JP2514926B2 - はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法 - Google Patents
はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法Info
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- JP2514926B2 JP2514926B2 JP61022294A JP2229486A JP2514926B2 JP 2514926 B2 JP2514926 B2 JP 2514926B2 JP 61022294 A JP61022294 A JP 61022294A JP 2229486 A JP2229486 A JP 2229486A JP 2514926 B2 JP2514926 B2 JP 2514926B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明ははんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金、
特に小型高密度の半導体リードフレームに適した銅合金
とその製造法に関するものである。
特に小型高密度の半導体リードフレームに適した銅合金
とその製造法に関するものである。
電子機器用銅合金としてはCu−Sn系のリン青銅が用い
られ、コネクターやスイッチ用ばね、端子、半導体リー
ドフレーム、リード線等に多量に使用されている。この
合金は強度及び加工性が優れているが、導電率は10〜25
％IACSと低いため、導電性や熱伝導性が要求される用途
には使用できない。このため導電性や熱伝導性が要求さ
れる用途にはCu−Fe系、例えばC194（Cu−2.4wt％Fe−
0.12wt％Zn−Ｐ合金）（以下wt％を％と略記）、C195
（Cu−1.5％Fe−0.8％Co−0.6％Sn−Ｐ合金）が用いら
れている。この合金は強度45〜55kg/mm2、導電率50〜65
％IACSの特性を示す。
られ、コネクターやスイッチ用ばね、端子、半導体リー
ドフレーム、リード線等に多量に使用されている。この
合金は強度及び加工性が優れているが、導電率は10〜25
％IACSと低いため、導電性や熱伝導性が要求される用途
には使用できない。このため導電性や熱伝導性が要求さ
れる用途にはCu−Fe系、例えばC194（Cu−2.4wt％Fe−
0.12wt％Zn−Ｐ合金）（以下wt％を％と略記）、C195
（Cu−1.5％Fe−0.8％Co−0.6％Sn−Ｐ合金）が用いら
れている。この合金は強度45〜55kg/mm2、導電率50〜65
％IACSの特性を示す。
電子機器では小型高密度化が著しく、必要とされる合
金の特性も絶えず高性能化が要求され、特に半導体にお
いて最も顕著であり、工業的にも最も重要な地位を占め
ている。例えば量産型のプラスチックモールド半導体で
はリードフレームとして、DIP型の100milピッチの２方
向リードを有するフレームとして上記銅合金が大量に使
用されている。
金の特性も絶えず高性能化が要求され、特に半導体にお
いて最も顕著であり、工業的にも最も重要な地位を占め
ている。例えば量産型のプラスチックモールド半導体で
はリードフレームとして、DIP型の100milピッチの２方
向リードを有するフレームとして上記銅合金が大量に使
用されている。
最近より小型化が可能な面実装型の新しい半導体パッ
ケージとしてSOP、FP、PLCCが開発され、特にPLCCは４
方向に50milピッチのリードを出したフレームを使用す
るため、従来のDIP型に比べて大巾な高密実装が可能で
ある。またFPも類似であり、SOPも２方向リードである
が50milピッチの細いリードフレームを用いる面実装で
ある。
ケージとしてSOP、FP、PLCCが開発され、特にPLCCは４
方向に50milピッチのリードを出したフレームを使用す
るため、従来のDIP型に比べて大巾な高密実装が可能で
ある。またFPも類似であり、SOPも２方向リードである
が50milピッチの細いリードフレームを用いる面実装で
ある。
上記の新規な電子機器に用いるリードフレーム等に
は、導電率の一層の向上と共に高い強度と加工性のバラ
ンスが要求され、更には機械的特性の等方性が要求され
る。即ち板条体として圧延方向と巾方向の特性、特に加
工特性の差異は高精密を必須とするPLCC等のリードフレ
ームには致命的欠陥となる。しかしながら上記リン青銅
やCu−Fe系合金はこれ等の要求特性を満足することがで
きず、現状ではC150（Cu−0.1％Zr合金）やCu−２％Sn
−0.1％Cr合金が使用されているが、前者は90％IACS程
度の導電率を示すも強度は40kg/mm2程度にすぎず、後者
は50〜55kg/mm2程度の強度を示すも、導電率は30〜40％
IACS程度にすぎない。
は、導電率の一層の向上と共に高い強度と加工性のバラ
ンスが要求され、更には機械的特性の等方性が要求され
る。即ち板条体として圧延方向と巾方向の特性、特に加
工特性の差異は高精密を必須とするPLCC等のリードフレ
ームには致命的欠陥となる。しかしながら上記リン青銅
やCu−Fe系合金はこれ等の要求特性を満足することがで
きず、現状ではC150（Cu−0.1％Zr合金）やCu−２％Sn
−0.1％Cr合金が使用されているが、前者は90％IACS程
度の導電率を示すも強度は40kg/mm2程度にすぎず、後者
は50〜55kg/mm2程度の強度を示すも、導電率は30〜40％
IACS程度にすぎない。
このため電子機器用銅合金としては、導電率と強度が
共に優れ、かつ等方的な高度の加工性、即ちプレス成型
性を有し、更に面実装部品の信頼性に重要な半田接合強
度の向上が望まれている。例えばプリント基板のスルホ
ールを用いないで表面に半田付けする面実装では接合強
度の経時劣化が致命的となる。またメッキ性や耐食性、
例えばアンモニヤによる応力腐食割れに対しても充分な
耐性を有することが要求される。
共に優れ、かつ等方的な高度の加工性、即ちプレス成型
性を有し、更に面実装部品の信頼性に重要な半田接合強
度の向上が望まれている。例えばプリント基板のスルホ
ールを用いないで表面に半田付けする面実装では接合強
度の経時劣化が致命的となる。またメッキ性や耐食性、
例えばアンモニヤによる応力腐食割れに対しても充分な
耐性を有することが要求される。
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、電気及び熱伝導
性、機械的強度、精密加工性、半田接合強度等を向上し
た電子機器用銅合金とその製造法を開発したものであ
る。
性、機械的強度、精密加工性、半田接合強度等を向上し
た電子機器用銅合金とその製造法を開発したものであ
る。
即ち本発明電子機器用銅合金はNi又はNiとCoを１％を
越え４％以下、Cr1.0％を越え２％以下、Si0.2〜1.5
％、Sn1.1〜３％とを含み、残部Cuからなるものであ
る。
越え４％以下、Cr1.0％を越え２％以下、Si0.2〜1.5
％、Sn1.1〜３％とを含み、残部Cuからなるものであ
る。
また本発明製造法は、Ni又はNiとCoを１％を越え４％
以下、Cr1.0％を越え２％以下、Si0.2〜1.5％、Sn1.1〜
３％とを含み、残部Cuからなる合金を650℃以上で熱間
加工した後、350℃以下まで10℃/sec以上の速さで冷却
し、続いて70％以上の冷間加工を加えてから400〜600℃
で熱処理することを特徴とするものである。
以下、Cr1.0％を越え２％以下、Si0.2〜1.5％、Sn1.1〜
３％とを含み、残部Cuからなる合金を650℃以上で熱間
加工した後、350℃以下まで10℃/sec以上の速さで冷却
し、続いて70％以上の冷間加工を加えてから400〜600℃
で熱処理することを特徴とするものである。
即ち本発明はNi又はNiとCoを１％を越え４％以下、Cr
1.0％を越え２％以下、Si0.2〜1.5％、Sn1.1〜３％とを
含み、残部Cuからなり、この合金を溶解鋳造して650℃
以上、望ましくは700℃以上で熱間加工する。
1.0％を越え２％以下、Si0.2〜1.5％、Sn1.1〜３％とを
含み、残部Cuからなり、この合金を溶解鋳造して650℃
以上、望ましくは700℃以上で熱間加工する。
次に加工後直ちに冷風又は水シャワーを吹き付けて10
℃/sec以上の速さで少なくとも350℃まで冷却する。こ
れに冷間加工により70％以上の減面加工を施してから40
0〜600℃で熱処理することにより造られる。熱処理時間
は実際の諸条件にもよるが、10分から６時間程度でよ
い。尚熱処理後必要に応じて加工や中間焼鈍を施して所
望寸法に仕上げたり、仕上げ加工後に250〜350℃の低温
で熱処理して加工歪の少なくとも一部を解放することに
より、機械的特性、特に伸びや加工性を向上するのに有
効である。
℃/sec以上の速さで少なくとも350℃まで冷却する。こ
れに冷間加工により70％以上の減面加工を施してから40
0〜600℃で熱処理することにより造られる。熱処理時間
は実際の諸条件にもよるが、10分から６時間程度でよ
い。尚熱処理後必要に応じて加工や中間焼鈍を施して所
望寸法に仕上げたり、仕上げ加工後に250〜350℃の低温
で熱処理して加工歪の少なくとも一部を解放することに
より、機械的特性、特に伸びや加工性を向上するのに有
効である。
本発明合金はNi2Si、Cr3Si、Cr5Si2等の微粒子を均一
に分散析出させ、更にCr等の析出も付加し、Cuマトリッ
クスの固溶Siを可及的に低減したCu−Sn合金により、析
出粒子の分散強化と強化されたマトリックスとの併合に
よって引張強度50〜70kg/mm2又はこれ以上とし、導電率
も20〜40％IACSとしたものである。
に分散析出させ、更にCr等の析出も付加し、Cuマトリッ
クスの固溶Siを可及的に低減したCu−Sn合金により、析
出粒子の分散強化と強化されたマトリックスとの併合に
よって引張強度50〜70kg/mm2又はこれ以上とし、導電率
も20〜40％IACSとしたものである。
しかして強化成分としてのNi含有量を１％を越え４％
以下、Cr含有量を1.0％を越えて２％以下としたのは、
何れも下限以下では十分な強化が得られず、上限を越え
ると加工性を阻害するばかりか、導電性を低下するため
である。尚Niの一部をCoにより置換しても同様の効果が
得られる。ただしCoはNiに比べて著しく高価である。上
記化合物析出成分としてSi含有量を0.2〜1.5％としたの
は、下限未満では十分な強化が得られず、上限を越える
と導電率を大きく低下させるためである。即ち化学量論
より過剰のSiは固溶元素となって合金の導電率を低下さ
せるばかりか、半田接合強度の経時劣化の原因となるた
め、望ましくはSi含有量をNi＋Crの量論に近い量、特に
化学量論量以下（Niに対するSiの化学量論は約1/5.18、
Crに対するSiの化学量論は約1/5.5）とする。上記２種
のSi化合物は均一微細な析出が進行し易いばかりか、化
学量論のNiとCrのうち、NiはCrより親和性が大きくNi2S
iとなり、余分のCrは単体Crとして析出し、合金の強度
向上に副次的に働くと共に導電率の低下を起さない。Cr
を併用しない場合には過剰のSi又は未反応のSiは固溶体
としてCuマトリックに残り、導電率を大きく低下させる
ばかりか、半田接合強度の経時劣化を招く。Sn含有量を
1.1〜３％と限定したのは、Snは固溶体強化と前記析出
物の均質析出分散を促進し、前記分散強化効果と合せて
合金の強度、伸び、加工性等を向上するも、その含有量
が1.1％未満では十分な強度が得られず、３％を越える
と導電率が大巾に低下するためである。
以下、Cr含有量を1.0％を越えて２％以下としたのは、
何れも下限以下では十分な強化が得られず、上限を越え
ると加工性を阻害するばかりか、導電性を低下するため
である。尚Niの一部をCoにより置換しても同様の効果が
得られる。ただしCoはNiに比べて著しく高価である。上
記化合物析出成分としてSi含有量を0.2〜1.5％としたの
は、下限未満では十分な強化が得られず、上限を越える
と導電率を大きく低下させるためである。即ち化学量論
より過剰のSiは固溶元素となって合金の導電率を低下さ
せるばかりか、半田接合強度の経時劣化の原因となるた
め、望ましくはSi含有量をNi＋Crの量論に近い量、特に
化学量論量以下（Niに対するSiの化学量論は約1/5.18、
Crに対するSiの化学量論は約1/5.5）とする。上記２種
のSi化合物は均一微細な析出が進行し易いばかりか、化
学量論のNiとCrのうち、NiはCrより親和性が大きくNi2S
iとなり、余分のCrは単体Crとして析出し、合金の強度
向上に副次的に働くと共に導電率の低下を起さない。Cr
を併用しない場合には過剰のSi又は未反応のSiは固溶体
としてCuマトリックに残り、導電率を大きく低下させる
ばかりか、半田接合強度の経時劣化を招く。Sn含有量を
1.1〜３％と限定したのは、Snは固溶体強化と前記析出
物の均質析出分散を促進し、前記分散強化効果と合せて
合金の強度、伸び、加工性等を向上するも、その含有量
が1.1％未満では十分な強度が得られず、３％を越える
と導電率が大巾に低下するためである。
上記本発明合金の特性を実用上生産性良く発揮させる
製造法として、溶解鋳造した鋳塊を650℃以上で熱間加
工し、直ちに10℃/sec以上の速さで少なくとも350℃以
下まで冷却することにより、上記化合物の析出を抑制
し、低い負荷で加工を可能にする。
製造法として、溶解鋳造した鋳塊を650℃以上で熱間加
工し、直ちに10℃/sec以上の速さで少なくとも350℃以
下まで冷却することにより、上記化合物の析出を抑制
し、低い負荷で加工を可能にする。
次に70％以上の冷間加工を施してから400〜600℃で熱
処理することにより、加工歪みの作用によって均質微細
な析出を速かに行なわせる。即ち均質微細な化合物の析
出を可及的に完全に行なうことにより、強度、導電性、
加工性、半田付け性などの電子機器用途に不可欠の特性
を最大に発揮せしめたものである。従来の析出型合金で
は、冷間加工の途中又は最終で800℃以上の高温で溶体
化処理し水焼入れしてから析出時効処理しているが、溶
体化焼入れは処理工程が煩雑で酸化問題や特殊設備を必
要とする。本発明は合金組成を上記の如く制限して焼入
れ感受性抑制の効果により、従来工程を要せずに特性の
高い合金を得たものである。しかして熱間加工温度が65
0℃未満でも、冷却速度が10℃/sec未満でも上記化合物
の粗大析出を生じ、その後に冷間加工と熱処理を施して
も高い特性は得られない。また熱間加工後の冷間加工が
70％未満では加工歪が不十分で、熱処理による析出化合
物が粗大化する。更に熱処理温度が400℃未満では化合
物の析出に長時間を要し、600℃を越えると析出化合物
が粗大となり、合金特性を劣化する。
処理することにより、加工歪みの作用によって均質微細
な析出を速かに行なわせる。即ち均質微細な化合物の析
出を可及的に完全に行なうことにより、強度、導電性、
加工性、半田付け性などの電子機器用途に不可欠の特性
を最大に発揮せしめたものである。従来の析出型合金で
は、冷間加工の途中又は最終で800℃以上の高温で溶体
化処理し水焼入れしてから析出時効処理しているが、溶
体化焼入れは処理工程が煩雑で酸化問題や特殊設備を必
要とする。本発明は合金組成を上記の如く制限して焼入
れ感受性抑制の効果により、従来工程を要せずに特性の
高い合金を得たものである。しかして熱間加工温度が65
0℃未満でも、冷却速度が10℃/sec未満でも上記化合物
の粗大析出を生じ、その後に冷間加工と熱処理を施して
も高い特性は得られない。また熱間加工後の冷間加工が
70％未満では加工歪が不十分で、熱処理による析出化合
物が粗大化する。更に熱処理温度が400℃未満では化合
物の析出に長時間を要し、600℃を越えると析出化合物
が粗大となり、合金特性を劣化する。
第１表に示す組成の合金を溶解鋳造し、表面を機械仕
上げして厚さ50mm、巾150mm、長さ510mmの鋳塊とした。
これを熱間圧延により厚さ5.5mmとしてから直ちに水冷
により冷却し、酸洗してから冷間圧延した。これをAr雰
囲気中で熱処理した。これ等の製造条件を第２表に示
す。
上げして厚さ50mm、巾150mm、長さ510mmの鋳塊とした。
これを熱間圧延により厚さ5.5mmとしてから直ちに水冷
により冷却し、酸洗してから冷間圧延した。これをAr雰
囲気中で熱処理した。これ等の製造条件を第２表に示
す。
このようにして得た板材について引張強さ、伸び、導
電率、曲げ加工性、半田接合強度を調べた。これ等の結
果を従来合金（C510、C195）と比較して第３表に示す。
電率、曲げ加工性、半田接合強度を調べた。これ等の結
果を従来合金（C510、C195）と比較して第３表に示す。
曲げ加工性は各種先端半径（Ｒ）の90゜ダイとポンチ
の組合せ装置を用いてプレスで折り曲げ、曲げ部の割れ
を調べ、割れの起らない最少のR/t（R:曲げ半径、t:板
厚）を求めた。また半田接合強度は共晶半田付けしたリ
ード付きジョイント部を150℃で300時間エージングした
後、引張試験して接合強度を求めた。
の組合せ装置を用いてプレスで折り曲げ、曲げ部の割れ
を調べ、割れの起らない最少のR/t（R:曲げ半径、t:板
厚）を求めた。また半田接合強度は共晶半田付けしたリ
ード付きジョイント部を150℃で300時間エージングした
後、引張試験して接合強度を求めた。
第３表から明らかなように第１表の本発明合金（Ａ、
Ｂ）を第２表の本発明法No.1、２で製造したものは、何
れも従来合金であるC510（No.5）及びC195（No.6）と比
較し、機械的特性、電気特性、半田接合強度、均質性の
総合特性において優れていることが判る。これに対し本
発明合金の組成範囲より外れる比較合金を本発明法で製
造した比較例No.3、４は諸特性が劣ることが判る。
Ｂ）を第２表の本発明法No.1、２で製造したものは、何
れも従来合金であるC510（No.5）及びC195（No.6）と比
較し、機械的特性、電気特性、半田接合強度、均質性の
総合特性において優れていることが判る。これに対し本
発明合金の組成範囲より外れる比較合金を本発明法で製
造した比較例No.3、４は諸特性が劣ることが判る。
このように本発明によれば電気及び熱伝導性、機械的
強度、精密加工性、半田接合強度等が優れており、半導
体リードフレームはもとより、半田接合強度が要求され
るリード線、各種端子、コネクター等に適し、電子機器
の小型・高密度化に大きく寄与する等、工業上顕著な効
果を示すものである。
強度、精密加工性、半田接合強度等が優れており、半導
体リードフレームはもとより、半田接合強度が要求され
るリード線、各種端子、コネクター等に適し、電子機器
の小型・高密度化に大きく寄与する等、工業上顕著な効
果を示すものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 真人 日光市清滝町500番地 古河電気工業株 式会社日光電気精銅所内 (72)発明者 篠崎 重雄 日光市清滝町500番地 古河電気工業株 式会社日光電気精銅所内 (56)参考文献 特開 昭59−193233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−61426（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−119660（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−83442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−266540（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】Ni又はNiとCoを1wt％を越え4wt％以下、Cr
1.0wt％を越え2wt％以下、Si0.2〜1.5wt％、Sn1.1〜3wt
％を含み、残部Cuからなるはんだ接合強度に優れた電子
機器用銅合金。 - 【請求項２】Ni又はNiとCoを1wt％を越え4wt％以下、Cr
1.0wt％を越え2wt％以下、Si0.2〜1.5wt％、Sn1.1〜3wt
％を含み、残部Cuからなる合金を650℃以上で熱間加工
した後、350℃以下まで10℃/sec以上の速さで冷却し、
続いて70％以上の冷間加工を加えてから400〜600℃で熱
処理することを特徴とするはんだ接合強度に優れた電子
機器用銅合金の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022294A JP2514926B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022294A JP2514926B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29920395A Division JP2576853B2 (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62180025A JPS62180025A (ja) | 1987-08-07 |
| JP2514926B2 true JP2514926B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=12078726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61022294A Expired - Lifetime JP2514926B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2514926B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101127000B1 (ko) | 2006-10-03 | 2012-04-12 | 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 | 전자 재료용 구리 합금 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2625965B2 (ja) * | 1988-09-26 | 1997-07-02 | 三菱電機株式会社 | Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の製造方法 |
| JP3728776B2 (ja) * | 1995-08-10 | 2005-12-21 | 三菱伸銅株式会社 | めっき予備処理工程中にスマットが発生することのない高強度銅合金 |
| JP4329967B2 (ja) * | 2000-04-28 | 2009-09-09 | 古河電気工業株式会社 | プラスチック基板に設けられるピングリッドアレイ用ｉｃリードピンに適した銅合金線材 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU8343175A (en) * | 1974-10-04 | 1977-02-03 | Olin Corp | High strength, corrosion resistant cubase-si-sn alloys with good strength to bend ductility |
| JPS59193233A (ja) * | 1983-04-15 | 1984-11-01 | Toshiba Corp | 銅合金 |
| JPS61119660A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-06 | Nippon Mining Co Ltd | 高力高導電性銅基合金の製造方法 |
| JPS61266540A (ja) * | 1985-05-21 | 1986-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 銅基合金 |
| JPS6283442A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-16 | Nippon Mining Co Ltd | 半田耐熱剥離性に優れた高力高導電銅合金 |
-
1986
- 1986-02-04 JP JP61022294A patent/JP2514926B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101127000B1 (ko) | 2006-10-03 | 2012-04-12 | 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 | 전자 재료용 구리 합금 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62180025A (ja) | 1987-08-07 |
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