JP4199320B2

JP4199320B2 - 支持体の製造方法

Info

Publication number: JP4199320B2
Application number: JP20459497A
Authority: JP
Inventors: デュラニ−テクストジェロー
Original assignee: グリセットソシエテアノニム
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2017-07-30
Also published as: JPH1068032A; DE19732837C2; ITTO970641A1; FR2751990B1; IT1293454B1; KR100429109B1; MX9705772A; DE19732837A1; KR980009485A; FR2751990A1; US6149741A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロニクス分野において、構成素子の支持体を製造するために用いられる銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅は、優れた電気伝導体として周知であり、多くの用途、特にエレクトロニクス分野において用いられている。銅は、多様な構成素子のほとんどに、特に電子チップについて、電子回路構成素子の支持体（リードフレーム）として使用されている。回路の製造において、一般に、構成素子は、ろう付け、接着、および／または、圧着され、その後、銅支持体上をプラスチック材料で熱被覆される。そこで、この銅支持体は、温度抵抗性を有し、その機械的特性を保持できるものでなければならない。
【０００３】
この温度抵抗性（復旧力）のために、優れた伝導率を保ちながら復旧力を増大させることのできる銅合金が用いられてきた。
【０００４】
温度耐久力、すなわち復旧力と呼ばれるものは、高温に再加熱することにより、ディスロケーション（転移）の消滅を活性化することによる銅合金の軟化を導くメカニズムに対応している。復旧抵抗は、高温（例えば、４５０℃）に維持した後で、金属の硬度が予め定められた値より高く保たれる最大の高温維持期間（例えば、１０分以上）により特徴づけられる。
【０００５】
パーセントであらわした、合金の測定伝導率は、純銅の場合を１００％伝導率としたものである。この伝導率は、ＩＡＣＳ伝導率と呼ばれる。
【０００６】
例として、銅とスズの合金である、ＣｕＳｎ合金０．１５が使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
エレクトロニクスにおいて用いられる銅支持体は、優れた機械的耐久力と温度耐久力を与えるだけでなく、優れたはんだ付け性、および／または、ろう付け適合性を示すものでなければならない。この目的のため、銅合金はニッケル層で被覆されている。このニッケル層は、支持体のような製品が切断される前に合金に塗工される。これにより、相当量のニッケル被覆銅合金廃棄物が生じる。この廃棄物を回収するには高い費用がかかる。これは、ニッケルから銅を分離させて回収するために電気分解法を使用する必要があるからである。
【０００８】
本発明の目的は、温度耐久力が高く、伝導率が高く、しかも製造時廃棄物の回収が容易な合金を得るために、エレクトロニクス分野において用いられる銅合金を改良することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明によれば、電子回路構成素子に使用される支持体の製造方法において、重量パーセントで、０．１〜１％のニッケルおよび０．００５〜０．１％のリンを含み、残部として銅及び不可避不純物を含む銅合金からなる板材であって、前記銅合金は、銅マトリックス中にリン化ニッケルの微細析出物を含む板材を溶融して鋳造する工程と、前記銅合金を、一連の変形操作であって前記変形操作は前記板材を圧延及び４００℃〜６００℃の焼鈍温度で２〜４時間保持することで中間アニールし、それによって合金中の前記リン化ニッケルの微細析出物の生成を増大させることにより変形させる工程と、前記板材をニッケル層で覆う工程と、所望の形状と寸法の支持体を前記板材から切り取る工程とを備えていることを特徴とする支持体の製造方法が得られる。
また、本発明によれば、前記支持体の製造方法において、更に、８００℃以上の温度で合金成分を共に溶解させることで前記変形操作前に、前記銅合金の均一相を生成することを含むことを特徴とする支持体の製造方法が得られる。
また、本発明によれば、前記支持体の製造方法において、前記板材はニッケルで被覆された銅−リン合金であり、前記方法は、更に、溶解プロセスの終わりにリンを加えることを含むことを特徴とする支持体の製造方法が得られる。
【００１０】
本発明によれば、上記合金は、さらに、０．１％以下の鉄および／または、０．５％以下の亜鉛を含んでいてもよい。
【００１１】
この銅合金は、提案された組成範囲において、概ね８０％ＩＡＣＳより高い良好な伝導率と、優れた温度耐久力、すなわち、特に添加成分であるニッケルおよびリンに関連した復旧抵抗とを備えている。
【００１２】
本発明によれば、この銅合金はまた、経済的な面からみて、非常に有益である。なぜならば、エレクトロニクス用の支持体や構成素子の製造中に生じる廃棄物のリサイクルが容易になるからである。なぜならば、この場合には、本発明による合金はニッケル層で被覆されているからである。この合金の機械的特性は特に優れている。
【００１３】
本発明による合金は、多数の利点を提供する。例えば、その電気伝導率は非常に良好であり、７０％ＩＡＣＳ以上の電気伝導率を容易に得ることができる。以下の実施例により説明するように、ニッケルと鉄の関数としてリンの添加量を変えることにより、および、残留成分（亜鉛など）の量を制限することにより、８０％ＩＡＣＳを越える伝導率を確保することも可能である。従って、アニーリングサイクルおよび微細析出物Ｎｉ_αＰ_βの形成を最適化するために特別な製造プログラムが用いられる。
【００１４】
溶液中の残留ニッケルとリンの含有量は、可能な限り最大限に析出させたあとで、復旧に対する非常に良好な抵抗を保証する。合金を４５０℃を越える炉の中に維持した場合でさえ、以下の実施例により示されるように、軟化は非常にわずかであり、３７０℃〜４２５℃の温度での、はんだ付け、ろう付けおよび、プラスチック封入などを行う場合においては、無視することができる。
【００１５】
形成される析出物（最近の熱力学的計算によればＮｉ_５Ｐ_２、さらに確実には、透過顕微鏡観察におけるエネルギー損失により行なわれる分析によればＮｉ_２Ｐ）は、本発明の合金の著しい硬化を可能とする。同時に、これらは、応力除去に対する抵抗を増加させる。
【００１６】
本発明による合金は、安価である。これらは、従来の添加成分のみを用いている。これらはまた、ニッケル被覆された銅廃棄物を経済的にリサイクルすることを可能とする。微量の不純物（亜鉛、シリコンなど）は、許容し得る。既知の法則によれば、これらは、製品の伝導率を低下させる。鉄のような他の合金成分を限界に近く添加（１０００ｐｐｍ以下、好ましくは、１００ｐｐｍ未満）すると、伝導率にほとんど影響しないが、アニーリングの促進および機械的特性の改善を可能とする。
【００１７】
本発明による合金は、従って、特にエレクトロニクス分野（グリッド、電源回路素子など）で用いるのに適しており、ＣｕＳｎ０．１５などの合金の代わりに用いるのに好適である。
【００１８】
本発明による合金は、銅合金に通常用いられる鋳造プロセスにより製造することができる。合金を鋳造するために選択されるプロセスが、得られた製品に特別に重大な影響を及ぼすことはない。
【００１９】
しかしながら、高温（８００℃以上）ですべての合金成分を溶解することによって予め均質化しておくことは、特に、例えば鉄が添加される場合には、非常に望ましい。
【００２０】
板材を得るためには、例えば、合金をストリップ状に鋳造し、圧延し、軽く加工硬化した後で、均質化アニーリング（８００℃〜８５０℃で約１時間）を施した後、急冷硬化させればよい。さらに、通常の寸法のプレートに合金を鋳造し、次にまず、数ミリの厚さに熱間圧延し（合金成分に応じて６５０℃〜１０００℃）、その後、冷間圧延することもでき、また好ましい。
【００２１】
合金は、その後、中間アニーリング工程を用いて所望の厚さに冷間圧延することができる。
【００２２】
２つの連続するアニーリング工程の間で、可能な限りの最大の加工率（圧下率）、少なくとも５０％の圧下が好ましい。かくして、最終の伝導率を改善しながら各アニーリング工程の期間がかなり短縮される。最適アニーリング温度は、４００〜６００℃の間であり、このアニーリング温度に少なくとも２時間、可能であれば４時間のあいだ維持する。例えば、添加成分とリンの競合析出という好ましくない場合を除いて、一般には、より長い期間により優れた伝導率が保証される。
【００２３】
本発明を、銅合金の２つの実施例により下記に説明する。
【００２４】
硬度および伝導率の測定結果を、図１および図２に示す。図１は、４２５℃における温度復旧力を示す図である。横軸に時間が示され、縦軸にＨＶ硬度が示されている。この図には、ＣｕＳｎ、ＣｕＮｉ０．４、ＣｕＮｉ０．２および合金ＦＰＧ（すなわち、９５０〜１０００ｐｐｍのＦｅ、および３３０〜３７０ｐｐｍのＰを含む銅合金）のグラフが示されている。
【００２５】
温度を４２５℃まで上昇させ、図の横軸の目盛を越えた期間にわたり、その温度に維持することによりテストを行った。
【００２６】
図２は、様々なＩＡＣＳ伝導率についてのグラフを示す。横軸にＮｉの量をｐｐｍで示し、縦軸に銅合金中のＰの量をｐｐｍで示す。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施例１
本実施例の合金は、以下に示す方法により作成される。ニッケルで被覆した銅リン合金（Ｃｕ−ｂ１、Ｃｕ−ｂ２）の切片を、チャネル型誘導炉において溶融する。溶融プロセスの最後において、分光計分析に基づき、リンの含有量を調整して、所望の組成が得られるようにする。その後、溶融物を、チャコールの還元性カバーの下で、同じ温度（約１２００℃）に数分間維持する。鋳造は、例えば、寸法２００×４００ｍｍの水冷式インゴット型内で行われる。この実施例のために作成した合金の組成を、以下の表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
このようにして鋳造されたプレートを、８４０℃を越える温度で再加熱し、次に、２００〜１３ｍｍに熱間圧延する。これらのプレートは、その後、所望に応じ、６００℃を越える温度で急冷硬化してもよいし、しなくてもよい。次いで、ブランクを圧延し、１．５ｍｍの厚さに冷間圧延し、その後、フード下で、４８０℃を４時間にわたり維持してアニーリングを行なう。アニーリングされた状態における硬度は５４〜５７ＨＶである。この状態において測定した合金ＣｕＮｉ０．４およびＣｕＮｉ０．２の伝導率は、それぞれ、７８．１％ＩＡＣＳおよび７９．４％ＩＡＣＳである。
【００３０】
残留亜鉛の高い含有量は、伝導率に対してかなりの影響を及ぼす。伝導率に対する溶液中の亜鉛の既知の影響に基づいて、示された含有量のニッケルおよびリン以外の添加成分を含まないＣｕＮｉ０．２およびＣｕＮｉ０．４合金が、それぞれ、８３％ＩＡＣＳおよび７９％ＩＡＣＳの伝導率を有することが推定できる。
【００３１】
この冶金学的状態において、新たな２０％の圧下の後、伝導率はほとんど変化せず、硬度は１０７〜１１０ＨＶに達する。これは、ＣｕＳｎ０．１５合金を用いて同一条件下で得られるものと等価である。
【００３２】
このレベルの加工硬化において、ストリップ状サンプルを、３６０〜４８０℃間の異なる温度で１０分間アニーリングする。ＣｕＮｉ０．４合金の場合における温度にともなう硬度低下は、ＣｕＳｎ０．１５について計測されたものと比較される。ＣｕＮｉ０．４合金の軟化点は、ＣｕＳｎ０．１５合金のものが４４０℃程度である場合、４６０℃よりも高い。
【００３３】
実施例２
本実施例による新規な合金は、下記に述べるようにして作成された。高純度の銅をチャネル型誘導炉において溶融する。合金成分は、純ニッケル、リン化銅８５−１５および金属シリコンの形で所望の組成が得られるまで導入される。その後、溶融物を、チャコールカバーの下で、同じ温度（約１２００℃）に維持する。広範囲の各種合金を得るために、組成を少しずつ変更する。ビレットを浴から取り出し、新規な組成物の各々について鋳造（直径２５ｍｍ、高さ４０ｍｍ）する。この実施例のために作成した各合金の組成は、下記の表２に示される範囲内にある。
【００３４】
【表２】

【００３５】
各ビレットは、８５０℃で１時間維持し、次いで水中で急冷硬化することにより均質化される。この状態において、これらは、液圧プレス中での圧縮により７０％（高さの縮減）以上変形される。その後、これらは、各合金について、最高伝導率が得られるようにアニーリングされる。
【００３６】
そして、これら伝導率の測定値と合金の組成とのあいだに相関が確立された。この相関はまた、実施例１に示した、前述の特徴づけをも考慮に入れている。
【００３７】
そこで、その他の添加成分のない純粋の銅ニッケルリン合金の場合において、ニッケルおよびリン含有量の平面において等伝導率線を描くことができる。その結果を図２に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】４２５℃における温度復旧力を示す図である。
【図２】純粋なＣｕＮｉＰ合金のニッケルおよびリンの含有量の関数としての伝導率を示す図である。

Claims

電子回路構成素子に使用される支持体の製造方法において、重量パーセントで、０．１〜１％のニッケルおよび０．００５〜０．１％のリンを含み、残部として銅及び不可避不純物を含む銅合金からなる板材であって、前記銅合金は、銅マトリックス中にリン化ニッケルの微細析出物を含む板材を溶融して鋳造する工程と、
前記銅合金を、一連の変形操作であって前記変形操作は前記板材を圧延及び４００℃〜６００℃の焼鈍温度で２〜４時間保持することで中間アニールし、それによって合金中の前記リン化ニッケルの微細析出物の生成を増大させることにより変形させる工程と、
前記板材をニッケル層で覆う工程と、
所望の形状と寸法の支持体を前記板材から切り取る工程と
を備えていることを特徴とする支持体の製造方法。
請求項１記載の支持体の製造方法において、更に、８００℃以上の温度で合金成分を共に溶解させることで前記変形操作前に、前記合金の均一相を生成することを含むことを特徴とする支持体の製造方法。
請求項１に記載の支持体の製造方法において、前記板材はニッケルで被覆された銅−リン合金であり、前記方法は、更に、溶解プロセスの終わりにリンを加えることを含むことを特徴とする支持体の製造方法。
請求項１に記載の支持体の製造方法において、前記電子回路素子を前記支持体に固定する工程は、３７０〜４２５℃の温度範囲で行われることを特徴とする支持体の製造方法。
請求項１に記載の支持体の製造方法において、前記銅合金は０．１％以下の鉄を含むことを特徴とする支持体の製造方法。
請求項１に記載の支持体の製造方法において、前記銅合金は０．５％以下の亜鉛を含むことを特徴とする支持体の製造方法。