JP4186201B2 - 耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金および銅合金薄板 - Google Patents
耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金および銅合金薄板 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、打ち抜きに際して金型摩耗が少ない特性（以下、この特性を耐打抜き金型摩耗性という）および樹脂密着性に優れた銅合金および銅合金薄板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置用リードフレーム、各種電気・電子部品の端子またはコネクタは、銅合金薄板を切断して条とし、これを打抜き加工、プレス加工、曲げ加工などの金属加工を施すことにより作製される。得られたリードフレームは半導体装置において、多くの場合、熱硬化性樹脂で樹脂パッケージされた状態で使用され、さらに端子またはコネクタも熱硬化性樹脂で樹脂パッケージされた状態で使用されることが多い。
【０００３】
この樹脂パッケージされた状態で使用される半導体装置のリードフレームを製造するための銅合金薄板として、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％、Ｚｎ：０．０５〜５質量％およびＳｎ：０．０５〜５質量％の内の１種または２種を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％を含有し、さらにＭｇ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｐｂ，Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＩｎおよびＢの内の１種または２種以上を総量で０．０１〜２質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％、Ｚｎ：０．０５〜５質量％およびＳｎ：０．０５〜５質量％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＩｎおよびＢの内の１種または２種以上を総量で０．０１〜２質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
などが知られている（特開平９−２９６２３７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置用リードフレームは、そのピン数が２００ピン以上のものが多く造られるようになり、そのピンの間隔も益々狭ピッチ化しており、さらに各種電気・電子部品の高性能化に伴って小型化、薄型化した高精度の端子またはコネクタが数多く使用されるようになってきた。これら小型化、薄型化した高精度の端子またはコネクタを作製するには、打抜き加工材の寸法精度、バリの大きさが非常に重要な要素の１つになっている。打抜き加工に際して加工材の打抜き加工性が悪いと、金型が短時間の使用で摩耗し、金型が摩耗すると寸法精度が悪くなり大きなバリが発生するからである。従来の銅合金薄板はこれを打抜き加工すると、金型の摩耗が激しく、短時間の使用で金型を交換しなければならなくなってコストがかかり、コスト削減のためには一層耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金薄板が求められていた。
【０００５】
さらに、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップは約２００℃あるいはそれ以上の温度でダイボンディングやワイヤボンディングが行われ、その後、それを外部環境から保護するために樹脂パッケージが行われている。この樹脂パッケージのモールディングは１６０℃以上の温度で行われるが、樹脂とリードフレームとの密着性が悪いと、樹脂とリードフレームの間に剥離が起こり、剥離を起こしたデバイスでは水分の吸湿が起こり、後工程のリフローはんだめっきの際に、水分の蒸気圧によってパッケージが破壊されることがあり、近年の厳しい信頼性要求に応じることができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これら課題を解決すべく研究を行っていたところ、
（ａ）半導体装置用リードフレーム、各種電気・電子部品の端子またはコネクタを製造するための銅にＦｅ、Ｚｎ、Ｐを含むＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金において、炭素および炭化物が耐打抜き金型摩耗性に大きく影響を及ぼし、特に従来のＦｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有するＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金に、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％（好ましくは、Ｃ：０．００１〜０．０２質量％）を添加すると、耐打抜き金型摩耗性が従来よりも一層向上する、
（ｂ）前記（ａ）に記載のＦｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％を含有し、さらにＣ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有した耐打抜き金型摩耗性に優れたＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金に、さらにＭｇ：０．０００７〜０．５質量％を単独、またはＭｇ：０．０００７〜０．５質量％およびＳｉ：０．０００７〜０．５質量％を共存させて添加すると樹脂密着性が向上する、
（ｃ）前記（ａ）〜（ｂ）のＣ：０．０００５〜０．０２質量％（好ましくは、Ｃ：０．００１〜０．０２質量％）を添加したＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金に、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏ（以下、これらの元素を炭化物形成元素と総称する）の内の１種または２種以上を合計で０．０１質量％以上含有すると、炭素添加による耐打抜き金型摩耗性を向上させる作用を軽減させるところから、炭化物形成元素の含有量は合計で０．０１質量％未満に制限することが好ましい、などの知見を得たのである。
【０００７】
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであって、
（１）Ｆｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、さらに、
Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
（２）Ｆｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、さらに、
Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、
Ｓｉ：０．０００７〜０．５質量％、
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
（３）前記（１）または（２）記載の銅合金において、Ｃ含有量は０．００１〜０．０２質量％である耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
（４）前記（１）、（２）または（３）記載の銅合金において、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏの内の１種または２種以上の含有量を合計で０．０１質量％未満に制限した耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、に特徴を有するものである。
【０００８】
前記（１）、（２）、（３）または（４）記載の銅合金は、薄板として使用される。したがって、この発明は、
（５）前記（１）、（２）、（３）または（４）記載の銅合金からなる銅合金薄板、に特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金およびその薄板は、まず、高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合金、Ｃｕ−Ｚｎ母合金およびＣｕ−Ｐ母合金を用意し、これら原料を還元性雰囲気の誘導溶解炉を用いて黒鉛製坩堝の中で溶湯表面を黒鉛製の固形物で覆いながら溶解し、得られた溶湯にＣｕとＭｇを含む母合金、またはＣｕとＭｇおよびＳｉを含む母合金を、Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、またはＭｇ：０．０００７〜０．５質量％およびＳｉ：０．０００７〜０．５質量％となるように添加し、最後にＦｅ−Ｃ母合金を添加して成分調整した後、黒鉛製モールドに半連続鋳造して銅合金鋳塊を製造し、この銅合金鋳塊を還元性雰囲気中、温度：７５０〜９８０℃で焼鈍後熱間圧延し、水冷したのち面削し、その後、４０〜８０％の冷間圧延と４００〜６５０℃の中間焼鈍を繰り返し行い、最終冷間圧延し、２５０〜３５０℃の歪み取り焼鈍などを施して薄板とすることにより製造する。
【００１０】
つぎに、この発明の耐打抜き金型摩耗性または耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金の成分組成を上記のごとく限定した理由について説明する。
（ａ）Ｆｅ
Ｆｅは、Ｃｕの素地に固溶すると共にＰと化合物を造り、強度および硬さを向上させる作用があるが、その含有量が１．５質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、２．４質量％を越えて含有すると、表面欠陥に基づくめっき性が著しく低下し、さらに導電率および加工性の低下をもたらすので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量は、１．５〜２．４質量％に定めた。一層好ましい範囲は、１．８〜２．３質量％である。
【００１１】
（ｂ）Ｐ
Ｐは、脱酸作用があるほか、Ｆｅと化合物を生成して強度を向上させる作用があるが、０．００８質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．０８質量％を越えて含有すると導電率および加工性の低下をもたらすところから、Ｐの含有量は０．００８〜０．０８質量％に定めた。一層好ましい範囲は、０．０１〜０．０５質量％である。
【００１２】
（ｃ）Ｚｎ
Ｚｎは、Ｃｕの素地に固溶してはんだ耐熱剥離性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０１質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５０質量％を越えて含有してもその効果が飽和するところから、Ｚｎの含有量は０．０１〜０．５０質量％に定めた。一層好ましい範囲は、０．０５〜０．３５質量％である。
【００１３】
（ｄ）Ｃ
Ｃは、銅に対して非常に固溶しにくい元素であるが、極微量に含まれることにより、結晶粒を微細化させ、熱間圧延工程での粒界割れを抑制する作用があり、さらに耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０００５質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．０２質量％を越えて含有すると、熱間圧延工程での粒界割れを発生させると共に、耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性が低下するので好ましくない。したがって、Ｃ含有量は、０．０００５〜０．０２質量％に定めた。一層好ましい範囲は、０．００１〜０．０２質量％であり、さらに一層好ましい範囲は、０．００１〜０．００８質量％である。
【００１４】
（ｅ）Ｍｇ
Ｍｇは脱酸作用を有し、溶湯表面に酸化防止膜を生成させてＣの消耗を抑える作用があり、さらにＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金の強度を向上させる作用を有するところから添加するが、Ｍｇ：０．０００７質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５質量％を越えて含有すると、導電率が低下すると共に、大きな酸化物や析出物が生成しやすくなり、さらに表面の清浄性を損なうようになるので好ましくない。したがって、Ｍｇの含有量は、０．０００７〜０．５質量％に定めた。一層好ましい範囲は０．００５〜０．１５質量％である。
【００１５】
（ｆ）Ｓｉ
Ｓｉは脱酸作用を有し、溶湯表面に酸化防止膜を生成させてＣの消耗を抑える作用があり、さらにＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金の強度を向上させる作用を有するところから必要に応じて添加するが、Ｓｉ：０．０００７質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５質量％を越えて含有すると、導電率が低下すると共に、大きな酸化物や析出物が生成しやすくなり、さらに表面の清浄性を損なうようになるので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．０００７〜０．５質量％に定めた。一層好ましい範囲は０．００５〜０．１５質量％である。
【００１６】
（ｇ）炭化物形成成分（Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏ）
これら成分は炭化物を生成し易い元素であるところから、これらの含有量を規制しないと溶湯中のＣと反応して硬い炭化物を形成するためにＣの耐打抜き金型摩耗性を向上させる作用を消失してしまうことになる。したがって炭化物形成成分の内の１種または２種以上の含有量を合計で０．０１質量％未満（より好ましくは０．００１質量％未満）に制限した。
【００１７】
なお、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇは最大０．５質量％まで、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂは最大０．０３質量％まで含まれていてもこの発明の趣旨を損なうものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
原料として、高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合金、Ｃｕ−Ｚｎ母合金、Ｃｕ−Ｐ母合金、Ｆｅ−Ｃ母合金および純鉄を用意し、まず、前記高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合金および純鉄をＣＯ＋Ｎ2 ガス雰囲気にてコアレスタイプの誘導溶解炉を用い、黒鉛製坩堝の中で溶湯表面を黒鉛製の固形物で覆いながら溶解し、続いて、Ｃｕ−Ｐ母合金を添加して脱酸を行い、Ｃｕ−Ｚｎ母合金を添加し、さらにＭｇ単独またはＭｇおよびＳｉを各種母合金の形で添加して溶湯表面に酸化防止膜を生成させた後、さらにＦｅ−Ｃ母合金を添加することによって成分調整した後、得られた溶湯を黒鉛製ノズルおよび黒鉛製モールドを用いて厚さ：１６０ｍｍ、幅：４５０ｍｍ、長さ：１６００ｍｍの鋳塊を鋳造し、表１に示される成分組成を有する本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１の鋳塊を製造した。
【００１９】
これら本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１の鋳塊を８６０℃で熱間圧延して厚さ：１１ｍｍの熱延板とし、ついで水冷後、熱延板の上下両面を厚さ：０．５ｍｍづつ両側端面を０．５ｍｍづつ面削して厚さ：１０ｍｍとし、これに圧延率：８４％の冷間圧延を施して厚さ：１．６０ｍｍの冷延板とし、さらに温度：５３０℃に１時間保持の中間焼鈍と圧延率：６９％の冷間圧延を施して厚さ：０．５０ｍｍの冷延板とし、引続いて温度：４８０℃に１時間保持の中間焼鈍を施した後、酸洗を加え、さらに圧延率：５０％の冷間圧延を施して厚さ：０．２５ｍｍの冷間圧延板とし、最終的に３００℃、２分間保持の歪み取り焼鈍を施すことにより本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条を作製した。
【００２０】
得られた本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条を小型ダイイングマシン装置（能率機械製 ＬＥＭ３２０１型）を用い、金型は市販のＣｏ：１６質量％、ＷＣ：残りからなる組成を有するＷＣ超硬合金製のものを用い、厚さ：０．２５ｍｍ、幅：２５ｍｍのＣｕ合金板を連続打抜き加工により直径：５ｍｍの円形チップを１００万個打抜き、打抜き加工開始から２０個の穴径と１００万個打抜き加工終了直前の２０個の穴径をそれぞれ測定し、それぞれの２０個の穴径の平均値から変化量を求めて金型の摩耗量とし、表２の従来銅合金１の金型の摩耗量を１としてこれに対する相対値として現した値を表１に示し、耐打抜き金型摩耗性を評価した。
【００２１】
つぎに、本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条を２５ｍｍ×１５０ｍｍの寸法に切断して図１に示される合金試験片１を作製した。
【００２２】
この合金試験片１の上端に、図１に示されるように、スタッド３を有する接着面積：１．０ｃｍ2 の円錐台状のエポキシ樹脂２（住友ベークライト製、ＥＭＥ−６３００Ｈ）を６個モールディング接着し、その後１７５℃に８時間保持してキュアーすることによりテストピースを作製した。このテストピースのスタッド３を引張り試験機で引っ張ることにより合金試験片１とエポキシ樹脂２との密着強度を測定し、その平均値を表１に示し、本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条に対する樹脂密着性を評価した。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１に示される結果から、本発明銅合金１〜９からなる薄板は、従来銅合金１からなる薄板条よりも耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れていることがわかる。さらにＣ含有量が０．０００５％未満でかつＭｇおよびＳｉの内の２種を含む比較銅合金１、並びに炭化物形成元素の合計が０．０２％以上の比較銅合金３はいずれも耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性が十分でないことがわかる。またＣ含有量が０．０２％を越えて含有する比較銅合金２は熱延時に粒界割れが発生するので好ましくないことが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
上述のように、この発明の耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金は、従来の銅合金よりも耐打抜き金型摩耗性に優れており、さらに樹脂密着性にも優れているところから、電子産業の発展に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 テストピースの斜視図である。
【符号の説明】
１ 合金試験片
２ エポキシ樹脂
３ スタッド
【発明の属する技術分野】
この発明は、打ち抜きに際して金型摩耗が少ない特性（以下、この特性を耐打抜き金型摩耗性という）および樹脂密着性に優れた銅合金および銅合金薄板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置用リードフレーム、各種電気・電子部品の端子またはコネクタは、銅合金薄板を切断して条とし、これを打抜き加工、プレス加工、曲げ加工などの金属加工を施すことにより作製される。得られたリードフレームは半導体装置において、多くの場合、熱硬化性樹脂で樹脂パッケージされた状態で使用され、さらに端子またはコネクタも熱硬化性樹脂で樹脂パッケージされた状態で使用されることが多い。
【０００３】
この樹脂パッケージされた状態で使用される半導体装置のリードフレームを製造するための銅合金薄板として、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％、Ｚｎ：０．０５〜５質量％およびＳｎ：０．０５〜５質量％の内の１種または２種を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％を含有し、さらにＭｇ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｐｂ，Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＩｎおよびＢの内の１種または２種以上を総量で０．０１〜２質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
Ｆｅ：０．０５〜３．５質量％、Ｐ：０．０１〜０．４質量％、Ｚｎ：０．０５〜５質量％およびＳｎ：０．０５〜５質量％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＩｎおよびＢの内の１種または２種以上を総量で０．０１〜２質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、
などが知られている（特開平９−２９６２３７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置用リードフレームは、そのピン数が２００ピン以上のものが多く造られるようになり、そのピンの間隔も益々狭ピッチ化しており、さらに各種電気・電子部品の高性能化に伴って小型化、薄型化した高精度の端子またはコネクタが数多く使用されるようになってきた。これら小型化、薄型化した高精度の端子またはコネクタを作製するには、打抜き加工材の寸法精度、バリの大きさが非常に重要な要素の１つになっている。打抜き加工に際して加工材の打抜き加工性が悪いと、金型が短時間の使用で摩耗し、金型が摩耗すると寸法精度が悪くなり大きなバリが発生するからである。従来の銅合金薄板はこれを打抜き加工すると、金型の摩耗が激しく、短時間の使用で金型を交換しなければならなくなってコストがかかり、コスト削減のためには一層耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金薄板が求められていた。
【０００５】
さらに、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップは約２００℃あるいはそれ以上の温度でダイボンディングやワイヤボンディングが行われ、その後、それを外部環境から保護するために樹脂パッケージが行われている。この樹脂パッケージのモールディングは１６０℃以上の温度で行われるが、樹脂とリードフレームとの密着性が悪いと、樹脂とリードフレームの間に剥離が起こり、剥離を起こしたデバイスでは水分の吸湿が起こり、後工程のリフローはんだめっきの際に、水分の蒸気圧によってパッケージが破壊されることがあり、近年の厳しい信頼性要求に応じることができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これら課題を解決すべく研究を行っていたところ、
（ａ）半導体装置用リードフレーム、各種電気・電子部品の端子またはコネクタを製造するための銅にＦｅ、Ｚｎ、Ｐを含むＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金において、炭素および炭化物が耐打抜き金型摩耗性に大きく影響を及ぼし、特に従来のＦｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有するＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金に、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％（好ましくは、Ｃ：０．００１〜０．０２質量％）を添加すると、耐打抜き金型摩耗性が従来よりも一層向上する、
（ｂ）前記（ａ）に記載のＦｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％を含有し、さらにＣ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有した耐打抜き金型摩耗性に優れたＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金に、さらにＭｇ：０．０００７〜０．５質量％を単独、またはＭｇ：０．０００７〜０．５質量％およびＳｉ：０．０００７〜０．５質量％を共存させて添加すると樹脂密着性が向上する、
（ｃ）前記（ａ）〜（ｂ）のＣ：０．０００５〜０．０２質量％（好ましくは、Ｃ：０．００１〜０．０２質量％）を添加したＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金に、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏ（以下、これらの元素を炭化物形成元素と総称する）の内の１種または２種以上を合計で０．０１質量％以上含有すると、炭素添加による耐打抜き金型摩耗性を向上させる作用を軽減させるところから、炭化物形成元素の含有量は合計で０．０１質量％未満に制限することが好ましい、などの知見を得たのである。
【０００７】
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであって、
（１）Ｆｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、さらに、
Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
（２）Ｆｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、さらに、
Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、
Ｓｉ：０．０００７〜０．５質量％、
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
（３）前記（１）または（２）記載の銅合金において、Ｃ含有量は０．００１〜０．０２質量％である耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
（４）前記（１）、（２）または（３）記載の銅合金において、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏの内の１種または２種以上の含有量を合計で０．０１質量％未満に制限した耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、に特徴を有するものである。
【０００８】
前記（１）、（２）、（３）または（４）記載の銅合金は、薄板として使用される。したがって、この発明は、
（５）前記（１）、（２）、（３）または（４）記載の銅合金からなる銅合金薄板、に特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金およびその薄板は、まず、高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合金、Ｃｕ−Ｚｎ母合金およびＣｕ−Ｐ母合金を用意し、これら原料を還元性雰囲気の誘導溶解炉を用いて黒鉛製坩堝の中で溶湯表面を黒鉛製の固形物で覆いながら溶解し、得られた溶湯にＣｕとＭｇを含む母合金、またはＣｕとＭｇおよびＳｉを含む母合金を、Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、またはＭｇ：０．０００７〜０．５質量％およびＳｉ：０．０００７〜０．５質量％となるように添加し、最後にＦｅ−Ｃ母合金を添加して成分調整した後、黒鉛製モールドに半連続鋳造して銅合金鋳塊を製造し、この銅合金鋳塊を還元性雰囲気中、温度：７５０〜９８０℃で焼鈍後熱間圧延し、水冷したのち面削し、その後、４０〜８０％の冷間圧延と４００〜６５０℃の中間焼鈍を繰り返し行い、最終冷間圧延し、２５０〜３５０℃の歪み取り焼鈍などを施して薄板とすることにより製造する。
【００１０】
つぎに、この発明の耐打抜き金型摩耗性または耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金の成分組成を上記のごとく限定した理由について説明する。
（ａ）Ｆｅ
Ｆｅは、Ｃｕの素地に固溶すると共にＰと化合物を造り、強度および硬さを向上させる作用があるが、その含有量が１．５質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、２．４質量％を越えて含有すると、表面欠陥に基づくめっき性が著しく低下し、さらに導電率および加工性の低下をもたらすので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量は、１．５〜２．４質量％に定めた。一層好ましい範囲は、１．８〜２．３質量％である。
【００１１】
（ｂ）Ｐ
Ｐは、脱酸作用があるほか、Ｆｅと化合物を生成して強度を向上させる作用があるが、０．００８質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．０８質量％を越えて含有すると導電率および加工性の低下をもたらすところから、Ｐの含有量は０．００８〜０．０８質量％に定めた。一層好ましい範囲は、０．０１〜０．０５質量％である。
【００１２】
（ｃ）Ｚｎ
Ｚｎは、Ｃｕの素地に固溶してはんだ耐熱剥離性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０１質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５０質量％を越えて含有してもその効果が飽和するところから、Ｚｎの含有量は０．０１〜０．５０質量％に定めた。一層好ましい範囲は、０．０５〜０．３５質量％である。
【００１３】
（ｄ）Ｃ
Ｃは、銅に対して非常に固溶しにくい元素であるが、極微量に含まれることにより、結晶粒を微細化させ、熱間圧延工程での粒界割れを抑制する作用があり、さらに耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０００５質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．０２質量％を越えて含有すると、熱間圧延工程での粒界割れを発生させると共に、耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性が低下するので好ましくない。したがって、Ｃ含有量は、０．０００５〜０．０２質量％に定めた。一層好ましい範囲は、０．００１〜０．０２質量％であり、さらに一層好ましい範囲は、０．００１〜０．００８質量％である。
【００１４】
（ｅ）Ｍｇ
Ｍｇは脱酸作用を有し、溶湯表面に酸化防止膜を生成させてＣの消耗を抑える作用があり、さらにＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金の強度を向上させる作用を有するところから添加するが、Ｍｇ：０．０００７質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５質量％を越えて含有すると、導電率が低下すると共に、大きな酸化物や析出物が生成しやすくなり、さらに表面の清浄性を損なうようになるので好ましくない。したがって、Ｍｇの含有量は、０．０００７〜０．５質量％に定めた。一層好ましい範囲は０．００５〜０．１５質量％である。
【００１５】
（ｆ）Ｓｉ
Ｓｉは脱酸作用を有し、溶湯表面に酸化防止膜を生成させてＣの消耗を抑える作用があり、さらにＦｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金の強度を向上させる作用を有するところから必要に応じて添加するが、Ｓｉ：０．０００７質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５質量％を越えて含有すると、導電率が低下すると共に、大きな酸化物や析出物が生成しやすくなり、さらに表面の清浄性を損なうようになるので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．０００７〜０．５質量％に定めた。一層好ましい範囲は０．００５〜０．１５質量％である。
【００１６】
（ｇ）炭化物形成成分（Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏ）
これら成分は炭化物を生成し易い元素であるところから、これらの含有量を規制しないと溶湯中のＣと反応して硬い炭化物を形成するためにＣの耐打抜き金型摩耗性を向上させる作用を消失してしまうことになる。したがって炭化物形成成分の内の１種または２種以上の含有量を合計で０．０１質量％未満（より好ましくは０．００１質量％未満）に制限した。
【００１７】
なお、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇは最大０．５質量％まで、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂは最大０．０３質量％まで含まれていてもこの発明の趣旨を損なうものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
原料として、高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合金、Ｃｕ−Ｚｎ母合金、Ｃｕ−Ｐ母合金、Ｆｅ−Ｃ母合金および純鉄を用意し、まず、前記高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合金および純鉄をＣＯ＋Ｎ2 ガス雰囲気にてコアレスタイプの誘導溶解炉を用い、黒鉛製坩堝の中で溶湯表面を黒鉛製の固形物で覆いながら溶解し、続いて、Ｃｕ−Ｐ母合金を添加して脱酸を行い、Ｃｕ−Ｚｎ母合金を添加し、さらにＭｇ単独またはＭｇおよびＳｉを各種母合金の形で添加して溶湯表面に酸化防止膜を生成させた後、さらにＦｅ−Ｃ母合金を添加することによって成分調整した後、得られた溶湯を黒鉛製ノズルおよび黒鉛製モールドを用いて厚さ：１６０ｍｍ、幅：４５０ｍｍ、長さ：１６００ｍｍの鋳塊を鋳造し、表１に示される成分組成を有する本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１の鋳塊を製造した。
【００１９】
これら本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１の鋳塊を８６０℃で熱間圧延して厚さ：１１ｍｍの熱延板とし、ついで水冷後、熱延板の上下両面を厚さ：０．５ｍｍづつ両側端面を０．５ｍｍづつ面削して厚さ：１０ｍｍとし、これに圧延率：８４％の冷間圧延を施して厚さ：１．６０ｍｍの冷延板とし、さらに温度：５３０℃に１時間保持の中間焼鈍と圧延率：６９％の冷間圧延を施して厚さ：０．５０ｍｍの冷延板とし、引続いて温度：４８０℃に１時間保持の中間焼鈍を施した後、酸洗を加え、さらに圧延率：５０％の冷間圧延を施して厚さ：０．２５ｍｍの冷間圧延板とし、最終的に３００℃、２分間保持の歪み取り焼鈍を施すことにより本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条を作製した。
【００２０】
得られた本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条を小型ダイイングマシン装置（能率機械製 ＬＥＭ３２０１型）を用い、金型は市販のＣｏ：１６質量％、ＷＣ：残りからなる組成を有するＷＣ超硬合金製のものを用い、厚さ：０．２５ｍｍ、幅：２５ｍｍのＣｕ合金板を連続打抜き加工により直径：５ｍｍの円形チップを１００万個打抜き、打抜き加工開始から２０個の穴径と１００万個打抜き加工終了直前の２０個の穴径をそれぞれ測定し、それぞれの２０個の穴径の平均値から変化量を求めて金型の摩耗量とし、表２の従来銅合金１の金型の摩耗量を１としてこれに対する相対値として現した値を表１に示し、耐打抜き金型摩耗性を評価した。
【００２１】
つぎに、本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条を２５ｍｍ×１５０ｍｍの寸法に切断して図１に示される合金試験片１を作製した。
【００２２】
この合金試験片１の上端に、図１に示されるように、スタッド３を有する接着面積：１．０ｃｍ2 の円錐台状のエポキシ樹脂２（住友ベークライト製、ＥＭＥ−６３００Ｈ）を６個モールディング接着し、その後１７５℃に８時間保持してキュアーすることによりテストピースを作製した。このテストピースのスタッド３を引張り試験機で引っ張ることにより合金試験片１とエポキシ樹脂２との密着強度を測定し、その平均値を表１に示し、本発明銅合金１〜９、比較銅合金１〜３および従来銅合金１からなる薄板条に対する樹脂密着性を評価した。
【００２３】
【表１】
表１に示される結果から、本発明銅合金１〜９からなる薄板は、従来銅合金１からなる薄板条よりも耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れていることがわかる。さらにＣ含有量が０．０００５％未満でかつＭｇおよびＳｉの内の２種を含む比較銅合金１、並びに炭化物形成元素の合計が０．０２％以上の比較銅合金３はいずれも耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性が十分でないことがわかる。またＣ含有量が０．０２％を越えて含有する比較銅合金２は熱延時に粒界割れが発生するので好ましくないことが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
上述のように、この発明の耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金は、従来の銅合金よりも耐打抜き金型摩耗性に優れており、さらに樹脂密着性にも優れているところから、電子産業の発展に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 テストピースの斜視図である。
【符号の説明】
１ 合金試験片
２ エポキシ樹脂
３ スタッド
Claims (5)
- Ｆｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金。
- Ｆｅ：１．５〜２．４質量％、Ｐ：０．００８〜０．０８質量％、Ｚｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃ：０．０００５〜０．０２質量％を含有し、さらに、
Ｍｇ：０．０００７〜０．５質量％、
Ｓｉ：０．０００７〜０．５質量％、
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金。 - 請求項１または２記載の銅合金において、Ｃ含有量は０．００１〜０．０２質量％であることを特徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金。
- 請求項１、２または３記載の銅合金において、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＶおよびＭｏの内の１種または２種以上の含有量を合計で０．０１質量％未満に制限したことを特徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金。
- 請求項１、２、３または４記載の銅合からなる銅合金薄板。
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