JPH0696757B2

JPH0696757B2 - 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

Info

Publication number: JPH0696757B2
Application number: JP9151089A
Authority: JP
Inventors: 元久宮藤; 建夫湯地; 安啓中島
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH02270946A

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55kgf/mm²以上、
導電率68％IACS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方法に関す
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63−143246号公報に記載さ
れている。

しかしながら、近年、電気、電子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性能化し
ている。この傾向は半導体分野においても最も顕著であ
り、工業的にも重要な地位を占めるようになった。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半導
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発されている。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、かつ強度を今迄以上に高めることが要求
されている。具体的には引張強さが55kgf/mm²以上、導
電率が68％IACS以上であることが求められている。

上述した特公昭55−014134号公報および特公昭63−1432
46号公報にて提案されている鉄入り高力銅合金の特性
は、導電率が50〜65％IACS引張強さが45〜53kgf/mm²を
示している。

この高力銅合金の引張強さを向上させるためには、冷間
圧延加工率を多くすることが考えられる。しかし、単に
冷間加工率を増やしただけでは導電率が低下し、また伸
びの低下により曲げ加工性が劣化する。

リードフレーム材料としての特性は、強度および導電率
だけでなく、耐熱性、リードの繰り返し曲げ性等あらゆ
る必須特性を満足する必要がある。

従って、高強度、高導電性を有しながら、かつ曲げ加工
性、耐熱性等にも優れた特性を有するリードフレーム材
料が要求されるのである。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、以上の従来技術の問題点に鑑みされたもので
あり、通常の鉄入り高力銅合金（Cu−2.3％Fe−0.03％
Ｐ−0.13％Zn）と同等以上の引張強さ（55kgf/mm²以
上）および導電率（68％IACS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
造方法を発明したものである。

［課題を解決するための手段］本発明に係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は、Fe:1.5〜3.0wt％、P:0.001
〜0.1wt％、Zn:0.01〜1.0wt％、Mg:0.001〜0.01wt％
（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％（ただし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、650℃
以上の温度から300℃以下の温度迄５℃/sec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、60
0℃〜675℃（ただし600℃を除く）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。

［作用］本発明に係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について以下詳細に説明する。

まず、本発明において、銅合金の組成を上述のように規
定する理由について説明する。

Fe:1.5〜3.0％ Feは、素材の強度を向上させる作用があるが、その含有
量が1.5％未満では所望の高強度が得られず、また、3.0
％を越えて含有すると導電率の低下および晶出するFeが
巨大化し、その結果、半田付け性の劣化およびAu,Agめ
っきのふくれ等の不具合いを生じ易くなる。したがっ
て、Feの含有量は1.5〜3.0％とする必要がある。

P:0.001〜0.1％Ｐは、含有量が0.001％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、0.001〜0.1％とする必要がある。

Zn:0.01〜１％ 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
付け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:0.001〜0.01％（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は粒界中を移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＋MgCu₂
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 0.001〜0.01％（ただし0.01％は含まず） Cr,Ti,Zrのいずれか１種以上の含有量が0.001％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,Zr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℃/sec以上と限定したのは、５℃/sec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F
e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Fe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
銅合金のミクロ組織はファイバー組織（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。67
5℃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℃の温度で
30分間以上の焼鈍後、冷却途中で400℃〜550℃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Ｐ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
％IACS以上を具備することができる様にするためである
とともに、焼鈍前の冷間加工によって低下した伸びを回
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分間以上の焼鈍を行な
っても、析出は不充分となり、導電率を68％IACS以上に
することは困難であり、また曲げ加工性の回復も不充分
である。450℃を越える温度では導電率は向上するが、
引張強さ55kgf/mm²以上を具備することは困難である。

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
間以上とする。

さらに、最終冷間加工率を70％以上としたのは、70％未
満の冷間加工率では引張強さ55kgf/mm²以上を具備する
ことが困難であるためである。

次に、最終製品板厚にて300℃〜400℃の温度で５秒以上
の歪取り焼鈍を行なうのは、冷間圧延歪の除去および伸
びを回復させ、耐熱性および曲げ加工性を改善するため
であり、300℃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55kgf/mm²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考慮したためであり、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について、その実施例によって
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合金を、クリ
プトル電気炉で木炭被覆下で大気溶解し、傾注式の鋳鉄
製のブックモールドに鋳込み、厚さ60mm、幅60mm、長さ
180mmの鋳塊を作製した。

これらの鋳塊の表面および裏面をそれぞれ2.5mm面削
後、850℃の温度で厚さ15mmまで熱間圧延し、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℃に達した時、さらに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0.25mmの板厚にし、
300℃〜400℃の温度のソルトバスを用いて５秒間の焼鈍
を行なった。

NO.12およびNO.13の比較例は、厚さ15mmの熱間圧延材を
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525℃の温度に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0.25mmの
板厚にし、350℃の温度で５秒間の歪取り焼鈍を行なっ
た。

NO.14の比較例は、厚さ10mmの板材を冷間圧延して厚さ
2.54mmとし、この材料を490℃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1.27mmとし、次い
で、この材料を440℃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440℃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ASTME8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10mmw×300mml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/t＝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、曲げ幅は圧延方向に
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/mm²
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/mm²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55kgf/mm²を満足するも、導
電率が68％IACS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55kgf/
mm²、導電率68％IACS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55kgf/mm²
を満足するも、導電率が68％IACS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
²、導電率68％IACS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55kgf/mm²以下である。

比較例NO.12,NO.13は、第１回目時効や省略した工程に
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、耐熱温度の低い。

［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55
kgf/mm²以上、導電率が68％IACS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

【特許請求の範囲】

【請求項１】Fe:1.5〜3.0wt％、P:0.001〜0.1wt％、Zn:
0.01〜1.0wt％、Mg:0.001〜0.01wt％（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、650℃以上の温度から300℃以
下の温度迄５℃/sec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。