JPH08319527A - はんだ密着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造方法 - Google Patents
はんだ密着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造方法Info
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- JPH08319527A JPH08319527A JP12641695A JP12641695A JPH08319527A JP H08319527 A JPH08319527 A JP H08319527A JP 12641695 A JP12641695 A JP 12641695A JP 12641695 A JP12641695 A JP 12641695A JP H08319527 A JPH08319527 A JP H08319527A
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Abstract
高導電性の特性を活かしながら、欠点である酸洗性を改
善する。 【構成】 Ni:0.4〜4.0重量%、Si:0.1
〜1.0重量%、Zn:1.0を越えて〜2.0重量
%、Cr:0.0001〜0.01重量%、Mg:0.
0001〜0.001重量%、および必要に応じて、M
n:0.01〜0.1重量%、Al:0.0001〜
0.01重量%を含有し、残部が実質的に銅および不可
避的不純物からなる銅合金であって、析出物Ni2Si
の粒径が10nm以下、不可避的不純物としてのSの含
有量が10ppm以下であるはんだ密着性、めっき性に
優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造方法。
Description
子、コネクタ、リレー用などの高強度、高導電性を有
し、かつはんだ密着性、めっき性およびめっき前処理の
酸洗が容易な析出硬化型の銅合金およびその製造方法に
関するものである。
ー用などの電子部品は、小型、軽量化が進んできてお
り、使用される銅合金材料の板厚も薄くなってきてい
る。したがって、銅合金には高強度でかつ高導電性の特
性が要求される。
Sn、はんだ、Ni、貴金属(Au、Ag、Pdなど)
などのめっきが施されるが、その前処理として酸洗が施
される。この酸洗によって酸化皮膜が容易に除去される
ことが要求される。さらに電子部品の組立てにはSn、
はんだなどの接合方法が一般的に採用されているが、電
子部品の組立て中あるいは完成品が高温に曝されると、
はんだが容易に剥離する。またAgめっきにおいて、め
っき表面に異常突起が起こると半導体の組立て中にSi
チップとの接合性が劣化するなどの問題が発生する。
しては、Cu−Ni−Si系合金が多く用いられてい
る。Cu−Ni−Si系合金は、Ni2Siの析出物の
直径が粗大化すると酸洗時にスマットとして表面に残存
することがある。このスマットを除去せずに、めっきを
施すと、めっきの密着性を劣化させるという不具合を生
じる。そのため、スマットを発生させないように、エッ
チング力の小さいフッ化物を含む酸洗液を用いる。この
酸洗液は Ni2Si+2NH4F・HF+4H2O →SiF4+2Ni(OH)2+NH4OH+3H2……(1) 3SiF4+3H2O=2H2SiF6+H2SiO3 …………(2) の化学反応によって生じたSiF4をイオン化し、スマ
ットを生じ難いが、Ni2Si析出物の直径が10nm
以上であると酸洗時間が長くなり、生産性が低下すると
いう問題を有している。
な合金として旧来より知られており、その解決策とし
て、Mg、Cr、さらに必要に応じてMn、Al、Ca
を添加しているが、これらの元素はある量を越えると半
導体組立ての途中のめっき処理で異常突起が発生する。
るためになされたものであり、Cu−Ni−Si系合金
の特長である高強度高導電性の特性を活かしながら、欠
点である熱間加工性、はんだの密着性、めっき性(異常
突起を生じない)、酸洗性を改善したはんだ密着性、め
っき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造
方法を提供することを目的とするものである。
性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金は、N
i:0.4〜4.0重量%、Si:0.1〜1.0重量
%、Zn:1.0を越えて〜2.0重量%、Cr:0.
0001〜0.01重量%、Mg:0.0001〜0.
001重量%、および必要に応じて、Mn:0.01〜
0.1重量%、Al:0.0001〜0.01重量%を
含有し、残部が実質的に銅および不可避的不純物からな
る銅合金であって、析出物Ni2Siの粒径が10nm
以下、不可避的不純物としてのSの含有量が10ppm
以下であるものである。
0.0005重量%を含有する構成としてもよい。さら
に、Sn:0.2〜2.0重量%を含有する構成として
もよい。また上記各構成において、銅合金中のNi2S
i析出物の大きさが10nm以下に制御されている構成
としてもよい。
優れ、かつ洗浄が容易な銅合金の製造方法は、上記各構
成の銅合金の鋳塊を880〜950℃の温度で厚さ15
mmまで熱間圧延し、700℃の温度で水中冷却し、つ
いで圧延材の面削りを行なった後、厚さ1.5mm以下
まで冷間圧延してコイル材とし、650〜950℃の温
度に5秒間〜5分間の連続焼鈍後、急冷して溶体化処理
し、つぎに厚さ1.5mm以下の溶体化処理材をそのま
ま、または50%以下の圧下率で冷間圧延し、450〜
550℃の温度に5分間〜5時間保持して析出処理を施
し、さらに適宜冷間圧延を施すようにしたものである。
実験を行なった結果、電子部品用材料に求められる酸洗
時のスマットの残存を、Ni2Siの析出物の大きさと
NiおよびSiの含有量を限定することにより抑制可能
であることを見出した。はんだの密着性はNi、Siの
含有量により温度450〜550℃、時間5分間〜5時
間の析出処理条件を選定することにより、導電率の測定
からNi2Siの析出量を制御し、解決する方法を見出
した。Agめっき性は、Mg、Al、Caの含有量が増
大するにしたがって劣化する。一方、これらの元素が添
加されないと、鋳塊は中・高温域で脆化し、鋳塊の熱間
加工性が劣化する。この発明では両者の課題を解決する
添加元素の成分範囲を見出したものである。
添加理由、組成限定理由、析出物の大きさ限定理由およ
び製造条件の限定理由について説明する。
および耐熱性の向上に寄与する元素である。すなわち、
NiはSiと金属間化合物Ni2Siを形成することに
より、強度および耐熱性を向上させる。Niの含有量が
0.4重量%未満の場合はその効果は小さく、また4.
0重量%を越えて含有すると、導電率が低下するととも
に酸洗時のスマットの残存が多くなるという問題が生じ
る。したがって、Ni含有量は0.4〜4.0重量%と
する。
上させる元素である。Si含有量が0.1重量%未満の
場合はその効果は小さく、また1.0重量%を越えて含
有されると、導電率が低下するとともに、酸洗時のスマ
ットの残存が多くなり、はんだの密着性も劣化する。し
たがって、Si含有量は0.1〜1.0重量%とする。
% Znは、はんだ密着性を向上させるとともに、酸洗性も
向上させる。すなわち、Znを含有する銅合金は加熱工
程でZnがCuより優先して表面に拡散、酸化される。
このため表面にはんだがめっきされている場合、Cu3
Sn金属間化合物合金層の形成が抑制される。Cu、S
nの金属間化合物が形成されると、はんだと母材の界面
で空孔が増し、はんだが剥離する。Znを含有する合金
はZnが表面にCuよりも優先して拡散することによ
り、Cu3Sn金属間化合物の形成が抑制され、はんだ
の剥離も起こらない。また加熱工程で形成されるZnの
酸化物はCuの酸化物よりも酸洗液への溶解が容易であ
り、Znを含有する合金は酸洗が容易となる。
を示し、金型の摩耗が少なく、金型寿命を向上させる。
その他にも、耐マイグレーション性、Snめっき材の耐
ウィスカー性の向上効果をも有する。Zn含有量が1.
0重量%以下ではそれらの効果は少なく、また2.0重
量%を越えて含有してもそれらの効果は飽和する一方、
導電率や、はんだ濡れ性が低下するという問題が生じ
る。したがって、Zn含有量は1.0重量%を越えて〜
2.0重量%とする。
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0.2重量%未
満では上記効果が小さく、またSnを2.0重量%を越
えて含有すると、導電率が大幅に低下する。したがっ
て、Snの含有量は0.2〜2.0重量%とする。
ある。しかしその含有量が0.0001重量%未満では
その効果は少なく、また0.01重量%を越えてCrを
含有すると溶湯が酸化し、鋳造性が劣化する。したがっ
て、Crの含有量は0.0001〜0.01重量%とす
る。
る。すなわち、Mgは原料あるいは溶解・鋳造時に不可
避的に混入するSを合金中で高融点のMgS化合物とし
て固定する作用を有する。これにより銅合金の熱間加工
性を高めることができる。
果は少なく、また0.001重量%を越えて含有される
と、低融点の共晶を生じ、熱間加工性が劣化し、また溶
湯が酸化しやすくなり、湯流れ性が低下し、健全な鋳塊
が得難くなる。さらにめっき処理において、めっきの表
面に異常析出による突起が発生する。したがって、Mg
の含有量は0.0001〜0.001重量%とする。
などから合金中に混入し、金属との化合物またはS単独
で存在し、熱間加工における加熱中または加工中に割れ
を生じさせる主原因となる。Sの含有量が10ppmを
越えると、Sがそのまま残留し、加熱のみでも粒界割れ
が生じやすくなる。またSが10ppmを越えると、単
独あるいは化合物としてめっきの表面に異常析出し、め
っきの突起が発生しやすくなる。したがって、Sの含有
量は10ppm以下に規制する。
a含有量が0.0001未満ではその効果は少なく、ま
た0.01重量%を越えて含有されると、鋳塊中に残留
し、健全な鋳塊が得難くなる。したがって、Caの含有
量は0.0001〜0.01重量%とする。
0.0001〜0.01重量% 前述の含有成分以外に、Mnは熱間加工性を向上させる
元素であり、Mnの含有量が0.01未満ではその効果
は少なく、また0.1重量%を越えてMnが含有される
と、鋳造時の湯流れ性が劣化して造塊歩留まりが低下す
る。
を合金中からAl2S3として除去する作用を有する。こ
のため、予めAlを含有させておくことにより、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10ppm以下に低減させて熱間加工性を向上させる
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、めっき表面の異常突
起が生じない健全な鋳塊が得られる。
〜0.1重量%、Al:0.0001〜0.01重量%
を含有させる。
以外に、Co、Fe、Ti、Zr、P、V、Nb、M
o、Ag、Wの1種または2種以上を総量で0.1重量
%まで含有していても、この発明に係るはんだ密着性、
めっき性、酸洗性、高力・高導電性などの特性が損なわ
れることはない。したがって、上記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。
Pb、MM(ミッシュメタル)などが挙げられる。
させることによって、銅合金の強度を向上させることが
できる。この効果は、析出物の粒子間距離が小さいほど
大となる。したがって、銅合金の強度向上のためには粒
子間距離を小さくすることが必要となる。NiとSiの
含有量を一定値より増加させずに、Ni2Siの析出粒
子数を増加させることにより、粒子間距離を小さくする
ことが可能である。
限し、Znを含有させるとともに、Ni2Si析出物の
大きさを制限することによって、酸洗時のスマット残存
量およびめっき密着性などの信頼性を確保するのに必要
な限界レベルまで下げることができる。
越えると、固溶に要する時間が多くなるなどで、上記効
果は小さくなる。したがって、Ni2Si析出物の大き
さは10nm以下とする。
る。
℃、5秒間〜5分間 前述のNi2Siの析出物とは、溶体化処理により、固
溶したNi、Siが固溶状態のまま、またはその後に冷
間加工を施した材料の析出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、固溶化処理が
終了した時点ですでに存在するNi2Siも、析出処理
で析出したNi2Siとともに最終製品中に存在する。
この析出処理前の鋳塊の段階で存在するNi2Siは、
晶出物と析出物とが共存するものと考えられる。これら
が熱間加工時の加熱およびその後の固溶化処理の加熱で
完全に固溶せずに残存したものが晶出物Ni2Siであ
る。このような晶出物のNi2Siは、サイズが大きい
ために強度向上の寄与効果が小さく、また酸洗時のスマ
ット発生の原因にもなる。したがって、鋳造および熱間
加工を行なう場合には、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、熱延材の固溶化処理後
に残存する晶出物の量をも極力少なくすることが好まし
い。その後、厚さ1.5mmまで冷間圧延し、コイル材
とする。熱間圧延後の先端と後端の焼入れ遅れによる固
溶状態や結晶粒径の変動を均一化するため、コイル材を
650〜950℃の温度で、5秒間〜5分間の連続焼鈍
し、急冷して固溶化処理する。このとき650℃未満で
はNi、Siが均一に固溶せず、後の析出処理工程で析
出する均一微細なNi2Si析出物による高強度が得ら
れない。
Siの晶出物や固溶化後の冷却過程で発生する粗大なN
i2Siの晶出物の固溶が十分に行なわれないため、N
i2Si析出物を10nm以下にすることが困難とな
る。一方、固溶化処理温度が950℃を越えると、上記
の効果が飽和するばかりでなく、二次再結晶により結晶
粒が粗大化するため、この時点の結晶粒径が製品にその
まま残り、粒界が弱くなり、曲げ加工性の劣化や疲労強
度の低下、衝撃抵抗値の低下をまねく。したがって、固
溶化処理温度は650〜950℃とする。
溶が不充分である。一方、固溶化処理時間が5分間を越
えると固溶が飽和して、その後の析出処理におけるNi
2Siの晶出物による強度の向上効果はそれ以上期待で
きず、エネルギーと生産性のロスが大きくなる。したが
って、固溶化処理時間は5秒間〜5分間とする。
処理による析出硬化の効果をさらに高めるものである
が、曲げ加工性を優先させる場合は省略することもでき
る。
5分間〜5時間 析出処理は、固溶化処理で固溶したNi、SiをNi2
SiとしてCu母相中に均一微細に析出させることによ
り、析出硬化を得るためのものである。析出処理温度が
450℃未満の場合は、析出物の量が少なく、十分な強
度を得ることができない。また、析出処理温度が550
℃を越えると、析出物の粗大化および再固溶が起こるた
め、所期の目的の強度が得られないとともに、酸洗時の
スマット残存、はんだ付け材のはんだの剥離が起こる。
したがって、析出処理温度は450〜550℃とするこ
とが必要である。
分間未満の場合は、析出物の量が少なく、上記の効果を
十分に得ることができない。一方、5時間を越えても、
上記の効果は飽和するため、エネルギーと生産性のロス
が大きくなる。したがって、析出処理における温度保持
時間は5分間〜5時間とする。
させる目的で、適宜冷間圧延を施すことが可能である。
曲げ加工性を優先させる場合は省略することもできる。
に加熱、保持後の冷却速度は、固溶化を十分に行なうた
めに大きいほどよい。速度が10℃/秒未満では、冷却
過程の高温側で粗大な析出物が形成されるため、その後
の析出処理で所期の目的の強度向上効果が得られないだ
けでなく、粗大な析出物が酸洗時にスマットとして残存
するという不具合が生じる。したがって、固溶化処理後
の冷却速度は10℃/秒以上とする。
炉を用いて大気中で木炭被覆下で溶解し、溶製した溶湯
をカーボン製鋳型に鋳造し、厚さ50mm、幅80m
m、長さ180mmの鋳塊を得た。その後、この鋳塊の
表面の疵取りをし、950℃に加熱後、厚さ15mmま
で熱間圧延を行ない、750℃以上の温度から水中に浸
漬して急冷した。
どの除去をした後、冷間圧延を行ない、0.20mmの
板材を得た。その後、これらの板材を750℃の温度に
調整した塩浴中に30秒間浸漬して固溶化処理を行なっ
た後、水中に浸漬して急冷した。続いて、これらの板材
を冷間圧延して、0.15mmの板材とし、これらを5
00℃の温度で2時間加熱して析出処理を行なった。
に対して、鋳塊の高温シャルピー衝撃試験、板材の引張
り試験、硬さ・導電率測定、はんだの剥離試験、めっき
性および酸洗性を評価するため、以下の試験を行なっ
た。
2に準じ、600℃および900℃におけるシャルピー
衝撃試験を行なった。板材に対して幅10mm、長さ2
0mmの試験片を、アルカリ脱脂浴中で電解脱脂した
後、はんだの密着性、めっき性、酸洗性の評価に供し
た。
のはんだめっき10μmを施した後、150℃の温度で
1000時間まで加熱保持後、曲げ半径0.5mmで1
80°曲げ戻し後のはんだの剥離の有無を観察した。
きした後、Agめっき表面を100倍の倍率の光学顕微
鏡で観察し、大きさが10μm以上のAgの異常析出に
よる突起の有無を観察した。
1μm Agめっき 浴組成:S−930(エヌ・イー・ケムキャット製) 浴温度:60℃、電流密度:50A/dm2 酸洗性の評価はICの組立て工程中でのリードフレーム
材料が受ける加熱を想定したもので、大気中で200℃
の温度で30分間の加熱を施した材料の酸洗後のスマッ
ト残存量で行なった。これらの表面に酸化物が形成され
た材料を30重量%H2SO4+5重量%NH4F・HF
の水溶液を50℃に加熱した液中に5〜20秒間浸漬し
た。このとき発生したスマット残存量をブラシによるス
マット除去前後の重量測定によって評価した。
金No.8は600℃で固溶化処理し、急冷したもので
あり、No.13は980℃で固溶化処理し、急冷した
ものである。また比較例の合金No.10は、420℃
で析出処理し、No.13,14は580℃で析出処理
したものである。
高温域でのシャルピー衝撃値が高く、板材は高い引張り
強さと硬さを有するとともに、良好な導電率を有し、は
んだの密着性、めっき性、酸洗性に優れることがわか
る。
比較例の合金No.7は、強度が不足している。一方、
Ni、Siの含有量が多い比較例の合金No.8は、強
度は優れているが、酸洗時のスマット残存量が多く、導
電率も低い。比較例の合金No.9,10は、S、Mg
が規制値よりも多く、めっき性が劣る。No.11,1
2は中高温域でのシャルピー衝撃値が低く、熱間圧延が
できなかった。
ば、従来のCu−Ni−Si系合金の高強度、高導電性
を保ちながら、熱間加工性、はんだの密着性、めっき
性、酸洗性を改善することが可能となり、電子部品用材
料としての信頼性が向上する効果は大きい。
Claims (5)
- 【請求項1】 Ni:0.4〜4.0重量%、Si:
0.1〜1.0重量%、Zn:1.0を越えて〜2.0
重量%、Cr:0.0001〜0.01重量%、Mg:
0.0001〜0.001重量%、および必要に応じ
て、Mn:0.01〜0.1重量%、Al:0.000
1〜0.01重量%を含有し、残部が実質的に銅および
不可避的不純物からなる銅合金であって、析出物Ni2
Siの粒径が10nm以下、不可避的不純物としてのS
の含有量が10ppm以下であることを特徴とするはん
だ密着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金。 - 【請求項2】 Ca:0.0001〜0.0005重量
%を含有することを特徴とする請求項1記載のはんだ密
着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金。 - 【請求項3】 Sn:0.2〜2.0重量%を含有する
ことを特徴とする請求項2記載のはんだ密着性、めっき
性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金の製造方法。 - 【請求項4】 上記銅合金中のNi2Si析出物の大き
さが10nm以下に制御されていることを特徴とする請
求項1〜3のいずれかに記載のはんだ密着性、めっき性
に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金。 - 【請求項5】 上記請求項1〜3に記載の銅合金の鋳塊
を880〜950℃の温度で厚さ15mmまで熱間圧延
し、700℃の温度で水中冷却し、ついで圧延材の面削
りを行なった後、厚さ1.5mm以下まで冷間圧延して
コイル材とし、650〜950℃の温度に5秒間〜5分
間の連続焼鈍後、急冷して溶体化処理し、つぎに厚さ
1.5mm以下の溶体化処理材をそのまま、または50
%以下の圧下率で冷間圧延し、450〜550℃の温度
に5分間〜5時間保持して析出処理を施し、さらに適宜
冷間圧延を施すことを特徴とするはんだ密着性、めっき
性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7126416A JP3056394B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | はんだ密着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7126416A JP3056394B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | はんだ密着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08319527A true JPH08319527A (ja) | 1996-12-03 |
JP3056394B2 JP3056394B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=14934636
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7126416A Expired - Lifetime JP3056394B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | はんだ密着性、めっき性に優れ、かつ洗浄が容易な銅合金およびその製造方法 |
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JP (1) | JP3056394B2 (ja) |
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