JPS6239213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐軟化性、電気および熱伝導性、ハン
ダ付性、メツキ性、機械的強度などの総合特性が
要求される、半導体のリードフレーム材、コネク
ター・スイツチなどの電気部品、熱交換器のフイ
ン材などに好適な銅合金に関するものである。 一般に、半導体機器用リードフレーム材として
は、従来セラミツクパツケージとの封止性の良好
な42合金（Fe−42％Ni合金）が使用されてき
た。しかし近年樹脂パツケージの広範な普及と低
コスト化に伴ない銅合金リードフレーム材の採用
が急増しており、主にCDA194合金やりん青銅が
使用されている。近年ICの大集積化の進展から
高強度、高耐軟化性銅合金が望まれるようになつ
てきた。しかし前記のCDA194合金は導電性（熱
伝導性は電気伝導性でおよそ評価し得る）、強度
は良好であるものの軟化温度がやや低く、りん青
銅は強度、くり返し曲げ性に優れるものの導電性
が低いなど一長一短がある。一般に、リードフレ
ーム材に要求される特性には次のものがある。 半導体の集積化に伴ない、リードフレームは
電気と熱の伝導性に優れること。 ダイボンデイング時の高温加熱に耐え、軟化
しにくいこと。 リード部がくり返し曲げに耐え、また薄肉化
を図つた場合のリード部に加わる応力によりね
じれや曲がりが起らない様、強度的に優れるこ
と。 ハンダ付性が良好なこと。 高温での耐酸化性が良好なこと。 水素ぜい化をおこさないこと。 一方コネクター・スイツチなどの電気部品用銅
合金にしても、これまでの伝導性、耐応力腐食割
れ性および耐食性に優れているという特性だけで
は不十分で、部品の薄肉化によるコスト低減のた
めには、更に十分な強度とろう接時の耐軟化性に
優れていることが望まれている。 また同様に熱交換器のフイン材についても、従
来Sn入り銅（Cu−0.2％Sn）が主に使用されてき
たが材料の薄肉化が進むと従来の合金の特性では
不満足であり、伝導性を確保しつつよい機械的強
度および耐軟化性に優れた銅合金が望まれてい
る。 本発明は、以上の点を考慮し、強度、導電性、
耐軟化性にすぐれるCu−Fe−Ti3元合金の特長
をさらに添加物を加えることによつて工業的によ
り得やすくし、また向上されたものとすることを
意図してなされたものである。 即ち、本発明の耐軟化高伝導性銅合金は、
Ti0.05〜1.0wt％；Fe0.07〜2.6wt％；0.005〜
0.5wt％のMg、それぞれが0.01〜0.5wt％のSb、
Ｖ、ミツシユメタル、Zr、In、Zn、Snおよび
Ni、ならびに0.005〜0.2wt％のAlから選ばれる１
種または２種以上；および残部Cu；からなり、
FeとTiの重量比Fe／Tiが1.4〜2.6であることを
特徴とするものである。 つぎに合金の成分の添加理由と成分範囲の限定
理由を説明する。 TiとFeは相乗効果により本発明の目的である
特性（耐軟化性、導電性、強度）を向上させる。
つまりTiは本発明合金において強度と良好な耐
軟化性を与えるが、これにFeを共存させること
により導電性が格段に向上し、強度と耐軟化性も
大巾に向上する。これはTiとFeの化合物が生成
し、熱処理によつてマトリツクス中に微細に析出
するためと思われる。Tiが0.05％（重量％、以下
同じ）未満ではFeと共存させても強度と耐軟化
性の向上効果が少なく、１％を超えて添加すると
耐軟化性、導電性が低下するとともにハンダ付性
が悪くなる。また溶解鋳造工程では湯流れ性が悪
くなると共に、酸化皮膜の生成がひどくなり大気
中での溶解は困難となる。一方、Tiとの共存で
特性向上効果を発揮するFeは0.07％未満では特
性の向上がなく、2.6％を超えると効果が飽和し
てしまう。なお本発明合金の優れた特性は基本的
にはFeとTiの化合物の析出により得られること
から、FeとTiの比は適正な比率があり、Fe／Ti
（重量比）で1.4〜2.6、であることが必要であ
り、特に1.7〜2.3が好ましい。この重量比に関し
てはCu−Fe−Ti3元系につき本発明者らは研究
し図１に示した結果に代表されるFe／Tiと導電
率および強度との関係に関する知見を得ている。
Fe／Tiが1.4未満では、過剰Tiのマトリツクスへ
の固溶量が増して導電率の低下が大きくなり、
2.6を超えると過剰Feのマトリツクスへの固溶量
が増して導電率も低下するが、特に引張強さの低
下が大きくなる。これらの傾向は本発明における
さらに添加元素を加えた合金についても同様であ
つた。 次に本発明合金の特徴であるFe、Ti以外の添
加元素の役割を述べる。Cu−Fe−Ti3元合金が
高温（850℃）で溶体化処理をして水焼入れした
場合にくらべ溶体化処理温度が低い場合（750℃
以下）に強度、導電率、軟化温度の３特性が著し
く低下する（図２参照）が、Mg、Sb、Ｖ、ミツ
シユメタル、Zr、In、Zn、Sn、Niを添加した場
合はこれらの特性のうちの一つあるいは複数の低
下を抑制する効果があることを見出した。このこ
とは工業的には溶体化焼入れ処理を必らずしも必
要とせず、熱間圧延後の水冷または冷間圧延の中
間工程で行なう連続焼鈍加熱後の急冷により溶体
化焼入れ処理が実質的に行なえることを意味す
る。 すなわち、Mgの添加は強度と耐軟化性の改善
に効果があり、導電性は添加なしの場合にくらべ
添加量が少ない場合には若干良くなり多くなると
幾分低下の傾向がある。強度と導電率に対する
Mgの添加の効果は、後述の実施例３に述べる図
３のグラフから明らかな如く、500℃焼鈍後の引
張強さ曲線であるのでこの種の合金は軟化温度が
500℃以上と高いことがわかる。 Mgの添加効果はMgが0.005％未満ではその効
果が著しくなく、0.5％を超えると引張強さおよ
び耐軟化性の改善効果がほとんどなくなり導電性
の低下も大きくなると共に加工性が低下する。
Mgの添加量は更には0.03〜0.05であることが好
ましい。添加量に対する効果がMgと同様な元素
にはZr、Sn、Znがあげられる。 Niの添加はMgの添加にくらべ引張強さおよび
耐熱性の面での向上効果は少ないが、導電率の改
善効果が大きい。引張強さおよび導電性に対する
Niの効果は後述の実施例４に述べる図４のグラ
フから明らかな如くNiが0.01％未満ではその効果
が少なく0.5％を超えると引張強さの向上効果が
飽和する一方で導電性の低下が著しい。Niの添
加量は更には0.03〜0.10％であることが好まし
い。Niと同様な添加量に対する効果をもたらす
ものにInがあげられる。 Sb、ミツシユメタル、Ｖの添加は耐軟化性の
面で添加しないものにくらべ劣るが、析出物の析
出状態が変るためか導電性の面で優秀な性能が出
る。Sb、ミツシユメタル、Ｖの添加量は0.01％未
満では導電性向上の効果がなく、0.5％を越える
と導電性がむしろ低下すると共に加工性の低下も
著るしい。 Alは本発明合金において溶解、鋳造工程での
Tiの消耗をおさえ添加歩留を向上させる効果を
有し、0.005％未満ではその効果が得られず0.2％
を越えると耐軟化性、導電性に悪影響を生じる。 また、Mg、Niをはじめとする第３成分は、そ
れぞれの加量に応じて２種以上を併用することに
より、それぞれの果たす役割を相加し、あるいは
相乗じて効果を発揮する。 つぎに本発明の実施例について説明する。 実施例 １ 高周波溶解炉を用いて電気銅をアルミナルツボ
中で湯面を木炭粉で被覆しながら溶解し電解鉄、
Cu−25％Ti合金、Cu−50％Mg合金、In、Ni、ミ
ツシユメタル、Ｖ、Sb、Zr、Sn、Zn、Al、Ｐな
どを添加して金型に鋳込み、寸法25^t×85^w×150^l
の鋳塊を溶製した。これらの合金ならびに比較合
金の組成を表１に示す。比較合金No.18は本発明合
金に対しTiを含まないことを特徴としている
が、CDA194合金として知られている組成と合致
させリードフレーム、電気部品の従来合金との対
比も合せて実施できるよう考慮したものである。
両面を２mmづつ面削した後750℃で熱間圧延を行
ない３mmの厚さとし、更に750℃で２時間の溶体
化処理を施した後冷間圧延にて厚さ0.8mmの板と
した。この板から引張試験片、導電率測定片を採
取し、種々の温度で１時間の焼鈍を行なつた。表
１の特性は500℃１時間焼鈍後の引張強さ、伸び
の比較および導電率を示す。

【表】

【表】 表１からわかるように本発明合金は比較合金に
くらべ耐軟化性（焼鈍後の引張強度の低下が小さ
い）、引張り強さ、導電性の特性項目の１つまた
は複数において優れている。なお合金の溶解鋳造
はTi含有量の多い２、15は鋳造の際酸化物のま
きこみを生じやすく鋳造がやや困難な傾向があつ
た。特にTi含有量の多い17はとくにこの傾向が
著しく大気溶解のままでは正常な鋳塊を得ること
は不可能に近かつた。５はAlを含む合金である
がAlを添加することによつて本実施例における
他の合金のTi歩留りが70〜80％であつたのに対
し、約85％と顕著な歩留りの向上効果があつた。
また実施例10、11、12のミツシユメタル、Sb、
Ｖ添加の場合の焼鈍後の引張り強さが低く出てい
るが、500℃焼鈍ではなく450℃１時間焼鈍をした
場合の引張り強さはそれぞれ39.5Kgｆ／mm²、41.4
Kgｆ／mm²、44.9Kgｆ／mm²であり、450℃以上の耐
軟化温度をもつている。 リードフレーム材等の電子、電気部品に銅合金
を用いる場合はその素材の折り曲げ特性も重要で
ある。本発明の代表的組成を持つた合金１、４、
11と比較合金18とについて90゜Ｗ曲げテストを行
なつた。すなわち厚さ0.8mmの圧延板を500℃１時
間焼鈍後0.4mmに圧延して450℃１時間の焼鈍を行
ない、ついで厚さ0.3mmの25％冷間加工板をつく
つた。この板から巾10mm長さ60mmの試験片を切り
出し、曲げ半径０、0.2、0.4mmで90゜Ｗ曲げ加工
し、その曲げ部を拡大鏡にて観察した。この結果
を次の表２に示す。

【表】 ○ 小さなしわひだ
◎ 良好
本発明合金、比較合金ともＲ＝０でわずかなあ
らびを生じるもののＲ＝0.2以上では良好であり
双方とも実用上問題はない。 さらにハンダ付性、耐酸化性、耐水素脆性につ
いても本発明合金の代表的組成をもつた１、４、
11と比較合金18について前記0.8mmの圧延板を500
℃で１時間焼鈍し、更に20％冷間加工を施したも
のについて評価した。耐応力腐食割れ性、耐食性
（塩水噴霧試験）については0.8mmの圧延板を500
℃で１時間焼鈍した後50％の冷間加工を加えたも
のについて評価した。 ハンダ付性は巾30mm長さ40mmの試験片を、230
℃のハンダ浴（Sn60−Pb40）に５秒間浸漬しハ
ンダ付着状況を観察した。本発明合金は比較合金
同様問題はなかつた。また同じ試料についてAg
メツキも実施してみたが比較合金同様問題はなか
つた。 耐酸化性は巾30mm、長さ50mmの試験片を切り出
し、大気中で350℃×２時間、500℃×５分間の加
熱を行ない加熱後の試験片を希硫酸で洗つて酸化
皮膜を落とし加熱前後の単位面積当りの重量減少
を求めた。結果を表３に示す。

【表】 本発明合金では加熱により表面に酸化Tiの強
固な皮膜が形成されるため比較合金にくらべ酸化
は浅く優れている。 水素脆化試験はJISに基づいて水素気流中で850
゜×30分間の加熱を行ない組織のミクロ観察と
180゜密着曲げを行なつた。本発明合金１、４、
11は比較合金18とも異常はなかつた。 耐応力腐食割れ性はThompsonの方法に準じて
行なつた。本発明合金の代表的合金であるNo.１、
４、11と比較合金18とは500時間経過後も応力腐
食によるぜい化は起していない。 本発明合金１、２、４と比較合金14、18とにつ
いてJIS−Ｚ−2371に基づいて７日間の塩水噴霧
試験を実施した。単位面積当りの腐食減量を表４
に記す。

【表】 表４に示されるように本発明合金は耐食性にす
ぐれている。 実施例 ２ Cu−0.36Ti−0.65Fe−0.07Mg合金（本発明合
金）とCu−0.36Ti−0.66Fe合金（比較合金）と
を実施例１と同様に鋳造後面削し900℃で３mm厚
に熱間圧延した。次いで700℃、850℃、1000℃で
１時間溶体化処理後水焼入れした後0.8mmに冷間
圧延し500℃×１時間の焼鈍を行なつた。焼鈍後
の試料について引張試験と導電率測定試験とを実
施した。図２に溶体化処理温度を横軸に縦軸に引
張り強さと導電率をプロツトした。図中、曲線
１，２はそれぞれ本発明合金の導電率および引張
強さ、曲線３，４はそれぞれ比較合金の導電率お
よび引張強さである。図２に見るように本発明合
金は溶体化処理温度がさがつても特性の低下の度
合が比較合金より少ない。 実施例 ３ Cu−0.35Ti−0.67Fe−Mg合金のMg含有量を
変えた合金を溶製し実施例２と同様にして500℃
×１時間焼戻した後引張り強さと導電率を求め
た。結果を図３に示す。 実施例 ４ Cu−0.35Ti−0.67Fe−Ni合金のNi含有量を変
えた合金を溶製し、実施例２と同様にして500℃
×１時間焼戻し後引張り強さと導電率を求めた。
結果を図４に示す。 実施例 ５ 本発明合金としてCu−0.35Ti−0.70Fe−
0.05Mg（曲線３）、合金及びCu−0.30Ti−0.68Fe
−0.04Ni合金（曲線４）、比較合金としてCu−
0.31Ti−0.70Fe合金（曲線５）及びCu−2.4Fe−
0.17Zn−0.03P合金（曲線６）及びCu−0.13Fe−
0.03P合金（曲線７）について1.5mm厚、500℃２
時間焼鈍材の加工硬化特性をしらべ、図５に引張
強さ、図６に伸びを示す。図５、図６にみるよう
に本発明合金は加工硬化の度合がやや強い傾向が
あるが最高60Kgｆ／mm²の引張り強さを持ち、強度
的に高い合金である。 実施例 ６ 実施例５と同組成のインゴツトを熱間圧延で５
mmにし750゜×２時間の溶体化処理、冷間圧延で
1.0mmにしついで500゜×２時間焼鈍後0.5mm厚に
冷間圧延した。この試料を各温度で１時間焼鈍し
焼鈍軟化曲線（図７および図８）および耐力曲線
（図９）を得た。なお、図５，６と同一試料は同
一符号とした。これらの図から、本発明合金の耐
軟化性が優れていることがわかる。半軟化温度で
表現するとCDA194合金（Cu−Fe−Zn−Ｐ）が
260℃、Cu−Ti−Feが450℃、Cu−Ti−Fe−Ni
が460℃、Cu−Ti−Fe−Mgが480℃となる。 実施例 ７ 本発明合金としてCu−0.36Ti−0.69Fe−
0.06Mg（曲線８）、Cu−0.32Ti−0.69Fe−0.04Ni
（曲線９）および比較合金としてCu−0.34Ti−
0.71Fe（曲線１０）、Cu−2.35Fe−0.18Zn−
0.04P（曲線１１）について実施例６と同様にし
て得られた20％冷間加工材につき各５分の保持時
間後の焼戻し軟化曲線をとつた。図１０にその結
果を示す。軟化温度を初期硬度×0.8倍の硬度値
となつた温度と定義すると、Cu−Ti−Fe−Mgで
560℃、Cu−Ti−Fe−Niで520℃、Cu−Ti−Fe
で518℃、CDA194で490℃の軟化温度が得られ
た。実施例６と同様本発明合金の軟化特性がすぐ
れていることがわかつる。 以上のように本発明合金は耐軟化性に優れかつ
良好な強度と導電性を有するのみでなく、曲げ強
度、ハンダ付性、メツキ性、耐酸化性、耐水素脆
性、耐応力腐食割れ性、耐食性においても実用上
問題はなく、工業的生産も問題なく実施可能であ
り、半導体のリードフレーム材やコネクター・ス
イツチバネ、ターミナル、クリツプなどの電気部
品、熱交換器のフイン材等に好適であり極めて有
用である。

【図面の簡単な説明】

図１は、Cu−Fe−Ti系（Ti0.35wt％）合金の
Fe／Tiと導電率および引張強さとの関係を示し
た曲線図である。図２は実施例で作製した本発明
合金の溶体化温度に対する導電率および引張強さ
の関係を示した曲線図である。図３および図４
は、Cu−Fe−Ti系合金にMgおよびNiを添加した
場合の効果を示した図である。図５〜図１０は、
実施例で作製した本発明合金および比較合金の耐
加工硬化特性、耐軟化性を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ti0.05〜1.0wt％；Fe0.07〜2.6wt％；0.005
   〜0.5wt％のMg、それぞれが0.01〜0.5wt％の
   Sb、Ｖ、ミツシユメタル、Zr、In、Zn、Snおよ
   びNi、ならびに0.005〜0.2wt％のAlから選ばれる
   １種または２種以上；および残部Cu；からな
   り、FeとTiの重量比Fe／Tiが1.4〜2.6であるこ
   とを特徴とする耐軟化高伝導性銅合金。