JPS6369933A - 電子・電気機器用銅合金とその製造法 - Google Patents

電子・電気機器用銅合金とその製造法

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JPS6369933A
JPS6369933A JP21471786A JP21471786A JPS6369933A JP S6369933 A JPS6369933 A JP S6369933A JP 21471786 A JP21471786 A JP 21471786A JP 21471786 A JP21471786 A JP 21471786A JP S6369933 A JPS6369933 A JP S6369933A
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大山 好正
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真人 浅井
Tsutomu Sato
力 佐藤
Shigeo Shinozaki
篠崎 重雄
Shoji Shiga
志賀 章二
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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が高く、電気・熱伝導性。
半田付は性、メッキ性及び耐食性の優れた電子・電気機
器用銅合金と、その製造法に関するものでおる。
〔従来の技術〕
一般に半導体用リードフレーム、各種端子。
コネクター接点、スプリング、熱交換器、各種導体等に
使用される電子・電気機器用銅合金としては、リン青銅
(Cu−Sn系合金)、黄銅(Cu−Zn系合金)、洋
白(Cu−N i −Zn系合金)等が知られている。
しかし黄銅と洋白は応力腐食割れという致命的欠陥を有
し、機械的ストレスの大きい用途には適用できない。
リン青銅は強度が高く、加工性に優れているところから
最も広く利用されているが、導電率が低く、高価なSn
を多量に使用する。また半田付けやSn及びSn合金メ
ッキの剥離現象を起し易いばかりか、応力腐食割れにつ
いても、黄銅や洋白はとではないが保有する。
このため一部の用途ではCu−Fe系合金、例えばC1
94(Cu−2,3wt%F e −0,12wt%z
n−p合金)(以下wt%を%と略記)ヤC195(C
u−1,5%Fe−0,8%Co−0,6%5n−P合
金)が利用されている。この合金は6%Snリン青銅は
どの強度はないが、その2〜3倍の導電率を有し、応力
腐食割れ感受性はない。しかしながら加工性が劣るばか
りか、メッキ性や半田付は性が不十分でおる。
(発明が解決しようとする問題点) 近年電子・電気機器の小型化、高集積度化。
高機能化及び面実装化にともない、次のような特性を有
する銅合金が求められている。
(1)強度と導電性(熱伝導性)が共に高いこと。
(2)成型加工性が良いこと。
(3)半田付は性、メッキ性、ボンディング性が優れ、
特に半田接合強度やメッキ密着力が長期にわたり高いこ
と。
(4)耐食性、特に応力腐食割れ感受性がないこと。
(5)経済的であること。
(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、機械的強度が高く
、電気・熱伝導性、半田付は性、メッキ性及び耐食性の
優れた電子・電気機器用銅合金とその製造法を開発した
ものである。
即ち本発明の一つである銅合金は、Cr0.i〜0.4
%、3 n 0.05〜6.0%、P 0.0001〜
0.01%を含み、O2含有量を0.0025%以下、
S含有量を0.0010%以下に制限し、残部Cuと不
可避的不純物からなる金属び非金属介在物の大きさを1
0μm以下としたことを特徴とするものである。
また本発明の他の一つである銅合金は、Cr0.1〜0
.4%、3 n 0.05〜6.0%、p0.oooi
〜0.01%を含み、更にMl、2%以下、Zr15%
以下、Mn0.5%以下、Si0.2%以下、8011
%以下、AJQ0.2%以下、Ni0.2%以下。
GO0.5%以下の範囲内で少なくとも何れか1種以上
を含み、O2含有量を0.0025%以下、S含有量を
0.ooio%以下に制限し、残部Cuと不可避的不純
物からなる金属及び非金属介在物の大きさを10μm以
下としたことを特徴とするものである。
更に本発明の他の一つでおる上記合金の製造法は、Cr
0.1〜0.4%、Sn0.05〜6.0%、P 0.
0001〜0. oi%を含み、又はこれにMg0.2
%以下、Zn5%以下、Mn0.5%以下、Si0.2
%以下、30.1%以下、A、e0.2%以下。
Ni0.2%以下、CO0.5%以下の範囲内で少なく
とも何れか1種以上を含み、O2含有量を0、0025
%以下、S含有量を0.0010%以下に制限し、残部
Cuと不可避的不純物からなる合金鋳塊を850〜95
0°Cに加熱して熱間加工した後、850℃から450
℃の温度域を20分以内に通過させて冷却し、しかる後
400〜500℃で5分以上の熱処理を少なくとも1回
以上含む冷間加工を施し、金属及び非金属介在物の大き
さを10μm以下とすることを特徴とするものでおる。
〔作 用〕
本発明合金はCu中にSn分が固溶し、Crが析出分散
した合金で、両者の相剰作用によりれた特性を得たもの
で、Pは脱酸及び溶VN鋳造の際の楊流れ性を改善する
ものである。またMg、Zn、Mn、S i、B、A1
.N i。
Go等(D下これ等を副成分と略記)は、crの析出分
散を均質化し、ボンディング性、エツチング性、メッキ
性、半田付は性、成型加工性等の実用特性を向上するも
のである。しかしてこれ等合金成分は本発明の範囲内に
おいて有効に作用し、その含有mが下限未満では十分な
効果が得られず、上限を越えると製造上の欠陥や導電率
の低下をもたらす。
即ちCrは0.1〜0.4%のときに要求特性を最大に
することができるもので、過剰のCrは粗大粒として析
出し、加工性、メッキ性、半田付は性、ボンディング性
、エツチング性等に有害に働く。Snは強度や加工性に
有効であるが、含有量の増加と共に導電率の低下をもた
らすもので、導電性と強度を必要とする目的には、Sn
含有量を0.05〜0.5%とすることにより、導電率
60〜90%lAC3,強度60Kg/rtv?r(D
特性を得ることができる。またSn含有量が0.5%以
上では、導電率の犠牲において約8ONy/7の強度が
得られ、加工性も良好である。Pは上記のように脱酸及
び溶解鋳造の際の湯流れ性を改善するも、下限未満では
効果が微弱となり、上限を越えると、Crとの粗大化合
物を形成し、各特性を損なう。
また副成分の添加は本発明合金の特性や製造条件を一層
改善するもので、副成分は何れも本発明合金の成分の均
一な固溶と析出分散に有効に作用する。しかして副成分
が上限を越えると導電率を低下するなどの不都合を起す
以上の本発明合金の成分の作用は、Q含有量が0.00
25%以下、S含有量が0.0010%以下において有
効に働き、これを越えてαやSを含有する合金では成分
の均一な析出分散に有害となる。
即ちCu中にCrを含有する合金はCr含有量が0.1
〜0.4%の範囲内でおってもαやSの含有量が上限を
越えるとαやSと粗大化合物を晶出し、非金属介在物と
して成型加工性、メッキ性、半田付は性、ボンディング
性、エツチング性等に有害に働く。
尚、02量を0.0025%以下に制限するためには、
レアーアース(RF)、Ti、Zr等の各種脱酸成分を
添加するか、雰囲気溶解鋳造等、従来から知られている
溶鋼の脱酸技術を適用し、また5fflを0.0010
%以下に制限するためには、ca、RE、 T*等を添
加して脱硫を行なうか、溶解に用いる原料を精選するか
、又はαガスもしくは空気を溶鋼中に吹き込んで脱硫す
る方法を適用すればよい。
本発明合金は上記組成からなり、応力腐食割れ感受性が
なく、前記製造法により強度などの特性を最適化するこ
とができる。即ち上記組成の合金鋳塊を850〜950
℃に加熱して熱間加工し、続いて850°Cから450
℃までを20分以内に通過させて冷却し、次に400〜
500℃の温度で5分以上の熱処理を少なくとも1回施
して冷間加工により所望サイズに仕上げるものでおる。
しかして850〜950°Cに加熱して熱間加工するの
は、加熱温度が850°C未満でも950℃を越えても
本発明製造法により上記の目的とする均質な析出分散が
達成できないためでおる。また熱間加工1赴、850℃
から450℃までを20分以内に通過させて冷却するの
も、通過に20分を越えると目的とする均質な析出分散
が達成できないためである。また冷却後400〜500
 ℃で5分以上の熱処理を含む冷間加工を行なうのは、
加熱により均質な析出を行なわ、せると共に、所望のサ
イズに加工するためでおり、何れも下限未満の処理では
析出が不十分となり、上限を越えると析出物が粗大化す
るためでおる。尚均質な析出には熱処理に適度な加工歪
を与えることも有効に動く。
以上の製造法は本発明合金の上記作用を最適化する例を
示したもので、勿論この範囲から外れる条件でも製造は
可能である。また前記組成に加えてFe、M0.Ta、
Nb、Hf、Ge。
Pb、As、Sb、Ga、I n、Y、Tl。
Be、Ba、Cd、Bi、Se、Te、Ru。
/1.Au、Pd、Pt等を併用スルコトもできる。
[実施例] 第1表に示す組成の合金鋳塊(40mm X 40(r
m X300m)を外削してから875°Cに15分間
加熱した後、熱間圧延により厚さ10mの板とした。尚
圧延時間は約3分であり、圧延終了温度は670〜70
0℃であった。これを直ちに水冷して100℃以下に冷
却した。これを酸洗してから厚さ1.2履まで冷間圧延
し、続いて450℃で25分間熱処理してから冷間圧延
し、続いて450℃で25分間熱処理してから厚さ0.
4履まで冷間圧延し、再び420℃で30分間熱処理し
てから厚さ0.20mまで冷間圧延し、次に300℃で
15分間熱処理した。
これ等について引張強さ、伸び、導電率2曲げ成型性、
耐食性、半田付は性、メッキ性、ボンディング性および
介在物の大きさを調べた。
これ等の結果を従来合金であるリン青銅及びC194と
比較して第2表に示す。
曲げ成型性については、各種先端半径(R)の90’角
V曲げ試験を行なって曲げ部のに]れ状態を検鏡し、マ
イクロクラックのない最少半径(R)と板厚(1)との
比(R/l )を求めた。
応力腐食割れについては、JIS C8308に準じ3
 vo1%NH3蒸気中の定荷重法により割れ時間を求
めた。尚荷重は引張強さの50%とした。半田付は性に
ついては、直径9#の部分にリード線を共晶半田により
半田付けし、150℃で300hrエージングしてから
プル試験して半田接合強度を求めた。メッキ性について
はホウフッ化物浴を用いて5n−5%Pb合金を7.5
μの厚さにメッキし、105℃で2000 hr像保持
てからioo ’の折り曲げ試験を行ない、折り曲げ部
のメッキ層の剥離を検鏡した。ボンディング性について
は、1%KCN液により処理した後、A9CN浴を用い
てAtjを2.5μの厚さにメッキし、ダイボンディン
グの熱履歴を模して450°Cで5分加熱し、225°
Cで直径23μのAu線を自動式超音波熱圧着機により
、第1.第2ボンドして15調のループを1000個形
成し、プル試験を行なってボンディング収率を求めた。
尚ワイヤー切れ以外のものは第2ポンドで剥離しており
、これを不良とした。
第1表及び第2表から明らかなように、本発明製造法に
より作成した本発明合金N081〜11は何れも従来合
金で必るリン青銅Nα20と比較し、導電性と耐食性が
優れ、かつ半田付は性及びメッキ性の信頼性が優れてお
り、従来合金であるC194 NQ21と比較しても強
度及び曲げ成型性が滞れ、半田付け、メッキ及びボンデ
ィングの信頼性が優れていることが判る。
これに対し本発明で規定する合金組成範囲より外れる比
較合金では、引張強ざ、導電率9曲げ成型性、メッキ性
及びボンディング性の何れかが劣ることが判る。即ちC
r含有量が不足する比較合金Nα12では強度が劣り、
Sn含有量が不足する比較合金Nα13では強度とメッ
キ性が劣り、またCr含有量の多い比較合金Nα14で
はCrの晶出物でおる介在物が大きく、そのためホンデ
ィングの信頼性が劣る。Sn含有但の過剰な比較合金N
015は導電率を除くその他の特性が良好なるも、導電
率の低下が著しい。また■含有量の過剰な比較合金N0
.16及びS含有量の過剰な比較合金Nα17では介在
物が大きく、曲げ成型性が劣るばかりか、メッキやホン
ディングの信頼性が劣る。Pの過剰な比較合金N0.1
8も介在物が大きく、曲げ成型性が劣るばかりか、半田
付け、メッキ及びボンディングの信頼性が劣る。
また副成分であるMnの過剰な比較合金Nα19では導
電性が劣る。
次に比較のため本発明合金N0. 2の鋳塊について、
aoo ’cに15分加熱してから熱間圧延を行ない、
以下本発明の実施例と同様に処理したところ、引張強さ
44Kg/s、伸び9%、導電率90%lAC3に止ま
った。また本発明合金N02の厚さ1.2 mの圧延材
について650 ℃で熱処理したものは、引張強ざ43
Kg / mrA 、伸び10%、導電率90%lAC
3に止まった。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば強度、導電性(熱伝導性)、
成型加工性及び耐食性が優れ、半田付け、メッキ、ボン
ディングの信頼性が大巾に改善され、電子・電気機器用
として例えば半導体リードフレーム、コネクター、スイ
ッチ等のばね材、端子、熱交換器、各種導体として有用
であり、電子・電気機器の小型化、高集積度化を可能に
する等、工業上顕著な効果を秦するもので必る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Cr0.1〜0.4wt%、Sn0.05〜6.
    0wt%、P0.0001〜0.01wt%を含み、O
    _2含有量を0.0025wt%以下、S含有量を0.
    0010wt%以下に制限し、残部Cuと不可避的不純
    物からなる金属及び非金属介在物の大きさを10μm以
    下とした電子・電気機器用銅合金。
  2. (2)Cr0.1〜0.4wt%、Sn0.05〜6.
    0wt%、P0.0001〜0.01wt%を含み、更
    にMg0.2wt%以下、Zn5wt%以下、Mn0.
    5wt%以下、Si0.2wt%以下、B0.1wt%
    以下、Al0.2wt%以下、Ni0.2wt%以下、
    Co0.5wt%以下の範囲内で少なくとも何れか1種
    以上を含み、O_2含有量を0.0025wt%以下、
    S含有量を0.0010wt%以下に制限し、残部Cu
    と不可避的不純物からなる金属及び非金属介在物の大き
    さを10μmとした電子・電気機器用銅合金。
  3. (3)Cr0.1〜0.4wt%、Sn0.05〜6.
    0wt%、P0.0001〜0.01wt%を含み、又
    はこれにMg0.2wt%以下、Zn5wt%以下、M
    n0.5wt%以下、Si0.2wt%以下、B0.1
    wt%以下、Al0.2wt%以下、Ni0.2wt%
    以下、Co0.5wt%以下の範囲内で少なくとも1種
    以上を含み、O_2含有量を0.0025wt%以下、
    S含有量を0.0010wt%以下に制限し、残部Cu
    と不可避的不純物からなる合金鋳塊を850〜950℃
    に加熱して熱間加工した後、850℃から450℃の温
    度域を20分以内に通過させて冷却し、しかる後400
    〜500℃で5分以上の熱処理を少なくとも1回含む冷
    間加工を施し、金属及び非金属介在物の大きさを10μ
    m以下とすることを特徴とする電子・電気機器用銅合金
    の製造法。
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