(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス打ち抜き加工の途中で残留応力除去焼鈍が行われる電気・電子部品用高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板であり、Ｆｅ：１．８〜２．６ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎのうち１種又は２種以上の合計：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ単体で０．０３ｍａｓｓ％以下かつ２種以上の合計で０．０５ｍａｓｓ％以下（ただし、Ｎｉ：０．００１ｍａｓｓ％以上を除く）、Ｏ：１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、４５０℃×１分間の焼鈍後のビッカース硬さが１５０Ｈｖ以上、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする耐熱性に優れる電気・電子部品用高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板。
【請求項２】
Ｐｂが０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓが０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００１ｍａｓｓ％未満、かつ以上の成分が総量で０．０１ｍａｓｓ％以下に規制されたことを特徴とする請求項１に記載された耐熱性に優れる電気・電子部品用高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレーム、端子、コネクタなど、電気電子部品に用いられる高強度・高導電性銅合金板及びその製造方法に関するものであり、より詳しくは、打ち抜き加工を含む複数の剪断加工により電気電子部品を製造する際、剪断加工時に生じた残留応力の除去を行うための焼鈍で軟化しにくい高強度・高導電性銅合金板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に上記の各種電気電子部品には、強度、伸び、導電性、耐熱性、Ａｇめっき性、Ｓｎめっき及びはんだの耐熱剥離性などの特徴を具備することが要求されている。このことから、これらの特性をもった、例えばＣ１９４００（Ｃｕ−２．３ｍａｓｓ％Ｆｅ−０．０３ｍａｓｓ％Ｐ−０．１ｍａｓｓ％Ｚｎ）やＣ１９２１０（Ｃｕ−０．１ｍａｓｓ％Ｆｅ−０．０３ｍａｓｓ％Ｐ）をはじめ、その他多くの銅合金がその製造に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、最近の各種電気電子機器の軽薄短小化及び実装密度の向上要求に対して、使用部品の小形化、リード間距離の縮小などが加速している。そのため、例えばリードフレームのプレスによる打ち抜き加工において、打抜き後のリードツイスト、リードシフト、リード段差などが小さいことが求められている。これらリードの平坦性とも言うべき性能を確保するため、プレス打ち抜き時の剪断により発生する残留応力が小さいことが要求されている。
【０００４】
また、これとともに発生した残留応力を小さくする技術も開発された。この技術はリード打ち抜きに際して、リード先端を切り落とさず束ねたままの状態で、一度、数秒〜数分間の短時間熱処理（焼鈍）を行い、リード側面を打ち抜いた時に生じた残留応力を逃がし、続いて、残留応力が小さくなった時点でリード先端部を切り落とし、平坦性を確保するという技術である。
この技術を適用した場合、打ち抜き加工途中の焼鈍によって材料自身を軟化させないことが必要である。材料自身の軟化が生じた場合には、この後のリード先端部の切り落としの際に強度が足りずに変形したり、例えリードフレームに加工できたとしても、その後のＬＳＩ組立工程で変形しやすく取り扱いが困難になり、生産性の低下につながってしまう。従って、耐熱性が非常に重要視されている。
【０００５】
最近では、特開平２−１１１８２９号公報において、Ｆｅ及びＳｎ並びにＰ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇのうちの１種以上を含む組成とし、かつＦｅ析出物のサイズを制御した、耐熱性に富むリードフレーム用銅合金が提案されている。また、特許第２６７３９６７号公報ではＦｅ、Ｐ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉの組成を制御した、高強度を有する半導体装置のＣｕ合金製リードフレーム材が提案されている。
しかしながら、特開平２−１１１８２９号公報には、耐熱性に富むことは記載されているが、Ｃｕ−Ｆｅ系合金で問題となる熱間加工性、あるいはリードフレーム材には必須ともいうべき曲げ加工性、Ａｇめっき性、はんだ耐熱剥離性については触れられていない。
また、特許第２６７３９６７号公報では、その銅合金が高強度・高導電性及び耐熱性を有することが記載され、その特性はＭｇを０．００１〜０．０５ｍａｓｓ％含有することで達成されているが、曲げ加工性、Ａｇめっき性については触れられていない。特開平７−９７６４６号公報にも示されたように、この範囲でＭｇを含有した場合、不可避不純物であるＳと化合物を形成し、Ａｇめっき性を阻害する。
【０００６】
一方、Ｃｕ−Ｆｅ系銅合金板においては、打ち抜き加工途中の高温短時間焼鈍により材料の導電率が低下するという問題があり、そのため、導電率が高いと同時に焼鈍による導電率の低下の少ない材料が要求されている。
本発明は、リードフレーム、端子、コネクタなど電気・電子部品用銅合金として要求される強度、導電率、はんだ付け性、めっき性などの特性を通常の銅合金以上に維持しながら、打ち抜き加工で発生した残留応力を除去するための焼鈍を行った場合に軟化しにくく、かつ導電率の低下の少ないＣｕ−Ｆｅ系銅合金板を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐熱性に優れる電気・電子部品用高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板は、プレス打ち抜き加工の途中で残留応力除去焼鈍が行われる電気・電子部品用高強度・高導電性Ｃｕ−Ｆｅ系合金板であり、Ｆｅ：１．８〜２．６ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎのうち１種又は２種以上の合計：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ単体で０．０３ｍａｓｓ％以下、かつ２種以上の合計で０．０５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなり、４５０℃×１分間の焼鈍後のビッカース硬さが１５０Ｈｖ以上、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする。このＣｕ−Ｆｅ系合金では、不可避不純物として、Ｐｂが０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓが０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００１ｍａｓｓ％未満、かつ以上の成分が総量で０．０１ｍａｓｓ％以下に規制されていることが望ましい。
上記組成のＣｕ−Ｆｅ系合金により、打ち抜き加工時の焼鈍（代表的な条件として４５０℃×１分間の加熱）前後において、ビッカース硬さＨｖ１５０以上、導電率６０％ＩＡＣＳの特性を確保できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明合金において成分を上記の通りに限定した理由を以下に説明する。
＜Ｆｅ＞
Ｆｅには、Ｐとの化合物を形成し合金中に析出したり、Ｆｅ単体で合金中に析出することで、合金の強度及び耐熱性を確保する作用がある。しかし、その含有量が１．８ｍａｓｓ％未満であると所望の強度及び耐熱性が得られない。また、鋳造時にＦｅの包晶反応が起きなくなり鋳塊の組織が粗大化するようになる。この結果、熱間加工性を低下させる。一方、２．６ｍａｓｓ％を越える割合で含有させると合金中に粗大なＦｅ析出物が形成されるようになり、熱間圧延時の加工性が低下すると共に、製品の曲げ加工性及び導電率の低下が著しくなり、好ましくない。従って、Ｆｅ含有量は１．８〜２．６ｍａｓｓ％、さらに好ましくは２．０〜２．４ｍａｓｓ％である。
【０００９】
＜Ｐ＞
ＰはＦｅとの化合物を生成し、合金中に析出して強度及び耐熱性を向上させる。また、溶解時の脱酸作用により鋳塊の健全化に寄与する。Ｐの含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の場合は、Ｆｅ−Ｐ化合物の生成が不十分であり所望の強度及び耐熱性が得られない。また、溶解時の脱酸作用も不十分であるため健全な鋳塊が得られない。一方、Ｐの含有量が０．１ｍａｓｓ％を越える場合には、Ｆｅ−Ｐ化合物の生成にＦｅがとられ、鋳造時のＦｅの包晶反応が起きなくなる。その結果、鋳塊の組織が粗大化するようになり、熱間加工性を低下させるため、好ましくない。従って、Ｐの含有量は０．０１〜０．１ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．０１〜０．０４ｍａｓｓ％とする。
【００１０】
＜Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ＞
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒは、Ｐとの化合物を生成し合金中に析出する。Ｎｉ−Ｐ化合物及びＣｏ−Ｐ化合物は形成温度が低く、容易に粗大化する。また、Ｃｒ−Ｐ化合物は形成温度が熱延を行う温度に近いため、熱延途中においてすでに粗大に生成してしまう。
粗大に成長したこれらの化合物は合金のマトリックスとの整合性が極端に小さく、粗大析出物と母材との界面は自由界面に近い。このため、転位は粗大析出物にたどり着くと消滅してしまう。この結果、同じ加工率で冷間加工を行っても強度が高くならず、曲げ加工性も低下する。
これらは単体ではその含有量が０．０３ｍａｓｓ％を越えてくると、粗大化合物として析出しやすくなる。また、２種以上の場合は、その総量が０．０５ｍａｓｓ％を越えてくると、さらに顕著となる。従って、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒの含有量はそれぞ、単体で０．０３ｍａｓｓ％以下、２種以上の合計では０．０５ｍａｓｓ％以下、好ましくは０．０３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは０．０１ｍａｓｓ％以下とする。
【００１１】
＜Ｚｎ＞
Ｚｎは銅合金のはんだ及びＳｎめっきの耐熱剥離性を改善する。しかし、含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含有量が０．５ｍａｓｓ％を越えるとはんだ濡れ性が低下する。また、導電率の低下も激しくなる。従って、Ｚｎの含有量は総量で０．０５〜０．５ｍａｓｓ％、好ましくは０．１〜０．３％ｍａｓｓとする。
＜Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎ量＞
Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎは、合金中に固溶することで強度を向上させるのみならず、Ｆｅ−Ｐ析出物又はＦｅ析出物と共存した状態で耐熱性を向上させる。これらの原子は合金中の空孔との親和性が強い。このため空孔による転位の上昇運動が起きにくく、析出粒子にトラップされた転位は移動しにくくなる。結果、耐熱性が向上する。また、これらの元素は打ち抜き加工途中の焼鈍による導電率の低下を低減する作用がある。
この特性は、これらの元素のうち１種又は２種以上の含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満では十分でなく、０．１ｍａｓｓ％を超えると導電率が低下し、４５０℃×１分間加熱前後において６０％ＩＡＣＳを切るようになる。従って、これらの元素のうち１種又は２種以上の含有量は０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、好ましくは０．０１〜０．１ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％とする。
【００１２】
＜Ｏ＞
ＯはＰと反応しやすい。Ｏが１００ｐｐｍを越えた場合、反応したＰは上述したＦｅとの化合物を形成できなくなる。結果、耐熱向上の効果が低下してしまう。また、Ｏと反応したＰは鋳塊の結晶粒界に集まり、粒界強度を低下させ、熱間加工性の低下を招く。従って、Ｏの含有量は１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３０ｐｐｍ以下とする。
＜Ｈ＞
Ｈは、Ｏ量が１０ｐｐｍ以上含有されている場合、Ｈ量が１０ｐｐｍを越えてくると、鋳造時の冷却時の冷却過程でＯと結び付いて水蒸気となり、この水蒸気が鋳塊中にブローホール欠陥を生じてしまう。従って、Ｈの含有量は１０ｐｐｍ以下、好ましくは４ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２ｐｐｍ以下とする。Ｏ、Ｈの低減については、必要に応じて溶湯を木炭被覆下でＡｒバブリングを行うとよい。
【００１３】
＜その他＞
Ｐｂが０．０１ｍａｓｓ％を越えるか、Ｓが０．００５ｍａｓｓ％を越えるか、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００１ｍａｓｓ％以上となるか、又は以上の元素が総量で０．０１ｍａｓｓ％を越えた場合、固溶したこれらの原子はＺｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｎ原子と転位との相互作用を阻害し、上述した耐熱性の効果を妨げ、また、焼鈍後の導電率の低下を大きくする。さらに、Ａｇめっき性も低下させる。従って、これらの元素はＰｂが０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓが０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃ、Ｎｄ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃｅ、ミッシュメタルの合計が０．００１ｍａｓｓ％未満、かつ以上の成分が総量で０．０１ｍａｓｓ％以下、好ましくは０．００５ｍａｓｓ％以下に規制されるのが望ましい。
【００１４】
ところで、先に述べたように、例えばリードフレームのプレスによる打ち抜き加工において、発生した残留応力を小さくするため、数秒〜数分間の短時間高温焼鈍を行うことが一般化している。この熱処理は生産性のためにトンネル炉などを用いて行われ、その代表的な条件としては４５０℃以下の温度で１分以下の時間加熱である。この熱処理後の特性がビッカース硬さでＨｖ１５０未満となると、この後のＬＳＩなどの組み立て工程中に変形を生じやすくなり、生産性を著しく阻害する。また、加熱前に６０％ＩＡＣＳ以上の導電率であったものが、加熱後に６０％ＩＡＣＳを下回った場合、ＬＳＩに組み立て後、製品に実装する際のはんだ付けにおいて、はんだの経時変化によりはんだの剥離を生じることになり、好ましくない。
本発明のＣｕ−Ｆｅ系銅合金板では、４５０℃×１分間加熱前後のビッカース硬さがＨｖ１５０以上、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上の特性を得ることが可能となる。
【００１５】
上記特性を持つＣｕ−Ｆｅ系銅合金板は、上記組成のＣｕ−Ｆｅ系銅合金からなる鋳塊を熱間圧延した後、急冷し、続いて冷間圧延を施して製造する場合において、冷間圧延の前又は冷間圧延の途中で５００℃以上の温度に５分間以上保持する熱処理を行い、その条件を満たす最終の熱処理以降に８０％以上の加工率で冷間圧延を行うことにより得ることができる。熱処理条件を上記のように設定するのは、添加元素を析出させて強度向上を図り、同時に導電率を改善するためであり、冷間加工率を上記のように設定した理由は、添加元素と合わせた強度改善効果を得て４５０℃×１分間加熱後のビッカース硬さをＨｖ１５０以上とするためである。冷間加工率は、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上である。
ただし、５００℃以上の温度で５分以上の保持時間の熱処理を行う工程の前工程又は後工程、若しくはその両方に４００℃以下の温度で保持する熱処理を行う工程があっても差し支えない。また、必要に応じて仕上げ圧延後に熱処理工程を設け、伸び及び曲げ加工性の回復を図ることができる。
【００１６】
【実施例】
本発明に係わる銅合金板及びその製造方法の実施例について、比較例及び従来例とともに説明する。
表１〜表２に示す組成の銅合金をクリプトル炉にて木炭被覆下で大気溶解し、ブックモールドに鋳造して５０ｍｍ×８０ｍｍ×２００ｍｍの鋳塊を作製した。この鋳塊を約９００℃にて熱間圧延し、直ちに水中急冷し、厚さ１５ｍｍの熱延材を作製した。この熱延材の表面の酸化スケールを除去するため、軽く表面切削した後、１．５ｍｍｔまで冷延した後、５５０℃で４時間の析出処理を行った。この後、酸洗いを行い表面酸化スケールを除去した後、０．２５ｍｍｔまで冷延して試験材を作製した。
得られた試験材について、強度、硬さ、導電率、曲げ加工性及びＡｇめっき性の測定を下記要領で実施した。
さらに、この試験材を窒素−水素の混合ガス雰囲気中で４５０℃×１分間加熱し、加熱後の硬さ、導電率、はんだ耐熱剥離性を下記要領で調べた。
以上の結果を表３〜表４に示す。
【００１７】
【表１】
0004043118.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004043118.tif 000003
【００１９】
引張強さは、試験材からＪＩＳ５号試験片を加工して引張強さを測定し、硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定された方法に基づいて測定した（ただし、試験加重は５００ｇｆとした）。
導電率は、ＪＩＳ  Ｈ  ０５０５に規定されている方法に基づきダブルブリッジを用いて測定した。
曲げ加工性は、ＪＩＳ  Ｈ３１３０の方法で板厚と同等の曲げ半径を有するＷ型の曲げ治具を用いて加工した。加工後のＷ曲げ部を目視で観察し、クラックの有無で加工性を評価した。
Ａｇめっきテストは、シアン系Ａｇめっきを厚さ１μｍ行った時に、局所的に厚さが厚くなる現象（突起）の有無を実体顕微鏡で観察した。
はんだ耐熱剥離性は、６Ｓｎ／４Ｐｂはんだを２４５±５℃×５秒にてはんだ付けした後、１５０℃のオーブンで１０００Ｈｒまで加熱した。この試験片を１８０℃曲げ戻しにて加工を加え加工部のはんだが剥離するか観察した。
【００２０】
【表３】
0004043118.tif 000004
【００２１】
【表４】
0004043118.tif 000005
【００２２】
表３より、本発明の規定範囲内に入る（ただし、Ｎｏ．１〜６，８はＮｉ含有量がクレームの規定をオーバー）Ｎｏ．１〜１０の試験材は、加熱前において、強度、硬さ、導電率、曲げ加工性、Ａｇめっき性など、電気電子部品が要求する特性を具備し、さらに加熱後においても、Ｈｖ１５０以上、導電率６０％ＩＡＣＳ以上をもち、はんだ耐熱剥離性が優れている。
一方、表４より、本発明の規定範囲外の合金から製造されたＮｏ．１１〜２３の試験材は材料調整ができていないか、いずれかの性能が低い。例えばＮｉ量が多いＮｏ．１５とＮｉ＋Ｃｏ＋Ｃｒ量が多いＮｏ．１６は、加熱前の強度が低く、曲げ加工性が劣る。Ｎｏ．１７はＺｎが少なくはんだが剥離し、Ｎｏ．１８はＺｎが多すぎて導電率が低い。Ｚｒ〜Ｍｎから選ばれる元素の添加量が少ないＮｏ．２１は加熱後の硬さと導電率の低下が大きく、はんだ耐熱剥離性も劣り、Ｚｒ〜Ｍｎが多いＮｏ．２２は導電率が低い。Ｐｂ〜ミッシュメタルの多いＮｏ．２３はＡｇめっき性が劣り、加熱後の硬さ、導電率、はんだ耐熱剥離性も劣る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、リードフレーム、端子、コネクタなど電気・電子部品用銅合金として要求される強度、導電率、Ａｇめっき性、はんだ付け性などの特性を通常の銅合金以上に維持しながら、プレス打ち抜き時に発生する残留御力を除去するために行われる焼鈍時に軟化しにくく、耐熱性のよいＣｕ−Ｆｅ系銅合金を得ることができる。従って、各種電気電子機器の微細化による寸法精度に対する厳しい要求に対応が可能となる。