JPH0472037A - 高強度低熱膨張合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高強度と優れた常温延性を有するとともに、
熱膨張係数の小さい合金およびその製造方法に関する。

（従来の技術） ４２７０イ（Ｆｅ−４２Ｎｉ）、５０７０イ（Ｆｅ−５
ＯＮ＋）等に代表されるＦｅ−Ｎｉ系合金は、ガラスと
ほぼ同一の熱膨張率を有しているため古くから真空管等
の封着材として使用されている。特に４２アロイは室温
〜４５０℃の温度範囲における熱膨張率が小さく、Ｓｉ
半導体やアルミナ等のセラミックスに近い熱膨張率を有
しているため集積回路（ＩＣ）のリードフレーム材とし
て広く使用されている。

ところが最近、ＩＣがますます高密度化する傾向にあり
、セラミックＱｕａｒｄ　Ｆｌａｔ　Ｐａｃｋａｇｅ　
（以下、ＱＦＰと略する）用リードの多ピン化（２００
ピン以上）が要望されている。そのためリード寸法が小
さくなり（例えばリード幅０．２＋ｕ＋、厚み０．１ｍ
ｍ程度）、高強度（引張強さ≧８０ｋｇｆ／ＩＩｍ”）
で、かつ米国ミル規格（Ｍｉｌ　８８３Ｃ）に規定され
た繰り返し曲げ破断試験における曲げ破断回数の大きい
リードフレーム材が必要となってきた。

通常の４２７０イの引張強さは約６５ｋｇｆ／ａｍ”程
度であり、例えば、幅０，２■、厚み０．１ｍｎ＋のり
一ドでの繰り返し曲げ破断回数は約７回程度である。多
ピンリードではさらに強度および剛性の向上と繰り返し
曲げ破断回数の増加が必要であって、最終冷間加工度を
大きくする方法、あるいは特開昭５５−９７４５３号公
報に記載されているように、Ｓｉ、　Ｍｎ。

Ｃｒ５Ｔｉ、＾２、Ｎｂの１種以上をＦｅ−Ｎｉ系合金
に多量に添加して、冷間圧延、時効により高強度化する
方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課ｉ！ｆｉ）しかしながら、
高強度４２７０イを製造するに際して、単に最終冷間加
工度を大きくしただけでは引張強さは高くても８３ｋｇ
ｆ／ａｖ”程度（冷間加工度的９０％）であり、加工度
が高いわりには強度がでない、また、同時に延性が劣化
するため、リード繰り返し曲げ回数が加工度の小さい場
合に比較して大きく低下するという問題がある。

また、特開昭５５−９７４５３号公報に記載された方法
では確かに引張強さが大幅に向上し、１００ｋｇｆ／ｍ
ｍ”以上にすることも可能であるが、この方法で得られ
る材料は延性に乏しく、繰り返し曲げ回数はほとんど増
加しないことが判明した。

本発明の目的は、高強度（引張強さ≧８０ｋｇｆ／ｍｍ
”）で、かつ延性があり、特に、ＩＣのリードフレーム
用材料として好適な低熱膨張合金およびその製造方法を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は、上記の目的を達成するため、種々の添加
元素を配合したＦｅ−Ｎｉ系合金について各種の試験を
行い、下記の知見を得た。

ｉ）延性を劣化させずに高強度化するにはＣが特に有効
で、Ｓｉ、　Ｍｎ、　Ｃｏは強化にはあまり寄与しない
、また、■、Ｔｉ、　Ｎｂは高強度化に寄与するが、含
有量が少ないとその効果に乏しく、多過ぎると熱膨張率
の上昇と延性劣化をまねく。

ｉｉ）引張強さを８０ｋｇｆ／ａｍ”以上とするために
は、冷間圧延における加工度を７０％以上とすることが
必要である。

ｉ＋）冷間圧延後、２００〜７００″Ｃの温度範囲で焼
鈍することにより、強度はあまり低下させずに延性を大
きくし、繰り返し曲げ破断回数を増加させることができ
る。また同時に、冷延時の残留応力が均一化され、エツ
チング性が向上する。

ｉｖ）焼鈍時に張力（テンション）を付加するとさらに
残留応力が均一化する。

本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、その要
旨は下記■〜■の高強度低熱膨張合金および■の高強度
低熱膨張合金の製造方法にある。

■　重量％で（以下、合金元素のｒ％Ｊは全て重量％を
意味する）、Ｃ：　０．０３〜０．２０％、Ｎｉ−：３
６〜４５％、Ｓｉ　：　０．５０％以下、Ｍｎ　：　０
．１〜１．０％を含有し、かつＳｉ（χ）＋Ｍｎ（χ）
５１％なる式を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物
からなることを特徴とする高強度低熱膨張合金。

■　前記■に記載の成分に加えて、さらにＴｉ、　Ｎｂ
、■の１種以上を単独または合計で３．０％以下含有す
ることを特徴とする高強度低熱膨張合金。

■　前記■に記載の成分に加えて、さらにｃｏを１．０
％以下含有することを特徴とする高強度低熱膨張合金。

■　前記■に記載の成分に加えて、さらにＴｉ、　Ｎｂ
、■の１種以上を単独または合計で３．０％以下、およ
びＣｏを１．０％以下含有することを特徴とする高強度
低熱膨張合金。

■　前記■〜■のいずれかに記載の組成を有する合金を
冷間圧延の最終工程において加工率７０％以上で圧延し
、次いで２００〜７００℃の温度範囲で５〜４０ｋｇｆ
／＋ｍ”の張力を付加して焼鈍することを特徴とする高
強度低熱膨張合金の製造方法。

（作用） 本発明の合金を構成する各成分元素の作用効果とそれら
の含有量の限定理由について述べる。

Ｃは高強度化のために必要であるが、０，０３％未満で
はマトリックスへの固溶量が少なく、加工硬化量が小さ
いため高強度化しない、一方、Ｃ含有量が０．２０％を
超えると鉄炭化物（例えばＦｅ１Ｃ）の生成が著しくな
り、常温延性が劣化するとともに熱膨張率が大きくなる
ことから、その含有量を０．０３〜０．２０％とした。

Ｎｉは低熱膨張性を確保するために不可欠な元素である
。セラミックＱＦＰ用リードフレーム用材料としては、
熱膨張率を常温〜４５０℃の温度範囲で８Ｘ１０−’／
’Ｃ以下（目標値）とすることが必要であるが、Ｎｉ含
有量が３６％未満あるいは４５％を超えると熱膨張率が
大きくなり前記の目標値を外れることから、その含を量
は３６〜４５％とした。

Ｓｉは脱酸に有効な元素であるが、０．５％を超えると
熱間圧延時に割れが生ずるなど、熱間加工性が劣化する
のでその含有量を０．５％以下とした。

Ｍｎは脱酸および熱間加工性の向上に有効な元素である
が、０．１％より少ないと脱酸効果が不十分であり、熱
間加工性に劣る。また、Ｍｎの含有量が１．０％を超え
ると熱膨張率が大きくなることから、その含有量を０．
１〜１．０％とした。

さらに、ＳｌとＭｎの含有量の合計を前記のように１％
以下と定めたのは、Ｓｉ（χ）十Ｍｎ（χ）が１％を超
えると延性が劣化するからである。

本発明のひとつ（前記■の発明）は上記の成分以外、残
部Ｆｅと不可避不純物からなる合金である。

前記■の発明では、■に記載の合金にさらにＴｉ、Ｎｂ
、Ｖｆ７）１種以上を添加する。　Ｔｉ、　Ｎｂ、■は
マトリックス中で微細なＴｉＣ，ＮｂＣ，ＶＣや＊１３
Ｔｉ。

Ｎ１Ｊｂ、　Ｎｉｓ　Ｖを生成し、強度を向上させると
共に、ヤング率を増大させて耐座屈性を向上させる作用
を有する。しかしこれらの元素の含有量が単独または合
計で３％を超えると熱膨張率が１３Ｘ１０−’／℃を超
え、あるいは延性が乏しくなることから、その上限を単
独または合計で３％とした。

前記■および■の発明では、■に記載の合金あるいは■
に記載の合金にさらにＣｏを添加する。ｃ。

はＣ１■、ＴｉあるいはＮｂの添加に伴う高温度域（２
００〜４５０℃）でのインバー特性の劣化を防止する作
用を有するが、１％を超えて添加すると常温延性を劣化
させ、また、コスト上昇の要因となる。

本発明の合金は、熔製俊熱間加工を加えられ、袂数回の
冷間圧延工程を経て製造される。このとき、冷間圧延の
最終工程における加工率を７０％以上とするのは、引張
強さを安定して８０ｋｇｆ／ａｍ！以上とするためであ
る。

冷間圧延後焼鈍処理を行うのは、強度をあまり低下させ
ずに延性を向上させ、繰り返し曲げ回数を増加させると
ともに、冷間圧延で住した残留応力を均一化し、エツチ
ングむらをなくするためである。なお、本発明者等の研
究によれば、繰り返し曲げ破断回数は材料の引張強さと
延性が大きいほど増加することから、リードフレーム材
の強度と延性をともに高めることが重要である。

上記の焼鈍処理は２００〜７００℃の温度範囲で行うこ
とが必要で、２００℃未満では残留応力の均一化および
延性向上効果が十分ではな（，７００’Ｃを超えると再
結晶が完全に進み、軟化してしまう、すなわち、２００
〜７００℃の温度範囲で適当な時間加熱することにより
再結晶を十分に生しさせず“回復”の過程にとどめ、強
度の低下を最小限に抑えるのである。なお、焼鈍時間は
５〜６０分程度とするのが好適である。また、焼鈍はス
ケールが表面に生成しないように真空中あるいは水素雰
囲気中で行うのが望ましい、この焼鈍工程において被処
理材に張力を付加した焼鈍（テンション付加焼鈍）を行
うと、残留応力の均一化にさらに効果的である。

付加すべき張力は通常５〜４０ｋｇｆ／ａｍ”が好適で
ある６　５　ｋｇｆ／ａｍ”未満では効果が不十分であ
り、４０ｋｇｆ／ａｍ”を超えると材料が塑性変形する
恐れがある。

（実施例） 第１表に示す組成のＦｅ−Ｎｉ系合金を真空溶解により
溶製し、鋳造、鍛造、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍
、冷間圧延、テンション付加焼鈍の各工程を経て板厚０
．ｌｍｍ０薄帯とした。

最終冷間圧延工程における加工度は８０％、テンション
は１５ｋｇｆ／、＠”、その時の焼鈍条件は５００°ｃ
×１５分とした。

この薄帯から幅２５ｍｍ、標点路Ｉｔ　（ＧＬ）　５０
＋＋ｎの引張試験片を切り出して引張試験を行い、また
、エツチング処理によりリード幅０．２−のリードフレ
ーム（単にリードともいう）を作製し、第１図に示すよ
うにリード２の一端を治具１に固定して９０°曲げを繰
り返す繰り返し曲げ破断試験を行った。

方、冷間圧延の途中工程材から熱膨張試験片（５ｍｍＸ
５ｍｍ、長さ５〇−醜）を切り出し、ライッ熱膨張計に
より室温〜４５０℃の温度域における熱膨張率を測定し
た。なお、熱膨張率は冷間圧延率、焼鈍条件でほとんど
変化しないことを予め予備試験で確認した。

試験結果を第１表に併せ示す、同表の結果から、本発明
合金（Ｎｎｌ−１２）はすべて通常の４２７０イ（比較
合金Ｎ１１１３）に比較して強度が優れ、繰り返し曲げ
破断回数が多く、熱膨張率も８．０ｘｌＯ−’／”ｃ以
下で良好であった。

一方、比較合金において、通常４２７０イ（Ｎｌ１１３
）は強度が低く、Ｎｉ含有量が本発明の範囲外であるＮ
ｃＬ１４および２３、Ｃｏ含有量が本発明の範囲を超え
る階２２およびＭｎ含有量が本発明の範囲を超えるｋ１
６では熱膨張率が高い。Ｓｉ含有量が本発明の範囲を超
えるｋ１５およびＭｎ含有量が本発明の範囲に満たない
隘２４では、熱間圧延の際、耳ワレを生じた。

Ｃ，Ｖ、　Ｔｉ、　Ｎｂが本発明の範囲を外れる場合（
階１７〜２１）は延性に乏しかったり、繰り返し曲げ破
断回数が少なかったり、熱膨張率が８　Ｘｌ０−’／”
Ｃより大きいなどの問題があった。

第２表は、本発明合金漱３の材料を用い、同表に示すよ
うに、冷間圧延の最終工程における加工度およびテンシ
ョン付加焼鈍条件を変化させて薄帯を作製し、前記と同
様に引張試験、繰り返し曲げ破断試験を行うとともに、
他の特性（エツチングむら、材料の平滑度等）を調査し
た結果を示したものである。

この結果から、本発明方法に定めた範囲外の条件で圧延
あるいは焼鈍を行った場合は、機械的性質あるいはその
他の特性が劣化していることがわかる。

（発明の効果） 本発明のＦｅ−Ｎｉ系合金は、高強度でかつ延性に優れ
、ＩＣのリードフレーム用材料として好適である。特に
、セラミックＱＦＰ用リードの多ビン化に対する要望に
応え得る特性を有しており、その工業上における有用性
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、リード繰り返し曲げ破断試験方法の概略説明
図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｎｉ：３
   ６〜４５％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．１〜１
   ．０％を含有し、かつＳｉ（％）＋Ｍｎ（％）≦１％な
   る式を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる
   ことを特徴とする高強度低熱膨張合金。
2. （２）請求項（１）に記載の成分に加えて、さらにＴｉ
   、Ｎｂ、Ｖの１種以上を単独または合計で３．０％以下
   含有することを特徴とする高強度低熱膨張合金。
3. （３）請求項（１）に記載の成分に加えて、さらにＣｏ
   を１．０％以下含有することを特徴とする高強度低熱膨
   張合金。
4. （４）請求項（１）に記載の成分に加えて、さらにＴｉ
   、Ｎｂ、Ｖの１種以上を単独または合計で３．０％以下
   、およびＣｏを１．０％以下含有することを特徴とする
   高強度低熱膨張合金。
5. （５）請求項（１）〜（４）のいずれかに記載の組成を
   有する合金を冷間圧延の最終工程において加工率７０％
   以上で圧延し、次いで２００〜７００℃の温度範囲で５
   〜４０ｋｇｆ／ｍｍ＾２の張力を付加して焼鈍すること
   を特徴とする高強度低熱膨張合金の製造方法。