JPH11323463A - 電気・電子部品用銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレス打ち抜き性（バリ高さが小さい）に優
れ、また、Ａｇめっき性及びエッチング加工性にも優れ
た電気・電子部品用Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｇ系合金を提供す
る。 【解決手段】 Ｃｒ：０．０５〜０．６重量％、Ｍｇ：
０．０５〜１．０重量％を含有し、Ｃ：０．０００３〜
０．０２重量％、Ｓ：０．０００３〜０．００５重量
％、Ｓｅ：０．００００１〜０．００１重量％、さらに
必要に応じてＺｎ：０．０５〜５．０重量％又は／及び
Ｓｎ：０．０５〜２．０重量％を含有し、残部がＣｕ及
び不可避不純物からなる銅合金。最終板厚での結晶粒径
が３０μｍ以下であり、かつＣｒ析出物のうち粒径０．
１μｍ以下のものの個数が９８％以上を占めるのが望ま
しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気・電子部品用
銅合金に関するものである。更に詳しくは、高強度、高
導電性を有し、特にスタンピング性、Ａｇめっき性等に
優れたリードフレーム、端子などの電気・電子部品用銅
合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高強度、高導電性の電気・電
子部品用銅合金として、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｇ系合金が知ら
れている（特開平６２−１３０２４７号公報、特開平６
３−１０９１３０号公報、特開平４−２１７３３号公
報、特開平８−１３０６６号公報等参照）。このＣｕ−
Ｃｒ−Ｍｇ系合金は、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｍｇ系
合金に比べ、高導電率を維持しながら強度を向上させた
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このＣｕ−Ｃｒ−Ｍｇ
系合金は高スピードでスタンピング（プレス打ち抜き）
され、リードフレーム等の電気・電子部品に成形される
が、スタンピングの際にバリ高さが大きく出るという問
題がある。また、鋳造時に発生するＣｒ晶出物が原因と
なってＡｇめっき性が悪く（突起が形成される）、さら
にリードフレームをエッチング加工により成形する場合
は、エッチング後のリードが短絡するという問題があ
る。従って、本発明の目的は、高強度、高導電性を有
し、電気・電子部品用合金としての基本的特性である曲
げ加工性、はんだの耐熱剥離性を示したうえで、さら
に、プレス打ち抜き性（バリ高さが小さい）に優れ、ま
た、Ａｇめっき性及びエッチング加工性にも優れたＣｕ
−Ｃｒ−Ｍｇ系合金を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気・電子
部品用銅合金は、Ｃｒ：０．０５〜０．６重量％、Ｍ
ｇ：０．０５〜１．０重量％を含有し、Ｃ：０．０００
３〜０．０２重量％、Ｓ：０．０００３〜０．００５重
量％、Ｓｅ：０．００００１〜０．００１重量％、残部
がＣｕ及び不可避不純物からなる。この銅合金は、さら
にＺｎ：０．０５〜５．０重量％又は／及びＳｎ：０．
０５〜２．０重量％を含有することができる。また、こ
の銅合金において、最終板厚での結晶粒径が３０μｍ以
下、かつ粒径０．１μｍ以下の析出物（この発明では晶
出物を含む）の個数が全体の９８％以上を占めるように
するのが望ましい。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る銅合金の各成
分の添加理由、結晶粒径や析出物の粒径の限定理由につ
いて説明する。 （Ｃｒ）Ｃｒは容体化後の時効熱処理において母材であ
るＣｕ中に微細に析出して強度を向上させる効果があ
り、またプレス打ち抜き性を向上させる作用をもつ。し
かしながら、０．０５重量％未満ではその十分な効果が
期待できず、０．６重量％を越えると効果が飽和するだ
けではなく、過剰なＣｒが晶出し曲げ加工性、Ａｇめっ
き性を劣化させる。また、硬いＣｒの晶出物は、圧延工
程において軟らかいＣｕ母材から等方的に圧力を受ける
ことにより、圧延方向のみに細長く成長し、リードフレ
ームをエッチング加工により成形する場合には、隣接す
るリード同士の短絡の原因となる。従って、Ｃｒの含有
量は０．０５重量％〜０．６重量％以下とする。

【０００６】（Ｍｇ）Ｍｇは導電率を大きく下げること
なく固溶強化により強度を向上させる。特に強度の軟化
温度を高温側にずらす効果を示し、高強度、高導電率に
寄与する。また、プレス打ち抜き性、はんだの耐熱剥離
性、耐応力緩和特性、ばね限界値の向上にも効果を示
す。しかしながら、０．０５重量％未満ではその十分な
効果が期待できず、１．０重量％を越えると効果が飽和
するだけではなく、溶解鋳造時、溶湯の酸化が激しくな
り造塊が非常に困難となる。また、Ｓ量を、０．００５
重量％未満としてもＡｇ突起の発生が避けられなくな
る。従って、Ｍｇの含有量は０．０５重量％〜１．０重
量％以下とする。

【０００７】（Ｚｎ）Ｚｎは強度、はんだ耐候性、耐マ
イグレーション性を向上させるため、必要に応じて添加
される。しかしながら、０．０５重量％未満ではその十
分な効果が期待できず、５．０重量％を越えると導電率
の低下が著しくなる。また、５．０重量％を超えるとは
んだと母材との界面に形成される合金層の成長が早く、
母材界面から表面まで脆くて電気伝導性に劣る合金層に
変化してしまう現象（白化）が生じる。従って、Ｚｎの
含有量は０．０５重量％〜５．０重量％以下とする。

【０００８】（Ｓｎ）Ｓｎは固溶強化により強度を向上
させる。特に強度の軟化温度を高温側にずらす効果を示
し、高強度、高導電率に寄与するため、必要に応じて添
加する。また、ばね限界値を向上させる効果がある。し
かしながら、０．０５重量％未満ではその十分な効果が
期待できず、２．０重量％を越えると導電率を低下させ
る。従って、Ｓｎの含有量は０．０５重量％〜２．０重
量％以下とする。

【０００９】（Ｃ、Ｓ、Ｓｅ）これらの元素はＣｕ−Ｃ
ｒ−Ｍｇ系合金のプレス打ち抜き性を向上させる。各元
素について個別に説明すると、Ｃは０．０００３重量％
未満ではその効果が十分でない。一方、溶湯中に０．０
２重量％を越えて存在すると、鋳造時にＣｒの晶出物を
発生させ、はんだ耐熱性、Ａｇめっき性を劣化させる。
従って、Ｃの含有量は０．０００３重量％〜０．０２重
量％以下とする。ＳはＣｕ中に介在物として存在し、プ
レス打ち抜き性のほか、熱延材の面削時の切削性を向上
させる効果がある。しかし、０．０００３重量％未満で
はその効果が十分でなく、０．００５重量％を越えると
熱間加工性が劣化する。また、銅合金中に含有されるＳ
はＭｇと化合物を形成しやすく、このＭｇ−Ｓ化合物が
合金中に多数存在すると、Ａｇめっきを行った際（リー
ドフレームには通常Ａｇめっきを行う）、板表面のＭｇ
−Ｓ化合物部にＡｇが異常析出し、Ａｇの突起が形成さ
れることがある。また、ＳはＳｅとも化合物を形成し、
このＳｅ−Ｓが板表面に多数存在すると、Ａｇめっきに
部分的な光沢を生じさせる。このようなＡｇ突起、部分
的な光沢の存在はワイヤボンディングの信頼性を低下さ
せるため、これを防止する意味からも、Ｓは０．００５
重量％以下とする必要がある。従って、Ｓの含有量は
０．０００３〜０．００５重量％とする。ＳｅはＳｅ−
Ｓ、Ｃｕ−Ｓｅなどの化合物を形成してプレス打ち抜き
性を向上させ、熱延材の面削時の切削性を向上させる効
果があるが、０．００００１重量％未満では効果が十分
でない。一方、０．００１重量％を越えるとＳｅ−Ｓ化
合物が増加し、はんだ耐熱剥離性を低下するほか、Ａｇ
めっき後の表面に部分的な光沢が発生し、ワイヤボンデ
ィングの信頼性を低下させる。従って、Ｓｅの含有量を
０．００００１重量％〜０．００１重量％とする。

【００１０】（結晶粒径）結晶粒径は一般に大きい程、
絞り加工性は向上し、機械的性質の異方性は消失してく
るが、強度そのものは結晶粒径の増大に伴って低下す
る。また、本件発明合金の用途である電気・電子部品用
銅合金は複雑な曲げ加工を施すことが多く、結晶粒径が
大きすぎると曲げ部にオレンジピールと呼ばれる肌荒れ
や、それに起因する割れなどが発生する。この肌荒れは
結晶粒内と粒界で変形による歪みが相違することにより
現れるものであり、商品価値を劣化させないためには結
晶粒径の制御が必要となる。さらには応力腐食割れ性に
対する感受性も結晶粒径が増大してくるにつれて高くな
り耐食性は低下する。これらの理由より最終製品の結晶
粒径は平均で３０μｍ以下とするのが望ましい。なお、
結晶粒径は、圧延方向に平行な板断面の組織を光学顕微
鏡で観察し、切断方向を板厚方向とするＪＩＳ−Ｈ−０
５０１に規定される切断法に従って測定する。

【００１１】（析出物の粒径）粗大な析出物及び晶出物
は、強度への寄与が小さいだけではなく、Ａｇめっき性
の劣化等を引き起こす。特に硬いＣｒの晶出物は、圧延
工程において軟らかいＣｕ母材から等方的に静水圧を受
けることにより、圧延方向のみに細長く成長し、リード
フレームをエッチング加工により成形する場合には、隣
接するリード同士の短絡の原因となる。従って、粗大な
Ｃｒ析出物及び晶出物はできるだけ少ない方がよく、粒
径０．１μｍ以下の析出物及び晶出物の個数を、組織中
のＣｒ化合物全体の個数の９８％以上とするのが望まし
い。本発明に係る銅合金においては、特にＣｒ含有量が
０．３ｗｔ％を越えるときは、鋳造時に粒径０．１μｍ
を越えるＣｒの晶出物が発生することがあり、熱間圧延
時にも０．１μｍ程度の粗大なＣｒ析出物が形成される
ことがあるが、これらの粗大な晶出物や析出物の量は、
下記製造工程により全体の１％以下に抑えることができ
る。なお、晶出物や析出物の粒径は透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）で観察し、粒径１０ｎｍ以上のものをカウン
トする。通常、母材と整合性のある析出物はコーヒー豆
状に、また整合性のない析出物は円あるいは楕円状に観
察されるが、いずれもその長半径をもって粒径とする。

【００１２】本発明に係る銅合金は、例えば次のような
工程で製造できる。 （１）溶体化処理・・・・（ａ）８５０℃〜１０５０℃の温
度にて１０分〜５．０時間加熱後、熱間圧延を実施し、
熱間圧延終了温度で７００℃以上を確保し、直後１００
℃／分以上の速度で冷却を行う、又は／及び、（ｂ）連
続焼鈍ラインを使用し、７００℃以上の温度において加
熱炉通過時間で５秒〜５分加熱後、２５℃／秒以上の速
度で冷却を行う。 （２）冷間加工・・・・溶体化処理後、３０％以上の加工率
で冷間加工を行う。 （３）析出焼鈍・・・・３００℃〜６００℃の温度にて３０
分〜５時間焼鈍を行う。 （４）冷間加工・・・・９０％以下の加工率にて冷間加工を
行う。 必要に応じて（３）、（４）を複数回繰り返す。

【００１３】次に、上記製造工程について説明する。 （１）溶体化処理・・・・溶体化処理は、母相にＣｒを固溶
させるために行う。溶体化温度は高温である方が固溶限
が広がるので固溶量が増加し、後の時効処理を実施後に
高強度が得られる。従って、少なくとも７００℃以上を
確保する必要がある。また、溶体化処理後の冷却は冷却
速度が遅いと母材と整合性のない粗大な析出物が析出
し、時効処理後の強度が確保できない。従って、できる
だけ速やかに行われる必要がある。溶体化の方法とし
て、上記（ａ）、（ｂ）のいずれかあるいは両方を行
う。（ａ）は熱間圧延で溶体化工程を兼ねるものであ
り、（ｂ）は薄板においてより均一な溶体化を行う場合
に適する。（ｂ）の場合の昇温速度は５０℃／秒以上が
好ましい。

【００１４】（２）冷間加工・・・・この冷間加工は、溶体
化処理後、加工硬化と後の時効工程での析出核形成のた
め行う。３０％未満の加工率ではその効果は不十分であ
る。従って、溶体化処理後の冷間加工率を３０％以上と
する。 （３）析出焼鈍・・・・析出焼鈍は、溶体化処理により固溶
しているＣｒを母材に均一微細に析出させ、高強度を得
るため行う。焼鈍温度は、３００℃以下では析出が速や
かに進行せず高強度を得るためには長時間を必要とし、
経済的でない。また、６００℃を越えると結晶粒径の粗
大化（３０μｍ超に成長）及びＣｒ析出物の粗大化
（０．１μｍ超に成長）が進行し、強度が著しく低下す
る。さらに、一部のＣｒの再固溶も進行し、導電率も著
しく低下する。従って、処理温度は３００℃〜６００℃
とし、処理時間は３０分〜５時間とした。 （４）冷間加工・・・・この冷間加工は、所望の調質の強
度、導電率、曲げ加工性等を調整するために行う。しか
し、９０％を越える加工率では加工後の曲げ加工性が確
保できない。従って、冷間加工率は９０％以下とした。
また、必要に応じて上記の析出焼鈍、冷間加工を複数回
繰り返すことにより、さらに高強度で高導電率な銅合金
を提供することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （実施例１）表１に示した成分の銅合金をクリプトル炉
において、ほう砂被覆下に大気造塊し、５０ｍｍｔ×８
０ｍｍｗ×１８０ｍｍ１の鋳塊を作成した。これらの鋳
塊を、９５０℃×３０ｍｉｎ加熱し、熱間圧延を行った
後、８００℃以上の温度から急冷却を行うことで溶体化
処理とした。その後、冷間圧延を行い、析出処理として
４５０℃×２ｈｒの焼鈍を実施し、最終圧延を行って
０．２５ｍｍｔの板材を得た。なお、Ｎｏ．１５は熱間
圧延において割れが発生したため、以後の工程を行わな
かった。

【００１６】

【表１】

【００１７】この板材から試験材を採取し、下記の試験
により合金の特性を調べた。その結果を表２及び表３に
示す。 （引張強度及び導電率）引張試験はＪＩＳ５号に示され
る試験片を機械加工によって作成し、島津製作所性１０
ｔｏｎ万能試験機を用いて行った。また、導電率はＪＩ
Ｓ−Ｈ０５０５に示される非鉄金属材料導電率測定法に
従い、横河電気製ダブルブリッジを用いて測定した。 （Ｗ曲げ試験）ＪＩＳ−Ｈ３１１０に示されるＷ曲げ試
験に従って行った。曲げ加工限界は、割れの生じない最
小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔと定義した。試料の
割れの有無は、ＳＥＭ観察（２５０倍）及び断面観察
（２００倍）により判断した。

【００１８】（はんだ耐熱剥離性試験）供試材を、電解
脱脂及び硫酸で酸洗を行った後、非活性フラックスを塗
布し、２４５℃の６０Ｓｎ／４０Ｐｂはんだ層に５秒間
浸漬してはんだ付けを行い、さらに、それらの材料を１
５０℃のオーブンで１０００時間加熱し、その後２ｍｍ
Ｒで１８０°曲げた後平板に曲げ戻し、はんだの剥離及
び白化状況を観察した。 （Ａｇめっき性試験）試料は表面の影響を少なくするた
め、全て鏡面研磨した。めっき前処理としては電解脱脂
及び硫酸による酸洗を行った。Ａｇめっきは、前処理を
行った材料にＣｕ下地めっきを施した後、置換防止処理
を介して行った。観察は、実体顕微鏡（４０倍）にて実
施した。突起や部分的な光沢が発生せず、Ａｇめっき性
に優れていたものを○と評価した。

【００１９】（プレス打ち抜き試験）プレス打ち抜き試
験は円型の金型を用いて万能試験機により圧縮荷重をか
けることにより行い、ＳＥＭ（５００倍）にて圧延平行
方向に発生したバリを観察し、その平均高さを測定し
た。なお、打ち抜きクリアランスは、片側：板厚の２０
％とした。 （耐マイグレーション性試験）幅３ｍｍの試験片を、極
間１ｍｍで固定し、露出長さ２０ｍｍとして、直流１４
Ｖ印可しながら浸漬（水道水）と乾燥を５０サイクル繰
り返し、そのときの最大リーク電流をもって耐マイグレ
ーション性を評価した。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】表２及び表３より、本発明合金は高強度、
高導電率を有し、Ｗ曲げ加工性、はんだ耐候性、Ａｇめ
っき性、プレス打ち抜き性（バリ高さ）、耐マイグレー
ション性（Ｌｅａｋ電流）にも優れていることが分か
る。一方、比較合金はいずれかの特性が劣っている。特
にＮｏ．１６、１８、２０はそれぞれＣ、Ｓ、Ｓｅの添
加量が不足し、プレス打ち抜き性（バリ高さ）が十分で
ない。また、これらの元素が過剰に添加されたＮｏ．１
７、１９、２１はプレス打ち抜き性はよいが、曲げ加工
性、はんだ耐熱剥離性及びＡｇめっき性が劣る。

【００２３】（実施例２）Ｃｕ−０．３５Ｃｒ−０．３
４Ｍｇ−１．０Ｚｎ（Ｓ：０．０００５％、Ｃ：０．０
００７％、Ｓｅ：０．０００２％）の組成をもつ合金に
ついて、実施例１と同様の工程で熱間圧延、溶体化処理
を行った後、種々の条件で冷間圧延、析出処理及び最終
圧延を行い、結晶粒径、析出物粒径を変化させた３種類
の板材（０．２５ｍｍｔ）を得た。この板材から試験材
を採取し、前記の方法により結晶粒径及び粒径０．１μ
ｍ以下の析出物の割合を測定し、さらに、前記の試験に
より合金の特性を調べ、また下記の試験でエッチング加
工性を調べた。 （エッチング加工性試験）エッチング加工性の評価は、
実際のリードフレームのエッチング加工を模擬し、圧延
直角方向に０．２ｍｍピッチでリードのエッチング加工
を行い、隣接するリード間の短絡の有無を調べ、短絡数
／全数でエッチング加工性を評価した。

【００２４】

【表４】

【００２５】表４に示すように、結晶粒径が３０μｍを
超えるＮｏ．２はＷ曲げ加工性が大きく劣化している。
また、０．１μｍを越える析出物の割合が大きいＮｏ．
３はＡｇめっき性及びエッチング加工性が劣化してお
り、粗大な析出物及び晶出物はＡｇめっき時の突起の起
点となるばかりでなく、エッチング加工後のリードの短
絡の原因となることが分かる。

【００２６】

【発明の効果】本発明に係る電気・電子部品用銅合金
は、高強度、高導電性、曲げ加工性、はんだの耐熱剥離
性、プレス打ち抜き性、Ａｇめっき性及びエッチング加
工性に優れている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｒ：０．０５〜０．６重量％、Ｍｇ：
   ０．０５〜１．０重量％を含有し、Ｃ：０．０００３〜
   ０．０２重量％、Ｓ：０．０００３〜０．００５重量
   ％、Ｓｅ：０．００００１〜０．００１重量％、残部が
   Ｃｕ及び不可避不純物からなることを特徴とする電気・
   電子部品用銅合金。
2. 【請求項２】 Ｃｒ：０．０５〜０．６重量％、Ｍｇ：
   ０．０５〜１．０重量％、Ｚｎ：０．０５〜５．０重量
   ％を含有し、Ｃ：０．０００３〜０．０２重量％、Ｓ：
   ０．０００３〜０．００５重量％、Ｓｅ：０．００００
   １〜０．００１重量％、残部がＣｕ及び不可避不純物か
   らなることを特徴とする電気・電子部品用銅合金
3. 【請求項３】 さらにＳｎ：０．０５〜２．０重量％を
   含有することを特徴とする請求項１又は２に記載された
   電気・電子部品用銅合金
4. 【請求項４】 最終板厚での結晶粒径が３０μｍ以下で
   あり、かつ粒径０．１μｍ以下の析出物の個数が全体の
   ９８％以上を占めることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載された電気・電子部品用銅合金