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JP3391492B2 - 半導体機器のリ−ド材用,導電性ばね材用の高力高導電性銅合金 - Google Patents

半導体機器のリ−ド材用,導電性ばね材用の高力高導電性銅合金

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JP3391492B2
JP3391492B2 JP35718492A JP35718492A JP3391492B2 JP 3391492 B2 JP3391492 B2 JP 3391492B2 JP 35718492 A JP35718492 A JP 35718492A JP 35718492 A JP35718492 A JP 35718492A JP 3391492 B2 JP3391492 B2 JP 3391492B2
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靖夫 富岡
隆紹 波多野
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Nippon Mining Holdings Inc
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Nippon Mining and Metals Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、トランジスタや集積
回路(IC)等のような半導体機器のリ−ド材やコネク
タ−,端子,リレ−,スイッチ等の導電性ばね材として
好適な、高い強度,導電性等に加えて優れた打抜き加工
性,曲げ加工性を備えた銅合金に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】従来、半導体機器のリ−ド材に
は、熱膨張係数が低く、素子及びセラミックスとの接着
性,封着性の良好な“コバ−ル(商標名:Fe-29wt%Ni-1
6wt%Co合金)”或いは“42合金”等といった高ニッケ
ル合金が好んで使われてきた。ところが、近年、半導体
回路の集積度向上に伴って消費電力の高いICが多く使
用されるようになってきたことや、封止材料として樹脂
が多く用いられるようになり、しかも素子とリ−ドフレ
−ムの接着にも改良が加えられたこと等の事情もあっ
て、半導体機器のリ−ド材に放熱性の良い銅基合金を使
用する傾向が目立つようになっている。
【0003】ところで、材料の種類はともかく、このよ
うな半導体機器のリ−ド材には一般に次のような特性が
要求されている。 a) リ−ドは電気信号伝達部であると同時に、パッケ−
ジング工程中及び回路使用中に発生する熱を外部に放出
する機能を必要とするので、熱及び電気の伝導性に優れ
ること, b) 半導体素子保護の観点から“リ−ドとモ−ルドとの
密着性”が重要であるため、熱膨張係数がモ−ルド材と
近いこと, c) パッケ−ジング時に種々の加熱工程が加わるため、
耐熱性が良好であること, d) リ−ドは、リ−ド材を打抜き加工し、また曲げ加工
して作成されるものが殆どであるため、これらの加工性
が良好であること, e) リ−ドには表面に貴金属のめっきが施されるため、
これら貴金属とのめっき密着性が良好であること, f) パッケ−ジング後にも封止材の外に露出している所
謂“アウタ−・リ−ド部”に半田付けする場合が多いの
で、良好な半田付け性を示すこと, g) 機器の信頼性及び寿命の観点から耐食性が良好なこ
と, h) 価格が低廉であること。
【0004】しかしながら、これら各種の要求特性に対
し、従来より使用されている無酸素銅,錫入り銅,りん
青銅,コバ−ル(商標名)及び42合金には何れも一長
一短があり、前記特性の全てを必ずしも満足し得るもの
ではなかった。特に、リ−ドの多ピン化,小型化の進展
に伴って形状の複雑化やピンの狭小化が進み、材料に一
層良好な打抜き性及び曲げ加工性が求められていること
を考慮すれば、上記従来材はこれらの点で十分な性能を
有しているとは言い難かった。
【0005】一方、同様に優れた導電性,耐食性,強
度,打抜き性,曲げ加工性等が要求されるところの電気
機器,計測機器,スイッチ或いはコネクタ−等に用いら
れるばね用材料としては、従来から比較的安価な "黄
銅" ,ばね特性の優れた“りん青銅”,ばね特性に加え
て耐食性にも優れた“洋白”といった銅合金が使用され
てきた。
【0006】しかし、一層の高性能化が進む前記機器類
のばね材として上記銅合金を検討すると、黄銅は強度や
ばね特性の点で十分満足できるものではなく、また強度
及びばね特性に優れる洋白やりん青銅にしても部品の軽
薄短小化が進むにつれてより厳しい打抜き加工,曲げ加
工が施されるようになったことから、従来の材料ではこ
れら加工性面での不満が指摘されるようになってきた。
従って、より改善された打抜き加工性及び曲げ加工性を
示し、かつばね特性の優れた合金の出現が待たれてい
た。
【0007】このようなことから、本発明の目的は、銅
系材料の優れた電気,熱の伝導性を生かすと同時に、半
導体機器のリ−ド材や導電性ばね材として十分に満足で
きる強度,ばね特性,耐食性,打抜き加工性並びに曲げ
加工性をも兼備した銅合金を実現することに置かれた。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を重ねたところ、「優れた
強度,ばね特性及び導電性等を備えるCu−Ni−Si系合金
の成分調整を行った上でこれに適量のTi,Zr,Hf又はTh
を含有させると、 半導体機器のリ−ド材や導電性ばね材
としての必要特性に格別な悪影響を及ぼすことなく、 十
分とは言えなかった打抜き加工性や曲げ加工性が著しく
向上する」との新事実が明らかとなり、更には「このよ
うな組成を有した銅合金の結晶粒度を特定の細かい領域
に調整するとその打抜き加工性や曲げ加工性が一層向上
する」という知見も得ることができた。
【0009】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「銅合金を、Ni:0.5 %以上%未
満(以降、 成分割合を表す%は量%とする),Si:0.1
%以上1%未満,Ti,Zr,Hf又はThのうちの1種以上:
総量で0.0005%以上0.05%未満を含有し、 必要により
P,Zn,Fe,Cr, B,Be,Co,Mg,Sn,Al又はMnのうち
の1種以上:総量で0.01%以上1%未満をも含むと共に
残部がCu及び不可避的不純物から成る成分組成とする
共に これに加えてその平均結晶粒径を25μm未満に
調整することにより、 半導体機器のリ−ド材として
た導電性ばね材としても十分満足できる優れた電気及び
熱の伝導性や 度,ばね特性,導電性,打抜き加工
,曲げ加工性を兼備せしめた点」に大きな特徴を有し
ている。
【0010】次に、本発明において銅合金の成分組成,
平均結晶粒径を前記の如くに限定した理由を、その作用
と共に説明する。Ni量 Niは、合金を時効処理した際にSiと金属間化合物を生成
して強度及び導電性を共に向上させる作用を有する主要
成分であるが、その含有量が 0.5%未満では前記作用に
よる所望の効果が得られず、一方、4%以上の割合でNi
を含有させると加工性を低下するようになることから、
Ni含有量は「0.5 %以上4%未満」と定めた。
【0011】Si量 Siは、導電性に悪影響を及ぼすことなくNiと共働して合
金の強度を向上する作用を有しているが、その含有量が
0.1%未満では前記作用による所望の効果が得られず、
一方、Si含有量が1%以になると導電性が著しく低下す
ることから、Si含有量は「0.1 %以上1%未満」と定め
た。
【0012】Ti,Zr,Hf又はTh量 Ti,Zr,Hf,ThのIVa族元素には、微量添加により打抜
き加工性及び曲げ加工性を改善する等しい作用があるこ
とから、その1種又は2種以上の添加がなされる。な
お、上記元素がこれらの作用を発揮する機構は現在研究
中であるが、Ti,Zr,Hf又はThのうちの1種又は2種以
上の含有量が総量で0.0005%未満であると前記作用によ
る所望の効果が得られず、一方、その含有量が総量で0.
05%以上になると打抜き加工性及び曲げ加工性が逆に劣
化すると共に、導電性も低下することから、これら元素
の含有量は総量で「0.0005%以上0.05%未満」と定め
た。
【0013】P,Zn,Fe,Cr, B,Be,Co,Mg,Sn,Al又はMn量 P,Zn,Fe,Cr, B,Be,Co,Mg,Sn,Al及びMnには、
上記銅合金の強度並びに耐熱性を更に改善する等しい作
用があるので必要により1種又は2種以上の添加がなさ
れる。しかし、その含有量が総量で0.01%未満であると
前記作用による所望の効果が得られず、一方、総含有量
が1%以上になると導電率が著しく低下することから、
これら元素の含有量は総量で「0.01%以上1%未満」と
定めた。
【0014】結晶粒径 本発明に係る銅合金では、その結晶粒の粗大化が打抜き
加工性及び曲げ加工性に少なからぬ悪影響を及ぼす。特
に、平均結晶粒径が25μm以上になると打抜き加工
性,曲げ加工性の劣化が顕著となる。従って、良好な打
抜き加工性及び曲げ加工性を確保するためには、平均結
晶粒径が25μm以上とならないように調整するのが良
い。
【0015】上述のように、本発明に係る銅合金は、優
れた強度,ばね特性,電気伝導性,耐熱性等を具備する
と共に良好な打抜き加工性及び曲げ加工性を示し、しか
も半田付け性やめっき密着性にも優れるものであるが、
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。
【0016】
【実施例】電気銅を原料とし高周波溶解炉にて表1及び
表2に示される各種成分組成の銅合金を溶製し、厚さ3
0mmのインゴットに鋳造した。なお、溶解・鋳造は大気
中で実施した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】次に、このインゴットに対し片面当り3mm
の面削を施して表面欠陥を機械的に除去し、800〜9
00℃の温度で5〜10分間溶体化処理を行った後に水
焼入れした。なお、この溶体化処理後の結晶粒径を25
μm未満に調整した。続いて、厚さ0.3mm までの仕上げ
冷間圧延後、400〜500℃の温度で1〜7時間の時
効処理を最大強度が得られる条件で施し、このようにし
て得られた各板材につき平均結晶粒径を調べると共に、
諸特性の評価を行った。
【0020】なお、“強度”及び“伸び”の評価は引張
試験により、また“電気伝導性(放熱性)"の評価は導電
率の(%IACS) 測定によりそれぞれ実施した。
【0021】また、“打抜き加工性”の評価は打抜き加
工後のプレス破面を観察することで行い、破断面比率
{(破断面/板厚)×100}が20%以上のときを
「良好」、20%未満のときを 「不良」 と判定した。
【0022】“曲げ加工性”については、図1に示す如
く、10mm幅の試験片を圧延方向と直角に、そして内側
曲げ半径:0.3mm(=板厚)で片側に90°の曲げを繰り
返し行い、破断までの曲げ回数(往復で1回とする)を
測定した。試験はn=5で行い、その平均値で評価を行
った。
【0023】これらの評価結果を、前記表1及び表2に
併せて示す。さて、表1及び表2に示される結果からも
明らかなように、本発明合金No.1〜No.18 は、何れも優
れた強度,伸び,導電性を有すると共に良好な打抜き加
工性及び曲げ加工性を示すことが分かる。
【0024】これに対し、比較合金No.19 は本発明合金
No.1に比べて、また比較合金No.20は本発明合金No.2に
比べて、更に比較合金No.21 は本発明合金No.7に比べ
て、そして比較合金No.22 は本発明合金No.16 に比べ
て、何れも同量のNi,Si及びその他の成分を含有し結晶
粒径が同等であるにもかかわらずTi,Zr,Hf又はThを含
有していないため、打抜き加工性及び曲げ性が劣ってい
る。一方、比較合金No.26 は、Ti含有量が0.05%以上と
高い値であるため本発明合金No.1と比較して打抜き加工
性及び曲げ性が却って悪くなり、導電率も低くなってい
る。
【0025】また、比較合金No.24 ではNi含有量が多過
ぎるために打抜き加工性及び曲げ性が悪く、導電率も低
くなっており、そして比較合金No.25 ではSi含有量が多
過ぎるために導電率が低い。
【0026】ところで、合金No.23 は結晶粒の粗大化し
たものの例であるが、合金No.9と比較すれば明らかなよ
うに、結晶粒径がこのように大きいと打抜き加工性及び
曲げ加工性が悪くなることを確認できる。
【0027】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、半導体機器のリ−ド材及び導電性ばね材としての従
来合金で指摘された打抜き性及び曲げ加工性の難点を克
服し、前記材料の性能を大幅に向上する高力高導電性銅
合金を提供することが可能となるなど、産業上極めて有
用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】90°繰り返し曲げ試験方法の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−319642(JP,A) 特開 平2−47228(JP,A) 特開 平4−48041(JP,A) 特開 平1−100249(JP,A) 特開 平3−162553(JP,A) 特開 昭59−145747(JP,A) 特開 昭62−99431(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/00 - 49/14

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量割合にて、Ni:0.5 %以上4%未
    満、Si:0.1 %以上1%未満、Ti,Zr,Hf又はThのうち
    の1種以上: 総量で0.0005%以上0.05%未満を含むと共
    に、残部がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結
    晶粒径が25μm未満であることを特徴とする、優れた
    打抜き加工性,曲げ加工性を備えた半導体機器のリ−ド
    用高力高導電性銅合金。
  2. 【請求項2】 質量割合にて、Ni:0.5 %以上4%未
    満、Si:0.1 %以上1%未満、Ti,Zr,Hf又はThのうち
    の1種以上: 総量で0.0005%以上0.05%未満を含むと共
    に、残部がCu及び不可避的不純物から成り、かつ平均結
    晶粒径が25μm未満であることを特徴とする、優れた
    打抜き加工性,曲げ加工性を備えた導電性ばね材用の高
    力高導電性銅合金。
  3. 【請求項3】 質量割合にて、Ni:0.5 %以上4%未
    満、Si:0.1 %以上1%未満、Ti,Zr,Hf又はThのうち
    の1種以上: 総量で0.0005%以上0.05%未満、P,Zn,
    Fe,Cr, B,Be,Co,Mg,Sn,Al又はMnのうちの1種以
    上: 総量で0.01%以上1%未満を含むと共に、残部がCu
    及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が25
    μm未満であることを特徴とする、優れた打抜き加工
    性,曲げ加工性を備えた半導体機器のリ−ド材用高力高
    導電性銅合金。
  4. 【請求項4】 質量割合にて、Ni:0.5 %以上4%未
    満、Si:0.1 %以上1%未満、Ti,Zr,Hf又はThのうち
    の1種以上: 総量で0.0005%以上0.05%未満、P,Zn,
    Fe,Cr, B,Be,Co,Mg,Sn,Al又はMnのうちの1種以
    上: 総量で0.01%以上1%未満を含むと共に、残部がCu
    及び不可避的不純物から成り、かつ平均結晶粒径が25
    μm未満であることを特徴とする、優れた打抜き加工
    性,曲げ加工性を備えた導電性ばね材用の高力高導電性
    銅合金。
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