JPH11343527A

JPH11343527A - プレス打ち抜き加工時の熱処理性に優れる高強度、高導電性銅合金

Info

Publication number: JPH11343527A
Application number: JP15088798A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Miwa; 洋介三輪
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-12-14
Anticipated expiration: 2018-06-01
Also published as: JP3344700B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気電子部品用銅合金として要求される特性
を維持しながら、打ち抜き時に発生する残留応力が小さ
く、また、その打ち抜き加工で発生した残留応力が打ち
抜き途中の焼鈍により除去しやすく、さらに、その焼鈍
時に軟化しにくく耐熱性のよい銅合金を得る。【解決手段】Ｆｅ：０．０５〜３．０ｗｔ％、Ｐ：
０．０１〜０．４ｗｔ％、Ｎｉ：０．００１〜０．５ｗ
ｔ％、Ｓｎ：０．００５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：０．０
０５〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１ｗｔ％未満、Ｏ：
１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が
実質的にＣｕと不可避不純物からなる銅合金。さらに、
Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｉｎのうち１種又は２種以上
を合計で０．００１〜０．１ｗｔ％含有できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム、
端子、コネクタなど電気電子部品に用いられる高強度、
高導電性銅合金に関するものであり、より詳しくは、打
抜き加工を含む複数の剪断加工により電気電子部品を製
造する際、剪断加工時に生じた残留応力が焼鈍により容
易に除去でき、しかも軟化しにくい高強度、高導電性銅
合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に上記の各種電気電子部品に
は、強度、伸び、導電性、耐熱性、Ａｇめっき性、Ｓｎ
めっき及びはんだの耐熱剥離性などの特徴を具備するこ
とが要求されている。このことから、これらの特性をも
った、例えばＣ１９４００（Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−
０．０３ｗｔ％Ｐ−０．１ｗｔ％Ｚｎ）やＣ１９２１０
（Ｃｕ−０．１ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ）をはじ
め、その他多くの銅合金がその製造に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、最近の各種電気
電子機器の軽薄短小化及び実装密度の向上要求に対し
て、使用部品の小形化、リード間距離の縮小などが加速
している。そのため、例えばリードフレームのプレスに
よる打ち抜き加工において、打抜き後のリードツイス
ト、リードシフト、リード段差などが小さいことが求め
られている。これらリードの平坦性ともいうべき性能を
確保するため、プレス打ち抜き時の剪断により発生する
残留応力が小さいことが要求されている。

【０００４】また、これとともに発生した残留応力を小
さくする技術も開発された。この技術はリード打ち抜き
に際して、リード側面を打ち抜いて後、リード先端を切
り落とさずに束ねたままの状態で、一度、数秒〜数分間
の短時間熱処理（焼鈍）を行い、リード側面を打ち抜い
た時に生じた残留応力を逃がし、続いて、残留応力が小
さくなった時点でリード先端部を切り落とし、平坦性を
確保するという技術である。この技術を適用する場合、
打ち抜き加工途中の焼鈍により残留応力の除去が容易に
行われると同時に、リードフレーム材料自身を軟化させ
ないことが必要である。材料自身の軟化が生じた場合に
は、この後のリード先端部の切り落としの際に強度が足
りずに変形したり、たとえリードフレームに加工できた
としても、その後のＩＣ組立工程で変形しやすく取り扱
いが困難になり、生産性の低下につながってしまう。従
って、プレス打ち抜きにより発生する残留応力が小さ
く、打ち抜き加工途中の焼鈍により残留応力の除去が容
易に行われ、また、この焼鈍時に材料自身の軟化が起こ
りにくい材料が必要とされている。

【０００５】最近では、特開平２−１１１８２９号公報
において、Ｆｅ及びＳｎ並びにＰ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｓｂ、
Ｉｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇのうちの１種以上を含む
組成とし、かつＦｅ析出物のサイズを制御した、耐熱性
に富むリードフレーム用銅合金が提案されている。ま
た、特許第２６７３９６７号公報では、Ｆｅ、Ｐ、Ｚ
ｎ、Ｍｇ、Ｓｎの組成を制御した、高強度を有する半導
体装置のＣｕ合金製リードフレーム材が提案されてい
る。しかしながら、特開平２−１１１８２９号公報に
は、その銅合金が耐熱性に富むことは記載されている
が、強度、導電性、打ち抜き時の残留応力、さらには、
打ち抜き加工により発生した残留応力の除去のしやすさ
といった特性については全く触れられていない。また、
特許第２６７３９６７号公報では、その銅合金が高強
度、高導電性及び耐熱性を有することが記載されている
が、やはり、打ち抜き時の残留応力、打ち抜き加工によ
り発生した残留応力の除去のしやすさといった特性につ
いては全く触れられていない。

【０００６】本発明は、リードフレーム、端子、コネク
タなど電気電子部品用銅合金として要求される強度、導
電率、はんだ付け性、めっき性などの特性を通常の銅合
金以上に維持しながら、打ち抜き時に発生する残留応力
が小さく、また、その打ち抜き加工で発生した残留応力
が打ち抜き途中の焼鈍により除去しやすく、さらに、そ
の焼鈍時に軟化しにくく耐熱性のよい銅合金を得ること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度、高
導電性銅合金は、Ｆｅ：０．０５〜３．０ｗｔ％、Ｐ：
０．０１〜０．４ｗｔ％、Ｎｉ：０．００１〜０．５ｗ
ｔ％、Ｓｎ：０．００５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：０．０
０５〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１ｗｔ％未満、Ｏ：
１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が
実質的にＣｕと不可避不純物であることを特徴とする。
この銅合金は、さらに、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｉｎ
のうち１種又は２種以上を合計で０．００１〜０．１ｗ
ｔ％、含有することができる。上記の銅合金において、
不可避不純物として、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃａ、Ａｇ、Ｃｄ、
Ｂｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓ、Ｃ、Ｎｂ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐ
ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、
Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００５ｗｔ％以下に
制限されていることが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明合金において成分を
上記の通りに限定した理由を以下に説明する。＜Ｆｅ＞Ｆｅには、Ｐとの化合物を形成し合金中に析出
したり、Ｆｅ単体で合金中に析出することで、合金の強
度及び耐熱性を確保する作用がある。しかし、その含有
量が０．０５ｗｔ％未満であると所望の強度及び耐熱性
が得られず、一方、３．０ｗｔ％を越える割合で含有さ
せると合金中に粗大なＦｅ析出物が形成されるようにな
り、熱間圧延時の加工性が低下すると共に、製品の曲げ
加工性及び導電率の低下が著しくなり、好ましくない。
従って、Ｆｅ含有量は０．０５〜３．０ｗｔ％とする。

【０００９】＜Ｐ＞ＰはＦｅとの化合物を生成し、合金
中に析出して強度及び耐熱性を向上させる。また後述す
るＮｉとの化合物も生成し、合金中に析出して剪断加工
性を向上させる。Ｐの含有量が０．０１ｗｔ％未満の場
合は、化合物の析出が不十分であるため、所望の強度、
耐熱性並びに剪断加工性が得られない。一方、Ｐの含有
量が０．４ｗｔ％を越える場合には、熱間加工時の加工
性が低下するとともに導電率の低下が生じるため、好ま
しくない。従って、Ｐの含有量は０．０１〜０．４ｗｔ
％とする。

【００１０】＜Ｎｉ＞ＮｉはＰとの化合物を生成し、合
金中に析出して剪断加工性を向上させ、結果、プレス打
ち抜き加工時に生じる残留応力を小さくする。この化合
物が合金中に分散されていると、母材との金属学的な連
続性がないため剪断加工時に応力を集中的に受けてミク
ロクラックの発生源となり、剪断加工性を著しく向上さ
せ、ひいては残留応力を低く抑えることができる。Ｎｉ
の含有量が０．００１ｗｔ％未満の場合は化合物が非常
に微細にしか析出せず、所望の剪断加工性が得られな
い。一方、Ｎｉの含有量が０．５ｗｔ％を越える場合に
はＮｉ−Ｐの粗大化合物として析出し、剪断加工性の向
上には寄与するものの曲げ加工性が低下する。また、導
電率の低下も生じるため好ましくない。従って、Ｎｉの
含有量は０．００１〜０．５ｗｔ％とする。

【００１１】＜Ｓｎ＞Ｓｎは、合金中に固溶することで
強度を向上させるのみならず、Ｆｅ−Ｐ析出物又はＦｅ
析出物と共存した状態で耐熱性を向上させる。一方、Ｓ
ｎを添加しても残留応力を除去するための処理温度が上
昇することはないので、剪断加工時の残留応力を除去す
るための焼鈍時に、余り軟化させることなく残留応力の
除去を行うことができる。この特性は、Ｓｎの含有量が
０．００５ｗｔ％未満では十分でない。一方、Ｓｎの含
有量が２．０ｗｔ％を超えると導電率の低下が激しく好
ましくない。従って、Ｓｎの含有量は０．００５〜２．
０ｗｔ％とする。＜Ｚｎ＞Ｚｎは銅合金のはんだ及びＳｎめっきの耐熱剥
離性を改善する。しかし、含有量が０．００５ｗｔ％未
満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含有量
が５．０ｗｔ％を越えるとはんだ濡れ性が低下する。ま
た、導電率の低下も激しくなる。従って、Ｚｎの含有量
は０．００５〜５．０ｗｔ％とする。

【００１２】＜Ｓｉ＞Ｓｉは、Ｎｉとの化合物を生成し
合金中に析出する。しかしながら、Ｓｉの含有量が０．
０１ｗｔ％を越えた場合、ＮｉはＳｉとの化合物を形成
するのに使用され、Ｎｉ−Ｐの化合物の形成を阻害して
しまう。結果、Ｎｉ−Ｐの化合物によって得られるはず
の剪断加工性を阻害する。また、導電率の低下も激しい
ため好ましくない。従って、Ｓｉの含有量は０．０１ｗ
ｔ％未満に制限する。そのためには必要に応じて溶湯中
にＯを吹き込み、不純物Ｓｉを浮上させノロと共に除去
するとよい。＜Ｏ＞ＯはＰと反応しやすい。Ｏが１００ｐｐｍを越え
た場合、反応したＰは上述したＮｉとの化合物を形成で
きなくなる。結果、剪断加工性向上の効果が得られな
い。従って、Ｏの含有量は「１００ｐｐｍ以下」とす
る。＜Ｈ量＞Ｈは、Ｏ量が１０ｐｐｍ以上含有されている場
合、Ｈ量が１０ｐｐｍを越えてくると、鋳造時の冷却過
程でＯと結び付いて水蒸気となり、この水蒸気が鋳塊中
にブローホール欠陥を生じてしまう。したがって、Ｈの
含有量は「１０ｐｐｍ以下、好ましくは４ｐｐｍ以下、
さらに好ましくは２ｐｐｍ以下」とする。Ｏ、Ｈの低減
については、必要に応じて溶湯を木炭被覆下でＡｒバブ
リングを行うとよい。

【００１３】＜Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｉｎ＞Ｍｎ、
Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｉｎも、Ｓｎと同様の残留応力除去
と耐熱性の向上効果を示す。０．００１ｗｔ％未満では
その効果が十分でなく、０．１ｗｔ％を超えると導電率
の低下が激しく好ましくない。従って、これらの元素の
含有量は総量で０．００１〜０．１ｗｔ％とする。

【００１４】＜その他＞Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃａ、Ａｇ、Ｃ
ｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓ、Ｃ、Ｎｂ、Ｖ、Ｙ、Ｍ
ｏ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔ
ｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルは、その含有量が合計で
０．００５ｗｔ％を越えた場合、固溶したこれらの原子
がＳｎ原子と転位との相互作用を阻害するためと考えら
れるが、上述したＳｎ原子の耐熱性向上効果を妨げ、剪
断加工時の残留応力を除去するための焼鈍時に、材料を
軟化させることなく残留応力を除去することが難しくな
る。従って、これらの元素の含有量は合計で０．００５
ｗｔ％以下とする。

【００１５】

【実施例】次に、本発明に係る高強度、高導電性銅合金
の実施例について、その比較例及び従来例とともに説明
する。表１〜３に示す組成の銅合金をクリプトル炉にて
木炭被覆下で大気溶解し、ブックモールドに鋳造して５
０ｍｍ×８０ｍｍ×２００ｍｍの鋳塊を作製した。この
鋳塊を約９００℃にて熱間圧延し、直ちに水中急冷し、
厚さ１５ｍｍの熱延材を作製した。この熱延材の表面の
酸化スケールを除去するため、軽く表面切削した後、冷
間圧延−熱処理を１回以上くり返して行った後、冷間圧
延を行い厚さ０．２５ｍｍ、幅６０ｍｍの条を作製し
た。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】得られた条について、下記要領で強度、導
電率、耐熱温度及びはんだ耐熱剥離性を測定するととも
に、プレス打ち抜きテスト、残留応力除去テスト及び曲
げ加工性テストを実施した。その結果を表４〜５に示
す。強度は、条からＪＩＳ５号試験片を加工して引張強
さを測定し、導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に規定されて
いる方法に基づきダブルブリッジを用いて測定した。耐
熱温度は、５分間加熱してＨｖの低下量が加熱前のＨｖ
に対して１０％の時の温度のことである。これを耐熱温
度１とした。はんだ耐熱剥離性は、６Ｓｎ／４Ｐｂはん
だを２４５±５℃×５秒にてはんだ付けした後、１５０
℃のオーブンで１０００Ｈｒまで加熱した。この試験片
を１８０゜曲げ戻しにて加工を加え加工部のはんだが剥
離するか観察した。

【００２０】プレス打ち抜きテストは、まず、図１のよ
うに、（ａ）リードの一方の側をエッチングにより加工
し（斜線部分１をエッチングで抜く・・・・このときは残留
応力はゼロ）、（ｂ）他方の側をプレスにより加工して
（斜線部分２をプレス打ち抜きする・・・・このとき残留応
力が発生）、長さ２０ｍｍ、幅０．３ｍｍ、間隔１ｍｍ
のリード２本（ＡとＢ、ＣとＤ）を先端がつながった状
態に加工し、（ｃ）そのままの状態で先端部をプレスに
より切り落とした（矢印部分３をプレス打ち抜きす
る）。このとき、リードＡとＢ、ＣとＤは、発生した残
留応力に応じて先端の間隔が変化する。変化した量の絶
対値をプレス打ち抜きの剪断加工により生じた残留応力
の指標とした。

【００２１】残留応力除去テストは、プレス打ち抜きテ
ストの図１（ｂ）の状態、つまり先端がつながったまま
の状態で３００〜５００℃×５分の焼鈍を行い、この
後、（ｃ）のように先端部をプレスにより切り落とし
た。切り落とした際、リードは、焼鈍で除去できなかっ
た残留応力に応じて先端の間隔が変化する。この間隔を
焼鈍温度に対してプロットし先端間隔の変化量が３０μ
ｍ以下となる最低温度を求めた。これを耐熱温度２とし
た。なお、この耐熱温度２と前記耐熱温度１とを比較
し、その差を剪断加工により発生する残留応力の除去の
しやすさの指標にできる。つまり、耐熱温度１が耐熱温
度２より高いほど、残留応力の除去がやりやすい。曲げ
加工テストは、ＪＩＳ−Ｈ３１３０の方法で板厚と同等
の曲げ半径を有するＷ型の曲げ治具を用いてＷ曲げ加工
した。加工後のＷ曲げ部を目視で観察し、クラックの有
無で加工性を評価した。

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】

【表６】

【００２５】表４より、本発明の規定範囲内に入るＮ
ｏ．１〜１０の合金は、強度、導電率、耐熱温度、曲げ
加工性など電気電子部品が要求する特性を具備した上
で、剪断加工性が優れ（残留応力が小さい）、また、耐
熱温度１が耐熱温度２より高く、残留応力の除去が行い
やすい。一方、表５〜６をみると、比較例Ｎｏ．１１〜
２５は材料調整ができていないか、いずれかの特性が劣
ることがわかる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、リードフレーム、端
子、コネクタなどの電気・電子部品用銅合金として要求
される強度、導電率、はんだ付け性、めっき性、曲げ加
工性などの特性を通常の銅合金以上に維持しながら、打
ち抜き時に発生する残留応力が小さく、また、その打ち
抜き加工で発生した残留応力が打ち抜き途中の焼鈍によ
り除去しやすく、さらに、その焼鈍時に軟化しにくく耐
熱性のよい銅合金を得ることができる。従って、各種電
気電子機器の微細化による寸法精度に対する厳しい要求
に対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プレス打ち抜きテストの手順を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１エッチングで抜いた箇所２、３プレス打ち抜きした箇所Ａ〜Ｄリード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ：０．０５〜３．０ｗｔ％、Ｐ：
０．０１〜０．４ｗｔ％、Ｎｉ：０．００１〜０．５ｗ
ｔ％、Ｓｎ：０．００５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：０．０
０５〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１ｗｔ％未満、Ｏ：
１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が
実質的にＣｕと不可避不純物であることを特徴とするプ
レス打ち抜き加工時の熱処理性に優れる高強度、高導電
性銅合金。
【請求項２】さらに、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｉｎ
のうち１種又は２種以上を合計で０．００１〜０．１ｗ
ｔ％含有することを特徴とする請求項１に記載されたプ
レス打ち抜き加工時の熱処理性に優れる高強度、高導電
性銅合金。
【請求項３】Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃａ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、
Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓ
ｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓ、Ｃ、Ｎｂ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｇ
ａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、
ミッシュメタルの合計が０．００５ｗｔ％以下であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載されたプレス打ち
抜き加工時の熱処理性に優れる高強度、高導電性銅合
金。