(57)【要約】【課題】めっき前処理を強化することなく、また材料への要求特性を損なうことなく良好なめっき品質が得られる電気・電子部品用銅合金の製造方法を提供する。【解決手段】純銅若しくは銅合金を溶解、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍等の工程を経て所定の厚さに圧延した銅板若しくは銅合金板を、材料表層近傍にのみ加工歪みを与えた後、不活性ガス若しくは還元ガス雰囲気中で焼鈍させて、加工歪みを与えた表層近傍のみを、圧延組織の回復若しくは再結晶させるものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
純銅若しくは銅合金を溶解、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍等の工程を経て所定の厚さに圧延した銅板若しくは銅合金板を、材料表層近傍にのみ加工歪みを与えた後、不活性ガス若しくは還元ガス雰囲気中で焼鈍させて、加工歪みを与えた表層近傍のみを、圧延組織の回復若しくは再結晶させることを特徴とする電気・電子部品用銅合金の製造方法。
【請求項２】
表層近傍にのみ加工歪みを与える手段が、所定の厚さに最終圧延した銅板若しくは銅合金板をブラシや砥粒等を用いた研磨による請求項１に記載の電気・電子部品用銅合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な強度および導電性を有するとともに、めっき品質に優れた電気・電子部品用銅合金の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅および銅合金は熱伝導性が非常に高いことから電気・電子部品用材料として利用されている。電気・電子部品として、リードフレームやコネクタが挙げられるが、これらは通常銅材料に各種めっきを施して使用される。例えばリードフレーム用ではワイヤ・ボンディングのためにＡｇめっきやその下地のＣｕめっきが、基板実装のために半田めっきが施される。更に近年では先めっきリードフレーム（以下ＰＰＦ）と呼ばれる方法が利用されるようになり、Ｎｉめっきの上にＰｄめっきおよびＡｕめっきが施される。ＰＰＦでは、樹脂モールデイング工程後の半田めっき工程が省略できると共にＰｂフリー対策としても有効なため、適用が拡がっている。
【０００３】
めっき品質には、めっき前処理条件と共に銅材料の化学組成や表面の物理的状態および化学的状態が大きく影響する。
【０００４】
めっき品質に優れた銅合金の製造方法として、例えば特許文献１〜４が挙げられる。特許文献２や特許文献３では、介在物の個数を規定している。特許文献２や特許文献１では、材料表面の加工変質層の厚さを規定している。
【０００５】
加工変質層とは、冷間圧延で得られた銅板の表層部に存在する層であり、その最表層は結晶性の乱れた非晶質になっていると考えられている。厚さは、圧下率、圧延条件、材料特性に大きく影響されるが、一般的に表層１μｍ以内に存在するといわれている。
【０００６】
加工変質層は、めっき品質に大きく影響し、加工変質層が厚い場合や結晶性の乱れが激しい場合、めっき品質が著しく低下する。具体的には、ピン・ホール、剥がれ、その後の加熱での膨れ等である。
【０００７】
このため、従来は加工変質層を除去するために、酸洗等の前処理を充分に実施する、若しくは所定の温度で焼鈍し回復・再結晶させる等の方法が採られてきた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３９８０４号公報
【特許文献２】特許第３３８３６１５号公報
【特許文献３】特開昭５８−１２３８４６号公報
【特許文献４】特開平２−１００３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、加工変質層の除去のために酸洗処理を強くすると、量産製造工程では製造コストの増大に繋がる。銅材料の酸洗液は、一般的にＨ2ＳＯ4にＨ2Ｏ2やその他の酸化剤を加えたものを使用するが、Ｈ2Ｏ2は濃度管理が難しく、その他の酸化剤も製造コスト上昇の要因になる。また、量産製造工程で酸洗処理時間を長くすると酸洗ラインを長くするかライン速度を低下させる必要があり、これも製造コスト上昇の要因になる。
【００１０】
一方、所定の温度で回復・再結晶させる方法では材料全体の強度が低下してしまい、要求特性を満たせなくなる可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決し、めっき前処理を強化することなく、また材料への要求特性を損なうことなく良好なめっき品質が得られる電気・電子部品用銅合金の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、純銅若しくは銅合金を溶解、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍等の工程を経て所定の厚さに圧延した銅板若しくは銅合金板を、材料表層近傍にのみ加工歪みを与えた後、不活性ガス若しくは還元ガス雰囲気中で焼鈍させて、加工歪みを与えた表層近傍のみを、圧延組織の回復若しくは再結晶させることを特徴とする電気・電子部品用銅合金の製造方法である。
【００１３】
表層近傍にのみ加工歪みを与える手段が、所定の厚さに最終圧延した銅板若しくは銅合金板をブラシや砥粒等を用いた研磨によるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、めっき前処理を強化することなく、また銅合金の強度、導電率といった基本特性を損なうことなく良好なめっき品質が得られる電気・電子部品用銅合金の製造方法を開発したもので、その効果は非常に大きい。更に、半田濡れ性の改善効果についてもめっき品質の向上と同様に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るめっき品質の良好な電気・電子部品用銅合金の製造方法の好適な一実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明者は、リードフレーム用銅合金として広く使用されている数種の銅合金について、研磨条件とその後の焼鈍条件で加工変質層がどのように変化し、更にめっき品質にどのように影響するかを鋭意調査した。
【００１７】
その結果、最終圧延後に、材料表層近傍にのみ加工歪みを与えた後、不活性ガス若しくは還元ガス雰囲気中で適切な温度および時間において焼鈍することにより、表層近傍のみ回復若しくは再結晶させることが可能となり、この結果めっき品質が著しく向上することが判明した。更に、材料表層近傍にのみ加工歪みを与える方法を摸索検討した結果、材料表面をブラシや砥粒等の研磨剤を用いてランダムな方向に研磨することが有効であることが判明した。
【００１８】
すなわち本発明は、所定の厚さに圧延した銅板若しくは銅合金板を、材料表層近傍にのみ加工歪みを与えた後、不活性ガス若しくは還元ガス雰囲気中で適切な温度および時間において焼鈍することにより、表層近傍のみ回復若しくは再結晶させるめっき品質に優れた電気・電子部品用銅合金の製造方法にある。
【００１９】
以下に本発明の実施の形態をさらに詳しく説明する。
【００２０】
通常坩堝式溶解炉やチャネル式溶解炉等の電気炉で所定の成分を溶解後、連続鋳造により厚さ１５０〜２５０ｍｍ、幅４００〜１０００ｍｍ程度の矩形断面鋳塊（ケーク）を鋳造する。
【００２１】
ケークを８００〜１０００℃の温度において３０分以上保持後、熱間圧延機により厚さ１０〜１５ｍｍ程度に圧延する。
【００２２】
熱間圧延の適正温度は化学組成によって異なり、一般的に析出型銅合金では添加元素が固溶する温度で熱間圧延を開始することが望ましいが、高すぎると酸化スケールが増大する。
【００２３】
熱間圧延後は、面削により酸化膜を除去して、一般的にその後は冷間圧延、焼鈍（時効処理を含む）、必要に応じて酸洗を繰り返し、最終圧延に至る。圧延による加工歪みを与えることにより材料は加工硬化し、強度が上昇する。
【００２４】
本発明において、最終圧延後、材料表面をブラシや砥粒等の研磨剤を用いてランダムな方向に研磨する。
【００２５】
研磨方向が一定の場合には研磨痕が残り、逆にめっき品質を低下させるため、ブラシの場合、番手が＃２０００より荒いと、表面の凹凸が増え、逆にめっき品質を低下させるため、番手は＃２０００以上の細かいブラシを使用する。
【００２６】
また砥粒で研磨する場合、アルミナやダイヤモンドが考えられるが、砥粒の直径が１μｍより荒いと表面の凹凸が増え、逆にめっき品質を低下させるため、粒径は直径１μｍ以下の細かい砥粒を使用する。
【００２７】
また、加える垂直応力は材料の降伏応力の２％以上２０％未満とする。２％より小さい場合は、材料表面に充分な歪みを付与できない。２０％以上の場合、研磨が困難となる他、材料への損傷が大きくまた逆効果となる。更に材料と研磨剤の相対速度は、１０ｍ／ｍｉｎ以上、３００ｍ／ｍｉｎ未満とする。１０ｍ／ｍｉｎより遅い場合は、材料表面に充分な歪みを付与できない。３００ｍ／ｍｉｎ以上の場合、研磨が困難となる他、材料への損傷が大きくなり逆効果となる。
【００２８】
以上の材料表面への歪み付与後、不活性ガス雰囲気若しくは還元ガス雰囲気中で、適切な温度（３００〜５５０℃）および適切な時間（３０秒〜２分）で、焼鈍することにより、表層部のみ回復若しくは再結晶させた材料を得ることが可能となる。
【００２９】
雰囲気を不活性ガス雰囲気若しくは還元ガス雰囲気としない場合、めっき前に表面の酸化膜を除去するために酸洗を充分実施することが必要となる。焼鈍の条件は材料の化学組成、製造工程によって変化するため、その都度適正化させる必要がある。
【００３０】
以上の本発明の製造方法により、めっき品質に優れた電気・電子部品用銅合金条が得られる。
【００３１】
なお、加工変質層厚さの評価は、ＳＥＭの反射電子像、ＥＢＳＰで、めっき品質の評価はＡｇめっきの加熱膨れ試験、Ｎｉめっきのポロシティ評価試験、メニスコグラフによる半田濡れ性評価試験で実施した。
【実施例】
【００３２】
中周波誘導型坩堝炉でＣｕ−２．２ｍａｓｓ％Ｆｅ−０．０３ｍａｓｓ％Ｐ−０．１２ｍａｓｓ％Ｚｎの組成に溶解・調整後、銅製鋳型で半連続鋳造し、断面サイズ１８０ｍｍ×６２０ｍｍ、長さ６０００ｍｍの矩形断面鋳塊を鋳造した。
【００３３】
次に鋳塊を９００℃に加熱後、約３時間保持し、１１パスで厚さ約１２ｍｍに熱間圧延した。
【００３４】
酸化スケールを除去後、冷間圧延、時効処理、酸洗、冷間圧延焼鈍を実施し、圧下率８０％の最終圧延を実施した。
【００３５】
この後、表１に示すような条件で加工歪みを導入した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１において、実施例１は、番手＃２０００以上の細かいブラシで、押付圧３０ＭＰａ、研磨速度３０ｍ／ｍｉｎで行い、実施例２は、アルミナ砥粒（粒径１μｍ以下）で、押付圧３０ＭＰａ、研磨速度６０ｍ／ｍｉｎで行ったものである。
【００３８】
比較例１は、ブラシで、押付圧５ＭＰａ、研磨速度３０ｍ／ｍｉｎで行い、比較例２は、ブラシで、押付圧１５０ＭＰａ、研磨速度３０ｍ／ｍｉｎで行い、比較例３は、アルミナ砥粒で、押付圧３０ＭＰａ、研磨速度５ｍ／ｍｉｎで行い、比較例４は、アルミナ砥粒で、押付圧３０ＭＰａ、研磨速度４００ｍ／ｍｉｎで行い、従来例１は加工歪みを導入させない、そのままのものとした。
【００３９】
このうち比較例２は、ブラシの押付圧が高く、また比較例４は研磨速度が速いため、安定して研磨できずサンプル作製が不可となった。
【００４０】
更に、Ａｒ雰囲気中において３００〜５５０℃の温度で１分の歪み除去焼鈍を実施した。
【００４１】
図１は、実施例１、２、比較例１〜４、従来例１の各サンプルの歪み除去焼鈍温度に対する引張強さおよび伸びとの関係を示したもので、黒四角印は引張り強さ、黒丸印は伸びである。
【００４２】
材料全体の引張強さおよび伸びは、黒四角印、黒丸印ともに相互に重なり、表１の条件にはよらず、実施例１、２、比較例１〜４とも、従来例１と同等であることがわかる。
【００４３】
この材料の要求特性は、引張強さ５２０ＭＰａ以上、伸び５％以上であり、これを満たす焼鈍温度は、図１から４２５〜５００℃であることがわかる。
【００４４】
そこで、表１の各サンプル（実施例１、２、比較例１、３、従来例１）について、それぞれ４５０℃と５００℃の温度で１分の歪み除去焼鈍を実施し、最表面組織、加工変質層厚さ、Ａｇめっきの加熱膨れ、ＮｉめっきＣｕ溶出量、半田濡れ時間を測定した結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
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【００４６】
最表面組織、加工変質層厚さの測定は、ＳＥＭの反射電子像とＥＢＳＰを用いて材料最表面の断面組織観察と加工変質層厚さ（ＥＢＳＰで方位信頼性が１０％以下の部分と定義）を測定した。
【００４７】
更に、めっき品質に与える影響を調査するためのＡｇめっきの加熱膨れ試験、Ｎｉめっきのポロシティ評価試験、半田濡れ性試験は、前処理として、サンプルを１０秒間アルカリ電解脱脂→１０秒間流水洗浄→純粋すすぎ→１０秒間酸洗（２ＮのＨ2ＳＯ4）→１０秒間流水洗浄→純粋すすぎを行った後に、各試験を行った。
【００４８】
Ａｇめっきは、ＡｇＣＮ：５０ｇ／ｌ、ＫＣＮ：１１５ｇ／１を含むＡｇめっき浴とし、サンプル実効面積５ｃｍ×５ｃｍ、液温５０℃、電流密度５Ａ／ｃｍ2、めっき時間１００秒の条件でめっきし、そのＡｇめっき後にＮ2雰囲気中で３５０℃×５分加熱し、両面に発生した膨れの有無を光学顕微鏡でチェックし、膨れの個数で評価した。
【００４９】
Ｎｉめっきは、スルファミン酸浴とし、サンプル実効面積５ｃｍ×５ｃｍ、液温５０℃、電流密度１０Ａ／ｃｍ2、めっき時間２０秒で実施し、Ｎｉめっきのポロシティ評価試験は、Ｎｉめっき後に大気中で４５０℃の温度において５分間加熱した後、表裏両面に直径４ｃｍの円形の露出部ができるようにマスキング・テープでマスキングし、更にこれを１ＮのＨ2ＳＯ4中に５分間浸漬させ、溶出したＣｕの濃度をＩＣＰ発光分光法で定量評価した。
【００５０】
半田濡れ性試験は、メニスコグラフで実施し、サンプルをロジン系フラックスに浸漬後、２２０℃に加熱した６０Ｓｎ−４０Ｐｂ半田に浸漬させ、濡れるまでの時間で評価した。
【００５１】
表２より、本発明の実施例１、２では、焼鈍により材料表面の歪みが開放され加工変質層が薄くなり、この結果Ａｇめっきの加熱膨れ試験、Ｎｉめっきのポロシティ評価試験、半田濡れ性試験のいずれでも良好な結果が得られた。
【００５２】
一方、比較例１、３および従来例１では、この焼鈍条件では材料表面の歪みが開放されず、この結果、Ａｇめっきの加熱膨れ試験、Ｎｉめっきのポロシティ評価試験、半田濡れ性試験のいずれでも良好な結果は得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例、比較例、従来例のサンプルの歪み除去の焼鈍温度に対する引張強さおよび伸びの関係を示す図である。
【図１】
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