JPS6141751A - リ−ドフレ−ム用銅合金材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、リードフレーム用銅合金材の製造法に係り、
特に強度、電気伝導性等の諸性能に優れたＣｕ（銅）−
Ｃｒ（クロム）−Ｚｒ（ジルコニウム）系において、そ
の強度を損なうことなく、その導電性、屈曲性、硬度等
の諸性能を更に改善せしめたリードフレーム用材料を製
造する方法に関するものである。

従来技術 近年、電子機器部材、特に集積回路の如き半導体回路の
ためのセラミック封止型あるいは樹脂封止型のパッケー
ジ金属材料、所謂リードフレーム用材料として、導電性
、耐熱性、屈曲性、はんだ付は性等の要求特性を兼備す
る銅合金材料が種々検討されてきており、例えば特公昭
５８−３９９０１号公報にも、そのような銅合金材料の
一つとして、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金材が明らかにされ
ているが、現在実用されているものは、無酸素銅、燐青
銅、鉄入り銅、錫入り銅等である。而して、これらの材
料にあっては、導電性（５０１合金。

１９４合金）と耐熱性を同時に満足するものではなかっ
たのである。ところで、半導体回路の集積度の高密度化
につれて、上記特性値の向上がますます強く要求され、
これを満たす目的で、溶体化処理、焼入れ処理、冷間加
工、時効焼純処理を行なう析出硬化型の銅合金材料の実
用化が検討されている。

一方、析出硬化型の銅合金の代表例として、本発明者ら
は、先に、Ｃｒの０．３〜１．５％とＺｒの０．０３〜
０．１４％とを少なくとも含み、更に必要に応じて、そ
れら成分と共に、０．０１〜０．０８％のＳｔ（ケイ素
）を含む銅合金を明らかにしく特開昭５６−２０１３５
号公報参照）、そしてそのような銅合金が抵抗溶接用電
極材料として有用であることを明らかにした。

解決すべき問題点 しかしながら、かくの如き析出硬化型のＣｕ−Ｃｒ−Ｚ
ｒ系合金をリードフレーム用として使用する場合におい
て、その冷間加工度が従来用途に比べて著しく大きく、
一般に最終板厚が約０．２鶴〜０．３ｆｉとなって、冷
間加工度が９０％以上となるところから、リードフレー
ム材に要求される性能、例えば高電気伝導度、９０°繰
り返し曲げ、高軟化温度等の性能が必ずしも満足される
ものでなく、特に延性の低下、導電率の低下等といった
不都合が惹起されることが明らかとなった。

解決手段 そこで、本発明者らは、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系の析出硬化
型合金から有用なリードフレーム用材料を得るために種
々検討した結果、その製造工程の最適化により、上記し
た如き要求性能の向上が可能となることを見い出し、本
発明に到達したのである。

すなわち、本発明は、重量基準にて、０．０３％〜０．
１４％のＺｒと０．２％〜１．５％のＣｒとを、少なく
とも含むＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系鋼合金鋳塊に対して、所定
の熱間加工を行なった後、３０〜８０％の加工度にて第
一の冷間加工を行ない、次いで所定の時効処理を施した
後、更に８０％以上の加工度にて第二の冷間加工を行な
い、そしてその後に前記時効処理温度よりも低い温度に
て焼純処理を施すようにしたのである。

そして、このようにして得られたリードフレーム用銅合
金材にあっては、リードフレーム材に要求される強度を
そのまま保持しつつ、その導電率（を気伝導性）や屈曲
性、更には硬度、延性等が効果的に高められているので
ある。

ところで、かかる本発明に用いられる銅合金における合
金成分たるＣｒは、強度を向上せしめる元素であるが、
それによる強度向上効果には限度があり、それが１．５
％（重量基準、以下同じ）を越えて添加されても、強度
アップにはそれ程寄与せず、かえってコストアップの問
題等を惹起し、一方０．２％未満の添加量では強度向上
効果が不充分となり、リードフレーム用材料として充分
な強度を保持し得なくなるところから、Ｃｒの添加量と
しては０．２〜１．５％、好ましくは０．５〜１．０％
の範囲に止める必要がる。

また、かかるＣｒと共に添加される必須成分たるＺｒは
、合金組織内にＣｒを微細に分散セし、め、Ｃｕの良好
な電気伝導性を保持すると共に、強度アップにも寄与す
る元素であるが、またその添加量が０．０３％未満では
合金の焼入れ感受性、強度、耐熱性を充分に改善せしめ
得す、一方０．１４％を越えるようになると、電気伝導
性等の特性を低下せしめ、また強度の向上にも寄与し得
なくなるところから、その添加量は０．０３％〜０．１
４％とする必要がある。なお、このＺｒの望ましい添加
割合としては、０．１０％未満、特に０．０４〜０．０
８％程度である。また、このＺｒの添加量を０．１０％
未満に止めることによって、得られるリードフレーム用
銅合金材の耐食性、なかでも応力腐食割れ性のを効な改
善を為すことが可能である。

さらに、本発明にあっては、上記したＣｒ及びＺｒと共
に、必要に応じてＳｔを加えて、四元の合金系として用
いることも可能であり、そしてそのようなＳｉの添加に
よって、当該合金の耐熱性の改善を図って、リードフレ
ーム用材料として有利な特性を付与することができる。

而して、Ｓｉの添加量が０．０１％未満となると、その
耐熱性改善効果は充分に発揮され得す、一方０．０８％
を越える過剰のＳｔ添加は、電気伝導性を低下させる等
の問題を生ずるところから、かかるＳｔの添加量は０．
０１〜０．０８％に止めることが望ましく、一般には０
．’０２％〜０．０４％の範囲が好適に採用されること
となる。

そして、このような合金組成を有する本発明に従うＣｕ
−Ｃｒ−Ｚｒ系の鋼合金は、従来と同様にして、銅地金
、中間合金、及び／又は添加元素単体を適宜用いて溶製
され、所定の銅合金鋳塊（インゴット）とされた後、か
かる銅合金鋳塊に対して、目的とするリードフレーム用
材料と為すべく、所定の熱間加工、例えば圧延、鍛造、
押出し等の加工が行なわれることとなる。なお、この際
、銅合金素材に対する溶体化処理を省略することが可能
である。

また、このような熱間加工によって得られた素材、即ち
熱間加工材は、次いで、本発明に従って圧延、鍛造、抽
伸等の第一段の冷間加工が実施される。そして、この第
一段の冷間加工は、中程度において実施されるものであ
って、その加工度が３０〜８０％の範囲内となるように
実施さ、れることとなる。

さらに、かかる第一段の冷間加工の施された素材には、
本発明合金系本来の時効処理、換言すれは時効焼純処理
が実施されるのである。なお、この時効焼純処理は、一
般に４５０〜５００℃の温度で２〜５時間の条件下に実
施される。また、かかる時効焼純処理は、素材の比較的
厚肉段階において行なうものであるところから、機械的
或いは化学的な表面清浄化が技術的に容易に為し得るも
のであり、それ故そのような焼純処理は、空気中におい
ても可能となるのであって、この点においてコストダウ
ンを図ることが可能となる。

次いで、このように時効焼純された素材には、再度の冷
間加工が実施される。この第二段の冷間加工は強度の加
工であって、加工度としては８０％以上の値が採用され
、これによって目的とする０、２ｆｉ前後の薄肉の製品
とされることとなるのである。

そして、このように、第二段の冷間加工が施された素材
には、更に低温度で、即ち上記時効処理温度よりも低い
温度にて、短時間の焼純処理が施されることとなる。な
お、この焼純処理は、一般に２５０℃〜４５０℃の温度
において、５分〜１時間実施されるものである。

かくの如き焼純処理が、第二段の強度の冷間加工の後に
行なわれることによって、特に時効焼純処理における処
理温度よりも低い、好適には２５０〜３５０℃の熱処理
により、第二段の冷間加工にて得られる強加工材特有の
性能低下、例えば導電率、９０°繰り返し曲げ特性の低
下を回復せしめるだけでなく、材料強度も効果的に改善
せしめ得るのである。なお、この強度の向上、延性の回
復の機構については未だ明らかではないが、おそらく低
温焼純に伴うセル構造の形成が進行するためではないか
と推察されている。

また、かかる低温の焼純処理による金属組織変化は、前
段の時効焼純処理とは異なり、Ｃｒ、Ｚｒ等の過飽和元
素の析出を伴うものではなく、強度の冷間加工によって
導入された転位等の格子欠陥の再配列に関するものであ
る。このため、焼純時間は、前段の時効焼純処理が通常
２〜４時間程度であるのに対し、前述の如く、５分〜１
時間、通常５〜３０分程度で充分であり、焼純設備とし
て、バンチ式炉でも連続焼純炉でも使用することが可能
となるのである。しかも処理温度は、前段の時効焼純処
理が４５０〜５００℃であるのに対し、後段の焼純処理
が２５０〜４５０℃程度と低いことから、雰囲気制御１
は厳しくなく、従って製造が容易で、コストアップをそ
れ程伴うものではないのである。

発明の効果 かくの如き本発明に従って、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系鋼合金
鋳塊から製造されるリードフレーム用銅材料は、その良
好な強度特性を何等損なうことなく、従来の銅合金製リ
ードフレーム用材料に比して、その電気伝導性が効果的
に向上され、しかも屈曲性、９０°繰り返し曲げ特性や
硬度等においても優れたものであって、集積回路の如き
半導体回路等のリードフレーム用材料として好適なもの
であり、また従来からリードフレーム用材料として優れ
た特徴を持つとされている燐青銅、すす入り銅、鉄入り
銅合金等と比較しても、優れた有為性を示すものである
。

実施例 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の幾つかの実施例を示すが、本発明がそのような実施
例の記載によって何等の制約をも受けるものではないこ
とは、言うまでもないところである。また、ここに例示
の実施例は、あくまでも、本発明者らが行なった多数の
実験の中の一部であることが理解されるべきである。

実施例　１ ０．７重量％のＣｒと、０．０５重ｆｆｉ％の７．ｒと
、残部がＣｕの合金組成よりなる１１００ｍＸ１５０ｎ
Ｘ５Ｑのインゴットを溶製し、そしてこのインゴットを
、約９３０℃の温度にて、１５鶴の厚さになるまで熱間
圧延した９次い〒、この熱間圧延材を板厚が５ｆｉにな
るまで（加工度−６７％）第一段の冷間圧延を行なった
後、４７５℃の温度で４時間の焼純時効処理を施した。

この後、更に深さが０．２５ｍまで（加工度−９５％）
第二段の冷間圧延を行ない、更にその後、下記第１表に
示される如き２００〜４５０℃の温度で１０分間各種の
仕上げ焼純処理を施した。

かくして得られた焼純処理材について、硬さ測定、引張
試験、曲げ試験、電気伝導度測定をそれぞれ行ない、そ
の結果を下記第１表に併せ示した。

なお、曲げ試験は、曲げ部の角を０．２　Ｒとした治具
の間に供試材を挟み、角度９０°の曲げを繰り返し、０
″→９０°−０９を１回として数え、破断するまでの回
数を示した。

この第１表の結果から明らかなように、低温の仕上げ焼
純処理を施すことにより、そのような焼純処理の為され
ていない材料に比して、電気伝導度、曲げ、硬さ等が改
善され、特に２５０℃以上の焼純温度で、なかでも３０
０℃以上で各特性値の向上が認められることが理解され
るのである。

゛・１、゛え ゝｆ； 実施例　２ 下記第２表に示される種々なる合金組成となるように、
電気銅地金、中間合金、及び／又は添加元素単体を適宜
用いて、高周波電気炉にて所定の銅合金溶湯を溶製し、
そして鋳造を行なうことにより、目的とする各種のリー
ドフレーム用銅合金インゴット（１５０ｎＸ　１００ｎ
Ｘ　５０ｎ）を造塊した。

次いで、この得られた試料阻１〜１０の銅合金インゴッ
トを用いて、それぞれ、約９３０℃の温度にて１５０の
厚さになるまで熱間圧延し、更にその後、この熱間圧延
材を板厚が５ｍｓになるまで（加工度−６７％）第一段
の冷間圧延を行ない、そしてその後、４７５℃の温度で
４時間の焼純時効処理を施した０次いで、更に厚さがＱ
、　５　ａｍになるまで（加工度−９０％）第二段の冷
間圧延を行ない、更にその後、３５０℃の温度で１０分
間の仕上げ焼純処理を施した。

かくして得られた各種の焼純処理材につし１て、実施例
１と同様にして引張試験、曲げ試験、耐熱性試験、電気
伝導度測定をそれぞれ行ない、その結果を、従来のリー
ドフレーム用材料（１１ｍ１１〜１３）のものと共に、
下記第３表に併ゎせ示した。

なお、下記第３表中の耐熱性（軟化温度）及び曲げ性（
回数）の評価記号は、それぞれ、下記の如き意味を有す
るものである。

第　　　２　　　表 第　　　３　　　表 かかる第２表及び第３表の結果から明らかなように、本
発明に従う合金組成からなる嵐１〜磁５の焼純処理材に
あっては、何れも優れた引張強さ、耐熱性、曲げ性と共
に、良好な電気伝導度を有しているのに対して、比較品
或いは従来品である隘６〜１３の材料にあっては、何れ
も何等かの欠陥が内在しているのである。

なお、合金組成中のＺｒが規定値（上限）を大幅に超え
た場合にあっては、９３０℃の熱間圧延後の空冷過程に
おいて、焼きが充分に入らないために、最終製品におけ
る機械的性能が不足したり、換言すれば強度不良となっ
たり、電気伝導度が低下したりする等の障害を惹起する
のである。

実施例　３ ０．９０重量％のＣｒ、０．０８重量％のＺｒ、０．０
３重量％のＳｔを含み、残部がＣｕの合金組成よりなる
１００ｍＸ１００ｍＸ１５０宵鳳のインゴットを溶製し
、そしてこのインゴットを約９３０℃の温度にて１５朋
の厚さになるまで熱間圧延した９次いで、この熱間圧延
材に対して、下記第４表に示される如き各種の条件下に
、それぞれ、第一段の冷間圧延、焼純時効処理、第二段
の冷間圧延、及び仕上げ焼純処理を施し、目的とする各
種の焼純処理材を得た。

かくして得られた種々なる焼純処理材について、その引
張試験、曲げ試験、耐熱性試験、及び電気伝導度測定を
実施例１と同様にしてそれぞれ行ない、その結果を下記
第５表に示した。なお、第５表中の曲げ性及び耐熱性の
評価記号は、実施例２の場合と同様な意味を有するもの
である。

第　　　５　　　表 かかる第４表及び第５表の比較から明らかなように、材
料の引張強さに対しては第一段の冷間圧延が、また電気
伝導度、曲げ性及び耐熱性に対しては第二段の冷間圧延
の影響が大きく、本発明に従って第一段の冷間圧延を３
０〜８０％の加工度にて行ない、そして第二段の冷間圧
延を８０％以上の加工度とすることにより、目的とする
良好な特性、即ち引張強さ、電気伝導度、曲げ性、耐熱
性の何れをも満足する、リードフレーム用材料が得られ
ることが理解される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量基準にて、０．０３％〜０．１４％のジルコニウム
   と０．２％〜１．５％のクロムとを、少なくとも含むＣ
   ｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系鋼合金鋳塊に対して、所定の熱間加工
   を行なった後、３０〜８０％の加工度にて第一の冷間加
   工を行ない、次いで所定の時効処理を施した後、更に８
   ０％以上の加工度にて第二の冷間加工を行ない、そして
   その後に前記時効処理温度よりも低い温度にて焼純処理
   を施すことを特徴とするリードフレーム用銅合金材の製
   造法。