JPH07258774A

JPH07258774A - 電子機器用高力高導電性銅合金

Info

Publication number: JPH07258774A
Application number: JP6075422A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sawato; 広信沢渡
Original assignee: Nikko Kinzoku KK
Current assignee: Nikko Kinzoku KK
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JP2764787B2

Abstract

(57)【要約】【目的】リ−ドフレ−ム等の電子機器材に望まれる強
度，電気的特性，曲げ加工性，プレス打抜き性等を十分
に満たす金属材料を提供する。【構成】電子機器用の銅合金を、Cr：0.05〜0.40％，
Zr：0.03〜0.25％，Fe：0.10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80
％，Ｓ：0.0005以上0.0080％未満を含むか、あるいは更
に Zn：0.05〜2.0 ％，Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以
上：総量で0.01〜１％のうちの１種以上を含有すると共に、“0.10％≦Ti≦0.
60％”ではFe／Ti重量比が0.66〜2.6 を満足し、また
“0.60％＜Ti≦0.80％”ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6
を満足していて残部がCu及び不可避的不純物から成り、
かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下に調整されて成る構成
とする。

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−ド材として好
適な、高い強度や電気伝導性等に加えて優れた曲げ加工
性及びプレス打抜き性をも備えた電子機器用高力高導電
性銅合金に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年のＩＣパッケ−ジの動向は
“軽薄短小化”に象徴されてきたが、最近、表面パッケ
−ジの普及によってその傾向は益々促進され、更にＩＣ
チップの高機能化に伴う多ピン化及び低発熱化も同時に
進んでいる。一方、ＩＣパッケ−ジの形態に係る具体的
な変遷過程を見ると、従来はＤＩＰに代表されるピン挿
入型パッケ−ジが多用されてきたが、実装密度向上を目
的とした“表面実装”が主流になるにつれてＳＯＪ，Ｓ
ＯＰ，ＱＦＰ等の表面実装型への移行が進んでいる。そ
して、最近では、多ピン化に伴ってリ−ドピッチを縮小
したファインピッチＱＦＰが増加し、更にＴＳＯＰ，Ｔ
ＱＦＰ等に代表される薄板化が進行している。

【０００３】ところで、多ピン，狭ピッチのフレ−ムの
大半はエッチング加工により作られるのが一般的である
が、最近、プレス微細加工技術の飛躍的な向上に裏打ち
されて部分的には生産性の良いプレス加工を取り入れる
試みも進められている。

【０００４】何れにしても、上述のようなリ−ドフレ−
ムの薄板化やリ−ドの狭小化はリ−ド強度を低下させ、
アセンブリ−工程中やデバイス実装時におけるリ−ドの
変形を引き起こす。そこで、このような問題を解決する
ためには使用されるリ−ドフレ−ム材料の強度をできる
だけ向上させる必要がある。また、ＩＣの高集積化や多
ピン化が進むと、これに伴い消費電力も大きくなってチ
ップから発生する熱の放散対策が無視できない重要な問
題となる。

【０００５】このように、半導体機器のリ−ドフレ−ム
材には一般に次のような多岐多用な特性が要求されてい
る。 a) リ−ドが容易に変形することがない機械的強度を有
すること， b) リ−ドフレ−ムのパタ−ン形成に必要な優れたエッ
チング性及びプレス加工性を有すること， c) チップの発熱に対して効率良く熱放散させるための
高い熱伝導率を有すること， d) 電気的特性に優れていること， e) デバイス実装時における半田付け性に優れ、かつ半
田接合部の信頼性が高いこと， f) ボンディングのためのAgメッキ性に優れること， g) 加熱工程で表面が酸化することのない優れた耐酸化
性を有していること， h) 繰り返し曲げ性に優れていること， i) 価格が安価であること。

【０００６】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きたリン青銅等の銅合金や４２
アロイ（42wt%Ni-Fe）には何れも一長一短があり、前記
特性の全てを満足し得るものはなかった。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、リ−ドフレ−ム材料等に一層良好な強
度，曲げ加工性，プレス打抜き性及びエッチング性が求
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。

【０００７】このようなことから、本発明が目的とする
のは、半導体機器のリ−ドフレ−ム材等として要求され
る前記各特性の何れをも満たす材料、特にビッカ−ス硬
さで約２００以上の強度（引張強度で６５kgf/mm²以
上）を有すると共に５０％IACS（４２アロイの約１５倍
程度）以上の導電率を示し、かつ曲げ加工性及びプレス
打抜き性等にも十分に優れた金属材料を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意検討を行ったところ、まず次のような
結論に達した。即ち、元来熱伝導度が非常に良好である
銅をベ−スとした銅合金は熱放散性において他のリ−ド
フレ−ム材料に比べ非常に有利である上、電気的特性，
Agめっき性，半田付け性，耐酸化性，延性等の面でも比
較的良好な特性を確保することができる。従って、これ
らの特性を損なうことなく薄板化に対応可能な強度と繰
り返し曲げ性、並びにプレス打抜き性等を付与して従来
の銅合金の持つ欠点を改良できれば、これからの半導体
機器のリ−ドフレ−ム材や導電性ばね材等として優れた
材料を実現できると考えられる。

【０００９】そこで、固溶型銅合金に比べ導電率を低下
させずに高強度化が可能な、析出型銅合金の一つである
Cu−Cr−Zr合金に着目して研究を行った結果、以下に示
す知見を得ることができた。 (a) Cr及びZrは銅合金の高強度化に非常に効果的な元
素であり、しかもCrは電気伝導性の向上にも資する成分
であるが、これらの添加だけではリ−ドフレ−ム材や導
電性ばね材等として十分に満足できる強度を確保するこ
とができず、その強度を更に向上させるのにTi及びFeの
添加が有効である。 (b) ただ、Ti，Feは合金の強度向上に非常に有効であ
るものの、それらの含有量はエッチング性や電気伝導度
等に大きく影響するので無秩序な添加は慎まなければな
らない。しかし、Ti及びFeを添加した前記銅合金におい
て、Cr，Zr，Ti及びFe等の合金成分及び合金成分比を厳
密に制御すると、強度，電気伝導性及びエッチング性等
の諸特性を高いレベルでバランスさせることができるよ
うになる。 (c) ただ、これらの成分を添加しただけでは今後のリ
−ドフレ−ム材等として十分に満足できるプレス打抜き
性を確保することができない。ところが、上記銅合金に
対し、伸びに著しい悪影響を及ぼすとして敬遠されるＳ
を厳密に規制された濃度で含有させると、伸びを始めと
した所要特性に実害を及ぼす程に悪影響することなくプ
レス打抜き性が顕著に改善される。 (d) しかも、その溶体化処理温度を選定することによ
り平均結晶粒径を６０μｍ以下に制御すると、前記諸特
性と共に曲げ加工性をも高いレベルでバランスさせるこ
とができる。 (e) 更に、この合金に所定量のZn，Sn，In，Mn，Ｐ，M
gあるいはSiの添加を行うことで、その半田接合部の信
頼性や合金の強度特性を更に改善することが可能であ
る。

【００１０】本発明は、上記知見事項等を基にしてなさ
れたもので、「電子機器用銅合金を、 Cr：0.05〜0.40％（以降、成分割合を表す％は重量割合
とする),Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.10〜1.80％，
Ti：0.10〜0.80％，Ｓ：0.0005以上0.0080％未満を含むか、あるいは更に Zn：0.05〜2.0 ％，Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以
上：総量で0.01〜１％のうちの１種又は２種以上を含有すると共に、 “0.10％
≦Ti≦0.60％”ではFe／Ti重量比が0.66〜2.6 を満足
し、また“0.60％＜Ti≦0.80％”ではFe／Ti重量比が1.
1 〜2.6 を満足していて残部がCu及び不可避的不純物か
ら成り、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下に調整されて
成る構成とすることによって、強度，電気伝導度，曲げ
加工性，プレス打抜き性及び半田接合部の信頼性等の諸
性質を高いレベルでバランスさせ得るようにした点」に
大きな特徴を有している。

【００１１】次に、本発明において“合金の成分組成及
び結晶粒径を前記の如くに数値限定した理由”をその作
用と共に詳述する。 A) 成分組成 (a) Cr Crは、合金の溶体化処理に次ぐ時効処理によって母相中
に析出し、その強度及び電気伝導性を向上させる作用を
発揮するが、Cr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ない。一方、Cr含有量が0.30％付近
を超えると溶体化処理後にも未溶解Crが母相中に残留す
るようになり、更にCr含有量が0.40％を超えるとプレス
加工後のカスが発生し易くなって安定したプレス打抜き
性を著しく阻害する。従って、Cr含有量は0.05〜0.40％
と定めた。

【００１２】(b) Zr Zrは、時効処理によりCuと化合物を形成して母相中に析
出しこれを強化する作用を発揮するが、Zr含有量が0.03
％未満では前記作用による所望の効果が得られず、一
方、0.25％を超えて含有させると溶体化処理後にも未溶
解Zrが母相中に残留し電気伝導度及び曲げ加工性を低下
させることから、Zr含有量は0.03〜0.25％と定めた。

【００１３】(c) Ti及びFe Ti及びFeは、合金を時効処理した時に母相中にTiとFeと
の金属間化合物を形成し、その結果として合金強度を更
に向上させる作用を発揮するが、これらの含有量がそれ
ぞれ0.01％未満では前記作用による所望の効果が得られ
ない。一方、Ti含有量が0.80％を超えたり、Fe含有量が
1.80％を超える場合には、TiとFeを主成分とする未溶解
介在物が５μｍ以上の大きさとなってエッチング性を著
しく阻害する。ここで、注目すべきは、合金の強度と電
気伝導性に及ぼすTi含有量，Fe含有量の影響であり、合
金の強度と電気伝導性は同一のTi含有量あるいは同一の
Fe含有量であってもFe／Ti重量比により大きく変化する
という点である。即ち、「0.10％≦Ti≦0.60％」の範囲
ではFe／Ti重量比が0.66未満である場合に、また「0.60
％＜Ti≦0.80％」の範囲ではFe／Ti重量比が1.1 未満で
あると何れも電気伝導性は著しく低下する。これに対
し、合金の強度は「0.10％≦Ti≦0.80％」の全Ti含有量
範囲においてFe／Ti重量比がが2.6 を超えると減少す
る。つまり、電気伝導性と強度はFe／Ti重量比に対して
相反する関係にあって、両者を高位にバランスさせる最
適なFe／Ti重量比は、「0.10％≦Ti≦0.60％」では0.66
〜2.6 に、また「0.60％＜Ti≦0.80％」では1.1 〜2.6
ということになる。以上のことを踏まえて、合金の強
度，電気伝導性及びエッチング性を満足させるべくTi含
有量は0.10〜0.80％、Fe含有量は0.10〜1.8 ％とそれぞ
れ定め、かつ「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti重量比
を0.66〜2.6 に、また「0.60％＜Ti≦0.80％」ではFe／
Ti重量比を1.1 〜2.6 にそれぞれ限定した。

【００１４】(d) ＳＳは銅中において非金属介在物を形成するが、その含有
量が高くなるとそれに伴って非金属介在物を起点とした
亀裂が入り易くなり材料の伸びは減少する。しかしなが
ら、このことはプレス成形時における材料のせん断面の
面積率が増加することを意味し、そのためバリ及びダレ
の発生が抑えられて製品精度が向上するなどプレス打抜
き性の著しい改善につながる。ただ、Ｓ含有量が0.0005
％未満では所望のプレス打抜き性改善効果を確保でき
ず、一方、Ｓ含有量が0.0080％以上になると延性が低下
して繰り返し曲げ性も著しく劣化するほか、Agめっき性
にも悪影響が出てくる。従って、プレス打抜き性を改善
するＳの含有量は0.0005％以上0.0080％未満と定めた。

【００１５】(e) Zn 本発明に係る合金においてZnは半田の耐熱剥離性を向上
させる作用を発揮し、そのため必要に応じて含有せしめ
られる成分であるが、その含有量が0.05％以下では前記
作用による所望の効果が得られず、一方、2.0 ％を超え
て含有させると導電率の低下を招くことから、Zn含有量
は0.05〜2.0 ％と定めた。

【００１６】(f) Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSi 本発明に係る合金において、Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSi
は何れも合金の導電率を大きく低下させずに主として固
溶強化により強度を向上させる作用を発揮するため、必
要に応じてこれらの１種又は２種以上が添加されるが、
それらの含有量が総量で0.01％未満であると前記作用に
よる所望の効果が得られない。一方、これらの含有量が
総量で1.0 ％を超えると合金の導電率及び曲げ加工性が
劣化すると共に、プレス打抜き性にも悪影響が及んでバ
リを発生するようになる。従って、Sn，In，Mn，Ｐ，Mg
あるいはSiの含有量は総量で0.01〜１％と定めた。

【００１７】B) 結晶粒径合金の結晶粒度は曲げ加工性に著しく大きな影響を与
え、結晶粒度が小さいほど曲げ加工性（即ち繰り返し曲
げ性）が向上する。なお、結晶粒度は溶体化温度により
調整できるが、平均結晶粒径が６０μｍを超えると繰り
返し曲げ回数が著しく減少することから、本発明におい
ては平均結晶粒径を６０μｍ以下に調整することと定め
た。

【００１８】続いて、本発明の効果を実施例によって更
に具体的に説明する。

【実施例】電気銅を原料として高周波溶解炉で表１及び
表２に示す各種成分組成の銅合金を１２００℃で溶製
し、インゴットに鋳造した。そして、このインゴットを
面削した後、９５０℃に１時間加熱し、熱間圧延によっ
て８mm厚の板材とした。次に、この板材に９００℃で溶
体化処理を施し、更に冷間圧延によって0.3 mm厚の板材
としてから、更に４４０℃で１２〜２４時間の時効処理
と0.15mm厚への冷間圧延を行い、最後に５００℃での歪
み取り焼鈍を施した。このようにして得られた各板材の
結晶粒度（平均結晶粒径）を調査したが、その結果を表
１及び表２に併せて示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】次いで、得られたこれら板材につき、リ−
ドフレ−ム材としての評価項目として“引張強度", "伸
び", "電気伝導性", "繰り返し曲げ性", "半田付け性",
"半田耐熱剥離性", "Agめっき性" 及び "プレス成形
性" を調べた。

【００２２】ここで、“引張強度" と "伸び" は引張試
験によって測定し、 "電気伝導性"は導電率(%IACS) に
より評価した。なお、引張強度と導電率の評価基準は、
引張強度については６５kgf/mm²以上を可とし、導電率
については５０％IACS以上を可とした。"繰り返し曲げ
性" は、「（曲げ半径）／（板厚）＝１」の曲げ条件で
同一方向の９０度繰り返し曲げ試験を行い、往復を１回
と数える方法で破断するまでの回数を数えて評価した。
なお、繰り返し曲げ性の評価基準は、曲げ回数４回以上
を可（○）とし、曲げ回数４回未満を否（×）とした。

【００２３】"半田濡れ性" は、ソルダ−チェッカ−を
用いメニスコグラフによる表面張力法でゼロクロス時間
を測定して評価した。なお、半田は 60%Sn-40%Pbを用
い、半田浴槽温度は２３０±５℃に設定したが、この
時、ゼロクロス時間が１秒未満を可（○）とし、１秒以
上を否（×）と評価した。"半田耐熱剥離性" は、試料
に約５μｍ厚の 90%Sn-10%Pb半田メッキを施してから１
５０℃の大気中で１０００時間まで保持し、この間１０
０時間毎に取り出して「（曲げ半径）／（板厚）＝１」
の曲げ条件で９０度曲げを往復一回行い、曲げ部のめっ
き剥離の有無を調べて評価した。なお、半田耐熱剥離性
の評価基準は、剥離開始時間が５００時間を超える場合
は可（○）とし、５００時間以下を否（×）とした。

【００２４】"銀めっき性" は、試料表面に厚さ約５μ
ｍの銀めっきを施し、この試料を大気中にて３５０℃で
３分間加熱した後、銀めっき表面の膨れの有無を観察し
て評価した。なお、銀めっき性の評価基準は、膨れの発
生しなかった場合を可（○）とし、膨れが発生した場合
を否（×）とした。そして、 "プレス打抜き性" は、試
料をプレスで破断させた後にその表面を光学顕微鏡で観
察し、せん断面面積率とバリ発生の有無によって評価し
た。なお、プレス打抜き性の評価基準は、せん断面面積
率についてはせん断面面積率が８０％以上を可（○），
せん断面面積率が８０％未満を否（×）とし、バリ発生
についてはバリが発生した場合を否（×），バリの発生
しなかった場合を可（○）とした。ここで、せん断面面
積率は、と定義した。これらの評価結果を、表３及び表４に示
す。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】さて、表３及び表４に示される結果からは
次のことが明らかである。即ち、本発明合金１〜16は、
何れも６５kgf/mm²以上の引張強度，５０％IACS以上の
導電性を有し、更にせん断面面積率が大きくてバリ発生
がない上、繰り返し曲げ性，半田付け性，半田耐熱剥離
性，Agめっき性及びエッチング性の全てに優れているこ
とが分かる。

【００２８】これに対して、比較合金17〜49はＳを含有
していないため何れもせん断面面積率が低くてバリが発
生している。比較合金50及び52〜64は、Ｓ含有量が本発
明で規定する上限値を超えており、せん断面面積率が良
好でバリ発生も無いが、繰り返し曲げ性及びAgめっき性
が劣化している。比較合金65及び70は、Ｓ含有量が本発
明で規定する上限値を超えている上に、Sn，In，Mn，
Ｐ，Mg及びSiの含有量の総和も本発明で規定する上限値
を上回っているため、バリが発生し、繰り返し曲げ性及
びAgめっき性が劣化している。比較合金51は、Ｓ含有量
が本発明で規定する下限値を下回っているためバリが発
生してプレス打抜き性の改善効果がない。

【００２９】比較合金31及び32はCr含有量又はZr含有量
も本発明で規定する上限値を上回っており、繰り返し曲
げ性が劣化すると共にバリが発生している。比較合金51
及び52は、Cr含有量が本発明で規定する下限値を下回っ
てもいるため、強度が６５kgf/mm²未満と低い。また、
比較合金33及び54はZr含有量が本発明で規定する下限値
を下回ってもいるため、強度が６５kgf/mm²未満と低
い。

【００３０】比較合金37，38，40，58及び59はFe／Ti重
量比が本発明で規定する上限値を上回っているので強度
が６５kgf/mm²未満と低い。比較合金36，39，60及び62
は、Fe／Ti重量比が本発明で規定する下限値未満である
ため導電率が５０％IACS未満と低くなっている。

【００３１】比較合金42及び63は、Zn含有量が本発明で
規定する上限値を超えているために導電率が５０％IACS
未満と低くなっている。比較合金44〜47及び49は、Sn，
In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの総量が本発明で規定する上限値
を上回っているため、導電率が低下すると共に繰り返し
曲げ性が劣化している。そして、比較合金35は、結晶粒
径が６０μｍを超えていて本発明の規定範囲を外れてい
るため繰り返し曲げ性が劣化している。

【００３２】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、引張強度，伸び，電気伝導性，曲げ加工性，プレス
打抜き性，Agめっき性，半田付け性及び半田耐熱剥離性
が高く、表面特性や信頼性にも優れた“リ−ドフレ−ム
材や導電性ばね材等の電子機器用として好適な高力高導
電性銅合金”を提供することが可能となり、電子機器の
性能向上に大きく寄与し得るなど、産業上極めて有用な
効果がもたらされる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％，Ｓ：0.0005％以上
0.0080％未満を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。
【請求項２】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％，Ｓ：0.0005％以上
0.0080％未満，Zn：0.05〜2.0 ％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。
【請求項３】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％，Ｓ：0.0005％以上
0.0080％未満を含み、更に Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以上：総量で0.01〜１
％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。
【請求項４】重量割合にて Cr：0.05〜0.40％， Zr：0.03〜0.25％， Fe：0.
10〜1.80％，Ti：0.10〜0.80％，Ｓ：0.0005％以上
0.0080％未満，Zn：0.05〜2.0 ％を含み、更に Sn，In，Mn，Ｐ，Mg及びSiの１種以上：総量で0.01〜１
％を含有すると共に、「0.10％≦Ti≦0.60％」ではFe／Ti
重量比が0.66〜2.6 を満足し、また「0.60％＜Ti≦0.80
％」ではFe／Ti重量比が1.1 〜2.6 を満足していて残部
がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が
６０μｍ以下に調整されていることを特徴とする、電子
機器用高力高導電性銅合金。