JPH04103736A - 高強度高導電性銅基合金およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は、リードフレーム等に代表される電気・電子部
品用材料などとして好適な高強度高導電性銅基合金とそ
の製造法に関するものである。

（ロ）従来技術 近時、エレクトロニクス産業の発達に伴ない、すγドフ
レーム等の電気・電子部品材料もその使用量が増大する
と共に、特性面では高信頼性が要求され、コスト面では
一層の低廉価が要求されている。

ここで、リードフレームとは、ｒＩＣのリードを製造工
程の途中および製造後に支える単一な枠ａ造」のことで
あり、要求される特性としては、（１）熱および電気伝
導性が良いこと。

リードフレームの主な働キの一つとして、Ｓｉチップの
劣化を防ぐため、チップに生じた熱を放散させることが
挙げられるが、その効率を上げるために熱伝導性の良い
こと、しかもリード部分での発熱を小さくするために電
気伝導性の良いことが要求される。ここで、一般に熱伝
導性と電気伝導性の間には比例関係が認められているの
で、評価としては導電率の大きさを測定することで代表
される。

（２）強度が高いこと。

リードフレームはＩＣのリードを製造工程。途中ならび
に製造後に支えるので、このために充分な強度が要求さ
れる。その評価基準としては、引張強度と耐力が大きい
こと、ならびにスティフネス（腰の強さ）が充分である
こと等が挙げられる。

（３）充分な耐熱性を有すること。

リードフレームは製造工程中あるいは工程後にある程度
の加熱を受けることが予想ネれる。従って、このような
熱的負荷による強度劣化を起こさないように、充分な耐
熱性が必要である。しかし、実際には耐熱温度が高すぎ
ると素材製造時に焼鈍温度が高くなる等、コスト的に不
利になることが予想される。従って、実用的には３５０
℃で数分間程度の加熱で軟化しなければ充分である。

（４）曲げ加工性が良好であること。

リードフレームではリード部に曲げの施されるものがほ
とんどであるので１曲げ加工性が良好であることが要求
される。その評価としては、■◆Ｗ曲げや繰返し曲げ試
験等が挙げられる。

（５）メツキ密着性および半田耐候性が良好であること
。

リードフレームではインナーリードにＡｇやＡｕメツキ
が、またアウターリードに半田メツキが施される場合が
多いので、良好なメツキ密着性と更にその半田耐候性が
必要である。

リードフレームには以上のような諸特性が要求されるの
である。

しかしながら、従来は上記のような諸特性を同時に兼備
した、しかも安価な材料は得られなかった。

（ハ）発明の開示 本発明は、リードフレーム等の電気・電子部品用材料に
要求される前記のような諸特性を兼備した銅基合金、詳
しくは強度と熱及び電気伝導性に優れ、しかも耐熱性お
よび曲げ加工性等に優れた銅基合金を提供するものであ
る。

即ち、第１の発明は、Ｃｏ　：　０．１〜０．５　ｖｔ
％。

Ｎ　ｉ　：　０．０１−０．５　ｗｔ％、　Ｐ　：　０
．０１ＮＯ，３ｗｔ％、残部がＣｕおよび不可避不純物
からなる高強度高導電性鋼基合金である。

第２の発明は、　Ｃｏ　：　０．１〜０．５　ｗｔ％、
Ｎｉ　：０．０１〜０．５　ｗｔ％、　Ｐ　：　０．０
１〜０．３　ｗｔ％、Ｃｒ：０．００５〜０．２　ｗｔ
％、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる高強度高導
電性鋼基合金である。

また第３の発明は、上記ＷＳｌおよび第２発明の銅基合
金の製造法に係り、ＣＯ：　０．１〜０．５　ｖｔ％、
　Ｎ　ｉ　：　０．０１”ｌＬ５　ｗｔ％、　Ｐ　：　
０．０！−０，３ｗｔ％、残部が銅および不可避不純物
からなる銅基合金あるいはＣｏ　：　０．１〜０．５　
ｗｔ％、　Ｎ　ｉ　：　０．０１〜０．５　ｗｔ％、　
Ｐ　：　０．０１〜０．３　ｗｔ％、　Ｃｒ　：　０．
０（１５〜０．２　ｗｔ％、残部がＣｕおよび不可避不
純物からなる銅基合金の素材板を熱間圧延・水冷却した
後、８５０℃以上の温度で溶体化処理した後に、最終板
厚までの板厚減少率を５０％以上とし、かつ該溶体化処
理後で最終板厚までの冷間圧延の途中において４００〜
６００℃の温度で５〜７２０分間の時効処理を少なくと
も２回行なうことを特徴とする高強度高導電性銅基合金
の製造法である。

本発明鋼基合金は、本出願人の出願に係る特願平１−３
１９３３３号記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｐ系の高強度高導電性
鋼基合金に上記範囲のＮｉを添加し、溶体化および時効
処理を施すことにより時効硬化させ、更に強度の向上を
図ったもので、上記のＣｕ−Ｃｏ−Ｐ系合金より引張強
度が著しく向上し、リードフレーム等の電気・電子部品
用材料としてより好適な上記諸特性を発現せしめた銅基
合金を桿供し得たことに基本的な特徴がある。

また、この適量のＮｉ添加の効果は、更に本出願人の出
願に係る特願モ２−７２５１９号記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｐ
−Ｃｒ系の銅基合金の特性向上にも寄与する。

次に１本発明に係る銅基合金の成分組成範囲を上記の通
りに駆足した理由について説明する。

（１）　Ｃｏ　： Ｃｏは銅マトリツクス中に固溶して強度と弾性を向−ト
させ、ざらにＰと化合物を形成して分散析出することに
より、熱伝導性および電気伝導性を向上させ、しかも更
に強度・弾性を向上させる。

また、耐熱性の向上にも寄与する元素である。

しかし、ＣＯ含有量が０．１　ｗｔ％未満では上記のよ
うな効果が充分に得られず、一方０−５　ｗｔ％を越え
るとＰとの共存下でも熱伝導性や電気伝導性の劣化が著
しく、また製造時の焼鈍温度が高くなる等、経済的にも
不利となる。

従って、ＣＯ含有量は０．１〜（Ｌ５　ａｔ％とする。

また更に好ましくは、ＣＯ含有量は０．１〜０．３　ｗ
ｔ％の範囲が良い。

（２）　　Ｎ　　ｉ　　： ＮｉはＣ０．Ｐと共存することによって合金の強度、ｉ
性の向上効果が著しいが、その含有量がＱ、３１ｗｔ％
未満、あるいは０．５　ｗｔ％を越えると５時効後の硬
化の割合が小さくなり、強度、熱伝導性および電気伝導
性の向上に充分寄与しない。

従って、Ｎｉ含有量は０．Ｏ１〜０．５　ｗｔ％の範囲
とする。また更に好ましくは、Ｎｉ含有量は０．１〜０
．２　ｖｔ％の範囲が良い。

（３）Ｐ： Ｐは溶湯の脱酸剤として働くと共に、Ｃｏ及び又はＮｉ
と化合物を形成して分散析出することにより、熱伝導性
および電気伝導性を向上させつつ強度・弾性を向上させ
る。

しかし、Ｐ含有量が０．０１ｗｔ％未満では−Ｆ記のよ
うな効果が充分に得られず、一方０．３　ｗｔ％を越え
るとＣＯ及び又はＮｉとの共存でも熱伝導性および電気
伝導性の劣化が著しく、また熱間加工性にも悪影響を及
ぼす。

従って、Ｐ含有量は０．Ｏ１〜０．３　ｗｔ％とする。

また更に好ましくは、Ｐ含有量は０．０５〜０．１５ｗ
ｔ％の範囲が良い。

（４）　　Ｃｒ　　： ＣｒはＣｏ　、Ｎｉ　、Ｐの共存下で微量に添加するこ
とにより、合金の強度１弾性、熱伝導性および電気伝導
性を向上させる効果がある。

しかし、Ｃｒ含有量が０．００５　ｗｔ％未満では上記
のような効果が充分に得られず、一方０．２　ｗｔ％を
越えると粗大なＣｒ粒子の析出により合金のメツキ信頼
性等の特性の劣化を招くと同時に添加量の割には強度９
弾性の向上効果が小さく、経済的にも不利となる。

従って、Ｃｒ含有量は０．００５〜０．２　ｗｔ％とす
る。また更に好ましくは、Ｃｒ含有量は０．０１〜０．
０５ｗｔ％の範囲が良い。

（５）　０５！　： ０８を多量に含有するとＣ０．Ｎｉ、Ｐが酸化物を形成
し、メツキ信頼性を始めとして、本発明に係る銅基合金
の諸特性を劣化させる虞れがあるので、好ましくは０２
含有量は３０ｐｐｍ以下とする。

上記のような成分組成に調整した本発明に係る銅基合金
は、Ｃｏ−Ｐ系、Ｎ１−Ｐ系、Ｃ０−Ｎ１−Ｐ系化合物
等を均一微細に分散析出させることにより、近時の電気
・電子部品としての要求を満足させる諸特性を具備した
リードフレーム用材料とすることができるのである。こ
のような諸特性は、特に熱処理条件を適切にコントロー
ルした製造法によって有効に発現させることができるの
である。

以下、その製造法を詳細に説明する。

まず、Ｃｏ　：　０．１〜０．５　ｗｔ％、Ｎｉ：０．
０１〜０．５　ｗｔ％、　Ｐ　：　０．０１〜０．３　
ｗｔ％、あるいは更にＣｒ　：　０．００５〜０．２　
ａｔ％を含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる
鋳片を溶解鋳造する。

この鋳片を熱間圧延に供するのであるが、該熱間圧延は
鋳片を８００℃以上に加熱し、熱間圧延圧下率を６０％
以上、好ましくは９０％以上とするのが良い、この処理
によって鋳造組織を完全につぶすことができ、しかも鋳
塊に生じている偏析の影響をなくすことができる。熱間
圧延後水急冷は、その冷却過程中に析出が起こらないよ
うに水急冷するのが好ましい。

上記工程で得られた熱延板は１次に必要に応じて表面研
削あるいは酸洗を行った後、冷間圧延と焼鈍とを繰返し
て板厚減少処理を行なう、最終板厚をｔ（雪層）とする
と、２ｔ（鳳鳳）以上の厚さで溶体化処理を行なうので
ある。

溶体化処理温度は、８５０℃未満ではＣｏ。

Ｎｉ　、Ｐが充分に固溶せず、引続き行なわれる冷間圧
延と時効処理により得られる材料特性が低下するので、
８５０℃以上の温度とする。好ましくは、Ｃ０．Ｎｉ、
Ｐを再固溶させるために要する時間や結晶粒粗大化の観
点から、８８０〜９３０℃の温度とするのが良い。

溶体化処理後に水冷却された板材に対し、直ちに時効処
理を行なうか、あるいは冷間圧延後に時効処理を行なう
。

時効処理条件としては、４００℃未満ではＣｏ−Ｐ系、
Ｎ１−Ｐ系、Ｃｏ−Ｎ１−Ｐ系化合物を析出させるに要
する時間が長過ぎ、６００℃を超える温度では析出物が
粗大化して特性の低下が著しいので、時効処理温度は４
００〜６００℃とする。

また、時効処理時間は、５分間未満では析出が充分では
なくて特性の向ヒが望めず、一方７２０分間を越えると
微細に析出した析出物の成長と経済的な面から好ましく
ない、従って、時効処理時間としては５〜７２０分間と
する。

さらに、時効処理は少なくとも２回施すことが必要であ
る。１回では冷間圧延と時効処理の組合せにおいて強度
と導電率のバランスが悪く、２回以上の時効処理な冷間
圧延と組合せることによって、加工硬化と微細析出物に
よる分散強化を達成することができるので、特性がより
一層向上する。

ただし、溶体化処理後、最終板材までの板厚減少率は、
少なくとも５０％以上とし、５０％未満では加工による
内部ひずみ調整が不充分であり、その後の時効処理によ
って析出する析出物を均一に微細化することが困難とな
る。

Ｌ記のようにして得られた板材を、最終工程において、
低温焼鈍処理を行なってもよい、低温焼鈍処理によって
、強度はわずかに低下するが、伸びが回復し、加工性お
よび弾性が向りする。低温焼鈍処理条件としては、温度
２００〜３００℃で時間５〜１８０分間が好ましいので
ある。

次に、本発明を実施例により説明する。

（こ）実施例 実施例１ 第１表に化学成分値（重量％）を示す銅基合金Ｎ０．１
〜Ｎ０．６　（本発明合金）と　Ｎ０．　７〜Ｎ０．　
１４（比較合金）をそれぞれ高周波真空溶解炉を用いて
溶製し、２０脂■Ｘ４０■層Ｘｉ　５０厘１の鋳塊に鋳
造した。各鋳塊を面削後、８５０℃の熱間圧延によって
厚さ７．５ｍ■まで圧延し、熱間圧延後水急冷および酸
洗を行なった。

上記のようにして得られた熱延材を９００℃の温度で６
０分間熱処理し、その後に水急冷する溶体化処理を行な
い、その後酸洗を行なった。

次に、この溶体化処理材を厚さ３層層まで冷間圧延（圧
下率６０％）Ｌ、５５０℃の温度で６０分間の時効処理
（１回目）を行ない、その後に水急冷し酸洗を行なった
。

次に、この時効処理材を厚さ夏、２５璽肩まで冷間圧延
し、４５０℃の温度で６０分間の時効処理（２回目）を
行ない、その後に水急冷および酸洗を行った。更に、こ
の時効処理材を厚さ０．２５厘厘まで冷間圧延し、２５
０℃の温度で３０分間の焼鈍を行ない、焼鈍後に水急冷
および酸洗を行なった。

このようにして得られた試験材料を用いて、各所定の試
験片を作成し、硬度、引張強度、導電率および曲げ加工
性を測定した。その結果を第１表・に併せて示す。

強度、引張強度および導電率の測定は、それぞれＪＩＳ
−Ｚ−２２４４，ＪＩＳ−Ｚ−２２４１およびＪＩＳ−
Ｈ−０５０５によって行なった。

曲げ加工性は、９０℃Ｗ曲げ試験（ＣＥＳ−Ｍ−０００
２−６，Ｒ＝０．２層層、圧延方向とその垂直方向）を
行ない、中央部の両表面が良好なものには○印、シワの
発生したものにはΔ印、割れが発生したものはＸ印とし
て評価した。

第１表に示す結果から、本発明に係るＮ０．１〜Ｎ０．
６の銅基合金は、硬度、引張強度および導電率のバラン
スに優れ、しかも曲げ加工性も良好である。従って、リ
ードフレーム等の電気・電子部品用材料として好適な非
常に優れた特性を有する銅基合金である。

これに対して、Ｎｉを含まない比較合金ＮＯ３７〜　Ｎ
０．１０は引張強度を始め、特性全般において本発明鋼
基合金より劣る。

また、Ｃｏをほとんど含まない比較合金Ｎ０．１１と　
Ｎ０．１２では導電率は高いものの硬度および強度が充
分でなく、Ｐをほとんど含まない比較合金Ｎ０．１３と
Ｎｉの含有量が前記した所定範囲より高い比較合金Ｎ０
．１４では、硬度および強度は比較的高いものの導電率
が低く、いずれもリードフレーム等の電気・電子部品用
材料としては充分な特性を有しているとはいえない。

実施例２ 実施例１の第１表中に示す本発明合金Ｎ０１５と市販の
黄銅１種（Ｃ２６００ＥＨ）について、硬度、引張強度
、導電率、耐熱性１曲げ加工性、半田耐候性およびノー
２キ密着性を試験測定した。その結果を第２表に示す。

硬度、引張強度、導電率１曲げ加工性の測定試験は、実
施例１と同様の測定法である。

また、半田耐候性は試験片に溶融半田メツキ（Ｓｎ−４
０％ｐｂ、デ４−／プ、２６０℃×５秒９弱活性ロジン
フラックスを使用）を行ない、１５０℃にて１０００時
間保持した後、該試験片に９０℃Ｗ曲げを施し、曲げ部
を観察してメツキが密着しているものはＯ印、剥離した
ものはＸ印として評価した。

また、メツキ密着性試験は試験片に３１ＬｍのＡｇメツ
キを施し、５００℃にて１０分間保持した後、目視によ
り表面に膨れの発生しているものはＸ印、発生していな
いものはＯ印として判定した。

さらに、耐熱性試験は試料の硬度が初期硬度の８０％に
なるときの温度（３０分間保持）とした。

第２表に示す結果から、本発明の銅基合金は従来の代表
的なリードフレーム等の電気・電子部品用材料である黄
銅に比較し、電気伝導性ならびに耐熱性が格段に向−ト
していることが分る。

従って、本発明の銅基合金が、従来の黄銅等に比べて、
リードフレーム等の電気・電子部品用材料として極めて
優れていることは明らかである。

（以下余白） （ホ）発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、本発明に係る銅基
合金は高強度、高弾性、高電気伝導性。

高熱伝導性を有し、しかも加工性、半田耐候性および耐
熱性にも優れており、各種用途に適用できることは勿論
であるが、特にリードフレーム等の電気・電子部品用材
料として好適な高強度高導電性銅基合金を提供すること
ができるのである。

特 許 出 願 人 同和鉱業株式会社 代 理 人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｏ：０．１〜０．５ｗｔ％ Ｎｉ：０．０１〜０．５ｗｔ％ Ｐ：０．０１〜０．３ｗｔ％ 残部がＣｕおよび不可避不純物からなる高強度高導電性
   銅基合金。
2. （２）Ｃｏ：０．１〜０．５ｗｔ％ Ｎｉ：０．０１〜０．５ｗｔ％ Ｐ：０．０１〜０．３ｗｔ％ Ｃｒ：０．００５〜０．２ｗｔ％ 残部がＣｕおよび不可避不純物からなる高強度高導電性
   銅基合金。
3. （３）Ｃｏ：０．１〜０．５ｗｔ％ Ｎｉ：０．０１〜０．５ｗｔ％ Ｐ：０．０１〜０．３ｗｔ％ あるいは更にＣｒ：０．００５〜０．２ｗｔ％を含み、
   残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅基合金の素材
   板を、８５０℃以上の温度で溶体化処理した後に最終板
   厚までの板厚減少率を５０％以上とし、かつ上記溶体化
   処理後、最終板厚までの冷間圧延の途中において４００
   〜６００℃の温度で５〜７２０分間の時効処理を少なく
   とも２回行なうことを特徴とする高強度導高電性銅基合
   金の製造法。