JPS6379929A - 集積回路導体用銅ニッケル錫合金およびその製造方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は集積回路導体用リードフレーム材料およびその
製造方法に関し、更に詳しくは伸び率乙係以上において
高い引張沙強さと、同時に高い導電率を有し、メッキ性
、経済性にも優れた集積回路導体用銅ニッケル錫合金お
よびその製造方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

集積回路導体用リードフレーム材料には、折り曲げ可能
な伸び率（実用的に６％以上）を確保した状態で高い引
張り強さと、高い導電率を有し、かつ経済性に優れた合
金が求められる。　　″しかし、引張シ強さと導電率は
、一般に相反する特性であｐ、いずれか一方の特性を犠
牲にし、他方の特性を生かすようにしている。現在のと
ころ、シん青銅（伸び重数％以上で、引張り強さＩＩ　
！ｋｙ　／−程度、導電率３７チ％）、丹銅（伸び率数
係以上で、引張り強さ３５に９　／　ｍＡ、導電率３７
チ）、べＩＪ　ＩＪウム銅（伸び率数係以上で、引張り
強さグ２−どＯｋｑ　／　ｍＡ、導電率３７％）、銀銅
（伸び率数係以上で引張り強さ’Ａｊｋｑ／ｒｕｍ、導
電率とタチ）や、最近開発された主として鉄を添加し、
この他にＰ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎを含む合金（伸び重数チ
以上で、引張り強さ３！〜ｒ　Ｏｋｇ　／　ｍＡ、導電
率３５〜乙Ｏ％）等が使用されている。この他、存在し
ている各種の銅合金においても、以上の合金の特性と大
同小異である。特に、上述した各合金に共通している不
具合な点は材料の価格が高価であることである。

一般に、合金はその引張シ強さを高くするために、析出
時効を行っているから、熱処理に要する熱処理コストを
無視することができない。しかし、この熱処理コストが
同一と仮定すると、後は合金を構成している元素の原料
コストが経済性を決定する要因となる。

もちろん、微量の添加で引張り強さを増し、導電率を低
下させない元素Ｔｉ　、　Ｚｒ　、　Ｑｒ等との銅合金
が存在している。しかし、これらの高融点、高酸化性の
元素Ｔｉ、Ｚｒ、Ｏｒの添加には銅に均一に固溶させ、
析出硬化させる製造工程に困難さが増し、別の面で製造
上のコスト高を招いている。このような理由によって、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｏｒなどを含む析出硬化形銅合金はそれ程
量産販売されていない。

以上のような理由によシ、現在、集積回路導体用リード
フレーム材料として一定の伸び率（２％以上）を確保し
た状態において比較的に高い引張り強さを持ちながら導
電率の低い材料、りん青銅が広く使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述の目的を充たす集積回路導体用リードフ
レーム材料として用いているりん青銅は、Ｓｎ　３〜り
重量％、ｐ　ｏ、　ｏ夕〜０．３５重量係、残部Ｏｕか
らなる組成の銅合金であって、高価なＳｎ元素を多く含
み、材料費がコスト高となる不具合さかあった・ そこで、本発明は従来の集積回路導体用リードフレーム
材料の不具合な点を除去するためになされたものであっ
て、本発明の目的の一つは折り曲げ可能な伸び率を確保
した状態において高い引張り強度と同時に高い導電率を
有し、しかも経済性に優れた集積回路導体用銅ニッケル
錫合金を提供しようとするものである。

本発明の目的のもう一つは、上述の集積回路導体用銅ニ
ッケル錫合金を析出時効処理を必要とせず、しかも実用
上要求される伸び率２％以上が容易に得られ、かっこの
伸び率を確保した状態において高い引張り強度と高い導
電率が得られる製造方法を提供しようとするものである
。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明者等は集積回路導体用銅ニッケル錫合金における
上述の不具合さを除去するために種々実験を重ねだ結果
、次のことが判った。

■　銅合金のみならず、合金の強化は析出硬化によって
得られている。一方、導電率は添加元素量の少ない稀薄
合金である程高くなる。ただし、添加元素による導電率
の低下の程度は元素の種類によって違いがあるため、一
定の引張り強さを確保しつつ、同時に導電率をある程度
の高さのものをうろことが可能である。

＠　また、上述したように合金において相反する関係に
ある引張シ強さと導電率のバランスを図るために、銅に
対する添加元素の量を少なくして導電率の低下を小さく
すると共に、これによシ原料コストの低下を図ることが
できる。

θ　しかし、これは機械的な強さを高くする点で不利と
なる。そこで、本発明者等はＮｉおよびＥｔｎを加え、
脱酸時のＰを残留させればよいと考えた。しかし、これ
らの添加元素は析出硬化を期待するものではなく、固溶
体硬化を狙ったものであり、さらにその上加工硬化度を
高くすることを目標としだものである。

Ｏこの結果、実験によシＮｉ　３．０−０．夕重量％、
Ｆ３ｎＱ、り〜ｏ、　、ｒ重量％、Ｐθ、２〜０．０／
重量％、Ｓｉ　、　Ｍｎなど最大０．３５重量％におい
て、後述する熱処理および圧延加工処理と組合せること
により伸び率２％以上において引張り強さを約πｋｑ／
−にすることができることが判った。

■　また、金属材料の特性はその加工法、熱処理法によ
って異なる。銅ニツケル錫合金の場合も同様であって、
伸び率４％以上において高い引張り強さを得るためには
、冷間圧延加工を繰り返し必要な厚さく６０４以上の加
工率がとれる厚さ）に達したとき、３１．０′Ｃ〜３り
ダＣの温度で７時間焼鈍（いわゆる止め焼鈍）し冷間圧
延し、さらに実施しだ材料を／ＪＯ′Ｃ−２３０°Ｃの
温度で７時間焼鈍して所要の特性を発揮させる必要があ
る。

この関係をＮｉ　／、　０重量％、Ｆ３ｎＯ，３重量％
、ｐ　ｏ、θ！５重量％残部Ｏｕの組成をもつ銅ニツケ
ル錫合金について実験した結果、次の表／に示す結果を
得た。

表　　／ 一般に、合金の伸び率は高温で焼鈍したときは高くなる
が、引張り強さは低下する。しかし、上述のように構成
した銅ニツケル錫合金では異なっており、加工硬化しや
すい。また、加工硬化したものが焼鈍による引張り強さ
の低下が少なく、伸び率ｚ係で引張り強さ数１０ｋｑ／
−程度であることを知った。

０　さらに、加工および焼鈍による機械的特性の変化は
組成によっても影響を受ける。実験結果によれば上述の
組成の銅ニツケル錫合金の場合、加工硬化は主にＳｎに
よって与えられる。一方、伸び率は主にＮｉによって得
られ、後述する加工率対引張り強さの関係を示す第１図
における特性曲線■、■、■および■、＠、Ｏから明ら
かなように、Ｎ１のみをＣｕに加えた場合の加工硬化の
程度により、Ｎｉを７重量％含有する他に、更にＳｎを
加えた組成の銅ニツケル錫合金の加工硬化が高いことが
判った。そして圧延加工率の高い範囲において、硬化率
が高い。しかも、Ｓｎの添加量の低い範囲でこの効果を
有していることを知り、本発明を完成することができた
。

すなわち、本発明にかかる集積回路導体用銅ニッケル錫
合金は、Ｎ１０．ｊ〜３．０重量％、Ｓｎ０、１−０．
り重量％、Ｐ　Ｏ，０／〜Ｏ９，２重量％と、Ｍｎおよ
び／又はＳｉをＯを越え０．３５重量係を越えない程度
に含み、残部Ｃｕからなる組成を有す銅ニツケル錫合金
である。

また、上述した集積回路導体用銅ニッケル錫合金の製造
方法は、Ｎ１Ｑ３〜３．０重量％、５ｎＯ８夕〜Ｏ１り
重量％、Ｐ　Ｏ，０／〜０２重量％と、Ｍｎおよび／又
はＳｉを０を越え０．３５重量％を超過しない程度に添
加し、かつ残部Ｏｕからなる原料を溶解し鋳造した後、
通常の圧延を行い最終必要厚さから、乙Ｏ擾以上の加工
率が得られる厚さで３１．０′Ｃ〜３り！°Ｃの温度で
１時間焼鈍して所要の特性を発揮させることを特徴とす
るものである。

本発明の集積回路導体用銅ニッケル錫合金では、Ｓｎが
０．３重量％以上含有すれば、Ｓｎを多く含有する場合
と同様に６０％以上の圧延加ニ率の範囲内であれば加工
硬化率が殆んど同じであり、従来のりん青銅のように７
重量％以上の多くのＳｎを含む必要はない。ここでｓｎ
添加量の下限は、上述の結果と加工率を上げた場合、約
６０ｋｙ／−の引張り強さが得られる値である。

また、Ｓｎ量の上限は６１ｎ量が多くする程引張り強さ
を増すことができるが、反面導電率が低下するから、引
張り強さと導電率の両方を満足する値である。Ｎｉおよ
びＰ５その他Ｓｉ、Ｍｎとの共存下においては約３５係
以上の導電率とするためにはＳｎＯ，り重量％を上限に
するのがよい。

また、Ｎ１については上述した通り、伸び率を高くする
。通常、加工後焼鈍して伸び率を高くするには、相描高
い温度で焼鈍しなければならない。この場合、必然的に
引張り強さが低下する。しかし、本発明者等の実験結果
によれば、銅ニツケル錫合金については引張り強さが低
下しない範囲で伸び率の向上を図ることができる。

例えばＮ１１０重量％−８ｎＯ，、ｆＭ量％−Ｐｏ、ｏ
３−重量％−残部Ｏｕ　：　Ｎｉ　／、　２重量％−Ｓ
ｎ　Ｏ２重量チーＰ　０．２重量％−残部Ｏｕ　：　Ｎ
ｉ　Ｏ，！重量％−ＥＪｎＯ，３重量％−Ｐ０．０／重
量％−残部Ｃｕの成分組成の銅ニツケル錫合金の焼鈍温
度（°Ｃ）と引張り強度（ｋｙ　／　ｍＡ　）　、伸び
率（％）について測定した結果によれば、それぞれ第２
図の曲線■、■。

■に示すように、引張り強さが低下しない温度範囲で伸
び率の向上が得られる。これは勿論、上述したように、
加工、焼鈍の工程および得られる金属組織に関係してい
る。本発明の製造工程では約２０μｍ直径の球状の微細
な粒子となり、これが伸び率を得るのに必須である。こ
のような組織は他の合金系でも得られると考えられる。

Ｎｉを最低Ｏ１夕重量％を含むことによって上述の効果
が顕著となる。一方、Ｎ１添加量の上限は経済性と導電
率の関係より決定される。すなわちＰ、ＳｎおよびＳｉ
　、　Ｍｎとの共存状態でＮ１が３．０重量％を越える
と導電率は約３５係以下となり、リードフレーム材料と
して不適当な値になる。

またＮ１は組成元素中層も高価なものであるから原料コ
ストの点からは安い程望ましい。ここでＮ１は伸びに大
きく寄与していることを述べたがこの他に、第１図に示
す加工率（チ）対引張り強さくｋｙ／ｒｒＵ）の関係図
のように強度の増加にも寄与する。

なお、第１図中の曲線■、■、■はそれぞれＥ３ｎ３，
９重量％−Ｎｉ／重量％−Ｐｏ、２３重量％−残部Ｏｕ
　：　Ｅｔｎ　Ｑ、７重量％−Ｎｉ／重量％−ＰＯ，／
重量％−残部Ｃｕ　：　Ｓｎ　Ｏ，！重量％−Ｎｉ／重
量係−ＰＯ，ＯＪ重量％−残部（＋ｕの銅ニッケル錫合
、金の加工率対引張り強さの関係を示し、曲線■。

＠、θ、ＯはそれぞれＮｉ　？重量％−残部Ｃｕ：Ｎｉ
！重量％−残部Ｃｕ　：　Ｎｉ　２重量％−残部Ｏｕ：
Ｎ１／重量％−残部Ｃｕの銅ニツケル合金の加工率対引
張り強さの関係を示す。

以上のように、ＮｉＯ，６〜３．０重量％、Ｓｎ０、３
〜Ｏ９２重量％、Ｐｏ、０／〜０１．２重量％およびＯ
ｕからなる銅ニツケル錫合金でも充分な強さが得られる
。

しかし、これらの銅ニツケル錫合金にＳｉ。

Ｍｎを添加すると、後述する実施例において明らかにさ
れるように焼鈍時の引張り強さを若干高くすることがで
きる。引張り強さに対するＳｉ。

Ｍｎ添加の効果はＳｎを添加しただけの効果よりも若干
高めることができる。

本発明ではＭｎ、Ｓｉを０．３５重量％まで添加して他
元素と共存状態で導電率を約３り優にすることが確認で
きた。

また、Ｐについては脱酸剤としてｃｕ　−ｐ母合金を通
常のように利用するが、これを微量残留させることが必
要である。

〔実施例〕

次に、本発明の代表的な実施例について説明する。

Ｎｉ、　Ｅｌｎ、　Ｐ、　Ｓｉ、ＭｎおよびＣｕをそれ
ぞれ、下記の表２第２欄各行に示す組成（重量％）の原
料を２、４−　ｋｇまだは１０００大気中で溶解し、こ
れを丸棒状又は角形材に鋳造し、６０ｏ′ｃ以上ｙｏｏ
′ｃの温度で鋳造した後、冷間圧延し、厚さｌ　ｘｍか
らＩＯ’ｍｍまでの板材を作製した。ここで切断および
表面研削などを行ない各種の工程の実験に使用した。標
準的な製造法では以上の厚さからさらに冷間圧延および
焼鈍（６０ｏ′ｃ＞を繰返し／渭島厚さとした。

／　ｘｍ厚さにおいて３７　ｊｏｃで７時間焼鈍し、０
．２夕龍厚さまで冷間圧延した。最終冷間圧延率は７！
ｒ係である。これを幅、２夕ｖｒｍにスリットし、得ら
れた試料を表２第２欄各行に示す合金組成の違いによシ
、それぞれＡ／、Ａ−２，Ａ３．Ａ４’・・・、煮／２
とした。

そして、各試料Ａ／、Ａ２．Ａ３．　・・・、Ｊ１６．
／２の機械的性質および導電率等を測定し集積回路導体
用銅ニッケル錫合金として、曲げ加工性、硬さ。

メッキ性などについて試験した。その結果を、表２第２
欄に示す。ただし表２第３欄に示す焼鈍条件は既述した
第２図の焼鈍温度対伸び率の関係において、伸び率乙チ
にしたときの焼鈍条件（温度範囲および時間）を表わし
たものである。

表　　２ 例えば表２、煮３の合金試料において、表示した状態で
板の表面あらさば０．３！μ、曲げ半径０．２ｆｆｌｌ
ＲのりＯ０Ｗ曲げによる曲げ加工性は圧延と平行では割
れ発生がないが直角方向で割れを認めた。

また硬さはＨｖ／弘ｆである。さらにＡｇメッキによる
メッキ性など何等問題を認めず、優れたリードフレーム
材料であることが確認された。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の合金と製造法は経済的な成
分量で強さが夕Ｏ〜１Ｏｋｙ／Ｊ、伸び率２チ、導電率
３タ〜３♂チ程度の極めて良好な特性を具えた銅合金で
ある。しかも、これらの合金製造方法は析出硬化処理な
ど含まず、集積回路用導体を経済的に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる銅ニツケル錫合金と通常の銅ニ
ツケル錫合金の加工率対引張シ強さの関係を示す特性曲
線図、第２図は本集積回路導体用銅ニッケル錫合金の焼
鈍温度対引張り強さ、および伸び率の関係を示す特性曲
線図である。 図中、 ■−Ｓｎ　３．Ｑ重量％−Ｎｉ／重量％−Ｐｏ、２！重
量％−残部Ｏｕの特性曲線、■・・・ＢｎＯ，７重量％
−残部　７重量％　−Ｐ　Ｏ，／重量％−残部Ｏｕの特
性曲線、■・・・ＳｎＯ，夕重量係−Ｎｉ　／重量係−
Ｆ　６．０タ重量％−残部Ｏｕの特性曲線、■・・・Ｎ
ｉり重量％−残部Ｏｕの特性曲線、＠・・・Ｎｉ　ｊ重
量係−残部Ｏｕの特性曲線、θ・・・Ｈｉ　２重量％−
残部Ｏｕの特性曲線、■・・・Ｎｉ　／重量％−残部Ｑ
ｕの特性曲線、■Ｍ１／、０重量％−ＳｎＯ，！重量％
−Ｐ０．０！重量％−残部Ｃｕの特性曲線、■・・・Ｎ
ｉ　／、　２重量％　−Ｓｎ　Ｏ，り重量％−Ｐ　Ｏ，
、！重量％−残部Ｏｕの特性曲線、■・・・Ｎ１ｐ、夕
重量％−ｓｎ　ｏタ重量％−Ｐ００／重量％−残部Ｏｕ
の特性曲線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ０．５〜３．０重量％、Ｓｎ０．５〜０．９
   重量％、Ｐ０．０１〜０．２重量％と、Ｍｎおよび／又
   はＳｉを０を越え０．３５重量％を超過しない程度に含
   有し、かつ残部Ｃｕからなることを特徴とする集積回路
   導体用銅ニッケル錫合金。
2. （２）Ｎｉ０．５〜３．０重量％、Ｓｎ０．５〜０．９
   重量％、Ｐ０．０１〜０．２重量％と、Ｍｎおよび／又
   はＳｉを０を越え０．３５重量％を超過しない程度に含
   有し、残部Ｃｕからなる原料を溶解し鋳造した後、通常
   の圧延を行い最終必要厚さから、６０％以上の加工率が
   得られる厚さで ３６０℃〜３９５℃の温度で１時間焼鈍して所要の特性
   を発揮させることを特徴とする集積回路導体用銅ニッケ
   ル錫合金の製造方法。