JPS6376774A - 耐熱高導電性銅合金クラツド材 - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は耐熱高導電性銅合金クラッド材に係り、特に製
造コストの低減が極めて有効に図られ得て、半導体装置
用リード材やスポット溶接用電極材等として好適に用い
られ得る耐熱高導電性銅合金クラッド材に関するもので
ある。

（従来技術とその問題点） 一般に、半導体装置用リード線やリードフレームには、
高い電気伝導性を備えていることに加えて、製造上およ
び取付上必要な強度を有し、且つその強度が製造過程に
おいて施されるろう付やガラス封着等の熱的処理によっ
ても劣化しないこと、部ぢ耐熱強度にも優れていること
が要求されるが、それらリード線やリードフレームの材
料として従来から用いられている、５ＯＮｉ−Ｆｅ等の
鉄系材料や或いは純銅、銅合金等の銅系材料にあっては
、耐熱強度を高めると導電率が低下する傾向にあるため
に、満足できる特性を有するものを得ることが極めて困
難であった。

また、スポット溶接用材料にあっても、同様に、高い導
電率と共に優れた耐熱強度が要求されることとなるが、
従来から用いられているＣｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｔｉ−Ｃｒ
等の時効硬化性銅合金材料にあっては、その時効温度が
低く、充分な耐熱強度を有するものではなかった。

そこで、このような問題に対処するべく、芯材がアルミ
ナ分散強化銅より成り、外皮材が純銅或いは銅合金から
なる、導電性および耐熱強度共に優れた銅合金クラッド
材を、上述の如き半導体装置用リード材やスポット溶接
用材料として用いることが提案されている。

ところで、このような銅合金クラッド材における芯材は
、Ｃｕ−ＡＮ合金粉末をアルミナ分散強化処理したもの
であり、その製造方法として、例えば特開昭５９−３１
８３８号公報や特開昭５９−１５３８５０号公報等にお
いて、合理化された手法が種々提案されているが、何れ
の手法にあっても、その製造工程において、合金粉末の
調製、酸化処理、還元処理、粉砕などの多数の工程乃至
は作業が必要とされ、加えてその製造工程の複雑さ、面
倒さなどのために、従来の１Ｍ法にて製造される材料に
比して、かかる合金材料の製造コストが著しく高くなる
問題が内在しているのであり、それ故その実用化は限定
された部門に見られるに過ぎないのが現状である。

ところが一方、近年における電気機器の小型化、高性能
化および組立ラインの自動化にともなって、半導体装置
用リード材やスポット溶接用電極材に対する、優れた導
電性および耐熱強度の要求が太き（なってきているので
あり、それ故上述の如き性能に優れた銅合金クランド材
における製造の低コスト化が切望されているのである。

そこで、本発明者らは、このような銅合金クラッド材に
おいて、芯材の使用量、即ち全断面積中における芯材の
面積比率を低減することが、製造コストの低下に繋がる
との考えの下に、鋭意研究を行なった結果、以下の如き
知見を得たのであり、それに基づいて本発明を完成する
に至ったものである。

すなわち、上述の如き銅合金クラッド材における芯材と
外皮材との断面積比率は、用途や要求される特性に応じ
て決定されるものであるが、実際、芯材の外皮材に対す
る面積比率（使用量）は、そのような特性に関する理論
上の最小値をもって設定することは困難であったのであ
る。

例えば、半導体装画用リード線やＰ　Ｇ　Ａ　（Ｐｉｎ
Ｇｒｉｄ　Ａ１）ｅｙ）のピン材などにおいては、所定
の耐熱強度が得られればよいのであり、それ故芯材中に
おけるアルミナの量を上げることによって、その分、強
度の劣る外皮材の比率を現状のもの以上に高めることが
、特性に関する理論上は充分可能であるのであり、また
スポット溶接用電極材においても、溶接に際して、被溶
接材に接して高温に晒されるのは、−１）１Ｑに、その
断面における中心部の６〜Ｂ１ｍφ程度の部分だけであ
って、この部分にのみ耐熱強度が要求され、残部には高
専電性のみが要求されるものであるところから、その特
性上要求される芯材の断面積率は、通常、２５％程度で
充分なのである。

ところが、このような銅合金クラッド材においては、芯
材たるアルミナ分散強化銅と外皮材たろ銅乃至は銅合金
との、高温下での変形抵抗が著しく異なるために、芯材
の面積比率をそのような特性に関する理論上の最小値を
もって設定した場合には、熱間押出時に芯材の破断が発
生することとなるのであり、それ故良好なりラッド材を
得るためには、芯材の断面積比率をより大きくする必要
があったのであり、その必要最小面積比率はＡｉ量が少
ない場合で４０％程度に、そしてＡｌｌの増大に伴って
６０〜７０％に迄増加することとなるのである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その特徴とするところは、重量
で０．１５％〜１％のアルミニウムを含み、残部が銅よ
りなる銅合金を内部酸化処理して得られた、銅マトリク
ス中にアルミナ粒子が微細に分散せしめられてなる分散
強化銅材料からなる芯材と、該芯材の外表面を覆う、重
量で０．０３％〜０．４０％のジルコニウムを含む銅合
金からなる外皮とから構成されてなる耐熱高導電性銅合
金クラッド材にある。

そしてまた、本発明にあっては、重量で０．１５％〜１
％のアルミニウムを含み、残部が銅よりなる銅合金を内
部酸化処理して得られた、銅マトリクス中にアルミナ粒
子が微細に分散せしめられてなる分散強化銅材料からな
る芯材と、該芯材の外表面を覆う、重量で０．０３％〜
０．１０％のジルコニウムと０．３％〜１．５％のクロ
ムとを含む銅合金からなる外皮とから構成されてなる耐
熱高導電性銅合金クラッド材をも、その特徴とするもの
である。

（具体的構成） ところで、かかる本発明に従うクラッド材における芯材
を構成する分散強化銅材料は、重量で０゜１５〜１％の
アルミニウムを含み、残部が銅よりなる銅合金を内部酸
化処理して、製造されることとなる。なお、かかる銅合
金におけるアルミニウム含有量が０．１５重量％よりも
少なくなると、内部酸化による強度、耐熱強度の向上が
殆ど期待できず、また１重量％を越えるようになると、
目的とするクラッド材への加工、特に熱間押出加工性が
低下する等の問題を惹起するようになる。

そして、このようなアルミニウム含有量の銅合金は、ガ
スアトマイズ法や粉砕法等の公知の粉末化手法に従って
所定の銅合金粉末とされ、或いはその鋳塊の圧延による
公知の金属箔製造工程に従って所定の銅合金箔とされる
こととなる。

次いで、このようにして得られた銅合金粉末または銅合
金箔は、通常の手法に従って、内部酸化処理される。例
えば、先ず、酸化性雰囲気下において、一般に空気中に
おいて、加熱処理されることにより予備酸化せしめられ
、これによって銅合金粉末若しくは筒中のアルミニウム
成分が酸化されるようにして、アルミナ（Ａｌｚｃｈ）
と為し得る酸素量に相当する酸素を、酸化物、特にＣｕ
２Ｏ、ＣｕＯの如き銅酸化物として含む粉末乃至は箔と
された後、一般に、雰囲気としては、Ａｒガスなどの不
活性なガスからなる雰囲気の下において、更に高温に加
熱せしめることにより、かかる銅合金粉末若しくは筒中
のアルミニウムに対する選択的な内部酸化処理が進行せ
しめられることとなる。勿論、この内部酸化処理ネ法と
しては、その他各種の方法が提案されており、本発明で
は、その何れをも採用することが可能であり、例えば銅
合金粉末の予備酸化処理に代えて、その一部を酸化処理
したり、また他の銅酸化物を酸化剤として配合せしめた
りする手法などが適宜に採用されるのである。

そして、このような内部酸化処理された銅合金粉末また
は箔は、銅マトリクス中にアルミナ分子が分散せしめら
れてなる、目的とする分散強化銅材料となっているので
あるが、このような材料には、必要に応じて、それに存
在する銅酸化物を還元するために、還元性雰囲気、例え
ば水素雰囲気中において５００〜９５０℃程度の温度に
加熱することからなる還元処理が施される。

また、上記の如く銅合金箔から得られた分散強化銅材料
（箔）は、それから所定の芯材に加工するために、前記
の還元処理に先立って或いはその後に、または内部酸化
処理の過程において、所定の小片乃至は細片と為す切断
加工が施されることとなる。この切断加工は、スリッタ
ー、シャカッター等の適当な切断装置を用いて行なわれ
、−７１に幅寸法が５〜５０鰭程度の細片となるように
切断せしめられて、芯材加工に供されるのである。

そして、かくして得られた粉末形態若しくは箔切断物形
態の分散強化銅材料は、そのままで、或いは通常の手法
に従って所定形状の圧縮成形体とされた後、適当な形状
を有するＣｕ−Ｚｒ合金乃至はＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金製
の容器内に封入せしめられ、そして脱気された後、その
状態下において目的とする製品形態（成形体）を得るべ
く所定の熱間加工、例えば熱間押出が実施される。そし
て、この熱間加工によって、圧縮成形体は、それを収容
する容器の材料を外皮として有する線材、棒材、板材等
の所定形状の加工材となるが、この加工材には、またそ
のような熱間加工の後に必要に応じて冷間加工、抽伸加
工等が施されて、目的とするクラッド材に仕上げられる
こととなるのである。

ところで、このような熱間加工に従って、分散強化銅材
料を、それを収容する容器ごと、所定の形状に加工する
ことにより、得られた加工材は、かかる分散強化銅材料
が芯材となる一方、この芯材の外表面を覆う、前記容器
の材料からなる外皮が形成されてなるクラッド材構造と
なるが、本発明において、この外皮を与える容器材料と
して用いられるＣｕ−Ｚｒ合金としては、ジルコニウム
を０．０３〜０．４０重量％の割合で含む銅合金が、ま
たＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金としては、ジルコニウムを０．
０３〜０．１０重量％の割合で含み且つクロムを０．３
〜１．５重量％の割合で含む銅合金が、それぞれ用いら
れることとなる。

すなわち、このような成分組成を有するＣｕ−Ｚｒ合金
は、高温下における変形抵抗が大きな銅合金であり、且
つ５００〜８００℃での熱処理（ろう付やガラス封着或
いは溶接等）によって、その導電率がＩ　ＡＣ３値で９
０％以上に回復され得るのである。なお、かかる銅合金
において、Ｚｒの含有量が０．０３重量％よりも少なく
なると、充分なる変形抵抗値が得られず、また０、４０
重量％よりも多くなると、導電率が低下するために、望
ましくない。

また、上述の如き成分組成を有するＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合
金にあっても、上記Ｃｕ−Ｃｒ合金よりもより大きな変
形抵抗値を有しており、且つ５００〜８００℃での熱処
理によって、その導電率がｌＡＣ３値で８０％以上に回
復され得るのである。

なお、かかる銅合金において、Ｚｒの含有量が０゜０３
重量％よりも少ない場合、或いはＣｒの含有量が０．３
重量％よりも少ない場合には、充分なる変形抵抗値が得
られず、またＺｒの含有量が０．１０重量％よりも多い
場合、或いはＣｒの含有量が１．５重量％よりも多い場
合には、充分な導電率を得ることができないうえ、巨大
な初晶の密度が増して金属組織が不均一となるために、
望ましくない。

そしてまた、このような成分組成とされた銅合金にあっ
ては、何れも、前記クラッド材の製造工程において、溶
体化処理および水冷処理を実施しなくても、熱間押出後
の空冷によって焼きが入り、５００℃程度の熱処理によ
って強度が回復され得ることとなるのである。なお、こ
れらの銅合金は、その熱処理温度として５００℃程度が
最も好ましく、それによって強度の回復が極めて良好に
為され得ることとなるが、かかる熱処理温度が７００℃
以上の場合であっても、純銅に比べると大きな強度を得
ることが可能である。

従って、上述の如き銅合金を外皮材として用いることに
よって、外皮材と芯材との変形抵抗値の差が有効に縮小
され得、それによって熱間押出加工時における芯材の破
断を防止しつつ、該芯材の比率（使用量）を小さくし、
目的とするクラ・ノド材の特性に関する理論上の最小値
に近づけることが可能となるのであり、以てかかるクラ
ッド材における製造コストの低下が効果的に達成され得
ることとなるのである。なお、かかる外皮材は、前述の
如く、熱処理によって優れた導電性および耐熱強度を回
復し得るものであるところから、分散強化銅材料からな
る芯材の使用比率が小さくされることによって、かかる
クラッド材における導電性および耐熱強度の大きな低下
が惹起されるようなこともないのである。

ところで、本発明に係るクラッド材にあっては、その芯
材におけるクラッド材全断面積に対する断面積率が５０
％以下となるように形成することが、特に好ましい。け
だし、このような芯材比率をもって形成されたクラッド
材にあっては、前述の如き芯材のＡｌ量および外皮材の
組成をもって充分なる強度および導電性が発揮され得て
、本発明の大きな目的たる製造コストの低下がより効果
的に達成され得ることとなるのである。そして、そのた
めに、かかるクラッド材を製造するに際して、外皮材を
構成する銅合金管としては、その中空内面積が、該中空
部を含む全断面積の５０％以下とされた肉厚を有する管
体が、好適に用いられることとなる。

（発明の効果） 従って、このような本発明に従うクラッド材にあっては
、優れた導電性および耐熱強度を維持しつつ、芯材の外
皮材に対する使用比率を低減することが可能となるので
あり、それによってＣｕ−Ａ１合金粉末の使用量が減少
され得て、アトマイズ粉末製造、酸化処理、還元処理お
よび粉砕作業等のビレット製造工数の減少が有効に図ら
れ得ることとなるところから、その製造コストの低減が
極めて効果的に達成され得ることとなるのである。

また、かかるクラッド材にあっては、その外皮材に対し
て、特別な熱処理を施さなくても、その使用時に施され
るろう付等の熱処理によって、優れた導電性と耐熱強度
が発揮されるといった利点をも有するのである。

そして、本発明に係るクラッド材にあっては、製造コス
トの有効な低減を図り得たところから、従来、製造コス
トが高いために性能上優れていることがわかっていたに
も拘らず、その実用化が見送られていたＣ　ｕ　−Ａ　
１　ｚ　Ｏｚ分散強化合金材料からなる芯材を有する銅
合金クラッド材が、各種の分野に安価に供給され得、特
に半導体装置用リード線やリードフレーム、或いはスポ
ット溶接用電極などに用いられることによって、その製
品たる装置乃至は機器の性能向上が効果的に図られ得る
こととなるのである。

（実施例） 以下に、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明の実施例を挙げることとするが、本発明がかかる実
施例の記載によって何等の制約をも受けるものでないこ
とは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更を加え
た形態において実施され得るものであることが理解され
るべきである。

先ず、０．１７〜１．２重量％の種々なるＡｌ含有量を
有する、それぞれのＣｕ−Ａ１合金溶湯を用いて、通常
のＡｒガスアトマイズ手法にて、粒径が２９７μｍ以下
の銅合金粉末を作製した。

そして、これらの銅合金粉末に対して、それぞれの含有
Ａｌ量に応じて、以下に述べるＡ法或いはＢ法の何れか
の手法にて、それぞれ酸化処理を施して、耐熱性を有す
る内部酸化処理強化粉末とした。

Ａ法：銅合金（Ｃｕ−Ａｊり粉末のうちの所定量を取り
出して、それに予備酸化を施した後、該予備酸化物を元
の銅合金粉末に対して所定の割合にて混合せしめ、更に
この混合粉末を、Ａｒガス中において９５０℃×３時間
焼鈍することにより、元の合金粉末中のＡ１を、予備酸
化物のＣｕ、ＯによりＡｌｚＯｉに変換することによる
酸化処理手法。なお、元の銅合金粉末と予備酸化物との
混合比は、９５０℃程度の高温に加熱した際、Ａｌが超
微小のＡｌ、０２に変換するように、予め求めたデータ
に基づいた。

Ｂ法［合金（Ｃｕ−Ａｊり粉末を、一旦、３５０℃×１
時間程度の低温で表面酸化させた後、Ａｒガス中におい
て９５０℃×３時間焼鈍することにより、銅合金粉末中
のＡｌをＣｕｔ　０１ＣｕＯによってＡＡｚＯｚに酸化
せしめ、更にその後、８００℃のＨ２気流中で１時間還
元処理することにより、残存する過剰のＣｕｔ　０１Ｃ
ｕＯを還元することによる酸化処理手法。

即ち、Ａ法はＢ法に比して、泗元処理が不要とされるた
めに、かかる酸化処理が容易ではあるが、元の銅合金粉
末中のＡｌ量が多（なるにつれて、予備酸化物が多く必
要となり、Ａｒガス中における高温下での焼鈍後に未反
応で残存するＣｕｚ　０１ＣｕＯの量も増大することと
なるのであり、そしてこれらの残存量が限界値を越した
場合には、後の冷間抽伸加工性の低下乃至は抽伸切れを
惹起することとなるところから、例えばその含有ＡＡｉ
が０．４重量％以上の場合には、予め銅合金の全量を酸
化せしめた後、更に余剰の酸化物を還元処理にて取り除
くＢ法が好適に採用されることとなるのであり、本実施
例においても、それぞれの合金粉末のＡｌ量に応じて、
両手法を選択、採用するものである。

その後、この得られたそれぞれの酸化処理粉末を、外径
−６８１、長さ：１５０ｍｍ、肉厚；８〜１５ｍのＣｕ
−Ｚｒ合金管、乃至はＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金管内に充填
して、更に９５０°Ｃに加熱した後、ダイスを通じて熱
管押出を行なうことにより１６ｍｍφの押出棒を得た。

なお、この熱管押出は、テーパ加工ダイスを用い、仰角
：６０度、押出速度＝１〜２ｍ／分にて行なった。そし
て、これらの得られた押出棒について、その外観を観察
し、その結果を下記第１表に示した。なお、かかる押出
棒の外観不良は、何れも芯材のカッピング割れによるも
のであった。

さらに、このようにして得られた、それぞれの押出棒を
用いて、冷間加工を施すことによって、０、７６　＊ｍ
φの線材に仕上げた。そして、それらの線材に対して７
５０℃×３０分の焼鈍を行なった後、それぞれの線材に
おける強度および導電率を測定し、その結果を第１表に
併せ示した。なお、強度としては、ステイフネス値およ
び芯部硬さの測定を行なうこととし、ここでステイフネ
ス値としては、ＡＳＴＭ試験法試験法号１３号モーメン
ト方式の試験機を用い、試料セット長さを１７０ｎとし
て、その端部にＬｏｇの荷重を作用せしめた際の試料の
曲がり角度にて強度を評価した。また、導電率としては
、純銅を１００とした場合の導電率たる、ＩＡＣ：Ｓ値
で示すこととする。

また、比較のために、外皮材として無酸素銅（ＯＦＧ）
を用いたものについても、それぞれ同様に観察、測定を
行ない、その結果を従来品として第１表に併せ示した。

かかる第１表から明らかなように、本発明品（隘１〜４
）にあっては、何れも、押出結果が良好であり、線材の
熱処理（焼鈍）　１にの強度としても、ステイフネス値
が２１〜４６度で、充分に実用に耐え得るものであると
共に、導電率にあっても、ｌＡＣ３値で８４％以上であ
り、導電材料として充分なる特性を有するものであるこ
とが確認された。

一方、比較品のうち、患５〜７は外皮材（銅合金管）の
成分が、また隘８および９は芯材（銅合金粉末）中のＡ
ｌ量が、それぞれ本発明の範囲から外れるものであるが
、第１表から明らかなように、１ｌｈ８以外は押出不良
で冷間加工に供し得ず、また隘８の線材にあっても、ス
テイフネス値が５０度以上と強度不足であった。

また、無酸素銅（ＯＦＣ）を外皮材として用いた従来品
にあっては、ＩＶｋＬＩＯは強度不足、！１）１）１）
は押出不良であり、これらは何れも、その特性が本発明
品に比して極めて劣るものであった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量で０．１５％〜１％のアルミニウムを含み、
   残部が銅よりなる銅合金を内部酸化処理して得られた、
   銅マトリクス中にアルミナ粒子が微細に分散せしめられ
   てなる分散強化銅材料からなる芯材と、該芯材の外表面
   を覆う、重量で０．０３％〜０．４０％のジルコニウム
   を含む銅合金からなる外皮とから構成されてなる耐熱高
   導電性銅合金クラッド材。
2. （２）前記芯材が、５０％を越えない断面積率において
   前記外皮にて覆われている特許請求の範囲第１項記載の
   銅合金クラッド材。
3. （３）重量で０．１５％〜１％のアルミニウムを含み、
   残部が銅よりなる銅合金を内部酸化処理して得られた、
   銅マトリクス中にアルミナ粒子が微細に分散せしめられ
   てなる分散強化銅材料からなる芯材と、該芯材の外表面
   を覆う、重量で０．０３％〜０．１０％のジルコニウム
   と０．３％〜１．５％のクロムとを含む銅合金からなる
   外皮とから構成されてなる耐熱高導電性銅合金クラッド
   材。
4. （４）前記芯材が、５０％を越えない断面積率において
   前記外皮にて覆われている特許請求の範囲第３項記載の
   銅合金クラッド材。