TWI724940B - Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ系銅合金條 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種提高了強度且平坦性高的Cu-Ni-Si系銅合金條及其製造方法。
該Cu-Ni-Si系銅合金條含有Ni：1.5~4.5質量%、Si：0.4~1.1質量%且剩餘部分包含Cu及不可避免之雜質，並且導電率為30%IACS以上，拉伸強度為800MPa以上，當按照JCBA-T326-2014，於與軋延方向正交之軋延直角方向以25mm以下之間距測定5點以上該軋延方向之急峻度時，急峻度之平均值為0.5以下，且以(急峻度之偏差/急峻度之平均值)×100表示之急峻度之偏差率為12%以下。

Description

Cu-Ni-Si系銅合金條
本發明係關於一種可適宜用於電子材料等之電子零件之製造的Cu-Ni-Si系銅合金條。
近年來，隨著IC封裝體之小型化，要求引線框架、電子機器之各種端子、連接器等之小型化、甚至是多引腳化。尤其是，開發出在被稱為QFN(quad flat non-leaded package)之LSI封裝體之連接盤(land)上配置電極墊且不露出引線引腳之構造，且進而要求多引腳化、窄間距化。
此處，當形成引線框架時，需對引線框架材料實施蝕刻加工。而且，為了提高引線框架之生產性，要求擴大作為材料之銅合金條之材料寬度。因此，引線框架用之銅合金條之材料要求具有大寬度及優良的平坦性，尤其要求於蝕刻後之平坦性。
並且，該等銅合金還要求具有高強度及高導電率，作為引線框架用材料，採用時效析出型Cu-Ni-Si系銅合金(專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平4-231419號公報
然而，作為矯正材料之形狀來提高平坦性之方法，有表面軋延(skin pass rolling)，但因Cu-Ni-Si系銅合金之材料強度高，故無法利用表面軋延充分進行形狀矯正，從而存在平坦性不佳之情況。並且，專利文獻1中，記載有進行弛力退火(stress-relief annealing)後實施表面軋延之內容，雖能確保材料之強度，但無法充分改善平坦性。
即，本發明係為了解決上述問題而完成，其目的在於提供一種提高了強度且平坦性高的Cu-Ni-Si系銅合金條。
本發明人經過多種研究後發現，藉由在Cu-Ni-Si系銅合金之表面軋延前實施中間弛力退火且控制表面軋延之加工度，能提高材料之加工性而不會損及強度，且能提高表面軋延後之平坦性。
即，本發明之Cu-Ni-Si系銅合金條含有Ni：1.5~4.5質量%、Si：0.4~1.1質量%且剩餘部分含有Cu及不可避免之雜質，並且導電率為30%IACS以上，拉伸強度為800MPa以上，當按照JCBA-T326-2014，於與軋延方向正交之軋延直角方向以25mm以下之間距對於5點以上測定軋延方向之急峻度時，上述急峻度為0.5以下，且以(上述急峻度之偏差/上述急峻度之平均值)×100表示之急峻度之偏差率為12%以下。
進而，較佳為含有合計為0.005~0.8質量%之選自Mg、Fe、P、Mn、Co及Cr之群中之一種以上。
根據本發明，可獲得強度高且平坦性高的Cu-Ni-Si系銅合金條。
P:間距
S1、S2:測定點
2:軋延方向之高度分布
l:波之長度
h:波之高度
[圖1]係表示本發明之實施形態之Cu-Ni-Si系銅合金條之材料應變之俯視圖之一例的圖。
[圖2]係表示急峻度之測定方法之模式圖。
[圖3]係表示引線框架加工時之平坦性之測定方法之模式圖。
[圖4]係繼圖3之後之模式圖。
以下，將說明本發明之實施形態之Cu-Ni-Si系銅合金條。再者，關於本發明之合金組成中之%，只要無特別說明，則均表示質量%。
首先，說明銅合金條之組成之限定理由。
<Ni及Si>
關於Ni及Si，藉由進行時效處理而使Ni與Si形成為以微細的Ni2Si為主的金屬間化合物之析出粒子，從而使合金之強度明顯增加。並且，隨著時效處理中之Ni2Si析出，導電性提高。
然而，當Ni濃度未達1.5%、或Si濃度未達0.4%時，即便添加其他成分亦無法獲得所需之強度。並且，當Ni濃度超過4.5%、或Si濃度超過1.1%時，雖可獲得充分的強度，但會導致導電性下降。因此，將Ni的含量設為1.5~4.5%，將Si的含量設為0.4~1.1%。較佳為，將Ni的含量設為1.6~3.0%，將Si的含量設為0.4~0.7%。
<其他元素>
進而，為了改善合金之強度、耐熱性、耐應力緩和性等目的，上述合金中可含有合計為0.005~0.8%之選自Mg、Fe、P、Mn、Co及Cr之群中的一種以 上。若這些元素的合計量未達0.005%，則不會產生上述效果；若超過0.8%，則雖可獲得所需的特性，但有導電性下降之情形。
<導電率與拉伸強度TS>
本發明之實施形態之Cu-Ni-Si系銅合金條之導電率為30%IACS以上，拉伸強度TS為800MPa以上。
由於隨著半導體元件之高功能化，處理能力亦增大等原因，引線框架等之電路之通電發熱會增大，故將銅合金條之導電率設為30%IACS以上。
並且，為了防止線結合時之引線框架之變形等並維持形狀，將拉伸強度TS設為800MPa以上。
<急峻度>
本發明之實施形態之Cu-Ni-Si系銅合金條之軋延方向之急峻度之平均值Av為0.5以下，且以(急峻度之偏差D/急峻度之平均值Av)×100表示的急峻度之偏差率DR為12%以下。
於JCBA-T326-2014中規定了急峻度，如圖1所示，測定Cu-Ni-Si系銅合金條之表面之軋延方向及軋延直角方向之高度之變化(起伏)而求出急峻度。
具體而言，如圖2所示，將軋延方向之高度分布2中之波形之波谷至波谷的距離作為波之長度l，將波谷與波谷之間連成之直線至波峰的距離作為波之高度h，並表示為
急峻度=(h/l)×100(%)。
並且，如圖1所示，對於軋延方向之高度分佈2，於軋延直角方向以25mm以下之間距P在5點以上之測定點S1、S2…進行測定，取其平均值作為急峻度之平均值Av。
當急峻度之平均值Av為0.5以下時，引線框架加工時之原材料之平坦性高，故線結合性變得良好，組裝工程中之不良狀況減少。
並且，求出以上述方式測定5點以上所得的急峻度之偏差D，按照(急峻度之偏差D/急峻度之平均值Av)×100(%)求出急峻度之偏差率DR。
若急峻度之偏差率為12%以下，則表示抑制了Cu-Ni-Si系銅合金條之邊波(edge wave)、中波(center wave)形狀，即便材料寬度大，平坦性亦會提高。
作為將急峻度之平均值Av控制為0.5以下、將急峻度之偏差率控制為12%以下之方法，可列舉如下文所述般規定弛力退火及其後之表面軋延之條件。
<Cu-Ni-Si系銅合金條之製造>
本發明之實施形態之Cu-Ni-Si系銅合金條通常可對鑄塊依序進行熱軋、冷軋、固溶處理、時效處理、時效後冷軋、弛力退火、表面軋延而製造。固溶處理(solution treatment)前之冷軋並非必需，可根據需要而實施。並且，可根據需要而於固溶處理後且為時效處理前實施冷軋。於上述各工程之間，為了除去表面之氧化皮，可適當實施研削、研磨、噴丸(shot blasting)、酸洗等。
固溶處理係使Ni-Si系化合物等矽化物固溶於Cu基質中，且同時使Cu基質再結晶之熱處理。亦可將固溶處理兼用於熱軋。
時效處理中使經固溶處理而固溶之矽化物作為以Ni2Si為主之金屬間化合物之微細粒子析出。該時效處理中，強度與導電率上升。時效處理例如可於375~625℃、1~50小時之條件進行，藉此能提高強度。
若時效處理之溫度、時間未達上述範圍，則有Ni2Si之析出量少從而無法獲得充分的強度之情形。若時效處理之溫度、時間超過上述範圍，則有析出物會發生粗大化或再固溶，無法充分提高強度或導電率之情形。
<時效後冷軋>
繼而，亦可於時效處理之後，以40%以上之加工度進行冷軋(時效後冷軋)。藉由時效後冷軋可賦予材料加工應變從而提高強度。
若時效後冷軋之加工度未達40%，則有難以充分提高強度之情形。時效後冷軋之加工度較佳為40~90%。若加工度超過90%，則有會因強加工之加工應變而使導電率下降之情形。
時效後冷軋之加工度係指相對於將要進行時效後冷軋前之材料厚度而言的、時效後冷軋後之厚度之變化率。
本發明之Cu-Ni-Si系銅合金條之厚度並無特別限定，可設為例如0.03~0.6mm。
<弛力退火>
於時效後冷軋之後進行弛力退火。弛力退火只要於普通條件進行即可，可於例如300℃~550℃、保持時間為5秒~300秒之條件進行。藉此，藉由去除材料內部之一部分錯位而恢復延展性，從而能充分利用表面軋延進行形狀矯正。尤其理想為將弛力退火後之△TS設為10~30MPa。若△TS未達10MPa，則無法充分恢復延展性，無法充分利用表面軋延進行形狀矯正。當△TS超過30MPa時，加工性良好，但有會因退火引起之強度下降而使TS未達800MPa之情形。
再者，△TS(MPa)表示為(將要弛力退火前之材料之拉伸強度TS(MPa))-(剛實施弛力退火後之材料之拉伸強度TS(MPa))，通常，△TS>0。
<表面軋延>
藉由在弛力退火後進行加工度0.4~1.6%之表面軋延，而矯正材料之形狀。若表面軋延之加工度未達0.4%，則無法充分進行形狀矯正，殘留軋延應變，有無法提高平坦性之情形。若加工度超過1.6%，則藉由處於高壓，材料會產生新的應變，故有無法提高平坦性之情形。
<最終弛力退火>
亦可於表面軋延之後進行最終弛力退火。最終弛力退火可於與上述表面軋延前之弛力退火相同之條件進行，藉此，能恢復因表面軋延而下降之材料之彈 性。
[實施例1]
按如下方式製作各實施例及各比較例之試樣。
將電解銅作為原料，使用大氣熔解爐熔製、鑄造出表1所示之組成之銅合金。對於該鑄塊，於950℃進行熱軋直至板厚達到10mm。熱軋後進行研削，獲得寬度為600mm之材料，之後依序進行冷軋、固溶處理、時效處理。
繼而，以表1所示之加工度進行時效後冷軋，直至板厚達到0.152mm。進而，以表1所示之條件(△TS)進行弛力退火，其次，以表1所示之加工度進行表面軋延，之後進行最終弛力退火，獲得試樣。
<導電率(%IACS)>
針對所得之試樣，按照JIS H0505並利用4端子法，測定25℃之導電率(%IACS)。
<拉伸強度(TS)>
針對所得之試樣，利用拉伸試驗機，按照JIS-Z2241，分別測定與軋延方向平行之方向上的拉伸強度(TS)。首先，利用各試樣，以拉伸方向為軋延方向之方式，使用加壓機製作JIS13B號試驗片。拉伸試驗之條件設為：試驗片寬度12.7mm、室溫(15~35℃)、拉伸速度5mm/min、標距50mm。
<急峻度>
針對所得之試樣(軋延直角方向之寬度600mm、軋延方向之長度1000mm)，按照JCBA-T326-2014，使用非接觸式3次元測定機，以軋延直角方向之中央部為中心、以25mm間距對合計5點測定軋延方向之急峻度。
而且，如上所述，求出急峻度之平均值Av與急峻度之偏差D，算出急峻度之偏差率DR=(急峻度之偏差D/)×100(%)。
<引線框架加工時之平坦性>
針對所得之試樣(軋延直角方向之寬度600mm、軋延方向之長度20mm)，如圖3所示，藉由將波美度47、40℃之蝕刻液對試樣之一面進行噴蝕，形成引線長度8mm、寬度0.25mm、引線間距0.5mm之狹縫圖案。該狹縫圖案為多根引線LE以梳子狀於軋延直角方向相鄰地排列，且模擬引線框架之內部引線部。
繼而，如圖4所示，將蝕刻加工後之引線框架以噴蝕面朝上之方式載置於平台T，從引線LE延伸之方向觀察而測定各引線LE距平台T之高度HL。將引線LE之厚度t之150%規定為標準高度HS，當各高度HL連續地為HS以下之區域的引線LE間之軋延直角方向之長度LR為550mm以上時，即便對引線框架進行加工，亦視為引線框架之平坦性優良。
將所得之結果示於表1。
[表1]
Figure 109123744-A0101-12-0009-1
根據表1可知，於急峻度之偏差率為12%以下之各實施例之情形，拉伸強度為800MPa以上，急峻度之平均值為0.5以下，急峻度之偏差率為12%以下，引線框架加工時(蝕刻後)之平坦性優良。
於弛力退火時之△TS未達10MPa之比較例1之情形，急峻度之平均值超過0.5，急峻度之偏差率超過12%，引線框架加工時之平坦性差。
於弛力退火時之△TS超過30MPa之比較例2之情形，拉伸強度未達800MPa。
於表面軋延之加工度超過1.6%之比較例3之情形，表面軋延時產生變形，急峻度超過0.5，急峻度之偏差率超過12%。因此，引線框架加工時之平坦性差。
於表面軋延之加工度未達0.4%之比較例4之情形，表面軋延並未充分地進行形狀矯正，故而急峻度超過0.5，急峻度之偏差率超過12%。因此，引線框架加工時之平坦性差。
於時效後冷軋之加工度未達40%之比較例5之情形，拉伸強度未達800MPa。
於Ni及Si的含量超過規定範圍之比較例6之情形，導電率未達30%IACS。
於Ni及Si的含量未達規定範圍之比較例7之情形，拉伸強度未達800MPa。
於添加元素之合計含量超過0.8質量%之比較例8之情形，導電率未達30%IACS。
P:間距
S1、S2:測定點

Claims (2)

  1. 一種Cu-Ni-Si系銅合金條，其含有Ni：1.5~4.5質量%、Si：0.4~1.1質量%且剩餘部分包含Cu及不可避免之雜質，並且
    導電率為30%IACS以上，拉伸強度為800MPa以上，
    當按照JCBA-T326-2014，於與軋延方向正交之軋延直角方向以25mm以下之間距測定5點以上該軋延方向之急峻度時，上述急峻度之平均值為0.5以下，
    且以(上述急峻度之偏差/上述急峻度之平均值)×100表示之急峻度之偏差率為12%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之Cu-Ni-Si系銅合金條，其進而含有合計為0.005~0.8質量%之選自Mg、Fe、P、Mn、Co及Cr之群中之一種以上。
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