JPS6376839A - 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とその製造法に関し、特に強
度が高く、導電率及び耐食性が優れ、かつ加工性やメッ
キ性が良好で、半田との界面強度の経時劣化が起らない
銅合金を提供するものである。

〔従来の技術〕

電子機器、例えば半導体のリードフレームには下記の特
性が要求されている。

（１）強度が高く、耐熱性が良いこと。

（２）放熱性、即ち熱伝導性が高いこと。

（３）Ｎ気伝導性が高いこと。

（４）フレーム成形時の曲げ加工性が良いこと。

（５）メッキ密着性及び樹脂とのモールド性が良いこと
。

（６）半田との接合部に経時劣化が無いこと。

従来半導体のリードフレームには主として４２合金（Ｆ
　ｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金）（以下ｗｔ％を％と略記）
が用いられそきた。この合金は引張強さ６３に９／ｒｒ
ｖｎ、耐熱性６７０℃（３０分の加熱により、初期強度
の７０％になる温度）の優れた特性を示すが、導電率は
３％ｌＡＣ３程度と劣るものである。

近年半導体素子は集積度の増大及び小型化と同時に高信
頼性が求められるようになり、半導体素子の形態も従来
のＤＩＰ型ＩＣからデツプキャリアー型やＰＧＡ型へと
変化しつつある。

このため半導体のリードフレームも薄肉・小型化され、
同時に４２合金を上回る特性が要求されるようになった
。即ち薄肉化による溝成部品の強度低下を防ぐための強
度向上、集積度の増大による放熱性向」このために熱伝
導性と同一特性である導電率の向上、優れた耐熱性、更
に半導体のフレーム上の固定や半導体からリードフレー
ムの足の部分の配線へのボンディング前処理としてリー
ドフレーム表面へのメッキ性及び封止樹脂とのモールド
性の向上、更には信頼性の問題としてフレーム基板との
接合におけるハンダ接合強度の経時劣化が無いことが望
まれている。

（発明が解決しようとする問題点〕 上記４２合金は導電率が３％ｌＡＣ３と低く、放熱性が
劣る欠点があり、これに代えて銅合金を用いれば導電率
を５０〜８０％ｌＡＣ３と飛躍的に向上させることがで
きるも、４２合金と同等の他の特性を満足することは難
しい。

〔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問の結果、４２合金と同等以
上の強度と、はるかに優れた導電率を示す電子機器用銅
合金とその装造法を開発したものである。

即ち本発明合金は、Ｎｉ０１１−４．８％、Ｓｉ０、０
５〜０．８％の範囲内でＮｉとＳｉの比（Ｎｉ／Ｓ１）
が２〜６となるようにＮｉとＳｉを含み、Ｚ　ｎ　Ｏ，
０５〜０．６％、Ｃａ　Ｏ，０００５〜０．３％、更に
Ｍ９．Ｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ０．８土類元素。

Ａ１．ｓｎ、　Ｔ；の何れか１種又は２種以上を単独で
０．０２〜０．５％、合ｈ１で０．０２〜１．０％を含
み、残部Ｑｕと不可避的不純物からなることを特徴とる
すものである。

また本発明製造法は、Ｎ−１０，１〜４．８％、Ｓ　ｉ
　０．０５〜０．８％の範囲内でＮｉとＳｉの比（Ｎｉ
／Ｓｉ）が２〜６となるようにＮｉとＳ：を含み、Ｚ　
ｎ　Ｏ，０５〜０．６％、ＣａＯ，０Ｏ０５〜０．３％
、更にＭｇ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ０．希土類元素、Ａ１
．Ｓｎ、Ｔ　ｉの何れか１種又は２種以上を単独で０．
０２〜０．５％、合計で０．０２〜１．０％を含み、残
部Ｃｕと不可避的不純物からなる合金鋳塊を熱間加工し
、その後８０％以上の冷間加工を施してから３５０へ、
８５０’Ｃで５秒へ・１２時間の再結晶を伴なわない熱
処理と、加工率３０％以下の冷間加工を１回以上繰返し
、最終仕上げ加工を３０％以下とすることを特徴とする
ものである。

〔作　用〕

本発明合金は、上記組成からなり、ＮｉＯ，１〜４．８
％、Ｓｉ０．０５〜０．８％の範囲内で、Ｎｉと８１の
比（Ｎｉ／Ｓｉ）が２〜６になるようにＮｉとＳｉを含
有せしめたのは、それぞれ下限未満では本発明製造法を
持ってしても十分な強度が得られず、上限を越えると半
田付は性を悪化さＵると共に加工性、特に熱間加工性を
悪くし、製造性を害する。またＮｉとＳｉの比（Ｎｉ／
Ｓｉ）が上記範囲内において十分な強度と導電率を示し
、かつメッキ性、鋳造性、加工性も良好であり、これを
外れると上記特性が大きく低下する。

ｚｎは半田付けやメッキの接合部の経時劣化を抑制し、
信頼性を向上させ、更に脱酸作用により鋳造性を高め、
コストの低減に寄与するも、上記範囲の下限未満ではそ
の効果が見られず、上限を越えると導電率を低下すると
共に加工性を阻害する。Ｃａは脱酸脱硫の作用を持ち、
鋳塊の健全性の向上や熱間加工性を良好にし、更に熱間
加工時のＮｉ、Ｓｉの析出現象を抑制し、優れた特性を
付与するも、上記範囲の下限未満ではその効果がなく、
上限を越えると鋳造性や加工性を損ね、導電率を大きく
低下する。更にＭｃＪ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ０．希土類
元素。

Ａ、ｉ！、３ｎ、Ｔｉの何れか１種又は２種以上は、強
度を向上し、延性の改善に寄与し、成型加工性、特に曲
げ加工時の成型性（表面性状や寸法精度）を良くし、更
には脱酸、脱硫の効果を示すも、上記範囲（単独で０．
０２〜０．５％、合計で０、０２〜１．０％）の下限未
満でも、上限を越えても効果がなく、導電率を低下させ
たり、熱間加工性を悪化ざぜる。尚Ｂａ、Ｖ、Ｚｒ、Ｙ
。

Ｆｅ、Ａｕ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｂ　ｉ。

Ａｇ１丁ｌ、ランタノイド系、アクチノイド系において
も、わずかではあるが同様の効果が見られる。

また不可避的不純物のうちＱ含有量を４．０　ｐ　ｐｍ
以下と制限したのは、αは本発明合金の成分であるＮ；
１′）ｓ＋の均一な析出に有害で、含有口が４０ｐｐｍ
を越えると粗大析出粒を作りやすく、そのため強度の向
上を阻害するばかりか、メッキ性や半田付は性を劣化さ
せ、更には成型加工性を劣化させて電子機器に要求され
る精密な加工部品において実用上有害となるためで必る
。

更に析出粒の木きざを１０μｍ以下としたのは、析出粒
の大きさは、強度、メッキ性、半田イ」け性等を大ぎく
左右し、粒径が１０μ７ｎを越えると上記特性の劣化が
著しいためである。

尚不可避的不純物のうちＰはＮｉとＮｊｘＰ化合物を形
成して、マトリックス中のＳｉを過剰にし、導電率や半
田付は性を大きく劣化させるため、Ｐ含有量を０．０５
％以下、望ましくは０．０３％以下に制限するとよい。

本発明合金は上記組成からなり、上記製造法により電子
機器用として最適の特性を付与することができる。即ち
熟間加工俊８０％以上の冷間加工を施してから３５０〜
８５０℃で５秒〜１２時間の再結晶を伴なわない熱処理
と、加工率３０％以下の冷間加工を１回以上繰返し、か
つ最終仕上げ加工率を３０％以下とするものである。し
かして熱処理条件がこの範囲から外れる再結晶状態又は
部分再結晶状態からでは、過析出による析出粒の粗大化
により十分な強度が得られず、組織の不均一性から特性
の不安定をまねく。更にこの熱処理と組合せる冷間加工
の加工率を３０％以下としたのは、加工率が３０％を越
えると熱処理による析出硬化と、加工による転位の導入
により加工硬化の効果が増幅され、高い強度を得ること
は可能でおるが、反面延性を低下し、製造性や曲げ成型
性を大きく劣化させ、電子機器に要求される精密な加工
部品において、実用上有害となるためでおる。また最終
の仕上げ加工率を３０％以下としたのは、これを越える
加工率では強度と延性の並ね合による製造性や曲げ成型
性を劣化させる。

尚本発明法において、熱間加Ｔは８００〜８８０℃から
開始し、終了後はＮｉ、Ｓｉ等の析出分を固溶状態にし
ておく装定から迅速に冷却することが望ましいが、冷却
速度として徐冷以外でおれば特性に何等影響を及ぼさな
い。また最終仕上げ加工後、２００〜５５０’Ｃの調質
焼鈍やデンションレベラー、テンションアニーリング等
を組合せることにより、より高い特性とすることができ
る。

（実施例） 第１表に示す組成の銅合金を冷却鋳型を用いて半連続鋳
造し、８５０″Ｃで熱間圧延した後、面削して厚さ１０
ＩｒＩＭの板とした。これを９６％の加工率で厚さ０．
４＃まで冷間圧延してから１，４５０°Ｃで１時間加熱
処理し、更に２５％の加工率で厚さ０．３ｍまで冷間圧
延した後、４００　°Ｃで１１１５間熱処理し、しかる
後加工率１６．７％の最終仕上げ冷間圧延を行なって、
厚さ０．２５＃の板にし、更に２５０℃で３０分間の調
質焼鈍を施した。

これ等の板について強度、伸び１曲げ成型性。

半田付は性、耐食性及びメッキ性を調べた。その結果を
従来の４２合金と比較して第２表に示す。

強度はＪＩＳ　Ｚ　２２４１に基づいて測定し、導電率
はＪＩＳ　Ｈ０５０５に基づいて測定した。曲げ成型性
はＪＩＳ　Ｚ　２２４Ｂの■ブロック法により試験を行
ない、試験片の表面に割れを生じさせる最少曲げ半径（
Ｒ）を試験片の厚さく１）で割った値（Ｒ／ｌ）で示し
た。半田付は性は幅２５７１１５１、長さ２５ＩＩｗＩ
のサンプルを切出し、直径９Ｍ部に６０／４０共晶半田
により直径２ｍの無酸素銅線を接合し、１５０℃で５０
０時間の加速試験を行なった後、引張試験により接合強
度を求めた。耐食性はＪＩＳ　Ｃ８３０６（応力腐食割
れ）に準じ、３■０１％のＮ　！−１３蒸気中で定荷重
（引張強さの５０％）法により、割れ発生までの時間を
求めた。メッキ性はホウフッ化物浴にて厚さ７．５μｍ
の５ｎ−５％Ｐｂ合金メッキを施し、１０５℃で２００
０時間保持してから１）Ｏｏに折り曲げ、その折り曲げ
部のメッキ層の剥離を検鏡により調べた。

尚第２表中比較例Ｎαｉａ、　１９は第１表中の本発明
例Ｎα７と同一合金であるが、比較例Ｎα１８は本発明
例Ｎα７の製造工程において熱処理を完全に軟化する温
度（９００℃）で２時間行なったものであり、比較例社
１９は本発明例Ｎａ７の製、造工程において、熱処理前
の冷間加工率を９３％とし、最終仕上げ加工率を５０％
としたものである。

第１表及び第２表から明らかなように、本発明合金を本
発明製造法により作成した本発明例Ｎ０１〜１０は、何
れも４２合金（１”ｅ−４２％Ｎｉ合金）を用いた従来
例Ｎα２０と比較し、はるかに優れた強度と導電性を有
し、かつ同等の曲げ成型性、半田付は性、メッキ性及び
耐食性を有することが判る。

これに対しＮｉ量と５ｉｆｆｉが少ない合金を用いた比
較例Ｎα１１では強度が劣り、５ｉｆｆｌの多い合金を
用いた比較例Ｎα１２及びＮｉｆｆ１の多い合金を用い
た比較例Ｎα１４では優れた強度を示すも導電性の改善
が不十分なばかりか、曲げ成型性やメッキ性が大きく劣
る。またｚｎを含まない合金を用いた比較例Ｎα１３で
は半田接合強度が大き′く低下し、Ｃａやその他の元素
を多く含む合金を用いた比較例Ｎα１５では鋳造性が極
めて悪く、健全な鋳塊を得ることができなかった。更に
Ｑ含有量が多い合金を用いた比較例Ｎα１６では析出粒
径も大ぎく、強度の改善が不十分なばかりか、曲げ成型
性やメッキ性が劣り、Ｐ含有量の多い合金を用いた比較
例Ｎα１７では、導電率の改善が不十分なばかりか、曲
げ成型性、半田付は性及びメッキ性が劣る。

また本発明合金と同一組成の合金であっても、その製造
条件の内、冷間圧延後の熱処理温度が高い比較例Ｎα１
８では強度の改善が不十分なばかりか、メッキ性が劣り
、熱処理後の仕上げ加工率が高い比較例では曲げ成型性
が著しく劣ることが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、強度、導電性。

曲げ成型性、半田付は性、メッキ性及び耐食性に優れて
おり、電子機器用リードフレーム、コネクター、スイッ
チ等に使用し、その薄肉化。

小型化を可能にする等工業上顕著な効果を秦するもので
ある。

−，し′

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ０．１〜４．８ｗｔ％、Ｓｉ０．０５〜０．
   ８ｗｔ％の範囲内でＮｉとＳｉの比（Ｎｉ／Ｓｉ）が２
   〜６となるようにＮｉとＳｉを含み、Ｚｎ０．０５〜０
   ．６ｗｔ％、Ｃａ０．０００５〜０．３ｗｔ％、更にＭ
   ｇ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、希土類元素、Ａｌ、Ｓｎ、
   Ｔｉの何れか１種又は２種以上を単独で０．０２〜０．
   ５ｗｔ％、合計で０．０２〜１．０ｗｔ％を含み、残部
   Ｃｕと不可避的不純物からなる電子機器用銅合金。
2. （２）不可避的不純物中Ｏ＿２含有量を４０ｐｐｍ以下
   に制限し、析出物の粒径を１０μｍ以下とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子機器用銅合金。
3. （３）Ｎｉ０．１〜４．８ｗｔ％、Ｓｉ０．０５〜０．
   ８ｗｔ％の範囲内でＮｉとＳｉの比（Ｎｉ／Ｓｉ）が２
   〜６となるようにＮｉとＳｉを含み、Ｚｎ０．０５〜０
   ．６ｗｔ％、Ｃａ０．０００５〜０．３ｗｔ％、更にＭ
   ｇ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、希土類元素、Ａｌ、Ｓｎ、
   Ｔｉの何れか１種又は２種以上を単独で０．０２〜０．
   ５ｗｔ％、合計で０．０２〜１．０ｗｔ％を含み、残部
   Ｃｕと不可避的不純物からなる合金鋳塊を熱間加工し、
   その後８０％以上の冷間加工を施してから３５０〜８５
   ０℃で５秒〜１２時間の再結晶を伴なわない熱処理と、
   加工率３０％以下の冷間加工を１回以上繰返し、最終仕
   上げ加工率を３０％以下とすることを特徴とする電子機
   器用銅合金の製造法。