JPH04202728A - 電子機器用銅合金 - 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ＩＣなどの半導体−機器に用いら孔るリードフ
レーム材やコネクタ用材料等の電子機器用銅合金に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ＶＴＲ、ＴＶ　、パソコン等の電子機器に使用される材
料は、機器及び部品の多機能化、小型化が進み、葭信頼
性の要求が強まっている。これに伴い、ＩＣリードフレ
ーム材の例では、ＩＣの高集積化に伴い、高強度、高熱
伝導性という主要特性に加え、材料の信頼性に関する特
性として耐食性、耐熱性のより優れたものか求められて
いる。さらにＩＣ。

コンデンサなどの部品の回路基板への高密度実装の進展
とともｌこＩＣパッケージの実装方式もピン挿入方式か
ら表面実装方式（ＳＭＴ）への変更が急速に進み、これ
に伴って、ＩＣパッケージの外部リード（ピン）部に施
されたはんだめっきの耐熱剥離性の優れることが、信頼
性に関して最近時ｌこ重要な特性の一つになってきてい
る。これは詳しくは、ＩＣの動作中に昇温することのあ
る１５０℃付近までの温度に対してはんだめっきの耐剥
離性か優れること、すなわち母材のリードとはんだめっ
きの密着性か温度上昇のもとても長期間保持される必要
のあることを意味している。

一方、コネクタに関しては、材料の薄板化が進み、また
通電量の増大により発熱量も増している。

このため強度、はね特性、導電率のより優れた材料か求
められている。コネクタの場合も実用に際して金属端子
部分にはんだめっきが施されたのちはんだ付けされるこ
とか多いか、リードフレームと同様に１５０℃付近の温
度上昇に対してはんだめっきの耐熱剥離性か長期に亘っ
て優れることが要求される。

リードフレーム用材料としては、Ｉｃの高集積化かます
ます進み、発熱量か増大してきたため、Ｆｅ−４２％Ｎ
ｉ合金に代って熱伝導性（放熱性）の優れる銅合金か多
く使われるようになってきた。

リードフレーム用銅合金としてはＣｕ−Ｆｅ系。

Ｃｕ　−Ｓｎ系、Ｃｕ−５ｎ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｎｉ−５
ｉ系などで多種類の合金が実用されている。

またコネクタ用銅合金としてはリン青銅（Ｃｕ−４〜８
％５ｎ−Ｐ　）、Ｃｕ−Ｂｅ合金（Ｂ　ｅ　１．８〜２
．０％）。

Ｃｕ−Ｎｉ−５ｎ系合金（Ｃｕ−９％Ｎｉ−６％Ｓｎ、
Ｃｕ−９％Ｎｉ−２，３％Ｓｎ）等か用いられている。

このような電子機器用銅合金に対しては、前述の町うに
、機器に高信頼性を付与するために、はんｔごめっきの
耐熱剥離性の優れることか要求されるか、この特性に優
れ１こ合金は少なく、この特性の改善か要望されている
。

はんｔごめっきの耐熱剥離性の改善に、銅合金へのＺｎ
の添加が有効であることが、種々の特許出願に開示され
ている。例えば、特願昭６３−１０３２０６号及び特願
昭６３−１６７３３０号明細書に示されているＣｕ−Ｎ
ｉ　−Ｐ−３ｉ　−Ｚｎ　系合金では適量のＺｎを添加
したことで、はんだめっき耐熱剥離性か顕著に改善され
たことか述べられている。

〔発明か解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の特許出願に示された銅合金におい
ては、Ｚｎの添加量が特願昭６３−１０３２０６号のよ
うに少ない範囲であるとはんｔごめっき耐熱剥離性の改
善効果が不充分であり、−万、特願昭６３−１６７３３
０号のようにＺｎ添加量が多すぎる場合は、リードフレ
ームのはんだめっきされた外部リードを回路基板上に接
合する際のはんだ付は性か低下すると共に、Ｚｎ　を比
較的に多く含有する合金の欠点として耐応力腐食性が劣
下するという問題があった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので、はんだ付は性を低下させることなく、はんｔご
めっきの耐熱剥離性を顕著に改善した、高強度・高導電
性の電子機器用銅合金を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の合金は、（１）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８０
％、２０１〜０８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し
、さらにＡｇ０．０５〜０３％とＴｉ０．０２〜０５％
　のうちの１種または２種を含有して残部がＣｕ及び不
可避の不純物からなる電子機器用銅合金、（２）上記の
（１）の各合金に、さらにＺｎ０．１〜１０重量％を含
有せしめ、ＡｇまたはＴｉとあるいはＡ　ｇ　＋　Ｔ　
ｉとＺｎの合計か０１５〜１０重量％の範囲にある電子
機器用銅合金、（３）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８．０
％、Ｐ０．１〜０．８％、５ｉ００６〜１０％を含有し
、さらにＡｇ　０．０５〜０．３％とＺｎ０１〜１０％
のうちの１種または２種とＭｎ０．０５〜０５％を含有
し、Ｚｎを含有する場合はＺｎ十ＭｎあるいはＡｇ＋Ｚ
ｎ＋Ｍｎの量が０．２〜１．０％の範囲にあり、残部が
Ｃｕ及び不可避の不純物からなる電子機器用銅合金、（
４）重量％にて、Ｎｉ　１．０〜８．０％。

ＰＯ１１〜０．８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し
、さらにＴｉ００２〜０５％、　Ｍｎ　０．０５〜０．
５　　ｆ含有して残部がＣｕ及び不可避の不純物からな
る電子機器用銅合金、（５）上記の（４）の合金にＺｎ
　０．１〜１．０重量％を含有せしめ、Ｔｉ＋Ｍｎ＋Ｚ
ｎの量か０．１７〜１．０重量％の範囲にある電子機器
用銅合金、である。

本発明の内容をより簡単に述べると以下の通りである。

特願昭６３−１０３２０６号の明細書に示されるＣｕ−
Ｎｉ　−Ｐ−５ｉ合金のはんだめっき耐熱剥離性を改善
することを目的に、この合金に、Ａｇ、Ｔｉの１種ある
いは２種をそれぞれ添加した各合金。

また、Ａｇ、Ｔｉ、Ｍｎのうちの１種または２種をＺｎ
と共にそれぞれ添加し１こ各合金、さらにＡｇ、Ｔｉの
うちの１種とＭｎ　とを添加した各合金である。

〔作　用〕

本発明の合金においては、■添加元素のＡｇ。

Ｔｉ　は単独または共存で、■Ａｇ、Ｔｉ、Ｍｎのそれ
ぞれとＺｎの共存で、■Ａｇ、Ｔ旨Ｍｎのうちの２種元
素の共存で、■あるいはＡｇ　、Ｔｉ　、Ｍｎ　（７）
ウチの２種元素とＺｎの共存で、上記Ｃｕ−Ｎ１−Ｐ−
Ｓｉ合金に固有の高強度・高導電性という優れ１こ特性
を損うことなく、はんだめっき耐熱剥離性を顕著に改善
する。さらに本発明で１よ、特願昭６３−１６７３３０
号の明細書に示されるＣｕ−Ｎ１−ＰＳＩ−Ｚｎ合金に
おける問題点であった多量のＺｎ添加に起因するはんだ
付は性の低下は生じない。

次に本発明の銅合金における添加成分の限定理由につい
て説明する。なお、本発明の合金の改良前からの主成分
であるＮｉ　、Ｐ、　Ｓｉの含有量は特願ＦＦＢ６３−
１０３２０６号と同じで、優れグこ強度と導電性を付与
するための成分であるが、Ａｇ、Ｔｉ等の添加に関する
本発明を特徴づける成分てはないので、それらの成分の
限定理由はここでは述べないが、特願昭６３−１０３２
０６号と同じである。

Ａｇ、ＴｉはＣｕ−Ｎｉ　−Ｐ−Ｓｉ合金のはんだめっ
きの耐熱剥離性を改善する元素であるが、各単独添加の
場合、下限未満ではその改善効果に乏しく、ま１こ上限
を越えると導電率及びはんだ付は性の低下を招くため、
Ａｇは００５〜０３％、Ｔｉはｏｏ２〜０．５％（各重
量％）とし１こ。なおＡｇについては高価な元素であり
、０３％を越えた添加は銅合金の価格か上昇し過ぎる点
からも適当でない。またＡｇ　　と１１　　を複合添加
する場合の限界も単独添加の場合と同様である。またＡ
ｇ　、Ｔｉ　、Ｍｎのうちの１種または２種をそれぞれ
Ｚｎと共に複合して含有せしめ１こ場合にもはんだめっ
き耐熱剥離性の改善に同様の効果を奏するか、この場合
のＭｎ添加量は、０．０５％未満では改善効果に乏しく
、０．５％を越えると導電率が無視できない程度に低下
するため、それらを限界と定めた。共存成分としてのＺ
ｎは、０．１％未満では、Ｍｎのみとの共存の場合に改
善効果か乏しく、またＡｇ、Ｔｉの１種あるいはＡｇ。

Ｔｉ、Ｍｎのうちの２種とＺｎ量（組合せた場合にはＺ
ｎ量が少なくてめっき耐熱性の改善作用が減少する分を
ＡｇなどＺｎ以外の成分量を増すことで補う必要がある
が、Ａｇの増加は材料コストの上昇を招き、Ｔ］あるい
はＭｎ　　の増加は実用上は問題になる程度ではないも
のの導電率を低下させるとともに、とくにＴｉの増加は
溶解時の溶湯の流動性も低下させる。またＺｎ量か１％
を越えるとはんだ付は性及び耐応力腐食性か劣下する。

したがってＺｎ　は０１〜１０％と定めた。

Ａｇ、Ｔｉ、Ｍｎのうちの１種または２種４Ｚｎと複合
添加する場合のＡｇ、Ｔｉの限界及び限定理由は、Ａｇ
、Ｔｉの単独添加の場合と同じである。

複合添加の場合において、Ａｇ、Ｔｉ　、Ｍｎ　ＯＤう
ちの１種ま１こは２種とＺｎの複合の場合にはそれらの
合計量の上限ははんｔご付は性または導電率あるいは耐
応力腐食性を低下を避けるために１０％とした。またＺ
ｎと他成分との合計ｆの下限はそれ未満ではめっき耐熱
剥離性の改善効果に乏しいことから、添加成分の選定の
違いにより０１５〜０．２％と定めた。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

高周波電気炉にて各組成の合金を溶製し、面側加工後冷
間圧延と熱処理をａり返して、最終３７％の冷間加工を
行って厚さ０．２５仁の板材に仕上げた。

最終仕上げ圧延前の熱処理は、８ｏｏ℃で３０分加熱後
水中に焼入れした後４５０℃で２時間の時効処理を施し
た。

第１表に本発明材と比較材の諸特性の例を示す。

諸特性はすべて最終３７％の冷間加工を施した厚さ０．
２５＋ｍの板材について測定したものである。なお、は
んだめっきの耐熱剥離性試験は、まず前処理として、短
冊形試片を脱脂後、］、５ｖｏ１％塩酸水溶液中に浸漬
し、水洗後１ｖ０１％アンモニア水溶液で中和した。次
に各試片を重量比で６０％Ｓｎ　−４０％ｐｂ組成のは
んだ浴（２３０℃）に浸漬して溶融めっきを施した後、
大気雰囲気の１５０℃の恒温槽中に所定の各時間保持し
、その後はんだめっき部について９０°■曲げを行い、
めっき剥離が生じたか否かを顕微鏡観察して、剥離か生
じる時間を比較し１こ。はんだぬれ性の試験は表面張力
測定法により行った。すなわち、１５０℃で１０００時
間加熱したはんだめっき試料を再度２３０℃のはんだ浴
に一定速度で深さ８ＩＩＩ１１まで浸漬して一定時間保
持し、その間の試片のぬれ時間をメニスコグラフで測定
することにより、はんだのぬれ性を評価した。第１表に
は、ねれ時間が２秒以内をぬれ性が良（○印）、１０秒
以上を不良（×印）、３〜９秒を中位（△印）と表記し
た。

第１表の結果から明らかなように、本発明の実施例の合
金は、Ａｇ、Ｔｉ、Ｍｎの１種または２種をＺｎと共に
、あるいはＺｎを含ませずに各適当量を添加したことに
まり、リードフレームｊ（どの電子機器用材料に要求さ
れる重要特性の一つであるはんだめっき耐熱剥離性に優
れ、１５０℃で長時間加熱後のはんだ付は性（はんだぬ
れ性）も良好である。比較材では、とくにＺｎ　ｆｉの
多い場合には、はんだぬれ性か劣化して実用上問題とな
る。ま１こＡｇ、Ｔｉ、Ｍｎの添加量か多すぎる場合は
導電率の低下を招くことかわかり、電子機器用材料とし
て好ましくない。

〔発明の効果〕

以上のまうに本発明によれば、Ｎ　Ｉ　＋　Ｐ　＋　Ｓ
　ｌから成る微細な化合物かマトリックス中に一様に析
出する析出硬化型の合金て、Ａｇ、Ｔｉ−ｊ単独または
複合して、あるいはＡｇ　、　］’ｉ　、　Ｍｎの１種
または２種とＺｎを組合せて添加したことによって、優
れたはんだめっき耐熱剥離性とはんだ付は性に加えて高
強度・高熱伝導性を有するとともに、トランジスタ、Ｉ
Ｃなどのとくに表面実装タイプのＩＣパッケージのリー
ドフレーム用や、コネクタ用など電子機器用として好適
な、高性能・高信頼性の銅合金か得られる効果がある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８．０％、Ｐ０．１〜
   ０．８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し、さらにＡ
   ｇ０．０５〜０．３％とＴｉ０．０２〜０．５％のうち
   の１種または２種を含有して残部がＣｕ及び不可避の不
   純物からなる電子機器用銅合金。
2. （２）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８．０％、Ｐ０．１〜
   ０．８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し、さらにＡ
   ｇ０．０５〜０．３％とＴｉ０．０２〜０．５％のうち
   の１種または２種とＺｎ０．１〜１．０％を、Ａｇまた
   はＴｉあるいはＡｇ＋ＴｉとＺｎの合計で０．１５〜１
   ．０％の範囲で含有して、残部がＣｕ及び不可避の不純
   物からなる電子機器用銅合金。
3. （３）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８．０％、Ｐ０．１〜
   ０．８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し、さらにＡ
   ｇ０．０５〜０．３％とＺｎ０．１〜１．０％のうちの
   １種または２種とＭｎ０．０５〜０．５％を、ＺｎとＭ
   ｎあるいはＡｇ、Ｚｎ、Ｍｎの合計が０．２〜１０％の
   範囲で含有して、残部がＣｕ及び不可避の不純物からな
   る電子機器用銅合金。
4. （４）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８．０％、Ｐ０．１〜
   ０．８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し、さらにＴ
   ｉ０．０２〜０．５％、Ｍｎ０．０５〜０．５％を含有
   して残部がＣｕ及び不可避の不純物からなる電子機器用
   銅合金。
5. （５）重量％にて、Ｎｉ１．０〜８．０％、Ｐ０．１〜
   ０．８％、Ｓｉ０．０６〜１．０％を含有し、さらにＴ
   ｉ０．０２〜０．５％、Ｍｎ０．０５〜０．５％とＺｎ
   ０．１〜１．０％を合計０．１７〜１．０％の範囲で含
   有して、残部がＣｕ及び不可避の不純物からなる電子機
   器用銅合金。