説明

曲げ加工性を備えた電気電子部品用銅合金板

【課題】 高強度高導電率化と優れた曲げ加工性を両立させたCu−Fe−P系銅合金板を提供することを目的とする。
【解決手段】 質量%で、Fe:0.01〜3.0%、P:0.01〜0.3%を各々含有する銅合金板であって、その集合組織が、Brass方位の方位分布密度が20以下であり、且つBrass方位とS方位とCopper方位の方位分布密度の和が10以上50以下とし、高強度高導電率化と曲げ加工性とを両立させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高強度かつ高導電率で、かつ曲げ加工性が優れた銅合金に関し、例えば、半導体装置用リードフレームの素材として好適な銅合金に関する。
尚、本発明の銅合金は、半導体装置用リードフレーム以外にも、その他の半導体部品、プリント配線板等の電気・電子部品材料、開閉器部品、ブスバー、端子・コネクタ等の機構部品など様々な電気電子部品用として使用されるものであるが、以下では、代表的な用途例として、半導体部品であるリードフレームに使用する場合を中心に説明を進める。
【背景技術】
【0002】
半導体リードフレーム用銅合金としては、従来よりFeとPとを含有する、Cu−Fe−P系の銅合金が一般に用いられている。これらCu−Fe−P系の銅合金としては、例えば、Fe:0.05〜0.15%、P:0.025〜0.040%を含有する銅合金(C19210合金)や、Fe:2.1〜2.6%、P:0.015〜0.15%、Zn:0.05〜0.20%を含有する銅合金(CDA194合金)が例示される。これらのCu−Fe−P系の銅合金は、銅母相中にFe又はFe−P等の金属間化合物を析出させると、銅合金の中でも、強度、導電性および熱伝導性に優れていることから、国際標準合金として汎用されている。
【0003】
近年、電子機器に用いられる半導体装置の大容量化、小型化、高機能化に伴い、半導体装置に使用されるリードフレームの小断面積化が進み、より一層の強度、導電性、熱伝導性が要求されている。これに伴い、これら半導体装置に使用されるリードフレームに用いられる銅合金部品にも、より一層の高強度化、高導電率化、熱伝導性が求められている。
【0004】
例えば、リードフレームに用いられる銅合金板の、この高強度化、高導電率化の目安として、銅合金板の強度が硬さで150Hv以上、導電率が75%IACS以上が求められる。これら高強度化、高導電率化は、リードフレームのみならず、他の電気・電子部品における、コネクタ、端子、スイッチ、リレーなどの導電性部品に用いられる銅合金にも当てはまる。
【0005】
前記Cu−Fe−P系銅合金は高導電率が特徴であるが、従来から、高強度化のためには、FeとPとの含有量を増したり、Sn、Mg、Ca等の第3元素を添加したりしていた。しかし、これらの元素量を増加させると、強度は増加するが、必然的に導電率が低下する。このため、銅合金における成分組成の制御のみで、前記した半導体装置の大容量化、小型化及び高機能化に伴い要求される、高導電率化と高強度化とのバランスの良い、あるいはこれらの特性を両立したCu−Fe−P系銅合金を実現するのは困難であった。
【0006】
そこで従来から、Cu−Fe−P系銅合金の組織や晶・析出物粒子の析出状態を制御することが種々提案されており、例えば0.2μm以下のFe−P系化合物を均一に分散させることで、高強度高導電性の銅合金が提案されている(特許文献1参照)。
【0007】
ところで、リードフレーム、端子、コネクタ、スイッチ、リレーなどに用いられる銅合金板は、高強度、高導電率はもちろんのこと、密着曲げあるいはノッチング後の90°曲げなど、厳しい曲げ加工に耐える優れた曲げ加工性が要求されてきている。
【0008】
しかしながら、上記SnやMgの固溶強化元素の添加や、冷間圧延の加工率増加による高強度化では、必然的に曲げ加工性の劣化を伴い、必要な強度と曲げ加工性を両立させることはできない。
【0009】
一方で、結晶粒を微細化したり、晶・析出物の分散状態を制御することによって、曲げ加工性をある程度向上できることは知られている(特許文献2 、3 参照)。但し、近年の電子部品の軽薄短小化に対応できるようなCu−Fe−P系の高強度材料 (銅合金板の硬さ150Hv以上、導電率が75%IACS以上) を得るためには、冷間圧延の強加工による加工硬化量の増大が必須となってきている。
【0010】
このため、このような高強度化材料では、特許文献1、2 、3 などの結晶粒微細化や、晶・析出物の分散状態制御などの組織制御手段によっては、前記密着曲げあるいはノッチング後の90°曲げなどの厳しい曲げ加工に対し、曲げ加工性を十分に向上させることができない。
【0011】
これに対して、Cu−Fe−P系銅合金において、集合組織を制御することが提案されている(特許文献4、5参照)。より具体的には、特許文献4では、銅合金板の、(200)面のX線回折強度I(200)と、(220)面のX線回折強度I(220)との比、I(200)/I(220)が0.5以上10以下であることか、または、Cube方位の方位密度:D(Cube方位)が1以上50以下であること、あるいは、Cube方位の方位密度:D(Cube方位)とS方位の方位密度:D(S方位)との比:D(Cube方位)/D(S方位)が0.1以上5以下であることが提案されている。
また、特許文献5では、銅合金板の、(200)面のX線回折強度I(200)と(311)面のX線回折強度I(311)との和と、(220)面のX線回折強度I(220)との比、〔I(200)+I(311)〕/I(220)が0.4以上であることが提案されている。
【特許文献1】特開平2000−178670号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献2】特開平6−235035号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献3】特開2001−279347号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献4】特開2002−339028号公報 (特許請求の範囲、段落0020〜0030)
【特許文献5】特開2000−328157号公報 (特許請求の範囲、実施例)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
確かに、特許文献4のように、銅合金板の、(200)面のX線回折強度I(200)と(220)面のX線回折強度I(220)との比I(200)/I(220)または、Cube方位の方位密度:D(Cube方位)、あるいは、Cube方位の方位密度:D(Cube方位)とS方位の方位密度:D(S方位)との比:D(Cube方位)/D(S方位)を規定すれば、曲げ加工性を向上させることができる。
また、特許文献5のように、銅合金板の、(200)面のX線回折強度I(200)と(311)面のX線回折強度I(311)との和と、(220)面のX線回折強度I(220)との比、〔I(200)+I(311)〕/I(220)が0.4以上としても、曲げ加工性を向上させることができる。
【0013】
しかし、特許文献4の改良された銅合金板においても、銅合金板の硬さは最大で150Hv程度、導電率も最大で65%IACS程度の強度と導電率であり、銅合金板の強度を150Hv以上に高くすると、やはり導電性や、特に曲げ加工性は低下する。即ち、特許文献4の集合組織制御では大きな限界が有り、特に、Cu−Fe−P系の高強度材料 (銅合金板の硬さ150Hv以上、導電率が75%IACS以上) の曲げ加工性を向上させることができない。
また、特許文献5の改良された銅合金板においても、その実施例において、引張強さが最大の520MPaの例の導電率は35%IACS程度と著しく低い。一方、導電率が75%IACS以上の例では、引張強さが最大でも480MPaと、銅合金板の硬度で150Hvを僅かに超える程度である。このため、やはり、強度と導電率のいずれかが犠牲になっており、特許文献5の集合組織制御ではCu−Fe−P系の高強度材料の曲げ加工性を向上させることができない。
【0014】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、高強度高導電率化と優れた曲げ加工性を両立させたCu−Fe−P系銅合金板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
この目的を達成するために、本発明の曲げ加工性を備えた電気電子部品用銅合金板の要旨は、質量%で、Fe:0.01〜3.0%、P:0.01〜0.3%を各々含有する銅合金板であって、その集合組織が、Brass方位の方位分布密度が20以下であり、且つBrass方位とS方位とCopper方位の方位分布密度の和が10以上50以下であることとする。
【0016】
本発明は、強度が硬さで150Hv以上、導電率が75%IACS以上である高強度、高導電率の電気電子部品用銅合金板の曲げ加工性を向上させるために適用されることが好ましい。
【0017】
また、上記高強度、高導電率を達成するために、本発明銅合金板は、更に、質量%で、Sn:0.001〜0.5%を含有しても良い。
【0018】
本発明の銅合金板は、様々な電気電子部品用に適用可能であるが、特に、半導体部品である半導体リードフレーム用途に使用されることが好ましい。
【発明の効果】
【0019】
通常の銅合金板の場合、主に、以下に示す如きCube方位、Goss方位、Brass 方位(以下、B方位ともいう)、Copper方位(以下、Cu方位ともいう)、S方位等と呼ばれる集合組織を形成し、それらに応じた結晶面が存在する。
【0020】
これらの集合組織の形成は同じ結晶系の場合でも加工、熱処理方法によって異なる。圧延による板材の集合組織の場合は、圧延面と圧延方向で表されており、圧延面は{ABC}で表現され、圧延方向は<DEF>で表現される。かかる表現に基づき、各方位は下記の如く表現される。
【0021】
Cube方位 {001}<100>
Goss方位 {011}<100>
Rotated-Goss方位 {011}<011>
Brass 方位(B方位) {011}<211>
Copper方位(Cu方位) {112}<111>
(若しくはD方位{4 4 11}<11 11 8 >
S方位 {123}<634>
B/G方位 {011}<511>
B/S方位 {168}<211>
P方位 {011}<111>
【0022】
本発明においては、基本的に、これらの結晶面から±10°以内のずれのものは同一の結晶面に属するものとする。ここで、B方位〜Cu方位〜S方位は各方位間で連続的に変化するファイバー集合組織(β−fiber)で存在している。
【0023】
通常の銅合金板の集合組織は、上述のように、かなり多くの方位因子からなるが、これらの構成比率が変化すると板材の塑性異方性が変化し、曲げなどの加工性が変化する。
【0024】
前記した特許文献4は、この集合組織の中で、特に、Cube方位の方位密度〔以下、D(Cube)ともいう〕を適正範囲に制御することにより、曲げ加工性の向上と安定化とを達成しようとしている。これは、半導体リードフレーム用途におけるスタンピング加工等の曲げ加工の際に、変形中に均一変形させることを狙いとしている。
【0025】
即ち、Cube方位が強く発達し過ぎ、D(Cube)が適正範囲よりも高くなると、板面内の塑性異方性が強くなり、部分的に変形し易い個所と変形し難い個所が発生し、前述の如きスタンピング加工での曲がりやバリの発生等の問題が発生し易くなるとしている。一方、Cube方位が少なくても、D(Cube)が適正範囲よりも低くても、他の結晶方位の発達が強くなり、別の面内異方性により、上記と同様の問題が発生するとしている。
【0026】
しかし、本発明者らの知見によれば、このようなCube方位の制御では、特に、銅合金板の硬さ150Hv以上、導電率が75%IACS以上のCu−Fe−P系の高強度材料の曲げ加工性を向上させることができない。
【0027】
即ち、先ず、上記高強度を維持したまま曲げ加工性を向上させるためには、Brass方位(B方位)の方位分布密度を低くする。その上で、更に、上記高強度と曲げ加工性とをバランスよく兼備するために、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和を特定範囲に制御する。
【0028】
硬さ150Hv以上のCu−Fe−P系の銅合金板では、上記集合組織の中では、特に、B方位の方位分布密度と、更に、B方位とS方位の方位とCu方位の分布密度が強度に大きく影響する。B方位、S方位、Cu方位の方位分布密度が大きいほど、圧延集合組織が発達しており、強度が高くなる。
【0029】
しかし、一方で、B方位の方位分布密度が大きい、あるいはB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が大きいほど、逆に、曲げ加工性は低下する。これに対して、B方位の方位分布密度を小さく、あるいはB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和を小さくするほど、結晶方位がランダム化して強度が低下し、曲げ加工性が向上する。
【0030】
即ち、硬さ150Hv以上のCu−Fe−P系の銅合金板において、高強度を維持したまま曲げ加工性を向上させるためには、B方位の方位分布密度を小さくするとともに、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和を特定範囲に制御することが有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
(方位分布密度の測定)
本発明におけるB方位の方位分布密度、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和の測定は、通常のX線回折法を用いて行うことができる。
【0032】
これら各方位の方位密度は、(100)、(110)、(111)の完全極点図(Pole Figure)を測定し、それから、結晶方位分布関数(Orientation Distribution Function : ODF )を用いて、各方位の強度ピーク値の合計に対する、特定各方位(Cu方位、B方位、S方位)の強度ピークの割合を計算することによって求められる。これらの測定方法は、例えば、長島晋一編著「集合組織」、丸善株式会社刊、1984、P8〜44や、金属学会セミナー「集合組織」、日本金属学会編,1981、P3〜7 等に開示されている。
【0033】
また、これら各方位の方位密度は、TEM による電子線回折法、又は、SEM(Scanning Electron Microscopy)-ECP(Electron Chaneling Pattern) 法、或いは、SEM-EBSP〔Electron Back Scattering(Scattered) Pattern 、若しくはEBSD(Diffraction) ともいう〕を用いて測定したデータを基に、結晶方位分布関数を用いて方位密度を求めることによっても得られる。
【0034】
なお、これらの方位分布は板厚方向に変化しているため、板厚方向に何点か任意にとって平均をとることによって求める方が好ましい。但し、リードフレーム等の半導体用材料に用いられる銅合金板の場合、板厚が0.1 〜0.3mmw程度の薄板であるため、そのままの板厚で測定した値でも評価できる。
【0035】
(方位分布密度の意義)
本発明では、前記した通り、Cu−Fe−P系銅合金板の高強度高導電率化と優れた曲げ加工性とを両立させるために、その圧延集合組織の発達を、特定方位について、調整する。このために、B方位の方位分布密度が20以下であり、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10以上50以下であることと規定する。
【0036】
前記した、電子部品の軽薄短小化に対応できる、冷間圧延の強加工による加工硬化量を増大させた、通常のCu−Fe−P系の高強度銅合金板 (硬さ150Hv以上)では、必然的に、圧延集合組織が発達しすぎる。このため、B方位の方位分布密度が必然的に20を超え、また、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和は必然的に50を超えて大きくなる。これは前記特許文献4の銅合金板を強加工した場合でも同様である。
【0037】
この圧延集合組織の発達は、前記したCube方位など他の方位密度にも影響を及ぼす。しかし、特に、硬さ150Hv以上の高強度な銅合金板の領域では、前記したCube方位など他の方位に比して、Cu方位、B方位とS方位の発達の曲げ加工性への影響が格段に大きい。
【0038】
このように、B方位の方位分布密度が20を超えた場合、あるいは、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が50を超えた場合には、後述する実施例の通り、上記高強度において、曲げ加工性を向上させることができなくなる。
【0039】
したがって、本発明では、B方位の方位分布密度が20以下とするとともに、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和を50以下とする。これによって、後述する実施例の通り、上記高強度を維持したまま曲げ加工性を向上させることができる。
【0040】
一方、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和を10未満とするためには、冷間圧延による加工硬化量を小さくせざるを得ない。このため、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10未満では、後述する実施例の通り、曲げ加工性を向上させることができるものの、上記高強度を維持できず、硬さが150Hv未満となる。このため、半導体リードフレーム用銅合金として、必要強度が不足する。
【0041】
(銅合金板の成分組成)
以下に、半導体リードフレーム用などとして、必要強度や導電率を満たすための、本発明Cu−Fe−P系銅合金板における化学成分組成を説明する。
【0042】
本発明では、強度が硬さで150Hv以上、導電率が75%IACS以上である高強度、高導電率を達成するために、質量%で、Feの含有量が0.01〜3.0%の範囲、前記Pの含有量が0.01〜0.3%の範囲とした、残部Cuおよび不可避的不純物からなる基本組成とする。この基本組成に対し、Zn、Snの一種または二種を、更に下記範囲で含有する態様でも良い。また、その他の選択的添加元素および不純物元素も、これら特性を阻害しない範囲での含有を許容する。なお、以下の含有量の表示は全て質量%である。
【0043】
(Fe)
Feは、Fe又はFe基金属間化合物として析出し、銅合金の強度や耐熱性を向上させる主要元素である。Feの含有量が0.01%未満では、製造条件によっては、上記析出粒子の生成量が少なく、導電率の向上は満たされるものの、強度向上への寄与が不足し、強度が不足する。一方、Feの含有量が3.0%を超えると、導電率が低下しやすく、導電率を無理に増加させるために析出量を増やそうとすると、逆に、析出粒子の成長・粗大化を招き、強度と曲げ加工性が低下する。したがって、Feの含有量は0.01〜3.0%の範囲とする。
【0044】
(P)
Pは、脱酸作用がある他、Feと化合物を形成して、銅合金の高強度化させる主要元素である。P含有量が0.01%未満では、製造条件によっては、化合物の析出が不十分であるため、所望の強度が得られない。一方、P含有量が0.3%を超えると、導電性が低下するだけでなく、熱間加工性が低下する。したがって、Pの含有量は0.01〜0.3%の範囲とする。
【0045】
(Zn)
Znは、リードフレームなどに必要な、銅合金のはんだ及びSnめっきの耐熱剥離性を改善する。Znの含有量が0.005%未満の場合は所望の効果が得られない。一方、3.0%を超えるとはんだ濡れ性が低下するだけでなく、導電率の低下も大きくなる。したがって、選択的に含有させる場合のZnの含有量は0.005〜3.0%とする。
【0046】
(Sn)
Snは、銅合金の強度向上に寄与する。Snの含有量が0.001%未満の場合は高強度化に寄与しない。一方、Snの含有量が多くなると、その効果が飽和し、逆に、導電率の低下を招くばかりか、曲げ加工性も劣化する。
この点、銅合金板の強度を硬さで150Hv以上、導電率を75%IACS以上とするためには、Snを0.001〜0.5%の範囲で選択的に含有させる。 また、銅合金板の強度をより高く、硬さで190Hv以上とし、導電率を50%IACS以上とするためには、Snを0.5%を越え、5.0%以下の範囲で選択的に含有させる。このように、Sn含有量は、用途に要求される強度(硬さ)と導電率のバランスに応じて、全体としては0.001〜5.0%の範囲から選択して含有させることとする。
【0047】
(Mn、Mg、Ca量)
Mn、Mg、Caは、銅合金の熱間加工性の向上に寄与するので、これらの効果が必要な場合に選択的に含有される。Mn、Mg、Caの1種又は2種以上の含有量が合計で0.0001%未満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含有量が合計で1.0%を越えると、粗大な晶出物や酸化物が生成して曲げ加工性を低下させるだけでなく、導電率の低下も激しくなる。従って、これらの元素の含有量は総量で0.0001〜1.0%の範囲で選択的に含有させる。
【0048】
(Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Ni、Au、Pt量)
これらの成分は銅合金の強度を向上させる効果があるので、これらの効果が必要な場合に選択的に含有される。これらの成分の1種又は2種以上の含有量が合計で0.001%未満の場合、所望の効果か得られない。一方、その含有量が合計で1.0%を越えると、粗大な晶出物や酸化物が生成して曲げ加工性を低下させるだけでなく、導電率の低下も激しく、好ましくない。従って、これらの元素の含有量は合計で0.001〜1.0%の範囲で選択的に含有させる。なお、これらの成分を、上記Mn、Mg、Caと共に含有する場合、これら含有する元素の合計含有量は1.0%以下とする。
【0049】
(Hf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、S、Si、C、Nb、Al、V、Y、Mo、Pb、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、ミッシュメタル量)
これらの成分は不純物元素であり、これらの元素の含有量の合計が0.1%を越えた場合、粗大な晶出物や酸化物が生成して曲げ加工性を低下させる。従って、これらの元素の含有量は合計で0.1%以下とすることが好ましい。
【0050】
(製造条件)
次に、銅合金板組織を上記本発明規定の組織とするための、好ましい製造条件について以下に説明する。本発明銅合金板は、上記本発明規定の組織とするための、最終冷間圧延での加工率(冷延率)や低温の焼鈍などの好ましい条件を除き、通常の製造工程自体を大きく変えることは不要で、常法と同じ工程で製造できる。
【0051】
即ち、先ず、上記好ましい成分組成に調整した銅合金溶湯を鋳造する。そして、鋳塊を面削後、加熱または均質化熱処理した後に熱間圧延し、熱延後の板を水冷する。
【0052】
その後、中延べと言われる一次冷間圧延して、焼鈍、洗浄後、更に仕上げ(最終)冷間圧延、低温焼鈍(最終焼鈍、仕上げ焼鈍)して、製品板厚の銅合金板などとする。例えば、リードフレーム等の半導体用材料に用いられる銅合金板の場合は、製品板厚が0.1〜0.3mm程度である。
【0053】
なお、一次冷間圧延の前に銅合金板の溶体化処理および水冷による焼き入れ処理を行なっても良い。この際、溶体化処理温度は、例えば750 〜1000℃の範囲から選択される。
【0054】
ここにおいて、上記した、B方位の方位分布密度が20以下であり、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10以上50以下となるよう制御するには、1パスあたり10〜50%の冷延率で、上記最終冷延を行い、その後に100〜400℃で0.2分以上300分以下の低温条件で、上記最終焼鈍を行うことが有効である。
【0055】
(最終冷間圧延)
Cu−Fe−P系の高強度銅合金板の硬さ150Hv以上を得るために、本発明でも、最終冷間圧延の強加工による加工硬化量の増大 (オロワン機構による導入転位の高堆積化) を行なう。但し、これによって、圧延集合組織が発達しすぎないように、最終冷間圧延の1パスあたりの冷延率を10〜50%とすることが好ましい。最終冷間圧延のパス数は、過少や過多のパス数を避けて、通常の3〜4回のパス数で行なうことが好ましい。
【0056】
この通常のパス数の際、最終冷間圧延の1パスあたりの冷延率が50%を超えると、銅合金の成分組成、それまでの製造履歴や製造条件にもよるが、B方位の方位分布密度が20を超えるか、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が50を超えて大きくなる可能性が高い。
【0057】
一方、最終冷間圧延の1パスあたりの冷延率が10%未満では、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10未満となりやすく、冷間圧延による加工硬化量も不足する可能性が高い。このため、曲げ加工性を向上させることができるものの、上記高強度を維持できず、硬さが150Hv未満となる可能性が高い。
【0058】
(最終焼鈍)
本発明では、最終冷間圧延後に、敢えて低温での最終焼鈍を行なって、集合組織の制御を行なうことが好ましい。通常のリードフレームに用いられる銅合金板の製造方法では、強度が低下するため、前記特許文献5の実施例で施している歪み取りのための焼鈍(350℃×20秒)を除き、前記特許文献4のように、最終冷間圧延後に最終焼鈍はしない。しかし、本発明では、前記冷間圧延条件によって、また、最終焼鈍の低温化によって、この強度低下が抑制される。そして、最終焼鈍を低温で行なうことにより、各方位密度が上記範囲内に制御され、強度と曲げ加工性が向上する。
【0059】
焼鈍温度が100℃よりも低い温度や、焼鈍時間が0.2分未満の時間条件、あるいは、この低温焼鈍をしない条件では、銅合金板の組織・特性は、最終冷延後の状態からほとんど変化しない可能性が高い。このため、B方位の方位分布密度が20を超えるか、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が50を超えて大きくなるなど、各方位密度が上記範囲内に制御できなくなる可能性が高い。逆に、焼鈍温度が400℃を超える温度や、焼鈍時間が300分を超える時間で焼鈍を行うと、再結晶が生じ、転位の再配列や回復現象が過度に生じ、析出物も粗大化するため、強度が低下する可能性が高い。
【実施例】
【0060】
以下に本発明の実施例を説明する。最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率と、最終焼鈍における温度と時間とを変えて、種々の集合組織を有する銅合金薄板を製造し、硬さ、導電率、曲げ性などの特性を評価した。
【0061】
具体的には、表1、2に示す各化学成分組成の銅合金をそれぞれコアレス炉にて溶製した後、半連続鋳造法で造塊して、厚さ70mm×幅200mm×長さ500mmの鋳塊を得た。各鋳塊を表面を面削して加熱後、950℃の温度で熱間圧延を行って厚さ16mmの板とし、750℃以上の温度から水中に急冷した。次に、酸化スケールを除去した後、一次冷間圧延(中延べ)を行った。この板を面削後、中間焼鈍を入れながら冷間圧延を3パス行なう最終冷間圧延を行い、次いで最終焼鈍を行って、厚さ約0.15mmの銅合金板を得た。
【0062】
なお、表1、2に示す各銅合金とも、記載元素量を除いた残部組成はCuであり、その他の不純物元素として、Hf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、S、Si、C、Nb、Al、V、Y、Mo、Pb、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、ミッシュメタルの含有量は、表1に記載の元素を含めて、これらの元素全体の合計で0.1質量%以下であった。
また、Mn、Mg、Caのうち1種又は2種以上を含む場合は、合計量を0.0001〜1.0質量%の範囲とし、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Ni、Au、Ptのうち1種又は2種以上を場合は、合計量を0.001〜1.0質量%の範囲とし、更に、これらの元素全体の合計量も1.0質量%以下とした。
【0063】
最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率(%)と、最終焼鈍における温度と時間(℃×分)を表1、2に各々示す。
【0064】
このようにして得た銅合金板に対して、各例とも、銅合金板から試料を切り出し、集合組織を測定し、硬さ測定、導電率測定、曲げ試験、プレス成形性試験を行った。これらの結果を表1、2に各々示す。
【0065】
上記プレス成形性試験は、曲げ加工性改善によって、逆に、リードフレーム材などに必要な特性の一つであるプレス成形性が低下していないかを確認するためである。
【0066】
(集合組織の測定)
銅合金板試料について、通常のX線回折法により、ターゲットにCuを用い、管電圧50KV、管電流200mA の条件で、(100)、(110)、(111)の完全極点図(Pole Figure)を測定した。この測定結果から、結晶方位分布関数(Orientation Distribution Function : ODF )を用いて、各方位の強度ピーク値の合計に対する、特定各方位の強度ピークの割合を計算し、B方位の方位分布密度、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和を求めた。X線回折強度については、リガク製X線回折装置を用いて、(200) 面〔=(100) 面〕、(220) 面〔=(110) 面〕の回折強度を測定し、それより、(200) 面/(220) 面のX線回折強度比を求めた。
【0067】
(硬さ測定)
銅合金板試料の硬さ測定は、マイクロビッカース硬度計にて、0.5kg の荷重を加えて4箇所行い、硬さはそれらの平均値とした。
【0068】
(導電率測定)
銅合金板試料の導電率は、ミーリングにより、幅10mm×長さ300mm の短冊状の試験片を加工し、ダブルブリッジ式抵抗測定装置により電気抵抗を測定して、平均断面積法により算出した。
【0069】
(曲げ加工性の評価試験)
銅合金板試料の曲げ試験は、日本伸銅協会技術標準に従って行った。各試料から幅10mm、長さ30mmの試験片を採取し、Bad Way (B. W. : 曲げ軸が圧延方向に平行)曲げを行い、割れの発生しない最小曲げ半径Rと試料板厚tの比R/tにて評価した。R/tの値が0の場合は最小曲げ半径Rが0である180°密着曲げが可能であることを意味する。R/tの値が小さい方が曲げ性に優れ、R/tが1.0以下が実際のリードフレームにおける密着曲げあるいはノッチング後の90°曲げにも対応できる曲げ性を有していると言える。
【0070】
なお、この曲げ加工性の評価は、前記した特許文献4のような曲げ試験(0.25mmRで90°曲げを行い、曲げ部の外面側を光学顕微鏡で観察して肌荒れの有無及びクラックの有無で評価する)よりも、実際のリードフレームにおける密着曲げあるいはノッチング後の90°曲げに対応した、より厳しい曲げ試験条件となる。前記した特許文献4は試験片の採取方向が記載されていないが、通常の曲げ性評価は、G. W (曲げ軸が圧延方向に直角)とされる。したがって、この点でも、本発明の曲げ試験条件は厳しいと言える。
【0071】
(プレス成形性の評価試験)
銅合金板試料について機械式プレスにより0.3mm 幅のリードを打ち抜き、打ち抜いたリードのばり高さを測定し、プレス性を評価した。このとき、ばり高さは、10個のリードのばり面を走査型電子顕微鏡で観察する方法により測定し、各最大ばり高さの平均値とした。そして、ばり高さが3μm以下のものをプレス成形性が優れるとして○、ばり高さが3〜6μmのものを△、ばり高さが6μmを超えるものをプレス成形性が劣るとして×、と各々評価した。
【0072】
表1から明らかな通り、本発明組成内の銅合金である発明例1〜7は、最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率(%)と、最終焼鈍における温度と時間(℃×分)などの製造方法も好ましい条件内で製造されている。このため、発明例1〜7の集合組織は、B方位の方位分布密度が20以下であり、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10以上50以下である。
【0073】
この結果、発明例1〜7は、硬さが150Hv以上、導電率が75%IACS以上の高強度、高導電率であって、曲げ加工性に優れている。しかも、他の重要な特性であるプレス成形性を低下させていない。
【0074】
これに対して、比較例8の銅合金は、Feの含有量が0.006%と、下限0.01%を低めに外れている。最終冷間圧延、最終焼鈍などの製造方法は好ましい条件内で製造されているため、集合組織は発明範囲内となり、曲げ加工性に優れている。しかし、硬さが低く、導電率も低く、高強度、高導電率化が達成できていない。
【0075】
比較例9の銅合金は、Feの含有量が4.5%と、上限3.0%を高めに外れている。最終冷間圧延、最終焼鈍などの製造方法は好ましい条件内で製造されているため、集合組織は発明範囲内となり、硬度も高いものの、導電率が著しく低く、曲げ加工性も劣っている。
【0076】
比較例10の銅合金は、Pの含有量が0.007%と、下限0.01%を低めに外れている。最終冷間圧延、最終焼鈍などの製造方法は好ましい条件内で製造されているため、集合組織は発明範囲内となり、曲げ加工性に優れている。しかし、硬さが低く、導電率も低く、高強度、高導電率化が達成できていない。
【0077】
比較例11の銅合金は、Pの含有量が0.35%と、上限0.3%を高めに外れている。最終冷間圧延、最終焼鈍などの製造方法は好ましい条件内で製造されているため、集合組織は発明範囲内となり、硬度も高いものの、導電率が著しく低く、曲げ加工性も劣っている。
【0078】
比較例12の銅合金は本発明組成内の銅合金であり、最終冷間圧延も好ましい条件内で製造されているものの、最終焼鈍していない。このため、集合組織は、B方位の方位分布密度が高過ぎ、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和も高過ぎる。この結果、強度レベルが低い割には、曲げ加工性や導電率が著しく劣る。なお、この比較例12は、最終冷間圧延など圧延条件が若干異なるが、銅合金組成や最終焼鈍していないなどの点で、特許文献4 の発明例3に相当する。
【0079】
比較例13の銅合金は本発明組成内の銅合金であるが、最終焼鈍における温度が低過ぎ、かつ時間が長過ぎる。このため、硬度は高いものの、導電率が著しく低い。また、集合組織は、B方位の方位分布密度が高過ぎ、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和も高過ぎる。この結果、曲げ加工性が著しく劣る。
【0080】
比較例14は、本発明組成内の銅合金であり、最終冷間圧延も好ましい条件内で製造されているものの、最終焼鈍における温度が高過ぎる。このため、硬度が120Hvと著しく低い。集合組織も、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が低過ぎ、また、硬度が著しく低いために、曲げ性は良好な結果となっている。
【0081】
比較例15は、本発明組成内の銅合金で、最終冷間圧延も好ましい条件内で製造されているものの、最終焼鈍していない。このため、集合組織は、B方位の方位分布密度が高過ぎ、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和も高過ぎる。この結果、曲げ加工性や導電率が著しく劣る。なお、この比較例15と前記比較例12とを含めて、このように最終焼鈍していない例は、通常の(普通の)最終焼鈍しない製造方法による代表例とも言える。したがって、本発明における低温焼鈍による集合組織制御の意義が分かる。
【0082】
比較例16は、本発明組成内の銅合金だが、最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率が低過ぎる。このため、硬度が138Hvと著しく低い。集合組織も、B方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が低過ぎ、また、硬度が著しく低いために、曲げ性は良好な結果となっている。
【0083】
比較例17は、本発明組成内の銅合金だが、最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率が高過ぎる。B方位の方位分布密度が高過ぎ、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和は範囲内であるものの、曲げ加工性が著しく劣る。この比較例17が、謂わば、冷延強加工によって高強度を得る、従来のこの種高強度銅合金板の典型とも言える。
【0084】
また、表2から明らかな通り、選択的添加元素を含み、本発明組成内の銅合金である発明例18〜20も、最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率(%)と、最終焼鈍における温度と時間(℃×分)などの製造方法も好ましい条件内で製造されている。このため、発明例18〜20の集合組織は、B方位の方位分布密度が20以下であり、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10以上50以下である。
【0085】
この結果、発明例18〜20も、硬さが150Hv以上、導電率が75%IACS以上の高強度、高導電率であって、曲げ加工性に優れている。しかも、他の重要な特性であるプレス成形性を低下させていない。
【0086】
更に、表2の発明例21〜24は、本発明組成内の銅合金であるが、Snの含有量が比較的高めの場合を示している。発明例21〜24は、最終冷間圧延の1パス当たりの冷延率(%)と、最終焼鈍における温度と時間(℃×分)などの製造方法も好ましい条件内で製造されている。このため、集合組織は、B方位の方位分布密度が20以下であり、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和が10以上50以下である。
【0087】
この結果、発明例発明例21〜24は、硬さが190Hv以上の高強度であって、導電率も50%IACS以上あり、曲げ加工性に優れている。しかも、他の重要な特性であるプレス成形性を低下させていない。
【0088】
比較例25の銅合金は、比較例11と同様に、Pの含有量が上限0.3%を高めに外れている。最終冷間圧延、最終焼鈍などの製造方法は好ましい条件内で製造されているため、集合組織は発明範囲内となるものの、硬度の割に導電率が著しく低く、曲げ加工性も劣っている。
【0089】
比較例26の銅合金は、比較例9と同様に、Feの含有量が上限3.0%を高めに外れている。最終冷間圧延、最終焼鈍などの製造方法は好ましい条件内で製造されているため、集合組織は発明範囲内となるものの、硬度の割に導電率が著しく低く、曲げ加工性も劣っている。
【0090】
比較例27の銅合金は本発明組成内の銅合金であるが、比較例13と同様に、最終焼鈍における温度が低過ぎ、かつ時間が長過ぎる。このため、硬度の割りには導電率が著しく低い。また、集合組織は、B方位の方位分布密度が高過ぎ、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和も高過ぎる。この結果、曲げ加工性が著しく劣る。
【0091】
比較例28は、本発明組成内の銅合金で、最終冷間圧延も好ましい条件内で製造されているものの、比較例12、15と同様に、最終焼鈍していない。このため、集合組織は、B方位の方位分布密度が高過ぎ、且つB方位とS方位とCu方位の方位分布密度の和も高過ぎる。この結果、硬度が低く曲げ加工性が劣る。
【0092】
以上の結果から、高強度、高導電率化させた上で、曲げ加工性にも優れさせるための、本発明銅合金板の成分組成、集合組織の臨界的な意義および集合組織を得るための好ましい製造条件の意義が裏付けられる。
【0093】
【表1】

【0094】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0095】
以上説明したように、本発明によれば、プレス成形性などの他の特性を低下させずに、高強度高導電率化と優れた曲げ加工性を両立させたCu−Fe−P系銅合金板を提供することができる。この結果、小型化及び軽量化した電気電子部品用として、半導体装置用リードフレーム以外にも、リードフレーム、コネクタ、端子、スイッチ、リレーなどの、高強度高導電率化と、厳しい曲げ加工性が要求される用途に適用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、Fe:0.01〜3.0%、P:0.01〜0.3%を各々含有する銅合金板であって、その集合組織が、Brass方位の方位分布密度が20以下であり、且つBrass方位とS方位とCopper方位の方位分布密度の和が10以上50以下であることを特徴とする曲げ加工性を備えた電気電子部品用銅合金板。
【請求項2】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Sn:0.001〜0.5%を含有する請求項1に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項3】
前記銅合金板の強度が硬さで150Hv以上、導電率が75%IACS以上である請求項1または2に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項4】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Sn:0.5%を越え、5.0%以下を含有する請求項1に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項5】
前記銅合金板の強度が硬さで190Hv以上、導電率が50%IACS以上である請求項4に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項6】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Zn:0.005〜3.0%を含有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項7】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Mn、Mg、Caのうち1種又は2種以上を合計で0.0001〜1.0%含有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項8】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Ni、Au、Ptのうち1種又は2種以上を合計で0.001〜1.0%含有する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項9】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Mn、Mg、Caのうち1種又は2種以上を合計で0.0001〜1.0%と、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Ni、Au、Ptのうち1種又は2種以上を合計で0.001〜1.0%とを各々含有するとともに、これら含有する元素の合計含有量を1.0%以下とした請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項10】
前記銅合金板が、Hf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、S、Si、C、Nb、Al、V、Y、Mo、Pb、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、ミッシュメタルの含有量を、これらの元素全体の合計で0.1質量%以下とした請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項11】
前記銅合金板が半導体リードフレーム用である請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、Fe:0.01〜3.0%、P:0.01〜0.3%を各々含有し、残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金板であって、その集合組織が、Brass方位の方位分布密度が20以下であり、且つBrass方位とS方位とCopper方位の方位分布密度の和が10以上50以下であることを特徴とする曲げ加工性を備えた電気電子部品用銅合金板。
【請求項2】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Sn:0.001〜0.5%を含有する請求項1に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項3】
前記銅合金板の強度が硬さで150Hv以上、導電率が75%IACS以上である請求項1または2に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項4】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Sn:0.5%を越え、5.0%以下を含有する請求項1に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項5】
前記銅合金板の強度が硬さで190Hv以上、導電率が50%IACS以上である請求項4に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項6】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Zn:0.005〜3.0%を含有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項7】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Mn、Mg、Caのうち1種又は2種以上を合計で0.0001〜1.0%含有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項8】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Ni、Au、Ptのうち1種又は2種以上を合計で0.001〜1.0%含有する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項9】
前記銅合金板が、更に、質量%で、Mn、Mg、Caのうち1種又は2種以上を合計で0.0001〜1.0%と、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Ni、Au、Ptのうち1種又は2種以上を合計で0.001〜1.0%とを各々含有するとともに、これら含有する元素の合計含有量を1.0%以下とした請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項10】
前記銅合金板が、Hf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、S、Si、C、Nb、Al、V、Y、Mo、Pb、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、ミッシュメタルの含有量を、これらの元素全体の合計で0.1質量%以下とした請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。
【請求項11】
前記銅合金板が半導体リードフレーム用である請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電気電子部品用銅合金板。

【公開番号】特開2006−83465(P2006−83465A)
【公開日】平成18年3月30日(2006.3.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−229678(P2005−229678)
【出願日】平成17年8月8日(2005.8.8)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】