JP3069482B2 - めっき性およびパンチング性に優れるＦｅ−Ｎｉ系合金冷延板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リードフレーム材な
どの用途に用いて好適な，めっき性およびパンチング性
に優れるFe−Ni系合金冷延板についての提案である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Fe−Ni系合金は、板厚0.25mm程
度の極薄の冷延板とし、この冷延板を所定のフレーム形
状やマスク形状に加工することにより、リードフレーム
やシャドウマスクなどの電子部品用材料として使用され
ている。特に、リードフレーム材は、近年の電子工業の
発展に伴い、加工精度や品質の要求が一段と厳しくなっ
ているのが実情である。

【０００３】これに対し従来、上記の要求を満足できる
ようなFe−Ni系合金冷延板として、特開昭62−161936号
公報では、Fe−Ni系合金冷延板中の非金属介在物組成を
Al₂O ₃-MgＯ-SiO₂ 系に制御した，表面性状に優れるFe−
Ni系合金冷延板が提案されている。また、特開平４−21
8644号公報では、非金属介在物の組成をCaO-Al₂O₃-MgＯ
系、その融点を1600℃以上、その粒径を６μｍ以下に制
御した，清浄性およびエッチング穿孔性に優れるFe−Ni
系合金冷延板が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、Fe−Ni系合
金を利用したリードフレーム材というのは、優れたパン
チング性、即ち、パンチング用金型の磨耗が少なく、さ
らにパンチング面が乱れないことが大切である。もしそ
の材料表面に非金属介在物が多く存在すると、この非金
属介在物と基地との硬度差によりパンチング面が乱れて
しまう。従って、リードフレーム材では非金属介在物な
どのない清浄度の高い材料が強く求められているのであ
る。

【０００５】しかしながら、上掲の特開昭62−161936号
公報に記載されたFe−Ni系合金冷延板の場合、非金属介
在物の融点が低いために熱間加工温度でも延性を示すこ
とから、熱延方向に延びた状態で存在している。このこ
とは、パンチング面における介在物面積の増加を意味し
ており、製品段階での清浄度を悪化させてしまう。した
がって、このような非金属介在物を含む冷延材をパンチ
ング加工すると、パンチング面が乱れて材料の切断面と
破断面の境界が明瞭でなくなるとともに、パンチング加
工用金型の磨耗が激しくなるという問題があった。

【０００６】さらに、Fe−Ni系合金を利用したリードフ
レーム材というのは、優れためっき性、即ちめっき後の
加熱によってフクレ欠陥が生じないことが大切である。
そのためには、リードフレーム材は、めっき前に行う活
性化処理等によって、均一なめっき被着面を形成する必
要がある。

【０００７】しかしながら、特開平４−218644号公報に
記載されたFe−Ni系合金冷延板の場合、板中の非金属介
在物としてCaO を含むために、水溶液を用いるめっき前
処理の脱脂工程時に、CaO 成分は優先的に溶出してしま
う。従って、このような介在物を含む冷延材では、常に
その表面状態が乱れて不均一となる。そして、このよう
な材料にめっきを施すと、めっき後の加熱によってフク
レ欠陥が生じるという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記各従来技術が抱えて
いる問題を解消することにある。すなわち本発明は、リ
ードフレーム用Fe−Ni系合金冷延板の基本的な特性を維
持しながら、めっき性およびパンチング性にも優れるFe
−Ni系合金冷延板を安定に提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的実現のために鋭
意研究を重ねた結果、発明者らは、以下の内容を要旨構
成とする発明に想到した。 すなわち、本発明は、 Ni：30〜45wt％、 Mn： 0.2〜0.8 wt％、 Al： 0.003〜0.030 wt％、 Ｓ：0.0008〜 0.005wt％、 残部はFeおよび不可避的不純物からなり、前記不可避的
不純物が、 Si≦0.25wt％、 Cr≦ 0.1wt％、 Ｃ≦ 0.010wt％、 Ｎ≦ 0.006wt％、 Ｐ≦ 0.005wt％、 Ｏ≦ 0.005wt％および 非金属介在物：CaO ≦５wt％の他残部成分としてAl
₂O₃ ，MgＯまたはAl₂O₃-MgＯのいずれか１つを含むも
の、で構成され、しかも冷延板中における前記非金属介
在物の形態が、介在物径は平均直径にして10μｍ以下で
あり、平均直径６〜10μｍの介在物分布が100mm²当たり
100個以下、そして平均直径６μｍ未満の介在物分布が
100mm²当たり10個以上に制御されていることを特徴とす
る、めっき性およびパンチング性に優れるＦｅ−Ｎｉ系
合金冷延板である。ここに、介在物の平均直径とは、非
金属介在物の円相当換算の直径を意味する。

【００１０】

【作用】以下、本発明において、合金の成分組成を上記
の範囲に限定した理由について説明する。 Ni：30〜45wt％ Niは、Fe−Ni系合金の熱膨張率に大きな影響を及ぼす元
素である。仮にFe−Ni系合金の熱膨張率が増加すると、
Siチップとの熱膨張率の差が大きくなり、リードフレー
ム用としては適用できなくなる。したがって、リードフ
レーム用冷延板の基本的な特性を維持するためには、Fe
−Ni系合金の熱膨張率をSiの熱膨張率と同程度の値にす
る必要がある。そこで、Niの含有量は、Siの熱膨張率と
同程度の値を示すように、30〜45wt％の範囲に限定し
た。

【００１１】Mn： 0.2〜0.8 wt％ Mnは、Fe−Ni系合金の熱間加工性を向上させる作用を有
する元素である。しかしながら、Mnの含有量が 0.2wt％
未満では、その効果が小さく熱間加工性の向上を期待で
きない。一方、Mnの含有量が0.8 wt％より多いと、合金
板の硬度が過度に高くなり、リードフレーム材として適
しなくなる。そこで、Mnの含有量は、 0.2〜0.8 wt％の
範囲に限定した。

【００１２】Al： 0.003〜0.030 wt％ Alは、Fe−Ni系合金中の非金属介在物の量および粒径、
さらにはFe−Ni系合金中の酸素量の規定に対して影響を
及ぼす元素である。しかしながら、Alの含有量が0.003
wt％未満では、合金中の酸素量が過大になりすぎ、一
方、0.030 wt％超では、介在物が粗大となってしまうの
で、 0.003〜0.030 wt％の範囲に限定した。

【００１３】Ｓ：0.0008〜 0.005wt％ Ｓは、一般に、Fe−Ni系合金中においては、熱間加工性
の劣化、耐食性の劣化を招く等、不可避的に混入する不
純物成分の１つとして考えられており、このＳの含有量
は少ないほど好ましいとされていたものである。しかし
ながら、本発明者らの研究成果によれば、このＳは以外
にも、あまりに少ないと、即ち0.0008wt％未満では、リ
ードフレーム冷延材としての重要な特性の一つであるパ
ンチング性が劣化することが判った。一方、 0.005wt％
超では、Fe−Ni系合金の熱間加工性等が劣化してしま
う。以上説明したように、本発明においてこのＳは、極
めて重要な役割を担う元素であり、その含有量は、0.00
08〜 0.005wt％の範囲に限定されねばならない。

【００１４】Si≦0.25wt％ Siは、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する不純物の一
つであり、その含有量は、少ない程好ましい。しかしな
がら、Siの含有量を工業的規模で大幅に低減させること
は経済的に困難であり、一方、Siの含有量が0.25wt％を
超えると、合金中にシリカ介在物が多量に生成してFe−
Ni系合金冷延板のパンチング性を阻害するので、0.25wt
％以下に制限する必要がある。

【００１５】Cr≦ 0.1wt％ Crは、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する不純物の一
つであり、その含有量は、少ない程好ましい。しかしな
がら、Crの含有量を工業的規模で大幅に低減させること
は経済的に困難であり、一方、Crの含有量が 0.1wt％を
超えると、合金中にクロム酸化物が多量に生成してFe−
Ni系合金冷延板のパンチング性を阻害するので、 0.1wt
％以下に制限する必要がある。

【００１６】Ｃ≦ 0.010wt％ Ｃは、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する不純物の一
つであり、その含有量は、少ない程好ましい。しかしな
がら、Ｃの含有量を工業的規模で大幅に低減させること
は経済的に困難であり、一方、Ｃの含有量が 0.010wt％
を超えると、合金中に鉄炭化物が多量に生成してFe−Ni
系合金冷延板のパンチング性を阻害するので、 0.010wt
％以下に制限する必要がある。

【００１７】Ｎ≦ 0.006wt％ Ｎは、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する不純物の一
つであり、その含有量は、少ない程好ましい。しかしな
がら、Ｎの含有量を工業的規模で大幅に低減させること
は経済的に困難であり、一方、Ｎの含有量が 0.006wt％
を超えると、合金中に金属窒化物が多量に生成してFe−
Ni系合金冷延板のめっき性を阻害するので、 0.006wt％
以下に制限する必要がある。

【００１８】Ｐ≦ 0.005wt％ Ｐは、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する不純物の一
つであり、その含有量は、少ない程好ましい。しかしな
がら、Ｐの含有量を工業的規模で大幅に低減させること
は経済的に困難であり、一方、Ｐの含有量が 0.005wt％
を超えると熱間加工性が劣化するので、 0.005wt％以下
に制限する必要がある。

【００１９】Ｏ≦ 0.005wt％ Ｏは、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する不純物の一
つであり、その含有量は、少ない程好ましい。しかしな
がら、Ｏの含有量を工業的規模で大幅に低減させること
は経済的に困難であり、一方、Ｏの含有量が 0.005wt％
を超えると、合金中に酸化物が多量に生成してFe−Ni系
合金冷延板のパンチング性を阻害するので、 0.005wt％
以下に制限する必要がある。

【００２０】非金属介在物：CaO ≦５wt％および残部成
分としてAl₂O₃ ，MgＯまたはAl₂O₃-MgＯのいずれか１つ
を含むもの 非金属介在物は、Fe−Ni系合金中に不可避的に混入する
不純物の一つであり、主としてCaO ，MgＯおよびAl₂O₃
を基本成分としている。特に、CaO は、Fe−Ni系合金冷
延板のめっき性に大きな影響を及ぼす元素であり、その
含有量が５wt％超では、めっき前処理の脱脂工程でCaO
が溶出し、材料表面が不均一となり、めっき後の加熱に
よってフクレ欠陥が生じるので、CaO の含有量は、５wt
％以下に限定した。

【００２１】さらに、本発明においては、上述したよう
な非金属介在物成分の組成に着目した制御の他に、合金
中に含まれる非金属介在物の形態、即ち、介在物の大き
さ（平均直径）やその分布をも制御した点に特徴があ
る。それは、この非金属介在物の形態，すなわち介在物
の平均直径やその分布の善し悪しは、Fe−Ni系合金冷延
板のパンチング性に大きな影響を及ぼすからである。

【００２２】具体的な形態制御の方法を以下に説明す
る。 介在物の平均直径が冷延材において10μｍ超の場合、 平均直径６〜10μｍの介在物分布が100mm²当たり 100
個超の場合、もしくは 平均直径６μｍ未満の介在物分布が100mm²当たり10個
未満の場合、 では、Fe−Ni系合金冷延板のパンチング性が著しく劣化
し、パンチング不良となるので、上記範囲にならないよ
うに、合金中に含まれる非金属介在物の性状を特定し、
介在物平均直径やその個数分布を制御する必要がある。
即ち、介在物径は平均直径にして10μｍ以下とし、平均
直径６〜10μｍの介在物分布が100mm²当たり 100個以
下、そして平均直径６μｍ未満の介在物分布が100mm²当
たり10個以上に制御する。

【００２３】以上説明したように、本発明のFe−Ni系合
金冷延板は、非金属介在物の成分組成と介在物の形態と
を制御したことに特徴の１つがあり、このうち、非金属
介在物の成分組成は、リードフレーム材に化学的処理を
施す際または施した後に影響を及ぼし、一方、非金属介
在物の形態は、冷延板のパンチング性に対して影響を及
ぼすのである。

【００２４】なお、本発明において、非金属介在物の量
的評価として、従来用いられている清浄度を用いずに介
在物の形態，すなわち介在物の平均直径ならびに個数分
布を用いたのは、本発明のような比較的清浄性の高い金
属材料では、清浄度による評価は不安定かつ曖昧だから
である。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明の作用効果を確かめるため
に、試験を行ったので、その結果を説明する。不活性ガ
ス（アルゴン）雰囲気に調整されたチャンバー内に20kg
容量のるつぼ（Al₂O₃ 製，CaO 製，MgO 製）を設置して
なる高周波誘導炉を使用し、前記るつぼ中に電解鉄，電
解Niを収容して溶解し、さらに金属Alを投入して脱酸を
行う一方、フェロマンガン，硫化鉄等を投入して成分調
整を行い、表１に示す成分組成とし、このようにして得
られた合金溶湯をインゴット状に鋳造し、次いで、熱間
鍛造で６mm厚の板状に加工した後、冷間圧延により冷延
板サンプルを調製した。なお、No.1〜8,12〜14は、MgO
製るつぼで溶解したサンプルであり、No.9,10は、CaO
製るつぼで溶解したサンプルであり、No.11 は、Al₂O₃
製るつぼで溶解したサンプルである。なお、この試験溶
解において、介在物の平均直径やその個数分布の制御
は、規定成分のスラグを投入することによって行った。
即ち、サンプルNo.1〜8,12〜14についてのスラグ成分は
Al₂O₃-MgO を用い、サンプルNo.9,10 についてのスラグ
成分はAl₂O₃-CaO-MgO を用い、サンプルNo.11 について
のスラグ成分はAl₂O₃-SiO₂を用いた。そして、スラグに
よる介在物量制御のための所定の攪拌作業の後、放置し
てから鋳型に注入してテスト用サンプルとした。

【００２６】このようにして得られた冷延板サンプルの
パンチング性ならびにめっき性を評価した。その結果を
表１に併せて示す。表中、No.1〜６は本発明のFe−Ni系
合金冷延板であり、No.7,8はＳが適用範囲外にある冷延
板であり、No.9,10 は非金属介在物中の CaOが適用範囲
外にある冷延板であり、No.11 は非金属介在物の成分が
本発明と異なる冷延板であり、No.12 〜14は非金属介在
物の性状が適用範囲外にある冷延板である。

【００２７】この表に示す結果から明らかなように、本
発明のFe−Ni系合金冷延板はいずれも、パンチング性お
よびめっき性に優れていた。これに対し、No.7〜14の比
較材はいずれも、パンチング不良もしくはめっき不良を
引き起こし、パンチング性あるいはめっき性が著しく劣
っていた。

【００２８】なお、パンチング性およびめっき性の評価
方法を以下に説明する。 (1) パンチング性の評価 各サンプル材を、0.15mm厚に圧延した後、金属を用いて
２×20mmの大きさに打ち抜いた。そして、 300枚打ち抜
いた後の金型の磨耗状況ならびに打ち抜き材の断面状態
を顕微鏡にて観察して評価した。評価は、図１のよう
に、打ち抜き材の切断面と破断面の境界が明瞭に観察で
き、かつその比率が一定である場合を、正常な打ち抜き
断面とし、表１に○として表示した。この場合、金型の
磨耗状況は良好であった。一方、図２のように、打ち抜
き材の切断面と破断面の境界が不明瞭で、かつその比率
が一定でない場合を、不良な打ち抜き断面とし、表１に
×として表示した。この場合、金型の磨耗は激しかっ
た。 (2) めっき性の評価 各サンプル材を、0.15mm厚に圧延した後、CPE-1000（三
菱瓦斯化学製）を用いた洗浄により脱脂処理を行った。
次いで、電着にてAgめっきを施した後、500 ℃，１時間
の加熱を行い、空冷した後その表面を観察して評価し
た。評価は、直径２mm程度の突起が表面に発生した場合
を不良とし、表１に×として表示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
にリードフレーム用冷延板の基本的な特性を維持しなが
ら、とりわけ、めっき性およびパンチング性に優れる電
子部品用材料として極めて有用なFe−Ni系合金冷延板を
安定して提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パンチング性の評価における正常な打ち抜き断
面を示す図である。

【図２】パンチング性の評価における不良な打ち抜き断
面を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 善之 神奈川県川崎市川崎区小島町４番２号 日本冶金工業株式会社 研究開発本部 技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−44156（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218644（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−34200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−44157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−255953（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−341543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 H01J 29/07

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ni：30〜45wt％、 Mn： 0.2〜0.8 wt％、 Al： 0.003〜0.030 wt％、 Ｓ：0.0008〜 0.005wt％、 残部はFeおよび不可避的不純物からなり、前記不可避的
   不純物が、 Si≦0.25wt％、 Cr≦ 0.1wt％、 Ｃ≦ 0.010wt％、 Ｎ≦ 0.006wt％、 Ｐ≦ 0.005wt％、 Ｏ≦ 0.005wt％および 非金属介在物：CaO ≦５wt％の他残部成分としてAl
   ₂O₃ ，MgＯまたはAl₂O₃-MgＯのいずれか１つを含むも
   の、で構成され、しかも冷延板中における前記非金属介
   在物の形態が、 介在物径は平均直径にして10μｍ以下であり、平均直径
   ６〜10μｍの介在物分布が100mm²当たり 100個以下、そ
   して平均直径６μｍ未満の介在物分布が100mm²当たり10
   個以上に制御されていることを特徴とする、めっき性お
   よびパンチング性に優れるＦｅ−Ｎｉ系合金冷延板。