JPH06184680A

JPH06184680A - 曲げ加工性が優れた銅合金

Info

Publication number: JPH06184680A
Application number: JP35628492A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Miyato; 元久宮藤; Yasuhiro Nakajima; 安啓中島; Shuhei Mori; 周平森; Yukiya Nomura; 幸矢野村; Isao Hosokawa; 功細川; Yosuke Miwa; 洋介三輪
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【目的】硬さで表示した場合にＨv220以上の高強度を
有し、且つ30％IACS以上の良好な導電率を有すると共
に、曲げ加工性が優れており、Ａｇメッキ性も良好で酸
洗も容易である安価な電気・電子部品用の曲げ加工性が
優れた銅合金を提供する。【構成】Ｎｉ；2〜4重量％、Ｓｉ；0.5〜1.0重量％、
Ｚｎ；0.1〜1.0重量％、Ａｌ；0.001〜0.15重量％、Ｍ
ｎ；0.01〜0.1重量％、Ｃｒ；0.001〜0.1重量％を含有
し、Ｓ；0.002 重量％以下に規制し、残部が実質的に銅
及び不可避的不純物からなる銅合金であって、析出物の
大きさが10nm以下、析出物の分布密度が１×１０⁵ 個／
（μｍ）³以上であり、硬度Ｈvが２２０以上である。こ
の場合に、Ｓｎ；0.1〜1.0重量％を更に含有してもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度且つ高導電率の曲
げ加工性が優れた銅合金に関し、更に詳述すれば、多ピ
ンのＩＣに使用される薄板のリードフレーム等に好適な
電気・電子部品用の曲げ加工性が優れた銅合金に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化及び軽量化の要請に伴
い、電気・電子部品の小型化及び軽量化が進んでいる。
そして、この電気・電子部品の小型化及び軽量化のため
に、これらに使用される材料も板厚及び幅が小さくな
り、特に200 ピンを超えるような多ピンのＩＣにおいて
は、板厚が0.1〜0.15mmと薄くなってきている。その結
果、これらの電気・電子部品に使用される材料にはより
一層高い強度が求められている。一般的には、材料の強
度を向上させると、曲げ加工性は低下する。しかし、Ｉ
Ｃ用リードフレーム及びコネクタ等の用途においては、
曲げ加工も優れていることが必要であり、これらの用途
の銅合金には、高強度と合わせて良好な曲げ加工性も求
められている。

【０００３】また、薄板化及び幅狭化は導電性部分の断
面積を減少させることから、この断面積の減少による導
電性の低下を補うためには、材料自体に良好な導電率が
求められる。特に、集積度が高いＩＣに使用されるリー
ドフレーム材料では、ＩＣチップで発生する熱を放散す
るために、良好な熱伝導率が求められる。この熱伝導率
は導電率と比例する。

【０００４】更に、近年厳しくなっているコストダウン
の要求に応えるために、安価な材料であることが望まし
い。

【０００５】また、ＩＣ用リードフレームは通常Ａｇメ
ッキが行われていることから、Ａｇメッキ性が良好なこ
とがリードフレーム材料では必要となる。更に、ＩＣの
外装メッキ時の酸化皮膜の除去など、酸洗いが行われる
場合には、スマットの発生によるトラブル等が発生しな
いことが望まれる。

【０００６】即ち、高強度を有し、且つ良好な曲げ加工
性及び導電率を有すると共に、Ａｇメッキ性及び酸洗に
よるトラブルがない安価な材料が求められている。

【０００７】而して、従来、高強度で導電率も高い材料
として、ベリリウム銅が公知である。また、ＩＣ用リー
ドフレーム材としては、従来、Ｆｅ−Ｎｉ系の高強度材
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベリリ
ウム銅は有害元素であるベリリウムを含有するため、酸
洗時には排水処理設備を設置する必要があり、取扱いが
難しい場合がある。また、このベリリウム銅は極めて高
価であるという問題点も有する。

【０００９】ＩＣ用リードフレーム材として使用されて
いるＦｅ−Ｎｉ系の高強度材は、銅系材料と異なり、導
電率が極めて低いと共に、高価でもある。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、硬さで表示した場合にＨv220以上の高強度
を有し、且つ30％IACS以上の良好な導電率を有すると共
に、曲げ加工性が優れており、Ａｇメッキ性も良好で酸
洗も容易である安価な電気・電子部品用の曲げ加工性が
優れた銅合金を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る曲げ加工性
が優れた銅合金は、Ｎｉ；2〜4重量％、Ｓｉ；0.5〜1.0
重量％、Ｚｎ；0.1〜1.0重量％、Ａｌ；0.001〜0.15重
量％、Ｍｎ；0.01〜0.1重量％、Ｃｒ；0.001〜0.1重量
％を含有し、Ｓ；0.002 重量％以下に規制し、残部が実
質的に銅及び不可避的不純物からなる銅合金であって、
析出物の大きさが10nm以下、析出物の分布密度が１×１
０⁵ 個／（μｍ）³以上であり、硬度Ｈvが２２０以上で
あることを特徴とする。

【００１２】この場合に、Ｓｎ；0.1〜1.0重量％を更に
含有してもよい。

【００１３】

【作用】以下、本発明に係る高強度の曲げ加工性が優れ
た銅合金における成分添加理由及びその組成限定理由
と、析出物の分布状態の限定理由について説明する。ＮｉＮｉは後述するＳｉと共に添加されて、銅合金の強度及
び耐熱性の向上に寄与する元素である。即ち、ＮｉはＳ
ｉと金属間化合物Ｎｉ₂Ｓｉを形成することにより、強
度及び耐熱性を向上させる。Ｎｉの含有量が2重量％未
満の場合はその効果は少なく、また、4重量％を超えて
含有されると、強度及び耐熱性は向上するものの、導電
率が低下する。従って、Ｎｉ含有量は2乃至4重量％とす
る。ＳｉＳｉはＮｉと共に、強度及び耐熱性を向上させる元素で
ある。Ｓｉ含有量が0.5重量％未満の場合はその効果が
少なく、また、1.0重量％を超えて含有されると、合金
の強度及び耐熱性が向上するものの、導電率が低下し、
熱間加工性及び半田の耐剥離性が劣化する。従って、Ｓ
ｉの含有量は0.5乃至1.0重量％とする。

【００１４】なお、Ｎｉ／Ｓｉの含有量の比率は上記説
明から明かなように、Ｎｉ₂Ｓｉの構成比率に近い方が
好ましく4〜5であることが望ましい。ＺｎＺｎは半田の対剥離性を向上させる元素であり、Ｚｎ含
有量が0.1 重量％未満ではその効果は少なく、また、1.
0 重量％を超えて含有されてもその効果は飽和する一
方、導電率が低下する。従って、Ｚｎ含有量は0.1乃至
1.0重量％とする。ＡｌＡｌは溶解及び鋳造時に不可避的に混入してくるＳを合
金中から除去する作用を有する。即ち、ＳはＡｌと安定
した化合物Ａｌ₂Ｓ₃を生成する。このため、予め、Ａｌ
を含有させておくことにより、この不可避的不純物であ
るＳをＡｌ₂Ｓ₃化合物として除去し、Ｓ量を20ppm 以下
に低減させて、熱間加工性を高めることができる。ま
た、Ａｌ₂Ｓ₃は比重が軽いため、溶解時に溶湯上部に浮
上しやすい。このため、得られた鋳塊はＡｌ₂Ｓ₃を含有
しないものとなり、Ａｇ突起が生じない健全なＡｇメッ
キを施すことができる。このような効果を得るために
は、Ａｌ含有量を0.001 重量％以上にする必要がある。
また、Ａｌが0.15重量％を超えて含有されると、半田の
濡れ性及び半田の耐剥離性が劣化する。従って、Ａｌの
含有量は0.001乃至0.15重量％とする。ＭｎＭｎは熱間加工性を向上させる元素である。Ｍｎ含有量
が0.01重量％未満ではその効果は少なく、また、0.1 重
量％を超えてＭｎが含有されると、造塊時の湯流れ性が
悪化して造塊歩留まりが低下する。従って、Ｍｎ含有量
は0.01乃至0.1重量％とする。ＣｒＣｒは鋳塊の粒界を強化して、熱間加工性を高める元素
である。Ｃｒの含有量が0.001重量％未満ではその効果
は少なく、また、0.1重量％を超えてＣｒが含有される
と溶湯が酸化し、鋳造性が劣化する。従って、Ｃｒの含
有量は0.001乃至0.1重量％とする。ＳｎＳｎは合金の強度及びバネ性を向上させる元素であり、
これらの特性を重視する用途に使用する場合には添加す
ることが望ましい。Ｓｎの含有量が0.1 重量％未満では
上記効果が少なく、また、Ｓｎが1.0 重量％を超えて含
有されると、銅合金の導電率を低下させる。従って、Ｓ
ｎの含有量は0.1乃至1.0重量％とする。ＳＳは熱間加工性を阻害し、また、不純物元素（Ｍｇ等）
と化合物を形成して、Ａｇメッキ時にＡｇ突起を発生す
る原因となる元素である。このＳは合金溶製時に不可避
的に混入してくるものであるが、このＳ量が20ppm 以下
であれば、上述の問題点は生じない。このため、Ｓの含
有は20ppm 迄は許容される。このため、Ｓ含有量は20pp
m以下に規制する。

【００１５】なお、上記の含有成分及び基成分のＣｕ以
外に、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ｂｅ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ａｇ、Ｗの一種又は２種以上を総量で0.1 重量％
まで含有していても、本発明に係る曲げ加工性が優れた
高力銅合金の所望の特性は何等損なわれることはない。
従って、上述の範囲内でのこれらの成分の含有は許容さ
れるものである。

【００１６】また、不可避的不純物としては、Ｂ、Ｃ、
Ｎａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃａ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓ
ｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＭＭ（ミッシュメタル）等があげられ
る。特に、Ｍｇは前述の如く、Ｓと化合物を形成してそ
のＡｇメッキ時のＡｇ突起発生の原因となる。このた
め、Ｍｇは特に微量であることが望ましい。

【００１７】次に、析出物の分布状態について説明す
る。

【００１８】上記組成の合金は析出硬化型合金であり、
上述の通り金属間化合物Ｎｉ₂Ｓｉが析出することによ
り強化される、しかし、その効果は析出物の分布状態、
即ち、析出物の大きさと粒子間距離に影響される。本発
明者等は本合金における析出物の分布状態と諸性質の関
係を鋭意研究した結果、析出物のサイズ及び粒子間距離
を小さくすることにより、良好な曲げ加工性を維持しな
がら強度を向上させることができるのみならず、酸洗時
のスマット発生も抑制できることを見いだした。即ち、
析出物のサイズが大きい場合は、本合金を例えば銅合金
の酸洗液として一般に用いられる硫酸及び過酸化水素の
混合液等のエッチング性を有する酸洗液を使用して酸洗
すると、マトリクスは溶解するが、金属間化合物Ｎｉ₂
Ｓｉは溶解せずに表面に残留して付着し、所謂スマッ
トを形成する。このような酸洗は例えばＩＣ（集積回
路）の外部リードをはんだめっきする際の前処理として
行われるが、スマットの発生及び残留は後の工程に障害
を引き起こすものであり、このためフッ化物等を含有
し、Ｎｉ₂Ｓｉも溶解し得る酸性液等のように特別な酸
洗液を使用する必要がある。しかし、本発明のように、
析出物のサイズを小さくすれば、Ｎｉ₂Ｓｉは表面に付
着しにくく、また酸洗の後の水洗で容易に除去すること
ができる。析出物の大きさが１０ｎｍを超えると、強度
向上効果が少なく、また上述のスマット抑制効果も少な
い。

【００１９】また、析出物の粒子間距離をその分布密度
で表した場合に、これが１×１０⁵個／（μｍ）³ 未満
のときは、即ち粒子間距離が１×１０⁵個／（μｍ）³の
分布密度での距離より大きい場合は、強度向上効果は少
ない。従って、析出物の大きさは１０ｎｍ以下で、析出
物の分布密度は１×１０⁵個／（μｍ）³以上とする。

【００２０】上述の析出物とは、溶体化処理により固溶
化したＮｉ，Ｓｉが冷間圧延後の時効処理によって母相
から析出してくるＮｉ₂Ｓｉ相のことをいう。一方、溶
体化処理が終了した時点で既に存在するＮｉ₂Ｓｉも、
析出したＮｉ₂Ｓｉと共に最終製品中に存在する。この
Ｎｉ₂Ｓｉは鋳塊の段階で既に存在するため、晶出物と
考えられる。この晶出物が熱間圧延時の加熱及び溶体化
処理時の加熱で完全に固溶せずに残存したものが溶体化
処理の終了時点で存在するＮｉ₂Ｓｉである。このよう
な晶出物のＮｉ₂Ｓｉはサイズが大きいために強度向上
には殆ど寄与しない。また、これは酸洗時のスマット発
生の原因にもなる。従って、鋳造条件及び熱間圧延を行
う場合にはその加熱条件を考慮し、鋳造時の晶出物の発
生を抑制し、また発生した晶出物の固溶を促進するよう
にすることにより、溶体化処理の終了時点で残存する晶
出物の量を極力少なくすることが好ましい。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その比較例
と比較して説明する。

【００２２】実施例１下記表１に示す組成の銅合金をクリプトル炉において大
気中で木炭被覆下で溶解し、鋳鉄製ブックモールドに鋳
造し、厚さが50mm、幅が75mm、長さが180mmの鋳塊を得
た。そして、鋳塊の表面を面削した後、950℃の温度で
厚さが15mmになるまで熱間圧延し、750℃以上の温度か
ら水中に急冷した。

【００２３】

【表１】

【００２４】この場合に、比較例合金No５はＭｎ，Ｃ
ｒ，Ａｌを含まず、Ｓの含有量が多いために、熱間圧延
時に割れが発生した。このため、この比較例合金No５は
試料の調整から除外した。次に、酸化スケールを除去し
た後、冷間圧延を行い、厚さが0.2mmの板を得た。続い
て、塩浴炉を使用し、850℃の温度で30秒間加熱した
後、水中に急冷した。次に、冷間圧延により、厚さが0.
15mmの板にした後、450℃の温度で２時間加熱して時効
処理した。

【００２５】このようにして製造した合金板材に対し
て、以下に示す試験を実施した。引張り試験は、圧延方向に平行に切り出してＪＩＳ
13号の試験片を作成し、この試験片を使用して行った。硬さは、マイクロビッカース硬度計で荷重500gfに
て測定した。導電率は、幅10mm×長さ300mmの試験片を使用し、
ダブルブリッジ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。曲げ加工性は、実プレスにおいて、Ｒ＝0.15mmで、
曲げ線を圧延方向に平行（ＢＷ）及び直角（ＧＷ）に設
定し、９０°曲げを行った。そして、曲げ部を20倍のル
ーペで観察し、クラックの発生の有無により曲げ加工性
を評価した。ばね限界値は、圧延方向に平行に切り出した幅10mm
×長さ60mmの試験片を使用し、モーメント式ばね限界値
測定器により測定した。半田密着性は、温度230℃の６０Ｓｎ−４０Ｐｂ合
金の半田浴で半田付けした後、150℃の温度で1000時間
加熱し、1mmＲで180度曲げ戻しを行い、半田の剥離の有
無により評価した。Ａｇメッキ性は、幅20mm×長さ50mmの試験片を使用
し、アルカリ脱脂浴中で電解脱脂した後、Ａｇメッキを
行い、メッキ面を光学顕微鏡を使用して１００倍の倍率
で観察し、大きさが１０μｍ以上の突起状の異常析出の
有無で評価した。Ａｇメッキの条件は以下の通りであ
る。この試験結果を下記表２に示す。

【００２６】メッキ浴：シアン浴温度：６０℃ 電流密度：５０Ａ／ｄｍ² メッキエリア：直径７ｍｍメッキ厚さ：５±１μｍ。

【００２７】

【表２】

【００２８】この表２から明らかなように、本実施例の
合金No１〜４は、高い引張り強さ及び硬さを有すると共
に、良好な導電率を有し、更に曲げ加工性も良好であ
り、またＳｎを含有する合金No３については、ばね限界
値も高い。また、Ｚｎを含有するため、はんだの密着性
は良好であり、Ａｌを添加してＳ量を低減しているた
め、Ａｇメッキ時に突起状の異常析出は発生せず、Ａｇ
めっき性は良好である。

【００２９】これに対し、Ｍｎ，Ｃｒ，Ａｌを含有しな
い比較例合金No５は、Ｓ含有量も高く、熱間圧延時に割
れが発生している。また、Ｎｉ，Ｓｉ含有量が少ない合
金No６は引張り強さ及び硬さが劣るものであった。更
に、Ｚｎ含有量が少ない合金No７は、他の特性は優れて
いるが、はんだの密着性が劣り、剥離が生じている。更
にまた、Ａｌを添加していない合金No８はＳ含有量が高
いために、Ａｇメッキ時に突起状の異常析出が発生して
いる。

【００３０】実施例２下記表３に示す組成の銅合金をクリプトル炉において大
気中で木炭被覆下で溶解し、鋳鉄製ブックモールドに鋳
造し、厚さが50mm、幅が75mm、長さが180mmの鋳塊を得
た。そして、鋳塊の表面を面削した後、950℃の温度で
厚さが15mmになるまで熱間圧延し、750℃以上の温度か
ら水中に急冷した。

【００３１】

【表３】次に、酸化スケールを除去した後、冷間圧延を行い、厚
さが0.2mmの板を得た。続いて、下記表４に示す工程に
より、厚さが0.15mmの板を得た。

【００３２】

【表４】

【００３３】このようにして製造した合金板材に対し
て、以下に示す調査及び試験を実施した。析出物のサイズ及び分布密度は、時効処理後に板か
ら切り出した試料を使用し、加速電圧が200ｋＶの透過
型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した倍率が１５万倍
のＴＥＭ写真から測定した。なお、試料の膜厚はハイド
ロカーボンの付着を利用して測定した。引張り試験は、圧延方向に平行に切り出してＪＩＳ
13号の試験片を作成し、この試験片を使用して行った。硬さは、マイクロビッカース硬度計で荷重500gfに
て測定した。導電率は、幅10mm×長さ300mmの試験片を使用し、
ダブルブリッジ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。曲げ加工性は、実プレスにおいて、Ｒ＝0.15mmで、
曲げ線を圧延方向に平行（ＢＷ）及び直角（ＧＷ）に設
定し、９０°曲げを行った。そして、曲げ部を20倍のル
ーペで観察し、クラックの発生の有無により曲げ加工性
を評価した。スマットの発生は、幅20mm×長さ50mmの試験片を使
用し、アルカリ脱脂浴中で電解脱脂した後、酸洗し、水
洗の後乾燥し、表面のスマットの残留の有無で評価し
た。酸洗条件を以下に示す。

【００３４】酸洗浴組成：３０％Ｈ₂ＳＯ₄＋３％Ｈ₂Ｏ₂ 温度：４０℃ 浸漬時間：６０秒この試験結果を下記表５に示す。

【００３５】

【表５】

【００３６】この表５から明らかなように、本実施例の
合金No９，１０は、析出物の大きさが小さく、また分布
密度が大きいため、即ち粒子間距離が小さいために、高
い引張り強さと、Ｈv２２０を超える高い硬さを有する
と共に、３０％ＩＡＣＳを超える良好な導電率を有す
る。更に、この実施例合金は曲げ加工性も良好であり、
また酸洗を行ってもスマットは発生しない。

【００３７】これに対し、比較例合金No１１は、析出物
のサイズが大きく、また分布密度が小さいために、即ち
粒子間距離が大きいために、引張り強さ及び硬さがいず
れも低く、また、酸洗時にスマットが残留する。

【００３８】図１はこの実施例（本発明合金）No１０及
び比較例No１１の析出物の分布状況を示すＴＥＭ写真で
ある。なお、試料の厚さは５０ｎｍである。この図１に
見られるように、実施例No１０の場合は析出物が微細に
分散している。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
材料の薄板化の指標として有効な硬さで表示した場合
に、Ｈv２２０以上の高強度を有し、かつ３０％ＩＡＣ
Ｓ以上の良好な導電率を有すると共に、曲げ加工性も良
好であり、更に酸洗時のスマットの発生も抑制された銅
合金を提供することができるので、電気機器・電子機器
の小型化及び軽量化に多大の貢献をなす。

【図面の簡単な説明】

【図１】析出物の状況を示す透過型電子顕微鏡写真（Ｔ
ＥＭ写真）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村幸矢山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者細川功山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者三輪洋介山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ；2〜4重量％、Ｓｉ；0.5〜1.0重量
％、Ｚｎ；0.1〜1.0重量％、Ａｌ；0.001〜0.15重量
％、Ｍｎ；0.01〜0.1重量％、Ｃｒ；0.001〜0.1重量％
を含有し、Ｓ；0.002 重量％以下に規制し、残部が実質
的に銅及び不可避的不純物からなる銅合金であって、析
出物の大きさが10nm以下、析出物の分布密度が１×１０
⁵ 個／（μｍ）³以上であり、硬度Ｈvが２２０以上であ
ることを特徴とする曲げ加工性が優れた銅合金。
【請求項２】Ｓｎ；0.1〜1.0重量％を更に含有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工性が優れた銅
合金。