JPH02270946A - 耐熱性および曲げ加工性が優れる高力、高導電性銅合金の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は耐熱性および曲げ加工性に優れる高力、高導電
性銅合金の製造方法に関し、さらに詳しくは電気電子部
品用銅合金、特に半導体リードフレームおよび端子等の
材料に使用することができる引張強さ５５　ｋ　ｇｆ　
／　ｍ　ｍ　２以上、導電率６８％ｌＡＣ３以上を有し
、さらに耐熱性および曲げ加工性に優れる高力、高導電
性銅合金の製造力７去に関する。

［従来の技術］ 従来においても、Ｆｅ　：　１．５〜３．０ｗｔ％を含
有する銅合金を加工して電子部品等の材料を製造するこ
とは、特公昭５５−０１４１３４号公報および特公昭ｆ
５３−１４３２４６号公報１・、一記載されｒいる。

し２かし・ながら、近年、電気、電ゴ機器の小型化高密
度化が著しく進展し、必要とされる合金の特性も高＋ｉ
ｅＶ：化しでいる。この傾向は半導体分野においで最も
顕著であり、Ｊ業的にも重要２を地位を占めるようにな
ったゆ即ち、半導体産業においては高集積化および高密
度実装化が進む中で、より小型化できる表面実装型の新
しいず導体パッケージとして、ＳＯＰ、ＱＦＰおよびミ
ニトランジスタ等のＩＣおよびトランジスタが開ダ、さ
れでいる。従って、このようなＩＣおよびトランジスタ
に使用されるリードフレーム材料としては熱伝導性向上
の必要から、高導電性の要求はもちろんのこと、薄肉化
して使用されるため、耐熱性があり、かつ強ｊｌを今迄
以北に高めることが要求されている。具体的には引張強
さが５５　ｋ　ｙ；　ｆ　７ｍｍ２以上、導電率が６８
％ｌＡＣ３以［であることが求めら１１．でいる１、 １述した特公昭５５−０１４１３４号公報お８１”び特
公昭Ｆｉ　３　１４３２４　［１ｉ号公報ｊ、、□、で
提案されでいる鉄入り高力鋸合金゛の特性は、導電率が
５０□６５　％　ＩＡＣＳ弓し；長弓値ざが４５〜５　
　：３ｋ　　３’　　ｆ”７ｍｍ２を示している。

この高力銅合金の引張強ざを向上さｆるためには、冷間
圧延加工率を多くするとり、・が名えられる。しかし、
即に冷間加ｆ率を増やしただけでは４電来が低１−’　
Ｌ、、、また伸びの低下により曲げ加コア性が劣化虹る
。

リードフレーム材料と１．７の特性は、節用：および導
電率だけでなく、耐熱性、リードの繰り返し２曲げ性等
あらゆる必須特性を満足」゛る必要がある。

従って、高強度、高導電性をもしながら、か−′、）曲
げ加」二性、耐熱性等にも優れた特性な（」するリード
フレ・・〜・・ム利料が要求されるのでＡ）る。

［発明が解決し９′４りとする課題〕 本発明は、以１−の従来技術の問題点に鑑みされたもの
であり、通常６１）ａ入り高力銅合金（Ｃｕ−２３％Ｆ
ｅ−０，０３％Ｐ−０，１３％Ｚ　ｎ、　）ど同’Ｊ９
　Ｌｕ−１：の引張Ｘ１ｆｆｉ’ｇ　（５５ｋｇ　ｆ、
／’ｍｍ２以十）および導電率（６８％ｌＡＣ３以上）
をイｊ゛し２、さらに耐熱性および曲げ加］、刊に優れ
る高力、高導箪性銅イ）金の製造方法を発明したものζ
″ある。

［課題を解決するための士１段］ 本発明に係る耐熱性および曲げ加」、性ρ！ＩＺれる高
力１．高弗電性銅合金・の製造方法は、１−゛（−１１
、５−３、Ｏｗ　ｔ％、ｐ　：　ｏ、００１〜、・Ｏ，
１ｗｔ％、Ｚｎ　：　０．０１〜１．０ｗｔ％、ｈｉ”
　Ｋｏ　００１へ・・０．０１ｗｔ％（０，０１ｗｔ％
は３」、ず）を慎イ１し、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚ＋−のい４°
れか１種以上を０．００１．＝０．０１ｗｔ％（たた１
０．０１Ｗｔ、％は象まず）含ｆｊ−Ｌ、残ド・：１へ
がＣｕと不ｉ１１避不純物からなる銅合金の鋳塊を８０
０１ニー・１０５０℃の温度“（、”熱間圧延、しデ：
：１“（，１３５０℃以１−の温ルから３００℃以下の
温爪、迄５℃、、／”　Ｓ　ｅ　Ｃｕ、、）ノ速す’Ｙ
ｌ’　ｉ’Ｑ　ａ　ｌ、　タ後、加］’、’、’、、ｌ
　率７０　％以Ｊ：：：　ｅＷ間圧延を行ない、６００
℃〜６′１５℃（ただｌ７６００″Ｃ：を除く）の温度
で３０分間以１．保Ｎｊ　ｌ、　７、；後、冷却途中”
Ｔ２４５０１’、’：　〜５５０℃の温度ＴＦ　３０分
間Ｕ７＋保持する２Ｙす時効焼鈍を行なった後、加工率
７０％以上の冷間圧延を行ない、きらに４００℃・〜４
５０℃の温度で・３０分間以上保持する２回目の焼鈍を
：ｌ′Ｙ　ｔｔい、加工率７０％以上Ｃ仕３］げ圧延を
行な−フた後、３００℃〜＝ｖ　ｏ　ｏ　℃の温度ｃ５
秒以１の歪取り焼鈍を’Ｉ”’ｊ　？！″）ごとを特徴
と］る。

［作　用Ｊ 木ぐ５明に係る耐熱情、および曲げ加］１士４か（Ｒれ
る高力、高導電性ε４１１急の製造す法に・）い”（゛
胤］・詳細に説明づる。

上ｒ、本発明におい（、鋼６金の組成ｌ−Ｌ述のように
゛規定する理由に〕いて説明する。

Ｆｅ　：　１．５−３．Ｏ％ Ｆ　ｅは、素４＋４の強度を向１−させる作用があるが
、その片イ」玉が１．５％４．費ｔでは所望の高強Ｉ３
が得られず、また、３．０％を越λて名’ｆｍ’−１”
ると導ＴＪ、率の低下および晶出するＦｅが１人化し、
−七の結果、半田付け→１の劣化おＪ：びＡｕ、Ａｓめ
・）きのふくれ等の・１・具合いを生じ易くなるやし、
たかって、Ｆｅの含有量は１．５〜３．０％とする必要
がある。

Ｐ：Ｏ，ＯＯ１〜０．１％ Ｐは、含有量がｏ、ｏｏｔ％未満では溶湯中の脱酸効果
が得られず、また、０．１％を越えて含有すると熱間加
工性の劣化および導電率の低下をきたす。したがって、
Ｐの含有量は、ｏ、ｏｏｉ〜０．１％とする必要がある
。

Ｚｎ：０１０１〜１％ Ｚｎは、０．０１％以上含有すると半田密着性および剪
断加工性が良好となる。しかし、１％を越えて含有する
と半田付は性の劣化および導電率の低下をきたす。した
がって、Ｚｎの含有量は、０．０１〜１％とする必要が
ある。

Ｍｇ：Ｏ，ＯＯ１〜０．０１％（ただし０．０１％は含
まず） Ｍｇは、原料、炉材あるいは雰囲気から混入するＳを安
定なＭｇとの化合物の形で母相中に固定し、熱間加工性
を向上させる必須元素であり、含有量が０．００１％未
満では上記効果はなく、Ｓは粒界中を９動して粒界割れ
を助長すること゛となる。

Ｍｇの含有量が０．０１％以上であると鋳塊内部にＣｕ
＋ＭｇＣｕｚという７２２℃の共晶を生じ、熱間加工温
度である８５０℃〜９５０℃に加熱することが不可能と
なり、さらには鋳塊の表面に酸化物の巻き込みが多くな
り、健全な鋳塊が得られなくなる。したがって、Ｍｇ含
有量は０．００１〜０．０１％（ただし０．０１％は含
まず）とする。

Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ：いずれか１種以上をｏ、ｏｏｔ〜０
．０１％（ただし０．０１％は含まず） Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか１１ｆ！以上の含有量がｏ
、ｏｏｔ％未満では熱間割れの抑制効果は得られず、ま
た、０．０１％以上含有すると溶湯が酸化し易くなり、
良好な鋳塊が得られない。したがって、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚ
ｒのいずれか１種以上を０．００１〜０．０１％（０，
０１％は含まず）含有する必要がある。

次に製造方法および製造条件について詳述する。

上記に説明した成分範囲をもつ銅合金の鋳塊を８００℃
以上の温度で熱間圧延した後、６５０℃〜３００℃の間
の冷却速度を５℃／　ｓ　ｅ　ｃ以上と限定したのは、
５℃／　ｓ　ｅ　ｃ未満の冷却速度では、６５０℃以上
の温度でＣｕ母相中に固溶していたＦｅとＰとが３００
℃〜６５０℃の温度でほとんど析出し、その後冷間加工
および時効焼鈍を繰返しても、強度の向上に寄与するＦ
ｅとＰとの化合物の析出量が少なくなることによる。

次いで、冷間加工率７０％以上の冷間圧延と時効焼鈍の
工程を２回繰返す。１回目の時効焼鈍条件を６００℃〜
６７５℃の温度で３０分間以上保持した後、冷却途中で
４５０℃〜５５０℃の温度で３０分間以上の焼鈍を行な
う、いわゆる２段時効焼鈍するのは、従来Ｆｅ１．５〜
３．０ｗｔ％を含有する鉄入り鋼合金のミクロ組織はフ
ァイバー組ｍ（繊維状の組織）であり、この組織を１段
目の焼鈍により均一に再結晶させミクロ組織を整粒化し
、かつその後２段目の焼鈍によりＦｅおよびＦｅとＰと
の化合物の析出を生じさせ、強度および導電率を向上さ
せるためである。この２段時効焼鈍は最終製品の特性向
上に大きく寄与するもので、導電率はもとより、強度の
向上および耐熱性、曲げ加工性を改善する為に必須な工
程であり、この結果耐熱性、曲げ加工性に優れ、しかも
導電率が高く、強度が大きくなる。

１段目の温度が６００℃未満では、冷却途中で４５０℃
〜５５０℃の温度で３０分間以上の時効焼鈍を行なって
も、ミクロ組織は整粒化せず、機械的性質の強化に寄与
しない。６７５℃を越える温度では、ミクロ組織が整粒
化するも強度が低下しすぎて、その後の冷間加工によっ
ても引張強さが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以上を具備すること
は困難である。

また、６００℃〜６７５℃の温度で３０分間以上保持し
た後、冷却途中で４５０℃未満の温度で焼鈍を行なって
も、析出は不充分となり、導電率の向上が期待できない
。５５０℃を越える温度では導電率の向上はあるものの
、強度の向上が期待できない。

また、時間はいずれも３０分間未満では、ミクロ組織を
整粒化するには不充分であり、また強度および導電率を
向上するＦｅおよびＦｅとＰとの化合物の析出が不充分
である。

よって、１回目の時効焼鈍条件は６００℃〜６７５℃の
温度ｒ３０分間以上の焼鈍後、冷却途中で４００℃〜５
５０℃の温度で３０分間以上とする。

２回目の時効焼鈍において、４００℃〜４５０℃の温度
で３０分間以上保持するのは、ＦｅおよびＦｅと））と
の化合物の析出をさらに充分に行ない導電率の向上をは
かり導電率が６８％Ｉ　ＡＣ３以七を具備することがで
きる汀にするためであるとともに、焼鈍前の冷間加］に
よって低下し７た伸びを回復し、曲げ加工性を向上させ
るためでもある。

しかし、４００℃未満の温度では３０分間以上の焼鈍を
１″ｉなっても、析出は不充分となり、導電率を６８％
１ＡＣＳ以上にすることは困難であり、また曲げ力ＩＩ
Ｉ性の回復も不充分である。

４５０℃を越える温度では導電率は向１．するが、引張
強さ５５ｋｇｆ／ｍｍ２以］４を具備することは困卸で
ある。

時間は、３０分未満では４００℃〜４５０℃の温度で焼
鈍しても、上記効果は不充分である。

よって、２回目の時効焼鈍は４００℃−４５０℃の温度
で３０分間」：Ｊ、上とする。

さらに、最統玲間加ユ率を７０％以」−としたのは、７
０％未満の冷間加工率では引張強さ５５ｋｇｆ／ｍｍ”
以上を具備することが困難であるためである。

次に、最終製品板厚にで３００℃−４００℃の温度で５
秒以上の歪取り焼鈍を行なうのは、ン名間圧延歪の除去
および伸びを回復さゼ、耐熱＋′［および曲げ加ユ、性
を改善するためであり、３００を未満の温度では不充分
であり、４００℃以上の温度では硬さが小さくなり、引
張強さ５５　ｋ　ｇ　ｆ　／’ｍ　ｎ１２を満足しない
ためである。

時間を５秒以上としたのは、工業的に生産性の面から連
続焼鈍炉を使用することを嵩慮したためであり、５秒未
満では上記効果は不充分なためである。

［実施例］ 本発明に係る耐熱性１６よび曲げ加工性が１２ねる高力
、高導電性銅合金の製造方法について、延の実施例によ
って以下詳説する。

（実施例１） 第１表に示す含有成分および成分割合の銅６・金を、ク
リ°ブトル電気炉で木炭被覆ドで人気溶解し、傾注式の
鋳鉄製のブックモールドに鋳込み、厚さ６０ｍｍ、幅６
０ｍｍ、長さ１８０ｍｒｎの鋳塊を作製し１．た。

これらの鋳塊の表面および裏面をそれぞれ２．５ｍｍ而
削後２８５０℃の温度で厚さ１５ｍｒｒｉまで熱間圧延
し２．７００℃の温度から水中急冷した。この熱間圧延
材の表面の酸化スケールをグラインダーにより除去して
から、厚さ３．２ｍｍまで冷間圧延した後、６０５℃〜
７５０℃の温度で２時間焼鈍後、冷却途中で４５０℃〜
５２５℃に達した峙、ざらに４時間の焼鈍を行ない、酸
洗い後、厚さ１．０ｍｍまで冷間圧延した後、３７５℃
〜５００℃の温度で４時間の時効焼鈍を行ない、酸洗い
後、最終冷間圧延により０．２５ｒｎｍの板厚にし、３
００℃〜４００℃の温度のソルトバスを用いて５秒間の
焼鈍を行な−、〕な。

Ｎ’ｏ、１．２およびＮｏ、１３の比較例は、１７５１
５ｍｍの熱間圧延月を厚さ１．０ｍｍまで冷間圧延した
後、５７５℃の温度で２時間焼鈍後、冷却途中で５００
℃の温度で４時間焼鈍する１回の２段時効焼鈍および５
２５℃の温度で２時間焼鈍する１回時効焼鈍を行ない、
さらに最終冷間圧延により０．２５ｒｎｍの板厚にし、
３５０℃の温ＩＳで５秒間の歪取り焼鈍を行なった。

Ｎｏ、１．４の比較例は、厚さＸＯｒｎｍの板月を冷間
圧延して厚さ２．５４ｍｔｒ＋と１ノ、この材料を４９
０℃の温度で２時間の焼鈍を行ない、酸洗い後、冷間圧
延して厚さ１．２７ｒｎｍとし、次いで、この材料を４
４０℃の温度で２時間の焼鈍を行ない、さらに酸洗い後
、冷間圧延して厚さ０．６３５ｍｍとし、この材料を４
４０℃の温度で２時間の焼鈍を行ない、最終冷間圧延に
て０．２５ｍｍの板厚にし、３５０℃の温度で５秒間の
焼鈍を行なった。

これらの試料について下記の試験を行ない、その結果を
第２表に示す。

（１）引張試験は圧延方向に平行に切出したＡＳＴＭＥ
８の試験片を用い、また、硬さはマイクロビッカース硬
度計を用いた。

（２）導電率は１０ｍｍｗｘ３００ｍｍＪ２の試験片を
用い、ダブルブリッジにより測定した。

（３）耐熱温度はソルトバスを用い、各温度で５分間加
熱した後の硬さを測定し、加熱前の硬さの８０％になる
温度として求めた。

（４）曲げ加工性は１０ｍｍ幅の試験片を作製し、Ｗ曲
げ治具を用いて、Ｒ／ｌ＝１．０の曲げ試験を行ない、
曲げ部の状況を観察した。試料数は３であり、曲げ軸は
圧延方向に直角である。

第２表から明らかなように、本発明に係る高力、高導電
性銅合金の製造方法Ｎｏ、１〜Ｎｏ。

５は、゛引張強さ５５ｋｇｆ／ｍｍ’以上、導電率６８
％ＩＡＣＳ以上を満足し、しかも耐熱性に優れ、曲げ加
工性が良好であり、比較例のいずれと比較しても優れて
いることが分る。

ここで比較例Ｎｏ、６は、第１回目時効条件において、
１段目温度が７５０℃であり、本発明範囲の上限を越え
ており、引張強さ５５ｋｇｆ／ｍｍ”を満足していない
。

比較例Ｎｏ、７は、１段目温度が５５０℃であり、本発
明範囲の下限より低く、引張強さ５５ｋ　ｇ　ｆ　／　
ｍ　ｍ　’を満足するも、導電率が６８％Ｉ　ＡＣ３以
下であり、さらに曲げ加工性が劣る。

比較例Ｎｏ、８は、第２回目時効焼鈍温度が５００℃で
あり、本願特許請求範囲の上限を越えており、引張強さ
５５に、ｇｆ／ｍｍ”、導電率６８％ｌＡＣ３いずれも
満足していない。

比較例Ｎｏ、９は、第２回目時効焼鈍温度が３７５℃で
あり、本願特許請求範囲の下限より低く、引張強さ５５
ｋｇｆ／ｍｍ”を満足するも、導電率が６８％Ｉ　ＡＣ
Ｓ以下であり、曲げ加工性が劣る。

比較例Ｎｏ、１０は、最終歪取り焼鈍温度が４５０℃で
あり、本願特許請求範囲の上限を越えており、引張強さ
５５ｋｇｆ／ｍｍ”、導電率６８％Ｉ　ＡＣＳいずれも
満足していない。比較例Ｎｏ、１１は、最終冷間加工率
が本願特許請求範囲の下限より少なく、引張強さが５５
ｋｇｆ／ｍｍ’以下である。

比較例Ｎｏ、１２．Ｎｏ、１３は、第１回目時効焼鈍を
省略した工程による材料であり、本発明の製造方法に比
べて、引張強さおよび導電率が低い。また耐熱温度が低
く、曲げ加工性も劣っている。

比較例Ｎｏ、１４（従来法）は、３回時効焼鈍材であり
、本発明の製造方法に比べて、引張強さおよび導電率が
低く、耐熱温度も低い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る耐熱性および曲げ加
工性が優れる高力、高導電性銅合金の製造方法は、上記
の構成を有しているものであることから、引張強さが５
５ｋｇｆ／ｍｍ”以上、導電率が６８％ｌＡＣ３以上あ
って、耐熱性、曲げ加工性が優れ、半導体リードフレー
ム、端子等電気、電子部品用材料として、信頼性が高い
銅合金を製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｆｅ：１．５〜３．０ｗｔ％、Ｐ：０．００１〜０．１
   ｗｔ％、Ｚｎ：０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．０
   ０１〜０．０１ｗｔ％（ただし０．０１ｗｔ％は含まず
   ）を含有し、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか１種以上を０
   ．００１〜０．０１ｗｔ％（０．０１ｗｔ％は含まず）
   含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金の鋳
   塊を８００℃〜１０５０℃の温度で熱間圧延した後、６
   ５０℃以上の温度から３００℃以下の温度迄５℃／ｓｅ
   ｃ以上の速さで冷却した後、加工率７０％以上で冷間圧
   延を行ない、６００℃〜６７５℃（但し６００℃を除く
   ）温度で３０分間以上保持した後、冷却途中で４５０℃
   〜５５０℃の温度で３０分間以上保持する２段時効焼鈍
   を行なった後、加工率７０％以上の冷間圧延を行ない、
   さらに４００℃〜４５０℃の温度で３０分間以上保持す
   る２回目の焼鈍を行ない、加工率７０％以上で仕上げ圧
   延を行なった後、３００℃〜４００℃の温度で５秒以上
   の歪取り焼鈍を行なうことを特徴とする耐熱性および曲
   げ加工性に優れる高力、高導電性銅合金の製造方法。