JPS62180025A - はんだ接合強度に優れた電子機器用銅合金とその製造法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は電子機器用銅合金、特に小型高密度の半導体リ
ードフレームに適した銅合金に関す　−るものである。

〔従来の技術〕

電子機器用銅合金としてはＣｕ−Ｓｎ系のリン青銅が用
いられ、コネクターやスイッチ用ばね、端子、半導体リ
ードフレーム、リード線等に多量に使用されている。こ
の合金は強度及び加工性が優れているが、導電率は１０
〜２５％ｌＡＣ３と低いため、導電性や熱伝導性か要求
される用途には使用できない。このため導電性や熱伝導
性か要求される用途にはＣｕ−Ｆｅ系、例えばＣ１９４
（Ｃｕ−２，４ｗｔ％Ｆｅ−０，１２Ｗｔ？もＺｎ−ｐ
合金）　（以下ｗｔ％を％と略記）、Ｃ１９５（Ｃｕ　
−１，５％Ｆｅ−０，８％Ｃｏ−０，６％５ｎ−Ｐ合金
）か用いられている。この合金は強度４５〜５５１ｆび
／−１導電率５０〜６５％ｌＡＣ３の特性を示す。

電子機器では小型高密度化が著しく、必要とされる合金
の特性も絶えず高性能化が要求され、特に半導体におい
て最も顕著であり、工業的にも最も重要な地位を占めて
いる。例えば量産型のプラスチックモールド半導体では
リードフレームとして、ＤＩＰ型の１００ｍ１ｌ＝’ツ
チ（７）２方向リードを有するフレームとしてｔ記銅合
金が大組に使用されている。

最近より小型化か可能な面実装型の新しい半導体パッケ
ージとしてＳＯＰ、ＦＰ、ＰＬＣＣが開発され、特にＰ
ＬＣＣは４方向に５０ｍ１ｉピツチのり一層を出したフ
レームを使用するため、従来のＤＩＰ型に比べて大巾な
高密実装か可能である。またＦＰも類似てあり、ＳＯＰ
も２方向リートで必るが５０ｍ１．ｊピッチの細いリー
ドフレームを用いる面実装である。

（発明か解決しようとする問題点〕 上記の新規な電子機器に用いるリードフレーム等には、
導電率の一層の向上と共に高い強度と加工性のバランス
が要求され、更には機械的特性の等方性が要求される。

即ち仮条体として圧延方向と巾方向の特性、特に加工特
性の差異は高精密を必須とするＰＬＣＣ等のリードフレ
ームには致命的欠陥となる。しかしながら上記リン青銅
やＣＬＩ−Ｆｅ系合金はこれ等の要求特性を満足するこ
とができず、現状ではＣ１５０（ＣＬＪ−０，１％Ｚｒ
合金）やＣｕ−２％５ｎ−０，１％Ｃｒ合金が使用され
ているが、前者は９０％ｌＡＣ３程度の導電率を示すも
強度は４０に３／−程度にすぎず、後者は５０〜５５Ｋ
Ｆｌ／ｍｒＡ程度の強度を示すも、導電率は３０〜４０
％ｌＡＣ３程度にすぎない。

このため電子機器用銅合金としては、導電率と強度が共
に優れ、かつ等方向な高度の加工性、即ちプレス成型性
を有し、更に面実装部品の信頼性に重要な半田接合強度
の向上が望まれている。例えばプリント基板のスルホー
ルを用いないで表面に半田付けする面実装では接合強度
の経時劣化が致命的となる。またメッキ性や耐食性、例
えばアンモニヤによる応力腐食割れに対しても充分な耐
性を有することが要求される。

（問題点を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、電気及び熱伝導性
、機械的強度、精密加工１生、半田接合強度等を向上し
た電子機器用銅合金とその製造法を開発したものである
。

本発明電子機器用銅合金の一つはＮｉ又はＮｉとＣｏを
１〜４％、Ｃｒ０．２〜２％、Ｓｉ０．２〜１．５％、
Ｓｎ０．８〜３％とを含み、残部Ｃｕからなる。

本発明電子機器用銅合金の仙の一つは、Ｎｉ又はＮｉと
Ｃｏを１〜４％、ｃｒを０．２〜２％、Ｓｉ０．２〜１
．５％、Ｓｎ０．８〜３％とを含み、更に、２０１３％
以下、８００３％以下、Ｚｎ５％以下、Ｍｎ１％以下、
ＭＣ１０．２％以下、Ｚｒ０．５％以下、Ｆｅ２％以下
の範囲内で何れか１種又は２種以上を合計５％以下含み
、残部ＣＵからなる。

また本発明製造法は、Ｎｉ又はＮｉとＣｏを１〜４％、
Ｃｒ０．２〜２％、Ｓｉ０．２〜１．５％、Ｓｎ０．８
〜３％とを含み又はこれにＰ　０．３％以下、Ｂ　０．
３％以下、Ｚｎ５％以下、Ｍｎ１％以下、Ｍｃａ０．２
％以下、Ｚｒ０．５％以下、Ｆｅ２％以下の範囲内で何
れか１種又は２種以上を合計５％以下含み、残部Ｃｕか
らなる合金を６５０℃以上で熱間加工した後、３５０°
Ｃ以下まで１０°Ｃ／　ＳｅＣ以上の速さで冷却し、続
いて７０％以上の冷間加工を加えてから４００〜６００
°Ｃで熱処理することを特徴とするものである。

即ら本発明はＮｉ又はＮｉとＣｏを１〜４％、Ｃｒ０．
２〜２％、Ｓｉ０．２〜１．５％、Ｓｎ０．８〜３％と
を含み、又はこれにＰ０．３％以下、８０．３％以下、
Ｚｒ１５％以下、Ｍｎ１％以下、ＭＣｌ０．２％以下、
Ｚｒ０．５％以下の範囲内で何れか１種又は２種以上を
合計５％以下含み、残部ＣＬＪからなり、この合金を溶
解鋳造して６５０°Ｃ以上、望ましくは７００　℃以上
で熱間加工する。

次に加工後直ちに冷風又は水シヤワーを吹き付けて１０
℃／　ＳｅＣ以上の速さで少なくとも３５０　℃まで冷
却する。これに冷間加工により７０％以上の減面加工を
施してから４００〜６００°Ｃで熱処理することにより
造られる。熱処理時間は実際の諸条件にもよるが、１０
分から６時間程度でよい。尚熱処理後必要に応じて加工
や中間焼鈍を施して所望寸法に仕上げたり、仕上げ加加
後に２５０〜３５０℃の低温で熱処理して加工歪の少な
くとも一部を解放することにより、機械的特性、特に伸
びや加工性を向上するのに有効である。

（作用〕 本発明合金はＮｉｚ　Ｓｉ、　Ｃｒ３　Ｓｉ、Ｃｒ５Ｓ
ｉ２等の微粒子を均一に分散析出さけ、史にＣｒ、Ｎ　
ｉ　Ｐ、Ｎ　ｉ、Ｂ、ＣｒＰ等の析出もイ」加し、Ｃｕ
マトリックスの固溶Ｓｉを可及的に低減したＣｕ−’Ｓ
ｎ合金、又はこれにＺｎ、Ｍｎ、Ｂ、Ｚｒ、ＭＱ等の成
分を均一に含有せしめることにより、析出粒子の分散強
化と強化されたマトリックスとの併合によって引張強度
５０〜７０ＫＩ／−又はこれ以上とし、導電率も２０〜
４０％ｌＡＣ３としたものである。

しかして強化成分としてのＮｉ含有帛を１〜４％、Ｃｒ
含有但を０．２〜２％としたのは、何れも下限未満では
十分な強化が得られず、上限を越えると加工性を阻害す
るばかりか、導電性を低下するためである。尚Ｎｉの一
部をＣｏにより置換しても同様の効果が得られる。ただ
しＣｏはＮｉに比べて著しく高価である。上記化合物析
出成分としてＳｉ含有量を０．２〜１．５％としたのは
し、下限未満では十分な強化が得られず、上限を越える
と導電率を大きく低下させるためである。即ち化学ω論
より過剰のＳｉは固溶元素となって合金の導電率を低下
させるばかりか、半田接合強度の経時劣化の原因となる
ため、望ましくはＳｉ含有聞をＮｉ＋Ｃｒの量論に近い
優、特に化学母論量以下（Ｎｉに対するＳｉの化学量論
は約１１５．１８、Ｃｒに対するＳｉの化学量論は約１
１５．５＞とする。上記２種のＳｉ化合物は均一微細な
析出が進行し易いばかりか、化学ｍ論のＮｉとＯｒの中
、ＮｉはＣｒより親和性が太きくＮ１ｚＳｉとなり、余
分のｃｒは単体Ｏｒとして析出し、合金の強度向上に副
次的に働くと共に導電率の低下を起さない。Ｃｒを併用
しない場合には過剰のＳｉ又は未反応のＳｉは固溶体と
してＣｕマトリックに残り、導電率を大きく低下させる
ばかりか、半田接合強度の経時劣化を招く。Ｓｎ含有串
を０．８〜３％と限定したのは、ｓｎは固溶体強化と前
記析出物の均質析出分散を促進し、前記分散強化効果と
合せて合金の強度、伸び、加工性等を向上覆るも、その
含有量が０．８％未満ては十分な強度が得られず、３％
を越えると導電率が大巾に低下するためである。

次に本発明の副成分としてＰ０．３％以下、３０．３％
以下、Ｚｎ５％以下、Ｍｎ１％以下、Ｍｑ０．２％以下
、Ｚｒ０．５％以下、Ｆｅ２％以下の範囲内で何れか１
種又は２種以上を合計５％以下としたのは、合金の強度
を一層向上させるためである。特にＰ、Ｂは脱酸剤とし
て動くと共に、不可避的に遊離したＮ１やＣｒと化合物
を形成し、合金を強化するばかりか半田付は性を向上す
るも、含有量がそれぞれ３％を越えると導電率を低下す
る。Ｚｎ、Ｍｎも脱酸剤として働くと共に合金を強化し
、半田付は性を向上し、特にＭｎは熱間加工性を向上す
るも、何れも上限を越えると導電率を低下する。ＭＱ、
Ｚｒ、　Ｆｅは結晶微細化作用により強度や曲げ加工性
を向上すると共にＰ等との化合物を析出し、強度の向上
に寄与するも、何れも上限を越えると導電率及び伸びを
低下する。しかしてこれら副成分は合計で５％以下とす
ることが望ましく、これを越えて含有せしめると導電率
の低下が著しい。

上記本発明合金の特性を実用上生産性良く発揮させる′
！Ａ造法として、溶解ｖｉ造した鋳塊を６５０°Ｃ以上
で熱間加工し、直ちに１０℃／Ｓｅｃ以上の速さで少な
くとも３５０℃以下まで冷却することにより、上記化合
物の析出を抑制し、低い負荷力で加工を可能にする。

次に７０％以上の冷間加工を施してから４００〜６００
　℃で熱処理することにより、加工歪みの作用によって
均質微細な析出を速かに行なわせる。

即ら均質微細な化合物の析出を可及的に完全に行なうこ
とにより、強度、導電性、加工性、半田付は性などの電
子機器用途に不可欠の特性を最大に発揮せしめたもので
ある。従来の析出型合金では、冷間加工の途中又は最終
で８００℃以上の高温で溶体化処理し水焼入れしてから
析出時効処理しているが、溶体化焼入れは処理工程が煩
雑で酸化問題や特殊設備を必要とする。本発明は合金組
成を上記の如く制限して焼入れ感受性抑制の効果により
、従来工程を要せずに特性の高い合金を得たものである
。しかして熱間加工温度が６５０°Ｃ未満ても、冷却速
度か１０°Ｃ／　ｓｅｃ未満でも上記化合物の粗大析出
を生じ、その後に冷間加工と熱処理を施しても高い特性
は得られない。また熱間加工後の冷間加工が７０％未満
では加工歪が不十分で、熱処理による析出化合物が粗大
化する。更に熱処理温度か４００℃未満では化合物の析
出に長時間を要し、６００°Ｃを越えると析出化合物が
粗大となり、合金特性を劣化する。

（実施例） 第１表に示す組成の合金を溶解鋳造し、表面を機械仕上
げして厚さ５０Ｍ、巾１５０ｍｍ、長さ５１０ｍの鋳塊
とした。これを熱間圧延により厚さ５．５＃としてから
直ちに水冷により冷却し、酸洗してから冷間圧延した。

これをＡｒ雰囲気中で熱処理した。これ等の製造条件を
第２表に示す。

このようにして得た板材について引張強ざ、伸び、導電
率、曲げ加工性、半田接合強度を調べた。これ等の結果
を従来合金（Ｃ１５０、Ｃ１９５）と比較して第３表に
示す。

曲げ加工性は各種先端半径（Ｒ）の９０°ダイとポンチ
の組合せ装置を用いてプレスで折り曲げ、曲げ部の割れ
を調べ、割れの起らない最少のＲ／ｌ（Ｒ：曲げ半径、
ｔ：板厚）を求めた。

また半田接合強度は共晶半田付けしたリード付きジヨイ
ント部を１５０°Ｃで３００時間エージングした後、引
張試験して接合強度強度を求めた。

第１表及至第３表から明らかなように本発明合金（Ａ〜
Ｈ）を本発明法Ｎ０．１〜８で製造したものは、何れも
従来合金であるＣ５１０（Ｎ０．１４）及びＣ１９５（
Ｎ０．１５＞と比較し、機械的特性、電気特性、半田接
合強度、均質性の総合特性において浸れていることが判
る。これに対し本発明合金の組成範囲内でもＷＲａ条件
が外れる比較法Ｎ０．９〜１１では特性の劣化が認めら
れ、また本発明合金の組成範囲より外れる合金を本発明
法で製造した比較法Ｎ　０．１２〜１３でも比特性が劣
ることが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば電気及び熱伝導性、機械的強
度、精密加工性、半田接合強度等が優れており、半導体
リードフレームはもとより、リード線、各種端子、コネ
クター、スイッチばね等に適し、電子機器の小型・高密
度化に大ぎく寄与する等、工業上顕著な効果を示すもの
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ又はＮｉとＣｏを１〜４ｗｔ％、Ｃｒ０．２
   〜２ｗｔ％、Ｓｉ０．２〜１．５ｗｔ％、Ｓｎ０．８〜
   ３ｗｔ％とを含み、残部Ｃｕからなる電子機器用銅合金
   。
2. （２）Ｎｉ又はＮｉとＣｏを１〜４ｗｔ％、Ｃｒ０．２
   〜２ｗｔ％、Ｓｉ０．２〜１．５ｗｔ％、Ｓｎ０．８〜
   ３ｗｔ％とを含み、更にＰ０．３ｗｔ％以下、Ｂ０．３
   ｗｔ％以下、Ｚｎ５ｗｔ％以下、Ｍｎ１ｗｔ％以下、Ｍ
   ｇ０．２ｗｔ％以下、Ｚｒ０．５ｗｔ％以下、Ｆｅ２ｗ
   ｔ％以下の範囲内で何れか１種又は２種以上を合計５ｗ
   ｔ％以下含み、残部Ｃｕからなる電子機器用銅合金。
3. （３）Ｎｉ又はＮｉとＣｏを１〜４ｗｔ％、Ｃｒ０．２
   〜２ｗｔ％、Ｓｉ０．２〜１．５ｗｔ％、Ｓｎ０．８〜
   ３ｗｔ％とを含み、又はこれにＰ０．３ｗｔ％以下、Ｂ
   ０．３ｗｔ％以下、Ｚｎ５ｗｔ％以下、Ｍｎ１ｗｔ％以
   下、Ｍｇ０．２ｗｔ％以下、Ｚｒ０．５ｗｔ％以下、Ｆ
   ｅ２ｗｔ％以下の範囲内で何れか１種又は２種以上を合
   計５ｗｔ％以下含み、残部Ｃｕからなる合金を６５０℃
   以上で熱間加工した後、３５０℃以下まで１０℃／ｓｅ
   ｃ以上の速さで冷却し、続いて７０％以上の冷間加工を
   加えてから４００〜６００℃で熱処理することを特徴と
   する電子機器用銅合金の製造法。