JPH03191043A - 電子機器用高力高導電銅合金の製造方法 - 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、トランジスタや集積回路（ＩＣ）などの半導
体機器のリード材及びコネクター端子、リレー、スイッ
チ等の導電性ばね材に適する銅合金材の製造法に関し、
特に強度が強く、かつ、靭性の優れた電子機器用高力高
導電銅合金を提供するものである。

［従来の技術］ 従来半導体機器のリード材としては熱膨脹係数が低く、
素子及びセラミックとの接着及び封着性の良好なコバー
ル（Ｆ　ｅ　−２９Ｎｉ−Ｌ６Ｃｏ）、４２合金などの
高ニッケル合金が好んで使われてきた。しかし、近年、
半導体回路の集積度の向上に伴い消費電力の高いＩＣが
多く使用されるようになってきたことと、封止材料とし
て樹脂力（多く使用されかつ素子とリードフレームの接
着も改良が加えられたことにより使用されるリード材も
放熱性のよい銅合金が使われるようになってきた。

又、従来電気機器用はね、計ｌＰｊ器用ばね、スイッチ
、コネクター等に用いられるばね用材料としては、安価
な黄銅、優れたばね特性及び耐食性を有する洋白、ある
いは優れたばね特性を有するりん青銅が使用されていた
。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に半導体機器のリード材としては以下のような特性
が要求されている。

（１）リードが電気信号伝達部であるとともに、バラケ
ージング工程及び回路使用中に発生する熱を放出する機
能を併せもつことを要求されるため、優れた熱及び電気
伝導性を示すもの。

（２）リードとモールドとの密着性が半導体素子保護の
観点から重要であるため、リード材とモールド材の熱膨
脹係数が近いこと。

（３）パッケージング時に種々の加熱工程が加わるため
、耐熱性が良好であること。

（４）リードはリード材を打ち抜き加工し、又曲げ加工
して作製されるものがほとんどであるため、これらの加
工性が良好であること。

（５）リードは表面に貴金属のめっきを行うため、これ
ら貴金属とのめつき密着性が良好であること。

（６）パッケージング後に封止材の外に露出している、
いわゆるアウター・リード部に半田付するものが多いの
で、良好な半田付を示すこと。

（７）機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好な
こと。

（ｇ）　Ｄ　Ｉ　Ｐ型からＱｕａｄ型への移行に伴い、
これからのリード材には、異方性が少ないことが要求さ
れる。

（９）価格が低置であること。

これら各種の要求特性に対し従来より使用されている無
酸素銅、錫入り銅、りん青銅、コノく一ル、４２合金は
いずれも一長一短があり、これらの特性のすべてを必ず
しも満足しえるものではない。

又、バネ材として用いられている黄銅は強度、ばね特性
が劣っており、又強度、ばね特性の優れた洋白、りん青
銅も洋白は１８重量％のＮｉ１りん青銅は８重量％のＳ
ｎを含むため、原料の面及び製造上熱間加工性が悪い等
の加工上の制約も加わり高価な合金であった。更には電
気機器用等に用いられる場合、電気伝導度が低いという
欠点を有していた。したがって、導電性が良好であり、
ばね特性にすぐれた安価な合金の現出が待たれていた。

Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金は上記の要求特性
をかなり満足するものの、強度に関しては４２合金、り
ん青銅と比べ見劣りするものであった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔ　ｉ　−Ｎ　１−Ｚｎ系の合金のもつ欠
点を改良し、半導体機器のリード材及び導電性ばね材等
として好適な諸特性を有する銅合金を提供しようとする
ものである。

Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｚｎ系の強度を向上させる方
法として成分組成を変更することによって得ることも可
能であるが、成分組成を変更すると導電性、曲げ性等諸
特性が劣化し好ましくない。

本発明は、上記のようなＣｕ−Ｃｒ−ＴｉＮ　１−Ｚｎ
系合金の優れた諸特性を維持しつつ、強度のみを改善す
べく、新規な製造方法を見出したものである。

すなわち、その第１発明はＣｒ　０．０５〜１，０νｔ
％、Ｔ　ｉ　０．０２〜０．［ｉ　ｖｔ％、Ｎ　ｉ　０
．０５〜１．５　ｗｔ％及びＺ　ｎ　０．０１〜３．０
ｗｔ％を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる合金
を熱間加工、冷間加工、焼鈍する方法において、 （Ｉ）８５０℃〜１０００℃の温度に０．５〜５．０時
間加熱後、熱間圧延を行い、熱間圧延終了直後、加工材
を１℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却する、（ＩＩ）冷却後
５０％以上の冷間加工を施し、加工材を３００〜６００
℃の温度で０，５〜２０．０時間焼鈍する、 （ＩＩＩ）焼鈍後、冷間加工を施し、更に歪取焼鈍を行
う、 以上の（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の工程を順次行うことを特徴
とする高力高導電銅合金の製造方法である。

又、第２発明は上記第１発明において合金組成に更にＡ
Ｉ％Ｂｅ５Ｃｏ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ。

Ｍ　ｇ　ＳＭ　ｎ　ＳＰ　、、Ｓ　ｎ　ｓ　Ｚ　ｒ　ｓ
　Ｓ　ｉからなる群より選択された１種又は２種以上を
総量で０．Ｏ１〜１．０ｗｔ％を含むものであり、熱間
加工、冷間加工、焼鈍の各工程は第１発明と同じである
。

各発明において合金成分を上記の如く限定した理由は次
のとおりである。

Ｃｒは、微細なＣｒ粒による析出硬化が期待でき、更に
それに伴う耐熱性が得られるために添加するもので、Ｃ
ｒの含有量を０．０５〜１．０重−％とする理由は、Ｃ
「の含有量が０．０５重量％未満では前述の効果が期待
できず、逆に１．０重量％を超えると、加工性、導電性
の低下が著しくなり、又半田付性も低下するためである
。

Ｔｉは時効処理を行うことにより、母材中にＮｉと金属
間化合物を形成し、強度、耐熱性、導電性の向上が図れ
るために添加するもので、特に導電性はＴ　ｉ　−Ｎ　
ｉの金属間化合物を形成させることで、Ｔｉ単独添加に
比べ著しい改善がみられる。Ｔｉの含有量が０．０２ｖ
ｔ％未満では前述の効果が期待できず、逆に０．６ｗｔ
％を超えるとＣｒと同様溶体化処理後においても未溶解
のＴｉが母材中に残留し著しい加工性、導電性の低下が
起るためである。

ＮｉはＴｉと金属間化合物を形成させることにより、強
度及び導電性の向上が図れるために添加するもので、そ
の添加量が０．０５ｗｔ％未満では前述の効果が期待で
きず、逆に１，５νｔ％を超えると導電性が劣化するた
めである。好ましくはＴ　ｉ　／　Ｎ　ｉの比を０．２
５〜０．５５程度にすることが推奨される。

Ｚｎは導電性を大きく低下させずに著しい半田耐熱剥離
性の改善が期待できるため添加するもので、その添加量
を０．Ｏ１〜３，０νｔ％とするのは、０．０１ｖｔ％
未満では前述の効果が期待できず、逆に３．Ｄｖｔ％を
超えると、著しい導電性の低下が起るためである。

更に、副成分として、Ａ１．、Ｂｅ、ＣＯ％Ｆ　ｅ　ｓ
　Ｈｆ　ｓ　　Ｉ　ｎ　ｓ　Ｍ　ｇ　％　Ｍ　ｎ　ＳＰ
　ｓ　Ｓ　ｎ　ｓＺｒ、Ｓｉからなる群より選択された
１種又は２種以上を総量で０．Ｏ１〜１．０ｗｔ％添加
するのは、導電性を大きく低下させずに、強度を向上さ
せる効果が期待できるためで、添加量が総量で０．０１
ｖｔ％未満では前述の効果が期待できず、１．０νｔ％
を超えると、著しい導電性、加工性の劣化が起るためで
ある。

又、製造工程（１）〜（ＩＩＩ）における条件の限定理
由は下記のとおりである。

工程１）ｌ、：おいて、８５０〜１０００”Ｃの温度に
０．５〜５．０時間加熱後、熱間圧延を行い、熱間圧延
終了直後、加工材をｌ”ｃ／ｓｅｃの速度で冷却する理
由は、優れた強度及び導電率を得るためで、加熱温度が
８５０℃未満であると、著しい強度の低下が生じ、１０
００℃を超えると一部液相が現れる可能性がある。又、
加熱時間が０．５時間未満であると、著しい強度の低下
が生じ、５，０時間を超えると経済的価値がなくなる。

更に熱間圧延終了後、加工材の冷却速度が１℃／ｓｅｃ
未満であると、著しい強度及び導電性の低下が生じるか
らである。

工程（Ｕ）において、冷却後、５０％以上の冷間加工を
施し、加工材を３００〜［０℃の温度で０．５〜２０．
０時間焼鈍するのは、強度、導電性の向上が期待できる
ためで、冷却後５０％未満の冷間加工であると、焼鈍に
よる強度の向上が期待できなくなり、又、温度が３００
℃未満でも、時間が０．５時間未満でも導電性の向上が
期待できず、温度が５００℃を超えても、時間が２０，
０時間を超えても、強度の向上が期待できなくなるから
である。そして最も好ましい熱処理条件は、３５０〜４
５０℃の温度で１，０〜３．０時間である。

工程（ＩＩＩ）において、焼鈍後、冷間加工を施すのは
、著しい強度の向上が期待できるためである。又最後に
歪取焼鈍を行う理由は焼鈍後の冷間加工により、強度は
著しく向上するが、伸びが低下し、折り曲げ性が劣化す
るため、歪取焼鈍を行い、折り曲げ性を再び良好にする
ためである。

［実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。

第１表に示した組成の合金を溶解し、厚さ３０ｍｍの鋳
塊を得、第１表に示した製造条件により供試材を作製し
た。これらの供試材について、引張強さ、伸び、導電率
を測定するとともに、９０°繰返し曲げ試験を行い、−
往復を一回として破断までの曲げ回数をｎ１定した。半
田付性は、垂直式浸漬法によって、２３０±　５℃の半
田浴（Ｓｎ６０％、Ｐｂ４０％）に５秒間浸漬して半田
のぬれ状態を目視観察することによって評価した。又、
半田耐熱剥離性の評価は、素材に５μｍの半田メツキ（
錫６０％、鉛４０％）を施し、１５０℃の恒温槽に２０
００時間まで保持し、１００時間毎に取り出して９０°
曲げ往復１回を施して、半田の剥離の有無を調べた。こ
れらの結果を比較合金とともに第１表に示した。

本１）：圧延方向と平行サンプル Ｈ）　ｉ　：圧延方向と垂直方向サンプル本３）良好二
半田付後の濡れ面積９５％以上不良、半田付後の濡れ面
積９５％未満 本発明例及び比較例について以下に説明を加える。

本発明例のＮｏ、１〜５は本発明の成分の合金を本発明
の製造方法で製造したものであるが、いずれも強度、導
電率に優れており、その他の特性についても良好である
。

比較例であるＮｏ、６はＣｒ含有量が低いためＮｏ、８
はＴｉ及びＮ１の含有量が低いため、本発明の製造方法
で製造したにもかかわらず、本発明例に比較して強度が
劣っている。

又、Ｎｏ、ｌＯはＺｎ含有量が低いため半田耐熱剥離性
が劣っている。更にＮｏ、７はＣｒ含有量が高いため、
Ｎｏ、９はＴｉ及びＮｉの含有量が高いため、Ｎｏ、１
１はＺｎ含有量が高いため、本発明の製造方法で製造し
たにもかかわらず、導電性が本発明合金に比較して低く
、Ｎｏ、７は半田付は性も悪い。

一方、Ｎｏ、１２〜Ｎｏ、２１は本発明の成分の合金で
あるが、Ｎ　０．１２は鋳塊加熱温度が低いため、Ｎ　
０．１３は鋳塊加熱時間が短いため、Ｎｏ、１４は熱間
圧延終了後の冷却速度が小さいため、Ｎ　ｏ、１５は焼
鈍前の加工度が小さいため、Ｎｏ、１６は焼鈍温度が低
いため、Ｎｏ、１７は焼鈍温度が高いため、Ｎｏ、１８
は焼鈍時間が短いためＮｏ、１９は焼鈍時間が長いため
、Ｎｏ、２０は焼鈍後に冷間加工を行っていないため、
強度が本発明例に比較して劣っている。更にＮｏ、１４
、Ｎｏ、１６、Ｎｏ、１８は導電性も低い。

又、Ｎ　ｏ、２１は歪取焼鈍を行っていないため、折り
曲げ性が本発明例に比較して劣っている。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明によれば特に強度が強く、
かつ靭性が優れ、その他の特性も劣化することのない高
力高導電銅合金が得られ、この合金は半導体機器に用い
る電子部品用材料として優れたものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．０２〜０
   ．６ｗｔ％、Ｎｉ０．０５〜１．５ｗｔ％及びＺｎ０．
   ０１〜３．０ｗｔ％を含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純
   物からなる合金を熱間加工、冷間加工、焼鈍する方法に
   おいて、 （ I ）８５０℃〜１０００℃の温度に０．５〜５．０
   時間加熱後熱間圧延を行い、熱間圧延終了直 後、加工材を１℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却する、 （II）冷却後５０％以上の冷間加工を施し、加工材を３
   ００〜６００℃の温度で０．５〜２０．０時間焼鈍する
   、 （III）焼鈍後、冷間加工を施し、更に歪取焼鈍を行う
   、 以上の（ I ）〜（III）の工程を順次行うこ とを特徴とする電子機器用高力高導電銅合金の製造方法
   。
2. （２）Ｃｒ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．０２〜０
   ．６ｗｔ％、Ｎｉ０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎ０．０
   １〜３．０ｗｔ％及びＡｌ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｈｆ、
   Ｉｎ、 Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選択
   された１種又は２種以上を総量で０．０１〜１．０ｗｔ
   ％を含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなる合金を
   熱間加工、冷間加工、焼鈍する方法において、 （ I ）８５０℃〜１０００℃の温度に０．５〜５．０
   時間加熱後、熱間圧延を行い、熱間圧延終了 直後、加工材を１℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却する、 （II）冷却後５０％以上の冷間加工を施し、加工材を３
   ００〜６００℃の温度で０．５〜２０．０時間焼鈍する
   、 （III）焼鈍後、冷間加工を施し、更に歪取焼鈍を行う
   、 以上の（ I ）〜（III）の工程を順次行うこ とを特徴とする電子機器用高力高導電銅合金の製造方法
   。