JPH1068032A - エレクトロニクス分野において利用される高電気伝導率および高軟化点を有する銅合金 - Google Patents
エレクトロニクス分野において利用される高電気伝導率および高軟化点を有する銅合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレクトロニクス分野において利用される、
高電気伝導率および高軟化点を有する銅合金を提供す
る。 【解決手段】 電子回路構成素子において、高温でろう
付け、接着、および／または、圧着される支持体の製造
のための、重量パーセントで、０．１〜１％のニッケル
および０．００５〜０．１％のリンを含み、残部を銅ま
たは主に銅とした銅合金の使用。
高電気伝導率および高軟化点を有する銅合金を提供す
る。 【解決手段】 電子回路構成素子において、高温でろう
付け、接着、および／または、圧着される支持体の製造
のための、重量パーセントで、０．１〜１％のニッケル
および０．００５〜０．１％のリンを含み、残部を銅ま
たは主に銅とした銅合金の使用。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロニクス
分野において、構成素子の支持体を製造するために用い
られる銅合金に関する。
分野において、構成素子の支持体を製造するために用い
られる銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】銅は、優れた電気伝導体として周知であ
り、多くの用途、特にエレクトロニクス分野において用
いられている。銅は、多様な構成素子のほとんどに、特
に電子チップについて、電子回路構成素子の支持体（リ
ードフレーム）として使用されている。回路の製造にお
いて、一般に、構成素子は、ろう付け、接着、および／
または、圧着され、その後、銅支持体上をプラスチック
材料で熱被覆される。そこで、この銅支持体は、温度抵
抗性を有し、その機械的特性を保持できるものでなけれ
ばならない。
り、多くの用途、特にエレクトロニクス分野において用
いられている。銅は、多様な構成素子のほとんどに、特
に電子チップについて、電子回路構成素子の支持体（リ
ードフレーム）として使用されている。回路の製造にお
いて、一般に、構成素子は、ろう付け、接着、および／
または、圧着され、その後、銅支持体上をプラスチック
材料で熱被覆される。そこで、この銅支持体は、温度抵
抗性を有し、その機械的特性を保持できるものでなけれ
ばならない。
【０００３】この温度抵抗性（復旧力）のために、優れ
た伝導率を保ちながら復旧力を増大させることのできる
銅合金が用いられてきた。
た伝導率を保ちながら復旧力を増大させることのできる
銅合金が用いられてきた。
【０００４】温度耐久力、すなわち復旧力と呼ばれるも
のは、高温に再加熱することにより、ディスロケーショ
ン（転移）の消滅を活性化することによる銅合金の軟化
を導くメカニズムに対応している。復旧抵抗は、高温
（例えば、４５０℃）に維持した後で、金属の硬度が予
め定められた値より高く保たれる最大の高温維持期間
（例えば、１０分以上）により特徴づけられる。
のは、高温に再加熱することにより、ディスロケーショ
ン（転移）の消滅を活性化することによる銅合金の軟化
を導くメカニズムに対応している。復旧抵抗は、高温
（例えば、４５０℃）に維持した後で、金属の硬度が予
め定められた値より高く保たれる最大の高温維持期間
（例えば、１０分以上）により特徴づけられる。
【０００５】パーセントであらわした、合金の測定伝導
率は、純銅の場合を１００％伝導率としたものである。
この伝導率は、ＩＡＣＳ伝導率と呼ばれる。
率は、純銅の場合を１００％伝導率としたものである。
この伝導率は、ＩＡＣＳ伝導率と呼ばれる。
【０００６】例として、銅とスズの合金である、ＣｕＳ
ｎ合金０．１５が使用される。
ｎ合金０．１５が使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】エレクトロニクスにお
いて用いられる銅支持体は、優れた機械的耐久力と温度
耐久力を与えるだけでなく、優れたはんだ付け性、およ
び／または、ろう付け適合性を示すものでなければなら
ない。この目的のため、銅合金はニッケル層で被覆され
ている。このニッケル層は、支持体のような製品が切断
される前に合金に塗工される。これにより、相当量のニ
ッケル被覆銅合金廃棄物が生じる。この廃棄物を回収す
るには高い費用がかかる。これは、ニッケルから銅を分
離させて回収するために電気分解法を使用する必要があ
るからである。
いて用いられる銅支持体は、優れた機械的耐久力と温度
耐久力を与えるだけでなく、優れたはんだ付け性、およ
び／または、ろう付け適合性を示すものでなければなら
ない。この目的のため、銅合金はニッケル層で被覆され
ている。このニッケル層は、支持体のような製品が切断
される前に合金に塗工される。これにより、相当量のニ
ッケル被覆銅合金廃棄物が生じる。この廃棄物を回収す
るには高い費用がかかる。これは、ニッケルから銅を分
離させて回収するために電気分解法を使用する必要があ
るからである。
【０００８】本発明の目的は、温度耐久力が高く、伝導
率が高く、しかも製造時廃棄物の回収が容易な合金を得
るために、エレクトロニクス分野において用いられる銅
合金を改良することである。
率が高く、しかも製造時廃棄物の回収が容易な合金を得
るために、エレクトロニクス分野において用いられる銅
合金を改良することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
によれば、支持体上に高温でろう付け、接着、および／
または、圧着される電子回路構成素子のための支持体を
製造するために用いられ、重量パーセントで、０．１〜
１％のニッケルおよび０．００５〜０．１％のリンを含
み、残部を銅または主に銅とした銅合金が得られる。ま
た、本発明は、その合金を前記支持体の製造に用いるこ
と、およびその合金を用いた前記支持体である。
によれば、支持体上に高温でろう付け、接着、および／
または、圧着される電子回路構成素子のための支持体を
製造するために用いられ、重量パーセントで、０．１〜
１％のニッケルおよび０．００５〜０．１％のリンを含
み、残部を銅または主に銅とした銅合金が得られる。ま
た、本発明は、その合金を前記支持体の製造に用いるこ
と、およびその合金を用いた前記支持体である。
【００１０】本発明によれば、上記合金は、さらに、
０．１％以下の鉄および／または、０．５％以下の亜鉛
を含んでいてもよい。
０．１％以下の鉄および／または、０．５％以下の亜鉛
を含んでいてもよい。
【００１１】この銅合金は、提案された組成範囲におい
て、概ね８０％ＩＡＣＳより高い良好な伝導率と、優れ
た温度耐久力、すなわち、特に添加成分であるニッケル
およびリンに関連した復旧抵抗とを備えている。
て、概ね８０％ＩＡＣＳより高い良好な伝導率と、優れ
た温度耐久力、すなわち、特に添加成分であるニッケル
およびリンに関連した復旧抵抗とを備えている。
【００１２】本発明によれば、この銅合金はまた、経済
的な面からみて、非常に有益である。なぜならば、エレ
クトロニクス用の支持体や構成素子の製造中に生じる廃
棄物のリサイクルが容易になるからである。なぜなら
ば、この場合には、本発明による合金はニッケル層で被
覆されているからである。この合金の機械的特性は特に
優れている。
的な面からみて、非常に有益である。なぜならば、エレ
クトロニクス用の支持体や構成素子の製造中に生じる廃
棄物のリサイクルが容易になるからである。なぜなら
ば、この場合には、本発明による合金はニッケル層で被
覆されているからである。この合金の機械的特性は特に
優れている。
【００１３】本発明による合金は、多数の利点を提供す
る。例えば、その電気伝導率は非常に良好であり、７０
％ＩＡＣＳ以上の電気伝導率を容易に得ることができ
る。以下の実施例により説明するように、ニッケルと鉄
の関数としてリンの添加量を変えることにより、およ
び、残留成分（亜鉛など）の量を制限することにより、
８０％ＩＡＣＳを越える伝導率を確保することも可能で
ある。従って、アニーリングサイクルおよび微細析出物
ＮｉαＰβの形成を最適化するために特別な製造プログ
ラムが用いられる。
る。例えば、その電気伝導率は非常に良好であり、７０
％ＩＡＣＳ以上の電気伝導率を容易に得ることができ
る。以下の実施例により説明するように、ニッケルと鉄
の関数としてリンの添加量を変えることにより、およ
び、残留成分（亜鉛など）の量を制限することにより、
８０％ＩＡＣＳを越える伝導率を確保することも可能で
ある。従って、アニーリングサイクルおよび微細析出物
ＮｉαＰβの形成を最適化するために特別な製造プログ
ラムが用いられる。
【００１４】溶液中の残留ニッケルとリンの含有量は、
可能な限り最大限に析出させたあとで、復旧に対する非
常に良好な抵抗を保証する。合金を４５０℃を越える炉
の中に維持した場合でさえ、以下の実施例により示され
るように、軟化は非常にわずかであり、３７０℃〜４２
５℃の温度での、はんだ付け、ろう付けおよび、プラス
チック封入などを行う場合においては、無視することが
できる。
可能な限り最大限に析出させたあとで、復旧に対する非
常に良好な抵抗を保証する。合金を４５０℃を越える炉
の中に維持した場合でさえ、以下の実施例により示され
るように、軟化は非常にわずかであり、３７０℃〜４２
５℃の温度での、はんだ付け、ろう付けおよび、プラス
チック封入などを行う場合においては、無視することが
できる。
【００１５】形成される析出物（最近の熱力学的計算に
よればＮｉ５Ｐ２、さらに確実には、透過顕微鏡観察に
おけるエネルギー損失により行なわれる分析によればＮ
ｉ２Ｐ）は、本発明の合金の著しい硬化を可能とする。
同時に、これらは、応力除去に対する抵抗を増加させ
る。
よればＮｉ５Ｐ２、さらに確実には、透過顕微鏡観察に
おけるエネルギー損失により行なわれる分析によればＮ
ｉ２Ｐ）は、本発明の合金の著しい硬化を可能とする。
同時に、これらは、応力除去に対する抵抗を増加させ
る。
【００１６】本発明による合金は、安価である。これら
は、従来の添加成分のみを用いている。これらはまた、
ニッケル被覆された銅廃棄物を経済的にリサイクルする
ことを可能とする。微量の不純物（亜鉛、シリコンな
ど）は、許容し得る。既知の法則によれば、これらは、
製品の伝導率を低下させる。鉄のような他の合金成分を
限界に近く添加（１０００ｐｐｍ以下、好ましくは、１
００ｐｐｍ未満）すると、伝導率にほとんど影響しない
が、アニーリングの促進および機械的特性の改善を可能
とする。
は、従来の添加成分のみを用いている。これらはまた、
ニッケル被覆された銅廃棄物を経済的にリサイクルする
ことを可能とする。微量の不純物（亜鉛、シリコンな
ど）は、許容し得る。既知の法則によれば、これらは、
製品の伝導率を低下させる。鉄のような他の合金成分を
限界に近く添加（１０００ｐｐｍ以下、好ましくは、１
００ｐｐｍ未満）すると、伝導率にほとんど影響しない
が、アニーリングの促進および機械的特性の改善を可能
とする。
【００１７】本発明による合金は、従って、特にエレク
トロニクス分野（グリッド、電源回路素子など）で用い
るのに適しており、ＣｕＳｎ０．１５などの合金の代わ
りに用いるのに好適である。
トロニクス分野（グリッド、電源回路素子など）で用い
るのに適しており、ＣｕＳｎ０．１５などの合金の代わ
りに用いるのに好適である。
【００１８】本発明による合金は、銅合金に通常用いら
れる鋳造プロセスにより製造することができる。合金を
鋳造するために選択されるプロセスが、得られた製品に
特別に重大な影響を及ぼすことはない。
れる鋳造プロセスにより製造することができる。合金を
鋳造するために選択されるプロセスが、得られた製品に
特別に重大な影響を及ぼすことはない。
【００１９】しかしながら、高温（８００℃以上）です
べての合金成分を溶解することによって予め均質化して
おくことは、特に、例えば鉄が添加される場合には、非
常に望ましい。
べての合金成分を溶解することによって予め均質化して
おくことは、特に、例えば鉄が添加される場合には、非
常に望ましい。
【００２０】板材を得るためには、例えば、合金をスト
リップ状に鋳造し、圧延し、軽く加工硬化した後で、均
質化アニーリング（８００℃〜８５０℃で約１時間）を
施した後、急冷硬化させればよい。さらに、通常の寸法
のプレートに合金を鋳造し、次にまず、数ミリの厚さに
熱間圧延し（合金成分に応じて６５０℃〜１０００
℃）、その後、冷間圧延することもでき、また好まし
い。
リップ状に鋳造し、圧延し、軽く加工硬化した後で、均
質化アニーリング（８００℃〜８５０℃で約１時間）を
施した後、急冷硬化させればよい。さらに、通常の寸法
のプレートに合金を鋳造し、次にまず、数ミリの厚さに
熱間圧延し（合金成分に応じて６５０℃〜１０００
℃）、その後、冷間圧延することもでき、また好まし
い。
【００２１】合金は、その後、中間アニーリング工程を
用いて所望の厚さに冷間圧延することができる。
用いて所望の厚さに冷間圧延することができる。
【００２２】２つの連続するアニーリング工程の間で、
可能な限りの最大の加工率（圧下率）、少なくとも５０
％の圧下が好ましい。かくして、最終の伝導率を改善し
ながら各アニーリング工程の期間がかなり短縮される。
最適アニーリング温度は、４００〜６００℃の間であ
り、このアニーリング温度に少なくとも２時間、可能で
あれば４時間のあいだ維持する。例えば、添加成分とリ
ンの競合析出という好ましくない場合を除いて、一般に
は、より長い期間により優れた伝導率が保証される。
可能な限りの最大の加工率（圧下率）、少なくとも５０
％の圧下が好ましい。かくして、最終の伝導率を改善し
ながら各アニーリング工程の期間がかなり短縮される。
最適アニーリング温度は、４００〜６００℃の間であ
り、このアニーリング温度に少なくとも２時間、可能で
あれば４時間のあいだ維持する。例えば、添加成分とリ
ンの競合析出という好ましくない場合を除いて、一般に
は、より長い期間により優れた伝導率が保証される。
【００２３】本発明を、銅合金の２つの実施例により下
記に説明する。
記に説明する。
【００２４】硬度および伝導率の測定結果を、図１およ
び図２に示す。図１は、４２５℃における温度復旧力を
示す図である。横軸に時間が示され、縦軸にＨＶ硬度が
示されている。この図には、ＣｕＳｎ、ＣｕＮｉ０．
４、ＣｕＮｉ０．２および合金ＦＰＧ（すなわち、９５
０〜１０００ｐｐｍのＦｅ、および３３０〜３７０ｐｐ
ｍのＰを含む銅合金）のグラフが示されている。
び図２に示す。図１は、４２５℃における温度復旧力を
示す図である。横軸に時間が示され、縦軸にＨＶ硬度が
示されている。この図には、ＣｕＳｎ、ＣｕＮｉ０．
４、ＣｕＮｉ０．２および合金ＦＰＧ（すなわち、９５
０〜１０００ｐｐｍのＦｅ、および３３０〜３７０ｐｐ
ｍのＰを含む銅合金）のグラフが示されている。
【００２５】温度を４２５℃まで上昇させ、図の横軸の
目盛を越えた期間にわたり、その温度に維持することに
よりテストを行った。
目盛を越えた期間にわたり、その温度に維持することに
よりテストを行った。
【００２６】図２は、様々なＩＡＣＳ伝導率についての
グラフを示す。横軸にＮｉの量をｐｐｍで示し、縦軸に
銅合金中のＰの量をｐｐｍで示す。
グラフを示す。横軸にＮｉの量をｐｐｍで示し、縦軸に
銅合金中のＰの量をｐｐｍで示す。
【００２７】
【発明の実施の形態】実施例１ 本実施例の合金は、以下に示す方法により作成される。
ニッケルで被覆した銅リン合金（Ｃｕ−ｂ１、Ｃｕ−ｂ
２）の切片を、チャネル型誘導炉において溶融する。溶
融プロセスの最後において、分光計分析に基づき、リン
の含有量を調整して、所望の組成が得られるようにす
る。その後、溶融物を、チャコールの還元性カバーの下
で、同じ温度（約１２００℃）に数分間維持する。鋳造
は、例えば、寸法２００×４００ｍｍの水冷式インゴッ
ト型内で行われる。この実施例のために作成した合金の
組成を、以下の表１に示す。
ニッケルで被覆した銅リン合金（Ｃｕ−ｂ１、Ｃｕ−ｂ
２）の切片を、チャネル型誘導炉において溶融する。溶
融プロセスの最後において、分光計分析に基づき、リン
の含有量を調整して、所望の組成が得られるようにす
る。その後、溶融物を、チャコールの還元性カバーの下
で、同じ温度（約１２００℃）に数分間維持する。鋳造
は、例えば、寸法２００×４００ｍｍの水冷式インゴッ
ト型内で行われる。この実施例のために作成した合金の
組成を、以下の表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】このようにして鋳造されたプレートを、８
４０℃を越える温度で再加熱し、次に、２００〜１３ｍ
ｍに熱間圧延する。これらのプレートは、その後、所望
に応じ、６００℃を越える温度で急冷硬化してもよい
し、しなくてもよい。次いで、ブランクを圧延し、１．
５ｍｍの厚さに冷間圧延し、その後、フード下で、４８
０℃を４時間にわたり維持してアニーリングを行なう。
アニーリングされた状態における硬度は５４〜５７ＨＶ
である。この状態において測定した合金ＣｕＮｉ０．４
およびＣｕＮｉ０．２の伝導率は、それぞれ、７８．１
％ＩＡＣＳおよび７９．４％ＩＡＣＳである。
４０℃を越える温度で再加熱し、次に、２００〜１３ｍ
ｍに熱間圧延する。これらのプレートは、その後、所望
に応じ、６００℃を越える温度で急冷硬化してもよい
し、しなくてもよい。次いで、ブランクを圧延し、１．
５ｍｍの厚さに冷間圧延し、その後、フード下で、４８
０℃を４時間にわたり維持してアニーリングを行なう。
アニーリングされた状態における硬度は５４〜５７ＨＶ
である。この状態において測定した合金ＣｕＮｉ０．４
およびＣｕＮｉ０．２の伝導率は、それぞれ、７８．１
％ＩＡＣＳおよび７９．４％ＩＡＣＳである。
【００３０】残留亜鉛の高い含有量は、伝導率に対して
かなりの影響を及ぼす。伝導率に対する溶液中の亜鉛の
既知の影響に基づいて、示された含有量のニッケルおよ
びリン以外の添加成分を含まないＣｕＮｉ０．２および
ＣｕＮｉ０．４合金が、それぞれ、８３％ＩＡＣＳおよ
び７９％ＩＡＣＳの伝導率を有することが推定できる。
かなりの影響を及ぼす。伝導率に対する溶液中の亜鉛の
既知の影響に基づいて、示された含有量のニッケルおよ
びリン以外の添加成分を含まないＣｕＮｉ０．２および
ＣｕＮｉ０．４合金が、それぞれ、８３％ＩＡＣＳおよ
び７９％ＩＡＣＳの伝導率を有することが推定できる。
【００３１】この冶金学的状態において、新たな２０％
の圧下の後、伝導率はほとんど変化せず、硬度は１０７
〜１１０ＨＶに達する。これは、ＣｕＳｎ０．１５合金
を用いて同一条件下で得られるものと等価である。
の圧下の後、伝導率はほとんど変化せず、硬度は１０７
〜１１０ＨＶに達する。これは、ＣｕＳｎ０．１５合金
を用いて同一条件下で得られるものと等価である。
【００３２】このレベルの加工硬化において、ストリッ
プ状サンプルを、３６０〜４８０℃間の異なる温度で１
０分間アニーリングする。ＣｕＮｉ０．４合金の場合に
おける温度にともなう硬度低下は、ＣｕＳｎ０．１５に
ついて計測されたものと比較される。ＣｕＮｉ０．４合
金の軟化点は、ＣｕＳｎ０．１５合金のものが４４０℃
程度である場合、４６０℃よりも高い。
プ状サンプルを、３６０〜４８０℃間の異なる温度で１
０分間アニーリングする。ＣｕＮｉ０．４合金の場合に
おける温度にともなう硬度低下は、ＣｕＳｎ０．１５に
ついて計測されたものと比較される。ＣｕＮｉ０．４合
金の軟化点は、ＣｕＳｎ０．１５合金のものが４４０℃
程度である場合、４６０℃よりも高い。
【００３３】実施例２ 本実施例による新規な合金は、下記に述べるようにして
作成された。高純度の銅をチャネル型誘導炉において溶
融する。合金成分は、純ニッケル、リン化銅８５−１５
および金属シリコンの形で所望の組成が得られるまで導
入される。その後、溶融物を、チャコールカバーの下
で、同じ温度（約１２００℃）に維持する。広範囲の各
種合金を得るために、組成を少しずつ変更する。ビレッ
トを浴から取り出し、新規な組成物の各々について鋳造
（直径２５ｍｍ、高さ４０ｍｍ）する。この実施例のた
めに作成した各合金の組成は、下記の表２に示される範
囲内にある。
作成された。高純度の銅をチャネル型誘導炉において溶
融する。合金成分は、純ニッケル、リン化銅８５−１５
および金属シリコンの形で所望の組成が得られるまで導
入される。その後、溶融物を、チャコールカバーの下
で、同じ温度（約１２００℃）に維持する。広範囲の各
種合金を得るために、組成を少しずつ変更する。ビレッ
トを浴から取り出し、新規な組成物の各々について鋳造
（直径２５ｍｍ、高さ４０ｍｍ）する。この実施例のた
めに作成した各合金の組成は、下記の表２に示される範
囲内にある。
【００３４】
【表２】
【００３５】各ビレットは、８５０℃で１時間維持し、
次いで水中で急冷硬化することにより均質化される。こ
の状態において、これらは、液圧プレス中での圧縮によ
り７０％（高さの縮減）以上変形される。その後、これ
らは、各合金について、最高伝導率が得られるようにア
ニーリングされる。
次いで水中で急冷硬化することにより均質化される。こ
の状態において、これらは、液圧プレス中での圧縮によ
り７０％（高さの縮減）以上変形される。その後、これ
らは、各合金について、最高伝導率が得られるようにア
ニーリングされる。
【００３６】そして、これら伝導率の測定値と合金の組
成とのあいだに相関が確立された。この相関はまた、実
施例１に示した、前述の特徴づけをも考慮に入れてい
る。
成とのあいだに相関が確立された。この相関はまた、実
施例１に示した、前述の特徴づけをも考慮に入れてい
る。
【００３７】そこで、その他の添加成分のない純粋の銅
ニッケルリン合金の場合において、ニッケルおよびリン
含有量の平面において等伝導率線を描くことができる。
その結果を図２に示す。
ニッケルリン合金の場合において、ニッケルおよびリン
含有量の平面において等伝導率線を描くことができる。
その結果を図２に示す。
【図１】４２５℃における温度復旧力を示す図である。
【図２】純粋なＣｕＮｉＰ合金のニッケルおよびリンの
含有量の関数としての伝導率を示す図である。
含有量の関数としての伝導率を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 電子回路構成素子において、高温でろう
付け、接着、および／または、圧着される支持体の製造
のための、重量パーセントで、０．１〜１％のニッケル
および０．００５〜０．１％のリンを含み、残部を銅ま
たは主に銅とした銅合金の使用。 - 【請求項２】 請求項１記載の使用において、前記合金
はＮｉαＰβの微細析出物を含むこと。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の使用において、
前記合金は０．１％以下の鉄を含むこと。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の使用
において、前記合金は０．５％以下の亜鉛を含むこと。
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