(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎを１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満、Ｓｎを０．５〜３ｗｔ％、Ｓを５〜１００ｐｐｍ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、およびＭＭ（ミッシュメタル）よりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ａを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、前記添加金属ＡとＳとの原子比（Ａ／Ｓ）が１５以上１５０未満であることを特徴とする電子機器用銅合金。
【請求項２】
Ｚｎを１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満、Ｓｎを０．５〜３ｗｔ％、Ｓを５〜１００ｐｐｍ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、およびＭＭ（ミッシュメタル）よりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ａを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、前記添加金属ＡとＳとの原子比（Ａ／Ｓ）が１５以上１５０未満であり、かつ銅合金中の硫化物の粒径が０．５〜１５μｍであることを特徴とする電子機器用銅合金。
【請求項３】
Ｚｎを１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満、Ｓｎを０．５〜３ｗｔ％、Ｃを０．０００１〜０．００２０ｗｔ％、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＭｏよりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ｂを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、前記添加金属ＢとＣとの原子比（Ｂ／Ｓ）が１５以上１５０未満であることを特徴とする電子機器用銅合金。
【請求項４】
Ｚｎを１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満、Ｓｎを０．５〜３ｗｔ％、Ｃを０．０００１〜０．００２０ｗｔ％、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＭｏよりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ｂを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、前記添加金属ＢとＣとの原子比（Ｂ／Ｓ）が１５以上１５０未満であり、かつ銅合金中の炭化物の粒径が０．５〜１５μｍであることを特徴とする電子機器用銅合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子電気機器用のリード材、端子材などに使用される銅合金に係り、特に、ＩＣなどの半導体素子用のリード材（リードフレーム材）に好適な銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的に電気電子機器用材料としては、鉄系材料の他、電気伝導性および熱伝導性に優れているリン青銅、丹銅、黄銅等の銅系材料も広く用いられている。
【０００３】
一方、近年、電気電子機器の小型化、軽量化、更にこれに伴う高密度実装化に対する要求が高まり、これらに適用される銅系材料にも小型化、軽量化が求められている。従って、このような小型化、軽量化において、高度な寸法精度を確保するために、良好な成型加工性を有する材料が強く求められている。
【０００４】
成型法としては打抜加工法が主流であり、近年の技術革新により、多ピンまたはファインピッチのリードフレーム、ピン数は少ないが多列に加工するマトリックス状のリードフレームなどが打抜加工により製造されるようになり、また、小型コネクターの形成時も精密打抜加工により形成されており、材料の打抜加工性が重要視されている。
【０００５】
打抜加工はコスト的にも有利であり、Ｚｎを含む丹銅、黄銅は、打抜加工の際の金型磨耗がリン青銅よりも少ないという優れた特徴を有する。しかし、精密な打抜加工を実施する上で、安定した破断を再現性よく行うことが必要不可欠であるが、この点においてＺｎを含んだ丹銅、黄銅は今だ不十分である。
【０００６】
安定した破断を再現性よく行うためには、破断の起点となる金属間化合物をマトリクス中で均一に分散させることが必要である。そのようにした合金として、Ｎｉ−Ｓｉを活用したＣ７０２５、Ｆｅ（Ｐ）を活用したＣ１９４等があるが、これらは溶体化処理・時効処理等の熱処理を行うことが必要であり、経済性の点で問題がある。
【０００７】
また、Ｓｎを添加することで、固溶強化による強度の向上が可能であり、そのため打抜性が改善されるが、Ｓｎの過剰な添加は導電性を低下させてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、Ｃｕ−Ｚｎ合金は、打抜加工において、安定した破断を再現性よく行うことにおいて不十分であり、金属間化合物を利用してその改善を図ろうとすると、熱処理等が必要となり、経済的には好ましくない。
【０００９】
本発明は、このような事情の下になされ、強度、導電性、曲げ加工性、打抜加工性、耐熱性などに優れた半導体リードフレーム用銅合金を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため、研究を重ねた結果、ＺｎおよびＳｎを含む銅合金に、更にＳ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、ＣｏおよびＭＭを添加し、あるいはＣ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｒ、ＭｎおよびＭｏを添加し、鋳造時の冷却速度を制御することで、マトリクス粒界に金属間化合物を見掛け上均一に分散させることが出来、この見掛け上均一に分散した金属間化合物が、打抜加工時の破断の起点となり、打抜加工性の向上に寄与することを見出だした。
【００１１】
本発明は、このような知見に基づくものである。
【００１２】
すなわち、第１の発明は、Ｚｎを１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満、Ｓｎを０．５〜３ｗｔ％、Ｓを５〜１００ｐｐｍ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、およびＭＭ（ミッシュメタル）よりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ａを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、前記添加金属ＡとＳとの原子比（Ａ／Ｓ）が１５以上１５０未満であることを特徴とする電子機器用銅合金を提供する。
【００１３】
ミッシュメタルは、Ｃｅ、Ｌａを主成分とする合金で、通常Ｃｅ４５〜５０重量％、Ｌａ２０〜４０重量％、残部その他の稀土類元素（Ｎｄ、Ｓｍ、Ｐｒ等）からなる。
【００１５】
また、銅合金中の硫化物の粒径を０．５〜１５μｍとすることが好ましい。
【００１６】
第２の発明は、Ｚｎを１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満、Ｓｎを０．５〜３ｗｔ％、Ｃを０．０００１〜０．００２０ｗｔ％、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＭｏよりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ｂを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であって、前記添加金属ＢとＣとの原子比（Ｂ／Ｓ）が１５以上１５０未満であることを特徴とする電子機器用銅合金を提供する。
【００１８】
また、銅合金中の炭化物の粒径を０．５〜１５μｍとすることが好ましい。
【００１９】
以上のように構成される本発明の半導体リードフレーム用銅合金は、半導体リードフレーム用に限らず、電気電子機器及び車載用端子・コネクターあるいはリレースイッチ等の電子部品端子材にも好適に使用可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の発明に係る銅合金は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金をベースとし、Ｓｎを適量添加するとともに、Ｓ、およびＭｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、およびＭＭの１種又は２種以上を添加することにより、打抜加工性を改善したものである。
【００２１】
また、第２の発明に係る銅合金は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金をベースとし、Ｓｎを適量添加するとともに、ＣおよびＺｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＭｏの１種又は２種以上を添加することにより、打抜加工性を改善したものである。
【００２２】
本発明に係る銅合金において、Ｚｎは打抜加工時のバリの発生やリードの捩れを極めて少なくし、金型磨耗性を低減させて打抜加工性を向上させるという作用を示す。Ｚｎの含有量を１ｗｔ％以上、３５ｗｔ％未満に規定する理由は、１ｗｔ％未満ではその添加効果が十分に得られず、３５ｗｔ％以上では導電率の低下が著しくなるためである。
【００２３】
Ｓｎは、特に、銅合金中の硫化物または炭化物と複合的に働き、打抜加工性の改善に寄与する。その含有量を０．５〜３ｗｔ％に規定する理由は、０．５ｗｔ％未満ではその添加効果が乏しく、３ｗｔ％を超えると熱間加工性が低下するためである。
【００２４】
第１の発明に係る銅合金において、Ｓを５〜１００ｐｐｍ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、およびＭＭよりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ａを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％、添加することにより、Ｓと添加金属Ａは複合的に作用し、マトリクス内に硫化物が生成される。この硫化物がプレス時の破断の起点となり、打抜加工性の著しい改善がなされる。
【００２５】
なお、Ｓの量が５ｐｐｍ未満では、十分な硫化物が生成されないため、打抜加工性の改善効果が得られず、一方、１００ｐｐｍを越えると、鋳造性・熱間加工性が低下し、経済的に好ましくない。
【００２６】
第２の発明に係る銅合金において、Ｃを０．０００１〜０．００２０ｗｔ％、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＭｏよりなる群より選ばれた１種又は２種以上の添加金属Ｂを総計で０．０１〜０．５ｗｔ％、複合的に添加することにより、Ｃと添加金属Ｂは複合的に作用し、マトリクス内に炭化物が生成される。この炭化物がプレス時の破断の起点となり、打抜加工性の著しい改善がなされる。
【００２７】
なお、Ｃの量が０．０００１ｗｔ％未満では、有効な炭化物が生成されないため、打抜加工性の改善効果が得られず、一方、０．００２ｗｔ％を越える量を添加することは、工業的に困難であるからである。
【００２８】
本発明に係る銅合金において、添加金属ＡとＳとの原子比（Ａ／Ｓ）または添加金属ＢとＣとの原子比（Ｂ／Ｃ）は、１５以上１５０未満とすることが望ましいが、この範囲外では、打抜加工性を改善するに必要な硫化物又は炭化物を生成することが困難であるからである。
【００２９】
また、硫化物または炭化物の粒度を０．５〜１５μｍに制御することが望ましい。その理由は、粒度が０．５μｍ未満では、打抜加工性の改善がみられず、一方、１５μｍを超えると、冷間加工時に材料表面の肌荒れを引き起こしてしまうからである。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。
【００３１】
（実施例１）
下記表１および表２に示す組成の３０種の合金（Ｎｏ．１〜３０）を高周波溶解炉により溶解し、これを所定温度に維持された金型へ鋳込み、厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を得た。硫黄の添加は、硫化銅粉を用いて行った。なお、試料Ｎｏ．１〜２４については、鋳込み温度を液相線温度＋１００℃とし、試料Ｎｏ．２５〜３０については、鋳込み温度を液相線温度＋１５０℃とした。
【００３２】
次いで、得られた鋳塊を８００℃で熱間圧延し、厚さ１２ｍｍにした。次に、この熱間圧延材を厚さ８ｍｍに両面面削して酸化皮膜を除去し、次いで、厚さ１．２ｍｍに冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で４００℃で１時間焼鈍した。その後、厚さ０．１５ｍｍに冷間圧延による仕上げ圧延を行い、３０種の薄板試料を得た。
【００３３】
これら薄板試料の内部に存在する硫化物の粒径を、光学顕微鏡で観察することにより求めた。また、これら薄板試料にＳＫＤ１１製金型で１ｍｍ×５ｍｍの角穴を開け（クリアランス６％）、５００１回目から１００００回目までの打抜分からサンプルを２０個無作為に抽出し、サンプルの厚さｂに対する破断面比率  （ａ／ｂ）×１００％を求めた。
【００３４】
この破断面比率は、打抜加工性の目安の一つとされ、この比率が大きい程、打抜加工性は良好であり、打抜きでの歩留りが高く、かつ加工を精密に行うことが出来ると評価される。
【００３５】
また、打抜加工性は、破断面比率だけでなく、打抜加工時のバリの発生、リードの捩じれ、および金型摩耗性等を総合的に考慮して、以下の基準により評価した。
【００３６】
○：打抜加工性が特に優れている。
【００３７】
△：打抜加工性が良好である。
【００３８】
×：打抜加工性が劣っている。
【００３９】
硫化物の粒径、破断面比率および打抜加工性の評価結果を下記表１および２に示す。
【００４０】
【表１】
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【表２】
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上記表１および表２から明らかなように、実施例１に係る試料Ｎｏ．１〜１４はいずれも打抜加工性に優れている（評価Ａ）。これに対し、従来例および比較例に係る試料Ｎｏ．１５〜２０は、いずれも打抜加工性が劣っている（評価Ｄ）。また、添加金属とＳとの原子比が本発明の範囲外である参考例としての試料Ｎｏ．２１〜２４は、打抜加工性が若干劣り（評価Ｃ）、硫化物の粒径が請求項２の範囲外である試料Ｎｏ．２６は、打抜加工性が若干劣り（評価Ｂ）、試料Ｎｏ．２５，２７〜３０は、冷間加工時に肌荒れが発生している。
【００４１】
なお、上記表１および表２に示す破断面比率をプロットしたグラフを図１および図２に示す。図１および図２から、同一のＺｎ含量における破断面比率は、実施例１に係る試料Ｎｏ．１〜１４が、従来例および比較例に係る試料Ｎｏ．１５〜２０、および本発明および請求項２の範囲外である試料Ｎｏ．２１〜３０よりも高いことがわかる。
【００４２】
（実施例２）
下記表３に示す組成の２４種の合金（Ｎｏ．３１〜５４）を高周波溶解炉により溶解し、これを所定温度に維持された金型へ鋳込み、厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を得た。なお、試料Ｎｏ．３１〜５３については、鋳込み温度を液相線温度＋１００℃とし、試料Ｎｏ．５４については、鋳込み温度を液相線温度＋５０℃とした。
【００４３】
次いで、得られた鋳塊を８００℃で熱間圧延し、厚さ１２ｍｍにした。次に、この熱間圧延材を厚さ８ｍｍに両面面削して酸化皮膜を除去し、次いで、厚さ１．２ｍｍに冷間圧延したのち、不活性ガス雰囲気中で４００℃で１時間焼鈍した。その後、厚さ０．１５ｍｍに冷間圧延による仕上げ圧延を行い、２４種の薄板試料を得た。
【００４４】
これら薄板試料の内部に存在する炭化物のサイズを、光学顕微鏡で観察することにより求めた。また、実施例１と同様にして、これら薄板試料の破断面比率  （ａ／ｂ）×１００％を求めた。打抜加工性についても、同様に評価した。その結果を下記表３に示す。
【００４５】
【表３】
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上記表３から明らかなように、実施例２に係る試料Ｎｏ．３１〜４２はいずれも打抜加工性に優れている（評価Ａ）。これに対し、比較例に係る試料Ｎｏ．４３〜５０は、いずれも打抜加工性が劣っており（評価Ｄ）、また、本発明の範囲内ではあるが、添加金属とＣとの原子比が請求項３の範囲外である試料Ｎｏ．５１〜５３は、打抜加工性が若干劣り（評価Ｃ）、更に、炭化物の粒径が請求項４の範囲外である試料Ｎｏ．５４は、打抜加工性が若干劣っている（評価Ｂ）。
【００４６】
なお、上記表３に示す破断面比率をプロットしたグラフを図３に示す。図３から、同一のＺｎ含量における破断面比率は、実施例２（試料Ｎｏ．３１〜４２）に係る試料は、比較例（試料Ｎｏ．４３〜５０）に係る試料および試料Ｎｏ．５１〜５４よりも、高いことがわかる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の半導体リードフレーム用銅合金は、打抜加工性に優れているＣｕ−Ｚｎ合金をベースとし、これにＳｎを添加するとともに、ＳまたはＣと、所定の添加金属とを添加することにより、銅合金中に硫化物または炭化物を生成させ、これら硫化物または炭化物がプレス時の破断の起点となるので、打抜加工性の著しい改善を図ることが出来る。
【００４８】
本発明の銅合金は、電気電子機器及び車載用端子・コネクターあるいはリレースイッチ等の電子部品端子材にも好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】銅合金中のＺｎ含有量と破断面比率との関係を示す特性図。
【図２】銅合金中のＺｎ含有量と破断面比率との関係を示す特性図。
【図３】銅合金中のＺｎ含有量と破断面比率との関係を示す特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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