JPH0355531B2

JPH0355531B2 -

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Publication number: JPH0355531B2
Application number: JP22017286A
Authority: JP
Priority date: 1986-09-18
Filing date: 1986-09-18
Publication date: 1991-08-23
Also published as: JPS6376774A

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野）本発明は耐熱高導電性銅合金クラツド材に係
り、特に製造コストの低減が極めて有効に図られ
得て、半導体装置用リード材やスポツト溶接用電
極材等として好適に用いられ得る耐熱高導電性銅
合金クラツド材に関するものである。（従来技術とその問題点）一般に、半導体装置用リード線やリードフレー
ムには、高い電気伝導性を備えていることに加え
て、製造上および取付上必要な強度を有し、且つ
その強度が製造過程において施されるろう付けや
ガラス封着等の熱的処理によつても劣化しないこ
と、即ち耐熱強度にも優れていることが要求され
るが、それらのリード線やリードフレームの材料
として従来から用いられている、50Ni−Fe等の
鉄系材料や或いは純銅、銅合金等の銅系材料にあ
つては、耐熱強度を高めると導電率が低下する傾
向にあるために、満足できる特性を有するものを
得ることが極めて困難であつた。また、スポツト溶接用材料にあつても、同様
に、高い導電率と共に優れた耐熱強度が要求され
ることとなるが、従来から用いられているCu−
Cr、Cu−Ti−Cr等の時効硬化性銅合金材料にあ
つては、その時効温度が低く、充分な耐熱強度を
有するものではなかつた。そこで、このような問題に対処するべく、芯材
がアルミナ分散強化銅より成り、外皮材が純銅或
いは銅合金からなる、導電性および耐熱強度共に
優れた銅合金クラツド材を、上述の如き半導体装
置用リード材やスポツト溶接用材料として用いる
ことが提案されている。ところで、このような銅合金クラツド材におけ
る芯材は、Cu−Al合金粉末をアルミナ分散強化
処理したものであり、その製造方法として、例え
ば特開昭59−31838号公報や特開昭59−153850号
公報等において、合理化された手法が種々提案さ
れているが、何れの手法にあつても、その製造工
程において、合金粉末の調製、酸化処理、還元処
理、粉砕などの多数の工程乃至は作業が必要とさ
れ、加えてその製造工程の複雑さ、面倒さなどの
ために、従来のIM法にて製造される材料に比し
て、かかる合金材料の製造コストが著しく高くな
る問題が内在しているのであり、それ故その実用
化は限定された部門に見られるに過ぎないのが現
状である。ところが一方、近年における電気機器の小型
化、高性能化および組立ラインの自動化にともな
つて、半導体装置用リード材やスポツト溶接用電
極材に対する、優れた導電性および耐熱強度の要
求が大きくなつてきているのであり、それ故上述
の如き性能に優れた銅合金クラツド材における製
造の低コスト化が切望されているのである。そこで、本発明者らは、このような銅合金クラ
ツド材において、芯材の使用量、即ち全断面積中
における芯材の面積比率を低減することが、製造
コストの低下に繋がるとの考えの下に、鋭意研究
を行なつた結果、以下の如き知見を得たのであ
り、それに基づいて本発明を完成するに至つたも
のである。すなわち、上述の如き銅合金クラツド材におけ
る芯材と外皮材との断面積比率は、用途や要求さ
れる特性に応じて決定されるものであるが、実
際、芯材の外皮材に対する面積比率（使用量）
は、そのような特性に関する理論上の最小値をも
つて設定することは困難であつたのである。例えば、半導体装置用リード線やPGA（Pin
Grid Alley）のピン材などにおいては、所定の
耐熱強度が得られればよいのであり、それ故芯材
中におけるアルミナの量を上げることによつて、
その分、強度の劣る外皮材の比率を現状のもの以
上に高めることが、特性に関する理論上は充分可
能であるのであり、またスポツト溶接用電極材に
おいても、溶接に際して、被溶接材に接して高温
に晒されるのは、一般に、その断面における中心
部の６〜８mmφ程度の部分だけであつて、この部
分にのみ耐熱強度が要求され、残部には高導電性
のみが要求されるものであるところから、その特
性上要求される芯材の断面積率は、通常、25％程
度で充分なのである。ところが、このような銅合金クラツド材におい
ては、芯材たるアルミナ分散強化銅と外皮材たる
銅乃至は銅合金との、高温下での変形抵抗が著し
く異なるために、芯材の面積比率をそのような特
性に関する理論上の最小値をもつて設定した場合
には、熱間押出時に芯材の破断が発生することと
なるのであり、それ故良好なクラツド材を得るた
めには、芯材の断面積比率をより大きくする必要
があつたのであり、その必要最小面積比率はAl
量が少ない場合で40％程度に、そしてAl量の増
大に伴つて60〜70％に迄増加することとなるので
ある。（解決手段）ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背
景として為されたものであつて、その特徴とする
ところは、重量で0.15％〜１％のアルミニウムを
含み、残部が銅よりなる銅合金を内部酸化処理し
て得られた、銅マトリクス中にアルミナ粒子が微
細に分散せしめられてなる分散強化銅材料からな
る芯材と、該芯材の該表面を覆う、重量で0.03％
〜0.40％のジルコニウムを含む銅合金からなる外
皮とから構成されてなる耐熱高導電性銅合金クラ
ツド材にある。そしてまた、本発明にあつては、重量で0.15％
〜１％のアルミニウムを含み、残部が銅よりなる
銅合金を内部酸化処理して得られた、銅マトリク
ス中にアルミナ粒子が微細に分散せしめられてな
る分散強化銅材料からなる芯材と、該芯材の外表
面を覆う、重量で0.03％〜0.10％のジルコニウム
と0.3％〜1.5％のクロムとを含む銅合金とからな
る外皮とから構成されてなる耐熱高導電性銅合金
クラツド材をも、その特徴とするものである。（具体的構成）ところで、かかる本発明に従うクラツド材にお
ける芯材を構成する分散強化銅材料は、重量で
0.15〜１％のアルミニウムを含み、残部が銅より
なる銅合金を内部酸化処理して、製造されること
となる。なお、かかる銅合金におけるアルミニウ
ム含有量が0.15重量％よりも少なくなると、内部
酸化による強度、耐熱強度の向上が殆ど期待でき
ず、また１重量％を越えるようになると、目的と
するクラツド材への加工、特に熱間押出加工性が
低下する等の問題を惹起するようになる。そして、このようなアルミニウム含有量の銅合
金は、ガスアトマイズ法や粉砕法等の公知の粉末
化手法に従つて所定の銅合金粉末とされ、或いは
その鋳塊の圧延による公知の金沿箔製造工程に従
つて所定の銅合金箔とされることとなる。次いで、このようにして得られた銅合金粉末ま
たは銅合金箔は、通常の手法に従つて、内部酸化
処理される。例えば、先ず、酸化性雰囲気下にお
いて、一般に空気中において、加熱処理されるこ
とにより予備酸化せしめられ、これによつて銅合
金粉末若しくは箔中のアルミニウム成分が酸化さ
れるようにして、アルミナ（Al₂O₃）と為し得る
酸素量に相当する酸素を、酸化物、特にCu₂O、
CuOの如き銅酸化物として含む粉末乃至は箔とさ
れた後、一般に、雰囲気としては、Arガスなど
の不活性なガスからなる雰囲気の下において、更
に高温に加熱せしめることにより、かかる銅合金
粉末若しくは箔中のアルミニウムに対する選択的
な内部酸化処理が進行せしめられることとなる。
勿論、この内部酸化処理手法としては、その他各
種の方法が提案されており、本発明では、その何
れをも採用することが可能であり、例えば銅合金
粉末の予備酸化処理に代えて、その一部を酸化処
理したり、また他の銅酸化物を酸化剤として配合
せしめたりする手法などが適宜ち採用されるので
ある。そして、このような内部酸化処理された銅合金
粉末または箔は、銅マトリクス中にアルミナ分子
が分散せしめられてなる、目的とする分散強化銅
材料となつているのであるが、このような材料に
は、必要に応じて、それに存在する銅酸化物を還
元するために、還元雰囲気、例えば水素雰囲気中
において500〜950℃程度の温度に加熱することか
らなる還元処理が施される。また、上記の如く銅合金箔から得られた分散強
化銅材料（箔）は、それから所定の芯材に加工す
るために、前記の還元処理に先立つて或いはその
後に、または内部酸化処理の過程において、所定
の小片乃至は細片と為す切断加工が施されること
となる。この切断加工は、スリツター、シヤカツ
ター等の適当な切断装置を用いて行なわれ、一般
に幅寸法が５〜50mm程度の細片となるように切断
せしめられて、芯材加工に供されるのである。そして、かくして得られた粉末形態若しくは箔
切断物形態の分散強化銅材料は、そのままで、或
いは通常の手法に従つて所定形状の圧縮成形体と
された後、適当な形状を有するCu−Zr合金乃至
はCu−Cr−Zr合金製の容器内に封入せしめられ、
そして脱気された後、その状態下において目的と
する製品形態（成形体）を得るべく所定の熱間加
工、例えば熱間押出が実施される。そして、この
熱間加工によつて、圧縮成形体は、それを収容す
る容器の材料を外皮として有する線材、棒材、板
材等の所定形状の加工材となるが、この加工材に
は、またそのような熱間加工の後に必要に応じて
冷間加工、抽伸加工等が施されて、目的とするク
ラツド材に仕上げられることとなるのである。ところで、このような熱間加工に従つて、分散
強化銅材料を、それを収容する容器ごと、所定の
形状に加工することにより、得られた加工材は、
かかる分散強化銅材料が芯材となる一方、この芯
材の外表面を覆う、前記容器の材料からなる外皮
が形成されてなるクラツド材構造となるが、本発
明において、この外皮を与える容器材料として用
いられるCu−Zr合金としては、ジルコニウムを
0.03〜0.40重量％の割合で含む銅合金が、またCu
−Cr−Zr合金としては、ジルコニウムを0.03〜
0.10重量％の割合で含み且つクロムを0.3〜1.5重
量％の割合で含む銅合金が、それぞれ用いられる
こととなる。すなわち、このような成分組成を有するCu−
Zr合金は、高温下における変形抵抗が大きな銅
合金であり、且つ500〜800℃での熱処理（ろう付
けやガラス封着或いは溶接等）によつて、その導
電率がIACS値で90％以上に回復され得るのであ
る。なお、かかる銅合金において、Zrの含有量
が0.03重量％よりも少なくなると、充分なる変形
抵抗値が得られず、また0.40重量％よりも多くな
ると、導電率が低下するために、望ましくない。また上述の如き成分組成を有するCu−Cr−Zr
合金にあつても、上記Cu−Cr合金よりも大きな
変形抵抗値を有しており、且つ500〜800℃での熱
処理によつて、その導電率がIACS値で80％以上
に回復され得るのである。なお、かかる銅合金に
おいて、Zrの含有量が0.03重量％よりも少ない場
合、或いはCrの含有量が0.3重量％よりも少ない
場合には、充分なる変形抵抗値が得られず、また
Zrの含有量が0.10重量％よりも多い場合、或いは
Crの含有量が1.5重量％よりも多い場合には、充
分な導電率を得ることができないうえ、巨大な初
晶の密度が増して金属組織が不均一となるため
に、望ましくない。そしてまた、このような成分組成とされた銅合
金にあつては、何れも、前記クラツド材の製造工
程において、溶体化処理および水冷処理を実施し
なくても、熱間押出後の空冷によつて焼きが入
り、500℃程度の熱処理によつて強度が回復され
得ることとなるのである。なお、これらの銅合金
は、その熱処理温度として500℃程度が最も好ま
しく、それによつて強度の回復が極めて良好に為
され得ることとなるが、かかる熱処理温度が700
℃以上の場合であつても、純銅に比べると大きな
強度を得ることが可能である。従つて、上述の如き銅合金を外皮材として用い
ることによつて、外皮材の芯材との変形抵抗値の
差が有効に縮小され得、それによつて熱間押出加
工時における芯材の破断を防止しつつ、該芯材の
比率（使用量）を小さくし、目的とするクラツド
材の特性に関する理論上の最小値に近づけること
が可能となるのであり、以てかかるクラツド材に
おける製造コストの低下が効果的に達成され得る
こととなるのである。なお、かかる外皮材は、前
述の如く、熱処理によつて優れた導電性および耐
熱強度を回復し得るものであるところから、分散
強化銅材料からなる芯材の使用比率が小さくされ
ることによつて、かかるクラツド材における導電
性および耐熱強度の大きな低下が惹起されるよう
なこともないのである。ところで、本発明に係るクラツド材にあつて
は、その芯材におけるクラツド材全断面積に対す
る断面積率が50％以下となるように形成すること
が、特に好ましい。けだし、このような芯材比率
をもつて形成されたクラツド材にあつては、前述
の如き芯材のAl量および外皮材の組成をもつて
充分なる強度および導電性が発揮され得て、本発
明の大きな目的たる製造コストの低下がより効果
的に達成され得ることとなるのである。そして、
そのために、かかるクラツド材を製造するに際し
て、外皮材を構成する銅合金管としては、その中
空内面積が、該中空部を含む全断面積の50％以下
とされた肉厚を有する管体が、好適に用いられる
こととなる。（発明の効果）従つて、このような本発明に従うクラツド材に
あつては、優れた導電性および耐熱強度を維持し
つつ、芯材の外皮材に対する使用比率を低減する
ことが可能となるのであり、それによつてCu−
Al合金粉末の使用量が減少され得て、アトマイ
ズ粉末製造、酸化処理、還元処理および粉砕作業
等のビレツト製造工数の減少が有効に図られ得る
こととなるところから、その製造コストの低減が
極めて効果的に達成され得ることとなるのであ
る。また、かかるクラツド材にあつては、その外皮
材に対して、特別な熱処理を施さなくても、その
使用時に施されるろう付け等の熱処理によつて、
優れた導電性と耐熱強度が発揮されるといつた利
点をも有するのである。そして、本発明に係るクラツド材にあつては、
製造コストの有効な低減を図り得たところから、
従来、製造コストが高いために性能上優れている
ことがわかつていたにも拘わらず、その実用化が
見送られていたCu−Al₂O₃分散強化合金材料から
なる芯材を有する銅合金クラツド材が、各種の分
野に安価に供給され得、特に半導体装置用リード
線やリードフレーム、或いはスポツト溶接用電極
などに用いられることによつて、その製品たる装
置乃至は機器の性能向上が効果的に図られ得るこ
ととなるのである。（実施例）以下に、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の実施例を挙げることとするが、本
発明がかかる実施例の記載によつて何等の制約を
も受けるものではないことは、言うまでもないと
ころである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更
には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を
逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づい
て種々なる変更を加えた形態において実施され得
るものであることが理解されるべきである。先ず、0.17〜1.2重量％の種々なるAl含有量を
有する、それぞれのCu−Al合金溶湯を用いて、
通常のArガスアトマイズ手法にて、粒径が297μ
ｍ以下の銅合金粉末を作製した。そして、これらの銅合金粉末に対して、それぞ
れの含有Al量に応じて、以下に述べるＡ法或い
はＢ法の何れかの手法にて、それぞれ酸化処理を
施して、耐熱性を有する内部酸化処理強化粉末と
した。Ａ法：銅合金（Cu−Al）粉末のうちの所定量を
取り出して、それに予備酸化を施した後、該予
備酸化物を元の銅合金粉末に対して所定の割合
にて混合せしめ、更にこの混合粉末を、Arガ
ス中において950℃×３時間焼純することによ
り、元の合金粉末中のAlを、予備酸化物の
Cu₂OによりAl₂O₃に変換することによる酸化
処理手法。なお、元の銅合金粉末と予備酸化物
との混合比は、950℃程度の高温に加熱した際、
Alが超微小のAl₂O₃に変換するように、予め求
めたデータに基づいた。Ｂ法：銅合金（Cu−Al）粉末を、一旦、350℃×
１時間程度の低温で表面酸化させた後、Arガ
ス中において950℃×３時間焼鈍することによ
り、銅合金粉末中のAlをCu₂O、CuOによつ
て、Al₂O₃に酸化せしめ、更にその後、800℃
のH₂気流中で１時間還元処理することにより、
残存する過剰のCu₂O、CuOを還元することに
よる酸化処理手法。即ち、Ａ法はＢ法に比して、還元所流が不要と
されるために、かかる酸化処理が容易ではある
が、元の銅合金粉末中のAl量が多くなるにつれ
て、予備酸化物が多く必要となり、Arガス中に
おける高温下での焼鈍後に未反応で残存する
Cu₂O、CuOの最も増大することとなるのであり、
そしてこれらの残存量が限界値を越した場合に
は、後の冷間抽伸加工性の低下乃至は抽伸切れを
惹起することとなるところから、例えばその含有
Al量が0.4重量％以上の場合には、予め銅合金の
全量を酸化せしめた後、更に余剰の酸化物を還元
処理にて取り除くＢ法が好適に採用されることと
なるのであり、本実施例においても、それぞれの
合金粉末のAl量に応じて、両手法を選択、採用
するものである。その後、この得られたそれぞれの酸化処理粉末
を、外径：68mm、長さ：150mm、肉厚：８〜15mm
のCu−Zr合金管、乃至はCu−Cr−Zr合金管内に
充填して、更に950℃に加熱した後、ダイスを通
じて熱管押出を行なうことにより16mmφの押出棒
を得た。なお、この熱管押出は、テーパ加工ダイ
スを用い、仰角：60度、押出速度：１〜２ｍ／分
にて行なつた。そして、これらの得られた押出棒
について、その外観を観察し、その結果を下記第
１表に示した。なお、かかる押出棒の外観不良
は、何れも芯材のカツピング割れによるものであ
つた。さらに、このようにして得られた、それぞれの
押出棒を用いて、冷間加工を施すことによつて、
0.76mmφの線材に仕上げた。そして、それらの線
材に対して750℃×30分の焼鈍を行なつた後、そ
れぞれの線材における強度および導電率を測定
し、その結果を第１表に併せ示した。なお、強度
としては、ステイフネス値および芯部硬さの測定
を行なうこととし、ここでステイフネス値として
は、ASTM試験法F13号によるモーメント方式の
試験機を用い、試料セツト長さを170mmとして、
その端部に10ｇの荷重を作用せしめた際の試料の
曲がり角度にて強度を評価した。また、導電率と
しては、純銅を100とした場合の導電率たる、
IACS値で示すこととする。また、比較のために、外皮材として無酸素銅
（OFC）を用いたものについても、それぞれ同様
に観察、測定を行ない、その結果を従来品として
第１表に併せ示した。

【表】かかる第１表から明らかなように、本発明品
（No.１〜４）にあつては、何れも、押出結果が良
好であり、線材の熱処理（焼鈍）後の強度として
も、ステイフネス値が２〜46度で、充分に実用に
耐え得るものであると共に、導電率にあつても、
IACS値で84％以上であり、導電材料として充分
なる特性を有するものであることが確認された。一方、比較品のうち、No.５〜７は外皮材（銅合
金管）の成分が、またNo.８および９は芯材（銅合
金粉末）中のAl量が、それぞれ本発明の範囲か
ら外れるものであるが、第１表から有らかなよう
に、No.８以外は押出不良で冷間加工に供し得ず、
またNo.８の線材にあつても、ステイフネス値が50
度以上と強度不足であつた。また、無酸素銅（OFC）を外皮材として用い
た従来品にあつては、No.10は強度不足、No.11は押
出不良であり、これらは何れも、その特性が本発
明品に比して極めて劣るものであつた。

Claims

【特許請求の範囲】１重量で0.15％〜１％のアルミニウムを含み、
残部が銅よりなる銅合金を内部酸化処理して得ら
れた、銅マトリクス中にアルミナ粒子が微細に分
散せしめられてなる分散強化銅材料からなる芯材
と、該芯材の外表面を覆う、重量で0.03％〜0.40
％のジルコニウムを含む銅合金からなる外皮とか
ら構成されてなる耐熱高導電性銅合金クラツド
材。２前記芯材が、50％を越えない断面積率におい
て前記外皮にて覆われている特許請求の範囲第１
項記載の銅合金クラツド材。３重量で0.15％〜１％のアルミニウムを含み、
残部が銅よりなる銅合金を内部酸化処理して得ら
れた、銅マトリクス中にアルミナ粒子が微細に分
散せしめられてなる分散強化銅材料からなる芯材
と、該芯材の外表面を覆う、重量で0.03％〜0.10
％のジルコニウムと0.3％〜1.5％のクロムとを含
む銅合金からなる外皮とから構成されてなる耐熱
高導電性銅合金クラツド材。４前記芯材が、50％を越えない断面積率におい
て前記外皮にて覆われている特許請求の範囲第３
項記載の銅合金クラツド材。