JP2000239812A - 高強度・高導電性銅合金材の製造方法 - Google Patents
高強度・高導電性銅合金材の製造方法Info
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Abstract
張強度および65%IACS以上の高導電率を有してい
ると共に、製造が容易な高強度・高導電性銅合金材の製
造方法を提供するものである。 【解決手段】 FeとNiの重量%の合計が0.3〜
1.0wt%、Pが0.05〜0.3wt%、FeとN
iの合計重量%とPの重量%との比((Fe+Ni)/
P)が3〜10、Feの重量%とNiの重量%との比
(Fe/Ni)が0.8〜1.2、Znが0.1〜1.
0wt%、残部が銅で構成される銅合金材を溶製した
後、その溶製後の銅合金材を800〜950℃の溶体化
処理を施し、次に第1冷間加工、400〜550℃×
0.5〜5hrの第1時効処理、第2冷間圧延加工、3
00〜450℃×0.5〜5hrの第2時効処理、加工
率40%以上の第3冷間圧延加工を施すもの。
Description
銅合金材の製造方法に係り、特に、半導体機器のリード
材、端子、コネクタなどに使われる高強度で高導電性の
銅合金材の製造方法に関するものである。
よび高速化の潮流は、半導体チップの発熱量増大の要因
となっており、現在、半導体パッケージの合理的な放熱
が問題となっている。
縁モールドを通しての放散や、積極的にヒートシンクを
取付けるといった方法の他、リード材を介して配線基板
に放熱することも考えられる。
合、リード材自体の熱伝導率(導電率で評価可能)が高
いことが、直接、半導体パッケージの放熱性に影響して
くることになる。この方法による放熱を行う場合、従来
のリード材用合金である42合金(Fe−Ni系合金)
は、導電率が約3%IACSと極めて低いため、半導体
パッケージの設計上で大きな問題となっている。
り導電率の高い材料が求められており、42合金から銅
合金への転換が行われている。この場合、銅合金に要求
される特性は、高導電率であると共に、一般的なリード
材としての特性を合わせ持っていること、かつ、42合
金と同等の強度を有していることである。
優れているものの、42合金と比べると強度が比較的弱
い。ここで、200ピンを越えるようなLSIパッケー
ジが製造されるようになって以来、リード材の厚さはよ
り薄く、かつ、インナーリードおよびアウターリードの
幅はより細くしたいという需要・要求が強くなってお
り、リード材そのものの強度が重要視されている。
発がなされてきており、例えば、Cu−Sn系、Cu−
Ni−Si系、Cu−Cr系などの合金が挙げられる。
Cuに固溶させて強度を高めたCu−Sn系銅合金は導
電率が30%IACS程度しかなく、Cu−Ni−Si
系銅合金も導電率が50%IACS程度である。また、
Cu−Cr系銅合金においては、70%IACS以上の
高導電率が得られるものの、強度の点でやや不十分であ
り、かつ、Crが難溶解材であると共に、耐火材である
CとCrが反応し易いことから溶解・鋳造が困難である
という問題がある。
合金に匹敵する約620MPa以上の引張強度および6
5%IACS以上の高導電率を有していると共に、製造
が容易な高強度・高導電性銅合金材の製造方法を提供す
ることにある。
に請求項1の発明は、FeとNiの重量%の合計が0.
3〜1.0wt%、Pが0.05〜0.3wt%、Fe
とNiの合計重量%とPの重量%との比((Fe+N
i)/P)が3〜10、Feの重量%とNiの重量%と
の比(Fe/Ni)が0.8〜1.2、Znが0.1〜
1.0wt%、残部が銅で構成される銅合金材を溶製し
た後、その溶製後の銅合金材を800〜950℃に加熱
後、300℃以下まで25℃/min以上の冷却速度で
冷却して溶体化処理を施し、その溶体化処理後の銅合金
材に、第1冷間圧延加工を施した後、400〜550℃
×0.5〜5hr、好ましくは450〜500℃×1〜
2hrの第1時効処理を施し、その第1時効処理後の銅
合金材に、第2冷間圧延加工を施した後、300〜45
0℃×0.5〜5hr、好ましくは350〜400℃×
1〜2hrの第2時効処理を施し、最後に、その第2時
効処理後の銅合金材に、加工率40%以上の第3冷間圧
延加工を施すものである。
合計が0.3〜1.0wt%、Pが0.05〜0.3w
t%、FeとNiの合計重量%とPの重量%との比
((Fe+Ni)/P)が3〜10、Feの重量%とN
iの重量%との比(Fe/Ni)が0.8〜1.2、Z
nが0.1〜1.0wt%、Mg又はSn或いはMnか
ら選択される1種以上を合計して0.01〜0.3wt
%、残部が銅で構成される銅合金材を溶製した後、その
溶製後の銅合金材を800〜950℃に加熱後、300
℃以下まで25℃/min以上の冷却速度で冷却して溶
体化処理を施し、その溶体化処理後の銅合金材に、第1
冷間圧延加工を施した後、400〜550℃×0.5〜
5hr、好ましくは450〜500℃×1〜2hrの第
1時効処理を施し、その第1時効処理後の銅合金材に、
第2冷間圧延加工を施した後、300〜450℃×0.
5〜5hr、好ましくは350〜400℃×1〜2hr
の第2時効処理を施し、最後に、その第2時効処理後の
銅合金材に、加工率40%以上の第3冷間圧延加工を施
すものである。
る。
を、400〜550℃×0.5〜5hr、好ましくは4
50〜500℃×1〜2hrと限定したのは、この範囲
よりも高温及び/又は長時間の場合、析出する化合物
(Fe−P化合物およびNi−P化合物)が粗大化して
十分な強度が得られなくなるためである。また、この範
囲よりも低温及び/又は短時間の場合、化合物の析出が
十分に進行せず、十分な強度および導電率が得られなく
なるためである。
を、300〜450℃×0.5〜5hr、好ましくは3
50〜400℃×1〜2hrと限定したのは、この範囲
よりも高温及び/又は長時間の場合、析出する化合物
(Fe−P化合物およびNi−P化合物)が粗大化して
十分な強度が得られなくなるためである。また、この範
囲よりも低温及び/又は短時間の場合、析出物の生成が
十分に進行せず、十分な導電率が得られなくなるためで
ある。
限定したのは、加工率が40%未満の場合、十分な強度
が得られないためである。
材に、順に、溶体化処理→第1冷間圧延加工→第1時効
処理→第2冷間圧延加工→第2時効処理→第3冷間圧延
加工を施すと共に、各熱処理の処理温度・時間および各
加工処理の加工率を所定の範囲に調整しているため、約
620MPa以上の引張強度および65%IACS以上
の高導電率を達成することができる。
を添付図面に基いて説明する。
0−225692号;以下、先願と呼ぶ)においては、
42合金に匹敵する強度と60%IACS以上の高い導
電率を備えた高強度・高導電性銅合金が得られたが、引
張強度に多少のバラツキが見受けられた。
先願と同組成の銅合金材に適正な熱処理および加工処理
等を施すことで、得られる銅合金材における引張強度の
再現性をより確実・良好にすることができるということ
を見出した。
金材の製造方法は、先ず、化学組成が、FeとNiの重
量%の合計(以下、Fe+Niと表示)が0.3〜1.
0wt%、Pが0.05〜0.3wt%、FeとNiの
合計重量%とPの重量%との比(以下、(Fe+Ni)
/Pと表示)が3〜10、Feの重量%とNiの重量%
との比(以下、Fe/Niと表示)が0.8〜1.2、
Znが0.1〜1.0wt%、残部が銅で構成される銅
合金材を溶製する。
成した後、合金元素をCuマトリックス中に十分に固溶
させるべく、800〜950℃に加熱後、300℃以下
まで25℃/min以上の冷却速度で冷却して溶体化処
理を施す。
し、冷却速度を25℃/min以上に規定することによ
って、冷却中に粗大な析出物が形成することを防いでい
る。
間圧延加工を施した後、400〜550℃×0.5〜5
hr、好ましくは450〜500℃×1〜2hrの第1
時効処理を施す。
物生成の起点となる格子欠陥が導入され、次の工程であ
る第1時効処理において微細析出物が生成するのを促進
する。また、第1時効処理によって、前工程の第1冷間
圧延時に導入された格子欠陥を起点とし、Fe−P化合
物およびNi−P化合物が、Cuマトリックス中に微細
な形状で析出し、強度および導電率の向上が図られる。
冷間圧延加工を施した後、300〜450℃×0.5〜
5hr、好ましくは350〜400℃×1〜2hrの第
2時効処理を施す。
物生成の起点となる格子欠陥が新たに導入され、次の工
程である第2時効処理において新たな微細析出物が生成
するのを促進する。また、第2時効処理によって、前工
程の第2冷間圧延時に導入された格子欠陥を起点とし、
第1時効処理時に析出しきれなかった合金元素(Fe−
P化合物およびNi−P化合物)がCuマトリックス中
に微細な形状で析出し、更なる導電率の向上が図られ
る。
により十分に導電率が向上した銅合金材に、加工率40
%以上の第3冷間圧延加工を施すものである。この第3
冷間圧延加工の加工硬化によって、十分な強度向上が得
られる。
間圧延加工の加工手段としては、一般の溶体化処理およ
び冷間圧延加工に用いられるものであればよく、特に限
定するものではない。
ものではないが、加工率が50〜80%が好ましく、特
に60〜70%が望ましい。
ものではないが、加工率が40〜70%が好ましく、特
に50〜60%が望ましい。
方法によれば、溶製後の銅合金材に施す溶体化処理の処
理温度と時間、時効処理の処理温度と時間、および冷間
圧延加工の加工率を、所定の範囲に調整しているため、
42合金に匹敵する約620MPa以上の引張強度と、
65%IACS以上の高導電率の両方の達成が可能な銅
合金材を得ることができる。
難なCrを含有していないため、製造が容易であり、製
造コストを低く抑えることができる。
度・高導電性銅合金材を用いることで、放熱性に優れた
多ピンのリードフレームを低コストで作製することがで
き、ICやLSIの高集積化・高速化に大きく貢献す
る。
に基いて説明する。
方法においては、化学組成が、Fe+Niが0.3〜
1.0wt%、Pが0.05〜0.3wt%、(Fe+
Ni)/Pが3〜10、Fe/Niが0.8〜1.2、
Znが0.1〜1.0wt%、残部が銅で構成される銅
合金材を用いるものであった。
導電性銅合金材の製造方法においては、化学組成が、F
e+Niが0.3〜1.0wt%、Pが0.05〜0.
3wt%、(Fe+Ni)/Pが3〜10、Fe/Ni
が0.8〜1.2、Znが0.1〜1.0wt%、Mg
又はSn或いはMnから選択される1種以上を合計して
0.01〜0.3wt%、残部が銅で構成される銅合金
材を用いるものである。この銅合金材を用いる以外、各
熱処理(溶体化処理および時効処理)の条件および各加
工処理の条件は、本発明と同じとする。
の製造方法においても、本発明と同様の効果を奏するこ
とは言うまでもなく、更に強度を高めることができると
いう新たな効果を発揮する。
0.4wt%、Fe+Niが0.8wt%、Pが0.2
wt%、(Fe+Ni)/Pが4、Fe/Niが1.
0、Znが0.3wt%、残部が無酸素銅で構成される
銅合金素材を、高周波溶解炉で溶製した後、鋳型に流し
込んで直径30mm、長さ250mmのインゴットを鋳
造する。
た後、押出加工を施して幅20mm、厚さ8mmの銅合
金板に形成する。その後、銅合金板に冷間圧延加工を施
して厚さ2.0mmの銅合金薄板を形成する。
して10min保持した後、水中に投入すると共に室温
(約25℃)まで約300℃/minの冷却速度で冷却
して溶体化処理を施す。
間圧延加工を施して厚さ0.7mmに形成した後、47
0℃×2hrの第1時効処理を施す。
2冷間圧延加工を施して厚さ0.3mmに形成した後、
380℃×2hrの第2時効処理を施す。
工率50%の第3冷間圧延加工を施して厚さ0.15m
mに形成し、高強度・高導電性銅合金薄板を作製する。
0.4wt%、Fe+Niが0.8wt%、Pが0.2
wt%、(Fe+Ni)/Pが4、Fe/Niが1.
0、Znが0.3wt%、Mgが0.05wt%、Sn
が0.05wt%、残部が無酸素銅で構成される銅合金
素材を用いる以外は、実施例1と同様にして、高強度・
高導電性銅合金薄板を作製する。
0℃とする以外は、実施例1と同様にして、銅合金薄板
を作製する。
80℃とする以外は、実施例1と同様にして、銅合金薄
板を作製する。
70℃とする以外は、実施例1と同様にして、銅合金薄
板を作製する。
80℃とする以外は、実施例1と同様にして、銅合金薄
板を作製する。
70℃とする以外は、実施例1と同様にして、銅合金薄
板を作製する。
30%とする以外は、実施例1と同様にして、銅合金薄
板を作製する。
板および比較例1〜比較例6の銅合金薄板の製造条件
(熱処理および加工処理)を表1に示し、実施例1,2
の高強度・高導電性銅合金薄板および比較例1〜比較例
6の銅合金薄板の特性(引張強さ(MPa)および導電
率(%IACS))を表2に示す。
り作製された高強度・高導電性銅合金薄板においては、
いずれも、引張強さが620MPa(620MPa、6
44MPa)以上、導電率が65%IACS(70%I
ACS、68%IACS)であった。
導電率は70%IACSと良好であるものの、溶体化処
理の処理温度が規定範囲より低い750℃であるため、
強度が不十分となり、引張強さが570MPaであっ
た。
処理温度が規定範囲より低い380℃であるため、強度
がやや不十分、および導電率が不十分となり、引張強さ
が586MPa、導電率が58%IACSであった。ま
た、比較例3の銅合金薄板は、導電率は74%IACS
と良好であるものの、第1時効処理の処理温度が規定範
囲より高い570℃であるため、強度が不十分となり、
引張強さが538MPaであった。
4MPaと良好であるものの、第2時効処理の処理温度
が規定範囲より低い280℃であるため、導電率があま
り良好ではなく、60%IACSであった。また、比較
例5の銅合金薄板は、導電率は74%IACSと良好で
あるものの、第2時効処理の処理温度が規定範囲より高
い470℃であるため、強度がやや不十分となり、引張
強さが578MPaであった。
IACSと良好であるものの、第3冷間圧延加工の加工
率が規定範囲未満の30%であるため、強度がやや不十
分となり、引張強さが596MPaであった。
高導電性銅合金材は、小型・多ピンのリードフレーム材
として用いる以外に、約620MPa以上の引張強度お
よび65%IACS以上の高導電率が要求される部材、
例えば、半導体機器の端子材又はコネクタ材、電子機器
用材などにも適用することができることは言うまでもな
い。
銅合金材に施す溶体化処理の処理温度と時間、時効処理
の処理温度と時間、および冷間圧延加工の加工率を、所
定の範囲に調整することで、42合金に匹敵する約62
0MPa以上の引張強度と、65%IACS以上の高導
電率の両方の達成が可能な銅合金材を得ることができる
という優れた効果を発揮する。
Claims (2)
- 【請求項1】FeとNiの重量%の合計が0.3〜1.
0wt%、Pが0.05〜0.3wt%、FeとNiの
合計重量%とPの重量%との比((Fe+Ni)/P)
が3〜10、Feの重量%とNiの重量%との比(Fe
/Ni)が0.8〜1.2、Znが0.1〜1.0wt
%、残部が銅で構成される銅合金材を溶製した後、その
溶製後の銅合金材を800〜950℃に加熱後、300
℃以下まで25℃/min以上の冷却速度で冷却して溶
体化処理を施し、その溶体化処理後の銅合金材に、第1
冷間圧延加工を施した後、400〜550℃×0.5〜
5hr、好ましくは450〜500℃×1〜2hrの第
1時効処理を施し、その第1時効処理後の銅合金材に、
第2冷間圧延加工を施した後、300〜450℃×0.
5〜5hr、好ましくは350〜400℃×1〜2hr
の第2時効処理を施し、最後に、その第2時効処理後の
銅合金材に、加工率40%以上の第3冷間圧延加工を施
すことを特徴とする高強度・高導電性銅合金材の製造方
法。 - 【請求項2】FeとNiの重量%の合計が0.3〜1.
0wt%、Pが0.05〜0.3wt%、FeとNiの
合計重量%とPの重量%との比((Fe+Ni)/P)
が3〜10、Feの重量%とNiの重量%との比(Fe
/Ni)が0.8〜1.2、Znが0.1〜1.0wt
%、Mg又はSn或いはMnから選択される1種以上を
合計して0.01〜0.3wt%、残部が銅で構成され
る銅合金材を溶製した後、その溶製後の銅合金材を80
0〜950℃に加熱後、300℃以下まで25℃/mi
n以上の冷却速度で冷却して溶体化処理を施し、その溶
体化処理後の銅合金材に、第1冷間圧延加工を施した
後、400〜550℃×0.5〜5hr、好ましくは4
50〜500℃×1〜2hrの第1時効処理を施し、そ
の第1時効処理後の銅合金材に、第2冷間圧延加工を施
した後、300〜450℃×0.5〜5hr、好ましく
は350〜400℃×1〜2hrの第2時効処理を施
し、最後に、その第2時効処理後の銅合金材に、加工率
40%以上の第3冷間圧延加工を施すことを特徴とする
高強度・高導電性銅合金材の製造方法。
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