(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを１．５〜３．０重量％含有し、残部がＣｕから成る銅合金を圧延加工する銅合金の加工方法において、
前記銅合金の鋳塊を８００℃以上の温度に加熱して熱間圧延し、
熱間圧延された圧延材を冷間圧延することにより第１の圧延材に加工し、
前記第１の圧延材を９００℃以上の温度で３分以上熱処理し、
熱処理された前記第１の圧延材を毎分５０℃以上の冷却速度で５００℃まで冷却し、
室温等の所定温度まで冷却された前記第１の圧延材を冷間圧延することにより第２の圧延材に加工し、
前記第２の圧延材を６００〜６５０℃の温度で３０分〜６時間加熱して第１の焼鈍を行い、
前記第１の焼鈍をされた前記第２の圧延材を４００〜５２５℃の温度に加熱して第２の焼鈍を行い、
前記第２の焼鈍をされた前記第２の圧延材を減面率５０〜８５％の冷間圧延により圧延することを特徴とする銅合金の加工方法。
【請求項２】
前記銅合金は、０．０１５〜０．１５重量％のＰと０．０１〜０．２重量％のＺｎのうちの少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項第１項記載の銅合金の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅合金の加工方法に関し、特に、加熱によって機械的特性が損なわれることのない銅合金材製造のための加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置のリードフレームや端子コネクター等に使用される銅合金として、たとえば、特公平３−４４１４１号公報に記載されているようなＦｅを１．５〜３．０重量％含有した銅合金が知られている。
【０００３】
このＣｕ−Ｆｅ系銅合金は、優れた機械的特性と導電性とによって特徴づけられ、主にＬＳＩのような半導体素子を搭載するためのリードフレーム、あるいは種々のコネクタ端子などとして使用されている。
【０００４】
たとえば、リードフレームの場合、半導体素子の高集積化に伴って益々の多ピン化と薄肉化とが要求されているが、これに対処するためには、機械的特性と導電性だけでなく、耐熱性の面でも優れた特質を備えていることが必要となる。
【０００５】
即ち、多ピン化と薄肉化は、精密なリードフレーム構造を要求することになるが、たとえば、スタンピングによってリード等の細密部分を形成する場合、スタンピング完了後には殆どのケースにおいて歪み除去処理が行われ、このためには、リードフレームを４００℃程度の高温に加熱する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＣｕ−Ｆｅ系銅合金によると、このような熱処理に耐えられる特性を具備していないことから、歪み除去処理を原因とした特性低下を余儀なくされていた。特性の低下は機械的特性の低下となって現れ、具体的には、リードフレームの細密さの精度をバックアップするビッカース硬度、若しくは引張強度の低下となって現れる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、加熱によって機械的特性が損なわれることのない耐熱銅合金材製造のための銅合金の加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、Ｆｅを１．５〜３．０重量％含有し、残部がＣｕから成る銅合金を圧延加工する銅合金の加工方法において、前記銅合金の鋳塊を８００℃以上の温度に加熱して熱間圧延し、熱間圧延された圧延材を冷間圧延することにより第１の圧延材に加工し、前記第１の圧延材を９００℃以上の温度で３分以上熱処理し、熱処理された前記第１の圧延材を毎分５０℃以上の冷却速度で５００℃まで冷却し、室温等の所定温度まで冷却された前記第１の圧延材を冷間圧延することにより第２の圧延材に加工し、前記第２の圧延材を６００〜６５０℃の温度で３０分〜６時間加熱して第１の焼鈍を行い、前記第１の焼鈍をされた前記第２の圧延材を４００〜５２５℃の温度に加熱して第２の焼鈍を行い、前記第２の焼鈍をされた前記第２の圧延材を減面率５０〜８５％の冷間圧延により圧延することを特徴とする銅合金の加工方法を提供するものである。
【０００９】
銅合金におけるＦｅの含有量を１．５〜３．０重量％に限定する理由は、１．５重量％未満では、Ｆｅの析出量が不足し、実用上充分な機械的強度と耐熱性とが得られなくなるためであり、逆に、３．０重量％を超過すると導電性の低下が大きくなるとともに、未溶解鉄や粗大な鉄晶出物が偏在する惧れがあることによる。
【００１０】
Ｆｅ以外に、ＰまたはＺｎを単独、あるいは併用の形で加えることは可能であり、その添加量は、Ｐの場合が０．０１５〜０．１５重量％、Ｚｎの場合が０．０１〜０．２０重量％に設定される。
Ｐは鋳造時の脱酸のため、Ｚｎは脱酸と脱ガスを目的として添加されるもので、上記の範囲における上限値と下限値は、下限値がこれらの効果を確保するため、上限値が実用的導電性を維持するための限界値となる。
【００１１】
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｎのうちの１種以上を添加することは可能であり、その量は、多くの場合、０．００１〜０．２０重量％に設定される。
【００１２】
鋳塊は、連続または半連続形式によって鋳造されるが、鋳造された銅合金内には、鋳造後の冷却の過程においてＦｅが析出することになる。この析出したＦｅは、熱間加工性に悪影響を与える性質を有していることから、圧延前にＣｕ中に再固溶させる必要がある。
【００１３】
本発明においては、この再固溶を良好に行うための条件として、熱間圧延における鋳塊の温度を８００℃以上に設定するものであり、これが８００℃未満になると、Ｆｅの再固溶が不足して析出Ｆｅが多く生ずるようになり、結果として、圧延材に割れが発生するようになる。なお、最高加熱温度としては１０５０℃に設定することが望ましい。
【００１４】
熱間圧延された圧延材を第１の圧延材に加工するための冷間圧延は、減面率を９０％以下に設定して行うことが望ましく、また、次の熱処理（溶体化処理）における熱交換速度を速める意味からは、２ｍｍ以下の板厚まで圧延することが望ましい。
【００１５】
第１の圧延材に対する熱処理は、高温であるほど好ましく、その最低温度は９００℃に設定される。また、Ｃｕ中へＦｅを固溶させ、それにより良好な耐熱性、即ち、リードフレーム等における歪み除去処理への耐久性を確保するためには、１．４重量％以上の固溶量が必要であり、この固溶量を確保するための加熱下限値として９００℃の温度を設定するものである。
【００１６】
また、固溶量は時間の影響も受け、９００℃の加熱下で、１．４重量％以上の固溶量を確保するためには、最低３分の時間が必要であり、これが満たされない場合には、実用的な耐熱性が得られなくなる。
【００１７】
熱処理後の冷却は、Ｃｕ中でのＦｅの高拡散速度とそれに基づくＦｅの析出速度に対処するため、５００℃までは少なくとも毎分５０℃の冷却速度が必要であり、冷却速度がこれよりも遅くなると、実用に適した耐熱性が得られなくなる。
【００１８】
５００℃以下でのＦｅの析出速度は遅くなることが確認されており、従って、それ以降の冷却速度は、たとえば、毎分１０℃程度の遅い速度であってもさしつかえはなく、室温等、次に行う冷間圧延のために適した所定の温度まで冷却される。
【００１９】
第２の圧延材への冷間圧延加工は、その後の焼鈍における析出をスムース化するために、減面率を５０％以上に設定して行うことが望ましい。
【００２０】
第１の焼鈍の温度を６００〜６５０℃に設定する理由は、この範囲の上下限のいずれを外れるときも、実用的な耐熱性が得られないことによる。
また、焼鈍時間についても同様であり、３０分〜６時間以外に焼鈍時間を設定すると、耐熱性が劣るようになる。
【００２１】
第２の焼鈍は、第１の焼鈍後の導電性不足を補うために行われるもので、たとえば、導電率の目標を６０％ＩＡＣＳ以上に設定した場合、第１の焼鈍後の導電率は目標の６０％にも満たないものとなり、従って、この第２の焼鈍は導電率確保のために重要な要素となる。第２の焼鈍は第１の焼鈍に引き続いて行ってもよく、あるいは一旦室温等に冷却した後に行ってもよい。
【００２２】
第２の焼鈍のために設定される最高温度は５２５℃であり、これを上廻ると実用的な耐熱性が得られなくなる。焼鈍の下限温度は４００℃に設定する必要があり、これ以下になると長時間を要することから非効率的となる。
焼鈍時間としては、１〜８時間の範囲が望ましい。
【００２３】
第２の圧延材を冷間圧延する際の減面率を、５０〜８５％の範囲内に設定する理由は、５０％未満ではビッカース硬度が１５５ＨV に遠く及ばないレベルにしかならず、従って、硬度不足となり、逆に、８５％以上になると耐熱性が不足することによる。
【００２４】
最終の冷間圧延を行った後に、伸び特性向上、歪み除去等を目的とした低温焼鈍を行うことはさしつかえない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による銅合金加工方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施形態においては、引張強度５４Ｋｇｆ／ｃｍ2 以上、ビッカース硬度１５５ＨV 以上、導電率６５％ＩＡＣＳ以上にぞれぞれ目標を設定し、さらに、５００℃で５分間加熱されたときのビッカース硬度の残率目標を９０％以上に設定した。
【００２６】
【実施例】
まず、２．２重量％のＦｅを含有し、残部がＣｕから成る銅合金の溶湯を鋳型に鋳造することにより、厚さ５０ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの直方体の鋳塊を製造した。
次に、得られた鋳塊の表と裏をそれぞれ２ｍｍづつ面削し、９５０℃の温度で２時間保持した後、熱間圧延を行い、厚さ１０ｍｍの圧延材とし、さらに、この圧延材の表面と裏面をそれぞれ１ｍｍづつ面削した。
【００２７】
次いで、面削した圧延材を冷間圧延によって２ｍｍの厚さまで圧延し、これにより得られた第１の圧延材を電気炉の中に入れ、１０００℃で３０分の熱処理（溶体化処理）を施した後、これを５００℃までの冷却速度が毎分５０℃以上となるように水量調整した水冷プールの中に落下させ、冷却した。
【００２８】
次に、室温まで冷却された第１の圧延材の表面と裏面を研磨した後、冷間圧延を行い、厚さ０．５ｍｍの第２の圧延材とし、引き続き、これを窒素ガス雰囲気の電気炉に入れ、６２５℃で２時間加熱することにより第１の焼鈍を行った。
【００２９】
第１の焼鈍が完了した後、毎分５℃の冷却速度で冷却し、温度が５００℃に到達した時点で、第２の圧延材を窒素ガス雰囲気の電気炉に入れ、５００℃の温度で４時間加熱することにより第２の焼鈍を行った。
【００３０】
焼鈍が完了した第２の圧延材を毎分５℃の冷却速度で室温まで冷却し、次いで、これを冷間圧延により圧延して、厚さ０．１５ｍｍ（減面率７０％）の圧延材とした。
【００３１】
以上により製造された最終圧延材を対象に特性試験を行った結果、引張強度５５Ｋｇｆ／ｃｍ2 、ビッカース硬度１６０ＨV 、導電率６８％ＩＡＣＳであり、いずれの特性も目標を達成した。
【００３２】
また、リードフレームにおける歪み除去処理を想定して、この圧延材を５００℃で５分間加熱した後、そのビッカース硬度を測定したところ、１４７ＨV （残率９２％）を示し、残率目標をクリアした。
【００３３】
【比較例】
実施例における溶体化処理の温度を本発明の設定値から外れる８５０℃に設定した以外、他のすべての工程を実施例と同一に設定し、実施例と同一組成の銅合金を使用することによって、０．１５ｍｍ厚さの最終圧延材を製造した。
【００３４】
この最終圧延材を対象として特性試験を行ったところ、引張強度５５Ｋｇｆ／ｃｍ2 、ビッカース硬度１６１ＨV 、および導電率６６％ＩＡＣＳの結果が得られ、また、この圧延材を５００℃で５分間加熱した後、ビッカース硬度を測定したところ、測定値は９８ＨV であり、残率６１％であった。
【００３５】
実施例と比較例の間には明確な差が認められるが、このような差は、第１の焼鈍における加熱温度を本発明が規定する６００〜６５０℃以外の温度に設定したとき、あるいは最終の冷間圧延における減面率を９０％に設定したときにも同様に現れる。
【００３６】
これらの例におけるビッカース硬度は、当初の１６０ＨV レベルが、５００℃で５分間加熱した後には１３０ＨV レベル（残率約８０％）にまで低下することが確認されており、さらに、導電性の面においても、第２の焼鈍を省略するときには、６０％ＩＡＣＳの導電率確保が不可能になることが確認されている。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による銅合金の加工方法によれば、Ｃｕ−Ｆｅ系銅合金を加工するにあたって、特定の温度での熱間圧延と、特定の温度で特定の時間行う溶体化のための熱処理と、熱処理後、特定の冷却速度のもとで行う冷却処理と、第１段階から第３段階までの冷間圧延と、２度に亙って行う焼鈍処理とを組み合わせることによって、リードフレーム等における歪み除去の加熱に耐えられる耐熱性銅合金材の加工方法を提供するものであり、従って、たとえば、ＬＳＩなどの半導体素子の高集積化に対処するうえにおいて、本発明がリードフレームの分野にもたらす効果は大である。