JPH11293408A

JPH11293408A - 電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板

Info

Publication number: JPH11293408A
Application number: JP10281298A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirabayashi; 武平林
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス打抜き加工性に優れた電子部品用Ｆｅ
−Ｎｉ系合金薄板を得る。【解決手段】重量％にて、Ｎｉ：３０〜５５％（また
はＮｉ：２７〜５２％、Ｃｏ：２２％以下、３０％≦Ｎ
ｉ＋Ｃｏ≦５５％）、Ｃ：０．０２％以下、Ｍｎ：１．
５％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．０３〜０．
５％、残部は不純物を除き実質的にＦｅである組成を有
し、最長径０．５μｍ以上のＺｒ化合物を、圧延方向お
よび厚さ方向に平行な断面１平方ミリメートル当たり１
００００個〜５０００００個含有することを特徴とする
電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス打抜き加工
性に優れ、リードフレーム等の電子部品材料として使用
するのに適したＦｅ−Ｎｉ系合金薄板に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】低熱膨張特性を持ち、加工性、耐食性に
優れる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。例えば集積回路用素子のリードフレー
ムにはＦｅ−４２Ｎｉ（４２合金）、Ｆｅ−２９Ｎｉ−
１７Ｃｏ（コバール）が、また特に低熱膨張特性を利用
する部材にはＦｅ−３６Ｎｉ（インバー）、Ｆｅ−３１
Ｎｉ−５Ｃｏ（スーパーインバー）等のＦｅ−Ｎｉ系合
金が使用されている。

【０００３】上述したようなＦｅ−Ｎｉ系合金を電子部
品用途に適用する場合において、電子部品用Ｆｅ―Ｎｉ
系合金には、例えばプレス打抜き加工やフォトエッチン
グ加工によって微細な加工が施され、例えばリードフレ
ームにおいては、半導体装置の高集積化に伴う加工形状
の微細化、高精度化がいっそう強く求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｆｅ―Ｎｉ系合金にこ
のような微細なプレス打抜き加工を施す際に、材料の破
断性が劣ることに起因するバリやだれが発生する。従っ
て、薄板化した場合にはプレス打抜きにおける加工精度
を維持することが困難であった。このため電子部品用Ｆ
ｅ−Ｎｉ系合金薄板に対して、従来の材料よりもプレス
打抜き加工精度に優れた材料が強く求められている。

【０００５】このような要求に対し、Ｆｅ−Ｎｉ系合金
薄板のプレス打抜き加工性の改良について多くの提案が
なされている。

【０００６】Ｆｅ−Ｎｉ系合金のプレス打抜き性の改善
については、酸化物、炭化物、窒化物、硫化物等の非金
属介在物を分散分布させる提案（特公昭６４−１１０９
８）、Ｓを含有させて硫化物を分散させる提案（特開昭
６０−２５５９５４号）、Ｎｂを添加して炭化物、窒化
物系の析出物を主として含有させる提案（特開平９−２
６３８９１号）等がある。しかし、硫化物や酸化物は表
面欠陥やめっき不良の原因となるため、電子部品材料と
して使用するのに必ずしも好ましくない。また炭化物や
窒化物は非常に硬いため、プレス打抜き加工時に金型の
摩耗、破損が多くなる。

【０００７】本発明は以上の点に鑑み、めっき性、低熱
膨張特性、その他要求される特性を害することなく、良
好なプレス打抜き性を備えた電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合
金薄板を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず本発明者は、素材の
プレス打抜き加工性に及ぼす各種要因について調査を行
った。その結果、素地に含有した介在物や析出物は、そ
こが剪断加工時のクラック発生や伝播の起点となること
がわかった。従って、このような介在物や析出物を多く
含む材料は、剪断加工時にクラックが多く発生するの
で、素材の塑性変形が大きくなる前に破断が起こり、バ
リやだれを抑制することができ、良好なプレス打抜き性
が得られることがわかった。

【０００９】しかし、前記のようにＡｌ₂Ｏ₃やＭｎＳ等
の非金属介在物は、あまり多量に含有させると表面欠陥
やめっき不良の原因となり、電子部品材料としては好ま
しくない。

【００１０】本発明者は、様々な介在物、析出物、晶出
物について、その形態を調査した。その結果、Ｆｅ−Ｎ
ｉ合金にＺｒを添加した材料で析出あるいは晶出させる
ことができるＺｒ化合物が、材料の破断性を高めるのに
形状、大きさとも最適な形態をとることがわかった。ま
た、Ｚｒ化合物はめっき性、低熱膨張特性等、電子部品
材料として必要な他の特性を殆ど害することが無いこと
を確認した。すなわち、Ｚｒ化合物を含有させること
で、他の特性を損なうこと無くプレス打抜き加工性が大
きく改善されるという効果を見出し、本発明に至った。

【００１１】具体的には本発明は、重量％にて、Ｎｉ：
３０〜５５％（またはＮｉ：２７〜５２％、Ｃｏ２２％
以下で、３０％≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦５５％）、Ｃ：０．０２
％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｚ
ｒ：０．０３〜０．５％、残部は不純物を除き実質的に
Ｆｅである組成を有し、最長径０．５μｍ以上のＺｒ化
合物を、圧延方向および厚さ方向に平行な断面１平方ミ
リメートル当たり１００００個〜５０００００個含有す
ることを特徴とする電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板で
ある。

【００１２】本発明中のＺｒ化合物とは、化合物粒子の
Ｘ線分析等によって定量される組成において、Ｚｒが重
量％で２０％以上であるものを指す。具体的にはＺｒと
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ等との化合物を主とするものであり、
多く含むと金型摩耗や表面欠陥の原因となる炭化物、窒
化物、炭窒化物、酸化物、硫化物は本発明のＺｒ化合物
には含めない。但し炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化
物、硫化物は、金型摩耗や表面欠陥への影響が少ない範
囲、すなわち最長径０．５μｍ以上の全化合物粒子数の
約２％まで、また粒径約５μｍまでであれば、含有する
ことは構わない。本発明のＺｒ化合物は鋼塊溶製時の冷
却条件を制御して生成させた晶出物、熱間加工後や冷間
加工工程の前または途中での析出熱処理によって生成さ
せた析出物のいずれをも指す。Ｚｒ化合物の個数や大き
さの調整は、これらの製造条件を制御することによって
達成される。例えば、溶融状態からの冷却において、凝
固開始から凝固完了を経て１１００℃まで温度が低下す
るまでの平均冷却速度を４℃／以上となるように冷却条
件を制御することで、晶出物の均一分散が起こり、本発
明で規定した数量のＺｒ化合物を含む材料が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の最大の特徴は、組織中に
Ｚｒ化合物を含有していることである。本発明材料に含
有されるＺｒ化合物は、その形態や析出による材料の硬
化量からビッカース硬さ６００ＨＶ以下と推察され、２
０００ＨＶ以上もある炭化物や窒化物のように硬くはな
いので、プレス金型の摩耗が少ない。さらに、酸化物や
硫化物と異なり、めっき性の劣化も起こり難い。また低
熱膨張特性、曲げ加工性も殆ど劣化させない。そして、
粒子の粒径や分布が均一であるので、プレス打抜き加工
を施した場合に、この粒子が破断の起点となり、バリの
小さい極めて滑らかな破断面となる。

【００１４】以下に本発明の数値限定理由を述べる。Ｚ
ｒ化合物は、最長径が０．５μｍ未満ではプレス打抜き
加工性の向上の効果が小さい。本発明でＺｒ化合物の大
きさを最長径で示したのは、Ｚｒ化合物は通常線状ある
いは板状の形態をしており、断面で観察したとき、大き
さを容易に表わすことができるからである。本発明にお
ける最長径とは、圧延方向および板厚方向に平行な断面
において観察される析出物または晶出物の、外接円の直
径の長さを表わす。最長径０．５μｍ未満のような小さ
な粒子は、剪断時の断面に現れ難いのでプレス打抜き加
工時の応力集中源となり難く、したがって破断の起点と
なり難い。このため、Ｚｒ化合物は、最長径が０．５μ
ｍ以上であるものが有効である。

【００１５】また、最長径が０．５μｍ以上であるＺｒ
化合物の含有量は、単位断面積あたりの個数を適当な範
囲内にする必要がある。化合物の粒子が１００００個よ
り少ないと、プレス打抜き加工時の破断の起点が少ない
ため、バリの抑制が不十分となり、良好な微細加工性が
得られない。また５０００００個を越えると、めっき性
の劣化が起こる。具体的にはＺｒ化合物は、薄板の圧延
方向および板厚方向に平行な断面上で、１平方ミリメー
トル当たり１００００個〜５０００００個含有させる必
要がある。観察する断面を薄板の圧延方向および板厚方
向に平行な断面としたのは、この方向の断面に現われる
Ｚｒ化合物数が最も少なく、すなわちこの方向で前記の
個数の規定を満足していれば全ての方向の断面で良好な
微細加工性を保証できるためである。

【００１６】Ｚｒは、Ｆｅ−Ｎｉ系合金に前述した効果
を持つＺｒ化合物を含有させるために必須であり、本発
明において最も重要な元素である。Ｚｒの含有量は、
０．０３％以下ではＺｒ化合物の含有量が不十分となる
ためプレス打抜き性の向上効果は小さい。また０．５％
を超えると表面酸化が起こり易くなるため、めっき性が
劣化し、電子部品材料として不適となる。このため、Ｚ
ｒの含有量は０．０３〜０．５％に規定する。より望ま
しい範囲は０．１〜０．３５％である。

【００１７】Ｃは、０．０２％を超えると、粒径５μｍ
を越えるような大きなＺｒ炭化物が多く発生し本発明に
おけるＺｒ化合物の生成を阻害するとともに、プレス打
抜き時の金型摩耗量が大きくなる。このためＣは０．０
２％以下に規定する。０．０１％以下であればより望ま
しい。このＣ量の制御によって炭化物の発生は殆ど無く
すことができ、一部発生しても粒径は５μｍ未満と小さ
く、粒径０．５μｍ以上の炭化物の個数は１平方ミリメ
ートル当たり５００個以下と少ないため、金型寿命の劣
化は殆ど無い。

【００１８】Ｓｉは脱酸剤として使用するが、Ｚｒを添
加した場合には、０．３％を超えると、表面に濃化して
酸化層を生成し、めっき性を劣化させるので、０．３％
以下に規定する。Ｓｉは０．１％以下であればより望ま
しい。

【００１９】すなわち、Ｚｒ化合物を含有させ、Ｃ、Ｓ
ｉ等の量を制御することによって、表面性状、めっき
性、低熱膨張特性、プレス金型寿命のいずれをも殆ど劣
化させることなく、プレス打抜き加工性の向上を達成で
きる。

【００２０】Ｍｎは脱酸剤として使用するが、１．５％
を超えると熱膨張係数を増大させ、まためっき性を劣化
させるので、１．５％以下に規定する。Ｍｎは０．５％
以下であればより望ましい。

【００２１】Ｎｉの含有量は、その材料を用いて製造さ
れる電子部品の熱膨張係数を調整するものであり、その
３６％付近で熱膨張係数を極小化する。しかし３０％未
満または５５％を超えると熱膨張係数が大きくなり過
ぎ、電子部品材料として不適となる。このため、Ｎｉの
含有量は３０〜５５％に規定する。

【００２２】Ｃｏは本発明では必須ではないが、その約
１７％または約５％をＮｉと置換することによって熱膨
張係数を極小化するので、特に低熱膨張が要求される場
合には有効である。しかし２２％を超えると熱膨張係数
が大きくなり過ぎ、電子部品材料として不適となる。こ
のため、Ｃｏを含有する場合、その含有量は２２％以下
に規定する。Ｃｏを含有する場合は、熱膨張係数の点か
ら、Ｎｉはその一部をＣｏに置換できるので、Ｎｉ含有
量は２７〜５２％に規定する。また熱膨張係数はＣｏと
Ｎｉの含有量の合計によって決定されるので、ＣｏとＮ
ｉの含有量は、３０％≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦５５％に規定す
る。

【００２３】その他、Ｓ、Ｏ、Ｎはそれぞれ硫化物、酸
化物、窒化物をつくってめっき性またはプレス金型寿命
を劣化させるので、それぞれ０．００５％以下に抑える
ことが望ましい。

【００２４】上述した方法により、他の特性を損なわず
にプレス打抜き加工性の極めて優れたＦｅ−Ｎｉ系合金
薄板を得ることができる。

【００２５】

【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、鍛造と熱間圧延で厚さ４ｍｍとし、表面のスケー
ル除去により厚さ３．５ｍｍとした。さらに、冷間圧延
と軟化焼鈍を繰り返し、一部の試料には固溶化処理と時
効処理を施し、最終的に厚さ０．２ｍｍの板材とした。

【００２６】

【表１】

【００２７】これらのＦｅ−Ｎｉ系合金薄板に含有され
るＺｒ化合物の粒径および密度を以下の方法で測定し
た。すなわち、倍率５０００倍の電子顕微鏡にて３０視
野を観察し、確認された最長径０．５μｍ以上のＺｒ化
合物の個数を１平方ミリメートル当たりに換算した個数
によって、本発明材料および比較材料を区別した。

【００２８】表２には、所定の大きさのＺｒ化合物の個
数の他、本発明の効果を評価する項目として、粒径５μ
ｍ以上の炭化物の有無、表面欠陥の有無、めっき性、プ
レス打抜き加工時のバリ高さを示した。

【００２９】

【表２】

【００３０】５μｍ以上の炭化物の有無は、Ｚｒ化合物
数と同様に倍率５０００倍の電子顕微鏡で３０視野を観
察し、１個以上存在するものを有で示した。表面欠陥の
有無は板材の表裏５平方センチメートルを光学顕微鏡で
観察し、欠陥が確認されなかったものを無で示した。め
っき性は脱脂、酸処理後、厚さ０．５μｍのＣｕストラ
イクめっきを施し、その上に厚さ３μｍのＡｇめっきを
施した後、４５０℃で５分間大気中で加熱し、めっき膨
れの無いものを○、膨れの生じたものを×で評価した。
プレス打抜き加工時のバリは、金型のクリアランスを１
０μｍに設定して直径１ｍｍの円形孔を打抜いた部分の
バリの高さを測定した。

【００３１】表１において、記号（Ａ〜Ｇ）が本発明対
象合金、（Ｈ〜Ｎ）が比較合金である。表中において、
（Ａ〜Ｃ）はそれぞれインバー、コバールおよび４２合
金に、Ｚｒ化合物を含有させたものである。（Ｃ〜Ｇ）
および（Ｋ）、（Ｌ）は、４２合金へのＺｒの含有量を
変えたものである。また、（Ｈ、Ｉ、Ｊ）は一般に用い
られるインバー、コバール、４２合金であり、Ｚｒ化合
物を含有していない。比較材料（Ｈ、Ｉ、Ｊ）はＺｒを
含有しないか、あるいは含有量が少ないため、粒径０．
５μｍ以上のＺｒ化合物を含有していない。

【００３２】表中において、粒径０．５μｍ以上のＺｒ
化合物を含有した本発明材料（Ａ〜Ｇ）はいずれも、含
有しない比較材料（Ｈ、Ｉ、Ｊ）に比べてプレス打抜き
加工時のバリが極めて小さい。例えば通常のインバー
（Ｈ）に比較して、所定量のＺｒ化合物を含有した
（Ａ）のバリの高さは半分以下である。（Ｂ’、Ｄ’、
Ｆ’）はそれぞれ（Ｂ、Ｄ、Ｆ）に固溶化処理および析
出処理を施したものであるが、いずれも所定の大きさの
Ｚｒ化合物が極めて多くなり、バリがさらに改善されて
いる。（Ｋ）はＺｒの含有量が本発明の規定より少な
く、所定量のＺｒ化合物を含有していない。このため、
バリの改善が不十分である。逆に（Ｌ）はＺｒの含有量
が本発明の規定より多いため、めっき性が劣化してい
る。（Ｍ）はＳｉの含有量が本発明の規定より高いた
め、めっき性が劣化している。（Ｎ）はＣが本発明の規
定より高いため、直径５μｍ以上の炭化物が発生してお
り、プレス金型寿命の劣化が必至である。

【００３３】本発明材料はいずれも従来材料と同等の良
好な表面性状、めっき性、低熱膨張特性を示すことか
ら、Ｚｒ化合物を含有させ、Ｃ、Ｓｉを制御することに
よって、これらの基本特性を損なうことなくプレス打抜
き性の向上を達成することが判る。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電子部品
用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板であれば、表面性状、めっき
性、低熱膨張特性、金型寿命のいずれをも維持した上
で、優れたプレス打抜き加工性を提供することができ
る。したがって本発明の電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄
板は、リードフレーム等の電子部品材料の加工形状の微
細化、高精度化に対応が可能であり、工業上の効果は極
めて大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｎｉ：３０〜５５％、Ｃ：
０．０２％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｓｉ：０．３％
以下、Ｚｒ：０．０３〜０．５％、残部は不純物を除き
実質的にＦｅである組成を有し、最長径０．５μｍ以上
のＺｒ化合物を、圧延方向および厚さ方向に平行な断面
１平方ミリメートル当たり１００００個〜５０００００
個含有することを特徴とする電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合
金薄板。
【請求項２】重量％にて、Ｎｉ：２７〜５２％、Ｃ
ｏ：２２％以下、Ｃ：０．０２％以下、Ｍｎ：１．５
％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．０３〜０．５
％、残部は不純物を除き実質的にＦｅである組成を有
し、ＣｏとＮｉの含有量は３０％≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦５５％
の関係を満足し、最長径０．５μｍ以上のＺｒ化合物
を、圧延方向および厚さ方向に垂直な断面１平方ミリメ
ートル当たり１００００個〜５０００００個含有するこ
とを特徴とする電子部品用Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板。