JP4164828B2 - Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リードフレーム用素材やリード用素材等に用いられるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法に関するものである。

例えばＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製のリードフレームの製造方法は、今日まで種々の提案がなされてきている。このうち、加熱収縮や残留応力に着目した提案として特開平５−１０９９６０号公報（特許文献１）や特開平６‐１４５８１１号公報（特許文献２）等がある。
この特開平５‐１０９９６０号公報に開示される製造方法は、
（１）Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を製品板厚に冷間圧延を行ない、
（２）その後製品幅にスリット加工を行ない、
（３）更に該スリット加工後の歪取焼鈍を施す工程において６００〜７００℃で１〜３分間加熱する処理を張力５ｋｇ／ｍｍ^２以下（好ましくは２ｋｇ／ｍｍ^２以下）で実施する。
という工程が開示されている。

また、特開平６‐１４５８１１号に開示される製造方法は、それ以前に行われていた
（１）Ｆｅ−Ｎｉ合金の板材の熱間圧延を行なう。
（２）次いで、冷間圧延を行なう。
（３）更に、一度軟化焼鈍を行なう。
（４）次に、５０％以下の加工度で仕上げ圧延を行なう。
（５）次いで、所定幅に剪断加工（スリット加工）して帯材を製造する。
（６）そして、このスリット加工による歪みを除去するために、６００℃以下で歪取り焼鈍を行なう。
という工程に対して、
（１）仕上げ圧延を行ない、
（２）その後スリット加工を行ない、
（３）更に該スリット加工に対して６３０〜７００℃の範囲の十分な歪取り焼鈍を行ない、
（４）その後にレベラー矯正を行なう
という工程が開示されている。

特開平５‐１０９９６０号公報 特開平６‐１４５８１１号公報

上述した通り、従来から行われてきた方法というのは、鋼帯を製品幅にスリットした後に歪取焼鈍を行うものである。この製造方法には次の問題がある。
従来の製造方法の技術思想は、スリット歪および冷間圧延の歪を最後に熱処理で低減しようとするものである。しかしながら、製品幅へのスリット後の熱処理の場合、歪の開放に伴い、うねり状の波打ち変形を生じて平坦度を劣化させる。
また製品幅へのスリット後の材料を多条同時に熱処理を施そうとすれば各条の張力はばらつき、安定した制御は困難で、かつ炉内での材料蛇行により変形や損傷の問題が避けられない。１条づつでの熱処理では張力制御や蛇行の問題は生じないが、大幅に生産性が落ちてしまう。
つまり、従来のようなスリット後の歪取焼鈍では熱処理によりスリット歪を低減することはできても、安定した張力制御による安定した加熱収縮およびリードフレーム材として必要な形状の平坦性を確保できないという最大の欠点がある。

特開平６−１４５８１１号公報では、この後に平坦性を確保するためにレベラー矯正を行うが、上述のように安定して加熱収縮を抑制できない上に、熱処理により変形した個所のレベラー矯正によって、製品幅へのスリット後の鋼帯では局部的に応力が残留することになり、リードフレームとするための打抜き後やエッチング後に変形を生じるおそれがある。
また、例えばリードフレーム材では従来のような板幅３０ｍｍ程度以下の狭い幅であれば、若干のうねりが生じたとしても使用に耐えられるが、近年のＩＣ高効率化に伴う広幅化で板幅６０ｍｍ以上になると平坦度の要求も厳しく、従来の製造方法では平坦度の確保が非常に困難となっている。
本発明の目的は、特に加熱収縮の問題を解決でき、例えば６０ｍｍ以上の広い幅であっても優れた平坦性を実現できるリードフレーム用素材やリード用素材等に用いられるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法を提供することである。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものである。
即ち本発明は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法において、最終の冷間圧延後にレベラーによる矯正を行い、該レベラーによる矯正の後に連続焼鈍炉による最後の歪取焼鈍を行った後、条取りスリット加工を行うＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法である。
好ましくは、上記連続焼鈍炉による歪取焼鈍は、炉内張力２０Ｎ／ｍｍ^２以下で行うＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法である。
更に好ましくは、上記の歪取焼鈍は温度４００〜７５０℃で行うＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法である。
また本発明では、条取りスリット加工は、円形上刃カッターと円形下刃カッターとの協働により行い、それぞれのカッター径はＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の板厚の７５０倍以上の直径を有するものが好ましい。
更に好ましい条取りスリット加工は、円形上刃カッターと円形下刃カッターのオーバーラップ量を板厚の５〜５０％とするＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法である。
本発明のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の好ましい組成は、質量％でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物とすると良い。

本発明の製造方法を適用すれば、熱収縮の問題をより確実に解決でき、優れた平坦度を有するＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を得られることから、微細加工が不可欠なリードフレーム用素材やリード用素材等に用いられるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材を容易に得ることができる

以下に、本発明で規定した限定理由を詳しく説明する。
本発明では最終の冷間圧延後にレベラーによる形状矯正を行ない、リードフレーム用素材やリード用素材等に用いられるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の形状を矯正して平坦性を確保した後、連続焼鈍炉による最後の歪取焼鈍を行う。
本発明で言うレベラーとは鋼帯全幅に長さ方向にある程度の引張応力を負荷し鋼帯に発生している長さ差を矯正する設備のことをいい、本発明において実際に用いるレベラーとしては、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材の厚さを考慮するとテンションレベラーを用いるのが好ましく、ベンディングとテンションとを組合わせたレベラーであっても良い。張力は５０〜５００Ｎ／ｍｍ^２の範囲であれば良い。
また歪取焼鈍については、本発明の製造方法においては製品幅への条取りするスリット前であるため、例えば３００ｍｍ〜１２００ｍｍといった広い幅のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材に対して連続焼鈍炉による最後の歪取焼鈍が行える。これにより、自重のみがＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の鋼帯全幅に負荷されるため、狭い幅の鋼帯を多条同時通板する場合と比較し容易に張力の調整を行うことができる。
そのため、従来のようにＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材に部分的に熱収縮の変動が生じるのを抑制でき安定した熱収縮特性が得られるのである。また、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材を多条同時通板する場合と比較し、容易に材料蛇行の制御も行うことができ、変形、損傷のポテンシャルも無くすことができる。

なお、本発明で用いる代表的な連続焼鈍炉には竪型、横型のものがあるが、何れにおいても張力の調整が行えて、生産効率を高められるという利点が得られる。
この時に、特に竪型の連続焼鈍炉を用いた場合では、鋼帯の長手方向が上下となるため、鋼帯の弛みを抑制することができ、より一層安定した熱収縮特性が得られる。

上記の歪取焼鈍において炉内張力を２０Ｎ／ｍｍ^２以下とするのが好ましい。この範囲であればプレス打抜加工で用いる中間熱処理時または半導体パッケージ製造中に受ける加熱時に生じる熱収縮を低く抑え、寸法変動による不具合を防止できる。といった効果をより確実に得ることができる。
炉内張力が２０Ｎ／ｍｍ^２を超えると、例えばプレス打抜加工で中間熱処理時を行うと熱収縮が大きくなり、寸法変動による不具合が発生し易くなるため炉内張力を２０Ｎ／ｍｍ^２以下と規定した。
なお、下限については用いる連続焼鈍炉が竪型炉であるか横型炉であるかによっても若干の違いが有り、例えば竪型炉であれば特別に張力を加えることなく、自重で垂れた状態でも良いが、作業の安定性を考慮すると竪型炉、横型炉共に０．５Ｎ／ｍｍ^２を下限とすれば良く、好ましくは１〜１５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であれば上記の効果をより確実に得ることができる。

上記の歪取焼鈍は温度４００〜７５０℃で行うことが好ましい。
この温度の範囲であれば冷間圧延及び形状矯正時に導入された歪みの緩和という効果が得られる。好ましい温度範囲は５００〜７００℃の範囲である。なお、処理時間は特に規定はしないが１０〜１２０秒であれば良い。
また、この時の雰囲気としては露点−７０〜−５℃の還元性雰囲気中で行っても、或いは窒素等の不活性ガス雰囲気中で行っても良い。何れの雰囲気とするかは、求められる特性に応じて選択すればよく、例えば主として耐食性を向上させることが重要である場合、不活性ガス雰囲気中で行う方が有利であり、還元性雰囲気の場合は主として表面酸化抑制という効果を付与することができたりする。

本発明においては上記の歪取焼鈍を行った後、例えば製品幅に条取りスリット加工を行う。
本発明においては、条取りスリット加工前に平坦度と熱収縮特性の両方を実現させているため、この条取りスリット加工において過度に歪を与えないことが望ましく、低歪で条取りスリットができる方法であれば、例えばレーザーであっても良いが、円形上刃カッターと円形下刃カッターとの協働によりスリットするのが簡便である。
スリット加工する円形上刃カッターと円形下刃カッターのそれぞれのカッター径はＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の板厚７５０倍以上の直径であることが好ましい。これは、板厚の７５０倍未満の直径のカッター径の場合、せん断角度が大きくなり条取りスリット時の残留歪みが増大する場合があるからである。
そのため、本発明ではスリット歪を大きく軽減させるために円形上刃カッター径と円形下刃カッター径はＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の板厚の７５０倍以上の直径とした。好ましくは９００倍以上が良い。
なお、この時、更にスリット歪を軽減させるために円形上刃カッターと円形下刃カッターのオーバーラップ量は板厚の５〜５０％とするとよい。オーバーラップ量を大きくするとせん断角度が大きくなりスリット時の残留歪が増大する。オーバーラップ量が小さすぎると切断しきれなくなり、スリット不良になるからである。

なお、本発明で言うＦｅ−Ｎｉ系合金とは、ＦｅとＮｉとが主成分となるものを言い、代表的な組成は、質量％でＮｉ含有量が２７〜５２質量％−残部が実質的にＦｅの合金、または更にＣｒを７％以下含んだ合金、前記のＮｉを２０％以下のＣｏで置換した合金等、ＦｅとＮｉとを主成分とする合金を指す。
このうち、好ましくはＦｅとＮｉとでなる合金であり、以下に好ましい元素の範囲とその理由を説明する。
Ｃ：０．１％以下
Ｃはエッチングに供される場合のあるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材において、エッチング性を劣化させる元素である。そのため、Ｃの上限を０．１％以下とした。好ましいＣの上限は０．３％である。
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．２％以下
Ｓｉ、Ｍｎは通常Ｆｅ−Ｎｉ系合金では、脱酸を目的に微量含有されているが、過剰に添加すれば偏析を起こし易くなるため、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．２％以下とした。

Ｎｉ：３０〜５０％
ＮｉはＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材を例えばリードフレームとして用いる場合の熱膨張係数を調整する作用を有し、低熱膨張特性に大きな影響を及ぼす元素である。含有量が３０％より少なく、または５０％を越えるものでは熱膨張係数を低める効果がなくなるため、Ｎｉの範囲は３０〜５０％とする。好ましくは４０〜４５％である。
残部は実質的にＦｅ
上記の元素以外は実質的にＦｅとしたが、製造上不可避的に含有する不純物は含まれる。また、プレス打抜き性を向上させる場合はＳ等の快削性元素を０．００５％〜０．０２０％含有させても良いし、熱間加工性を向上させるようなＢ等の元素を０．０００５〜０．００５０％含有させても良い。

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
真空溶解、鍛造、熱間圧延を行い、リードフレーム用に用いる冷間圧延用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材を作製した。次に、この冷間圧延用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材に対して、還元性雰囲気中で焼鈍と冷間圧延を繰返して、厚さ０．１２５ｍｍ、幅７００ｍｍのＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材を作製した。なお、焼鈍温度は９５０℃とし、最終の冷間圧延は圧下率２５％とし、レベラーはテンションレベラーとして張力２００〜４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲で行った。
更に、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材を用いて本発明方法と従来方法にてリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材に仕上げた。条取りスリット加工は、円形上刃カッターと円形下刃カッターとの協働により行い、スリットの幅は全て１００ｍｍとした。
なお、比較例については条取りスリット後の焼鈍となる。工程Ｎｏ．７及びＮｏ．８については３条同時の歪取焼鈍とし、工程Ｎｏ．９は１条ずつの焼鈍とした。
化学組成を表１に、製造条件を表２に示す。

各製造条件で製造した条取りスリット後のリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の加熱収縮量の評価を実施した。
加熱収縮量の評価は、圧延方向に１８０ｍｍの距離の標点を打ち工具顕微鏡で距離を測定。サンプルを６５０℃×１０分（水素中）加熱後、標点を再度工具顕微鏡で測定し、収縮量を求めて加熱前の標点距離で割って１００を乗じた値として示した。
スリット歪量は、図１に示すようにリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材（１）のスリットエッジ（２）から１．５ｍｍの幅にワイヤーカットで切り込み（４）を入れ、カット後のリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材（１）を定盤（３）上に置いて先端の浮上りをスケールにて測定した。
平坦度の評価は５００ｍｍ長さに切断後、定盤上に置きレーザー距離センサーで最大浮上量（ｍｍ）を測定した。
これらの測定は条取した６本のリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材を測定した。測定結果を表３に示す。

表３に示すように、本発明の製造方法での歪取焼鈍条件で実施したリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材は加熱収縮量が０．０３％以下と小さいものになっている。
比較例のスリット後の歪取焼鈍ではＮｏ．７で収縮が高くなっている。これは歪取焼鈍時張力も高く、レベラーにより再び歪が導入されるためである。
Ｎｏ．８では加熱収縮量が０．０３％以下のものもあるがロット間のバラツキが大きくなっている。これは多条同時通板のために張力制御が各条独立して制御ができないからである。
Ｎｏ．９では歪取焼鈍で１条づつ通板しているのでロット間のバラツキは比較的少ないが、スリット後の歪取焼鈍のため歪が開放されて平坦度が悪くなっている。
またスリット歪の測定においても本発明の製造方法でのスリット条件で実施したリードフレーム材用のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材はスリット歪量が１５ｍｍ以下と小さくなっている。
平坦度に関しては本発明方法によれば１００ｍｍの幅に対して平坦度０．２ｍｍ以下を実現しているが、比較例では平坦度が０．２７〜０．５８ｍｍの浮上りとなっている。これはスリット後の熱処理のために各条で歪が開放される際に周囲の拘束がないので容易にうねり形状が発生するものである。特に今回の板幅１００ｍｍのような広幅材においては平坦度は顕著な差が現れる。

本発明は低加熱収縮と低スリット歪の特性に優れているため、微細加工が不可欠なＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材を用いる用途に適用できる。

スリット歪測定方法を示す上面及び側面の模式図である。

符号の説明

１． Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材
２． スリットエッジ
３． 定盤
４． 切り込み

Claims (4)

1. リードフレーム用またはリード用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法において、
   最終の冷間圧延後にレベラーによる矯正を行い、該レベラーによる矯正の後に連続焼鈍炉による最後の歪取焼鈍を行った後、条取りスリット加工を行うこと、
   前記条取りスリット加工は、円形上刃カッターと円形下刃カッターとの協働により行い、それぞれのカッター径はＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の板厚の７５０倍以上の直径を有すること、および
   前記条取りスリット加工は、円形上刃カッターと円形下刃カッターのオーバーラップ量を板厚の５〜５０％とすること
   を特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法。
2. 連続焼鈍炉による歪取焼鈍は、炉内張力２０Ｎ／ｍｍ^２以下で行うことを特徴とする請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法。
3. 歪取焼鈍は温度４００〜７５０℃で行うことを特徴とする請求項１または２に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法。
4. Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材は、質量％でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物でなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板材の製造方法。

Images