JPS5893860A - 高力高導電性銅合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、強度が高く、加工性に優れ、導電率が高く、
且つ耐熱性に優れているクロム、錫含有銅合金材の製造
方法の改良に関し、工０用リードフレーム材として用い
て好適な銅合金材に関する。

近年、半導体回路の集積度の向上、電流容量の大きいＩ
Ｃの出現、省資源によるリードフレームの薄肉化などの
趨勢に伴ない、従来にも増して高強度、易加工性、高導
電率、高耐熱性といった面で、リードフレーム材として
の銅合金材の材質に対する要請が強くなってきている。

具体的には、引張強度！；Ｏｋｇ／ｒａｍ以上、破断伸
び７％以上、導電率ざ０％工、’Ａ、　Ｏ，Ｓ、以上と
いった条件をいずれも満足する材料が最適であるとされ
る。

従来、リードフレーム材としての合金材としてＯＤＡ　
（米国銅開発協会）合金１９’ｌ、’）ン青銅、錫入り
耐熱鋼、銅−クロム合金、銅−クロム−錫合金などがあ
る。しかしながら、これらのうちＯＤＡ合金７９り、リ
ン青銅、錫入り耐熱鋼はいずれも、上記条件をすべて満
足するものではない。

即ち、ＯＤＡ合金／ｌは１．引張強度ｌＩ５に９／■２
、破断伸びｌＩ％、導電率６ｓ％工、　Ａ、　Ｏ，Ｓ、
であり、３特性をいずれも充分満足しない。リン青銅は
上記特性が夫々！；！；に９／ｌＫｍ　、１％、ｉｓ％
Ｘ、　Ａ、　Ｃ，Ｓ。

であり、強度と伸びの両特性は満足するが、導電率が非
常に低い。更に錫入り耐熱鋼は同様の上記特性が夫ｈ　
３ｇｋｉ／ＩＩＩｍ　Ｓ’Ｉ　％、ｇｌＩ％１．　Ａ、
　Ｏ，Ｓ、であり、導電率は満足するが、他の強度と伸
びは充分でない。

次に、例えばクロムＳ重量％程度以下の銅−りロム合金
やその改良型であるクロム７重量％以下、錫０．３０−
０．９３重量％含有する銅−クロム−錫合金などは、銅
に高温で固溶するが低温では殆んど固溶しないクロムを
添加し、高温で溶体化処理後急冷し、引き続いて時効処
理を施し、銅基地中に添旭元素を時効析出させることに
よって、上記条件をいずれも満足させ得るが、このよう
な特性を満足する銅−クロム合金や銅−クロム−錫合金
などを得るには、該合金鋳塊を直接または熱間加工工程
を経た後、通常１０ＯＯＣ前後の充分な高温で溶体化処
理をした後急冷し、更に時効硬化処理をする必要がある
。この溶体化処理は、これを大気中で行なうと材料表面
更には材料内部での酸化反応が激しいため、この処理を
非酸化゛性雰囲気で行なう必要があり、製造コストが上
昇するのみならず、大型素材を溶体化処理する場合には
、その処理をした後の急冷処理によって素材の全体に均
一で大きな焼入れ効果を与える”ことができず１前記諸
特性を満足する均質な素材を製造することは極めて困難
となる。

そこで、この銅−クロム合金や銅−クロム−錫合金など
の製造法の改良として本発明者等が開発した「集積回路
用導体合金及びその製造法」　（特開昭ｋＡ　−ｔ！９
！；Ａ号）がある。即ちこの方法は、銅−クロム合金等
に錫等の元素を添加した合金を溶融し、これを急冷鋳造
することによって微細なりロム等の析出相が均一に分散
した組織の鋳造材を得、途中溶体化処理や時効処理を行
なわないで、冷間加工と焼鈍の工程のみで共晶分散強化
型の合金としたものである。しかしながら、例えば大型
鋳塊をこの急冷鋳造の方法によって製造する場合、該鋳
塊に均一な上記共晶分散組織を与えるような冷却速度を
得ることは工業的に困難であり、リードフレームのよう
、な安価な量産品として供給される必要のある材料の製
造には、この方法は用いられていない。

結局、銅−クロム合金や銅−クロム−錫合金等は、上記
公知の製造方法がコスト高をもたらしたり、素材の形状
寸法に小型という厳しい制約を付加させるため、コスト
高に甘んじたり、試作や研究程度の小規模の限られた製
造以外には適用が難しい。

本発明者等は、上述のような観点から、■Ｃ用リードフ
レーム材に要求される緒特性を満足に備えた材料を得る
べく、特に上記公知の銅−クロム合金に着目し研究を行
なった結果、次のような知見を得た。即ち通常の銅−ク
ロム合金（クロム：０、ｇ３〜Ｏ１ざり重量％）に錫を
内側で無添加からＯ６５重置％の範囲で添加した合金を
通常の大気溶解で溶製、鋳造し、−辺がｔＯｍの正方形
の断面を有する鋳塊を得た後、これをグ鴎厚さまで熱間
圧延後、９００〜１００θＣで溶体化処理後、水冷した
。

更に酸洗し、０．３／３ｗｍ厚さまで冷間圧延した後、
ダＳＯＣで１時間時効処理した試料のビッカース硬度を
測定した。その結果を試料の組成と共に第７表に示す。

これを図示したのが第１図である。

第　　　ｌ　　　表 この結果から、錫の添加によって材料の時効硬化が大き
く改善されるのみならず、その、時効硬化が溶体化処理
温度によって余り影響を受けない。

即ち、溶体化処理温度が熱間圧延をした温度と同程度の
ｑｏｏｃ前後でも、より高温での溶体化処理をしたと同
程度の、時効硬化した硬度が得られることが見い出され
た。

更に、上述の知見のみならず、次の知見も得た。

即ち上述の試験で溶製、鋳造した一辺が６ｏｗｓの正方
形の断面を有する鋳塊のうち合金Ａ／　１３およびダに
つい、て、上述と同様ｌｉｔａｇ厚さまで熱間圧延して
９ｒＯＣで溶体化処理後、該材料を冷却速度のｓｎｉで
きる電気炉中に入れて、第Ｊ［に示す３種の冷却速度で
焼入れを行なった・これらを上述と岡橡酸流し、０．３
４！■厚さ重で冷間圧延した後、ダｊ０Ｃで１時間時効
処理した試料のビッカース硬度を測定した・その結果を
第−表に示す＠第　　　λ　　　表 この結果から、錫の添加によって材料の時効硬化が通常
の自然空冷よりも遅い冷却速度である０、２ＣＡ紗程度
の冷却速度ても水冷程度のｔｏｒｅ、〆妙程度の冷却速
度と比稜して若干劣化するのみで十分進む、つまり上述
程度の遅い冷却速度でも焼入が可能となるような、焼入
感受性の非常に高い材料が得られることが見い出された
・ 本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、す［張
強度５０ｋｇ／ＩＩＩＩ　以上、破断伸び７％以上、導
電率ざＯ％工、　Ａ、　Ｏ，Ｓ１以上でしかも耐熱性の
優れた銅−クロム系鋼基合金材を、前述のような問題点
なく安価な量産品として工業的に製造することのできる
製造方法を提供するもので、本発明の銅合金材は、クロ
ム　０．２〜／、５重量％、錫０．０／〜Ｏ０５重量％
を含み、残部が本質的に銅から成る銅合金鋳塊を急冷せ
ずに通常の方法で鋳造し、これを通常の温度で熱間加工
した後、該熱間加工材を従来必要であったか必要である
と考えられていた溶体化処理を原材に施すことなく、空
冷もしくはそれ以上の冷却速度程度で、即ち徐冷せずに
冷却し、更に冷間加工した後、時効処理を行なうことに
より製造されるものである。

以下に本発明の製造方法にかかわる合金の各成分元素の
作用効果および限定理由について説明する。

クロム００２重量％未満では強度の向上が期待できず、
クロム１．３重量％を超えると、組織に比較的粗、大な
初晶クロムの結晶が析出するため、銅基地中に微細なり
ロムを均一に分散させることが難しくなるのでクロムを
Ｏ１２〜／、＆重・量％の範囲とした。また、錫ｏ、ｏ
ｉ重量デ未満では熱間加工材の銅基地中にクロムが十分
固溶せず、冷間圧延後の時効硬化が十分でなく、錫Ｏ０
５重量％を超えると、時効処理後で強度は向上するもの
の、導電率の低下をもたらし且つ経済的でないので、錫
を０．０／〜Ｏ０Ｓ重量％の範囲とした。

なお、本発明の合金は上記のように銅−クロム−錫から
なる本質的に３元合金であるが、この他に脱酸を目的と
するリンまたは不可避的に混入する不純物元素は、特に
支障はない。

次に本発明方法について説明すると、上記組成の銅合金
鋳塊の熱間加工はｇｏｏｃ以上好ましくはｇＳＯ〜９３
０Ｃから開始されるが、熱間加工に先立つ加熱工程およ
び熱間加工工程において、上記合金材料の銅基地中への
クロムおよび錫の固溶化が十分おこるので、熱間加工の
一工程で溶体化処理工程をも合わせて行なわせることに
なる。

熱間加工後の冷却は水冷でもよいが、他合金の加工工程
で通常行なわれる空冷でも固溶元素の析出はおこらず、
公知の溶体化処理や急冷鋳造において必要とされた水冷
より特に速い冷却速度は必要でない。そして、その後の
時効処理により銅基地中にクロムを微細に析出させるこ
とができ、これによって目的とする特性を具備する銅合
金を得ることができる。なお、時効処理は公知の、例え
ば３！０−３！；ＯＣで弘時間以内の処理でよく蔦また
１回のみでなく、適宜仕上圧延などの冷間加工を行ない
ながら複数回の処理を行なうことによっても、所望の特
性を得ることができる。

次に本発明の銅合金の製造方法を、その実施例によって
説明する。

実施例／ 通常のピース状電気銅を高周波大気溶解炉で溶解し、目
的値に応じたクロム及び錫を、夫々銅とクロムとの中間
合金（クロム１０重量％）、粒状金属錫で加えた後鋳型
に通常の鋳造法で鋳込んで鋳塊を得た。°この時の鋳型
は断面が一辺、ｔ、ＯＷ＋の正方形の金型であり、試料
の組成は第３表の通りであった。これらの鋳塊を２個に
切断し、夫々をｑｏｏ　ｃに加熱し、ｔｍ厚さまで熱間
圧延した後、同−合金屋試料の１つは自然放冷し、他の
１つは水冷した。更に試料表面を酸洗処理後、ｏ、３１
３ｍ厚さまで冷間圧延した。これをｔｉｓｏｒ：で１時
間時効処理を行ないビッカース硬さを測定し１第３表の
結果が得られた。

第　　　　　３　　　　　表 第３表から明らかなように、クロムをＯ，２〜１．５重
量％含有する銅合金に、内側で錫を０．０／−０，！；
重量％含有させることにより、錫が０．０１重量％未満
含有する場合に比べて、硬度特性が一段と改善されてい
る。また、本発明合金では、熱間圧延後の冷却速度の違
いによる硬度の差はほとんど見られない。従って、硬度
と比例関係にある引張強度も同様に改善されていること
が判る。

実施例コ 低眉波大気溶解炉で溶解し、銅とリンとの中間合金（リ
ン３０重量％）で脱酸後、３７！；ｕＸ／３０鴎Ｘｌコ
ＱＯｓｓの金型に通常の方法で鋳込んだ以外は、実施例
１と同様にして鋳塊を得た。試料の組成は第４表の通り
であった。

第参表 これを９００Ｃに加熱しｌダ■厚さまで熱間圧延した後
、６りθＣで水冷した０更に試料表面をわずかに開削後
、０．３−厚さまで冷間圧延した。これを参ＯＯＣで１
時間１次時効処理後、０．１！−厚さまで冷間圧延した
・ この圧延材及び更にそれを＊ＳＯＣで１時間焼鈍した材
料について、引張強さ、破断伸び、及び導電率を測定し
、第５表の結果が得られた・第３表から明らかなように
、本発明方法によって得られたダＳＯＣ焼鈍材は、引張
強度ｇｏ呻浄以上、破断伸びｌコ≦以上、導電率ｔｌ襲
以上となっており、夫々の特性の条件な満足している。

また、７次時効−冷間圧延後と亭ｊＯＣ焼鈍後における
！ｒ張強度を比較すると、本発明合金が耐熱性にも優れ
ていることが判る・ 以上から明らかな如く、本発明は、強度が高（加工性に
優れ、導電率が高（、且つ耐熱性に優れている銅−クロ
ム−錫合金を、大型素材から安価に提供することのでき
る極めて工業的価値の高い方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表の結果をグラフにしたもので、錫量量％
とビッカース硬さとの関係を示す。なお同図中、Ａ、Ｂ
およびＣは溶体化処理温度が夫々９００Ｓ９！？０およ
び１ｏｏｏ　ｔ：’の場合を示す。 出　願　人　　日本電信電話公社　　外コ名５ＴＬｌ置
％ 第１頁の続き ■出　願　人　住友金属鉱山株式会社 東京都港区新橋５丁目１１番３号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （７）　　りｏム０．２〜／、！ｒ重量％、錫ｏ、ｏｉ
   −ｏ、ｓ重量％を含み、残部が本質的に銅から成る銅合
   金鋳塊を急冷せずに鋳造し、該銅合金鋳塊を熱間加工し
   た後、該熱間加工材を溶体化処理せず、徐冷することな
   く冷却し、更に冷間加工した後、時効処理を行なうこと
   を特徴とする高力高導電性銅合金ノの製造方法。