JPS63105941A - 高力導電性銅合金及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械的強度と共に、電気及び熱伝導性に優れた
銅合金及びその製造方法に関するものであって、特に半
導体リードフレーム等の電子電気機器部品に使用する際
に必要な緒特性を兼有する高力導電性銅合金及びその製
造方法に関するものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

半導体リードフレーム、コネクター、端子等の電子電気
機器部品用材料として、機械的強度と共に電気及び熱伝
導性に優れた銅合金が広く使用されている。近年機器の
小型化、高集積化に伴ない、純銅に近い導電率を有し、
常温及び高温での機械的強度が高い合金に対する要求が
増大しており、特に半導体リードフレーム材においてそ
の傾向が甚しい。

この様な高力導電性銅合金としては、Ｃｕ　−Ｃｒ　−
な系合金及びＣｕ−Ｔｉ系合金が従来から知られている
が、酸素との親和力が強いＺｒ或いはＴ１を使用してい
るため、製造工程が複雑であってコスト高となり、大量
には利用されていない。

これに対してＣｉｕ　−Ｏｒ系合金は、比較的低コスト
で製造できる高力導電性合金であって、例えばＣｕ−α
８％Ｏｒ合金をリードフレーム材として利用することが
日本電子材料技術協会会報ｖｏ１．７１．　ＮＣＬ　３
、ｐ、２２に開示されている。

リードフレーム材には機械的強度、電気及び熱伝導性の
他に半田付性、メッキ性、耐酸化性、成型加工性等の諸
特性が要求されているが、下記（２Ｌ）〜（Ｃ３に詳述
する様に前記Ｃｕ　−Ｃｒ合金はこれらの諸特性につい
て問題点が多く、よυ特性の優れた合金の開発が要望さ
れている。即ち、 （ａ）　　リードフレームはプリント基板に半田接合さ
れており、半田接合部の接合強度が長期に亘って保持さ
れなければならないが、前記Ｃｕ−Ｃｒ合金は接合強度
の経時劣化が激しく、特に近年急増している面実装型リ
ードフレームにおいて致命的な問題とされている。

（ｂ）　　リードフレームはプリント基板との接合部に
Ｓｎ又は５ｎ−Ｐｂの予備メッキが、半導体チップとの
ワイヤーポンディング部にはＡｇ又はＡｕメッキが施さ
れているが、前記Ｃｕ−Ｃｒ合金はこれらメッキ膜の密
着性が余り良好でない。

（Ｃ）　　半導体のパッケージにおいては、２００〜１
１５０℃の大気中でボンディング等が行なわれ、この様
な高温大気条件下で酸化しにくいこと、又酸化した場合
酸化膜が剥離しにくいことが必要であり、半導体部品の
信頼性を向上させるためには前記Ｃｕ−Ｃｒ合金の耐酸
化性等を更に改善する必要がある。

（ｄ）　　ＩＪ−ドフレーム材にはプレス時の成型加工
性、特に曲げ加工部にミクロクラックが発生しないこと
が要求されるが、前記Ｃｕ−Ｃｒ合金はこれらの成型加
工性が余り良好でない。

（ｅ）　　リードフレームの高密度化に伴ない、リード
部の巾と厚さは益々縮少される傾向にあり、前記Ｃｕ−
Ｃｒ合金よりも更に高強度な材料が要求されている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的
とするところは半。口付性、メッキ性、耐酸化性、成型
加工性等の諸特性に優れた高力導電性銅合金及びその製
造方法を提供することである。

即ち、本発明による高力導電性銅合金の第一の発明は、
Ｏｒｏ、０１−１％、Ｚｎα８〜１０％、Ｐα１チ以下
、Ｏ，Ｏ，Ｏｏ４チ以下、Ｓ　Ｏ，ＯＯ２％以下を含有
し、残部がＣｕからなることを特徴とするもので、又第
２の発明は、Ｃｒ０．０１−１％、Ｚｎ　０．８〜１０
チ、Ｐα１％以下、占αｏｏＩＦ％以下、Ｓ　Ｏ。

００２％以下を含有し、更にＡｇ０．２　％以下、Ｂｅ
０．２チ以下、Ｍｇα２％以下、Ｃａ０．１％以下、Ｃ
ｄ０．５％以下、Ｂα１％以下、Ａ１１％以下、Ｉｎ０
１％以下、Ｙｏ、１％以下、Ｔｌ　０．１％以下、Ｒ，
Ｅ、　０．２％以下、Ｐｂ（１０５％以下、Ｇｏ０５％
Ｃ０５％以下５チ以下、Ｔｉ０．５％以下、ＺｒＯ２％
以下、Ｖ００５％以下、Ｎｂ１１０５％以下、Ｔａ　０
．０５％以下、ｓｂ　０．５　％以下、Ａｓｈ、　１％
以下、Ｔｅａ１％以下、Ｍｎ　０．５％以下、Ｆｅ５チ
以下、Ｎｉ１％以下、Ｃ０１％以下の内少く共１種を合
計で５％以下含有し、残部がＣｕからなることを特徴と
するものである。

更に本発明による高力導電性銅合金の製造方法は、前記
高力導電性銅合金を８５０〜１０００℃で熱間加工又は
加熱処理後、少く共ｌｌｏｏ℃迄５℃／　ｓｅｃ以上の
速度で冷却し、次に５０チ以上の冷間加工を行なった後
ｌｌ００〜５５０℃で加熱処理することを特徴とするも
のである。

〔作　用〕

本発明による高力導電性銅合金は、Ｏｒの微細な析出物
を均一に分散させたＣｕ−０ｒ−Ｚｎ系合金であり、析
出Ｃｒと固溶Ｚｎとの共同作用により本発明の目的を実
現したものでちる。即ち析出Ｏｒは導電率の低下はわず
かであって、強化作用を有しており、一方ＺｎはＯｒを
微細かつ均一に析出分散させるのに有効であると共に、
前記Ｃｕ　−Ｏｒ金合金おける問題点即ち半田付性、メ
ッキ性、耐酸化性、成型加工性等を改善する。更に析出
ＯｒはＣｕ　−Ｚｎ合金の有する応力腐食割れ感受性を
激減させる。本発明の目的を実現するためには、上述の
様にＣｒを微細かつ均一に分散析出させることが必要で
あり、析出Ｃｒが粗大化すると強化作用を有しなくなる
ばかりでなく、半田付性、メッキ性、成型加工性等に有
害な作用を及ぼす。

本発明による高力導電性銅合金において、Ｏｒ。

Ｚｎ、　　Ｐ、　Ｏｓ、　Ｓの含有量の範囲を限定した
のは夫々下記の理由による。即ちＣｒ量を００１〜１％
としたのは、００１％未満では強化作用が不充分であシ
、１％を超えると折中Ｏｒが粗大化し、半田付性、メッ
キ性、加工性等に有害な作用を及ぼすためであって、０
．１〜α５％の範囲内が好ましい。

Ｚｎ量を０８〜１０％としたのは、０８％未満では前述
のＣｕ　−Ｏｒ金合金諸特性を改善する効果が不充分で
あり、１０％を超えると導電率が低下すると共に応力腐
食割れを起しやすくなるためであって、０．８〜２．５
％の範囲内が好ましい。Ｐ量をα１％以下にしたのは、
α１％を超えると析出Ｃｒが粗大化するためであるが、
Ｐは一方では脱酸作用等の効果も有しており、特に望ま
しくはＯ，ＯＯＯ１〜α００５％の範囲内が好ましい。

０．を００１４％以下にしたのは、αＯＣ１％を超える
と、伸び及び成型加工性等を低下させるためである。Ｓ
を０００２％以下にしたのは、０．００２％を超えると
析出Ｏｒが粗大化するためである。

本発明によるＣｕ　−Ｏｒ　−Ｚｎ系合金は、特許請求
の範囲第３項に記載した様に、更にＡｇ、Ｂｅ％Ｍｇ　
、　Ｃａ。

■、Ｂ、　ＡＸ、Ｉｎ、　　Ｙ、Ｔｌ　、Ｒ，Ｅ、　、
Ｐｂ、　Ｇｅ、　Ｓｉ　、Ｔｉ、Ｚｒ、ＩＶ、　Ｎｂ、
　Ｔａ％５ｂ１Ａｓ、Ｔｅ　、　Ｍｎ、　Ｆｅ、Ｎｉ　
、　Ｇｏの内少く共１種を合計で５％以下含有してもよ
く、これらの追加成分を添加することによって上記Ｃｕ
−Ｃｒ−Ｚｎ系合金の諸特性を更に向上させることが出
来る。これらの追加成分の効果並びに含有量の範囲の限
定理由について以下に説明する。

Ａｇは固溶成分で導電率の低下がほとんどなく、Ｚｎと
類似した作用を有していると共に、耐食性を向上させる
。Ｂｅは結晶粒微細化の効果並びに強化作用があり、更
に高温酸化を抑制する。

Ｍｇ、　（：ａは脱硫、脱酸作用があり、又導電率の低
下がほとんどなく、Ｚｎの作用を助長出来るが、過剰に
含有されると材料の製造が困難となる。艶は有毒元素で
あるが、導電率の低下がほとんどなく、強度、耐熱性、
半田付性等を向上させる。Ｂは脱酸剤として作用する。

Ｍは脱酸剤であシ、又高温酸化防止に有効であるが、過
剰に含有されると導電率を低下させる。Ｉｎ％　ＹｌＴ
ｌ、ＲＪ、は脱硫、脱酸作用があると共に組織の微細化
、均質化に効果があり、強度、耐熱性、耐酸化性等を向
上させる。

職は脱硫作用があり、耐熱性を向上させると共に快削性
や高速プレス性に大きく貢献する。−は析出Ｃｒの粗大
化抑制に有効な元素である。Ｓｌは鋳造性の改善や耐酸
化性の向上に有益である。Ｔｉ　、Ｚｒは耐熱性を向上
させ、かつ脱硫、脱酸作用を有している。Ｖ　、　Ｎｂ
　、　Ｔａは結晶粒微細化や組織の均一化の効果並びに
強化作用があり、更に脱硫作用も有している。ｓｂは、
特に半田接合部やＳｎメッキ部の信頼性向上に有効であ
る。Ａｓ、　Ｔｅは結晶粒微細化や耐熱性向上の効果が
あると共に、快削性や高速プレス性に大きく貢献する。

Ｍｎは脱硫、脱酸作用があり、耐酸化性を向上させると
共に、半田付性の改善等Ｚｎの作用を増強する。Ｆｅ、
Ｎｉ、ＣＯは結晶粒微細化の効果並びに強化作用があり
、これらは微量のＰが共存する場合特に有効な成分であ
る。

以上の追加成分は、夫々過剰に含有されると導電率の低
下、析出Ｏｒの粗大化、加工性の低下等の不都合を生じ
、又不経済でもあるので、前記含有量の範囲内に限定す
る必要がある。

前記Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系合金におけるＯｒの析出は、該
Ｃｕ−Ｏｒ　−Ｚｎ系合金の製造方法にも影響され、本
発明においては、８５０〜１０００℃で熱間加工又は加
熱処理することによってＣｒを均質に固溶させ、その後
少く共ｌｌ００℃迄５℃／ＳｅＣ以上の速度で冷却する
ことによって前記Ｃｒを固溶した状態に保持し、次に５
０％以上の冷間加工を行なった後４００〜５５０℃で加
熱処理することにより前記Ｏｒを微細かつ均一に析出さ
せている。本発明において前記熱間加工又は加熱処理温
度を８５０〜１０００℃の範囲内に限定したのは、８５
０℃未満ではＣｒが充分均質に固溶しなく、又１０００
℃を超えると材料の一部溶融等の危険があるためである
。

又少く共４００℃迄の冷却速度を５℃／　ｓｅｃ以上に
限定したのは、５℃／　ｓｅｃ未満では冷却過程におい
てＯｒが一部析出を起こすためであり、出来れば２５℃
／ｓｅｃ以上の速度で冷却することが望ましい。更に４
００〜５５０℃での加熱処理の前に３０％以上の冷間加
工を行なうのは、加工歪を与えることによってＣｒの微
細かつ均一な析出を促進させるためであり、３０％未満
の加工では前記析出が充分に促進されない。又前記加熱
処理温度を４００〜５５０℃の範囲内に限定したのは、
　ｌｉｏ。

℃未満では実用的な時間内で充分な析出が得られず、導
電率も充分に回復しなく、又５５０℃を超えると析出物
が粗大化するためでちる。本発明においては、必要に応
じて加工と熱処理を繰返すことが出来、又熱処理後加工
して仕上げることも出来ル。更にテンションレベラー、
テンションアニーラ−１低温焼鈍等を付加することも有
効であって、これらによって前記Ｃｕ　−Ｏｒ　−Ｚｎ
系合金における残留応力の除去、成型加工性の向上等を
図ることが出来る。

〔実施例１〕 以下に実施例により本発明を更に具体的に説明する。

第１表に示す組成の各種銅合金鋳塊（５５ｘｌｏｏｘ３
ｏｏ瓢）を９２０℃に加熱してから厚さ５ｗ迄熱間圧延
後、水冷した。尚熱延上り温度は約７００℃であり、４
００℃迄冷却するのに約１０〜１５　ｓｅｃを要した。

上記熱延板をミーリングしてから厚さα４５ｍ＋迄冷間
圧延し、４５０℃で２５分間加熱処理を行なった。

次にα２５■迄冷間圧延し、２８０℃で３０分加熱処理
して仕上げた。

第１表 第　１　表（続き） 以上の様にして得られた各種銅合金のサンプルについて
、引張強さ、伸び、導電率、曲げ加工性、半田接合部の
接合強度、メッキ膜の密着性、酸化膜の耐剥離性、耐酸
化性、耐応力腐食割れ感受性等を下記の方法によシ評価
し、これらの結果をまとめて第２表に示した。

曲げ加工性は、ＪｒＳＺ２２１１ｇの各種先端Ｒを有す
るＶブロックを用いてサンプルの９０°曲げを行ない、
割れが発生しない最小のＲ／ｌ（ｔ：板厚）を求めた。

半田接合部の接合強度は、サンプルにＧｕ線を半田付け
してから１５０℃に３００ｈｒ保持した後引張試験する
ことによって求めた。

メッキ膜の密着性はサンプルを電解脱脂、酸洗いしてか
らＡｇを５μｍメッキし、これを４７５℃のホットプレ
ート上で３　ｍｉｎ加熱してふくれ発生の有無を調べた
。

酸化膜の耐剥離性は、サンプルを２５０〜４００℃のホ
ットプレート上で加熱して各種属さの酸化膜を生成させ
てから、粘着テープ法によシ剥離試験を行ない、剥離し
ない最犬膜厚即ち密着スケール限界を求めた。又耐酸化
性は、３００℃で３　ｍｉｎ加熱後の酸化膜厚をカソー
ド還元法により求めて酸化速度を比較した。尚酸化膜厚
はＣｕＯ換算値とした。

耐応力腐食割れ感受性は、ＪＩＳＣ８３０６に準じて、
５％ＮＨ，蒸気中で引張強さの５０％の荷重をかける定
荷重法により試験し、破断時間を測定した。

第２表から明らかな様に、本発明例Ｎα１〜１１は強度
、伸び、導電率は元より、曲げ加工性、半田接合強度、
メッキ性、耐酸化性、酸化膜の耐剥離性、耐応力腐食割
れ感受性等にも満足な値を与えている。

一方Ｚｎを含有しない従来例Ｎα１９．２０は強度が劣
っており、かつ曲げ加工性、半田接合強度、メッキ性、
耐酸化性等多くの実用特性において不満足な値しか得ら
れていない。又Ｚｎ量が不充分な比較例Ｎｌ１２７は半
田接合強度、耐酸化性等が劣っており、他方Ｚｎ量が過
剰な比較例Ｎ１１２２は導電率が低く、耐応力腐食割れ
感受性が劣っている。Ｃｒ量が不充分な比較例随２６は
強度が劣っており、他方Ｃｒ量が過剰な比較例Ｎ１１２
１は製造中に割れを生じて歩留りが悪く、伸び、曲げ加
工性の他、半田接合強度、メッキ性等も劣っている。以
上の様に、Ｃｒ、Ｚｎ量を本発明の範囲内に限定するこ
とにより、満足な諸特性を得ることが出来る。

更にＰ量又はＳ量が過剰な比較例Ｎ１１２３．２４は曲
げ加工性、メッキ性、酸化膜の耐剥離性が劣つている。

Ｃｒ量、Ｍｇ量が過剰な比較例Ｎα２５、Ｆｅ量が過剰
な比較例Ｎ［Ｌ２９は共に製造時の歩留りが低く、加工
性は元より多くの特性に不満足な結果となっている。Ｍ
ｎ量が過剰な比較例Ｎα２８は導電率が低（Ｎｉ量、Ｍ
量が過剰な比較例Ｎα３ｏは導電率が低く、かつ半田接
合強度が劣っている。

〔実施例２〕 第１表における随１．５の組成を有する銅合金鋳塊を８
２０℃に加熱してから厚さ５咽迄熱間圧延後水冷し、以
後実施例１で示したのと同様な方法で冷間圧延及び加熱
処理を行なった。得られた材料を比較例Ｎ１３１．３う
としてその特性を第２表に併記した。

又同じ銅合金鋳塊を９００℃に加熱してから厚さ５嘔迄
熱間圧延した。熱延上り温度は約７００℃であり、ｌｌ
００℃迄５分間で、即ちＬ７℃Ａｅｃの冷却速度で空冷
した。上記熱延板について、以後実施例１で示したのと
同様な方法で冷間圧延及び加熱処理を行ない、得られた
材料を比較例Ｎｉｌ、ＩＩ３としてその特性を第２表に
併記した。

第２表から明らかな様に、前記比較例Ｎ１１５１．３３
、Ｉｌｌ、４３はいずれも強度が不充分であり、メッキ
性等も劣っている。

〔発明の効果〕 以上に述べた様に、本発明による銅合金は強度及び導電
性に優れていると共に、半田付性、メッキ性、耐酸化性
、成型加工性等広範な実用上不可欠な諸特性にも優れた
高力導電性銅合金であり、特に電子電気機器部品用材料
として、例えば半導体リードフレームは元より、各種コ
ネクター、端子、スプリング、導体、ヒートシンク等と
して有用である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ０．０１〜１％、Ｚｎ０．８〜１０％、Ｐ０
   ．１％以下、０＿２０．００４％以下、Ｓ０．００２％
   以下を含有し、残部がＣｕからなることを特徴とする高
   力導電性銅合金。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の銅合金において、Ｃ
   ｒ、Ｚｎ、Ｐの含有量を夫々Ｃｒ０．１〜０．５％、Ｚ
   ｎ０．８〜２．５％、Ｐ０．０００１〜０．００５％と
   したことを特徴とする高力導電性銅合金。
3. （３）Ｃｒ０．０１〜１％、Ｚｎ０．８〜１０％、Ｐ０
   ．１％以下、０＿２０．００４％以下、Ｓ０．００２％
   以下を含有し、更にＡｇ０．２％以下、Ｂｅ０．２％以
   下、Ｍｇ０．２％以下、Ｃａ０．１％以下、Ｃｄ０．５
   ％以下、Ｂ０．１％以下、Ａｌ１％以下、Ｉｎ０．１％
   以下、Ｙ０．１％以下、Ｔｌ０．１％以下、Ｒ．Ｅ．０
   ．２％以下、Ｐｂ０．０５％以下、Ｇｅ０．５％以下、
   Ｓｉ０．５％以下、Ｔｉ０．５％以下、Ｚｒ０．２以下
   、Ｖ０．０５％以下、Ｎｂ０．０５％以下、Ｔａ０．０
   ５％以下、Ｓｂ０．５％以下、Ａｓ０．１％以下、Ｔｅ
   ０．１％以下、Ｍｎ０．５％以下、Ｆｅ３％以下、Ｎｉ
   １％以下、Ｃｏ１％以下の内少く共１種を合計で５％以
   下含有し、残部がＣｕからなることを特徴とする高力導
   電性銅合金。
4. （４）特許請求の範囲第１項又は第３項記載の銅合金を
   、８５０〜１０００℃で熱間加工又は加熱処理後、少く
   共４００℃迄５℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却し、次に３
   ０％以上の冷間加工を行なった後４００〜５５０℃で加
   熱処理することを特徴とする高力導電性銅合金の製造方
   法。