JPH0551671A - 曲げ性及び応力緩和特性に優る電子機器用高力高導電性銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度，導電性，曲げ性，応力緩和性，半田付
け性等の特性が共に優れる安価な電子機器用高力高導電
性銅合金を提供する。 【構成】 電子機器用高力高導電銅合金を、 Cr：0.05〜 0.8％， Zr：0.05〜 0.4％， Mg： 0.005
％以上0.05％未満 を含むか、或いは更に Zn：0.05〜 2.0％，Sn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFeの１
種以上：総量で0.01〜 1.0％ のうちの１種又は２種以上をも含有すると共に、残部が
Cu及び不可避的不純物から成る成分組成とし、かつ溶体
化処理後の平均結晶粒径が３５〜１００μｍに調整され
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路（Ｉ
Ｃ）のリ−ドフレ−ム材や、各種端子，コネクタ−リレ
−，スイッチ等における導電性ばね材として好適な電子
機器用銅合金に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】従来、半導体機器のリ−ド材と
しては、熱膨張率が低く、半導体素子及びセラミックス
との接着性や封着性の良好なコバ−ル(Fe-29Ni-16Co)や
４２合金(Fe-42Ni）等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が向上して
消費電力の高いＩＣが多くなったことや、封止材料とし
て樹脂が多用されると同時に素子とリ−ドフレ−ムの接
着にも改良が加えられたことにより、使用されるリ−ド
材も放熱性の良好な“銅合金”が使われるようになって
きた。

【０００３】ところで、半導体機器のリ−ド材には、一
般に次の特性が必要であるとされている。 a) リ−ドが電気信号伝達部であると同時に、パッケ−
ジング工程中及び回路使用中に発生する熱を外部に放出
する機能をも果たすことから、優れた熱及び電気の伝導
性を示すこと， b) 「半導体素子の保護」という観点からリ−ドとモ−
ルドとの密着性が重要であるが、そのためリ−ド材はモ
−ルド材に近い熱膨張係数を示すこと， c) パッケ−ジング時に種々の加熱工程を経るため、耐
熱性が良好であること， d) リ−ドの製造に際しリ−ド材には打ち抜き加工，曲
げ加工が施される場合が殆どであるため、これらの加工
性が良好であること， e) リ−ドとして使用するに際して表面に貴金属のメッ
キを施されるのが一般的であるが、そのため上記貴金属
メッキとの密着性が良好であること， f) パッケ−ジング後も封止材の外に露出する所謂“ア
ウタ−リ−ド部”に半田付けが施される場合が多いた
め、良好な半田付け性を示し、かつ長時間の使用によっ
ても半田の剥離現象が起きないこと， g) 機器の信頼性や寿命に大きく影響する耐食性が良好
であること， h) 価格が低廉であること。

【０００４】しかしながら、半導体機器のリ−ド材とし
て従来適用されていた合金は上記各種の要求特性に対し
一長一短を有しており、全てをバランス良く満足するも
のが見出されていないのが現状であった。

【０００５】一方、端子，コネクタ−，リレ−又はスイ
ッチといったばね材に対しては、従来、安価な“黄
銅”，優れたばね特性を有する“りん青銅”或いは優れ
たばね特性と耐食性を有する“洋白”が適用されてい
た。ところが、黄銅は強度及びばね特性が劣っており、
また、ばね特性が優れるりん青銅は多量のSnを含むた
め、そして強度及びばね特性が共に優れる洋白は多量の
Niを含むために何れも原料コストが高い上、熱間加工性
の悪化から製造時に加工上の制約が加わる等の問題もあ
って製品価格の不利を余儀無くされるものであった。し
かも、要求性能が益々高度化しつつある電子機器部材へ
の適用を考えた場合には、これらの材料は電気伝導度の
点で必ずしも満足できるとは言えず、またコネクタ−と
しての性能面からは「接触部において応力緩和特性が悪
い」という欠点が指摘されていた。

【０００６】特に、近年、電子機器類及びその部品の小
型化，薄肉化傾向に伴って材料の加工性が一段と重要視
されるようになり、中でも曲げ性（曲げ加工性）のより
優れたものが要求されるようになってきているが、この
ため、優れた導電性を有することは勿論、ばね特性や曲
げ性にも優れた安価な電子機器用合金の出現が待たれて
いた。

【０００７】ただ、このような中にあって、“Cu−Cr系
合金”は上述した電子機器材料としての要求特性をかな
りの程度で満足することから、これに第３，第４の元素
を添加して特性の更なる改善を図った新合金も幾つか開
発された。しかし、これまでに開発されたCu−Cr系改良
合金も "半田に対する耐剥離性",“曲げ性”及び“応力
緩和特性”については未だ不満が残るものであり、これ
らの特性についても十分に満足できる合金の開発が急務
となっていた。

【０００８】このようなことから、本発明が目的とした
のは、導電性に優れることは勿論、高強度ばね材に匹敵
する強度を有していてリ−ドフレ−ムの多ピン化にも十
分対応することができ、しかも従来の電子機器用銅合金
に優る応力緩和特性，曲げ性並びに半田付け特性等を示
す安価な電子機器用の高導電性銅合金を提供することで
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、「合金成分として
厳密に制限された特定の割合でCr，Zr及びMgを含有させ
ると共に、 溶体化処理後の平均結晶粒径を特に３５〜１
００μｍの範囲内に調整した銅合金は、 強度，導電性，
曲げ性，応力緩和性等の諸特性を今後の電子機器用とし
て望まれる高いレベルでバランス良く兼備する上、 これ
に適量のZn，Sn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFeを添加すれ
ば半田付け特性や強度特性の更なる改善も可能である」
との新しい知見を得ることができた。

【００１０】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、 「電子機器用高力高導電銅合金を、 Cr：0.05〜 0.8％（以降、 成分割合を表す％は重量％と
する),Zr：0.05〜 0.4％， Mg： 0.005％以上0.05％
未満 を含むか、 或いは更に Zn：0.05〜 2.0％，Sn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFeの１
種以上：総量で0.01〜 1.0％ のうちの１種又は２種以上をも含有すると共に、 残部が
Cu及び不可避的不純物から成る成分組成とし、 かつ溶体
化処理後の平均結晶粒径を３５〜１００μｍに調整され
た構成とすることにより、 高導電性，高強度，優れた応
力緩和特性や曲げ性，並びに良好な半田付け特性等を兼
備せしめた点」に大きな特徴を有している。

【００１１】以下、本発明合金の成分組成並びに結晶粒
度を前記の如くに数値限定した理由を、その作用と共に
詳述する。

【作用】

A) 成分割合Cr Crは、合金を時効処理した際に母材中に析出して合金の
強度及び耐熱性を向上させる作用を有しているが、その
含有量が0.05％未満では前記作用による所望の効果が得
られず、一方 0.8％を超えてCrを含有させると溶体化処
理後にも未固溶Crが母材中に残留するようになって導電
率及び加工性を著しく低下させることから、Cr含有量は
0.05〜 0.8％と定めた。

【００１２】Zr Zrには、時効処理によりCuと化合物を形成して母材中に
析出しこれを強化する作用があるが、その含有量が0.05
％未満では前記作用による所望の効果が得られず、一方
0.4％を超えてZrを含有させると、溶体化処理後にも未
固溶Zrが母材中に残留するようになって導電率及び加工
性の著しい低下を招くことから、Zr含有量は0.05〜 0.4
％と定めた。

【００１３】Mg Mgは、微量の添加によっても応力緩和特性を著しく改善
する作用を有しているが、その含有量が 0.005％未満で
あると前記作用による所望の効果を期待できなくなり、
一方、0.05％以上含有させてもその効果が飽和してしま
うばかりか、逆に電気伝導性の劣化を招くようになるこ
とから、Mg含有量は 0.005％以上0.05％未満の範囲と定
めた。

【００１４】Zn Znは半田の耐剥離性を向上させる作用を有しているため
必要により添加される成分であるが、その含有量が0.05
％未満では前記作用による所望の効果が得られず、一方
2.0％を超えてZnを含有させると電気伝導性並びに応力
緩和特性が劣化することから、Zn含有量は0.05〜2.0％
と定めた。

【００１５】Sn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFe これらの成分は、何れも合金の導電性を大きく低下させ
ずに主として固溶強化により強度を向上させる作用を有
しており、従って必要により１種又は２種以上の添加が
なされるが、その含有量が総量で0.01％未満であると前
記作用による所望の効果が得られず、一方、総量で 1.0
％を超える含有量になると合金の導電性及び加工性を著
しく劣化する。このため、単独添加或いは２種以上の複
合添加がなされるSn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFeの含有
量は、総量で0.01〜 1.0％と定めた。

【００１６】B) 結晶粒度（平均結晶粒径） 溶体化処理後における合金の平均結晶粒径を３５〜１０
０μｍと限定した理由は、曲げ性及び応力緩和特性を勘
案してのことである。一般に、曲げ性の観点からは結晶
粒度が小さいほど好ましく、一方、応力緩和特性の観点
からは結晶粒度は大きい方が望ましいとされている。し
かるに、本発明に係わる成分組成の銅合金では、結晶粒
度が平均結晶粒径で３５〜１００μｍの範囲内に調整さ
れると優れた曲げ性と優れた応力緩和特性とが同時に発
揮されるようになる。なお、平均結晶粒径が３５μｍ未
満では曲げ性は更に良好になるが応力緩和が起こりやす
くなり、また平均結晶粒径が１００μｍを超えると逆に
応力緩和はしにくくなるものの曲げ性が劣化し、何れも
電子機器用としての特性に劣るようになる。そして、上
記範囲への結晶粒度の調整は、合金を溶体化処理する際
の温度や時間等を調節することによって達成できる。

【００１７】続いて、本発明の効果を実施例により更に
具体的に説明する。

【実施例】まず、電気銅或いは無酸素銅を原料とし、高
周波溶解炉にて表１に示す各種成分組成の銅合金インゴ
ット（厚さ３０mm）を不活性雰囲気中溶製した。次に、
これら各インゴットに熱間圧延，溶体化処理及び冷間圧
延の各処理を順次施し、その後４００℃で時効処理して
から再び冷間圧延及び歪取り焼鈍を施して板材を得た。

【００１８】

【表１】

【００１９】そして、得られた板材から各種の試験片を
採取して材料試験を行い、“リ−ドフレ−ム材”及び
“ばね材”としての特性を評価した。なお、“リ−ドフ
レ−ム材”並びに“ばね材”としての特性は、 「強度」,
「伸び」, 「導電性（放熱性）」, 「ばね性」, 「半田耐熱剥
離性」, 「曲げ性」 及び 「応力緩和特性」 を調査すること
によって評価した。

【００２０】そして、 「強度」 並びに 「伸び」 は引張試
験により測定し、 「導電性」 は導電率（％IACS）を測定
して求めた。また、「ばね性」についてはばね限界値(K
b)を測定した。

【００２１】「半田耐熱剥離性」の調査は、素材に５μ
ｍ厚の半田(90%Sn−10%Pb)メッキを施した後、１５０℃
の高温槽に１０００時間まで保持し、この間１００時間
毎に取り出して９０°曲げ往復１回を施して半田剥離の
開始時間を調べる手法によった。なお、１０００時間ま
で剥離のなかったものは調査結果を「１０００hr」と表
示した。

【００２２】「曲げ性」については、Ｗ曲げ試験機によ
って曲げ加工を施し、その曲げ部を目視観察することに
より“肌荒れの程度”及び“割れの有無”を調査して評
価した。なお、評価結果は、 ○：肌荒れ及び割れの発生なし， △：肌荒れ又は割れが発生， ×：肌荒れ又は割れが著しい， で表示した。

【００２３】「応力緩和特性」については、短冊状試験
片の一旦を固定すると共に他端に応力を負荷して曲げ応
力を加え、この状態で１５０°に１０００時間保持した
後、応力を開放した際にもなお残留する歪を測定した。
これらの調査結果を表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２に示される結果からは次のことが明ら
かである。即ち、本発明合金１〜23は、何れも強度，導
電性，曲げ性，応力緩和特性が共に優れており、またそ
の他の特性についても十分に良好な評価が得られるもの
である。

【００２６】これに対して、比較合金25はMg含有量が十
分でないため応力緩和特性が劣っている。また、比較合
金28はNi含有量及びMg含有量が何れも上限値を超えてい
るため、応力緩和特性は良好であるものの電気伝導性が
劣っている。比較合金31では、Cr含有量が十分でなく、
またZn含有量が上限値を超えて多いため強度及び導電性
が劣っている。

【００２７】そして、比較合金24及び29は結晶粒度（平
均結晶粒径）が下限値より小さく、そのため曲げ性は良
好であるものの応力緩和特性が劣る結果となっている。
逆に、比較合金26，27及び30は、結晶粒度が上限値より
大きいので曲げ性が劣る結果を示している。

【００２８】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、強度，導電性，曲げ性，応力緩和特性，半田付け性
等が共に優れていてリ−ドフレ−ム材やばね材等の電子
機器部材用として好適な高力高導電銅合金を実現するこ
とができ、電子機器類の性能向上に大きく寄与し得るな
ど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量割合にて Cr：0.05〜 0.8％， Zr：0.05〜 0.4％， Mg： 0.005
   ％以上0.05％未満 を含有すると共に、残部がCu及び不可避的不純物で構成
   され、かつ溶体化処理後の平均結晶粒径を３５〜１００
   μｍに調整されて成ることを特徴とする、曲げ性及び応
   力緩和特性の優れた電子機器用高力高導電性銅合金。
2. 【請求項２】 重量割合にて Cr：0.05〜 0.8％， Zr：0.05〜 0.4％， Mg： 0.005
   ％以上0.05％未満，Zn：0.05〜 2.0％ を含有すると共に、残部がCu及び不可避的不純物で構成
   され、かつ溶体化処理後の平均結晶粒径を３５〜１００
   μｍに調整されて成ることを特徴とする、曲げ性及び応
   力緩和特性の優れた電子機器用高力高導電性銅合金。
3. 【請求項３】 重量割合にて Cr：0.05〜 0.8％， Zr：0.05〜 0.4％， Mg： 0.005
   ％以上0.05％未満 を含み、更に Sn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFeの１種以上：総量で0.01
   〜 1.0％ をも含有すると共に、残部がCu及び不可避的不純物で構
   成され、かつ溶体化処理後の平均結晶粒径を３５〜１０
   ０μｍに調整されて成ることを特徴とする、曲げ性及び
   応力緩和特性の優れた電子機器用高力高導電性銅合金。
4. 【請求項４】 重量割合にて Cr：0.05〜 0.8％， Zr：0.05〜 0.4％， Mg： 0.005
   ％以上0.05％未満，Zn：0.05〜 2.0％ を含み、更に Sn，In，Mn，Ｐ，Ni，Si及びFeの１種以上：総量で0.01
   〜 1.0％ をも含有すると共に、残部がCu及び不可避的不純物で構
   成され、かつ溶体化処理後の平均結晶粒径を３５〜１０
   ０μｍに調整されて成ることを特徴とする、曲げ性及び
   応力緩和特性の優れた電子機器用高力高導電性銅合金。