(57)【要約】【課題】表面欠陥の発生を抑え、打ち抜き性を飛躍的に改善することができ、打抜き性とメッキ性とを兼ね備えたリードフレームを提供する。【解決手段】質量％でＣ：０．０３％以下（０％は含まない）、Ｎｉ：２７〜５４％、Ｍｎ：０．５を超え１．０％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．３０％、Ｏ：０．００６〜０．０１０％を含有し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、絶対最大長で１μｍ〜５μｍの非金属介在物が３０００〜１００００個／ｍｍ２であり、且つ前記非金属介在物のうち、Ｍｎシリケート系非金属介在物が５０％以上（１００％を含む）である打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：０．０３％以下（０％は含まない）、Ｎｉ：２７〜５４％、Ｍｎ：０．５を超え１．０％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．３０％、Ｏ：０．００６〜０．０１０％を含有し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、絶対最大長で１μｍ〜５μｍの非金属介在物が３０００〜１００００個／ｍｍ２であり、且つ前記非金属介在物のうち、Ｍｎシリケート系非金属介在物が５０％以上（１００％を含む）であることを特徴とする打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【請求項２】
請求項１に記載のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金に、更にＳを質量％で０．０１％以下含有することを特徴とする打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金に、更にＴｉを質量％で０．００１〜０．００５％を含有することを特徴とする打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金の不純物であるＡｌを質量％で０．０２％以下（０％を含む）に規制することを特徴とする打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【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たリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレス打抜き加工によって微細な加工が施されるリードフレームにおいては半導体の高集積化に伴う加工形状の微細化、高精度化がより一層強く求められるようになっている。この時、打抜き加工時に発生するバリが大きいと、バリによるインナーリード同士の短絡等の問題が発生する。
このためリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金の打抜き性を改善することを目的とした提案が幾つかなされており、例えば特開平９−８７８１２号（特許文献１参照）には、Ｓを０．００５％以上添加しＭｎＳ系非金属介在物を増量し、打抜き性を改善する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−８７８１２号公報（実施例）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平９−８７８１２号に開示される合金は、打抜き性の点では有利であるものの、熱間加工性が悪くなることや、Ｓが粒界に偏析し易いことで、熱間加工の際の割れの原因等になる。また、長く伸びた非金属介在物が冷圧板の表面に露出し表面欠陥となる可能性があり、メッキを行う場合は延伸状ＭｎＳが原因でふくれ等が起こり易いという欠点がある。そして更に本発明者はこの特開平９−８７８１２号に開示される合金を実際に検討してみたところ、５μｍ以上のＭｎＳが３００〜４００個／ｍｍ２存在していることを確認した。
本発明の目的は、上記の課題を解決し、更に打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ合金を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、打抜き性に及ぼす非金属介在物種類、量について検討し、熱間加工性やメッキ性を阻害しないためには、延伸状ＭｎＳを分断するか、或いはＭｎＳと同等な打抜き性を得られる非金属介在物に調整するかの何れか若しくは両方を実現することが最適であることをつきとめた。
そして、打抜き性とメッキ性を両立可能な非金属介在物の種類と、その分布状況について検討した結果、非金属介在物を特定の大きさに調整したうえで、ＭｎＳ同様に打抜き性を改善させるＭｎシリケートを特定量以上とすることでメッキ性を阻害することなく優れた打抜き性を付与できることを見いだし本発明に到達した。
【０００６】
即ち本発明は、質量％でＣ：０．０３％以下（０％は含まない）、Ｎｉ：２７〜５４％、Ｍｎ：０．５を超え１．０％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．３０％、Ｏ：０．００６〜０．０１０％を含有し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、絶対最大長で１μｍ〜５μｍの非金属介在物が３０００〜１００００個／ｍｍ２であり、且つ前記非金属非金属介在物のうち、Ｍｎシリケート系非金属介在物が５０％以上（１００％を含む）である打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金である。
好ましくは、上述のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金に、更にＳを質量％で０．０１％以下含有する打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金である。
更に好ましくは、上述のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金に、更にＴｉを質量％で０．００１〜０．００５％を含有する打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金である。更に好ましくは、上述のリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金の不純物であるＡｌを質量％で０．０２％以下（０％を含む）に規制する打抜き性の優れたリードフレーム用Ｆｅ−Ｎｉ系合金である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の最大の特徴は、非金属介在物の分布、形状を制御するために、非金属介在物の種類としてＭｎシリケート系の酸化物系非金属介在物に着目したことにある。Ｍｎシリケート系の非金属介在物はＭｎＳと比べて熱間加工、ソーキング等の工程で分断、球状化しやすく、メッキ性に有害な圧延方向に長く延伸した非金属介在物が軽減できるという利点がある。
なお、本発明で言うＭｎシリケートとは、その酸化物系非金属介在物をＥＤＸ等のエックス線分析装置で分析した時に検出される元素が、Ｏ以外はＭｎとＳｉとが主成分で、ＭｎとＳｉ合わせて５０％以上含むものを言う。
以下、詳細に成分の限定理由を説明する。特に本発明においてＭｎ，Ｓｉ，Ｏは非金属介在物の構成上必須の元素であり、成分の限定理由について詳細に説明する。なお、特に指定しない限り、含有量は質量％として示している。
【０００８】
Ｍｎ：０．５を超え１．０％以下；
ＭｎはＳｉとともにプレス打抜き性を向上させる。Ｍｎシリケート系の酸化物系非金属介在物を形成し、本発明で重要な必須元素の一つである。Ｍｎ含有量が０．５％以下ではプレス打抜き性向上に十分な非金属介在物量にならず、１．０％を越えるとＭｎシリケートの非金属介在物量が多くなりすぎてメッキ性を損なう危険性が高くなるため、Ｍｎの成分範囲は０．５を超え１．０％以下とした。
このＭｎの効果をより確実に得るためには０．５〜０．８％とするのが良い。
【０００９】
Ｓｉ：０．０５〜０．３０％；
ＳｉはＭｎとともにＭｎシリケート系の酸化物を形成する。Ｓｉ含有量が０．０５％未満ではプレス打抜き性向上に十分な非金属介在物量にならず、０．３０％を越えると非金属介在物量が多すぎてメッキ性を損なうためＳｉの成分範囲は０．０５〜０．３０％とした。
Ｓｉの好ましい範囲は０．０５〜０．２％である。
【００１０】
Ｏ：０．００６％〜０．０１０％以下；
ＯはＭｎ，Ｓｉとともにプレス打抜き性を向上させるマンガン・シリケートを形成する。Ｏ含有量が０．００６％未満では打抜き性向上に十分でなく、０．０１０％を越えると非金属介在物量が多すぎて表面欠陥等の原因となるので、Ｏの成分範囲を０．００６〜０．０１０％とした。
好ましくは０．００６〜０．００８％の範囲が打抜き性と製造性のバランスが最も優れている。
【００１１】
次にＭｎ，Ｓｉ，Ｏ以外の本発明で必須で規定する元素の説明を以下に行う。
Ｃ：０．０３％以下（０％は含まない）；
Ｃは少量でも固溶強化により著しく強度が向上し、打抜き面のせん断変形を抑制し破断面を増加させ、バリの発生を抑制する効果が大きい。ただし０．０３％を越えると強度が高くなり過ぎて金型にかかる負荷が大きくなり、金型の寿命が短くなるので、Ｃは０．０３％以下（０％は含まない）とする。
好ましいＣの範囲は０．０１〜０．０２％である。
【００１２】
Ｎｉ：２７〜５４％；
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、３６％付近で熱膨張係数を極小化する。しかし２７％未満または５４％を超えると熱膨張係数が大きくなり過ぎ、リードフレーム材料として不適となる。このため、Ｎｉの含有量は２７〜５４％に規定する。
特に好ましくはＳｉチップとの熱膨張の整合性を得るために４０〜４４％の範囲である。
【００１３】
次に、本発明で規定する好ましい範囲の成分限定理由について説明する。
Ｓ：０．０１０％以下；
ＳはＭｎとともにプレス打抜き性を向上させるＭｎＳを形成する。Ｓ含有量が０．０１０％を越えると、熱間加工性が劣化したり、表面欠陥の原因となるので、Ｓの成分範囲を０．０１０％以下とした。好ましい範囲は０．００５〜０．０１％である。
なお、Ｓについては、延伸状のＭｎＳを形成する危険性も持ち合わせている元素であるため、Ｓを本発明で規定する範囲内で添加することが重要である。
【００１４】
Ｔｉ：０．００１〜０．００５％；
Ｔｉは酸化物としてＭｎシリケートの核となり、Ｍｎシリケートを分散させる効果があり、非金属介在物の分布状態を改善するため好ましくは０．００１％以上添加する。０．００５％を越えて添加すると粗大な硬質のＴｉ酸化物を形成しロール疵等の原因となるため、上限を０．００５％とした。
【００１５】
Ａｌ：０．０２％以下（０％を含む）；
Ａｌは０．０２％を越えるとＡｌ２Ｏ３系非金属介在物が増え、ロール疵等の原因となる。またプレス打抜き性に有効なＭｎシリケート系非金属介在物が少なくなるため、不純物として最も制限すべき元素であり０％であっても差し支えない。但し、脱酸を目的として添加する場合があるため、そのような場合においても過剰にＡｌ２Ｏ３系非金属介在物を形成しないようにＡｌ含有量を０．０２％以下に制限する。好ましくは０．０１％以下（０％を含む）である。
【００１６】
次に、本発明で必須として規定した非金属介在物に関する規定について説明しておく。
絶対最大長で１μｍ〜５μｍの非金属介在物が３０００〜１００００個／ｍｍ２；
プレス打抜き性を向上させ、しかもメッキ性を阻害させないためには、非金属介在物サイズが大きかったり、過度に細く伸びた非金属介在物が存在することを防止しなければならない。本発明者は打抜き性に及ぼすせん断面と破断面の比率について調査を行い、せん断変形を抑制し破断面を増加させるための指標として、絶対最大長で１〜５μｍの非金属介在物の個数密度と強い相関があることを見出した。
【００１７】
このサイズの非金属介在物は打抜き面におけるせん断変形を抑制する効果があり、非金属介在物が起点となって破断を促進する。３０００個／ｍｍ２未満では密度が少なすぎて、せん断面が多くなりバリも発生しやすくなる。個数密度が多くなるにつれて打抜き性は向上するが、１００００個／ｍｍ２を越えると、製造性、メッキ性に問題があるので、１００００個／ｍｍ２以下とした。
１μｍ以下の非金属介在物も多いほど、均一で安定した打抜き破断面が得られる。好ましくは１００００個／ｍｍ２以上がよい。なお、５μｍを越えるものはメッキふくれの原因となるため少ない方がよい。本発明の化学組成に調整することを必須とすることで２００個／ｍｍ２以下（０を含む）とすることができる。
なお、本発明で言う絶対最大長さとは、１つの非金属介在物の両端を直線で結んだ時に、最も長い長さを言う。
【００１８】
Ｍｎシリケート系非金属介在物が５０％以上（１００％を含む）；
上記の非金属介在物密度を満たす上で非金属介在物の種類としてはＭｎシリケート系の非金属介在物が最適である。Ｍｎシリケート系の非金属介在物は、熱間加工、冷間加工により分断化が容易であり、例えば圧下率を調整することで非金属介在物の大きさを５μｍ以下とすることができる。
ＭｎＳは延伸性に富み分断化が困難で、圧延方向に非金属介在物が伸長する。非金属介在物におけるＭｎＳの比率が高まり、Ｍｎシリケート系の非金属介在物個数が５０％未満となると、５μｍを越える非金属介在物が多くなり、メッキ性が悪くなる。１〜５μｍの非金属介在物密度を調整するためにＭｎシリケート系の非金属介在物の個数が５０％以上としなければならない。好ましくは６０％以上であり、更に好ましくは７０％以上である。
【００１９】
また、プレス打抜き性と非金属介在物の面積率については相関がある。非金属介在物の面積率が多くなると加工時のせん断変形で非金属介在物を起点にクラックが発生しやすく、打抜き面における破断面比率が多くなりバリが小さくなる。０．２％以上で効果があり、０．７％を越えるとメッキ性を害するので、面積率は０．２〜０．７％とすることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、具体的な実施例により本発明を詳細に説明する。
Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金を主成分とする１０種類のＦｅ−Ｎｉ合金を真空溶解炉により重量約１０ｋｇのインゴットを溶製した。各合金の化学組成を表１に示す。
なお、表１のうち、Ｎｏ．１の合金は、本発明で規定する元素のうち、Ｏを低減し、Ｓを積極添加した比較材、Ｎｏ．２の合金はＯ，Ｍｎを低減した比較材、Ｎｏ．７の合金はＳｉ，Ｍｎを高め、Ｎｏ．８の合金はＯを高めた比較材である。また、Ｎｏ．３の合金のＳ，Ａｌ量は不可避的不純物レベルである。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
各インゴットを約１１００℃に加熱し、厚さ２．５ｍｍに熱間圧延し、続いて焼鈍後０．５ｍｍの厚さまで冷間圧延した。次にこれを水素雰囲気中で７００℃にて３０ｍｉｎ焼鈍して供試材とした。この時、Ｎｏ．１で示した比較材は、熱間圧延時にエッジ部分に割れを生じた。その他の材料は熱間加工性は良好であった。
非金属介在物の絶対最大長、面積率の測定は、圧延方向と平行に縦断面ミクロ試料を研磨し、１０％硝酸アルコール溶液で非金属介在物を腐食させた。非金属介在物はＥＰＭＡのＳＥＭ像（１０００倍）で観察し、画像解析装置を用いて絶対最大長、面積率を測定した。
Ｍｎシリケートの比率は前述の１０００倍観察視野と同一の場所を、ＥＰＭＡで元素カラーマッピングを行い、ＭｎとＳｉとが検出された非金属介在物の中から、任意の２０個の非金属介在物をＥＤＸで種類の同定を行い、ＭｎとＳｉ合わせて５０％以上含む酸化物であるかどうかを確認し、カラーマッピングの色調を元にＭｎシリケートの非金属介在物であるか否かを判断した。
なお、下記表２に記載するＭｎシリケートの比率は、絶対最大長で１μｍ〜５μｍの非金属介在物のうち、Ｍｎシリケートと判断した非金属介在物個数の割合である。
【００２３】
打抜き性の評価は、供試材をプレスで打抜き、切り口面の破断面の割合を測定し、その結果を表２に示した。
表２に記載した破断面比率（％）は（平均破断面厚／板厚）×１００により定義される。破断面比率が大きい方がバリが小さくなり、この実施例の条件では３０％以上であることがプレス打抜き性に優れる条件となる。
また、表面疵の調査は、板材の表裏５０平方ミリ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、メッキ性についてはＡｇメッキを行った後３５０℃Ｘ３分加熱処理を行い光学顕微鏡で表面のメッキふくれを観察した。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
試料Ｎｏ．１はＭｎＳ増量により破断面比率が大きく打ち抜き性は改善されているが、絶対最大長が５μｍを越える粗大な紡錘状の非金属介在物が多く、表面欠陥が発生する。試料Ｎｏ．２はＡｌ２Ｏ３系の非金属介在物で均一に球状に分散する。但し、１〜５μｍの非金属介在物が少なく破断面比率は小さい。また硬質の非金属介在物のため表面欠陥も発生し易い。
試料Ｎｏ．３〜６，９は本発明例で、Ｍｎシリケート系非金属介在物の分断化が進み、１〜５μｍの非金属介在物も３０００〜１００００個／ｍｍ２の範囲にあり、破断面比率が大きく、表面欠陥の発生も認められない。また、メッキ性も良好であった。
試料Ｎｏ．７はＭｎ量が多く、また、Ｎｏ．８はＯ量が高すぎて、何れも非金属介在物量が多く、表面疵が多発する。試料Ｎｏ．１０は本発明例でＴｉの適量添加によりＴｉ酸化物を核にして酸化物が生成し、非金属介在物の分散化に効果がある。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、表面欠陥の発生を抑え、打ち抜き性を飛躍的に改善することができ、打抜き性とメッキ性とを兼ね備えたリードフレームとすることができる。