JPS639007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜発明の属する技術分野＞ 本発明は集積回路導体用リードフレーム材料お
よびその製造方法に関し、更に詳しくは伸び率６
％以上において高い引張り強さと、同時に高い導
電率を有し、メツキ性、経済性にも優れた集積回
路導体用銅ニツケル錫合金およびその製造方法に
関する。 ＜発明の技術的背景＞ 集積回路導体用リードフレーム材料には、折り
曲げ可能な伸び率（実用的に６％以上）を確保し
た状態で高い引張り強さと、高い導電率を有し、
かつ経済性に優れた合金が求められる。 しかし、引張り強さと導電率は、一般に相反す
る特性であり、いずれか一方の特性を犠性にし、
他方の特性を生かすようにしている。現在のとこ
ろ、りん青銅（伸び率率％以上で、引張り強さ45
Kg／mm²程度、導電率約15％）、丹銅（伸び率数％
以上で、引張り強さ35Kg／mm²、導電率37％）、ベ
リリウム銅（伸び率数％以上で、引張り強さ46〜
80Kg／mm²、導電率37％）、銀銅（伸び率数％以上
で引張り強さ45Kg／mm²、導電率845％）や、最近
開発された主として鉄を添加し、この他にＰ、
CO、Sn、Znを含む合金（伸び率数％以上で、引
張り強さ35〜50Kg／mm²、導電率35〜60％）等が使
用されている。この他、存在している各種の銅合
金においても、以上の合金の特性と大同小異であ
る。特に、上述した各合金に共通している不具合
な点は材料の価格が高価であることである。 一般に、合金はその引張り強さを高くするため
に、析出時効を行つており、そのための熱処理コ
ストを避けることができない。しかし、この熱処
理コストが同一と仮定すると、後は合金を構成し
ている成分元素のコストが経済性を決定する要因
となる。 もちろん、微量の添加で引張り強さを増し、導
電率を低下させない元素Ti、Zr、Cr等との銅合
金が存在している。しかし、これらの高融点、高
酸化性の元素Ti、Zr、Crの添加には銅に均一に
固溶させ、析出硬化させる製造工程に困難さが増
し、別の面で製造上のコスト高を招いている。こ
のような理由によつて、Ti、Zr、Crなどを含む
析出硬化形銅合金はそれ程量産販売されていな
い。 以上のような理由により、現在、集積回路導体
用リードフレーム材料として一定の伸び率（６％
以上）を確保した状態において比較的に高い引張
り強さを持ちながら導電率の低い材料、りん青銅
が広く使用されている。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが、上述の目的を充たす集積回路導体用
リードフレーム材料として用いているりん青銅
は、Sn3〜９重量％、P0.05〜0.35重量％、残部
Cuからなる組成の銅合金であつて、高価なSn元
素を多く含み、材料費がコスト高となる不具合が
あつた。 そこで、本発明は従来の集積回路導体用リード
フレーム材料の不具合な点を除去するためになさ
れたものであつて、本発明の目的の一つは折り曲
げ可能な伸び率を確保した状態において高い引張
り強度と同時に高い導電率を有し、しかも経済性
に優れた集積回路導体用銅ニツケル錫合金を提供
しようとするものである。 本発明の目的のもう一つは、上述の集積回路導
体用銅ニツケル錫合金を析出時効処理を必要とせ
ず、しかも実用上要求される伸び率６％以上が容
易に得られ、かつこの伸び率を確保した状態にお
いて高い引張り強度と高い導電率が得られる製造
方法を提供しようとするものである。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者等は集積回路導体用銅ニツケル錫合金
における上述の不具合さを除去するために種々実
験を重ねた結果、次のことが判つた。 ○イ 銅合金のみならず、合金の強化は析出硬化に
よつて得られている。一方、導電率は添加元素
量の少ない稀薄合金である程高くなる。ただ
し、添加元素による導電率の低下の程度は元素
の種類によつて違いがあるため、一定の引張り
強さを確保しつつ、同時に導電率をある程度の
高さのものをうることが可能である。 ○ロ また、上述したように合金において相反する
関係にある引張り強さと導電率のバランスを図
るために、銅に対する添加元素の量を少なくし
て導電率の低下を小さくすると共に、これによ
り原料のコストの低下を図ることができる。 ○ハ しかし、これは機械的な強さを高くする点で
不利となる。そこで、本発明者等はNiおよび
Snを加え、脱酸時のＰを残留させればよいと
考えた。しかし、これらの添加元素は析出硬化
を期待するものではなく、固溶体硬化を狙つた
ものであり、さらにその上加工硬化度を高くす
ることを目標としたものである。 ○ニ この結果、実験によりNi3.0〜0.5重量％、
Sn0.9〜0.5重量％、P0.2〜0.01重量％において、
後述する熱処理および圧延加工処理と組合せる
ことにより伸び率６％以上において引張り強さ
を約60Kg／mm²にすることができることが判つ
た。 ○ホ また、金属材料の特性はその加工法、熱処理
法によつて異なる。銅ニツケル錫合金の場合も
同様であつて、伸び率６％以上において高い引
張り強さを得るためには、冷間圧延加工を繰り
返し必要な厚さ（60％以上の加工率がとれる厚
さ）に達したとき、360℃〜395℃の温度で１時
間焼鈍（いわゆる止め焼鈍）し冷間圧延し、さ
らに実施した材料を150℃〜250℃の温度で１時
間焼鈍して所要の特性を発揮させる必要があ
る。 この関係をNi1.0重量％、Sn0.5重量％、
P0.05重量％、残部Cuの組成をもつ銅ニツケル
錫合金について実験した結果、次の表１に示す
結果を得た。

【表】 一般に、合金の伸び率は高温で焼鈍したとき
は高くなるが、引張り強さは低下する。しか
し、上述のように構成した銅ニツケル錫合金で
は異なつており、加工硬化しやすい。また、加
工硬化したものが焼鈍による引張り強さの低下
が少なく、伸び率６％で引張り強さ数10Kg／mm²
程度であることを知つた。 ○ヘ さらに、加工および焼鈍による機械的特性の
変化は組成によつても影響を受ける。実験結果
によれば上述の組成の銅ニツケル錫合金の場
合、加工硬化は主にSnによつて与えられる。
一方、伸び率は主にNiによつて得られ、後述
する加工率対引張り強さの関係を示す第１図に
おける特性曲線１，２，３およびイ，ロ，ハか
ら明らかなように、NiのみをCuに加えた場合
の加工硬化の程度により、Niを１重量％含有
する他に、更にSnを加えた組成の銅ニツケル
錫合金の加工硬化が高いことが判つた。そして
圧延加工率の高い範囲において、硬化率が高
い。しかも、Snの添加量の低い範囲でこの効
果を有していることを知り、本発明を完成する
ことができた。 すなわち、本発明にかかる集積回路導体用銅
ニツケル錫合金は、Ni0.5〜3.0重量％、Sn0.5
〜0.9重量％、P0.01〜0.2重量％、残部Cuから
なる組成を有する銅ニツケル錫合金である。 そして、上述の第一の集積回路導体用銅ニツ
ケル錫合金の製造方法は、Ni0.5〜3.0重量％、
Sn0.5〜0.9重量％、P0.01〜0.2重量％後、通常
の圧延を行い最終必要厚さから、60％以上の加
工率が得られる厚さで360℃〜395℃の温度で１
時間焼鈍した後冷間圧延し、150℃〜250℃の温
度で１時間焼鈍して所要の特性を発揮させるこ
とを特徴とする。 本発明の集積回路導体用銅ニツケル錫合金で
は、Snが0.3重量％以上含有すれば、Snを多く含
有する場合と同様に60％以上の圧延加工率の範囲
内であれば加工硬化率が殆んど同じであり、従来
のりん青銅のように１重量％以上の多くのSnを
含む必要はない。ここでSn添加量の下限は、上
述の結果と加工率を上げた場合、約50Kg／mm²の引
張り強さが得られる値である。また、Sn量の上
限はSn量が多くする程引張り強さを増すことが
できるが、反面導電率が低下するから、引張り強
さと導電率の両方を満足する値である。 また、Niについては上述した通り、伸び率を
高くする。通常、加工後焼鈍して伸び率を高くす
るには、相当高い温度で焼鈍しなければならな
い。この場合、必然的に引張り強さが低下する。
しかし、本発明者等の実験結果によれば、銅ニツ
ケル錫合金については引張り強さが低下しない範
囲で伸び率の向上を図ることができる。例えば
Ni1.0重量％−Sn0.5重量％−P0.05重量％−残部
Cu；Ni1.2重量％−Sn0.9重量％−P0.2重量％−
残部Cu；Ni0.5重量％−Sn0.3重量％−P0.01重量
％−残部Cuの成分組成の銅ニツケル錫合金の焼
鈍温度（℃）と引張り強度（Kg／mm²）、伸び率
（％）について測定した結果によれば、それぞれ
第２図の曲線ａ，ｂ，ｃに示すように、引張り強
さが低下しない温度範囲で伸び率の向上が得られ
る。これは勿論、上述したように、加工、焼鈍の
工程および得られる金属組織に関係している。本
発明の製造工程では約20μｍ直径の球状の微細な
粒子となり、これが伸び率を得るのに必須であ
る。このような組織は他の合金系でも得られると
考えられる。Niを最低0.5重量％を含むことによ
つて上述の効果が顕著となる。 またNiは組成元素中最も高価なものであるか
ら原料コストの点からは低い程望ましい。ここで
Niは伸びに大きく寄与していることを述べたが
この他に、第１図に示す加工率（％）対引張り強
さ（Kg／mm²）の関係図のように強度の増加にも寄
与する。 なお、第１図中の曲線１，２，３はそれぞれ、
Sn3.0重量％−Ni1重量％−P0.25重量％−残部
Cu；Sn0.7重量％−Ni1重量％−P0.1重量％−残
部Cu；Sn0.5重量％−Ni1重量％−P0.05重量％−
残部Cuの銅ニツケル錫合金の加工率対引張り強
さの関係を示し、曲線イ，ロ，ハ，ニはそれぞれ
Ni9重量％−残部Cu；Ni5重量％−残部Cu；Ni2
重量％−残部Cu；Ni1重量％−残部Cuの銅ニツ
ケル合金の加工率対引張り強さの関係を示す。 Ｐは脱酸剤としてCu−Ｐ母合金を通常のよう
に利用するが、これを微量残留させることが必要
である。 ＜実施例＞ 次に、本発明の代表的な実施例について説明す
る。 Ni、Sn、Ｐをそれぞれ、下記の表２第２欄各
行に示す組成（重量％）の原料を2.5Kgまたは100
Kg大気中で溶解し、これを丸棒状又は角形材に鋳
造し、600℃以上900℃の温度で鋳造した後、冷間
圧延し、厚さ６mmから10mmまでの板材を作製し
た。ここで切断および表面研削などを行ない各種
の工程の実験に使用した。標準的な製造法では以
上の厚さからさらに冷間圧延および焼鈍（500℃）
を繰返し１mm厚さとした。１mm厚さにおいて375
℃で１時間焼鈍し、0.25mm厚さまで冷間圧延し
た。最終冷間圧延率は75％である。これを幅25mm
にスリツトし、得られた試料を表２第２欄各行に
示す合金組成の違いにより、それぞれNo.1、
No.2、No.3、No.4………、No.8とした。 そして、各試料No.1、No.2、No.3、………、
No.8の機械的性質および導電率等を測定し集積
回路導体用銅ニツケル錫合金として、曲げ加工
性、硬さ、メツキ性などについて試験した。その
結果を、表２第２欄に示す。ただし表２第３欄に
示す焼鈍条件は既述した第２図の焼鈍温度対伸び
率の関係において、伸び率６％にしたときの焼鈍
条件（温度範囲および時間）を表わしたものであ
る。

【表】 例えば表２、No.3の合金試料において、表示
した状態で板の表面あらさは0.35μ、曲げ半径0.2
mmＲの90゜W曲げによる曲げ加工性は圧延と平行
では割れ発生がないが直角方向で割れを認めた。
また硬さはHv148である。さらにAgメツキによ
るメツキ性など何等問題を認めず、優れたリード
フレーム材料であることが確認された。 ＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明の合金と製造法は経
済的な成分量で強さが50〜60Kg／mm²、伸び率６
％、導電率35〜50％程度の極めて良好な特性を具
えた銅合金であり、また一方その製造工程は析出
硬化処理など含まない経済的な製造方法であり集
積回路用導体としての利点が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる銅ニツケル錫合金と通
常の銅ニツケル錫合金の加工率対引張り強さの関
係を示す特性曲線図、第２図は本発明にかかる集
積回路導体用銅ニツケル錫合金の焼鈍温度対引張
り強さ、および伸び率の関係を示す特性曲線図で
ある。 図中、１……Sn3.0重量％−Ni1重量％−P0.25
重量％−残部Cuの特性曲線、２……Sn0.7重量％
−Ni1重量％−P0.1重量％−残部Cuの特性曲線、
３……Sn0.5重量％−Ni1重量％−P0.05重量％−
残部Cuの特性曲線、イ……Ni9重量％−残部Cu
の特性曲線、ロ……Ni5重量％−残部Cuの特性曲
線、ハ……Ni2重量％−残部Cuの特性曲線、ニ…
…Ni1重量％−残部Cuの特性曲線、ａ……Ni1.0
重量％−Sn0.5重量％−P0.05重量％−残部Cuの
特性曲線、ｂ……Ni1.2重量％−Sn0.9重量％−
P0.2重量％−残部Cuの特性曲線、ｃ……Ni0.5重
量％−Sn0.5重量％−P0.01重量％−残部Cuの特
性曲線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ni0.5〜3.0重量％、Sn0.5〜0.9重量％、P0.01
   〜0.2重量％、残部Cuからなることを特徴とする
   集積回路導体用銅ニツケル錫合金。 ２ Ni0.5〜3.0重量％、Sn0.5〜0.9重量％、P0.01
   〜0.2重量％、残部Cuからなる原料を溶解し鋳造
   した後、通常の圧延を行い最終必要厚さから、60
   ％以上の加工率が、得られる厚さで360℃〜395℃
   の温度で１時間焼鈍した後冷間圧延し、150℃〜
   250℃の温度で１時間焼鈍して所要の特性を発揮
   させることを特徴とする集積回路導体用銅ニツケ
   ル錫合金の製造方法。