JP3044384B2 - 高強度高導電性銅基合金およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は、リードフレーム等に代表される電気・電子
部品用材料などとして好適な高強度高導電性銅基合金と
その製造法に関するものである。

（ロ）従来技術 近時、エレクトロニクス産業の発達に伴ない、リード
フレーム等の電気・電子部品材料もその使用量が増大す
ると共に、特性面では高信頼性が要求され、コスト面で
は一層の低廉価が要求されている。

ここで、リードフレームとは、「ICのリードを製造工
程の途中および製造後に支える単一な枠構造」のことで
あり、要求される特性としては、（１）熱および電気伝
導性が良いこと。

リードフレームの主な働きの一つとして、Siチップの
劣化を防ぐため、チップに生じた熱を放散させることが
挙げられるが、その効率を上げるために熱伝導性の良い
こと、しかもリード部分での発熱を小さくするために電
気伝導性の良いことが要求される。ここで、一般に熱伝
導性と電気伝導性の間には比例関係が認められているの
で、評価としては導電率の大きさを測定することで代表
される。

（２）強度が高いこと。

リードフレームはICのリードを製造工程の途中ならび
に製造後に支えるので、このために充分な強度が要求さ
れる。その評価基準としては、引張強度と耐力が大きい
こと、ならびにスティフネス（腰の強さ）が充分である
こと等が挙げられる。

（３）充分な耐熱性を有すること。

リードフレームは製造工程中あるいは工程後にある程
度の加熱を受けることが予想される。従って、このよう
な熱的負荷による強度分化を起こさないように、充分な
耐熱性が必要である。しかし、実際には耐熱温度が高す
ぎると素材製造時に焼鈍温度が高くなる等、コスト的に
不利になることが予想される。従って、実用的には350
℃で数分間程度の加熱で軟化しなければ充分である。

（４）曲げ加工性が良好であること。

リードフレームではリード部に曲げの施されるものが
ほとんどであるので、曲げ加工性が良好であることが要
求される。その評価としては、Ｖ・Ｗ曲げや繰返し曲げ
試験等が挙げられる。

（５）メッキ密着性および半田耐候性が良好であるこ
と。

リードフレームではインナーリードにAgやAuメッキ
が、またアウターリードに半田メッキが施される場合が
多いので、良好なメッキ密着性と更にその半田耐候性が
必要である。

リードフレームには以上のような諸特性が要求される
のである。

しかしながら、従来は上記のような諸特性を同時に兼
備した、しかも安価な材料は得られなかった。

（ハ）発明の開示 本発明は、リードフレーム等の電気・電子部品用材料
に要求される前記のような諸特性を兼備した銅基合金、
詳しくは強度と熱及び電気伝導性に優れ、しかも耐熱性
および曲げ加工性等に優れた銅基合金を提供するもので
ある。

即ち、第１の発明は、Co:0.1〜0.5wt％、Ni:0.01〜0.
5wt％、P:0.03〜0.3wt％、残部がCuおよび不可避不純物
からなる銅合金であって、該合金中にCo-P系,Ni-P系又
はCo-Ni-P系化合物を均一微細に分散析出させてなるこ
とを特徴とする高強度高導電性銅基合金である。

第２の発明は、Co:0.1〜0.5wt％、Ni:0.01〜0.5wt
％、P:0.03〜0.3wt％、Cr:0.005〜0.2wt％、残部がCuお
よび不可避不純物からなる銅合金であって、該合金中に
Co-P系,Ni-P系又はCo-Ni-P系化合物を均一に微細に分数
析出させてなることを特徴とする高強度高銅電性銅基合
金である。

また、第３の発明は、Co:0.1〜0.5wt％、Ni:0.01〜0.
5wt％、P:0.03〜0.3wt％、あるいは更にCr:＝0.005〜0.
2wt％を含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅
合金の素材板を880〜930℃の温度で溶体化処理した後、
最終板厚までの板厚減少率を少なくとも50％以上とし、
かつ上記溶体化処理後、最終板厚までの冷間圧延の途中
において400〜600℃の温度で５〜720分間の時効処理を
少なくとも２回行うことによりCo-P系,Ni-P系又はCo-Ni
-P系化合物を均一微細に分散析出させることを特徴とす
る高強度高導電性銅基合金の製造法である。

本発明銅基合金は、本出願人の出願に係る特願平1-31
9333号記載のCu-Co-P系の高強度高導電性銅基合金に上
記範囲のNiを添加し、溶体化および時効処理を施すこと
により時効硬化させ、更に強度の向上を図ったもので、
上記のCu-Co-P系合金より引張強度が著しく向上し、リ
ードフレーム等の電気・電子部品用材料としてより好適
な上記諸特性を発現せしめた銅基合金を提供し得たこと
に基本的な特徴がある。

また、この適量のNi添加の効果は、更に本出願人の出
願に係る特願平2-72519号記載のCu-Co-P-Cr系の銅基合
金の特性向上にも寄与する。

次に、本発明に係る銅基合金の成分組成範囲を上記の
通りに限定した理由について説明する。

（１）Co: Coは銅マトリックス中に固溶して強度と弾性を向上さ
せ、さらにＰと化合物を形成して分散析出することによ
り、熱伝導性および電気伝導性を向上させ、しかも更に
強度・弾性を向上させる。また、耐熱性の向上にも寄与
する元素である。

しかし、Co含有量が0.1wt％未満では上記のような効
果が充分に得られず、一方0.5wt％を越えるとＰとの共
存下でも熱伝導性や電気伝導性の劣化が著しく、また製
造時の焼鈍温度が高くなる等、経済的にも不利となる。

従って、Co含有量は0.1〜0.5wt％とする。また更に好
ましくは、Co含有量は0.1〜0.3wt％の範囲が良い。

（２）Ni: NiはCo,Pと共存することによって合金の強度，弾性の
向上効果が著しいが、その合有量が0.01wt％未満、ある
いは0.5wt％を越えると、時効後の硬化の割合が小さく
なり、強度，熱伝導性および電気伝導性の向上に充分寄
与しない。

従って、Ni含有量は0.0l〜0.5wt％の範囲とする。ま
た更に好ましくは、Ni含有量は0.1〜0.2wt％の範囲が良
い。

（３）P: Ｐは溶湯の脱酸剤として働くと共に、Co及び又はNiと
化合物を形成して分散析出することにより、熱伝導性お
よび電気伝導性を向上させつつ強度・弾性を向上させ
る。

しかし、Ｐ含有量が0.03wt％未満では上記のような効
果が充分に得られず、一方0.3wt％を越えるとCc及び又
はNiとの共存でも熱伝導性および電気伝導性の劣化が著
しく、また熱間加工性にも悪影響を及ぼす。

従って、Ｐ含有量は0.03wt％とする。また更に好まし
くは、Ｐ含有量は0.05〜0.15wt％の範囲が良い。

（４）Cr: CrはCo,Ni,Pの共存下で微量に添加することにより、
合金の強度，弾性，熱伝導性および電気伝導性を向上さ
せる効果がある。

しかし、Cr含有量が0.005wt％未満では上記のような
効果が充分に得られず、一方0.2wt％を越えると粗大なC
r粒子の析出により合金のメッキ信頼性等の特性の劣化
を招くと同時に添加量の割には強度，弾性の向上効果が
小さく、経済的にも不利となる。

従って、Cr含有量は0.005〜0.2wt％とする。また更に
好ましくは、Cr含有量は0.01〜0.05wt％の範囲が良い。

（５）O₂： O₂を多量に含有するとCo,Ni,Pが酸化物を形成し、メ
ッキ信頼性を始めとして、本発明に係る銅基合金の諸特
性を劣化させる慮れがあるので、好ましくはO₂含有量は
30ppm以下とする。

上記のような成分組成に調整した本発明に係る銅基合
金は、Co-P系,Ni-P系,Co-Ni-P系化合物等を均一微細に
分散析出させることにより、近時の電気・電子部品とし
ての要求を満足させる諸特性を具備したリードフレーム
用材料とすることができるのである。このような諸特性
は、特に熱処理条件を適切にコントロールした製造法に
よって有効に発現させることができるのである。

以下、その製造法を詳細に説明する。

まず、Co:0.1〜0.5wt％,Ni:0.01〜0.5wt％,P:0.03〜
0.3wt％、あるいは更にCr:0.005〜0.2wt％を含み、残部
がCuおよび不可避不純物からなる鋳片を溶解鋳造する。

この鋳片を熱間圧延に供するのであるが、該熱間圧延
は鋳片を800℃以上に加熱し、熱間圧延圧下率を60％以
上、好ましくは90％以上とするのが良い。この処理によ
って鋳造組織を完全につぶすことができ、しかも鋳塊に
生じている偏析の影響をなくすことができる。熱間圧延
処理後は、その冷却過程中に析出が起こらないように水
急冷するのが好ましい。

上記工程で得られた熱延板は、次に必要に応じて表面
研削あるいは酸洗を行った後、冷間圧延と焼鈍とを繰返
して板厚減少処理を行なう。最終板厚をｔ（mm）とする
と、2t（mm）以上の厚さで溶体化処理を行なうのであ
る。

溶体化処理温度は、850℃未満ではCo,Ni,Pが充分に固
溶せず、引続き行なわれる冷間圧延と時効処理により得
られる材料特性が低下するので、850℃以上の温度とす
る。好ましくは、Co,Ni,Pを再固溶させるために要する
時間や結晶粒粗大化の観点から、880〜930℃の温度とす
るのが良い。

溶体化処理後に水冷却された板材に対し、直ちに時効
処理を行なうか、あるいは冷間圧延後に時効処理を行な
う。

時効処理条件としては、400℃未満ではCo-P系,Ni-P
系,Co-Ni-P系化合物を析出させるに要する時間が長過
ぎ、600℃を超える温度では析出物が粗大化して特性の
低下が著しいので、時効処理温度は400〜600℃とする。

また、時効処理時間は、５分間未満では析出が充分で
はなくて特性の向上が望めず、一方720分間を越えると
微細に析出した析出物の成長と経済的な面から好ましく
ない。従って、時効処理時間としては５〜720分間とす
る。

さらに、時効処理は少なくとも２回旋すことが必要で
ある。１回では冷間圧延と時効処理の組合せにおいて強
度と導電率のバランスが悪く、２回以上の時効処理を冷
間圧延と組合せることによって、加工硬化と微細析出物
による分散強化を達成することができるので、特性がよ
り一層向上する。

ただし、溶体化処理後、最終板材までの板厚減少率
は、少なくとも50％以上とし、50％未満では加工による
内部ひずみ調整が不充分であり、その後の時効処理によ
って析出する析出物を均一に微細化することが困難とな
る。

上記のようにして得られた板材を、最終工程におい
て、低温焼鈍処理を行なってもよい。低温焼鈍処理によ
って、強度はわずかに低下するが、伸びが回復し、加工
性および弾性が向上する。低温焼鈍処理条件としては、
温度200〜300℃で時間５〜180分間が好ましいのであ
る。

次に、本発明を実施例により説明する。

（ニ）実施例 実施例１ 第１表に化学成分値（重量％）を示す銅基合金No.1〜
No.6（本発明合金）とNo.7〜No.14（比較合金）をそれ
ぞれ高周波真空溶解炉を用いて溶製し、20mm×40mm×15
0mmの鋳塊に鋳造した。各鋳塊を面削後、850℃の熱間圧
延によって厚さ7.5mmまで圧延し、熱間圧延後水急冷お
よび酸洗を行なった。

上記のようにして得られた熱延材を900℃の温度で60
分間熱処理し、その後に水急冷する溶体化処理を行な
い、その後酸洗を行なった。

次に、この溶体化処理材を厚さ3mmまで冷間圧延（圧
下率60％）し、550℃の温度で60分間の時効処理（１回
目）を行ない、その後に水急冷し酸洗を行なった。

次に、この時効処理材を厚さ1.25mmまで冷間圧延し、
450℃の温度で60分間の時効処理（２回目）を行ない、
その後に水急冷および酸洗を行った。更に、この時効処
理材を厚さ0.25mmまで冷間圧延し、250℃の温度で30分
間の焼鈍を行ない、焼鈍後に水急冷および酸洗を行なっ
た。

このようにして得られた試験材料を用いて、各所定の
試験片を作成し、硬度，引張強度，導電率および曲げ加
工性を測定した。その結果を第１表に併せて示す。

強度，引張強度および導電率の測定は、それぞれJIS-
Z-2244,JIS-Z-2241およびJIS-H-0505によって行なっ
た。

曲げ加工性は、90℃Ｗ曲げ試験（CES-M-0002-6,R＝0.
2mm、圧延方向とその垂直方向）を行ない、中央部の山
表面が良好なものには○印、シワの発生したものには△
印、割れが発生したものは×印として評価した。

第１表に示す結果から、本発明に係るNo.1〜No.6の銅
基合金は、硬度，引張強度および導電率のバランスに優
れ、しかも曲げ加工性も良好である。従って、リードフ
レーム等の電気・電子部品用材料として好適な非常に優
れた特性を有する銅基合金である。

これに対して、Niを含まない比較合金No.7〜No,10は
引張強度を始め、特性全般において本発明銅基合金より
劣る。

また、Coをほとんど含まない比較合金No.11とNo.12で
は導電率は高いものの硬度および強度が充分でなく、Ｐ
をほとんど含まない比較合金No.13とNiの含有量が前記
した所定範囲より高い比較合金No.14では、硬度および
強度は比較的高いものの導電率が低く、いずれもリード
フレーム等の電気・電子部品用材料としては充分な特性
を有しているとはいえない。

実施例２ 実施例１の第１表中に示す本発明合金No.5と市販の黄
銅１種（C2600EH）について、硬度，引張強度，導電
率，耐熱性，曲げ加工性，半田耐侯性およびメッキ密着
性を試験測定した。その結果を第２表に示す。

硬度，引張強度，導電率，曲げ加工性の測定試験は、
実施例１と同様の測定法である。

また、半田耐候性は試験片に溶融半田メッキ（Sn-40
％Pb,ディップ,260℃×５秒，弱活性ロジンフラックス
を使用）を行ない、150℃にて1000時間保持した後、該
試験片に90℃Ｗ曲げを施し、曲げ部を観察してメッキが
密着しているものは○印、剥離したものは×印として評
価した。

また、メッキ密着性試験は試験片に３μｍのAgメッキ
を施し、500℃にて10分間保持した後、目視により表面
に膨れの発生しているものは×印、発生していないもの
は○印として判定した。

さらに、耐熱性試験は試料の硬度が初期硬度の80％に
なるときの温度（30分間保持）とした。

第２表に示す結果から、本発明の銅基合金は従来の代
表的なリードフレーム等の電気・電子部品用材料である
黄銅に比較し、電気伝導性ならびに耐熱性が格段に向上
していることが分る。

従って、本発明の銅基合金が、従来の黄銅等に比べ
て、リードフレーム等の電気・電子部品用材料として極
めて優れていることは明らかである。

（ホ）発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、本発明に係る銅
基合金は高強度，高弾性，高電気伝導性，高熱伝導性を
有し、しかも加工性，半田耐候性および耐熱性にも優れ
ており、各種用途に適用できることは勿論であるが、特
にリードフレーム等の電気・電子部品用材料として好適
な高強度高導電性銅基合金を提供することができるので
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神崎 敏裕 東京都秋川市牛沼27―１ マウンテン秋 川ハイツ408号 (56)参考文献 特開 昭63−38561（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−168828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−90946（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−141551（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10 C22F 1/00 - 3/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Co:0.1〜0.5wt％ Ni:0.01〜0.5wt％ P:0.03〜0.3wt％ 残部がCu及び不可避不純物からなる銅合金であって、該
   合金中にCo-P系,Ni-P系又はCo-Ni-P系化合物を均一微細
   に分散析出させてなることを特徴とする高強度高導電性
   銅基合金。
2. 【請求項２】Co:0.1〜0.5wt％ Ni:0.01〜0.5wt％ P:0.03〜0.3wt％ Cr:0.005〜0.2wt％ 残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金であって、
   該合金中にCo-P系,Ni-P系又はCo-Ni-P系化合物を均一微
   細に分散析出させてなることを特徴とする高強度高導電
   性銅基合金。
3. 【請求項３】Co:0.1〜0.5wt％ Ni:0.01〜0.5wt％ P:0.03〜0.3wt％ あるいは更にCr:0.005〜0.2wt％を含み、残部がCuおよ
   び不可避不純物からなる銅合金の素材板を880〜930℃の
   温度で溶体化処理した後、最終板厚までの板厚減少率を
   少なくとも50％以上とし、かつ上記溶体下処理後、最終
   板厚までの冷間圧延の途中において400〜600℃の温度で
   ５〜720分間の時効処理を少なくとも２回行なうことに
   よりCo-P系,Ni-P系又はCo-Ni-P系化合物を均一微細に分
   散析出させることを特徴とする高強度高導電性銅基合金
   の製造方法。