JPH08260109A

JPH08260109A - 電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金

Info

Publication number: JPH08260109A
Application number: JP6552395A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirabayashi; 武平林; Takayuki Nagashio; 隆之長塩
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｆｅ−Ｎｉ系合金において、低Ｎｉ合金の低
コストおよび低熱膨張特性を害することなく、耐食性、
熱間加工性またはさらにプレス打ち抜き性および強度を
改善した電子部品用合金の提供。【構成】重量％にてＮｉ３１〜３６％、Ｃｕ１．０％
を越え４．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｓｉ０．５％
以下、Ｂ０．０００５％〜０．１％を含有し、１０１％
≦３Ｎｉ＋２Ｃｕ≦１１０％の関係を満足し、残部は不
純物を除き実質的にＦｅよりなる電子部品用合金。圧延
方向および厚み方向に平行な断面の結晶粒の平均断面積
が２００μｍ²以下、かつ展伸度が２．５以上である同
合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リードフレーム、シャ
ドウマスク等の電子部品材料として使用するのに適した
低コストのＦｅ−Ｎｉ系合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】低熱膨張特性、強度、加工性、耐食性に
優れているＦｅ−Ｎｉ系合金は、電子部品用材料として
広く使用されている。例えばＩＣリードフレームとして
はＦｅ−４２Ｎｉ、Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ、ブラウ
ン管用シャドウマスクとしてはＦｅ−３６Ｎｉ、蛍光表
示管の封着材料としてはＦｅ−４２Ｎｉ−６Ｃｒ等が挙
げられる。しかし、これらの合金は原料的に高価なＮ
ｉ、Ｃｏ等を多量に含有するため、コストが高くなる欠
点を有している。特に近年これらの価格は高騰を続けて
おり、深刻な問題となっている。その一方で製品のコス
トダウンの要望は強まってきており、従来に比べ安価な
電子部品用材料が要求されている。

【０００３】Ｆｅ−４２Ｎｉの安価な代替材として、Ｎ
ｉ含有量は４２％よりも低いがシリコンチップとの熱膨
張整合性はほぼ同等の、例えばＦｅ−３４〜３５Ｎｉ合
金（以下３１〜３５Ｎｉ合金を低Ｎｉ合金という）が提
案されている。しかし、低Ｎｉ化に伴って各種特性が劣
化するので、これらを補償することが必要である。低Ｎ
ｉ合金の改良合金については、Ｆｅ−３２〜３５％Ｎｉ
合金にＣｕまたはＭｏを１．０％以下添加したもの（特
開平６−１００９８号）、同じく１．５％以下添加した
もの（特開平７−１８３８４号）が公知である。また低
Ｎｉ合金を含む組成範囲の改良の提案には、Ｆｅ−２０
〜５０％Ｎｉ合金にＣｕを２〜１５％、またはさらにＣ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａの１種以上を添
加したもの（特開昭６０−２５１２５６号）、Ｆｅ−２
５〜５０％Ｎｉ合金にＣｕを１〜２５％添加したもの
（特開昭５６−５０５５０号）、Ｆｅ−３０〜５５％Ｎ
ｉ合金にＭｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｚｒのうち１種以上を０．０１〜２．０％添加した
もの（特開昭５６−５９４８号）等が公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に低Ｎｉ合金は低
コストであるが、耐食性に劣っている。このため前述の
特開平６−１００９８号や同７−１８３８４号ではＣｕ
またはＭｏを０．１〜１．０％等添加して耐食性を向上
させるものである。しかし、本発明者の研究によると、
ＣｕまたはＭｏの１．０％程度の単独添加では耐食性の
改善は十分ではない。またＭｏの添加は原料コストがＣ
ｕに比較して著しく高いため、低コスト材のメリットが
少なくなる。

【０００５】また、一般に低Ｎｉ合金には、Ｎｉの低下
により強度が不足する傾向がある。リードフレームは近
年の半導体装置の高容量、高集積化およびパッケージの
薄肉化に伴い多ピン化、薄板化の傾向にあり、高強度は
必要不可欠となりつつある。さらに、プレス打ち抜き加
工においても、ある程度の硬度が必要とされる。前述の
昭６０−２５１２５６号、昭５６−５０５５０号、昭５
６−５９４８号はいずれもＦｅ−Ｎｉ合金の耐食性を改
善するものであるが、低Ｎｉ合金の強度を積極的に改善
しようとするものではない。また、これらはいずれも耐
食性の改善のために添加元素、主にＣｕを多量に含むも
のであるが、それに伴い熱間加工性は劣化する。しか
し、これらの問題に対する具体的な改善策は示されてい
ない。

【０００６】そこで本発明は、低Ｎｉ合金の低コスト、
低熱膨張特性および熱間加工性を害することなく耐食性
を、さらにはプレス打ち抜き性および強度をも改善した
電子部品用低Ｎｉ合金を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の重要な点は、低
Ｎｉ合金にＣｕとＢを複合添加することで低Ｎｉ合金の
低熱膨張特性を害することなく、耐食性、強度を、また
Ｃｕ単独添加低Ｎｉ合金の熱間加工性や耐食性を改善し
たものである。すなわち、Ｂを添加することでＣｕ添加
による熱間加工性の劣化を防止し、またさらに耐食性、
強度を向上させることができる。また、結晶粒の大きさ
と形状を制御することで、強度、プレス打ち抜き面の平
滑性のいずれをも向上させることができる。特開平６−
１００９８号では、Ｃｕの添加は熱膨張係数を大きくす
るため、少量に限定するというものであった。本発明者
はインバー合金の磁気体積効果に着目し、Ｆｅ−３０〜
３８Ｎｉ−０〜５Ｃｕの範囲の合金について種々実験を
行った結果、低Ｎｉ合金にＣｕを添加すると、３Ｎｉ＋
２Ｃｕ≦１０８％の範囲内ではα_30-200（３０〜２００
℃の間での平均熱膨張係数）が低下することを見出し
た。すなわち、コスト低減のため低Ｎｉ合金からさらに
Ｎｉを減らし、安価なＣｕを添加すれば、熱膨張係数を
大きくすることなくより安価な材料を提供することがで
きる。

【０００８】すなわち本発明は、重量％にてＮｉ３１〜
３６％、Ｃｕ１．０％を越え４．０％以下、Ｍｎ１．０
％以下、Ｓｉ０．５％以下、Ｂ０．０００５〜０．１％
を含有し、ＮｉとＣｕの含有量は１０１％≦３Ｎｉ＋２
Ｃｕ≦１１０％の関係を満足し、残部は不純物を除き実
質的にＦｅよりなることを特徴とする電子部品用Ｆｅ−
Ｎｉ系合金である。本発明において、圧延方向および厚
み方向に平行な面の結晶粒の平均断面積を２００μｍ²
以下、展伸度を２．５以上とすると機械的強度、プレス
打抜き性が向上できるので望ましい。ここで展伸度は、
上記断面での結晶粒の圧延方向に直角な一定長さの線分
によって切断された結晶粒の数をｎ₁、結晶粒の圧延方
向に平行な前記と同一長さの線分によって切断された結
晶粒の数をｎ₂とすると、ｎ₁／ｎ₂で表される値であ
る。

【０００９】

【作用】次に本発明の数値限定理由を述べる。Ｎｉ含有
量は、３６％を越えるとコストが高くなり、低Ｎｉ合金
のメリットが小さくなる。３１％より少ないと熱膨張係
数が大きくなり過ぎ、また耐食性も劣化する。このため
Ｎｉ含有量は３１〜３６％に限定する。望ましいＮｉ量
は３２〜３５％である。

【００１０】Ｃｕは耐食性を向上させる元素であり、
１．０％以下では耐食性の向上が不十分である。また
４．０％を越えると熱間加工性が劣化し、またハンダ剥
離を起こしやすくなる。このためＣｕ含有量は１．０％
を越え４．０％以下に限定する。より望ましいＣｕ量は
１．５％を越え３．０％以下の範囲である。

【００１１】前述のように本発明者は低Ｎｉ合金にＣｕ
を添加すると熱膨張係数α_30-200が低下することを確認
したが、さらに詳細な調査により、Ｆｅ−３１〜３５Ｎ
ｉ−１〜５Ｃｕ（３Ｎｉ＋２Ｃｕ≦１０８％）におい
て、α_30-200≒−５．４×（３Ｎｉ＋２Ｃｕ）＋６０５
(×10マイナス7乗／℃）の関係式が成立することを確認
した。このためＮｉとＣｕの含有量は、シリコンチップ
（α_30-200＝２５〜５５×10マイナス7乗／℃）との熱
膨張整合性およびコストの面から、１０１％≦３Ｎｉ＋
２Ｃｕ≦１１０％を満足する範囲に限定する。望ましく
は１０３％≦３Ｎｉ＋２Ｃｕ≦１０８％である。

【００１２】Ｍｎは脱酸剤および加工性向上の目的で添
加されるが、１．０％を越えると熱膨張係数を増大さ
せ、またハンダ性、メッキ性を劣化させる。このためＭ
ｎ含有量は１．０％以下に限定する。望ましくは０．６
％以下である。Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、０．
５％を越えるとハンダ性、メッキ性の劣化が生じる。こ
のためＳｉ含有量は０．５％以下の範囲に限定する。望
ましくは０．２％以下である。Ｂは本発明に不可欠な元
素である。すなわちＣｕと同時に添加することでさらに
耐食性を著しく向上させ、強度も向上させる。さらには
熱間加工性を著しく向上させるため、Ｃｕ添加による熱
間加工性の劣化を防止することができる。Ｂの含有量は
０．０００５％より少ないと耐食性、強度、熱間加工性
のいずれの向上にも効果がなく、０．１％を越えると逆
に加工性を劣化させる。このためＢ含有量は０．０００
５〜０．１％に限定する。望ましくは０．０００５〜
０．０１％である。

【００１３】結晶粒の制御はＮｉの低下およびＣｕの添
加により劣化した強度を向上させるのに効果があり、ま
た材料のプレス性の向上にも著しい効果がある。本発明
合金において、圧延方向と厚み方向に平行の断面での結
晶粒の平均断面積を２００μｍ²以下、かつ展伸度を
２．５以上とすると、Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金に比し、強
度は勝るとも劣らず、プレス打ち抜き面の平滑性は遜色
のないものとなるので望ましい。このうち、結晶粒の平
均断面積２００μｍ²以下を得るためには、例えば７０
〜８０％の冷間圧延後、組成によって再結晶温度が変わ
るので注意が必要であるが、例えば３３．７Ｎｉ−２．
０Ｃｕならば８００℃で約３分間の焼鈍を行なえばよ
い。また、展伸度２．５以上を得るためには、再結晶
組織の材料を約４０％の圧下率で圧延すればよい。より
望ましくは平均断面積は１００μｍ²以下、展伸度は３
以上、より望ましい展伸度は３．５以上である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。表１
に示す組成の合金を真空高周波誘導炉にて溶解、鋳造し
た後、１１５０℃で鍛造、熱間圧延を行い、１０００℃
×１ｈの溶体化処理を施した後、冷間圧延と軟化焼鈍を
繰り返し、０．２５ｍｍの板材に仕上げた。さらにそれ
ぞれ定められた圧延率で最終冷間圧延を施した後、還元
雰囲気中において再結晶温度以下の一定温度で歪取焼鈍
を施した。

【００１５】

【表１】

【００１６】表の試料記号のうち、(Ａ)〜(Ｋ)は本発明
合金であり、このうち(Ａ)〜(Ｉ)はＮｉ、ＣｕとＢの含
有量を様々に変えたもの、(Ｊ)および(Ｋ)は結晶粒の断
面積および展伸度が本発明の請求項２の規定を満足しな
いものである。(Ｐ)〜(Ｕ)は比較合金であり、このうち
(Ｐ)はＣｕが本発明の規定より低いもの、(Ｑ)、(Ｒ)は
３Ｎｉ＋２Ｃｕが本発明の規定より低いもの、(Ｓ)〜
(Ｕ)はＢが本発明の規定より低いものである。(Ｙ)、
(Ｚ)は公知の合金であり、いずれもＣｕ、Ｂが添加され
ておらず、また結晶粒の断面積が大きく、展伸度も小さ
い。このうち(Ｙ)は従来のリードフレーム用低Ｎｉ合
金、(Ｚ)は４２合金である。

【００１７】これらの各種特性を表２に示す。耐食性は
塩水噴霧試験により、３５℃の５％食塩水を２４時間噴
霧後の錆の発生状況で評価した。発錆が表面積の２０％
以下の状態を○印（良好）、２０〜５０％の発錆状態を
△印（やや劣る）、５０％を越える発錆状態を×印（劣
る）で示す。プレス性は打ち抜き品の破断部の平滑性を
電子顕微鏡で観察して評価した。熱間加工性は熱間加工
時の割れの有無により○印（割れなし）、×印（割れ発
生）で示した。

【００１８】

【表２】

【００１９】図１は表２の耐食性の結果を、主な合金に
ついてＮｉ％を横軸、Ｃｕ％を縦軸とした平面上に表示
したものであり、黒丸、▲でＢが本発明の規定を満たす
もの、△、×でＢが本発明の規定から外れたものを示
す。図中のアルファベットは表２のそれに対応する。な
お平行四辺形で本発明合金の領域を、破線で熱膨張係数
α_30-200をそれぞれ示した。本図から、低Ｎｉかつ低Ｃ
ｕとなるほど耐食性は劣り、また熱膨張係数は大きくな
り、平行四辺形内では良好な耐食性および低熱膨張特性
を示すことがわかる。(Ｂ)、(Ｃ)、(Ｐ)のグループ、
(Ｇ)、(Ｈ)、(Ｑ)のグループ、(Ｉ)、(Ｒ)のグループ
で、各グループ内での比較により、Ｃｕの添加による耐
食性の向上が明瞭に確認できる。(Ｂ)、(Ｓ)のグルー
プ、(Ｇ)、(Ｕ)のグループで、各グループ内での比較に
よりＢの添加による耐食性の向上が確認できる。

【００２０】表２から次のことがわかる。本発明合金の
うち、（Ａ）〜（Ｉ）は、Ｃｕの１％を越え４％以下と
Ｂ０．０００５〜０．１％とを複合添加し、かつ結晶
粒の平均断面積を２００μｍ²以下および展伸度を２．
５以上とすることにより、Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金（Ｚ）
に対して、耐食性、プレス性、熱間加工性において、何
ら遜色なく、引張強さにおいては、勝るとも劣らないこ
とがわかる。また、本発明合金（Ｊ）および（Ｋ）は、
成分的には（Ｅ）と同一であるが、それぞれ結晶粒の平
均粒度および展伸度をＦｅ−４２％Ｎｉ合金と同程度と
したものであり、プレス性にやや劣り、また引張強度が
（Ｅ）に対し、４〜６％劣ることがわかる。しかし、低
Ｎｉ合金である（Ｙ）に対して引張強さで４〜６％勝
る。（Ｐ）はＣｕが低いので耐食性が劣り、(Ｑ)、(Ｒ)
は３Ｎｉ＋２Ｃｕが小さいため熱膨張係数が大きく、リ
ードフレームとして使用する場合のシリコンチップとの
熱膨張整合性が劣化し、さらに耐食性も劣化している。
(Ｔ)、(Ｕ)はＢ含有量が低いため、熱間加工性が悪い。
さらに(Ｆ)、(Ｔ)のグループ内での比較も合わせると、
Ｂの添加による熱間加工性、強度の向上も確認できる。
なお(Ｅ)、(Ｊ)、(Ｋ)の比較により、結晶粒の制御によ
るプレス性および強度の向上が確認できる。

【００２１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
低Ｎｉ合金にＣｕ、Ｂを複合添加することで、低熱膨張
特性、熱間加工性、耐食性、および強度のいずれも良好
な電子部品用材料を製造することができ、この材料はＦ
ｅ−４２Ｎｉに比較して低コストであり、工業上の効果
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の主な試料のＮｉおよびＣｕ平面図上で
の分布と耐食性の関係を示す図である。平行四辺形内は
本発明合金の組成範囲、破線は等α_30-200線、点は実施
例の組成およびその耐食性を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｎｉ３１〜３６％、Ｃｕ
１．０％を越え４．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｓｉ
０．５％以下、Ｂ０．０００５〜０．１％を含有し、Ｎ
ｉとＣｕの含有量は１０１％≦３Ｎｉ＋２Ｃｕ≦１１０
％の関係を満足し、残部は不純物を除き実質的にＦｅよ
りなることを特徴とする電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【請求項２】圧延方向および厚み方向に平行な面の結
晶粒の平均断面積が２００μｍ²以下かつ平均展伸度が
２．５以上であることを特徴とする電子部品用Ｆｅ−Ｎ
ｉ系合金。