JP2670670B2 - 高力高導電性銅合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トランジスタや集積回路（IC）などの半導
体機器のリード材、コネクター、端子、リレー、スイッ
チ等の導電性ばね材に適する銅合金に関するものであ
る。 ［従来の技術］ 従来、半導体機器のリード材としては熱膨脹係数が低
く、素子及びセラミックとの接着および封着性の良好な
コバール（Fe−29Ni−16Co）、42合金などの高ニッケル
合金が好んで使われてきた。しかし、近年、半導体回路
の集積度の向上に伴い消費電力の高いICが多く使用され
るようになってきたことと、封止材料として樹脂が多く
使用され、かつ素子とリードフレームの接着も改良が加
えられたことにより使用されるリード材の放熱性の良い
銅基合金が使われるようになってきた。 又、従来電気機器用ばね、計測器用ばね、スイッチ、
コネクター等に用いられるばね用材料としては、安価な
黄銅、優れたばね特性及び耐食性を有する洋白、あるい
は優れたばね特性を有するりん青銅が使用されていた。 ［発明が解決しようとする問題点］ 一般に半導体機器のリード材としては以下のような特
性が要求されている。 （１）リードが電気信号伝達部であるとともに、パッケ
ージング工程中及び回路使用中に発生する熱を外部に放
出する機能を併せ持つことを要求されるため、優れた熱
及び電気伝導性を示すもの。 （２）リードとモールドとの密着性が半導体素子保護の
観点から重要であるため、リード材とモールド材の熱膨
脹係数が近いこと。 （３）パッケージング時に種々の加熱工程が加わるた
め、耐熱性が良好であること。 （４）リードはリード材を打ち抜き加工し、また曲げ加
工して作製されるものがほとんどであるため、これらの
加工性が良好であること。 （５）リードは表面に貴金属めっきを行うため、これら
貴金属とのめっき密着性が良好であること。 （６）パッケージング後に封止材の外に露出している、
いわゆるアウター・リード部に半田付けするものが多い
ので、良好な半田付け性を示すこと。 （７）機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好な
こと。 （８）価格が低廉であること。 これら各種の要求特性に対し従来より使用されている
無酸素銅、錫入り銅、りん青銅、コバール、42合金はい
ずれも一長一短があり、これらの特性のすべてを必ずし
も満足しえるものではない。 又、バネ材として用いられている黄銅は強度、ばね特
性が劣っており、又強度、ばね特性の優れた洋白、りん
青銅も洋白は18重量％のNi、りん青銅は８重量％のSnを
含むため、原料の面及び製造上熱間加工性が悪い等の加
工上の制約も加わり高価な合金であった。さらには電気
機器用等に用いられる場合、電気伝導度が低いという欠
点を有していた。従って、導電性が良好であり、ばね特
性に優れた安価な合金の出現が待たれていた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明はかかる点に鑑みなされたもので、従来の銅基
合金のもつ欠点を改良し、半導体機器のリード材及び導
電性ばね材として好適な諸特性を有する銅合金を提供し
ようとするものである。 特にCu−Cr−Zr系合金を改良し、要求に合致した銅合
金を提供しようとするものである。すなわちCu−Cr−Zr
合金は優れた導電性と強度を示し、半導体機器リード材
としても導電性ばね材としても優れた銅合金といえる
が、はんだ付け性、めっき性、エッチング性、折り曲げ
性については満足できる特性を示さず改良の必要があっ
た。 本発明者らはこれらの特性劣化要因を種々検討したと
ころ、Cr、Zrの硫化物がその原因であり、その大きさを
ある一定値以下とすることよりこれら諸特性の改善をは
かれることを見出した。 本発明は、 （１）Cr0.05〜1.0重量％及びZr0.05〜1.0重量％を含
み、残部がCu及び不可避不純物であり、かつ介在物であ
るCr、Zrの硫化物の大きさが1.0μｍ以下であることを
特徴とする高力高導電性銅合金。 および （２）Cr0.05〜1.0重量％、Zr0.05〜1.0重量％及びAl、
Be、Co、Fe、Ni、Hf、In、Mo、Mg、Pb、Si、Te、Sn、T
i、Znからなる群より選択された１種又は２種以上の元
素を0.05〜1.0重量％含み、残部がCu及び不可避不純物
であり、かつ介在物があるCr、Zrの硫化物の大きさが1.
0μｍ以下であることを特徴とする高力高導電性銅合
金。 であり、半導体機器リード材又は導電性ばね材として優
れた電気及び熱伝導性、耐熱性、ばね特性を有するばか
りでなく、半田付け性、めっき性、エッチング性、折り
曲げ性をも著しく改良したことを特徴とするものであ
る。 次に本発明（１）、（２）の両合金を構成する合金成
分の限定理由を説明する。 Crの含有量を0.05重量％以上1.0重量％以下とするの
は、Crの含有量が0.05重量％未満ではZrの共添を伴って
も十分な強度が得られず、逆にCrの含有量が1.0重量％
を越えると、加工性、導電性の低下が見られるようにな
るためである。 Zrの含有量を0.05重量％以上1.0重量％以下とした理
由は、Zrの含有量が0.05重量％未満ではZrの含有による
強度の向上は顕著でなく、Zr含有量が1.0重量％を越え
ると加工性、導電性の低下が見られるようになるためで
ある。 Cr、Zrの硫化物の大きさ（なお硫化物の大きさとは硫
化物の粒の平均さしわたし寸法を意味する。）を1.0μ
ｍ以下とする理由は、通常Cu中には微量のＳが存在し、
かつ溶解鋳造時に外部からＳが混入する場合もあるが、
Ｓが存在するとCr、Zrは非常にＳと結合しやすく容易に
硫化物になり銅中に存在するようになり、素材の最終製
品時の硫化物の大きさが1.0μｍをこえると折り曲げ
性、半田付け性、めっき性、エッチング性が著しく低下
するためである。 具体的には硫化物が1.0μｍをこえると折り曲げ時の
割れ起点として働きやすく、さらに半田付けあるいはめ
っきを施した時に、これら硫化物のぬれ性が悪いため硫
化物の上に正常な半田、めっきがつきにくく、めっき密
着性も急激に低下する。エッチング性についてもマトリ
ックスと硫化物で腐食速度が異なるため、バリ状の硫化
物がエッチング面により残され、リード材としての所定
の寸法がでないという現象が起こる。従ってCu−Cr−Zr
系合金においては硫化物の大きさを1.0μｍ以下にしな
ければ実用に供する合金とならない。 硫化物の大きさを1.0μｍ以下にするには、インゴッ
ト時のＳの含有量を例えば0.0015重量％以下のように少
なくするとともに溶体化処理、冷間加工、時効処理条件
の組合せを例えば実施例のように選定することにより得
られる。 さらに副成分としてAl、Be、Co、Fe、Ni、Hf、In、M
o、Mg、Pb、Si、Te、Sn、Ti、Znの１種又は２種以上を
含有すると強度、ばね特性を向上させるが、その含有量
が0.05重量％未満では効果があまり期待できず、又、1.
0重量％を越えると導電率の低下が著しくなることから
0.05〜1.0重量％とした。 ［実施例］ 第１表に示される本発明合金に係る各種成分組成のイ
ンゴットを電気銅あるいは無酸素銅を原料として、高周
波溶解炉で大気、又は不活性あるいは還元性雰囲気中で
溶解・鋳造した。なお、本発明合金用として用いた銅原
料のＳ含有量は0.0015重量％以下であった。 次にこれを900℃で熱間圧延して厚さ4mmの板とした後
900℃×５分の溶体化処理を行い、面削を行って、冷間
圧延で厚さ0.3mmの板とした。これに種々の条件の時効
処理を施した。 こうして得られた供試材の硫化物の大きさを確認する
とともリード材及びばね材としての評価を以下の方法で
行った。 強度と伸びは引張試験によりばね性をK6値により評価
した。曲げ性は板の圧延方向に平行な方向における曲げ
（〃）同直角な方向における曲げ（⊥）について、定荷
重（225gf）負荷により板厚と同一の曲げＲ（0.25mm）
での繰り返し曲げ（破断させずに曲げることのできる90
゜曲げ往復回数）により、耐熱性は加熱時間５分におけ
る軟化温度により、また電気伝導性と放熱性とを導電率
（％IACS）により示したが、これは電気伝導性と熱伝導
性は相互に比例関係にあり、共に導電率で評価し得るか
らである。半田付け性は、垂直式浸漬法によって、230
±５℃の半田浴（Sn60％、Pb40％）に５秒間浸漬して、
半田のぬれ状態を目視観察することにより評価した。半
田の耐剥離性は上記の方法で半田付けした試料を大気中
で150℃、1500時間加熱後、板厚と同一の曲げＲ（0.25m
m）の90゜曲げを行い、剥離の有無を評価した。エッチ
ング性は供試材を塩化第二鉄でエッチングを行い、その
断面のバリ状の突出物の有無によって評価した。 密着性は試料に厚さ３μｍのAgめっきを施し、表面を
発生するフクレの有無を目視観察することにより評価し
た。 これらの結果を比較合金を含めて第１表に示した。 第１表に示すように、本発明の合金は強度、ばね性、
曲げ性、導電性、耐熱性、半田付け性、半田耐剥離性、
エッチング性、めっき密着性に優れていることが明白で
あり、半導体機器のリードあるいはばね用材料等の高力
高導電性銅合金として好適であるということができる。 ［発明の効果］ このように本発明合金はCu−Cr−Zr系合金の硫化物の
大きさを限定することにより、今まで本合金の欠点であ
った折り曲げ性、半田付け性、めっき性、エッチング性
を著しく改善することができる。又、熱膨脹係数はプラ
スチックに近く、半導体機器のリード材としてはプラス
チックパッケージ用に適している。従って、本発明合金
は半導体機器のリード材及び導電性ばね材として好適な
材料であり、先行技術の合金においてこのような総合的
特性を兼備するものはない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−183425（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−194032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−93837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193233（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．Cr0.05〜1.0重量％及びZr0.05〜1.0重量％を含み、
   残部がCu及び不可避不純物であり、かつ介在物であるC
   r、Zrの硫化物の大きさが1.0μｍ以下であることを特徴
   とする高力高導電性銅合金。 ２．Cr0.05〜1.0重量％、Zr0.05〜1.0重量％及びAl、B
   e、Co、Fe、Ni、Hf、In、Mo、Mg、Pb、Si、Te、Sn、T
   i、Znからなる群より選択された１種又は２種以上の元
   素を0.05〜1.0重量％含み、残部がCu及び不可避不純物
   であり、かつ介在物であるCr、Zrの硫化物の大きさが1.
   0μｍ以下であることを特徴とする高力高導電性銅合
   金。