードフレームをエッチングスプレー面を上にして定盤Ｔに載置し、リードＬＥが伸びる方向から見て各リードＬＥの定盤Ｔからの高さＨＬを測定した。リードＬＥの厚みｔの150％を基準高さＨＳに定め、各高さＨＬが連続してＨＳ以下である領域のリードＬＥ間の圧延直角方向の長さＬＲが550ｍｍ以上である場合、リードフレームに加工してもリードフレームの平坦性が優れるとみなした。

得られた結果を表１に示す。

表１から明らかなように、急峻度の偏差率が12％以下である各実施例の場合、引張強さが８００ＭＰａ以上で、急峻度の平均値が0.5以下、急峻度の偏差率が12％以下であり、リードフレーム加工時（エッチング後）の平坦性が優れていた。

歪取焼鈍時のΔTSが10MPa未満の比較例１の場合、急峻度の平均値が0.5を超え、急峻度の偏差率が12％を超え、リードフレーム加工時の平坦性が劣った。
歪取焼鈍時のΔTSが30MPaを超えた比較例２の場合、引張強さが８００ＭＰａ未満となった。

スキンパス圧延の加工度が1.6％を超えた比較例３の場合、スキンパス圧延時に変形し、急峻度が0.5を超え、急峻度の偏差率が12％を超えた。そのため、リードフレーム加工時の平坦性が劣った。
スキンパス圧延の加工度が0.4％未満の比較例４の場合、スキンパス圧延で十分な形状矯正が行われなかったため、急峻度が0.5を超え、急峻度の偏差率が12％を超えた。そのため、リードフレーム加工時の平坦性が劣った。

時効後冷間圧延の加工度が４０％未満の比較例５の場合、引張強さが８００ＭＰａ未満となった。
Ｎｉ及びＳｉの含有量が規定範囲を超えた比較例６の場合、導電率が３０％ＩＡＣＳ未満になった。
Ｎｉ及びＳｉの含有量が規定範囲未満の比較例７の場合、引張強さが８００ＭＰａ未満となった。
添加元素の合計含有量が０．８質量％を超えた比較例８の場合、導電率が３０％ＩＡＣＳ未満になった。

Claims

Ｎｉ：１．５〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．１質量％を含有し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条であって、
導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、
JCBA-T326-2014に従い、圧延方向の急峻度を、該圧延方向に直交する圧延直角方向に25mm以下のピッチで５点以上測定したとき、前記急峻度の平均値が0.5以下であり、
かつ（前記急峻度の偏差/前記急峻度の平均値）×100で表される急峻度の偏差率が12％以下であるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条。
さらに、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＣｒの群から選ばれる一種以上を合計で０．００５〜０．８質量％含有する請求項１記載のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金条。