JP4157898B2

JP4157898B2 - プレス打ち抜き性に優れた電気電子部品用銅合金板

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Publication number: JP4157898B2
Application number: JP2006270918A
Authority: JP
Inventors: 康博有賀; 良一尾▲崎▼; 洋介三輪
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2026-10-02
Also published as: JP2008088499A; CN101522926A; CN101522926B

Description

本発明は、高強度で、かつ、スタンピング加工の際のプレス打ち抜き性に優れたＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系の銅合金板に関し、例えば、半導体装置用リードフレームの素材として好適な銅合金板に関する。本発明の銅合金板は、半導体装置用リードフレーム以外にも、その他の半導体部品、プリント配線板等の電気・電子部品材料、開閉器部品、ブスバー、端子・コネクタ等の機構部品など様々な電気電子部品用として好適に使用される。ただ、以下の説明では、代表的な用途例として、半導体部品であるリードフレームに使用する場合を中心に説明を進める。

半導体リードフレーム用銅合金としては、従来よりＦｅとＰとを含有する、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系の銅合金が一般に用いられている。これらＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系の銅合金としては、例えば、Ｆｅ：０．０５〜０．１５％、Ｐ：０．０２５〜０．０４０％を含有する銅合金（Ｃ１９２１０合金）や、Ｆｅ：２．１〜２．６％、Ｐ：０．０１５〜０．１５％、Ｚｎ：０．０５〜０．２０％を含有する銅合金（ＣＤＡ１９４合金）が例示される。これらのＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系の銅合金は、銅母相中にＦｅ又はＦｅ−Ｐ等の金属間化合物を析出させると、銅合金の中でも、強度、導電性および熱伝導性に優れていることから、国際標準合金として汎用されている。

近年、電子機器に用いられる半導体装置の大容量化、小型化、高機能化に伴い、半導体装置に使用されるリードフレームの小断面積化が進み、より一層の強度、導電性、熱伝導性が要求されている。これに伴い、これら半導体装置に使用されるリードフレームに用いられる銅合金板にも、より一層の高強度化、熱伝導性が求められている。

その一方で、これら高強度化した銅合金板には、前記小断面積化したリードフレームへの加工性も求められる。具体的には、銅合金板はリードフレームへスタンピング加工されるために、銅合金板には、優れたプレス打ち抜き性が求められる。この要求は、リードフレーム以外の用途でも、銅合金板がプレス打ち抜きされて加工される用途では同じである。

Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板において、プレス打ち抜き性を向上させる手段は、従来から、Ｐｂ、Ｃａなどの微量添加や、破断の起点となる化合物を分散させるなどの化学成分を制御する手段や、結晶粒径などを制御する手段が汎用されてきた。

しかし、これらの手段は、制御自体が困難であったり、他の特性を劣化させたり、また、それゆえに製造コストの上昇につながるなどの問題を有していた。

これに対して、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の組織に着目して、プレス打ち抜き性や曲げ加工性を向上させることが提案されている。例えば、特許文献１では、Ｆｅ：０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｐ：０．００５〜０．２ｗｔ％を含み、必要に応じてさらにＺｎ：０．０１〜１０ｗｔ％、Ｓｎ：０．０１〜５ｗｔ％のいずれか一方又は双方を含み、残部Ｃｕと不可避不純物からなるＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板が開示されている。そして、特許文献１では、この銅合金板の結晶方位の集積度を制御することにより、プレス打抜き性を向上させている（特許文献１参照）。

より具体的に、特許文献１では、この集積度制御を、銅合金板が再結晶し、組織の結晶粒径が大きくなるにしたがって、板表面への｛２００｝、｛３１１｝面の集積割合が増し、圧延すると｛２２０｝面の集積割合が増してくることを利用して行なっている。そして、特徴的には、｛２００｝、｛３１１｝面に対して、板表面への｛２２０｝面の集積割合を増してプレス打抜き性を向上させようとしている。より具体的には、この板表面における｛２００｝面からのＸ線回折強度をＩ[200] 、｛３１１｝面からのＸ線回折強度をＩ[311] 、｛２２０｝面からのＸ線回折強度をＩ[220] としたとき、［Ｉ[200] ＋Ｉ[311] ］／Ｉ[220] ＜０．４の式を満たすこととしている。

特許文献２では、プレス打ち抜き性を向上させるために、銅合金板の（２００）面のＸ線回折強度Ｉ（２００）と、（２２０）面のＸ線回折強度Ｉ（２２０）との比、Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が０．５以上１０以下であるか、または、Ｃｕｂｅ方位の方位密度：Ｄ（Ｃｕｂｅ方位）が１以上５０以下であること、あるいは、Ｃｕｂｅ方位の方位密度：Ｄ（Ｃｕｂｅ方位）とＳ方位の方位密度：Ｄ（Ｓ方位）との比：Ｄ（Ｃｕｂｅ方位）／Ｄ（Ｓ方位）が０．１以上５以下であることが提案されている（特許文献２参照）。

また、特許文献３では、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の曲げ加工性を向上させるために、（２００）面のＸ線回折強度と（３１１）面のＸ線回折強度との和と、（２２０）面のＸ線回折強度との比、〔Ｉ（２００）＋Ｉ（３１１）〕／Ｉ（２２０）を０．４以上とすることが提案されている（特許文献３参照）。

更に、特許文献４では、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の屈曲性を向上させるために、Ｉ（２００）／Ｉ（１１０）を１．５以下とすることが提案されている（特許文献４参照）。

また、他の銅合金系ではあるが、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金（コルソン合金）板の曲げ加工性を向上させるために、銅合金板の引張特性のうちの均一伸びと全伸びとの比を０．５以上とすることは公知である（特許文献５参照）。
特開平２０００−３２８１５８号公報特開２００２−３３９０２８号公報特開２０００−３２８１５７号公報特開２００６−６３４３１号公報特開２００２−２６６０４２号公報

前記した特許文献１や２では、板表面への｛２２０｝面や｛２００｝面の集積割合を増して、プレス打ち抜き性を向上させている。これらの特定面の集積割合を増すことによって、確かに、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板のプレス打ち抜き性は向上する。

しかし、前記リードフレームの小断面積化は、益々進み、リード幅（０．５ｍｍ→０．３ｍｍ）や板厚（０．２５ｍｍ→０．１５ｍｍ）も益々小さくなって、高強度化したＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板への、スタンピング加工時のプレス打ち抜き性向上の要求はより厳しくなっている。このため、前記した特許文献１や２のような組織の集積割合制御によるプレス打ち抜き性向上効果では、この要求されるプレス打ち抜き性を満たさなくなっている。

また、前記した特許文献５のような銅合金板の曲げ加工性の向上手段では、要求されるプレス打ち抜き性を向上させることはできない。特許文献５で対象とするのは、0.2%耐力が800MPaレベル、導電率が40%IACS レベルのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金（コルソン合金）であり、本発明のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金とは、合金系や特性が全く異なる。また、曲げ加工性とプレス打ち抜き性とは、メカニズムが全く異なる特性であり、特許文献５のように均一伸びと全伸びとの比を０．５以上とした場合は、後述する通り、本発明のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金のプレス打ち抜き性は低下する。

本発明は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金の、このような高強度化とプレス打ち抜き性向上とが両立しない課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高強度化と優れたプレス打ち抜き性とを両立させたＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板を提供することである。

この目的を達成するために、プレス打ち抜き性に優れた本発明電気電子部品用銅合金板の要旨は、質量％で、Ｆｅ：０．０１〜０．５０％、Ｐ：０．０１〜０．１５％を各々含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に対して直交する板幅方向を長手方向として採取した試験片の引張試験により求められる、引張弾性率が１２０ＧＰａを超えるとともに、均一伸びと全伸びとの比、均一伸び／全伸びが０．５０未満であることとする。

本発明銅合金板は、高強度を達成するために、更に、質量％で０．００５〜５．０％のＳｎを、あるいは、はんだ及びＳｎめっきの耐熱剥離性改善のために、更に、質量％で０．００５〜３．０％のＺｎを、各々含有しても良い。

本発明銅合金板は、更に、Ｓ：２０ｐｐｍ以下、Ｐｂ：２０ｐｐｍ以下に各々規制することが好ましい。

本発明銅合金板は、高強度の目安として、引張強度が５００ＭＰａ以上、硬さが１５０Ｈｖ以上であることが好ましい。なお、導電率は板の強度に相関するものであり、本発明でいう高導電率とは、高強度な割には導電率が比較的高いという意味である。

本発明銅合金板は、更に、質量％で、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａのうち１種又は２種以上を合計で０．０００１〜１．０％含有しても良い。また、これらに加えるか、あるいはこれらに代えて、更に、質量％で、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔのうち１種又は２種以上を合計で０．００１〜１．０％含有しても良い。

本発明銅合金板は、更に、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、ミッシュメタルの含有量を、これらの元素全体の合計で０．１質量％以下とすることが好ましい。

本発明の銅合金板は、様々な電気電子部品用に適用可能であるが、特に、半導体部品である半導体リードフレーム用途に使用されることが好ましい。

本発明では、引張強度が５００ＭＰａ以上に高強度化したＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板では、特許文献１や２などの集合組織制御ではなく、引張試験により求められる、引張弾性率や、均一伸びと全伸びとの比などの引張特性が、プレス打ち抜き性に大きく影響することを知見した。

引張試験により求められる、引張弾性率が大きいほど、プレス打ち抜き性が向上する。また、均一伸びと全伸びとの比が小さいほど、プレス打ち抜き性が向上する。ただ、本発明で規定する、これら引張特性は、現時点では、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の組織、即ち、析出物の状態（析出物量や析出物の大きさなど）あるいは集合組織などとの明瞭な相関関係が不明である。したがって、本発明では、プレス打ち抜き性を向上させる要件として、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の組織は、定性的にも定量的にも規定しにくい。

また、本発明で規定する、これら引張特性は、当然、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の成分組成によって大きな影響を受けるが、製造方法や条件によっても大きく影響され、成分組成だけでは決まらない。即ち、本発明で規定する、これら引張特性は、後述する通り、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の、熱延前の均質化熱処理あるいは加熱処理、熱間圧延後の水冷開始温度、中間焼鈍温度、最終連続焼鈍時の通板速度などの製造方法や条件によって、大きく影響される。

しかも、本発明で規定する、これら引張特性は、バッチ式の最終焼鈍では得られがたく、板（コイル）を連続的に炉内に通板しつつ処理するような連続焼鈍でなければ得られがたい。

このため、本発明では、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の良好なプレス打ち抜き性を保証するために、成分組成とともに、上記のように、引張弾性率や均一伸びと全伸びとの比などの引張特性で、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板を規定する。

以下に、半導体リードフレーム用などとして、必要な特性を満たすための、本発明Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板における各要件の意義や実施態様を具体的に説明する。

(銅合金板の成分組成)
本発明では、半導体リードフレーム用などとして、引張強度が５００ＭＰａ以上の高強度や、硬さが１５０Ｈｖ以上などの基本特性を有する必要がある。そして、これらの基本特性を満足した上で、あるいは、これらの基本特性を低下させないことを前提に、良好なプレス打ち抜き性を達成する。このために、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板として、質量％で、Ｆｅの含有量が０．０１〜０．５０％の範囲、Ｐの含有量が０．０１〜０．１５％の範囲とした、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる基本組成とする。

本発明では、この基本組成に対し、後述するＺｎ、Ｓｎなどの元素を、更に選択的に含有させても良い。また、記載する以外の元素（不純物元素）も、本発明の特性を阻害しない範囲での含有を許容する。なお、これら合金元素や不純物元素の含有量の表示％は全て質量％の意味である。

（Ｆｅ）
Ｆｅは、Ｆｅ又はＦｅ基金属間化合物として析出し、銅合金の強度や耐熱性を向上させる主要元素である。Ｆｅの含有量が少なすぎると、製造条件によっては、上記析出粒子の生成量が少なく、導電率の向上は満たされるものの、強度向上への寄与が不足し、強度が不足する。一方、Ｆｅの含有量が多すぎると、導電率やＡｇメッキ性が低下する。そこで、導電率を無理に増加させるために、上記析出粒子の析出量を増やそうとすると、析出粒子の成長・粗大化を招く。このため、強度と、本発明で規定する引張特性を満足しなくなり、プレス打ち抜き性が低下する。したがって、Ｆｅの含有量は０．０１〜０．５０％、好ましくは０．１５〜０．３５％の範囲とする。

（Ｐ）
Ｐは、脱酸作用がある他、Ｆｅと化合物を形成して、銅合金の高強度化させる主要元素である。Ｐ含有量が少なすぎると、製造条件によっては、化合物の析出が不十分であるため、所望の強度が得られない。一方、Ｐ含有量が多すぎると、導電性が低下するだけでなく、本発明で規定する引張特性を満足しなくなり、熱間加工性やプレス打ち抜き性が低下する。したがって、Ｐの含有量は０．０１〜０．１５％、好ましくは０．０５〜０．１２％の範囲とする。

（Ｚｎ）
Ｚｎは、リードフレームなどに必要な、銅合金のはんだ及びＳｎめっきの耐熱剥離性を改善する。Ｚｎの含有量が０．００５％未満の場合は所望の効果が得られない。一方、３．０％を超えるとはんだ濡れ性が低下するだけでなく、導電率の低下も大きくなる。したがって、選択的に含有させる場合のＺｎの含有量は、用途に要求される導電率とはんだ及びＳｎめっきの耐熱剥離性とのバランスに応じて（バランスを考慮して）、０．００５〜３．０％の範囲から選択する。

（Ｓｎ）
Ｓｎは、銅合金の強度向上に寄与する。Ｓｎの含有量が０．００１％未満の場合は高強度化に寄与しない。一方、Ｓｎの含有量が多くなると、その効果が飽和し、逆に、導電率の低下を招く。したがって、選択的に含有させる場合のＳｎ含有量は、用途に要求される強度（硬さ）と導電率のバランスに応じて（バランスを考慮して）、０．００１〜５．０％の範囲から選択して含有させることとする。

（Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ量）
Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａは、銅合金の熱間加工性の向上に寄与するので、これらの効果が必要な場合に選択的に含有される。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａの１種又は２種以上の含有量が合計で０．０００１％未満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含有量が合計で１．０％を越えると、粗大な晶出物や酸化物が生成して強度や耐熱性を低下させるだけでなく、導電率の低下も激しくなる。従って、これらの元素の含有量は総量で０．０００１〜１．０％の範囲で選択的に含有させる。

（Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ量）
これらの成分は銅合金の強度を向上させる効果があるので、これらの効果が必要な場合に選択的に含有される。これらの成分の１種又は２種以上の含有量が合計で０．００１％未満の場合、所望の効果か得られない。一方、その含有量が合計で１．０％を越えると、粗大な晶出物や酸化物が生成して、強度や耐熱性を低下させるだけでなく、導電率の低下も激しく、好ましくない。従って、これらの元素の含有量は合計で０．００１〜１．０％の範囲で選択的に含有させる。なお、これらの成分を、上記Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａと共に含有する場合、これら含有する元素の合計含有量は１．０％以下とする。

（Ｓ、Ｐｂ）
本発明銅合金板では、更に、Ｓ：２０ｐｐｍ以下、Ｐｂ：２０ｐｐｍ以下に各々規制することが好ましい。Ｓ、Ｐｂは、半導体リードフレーム用などとしての強度、硬さ、導電率などの基本特性を阻害するとともに、Ａｇメッキ性なども阻害する。

（Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、ミッシュメタル）
これらの成分は不純物元素であり、これらの元素の含有量の合計が０．１％を越えた場合、粗大な晶出物や酸化物が生成して強度や耐熱性を低下させる。従って、これらの元素の含有量は合計で０．１％以下とすることが好ましい。

（板の引張特性）
本発明では、以上のような成分組成を前提に、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の圧延方向に対して直交する板幅方向（直角方向）を長手方向として採取した試験片の引張試験により求められる、引張弾性率や、均一伸びと全伸びとの比などの引張特性を上記のように規定し、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の良好なプレス打ち抜き性を保証する。

（引張弾性率）
まず、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の、引張試験により求められる引張弾性率（ヤング率）を１２０ＧＰａを超えるものとする。引張弾性率が大きいほど、プレス打ち抜き時に、板に負荷される応力に対する蓄積歪み量が小さくなる。このため、プレス打ち抜き時に、早期に打ち抜きの破断が生じて、せん断面率が小さくなり、プレス打ち抜き性が向上する。

一方、この引張弾性率が１２０ＧＰａ以下と低いと、プレス打ち抜き時に、板に負荷される応力に対する蓄積歪み量が大きくなり、打ち抜きの破断が生じずに、せん断面率が大きくなり、プレス打ち抜き性が低下する。

この引張弾性率が１２０ＧＰａ以下と低くなる理由は、他にも理由は考えられるものの、特に、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板においては、後述する熱延前の均質化熱処理あるいは加熱処理時に、板組織の均質化が不十分（板組織が不均一）であることや、熱延終了後の水冷開始温度が低く過ぎる、あるいはバッチで最終焼鈍をしている乃至連続で最終焼鈍しても通板速度が遅い場合などが主として挙げられる。

（均一伸び／全伸び）
次に、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の、引張試験により求められる、均一伸びと全伸びとの比、均一伸び／全伸びを０．５０未満とする。均一伸び／全伸びが０．５０以上に大きくなるほど、言い換えると、全伸びに対する均一伸びの割合が大きいほど、プレス打ち抜き時に板（材料）が延性変形する。このため、打ち抜きの破断に至るまでの板の変形量が大きくなり、せん断面率が大きくなって、プレス打ち抜き性が低下する。これに対して、均一伸び／全伸びが０．５０未満では、プレス打ち抜き時に、早期に打ち抜きの破断が生じて、せん断面率が小さくなり、プレス打ち抜き性が向上する。

この均一伸び／全伸びが０．５０以上に大きくなる理由は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板では、特に、熱間圧延後の水冷開始温度が高すぎて板組織中の析出物量が不足する、中間焼鈍温度が高すぎて材料の回復・再結晶が進行しすぎる、中間焼鈍時間が短すぎて板組織中の析出物量が不足する、バッチで最終焼鈍をしている乃至連続で最終焼鈍しても通板速度が遅い、などが挙げられる。

（引張試験）
これら規定される引張弾性率や均一伸びと全伸びとの比を求める（測定する）引張試験条件は、再現性のために、以下の試験条件で行う。試験片はＪＩＳ５号引張試験片とし、得られた（製造された）Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板より、圧延方向に対して直角の方向をその長手方向とした引張試験片を採取する。この試験片を試験機に固定してから伸び計を取り付け、引張速度１０．０mm／min （試験片が破断するまで一定の速度）で引張試験を行う。試験機は、５８８２型インストロン社製万能試験機を用いることが好ましい。

引張強さは、試験機の計測で得られた数値より求め、全伸びは試験後に試験片を突合せて評点間距離を測定して求める。また、引張弾性率と均一伸びは、上記伸び計で得られた数値から求める。

(製造方法)
次に、銅合金板を上記本発明規定範囲内とするための、好ましい製造条件について以下に説明する。前記した通り、本発明で規定する引張弾性率や、均一伸びと全伸びとの比は、当然、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の成分組成によって大きな影響を受けるが、製造方法や条件によっても大きく影響され、成分組成だけでは決まらない。この点、本発明で上記のように規定する引張弾性率や、均一伸びと全伸びとの比などの引張特性を得るためには、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の、均質化熱処理、熱間圧延後の水冷開始温度、中間焼鈍温度、最終連続焼鈍時の通板速度などの製造方法や条件を以下に記載する通り制御する。

即ち、先ず、上記本発明成分組成に調整した銅合金溶湯を鋳造する。溶解・鋳造は、連続鋳造、半連続鋳造などの通常の方法によって行うが、前記したＳ、Ｐｂを規制するために、Ｓ、Ｐｂ含有量の少ない銅溶解原料を使用することが好ましい。鋳塊の均質化熱処理あるいは加熱処理の前に、常法により面削を行う。

（均質化熱処理あるいは加熱処理）
熱延前の鋳塊の均質化熱処理時あるいは加熱処理時に、組織の均質化が不十分（板組織が不均一）であると、最終的に得られるＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板組織も不均一となって、強度が低下するだけでなく、引張弾性率が１２０ＧＰａ以下と低くなる。このため、鋳塊の均質化熱処理あるいは加熱処理は、鋳塊の厚みや大きさに応じて、少なくとも、９００℃以上の温度で、２時間以上行うことが好ましい。

（熱間圧延）
熱延は９００℃以上の温度で開始し、熱延終了後に、７００〜８００℃の温度範囲から熱延板の水冷を開始する。この熱延終了後の水冷開始温度が８００℃よりも高いと、水冷開始温度が高すぎて板組織中の析出物が生成せず、析出物量が不足する。このため、全伸びに対する均一伸びの割合が大きくなり、均一伸びと全伸びとの比が０．５０未満とならない。

一方、熱延終了後の水冷開始温度が７００℃よりも低くても、結晶粒が微細化しすぎ、引張弾性率が低下するだけでなく、全伸びに対する均一伸びの割合が大きくなり、やはり、均一伸びと全伸びとの比が０．５０未満とならない。また、粗大な析出物が生成するため、強度が低下する。

熱延終了後水冷された板を、更に、中延べと言われる一次冷間圧延して、焼鈍、洗浄後、更に仕上げ（最終）冷間圧延、最終焼鈍（低温焼鈍、仕上げ焼鈍）して、製品板厚の銅合金板などとする。これら焼鈍と冷間圧延を繰返し行ってもよい。例えば、リードフレーム等の半導体用材料に用いられる銅合金板の場合は、製品板厚が０．１〜０．４ｍｍ程度である。

（中間焼鈍）
上記工程において、中間焼鈍条件も均一伸び／全伸びに大きく影響する。均一伸びと全伸びとの比を０．５０未満とする好適な中間焼鈍条件は、４３０℃以下の温度で５時間以上行う。この中間焼鈍温度が高すぎると、材料の回復・再結晶が進行しすぎて強度が低下するばかりか、全伸びに対する均一伸びの割合が大きくなり、均一伸びと全伸びとの比が０．５０未満とならない。この中間焼鈍時間が短すぎると、板組織中の析出物量が不足して導電率が低下する。

（最終焼鈍）
上記工程において、最終焼鈍条件も引張弾性率や均一伸び／全伸びに大きく影響する。Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板の、引張弾性率が１２０ＧＰａを超え、均一伸びと全伸びとの比が０．５０未満の特性を得るためには、板（コイル）を連続的に炉内に通板しつつ処理する連続焼鈍を行う必要がある。

しかも、この特性を得るためには、連続焼鈍における通板速度を１０〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲に制御する必要がある。この通板速度が遅すぎると、材料の回復・再結晶が進行しすぎる。このため、強度が低下するだけでなく、全伸びに対する均一伸びの割合が大きくなり、均一伸びと全伸びとの比が０．５０未満とならない。また、引張弾性率も１２０ＧＰａを超えることができない。但し、連続焼鈍炉における設備的な制約（能力限界）や、板切れの可能性から、この通板速度を１００ｍ／ｍｉｎを超えて速くする必要はない。

これに対して、バッチ式の最終焼鈍では、連続焼鈍における通板速度が遅すぎるのと同じ理由で、本発明で上記のように規定する引張試験における引張弾性率や、均一伸びと全伸びとの比は得られない。

以下に本発明の実施例を説明する。均質化熱処理、熱間圧延後の水冷開始温度、中間焼鈍温度、最終連続焼鈍時の通板速度などの製造条件を種々変えて、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金薄板を製造した。そして、これら各銅合金薄板の引張弾性率や均一伸びと全伸びとの比などの引張特性、あるいは引張強さ、硬さ、導電率、せん断面率などの特性を評価した。これらの結果を表２に示す。

具体的には、表１に示す各化学成分組成の銅合金溶湯を、大気溶解炉であるコアレス炉を用いて溶製し、半連続鋳造法で厚さ７０ｍｍ×幅２００ｍｍ×長さ５００ｍｍの鋳塊を得た。

これら各鋳塊を表面を面削して、表２に示す条件（温度×時間）で加熱・均熱後、９５０℃の温度で熱間圧延を行って厚さ１６ｍｍの板とし、表２に示す開始温度から水中に急冷した。次に、酸化スケールを除去した後、一次冷間圧延（中延べ）を行った。この板を面削後、表２に示す温度で１０時間処理する中間焼鈍を入れながら冷間圧延を４パス行なう最終冷間圧延を行い、リードフレームの薄板化に対応した厚さ０．１５ｍｍの銅合金板を得た。この銅合金板を、３５０℃の温度で表２に示す通板速度にて連続焼鈍を行う最終焼鈍を行って、製品銅合金板とした。

なお、表１に示す各銅合金とも、記載元素量を除いた残部組成はＣｕであり、その他の不純物元素として、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、ミッシュメタルの含有量は、これらの元素全体の合計で０．１質量％以下であった。

また、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａのうち１種又は２種以上を含む場合は、合計量を０．０００１〜１．０質量％の範囲とし、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔのうち１種又は２種以上を場合は、合計量を０．００１〜１．０質量％の範囲とし、更に、これらの元素全体の合計量も１．０質量％以下とした。

このようにして得た銅合金板に対して、各例とも、銅合金板から圧延方向に対して直交する板幅方向を長手方向として試験片（試料）を切り出し、各試料の引張弾性率や均一伸びと全伸びとの比、あるいは引張強さ、硬さ、導電率、せん断面率などの特性を評価した。これらの結果を表２に各々示す。

（せん断面率測定）
銅合金板のリード打ち抜きを模擬したプレス打ち抜きによって設けたリード断面のせん断面率（せん断面比率）によって、プレス打ち抜き性を評価する。このせん断面率が７５％以下であれば、プレス打ち抜き性が良いと評価できる。このせん断面率による評価は、銅合金板にリードを打抜き、その際のばり高さを測定するプレス打ち抜き性の評価試験よりも、要求されるプレス打ち抜き性を正確に評価できる。

プレス打ち抜き試験は、打ち抜きプレス（クリアランス：５％）により、図１に示すように、幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍのリードを、日本工作油製Ｇ−６３１６の潤滑油を用いて、銅合金板（試験片）１を、矢印で示す圧延方向に対して直交する板幅方向を長手方向とした打抜き穴２として順次打抜く。

これによって、打抜き穴２の中心を長さ方向に沿って切断し（切断箇所を破線３で示す）、打抜き穴２の切断面を矢印４の方向から観察し、光学式マイクロスコープを用いた切断面の表面写真から画像解析で求めた。せん断率は切断面におけるせん断面の面積比率（せん断面の面積／切断面の面積）であり、切断面の面積は銅合金板の板厚０．１５ｍｍ×測定幅０．５ｍｍとし、せん断面の面積は測定幅０．５ｍｍの範囲内のせん断面の面積とした。１試料につき穴を３箇所打ち抜き、各穴で３箇所ずつ測定し（合計９箇所）、その平均値を求めた。

（硬さ測定）
銅合金板試料の硬さ測定は、マイクロビッカース硬度計にて、０．５ｋｇの荷重を加えて、試料の任意の３箇所について行い、硬さはそれらの平均値として算出した。

（導電率測定）
銅合金板試料の導電率は、ミーリングにより、幅10mm×長さ300mm の短冊状の試験片を加工し、ダブルブリッジ式抵抗測定装置により電気抵抗を測定して、平均断面積法により算出した。

表１、２から明らかな通り、本発明組成内の銅合金である発明例１〜１１は、その成分組成が本発明範囲内であり、かつ、均質化熱処理、熱間圧延後の水冷開始温度、最終連続焼鈍時の通板速度などの製造条件が好ましい範囲内で製造されている。このため、発明例１〜１１は、引張弾性率が１２０ＧＰａを超えるとともに、均一伸び／全伸びが０．５０未満である引張特性を有する。

この結果、発明例１〜１１は、引張強さが５００ＭＰａ以上、硬さが１５０Ｈｖ以上の高強度な割りには、比較的高導電率であって、また、せん断面率が７５％以下であり、プレス打ち抜き性にも優れている。

ただ、Ｆｅの含有量が下限近い発明例３や、Ｐの含有量が下限近い発明例５は、他の発明例１、２などに比して、強度が比較的低い。また、Ｆｅの含有量が上限近い発明例４や、Ｐの含有量が上限近い発明例６は、他の発明例１、２などに比して、せん断面率が比較的高く、導電率も比較的低い。

これに対して、比較例１２〜１７は、発明例１と同じ本発明組成内の銅合金であるものの、均質化熱処理、熱間圧延後の水冷開始温度、最終連続焼鈍時の通板速度などの製造条件が、好ましい範囲を外れる。このため、比較例１２〜１７は、引張弾性率が１２０ＧＰａ以下と低すぎるか、均一伸び／全伸びが０．５０以上と高すぎる。この結果、比較例１２〜１７は、せん断面率が７５％を超え、プレス打ち抜き性が著しく劣る。

比較例１２は均質化熱処理時の時間が短すぎる。比較例１３は均質化熱処理時の温度が低すぎる。比較例１４は熱間圧延後の水冷開始温度が高すぎる。比較例１５は熱間圧延後の水冷開始温度が低すぎる。比較例１６は中間焼鈍温度が高すぎる。比較例１７は最終連続焼鈍時の通板速度が遅すぎる。

比較例１８〜２１の銅合金は、製造方法は好ましい条件内で製造されているものの、その成分組成が本発明範囲から外れる。このため、比較例１８〜２１は、引張弾性率が１２０ＧＰａ以下と低すぎるか、均一伸び／全伸びが０．５０以上と高すぎる。この結果、比較例１８〜２１は、せん断面率が７５％を超え、プレス打ち抜き性が著しく劣る。

比較例１８はＦｅの含有量が下限０．０１％を低めに外れている。このため、せん断面率が高く、プレス打ち抜き性が劣り、高強度化も達成できていない。

比較例１９はＦｅの含有量が上限５．０％を高めに外れている。このため、せん断面率が高く、プレス打ち抜き性が劣り、高強度化も達成できていない。

比較例２０の銅合金はＰの含有量が下限０．０１％を低めに外れている。このため、せん断面率が高く、プレス打ち抜き性が劣り、また高強度化も達成できていない。

比較例２１の銅合金はＰの含有量が上限０．１５％を高めに外れている。このため、熱間圧延中に割れが生じた。

以上の結果から、高強度化させた上で、プレス打ち抜き性にも優れさせるための、本発明銅合金板の成分組成、引張弾性率、均一伸び／全伸びなどの引張特性の臨界的な意義および、このような引張特性を得るための好ましい製造条件の意義が裏付けられる。

以上説明したように、本発明によれば、高強度化させた上で、プレス打ち抜き性にも優れ、これら特性を両立（兼備）させたＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金板を提供することができる。この結果、小型化及び軽量化した電気電子部品用として、半導体装置用リードフレーム以外にも、リードフレーム、コネクタ、端子、スイッチ、リレーなどの、高強度化と、厳しい曲げ加工性が要求される用途に適用することができる。

せん断面率の測定方法を示す説明図である。

符号の説明

１：銅合金板、２：打ち抜き穴、３：切断箇所

Claims

質量％で、Ｆｅ：０．０１〜０．５０％、Ｐ：０．０１〜０．１５％を各々含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に対して直交する板幅方向を長手方向として採取した試験片の引張試験により求められる、引張弾性率が１２０ＧＰａを超えるとともに、均一伸びと全伸びとの比、均一伸び／全伸びが０．５０未満であることを特徴とするプレス打ち抜き性に優れた電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が、更に、質量％で、Ｓｎ：０．００５〜５．０％を含有する請求項１に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が、更に、質量％で、Ｚｎ：０．００５〜３．０％を含有する請求項１または２に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が、更に、Ｓ：２０ｐｐｍ以下、Ｐｂ：２０ｐｐｍ以下に各々規制した請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板の引張強度が５００ＭＰａ以上、硬さが１５０Ｈｖ以上である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が、更に、質量％で、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔのうち１種又は２種以上を合計で０．００１〜１．０％含有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が、更に、質量％で、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａのうち１種又は２種以上を合計で０．０００１〜１．０％と、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔのうち１種又は２種以上を合計で０．００１〜１．０％とを各々含有するとともに、これら含有する元素の合計含有量を１．０％以下とした請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、ミッシュメタルの含有量を、これらの元素全体の合計で０．１質量％以下とした請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気電子部品用銅合金板。
前記銅合金板が半導体リードフレーム用である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電気電子部品用銅合金板。