JPS6039139A - 耐軟化高伝導性銅合金 - Google Patents

耐軟化高伝導性銅合金

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JPS6039139A
JPS6039139A JP58146635A JP14663583A JPS6039139A JP S6039139 A JPS6039139 A JP S6039139A JP 58146635 A JP58146635 A JP 58146635A JP 14663583 A JP14663583 A JP 14663583A JP S6039139 A JPS6039139 A JP S6039139A
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周一 山崎
Hiroshi Yamaguchi
洋 山口
Yosuke Taniguchi
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper

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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐軟化性、電気および熱伝導性、ハンダ付性、
メッキ性9機械的強度などの総合特性が要求される、半
導体のリードフレーム材、コネクター・スイッチなどの
電気部品、熱交換器のフィン材などに好適な銅合金に関
するものである。
一般に、半導体機器用リードフレーム材としては、従来
セラミックパッケージとの封止性の良好な42合金(F
s−42%N+合金)が使用式nてきた。しかし近年樹
脂パッケージの広範な普及と低コスト化に伴ない銅合金
リードフレーム材の採用が急増しており、生にCDAl
94合金やりん青銅が使用さ扛ている。近年ICの大集
積化の進展から高強度、高耐軟化性銅合金が望まnるよ
うになってきた。しかし前記のCDAl94合金は導電
性(熱伝導性は電気伝導性でおよそ評価し得る)。
強度は良好であるものの軟化温度がやや低く、シん青銅
は強度、くり返し曲げ性に優nるものの導電性が低いな
ど一長一短がある。一般に、リードフレーム材に要求さ
れる特性には次のものがある。
■ 半導体の集積化に伴ガい、リードフレームは電気と
熱の伝導性に優【ること。
■ ダイがンディング時の高温加熱に耐え、軟化しにく
いこと。
■ リード部がくシ返し曲けに耐え、また薄肉化を図っ
た場合のリード部に加わる応力によりねじれや曲が9が
起らない様、強度的に優扛ること。
■ ハンダ付性が良好なこと。
■ 高温での耐酸化性が良好なこと。
C)水素ぜい化をおこさないこと。
一方コネクター・スイッチ々どの′由;気部品用鋼合金
にしても、これまでの伝導性、耐応力腐食割n性および
耐食性に優nているという特性だけでは不十分で、部品
の薄肉化によるコスト低減のためには、更に十分な強度
とろう接待の耐軟化性に俊nていることが望まれている
また同様に熱交換器のフィン材についても、従来Sn入
シ銅(Cu −0,2%Sn )が主に使用されてきた
が材料の薄肉化が進むと従来の合金の特性では不満足で
あり、伝導性を確保しつつよい機械的強度および耐軟化
性に優扛た銅合金が望まれている。
本発明は、以上の点を考慮し、強度、導電性。
耐軟化性にすぐれるCu −Fe −Ti 3元合金の
特長h−gらに添加物な加えることによって工業的によ
シ得やすくシ、また向上さnだものとすることを意図し
てなされたものである。
即ち、本発明の耐軟化高伝導性銅合金は、Ti08(1
5〜1. Owt%; Fe O,07〜2.6 wt
%; o、oo5〜0.5 wt%のMg z それぞ
扛が0.01〜0.5 wt%のSb 、 V 、ミツ
シュメタル、 Zr 、 In 、 Zn 。
SnおよびNi、01005〜0.2wt%のAt、な
らびに0.005〜0.07 wt%のPから選ばれる
1種捷たは2種以上;および残部Cu; からなること
を特徴とするものである。
つぎに合金の成分の添加理由と成分範囲の限定理由な説
明する。
TIとFeは相乗効果によυ本発明の目的である特性(
耐軟化性、導電性2強度)を向上させる。
つまシTiは本発明合金において強度と良好な耐軟化性
を与えるが、こ扛にFe ’fl共存させることにより
導電性が格段に向上し、強度と耐軟化性も大1〕に向上
する。これ1dTIとFeの化合物が生成し、熱処理に
よってマトリックス中に微細に析出するためと思わnる
。Tiが0.05%(重量%、以下同じ)未満ではFe
と共存させても強度と耐軟化性の向−ヒ効来が少々く、
1係を超えて添加すると耐軟化性、導電性が低下すると
ともにハンダ付性が悪くなる。また溶解鋳造工程では湯
流n性が悪くなると共に、酸化皮膜の生成がひどくなシ
大気中での溶解は困難となる。一方、Tiとの共存で特
性向上効果を発揮するFeは0.07係未満では特性の
向上が少々(,2,6%を超えると効果が飽和してしま
う。なお本発明合金の優れた特性は基本的にはFeとT
iの化合物の析出によシ得らrることから、FeとTi
の比は適正な比率があり、Fe/Ti (重量比)で1
.4〜2.6、更にはl、7〜2.3が好ましい。この
重量比に関してけCu −Fe −Ti 3元系につき
本発明者らは研究し図1に示した結果に代表式れるFe
 / T iと導電率および強度との関係に関する知見
を得ている。Fe/Tiが1.4未満では、過剰Tiの
マ) IJソックスの固溶量が増して導電率の低下が犬
きくなp、2.6を超えると過剰Feのマ) IJソッ
クスの固溶量が増して導電率も低下するが、特に引張強
さの低下が大きくなる。こルらの傾向は本発明における
さらに添加元素を加えた合金についても同様であった。
次に本発明合金の特徴であるFe 、 Ti以外の添加
元素の役割を述べる。Cu −Fe −Ti 3元合金
(5) が高温(850℃)で溶体化処理をして水焼入れした場
合にくらべ溶体化処理温度が低い場合(750℃以下)
に強度、導電率、軟化温度の3特性が著しく低下する(
図2参照)が、Mg、Sb。
■、ミツシュメタル、 Zr 、 In 、 Zn 、
 Sn 、 Niを添加した場合はこれらの特性のうち
の一つあるいは複数の低下を抑制する効果がおることを
見出した。このことは工業的には溶体化焼入れ処理を必
らずしも必要とせず、熱間圧延後の水冷または冷間圧延
の中間工程で行なう連続焼鈍加熱後の急冷により溶体化
焼入れ処理が実質的に行なえることを意味する。
すなわち、Mgの添加は強度と耐軟化性の改善に効果が
あり、導電性は添加なしの場合にくらべ添加量が少ない
場合には若干良くなり多くなると幾分低下の傾向がある
。強度と導電率に対するMgの添加の効果は、後述の実
施例3に述べる図3のグラフから明らかな如く、500
℃焼鈍後の引張強さ曲線であるのでこの種の合金は軟化
温度が500℃以上と高いことがわかる。
(6) Mgの添加効果はMgが0.0(15%未満ではその効
果が著しくなく、0.5%を超えると引張強さおよび耐
軟化性の改善効果がほとんどなくなり導電性の低下も大
きくなると共に加工性が低下する。
Mgの添加量は更には0.03〜0.05であることが
好ましい。添加量に対する効果がMgと同様な元素には
Zr 、 Sn 、 Znがあげられる。
Niの添加はMgの添加にくらべ引張強さおよび耐熱性
の面での向上効果は少ないが、導電率の改善効果が大き
い。引張強さおよび導電性に対するN1の効果は後述の
実施例4に述べる図4のグラフから明らかな如(Niが
0,01%未満ではその効果が少なく0.5%を越える
と引張強芒の向上効果が飽和する一方で導電性の低下が
著しい。Niの添加量は更には0.03〜0.10%で
あることが好ましい。Niと同様な添71D量に対する
効果をもたらすものにInがあげられる。
Sb、ミツシュメタル、■の添加は耐軟化性の面で添加
しないものにくらべ劣るが、析出物の析出状態が変るた
めか導電性の面で優秀な性能が出る。sb 、 ミ、、
、シュメタル、■の添加値は0.01%未満では導電性
向上の効果がなく、0.5%を越えると導電性がむしろ
低下すると共に加工性の低下も著るしい。
Atは本発明合金において溶解、鋳造工程でのTiの消
耗をおさえ添加歩留を向上させる効果を有し、0.(1
05%未満ではその効果が得られず0.2チを越えると
耐軟化性、導電性に悪影響を生じる。
Pは予備脱酸剤として添加してもよく、またT1の添加
歩留向上にも効果がある。さらにPをたとえばMgと共
添するとFe −Ti化合物以外にMg−P化合物も析
出するため特性の向上が可能でおる。
Pを予備脱酸剤あるいは歩留向上剤として用いる場合は
合金中の残量は僅少(0,005%)でよいが、析出物
構成元素として用いる場合は0.01〜0.07%の添
加量が適当である。すなわちPが0.01%未満では析
出物形成に十分でなく引張強さ、耐軟化性の向上効果が
得らnない。一方0.07%をこえると固溶するP量が
増加し導電率の低下が著しくなる。
また、Mg + N”(eはじめとする第3成分は、そ
れぞれの加量に応じて2種以上を併用することにより、
そ扛ぞれの果たす役割を相加し、あるいは相乗して効果
を発揮する。
つぎに本発明の実施例について説明する。
実施しIJ ] 高周波溶解炉を用いて′電気鋼をアルミナルツボ中で湯
面な木炭粉で被覆しながら浴解し電解鉄。
Cu −25%T1合金、Cu−5(]%Mg合金I 
I” 1hH、ミツシュメタル、 V 、 Sb 、 
Zr 、 Sn 、 Zn。
At、Pなどを添加して金型に鋳込み、寸法25’ X
85WX 1501の鋳塊を溶製した。これらの合金な
らびに比較合金の組成を表1に示す。比較合金No、I
Bは本発明合金に対しTiを含まないことを特徴として
いるが、CDA I94合金として知られている組成と
合致させリードフレーム、電気部品の従来合金との対比
も合せて実施できるよう考應、したものである。両面を
2聾づつ固剤した後750℃で熱間圧延を行ない31訓
の厚さとし、更に750℃で2時間の溶体化処理を施し
た後冷間(9) 圧延にて厚さ0.8咽の板とした。この板から引張試験
片、導電率測定片l採取し、種々の温度で1時間の焼鈍
を行なった。表1の特性は500℃1時間焼鈍後の引張
強さ、伸びの比較および導電率を示す。
(10) 表1かられかるように本発明合金は比較合金にくらべ耐
軟化性(焼鈍後の引張強度の低下が小さい)、引張り強
芒、導電性の特性項目の1つまたは複数において優れて
いる。なお合金の溶解鋳造はT1含有量の多い2.15
Fi鋳造の際酸化物のまきこみを生じやすく鋳造がやや
困難な傾向があった。特にT1含有量の多い17はとく
にこの傾向が著しく大気溶解のままでは正常な鋳塊な得
ることは不可能に近かった。5はAtす含む合金である
がAtす添加することによって本実施例における他の合
金のTi歩留シが70〜80チであったのに対し、約8
5チと顕著な歩留シの向上効果があった。また実施例1
0,11.12のミツシュメタル、 sb 、 v 添
加の場合の焼鈍後の引張り強さが低く出ているが、50
0℃焼鈍ではなく450℃1時間焼鈍をした場合の引張
シ強さはそれぞれ39、5 kgf/m 、 41.4
 kgf/+tm 、 44.9kgf/+amであり
、450℃以上の耐軟化温度なもっている。
リードフレーム材等の電子、電気部品に銅合金を用いる
場合はその素材の折り曲げ特性も重要で(12) ある。本発明の代表的組成を持った合金1,4゜11と
比較合金18とについて90°W曲げテストケ行なった
。すなわち厚さ0.8 +mnの圧延板ヲ500℃1時
間焼鈍後0.4 mに圧延して450℃1時間の焼鈍を
行ない、ついで厚さ0.3 tanの25%冷間加工板
をつくった。この板から巾10■長さ60■の試験片を
切り出し、曲げ半径0 、0.2 、0.4−で90°
W曲げ加工し、その曲げ部を拡大鏡にて観察した。この
結果を次の表2に示す。
表2 0 小さなしわひた ◎良好 本発明合金、比較合金ともR=0でわずかなあらびを生
じるもののR= 0.2以上では良好でおυ(13) 双方とも実用上問題はない。
さらにハンダ付性、耐酸化性、耐水素脆性についても本
発明合金の代表的組成をもった1、4゜11と比較合金
20について前記0.8閾の圧延板を500℃で1時間
焼鈍し、更に20チ冷間加工を施したものについて評価
した3、耐応力腐食割れ性、耐食性(塩水噴霧試験)に
ついては0.8叫の圧延板を500℃で1時間焼鈍した
後50チの冷間加工を加えたものについて評価した。
ハンダ付性は巾30關長さ40箇の試験片を、230℃
のハンダ浴(Sn 6O−Pb 40)に5秒間浸漬し
ハンダ付着状況な観察した。本発明合金は比較合金同様
問題はなかった。また同じ試料についてAgメッキも実
施してみたが比較合金同様問題はなかった。
耐酸化性は巾30 tran 、長さ50簡の試験片を
切り出し、大気中で350℃×2時間、500℃×5分
間の加熱を行ない加熱後の試験片乏希硫緻で洗って酸化
皮膜を落とし加熱前後の単位面積当シの重量減少なめた
。結果な表3に示す。
衣 3 本発明合金では加熱にょシ表面に酸化Tiの強固な皮膜
が形成されるため比較合金にくらべ酸化は浅く優れてい
る。
水素脆化試験はJISに基づいて水素気流中で850°
×30分間の加熱な行ない組織のミクロ観察と180°
密着曲げを行なった。本発明合金1゜4.11は比較合
金18とも異常はなかった。
耐応力腐食割れ性はTh omp s o nの方法に
準じて行なった。本発明合金の代表的合金であるNo、
I。
4.11と比較合金18とは500時間経過後も応力腐
食によるぜい化は起していない。
本発明合金1,2.4と比較合金14.18とについて
JIS −Z −2371に基づいて7日間の塩水噴霧
試験を実施した。単位面積当υの腐食減量を表4に記す
表 4 表4に示さ扛るように本発明合金は耐食性にすぐれてい
る。
実施例 2 Cu −0,40Ti −0,93Fe −0,079
Mg −0,018P合金(本発明合金)とCu −0
,36Ti −0,66Fe合金(比較合金)とを実施
例1と同様に鋳造後面側し900℃で3111I++厚
に熱間圧延した。次いで700℃、850℃、1ooo
℃で1時間溶体化処理後水焼入nした後0.8mに冷間
圧延し500℃×1時(16) 間の焼鈍を行なった。焼鈍後の試料について引張試験と
導電率測定試験とを実施した。図2に溶体化処理温度を
横軸に縦軸に引張り強さと導電率をプロットした。図中
、曲線1,2はそれぞれ本発明合金の導電率および引張
強さ、曲線3,4はそれぞル比較合金の導電率および引
張強さである。
図2に見るように本発明合金は溶体化処理温度がさがっ
ても特性の低下の度合が比較合金より少ない。
実施例3 Cu −0,35Ti −0,67Fe −Mg合金の
Mg含有量を変えた合金を溶製し実施例2と同様にして
500℃×1時間焼戻した後引張9強さと導電率をめた
。結果を図3に示す。
実施例4 Cu −0,35Ti −0,67Fe −Ni合金の
Ni含有量を変えた合金を溶製し、実施例2と同様にし
て500℃×1時間焼戻し後引張9強さと導電率をめた
。結果を図4に示す。
(17) 実施例5 本発明合金としてCu −0,35Ti −0,70F
e −o、05Mg(曲線3)、合金及びCu −0,
30Ti −0,68Fe −0,04N1合金(曲線
4)、比較合金としてCu −0,31Ti −0,7
0Fe合金(曲線5)及びCu −2,4Fe −0,
17Zn −0,03P合金(曲線6)及びCu −0
,13Fe −0,03P合金(曲線7)について1.
5謹厚、500℃2時間焼鈍材の加工硬化特性なしらべ
、図5に引張強さ、図6に伸びを示す。
図52図6にみるように本発明合金は加工硬化の度合が
やや強い傾向があるが最高50kgf/+mn の引張
9強さを持ち、強度的に高い合金である。
実施例6 実施例5と同組成のインボラトラ熱間圧延で5唾にし7
50°×2時間の溶体化処理、冷間圧延で1. Ott
rmにしついで500°×2時間焼鈍後0.5咽厚に冷
間圧延した。この試料ケ各温度で1時間焼鈍し焼鈍軟化
曲線(図7および図8)および耐力曲線(図9)を得た
。なお、図5.6と同一試料は同一符号とした。これら
の図から、本発明合金の耐軟化性が優れていることがわ
かる。半軟化温度で表現するとCDA I94合金(C
u−Fe−Zn−P)−lti 260℃、 Cu −
Ti −peが450℃、C’u−Ti−Fe −Ni
が460℃、 Cu −Ti −Fe −Mgが480
℃となる。
実施例7 本発明合金としてCu −0,36Ti −0,69F
e −0,06Mg(曲線8 ) 、 0.32Ti 
−0,69Fe −0,04Ni(曲線9)および比較
合金としてCu −0,34T+−0,71Fe(曲線
10 ) 、 Cu −2,35Fe −0,]8Zn
 −0,04P(曲IJII)について実施例6と同様
にして得られた20%冷間加工材につき各5分の保持時
間後の焼戻し軟化曲線をとった。図10にその結果を示
す。軟化温度を初期硬度×0.8倍の硬度値となった温
度と定義すると、Cu −Ti −Fe −Mgで56
0℃+ CU Tl −Fe −Nlで520℃。
Cu −Ti −Feで518℃、 CDA 194で
490℃の軟化温度が得られた。実施例6と同様本発明
合金の軟化特性がすぐれていることがわがつる。
以上のように本発明合金は耐軟化性に優れかつ良好な強
度と導電性を有するのみでなく、曲げ強度、ハンダ付性
、メッキ性、耐酸化性、耐水素脆性、耐応力腐食割れ性
、耐食性においても実用上問題なく、工業的生産も問題
々〈実施用能であり、半導体のリードフレーム材やコネ
クター°スイッチバネ、ターミナル、クリップなどの電
気部品。
熱交換器のフィン材等に好適であシ極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
図1は、Cu−Fe−Ti系(Ti O,35wt%)
合金のFe/Tiと導電率および引張強さとの関係を示
した曲線図である。 図2は実施例で作製した本発明合金の溶体化温度に対す
る導電率および引張強さの関係を示した曲線図である。 図3および図4は、Cu−Fe−Ti系合金にMgおよ
びNiを添加した場合の効果を示した図である。 図5〜図10は、実施例で作製した本発明合金および比
較合金の耐加工硬化特性、耐軟化性を示した図である。 (20) 穂附−■+を 岬ヤ智礫V メ 237− 委 6;ζ■さミー手3乏Yノ ; と 朴−蚤 2 令tメ ゝマ N− 第 7 図 橡埼う蘇(’Cx l”) s8図 イ呆ネ4テ温度(’Cx 1Hr) 第 9 図 イ呆士1温崖(’Cxl”) 塩10図 イ呆Pr1a(’ヒx 5”)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 Ti O,05〜1.0 wt%: Fe O,07〜
    2.6 wt% ;0.005〜0.5 wt %のM
    g %それぞれがO,01〜0.5wt%のsb 、 
    v 、ミツシュメタル、Zr、In。 Zr4 、 SnおよびN1.0.005〜0.2 w
    t%のAt。 ならびに0.005〜0.07wt%のPがら選ばれる
    1種または2種以上;および残部cu;からなることを
    特徴とする耐軟化高伝導性銅合金。
JP58146635A 1983-08-12 1983-08-12 耐軟化高伝導性銅合金 Granted JPS6039139A (ja)

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