JPH11323464A - 耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金および銅合金薄板 - Google Patents
耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金および銅合金薄板Info
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- JPH11323464A JPH11323464A JP4432299A JP4432299A JPH11323464A JP H11323464 A JPH11323464 A JP H11323464A JP 4432299 A JP4432299 A JP 4432299A JP 4432299 A JP4432299 A JP 4432299A JP H11323464 A JPH11323464 A JP H11323464A
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Abstract
た銅合金および銅合金薄板を提供する。 【解決手段】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.0005〜0.02重量%を含有し、さ
らに、Al、Be、Ca、Cr、MgおよびSiの内の
1種または2種以上:0.0007〜0.5重量%を含
有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成を有
する銅合金であって、この銅合金に含まれるNb、T
i、Zr、Ta、Hf、W、VおよびMoの内の1種ま
たは2種以上の含有量を合計で0.01重量%未満に制
限したことを特徴とする。
Description
て金型摩耗が少ない特性(以下、この特性を耐打抜き金
型摩耗性という)の銅合金、または耐打抜き金型摩耗性
および樹脂密着性に優れた銅合金および銅合金薄板に関
するものである。
用リードフレーム、各種電気・電子部品の端子またはコ
ネクタは、銅合金薄板を切断して条とし、これを打抜き
加工、プレス加工、、曲げ加工などの金属加工を施すこ
とにより作製される。得られたリードフレームは半導体
装置において、多くの場合、熱硬化性樹脂で樹脂パッケ
ージされた状態で使用され、さらに端子またはコネクタ
も熱硬化性樹脂で樹脂パッケージされた状態で使用され
ることが多い。
る半導体装置のリードフレームを製造するための銅合金
薄板として、Fe:0.05〜3.5重量%、P:0.
01〜0.4重量%を含有し、残りがCuおよび不可避
不純物からなる組成を有する銅合金薄板、Fe:0.0
5〜3.5重量%、P:0.01〜0.4重量%、Z
n:0.05〜5重量%およびSn:0.05〜5重量
%の内の1種または2種を含有し、残りがCuおよび不
可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、Fe:
0.05〜3.5重量%、P:0.01〜0.4重量%
を含有し、さらにMg、Co、Pb、Zr、Cr、P
b,Mn、Al、Ni、Si、InおよびBの内の1種
または2種以上を総量で0.01〜2重量%を含有し、
残りがCuおよび不可避不純物からなる組成を有する銅
合金薄板、Fe:0.05〜3.5重量%、P:0.0
1〜0.4重量%、Zn:0.05〜5重量%およびS
n:0.05〜5重量%の内の1種または2種を含有
し、さらにMg、Co、Pb、Zr、Cr、Mn、A
l、Ni、Si、InおよびBの内の1種または2種以
上を総量で0.01〜2重量%を含有し、残りがCuお
よび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板、な
どが知られている(特開平9−296237号公報参
照)。
どの半導体装置用リードフレームは、そのピン数が20
0ピン以上のものが多く造られるようになり、そのピン
の間隔も益々狭ピッチ化しており、さらに各種電気・電
子部品の高性能化に伴って小型化、薄型化した高精度の
端子またはコネクタが数多く使用されるようになってき
た。これら小型化、薄型化した高精度の端子またはコネ
クタを作製するには、打抜き加工材の寸法精度、バリの
大きさが非常に重要な要素の1つになっている。打抜き
加工に際して加工材の打抜き加工性が悪いと、金型が短
時間の使用で摩耗し、金型が摩耗すると寸法精度が悪く
なり大きなバリが発生するからである。従来の銅合金薄
板はこれを打抜き加工すると、金型の摩耗が激しく、短
時間の使用で金型を交換しなければならなくなってコス
トがかかり、コスト削減のためには一層耐打抜き金型摩
耗性に優れた銅合金薄板が求められていた。
は約200℃あるいはそれ以上の温度でダイボンディン
グやワイヤボンディングが行われ、その後、それを外部
環境から保護するために樹脂パッケージが行われてい
る。この樹脂パッケージのモールディングは160℃以
上の温度で行われるが、樹脂とリードフレームとの密着
性が悪いと、樹脂とリードフレームの間に剥離が起こ
り、剥離を起こしたデバイスでは水分の吸湿が起こり、
後工程のリフローはんだめっきの際に、水分の蒸気圧に
よってパッケージが破壊されることがあり、近年の厳し
い信頼性要求に応じることができなかった。
題を解決すべく研究を行っていたところ、(a)半導体
装置用リードフレーム、各種電気・電子部品の端子また
はコネクタを製造するための銅にFe、Zn、Pを含む
Fe−Zn−P系銅合金において、炭素および炭化物が
耐打抜き金型摩耗性に大きく影響を及ぼし、特に従来の
Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.008〜0.0
8重量%、Zn:0.01〜0.50重量%を含有し、
残りがCuおよび不可避不純物からなる組成を有するF
e−Zn−P系銅合金に、C:0.0005〜0.02
重量%(好ましくは、C:0.001〜0.02重量
%)を添加すると、耐打抜き金型摩耗性が従来よりも一
層向上する、(b)前記(a)に記載のFe:1.5〜
2.4重量%、P:0.008〜0.08重量%、Z
n:0.01〜0.50重量%を含有し、さらにC:
0.0005〜0.02重量%を含有し、残りがCuお
よび不可避不純物からなる組成を有した耐打抜き金型摩
耗性に優れたFe−Zn−P系銅合金に、さらにAl、
Be、Ca、Cr、MgおよびSiの内の1種または2
種以上を合計で0.0007〜0.5重量%添加すると
樹脂密着性が従来よりも一層向上する、(c)前記A
l、Be、Ca、Cr、MgおよびSiの内の1種をそ
れぞれ0.0007〜0.5重量%添加すると樹脂密着
性が一層向上するが、その中でもMgおよびSiを添加
することが最も好ましく、MgおよびSiの場合はM
g:0.0007〜0.5重量%およびSi:0.00
07〜0.5重量%をそれぞれ単独で添加しても、また
Mg:0.0007〜0.5重量%およびSi:0.0
007〜0.5重量%を共存させても良い。(d)前記
(a)〜(c)のC:0.0005〜0.02重量%
(好ましくは、C:0.001〜0.02重量%)を添
加したFe−Zn−P系銅合金に、Nb、Ti、Zr、
Ta、Hf、W、VおよびMo(以下、これらの元素を
炭化物形成元素と総称する)の内の1種または2種以上
を合計で0.01重量%以上含有すると、炭素添加によ
る耐打抜き金型摩耗性を向上させる作用を軽減させると
ころから、炭化物形成元素の含有量は合計で0.01重
量%未満に制限することが好ましい、などの知見を得た
のである。
れたものであって、(1)Fe:1.5〜2.4重量
%、P:0.008〜0.08重量%、Zn:0.01
〜0.50重量%、C:0.0005〜0.02重量%
を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
を有する耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金、(2)F
e:1.5〜2.4重量%、P:0.008〜0.08
重量%、Zn:0.01〜0.50重量%、C:0.0
01〜0.02重量%を含有し、残りがCuおよび不可
避不純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性に優
れた銅合金、(3)前記(1)または(2)記載の銅合
金において、Nb、Ti、Zr、Ta、Hf、W、Vお
よびMoの内の1種または2種以上の含有量を合計で
0.01重量%未満に制限した耐打抜き金型摩耗性に優
れた銅合金、に特徴を有するものである。
含有する耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金に、さらに
Al、Be、Ca、Cr、MgおよびSiの内の1種を
それぞれ単独でAl:0.0007〜0.5重量%、C
a:0.0007〜0.5重量%、Be:0.0007
〜0.5重量%、Cr:0.0007〜0.5重量%、
Mg:0.0007〜0.5重量%またはSi:0.0
007〜0.5重量%を添加すると樹脂密着性が向上す
る。さらにAl、Be、Ca、Cr、MgおよびSiの
内の2種以上を合計で0.0007〜0.5重量%を含
有しても良い。Al、Be、Ca、Cr、MgおよびS
iの中でもMgおよびSiを添加することが好ましく、
Mg:0.0007〜0.5重量%、Si:0.000
7〜0.5重量%をそれぞれ単独で含有ことが好まし
い。しかし、MgおよびSiの場合はMg:0.000
7〜0.5重量%およびSi:0.0007〜0.5重
量%を共存させることができる。
1.5〜2.4重量%、P:0.008〜0.08重量
%、Zn:0.01〜0.50重量%、C:0.000
5〜0.02重量%を含有し、さらに、Al、Be、C
a、Cr、MgおよびSiの内の1種または2種以上を
合計で0.0007〜0.5重量%を含有し、残りがC
uおよび不可避不純物からなる組成を有する耐打抜き金
型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、(5)F
e:1.5〜2.4重量%、P:0.008〜0.08
重量%、Zn:0.01〜0.50重量%、C:0.0
005〜0.02重量%を含有し、さらに、Mg:0.
0007〜0.5重量%、を含有し、残りがCuおよび
不可避不純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性
および樹脂密着性に優れた銅合金、(6)Fe:1.5
〜2.4重量%、P:0.008〜0.08重量%、Z
n:0.01〜0.50重量%、C:0.0005〜
0.02重量%を含有し、さらに、Si:0.0007
〜0.5重量%、を含有し、残りがCuおよび不可避不
純物からなる組成を有する耐打抜き金型摩耗性および樹
脂密着性に優れた銅合金、(7)Fe:1.5〜2.4
重量%、P:0.008〜0.08重量%、Zn:0.
01〜0.50重量%、C:0.0005〜0.02重
量%を含有し、さらに、Mg:0.0007〜0.5重
量%、Si:0.0007〜0.5重量%、を含有し、
残りがCuおよび不可避不純物からなる組成を有する耐
打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、
(8)前記(4)、(5)、(6)または(7)記載の
銅合金において、C含有量は0.001〜0.02重量
%である耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた
銅合金、(9)前記(4)、(5)、(6)、(7)ま
たは(8)記載の銅合金において、Nb、Ti、Zr、
Ta、Hf、W、VおよびMoの内の1種または2種以
上の含有量を合計で0.01重量%未満に制限した耐打
抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金、に特
徴を有するものである。
(5)、(6)、(7)、(8)または(9)記載の銅
合金は、薄板として使用される。したがって、この発明
は、前記(1)、(2)、(3)(4)、(5)、
(6)、(7)、(8)または(9)記載の銅合金から
なる銅合金薄板、に特徴を有するものである。
密着性に優れた銅合金およびその薄板は、まず、高純度
電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるいは銅合
金、Cu−Zn母合金およびCu−P母合金を用意し、
これら原料を還元性雰囲気の誘導溶解炉を用いて黒鉛製
坩堝の中で溶湯表面を黒鉛製の固形物で覆いながら溶解
し、得られた溶湯に必要に応じてCuと各元素を含む母
合金をAl、Be、Ca、Cr、MgおよびSiの内の
1種または2種以上:0.0007〜0.5重量%とな
るように添加し、最後にFe−C母合金を添加して成分
調整した後、黒鉛製モールドに半連続鋳造して銅合金鋳
塊を製造し、この銅合金鋳塊を還元性雰囲気中、温度:
750〜980℃で焼鈍後熱間圧延し、水冷したのち面
削し、その後、40〜80%の冷間圧延と400〜65
0℃の中間焼鈍を繰り返し行い、最終冷間圧延し、25
0〜350℃の歪み取り焼鈍などを施して薄板とするこ
とにより製造する。
たは耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合
金の成分組成を上記のごとく限定した理由について説明
する。 (a)Fe Feは、Cuの素地に固溶すると共にPと化合物を造
り、強度および硬さを向上させる作用があるが、その含
有量が1.5重量%未満ではその効果が十分でなく、一
方、2.4重量%を越えて含有すると、表面欠陥に基づ
くめっき性が著しく低下し、さらに導電率および加工性
の低下をもたらすので好ましくない。したがって、Fe
の含有量は、1.5〜2.4重量%に定めた。一層好ま
しい範囲は、1.8〜2.3重量%である。
度を向上させる作用があるが、0.008重量%未満で
はその効果が十分でなく、一方、0.08重量%を越え
て含有すると導電率および加工性の低下をもたらすとこ
ろから、Pの含有量は0.008〜0.08重量%に定
めた。一層好ましい範囲は、0.01〜0.05重量%
である。
させる作用があるが、その含有量が0.01重量%未満
ではその効果が十分でなく、一方、0.50重量%を越
えて含有してもその効果が飽和するところから、Znの
含有量は0.01〜0.50重量%に定めた。一層好ま
しい範囲は、0.05〜0.35重量%である。
微量に含まれることにより、結晶粒を微細化させ、熱間
圧延工程での粒界割れを抑制する作用があり、さらに耐
打抜き金型摩耗性を向上させる作用があるが、その含有
量が0.0005重量%未満ではその効果が十分でな
く、一方、0.02重量%を越えて含有すると、熱間圧
延工程での粒界割れを発生させるので好ましくない。し
たがって、C含有量は、0.0005〜0.02重量%
に定めた。一層好ましい範囲は、0.001〜0.02
重量%であり、さらに一層好ましい範囲は、0.001
〜0.008重量%である。
びSi これら成分は脱酸作用を有し、溶湯表面に酸化防止膜を
生成させてCの消耗を抑える作用があり、さらにFe−
Zn−P系銅合金の樹脂密着性を向上させる作用を有す
るところから、必要に応じて添加するが、Al、Be、
Ca、Cr、MgおよびSiの内の1種または2種以上
が合計で0.0007重量%未満ではその効果が十分で
なく、一方、0.5重量%を越えて含有すると、導電率
が低下すると共に、大きな酸化物や析出物が生成しやす
くなり、さらに表面の清浄性を損なうようになるので好
ましくない。したがって、これら成分の含有量は、0.
0007〜0.5重量%に定めた。一層好ましい範囲は
0.001〜0.15重量%である。これら成分の内で
もMg、Siが最も好ましく、つぎにBe、そのつぎに
Al、Ca、Crが好ましい。
r、Ta、Hf、W、VおよびMo)これら成分は炭化
物を生成し易い元素であるところから、これらの含有量
を規制しないと溶湯中のCと反応して硬い炭化物を形成
するためにCの耐打抜き金型摩耗性を向上させる作用を
消失してしまうことになる。したがって炭化物形成成分
の内の1種または2種以上の含有量を合計で0.01重
量%未満(より好ましくは0.001重量%未満)に制
限した。
%まで、Sb、Bi、Pbは最大0.03重量%まで含
まれていてもこの発明の趣旨を損なうものではない。
鉄合金あるいは銅合金、Cu−Zn母合金、Cu−P母
合金、Fe−C母合金および純鉄を用意し、まず、前記
高純度電気銅、炭化物形成元素を含有する鉄合金あるい
は銅合金および純鉄をCO+N2 ガス雰囲気にてコアレ
スタイプの誘導溶解炉を用い、黒鉛製坩堝の中で溶湯表
面を黒鉛製の固形物で覆いながら溶解し、続いて、Cu
−P母合金を添加して脱酸を行い、Cu−Zn母合金を
添加し、さらにFe−C母合金を添加することによって
成分調整した後、得られた溶湯を黒鉛製ノズルおよび黒
鉛製モールドを用いて厚さ:160mm、幅:450m
m、長さ:1600mmの鋳塊を鋳造し、表1〜表3に
示される成分組成を有する本発明銅合金1〜16、比較
銅合金1〜3および従来銅合金1の鋳塊を製造した。
1〜3および従来銅合金1の鋳塊を860℃で熱間圧延
して厚さ:11mmの熱延板とし、ついで水冷後、熱延
板の上下両面を厚さ:0.5mmづつ両側端面を0.5
mmづつ面削して厚さ:10mmとし、これに圧延率:
84%の冷間圧延を施して厚さ:1.60mmの冷延板
とし、さらに温度:530℃に1時間保持の中間焼鈍と
圧延率:69%の冷間圧延を施して厚さ:0.50mm
の冷延板とし、引続いて温度:460〜500℃の範囲
内の所定の温度に1時間保持の中間焼鈍を施した後、酸
洗を加え、さらに圧延率:50%の冷間圧延を施して厚
さ:0.25mmの冷間圧延板とし、最終的に300
℃、2分間保持の歪み取り焼鈍を施すことにより本発明
銅合金1〜16、比較銅合金1〜3および従来銅合金1
からなる薄板条を作製した。
金1〜3および従来銅合金1からなる薄板条を小型ダイ
イングマシン装置(能率機械製 LEM3201型)を
用い、金型は市販のCo:16重量%、WC:残りから
なる組成を有するWC超硬合金製のものを用い、厚さ:
0.25mm、幅:25mmのCu合金条を連続打抜き
加工により直径:5mmの円形チップを100万個打抜
き、打抜き加工開始から20個の穴径と100万個打抜
き加工終了直前の20個の穴径をそれぞれ測定し、それ
ぞれの20個の穴径の平均値から変化量を求めて金型の
摩耗量とし、表3の従来銅合金1の金型の摩耗量を1と
してこれに対する相対値として表わした値を表1〜表2
に示し、耐打抜き金型摩耗性を評価した。
合金1〜16からなる薄板は、いずれも従来銅合金1か
らなる薄板よりも耐打抜き金型摩耗性に優れていること
が分かる。さらにC含有量が0.0005%未満の比較
銅合金1および炭化物形成元素の合計が0.01%以上
の比較銅合金3はいずれも耐打抜き金型摩耗性が十分で
なく、またC含有量が0.02%を越えて含有する比較
銅合金2は熱間圧延時に粒界割れが発生するので好まし
くないことが分かる。
組成に近い溶湯を溶製し、続いてAl、Be、Ca、C
r、MgおよびSiの内の1種または2種以上をCuと
各元素を含む各種の母合金の形で添加して溶湯表面に酸
化防止膜を生成させた後、Fe−C母合金を添加するこ
とにより表4〜表7に示される成分組成の本発明銅合金
17〜38、比較銅合金4〜6および従来銅合金2を作
製した。これら本発明銅合金17〜38、比較銅合金4
〜6および従来銅合金2を実施例1と同様にして厚さ:
0.25mmの冷間圧延板とし、最終的に300℃、2
分間保持の歪み取り焼鈍を施すことにより本発明銅合金
17〜38、比較銅合金4〜6および従来銅合金2から
なる薄板条を作製した。
て表8の従来銅合金2の金型の摩耗量を1としてこれに
対する相対値として表わした値を表8〜表9に示し、耐
打抜き金型摩耗性を評価した。
合金4〜6および従来銅合金2からなる薄板条を25m
m×150mmの寸法に切断して図1に示される合金試
験片1を作製した。
るように、スタッド3を有する接着面積:1.0cm2
の円錐台状のエポキシ樹脂2(住友ベークライト製、E
ME−6300H)を6個モールディング接着し、その
後175℃に8時間保持してキュアーすることによりテ
ストピースを作製した。このテストピースのスタッド3
を引張り試験機で引っ張ることにより合金試験片1とエ
ポキシ樹脂2との密着強度を測定し、その平均値を表8
〜表9に示し、本発明銅合金17〜38、比較銅合金4
〜6および従来銅合金2からなる薄板条に対する樹脂密
着性を評価した。
0005〜0.02重量%含有し、さらにAl、Be、
Ca、Cr、MgおよびSiの内の1種または2種以上
を合計で0.0007〜0.5重量%含む本発明銅合金
17〜38からなる薄板条は、従来銅合金2からなる薄
板条よりも耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れ
ていることがわかる。さらにC含有量が0.0005%
未満の比較銅合金4、並びに炭化物形成元素の合計が
0.01%以上の比較銅合金6はいずれも耐打抜き金型
摩耗性が十分でないことがわかる。またC含有量が0.
02%を越えて含有する比較銅合金5は熱延時に粒界割
れが発生するので好ましくないことが分かる。
摩耗性に優れた銅合金は、従来の銅合金よりも耐打抜き
金型摩耗性に優れており、さらに樹脂密着性にも優れて
いるところから、電子産業の発展に大いに貢献し得るも
のである。
Claims (10)
- 【請求項1】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.0005〜0.02重量%を含有し、残
りがCuおよび不可避不純物からなる組成を有すること
を特徴とする耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金。 - 【請求項2】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.001〜0.02重量%を含有し、残り
がCuおよび不可避不純物からなる組成を有することを
特徴とする耐打抜き金型摩耗性に優れた銅合金。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の銅合金におい
て、Nb、Ti、Zr、Ta、Hf、W、VおよびMo
の内の1種または2種以上の含有量を合計で0.01重
量%未満に制限したことを特徴とする耐打抜き金型摩耗
性に優れた銅合金。 - 【請求項4】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.0005〜0.02重量%を含有し、さ
らに、 Al、Be、Ca、Cr、MgおよびSiの内の1種ま
たは2種以上を合計で0.0007〜0.5重量%を含
有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成を有
することを特徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密
着性に優れた銅合金。 - 【請求項5】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.0005〜0.02重量%を含有し、さ
らに、 Mg:0.0007〜0.5重量%、を含有し、残りが
Cuおよび不可避不純物からなる組成を有することを特
徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた
銅合金。 - 【請求項6】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.0005〜0.02重量%を含有し、さ
らに、 Si:0.0007〜0.5重量%、を含有し、残りが
Cuおよび不可避不純物からなる組成を有することを特
徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた
銅合金。 - 【請求項7】 Fe:1.5〜2.4重量%、P:0.
008〜0.08重量%、Zn:0.01〜0.50重
量%、C:0.0005〜0.02重量%を含有し、さ
らに、 Mg:0.0007〜0.5重量%、 Si:0.0007〜0.5重量%、を含有し、残りが
Cuおよび不可避不純物からなる組成を有することを特
徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた
銅合金。 - 【請求項8】 請求項4、5、6または7記載の銅合金
において、C含有量は0.001〜0.02重量%であ
ることを特徴とする耐打抜き金型摩耗性および樹脂密着
性に優れた銅合金。 - 【請求項9】 請求項4、5、6、7または8記載の銅
合金において、Nb、Ti、Zr、Ta、Hf、W、V
およびMoの内の1種または2種以上の含有量を合計で
0.01重量%未満に制限したことを特徴とする耐打抜
き金型摩耗性および樹脂密着性に優れた銅合金。 - 【請求項10】 請求項1、2、3、4、5、6、7、
8または9記載の銅合からなる銅合金薄板。
Priority Applications (8)
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