JPH06184666A - 高力高導電性銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体機器のリ−ド材や導電性ばね材に要求
される導電性，強度，ばね特性, 打抜き加工性並びに曲
げ加工性等を兼備した銅合金を提供する。 【構成】 銅合金を、Cr：0.05％以上１％未満，
Zr：0.05％以上１％未満，Ti，Hf又はThのうちの１種以
上: 総量で0.0005％以上0.05％未満を含有し、必要によ
りＰ，Zn，Fe，Ni，Ｂ，Si，Be，Co，Mg，Sn，Al又はMn
のうちの１種以上:総量で0.01％以上１％未満をも含む
と共に残部がCu及び不可避的不純物から成る成分組成と
するか、或いはこれに加えてその平均結晶粒径を２５μ
ｍ未満に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トランジスタや集積
回路（ＩＣ）等のような半導体機器のリ−ド材やコネク
タ−，端子，リレ−，スイッチ等の導電性ばね材として
好適な、高い強度，導電性等に加えて優れた打抜き加工
性，曲げ加工性を備えた銅合金に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】従来、半導体機器のリ−ド材に
は、熱膨張係数が低く、素子及びセラミックスとの接着
性，封着性の良好な“コバ−ル（商標名：Fe-29wt%Ni-1
6wt%Co合金）”或いは“４２合金”等といった高ニッケ
ル合金が好んで使われてきた。ところが、近年、半導体
回路の集積度向上に伴って消費電力の高いＩＣが多く使
用されるようになってきたことや、封止材料として樹脂
が多く用いられるようになり、しかも素子とリ−ドフレ
−ムの接着にも改良が加えられたこと等の事情もあっ
て、半導体機器のリ−ド材に放熱性の良い銅基合金を使
用する傾向が目立つようになっている。

【０００３】ところで、材料の種類はともかく、このよ
うな半導体機器のリ−ド材には一般に次のような特性が
要求されている。 a) リ−ドは電気信号伝達部であると同時に、パッケ−
ジング工程中及び回路使用中に発生する熱を外部に放出
する機能を必要とするので、熱及び電気の伝導性に優れ
ること， b) 半導体素子保護の観点から“リ−ドとモ−ルドとの
密着性”が重要であるため、熱膨張係数がモ−ルド材と
近いこと， c) パッケ−ジング時に種々の加熱工程が加わるため、
耐熱性が良好であること， d) リ−ドは、リ−ド材を打抜き加工し、また曲げ加工
して作成されるものが殆どであるため、これらの加工性
が良好であること， e) リ−ドには表面に貴金属のめっきが施されるため、
これら貴金属とのめっき密着性が良好であること， f) パッケ−ジング後にも封止材の外に露出している所
謂“アウタ−・リ−ド部”に半田付けする場合が多いの
で、良好な半田付け性を示すこと， g) 機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好なこ
と， h) 価格が低廉であること。

【０００４】しかしながら、これら各種の要求特性に対
し、従来より使用されている無酸素銅，錫入り銅，りん
青銅，コバ−ル（商標名）及び４２合金には何れも一長
一短があり、前記特性の全てを必ずしも満足し得るもの
ではなかった。特に、リ−ドの多ピン化，小型化の進展
に伴って形状の複雑化やピンの狭小化が進み、材料に一
層良好な打抜き性及び曲げ加工性が求められていること
を考慮すれば、上記従来材はこれらの点で十分な性能を
有しているとは言い難かった。

【０００５】一方、同様に優れた導電性，耐食性，強
度，打抜き性，曲げ加工性等が要求されるところの電気
機器，計測機器，スイッチ或いはコネクタ−等に用いら
れるばね用材料としては、従来から比較的安価な "黄
銅" ，ばね特性の優れた“りん青銅”，ばね特性に加え
て耐食性にも優れた“洋白”といった銅合金が使用され
てきた。

【０００６】しかし、一層の高性能化が進む前記機器類
のばね材として上記銅合金を検討すると、黄銅は強度や
ばね特性の点で十分満足できるものではなく、また強度
及びばね特性に優れる洋白やりん青銅にしても部品の軽
薄短小化が進むにつれてより厳しい打抜き加工，曲げ加
工が施されるようになったことから、従来の材料ではこ
れら加工性面での不満が指摘されるようになってきた。
従って、より改善された打抜き加工性及び曲げ加工性を
示し、かつばね特性の優れた合金の出現が待たれてい
た。

【０００７】このようなことから、本発明の目的は、銅
系材料の優れた電気，熱の伝導性を生かすと同時に、半
導体機器のリ−ド材や導電性ばね材として十分に満足で
きる強度，ばね特性，耐食性，打抜き加工性並びに曲げ
加工性をも兼備した銅合金を実現することに置かれた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を重ねたところ、「優れた
強度，ばね特性及び導電性等を備えるCu−Cr−Zn系合金
の成分調整を行った上で、 これに適量のTi，Hf又はThを
含有させると、 半導体機器のリ−ド材や導電性ばね材と
しての必要特性に格別な悪影響を及ぼすことなく、 十分
とは言えなかった打抜き加工性や曲げ加工性が著しく向
上する」との新事実が明らかとなり、更には「このよう
な組成を有した銅合金の結晶粒度を特定の細かい領域に
調整するとその打抜き加工性や曲げ加工性が一層向上す
る」という知見も得ることができた。

【０００９】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「銅合金を、Cr：0.05％以上１％未
満（以降、 成分割合を表す％は重量％とする),Zr：0.05
％以上１％未満，Ti，Hf又はThのうちの１種以上: 総量
で0.0005％以上0.05％未満を含有し、 必要によりＰ，Z
n，Fe，Ni, Ｂ，Si，Be，Co，Mg，Sn，Al又はMnのうち
の１種以上:総量で0.01％以上 0.1％未満をも含むと共
に残部がCu及び不可避的不純物から成る成分組成とする
か、 或いはこれに加えてその平均結晶粒径を２５μｍ未
満に調整することにより、 半導体機器のリ−ド材として
十分満足できる優れた電気及び熱の伝導性や、 導電性ば
ね材としても十分な強度，ばね特性，導電性，加工性を
兼備せしめた点」に大きな特徴を有している。

【００１０】次に、本発明において銅合金の成分組成，
平均結晶粒径を前記の如くに限定した理由を、その作用
と共に説明する。Cr量 Crは、合金を時効処理した際に母材中に析出して強度及
び耐熱性を向上させる作用を有しているが、その含有量
が0.05％未満では前記作用による所望の効果が期待でき
ず、一方、１％以上の割合でCrを含有させると溶体化処
理後にも未固溶Crが母材中に残留するようになって導電
率及び加工性を著しく低下させることから、Cr含有量は
「0.05％以上１％未満」と定めた。

【００１１】Zr量 Zrには、時効処理によりCuと化合物を形成して母材中に
析出しこれを強化する作用があるが、その含有量が0.05
％未満では前記作用による所望の効果が得られず、一
方、Zr含有量が１％以上になると溶体化処理後にも未固
溶Zrが母材中に残留するようになって導電率及び加工性
の著しい低下を招くことから、Zr含有量は「0.05％以上
１％未満」と定めた。

【００１２】Ti，Hf又はTh量 Ti，Hf，Thには、微量添加により打抜き加工性及び曲げ
加工性を改善する等しい作用があることから、その１種
又は２種以上の添加がなされる。なお、上記元素がこれ
らの作用を発揮する機構は現在研究中であるが、Ti，Hf
又はThのうちの１種又は２種以上の含有量が総量で0.00
05％未満であると前記作用による所望の効果が得られ
ず、一方、その含有量が総量で0.05％以上になると打抜
き加工性及び曲げ加工性が逆に劣化すると共に、導電性
も低下することから、これら元素の含有量は総量で「0.
0005％以上0.05％未満」と定めた。

【００１３】Ｐ，Zn，Fe，Ni, Ｂ，Si，Be，Co，Mg，Sn，Al又はMn量 Ｐ，Zn，Fe，Ni, Ｂ，Si，Be，Co，Mg，Sn，Al及びMnに
は、上記銅合金の強度並びに耐熱性を更に改善する等し
い作用があるので必要により１種又は２種以上の添加が
なされる。しかし、その含有量が総量で0.01％未満であ
ると前記作用による所望の効果が得られず、一方、総含
有量が１％以上になると導電率が著しく低下することか
ら、これら元素の含有量は総量で「0.01％以上１％未
満」と定めた。

【００１４】結晶粒径 本発明に係る銅合金では、その結晶粒の粗大化が打抜き
加工性及び曲げ加工性に少なからぬ悪影響を及ぼす。特
に、平均結晶粒径が２５μｍ以上になると打抜き加工
性，曲げ加工性の劣化が顕著となる。従って、良好な打
抜き加工性及び曲げ加工性を確保するためには、平均結
晶粒径が２５μｍ以上とならないように調整するのが良
い。

【００１５】上述のように、本発明に係る銅合金は、優
れた強度，ばね特性，電気伝導性，耐熱性等を具備する
と共に良好な打抜き加工性及び曲げ加工性を示し、しか
も半田付け性やめっき密着性にも優れるものであるが、
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。

【００１６】

【実施例】電気銅を原料とし高周波溶解炉にて表１及び
表２に示される各種成分組成の銅合金を溶製し、厚さ３
０mmのインゴットに鋳造した。なお、溶解・鋳造は不活
性雰囲気中で実施した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】次に、このインゴットに対し片面当り３mm
の面削を施して表面欠陥を機械的に除去し、８００〜９
５０℃の温度に２時間加熱保持した後、熱間圧延により
６mm厚の板材に仕上げた。そして、更に８００〜９５０
℃の温度で５〜１０分間溶体化処理後水焼入れを行っ
た。なお、この溶体化処理後の結晶粒径を２５μｍ未満
に調整した。続いて、厚さ0.3mm までの仕上げ冷間圧延
後、３５０〜５００℃の温度で１〜７時間の時効処理を
最大強度が得られる条件で施し、このようにして得られ
た各板材につき平均結晶粒径を調べると共に、諸特性の
評価を行った。

【００２０】なお、“強度”及び“伸び”の評価は引張
試験により、また“電気伝導性（放熱性)"の評価は導電
率の(%IACS) 測定によりそれぞれ実施した。

【００２１】また、“打抜き加工性”の評価は打抜き加
工後のプレス破面を観察することで行い、破断面比率
｛（破断面／板厚）×１００｝が２０％以上のときを
「良好」、２０％未満のときを 「不良」 と判定した。

【００２２】“曲げ加工性”については、図１に示す如
く、１０mm幅の試験片を圧延方向と直角に、そして内側
曲げ半径:0.3mm（＝板厚）で片側に９０°の曲げを繰り
返し行い、破断までの曲げ回数（往復で１回とする）を
測定した。試験はｎ＝５で行い、その平均値で評価を行
った。

【００２３】これらの評価結果を、前記表１及び表２に
併せて示す。さて、表１及び表２に示される結果からも
明らかなように、本発明合金No.1〜No.18 は、何れも優
れた強度，伸び，導電性，耐熱性を有すると共に良好な
打抜き加工性及び曲げ加工性を示すことが分かる。

【００２４】これに対し、比較合金No.19 は本発明合金
No.1に比べて、また比較合金No.20は本発明合金No.2に
比べて、更に比較合金No.21 は本発明合金No.7に比べ
て、そして比較合金No.22 は本発明合金No.16 に比べ
て、何れも同量のCr，Zr及びその他の成分を含有し結晶
粒径が同等であるにもかかわらず、Ti，Hf又はThを含有
していないため本発明合金に比べて打抜き加工性及び曲
げ性が劣っている。一方、比較合金No.26 は、Ti含有量
が0.05％以上と高い値であるため本発明合金No.1と比較
して打抜き加工性及び曲げ性が却って悪くなり、導電率
も低くなっている。

【００２５】また、比較合金No.24 ではCr含有量が多過
ぎるために打抜き加工性及び曲げ性が悪く、導電率も低
くなっており、そして比較合金No.25 ではZr含有量が多
過ぎるために導電率が低い。

【００２６】ところで、合金No.23 は結晶粒の粗大化し
たものの例であるが、合金No.9と比較すれば明らかなよ
うに、結晶粒径がこのように大きいと打抜き加工性及び
曲げ加工性が悪くなることを確認できる。

【００２７】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、半導体機器のリ−ド材及び導電性ばね材としての従
来合金で指摘された打抜き性及び曲げ加工性の難点を克
服し、前記材料の性能を大幅に向上する高力高導電性銅
合金を提供することが可能となるなど、産業上極めて有
用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】９０°繰り返し曲げ試験方法の説明図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量割合にてCr：0.05％以上１％未満，
   Zr：0.05％以上１％未満，Ti，Hf又はThのうちの
   １種以上: 総量で0.0005％以上0.05％未満を含むと共
   に、残部がCu及び不可避的不純物から成ることを特徴と
   する高力高導電性銅合金。
2. 【請求項２】 重量割合にてCr：0.05％以上１％未満，
   Zr：0.05％以上１％未満，Ti，Hf又はThのうちの
   １種以上: 総量で0.0005％以上0.05％未満Ｐ，Zn，Fe，
   Ni, Ｂ，Si，Be，Co，Mg，Sn，Al又はMnのうちの１種以
   上:総量で0.01％以上 0.1％未満を含むと共に、残部がC
   u及び不可避的不純物から成ることを特徴とする高力高
   導電性銅合金。
3. 【請求項３】 重量割合にてCr：0.05％以上１％未満，
   Zr：0.05％以上１％未満，Ti，Hf又はThのうちの
   １種以上: 総量で0.0005％以上0.05％未満を含むと共
   に、残部がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結
   晶粒径が２５μｍ未満であることを特徴とする高力高導
   電性銅合金。
4. 【請求項４】 重量割合にてCr：0.05％以上１％未満，
   Zr：0.05％以上１％未満，Ti，Hf又はThのうちの
   １種以上: 総量で0.0005％以上0.05％未満Ｐ，Zn，Fe，
   Ni, Ｂ，Si，Be，Co，Mg，Sn，Al又はMnのうちの１種以
   上:総量で0.01％以上 0.1％未満を含むと共に、残部がC
   u及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が２
   ５μｍ未満であることを特徴とする高力高導電性銅合
   金。