JP6533402B2 - Cu−Ni−Si系銅合金板材およびその製造方法並びにリードフレーム - Google Patents
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Description
λ(%)=(L0−L1)/L0×100 …(1)
ここで、L0は加熱試験前の試験片の20℃における圧延平行方向長さ(mm)、L1は加熱試験後の試験片の20℃における圧延平行方向長さ(mm)である。
前記仕上冷間圧延工程後の板材に、5N/mm2以上30N/mm2未満の張力を付与しながら250〜550℃好ましくは330〜530℃の温度範囲で加熱した後、最大冷却速度100℃/sec以下で常温まで冷却する工程(低温焼鈍工程)、
を有する銅合金板材の製造方法が提供される。
圧延率(%)=(t0−t1)/t0×100 …(2)
ある圧延パスにおける1パスでの圧延率を本明細書では特に「圧下率」と呼んでいる。
本発明では、Cu−Ni−Si系銅合金を採用する。以下、合金成分に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
〔熱収縮〕
高強度化されたCu−Ni−Si系銅合金板材の金属マトリックスには多くの転位が導入されている。転位のような格子欠陥が導入されると結晶格子の体積が若干膨張する。加工素材である板材製品を成形加工したリードフレーム部材は、その成形加工後に歪取り焼鈍が施されたり、パッケージング化の際に加熱を受けたりして、半導体部品が完成するまでの段階で可動転位が動きうる温度域に加熱される場合が多い。加熱により可動転位が動いて金属マトリックスの内部歪が開放されると、格子欠陥の密度が低減することにより結晶格子の体積が収縮する。この種の収縮現象を本明細書では「熱収縮」と呼んでいる。熱収縮は部品の寸法精度を低下させる要因となる。従って、QFNタイプの多ピン化リードフレームをはじめ、特に高い寸法精度が要求される用途では、従来にも増して熱収縮の小さい板状素材が要求される。
λ(%)=(L0−L1)/L0×100 …(1)
ここで、L0は加熱試験前の試験片の20℃における圧延平行方向長さ(mm)、L1は加熱試験後の試験片の20℃における圧延平行方向長さ(mm)である。
平均結晶粒径は基本的に小さいほど強度の向上に有利であるが、平均結晶粒径が小さすぎると析出物が分散せず強度が低下しやすい。種々検討の結果、最終的な板材製品において、板面(圧延面)について圧延方向に対し直角方向に測定した切断法による平均結晶粒径が3〜50μmであることがより望ましく、5〜30μmであることが一層好ましい。
Cu−Ni−Si系銅合金板材をリードフレーム等の通電部品の素材に用いるためには、圧延平行方向(LD)の0.2%耐力800MPa以上の強度レベルが望まれる。一方、通電部品の薄肉化のためには、導電性が良好であるも重要な要件となる。具体的には、導電率35%IACS以上であることが望ましく、40%IACS以上であることがより好ましい。
以上説明した銅合金板材は、例えば以下のような製造工程により作ることができる。
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→時効処理→仕上冷間圧延→(形状矯正)→低温焼鈍」
これに限らず、必要に応じて工程中に熱処理および冷間圧延を加えることができる。
本発明では熱収縮の小さい板材製品を得るために、特に「仕上冷間圧延」、「低温焼鈍」の最終2工程における作り込みが重要である。時効処理までの工程には特にこだわる必要はなく、一般的なCu−Ni−Si系銅合金の製造条件を採用すればよい。
なお、上記工程中には記載していないが、熱間圧延後には必要に応じて面削が行われ、各熱処理後には必要に応じて酸洗、研磨、あるいは更に脱脂が行われる。また、仕上冷間圧延後には必要に応じてテンションレベラーによる形状矯正が行われる。以下、各工程について説明する。
連続鋳造、半連続鋳造等により鋳片を製造すればよい。Siなどの酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気または真空溶解炉で行うのがよい。
熱間圧延は通常の手法に従えばよい。熱間圧延前の鋳片加熱は例えば900〜1020℃で1〜5hとすることができる。トータルの熱間圧延率は例えば70〜97%とすればよい。最終パスの圧延温度は700℃以上とすることが好ましい。熱間圧延終了後には、水冷などにより急冷することが好ましい。
溶体化処理前の冷間圧延により、板厚の減少および歪エネルギー(転位)の導入を図る。その歪エネルギーは、溶体化処理での第二相の溶体化に有効に作用する。必要に応じて、中間焼鈍を挟んだ複数回の冷間圧延を行うことができる。溶体化処理前の冷間圧延率(中間焼鈍を挟んで冷間圧延を行う場合は最後の中間焼鈍後の冷間圧延率)は、例えば70%以上とすることが効果的である。ミルパワー等による設備的な許容範囲において、通常99%以下の圧延率範囲で行えばよい。
溶体化処理を行い、第二相を十分に固溶させる。溶体化処理条件は、加熱保持温度を850〜1020℃の範囲に設定すればよい。850〜980℃の範囲がより好ましい。上記温度範囲に保持する時間は10sec〜10minの範囲で設定すればよい。溶体化処理後の板材において、上述の方法により求まる平均結晶粒径が3〜25μm、より好ましくは5〜20μm、更に好ましくは5〜17μmとなるように、加熱温度および加熱時間を調整することが望ましい。再固溶、再結晶化を確実に行い、かつ平均結晶粒径を上記範囲に調整するための最適な溶体化条件は組成や溶体化処理前の製造条件によって変動するが、予め予備実験により組成や冷間圧延率に応じた最適な溶体化処理ヒートパターン条件を把握しておくことにより、適正条件範囲に設定することが容易となる。なお、530℃から300℃までの平均冷却速度は100℃/sec以上とすることが望ましい。
次いで時効処理を行い、強度に寄与する微細な析出物粒子を析出させる。合金組成に応じて時効で硬さがピークになる温度、時間を予め調整して条件を決めるのが好ましい。具体的には、時効温度は400〜550℃とすることが好ましく、425〜525℃とすることがより好ましい。時効処理時間は、3〜12hの範囲で良好な結果が得られる。時効処理中の表面酸化を極力抑制する場合には、水素、窒素またはアルゴン雰囲気を使うことができる。
仕上冷間圧延は強度レベル(特に0.2%耐力)の向上に有効である。仕上冷間圧延率(トータル圧延率)は20%以上とすることが効果的であり25%以上とすることがより効果的である。仕上冷間圧延率が高くなると低温焼鈍時に強度が低下しやすいので80%以下の圧延率とすることが好ましく、70%以下とすることがより好ましい。65%以下の範囲に管理してもよい。最終的な板厚としては、例えば0.03〜0.50mm程度の範囲で設定することができ、0.08〜0.20mmに管理してもよい。
仕上冷間圧延を終えた板材に対して、最終的な低温焼鈍を施す前に、テンションレベラーによる形状矯正を施しても構わない。テンションレベラーは圧延方向に張力を付与しながら板材を複数の形状矯正ロールによって曲げ伸ばす装置である。テンションレベラーを通板する場合には伸び率が1.5%以下となる条件とすることが望ましい。
仕上冷間圧延後には、通常、板条材の残留応力の低減や曲げ加工性の向上、空孔やすべり面上の転位の低減による耐応力緩和性向上を目的として低温焼鈍が施される。ただし、本発明では熱収縮の小さい板材製品を得るために、最終的な熱処理である低温焼鈍の条件を厳しく制限する必要がある。
JIS H0505に従って各供試材の導電率を測定した。
〔圧延方向の0.2%耐力〕
各供試材から圧延方向(LD)の引張試験片(JIS 5号)を採取し、試験数n=3でJIS Z2241に準拠した引張試験行い、0.2%耐力を測定した。n=3の平均値を当該供試材の成績値とした。
各供試材から圧延平行方向長さ180mm、圧延直角方向長さ50mmの長方形試験片を切り出し、窒素雰囲気500℃で10min保持する加熱試験に供した。常温から500℃までの昇温時間は約30secである。加熱後の冷却は、試験片を常温の炉外に出して、水平な台の上に静置して放冷した。加熱試験前の試験片の20℃における圧延平行方向長さL0、および加熱試験後の試験片の20℃における圧延平行方向長さL1から、前記(1)式により熱収縮率λを求めた。L0およびL1は、試験片を水平盤上に置き、試験片の幅中央位置(すなわち圧延直角方向の中央位置)における試験片の圧延平行方向長さをレーザー変位計により測定する方法で求めた。試験数n=3の測定値のうち、最も大きいλ値を当該供試材の成績値として採用した。
各供試材から幅10mm×長さ200mmの試験片(ただし、長手方向が圧延方向に一致)を切り出し、Treuting−Read法(参考文献:米谷茂、「残留応力の発生と対策」、株式会社養賢堂、p.54−56、1975年)により残留応力を求めた。具体的には、特許文献2の段落0029、0030に開示される方法に従った。試験数n=3の平均値を当該供試材の成績値とした。
各供試材の板面(圧延面)を研磨しエッチングした表面の光学顕微鏡観察によりJIS H0501の切断法で圧延面に対し平行方向、かつ圧延方向に対し直角方向の既知長さの線分によって完全に切られる結晶粒数を数えることにより平均結晶粒径を求めた。ただし、測定対象の結晶粒の総数を100個以上とする。双晶境界は結晶粒界とみなさない。平均結晶粒径を測定するための光学顕微鏡観察においては、観察領域を300μm×300μmの矩形領域とした。
これらの結果を表2に示す。
Claims (5)
- 質量%で、Ni:1.0〜4.5%、Si:0.1〜1.2%、Mg:0〜0.3%、Cr:0〜0.2%、Co:0〜2.0%、P:0〜0.1%、B:0〜0.05%、Mn:0〜0.2%、Sn:0〜0.5%、Ti:0〜0.5%、Zr:0〜0.2%、Al:0〜0.2%、Fe:0〜0.3%、Zn:0〜1.0%、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成を有する板材であって、圧延平行方向の0.2%耐力が800MPa以上、導電率が35%IACS以上であり、当該板材から圧延平行方向180mm、圧延直角方向50mmの長方形試験片を採取して500℃で10min保持する加熱試験に供したとき、下記(1)式に定義される圧延平行方向の熱収縮率λが0.020%以下となる性質を有する銅合金板材。
λ(%)=(L0−L1)/L0×100 …(1)
ここで、L0は加熱試験前の試験片の20℃における圧延平行方向長さ(mm)、L1は加熱試験後の試験片の20℃における圧延平行方向長さ(mm)である。 - 板面(圧延面)について圧延方向に対し直角方向に測定した切断法による平均結晶粒径が3〜50μmである請求項1に記載の銅合金板材。
- 質量%で、Ni:1.0〜4.5%、Si:0.1〜1.2%、Mg:0〜0.3%、Cr:0〜0.2%、Co:0〜2.0%、P:0〜0.1%、B:0〜0.05%、Mn:0〜0.2%、Sn:0〜0.5%、Ti:0〜0.5%、Zr:0〜0.2%、Al:0〜0.2%、Fe:0〜0.3%、Zn:0〜1.0%、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成を有する時効処理後の中間製品板材に、ロール径70mm以上のワークロールにより、最終パスの圧下率を4〜15%として、トータル圧延率20〜80%の冷間圧延を施す工程(仕上冷間圧延工程)、
前記仕上冷間圧延工程後の板材に、5N/mm2以上30N/mm2未満の張力を付与しながら250〜550℃の温度範囲で加熱した後、最大冷却速度100℃/sec以下で常温まで冷却する工程(低温焼鈍工程)、
を有する請求項1または2に記載の銅合金板材の製造方法。 - 前記低温焼鈍工程において、加熱の温度範囲を330〜530℃とする請求項3に記載の銅合金板材の製造方法。
- 請求項1または2に記載の銅合金板材を材料に用いたリードフレーム。
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