JPH09209062A

JPH09209062A - 表面特性に優れた電子機器用銅合金

Info

Publication number: JPH09209062A
Application number: JP3560196A
Authority: JP
Inventors: Takao Hirai; 崇夫平井; Tatsuhiko Eguchi; 立彦江口
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-08-12
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JP3445432B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的・物理的性質が高度に維持され、表面
特性に優れ、又低コストで製造できるCuー Niー Si系電子
機器用銅合金を提供する。【解決手段】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
主成分とし、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面
から１μｍまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大き
さが 0.1μｍ以下の電子機器用銅合金。【効果】半田濡れ性等の表面特性を害する 0.1μｍを
超える大きさのSi酸化物が表層に存在しないので表面特
性が向上する。非酸化性雰囲気等での熱処理を要さない
ので低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半田濡れ性、Agめっ
き耐加熱膨れ性などの表面特性に優れ、かつ機械的、物
理的特性にも優れた銅合金に関し、特に半導体リードフ
レーム、端子、コネクター等の電子機器用部材に適した
銅合金である。

【０００２】

【従来の技術】前述のように、半導体リ−ドフレ−ムや
コネクター等には、強度、耐熱性等の機械的性質、電気
・熱伝導性等の物理的性質に優れ、且つ錫や半田めっき
の耐熱剥離性、半田濡れ性等の表面特性にも優れた銅合
金が要求されている。そして、近年、古くから知られた
高強度・中導電性タイプのCu-Ni-Si系合金が半導体リ−
ドフレ−ムを始めとする電子機器部材に使用されるよう
になってきた。Cu-Ni-Si系合金は、Ni-Si 化合物を析出
物とする析出強化型銅合金で、機械的・物理的性質に優
れているが、半田との濡れ性が悪いという致命的欠点が
あり、又リ−ドフレ−ム等に使用した場合に重要となる
Agめっき耐加熱膨れ性も芳しくないことが知られてい
る。前記Cu-Ni-Si系合金は、通常の析出強化型銅合金と
同様に、鋳塊を熱間及び冷間圧延後、溶体化処理、時効
処理等を施して製造されており、前述の半田濡れ性やAg
めっき耐加熱膨れ性等の表面特性に劣る原因は、溶体化
処理等の加熱処理時に生成する銅の酸化皮膜にあると考
えられていた。このようなことから、Cu-Ni-Si系合金の
半田濡れ性を改善する方法として、熱処理雰囲気を非酸
化性又は還元性雰囲気に極度に制限管理して銅の酸化皮
膜を生成させない方法、又は製造途中で酸化皮膜を研削
或いは溶解して除去する方法が採られてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の熱処理
雰囲気を制限管理する方法はコスト的に不利であり、前
記酸化皮膜を除去する方法では、半田濡れ性やAgめっき
耐加熱膨れ性等の表面特性が充分に改善されなかった。
本発明者等は、酸化皮膜を除去しても表面特性が改善さ
れない原因を調査した。その結果、前記NiとSiは、実際
は、添加した全てが析出するわけではなく、一部はCuマ
トリックス中に固溶した状態で残存し、この固溶Siの一
部が製造工程中の溶体化、時効、焼鈍などの様々な熱処
理によって酸化物となり、これが粗大化して表層に存在
すると、半田濡れ性やAgめっき耐加熱膨れ性等の表面特
性が悪化することを見出した。そして、その改善策とし
てSi酸化物の生成を阻止するか、表層の粗大なSi酸化物
を除去する方法について研究を進め、本発明を完成させ
るに到った。本発明は、機械的・物理的性質が高度に維
持され、表面特性に優れ、又低コストで製造できるCuー
Niー Si系電子機器用銅合金の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを主成分とし、残
部がCuと不可避的不純物からなり、表面から１μｍまで
の深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが 0.1μｍ以
下であることを特徴とする表面特性に優れた電子機器用
銅合金である。尚、この発明では、 0.4〜4.0wt%のNi、
0.1 〜1.0wt%のSiを主成分とするが、0.4〜4.0wt%のNi
と 0.1〜1.0wt%のSiのみを含み、残部がCuと不可避的不
純物からなる銅合金も含まれる。

【０００５】請求項２記載の発明は、 0.4〜4.0wt%のN
i、 0.1〜1.0wt%のSiを主成分とし、金属Siよりも酸化
物として安定な元素を含み、残部がCuと不可避的不純物
からなり、表面から１μｍまでの深さの表層に存在する
Si酸化物の大きさが 0.1μｍ以下であることを特徴とす
る表面特性に優れた電子機器用銅合金である。

【０００６】請求項３記載の発明は、 0.4〜4.0wt%のN
i、 0.1〜1.0wt%のSiを主成分とし、更に 0.005〜0.3wt
%のAl、0.005〜0.2wt%のTi、 0.005〜0.5wt%のMgの中か
ら選ばれる１種又は２種以上を合計で 0.005〜0.5wt%含
み、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面から１μ
ｍまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが 0.1
μｍ以下であることを特徴とする表面特性に優れた電子
機器用銅合金である。

【０００７】請求項４記載の発明は、 0.4〜4.0wt%のN
i、 0.1〜1.0wt%のSiを主成分とし、更に 0.005〜0.3wt
%のAl、0.005〜0.2wt%のTi、 0.005〜0.5wt%のMgの中か
ら選ばれる１種又は２種以上を合計で 0.005〜0.5wt%含
み、副成分として 0.001〜0.1wt%のP 、0.05〜1.0wt%の
Zn、0.01〜0.5wt%のMn、 0.005〜0.1wt%のAgのうち何れ
か１種又は２種以上を合計で 0.005〜2.0wt%を含み、残
部がCuと不可避的不純物からなり、表面から１μｍまで
の深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが 0.1μｍ以
下であることを特徴とする表面特性に優れた電子機器用
銅合金である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、NiとSiはCuマト
リックス中に Ni-Si系化合物(Ni₂Si相) として析出し
て、導電率を低下させずに強度を向上させる元素であ
る。本発明でNiを 0.4〜4.0wt%、Siを 0.1〜1.0wt%に規
定した理由は、Niが0.4wt%未満でもSiが0.1wt%未満で
も、 Ni-Si化合物の析出量が少なくなり目標とする強度
が得られず、又Niが4.0wt%を超えてもSiが1.0wt%を超え
ても、鋳造又は熱間加工時に強度向上に寄与しない析出
物が生じて添加量に見合う強度が得られず、又熱間加工
性や曲げ加工性にも悪影響を及ぼす為である。

【０００９】本発明において、表面から１μｍまでの深
さの表層に存在するSi酸化物の大きさを 0.1μｍ以下に
規定した理由は、Siの酸化物の大きさが 0.1μｍを超え
ると半田濡れ性やAgめっき耐加熱膨れ性等の表面特性が
悪化する為である。熱処理により試料表面近傍に生成す
るSi酸化物は表面に近い程大きく内部程小さくなる。従
って、試料表面近傍のSi酸化物が 0.1μｍを超える場合
は、Si酸化物の大きさが 0.1μｍ以下になるまで表層を
除去することにより、表面特性は改善される。表層の除
去には、研削、バフ研磨、化学的溶解（酸洗）等の任意
の方法が適用できる。

【００１０】請求項２記載の発明において、Siよりも酸
化物として安定な元素を添加する理由は、製造工程中の
熱処理で前記元素が酸化物となって酸素をトラップし、
Si酸化物の生成又は粗大化を阻止する為である。この方
法によれば、銅合金表層の除去が軽減又は省略できる。

【００１１】Siよりも酸化物として安定な元素として
は、Al、Ti、Mg等が挙げられる。請求項３記載の発明に
おいて、Alを 0.005〜0.3wt%に規定した理由は、Alが0.
005wt%未満ではSi酸化物の生成又は粗大化を阻止でき
ず、0.3wt%を超えては導電率が大幅に低下する上、半田
濡れ性も低下する為である。

【００１２】Tiを 0.005〜0.2wt%に規定した理由は、Ti
が0.005wt%未満ではSi酸化物の生成又は粗大化を阻止で
きず、0.2wt%を超えると導電率の大幅な低下を招く上、
表面特性も低下する為である。Tiは、Si酸化物の生成又
は粗大化を阻止する他に、表面特性を悪化させる固溶Ni
とSiを Ti-Ni化合物や Ti-Si化合物等として析出させて
無害化する。しかしTiを0.2wt%を超えて添加すると前記
Ti-Ni 化合物等が多量に析出して肝心のNi-Si 化合物が
減少して強度低下を来すことがある。

【００１３】Mgを0.01〜0.5wt%に規定した理由は、Mgが
0.01wt%未満ではSi酸化物の生成又は粗大化を阻止でき
ず、0.5wt%を超えると導電率が大幅に低下する上、表面
特性も低下してしまう為である。この他、Mgには熱間加
工性を改善する作用もある。これらAl、Ti、Mgの添加量
は要求性能に応じて個々に調整する。Al、Ti、Mgを２種
以上同時に添加する場合の総量は、0.005wt%未満では半
田濡れ性が改善されず、 0.5wt%を超えては導電率が大幅
に低下するばかりでなく、表面特性も悪化する。従って
前記総量は 0.005〜0.5wt%と規定した。

【００１４】次に、請求項４記載の発明で添加する副成
分の P、Zn、Mn、Agについて説明する。PはCuマトリッ
クス中のNi、Siの固溶量を減少させる作用を有する。即
ち、 PはNiー Si化合物の析出量を増加させ、強度と導電
率を向上させる。その上 Pは酸素をトラップしてSi酸化
物の生成を抑える作用も有する。Pを 0.001〜0.1wt%に
規定した理由は、 Pが0.001wt%未満ではその効果が十分
に得られず、0.1wt%を超えると熱間加工性が低下し、又
錫や半田めっきの耐熱剥離性が低下する為である。

【００１５】Znは錫や半田めっきの耐熱剥離性を向上さ
せる。しかし、そのメカニズムは定かでない。Znが 0.0
5wt%未満では所望の効果が得られず、1.0wt%を超えると
その効果が飽和してしまう上、半田濡れ性が悪化する。
従ってZnは0.05〜1.0wt%に規定した。

【００１６】Mnは、Cu中に不純物レベルで存在する固溶
Sを取込み、 Sによる熱間加工性の低下を抑制する。Mn
が 0.01wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.5wt%
を超えると導電率が大幅に低下する上、半田濡れ性も低
下する。従ってMnは0.01〜0.5wt%に規定した。

【００１７】Agは強度と耐熱性を向上させる。Agが0.00
5wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.1wt%を超え
てはコスト的に降りである。従ってAgは 0.005〜0.1wt%
に規定した。前記副成分元素を２種以上添加する場合の
総量は、半田濡れ性、Agめっき耐加熱膨れ性、錫や半田
めっきの耐熱剥離性、導電性等を考慮して 0.005〜2.0w
t%に規定した。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。表１に示す組成の合金を高周波溶解炉にて溶解し、
次いで厚さ50mm、幅120mmの鋳塊に鋳造した。この鋳塊
を 950℃、１時間の再熱溶体化処理後、厚さ11mmまで熱
間圧延した。熱間圧延後表面を研削して、熱間圧延時に
生成した酸化スケールを除去し、次いで 0.3mmの厚さま
で冷間圧延した。冷間圧延後、一部の試料については連
続式焼鈍炉を用いて中間溶体化処理(800℃で60秒加熱後
水焼入れ) を施した。次に、中間溶体化処理を施した試
料と冷間圧延しただけの試料の全てについて300〜600
℃で１〜６時間加熱する熱処理を施し、熱処理後更に0.
25mmの厚さまで冷間圧延し、次いで低温焼鈍で調質して
製品とした。調質後の製品の一部は、表面を研磨して表
層を除去した。

【００１９】得られた製品について、引張強度、導電
率、半田濡れ性、Agめっき耐加熱膨れ性を測定した。結
果を、合金組成と製造条件を併記して表１に示す。尚、
引張強度は JIS-Z2241、導電率はJIS-H0505 に準じて測
定した。半田濡れ性は、電解脱脂後、10%H₂SO₄で酸洗
し、ロジン等のフラックスで前処理した幅10mm、長さ50
mmの試験片を 230℃の共晶半田浴中に浸漬し、目視にて
濡れ状態を観察した。Agめっき耐加熱膨れ性は、電解脱
脂後、10%H₂SO₄で酸洗し、次いでAgめっきを施し、これ
を大気中で 450℃、10分間加熱した後に、膨れの有無を
顕微鏡にて20倍に拡大して観察した。又透過型電子顕微
鏡(TEM) を用いて、表面から１μｍまでの深さの表層に
存在するSi酸化物の大きさを観察した。尚、２万倍〜10
万倍で観察した視野内に見られる最大のSi酸化物の短部
の径をSi酸化物の大きさとした。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１より明かなように、本発明例品 (No.1
〜11) はいずれも、半田濡れ性、Agめっき耐加熱膨れ性
において優れた特性を示した。金属Siよりも酸化物が安
定な元素を添加したものは、表面研磨の回数が１回以下
でもSi酸化物は小さかった。又副成分のZnを添加したN
o.6,9,10,11 は半田めっきの耐熱剥離性が特に優れる
ものとなった。更にZnに加えMnを添加したNo.6,10,11は
熱間加工性に優れ、Agを添加したNo.9は引張強度と耐熱
性に優れるものであった。 Pを添加したNo.8は Pを添加
しないNo.4に較べて引張強度と導電率が向上した。尚、
No.11の導電率が低いのは中間溶体化処理を含む工程で
製造した為である。

【００２２】これに対し、比較例品のNo.12 は表面研磨
を行わず、又 No.13は表面研磨を１回行っただけの為、
製品表層（表面から１μｍ深さまでの層）のSi酸化物の
大きさが共に 0.1μｍを超えた。その為表面特性（半田
濡れ性とAgめっき耐加熱膨れ性）が劣った。No.14は中
間溶体化処理を施した為表面研磨を２回行っても製品表
層に 0.1μｍを超えるSi酸化物が残存し表面特性が劣っ
た。No.15は本発明の規定を超える量のNi、Siを含んで
いる為熱間圧延時に割れが生じ、正常に製造することが
できなかった。No.16は金属Siよりも酸化物が安定な元
素のAlの添加量が少なく、しかも表面を研磨しなかった
為、表層のSi酸化物が 0.1μｍを超え、表面特性が改善
されなかった。No.17,18,19 は金属Siよりも酸化物が安
定な元素のAl,Mg のいずれかが添加されている為、製品
表層のSi酸化物の大きさが、表面研磨なしで 0.1μｍ以
下となりAgめっき耐加熱膨れ性が改善された。しかし、
Al、Mg、又は副成分のZnの添加量が多過ぎた為、いずれ
も半田濡れ性と導電率が低下した。No.20 は本発明の規
定を超える量の Pを含んでいる為、熱間圧延時に割れが
生じ、製品を正常に製造することができなかった。No.2
1 は Ni,Si以外の添加元素がSiよりも酸化物が不安定な
元素(Fe)の為、Si酸化物の生成又は粗大化が阻止され
ず、No.12 と同じに表面特性が低下した。

【００２３】透過電子顕微鏡による製品表面近傍の組織
写真を図１イ〜ハに示す。図１イ、ロはそれぞれ本発明
例品のNo.3とNo.4の組織で、中央付近に見える白く細長
いものがSi酸化物であり、その大きさ（短部の径）はい
ずれも0.03〜0.04μｍと小さい。他方、図１ハは比較例
品のNo.13 の組織で、Si酸化物は0.14μｍ程度で大き
い。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電子機器
用銅合金は、機械的・物理的性質が高度に維持され、又
表面特性を害する 0.1μｍを超える大きさのSi酸化物が
表層に存在しないので表面特性に優れ、又非酸化性雰囲
気等での熱処理を要さないので低コストで製造できる。
依って工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Cuー Niー Si系銅合金表層の透過電子顕微鏡によ
る組織写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
主成分とし、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面
から１μｍまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大き
さが 0.1μｍ以下であることを特徴とする表面特性に優
れた電子機器用銅合金。
【請求項２】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
主成分とし、金属Siよりも酸化物として安定な元素を含
み、残部がCuと不可避的不純物からなり、表面から１μ
ｍまでの深さの表層に存在するSi酸化物の大きさが 0.1
μｍ以下であることを特徴とする表面特性に優れた電子
機器用銅合金。
【請求項３】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
主成分とし、更に 0.005〜0.3wt%のAl、0.005〜0.2wt%の
Ti、 0.005〜0.5wt%のMgの中から選ばれる１種又は２種
以上を合計で 0.005〜0.5wt%含み、残部がCuと不可避的
不純物からなり、表面から１μｍまでの深さの表層に存
在するSi酸化物の大きさが 0.1μｍ以下であることを特
徴とする表面特性に優れた電子機器用銅合金。
【請求項４】 0.4〜4.0wt%のNi、 0.1〜1.0wt%のSiを
主成分とし、更に 0.005〜0.3wt%のAl、0.005〜0.2wt%の
Ti、 0.005〜0.5wt%のMgの中から選ばれる１種又は２種
以上を合計で 0.005〜0.5wt%含み、副成分として 0.001
〜0.1wt%のP、0.05〜1.0wt%のZn、0.01〜0.5wt%のMn、
0.005〜0.1wt%のAgのうち何れか１種又は２種以上を合
計で 0.005〜2.0wt%を含み、残部がCuと不可避的不純物
からなり、表面から１μｍまでの深さの表層に存在する
Si酸化物の大きさが 0.1μｍ以下であることを特徴とす
る表面特性に優れた電子機器用銅合金。