JPS63266050A - 高力銅基合金の製造法 - 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・電気機器、特に電子部品のリード材、ス
イッチ、端子、コネクター等の配器材やばね材として用
いられる高い強度と優れたメッキ性、半田接合性、耐食
性＊ｒＦｉ４熱性等を示す高力銅基合金の製造法に関す
るものである。

〔従来の技術おにび発明が解決すべき問題点〕電子機器
部品、例えば半導体（Ｔｒ、ＩＣ。

ＬＳｌ、ＶＬＳＩ等）のリードフレーム材、ヒートシン
ク材、電子部品のリード材、構成部品（コネクター、ス
イッヂ、リレー等）のばね材１各種端子材には多くの銅
合金が利用されてきた。

近年電子機器部品の小型化、高性能化、高密度化に伴っ
てより高性能の合金が求められるようになり、特に最先
端にある半導体は高集積化が目覚しく、これに用いられ
るリード材には高い強度が要求されている。

強度の優れた代表的な銅合金としては、Ｃｕ−３ｎ−Ｐ
系、Ｃｕ−Ｎｉ−３ｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｐｂ系の合金が
知られているが、これ等の合金はでの熱間加工性が乏し
いが又は溶体化処理のための設陥投負やそれに伴う諸問
題の解決が必要であり、これが生産性を著しく低下せし
めてコスト高の一因となっている。

このような熱間加工性に乏しい合金の場合でも、材料￥
！逍には熱間加工は不可欠であり、そのため様々の方法
が考えられているが以下の問題点を克服していない。

（１）熱延時に大気中での高温加熱が必鼓なため、この
処理中に材料表面に多層、多量の酸化スケールが発生し
、また熱間加工時にもこの酸・　　化スケール・が発生
する。そこでその除去のため、多大な研削が必要となり
、材料歩留りの低下が起きると共に、添加元素の内部酸
化や圧延時の酸化スケールの巻き込み等によって内部欠
陥を生じ、半田付は性やメッキ密着性を低下させる原因
となる。

（２）大気加熱による再熱割れ並びに熱間加工時の割れ
による歩留りの低下と生産コストの増加をもたらす。

（３）熱間加工時に材料を高温に加熱するため、多くの
エネルギーとそれに伴う設備投資が必要でおり、生産コ
ストの増加を招く。

〔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束、上記諸問題の発生
源となる熱間加工を省略した高力銅基台金の製造法を開
発したものである。

即ち本発明製造法は、Ｓｎ１．５〜１０ｗｔ％（以下Ｗ
ｊ％ヲ単に％と略記）　、　Ｃｒ０．０１〜１．０％を
会み、又はこれにＮｉ２．５％以下、Ｚｎ２．５％以下
、Ｆｅ２．５％以下、　Ｍｒ１２．５％以下、　Ｃ０２
，５％ＩＸ　下、　Ａ　１２．５　％以下、　Ｍ　’Ｉ
　０．５％以下。

Ａ８０．５％以下、Ｃａ０．５％以下、Ｖ０．５％以下
、Ｙ０．５％以下、希土類元素０．５％以下。

Ｉ　ｎ　０．５　％ＣＩ、　下、　Ｐ　ｂ０．５％以下
、　Ｓ　ｂ０．５％以下、Ｓ；０．５％以下、Ｔｅ０．
５％以下、Ａｇ０．５％以下、Ａｕ０．５％以下、Ｐ０
．５％以下。

８０１５％以下、Ｇａ０．５％以下、７ｒ０．５％以下
、Ｇｅ０．５％以下の範囲内で何れが１種又は２種以上
を合ｉ１３．０％以下含み、残部Ｃｕと不可避的不純物
からなる銅合金を連続鋳造後、鋳塊表面の偏析層及び鋳
塊欠陥を研削して除去する工程と、研削した鋳塊を２０
〜９５％の加工率で冷間加工し、しかる後非酸化性雰囲
気中３００〜９００℃で５秒〜２４時間加熱１多、０．
０１〜５００　’Ｃ／秒の冷却速度で冷却する工程と、
冷却した材料の表面を酸洗又は研削又はこれ等の粗み合
せにより清浄化した俊、５〜９０％の加工率で冷間加工
し、しかる後非酸化性雰囲気中２００〜６５０　℃で５
秒〜２４時間熱処理することを１回以上繰返す工程とか
らなることを特徴とするものである。

（作　用〕 本発明において、使用する合金の組成を上記の如く限定
したのは次の理由によるものである。

Ｓ　ｎ及びＣｒは、合金の強度を高めるためで、それぞ
れ下限未満では十分な強度が得られず、上限を越えると
高い強度は得られるが、冷間加工性や曲げ成型性の低下
が著しく、更に半田付は性やメッキ密着性を低下するた
めである。

Ｎ　ｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃ０．Ａ１．Ｍｇ。

Ａｓ、Ｃａ、Ｖ、Ｙ、希土類元素（ＲＥ＞。

Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ａｇ、Ａｕ。

Ｐ、Ｂ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｇｅ　（以下副成分という）は、
何れも強度を向上すると共に半田付は性。

メッキ密着性及び鋳造性を改善するためで、それぞれ−
り限を越えるか、又は２種以上の合計が３％を越えると
、逆に５ＲＴｉ性、半田付は性及びメッキ密着性を劣化
するためである。

次に連続鋳造した鋳塊は、鋳造時の欠陥や錫板を除去す
るために機械的又は／及び化学的に表層を研削し、これ
に冷間加工を施すのは、次の加熱処理により再結晶さけ
るためで、この冷間加■の加工率を２０〜９５％と限定
したのは、２０％未満では次の加熱処理にＪ、り再結晶
を起こさせるのに不十分であり、９５％を越えると材料
組織の不均一性を招くためである。冷間加工後の加熱処
ｐＪ３温度を３００〜９００℃と限定したのは３００℃
未満では材料の再結晶が不十分であり、９００　’Ｃを
越える温度では粗大な結晶粒を生じ、その後の特性を劣
化させるためである。また加熱処理口４間を５秒〜２４
時間と限定したのは、５秒未満では再結晶を伴う焼鈍の
効果がなく、２４時間を越える加熱処理は生産性を低下
させてコスト高の要因となる。また加熱処理後の冷却速
度を０．０１〜５００’Ｃ／秒と限定したのは、冷却速
度が０．０１℃／秒未満では冷却終了までの時間が長く
、生産性を低下Ｖしめると共に、Ｏｒの組人析出物の成
長を誘発する原因となり、５００’Ｃ／秒を越えると、
冷却に伴う温度差により材料変形の問題を生じるためで
ある。

更に加熱処理後冷却した材料を溶解又は／及び研削によ
り材料表面を清浄化するのは、製造工程中における材料
酸化ヤ冷間圧延時の圧延油のイ」盾に伴う加熱処理時の
変色等を除去するためのもので、これをそのまま放置し
て製品化すると、半田付は性やメッキ密着性の若しい低
下を引き起し、信頼性を大ぎく損ねる。これを防止する
ために酸やパフ等により溶解又は／及び研削を行ない、
表面欠陥部を除去する事により、上記特性の劣化を抑え
ることができる。除去量としては０．１〜５μｍ程度が
望ましく、これを越えると逆に表面が荒れ、半田付は性
やメッキ密着性を低下する。この表面清浄化した材料に
冷間加工を施すが、その加工率を５〜９０％と限定した
のは、５％未満の加工では材料の平坦度や面粗度を良好
にすることができず、また求める強度も得られず、９０
％を越える加工は材料組織の不均一性を招くためである
。更にその俊の熱処理を２００〜６５０℃で５秒〜２４
時間と限定したのは、仕上げ加工後の熱処理では調質と
内部歪を除去し、中間焼鈍では以俊の加工を容易にする
ためて、この範囲外では所望とする特性が１７られない
。

尚、上記表面清浄化、冷間加工及び熱処理は適宜繰返し
行なう事により、平滑で表面欠陥のない表面性に優れた
高強度かつ伸びの優れた材料を得ることができる。しか
して仕上げ加工後の熱処理ＧＪ、２００〜５６０℃で５
秒〜２４時間と再結晶温度以下とし、中間焼鈍は４００
〜６５０℃で１０秒〜２４時間と再結晶領域で行なうこ
とが望ましい。また上記加熱処理及び熱処理を非酸化性
雰囲気中で行なうのは材料の表面及び内部酸化を抑制す
るためである。また本発明は最終的に歪とつと形状矯正
のため、テンションレベラーヤテンションアニール等を
行なうことにより所望の特性に調整することもできる。

（実施例〕 第１表に示す組成の合金について、水平連続Ｕ造した鋳
塊（厚ざ１０ｍ）を片面あたり０．５Ｍ面削し、これを
厚ざ１，５Ｍまで冷間圧延した後、５２０℃で２時間加
熱処理し、しかる後０．０３°Ｃ／秒の速度で冷却した
。続いて冷却した材１１の表面を清浄にしてから厚さ０
．４２ｓまで冷間圧延した後、４６０℃で１時間熱処理
し、しかる後０．０３℃／秒の速度で冷却した。次に冷
却した材料の表面を再び清浄にしてから厚さ０．２５Ｍ
まで冷間圧延した後、３００℃で２時間熱処理し、しが
るｉｌ０．０５°Ｃ／秒の速度で冷却した。これ等につ
いて引張強ざ、伸び２曲げ成型性、半田接合強度及びメ
ッキ密着性を調べた。その結果を第１表に併記した。

尚曲げ成型性は先端半径（Ｒ）の異なる９０°ダイスで
折り曲げ、マイクロクラックの発生を調べ、クラックの
発生する先端半径（Ｒ）と板厚（１）の比（Ｒ／ｌ）で
表わした。折り曲げ軸は圧延方向と平行な方向について
行なった。半田接合強度は直径１２＃の面に引張用リー
ド線を共晶半田付けした後、１５０℃で６００時間保持
してから引張試験を行なった。またメッキ密着性につい
てはホウフッ化物浴を用いて５ｎ−５％ｐｂ合金を７．
５μｍの厚さにメッキした後、１０５°Ｃで１０００時
間保持し、しかる後１８０°に折曲げて、折曲げ部のメ
ッキ層の剥離を検鏡した。

次に第１表に示すＮＨ３の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊（厚さ１０＃）を片面あたり０．５＃而削し、
これを厚ざ１，５＃まで冷間圧延した後、加熱処理を第
２表に示す条件で行ない、続いて表面清浄にしてから厚
さ０．４２ｍまで冷間圧延した後、４６０℃で１時間熱
処理し、しかるｉｌ０．０３℃／秒の速度で冷却した。

続いて材料の表面を再び清浄にしてから厚さ０．２５ａ
＋＋まで冷間圧延した後、３００℃で２時間熱処理し、
しかる後０．０５℃／秒の速度で冷却した。これ等につ
いて上記と同様にして引張強ざ、伸び２曲げ成型性、半
田接合強度及びメッキ密着性を調べた。

その結果を第２表に併記した。

次に第１表に示すＮα３の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊（厚さ１０＃）を片面あたり０．５ｍ面削し、
これを厚さ１．５　ｍｔｎまで冷間圧延した後、４８０
℃で５時間加熱処理し、しかる後０．０２℃／秒の速度
で冷却した。続いて冷却した材料の表面を清浄にしてか
ら第３表に示す加工率で冷間圧延し、これを３００　’
Ｃで２時間熱処理し、しかる後０．ｂ れらについて上記と同様にして引張強さ、伸び。

曲げ成型性、半田接合強度及びメッキ密着性を調べた。

その結果を第３表に併記した。

次に第１表に示すＮα３の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊（厚さ１０ｍ）を片面あたり０．５ｍｒｎ面削
し、これを厚さ１．５ｍまで冷間圧延した俊、５２０℃
で２時間加熱処理し、しかる後０．０３°Ｃ／秒の速度
で冷却した。続いて冷却した材料の表面を清浄にしてか
ら厚さ０．４２Ｍまで冷間圧延した後、４６０℃で１時
間熱処理し、しかる後０．ｂ 表面清浄にしてから厚さ０．２５Ｍまで冷間圧延した後
、第４表に示す条件で熱処理した。これらについて上記
と同様にして引張強さ、伸び１曲げ成型性、半田接合強
度及びメッキ密着性を調べた。その結果を第４表に併記
した。尚実施例における加熱処理及び熱処理は何れもＮ
２ガス中で行なった。

第１表〜第４表から明らかなように、本発明法Ｎ０．　
１〜１１．Ｎα１２〜１４．　Ｎα１８〜２１及びＮα
２４〜２７によるものは何れも引張強さ６１／（ｇｆ／
−以上、伸び１０．８％以上、曲げ成型性０．８以下、
半田接合強度１．０ＫＦＪｆ／−以上の特性を示し、か
つメッキ密着性も良いことが判る。

これに対し本発明で規定する製造条件より外れる比較法
Ｎｏ１５〜１７．　Ｎ０．２２〜２３．Ｎα２８〜２９
では上記特性の何れか１つ以上が劣化していることが判
る。

〔発明の効果〕

本発明製造法は処理中に材料表面の酸化スケールの発生
、内部酸化、酸化スゲ゛−ルの巻込み等の問題点の発生
源となる熱間加工を省略し、特性の優れた高力銅基台金
を製造するもので、熱間加工時の材料を高温に加熱する
ための多くのエネルギーとそれに伴う設備投資を必要と
せず、歩留りを向上し、生産コストを低減することがで
きる等、工業上顕著な効果を秦するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｓｎ１．５〜１０ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜１．０ｗｔ％
   を含み、又はこれにＮｉ２．５ｗｔ％以下、Ｚｎ２．５
   ｗｔ％以下、Ｆｅ２．５ｗｔ％以下、Ｍｎ２．５ｗｔ％
   以下、Ｃｏ２．５ｗｔ％以下、Ａｌ２．５ｗｔ％以下、
   Ｍｇ０．５ｗｔ％以下、Ａｓ０．５ｗｔ％以下、Ｃａ０
   ．５ｗｔ％以下、Ｖ０．５ｗｔ％以下、Ｙ０．５ｗｔ％
   以下、希土類元素０．５ｗｔ％以下、Ｉｎ０．５ｗｔ％
   以下、Ｐｂ０．５ｗｔ％以下、Ｓｂ０．５ｗｔ％以下、
   Ｂｉ０．５ｗｔ％以下、Ｔｅ０．５ｗｔ％以下、Ａｇ０
   ．５ｗｔ％以下、Ａｕ０．５ｗｔ％以下、Ｐ０．５ｗｔ
   ％以下、Ｂ０．５ｗｔ％以下、Ｇａ０．５ｗｔ％以下、
   Ｚｒ０．５ｗｔ％以下、Ｇｅ０．５ｗｔ％以下の範囲内
   で何れか１種又は２種以上を合計３．０ｗｔ％以下含み
   、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる銅合金を連続鋳造
   後、鋳塊表面の偏析層及び鋳塊欠陥を研削して除去する
   工程と、研削した鋳塊を２０〜９５％の加工率で冷間加
   工し、しかる後非酸化性雰囲気中３００〜９００℃で５
   秒〜２４時間加熱後、０．０１〜５００℃／秒の冷却速
   度で冷却する工程と、冷却した材料の表面を酸洗又は研
   削又はこれ等の組み合せにより清浄化した後、５〜９０
   ％の加工率で冷間加工し、しかる後非酸化性雰囲気中２
   ００〜６５０℃で５秒〜２４時間熱処理することを１回
   以上繰返す工程とからなる高力銅基合金の製造法。