JPH10152737A - 銅合金材及びその製造方法 - Google Patents
銅合金材及びその製造方法Info
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- JPH10152737A JPH10152737A JP31327896A JP31327896A JPH10152737A JP H10152737 A JPH10152737 A JP H10152737A JP 31327896 A JP31327896 A JP 31327896A JP 31327896 A JP31327896 A JP 31327896A JP H10152737 A JPH10152737 A JP H10152737A
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Abstract
られるようにする。 【解決手段】 2.5wt%のNi、0.5wt%のS
i、2.5wt%のZn0.3wt%のPが添加される
ほか、B、Ca、Ga、Ge、Y、Nb、Mo、Ag、
Cd、In、Te、Hf、W、Pb、ミッシュメタルの
内の少なくとも1がCuに添加される。Ni、Si、Z
n、P以外の元素は、1種あたり0.01〜1.0wt
%とし、かつ総量が0.01〜5.0wt%になるよう
に設定される。をCuに添加した構成にしている。Ni
とSiの添加で強度及び導電率の改善され、ZnとPの
添加ではんだの接合強度及び長寿命化の改善され、その
他の元素の添加により強度、耐酸性、耐熱性、耐蝕性等
が改善される。この結果、強度及び導電率を大幅に向上
させた銅合金材を得ることができる。
Description
れる銅合金、特に高強度及び高熱伝導性を備えた銅合金
材及びその製造方法に関するものである。
変形や破損の生じない強度、耐熱性、打ち抜きや加工に
対する加工性、発生する熱を外部に放出できる熱伝導
性、めっき性、はんだ付け性、耐蝕性等の特性のほか、
低価格であることが要求される。例えば、半導体装置に
用いられるリードフレームにおいては、素子の小型化・
高集積化に対応した特性、つまり、材料の薄板化に対応
して、より強度が高く、かつ熱の発生量が増加すること
から、十分な放熱性を確保しうる熱伝導性及び導電性を
備えた材料の開発が望まれている。
てFe(鉄)−42wt%Ni(ニッケル)等の鉄系合
金や銅系合金が用いられてきた。鉄系合金は高強度をも
つ長所があるのに対し、導電率が低く、熱伝導性も悪い
という短所がある。一方、銅系合金は導電性、熱伝導
性、加工性に優れ、低価格にできるという特長がある。
しかし、銅系合金は強度、耐熱性等の面で鉄系合金に劣
っている。そこで、強度を高めた銅系合金の開発が従来
より行われている。
高強度化を達成するためには、析出強化を用いるのが有
利である。そこで、Cu(銅)−Ni−Si(珪素)
系、Cu−Fe−P(リン)系、Cu−Cr(クロム)
系等の銅系合金を用いて析出強化を図るようにした銅合
金が検討されている。中でも、Cu−Ni−Si合金
(コルソン合金)を基本とする合金は、引張強度が70
0MPaという高い値を期待できることから、有望視さ
れている。
合金である。通常、800℃程度の高温から急冷する液
体化処理と、300〜500℃程度に加熱保持する時効
処理によって合金元素をNi2 Siの化合物の形でCu
母相中に析出させ、転位の運動に対する障害物にするこ
とで強度が向上する。また、合金元素を積極的に析出さ
せるため、固溶状態にある合金に比較して熱伝導性及び
導電性を良好に保ちやすい。
Si合金によると、その製造に通常の単純な溶体化処理
及び時効化処理による製造工程をとった場合、強度面で
は700MPaという高い引張強度が得られるものの、
導電率が30〜40%IACSのレベルに止まってい
る。この導電率は、QFP(Quad Fiat Package)による
半導体装置のリードフレームに用いるには不満が残る。
また、はんだ付け性や変色・酸化等を防ぐ耐蝕性等に対
しても、満足できるレベルには至っていない。
備えた銅合金材及びその製造方法を提供することを目的
としている。
めに、本発明は、1.5〜5.0wt%のNi及び0.
3〜1.0wt%のSiを重量比Ni/Siが4.5〜
5.5の範囲で含むとともに、1.5〜5.0wt%の
Znと、0.003〜0.3wt%のPと、1種あたり
0.01〜1.0wt%で総量が0.01〜5.0wt
%に設定されたB、Ca、Ga、Ge、Y、Nb、M
o、Ag、Cd、In、Te、Hf、W、Pb、ミッシ
ュメタルの内の少なくとも1種とをCuに添加した構成
にしている。
り固溶元素量が低減され、高強度化及び高導電率化が図
られる。更に、Zn及びPの添加によりはんだの接合強
度と長寿命化が図られ、B、Ca、Ga、Ge、Y、N
b、Mo、Ag、Cd、In、Te、Hf、W、Pb、
ミッシュメタル等の添加は強度を高めるほか、更には耐
酸性、耐熱性、耐蝕性等を高めるように作用する。この
結果、強度及び導電率を大幅に向上させた銅合金材を得
ることができる。
%のNi及び0.3〜1.0wt%のSiがNi/Si
=4.5〜5.5で添加され、残部がCuである銅合金
を700℃以上に加熱して溶体化処理し、20〜80%
の加工率で冷間圧延し、400〜500℃及び0.5〜
3時間による1回目の時効処理を施し、350〜450
℃及び0.5〜3時間による2回目の時効処理を施す製
造方法によっても達成される。
り、強度及び導電率が向上する。加えて、20〜80%
の加工率による冷間圧延は、時効処理における析出物の
発生を十分にしながら粗大化を防止し、時効処理による
効果を高める。更に時効処理は、400〜500℃で十
分な析出が得られ、微細な析出物を多量に発生させ、強
度及び導電率を高める。つづく二度目の時効処理は、一
度目の時効処理で析出しきれず、固溶状態で残留してい
る合金元素を析出するように作用する。これにより、強
度及び導電率を大幅に向上させた銅合金材を得ることが
できる。
%のZn及び0.003〜0.3wt%のPが添加され
た銅合金を用いることができる。この方法によれば、Z
n及びPの添加によって、強度の向上のほか、はんだに
対する接合強度、長寿命化が図られる。更に、上記の目
的は、1.5〜5.0wt%のNiと0.3〜1.0w
t%のSiをNi/Si=4.5〜5.5が添加される
ほか、1種あたり0.01〜1.0wt%で総量を0.
01〜5.0wt%に規定したB、Ca、Ga、Ge、
Y、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Te、Hf、W、
Pb、ミッシュメタルの内の1種以上が添加され、残部
がCuである銅合金を700℃以上に加熱して溶体化処
理し、20〜80%の加工率で冷間圧延し、400〜5
00℃及び0.5〜3時間による1回目の時効処理を施
し、350〜450℃及び0.5〜3時間による2回目
の時効処理を施す製造方法によっても達成される。
Ca、Ga、Ge、Y、Nb、Mo、Ag、Cd、I
n、Te、Hf、W、Pb、ミッシュメタル等の添加に
より強度及び導電率が向上し、更には耐熱性、耐酸性、
耐蝕性等の改善が可能になる。加えて、20〜80%の
加工率による冷間圧延は、時効処理における析出物の発
生を十分にしながら粗大化を防止し、時効処理による効
果を高める。更に時効処理は、400〜500℃で十分
な析出が得られ、微細な析出物を多量に発生させ、強度
及び導電率を高める。つづく二度目の時効処理は、一度
目の時効処理で析出しきれず、固溶状態で残留している
合金元素を析出するように作用する。これにより、強度
及び導電率を大幅に向上させた銅合金材を得ることがで
きる。
t%のZn及び0.003〜0.3wt%のPを添加す
ることができる。この方法によれば、Zn及びPの添加
によって、強度の向上のほか、はんだに対する接合強
度、長寿命化が図られる。
添加することによって特性の改善が図られ、固溶状態に
ある合金元素をなるべく微細な形状で多量に析出させる
ことにより、高強度及び高導電率を併せもつ銅合金が得
られることを見いだした。以下に実施例を示して具体的
に本発明を説明する。
すフローチャートである。図1を参照して本発明を説明
する。本発明者らは、表1〜表3の組成により試料を作
成した。本発明による組成がA,B及びG〜Wの19種
であり、比較用組成(従来例)としてC〜Fの3種を作
成した。なお、表中のMMはミッシュメタルを意味して
いる。
n2.5wt%、P0.03wt%の組成を持つ銅合金
を無酸素銅を母材にして高周波溶解炉で溶製し、直径3
0mm、長さ250mmのインゴットに鋳造した(ステ
ップ101)。このインゴットを850℃に加熱して熱
間押し出し加工し、幅20mm、厚さ8mmの板状にし
た。この後、中間焼鈍をはさみながら厚さ0.42mm
まで冷間圧延した(ステップ102)。
急冷し、溶体化した(ステップ103)。溶体化後の材
料を加工率40%で厚さ0.25mmに冷間圧延し(ス
テップ104)、420℃で1時間の時効処理(一度目
の時効処理)、更に370℃で1時間の時効処理(二度
目の時効処理)を施した(ステップ105)。以上のよ
うにして製作した試料をNo.1とする。
圧延を行うことにより、溶体化材の結晶格子内に適度な
格子欠陥が導入される。この格子欠陥は析出物形成の核
として機能し、析出物を微細な形状でより均一かつ多量
に発生させることができる。冷間圧延の加工率を高くす
ると、より多量の格子欠陥が導入されるため、多量の析
出物が形成されやすくなるが、析出の進行が速くなるた
め、粗大化も急速に進行する。したがって、冷間圧延の
加工率は20〜80%にするのが好ましい。
の析出物をできるだけ多く発生させることが重要であ
り、このためには温度及び保持時間を規定する必要があ
る。ここでは温度を400〜500℃、保持時間を30
分〜3時間にしている。これよりも低温及び短時間の時
効処理では十分な量の析出が生じない。逆に、高温及び
長時間になると粗大な形状の析出物が発生する。
析出しきれず、固溶状態で残留している合金元素を析出
させ、導電率を更に回復させることを目的に実施してい
る。この導電率の回復を強度を低下させることなく行う
ためには、一度目の時効で発生した析出物をできるだけ
粗大化させずに微細な析出物を追加して発生することが
望ましい。そこで、温度条件を350〜450℃に規定
し、且つ保持時間を30分〜3時間に規定している。こ
れよりも低温及び短時間の時効処理では析出物の発生が
不十分であり、逆に、高温及び長時間になると一度目の
時効処理で発生した析出物が粗大化したり、新たに粗大
な析出物が発生する。
及び加工条件(冷間加工率及び時効処理条件)により、
上記した製造工程にしたがって本発明品の試料(No.
1〜3、No.8及びNo.13〜29)及び比較品
(No.4〜7及びNo.9〜12)を製作した。これ
らの全てについて、引張強さと導電率を測定したとこ
ろ、表4〜表6に示す結果を得た。
よる試料は、730MPa以上の強度が得られ、また、
導電率は50%IACS以上が得られるという良好な結
果を得た。これにより、QFPによる半導体装置のリー
ドフレームに用いることが可能になった。これに対し、
組成条件、加工率条件、時効条件の何れかが本発明から
外れた比較例では、引張強度及び導電率が低く、半導体
装置のリードフレームに用いることができない。
o.3及びNo.13〜29と、比較例の試料No.1
2を基に、はんだ耐熱剥離性を評価した。60%Sn−
40%Pbはんだ中で浸漬めっきした試料を150℃で
1000時間加熱した後、曲率半径0.25mmで90
°曲げし、その後に曲げ戻した時のはんだ剥離の有無を
顕微鏡で観察し、評価した。その結果、本発明の試料N
o.3及びNo.13〜29は、はんだの剥離は見られ
なかった。これに対し、比較例の試料No.12は界面
剥離を生じた。
強度と高い導電率が得られるため、リードフレームに用
いた場合、より小型化、多ピン化、高速化を目的とした
半導体装置への対応が可能になり、特に、QFP等の多
ピンリードフレームに用いるのに適している。また、は
んだ剥離が生じないことから、接続の信頼性を向上させ
ることができる。
比について説明する。Ni及びSiの添加量が低いと、
析出硬化による高強度化が不十分になる。逆に、Ni及
びSiの添加量が多くなると、析出しきれない固溶元素
量が増加する。そこで、Niを1.5〜5.0wt%、
Siを0.3〜1.0wt%に規定している。また、N
i/Siの重量比を4.5〜5.5に規定し、Ni2 S
iの析出が十分におきたとき、余剰分として存在するN
iもしくはSiの量を少なくしている。
ことで、はんだとの接合強度及び長期寿命を改善する効
果、及び強度の向上、めっき性を改善する効果がある。
また、P(リン)は脱酸剤としての効果があり、0.0
03〜0.3wt%にすると合金鋳造時のSiの酸化に
よる悪影響を防止することができる。Zn及びPの量
は、所定量より多くなると導電率の低下や加工性の劣化
を生じる。
ム)、Ge(ゲルマニウム)又はIn(インジウム)の
添加は強度の向上に効果がある。更に、V(バナジウ
ム)の添加は強度の向上、耐熱性の改善、耐酸性の改善
に効果があり、Y(イットリウム)、Nb(ニオブ)、
W(タングステン)又はHf(ハフニウム)の添加は強
度の向上のほか、耐蝕性及び耐熱性の改善に効果があ
る。また、Mo(モリブデン)の添加は強度の向上及び
耐蝕性の改善に効果がある。
び耐熱性の向上に効果があり、添加量が増えても導電率
への悪影響が少ない。また、Taの添加は耐熱性及び耐
蝕性の改善に効果がある。Pbの添加は耐蝕性及び耐熱
性の改善のほか、打ち抜き加工性の改善に寄与する。M
M(ミッションメタル)は、Ce、La、Ce族希土類
元素の混合物であり、強度の向上、耐蝕性及び耐熱性の
改善に寄与する。
Mo、Ag、Cd、In、Te、Hf、W、Pb、ミッ
シュメタルは、これらの内の1種又は2種以上を添加す
るものとし、その1種あたりの添加量が0.01〜1.
0wt%に規定する。そして、総量が0.01〜5.0
wt%になるようにするのがよい。
ば、重量比Ni/Siを4.5〜5.5にした1.5〜
5.0wt%のNi及び0.3〜1.0wt%のSi
と、1.5〜5.0wt%のZnと、0.003〜0.
3wt%のPと、1種あたり0.01〜1.0wt%で
総量が0.01〜5.0wt%に設定されたB、Ca、
Ga、Ge、Y、Nb、Mo、Ag、Cd、In、T
e、Hf、W、Pb、ミッシュメタルの内の少なくとも
1種とをCuに添加した構成にしている。
り固溶元素量が低減され、高強度化及び高導電率化が図
られる。更に、Zn及びPの添加によりはんだの接合強
度と長寿命化が図られ、B、Ca、Ga、Ge、Y、N
b、Mo、Ag、Cd、In、Te、Hf、W、Pb、
ミッシュメタル等の添加は強度を高めるほか、更には耐
酸性、耐熱性、耐蝕性等を高めるように作用する。この
結果、強度及び導電率を大幅に向上させた銅合金材を得
ることができる。
%のNi及び0.3〜1.0wt%のSiがNi/Si
=4.5〜5.5で添加され、残部がCuである銅合金
を700℃以上に加熱して溶体化処理し、20〜80%
の加工率で冷間圧延し、400〜500℃及び0.5〜
3時間による1回目の時効処理を施し、350〜450
℃及び0.5〜3時間による2回目の時効処理を施す製
造方法によっても達成される。
り、強度及び導電率が向上する。加えて、20〜80%
の加工率による冷間圧延は、時効処理における析出物の
発生を十分にしながら粗大化を防止し、時効処理による
効果を高める。更に時効処理は、400〜500℃で十
分な析出が得られ、微細な析出物を多量に発生させ、強
度及び導電率を高める。つづく二度目の時効処理は、一
度目の時効処理で析出しきれず、固溶状態で残留してい
る合金元素を析出するように作用する。これにより、強
度及び導電率を大幅に向上させた銅合金材を得ることが
できる。
%のNiと0.3〜1.0wt%のSiをNi/Si=
4.5〜5.5が添加されるほか、1種あたり0.01
〜1.0wt%で総量を0.01〜5.0wt%に規定
したB、Ca、Ga、Ge、Y、Nb、Mo、Ag、C
d、In、Te、Hf、W、Pb、ミッシュメタルの内
の1種以上が添加され、残部がCuである銅合金を70
0℃以上に加熱して溶体化処理し、20〜80%の加工
率で冷間圧延し、400〜500℃及び0.5〜3時間
による1回目の時効処理を施し、350〜450℃及び
0.5〜3時間による2回目の時効処理を施す製造方法
によっても達成される。
Ca、Ga、Ge、Y、Nb、Mo、Ag、Cd、I
n、Te、Hf、W、Pb、ミッシュメタル等の添加に
より強度及び導電率が向上し、更には耐熱性、耐酸性、
耐蝕性等の改善が可能になる。加えて、20〜80%の
加工率による冷間圧延は、時効処理における析出物の発
生を十分にしながら粗大化を防止し、時効処理による効
果を高める。更に時効処理は、400〜500℃で十分
な析出が得られ、微細な析出物を多量に発生させ、強度
及び導電率を高める。つづく二度目の時効処理は、一度
目の時効処理で析出しきれず、固溶状態で残留している
合金元素を析出するように作用する。これにより、強度
及び導電率を大幅に向上させた銅合金材を得ることがで
きる。
チャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 1.5〜5.0wt%のNi及び0.3
〜1.0wt%のSiを重量比Ni/Siが4.5〜
5.5の範囲で含むとともに、 1.5〜5.0wt%のZnと、 0.003〜0.3wt%のPと、 1種あたり0.01〜1.0wt%で総量が0.01〜
5.0wt%に設定されたB、Ca、Ga、Ge、Y、
Nb、Mo、Ag、Cd、In、Te、Hf、W、P
b、ミッシュメタルの内の少なくとも1種とをCuに添
加したことを特徴とする銅合金材。 - 【請求項2】 1.5〜5.0wt%のNi及び0.3
〜1.0wt%のSiがNi/Si=4.5〜5.5で
添加され、残部がCuである銅合金を700℃以上に加
熱して溶体化処理し、 20〜80%の加工率で冷間圧延し、 400〜500℃及び0.5〜3時間による1回目の時
効処理を施し、 350〜450℃及び0.5〜3時間による2回目の時
効処理を施すことを特徴とする銅合金材の製造方法。 - 【請求項3】 前記銅合金は、1.5〜5.0wt%の
Zn及び0.003〜0.3wt%のPが添加されてい
ることを特徴とする請求項2記載の銅合金材の製造方
法。 - 【請求項4】 1.5〜5.0wt%のNiと0.3〜
1.0wt%のSiをNi/Si=4.5〜5.5が添
加されるほか、1種あたり0.01〜1.0wt%で総
量を0.01〜5.0wt%に規定したB、Ca、G
a、Ge、Y、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Te、
Hf、W、Pb、ミッシュメタルの内の1種以上が添加
され、残部がCuである銅合金を700℃以上に加熱し
て溶体化処理し、 20〜80%の加工率で冷間圧延し、 400〜500℃及び0.5〜3時間による1回目の時
効処理を施し、 350〜450℃及び0.5〜3時間による2回目の時
効処理を施すことを特徴とする銅合金材の製造方法。 - 【請求項5】 前記銅合金は、1.5〜5.0wt%の
Zn及び0.003〜0.3wt%のPが添加されてい
ることを特徴とする請求項4記載の銅合金材の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31327896A JP3376840B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | 銅合金材の製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP31327896A JP3376840B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | 銅合金材の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10152737A true JPH10152737A (ja) | 1998-06-09 |
JP3376840B2 JP3376840B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=18039294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31327896A Expired - Lifetime JP3376840B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | 銅合金材の製造方法 |
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