JP2000054043A

JP2000054043A - 高強度・高導電性銅合金

Info

Publication number: JP2000054043A
Application number: JP10225692A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Yamamoto; 佳紀山本; Hajime Sasaki; 元佐々木; Takeshi Shimada; 健嶋田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】４２合金と同レベルの強度と６０％ＩＡＣＳ
以上の高導電率を備え、しかも、溶解鋳造の困難さから
くる高コスト化の問題のない鋳造の容易な銅合金を提供
する。【解決手段】ＦｅとＮｉを合計で０．３〜１．０重量
％、Ｐを０．０５〜０．３重量％、およびＺｎを０．１
〜１．０重量％含有し、残部がＣｕから成る銅合金にお
いて、ＦｅとＮｉの合計重量をＰの重量の３〜１０倍に
設定し、ＦｅとＮｉの重量比をＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜
１．２に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度・高導電性
銅合金に関し、特に、４２合金と同レベルの強度と、６
０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率とを備えた高強度・高導
電性銅合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子を搭載する
リードフレームのための構成材料としては、たとえば、
Ｆｅ−Ｎｉ合金である４２合金、あるいは各種の銅系材
料が使用される。銅系材料は、鉄系材料に比べて高い導
電性を有することから、リードフレームにとっては好ま
しい熱放散性を備えているが、反面では強度が低く、こ
の点の改善が望まれている。

【０００３】これは、２００ピンを越えるような多ピン
のＬＳＩパッケージが製造されるようになり、これに伴
ってリード材をより薄く、インナーリードやアウターリ
ードの幅をより狭くする要求が強くなり、リードそのも
のゝ機械的強度が重要視されてきたことによる。

【０００４】また、一方で、半導体素子における高集積
化と高速化の潮流は益々大きく、半導体チップの発熱量
が増大化する傾向にあることから、半導体パッケージか
らの合理的且つ効率的な熱の放出が重要課題としてクロ
ーズアップされている。

【０００５】半導体パッケージからの放熱経路として
は、絶縁モールドを通しての放熱、あるいはヒートシン
クを取り付けてこれに放熱させる等の手段以外に、リー
ド材を通した配線基盤への放熱も期待されている。この
リード材を通しての放熱を良好に行わせるためには、リ
ード材を構成する材質自体の熱伝導率（導電率により評
価可能）の高いことが重要な要素となる。

【０００６】この点に関して云えば、従来の４２合金
は、約３％ＩＡＣＳという極端に低い導電率しか備えて
おらず、当然、放熱特性が問題となる。このため、４２
合金から銅系材料への材質転換が進められており、この
転換のなかにおいて特に重要視されている材料特性のひ
とつに機械的強度がある。その要求特性は高く、鉄系の
４２合金と同レベルのものが要求されている。従来、４
２合金に代わる材料としては、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合
金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金、あるいはＣｕ−Ｃｒ系合金等が
知られており、リードフレームの用途に多用されてき
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの合金
によると、たとえば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の場合、
その導電率は５０％ＩＡＣＳ程度と必ずしも充分とは云
えず、さらに、これがＣｕ−Ｓｎ系合金ともなると、Ｓ
ｎをＣｕに固溶させて強度向上を図っている関係から、
３０％ＩＡＣＳ程度の極めて低い導電率しか得られな
い。

【０００８】一方、Ｃｕ−Ｃｒ系合金の場合には、７０
％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を有しているけれども、強
度がやゝ不充分であるうえにＣｒが難溶解材であり、さ
らには、耐火材のカーボンと反応しやすい性質を有して
いることから、溶解と鋳造が難しく、コストが高くなる
という問題を抱えている。

【０００９】従って、本発明の目的は、４２合金と同レ
ベルの優れた強度と６０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を
備え、しかも、溶解鋳造の困難さからくる高コスト化の
問題のない鋳造の容易な銅合金を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、ＦｅとＮｉを合計で０．３〜１．０重量
％、Ｐを０．０５〜０．３重量％、およびＺｎを０．１
〜１．０重量％含有し、残部がＣｕから成る銅合金にお
いて、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量が前記Ｐの重量の
３〜１０倍であり、前記Ｆｅと前記Ｎｉの重量比がＦｅ
／Ｎｉ＝０．８〜１．２であることを特徴とする高強度
・高導電性銅合金を提供するものである。

【００１１】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、ＦｅとＮｉを合計で０．３〜１．０重量％、Ｐを
０．０５〜０．３重量％、Ｚｎを０．１〜１．０重量
％、およびＭｇ、Ｓｎ、Ｍｎのうちの少なくとも１種を
０．０１〜０．３重量％含有し、残部がＣｕから成る銅
合金において、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量が前記Ｐ
の重量の３〜１０倍であり、前記Ｆｅと前記Ｎｉの重量
比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２であることを特徴とす
る高強度・高導電性銅合金を提供するものである。

【００１２】本発明の銅合金において注目すべき点は、
４２合金なみの高い強度と高い導電率とを同時に具備で
きたことであり、特に、６０％ＩＡＣＳ以上の高い導電
率を確保できたことは特筆に値する。

【００１３】たとえば、本発明と同じようにＣｕ−Ｎｉ
−Ｆｅ−Ｐ系をベースとしたリードフレーム用銅合金が
特開平２−１９４３３号に開示されているが、ここにお
ける導電率のレベルは、その第１表にも示されているよ
うに３０％ＩＡＣＳ前後であり、本発明が目標とする６
０％ＩＡＣＳ以上の導電率に比べるとかけ離れている。
本発明においては、各元素の含有量をさらに深く検討
し、その中から特定の設定範囲を見極め、これよって高
い目標を達成し得たものであり、以下、各元素の含有量
設定理由について説明する。

【００１４】まず、ＦｅおよびＮｉとＰの関係について
述べる。ＦｅとＮｉは、それぞれＰとの化合物（燐化合
物）を形成し、強度および導電率を向上させる性質を有
している。Ｐの含有量として設定した０．０５〜０．３
重量％よりもＰの量が少なくなると、燐化合物の生成量
が不足することから良好な強度が得られず、逆に、０．
３重量％を超えるときには、鋳造時に燐化合物が偏析し
て鋳塊割れが発生するようになり、実用的でない。

【００１５】このＰに課せられた０．０５〜０．３重量
％の規制内において、熱処理によって燐化合物を効率的
に生成させるためには、ＦｅとＮｉの量を合計で０．３
〜１．０重量％の範囲内に設定する必要があり、これが
０．３重量％を下回るときには、燐化合物の生成が不充
分となり、逆に、１．０重量％を超過すると、余剰のＦ
ｅとＮｉがＣｕ中に固溶し、特に、導電率の面において
特性を低下させるようになる。

【００１６】燐化合物生成による導電率の向上効果を充
分に得るためには、ＦｅとＮｉの合計重量とＰの重量の
比率を（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０となるように設定
する必要がある。設定比率がこの範囲よりも下廻るとき
にはＰが過剰となり、逆に、この範囲を超えるときには
Ｆｅ、Ｎｉが過剰となることから、燐化合物生成に関与
しないこれら過剰の元素がＣｕ中に固溶状態で存在する
ことになり、その結果、特に、導電率が大きく阻害され
るようになる。高い導電率を確保するうえにおいて、こ
れらＦｅおよびＮｉとＰの比率は特に重要であり、これ
をより限定された重量比に設定するとすれば、重量比で
Ｐ１に対し、ＦｅおよびＮｉの合計量を４〜６に設定
することができる。

【００１７】ＦｅとＮｉの最適な比率は、強度と導電率
のバランスを考慮して決める必要がある。Ｆｅは、強度
向上への貢献は少ないが、導電率を向上させる性質を有
しており、一方、Ｎｉは、強度向上に効果大である半
面、導電率の点ではＦｅに比べて高いものを得にくい。

【００１８】従って、強度および導電率に調和のとれた
材料を設計するためには、合計量が０．３〜１．０重量
％の範囲内において、両者の重量比率を１対１にする必
要があり、さらに、厳密な配合組成下での運転が必ずし
も充分であるとは云い難い量産設備による溶解鋳造作業
に配慮するときには、これをＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．
２の範囲内に設定する必要がある。Ｆｅ／Ｎｉが０．８
未満になると、Ｎｉ過剰のために導電率が不充分なもの
となり、逆に、１．２を超過するときには、Ｆｅが過剰
になって強度が不足するようになる。

【００１９】Ｚｎの含有量を０．１〜１．０重量％に設
定する理由は、０．１重量％未満では、この元素を含有
させることによって得られるリードフレーム加工時のは
んだ付け性と強度向上に充分なものが得られず、逆に、
１．０重量％を超えると導電率の低下をもたらすことに
よる。

【００２０】以上述べた各元素のほかに、Ｍｇ、Ｓｎ、
Ｍｎのうちの少なくとも１種を含有させることによっ
て、一層の強度向上を図ることができる。これらの元素
は、単独あるいは２種以上の併用の形で添加され、特
に、後者の場合に、高い強度向上を示す。最適な含有量
は０．０１〜０．３重量％である。０．０１重量％未満
では効果が不充分となり、０．３重量％を超えると導電
率の低下を招くことから、上記範囲を超えての含有は避
ける必要がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明による高強度・高導
電性銅合金の実施の形態について説明する。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示された各実施例および比較例の合
金素材を対象に、まず、高周波溶解炉で溶解し、鋳造す
ることにより直径３０ｍｍ×長さ２５０ｍｍのインゴッ
トを製造し、次いで、これらのインゴットを８５０℃に
加熱して押出加工し、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状に
成型した後、これを厚さ１．０ｍｍまで冷間圧延した。

【００２４】次に、この冷間圧延材を９００℃に加熱し
て１０分間保持した後、水中に投じ、毎分３００℃の降
温速度で２０℃の室温まで冷却した。冷却後、これを厚
さ０．５ｍｍまで冷間圧延した後、４７０℃で２時間加
熱する熱処理を行い、最後に、０．２５ｍｍの厚さまで
冷間圧延して、各実施例および比較例の薄帯を製造し
た。表１に、得られた各薄帯の引張強度と導電率、およ
び鋳造時の鋳塊割れの有無を表示した。

【００２５】この表１によれば、本発明による実施例１
〜４が、いずれも４２合金なみの６００ＭＰａ以上の高
い引張強度と６０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を示し、
鋳塊割れにおいてもこれを発生させていないのに比べ、
比較例の場合には、引張強度、導電率あるいは鋳塊割れ
のいずれかの特性において不充分な結果しか得られてい
ない。

【００２６】即ち、Ｆｅ、Ｎｉの合計量とＰの量を本発
明の規定値を超えて含有させた比較例１の場合には、鋳
塊割れが発生しており、また、比較例２においては、Ｆ
ｅとＮｉとＰ量が不足しているために不充分な引張強度
しか得られず、さらに、比較例３と４の場合には、Ｆｅ
とＮｉの合計量とＰ量との対比において、前者がＰ過
剰、後者がＦｅ、Ｎｉ過剰のために、いずれも引張強度
と導電率が低くなっている。

【００２７】比較例５と６は、ＦｅとＮｉの対比におい
て、前者がＮｉ過剰の例、後者がＦｅ過剰の例を示した
ものであるが、前者の導電率と後者の引張強度に充分な
結果が得られず、また、Ｚｎが過剰な比較例７の場合に
は、導電率が目標レベルに達していない。

【００２８】そして、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｍｎの合計量が本発
明の規定値を超える比較例８の場合には、一段と低い導
電率しか得られないなど、表１の試験結果は、本発明に
よる効果を如実に示している。しかも、表１の元素から
明らかであるように、本発明による銅合金の場合には、
難溶解性であったり、耐火材と反応したりするような成
分とは一切無縁であり、従って、従来のＣｕ−Ｃｒ系合
金におけるような溶解と鋳造の難しさを原因とした高コ
スト化の問題もない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による高強
度・高導電性銅合金によれば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐ、および
Ｚｎ、あるいはこれらと一緒にＭｇ、Ｓｎ、Ｍｎのうち
の少なくとも１種をＣｕに含有させ、これら各元素の含
有量をそれぞれ特定の範囲内に設定することによって、
４２合金に匹敵する強度と６０％ＩＡＣＳ以上の高い導
電率を併せ備え、さらに、鋳造が容易で鋳塊割れのない
高強度・高導電性銅合金を提供するものであり、たとえ
ば、リードフレームの品質を高めるうえにおいて、有用
性大である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＦｅとＮｉを合計で０．３〜１．０重量
％、Ｐを０．０５〜０．３重量％、およびＺｎを０．１
〜１．０重量％含有し、残部がＣｕから成る銅合金にお
いて、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量が前記Ｐの重量の３〜１
０倍であり、前記Ｆｅと前記Ｎｉの重量比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜
１．２であることを特徴とする高強度・高導電性銅合
金。
【請求項２】ＦｅとＮｉを合計で０．３〜１．０重量
％、Ｐを０．０５〜０．３重量％、Ｚｎを０．１〜１．
０重量％、およびＭｇ、Ｓｎ、Ｍｎのうちの少なくとも
１種を０．０１〜０．３重量％含有し、残部がＣｕから
成る銅合金において、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量が前記Ｐの重量の３〜１
０倍であり、前記Ｆｅと前記Ｎｉの重量比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜
１．２であることを特徴とする高強度・高導電性銅合
金。